JP4076769B2 - Light emitting device and electric appliance - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する分野】
本発明は、陽極と、陰極と、電界を加えることで発光が得られる有機化合物を含む膜(以下、「有機化合物層」と記す)と、を有する有機発光素子を用いた発光装置に関する。本発明では特に、従来よりも駆動電圧が低く、なおかつ素子の寿命が長い有機発光素子を用いた発光装置に関する。なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子として有機発光素子を用いた画像表示デバイスもしくは発光デバイスを指す。また、有機発光素子にコネクター、例えば異方導電性フィルム(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、または有機発光素子に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。
【0002】
【従来の技術】
有機発光素子は、電界を加えることにより発光する素子である。その発光機構は、電極間に有機化合物層を挟んで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有機化合物層中の発光中心で再結合して励起状態の分子(以下、「分子励起子」と記す)を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光すると言われている。
【0003】
なお、有機化合物が形成する分子励起子の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であるが、本明細書中ではどちらの励起状態が発光に寄与する場合も含むこととする。
【0004】
このような有機発光素子において、通常、有機化合物層は1μmを下回るほどの薄膜で形成される。また、有機発光素子は、有機化合物層そのものが光を放出する自発光型の素子であるため、従来の液晶ディスプレイに用いられているようなバックライトも必要ない。したがって、有機発光素子は極めて薄型軽量に作製できることが大きな利点である。
【0005】
また、例えば100〜200nm程度の有機化合物層において、キャリアを注入してから再結合に至るまでの時間は、有機化合物層のキャリア移動度を考えると数十ナノ秒程度であり、キャリアの再結合から発光までの過程を含めてもマイクロ秒以内のオーダーで発光に至る。したがって、非常に応答速度が速いことも特長の一つである。
【0006】
さらに、有機発光素子はキャリア注入型の発光素子であるため、直流電圧での駆動が可能であり、ノイズが生じにくい。駆動電圧に関しては、まず有機化合物層の厚みを100nm程度の均一な超薄膜とし、また、有機化合物層に対するキャリア注入障壁を小さくするような電極材料を選択し、さらにはシングルヘテロ構造(二層構造)を導入することによって、5.5Vで100cd/m2の十分な輝度が達成された(文献1:C. W. Tang and S. A. VanSlyke, "Organic electroluminescent diodes", Applied Physics Letters, vol. 51, No.12, 913-915 (1987))。
【0007】
こういった薄型軽量・高速応答性・直流低電圧駆動などの特性から、有機発光素子は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、自発光型であり視野角が広いことから、視認性も比較的良好であり、携帯機器の表示画面に用いる素子として有効と考えられている。
【0008】
ところで、文献1において示された有機発光素子の構成であるが、まず、有機化合物層に対するキャリア注入障壁を小さくする方法として、仕事関数が低い上に比較的安定なMg:Ag合金を陰極に用い、電子の注入性を高めている。このことにより、有機化合物層に大量のキャリアを注入することを可能としている。
【0009】
さらに有機化合物層として、ジアミン化合物からなる正孔輸送層とトリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称;Alq3)からなる電子輸送性発光層とを積層するという、シングルヘテロ構造を適用することにより、キャリアの再結合効率を飛躍的に向上させている。このことは、以下のように説明される。
【0010】
例えば、Alq3単層のみを有する有機発光素子の場合では、Alq3が電子輸送性であるため、陰極から注入された電子のほとんどは正孔と再結合せずに陽極に達してしまい、発光の効率は極めて悪い。すなわち、単層の有機発光素子を効率よく発光させる(あるいは低電圧で駆動する)ためには、電子および正孔の両方をバランスよく輸送できる材料(以下、「バイポーラー材料」と記す)を用いる必要があり、Alq3はその条件を満たしていない。
【0011】
しかし、文献1のようなシングルへテロ構造を適用すれば、陰極から注入された電子は正孔輸送層と電子輸送性発光層との界面でブロックされ、電子輸送性発光層中へ閉じこめられる。したがって、キャリアの再結合が効率よく電子輸送性発光層で行われ、効率のよい発光に至るのである。
【0012】
このようなキャリアのブロッキング機能の概念を発展させると、キャリアの再結合領域を制御することも可能となる。その例として、正孔をブロックできる層(正孔ブロッキング層)を正孔輸送層と電子輸送層との間に挿入することにより、正孔を正孔輸送層内に閉じこめ、正孔輸送層の方を発光させることに成功した報告がある。(文献2:Yasunori KIJIMA, Nobutoshi ASAI and Shin-ichiro TAMURA, "A Blue Organic Light Emitting Diode", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, 5274-5277(1999))。
【0013】
また、文献1における有機発光素子は、いわば正孔の輸送は正孔輸送層が行い、電子の輸送および発光は電子輸送性発光層が行うという、機能分離の発想であるとも言える。この機能分離の概念はさらに、正孔輸送層と電子輸送層の間に発光層を挟むというダブルへテロ構造(三層構造)の構想へと発展した(文献3:Chihaya ADACHI, Shizuo TOKITO, Tetsuo TSUTSUI and Shogo SAITO, "Electroluminescence in Organic Films with Three-Layered Structure", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 27, No. 2, L269-L271(1988))。
【0014】
こういった機能分離の利点としては、機能分離することによって一種類の有機材料に様々な機能(発光性、キャリア輸送性、電極からのキャリア注入性など)を同時に持たせる必要がなくなり、分子設計等に幅広い自由度を持たせることができる点にある(例えば、無理にバイポーラー材料を探索する必要がなくなる)。つまり、発光特性のいい材料、キャリア輸送性が優れる材料などを、各々組み合わせることで、容易に高発光効率が達成できるということである。
【0015】
これらの利点から、文献1で述べられた積層構造の概念(キャリアブロッキング機能あるいは機能分離)自体は、現在に至るまで広く利用されている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上で述べたような積層構造は異種物質間の(特に絶縁体同士の)接合であるため、その界面には必ずエネルギー障壁が生じることになる。エネルギー障壁が存在すれば、その界面においてキャリアの移動は妨げられるため、以下に述べるような二つの問題点が提起される。
【0017】
まず一つは、駆動電圧のさらなる低減へ向けての障害になるという点である。実際、現在の有機発光素子において、駆動電圧に関しては共役ポリマーを用いた単層構造の素子の方が優れており、パワー効率(単位:[lm/W])でのトップデータ(ただし、一重項励起状態からの発光を比較)を保持していると報告されている(文献4:筒井哲夫、「応用物理学会有機分子・バイオエレクトロニクス分科会会誌」、Vol. 11、No. 1、P.8(2000))。
【0018】
なお、文献4で述べられている共役ポリマーはバイポーラー材料であり、キャリアの再結合効率に関しては積層構造と同等なレベルが達成できる。したがって、バイポーラー材料を用いるなどの方法で、積層構造を用いることなくキャリアの再結合効率さえ同等にできるのであれば、界面の少ない単層構造の方が実際は駆動電圧が低くなることを示している。
【0019】
このことは、有機化合物層内における各層間の界面(例えば正孔輸送層と発光層との間のことであり、以下、「有機界面」と記す)においてキャリアの移動が妨げられ、より高い駆動電圧が必要になってしまったと説明できる。
【0020】
例えば電極と有機化合物層との界面においては、エネルギー障壁を緩和するような材料を挿入し、キャリアの注入性を高めて駆動電圧を低減する方法がある(文献5:Takeo Wakimoto, Yoshinori Fukuda, Kenichi Nagayama, Akira Yokoi, Hitoshi Nakada, and Masami Tsuchida, "Organic EL Cells Using Alkaline Metal Compounds as Electron Injection Materials", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 44, NO. 8, 1245-1248(1997))。文献5では、電子注入層としてLi2Oを用いることにより、駆動電圧の低減に成功している。
【0021】
しかしながら、有機界面のキャリア移動性に関してはいまだ未解決の分野であり、バイポーラー材料を用いた単層構造の低駆動電圧に追いつくための重要なポイントであると考えられる。
【0022】
さらに、エネルギー障壁に起因するもう一つの問題点として、有機発光素子の素子寿命に対する影響が考えられる。すなわち、キャリアの移動が妨げられ、チャージが蓄積することによる輝度の低下である。
【0023】
この劣化機構に関してははっきりした理論は確立されていないが、陽極と正孔輸送層との間に正孔注入層を挿入し、さらにdc駆動ではなく矩形波のac駆動にすることによって、輝度の低下を抑えることができるという報告がある(文献6:S. A. VanSlyke, C. H. Chen, and C. W. Tang, "Organic electroluminescent devices with improved stability", Applied Physics Letters, Vol. 69, No. 15, 2160-2162(1996))。このことは、正孔注入層の挿入およびac駆動によって、チャージの蓄積を排除することにより、輝度の低下を抑えることができたという実験的な裏付けと言える。
【0024】
以上のことから、積層構造は容易にキャリアの再結合効率を高めることができ、なおかつ機能分離の観点から材料の選択幅を広くできるというメリットを持つ一方で、有機界面を多数作り出すことによって(特にキャリアをブロックしてキャリアを再結合させるための有機界面を作り出すことによって)キャリアの移動を妨げ、駆動電圧や輝度の低下に影響を及ぼしていると言える。
【0025】
そこで本発明では、従来用いられている積層構造の利点(機能分離)を活かしつつ、なおかつ有機化合物層中に存在するエネルギー障壁を緩和することによってキャリアの移動性を高め、従来よりも駆動電圧が低い上に素子の寿命が長い有機発光素子を提供することを課題とする。
【0026】
特に、発光層においてキャリアをブロックしてキャリアを再結合させるという従来用いられている積層構造とは、異なる概念の素子を作製することにより、有機化合物層中に存在する有機界面を削除してキャリアの移動性を高めると同時に、なおかつ積層構造の機能分離と同様に各種複数の材料の機能を発現させる(以下、「機能発現」と記す)ことを課題とする。それにより、従来よりも駆動電圧が低い上に素子の寿命が長い有機発光素子を提供することを課題とする。
【0027】
さらに、このような有機発光素子を用いることにより、従来よりも駆動電圧が低く、なおかつ寿命の長い発光装置を提供することを課題とする。さらに、前記発光装置を用いて電気器具を作製することにより、従来よりも低消費電力で、なおかつ長保ちする電気器具を提供することを課題とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】
積層構造におけるエネルギー障壁の緩和に関しては、文献5に見られるようなキャリア注入層の挿入という技術に顕著に見られる。正孔注入層を例として、エネルギーバンドダイアグラムを用いた説明を図1に示す。
【0029】
図1(a)では陽極101と正孔輸送層102を直接接合しているが、この場合、陽極101と正孔輸送層102のエネルギー障壁104は大きい。しかしながら、陽極のイオン化ポテンシャル(金属の場合、仕事関数と同義である)と正孔輸送層の最高被占分子軌道(以下、「HOMO」と記す)準位との中間に位置するHOMO準位を有する材料を、正孔注入層103として挿入することにより、エネルギー障壁を階段状に設計することができる(図1(b))。
【0030】
図1(b)のような階段状のエネルギー障壁を設計することにより、電極からのキャリア注入性を高め、確かに駆動電圧をある程度までは下げることができる。しかしながら問題点は、層の数を増やすことによって、有機界面の数は逆に増加することである。このことが、文献4で示されているように、単層構造の方が駆動電圧・パワー効率のトップデータを保持している原因であると考えられる。
【0031】
逆に言えば、この点を克服することにより、積層構造のメリット(様々な材料を組み合わせることができ、複雑な分子設計が必要ない)を活かしつつ、なおかつ単層構造の駆動電圧・パワー効率に追いつくことができる。
【0032】
その根本的な構想としては、有機界面の数を増やすことなく、有機化合物層中のエネルギー障壁を緩和し、キャリアの移動を妨げないようにすることができればよい。本発明者は、以下に示すような方法でこの構想を実現できる素子構造を考案した。
【0033】
まず、正孔に対するエネルギー障壁を緩和する手法であるが、HOMO準位の高い(イオン化ポテンシャルの小さい)正孔注入材料と、正孔移動度の高い正孔輸送材料とを混合した層(以下、「正孔輸送性混合層」と記す)を設ければよい。この手法によって、陽極側からの正孔の受け取りを正孔注入材料が、正孔の輸送を正孔輸送材料が、それぞれ正孔輸送性混合層内で役割を果たし、従来の正孔注入層と正孔輸送層という二層の機能を一層で実現できる。
【0034】
また、上で述べた正孔輸送性混合層に、濃度勾配を形成することが好ましい。すなわち、図2に示すように、陽極に近い側は正孔注入材料の割合が多く、陽極から離れるにしたがって正孔輸送材料の割合が多くなっていくものである。このような濃度勾配を形成することによって、陽極側からの正孔の受け取りから輸送までが、大きなエネルギー障壁を形成することなく潤滑に行われ、駆動電圧の低下および長寿命化に貢献する。
【0035】
なお、図2における濃度勾配は、便宜上直線を用いて図示したが、必ずしも直線となる必要はなく、増加ないしは減少の勾配が形成されていればよいものとする。実際、制御する際には曲線となる場合が多いと考えられる。本明細書で述べる他の濃度勾配についても、同様とする。
【0036】
次に、電子に対するエネルギー障壁を緩和する手法であるが、最低空分子軌道(以下、「LUMO」と記す)準位の低い(電子親和力の大きい)電子注入材料と、電子移動度の高い電子輸送材料とを混合した層(以下、「電子輸送性混合層」と記す)を設ければよい。この手法によって、陰極側からの電子の受け取りを電子注入材料が、電子の輸送を電子輸送材料が、それぞれ電子輸送性混合層内で役割を果たし、従来の電子注入層と電子輸送層という二層の機能を一層で実現できる。
【0037】
また、上で述べた電子輸送性混合層に、濃度勾配を形成することが好ましい。すなわち、図3に示すように、陰極に近い側は電子注入材料の割合が多く、陰極から離れるにしたがって電子輸送材料の割合が多くなっていくものである。このような濃度勾配を形成することによって、陰極側からの電子の受け取りから輸送までが、大きなエネルギー障壁を形成することなく潤滑に行われ、駆動電圧の低下および長寿命化に貢献する。
【0038】
さらに、発光層におけるエネルギー障壁を緩和する手法もある。すなわち、正孔移動度の高い正孔輸送材料と、電子移動度の高い電子輸送材料とを混合してバイポーラー性とした層(以下、「バイポーラー性混合層」と記す)を、発光層として設ければよい。この場合、発光層の両端の界面におけるキャリアブロッキング機能は小さくなるが、電子輸送層−バイポーラ性混合層間のキャリア移動度差、および正孔輸送層−バイポーラ性混合層間のキャリア移動度差によって、キャリアはバイポーラ性混合層で再結合しやすくなる。
【0039】
また、上で述べたバイポーラー性混合層に、濃度勾配を形成することが好ましい。すなわち、図4に示すように、陽極に近い側は正孔輸送材料の割合が多く、陰極に近づくにしたがって電子輸送材料の割合が多くなっていくものである。このような濃度勾配を形成することによって、正孔および電子の輸送から再結合に到るまでが、大きなエネルギー障壁を形成することなく潤滑に行われ、駆動電圧の低下および長寿命化に貢献する。
【0040】
なお、バイポーラー性混合層は、励起エネルギーの低い材料の方が発光すると考えられる。本明細書中における励起エネルギーとは、HOMOとLUMOとのエネルギー差のことを指す。HOMOに関しては、光電子分光法により測定可能であり、イオン化ポテンシャルと同義と考えてよい。また、励起エネルギーを便宜的に吸収スペクトル末端と定義することで、その励起エネルギーとHOMO準位の値からLUMOを算出できる。
【0041】
さらに、上で述べたバイポーラー性混合層に、発光材料をドープして発光させる手法もある。この場合ドーパントである発光材料は、バイポーラー性混合層に含まれる正孔輸送材料および電子輸送材料よりも、低い励起エネルギーを有する必要がある。特に、キャリアトラップ型のドーパント(例;ルブレン)を用いると、キャリアの再結合効率がさらに高まるため好ましい。
【0042】
また、文献2では正孔ブロッキング層が示されたが、このような層は一般にブロッキング材料で構成される。ブロッキング材料とは、発光層の材料よりも大きな励起エネルギーを有するものが一般的であり(すなわち、分子励起子の拡散を防ぐことができ)、さらにキャリアもブロックできる材料のことである。主に正孔をブロックする場合が多い。
【0043】
本発明者は、ブロッキング材料と、発光層の材料(あるいは発光層のホスト材料)とを混合した層(以下、「ブロッキング性混合層」と記す)を形成する手法についても考案した。この場合、ブロッキング性混合層は発光層としても機能することもでき、層内部で効率よくキャリアおよび分子励起子をブロックできる発光層という見方もできる。
【0044】
ブロッキング性混合層に関しては、特に濃度勾配を形成することが好ましい。なぜならば、発光層から離れるに従い徐々にブロッキング材料の濃度を高くすることにより、ブロッキングしない方のキャリア(正孔ブロッキング材料であれば電子)の移動を潤滑にできるからである。
【0045】
ところで近年、三重項励起状態から基底状態に戻る際に放出されるエネルギー(以下、「三重項励起エネルギー」と記す)を発光に変換できる有機発光素子が相次いで発表され、その発光効率の高さが注目されている(文献7:D. F. O'Brien, M. A. Baldo, M. E. Thompson and S. R. Forrest, "Improved energy transfer in electrophosphorescent devices", Applied Physics Letters, vol. 74, No. 3, 442-444 (1999))(文献8:Tetsuo TSUTSUI, Moon-Jae YANG, Masayuki YAHIRO, Kenji NAKAMURA, Teruichi WATANABE, Taishi TSUJI, Yoshinori FUKUDA, Takeo WAKIMOTO and Satoshi MIYAGUCHI, "High Quantum Efficiency in Organic Light-Emitting Devices with Iridium-Complex as a Triplet Emissive Center", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, L1502-L1504 (1999))。
【0046】
文献7では白金を中心金属とする金属錯体を、文献8ではイリジウムを中心金属とする金属錯体を用いている。これらの三重項励起エネルギーを発光に変換できる有機発光素子(以下、「三重項発光素子」と記す)は、従来よりも高輝度発光・高発光効率を達成することができる。
【0047】
しかしながら、文献8の報告例によると、初期輝度を500cd/m2に設定した場合の輝度の半減期は170時間程度であり、素子寿命に問題がある。そこで、本発明を三重項発光素子に適用することにより、三重項励起状態からの発光による高輝度発光・高発光効率に加え、素子の寿命も長いという非常に高機能な発光素子が可能となる。
【0048】
したがって、以上に述べたように、キャリア輸送層や発光層を混合層とすることによって界面の数を減少させ(あるいはエネルギー障壁を緩和させ)、キャリアの移動を潤滑にするという本発明の概念を、三重項発光素子に適用したものも本発明に含めるものとする。
【0049】
ところで、有機界面の形成によりキャリアの移動が妨げられるモデルとして、本発明者は以下に述べるような二つの機構を考えている。
【0050】
まず一つの機構として、有機界面のモルフォロジーから生じるものが考えられる。有機発光素子における有機化合物層は通常、アモルファス状態の膜であり、これは有機化合物の分子同士が、双極子相互作用を主とした分子間力で凝集することにより形成されている。ところが、このような分子の凝集体を用いてヘテロ構造(積層構造)を形成すると、分子のサイズや形状の違いがヘテロ構造の界面(すなわち有機界面)に大きな影響を及ぼす可能性がある。
【0051】
特に、分子のサイズが大きく異なる材料を用いてヘテロ構造を形成した場合、その有機界面における接合の整合性が悪くなると考えられる。その概念図を図21に示す。図21では、小さい分子2101からなる第一の層2111と、大きい分子2102からなる第二の層2112を積層している。この場合、形成される有機界面2113において、整合性の悪い領域2114が発生してしまう。
【0052】
図21で示した整合性の悪い領域2114は、キャリアの移動を妨げるバリア(あるいはエネルギー障壁)となる可能性があるため、駆動電圧のさらなる低減へ向けての障害になることが示唆される。また、エネルギー障壁を越えられないキャリアはチャージとして蓄積してしまい、先に述べたような輝度の低下を誘起してしまう可能性がある。
【0053】
もう一つの機構として、積層構造を形成する(すなわち有機界面を形成する)工程から生じるものが考えられる。積層構造の有機発光素子は、キャリアのブロッキングおよび機能分離の観点から、各層を形成する際のコンタミネーションを避けるため、通常、図22に示すようなマルチチャンバー方式(インライン方式)の蒸着装置を用いて作製する。
【0054】
図22に示した例は、正孔輸送層・発光層・電子輸送層の三層構造(ダブルへテロ構造)を形成するための蒸着装置の概念図である。まず、搬入室に陽極(インジウム錫酸化物(以下、「ITO」と記す)など)を有する基板を搬入し、まず紫外線照射室において真空雰囲気中で紫外線を照射することにより、陽極表面をクリーニングする。特に陽極がITOのような酸化物である場合、前処理室にて酸化処理を行う。さらに、積層構造の各層を形成するため、蒸着室2201で正孔輸送層を、蒸着室2202〜2204で発光層(図22では、赤、緑、青の三色)を、蒸着室2205で電子輸送層を成膜し、蒸着室2206で陰極を蒸着する。最後に、封止室にて封止を行い、搬出室から取り出して有機発光素子を得る。
【0055】
このようなインライン方式の蒸着装置の特色としては、各層の蒸着を、それぞれ異なる蒸着室2201〜2205において蒸着していることである。つまり、各層の材料がほとんど互いに混入しないような装置構成となっている。
【0056】
ところが、蒸着装置の内部は通常10-4〜10-5パスカル程度に減圧されているものの、極微量の気体成分(酸素や水など)は存在している。そして、この程度の真空度の場合、それら極微量の気体成分でも、数秒もあれば容易に単分子レイヤー程度の吸着層を形成してしまうと言われている。
【0057】
したがって、図22のような装置を用いて積層構造の有機発光素子を作製する場合、各層を形成する間に大きなインターバルが生じてしまうことが問題なのである。つまり、各層を形成する間のインターバル、特に第二搬送室を経由して搬送する際などに、極微量の気体成分による吸着層(以下、「不純物層」と記す)を形成してしまう懸念がある。
【0058】
その概念図を図23に示す。図23は、第一の有機化合物2301からなる第一の層2311と、第二の有機化合物2302からなる第二の層2312とを積層する際に、その層間に微量の不純物2303(水や酸素など)からなる不純物層2313が形成されている様子である。
【0059】
このようにして各層間(すなわち有機界面)に形成されてしまう不純物層は、有機発光素子の完成後、キャリアをトラップする不純物領域となってキャリアの移動を妨げるため、やはり駆動電圧を上昇させてしまう。さらに、キャリアをトラップする不純物領域が存在すると、そこにはチャージが蓄積することになるため、先に述べたような輝度の低下を誘起してしまう可能性がある。
【0060】
このような機構から考えると、以上で述べたような有機界面で生じる問題点(有機界面のモルフォロジー悪化および不純物層の形成)を克服するためには、素子構造・作製工程共に、従来の積層構造素子から脱する必要がある。例えば、有機界面を完全に排除した有機発光素子の例として、正孔輸送材料と電子輸送材料とを混合しただけの単層(以下、「混合単層」と記す)のみを、両電極間に設けた有機発光素子の報告がある(文献9:Shigeki NAKA, Kazuhisa SHINNO, Hiroyuki OKADA, Hiroshi ONNAGAWA and Kazuo MIYASHITA, "Organic Electroluminescent Devices Using a Mixed Single Layer", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 33, No. 12B, L1772-L1774(1994))。
【0061】
文献9では、正孔輸送性である4,4'−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニル−アミノ]−ビフェニル(以下、「TPD」と記す)と、電子輸送性であるAlq3とを、1:4の割合で混合することによって単層構造を形成している。しかしながら、積層構造(すなわち、TPDおよびAlq3からなる有機界面を形成するヘテロ構造)との比較をすると、発光効率の点では積層構造に比べて劣っていることが示されている。
【0062】
その原因として、混合単層の場合、陽極から注入された正孔および陰極から注入された電子が、再結合することなくそのまま対極へ抜けてしまうことが多くなるためと考えられる。積層構造はキャリアのブロッキング機能があるので、そのような問題は生じていないのである。
【0063】
このことは、文献9の混合単層においては、機能発現が行われていないことが原因と言い換えることができる。すなわち、有機化合物層内において、陽極に近い領域は正孔輸送という機能を示し、陰極に近い領域は電子輸送という機能を示し、両電極から離れた部分に発光領域(すなわちキャリアが再結合する領域)を設けるという、各機能を発現できる領域を設けなければ、たとえ有機界面をなくしたとしても効率のよい発光には至らないのである。また、有機化合物層内が全て発光層として機能するので、実際はキャリアの再結合が電極の近くで行われる可能性があり、電極材料にエネルギー移動して消光することがある。
【0064】
このように混合単層では十分な性能を発揮できないことを考慮し、本発明者は特に、図4におけるバイポーラー性混合層を発光領域として形成する際に、有機界面を排除し、なおかつ文献7とは異なり機能発現が可能な有機発光素子を実現する手法を考案した。その概念図を図24に示す。
【0065】
図24では、正孔輸送材料および電子輸送材料の2種類からなる有機化合物層2403において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2405、電子輸送材料からなる電子輸送領域2406、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが混合された混合領域2407を設けてある。ここでは基板2401上に陽極2402を設けてあるが、陰極2404の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。なお、このような素子の場合、正孔輸送層などの明確な層構造は形成していないので、各機能を示す「領域」という表現を用いている。
【0066】
このような素子を形成した場合、陽極側では正孔輸送材料が正孔を受け取り輸送し、一方陰極側では電子輸送材料が電子を受け取り輸送することができる。さらに、混合領域2407はバイポーラー性であるため、正孔および電子は双方とも混合領域2407を移動することができ、この混合領域2407においてキャリアは再結合し発光に至る。すなわち、文献9の混合単層とは異なり、各機能を発現できる領域が有機化合物層2403内に存在していることになる。
【0067】
さらに、図24のような素子の場合、機能発現を可能にしながら、なおかつ従来の積層構造のような有機界面は存在しない。したがって、上述の有機界面で生じる問題点(有機界面のモルフォロジー悪化および不純物層の形成)を解決することができる。なお、発光に至る混合領域が両電極から離れることにより、電極にエネルギー移動することによる消光を防ぐこともできる。
【0068】
まず、有機界面のモルフォロジー悪化の解決について、図25を用いて説明する。図25は、小さい分子2501からなる領域2511と、大きい分子2502からなる領域2512と、小さい分子2501および大きい分子2502の両方を含む混合領域2513と、からなる、図24に代表される有機発光素子である。図25から明らかなように、図21で存在していたような有機界面2113は存在せず、整合性の悪い領域2114も存在しない。
【0069】
また、不純物層の形成の解決であるが、これは単純明快である。図24のような有機発光素子を作製する場合、陽極上に正孔輸送材料を蒸着し、途中からそれに加えて電子輸送材料を共蒸着の形で蒸着することで混合領域を形成し、混合領域を形成後は正孔輸送材料の蒸着を止めることで電子輸送材料を蒸着すればよい。したがって、図22のような蒸着装置を用いて有機発光素子を作製する際に生じる、インターバルが存在しない。つまり、不純物層を形成する隙を与えることがないのである。
【0070】
このように、本発明の有機発光素子は、有機界面を形成することがないためキャリアの移動が潤滑であり、駆動電圧および素子の寿命に悪影響を及ぼすことがなくなる。さらに、積層構造と同様に機能分離されているため、発光効率の点でも問題はない。
【0071】
また、従来の積層構造が異種物質間の単なる接合(hetero-junction)であるのに対し、本発明の構造はいわば混合接合(mixed-junction)であり、新しい概念に基づく有機発光素子であると言える。
【0072】
したがって本発明では、陽極と、陰極と、前記陽極および前記陰極の間に設けられた有機化合物層と、からなる有機発光素子を含む発光装置において、前記有機化合物層は、電子移動度よりも正孔移動度の高い正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、正孔移動度よりも電子移動度の高い電子輸送材料からなる電子輸送領域と、を含み、かつ、前記正孔輸送領域は前記電子輸送領域よりも前記陽極側に位置し、なおかつ、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域との間に、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料の両方を含む混合領域が設けられていることを特徴とする。
【0073】
なお、図24において、陽極と有機化合物層との間に、正孔の注入性を高める材料(以下、「正孔注入材料」と記す)からなる正孔注入領域を挿入してもよい。また、陰極と有機化合物層との間に、電子の注入性を高める材料(以下、「電子注入材料」と記す)からなる電子注入領域を挿入してもよい。さらに、正孔注入領域と電子注入領域の両方を組み込んでもよい。
【0074】
この場合、正孔注入材料または電子注入材料は、電極から有機化合物層へのキャリア注入障壁を小さくするための材料であるため、電極から有機化合物層へのキャリアの移動を潤滑にし、チャージの蓄積を排除できる効果がある。ただし、先に述べたような不純物層の形成を避ける観点から、各注入材料と有機化合物層との間は、インターバルをおかずに成膜することが好ましい。
【0075】
ところで、正孔輸送材料および電子輸送材料の両方を含む混合領域内において、陽極から陰極への方向に対し、正孔輸送材料の濃度は徐々に減少し、かつ、電子輸送材料の濃度は徐々に増加するような濃度勾配を形成することが、キャリアバランス制御の観点から好ましい。また、本発明において、混合領域はキャリアの再結合領域でもあるため、10nm以上の厚みがあることが望ましい。
【0076】
また、図26(a)に示すように、有機化合物層2603において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2605、電子輸送材料からなる電子輸送領域2606、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが混合された混合領域2607を設け、さらに混合領域2607に対し、ドーパントとして発光を呈する発光材料2608を添加する構造も本発明に含むこととする。なお、ここでは基板2601上に陽極2602を設けてあるが、陰極2604の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。また、正孔注入領域や電子注入領域を、電極と有機化合物層との間に設けていてもよい。
【0077】
発光材料2608を混合領域2607にドープすると、発光材料2608がキャリアをトラップするため再結合率が向上し、高い発光効率が期待できる。発光色を発光材料2608により制御できることも利点の一つと言える。ただしこの場合、発光材料2608における励起エネルギーは、混合領域2607に含まれる化合物の中で最も小さいことが好ましい。
【0078】
また、発光領域は両電極からなるべく離すことで、電極材料にエネルギー移動することによる消光(以下、「クエンチ」と記す)を防ぐことができる。したがって、発光材料をドープする領域は、混合領域内の全域ではなく、一部(特に中央部)であってもよい。
【0079】
さらに、図26(b)に示すように、有機化合物層2603において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2605、電子輸送材料からなる電子輸送領域2606、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが混合された混合領域2607を設け、さらに混合領域2607に対し、ブロッキング材料2609を添加する構造も本発明に含むこととする。なお、ここでは基板2601上に陽極2602を設けてあるが、陰極2604の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。また、正孔注入領域や電子注入領域を、電極と有機化合物層との間に設けていてもよい。
【0080】
ブロッキング材料2609を混合領域2607にドープすると、混合領域2607におけるキャリアの再結合率が向上し、分子励起子の拡散も防げるため、高い発光効率が期待できる。ただしこの場合、ブロッキング材料における励起エネルギーレベルは、混合領域2607に含まれる材料の中で最も大きいことが好ましい。
【0081】
また、ブロッキング材料は、正孔ないしは電子の片方をブロックする機能を有する場合が多いため、混合領域内全域にドープしてしまうと、混合領域内のキャリアバランスを崩すこともある。したがって、ブロッキング材料をドープする領域は、混合領域内の全域ではなく、一部(特に端部)であってもよい。
【0082】
なお、図26(b)においては、さらに好ましい例として、発光材料2608も添加している。すなわち、図26(a)と併合した形態である。ブロッキング材料2609が正孔ブロッキング性を有する場合は、図26(b)のように、発光材料2608を添加している領域よりも陰極側に正孔ブロッキング材料を添加すれば、発光材料が効率よく発光することになる。
【0083】
また、本発明を三重項発光素子に適用することにより、三重項励起状態からの発光による高輝度発光・高発光効率に加え、文献8に比べて素子の寿命も長いという非常に高機能な発光素子が可能となる。
【0084】
なお、三重項の分子励起子は、拡散長が一重項の分子励起子に比べて大きいため、ブロッキング材料が混合領域に含まれていることが好ましい。すなわち、図26(b)を用いて説明すると、発光材料2608として三重項励起エネルギーを発光に変換できる材料(以下、「三重項発光材料」と記す)を用い、ブロッキング材料2609も同時に添加することが望ましい。
【0085】
以下ではさらに、図26で示したような発光材料を添加する形態において、より作製に適したな例を述べる。その素子構造を図27に示す。
【0086】
図27の素子では、正孔輸送材料および電子輸送材料を含む有機化合物層2703において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2705、電子輸送材料からなる電子輸送領域2706、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが一定の割合にて混合された混合領域2707を設けており、さらに混合領域2707には、発光を呈する発光材料2708を添加することにより発光領域を形成してある。ここでは基板2701上に陽極2702を設けてあるが、陰極2704の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。
【0087】
なお、混合領域における正孔輸送材料と電子輸送材料との濃度比をx:yとした場合の濃度プロファイルは、図28のようになる。
【0088】
このような素子を形成した場合、陽極側では正孔輸送材料が正孔を受け取り輸送し、一方陰極側では電子輸送材料が電子を受け取り輸送することができる。さらに、混合領域2707はバイポーラー性であるため、正孔および電子は双方とも混合領域2707を移動することができる。また、混合領域2707は一定の割合x:yとしているため、作製が容易である。
【0089】
ここで重要なことは、混合領域2707において、発光材料を含む発光領域が形成されていることである。つまり、発光材料を混合領域2707に添加することで、混合領域内をキャリアが再結合せずに素通りしてしまうことを防ぐと同時に、発光領域を電極から遠ざけ、電極による消光(以下、「クエンチ」と記す)をも防止しているのである。
【0090】
したがって本発明では、陽極と、陰極と、前記陽極および前記陰極の間に設けられた有機化合物層と、からなる有機発光素子を含む発光装置において、前記有機化合物層は、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、電子輸送材料からなる電子輸送領域と、を含み、かつ、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域との間に、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料を一定の割合にて含む混合領域が形成されており、なおかつ、前記混合領域内に、発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設けたことを特徴とする。
【0091】
なお、発光材料は、正孔輸送材料および電子輸送材料に比べて、励起エネルギーが小さいことが好ましい。これは、分子励起子のエネルギー移動を防ぐためである。
【0092】
また、図27において、陽極と有機化合物層との間に、正孔の注入性を高める材料(以下、「正孔注入材料」と記す)からなる正孔注入領域を挿入してもよい。また、陰極と有機化合物層との間に、電子の注入性を高める材料(以下、「電子注入材料」と記す)からなる電子注入領域を挿入してもよい。さらに、正孔注入領域と電子注入領域の両方を組み込んでもよい。
【0093】
この場合、正孔注入材料または電子注入材料は、電極から有機化合物層へのキャリア注入障壁を小さくするための材料であるため、電極から有機化合物層へのキャリアの移動を潤滑にし、チャージの蓄積を排除できる効果がある。ただし、先に述べたような不純物層の形成を避ける観点から、各注入材料と有機化合物層との間は、インターバルをおかずに成膜することが好ましい。
【0094】
また、混合領域においては、その混合比によってキャリアの再結合部はほぼ決まってくる(バイポーラー性になればなるほど、ほぼ中央になる)。したがって、発光材料を混合領域内の全域に添加してもよい(図29(a))が、一部に添加してもよい(図29(b))。なお、図29では、図27の符号を引用している。
【0095】
さらに、図30(a)に示すように、有機化合物層2703において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2705、電子輸送材料からなる電子輸送領域2706、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが混合され、発光材料も添加された混合領域2707を設け、さらに混合領域2707に対し、ブロッキング材料2709を添加する構造も本発明に含むこととする。なお、ここでは基板2701上に陽極2702を設けてあるが、陰極2704の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。また、正孔注入領域や電子注入領域を、電極と有機化合物層との間に設けていてもよい。
【0096】
なお、この場合のブロッキング材料とは、励起エネルギーレベルが混合領域2707に含まれる材料の中で最も大きく、キャリアをブロックする機能ないしは分子励起子の拡散を防ぐ機能を有する材料が好ましい。ブロッキング材料2709を混合領域2707に添加すると、混合領域2707におけるキャリアの再結合率が向上し、分子励起子の拡散も防げるため、高い発光効率が期待できる。ただし、ブロッキング材料は、正孔ないしは電子の片方をブロックする機能を有する場合が多いため、混合領域内全域に添加してしまうと、混合領域内のキャリアバランスを崩すこともある。したがって、ブロッキング材料を添加する領域は、混合領域内の全域ではなく、一部とする。
【0097】
また、ブロッキング材料は通常、HOMO準位が低い、すなわち正孔をブロッキングできる材料が有効である。したがって図30(b)に示すように、発光材料2708を添加している領域よりも陰極側にブロッキング材料を添加する手法が有用である。
【0098】
さらに、このような素子構造に添加する発光材料としてを三重項発光材料を適用することにより、三重項励起状態からの発光による高輝度発光・高発光効率に加え、素子の寿命も長いという非常に高機能な発光素子が可能となる。なお、三重項の分子励起子は、拡散長が一重項の分子励起子に比べて大きいため、ブロッキング材料が混合領域に含まれていることが好ましい。
【0099】
ところで、以上で述べたような正孔輸送材料および電子輸送材料からなる混合領域は、バイポーラー性である必要があるため、混合領域において、正孔輸送材料と電子輸送材料との合計質量に対する正孔輸送材料の質量の百分率は、10パーセント以上90パーセント以下であることが好ましい。ただし、この比率は材料の組み合わせによって大きく変動すると考えられる。
【0100】
また、正孔輸送材料および電子輸送材料からなる混合領域は発光領域、すなわちキャリアの再結合領域を含んでいるため、キャリアが素通りしないようある程度の厚みが必要となる。したがって前記混合領域は、10nm以上の厚みがあることが望ましい。また、バイポーラーになる領域の抵抗が高いことを考えると、100nm以下が望ましい。
【0101】
以上のような発明を実施することにより、従来よりも駆動電圧が低く、なおかつ寿命の長い発光装置を提供することができる。さらに、前記発光装置を用いて電気器具を作製することにより、従来よりも低消費電力で、なおかつ長保ちする電気器具を提供することができる。
【0102】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明を実施する際の形態について述べる。なお、有機発光素子は、発光を取り出すために少なくとも陽極または陰極の一方が透明であればよいが、本実施の形態では、基板上に透明な陽極を形成し、陽極から光を取り出す素子構造で記述する。実際は、陰極から光を取り出す構造や、基板とは逆側から光を取り出す構造も適用可能である。
【0103】
まず、正孔輸送性混合層を形成した有機発光素子の実施の形態を、図5を用いて説明する。図5では、陽極502を有する基板501上に、正孔輸送性混合層503、発光層504、電子輸送層505、陰極506を積層した構造を示した。なお、発光層504を挿入せず、正孔輸送性混合層503ないしは電子輸送層505に発光を担わせることも可能である。正孔輸送性混合層503は、正孔注入材料および正孔輸送材料の両方が混合されて形成されている。
【0104】
なお、正孔輸送性混合層503は、図2に示したように、正孔注入材料と正孔輸送材料からなる濃度勾配が形成されていてもよい。この場合、正孔注入材料として酸化アルミニウムのような絶縁性が高い材料を用いる時は、正孔注入材料の濃度勾配は急峻である(陽極から離れるにつれてすぐに減衰する)ことが好ましい。
【0105】
次に、電子輸送性混合層を形成した有機発光素子の実施の形態を、図6を用いて説明する。図6では、陽極602を有する基板601上に、正孔輸送層603、発光層604、電子輸送性混合層605、陰極606を積層した構造を示した。なお、発光層604を挿入せず、電子輸送性混合層605ないしは正孔輸送層603に発光を担わせることも可能である。電子輸送性混合層605は、電子注入材料および電子輸送材料の両方が混合されて形成されている。
【0106】
なお、電子輸送性混合層605は、図3に示したように、電子注入材料と電子輸送材料からなる濃度勾配が形成されていてもよい。この場合、電子注入材料としてフッ化リチウムのような絶縁性が高い材料を用いる時は、電子注入材料の濃度勾配は急峻である(すぐに減衰する)ことが好ましい。
【0107】
次に、バイポーラー性混合層を形成した有機発光素子の実施の形態を、図7を用いて説明する。図7では、陽極702を有する基板701上に、正孔注入層703、バイポーラー性混合層704、電子注入層705、陰極706を積層した構造を示した。バイポーラー性混合層704は、正孔輸送材料および電子輸送材料の両方が混合されて形成されている。
【0108】
なお、バイポーラー性混合層704は、図4に示したように、正孔輸送材料と電子輸送材料とからなる濃度勾配が形成されていてもよい。
【0109】
また、図24に示すように、混合領域2407に含まれる正孔輸送材料として正孔輸送領域2405の構成材料を用い、混合領域2407に含まれる電子輸送材料として電子輸送領域2406の構成材料を用いることによって、混合領域2407と、正孔輸送領域2405および電子輸送領域2406とを、連続的に接合してもよい。この場合、2種類の化合物(正孔輸送材料および電子輸送材料)で、正孔輸送領域、発光領域、電子輸送領域という、従来であれば3層の役割を果たすことができる利点がある。なお、図24では示していないが、陽極2402と正孔輸送領域2405との間に正孔注入層を、陰極2404と電子輸送領域2406との間に電子注入層を挿入してもよい。
【0110】
このような素子構造を実施することによって、不純物層の形成を防ぐことができるが、この場合、有機発光素子を作製する製造工程が重要になる。そこで、このような素子構造の製造方法について適した例を述べる。
【0111】
蒸着装置の概念図を、図31に示す。図31(a)はその上面図であるが、蒸着室として一つの真空槽3110を設置し、その真空槽内に複数の蒸着源を設けてある、シングルチャンバー方式である。そして、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、ブロッキング材料、発光材料、陰極の構成材料など、各種機能の異なる材料が、それぞれ前記複数の蒸着源に別々に収納されている。
【0112】
このような蒸着室を有する蒸着装置においては、まず、搬入室に陽極(ITOなど)を有する基板を搬入し、陽極がITOのような酸化物である場合、前処理室にて酸化処理を行う(なお、図31(a)では図示していないが、陽極表面をクリーニングするために紫外線照射室を設置することも可能である)。さらに、有機発光素子を形成する全ての材料は、真空槽3110内において蒸着される。ただし陰極は、この真空槽3110内で形成してもよいし、別に蒸着室を設けてそこで陰極を形成してもよい。要は、陰極を形成するまでの間を、一つの真空槽3110内で蒸着すればよい。最後に、封止室にて封止を行い、搬送室を経由して搬出室から取り出して有機発光素子を得る。
【0113】
このようなシングルチャンバー方式の蒸着装置を用いて本発明の有機発光素子を作製する手順を、図31(b)(真空槽3110の断面図)を用いて説明する。図31(b)では、図面簡略化のため、二つの蒸着源(有機化合物蒸着源a3118および有機化合物蒸着源b3119)を有する真空槽3110を用い、正孔輸送材料3116および電子輸送材料3117からなる有機化合物層を形成する過程を示す。
【0114】
まず、真空槽3110内に、陽極3102を有する基板3101を搬入し、固定台3111にて固定する(蒸着時には通常、基板は回転させる)。次に、真空槽3110内を減圧(10-4パスカル以下が好ましい)した後、容器a3112を加熱し、正孔輸送材料3116を蒸発させ、所定の蒸着レート(単位:[Å/s])に達してからシャッターa3114を開け、蒸着を開始する。この時、シャッターb3115を閉じたまま、容器b3113も加熱しておく。
【0115】
その後、シャッターa3114を開いたまま、シャッターb3115を開けることによって、電子輸送材料3117を共蒸着し(図31(b)で示した状態)、正孔輸送領域3103の後に混合領域3104を形成する。この操作により、正孔輸送領域3103と混合領域3104との間には、不純物層が混入しない。
【0116】
さらに電子輸送領域を形成するため、シャッターb3115を開けたままシャッターa3114を閉じ、容器a3112の加熱を終了する。この操作により、混合領域3104と電子輸送領域との間には、不純物層が形成されない。
【0117】
さらに、図26(a)に示した混合領域2607に、発光材料をドープして発光させる手法もある。この場合ドーパントである発光材料は、混合領域2607に含まれる正孔輸送材料および電子輸送材料よりも、低い励起エネルギーを有する必要がある。
【0118】
このように発光材料をドープする場合も、不純物層の形成を防ぐため、有機発光素子を作製する製造工程が重要になる。以下では、その製造方法について述べる。
【0119】
図32(a)は、蒸着装置の上面図であるが、蒸着室として一つの真空槽3210を設置し、その真空槽内に複数の蒸着源を設けてある、シングルチャンバー方式である。そして、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、ブロッキング材料、発光材料、陰極の構成材料など、各種機能の異なる材料が、それぞれ前記複数の蒸着源に別々に収納されている。
【0120】
このような蒸着室を有する蒸着装置においては、まず、搬入室に陽極(ITOなど)を有する基板を搬入し、陽極がITOのような酸化物である場合、前処理室にて酸化処理を行う(なお、図32(a)では図示していないが、陽極表面をクリーニングするために紫外線照射室を設置することも可能である)。さらに、有機発光素子を形成する全ての材料は、真空槽3210内において蒸着される。ただし陰極は、この真空槽3210内で形成してもよいし、別に蒸着室を設けてそこで陰極を形成してもよい。要は、陰極を形成するまでの間を、一つの真空槽3210内で蒸着すればよい。最後に、封止室にて封止を行い、搬送室を経由して搬出室から取り出して有機発光素子を得る。
【0121】
このようなシングルチャンバー方式の蒸着装置を用いて本発明の有機発光素子を作製する手順を、図32(b)(真空槽3210の断面図)を用いて説明する。図32(b)では、最も簡単な例として、三つの蒸着源(有機化合物蒸着源a3216、有機化合物蒸着源b3217および有機化合物蒸着源c3218)を有する真空槽3210を用い、正孔輸送材料3221、電子輸送材料3222および発光材料3223を含む有機化合物層を形成する過程を示す。
【0122】
まず、真空槽3210内に、陽極3202を有する基板3201を搬入し、固定台3211にて固定する(蒸着時には通常、基板は回転させる)。次に、真空槽3210内を減圧(10-4パスカル以下が好ましい)した後、容器a3212を加熱し、正孔輸送材料3221を蒸発させ、所定の蒸着レート(単位:[nm/s])に達してからシャッターa3214を開け、蒸着を開始する。この時、シャッターb3215を閉じたまま、容器b3213も加熱しておく。
【0123】
その後、シャッターa3214を開いたまま、シャッターb3215を開けることによって、電子輸送材料3222を共蒸着し、正孔輸送領域3203の後に混合領域3204を形成する。この操作により、正孔輸送領域3203と混合領域3204との間には、不純物層が混入しない。ここで、この混合領域904形成の際、微量の発光材料3223も途中で添加しておく(図32(b)で示した状態)。
【0124】
さらに電子輸送領域を形成するため、シャッターb3215を開けたままシャッターa3214を閉じ、容器a3212の加熱を終了する。この操作により、混合領域3204と電子輸送領域との間には、不純物層が形成されない。
【0125】
この方法を応用すれば、課題を解決するための手段で述べた有機発光素子は、全て作製可能である。例えば、混合領域3204にブロッキング材料を添加する場合は、図32(b)にそのブロッキング材料を蒸着するための蒸着源を設置し、混合領域の形成中に蒸発させればよい。
【0126】
また、正孔注入領域または電子注入領域を形成する場合でも、各注入材料の蒸着源を同一の真空槽3210内に設置すればよい。例えば図32(b)において、陽極3202と正孔輸送領域3203との間に正孔注入領域を蒸着にて設ける場合は、陽極3202上に正孔注入材料を蒸着した後、インターバルをおかずにすぐ正孔輸送材料3221を蒸発させることで、不純物層の形成を避けることができる。
【0127】
なお、以上で述べた混合領域には濃度勾配を形成することもできるので、ここで濃度勾配の形成手法の例について言及しておく。ここでは、抵抗加熱による真空蒸着で成膜できる場合について述べる。濃度勾配の形成手法に関しては、材料の蒸発温度と蒸着レート(通常、単位はnm/s)との相関がとれている場合、温度制御により蒸着レートを制御することも可能である。しかしながら、特に通常粉末形状で用いる有機材料の熱伝導性は悪く、温度による制御はむらを生じやすい。したがって、濃度勾配を形成する2種類の材料をそれぞれ別の蒸着源に用意し、シャッターを利用した蒸着レート制御(膜厚は水晶振動子によってモニターする)で行うことが好ましい。その形態を図11に示す。
【0128】
図11では、図24で示した素子構造を例に、濃度勾配の形成手法を説明する。したがって、図11中では図24で用いた符号を引用する。まず、成膜室1110内に、陽極1102を有する基板1101を搬入し、固定台1111にて固定する(蒸着時には通常、基板は回転させる)。
【0129】
次に、正孔輸送材料1116を設置した試料室a1112を加熱し、シャッターa1114を開けることにより、正孔輸送材料1116からなる正孔輸送領域2405を成膜する。この時、電子輸送材料1117を設置した試料室b1113も同時に加熱しておくが、シャッターb1115は閉じておく。
【0130】
正孔輸送領域2405が所定の膜厚に達したあと、シャッターa1114を徐々に閉じると同時に、シャッターb1115を徐々に開いていく。この時の開閉速度により、混合領域2407の濃度勾配を形成する。その開閉速度は、シャッターa1114が完全に閉じる頃に、混合領域2407が所定の膜厚に達するように、かつ、電子輸送材料1117が所定の蒸着レート(電子輸送領域2406を蒸着する際のレート)に達するように、設定すればよい。その後は、シャッターb1115を開けたまま電子輸送領域2406を形成して、図24の素子構造において濃度勾配を形成した素子が可能になる。
【0131】
なお、この方法は図24以外の素子構造において、濃度勾配を形成する場合も全て適用可能である。また、バイポーラー性混合層あるいは混合領域に発光材料をドープするような場合は、図11の蒸着源をさらに一つ増やし、ドープする時間帯のみドーパントの蒸着源のシャッターを開ければよい。
【0132】
ただし、濃度勾配を形成する手段は、この手法のみに限らない。
【0133】
ところで、上で述べたようないくつかの実施の形態は、複合して用いることも可能である。例えば、正孔輸送性混合層、電子輸送性混合層、バイポーラー性混合層を組み合わせて適用する手法である。その一例を図8に示す。
【0134】
図8に示す素子構造は、陽極802を有する基板801上に、正孔注入材料811および正孔輸送材料812からなる正孔輸送性混合層803、正孔輸送材料812および電子輸送材料813からなるバイポーラー性混合層804、電子輸送材料813および電子注入材料814からなる電子輸送性混合層805、そして陰極806を積層したものである。
【0135】
なお、本実施の形態においては、バイポーラー性混合層804内部に、発光材料815を少量ドープした発光領域807が設けてある。また、各層においては、グラフ810に示したような濃度勾配を形成した。なお、このような濃度勾配を形成した場合の、予想されるバンドダイアグラムの模式図を図19に示す。
【0136】
本素子構造によって、従来ならば正孔注入層・正孔輸送層・電子輸送層・電子注入層という四層構造(図19(a))が、三層構造(図19(b))に収まることになる。しかも、図19(b)に示されるとおり、各混合層内はなだらかなエネルギー障壁しかなく、また、各混合層間は正孔輸送材料812および電子輸送材料813によって連続的に接合されており、キャリアの移動に有利である。
【0137】
次に、上記のように各混合層を組み合わせるという素子を、三重項発光素子に適用した場合の実施の形態を説明する。通常、三重項発光素子の基本構造は、文献8に示されるとおり図9のような素子構造である。すなわち、基板901、陽極902、正孔輸送層903、ホスト材料に三重項発光材料をドープして形成される発光層904、ブロッキング層905、電子輸送層906、そして陰極907である。ブロッキング層905はブロッキング材料からなり、正孔をブロックして発光層904におけるキャリアの再結合効率を高めると同時に、発光層904において発生した分子励起子の拡散を防ぐ役割も果たす。また、電子輸送性の材料でもある。
【0138】
図9の素子構造に対し、正孔注入層や電子注入層を設けることにより、さらに発光効率を高めることができる。しかしながら、ただでさえ図9に示すような5層構造である上に、さらに層を増やすことによって、界面の数はさらに増加してしまう。そこで、本発明を適用する。
【0139】
すなわち、図9において、正孔輸送層903を正孔注入材料と正孔輸送材料とからなる正孔輸送性混合層とする、発光層904を正孔輸送材料と発光層のホスト材料とからなるバイポーラー性混合層とする、電子輸送層906を電子輸送材料と電子注入材料とからなる電子輸送性混合層とする、などの手法である。三重項発光材料は、発光層のホスト材料が存在する部分にドープすればよい。また、図2〜図4に示したように、各混合層に濃度勾配を形成することも有効である。
【0140】
なお、図9においては、ブロッキング層905は単独の層として用いているが、本発明を実施する場合、発光層のホスト材料と混合してもよい(すなわち、ブロッキング性混合層を形成してもよい)。ただし、分子励起子の拡散を防ぐ観点から、陰極側においてブロッキング材料が高濃度となるように、濃度勾配を形成することが好ましい。
【0141】
以上をふまえ、各混合層を組み合わせるという素子を三重項発光素子に適用した実施の形態の一例を図10に示す。すなわち、陽極1002を有する基板1001上に、正孔注入材料1011および正孔輸送材料1012からなる正孔輸送性混合層1003、正孔輸送材料1012およびホスト材料1013からなるバイポーラー性混合層1004、ホスト材料1013およびブロッキング材料1014からなるブロッキング性混合層1005、ブロッキング材料1014(この場合、電子輸送材料も兼ねている)および電子注入材料1015からなる電子輸送性混合層1006、そして陰極1007を積層したものである。各層には、グラフ1010に示すような濃度勾配を形成した。
【0142】
なお、本実施の形態は三重項発光素子であるため、三重項発光材料1016を少量ドープした発光領域1008が設けてある。発光領域1008は、図10で示されているようにホスト材料1013の濃度が高い領域に設置することが好ましい。また、グラフ1010に示したような濃度勾配を形成した場合の、予想されるバンドダイアグラムの模式図を図20(b)に示す。
【0143】
本素子構造によって、従来ならば正孔注入層・正孔輸送層・発光層・ブロッキング層(電子輸送層を兼ねる)・電子注入層という五層構造(図20(a))が、四層構造(図20(b))に収まることになる。しかも、図20(b)に示されるとおり、各混合層内はなだらかなエネルギー障壁しかなく、また、各混合層間は正孔輸送材料1012、ホスト材料1013、およびブロッキング材料1014(電子輸送材料を兼ねている)によって連続的に接合されており、キャリアの移動に有利である。
【0144】
最後に、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、ブロッキング材料、発光材料、陰極の構成材料などに好適な材料を以下に列挙する。ただし、本発明の有機発光素子に用いる材料は、これらに限定されない。
【0145】
正孔注入材料としては、有機化合物であればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン(略称;H2Pc)、銅フタロシアニン(略称;CuPc)などがある。導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸(略称;PSS)をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン(略称;PEDOT)や、ポリアニリン(略称;PAni)、ポリビニルカルバゾール(略称;PVK)などが挙げられる。また、絶縁体の高分子化合物も陽極の平坦化の点で有効であり、ポリイミド(略称;PI)がよく用いられる。さらに、無機化合物も用いられ、金や白金などの金属薄膜の他、酸化アルミニウム(アルミナ)の超薄膜などがある。
【0146】
正孔輸送材料として最も広く用いられているのは、芳香族アミン系(すなわち、ベンゼン環−窒素の結合を有するもの)の化合物である。広く用いられている材料として、先に述べたTPDの他、その誘導体である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;α−NPD)や、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)などのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。
【0147】
電子輸送材料としては、金属錯体がよく用いられ、先に述べたAlq3の他、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称;Al(mq3))、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(略称;Be(Bq)2)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や、混合配位子錯体であるビス(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)などがある。また、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称;Zn(BOX)2)、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)2)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もある。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)などのオキサジアゾール誘導体、5−(4−ビフェニリル)−3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−1,2,4−トリアゾール(略称;TAZ)、5−(4−ビフェニリル)−3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称;p-EtTAZ)などのトリアゾール誘導体、バソフェナントロリン(略称;BPhen)・バソキュプロイン(略称;BCP」と記す)などのフェナントロリン誘導体が電子輸送性を有する。
【0148】
電子注入材料としては、上で述べた電子輸送材料を用いることができる。その他に、フッ化リチウムなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、酸化リチウムなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の、超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート(略称;Li(acac))や8−キノリノラト−リチウム(略称;Liq)などのアルカリ金属錯体も有効である。
【0149】
ブロッキング材料としては、上で述べたBAlq、OXD−7、TAZ、p-EtTAZ、BPhen、BCPなどが、励起エネルギーレベルが高いため有効である。
【0150】
発光材料(ドーパントとして用いるものも含む)としては、先に述べたAlq3、Al(mq)3、Be(Bq)2、BAlq、Zn(BOX)2、Zn(BTZ)2などの金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。また、三重項発光材料も可能であり、白金ないしはイリジウムを中心金属とする錯体が主体である。三重項発光材料としては、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(略称;Ir(ppy)3)、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィリン−白金(略称;PtOEP)などが知られている。
【0151】
以上で述べたような各機能を有する材料を、各々組み合わせ、本発明の有機発光素子に適用することにより、従来よりも駆動電圧が低い上に素子の寿命が長い有機発光素子を作製することができる。
【0152】
【実施例】
[実施例1]
本実施例では、発明の実施の形態において図5で示したような、正孔輸送性混合層を適用した素子を具体的に例示する。
【0153】
まず、ガラス基板501上にインジウム錫酸化物(以下、「ITO」と記す)をスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極502とする。次に、正孔注入材料であるCuPcと正孔輸送材料であるα−NPDを1:1の蒸着レート比で共蒸着することにより、正孔輸送性混合層503を形成する。膜厚は50nmとする。
【0154】
さらに発光層504として、Alq3にルブレンを5wt%ドープした層を10nm積層する。最後に、電子輸送層505としてAlq3を40nm、陰極506としてAl:Li合金(Liは質量比で0.5wt%)を150nm程度成膜することにより、ルブレンに由来する黄色発光の有機発光素子を作製できる。
【0155】
[実施例2]
本実施例では、発明の実施の形態において図6で示したような、電子輸送性混合層を適用した素子を具体的に例示する。
【0156】
まず、ガラス基板601上にITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極602とする。次に、正孔輸送材料であるα−NPDを50nm成膜することにより、正孔輸送層603を形成する。
【0157】
さらに、発光層604としてペリレンを10nm積層したあと、電子輸送材料であるBPhenと電子注入材料であるAlq3を1:1の蒸着レート比で共蒸着することにより、電子輸送性混合層605を形成する。膜厚は40nmとする。最後に、陰極606としてAl:Li合金(Liは重量比で0.5wt%)を150nm程度成膜することにより、ペリレンに由来する青色発光の有機発光素子を作製できる。
【0158】
[実施例3]
本実施例では、図24で示した有機発光素子において、陽極2402と有機化合物層2403との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を挿入した有機発光素子を、具体的に例示する。
【0159】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2402を形成したガラス基板2401を用意する。この陽極2402を有するガラス基板2401を、図31において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、4種類の材料(3種類は有機化合物であり、1種類は陰極となる金属)を蒸着するため、4つの蒸着源が必要となる。
【0160】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるα−NPDの蒸着を0.3nm/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【0161】
α−NPDのみからなる正孔輸送領域2405を30nm形成した後、α−NPDの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるAlq3の蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、α−NPDと Alq3のレート比率が1:1となるような混合領域2407を、共蒸着にて形成することになる。
【0162】
混合領域2407が30nmに達した後、α−NPDの方は蒸着を終了し、Alq3のみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2406を形成する。厚さは40nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することにより、Alq3に由来する緑色発光の有機発光素子を得る。
【0163】
[実施例4]
本実施例では、図29(a)で示した有機発光素子において、陽極2702と有機化合物層2703との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を挿入した有機発光素子を、具体的に例示する。
【0164】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2702を形成したガラス基板2701を用意する。この陽極2702を有するガラス基板2701を、図32において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、5種類の材料(4種類は有機化合物であり、1種類は陰極となる金属)を蒸着するため、5つの蒸着源が必要となる。
【0165】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるα−NPDの蒸着を0.3nm/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【0166】
α−NPDのみからなる正孔輸送領域2705を30nm形成した後、α−NPDの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるAlq3の蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、α−NPDと Alq3のレート比率が1:1となるような混合領域2707を、共蒸着にて形成することになる。同時に、蛍光色素である4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(略称;DCM)を、発光材料2708として添加しておく。割合は、重量比率にして、Alq3:DCM=50:1となるように蒸着レートを制御する。
【0167】
混合領域2707が30nmに達した後、α−NPDおよびDCMは蒸着を終了し、Alq3のみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2706を形成する。厚さは40nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することにより、DCMに由来する赤色発光の有機発光素子を得る。
【0168】
[実施例5]
本実施例では、図29(b)で示した有機発光素子を、具体的に例示する。
【0169】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2702を形成したガラス基板2701を用意する。この陽極2702を有するガラス基板2701を、図32において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、4種類の材料(3種類は有機化合物であり、1種類は陰極となる金属)を蒸着するため、4つの蒸着源が必要となる。
【0170】
まず、正孔輸送材料であるα−NPDのみからなる正孔輸送領域2705を40nm形成した後、α−NPDの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるAlq3の蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、α−NPDと Alq3のレート比率が1:1となるような混合領域2707を、共蒸着にて形成することになる。
【0171】
混合領域2707は30nm形成するが、この時、混合領域2707における中間の10nm(つまり、混合領域30nmのうち、10nm〜20nmの間)は、蛍光色素である4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(以下、「DCM」と記す)を、発光材料2708として約1wt%程度の割合でドープしておく。
【0172】
混合領域が30nmに達した後、α−NPDの方は蒸着を終了し、Alq3のみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2706を形成する。厚さは40nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することにより、DCMに由来する赤色発光の有機発光素子を得る。
【0173】
[実施例6]
本実施例では、発明の実施の形態において図26(a)で示したような混合領域を適用した素子に対し、濃度勾配を施したものを具体的に例示する。なお、濃度勾配を形成するため、図11で示したような装置を用いて素子を作製する。本実施例の場合は、正孔輸送材料、電子輸送材料、および発光材料の3種類の蒸着源を必要とする。
【0174】
まず、ガラス基板2601上にITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2602とする。次に、正孔輸送材料であるα−NPDを40nm成膜することにより、正孔輸送領域2605を形成する。
【0175】
さらに、発明の実施の形態において説明したように、正孔輸送材料(α−NPD)の蒸着源のシャッターを徐々に閉じると同時に、電子輸送材料(本実施例ではAlq3を用いる)の蒸着源のシャッターを徐々に開けていくことにより、α−NPD とAlq3とからなる濃度勾配を有する混合領域2607を20nm成膜する。この時、混合領域2607の厚み20nmの中間に位置する10nmの領域に、発光材料2608としてルブレンを約5wt%程度の割合でドープする。
【0176】
混合領域が20nmに達したあと、電子輸送材料(Alq3)の蒸着源のシャッターのみを開けた状態で、Alq3で構成される電子輸送領域2606を形成する。最後に、陰極2604としてAl:Li合金(Liは重量比で0.5wt%)を150nm程度成膜することにより、ルブレンに由来する黄色発光の有機発光素子を作製できる。
【0177】
[実施例7]
本実施例では、図26(b)で示した有機発光素子において、陽極2602と有機化合物層2603との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を挿入し、陰極2604と有機化合物層2603との間に電子注入材料からなる電子注入領域を挿入した有機発光素子を、具体的に例示する。
【0178】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2602を形成したガラス基板2601を用意する。この陽極2602を有するガラス基板2601を、図31において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、7種類の材料(6種類は有機化合物であり、1種類は陰極となる金属)を蒸着するため、7つの蒸着源が必要となる。
【0179】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるTPDの蒸着を0.2nm/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【0180】
TPDのみからなる正孔輸送領域2605を30nm形成した後、TPDの蒸着レートは0.2nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるBeBq2の蒸着も0.8nm/sにて開始する。すなわち、TPDとBeBq2のレート比率が1:4となるような混合領域2607を、共蒸着にて形成することになる。
【0181】
混合領域2607は30nm形成するが、この時、混合領域2607における中間の10nm(つまり、混合領域30nmのうち、10nm〜20nmの間)は、蛍光色素であるルブレンを、発光材料2608として約5wt%の割合でドープしておく。また、混合領域2607における最後の10nm(つまり、混合領域30nmのうち、20nm〜30nmの間)は、ブロッキング材料2609として、BCPをドープしておく。BCPドープ時の各材料の蒸着レート比は、TPD:BeBq2:BCP=1:4:3とする。
【0182】
混合領域2607が30nmに達した後、TPDおよびBCPの方は蒸着を終了し、BeBq2のみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2606を形成する。厚さは40nmとする。BeBq2の蒸着を終了すると同時に、インターバルをおかずに、電子注入材料であるLi(acac)の蒸着を開始して2nm程度蒸着する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【0183】
最後に、陰極としてアルミニウムを150nm程度蒸着することにより、ルブレンに由来する黄色発光の有機発光素子を得る。
【0184】
[実施例8]
本実施例では、図30(b)で示した有機発光素子を、具体的に例示する。
【0185】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2702を形成したガラス基板2701を用意する。この陽極2702を有するガラス基板2701を、図32において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、5種類の材料(4種類は有機化合物であり、1種類は陰極となる金属)を蒸着するため、5つの蒸着源が必要となる。
【0186】
まず、正孔輸送材料であるMTDATAのみからなる正孔輸送領域2705を40nm形成した後、MTDATAの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるPBDの蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、MTDATAと PBDの比率が1:1となるような混合領域2707を、共蒸着にて形成することになる。
【0187】
混合領域2707は30nm形成するが、この時、混合領域2707における中間の10nm(つまり、混合領域30nmのうち、10nm〜20nmの間)は、蛍光色素であるペリレンを発光材料2708として添加するが、その割合は、MTDATA:PBD:ペリレン=4:16:1となるように蒸着レートを制御する。また、混合領域2707における最後の10nm(つまり、混合領域30nmのうち、20nm〜30nmの間)は、ブロッキング材料2709としてBCPを添加するが、そのレート比率は、MTDATA:PBD:BCP=1:4:5とする。
【0188】
混合領域が30nmに達した後、MTDATAおよびBCPの方は蒸着を終了し、PBDのみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2706を形成する。厚さは40nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することにより、ペリレンに由来する青色発光の有機発光素子を得る。
【0189】
[実施例9]
本実施例では、発明の実施の形態において図8で示したような、正孔輸送性混合層・バイポーラー性混合層・電子輸送性混合層を複合して適用した素子を具体的に例示する。なお、本実施例では濃度勾配(図8中のグラフ810)を形成するため、実施例3と同様、図11にて示したようなシャッター付きの蒸着源を用いる。
【0190】
まず、ガラス基板801上にITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極802とする。次に、正孔注入材料811であるCuPcと正孔輸送材料812であるα−NPDとからなる正孔輸送性混合層803を、40nm成膜する。この時、シャッターの開閉によりグラフ810のような濃度勾配を形成する。
【0191】
今度は、α−NPDの蒸着源のシャッターを徐々に閉じると同時に、電子輸送材料813であるAlq3の蒸着源のシャッターを徐々に開けていくことにより、濃度勾配を有するバイポーラー性混合層804を20nm成膜する。この時、バイポーラー性混合層804の厚み20nmの中間に位置する10nmの領域807は、発光材料815である4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(以下、「DCM」と記す)を1wt%の割合でドープする。
【0192】
バイポーラー性混合層804が20nmに達したあと、Alq3のシャッターのみを開けた状態でAlq3を35nm蒸着する。最後の5nmの領域において、Alq3の蒸着源のシャッターを徐々に閉じると同時に、電子注入材料814であるLi(acac)の蒸着源のシャッターを徐々に開けていくことにより、合計40nmの電子輸送性混合層805を形成する。すなわち、Li(acac)の濃度勾配を急峻に設定することになる(グラフ810では電子注入材料814の傾きが一定であるような図示であるが、本実施例では最後の方だけ急激に立ち上がることになる)。
【0193】
最後に、陰極806としてAlを150nm程度成膜することにより、DCMに由来する赤色発光の有機発光素子を作製できる。
【0194】
[実施例10]
本実施例では、図29(b)で示した有機発光素子において、陽極2702と有機化合物層2703との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を、陰極2704と有機化合物層との間に電子注入材料からなる電子注入領域を、それぞれ挿入し、かつ、発光材料として三重項発光材料を適用した有機発光素子の例を、具体的に例示する。その素子構造を図33に示す。
【0195】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、ITO(陽極)を形成したガラス基板を用意する。このITOを有するガラス基板を、図32において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、7種類の材料(5種類は有機化合物であり、2種類は陰極となる無機材料)を蒸着するため、7つの蒸着源が必要となる。
【0196】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるα−NPDの蒸着を0.3nm/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【0197】
α−NPDのみからなる正孔輸送領域を30nm形成した後、α−NPDの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるBAlqの蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、α−NPDとBAlqのレート比率が1:1となるような混合領域(α−NPD+BAlq)を、共蒸着にて形成することになる。
【0198】
混合領域は20nm形成するが、この時、混合領域における中間の10nm(つまり、混合領域20nmのうち、5nm〜15nmの間)は、三重項発光材料であるIr(ppy)3を、発光材料として添加しておく。その割合は、重量比率にして、BAlq:Ir(ppy)3=50:7とする。
【0199】
混合領域が20nmに達した後、α−NPDおよびIr(ppy)3の方は蒸着を終了し、BAlqのみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域を形成する。厚さは20nmとする。BAlqの蒸着を終了すると同時に、インターバルをおかずに、電子注入材料であるAlq3の蒸着を開始して30nm程度蒸着する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【0200】
最後に、LiFを1nm程度、アルミニウムを150nm程度蒸着することにより、陰極を形成し、Ir(ppy)3に由来する緑色発光の三重項発光素子を得る。
【0201】
[実施例11]
本実施例では、発明の実施の形態において図9で示したような三重項発光素子に、本発明を適用した素子を具体的に例示する。その素子構造を図10に示す。なお、本実施例では濃度勾配(図10中のグラフ1010)を形成するため、図11にて示したようなシャッター付きの蒸着源を用いる。
【0202】
まず、ガラス基板1001上にITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極1002とする。次に、正孔注入材料1011であるCuPcと正孔輸送材料1012であるα−NPDとからなる正孔輸送性混合層1003を、40nm成膜する。この時、シャッターの開閉によりグラフ1010のような濃度勾配を形成する。
【0203】
引き続き、α−NPDの蒸着レートを徐々に減少しつつ、三重項発光材料のホスト材料1013である4, 4'−N, N'−ジカルバゾール−ビフェニル(以下、「CBP」と記す)の蒸着レートを上げていくことにより、α−NPDとCBPとからなる濃度勾配を有するバイポーラー性混合層1004を20nm形成する。今度は、CBPの蒸着レートを減少させつつ、ブロッキング材料1014であるBCPの蒸着レートを上げていくことにより、CBPとBCPとからなる濃度勾配を有するブロッキング性混合層1005を形成する。膜厚は10nmとする。
【0204】
本実施例は三重項発光素子であるため、バイポーラー性混合層1004およびブロッキング性混合層1005を形成する間に、三重項発光材料1016であるトリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(以下、「Ir(ppy)3」と記す)をドープする。そのドープ領域1008は、ホスト材料であるCBPの濃度が高い領域、すなわち、バイポーラー性混合層1004とブロッキング性混合層1005との境界付近が最も適している。本実施例では、前記境界の±5nm、合計10nmをドープ領域1008とし、6wt%ドープする。
【0205】
さらに、電子輸送性混合層1006は、電子輸送能力の高いBCPおよびAlq3から構成する。BCPの濃度は陽極から離れるに従い小さくなり、Alq3の濃度は逆に大きくなるように濃度勾配を形成する。すなわちこの場合、BCPはブロッキング材料かつ電子輸送材料、Alq3は電子注入材料1015の役割を果たしている。電子輸送性混合層1006の膜厚は40nmとする。
【0206】
最後に、陰極1007としてAl:Li合金(Liは重量比で0.5wt%)を150nm程度成膜することにより、Ir(ppy)3に由来する緑色の三重項発光を呈する有機発光素子を作製できる。
【0207】
[実施例12]
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置について説明する。図12(a)は本発明の有機発光素子を用いたアクティブマトリクス型発光装置の断面図である。なお、能動素子としてここでは薄膜トランジスタ(以下、「TFT」と記す)を用いているが、MOSトランジスタを用いてもよい。
【0208】
また、TFTとしてトップゲート型TFT(具体的にはプレーナ型TFT)を例示するが、ボトムゲート型TFT(典型的には逆スタガ型TFT)を用いることもできる。
【0209】
図12(a)において、1201は基板であり、ここでは可視光を透過する基板を用いる。具体的には、ガラス基板、石英基板、結晶化ガラス基板もしくはプラスチック基板(プラスチックフィルムを含む)を用いればよい。なお、基板1201とは、表面に設けた絶縁膜も含めるものとする。
【0210】
基板1201の上には画素部1211および駆動回路1212が設けられている。まず、画素部1211について説明する。
【0211】
画素部1211は画像表示を行う領域である。基板上には複数の画素が存在し、各画素には有機発光素子に流れる電流を制御するためのTFT(以下、「電流制御TFT」と記す)1202、画素電極(陽極)1203、有機化合物層1204および陰極1205が設けられている。なお、図12(a)では電流制御TFTしか図示していないが、電流制御TFTのゲートに加わる電圧を制御するためのTFT(以下、「スイッチングTFT」と記す)を設けている。
【0212】
電流制御TFT1202は、ここではpチャネル型TFTを用いることが好ましい。nチャネル型TFTとすることも可能であるが、図12(a)のように有機発光素子の陽極に電流制御TFTを接続する場合は、pチャネル型TFTの方が消費電力を押さえることができる。ただし、スイッチングTFTはnチャネル型TFTでもpチャネル型TFTでもよい。
【0213】
また、電流制御TFT1202のドレインには画素電極1203が電気的に接続されている。本実施例では、画素電極1203の材料として仕事関数が4.5〜5.5eVの導電性材料を用いるため、画素電極1203は有機発光素子の陽極として機能する。画素電極1203として代表的には、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛もしくはこれらの化合物(ITOなど)を用いればよい。画素電極1203の上には有機化合物層1204が設けられている。
【0214】
さらに、有機化合物層1204の上には陰極1205が設けられている。陰極1205の材料としては、仕事関数が2.5〜3.5eVの導電性材料を用いることが望ましい。陰極1205として代表的には、アルカリ金属元素もしくはアルカリ度類金属元素を含む導電膜、アルミニウムを含む導電膜、あるいはその導電膜にアルミニウムや銀などを積層したもの、を用いればよい。
【0215】
また、画素電極1203、有機化合物層1204、および陰極1205からなる層は、保護膜1206で覆われている。保護膜1206は、有機発光素子を酸素および水から保護するために設けられている。保護膜1206の材料としては、窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、もしくは炭素(具体的にはダイヤモンドライクカーボン)を用いる。
【0216】
次に、駆動回路1212について説明する。駆動回路1212は画素部1211に伝送される信号(ゲート信号およびデータ信号)のタイミングを制御する領域であり、シフトレジスタ、バッファ、ラッチ、アナログスイッチ(トランスファゲート)もしくはレベルシフタが設けられている。図12(a)では、これらの回路の基本単位としてnチャネル型TFT1207およびpチャネル型TFT1208からなるCMOS回路を示している。
【0217】
なお、シフトレジスタ、バッファ、ラッチ、アナログスイッチ(トランスファゲート)もしくはレベルシフタの回路構成は、公知のものでよい。また図12(a)では、同一の基板上に画素部1211および駆動回路1212を設けているが、駆動回路1212を設けずにICやLSIを電気的に接続することもできる。
【0218】
また、図12(a)では電流制御TFT1202に画素電極(陽極)1203が電気的に接続されているが、陰極が電流制御TFTに接続された構造をとることもできる。その場合、画素電極を陰極1205と同様の材料で形成し、陰極を画素電極(陽極)1203と同様の材料で形成すればよい。その場合、電流制御TFTはnチャネル型TFTとすることが好ましい。
【0219】
ところで、図12(a)に示した発光装置は、画素電極1203を形成した後に配線1209を形成する工程で作製されたものを示してあるが、この場合、画素電極1203が表面荒れを起こす可能性がある。有機発光素子は電流駆動型の素子であるため、画素電極1203の表面荒れにより、特性が悪くなることも考えられる。
【0220】
そこで、図12(b)に示すように、配線1209を形成した後に画素電極1203を形成する発光装置も考えられる。この場合、図12(a)の構造に比べて、画素電極1203からの電流の注入性が向上すると考えられる。
【0221】
また、図12においては、正テーパー型の土手状構造1210によって、画素部1211に設置されている各画素を分離している。この土手状構造を、例えば逆テーパー型のような構造にすることにより、土手状構造が画素電極に接しない構造をとることもできる。その一例を図34に示す。
【0222】
図34では、配線を利用して分離部を兼ねた、配線および分離部3410を設けた。図34で示されるような配線および分離部3410の形状(ひさしのある構造)は、配線を構成する金属と、前記金属よりもエッチレートの低い材料(例えば金属窒化物)とを積層し、エッチングすることにより形成することができる。この形状により、画素電極3403や配線と、陰極3405とが、ショートすることを防ぐことができる。なお、図34においては、通常のアクティブマトリクス型の発光装置と異なり、画素上の陰極3405をストライプ状(パッシブマトリクスの陰極と同様)にする構造になる。
【0223】
ここで、図12(b)に示したアクティブマトリクス型発光装置の外観を図13に示す。なお、図13(a)には上面図を示し、図13(b)には図13(a)をP−P'で切断した時の断面図を示す。また、図12の符号を引用する。
【0224】
図13(a)において、1301は画素部、1302はゲート信号側駆動回路、1303はデータ信号側駆動回路である。また、ゲート信号側駆動回路1302およびデータ信号側駆動回路1303に伝送される信号は、入力配線1304を介してTAB(Tape Automated Bonding)テープ1305から入力される。なお、図示しないが、TABテープ1305の代わりに、TABテープにIC(集積回路)を設けたTCP(Tape Carrier Package)を接続してもよい。
【0225】
このとき、1306は図12(b)に示した有機発光素子の上方に設けられるカバー材であり、樹脂からなるシール材1307により接着されている。カバー材1306は酸素および水を透過しない材質であれば、いかなるものを用いてもよい。本実施例では、カバー材1306は図13(b)に示すように、プラスチック材1306aと、前記プラスチック材1306aの表面および裏面に設けられた炭素膜(具体的にはダイヤモンドライクカーボン膜)1306b、1306cからなる。
【0226】
さらに、図13(b)に示すように、シール材1307は樹脂からなる封止材1308で覆われ、有機発光素子を完全に密閉空間1309に封入するようになっている。密閉空間1309は不活性ガス(代表的には窒素ガスや希ガス)、樹脂または不活性液体(例えばパーフルオロアルカンに代表される液状のフッ素化炭素)を充填しておけばよい。さらに、吸湿剤や脱酸素剤を設けることも有効である。
【0227】
また、本実施例に示した発光装置の表示面(画像を観測する面)に偏光板をもうけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている。ただし、有機化合物層から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ることを防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【0228】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
【0229】
[実施例13]
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置の例として、アクティブマトリクス型発光装置を例示するが、実施例12とは異なり、能動素子が形成されている基板とは反対側から光を取り出す構造(以下、「上方出射」と記す)の発光装置を示す。図35にその断面図を示す。
【0230】
なお、能動素子としてここでは薄膜トランジスタ(以下、「TFT」と記す)を用いているが、MOSトランジスタを用いてもよい。また、TFTとしてトップゲート型TFT(具体的にはプレーナ型TFT)を例示するが、ボトムゲート型TFT(典型的には逆スタガ型TFT)を用いることもできる。
【0231】
本実施例において、基板3501、画素部に形成された電流制御TFT3502、および駆動回路3512に関しては、実施例12と同様の構成でよい。
【0232】
電流制御TFT3502のドレインに接続されている第一電極3503であるが、本実施例では陽極として用いるため、仕事関数がより大きい導電性材料を用いることが好ましい。その代表例として、ニッケル、パラジウム、タングステン、金、銀などの金属が挙げられる。本実施例では、第一電極3503は光を透過しないことが好ましいが、それに加えて、光の反射性の高い材料を用いることがさらに好ましい。
【0233】
第一電極3503の上には有機化合物層3504が設けられている。さらに、有機化合物層3504の上には第二電極3505が設けられており、本実施例では陰極とする。その場合、第二電極3505の材料としては、仕事関数が2.5〜3.5eVの導電性材料を用いることが望ましい。代表的には、アルカリ金属元素もしくはアルカリ度類金属元素を含む導電膜、アルミニウムを含む導電膜、あるいはその導電膜にアルミニウムや銀などを積層したもの、を用いればよい。ただし、本実施例は上方出射であるため、第二電極3505が光透過性であることが大前提である。したがって、これらの金属を用いる場合は、20nm程度の超薄膜であることが好ましい。
【0234】
また、第一電極3503、有機化合物層3504、および第二電極3505からなる層は、保護膜3506で覆われている。保護膜3506は、有機発光素子を酸素および水から保護するために設けられている。本実施例では、光を透過するものであればいかなるものを用いてもよい。
【0235】
なお、図35では電流制御TFT3502に第一電極(陽極)3503が電気的に接続されているが、陰極が電流制御TFTに接続された構造をとることもできる。その場合、第一電極を陰極の材料で形成し、第二電極を陽極の材料で形成すればよい。このとき、電流制御TFTはnチャネル型TFTとすることが好ましい。
【0236】
さらに、3507はカバー材であり、樹脂からなるシール材3508により接着されている。カバー材3507は酸素および水を透過しない材質で、かつ、光を透過する材質であればいかなるものを用いてもよい。本実施例ではガラスを用いる。密閉空間3509は不活性ガス(代表的には窒素ガスや希ガス)、樹脂または不活性液体(例えばパーフルオロアルカンに代表される液状のフッ素化炭素)を充填しておけばよい。さらに、吸湿剤や脱酸素剤を設けることも有効である。
【0237】
なお、ゲート信号側駆動回路およびデータ信号側駆動回路に伝送される信号は、入力配線3513を介してTAB(Tape Automated Bonding)テープ3514から入力される。なお、図示しないが、TABテープ3514の代わりに、TABテープにIC(集積回路)を設けたTCP(Tape Carrier Package)を接続してもよい。
【0238】
また、本実施例に示した発光装置の表示面(画像を観測する面)に偏光板をもうけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている。ただし、有機化合物層から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ることを防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【0239】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
[実施例14]
【0240】
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置の例として、パッシブマトリクス型発光装置を例示する。図14(a)にはその上面図を示し、図14(b)には図14(a)をP−P'で切断した時の断面図を示す。
【0241】
図14(a)において、1401は基板であり、ここではプラスチック材を用いる。プラスチック材としては、ポリイミド、ポリアミド、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、PES(ポリエチレンサルファイル)、PC(ポリカーボネート)、PET(ポリエチレンテレフタレート)もしくはPEN(ポリエチレンナフタレート)を板状、もしくはフィルム上にしたものが使用できる。
【0242】
1402は酸化導電膜からなる走査線(陽極)であり、本実施例では酸化亜鉛に酸化ガリウムを添加した酸化物導電膜を用いる。また、1403は金属膜からなるデータ線(陰極)であり、本実施例ではビスマス膜を用いる。また、1404はアクリル樹脂からなるバンクであり、データ線1403を分断するための隔壁として機能する。走査線1402とデータ線1403は両方とも、ストライプ状に複数形成されており、互いに直交するように設けられている。なお、図14(a)では図示していないが、走査線1402とデータ線1403の間には有機化合物層が挟まれており、交差部1405が画素となる。
【0243】
そして、走査線1402およびデータ線1403はTABテープ1407を介して外部の駆動回路に接続される。なお、1408は走査線1402が集合してなる配線群を表しており、1409はデータ線1403に接続された接続配線1406の集合からなる配線群を表す。また、図示していないが、TABテープ1407の代わりに、TABテープにICを設けたTCPを接続してもよい。
【0244】
また、図14(b)において、1410はシール材、1411はシール材1410によりプラスチック材1401に貼り合わされたカバー材である。シール材1410としては光硬化樹脂を用いていればよく、脱ガスが少なく、吸湿性の低い材料が望ましい。カバー材としては基板1401と同一の材料が好ましく、ガラス(石英ガラスを含む)もしくはプラスチックを用いることができる。ここではプラスチック材を用いる。
【0245】
次に、画素領域の構造の拡大図を図14(c)に示す。1413は有機化合物層である。なお、図14(c)に示すように、バンク1404は下層の幅が上層の幅よりも狭い形状になっており、データ線1403を物理的に分断できる。また、シール材1410で囲まれた画素部1414は、樹脂からなる封止材1415により外気から遮断され、有機化合物層の劣化を防ぐ構造となっている。
【0246】
以上のような構成からなる本発明の発光装置は、画素部1414が走査線1402、データ線1403、バンク1404および有機化合物層1413で形成されるため、非常に簡単なプロセスで作製することができる。
【0247】
また、本実施例に示した発光装置の表示面(画像を観測する面)に偏光板をもうけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている。ただし、有機化合物層から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ることを防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【0248】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
【0249】
[実施例15]
本実施例では、実施例14で示した発光装置にプリント配線板を設けてモジュール化した例を示す。
【0250】
図15(a)に示すモジュールは、基板1501(ここでは、画素部1502、配線1503a、 1503bを含む)にTABテープ1504が取り付けられ、前記TABテープ1504を介してプリント配線板1505が取り付けられている。
【0251】
ここで、プリント配線板1505の機能ブロック図を図15(b)に示す。プリント配線板1505の内部には少なくともI/Oポート(入力もしくは出力部)1506、 1509、データ信号側駆動回路1507およびゲート信号側回路1508として機能するICが設けられている。
【0252】
このように、基板面に画素部が形成された基板にTABテープが取り付けられ、そのTABテープを介して駆動回路としての機能を有するプリント配線版が取り付けられた構成のモジュールを、本明細書では特に駆動回路外付け型モジュールと呼ぶことにする。
【0253】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
【0254】
[実施例16]
本実施例では、実施例12もしくは実施例13もしくは実施例14に示した発光装置にプリント配線板を設けてモジュール化した例を示す。
【0255】
図16(a)に示すモジュールは、基板1601(ここでは、画素部1602、データ信号側駆動回路1603、ゲート信号側駆動回路1604、配線1603a、 1604aを含む)にTABテープ1605が取り付けられ、そのTABテープ1605を介してプリント配線板1606が取り付けられている。プリント配線板1606の機能ブロック図を図16(b)に示す。
【0256】
図16(b)に示すように、プリント配線板1606の内部には少なくともI/Oポート1607、 1610、コントロール部1608として機能するICが設けられている。なお、ここではメモリ部1609を設けてあるが、必ずしも必要ではない。またコントロール部1608は、駆動回路の制御、映像データの補正などをコントロールするための機能を有した部位である。
【0257】
このように、有機発光素子の形成された基板にコントローラーとしての機能を有するプリント配線板が取り付けられた構成のモジュールを、本明細書では特にコントローラー外付け型モジュールと呼ぶことにする。
【0258】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
【0259】
[実施例17]
本実施例では、実施例10および11で示したような三重項発光素子を、デジタル時間階調表示により駆動する発光装置の例を示す。本実施例の発光装置は、三重項励起状態からの発光を利用することによって高い発光効率を達成できると同時に、デジタル時間階調表示により均一な像を得ることができ、非常に有用である。
【0260】
有機発光素子を用いた画素の、回路構成を図36(a)に示す。Trはトランジスタ、Csはストレージキャパシタを表す。図36(a)中の回路構成では、ソース線はトランジスタTr1のソース側に、ゲート線はトランジスタTr1のゲートに接続されている。また、電源供給線はストレージキャパシタCs、およびトランジスタTr2のソース側に接続されている。トランジスタTr2のドレイン側には本発明の有機発光素子の陽極が接続されているため、有機発光素子を挟んでトランジスタTr2の反対側は、陰極となっている。
【0261】
この回路においては、ゲート線が選択されると、電流がソース線からTr1に流れ、その信号に対応する電圧がCsに蓄積される。そして、Tr2のゲートおよびソース間の電圧(Vgs)により制御される電流が、Tr2および有機発光素子に流れることになる。
【0262】
Tr1が選択されたあとは、Tr1はオフ状態となり、Csの電圧(Vgs)が保持される。したがって、Vgsに依存するだけの電流を流し続けることができる。
【0263】
このような回路を、デジタル時間階調表示により駆動するチャートを図36(b)に示す。すなわち、1フレームを複数のサブフレームに分割するわけだが、図36(b)では、1フレームを6つのサブフレーム(SF1〜SF6)に分割する6ビット階調とした。TAは書き込み時間である。この場合、それぞれのサブフレーム発光期間の割合は、図に示したように32:16:8:4:2:1となる。
【0264】
本実施例におけるTFT基板の駆動回路の概要を図36(c)に示す。図36(c)中の基板構成では、本発明の有機発光素子を各画素とした画素部に対し、図36(a)で示したような電源供給線および陰極が接続されている。また、シフトレジスタは、シフトレジスタ→ラッチ1→ラッチ2→画素部の順で、画素部に接続されている。ラッチ1にはデジタル信号が入力され、ラッチ2に入力されるラッチパルスによって画像データを画素部に送り込むことができる。
【0265】
ゲートドライバおよびソースドライバは同じ基板上に設けられている。本実施例では、画素回路およびドライバは、デジタル駆動するように設計されているため、TFT特性のばらつきの影響を受けることなく、均一な像を得ることができる。
【0266】
[実施例18]
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子に一定の電流を流すことにより駆動する、アクティブマトリクス型の定電流駆動回路の例を示す。その回路構成を図37に示す。
【0267】
図37に示す画素3710は、信号線Si、第1走査線Gj、第2走査線Pjおよび電源線Viを有している。また画素3710は、Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、混合接合型の有機発光素子3711、および保持容量3712を有している。
【0268】
Tr3とTr4のゲートは、共に第1走査線Gjに接続されている。Tr3のソースとドレインは、一方は信号線Siに、もう一方はTr2のソースに接続されている。またTr4のソースとドレインは、一方はTr2のソースに、もう一方はTr1のゲートに接続されている。つまり、Tr3のソースとドレインのいずれか一方と、Tr4のソースとドレインのいずれか一方とは、接続されている。
【0269】
Tr1のソースは電源線Viに、ドレインはTr2のソースに接続されている。Tr2のゲートは第2走査線Pjに接続されている。そしてTr2のドレインは有機発光素子3711が有する画素電極に接続されている。有機発光素子3711は、画素電極と、対向電極と、画素電極と対向電極の間に設けられた有機化合物層とを有している。有機発光素子3711の対向電極は発光パネルの外部に設けられた電源によって一定の電圧が与えられている。
【0270】
なお、Tr3とTr4は、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTのどちらでも良い。ただし、Tr3とTr4の極性は同じである。また、Tr1はnチャネル型TFTとpチャネル型TFTのどちらでも良い。Tr2は、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTのどちらでも良い。有機発光素子の画素電極と対向電極は、一方が陽極であり、他方が陰極である。Tr2がpチャネル型TFTの場合、陽極を画素電極として用い、陰極を対向電極として用いるのが望ましい。逆に、Tr2がnチャネル型TFTの場合、陰極を画素電極として用い、陽極を対向電極として用いるのが望ましい。
【0271】
保持容量3712はTr1のゲートとソースとの間に形成されている。保持容量3712はTr1のゲートとソースの間の電圧(Vgs)をより確実に維持するために設けられているが、必ずしも設ける必要はない。
【0272】
図37に示した画素では、信号線Siに供給される電流を信号線駆動回路が有する電流源において制御されている。
【0273】
以上のような回路構成を適用することにより、有機発光素子に一定の電流を流して輝度を一定に保とうとする定電流駆動が可能となる。本発明で開示した混合領域を有する有機発光素子は従来の有機発光素子に比べて寿命が長いが、上記のような定電流駆動を実施することでさらに長寿命化を図ることができるため、有効である。
【0274】
[実施例19]
上記実施例で述べた本発明の発光装置は、低消費電力で寿命が長いという利点を有する。したがって、前記発光装置が表示部等として含まれる電気器具は、従来よりも低い消費電力で動作可能であり、なおかつ長保ちする電気器具となる。特に電源としてバッテリーを使用する携帯機器のような電気器具に関しては、低消費電力化が便利さに直結する(電池切れが起こりにくい)ため、極めて有用である。
【0275】
また、前記発光装置は、自発光型であることから液晶表示装置のようなバックライトは必要なく、有機化合物層の厚みも1μmに満たないため、薄型軽量化が可能である。したがって、前記発光装置が表示部等として含まれる電気器具は、従来よりも薄型軽量な電気器具となる。このことも、特に携帯機器のような電気器具に関して、便利さ(持ち運びの際の軽さやコンパクトさ)に直結するため、極めて有用である。さらに、電気器具全般においても、薄型である(かさばらない)ことは運送面(大量輸送が可能)、設置面(部屋などのスペース確保)からみても有用であることは疑いない。
【0276】
なお、前記発光装置は自発光型であるために、液晶表示装置に比べて明るい場所での視認性に優れ、しかも視野角が広いという特徴を持つ。したがって、前記発光装置を表示部として有する電気器具は、表示の見やすさの点でも大きなメリットがある。
【0277】
すなわち、本発明の発光装置を用いた電気器具は、薄型軽量・高視認性といった従来の有機発光素子の長所に加え、低消費電力・長寿命という特長も保有しており、極めて有用である。
【0278】
本実施例では、本発明の発光装置を表示部として含む電気器具を例示する。その具体例を図17および図18に示す。なお、本実施例の電気器具に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した金属錯体のいずれを用いても良い。また、本実施例の電気器具に含まれる発光装置の形態は、図12〜図16および図34〜図37のいずれの形態を用いても良い。
【0279】
図17(a)は有機発光素子を用いたディスプレイ装置であり、筐体1701a、支持台1702a、表示部1703aを含む。本発明の発光装置を表示部1703aとして用いたディスプレイを作製することにより、薄く軽量で、長保ちするディスプレイを実現できる。よって、輸送が簡便になり、設置の際の省スペースが可能となる上に、寿命も長い。
【0280】
図17(b)はビデオカメラであり、本体1701b、表示部1702b、音声入力部1703b、操作スイッチ1704b、バッテリー1705b、受像部1706bを含む。本発明の発光装置を表示部1702bとして用いたビデオカメラを作製することにより、消費電力が少なく、軽量なビデオカメラを実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり、持ち運びも簡便になる。
【0281】
図17(c)はデジタルカメラであり、本体1701c、表示部1702c、接眼部1703c、操作スイッチ1704cを含む。本発明の発光装置を表示部1702cとして用いたデジタルカメラを作製することにより、消費電力が少なく、軽量なデジタルカメラを実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり、持ち運びも簡便になる。
【0282】
図17(d)は記録媒体を備えた画像再生装置であり、本体1701d、記録媒体(CD、LD、またはDVDなど)1702d、操作スイッチ1703d、表示部(A)1704d、表示部(B)1705dを含む。表示部(A)1704dは主として画像情報を表示し、表示部(B)1705dは主として文字情報を表示する。本発明の発光装置をこれら表示部(A)1704dや表示部(B)1705dとして用いた前記画像再生装置を作製することにより、消費電力が少なく軽量な上に、長保ちする前記画像再生装置を実現できる。なお、この記録媒体を備えた画像再生装置には、CD再生装置、ゲーム機器なども含む。
【0283】
図17(e)は携帯型(モバイル)コンピュータであり、本体1701e、表示部1702e、受像部1703e、操作スイッチ1704e、メモリスロット1705eを含む。本発明の発光装置を表示部1702eとして用いた携帯型コンピュータを作製することにより、消費電力が少なく、薄型軽量な携帯型コンピュータを実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり、持ち運びも簡便になる。なお、この携帯型コンピュータはフラッシュメモリや不揮発性メモリを集積化した記録媒体に情報を記録したり、それを再生したりすることができる。
【0284】
図17(f)はパーソナルコンピュータであり、本体1701f、筐体1702f、表示部1703f、キーボード1704fを含む。本発明の発光装置を表示部1703fとして用いたパーソナルコンピュータを作製することにより、消費電力が少なく、薄型軽量なパーソナルコンピュータを実現できる。特に、ノートパソコンのように持ち歩く用途が必要な場合、電池の消費量や軽さの点で大きなメリットとなる。
【0285】
なお、上記電気器具はインターネットなどの電子通信回線や電波などの無線通信を通じて配信される情報を表示することが多くなってきており、特に動画情報を表示する機会が増えている。有機発光素子の応答速度は非常に速く、そのような動画表示に好適である。
【0286】
次に、図18(a)は携帯電話であり、本体1801a、音声出力部1802a、音声入力部1803a、表示部1804a、操作スイッチ1805a、アンテナ1806aを含む。本発明の発光装置を表示部1804aとして用いた携帯電話を作製することにより、消費電力が少なく、薄型軽量な携帯電話を実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり、持ち運びも楽になる上にコンパクトな本体にできる。
【0287】
図18(b)は音響機器(具体的には車載用オーディオ)であり、本体1801b、表示部1802b、操作スイッチ1803b、1804bを含む。本発明の発光装置を表示部1802bとして用いた音響機器を作製することにより、消費電力が少なく、軽量な音響機器を実現できる。また、本実施例では車載用オーディオを例として示すが、家庭用オーディオに用いても良い。
【0288】
なお、図17〜図18で示したような電気器具において、さらに光センサを内蔵させ、使用環境の明るさを検知する手段を設けることで、使用環境の明るさに応じて発光輝度を変調させるような機能を持たせることは有効である。使用者は、使用環境の明るさに比べてコントラスト比で100〜150の明るさを確保できれば、問題なく画像もしくは文字情報を認識できる。すなわち、使用環境が明るい場合は画像の輝度を上げて見やすくし、使用環境が暗い場合は画像の輝度を抑えて消費電力を抑えるといったことが可能となる。
【0289】
また、本発明の発光装置を光源として用いた様々な電気器具も、低消費電力での動作や薄型軽量化が可能であるため、非常に有用と言える。代表的には、液晶表示装置のバックライトもしくはフロントライトといった光源、または照明機器の光源として本発明の発光装置を含む電気器具は、低消費電力の実現や薄型軽量化が可能である。
【0290】
したがって、本実施例に示した図17〜図18の電気器具の表示部を、全て液晶ディスプレイにする場合においても、その液晶ディスプレイのバックライトもしくはフロントライトとして本発明の発光装置を用いた電気器具を作製することにより、消費電力が少なく、薄くて軽量な電気器具が達成できる。
【0291】
【発明の効果】
本発明を実施することで、消費電力が少ない上に、寿命も優れた発光装置を得ることができる。さらに、そのような発光装置を光源もしくは表示部に用いることで、明るく消費電力が少ない上に、長保ちする電気器具を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】正孔注入層の役割を示す図。
【図2】濃度勾配を示す図。
【図3】濃度勾配を示す図。
【図4】濃度勾配を示す図。
【図5】有機発光素子の構造を示す図。
【図6】有機発光素子の構造を示す図。
【図7】有機発光素子の構造を示す図。
【図8】有機発光素子の構造を示す図。
【図9】有機発光素子の構造を示す図。
【図10】有機発光素子の構造を示す図。
【図11】蒸着装置を示す図。
【図12】発光装置の断面構造を示す図。
【図13】発光装置の上面構造および断面構造を示す図。
【図14】発光装置の上面構造および断面構造を示す図。
【図15】発光装置の構成を示す図。
【図16】発光装置の構成を示す図。
【図17】電気器具の具体例を示す図。
【図18】電気器具の具体例を示す図。
【図19】エネルギーバンドダイアグラムを示す図。
【図20】エネルギーバンドダイアグラムを示す図。
【図21】有機化合物層の状態を表す図。
【図22】蒸着装置を示す図。
【図23】不純物層の形成を示す図。
【図24】有機発光素子の構造を示す図。
【図25】有機化合物層の状態を表す図。
【図26】有機発光素子の構造を示す図。
【図27】有機発光素子の構造を示す図。
【図28】濃度プロファイルを示す図。
【図29】有機発光素子の構造を示す図。
【図30】有機発光素子の構造を示す図。
【図31】蒸着装置を示す図。
【図32】蒸着装置を示す図。
【図33】有機発光素子の構造を示す図。
【図34】発光装置の断面構造を示す図。
【図35】発光装置の断面構造を示す図。
【図36】発光装置の構成を示す図。
【図37】発光装置の構成を示す図。[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a light emitting device using an organic light emitting element having an anode, a cathode, and a film containing an organic compound that can emit light by applying an electric field (hereinafter referred to as “organic compound layer”). In particular, the present invention relates to a light-emitting device using an organic light-emitting element having a lower driving voltage and a longer element lifetime than conventional ones. Note that the light emitting device in this specification refers to an image display device or a light emitting device using an organic light emitting element as a light emitting element. In addition, connectors with organic light-emitting elements such as anisotropic conductive film (FPC: Flexible Printed Circuit) or TAB (Tape Automated Bonding) tape or TCP (Tape Carrier Package) attached, printed on the end of TAB tape or TCP It is assumed that the light emitting device includes all modules provided with a wiring board or modules in which an IC (integrated circuit) is directly mounted on an organic light emitting element by a COG (Chip On Glass) method.
[0002]
[Prior art]
An organic light emitting element is an element that emits light when an electric field is applied. The light emission mechanism is an excited state in which an electron injected from the cathode and a hole injected from the anode are recombined at the emission center in the organic compound layer by applying a voltage across the organic compound layer between the electrodes. It is said that this molecule emits light by releasing energy when the molecular exciton returns to the ground state (hereinafter referred to as “molecular exciton”).
[0003]
Note that the type of molecular exciton formed by the organic compound can be a singlet excited state or a triplet excited state. However, in this specification, both excited states contribute to light emission. .
[0004]
In such an organic light emitting device, the organic compound layer is usually formed as a thin film having a thickness of less than 1 μm. Further, since the organic light emitting element is a self-luminous element in which the organic compound layer itself emits light, a backlight as used in a conventional liquid crystal display is not necessary. Therefore, it is a great advantage that the organic light emitting device can be manufactured to be extremely thin and light.
[0005]
Also, for example, in an organic compound layer of about 100 to 200 nm, the time from carrier injection to recombination is about several tens of nanoseconds considering the carrier mobility of the organic compound layer. Even if the process from light emission to light emission is included, light emission occurs in the order of microseconds or less. Therefore, one of the features is that the response speed is very fast.
[0006]
Furthermore, since the organic light emitting element is a carrier injection type light emitting element, it can be driven with a direct current voltage, and noise hardly occurs. Regarding the driving voltage, the thickness of the organic compound layer is first made to be a uniform ultra-thin film of about 100 nm, and electrode materials that reduce the carrier injection barrier for the organic compound layer are selected. ) 100cd / m at 5.5V 2 (Reference 1: CW Tang and SA Van Slyke, “Organic electroluminescent diodes”, Applied Physics Letters, vol. 51, No. 12, 913-915 (1987)).
[0007]
Due to these thin, lightweight, high-speed response, and direct current low voltage driving characteristics, organic light-emitting devices are attracting attention as next-generation flat panel display devices. Further, since it is a self-luminous type and has a wide viewing angle, the visibility is relatively good, and it is considered effective as an element used for a display screen of a portable device.
[0008]
By the way, with the configuration of the organic light emitting device shown in
[0009]
Furthermore, as an organic compound layer, a hole transport layer made of a diamine compound and tris (8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Alq Three The recombination efficiency of carriers is drastically improved by applying a single heterostructure in which an electron-transporting light-emitting layer composed of This is explained as follows.
[0010]
For example, Alq Three In the case of organic light-emitting devices with only a single layer, Alq Three Therefore, most of the electrons injected from the cathode reach the anode without recombining with holes, and the efficiency of light emission is extremely poor. That is, a material that can transport both electrons and holes in a balanced manner (hereinafter referred to as “bipolar material”) is used in order to efficiently emit light (or drive at a low voltage) in a single layer organic light emitting device. Need, Alq Three Does not meet that requirement.
[0011]
However, if a single heterostructure as in
[0012]
If the concept of such a carrier blocking function is developed, it becomes possible to control the carrier recombination region. As an example, by inserting a layer capable of blocking holes (hole blocking layer) between the hole transport layer and the electron transport layer, the holes are confined in the hole transport layer, and There is a report that succeeded in making one emit light. (Reference 2: Yasunori KIJIMA, Nobutoshi ASAI and Shin-ichiro TAMURA, “A Blue Organic Light Emitting Diode”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, 5274-5277 (1999)).
[0013]
In addition, the organic light-emitting device in
[0014]
The advantage of such functional separation is that it is no longer necessary to have various functions (such as light-emitting properties, carrier transportability, and carrier injection properties from electrodes) at the same time due to the functional separation. Etc. (for example, it becomes unnecessary to search for a bipolar material forcibly). That is, a high light emission efficiency can be easily achieved by combining materials having good light emission characteristics and materials having excellent carrier transportability.
[0015]
Because of these advantages, the concept of the laminated structure (carrier blocking function or function separation) itself described in
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the laminated structure as described above is a junction between different kinds of substances (especially between insulators), an energy barrier always occurs at the interface. If an energy barrier exists, the movement of carriers at the interface is hindered, which raises the following two problems.
[0017]
The first is that it becomes an obstacle to further reducing the drive voltage. In fact, in the current organic light-emitting device, the driving voltage is superior to the device with a single layer structure using a conjugated polymer, and the top data in power efficiency (unit: [lm / W]) (however, singlet) (Reference 4: Tetsuo Tsutsui, Journal of the Japan Society of Applied Physics, Organic Molecules and Bioelectronics, Vol. 11, No. 1, P. 8) (2000)).
[0018]
Note that the conjugated polymer described in Document 4 is a bipolar material, and the carrier recombination efficiency can achieve a level equivalent to that of the laminated structure. Therefore, if the recombination efficiency of carriers can be made equal without using a laminated structure, such as by using a bipolar material, a single layer structure with fewer interfaces actually shows a lower drive voltage. Yes.
[0019]
This means that the movement of carriers is hindered at the interface between layers in the organic compound layer (for example, between the hole transport layer and the light emitting layer, hereinafter referred to as “organic interface”), and higher driving is achieved. Explain that the voltage is needed.
[0020]
For example, at the interface between the electrode and the organic compound layer, there is a method in which a material that relaxes the energy barrier is inserted to increase the carrier injection property and reduce the driving voltage (Reference 5: Takeo Wakimoto, Yoshinori Fukuda, Kenichi). Nagayama, Akira Yokoi, Hitoshi Nakada, and Masami Tsuchida, "Organic EL Cells Using Alkaline Metal Compounds as Electron Injection Materials", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 44, NO. 8, 1245-1248 (1997)). In Reference 5, Li as an electron injection layer 2 By using O, the drive voltage has been successfully reduced.
[0021]
However, the carrier mobility at the organic interface is still an unsolved field, and is considered to be an important point for catching up with a low driving voltage of a single layer structure using a bipolar material.
[0022]
Furthermore, as another problem caused by the energy barrier, the influence on the device lifetime of the organic light emitting device can be considered. That is, the movement of carriers is hindered and the brightness is reduced due to the accumulation of charges.
[0023]
Although no clear theory has been established regarding this degradation mechanism, the luminance can be reduced by inserting a hole injection layer between the anode and the hole transport layer, and using rectangular wave ac drive instead of dc drive. (Ref. 6: SA VanSlyke, CH Chen, and CW Tang, "Organic electroluminescent devices with improved stability", Applied Physics Letters, Vol. 69, No. 15, 2160-2162 (1996) )). This can be said to be experimental support that the reduction in luminance could be suppressed by eliminating charge accumulation by inserting the hole injection layer and ac driving.
[0024]
From the above, the laminated structure can easily increase the recombination efficiency of carriers and has a merit that the selection range of materials can be widened from the viewpoint of functional separation, while at the same time, by creating many organic interfaces (especially It can be said that by blocking the carriers and creating an organic interface for recombining the carriers, the movement of the carriers is hindered and the drive voltage and luminance are reduced.
[0025]
Therefore, in the present invention, while utilizing the advantages (functional separation) of the conventionally used laminated structure, the mobility of carriers is improved by relaxing the energy barrier present in the organic compound layer, and the driving voltage is higher than in the past. Another object is to provide an organic light-emitting element that is low and has a long lifetime.
[0026]
In particular, it is different from the conventionally used stacked structure in which carriers are blocked in the light emitting layer to recombine the carriers, and by creating an element with a different concept, the organic interface existing in the organic compound layer is eliminated and the carrier is removed. It is an object of the present invention to improve the mobility of the material and to exhibit the functions of various materials (hereinafter referred to as “functional expression”) as well as the functional separation of the laminated structure. Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic light emitting device having a lower driving voltage and a longer device life than the conventional one.
[0027]
Furthermore, it is an object of the present invention to provide a light-emitting device that uses such an organic light-emitting element and has a driving voltage lower than that of a conventional device and has a long lifetime. Furthermore, it is an object of the present invention to provide an electric appliance that uses the light-emitting device to produce an electric appliance that has lower power consumption than the conventional one and that can be maintained for a long time.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
Regarding the relaxation of the energy barrier in the laminated structure, it is noticeable in the technique of inserting the carrier injection layer as shown in Document 5. An explanation using an energy band diagram is shown in FIG. 1 by taking the hole injection layer as an example.
[0029]
In FIG. 1A, the
[0030]
By designing a step-like energy barrier as shown in FIG. 1B, the carrier injection property from the electrode can be improved, and the drive voltage can be lowered to some extent. However, the problem is that by increasing the number of layers, the number of organic interfaces increases conversely. This is considered to be the reason why the single layer structure holds the top data of the driving voltage and power efficiency as shown in Document 4.
[0031]
In other words, by overcoming this point, while taking advantage of the laminated structure (a variety of materials can be combined and no complicated molecular design is required), the driving voltage and power efficiency of the single layer structure can be achieved. I can catch up.
[0032]
The fundamental concept is that the energy barrier in the organic compound layer can be relaxed and the movement of carriers can be prevented without increasing the number of organic interfaces. The inventor has devised an element structure capable of realizing this concept by the following method.
[0033]
First of all, it is a technique to relax the energy barrier for holes, but it is a layer that mixes a hole injection material with a high HOMO level (low ionization potential) and a hole transport material with high hole mobility (hereinafter, (Referred to as “hole transporting mixed layer”). With this technique, the hole injection material receives holes from the anode side, and the hole transport material plays a role in the hole transporting mixed layer. The two-layer function of a hole transport layer can be realized in a single layer.
[0034]
Further, it is preferable to form a concentration gradient in the hole transporting mixed layer described above. That is, as shown in FIG. 2, the proportion of the hole injection material is large on the side close to the anode, and the proportion of the hole transport material is increased as the distance from the anode is increased. By forming such a concentration gradient, the process from the reception to the transport of holes from the anode side to the transport is performed without forming a large energy barrier, which contributes to a reduction in driving voltage and a longer life.
[0035]
Note that the concentration gradient in FIG. 2 is illustrated using a straight line for the sake of convenience, but it is not necessarily a straight line, and it is sufficient that an increasing or decreasing gradient is formed. In fact, when controlling, it is considered that there are many cases where it becomes a curve. The same applies to other concentration gradients described in this specification.
[0036]
Next, there is a method to reduce the energy barrier against electrons. An electron injection material with a low level of the lowest unoccupied molecular orbital (hereinafter referred to as “LUMO”) (high electron affinity) and electron transport with high electron mobility. A layer mixed with a material (hereinafter referred to as an “electron transporting mixed layer”) may be provided. With this method, the electron injection material plays the role of receiving electrons from the cathode side, and the electron transport material plays the role of transporting electrons in the electron transporting mixed layer. It is possible to realize the functions in one layer.
[0037]
Moreover, it is preferable to form a concentration gradient in the electron transporting mixed layer described above. That is, as shown in FIG. 3, the ratio close to the cathode has a large proportion of the electron injecting material, and the proportion of the electron transporting material increases as the distance from the cathode increases. By forming such a concentration gradient, the process from the reception of electrons from the cathode side to the transport is carried out without lubrication, thereby contributing to a decrease in driving voltage and a longer life.
[0038]
In addition, there is a method of relaxing the energy barrier in the light emitting layer. That is, a layer that is made bipolar by mixing a hole transport material having a high hole mobility and an electron transport material having a high electron mobility (hereinafter referred to as a “bipolar mixed layer”) is used as a light emitting layer. What is necessary is just to provide. In this case, although the carrier blocking function at the interface between both ends of the light emitting layer is reduced, the carrier mobility difference between the electron transport layer and the bipolar mixed layer and the carrier mobility difference between the hole transport layer and the bipolar mixed layer Tends to recombine in a bipolar mixed layer.
[0039]
Further, it is preferable to form a concentration gradient in the bipolar mixed layer described above. That is, as shown in FIG. 4, the ratio of the hole transport material is large on the side close to the anode, and the ratio of the electron transport material is increased as the distance from the cathode is approached. By forming such a concentration gradient, from the transport of holes and electrons to recombination, lubrication is performed without forming a large energy barrier, which contributes to lower drive voltage and longer life. .
[0040]
In the bipolar mixed layer, it is considered that a material having lower excitation energy emits light. The excitation energy in this specification refers to the energy difference between HOMO and LUMO. Regarding HOMO, it can be measured by photoelectron spectroscopy and may be considered synonymous with ionization potential. Also, LUMO can be calculated from the excitation energy and the value of the HOMO level by defining the excitation energy as the end of the absorption spectrum for convenience.
[0041]
Further, there is a method of emitting light by doping a light emitting material into the bipolar mixed layer described above. In this case, the light emitting material which is a dopant needs to have lower excitation energy than the hole transport material and the electron transport material included in the bipolar mixed layer. In particular, it is preferable to use a carrier trap type dopant (eg, rubrene) because the carrier recombination efficiency is further increased.
[0042]
Moreover, although the hole blocking layer was shown in the
[0043]
The inventor has also devised a method for forming a layer (hereinafter referred to as a “blocking mixed layer”) in which a blocking material and a material of a light emitting layer (or a host material of the light emitting layer) are mixed. In this case, the blocking mixed layer can also function as a light emitting layer, and can also be regarded as a light emitting layer capable of efficiently blocking carriers and molecular excitons inside the layer.
[0044]
Regarding the blocking mixed layer, it is particularly preferable to form a concentration gradient. This is because, by gradually increasing the concentration of the blocking material as the distance from the light emitting layer increases, it is possible to lubricate the movement of non-blocking carriers (electrons in the case of hole blocking materials).
[0045]
In recent years, organic light-emitting devices that can convert the energy released when returning from the triplet excited state to the ground state (hereinafter referred to as “triplet excited energy”) into light emission have been announced one after another, and have high emission efficiency. (Reference 7: DF O'Brien, MA Baldo, ME Thompson and SR Forrest, "Improved energy transfer in electrophosphorescent devices", Applied Physics Letters, vol. 74, No. 3, 442-444 (1999) (Reference 8: Tetsuo TSUTSUI, Moon-Jae YANG, Masayuki YAHIRO, Kenji NAKAMURA, Teruichi WATANABE, Taishi TSUJI, Yoshinori FUKUDA, Takeo WAKIMOTO and Satoshi MIYAGUCHI, "High Quantum Efficiency in Organic Light-Emitting Devices with Iridium-Complex as a Triplet Emissive Center ", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, L1502-L1504 (1999)).
[0046]
[0047]
However, according to the report example of
[0048]
Therefore, as described above, the concept of the present invention that reduces the number of interfaces (or relaxes the energy barrier) and lubricates carrier movement by using a carrier transport layer or a light emitting layer as a mixed layer. Those applied to triplet light-emitting elements are also included in the present invention.
[0049]
By the way, as a model in which the movement of carriers is hindered by the formation of the organic interface, the present inventor considers the following two mechanisms.
[0050]
One possible mechanism is one that arises from the morphology of the organic interface. The organic compound layer in the organic light emitting device is usually an amorphous film, which is formed by aggregation of molecules of the organic compound by an intermolecular force mainly including dipole interaction. However, when a heterostructure (laminated structure) is formed by using such an aggregate of molecules, a difference in the size and shape of the molecule may greatly affect the interface (that is, the organic interface) of the heterostructure.
[0051]
In particular, when a heterostructure is formed using materials having greatly different molecular sizes, it is considered that the matching of the junction at the organic interface is deteriorated. The conceptual diagram is shown in FIG. In FIG. 21, a
[0052]
The
[0053]
Another possible mechanism is that resulting from the step of forming a laminated structure (ie, forming an organic interface). In order to avoid contamination when forming each layer, the organic light emitting device having a laminated structure usually uses a multi-chamber type (in-line type) vapor deposition apparatus as shown in FIG. 22 from the viewpoint of carrier blocking and functional separation. To make.
[0054]
The example shown in FIG. 22 is a conceptual diagram of a vapor deposition apparatus for forming a three-layer structure (double heterostructure) of a hole transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer. First, a substrate having an anode (indium tin oxide (hereinafter referred to as “ITO”)) is carried into the carry-in chamber, and the surface of the anode is cleaned by irradiating ultraviolet rays in a vacuum atmosphere in the ultraviolet irradiation chamber. . In particular, when the anode is an oxide such as ITO, an oxidation treatment is performed in the pretreatment chamber. Furthermore, in order to form each layer of the laminated structure, a hole transport layer is formed in the
[0055]
A feature of such an in-line type vapor deposition apparatus is that vapor deposition of each layer is performed in different
[0056]
However, the inside of the vapor deposition apparatus is usually 10 -Four -10 -Five Although the pressure is reduced to about Pascal, there are trace amounts of gaseous components (oxygen, water, etc.). In the case of such a degree of vacuum, it is said that an adsorption layer of a monomolecular layer is easily formed even in a few seconds even with such a trace amount of gas components.
[0057]
Therefore, when an organic light emitting device having a laminated structure is manufactured using an apparatus as shown in FIG. 22, there is a problem that a large interval is generated between the layers. That is, there is a concern that an adsorption layer (hereinafter referred to as an “impurity layer”) with a very small amount of a gas component may be formed during an interval between formation of each layer, particularly when transporting via the second transport chamber. is there.
[0058]
The conceptual diagram is shown in FIG. FIG. 23 shows a trace amount of impurities 2303 (water or oxygen) between the
[0059]
The impurity layer formed between the respective layers (that is, the organic interface) in this manner becomes an impurity region for trapping carriers after completion of the organic light emitting device, and prevents the carrier from moving. End up. Furthermore, if there is an impurity region that traps carriers, charges accumulate therein, which may induce a reduction in luminance as described above.
[0060]
Considering such a mechanism, in order to overcome the problems that occur at the organic interface as described above (deterioration of the morphology of the organic interface and formation of impurity layers), both the device structure and the fabrication process are the conventional laminated structure. It is necessary to remove from the element. For example, as an example of an organic light emitting device in which the organic interface is completely eliminated, only a single layer (hereinafter referred to as “mixed single layer”) in which a hole transport material and an electron transport material are mixed is provided between both electrodes. There is a report of the organic light-emitting device provided (Reference 9: Shigeki NAKA, Kazuhisa SHINNO, Hiroyuki OKADA, Hiroshi ONNAGAWA and Kazuo MIYASHITA, "Organic Electroluminescent Devices Using a Mixed Single Layer", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 33, No 12B, L1772-L1774 (1994)).
[0061]
In Reference 9, 4,4′-bis [N- (3-methylphenyl) -N-phenyl-amino] -biphenyl (hereinafter referred to as “TPD”) that has hole transportability and electron transportability. Alq Three Are mixed in a ratio of 1: 4 to form a single layer structure. However, the laminated structure (ie TPD and Alq Three When compared with a heterostructure that forms an organic interface made of, it is shown that the emission efficiency is inferior to that of a laminated structure.
[0062]
The reason is considered that in the case of a mixed single layer, holes injected from the anode and electrons injected from the cathode often escape to the counter electrode without recombination. Since the laminated structure has a carrier blocking function, such a problem does not occur.
[0063]
This can be rephrased as the cause of the absence of function in the mixed monolayer of Document 9. That is, in the organic compound layer, a region close to the anode shows a function of hole transport, a region close to the cathode shows a function of electron transport, and a light emitting region (that is, a region where carriers recombine in a part away from both electrodes). If a region that can express each function is not provided, even if the organic interface is eliminated, efficient light emission cannot be achieved. In addition, since the entire organic compound layer functions as a light emitting layer, there is a possibility that carrier recombination may actually be performed near the electrode, and the energy may be transferred to the electrode material to be quenched.
[0064]
In view of the fact that the mixed monolayer cannot exhibit sufficient performance in this way, the present inventor particularly eliminates the organic interface when forming the bipolar mixed layer in FIG. In contrast to this, we have devised a method to realize an organic light-emitting device capable of functioning. The conceptual diagram is shown in FIG.
[0065]
In FIG. 24, in an
[0066]
When such an element is formed, the hole transport material can receive and transport holes on the anode side, while the electron transport material can receive and transport electrons on the cathode side. Further, since the
[0067]
Furthermore, in the case of the element as shown in FIG. 24, the function can be expressed and there is no organic interface as in the conventional laminated structure. Therefore, the problems (deterioration of the morphology of the organic interface and formation of the impurity layer) that occur at the organic interface described above can be solved. It is to be noted that quenching due to energy transfer to the electrodes can be prevented by separating the mixed region leading to light emission from both electrodes.
[0068]
First, the solution to the deterioration of the morphology of the organic interface will be described with reference to FIG. FIG. 25 shows an organic light emitting device represented by FIG. 24, comprising a
[0069]
Moreover, although it is a solution of formation of an impurity layer, this is simple and clear. When an organic light emitting device as shown in FIG. 24 is manufactured, a hole transport material is vapor-deposited on the anode, and in addition to that, an electron transport material is vapor-deposited in the form of co-evaporation to form a mixed region. After forming, the electron transport material may be deposited by stopping the deposition of the hole transport material. Therefore, there is no interval that occurs when an organic light emitting device is manufactured using a vapor deposition apparatus as shown in FIG. That is, there is no gap for forming the impurity layer.
[0070]
As described above, the organic light-emitting device of the present invention does not form an organic interface, so that carrier movement is lubricated and does not adversely affect the drive voltage and the lifetime of the device. Further, since the functions are separated in the same manner as the laminated structure, there is no problem in terms of light emission efficiency.
[0071]
In addition, the conventional laminated structure is merely a hetero-junction between different kinds of materials, whereas the structure of the present invention is a so-called mixed junction, which is an organic light emitting device based on a new concept. I can say that.
[0072]
Therefore, in the present invention, in a light-emitting device including an organic light-emitting element comprising an anode, a cathode, and an organic compound layer provided between the anode and the cathode, the organic compound layer is more positive than electron mobility. A hole transport region made of a hole transport material having a high hole mobility, and an electron transport region made of an electron transport material having an electron mobility higher than the hole mobility, and the hole transport region is A mixed region including both the hole transporting material and the electron transporting material is provided between the electron transporting region and the anode transporting region, and between the hole transporting region and the electron transporting region. It is characterized by that.
[0073]
In FIG. 24, a hole injection region made of a material that enhances the hole injection property (hereinafter referred to as “hole injection material”) may be inserted between the anode and the organic compound layer. Further, an electron injection region made of a material that enhances electron injection properties (hereinafter referred to as “electron injection material”) may be inserted between the cathode and the organic compound layer. Furthermore, both a hole injection region and an electron injection region may be incorporated.
[0074]
In this case, the hole injecting material or electron injecting material is a material for reducing the carrier injection barrier from the electrode to the organic compound layer, so that the movement of carriers from the electrode to the organic compound layer is lubricated and charge is accumulated. There is an effect that can be eliminated. However, from the viewpoint of avoiding the formation of the impurity layer as described above, it is preferable to form a film without any interval between each injection material and the organic compound layer.
[0075]
By the way, in the mixed region including both the hole transport material and the electron transport material, the concentration of the hole transport material gradually decreases in the direction from the anode to the cathode, and the concentration of the electron transport material gradually increases. It is preferable to form a concentration gradient that increases from the viewpoint of carrier balance control. In the present invention, since the mixed region is also a carrier recombination region, it is desirable that the mixed region have a thickness of 10 nm or more.
[0076]
Further, as shown in FIG. 26 (a), in the
[0077]
When the
[0078]
Further, the light emitting region can be separated from both electrodes as much as possible to prevent quenching (hereinafter referred to as “quenching”) due to energy transfer to the electrode material. Therefore, the region where the light emitting material is doped may be a part (particularly the central portion) instead of the entire region in the mixed region.
[0079]
Furthermore, as shown in FIG. 26 (b), in the
[0080]
When the
[0081]
In addition, since the blocking material often has a function of blocking one of holes or electrons, doping the entire region in the mixed region may break the carrier balance in the mixed region. Therefore, the region where the blocking material is doped may be a part (particularly an end portion) instead of the entire region in the mixed region.
[0082]
In FIG. 26B, a
[0083]
Further, by applying the present invention to a triplet light emitting device, in addition to high luminance light emission and high light emission efficiency by light emission from a triplet excited state, the device has a very high function light emission that has a longer lifetime than that of
[0084]
Note that since triplet molecular excitons have a diffusion length larger than that of singlet molecular excitons, it is preferable that a blocking material be included in the mixed region. That is, with reference to FIG. 26B, a material capable of converting triplet excitation energy into light emission (hereinafter referred to as “triplet light emitting material”) is used as the
[0085]
In the following, an example more suitable for manufacturing will be described in the embodiment in which the light emitting material as shown in FIG. 26 is added. The element structure is shown in FIG.
[0086]
27, in the
[0087]
Note that the concentration profile when the concentration ratio of the hole transport material and the electron transport material in the mixed region is x: y is as shown in FIG.
[0088]
When such an element is formed, the hole transport material can receive and transport holes on the anode side, while the electron transport material can receive and transport electrons on the cathode side. Furthermore, since the
[0089]
What is important here is that a light emitting region including a light emitting material is formed in the
[0090]
Therefore, in the present invention, in a light emitting device including an organic light emitting element comprising an anode, a cathode, and an organic compound layer provided between the anode and the cathode, the organic compound layer is made of a hole transport material. A hole transport region and an electron transport region made of an electron transport material, and the hole transport material and the electron transport material are in a certain ratio between the hole transport region and the electron transport region. In addition, a light-emitting region to which a light-emitting material that emits light is added is provided in the mixed region.
[0091]
Note that the light emitting material preferably has lower excitation energy than the hole transport material and the electron transport material. This is to prevent energy transfer of molecular excitons.
[0092]
In FIG. 27, a hole injection region made of a material that enhances the hole injection property (hereinafter referred to as “hole injection material”) may be inserted between the anode and the organic compound layer. Further, an electron injection region made of a material that enhances electron injection properties (hereinafter referred to as “electron injection material”) may be inserted between the cathode and the organic compound layer. Furthermore, both a hole injection region and an electron injection region may be incorporated.
[0093]
In this case, the hole injecting material or electron injecting material is a material for reducing the carrier injection barrier from the electrode to the organic compound layer, so that the movement of carriers from the electrode to the organic compound layer is lubricated and charge is accumulated. There is an effect that can be eliminated. However, from the viewpoint of avoiding the formation of the impurity layer as described above, it is preferable to form a film without any interval between each injection material and the organic compound layer.
[0094]
Further, in the mixed region, the carrier recombination portion is almost determined by the mixing ratio (the more bipolar, the closer to the center). Therefore, the luminescent material may be added to the entire region in the mixed region (FIG. 29 (a)) or may be added to a part (FIG. 29 (b)). In FIG. 29, the reference numerals in FIG. 27 are cited.
[0095]
Furthermore, as shown in FIG. 30 (a), in the
[0096]
Note that the blocking material in this case is preferably a material having the highest excitation energy level among the materials included in the
[0097]
As the blocking material, a material having a low HOMO level, that is, a material capable of blocking holes is usually effective. Therefore, as shown in FIG. 30 (b), a technique in which a blocking material is added to the cathode side from a region where the
[0098]
Furthermore, by applying a triplet light emitting material as a light emitting material to be added to such an element structure, in addition to high luminance light emission and high light emission efficiency by light emission from a triplet excited state, the life of the element is very long. A highly functional light emitting element can be realized. Note that since triplet molecular excitons have a diffusion length larger than that of singlet molecular excitons, it is preferable that a blocking material be included in the mixed region.
[0099]
By the way, since the mixed region composed of the hole transport material and the electron transport material as described above needs to be bipolar, in the mixed region, a positive value relative to the total mass of the hole transport material and the electron transport material is required. The percentage of the mass of the hole transport material is preferably 10% or more and 90% or less. However, this ratio is considered to vary greatly depending on the combination of materials.
[0100]
In addition, since the mixed region composed of the hole transport material and the electron transport material includes a light emitting region, that is, a carrier recombination region, a certain thickness is required so that carriers do not pass through. Therefore, it is desirable that the mixed region has a thickness of 10 nm or more. Moreover, considering that the resistance of the bipolar region is high, it is desirable to be 100 nm or less.
[0101]
By implementing the invention as described above, it is possible to provide a light emitting device having a driving voltage lower than that of a conventional device and having a long lifetime. Furthermore, by producing an electric appliance using the light emitting device, it is possible to provide an electric appliance that consumes less power than the conventional one and is kept long.
[0102]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, the form at the time of implementing this invention is described. Note that an organic light-emitting element only needs to have at least one of an anode and a cathode transparent in order to extract light emission, but in this embodiment, the element structure is such that a transparent anode is formed on a substrate and light is extracted from the anode. Describe. In practice, a structure in which light is extracted from the cathode or a structure in which light is extracted from the side opposite to the substrate is also applicable.
[0103]
First, an embodiment of an organic light emitting device in which a hole transporting mixed layer is formed will be described with reference to FIG. FIG. 5 illustrates a structure in which a hole-transporting
[0104]
As shown in FIG. 2, the hole transporting
[0105]
Next, an embodiment of an organic light emitting device having an electron transporting mixed layer will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a structure in which a
[0106]
Note that the electron transporting
[0107]
Next, an embodiment of an organic light emitting device in which a bipolar mixed layer is formed will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows a structure in which a
[0108]
Note that the bipolar
[0109]
Further, as shown in FIG. 24, the constituent material of the
[0110]
By implementing such an element structure, formation of an impurity layer can be prevented, but in this case, a manufacturing process for manufacturing an organic light emitting element becomes important. Therefore, an example suitable for the manufacturing method of such an element structure will be described.
[0111]
The conceptual diagram of a vapor deposition apparatus is shown in FIG. FIG. 31A is a top view of the single chamber system in which one
[0112]
In a vapor deposition apparatus having such a vapor deposition chamber, first, a substrate having an anode (ITO or the like) is carried into a carry-in chamber, and when the anode is an oxide such as ITO, an oxidation treatment is performed in the pretreatment chamber. (Although not shown in FIG. 31 (a), an ultraviolet irradiation chamber may be provided to clean the anode surface). Further, all the materials forming the organic light emitting device are deposited in the
[0113]
A procedure for manufacturing the organic light-emitting element of the present invention using such a single chamber deposition apparatus will be described with reference to FIG. 31B (a cross-sectional view of the vacuum chamber 3110). In FIG. 31 (b), for simplification of the drawing, a
[0114]
First, a substrate 3101 having an anode 3102 is carried into a
[0115]
Thereafter, the shutter b3115 is opened while the shutter a3114 remains open, whereby the electron transport material 3117 is co-evaporated (the state shown in FIG. 31B), and the mixed region 3104 is formed after the hole transport region 3103. By this operation, no impurity layer is mixed between the hole transport region 3103 and the mixed region 3104.
[0116]
Further, in order to form an electron transport region, the shutter a3114 is closed while the shutter b3115 is opened, and the heating of the container a3112 is finished. By this operation, no impurity layer is formed between the mixed region 3104 and the electron transport region.
[0117]
Furthermore, there is also a method of causing the
[0118]
Even when the light emitting material is doped as described above, the manufacturing process for manufacturing the organic light emitting element is important in order to prevent the formation of the impurity layer. Below, the manufacturing method is described.
[0119]
FIG. 32 (a) is a top view of the vapor deposition apparatus, but is a single chamber system in which one vacuum chamber 3210 is installed as a vapor deposition chamber and a plurality of vapor deposition sources are provided in the vacuum chamber. In addition, materials having different functions such as a hole injection material, a hole transport material, an electron transport material, an electron injection material, a blocking material, a light emitting material, and a cathode constituent material are separately stored in the plurality of vapor deposition sources. ing.
[0120]
In a vapor deposition apparatus having such a vapor deposition chamber, first, a substrate having an anode (ITO or the like) is carried into a carry-in chamber, and when the anode is an oxide such as ITO, an oxidation treatment is performed in the pretreatment chamber. (Note that although not shown in FIG. 32 (a), an ultraviolet irradiation chamber may be provided to clean the anode surface). Further, all materials forming the organic light emitting device are deposited in the vacuum chamber 3210. However, the cathode may be formed in the vacuum chamber 3210, or a vapor deposition chamber may be provided separately to form the cathode there. The point is that vapor deposition is performed in one vacuum chamber 3210 until the cathode is formed. Finally, sealing is performed in the sealing chamber, and the organic light emitting device is obtained by taking out from the unloading chamber via the transfer chamber.
[0121]
A procedure for manufacturing the organic light-emitting element of the present invention using such a single chamber deposition apparatus will be described with reference to FIG. 32B (a cross-sectional view of the vacuum chamber 3210). In FIG. 32 (b), as the simplest example, a vacuum chamber 3210 having three vapor deposition sources (organic compound vapor deposition source a3216, organic compound vapor deposition source b3217, and organic compound vapor deposition source c3218) is used, and a hole transport material 3221, A process of forming an organic compound layer including an electron transport material 3222 and a light emitting material 3223 is shown.
[0122]
First, a substrate 3201 having an anode 3202 is carried into a vacuum chamber 3210 and fixed by a fixing table 3211 (usually, the substrate is rotated during vapor deposition). Next, the vacuum chamber 3210 is depressurized (10 -Four After that, the container a3212 is heated to evaporate the hole transport material 3221, and after reaching a predetermined deposition rate (unit: [nm / s]), the shutter a3214 is opened and deposition is started. At this time, the container b3213 is also heated while the shutter b3215 is closed.
[0123]
After that, by opening the shutter b3215 while keeping the shutter a3214 open, the electron transport material 3222 is co-evaporated to form the mixed region 3204 after the hole transport region 3203. By this operation, the impurity layer is not mixed between the hole transport region 3203 and the mixed region 3204. Here, when the
[0124]
Further, in order to form an electron transport region, the shutter a3214 is closed while the shutter b3215 is opened, and the heating of the container a3212 is finished. By this operation, no impurity layer is formed between the mixed region 3204 and the electron transport region.
[0125]
By applying this method, all the organic light-emitting elements described in the means for solving the problems can be manufactured. For example, when a blocking material is added to the mixed region 3204, an evaporation source for evaporating the blocking material may be installed in FIG. 32 (b) and evaporated during formation of the mixed region.
[0126]
Further, even when the hole injection region or the electron injection region is formed, the vapor deposition source of each injection material may be installed in the same vacuum chamber 3210. For example, in FIG. 32B, when a hole injection region is provided between the anode 3202 and the hole transport region 3203 by vapor deposition, the hole injection material is vapor deposited on the anode 3202, and then immediately without any interval. By evaporating the hole transport material 3221, formation of an impurity layer can be avoided.
[0127]
Since a concentration gradient can also be formed in the mixed region described above, an example of a concentration gradient forming method will be described here. Here, a case where a film can be formed by vacuum evaporation by resistance heating will be described. Regarding the method of forming the concentration gradient, when the evaporation temperature of the material and the vapor deposition rate (usually the unit is nm / s) are correlated, the vapor deposition rate can be controlled by temperature control. However, the thermal conductivity of the organic material usually used in a powder form is particularly poor, and control by temperature tends to cause unevenness. Therefore, it is preferable to prepare two kinds of materials for forming a concentration gradient in different vapor deposition sources, and perform vapor deposition rate control using a shutter (the film thickness is monitored by a crystal resonator). The form is shown in FIG.
[0128]
In FIG. 11, a method for forming a concentration gradient will be described using the element structure shown in FIG. 24 as an example. Therefore, in FIG. 11, the reference numerals used in FIG. 24 are cited. First, a substrate 1101 having an anode 1102 is carried into a
[0129]
Next, the sample chamber a1112 in which the hole transport material 1116 is placed is heated, and the shutter a1114 is opened, whereby a
[0130]
After the
[0131]
Note that this method can be applied to all cases where a concentration gradient is formed in an element structure other than that shown in FIG. In addition, when the light emitting material is doped into the bipolar mixed layer or the mixed region, the number of vapor deposition sources in FIG. 11 is increased by one, and the shutter of the dopant vapor deposition source may be opened only during the doping time period.
[0132]
However, the means for forming the concentration gradient is not limited to this method.
[0133]
Incidentally, some embodiments as described above can be used in combination. For example, the hole transporting mixed layer, the electron transporting mixed layer, and the bipolar mixed layer are applied in combination. An example is shown in FIG.
[0134]
The element structure shown in FIG. 8 includes a hole transporting
[0135]
In this embodiment mode, a
[0136]
With this element structure, a conventional four-layer structure (FIG. 19 (a)) of a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, and an electron injection layer can be accommodated in a three-layer structure (FIG. 19 (b)). It will be. Moreover, as shown in FIG. 19B, each mixed layer has only a gentle energy barrier, and each mixed layer is continuously joined by the
[0137]
Next, an embodiment in which the element in which the mixed layers are combined as described above is applied to a triplet light emitting element will be described. Usually, the basic structure of a triplet light emitting element is an element structure as shown in FIG. That is, a
[0138]
The light emission efficiency can be further increased by providing a hole injection layer or an electron injection layer in the element structure of FIG. However, in addition to the five-layer structure as shown in FIG. 9, the number of interfaces is further increased by increasing the number of layers. Therefore, the present invention is applied.
[0139]
That is, in FIG. 9, the
[0140]
In FIG. 9, the
[0141]
Based on the above, FIG. 10 shows an example of an embodiment in which an element in which each mixed layer is combined is applied to a triplet light emitting element. That is, on a
[0142]
Note that since this embodiment mode is a triplet light emitting element, a
[0143]
According to this element structure, conventionally, a five-layer structure (FIG. 20 (a)) consisting of a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, a blocking layer (also serving as an electron transport layer), and an electron injection layer is a four-layer structure. (FIG. 20B). Moreover, as shown in FIG. 20B, each mixed layer has only a gentle energy barrier, and each mixed layer has a
[0144]
Finally, materials suitable for a hole injection material, a hole transport material, an electron transport material, an electron injection material, a blocking material, a light emitting material, a constituent material of a cathode, and the like are listed below. However, the material used for the organic light emitting device of the present invention is not limited to these.
[0145]
As the hole injection material, a porphyrin-based compound is effective as long as it is an organic compound, such as phthalocyanine (abbreviation: H2Pc) and copper phthalocyanine (abbreviation: CuPc). There are also materials in which conductive polymer compounds are chemically doped. Polyethylenedioxythiophene (abbreviation: PEDOT) doped with polystyrene sulfonic acid (abbreviation: PSS), polyaniline (abbreviation: PAni), polyvinylcarbazole (abbreviation: PVK) ) And the like. An insulating polymer compound is also effective in planarizing the anode, and polyimide (abbreviation: PI) is often used. In addition, inorganic compounds are also used. In addition to metal thin films such as gold and platinum, there are ultra thin films of aluminum oxide (alumina).
[0146]
The most widely used hole transport material is an aromatic amine-based compound (that is, a compound having a benzene ring-nitrogen bond). As a widely used material, in addition to the above-mentioned TPD, its derivative 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino] -biphenyl (abbreviation: α-NPD) 4,4 ′, 4 ″ -tris (N, N-diphenyl-amino) -triphenylamine (abbreviation: TDATA), 4,4 ′, 4 ″ -tris [N- (3-methylphenyl) And starburst aromatic amine compounds such as -N-phenyl-amino] -triphenylamine (abbreviation: MTDATA).
[0147]
As electron transport materials, metal complexes are often used, and the Alq described above is used. Three And tris (4-methyl-8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Al (mq Three )), Bis (10-hydroxybenzo [h] -quinolinato) beryllium (abbreviation: Be (Bq) 2 ) And other metal complexes having a quinoline skeleton or a benzoquinoline skeleton, and mixed ligand complexes such as bis (2-methyl-8-quinolinolato)-(4-phenylphenolato) -aluminum (abbreviation: BAlq). . In addition, bis [2- (2-hydroxyphenyl) -benzoxazolate] zinc (abbreviation: Zn (BOX) 2 ), Bis [2- (2-hydroxyphenyl) -benzothiazolate] zinc (abbreviation: Zn (BTZ) 2 There are also metal complexes having an oxazole-based or thiazole-based ligand. In addition to metal complexes, 2- (4-biphenylyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole (abbreviation: PBD), 1,3-bis [5- Oxadiazole derivatives such as (p-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazol-2-yl] benzene (abbreviation: OXD-7), 5- (4-biphenylyl) -3- (4 -Tert-butylphenyl) -4-phenyl-1,2,4-triazole (abbreviation: TAZ), 5- (4-biphenylyl) -3- (4-tert-butylphenyl) -4- (4-ethylphenyl) ) -1,2,4-triazole (abbreviation: p-EtTAZ) and other phenanthroline derivatives such as bathophenanthroline (abbreviation: BPhen) and bathocuproin (abbreviation: BCP) have electron transport properties.
[0148]
The electron transport material described above can be used as the electron injection material. In addition, an ultra-thin film of an insulator such as an alkali metal halide such as lithium fluoride or an alkali metal oxide such as lithium oxide is often used. In addition, alkali metal complexes such as lithium acetylacetonate (abbreviation: Li (acac)) and 8-quinolinolato-lithium (abbreviation: Liq) are also effective.
[0149]
As the blocking material, BAlq, OXD-7, TAZ, p-EtTAZ, BPhen, BCP and the like described above are effective because of their high excitation energy level.
[0150]
Light emitting materials (including those used as dopants) include the Alq described above. Three , Al (mq) Three , Be (Bq) 2 , BAlq, Zn (BOX) 2 , Zn (BTZ) 2 In addition to metal complexes such as these, various fluorescent dyes are effective. A triplet light emitting material is also possible, and is mainly a complex having platinum or iridium as a central metal. As a triplet light-emitting material, tris (2-phenylpyridine) iridium (abbreviation: Ir (ppy) Three ), 2, 3, 7, 8, 12, 13, 17, 18-octaethyl-21H, 23H-porphyrin-platinum (abbreviation: PtOEP) and the like are known.
[0151]
By combining the materials having the respective functions as described above and applying them to the organic light emitting device of the present invention, it is possible to produce an organic light emitting device having a lower driving voltage and a longer device life than conventional ones. it can.
[0152]
【Example】
[Example 1]
In this example, a device to which a hole transporting mixed layer is applied as shown in FIG. 5 in the embodiment of the invention is specifically illustrated.
[0153]
First, indium tin oxide (hereinafter referred to as “ITO”) is formed to a thickness of about 100 nm on the
[0154]
Further, as the
[0155]
[Example 2]
In this example, a device to which an electron transporting mixed layer is applied as shown in FIG. 6 in the embodiment of the invention is specifically illustrated.
[0156]
First, ITO is deposited on the
[0157]
Furthermore, after laminating 10 nm of perylene as the
[0158]
[Example 3]
In this example, an organic light emitting device in which a hole injection region made of a hole injection material is inserted between the
[0159]
First, a
[0160]
First, CuPc, which is a hole injection material, is deposited to 20 nm, but the deposition of CuPc reaches 20 nm, and at the same time, deposition of α-NPD, which is a hole transport material, is deposited at 0.3 nm / s without any interval. Start with a rate. The reason for not leaving the interval is to prevent the formation of the impurity layer as described above.
[0161]
After forming the
[0162]
After the
[0163]
[Example 4]
In this example, in the organic light emitting device shown in FIG. 29A, an organic light emitting device in which a hole injection region made of a hole injection material is inserted between the
[0164]
First, a
[0165]
First, CuPc, which is a hole injection material, is deposited to 20 nm, but the deposition of CuPc reaches 20 nm, and at the same time, deposition of α-NPD, which is a hole transport material, is deposited at 0.3 nm / s without any interval. Start with a rate. The reason for not leaving the interval is to prevent the formation of the impurity layer as described above.
[0166]
After forming the
[0167]
After the
[0168]
[Example 5]
In this example, the organic light emitting device shown in FIG. 29B is specifically exemplified.
[0169]
First, a
[0170]
First, after forming 40 nm of
[0171]
The
[0172]
After the mixed region reaches 30 nm, α-NPD finishes the deposition and Alq Three Only by continuing the deposition, the
[0173]
[Example 6]
In this example, a device in which a concentration gradient is applied to the device to which the mixed region as shown in FIG. 26A in the embodiment of the invention is applied is specifically exemplified. In order to form a concentration gradient, an element is manufactured using an apparatus as shown in FIG. In the case of the present embodiment, three kinds of vapor deposition sources are required: a hole transport material, an electron transport material, and a light emitting material.
[0174]
First, an ITO film is formed to a thickness of about 100 nm on a
[0175]
Furthermore, as described in the embodiment of the invention, the electron transport material (Alq in this example) is simultaneously closed while the shutter of the deposition source of the hole transport material (α-NPD) is gradually closed. Three Α-NPD and Alq by gradually opening the shutter of the vapor deposition source Three A
[0176]
After the mixed region reaches 20 nm, the electron transport material (Alq Three ) Alq with only the shutter of the evaporation source opened Three An
[0177]
[Example 7]
In this example, in the organic light emitting device shown in FIG. 26B, a hole injection region made of a hole injection material is inserted between the
[0178]
First, a
[0179]
First, CuPc, which is a hole injection material, is deposited by 20 nm. At the same time as the deposition of CuPc reaches 20 nm, deposition of TPD, which is a hole transport material, is performed at a deposition rate of 0.2 nm / s. Start. The reason for not leaving the interval is to prevent the formation of the impurity layer as described above.
[0180]
After forming the
[0181]
The
[0182]
After the
[0183]
Finally, aluminum is deposited as a cathode to a thickness of about 150 nm to obtain a yellow light emitting organic light emitting element derived from rubrene.
[0184]
[Example 8]
In this example, the organic light emitting device shown in FIG. 30B is specifically exemplified.
[0185]
First, a
[0186]
First, after forming a
[0187]
The
[0188]
After the mixed region reaches 30 nm, MTDATA and BCP finish the deposition, and only the PBD is continuously deposited to form the
[0189]
[Example 9]
In this example, a device in which a hole transporting mixed layer / bipolar mixed layer / electron transporting mixed layer is applied in combination as shown in FIG. . In this embodiment, in order to form a concentration gradient (
[0190]
First, an ITO film is formed to a thickness of about 100 nm on a
[0191]
This time, the shutter of the deposition source of α-NPD is gradually closed, and at the same time, Alq which is the
[0192]
After the bipolar
[0193]
Finally, by depositing about 150 nm of Al as the
[0194]
[Example 10]
In this example, in the organic light emitting device shown in FIG. 29B, a hole injection region made of a hole injection material is provided between the
[0195]
First, a glass substrate on which ITO (anode) is formed by depositing ITO to a thickness of about 100 nm is prepared. The glass substrate having this ITO is carried into a vacuum chamber as shown in FIG. In this embodiment, seven types of materials (5 types are organic compounds and two types are inorganic materials that serve as a cathode) are vapor-deposited, so seven vapor deposition sources are required.
[0196]
First, CuPc, which is a hole injection material, is deposited to 20 nm, but the deposition of CuPc reaches 20 nm, and at the same time, deposition of α-NPD, which is a hole transport material, is deposited at 0.3 nm / s without any interval. Start with a rate. The reason for not leaving the interval is to prevent the formation of the impurity layer as described above.
[0197]
After forming a hole transport region consisting of only α-NPD to 30 nm, the deposition of BAlq, which is an electron transport material, is started at 0.3 nm / s while the deposition rate of α-NPD is fixed at 0.3 nm / s. That is, a mixed region (α-NPD + BAlq) in which the rate ratio of α-NPD and BAlq is 1: 1 is formed by co-evaporation.
[0198]
The mixed region is formed to 20 nm. At this time, the middle 10 nm in the mixed region (that is, between 5 nm to 15 nm in the mixed region 20 nm) is Ir (ppy) which is a triplet light emitting material. Three Is added as a light emitting material. The ratio is BAlq: Ir (ppy) in weight ratio Three = 50: 7.
[0199]
After the mixed region reaches 20 nm, α-NPD and Ir (ppy) Three In this case, the deposition is completed, and only BAlq is continuously deposited to form the electron transport region. The thickness is 20 nm. At the same time as the deposition of BAlq is finished, without any interval, Alq, which is an electron injection material Three Deposition of about 30 nm is started. The reason for not leaving the interval is to prevent the formation of the impurity layer as described above.
[0200]
Finally, LiF is deposited to about 1 nm and aluminum is deposited to about 150 nm to form a cathode and Ir (ppy) Three A green light emitting triplet light emitting device derived from is obtained.
[0201]
[Example 11]
In this example, an element in which the present invention is applied to the triplet light emitting element as shown in FIG. 9 in the embodiment mode of the invention is specifically illustrated. The element structure is shown in FIG. In this embodiment, a vapor deposition source with a shutter as shown in FIG. 11 is used to form a concentration gradient (graph 1010 in FIG. 10).
[0202]
First, ITO is deposited on the
[0203]
Subsequently, while gradually reducing the deposition rate of α-NPD, deposition of 4,4′-N, N′-dicarbazole-biphenyl (hereinafter referred to as “CBP”) which is the
[0204]
Since this embodiment is a triplet light emitting element, tris (2-phenylpyridine) iridium (hereinafter referred to as “Ir”) which is a triplet
[0205]
Furthermore, the electron transporting
[0206]
Finally, as the
[0207]
[Example 12]
In this example, a light-emitting device including the organic light-emitting element disclosed in the present invention will be described. FIG. 12A is a sectional view of an active matrix light emitting device using the organic light emitting element of the present invention. Note that although a thin film transistor (hereinafter referred to as “TFT”) is used here as an active element, a MOS transistor may be used.
[0208]
Further, although a top gate TFT (specifically, a planar TFT) is exemplified as the TFT, a bottom gate TFT (typically an inverted staggered TFT) can also be used.
[0209]
In FIG. 12A,
[0210]
A pixel portion 1211 and a driver circuit 1212 are provided over the
[0211]
The pixel portion 1211 is an area for displaying an image. A plurality of pixels exist on the substrate, and each pixel has a TFT (hereinafter referred to as “current control TFT”) 1202 for controlling a current flowing through the organic light emitting element, a pixel electrode (anode) 1203, and an organic compound layer. 1204 and a
[0212]
Here, the
[0213]
Further, the
[0214]
Further, a
[0215]
A layer including the
[0216]
Next, the drive circuit 1212 will be described. The driver circuit 1212 is an area for controlling the timing of signals (gate signal and data signal) transmitted to the pixel portion 1211, and is provided with a shift register, a buffer, a latch, an analog switch (transfer gate), or a level shifter. FIG. 12A shows a CMOS circuit including an n-
[0217]
The circuit configuration of the shift register, buffer, latch, analog switch (transfer gate) or level shifter may be a known one. In FIG. 12A, the pixel portion 1211 and the drive circuit 1212 are provided over the same substrate, but an IC or LSI can be electrically connected without providing the drive circuit 1212.
[0218]
In FIG. 12A, the pixel electrode (anode) 1203 is electrically connected to the
[0219]
Incidentally, the light emitting device shown in FIG. 12A is manufactured in the process of forming the wiring 1209 after the
[0220]
Therefore, as shown in FIG. 12B, a light emitting device in which the
[0221]
In FIG. 12, each pixel provided in the pixel portion 1211 is separated by a positive taper bank-
[0222]
In FIG. 34, a wiring and separation unit 3410 that also serves as a separation unit using wiring is provided. The shape of the wiring and separation part 3410 (structure with eaves) as shown in FIG. 34 is formed by laminating a metal constituting the wiring and a material (for example, metal nitride) having a lower etch rate than the metal, and etching. Can be formed. With this shape, a short circuit between the pixel electrode 3403 and the wiring and the cathode 3405 can be prevented. Note that in FIG. 34, unlike a normal active matrix light-emitting device, the cathode 3405 on the pixel has a stripe shape (similar to a passive matrix cathode).
[0223]
Here, FIG. 13 shows an appearance of the active matrix light-emitting device shown in FIG. 13A shows a top view, and FIG. 13B shows a cross-sectional view of FIG. 13A taken along PP ′. Further, the reference numerals in FIG. 12 are cited.
[0224]
In FIG. 13A,
[0225]
At this time,
[0226]
Further, as shown in FIG. 13B, the sealing
[0227]
Further, a polarizing plate may be provided on the display surface (the surface on which an image is observed) of the light emitting device shown in this embodiment. This polarizing plate has an effect of suppressing reflection of light incident from the outside and preventing an observer from being reflected on the display surface. Generally, a circularly polarizing plate is used. However, in order to prevent light emitted from the organic compound layer from being reflected by the polarizing plate and returning to the inside, it is preferable to adjust the refractive index so that the structure has less internal reflection.
[0228]
Note that any of the organic light-emitting elements disclosed in the present invention may be used as the organic light-emitting element included in the light-emitting device of this example.
[0229]
[Example 13]
In this embodiment, an active matrix light-emitting device is illustrated as an example of a light-emitting device including an organic light-emitting element disclosed in the present invention. Unlike Example 12, on the side opposite to a substrate on which an active element is formed. 1 shows a light emitting device having a structure for extracting light from a light source (hereinafter referred to as “upward emission”). FIG. 35 shows a cross-sectional view thereof.
[0230]
Note that although a thin film transistor (hereinafter referred to as “TFT”) is used here as an active element, a MOS transistor may be used. Further, although a top gate TFT (specifically, a planar TFT) is exemplified as the TFT, a bottom gate TFT (typically an inverted staggered TFT) can also be used.
[0231]
In this embodiment, the
[0232]
The
[0233]
An
[0234]
In addition, a layer including the
[0235]
In FIG. 35, the first electrode (anode) 3503 is electrically connected to the
[0236]
Further,
[0237]
Signals transmitted to the gate signal side drive circuit and the data signal side drive circuit are input from a TAB (Tape Automated Bonding)
[0238]
Further, a polarizing plate may be provided on the display surface (the surface on which an image is observed) of the light emitting device shown in this embodiment. This polarizing plate has an effect of suppressing reflection of light incident from the outside and preventing an observer from being reflected on the display surface. Generally, a circularly polarizing plate is used. However, in order to prevent light emitted from the organic compound layer from being reflected by the polarizing plate and returning to the inside, it is preferable to adjust the refractive index so that the structure has less internal reflection.
[0239]
Note that any of the organic light-emitting elements disclosed in the present invention may be used as the organic light-emitting element included in the light-emitting device of this example.
[Example 14]
[0240]
In this example, a passive matrix light-emitting device is illustrated as an example of a light-emitting device including the organic light-emitting element disclosed in the present invention. FIG. 14 (a) shows a top view thereof, and FIG. 14 (b) shows a cross-sectional view of FIG. 14 (a) taken along PP ′.
[0241]
In FIG. 14A,
[0242]
[0243]
The
[0244]
14B,
[0245]
Next, an enlarged view of the structure of the pixel region is shown in FIG.
[0246]
The light emitting device of the present invention having the above structure can be manufactured by a very simple process because the
[0247]
Further, a polarizing plate may be provided on the display surface (the surface on which an image is observed) of the light emitting device shown in this embodiment. This polarizing plate has an effect of suppressing reflection of light incident from the outside and preventing an observer from being reflected on the display surface. Generally, a circularly polarizing plate is used. However, in order to prevent light emitted from the organic compound layer from being reflected by the polarizing plate and returning to the inside, it is preferable to adjust the refractive index so that the structure has less internal reflection.
[0248]
Note that any of the organic light-emitting elements disclosed in the present invention may be used as the organic light-emitting element included in the light-emitting device of this example.
[0249]
[Example 15]
In this embodiment, an example in which a printed wiring board is provided in the light emitting device shown in Embodiment 14 to form a module is shown.
[0250]
In the module shown in FIG. 15A, a TAB tape 1504 is attached to a substrate 1501 (here, including a pixel portion 1502, wirings 1503a and 1503b), and a printed wiring board 1505 is attached via the TAB tape 1504. Yes.
[0251]
Here, a functional block diagram of the printed wiring board 1505 is shown in FIG. Inside the printed wiring board 1505, at least ICs functioning as I / O ports (input or output units) 1506 and 1509, a data signal side drive circuit 1507, and a gate signal side circuit 1508 are provided.
[0252]
In this specification, a module having a configuration in which a TAB tape is attached to a substrate having a pixel portion formed on the substrate surface and a printed wiring plate having a function as a drive circuit is attached via the TAB tape is described in this specification. In particular, it will be called a drive circuit external module.
[0253]
Note that any of the organic light-emitting elements disclosed in the present invention may be used as the organic light-emitting element included in the light-emitting device of this example.
[0254]
[Example 16]
In this embodiment, an example in which a printed wiring board is provided in the light emitting device shown in Embodiment 12, 13 or 14 and modularized is shown.
[0255]
In the module shown in FIG. 16A, a TAB tape 1605 is attached to a substrate 1601 (including a pixel portion 1602, a data signal side driving circuit 1603, a gate signal side driving circuit 1604, wirings 1603a and 1604a). A printed wiring board 1606 is attached via a TAB tape 1605. A functional block diagram of the printed wiring board 1606 is shown in FIG.
[0256]
As shown in FIG. 16 (b), at least I / O ports 1607 and 1610 and an IC functioning as a control unit 1608 are provided inside the printed wiring board 1606. Although the memory unit 1609 is provided here, it is not always necessary. The control unit 1608 is a part having a function for controlling control of the driving circuit, correction of video data, and the like.
[0257]
A module having a configuration in which a printed wiring board having a function as a controller is attached to a substrate on which an organic light emitting element is formed is specifically referred to as a controller external module in this specification.
[0258]
Note that any of the organic light-emitting elements disclosed in the present invention may be used as the organic light-emitting element included in the light-emitting device of this example.
[0259]
[Example 17]
In this example, an example of a light-emitting device in which the triplet light-emitting element as shown in Examples 10 and 11 is driven by digital time gray scale display is shown. The light emitting device of this embodiment is very useful because it can achieve high luminous efficiency by utilizing light emission from a triplet excited state and at the same time can obtain a uniform image by digital time gradation display.
[0260]
A circuit configuration of a pixel using an organic light emitting element is shown in FIG. Tr represents a transistor, and Cs represents a storage capacitor. In the circuit configuration in FIG. 36 (a), the source line is connected to the source side of the transistor Tr1, and the gate line is connected to the gate of the transistor Tr1. The power supply line is connected to the storage capacitor Cs and the source side of the transistor Tr2. Since the anode of the organic light emitting element of the present invention is connected to the drain side of the transistor Tr2, the opposite side of the transistor Tr2 across the organic light emitting element is a cathode.
[0261]
In this circuit, when a gate line is selected, a current flows from the source line to Tr1, and a voltage corresponding to the signal is accumulated in Cs. And the voltage between the gate and source of Tr2 (V gs The current controlled by) flows in Tr2 and the organic light emitting element.
[0262]
After Tr1 is selected, Tr1 is turned off and the Cs voltage (V gs ) Is held. Therefore, V gs It is possible to continue the current as much as depending on the current.
[0263]
FIG. 36B shows a chart for driving such a circuit by digital time gray scale display. That is, one frame is divided into a plurality of subframes, but in FIG. 36 (b), 6-bit gradation is used to divide one frame into six subframes (SF1 to SF6). TA is the write time. In this case, the ratio of each sub-frame light emission period is 32: 16: 8: 4: 2: 1 as shown in the figure.
[0264]
FIG. 36 (c) shows an outline of the TFT substrate drive circuit in this embodiment. In the substrate configuration in FIG. 36 (c), the power supply line and the cathode as shown in FIG. 36 (a) are connected to the pixel portion in which the organic light emitting device of the present invention is used as each pixel. The shift register is connected to the pixel portion in the order of shift register →
[0265]
The gate driver and the source driver are provided on the same substrate. In this embodiment, since the pixel circuit and the driver are designed to be digitally driven, a uniform image can be obtained without being affected by variations in TFT characteristics.
[0266]
[Example 18]
In this embodiment, an example of an active matrix type constant current driving circuit which is driven by passing a constant current through the organic light emitting element disclosed in the present invention is shown. The circuit configuration is shown in FIG.
[0267]
A pixel 3710 illustrated in FIG. 37 includes a signal line Si, a first scanning line Gj, a second scanning line Pj, and a power supply line Vi. The pixel 3710 includes Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, a mixed junction organic light emitting element 3711, and a storage capacitor 3712.
[0268]
The gates of Tr3 and Tr4 are both connected to the first scanning line Gj. One of the source and drain of Tr3 is connected to the signal line Si, and the other is connected to the source of Tr2. One of the source and drain of Tr4 is connected to the source of Tr2, and the other is connected to the gate of Tr1. That is, one of the source and drain of Tr3 and one of the source and drain of Tr4 are connected.
[0269]
The source of Tr1 is connected to the power supply line Vi, and the drain is connected to the source of Tr2. The gate of Tr2 is connected to the second scanning line Pj. The drain of Tr2 is connected to the pixel electrode of the organic light emitting element 3711. The organic light emitting element 3711 includes a pixel electrode, a counter electrode, and an organic compound layer provided between the pixel electrode and the counter electrode. A constant voltage is applied to the counter electrode of the organic light emitting element 3711 by a power source provided outside the light emitting panel.
[0270]
Note that Tr3 and Tr4 may be either n-channel TFTs or p-channel TFTs. However, Tr3 and Tr4 have the same polarity. Tr1 may be either an n-channel TFT or a p-channel TFT. Tr2 may be either an n-channel TFT or a p-channel TFT. One of the pixel electrode and the counter electrode of the organic light emitting device is an anode, and the other is a cathode. When Tr2 is a p-channel TFT, it is desirable to use the anode as the pixel electrode and the cathode as the counter electrode. Conversely, when Tr2 is an n-channel TFT, it is desirable to use the cathode as the pixel electrode and the anode as the counter electrode.
[0271]
The storage capacitor 3712 is formed between the gate and the source of Tr1. The storage capacitor 3712 is a voltage between the gate and the source of Tr1 (V gs ) Is more reliably maintained, but is not necessarily provided.
[0272]
In the pixel shown in FIG. 37, the current supplied to the signal line Si is controlled by a current source included in the signal line driver circuit.
[0273]
By applying the circuit configuration as described above, it is possible to perform a constant current drive in which a constant current is supplied to the organic light emitting element to keep the luminance constant. Although the organic light emitting device having the mixed region disclosed in the present invention has a longer life than the conventional organic light emitting device, it is effective because the life can be further extended by performing constant current driving as described above. It is.
[0274]
[Example 19]
The light-emitting device of the present invention described in the above embodiment has an advantage of low power consumption and long life. Therefore, an electric appliance in which the light-emitting device is included as a display unit or the like is an electric appliance that can operate with lower power consumption than the conventional one and that can be maintained for a long time. In particular, an electric appliance such as a portable device that uses a battery as a power source is extremely useful because low power consumption is directly linked to convenience (battery is unlikely to run out).
[0275]
Further, since the light-emitting device is a self-luminous type, a backlight like a liquid crystal display device is not necessary, and the thickness of the organic compound layer is less than 1 μm, so that it can be thin and light. Therefore, an electric appliance in which the light emitting device is included as a display unit or the like is an electric appliance that is thinner and lighter than conventional ones. This is also extremely useful because it is directly connected to convenience (lightness and compactness when carrying), especially with respect to electric appliances such as portable devices. Furthermore, in general electrical appliances, there is no doubt that being thin (not bulky) is also useful from the viewpoint of transportation (capable of mass transportation) and installation (securement of space such as rooms).
[0276]
Note that since the light-emitting device is a self-luminous type, the light-emitting device is superior in visibility in a bright place as compared with a liquid crystal display device and has a wide viewing angle. Therefore, an electric appliance having the light-emitting device as a display portion has a great merit in terms of easy viewing.
[0277]
That is, the electric appliance using the light emitting device of the present invention is extremely useful because it has the advantages of low power consumption and long life in addition to the advantages of the conventional organic light emitting device such as thin and light weight and high visibility.
[0278]
In this embodiment, an electric appliance including the light emitting device of the present invention as a display portion is illustrated. Specific examples thereof are shown in FIGS. Note that any of the metal complexes disclosed in the present invention may be used for the organic light-emitting element included in the electric appliance of this example. In addition, any of the forms shown in FIGS. 12 to 16 and FIGS. 34 to 37 may be used as the form of the light emitting device included in the electric appliance of the present embodiment.
[0279]
FIG. 17A shows a display device using an organic light emitting element, which includes a
[0280]
FIG. 17B shows a video camera, which includes a
[0281]
FIG. 17C illustrates a digital camera, which includes a
[0282]
FIG. 17D shows an image reproducing device provided with a recording medium, which includes a
[0283]
FIG. 17E illustrates a portable (mobile) computer, which includes a
[0284]
FIG. 17F shows a personal computer, which includes a
[0285]
In addition, the electric appliances often display information distributed through an electronic communication line such as the Internet or wireless communication such as radio waves, and in particular, opportunities for displaying moving image information are increasing. The response speed of the organic light emitting device is very fast, and it is suitable for such moving image display.
[0286]
Next, FIG. 18A shows a mobile phone, which includes a main body 1801a, an
[0287]
FIG. 18B shows an audio device (specifically, an on-vehicle audio), which includes a
[0288]
In addition, in the electric appliances as shown in FIGS. 17 to 18, the light emission luminance is modulated according to the brightness of the use environment by further incorporating a light sensor and providing means for detecting the brightness of the use environment. It is effective to have such a function. The user can recognize the image or the character information without any problem if the brightness of 100 to 150 can be secured in the contrast ratio as compared with the brightness of the usage environment. That is, when the usage environment is bright, it is possible to increase the brightness of the image for easy viewing, and when the usage environment is dark, the brightness of the image can be suppressed to reduce power consumption.
[0289]
Various electric appliances using the light-emitting device of the present invention as a light source can be said to be very useful because they can operate with low power consumption and can be thin and light. Typically, an electrical appliance including the light-emitting device of the present invention as a light source such as a backlight or a front light of a liquid crystal display device or a light source of a lighting device can achieve low power consumption and be thin and lightweight.
[0290]
Accordingly, even when the display units of the electric appliances of FIGS. 17 to 18 shown in this embodiment are all liquid crystal displays, the electric appliances using the light emitting device of the present invention as the backlight or front light of the liquid crystal display. By producing a thin, lightweight electric appliance with low power consumption can be achieved.
[0291]
【The invention's effect】
By implementing the present invention, a light-emitting device with low power consumption and excellent lifetime can be obtained. Furthermore, by using such a light-emitting device for a light source or a display portion, it is possible to obtain an electric appliance that is bright and consumes little power and is kept long.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the role of a hole injection layer.
FIG. 2 is a diagram showing a concentration gradient.
FIG. 3 is a diagram showing a concentration gradient.
FIG. 4 is a diagram showing a concentration gradient.
FIG. 5 shows a structure of an organic light emitting element.
FIG. 6 shows a structure of an organic light emitting element.
FIG. 7 shows a structure of an organic light emitting element.
FIG. 8 shows a structure of an organic light emitting element.
FIG. 9 shows a structure of an organic light emitting element.
FIG. 10 shows a structure of an organic light emitting element.
FIG. 11 shows a vapor deposition apparatus.
FIG 12 illustrates a cross-sectional structure of a light-emitting device.
FIGS. 13A and 13B illustrate a top structure and a cross-sectional structure of a light-emitting device. FIGS.
FIGS. 14A and 14B illustrate a top structure and a cross-sectional structure of a light-emitting device. FIGS.
FIG 15 illustrates a structure of a light-emitting device.
FIG 16 illustrates a structure of a light-emitting device.
FIG. 17 shows a specific example of an electric appliance.
FIG. 18 is a diagram showing a specific example of an electric appliance.
FIG. 19 shows an energy band diagram.
FIG. 20 is a diagram showing an energy band diagram.
FIG. 21 is a diagram illustrating a state of an organic compound layer.
FIG. 22 shows a vapor deposition apparatus.
FIG. 23 shows formation of an impurity layer.
FIG. 24 shows a structure of an organic light emitting element.
FIG. 25 is a diagram illustrating a state of an organic compound layer.
FIG. 26 shows a structure of an organic light emitting element.
FIG. 27 shows a structure of an organic light emitting element.
FIG. 28 is a diagram showing a density profile.
FIG. 29 shows a structure of an organic light emitting element.
FIG. 30 shows a structure of an organic light emitting element.
FIG. 31 shows a vapor deposition apparatus.
FIG. 32 shows a vapor deposition apparatus.
FIG. 33 shows a structure of an organic light emitting element.
FIG 34 illustrates a cross-sectional structure of a light-emitting device.
FIG 35 illustrates a cross-sectional structure of a light-emitting device.
FIG 36 illustrates a structure of a light-emitting device.
FIG 37 illustrates a structure of a light-emitting device.
Claims (14)
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。In a light emitting device including an organic light emitting element including an anode, a cathode, and an organic compound layer provided between the anode and the cathode, the organic compound layer includes a hole transport region formed of a hole transport material. An electron transport region made of an electron transport material, and the hole transport region is located closer to the anode than the electron transport region, and between the hole transport region and the electron transport region. In addition, a mixed region including both the hole transport material and the electron transport material is provided, and a light emitting region to which a light emitting material that emits light is added only at the center in the mixed region is provided ,
A blocking material having a large energy difference between the highest occupied molecular orbital and the lowest unoccupied molecular orbital compared to the hole transporting material and the electron transporting material is added to a part of the mixed region, and the light emission The region is located closer to the anode than the region to which the blocking material is added .
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。In a light emitting device including an organic light emitting element comprising an anode, a cathode, a hole injection region provided in contact with the anode, and an organic compound layer provided between the hole injection region and the cathode, The organic compound layer includes a hole transport region made of a hole transport material and an electron transport region made of an electron transport material, and the hole transport region is located closer to the anode than the electron transport region. In addition, a mixed region including both the hole transport material and the electron transport material is provided between the hole transport region and the electron transport region, and emits light only at the center in the mixed region. A light emitting region to which a light emitting material is added is provided ,
A blocking material having a large energy difference between the highest occupied molecular orbital and the lowest unoccupied molecular orbital compared to the hole transporting material and the electron transporting material is added to a part of the mixed region, and the light emission The region is located closer to the anode than the region to which the blocking material is added .
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。In a light-emitting device including an organic light-emitting element comprising: an anode; a cathode; an electron injection region provided in contact with the cathode; and an organic compound layer provided between the anode and the electron injection region. The compound layer includes a hole transport region made of a hole transport material, and an electron transport region made of an electron transport material, and the hole transport region is located on the anode side of the electron transport region, In addition, a light emitting material in which a mixed region including both the hole transport material and the electron transport material is provided between the hole transport region and the electron transport region, and emits light only at the center in the mixed region. A light emitting region to which is added ,
A blocking material having a large energy difference between the highest occupied molecular orbital and the lowest unoccupied molecular orbital compared to the hole transporting material and the electron transporting material is added to a part of the mixed region, and the light emission The region is located closer to the anode than the region to which the blocking material is added .
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。An anode, a cathode, a hole injection region provided in contact with the anode, an electron injection region provided in contact with the cathode, and an organic provided between the hole injection region and the electron injection region In the light emitting device including the organic light emitting element, the organic compound layer includes a hole transport region made of a hole transport material and an electron transport region made of an electron transport material, and A hole transport region is located on the anode side of the electron transport region, and a mixed region including both the hole transport material and the electron transport material between the hole transport region and the electron transport region. Is provided, and a light emitting region to which a light emitting material that emits light is added only at the center in the mixed region is provided ,
A blocking material having a large energy difference between the highest occupied molecular orbital and the lowest unoccupied molecular orbital compared to the hole transporting material and the electron transporting material is added to a part of the mixed region, and the light emission The region is located closer to the anode than the region to which the blocking material is added .
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。In a light emitting device including an organic light emitting element including an anode, a cathode, and an organic compound layer provided between the anode and the cathode, the organic compound layer includes a hole transport region formed of a hole transport material. An electron transport region made of an electron transport material, and a mixed region containing the hole transport material and the electron transport material at a certain ratio between the hole transport region and the electron transport region. And a light emitting region to which a light emitting material that emits light is added is provided only in the center of the mixed region ,
A blocking material having a large energy difference between the highest occupied molecular orbital and the lowest unoccupied molecular orbital compared to the hole transporting material and the electron transporting material is added to a part of the mixed region, and the light emission The region is located closer to the anode than the region to which the blocking material is added .
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。In a light emitting device including an organic light emitting element comprising an anode, a cathode, a hole injection region provided in contact with the anode, and an organic compound layer provided between the hole injection region and the cathode, The organic compound layer includes a hole transport region made of a hole transport material and an electron transport region made of an electron transport material, and the positive transport layer is between the hole transport region and the electron transport region. A mixed region including a hole transport material and the electron transport material at a certain ratio is formed, and a light emitting region to which a light emitting material that emits light is added is provided only in the center of the mixed region ,
A blocking material having a large energy difference between the highest occupied molecular orbital and the lowest unoccupied molecular orbital compared to the hole transporting material and the electron transporting material is added to a part of the mixed region, and the light emission The region is located closer to the anode than the region to which the blocking material is added .
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。In a light-emitting device including an organic light-emitting element comprising: an anode; a cathode; an electron injection region provided in contact with the cathode; and an organic compound layer provided between the anode and the electron injection region. The compound layer includes a hole transport region made of a hole transport material and an electron transport region made of an electron transport material, and the hole transport is between the hole transport region and the electron transport region. A mixed region including a material and the electron transport material at a certain ratio is formed, and a light emitting region to which a light emitting material that emits light is added is provided only in the center of the mixed region ,
A blocking material having a large energy difference between the highest occupied molecular orbital and the lowest unoccupied molecular orbital compared to the hole transporting material and the electron transporting material is added to a part of the mixed region, and the light emission The region is located closer to the anode than the region to which the blocking material is added .
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。An anode, a cathode, a hole injection region provided in contact with the anode, an electron injection region provided in contact with the cathode, and an organic provided between the hole injection region and the electron injection region In the light emitting device including the organic light emitting element, the organic compound layer includes a hole transport region made of a hole transport material and an electron transport region made of an electron transport material, and A mixed region containing the hole transport material and the electron transport material at a certain ratio is formed between the hole transport region and the electron transport region, and light is emitted only at the center in the mixed region. a light emitting region where the light emitting material is added exhibiting provided,
A blocking material having a large energy difference between the highest occupied molecular orbital and the lowest unoccupied molecular orbital compared to the hole transporting material and the electron transporting material is added to a part of the mixed region, and the light emission The region is located closer to the anode than the region to which the blocking material is added .
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