JP2008283116A - 有機発光素子および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、発光色を制御可能な有機発光素子および照明装置を提供する。
【解決手段】本発明の有機発光素子Ｄは、青色光を発光する青色発光層１３と緑色光を発光する緑色発光層１６とを備え、前記青色発光層１３と前記緑色発光層１６との界面Ｓから青色発光層１３側へ赤色光を発光する赤色発光材料が添加されると共に、前記界面Ｓから緑色発光層１６側へ赤色光を発光する赤色発光材料が添加される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光色を制御することができる有機発光素子およびこの有機発光素子を用いた照明装置に関する。

有機発光ダイオードは、高効率、広視野角、高応答性および低コスト等の利点から様々な機器に応用されている。特に、白色光を発光する有機発光素子は、液晶ディスプレイのバックライトや次世代照明装置等の光源等として期待され、研究、開発されている（例えば、非特許文献１ないし非特許文献３）。
Ｋ．Ｏ．Ｃｈｅｏｎ ａｎｄ Ｊ．Ｓｈｉｎａｒ，"Ｂｒｉｇｈｔ ｗｈｉｔｅ ｓｍａｌｌ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｒｅｄ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｇｕｅｓｔ−ｈｏｓｔ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｂｌｕｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ４，４’−ｂｉｓ（２，２’−ｄｉｐｈｅｎｙｌｖｉｎｙｌ）−１，１’−ｂｉｐｈｅｎｙｌ"，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８１，１７３８，Ａｕｇ．２００２． Ｒ．Ｓ．Ｄｅｓｈｐａｎｄｅ，Ｖ．Ｂｕｌｏｖｉｃ，ａｎｄ Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ，"Ｗｈｉｔｅ−ｌｉｇｈｔ−ｅｍｍｉｔｉｎｇ ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ"，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７５，８８８，Ａｕｇ．１９９９． Ｊ．Ｗ．Ｐａｒｋ ａｎｄ Ｙ．Ｋａｗａｋａｍｉ，ＩＥＥＥ／ＯＳＡ Ｊ．Ｄｉｓｐｌａｙ Ｔｅｃｈ．，２，３３３（２００６）

ところで、有機発光素子を様々な機器に応用する場合、その発光色の制御が望まれる。特に、液晶ディスプレイのバックライトや照明装置等の光源等として利用される場合、その発光色が白色に制御されることが好ましい。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、発光色を制御することができる有機発光素子を提供することである。そして、他の目的は、このような有機発光素子を備える照明装置を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。即ち、本発明の一態様に係る有機発光素子は、青色光を発光する青色発光層と緑色光を発光する緑色発光層とを備え、前記青色発光層と前記緑色発光層との界面から青色発光層側へ赤色光を発光する赤色発光材料が添加されると共に、前記界面から緑色発光層側へ赤色光を発光する赤色発光材料が添加されていることを特徴とする。

そして、好ましくは、前記青色発光層は、ＤＰＶＢｉ、Ｚｎ（ＢＯＸ）_２およびＢＡｌｑ_１の何れかを備えて形成される。好ましくは、前記緑色発光層は、Ａｌｑ_３、Ａｌｍｑ_３およびＢｅｂｑ_３の何れかを備えて形成される。好ましくは、前記赤色発光材料は、ＤＣＭ誘導体、ＰＴＣＤＩ誘導体、クマリン系色素、キナクリドン、マグネシウムフタロシアニン、ポリフィリン、ユーロピウム錯体、ルテニウム錯体およびローダミンの何れかである。

光の三原色は、赤、青、緑であることから、青色発光層と緑色発光層とを備える有機発光素子において、発光色を制御するために、青色発光層のみに赤色発光材料を添加することが考えられる。あるいは、青色発光層と緑色発光層とを備える有機発光素子において、発光色を制御するために、緑色発光層のみに赤色発光材料を添加することが考えられる。このような有機発光素子の場合に、さらに、発光色を制御するために赤色光の成分を増やすべく、赤色発光材料をより多く添加すると、赤色発光材料の濃度が高く成り過ぎて濃度消光を生じてしまう。

本発明に係る上述の構成では、赤色発光材料が青色発光層および緑色発光層の両方へ添加されるので、赤色光の成分をより広い範囲で調整することができ、有機発光素子の発光色がより広い範囲で制御可能となる。

そして、上述の有機発光素子において、前記赤色発光材料の添加量は、当該有機発光素子がＣＩＥ色座標系で白色を発光する量であることを特徴とする。

この構成によれば、ＣＩＥ色座標系でよりピュアな白色を発光する有機発光素子が提供可能となる。

そして、本発明の他の態様に係る照明装置は、これら上述の有機発光素子の何れか１つを用いたことを特徴とする。

この構成によれば、発光色を制御することができる照明装置が提供される。

本発明に係る有機発光素子は、その発光色を制御することができる。そして、本発明では、このような有機発光素子を備える照明装置が提供される。

以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

図１は、実施形態における有機発光素子の構成を示す図である。図１には、各層のエネルギーレベルも示されており、図１は、各層のエネルギー図でもある。

図１において、本発明の一実施形態に係る有機発光素子Ｄは、少なくとも一方が透光性の一対の第１及び第２電極層２１、２２によって少なくとも青色発光層１３および緑色発光層１６を挟んで構成される。本実施形態では、さらに、ホール注入層１１とホール輸送層１２とをさらに備え、これら各層１１〜１６が陽極電極として機能する第１電極層２１から陰極電極として機能する第２電極層２２までの間に順次に積層されている。

第１電極層２１は、当該有機発光素子Ｄが発光する光の波長に対して透明な材料から成る導電性の薄膜である。第１電極層２１は、当該有機発光素子Ｄが可視光を発光するので、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）等で形成される。

ホール注入層１１は、第１電極層２１上に形成され、第１電極層２１からホール（正孔）をホール輸送層１２へ受け渡す層である。ホール注入層１１は、本実施形態では、例えば、銅フタロシアニン（ｃｏｐｐｅｒ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ，以下、「ＣｕＰｃ」と略記する。）を備えて形成されている。ＣｕＰｃでは、ＨＯＭＯ（最高占有分子軌道）レベルが約５．３ｅＶであり、ＬＵＭＯ（最低非占有分子軌道）レベルが約３．６ｅＶである。ＨＯＭＯレベルとＬＵＭＯレベルとの差に基づいて伝導帯と価電子帯との差であるエネルギーギャップを推定することができる。

ホール輸送層１２は、ホール注入層１１上に形成され、ホール注入層１１からのホールを青色発光層１３へ輸送する層である。ホール輸送層１２は、本実施形態では、例えば、Ｎ，Ｎ’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−１−１’ｂｉｐｈｅｎｙｌ−４，４”ｄｉａｍｉｎｅ（以下、「α−ＮＤＰ」と略記する。）を備えて形成されている。α−ＮＤＰでは、ＨＯＭＯレベルが約５．４ｅＶであり、ＬＵＭＯレベルが約２．３ｅＶである。

青色発光層１３は、ホール輸送層１２からのホールと緑色発光層１６からの電子とを再結合することによって青色を発光する層である。そして、青色発光層１３は、ホール輸送層１２からのホールを緑色発光層１６へ輸送するホール輸送層としても機能すると共に、緑色発光層１６からの電子を輸送する電子輸送層としても機能する。このように青色発光層１３は、ホールおよび電子の輸送に関して、バイポーラ性を有している。青色発光層１３は、本実施形態では、例えば、４，４−ｂｉｓ（２，２’−ｄｉｐｈｅｎｙｌｖｉｎｙｌ）１，１’−ｂｉｐｈｅｎｙｌ（以下、「ＤＰＶＢｉ」と略記する。）を備えて形成されている。ＤＰＶＢｉでは、ＨＯＭＯレベルが約５．９ｅＶであり、ＬＵＭＯレベルが約２．８ｅＶである。青色発光層１３には、ＤＰＶＢｉの他に、ベンゾオキサゾールＺｎ錯体（Ｚｎ（ＢＯＸ）_２）やキノリノール系錯体（ＢＡｌｑ_１）なども利用可能である。

緑色発光層１６は、青色発光層１３からのホールと第２電極層２２からの電子とを再結合することによって緑色を発光する層である。そして、緑色発光層１６は、第２電極層２２からの電子を青色発光層１３へ輸送する電子輸送層としても機能する。緑色発光層１６は、本実施形態では、例えば、Ｔｒｉｓ−（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ（以下、「Ａｌｑ_３」と略記する。）を備えて形成されている。緑色発光層１６には、Ａｌｑ_３の他に、Ａｌｍｑ_３やベンゾキノリノールＢｅ錯体（Ｂｅｂｑ_３）なども利用可能である。Ａｌｑ_３では、ＨＯＭＯレベルが約５．７ｅＶであり、ＬＵＭＯレベルが約３．０ｅＶである。

ここで、注目すべきは、青色発光層１３と緑色発光層１６との界面Ｓから青色発光層１３側へ赤色光を発光する赤色発光材料が添加されると共に、前記界面Ｓから緑色発光層１６側へ赤色光を発光する赤色発光材料が添加されていることである。これによって、青色発光層１３には、前記界面Ｓから第１電極層２１の方向へ青色発光層１３に赤色発光材料が添加されている第１赤色発光材料添加層１４が形成され、緑色発光層１６には、前記界面Ｓから第２電極層２２の方向へ緑色発光層１６に赤色発光材料が添加されている第２赤色発光材料添加層１５が形成されている。

赤色発光材料は、本実施形態では、例えば、４−（ｄｉｃｙａｎｏｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−６−（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ（以下、「ＤＣＭ」と略記する。）から構成されている。赤色発光材料には、ＤＣＭの他に、ＤＣＭ２やＤＣＪＴＩなどのＤＣＭ誘導体、ＤＰＰ−ＰＴＣＤＩやＤＢＰ−ＰＴＣＤＩやＤＭｅ−ＰＴＣＤＩなどのＰＴＣＤＩ（３，４，９，１０−ｐｅｒｙｌｅｎｅｄｉｃａｒｂｏｘｉｍｉｄｅ）誘導体、クマリン系色素、キナクリドン、マグネシウムフタロシアニン、ＰＤＯＥＰなどのポリフィリン、ユーロピウム錯体、ルテニウム錯体およびローダミンなども利用可能である。

有機発光素子Ｄの発光色は、赤色発光材料の添加量に応じて調整することができる。赤色発光材料の添加量を調整することによって、発光色の異なる有機発光素子が提供可能となる。本実施形態の有機発光素子ＤにおけるＥＬ特性は、例えば、その一例として後述の図４に示すように、大略、波長約４００ｎｍから波長約７５０ｎｍの範囲において、波長の変化に対してダブルピークを持つプロファイルとなっている。第１赤色発光材料添加層１４に添加される赤色発光材料の添加量を増加させることで、長波長側の第２極大値（第２ピーク）を与える波長を短波長側にずらすことができると共にその強度を増加することができ、また、第２赤色発光材料添加層１５に添加される赤色発光材料の添加量を増加させることで、長波長側の第２極大値（第２ピーク）を与える波長を長波長側にずらすことができると共にその強度を増加することができる。このように第１赤色発光材料添加層１４に添加される赤色発光材料の添加量および第２赤色発光材料添加層１５に添加される赤色発光材料の添加量の少なくとも一方を制御することで、有機発光素子Ｄの発光色が制御される。

そして、特に、この有機発光素子ＤがＣＩＥ色座標系で白色を発光する量に赤色発光材料の添加量が調整されることで、白色光を発光する有機発光素子Ｄを得ることができる。

赤色発光材料がＤＣＭである場合には、有機発光素子Ｄの発光色は、このＤＣＭの添加量に応じて調整することができ、そのＤＣＭ（ゲスト）の添加量は、ホストに対して１重量％〜２重量％の範囲内の何れかの量とすることができる。ＤＣＭの添加量が２重量％を超えると、素子の性能を低下させる１重項−１重項消滅（singlet-singlet annihilation）を引き起こしてしまうからである。一方、ＤＣＭの添加量が１重量％未満では、ＤＣＭからの発光強度が低下し、代わりにホストである青色発光材料および／または緑色発光材料からの発光強度が向上するので、各発光の総和である素子の発光色が短波長側にシフトし、白色発光からずれてしまうからである。

このような構成の有機発光素子Ｄは、例えば、次の各工程によって形成される。

図２は、波長に対するＤＣＭの吸光特性、ＤＰＶＢｉの発光特性およびＡｌｑ_３の発光特性を示す図である。図２の横軸は、ｎｍ単位で表す波長（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）であり、その横軸は、規格化された吸光度または発光強度（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）である。各特性は、最大値（ピークの値）で規格化されている。

図２において、ＤＰＶＢｉの発光特性は、一点鎖線で示すように、波長約３９５ｎｍで発光が始まって、波長が長くなるに従って発光強度が増加し、波長約４４５ｎｍで最大発光強度となり、その後、波長が長くなるに従って発光強度が徐々に減少し、波長約５７５ｎｍで発光強度がほぼ０となるプロファイルである。ＤＰＶＢｉは、主に青色で発光している。

Ａｌｑ_３の発光特性は、破線で示すように、波長約４２０ｎｍで発光が始まって、波長が長くなるに従って発光強度が徐々に増加し、波長約５０５ｎｍで最大発光強度となり、その後、波長が長くなるに従って発光強度が徐々に減少し、波長約６４０ｎｍで発光強度がほぼ０となるプロファイルである。Ａｌｑ_３は、主に緑色で発光している。

一方、ＤＣＭの吸光特性は、実線で示すように、波長約３５０ｎｍで既にピーク時の２５％の吸光度を持ち、波長が長くなるに従って吸光度が徐々に増加し、波長約４６０ｎｍで最大吸光度となり、その後、波長が長くなるに従って吸光度が徐々に減少し、波長約５５０ｎｍで吸光度がほぼ０となるプロファイルである。

したがって、ＤＣＭは、青色光も緑色光も吸収することができ、青色光を吸収して赤色で発光すると共に緑色光を吸収して赤色で発光する。このため、青色発光層１３の材料としてＤＰＶＢｉが利用され、緑色発光層１６の材料としてＡｌｑ_３が利用される場合、ＤＣＭは、第１および第２赤色発光材料添加層１４、１５の赤色発光材料として適当である。

ＤＰＶＢｉ、ＡＬｑ_３およびＤＣＭが上述の各特性を備えているので、以下では、その一実施例の有機発光素子Ｄとして、第１電極層２１、ホール注入層１１、ホール輸送層１２、青色発光層１３、緑色発光層１６および第２電極層２２がそれぞれＣｕＰｃ、α−ＮＤＰ、ＤＰＶＢｉ、ＡＬｑ_３およびＬｉＦ／Ａｌを備えて形成され、赤色発光材料がＤＣＭである場合についてその製造工程を説明する。

まず、ガラス基板が例えば真空蒸着装置にセットされる。このガラス基板には、周知の形成方法によって第１電極層２１となるＩＴＯ層（膜）が約１１０ｎｍの厚みでその一方主面に予め形成されている。また、この真空蒸着装置には、各層を形成するＣｕＰｃ、α−ＮＰＤ、ＤＰＶＢｉ、ＤＣＭ、ＡＬｑ_３、ＬｉＦおよびＡｌの各材料もるつぼ等の容器にセットされる。そして、真空蒸着装置内の空気が排気され、真空蒸着装置が所定気圧、例えば、３×１０^−４Ｐａの真空状態とされる。

そして、ＩＴＯ層の第１電極層２１上にホール注入層１１としてＣｕＰｃ層（膜）が約２０ｎｍの厚みで蒸着され、形成される。次に、ホール注入層１１上にホール輸送層１２としてα−ＮＰＤ層（膜）が約５０ｎｍの厚みで蒸着され、形成される。

次に、ホール輸送層１２上にＤＰＶＢｉ層（膜）が約１５ｎｍの厚みで蒸着され、形成される。ここで、ＤＰＶＢｉ層が約１２ｎｍの厚みまで蒸着されたところで、ＤＣＭも蒸発され、約３ｎｍの厚みの第１赤色発光材料添加層１４が形成される。このため、ＤＣＭが添加されていないＤＰＶＢｉから成る青色発光層１３は、約１２ｎｍの厚みとなる。この第１赤色発光材料添加層１４では、本実施形態では、例えば、ＤＣＭがＤＰＶＢｉに対して約１重量％となるように添加される。第１赤色発光材料添加層１４では、ＤＰＶＢｉがホスト（ｈｏｓｔ）であり、ＤＣＭがゲスト（ｇｕｅｓｔ）である。

次に、ＤＰＶＢｉ層上にＡｌｑ_３層（膜）が約４５ｎｍの厚みで蒸着され、形成される。ここで、Ａｌｑ_３層の蒸着と同時に、ＤＣＭも蒸発され、約３ｎｍの厚みの第２赤色発光材料添加層１５が形成される。このため、ＤＣＭが添加されていないＡｌｑ_３から成る緑色発光層１６は、約４２ｎｍの厚みとなる。この第２赤色発光材料添加層１５では、本実施形態では、例えば、ＤＣＭがＡｌｑ_３に対して約２重量％となるように添加される。第２赤色発光材料添加層１５では、Ａｌｑ_３がホストであり、ＤＣＭがゲストである。

これによって青色発光層１３としてのＤＰＶＢｉ層と緑色発光層１６としてのＡｌｑ_３層との界面ＳからＤＰＶＢi層側へ第１赤色発光材料添加層１４を形成すべくＤＣＭがＤＰＶＢi層に添加されると共に、前記界面ＳからＡｌｑ_３層側へ第２赤色発光材料添加層１５を形成すべくＤＣＭがＡｌｑ_３層に添加される。

次に、緑色発光層１６上にＬｉＦ層（膜）が約１ｎｍの厚みで蒸着され、形成された後に、ＬｉＦ層上にＡｌ層（膜）が約１００ｎｍの厚みで蒸着され、形成される。このＬｉＦ層およびＡｌ層は、第２電極層２２として機能する。このＬｉＦ層は、Ａｌ層からＡｌｑ_３層へ電子を注入する場合に、その電子の注入障壁を下げるための緩衝層（ｂｕｆｆｅｒ層、バッファ層）である。

次に、このように構成された有機発光素子Ｄの諸特性について説明する。

図３は、有機発光素子の電圧電流特性および電圧輝度特性を示す図である。図３の横軸は、Ｖ単位で表す電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）であり、その左縦軸は、ｍＡ／ｃｍ^２単位で表す電流密度（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ）であり、その右縦軸は、ｃｄ／ｍ^２単位で表す輝度（Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ）である。図４は、有機発光素子のエレクトロルミネッセンス（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）特性を示す図である。図４の横軸は、ｎｍ単位で表す波長であり、その縦軸は、ａ．ｕ．単位で表す蛍光強度（ＥＬ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）である。図５は、有機発光素子が発光した光の色をＣＩＥ色座標系で示す図である。図６は、有機発光素子の発光効率特性を示す図である。図６の横軸は、Ｖ単位で表す電圧であり、その縦軸は、ｌｍ／Ｗ単位で表す発光効率である。

これら諸特性の測定に当たって、本実施形態の一実施例に係る有機発光素子Ｄとの比較例として第１および第２有機発光素子ｄ１、ｄ２も作成され、測定された。

図７は、比較例における有機発光素子の構成を示す図である。図７（Ａ）は、第１比較例の第１有機発光素子ｄ１を示し、図７（Ｂ）は、第２比較例の第２有機発光素子ｄ２を示す。

第１比較例の第１有機発光素子ｄ１は、図７（Ａ）に示すように、厚み約１１０ｎｍのＩＴＯ層４１と、ＩＴＯ層４１上に形成された厚み約２０ｎｍのＣｕＰｃ層３１と、ＣｕＰｃ層３１上に形成された厚み約５０ｎｍのα−ＮＤＰ層３２と、α−ＮＤＰ層３２上に形成された厚み約１２ｎｍのＤＰＶＢｉ層３３と、ＤＰＶＢｉ層３３上に形成されたＤＣＭがＤＰＶＢｉに対して２重量％添加された厚み約３ｎｍのＤＰＶＢｉ：ＤＣＭ層３４と、ＤＰＶＢｉ：ＤＣＭ層３５上に形成された厚み約４５ｎｍのＡｌｑ_３層３６と、Ａｌｑ_３層３６上に形成された厚み約１ｎｍのＬｉＦ層および厚み約１００ｎｍのＡｌ層から成るＬｉＦ／Ａｌ層４２とを備えて構成される。

第２比較例の第２有機発光素子ｄ２は、図７（Ｂ）に示すように、厚み約１１０ｎｍのＩＴＯ層４１と、ＩＴＯ層４１上に形成された厚み約２０ｎｍのＣｕＰｃ層３１と、ＣｕＰｃ層３１上に形成された厚み約５０ｎｍのα−ＮＤＰ層３２と、α−ＮＤＰ層３２上に形成された厚み約１５ｎｍのＤＰＶＢｉ層３３と、ＤＰＶＢｉ層３３上に形成されたＤＣＭがＡｌｑ_３に対して２重量％添加された厚み約３ｎｍのＡｌｑ_３：ＤＣＭ層３５と、Ａｌｑ_３：ＤＣＭ層３５上に形成された厚み約４２ｎｍのＡｌｑ_３層３６と、Ａｌｑ_３層３６上に形成された厚み約１ｎｍのＬｉＦ層および厚み約１００ｎｍのＡｌ層から成るＬｉＦ／Ａｌ層４２とを備えて構成される。

すなわち、第１比較例の第１有機発光素子ｄ１は、上述の一実施例の有機発光素子Ｄに対して第２赤色発光材料添加層１５を備えない構成であり、第２比較例の第２有機発光素子ｄ２は、上述の一実施例の有機発光素子Ｄに対して第１赤色発光材料添加層１４を備えない構成である。

これら図３、図４および図６において、有機発光素子Ｄの特性は、実線で示され、第１有機発光素子ｄ１の特性は、破線で示され、そして、第２有機発光素子ｄ２の特性は、一点鎖線で示されている。

このような有機発光素子Ｄ、第１および第２有機発光素子ｄ１、ｄ２の電圧電流特性は、図３に示すように、大略、電圧の増加に従って電流密度も増加するプロファイルであり、電圧が約２．６Ｖで屈曲点を有している。図３では、電圧が約４．５Ｖになると有機発光素子Ｄ、第１および第２有機発光素子ｄ１、ｄ２が発光を開始しているように見えるが、左縦軸が対数スケールであるのに対して右縦軸がリニアスケールであるためであり、実際には、電圧電流特性が屈曲する約２．６Ｖの電圧（ターンオン電圧）になると有機発光素子Ｄ、第１および第２有機発光素子ｄ１、ｄ２は、発光を開始する。有機発光素子Ｄ、第１および第２有機発光素子ｄ１、ｄ２の電圧電流特性は、ほぼ同一であるが、同一の電圧に対して有機発光素子Ｄの電流密度が第１および第２有機発光素子ｄ１、ｄ２の電流密度より若干小さい。

そして、有機発光素子Ｄ、第１および第２有機発光素子ｄ１、ｄ２の電圧輝度特性は、図３に示すように、大略、電圧の増加に従って輝度も増加するプロファイルである。有機発光素子Ｄ、第１および第２有機発光素子ｄ１、ｄ２の電圧輝度特性は、ほぼ同一であるが、同一の電圧に対して有機発光素子Ｄの輝度が第１および第２有機発光素子ｄ１、ｄ２の輝度より若干大きい（明るい）。有機発光素子Ｄ、第１および第２有機発光素子ｄ１、ｄ２の各輝度は、電圧約１０Ｖが印加された場合に、それぞれ、２５７５ｃｄ／ｍ^２、２１４０ｃｄ／ｍ^２、２３８６ｃｄ／ｍ^２である。有機発光素子Ｄの最大外部量子効率は、約１．９４％であり、第１有機発光素子ｄ１の最大外部量子効率約１．４８％より優位であり、第２有機発光素子ｄ２の最大外部量子効率約１．９６％とほぼ同等である。

なお、これら電圧電流特性は、室温において、Ｓｏｕｒｃｅ Ｍｅｔｅｒ（２４００，Ｋｅｉｔｈｌｅｙ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，Ｉｎｃ．）によって測定された。また、まず、室温において、ｍｕｌｔｉ−ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｔｅｒ（１８３５Ｃ，Ｎｅｗｐｏｒｔ Ｃｏｒｐ．）によって発光パワーが測定されると共に、Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｍｕｌｔｉ−ｃｈａｎｎｅｌ ａｎａｌｙｚｅｒ（ＰＭＡ−１１ Ｃ７４７３−３６，浜松フォトニクス（株））によって発光スペクトルが測定され、そして、電圧輝度特性は、これら発光パワーと発光スペクトルとに基づいて求められた。

そして、有機発光素子Ｄ、第１および第２有機発光素子ｄ１、ｄ２のエレクトロルミネッセンス特性（以下、「ＥＬ特性」と略記する。）は、図４に示すように、大略、波長約４００ｎｍから波長約７５０ｎｍの範囲において、波長の変化に対してダブルピークを持つプロファイルとなっている。

第１有機発光素子ｄ１のＥＬ特性は、図４に破線で示すように、波長約４５０ｎｍで第１極大値（第１ピーク）となり、波長約５１５ｎｍで極小値となり、波長約５５０ｎｍで第２極大値（第２ピーク）となっており、第１極大値が第２極大値よりも大きな値となっている。このため、第１有機発光素子ｄ１の発光色は、図５に★の＃ｄ１で示すように、ＣＩＥ（Ｃｏｍｍｉｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ ｄ‘Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）色座標系において、（ＣＩＥｘ、ＣＩＥｙ）＝（０．２９、０．３３）であり、青みの色成分が強い疑似白色で、完全な白色からずれている。

また、第２有機発光素子ｄ２のＥＬ特性は、図４に一点鎖線で示すように、波長約４５０ｎｍで第１極大値（第１ピーク）となり、波長約５２５ｎｍで極小値となり、波長約５７０ｎｍで第２極大値（第２ピーク）となっており、第１極大値が第２極大値よりも大きな値となっている。そして、第１および第２有機発光素子ｄ２における第１極大値は、ほぼ同じ値となっている一方で、第２有機発光素子ｄ２における第２極大値は、第１有機発光素子ｄ１における第２極大値よりも小さい。このため、第２有機発光素子ｄ２の発光色は、図５に★の＃ｄ２で示すように、ＣＩＥ色座標系において、（ＣＩＥｘ、ＣＩＥｙ）＝（０．３１、０．３０３）であり、紫みの色成分が強い疑似白色で、完全な白色からずれている。

一方、本実施形態の一実施例に係る有機発光素子ＤのＥＬ特性は、図４に実線で示すように、波長約４５０ｎｍで第１極大値（第１ピーク）となり、波長約５２０ｎｍで極小値となり、波長約５７５ｎｍで第２極大値（第２ピーク）となっており、第２極大値が第１極大値よりも若干大きな値となっている。そして、有機発光素子Ｄにおける第１極大値は、第１および第２有機発光素子ｄ２における第１極大値よりも若干小さくなっている一方で、有機発光素子Ｄにおける第２極大値は、第１および第２有機発光素子ｄ２における第２極大値よりも大きい。このため、有機発光素子Ｄの発光色は、図５に★の＃Ｄで示すように、ＣＩＥ色座標系において、（ＣＩＥｘ、ＣＩＥｙ）＝（０．３３１、０．３３７）であり、白色光となっている。

このように青色発光層１３がＤＰＶＢｉを備えて形成され、緑色発光層１６がＡｌｑ_３を備えて形成され、赤色発光材料にＤＣＭが用いられ、その添加量が第１赤色発光材料添加層１４ではホストのＤＰＶＢｉに対して１重量％とされ、第２赤色発光材料添加層１５ではホストのＡｌｑ_３に対して２重量％とされることによって、ピュアな白色光を発光する有機発光素子Ｄが得られる。

ここで、ＤＰＶＢｉ層およびＡｌｑ_３層内部において、両層の界面近傍で生成された１重項励起子は、１重項−１重項消滅を減少すべく、ＤＰＶＢｉ側ＤＣＭ添加層とＡｌｑ_３側添加層に分離され閉じ込められることによってＤＣＭからの効率的な赤色発光に寄与するが、ＤＣＭの添加量が過剰であると、このような１重項−１重項消滅の軽減効果が得られない。第１比較例の有機発光素子ｄ１においてＤＣＭ添加層の厚さを増やすと充分な青色発光の強度が得られなくなる。また、第２比較例の有機発光素子ｄ２においてＡｌｑ_３からの緑色発光がほぼ完全に抑えられ、ＤＣＭからの赤色発光とＤＰＶＢｉからの青色発光のみが観測されていることから、３ｎｍのＤＣＭ添加層にＡｌｑ_３層内で生成した全ての励起子が充分に閉じ込められていることが分かる。以上から第１および第２赤色発光材料添加層１４、１５の厚みは、約３ｎｍが好ましい。

なお、ＥＬ特性は、室温において、電圧約１０Ｖが印加されて測定された。

有機発光素子Ｄ、第１および第２有機発光素子ｄ１、ｄ２の発光効率特性は、図６に示すように、大略、上記ターンオン電圧である約２．６Ｖから電圧の増加に従って急激に大きくなって最大値（ピーク）に達した後に、電圧の増加に従って徐々に小さくなるプロファイルである。第１有機発光素子ｄ１の発光効率は、電圧約３．９Ｖで最大値約２．５８ｌｍ／Ｗであり、第２有機発光素子ｄ２の発光効率は、電圧約３．９Ｖで最大値約３．１６ｌｍ／Ｗである。一方、有機発光素子Ｄの発光効率は、電圧約３．８Ｖで最大値約３．４４ｌｍ／Ｗであり、第１および第２有機発光素子ｄ１、ｄ２の最大発光効率よりも大きい。本実施形態の一実施例に係る有機発光素子Ｄは、白色光を発光するだけでなく、発光効率も高く、優れている。

なお、発光効率特性は、これら測定した電圧電流特性と電圧輝度特性とに基づいて求められた。

また、このような本実施形態に係る有機発光素子Ｄを用いて照明装置を構成することができる。

図８は、実施形態における照明装置の構成を示す図である。照明装置Ｌは、例えば、整流回路５１と、平滑回路５２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ５３と、抵抗素子Ｒが直列に接続された上述の構成の有機発光素子Ｄとを備えて構成される。整流回路５１には、商用交流電力が供給される。商用交流電力は、整流回路５１で整流されて直流電力に変換され、平滑回路５２で平滑され、ＤＣ−ＤＣコンバータ５３で有機発光素子Ｄの発光に適した電圧値に変換され、抵抗素子Ｒと直列接続の有機発光素子Ｄに供給される。これによって有機発光素子Ｄは、発光する。

このような照明装置Ｌでは、有機発光素子Ｄの第１および第２赤色発光材料添加層１４、１５に添加される赤色発光材料の添加量が制御されることで、その発光色が制御され、様々な発光色で発光することができる。特に、ＣＩＥ色座標系で白色を発光する量に赤色発光材料の添加量が調整されることで、白色光を発光する照明装置Ｌを得ることができる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

実施形態における有機発光素子の構成を示す図である。 波長に対するＤＣＭの吸光特性、ＤＰＶＢｉの発光特性およびＡｌｑ_３の発光特性を示す図である。 有機発光素子の電圧電流特性および電圧輝度特性を示す図である。 有機発光素子のエレクトロルミネッセンス特性を示す図である。 有機発光素子が発光した光の色をＣＩＥ色座標系で示す図である。 有機発光素子の発光効率特性を示す図である。 比較例における有機発光素子の構成を示す図である。 実施形態における照明装置の構成を示す図である。

符号の説明

Ｄ 有機発光素子
Ｌ 照明装置
１３ 青色発光層
１４ 第１赤色発光材料添加層
１５ 第２赤色発光材料添加層
１６ 緑色発光層

Claims (6)

1. 青色光を発光する青色発光層と緑色光を発光する緑色発光層とを備え、
   前記青色発光層と前記緑色発光層との界面から青色発光層側へ赤色光を発光する赤色発光材料が添加されると共に、前記界面から緑色発光層側へ赤色光を発光する赤色発光材料が添加されていること
   を特徴とする有機発光素子。
2. 前記青色発光層は、ＤＰＶＢｉ、Ｚｎ（ＢＯＸ）_２およびＢＡｌｑ_１の何れかを備えて形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
3. 前記緑色発光層は、Ａｌｑ_３、Ａｌｍｑ_３およびＢｅｂｑ_３の何れかを備えて形成されていること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機発光素子。
4. 前記赤色発光材料は、ＤＣＭ誘導体、ＰＴＣＤＩ誘導体、クマリン系色素、キナクリドン、マグネシウムフタロシアニン、ポリフィリン、ユーロピウム錯体、ルテニウム錯体およびローダミンの何れかであること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の有機発光素子。
5. 前記赤色発光材料の添加量は、当該有機発光素子がＣＩＥ色座標系で白色を発光する量であること
   を特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
6. 請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の有機発光素子を用いた照明装置。

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