JP4017482B2

JP4017482B2 - 有機ｅｌ発光素子

Info

Publication number: JP4017482B2
Application number: JP2002279015A
Authority: JP
Inventors: 高史野口
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: JP2004119117A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置，フルカラーディスプレイ，バックライト等の面光源に好適に使用可能なＥＬ（エレクトロルミネッセンス）発光素子に関し、より具体的には、発光素子の発光部位の屈折率が空気の屈折率よりも高い有機ＥＬ発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子や無機ＥＬ素子等、発光部位の屈折率が空気の屈折率よりも高い発光素子は、全反射により、光取り出しに制限がある。
光の取り出し効率を向上させる手法としては、例えば、陰極表面に集光性を持たせることにより、効率を向上させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この方法は、陰極と発光層の界面を加工する必要があり、これは発光層に通電する関係上、実施困難である。
【０００３】
また、基板ガラスと発光体との間に、回折格子またはゾーンプレートを構成要素として形成して、光の取り出し効率を向上させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この方法は、発光層と基板との間に透過型または反射型の回折格子またはゾーンプレートを設けることにより、この界面において低減された出射角を持ち、再び素子外部の界面に達し、結果的に光取り出し面に対する入射角を変化させる（低減させる）ことができるため、光取り出し面において全反射を起こすことなく外部に取り出せることをその原理とするものである。
しかしながら、この方法も、陽極と発光層の界面を加工する必要があり、発光層に通電する関係上、実施困難である。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−３１４７９５号公報
【特許文献２】
特許第２９９１１８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
また、本出願人による平成１４年６月２７日付けの出願「有機エレクトロルミネッセンス素子」（特開２００４−３１２２１号公報参照）では、ガラス基板表面に回折格子膜を設けることにより、光取り出し効率の向上に成功している。
この方法は、最大で１.５倍近い効率向上が得られる画期的な方法であるが、発光スペクトルが連続の場合、視野角によっては、上述の回折格子膜の作用により、発光が虹色になる場合がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上述のガラス基板表面に回折格子膜を設けた有機ＥＬ発光素子において、発光が虹色になるという問題を解消することにある。
【０００７】
より具体的には、本発明の目的は、観察者に不自然さを感じさせることなしに光取り出し効率を向上させることが可能な有機ＥＬ発光素子、回折格子を有する有機ＥＬ発光素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る有機ＥＬ発光素子（以下、単に発光素子という）は、基板上に、透明電極、少なくとも発光層を含む有機化合物層及び背面電極を積層した発光素子であって、前記発光素子の発光部位の屈折率が空気のそれよりも高く、前記発光素子の発光側表面に回折格子構造を、前記発光部位と前記発光側表面との間に色分解フィルタを有し、この色分解フィルタとして、白色発光させたときの前記発光部位からの白色発光波形と前記色分解フィルタの分光透過率の分光積に関する極小値が、同極大値の５０％以下となるようなものを用いることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
【０００９】
ここで、前記色分解フィルタとして、その透過極小が透過極大の５０％以下、さらには３０％以下である色分解フィルタを用いることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る発光素子においては、発光素子を構成する発光材料として、一重項励起子による発光を示す材料（いわゆる、一重項材料）に限らず、三重項励起子による発光を示す材料（いわゆる、三重項材料）を用いることが可能である。
【００１１】
さらに、本発明に係る発光素子においては、発光素子を構成する発光材料として、一般的な三波長型の発光材料を用いる以外にも、例えば、月刊ディスプレイ2002年9月号（pp.47-51）に示されるように２種の発光材料と、これらの材料の発光特性に適合させた特別な分光透過率特性を有するフィルタとの組み合わせから構成されるものも好適に用い得る。
【００１２】
本発明においては、発光素子を白色発光させたときの発光スペクトルの、発光極小（谷）と発光極大（山）との比をなるべく大きくして、回折の効果を緩和するようにしたことによって、回折によって生じる虹色を人間の目に感じられない程度に抑えたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光素子１０の構成を示す断面図である。図１において、１２はガラス基板であって、その一方の側には、線状のＩＴＯ透明電極（陽極）１４，ＥＬによって発光可能な発光層１６，線状の背面電極（陰極）１８の各層が、この順に積層形成されている。また、ガラス基板１２の他方の側には、色分解フィルタ（詳細については、後述する）２０と回折格子２２（これについても、詳細は後述する）が、この順に積層形成されている。
【００１５】
上記回折格子２２は、発光素子１０の発光側最表面に、すなわち、ここでは、ガラス基板１２の発光層１６等とは反対側のガラス基板１２に色分解フィルタ２０を介して形成されている。本実施形態における回折格子２２は、一例として、凹凸の周期長（Ｐ）が１μｍ以上４μｍ以下であり、また、凹凸の高低差（ｄ）が０.４μｍ以上４μｍ以下である。なお、上記凹凸の高低差（ｄ）／凹凸の周期長（Ｐ）の値は、０.２５以上０.６０以下であることが好ましい。
【００１６】
なお、上記回折格子２２としては、発光素子１０の発光側最表面を構成する素材表面自体に、上述のような微細凹凸構造を直接設けてもよいが、また、上述のような微細凹凸構造を有する透過型光学フィルムを別途製造し、この光学フィルムを発光素子１０の発光側最表面に貼り付けることにより、容易に形成することも可能である。なお、上記光学フィルムの具体的な製造方法については、前述の本出願人による平成１４年６月２７日付けの出願「有機エレクトロルミネッセンス素子」明細書中の記載を参照されたい。
【００１７】
図２は、前記色分解フィルタ２０の光学特性（分光透過率特性）を示すものである。ここでは、一例として、二光光学（株）製の３色分解フィルタを用いているが、本発明はこれに限られるものではない。この色分解フィルタ２０は、ここで用いる発光素子１０の３色の一重項発光材料の発光極大波長の比較的近傍の波長のみを選択的に透過する特性を有しているものである。
【００１８】
また、上述の色分解フィルタ２０の光学特性は、透過極小が透過極大の１０％以下であり、本実施形態に係る発光素子１０に用いる色分解フィルタとして、極めて有効な特性を有している。
【００１９】
すなわち、ここでは、発光素子１０の３色の一重項発光材料として、いずれも本出願人の出願明細書中に開示した下記の一重項発光材料を用いているので、上述の色分解フィルタの特性とのマッチングが極めて良好である。
【００２０】
（１）青色（Ｂ）発光材料：本出願人の出願に係る特開２００１−１９２６５３号公報に開示した、下記の化学式（１）で表わされる化合物（発光極大波長は、４４３ｎｍ）
【化１】

【００２１】
（２）緑色（Ｇ）発光材料：本出願人の出願に係る特開２００１−３５４９５５号公報に開示した、下記の化学式（２）で表わされる化合物（発光極大波長は、５４７ｎｍ）
【化２】

【００２２】
（３）赤色（Ｒ）発光材料：本出願人の出願に係る特開２００１−２７３９７７号公報に開示した、下記の化学式（３）で表わされる化合物（発光極大波長は、６１５ｎｍ）
【化３】

なお、上述の青色（Ｂ），緑色（Ｇ），赤色（Ｒ）三色の一重項発光材料の発光波形を、図３に示した。
【００２３】
本実施形態においては、上述のような発光特性を有する発光材料を用いる発光素子の発光側最表面に、図２に示したような分光特性を有するフィルタを組み合わせて、図１に示したような構成の発光素子１０としたことにより、各発光材料の発光極大波長から±２５ｎｍ以上離れた波長域では、透過する光を極端に抑えることができる。
【００２４】
なお、ここでの、発光素子からの白色発光波形と色分解フィルタの分光透過率の分光積に関する極小値は、同極大値の７％程度であり、この発光素子と色分解フィルタとの組み合わせが極めて好ましいものであることを示している。
【００２５】
そして、このような構成としたことにより、最終的に外部に出る光は、実質的にナローバンドのＲ，Ｇ，Ｂ３色からなる光となり、人間の視覚には白色として知覚されるが、連続スペクトルではなくなるため、従来の技術で問題になったような、虹色の発生が回避できる。
【００２６】
次に、第２の実施形態として、三重項励起子による発光を示す材料（いわゆる三重項材料）を用いる例を示す。
ここでは、発光材料として、いずれもザトラスティーズオブプリンストンユニバーシティ他の出願に係る下記の三重項発光材料を用いており、上述の色分解フィルタの特性とのマッチングは極めて良好である。
【００２７】
（１）青色発光材料：ＷＯ０２/１５６４５Ａ１号公報に開示されている、下記の化学式（４）で表わされる化合物（その発光特性を、図４に示した）
【化４】

【００２８】
（２）緑色発光材料：ＷＯ００/７０６５５号公報に開示されている、下記の化学式（５）で表わされる化合物（その発光特性を、図５に示した）
【化５】

【００２９】
（３）赤色発光材料：ＷＯ０１/４１５１２Ａ１号公報に開示されている、下記の化学式（６）で表わされる化合物（その発光特性を、図６に示した）
【化６】

【００３０】
本実施形態においても、一重項材料に代えて、上述のような発光特性を有する三重項材料を用いる発光素子の発光側最表面に、図２に示したような分光特性を有するフィルタを組み合わせて、図１に示したような構成の発光素子１０とすることにより、各発光材料の発光極大波長から±２５ｎｍ以上離れた波長域では、透過する光を極端に抑えることができる。
【００３１】
なお、ここでの、発光素子からの白色発光波形と色分解フィルタの分光透過率の分光積に関する極小値は、同極大値の７％程度であり、この発光素子と色分解フィルタとの組み合わせが極めて好ましいものであることを示している。
【００３２】
そして、このような構成としたことにより、最終的に外部に出る光は、実質的にナローバンドのＲ，Ｇ，Ｂ３色からなる光となり、人間の視覚には白色として知覚されるが、連続スペクトルではなくなるため、従来の技術で問題になったような、虹色の発生が回避できることになる。
【００３３】
次に、第３の実施形態として、上述の２つの実施形態に示したような三波長型以外の発光材料の用い方をする例を示す。
ここでは、青色と赤色のみ、すなわち２色の発光材料を用いる例を示す。
【００３４】
なお、このような２色の発光材料を用いる場合には、通常は、可視光域内におけるスペクトルの連続性が、３色の発光材料を用いる場合より低いので、前述のような虹色の発生も軽度であるが、本実施形態に示す方法を用いればそれをさらに軽減することが可能である。
【００３５】
ここで用いる具体的な発光材料としては、前述の、化学式（４），（６）で示した発光材料を用いる。すなわち、
（１）青色発光材料：化学式（４）で示される化合物
（２）赤色発光材料：化学式（６）で示される化合物
【００３６】
ここでは、これらの発光材料を、前述の、月刊ディスプレイ2002年9月号（pp.47-51）に示される通り、発光材料全体は発光層（図１中の１６）の１２wt％とし、その中での青色発光材料と赤色発光材料との混合比を１１.８：０.２として、視覚的に白色と感じられる光を発光させている。
【００３７】
図７には、上述のように、混合比を１１.８：０.２とした場合の２色の発光材料の発光によって得られるスペクトルを示す。
図８には、これらの発光材料からなる発光層（図１中の１６）から出射する光を選択的に透過させるフィルタ（図１中の２０）の一例を示す。
【００３８】
本実施形態においては、２色の、上述のような発光特性を有する三重項材料を用いる発光素子の発光側最表面に、図８に示したような分光特性を有するフィルタを組み合わせて、図１に示したような構成の発光素子１０とすることにより、各発光材料の発光極大波長から±２５ｎｍ以上離れた波長域では、透過する光を極端に抑えることができる。
【００３９】
なお、ここでの、発光素子からの白色発光波形と色分解フィルタの分光透過率の分光積に関する極小値は、同極大値の２％程度であり、この発光素子と色分解フィルタとの組み合わせが極めて好ましいものであることを示している。
【００４０】
そして、このような構成としたことにより、最終的に外部に出る光は、実質的にナローバンドのＲ，Ｂの２色からなる光となり、人間の視覚には白色として知覚されるが、連続スペクトルではなくなるため、従来の技術で問題になったような、虹色の発生が回避できることになる。
【００４１】
なお、上記各実施形態はいずれも本発明の一例を示したものであり、本発明はこれらに限定されるべきものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更または改良を行ってもよいことはいうまでもない。
【００４２】
例えば、発光素子を構成する発光材料、あるいは、これに組み合わせて用いる色分解フィルタなどは、上述の特性を有する範囲内で、他の種々のものを用いることが可能である。また、色分解フィルタは、単層構成でなく、多層構成とすることも可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、観察者に不自然さを感じさせることなしに光取り出し効率を向上させることが可能な発光素子、回折格子を有する有機ＥＬ素子を提供できるという顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る発光素子の構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る発光素子に用いた色分解フィルタの光学特性（透過率特性）を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る発光素子に用いる三色の発光材料の発光特性を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る発光素子に用いる青色発光材料の発光特性を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る発光素子に用いる緑色発光材料の発光特性を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る発光素子に用いる赤色発光材料の発光特性を示す図である。
【図７】第３の実施形態に係る２色の発光材料からなる発光素子の発光スペクトルを示す図である。
【図８】第３の実施形態に係る発光素子に用いた色分解フィルタの光学特性を示す図である。
【符号の説明】
１０発光素子
１２ガラス基板
１４ＩＴＯ透明電極（陽極）
１６発光層
１８背面電極（陰極）
２０色分解フィルタ
２２回折格子

Claims

基板上に、透明電極、少なくとも発光層を含む有機化合物層及び背面電極を積層した発光素子であって、前記発光素子の発光部位の屈折率が空気のそれよりも高く、前記発光素子の発光側表面に回折格子構造を、前記発光部位と前記発光側表面との間に色分解フィルタを有し、この色分解フィルタとして、白色発光させたときの前記発光部位からの白色発光波形と前記色分解フィルタの分光透過率の分光積に関する極小値が、同極大値の５０％以下となるようなものを用いることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
前記発光層を構成する材料として、一重項励起子による発光を示す材料（一重項材料）を用いる請求項１に記載の有機ＥＬ発光素子。
前記発光層を構成する材料として、三重項励起子による発光を示す材料（三重項材料）を用いる請求項１または２に記載の有機ＥＬ発光素子。
前記発光層を構成する材料として、３種の発光材料の組み合わせから構成されるものを用いる請求項１〜３のいずれかに記載の有機ＥＬ発光素子。
前記発光層を構成する材料として、２種の発光材料の組み合わせから構成されるものを用いる請求項１〜３のいずれかに記載の有機ＥＬ発光素子。
前記色分解フィルタとして、その透過極小が透過極大の５０％以下である色分解フィルタを用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機ＥＬ発光素子。