JP4230732B2 - 白色有機電界発光素子の設計方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、白色発光の有機電界発光素子の設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機電界発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）が低電圧で発光することは、イーストマン・コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらにより、電極間に二層の薄膜を積層した構成の素子において初めて示された（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，１２，９１３（１９８７））。そしてこれ以降、有機電界発光素子は、電池などの１０Ｖ程度の低電圧で１００〜１０００００ｃｄ／ｍ^２程度の高輝度の発光が可能なこと、蛍光物質を構成する材料の組み合せで多数の色を発光させることが可能なこと、非常に薄い面発光体として使用可能なこと、などから産業界で注目され、素子構成に改良を加えた種々の薄膜構成の有機電界発光素子が検討されている。
【０００３】
ここで、有機電界発光素子の素子構成は種々のものが提供されているが、代表的なものは陽極／ホール輸送層／有機発光層／電子輸送層／陰極の構成である。そして有機電界発光素子の発光の原理は、陽極と陰極に挟まれたホール輸送層及び電子輸送層とさらにその間の有機発光層に印加された電界をドライビングフォースとして電荷が移動し、またそれぞれの層の界面でのエネルギー障壁を越えて移動するが、その障壁を越えられないところでは電荷が捕獲され、そこで電子とホールの再結合が起こり、電気的エネルギーが光エネルギーに変換されると考えられている。このときの発光波長は再結合領域の材料のエネルギーバンドギャップにより決定されるものであり、従ってこれらの材料のバンドギャップ特性を考慮して、バランス良く再結合を起こす素子構造に設計することが必要である。
【０００４】
ここで、有機電界発光素子を例えば画像ディスプレイに応用する場合には、有機電界発光素子としてＲＧＢの三原色の三種類の発光色のものを必要とし、これらをマトリクス状に配置してフルカラーを発するような最適素子設計が要求され、また画像の解像度を上げるために高精細なドットピッチになることが要求される。この反面、有機電界発光素子は単色発光で良く、有機発光層は単層の場合が多いので、素子構造設計はそれ程の複雑さを必要としない。
【０００５】
一方、有機電界発光素子を液晶のバックライトや、照明用の光源、超高精細マトリクスパネルなどに応用する場合には、白色発光の有機電界発光素子が必要になる。この白色発光の有機電界発光素子は、有機発光層を複数層の積層構成に形成し、各有機発光層からの発光色を混色して白色を発光させることによって実現することができる。このような積層型の有機電界発光素子の特徴は、発光面の全面が白色に発光するところにあり、非常誘導灯、電飾看板、液晶バックライトなどでは均一な白色面発光体が不可欠なので、これらの用途に特に適している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有機発光層を複数層の積層構成に形成した有機電界発光素子において、色純度を決定する発光スペクトルは、各有機発光層を構成する有機ホスト材料とゲストの蛍光材料の比率や、膜厚などによって変化し、制御することは簡単ではない。従って、各有機発光層においてバランス良く発光色を得て、トータルとして所望の白色発光を得ることは困難であり、試行錯誤的な素子設計を行なわざるを得ず、白色発光の有機電界発光素子を設計するには多大の時間と労力を必要とするのが現状である。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、目標とする色純度の発光に効率良く設計することができる白色有機電界発光素子の設計方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る白色有機電界発光素子の設計方法は、ホール輸送層と、ホール及び電子の注入を持続することができる有機ホスト材料に発光色系統の異なる蛍光を発する２種類の蛍光材料を一種類ずつ含有する第一及び第二の２層の有機発光層と、電子輸送層とを、陽極と陰極の間に設けて形成される白色有機電界発光素子を設計するにあたって、
最も発光効率の低い蛍光材料を含有する有機発光層を第一の有機発光層に設定して、膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共にこの第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定し、測定された発光効率に基いて第一の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光効率をパラメーターとして設定するステップと、
膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第二の有機発光層を調製すると共に、上記ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層に第二の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第二の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第二の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層及び第二の有機発光層を積層すると共にこれにホール輸送層と電子輸送層を少なくとも一方の膜厚を数段階で変えて積層することによって複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いてホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を選定するようにした、ホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
を有することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の請求項２に係る白色有機電界発光素子の設計方法は、ホール輸送層と、ホール及び電子の注入を持続することができる有機ホスト材料に発光色系統の異なる蛍光を発する３種類の蛍光材料を一種類ずつ含有する第一乃至第三の３層の有機発光層と、電子輸送層とを、陽極と陰極の間に設けて形成される白色有機電界発光素子を設計するにあたって、
最も発光効率の低い蛍光材料を含有する有機発光層を第一の有機発光層に設定して、膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共にこの第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定し、測定された発光効率に基いて第一の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光効率をパラメーターとして設定するステップと、
膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第二の有機発光層を調製すると共に、上記ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層に第二の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第二の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層に隣接する第二の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第三の有機発光層を調製すると共に、上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層と第二の有機発光層にさらに第三の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第三の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第三の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一乃至第三の有機発光層を積層すると共にこれにホール輸送層と電子輸送層を少なくとも一方の膜厚を数段階で変えて積層することによって複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いてホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を選定するようにした、ホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
を有することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項３に係る白色有機電界発光素子の設計方法は、ホール輸送層と、ホール及び電子の注入を持続することができる有機ホスト材料に発光色系統の異なる蛍光を発する２種類の蛍光材料を一種類ずつ交互に含有する第一乃至第三の３層の有機発光層と、電子輸送層とを、陽極と陰極の間に設けて形成される白色有機電界発光素子を設計するにあたって、
最も発光効率の低い蛍光材料を含有する有機発光層を第一の有機発光層に設定して、膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共にこの第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定し、測定された発光効率に基いて第一の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光効率をパラメーターとして設定するステップと、
膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第二の有機発光層を調製すると共に、上記ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層に第二の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第二の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層に隣接する第二の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第三の有機発光層を調製すると共に、上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層と第二の有機発光層にさらに第三の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第三の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第三の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一乃至第三の有機発光層を積層すると共にこれにホール輸送層と電子輸送層を少なくとも一方の膜厚を数段階で変えて積層することによって複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いてホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を選定するようにした、ホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、上記の第一の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を設定するステップが、
有機ホスト材料と蛍光材料の比率を数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共にこの第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定することによって、測定された発光効率に基いて第一の有機発光層の有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、発光効率をパラメーターとして有機ホスト材料と蛍光材料の比率を設定するステップと、
上記ステップで設定された有機ホスト材料と蛍光材料の一定比率で、膜厚を数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共に、この第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率と電圧特性を測定することによって、測定された発光効率と電圧特性に基いて第一の有機発光層の膜厚を選定するようにした、発光効率と電圧特性をパラメーターとして膜厚を設定するステップと、
からなることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項５の発明は、請求項４において、発光効率をパラメーターとして第一の有機発光層の有機ホスト材料と蛍光材料の比率を設定する方法が、複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定し、発光効率が最大値になるように設定することであることを特徴とするものである。
【００１５】
また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、第一の有機発光層に含有される有機ホスト材料と蛍光材料は、有機ホスト材料中の蛍光材料の比率と発光効率との関係を示す曲線が極大値を有するものであることを特徴とするものである。
【００１６】
また請求項７の発明は、請求項１、３乃至６のいずれかにおいて、第一の有機発光層は、発光スペクトルのピークが４４０ｎｍ〜５２０ｎｍの間にあることを特徴とするものである。
【００１７】
また請求項８の発明は、請求項１、３乃至６のいずれかにおいて、第二の有機発光層は、発光スペクトルのピークが５２０ｎｍ〜６２０ｎｍの間にあることを特徴とするものである。
【００１８】
また請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれかにおいて、複数層の各有機発光層の合計膜厚が、白色有機電界発光素子を発光させるために印加する電圧を印加したときに、ホール及び電子の再結合の発生可能な領域の幅より大きいことを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１及び図２は白色有機電界発光素子Ａの層構成の一例を示すものであり、透明ガラス板などで形成される基板１の上に透明導電膜などからなる陽極２を積層し、陽極２の上にホール輸送層３を介して有機発光層４を積層すると共に、さらにこの有機発光層４の上に電子輸送層５を介して陰極６が積層してある。これを基本構成として有機電界発光素子、すなわち有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を形成することができるものであり、陽極２に正電圧を、陰極６に負電圧を印加すると、電子輸送層５を介して有機発光層４に注入された電子と、ホール輸送層３を介して有機発光層４に注入されたホールとが、有機発光層４内、又は有機発光層４とホール輸送層３の界面等にて再結合して発光が起こるものである。ここで、有機発光層４は複数層を積層した積層型に形成してあり、各有機発光層４からの発光色を混色することによって白色を発光させることができるようにしてある。
【００２２】
上記の白色有機有機電界発光素子Ａにおいて、基板１の上に積層される陽極２、ホール輸送層３、有機発光層４、電子輸送層５、陰極６の材料としては、従来から使用されている公知のものを適宜使用することができる。
【００２３】
すなわち、陽極２は上記のように素子中にホールを注入するための電極であり、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、あるいはこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が４ｅＶ以上のものを用いるのがよい。このような陽極２の材料として具体的には、金などの金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、ＩＺＯ等の導電性透明材料を挙げることができる。陽極２は、これらの電極材料を、ガラスや透明樹脂等などの透明材料で形成される基板１の表面に、真空蒸着法やスパッタリング法等の方法により薄膜に形成することによって作製することができるものである。また、有機発光層４における発光を陽極２を透過させて外部に照射する場合には、陽極２の光透過率を１０％以上の透明電極に形成することが好ましい。さらに、陽極２のシート抵抗は数百Ω／□以下とすることが好ましく、特に好ましくは１００Ω／□以下とするものである。ここで、陽極２の膜厚は、陽極２の光透過率、シート抵抗等の特性を上記のように制御するために、材料により異なるが、５００ｎｍ以下、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲に設定するのがよい。
【００２４】
一方、有機発光層４中に電子を注入するための電極である陰極６は、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が５ｅＶ以下のものであることが好ましい。このような陰極６の電極材料としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、アルミニウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３混合物、Ａｌ／ＬｉＦ混合物などを挙げることができる。この陰極６は、例えばこれらの電極材料を、真空蒸着法やスパッタリング法等の方法により、薄膜に形成することによって作製することができる。また、有機発光層４における発光を陰極６を透過させて外部に照射する場合には、陰極６の光透過率を１０％以上にすることが好ましい。この場合の陰極６の膜厚は、陰極６の光透過率等の特性を上記のように制御するために、材料により異なるが、通常５００ｎｍ以下、好ましくは１００〜２００ｎｍの範囲とするのがよい。
【００２５】
そして有機発光層４に使用できる有機ホスト材料や、有機ホスト材料にドーピングされる蛍光材料としては、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体、トリス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、トリス（５−フェニル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−（ｐ−ターフェニル−４−イル）アミン、１−アリール−２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、及び各種蛍光色素等があるが、これに限定されるものではない。有機発光層４の厚みは０．５〜５００ｎｍ、更に好ましくは０．５〜２００ｎｍとするものである。
【００２６】
またホール輸送層３を構成するホール輸送材料としては、ホールを輸送する能力を有し、陽極２からのホール注入効果を有するとともに、有機発光層４に対して優れたホール注入効果を有し、また電子のホール輸送層３への移動を防止し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物を挙げることができる。具体的にはフタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、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）や４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）等の芳香族ジアミン化合物、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、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、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（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、及びポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリエチレンジオキサイドチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等の導電性高分子等の高分子材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２７】
また電子輸送層５を構成する電子輸送材料としては、電子を輸送する能力を有し、陰極６からの電子注入効果を有するとともに、有機発光層４または発光材料に対して優れた電子注入効果を有し、さらにホールの電子輸送層５への移動を防止し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物を挙げることができる。具体的には、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等やそれらの化合物、金属錯体化合物もしくは含窒素五員環誘導体である。具体的には、金属錯体化合物としては、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）アルミニウム等があるが、これらに限定されるものではない。また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、チアジアゾールもしくはトリアゾール誘導体が好ましい。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−トリアゾール等があるが、これらに限定されるものではない。さらに、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使用することができる。例えば、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である。
【００２８】
そして、複数層構成の有機発光層４を用いて白色発光させるようにした有機電界発光素子Ａを設計するにあたって、本発明では、各有機発光層４の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光効率と発光取出し色の色度座標値をパラメーターとしてそれぞれ設定するステップと、設定された各有機発光層４の膜厚に合わせて、ホール輸送層３と電子輸送層５の少なくとも一方の膜厚を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、から設計を行なうようにしたものである。
【００２９】
この白色有機電界発光素子Ａの設計方法を、まず請求項１の発明について説明する。請求項１の発明は、図１（ａ）に示すように、有機ホスト材料に発光色系統の異なる蛍光を発する２種類の蛍光材料を一種類ずつ含有する第一の有機発光層４ａ及び第二の有機発光層４ｂの２層構成に有機発光層４を形成したものであり、例えば黄色発光と青色発光、あるいは橙色発光と青色発光のように、発光混合色が白色になる二種類の色を発光させるように第一の有機発光層４ａ及び第二の有機発光層４ｂを形成することによって、白色発光の有機電界発光素子を得ることができるものである。そこでまず、ＣＩＥの色度座標等を用いて二色の混合色が白色になるように有機発光層４ａ，４ｂの各発光色を選択し、選択した発光色を呈する組み合わせの有機ホスト材料と蛍光材料を各有機発光層４ａ，４ｂにおいて選定する。
【００３０】
ここで、ＣＩＥの色度座標において、いわゆる白色と呼ばれる領域は黒体軌跡の一定の領域であり、純粋な白色はこの黒体軌跡上に乗る。この白色を実現するためには、黒体軌跡と交差するような２色発光色を混合し、各発光色のバランスを調整することによって得ることができる。尚、この２色の座標の２点を結ぶ直線が黒体軌跡と交差しない場合においても、その２色で決定される発光色の座標を通る第３の発光色を混合し、その発光色と２色混合の発光色を結ぶ直線が黒体軌跡と交差する場合にも白色発光を実現することができる。発光色の再現領域は各発光色の位置するところがＣＩＥ座標のできるだけ広い範囲を覆うことにより実現するものであり、３色を結ぶ三角形の面積の最大のものが最も色再現性がよいとされている。
【００３１】
上記のように二色の混合色が白色になる有機発光層４ａ，４ｂの各発光色を選択すると共に、有機発光層４ａ，４ｂがそれぞれ選択した発光色になるように有機ホスト材料と蛍光材料を選定するステップが第一のステップ（Ｓ_１１）となる。そして次に、２層の有機発光層４ａ，４ｂのうち一方を第一の有機発光層４ａとして、この有機発光層４ａの膜厚と、有機発光層４ａを構成する有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光効率をパラメーターとして設定する。この第一の有機発光層４ａは、有機発光層４ａ，４ｂのうち、発光効率の低い有機ホスト材料と蛍光材料からなるほうに設定されるものである。例えば黄色発光の材料と青色発光の材料や、橙色発光の材料と青色発光の材料とを比較すると、青色発光の材料のほうが発光効率が低いので、青色発光させる有機発光層４ａを第一の有機発光層４ａとするものである。
【００３２】
そして第一の有機発光層４ａの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光効率をパラメーターとして設定するこのステップ（Ｓ_１２）は、まず発光効率をパラメーターとして有機ホスト材料と蛍光材料の比率を設定するステップ（Ｓ_１２−１）と、次いで設定されたこの有機ホスト材料と蛍光材料の比率に合わせて、発光効率と電圧特性をパラメーターとして膜厚を設定するステップ（Ｓ_１２−２）とからなるものである。
【００３３】
まず発光効率をパラメーターとして第一の有機発光層４ａの有機ホスト材料と蛍光材料の比率を設定するステップ（Ｓ_１２−１）について説明すると、有機ホスト材料に対して蛍光材料のドーピング比率を数段階で変えた複数種の第一の有機発光層４ａを調製する。そして図２（ａ）のように透明ガラス板などの基板１の上に透明導電膜の陽極２、ホール輸送層３を介してこの第一の有機発光層４ａを積層すると共に、さらに第一の有機発光層４ａの上に電子輸送層５を介して陰極６を積層し、試験用の有機電界発光素子Ｂ_１を作製する。この試験用有機電界発光素子Ｂ_１において、陽極２、ホール輸送層３、電子輸送層５、陰極６は、設計しようとする白色有機電界発光素子に使用する材料を用いて、標準的な膜厚で形成することができる。このとき有機ホスト材料に対して蛍光材料のドーピング比率を数段階で変えて調製した複数種の第一の有機発光層４ａをそれぞれ用いて、試験用有機電界発光素子Ｂ_１を作製するものである。このように作製した複数種の試験用有機電界発光素子Ｂ_１において、陽極２と陰極６の間に電圧を印加して発光させ、発光効率を測定する。そして発光効率が最大値を示す試験用有機電界発光素子Ｂ_１に用いた第一の有機発光層４ａの有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定し、第一の有機発光層４ａの有機ホスト材料と蛍光材料の比率をこれに設定することができるものである。
【００３４】
図４（ａ）は、有機ホスト材料に対して蛍光材料のドーピング比率を２質量％、４質量％、６質量％の３段階で変えて調製した３種類の第一の有機発光層４ａをそれぞれ用いて、３数種の試験用有機電界発光素子Ｂ_１を作製し、試験用有機電界発光素子Ｂ_１を発光させたときの、有機ホスト材料に対する蛍光材料のドーピング比率と発光効率（視感効率）の関係の一例を示すものであり、有機ホスト材料に対する蛍光材料のドーピング比率が４質量％のものが最も発光効率が高い。従ってこの場合には第一の有機発光層４ａの有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、ドーピング比率が４質量％になるように設定することができるものである。ここで、第一の有機発光層４ａに含有される有機ホスト材料と蛍光材料の組み合わせは、有機ホスト材料中の蛍光材料の比率と発光効率との関係を示す曲線が、図４（ａ）にみられるように極大値を有するものであることが望ましい。このように極大値を有する曲線が得られると、曲線から有機ホスト材料と蛍光材料の最も好ましい比率を容易に得ることができるものである。
【００３５】
次に、上記のようにして設定された第一の有機発光層４ａの有機ホスト材料と蛍光材料の比率に合わせて、発光効率と電圧特性をパラメーターとして第一の有機発光層４ａの膜厚を設定するステップ（Ｓ_１２−２）を説明する。まずステップ（Ｓ_１２−１）で設定された有機ホスト材料と蛍光材料の一定比率で、膜厚を数段階で変えた複数種の第一の有機発光層４ａを調製する。そして上記と同様にして、図２（ａ）のように透明ガラス板などの基板１の上に透明導電膜の陽極２、ホール輸送層３を介してこの第一の有機発光層４ａを積層すると共に、さらに第一の有機発光層４ａの上に電子輸送層５を介して陰極６を積層し、試験用の有機電界発光素子Ｂ_１を作製する。このとき膜厚を数段階で変えた複数種の第一の有機発光層４ａについて、それぞれ試験用有機電界発光素子Ｂ_１を作製するものである。このように作製した複数種の試験用有機電界発光素子Ｂ_１おいて、陽極２と陰極６の間に電圧を印加して発光させ、発光効率と電圧特性を測定する。ここで図３に示すように、発光効率は第一の有機発光層４ａの膜厚が厚くなるに従って高くなるが、膜厚がある程度厚くなると飽和する傾向にあり、一方、発光させるのに必要な電圧は第一の有機発光層４ａの膜厚が厚くなるに従って高くなる。そこで、発光効率が高く、低い電圧で発光ができるように、発光効率と電圧特性のバランスがとれた膜厚を選定し、第一の有機発光層４ａの膜厚をこれに設定することができるものである。
【００３６】
上記のようにステップ（Ｓ_１２）で第一の有機発光層４ａの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を決定した後、この設定された第一の有機発光層４ａの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率に合わせて、第二の有機発光層４ｂの膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定する。このステップ（Ｓ_１３）では、上記のようにステップ（Ｓ_１２）で設定された膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を有する第一の有機発光層４ａに第二の有機発光層４ｂを積層し、図２（ｂ）のように透明ガラス板などの基板１の上に透明導電膜の陽極２、ホール輸送層３を介してこの第一の有機発光層４ａと第二の有機発光層４ｂを積層すると共に、さらにこの上に電子輸送層５を介して陰極６を積層し、試験用の有機電界発光素子Ｂ_２を作製する。この試験用有機電界発光素子Ｂ_２において、陽極２、ホール輸送層３、電子輸送層５、陰極６は図２（ａ）のものと同様に形成するものである。
【００３７】
ここで、第二の有機発光層４ｂとして、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を数段階で変えたものや、膜厚を数段階で変えたものを用いて、試験用の有機電界発光素子Ｂ_２を作製するものである。すなわち、まず有機ホスト材料と蛍光材料の比率を数段階で変えた複数種の第二の有機発光層４ｂについて、試験用有機電界発光素子Ｂ_２を複数種作製し、各試験用有機電界発光素子Ｂ_２の陽極２と陰極６の間に電圧を印加してそれぞれ発光させ、基板１を通して取り出される発光取出し色の色度を色度計で測定し、ＣＩＥの色度座標値を求める。そして発光取出し色が最も白色に近い色度座標値を示す試験用有機電界発光素子Ｂ_２における第二の有機発光層４ｂの有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定し、第二の有機発光層４ｂの有機ホスト材料と蛍光材料の比率をこれに設定することができるものである。次に、このように設定された有機ホスト材料と蛍光材料の一定比率で、膜厚を数段階で変えた複数種の第二の有機発光層４ｂについて、試験用有機電界発光素子Ｂ_２を複数種作製し、同様に各試験用有機電界発光素子Ｂ_２をそれぞれ発光させ、基板１を通して取り出される発光取出し色の色度を色度計で測定して色度座標値を求め、発光取出し色が最も白色に近い色度座標値を示す試験用有機電界発光素子Ｂ_２における第二の有機発光層４ｂの膜厚を選定し、第二の有機発光層４ｂの膜厚をこれに設定することができるものである。
【００３８】
このようにステップ（Ｓ_１３）は、第二の有機発光層４ｂの有機ホスト材料と蛍光材料の比率を設定するステップと、第二の有機発光層４ｂの膜厚を設定するステップの二つのステップで行なうことができるが、ステップ（Ｓ_１３）を一つのステップで行なうこともできる。すなわち、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を数段階に変えたものと、膜厚を数段階に変えたものとをマトリックス状に組み合せて変化させた複数種の第二の有機発光層４ｂについて、試験用有機電界発光素子Ｂ_２を複数種作製する。そして上記と同様に各試験用有機電界発光素子Ｂ_２をそれぞれ発光させ、基板１を通して取り出される発光取出し色の色度を色度計で測定して色度座標値を求め、発光取出し色が最も白色に近い色度座標値を示す試験用有機電界発光素子Ｂ_２における、第二の有機発光層４ｂの膜厚と、有機ホスト材料と蛍光材料の比率の組み合わせを選定し、第二の有機発光層４ｂの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率をこれらに設定することができるものである。尚、ステップ（Ｓ_１３）において、試験用有機電界発光素子Ｂ_２を発光させて発光取出し色を測定する際に、色度座標の白色への近さがほぼ同じものが複数ある場合には、発光効率を測定して発光効率が優れたほうを選択するのが好ましい。
【００３９】
ここで、第一及び第二の有機発光層４ａ，４ｂの膜厚や有機ホスト材料と蛍光材料の比率を設定するにあたって、上記のように発光効率が低いほうの第一の有機発光層４ａの膜厚や有機ホスト材料と蛍光材料の比率を設定した後、発光効率が高いほうの第二の有機発光層４ｂの膜厚や有機ホスト材料と蛍光材料の比率を決めるようにするのが好ましい。これは、有機発光層４ａ，４ｂを積層して上記のように試験用有機電界発光素子Ｂ_２を発光させて発光取出し色の色度座標値を測定するにあたって、発光効率が低いほうの第一の有機発光層４ａの膜厚や有機ホスト材料と蛍光材料の比率を確定した状態で、発光効率が高いほうの第二の有機発光層４ｂの膜厚や有機ホスト材料と蛍光材料の比率を変えることによって、発光取出し色の調整をより精度高く行なうことができるからである。
【００４０】
また、第一の有機発光層４ａを青色発光に、第二の有機発光層４ｂを黄色発光に形成する場合、第一の有機発光層４ａの発光スペクトルのピークが４４０ｎｍ〜５２０ｎｍの間に入るように、さらに第二の有機発光層４ｂの発光スペクトルのピークが５２０ｎｍ〜６２０ｎｍの間に入るように、第一及び第二の有機発光層４ａ，４ｂを形成することによって、発光混合色が白色になるように調整する上記の設定が容易になるものである。
【００４１】
次に、上記のようにステップ（Ｓ_１２）及び（Ｓ_１３）で第一の有機発光層４ａと第二の有機発光層４ｂについて膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を決定した後、この設定された第一及び第二の有機発光層４ａ，４ｂに合わせて、ホール輸送層３や電子輸送層５の膜厚を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定する。このステップ（Ｓ_１４）では、ホール輸送層３と電子輸送層５のうち、一方の層の膜厚を標準的な膜厚で予め決めておいて、他方の層の膜厚を発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するようにすることができる。例えば発光した光を陽極２及び基板１を通して外部に取り出す場合、ホール輸送層３の膜厚によっては光学干渉が生じ、発光色の色度座標値が変化することがあるので、電子輸送層５の膜厚を標準的な膜厚で予め決めておいて、ホール輸送層３の膜厚を発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定する。
【００４２】
この場合のステップ（Ｓ_１４）を説明する。まず上記のようにステップ（Ｓ_１２）及び（Ｓ_１３）で設定された膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を有する第一の有機発光層４ａ及び第二の有機発光層４ｂを、図２（ｂ）と同様に、透明ガラス板などの基板１の上の透明導電膜の陽極２にホール輸送層３を介して積層すると共に、さらにこの上に電子輸送層５を介して陰極６を積層し、試験用の有機電界発光素子Ｂ_２を作製する。このとき膜厚を数段階で変えた複数種のホール輸送層３について、それぞれ試験用有機電界発光素子Ｂ_２を作製するものである。このように作製した複数種の試験用有機電界発光素子Ｂ_２において、陽極２と陰極６の間に電圧を印加して発光させ、基板１を通して取り出される発光取出し色の色度を色度計で測定し、ＣＩＥの色度座標値を求める。そして発光取出し色が最も白色に近い色度座標値を示す試験用有機電界発光素子Ｂ_２におけるホール輸送層３の膜厚を選定し、ホール輸送層３の膜厚をこれに設定することができるものである。
【００４３】
以上のように各ステップ（Ｓ_１１）〜（Ｓ_１４）を踏んで各層の厚みや材料比率を設定することによって、発光色が白色の色純度に最も近くなるように、効率良く設計することができるものであり、図１（ａ）の構成の白色発光の有機電界発光素子Ａを容易に作製することができるものである。ここで、第一及び第二の有機発光層４ａ，４ｂはどちらを陽極２に近い側に配置してもよく、第一及び第二の有機発光層４ａ，４ｂを設ける順番は任意である。
【００４４】
次に、白色有機電界発光素子Ａの設計方法を、請求項２の発明について説明する。請求項２の発明は、図１（ｂ）のように、有機ホスト材料に発光色系統の異なる蛍光を発する３種類の蛍光材料を一種類ずつ含有する第一乃至第三の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃの３層構成に有機発光層４を形成したものであり、例えばＲＧＢの光の三原色の各色を発光させるように第一の有機発光層４ａ、第二の有機発光層４ｂ、第三の有機発光層４ｃを形成することによって、混合色が白色となる白色発光の有機電界発光素子を得ることができる。また既述のようにＣＩＥ色度座標から選んだ三色を混合することによって白色発光を実現することもできる。そこでまず、三色の混合色が白色になるように有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃの各発光色を選択し、選択した発光色を呈する組み合わせの有機ホスト材料と蛍光材料を各有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃにおいて選定する。
【００４５】
上記のように三色の混合色が白色になる有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃの各発光色を選択すると共に、有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃがそれぞれ選択した発光色になるように有機ホスト材料と蛍光材料を選定するステップが第一のステップ（Ｓ_２１）となる。そして次に、３層の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃのうち最も発光効率の低い有機ホスト材料と蛍光材料からなるものを第一の有機発光層４ａとして、この有機発光層４ａの膜厚と、有機発光層４ａを構成する有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光効率をパラメーターとして設定する。例えばＲＧＢの組み合わせのように赤色発光の材料と緑色発光の材料と青色発光の材料とを比較すると、一般に青色発光の材料が最も発光効率が低く、次に赤色発光の材料の発光効率が低いので、青色発光させる有機発光層４ａを第一の有機発光層４ａとするものである。この第一の有機発光層４ａの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を発光効率をパラメーターとして設定するステップ（Ｓ_２２）は、既述のステップ（Ｓ_１２）と同様にして行なうことができる。
【００４６】
上記のようにステップ（Ｓ_２２）で第一の有機発光層４ａの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を決定した後、この設定された第一の有機発光層４ａの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率に合わせて、第一の有機発光層４ａに隣接する第二の有機発光層４ｂの膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定する。この第二の有機発光層４ｂは、３層の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃのうち二番目に発光効率の低い有機ホスト材料と蛍光材料からなるものである。そしてこのステップ（Ｓ_２３）では、上記のように設定された膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を有する第一の有機発光層４ａに第二の有機発光層４ｂを積層し、既述の図２（ｂ）と同様に、透明ガラス板などの基板１の上に透明導電膜の陽極２、ホール輸送層３を介してこの第一の有機発光層４ａと第二の有機発光層４ｂを積層すると共に、さらにこの上に電子輸送層５を介して陰極６を積層し、試験用の有機電界発光素子Ｂ_２を作製する。
【００４７】
ここで、このステップ（Ｓ_２３）は既述のステップ（Ｓ_１３）と同様にして行なうことができる。すなわち、第二の有機発光層４ｂとして、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を数段階に変えたもの、膜厚を数段階に変えたもの、あるいは有機ホスト材料と蛍光材料の比率及び膜厚をマトリックス状に組み合せて変えたものについて、試験用有機電界発光素子Ｂ_２を複数種作製し、この各試験用有機電界発光素子Ｂ_２をそれぞれ発光させ、基板１を通して取り出される発光取出し色の色度を色度計で測定して色度座標値を求めることによって行なうことができるものである。このとき、既述のステップ（Ｓ_１３）では試験用有機電界発光素子Ｂ_２を発光させて取り出される発光色の色度座標値が最も白色に近い色度座標値を示すものを選定したが、ステップ（Ｓ_２３）においても同様に、発光色の色度座標値が最も白に近い色度座標値を示す試験用有機電界発光素子Ｂ_２における、第二の有機発光層４ｂの有機ホスト材料と蛍光材料の比率や、膜厚を選定し、第二の有機発光層４ｂの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率をこれらに設定することができるものである。
【００４８】
上記のようにステップ（Ｓ_２３）で第一の有機発光層４ａと第二の有機発光層４ｂについて、それぞれ膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を決定した後、この設定された第一と第二の有機発光層４ａ，４ｂの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率に合わせて、第三の有機発光層４ｃの膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定する。このステップ（Ｓ_２４）では、上記のようにステップ（Ｓ_２３）で設定された膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を有する第一と第二の有機発光層４ａ，４ｂにさらに第三の有機発光層４ｃを積層し、図２（ｃ）のように透明ガラス板などの基板１の上に透明導電膜の陽極２、ホール輸送層３を介してこの３層の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃを積層すると共に、さらにこの上に電子輸送層５を介して陰極６を積層し、試験用の有機電界発光素子Ｂ_３を作製する。この試験用有機電界発光素子Ｂ_３において、陽極２、ホール輸送層３、電子輸送層５、陰極６は図２（ａ）（ｂ）のものと同様に形成するものである。
【００４９】
ここで、このステップ（Ｓ_２４）は、３層の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃを積層した有機電界発光素子Ｂ_３を作製するようにした他は、上記のステップ（Ｓ_２３）と同様にして行なうことができる。すなわち、第三の有機発光層４ｃとして、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を数段階に変えたもの、膜厚を数段階に変えたもの、あるいは有機ホスト材料と蛍光材料の比率及び膜厚をマトリックス状に組み合せて変えたものについて、試験用有機電界発光素子Ｂ_３を複数種作製し、この各試験用有機電界発光素子Ｂ_３をそれぞれ発光させ、基板１を通して取り出される発光取出し色の色度を色度計で測定して色度座標値を求めることによって行なうことができるものである。そして発光色の色度座標値が最も白色に近い色度座標値を示す試験用有機電界発光素子Ｂ_３における、第三の有機発光層４ｃの有機ホスト材料と蛍光材料の比率や、膜厚を選定し、第三の有機発光層４ｃの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率をこれらに設定することができるものである。
【００５０】
上記のようにステップ（Ｓ_２４）で第一乃至第三の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃについて膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を決定した後、この設定された第一乃至第三の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃに合わせて、ホール輸送層３や電子輸送層５の膜厚を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定する。このステップ（Ｓ_２５）は、図２（ｃ）の積層構成に試験用有機電界発光素子Ｂ_３を作製するようにする他は、既述のステップ（Ｓ_１４）と同様にして行なうことができる。
【００５１】
以上のように各ステップ（Ｓ_２１）〜（Ｓ_２５）を踏んで各層の厚みや材料比率を設定することによって、発光色が白色の色純度に最も近くなるように、効率良く設計することができるものであり、図１（ｂ）の構成の白色発光の有機電界発光素子Ａを容易に作製することができるものである。ここで、第一乃至第三の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃはどれを陽極２に最も近い側に配置するようにしてもよく、また第一乃至第三の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃを設ける順番は任意である。
【００５２】
次に、白色有機電界発光素子Ａの設計方法を、請求項３の発明について説明する。請求項３の発明は、図１（ｂ）のように、有機ホスト材料に発光色系統の異なる蛍光を発する２種類の蛍光材料を一種類ずつ交互に含有する第一乃至第三の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃの３層構成に有機発光層４を形成したものである。例えば黄色発光と青色発光、あるいは橙色発光と青色発光のように、発光混合色が白色になる二種類の色において、第一乃至第三の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃのうち、第一の有機発光層４ａと第三の有機発光層４ｃが一方の色を発光し、第二の有機発光層４ｂが他方の色を発光するように形成することによって、白色発光の有機電界発光素子を得ることができるものである。そこでまず、ＣＩＥの色度座標等を用いて二色の混合色が白色になるように有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃの各発光色を選択し、選択した発光色を呈する組み合わせの有機ホスト材料と蛍光材料を各有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃにおいて選定する。
【００５３】
上記のように二色の混合色が白色になる有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃの各発光色を選択すると共に、有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃがそれぞれ選択した発光色になるように有機ホスト材料と蛍光材料を選定するステップが第一のステップ（Ｓ_３１）となる。そして次に、３層の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃのうち発光効率の低いほうの有機ホスト材料と蛍光材料からなるものを第一の有機発光層４ａとして、この有機発光層４ａの膜厚と、有機発光層４ａを構成する有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光効率をパラメーターとして設定する。例えば黄色発光の材料と青色発光の材料や、橙色発光の材料と青色発光の材料を比較すると、青色発光の材料のほうが発光効率が低いので、青色発光させる有機発光層４ａを第一の有機発光層４ａとするものであり、この場合には第一の有機発光層４ａと第三の有機発光層４ｃがともに青色発光となる。この第一の有機発光層４ａの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を発光効率をパラメーターとして設定するステップ（Ｓ_３２）は、既述のステップ（Ｓ_１２）と同様にして行なうことができる。
【００５４】
上記のように第一の有機発光層４ａの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を決定した後、この設定された第一の有機発光層４ａの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率に合わせて、第一の有機発光層４ａに隣接する第二の有機発光層４ｂの膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定する。このステップ（Ｓ_３３）では、上記のように設定された膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を有する第一の有機発光層４ａに第二の有機発光層４ｂを積層し、既述の図２（ｂ）と同様に、透明ガラス板などの基板１の上に透明導電膜の陽極２、ホール輸送層３を介してこの第一の有機発光層４ａと第二の有機発光層４ｂを積層すると共に、さらにこの上に電子輸送層５を介して陰極６を積層し、試験用の有機電界発光素子Ｂ_２を作製する。
【００５５】
ここで、このステップ（Ｓ_３３）は既述のステップ（Ｓ _１ ３）と同様にして行なうことができる。すなわち、第二の有機発光層４ｂとして、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を数段階に変えたもの、膜厚を数段階に変えたもの、あるいは有機ホスト材料と蛍光材料の比率及び膜厚をマトリックス状に組み合せて変えたものについて、試験用有機電界発光素子Ｂ_２を複数種作製し、この各試験用有機電界発光素子Ｂ_２をそれぞれ発光させ、基板１を通して取り出される発光取出し色の色度を色度計で測定して色度座標値を求めることによって行なうことができるものである。そして発光色の色度座標値が最も白に近い色度座標値を示す試験用有機電界発光素子Ｂ_２における、第二の有機発光層４ｂの有機ホスト材料と蛍光材料の比率や、膜厚を選定し、第二の有機発光層４ｂの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率をこれらに設定することができるものである。
【００５６】
上記のようにステップ（Ｓ_３３）で第一の有機発光層４ａと第二の有機発光層４ｂについて、それぞれ膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を決定した後、この設定された第一と第二の有機発光層４ａ，４ｂの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率に合わせて、第三の有機発光層４ｃの膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定する。このステップ（Ｓ_３４）では、上記のようにステップ（Ｓ_３３）で設定された膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を有する第一と第二の有機発光層４ａ，４ｂにさらに第三の有機発光層４ｃを積層し、図２（ｃ）のように透明ガラス板などの基板１の上に透明導電膜の陽極２、ホール輸送層３を介してこの３層の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃを積層すると共に、さらにこの上に電子輸送層５を介して陰極６を積層し、試験用の有機電界発光素子Ｂ_３を作製する。この試験用有機電界発光素子Ｂ_３において、陽極２、ホール輸送層３、電子輸送層５、陰極６は図２（ａ）（ｂ）のものと同様に形成するものである。
【００５７】
ここで、このステップ（Ｓ_３４）は、既述のステップ（Ｓ_２４）と同様にして行なうことができる。すなわち、第三の有機発光層４ｃとして、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を数段階に変えたもの、膜厚を数段階に変えたもの、あるいは有機ホスト材料と蛍光材料の比率及び膜厚をマトリックス状に組み合せて変えたものについて、試験用有機電界発光素子Ｂ_３を複数種作製し、この各試験用有機電界発光素子Ｂ_３をそれぞれ発光させ、基板１を通して取り出される発光取出し色の色度を色度計で測定して色度座標値を求めることによって行なうことができるものである。そして発光色の色度座標値が最も白色に近い色度座標値を示す試験用有機電界発光素子Ｂ_３における、第三の有機発光層４ｃの有機ホスト材料と蛍光材料の比率や、膜厚を選定し、第三の有機発光層４ｃの膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率をこれらに設定することができるものである。
【００５８】
尚、第一の有機発光層４ａ及び第三の有機発光層４ｃを青色発光に、第二の有機発光層４ｂを黄色発光に形成する場合、第一及び第三の有機発光層４ａ，４ｃの発光スペクトルのピークが４４０ｎｍ〜５２０ｎｍの間に入るように、さらに第二の有機発光層４ｂの発光スペクトルのピークが５２０ｎｍ〜６２０ｎｍの間に入るように、第一乃至第三の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃを形成することによって、発光混合色が白色になるように調整する上記の設定が容易になるものである。
【００５９】
上記のようにステップ（Ｓ_３２）〜（Ｓ_３４）で第一乃至第三の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃについて膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を決定した後、この設定された第一乃至第三の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃに合わせて、ホール輸送層３や電子輸送層５の膜厚を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定する。このステップ（Ｓ_３５）は、図２（ｃ）の積層構成に試験用有機電界発光素子Ｂ_３を作製するようにする他は、既述のステップ（Ｓ_１４）と同様にして行なうことができる。
【００６０】
以上のように各ステップ（Ｓ_３１）〜（Ｓ_３５）を踏んで各層の厚みや材料比率を設定することによって、発光色が白色の色純度に最も近くなるように、効率良く設計することができるものであり、図１（ｂ）の構成の白色発光の有機電界発光素子Ａを容易に作製することができるものである。ここで、第一乃至第三の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃは、２種の蛍光材料を一種類ずつ交互に含有するようにしていれば、どれを陽極２に最も近い側に配置するようにしてもよく、また第一乃至第三の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃを設ける順番は任意である。
【００６１】
上記の各請求項の発明にあって、有機発光層４を２層積層構成の有機発光層４ａ，４ｂで形成する場合、３層積層構成の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃで形成する場合のいずれにおいても、複数層の各有機発光層４の合計膜厚が、白色有機電界発光素子を発光させるために印加する電圧を印加したときに、ホール及び電子の再結合の発生可能な領域より大きくなるように設計して設定するのが好ましい。このように設定することによって、発光効率を高く得ることができるものである。
【００６２】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００６３】
（実施例１）
請求項１の２層積層構成の有機発光層４ａ，４ｂを有する白色有機電界発光素子Ａを設計するにあたって、まず、第一の有機発光層４ａの発光色を青色発光に、第二の有機発光層４ｂの発光色を黄色発光に選択し、そして第一の有機発光層４ａの材料として有機ホスト材料をジスチリルビフェニル誘導体の「ＤＰＢＶｉ」、蛍光材料を末端にカルバゾリル基を有するＤＳＡ誘導体「ＢＣＺＶＢｉ」の組み合わせで選定し、第二の有機発光層４ｂの材料として有機ホスト材料をケミプロ化成社製「α−ＮＰＤ」、蛍光材料をアクロス社製「ルブレン」の組み合わせで選定した。（ステップＳ_１１）
次に、基板１及び陽極２として、厚み０．７ｍｍのガラス基板１の表面にＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）を厚み２４０ｎｍにスパッタリングしてシート抵抗７Ω／□の陽極２を形成したＩＴＯガラス基板（三容真空社製）を用いた。そして陽極２の上にα−ＮＰＤを５０ｎｍの厚みで蒸着してホール輸送層３を形成し、この上に厚み１０ｎｍの第一の有機発光層４ａを蒸着して形成し、さらにこの上にバソクプロイン（ＢＣＰ）とＮａを１：１に共蒸着して電子輸送層５を形成し、さらにこの上にＡｌを１００ｎｍの厚みで蒸着して陰極６を形成し、図２（ａ）のような試験用有機電界発光素子Ｂ_１を作製した。このとき、有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対して蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」を２質量％、４質量％、６質量％の比率でドーピングした３種類の第一の有機発光層４ａを形成し、３種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_１を作製した。
【００６４】
そして、３種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_１について、陽極２と陰極６の間に電圧を印加して発光させ、電流−電圧−輝度特性を求めて発光効率を測定した。発光効率の測定は視感効率を測定することによって行ない、視感効率は浜松フォトニクス社製「マルチチャンネルアナライザーＰＭＡ−１０」での輝度測定から光束を換算して求め、図４（ａ）の結果を得た。図４（ａ）にみられるように、有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」のドーピング比率は４質量％が最も発光効率が高い。従って第一の有機発光層４ａの有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」の比率を４質量％に設定した。（ステップＳ_１２−１）
次に、有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」の比率を４質量％に設定して第一の有機発光層４ａを蒸着形成するようにした他は、上記と同様にして図２（ａ）のような試験用有機電界発光素子Ｂ_１を作製した。このとき、膜厚２０ｎｍ，３０ｎｍ，５０ｎｍの３種類の第一の有機発光層４ａを形成し、３種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_１を作製した。
【００６５】
そして、３種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_１について、陽極２と陰極６の間に電圧を印加して発光させ、発光効率と電圧特性を測定した。発光効率に関する視感効率の測定結果は図４（ｂ）の通りであり、発光効率と電圧特性のバランスがとれた膜厚として、第一の有機発光層４ａの膜厚を３０ｎｍに設定した。（ステップＳ_１２−２）
次に、有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」の比率を４質量％、膜厚を３０ｎｍに設定して第一の有機発光層４ａを蒸着形成すると共に、この上に第二の有機発光層４ｂを蒸着形成するようにした他は、上記と同様にして図２（ｂ）のような試験用有機電界発光素子Ｂ_２を作製した。このとき、有機ホスト材料「α−ＮＰＤ」に対する蛍光材料「ルブレン」のドーピング比率を１質量％、２質量％、３質量％の３段階に変化させたものと、膜厚を５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍの３段階に変化させたものの組み合わせで、９種類の第二の有機発光層４ｂを形成し、９種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_２を作製した。
【００６６】
そして、９種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_２について、陽極２と陰極６の間に電圧を印加して発光させ、基板１からの取出し色の色度座標を浜松ホトニクス社製「マルチチャンネルアナライザーＰＭＡ−１０」で測定した。その結果、有機ホスト材料「α−ＮＰＤ」に対する蛍光材料「ルブレン」の比率２質量％、膜厚１０ｎｍの第二の有機発光層４ｂで最も白色色度の高いＣＩＥ色度座標を得たので、第二の有機発光層４ｂの有機ホスト材料「α−ＮＰＤ」に対する蛍光材料「ルブレン」の比率を２質量％、第二の有機発光層４ｂの膜厚を１０ｎｍに設定した。（ステップＳ_１３）
次に、有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」の比率を４質量％、膜厚を３０ｎｍに設定して第一の有機発光層４ａを蒸着形成すると共に、有機ホスト材料「α−ＮＰＤ」に対する蛍光材料「ルブレン」の比率を２質量％、膜厚を１０ｎｍに設定して第二の有機発光層４ｂを蒸着形成するようにした他は、上記と同様にして図２（ｂ）のような試験用有機電界発光素子Ｂ_２を作製した。このとき、膜厚１２０ｎｍ，１４０ｎｍ，１６０ｎｍの３種類のホール輸送層３を形成し、３種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_２を作製した。
【００６７】
そして、３種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_２について、陽極２と陰極６の間に４．５Ｖの電圧を印加して発光させ、基板１からの取出し色の色度座標を浜松ホトニクス社製「マルチチャンネルアナライザーＰＭＡ−１０」で測定した。その結果、ホール輸送層３の膜厚１４０ｎｍで、最も白色色度の高いＣＩＥ色度座標（０．３０，０．３８）を得たので、ホール輸送層３の膜厚を１４０ｎｍに設定した。（ステップＳ_１４）
以上のようにして、図１（ａ）に示す構成の、発光取出し色の色度座標が（０．３０，０．３８）である白色有機電界発光素子を設計した。
【００６８】
（実施例２）
第二の有機発光層４ｂとして、有機ホスト材料を「α−ＮＰＤ」、蛍光材料をイーストマンコダック社製商品名「ＤＣＪＴＢ」を組み合わせた橙色発光に選定するようにした他は、実施例１と同様にした。
【００６９】
そしてこの実施例２では、ステップ（Ｓ_１２−１）において、第一の有機発光層４ａの有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ＢＣｚＶＢ」の比率を５質量％に設定し、ステップ（Ｓ_１２−２）において、第一の有機発光層４ａの膜厚を３０ｎｍに設定した。またステップ（Ｓ_１３）において、第二の有機発光層４ｂの膜厚を１０ｎｍ、有機ホスト材料「α−ＮＰＤ」に対する蛍光材料「ＤＣＪＴＢ」の比率を４質量％に設定した。さらにステップ（Ｓ_１４）においてホール輸送層３の膜厚を１４０ｎｍに設定した。
【００７０】
以上のようにして、図１（ａ）に示す構成の、発光取出し色の色度座標が（０．３３，０．３１）である白色有機電界発光素子を設計した。
【００７１】
（実施例３）
請求項３の３層積層構成の有機発光層４ａ，４ｂ，４ｃを有する白色有機電界発光素子Ａを設計するにあたって、まず、第一の有機発光層４ａの発光色を青色発光に、第二の有機発光層４ｂの発光色を黄色発光に、第三の有機発光層４ｃの発光色を青色発光に選択し、そして第一の有機発光層４ａの材料として有機ホスト材料を「ＤＰＢＶｉ」、蛍光材料を「ＢＣｚＶＢｉ」の組み合わせで選定し、第二の有機発光層４ｂの材料として有機ホスト材料を「ＤＰＢＶｉ」、蛍光材料を「ルブレン」の組み合わせで選定し、第三の有機発光層４ｃの材料として有機ホスト材料を「α−ＮＰＤ」、蛍光材料を「ＢＣｚＶＢｉ」の組み合わせで選定した。（ステップＳ_３１）
次に、基板１及び陽極２として実施例１と同じＩＴＯガラス基板（三容真空社製）を用い、陽極２の上にα−ＮＰＤを５０ｎｍの厚みで蒸着してホール輸送層３を形成し、この上に厚み１０ｎｍの第一の有機発光層４ａを蒸着して形成し、さらにこの上にバソクプロイン（ＢＣＰ）とＮａを１：１に共蒸着して電子輸送層５を形成し、さらにこの上にＡｌを１００ｎｍの厚みで蒸着して陰極６を形成し、図２（ａ）のような試験用有機電界発光素子Ｂ_１を作製した。このとき、有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対して蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」を２質量％、４質量％、６質量％の比率でドーピングした３種類の第一の有機発光層４ａを形成し、３種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_１を作製した。そして実施例１のステップ（Ｓ_１２−１），（Ｓ_１２−２）と同様にして、第一の有機発光層４ａの有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」の比率を４質量％、第一有機発光層４ａの膜厚を３０ｎｍに設定した。（ステップＳ_３２−１，ステップＳ_３２−２）
次に、有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」の比率を４質量％、膜厚を３０ｎｍに設定して第一の有機発光層４ａを蒸着形成すると共に、この上に第二の有機発光層４ｂを蒸着形成するようにした他は、上記と同様にして図２（ｂ）のような試験用有機電界発光素子Ｂ_２を作製した。このとき、有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ルブレン」のドーピング比率を０．２質量％、０．５質量％、０．７質量％の３段階に変化させたものと、膜厚を３ｎｍ、５ｎｍ、７ｎｍの３段階に変化させたものの組み合わせで、９種類の第二の有機発光層４ｂを形成し、９種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_２を作製した。
【００７２】
そして、９種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_２について、陽極２と陰極６の間に電圧を印加して発光させ、基板１からの取出し色の色度座標を浜松ホトニクス社製「マルチチャンネルアナライザーＰＭＡ−１０」で測定した。その結果、有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ルブレン」の比率０．５質量％、膜厚５ｎｍの第二の有機発光層４ｂで最も白色に近いＣＩＥ色度座標を得たので、第二の有機発光層４ｂの有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ルブレン」の比率を０．５質量％、第二の有機発光層４ｂの膜厚を５ｎｍに設定した。（ステップＳ_３３）
次に、有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」の比率を４質量％、膜厚を３０ｎｍに設定して第一の有機発光層４ａを蒸着形成すると共に有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ルブレン」の比率を０．５質量％、膜厚を５ｎｍに設定して第二の有機発光層４ｂを蒸着形成し、この上に第三の有機発光層４ｃを蒸着形成するようにした他は、上記と同様にして図２（ｃ）のような試験用有機電界発光素子Ｂ_３を作製した。このとき、有機ホスト材料「α−ＮＰＤ」に対する蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」のドーピング比率を２質量％、４質量％、６質量％の３段階に変化させたものと、膜厚を５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍの３段階に変化させたものの組み合わせで、９種類の第三の有機発光層４ｃを形成し、９種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_３を作製した。
【００７３】
そして、９種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_３について、陽極２と陰極６の間に電圧を印加して発光させ、基板１からの取出し色の色度座標を浜松ホトニクス社製「マルチチャンネルアナライザーＰＭＡ−１０」で測定した。その結果、有機ホスト材料「α−ＮＰＤ」に対する蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」の比率４質量％、膜厚１０ｎｍの第三の有機発光層４ｃで最も白色色度の高いＣＩＥ色度座標を得たので、第三の有機発光層４ｃの有機ホスト材料「α−ＮＰＤ」に対する蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」の比率を４質量％、第三の有機発光層４ｂの膜厚を１０ｎｍに設定した。（ステップＳ_３４）
次に、有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」の比率を４質量％、膜厚を３０ｎｍに設定して第一の有機発光層４ａを蒸着形成し、有機ホスト材料「ＤＰＶＢｉ」に対する蛍光材料「ルブレン」の比率を０．５質量％、膜厚を５ｎｍに設定して第二の有機発光層４ｂを蒸着形成し、有機ホスト材料「α−ＮＰＤ」に対する蛍光材料「ＢＣｚＶＢｉ」の比率を４質量％、膜厚を１０ｎｍに設定して第三の有機発光層４ｃを蒸着形成するようにした他は、上記と同様にして図２（ｃ）のような試験用有機電界発光素子Ｂ_３を作製した。このとき、膜厚１２０ｎｍ，１４０ｎｍ，１６０ｎｍの３種類のホール輸送層３を形成し、３種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_３を作製した。
【００７４】
そして、３種類の試験用有機電界発光素子Ｂ_３について、陽極２と陰極６の間に４．５Ｖの電圧を印加して発光させ、基板１からの取出し色の色度座標を浜松ホトニクス社製「マルチチャンネルアナライザーＰＭＡ−１０」で測定した。その結果、ホール輸送層３の膜厚１４０ｎｍで、最も白色色度の高いＣＩＥ色度座標（０．３３，０．３１）を得たので、ホール輸送層３の膜厚を１４０ｎｍに設定した。（ステップＳ_３５）
以上のようにして、図１（ｂ）に示す構成の、発光取出し色の色度座標が（０．３３，０．３１）である白色有機電界発光素子を設計した。
【００７６】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る白色有機電界発光素子の設計方法は、ホール輸送層と、ホール及び電子の注入を持続することができる有機ホスト材料に発光色系統の異なる蛍光を発する２種類の蛍光材料を一種類ずつ含有する第一及び第二の２層の有機発光層と、電子輸送層とを、陽極と陰極の間に設けて形成される白色有機電界発光素子を設計するにあたって、
最も発光効率の低い蛍光材料を含有する有機発光層を第一の有機発光層に設定して、膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共にこの第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定し、測定された発光効率に基いて第一の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光効率をパラメーターとして設定するステップと、
膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第二の有機発光層を調製すると共に、上記ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層に第二の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第二の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第二の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層及び第二の有機発光層を積層すると共にこれにホール輸送層と電子輸送層を少なくとも一方の膜厚を数段階で変えて積層することによって複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いてホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を選定するようにした、ホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
を有するので、各ステップを踏んで第一の有機発光層の厚みや材料比率、第二の有機発光層の厚みや材料比率、ホール輸送層や電子輸送層の膜厚を順に設定することによって、発光色が白色の色純度に最も近くなるように、効率良く設計することができるものである。
しかも第一の有機発光層を、最も発光効率の低い蛍光材料を含有する有機発光層に設定するようにしたので、発光取出し色の調整をより精度高く行なって、設計を効率良く行なうことができるものである。
【００７７】
本発明の請求項２に係る白色有機電界発光素子の設計方法は、ホール輸送層と、ホール及び電子の注入を持続することができる有機ホスト材料に発光色系統の異なる蛍光を発する３種類の蛍光材料を一種類ずつ含有する第一乃至第三の３層の有機発光層と、電子輸送層とを、陽極と陰極の間に設けて形成される白色有機電界発光素子を設計するにあたって、
最も発光効率の低い蛍光材料を含有する有機発光層を第一の有機発光層に設定して、膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共にこの第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定し、測定された発光効率に基いて第一の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光効率をパラメーターとして設定するステップと、
膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第二の有機発光層を調製すると共に、上記ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層に第二の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第二の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層に隣接する第二の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第三の有機発光層を調製すると共に、上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層と第二の有機発光層にさらに第三の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第三の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第三の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一乃至第三の有機発光層を積層すると共にこれにホール輸送層と電子輸送層を少なくとも一方の膜厚を数段階で変えて積層することによって複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いてホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を選定するようにした、ホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
を有するので、各ステップを踏んで第一の有機発光層の厚みや材料比率、第二の有機発光層の厚みや材料比率、第三の有機発光層の厚みや材料比率、ホール輸送層や電子輸送層の膜厚を順に設定することによって、発光色が白色の色純度に最も近くなるように、効率良く設計することができるものである。
しかも第一の有機発光層を、最も発光効率の低い蛍光材料を含有する有機発光層に設定するようにしたので、発光取出し色の調整をより精度高く行なって、設計を効率良く行なうことができるものである。
【００７８】
本発明の請求項３に係る白色有機電界発光素子の設計方法は、ホール輸送層と、ホール及び電子の注入を持続することができる有機ホスト材料に発光色系統の異なる蛍光を発する２種類の蛍光材料を一種類ずつ交互に含有する第一乃至第三の３層の有機発光層と、電子輸送層とを、陽極と陰極の間に設けて形成される白色有機電界発光素子を設計するにあたって、
最も発光効率の低い蛍光材料を含有する有機発光層を第一の有機発光層に設定して、膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共にこの第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定し、測定された発光効率に基いて第一の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光効率をパラメーターとして設定するステップと、
膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第二の有機発光層を調製すると共に、上記ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層に第二の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第二の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層に隣接する第二の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第三の有機発光層を調製すると共に、上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層と第二の有機発光層にさらに第三の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第三の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第三の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一乃至第三の有機発光層を積層すると共にこれにホール輸送層と電子輸送層を少なくとも一方の膜厚を数段階で変えて積層することによって複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いてホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を選定するようにした、ホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
を有するので、各ステップを踏んで第一の有機発光層の厚みや材料比率、第二の有機発光層の厚みや材料比率、第三の有機発光層の厚みや材料比率、ホール輸送層や電子輸送層の膜厚を順に設定することによって、発光色が白色の色純度に最も近くなるように、効率良く設計することができるものである。
しかも第一の有機発光層を、最も発光効率の低い蛍光材料を含有する有機発光層に設定するようにしたので、発光取出し色の調整をより精度高く行なって、設計を効率良く行なうことができるものである。
【００７９】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、上記の第一の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を設定するステップが、
有機ホスト材料と蛍光材料の比率を数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共にこの第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定することによって、測定された発光効率に基いて第一の有機発光層の有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、発光効率をパラメーターとして有機ホスト材料と蛍光材料の比率を設定するステップと、
上記ステップで設定された有機ホスト材料と蛍光材料の一定比率で、膜厚を数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共に、この第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率と電圧特性を測定することによって、測定された発光効率と電圧特性に基いて第一の有機発光層の膜厚を選定するようにした、発光効率と電圧特性をパラメーターとして膜厚を設定するステップと、
からなるので、第一の有機発光層の膜厚や、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を効率良く設定することができるものである。
【００８０】
また請求項５の発明は、請求項４において、発光効率をパラメーターとして第一の有機発光層の有機ホスト材料と蛍光材料の比率を設定する方法が、複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定し、発光効率が最大値になるように設定することであるので、発光効率の高い白色有機電界発光素子を設計することができるものである。
【００８２】
また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、第一の有機発光層に含有される有機ホスト材料と蛍光材料は、有機ホスト材料中の蛍光材料の比率と発光効率との関係を示す曲線が極大値を有するものであるので、有機ホスト材料と蛍光材料の比率の設定を容易に行なうことができるものである。
【００８３】
また請求項７の発明は、請求項１、３乃至６のいずれかにおいて、第一の有機発光層は、発光スペクトルのピークが４４０ｎｍ〜５２０ｎｍの間にあるので、青色発光と黄色発光の発光混合色で白色発光を得るにあたって、白色発光を得るように調整する設定が容易になるものである。
【００８４】
また請求項８の発明は、請求項１、３乃至６のいずれかにおいて、第二の有機発光層は、発光スペクトルのピークが５２０ｎｍ〜６２０ｎｍの間にあるので、青色発光と黄色発光の発光混合色で白色発光を得るにあたって、白色発光を得るように調整する設定が容易になるものである。
【００８５】
また請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれかにおいて、複数層の各有機発光層の合計膜厚が、白色有機電界発光素子を発光させるために印加する電圧を印加したときに、ホール及び電子の再結合の発生可能な領域の幅より大きいので、発光効率を高く得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る白色有機電界発光素子の層構成を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ概略断面図である。
【図２】同上に用いる試験用有機電界発光素子の層構成を示すものであり、（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれ概略断面図である。
【図３】膜厚と発光効率や電圧の関係を示すグラフである。
【図４】（ａ）は実施例１における第一の有機発光層のドーピング濃度と視感効率の関係を示すグラフ、（ｂ）は実施例１における第一の有機発光層の膜厚と視感効率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 基板
２ 陽極
３ ホール輸送層
４ 有機発光層
５ 電子輸送層
６ 陰極

Claims (9)

1. ホール輸送層と、ホール及び電子の注入を持続することができる有機ホスト材料に発光色系統の異なる蛍光を発する２種類の蛍光材料を一種類ずつ含有する第一及び第二の２層の有機発光層と、電子輸送層とを、陽極と陰極の間に設けて形成される白色有機電界発光素子を設計するにあたって、
   最も発光効率の低い蛍光材料を含有する有機発光層を第一の有機発光層に設定して、膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共にこの第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定し、測定された発光効率に基いて第一の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光効率をパラメーターとして設定するステップと、
   膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第二の有機発光層を調製すると共に、上記ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層に第二の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第二の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第二の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
   上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層及び第二の有機発光層を積層すると共にこれにホール輸送層と電子輸送層を少なくとも一方の膜厚を数段階で変えて積層することによって複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いてホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を選定するようにした、ホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
   を有することを特徴とする白色有機電界発光素子の設計方法。
2. ホール輸送層と、ホール及び電子の注入を持続することができる有機ホスト材料に発光色系統の異なる蛍光を発する３種類の蛍光材料を一種類ずつ含有する第一乃至第三の３層の有機発光層と、電子輸送層とを、陽極と陰極の間に設けて形成される白色有機電界発光素子を設計するにあたって、
   最も発光効率の低い蛍光材料を含有する有機発光層を第一の有機発光層に設定して、膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共にこの第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定し、測定された発光効率に基いて第一の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光効率をパラメーターとして設定するステップと、
   膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第二の有機発光層を調製すると共に、上記ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層に第二の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第二の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層に隣接する第二の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
   膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第三の有機発光層を調製すると共に、上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層と第二の有機発光層にさらに第三の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取 出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第三の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第三の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
   上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一乃至第三の有機発光層を積層すると共にこれにホール輸送層と電子輸送層を少なくとも一方の膜厚を数段階で変えて積層することによって複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いてホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を選定するようにした、ホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
   を有することを特徴とする白色有機電界発光素子の設計方法。
3. ホール輸送層と、ホール及び電子の注入を持続することができる有機ホスト材料に発光色系統の異なる蛍光を発する２種類の蛍光材料を一種類ずつ交互に含有する第一乃至第三の３層の有機発光層と、電子輸送層とを、陽極と陰極の間に設けて形成される白色有機電界発光素子を設計するにあたって、
   最も発光効率の低い蛍光材料を含有する有機発光層を第一の有機発光層に設定して、膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共にこの第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定し、測定された発光効率に基いて第一の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光効率をパラメーターとして設定するステップと、
   膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第二の有機発光層を調製すると共に、上記ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層に第二の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第二の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第一の有機発光層に隣接する第二の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
   膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、数段階で変えた第三の有機発光層を調製すると共に、上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一の有機発光層と第二の有機発光層にさらに第三の有機発光層を積層して複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いて第三の有機発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、第三の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
   上記の各ステップで膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率が設定された第一乃至第三の有機発光層を積層すると共にこれにホール輸送層と電子輸送層を少なくとも一方の膜厚を数段階で変えて積層することによって複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光取出し色の色度を測定して色度座標値を求め、この色度座標値に基いてホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を選定するようにした、ホール輸送層と電子輸送層の少なくとも一方の膜厚を、発光取出し色の色度座標値をパラメーターとして設定するステップと、
   を有することを特徴とする白色有機電界発光素子の設計方法。
4. 上記の第一の有機発光層の膜厚及び、有機ホスト材料と蛍光材料の比率を設定するステップが、
   有機ホスト材料と蛍光材料の比率を数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共にこ の第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定することによって、測定された発光効率に基いて第一の有機発光層の有機ホスト材料と蛍光材料の比率を選定するようにした、発光効率をパラメーターとして有機ホスト材料と蛍光材料の比率を設定するステップと、
   上記ステップで設定された有機ホスト材料と蛍光材料の一定比率で、膜厚を数段階で変えた第一の有機発光層を調製すると共に、この第一の有機発光層を用いて複数種の試験用有機電界発光素子を作製し、この複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率と電圧特性を測定することによって、測定された発光効率と電圧特性に基いて第一の有機発光層の膜厚を選定するようにした、発光効率と電圧特性をパラメーターとして膜厚を設定するステップと、
   からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の白色有機電界発光素子の設計方法。
5. 発光効率をパラメーターとして第一の有機発光層の有機ホスト材料と蛍光材料の比率を設定する方法が、複数種の試験用有機電界発光素子を発光させて発光効率を測定し、発光効率が最大値になるように設定することであることを特徴とする請求項４に記載の白色有機電界発光素子の設計方法。
6. 第一の有機発光層に含有される有機ホスト材料と蛍光材料は、有機ホスト材料中の蛍光材料の比率と発光効率との関係を示す曲線が極大値を有するものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の白色有機電界発光素子の設計方法。
7. 第一の有機発光層は、発光スペクトルのピークが４４０ｎｍ〜５２０ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１、３乃至６のいずれかに記載の白色有機電界発光素子の設計方法。
8. 第二の有機発光層は、発光スペクトルのピークが５２０ｎｍ〜６２０ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１、３乃至６のいずれかに記載の白色有機電界発光素子の設計方法。
9. 複数層の各有機発光層の合計膜厚が、白色有機電界発光素子を発光させるために印加する電圧を印加したときに、ホール及び電子の再結合の発生可能な領域の幅より大きいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の白色有機電界発光素子の設計方法。

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