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JP4255635B2 - Light emitting device - Google Patents

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JP4255635B2
JP4255635B2 JP2001366998A JP2001366998A JP4255635B2 JP 4255635 B2 JP4255635 B2 JP 4255635B2 JP 2001366998 A JP2001366998 A JP 2001366998A JP 2001366998 A JP2001366998 A JP 2001366998A JP 4255635 B2 JP4255635 B2 JP 4255635B2
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  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する分野】
本発明は、陽極層と、陰極層と、EL(Electro Luminescence;電場を加えることで発生するルミネッセンス)が得られる有機化合物を含む膜(以下、「有機EL層」と記す)とを有する素子(以下、「有機EL素子」と記す)を用いた発光装置に関する。有機化合物におけるELには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(燐光)があるが、本発明では特に、二次元的あるいは三次元的な網目構造に起因する細孔を形成できる金属錯体を発光層に適用することによって、発光材料を前記細孔中に配列させ、燐光発光を促進させうる発光装置に関する。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EL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EL素子に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EL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EL素子は電場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EL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EL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】
通常の有機EL素子において、有機EL層は1μmを下回るほどの薄膜で形成される。また、有機EL素子自体が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EL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。
【0004】
また、例えば100〜200nm程度の有機EL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EL層のキャリア移動度を考えると数十ナノ秒程度であり、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。
【0005】
さらに、有機EL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、キャリア注入障壁を小さくするような電極材料を選択する、あるいはヘテロ構造(積層構造)を導入する、などの方法により数ボルトオーダーでの駆動が可能である(文献1:C. W. Tang and S. A. VanSlyke, "Organic electroluminescent diodes", Applied Physics Letters, vol. 51, No.12, 913-915 (1987))。文献1では、陰極としてMg:Ag合金を用い、ジアミン化合物とトリス(8−キノリノラト)−アルミニウム(以下、「Alq3」と記す)を積層するヘテロ構造を採用することにより、直流低電圧駆動を実現している。
【0006】
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EL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。
【0007】
ところで、有機ELとは分子励起子が基底状態に戻る際に発光する現象であることは先に述べたが、有機化合物が形成する分子励起子の励起状態としては、一重項励起状態(S*)と三重項励起状態(T*)が可能である。また、有機EL素子におけるその統計的な生成比率は、S*:T*=1:3であると考えられている(文献2: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・第3回講習会テキスト」、P.31(1993))。
【0008】
しかしながら、一般的な有機化合物は室温において、三重項励起状態(T*)からの発光(燐光)は観測されず、通常は一重項励起状態(S*)からの発光(蛍光)のみが観測される。有機化合物の基底状態は通常、一重項基底状態(S0)であるため、T*→S0遷移は禁制遷移となり、S*→S0遷移は許容遷移となるからである。
【0009】
すなわち、一重項励起状態(S*)のみが通常は発光に寄与するのであり、このことは有機EL素子においても同様である。したがって、有機EL素子における内部量子効率(注入したキャリアに対して発生するフォトンの割合)の理論的限界は、S*:T*=1:3であることを根拠に25%とされていた。
【0010】
また、発生した光は全て外部に放出されるわけではなく、一部の光は有機EL素子構成材料(有機EL層材料、電極材料)や基板材料固有の屈折率が原因で取り出すことができない。発生した光のうち外部に取り出される率は光の取り出し効率と呼ばれるが、ガラス基板を有する有機EL素子において、その取り出し効率は約20%程度と言われている。
【0011】
以上の理由から、注入したキャリアが全て分子励起子を形成したとしても、その注入キャリア数に対して最終的に外部に取り出せるフォトンの割合(以下、「外部量子効率」と記す)の理論的限界は、25%×20%=5%と言われていた。すなわち、全てのキャリアが再結合したとしても、そのうちの5%しか光として取り出せない計算になる。
【0012】
ところが近年、三重項励起状態(T*)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EL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3: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4: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))。
【0013】
文献3では白金を中心金属とする金属錯体(以下、「白金錯体」と記す)を、文献4ではイリジウムを中心金属とする金属錯体(以下、「イリジウム錯体」と記す)を用いており、いずれの金属錯体も第3遷移系列元素を中心金属として導入していることが特徴であると言える。その中には、先に述べた外部量子効率の理論的限界値5%をゆうに越えるものも存在する。
【0014】
文献3および文献4に示されるとおり、三重項励起エネルギーを発光に変換できる有機EL素子は、従来よりも高い外部量子効率を達成できる。そして、外部量子効率が高くなれば発光輝度も向上する。したがって、三重項励起エネルギーを発光に変換できる有機EL素子は、高輝度発光・高発光効率を達成するための手法として、今後の開発において大きなウェートを占めるものと考えられる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、白金もしくはイリジウムは共にいわゆる貴金属であるため、それらを用いた白金錯体やイリジウム錯体も高価であり、将来的にコスト低減の弊害になることが予想される。
【0016】
さらに、前記イリジウム錯体の発光色は緑色、すなわち可視光領域の中では中間に位置する波長である。また、前記白金錯体はドーパントとして用いると比較的色純度のよい赤色に発光するが、濃度が低い場合はホスト材料も光ってしまうため色純度が悪くなり、濃度が高い場合は濃度消光のため発光効率が落ちてしまうという欠点がある。つまり、色純度の高い赤色や青色の高効率発光は、三重項励起エネルギーを発光に変換できる有機EL素子からは得られていない。
【0017】
したがって将来的に、赤、緑、青の発光色を用いてフルカラーのフラットパネルディスプレイを作製することを考えると、イリジウム錯体や白金錯体と同様に高い外部量子効率でなおかつ色純度の高い赤色発光および青色発光を、できる限り安価な材料を用いて達成しなければならない。
【0018】
このような背景から、既存のイリジウム錯体や白金錯体を用いた有機EL素子以外に、三重項励起エネルギーを発光に変換しうる有機EL素子の開発が望まれる。その最も単純な方法としては、室温で燐光発光するような新しい有機化合物を開発することであるが、未だ明確な分子設計方針は確立されておらず、非常に困難な面が多い。
【0019】
そこで、新たな燐光発光材料を開発することも重要であるが、従来有機EL素子に用いられている発光材料に対して、燐光発光を促進させるような有機EL層の構成を設計する手法が望ましい。従来有機EL素子に用いられている発光材料ならば、既に様々な発光色が得られているため、多彩な発光色を呈する可能性がある上に、安価な材料も多数存在するからである。
【0020】
したがって本発明では、三重項励起エネルギーを発光に変換しうる有機EL素子を、従来有機EL素子に用いられている発光材料を用いつつ、発光層の構成を工夫することによって達成することを課題とする。それにより、発光効率が高く、なおかつ従来の有機化合物を用いることで多彩な発光色を呈する上に、安価に作製できる有機EL素子を提供することを課題とする。
【0021】
また、本発明が開示する有機EL素子を用いて、明るく消費電力が少ない上に多彩な発光色を呈する発光装置を、安価に提供することを課題とする。さらに、そのような発光装置を用いることで、明るく消費電力が少ない上に多彩な発光色を呈し、安価な電気器具を提供することを課題とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、PL(Photo Luminescence;光を照射することによって生じるルミネッセンス)の分野において知られている重原子効果に着目した。重原子効果とは、分子内ないしは溶媒内に重原子(多くの原子核荷重を保有している原子)を導入することにより、スピン−軌道相互作用が大きくなり、燐光発光が促進されることをいう。なお、原子核荷重とは原子番号、すなわち原子核の正電荷の数に相当する。
【0023】
また、重原子効果には内部重原子効果と外部重原子効果の二種類がある。内部重原子効果とは、発光材料の分子内に重原子が含まれる場合に燐光発光が促進されることを言う。これに対し、発光材料を溶質として含む溶媒中に重原子が存在する場合でも、発光材料の燐光発光の促進が観測されることがあり、この現象は外部重原子効果と呼ばれている。
【0024】
そこで、有機EL素子においても外部重原子効果を発現させることができれば、燐光が得られる可能性があると考えられる。すなわち、重原子を含む材料を発光材料周辺に存在させることによって、燐光発光を促進させる手法である。
【0025】
単純には、重原子として金属を有機EL層の発光層中に分散させる方法が考えられるが、その場合は発光層として機能しにくいと考えられる。例えば、アルカリ金属(セシウムなど)を有機EL層にドーピングしたとすると、そのドーピングされた層は導電性が向上し、キャリア輸送層として優れた機能を発揮できる。ところが、ドーピングした金属は、励起エネルギーを失活させて発光を妨げる材料(以下、「クエンチャ」と記す)になるため、ドーピングされた層は発光しない。したがって、このようにドーピングされた層を発光層として用いることは通常困難であり、重原子効果の導入が不可能となる。
【0026】
したがって、要は金属そのものではなく、重原子を含む絶縁体を発光材料周辺に配置すればよい。すなわち、重原子を含む材料としてバンドギャップの大きな絶縁体を用いることにより、発光材料からのエネルギー移動および失活を防ぎ、クエンチャとなることを防止するのである。これにより、重原子効果による燐光発光の促進が期待できる。
【0027】
例えば、絶縁体であるゼオライトの細孔中に分散させた有機材料の、PL特性に関する報告がある(文献5:V. Ramamurthy, J. V Caspar, D. F. Eaton, Erica W. Kuo, and D. R. Corbin, "Heavy-Atom-Induced Phosphorescence of Aromatics and Olefins Included within Zeolites", Journal of American Chemical Society, Vol. 114, No. 10, 3882-3892 (1992))。文献5によれば、ゼオライトの細孔中に含まれる有機材料のPLについて、ゼオライトのカチオン(Li、Na、K、Rb、Cs、およびTl)を置換していくと、カチオンが重い原子になるほど重原子効果によって燐光発光が促進されるという結果が得られている。
【0028】
ここで特に、文献5のように、重原子を含む絶縁体は多孔体(できる限り細孔径の分布が均一なもの)の形態で用い、前記多孔体の細孔内部に発光材料を導入する手法が望ましいと本発明者は考えている。なぜならば、発光材料が前記多孔体に周囲を囲まれる構造になるため、前記多孔体に含まれる重原子と発光材料との相互作用が増大し、重原子効果による燐光発光の促進が発現しやすいと予想されるためである。また、細孔中に発光材料が閉じこめられ、更にその細孔が規則的に並んでいることから、擬似的に超格子構造のような状態となり、安定な分子励起子が発生して発光特性の向上に繋がる可能性もある。
【0029】
ただし、有機EL素子において、発光材料をゼオライト中に含有させて素子を駆動させるためにはいくつかの問題点がある。まず、電極上にゼオライトを設けた場合、有機EL層に対するキャリアの注入が妨げられ、むしろ発光特性が悪くなる可能性がある。また、100〜200nm程度の薄膜としてゼオライトを成膜する技術も必要である。さらには、真空蒸着ではゼオライト中に発光材料を含有させることができない(湿式法ならば可能である)ことも挙げられる。
【0030】
これらの電気特性上およびプロセス上の問題点を考えると、文献5で示されたようなゼオライトを用いた燐光発光の促進は、PLだからこそ容易な手法であると言える。つまり、ELの素子に適用することは比較的困難である。
【0031】
そこで本発明者は、重原子を含む多孔体の細孔中に発光材料を含有させるというコンセプトを活かしつつ、なおかつ電気特性上およびプロセス上の問題点も生じにくい手法を考案した。それは、網目状の構造を形成する金属錯体を発光材料に対するホストとして用い、そのホストの網目中に発光材料を分散させる手法である。その模式図を図1に示す。
【0032】
金属錯体によって形成される網目(以下、単に「格子」と記す)としては、金属原子101aが格子点に位置して配位子102aが架橋する図1(a)のような形態(以下、「格子A1」と記す)と、配位子102bが格子点に位置して金属原子101bが架橋する図1(b)のような形態(以下、「格子B1」と記す)が考えられる。なお、格子の形は図1のような四角形に限らず、様々な多角形(六角形など)が可能であると考えられる。また、格子は2次元(平面)構造および3次元(立体)構造の両方が可能である。
【0033】
そして、このような格子構造を有する金属錯体の合成時ないしは成膜時に、適度な分子の大きさを持つ発光材料103を混合することによって、前記格子構造の格子間位置に発光材料を導入できる。
【0034】
そこで本発明では、ELが得られる有機化合物と、金属錯体と、からなる発光層を含む有機EL素子を有する発光装置において、前記金属錯体は、金属原子と配位子とが交互に配列する格子構造を形成し、前記金属原子が格子点であってなおかつ前記配位子が前記格子点を架橋する構造であることを特徴とする(格子A1)。
【0035】
また、本発明では、ELが得られる有機化合物と、金属錯体と、からなる発光層を含む有機EL素子を有する発光装置において、前記金属錯体は、金属原子と配位子とが交互に配列する格子構造を形成し、前記配位子が格子点であってなおかつ前記金属原子が前記格子点を架橋する構造であることを特徴とする(格子B1)。
【0036】
なお、ほとんどの金属原子は多かれ少なかれ重原子効果を引き起こすことができると考えられるが、PLの分野においては、特に臭素(Br;原子番号35)以上の重さの原子を含む場合に重原子効果が顕著に見られる。したがって、金属錯体に含まれる金属原子としては、ルビジウム(Rb;原子番号37)よりも重い金属原子が好ましい。
【0037】
したがって本発明では、ELが得られる有機化合物と、金属錯体と、からなる発光層を含む有機EL素子を有する発光装置において、前記金属錯体は、金属原子と配位子とが交互に配列する格子A1または格子B1の格子構造を形成し、前記金属原子がルビジウム以上の原子番号を有することを特徴とする。
【0038】
ところで、重原子効果とは、重原子を導入することによりスピン−軌道相互作用が大きくなり、燐光発光が促進されることをいう。したがって、重原子を用いない場合でも、スピン−軌道相互作用の大きい分子構造を導入することができれば、三重項励起エネルギーを発光に変換しうる。
【0039】
その一つの手法として、強磁性もしくは反強磁性を示す分子構造を導入することが考えられる。そこで本発明者は、複核錯体(二つの金属原子を核とする金属錯体)に着目した。その理由は、常磁性金属イオンを有する複核錯体において、しばしば錯体内で強磁性的あるいは反強磁性的な相互作用が見られるためである。金属原子として重金属を選べば、重原子効果も加わるためさらに燐光発光は促進されうる。
【0040】
そこで特に、図1における金属原子を、二つの金属原子で構成される複核構造に置き換えた金属錯体が、より好ましい(図2)。この場合、複核構造の部位201aが格子点に位置して配位子202aが架橋する図2(a)のような形態(以下、「格子A2」と記す)と、配位子202bが格子点に位置して複核構造の部位201bが架橋する図2(b)のような形態(以下、「格子B2」)が考えられる。なお、格子の形は図2のような四角形に限らず、様々な多角形(六角形など)が可能であると考えられる。また、格子は2次元(平面)構造および3次元(立体)構造の両方が可能である。
【0041】
そして、このような格子構造を有する金属錯体の合成時ないしは成膜時に、適度な分子の大きさを持つ発光材料203を混合することによって、前記格子構造の格子間位置に発光材料を導入できる。
【0042】
さらに、複核構造を有する金属錯体を本発明に用いた場合、格子が長方形の形状を取りやすくなるため、立方格子ないしは正方格子のような規則的構造が比較的容易に作製できる利点もある。そのため、先に述べたように、細孔が規則的に並んでいることから擬似的に超格子構造のような状態となり、安定な分子励起子が発生して発光特性の向上に繋がる可能性がある。
【0043】
以上のことから、本発明では、ELが得られる有機化合物と、二つの金属原子を核とする複核構造を有する金属錯体と、からなる発光層を含む有機EL素子を有する発光装置において、前記金属錯体は、前記複核構造の部位と配位子とが交互に配列する格子構造を形成し、前記複核構造の部位が格子点であってなおかつ前記配位子が前記格子点を架橋する構造であることを特徴とする(格子A2)。
【0044】
また、本発明では、ELが得られる有機化合物と、二つの金属原子を核とする複核構造を有する金属錯体と、からなる発光層を含む有機EL素子を有する発光装置において、前記金属錯体は、前記複核構造の部位と配位子とが交互に配列する格子構造を形成し、前記配位子が格子点であってなおかつ前記複核構造の部位が前記格子点を架橋する構造であることを特徴とする(格子B2)。
【0045】
なお金属種としては、遷移系列元素の中でも、第5族から第11族に至るまでの金属元素が複核構造を形成しやすいため、本発明に好適である。中でも好ましくは、ニオブ、タンタル、モリブデン、およびタングステンが、重原子効果が顕著に現れる臭素よりも原子番号が大きく、なおかつ遷移系列元素の中では安価な材料であるため、さらに適している。
【0046】
したがって本発明では、ELが得られる有機化合物と、二つの金属原子を核とする複核構造を有する金属錯体と、からなる発光層を含む有機EL素子を有する発光装置において、前記金属錯体は、前記複核構造の部位と配位子とが交互に配列する格子A2または格子B2の格子構造を形成し、前記金属原子が第5族元素乃至第11族元素のいずれかの元素からなることを特徴とする。
【0047】
以上のような発明を実施することにより、明るく消費電力が少ない上に多彩な発光色を呈する発光装置を、安価に提供することができる。さらに、そのような発光装置を用いることで、明るく消費電力が少ない上に多彩な発光色を呈し、安価な電気器具を提供することができる。
【0048】
【発明の実施の形態】
本発明を実施するに辺って重要なことは、金属錯体の配位子として、剛直な基を有するものを選ぶことである。すなわち、アルキル基のような鎖状部分を主鎖とする配位子を用いると、架橋する際(あるいは格子点となる際)に、格子がねじれてしまい、均一な分布を持つ細孔が形成できなくなる。したがって、剛直な基として芳香族環(具体的には、パラフェニレン基を含む置換基、あるいは複素環を含む置換基、あるいは縮合環を含む置換基、など)を導入することが望ましい。
【0049】
また、前記剛直な基は、側鎖として何らかの置換基を有しても良いが、その置換基は錯体形成に関与しないものであることが好ましい。つまり、例えばヒドロキシル基などを側鎖として有する場合、そこで錯体が形成されてしまい、予想される格子を形成しない可能性がある。したがって、前記剛直な基の側鎖として好ましい置換基は、アルキル基やアルコキシル基などが考えられる。
【0050】
まず、格子A1を形成する金属錯体の形態について、図3および図4を用いて述べる。図3に示すように、配位子Xの形態に関わらず、中心金属Mが四面体配位301であればクリストバライト型の格子(図3(a))のような立体構造となり、中心金属Mが平面配位302であれば平方格子(図3(b))になる。さらに、中心金属Mが八面体配位303できるのであれば、配位子Xと同じかあるいは異なる配位子Zを導入することにより、立方格子または正方格子が可能となる(図3(c))。
【0051】
ここで、図3(c)の例を図4に示す。中心金属Mとして2価の八面体配位可能な金属を、配位子Xとして好ましくは、下記一般式(1)で表されるようにフェノール性アニオンと4−ピリジル基とを両端に有する配位子を、配位子Zとして両端に非共有電子対を持つ配位子(例えばピラジン)を、それぞれ用いることにより図4のような構造が可能となると考えられる(Aは、パラフェニレン基を含む置換基、または複素環を含む置換基、または縮合環を含む置換基、などの剛直な置換基である)。
【0052】
【化5】

Figure 0004255635
【0053】
次に、格子B1を形成する金属錯体の形態について、図5、図6および図7を用いて述べる。まず図5に示すように、sp3混成軌道により4つの結合手を持つ原子Sp(具体的には第14族元素)を中心に持ち、四面体501の頂点方向に配位できる配位子Xを選ぶことにより、クリストバライト型の格子(図5(a))が可能となると考えられる。
【0054】
図5(a)の例を図5(b)に示す。配位子Xとして好ましくは、四面体の頂点方向に8−キノリノール骨格を有する下記構造式(2)のような配位子を用いればよい(Aは、パラフェニレン基を含む置換基、または複素環を含む置換基、または縮合環を含む置換基、などの剛直な置換基である。)なお下記構造式(3)に示すように、Aはなくても良い。ただしこの場合、中心金属Mとしては平面配位可能な金属を選択することが望ましい(四面体配位の場合、格子が大きくねじれてしまう)。
【0055】
【化6】
Figure 0004255635
【化7】
Figure 0004255635
【0056】
また、格子B1を形成する金属錯体の形態としては、図6(a)のように、ベンゼン環を中心に持ち、正三角形の頂点方向に配位できる配位子Xを選ぶことにより、六角形の格子も可能となると考えられる。また、図6(b)に示すように、配位子Xと同じかあるいは異なる配位子Zを導入することにより、擬似的なハニカム状の格子(六方格子)が可能となると考えられる。
【0057】
図6(b)の例を図7に示す。配位子Xとして好ましくは、ベンゼン環の1,3,および5位にキノリノール骨格を有する下記構造式(4)のような配位子を用いればよい(Aは、パラフェニレン基を含む置換基、または複素環を含む置換基、または縮合環を含む置換基、などの剛直な置換基である。)なお下記構造式(5)に示すように、Aはなくても良い。また、配位子Zとしては、両端に非共有電子対を持つ配位子(例えばピラジン)を用いればよい。ただしこの場合、中心金属Mとしては八面体配位可能な金属を選択する必要がある。なお、図7における配位状態は、図示簡略化のため、紙面手前の金属原子のみ描いてある。
【0058】
【化8】
Figure 0004255635
【化9】
Figure 0004255635
【0059】
次に、格子A2を形成する複核構造の金属錯体の形態について、図8および図9を用いて述べる。図8に示すように、配位子Xの形態に関わらず、複核構造M2が平面配位801であれば平方格子(図8(a))になると考えられる。さらに、複核構造M2が八面体配位802できるのであれば、配位子Xと同じかあるいは異なる配位子Zを導入することにより、立方格子または正方格子が可能となると考えられる(図8(b))。
【0060】
ここで、図8(b)の例を図9に示す。配位子Xとして好ましくは、下記一般式(6)〜(8)で表されるような両端にカルボキシル基を有する、ジカルボン酸イオンを用いればよい(ただしaは、パラフェニレン基を含む置換基、または複素環を含む置換基、または縮合環を含む置換基、を表す。bは、一つもしくは複数のシクロアルキレン基を表し、前記bは置換基を有していても良い。nは、1以上の整数を表す。)。配位子Zとしては、両端に非共有電子対を持つ配位子(例えばピラジン)を用いればよい。このようにして、図9のような構造が可能となる。
【0061】
【化10】
Figure 0004255635
【化11】
Figure 0004255635
【化12】
Figure 0004255635
【0062】
さらに、下記一般式(9)を配位子とする複核錯体に、両端に非共有電子対を持つ配位子(例えばピラジン)を配位させた場合にも、格子構造を形成することができる(cは、アリール基を含む置換基、または複素環を含む置換基、または縮合環を含む置換基、を表す。)。
【0063】
【化13】
Figure 0004255635
【0064】
なお、本実施の形態で述べたようなA2型の格子構造を形成する金属錯体(一般式(6)〜(9)を配位子とする複核錯体)に関しては、以下の文献に記載されている(文献6:高見澤聡、「分子を取り込む金属錯体」、化学と工業、第53巻、第2号(2000)、p.136-139)。
【0065】
最後に、格子B2を形成する複核構造の金属錯体の形態について、図10を用いて述べる。図10(a)のように、ベンゼン環を中心に持ち、正三角形の頂点方向に配位できる配位子Xを選ぶことにより、六角形の格子が可能となると考えられる。また、図10(b)に示すように、配位子Xと同じかあるいは異なる配位子Zを導入することにより、擬似的なハニカム状の格子(六方格子)が可能となると考えられる。
【0066】
図10(b)の例を図11に示す。配位子Xとして好ましくは、下記一般式(10)で表されるようなベンゼン環の1,3,および5位にホルミルサリチル酸骨格を有する配位子か、あるいは下記一般式(11)で表されるようなベンゼン環の1,3,および5位にカルボキシサリチリデンアミン骨格を有する配位子を用いればよい(Aは、パラフェニレン基を含む置換基、または複素環を含む置換基、または縮合環を含む置換基、などの剛直な置換基である。)なお下記一般式(12)、(13)に示すように、Aはなくても良い。また、配位子Zとしては、中心金属が2価の場合は両端に非共有電子対を持つ配位子(例えばピラジン)を、中心金属が3価の場合はジカルボン酸イオンを用いればよい。図11では、上記一般式(9)で表される配位子Xと、ジカルボン酸イオンである配位子Zを用いた。なお、図11における配位状態は、図示簡略化のため、紙面手前の金属原子のみ描いてある。
【0067】
【化14】
Figure 0004255635
【化15】
Figure 0004255635
【化16】
Figure 0004255635
【化17】
Figure 0004255635
【0068】
ところで、以上の実施の形態の中で最も好ましい形態は、A2型の格子構造を形成できる金属錯体であると言える。その理由としては、既に合成法がある程度確立されており、なおかつその合成法が比較的簡便なためである。下記の文献7によれば、一般式(6)においてaがフェニレン基である配位子(すなわち、テレフタル酸イオン)と銅(II)イオンからなる複核錯体(すなわち、テレフタル酸銅(II))の合成方法は、蟻酸銅(II)四水和物とテレフタル酸のそれぞれのメタノール溶液を混合するだけであり、極めて簡便であることがわかる(文献7:森和亮、高見澤聡、「新しいマイクロポアー物質」、化学と工業、第51巻、第2号(1998)、p.210-212)。
【0069】
ここで、文献6に記載されている配位子の中で、一般式(6)〜(9)に該当するものを下記表1にまとめた。複核構造を形成する中心金属としては、Cu、Cr、Mo、W、Rh、Re、Ruなどが挙げられている。なお、下記表1中のNo.7の配位子を用い、中心金属をRhとした複核錯体に関しては、ピラジンを用いて架橋することにより三次元構造を形成できることが示されている。
【0070】
【表1】
Figure 0004255635
【0071】
これらの容易な合成法が確立されている金属錯体を有機EL素子の発光層として適用することにより、本発明を実施することが比較的容易となるため、本発明に好適である。
【0072】
【実施例】
以下では、発明の実施の形態において述べた各構成を具体的に例示する。なお、実施例1から実施例7までの有機EL素子構造は、図12に示した。
[実施例1]
本実施例では、発明の実施の形態において図3(b)で述べたような金属錯体を用いた有機EL素子を、具体的に例示する。中心金属Mとして2価の平面配位可能な金属であるCu(II)を、配位子Xとして下記式(14)で表される化合物を用いる。
【化18】
Figure 0004255635
【0073】
まず、透明な陽極1202であるITOが成膜されたガラス基板1201上に、スルホン酸をドープして導電性を向上させたポリエチレンジオキシチオフェン(以下、「PEDOT」と記す)の水溶液をスピンコーティングにより成膜し、水分を蒸発させることにより正孔注入層1203とする。膜厚は30nm程度が望ましい。
【0074】
次に、中心金属MであるCu(II)と、配位子Xである上記式(14)で表される配位子と、からなる平方格子構造の金属錯体1204a、およびトリス(8−キノリノラト)アルミニウム(以下、「Alq3」と記す)からなる発光材料1204bを同一の有機溶媒に溶解させる。この溶液をスピンコーティングによりPEDOT上に塗布し、溶媒を蒸発させることにより電子輸送性発光層1204とする。膜厚は50nm程度が望ましい。
【0075】
なお、上記平方格子構造の金属錯体1204aの作製法であるが、Cu(II)を含む金属塩と配位子とを混合させることで作製できると考えられる。この時、中心金属Mと配位子Xとの存在比は、M:X=1:2となるように調整する必要がある。
【0076】
最後に、電子注入層1205としてリチウムアセチルアセトネート錯体(以下、「Li(acac)」と記す)を2nm程度、陰極1206としてAlを100nm程度成膜することにより、有機EL素子とする。
【0077】
[実施例2]
本実施例では、発明の実施の形態において図5(b)で述べたような金属錯体を用いた有機EL素子を、具体的に例示する。中心金属Mとして2価の平面配位可能な金属であるNi(II)を、配位子Xとして下記式(15)で表される化合物を用いる。
【化19】
Figure 0004255635
【0078】
まず、透明な陽極1202であるITOが成膜されたガラス基板1201上に、スルホン酸をドープして導電性を向上させたPEDOTの水溶液をスピンコーティングにより成膜し、水分を蒸発させることにより正孔注入層1203とする。膜厚は30nm程度が望ましい。
【0079】
次に、中心金属MであるNi(II)と、配位子Xである上記式(15)で表される配位子と、からなるクリストバライト型格子構造の金属錯体1204a、およびAlq3からなる発光材料1204bを同一の有機溶媒に溶解させる。この溶液をスピンコーティングによりPEDOT上に塗布し、溶媒を蒸発させることにより電子輸送性発光層1204とする。膜厚は50nm程度が望ましい。
【0080】
なお、上記クリストバライト型格子構造の金属錯体1204aの作製法であるが、Ni(II)を含む金属塩と配位子とを混合させることで作製できると考えられる。この時、中心金属Mと配位子Xとの存在比は、M:X=2:1となるように調整する必要がある。
【0081】
最後に、電子注入層1205としてLi(acac)を2nm程度、陰極1206としてAlを100nm程度成膜することにより、有機EL素子とする。
【0082】
[実施例3]
本実施例では、発明の実施の形態において図7で述べたような金属錯体を用いた有機EL素子を、具体的に例示する。中心金属Mとして2価の八面体配位可能な金属であるCo(II)を、配位子Xとして下記式(16)で表される化合物を、配位子Zとしてピラジンを用いる。
【化20】
Figure 0004255635
【0083】
まず、透明な陽極1202であるITOが成膜されたガラス基板1201上に、スルホン酸をドープして導電性を向上させたPEDOTの水溶液をスピンコーティングにより成膜し、水分を蒸発させることにより正孔注入層1203とする。膜厚は30nm程度が望ましい。
【0084】
次に、中心金属MであるCo(II)と、配位子Xである上記式(16)で表される配位子と、配位子Zであるピラジンと、からなる六方格子構造の金属錯体1204a、およびAlq3からなる発光材料1204bを同一の有機溶媒に溶解させる。この溶液をスピンコーティングによりPEDOT上に塗布し、溶媒を蒸発させることにより電子輸送性発光層1204とする。膜厚は50nm程度が望ましい。
【0085】
なお、上記六方格子構造の金属錯体1204aの作製法であるが、Co(II)を含む金属塩と配位子とを混合させることで作製できると考えられる。この時、中心金属Mと配位子Xと配位子Zとの存在比は、M:X:Z=3:2:3となるように調整する必要がある。
【0086】
最後に、電子注入層1205としてLi(acac)を2nm程度、陰極1206としてAlを100nm程度成膜することにより、有機EL素子とする。
【0087】
[実施例4]
本実施例では、発明の実施の形態において図9で述べたような複核錯体を用いた有機EL素子を、具体的に例示する。中心金属Mとして2価の金属であるMo(II)を、配位子Xとして下記式(17)で表される化合物を、配位子Zとしてピラジンを用いる。
【化21】
Figure 0004255635
【0088】
まず、透明な陽極1202であるITOが成膜されたガラス基板1201上に、スルホン酸をドープして導電性を向上させたPEDOTの水溶液をスピンコーティングにより成膜し、水分を蒸発させることにより正孔注入層1203とする。膜厚は30nm程度が望ましい。
【0089】
次に、中心金属MであるMo(II)と、配位子Xである上記式(17)で表される配位子と、配位子Zであるピラジンと、からなる正方格子構造の複核錯体1204a、およびAlq3からなる発光材料1204bを同一の有機溶媒に溶解させる。この溶液をスピンコーティングによりPEDOT上に塗布し、溶媒を蒸発させることにより電子輸送性発光層1204とする。膜厚は50nm程度が望ましい。
【0090】
なお、上記正方格子構造の複核錯体1204aの作製法であるが、酢酸銅一水和物型の複核Mo(II)錯体と配位子とを混合させる、配位子置換反応で作製できると考えられる。この時、中心金属Mと配位子Xと配位子Zとの存在比は、M:X:Z=2:2:1となるように調整する必要がある。
【0091】
最後に、電子注入層1205としてLi(acac)を2nm程度、陰極1206としてAlを100nm程度成膜することにより、有機EL素子とする。
【0092】
[実施例5]
本実施例では、発明の実施の形態において図11で述べたような複核錯体を用いた有機EL素子を、具体的に例示する。中心金属Mとして3価の金属であるMn (III)を、配位子Xとして下記式(18)で表される化合物を、配位子Zとしてテレフタル酸を用いる。
【化22】
Figure 0004255635
【0093】
まず、透明な陽極1202であるITOが成膜されたガラス基板1201上に、スルホン酸をドープして導電性を向上させたPEDOTの水溶液をスピンコーティングにより成膜し、水分を蒸発させることにより正孔注入層1203とする。膜厚は30nm程度が望ましい。
【0094】
次に、中心金属MであるMn(III)と、配位子Xである上記式(18)で表される配位子と、配位子Zであるテレフタル酸と、からなる六方格子構造の複核錯体1204a、およびAlq3からなる発光材料1204bを同一の有機溶媒に溶解させる。この溶液をスピンコーティングによりPEDOT上に塗布し、溶媒を蒸発させることにより電子輸送性発光層1204とする。膜厚は50nm程度が望ましい。
【0095】
なお、上記六方格子構造の複核錯体1204aの作製法であるが、Mn(III)を含む金属塩と配位子とを混合させることで作製できると考えられる。この時、中心金属Mと配位子Xと配位子Zとの存在比は、M:X:Z=6:2:3となるように調整する必要がある。
【0096】
最後に、電子注入層1205としてLi(acac)を2nm程度、陰極1206としてAlを100nm程度成膜することにより、有機EL素子とする。
【0097】
[実施例6]
本実施例では、発明の実施の形態における表1で示された配位子を用いた複核錯体を具体的に例示し、これを用いた有機発光素子の作製法を示す。ここでは、表1におけるNo,1(テレフタル酸イオン;下記式(19))を用いた銅複核錯体を用いる。
【0098】
【化23】
Figure 0004255635
【0099】
まず、透明な陽極1202であるITOが成膜されたガラス基板1201上に、スルホン酸をドープして導電性を向上させたPEDOTの水溶液をスピンコーティングにより成膜し、水分を蒸発させることにより正孔注入層1203とする。膜厚は30nm程度が望ましい。
【0100】
次に、中心金属Cuの原料である蟻酸銅四水和物のメタノール溶液と、配位子の原料であるテレフタル酸のメタノール溶液と、Alq3のメタノール溶液とを、混合すると同時にスピンコーティングによりPEDOT上に塗布し、溶媒を蒸発させることにより電子輸送性発光層1204とする。文献6に示される通り、蟻酸銅四水和物とテレフタル酸は反応して格子構造の複核錯体1204aを形成する。Alq3からなる発光材料1204bは格子中に取り込まれると考えられる。膜厚は50nm程度が望ましい。
【0101】
最後に、電子注入層1205としてLi(acac)を2nm程度、陰極1206としてAlを100nm程度成膜することにより、有機EL素子とする。
【0102】
[実施例7]
本実施例では、発明の実施の形態における表1で示された配位子を用いた複核錯体を具体的に例示し、これを用いた有機発光素子の作製法を示す。ここでは、表1におけるNo,7(安息香酸イオン;下記式(20))を用いたロジウム複核錯体を用いる。
【0103】
【化24】
Figure 0004255635
【0104】
まず、透明な陽極1202であるITOが成膜されたガラス基板1201上に、スルホン酸をドープして導電性を向上させたPEDOTの水溶液をスピンコーティングにより成膜し、水分を蒸発させることにより正孔注入層1203とする。膜厚は30nm程度が望ましい。
【0105】
次に、文献6で示されている安息香酸ロジウム複核錯体をピラジンに溶解させ、この溶液とAlq3とを混合した後、スピンコーティングによりPEDOT上に塗布し、溶媒を減圧下にて蒸発させることにより電子輸送性発光層1204とする。この場合、文献6に示されるような、安息香酸ロジウム複核錯体とピラジンからなる格子構造の複核錯体1204aが形成され、Alq3からなる発光材料1204bは格子中に取り込まれると考えられる。膜厚は50nm程度が望ましい。
【0106】
最後に、電子注入層1205としてLi(acac)を2nm程度、陰極1206としてAlを100nm程度成膜することにより、有機EL素子とする。
【0107】
[実施例8]
本実施例では、本発明で開示した有機EL素子を含む発光装置について説明する。図13は本発明の有機EL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。
【0108】
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。
【0109】
図13において、1301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1301には、基板の表面に設けた絶縁膜も含めるものとする。
【0110】
基板1301の上には画素部1311および駆動回路1312が設けられている。まず、画素部1311について説明する。
【0111】
画素部1311は画像表示を行う領域であり、複数の画素を有し、各画素には有機EL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)1302、画素電極(陽極)1303、有機EL層1304および陰極1305が設けられている。なお、図13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。
【0112】
電流制御TFT1302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13のように有機EL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。
【0113】
また、電流制御TFT1302のドレインには画素電極1303が電気的に接続されている。本実施例では、画素電極1303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1303は有機EL素子の陽極として機能する。画素電極1303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1303の上には有機EL層1304が設けられている。
【0114】
さらに、有機EL層1304の上には陰極1305が設けられている。陰極1305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1305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、あるいはその導電膜にアルミニウム合金を積層したものを用いればよい。
【0115】
また、画素電極1303、有機EL膜1304、および陰極1305からなる層は、保護膜1306で覆われている。保護膜1306は、有機EL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1306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。
【0116】
次に、駆動回路1312について説明する。駆動回路1312は画素部1311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13では、これらの回路の基本単位としてnチャネル型TFT1307およびpチャネル型TFT1308からなるCMOS回路を示している。
【0117】
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13では、同一の基板上に画素部1311および駆動回路1312を設けているが、駆動回路1312を設けずにICやLSIを電気的に接続することもできる。
【0118】
また、図13では電流制御TFT1302に画素電極(陽極)1303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1305と同様の材料で形成し、陰極を画素電極(陽極)1303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。
【0119】
ここで、図13に示したアクティブマトリクス型発光装置の外観を図14に示す。なお、図14(a)には上面図を示し、図14(b)には図14(a)をP−P'で切断した時の断面図を示す。また、図13の符号を引用する。
【0120】
図14(a)において、1401は画素部、1402はゲート信号側駆動回路、1403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1402およびデータ信号側駆動回路1403に伝送される信号は、入力配線1404を介してTAB(Tape Automated Bonding)テープ1405から入力される。なお、図示しないが、TABテープ1405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。
【0121】
このとき、1406は図13に示した有機EL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1407により接着されている。カバー材1406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1406は図14(b)に示すように、プラスチック材1406aと、前記プラスチック材1406a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)1406b、1406cからなる。
【0122】
さらに、図14(b)に示すように、シール材1407は樹脂からなる封止材1408で覆われ、有機EL素子を完全に密閉空間1409に封入するようになっている。密閉空間1409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。
【0123】
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EL膜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。
【0124】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機EL素子には、本発明で開示した有機EL素子のいずれを用いてもよい。
[実施例9]
【0125】
本実施例では、本発明で開示した有機EL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15(a)にはその上面図を示し、図15(b)には図15(a)をP−P'で切断した時の断面図を示す。
【0126】
図15(a)において、1501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。
【0127】
1502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、1503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、1504はアクリル樹脂からなるバンクであり、データ線1503を分断するための隔壁として機能する。走査線1502とデータ線1503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15(a)では図示していないが、走査線1502とデータ線1503の間には有機EL層が挟まれており、交差部1505が画素となる。
【0128】
そして、走査線1502およびデータ線1503はTABテープ1507を介して外部の駆動回路に接続される。なお、1508は走査線1502が集合してなる配線群を表しており、1509はデータ線1503に接続された接続配線1506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1507の代わりに、TABテープにICを設けたTCPを接続してもよい。
【0129】
また、図15(b)において、1510はシール材、1511はシール材1510によりプラスチック材1501に貼り合わされたカバー材である。シール材1510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1501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。
【0130】
次に、画素領域の構造の拡大図を図15(c)に示す。1513は有機EL層である。なお、図15(c)に示すように、バンク1504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1503を物理的に分断できる。また、シール材1510で囲まれた画素部1514は、樹脂からなる封止材1515により外気から遮断され、有機EL層の劣化を防ぐ構造となっている。
【0131】
以上のような構成からなる本発明の発光装置は、画素部1514が走査線1502、データ線1503、バンク1504および有機EL層1513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。
【0132】
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EL膜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。
【0133】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機EL素子には、本発明で開示した有機EL素子のいずれを用いてもよい。
【0134】
[実施例10]
本実施例では、実施例9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。
【0135】
図16(a)に示すモジュールは、基板1601(ここでは、画素部1602、配線1603a、 1603bを含む)にTABテープ1604が取り付けられ、前記TABテープ1604を介してプリント配線板1605が取り付けられている。
【0136】
ここで、プリント配線板1605の機能ブロック図を図16(b)に示す。プリント配線板1605の内部には少なくともI/Oポート(入力もしくは出力部)1606、 1609、データ信号側駆動回路1607およびゲート信号側回路1608として機能するICが設けられている。
【0137】
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。
【0138】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機EL素子には、本発明で開示した有機EL素子のいずれを用いてもよい。
【0139】
[実施例11]
本実施例では、実施例8もしくは実施例9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。
【0140】
図17(a)に示すモジュールは、基板1701(ここでは、画素部1702、データ信号側駆動回路1703、ゲート信号側駆動回路1704、配線1703a、 1704aを含む)にTABテープ1705が取り付けられ、そのTABテープ1705を介してプリント配線板1706が取り付けられている。プリント配線板1706の機能ブロック図を図17(b)に示す。
【0141】
図17(b)に示すように、プリント配線板1706の内部には少なくともI/Oポート1707、 1710、コントロール部1708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1709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1708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。
【0142】
このように、有機EL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。
【0143】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機EL素子には、本発明で開示した有機EL素子のいずれを用いてもよい。
【0144】
[実施例12]
上記実施例で述べた本発明の発光装置は、明るく低消費電力である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な電気器具となる。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。
【0145】
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EL膜の厚みも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。
【0146】
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。
【0147】
すなわち、本発明の発光装置を用いた電気器具は、低消費電力・薄型軽量・高視認性といった長所を持っている。さらに前記発光装置は、安価で入手できる従来の蛍光色素を用いて燐光を促進させる構成であるため、前記発光装置を用いた電気器具は従来に比べて安価になるというメリットも持つ。
【0148】
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18および図19に示す。なお、本実施例の電気器具に含まれる有機EL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13〜図17のいずれの形態を用いても良い。
【0149】
図18(a)は有機ELディスプレイであり、筐体1801a、支持台1802a、表示部1803aを含む。本発明の発光装置を表示部1803aとして用いたディスプレイを作製することにより、薄く軽量なディスプレイを実現できる。よって、輸送が簡便になり、さらに設置の際の省スペースが可能となる。
【0150】
図18(b)はビデオカメラであり、本体1801b、表示部1802b、音声入力部1803b、操作スイッチ1804b、バッテリー1805b、受像部1806bを含む。本発明の発光装置を表示部1802b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。
【0151】
図18(c)はデジタルカメラであり、本体1801c、表示部1802c、接眼部1803c、操作スイッチ1804cを含む。本発明の発光装置を表示部1802c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。
【0152】
図18(d)は記録媒体を備えた画像再生装置であり、本体1801d、記録媒体(CD、LD、またはDVDなど)1802d、操作スイッチ1803d、表示部(A)1804d、表示部(B)1805dを含む。表示部(A)1804dは主として画像情報を表示し、表示部(B)1805d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)1804dや表示部(B)1805d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。
【0153】
図18(e)は携帯型(モバイル)コンピュータであり、本体1801e、表示部1802e、受像部1803e、操作スイッチ1804e、メモリスロット1805eを含む。本発明の発光装置を表示部1802e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。
【0154】
図18(f)はパーソナルコンピュータであり、本体1801f、筐体1802f、表示部1803f、キーボード1804fを含む。本発明の発光装置を表示部1803f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。
【0155】
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EL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。
【0156】
次に、図19(a)は携帯電話であり、本体1901a、音声出力部1902a、音声入力部1903a、表示部1904a、操作スイッチ1905a、アンテナ1906aを含む。本発明の発光装置を表示部1904a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。
【0157】
図19(b)は音響機器(具体的には車載用オーディオ)であり、本体1901b、表示部1902b、操作スイッチ1903b、1904bを含む。本発明の発光装置を表示部1902b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。
【0158】
なお、図18〜図19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。
【0159】
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。
【0160】
したがって、本実施例に示した図18〜図19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。
【0161】
【発明の効果】
本発明を実施することで、明るく消費電力が少ない上に、発光色が多彩でコスト的に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、発光色が多彩で安価な電気器具を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】格子を形成する金属錯体の概念を示す図。
【図2】格子を形成する金属錯体の概念を示す図。
【図3】格子を形成する金属錯体の構成を示す図。
【図4】格子を形成する金属錯体の構成を示す図。
【図5】格子を形成する金属錯体の構成を示す図。
【図6】格子を形成する金属錯体の構成を示す図。
【図7】格子を形成する金属錯体の構成を示す図。
【図8】格子を形成する金属錯体の構成を示す図。
【図9】格子を形成する金属錯体の構成を示す図。
【図10】格子を形成する金属錯体の構成を示す図。
【図11】格子を形成する金属錯体の構成を示す図。
【図12】有機EL素子の構造を示す図。
【図13】発光装置の断面構造を示す図。
【図14】発光装置の上面構造および断面構造を示す図。
【図15】発光装置の上面構造および断面構造を示す図。
【図16】発光装置の構成を示す図。
【図17】発光装置の構成を示す図。
【図18】電気器具の具体例を示す図。
【図19】電気器具の具体例を示す図。[0001]
[Field of the Invention]
The present invention includes an element having an anode layer, a cathode layer, and a film (hereinafter referred to as “organic EL layer”) containing an organic compound from which EL (Electro Luminescence; luminescence generated by applying an electric field) is obtained ( Hereinafter, the present invention relates to a light emitting device using “organic EL element”. EL in organic compounds includes light emission (fluorescence) when returning from the singlet excited state to the ground state and light emission (phosphorescence) when returning from the triplet excited state to the ground state. Alternatively, the present invention relates to a light-emitting device that can promote phosphorescence by arranging a light-emitting material in the pores by applying a metal complex capable of forming pores resulting from a three-dimensional network structure to the light-emitting layer. Note that the light emitting device in this specification refers to an image display device or a light emitting device using an organic EL element as a light emitting element. Also, a module with a TAB (Tape Automated Bonding) tape or TCP (Tape Carrier Package) attached to an organic EL element, a module with a printed wiring board provided at the end of a TAB tape or TCP, or a COG (Chip All modules on which an IC (integrated circuit) is directly mounted by the On Glass method are also included in the light emitting device.
[0002]
[Prior art]
An organic EL element 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 EL layer by applying a voltage with the organic EL layer sandwiched 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]
In a normal organic EL element, the organic EL layer is formed with a thin film having a thickness of less than 1 μm. Further, since the organic EL element itself is a self-luminous element, a backlight as used in a conventional liquid crystal display is not necessary. Therefore, it is a great advantage that the organic EL element can be manufactured to be extremely thin and light.
[0004]
For example, in an organic EL 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 EL layer, and light emission from recombination Even including the process up to, light emission occurs on the order of microseconds or less. Therefore, one of the features is that the response speed is very fast.
[0005]
Furthermore, since the organic EL element is a carrier injection type light emitting element, it can be driven with a DC voltage and noise is hardly generated. With respect to the driving voltage, driving in the order of several volts is possible by selecting an electrode material that reduces the carrier injection barrier or introducing a heterostructure (laminated structure) (Reference 1: CW Tang). and SA VanSlyke, "Organic electroluminescent diodes", Applied Physics Letters, vol. 51, No. 12, 913-915 (1987)). In Reference 1, an Mg: Ag alloy is used as a cathode, a diamine compound and tris (8-quinolinolato) -aluminum (hereinafter “Alq”). Three DC low voltage drive is realized by adopting a heterostructure in which the above are stacked.
[0006]
Due to these thin, lightweight, high-speed response, and direct current low voltage drive characteristics, organic EL 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.
[0007]
By the way, as described above, organic EL is a phenomenon in which molecular excitons emit light when returning to the ground state, but the excited state of molecular excitons formed by organic compounds is a singlet excited state (S * ) And triplet excited states (T * Is possible. The statistical generation ratio of organic EL elements is S * : T * = 1: 3 (Reference 2: Tetsuo Tsutsui, “Applied Physics Society of Organic Molecules and Bioelectronics Subcommittee, 3rd Workshop Text”, P.31 (1993)).
[0008]
However, common organic compounds are triplet excited states (T * ) (Phosphorescence) is not observed and is usually singlet excited (S * Only the light emission (fluorescence) from is observed. The ground state of an organic compound is usually a singlet ground state (S 0 ) Because T * → S 0 Transition is a forbidden transition, S * → S 0 This is because the transition is an allowable transition.
[0009]
That is, the singlet excited state (S * ) Usually contributes to light emission, and this also applies to organic EL elements. Therefore, the theoretical limit of internal quantum efficiency (ratio of photons generated with respect to injected carriers) in organic EL devices is S * : T * = 25% based on 1: 3.
[0010]
Further, not all of the generated light is emitted to the outside, and part of the light cannot be extracted due to the refractive index inherent to the organic EL element constituent material (organic EL layer material, electrode material) and the substrate material. The ratio of the generated light that is extracted to the outside is called light extraction efficiency. In an organic EL element having a glass substrate, the extraction efficiency is said to be about 20%.
[0011]
For the above reasons, even if all the injected carriers form molecular excitons, the theoretical limit of the proportion of photons that can be finally extracted outside the number of injected carriers (hereinafter referred to as “external quantum efficiency”) Was said to be 25% x 20% = 5%. That is, even if all the carriers are recombined, only 5% of them can be extracted as light.
[0012]
Recently, however, triplet excited states (T * Organic EL devices that can convert the energy released when returning to the ground state (hereinafter referred to as “triplet excitation energy”) to light emission have been announced one after another, and the high luminous efficiency has attracted attention ( Reference 3: 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 4: 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)).
[0013]
Document 3 uses a metal complex with platinum as the central metal (hereinafter referred to as “platinum complex”), and Document 4 uses a metal complex with iridium as the central metal (hereinafter referred to as “iridium complex”). It can be said that this metal complex is also characterized by introducing a third transition series element as a central metal. Among them, there are those that far exceed the theoretical limit of 5% of the external quantum efficiency described above.
[0014]
As shown in Literature 3 and Literature 4, the organic EL element capable of converting triplet excitation energy into light emission can achieve higher external quantum efficiency than conventional ones. And if external quantum efficiency becomes high, light emission brightness will also improve. Therefore, an organic EL device capable of converting triplet excitation energy into light emission is considered to occupy a large weight in future development as a method for achieving high luminance light emission and high light emission efficiency.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, since both platinum and iridium are so-called noble metals, platinum complexes and iridium complexes using them are also expensive, and it is expected that they will be an adverse effect of cost reduction in the future.
[0016]
Further, the emission color of the iridium complex is green, that is, a wavelength located in the middle in the visible light region. The platinum complex emits red light with relatively good color purity when used as a dopant. However, when the concentration is low, the host material also shines, resulting in poor color purity. When the concentration is high, light emission occurs due to concentration quenching. There is a disadvantage that efficiency is reduced. That is, high-efficiency light emission of red or blue with high color purity has not been obtained from an organic EL element that can convert triplet excitation energy into light emission.
[0017]
Therefore, in the future, considering the production of full-color flat panel displays using red, green, and blue light emission colors, red light emission with high external quantum efficiency and high color purity, as well as iridium complexes and platinum complexes, and Blue emission must be achieved using as cheap a material as possible.
[0018]
From such a background, in addition to the organic EL element using the existing iridium complex or platinum complex, development of an organic EL element capable of converting triplet excitation energy into light emission is desired. The simplest method is to develop a new organic compound that emits phosphorescence at room temperature. However, a clear molecular design policy has not yet been established, and there are many difficult aspects.
[0019]
Therefore, it is important to develop a new phosphorescent material, but it is desirable to design an organic EL layer configuration that promotes phosphorescence emission compared to the light-emitting materials that have been used in conventional organic EL devices. . This is because various luminescent colors have already been obtained with luminescent materials conventionally used in organic EL elements, so that various luminescent colors may be exhibited and many inexpensive materials exist.
[0020]
Therefore, in the present invention, an organic EL element capable of converting triplet excitation energy into light emission is achieved by devising the configuration of the light emitting layer while using the light emitting material conventionally used in organic EL elements. To do. Accordingly, it is an object to provide an organic EL element that has high luminous efficiency and exhibits various emission colors by using a conventional organic compound and can be manufactured at low cost.
[0021]
It is another object of the present invention to provide a light-emitting device that is bright and consumes less power and exhibits various emission colors using the organic EL element disclosed in the present invention at low cost. Furthermore, by using such a light-emitting device, it is an object to provide an inexpensive electric appliance that is bright and consumes less power and exhibits various emission colors.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The inventor paid attention to the heavy atom effect known in the field of PL (Photo Luminescence; luminescence generated by irradiating light). The heavy atom effect means that by introducing a heavy atom (atom having many nuclear loads) into a molecule or solvent, a spin-orbit interaction is increased and phosphorescence emission is promoted. . The nuclear load corresponds to the atomic number, that is, the number of positive charges in the nucleus.
[0023]
There are two types of heavy atom effects: internal heavy atom effects and external heavy atom effects. The internal heavy atom effect means that phosphorescence emission is promoted when a heavy atom is contained in the molecule of the light emitting material. On the other hand, even when heavy atoms are present in the solvent containing the luminescent material as a solute, the phosphorescent emission of the luminescent material is sometimes promoted, and this phenomenon is called the external heavy atom effect.
[0024]
Therefore, it is considered that phosphorescence may be obtained if the external heavy atom effect can be expressed also in the organic EL element. In other words, this is a technique for promoting phosphorescence emission by allowing a material containing heavy atoms to exist around the light emitting material.
[0025]
A simple method is to disperse a metal as a heavy atom in the light emitting layer of the organic EL layer, but in that case, it is considered difficult to function as the light emitting layer. For example, if the organic EL layer is doped with an alkali metal (such as cesium), the doped layer has improved conductivity and can exhibit an excellent function as a carrier transport layer. However, since the doped metal becomes a material that deactivates excitation energy and prevents light emission (hereinafter referred to as “quencher”), the doped layer does not emit light. Therefore, it is usually difficult to use such a doped layer as the light emitting layer, and it is impossible to introduce the heavy atom effect.
[0026]
Therefore, in short, an insulator containing heavy atoms may be disposed around the light emitting material, not the metal itself. That is, by using an insulator having a large band gap as a material containing heavy atoms, energy transfer and deactivation from the light emitting material are prevented, and a quencher is prevented. Thereby, promotion of phosphorescence emission by the heavy atom effect can be expected.
[0027]
For example, there is a report on PL characteristics of an organic material dispersed in pores of an insulating zeolite (Reference 5: V. Ramamurthy, J. V Caspar, DF Eaton, Erica W. Kuo, and DR Corbin, "Heavy-Atom-Induced Phosphorescence of Aromatics and Olefins Included within Zeolites", Journal of American Chemical Society, Vol. 114, No. 10, 3882-3892 (1992)). According to the literature 5, about the PL of the organic material contained in the pores of the zeolite, when the zeolite cations (Li, Na, K, Rb, Cs, and Tl) are replaced, the cations become heavier atoms. The result that phosphorescence emission is accelerated | stimulated by the heavy atom effect has been obtained.
[0028]
Here, in particular, as in Document 5, the insulator containing heavy atoms is used in the form of a porous body (with a uniform pore size distribution as much as possible), and a method of introducing a light emitting material into the pores of the porous body The inventor believes that this is desirable. This is because the light emitting material has a structure surrounded by the porous body, so that the interaction between the heavy atoms contained in the porous body and the light emitting material is increased, and the phosphorescence emission is facilitated by the heavy atom effect. This is because it is expected. In addition, since the luminescent material is confined in the pores and the pores are regularly arranged, a pseudo-like superlattice structure is formed, stable molecular excitons are generated, and the emission characteristics are improved. There is also a possibility of improving.
[0029]
However, in an organic EL device, there are some problems in driving the device by containing a light emitting material in zeolite. First, when zeolite is provided on the electrode, injection of carriers into the organic EL layer is hindered, and there is a possibility that the emission characteristics are rather deteriorated. In addition, a technique for forming a zeolite film as a thin film of about 100 to 200 nm is also necessary. Furthermore, it is mentioned that a light emitting material cannot be contained in zeolite by vacuum deposition (it is possible by a wet method).
[0030]
Considering these electrical characteristics and process problems, it can be said that promotion of phosphorescence emission using zeolite as shown in Reference 5 is an easy technique because it is PL. That is, it is relatively difficult to apply to an EL element.
[0031]
Therefore, the present inventor has devised a technique that makes use of the concept of containing a light-emitting material in the pores of a porous body containing heavy atoms and that is less likely to cause problems in electrical characteristics and processes. That is, a metal complex that forms a network structure is used as a host for a light emitting material, and the light emitting material is dispersed in the network of the host. The schematic diagram is shown in FIG.
[0032]
As a network formed by a metal complex (hereinafter, simply referred to as “lattice”), a form as shown in FIG. 1A in which a metal atom 101a is located at a lattice point and a ligand 102a is bridged (hereinafter, “ 1 (b) ”(hereinafter referred to as“ lattice B1 ”) in which the ligand 102b is positioned at a lattice point and the metal atom 101b is bridged. Note that the shape of the lattice is not limited to the quadrangle as shown in FIG. 1, and various polygons (such as hexagons) are possible. The lattice can have both a two-dimensional (planar) structure and a three-dimensional (three-dimensional) structure.
[0033]
Then, at the time of synthesizing or forming a metal complex having such a lattice structure, the light emitting material 103 having an appropriate molecular size can be mixed to introduce the light emitting material into the interstitial position of the lattice structure.
[0034]
Therefore, in the present invention, in a light emitting device having an organic EL element including a light emitting layer composed of an organic compound from which EL can be obtained, and a metal complex, the metal complex is a lattice in which metal atoms and ligands are alternately arranged. A structure is formed, wherein the metal atom is a lattice point and the ligand bridges the lattice point (lattice A1).
[0035]
In the present invention, in the light-emitting device having an organic EL element including a light-emitting layer composed of an organic compound capable of obtaining EL and a metal complex, the metal complex has metal atoms and ligands arranged alternately. A lattice structure is formed, wherein the ligand is a lattice point and the metal atom bridges the lattice point (lattice B1).
[0036]
Although most metal atoms are thought to be able to cause more or less heavy atom effects, in the field of PL, heavy atom effects occur especially when they contain atoms that are heavier than bromine (Br; atomic number 35). Is noticeable. Therefore, the metal atom contained in the metal complex is preferably a metal atom heavier than rubidium (Rb; atomic number 37).
[0037]
Therefore, in the present invention, in a light-emitting device having an organic EL element including a light-emitting layer composed of an organic compound from which EL can be obtained, and a metal complex, the metal complex is a lattice in which metal atoms and ligands are alternately arranged. A lattice structure of A1 or lattice B1 is formed, and the metal atom has an atomic number greater than or equal to rubidium.
[0038]
By the way, the heavy atom effect means that the introduction of heavy atoms increases the spin-orbit interaction and promotes phosphorescence. Therefore, even when no heavy atom is used, triplet excitation energy can be converted into light emission if a molecular structure having a large spin-orbit interaction can be introduced.
[0039]
One possible method is to introduce a molecular structure that exhibits ferromagnetism or antiferromagnetism. Therefore, the present inventor has focused on a binuclear complex (a metal complex having two metal atoms as a nucleus). The reason for this is that in a multinuclear complex having a paramagnetic metal ion, a ferromagnetic or antiferromagnetic interaction is often observed in the complex. If a heavy metal is selected as the metal atom, the phosphorescence emission can be further promoted because a heavy atom effect is added.
[0040]
Therefore, in particular, a metal complex in which the metal atom in FIG. 1 is replaced with a binuclear structure composed of two metal atoms is more preferable (FIG. 2). In this case, a configuration as shown in FIG. 2A (hereinafter referred to as “lattice A2”) in which the ligand 201a is bridged by the site 201a of the binuclear structure positioned at the lattice point, and the ligand 202b is the lattice point. A configuration as shown in FIG. 2B (hereinafter referred to as “lattice B2”) in which the portion 201b of the binuclear structure is bridged is considered. Note that the shape of the lattice is not limited to the quadrangle as shown in FIG. 2, and various polygons (such as hexagons) are possible. The lattice can have both a two-dimensional (planar) structure and a three-dimensional (three-dimensional) structure.
[0041]
Then, at the time of synthesizing or forming a metal complex having such a lattice structure, a light emitting material can be introduced into the interstitial position of the lattice structure by mixing the light emitting material 203 having an appropriate molecular size.
[0042]
Furthermore, when a metal complex having a binuclear structure is used in the present invention, the lattice is easy to take a rectangular shape, so that there is an advantage that a regular structure such as a cubic lattice or a square lattice can be produced relatively easily. For this reason, as described above, since the pores are regularly arranged, a state like a superlattice structure is formed in a pseudo manner, and stable molecular excitons are generated, which may lead to improvement of the light emission characteristics. is there.
[0043]
As described above, in the present invention, in the light-emitting device having an organic EL element including a light-emitting layer composed of an organic compound capable of obtaining EL and a metal complex having a binuclear structure having two metal atoms as nuclei, the metal The complex has a lattice structure in which the site of the multinuclear structure and the ligand are alternately arranged, the site of the binuclear structure is a lattice point, and the ligand bridges the lattice point. (Lattice A2).
[0044]
Further, in the present invention, in a light-emitting device having an organic EL element comprising a light-emitting layer comprising an organic compound from which EL can be obtained and a metal complex having a binuclear structure having two metal atoms as nuclei, the metal complex comprises: Forming a lattice structure in which the site of the binuclear structure and the ligand are alternately arranged, the ligand being a lattice point, and the site of the binuclear structure is a structure that bridges the lattice point (Lattice B2).
[0045]
In addition, as a metal seed | species, since the metal element from a 5th group to a 11th group among transition series elements tends to form a binuclear structure, it is suitable for this invention. Among these, niobium, tantalum, molybdenum, and tungsten are more preferable because they are higher in atomic number than bromine in which the heavy atom effect is noticeable and are inexpensive materials among transition series elements.
[0046]
Therefore, in the present invention, in a light-emitting device having an organic EL element including a light-emitting layer composed of an organic compound from which EL can be obtained, a metal complex having a binuclear structure having two metal atoms as nuclei, A lattice structure of lattice A2 or lattice B2 in which a portion of a binuclear structure and a ligand are alternately arranged is formed, and the metal atom is composed of any element of Group 5 to Group 11 elements. To do.
[0047]
By implementing the invention as described above, it is possible to provide a light-emitting device that is bright and consumes less power and exhibits various emission colors at low cost. Furthermore, by using such a light-emitting device, it is possible to provide an inexpensive electric appliance that is bright and consumes less power and exhibits various emission colors.
[0048]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In practicing the present invention, it is important to select a metal complex having a rigid group as a ligand. In other words, when a ligand having a chain portion such as an alkyl group as the main chain is used, the lattice is twisted during crosslinking (or when lattice points are formed), and pores having a uniform distribution are formed. become unable. Therefore, it is desirable to introduce an aromatic ring (specifically, a substituent containing a paraphenylene group, a substituent containing a heterocyclic ring, or a substituent containing a condensed ring) as a rigid group.
[0049]
The rigid group may have some substituent as a side chain, but it is preferable that the substituent does not participate in complex formation. That is, for example, when having a hydroxyl group or the like as a side chain, a complex may be formed there, and the expected lattice may not be formed. Therefore, an alkyl group, an alkoxyl group, etc. can be considered as a preferable substituent as a side chain of the rigid group.
[0050]
First, the form of the metal complex forming the lattice A1 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 3, regardless of the form of the ligand X, if the central metal M is a tetrahedral coordination 301, a three-dimensional structure such as a cristobalite type lattice (FIG. 3 (a)) is formed, and the central metal M If is a planar configuration 302, a square lattice (FIG. 3B) is obtained. Further, if the central metal M can be octahedrally coordinated 303, a cubic or square lattice can be formed by introducing a ligand Z that is the same as or different from the ligand X (FIG. 3 (c)). ).
[0051]
Here, an example of FIG. 3C is shown in FIG. A metal capable of bivalent octahedral coordination as the central metal M, and a ligand X preferably has a phenolic anion and a 4-pyridyl group at both ends as represented by the following general formula (1). It is considered that a structure as shown in FIG. 4 can be obtained by using a ligand having a lone pair as a ligand Z (for example, pyrazine) at both ends (A is a paraphenylene group). Or a substituent containing a heterocyclic ring, or a rigid substituent such as a substituent containing a condensed ring).
[0052]
[Chemical formula 5]
Figure 0004255635
[0053]
Next, the form of the metal complex forming the lattice B1 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. Three By selecting a ligand X that has an atom Sp (specifically, a group 14 element) having four bonds due to the hybrid orbital and can coordinate in the apex direction of the tetrahedron 501, a cristobalite-type lattice ( It is considered that FIG. 5 (a)) becomes possible.
[0054]
An example of FIG. 5A is shown in FIG. The ligand X is preferably a ligand represented by the following structural formula (2) having an 8-quinolinol skeleton in the apex direction of the tetrahedron (A is a substituent containing a paraphenylene group or a complex It is a rigid substituent such as a substituent containing a ring or a substituent containing a condensed ring.) As shown in the following structural formula (3), A may not be present. However, in this case, it is desirable to select a metal capable of planar coordination as the central metal M (in the case of tetrahedral coordination, the lattice is greatly twisted).
[0055]
[Chemical 6]
Figure 0004255635
[Chemical 7]
Figure 0004255635
[0056]
As the form of the metal complex forming the lattice B1, as shown in FIG. 6 (a), by selecting a ligand X having a benzene ring at the center and capable of coordination in the apex direction of an equilateral triangle, It is thought that the lattice of is also possible. Further, as shown in FIG. 6B, it is considered that a pseudo honeycomb lattice (hexagonal lattice) can be realized by introducing a ligand Z that is the same as or different from the ligand X.
[0057]
An example of FIG. 6B is shown in FIG. The ligand X is preferably a ligand represented by the following structural formula (4) having a quinolinol skeleton at the 1,3, and 5 positions of the benzene ring (A is a substituent containing a paraphenylene group). Or a substituent containing a heterocyclic ring or a substituent containing a condensed ring, etc.) As shown in the following structural formula (5), A may not be present. Further, as the ligand Z, a ligand having unshared electron pairs at both ends (for example, pyrazine) may be used. However, in this case, it is necessary to select a metal capable of octahedral coordination as the central metal M. Note that the coordination state in FIG. 7 shows only metal atoms in front of the paper for the sake of simplicity.
[0058]
[Chemical 8]
Figure 0004255635
[Chemical 9]
Figure 0004255635
[0059]
Next, the form of the metal complex having a binuclear structure forming the lattice A2 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 8, regardless of the form of the ligand X, the binuclear structure M 2 If the plane configuration is 801, it is considered that a square lattice (FIG. 8A) is obtained. In addition, the multinuclear structure M 2 Can be octahedrally coordinated 802, it is considered that a cubic lattice or a tetragonal lattice can be formed by introducing the same or different ligand Z as the ligand X (FIG. 8 (b)).
[0060]
Here, an example of FIG. 8B is shown in FIG. The ligand X is preferably a dicarboxylate ion having carboxyl groups at both ends as represented by the following general formulas (6) to (8) (where a is a substituent containing a paraphenylene group). Or a substituent containing a heterocyclic ring or a substituent containing a condensed ring, b represents one or more cycloalkylene groups, and b may have a substituent, and n is Represents an integer of 1 or more). As the ligand Z, a ligand having an unshared electron pair at both ends (for example, pyrazine) may be used. In this way, a structure as shown in FIG. 9 is possible.
[0061]
[Chemical Formula 10]
Figure 0004255635
Embedded image
Figure 0004255635
Embedded image
Figure 0004255635
[0062]
Furthermore, a lattice structure can also be formed when a ligand having an unshared electron pair at both ends (for example, pyrazine) is coordinated to a binuclear complex having the following general formula (9) as a ligand. (C represents a substituent containing an aryl group, a substituent containing a heterocyclic ring, or a substituent containing a condensed ring).
[0063]
Embedded image
Figure 0004255635
[0064]
Note that the metal complex (a binuclear complex having the general formulas (6) to (9) as a ligand) that forms an A2-type lattice structure as described in this embodiment is described in the following documents. (Reference 6: Jun Takamizawa, “Metal Complexes Incorporating Molecules”, Chemistry and Industry, Vol. 53, No. 2 (2000), p. 136-139).
[0065]
Finally, the form of the metal complex having a binuclear structure forming the lattice B2 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 10 (a), it is considered that a hexagonal lattice can be realized by selecting a ligand X having a benzene ring at the center and capable of coordinating in the apex direction of an equilateral triangle. Further, as shown in FIG. 10B, it is considered that a pseudo honeycomb lattice (hexagonal lattice) can be realized by introducing a ligand Z that is the same as or different from the ligand X.
[0066]
An example of FIG. 10B is shown in FIG. Ligand X is preferably a ligand having a formylsalicylic acid skeleton at positions 1, 3, and 5 of the benzene ring as represented by the following general formula (10), or represented by the following general formula (11). A ligand having a carboxysalicylideneamine skeleton at the 1,3, and 5 positions of the benzene ring may be used (A is a substituent containing a paraphenylene group or a substituent containing a heterocyclic ring, Or a rigid substituent such as a substituent containing a condensed ring.) As shown in the following general formulas (12) and (13), A may not be present. As the ligand Z, a ligand having an unshared electron pair at both ends (for example, pyrazine) may be used when the central metal is divalent, and a dicarboxylate ion may be used when the central metal is trivalent. In FIG. 11, the ligand X represented by the general formula (9) and the ligand Z which is a dicarboxylic acid ion are used. Note that the coordination state in FIG. 11 shows only metal atoms in front of the paper for the sake of simplicity.
[0067]
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Figure 0004255635
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Figure 0004255635
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Figure 0004255635
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Figure 0004255635
[0068]
By the way, it can be said that the most preferable form among the above embodiments is a metal complex capable of forming an A2 type lattice structure. This is because a synthesis method has already been established to some extent, and the synthesis method is relatively simple. According to the following document 7, a binuclear complex (that is, copper (II) terephthalate) composed of a ligand (that is, terephthalate ion) in which a is a phenylene group in general formula (6) and a copper (II) ion. The synthesis method is simply mixed with each methanol solution of copper (II) formate tetrahydrate and terephthalic acid, which proves extremely simple (Reference 7: Ryo Mori, Akira Takamizawa, “New Micro Pore substances ", Chemistry and Industry, Vol. 51, No. 2 (1998), p.210-212).
[0069]
Here, among the ligands described in Document 6, those corresponding to the general formulas (6) to (9) are summarized in Table 1 below. Cu, Cr, Mo, W, Rh, Re, Ru etc. are mentioned as a central metal which forms a binuclear structure. In addition, it is shown that a three-dimensional structure can be formed by crosslinking using a pyrazine with respect to a binuclear complex in which the No. 7 ligand in Table 1 below is used and the central metal is Rh.
[0070]
[Table 1]
Figure 0004255635
[0071]
By applying a metal complex for which an easy synthesis method has been established as a light emitting layer of an organic EL device, it is relatively easy to carry out the present invention, which is preferable for the present invention.
[0072]
【Example】
Hereinafter, each configuration described in the embodiment of the invention will be specifically exemplified. The organic EL element structures from Example 1 to Example 7 are shown in FIG.
[Example 1]
In this example, an organic EL element using the metal complex described in FIG. 3B in the embodiment of the invention is specifically exemplified. As the central metal M, Cu (II) which is a metal capable of bivalent planar coordination is used, and as the ligand X, a compound represented by the following formula (14) is used.
Embedded image
Figure 0004255635
[0073]
First, spin coating of an aqueous solution of polyethylene dioxythiophene (hereinafter referred to as “PEDOT”) doped with sulfonic acid to improve conductivity on a glass substrate 1201 on which ITO is formed as a transparent anode 1202 Then, a hole injection layer 1203 is formed by evaporating moisture. The film thickness is desirably about 30 nm.
[0074]
Next, a metal complex 1204a having a square lattice structure composed of Cu (II) as a central metal M and a ligand represented by the above formula (14) as a ligand X, and tris (8-quinolinolato) ) Aluminum (hereinafter “Alq Three The light emitting material 1204b made up of “)” is dissolved in the same organic solvent. This solution is applied onto PEDOT by spin coating, and the solvent is evaporated to form an electron transporting light emitting layer 1204. The film thickness is desirably about 50 nm.
[0075]
Note that this is a method for manufacturing the metal complex 1204a having the above-mentioned square lattice structure, but it is considered that the metal complex 1204a can be manufactured by mixing a metal salt containing Cu (II) and a ligand. At this time, it is necessary to adjust the abundance ratio between the central metal M and the ligand X so that M: X = 1: 2.
[0076]
Finally, a lithium acetylacetonate complex (hereinafter referred to as “Li (acac)”) is formed to have a thickness of about 2 nm as the electron injection layer 1205, and Al is formed to have a thickness of about 100 nm as the cathode 1206, thereby obtaining an organic EL device.
[0077]
[Example 2]
In this example, an organic EL element using a metal complex as described in FIG. 5B in the embodiment of the invention is specifically exemplified. As the central metal M, Ni (II) which is a metal capable of bivalent planar coordination is used, and as the ligand X, a compound represented by the following formula (15) is used.
Embedded image
Figure 0004255635
[0078]
First, on a glass substrate 1201 on which ITO, which is a transparent anode 1202, is formed, an aqueous solution of PEDOT doped with sulfonic acid to improve conductivity is formed by spin coating, and water is evaporated to evaporate the water. The hole injection layer 1203 is used. The film thickness is desirably about 30 nm.
[0079]
Next, a metal complex 1204a having a cristobalite type lattice structure composed of Ni (II) as a central metal M and a ligand represented by the above formula (15) as a ligand X, and Alq Three The light emitting material 1204b made of is dissolved in the same organic solvent. This solution is applied onto PEDOT by spin coating, and the solvent is evaporated to form an electron transporting light emitting layer 1204. The film thickness is desirably about 50 nm.
[0080]
Note that this is a method for manufacturing the metal complex 1204a having the cristobalite-type lattice structure, but it can be prepared by mixing a metal salt containing Ni (II) and a ligand. At this time, the abundance ratio between the central metal M and the ligand X needs to be adjusted so that M: X = 2: 1.
[0081]
Finally, a film of Li (acac) of about 2 nm as the electron injection layer 1205 and a film of Al of about 100 nm as the cathode 1206 are formed into an organic EL element.
[0082]
[Example 3]
In this example, an organic EL element using the metal complex described in FIG. 7 in the embodiment of the invention is specifically exemplified. Co (II), which is a divalent octahedrally coordinated metal, is used as the central metal M, a compound represented by the following formula (16) is used as the ligand X, and pyrazine is used as the ligand Z.
Embedded image
Figure 0004255635
[0083]
First, on a glass substrate 1201 on which ITO, which is a transparent anode 1202, is formed, an aqueous solution of PEDOT doped with sulfonic acid to improve conductivity is formed by spin coating, and water is evaporated to evaporate the water. The hole injection layer 1203 is used. The film thickness is desirably about 30 nm.
[0084]
Next, a metal having a hexagonal lattice structure comprising Co (II) as the central metal M, a ligand represented by the above formula (16) as the ligand X, and pyrazine as the ligand Z. Complex 1204a, and Alq Three The light emitting material 1204b made of is dissolved in the same organic solvent. This solution is applied onto PEDOT by spin coating, and the solvent is evaporated to form an electron transporting light emitting layer 1204. The film thickness is desirably about 50 nm.
[0085]
Note that this is a method for manufacturing the metal complex 1204a having the above hexagonal lattice structure, but it can be manufactured by mixing a metal salt containing Co (II) and a ligand. At this time, the abundance ratio of the central metal M, the ligand X, and the ligand Z needs to be adjusted so that M: X: Z = 3: 2: 3.
[0086]
Finally, a film of Li (acac) of about 2 nm as the electron injection layer 1205 and a film of Al of about 100 nm as the cathode 1206 are formed into an organic EL element.
[0087]
[Example 4]
In this example, an organic EL element using the binuclear complex described in FIG. 9 in the embodiment of the invention is specifically exemplified. Mo (II) which is a divalent metal is used as the central metal M, a compound represented by the following formula (17) is used as the ligand X, and pyrazine is used as the ligand Z.
Embedded image
Figure 0004255635
[0088]
First, on a glass substrate 1201 on which ITO, which is a transparent anode 1202, is formed, an aqueous solution of PEDOT doped with sulfonic acid to improve conductivity is formed by spin coating, and water is evaporated to evaporate the water. The hole injection layer 1203 is used. The film thickness is desirably about 30 nm.
[0089]
Next, a dinuclear having a square lattice structure comprising Mo (II) as the central metal M, a ligand represented by the above formula (17) as the ligand X, and pyrazine as the ligand Z. Complex 1204a, and Alq Three The light emitting material 1204b made of is dissolved in the same organic solvent. This solution is applied onto PEDOT by spin coating, and the solvent is evaporated to form an electron transporting light emitting layer 1204. The film thickness is desirably about 50 nm.
[0090]
In addition, although it is the preparation method of the binuclear complex 1204a of the above-mentioned square lattice structure, it is considered that it can be prepared by a ligand substitution reaction in which a copper acetate monohydrate type binuclear Mo (II) complex and a ligand are mixed. It is done. At this time, the abundance ratio of the central metal M, the ligand X, and the ligand Z needs to be adjusted so that M: X: Z = 2: 2: 1.
[0091]
Finally, a film of Li (acac) of about 2 nm as the electron injection layer 1205 and a film of Al of about 100 nm as the cathode 1206 are formed into an organic EL element.
[0092]
[Example 5]
In this example, an organic EL element using the binuclear complex as described in FIG. 11 in the embodiment of the invention is specifically exemplified. A trivalent metal Mn (III) is used as the central metal M, a compound represented by the following formula (18) is used as the ligand X, and terephthalic acid is used as the ligand Z.
Embedded image
Figure 0004255635
[0093]
First, on a glass substrate 1201 on which ITO, which is a transparent anode 1202, is formed, an aqueous solution of PEDOT doped with sulfonic acid to improve conductivity is formed by spin coating, and water is evaporated to evaporate the water. The hole injection layer 1203 is used. The film thickness is desirably about 30 nm.
[0094]
Next, a hexagonal lattice structure comprising Mn (III) as the central metal M, a ligand represented by the above formula (18) as the ligand X, and terephthalic acid as the ligand Z. Binuclear complex 1204a, and Alq Three The light emitting material 1204b made of is dissolved in the same organic solvent. This solution is applied onto PEDOT by spin coating, and the solvent is evaporated to form an electron transporting light emitting layer 1204. The film thickness is desirably about 50 nm.
[0095]
Note that the method for producing the above hexagonal lattice-structured binuclear complex 1204a is considered to be produced by mixing a metal salt containing Mn (III) and a ligand. At this time, it is necessary to adjust the abundance ratio of the central metal M, the ligand X, and the ligand Z to be M: X: Z = 6: 2: 3.
[0096]
Finally, a film of Li (acac) of about 2 nm as the electron injection layer 1205 and a film of Al of about 100 nm as the cathode 1206 are formed into an organic EL element.
[0097]
[Example 6]
In this example, a binuclear complex using the ligand shown in Table 1 in the embodiment of the invention is specifically exemplified, and a method for manufacturing an organic light-emitting element using the complex is shown. Here, a copper binuclear complex using No, 1 (terephthalate ion; the following formula (19)) in Table 1 is used.
[0098]
Embedded image
Figure 0004255635
[0099]
First, on a glass substrate 1201 on which ITO, which is a transparent anode 1202, is formed, an aqueous solution of PEDOT doped with sulfonic acid to improve conductivity is formed by spin coating, and water is evaporated to evaporate the water. The hole injection layer 1203 is used. The film thickness is desirably about 30 nm.
[0100]
Next, the methanol solution of copper formate tetrahydrate, which is the raw material of the central metal Cu, the methanol solution of terephthalic acid, which is the raw material of the ligand, and the methanol solution of Alq3 are mixed and simultaneously spin-coated on the PEDOT. The electron-transporting light-emitting layer 1204 is formed by coating the substrate and evaporating the solvent. As shown in Reference 6, copper formate tetrahydrate and terephthalic acid react to form a binuclear complex 1204a having a lattice structure. Alq Three The light emitting material 1204b made of is considered to be taken into the lattice. The film thickness is desirably about 50 nm.
[0101]
Finally, a film of Li (acac) of about 2 nm as the electron injection layer 1205 and a film of Al of about 100 nm as the cathode 1206 are formed into an organic EL element.
[0102]
[Example 7]
In this example, a binuclear complex using the ligand shown in Table 1 in the embodiment of the invention is specifically exemplified, and a method for manufacturing an organic light-emitting element using the complex is shown. Here, a rhodium binuclear complex using No. 7 (benzoate ion; the following formula (20)) in Table 1 is used.
[0103]
Embedded image
Figure 0004255635
[0104]
First, on a glass substrate 1201 on which ITO, which is a transparent anode 1202, is formed, an aqueous solution of PEDOT doped with sulfonic acid to improve conductivity is formed by spin coating, and water is evaporated to evaporate the water. The hole injection layer 1203 is used. The film thickness is desirably about 30 nm.
[0105]
Next, the rhodium benzoate binuclear complex shown in Reference 6 is dissolved in pyrazine, and this solution is mixed with Alq. Three Are mixed on the PEDOT by spin coating, and the solvent is evaporated under reduced pressure to form an electron transporting light emitting layer 1204. In this case, as shown in Reference 6, a binuclear complex 1204a having a lattice structure composed of a rhodium benzoate binuclear complex and pyrazine is formed, and Alq Three The light emitting material 1204b made of is considered to be taken into the lattice. The film thickness is desirably about 50 nm.
[0106]
Finally, a film of Li (acac) of about 2 nm as the electron injection layer 1205 and a film of Al of about 100 nm as the cathode 1206 are formed into an organic EL element.
[0107]
[Example 8]
In this example, a light-emitting device including the organic EL element disclosed in the present invention will be described. FIG. 13 is a cross-sectional view of an active matrix light-emitting device using the organic EL 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.
[0108]
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.
[0109]
In FIG. 13, reference numeral 1301 denotes a substrate. Here, a substrate that transmits visible light is used. Specifically, a glass substrate, a quartz substrate, a crystallized glass substrate, or a plastic substrate (including a plastic film) may be used. Note that the substrate 1301 includes an insulating film provided on the surface of the substrate.
[0110]
A pixel portion 1311 and a driver circuit 1312 are provided over the substrate 1301. First, the pixel portion 1311 will be described.
[0111]
The pixel portion 1311 is an area for displaying an image and has a plurality of pixels. Each pixel has a TFT (hereinafter referred to as “current control TFT”) 1302 for controlling a current flowing through the organic EL element, a pixel electrode An (anode) 1303, an organic EL layer 1304, and a cathode 1305 are provided. Although only the current control TFT is shown in FIG. 13, a TFT (hereinafter referred to as “switching TFT”) for controlling the voltage applied to the gate of the current control TFT is provided.
[0112]
As the current control TFT 1302, a p-channel TFT is preferably used here. Although an n-channel TFT can be used, when a current control TFT is connected to the anode of the organic EL element as shown in FIG. 13, the p-channel TFT can reduce power consumption. However, the switching TFT may be an n-channel TFT or a p-channel TFT.
[0113]
Further, the pixel electrode 1303 is electrically connected to the drain of the current control TFT 1302. In this embodiment, since a conductive material having a work function of 4.5 to 5.5 eV is used as the material of the pixel electrode 1303, the pixel electrode 1303 functions as an anode of the organic EL element. As the pixel electrode 1303, typically, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, or a compound thereof (ITO or the like) may be used. An organic EL layer 1304 is provided on the pixel electrode 1303.
[0114]
Further, a cathode 1305 is provided on the organic EL layer 1304. As a material for the cathode 1305, it is desirable to use a conductive material having a work function of 2.5 to 3.5 eV. As the cathode 1305, a conductive film containing an alkali metal element or an alkalinity metal element, or a layer in which an aluminum alloy is stacked over the conductive film may be used.
[0115]
Further, a layer including the pixel electrode 1303, the organic EL film 1304, and the cathode 1305 is covered with a protective film 1306. The protective film 1306 is provided to protect the organic EL element from oxygen and water. As a material for the protective film 1306, silicon nitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, or carbon (specifically, diamond-like carbon) is used.
[0116]
Next, the drive circuit 1312 will be described. The driver circuit 1312 is an area for controlling the timing of signals (gate signal and data signal) transmitted to the pixel portion 1311, and is provided with a shift register, a buffer, a latch, an analog switch (transfer gate), or a level shifter. In FIG. 13, a CMOS circuit including an n-channel TFT 1307 and a p-channel TFT 1308 is shown as a basic unit of these circuits.
[0117]
The circuit configuration of the shift register, buffer, latch, analog switch (transfer gate) or level shifter may be a known one. In FIG. 13, the pixel portion 1311 and the drive circuit 1312 are provided over the same substrate, but an IC or an LSI can be electrically connected without providing the drive circuit 1312.
[0118]
In FIG. 13, the pixel electrode (anode) 1303 is electrically connected to the current control TFT 1302, but a structure in which the cathode is connected to the current control TFT can also be adopted. In that case, the pixel electrode may be formed using the same material as the cathode 1305 and the cathode may be formed using the same material as the pixel electrode (anode) 1303. In that case, the current control TFT is preferably an n-channel TFT.
[0119]
Here, an appearance of the active matrix light-emitting device shown in FIG. 13 is shown in FIG. 14A shows a top view, and FIG. 14B shows a cross-sectional view when FIG. 14A is cut along PP ′. Further, reference is made to the reference numerals in FIG.
[0120]
In FIG. 14A, reference numeral 1401 denotes a pixel portion, 1402 denotes a gate signal side driving circuit, and 1403 denotes a data signal side driving circuit. Signals transmitted to the gate signal side drive circuit 1402 and the data signal side drive circuit 1403 are input from a TAB (Tape Automated Bonding) tape 1405 through the input wiring 1404. Although not shown, instead of the TAB tape 1405, a TCP (Tape Carrier Package) provided with an IC (integrated circuit) may be connected to the TAB tape.
[0121]
At this time, reference numeral 1406 denotes a cover material provided above the organic EL element shown in FIG. 13, and is bonded by a sealing material 1407 made of resin. Any material may be used as the cover material 1406 as long as it does not transmit oxygen and water. In this embodiment, as shown in FIG. 14 (b), the cover material 1406 includes a plastic material 1406a and a carbon film (specifically, a diamond-like carbon film) 1406b provided on the front and back surfaces of the plastic material 1406a. 1406c.
[0122]
Further, as shown in FIG. 14B, the sealing material 1407 is covered with a sealing material 1408 made of resin so that the organic EL element is completely enclosed in the sealed space 1409. The sealed space 1409 may be filled with an inert gas (typically nitrogen gas or a rare gas), a resin, or an inert liquid (for example, liquid fluorinated carbon typified by perfluoroalkane). It is also effective to provide a hygroscopic agent or oxygen scavenger.
[0123]
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 EL film 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.
[0124]
Note that any of the organic EL elements disclosed in the present invention may be used as the organic EL element included in the light emitting device of this example.
[Example 9]
[0125]
In this example, a passive matrix light-emitting device is illustrated as an example of a light-emitting device including the organic EL element disclosed in the present invention. FIG. 15 (a) shows a top view thereof, and FIG. 15 (b) shows a cross-sectional view of FIG. 15 (a) taken along PP ′.
[0126]
In FIG. 15A, reference numeral 1501 denotes a substrate, and here a plastic material is used. Plastic materials include polyimide, polyamide, acrylic resin, epoxy resin, PES (polyethylene sulfide), PC (polycarbonate), PET (polyethylene terephthalate) or PEN (polyethylene naphthalate) in plate form or on film Can be used.
[0127]
Reference numeral 1502 denotes a scanning line (anode) made of an oxide conductive film. In this embodiment, an oxide conductive film obtained by adding gallium oxide to zinc oxide is used. Reference numeral 1503 denotes a data line (cathode) made of a metal film. In this embodiment, a bismuth film is used. Reference numeral 1504 denotes a bank made of acrylic resin, which functions as a partition for dividing the data line 1503. A plurality of scanning lines 1502 and data lines 1503 are both formed in a stripe shape, and are provided so as to be orthogonal to each other. Although not shown in FIG. 15A, an organic EL layer is sandwiched between the scanning line 1502 and the data line 1503, and the intersection 1505 is a pixel.
[0128]
The scanning line 1502 and the data line 1503 are connected to an external drive circuit via the TAB tape 1507. Note that 1508 represents a wiring group formed by aggregating the scanning lines 1502, and 1509 represents a wiring group formed by a set of connection wirings 1506 connected to the data line 1503. Further, although not shown, instead of the TAB tape 1507, a TCP provided with an IC on the TAB tape may be connected.
[0129]
In FIG. 15B, reference numeral 1510 denotes a sealing material, and 1511 denotes a cover material bonded to the plastic material 1501 by the sealing material 1510. As the sealing material 1510, a photo-curing resin may be used, and a material with low degassing and low hygroscopicity is desirable. The cover material is preferably the same material as that of the substrate 1501, and glass (including quartz glass) or plastic can be used. Here, a plastic material is used.
[0130]
Next, an enlarged view of the structure of the pixel region is shown in FIG. Reference numeral 1513 denotes an organic EL layer. As shown in FIG. 15C, the bank 1504 has a shape in which the width of the lower layer is narrower than the width of the upper layer, and the data line 1503 can be physically divided. Further, the pixel portion 1514 surrounded by the sealing material 1510 has a structure in which the organic EL layer is prevented from being deteriorated by being blocked from the outside air by a sealing material 1515 made of resin.
[0131]
The light-emitting device of the present invention having the above structure can be manufactured by a very simple process because the pixel portion 1514 is formed of the scanning line 1502, the data line 1503, the bank 1504, and the organic EL layer 1513. .
[0132]
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 EL film 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.
[0133]
Note that any of the organic EL elements disclosed in the present invention may be used as the organic EL element included in the light emitting device of this example.
[0134]
[Example 10]
In this embodiment, an example in which a printed wiring board is provided in the light emitting device shown in Embodiment 9 to form a module is shown.
[0135]
In the module shown in FIG. 16A, a TAB tape 1604 is attached to a substrate 1601 (here, including a pixel portion 1602, wirings 1603a and 1603b), and a printed wiring board 1605 is attached via the TAB tape 1604. Yes.
[0136]
Here, a functional block diagram of the printed wiring board 1605 is shown in FIG. Inside the printed wiring board 1605, at least ICs functioning as I / O ports (input or output units) 1606 and 1609, a data signal side drive circuit 1607, and a gate signal side circuit 1608 are provided.
[0137]
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.
[0138]
Note that any of the organic EL elements disclosed in the present invention may be used as the organic EL element included in the light emitting device of this example.
[0139]
[Example 11]
In this embodiment, an example in which a light-emitting device shown in Embodiment 8 or Embodiment 9 is provided with a printed wiring board to form a module will be described.
[0140]
In the module shown in FIG. 17A, a TAB tape 1705 is attached to a substrate 1701 (including a pixel portion 1702, a data signal side driving circuit 1703, a gate signal side driving circuit 1704, wirings 1703a and 1704a). A printed wiring board 1706 is attached via a TAB tape 1705. A functional block diagram of the printed wiring board 1706 is shown in FIG.
[0141]
As shown in FIG. 17 (b), at least ICs functioning as I / O ports 1707 and 1710 and a control unit 1708 are provided inside the printed wiring board 1706. Although the memory unit 1709 is provided here, it is not always necessary. The control unit 1708 is a part having a function for controlling control of the driving circuit, correction of video data, and the like.
[0142]
In this specification, 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 EL element is formed is particularly referred to as a controller external module.
[0143]
Note that any of the organic EL elements disclosed in the present invention may be used as the organic EL element included in the light emitting device of this example.
[0144]
[Example 12]
The light-emitting device of the present invention described in the above embodiment has an advantage of being bright and low power consumption. 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 before. 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).
[0145]
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 EL film 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, there is no doubt that the thinness (not bulky) of electrical appliances in general is also useful from the viewpoint of transportation (capable of mass transportation) and installation (serving space such as rooms).
[0146]
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.
[0147]
That is, an electric appliance using the light emitting device of the present invention has advantages such as low power consumption, thin weight, and high visibility. Furthermore, since the light-emitting device is configured to promote phosphorescence using a conventional fluorescent dye that can be obtained at low cost, an electric appliance using the light-emitting device has an advantage that it is less expensive than the conventional one.
[0148]
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 EL element included in the electric appliance of this example. Moreover, any form of FIGS. 13-17 may be used for the form of the light-emitting device contained in the electric appliance of a present Example.
[0149]
FIG. 18A shows an organic EL display, which includes a housing 1801a, a support stand 1802a, and a display portion 1803a. By manufacturing a display using the light-emitting device of the present invention as the display portion 1803a, a thin and lightweight display can be realized. Therefore, transportation becomes simple and further space saving at the time of installation becomes possible.
[0150]
FIG. 18B shows a video camera, which includes a main body 1801b, a display portion 1802b, an audio input portion 1803b, operation switches 1804b, a battery 1805b, and an image receiving portion 1806b. By manufacturing a video camera using the light-emitting device of the present invention as the display portion 1802b, a lightweight video camera with low power consumption can be realized. Therefore, the consumption of the battery is reduced and the carrying becomes easy.
[0151]
FIG. 18C shows a digital camera, which includes a main body 1801c, a display portion 1802c, an eyepiece portion 1803c, and an operation switch 1804c. By manufacturing a digital camera using the light-emitting device of the present invention as the display portion 1802c, a lightweight digital camera with low power consumption can be realized. Therefore, the consumption of the battery is reduced and the carrying becomes easy.
[0152]
FIG. 18D shows an image reproducing device provided with a recording medium, which includes a main body 1801d, a recording medium (such as a CD, LD, or DVD) 1802d, an operation switch 1803d, a display unit (A) 1804d, and a display unit (B) 1805d. including. The display portion (A) 1804d mainly displays image information, and the display portion (B) 1805d mainly displays character information. By manufacturing the image reproducing device using the light emitting device of the present invention as the display portion (A) 1804d and the display portion (B) 1805d, the image reproducing device with low power consumption and light weight can be realized. Note that the image reproducing device provided with the recording medium includes a CD reproducing device, a game machine, and the like.
[0153]
FIG. 18E shows a portable (mobile) computer, which includes a main body 1801e, a display portion 1802e, an image receiving portion 1803e, an operation switch 1804e, and a memory slot 1805e. By manufacturing a portable computer using the light-emitting device of the present invention as the display portion 1802e, a thin and light portable computer with low power consumption can be realized. Therefore, the consumption of the battery is reduced and the carrying becomes easy. The portable computer can record information on a recording medium in which flash memory or nonvolatile memory is integrated, and can reproduce the information.
[0154]
FIG. 18F shows a personal computer, which includes a main body 1801f, a housing 1802f, a display portion 1803f, and a keyboard 1804f. By manufacturing a personal computer using the light-emitting device of the present invention as the display portion 1803f, a thin and lightweight personal computer with low power consumption can be realized. In particular, when a portable application such as a notebook computer is required, it is a great advantage in terms of battery consumption and lightness.
[0155]
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 EL element is very fast and is suitable for such moving image display.
[0156]
Next, FIG. 19A shows a mobile phone, which includes a main body 1901a, an audio output unit 1902a, an audio input unit 1903a, a display unit 1904a, an operation switch 1905a, and an antenna 1906a. By manufacturing a mobile phone using the light-emitting device of the present invention as the display portion 1904a, a thin and lightweight mobile phone with low power consumption can be realized. Therefore, the battery consumption is reduced, the carrying becomes easier and the body can be made compact.
[0157]
FIG. 19B shows an audio device (specifically, an on-vehicle audio), which includes a main body 1901b, a display portion 1902b, and operation switches 1903b and 1904b. By manufacturing an acoustic device using the light-emitting device of the present invention as the display portion 1902b, a lightweight acoustic device with low power consumption can be realized. In the present embodiment, in-vehicle audio is shown as an example, but it may be used for home audio.
[0158]
In addition, in the electric appliances as shown in FIGS. 18 to 19, the light emission luminance is modulated according to the brightness of the usage environment by further incorporating a photosensor and providing means for detecting the brightness of the usage 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.
[0159]
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.
[0160]
Therefore, even when the display units of the electric appliances shown in FIGS. 18 to 19 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 the front light of the liquid crystal display. By producing a thin, lightweight electric appliance with low power consumption can be achieved.
[0161]
【The invention's effect】
By implementing the present invention, it is possible to obtain a light-emitting device that is bright and consumes less power, has various emission colors, and is excellent in cost. Further, 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 less power and has various emission colors and is inexpensive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the concept of a metal complex that forms a lattice.
FIG. 2 is a view showing the concept of a metal complex forming a lattice.
FIG. 3 shows a structure of a metal complex forming a lattice.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a metal complex forming a lattice.
FIG. 5 shows a structure of a metal complex that forms a lattice.
FIG. 6 shows a structure of a metal complex forming a lattice.
FIG. 7 shows a structure of a metal complex forming a lattice.
FIG. 8 shows a structure of a metal complex that forms a lattice.
FIG. 9 shows a structure of a metal complex forming a lattice.
FIG. 10 shows a structure of a metal complex forming a lattice.
FIG. 11 shows a structure of a metal complex forming a lattice.
FIG. 12 shows a structure of an organic EL element.
FIG 13 illustrates a cross-sectional structure of a light-emitting device.
FIGS. 14A and 14B illustrate a top structure and a cross-sectional structure of a light-emitting device. FIGS.
FIGS. 15A and 15B illustrate a top structure and a cross-sectional structure of a light-emitting device. FIGS.
FIG 16 illustrates a structure of a light-emitting device.
FIG 17 illustrates a structure of a light-emitting device.
FIG. 18 is a diagram showing a specific example of an electric appliance.
FIG. 19 shows a specific example of an electric appliance.

Claims (4)

ELが得られるAlq からなる有機化合物と、二つの原子を核とする複核構造を有し、テレフタル酸銅(II)からなる金属錯体と、を混合することにより形成した燐光発光を生じる発光層を含む有機EL素子を有することを特徴とする発光装置。Luminescence generated an organic compound consisting of Alq 3 which EL is obtained, the two copper atoms have a dinuclear structure core, and a metal complex consisting of terephthalic acid copper (II), a phosphorescent formed by mixing A light emitting device comprising an organic EL element including a layer. ELが得られるAlq からなる有機化合物と、二つの原子を核とする複核構造を有し、テレフタル酸銅(II)からなる金属錯体と、を混合することにより形成した燐光発光を生じる発光層を含む有機EL素子を有する発光装置において、
前記金属錯体は、前記複核構造の部位とテレフタル酸イオンからなる配位子とが交互に配列する格子構造を形成し、前記複核構造の部位が格子点であってなおかつ前記配位子が前記格子点を架橋する構造であることを特徴とする発光装置。
Luminescence generated an organic compound consisting of Alq 3 which EL is obtained, the two copper atoms have a dinuclear structure core, and a metal complex consisting of terephthalic acid copper (II), a phosphorescent formed by mixing In a light emitting device having an organic EL element including a layer,
The metal complex forms a lattice structure in which the site of the binuclear structure and a ligand composed of terephthalate ions are alternately arranged, the site of the binuclear structure is a lattice point, and the ligand is the lattice. A light-emitting device having a structure that bridges dots.
ELが得られるAlq からなる有機化合物と、二つのロジウム原子を核とする複核構造を有し、安息香酸ロジウム複核錯体をピラジンで架橋した格子構造を有する金属錯体と、を混合することにより形成した燐光発光を生じる発光層を含む有機EL素子を有することを特徴とする発光装置。Formed by mixing an organic compound composed of Alq 3 from which EL can be obtained and a metal complex having a lattice structure in which a rhodium benzoate binuclear complex is bridged with pyrazine having a binuclear structure having two rhodium atoms as nuclei A light-emitting device having an organic EL element including a light-emitting layer that generates phosphorescent light. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の発光装置を用いたことを特徴とする電気器具。Appliance, characterized in that the light-emitting device according to any one of claims 1 to 3.
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