JP4017485B2

JP4017485B2 - 有機ｅｌ発光素子

Info

Publication number: JP4017485B2
Application number: JP2002283689A
Authority: JP
Inventors: 高史野口
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-09-27
Also published as: JP2004119286A

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、この発光素子の発光側表面に、回折格子構造を有し、また、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、白色発光させたときの発光極小が発光極大の５０％以下となるように、前記発光層を構成する材料の発光輝度比が調整されていることを特徴とする。
【０００９】
ここで、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。
【００１０】
また、本発明に係る発光素子においては、白色発光可能な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２種の発光材料の組み合わせから構成されるもの等も好適に用い得る。
【００１１】
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。
【００１２】
【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。
【００１３】
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、回折格子２０（詳細については、後述する）が、この順に積層形成されている。
【００１４】
上記回折格子２０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に形成されている。本実施形態における回折格子２０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。
【００１５】
なお、上記回折格子２０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。
【００１６】
ここでは、発光素子の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。
【００１７】
（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】

【００１８】
（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】

【００１９】
（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２に示した。
【００２０】
本実施形態においては、上述のような発光特性を有する３種の発光材料を、下記のような発光比率（但し、ここでは、発光材料全体の発光中の輝度比で表わしている）で用いることによって、人間の目視においては、白色と認識される光でありながら、連続スペクトルではなくして、前述の虹色の発生を防止することを可能としたものである。
【００２１】
図３に、上述のような発光特性を有する３種の発光材料を下記の発光比率により発光させた場合における、白色発光波形を示す。図３に示す波形は、人間の目には白色として認識されるものである。
ここで、図３に示した破線の波形Ｌは、ＣＩＥ標準光源（デーライトタイプ）Ｄ５０の分光波形を示しており、それに対応する実線の波形Ｓは、前記３種の化合物が、輝度比でＲ：Ｇ：Ｂ＝２４：６５：１２の発光比率で発光させた場合の発光波形を示している。
【００２２】
本実施形態においては、前記３種の化合物を、上述のような発光比率で発光させるようにしたことにより、その発光波形が図３に示すように、その発光極小が発光極大の５０％以下となる。この状態では、この（人間の目に感じられるところでの）白色発光光は連続スペクトルの体をなさず、従って虹色が顕在しない状態とすることができる。
【００２３】
すなわち、上述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分光分布の山と谷の差がかなり大きなものとなることから、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って、回折格子を介しても、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。
【００２４】
次に、第２の実施形態として、上で用いたものと同じ発光材料を用いて、ＣＩＥ標準光源（蛍光灯）Ｆ３，Ｆ４，Ｆ１１，Ｆ１２の分光波形を再現する場合を説明する。
【００２５】
図４〜図７は、上述のＣＩＥ標準光源（蛍光灯）Ｆ３，Ｆ４，Ｆ１１，Ｆ１２の分光波形（破線で示されている）と、これを前述の発光材料を用いて再現した波形（実線で示されている）とを対比させたものである。
この場合にも、前述の三種の発光材料を、以下に例示するような特別な発光比率で発光させるようにしないと、虹色が発生するという問題が生ずる。
【００２６】
虹色が発生しないような発光比率としては、以下の例が挙げられる。
例えば、図４に示した破線の波形Ｌ１は、ＣＩＥ標準光源（蛍光灯）Ｆ３の分光波形であり、それに対応する実線の波形Ｓ１は、前述の発光材料（一重項発光材料）を、輝度比でＲ：Ｇ：Ｂ＝３５：５８：７で発光させた場合の分光波形を示している。
【００２７】
両者は、いずれも、人間の目には同じ白色として認識されるものである。ここでは、前記３種の化合物を、上述のような発光比率で発光させるようにしたことにより、図４に示すように、その発光極小が発光極大の３０％以下程度となり、この状態では、この白色発光光は連続スペクトルの体をなさず、従って虹色が顕在しない状態とすることができる。
【００２８】
図５〜図７に示した場合も同様であり、破線の波形Ｌ２、Ｌ３，Ｌ４は、それぞれＣＩＥ標準光源（蛍光灯）Ｆ４、Ｆ１１，Ｆ１２の分光波形であり、それに対応する実線の波形Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４は、前述の一重項発光材料を、輝度比で所定比率で発光させた場合の分光波形を示している。いずれの場合も、その発光極小が発光極大の４５％以下程度となり、白色発光させた場合に、虹色が顕在しない状態とすることができるものである。
【００２９】
なお、図５〜図７に示した各ケースにおける前記３種の化合物の発光比率は、それぞれ、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝４２：５３：５，３０：６１：９，４１：５４：５であるが、この他にも可能な組み合わせ比率が存在することはいうまでもない。
【００３０】
上述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分光分布の山と谷の差がかなり大きなものとなることから、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って、回折格子を介しても、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。
【００３１】
次に、第３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いる。
【００３２】
（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８に示した）
【化４】

【００３３】
（２）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（５）で表わされる化合物（その発光特性を、図９に示した）
【化５】

【００３４】
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。
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。図１０に、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（比率はいずれも、濃度比）を示す。
【００３６】
本実施形態においては、前記２種の化合物を、上述のような混合比率で混合して用いるようにしたことにより、その発光波形が図１０に示すように、その発光極小が発光極大の５０％以下となり、この状態では、この（人間の目に感じられるところでの）白色発光光は連続スペクトルの体をなさず、従って虹色が顕在しない状態とすることができる。
【００３７】
すなわち、上述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分光分布の山と谷の差がかなり大きなものとなることから、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って、回折格子を介しても、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。
【００３８】
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。
【００３９】
例えば、発光素子を構成する発光材料は、上述のような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。
【００４０】
【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を実現することができるという顕著な効果を奏するものである。
【００４１】
より具体的には、ガラス基板表面に回折格子膜を設けた有機ＥＬ素子において、白色発光が虹色になるという問題を解消した発光素子を提供できるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一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発光材料の分光波形を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る発光素子において、図２に示した３種の一重項発光材料を所定の発光比率により発光させた場合における、人間の目に白色として認識される発光波形を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る発光素子において、図２に示した３種の一重項発光材料を所定の発光比率により発光させた場合における、人間の目に白色として認識される発光波形を示す図（その１）である。
【図５】第２の実施形態に係る発光素子において、図２に示した３種の一重項発光材料を所定の発光比率により発光させた場合における、人間の目に白色として認識される発光波形を示す図（その２）である。
【図６】第２の実施形態に係る発光素子において、図２に示した３種の一重項発光材料を所定の発光比率により発光させた場合における、人間の目に白色として認識される発光波形を示す図（その３）である。
【図７】第２の実施形態に係る発光素子において、図２に示した３種の一重項発光材料を所定の発光比率により発光させた場合における、人間の目に白色として認識される発光波形を示す図（その４）である。
【図８】第３の実施形態に係る発光素子に用いた青色発光の三重項発光材料の発光特性を示す図である。
【図９】同、赤色発光の三重項発光材料の発光特性を示す図である。
【図１０】図８に示した青色発光材料と図９に示した赤色発光材料とを所定の混合比率により混合した場合における、人間の目に白色として認識される発光波形を示す図である。
【符号の説明】
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、
この発光素子の発光側表面に、回折格子構造を有し、
また、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、
白色発光させたときの発光極小が発光極大の５０％以下となるように、前記発光層を構成する材料の発光輝度比が調整されて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。