説明

発光素子、発光装置、表示装置および電子機器

【課題】低電圧での駆動が可能であり、かつ長寿命化が図られた発光素子、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発光する発光層5と、陰極7と発光層5との間に設けられ、電子を陰極7から発光層5に輸送する電子輸送層6とを有し、電子輸送層6は互いに接触する、n型電子輸送層62と緩衝層61とを備え、n型電子輸送層62は、第1の電子輸送性材料と電子ドナー性材料とを含有し、陰極7側に設けられており、緩衝層61は、第2の電子輸送性材料を含有し、発光層5側に設けられていることで、電子ドナー性材料のn型電子輸送層62から発光層5への拡散を抑制する機能を発揮するよう構成されてい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、陰極と発光層との間に配置される電子輸送層として、電子輸送性材料と電子ドナー性材料とを含有するn型電子輸送層を設けたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
かかる発光素子では、n型電子輸送層中に電子ドナー性材料が含まれることに起因して、陰極から電子をn型電子輸送層に効率的に注入することができるともに、電子輸送性材料が電子注入性材料から電子を受け取って、ラジカルアニオン状態となるため、発光素子の低電圧での駆動が可能となる。
しかしながら、かかるn型電子輸送層を備える発光素子において、定電流で連続して駆動を行うと、時間の経過に伴い、n型電子輸送層に含まれる電子ドナー性材料が近接する発光層に拡散することとなり、その結果、発光素子の輝度寿命が低下してしまう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】特開平10−270171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、低電圧での駆動が可能であり、かつ長寿命化が図られた発光素子、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、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより発光する発光層と、
前記陰極と前記発光層との間に設けられ、電子を前記陰極から前記発光層に輸送する電子輸送層とを有し、
前記電子輸送層は、互いに接触するn型電子輸送層と緩衝層とを備え、
前記n型電子輸送層は、第1の電子輸送性材料と電子ドナー性材料とを含有し、前記陰極側に設けられており、
前記緩衝層は、第2の電子輸送性材料を含有し、前記発光層側に設けられていることで、前記電子ドナー性材料の前記n型電子輸送層から前記発光層への拡散を抑制する機能を有するように構成されてい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、n型電子輸送層に含まれる電子ドナー性材料が発光層に拡散することが的確に抑制または防止されるため、低電圧での駆動が可能であり、かつ長寿命化が図られた発光素子とすることができる。
【0007】
本発明の発光素子では、前記電子ドナー性材料が、前記n型電子輸送層中よりも、前記緩衝層中において拡散しにくくなるように、前記第1の電子輸送性材料および前記第2の電子輸送性材料の種類がそれぞれ選択されることが好ましい。
これにより、電子注入性材料をn型電子輸送層中に閉じ込める効果がより効果的に得られる。
【0008】
本発明の発光素子では、前記第1の電子輸送性材料および前記第2の電子輸送性材料は、それぞれ、それらの電子移動度が前記第1の電子輸送性材料の方が高くなるように選択されることが好ましい。
これにより、発光素子の駆動電圧の上昇を比較的低く設定することが可能となる。
本発明の発光素子では、前記第1の電子輸送性材料として金属を含まない有機化合物を、前記第2の電子輸送性材料として有機金属錯体をそれぞれ選択することが好ましい。
これにより、電子ドナー性材料の発光層への拡散、および発光素子の駆動電圧の上昇の双方を的確に抑制または防止することができる。
【0009】
本発明の発光素子では、前記電子ドナー性材料は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物およびアルカリ土類金属化合物のうちの少なくとも1種であることが好ましい。
このような電子ドナー性材料は、優れた電子注入性を有する。そのため、陰極から供給された電子を発光層へ効率的に注入することができる。
【0010】
本発明の発光素子では、前記緩衝層は、その平均膜厚が3.0nm以上、20.0nm以下であることが好ましい。
これにより、電子ドナー性材料のn型電子輸送層から発光層への拡散を確実に抑制することができるとともに、発光素子の駆動電圧の上昇を確実に抑制することができる。
本発明の発光素子では、前記n型電子輸送層における前記電子ドナー性材料の含有量は、0.3wt%以上、2.0wt%以下であることが好ましい。
電子注入性材料の含有量をこのような範囲内とすることで、発光層への電子注入性材料の拡散傾向を比較的低く設定することができる。
【0011】
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】
【0012】
【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。
【図6】実施例1、2の発光素子を二次イオン質量分析法で分析した時のリチウムイオンを示すプロファイルである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
【0014】
発光素子(エレクトロルミネッセンス素子)1は、陽極3と、正孔輸送層4と、発光層5と、電子輸送層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、正孔輸送層4と、発光層5と、電子輸送層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)に介挿された構成をなしている。
【0015】
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。
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、発光層5に対し、陽極3側から正孔が供給(注入)されるとともに、陰極側から電子が供給(注入)される。これにより、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(蛍光やりん光)を放出(発光)する。
【0016】
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。
【0017】
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。
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。
【0018】
[陽極3]
陽極3は、正孔輸送層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。
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。
【0019】
[正孔輸送層4]
正孔輸送層4は、陽極3から注入された正孔を発光層5まで輸送する機能を有するものである。
この正孔輸送層4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、テトラアリールジアミノフルオレン化合物またはその誘導体(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。
【0020】
上述した中でも、正孔輸送材料は、ベンジジン構造を有するものであることが好ましく、テトラアリールベンジジン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4に効率よく正孔が注入されるとともに、正孔を発光層5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4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。
【0021】
[発光層5]
この発光層5は、発光材料を含んで構成されている。
発光材料は、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、エキシトンが基底状態に戻る際にエネルギー(蛍光やりん光)を放出(発光)するものである。
このような発光材料としては、特に限定されず、発光層5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、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。例えば、赤色、緑色および青色を発光する発光材料を組み合わせて用いることにより、白色発光する発光層5を実現することができる。
【0022】
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。
【0023】
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)]、4,4’−ビス[4−(ジフェニルアミノ)スチリル]ビフェニル(BDAVBi)、BD102(製品名、出光興産社製)等が挙げられる。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
【化1】

【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
【化2】

【0030】
また、発光層5は、上述した発光材料に加え、この発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。このような発光層5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発光材料に移動(フェルスター移動またはデクスター移動)させて、発光材料を励起する機能を有する。
【0031】
このようなホスト材料としては、特に限定されないが、発光材料が蛍光材料を含む場合、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、3−tert−ブチル−9,10−ジ(ナフト−2−イル)アントラセン(TBADN)等の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、発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、発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。
【0032】
また、ホスト材料としては、発光材料が燐光材料を含む場合、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。
【0033】
【化3】

【0034】
前述したような発光材料(ゲスト材料)およびホスト材料を用いる場合、発光層5中における発光材料の含有量(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。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、発光層5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、後述する電子輸送層6のn型電子輸送層62の構成材料(特に、電子注入性材料)がたとえ発光層5へ拡散したとしても、発光層5の発光特性を比較的良好な状態に維持することができる。また、発光層5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、発光層5が1層の発光層を備えるものを例に説明しているが、発光層5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、発光層5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。
【0035】
[電子輸送層6]
電子輸送層6は、陰極7から注入された電子を発光層5まで輸送する機能を有するものである。
この電子輸送層6は、陽極3側から陰極7側へ、緩衝層61と、n型電子輸送層62とがこの順で積層されてなるものである。
本発明では、この電子輸送層6の構成に特徴を有するが、以下、電子輸送層6を構成する各層を順次詳細に説明する。
【0036】
(n型電子輸送層62)
n型電子輸送層62は、緩衝層61と陰極7との間に設けられ、陰極7から注入された電子を、発光層5へ電子を輸送する機能を有する。
このようなn型電子輸送層62は、本発明では、電子輸送性を有する電子輸送性材料を主材料として構成され、かつ、かかる電子輸送性材料の他、電子注入性を有する電子注入性材料(電子ドナー性材料)を含む混合材料で構成されるものである。
【0037】
かかる構成のn型電子輸送層62を備えることで、すなわち、電子輸送性材料と電子注入性材料とを含有する構成とすることで、n型電子輸送層62は、特に優れた電子輸送性および電子注入性を発揮するため、低電圧による駆動であっても、陰極7から電子をn型電子輸送層62に効率的に注入するとともにn型電子輸送層62を介して陽極3側に効率的に輸送することができる。その結果、発光素子1の発熱を比較的低い温度範囲に抑制することができる。
また、n型電子輸送層62が電子輸送性材料に電子注入性材料を添加(ドープ)して構成されているため、n型電子輸送層62では、電子輸送性材料が電子注入性材料から電子を受け取って、ラジカルアニオン状態となり、その結果、発光素子1の低電圧での駆動が可能となる。
【0038】
n型電子輸送層62に用いる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)等の8−キノリノールなしいその誘導体(キノリン誘導体)等を配位子とする有機金属錯体や、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)、2−[1,1’−ビフェニル]−4−イル−5−[4−(1,1−ジメチルエチル)フェニル]−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)のような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の金属原子を含まない有機化合物が挙げられ、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。
【0039】
また、n型電子輸送層62に用いる電子注入性材料(電子ドナー性材料)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。
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。このような無機絶縁材料は、優れた電子注入性を有するため、陰極7から供給された電子を発光層5へ効率的に注入することができる。その結果、低電圧での電子の注入が可能となるため、発光素子1の定電流での連続駆動によっても、発光素子1の発熱を比較的低い温度範囲に抑制することができる。
【0040】
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。
【0041】
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。
さらに、n型電子輸送層62に用いる電子注入性材料(電子ドナー性材料)としては、アルカリ金属化合物およびアルカリ土類金属化合物のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いるのが好ましく、特に、LiOを用いるのがより好ましい。これにより、n型電子輸送層62の電子輸送性を優れたものとしつつ、n型電子輸送層62の電子注入性をより向上させることができる。さらに、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n型電子輸送層62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。特に、LiOは、低電圧での電子の注入がより容易に行われるため、発光素子1の定電流での連続駆動によっても、発光素子1の発熱をさらに低い温度範囲に抑制することができる。
【0042】
また、かかる構成のn型電子輸送層62は、正孔をブロックする機能をも有する。
なお、電子輸送性材料および電子注入性材料を含むn型電子輸送層62は、例えば、電子輸送性材料をホスト材料とし、電子注入性材料をゲスト材料として、共蒸着等により電子輸送性材料に電子注入性材料をドープすることにより形成することができる。
また、n型電子輸送層62中における電子注入性材料の含有量(ドープ量)は、0.3wt%以上、2.0wt%以下であるのが好ましく、0.5wt%以上、1.5wt%以下であるのがより好ましい。電子注入性材料の含有量をこのような範囲内とすることで、n型電子輸送層62の電子輸送性および電子注入性の双方をバランスよく優れたものとすることができる。また、発光層5への電子注入性材料の拡散傾向を比較的低く設定することができる。
【0043】
さらに、n型電子輸送層62中における電子注入性材料(電子ドナー性材料)の濃度は、陰極7側から陽極3側に向けて漸減していると、陰極7から供給された電子を発光層5へ効率的に輸送・注入するとともに、n型電子輸送層62中の電子注入性材料が発光層5へ拡散する量を抑えて発光素子1の長寿命化を図ることができる。この場合、電子注入性材料の濃度は、段階的に変化していてもよいし、連続的に変化していてもよい。
また、n型電子輸送層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。これにより、陰極7から注入された電子を効率的に陽極3側へ輸送することができるとともに、発光層5を通過した正孔をブロックすることができる。
【0044】
(緩衝層)
緩衝層61は、前述した発光層5とn型電子輸送層62との間、すなわち、互いに接触するn型電子輸送層62よりも発光層5側に設けられ、電子輸送性を有するとともに、電子注入性材料のn型電子輸送層62から発光層5への拡散を抑制する機能を有する。
これにより、発光層5に電子注入性材料が拡散して、発光層5において電子と陽極とが再結合して生じた励起子が失活してしまうことに起因する、発光層5の発光特性の低下を的確に抑制または防止することができるため、発光素子1は長い輝度寿命を有するものとなる。
【0045】
このような緩衝層61は、本発明では、電子輸送性を有する電子輸送性材料を主材料として構成されるものである。緩衝層61を、電子輸送性材料を含有するものとすることにより、上記機能を確実に発揮するものとなる。
緩衝層61に用いる電子輸送性材料(第2の電子輸送性材料)としては、n型電子輸送層62に用いる電子輸送性材料(第1の電子輸送性材料)で説明したのと同様のものを用いることができる。
【0046】
また、第1の電子輸送性材料と第2の電子輸送性材料とは、同種(または同一)のものであってもよく、異種のものであってもよいが、緩衝層61中よりもn型電子輸送層62中における電子注入性材料の拡散性が高くなる異種のものを選択するのが好ましい。これにより、n型電子輸送層62中よりも、緩衝層61中において電子注入性材料が拡散しにくくなるため、電子注入性材料をn型電子輸送層62中に閉じ込める効果がより効果的に得られることとなる。
【0047】
なお、n型電子輸送層62中および緩衝層61中における電子注入性材料の拡散のしやすさ、しにくさとは、各層中に同一濃度勾配の電子注入性材料が存在したときに、電子注入性材料が移動する移動速度に基づいて、移動速度が速い方の層を拡散しやすく、移動速度が遅い方の層を拡散しにくいと言うこととする。
さらに、第1の電子輸送性材料と第2の電子輸送性材料とは、それらの電子移動度が第1の電子輸送性材料の方が高くなるように異種のものを選択するのが好ましい。ここで、緩衝層61を介挿する構成とすることで、発光素子1の駆動電圧が上昇する傾向を示すが、上記のような電子移動度の関係を満足する第1の電子輸送性材料と第2の電子輸送性材料とを選択すること、すなわち、n型電子輸送層62の構成材料として電子移動度が高いものを選択することにより、前記発光素子1の駆動電圧の上昇を比較的低く設定することが可能となる。
【0048】
以上のことを考慮して、第1の電子輸送性材料と第2の電子輸送性材料との組み合わせとしては、n型電子輸送層62の説明で記載した電子輸送性材料のうち、第1の電子輸送性材料として金属を含まない有機化合物を、前記第2の電子輸送性材料として有機金属錯体をそれぞれ選択するのが好ましい。これにより、電子注入性材料の発光層5への拡散、および発光素子1の駆動電圧の上昇の双方を的確に抑制または防止することができる。
また、緩衝層61の平均厚さは、特に限定されないが、3nm以上、20nm以下であるのが好ましく、5nm以上、15nm以下であるのがより好ましい。これにより、電子注入性材料のn型電子輸送層62から発光層5への拡散を確実に抑制することができるとともに、発光素子1の駆動電圧の上昇を確実に抑制することができる。
【0049】
[陰極7]
陰極7は、電子輸送層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。
【0050】
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。
【0051】
[電子注入層]
なお、電子輸送層6と陰極7との間には、電子注入層が設けられていてもよい。
電子注入層を備える構成とすることにより、陰極7から電子輸送層6への電子注入効率を向上させることができる。
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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、0.2以上、50nm以下であるのがさらに好ましい。
【0055】
[封止部材8]
封止部材8は、陽極3、正孔輸送層4、発光層5、電子輸送層6、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。
【0056】
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、正孔輸送層4、発光層5、電子輸送層6、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。
【0057】
以上のように構成された発光素子1によれば、陽極3と陰極7との間で電圧を印加することにより、発光層5に対し、陽極3側から正孔が供給(注入)されるとともに、陰極側から電子が供給(注入)される。これら電子および正孔は、発光層5に輸送され、発光層5において再結合することにより、発光に寄与するため、発光層5が発光する。
特に、発光素子1では、電子注入性材料のn型電子輸送層62から発光層5への拡散を抑制する機能を有する緩衝層61を有する構成となっているため、発光層5の発光特性が低下することに起因する、発光素子1の輝度寿命の低下を的確に抑制または防止することができる。
【0058】
(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。
【0059】
[2] 次に、陽極3上に、正孔輸送層4、発光層5、電子輸送層6(緩衝層61およびn型電子輸送層62)を順次形成する。
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。
【0060】
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、陽極3上に順次形成すべき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。
【0061】
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。
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。
【0062】
[3] 次に、電子輸送層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。
【0063】
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。
【0064】
(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、10B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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
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。
【0068】
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。
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。
【0069】
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。
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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−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。
【0076】
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。
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、1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層以上の複数の発光層を有するものであってもよい。
【実施例】
【0077】
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。
【0078】
<2> 次に、ITO電極上に、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(α−NPD)を真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ80nmの正孔輸送層を形成した。
<3> 次に、正孔輸送層上に、真空蒸着法を用いて、平均厚さ30nmの発光層を形成した。
ここで、発光層を構成する構成材料としては、青色発光材料(ゲスト材料)であるBDAVBiとホスト材料であるTBADNとの混合材料を用いた。また、発光層中における青色発光材料の含有量(ドープ濃度)は、10wt%とした。
【0079】
<4> 次に、発光層上に、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq)を真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ10nmの緩衝層を形成した。
<5> 次に、緩衝層上に、電子輸送性材料としての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)と、電子注入性材料としてのLiOとを真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ30nmのn型電子輸送層(電子輸送層のn型電子輸送層)を形成した。なお、このn型電子輸送層中のOXD−7と、LiOとの含有量は、重量比で99:1となるようにした。
これら工程<4>、<5>により、緩衝層およびn型電子輸送層からなる電子輸送層を得た。
【0080】
<6> 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。
<7> 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。
<8> 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、発光層、電子輸送層(緩衝層、n型電子輸送層)、陰極がこの順に積層された発光素子を製造した。
【0081】
(実施例2)
前記工程<4>を下記工程<4A>のように変更して、緩衝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。
<4A> 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10nmの緩衝層を形成した。
【0082】
(実施例3)
前記工程<5>を、下記工程<5B>のように変更して、緩衝層およびn型電子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。
<5B> 緩衝層上に、電子輸送性材料としてのトリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq)と、電子注入性材料としてのLiOとを真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ30nmのn型電子輸送層(電子輸送層のn型電子輸送層)を形成した。なお、このn型電子輸送層中のAlqと、LiOとの含有量は、重量比で99:1となるようにした。
【0083】
(実施例4)
前記工程<4>、<5>を、下記工程<4C>、<5C>のように変更して、緩衝層およびn型電子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。
<4C> 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10nmの緩衝層を形成した。
【0084】
<5C> 緩衝層上に、電子輸送性材料としてのトリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq)と、電子注入性材料としてのLiOとを真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ30nmのn型電子輸送層(電子輸送層のn型電子輸送層)を形成した。なお、このn型電子輸送層中のOXD−7と、Alqとの含有量は、重量比で99:1となるようにした。
【0085】
(実施例5)
前記工程<4>を下記工程<4D>のように変更して、緩衝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。
<4D> 発光層上に、2−[1,1’−ビフェニル]−4−イル−5−[4−(1,1−ジメチルエチル)フェニル]−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)を真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ10nmの緩衝層を形成した。
【0086】
(実施例6)
前記工程<5>を、下記工程<5E>のように変更して、n型電子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。
<5E> 緩衝層上に、電子輸送性材料としての2−[1,1’−ビフェニル]−4−イル−5−[4−(1,1−ジメチルエチル)フェニル]−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)と、電子注入性材料としてのLiOとを真空蒸着法により蒸着させ、平均厚さ30nmのn型電子輸送層を形成した。なお、このn型電子輸送層中のPBDと、LiOとの含有量は、重量比で99:1となるようにした。
【0087】
(比較例1)
前記工程<4>による、緩衝層の形成を、省略したこと以外は、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<4>による、緩衝層の形成を、省略したこと以外は、前述した実施例3と同様にして発光素子を製造した。
【0088】
2.評価
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を測定し、実施例1で測定された駆動電圧を基準として規格した値を求めた。
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100mA/cmの電流を流し、初期の輝度の80%となるまでの時間(LT80;輝度寿命)を測定し、実施例1で測定された時間を基準として規格した値を求めた。
【0089】
また、実施例1および実施例2の発光素子については、それぞれ、陽極と陰極との間に直流電源により電流密度100mA/cmの電流を流して初期の輝度の80%となるまで発光させ、その後、各実施例の発光素子を、二次イオン質量分析法(SIMS)により、発光素子の陽極側から陰極側に向かって、Liのイオン強度を分析した。
これらの結果を表1および図6に示す。
【0090】
【表1】

【0091】
まず、表1から明らかなように、実施例1、2、5、6の発光素子では、比較例1の発光素子と比較した結果、さらには、実施例3、4の発光素子では、比較例2の発光素子と比較した結果から明らかなように、緩衝層を設けることにより、低電圧での駆動を実現しつつ、電子注入性材料(LiO)のn型電子輸送層から発光層への拡散を抑制して、発光素子の長寿命化を図ることができた。
また、図6から明らかなように、緩衝層に用いる電子輸送性材料として、金属原子を含まない有機化合物を用いた実施例2と、有機金属錯体を用いた実施例1とでは、緩衝層および発光層における電子注入性材料(LiO)の拡散が実施例1の発光素子において抑制されており、これに起因して、発光素子の長寿命化が図られていることが判った。
【符号の説明】
【0092】
1、1G、1R、1B……発光素子 2……基板 3……陽極 4……正孔輸送層 5……発光層 6……電子輸送層 61……緩衝層 62……n型電子輸送層 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、前記陽極と前記陰極との間に通電することにより発光する発光層と、
前記陰極と前記発光層との間に設けられ、電子を前記陰極から前記発光層に輸送する電子輸送層とを有し、
前記電子輸送層は、互いに接触するn型電子輸送層と緩衝層とを備え、
前記n型電子輸送層は、第1の電子輸送性材料と電子ドナー性材料とを含有し、前記陰極側に設けられており、
前記緩衝層は、第2の電子輸送性材料を含有し、前記発光層側に設けられていることで、前記電子ドナー性材料の前記n型電子輸送層から前記発光層への拡散を抑制する機能を有するように構成されていることを特徴とする発光素子。
【請求項2】
前記電子ドナー性材料が、前記n型電子輸送層中よりも、前記緩衝層中において拡散しにくくなるように、前記第1の電子輸送性材料および前記第2の電子輸送性材料の種類がそれぞれ選択される請求項1に記載の発光素子。
【請求項3】
前記第1の電子輸送性材料および前記第2の電子輸送性材料は、それぞれ、それらの電子移動度が前記第1の電子輸送性材料の方が高くなるように選択される請求項1または2に記載の発光素子。
【請求項4】
前記第1の電子輸送性材料として金属を含まない有機化合物を、前記第2の電子輸送性材料として有機金属錯体をそれぞれ選択する請求項2または3に記載の発光素子。
【請求項5】
前記電子ドナー性材料は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属化合物およびアルカリ土類金属化合物のうちの少なくとも1種である請求項1ないし4のいずれかに記載の発光素子。
【請求項6】
前記緩衝層は、その平均膜厚が3.0nm以上、20.0nm以下である請求項1ないし5のいずれかに記載の発光素子。
【請求項7】
前記n型電子輸送層における前記電子ドナー性材料の含有量は、0.3wt%以上、2.0wt%以下である請求項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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【図6】
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