JP5870304B2

JP5870304B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子

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Publication number: JP5870304B2
Application number: JP2013002728A
Authority: JP
Inventors: 博也辻; 兼一郎渡邉; 井出　伸弘; 伸弘井出
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: JP2013084620A

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。

有機エレクトロルミネッセンス素子は、面発光が可能であること、超薄型等の理由により、照明用の次世代光源として注目を集め、精力的に実用化を目指した開発が行われている。中でも、無機ＬＥＤ照明の課題の一つとされる高演色性化技術に関して特に盛んに研究開発が行われており、様々なデバイス設計技術開発による高演色性化手法が提案されている。しかしながら、従来の主照明、すなわち蛍光灯と比較し十分な高演色性を実現し、かつ高効率・長寿命な有機エレクトロルミネッセンス素子の実現にはまだ課題が残る。

国際公開第２０１０／１３４３５２号（特許文献１）では、ＴＴＦ現象を発現する第一発光ユニットと第二発光ユニットを積層し、高性能な白色素子を実現する手法が提案されている。この手法を用いることにより、従来の（ＴＴＦ現象を発現しない）第一発光ユニットと第二発光ユニットを積層した白色素子と比較し、高効率・長寿命な白色有機エレクトロルミネッセンス素子の実現に非常に有効な手法として提案されているが、照明用有機エレクトロルミネッセンス素子として重要である、高演色性化に関する手法については言及されていない。

また、照明用途では様々な色温度で発光する光源が必要とされ、色温度の異なる有機エレクトロルミネッセンス素子の開発が進められている。しかしながら、色温度の異なる照明用有機エレクトロルミネッセンス素子の実現には発光材料の変更やデバイス構造の大幅な変更などが必要であり、特に、第一発光ユニットと第二発光ユニットを積層したマルチユニット構造では、各ユニットの効率のバランスの崩れから、材料変更や大きな構造変更無しでは、優れた効率・寿命特性を維持し、様々な色温度での発光を実現することが困難であった。

国際公開第２０１０／１３４３５２号

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、照明用光源として重要である高色温度から低色温度領域での白色発光を、膜厚調整等の軽微な設計変更により実現可能であり、かつ、高演色性化、特に平均演色評価数Ｒａと赤色の特殊演色評価数Ｒ９が高く、効率・寿命特性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とするものである。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と、青色蛍光発光材料及び緑色蛍光発光材料を含む第一発光ユニットと、中間層と、赤色リン光発光材料及び緑色リン光発光材料を含む第二発光ユニットと、陰極とを備えて形成され、前記第一発光ユニットと前記第二発光ユニットとが前記中間層を介して積層され、前記第一発光ユニットからの発光が、二つの三重項励起子の衝突融合により一重項励起子が生成する現象を利用したものであり、前記緑色蛍光発光材料の極大発光波長が４６０〜５４０ｎｍの間に存在し、前記緑色リン光発光材料の極大発光波長が５４０〜６１０ｎｍの間に存在することを特徴とするものである。

前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記緑色蛍光発光材料の前記極大発光波長と前記緑色リン光発光材料の前記極大発光波長との差が３５ｎｍ以上であることが好ましい。

前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記青色蛍光発光材料の極大発光波長が４６０ｎｍ以下であることが好ましい。

前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記赤色リン光発光材料の極大発光波長が６１０ｎｍ以上であることが好ましい。

前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記第一発光ユニットが前記陽極の側に配置され、前記第二発光ユニットが前記陰極の側に配置されて形成されていることが好ましい。

本発明によれば、照明用光源として重要である高色温度から低色温度領域での白色発光を、膜厚調整等の軽微な設計変更により実現可能であり、かつ、高演色性化、特に平均演色評価数Ｒａと赤色の特殊演色評価数Ｒ９が高く、効率・寿命特性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができるものである。

有機エレクトロルミネッセンス素子の層構造の概略を示す断面図である。有機エレクトロルミネッセンス素子の青色発光スペクトルの極大発光波長と平均演色評価数Ｒａとの関係を示すグラフである。（ａ）は有機エレクトロルミネッセンス素子の緑色リン光発光スペクトルの半値幅と平均演色評価数Ｒａとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は有機エレクトロルミネッセンス素子の緑色リン光発光スペクトルの半値幅と特殊演色評価数Ｒ９（赤）との関係を示すグラフである。（ａ）は緑色蛍光発光材料の極大発光波長と緑色リン光発光材料の極大発光波長の差と平均演色評価数Ｒａとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は緑色蛍光発光材料の極大発光波長と緑色リン光発光材料の極大発光波長の差と特殊演色評価数Ｒ９（赤）との関係を示すグラフである。有機エレクトロルミネッセンス素子の赤色発光スペクトルの極大発光波長と特殊演色評価数Ｒ９（赤）との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の構造の一例を図１に示す。この有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板１０の表面に透明電極１を形成し、その上に第一ホール輸送層１１、青色蛍光発光層２、緑色蛍光発光層３、第一電子輸送層１２、中間層９、第二ホール輸送層１３、赤色リン光発光層４、緑色リン光発光層５、第二電子輸送層１４、反射電極６をこの順に備えて形成されている。さらに基板１０の透明電極１と反対側の面に光取出層１５が形成されている。以下、本構造を例として説明するが、この構造はあくまでも一例であり、本発明の趣旨に反しない限り、本構造に限定されるものではない。

基板１０は光透過性を有することが好ましい。基板１０は無色透明であっても、多少着色されていてもよい。基板１０は磨りガラス状であってもよい。基板１０の材質としては、ソーダライムガラス、無アルカリガラスなどの透明ガラス；ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等のプラスチックなどが挙げられる。基板１０の形状はフィルム状でも板状でもよい。

透明電極１は陽極として機能する。有機エレクトロルミネッセンス素子における陽極は、発光層中にホールを注入するための電極である。透明電極１を形成するための材料としては、例えば、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）等の金属酸化物等が用いられる。透明電極１は、これらの材料を用いて、真空蒸着法、スパッタリング法、塗布等の適宜の方法により形成され得る。透明電極１の好ましい厚みは透明電極１を構成する材料によって異なるが、５００ｎｍ以下、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲で設定されるのがよい。

第一ホール輸送層１１及び第二ホール輸送層１３を構成する材料（ホール輸送性材料）は、ホール輸送性を有する化合物の群から適宜選定されるが、電子供与性を有し、また電子供与によりラジカルカチオン化した際にも安定である化合物であることが好ましい。ホール輸送性材料としては、例えば、ポリアニリン、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、２−ＴＮＡＴＡ、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）、スピロ−ＮＰＤ、スピロ−ＴＰＤ、スピロ−ＴＡＤ、ＴＮＢなどを代表例とする、トリアリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、フルオレン誘導体を含むアミン化合物、スターバーストアミン類（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、ＴＤＡＴＡ系材料として１−ＴＭＡＴＡ、２−ＴＮＡＴＡ、ｐ−ＰＭＴＤＡＴＡ、ＴＦＡＴＡなどが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、一般に知られる任意のホール輸送材料が使用される。第一ホール輸送層１１及び第二ホール輸送層１３は蒸着法などの適宜の方法で形成され得る。

第一電子輸送層１２及び第二電子輸送層１４を形成するための材料（電子輸送性材料）は、電子を輸送する能力を有し、反射電極６からの電子の注入を受け得ると共に発光層に対して優れた電子注入効果を発揮し、さらに第一電子輸送層１２及び第二電子輸送層１４へのホールの移動を阻害し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物であることが好ましい。電子輸送性材料として、Ａｌｑ３、オキサジアゾール誘導体、スターバーストオキサジアゾール、トリアゾール誘導体、フェニルキノキサリン誘導体、シロール誘導体などが挙げられる。電子輸送性材料の具体例として、フルオレン、バソフェナントロリン、バソクプロイン、アントラキノジメタン、ジフェノキノン、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、アントラキノジメタン、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）等やそれらの化合物、金属錯体化合物、含窒素五員環誘導体などが挙げられる。金属錯体化合物としては、具体的には、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム、トリ（２−メチル−８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）ガリウム、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナート）ベリリウム、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナート）亜鉛、ビス（２−メチル−８−キノリナート)（ｏ−クレゾラート）ガリウム、ビス（２−メチル−８−キノリナート)（１−ナフトラート）アルミニウム、ビス（２−メチル−８−キノリナート）−４−フェニルフェノラート等が挙げられるが、これらに限定されない。含窒素五員環誘導体としては、オキサゾール、チアゾール、オキサジアゾール、チアジアゾール、トリアゾール誘導体などが好ましく、具体的には、２，５−ビス（１−フェニル）−１，３，４−オキサゾール、２，５−ビス（１−フェニル）−１，３，４−チアゾール、２，５−ビス（１−フェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、２−（４’−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−５−（４”−ビフェニル）１，３，４−オキサジアゾール、２，５−ビス（１−ナフチル)−１，３，４−オキサジアゾール、１，４−ビス［２−（５−フェニルチアジアゾリル）］ベンゼン、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，３，４−トリアゾール、３−（４−ビフェニルイル）−４−フェニル−５−（４−ｔ−ブチルフェニル)−１，２，４−トリアゾール等が挙げられるが、これらに限定されない。電子輸送性材料として、ポリマー有機エレクトロルミネッセンス素子に使用されるポリマー材料も挙げられる。このポリマー材料として、ポリパラフェニレン及びその誘導体、フルオレン及びその誘導体等が挙げられる。第一電子輸送層１２及び第二電子輸送層１４の厚みに特に制限はないが、例えば、１０〜３００ｎｍの範囲に形成される。第一電子輸送層１２及び第二電子輸送層１４は蒸着法などの適宜の方法で形成され得る。

反射電極６は陰極として機能する。有機エレクトロルミネッセンス素子における陰極は、発光層中に電子を注入するための電極である。反射電極６は、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、これらの混合物などの材料から形成されることが好ましい。反射電極６を形成するための材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ、ＭｇＡｇなどが挙げられる。Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３混合物などからも反射電極６が形成され得る。反射電極６は、これらの材料を用いて、真空蒸着法、スパッタリング法等の適宜の方法により形成され得る。反射電極６の好ましい厚みは反射電極６を構成する材料によって異なるが、５００ｎｍ以下、好ましくは２０〜２００ｎｍの範囲で設定されるのがよい。

光取出層１５は、光拡散性向上のために基板１０の透明電極１と反対側の面に光散乱性フィルムやマイクロレンズフィルムを積層して形成することができる。

そして、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、以下に説明するように、適切な極大発光波長（発光ピーク波長）を有する複数の発光材料を組み合わせることにより、高演色性化を実現することができる。

各発光層（青色蛍光発光層２、緑色蛍光発光層３、赤色リン光発光層４、緑色リン光発光層５）は、発光材料（ドーパント）がドープされた有機材料（ホスト材料）から形成され得る。

ホスト材料としては、電子輸送性の材料、ホール輸送性の材料、電子輸送性とホール輸送性とを併せ持つ材料の、いずれも使用され得る。ホスト材料として電子輸送性の材料とホール輸送性の材料とが併用されてもよい。

青色蛍光発光層２に含有される青色蛍光発光材料としては、ＴＴＦ現象を利用した高効率発光が可能なものであれば特に限定されるものではなく、任意の蛍光発光材料を用いることができるが、極大発光波長が４６０ｎｍ以下（下限は４３０ｎｍ程度）であるものを用いることが好ましい。このように、４６０ｎｍ以下に極大発光波長を有する短波長青色蛍光発光材料を用いることで、平均演色評価数Ｒａが高く、高性能な白色有機エレクトロルミネッセンス素子の実現が可能になる。

青色蛍光発光層２を構成するホスト材料としては、ＴＢＡＤＮ（２−ｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン）、ＡＤＮ、ＢＤＡＦなどが挙げられる。青色蛍光発光材料の濃度は１〜３０質量％の範囲であることが好ましい。

図２は、赤色リン光発光材料であるＰｑ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）及び緑色発光材料であるＩｒ（ｐｐｙ）_３を用い、青色蛍光発光材料であるＴＢＰ（１−ｔｅｒｔ−ブチル−ペリレン）の発光スペクトルを４４５ｎｍから４７０ｎｍまでシフトさせたときの平均演色評価数Ｒａの計算結果を示す。図２から明らかなように、高演色性の実現には青色発光スペクトルの短波長化が重要であり、特に平均演色評価数Ｒａが９０を超えるような高演色性（電球型蛍光灯の平均演色評価数Ｒａは８４）の実現には４６０ｎｍ以下の短波長青色発光が有効であることが分かる。同様に、５３０ｎｍに極大発光波長を有するＴＰＡと、５６６ｎｍに極大発光波長を有するＢｔ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）と、６２９ｎｍに極大発光波長を有するＩｒ（ｐｉｑ）_３とを用い、青色蛍光発光材料としてＢＣｚＶＢｉを用いた４波長白色デバイス（後述の実施例１〜３の有機エレクトロルミネッセンス素子）の検討においても、青色発光スペクトルの短波長化に伴い、演色性は向上し、極大発光波長が４６０ｎｍ以下の領域で平均演色評価数Ｒａが９０を超える高演色性化が可能であることを確認した。演色性はスペクトル形状によるものであり、上記は一例であるが、一般的な発光スペクトルを有する発光材料（スペクトルの半値幅が４０ｎｍから８０ｎｍ程度）を用いた場合には、極大発光波長が演色性に大きく影響し、青色蛍光発光材料の極大発光波長の短波長化が高演色性化に有効であるといえる。

緑色蛍光発光層３に含有される緑色蛍光発光材料としては、特に限定されるものではなく、任意の蛍光発光材料を用いることができるが、寿命特性の観点から緑色リン光発光材料の極大発光波長よりも短波長であるものを用いることが好ましく、具体的には極大発光波長が４６０〜５４０ｎｍの間に存在するものを用いることが好ましい。この領域に極大発光波長を有する緑色蛍光発光材料を用いることで、緑色蛍光発光材料の発光スペクトルが、青色蛍光発光材料及び緑色リン光発光材料の発光スペクトル間をカバーすることが可能となり、より高演色性化が可能となる。

緑色蛍光発光層３を構成するホスト材料としては、Ａｌｑ３（トリス（８−オキソキノリン）アルミニウム（III））、ＡＤＮ、ＢＤＡＦなどが挙げられる。緑色蛍光発光材料の濃度は１〜２０質量％の範囲であることが好ましい。

緑色リン光発光層５に含有される緑色リン光発光材料としては、特に限定されるものではなく、任意のリン光発光材料を用いることができるが、寿命特性の観点から緑色蛍光発光材料の極大発光波長よりも長波長であるものを用いることが好ましく、具体的には極大発光波長が５４０〜６１０ｎｍの間に存在するものを用いることが好ましい。この領域に極大発光波長を有する緑色リン光発光材料を用いることで、緑色リン光発光材料の発光スペクトルが、緑色蛍光発光材料及び赤色リン光発光材料の発光スペクトル間をカバーすることが可能となり、より高演色性化が可能となる。

緑色リン光発光層５を構成するホスト材料としては、ＣＢＰ（４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル）、ＣｚＴＴ、ＴＣＴＡ、ｍＣＰ、ＣＤＢＰなどが挙げられる。緑色リン光発光材料の濃度は１〜４０質量％の範囲であることが好ましい。

上記のように、極大発光波長領域が異なる２種類の緑色発光材料（緑色蛍光発光材料及び緑色リン光発光材料）を用いることで、発光色の調整が効果的に実現可能であり、かつ高演色、高効率化が容易である。

緑色蛍光発光材料及び緑色リン光発光材料の発光スペクトルの半値幅は、特に限定されるものではないが、緑色蛍光発光材料及び緑色リン光発光材料のうち少なくとも一方の発光スペクトルの半値幅が６０ｎｍ以上であることが好ましく、７０ｎｍ以上（上限は１２０ｎｍ程度）であることがより好ましい。発光スペクトルの半値幅が６０ｎｍ以上と大きな緑色発光材料を用いることにより、短波長青色蛍光発光スペクトルと長波長赤色リン光発光スペクトルとの間の広い波長領域を適切にカバーすることが可能となり、高演色性化に有効である。もちろん緑色蛍光発光材料及び緑色リン光発光材料の両方の発光スペクトルの半値幅が６０ｎｍ以上であれば、より高演色性化に有効である。図３は、青色蛍光発光材料、緑色蛍光発光材料、赤色リン光発光材料として一定のものを用い、緑色リン光発光材料の発光スペクトル（緑色リン光発光スペクトル）の半値幅を５０ｎｍから８３ｎｍまで変化させたときの緑色リン光発光スペクトルの半値幅と平均演色評価数Ｒａ及び特殊演色評価数Ｒ９（赤）との関係を示すグラフである。図３から明らかなように、緑色リン光発光スペクトルの半値幅が６０ｎｍ以上のときに平均演色評価数Ｒａ及び特殊演色評価数Ｒ９（赤）について共に高い演色性を得ることが可能であることが分かる。演色性はスペクトル形状によるものであり、上記は一例であるが、緑色発光スペクトルの半値幅が演色性に大きく影響し、緑色発光スペクトルの半値幅の増加が高演色性化に有効であるといえる。

緑色蛍光発光材料の極大発光波長と緑色リン光発光材料の極大発光波長との差は特に限定されるものではないが、３５ｎｍ以上であることが好ましく、４０ｎｍ以上（上限は１００ｎｍ程度）であることがより好ましい。極大発光波長の差が３５ｎｍ以上である緑色発光材料を用いることで、それぞれの緑色発光スペクトルのカバーする波長領域を分離することが可能となり、より効果的に発光色の調整が可能であり、かつ高演色、高効率化が容易である。図４は、緑色蛍光発光材料の極大発光波長と緑色リン光発光材料の極大発光波長との差（緑色発光材料の極大発光波長の差）と平均演色評価数Ｒａ及び特殊演色評価数Ｒ９（赤）との関係を示すグラフである。図４から明らかなように、緑色蛍光発光材料の極大発光波長と緑色リン光発光材料の極大発光波長との差が３５ｎｍ以上である場合には平均演色評価数Ｒａ及び特殊演色評価数Ｒ９（赤）について共に高い演色性を得ることが可能であることが分かる。演色性はスペクトル形状によるものであり、上記は一例であるが、緑色蛍光発光材料の極大発光波長と緑色リン光発光材料の極大発光波長との差が演色性に大きく影響し、この極大発光波長の差の増加が高演色性化に有効であるといえる。

赤色リン光発光層４に含有される赤色リン光発光材料としては、特に限定されるものではなく、任意のリン光発光材料を用いることができるが、高演色性化の観点から極大発光波長が６１０ｎｍ以上（上限は６４０ｎｍ程度）であるものを用いることが好ましい。このように、６１０ｎｍ以上に極大発光波長を有する長波長赤色リン光発光材料を用いることで、特殊演色評価数Ｒ９（赤）が高く、高性能な白色有機エレクトロルミネッセンス素子の実現が可能になる。図５は、赤色リン光発光材料の極大発光波長と特殊演色評価数Ｒ９（赤）との関係を示すグラフである。すなわち、青色蛍光発光材料であるＢＣｚＶＢｉ、緑色蛍光発光材料であるＴＰＡ及び緑色リン光発光材料であるＢｔ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）を用い、赤色リン光発光材料であるＩｒ（ｐｉｑ）_３の発光スペクトルをシフトさせたときの特殊演色評価数Ｒ９（赤）の計算結果である。図５から明らかなように、赤色発光スペクトルの極大発光波長の長波長化が特殊演色評価数Ｒ９（赤）の向上に有効であり、特に特殊演色評価数Ｒ９（赤）が３０を超える（電球型蛍光灯の特殊演色評価数Ｒ９（赤）は約２５）高演色性化には６１０ｎｍ以上の長波長化が重要であることが分かる。

赤色リン光発光層４を構成するホスト材料としては、ＣＢＰ（４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル）、ＣｚＴＴ、ＴＣＴＡ、ｍＣＰ、ＣＤＢＰなどが挙げられる。赤色リン光発光材料の濃度は１〜４０質量％の範囲であることが好ましい。

各発光層（青色蛍光発光層２、緑色蛍光発光層３、赤色リン光発光層４、緑色リン光発光層５）は、真空蒸着、転写等の乾式プロセスや、スピンコート、スプレーコート、ダイコート、グラビア印刷等の湿式プロセスなど、適宜の手法により形成され得る。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、図１に示すように第一発光ユニット７と第二発光ユニット８とが中間層９を介して積層されてマルチユニット構造を形成している。

第一発光ユニット７は、青色蛍光発光層２及び緑色蛍光発光層３を積層して含むものであり、青色蛍光発光層２及び緑色蛍光発光層３は共に蛍光発光材料を含有する。

そして、本発明では、第一発光ユニット７からの発光が、二つの三重項励起子の衝突融合により一重項励起子が生成する現象（ＴＴＦ：triplet-triplet fusion）を利用したものである。ＴＴＦ現象を利用した第一発光ユニット７は、上述の青色蛍光発光材料及び緑色蛍光発光材料を用いて形成することができる。このようにＴＴＦ現象を利用することで、第一発光ユニット７の高効率化が可能になり、第二発光ユニット８と組み合わせることで、白色素子としての高効率化が可能である。また、上記のように第一発光ユニット７を異なる発光色の積層構造とすることで、高い効率を維持したまま、発光色温度の調整が可能となる。例えば、第一発光ユニット７が青色蛍光発光層２のみからなる単色発光層の場合、青色発光強度が強くなりすぎるために、低色温度の白色素子を実現することが不可能となる。本発明のように青色蛍光発光層２と緑色蛍光発光層３とを積層することで、高色温度の白色を実現する際は、青色蛍光発光層２の膜厚を厚くして青色発光強度比を増加させ、一方、低色温度の白色を実現する際は、緑色蛍光発光層３の膜厚を厚くして緑色発光強度比を増加させることで、効率を低下させることなく、容易に発光色の調整が可能となる。また、本発明においてＴＴＦ現象を利用した第一発光ユニット７とは、ＴＴＦ現象を利用するものであれば特に限定されるものではないが、好ましくは内部量子効率が２５％以上で発光する第一発光ユニット７であれば、高効率と長寿命の両立が可能となる。ＴＴＦ現象を有効に発現させて利用するためには、第一電子輸送層１２を形成するための電子輸送性材料の三重項エネルギー準位が、第一発光ユニット７に含まれる材料の三重項エネルギー準位よりも高いことが好ましい。

第二発光ユニット８は、緑色リン光発光層５及び赤色リン光発光層４を積層して含むものであり、緑色リン光発光層５及び赤色リン光発光層４は共にリン光発光材料を含有する。

中間層９は、二つの発光ユニットを電気的に直列接続する機能を果たす。中間層９は透明性が高く、かつ熱的・電気的に安定性が高いことが好ましい。中間層９は、例えば等電位面を形成する層、電荷発生層などから形成され得る。等電位面を形成する層もしくは電荷発生層の材料としては、例えばＡｇ、Ａｕ、Ａｌ等の金属薄膜；酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化レニウム、酸化タングステン等の金属酸化物；ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＡＴＯ、ＳｎＯ_２等の透明導電膜；いわゆるｎ型半導体とｐ型半導体との積層体；金属薄膜もしくは透明導電膜と、ｎ型半導体及びｐ型半導体のうちの一方又は双方との積層体；ｎ型半導体とｐ型半導体の混合物；ｎ型半導体とｐ型半導体とのうちの一方又は双方と金属との混合物などが挙げられる。前記ｎ型半導体やｐ型半導体としては、特に制限されることなく必要に応じて選定されたものが使用される。ｎ型半導体やｐ型半導体は、無機材料、有機材料のうちいずれであってもよい。ｎ型半導体やｐ型半導体は、有機材料と金属との混合物；有機材料と金属酸化物との組み合わせ；有機材料と有機系アクセプタ／ドナー材料や無機系アクセプタ／ドナー材料との組み合わせ等であってもよい。中間層９は、ＢＣＰ：Ｌｉ、ＩＴＯ、ＮＰＤ：ＭｏＯ_３、Ｌｉｑ：Ａｌなどからも形成され得る。ＢＣＰは２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナンスロリンを示す。例えば、中間層９は、ＢＣＰ：Ｌｉからなる第１層を陽極側に、ＩＴＯからなる第２層を陰極側に配置した二層構成のものにすることができる。中間層９がＡｌｑ３／Ｌｉ_２Ｏ／ＨＡＴ−ＣＮ６、Ａｌｑ３／Ｌｉ_２Ｏ、Ａｌｑ３／Ｌｉ_２Ｏ／Ａｌｑ３／ＨＡＴ−ＣＮ６などの層構造を有していることも好ましい。

第一発光ユニット７の高性能化に必要な材料と、第二発光ユニット８の高性能化に必要な材料とでは要求されるイオン化ポテンシャルや電子親和力、三重項エネルギー準位などの材料物性値が異なるため、第一発光ユニット７と第二発光ユニット８とを中間層９で分離することで、それぞれのユニットごとに材料選定が可能になり、高効率、長寿命化に有効である。また、比較的短波長領域に発光スペクトルを有する第一発光ユニット７と、比較的長波長領域に発光スペクトルを有する第二発光ユニット８とを中間層９で分離して配置可能なマルチユニット構造を用いることにより、光学設計が容易になり、高演色性化、かつ、高効率、長寿命、高輝度、色度の視野角依存性低減などが可能になる。

また、図１に示すように、第一発光ユニット７が透明電極１の側に配置され、第二発光ユニット８が反射電極６の側に配置されて形成されていることが、高効率化、色度の角度依存性の抑制の点から好ましい。反射電極６の側の発光ユニットは、透明電極１の側の発光ユニットと比較し、干渉の影響によるロスが小さく、反射電極６の側の発光ユニットの光取出し効率は、透明電極１の側の発光ユニットの光取出し効率と比較して高くなる傾向にある。そのため、内部量子効率の高い第二発光ユニット８を光取出し効率の比較的高い反射電極６の側に配置することで、より高性能化、高演色性化かつ高効率化が可能となる。

上記のように、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、青色蛍光発光層２及び緑色蛍光発光層３を含み、ＴＴＦ現象を利用した第一発光ユニット７と、赤色リン光発光層４及び緑色リン光発光層５を含む第二発光ユニット８とを組み合わせ、これらを中間層を介して積層することにより、異なる色温度での発光色を容易に得ることが可能であり、発光色の調整が効果的に実現可能であり、かつ、高演色性化、高効率化、長寿命化を容易に実現することできる。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１）
図１に示すようなマルチユニット構造が形成された有機エレクトロルミネッセンス素子を製造した。具体的には、基板１０（ガラス基板）上にＩＴＯを厚み１３０ｎｍに成膜することで透明電極１を形成した。さらに透明電極１の上に第一ホール輸送層１１、青色蛍光発光層２（青色蛍光発光材料としてＢＣｚＶＢｉを含有する）、緑色蛍光発光層３（緑色蛍光発光材料としてＴＰＡを含有する）、第一電子輸送層１２（ＣＢＰ）を蒸着法により５ｎｍ〜６０ｎｍの厚みに順次形成した。次に、Ａｌｑ３／Ｌｉ_２Ｏ／Ａｌｑ３／ＨＡＴ−ＣＮ６の層構造を有する中間層９を層厚１５ｎｍで積層した。次に、第二ホール輸送層１３、赤色リン光発光層４（赤色リン光発光材料としてＩｒ（ｐｉｑ）_３を含有する）、緑色リン光発光層５（緑色リン光発光材料としてＢｔ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）を含有する）、第二電子輸送層１４を各層が最大５０ｎｍの膜厚で順次形成した。続いて、Ａｌ膜からなる反射電極６を順次形成した。なお、基板１０の透明電極１と反対側の面に光散乱性フィルムを積層して光取出層１５を形成した。

上記のようにして得られた有機エレクトロルミネッセンス素子は、青色蛍光発光層２及び緑色蛍光発光層３を含む第一発光ユニット７においてＴＴＦ現象を利用したものであり、青色蛍光発光層２の膜厚は１０ｎｍ、緑色蛍光発光層３の膜厚は２０ｎｍ、緑色リン光発光層５の膜厚は１０ｎｍ、赤色リン光発光層４の膜厚は３０ｎｍであり、３０００Ｋの白色発光が得られた。

（実施例２）
青色蛍光発光層２の膜厚が１５ｎｍ、緑色蛍光発光層３の膜厚が１５ｎｍ、緑色リン光発光層５の膜厚が２０ｎｍ、赤色リン光発光層４の膜厚が２０ｎｍであること以外は、実施例１と同様に有機エレクトロルミネッセンス素子を製造し、４０００Ｋの白色発光が得られた。

（実施例３）
青色蛍光発光層２の膜厚が２５ｎｍ、緑色蛍光発光層３の膜厚が５ｎｍ、緑色リン光発光層５の膜厚が３０ｎｍ、赤色リン光発光層４の膜厚が１０ｎｍであること以外は、実施例１と同様に有機エレクトロルミネッセンス素子を製造し、５０００Ｋの白色発光が得られた。

（比較例１）
青色蛍光発光層２の膜厚が３０ｎｍ、緑色蛍光発光層３を積層せず、緑色リン光発光層５の膜厚が３０ｎｍ、赤色リン光発光層４の膜厚が１０ｎｍであること以外は、実施例１と同様に有機エレクトロルミネッセンス素子を製造した。青色蛍光発光強度が強すぎるため、白色領域での発光を実現することができなかった。

（比較例２）
第一電子輸送層１２を形成するための電子輸送性材料として、三重項準位の低い材料（Ａｌｑ３）を用いることで、ＴＴＦ現象を利用しない第一発光ユニット７を形成すると共に、第二発光ユニット８の発光材料の濃度調整による発光効率の調整を行ったこと以外は、実施例１と同様に有機エレクトロルミネッセンス素子を製造し、３０００Ｋの白色発光が得られた。なお、第二発光ユニット８の発光材料の濃度調整による発光効率の調整とは、白色発光を得るために、緑色リン光発光材料や赤色リン光発光材料の濃度を調整して、第二発光ユニット８の発光効率を低下させるものである。

（比較例３）
第一電子輸送層１２を形成するための電子輸送性材料として、三重項準位の低い材料（Ａｌｑ３）を用いることで、ＴＴＦ現象を利用しない第一発光ユニット７を形成すると共に、第二発光ユニット８の発光材料の濃度調整による発光効率の調整を行ったこと以外は、実施例２と同様に有機エレクトロルミネッセンス素子を製造し、４０００Ｋの白色発光が得られた。

（比較例４）
第一電子輸送層１２を形成するための電子輸送性材料として、三重項準位の低い材料（Ａｌｑ３）を用いることで、ＴＴＦ現象を利用しない第一発光ユニット７を形成すると共に、第二発光ユニット８の発光材料の濃度調整による発光効率の調整を行ったこと以外は、実施例３と同様に有機エレクトロルミネッセンス素子を製造し、５０００Ｋの白色発光が得られた。

実施例１〜３及び比較例１〜４の有機エレクトロルミネッセンス素子の効率、平均演色評価数Ｒａ及び特殊演色評価数Ｒ９（赤）を表１に示す。

実施例１〜３の有機エレクトロルミネッセンス素子は、第一発光ユニット７においてＴＴＦを利用するものであり、各発光層の膜厚の調整により容易に色温度を調整することが可能であり、かつ高効率、高演色性を同時に実現することができる。

これに対して、比較例１〜４の有機エレクトロルミネッセンス素子は、第一発光ユニット７においてＴＴＦ現象を利用しないものであるため、発光色調整のために第二発光ユニット８の効率を低下させる必要があり、結果として白色素子としての効率が低下した。

１透明電極
２青色蛍光発光層
３緑色蛍光発光層
４赤色リン光発光層
５緑色リン光発光層
６反射電極
７第一発光ユニット
８第二発光ユニット
９中間層

Claims

陽極と、青色蛍光発光材料及び緑色蛍光発光材料を含む第一発光ユニットと、中間層と、赤色リン光発光材料及び緑色リン光発光材料を含む第二発光ユニットと、陰極とを備えて形成され、前記第一発光ユニットと前記第二発光ユニットとが前記中間層を介して積層され、前記第一発光ユニットからの発光が、二つの三重項励起子の衝突融合により一重項励起子が生成する現象を利用したものであり、前記緑色蛍光発光材料の極大発光波長が４６０〜５４０ｎｍの間に存在し、前記緑色リン光発光材料の極大発光波長が５４０〜６１０ｎｍの間に存在することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記緑色蛍光発光材料の前記極大発光波長と前記緑色リン光発光材料の前記極大発光波長との差が３５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記青色蛍光発光材料の極大発光波長が４６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記赤色リン光発光材料の極大発光波長が６１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記第一発光ユニットが前記陽極の側に配置され、前記第二発光ユニットが前記陰極の側に配置されて形成されていることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。