JP6675611B2 - 発光組成物、発光電気化学素子、及び発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光組成物、この発光組成物で発光層を形成した発光電気化学素子、及び該発光電気化学素子を有する発光装置に関する。

近年、有機電界発光素子（以降、ＯＬＥＤ；Organic Light-Emitting Diodeとも称する。）は一般に、軽量で薄く大面積の発光面を形成することが可能であることから、照明、ディスプレイ等の各種発光デバイスへの利用が期待されている。

この有機電界発光素子は、一般に、陽極、陰極、及び発光層から構成され、両極間に電圧を印加することにより、陽極から注入された正孔（ホール）と、陰極から注入された電子とが発光層で結合することにより発光する。この有機電界発光素子の発光効率を高めるためには、発光層の他に、正孔と電子との再結合効率を向上させるための正孔注入層や電子注入層等を設けて多層構造とする必要がある。しかしながらこの場合、発光素子の構造が複雑になると共に製造工程も煩雑になってしまうという課題を有する。更に、発光素子の駆動に高電界が必要であることも課題となっている。

上記した有機電界発光素子の課題を解決する素子として、発光電気化学素子（以降、ＬＥＣ；Light-emitting Electrochemical Cellと略称することもある。）が、例えば特許文献１、特許文献２等にて提案されている。

このＬＥＣは、第１電極、第２電極、及び両電極間に設けられた発光層から構成される。発光層は、発光材料である導電性ポリマー及び電解塩を電解質に分散して形成される。このＬＥＣにおいては、両極間に電圧を印加することによって、電極からの正負電荷の注入と電解塩の正負両イオンの移動によりｐ−ｎ接合又はｐ−ｉ−ｎ接合が形成され、正孔と電子が発光層内の発光材料分子上で再結合して発光分子を励起し、励起状態から基底状態に失活することにより発光すると推定されている。

このＬＥＣは一般的に、ＯＬＥＤに対して、（１）駆動電圧が低い、（２）大気中で安定な電極の使用が可能、（３）単一の発光層での素子の製造が可能になるため素子構成が簡単、等の優位性を持つ。中でも、固体電解質を使用するＬＥＣは、素子製造時の電解質の封止が容易であることや、素子破損時に環境に与える影響が少ないことから、特に注目されている。

特開２００８−２９１２３０号公報 特表２０１２−５１６０３３号公報

このようなＬＥＣを、照明やディスプレイ等の用途に適用する場合、白色発光させる必要がある。従来のＬＥＣの開発は、上記特許文献１及び２にも示されているように、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）等の単色発光素子の性能向上に向けられており、ＬＥＣによる白色発光は未開拓の領域となっている。白色発光のＬＥＣとするには、例えば、発光層を赤、緑、及び青で構成する三層構造とするか、フィルタを設けて色変換することが考えられる。しかしながら、性能、コスト、製法で満足のいく白色発光のＬＥＣはいまだ得られていない。

そこで、本発明の課題は、発光層が単一層である簡素な素子構造でありながら、限りなく白に近い白色発光が得られる発光組成物、この発光組成物で発光層を形成した発光電気化学素子、及び該発光電気化学素子を有する発光装置を提供することにある。

本発明者らは前記課題について鋭意研究した結果、第１電極、発光層、及び第２電極が、この順番に積層されたＬＥＣにおいて、発光層が、第１導電性ポリマー、第２導電性ポリマー、ポリマー電解質、及び電解塩を含有し、第１導電性ポリマー及び第２導電性ポリマーの最高被占軌道（ＨＯＭＯ）間、又は最低空軌道（ＬＵＭＯ）間のエネルギー差の絶対値が０．５ｅＶ以下である発光組成物からなるＬＥＣを開発し、本発明を完成させるに至った。

具体的には、第１電極と第２電極との間に電圧を印加することにより、第１導電性ポリマーが青色発光し、第２導電性ポリマーが赤橙色発光することで、発光層が白色発光し、又は、第１導電性ポリマーが青色発光し、第２導電性ポリマーが赤橙色発光し、更に、第１導電性ポリマー及び／又は第２導電性ポリマーにより形成される励起錯体が蛍光を発光することで、発光層が白色発光する。この励起錯体は、第１導電性ポリマー又は第２導電性ポリマーにより形成されるエキサイマー、第１導電性ポリマーと第２導電性ポリマーとの間に形成されるエキサイプレックス若しくはエレクトロプレックスであり、それぞれエキサイマー蛍光、エキサイプレックス蛍光若しくはエレクトロプレックス蛍光を発光することが好ましい。このように２種以上の発光の組み合わせによって低駆動電圧で高輝度の優れた白色光が発光されることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明によれば、第１導電性ポリマー、第２導電性ポリマー、ポリマー電解質、及び電解塩を含有し、前記第１導電性ポリマー及び前記第２導電性ポリマーの最高被占軌道（ＨＯＭＯ）間、又は最低空軌道（ＬＵＭＯ）間のエネルギー差の絶対値が０．５ｅＶ以下であることを特徴とする発光組成物が提供される。

また本発明によれば、第１電極、発光層、及び第２電極がこの順番に積層された発光電気化学素子において、前記発光層が、上記発光組成物からなることを特徴とする発光電気化学素子が提供される。

さらに本発明によれば、上記発光電気化学素子と、該発光電気化学素子の第１電極と第２電極との間に電圧を印加する電圧部とを有することを特徴とする発光装置が提供される。

さらに本発明によれば、フルオレン骨格を有する導電性ポリマーの少なくとも一種と、フェニレンビニレン骨格を有する導電性ポリマー及チオフェン骨格を有する導電性ポリマーから選択される少なくとも一種との組合わせの、発光電気化学素子の製造への使用であって、 前記発光電気化学素子は、第１電極、発光層、及び第２電極がこの順番に積層されてなり、前記発光層が、前記フルオレン骨格を有する導電性ポリマーの少なくとも一種、前記フェニレンビニレン骨格を有する導電性ポリマー及びチオフェン骨格を有する導電性ポリマーから選択される少なくとも一種、ポリマー電解質、及び電解塩を含有し、
前記フルオレン骨格を有する導電性ポリマーの少なくとも一種、及び前記フェニレンビニレン骨格を有する導電性ポリマー及びチオフェン骨格を有する導電性ポリマーから選択される少なくとも一種の最高被占軌道（ＨＯＭＯ）間、又は最低空軌道（ＬＵＭＯ）間のエネルギー差の絶対値が０．５ｅＶ以下である、フルオレン骨格を有する導電性ポリマーの少なくとも一種と、フェニレンビニレン骨格を有する導電性ポリマー及びチオフェン骨格を有する導電性ポリマーから選択される少なくとも一種との組合わせの、発光電気化学素子の製造への使用が提供される。

本発明の発光組成物を用いれば、低駆動電圧で、高輝度かつ限りなく白に近い白色発光が得られる発光電気化学素子の発光層を、容易に作製することができる。
本発明の発光電気化学素子は、単一の発光層とすることができ、簡素な素子構造でありながら、低駆動電圧で、高輝度かつ限りなく白に近い白色発光が得られる。

本出願において、限りなく白に近い白色とは、色度図においてｘ及びｙが、０．３３±０．０９の範囲に入るものをいうものとする。本発明の発光電気化学素子や該素子に係る化合物の発光色は、「瞬間マルチ測光システム（広ダイナミックレンジタイプ）ＭＣＰＤ９８００」（大塚電子株式会社製）で測定した結果を、ＣＩＥ色度座標に当てはめたときの色とする。以降、このように白色度の良好なものを高白色度と称する場合もある。

また、本発明の発光電気化学素子を用いることにより、高輝度かつ高白色度の白色光が得られる発光装置とすることができる。

本発明の発光電気化学素子の概略断面図である。 （ａ）は実施例１及び２の素子の輝度−電圧（Ｌ−Ｖ）特性を示すグラフであり、（ｂ）は実施例３〜５の素子の輝度−電圧（Ｌ−Ｖ）特性を示すグラフである。 （ａ）は実施例１及び２の素子のＥＬ（Electroluminescence）スペクトル図であり、（ｂ）は実施例３〜５の素子のＥＬ（Electroluminescence）スペクトル図である。 （ａ）は実施例１及び２の素子の色度図であり、（ｂ）は実施例３〜５の素子の色度図である。 実施例６の素子の輝度−電圧（Ｌ−Ｖ）特性を示すグラフである。 実施例６の素子のＥＬ（Electroluminescence）スペクトル図である。 実施例６の素子の色度図である。 実施例７の素子の輝度−電圧（Ｌ−Ｖ）特性を示すグラフである。 実施例７の素子のＥＬ（Electroluminescence）スペクトル図である。 実施例７の素子の色度図である。 比較例１〜４の素子のＥＬ（Electroluminescence）スペクトル図である。 比較例１〜４の各素子の色度図である。

以下、本発明について詳述する。
本発明の発光組成物は、第１導電性ポリマー、第２導電性ポリマー、ポリマー電解質、及び電解塩を含有し、このうち第１導電性ポリマー及び第２導電性ポリマーは発光化合物である。この発光組成物は、例えば、第１電極、発光層、第２電極がこの順番に積層された発光電気化学素子の発光層を形成するのに好ましく使用することができる。

本発明の発光組成物において、第１導電性ポリマー及び前記第２導電性ポリマーの最高被占軌道（ＨＯＭＯ）間、又は最低空軌道（ＬＵＭＯ）間のエネルギー差の絶対値は０．５ｅＶ以下、好ましくは０．３ｅＶ以下である。このようなエネルギー差は、ＨＯＭＯ間又はＬＵＭＯ間のいずれかで有していればよく、両者がこのようなエネルギー差であってもよい。このように最高被占軌道（ＨＯＭＯ）間、又は最低空軌道（ＬＵＭＯ）間のエネルギー差の絶対値を小さくすることにより、この組成物で発光電気化学素子の発光層を形成した場合に両導電性ポリマーに電荷が注入されやすくなり、発光が得られやすい。

このような導電性ポリマーからの発光は、電圧が印加されることにより得られ、第１導電性ポリマーが青色発光し、第２導電性ポリマーが赤橙色発光することで、全体が白色発光する。あるいは第１導電性ポリマーが青色発光し、第２導電性ポリマーが赤橙色発光し、第１導電性ポリマー及び／又は第２導電性ポリマーにより形成される励起錯体が蛍光を発光することで、全体が白色発光する。この励起錯体は、第１導電性ポリマー又は第２導電性ポリマーにより形成されるエキサイマー、第１導電性ポリマーと第２導電性ポリマーとの間に形成されるエキサイプレックス若しくはエレクトロプレックスであり、それぞれエキサイマー蛍光、エキサイプレックス蛍光若しくはエレクトロプレックス蛍光を発光する。

ここで、エキサイマー、エキサイプレックス又はエレクトロプレックスとは、同一若しくは種類の異なる原子又は分子からなる励起二量体であり、励起状態の原子又は分子が、基底状態の同一又は他の種類の原子又は分子と結合することにより形成される。また、エキサイマー蛍光、エキサイプレックス蛍光又はエレクトロプレックス蛍光とは、励起状態のエキサイマー、エキサイプレックス又はエレクトロプレックスが失活するときに発光される蛍光のことである。

このエキサイプレックスは、正孔がＨＯＭＯに注入されたドナー分子と、電子がＬＵＭＯに注入されたアクセプター分子とから形成される励起二量体であり、ドナー分子とアクセプター分子との波動関数が重なっており、電子及び正孔は非局在化している。励起二量体中の電子と正孔が再結合することにより発光する。また、エレクトロプレックスでは、正孔がＨＯＭＯに注入されたドナー分子と、電子がＬＵＭＯに注入されたアクセプター分子との波動関数の重なりが小さく、電荷の非局在化はほとんど起こっていない。そのため、発光は、アクセプター分子のＬＵＭＯからドナー分子のＨＯＭＯへ電子が直接遷移することによって起こる。

前述した第１導電性ポリマー及び第２導電性ポリマーの最高被占軌道（ＨＯＭＯ）間、又は最低空軌道（ＬＵＭＯ）間のエネルギー差の絶対値が０．５ｅＶを超える場合、第１導電性ポリマー又は第２導電性ポリマーの何れか一方のみの発光、あるいは第１導電性ポリマーと第２導電性ポリマーの間に形成されるエキサイプレックスのみ、若しくはエレクトロプレックスのみ、又はエキサイプレックス及びエレクトロプレックスのみの発光となり、白色発光からほど遠い発光となってしまうことがある。

白色発光を得るためには、第１導電性ポリマーの発光と第２導電性ポリマーの発光とが補色関係を満たすことが好ましいが、補色関係となる化合物を見つけることは極めて困難であり、補色関係からずれて、良好な白色発光を得られないことがある。

このため、本発明においては、第１導電性ポリマーと第２導電性ポリマーが自ら発光すると共に、上述のように第１導電性ポリマー及び／又は第２導電性ポリマーにより形成される励起錯体が、第１及び第２導電性ポリマーの発光を補完する蛍光色で発光するように設計することで、良好な白色発光を得ることができる。

本発明の発光組成物に含有される第１導電性ポリマーは、電子及び／又は正孔輸送機能を有するものであり、電子及び／又は正孔を効率よく輸送できる導電性ポリマーである。なかでも、第１導電性ポリマー同士で、又は第２導電性ポリマーとの組み合わせにおいて良好なエキサイマー蛍光又はエキサイプレックス蛍光を発光する点で、フルオレン骨格を有する導電性ポリマーが好ましい。フルオレン骨格を有すポリマーは、自ら青色発光すると共に、第１導電性ポリマー同士でエキサイマーを形成してエキサイマー蛍光を発光したり、第２導電性ポリマーとエキサイプレックスを形成してエキサイプレックス蛍光を発光したりすることができる。
上記フルオレン骨格を有する第１導電性ポリマーは、ホモポリマーであってもコポリマーであってもよい。コポリマーにおいては、フルオレン骨格を有する構造式の異なる複数のフルオレン系モノマーとのコポリマー、及びフルオレン骨格を有するモノマーとフルオレン骨格を有さない他のモノマーとのコポリマーであってもよい。

上記フルオレン骨格を有する第１導電性ポリマーとしては、少なくとも下記式（１）に示される構造単位を有する導電性ポリマーが好ましい。高白色度の白色光が得られるからである。
式（１）中、Ｒは炭素数１〜２０のアルキル基である。
具体的ポリマーとしては、下記式（１−１）のポリマーを例示できる。
式（１−１）中、Ｒは炭素数１〜２０のアルキル基であり、ｍは重合度を示し、５以上、好ましくは１０以上、さらに好ましくは２０以上の整数を表す。

上記式（１）のフルオレン骨格を有する導電性ポリマーとしては、以下の化合物を例として挙げることができる。

下記式（１ａ）のポリ（９，９−ジ−ｎ−ヘキシルフルオレニル−２，７−ジイル）。
式（１ａ）中、ｎは重合度を示し、５以上、好ましくは１０以上、さらに好ましくは２０以上の整数を表す。
また、コポリマーとしては、ポリ［９，９−ジ−ｎ−ヘキシルフルオレニル−２，７−ジイル−ｃｏ−アントラセン−９，１０−ジイル］を例示できる。

下記式（１ｂ）のポリ［９，９−ビス−（２−エチルヘキシル）−９Ｈ−フルオレン−２，７−ジイル］。
式（１ｂ）中、ｎは重合度を示し、５以上、好ましくは１０以上、さらに好ましくは２０以上の整数を表す。

下記式（１ｃ）のポリ（９，９−ジ−ｎ−オクチルフルオレニル−２，７−ジイル）。
式（１ｃ）中、ｎは重合度を示し、５以上、好ましくは１０以上、さらに好ましくは２０以上の整数を表す。

下記式（１ｄ）のポリ（９，９−ジ−ｎ−ドデシルフルオレニル−２，７−ジイル）。
式（１ｄ）中、ｎは重合度を示し、５以上、好ましくは１０以上、さらに好ましくは２０以上の整数を表す。

第１導電性ポリマーの重合度は、特に上限はなく、発光組成物を溶融又は溶媒に溶解して、電極に塗付する等の方法によって発光層を形成できる重合度範囲であればよい。

上記フルオレン骨格を有する第１導電性ポリマーとしては、特に、式（１ｄ）に示すポリ（９，９−ジ−ｎ−ドデシルフルオレニル−２，７−ジイル）がより好ましい。より一層高白色度の白色光が得られるからである。

本発明の発光組成物に含有される第２導電性ポリマーとしては、第１導電性ポリマーとのＨＯＭＯ又はＬＵＭＯのエネルギー差が上述の範囲内であって、第１導電性ポリマーとの間でエキサイプレックス又はエレクトロプレックスを形成するものであれば特に制限はなく、電圧を印加した際に、正孔を効率よく輸送する役割を果たすものである。

フェニレンビニレン骨格を有する第２導電性ポリマーとしては、少なくとも下記式（２）若しくは（３）で表わされる構造単位を有する導電性ポリマーであることが好ましく、チオフェン骨格を有する第２導電性ポリマーとしては、少なくとも下記式（４）で表わされる構造単位を有する導電性ポリマーであることが好ましい。これらの導電性ポリマーは、正孔移動度が高く、効率良くエキシトンを形成でき、高白色度の白色光が得られる点で好ましい。

具体的ポリマーとしては、下記式（２−１）のポリマーを例示できる。
式（２−１）中、Ｗは重合度を示し、５以上、好ましくは１０以上、さらに好ましくは２０以上の整数を表す。

具体的ポリマーとしては、下記式（３−１）のポリマーを例示できる。
式（３−１）中、Ｘは重合度を示し、５以上、好ましくは１０以上、さらに好ましくは２０以上の整数を表す。

具体的ポリマーとしては、下記式（４−１）のポリマーを例示できる。
式（４−１）中、Ｙ及びＺは重合度を示し、それぞれ独立に５以上、好ましくは１０以上、さらに好ましくは２０以上の整数を表し、同じであっても異なっていてもよい。
上記フェニレンビニレン骨格又はチオフェン骨格を有する第２導電性ポリマーは、ホモポリマーであってもコポリマーであってもよい。コポリマーにおいては、フェニレンビニレン骨格又はチオフェン骨格を有する構造式の異なる複数のフェニレンビニレン系又はチオフェン系モノマーとのコポリマー、及びフェニレンビニレン骨格又はチオフェン骨格を有するモノマーとフェニレンビニレン骨格又はチオフェン骨格を有さない他のモノマーとのコポリマーであってもよい。

第２導電性ポリマーの重合度は、特に上限はなく、発光組成物を溶融又は溶媒に溶解して、電極に塗付する等の方法によって発光層を形成できる重合度範囲であればよい。

具体的な第２導電性ポリマーとしては、ポリ［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレンビニレン］、ポリ［２−メトキシ−５−（３’，７’−ジメチルオクチルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン］、ポリ［３−オクチルチオフェン−２，５−ジイル−ｃｏ−３―デシロキシチオフェン―２，５−ジイル］（ＰＯＴ−ｃｏ−ＤＯＴ）等を用いることができる。

第１導電性ポリマーと第２導電性ポリマーとの含有比は、第１導電性ポリマー１００重量部に対して第２導電性ポリマーが１〜２００重量部であることが好ましく、１０〜１２０重量部であることがより好ましい。当該範囲内であれば、より良好な蛍光発光が得られると共に発光効率をより良好にでき、高白色度の白色光となる。更に、第１導電性ポリマー及び／又は第２導電性ポリマーによる励起錯体を形成し易くなることから、この励起錯体の蛍光により、第１導電性ポリマー及び第２導電性ポリマーによる発光を補完して良好な白色発光を得ることができる。第１導電性ポリマーと第２導電性ポリマーとの含有比が前記範囲外となる場合、良好な蛍光発光が得られなくなる場合がある。

本発明の発光組成物に含有されるポリマー電解質は、エチレンオキサイド骨格を有するポリマーであることが好ましい。例えば、下記式（５）で表されるエチレンオキサイド骨格を有するポリマーであり、このエチレンオキサイド骨格を主鎖又は側鎖に有する構造として分岐構造を有している樹脂を挙げることができる。
−（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎ− ・・・・（５）

また、エチレンオキサイド骨格は、例えば、水素原子が、メチル、エチル等のアルキル基、また、フェニル基等の芳香環を有するアリール基で置換されていてもよい。

これらの中でも、ポリアルキレンオキサイドが好ましく、更にポリエチレンオキサイドがより好ましい。加工性、イオン伝導度、機械特性、透明性の点で優れているからである。

ポリエチレンオキサイドは、粘度平均分子量（Ｍｖ）が１００，０００〜２，０００，０００であることが好ましく、より好ましくは３００，０００〜９００，０００である。加工性、及びイオン伝導度がより良好となる。

発光組成物中のポリマー電解質の含有量は、第１及び第２導電性ポリマーの合計量１００重量部に対して１０〜４００重量部が好まく、より好ましくは４０〜１６０重量部である。ポリマー電解質含有量が１０重量部未満である場合、発光層が薄く、短絡しやすくなるおそれがあり、４００重量部を超える場合、きれいな面発光が得られない可能性がある。

本発明の発光組成物には、さらに電解塩が含有され、その電解塩としては、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３などのリチウム塩、ＫＣｌ、ＫＩ、ＫＢｒ、ＫＣＦ_３ＳＯ_３などのカリウム塩、ＮａＣｌ、ＮａＩ、ＮａＢｒなどのナトリウム塩、ほうフッ化テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラエチルアンモニウム、ほうフッ化テトラブチルアンモニウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウムハライドなどのテトラアルキルアンモニウム塩を挙げることができる。上述の４級アンモニウム塩のアルキル鎖長は同じであっても異なっていても良く、必要に応じて１種のみでも良いし、２種以上組み合わせて用いても良い。これらの中でも、イオン伝導度、相溶性、安定性の点からＫＣＦ_３ＳＯ_３が好ましい。

また、発光組成物に含有される電解塩として、イオン液体を用いることもできる。本明細書においてイオン液体とは、室温（２５℃）で液体として存在する塩を意味する。イオン液体のカチオンとしては、例えば、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、テトラアルキルアンモニウムカチオン、ピラゾリウムカチオン、又はテトラアルキルホスホニウムカチオン等が挙げられる。

上記イミダゾリウムカチオンとしては、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−アリル−３−メチルイミダゾリウム、１−アリル−３−エチルイミダゾリウム、１−アリル−３−ブチルイミダゾリウム、１，３−ジアリルイミダゾリウム等が挙げられる。

上記ピリジニウムカチオンとしては、例えば、１−プロピルピリジニウム、１−ブチルピリジニウム、１−エチル−３−（ヒドロキシメチル）ピリジニウム、１−エチル−３−メチルピリジニウム等が挙げられる。

上記ピロリジニウムカチオンとしては、例えば、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジニウム、Ｎ−メチル−Ｎ−ブチルピロリジニウム、Ｎ−メチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウム等が挙げられる。

上記ピペリジニウムカチオンとしては、例えば、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウム等が挙げられる。

上記テトラアルキルアンモニウムカチオンとしては、例えば、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウム、メチルトリオクチルアンモニウム等が挙げられる。

上記ピラゾリウムカチオンとしては、例えば、１−エチル−２，３，５−トリメチルピラゾリウム、１−プロピル−２，３，５−トリメチルピラゾリウム、１−ブチル−２，３，５−トリメチルピラゾリウム等が挙げられる。

上記テトラアルキルホスホニウムカチオンとしては、例えば、テトラメチルホスホニウム、テトラブチルホスホニウム等が挙げられる。

また、上記カチオンと組み合わされてイオン液体を構成するアニオンとしては、例えば、ＢＦ_４ ⁻、ＮＯ_３ ⁻、ＰＦ_６ ⁻、ＳｂＦ_６ ⁻、ＣＨ_３ＣＨ_２ＯＳＯ_３ ⁻、ＣＨ_３ＣＯ_２ ⁻、又はＣＦ_３ＣＯ_２ ⁻、ＣＦ_３ＳＯ_３ ⁻、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ⁻［ビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド］、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３Ｃ⁻などのフルオロアルキル基含有アニオンが挙げられる。

発光組成物中の電解塩の含有量は、第１及び第２導電性ポリマーの合計量１００重量部に対して０．０１〜４０重量部が好まく、より好ましくは０．１〜２０重量部である。電解塩含有量が０．０１重量部未満である場合、発光組成物を発光層とした際に電流が流れず、発光しない可能性があり、４０重量部を超える場合、ドーピングが進みすぎて短絡を起こしやすくなるおそれがある。

本発明の発光電気化学素子は、第１電極、発光層、及び第２電極がこの順番に積層されてなり、発光層が本発明の発光組成物からなる。

本発明の発光電気化学素子の発光層の層厚は、原理的には発光性能は膜厚に依存することはないことから、任意の層厚とすることができるが、通常、実用性の点で、１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であり、より好ましくは１０〜５００ｎｍ、さらに好ましくは５０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲で所望の層厚を適用する。層厚が１ｎｍより薄い場合、短絡することがあり、１０００ｎｍを超える場合は、第１導電性ポリマー及び／又は第２導電性ポリマーによる励起錯体形成の効率が低くなる場合がある。

本発明の発光電気化学素子を構成する第１電極及び第２電極の少なくとも一方は透光性電極、すなわち透明電極であり、発光層が発光した光を取り出すことができる。透明電極の材料としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、インジウムスズオキサイド、酸化インジウム・酸化亜鉛化合物、酸化錫・アンチモン化合物、酸化ガリウム・酸化亜鉛化合物、白金などの金属などを挙げることができる。

他方の電極は透明電極である必要はなく、例えば、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、タングステン、チタン、モリブデン、カルシウム、ナトリウム、カリウム、イットリウム、リチウム、マンガン、金、銀、銅、パラジウム、白金、錫、鉛、ニッケル等の金属、これらの金属の合金などを使用できる。もちろん透明電極であってもよい。

第１電極及び／又は第２電極としては、透明性を有するＩＴＯ（酸化インジウムスズ）が好ましく、これ以外に、導電性、経済性の点でアルミニウムが好ましい。

ガラス等の透明基板上に、第１電極又は第２電極を形成する方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法等を例示できる。

次に、本発明の発光電気化学素子の製造方法例について、図１を参照しながら説明する。

図１に示す発光電気化学素子１０を作製するには、ガラス等の透明基板上に第１電極１として設けられたＩＴＯ電極等の表面に、本発明の発光組成物を溶媒に溶解・分散した分散溶液を、例えばスピンコート成膜法により塗付し、溶媒を乾燥除去して発光層２を積層する。ここで、分散溶液のための溶媒は、各構成成分を溶解するものであれば特に限定されないが、例えば、クロロホルム、シクロヘキサノン、トルエン、若しくはこれらの混合溶媒等の溶媒を使用することができる。

続いて、発光層２上に第２電極３としてのアルミニウムを、例えば、真空蒸着法により蒸着、製膜させることにより積層して発光電気化学素子１０を作製することができる。

本発明の発光電気化学素子１０の素子特性は、輝度−電圧（Ｌ−Ｖ）特性、ＥＬスペクトル図、及び色度図（色度座標）で評価できる。

Ｌ−Ｖ特性評価では、駆動電圧と発光光の輝度との関係を評価できる。ＥＬスペクトル図では、電圧を印加した場合の波長ごとの発光強度により発光色の詳細を把握できる。さらに、色度図を用いてｘｙ座標の数値によって発光色を表すことができ、本発明の一目的である白色光の白色の度合いをｘｙ座標の数値で評価することができる。

本発明の発光装置は、上記本発明の発光電気化学素子と、該発光電気化学素子に電圧を印加するための電圧部とを有する構成である。当該電圧部としては、直流電圧又は交流電圧の何れを印加するものであってもよい。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［発光層２を構成する各化合物］
（Ａ１）第１導電性ポリマー；上記式（１ｄ）のポリ（９，９−ジ−ｎ−ドデシルフルオレニル−２，７−ジイル）（ＰＦＤ）（Aldrich社製）。ＬＵＭＯ：−３．２ｅＶ、ＨＯＭＯ：−６．１ｅＶ
（Ａ２−１）第２導電性ポリマー；上記式（２−１）のポリ［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）（Aldrich社製）。ＬＵＭＯ：−３．４ｅＶ、ＨＯＭＯ：−５．５ｅＶ
（Ａ２−２）第２導電性ポリマー；上記式（３−１）のポリ［２−メトキシ−５−（３’，７’−ジメチルオクチルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＤＭＯ−ＰＰＶ）（Aldrich社製）。ＬＵＭＯ：−３．２ｅＶ、ＨＯＭＯ：−５．４ｅＶ
（Ａ２−３）第２導電性ポリマー；上記式（４−１）のポリ［３−オクチルチオフェン−２，５−ジイル−ｃｏ−３−デシロキシチオフェン−２，５−ジイル］（ＰＯＴ−ｃｏ−ＤＯＴ）（Aldrich社製）。ＬＵＭＯ：−３．３ｅＶ、ＨＯＭＯ：−５．０ｅＶ
（Ａ３）ポリマー電解質；ポリエチレンオキサイド（Ｍｖ６００，０００、Aldrich社製）
（Ａ４）電解塩；ＫＣＦ_３ＳＯ_３（Aldrich社製）

なお、上記した各エネルギー準位については、以下の方法により決定した。導電性ポリマーのＨＯＭＯ準位は、サイクリックボイルタモグラム（ＣＶ）の酸化波の立ち上がりから酸化電位Ｅ（フェロセン基準）を決定した後、フェロセン基準の仕事関数を５．２３ｅＶとし、式：ＨＯＭＯ＝−（ｅＥ＋５．２３）を用いて決定した。ここで「ｅ」は単位電荷である。また、バンドギャップエネルギー（Ｅｇ）は、紫外可視スペクトルの吸収ピークの立ち上がりから決定した。ＬＵＭＯ準位は、ＬＵＭＯ＝ＨＯＭＯ＋Ｅｇの式から算出したものである。

実施例１
＜発光層：発光組成物１＞
発光組成物１として、上記成分Ａ１、Ａ２−１、Ａ３、及びＡ４を表１に示す配合比で混合した。第１導電性ポリマーＡ１と第２導電性ポリマーＡ２−１間のＬＵＭＯの差（絶対値）を表１に示す。

＜発光電気化学素子：素子Ａの作製＞
ガラス基板上に第１電極１として、ＩＴＯ電極を設けてＵＶオゾン洗浄した。その後、当該第１電極１上に、発光組成物１をクロロホルム／シクロヘキサノン（１．６２：１．０）混合溶媒に溶解した溶液濃度９．５ｍｇ／ｍＬ溶媒の溶液１５０μＬをスピンコート成膜法により塗付し、続いて当該混合溶媒を乾燥除去して１５０ｎｍの発光層２を積層した。更に、この発光層２上にアルミニウムを真空蒸着して１００ｎｍの第２電極３を積層し、素子Ａを作製した。

得られた素子ＡについてＬ−Ｖ特性、ＥＬスペクトル、並びに色度図での発光色評価を実施した。Ｌ−Ｖ特性を図２（ａ）に、ＥＬスペクトルを図３（ａ）に、色度図を図４（ａ）に、及び色度図上の色度座標のｘｙ座標を表２に示す。Ｌ−Ｖ特性及びＥＬスペクトルは瞬間マルチ測光システム（広ダイナミックレンジタイプ）ＭＣＰＤ９８００（大塚電子株式会社製）を用いて測定した。測定条件としては、検出器から素子発光面までの距離は０．０２８ｍ、発光面積は９×１０^−６ｍ^２（３ｍｍ×３ｍｍ）、印加電圧は０Ｖから１５Ｖである。また、全ての測定は暗室下で行った。

実施例２〜５
＜発光層：発光組成物２〜５＞
発光組成物２〜５として、上記成分Ａ１、Ａ２−１、Ａ３、及びＡ４を表１に示す配合比で混合した。各組成物における第１導電性ポリマーと及び第２導電性ポリマーとのＬＵＭＯの差（絶対値）を表１に示す。

＜発光電気化学素子：素子Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥの作製＞
実施例１の発光組成物１を発光組成物２〜５にそれぞれ変更した以外は実施例１と同様にして素子Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥを作製し、同様に評価した。結果を図２〜図４及び表２に示す。

実施例６
＜発光層：発光組成物６＞
発光組成物６として、上記成分Ａ１、Ａ２−２、Ａ３、及びＡ４を表１に示す配合比で混合した。第１導電性ポリマーと第２導電性ポリマーとのＬＵＭＯの差（絶対値）を表１に示す。

＜発光電気化学素子：素子Ｆの作製＞
実施例１の発光組成物１を発光組成物６に変更し、混合溶媒をクロロホルム／シクロヘキサノン（１．６７／１．０）混合溶媒とした以外は実施例１と同様にして素子Ｆを作製し、同様に評価した。結果を図５〜図７及び表２に示す。

実施例７
＜発光層：発光組成物７＞
発光組成物７として、上記成分Ａ１、Ａ２−３、Ａ３、及びＡ４を表１に示す配合比で混合した。第１導電性ポリマーと第２導電性ポリマーとのＬＵＭＯの差（絶対値）を表１に示す。

＜発光電気化学素子：素子Ｇの作製＞
実施例１の発光組成物１を発光組成物７に変更し、混合溶媒をクロロホルム／シクロヘキサノン（１．９７／１．０）混合溶媒とした以外は実施例１と同様にして素子Ｇを作製し、同様に評価した。結果を図８〜図１０及び表２に示す。

比較例１
＜発光層：発光組成物８＞
発光組成物８として、上記成分Ａ１、Ａ３、及びＡ４を表１の配合比で混合した。

＜発光電気化学素子：素子Ｈの作製＞
実施例１の発光組成物１を発光組成物８に変更した以外は実施例１と同様にして素子Ｈを作製し、同様に評価した。結果を図１１、図１２及び表２に示す。

比較例２
＜発光層：発光組成物９＞
発光組成物９として、上記成分Ａ２−１、Ａ３、及びＡ４を表１の配合比で混合した。

＜発光電気化学素子：素子Ｉの作製＞
実施例１の発光組成物１を発光組成物９に変更した以外は実施例１と同様にして素子Ｉを作製し、同様に評価した。結果を図１１、図１２及び表２に示す。

比較例３
＜発光層：発光組成物１０＞
発光組成物１０として、上記成分Ａ２−２、Ａ３、及びＡ４を表１の配合比で混合した。

＜発光電気化学素子：素子Ｊの作製＞
実施例１の発光組成物１を発光組成物１０に変更した以外は実施例１と同様にして素子Ｊを作製し、同様に評価した。結果を図１１、図１２及び表２に示す。

比較例４
＜発光層：発光組成物１１＞
発光組成物１１として、上記成分Ａ２−３、Ａ３、及びＡ４を表１の配合比で混合した。

＜発光電気化学素子：素子Ｋの作製＞
実施例１の発光組成物１を発光組成物１１に変更した以外は実施例１と同様にして素子Ｋを作製し、同様に評価した。結果を図１１、図１２及び表２に示す。

図２、図５及び図８のＬ−Ｖ特性に示すように、素子Ａ〜Ｇは、いずれも、駆動電圧４Ｖ〜１５Ｖで白色発光することが分かる。

図１１の素子Ｈは第１導電性ポリマーＡ１単独での発光挙動を示しており、Ａ１は、４５０ｎｍ付近に極大値を有して４００〜５００ｎｍで発光する。この発光は、第１導電性ポリマーＡ１単独での発光である。図１１の素子Ｉは第２導電性ポリマーＡ２−１単独での発光挙動を示しており、Ａ２−１単独では、６００ｎｍ付近に極大値を有して発光する。

これに対して図３に示すように、素子Ａ〜素子Ｅの発光スペクトルは、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ付近に極大値を有する発光スペクトルを重ね合わせたものとなっている。この５００ｎｍ付近の発光は、Ａ１のエキサイマー蛍光である。図４の色度図より、素子Ａ〜素子Ｅは、Ａ１の青色発光、Ａ２−１の赤橙色発光及びＡ１のエキサイマーによる５００ｎｍ付近の発光により、限りなく白色に近い白色発光が得られていることが分かる。

また、図６に示すように、素子Ｆの発光スペクトルは、５００ｎｍ付近に極大値を有する発光を示しており、Ａ１とＡ２−２の発光に５００ｎｍ付近のＡ１のエキサイマーに起因する発光が重ね合わさった発光となっている。図７の色度図より、素子Ｆは、Ａ１の青色発光、Ａ２−２の赤橙色発光及びＡ１のエキサイマーによる５００ｎｍ付近の発光により、限りなく白色に近い白色発光が得られていることが分かる。

更に、図１１の素子Ｋは第２導電性ポリマーＡ２−３単独での発光挙動を示しており、Ａ２−３単独では、６００ｎｍ以上の領域にて発光する。

これに対して図９に示すように、素子Ｇの発光スペクトルは、４００ｎｍ〜５００ｎｍ付近に極大値を有する発光と、６００ｎｍ付近以降のショルダーの発光を合わせたものとなっており、５００ｎｍ付近にＡ１のエキサイマーに起因する発光が観測される。また、図１０の色度図より、素子Ｇは、Ａ１の青色発光、Ａ２−３の赤橙色発光及びＡ１のエキサイマーによる５００ｎｍ付近の発光により、限りなく白色に近い白色発光が得られていることが分かる。

１ 第１電極
２ 発光層
３ 第２電極

Claims (11)

1. 第１導電性ポリマー、第２導電性ポリマー、ポリマー電解質、及び電解塩を含有し、
   前記第１導電性ポリマー及び前記第２導電性ポリマーの最高被占軌道（ＨＯＭＯ）間、又は最低空軌道（ＬＵＭＯ）間のエネルギー差の絶対値が０．５ｅＶ以下であり、
   電圧が印加されることにより、前記第１導電性ポリマーが青色発光し、前記第２導電性ポリマーが赤橙色発光することで、全体が白色発光することを特徴とする発光組成物。
2. 電圧が印加されることにより、前記第１導電性ポリマー及び／又は前記第２導電性ポリマーにより励起錯体が形成され、前記励起錯体から蛍光が発光されることを特徴とする請求項１に記載の発光組成物。
3. 前記励起錯体は、前記第１導電性ポリマー同士若しくは前記第２導電性ポリマー同士により形成されたエキサイマー、又は前記第１導電性ポリマーと前記第２導電性ポリマーとの間に形成されたエキサイプレックス若しくはエレクトロプレックスであり、それぞれエキサイマー蛍光、エキサイプレックス蛍光又はエレクトロプレックス蛍光を発光することを特徴とする請求項２に記載の発光組成物。
4. 前記第１導電性ポリマーは、フルオレン骨格を有する導電性ポリマーの少なくとも一種であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の発光組成物。
5. 前記フルオレン骨格を有する第１導電性ポリマーは、少なくとも式（１）で表される構造単位を有する導電性ポリマーであることを特徴とする請求項４に記載の発光組成物。
   （式（１）中、Ｒは炭素数１〜２０のアルキル基である。）
6. 前記第２導電性ポリマーは、フェニレンビニレン骨格を有する導電性ポリマー及びチオフェン骨格を有する導電性ポリマーから選択される少なくとも一種の導電性ポリマーであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の発光組成物。
7. 前記フェニレンビニレン骨格を有する導電性ポリマーは、少なくとも式（２）又は（３）で表される構造単位を有する導電性ポリマーであり、前記チオフェン骨格を有する導電性ポリマーは、少なくとも式（４）で表される構造単位を有する導電性ポリマーであることを特徴とする請求項６に記載の発光組成物。
   
8. 前記第１導電性ポリマーは、ポリ（９，９−ジ−ｎ−ドデシルフルオレニル−２，７−ジイル）であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の発光組成物。
9. 前記ポリマー電解質は、ポリエチレンオキサイドであることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の発光組成物。
10. 第１電極、発光層、及び第２電極がこの順番に積層された発光電気化学素子において、前記発光層が、請求項１〜９の何れか１項に記載の発光組成物からなることを特徴とする、発光電気化学素子。
11. 請求項１０に記載の発光電気化学素子と、該発光電気化学素子の第１電極と第２電極との間に電圧を印加する電圧部とを有することを特徴とする発光装置。