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発光素子、発光装置、電子機器、および照明装置
説明

発光素子、発光装置、電子機器、および照明装置

【課題】駆動電圧の上昇を抑えることが可能な発光素子を提供する。また当該発光素子を含むことにより消費電力を低減させた発光装置を提供する。
【解決手段】陽極と陰極との間にEL層を有し、陰極とEL層との間に、第1の層、第2の層及び第3の層を有し、第1の層は、陰極と第2の層との間に設けられ、陰極及び第2の層と接し、かつ正孔輸送性物質とアクセプター性物質とからなり、第2の層は、第1の層と第3の層との間に設けられ、第1の層及び第3の層と接し、かつフタロシアニン系材料からなり、第3の層は、第2の層とEL層との間に設けられ、第2の層及びEL層と接し、かつアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物または希土類金属化合物を含み、フタロシアニン系材料は金属−酸素結合を有している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エレクトロルミネセンス(Electroluminescence、ELともいう)層を有する発光素子(EL素子ともいう)、当該発光素子を有する発光装置及び当該発光装置を有する電子機器および照明装置に関する。
【背景技術】
【0002】
EL素子はEL層を一対の電極間に挟んでなる。一対の電極に電圧を加えることによりEL層から発光が得られる。EL層は有機化合物からなる。
【0003】
EL素子の発光機構を説明する。一対の電極に電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔がEL層の発光中心で再結合する。再結合の結果、エネルギーを放出して発光する。発光は一重項からの発光と三重項からの発光に分類される。
【0004】
発光素子は種々の課題を有するが、その一つが駆動電圧を低下させることである。
【0005】
特許文献1は、陰極と接して設けられる電子注入層において、電子注入層を構成する有機化合物に、アルカリ金属、アルカリ土類金属又は希土類金属等の仕事関数の低い金属をドープすることを開示している。当該仕事関数の低い金属をドープすることにより、陰極から電子注入層へ電子を注入する際の注入障壁を低下させ、駆動電圧を低下させる。
【0006】
特許文献2は、駆動電圧を上昇させることなく発光スペクトルの光学調整を可能にしている。具体的には、発光素子の陰極とEL層との間において、陰極と接して正孔輸送性の有機化合物に金属酸化物がドープされた層が形成される。当該層と接して、電子輸送性の有機化合物に、アルカリ金属、アルカリ土類金属又は希土類金属等の仕事関数の低い金属がドープされた層が形成される。そして当該金属酸化物がドープされた層の膜厚を調整して、駆動電圧の上昇を抑えつつ、発光の光学調整を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平10−270171号公報
【特許文献2】特開2005−209643号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献2では、正孔輸送性の有機化合物に金属酸化物がドープされた層と、電子輸送性の有機化合物に、アルカリ金属、アルカリ土類金属又は希土類金属等の仕事関数の低い金属がドープされた層とが接している。当該正孔輸送性の有機化合物はドナー性物質であり、当該金属酸化物はアクセプター性物質である。また当該仕事関数の低い金属はドナー性物質であり、当該電子輸送性の有機化合物はアクセプター性物質である。したがってアクセプター性物質を含む層と、ドナー性物質を含む層とが接することとなる。
【0009】
アクセプター性物質を含む層と、ドナー性物質を含む層とが接すると、p−n接合が形成され、空乏層が形成される。またアクセプター性物質とドナー性物質とが相互作用し、当該アクセプター性物質の機能及び当該ドナー性物質の機能が阻害される。上記原因により駆動電圧の上昇を招いてしまう。
【0010】
本発明の一態様は、駆動電圧の上昇を抑えることが可能な発光素子を提供することを目的の一とする。また、当該発光素子を含むことにより消費電力を低減させた発光装置を提供することを目的の一とする。
【0011】
本発明の一態様は、アクセプター性物質を含む層およびドナー性物質を含む層を有する発光素子における駆動電圧の上昇を抑えることを目的の一とする。また、当該発光素子を含むことにより消費電力を低減させた発光装置を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の第1の態様による発光素子は、陽極と陰極との間にEL層を有し、陰極とEL層との間に、第1の層、第2の層及び第3の層を有し、第1の層は、陰極と第2の層との間に設けられ、陰極及び第2の層と接し、かつ正孔輸送性物質を含み、第2の層は、第1の層と第3の層との間に設けられ、第1の層及び第3の層と接し、かつ金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体からなり、第3の層は、第2の層とEL層との間に設けられ、第2の層及びEL層と接し、かつアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物または希土類金属化合物を含む。第2の層に含まれる金属錯体は金属−酸素結合を有しているので、第1の層からの電子の移動及び第3の層への電子の移動が容易になる。
【0013】
本発明の第2の態様による発光素子は、陽極と陰極との間にEL層を有し、陰極とEL層との間に、第1の層、第2の層及び第3の層を有し、第1の層は、陰極と第2の層との間に設けられ、陰極及び第2の層と接し、かつ正孔輸送性物質と正孔輸送性物質に対するアクセプター性物質とからなり、第2の層は、第1の層と第3の層との間に設けられ、第1の層及び第3の層と接し、かつ金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体からなり、第3の層は、第2の層とEL層との間に設けられ、第2の層及びEL層と接し、かつアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物または希土類金属化合物を含む。第2の層に含まれる金属錯体は金属−酸素結合を有しているので、第1の層からの電子の移動及び第3の層への電子の移動が容易になる。
【0014】
本発明の第1の態様又は第2の態様による発光素子の好ましい例では、金属錯体は金属−酸素の二重結合を有する。金属−酸素の二重結合はアクセプター性がよく(すなわち電子を受容しやすく)、かつ金属−酸素の二重結合を有する金属錯体は安定であると考えられるからである。
【0015】
金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体は、第1の層に含まれるアクセプター性物質のアクセプター準位よりも高いLUMO準位(好ましくは、−5.0eV以上、さらに好ましくは−5.0eV以上−3.0eV以下)を有する電子輸送性物質であるため、第1の層から第2の層への電子の移動が容易となる。したがって第2の層は発光素子の駆動電圧の上昇を抑えることができる。金属錯体はフタロシアニン系材料であることが好ましい。
【0016】
第1の層はアクセプター性物質及びドナー性物質を含み、第3の層は少なくともドナー性物質を含むが、第2の層が第1の層と第3の層との間に存在するため、p−n接合の形成及び空乏層の形成を防止することができる。またアクセプター性物質を含む層とドナー性物質を含む層とが相互作用をするのを防止することができる。
【0017】
第2の層に含まれる金属錯体の構造式を以下に示す。中心金属(V、Sn又はTi)が酸素原子と結合し、金属−酸素結合を有している。これにより電子の授受がより容易になり、第2の層の膜厚が大きくても(例えば10nm以上15nm以下)発光素子の駆動電圧の上昇を抑えることができる。
【0018】
【化1】

【0019】
本発明の第1の態様又は第2の態様による発光素子の好ましい例では、第2の層はアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物または希土類金属化合物を含む。当該金属や化合物は第2の層においてドナー性物質となり、ドナー準位が形成される。ドナー準位は第2の層のLUMO準位に影響を与え、第1の層のアクセプター準位から第2の層のLUMO準位に電子が容易に移動できる。したがって電子をEL層に容易に注入することができ、発光素子の駆動電圧の上昇を抑えることができる。
【0020】
上記した金属や化合物は、第2の層において、金属錯体に対して、質量比で0.001以上0.1以下の比率で含んでもよい。上記の効果が顕著であるからである。
【0021】
本発明の第1の態様又は第2の態様による発光素子の好ましい例では、第3の層は電子輸送性物質を含む。第3の層は電子がEL層へ注入される際に注入障壁を緩和する。さらに電子輸送性物質を含むと、第3の層内において、電子を効率よく輸送することができる。
【0022】
第3の層は、電子輸送性物質に対して、質量比で0.001以上0.1以下の比率で、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物または希土類金属化合物を含んでもよい。上記の効果が顕著であるからである。
【0023】
本発明の第1の態様又は第2の態様による発光素子の好ましい例では、EL層は、電子輸送性物質を含む第4の層を含み、第4の層と第3の層とが接する。上記の効果が顕著であるからである。
【0024】
本発明の第1の態様又は第2の態様による発光素子の好ましい例では、第1の層は、正孔輸送性物質に対して質量比で、0.1以上4.0以下の比率でアクセプター性物質を含む。第1の層は電荷発生領域となるが、上記の場合には効率よく電荷を発生させることができる。また第1の層は膜厚を厚くしても導電率の変化が小さいが、上記の場合はその効果が顕著である。第1の層は導電率の変化が小さいので、膜厚を調整することにより、駆動電圧の上昇を伴うことなく、発光の光学調整が可能となるが、上記の場合はその効果が顕著である。
【0025】
本発明の第2の態様による発光素子の好ましい例では、第1の層は、正孔輸送性物質を含む層とアクセプター性物質を含む層からなる積層構造である。第1の層では電荷移動錯体が形成され、当該電荷移動錯体により電荷が発生する。一方、電荷移動錯体は可視領域に吸収を持つ。上記の場合は電荷移動錯体が界面にのみ形成されるから、EL層からの発光が当該電荷移動錯体に吸収されにくくなる。
【0026】
本発明の第1の態様又は第2の態様による発光素子の好ましい例では、EL層は、正孔輸送性物質と正孔輸送性物質に対するアクセプター性物質とを含む第5の層を含み、第5の層と陽極とが接する。第5の層は第1の層と同様に電荷発生領域となる。陰極側と陽極側に電荷発生領域を設けることにより、キャリアバランスを向上させることができる。また陰極に接する層と、陽極に接する層の構造が同じであると、応力のバランスを向上させることができる。
【0027】
第5の層は、正孔輸送性物質に対して質量比で、0.1以上4.0以下の比率で前記アクセプター性物質を含んでもよい。上記の場合には効率よく電荷を発生させることができる。また第5の層は膜厚を厚くしても導電率の変化が小さいが、上記の場合はその効果が顕著である。第5の層は導電率の変化が小さいので、膜厚を調整することにより、駆動電圧の上昇を伴うことなく、発光の光学調整が可能となるが、上記の場合はその効果が顕著である。
【0028】
第5の層は、正孔輸送性物質を含む層とアクセプター性物質を含む層からなる積層構造でもよい。第5の層では電荷移動錯体が形成され、当該電荷移動錯体により電荷が発生する。一方、電荷移動錯体は可視領域に吸収を持つ。上記の場合は電荷移動錯体が界面にのみ形成されるから、EL層からの発光が当該電荷移動錯体に吸収されにくくなる。
【0029】
本発明の第2の態様による発光素子の好ましい例では、第1の層に含まれるアクセプター性物質は、元素周期表における第4族乃至第8族に属する金属の酸化物である。上記の場合、電荷発生領域としての機能が顕著に生じるからである。
【0030】
本発明の第2の態様による発光素子の好ましい例では、第1の層に含まれるアクセプター性物質は、酸化モリブデンである。上記の場合、電荷発生領域としての効果が顕著であるとともに吸湿性が低いからである。
【0031】
上記発光素子を用いて発光装置を形成してもよい。また当該発光装置を用いて電子機器や照明装置を形成してもよい。消費電力を低減させた発光装置、電子機器や照明装置を提供することができるからである。
【0032】
本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源(照明装置含む)を指す。また発光装置にコネクター、例えばFPC(Flexible Printed Circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にCOG(Chip On Glass)方式により集積回路(IC)が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【発明の効果】
【0033】
本発明の第1の態様による発光素子は、第2の層により駆動電圧の上昇を抑えることができる。第2の層に含まれる金属錯体は金属−酸素結合を有しているので、第1の層からの電子の移動及び第3の層への電子の移動が容易になる。
【0034】
第2の層は第2の層は第1の層と第3の層との間に存在するため、p−n接合の形成及び空乏層の形成を防止することができる。また第1の層と第3の層とが相互作用をするのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】発光素子の素子構造およびバンド図を示す図。
【図2】発光素子のバンド図を示す図。
【図3】発光素子の素子構造およびバンド図を示す図。
【図4】発光素子の素子構造およびバンド図を示す図。
【図5】発光素子の素子構造を示す図。
【図6】発光素子の素子構造を示す図。
【図7】パッシブマトリクス型の発光装置を示す図。
【図8】パッシブマトリクス型の発光装置を示す図。
【図9】アクティブマトリクス型の発光装置を示す図。
【図10】電子機器を示す図。
【図11】照明装置を示す図。
【図12】実施例1の発光素子の特性を示す図。
【図13】実施例1の発光素子の特性を示す図。
【図14】実施例2の発光素子の特性を示す図。
【図15】実施例2の発光素子の特性を示す図。
【図16】実施例3の発光素子の特性を示す図。
【図17】実施例4の発光素子の特性を示す図。
【図18】実施例4の発光素子の特性を示す図。
【図19】実施例5の発光素子の特性を示す図。
【図20】実施例5の発光素子の特性を示す図。
【図21】実施例6の発光素子の特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0036】
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることが可能である。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【0037】
(実施形態1)
本発明の一態様である発光素子の素子構造を図1(A)(B)、図2を用いて説明する。
【0038】
図1(A)に示すように発光素子は、一対の電極(陽極101、陰極102)間に発光領域を含むEL層103が挟まれており、陰極102とEL層103との間には陰極102側から第1の層106、第2の層105、第3の層104を有する。
【0039】
第1の層106は、陰極102と第2の層105との間にあり、陰極102及び第2の層105と接する。第1の層106は、正孔輸送性物質と正孔輸送性物質に対するアクセプター性物質とからなり、電荷発生領域となる。正孔輸送性物質とアクセプター性物質とが電荷移動錯体を形成し、正孔輸送性物質からアクセプター性物質が電子を引き抜くことにより、正孔および電子が発生すると考えられる。第1の層106は、10nm以上200nm以下の厚さを有する。第1の層106は膜厚を厚くしても導電率の変化が小さいため、発光素子の駆動電圧の上昇を抑えることができる。第1の層106の膜厚を調整することにより、駆動電圧の上昇を伴うことなく、発光の光学調整が可能となる。
【0040】
第2の層105は、第1の層106と第3の層104との間にあり、第1の層106及び第3の層104と接する。第2の層105は、金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体からなり、第1の層106で生じた電子を受け、第3の層104へ電子を渡す。したがって第2の層105は電子リレー層となる。金属−酸素結合は電子の授受をより容易にする。第2の層105は、第1の層106と第3の層104とが相互作用をするのを防止する。第2の層105は、p−n接合の形成及び空乏層の形成を防止することができる。
【0041】
金属錯体は金属−酸素の二重結合を有することが好ましい。金属−酸素の二重結合はアクセプター性がよく(すなわち電子を受容しやすく)、かつ金属−酸素の二重結合を有する金属錯体は安定であると考えられるからである。
【0042】
金属錯体はフタロシアニン系材料が好ましく、具体的には以下の構造式を有するフタロシアニン系材料が好ましい。
【0043】
【化2】

【0044】
第3の層104は、第2の層105とEL層103との間にあり、第2の層105とEL層103と接する。第3の層104は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物または希土類金属化合物を含み、第2の層105から受けた電子をEL層103に渡す。第3の層は電子注入バッファー層となる。
【0045】
第1の層106では、発光素子の電荷(キャリア)である正孔(ホール)と電子が発生し、正孔は、陰極102へ移動し、電子は第2の層105へ移動する。第2の層105は、電子輸送性が高いため、第3の層104へ電子を速やかに送る。第3の層104は、EL層103に電子を注入する場合の注入障壁を緩和することができる。このようにしてEL層103への電子注入効率を高めることができる。以下、バンド図を用いて説明する。
【0046】
図1(B)に図1(A)の素子構造におけるバンド図を示す。図1(B)において、111は、陽極101のフェルミ準位、112は、陰極102のフェルミ準位、113は、EL層103のLUMO(最低空分子軌道:Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位、114は、第2の層105のLUMO準位、115は、第1の層106におけるアクセプター性物質のアクセプター準位を示す。
【0047】
第2の層105が第1の層106において発生した電子を効率よくEL層103に注入できるようにするために、第2の層105のLUMO準位114は、第1の層106におけるアクセプター性物質のアクセプター準位115と、EL層103のLUMO準位113との間の準位を占める。具体的には−5.0eV以上−3.0eV以下とする。また第2の層に含まれる金属錯体が有する金属−酸素結合により電子の授受がより容易になる。第2の層105は、第1の層106と第3の層104との間における相互作用を防止し、pn接合の形成及び空乏層の形成を防止し、発光素子の駆動電圧の上昇を抑える。
【0048】
第1の層106のアクセプター準位115から第2の層105のLUMO準位114に移動した電子は、第3の層104によって、注入障壁が緩和されるためにEL層103のLUMO準位113へと容易に注入される。電子は陽極101から注入された正孔と再結合し、EL層103は発光する。一方、第1の層106において発生した正孔は、陰極102に移動する。
【0049】
上述のように第2の層105は金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体からなるが、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物または希土類金属化合物を含んでもよい。当該金属、金属の化合物は金属錯体に対してドナー物質となる。この場合のバンド図を図2に示す。120は第2の層105におけるドナー性物質のドナー準位を示す。ドナー準位120は、第1の層106におけるアクセプター性物質のアクセプター準位115と、EL層103のLUMO準位113との間の準位を占めるように形成される。具体的には−5.0eV以上−3.0eV以下とする。
【0050】
ドナー準位120は第2の層105のLUMO準位114に影響を与える。電子は、第1の層106のアクセプター準位115から第2の層105のLUMO準位114に容易に移動することができる。第2の層105のLUMO準位114に移動した電子は、第3の層104によって、注入障壁が緩和されるためにEL層103のLUMO準位113へと容易に注入される。したがって第2の層105が当該金属、金属の化合物を有する場合、さらに容易に電子をEL層103に注入することができ、発光素子の駆動電圧の上昇を抑えることができる。
【0051】
以下、第1の層106、第2の層105及び第3の層104に用いる材料等を説明する。
【0052】
第1の層106は、正孔輸送性物質とアクセプター性物質とからなり、電荷発生領域となる。正孔輸送性物質としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)など、種々の有機化合物を用いることができる。具体的には、10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。
【0053】
芳香族アミン化合物の具体例としては、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPBまたはα−NPD)やN,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’,4’’−トリス(カルバゾール−9−イル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、N,N’−ビス(4−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン(略称:DTDPPA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、1,3,5−トリス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)等が挙げられる。
【0054】
カルバゾール誘導体の具体例としては、3−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等が挙げられる。その他、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、1,3,5−トリス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]ベンゼン(略称:TCPB)、9−[4−(10−フェニル−9−アントラセニル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、1,4−ビス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]−2,3,5,6−テトラフェニルベンゼン等が挙げられる。
【0055】
芳香族炭化水素の具体例としては、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、2−tert−ブチル−9,10−ビス(4−フェニルフェニル)アントラセン(略称:t−BuDBA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuAnth)、9,10−ビス(4−メチル−1−ナフチル)アントラセン(略称:DMNA)、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]−2−tert−ブチルアントラセン、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン、9,9’−ビアントリル、10,10’−ジフェニル−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス(2−フェニルフェニル)−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス[(2,3,4,5,6−ペンタフェニル)フェニル]−9,9’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン等が挙げられる。また、この他、ペンタセン、コロネン等も用いることができる。このように、1×10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有し、炭素数14〜42である芳香族炭化水素を用いることがより好ましい。
【0056】
また、芳香族炭化水素は、ビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(略称:DPVBi)、9,10−ビス[4−(2,2−ジフェニルビニル)フェニル]アントラセン(略称:DPVPA)等が挙げられる。
【0057】
さらに、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)やポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)等の高分子化合物を用いることもできる。
【0058】
第1の層106の形成に用いるアクセプター性物質としては、遷移金属酸化物を挙げることができる。また元素周期表における第4族乃至第8族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。特に酸化モリブデンは吸湿性が低いため好ましい。その他7,7,8,8−テトラシアノ−2,3,5,6−テトラフルオロキノジメタン(略称:F−TCNQ)、クロラニル等を挙げることができる。
【0059】
第1の層106において、正孔輸送性物質に対して質量比で、0.1以上4.0以下の比率でアクセプター性物質を添加することが好ましい。
【0060】
第1の層106は同一膜中に正孔輸送性物質とアクセプター性物質を含有する場合だけでなく、正孔輸送性物質を含む層とアクセプター性物質を含む層とが積層された構造とすることも可能である。但し、積層構造の場合には、正孔輸送性物質を含む層が陰極102と接する構造となる。
【0061】
第1の層106は、10nm以上200nm以下の厚さを有する。第1の層106は膜厚を厚くしても導電率の変化が小さいため、発光素子の駆動電圧の上昇を抑えることができる。第1の層106の膜厚を調整することにより、駆動電圧の上昇を伴うことなく、発光の光学調整が可能となる。
【0062】
第2の層105は、第1の層106においてアクセプター性物質がひき抜いた電子を速やかに受け取る。第2の層105は、金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体からなり、そのLUMO準位は、第1の層106におけるアクセプター性物質のアクセプター準位と、EL層103のLUMO準位との間の準位を占める。具体的には−5.0eV以上−3.0eV以下のLUMO準位とするのが好ましい。また金属錯体は金属−酸素結合を有するので電子の授受がより容易になる。金属錯体はフタロシアニン系材料が好ましく、具体的にはVOPc、SnOPc及びTiOPcのいずれかを用いる。
【0063】
第2の層105では、金属錯体に対して質量比で、0.001以上0.1以下の比率でドナー性物質が添加されてもよい。ドナー性物質としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およびこれらの化合物(アルカリ金属化合物(酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む)、アルカリ土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)、または希土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む))の他、テトラチアナフタセン(略称:TTN)、ニッケロセン、デカメチルニッケロセン等の有機化合物が挙げられる。
【0064】
第2の層105は1nm以上15nm以下、好ましくは1nm以上10nm以下の厚さを有する。金属錯体が金属−酸素結合を有するので、第2の層105は10nm以上15nm以下の厚さを有してもよい。第2の層105は、第1の層106と第3の層104との間における相互作用を防止し、pn接合の形成及び空乏層の形成を防止し、発光素子の駆動電圧の上昇を抑える。ドナー性物質が添加されることにより、さらに容易に電子をEL層103に注入することができ、発光素子の駆動電圧の上昇を抑えることができる。
【0065】
第3の層104は、第2の層105が受け取った電子をEL層103に注入する。第3の層104には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およびこれらの化合物(アルカリ金属化合物(酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む)、アルカリ土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)、または希土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む))等の電子注入性の高い物質を用いる。
【0066】
第3の層104が、電子輸送性物質をも含む場合には、電子輸送性物質に対して質量比で、0.001以上0.1以下の比率で電子注入性の高い物質を添加することが好ましい。
【0067】
電子輸送性物質としては、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、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(略称:BAlq)など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等を用いることができる。また、この他ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンズオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、9−[4−(5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CO11)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)なども用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層を二層以上積層したものを用いてもよい。またポリ[(9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(ピリジン−3,5−ジイル)](略称:PF−Py)、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(2,2’−ビピリジン−6,6’−ジイル)](略称:PF−BPy)などの高分子化合物を用いることができる。
【0068】
第3の層104は0.1nm以上10nm以下の厚さを有する。第3の層104は、第1の層106とEL層103との間の注入障壁を緩和することができるため、第1の層106で生じた電子をEL層103に容易に注入することができる。
【0069】
第1の層106、第2の層105及び第3の層104は、ドライプロセス(真空蒸着法等)、ウェットプロセス(インクジェット法、スピンコート法等)など、種々の方法を用いて形成することができる。
【0070】
次に発光素子のその他の構成を説明する。
【0071】
陽極101としては、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上が好ましい)金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛(IZO:Indium Zinc Oxide)、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム等が挙げられる。
【0072】
陽極101は、通常スパッタにより成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して作製しても構わない。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛(IZO)膜は、酸化インジウムに対し1〜20wt%の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム膜は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを0.5〜5wt%、酸化亜鉛を0.1〜1wt%含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。
【0073】
陽極101としては、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、チタン(Ti)、または金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン等)、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物、チタン酸化物等を用いてもよい。また、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)、ポリアニリン/ポリ(スチレンスルホン酸)(PAni/PSS)等の導電性ポリマーを用いても良い。但し、陽極101と接して、後述する第5の層を設ける場合には、仕事関数の大小に関わらず、Al、Ag等様々な導電性材料を陽極101に用いることができる。
【0074】
陰極102としては、仕事関数の小さい(具体的には3.8eV以下であることが好ましい)金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば元素周期表の第1族または第2族に属する元素、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金(MgAg、AlLi)、ユウロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)等の希土類金属およびこれらを含む合金等を用いることができる。なお、アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金の膜はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
【0075】
この他、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、または希土類金属化合物(例えば、フッ化リチウム(LiF)、酸化リチウム(LiOx)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)、フッ化エルビウム(ErF)など)の薄膜と、アルミニウム等の金属膜とを積層することによって、陰極102を形成することも可能である。しかしながら、本実施の形態で示す構成のように陰極102と接して電荷発生領域となる第1の層106を設ける場合には、仕事関数の大小に関わらず、Al、Ag、ITO、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を陰極102に用いることができる。
【0076】
なお、本実施の形態に示す発光素子においては、陽極および陰極のうち、少なくとも一方が可視光に対する透光性を有すればよい。透光性は、ITOのような透光性電極を用いるか、あるいは電極の膜厚を薄くすることにより確保できる。
【0077】
EL層103は、少なくとも発光層を含んで形成されていればよく、発光層以外の層が形成された積層構造であっても良い。発光層以外には、正孔注入性物質、正孔輸送性物質または電子輸送性物質、電子注入性物質、バイポーラ性(電子及び正孔の輸送性の高い)の物質等からなる層が挙げられる。具体的には、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層(ホールブロッキング層)、電子輸送層(第4の層)、電子注入層等が挙げられ、これらは適宜組み合わせて構成することができる。さらに、EL層103のうちの陽極101と接する側に電荷発生領域(第5の層)を設けることもできる。
【0078】
上述したEL層103に含まれる各層を構成する材料について、以下に具体例を示す。
【0079】
正孔注入層は、正孔注入性物質を含む層である。正孔注入性物質としては、例えば、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等を用いることができる。この他、フタロシアニン(略称:HPc)や銅フタロシアニン(略称:CuPc)等のフタロシアニン系の化合物、或いはポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)等の高分子等によっても正孔注入層を形成することができる。
【0080】
正孔輸送層は、正孔輸送性物質を含む層である。正孔輸送性物質としては、例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPBまたはα−NPD)やN,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’,4’’−トリス(カルバゾール−9−イル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)などの芳香族アミン化合物、3−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等が挙げられる。その他、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、1,3,5−トリス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]ベンゼン(略称:TCPB)、9−[4−(10−フェニル−9−アントラセニル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)等のカルバゾール誘導体、等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、正孔輸送性物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【0081】
これ以外にも、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)、ポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)、ポリ[N−(4−{N’−[4−(4−ジフェニルアミノ)フェニル]フェニル−N’−フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド](略称:PTPDMA)、ポリ[N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン](略称:Poly−TPD)などの高分子化合物を正孔輸送層に用いることができる。
【0082】
発光層は、発光物質を含む層である。発光物質としては、以下に示す蛍光性化合物を用いることができる。例えば、N,N’−ビス[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニルスチルベン−4,4’−ジアミン(略称:YGA2S)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)トリフェニルアミン(略称:2YGAPPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCAPA)、ペリレン、2,5,8,11−テトラ−tert−ブチルペリレン(略称:TBP)、4−(10−フェニル−9−アントリル)−4’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBAPA)、N,N’’−(2−tert−ブチルアントラセン−9,10−ジイルジ−4,1−フェニレン)ビス[N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン](略称:DPABPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPPA)、N−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPPA)、N,N,N’,N’,N’’,N’’,N’’’,N’’’−オクタフェニルジベンゾ[g,p]クリセン−2,7,10,15−テトラアミン(略称:DBC1)、クマリン30、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCABPhA)、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPABPhA)、9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N−フェニルアントラセン−2−アミン(略称:2YGABPhA)、N,N,9−トリフェニルアントラセン−9−アミン(略称:DPhAPhA)クマリン545T、N,N’−ジフェニルキナクリドン(略称:DPQd)、ルブレン、5,12−ビス(1,1’−ビフェニル−4−イル)−6,11−ジフェニルテトラセン(略称:BPT)、2−(2−{2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}−6−メチル−4H−ピラン−4−イリデン)プロパンジニトリル(略称:DCM1)、2−{2−メチル−6−[2−(2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCM2)、N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)テトラセン−5,11−ジアミン(略称:p−mPhTD)、7,14−ジフェニル−N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)アセナフト[1,2−a]フルオランテン−3,10−ジアミン(略称:p−mPhAFD)、2−{2−イソプロピル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTI)、2−{2−tert−ブチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTB)、2−(2,6−ビス{2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}−4H−ピラン−4−イリデン)プロパンジニトリル(略称:BisDCM)、2−{2,6−ビス[2−(8−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:BisDCJTM)などが挙げられる。
【0083】
発光物質としては、以下に示す燐光性化合物を用いることもできる。例えば、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)テトラキス(1−ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:FIrpic)、ビス[2−(3’,5’−ビストリフルオロメチルフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:Ir(CFppy)(pic))、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:FIracac)、トリス(2−フェニルピリジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(ppy))、ビス(2−フェニルピリジナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))、ビス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bzq)(acac))、ビス(2,4−ジフェニル−1,3−オキサゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(dpo)(acac))、ビス[2−(4’−パーフルオロフェニルフェニル)ピリジナト]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(p−PF−ph)(acac))、ビス(2−フェニルベンゾチアゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bt)(acac))、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジナト−N,C3’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(btp)(acac))、ビス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(piq)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(III)(略称:Ir(Fdpq)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(tppr)(acac))、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィリン白金(II)(略称:PtOEP)、トリス(アセチルアセトナト)(モノフェナントロリン)テルビウム(III)(略称:Tb(acac)(Phen))、トリス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(DBM)(Phen))、トリス[1−(2−テノイル)−3,3,3−トリフルオロアセトナト](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(TTA)(Phen))などが挙げられる。
【0084】
なお、これらの発光物質は、ホスト材料に分散させて用いるのが好ましい。ホスト材料としては、例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPBまたはα−NPD)やN,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’,4’’−トリス(カルバゾール−9−イル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)などの芳香族アミン化合物、3−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等が挙げられる。その他、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、1,3,5−トリス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]ベンゼン(略称:TCPB)、9−[4−(10−フェニル−9−アントラセニル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)等のカルバゾール誘導体、ポリ[N−(4−{N’−[4−(4−ジフェニルアミノ)フェニル]フェニル−N’−フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド](略称:PTPDMA)、ポリ[N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン](略称:Poly−TPD)などの高分子化合物を含む正孔輸送性の高い物質を用いることができる。またはトリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、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(略称:BAlq)など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンズオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体、さらに、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)や、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、9−[4−(5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CO11)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)などの電子輸送性物質を用いることができる。
【0085】
電子輸送層は、電子輸送性物質を含む層である。電子輸送性物質としては、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、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(略称:BAlq)など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンズオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体、さらに、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)や、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、9−[4−(5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CO11)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)などを用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層を二層以上積層したものを用いてもよい。
【0086】
その他、ポリ[(9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(ピリジン−3,5−ジイル)](略称:PF−Py)、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(2,2’−ビピリジン−6,6’−ジイル)](略称:PF−BPy)などの高分子化合物を電子輸送層に用いることができる。
【0087】
電子注入層は、電子注入性物質を含む層である。電子注入性物質としては、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、カルシウム(Ca)、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)等のアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはこれらの化合物が挙げられる。また、電子輸送性を有する物質中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を含有させたもの、例えばAlq中にマグネシウム(Mg)を含有させたもの等を用いることもできる。
【0088】
また、上述したようにEL層103において、陽極101と接する側に電荷発生領域として第5の層を設けることができる。電荷発生領域は、正孔輸送性物質と正孔輸送性物質に対するアクセプター性物質を含む。なお電荷発生領域は、同一膜中に正孔輸送性物質とアクセプター性物質を含有する場合だけでなく、正孔輸送性物質を含む層とアクセプター性物質を含む層とが積層されていても良い。但しアクセプター性物質を含む層が陽極101と接する構造となる。
【0089】
第5の層を形成することにより、陽極101を形成する材料の仕事関数を考慮せずに陽極101を形成することができる。つまり、陽極101を形成する材料として、仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料を用いることもできる。
【0090】
第5の層に用いるアクセプター性物質としては、元素周期表における第4族乃至第8族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。特に酸化モリブデン好ましい。なお酸化モリブデンは、吸湿性が低いという特徴を有している。水分はEL素子に悪影響を与えるため、吸湿性の低い材料が好ましい。
【0091】
第5の層に用いる正孔輸送性物質としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)など、種々の有機化合物を用いることができる。具体的には、10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。
【0092】
なお、これらの層を適宜組み合わせて積層することにより、EL層103を形成することができる。また、EL層103の形成方法としては、用いる材料に応じて種々の方法(乾式法や湿式法等)を適宜選択することができる。真空蒸着法、インクジェット法またはスピンコート法などを用いることができる。また、各層で異なる方法を用いて形成してもよい。
【0093】
以上のような材料を組み合わせることにより、本実施の形態に示す発光素子を作製することができる。この発光素子からは、上述した発光物質からの発光が得られるが、発光物質の種類を変えることにより様々な発光色を得ることができる。また、発光物質として発光色の異なる複数の発光物質を用いることにより、ブロードなスペクトルの発光や白色発光を得ることもできる。なお、白色発光を得る場合には、互いに補色となる発光色を呈する複数層を重ね合わせる構成等を用いることができる。具体的な補色の関係としては、例えば青色と黄色、あるいは青緑色と赤色等が挙げられる。
【0094】
また、本実施の形態に示す発光素子は、各種基板の上に形成することができる。基板としては、例えばガラス、プラスチック、金属板、金属箔などを用いることができる。発光素子の発光を基板側から取り出す場合は、透光性を有する基板を用いればよい。ただし基板は、発光素子の作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。
【0095】
なお、本実施の形態に示す発光素子の素子構造は、両電極が一基板上に格子状に形成されたパッシブマトリクス型の発光装置とすることができる。ただし発光装置を照明装置に用いる場合には、電極を格子状に形成する必要はない。また、スイッチの役割を果たす薄膜トランジスタ(TFT)等と電気的に接続された発光素子を有し、該TFT等によって発光素子の駆動が制御されたアクティブマトリクス型の発光装置とすることもできる。なお、該TFTの構造は、特に限定されない。スタガ型のTFTでもよいし、逆スタガ型のTFTでもよい。また、TFTで構成される駆動用回路についても、N型およびP型のTFTからなるものでもよいし、若しくはN型のTFTまたはP型のTFTのいずれか一方のみからなるものであってもよい。また、該TFTに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。また、単結晶半導体膜を用いてもよい。単結晶半導体膜は、スマートカット法などを用いて作製することができる。さらには、酸化物半導体、例えばインジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸化物半導体を用いることができる。
【0096】
本実施の形態に示す素子構造とすることにより、EL素子の駆動電圧を低下させることができる。第2の層105は金属−酸素結合を有するので、膜厚が大きくてもEL素子の駆動電圧の上昇を抑えることができる。また第1の層106と第3の層104との間に第2の層105が挟まれた構造となるため、第1の層106と、第3の層104とが相互作用をすることを防止し、pn接合の形成及び空乏層の形成を防止してEL素子の駆動電圧の上昇を抑えることができる。
【0097】
(実施形態2)
本実施形態は、実施形態1で説明した発光素子の一例について、図3(A)(B)を用いて説明する。
【0098】
発光素子は、図3(A)に示すように一対の電極(陽極101、陰極102)間に発光領域を含むEL層103が挟まれており、陰極102とEL層103との間には陰極102側から電荷発生領域となる第1の層106、電子リレー層となる第2の層105、および電子注入バッファーとなる第3の層104が順次積層される。
【0099】
陽極101、陰極102、EL層103、第1の層106および第2の層105には、実施形態1で説明したものと同様の材料を用いることができる。
【0100】
第3の層104に用いる物質としては、リチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、マグネシウム(Mg)やカルシウム(Ca)やストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、ユウロピウム(Eu)やイッテルビウム(Yb)等の希土類金属、アルカリ金属化合物(酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む)、アルカリ土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)、または希土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)等の電子注入性の高い物質が挙げられる。
【0101】
陽極101上にEL層103を形成した後、その上に第3の層104、第2の層105、第1の層106が順次形成される。第3の層104の膜厚は、駆動電圧の上昇を避ける為に非常に薄い膜厚(具体的には1nm以下、0.1nm以上)で形成される。第3の層104は、第2の層105とEL層103の一部である電子輸送層となる第4の層107とのほぼ界面に存在する。ただし第4の層107を形成した後、第4の層107上に第3の層104を形成すると、第3の層104を形成する物質の一部は、第4の層107にも存在しうる。
【0102】
なお、図3(A)に示す素子を陽極101側から順次積層して形成した場合のバンド図は、図3(B)のようになる。×は第3の層104に含まれる物質を示す。第3の層104は非常に薄いため、第3の層104に含まれる物質は第4の層107にも存在しうる。
【0103】
第2の層105とEL層103との界面に第3の層104を設けることにより、注入障壁を緩和することができる。よって第1の層106で生じた電子を、第2の層105からEL層103へと容易に注入することができる。また第1の層106において発生した正孔は、陰極に移動する。
【0104】
本実施形態で示すように、第3の層104を、上記物質で形成し、その膜厚を0.1nm以上1nm以下とし、第3の層と第4の層とが接すると、実施の形態1で示すような第3の層104を電子輸送性物質を添加して形成する場合と比較して、発光素子の駆動電圧を低減させることができる。
【0105】
第3の層104に用いる電子注入性物質として上述した物質のうち、アルカリ金属化合物(酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む)、アルカリ土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)、または希土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)等の物質は、空気中で安定な物質であるため、量産に適している。
【0106】
本実施形態2に示す構成は、実施形態1に示した構成を適宜組み合わせて用いることができる。
【0107】
例えば実施形態1に示したように第2の層105では、金属錯体に対して質量比で、0.001以上0.1以下の比率でドナー性物質が添加されてもよい。ドナー性物質は実施形態1に示したものを用いる。
【0108】
(実施形態3)
本実施形態は、実施形態1で説明した発光素子の一例について、図4(A)(B)を用いて説明する。
【0109】
発光素子は、図4(A)に示すように一対の電極(陽極101、陰極102)間に発光領域を含むEL層103が挟まれており、陰極102とEL層103との間には陰極102側から電荷発生領域となる第1の層106、電子リレー層となる第2の層105および電子注入バッファー層となる第3の層104が順次積層され、第3の層104は電子輸送性物質とドナー性物質を含む。
【0110】
第3の層104では、電子輸送性物質に対して質量比で、0.001以上0.1以下の比率でドナー性物質を添加することが好ましい。これにより、電子注入バッファーとしての機能が得られる。
【0111】
本実施形態3における陽極101、陰極102、EL層103、第1の層106、および第2の層105には、実施形態1で説明したものと同様の材料を用いることができる。
【0112】
第3の層104に用いる電子輸送性物質としては、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、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(略称:BAlq)など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等を用いることができる。また、この他ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンズオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)や、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、9−[4−(5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CO11)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)なども用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質である。
【0113】
またポリ[(9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(ピリジン−3,5−ジイル)](略称:PF−Py)、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(2,2’−ビピリジン−6,6’−ジイル)](略称:PF−BPy)などの高分子化合物を用いることができる。
【0114】
第3の層104に用いるドナー性物質としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およびこれらの化合物(アルカリ金属化合物(酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む)、アルカリ土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)、または希土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)の他、テトラチアナフタセン(略称:TTN)、ニッケロセン、デカメチルニッケロセン等の有機化合物を用いることもできる。
【0115】
第3の層104に用いる電子輸送性物質と、EL層103の一部である電子輸送層となる第4の層107に用いる電子輸送性物質とは、同じであっても異なっていても良い。
【0116】
実施形態3の発光素子は、図4(A)に示すようにEL層103と第2の層105との間に電子輸送性物質とドナー性物質とを含む第3の層104が形成される。この素子構造に対するバンド図を図4(B)に示す。×はドナー性物質を示す。
【0117】
第3の層104が形成されることにより、第2の層105とEL層103との間の注入障壁を緩和することができる。よって第1の層106で生じた電子を、第2の層105からEL層103へと容易に注入することができる。
【0118】
なお、本実施形態に示す構成は、実施形態1や実施形態2に示した構成を適宜組み合わせて用いることができる。
【0119】
例えば実施形態1に示したように第2の層105では、金属錯体に対して質量比で、0.001以上0.1以下の比率でドナー性物質が添加されてもよい。ドナー性物質は実施形態1に示したものを用いる。
【0120】
(実施形態4)
本実施形態では、実施形態1で説明した発光素子の一例として、第1の層106の構成について、図5(A)(B)を用いて説明する。
【0121】
一対の電極(陽極101、陰極102)間に発光領域を含むEL層103が挟まれており、陰極102とEL層103との間には陰極102側から第1の層106、第2の層105および第3の層104が順次積層される。なお、陽極101、陰極102、EL層103、第2の層105および第3の層104には、実施形態1−3で説明したものと同様の材料を用いることができる。
【0122】
第1の層106は、正孔輸送性物質とアクセプター性物質を含む領域である。第1の層106では、正孔輸送性物質からアクセプター性の物質が電子を引き抜くことにより、正孔および電子が発生する。
【0123】
図5(A)に示す第1の層106は、一つの膜中に正孔輸送性物質とアクセプター性物質を含有させた構造を有する。この場合、正孔輸送性物質に対して質量比で、0.1以上4.0以下の比率でアクセプター性物質を添加することにより、第1の層106におけるキャリアの発生が容易となるため好ましい。
【0124】
一方、図5(B)に示す第1の層106は、正孔輸送性物質を含む層106aとアクセプター性物質を含む層106bとが積層された構造を有する。第1の層106において形成される電荷移動錯体は可視領域に吸収を持つ。正孔輸送性物質を含む層106aとアクセプター性物質を含む層106bとが積層された場合には、当該電荷移動錯体は第1の層106全体ではなく、層106aと層106bの界面にのみ形成される。電荷移動錯体が界面にのみ形成されるから、EL層103からの発光が当該電荷移動錯体に吸収されにくく好ましい。
【0125】
第1の層106の形成に用いる正孔輸送性物質、アクセプター性物質としては、実施形態1に記載したものを用いることができる。
【0126】
なお、本実施形態に示す構成は、実施形態1−実施形態3に示した構成を適宜組み合わせて用いることができる。
【0127】
例えば実施形態1に示したように第2の層105では、金属錯体に対して質量比で、0.001以上0.1以下の比率でドナー性物質が添加されてもよい。ドナー性物質は実施形態1に示したものを用いる。
【0128】
(実施形態5)
本実施形態では、実施形態1で説明した発光素子の一例として、EL層103の一部に陽極101と接して電荷発生領域が形成される場合について、図6(A)(B)を用いて説明する。発光素子は、EL層103の一部であって、陽極101と接して形成される電荷発生領域となる第5の層108と、実施形態1で説明した電荷発生領域となる第1の層116とを有する。
【0129】
発光素子は、一対の電極(陽極101、陰極102)間に発光領域を含むEL層103が挟まれており、EL層103の一部に陽極101と接して電荷発生領域となる第5の層108を有する。発光素子は、陰極102とEL層103との間には陰極102側から第1の層116、第2の層105および第3の層104が順次積層される。陽極101、陰極102、EL層103、第3の層104、第2の層105及び第1の層116には、実施形態1−実施形態4で説明したものと同様の材料を用いることができる。
【0130】
図6(A)(B)に示す発光素子において、第5の層108は、第1の層116と同様であり、正孔輸送性物質とアクセプター性物質を含む領域である。従って、第5の層108では、正孔輸送性物質からアクセプター性の物質が電子を引き抜くことにより、正孔および電子が発生する。正孔はEL層103へ注入され、電子は陽極101に移動する。
【0131】
図6(A)に示す第5の層108は、一つの膜中に正孔輸送性物質とアクセプター性物質を含有させた構造を有する。この場合、正孔輸送性物質に対して質量比で、0.1以上4.0以下の比率でアクセプター性物質を添加することにより、第5の層108におけるキャリアの発生が容易となるため好ましい。また、図6(A)において、第5の層108と第1の層116とを同じ材料で形成することにより、発光素子の陽極101側と陰極102側の応力が均一になるため好ましい。
【0132】
一方、図6(B)に示す第5の層108は、正孔輸送性物質を含む層108aとアクセプター性物質を含む層108bとが積層された構造を有する。第5の層108において形成される電荷移動錯体は、可視領域に吸収を持つ。正孔輸送性物質を含む層108aとアクセプター性物質を含む層108bとが積層された場合には、当該電荷移動錯体は、第5の層108全体ではなく、層108aと層108bの界面にのみ形成される。電荷移動錯体が界面にのみ形成されるから、EL層103からの発光が当該電荷移動錯体に吸収されにくく好ましい。なお図6(B)に示すように第1の層116も正孔輸送性物質を含む層116aとアクセプター性物質を含む層116bとが積層された構造としてもよい。
【0133】
なお、第5の層108に用いる正孔輸送性物質としては、実施形態1において、第1の層106に用いる正孔輸送性物質として挙げた物質を用いることができる。また、第5の層108に用いるアクセプター性物質としては、実施形態1において、第1の層106に用いるアクセプター性物質として挙げた物質を用いることができる。
【0134】
なお、本実施形態5に示す構成は、実施形態1−実施形態4に示した構成を適宜組み合わせて用いることができる。
【0135】
例えば実施形態1に示したように第2の層105では、金属錯体に対して質量比で、0.001以上0.1以下の比率でドナー性物質が添加されてもよい。ドナー性物質は実施形態1に示したものを用いる。
【0136】
(実施形態6)
本実施の形態では、実施形態1乃至実施形態5で説明した発光素子を用いて作製される発光装置の一例として、パッシブマトリクス型の発光装置およびアクティブマトリクス型の発光装置について説明する。
【0137】
図7、図8にパッシブマトリクス型の発光装置の例を示す。
【0138】
パッシブマトリクス型(単純マトリクス型ともいう)の発光装置は、ストライプ状(帯状)に並列された複数の陽極と、ストライプ状に並列された複数の陰極とが互いに直交するように設けられており、その交差部に発光層が挟まれた構造となっている。従って、選択された(電圧が印加された)陽極と選択された陰極との交点にあたる画素が点灯することになる。
【0139】
図7(A)乃至図7(C)は、封止前における画素部の上面図を示す図であり、図7(A)乃至図7(C)中の鎖線A−A’で切断した断面図が図7(D)である。
【0140】
基板601上には、下地絶縁層として絶縁層602を形成する。なお、下地絶縁層が必要でなければ特に形成しなくともよい。絶縁層602上には、ストライプ状に複数の第1の電極603が等間隔で配置されている(図7(A))。
【0141】
また、第1の電極603上には、各画素に対応する開口部を有する隔壁604が設けられ、開口部を有する隔壁604は絶縁材料(例えば、感光性または非感光性の有機材料(ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン)、またはSpin−On−Glass(SOG)膜(例えば、アルキル基を含むSiOx膜))で構成されている。なお、各画素に対応する開口部605が発光領域となる(図7(B))。
【0142】
開口部を有する隔壁604上に、第1の電極603と交差する互いに平行な複数の逆テーパ状の隔壁606が設けられる(図7(C))。逆テーパ状の隔壁606はフォトリソグラフィ法に従い、未露光部分をパターンとするポジ型感光性樹脂を用い、パターンの下部がより多くエッチングされるように露光量または現像時間を調節することによって形成する。
【0143】
図7(C)に示すように逆テーパ状の隔壁606を形成した後、図7(D)に示すように有機化合物を含む層607および第2の電極608を順次形成する。なお、本実施形態で示す有機化合物を含む層607は、実施形態1乃至実施形態5において陽極と陰極との間に形成される層として示した、少なくともEL層、第1の層、第2の層及び第3の層を含む。開口部を有する隔壁604及び逆テーパ状の隔壁606を合わせた高さは、有機化合物を含む層607及び第2の電極608の膜厚より大きくなるように設定されているため、図7(D)に示すように複数の領域に分離された有機化合物を含む層607と、第2の電極608とが形成される。なお、複数に分離された領域は、それぞれ電気的に独立している。
【0144】
第2の電極608は、第1の電極603と交差する方向に伸長し、互いに平行なストライプ状の電極である。なお、逆テーパ状の隔壁606上にも有機化合物を含む層607の一部及び第2の電極608を形成する導電層の一部が形成されるが、有機化合物を含む層607、及び第2の電極608とは分断されている。
【0145】
本実施の形態における第1の電極603および第2の電極608は、一方が陽極であり、他方が陰極であればどちらであっても良い。なお、有機化合物を含む層607を構成する積層構造については、実施形態1乃至実施形態5で示した構成となるように電極の極性に応じて適宜調整すればよい。
【0146】
必要であれば、基板601に封止缶やガラス基板などの封止材をシール材などの接着剤で貼り合わせて封止し、発光素子が密閉された空間に配置されるようにしても良い。これにより、発光素子の劣化を防止することができる。なお、密閉された空間には、充填材や、乾燥した不活性ガスを充填しても良い。さらに、水分などによる発光素子の劣化を防ぐために基板と封止材との間に乾燥剤などを封入してもよい。乾燥剤によって微量な水分が除去され、十分乾燥される。乾燥剤としては、酸化カルシウムや酸化バリウムなどのようなアルカリ土類金属の酸化物のような化学吸着によって水分を吸収する物質を用いることが可能である。その他の乾燥剤として、ゼオライトやシリカゲル等の物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。
【0147】
次に、図7(A)乃至図7(D)に示したパッシブマトリクス型の発光装置にFPCなどを実装した場合の上面図を図8に示す。
【0148】
図8において、画像表示を構成する画素部は、走査線群とデータ線群が互いに直交するように交差している。
【0149】
ここで、図7における第1の電極603が、図8の走査線703に相当し、図7における第2の電極608が、図8のデータ線708に相当し、逆テーパ状の隔壁606が図8の隔壁706に相当する。データ線708と走査線703の間には、図7の有機化合物を含む層607が挟まれており、領域705で示される交差部が画素1つ分となる。
【0150】
なお、走査線703は端部で接続配線709と電気的に接続され、接続配線709が入力端子710を介してFPC711bに接続される。また、データ線708は入力端子712を介してFPC711aに接続される。
【0151】
また、必要であれば、発光層から射出された光の射出面に偏光板、又は円偏光板(楕円偏光板を含む)、位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【0152】
なお、図8では、駆動回路を基板上に設けない例を示したが、基板上に駆動回路を有するICチップを実装させてもよい。
【0153】
また、ICチップを実装させる場合には、画素部の周辺(外側)の領域に、画素部へ各信号を伝送する駆動回路が形成されたデータ線側IC、走査線側ICをCOG方式によりそれぞれ実装する。COG方式以外の実装技術としてTCPやワイヤボンディング方式を用いて実装してもよい。TCPはTABテープにICを実装したものであり、TABテープを素子形成基板上の配線に接続してICを実装する。データ線側IC、および走査線側ICは、シリコン基板を用いたものであってもよいし、ガラス基板、石英基板もしくはプラスチック基板上にTFTで駆動回路を形成したものであってもよい。
【0154】
次に、アクティブマトリクス型の発光装置の例について、図9を用いて説明する。なお、図9(A)は発光装置を示す上面図であり、図9(B)は図9(A)を鎖線A−A’で切断した断面図である。本実施の形態に係るアクティブマトリクス型の発光装置は、素子基板801上に設けられた画素部802と、駆動回路部(ソース線駆動回路)803と、駆動回路部(ゲート線駆動回路)804と、を有する。画素部802、駆動回路部803、及び駆動回路部804は、シール材805によって、素子基板801と封止基板806との間に封止されている。
【0155】
また、素子基板801上には、駆動回路部803、及び駆動回路部804に外部からの信号(例えば、ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、又はリセット信号等)や電位を伝達する外部入力端子を接続するための引き回し配線807が設けられる。ここでは、外部入力端子としてFPC(フレキシブルプリントサーキット)808を設ける例を示している。なお、ここではFPCのみが図示されているが、このFPCにはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
【0156】
次に、断面構造について図9(B)を用いて説明する。素子基板801上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、ソース線駆動回路である駆動回路部803と、画素部802が示されている。
【0157】
駆動回路部803はnチャネル型TFT809とpチャネル型TFT810とを組み合わせたCMOS回路が形成される例を示している。なお、駆動回路部を形成する回路は、種々のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に駆動回路を形成することもできる。
【0158】
また、画素部802はスイッチング用TFT811と、電流制御用TFT812と電流制御用TFT812の配線(ソース電極又はドレイン電極)に電気的に接続された陽極813とを含む複数の画素により形成される。なお、陽極813の端部を覆って絶縁物814が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂を用いることにより形成する。
【0159】
また、上層に積層形成される膜の被覆性を良好なものとするため、絶縁物814の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにするのが好ましい。例えば、絶縁物814の材料としてポジ型の感光性アクリル樹脂を用いた場合、絶縁物814の上端部に曲率半径(0.2μm〜3μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物814として、感光性の光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができ、有機化合物に限らず無機化合物、例えば、酸化シリコン、酸窒化シリコン等、の両者を使用することもできる。
【0160】
陽極813上には、有機化合物を含む層815及び陰極816が積層形成されている。なお、陽極813をITO膜とし、陽極813と接続する電流制御用TFT812の配線として窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜との積層膜、或いは窒化チタン膜、アルミニウムを主成分とする膜、窒化チタン膜との積層膜を適用すると、配線としての抵抗も低く、ITO膜との良好なオーミックコンタクトを実現できる。なお、ここでは図示しないが、陰極816は外部入力端子であるFPC808に電気的に接続されている。
【0161】
なお、本実施の形態で示す有機化合物を含む層815は、実施形態1乃至実施形態5において陽極と陰極との間に形成される層として示した、少なくともEL層、第1の層、第2の層、第3の層を含む。EL層は、少なくとも発光層が設けられており、発光層の他に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層又は電子注入層を適宜設ける構成とする。陽極813、有機化合物を含む層815及び陰極816との積層構造で、発光素子817が形成されている。
【0162】
また、図9(B)に示す断面図では発光素子817を1つのみ図示しているが、画素部802において、複数の発光素子がマトリクス状に配置されている。なお、R(赤)G(緑)B(青)の色要素からなるカラー表示を行う場合、画素部802には、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子がそれぞれ複数形成される。また、色要素は、3色に限定されず、4色以上を用いても良いし、RGB以外の色を用いても良い。例えば、白色を加えて、RGBW(Wは白)とすることも可能である。
【0163】
色要素の異なる発光素子の作製方法としては、それぞれのEL層ごとに塗り分けをする方法、全てのEL層を白色発光が得られる様に形成し、カラーフィルタと組み合わせることによって異なる色要素の発光素子を得る方法、全てのEL層を青色発光もしくはそれより短波長の発光が得られる様に形成し色変換層と組み合わせることによって異なる色要素の発光素子を得る方法等を用いることができる。
【0164】
さらにシール材805で封止基板806を素子基板801と貼り合わせることにより、素子基板801、封止基板806、およびシール材805で囲まれた空間818に発光素子817が備えられた構造になっている。なお、空間818には、不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される場合の他、シール材805で充填される構成も含むものとする。
【0165】
なお、シール材805にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板806に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【0166】
以上のようにして、アクティブマトリクス型の発光装置を得ることができる。
【0167】
なお、本実施形態6に示す構成は、実施形態1〜実施形態5に示した構成を適宜組み合わせて用いることができる。
【0168】
(実施形態7)
本実施の形態では、本発明の一態様を適用して作製した発光装置を用いて完成させた様々な電子機器および照明装置について、図10、11を用いて説明する。
【0169】
本発明の一態様の発光装置を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。これらの電子機器および照明装置の具体例を図10に示す。
【0170】
図10(A)は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置9100は、筐体9101に表示部9103が組み込まれている。表示部9103により、映像を表示することが可能であり、本発明の一態様により形成される発光装置を表示部9103に用いることができる。また、ここでは、スタンド9105により筐体9101を支持した構成を示している。
【0171】
テレビジョン装置9100の操作は、筐体9101が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機9110により行うことができる。リモコン操作機9110が備える操作キー9109により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部9103に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機9110に、当該リモコン操作機9110から出力する情報を表示する表示部9107を設ける構成としてもよい。
【0172】
なお、テレビジョン装置9100は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
【0173】
なお、本発明の一態様を適用して形成される発光装置は、消費電力が低減されているため、テレビジョン装置の表示部9103に用いることで、長寿命なテレビジョン装置を提供することができる。
【0174】
図10(B)はコンピュータであり、本体9201、筐体9202、表示部9203、キーボード9204、外部接続ポート9205、ポインティングデバイス9206等を含む。なお、コンピュータは、本発明の一態様により形成される発光装置をその表示部9203に用いることにより作製される。
【0175】
なお、本発明の一態様を適用して形成される発光装置は、消費電力が低減されているため、コンピュータの表示部9203に用いることで、長寿命なコンピュータを提供することができる。
【0176】
図10(C)は携帯型遊技機であり、筐体9301と筐体9302の2つの筐体で構成されており、連結部9303により、開閉可能に連結されている。筐体9301には表示部9304が組み込まれ、筐体9302には表示部9305が組み込まれている。また、図10(C)に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部9306、記録媒体挿入部9307、LEDランプ9308、入力手段(操作キー9309、接続端子9310、センサ9311(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9312)等を備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも表示部9304および表示部9305の両方、または一方に本発明の一態様により形成される発光装置を用いていればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図10(C)に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図10(C)に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
【0177】
なお、本発明の一態様を適用して形成される発光装置は、消費電力が低減されているため、携帯型遊技機の表示部(9304、9305)に用いることで、長寿命な携帯型遊技機を提供することができる。
【0178】
図10(D)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機9400は、筐体9401に組み込まれた表示部9402の他、操作ボタン9403、外部接続ポート9404、スピーカ9405、マイク9406などを備えている。なお、携帯電話機9400は、本発明の一態様により形成される発光装置を表示部9402に用いることにより作製される。
【0179】
図10(D)に示す携帯電話機9400は、表示部9402を指などで触れることで、情報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は、表示部9402を指などで触れることにより行うことができる。
【0180】
表示部9402の画面は主として3つのモードがある。第1は、画像の表示を主とする表示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
【0181】
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部9402を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部9402の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。
【0182】
また、携帯電話機9400内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機9400の向き(縦か横か)を判断して、表示部9402の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
【0183】
また、画面モードの切り替えは、表示部9402を触れること、又は筐体9401の操作ボタン9403の操作により行われる。また、表示部9402に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
【0184】
また、入力モードにおいて、表示部9402の光センサで検出される信号を検知し、表示部9402のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
【0185】
表示部9402は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部9402に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
【0186】
なお、本発明の一態様を適用して形成される発光装置は、消費電力が低減されているため、携帯電話機9400の表示部9402に用いることで、長寿命な携帯電話機を提供することができる。
【0187】
図10(E)は照明装置(卓上照明装置)であり、照明部9501、傘9502、可変アーム9503、支柱9504、台9505、電源スイッチ9506を含む。なお、照明装置は、本発明の一態様により形成される発光装置を照明部9501に用いることにより作製される。なお、照明装置には、図10(E)に示す卓上照明装置の他、天井固定型の照明装置(天井固定型照明装置)または壁掛け型の照明装置(壁掛け型照明装置)なども含まれる。
【0188】
なお、本発明の一態様を適用して形成される発光装置は、消費電力が低減されているため、照明装置(卓上照明装置)の照明部9501に用いることで、長寿命な照明装置(卓上照明装置)を提供することができる。
【0189】
図11は、本発明の一態様を適用して形成される発光装置を、室内照明装置として用いた例である。本発明の一態様の発光装置は大面積化も可能であるため、天井固定型照明装置1001に示すように大面積の照明装置として用いることができる。その他、壁掛け型照明装置1002として用いることもできる。なお、本発明の一態様を適用して形成される発光装置は、駆動電圧が低い発光素子を有しているため、低消費電力の照明装置として用いることが可能となる。なお、図11に示すように、室内照明装置を備えた部屋で、図10(E)で説明した卓上照明装置1003を併用してもよい。
【0190】
以上のようにして、本発明の一態様の発光装置を適用して電子機器や照明装置を得ることができる。本発明の一態様の発光装置の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
【0191】
なお、本実施の形態に示す構成は、実施形態1〜実施形態6に示した構成を適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例1】
【0192】
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。本実施例では発光素子A−C及び比較発光素子aを作製し、発光素子A−C及び比較発光素子aの電圧−輝度特性及び電圧−電流密度特性を比較する。発光素子A−Cでは比較発光素子aよりも駆動電圧を低くすることができることが示され、発光素子A−Cに設けられた第2の層が顕著な効果を示すことがわかった。
【0193】
発光素子Aでは第2の層にVOPcを用い、発光素子Bでは第2の層にSnOPcを用い、発光素子Cでは第2の層にTiOPcを用い、比較発光素子aでは第2の層を設けなかった。
【0194】
発光素子A−C及び比較発光素子aでは、陽極に酸化珪素を含むインジウム錫酸化物を用い、陰極にアルミニウムを用い、第1の層にNPBと酸化モリブデンとを用い、第3の層に酸化リチウム(LiO)を用いた。EL層には、第5の層にNPBと酸化モリブデンとを用い、正孔輸送層にNPBを用い、発光層にCzPAと2PCAPAを用い、第4の層にAlqとBPhenを用いた。本実施例で用いた材料の構造式を以下に示す。
【0195】
【化3】

【0196】
(発光素子A−C及び比較発光素子aの作製)
まず、ガラス基板上に110nmの膜厚で珪素若しくは酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法で成膜し、陽極を形成した(電極面積2mm×2mm)。
【0197】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極が形成されたガラス基板を真空蒸着装置内の成膜室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、正孔輸送性物質である4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と、アクセプター性物質である酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、第5の層を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、質量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
【0198】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、NPBを10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
【0199】
次に、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)とN−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)をCzPA:2PCAPA=1:0.05となるように共蒸着して発光層を形成した。CzPAは電子輸送性を有する物質であり、2PCAPAは緑色の発光を呈する物質である。膜厚は30nmとした。
【0200】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)を10nmの膜厚となるように成膜し、続いて同じく抵抗加熱による蒸着法により、バソフェナントロリン(略称:BPhen)を10nmの膜厚となるように成膜して第4の層を形成した。
【0201】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、酸化リチウム(LiO)を0.1nm程度の膜厚となるように成膜し、第3の層を形成した。
【0202】
続いて抵抗加熱による蒸着法によりVOPc、SnOPc及びTiOPcのいずれかを3nm程度の膜厚となるように成膜し、第2の層を形成した。発光素子AではVOPcを成膜し、発光素子BではSnOPcを成膜し、発光素子CではTiOPcを成膜した。比較発光素子aには第2の層を形成しなかった。
【0203】
次に、正孔輸送性物質である4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と、アクセプター性物質である酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、第1の層を形成した。その膜厚は20nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、質量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。
【0204】
次に、アルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜して陰極を形成し、発光素子A−C及び比較発光素子aを作製した。
【0205】
以下の表1に発光素子A−C、比較発光素子aの素子構造の一部を示す。発光素子A−Cは実施形態1、2、4及び5に示した発光素子に該当する。なお、いずれの素子も陽極、第5の層、正孔輸送層、発光層、第4の層の構成は同じであるため、第5の層、正孔輸送層、発光層及び第4の層は、省略する。
【0206】
【表1】

【0207】
以上により得られた発光素子A−C及び比較発光素子a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、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。なお、いずれの発光素子においても、波長520nm付近に発光物質である2PCAPAからの緑色発光が得られている。
【0208】
発光素子A−C及び比較発光素子aの電圧−輝度特性を図12に、電圧−電流密度特性を図13にそれぞれ示す。また、1000cd/m付近における各素子の主な初期特性値を以下の表2にまとめた。
【0209】
【表2】

【0210】
図12より、発光素子A−Cは、比較発光素子aと比較して、第2の層の存在により、同じ電圧に対して高い輝度が得られることがわかる。
【0211】
図13に示す電圧−電流密度特性についても、発光素子A−Cは、比較発光素子aと比較して、同じ電圧に対して高い電流密度が得られる。
【0212】
表2に示す1000cd/m付近において、発光素子A−Cの駆動電圧(A:3.7V、B:3.8V、C:3.8V)は、比較発光素子a(4.4V)と比較して、低くなっている。発光素子A−Cの色度は、比較発光素子aと比較して、同程度である。発光素子A−Cの電流効率は、比較発光素子aと比較して、同程度である。発光素子A−Cの外部量子効率は、比較発光素子aと比較して、同程度である。
【0213】
以上の結果から、第2の層により発光素子の駆動電圧の上昇を抑えることが可能であることがわかった。
【実施例2】
【0214】
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。本実施例では第2の層の膜厚が10nmである発光素子D−E及び比較発光素子bを作製し、発光素子D−E及び比較発光素子bの電圧−輝度特性及び電圧−電流密度特性を比較する。発光素子D−Eでは比較発光素子bよりも駆動電圧を低くすることができることが示され、第2の層が顕著な効果を示すことがわかった。
【0215】
発光素子Dでは第2の層にVOPc(10nm)を用い、発光素子Eでは第2の層にSnOPc(10nm)を用い、比較発光素子bでは第2の層を設けなかった。
【0216】
発光素子D−E及び比較発光素子bでは、陽極に酸化珪素を含むインジウム錫酸化物を用い、陰極にアルミニウムを用い、第1の層にNPBと酸化モリブデンとを用い、第3の層に酸化リチウム(LiO)を用いた。EL層には、第5の層にNPBと酸化モリブデンとを用い、正孔輸送層にNPBを用い、発光層にCzPAと2PCAPAを用い、第4の層にAlqとBPhenを用いた。本実施例で用いた材料の構造式は実施例1に示してある。
【0217】
(発光素子D−E及び比較発光素子bの作製)
まず、ガラス基板上に110nmの膜厚で珪素若しくは酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法で成膜し、陽極を形成した(電極面積2mm×2mm)。
【0218】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極が形成されたガラス基板を真空蒸着装置内の成膜室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、正孔輸送性物質である4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と、アクセプター性物質である酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、第5の層を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、質量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
【0219】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、NPBを10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
【0220】
次に、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)とN−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)をCzPA:2PCAPA=1:0.05となるように共蒸着して発光層を形成した。CzPAは電子輸送性を有する物質であり、2PCAPAは緑色の発光を呈する物質である。膜厚は30nmとした。
【0221】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)を10nmの膜厚となるように成膜し、続いて同じく抵抗加熱による蒸着法により、バソフェナントロリン(略称:BPhen)を10nmの膜厚となるように成膜して第4の層を形成した。
【0222】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、酸化リチウム(LiO)を0.1nm程度の膜厚となるように成膜し、第3の層を形成した。
【0223】
続いて抵抗加熱による蒸着法によりVOPc又はSnOPcを10nm程度の膜厚となるように成膜し、第2の層を形成した。発光素子DではVOPcを成膜し、発光素子EではSnOPcを成膜した。比較発光素子bには第2の層を形成しなかった。
【0224】
次に、正孔輸送性物質である4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と、アクセプター性物質である酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、第1の層を形成した。その膜厚は20nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、質量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。
【0225】
次に、アルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜して陰極を形成し、発光素子D−E及び比較発光素子bを作製した。
【0226】
以下の表3に発光素子D−E、比較発光素子bの素子構造の一部を示す。発光素子D−Eは実施形態1、2、4及び5に示した発光素子に該当する。なお、いずれの素子も陽極、第5の層、正孔輸送層、発光層、第4の層の構成は同じであるため、第5の層、正孔輸送層、発光層及び第4の層は、省略する。
【0227】
【表3】

【0228】
以上により得られた発光素子D−E及び比較発光素子b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、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。なお、いずれの発光素子においても、波長520nm付近に発光物質である2PCAPAからの緑色発光が得られている。
【0229】
発光素子D−E及び比較発光素子bの電圧−輝度特性を図14に、電圧−電流密度特性を図15にそれぞれ示す。また、1000cd/m付近における各素子の主な初期特性値を以下の表4にまとめた。
【0230】
【表4】

【0231】
図14より、発光素子D−Eは、比較発光素子bと比較して、第2の層の存在により、同じ電圧に対して高い輝度が得られることがわかる。
【0232】
図15に示す電圧−電流密度特性についても、発光素子D−Eは、比較発光素子bと比較して、同じ電圧に対して高い電流密度が得られる。
【0233】
表4に示す1000cd/m付近において、発光素子D−Eの駆動電圧(D:3.9V、E:4.1V)は、比較発光素子b(4.4V)と比較して、低くなっている。発光素子D−Eの色度は、比較発光素子bと比較して、同程度である。発光素子D−Eの電流効率は、比較発光素子bと比較して、同程度である。発光素子D−Eの外部量子効率は、比較発光素子bと比較して、同程度である。
【0234】
以上の結果から、第2の層の膜厚が10nmであっても発光素子の駆動電圧の上昇を抑えることが可能であることがわかった。
【実施例3】
【0235】
本実施例では、第2の層として用いた金属−酸素結合を有する材料が金属−酸素結合を有しない材料よりも電子を引き抜きやすいことを示す。具体的には金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体を有する発光素子F−H及び金属−酸素結合を有しない、芳香族配位子を有する金属錯体を有する比較発光素子cを作製し、発光素子F−H及び比較発光素子cの電圧−電流密度特性を比較する。素子F−Hでは比較素子cよりも駆動電圧を低くすることができることが示され、金属−酸素結合が顕著な効果を示すことがわかった。
【0236】
発光素子Fでは第2の層にVOPc(40nm)を用い、発光素子Gでは第2の層にSnOPc(40nm)を用い、発光素子Hでは第2の層にTiOPcを用い、比較発光素子cでは第2の層に以下の構造式を有するCuPcを用いた。VOPc、SnOPc及びTiOPcは金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体であり、CuPcは金属−酸素結合を有しない、芳香族配位子を有する金属錯体である。
【化4】

【0237】
発光素子F−H及び比較発光素子cでは、陽極に酸化珪素を含むインジウム錫酸化物を用い、陰極にアルミニウムを用い、第1の層にNPBと酸化モリブデンとを用い、第3の層に酸化リチウム(LiO)を用いた。第4の層としてBPhenを用いた。
【0238】
金属−酸素結合の有用性を確認するために、第1の層と第2の層の間にNPBからなる層を設けた。NPBからなる層からCuPcからなる層へは、電子を引き抜きづらく、駆動電圧が上昇してしまう。
【0239】
(発光素子F−H及び比較発光素子cの作製)
まず、ガラス基板上に110nmの膜厚で珪素若しくは酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法で成膜し、陽極を形成した(電極面積2mm×2mm)。
【0240】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極が形成されたガラス基板を真空蒸着装置内の成膜室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、バソフェナントロリン(略称:BPhen)を20nmの膜厚となるように成膜して第4の層を形成した。
【0241】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、酸化リチウム(LiO)を0.1nm程度の膜厚となるように成膜し、第3の層を形成した。
【0242】
続いて抵抗加熱による蒸着法によりVOPc、SnOPc又はTiOPcを40nm程度の膜厚となるように成膜し、第2の層を形成した。発光素子FではVOPcを成膜し、発光素子GではSnOPcを成膜し、発光素子HではTiOPcを成膜し、比較発光素子cではCuPcを成膜した。
【0243】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、正孔輸送性物質である4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)を10nm程度の膜厚となるように成膜した。
【0244】
次に、正孔輸送性物質である4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と、アクセプター性物質である酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、第1の層を形成した。その膜厚は20nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、質量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。
【0245】
次に、アルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜して陰極を形成し、発光素子F−H及び比較発光素子cを作製した。
【0246】
以下の表5に発光素子F−H、比較発光素子cの素子構造を示す。
【0247】
【表5】

【0248】
以上により得られた発光素子F−G及び比較発光素子c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、これらの素子の動作特性について測定を行った。測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
【0249】
発光素子F−G及び比較発光素子cの電圧−電流密度特性を図16に示す。発光素子F−Gは、比較発光素子cと比較して、同じ電圧に対して高い電流密度が得られることがわかった。これより金属−酸素結合を有するVOPc、SnOPc、TiOPcは、金属−酸素結合を有しないCuPcと比較して、NPBから電子を引き抜きやすいことがわかった。
【0250】
第1の層の酸化モリブデンの濃度が低くなり、第1の層から電子を引き抜きづらい場合であっても、発光素子の駆動電圧の上昇を抑えることができることが期待できる。
【実施例4】
【0251】
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。本実施例では発光素子I及び比較発光素子dを作製し、発光素子I及び比較発光素子dの電圧−輝度特性及び電圧−電流密度特性を比較する。発光素子Iでは比較発光素子dよりも駆動電圧を低くすることができることが示され、発光素子Iに設けられた第2の層が顕著な効果を示すことがわかった。
【0252】
発光素子Iでは第2の層にVOPcを用い、比較発光素子dでは第2の層を設けなかった。
【0253】
発光素子I及び比較発光素子dでは、陽極に酸化珪素を含むインジウム錫酸化物を用い、陰極にアルミニウムを用い、第1の層にNPBと酸化モリブデンとを用い、第3の層にBPhenとCaを用いた。EL層には、第5の層にNPBと酸化モリブデンとを用い、正孔輸送層にNPBを用い、発光層にCzPAと2PCAPAを用い、第4の層にBPhenを用いた。本実施例で用いた材料の構造式については、実施例1で示したので省略する。
【0254】
(発光素子I及び比較発光素子dの作製)
まず、ガラス基板上に110nmの膜厚で珪素若しくは酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法で成膜し、陽極を形成した(電極面積2mm×2mm)。
【0255】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極が形成されたガラス基板を真空蒸着装置内の成膜室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、正孔輸送性の高い物質である4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と、アクセプター性物質である酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、第5の層を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、質量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
【0256】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、NPBを10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
【0257】
次に、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)とN−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)をCzPA:2PCAPA=1:0.05となるように共蒸着して発光層を形成した。CzPAは電子輸送性を有する物質であり、2PCAPAは緑色の発光を呈する物質である。膜厚は20nmとした。
【0258】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、バソフェナントロリン(略称:BPhen)を10nmの膜厚となるように成膜して第4の層を形成した。
【0259】
次に、BPhenとCaとを共蒸着することにより、第3の層を形成した。その膜厚は10nmとし、BPhenとCaとの比率は、質量比で1:0.1(=BPhen:Ca)となるように調節した。
【0260】
続いて抵抗加熱による蒸着法によりVOPcを2nm程度の膜厚となるように成膜し、第2の層を形成した。発光素子IではVOPcを成膜し、比較発光素子dには第2の層を形成しなかった。
【0261】
次に、正孔輸送性の高い物質である4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と、アクセプター性物質である酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、第1の層を形成した。その膜厚は20nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、質量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。
【0262】
次に、アルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜して陰極を形成し、発光素子I及び比較発光素子dを作製した。
【0263】
以下の表6に発光素子I、比較発光素子dの素子構造の一部を示す。発光素子Iは実施形態1、2、4及び5に示した発光素子に該当する。なお、いずれの素子も陽極、第5の層、正孔輸送層、発光層、第4の層の構成は同じであるため、第5の層、正孔輸送層、発光層及び第4の層は、省略する。
【0264】
【表6】

【0265】
以上により得られた発光素子I及び比較発光素子d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、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。なお、いずれの発光素子においても、波長520nm付近に発光物質である2PCAPAからの緑色発光が得られている。
【0266】
発光素子I及び比較発光素子dの電圧−輝度特性を図17に、電圧−電流密度特性を図18にそれぞれ示す。また、1000cd/m付近における各素子の主な初期特性値を以下の表7にまとめた。
【0267】
【表7】

【0268】
図17より、発光素子Iは、比較発光素子dと比較して、第2の層の存在により、同じ電圧に対して高い輝度が得られることがわかる。
【0269】
図18に示す電圧−電流密度特性についても、発光素子Iは、比較発光素子dと比較して、同じ電圧に対して高い電流密度が得られる。
【0270】
表7に示す1000cd/m付近において、発光素子Iの駆動電圧(3.1V)は、比較発光素子d(3.6V)と比較して、低くなっている。発光素子Iの色度は、比較発光素子dと比較して、同程度である。発光素子Iの電流効率は、比較発光素子dと比較して、同程度である。発光素子Iの外部量子効率は、比較発光素子dと比較して、同程度である。
【0271】
以上の結果から、第2の層により発光素子の駆動電圧の上昇を抑えることが可能であることがわかった。
【実施例5】
【0272】
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。本実施例では発光素子J、発光素子K、比較発光素子e、および比較発光素子fを作製し、これらの発光素子の電圧−輝度特性及び電圧−電流密度特性を比較する。発光素子Jおよび発光素子Kでは、比較発光素子eおよび比較発光素子fよりも駆動電圧を低くすることができることが示され、発光素子Jおよび発光素子Kに設けられた第2の層が顕著な効果を示すことがわかった。
【0273】
発光素子Jおよび発光素子Kでは第2の層にVOPcを用い、比較発光素子eおよび比較発光素子fでは第2の層を設けなかった。
【0274】
発光素子J、発光素子K、比較発光素子e、および比較発光素子fでは、陽極に酸化珪素を含むインジウム錫酸化物を用い、陰極にアルミニウムを用い、第1の層にPCzPAと酸化モリブデンとを用い、第3の層にLiOを用いた。EL層には、第5の層にNPBと酸化モリブデンとを用い、正孔輸送層にNPBを用い、発光層にCzPAと2PCAPAを用い、第4の層にBPhenとAlqの積層を用いた。本実施例で用いた材料の構造式については、実施例1で示したので省略する。
【0275】
(発光素子J、発光素子K、比較発光素子e、および比較発光素子fの作製)
まず、ガラス基板上に110nmの膜厚で珪素若しくは酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法で成膜し、陽極を形成した(電極面積2mm×2mm)。
【0276】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極が形成されたガラス基板を真空蒸着装置内の成膜室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、正孔輸送性の高い物質である4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と、アクセプター性物質である酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、第5の層を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、質量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
【0277】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、NPBを10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
【0278】
次に、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)とN−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)をCzPA:2PCAPA=1:0.05となるように共蒸着して発光層を形成した。CzPAは電子輸送性を有する物質であり、2PCAPAは緑色の発光を呈する物質である。膜厚は20nmとした。
【0279】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)を10nmの膜厚となるように成膜し、続いて同じく抵抗加熱による蒸着法により、バソフェナントロリン(略称:BPhen)を10nmの膜厚となるように成膜して第4の層を形成した。
【0280】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、酸化リチウム(LiO)を0.1nm程度の膜厚となるように成膜し、第3の層を形成した。
【0281】
続いて抵抗加熱による蒸着法によりVOPcを2nm程度の膜厚となるように成膜し、第2の層を形成した。発光素子Jおよび発光素子KではVOPcを成膜し、比較発光素子eおよび比較発光素子fには第2の層を形成しなかった。
【0282】
次に、正孔輸送性の高い物質である4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と、アクセプター性物質である酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、第1の層を形成した。その膜厚は20nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、発光素子Jおよび比較発光素子eの場合には、質量比で4:0.5(=NPB:酸化モリブデン)、発光素子Kおよび比較発光素子fの場合には、質量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。
【0283】
次に、アルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜して陰極を形成し、発光素子J、発光素子K、比較発光素子e、および比較発光素子fを作製した。
【0284】
以下の表8に発光素子J、発光素子K、比較発光素子e、および比較発光素子fの素子構造の一部を示す。発光素子Jおよび発光素子Kは実施形態1、2、4及び5に示した発光素子に該当する。なお、いずれの素子も陽極、第5の層、正孔輸送層、発光層、第4の層の構成は同じであるため、第5の層、正孔輸送層、発光層及び第4の層は、省略する。
【0285】
【表8】

【0286】
以上により得られた発光素子J、発光素子K、比較発光素子e、および比較発光素子f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、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。なお、いずれの発光素子においても、波長520nm付近に発光物質である2PCAPAからの緑色発光が得られている。
【0287】
発光素子J、発光素子K、比較発光素子e及び比較発光素子fの電圧−輝度特性を図19に、電圧−電流密度特性を図20にそれぞれ示す。また、1000cd/m付近における各素子の主な初期特性値を以下の表9にまとめた。
【0288】
【表9】

【0289】
図19より、発光素子Jおよび発光素子Kは、比較発光素子eおよび比較発光素子fと比較して、第2の層の存在により、同じ電圧に対して高い輝度が得られることがわかる。
【0290】
図20に示す電圧−電流密度特性についても、発光素子Jおよび発光素子Kは、比較発光素子eおよび比較発光素子fと比較して、同じ電圧に対して高い電流密度が得られる。
【0291】
表9に示す1000cd/m付近において、発光素子Jの駆動電圧(3.7V)および発光素子Kの駆動電圧(3.8V)は、比較発光素子e(4.4V)および比較発光素子f(4.2V)と比較して、低くなっている。発光素子Jおよび発光素子Kの色度は、比較発光素子eおよび比較発光素子fと比較して、同程度である。発光素子Jおよび発光素子Kの電流効率は、比較発光素子eおよび比較発光素子fと比較して、同程度である。発光素子Jおよび発光素子Kの外部量子効率は、比較発光素子eおよび比較発光素子fと比較して、同程度である。
【0292】
また、本実施例において発光素子Jおよび比較発光素子eは、発光素子Kおよび比較発光素子fに比べて第1の層に含まれる酸化モリブデンの濃度が低くなっているが、発光素子Jと比較発光素子eとの比較、発光素子Kと比較発光素子fとの比較のいずれの場合においても表9の結果について同程度の効果が得られることがわかった。
【0293】
以上の結果から、第2の層により発光素子の駆動電圧の上昇を抑えることが可能であることがわかった。
【実施例6】
【0294】
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。本実施例では発光素子L及び比較発光素子gを作製し、発光素子L及び比較発光素子gの電圧−電流密度特性を比較する。発光素子Lでは比較発光素子gよりも駆動電圧を低くすることができることが示され、発光素子Lに設けられた第2の層が顕著な効果を示すことがわかった。
【0295】
発光素子Lでは第2の層にVOPcを用い、比較発光素子gでは第2の層を設けなかった。
【0296】
発光素子L及び比較発光素子gでは、陰極に酸化珪素を含むインジウム錫酸化物を用い、陽極にアルミニウムを用い、第1の層にNPBと酸化モリブデンとを用い、第3の層にBphenとLiを用いた。EL層には、第5の層にNPBと酸化モリブデンとを用い、正孔輸送層にNPBを用い、発光層にCzPAと2PCAPAを用い、第4の層にAlqを用いた。本実施例で用いた材料の構造式については、実施例1で示したので省略する。
【0297】
(発光素子L及び比較発光素子gの作製)
まず、ガラス基板上に110nmの膜厚で珪素若しくは酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法で成膜し、陰極を形成した(電極面積2mm×2mm)。
【0298】
次に、陰極が形成された面が下方となるように、陰極が形成されたガラス基板を真空蒸着装置内の成膜室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、正孔輸送性の高い物質である4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と、アクセプター性物質である酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、第1の層を形成した。その膜厚は60nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、質量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
【0299】
続いて抵抗加熱による蒸着法によりVOPcを2nm程度の膜厚となるように成膜し、第2の層を形成した。発光素子LではVOPcを成膜し、比較発光素子gには第2の層を形成しなかった。
【0300】
次に、BPhenとLiとを共蒸着することにより、第3の層を形成した。その膜厚は10nmとし、BPhenとLiとの比率は、質量比で1:0.02(=BPhen:Li)となるように調節した。
【0301】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)を10nmの膜厚となるように成膜して第4の層を形成した。
【0302】
次に、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)とN−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)をCzPA:2PCAPA=1:0.05となるように共蒸着して発光層を形成した。CzPAは電子輸送性を有する物質であり、2PCAPAは緑色の発光を呈する物質である。膜厚は30nmとした。
【0303】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、NPBを10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
【0304】
次に、正孔輸送性の高い物質である4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と、アクセプター性物質である酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、第5の層を形成した。その膜厚は30nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、質量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。
【0305】
次に、アルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜して陽極を形成し、発光素子L及び比較発光素子gを作製した。
【0306】
以下の表10に発光素子L、比較発光素子gの素子構造の一部を示す。発光素子Lは実施形態1、2、4及び5に示した発光素子に該当する。なお、いずれの素子も陽極、第5の層、正孔輸送層、発光層、第4の層の構成は同じであるため、第5の層、正孔輸送層、発光層及び第4の層は、省略する。
【0307】
【表10】

【0308】
以上により得られた発光素子L及び比較発光素子g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、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。なお、いずれの発光素子においても、波長520nm付近に発光物質である2PCAPAからの緑色発光が得られている。
【0309】
発光素子L及び比較発光素子gの電圧−電流密度特性を図21に示す。また、1000cd/m付近における各素子の主な初期特性値を以下の表11にまとめた。
【0310】
【表11】

【0311】
図21より、発光素子Lは、比較発光素子gと比較して、第2の層の存在により、同じ電圧に対して高い電流密度が得られる。
【0312】
表11に示す1000cd/m付近において、発光素子Lの駆動電圧(4.4V)は、比較発光素子g(4.6V)と比較して、低くなっている。発光素子Lの色度は、比較発光素子gと比較して、同程度である。発光素子Lの電流効率は、比較発光素子gと比較して、同程度である。発光素子Lの外部量子効率は、比較発光素子gと比較して、同程度である。
【0313】
以上の結果から、第2の層により発光素子の駆動電圧の上昇を抑えることが可能であることがわかった。
【符号の説明】
【0314】
101 陽極
102 陰極
103 EL層
104 第3の層
105 第2の層
106 第1の層
106a 正孔輸送性物質を含む層
106b アクセプター性物質を含む層
107 第4の層
108 第5の層
108a 正孔輸送性物質を含む層
108b アクセプター性物質を含む層
111 陽極101のフェルミ準位
112 陰極102のフェルミ準位
113 EL層103のLUMO準位
114 第2の層105のLUMO準位
115 第1の層106におけるアクセプター性物質のアクセプター準位
116 第1の層
116a 正孔輸送性物質を含む層
116b アクセプター性物質を含む層
120 第2の層105におけるドナー性物質のドナー準位
601 基板
602 絶縁層
603 第1の電極
604 隔壁
605 開口部
606 逆テーパ状の隔壁
607 有機化合物を含む層
608 第2の電極
703 走査線
705 領域
706 隔壁
708 データ線
709 接続配線
710 入力端子
711a、711b FPC
712 入力端子
801 素子基板
802 画素部
803 駆動回路部(ソース側駆動回路)
804 駆動回路部(ゲート側駆動回路)
805 シール材
806 封止基板
807 引き回し配線
808 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
809 nチャネル型TFT
810 pチャネル型TFT
811 スイッチング用TFT
812 電流制御用TFT
813 陽極
814 絶縁物
815 有機化合物を含む層
816 陰極
817 発光素子
818 空間
9100 テレビジョン装置
9101 筐体
9103 表示部
9105 スタンド
9107 表示部
9109 操作キー
9110 リモコン操作機
9201 本体
9202 筐体
9203 表示部
9204 キーボード
9205 外部接続ポート
9206 ポインティングデバイス
9301 筐体
9302 筐体
9303 連結部
9304 表示部
9305 表示部
9306 スピーカ部
9307 記録媒体挿入部
9308 LEDランプ
9309 操作キー
9310 接続端子
9311 センサ
9312 マイクロフォン
9400 携帯電話機
9401 筐体
9402 表示部
9403 操作ボタン
9404 外部接続ポート
9405 スピーカ
9406 マイク
9501 照明部
9502 傘
9503 可変アーム
9504 支柱
9505 台
9506 電源スイッチ
1001 天井固定型照明装置
1002 壁掛け型照明装置
1003 卓上照明装置

【特許請求の範囲】
【請求項1】
陽極と陰極との間にEL層を有し、
前記陰極と前記EL層との間に、第1の層、第2の層及び第3の層を有し、
前記第1の層は、前記陰極と前記第2の層との間に設けられ、前記陰極及び前記第2の層と接し、かつ正孔輸送性物質を含み、
前記第2の層は、前記第1の層と前記第3の層との間に設けられ、前記第1の層及び前記第3の層と接し、かつ金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体からなり、
前記第3の層は、前記第2の層と前記EL層との間に設けられ、前記第2の層及び前記EL層と接し、かつアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物または希土類金属化合物を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項2】
陽極と陰極との間にEL層を有し、
前記陰極と前記EL層との間に、第1の層、第2の層及び第3の層を有し、
前記第1の層は、前記陰極と前記第2の層との間に設けられ、前記陰極及び前記第2の層と接し、かつ正孔輸送性物質とアクセプター性物質とからなり、
前記第2の層は、前記第1の層と前記第3の層との間に設けられ、前記第1の層及び前記第3の層と接し、かつ金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体からなり、
前記第3の層は、前記第2の層と前記EL層との間に設けられ、前記第2の層及び前記EL層と接し、かつアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物または希土類金属化合物を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項3】
請求項1又は2において、前記金属錯体は金属−酸素の二重結合を有することを特徴とする発光素子。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれか一において、前記金属錯体はフタロシアニン系材料であることを特徴とする発光素子。
【請求項5】
請求項4において、前記フタロシアニン系材料は下記構造式のいずれかであることを特徴とする発光素子。
【化1】

【請求項6】
請求項1乃至5のいずれか一において、前記第2の層はアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物または希土類金属化合物を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項7】
請求項6において、前記第2の層は、前記フタロシアニン系材料に対して、質量比で0.001以上0.1以下の比率で、前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物または希土類金属化合物を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項8】
請求項1乃至7のいずれか一において、前記第3の層は電子輸送性物質を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項9】
請求項8において、前記第3の層は、前記電子輸送性物質に対して、質量比で0.001以上0.1以下の比率で、前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物または希土類金属化合物を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項10】
請求項1乃至9のいずれか一において、
前記EL層は、電子輸送性物質を含む第4の層を含み、
前記第4の層と前記第3の層とが接することを特徴とする発光素子。
【請求項11】
請求項1乃至10のいずれか一において、前記第1の層は、正孔輸送性物質に対して質量比で、0.1以上4.0以下の比率でアクセプター性物質を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項12】
請求項1乃至11のいずれか一において、前記第1の層は、正孔輸送性物質を含む層とアクセプター性物質を含む層からなる積層構造であることを特徴とする発光素子。
【請求項13】
請求項1乃至12のいずれか一において、
前記EL層は、正孔輸送性物質とアクセプター性物質とを含む第5の層を含み、
前記第5の層と前記陽極とが接することを特徴とする発光素子。
【請求項14】
請求項13において、前記第5の層は、前記正孔輸送性物質に対して質量比で、0.1以上4.0以下の比率で前記アクセプター性物質を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項15】
請求項13又は14において、前記第5の層は、前記正孔輸送性物質を含む層と前記アクセプター性物質を含む層からなる積層構造であることを特徴とする発光素子。
【請求項16】
請求項2乃至15のいずれか一において、前記第1の層に含まれる前記アクセプター性物質は、遷移金属酸化物や元素周期表における第4族乃至第8族に属する金属の酸化物であることを特徴とする発光素子。
【請求項17】
請求項2乃至請求項15のいずれか一において、前記第1の層に含まれる前記アクセプター性物質は、酸化モリブデンであることを特徴とする発光素子。
【請求項18】
請求項1乃至請求項16のいずれか一に記載の発光素子を用いて形成されることを特徴とする発光装置。
【請求項19】
請求項18に記載の発光装置を用いて形成されることを特徴とする電子機器。
【請求項20】
請求項18に記載の発光装置を用いて形成されることを特徴とする照明装置。

【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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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【公開番号】特開2011−222976(P2011−222976A)
【公開日】平成23年11月4日(2011.11.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−60554(P2011−60554)
【出願日】平成23年3月18日(2011.3.18)
【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)】