JP2017191734A - 有機エレクトロルミネッセント素子および照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、有機EL素子の素子構造としては、少なくとも1層以上の発光層を含む発光ユニットを1つの単位とし、複数の発光ユニットの間に電気絶縁性の電荷発生層(CGL)が配置されたマルチフォトンエミッション(MPE)構造の有機EL素子が開発されている(例えば、特許文献1参照)。このMPE構造の有機EL素子では、陰極と陽極との間に電圧を印加したときに、電荷移動錯体中の電荷が、それぞれ陰極側および陽極側に向かって移動することにより、電荷発生層を挟んで陰極側に位置する一の発光ユニットに正孔を注入し、電荷発生層を挟んで陽極側に位置する他の発光ユニットに電子を注入する。これにより、同じ電流量のまま複数の発光ユニットからの発光が同時に得られるため、発光ユニットの個数倍相当の電流効率および外部量子効率を得ることが可能である。
その中でも、赤色、青色、緑色の3つの発光層が発する光を混色する方法が、演色性の高い白色光を得るのに適している(例えば、特許文献2、3参照)。
(1)陰極と陽極との間に、少なくとも有機化合物からなる発光層を含む複数の発光ユニットが電荷発生層を挟んで積層された構造を有し、前記複数の発光ユニットが発光することで白色光が得られる有機エレクトロルミネッセント素子であって、
赤色波長域に1つのピーク波長を有する赤色光を発する赤色燐光発光層と、緑色波長域に1つのピーク波長を有する緑色光を発する緑色燐光発光層とからなる発光層を含む第1の発光ユニットと、
青色波長域に1つまたは2つのピーク波長を有する青色光を発する青色蛍光発光層からなる発光層を含む第2の発光ユニットと、
青色波長域に1つまたは2つのピーク波長を有する青色光を発する青色蛍光発光層からなる発光層を含む第3の発光ユニットとを有し、
前記第1の発光ユニットと前記第2の発光ユニットとが第1の電荷発生層を挟んで積層され、前記第2の発光ユニットと前記第3の発光ユニットとが第2の電荷発生層を挟んで積層され、
前記陽極、前記第3の発光ユニット、前記第2の電荷発生層、前記第2の発光ユニット、前記第1の電荷発生層、前記第1の発光ユニットおよび前記陰極がこの順に積層された構造を有し、
前記第1の発光ユニット、前記第2の発光ユニットおよび前記第3の発光ユニットが発光することで得られる前記白色光が、少なくとも380nm〜780nmの波長域に亘って連続した発光スペクトルを有し、かつ、この発光スペクトルにおいて、590nm〜640nmの赤色波長域に1つのピーク波長と、500nm〜550nmの緑色波長域に1つのピーク波長と、440nm〜490nmの青色波長域に1つまたは2つのピーク波長と、を有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
(2)500nm〜520nmの青色波長域ないし緑色波長域に1つのボトム波長を有することを特徴とする前記(1)に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
(3)前記500nm〜520nmの青色波長域ないし緑色波長域にある1つのボトム波長の発光強度が、他の波長域にあるボトム波長の発光強度よりも低いことを特徴とする前記(2)に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
(4)前記380nm〜780nmの波長域において、最も高い発光強度を有するピーク波長の発光強度を(A)、前記500nm〜520nmの青色波長域ないし緑色波長域にある1つのボトム波長の発光強度を(B)とした場合、前記(A)に対する前記(B)の比率((B)/(A))が0.50以下であることを特徴とする前記(2)または(3)に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
(5)前記赤色波長域および緑色波長域において、互いに隣接するピーク波長の間にある1つのボトム波長と、前記500nm〜520nmの青色ないし緑色波長域にある1つのボトム波長との間隔が50nm以上であることを特徴とする前記(2)〜(4)のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
(6)前記白色光の発光色が、「JIS Z 9112」に規定される色度範囲のうち、昼光色(D)であり、かつ、前記白色光の平均演色評価数(Ra)が、70以上であることを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
(7)前記電荷発生層は、電子受容性物質と電子供与性物資とから構成される電気的絶縁層からなり、この電気的絶縁層の比抵抗が1.0×102Ω・cm以上であることを特徴とする前記(1)〜(6)のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
(8)前記電気的絶縁層の比抵抗が1.0×105Ω・cm以上であることを特徴とする前記(7)に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
(9)前記電荷発生層は、異なる物質の混合層からなり、その一成分が金属酸化物であり、この金属酸化物が酸化還元反応による電荷移動錯体を形成しており、
前記陰極と前記陽極との間に電圧を印加したときに、前記電荷移動錯体中の電荷が、それぞれ前記陰極側および前記陽極側に向かって移動することにより、前記電荷発生層を挟んで前記陰極側に位置する一の発光ユニットに正孔を注入し、前記電荷発生層を挟んで前記陽極側に位置する他の発光ユニットに電子を注入することを特徴とする前記(1)〜(6)のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
(10)前記電荷発生層は、前記電子受容性物質と前記電子供与性物質との積層体からなり、
前記陰極と前記陽極との間に電圧を印加したときに、前記電子受容性物質と前記電子供与性物質との界面において、これら電子受容性物質と電子供与性物質との間での電子移動を伴う反応により発生した電荷が、それぞれ前記陰極側および前記陽極側に向かって移動することにより、前記電荷発生層を挟んで前記陰極側に位置する一の発光ユニットに正孔を注入し、前記電荷発生層を挟んで前記陽極側に位置する他の発光ユニットに電子を注入することを特徴とする前記(7)〜(9)のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
(11)前記電荷発生層は、下記式(1)で表わされる構造を有する化合物を含むことを特徴とする前記(1)〜(10)のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
(13)前記有機エレクトロルミネッセント素子の光取り出し面側に光学フィルムを備えることを特徴とする前記(12)に記載の照明装置。
(14)前記白色光の発光色が、「JIS Z 9112」に規定される色度範囲のうち、昼光色(D)、昼白色(N)、白色(W)の何れかであり、かつ、前記白色光の平均演色評価数(Ra)が80以上であることを特徴とする前記(12)または(13)に記載の照明装置。
(15)前記白色光における演色評価数のうち、R13およびR15がそれぞれ70以上であることを特徴とする前記(12)〜(14)のいずれか1項に記載の照明装置。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
図1は、本発明の有機EL素子の素子構造の一実施形態を示す概略断面図である。
図1に示すように、本実施形態の有機EL素子10は、陰極11と陽極12との間に、少なくとも有機化合物からなる発光層を含む複数の発光ユニット21,22,23が電荷発生層(CGL)31,32を挟んで積層された構造を有し、複数の発光ユニット21,22,23が発光することで白色光が得られる有機EL素子である。
本実施形態の有機EL素子10は、第1の発光ユニット21と、第2の発光ユニット22と、第3の発光ユニット23と、を有する。
第2の発光ユニット22は、青色波長域に1つまたは2つのピーク波長を有する青色光を発する青色蛍光発光層からなる発光層を含む。
第3の発光ユニット23は、青色波長域に1つまたは2つのピーク波長を有する青色光を発する青色蛍光発光層からなる発光層を含む。
第2の発光ユニット22と第3の発光ユニット23とが第2の電荷発生層32を挟んで積層されている。
ゲスト材料に燐光発光を利用するものは、通常、燐光発光材料と呼ばれる。この燐光発光材料で構成される発光層のことを燐光発光層と呼ぶ。
赤色燐光発光層のゲスト材料としては、例えば、Ir(piq)3やIr(btpy)3ならびにIr(btp)2acacやIr(2−phq)2acac等の赤色燐光発光材料が用いられる。
緑色燐光発光層のゲスト材料としては、例えば、Ir(ppy)3等の緑色燐光発光材料が用いられる。
青色蛍光発光層および青色蛍光発光層のゲスト材料としては、例えば、スチリルアミン化合物、フルオランテン化合物、アミノピレン化合物、ホウ素錯体等を用いることもできる。さらに、4,4’−ビス[4−(ジフェニルアミノ)スチリル]ビフェニル(BDAVBi)や2,7−ビス{2−[フェニル(m−トリル)アミノ]−9,9−ジメチル−フルオレン−7−イル}−9,9−ジメチルフルオレン(MDP3FL)等といった材料を用いることができる。
具体的に、有機EL素子10により得られる白色光は、図2に示すように、いわゆる可視光として、少なくとも380nm〜780nmの波長域に亘って連続した発光スペクトルSを有している。
これにより、視感度の高いピーク波長p2と短波長成分が含まれるピーク波長p3の発光強度の比を好適に制御することで、高輝度発光と高演色性を両立することが可能となる。
これにより、ボトム波長b2を形成するピーク波長p1ないしp2の発光強度比およびボトム波長b3を形成するピーク波長p3ないしp4の発光強度比をそれぞれ適正にすることで、照明に適した白色光の色温度を確保することができる。
これにより、青色波長域のピーク波長p3と、赤色波長域のピーク波長p1および緑色波長域のピーク波長p2が近付き過ぎることに起因する演色性の低下を防ぐことができる。
本実施形態の照明装置は、上述の本実施形態の有機EL素子10を備える。
具体的に、本実施形態の有機EL素子は、上述の図2に示す色温度および演色性の高い発光スペクトルSを有する白色光を得るための素子構造として、上述の図1に示す素子構造を好適に採用するものであるが、このような素子構造に必ずしも制限されるものではない。すなわち、本実施形態の有機EL素子の素子構造としては、上述の図2に示すような色温度および演色性の高い発光スペクトルSを有する白色光が得られるものであればよく、それに合わせて様々な素子構造や材料等を採用することが可能である。
なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
「有機EL素子の作製」
実施例1では、図3に示す素子構造を有する有機EL素子を作製した。
具体的には、先ず、厚み100nm、幅2mm、シート抵抗約20Ω/□のITO膜が成膜された、厚さ0.7mmのソーダライムガラス基板を用意した。
そして、この基板を、中性洗剤、イオン交換水、アセトン、イソプロピルアルコールで各5分間の超音波洗浄した後、スピン乾燥し、さらにUV/O3処理を施した。
また、陰極を蒸着速度1nm/秒で所定の膜厚に蒸着した。
以上のようにして作製した実施例1の有機EL素子に、電源(KEITHLEY2425)を接続し、3mA/cm2の定電流を通電することで、実施例1の有機EL素子を発光させた。このとき、有機EL素子から正面方向に向けて発せられた光の発光スペクトルを、マルチチャネルアナライザー(商品名:PMA−11、浜松ホトニクス社製)により測定した。
実施例1と同様の作製方法を用いて、図5に示す素子構造を有する実施例2の有機EL素子を作製した。
そして、実施例2の有機EL素子を、実施例1と同様の方法で評価した。その評価結果を図6に示す。
上記実施例1の有機EL素子の光取り出し面(陽極)側に、光学フィルムを貼付した照明装置を作製した。
そして、実施例3の照明装置を、実施例1と同様の方法で評価した。その評価結果を図4に示す。
上記実施例2の有機EL素子の光取り出し面(陽極)側に、光学フィルムを貼付した照明装置を作製した。
そして、実施例4の照明装置を、実施例1と同様の方法で評価した。その評価結果を図6に示す。
実施例1と同様の作製方法を用いて、図7に示す素子構造を有する実施例5の照明装置を作製した。
そして、実施例5の照明装置を、実施例1と同様の方法で評価した。その評価結果を図8に示す。
実施例1と同様の作製方法を用いて、図9に示す素子構造を有する実施例6の照明装置を作製した。
そして、実施例6の照明装置を、実施例1と同様の方法で評価した。その評価結果を図10に示す。
実施例1と同様の作製方法を用いて、図11に示す素子構造を有する実施例7の照明装置を作製した。
そして、実施例7の照明装置を、実施例1と同様の方法で評価した。その評価結果を図12に示す。
実施例1と同様の作製方法を用いて、図13に示す素子構造を有する比較例の照明装置を作製した。
そして、比較例の照明装置を、実施例1と同様の方法で評価した。その評価結果を図12に示す。
実施例7および比較例の照明装置の輝度を測定した。結果を表1に示す。なお、表1において、実施例7の照明装置の輝度は、比較例の照明装置の輝度を基準とする相対値である。
実施例7および比較例の照明装置の相関色温度(K)を測定した。結果を表1に示す。
実施例7および比較例の照明装置の発光色を測定した。結果を表1に示す。
実施例7および比較例の照明装置のxy色度座標を測定した。結果を表1に示す。
実施例7および比較例の照明装置に、電源(KEITHLEY2425)を接続し、3mA/cm2の定電流を通電することで、実施例7および比較例の照明装置を発光させた。このとき、照明装置から正面方向に向けて発せられた光の発光スペクトルを、マルチチャネルアナライザー(商品名:PMA−11、浜松ホトニクス社製)により測定した。そして、この測定結果から、「JIS Z 8725」の規定に基づき、黒体軌跡からの偏差duvを導出した。さらに、発光色の平均演色評価数(Ra)を、「JIS Z 8726」に規定される方法によって導出した。結果を表1に示す。
実施例7および比較例の照明装置に電源制御ユニット(商品名:PEL−100TB、イーエッチシー社製)を接続し、10mA/cm2および20mA/cm2の定電流を通電することで、照明装置の寿命加速試験を行った。
このとき、照明装置から正面方向に向けて発せられた光の輝度および発光スペクトルを、所定の経過時間に応じて分光放射輝度計(商品名:SR−3AR、トプコンテクノハウス社製)による輝度値の測定を行い、経過時間ごとの輝度の減衰率を算出した。
上記の加速試験により得られた輝度減衰率のデータは、比較例および実施例にて必要となる所定の輝度よりも高い値であるため、電流密度10mA/cm2駆動時の寿命をα、電流密度20mA/cm2駆動時の寿命をβとした際に、以下の式により加速係数Bを算出した。
(α/β)=(20÷10)B
その後、比較例および実施例7にて所定の輝度を得るために必要となる電流密度XおよびYを算出し、以下の累乗関数によって当該輝度における寿命推定カーブを作成した。結果を図14に示す。
α×(10/X)B・・・比較例の推定寿命
α×(10/Y)B・・・実施例7の推定寿命
また、図14の結果から、実施例7の照明装置は、比較例の照明装置に対して1.60倍の輝度にも関わらず、比較例の照明装置とほぼ同等の輝度寿命を得ることができることが分かった。すなわち、実施例7の照明装置は、高色温度および高演色を達成しながら、高輝度かつ長寿命発光を実現することができる。
Claims (15)
- 陰極と陽極との間に、少なくとも有機化合物からなる発光層を含む複数の発光ユニットが電荷発生層を挟んで積層された構造を有し、前記複数の発光ユニットが発光することで白色光が得られる有機エレクトロルミネッセント素子であって、
赤色波長域に1つのピーク波長を有する赤色光を発する赤色燐光発光層と、緑色波長域に1つのピーク波長を有する緑色光を発する緑色燐光発光層とからなる発光層を含む第1の発光ユニットと、
青色波長域に1つまたは2つのピーク波長を有する青色光を発する青色蛍光発光層からなる発光層を含む第2の発光ユニットと、
青色波長域に1つまたは2つのピーク波長を有する青色光を発する青色蛍光発光層からなる発光層を含む第3の発光ユニットとを有し、
前記第1の発光ユニットと前記第2の発光ユニットとが第1の電荷発生層を挟んで積層され、前記第2の発光ユニットと前記第3の発光ユニットとが第2の電荷発生層を挟んで積層され、
前記陽極、前記第3の発光ユニット、前記第2の電荷発生層、前記第2の発光ユニット、前記第1の電荷発生層、前記第1の発光ユニットおよび前記陰極がこの順に積層された構造を有し、
前記第1の発光ユニット、前記第2の発光ユニットおよび前記第3の発光ユニットが発光することで得られる前記白色光が、少なくとも380nm〜780nmの波長域に亘って連続した発光スペクトルを有し、かつ、この発光スペクトルにおいて、590nm〜640nmの赤色波長域に1つのピーク波長と、500nm〜550nmの緑色波長域に1つのピーク波長と、440nm〜490nmの青色波長域に1つまたは2つのピーク波長と、を有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。 - 500nm〜520nmの青色波長域ないし緑色波長域に1つのボトム波長を有す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ト素子。
- 前記500nm〜520nmの青色波長域ないし緑色波長域にある1つのボトム波長の発光強度が、他の波長域にあるボトム波長の発光強度よりも低いことを特徴とする請求項2に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
- 前記380nm〜780nmの波長域において、最も高い発光強度を有するピーク波長の発光強度を(A)、前記500nm〜520nmの青色波長域ないし緑色波長域にある1つのボトム波長の発光強度を(B)とした場合、前記(A)に対する前記(B)の比率((B)/(A))が0.50以下であることを特徴とする請求項2または3に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
- 前記赤色波長域および緑色波長域において、互いに隣接するピーク波長の間にある1つのボトム波長と、前記500nm〜520nmの青色波長域ないし緑色波長域にある1つのボトム波長との間隔が50nm以上であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
- 前記白色光の発光色が、「JIS Z 9112」に規定される色度範囲のうち、昼光色(D)であり、かつ、前記白色光の平均演色評価数(Ra)が、70以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
- 前記電荷発生層は、電子受容性物質と電子供与性物資とから構成される電気的絶縁層からなり、この電気的絶縁層の比抵抗が1.0×102Ω・cm以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
- 前記電気的絶縁層の比抵抗が1.0×105Ω・cm以上であることを特徴とする請求項7に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
- 前記電荷発生層は、異なる物質の混合層からなり、その一成分が金属酸化物であり、この金属酸化物が酸化還元反応による電荷移動錯体を形成しており、
前記陰極と前記陽極との間に電圧を印加したときに、前記電荷移動錯体中の電荷が、それぞれ前記陰極側および前記陽極側に向かって移動することにより、前記電荷発生層を挟んで前記陰極側に位置する一の発光ユニットに正孔を注入し、前記電荷発生層を挟んで前記陽極側に位置する他の発光ユニットに電子を注入することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。 - 前記電荷発生層は、電子受容性物質と電子供与性物質との積層体からなり、
前記陰極と前記陽極との間に電圧を印加したときに、前記電子受容性物質と前記電子供与性物質との界面において、これら電子受容性物質と電子供与性物質との間での電子移動を伴う反応により発生した電荷が、それぞれ前記陰極側および前記陽極側に向かって移動することにより、前記電荷発生層を挟んで前記陰極側に位置する一の発光ユニットに正孔を注入し、前記電荷発生層を挟んで前記陽極側に位置する他の発光ユニットに電子を注入することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子を備えることを特徴とする照明装置。
- 前記有機エレクトロルミネッセント素子の光取り出し面側に光学フィルムを備えることを特徴とする請求項12に記載の照明装置。
- 前記白色光の発光色が、「JIS Z 9112」に規定される色度範囲のうち、昼光色(D)、昼白色(N)、白色(W)のいずれかであり、かつ、前記白色光の平均演色評価数(Ra)が80以上であることを特徴とする請求項12または13に記載の照明装置。
- 前記白色光における演色評価数のうち、R13およびR15がそれぞれ70以上であることを特徴とする請求項12〜14のいずれか1項に記載の照明装置。
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