発光体、発光層、発光素子および発光装置
【課題】高効率かつ長寿命な有機発光素子を提供する。
【解決手段】電子輸送性の高いホスト(N型ホスト)と正孔輸送性の高いホスト(P型ホスト)とイリジウム錯体等のゲストを共に有し、ゲストを介してN型ホストとP型ホストが近接するように配置された有機発光体。このような発光体に電子および正孔が注入されると、電子はN型ホストにトラップされ、正孔はP型ホストにトラップされる。その後、電子とホールはともにゲストに注入され、ゲストが励起状態となる。この過程では熱失活が少なく、また、ゲストの稼働率も高いため、効率が高い発光が得られる。さらに、発光層がほぼ均等には発光するため、劣化も抑制できる。
【解決手段】電子輸送性の高いホスト(N型ホスト)と正孔輸送性の高いホスト(P型ホスト)とイリジウム錯体等のゲストを共に有し、ゲストを介してN型ホストとP型ホストが近接するように配置された有機発光体。このような発光体に電子および正孔が注入されると、電子はN型ホストにトラップされ、正孔はP型ホストにトラップされる。その後、電子とホールはともにゲストに注入され、ゲストが励起状態となる。この過程では熱失活が少なく、また、ゲストの稼働率も高いため、効率が高い発光が得られる。さらに、発光層がほぼ均等には発光するため、劣化も抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、キャリア注入型の有機エレクトロ・ルミネッセンス(EL)に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、発光装置、表示装置として有機ELに関心が集まっている(非特許文献1および非特許文献2参照)。そして、有機ELの発光現象を応用した製品が実用化されつつある(例えば、特許文献1参照)。通常、発光材料の取りうる励起状態は、一重項励起状態と三重項励起状態の2種類あり、前者は確率論的に後者の3分の1程度であると考えられている。
【0003】
発光材料の基底状態は一重項状態であり、通常の有機分子では、一重項励起状態から基底状態への遷移は可能であるが、三重項励起状態から基底状態への遷移は禁制である。すなわち、一重項励起状態が基底状態へ遷移することで発光することはできるが、多くの場合、三重項励起状態から基底状態へ直接、遷移することはなく、さまざまな準位を経過して基底状態へ到達する。その経過において、エネルギーは光ではなく熱として放出される。このような現象を熱失活という。
【0004】
上述の通り、一重項励起状態となる確率は三重項励起状態となる確率の3分の1であるので、発光材料に注入されたエネルギーの多くは三重項励起状態を経て熱として失われるため効率が悪く、また、多くの発熱を伴うため有機材料の劣化の原因ともなる。
【0005】
このような問題を解決するため、発光材料の中に、重金属(特にイリジウム)を有する有機材料を5%程度添加することで、発光効率を高める技術が開発された(非特許文献1参照)。このような技術においては、主成分をホスト、添加する有機材料をゲスト(あるいはドーパント)と呼ぶ。
【0006】
この技術においては、三重項励起状態にあるホスト分子は、その状態をゲスト分子に移すことにより、基底状態に戻り、ゲスト分子は逆にホスト分子から励起状態を受け継いで、三重項励起状態となる。ゲスト分子は、スピン軌道相互作用により三重項励起状態から発光して基底状態となることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】米国特許公開2011/0001146号公報
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】M.A.Baldo, S.Lamansky, P.E.Burrows, M.E.Thompson, S.R.Forrest, ”Very high−efficiency green organic light−emitting devices based on electrophosphorescence”, Appl.Phys.Lett., pp.4, vol.75, 1999.
【非特許文献2】Vi−En Choong, Song Shi, Jay Curless, Chan−Long Shieh, H.−C. Lee,and Franky So, ”Organic light−emitting diodes with a bipolar transport layer”, Appli. Phys. Lett., pp.172−174, vol. 75, 1999.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、ホストとなる物質は、電子あるいは正孔のいずれか一方の輸送性は高いものの、他方の輸送性は劣ることが通常であり、そのため、発光層の中において、発光が生じる部分は、輸送性の低いキャリアが注入される電極に近い領域で生じると想定される。そのため、本来、得られるべき効率より低い効率でしか得られていない上、本来、想定される場合より劣化が大きいものと考えられる。
【0010】
例えば、あるホストが電子輸送性に優れた材料である場合、相対的にそのホストの正孔輸送性は劣るため、そのようなホストを有する発光層(EML)においては、図2(A)に示すように、正孔と電子の再結合およびそれに伴う発光は、もっぱら正極側で生じることとなる。一方、発光層の中央より負極側では、発光がほとんど起こらないと想定される。
【0011】
すなわち、この発光層においては、図2(B)に示すように電子は負極から発光のおこる領域にかけて比較的多い状態を維持する。正極近傍で電子の数が低下するのは発光により消費されるためである。一方、正孔は正極近傍に偏ることとなる。この結果、発光は正極近傍で起こることとなる。このように、偏った部分でのみ発光が起こると、その部分のみが劣化しやすくなる。
【0012】
また、ゲスト分子は発光層に均等にドーピングされているが、上記のように発光が偏った部分で起こると、発光が起こらない部分のゲスト分子は全く使用されず、一方で発光が起こる部分のゲスト分子は常に励起と発光を繰り返すこととなり、発光が起こる部分ではゲスト分子が不足するという事態ともなる。そのため、ゲスト分子に状態を移行できないまま熱失活して基底状態へ戻るホスト分子も多くなる。このようなホスト分子の存在は発光効率の低下をもたらす。
【0013】
また、ゲストは高濃度にドーピングすると発光効率の低下を招くことからホストの5%程度以下の濃度とされるが、その場合、ホスト分子の相当量が、ゲスト分子との間に他のホスト分子を挟むこととなる。ホスト分子が励起状態となる場合、ゲスト分子が励起状態のホスト分子に隣接した場合の方が、状態がゲスト分子に移りやすいのであるが、ホスト分子から離れているとゲスト分子に状態を移すことが困難となり、熱失活しやすい。
【0014】
発光層の厚さはせいぜい100nmと薄く、以上の事実を確認することは技術的に困難であるため、いまだにその問題すら知られていないともいえる。しかし、本発明者はそのような問題があり、それらの問題を解決できれば、これまで得られているより高い効率の発光を実現させることができ、また、これまでより劣化の少ない表示装置を提供できると考えた。すなわち、本発明は上記のような問題点を根本的に解決する理論を提供し、その理論に基づいた新しいEL発光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明者は、ある程度の空間的な拡がりの中でゲスト分子が発光する原理を提案する。上述のように、一つのホストは、あるキャリア輸送性が著しく劣ったり、あるキャリア輸送性のみが大きかったりするため、発光する領域が限定されることとなる。発光する領域を広げるには、キャリアの分布を広くすることであるが、そのためには発光層の電子輸送性と正孔輸送性をバランスよく高めることが必要である。
【0016】
それを実現するための方法として、発光層のホスト分子を電子輸送性の高い材料(N型ホストという)の分子等と正孔輸送性の高い材料(P型ホスト)の分子等を共に含むように構成することが好ましい。例えば、N型ホストとP型ホストを混合した材料をホストとする。その結果、発光層全般で発光が起こることとなる。
【0017】
ただし、このようにキャリアが移動しやすくなると、発光に寄与しないまま正極に到達する電子や負極に到達する正孔も増加する。そこで、発光層での発光を効率的におこなうことが求められる。発光層での発光が効率的におこなわれれば、発光に寄与しないまま正極に到達する電子や負極に到達する正孔は減少する。
【0018】
発光を効率的におこなうには、発光層内に1つ以上のN型ホストの分子よりなる領域(N型ホストクラスタという)と1つ以上のP型ホストの分子よりなる領域(P型ホストクラスタ)が多数分散した状態とするとよい。例えば、発光層の厚さ方向(キャリアの移動方向)に少なくとも10個以上のN型ホストクラスタとP型ホストクラスタが交互に存在するようにするとよい。
【0019】
また、N型ホストクラスタとP型ホストクラスタが隣接することを避け、N型ホストクラスタとP型ホストクラスタの間にはゲスト分子(あるいは1つ以上のゲスト分子よりなる領域(ゲストクラスタ))を1つ以上設けることが好ましい。
【0020】
すなわち、本発明の一態様は、1つ以上のゲスト分子よりなるゲストクラスタと、1つ以上のN型ホスト分子よりなるN型クラスタと、1つ以上のP型ホスト分子よりなるP型クラスタと、を有し、N型ホストクラスタとP型ホストクラスタが、ゲストクラスタを間に挟んだ構造を有する有機発光体である。ここで、N型ホストは電子輸送性の高い材料であり、P型ホストは正孔輸送性の高い材料である。そのような材料は、特許文献1に記載されているホスト材料の中から選択されてもよい。
【0021】
また、本発明の他の一態様は、上記の有機発光体を有する発光層である。また、本発明の他の一態様は、上記発光層を有する発光素子である。左記発光素子は、2つ以上の上記発光層を有してもよい。また、2つ以上の上記発光層を有する場合には、それぞれの発光層の発する光の波長は異なってもよい。
【0022】
また、上記発光素子には、他に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、電子リレー層、中間層等を有してもよい。また、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、電子リレー層、中間層を構成する材料は、例えば、特許文献1記載の材料を適宜用いればよい。
【0023】
また、本発明の他の一態様は、上記の発光層を有するパッシブマトリクス型表示装置、アクティブマトリクス型表示装置、照明装置である。パッシブマトリクス型表示装置、アクティブマトリクス型表示装置、照明装置の詳細については、特許文献1を参照できる。
【0024】
図1に本発明の概念図のいくつかを示す。図1(A)に示されるのは、最も基本的な構造であり、N型ホストクラスタ(図中でN−HCと表記)とP型ホストクラスタ(P−HC)がゲスト分子(G)と分子間力により結合する。すなわち、ゲスト分子とN型ホストクラスタおよびゲスト分子とP型ホストクラスタの間に何らかの相互作用が働いている場合を示す。相互作用としてはファンデルワールス力のようなものであってもよいし、水素結合のようなものであってもよい。
【0025】
図1において、ゲスト分子やN型ホストクラスタ、P型ホストクラスタ間の重なりの大小は、それらの間に働く相互作用の大きさを相対的に示すものである。相互作用が強い場合には、分子の軌道が重なって、1つの分子とみなせる状態となっていることもある。また、例えば、N型クラスタが他のP型クラスタやゲスト分子から離れて書かれていても、何らかの相互作用が働いている。
【0026】
例えば、ゲスト分子とP型ホストクラスタの間には相当な相互作用が働くが、ゲスト分子とN型ホストクラスタの間の相互作用は、それよりも弱い場合もありえる。そのような場合は、図1(B)のように表記できる。
【0027】
なお、このような場合であっても、ゲスト分子とN型ホストクラスタの間に他の分子がなければ本発明を実施するうえで大きな障害とはならない。同様に、ゲスト分子とN型ホストクラスタおよびゲスト分子とP型ホストクラスタの間の相互作用が著しく弱い場合でも、ゲスト分子の隣にそれらがあればよい。もちろん、相互作用が強いほうが、後述する電子状態の移動には都合がよい。
【0028】
また、N型ホストクラスタ、ゲスト分子、P型ホストクラスタは必ずしも同じ直線上にある必要は無く、例えば、図1(C)に示すようにN型ホストクラスタがゲスト分子とP型ホストクラスタの結合の方向に対して直角あるいはその他の角度を有していてもよい。
【0029】
本発明の一態様では、間にゲスト分子を介してN型ホストクラスタとP型ホストクラスタが近接する。すなわち、図1(D)に示されるように、N型ホストクラスタとP型ホストクラスタが、間にゲスト分子を挟みながら直線状に配列する。また、このような構造を得るためには、N型ホストクラスタとP型ホストクラスタが互いに反発するような材料で構成されることが好ましい。
【0030】
また、このような直線状のN型ホストクラスタとP型ホストクラスタよりなる列が平面的に展開すると図1(E)や図1(F)のようになる。なお、図では、横方向の相互作用が縦方向の相互作用よりも強いように書かれている(横方向のホストクラスタとゲスト分子が重なっているのに対し、縦方向では重なっていない)が、縦方向の相互作用も横方向と同じか、それ以上であってもよい。
【0031】
なお、N型ホスト、P型ホストは、電子輸送性(電子移動度)、正孔輸送性(正孔移動度)が異なるため、混合する比率はそれらに応じて決定されるとよい。また、上記において、N型ホストクラスタは複数の種類のN型ホストよりなってもよく、同様にP型ホストクラスタは複数の種類のP型ホストよりなってもよい。図1は本発明の態様のいくつかを示すが、本発明がこれらに限定されないことはいうまでもない。
【発明の効果】
【0032】
N型ホストは電子を帯びて、マイナスイオン(アニオン)となりやすく、P型ホストはプラスイオン(カチオン)となりやすい。ゲスト分子に隣接するN型ホストとP型ホストが、それぞれアニオンとカチオンとなった場合には、クーロン力等の相互作用により、ゲストに電子と正孔が移され、ゲストは励起状態となる。その後、ゲストは発光することで基底状態へと戻る。
【0033】
このような現象が、発光層の全般でおこなわれるため、どの部分のゲスト分子もほぼ同じように使用され、ゲストの過不足という問題も解消でき、熱失活も可能な限り低減できる。
【0034】
なお、上記の発光機構は、これまでのホストとゲストを用いた発光機構とは大きく異なることに注意すべきである。従来の発光機構では、1つのホスト分子が励起し、それが1つのゲスト分子に状態と移すという段階を有する。これに対し、上記の励起発光メカニズムでは、2つ以上のホスト分子から1つ以上のゲスト分子に電子と正孔が注入されることによりゲスト分子が励起する。
【0035】
N型ホスト分子とP型ホスト分子が近接して存在し、それぞれアニオン(すなわち、最低空軌道(LUMO)に電子が存在する状態)、カチオン(すなわち、最高被占軌道(HOMO)に正孔が存在する状態)となっている場合、N型ホストあるいはP型ホストのいずれかの分子が励起(すなわち、HOMOに正孔が存在し、LUMOに電子が存在する状態となること)し、他方が基底状態になるという確率は低く、それぞれアニオン、カチオンとなったままである確率が支配的である。
【0036】
もし、N型ホストとP型ホストの間に1つのゲスト分子があると、アニオンのN型ホストとカチオンのP型ホストの電荷がゲスト分子に移され、ゲスト分子が励起状態となる。なお、ゲスト分子に対する電子と正孔の注入はほぼ同時に起こる確率が高く、ゲスト分子がアニオンあるいはカチオンとなっている時間は十分に短い。
【0037】
これは、仮にゲスト分子がアニオンとなると、そのクーロン力により正孔を誘引するためである。もちろん、ゲストやN型ホスト、P型ホストの電子輸送性、正孔輸送性等の特性によって、ゲスト分子がイオン状態である時間は異なる。
【0038】
ゲスト分子が既に励起状態となっている場合には、励起から発光にいたる期間はホスト分子はゲスト分子に励起状態を移せない。したがって、従来のように、1つのホスト分子の励起状態が1つのゲスト分子に移るという機構では、あるゲスト分子が既に励起状態にあれば、隣接するホスト分子が励起状態であっても、そのゲスト分子に状態が移せず、その前にホスト分子が熱失活する確率も高い。
【0039】
一方、上記のプロセスにおいては、N型ホスト分子やP型ホスト分子は励起状態となることはまれであり、通常はアニオンやカチオンとなる。アニオンとなったN型ホスト分子やカチオンとなったP型ホスト分子は安定であり、相当の長時間にわたって、その状態を保った後、ゲストを励起できる。仮に、これらのホスト分子がイオンから中性分子になるとしても、エネルギーの損失は限られる。したがって、効率よくゲストを励起させることができる。
【0040】
例えば、第1のN型ホスト分子とゲスト分子の間に第2のN型ホスト分子が存在する場合を考える。第1のN型ホスト分子がアニオンとなったとすると、そのままでは間に第2のN型ホスト分子が存在するため、直接、ゲスト分子に状態を移すことはできない。しかし、第2のN型ホスト分子に電子を移すことで、第2のN型ホスト分子をアニオンとし、自らは中性の分子となることはできる。そして、この過程でエネルギーの損失は限られる。アニオンとなった第2のN型ホスト分子は隣接するゲスト分子にすみやかに電子を移すことができる。
【0041】
なお、N型ホストの電子輸送性、正孔輸送性、P型ホストの電子輸送性、正孔輸送性は異なるものである。例えば、N型ホストの電子移動度が、P型ホストの正孔移動度よりも小さい場合には、N型ホストの比率を高めて、発光層中の電子の分布の拡がりを大きくするとよい。その結果、発光層内で全般的に発光が生じる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明のさまざまな態様の例を説明する図。
【図2】従来の発光機構の様子を説明する図。
【図3】実施の形態1を説明する図。
【図4】実施の形態1を説明する図。
【図5】実施例1の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図6】実施例1の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図7】実施例1の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。
【図8】実施例1の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図9】実施例1の発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図10】実施例1の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。
【図11】実施例2の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図12】実施例2の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図13】実施例2の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。
【図14】実施例2の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図15】実施例2の発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図16】実施例2の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。
【図17】実施例3の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図18】実施例3の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図19】実施例3の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。
【図20】実施例3の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図21】実施例3の発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図22】実施例4の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図23】実施例4の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図24】実施例4の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。
【図25】実施例4の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図26】実施例4の発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図27】実施例4の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。
【図28】実施例5の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図29】実施例5の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図30】実施例5の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。
【図31】実施例5の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図32】実施例5の発光素子の発光スペクトルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【0043】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態およ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、以下の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。
【0044】
(実施の形態1)
本実施の形態では、N型ホスト、P型ホスト、ゲストに用いる材料の例を示す。図3(A)にはN型ホストとして用いることのできる、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)の分子構造式を示す。一般に、ベンゼン環のような6員芳香環の構成原子に、窒素原子のような炭素よりも電気陰性度が大きい原子(ヘテロ原子)を導入するとヘテロ原子に環上のπ電子が引きつけられ、芳香環は電子不足となりやすい。図の点線で囲まれた部分Aはπ電子が不足している部位を示し、この部分で電子をトラップしやすい。一般に6員環のヘテロ芳香族化合物はN型ホストとなりやすい。
【0045】
図3(B)にはP型ホストに用いることのできる、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)の分子構造式を示す。一般に、窒素原子が、ベンゼン環のような芳香環の外側にあって環と結合すると、窒素原子の非共有電子対がベンゼン環に供与されて電子過剰となり電子を放出しやすくなる(すなわち、正孔をトラップしやすくなる)。図において点線で囲まれた部分Bはπ電子が過剰となっている部位を示し、この部分で電子を放出(正孔をトラップ)しやすい。
【0046】
他にも、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)もP型ホストとして利用できる。一般に芳香族アミン化合物はP型ホストとなりやすい。しかしながら、9−フェニル−9H−3−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)カルバゾール(略称:PCCP)のような非アミン化合物であってもP型ホストとして作用する。
【0047】
図3(C)は、ゲストに用いることのできる、(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)2(acac)])の分子構造式を示す。一般にイリジウム錯体は、MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer)励起状態という励起状態を形成する。これは、金属原子の軌道上にある電子が、配位子の軌道上に励起される状態であり、HOMOが金属原子付近に、LUMOが配位子付近に存在することを意味する。
【0048】
ゲストには他に、ビス(3,5−ジメチル−2−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(mppr−Me)2(dpm)])やビス(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)2(dpm)])等も用いることができる。
【0049】
図3(C)に示すように電子は点線で囲まれた部分Cにある配位子にトラップされ、正孔は点線に囲まれた部分Dに示される金属原子(ここではIr)から配位子にかけての領域でトラップされる。
【0050】
以上のようなN型ホスト、P型ホスト、ゲストを用いて効率よく発光をおこなうには、図3(A)に示すN型ホスト分子の点線で囲まれた部分Aと図3(C)に示すゲスト分子の点線で囲まれた部分Cが近接し、図3(B)に示すP型ホスト分子の点線で囲まれた部分Bと図3(C)に示すゲスト分子の点線で囲まれた部分Dが近接することが好ましい。
【0051】
より一般的にはN型ホスト分子のヘテロ芳香環(図4ではキノキサリン骨格)とゲスト分子の配位子の末端(図4ではフェニルピリミジン部位)が近接し、P型ホスト分子の芳香族アミンとゲスト分子の金属原子−ベンゼン骨格が近接するとよい。このように、N型ホスト分子とP型ホスト分子がゲスト分子を介して近接する構造はこれまで知られていないものである。本明細書では、Guest Coupled with Complementary Hosts(GCCH)という。その例を図4に示す。
【0052】
図4に示す構造の発光体に電子と正孔が注入された場合、電子はN型ホスト分子の点線部分Aにトラップされ、その後、速やかに、それに近接するゲスト分子の点線部分Cに移る。また、正孔はP型ホスト分子の点線部分Bにトラップされ、その後、速やかに、それに近接するゲスト分子の点線部分Dに移る。その結果、ゲスト分子は励起状態となり、これが基底状態となる際に発光する。
【0053】
N型ホスト分子あるいはP型ホスト分子からキャリアがゲスト分子に移り、ゲスト分子が励起状態になるまでに熱失活によるエネルギーの損失は極めて少なく、効率の高い発光が得られる。また、このような励起および発光は、発光層中にある発光体のほぼ全てで同様に起こるため個々の発光体にかかる負荷が小さく、発光体の寿命も長くなる。
【実施例1】
【0054】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。
【0055】
【化1】
【0056】
以下に、本実施例の発光素子1および比較発光素子2の作製方法を示す。
【0057】
(発光素子1)
まず、ガラス基板上に、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て成膜し、陽極として機能する第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。
【0058】
次に、基板上に発光素子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。
【0059】
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。
【0060】
次に、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−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)と酸化モリブデン(VI)を共蒸着することで、正孔注入層を形成した。その膜厚は、40nmとし、BPAFLPと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:2(=BPAFLP:酸化モリブデン)となるように調節した。
【0061】
次に、正孔注入層上に、BPAFLPを20nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
【0062】
さらに、2mDBTPDBq−II、PCBNBB、および[Ir(mppr−Me)2(dpm)]を共蒸着し、正孔輸送層上に発光層を形成した。ここで、2mDBTPDBq−II、PCBNBBおよび[Ir(mppr−Me)2(dpm)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:PCBNBB:[Ir(mppr−Me)2(dpm)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は40nmとした。
【0063】
次に、発光層上に2mDBTPDBq−IIを膜厚10nmとなるよう成膜し、第1の電子輸送層を形成した。
【0064】
次に、第1の電子輸送層上に、バソフェナントロリン(略称:BPhen)を膜厚20nmとなるように成膜し、第2の電子輸送層を形成した。
【0065】
さらに、第2の電子輸送層上に、フッ化リチウム(LiF)を1nmの膜厚で蒸着し、電子注入層を形成した。
【0066】
最後に、陰極として機能する第2の電極として、アルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着することで、本実施例の発光素子1を作製した。
【0067】
(比較発光素子2)
比較発光素子2の発光層は、2mDBTPDBq−IIおよび[Ir(mppr−Me)2(dpm)]を共蒸着することで形成した。ここで、2mDBTPDBq−IIおよび[Ir(mppr−Me)2(dpm)]の重量比は、1:0.05(=2mDBTPDBq−II:[Ir(mppr−Me)2(dpm)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は40nmとした。発光層以外は、発光素子1と同様に作製した。
【0068】
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。
【0069】
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。本実施例においては、2mDBTPDBq−IIがN型ホスト、PCBNBBがP型ホスト、[Ir(mppr−Me)2(dpm)]がゲストである。すなわち、発光素子1では、N型ホストとP型ホストが共に発光層内にあるのに対し、比較発光素子2では、P型ホストが発光層に存在しない。
【0070】
【表1】
【0071】
これらの発光素子を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
【0072】
発光素子1および比較発光素子2の電流密度−輝度特性を図5に示す。図5において、横軸は電流密度(mA/cm2)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、電圧−輝度特性を図6に示す。図6において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、輝度−電流効率特性を図7に示す。図7において、横軸は輝度(cd/m2)を、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図8に示す。図8において、横軸は、輝度(cd/m2)を、縦軸は外部量子効率(%)を示す。
【0073】
また、発光素子1および比較発光素子2における輝度1000cd/m2付近のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm2)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表2に示す。
【0074】
【表2】
【0075】
また、発光素子1および比較発光素子2に0.1mAの電流を流した際の発光スペクトルを、図9に示す。図9において、横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。また、表2に示す通り、輝度1200cd/m2の時の発光素子1のCIE色度座標は(x,y)=(0.56,0.44)であり、輝度960cd/m2の時の比較発光素子2のCIE色度座標は(x,y)=(0.55,0.44)であった。この結果から、発光素子1および比較発光素子2は、[Ir(mppr−Me)2(dpm)]に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
【0076】
表2および図5乃至図8からわかるように、発光素子1は、比較発光素子2に比べて、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。一般に、発光体からの光を外部に取り出すに際しては、基板その他と大気との間で全反射がおこり、内部量子効率の25%乃至30%しか外部に光を取り出せないとされている。このことを考慮すると、比較発光素子2ではせいぜい、内部量子効率は60%弱であると推定されるが、発光素子1は内部量子効率が80%以上にまで高まっていると推定できる。以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、外部量子効率の高い素子を実現できることが示された。
【0077】
次に、発光素子1および比較発光素子2の信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図10に示す。図10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。信頼性試験は、初期輝度を5000cd/m2に設定し、電流密度一定の条件で発光素子1および比較発光素子2を駆動した。
【0078】
比較発光素子2は、120時間後の輝度が、初期輝度の58%であった。また、発光素子1は、630時間後の輝度が、初期輝度の65%であった。この結果から、発光素子1は、比較発光素子2に比べて、寿命の長い素子であることがわかった。以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、信頼性の高い素子を実現できることが示された。
【実施例2】
【0079】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、先の実施例で用いた材料の化学式は省略する。
【0080】
【化2】
【0081】
以下に、本実施例の発光素子3の作製方法を示す。
【0082】
(発光素子3)
まず、ガラス基板上に、ITSOをスパッタリング法にて成膜し、陽極として機能する第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。
【0083】
次に、基板上に発光素子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。
【0084】
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。
【0085】
次に、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、BPAFLPと酸化モリブデン(VI)を共蒸着することで、正孔注入層を形成した。その膜厚は、40nmとし、BPAFLPと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:2(=BPAFLP:酸化モリブデン)となるように調節した。
【0086】
次に、正孔注入層上に、BPAFLPを20nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
【0087】
さらに、2mDBTPDBq−II、PCBNBB、および[Ir(dppm)2(acac)]を共蒸着し、正孔輸送層上に発光層を形成した。ここで、2mDBTPDBq−II、PCBNBBおよび[Ir(dppm)2(acac)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:PCBNBB:[Ir(dppm)2(acac)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は40nmとした。
【0088】
次に、発光層上に2mDBTPDBq−IIを膜厚10nmとなるよう成膜し、第1の電子輸送層を形成した。
【0089】
次に、第1の電子輸送層上に、BPhenを膜厚20nmとなるように成膜し、第2の電子輸送層を形成した。
【0090】
さらに、第2の電子輸送層上に、LiFを1nmの膜厚で蒸着し、電子注入層を形成した。
【0091】
最後に、陰極として機能する第2の電極として、アルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着することで、本実施例の発光素子3を作製した。
【0092】
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。
【0093】
以上により得られた発光素子3の素子構造を表3に示す。
【0094】
【表3】
【0095】
発光素子3を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
【0096】
発光素子3の電流密度−輝度特性を図11に示す。図11において、横軸は電流密度(mA/cm2)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、電圧−輝度特性を図12に示す。図12において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、輝度−電流効率特性を図13に示す。図13において、横軸は輝度(cd/m2)を、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図14に示す。図14において、横軸は、輝度(cd/m2)を、縦軸は外部量子効率(%)を示す。
【0097】
また、発光素子3における輝度1100cd/m2のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm2)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表4に示す。
【0098】
【表4】
【0099】
また、発光素子3に0.1mAの電流を流した際の発光スペクトルを、図15に示す。図15において、横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。また、表4に示す通り、輝度1100cd/m2の時の発光素子3のCIE色度座標は(x,y)=(0.54,0.46)であった。この結果から、発光素子3は、[Ir(dppm)2(acac)]に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
【0100】
表4および図11乃至図14からわかるように、発光素子3は、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。特に、輝度1100cd/m2の時の外部量子効率が28%と極めて高い値を示した。これは内部量子効率に換算すると、90%以上となる。以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、外部量子効率の高い素子を実現できることが示された。
【0101】
次に、発光素子3の信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図16に示す。図16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。
【0102】
信頼性試験は、初期輝度を5000cd/m2に設定し、電流密度一定の条件で発光素子3を駆動した。320時間後の輝度について、発光素子3は、初期輝度の92%を保っていた。以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、信頼性の高い素子を実現できることが示された。
【実施例3】
【0103】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、先の実施例で用いた材料の化学式は省略する。
【0104】
【化3】
【0105】
以下に、本実施例の発光素子4及び比較発光素子5の作製方法を示す。
【0106】
(発光素子4)
まず、ガラス基板上に、ITSOをスパッタリング法にて成膜し、陽極として機能する第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。
【0107】
次に、基板上に発光素子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。
【0108】
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。
【0109】
次に、第1の電極が形成された面が下方となるように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’,4’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリ(ジベンゾチオフェン)(略称:DBT3P−II)と酸化モリブデン(VI)を共蒸着することで、正孔注入層を形成した。その膜厚は、40nmとし、DBT3P−IIと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:2(=DBT3P−II:酸化モリブデン)となるように調節した。
【0110】
次に、正孔注入層上に、BPAFLPを20nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
【0111】
さらに、2mDBTPDBq−II、NPB、及び[Ir(dppm)2(acac)]を共蒸着し、正孔輸送層上に発光層を形成した。ここで、2mDBTPDBq−II、NPB及び[Ir(dppm)2(acac)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:NPB:[Ir(dppm)2(acac)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は40nmとした。
【0112】
次に、発光層上に2mDBTPDBq−IIを膜厚10nmとなるよう成膜し、第1の電子輸送層を形成した。
【0113】
次に、第1の電子輸送層上に、BPhenを膜厚20nmとなるように成膜し、第2の電子輸送層を形成した。
【0114】
さらに、第2の電子輸送層上に、LiFを1nmの膜厚で蒸着し、電子注入層を形成した。
【0115】
最後に、陰極として機能する第2の電極として、アルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着することで、本実施例の発光素子4を作製した。
【0116】
(比較発光素子5)
比較発光素子5の発光層は、2mDBTPDBq−II及び[Ir(dppm)2(acac)]を共蒸着することで形成した。ここで、2mDBTPDBq−II及び[Ir(dppm)2(acac)]の重量比は、1:0.05(=2mDBTPDBq−II:[Ir(dppm)2(acac)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は40nmとした。発光層以外は、発光素子4と同様に作製した。
【0117】
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。
【0118】
以上により得られた発光素子4及び比較発光素子5の素子構造を表5に示す。
【0119】
【表5】
【0120】
これらの発光素子を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
【0121】
発光素子4及び比較発光素子5の電流密度−輝度特性を図17に示す。図17において、横軸は電流密度(mA/cm2)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、電圧−輝度特性を図18に示す。図18において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、輝度−電流効率特性を図19に示す。図19において、横軸は輝度(cd/m2)を、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図20に示す。図20において、横軸は、輝度(cd/m2)を、縦軸は外部量子効率(%)を示す。
【0122】
また、発光素子4及び比較発光素子5における輝度1000cd/m2付近のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm2)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表6に示す。
【0123】
【表6】
【0124】
また、発光素子4及び比較発光素子5に0.1mAの電流を流した際の発光スペクトルを、図21に示す。図21において、横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。また、表6に示す通り、輝度1100cd/m2の時の発光素子4のCIE色度座標は(x,y)=(0.57,0.43)であり、輝度830cd/m2の時の比較発光素子5のCIE色度座標は(x,y)=(0.56,0.44)であった。この結果から、発光素子4及び比較発光素子5は、[Ir(dppm)2(acac)]に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
【0125】
表6及び図17乃至図20からわかるように、発光素子4は、比較発光素子5に比べて、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、外部量子効率の高い素子を実現できることが示された。
【実施例4】
【0126】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、先の実施例で用いた材料の化学式は省略する。
【0127】
【化4】
【0128】
以下に、本実施例の発光素子6及び比較発光素子7の作製方法を示す。
【0129】
(発光素子6)
発光素子6の発光層は、2mDBTPDBq−II、NPB、及び[Ir(tppr)2(dpm)]を共蒸着することで形成した。ここで、2mDBTPDBq−II、NPB及び[Ir(tppr)2(dpm)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:NPB:[Ir(tppr)2(dpm)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は40nmとした。発光層以外は、実施例3に示した発光素子4と同様に作製した。
【0130】
(比較発光素子7)
比較発光素子7の発光層は、2mDBTPDBq−II及び[Ir(tppr)2(dpm)]を共蒸着することで形成した。ここで、2mDBTPDBq−II及び[Ir(tppr)2(dpm)]の重量比は、1:0.05(=2mDBTPDBq−II:[Ir(tppr)2(dpm)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は40nmとした。発光層以外は、実施例3に示した発光素子4と同様に作製した。
【0131】
以上により得られた発光素子6及び比較発光素子7の素子構造を表7に示す。
【表7】
【0132】
これらの発光素子を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
【0133】
発光素子6及び比較発光素子7の電流密度−輝度特性を図22に示す。図22において、横軸は電流密度(mA/cm2)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、電圧−輝度特性を図23に示す。図23において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、輝度−電流効率特性を図24に示す。図24において、横軸は輝度(cd/m2)を、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図25に示す。図25において、横軸は、輝度(cd/m2)を、縦軸は外部量子効率(%)を示す。
【0134】
また、発光素子6及び比較発光素子7における輝度1000cd/m2付近のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm2)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表8に示す。
【0135】
【表8】
【0136】
また、発光素子6及び比較発光素子7に0.1mAの電流を流した際の発光スペクトルを、図26に示す。図26において、横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。また、表8に示す通り、輝度1100cd/m2の時の発光素子6のCIE色度座標は(x,y)=(0.66,0.34)であり、輝度1000cd/m2の時の比較発光素子7のCIE色度座標は(x,y)=(0.66,0.34)であった。この結果から、発光素子6及び比較発光素子7は、[Ir(tppr)2(dpm)]に由来する赤色発光が得られたことがわかった。
【0137】
表8及び図22乃至図25からわかるように、発光素子6は、比較発光素子7に比べて、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、外部量子効率の高い素子を実現できることが示された。
【0138】
次に、発光素子6及び比較発光素子7の信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図27に示す。図27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。
【0139】
信頼性試験は、初期輝度を5000cd/m2に設定し、電流密度一定の条件で発光素子6及び比較発光素子7を駆動した。
【0140】
比較発光素子7は、97時間後の輝度が、初期輝度の63%であった。また、発光素子6は、98時間後の輝度が、初期輝度の87%であった。この結果から、発光素子6は、比較発光素子7に比べて、寿命の長い素子であることがわかった。
【0141】
以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、信頼性の高い素子を実現できることが示された。
【実施例5】
【0142】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、先の実施例で用いた材料の化学式は省略する。
【0143】
【化5】
【0144】
以下に、本実施例の発光素子8及び発光素子9の作製方法を示す。
【0145】
(発光素子8)
まず、ガラス基板上に、ITSOをスパッタリング法にて成膜し、陽極として機能する第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。
【0146】
次に、基板上に発光素子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。
【0147】
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。
【0148】
次に、第1の電極が形成された面が下方となるように、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、BPAFLPと酸化モリブデン(VI)を共蒸着することで、正孔注入層を形成した。その膜厚は、40nmとし、BPAFLPと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:2(=BPAFLP:酸化モリブデン)となるように調節した。
【0149】
次に、正孔注入層上に、BPAFLPを20nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
【0150】
さらに、2mDBTPDBq−II、PCBNBB、及び[Ir(mppr−Me)2(dpm)]を共蒸着し、正孔輸送層上に発光層を形成した。ここで、2mDBTPDBq−II、PCBNBB及び[Ir(mppr−Me)2(dpm)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:PCBNBB:[Ir(mppr−Me)2(dpm)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は20nmとした。
【0151】
次に、発光層上に2mDBTPDBq−II、PCBNBB、及び[Ir(mppr−Me)2(dpm)]を共蒸着し、発光層上に第1の電子輸送層を形成した。ここで、2mDBTPDBq−II、PCBNBB及び[Ir(mppr−Me)2(dpm)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:PCBNBB:[Ir(mppr−Me)2(dpm)])となるように調節した。また、第1の電子輸送層の膜厚は40nmとした。
【0152】
次に、第1の電子輸送層上に、BPhenを膜厚10nmとなるように成膜し、第2の電子輸送層を形成した。
【0153】
さらに、第2の電子輸送層上に、LiFを1nmの膜厚で蒸着し、電子注入層を形成した。
【0154】
最後に、陰極として機能する第2の電極として、アルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着することで、本実施例の発光素子8を作製した。
【0155】
(発光素子9)
発光素子9の発光層は、2mDBTPDBq−II、PCCP及び[Ir(mppr−Me)2(dpm)]を共蒸着することで形成した。ここで、2mDBTPDBq−II、PCCP及び[Ir(mppr−Me)2(dpm)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:PCCP:[Ir(mppr−Me)2(dpm)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は20nmとした。発光層以外は、発光素子8と同様に作製した。
【0156】
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。
【0157】
以上により得られた発光素子8及び発光素子9の素子構造を表9に示す。なお、第1の電極、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、第2の電極の構成は実施例1と同じなので省略する。これらは表1を参照すればよい。
【0158】
【表9】
【0159】
これらの発光素子を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
【0160】
発光素子8及び発光素子9の電流密度−輝度特性を図28に示す。図28において、横軸は電流密度(mA/cm2)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、電圧−輝度特性を図29に示す。図29において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、輝度−電流効率特性を図30に示す。図30において、横軸は輝度(cd/m2)を、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図31に示す。図31において、横軸は、輝度(cd/m2)を、縦軸は外部量子効率(%)を示す。
【0161】
また、発光素子8及び発光素子9における輝度1200cd/m2のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm2)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表10に示す。
【0162】
【表10】
【0163】
また、発光素子8及び発光素子9に0.1mAの電流を流した際の発光スペクトルを、図32に示す。図32において、横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。また、表10に示す通り、輝度1200cd/m2の時の発光素子8のCIE色度座標は(x,y)=(0.54,0.45)であり、輝度1200cd/m2の時の発光素子9のCIE色度座標は(x,y)=(0.54,0.46)であった。この結果から、発光素子8及び発光素子9は、[Ir(mppr−Me)2(dpm)]に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
【0164】
表10及び図28乃至図31からわかるように、発光素子8と発光素子9は、電流効率、パワー効率、外部量子効率が同程度の値を示した。発光素子8と発光素子9の違いは、発光層に使用されているP型ホストであり、発光素子8が芳香族アミンであるPCBNBBを使用しているのに対し、発光素子9は非アミンであるPCCPを使用している。しかしながら、特性にほとんど差が認められないことから、P型ホストとして非アミンを用いても良好な特性が得られることがわかった。
【符号の説明】
【0165】
P−HC P型ホストクラスタ
N−HC N型ホストクラスタ
G ゲスト分子
EML 発光層
【技術分野】
【0001】
本発明は、キャリア注入型の有機エレクトロ・ルミネッセンス(EL)に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、発光装置、表示装置として有機ELに関心が集まっている(非特許文献1および非特許文献2参照)。そして、有機ELの発光現象を応用した製品が実用化されつつある(例えば、特許文献1参照)。通常、発光材料の取りうる励起状態は、一重項励起状態と三重項励起状態の2種類あり、前者は確率論的に後者の3分の1程度であると考えられている。
【0003】
発光材料の基底状態は一重項状態であり、通常の有機分子では、一重項励起状態から基底状態への遷移は可能であるが、三重項励起状態から基底状態への遷移は禁制である。すなわち、一重項励起状態が基底状態へ遷移することで発光することはできるが、多くの場合、三重項励起状態から基底状態へ直接、遷移することはなく、さまざまな準位を経過して基底状態へ到達する。その経過において、エネルギーは光ではなく熱として放出される。このような現象を熱失活という。
【0004】
上述の通り、一重項励起状態となる確率は三重項励起状態となる確率の3分の1であるので、発光材料に注入されたエネルギーの多くは三重項励起状態を経て熱として失われるため効率が悪く、また、多くの発熱を伴うため有機材料の劣化の原因ともなる。
【0005】
このような問題を解決するため、発光材料の中に、重金属(特にイリジウム)を有する有機材料を5%程度添加することで、発光効率を高める技術が開発された(非特許文献1参照)。このような技術においては、主成分をホスト、添加する有機材料をゲスト(あるいはドーパント)と呼ぶ。
【0006】
この技術においては、三重項励起状態にあるホスト分子は、その状態をゲスト分子に移すことにより、基底状態に戻り、ゲスト分子は逆にホスト分子から励起状態を受け継いで、三重項励起状態となる。ゲスト分子は、スピン軌道相互作用により三重項励起状態から発光して基底状態となることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】米国特許公開2011/0001146号公報
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】M.A.Baldo, S.Lamansky, P.E.Burrows, M.E.Thompson, S.R.Forrest, ”Very high−efficiency green organic light−emitting devices based on electrophosphorescence”, Appl.Phys.Lett., pp.4, vol.75, 1999.
【非特許文献2】Vi−En Choong, Song Shi, Jay Curless, Chan−Long Shieh, H.−C. Lee,and Franky So, ”Organic light−emitting diodes with a bipolar transport layer”, Appli. Phys. Lett., pp.172−174, vol. 75, 1999.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、ホストとなる物質は、電子あるいは正孔のいずれか一方の輸送性は高いものの、他方の輸送性は劣ることが通常であり、そのため、発光層の中において、発光が生じる部分は、輸送性の低いキャリアが注入される電極に近い領域で生じると想定される。そのため、本来、得られるべき効率より低い効率でしか得られていない上、本来、想定される場合より劣化が大きいものと考えられる。
【0010】
例えば、あるホストが電子輸送性に優れた材料である場合、相対的にそのホストの正孔輸送性は劣るため、そのようなホストを有する発光層(EML)においては、図2(A)に示すように、正孔と電子の再結合およびそれに伴う発光は、もっぱら正極側で生じることとなる。一方、発光層の中央より負極側では、発光がほとんど起こらないと想定される。
【0011】
すなわち、この発光層においては、図2(B)に示すように電子は負極から発光のおこる領域にかけて比較的多い状態を維持する。正極近傍で電子の数が低下するのは発光により消費されるためである。一方、正孔は正極近傍に偏ることとなる。この結果、発光は正極近傍で起こることとなる。このように、偏った部分でのみ発光が起こると、その部分のみが劣化しやすくなる。
【0012】
また、ゲスト分子は発光層に均等にドーピングされているが、上記のように発光が偏った部分で起こると、発光が起こらない部分のゲスト分子は全く使用されず、一方で発光が起こる部分のゲスト分子は常に励起と発光を繰り返すこととなり、発光が起こる部分ではゲスト分子が不足するという事態ともなる。そのため、ゲスト分子に状態を移行できないまま熱失活して基底状態へ戻るホスト分子も多くなる。このようなホスト分子の存在は発光効率の低下をもたらす。
【0013】
また、ゲストは高濃度にドーピングすると発光効率の低下を招くことからホストの5%程度以下の濃度とされるが、その場合、ホスト分子の相当量が、ゲスト分子との間に他のホスト分子を挟むこととなる。ホスト分子が励起状態となる場合、ゲスト分子が励起状態のホスト分子に隣接した場合の方が、状態がゲスト分子に移りやすいのであるが、ホスト分子から離れているとゲスト分子に状態を移すことが困難となり、熱失活しやすい。
【0014】
発光層の厚さはせいぜい100nmと薄く、以上の事実を確認することは技術的に困難であるため、いまだにその問題すら知られていないともいえる。しかし、本発明者はそのような問題があり、それらの問題を解決できれば、これまで得られているより高い効率の発光を実現させることができ、また、これまでより劣化の少ない表示装置を提供できると考えた。すなわち、本発明は上記のような問題点を根本的に解決する理論を提供し、その理論に基づいた新しいEL発光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明者は、ある程度の空間的な拡がりの中でゲスト分子が発光する原理を提案する。上述のように、一つのホストは、あるキャリア輸送性が著しく劣ったり、あるキャリア輸送性のみが大きかったりするため、発光する領域が限定されることとなる。発光する領域を広げるには、キャリアの分布を広くすることであるが、そのためには発光層の電子輸送性と正孔輸送性をバランスよく高めることが必要である。
【0016】
それを実現するための方法として、発光層のホスト分子を電子輸送性の高い材料(N型ホストという)の分子等と正孔輸送性の高い材料(P型ホスト)の分子等を共に含むように構成することが好ましい。例えば、N型ホストとP型ホストを混合した材料をホストとする。その結果、発光層全般で発光が起こることとなる。
【0017】
ただし、このようにキャリアが移動しやすくなると、発光に寄与しないまま正極に到達する電子や負極に到達する正孔も増加する。そこで、発光層での発光を効率的におこなうことが求められる。発光層での発光が効率的におこなわれれば、発光に寄与しないまま正極に到達する電子や負極に到達する正孔は減少する。
【0018】
発光を効率的におこなうには、発光層内に1つ以上のN型ホストの分子よりなる領域(N型ホストクラスタという)と1つ以上のP型ホストの分子よりなる領域(P型ホストクラスタ)が多数分散した状態とするとよい。例えば、発光層の厚さ方向(キャリアの移動方向)に少なくとも10個以上のN型ホストクラスタとP型ホストクラスタが交互に存在するようにするとよい。
【0019】
また、N型ホストクラスタとP型ホストクラスタが隣接することを避け、N型ホストクラスタとP型ホストクラスタの間にはゲスト分子(あるいは1つ以上のゲスト分子よりなる領域(ゲストクラスタ))を1つ以上設けることが好ましい。
【0020】
すなわち、本発明の一態様は、1つ以上のゲスト分子よりなるゲストクラスタと、1つ以上のN型ホスト分子よりなるN型クラスタと、1つ以上のP型ホスト分子よりなるP型クラスタと、を有し、N型ホストクラスタとP型ホストクラスタが、ゲストクラスタを間に挟んだ構造を有する有機発光体である。ここで、N型ホストは電子輸送性の高い材料であり、P型ホストは正孔輸送性の高い材料である。そのような材料は、特許文献1に記載されているホスト材料の中から選択されてもよい。
【0021】
また、本発明の他の一態様は、上記の有機発光体を有する発光層である。また、本発明の他の一態様は、上記発光層を有する発光素子である。左記発光素子は、2つ以上の上記発光層を有してもよい。また、2つ以上の上記発光層を有する場合には、それぞれの発光層の発する光の波長は異なってもよい。
【0022】
また、上記発光素子には、他に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、電子リレー層、中間層等を有してもよい。また、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、電子リレー層、中間層を構成する材料は、例えば、特許文献1記載の材料を適宜用いればよい。
【0023】
また、本発明の他の一態様は、上記の発光層を有するパッシブマトリクス型表示装置、アクティブマトリクス型表示装置、照明装置である。パッシブマトリクス型表示装置、アクティブマトリクス型表示装置、照明装置の詳細については、特許文献1を参照できる。
【0024】
図1に本発明の概念図のいくつかを示す。図1(A)に示されるのは、最も基本的な構造であり、N型ホストクラスタ(図中でN−HCと表記)とP型ホストクラスタ(P−HC)がゲスト分子(G)と分子間力により結合する。すなわち、ゲスト分子とN型ホストクラスタおよびゲスト分子とP型ホストクラスタの間に何らかの相互作用が働いている場合を示す。相互作用としてはファンデルワールス力のようなものであってもよいし、水素結合のようなものであってもよい。
【0025】
図1において、ゲスト分子やN型ホストクラスタ、P型ホストクラスタ間の重なりの大小は、それらの間に働く相互作用の大きさを相対的に示すものである。相互作用が強い場合には、分子の軌道が重なって、1つの分子とみなせる状態となっていることもある。また、例えば、N型クラスタが他のP型クラスタやゲスト分子から離れて書かれていても、何らかの相互作用が働いている。
【0026】
例えば、ゲスト分子とP型ホストクラスタの間には相当な相互作用が働くが、ゲスト分子とN型ホストクラスタの間の相互作用は、それよりも弱い場合もありえる。そのような場合は、図1(B)のように表記できる。
【0027】
なお、このような場合であっても、ゲスト分子とN型ホストクラスタの間に他の分子がなければ本発明を実施するうえで大きな障害とはならない。同様に、ゲスト分子とN型ホストクラスタおよびゲスト分子とP型ホストクラスタの間の相互作用が著しく弱い場合でも、ゲスト分子の隣にそれらがあればよい。もちろん、相互作用が強いほうが、後述する電子状態の移動には都合がよい。
【0028】
また、N型ホストクラスタ、ゲスト分子、P型ホストクラスタは必ずしも同じ直線上にある必要は無く、例えば、図1(C)に示すようにN型ホストクラスタがゲスト分子とP型ホストクラスタの結合の方向に対して直角あるいはその他の角度を有していてもよい。
【0029】
本発明の一態様では、間にゲスト分子を介してN型ホストクラスタとP型ホストクラスタが近接する。すなわち、図1(D)に示されるように、N型ホストクラスタとP型ホストクラスタが、間にゲスト分子を挟みながら直線状に配列する。また、このような構造を得るためには、N型ホストクラスタとP型ホストクラスタが互いに反発するような材料で構成されることが好ましい。
【0030】
また、このような直線状のN型ホストクラスタとP型ホストクラスタよりなる列が平面的に展開すると図1(E)や図1(F)のようになる。なお、図では、横方向の相互作用が縦方向の相互作用よりも強いように書かれている(横方向のホストクラスタとゲスト分子が重なっているのに対し、縦方向では重なっていない)が、縦方向の相互作用も横方向と同じか、それ以上であってもよい。
【0031】
なお、N型ホスト、P型ホストは、電子輸送性(電子移動度)、正孔輸送性(正孔移動度)が異なるため、混合する比率はそれらに応じて決定されるとよい。また、上記において、N型ホストクラスタは複数の種類のN型ホストよりなってもよく、同様にP型ホストクラスタは複数の種類のP型ホストよりなってもよい。図1は本発明の態様のいくつかを示すが、本発明がこれらに限定されないことはいうまでもない。
【発明の効果】
【0032】
N型ホストは電子を帯びて、マイナスイオン(アニオン)となりやすく、P型ホストはプラスイオン(カチオン)となりやすい。ゲスト分子に隣接するN型ホストとP型ホストが、それぞれアニオンとカチオンとなった場合には、クーロン力等の相互作用により、ゲストに電子と正孔が移され、ゲストは励起状態となる。その後、ゲストは発光することで基底状態へと戻る。
【0033】
このような現象が、発光層の全般でおこなわれるため、どの部分のゲスト分子もほぼ同じように使用され、ゲストの過不足という問題も解消でき、熱失活も可能な限り低減できる。
【0034】
なお、上記の発光機構は、これまでのホストとゲストを用いた発光機構とは大きく異なることに注意すべきである。従来の発光機構では、1つのホスト分子が励起し、それが1つのゲスト分子に状態と移すという段階を有する。これに対し、上記の励起発光メカニズムでは、2つ以上のホスト分子から1つ以上のゲスト分子に電子と正孔が注入されることによりゲスト分子が励起する。
【0035】
N型ホスト分子とP型ホスト分子が近接して存在し、それぞれアニオン(すなわち、最低空軌道(LUMO)に電子が存在する状態)、カチオン(すなわち、最高被占軌道(HOMO)に正孔が存在する状態)となっている場合、N型ホストあるいはP型ホストのいずれかの分子が励起(すなわち、HOMOに正孔が存在し、LUMOに電子が存在する状態となること)し、他方が基底状態になるという確率は低く、それぞれアニオン、カチオンとなったままである確率が支配的である。
【0036】
もし、N型ホストとP型ホストの間に1つのゲスト分子があると、アニオンのN型ホストとカチオンのP型ホストの電荷がゲスト分子に移され、ゲスト分子が励起状態となる。なお、ゲスト分子に対する電子と正孔の注入はほぼ同時に起こる確率が高く、ゲスト分子がアニオンあるいはカチオンとなっている時間は十分に短い。
【0037】
これは、仮にゲスト分子がアニオンとなると、そのクーロン力により正孔を誘引するためである。もちろん、ゲストやN型ホスト、P型ホストの電子輸送性、正孔輸送性等の特性によって、ゲスト分子がイオン状態である時間は異なる。
【0038】
ゲスト分子が既に励起状態となっている場合には、励起から発光にいたる期間はホスト分子はゲスト分子に励起状態を移せない。したがって、従来のように、1つのホスト分子の励起状態が1つのゲスト分子に移るという機構では、あるゲスト分子が既に励起状態にあれば、隣接するホスト分子が励起状態であっても、そのゲスト分子に状態が移せず、その前にホスト分子が熱失活する確率も高い。
【0039】
一方、上記のプロセスにおいては、N型ホスト分子やP型ホスト分子は励起状態となることはまれであり、通常はアニオンやカチオンとなる。アニオンとなったN型ホスト分子やカチオンとなったP型ホスト分子は安定であり、相当の長時間にわたって、その状態を保った後、ゲストを励起できる。仮に、これらのホスト分子がイオンから中性分子になるとしても、エネルギーの損失は限られる。したがって、効率よくゲストを励起させることができる。
【0040】
例えば、第1のN型ホスト分子とゲスト分子の間に第2のN型ホスト分子が存在する場合を考える。第1のN型ホスト分子がアニオンとなったとすると、そのままでは間に第2のN型ホスト分子が存在するため、直接、ゲスト分子に状態を移すことはできない。しかし、第2のN型ホスト分子に電子を移すことで、第2のN型ホスト分子をアニオンとし、自らは中性の分子となることはできる。そして、この過程でエネルギーの損失は限られる。アニオンとなった第2のN型ホスト分子は隣接するゲスト分子にすみやかに電子を移すことができる。
【0041】
なお、N型ホストの電子輸送性、正孔輸送性、P型ホストの電子輸送性、正孔輸送性は異なるものである。例えば、N型ホストの電子移動度が、P型ホストの正孔移動度よりも小さい場合には、N型ホストの比率を高めて、発光層中の電子の分布の拡がりを大きくするとよい。その結果、発光層内で全般的に発光が生じる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明のさまざまな態様の例を説明する図。
【図2】従来の発光機構の様子を説明する図。
【図3】実施の形態1を説明する図。
【図4】実施の形態1を説明する図。
【図5】実施例1の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図6】実施例1の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図7】実施例1の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。
【図8】実施例1の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図9】実施例1の発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図10】実施例1の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。
【図11】実施例2の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図12】実施例2の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図13】実施例2の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。
【図14】実施例2の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図15】実施例2の発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図16】実施例2の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。
【図17】実施例3の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図18】実施例3の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図19】実施例3の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。
【図20】実施例3の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図21】実施例3の発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図22】実施例4の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図23】実施例4の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図24】実施例4の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。
【図25】実施例4の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図26】実施例4の発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図27】実施例4の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。
【図28】実施例5の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図29】実施例5の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図30】実施例5の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。
【図31】実施例5の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図32】実施例5の発光素子の発光スペクトルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【0043】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態およ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、以下の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。
【0044】
(実施の形態1)
本実施の形態では、N型ホスト、P型ホスト、ゲストに用いる材料の例を示す。図3(A)にはN型ホストとして用いることのできる、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)の分子構造式を示す。一般に、ベンゼン環のような6員芳香環の構成原子に、窒素原子のような炭素よりも電気陰性度が大きい原子(ヘテロ原子)を導入するとヘテロ原子に環上のπ電子が引きつけられ、芳香環は電子不足となりやすい。図の点線で囲まれた部分Aはπ電子が不足している部位を示し、この部分で電子をトラップしやすい。一般に6員環のヘテロ芳香族化合物はN型ホストとなりやすい。
【0045】
図3(B)にはP型ホストに用いることのできる、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)の分子構造式を示す。一般に、窒素原子が、ベンゼン環のような芳香環の外側にあって環と結合すると、窒素原子の非共有電子対がベンゼン環に供与されて電子過剰となり電子を放出しやすくなる(すなわち、正孔をトラップしやすくなる)。図において点線で囲まれた部分Bはπ電子が過剰となっている部位を示し、この部分で電子を放出(正孔をトラップ)しやすい。
【0046】
他にも、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)もP型ホストとして利用できる。一般に芳香族アミン化合物はP型ホストとなりやすい。しかしながら、9−フェニル−9H−3−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)カルバゾール(略称:PCCP)のような非アミン化合物であってもP型ホストとして作用する。
【0047】
図3(C)は、ゲストに用いることのできる、(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)2(acac)])の分子構造式を示す。一般にイリジウム錯体は、MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer)励起状態という励起状態を形成する。これは、金属原子の軌道上にある電子が、配位子の軌道上に励起される状態であり、HOMOが金属原子付近に、LUMOが配位子付近に存在することを意味する。
【0048】
ゲストには他に、ビス(3,5−ジメチル−2−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(mppr−Me)2(dpm)])やビス(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)2(dpm)])等も用いることができる。
【0049】
図3(C)に示すように電子は点線で囲まれた部分Cにある配位子にトラップされ、正孔は点線に囲まれた部分Dに示される金属原子(ここではIr)から配位子にかけての領域でトラップされる。
【0050】
以上のようなN型ホスト、P型ホスト、ゲストを用いて効率よく発光をおこなうには、図3(A)に示すN型ホスト分子の点線で囲まれた部分Aと図3(C)に示すゲスト分子の点線で囲まれた部分Cが近接し、図3(B)に示すP型ホスト分子の点線で囲まれた部分Bと図3(C)に示すゲスト分子の点線で囲まれた部分Dが近接することが好ましい。
【0051】
より一般的にはN型ホスト分子のヘテロ芳香環(図4ではキノキサリン骨格)とゲスト分子の配位子の末端(図4ではフェニルピリミジン部位)が近接し、P型ホスト分子の芳香族アミンとゲスト分子の金属原子−ベンゼン骨格が近接するとよい。このように、N型ホスト分子とP型ホスト分子がゲスト分子を介して近接する構造はこれまで知られていないものである。本明細書では、Guest Coupled with Complementary Hosts(GCCH)という。その例を図4に示す。
【0052】
図4に示す構造の発光体に電子と正孔が注入された場合、電子はN型ホスト分子の点線部分Aにトラップされ、その後、速やかに、それに近接するゲスト分子の点線部分Cに移る。また、正孔はP型ホスト分子の点線部分Bにトラップされ、その後、速やかに、それに近接するゲスト分子の点線部分Dに移る。その結果、ゲスト分子は励起状態となり、これが基底状態となる際に発光する。
【0053】
N型ホスト分子あるいはP型ホスト分子からキャリアがゲスト分子に移り、ゲスト分子が励起状態になるまでに熱失活によるエネルギーの損失は極めて少なく、効率の高い発光が得られる。また、このような励起および発光は、発光層中にある発光体のほぼ全てで同様に起こるため個々の発光体にかかる負荷が小さく、発光体の寿命も長くなる。
【実施例1】
【0054】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。
【0055】
【化1】
【0056】
以下に、本実施例の発光素子1および比較発光素子2の作製方法を示す。
【0057】
(発光素子1)
まず、ガラス基板上に、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て成膜し、陽極として機能する第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。
【0058】
次に、基板上に発光素子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。
【0059】
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。
【0060】
次に、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−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)と酸化モリブデン(VI)を共蒸着することで、正孔注入層を形成した。その膜厚は、40nmとし、BPAFLPと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:2(=BPAFLP:酸化モリブデン)となるように調節した。
【0061】
次に、正孔注入層上に、BPAFLPを20nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
【0062】
さらに、2mDBTPDBq−II、PCBNBB、および[Ir(mppr−Me)2(dpm)]を共蒸着し、正孔輸送層上に発光層を形成した。ここで、2mDBTPDBq−II、PCBNBBおよび[Ir(mppr−Me)2(dpm)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:PCBNBB:[Ir(mppr−Me)2(dpm)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は40nmとした。
【0063】
次に、発光層上に2mDBTPDBq−IIを膜厚10nmとなるよう成膜し、第1の電子輸送層を形成した。
【0064】
次に、第1の電子輸送層上に、バソフェナントロリン(略称:BPhen)を膜厚20nmとなるように成膜し、第2の電子輸送層を形成した。
【0065】
さらに、第2の電子輸送層上に、フッ化リチウム(LiF)を1nmの膜厚で蒸着し、電子注入層を形成した。
【0066】
最後に、陰極として機能する第2の電極として、アルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着することで、本実施例の発光素子1を作製した。
【0067】
(比較発光素子2)
比較発光素子2の発光層は、2mDBTPDBq−IIおよび[Ir(mppr−Me)2(dpm)]を共蒸着することで形成した。ここで、2mDBTPDBq−IIおよび[Ir(mppr−Me)2(dpm)]の重量比は、1:0.05(=2mDBTPDBq−II:[Ir(mppr−Me)2(dpm)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は40nmとした。発光層以外は、発光素子1と同様に作製した。
【0068】
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。
【0069】
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。本実施例においては、2mDBTPDBq−IIがN型ホスト、PCBNBBがP型ホスト、[Ir(mppr−Me)2(dpm)]がゲストである。すなわち、発光素子1では、N型ホストとP型ホストが共に発光層内にあるのに対し、比較発光素子2では、P型ホストが発光層に存在しない。
【0070】
【表1】
【0071】
これらの発光素子を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
【0072】
発光素子1および比較発光素子2の電流密度−輝度特性を図5に示す。図5において、横軸は電流密度(mA/cm2)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、電圧−輝度特性を図6に示す。図6において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、輝度−電流効率特性を図7に示す。図7において、横軸は輝度(cd/m2)を、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図8に示す。図8において、横軸は、輝度(cd/m2)を、縦軸は外部量子効率(%)を示す。
【0073】
また、発光素子1および比較発光素子2における輝度1000cd/m2付近のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm2)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表2に示す。
【0074】
【表2】
【0075】
また、発光素子1および比較発光素子2に0.1mAの電流を流した際の発光スペクトルを、図9に示す。図9において、横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。また、表2に示す通り、輝度1200cd/m2の時の発光素子1のCIE色度座標は(x,y)=(0.56,0.44)であり、輝度960cd/m2の時の比較発光素子2のCIE色度座標は(x,y)=(0.55,0.44)であった。この結果から、発光素子1および比較発光素子2は、[Ir(mppr−Me)2(dpm)]に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
【0076】
表2および図5乃至図8からわかるように、発光素子1は、比較発光素子2に比べて、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。一般に、発光体からの光を外部に取り出すに際しては、基板その他と大気との間で全反射がおこり、内部量子効率の25%乃至30%しか外部に光を取り出せないとされている。このことを考慮すると、比較発光素子2ではせいぜい、内部量子効率は60%弱であると推定されるが、発光素子1は内部量子効率が80%以上にまで高まっていると推定できる。以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、外部量子効率の高い素子を実現できることが示された。
【0077】
次に、発光素子1および比較発光素子2の信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図10に示す。図10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。信頼性試験は、初期輝度を5000cd/m2に設定し、電流密度一定の条件で発光素子1および比較発光素子2を駆動した。
【0078】
比較発光素子2は、120時間後の輝度が、初期輝度の58%であった。また、発光素子1は、630時間後の輝度が、初期輝度の65%であった。この結果から、発光素子1は、比較発光素子2に比べて、寿命の長い素子であることがわかった。以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、信頼性の高い素子を実現できることが示された。
【実施例2】
【0079】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、先の実施例で用いた材料の化学式は省略する。
【0080】
【化2】
【0081】
以下に、本実施例の発光素子3の作製方法を示す。
【0082】
(発光素子3)
まず、ガラス基板上に、ITSOをスパッタリング法にて成膜し、陽極として機能する第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。
【0083】
次に、基板上に発光素子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。
【0084】
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。
【0085】
次に、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、BPAFLPと酸化モリブデン(VI)を共蒸着することで、正孔注入層を形成した。その膜厚は、40nmとし、BPAFLPと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:2(=BPAFLP:酸化モリブデン)となるように調節した。
【0086】
次に、正孔注入層上に、BPAFLPを20nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
【0087】
さらに、2mDBTPDBq−II、PCBNBB、および[Ir(dppm)2(acac)]を共蒸着し、正孔輸送層上に発光層を形成した。ここで、2mDBTPDBq−II、PCBNBBおよび[Ir(dppm)2(acac)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:PCBNBB:[Ir(dppm)2(acac)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は40nmとした。
【0088】
次に、発光層上に2mDBTPDBq−IIを膜厚10nmとなるよう成膜し、第1の電子輸送層を形成した。
【0089】
次に、第1の電子輸送層上に、BPhenを膜厚20nmとなるように成膜し、第2の電子輸送層を形成した。
【0090】
さらに、第2の電子輸送層上に、LiFを1nmの膜厚で蒸着し、電子注入層を形成した。
【0091】
最後に、陰極として機能する第2の電極として、アルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着することで、本実施例の発光素子3を作製した。
【0092】
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。
【0093】
以上により得られた発光素子3の素子構造を表3に示す。
【0094】
【表3】
【0095】
発光素子3を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
【0096】
発光素子3の電流密度−輝度特性を図11に示す。図11において、横軸は電流密度(mA/cm2)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、電圧−輝度特性を図12に示す。図12において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、輝度−電流効率特性を図13に示す。図13において、横軸は輝度(cd/m2)を、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図14に示す。図14において、横軸は、輝度(cd/m2)を、縦軸は外部量子効率(%)を示す。
【0097】
また、発光素子3における輝度1100cd/m2のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm2)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表4に示す。
【0098】
【表4】
【0099】
また、発光素子3に0.1mAの電流を流した際の発光スペクトルを、図15に示す。図15において、横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。また、表4に示す通り、輝度1100cd/m2の時の発光素子3のCIE色度座標は(x,y)=(0.54,0.46)であった。この結果から、発光素子3は、[Ir(dppm)2(acac)]に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
【0100】
表4および図11乃至図14からわかるように、発光素子3は、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。特に、輝度1100cd/m2の時の外部量子効率が28%と極めて高い値を示した。これは内部量子効率に換算すると、90%以上となる。以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、外部量子効率の高い素子を実現できることが示された。
【0101】
次に、発光素子3の信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図16に示す。図16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。
【0102】
信頼性試験は、初期輝度を5000cd/m2に設定し、電流密度一定の条件で発光素子3を駆動した。320時間後の輝度について、発光素子3は、初期輝度の92%を保っていた。以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、信頼性の高い素子を実現できることが示された。
【実施例3】
【0103】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、先の実施例で用いた材料の化学式は省略する。
【0104】
【化3】
【0105】
以下に、本実施例の発光素子4及び比較発光素子5の作製方法を示す。
【0106】
(発光素子4)
まず、ガラス基板上に、ITSOをスパッタリング法にて成膜し、陽極として機能する第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。
【0107】
次に、基板上に発光素子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。
【0108】
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。
【0109】
次に、第1の電極が形成された面が下方となるように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’,4’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリ(ジベンゾチオフェン)(略称:DBT3P−II)と酸化モリブデン(VI)を共蒸着することで、正孔注入層を形成した。その膜厚は、40nmとし、DBT3P−IIと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:2(=DBT3P−II:酸化モリブデン)となるように調節した。
【0110】
次に、正孔注入層上に、BPAFLPを20nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
【0111】
さらに、2mDBTPDBq−II、NPB、及び[Ir(dppm)2(acac)]を共蒸着し、正孔輸送層上に発光層を形成した。ここで、2mDBTPDBq−II、NPB及び[Ir(dppm)2(acac)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:NPB:[Ir(dppm)2(acac)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は40nmとした。
【0112】
次に、発光層上に2mDBTPDBq−IIを膜厚10nmとなるよう成膜し、第1の電子輸送層を形成した。
【0113】
次に、第1の電子輸送層上に、BPhenを膜厚20nmとなるように成膜し、第2の電子輸送層を形成した。
【0114】
さらに、第2の電子輸送層上に、LiFを1nmの膜厚で蒸着し、電子注入層を形成した。
【0115】
最後に、陰極として機能する第2の電極として、アルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着することで、本実施例の発光素子4を作製した。
【0116】
(比較発光素子5)
比較発光素子5の発光層は、2mDBTPDBq−II及び[Ir(dppm)2(acac)]を共蒸着することで形成した。ここで、2mDBTPDBq−II及び[Ir(dppm)2(acac)]の重量比は、1:0.05(=2mDBTPDBq−II:[Ir(dppm)2(acac)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は40nmとした。発光層以外は、発光素子4と同様に作製した。
【0117】
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。
【0118】
以上により得られた発光素子4及び比較発光素子5の素子構造を表5に示す。
【0119】
【表5】
【0120】
これらの発光素子を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
【0121】
発光素子4及び比較発光素子5の電流密度−輝度特性を図17に示す。図17において、横軸は電流密度(mA/cm2)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、電圧−輝度特性を図18に示す。図18において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、輝度−電流効率特性を図19に示す。図19において、横軸は輝度(cd/m2)を、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図20に示す。図20において、横軸は、輝度(cd/m2)を、縦軸は外部量子効率(%)を示す。
【0122】
また、発光素子4及び比較発光素子5における輝度1000cd/m2付近のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm2)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表6に示す。
【0123】
【表6】
【0124】
また、発光素子4及び比較発光素子5に0.1mAの電流を流した際の発光スペクトルを、図21に示す。図21において、横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。また、表6に示す通り、輝度1100cd/m2の時の発光素子4のCIE色度座標は(x,y)=(0.57,0.43)であり、輝度830cd/m2の時の比較発光素子5のCIE色度座標は(x,y)=(0.56,0.44)であった。この結果から、発光素子4及び比較発光素子5は、[Ir(dppm)2(acac)]に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
【0125】
表6及び図17乃至図20からわかるように、発光素子4は、比較発光素子5に比べて、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、外部量子効率の高い素子を実現できることが示された。
【実施例4】
【0126】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、先の実施例で用いた材料の化学式は省略する。
【0127】
【化4】
【0128】
以下に、本実施例の発光素子6及び比較発光素子7の作製方法を示す。
【0129】
(発光素子6)
発光素子6の発光層は、2mDBTPDBq−II、NPB、及び[Ir(tppr)2(dpm)]を共蒸着することで形成した。ここで、2mDBTPDBq−II、NPB及び[Ir(tppr)2(dpm)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:NPB:[Ir(tppr)2(dpm)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は40nmとした。発光層以外は、実施例3に示した発光素子4と同様に作製した。
【0130】
(比較発光素子7)
比較発光素子7の発光層は、2mDBTPDBq−II及び[Ir(tppr)2(dpm)]を共蒸着することで形成した。ここで、2mDBTPDBq−II及び[Ir(tppr)2(dpm)]の重量比は、1:0.05(=2mDBTPDBq−II:[Ir(tppr)2(dpm)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は40nmとした。発光層以外は、実施例3に示した発光素子4と同様に作製した。
【0131】
以上により得られた発光素子6及び比較発光素子7の素子構造を表7に示す。
【表7】
【0132】
これらの発光素子を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
【0133】
発光素子6及び比較発光素子7の電流密度−輝度特性を図22に示す。図22において、横軸は電流密度(mA/cm2)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、電圧−輝度特性を図23に示す。図23において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、輝度−電流効率特性を図24に示す。図24において、横軸は輝度(cd/m2)を、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図25に示す。図25において、横軸は、輝度(cd/m2)を、縦軸は外部量子効率(%)を示す。
【0134】
また、発光素子6及び比較発光素子7における輝度1000cd/m2付近のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm2)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表8に示す。
【0135】
【表8】
【0136】
また、発光素子6及び比較発光素子7に0.1mAの電流を流した際の発光スペクトルを、図26に示す。図26において、横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。また、表8に示す通り、輝度1100cd/m2の時の発光素子6のCIE色度座標は(x,y)=(0.66,0.34)であり、輝度1000cd/m2の時の比較発光素子7のCIE色度座標は(x,y)=(0.66,0.34)であった。この結果から、発光素子6及び比較発光素子7は、[Ir(tppr)2(dpm)]に由来する赤色発光が得られたことがわかった。
【0137】
表8及び図22乃至図25からわかるように、発光素子6は、比較発光素子7に比べて、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、外部量子効率の高い素子を実現できることが示された。
【0138】
次に、発光素子6及び比較発光素子7の信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図27に示す。図27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。
【0139】
信頼性試験は、初期輝度を5000cd/m2に設定し、電流密度一定の条件で発光素子6及び比較発光素子7を駆動した。
【0140】
比較発光素子7は、97時間後の輝度が、初期輝度の63%であった。また、発光素子6は、98時間後の輝度が、初期輝度の87%であった。この結果から、発光素子6は、比較発光素子7に比べて、寿命の長い素子であることがわかった。
【0141】
以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、信頼性の高い素子を実現できることが示された。
【実施例5】
【0142】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、先の実施例で用いた材料の化学式は省略する。
【0143】
【化5】
【0144】
以下に、本実施例の発光素子8及び発光素子9の作製方法を示す。
【0145】
(発光素子8)
まず、ガラス基板上に、ITSOをスパッタリング法にて成膜し、陽極として機能する第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。
【0146】
次に、基板上に発光素子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。
【0147】
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。
【0148】
次に、第1の電極が形成された面が下方となるように、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、BPAFLPと酸化モリブデン(VI)を共蒸着することで、正孔注入層を形成した。その膜厚は、40nmとし、BPAFLPと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:2(=BPAFLP:酸化モリブデン)となるように調節した。
【0149】
次に、正孔注入層上に、BPAFLPを20nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
【0150】
さらに、2mDBTPDBq−II、PCBNBB、及び[Ir(mppr−Me)2(dpm)]を共蒸着し、正孔輸送層上に発光層を形成した。ここで、2mDBTPDBq−II、PCBNBB及び[Ir(mppr−Me)2(dpm)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:PCBNBB:[Ir(mppr−Me)2(dpm)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は20nmとした。
【0151】
次に、発光層上に2mDBTPDBq−II、PCBNBB、及び[Ir(mppr−Me)2(dpm)]を共蒸着し、発光層上に第1の電子輸送層を形成した。ここで、2mDBTPDBq−II、PCBNBB及び[Ir(mppr−Me)2(dpm)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:PCBNBB:[Ir(mppr−Me)2(dpm)])となるように調節した。また、第1の電子輸送層の膜厚は40nmとした。
【0152】
次に、第1の電子輸送層上に、BPhenを膜厚10nmとなるように成膜し、第2の電子輸送層を形成した。
【0153】
さらに、第2の電子輸送層上に、LiFを1nmの膜厚で蒸着し、電子注入層を形成した。
【0154】
最後に、陰極として機能する第2の電極として、アルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着することで、本実施例の発光素子8を作製した。
【0155】
(発光素子9)
発光素子9の発光層は、2mDBTPDBq−II、PCCP及び[Ir(mppr−Me)2(dpm)]を共蒸着することで形成した。ここで、2mDBTPDBq−II、PCCP及び[Ir(mppr−Me)2(dpm)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:PCCP:[Ir(mppr−Me)2(dpm)])となるように調節した。また、発光層の膜厚は20nmとした。発光層以外は、発光素子8と同様に作製した。
【0156】
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。
【0157】
以上により得られた発光素子8及び発光素子9の素子構造を表9に示す。なお、第1の電極、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、第2の電極の構成は実施例1と同じなので省略する。これらは表1を参照すればよい。
【0158】
【表9】
【0159】
これらの発光素子を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
【0160】
発光素子8及び発光素子9の電流密度−輝度特性を図28に示す。図28において、横軸は電流密度(mA/cm2)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、電圧−輝度特性を図29に示す。図29において、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。また、輝度−電流効率特性を図30に示す。図30において、横軸は輝度(cd/m2)を、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図31に示す。図31において、横軸は、輝度(cd/m2)を、縦軸は外部量子効率(%)を示す。
【0161】
また、発光素子8及び発光素子9における輝度1200cd/m2のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm2)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表10に示す。
【0162】
【表10】
【0163】
また、発光素子8及び発光素子9に0.1mAの電流を流した際の発光スペクトルを、図32に示す。図32において、横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。また、表10に示す通り、輝度1200cd/m2の時の発光素子8のCIE色度座標は(x,y)=(0.54,0.45)であり、輝度1200cd/m2の時の発光素子9のCIE色度座標は(x,y)=(0.54,0.46)であった。この結果から、発光素子8及び発光素子9は、[Ir(mppr−Me)2(dpm)]に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
【0164】
表10及び図28乃至図31からわかるように、発光素子8と発光素子9は、電流効率、パワー効率、外部量子効率が同程度の値を示した。発光素子8と発光素子9の違いは、発光層に使用されているP型ホストであり、発光素子8が芳香族アミンであるPCBNBBを使用しているのに対し、発光素子9は非アミンであるPCCPを使用している。しかしながら、特性にほとんど差が認められないことから、P型ホストとして非アミンを用いても良好な特性が得られることがわかった。
【符号の説明】
【0165】
P−HC P型ホストクラスタ
N−HC N型ホストクラスタ
G ゲスト分子
EML 発光層
【特許請求の範囲】
【請求項1】
1つ以上のゲスト分子よりなるゲストクラスタと、1つ以上のN型ホスト分子よりなるN型ホストクラスタと、1つ以上のP型ホスト分子よりなるP型ホストクラスタと、を有し、前記N型ホストクラスタと前記P型ホストクラスタが、前記ゲストクラスタを間に挟んだ構造を有する有機発光体。
【請求項2】
1つ以上のゲスト分子よりなるゲストクラスタと、1つ以上のN型ホスト分子よりなるN型ホストクラスタと、1つ以上のP型ホスト分子よりなるP型ホストクラスタと、を有し、前記N型ホストクラスタと前記P型ホストクラスタが、前記ゲストクラスタを間に挟み、直線状に配置した構造を有する有機発光体。
【請求項3】
請求項2に記載の有機発光体を複数有し、前記有機発光体は互いに平行に配置されていることを特徴とする発光層。
【請求項4】
1つ以上のゲスト分子よりなるゲストクラスタと、1つ以上のN型ホスト分子よりなるN型ホストクラスタと、1つ以上のP型ホスト分子よりなるP型ホストクラスタと、を有し、前記N型ホストクラスタは前記ゲストクラスタに隣接し、前記P型ホストクラスタは前記ゲストクラスタに隣接する構造を有する有機発光体。
【請求項5】
請求項4に記載の有機発光体を複数有し、前記有機発光体はゲストクラスタと、N型ホストクラスタと、P型ホストクラスタが直線状に配置され、また、前記有機発光体は互いに平行に配置されていることを特徴とする発光層。
【請求項6】
請求項1、2または4のいずれか一に記載の有機発光体を有する発光層。
【請求項7】
請求項3、5または6のいずれか一に記載の発光層を有する発光装置。
【請求項8】
請求項7において、二以上の発光層を有することを特徴とする発光装置。
【請求項9】
請求項8において、少なくとも2つの発光層の発する光の波長が異なることを特徴とする発光装置。
【請求項10】
請求項7乃至9のいずれか一において、前記ゲスト分子はイリジウム錯体であることを特徴とする発光装置。
【請求項11】
パッシブマトリクス型表示装置、アクティブマトリクス型表示装置、照明装置のいずれに含まれる請求項7乃至10のいずれか一に記載の発光装置。
【請求項1】
1つ以上のゲスト分子よりなるゲストクラスタと、1つ以上のN型ホスト分子よりなるN型ホストクラスタと、1つ以上のP型ホスト分子よりなるP型ホストクラスタと、を有し、前記N型ホストクラスタと前記P型ホストクラスタが、前記ゲストクラスタを間に挟んだ構造を有する有機発光体。
【請求項2】
1つ以上のゲスト分子よりなるゲストクラスタと、1つ以上のN型ホスト分子よりなるN型ホストクラスタと、1つ以上のP型ホスト分子よりなるP型ホストクラスタと、を有し、前記N型ホストクラスタと前記P型ホストクラスタが、前記ゲストクラスタを間に挟み、直線状に配置した構造を有する有機発光体。
【請求項3】
請求項2に記載の有機発光体を複数有し、前記有機発光体は互いに平行に配置されていることを特徴とする発光層。
【請求項4】
1つ以上のゲスト分子よりなるゲストクラスタと、1つ以上のN型ホスト分子よりなるN型ホストクラスタと、1つ以上のP型ホスト分子よりなるP型ホストクラスタと、を有し、前記N型ホストクラスタは前記ゲストクラスタに隣接し、前記P型ホストクラスタは前記ゲストクラスタに隣接する構造を有する有機発光体。
【請求項5】
請求項4に記載の有機発光体を複数有し、前記有機発光体はゲストクラスタと、N型ホストクラスタと、P型ホストクラスタが直線状に配置され、また、前記有機発光体は互いに平行に配置されていることを特徴とする発光層。
【請求項6】
請求項1、2または4のいずれか一に記載の有機発光体を有する発光層。
【請求項7】
請求項3、5または6のいずれか一に記載の発光層を有する発光装置。
【請求項8】
請求項7において、二以上の発光層を有することを特徴とする発光装置。
【請求項9】
請求項8において、少なくとも2つの発光層の発する光の波長が異なることを特徴とする発光装置。
【請求項10】
請求項7乃至9のいずれか一において、前記ゲスト分子はイリジウム錯体であることを特徴とする発光装置。
【請求項11】
パッシブマトリクス型表示装置、アクティブマトリクス型表示装置、照明装置のいずれに含まれる請求項7乃至10のいずれか一に記載の発光装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【公開番号】特開2012−186467(P2012−186467A)
【公開日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−30048(P2012−30048)
【出願日】平成24年2月15日(2012.2.15)
【出願人】(000153878)株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年2月15日(2012.2.15)
【出願人】(000153878)株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Fターム(参考)】
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