説明

発光素子、発光装置、電子機器、及び照明装置

【課題】高輝度の発光を呈し、かつ低電圧での駆動が可能な発光素子を提供することを課題とする。
【解決手段】陽極と陰極の間にn(nは2以上の自然数)層のEL層を有し、陽極からm(mは自然数、1≦m≦n−1)番目のEL層とm+1番目のEL層の間に、第1の層、第2の層及び第3の層を有する。第1の層は、電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含む。第3の層は、電子輸送性を有し、かつアルカリ金属等を含む。第1の層と第3の層との間に、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第2の層を設けることにより、第1の層で発生した電子を、第3の層を介してm番目のEL層に注入するときの電子の注入障壁を小さくすることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
エレクトロルミネセンス(Electroluminescence)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】
エレクトロルミネセンス層(EL層ともいう)を有する発光素子は、EL層を一対の電極間に挟んだ構造を有する。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り、少なくとも発光物質を有する発光層を含んで構成されている。このような発光素子は単純な構造であり、薄型軽量・高速応答性・直流低電圧駆動などの特性から、次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。また、これらの発光素子は面状光源であるため、液晶ディスプレイのバックライトや照明等の光源としての応用も考えられている。
【0003】
上記発光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。
【0004】
このような発光素子の発光輝度を高めるために、複数の発光ユニット(本明細書においてEL層とも表記する)を積層し、単層の場合と同じ電流密度の電流を流すことによって発光輝度を高めるといった発光素子が提案されている(例えば特許文献1)。
【0005】
特許文献1では、複数の発光ユニットがそれぞれ電荷発生層によって仕切られた発光素子が提案されている。より具体的には、第1の発光ユニットのアルカリ金属を有する電子注入層上に、5酸化バナジウムを有する電荷発生層を有し、当該電荷発生層上に第2の発光ユニットが積層された構造の発光素子が開示されている。上記電荷発生層が有する5酸化バナジウムは、金属酸化物の一つである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2003−272860号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1のように複数の発光ユニットを積層した発光素子では、電荷発生層で発生した電子は第1の発光ユニットに注入され、第1の発光ユニットの発光に用いられる。それと同時に、電荷発生層で発生した正孔は第2の発光ユニットに注入され、第2の発光ユニットの発光に用いられる。しかし、特許文献1のように、金属酸化物を有する電荷発生層を用いた発光素子では、電荷発生層から第1の発光ユニットへ電子を注入するときの注入障壁が大きいため、発光素子の駆動に高い電圧が必要となる。
【0008】
そこで、高輝度の発光を呈し、かつ低電圧での駆動が可能な発光素子を提供することを課題の一とする。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課題の一とする。また、当該発光装置を有する電子機器および照明装置を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様は、陽極と陰極の間にn(nは2以上の自然数)層のEL層を有し、陽極からm(mは自然数、1≦m≦n−1)番目のEL層とm+1番目のEL層の間に、第1の層、第2の層及び第3の層を有する発光素子に関する。第1の層は、m+1番目のEL層と第2の層との間に設けられ、m+1番目のEL層及び第2の層と接し、電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含む。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る。第3の層は、第2の層とm番目のEL層との間に設けられ、第2の層及びm番目のEL層と接し、電子輸送性を有し、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の化合物を含む。
【0010】
電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含む第1の層と、電子輸送性を有し、かつアルカリ金属等を含む第3の層との間に、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第2の層を設けることにより、第1の層で発生した電子を、第3の層を介してm番目のEL層に注入するときの電子の注入障壁を小さくすることができる。これにより、発光素子を低電圧で駆動することが可能になる。また、陽極と陰極の間にn層のEL層を有することにより、高輝度の発光を呈する発光素子を提供することが可能になる。
【0011】
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。また、第2の層のLUMO準位は−5.0eV以上、好ましくは−5.0eV以上−3.0eV以下である。これにより、第1の層から第2の層への電子の移動、および第2の層から第3の層を介してm番目のEL層への電子の移動が容易になる。したがって、発光素子を低電圧で駆動することが可能になる。
【0012】
本発明の別の一態様は、陽極と陰極の間にn(nは2以上の自然数)層のEL層を有し、陽極からm(mは自然数、1≦m≦n−1)番目のEL層とm+1番目のEL層の間に、第1の層、第2の層及び第3の層を有する発光素子に関する。第1の層は、m+1番目のEL層と第2の層との間に設けられ、m+1番目のEL層及び第2の層と接し、電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含む。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−酸素の二重結合と芳香族配位子を有する金属錯体からなる。第3の層は、第2の層とm番目のEL層との間に設けられ、第2の層及びm番目のEL層と接し、電子輸送性を有し、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の化合物を含む。
【0013】
電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含む第1の層と、電子輸送性を有し、かつアルカリ金属等を含む第3の層との間に、金属−酸素の二重結合と芳香族配位子を有する金属錯体からなる第2の層を設けることにより、第1の層で発生した電子を、第3の層を介してm番目のEL層に注入するときの電子の注入障壁を小さくすることができる。これにより、発光素子を低電圧で駆動することが可能になる。また、陽極と陰極の間にn層のEL層を有することにより、高輝度の発光を呈する発光素子を提供することが可能になる。
【0014】
第2の層に含まれる金属錯体は金属−酸素の二重結合を有しているので、第1の層から第2の層への電子の移動、および第2の層から第3の層を介してm番目のEL層への電子の移動が容易になる。金属−酸素の二重結合は、アクセプター性(電子を受容しやすい性質)を有するからである。また、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。したがって、発光素子を低電圧で安定に駆動することが可能になる。
【0015】
上記において、第2の層に含まれ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】
上記において、第2の層に含まれる金属錯体はフタロシアニン系材料であり、以下の構造式で示されるVOPc(Vanadyl phthalocyanine)、SnOPc(Phthalocyanine tin(lV) oxide complex)及びTiOPc(Phthalocyanine titanium oxide complex)のいずれかであることが好ましい。以下に示すフタロシアニン系材料は、中心金属(V、Sn又はTi)が酸素原子と結合し、金属−酸素の二重結合を有している。これにより電子の授受がより容易になり、発光素子を低電圧で駆動することが可能になる。
【0017】
【化1】

【0018】
上記において、第3の層は、電子輸送性を有し、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の化合物を含む。これにより、第3の層内で電子を効率よく輸送することができ、第2の層から第3の層を介してEL層(m番目のEL層)へ電子を注入するときに、電子の注入を効率よく行える。また、第3の層が上記金属または金属の化合物を含むことにより、第1の層で発生した電子を第2の層および第3の層を介してEL層(m番目のEL層)に注入するときに、電子の注入障壁をある程度緩和することができる。
【0019】
上記において、第3の層には、電子輸送性物質を含み、当該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、上記アルカリ金属、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の化合物を含むものを用いることができる。この場合に上記した効果が顕著であるからである。
【0020】
上記において、第3の層は、電子輸送性物質を含む。第3の層は同一膜中に電子輸送性物質と上記金属または金属の化合物を含有する場合だけでなく、電子輸送性物質を含む層と上記金属または金属の化合物を含む層とが積層された構造とすることも可能である。
【0021】
上記において、第1の層は、電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含む。これにより、第1の層で発生した正孔を第1の層内で効率よく輸送することができ、当該正孔をEL層(m+1番目のEL層)へ効率よく注入することができる。また、第1の層がアクセプター性物質を含むことにより、電荷発生領域として効果的に機能させることができる。また、第1の層がアクセプター性物質を含むことにより、第1の層で発生した電子を第2の層および第3の層を介してEL層(m番目のEL層)に注入するときに、電子の注入障壁をある程度緩和することができる。
【0022】
上記において、第1の層に含まれるアクセプター性物質として、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を用いることができる。このような材料は強いアクセプター性を有する。そのため、例えば電圧を印加した際に第1の層において容易に電荷を発生させることができる。
【0023】
上記において、第1の層に含まれるアクセプター性物質として、酸化モリブデンを用いることが好ましい。この場合に上記した効果が顕著であるからである。また、酸化モリブデンは吸湿性が低いため、発光素子に用いる材料として適している。
【0024】
上記において、第1の層は、正孔輸送性物質を含む。第1の層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。
【0025】
上記において、第2の層には、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の化合物を含むものを用いることができる。第2の層に上記金属または金属の化合物を含むものを用いることで、電子の移動がより容易になる。これにより、発光素子を低電圧で駆動することが可能になる。
【0026】
第2の層には、金属錯体に対して、質量比で0.001以上0.1以下の比率で、上記金属または金属の化合物を含むものを用いることができる。この場合に上記した効果が顕著であるからである。
【0027】
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。これらの用途において効果が顕著であるからである。
【0028】
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、または光源(照明装置を含む)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IC(集積回路)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。
【0029】
なお、本明細書において、第1または第2などとして付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
【発明の効果】
【0030】
本発明の一態様によれば、第1の層と、第3の層との間に、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第2の層を設けることにより、第1の層で発生した電子を第3の層を介してEL層に注入するときに、電子の注入障壁を小さくすることができる。これにより、発光素子を低電圧で駆動することが可能になる。また、陽極と陰極の間に複数のEL層を有することにより、高輝度の発光を呈する発光素子を提供することが可能になる。
【0031】
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の層から第2の層への電子の移動、および第2の層から第3の層を介してEL層への電子の移動が容易になる。したがって、発光素子を低電圧で駆動することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】発光素子の素子構造の例を示す図。
【図2】発光素子の素子構造及びバンド図の例を示す図。
【図3】発光素子のバンド図の例を示す図。
【図4】発光素子の素子構造及びバンド図の例を示す図。
【図5】発光素子のバンド図の例を示す図。
【図6】発光素子の素子構造及びバンド図の例を示す図。
【図7】発光素子の素子構造及びバンド図の例を示す図。
【図8】発光素子の素子構造の例を示す図。
【図9】発光素子の素子構造及び発光スペクトルの例を示す図。
【図10】電子機器の例を示す図。
【図11】照明装置の例を示す図。
【図12】発光素子の特性を示す図。
【図13】発光素子の特性を示す図。
【図14】発光素子の特性を示す図。
【図15】発光素子の特性を示す図。
【図16】発光素子の特性を示す図。
【図17】発光素子の特性を示す図。
【図18】発光素子の特性を示す図。
【図19】発光素子の特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の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。したがって、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。
【0034】
(実施の形態1)
本発明の一態様である発光素子の素子構造の例を図1〜図5を用いて説明する。
【0035】
図1に示す発光素子は、一対の電極(陽極101、陰極102)間にEL層201が複数積層された構造を有する。例えばn(nは2以上の自然数)層の積層構造を有する場合には、EL層201−m(mは自然数、1≦m≦n−1)(m番目のEL層ともいう)と、EL層201−m+1(m+1番目のEL層ともいう)とを有する。さらに発光素子は、EL層201−1とEL層201−2(図示しない)との間には、中間層202−1を有し、EL層201−mとEL層201−m+1との間には、中間層202−m(m番目の中間層ともいう)を有し、EL層201−n−1(図示しない)とEL層201−nとの間には、中間層202−n−1(n−1番目の中間層ともいう)を有する。なお中間層は電源等に接続されておらず、フローティング状態である。複数のEL層201はそれぞれ有機化合物からなり、少なくとも発光物質を有する発光層を含んで構成されている。
【0036】
図2(A)には、図1の発光素子の一部の構造(EL層201−m、中間層202−m、EL層201−m+1)を示す。図2(A)に示すように、中間層202−mは、陰極102側から、第1の層106、第2の層105及び第3の層104を有する。
【0037】
第1の層106はEL層201−m+1と第2の層105との間に設けられ、EL層201−m+1と第2の層105と接する。第1の層106は、電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含む。また、第1の層106は正孔輸送性物質を含む。一対の電極(陽極101、陰極102)に、例えば電圧を印加した際に、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で発生した電子はEL層201−mに注入され、EL層201−mの発光に用いられる。同時に、第1の層106で発生した正孔はEL層201−m+1に注入され、EL層201−m+1の発光に用いられる。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。
【0038】
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で発生した電子を受け、第3の層104を介してEL層201−mへ電子を渡す機能を有する。したがって、第2の層105は電子リレー層として機能する。また、第2の層105のLUMO準位は−5.0eV以上、好ましくは−5.0eV以上−3.0eV以下であり、第2の層105は、第1の層106で発生した電子を、第3の層104を介してEL層201−mに注入するときの電子の注入障壁を小さくする機能を有する。金属−酸素結合は電子の移動(授受)をより容易にする。したがって、第2の層105を設けることにより発光素子を低電圧で駆動することが可能になる。
【0039】
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(電子を受容しやすい性質)を有するため、電子の移動(授受)がより容易になる。また、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。したがって、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体を用いることにより発光素子を低電圧でより安定に駆動することが可能になる。
【0040】
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で示されるVOPc(Vanadyl phthalocyanine)、SnOPc(Phthalocyanine tin(lV) oxide complex)及びTiOPc(Phthalocyanine titanium oxide complex)のいずれかが好ましい。以下に示すフタロシアニン系材料は、中心金属(V、Sn又はTi)が酸素原子と結合し、金属−酸素の二重結合を有している。これにより電子の移動(授受)がより容易になり、発光素子を低電圧で駆動することが可能になる。
【0041】
【化2】

【0042】
第3の層104は第2の層105とEL層201−mとの間に設けられ、第2の層105とEL層201−mと接する。第3の層104は、電子輸送性を有し、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の化合物を含み、第2の層105から受けた電子をEL層201−mに渡す機能を有する。第3の層104は、第3の層104内で電子を効率よく輸送することができる。そのため、第2の層105から第3の層104を介してEL層201−mへ電子を注入するときに、電子の注入を効率よく行える。また、第3の層104が上記金属または金属の化合物を含むことにより、第1の層106で発生した電子を第2の層105および第3の層104を介してEL層201−mに注入するときに、電子の注入障壁をある程度緩和することができる。したがって、第3の層104は電子注入バッファー層として機能する。
【0043】
第2の層105を設けない場合、電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含む第1の層106と、電子輸送性を有し、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の化合物を含む第3の層104とが直接接することになる。第1の層106はp型の領域であり、第3の層104はn型の領域であるため、第1の層106と第3の層104とが接するとp−n接合が形成され空乏層が形成される。そのため、発光素子の駆動電圧が上昇する。
【0044】
これに対し、本発明の一態様では、第1の層106と第3の層104との間に第2の層105を設けることにより、上記した空乏層の形成を抑制することが可能である。したがって、第2の層105を設けることにより発光素子の駆動電圧の上昇を抑制することが可能になる。
【0045】
また、第2の層105を設けない場合、電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含む第1の層106と、電子輸送性を有し、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の化合物を含む第3の層104とが直接接することになる。第1の層106に含まれるアクセプター性物質は強いアクセプター性を有し、第3の層104に含まれる上記金属または金属の化合物は強いドナー性を有する。そのため、第1の層106と第3の層104とが接すると、強いアクセプター性物質と強いドナー性物質とが近接する確率が高まる。強いアクセプター性物質と強いドナー性物質とが近接すると両物質が相互作用し、当該アクセプター性物質の機能および当該ドナー性物質の機能が阻害される。そのため、発光素子の駆動電圧が上昇する。
【0046】
これに対し、本発明の一態様では、第1の層106と第3の層104との間に第2の層105を設けることにより、上記した強いアクセプター性物質と強いドナー性物質との相互作用を抑制することが可能である。したがって、第2の層105を設けることにより発光素子の駆動電圧の上昇を抑制することが可能になる。
【0047】
以下、バンド図を用いて説明する。
【0048】
図2(B)に図2(A)の素子構造におけるバンド図を示す。図2(B)において、113はEL層201−m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、117はEL層201−m+1のLUMO準位を示す。
【0049】
EL素子に電圧が印加されると、第1の層106において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き、正孔および電子が発生すると考えられる。第1の層106で発生した電子はEL層201−mに注入され、EL層201−mの発光に用いられる。同時に、第1の層106で発生した正孔はEL層201−m+1に注入され、EL層201−m+1の発光に用いられる。
【0050】
第1の層106は正孔輸送性を有しているので、第1の層106で発生した正孔は層内で効率よく輸送される。したがって、当該正孔をEL層201−m+1へ効率よく注入することができる。また、第1の層106がアクセプター性物質を含むことにより、電荷発生領域として効果的に機能させることができる。また、第1の層106がアクセプター性物質を含むことにより、第1の層106で発生した電子を第2の層105および第3の層104を介してEL層201−mに注入するときに、電子の注入障壁をある程度緩和することができる。
【0051】
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で発生した電子を受け、第3の層104を介してEL層201−mへ電子を渡す機能を有する。したがって、第2の層105は電子リレー層として機能する。
【0052】
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201−mのLUMO準位113との間の準位となるようにする。これにより、第1の層106において発生した電子をEL層201−mに注入するときの電子の注入障壁を小さくすることができる。具体的には−5.0eV以上−3.0eV以下とする。また、第2の層105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移動(授受)がより容易になる。これにより、発光素子を低電圧で駆動することが可能になる。
【0053】
第2の層105に含まれる金属錯体は金属−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(電子を受容しやすい性質)を有するため、電子の移動(授受)がより容易になる。この場合のバンド図の例を図3(A)に示す。図3(A)において、116は第1の層106のHOMO(最高被占軌道:Highest Occupied Molecular Orbital)準位を示す。第2の層105に金属−酸素の二重結合を有する金属錯体を用いることにより、第1の層106のアクセプター準位115から電荷を発生させるだけでなく、第1の層106のHOMO準位116から直接電荷(正孔および電子)を発生させることも可能である。したがって、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体を用いることにより発光素子をより低電圧で駆動することが可能になる。
【0054】
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に渡される。第3の層104は、電子輸送性を有しているので、第3の層104に移動した電子は層内で効率よく輸送され、EL層201−mのLUMO準位113へと容易に注入される。また、第3の層104は上記アルカリ金属、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の化合物を含むことにより、電子の注入障壁をある程度緩和する機能を有する。そのため、電子の移動がより容易になる。
【0055】
その後、電子は、EL層201−mにおいて、陽極101側から注入された正孔と再結合し、EL層201−mが発光する。一方、第1の層106において発生した正孔は、EL層201−m+1において、陰極102側から注入された電子と再結合し、EL層201−m+1が発光する。
【0056】
上記のとおり、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の化合物を含んでもよい。当該金属または金属の化合物は金属錯体に対してドナー性物質となる。
【0057】
第2の層105にアルカリ金属等が含まれる場合のバンド図の例を図3(B)に示す。図3(B)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201−mのLUMO準位113との間の準位とな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。
【0058】
ドナー準位120は第2の層105のLUMO準位114に影響を与える。これにより、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。
【0059】
以下、第1の層106、第2の層105及び第3の層104について説明する。
【0060】
第1の層106は、電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含む。また、第1の層106は正孔輸送性物質を含む。
【0061】
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。
【0062】
上記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)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)、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)等が挙げられる。
【0063】
上記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)、9−フェニル−3−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:PCzPA)、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。
【0064】
上記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、当該芳香族炭化水素は、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。
【0065】
上記高分子化合物の具体例としては、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)等が挙げられる。
【0066】
ここで特に、正孔輸送性物質はアミン骨格を含まないことが好ましい。アミン骨格を含まない正孔輸送性物質とアクセプター性物質とを用いて第1の層106を構成した場合、電荷移動相互作用に基づく吸収が発生しないにも関わらず、電荷発生領域として機能することを本発明者らは見出した。このことにより、可視光領域に吸収ピークを有さない電荷発生領域として機能する層を形成することが容易となるため、光の吸収による発光効率の低下を防ぐことができる。
【0067】
なお、背景技術で示した特許文献1のように、従来は、電荷発生領域として機能する層においては酸化還元反応により電荷移動錯体が形成されていることが重要であるとされていた。また特許文献1では、正孔輸送性物質として用いる有機化合物のイオン化ポテンシャルが5.7eV以上になると、アクセプター性物質との間でその酸化還元反応が起こりにくくなるとされている。そのため、酸化還元反応を積極的に引き起こすため、正孔輸送性物質として用いる有機化合物としてはイオン化ポテンシャルが5.7eV以下の物質、具体的にはアリールアミンのような電子供与性の高い物質が必要と考えられてきた。ところが、このようなアミン骨格を有する化合物とアクセプター性物質との間で酸化還元反応が起きると、可視光領域および赤外光領域に電荷移動相互作用に基づく吸収が発生してしまう。実際、特許文献1で開示されている吸収スペクトルを見ると、アリールアミン骨格を有する化合物と酸化バナジウムを混合することにより、500nm付近および1300nm付近に新たな吸収が生じている。また、アリールアミン骨格を有する化合物とF−TCNQを混合することにより、700nm、900nmおよび1200nm付近に新たな吸収が生じている。この場合、特に可視光領域の吸収ピークは発光効率を低下させる要因となってしまうが、従来は電荷移動錯体の形成が電荷発生層に必要不可欠であり、吸収はやむを得ないものと考えられてきた。
【0068】
一方で、本発明の一態様では、アミン骨格を含まない正孔輸送性物質とアクセプター性物質とを用いて第1の層106を形成しているが、電荷移動相互作用に基づく吸収を示さないにも関わらず電荷発生領域として機能する。このような電荷発生領域として機能する層は、電界印加によるアシストにより電荷が発生し、ホール及び電子がEL層に注入されている可能性がある。この点は、従来の電荷発生領域として機能する層とは異なる点である。実際、アミン骨格を含まない正孔輸送性物質であるカルバゾール誘導体の一つである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)は、イオン化ポテンシャルが5.7eV(理研計器社製、AC−2)であり、イオン化ポテンシャルの数値としてはかなり大きい。そのためか、アクセプター性物質である酸化モリブデンと混合しても電荷移動相互作用に基づく吸収を生じない。しかしながら、電荷発生領域としては機能するため、本発明の一態様に用いることができる。
【0069】
なお、アミン骨格を含まない正孔輸送性物質として好ましくは、上述したCBP、TCPB、CzPA、PCzPA、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のカルバゾール誘導体や、t−BuDNA、DPPA、t−BuDBA、DNA、DPAnth、t−BuAnth、DMNA、2−tert−ブチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、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、DPVBi、DPVPA等の芳香族炭化水素が挙げられる。さらに、PVKのようなカルバゾール誘導体のポリマーを用いても良い。
【0070】
第1の層106が有するアクセプター性物質として、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を用いることができる。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が好ましい。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からである。水分はEL素子に悪影響を与える。そのため、EL素子に用いる材料としては、吸湿性の低い材料が好ましい。
【0071】
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含むものを用いることができる。
【0072】
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EL層201−m+1と接する構造となる。
【0073】
第1の層106は、10nm以上200nm以下の厚さを有するように形成することができる。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。
【0074】
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り、第3の層104を介してEL層201−mへ電子を渡す機能を有する。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、その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201−mのLUMO準位113との間の準位となる。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。第2の層105を有することにより、第1の層106で発生した電子を、第3の層104を介してEL層201−mに注入するときの電子の注入障壁を小さくすることができる。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ことができる。第2の層105を設けることにより発光素子を低電圧で駆動することが可能になる。
【0075】
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)、または希土類金属の化合物(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。
【0076】
第2の層105は1nm以上40nm以下の厚さを有する。金属錯体が金属−酸素結合を有するため、第2の層105は10nm以上40nm以下の厚さを有することも可能である。また、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201−mに注入することができ、より低電圧で発光素子を駆動することが可能になる。
【0077】
第3の層104は、第2の層105から受けた電子をEL層201−mに渡す機能を有する。第3の層104は、電子輸送性を有し、かつアルカリ金属、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)、または希土類金属の化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む))等を含む。また、第3の層104は電子輸送性物質を含む。
【0078】
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)などの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]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、第3の層104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。
【0079】
第3の層104において、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、上記アルカリ金属、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の化合物を含むものを用いることができる。
【0080】
第3の層104は、電子を効率よく輸送することができるので、第2の層105から第3の層104を介してEL層201−mへ電子を注入するときに、電子の注入を効率よく行える。また、第3の層104が上記金属や化合物を含むことにより、第1の層106で発生した電子を第2の層105および第3の層104を介してEL層201−mに注入するときに、電子の注入障壁をある程度緩和することができる。
【0081】
第3の層104は同一膜中に電子輸送性物質と上記金属または金属の化合物を含有する場合だけでなく、電子輸送性物質を含む層と上記金属または金属の化合物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、電子輸送性物質を含む層がEL層201−mと接する構造となる。
【0082】
また、第3の層104の一部または全部は、EL層201−mを構成する一部の層として用いることができる。例えば、EL層201−mを構成する電子輸送層として第3の層104の一部を用いることができる。
【0083】
第1の層106、第2の層105及び第3の層104は、乾式法(例えば、真空蒸着法等)、湿式法(例えば、インクジェット法、スピンコート法等)を問わず、種々の方法を用いて形成することができる。
【0084】
発光素子のその他の構成を説明する。
【0085】
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)、珪素また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。
【0086】
また、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)、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化ルテニウム、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化チタン等を用いてもよい。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よい。但し、陽極101と接して電荷発生領域を設ける場合には、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。
【0087】
陽極101は、通常、スパッタリング法により成膜される。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。また、陽極101はゾル−ゲル法などを用いて作製することも可能である。
【0088】
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。
【0089】
この他、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、または希土類金属の化合物(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。
【0090】
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のような透明電極を用いるか、あるいは電極の膜厚を薄くすることにより確保できる。
【0091】
次に、複数のEL層201の具体例について述べる。
【0092】
各EL層201は、少なくとも発光物質を有する発光層を含んで構成されている。発光層と、発光層以外の層とが積層された構造を有していてもよい。各EL層201は、積層構造がそれぞれ異なる構造を有していてもよい。また各EL層201は、用いる材料がそれぞれ異なる構成を有していてもよい。
【0093】
発光層以外の層としては、正孔注入性物質を含み正孔注入性を有する層(正孔注入層)、正孔輸送性物質を含み正孔輸送性を有する層(正孔輸送層)、電子輸送性物質を含み電子輸送性を有する層(電子輸送層)、電子注入性物質を含み電子注入性を有する層(電子注入層)、バイポーラ性(電子輸送性及び正孔輸送性)物質を含みバイポーラ性を有する層等が挙げられる。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201−1において陽極101と接する層及びEL層201−nにおいて陰極102と接する層として電荷発生層を設けることもできる。
【0094】
以下に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層を構成する物質の具体例を示す。
【0095】
正孔注入層は、正孔注入性物質を含む層である。当該正孔注入性物質としては、例えば、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化ルテニウム、酸化タングステン、酸化マンガン等の金属酸化物を用いることができる。また、フタロシアニン(略称:HPc)、銅(II)フタロシアニン(略称:CuPc)等のフタロシアニン系の化合物を用いることができる。また、PEDOT/PSS(略称)等の高分子を用いることもできる。
【0096】
正孔輸送層は、正孔輸送性物質を含む層である。正孔輸送層が有する正孔輸送性物質は、上述の第1の層106が有する正孔輸送性物質と同様の物質を適用することが可能である。そのため、ここでは前述の説明を援用する。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。
【0097】
発光層は、発光物質を含む層である。当該発光物質としては、以下に示す蛍光性化合物及び燐光性化合物を適用することが可能である。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、蛍光性化合物を含む発光層からの発光は一重項からの発光であり、燐光性化合物を含む発光層からの発光は三重項からの発光である。
【0098】
蛍光性化合物としては、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。
【0099】
燐光性化合物としては、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:FIr(acac))、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))、トリス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)(略称:Ir(bzq))、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))、(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)−5−メチルピラジナト]イリジウム(III)(略称:Ir(Fdppr−Me)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス{2−(4−メトキシフェニル)−3,5−ジメチルピラジナト}イリジウム(III)(略称:Ir(dmmoppr)(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))、(ジピバロイルメタナト)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)(dpm))、(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。
【0100】
なお、発光層は、ホスト材料にこれらの発光物質を分散させた構造とすることが好ましい。ホスト材料としては、例えば、NPB、TPD、TCTA、TDATA、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、PCzPCA1、PCzPCA2、PCzPCN1、CBP、TCPB、CzPA等のカルバゾール誘導体などの正孔輸送性物質を用いることができる。
【0101】
また、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物質を用いることができる。
【0102】
または、ホスト材料として例えば、Alq、Almq、BeBq、BAlqなどの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、Zn(BOX)、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、PBD、OXD−7、CO11、TAZ、BPhen、BCPなどの電子輸送性物質を用いることができる。
【0103】
電子輸送層は、電子輸送性物質を含む層である。電子輸送層が有する電子輸送性物質は、上述の第3の層104が有する電子輸送性物質と同様の物質を適用することが可能である。そのため、ここでは前述の説明を援用する。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。
【0104】
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、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、電子輸送性物質中にアルカリ金属、アルカリ土類金属、又はこれらの化合物を含有させたもの(例えば、Alq(略称)中にマグネシウム(Mg)を含有させたもの等)を当該電子注入性物質として適用することも可能である。この様な構造とすることにより、陰極102からの電子注入効率をより高めることができる。
【0105】
EL層201−1又はEL層201−nには電荷発生層を設けることができる。EL層201−1又はEL層201−nに電荷発生層を設ける場合、電荷発生層は、正孔輸送性物質と、アクセプター性物質とを含む層とする。なお、電荷発生層は、同一膜中に正孔輸送性物質と、アクセプター性物質と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。ただし、積層構造の場合には、アクセプター性物質を含む層が、陽極101又は陰極102と接する構造とする。
【0106】
EL層201−1又はEL層201−nに電荷発生層を設けることにより、電極を形成する物質の仕事関数を考慮せずに陽極101又は陰極102を形成することが可能になる。なおEL層201−1又はEL層201−nに設けられる電荷発生層は、上述の第1の層106と同様の構成及び物質を適用することが可能である。そのため、ここでは前述の説明を援用する。
【0107】
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、各EL層201を形成することができる。また、各EL層201の形成方法としては、用いる材料に応じて種々の方法(例えば、乾式法や湿式法等)を適宜選択することができる。例えば、真空蒸着法、インクジェット法、又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。
【0108】
以上のような物質を有する層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可能である。当該発光素子からは、上述した発光物質からの発光が得られる。そのため、発光層に用いる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。
【0109】
ここまで、n層のEL層を有する発光素子を説明しているが、n=2、3であってもよいことは言うまでもない。n=2の場合の発光素子の素子構造を図4(A)に、バンド図を図4(B)に示す。なお111は陽極101のフェルミ準位、112は陰極102のフェルミ準位を示す。
【0110】
図4(A)に示す発光素子は、一対の電極(陽極101、陰極102)間に発光領域を含む第1のEL層103及び第2のEL層107を有し、第1のEL層103と第2のEL層107との間には、中間層203を有する。中間層203は、陰極102側から、第1の層106、第2の層105及び第3の層104を有する。
【0111】
第1の層106は第2のEL層107と第2の層105との間に設けられ、第2のEL層107と第2の層105と接する。第2の層105は第1の層106と第3の層104との間に設けられ、第1の層106と第3の層104と接する。第3の層104は第2の層105と第1のEL層103との間に設けられ、第2の層105と第1のEL層103と接する。
【0112】
以下、図4(B)に示すバンド図を用いて説明する。
【0113】
一対の電極(陽極101、陰極102)間に電圧が印加されると、第1の層106において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き、正孔および電子が発生すると考えられる。第1の層106がアクセプター性物質を含むことにより、電荷発生領域として効果的に機能させることができる。第1の層106は正孔輸送性を有しているので、第1の層106で発生した正孔は層内で効率よく輸送される。したがって、当該正孔を第2のEL層107へ効率よく注入することができる。また、第1の層106がアクセプター性物質を含むことにより、第1の層106で発生した電子を第2の層105および第3の層104を介して第1のEL層103に注入するときに、電子の注入障壁をある程度緩和することができる。
【0114】
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で発生した電子を受け、第3の層104を介して第1のEL層103へ電子を渡す機能を有する。したがって、第2の層105は電子リレー層として機能する。
【0115】
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、第1のEL層103のLUMO準位113との間の準位となるようにする。これにより、第1の層106において発生した電子を第1のEL層103に注入するときの電子の注入障壁を小さくすることができる。また、第2の層105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移動(授受)がより容易になる。これにより、発光素子を低電圧で駆動することが可能になる。
【0116】
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に渡される。第3の層104は、電子輸送性を有しているので、第3の層104に移動した電子は層内で効率よく輸送され第1のEL層103のLUMO準位113へと容易に注入される。また、第3の層104は上記アルカリ金属、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の化合物を含むことにより、電子の注入障壁をある程度緩和する機能を有する。そのため、電子の移動がより容易になる。
【0117】
その後、電子は、第1のEL層103において、陽極101側から注入された正孔と再結合し、第1のEL層103が発光する。一方、第1の層106において発生した正孔は、第2のEL層107において、陰極102側から注入された電子と再結合し、第2のEL層107が発光する。
【0118】
第2の層105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の化合物を含む場合のバンド図を図5に示す。
【0119】
図5に示す120は、第2の層105における上記金属または金属の化合物準位(ドナー準位ともいう)を示す。
【0120】
ドナー準位120は第2の層105のLUMO準位114に影響を与える。これにより、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。したがって、より低電圧で発光素子を駆動することが可能になる。
【0121】
また、本実施の形態に示した発光素子は、各種基板上に作製することができる。基板としては、例えばガラス、プラスチック、金属板、金属箔などを適用することが可能である。また、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。
【0122】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができることとする。
【0123】
以下に示す実施の形態2〜5では、便宜上、n=2の場合の発光素子を用いて説明する。
【0124】
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子の素子構造、バンド図の例について、図6(A)、(B)を用いて説明する。本実施の形態では、実施の形態1に示す発光素子において、第3の層104が電子輸送性物質を含む層と、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の化合物を含む層とを積層した構造を有する例を説明する。
【0125】
本実施の形態で示す発光素子は、図6(A)に示すように一対の電極(陽極101、陰極102)間に第1のEL層103及び第2のEL層107を有する。第1のEL層103及び第2のEL層107は、それぞれ少なくとも発光物質を有する発光層を含んで構成されている。第1のEL層103と第2のEL層107の間には、陰極102側から、第1の層106、第2の層105及び第3の層104を有する。第1の層106は、電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含む。また、第1の層106は、正孔輸送性物質を含む。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。
【0126】
本実施の形態における、陽極101、陰極102、第1のEL層103、第2の層105、第1の層106及び第2のEL層107には、実施の形態1で説明した構成及び物質を用いることができる。
【0127】
第3の層104は、第2の層105に接する層104aと、第1のEL層103に接する層104bとが積層した構造を有する。層104a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の化合物を含む層である。層104bは、電子輸送性物質を含む層である。
【0128】
層104bに用いる電子輸送性物質としては、実施の形態1で示した第3の層104に用いられる電子輸送性物質と同様の物質を適用することが可能である。
【0129】
層104aに用いる物質としては、リチウム(Li)及びセシウム(Cs)等のアルカリ金属、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、及びストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、ユウロピウム(Eu)及びイッテルビウム(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)、並びに希土類金属化合物(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。なお、これらの電子注入性の高い物質は、空気中で安定な物質であるため、生産性が良く、量産に適するため好ましい。
【0130】
層104aとして、上記金属または金属の化合物の単層が設けられる。層104a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。ただし、層104bを形成した後、層104b上に層104aを形成する場合は、層104aを形成する物質の一部は、層104bにも存在しうる。膜厚が非常に薄い層104aは、第2の層105と層104bの界面に存在すると換言することもできる。
【0131】
以下、バンド図を用いて説明する。
【0132】
図6(B)は、図6(A)の素子構造におけるバンド図である。図6(B)において、113は第1のEL層103のLUMO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、117は第2のEL層107のLUMO準位を示す。×は第3の層104に含まれる上記金属または金属の化合物からなる物質を示す。
【0133】
一対の電極(陽極101、陰極102)間に電圧が印加されると、第1の層106において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き、正孔および電子が発生すると考えられる。第1の層106がアクセプター性物質を含むことにより、電荷発生領域として効果的に機能させることができる。第1の層106は正孔輸送性を有しているので、第1の層106で発生した正孔は層内で効率よく輸送される。したがって、当該正孔を第2のEL層107へ効率よく注入することができる。また、第1の層106がアクセプター性物質を含むことにより、第1の層106で発生した電子を第2の層105および第3の層104を介して第1のEL層103に注入するときに、電子の注入障壁をある程度緩和することができる。
【0134】
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で発生した電子を受け、第3の層104を介して第1のEL層103へ電子を渡す機能を有する。したがって、第2の層105は電子リレー層として機能する。
【0135】
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、第1のEL層103のLUMO準位113との間の準位となるようにする。これにより、第1の層106において発生した電子を第1のEL層103に注入するときの電子の注入障壁を小さくすることができる。具体的には−5.0eV以上−3.0eV以下とする。また、第2の層105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移動(授受)がより容易になる。これにより、発光素子を低電圧で駆動することが可能になる。
【0136】
第2の層105に含まれる金属錯体は金属−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(電子を受容しやすい性質)を有するため、電子の移動(授受)がより容易になる。これにより、発光素子をより低電圧で駆動することが可能になる。
【0137】
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(層104aおよび層104b)に渡される。第2の層105と層104bの界面に層104aを設けることにより、第1の層106と層104bの間の注入障壁をある程度緩和することができる。よって第1の層106で発生した電子を層104bへと容易に注入することができる。層104bは、電子輸送性を有しているので、層104bに移動した電子は層内で効率よく輸送され、第1のEL層103のLUMO準位113へと容易に注入される。なお、層104bは、第1のEL層103の電子輸送層として兼用させることができる。また、層104bとは別に、第1のEL層103に電子輸送層を形成してもよい。層104bとは別に電子輸送層を形成する場合は、層104bに用いる電子輸送性物質と、電子輸送層に用いる電子輸送性物質とは、同じ物質であっても、異なる物質であっても良い。
【0138】
その後、電子は、第1のEL層103において、陽極101側から注入された正孔と再結合し、第1のEL層103が発光する。一方、第1の層106において発生した正孔は、第2のEL層107において、陰極102側から注入された電子と再結合し、第2のEL層107が発光する。
【0139】
本実施の形態では、第3の層104は、電子輸送性物質を含む層104bと金属または金属の化合物を含む層104aとが積層された構造を有する。このように、層104bと層104aとが積層された構造を有する第3の層104を有する発光素子は、同一膜中に電子輸送性物質と金属または金属の化合物を含有する構造を有する第3の層を有する場合に比べて駆動電圧を低減させることができる。
【0140】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることが可能である。
【0141】
例えば実施の形態1に示したように第2の層105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。この場合、ドナー性物質は実施の形態1に示したものを用いることができる。
【0142】
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子の素子構造、バンド図の例について、図7(A)、(B)を用いて説明する。本実施の形態では、実施の形態1に示す発光素子において、第3の層104が、電子輸送性物質と、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の化合物とを含んで構成される場合について説明する。
【0143】
本実施の形態で示す発光素子は、図7(A)に示すように一対の電極(陽極101、陰極102)間に第1のEL層103及び第2のEL層107を有する。第1のEL層103及び第2のEL層107は、それぞれ少なくとも発光物質を有する発光層を含んで構成されている。第1のEL層103と第2のEL層107の間には、陰極102側から、第1の層106、第2の層105及び第3の層104を有する。第1の層106は、電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含む。また、第1の層106は、正孔輸送性物質を含む。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。
【0144】
本実施の形態における、陽極101、陰極102、第1のEL層103、第2の層105、第1の層106及び第2のEL層107には、実施の形態1で説明した構成及び物質を用いることができる。
【0145】
第3の層104は、第1のEL層103と第2の層105の間に設けられ、電子輸送性物質と、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の化合物とを含んでいる。なお、本実施の形態では、電子輸送性物質に対して質量比で、0.001以上0.1以下の比率で上記金属または金属の化合物を添加することが好ましい。これにより、膜質の良い第3の層104が得られる。
【0146】
第3の層104に用いる電子輸送性物質としては、実施の形態1で示した第3の層104に用いられる電子輸送性物質と同様の物質を適用することが可能である。
【0147】
また、第3の層104に用いるアルカリ金属、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の化合物としては、実施の形態1で示した第3の層104に用いられる上記金属または金属の化合物を適用することが可能である。
【0148】
第1のEL層103には、第3の層104と接するように電子輸送層108を形成してもよい。第1のEL層103に電子輸送層108を形成する場合は、第3の層104に用いる電子輸送性物質と、電子輸送層108に用いる電子輸送性物質とは、同じ物質であっても、異なる物質であっても良い。
【0149】
以下、バンド図を用いて説明する。
【0150】
図7(B)は、図7(A)の素子構造におけるバンド図である。図7(B)において、113は第1のEL層103のLUMO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、117は第2のEL層107のLUMO準位を示す。×は第3の層104に含まれる上記金属または金属の化合物からなる物質を示す。
【0151】
一対の電極(陽極101、陰極102)間に電圧が印加されると、第1の層106において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き、正孔および電子が発生すると考えられる。第1の層106がアクセプター性物質を含むことにより、電荷発生領域として効果的に機能させることができる。第1の層106は正孔輸送性を有しているので、第1の層106で発生した正孔は層内で効率よく輸送される。したがって、当該正孔を第2のEL層107へ効率よく注入することができる。また、第1の層106がアクセプター性物質を含むことにより、第1の層106で発生した電子を第2の層105および第3の層104を介して第1のEL層103に注入するときに、電子の注入障壁をある程度緩和することができる。
【0152】
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で発生した電子を受け、第3の層104を介して第1のEL層103へ電子を渡す機能を有する。したがって、第2の層105は電子リレー層として機能する。
【0153】
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、第1のEL層103のLUMO準位113との間の準位となるようにする。これにより、第1の層106において発生した電子を第1のEL層103に注入するときの電子の注入障壁を小さくすることができる。具体的には−5.0eV以上−3.0eV以下とする。また、第2の層105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移動(授受)がより容易になる。これにより、発光素子を低電圧で駆動することが可能になる。
【0154】
第2の層105に含まれる金属錯体は金属−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(電子を受容しやすい性質)を有するため、電子の移動(授受)がより容易になる。これにより、発光素子をより低電圧で駆動することが可能になる。
【0155】
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に渡される。第3の層104は、電子輸送性を有しているので、第3の層104に移動した電子は層内で効率よく輸送され第1のEL層103のLUMO準位113へと容易に注入される。また、第3の層104は上記アルカリ金属、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の化合物を含むことにより、電子の注入障壁をある程度緩和する機能を有する。そのため、電子の移動がより容易になる。
【0156】
その後、電子は、第1のEL層103において、陽極101側から注入された正孔と再結合し、第1のEL層103が発光する。一方、第1の層106において発生した正孔は、第2のEL層107において、陰極102側から注入された電子と再結合し、第2のEL層107が発光する。
【0157】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることが可能である。
【0158】
例えば実施の形態1に示したように第2の層105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。この場合、ドナー性物質は実施の形態1に示したものを用いることができる。
【0159】
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子の素子構造の例について、図8(A)、(B)を用いて説明する。本実施の形態では、実施の形態1に示す発光素子において、第1の層106の構成について説明する。
【0160】
本実施の形態で示す発光素子は、図8(A)、(B)に示すように一対の電極(陽極101、陰極102)間に第1のEL層103及び第2のEL層107を有する。第1のEL層103及び第2のEL層107は、それぞれ少なくとも発光物質を有する発光層を含んで構成されている。第1のEL層103と第2のEL層107の間には、陰極102側から、第1の層106、第2の層105及び第3の層104を有する。図8(A)、(B)において、陽極101、陰極102、第1のEL層103、第3の層104、第2の層105及び第2のEL層107には、実施の形態1乃至3で説明した構成及び物質を用いることができる。
【0161】
第1の層106は、電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含む層である。また、第1の層106は、正孔輸送性物質を含む層である。一対の電極(陽極101、陰極102)間に電圧が印加されると、第1の層106において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き、正孔および電子が発生すると考えられる。
【0162】
図8(A)に示す第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と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が好ましい。これにより、第1の層106における電荷の発生が容易となる。
【0163】
図8(A)ではアクセプター性物質が、正孔輸送性物質に添加(ドーピング)された構成であり、第1の層106を厚膜化した場合でも駆動電圧の上昇を抑制することができる。これにより、発光素子の駆動電圧の上昇を抑制し、かつ光学調整による色純度の向上を実現することができる。また第1の層106を厚膜化することで、発光素子の短絡を防止することができる。
【0164】
一方、図8(B)に示す第1の層106は、第2のEL層107に接する層106aと、第2の層105に接する層106bとが積層した構造を有する。層106aは、正孔輸送性物質を含む層である。層106bは、アクセプター性物質を含む層である。
【0165】
第1の層106において可視領域に電荷移動相互作用に基づく吸収を示す場合がある。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は、当該電荷移動相互作用は第1の層106全体ではなく、層106aと層106bの界面にのみ働く。そのため電荷移動相互作用に基づく吸収を生じる場合であっても、第1のEL層103からの発光が吸収されにくく好ましい。
【0166】
第1の層106の形成に用いる正孔輸送性物質としては、実施の形態1で示した第1の層106に用いられる正孔輸送性物質と同様の物質を適用することが可能である。
【0167】
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、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。また、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。
【0168】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることが可能である。
【0169】
例えば実施の形態1に示したように第2の層105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。この場合、ドナー性物質は実施の形態1に示したものを用いることができる。
【0170】
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子の素子構造、バンド図の例について、図9(A)、(B)を用いて説明する。
【0171】
本実施の形態で示す発光素子は、図9(A)に示すように一対の電極(陽極101、陰極102)間に第1のEL層103及び第2のEL層107を有する。第1のEL層103及び第2のEL層107は、それぞれ有機化合物からなり、少なくとも発光物質を有する発光層を含んで構成されている。第1のEL層103と第2のEL層107の間には、陰極102側から、第1の層106、第2の層105及び第3の層104を有する。図9(A)において、陽極101、陰極102、第3の層104、第2の層105及び第1の層106には、実施の形態1乃至4で説明した構成及び物質を用いることができる。
【0172】
第1のEL層103は、青色〜青緑色の波長領域にピークを有する発光スペクトルを示す第1の発光層103aと、黄色〜橙色の波長領域にピークを有する発光スペクトルを示す第2の発光層103bとを有する。第1の発光層103aは、第1の発光物質を有する。第2の発光層103bは、第2の発光物質を有する。第2のEL層107は、青緑色〜緑色の波長領域にピークを有する発光スペクトルを示す第3の発光層107aと、橙色〜赤色の波長領域にピークを有する発光スペクトルを示す第4の発光層107bとを有する。第3の発光層107aは、第3の発光物質を有する。第4の発光層107bは、第4の発光物質を有する。第1の発光層103aと第2の発光層103bは逆の積層順であっても良い。第3の発光層107aと第4の発光層107bは逆の積層順であっても良い。
【0173】
一対の電極(陽極101、陰極102)間に電圧を印加すると、陽極101から注入された正孔と、第1の層106で発生し、第2の層105及び第3の層104を介して注入された電子とが第1の発光層103a又は第2の発光層103bにおいて再結合する。これにより、第1の発光330が得られる。さらに、陰極102から注入された電子と、第1の層106で発生し、注入された正孔とが第3の発光層107a又は第4の発光層107bにおいて再結合する。これにより、第2の発光340が得られる。
【0174】
図9(B)は、第1の発光330及び第2の発光340の発光スペクトルを模式的に示す。第1の発光330は、第1の発光層103a及び第2の発光層103bの両方からの発光となる。そのため、青色〜青緑色の波長領域及び黄色〜橙色の波長領域の双方にピークを有する発光スペクトルを示す。すなわち、第1のEL層103は、2波長型の白色又は白色に近い色の発光を呈する。第2の発光340は、第3の発光層107a及び第4の発光層107bの両方からの発光となる。そのため、青緑色〜緑色の波長領域及び橙色〜赤色の波長領域の双方にピークを有する発光スペクトルを示す。すなわち、第2のEL層107は、第1のEL層103とは異なる2波長型の白色又は白色に近い色の発光を呈する。
【0175】
第1の発光330及び第2の発光340を重ね合わせた結果、発光素子は、青色〜青緑色の波長領域、青緑色〜緑色の波長領域、黄色〜橙色の波長領域、橙色〜赤色の波長領域をカバーすることができる。
【0176】
例えば、第1の発光層103a(青色〜青緑色の波長領域にピークを有する発光スペクトルを示す)の発光輝度が、経時劣化あるいは電流密度により変化したとしても、発光スペクトル全体に対する第1の発光層103aの寄与は1/4程度であるため、色度のずれは比較的小さくて済む。
【0177】
なお、上述の説明では、第1のEL層103が、青色〜青緑色の波長領域及び黄色〜橙色の波長領域の双方にピークを有する発光スペクトルを示し、第2のEL層107は青緑色〜緑色の波長領域及び橙色〜赤色の波長領域の双方にピークを有する発光スペクトルを示す場合を例に説明したが、それぞれ逆の関係であっても良い。すなわち、第2のEL層107が青色〜青緑色の波長領域及び黄色〜橙色の波長領域の双方にピークを有する発光スペクトルを示し、第1のEL層103が青緑色〜緑色の波長領域及び橙色〜赤色の波長領域の双方にピークを有する発光スペクトルを示す構成であっても良い。また、第1のEL層103及び第2のEL層107はそれぞれ、発光層以外の層(例えば電子輸送層、正孔輸送層など)が形成された積層構造であっても良い。
【0178】
次に、本実施の形態で示す発光素子のEL層に用いることのできる発光物質を説明する。ただし、本実施の形態で示す発光素子に適用できる物質は、これらに限定されるものではない。
【0179】
青色〜青緑色の発光は、例えば、ペリレン、TBP、9,10−ジフェニルアントラセンなどを発光物質(ゲスト材料ともいう)として用い、ホスト材料に分散させることによって得られる。また、DPVBiなどのスチリルアリーレン誘導体、又はDNA及びt−BuDNAなどのアントラセン誘導体などから得ることができる。また、ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン)等のポリマーを用いても良い。また、青色発光のゲスト材料としては、YGA2S及びN,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)スチルベン−4,4’−ジアミン(略称:PCA2S)などのスチリルアミン誘導体が挙げられる。特に、YGA2Sは、450nm付近にピークを有しており、好ましい。また、ホスト材料としては、アントラセン誘導体が好ましく、t−BuDNA及びCzPAが好適である。特に、CzPAは、電気化学的に安定であるため好ましい。
【0180】
青緑色〜緑色の発光は、例えば、クマリン30、クマリン6などのクマリン系色素、FIrpic、Ir(ppy)(acac)などをゲスト材料として用い、ホスト材料に分散させることによって得られる。また、BAlq、Zn(BTZ)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)クロロガリウム(Ga(mq)Cl)などの金属錯体からも得ることができる。また、ポリ(p−フェニレンビニレン)等のポリマーを用いても良い。また、上述のペリレンやTBPを5wt%以上の高濃度でホスト材料に分散させることによっても得られる。また、青緑色〜緑色の発光層のゲスト材料としては、アントラセン誘導体が効率の高い発光が得られるため好ましい。例えば、DPABPAを用いることにより、高効率な青緑色発光が得られる。また、2位にアミノ基が置換されたアントラセン誘導体は高効率な緑色発光が得られるため好ましく、2PCAPAが特に長寿命であり好適である。これらのホスト材料としてはアントラセン誘導体が好ましく、先に述べたCzPAが電気化学的に安定であるため好ましい。また、緑色発光と青色発光を組み合わせ、青色から緑色の波長領域に2つのピークを持つ発光素子を作製する場合、青色発光層のホスト材料にCzPAのような電子輸送性のアントラセン誘導体を用い、緑色発光層のホスト材料にNPBのようなホール輸送性の芳香族アミン化合物を用いると、青色発光層と緑色発光層との界面で発光が得られるため好ましい。すなわちこの場合、2PCAPAのような緑色発光材料のホスト材料としては、NPBのような芳香族アミン化合物が好ましい。
【0181】
黄色〜橙色の発光は、例えば、ルブレン、DCM1、DCM2、ビス[2−(2−チエニル)ピリジナト]アセチルアセトナトイリジウム(略称:Ir(thp)(acac))、ビス(2−フェニルキノリナト)アセチルアセトナトイリジウム(略称:Ir(pq)(acac))などをゲスト材料として用い、ホスト材料に分散させることによって得られる。特に、ゲスト材料としてルブレンのようなテトラセン誘導体が、高効率かつ化学的に安定であるため好ましい。この場合のホスト材料としては、NPBのような芳香族アミン化合物が好ましい。他のホスト材料としては、ビス(8−キノリノラト)亜鉛(略称:Znq)やビス[2−シンナモイル−8−キノリノラト]亜鉛(略称:Znsq)などの金属錯体を用いることができる。また、ポリ(2,5−ジアルコキシ−1,4−フェニレンビニレン)等のポリマーを用いても良い。
【0182】
橙色〜赤色の発光は、例えば、BisDCM、4−(ジシアノメチレン)−2,6−ビス[2−(ジュロリジン−9−イル)エチニル]−4H−ピラン(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)、Ir(thp)(acac)などをゲスト材料として用い、ホスト材料に分散させることによって得られる。ZnqやZnsqなどの金属錯体からも得ることができる。また、ポリ(3−アルキルチオフェン)等のポリマーを用いても良い。赤色発光を示すゲスト材料としては、BisDCM、DCM2、DCJTI、BisDCJTMのような4H−ピラン誘導体が高効率であり、好ましい。特に、DCJTI、BisDCJTMは、620nm付近に発光ピークを有するため好ましい。
【0183】
なお、上記の構成において、ホスト材料としては、発光物質よりも発光色が短波長のものであるか、またはエネルギーギャップの大きいものを用いることができる。具体的には、実施の形態1で示した例に代表される正孔輸送材料や電子輸送材料から適宜選択することができる。また、CBP、TCTA、TCPBなどを使用しても良い。
【0184】
発光素子は、第1のEL層の発光スペクトル及び第2のEL層の発光スペクトルを重ね合わした結果、青色〜青緑色の波長領域、青緑色〜緑色の波長領域、黄色〜橙色の波長領域、橙色〜赤色の波長領域を幅広くカバーする白色発光が得られる。
【0185】
なお、各積層の膜厚を調節し、意図的に光を僅かに干渉させることで、突出した鋭いピークの発生を抑え、台形に近い形状を有する発光スペクトルとなるようにして、連続的なスペクトルを有する自然光に近づけてもよい。また、各積層の膜厚を調節し、意図的に光を僅かに干渉させることで、発光スペクトルのピークの位置を変化させることができる。発光スペクトルに現れる複数のピーク強度をほぼ同じになるように各積層の膜厚を調節し、さらに、互いのピークの間隔を狭くすることによってより台形に近い形状の発光スペクトルを有する白色発光を得ることができる。
【0186】
本実施の形態で示す発光素子の第1のEL層103および第2のEL層107において、それぞれ白色発光を得るためには、第1の発光物質と第2の発光物質の両方、および第3の発光物質と第4の発光物質の両方が発光する必要がある。したがって、第1のEL層103内および第2のEL層107内での電荷の輸送性を調節するためには、正孔輸送性物質及び電子輸送性物質のいずれもホスト材料として用いることが好ましい。第1のEL層103および第2のEL層107に用いることのできる正孔輸送性物質又は電子輸送性物質としては、実施の形態1で示した物質を適宜用いることができる。
【0187】
例えば、第1のEL層103は、正孔輸送性物質及び第1の発光物質を含む層と、正孔輸送性物質及び第2の発光物質を含む層と、電子輸送性物質及び第2の発光物質を含む層とが陽極101側から順に積層された構成とすることができる。また、第2のEL層107は、正孔輸送性物質及び第3の発光物質を含む層と、正孔輸送性物質及び第4の発光物質を含む層と、電子輸送性物質及び第4の発光物質を含む層とが陽極101側から順に積層された構成とすることができる。
【0188】
第1の発光物質及び第2の発光物質は、それぞれの発光色が補色の関係となる物質を選択して用いることができる。また、第3の発光物質及び第4の発光物質は、それぞれの発光色が補色の関係となる物質を選択して用いることができる。補色の関係としては、青色と黄色、あるいは青緑色と赤色などが挙げられる。青色、黄色、青緑色、赤色に発光する物質としては、例えば、先に示した発光物質の中から適宜選択すればよい。
【0189】
本実施の形態で示したように、EL層中に発光波長の異なる2つの発光物質を含ませることで、発光波長が短波長側の発光物質の励起エネルギーの一部を、発光波長が長波長側の発光物質にエネルギー移動させ、発光波長が長波長側の発光物質を発光させることができる。
【0190】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【0191】
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を用いて作製した発光装置を適用し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、図11を用いて説明する。
【0192】
発光素子を用いて作製した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、デジタルカメラや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。
【0193】
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る。上記実施の形態に示した発光素子を用いて発光装置を作製し、当該発光装置を表示部9103の画像表示デバイスまたはその光源として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。
【0194】
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。
【0195】
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。
【0196】
なお、本発明の一態様である発光素子を用いて作製した発光装置は、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の画像表示デバイスまたはその光源として用いることで、長寿命なテレビジョン装置を提供することができる。
【0197】
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、本発明の一態様である発光素子を用いて作製した発光装置をその表示部9203の画像表示デバイスまたはその光源として用いることにより作製される。
【0198】
なお、本発明の一態様である発光素子を用いて作製した発光装置は、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の画像表示デバイスまたはその光源として用いることで、長寿命なコンピュータを提供することができる。
【0199】
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である発光素子を用いて作製した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。
【0200】
なお、本発明の一態様である発光素子を用いて作製した発光装置は、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)の画像表示デバイスまたはその光源として用いることで、長寿命な携帯型遊技機を提供することができる。
【0201】
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、本発明の一態様である発光素子を用いて作製した発光装置を表示部9402の画像表示デバイスまたはその光源として用いることにより作製される。
【0202】
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。
【0203】
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。
【0204】
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。
【0205】
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。
【0206】
また、画面モードの切り替えは、表示部9402に触れること、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。
【0207】
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。
【0208】
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に掌や指で触れることで、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。
【0209】
なお、本発明の一態様である発光素子を用いて作製した発光装置は、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の画像表示デバイスまたはその光源として用いることで、長寿命な携帯電話機を提供することができる。
【0210】
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、本発明の一態様である発光素子を用いて作製した発光装置を照明部9501(光源ともいう)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。
【0211】
なお、本発明の一態様である発光素子を用いて作製した発光装置は、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(光源)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。
【0212】
図11は、本発明の一態様である発光素子を用いて作製した発光装置を、室内照明装置として用いた例である。本発明の一態様である発光素子を用いて作製した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、本発明の一態様である発光素子を用いて作製した発光装置は、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。
【0213】
以上のようにして、本発明の一態様である発光素子を用いて作製した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。本発明の一態様である発光素子を用いて作製した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。
【0214】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例1】
【0215】
本実施例では、本発明の一態様である発光素子について図12、図13を用いて説明する。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、動作特性を比較した。本実施例で用いた材料の構造式を以下に示す。
【0216】
【化3】


【0217】
以下に、本実施例の発光素子A−C及び比較発光素子aの作製方法を示す。発光素子A−C及び比較発光素子aは、第2の層の構成及び第2の層の有無が異なる。それ以外の構成は共通しているため、以下ではまとめて説明する。
【0218】
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)。
【0219】
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、NPBと酸化モリブデン(VI)とを含む層を形成した。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(VI))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。NPBと酸化モリブデン(VI)とを含む層は有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層であり、電圧を印加した際には電荷発生層として機能する。
【0220】
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、第1の正孔輸送層を形成した。
【0221】
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)とを共蒸着して第1の発光層を形成した。CzPAと、2PCAPAとの質量比は、1:0.05(=CzPA:2PCAPA)となるように調整した。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。
【0222】
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1の電子輸送性物質を含む層を形成した。
【0223】
このようにして、電荷発生層、第1の正孔輸送層、第1の発光層、第1の電子輸送性物質を含む層を有する第1のEL層を形成した。
【0224】
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た。続いて、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た。BPhenは電子輸送性物質であり、BPhenを含む層と酸化リチウムを含む層とを積層させることで第3の層を形成した。
【0225】
続いて抵抗加熱による蒸着法により金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体として、VOPc、TiOPc及びリチウムを添加したVOPc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TiOPcを成膜し、発光素子Cではリチウム(Li)を添加したVOPcを成膜した。発光素子CではVOPcとLiとの質量比は、1:0.02(=VOPc:Li)となるように調節した。比較発光素子aには第2の層を形成しなかった。
【0226】
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(VI))となるように調節した。
【0227】
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、第2の正孔輸送層を形成した。
【0228】
次に、CzPAと、2PCAPAを共蒸着して第2の発光層を形成した。CzPAと、2PCAPAとの質量比は、1:0.05(=CzPA:2PCAPA)となるように調整した。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。
【0229】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、Alqを10nmの膜厚となるように成膜して第2の電子輸送性物質を含む層を形成した。
【0230】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、BPhenを20nmの膜厚となるように成膜し、第3の電子輸送性物質を含む層を形成した。続いて、抵抗加熱による蒸着法により、フッ化リチウム(LiF)を1nm程度の膜厚となるように成膜し、電子注入層を形成した。
【0231】
このようにして、第2の正孔輸送層、第2の発光層、第2の電子輸送性物質を含む層、第3の電子輸送性物質を含む層、電子注入層を有する第2のEL層を形成した。
【0232】
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。
【0233】
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は実施の形態1、2又は4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1のEL層、第2のEL層の構成は同じであるため、第1のEL層、第2のEL層の詳細は省略する。
【0234】
【表1】

【0235】
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。その後、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。
【0236】
発光素子A−C及び比較発光素子aの電圧−電流密度特性を図12に、電流密度−電流効率特性を図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。
【0237】
【表2】

【0238】
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、同じ電圧を印加したときに電流密度の大きい発光素子が得られることがわかる。逆に言えば、発光素子A−Cは、比較発光素子aと比較して、同じ電流密度を得るのに必要な駆動電圧を下げられることがわかる。
【0239】
また、図13に示す電流密度−電流効率特性において、発光素子A−Cは、比較発光素子aと比較して、いずれの電流密度においても電流効率が同程度であることがわかる。
【0240】
図12、図13の結果から、発光素子A−Cは、比較発光素子aと比較して、電流効率は同程度のままで駆動電圧を下げられる発光素子が得られることがわかる。
【0241】
表2に示すように、1000cd/m付近における発光素子A−Cの駆動電圧(A:7.6V、B:7.6V、C:7.8V)は、比較発光素子a(9.2V)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。
【0242】
このように、発光素子A−Cは比較発光素子aと比較して、駆動電圧を低くすることができるという結果が得られた。すなわち、発光素子A−Cに設けられた第2の層が顕著な効果を示し、第2の層の存在により、発光素子を低電圧で駆動することが可能であることがわかった。
【実施例2】
【0243】
本実施例では、本発明の一態様である発光素子について図14、図15を用いて説明する。本実施例では発光素子D、E及び比較発光素子bを作製し、動作特性を比較した。本実施例で用いた材料の構造式を以下に示す。なお、実施例1にて用いた材料の構造式は省略した。
【0244】
【化4】

【0245】
以下に、本実施例の発光素子D、E及び比較発光素子bの作製方法を示す。発光素子Dと発光素子Eとは、第1のEL層、第1の層及び第2のEL層の構成が異なる。発光素子Dと比較発光素子bとは、第2の層の有無が異なる。それ以外の構成は共通しているため、以下ではまとめて説明する。
【0246】
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)。
【0247】
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9−フェニル−3−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:PCzPA)又は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、PCzPA又はNPBと酸化モリブデン(VI)とを含む層を形成した。膜厚は50nmとし、PCzPA又はNPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、質量比で4:1(=PCzPA又はNPB:酸化モリブデン(VI))となるように調節した。発光素子D及び比較発光素子bでは、PCzPAと酸化モリブデン(VI)とを含む層を形成した。発光素子Eでは、NPBと酸化モリブデン(VI)とを含む層を形成した。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。PCzPA又はNPBと酸化モリブデン(VI)とを含む層は有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層であり、電圧を印加した際には電荷発生層として機能する。
【0248】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、PCzPA又はNPBを10nmの膜厚となるように成膜し、第1の正孔輸送層を形成した。発光素子D及び比較発光素子bでは、PCzPAを成膜した。発光素子Eでは、NPBを成膜した。
【0249】
次に、CzPAと2PCAPAとを共蒸着して第1の発光層を形成した。CzPAと、2PCAPAとの質量比は、1:0.05(=CzPA:2PCAPA)となるように調整した。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。
【0250】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、Alqを10nmの膜厚となるように成膜して第1の電子輸送性物質を含む層を形成した。
【0251】
このようにして、電荷発生層、第1の正孔輸送層、第1の発光層、第1の電子輸送性物質を含む層を有する第1のEL層を形成した。
【0252】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、BPhenを10nmの膜厚となるように成膜した。続いて、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た。BPhenは電子輸送性物質であり、BPhenを含む層と酸化リチウムを含む層とを積層させることで第3の層を形成した。
【0253】
続いて、発光素子D、発光素子Eには、抵抗加熱による蒸着法により金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体として、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。比較発光素子bには第2の層を形成しなかった。
【0254】
次に、正孔輸送性物質であるPCzPA又は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、PCzPA又はNPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、質量比で4:1(=PCzPA又はNPB:酸化モリブデン(VI))となるように調節した。発光素子D及び比較発光素子bでは、PCzPAと酸化モリブデン(VI)とを含む層を形成した。発光素子Eでは、NPBと酸化モリブデン(VI)とを含む層を形成した。
【0255】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、PCzPA又はNPBを10nmの膜厚となるように成膜し、第2の正孔輸送層を形成した。発光素子D及び比較発光素子bでは、PCzPAを成膜した。発光素子Eでは、NPBを成膜した。
【0256】
次に、CzPAと、2PCAPAを共蒸着して第2の発光層を形成した。CzPAと、2PCAPAとの質量比は、1:0.05(=CzPA:2PCAPA)となるように調整した。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。
【0257】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、Alqを10nmの膜厚となるように成膜して第2の電子輸送性物質を含む層を形成した。
【0258】
次に、抵抗加熱による蒸着法により、BPhenを20nmの膜厚となるように成膜し、第3の電子輸送性物質を含む層を形成した。続いて、抵抗加熱による蒸着法により、フッ化リチウム(LiF)を1nm程度の膜厚となるように成膜し、電子注入層を形成した。
【0259】
このようにして、第2の正孔輸送層、第2の発光層、第2の電子輸送性物質を含む層、第3の電子輸送性物質を含む層、電子注入層を有する第2のEL層を形成した。
【0260】
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。
【0261】
以下の表3に発光素子D、発光素子E、比較発光素子bの素子構造を示す。発光素子D、Eは実施の形態1、2又は4に示した発光素子に該当する。
【0262】
【表3】

【0263】
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。その後、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。
【0264】
発光素子D、E及び比較発光素子bの電圧−電流密度特性を図14に、電流密度−電流効率特性を図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。
【0265】
【表4】

【0266】
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、同じ電圧を印加したときに電流密度の大きい発光素子が得られることがわかる。逆に言えば、発光素子D、Eは、比較発光素子bと比較して、同じ電流密度を得るのに必要な駆動電圧を下げられることがわかる。
【0267】
また、図15に示す電流密度−電流効率特性において、発光素子D、Eは、比較発光素子bと比較して、いずれの電流密度においても電流効率が同程度であることがわかる。
【0268】
図14、図15の結果から、発光素子D、Eは、比較発光素子bと比較して、電流効率は同程度のままで駆動電圧を下げられる発光素子が得られることがわかる。
【0269】
表4に示すように、1000cd/m付近における発光素子D、Eの駆動電圧(D:7.1V、E:6.9V)は、比較発光素子b(7.5V)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。
【0270】
このように、発光素子D、Eは比較発光素子bと比較して、駆動電圧を低くすることができるという結果が得られた。すなわち、発光素子D、Eに設けられた第2の層が顕著な効果を示し、第2の層の存在により、発光素子を低電圧で駆動することが可能であることがわかった。
【0271】
また、図15および表4に示すように、電荷発生層および第1の層にPCzPAと酸化モリブデン(VI)とを含む層を用いた発光素子Dは、電荷発生層および第1の層にNPBと酸化モリブデン(VI)とを含む層を用いた発光素子Eと比較して、電流効率が高いことがわかった。これは、NPBと酸化モリブデン(VI)とを含む層と比較して、PCzPAと酸化モリブデン(VI)とを含む層は、電荷移動相互作用に基づく吸収がほとんどないため、光の取り出しでロスが少ないためと考えられる。
【実施例3】
【0272】
本実施例では、本発明の一態様である発光素子について図16、図17を用いて説明する。本実施例では発光素子F、G及び比較発光素子cを作製し、動作特性を比較した。
【0273】
本実施例の発光素子F、G及び比較発光素子cは、第3の層以外は、実施例2で示した発光素子D、E及び比較発光素子bと同様に作製した。発光素子F、G及び比較発光素子cにおいては、抵抗加熱による蒸着法により、リチウム(Li)を添加したBPhenを10nmの膜厚となるように成膜し、第3の層を形成した。BPhenとLiとの質量比は、1:0.02(=BPhen:Li)となるように調節した。以上により、発光素子F、G及び比較発光素子cを得た。
【0274】
以下の表5に発光素子F、発光素子G、比較発光素子cの素子構造を示す。発光素子F、Gは実施の形態1、3又は4に示した発光素子に該当する。
【0275】
【表5】

【0276】
得られた発光素子F、G及び比較発光素子c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。
【0277】
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、電流密度−電流効率特性を図17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6にまとめた。
【0278】
【表6】

【0279】
図16より、発光素子F、Gは、比較発光素子cと比較して、第2の層の存在により、同じ電圧を印加したときに電流密度の大きい発光素子が得られることがわかる。逆に言えば、発光素子F、Gは、比較発光素子cと比較して、同じ電流密度を得るのに必要な駆動電圧を下げられることがわかる。
【0280】
また、図17に示す電流密度−電流効率特性において、発光素子F、Gは、比較発光素子cと比較して、いずれの電流密度においても電流効率が同程度であることがわかる。
【0281】
図16、図17の結果から、発光素子F、Gは、比較発光素子cと比較して、電流効率は同程度のままで駆動電圧を下げられる発光素子が得られることがわかる。
【0282】
表6に示すように、1000cd/m付近における発光素子F、Gの駆動電圧(F:7.3V、G:7.1V)は、比較発光素子c(7.6V)と比較して、低くなっている。発光素子F、Gの色度は、比較発光素子cと比較して、同程度である。発光素子F、Gの電流効率は、比較発光素子cと比較して、同程度である。発光素子F、Gの外部量子効率は、比較発光素子cと比較して、同程度である。
【0283】
このように、発光素子F、Gは比較発光素子cと比較して、駆動電圧を低くすることができるという結果が得られた。すなわち、発光素子F、Gに設けられた第2の層が顕著な効果を示し、第2の層の存在により、発光素子を低電圧で駆動することが可能であることがわかった。
【0284】
また、図17および表6に示すように、電荷発生層および第1の層にPCzPAと酸化モリブデン(VI)とを含む層を用いた発光素子Fは、電荷発生層および第1の層にNPBと酸化モリブデン(VI)とを含む層を用いた発光素子Gと比較して、電流効率が高いことがわかった。これは、NPBと酸化モリブデン(VI)とを含む層と比較して、PCzPAと酸化モリブデン(VI)とを含む層は、電荷移動相互作用に基づく吸収がほとんどないため、光の取り出しでロスが少ないためと考えられる。
【実施例4】
【0285】
本実施例では、本発明の一態様である発光素子について図18、図19を用いて説明する。本実施例では発光素子H、I及び比較発光素子dを作製し、動作特性を比較した。
【0286】
本実施例の発光素子H、I及び比較発光素子dは、第3の層以外は、実施例2で示した発光素子D、E及び比較発光素子bと同様に作製した。発光素子H、I及び比較発光素子dにおいては、抵抗加熱による蒸着法により、カルシウム(Ca)を添加したBPhenを10nmの膜厚となるように成膜し、第3の層を形成した。BPhenとCaとの質量比は、1:0.08(=BPhen:Ca)となるように調節した。以上により、発光素子H、I及び比較発光素子dを得た。
【0287】
以下の表7に発光素子H、発光素子I、比較発光素子dの素子構造を示す。発光素子H、Iは実施の形態1、3又は4に示した発光素子に該当する。
【0288】
【表7】

【0289】
得られた発光素子H、I及び比較発光素子d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。
【0290】
発光素子H、I及び比較発光素子dの電圧−電流密度特性を図18に、電流密度−電流効率特性を図19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8にまとめた。
【0291】
【表8】

【0292】
図18より、発光素子H、Iは、比較発光素子dと比較して、第2の層の存在により、同じ電圧を印加したときに電流密度の大きい発光素子が得られることがわかる。逆に言えば、発光素子H、Iは、比較発光素子dと比較して、同じ電流密度を得るのに必要な駆動電圧を下げられることがわかる。
【0293】
また、図19に示す電流密度−電流効率特性において、発光素子H、Iは、比較発光素子dと比較して、いずれの電流密度においても電流効率が同程度であることがわかる。
【0294】
図18、図19の結果から、発光素子H、Iは、比較発光素子dと比較して、電流効率は同程度のままで駆動電圧を下げられる発光素子が得られることがわかる。
【0295】
表8に示すように、1000cd/m付近における発光素子H、Iの駆動電圧(H:7.4V、I:7.3V)は、比較発光素子d(7.7V)と比較して、低くなっている。発光素子H、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H、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H、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。
【0296】
このように、発光素子H、Iは比較発光素子dと比較して、駆動電圧を低くすることができるという結果が得られた。すなわち、発光素子H、Iに設けられた第2の層が顕著な効果を示し、第2の層の存在により、発光素子を低電圧で駆動することが可能であることがわかった。
【0297】
また、図19および表8に示すように、電荷発生層および第1の層にPCzPAと酸化モリブデン(VI)とを含む層を用いた発光素子Hは、電荷発生層および第1の層にNPBと酸化モリブデン(VI)とを含む層を用いた発光素子Iと比較して、電流効率が高いことがわかった。これは、NPBと酸化モリブデン(VI)とを含む層と比較して、PCzPAと酸化モリブデン(VI)とを含む層は、電荷移動相互作用に基づく吸収がほとんどないため、光の取り出しでロスが少ないためと考えられる。
【符号の説明】
【0298】
101 陽極
102 陰極
103 第1のEL層
104 第3の層
105 第2の層
106 第1の層
107 第2のEL層
108 電子輸送層
113 LUMO準位
114 LUMO準位
115 アクセプター準位
116 HOMO準位
120 ドナー準位
201 EL層
202 中間層
201 EL層
202 中間層
203 中間層
330 発光
340 発光
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
103a 発光層
103b 発光層
104a 層
104b 層
106a 層
106b 層
107a 発光層
107b 発光層
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 入力手段
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

【特許請求の範囲】
【請求項1】
陽極と陰極の間にn(nは2以上の自然数)層のEL層を有し、
前記陽極からm(mは自然数、1≦m≦n−1)番目のEL層とm+1番目のEL層の間に、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m+1番目のEL層と前記第2の層との間に設けられ、前記m+1番目のEL層及び前記第2の層と接し、電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含み、
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m番目のEL層との間に設けられ、前記第2の層及び前記m番目のEL層と接し、電子輸送性を有し、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の化合物を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項2】
陽極と陰極の間にn(nは2以上の自然数)層のEL層を有し、
前記陽極からm(mは自然数、1≦m≦n−1)番目のEL層とm+1番目のEL層の間に、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m+1番目のEL層と前記第2の層との間に設けられ、前記m+1番目のEL層及び前記第2の層と接し、電荷発生領域として機能し、正孔輸送性を有し、かつアクセプター性物質を含み、
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−酸素の二重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m番目のEL層との間に設けられ、前記第2の層及び前記m番目のEL層と接し、電子輸送性を有し、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の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4】
請求項3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5】
請求項1乃至4のいずれか一において、前記第2の層のLUMO準位は、−5.0eV以上−3.0eV以下であることを特徴とする発光素子。
【請求項6】
請求項1乃至5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み、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、前記アルカリ土類金属、前記希土類金属、前記アルカリ金属化合物、前記アルカリ土類金属化合物または前記希土類金属の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1乃至5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み、前記電子輸送性物質を含む層と、前記アルカリ金属、前記アルカリ土類金属、前記希土類金属、前記アルカリ金属化合物、前記アルカリ土類金属化合物または前記希土類金属の化合物を含む層とが積層した構造を有する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、前記アクセプター性物質は、遷移金属酸化物また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ことを特徴とする発光素子。
【請求項9】
請求項1乃至7のいずれか一において、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10】
請求項1乃至9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み、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とが積層した構造を有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の化合物を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項12】
請求項11において、前記第2の層は、前記金属錯体に対して、質量比で0.001以上0.1以下の比率で、前記アルカリ金属、前記アルカリ土類金属、前記希土類金属、前記アルカリ金属化合物、前記アルカリ土類金属化合物または前記希土類金属の化合物を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項13】
請求項1乃至12のいずれか一に記載の発光素子を用いることを特徴とする発光装置。
【請求項14】
請求項13に記載の発光装置を用いることを特徴とする電子機器。
【請求項15】
請求項13に記載の発光装置を用い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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【公開番号】特開2011−228277(P2011−228277A)
【公開日】平成23年11月10日(2011.11.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−63760(P2011−63760)
【出願日】平成23年3月23日(2011.3.23)
【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)】