JPWO2014010223A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

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Abstract

広角度領域に高い演色性を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。複数の電極1、6間に有機発光層2,4,5を有して形成される。該有機発光層2,4,5は少なくとも3色の発光材料を含有する。第1の発光材料は430nm〜480nmの間に極大発光波長を有する。第2の発光材料は510nm〜610nmの間に極大発光波長を有する。第3の発光材料は580nm〜630nmの間に極大発光波長を有する。発光面Fの正面方向Oに対して30度〜60度の広角度領域Hの平均演色評価数Raの平均値が、前記正面方向Oの平均演色評価数Raよりも高い。

Description

本発明は、各種照明装置等に利用可能な有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。
有機エレクトロルミネッセンス素子は、面発光が可能であること、超薄型等の理由により、照明用の次世代光源として注目を集め、精力的に実用化を目指した開発が行われている。中でも、無機LED照明の課題の一つとされる高演色性化技術に関して特に盛んに研究開発が行われており、様々なデバイス設計技術開発による高演色性化手法が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
しかし、発光面に対する照射角度によって演色性を異ならせるようにした有機エレクトロルミネッセンス素子については、従来から提案されていない。このような特定の方向に演色性の高い有機エレクトロルミネッセンス素子が得られると、使用目的等に応じて使い分けができて、最適な照明装置を形成することができる場合がある。
特開2006−287154号公報 特開2009−224274号公報
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、広角度領域に高い演色性を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とするものである。
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、複数の電極間に有機発光層を有して形成され、該有機発光層は少なくとも3色の発光材料を含有し、第1の発光材料は430nm〜480nmの間に極大発光波長を有し、第2の発光材料は510nm〜610nmの間に極大発光波長を有し、第3の発光材料は580nm〜630nmの間に極大発光波長を有し、発光面の正面方向に対して30度〜60度の広角度領域の平均演色評価数の平均値が、前記正面方向の平均演色評価数よりも高いことを特徴とするものである。
本発明にあって、前記複数の電極として反射電極と透明電極とを備え、前記有機発光層は、前記第3の発光材料を含む第3発光層と、前記第2の発光材料を含む第2発光層とを備え、前記反射電極から前記第3発光層までの間の屈折率をn3、前記反射電極から前記第3発光層までの間の寸法をd3、前記第3の発光材料の極大発光波長をλ3、前記反射電極から前記第2発光層までの間の屈折率をn2、前記反射電極から前記第2発光層までの間の寸法をd2、前記第2の発光材料の極大発光波長をλ2とした場合に、前記第3発光層と前記第2発光層が(n3×d3)/λ3≧(n2×d2)/λ2の関係にあり、さらに(n2×d2)/λ2が0.15〜0.3であることが好ましい。
本発明にあって、前記第1〜3の発光材料のうち少なくとも一つの極大発光波長の半値幅が60nm以上であることが好ましい。
本発明にあって、前記平均演色評価数が前記正面方向に対して40度〜60度の範囲で極大値を有することが好ましい。
本発明にあって、前記第2発光層及び前記第3発光層は、前記第1の発光材料を含む第1発光層よりも前記反射電極側に配置されることが好ましい。
本発明は、発光面の正面方向に対して30度〜60度の広角度領域の平均演色評価数の平均値が、前記正面方向の平均演色評価数よりも高いので、広角度領域に高い演色性を有するものである。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す概略の断面図である。 平均演色評価数Raと特殊演色評価数R9との相関関係を示すグラフである。 実施例1及び2の平均演色評価数の測定結果を示すグラフである。 実施例1の発光スペクトルの測定結果を示す説明図である。
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
図1に本実施の形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の構造の一例を示す。この有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板10の表面に透明電極1を形成し、その上に第一ホール輸送層11、青色蛍光発光層2、緑色蛍光発光層3、第一電子輸送層12、中間層9、第二ホール輸送層13、赤色リン光発光層4、緑色リン光発光層5、第二電子輸送層14、反射電極6をこの順に備えて形成されている。さらに基板10の透明電極1と反対側の面に光取出層15が形成されている。このような有機エレクトロルミネッセンス素子は、有機発光層として青色蛍光発光層2と緑色蛍光発光層3と赤色リン光発光層4と緑色リン光発光層5とを有している。
青色蛍光発光層2は第1の発光材料を含有する第1発光層として形成されている。第1の発光材料としては、430nm〜480nmの間に極大発光波長を有する青色蛍光発光材料を用いることができる。
緑色リン光発光層5は第2の発光材料を含有する第2発光層として形成されている。第2の発光材料としては、510nm〜610nmの間に極大発光波長を有する緑色リン光発光材料を用いることができる。
赤色リン光発光層4は第3の発光材料を含有する第3発光層として形成されている。第3の発光材料としては、580nm〜630nmの間に極大発光波長を有する赤色リン光発光材料を用いることができる。
緑色蛍光発光層3は第4の発光材料を含有する第4発光層として形成されている。第4の発光材料としては、460〜540nmの間に極大発光波長を有する緑色蛍光発光材料を用いることができる。
尚、以下、本構造を例として説明するが、この構造はあくまでも一例であり、本発明の趣旨に反しない限り、本構造に限定されるものではない。
基板10は光透過性を有することが好ましい。基板10は無色透明であっても、多少着色されていてもよい。基板10は磨りガラス状であってもよい。基板10の材質としては、ソーダライムガラス、無アルカリガラスなどの透明ガラス;ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等のプラスチックなどが挙げられる。基板10の形状はフィルム状でも板状でもよい。
透明電極1は陽極として機能する。有機エレクトロルミネッセンス素子における陽極は、有機発光層中にホールを注入するための電極である。透明電極1を形成するための材料としては、例えば、ITO(インジウム−スズ酸化物)、SnO、ZnO、IZO(インジウム−亜鉛酸化物)等の金属酸化物等が用いられる。透明電極1は、これらの材料を用いて、真空蒸着法、スパッタリング法、塗布等の適宜の方法により形成され得る。透明電極1の好ましい厚みは透明電極1を構成する材料によって異なるが、500nm以下、好ましくは10〜200nmの範囲で設定されるのがよい。
第一ホール輸送層11及び第二ホール輸送層13を構成する材料(ホール輸送性材料)は、ホール輸送性を有する化合物の群から適宜選定されるが、電子供与性を有し、また電子供与によりラジカルカチオン化した際にも安定である化合物であることが好ましい。ホール輸送性材料としては、例えば、ポリアニリン、4,4’−ビス[N−(ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(α−NPD)、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)、2−TNATA、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(MTDATA)、4,4’−N,N’−ジカルバゾールビフェニル(CBP)、スピロ−NPD、スピロ−TPD、スピロ−TAD、TNBなどを代表例とする、トリアリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、フルオレン誘導体を含むアミン化合物、スターバーストアミン類(m−MTDATA)、TDATA系材料として1−TMATA、2−TNATA、p−PMTDATA、TFATAなどが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、一般に知られる任意のホール輸送材料が使用される。第一ホール輸送層11及び第二ホール輸送層13は蒸着法などの適宜の方法で形成され得る。
第一電子輸送層12及び第二電子輸送層14を形成するための材料(電子輸送性材料)は、電子を輸送する能力を有し、反射電極6からの電子の注入を受け得ると共に発光層に対して優れた電子注入効果を発揮する化合物であることが好ましい。さらに第一電子輸送層12及び第二電子輸送層14を形成するための材料(電子輸送性材料)は、第一電子輸送層12及び第二電子輸送層14へのホールの移動を阻害し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物であることが好ましい。電子輸送性材料として、Alq3、オキサジアゾール誘導体、スターバーストオキサジアゾール、トリアゾール誘導体、フェニルキノキサリン誘導体、シロール誘導体などが挙げられる。電子輸送性材料の具体例として、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、4,4’−N,N’−ジカルバゾールビフェニル(CBP)等やそれらの化合物、金属錯体化合物、含窒素五員環誘導体などが挙げられる。金属錯体化合物としては、具体的には、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、ビス(2−メチル−8−キノリナート)−4−フェニルフェノラート等が挙げられるが、これらに限定されない。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、トリアゾール誘導体などが好ましく、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−トリアゾール等が挙げられるが、これらに限定されない。電子輸送性材料として、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挙げられる。このポリマー材料として、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が挙げられる。第一電子輸送層12及び第二電子輸送層14の厚みに特に制限はないが、例えば、10〜300nmの範囲に形成される。第一電子輸送層12及び第二電子輸送層14は蒸着法などの適宜の方法で形成され得る。
反射電極6は陰極として機能する。有機エレクトロルミネッセンス素子における陰極は、発光層中に電子を注入するための電極である。反射電極6は、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、これらの混合物などの材料から形成されることが好ましい。反射電極6を形成するための材料としては、例えば、Al、Ag、MgAgなどが挙げられる。Al/Al混合物などからも反射電極6が形成され得る。反射電極6は、これらの材料を用いて、真空蒸着法、スパッタリング法等の適宜の方法により形成され得る。反射電極6の好ましい厚みは反射電極6を構成する材料によって異なるが、500nm以下、好ましくは20〜200nmの範囲で設定されるのがよい。
光取出層15は、光拡散性向上のために基板10の透明電極1と反対側の面に光散乱性フィルムやマイクロレンズフィルムを積層して形成することができる。
そして、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、以下に説明するように、適切な極大発光波長(発光ピーク波長)を有する複数の発光材料を組み合わせることにより、高演色性化を実現することができる。
各有機発光層(青色蛍光発光層2、緑色蛍光発光層3、赤色リン光発光層4、緑色リン光発光層5)は、発光材料(ドーパント)がドープされた有機材料(ホスト材料)から形成され得る。ホスト材料としては、電子輸送性の材料、ホール輸送性の材料、電子輸送性とホール輸送性とを併せ持つ材料の、いずれも使用され得る。ホスト材料として電子輸送性の材料とホール輸送性の材料とが併用されてもよい。
青色蛍光発光層2に含有される青色蛍光発光材料としては、TTF現象を利用した高効率発光が可能なものであれば特に限定されるものではなく、任意の蛍光発光材料を用いることができる。また、青色蛍光発光材料は430nm〜480nmの間に極大発光波長を有するものである。このように430nm〜480nmの間に極大発光波長を有する短波長青色蛍光発光材料を用いることで、平均演色評価数Raが高く、高性能な白色有機エレクトロルミネッセンス素子の実現が可能になる。
青色蛍光発光層2に含有される青色蛍光発光材料としては、1,4,7,10−テトラ−ターシャリー−ブチルペリレン(TBP、極大発光波長455nm)、4,4’−ビス(9−エチル−3−カルバゾビニレン)−1,1’−ビフェニル(BCzVBi、極大発光波長470nm)などを例示することができる。また、青色蛍光発光層2を構成するホスト材料としては、2−t−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(TBADN)、9,10‐ジ(2‐ナフチル)アントラセン(ADN)、ビス(9,9−ジアリールフルオレン)(BDAF)などが挙げられる。青色蛍光発光材料の濃度は青色蛍光発光層2の全量に対して1〜30質量%の範囲であることが好ましい。
緑色リン光発光層5に含有される緑色リン光発光材料としては、特に限定されるものではなく、任意のリン光発光材料を用いることができるが、寿命特性の観点から緑色蛍光発光材料の極大発光波長よりも長波長であるものを用いることが好ましい。具体的には極大発光波長が510〜610nmの間に存在する緑色リン光発光材料を用いることが好ましい。この領域に極大発光波長を有する緑色リン光発光材料を用いることで、緑色リン光発光材料の発光スペクトルが、緑色蛍光発光材料及び赤色リン光発光材料の発光スペクトル間をカバーすることが可能となり、より高演色性化が可能となる。
緑色リン光発光層5に含有される緑色リン光発光材料としては、ビス(2−2’−ベンゾチエニル)−ピリジナト−N,C3イリジウム(アセチルアセトネート)(BtIr(acac)、極大発光波長566nm)、トリス(2−フェニルピリジン)インジウム(Ir(ppy)、極大発光波長514nm)などを例示することができる。また、緑色リン光発光層5を構成するホスト材料としては、4,4’−N,N’−ジカルバゾールビフェニル(CBP)、4,4’’−ジ(N−カルバゾリル)−2’,3’,5’,6’−テトラフェニル−p−テルフェニル(CzTT)、4,4’,4’’−トリス(N−カルバゾリル)−トリフェニルアミン(TCTA)、1,3−ビス(カルバゾル−9−イル)ベンゼン(mCP)、4,4'−N,N'−ジカルバゾール−2,2'−ジメチル−ビフェニル(CDBP)などが挙げられる。緑色リン光発光材料の濃度は緑色リン光発光層5の全量に対して1〜40質量%の範囲であることが好ましい。
赤色リン光発光層4に含有される赤色リン光発光材料としては、特に限定されるものではなく、任意のリン光発光材料を用いることができるが、高演色性化の観点から極大発光波長が580〜630nmであるものを用いることが好ましい。このように580〜630nmの間に極大発光波長を有する長波長赤色リン光発光材料を用いることで、特殊演色評価数R9(赤)が高く、高性能な白色有機エレクトロルミネッセンス素子の実現が可能になる。
赤色リン光発光層4に含有される赤色リン光発光材料としては、トリス(1−フェニルイソキノリン)イリジウム(III)(Ir(piq)、極大発光波長629nm)、ビス(1−フェニルイソキノリン)イリジウムアセチルアセトネート(PqIr(acac)、極大発光波長605nm)などを例示することができる。また、赤色リン光発光層4を構成するホスト材料としては、CBP(4,4’−N,N’−ジカルバゾールビフェニル)、CzTT、TCTA、mCP、CDBPなどが挙げられる。赤色リン光発光材料の濃度は赤色リン光発光層4の全量に対して1〜40質量%の範囲であることが好ましい。
緑色蛍光発光層3に含有される緑色蛍光発光材料としては、特に限定されるものではなく、任意の蛍光発光材料を用いることができるが、寿命特性の観点から緑色リン光発光材料の極大発光波長よりも短波長であるものを用いることが好ましい。具体的には極大発光波長が460〜540nmの間に存在する緑色蛍光発光材料を用いることが好ましい。この領域に極大発光波長を有する緑色蛍光発光材料を用いることで、緑色蛍光発光材料の発光スペクトルが、青色蛍光発光材料及び緑色リン光発光材料の発光スペクトル間をカバーすることが可能となり、より高演色性化が可能となる。
緑色蛍光発光層3に含有される緑色蛍光発光材料としては、トリフェニルアミン(TPA、極大発光波長530nm)などを例示することができる。また、緑色蛍光発光層3を構成するホスト材料としては、トリス(8−オキソキノリン)アルミニウム(III)(Alq3)、ADN、BDAFなどが挙げられる。緑色蛍光発光材料の濃度は緑色蛍光発光層3の全量に対して1〜20質量%の範囲であることが好ましい。
上記のように、極大発光波長領域が異なる2種類の緑色発光材料(緑色蛍光発光材料及び緑色リン光発光材料)を用いることで、発光色の調整が効果的に実現可能であり、かつ高演色、高効率化が容易である。
各有機発光層(青色蛍光発光層2、緑色蛍光発光層3、赤色リン光発光層4、緑色リン光発光層5)は、真空蒸着、転写等の乾式プロセスや、スピンコート、スプレーコート、ダイコート、グラビア印刷等の湿式プロセスなど、適宜の手法により形成され得る。
図1に示す有機エレクトロルミネッセンス素子は、第一発光ユニット7と第二発光ユニット8とが中間層9を介して積層されてマルチユニット構造を形成している。
第一発光ユニット7は、青色蛍光発光層2及び緑色蛍光発光層3を積層して含むものであり、青色蛍光発光層2及び緑色蛍光発光層3は共に蛍光発光材料を含有する。
第一発光ユニット7からの発光は、二つの三重項励起子の衝突融合により一重項励起子が生成する現象(TTF:triplet-triplet fusion)を利用したものとすることができる。TTF現象を利用した第一発光ユニット7は、上述の青色蛍光発光材料及び緑色蛍光発光材料を用いて形成することができる。このようにTTF現象を利用することで、第一発光ユニット7の高効率化が可能になり、第二発光ユニット8と組み合わせることで、白色素子としての高効率化が可能である。また、上記のように第一発光ユニット7を異なる発光色の積層構造とすることで、高い効率を維持したまま、発光色温度の調整が可能となる。例えば、第一発光ユニット7が青色蛍光発光層2のみからなる単色発光層の場合、青色発光強度が強くなりすぎるために、低色温度の白色素子を実現することが不可能となるおそれがある。上記のように青色蛍光発光層2と緑色蛍光発光層3とを積層することで、高色温度の白色を実現する際は、青色蛍光発光層2の膜厚を厚くして青色発光強度比を増加させる。一方、低色温度の白色を実現する際は、緑色蛍光発光層3の膜厚を厚くして緑色発光強度比を増加させる。これらにより、効率を低下させることなく、容易に発光色の調整が可能となる。また、TTF現象を利用した第一発光ユニット7とは、TTF現象を利用するものであれば特に限定されるものではないが、好ましくは内部量子効率が25%以上で発光する第一発光ユニット7であれば、高効率と長寿命の両立が可能となる。TTF現象を有効に発現させて利用するためには、第一電子輸送層12を形成するための電子輸送性材料の三重項エネルギー準位が、第一発光ユニット7に含まれる材料の三重項エネルギー準位よりも高いことが好ましい。
第二発光ユニット8は、緑色リン光発光層5及び赤色リン光発光層4を積層して含むものであり、緑色リン光発光層5及び赤色リン光発光層4は共にリン光発光材料を含有する。
中間層9は、二つの発光ユニットを電気的に直列接続する機能を果たす。中間層9は透明性が高く、かつ熱的・電気的に安定性が高いことが好ましい。中間層9は、例えば等電位面を形成する層、電荷発生層などから形成され得る。等電位面を形成する層もしくは電荷発生層の材料としては、例えばAg、Au、Al等の金属薄膜;酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化レニウム、酸化タングステン等の金属酸化物;ITO、IZO、AZO、GZO、ATO、SnO等の透明導電膜;いわゆるn型半導体とp型半導体との積層体;金属薄膜もしくは透明導電膜と、n型半導体及びp型半導体のうちの一方又は双方との積層体;n型半導体とp型半導体の混合物;n型半導体とp型半導体とのうちの一方又は双方と金属との混合物などが挙げられる。前記n型半導体やp型半導体としては、特に制限されることなく必要に応じて選定されたものが使用される。n型半導体やp型半導体は、無機材料、有機材料のうちいずれであってもよい。n型半導体やp型半導体は、有機材料と金属との混合物;有機材料と金属酸化物との組み合わせ;有機材料と有機系アクセプタ/ドナー材料や無機系アクセプタ/ドナー材料との組み合わせ等であってもよい。中間層9は、BCP:Li、ITO、NPD:MoO、Liq:Alなどからも形成され得る。BCPは2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナンスロリンを示す。例えば、中間層9は、BCP:Liからなる第1層を陽極側に、ITOからなる第2層を陰極側に配置した二層構成のものにすることができる。中間層9がAlq3/Li2O/HAT−CN6、Alq3/LiO、Alq3/LiO/Alq3/HAT−CN6などの層構造を有していることも好ましい。
第一発光ユニット7の高性能化に必要な材料と、第二発光ユニット8の高性能化に必要な材料とでは要求されるイオン化ポテンシャルや電子親和力、三重項エネルギー準位などの材料物性値が異なる。このため、第一発光ユニット7と第二発光ユニット8とを中間層9で分離することで、それぞれのユニットごとに材料選定が可能になり、高効率、長寿命化に有効である。また、比較的短波長領域に発光スペクトルを有する第一発光ユニット7と、比較的長波長領域に発光スペクトルを有する第二発光ユニット8とを中間層9で分離して配置可能なマルチユニット構造を用いる。このことにより、光学設計が容易になり、高演色性化、かつ、高効率、長寿命、高輝度、色度の視野角依存性低減などが可能になる。
上記のような構造を有する本実施の形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光面Fの正面方向に対して30度〜60度の広角度領域の平均演色評価数の平均値が、前記正面方向の平均演色評価数よりも高いことを特徴としている。ここで、「発光面F」とは有機発光層で発せられた光が有機エレクトロルミネッセンス素子の外部へと取り出される部分の表面(外面)を意味する。具体的には、光取出層15の外面(基板10と反対側の表面)を発光面Fとすることができる。光取出層15を設けない場合は基板10の外面(透明電極1と反対側の表面)を発光面とすることができる。光取出層15及び基板10を設けない場合は透明電極1の外面(有機発光層と反対側の表面)を発光面とすることができる。また、「発光面Fの正面方向」とは、発光面に対して垂直方向(法線方向)を意味する。また、「平均演色評価数」とはJIS Z 8726に規定され、JIS Z 8724に準じて測定されるものである。また、「正面方向に対して30度〜60度の広角度領域」とは、発光面Fの正面方向に対して時計回り(又は反時計回り)に30度傾いた位置から60度傾いた位置までの間の領域を意味する。また、「平均演色評価数の平均値」とは、上記の広角度領域において複数の角度(例えば、30度、40度、50度、60度)で平均演色評価数を測定し、これらの測定値の相加平均を意味する。
そして、第1の発光材料と第2の発光材料と第3の発光材料として、上記のような極大発光波長のものをそれぞれ用い、さらに発光面Fの正面方向Oに対して30度〜60度の広角度領域Hの平均演色評価数Raの平均値が、前記正面方向Oの平均演色評価数Raよりも高いことにより、有機エレクトロルミネッセンス素子は正面方向Oよりも広角度領域Hに高い演色性を有するものとなる。すなわち、上記の波長領域に極大発光波長を持つ発光材料を用いることが有機エレクトロルミネッセンス素子の高演色化に有効である。このような有機エレクトロルミネッセンス素子においては、図2に示すように、平均演色評価数Raと特殊演色評価数R9とが強い相関がある。R9は赤色の演色評価数であり、広角領域Hで高いRaを実現するためには赤色発光強度(第3の発光材料からの発光強度)を広角度領域Hに強めることが有効である。
斜め照射により、高演色性が必要である理由は、例えば、次のとおりである。有機エレクトロルミネッセンス素子は拡散光源であり、指向性の比較的弱い光源となる。店舗照明では商品の立体感を得るために斜め方向からの光を照射することが重要である。真上からの光は、照射されるものの形によっては、繊細な立体感がつぶれてしまい、また、真横からの光は立体感を強烈に表現し、照射されている物の正確な形状がつかめないといった、課題が生じる。また、美術館照明では、光沢のある画面、ガラス付の額縁やガラスケースに入った展示物では、光源が画面に正反射して映ったり、ガラス面に背景が映ったりして、観賞、観察の妨げとならないように、光源や展示物の位置を検討する必要がある。つまり、正反射が起らない位置に光源を設置する必要があり、結果として斜め方向から光を照射することが重要となるものである。
上記のように、発光面Fの正面方向Oに対して30度〜60度の広角度領域Hの平均演色評価数Raの平均値を、前記正面方向Oの平均演色評価数Raよりも高くするためには、赤色リン光発光層4である第3発光層と、緑色リン光発光層5である第2発光層が、(n3×d3)/λ3≧(n2×d2)/λ2の関係にあり、さらに第2発光層が(n2×d2)/λ2が0.15〜0.3の関係を満たすものであることが好ましい。これにより、赤色発光強度(第3の発光材料の発光強度)を緑色発光強度(第2の発光材料の発光強度)に対し、広角度領域Hで強めることができる。ここで、反射電極6から第3発光層までの間の屈折率をn3、反射電極6から第3発光層までの間の寸法をd3、第3の発光材料の極大発光波長をλ3、反射電極6から第2発光層までの間の屈折率をn2、反射電極6から第2発光層までの間の寸法をd2、第2の発光材料の極大発光波長をλ2とする。また、「反射電極6から第3発光層までの間」とは、反射電極6の第3発光層側の表面(反射電極6と電子輸送層14の界面)から第3発光層の発光位置Pまでの間を意味する。第3発光層の発光位置Pは、第3発光層と第2発光層との界面であることが多いが、これに限らず、第3発光層の厚み方向の任意の位置(例えば、厚み方向の中央部)で発光する場合もある。また、「反射電極6から第2発光層までの間」とは、反射電極6の第2発光層側の表面(反射電極6と電子輸送層14の界面)から第2発光層の発光位置Qまでの間を意味する。第2発光層の発光位置Qは、第2発光層と電子輸送層14との界面であることが多いが、これに限らず、第2発光層の厚み方向の任意の位置(例えば、厚み方向の中央部)で発光する場合もある。
上記n3の値は、電子輸送層14の電子輸送性材料や第2発光層及び第3発光層のホスト材料の種類等により調整可能である。上記d3の値は、電子輸送層14や第2発光層及び第3発光層の厚み等により調整可能である。上記λ3の値は、第3の発光材料の種類等により調整可能である。上記n2の値は、電子輸送層14の電子輸送性材料や第2発光層のホスト材料の種類等により調整可能である。上記d2の値は、電子輸送層14や第2発光層の厚み等により調整可能である。上記λ2の値は、第2の発光材料の種類等により調整可能である。また、反射電極6から第3発光層までの間及び反射電極6から第2発光層までの間に複数の層が存在する場合は、上記n3及びn2は各層の屈折率の相加平均となる。
また、上記の有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光面Fの正面方向Oに対して時計回り(又は反時計回り)に0度から90度傾いた位置までの間で平均演色評価数Raを測定した場合に、その平均演色評価数Raが正面方向Oに対して40度〜60度の範囲で極大値を有することが好ましい。これにより、有機エレクトロルミネッセンス素子を斜め照射照明用途として好適に用いることができる。
また、上記の有機エレクトロルミネッセンス素子において、第1〜3の発光材料のうち少なくとも一つの極大発光波長の半値幅が60nm以上であることが好ましい。このように半値幅が広いと、ブロードな白色スペクトルを得ることができ、高演色性化に有効である。第1〜3の発光材料のうち、特に、第2の発光材料である緑色リン光発光材料の極大発光波長(発光スペクトル)の半値幅が60nm以上であることが好ましい。さらに、第2の発光材料である緑色リン光発光材料の極大発光波長の半値幅が70nm以上(上限は120nm程度)であることがより好ましい。極大発光波長(発光スペクトル)の半値幅が60nm以上と大きな緑色リン光発光材料を用いることにより、短波長青色蛍光発光スペクトルと長波長赤色リン光発光スペクトルとの間の広い波長領域を適切にカバーすることが可能となり、高演色性化に有効である。このように緑色リン光発光スペクトルの半値幅が60nm以上のときに平均演色評価数Ra及び特殊演色評価数R9(赤)について共に高い演色性を得ることが可能である。演色性はスペクトル形状によるものであり、上記は一例であるが、緑色リン光発光スペクトルの半値幅が演色性に大きく影響し、緑色リン光発光スペクトルの半値幅の増加が高演色性化に有効であるといえる。また、第4の発光材料である緑色蛍光発光材料の極大発光波長(発光スペクトル)の半値幅が60nm以上であることも好ましい。もちろん緑色蛍光発光材料及び緑色リン光発光材料の両方の発光スペクトルの半値幅が60nm以上であれば、より高演色性化に有効である。尚、第1の発光材料である青色蛍光発光材料の極大発光波長の半値幅が60nm以上であってもよい。第2の発光材料である赤色リン光発光材料の極大発光波長の半値幅が60nm以上であってもよい。さらに、第1〜3の発光材料のうちの二種又は三種の極大発光波長の半値幅が60nm以上であってもよい。
上記の有機エレクトロルミネッセンス素子において、図1に示すように、第一発光ユニット7が透明電極1の側に配置され、第二発光ユニット8が反射電極6の側に配置されて形成されていることが、高効率化、色度の角度依存性の抑制の点から好ましい。反射電極6の側の発光ユニットは、透明電極1の側の発光ユニットと比較し、干渉の影響によるロスが小さく、反射電極6の側の発光ユニットの光取出し効率は、透明電極1の側の発光ユニットの光取出し効率と比較して高くなる傾向にある。そのため、内部量子効率の高い第二発光ユニット8を光取出し効率の比較的高い反射電極6の側に配置することで、より高性能化、高演色性化かつ高効率化が可能となる。
(実施例1)
図1に示すようなマルチユニット構造が形成された有機エレクトロルミネッセンス素子を製造した。具体的には、基板10(ガラス基板)上にITOを厚み130nmに成膜することで透明電極1を形成した。さらに透明電極1の上に第一ホール輸送層11、青色蛍光発光層2(青色蛍光発光材料としてBCzVBiを含有する)、緑色蛍光発光層3(緑色蛍光発光材料としてTPAを含有する)、第一電子輸送層12(CBP)を蒸着法により5nm〜60nmの厚みに順次形成した。次に、Alq3/LiO/Alq3/HAT−CN6の層構造を有する中間層9を層厚15nmで積層した。次に、第二ホール輸送層13、赤色リン光発光層4(赤色リン光発光材料としてIr(piq)を含有する)、緑色リン光発光層5(緑色リン光発光材料としてBtIr(acac)を含有する)、第二電子輸送層14を各層が最大50nmの膜厚で順次形成した。続いて、Al膜からなる反射電極6を順次形成した。なお、基板10の透明電極1と反対側の面に光散乱性フィルムを積層して光取出層15を形成した。
ここで、反射電極6から第3発光層までの間の屈折率n3は1.73、反射電極6から第3発光層までの間の寸法d3は100nm、第3の発光材料の極大発光波長λ3は610nm、反射電極6から第2発光層までの間の屈折率n2は1.67、反射電極6から第2発光層までの間の寸法d2は70nm、第2の発光材料の極大発光波長λ2は570nmであった。従って、赤色リン光発光層4である第3発光層と、緑色リン光発光層5である第2発光層が、(n3×d3)/λ3≧(n2×d2)/λ2の関係にあり、さらに第2発光層が(n2×d2)/λ2が0.15〜0.3の関係を満たすものである。また、緑色リン光発光材料の半値幅は67nmであった。
(実施例2)
発光色の調整を目的とし、赤リン光発光層4と緑リン光発光層5の膜厚とドープ濃度、第二電子輸送層14の膜厚を変更した以外は実施例1と同様の方法で作製した。
ここで、反射電極6から第3発光層までの間の屈折率n3は1.70、反射電極6から第3発光層までの間の寸法d3は80nm、第3の発光材料の極大発光波長λ3は610nm、反射電極6から第2発光層までの間の屈折率n2は1.66、反射電極6から第2発光層までの間の寸法d2は60nm、第2の発光材料の極大発光波長λ2は570nmであった。従って、赤色リン光発光層4である第3発光層と、緑色リン光発光層5である第2発光層が、(n3×d3)/λ3≧(n2×d2)/λ2の関係にあり、さらに第2発光層が(n2×d2)/λ2が0.15〜0.3の関係を満たすものである。また、緑色リン光発光材料の半値幅は67nmであった。
このような実施例1,2の有機エレクトロルミネッセンス素子について、0度(正面方向)から正面方向に対して60度傾いた位置までの間で10度ずつ角度を変えながら、平均演色評価数Raを測定した。結果を図3のグラフに示す。このグラフから明らかなように、実施例1では、発光面Fの正面方向に対して30度〜60度の広角度領域の平均演色評価数Raの平均値(約93.7)が、前記正面方向の平均演色評価数Ra(約92.5)よりも高くなった。また、平均演色評価数Raが正面方向に対して約40度で極大値を有するものであった。実施例2では、発光面Fの正面方向に対して30度〜60度の広角度領域の平均演色評価数Raの平均値(約90.1)が、前記正面方向の平均演色評価数Ra(約88.7)よりも高くなった。また、平均演色評価数Raが正面方向に対して約50度で極大値を有するものであった。
図4に、実施例1について、発光面Fの正面方向に対して0度の発光スペクトルと、発光面Fの正面方向に対して60度の発光スペクトルとを示す。この発光スペクトルから明らかなように、0度よりも60度の方が赤発光強度が強い(波長610nm付近)。従って、広角度領域Hでは特殊演色評価数R9が高くなり、この結果、平均演色評価数Raも高くなり、広角度領域Hで高演色性を有するものである。
(比較例1)
リン光発光層を緑色発光層、赤色発光層の順に積層(実施例1とは逆に積層)した以外は実施例1同様の方法で作製した。
ここで、反射電極6から第3発光層までの間の屈折率n3は1.71、反射電極6から第3発光層までの間の寸法d3は80nm、第3の発光材料の極大発光波長λ3は610nm、反射電極6から第2発光層までの間の屈折率n2は1.78、反射電極6から第2発光層までの間の寸法d2は100nm、第2の発光材料の極大発光波長λ2は570nmであった。従って、赤色リン光発光層4である第3発光層と、緑色リン光発光層5である第2発光層が、(n3×d3)/λ3<(n2×d2)/λ2の関係にあるものである。
このような比較例1の有機エレクトロルミネッセンス素子について、0度(正面方向)から正面方向に対して60度傾いた位置までの間で10度ずつ角度を変えながら、平均演色評価数Raを測定した。発光面Fの正面方向の平均演色評価数Ra(約91)が、前記正面方向に対して30度〜60度の広角度領域の平均演色評価数Raの平均値(約87)よりも高くなった。
1 電極(透明電極)
2 有機発光層(第1発光層)
4 有機発光層(第3発光層)
5 有機発光層(第2発光層)
6 電極(反射電極)
F 発光面
H 広角度領域
n3 反射電極から第3発光層までの間の屈折率
d3 反射電極から第3発光層までの間の寸法
n2 反射電極から第2発光層までの間の屈折率
d2 反射電極から第2発光層までの間の寸法

Claims (5)

  1. 複数の電極間に有機発光層を有して形成され、該有機発光層は少なくとも3色の発光材料を含有し、第1の発光材料は430nm〜480nmの間に極大発光波長を有し、第2の発光材料は510nm〜610nmの間に極大発光波長を有し、第3の発光材料は580nm〜630nmの間に極大発光波長を有し、発光面の正面方向に対して30度〜60度の広角度領域の平均演色評価数の平均値が、前記正面方向の平均演色評価数よりも高いことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  2. 前記複数の電極として反射電極と透明電極とを備え、前記有機発光層は、前記第3の発光材料を含む第3発光層と、前記第2の発光材料を含む第2発光層とを備え、前記反射電極から前記第3発光層までの間の屈折率をn3、前記反射電極から前記第3発光層までの間の寸法をd3、前記第3の発光材料の極大発光波長をλ3、前記反射電極から前記第2発光層までの間の屈折率をn2、前記反射電極から前記第2発光層までの間の寸法をd2、前記第2の発光材料の極大発光波長をλ2とした場合に、前記第3発光層と前記第2発光層が(n3×d3)/λ3≧(n2×d2)/λ2の関係にあり、さらに(n2×d2)/λ2が0.15〜0.3であ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ス素子。
  3. 前記第1〜3の発光材料のうち少なくとも一つの極大発光波長の半値幅が60nm以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4. 前記平均演色評価数が前記正面方向に対して40度〜60度の範囲で極大値を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  5. 前記第2発光層及び前記第3発光層は、前記第1の発光材料を含む第1発光層よりも前記反射電極側に配置されることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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