WO2012128081A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

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WO2012128081A1
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light emitting
emitting material
green light
emission
wavelength
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博也 辻
賢 小原
井出 伸弘
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パナソニック株式会社
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    • H10K85/341Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes
    • H10K85/342Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes comprising iridium

Definitions

  • the present invention relates to an organic electroluminescence element.
  • Organic electroluminescence devices have attracted attention as a next-generation light source for illumination and are vigorously put into practical use because of their ability to emit surface light and to emit light in any color tone by selecting a luminescent material. Development aiming to make it easier.
  • research and development has been actively conducted on a technique for enhancing color rendering properties, which is one of the problems of inorganic LED lighting, and methods for enhancing color rendering properties by developing various device design techniques have been proposed.
  • Patent Document 1 a blue region light emitting layer having a maximum emission wavelength in a wavelength region of 450 to 470 nm, a yellow region light emitting layer having a maximum emission wavelength in a wavelength region of 550 to 570 nm, There has been proposed a technique for realizing high color rendering by laminating a red light emitting layer having a maximum light emission wavelength in a wavelength range of 600 to 620 nm.
  • Ra average color rendering index
  • Patent Document 2 uses two types of blue light-emitting materials having different emission maximum wavelengths, the short-wave side blue light-emitting material has an emission peak at 430 to 465 nm, and long-wave side blue light emission.
  • a light emitting peak of the material is in the range of 465 to 485 nm, and a technique for realizing high color rendering properties by using a fluorescent light emitting material for the short wave side blue light emitting material and a phosphorescent light emitting material for the long wave side blue light emitting material has been proposed.
  • phosphorescent materials having an emission peak at 465 to 485 nm have a problem in lifetime characteristics as compared with fluorescent materials having an emission peak in the same wavelength region, and such short-wave side blue light-emitting materials are more efficient.
  • the color rendering index which is an important index as a color rendering property evaluation method for a light source for illumination, and a method for increasing the color rendering property is not clarified.
  • Patent Document 3 there are maximum emission wavelengths in the respective regions of 440 to 480 nm, 510 to 540 nm, and 600 to 640 nm, and the minimum emission intensity between the emission maximum wavelengths is adjacent.
  • the Ra is low, or conversely, the minimum emission intensity between the emission maximum wavelengths is adjacent.
  • the light emitting layer is composed of three or less layers, and the light emitting material contained in the entire light emitting layer is at least four kinds having different light emission maximum wavelengths.
  • the technique for realizing high color rendering properties by using a light emitting material By using four types of light emitting materials having different emission maximum wavelengths, Ra can achieve high color rendering properties exceeding 70, but as described above, Ra of a general fluorescent lamp is 80 to 90, and the conventional light source.
  • the present invention has been made in view of the above points, and can achieve high color rendering, which is important as an illumination light source.
  • the average color rendering index Ra and the red special color rendering index R9 are high.
  • An object of the present invention is to provide a high color rendering / high performance white organic electroluminescence device having high efficiency and long life.
  • An organic electroluminescence device includes a transparent electrode, a blue light emitting layer containing a blue light emitting material having a maximum light emission wavelength of 460 nm or less, and a first green light emitting material having a maximum light emission wavelength between 460 and 610 nm.
  • a light emitting layer and a reflective electrode are formed, the maximum emission wavelength of the first green light emitting material is on the short wavelength side, and the maximum emission wavelength of the second green light emitting material is on the long wavelength side. It is characterized by this.
  • the maximum emission wavelength of the first green light-emitting material exists between 460 and 540 nm, and the maximum emission wavelength of the second green light-emitting material exists between 540 and 610 nm. preferable.
  • the organic electroluminescence device comprises a transparent electrode, a blue light emitting layer containing a blue light emitting material having a maximum light emission wavelength of 460 nm or less, and a first green light emitting material having a maximum light emission wavelength between 460 and 540 nm.
  • a first green light-emitting layer containing, a second green light-emitting layer containing a second green light-emitting material having a maximum light emission wavelength between 540 and 610 nm, and a red containing a red light-emitting material having a maximum light emission wavelength of 610 nm or more A light emitting layer and a reflective electrode, wherein (light emission intensity of the second green light emitting layer) / (light emission intensity of the red light emitting layer) is 0.66 or less, and (of the blue light emitting layer) Light emission intensity) / (light emission intensity of the red light emitting layer) is 0.20 or more, and light is emitted in a color temperature range of 2500 to 3500K.
  • a half width of an emission spectrum of at least one of the first green light emitting material and the second green light emitting material is 60 nm or more.
  • a difference between the maximum emission wavelength of the first green light emitting material and the maximum emission wavelength of the second green light emitting material is 35 nm or more.
  • the blue light emitting material and the first green light emitting material are fluorescent light emitting materials
  • the second green light emitting material and the red light emitting material are phosphorescent light emitting materials.
  • a fluorescent light emitting unit including the blue light emitting layer and the first green light emitting layer, and a phosphorescent light emitting unit including the second green light emitting layer and the red light emitting layer are stacked via an intermediate layer. It is preferable that
  • the fluorescent light emitting unit is disposed on the transparent electrode side and the phosphorescent light emitting unit is disposed on the reflective electrode side.
  • the present invention it is possible to achieve high color rendering, which is important as a light source for illumination.
  • the average color rendering index Ra and the red special color rendering index R9 are high, and high color rendering / high performance with high efficiency and long life.
  • a white organic electroluminescence device with high performance can be obtained.
  • FIG. 1 shows an example of the structure of the organic electroluminescence element according to the present invention.
  • a transparent electrode 1 is formed on the surface of a substrate 10, and a first hole transport layer 11, a blue light emitting layer 2, a first green light emitting layer 3, a first electron transport layer 12, an intermediate layer are formed thereon. 9, the second hole transport layer 13, the red light emitting layer 4, the second green light emitting layer 5, the second electron transport layer 14, and the reflective electrode 6 are provided in this order.
  • a light extraction layer 15 is formed on the surface of the substrate 10 opposite to the transparent electrode 1.
  • this structure will be described as an example. However, this structure is merely an example, and the present invention is not limited to this structure unless it is contrary to the gist of the present invention.
  • the substrate 10 is preferably light transmissive.
  • the substrate 10 may be colorless and transparent or may be slightly colored.
  • the substrate 10 may be ground glass.
  • Examples of the material of the substrate 10 include transparent glass such as soda lime glass and alkali-free glass; plastic such as polyester resin, polyolefin resin, polyamide resin, epoxy resin, and fluorine resin.
  • the shape of the substrate 10 may be a film shape or a plate shape.
  • the transparent electrode 1 functions as an anode.
  • the anode in the organic electroluminescence element is an electrode for injecting holes into the light emitting layer.
  • a material for forming the transparent electrode for example, a metal oxide such as ITO (indium-tin oxide), SnO 2 , ZnO, IZO (indium-zinc oxide) or the like is used.
  • the transparent electrode 1 can be formed using these materials by an appropriate method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or a coating method.
  • the preferred thickness of the transparent electrode 1 varies depending on the material composing the transparent electrode 1, but is preferably set to 500 nm or less, preferably in the range of 10 to 200 nm.
  • the material (hole transporting material) constituting the first hole transporting layer 11 and the second hole transporting layer 13 is appropriately selected from the group of compounds having hole transporting properties. It is preferable that the compound be stable even when radically cationized by.
  • the hole transporting material include polyaniline, 4,4′-bis [N- (naphthyl) -N-phenyl-amino] biphenyl ( ⁇ -NPD), N, N′-bis (3-methylphenyl)- (1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine (TPD), 2-TNATA, 4,4 ′, 4 ′′ -tris (N- (3-methylphenyl) N-phenylamino) triphenylamine ( MTDATA), 4,4′-N, N′-dicarbazole biphenyl (CBP), spiro-NPD, spiro-TPD, spiro-TAD, TNB, and the like, including triarylamine compounds and carbazole groups
  • the material for forming the first electron transport layer 12 and the second electron transport layer 14 has the ability to transport electrons, can receive the injection of electrons from the reflective electrode 6, and can emit light. It is preferable to be a compound that exhibits an excellent electron injection effect, inhibits the movement of holes to the first electron transport layer 12 and the second electron transport layer 14, and has an excellent thin film forming ability.
  • the electron transporting material include Alq3, oxadiazole derivatives, starburst oxadiazole, triazole derivatives, phenylquinoxaline derivatives, silole derivatives, and the like.
  • the electron transporting material include fluorene, bathophenanthroline, bathocuproine, anthraquinodimethane, diphenoquinone, oxazole, oxadiazole, triazole, imidazole, anthraquinodimethane, 4,4′-N, N′-dicarbazole.
  • Biphenyl (CBP) and the like, compounds thereof, metal complex compounds, nitrogen-containing five-membered ring derivatives and the like can be mentioned.
  • the metal complex compound examples include tris (8-hydroxyquinolinato) aluminum, tri (2-methyl-8-hydroxyquinolinato) aluminum, tris (8-hydroxyquinolinato) gallium, bis ( 10-hydroxybenzo [h] quinolinato) beryllium, bis (10-hydroxybenzo [h] quinolinato) zinc, bis (2-methyl-8-quinolinato) (o-cresolate) gallium, bis (2-methyl-8-quinolinato) ) (1-naphtholato) aluminum, bis (2-methyl-8-quinolinato) -4-phenylphenolate and the like, but are not limited thereto.
  • oxazole, thiazole, oxadiazole, thiadiazole, triazole derivatives and the like are preferable.
  • 2,5-bis (1-phenyl) -1,3,4-oxazole, 2 5-bis (1-phenyl) -1,3,4-thiazole, 2,5-bis (1-phenyl) -1,3,4-oxadiazole, 2- (4′-tert-butylphenyl) -5- (4 ′′ -biphenyl) 1,3,4-oxadiazole, 2,5-bis (1-naphthyl) -1,3,4-oxadiazole, 1,4-bis [2- (5 -Phenylthiadiazolyl)] benzene, 2,5-bis (1-naphthyl) -1,3,4-triazole, 3- (4-biphenylyl) -4-phenyl-5- (4-t-butyl
  • the thicknesses of the first electron transport layer 12 and the second electron transport layer 14 are not particularly limited, but are formed in the range of, for example, 10 to 300 nm, the first electron transport layer 12 and the second electron transport layer. 14 can be formed by an appropriate method such as vapor deposition.
  • the reflective electrode 6 functions as a cathode.
  • the cathode in the organic electroluminescence element is an electrode for injecting electrons into the light emitting layer.
  • the reflective electrode 6 is preferably formed of a material such as a metal, an alloy, an electrically conductive compound, or a mixture thereof having a low work function. Examples of the material for forming the reflective electrode 6 include Al, Ag, MgAg, and the like.
  • the reflective electrode 6 can also be formed from an Al / Al 2 O 3 mixture or the like.
  • the reflective electrode 6 can be formed using these materials by an appropriate method such as a vacuum deposition method or a sputtering method.
  • the preferred thickness of the reflective electrode 6 varies depending on the material composing the reflective electrode 6, but is preferably set to 500 nm or less, preferably in the range of 20 to 200 nm.
  • the light extraction layer 15 can be formed by laminating a light scattering film or a microlens film on the surface of the substrate 10 opposite to the transparent electrode 1 in order to improve light diffusibility.
  • a plurality of light emitting materials having appropriate maximum emission wavelengths are combined, or a maximum emission wavelength is set in a specific emission region.
  • High color rendering can be achieved by using the light emitting material having the light emitting material and controlling the light emission intensity ratio.
  • Each light emitting layer (blue light emitting layer 2, first green light emitting layer 3, red light emitting layer 4, second green light emitting layer 5) can be formed from an organic material (host material) doped with a light emitting material (dopant).
  • any of an electron transporting material, a hole transporting material, and a material having both electron transporting property and hole transporting property can be used.
  • an electron transporting material and a hole transporting material may be used in combination.
  • the blue light-emitting material contained in the blue light-emitting layer 2 is not particularly limited as long as it has a maximum light emission wavelength of 460 nm or less (the lower limit is about 430 nm). Any fluorescent light-emitting material, any phosphorescence A light emitting material can be used. However, blue phosphorescent light emitting materials having a maximum emission wavelength of 460 nm or less have problems in the durability of not only the light emitting materials but also their peripheral materials, so that it is necessary to realize an organic electroluminescence device having high color rendering properties and excellent life characteristics. It is more effective to select a fluorescent light emitting material as the blue light emitting material. This fluorescent light-emitting material realizes high efficiency and long life even at a relatively short wavelength.
  • Examples of the host material constituting the blue light emitting layer 2 include TBADN (2-t-butyl-9,10-di (2-naphthyl) anthracene), ADN, BDAF, and the like.
  • the concentration of the blue light emitting material is preferably in the range of 1 to 30% by mass.
  • FIG. 2 shows an emission spectrum of TBP (1-tert-butyl-perylene), which is a blue light emitting material, from 445 nm using Pq 2 Ir (acac), which is a red light emitting material, and Ir (ppy) 3 , which is a green light emitting material.
  • the calculation result of the average color rendering index Ra when shifted to 470 nm is shown.
  • high color rendering properties with an average color rendering index Ra exceeding 90 average color rendering of light bulb type fluorescent lamps. It can be seen that short wavelength blue light emission of 460 nm or less is effective for realizing the evaluation number Ra of 84).
  • BCzVBi is used as a blue light emitting material.
  • the color rendering improves with the shortening of the blue emission spectrum, and the maximum emission wavelength is in the region of 460 nm or less. It was confirmed that the average color rendering index Ra was higher than 90 and high color rendering was possible.
  • the color rendering property depends on the spectral shape, and the above is an example.
  • the maximum emission wavelength is the color rendering property. Therefore, it can be said that shortening the maximum light emission wavelength of the blue light emitting material is effective in achieving high color rendering.
  • the first green light-emitting material contained in the first green light-emitting layer 3 and the second green light-emitting material contained in the second green light-emitting layer 5 both have a maximum emission wavelength between 460 and 610 nm. However, the maximum light emission wavelength of the first green light-emitting material exists on the short wavelength side, and the maximum light emission wavelength of the second green light-emitting material exists on the long wavelength side.
  • the first green light emitting material contained in the first green light emitting layer 3 is not particularly limited as long as the above conditions are satisfied, and any fluorescent light emitting material or any phosphorescent light emitting material is used. Can do. Green phosphorescent light-emitting materials that emit light at relatively short wavelengths have problems with the durability of not only the light-emitting materials but also the surrounding materials. Therefore, the first green light-emitting material has the same high color rendering and long life as the blue light-emitting material. In order to realize an organic electroluminescence element having excellent characteristics, it is more effective to select a fluorescent light emitting material as the first green light emitting material. This fluorescent light-emitting material realizes high efficiency and long life even at a relatively short wavelength.
  • the maximum emission wavelength of the first green light emitting material is preferably present between 460 and 540 nm.
  • the emission spectrum of the first green light emitting material can cover the emission spectrum of the blue light emitting material and the second green light emitting material. High color rendering can be achieved.
  • Examples of the host material constituting the first green light emitting layer 3 include Alq3 (tris (8-oxoquinoline) aluminum (III)), ADN, BDAF, and the like.
  • the concentration of the first green light emitting material is preferably in the range of 1 to 20% by mass.
  • the second green light-emitting material contained in the second green light-emitting layer 5 is not particularly limited as long as the above conditions are satisfied.
  • any fluorescent light-emitting material Any phosphorescent material can be used.
  • a phosphorescent material that emits light in this wavelength region, which is a relatively long wavelength, has already achieved long life and high efficiency.
  • peripheral materials are also necessary for improving the efficiency of devices using blue light-emitting materials and short-wavelength green light-emitting materials, but they have excellent durability.
  • a material having a high triplet energy level with few materials is not particularly necessary.
  • the maximum emission wavelength of the second green light emitting material is preferably present between 540 and 610 nm. By using the second green light emitting material having the maximum emission wavelength in this region, it becomes possible to cover the emission spectrum of the second green light emitting material between the emission spectra of the first green light emitting material and the red light emitting material. High color rendering can be achieved.
  • Examples of the host material constituting the second green light emitting layer 5 include CBP (4,4'-N, N'-dicarbazole biphenyl), CzTT, TCTA, mCP, CDBP, and the like.
  • the concentration of the second green light emitting material is preferably in the range of 1 to 40% by mass.
  • the half width of the emission spectrum of the first green light emitting material and the second green light emitting material is not particularly limited, the half width of the emission spectrum of at least one of the first green light emitting material and the second green light emitting material is It is preferably 60 nm or more, and more preferably 70 nm or more (the upper limit is about 120 nm).
  • the half-value widths of the emission spectra of both the first green light-emitting material and the second green light-emitting material are 60 nm or more, it is effective for higher color rendering.
  • FIG. 3 a certain blue light emitting material, first green light emitting material, and red light emitting material were used, and the half width of the emission spectrum (second green emission spectrum) of the second green light emitting material was changed from 50 nm to 83 nm.
  • the half-value width of the second green emission spectrum is 60 nm or more, it is possible to obtain high color rendering properties for both the average color rendering index Ra and the special color rendering index R9 (red). I understand.
  • the color rendering properties depend on the spectral shape, and the above is an example, but the half-value width of the green emission spectrum greatly affects the color rendering properties, and it can be said that the increase in the half-value width of the green emission spectrum is effective in achieving high color rendering. .
  • the difference between the maximum emission wavelength of the first green light-emitting material and the maximum emission wavelength of the second green light-emitting material is not particularly limited, but is preferably 35 nm or more, and 40 nm or more (the upper limit is about 100 nm). It is more preferable.
  • a green light emitting material having a maximum light emission wavelength difference of 35 nm or more it is possible to separate the wavelength regions covered by the respective green light emission spectra, and to achieve higher color rendering.
  • FIG. 4 shows the difference between the maximum emission wavelength of the first green light-emitting material and the maximum emission wavelength of the second green light-emitting material (difference in the maximum emission wavelength of the green light-emitting material), the average color rendering index Ra, and the special color rendering index R9 ( It is a graph which shows the relationship with (red).
  • the difference between the maximum emission wavelength of the first green light-emitting material and the maximum emission wavelength of the second green light-emitting material is 35 nm or more, the average color rendering index Ra and the special color rendering index R9 ( It can be seen that a high color rendering property can be obtained for both (red).
  • the color rendering properties depend on the spectral shape, and the above is an example, but the difference between the maximum emission wavelength of the first green light-emitting material and the maximum emission wavelength of the second green light-emitting material greatly affects the color rendering properties. It can be said that an increase in the wavelength difference is effective in achieving high color rendering.
  • the red light-emitting material contained in the red light-emitting layer 4 is not particularly limited as long as it has a maximum light emission wavelength of 610 nm or more (upper limit is about 640 nm), and any fluorescent light-emitting material, any phosphorescence A light emitting material can be used.
  • the second green light-emitting material it is more effective to select a phosphorescent light-emitting material as the red light-emitting material in order to realize an organic electroluminescence element with high color rendering properties, high efficiency, and long life. This phosphorescent material is realized with high efficiency and long life at a relatively long wavelength.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the maximum emission wavelength of the red light emitting material and the special color rendering index R9 (red). That is, the emission spectrum of Ir (piq) 3 which is a red light emitting material is shifted using BCzVBi which is a blue light emitting material, TPA which is a first green light emitting material and Bt 2 Ir (acac) which is a second green light emitting material. This is a calculation result of the special color rendering index R9 (red). As is clear from FIG.
  • the special color rendering index R9 (red) exceeds 30 (bulb)
  • the special color rendering index R9 (red) of the fluorescent lamp is about 25). It can be seen that increasing the wavelength of 610 nm or more is important for achieving high color rendering.
  • FIG. 6 shows the relationship between (the light emission intensity of the blue light-emitting layer 2) / (the light emission intensity of the red light-emitting layer 4) and the average color rendering index Ra and the special color rendering index R9 (red).
  • the (light emission intensity of the blue light emitting layer 2) / (the red light emitting layer 4 It can be seen that it is effective that the emission intensity is 0.20 or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but is about 0.70.
  • FIG. 7 shows the relationship between (the light emission intensity of the second green light-emitting layer 5) / (the light emission intensity of the red light-emitting layer 4) and the average color rendering index Ra and the special color rendering index R9 (red).
  • the average color rendering index Ra exceeds 90
  • the special color rendering index R9 (red) exceeds 30 (the special color rendering index R9 of the light bulb type fluorescent lamp is about 25).
  • 5) / (emission intensity of the red light emitting layer 4) is 0.66 or less.
  • the lower limit is not particularly limited, but is about 0.30.
  • the color rendering properties depend on the spectral shape, and the above is an example. However, when a light emitting material having a general emission spectrum (the half width of the spectrum is about 40 nm to 80 nm) is used (blue emission)
  • the relationship between the emission intensity of the layer 2 / (the emission intensity of the red emission layer 4) and (the emission intensity of the second green emission layer 5) / (the emission intensity of the red emission layer 4) greatly affects the color rendering. Therefore, in the present invention, (the emission intensity of the second green emission layer 5) / (the emission intensity of the red emission layer 4) is 0.66 or less, and (the emission intensity of the blue emission layer 2) / (the red emission layer). 4), the color rendering property is increased.
  • Examples of the host material constituting the red light emitting layer 4 include CBP (4,4′-N, N′-dicarbazole biphenyl), CzTT, TCTA, mCP, CDBP, and the like.
  • the concentration of the red light emitting material is preferably in the range of 1 to 40% by mass.
  • Each light emitting layer (blue light emitting layer 2, first green light emitting layer 3, red light emitting layer 4, second green light emitting layer 5) is a dry process such as vacuum deposition, transfer, spin coating, spray coating, die coating, gravure printing. It can be formed by an appropriate method such as a wet process such as. In addition, the light emission intensity of each light emitting layer can be adjusted by increasing / decreasing the film thickness of each light emitting layer, for example.
  • the organic electroluminescence device is not particularly limited, but as shown in FIG. 1, a fluorescent light emitting unit 7 and a phosphorescent light emitting unit 8 are laminated via an intermediate layer 9 to form a multi-unit structure. It is preferable to form.
  • the fluorescent light-emitting unit 7 includes a blue light-emitting layer 2 and a first green light-emitting layer 3 which are stacked, and both the blue light-emitting layer 2 and the first green light-emitting layer 3 contain a fluorescent light-emitting material.
  • the phosphorescent light-emitting unit 8 includes a second green light-emitting layer 5 and a red light-emitting layer 4 which are stacked, and both the second green light-emitting layer 5 and the red light-emitting layer 4 contain a phosphorescent material.
  • the organic electroluminescence device may emit light in a color temperature range of 2500 to 3500K.
  • the color temperature range is less than 2500K or exceeds 3500K, it is difficult to simultaneously realize light emission in a white region and high color rendering properties (high Ra, high R9) required for lighting applications. Become.
  • the intermediate layer 9 functions to electrically connect two light emitting units in series.
  • the intermediate layer 9 preferably has high transparency and high thermal and electrical stability.
  • the intermediate layer 9 can be formed of, for example, a layer forming an equipotential surface, a charge generation layer, or the like.
  • Examples of the material for forming the equipotential surface or the charge generation layer include metal thin films such as Ag, Au, and Al; metal oxides such as vanadium oxide, molybdenum oxide, rhenium oxide, and tungsten oxide; ITO, IZO, AZO, Transparent conductive film such as GZO, ATO, SnO 2 ; laminated body of so-called n-type semiconductor and p-type semiconductor; laminated body of metal thin film or transparent conductive film and one or both of n-type semiconductor and p-type semiconductor A mixture of an n-type semiconductor and a p-type semiconductor; a mixture of one or both of an n-type semiconductor and a p-type semiconductor and a metal, and the like.
  • metal thin films such as Ag, Au, and Al
  • metal oxides such as vanadium oxide, molybdenum oxide, rhenium oxide, and tungsten oxide
  • ITO, IZO, AZO Transparent conductive film such as GZO, A
  • the n-type semiconductor and the p-type semiconductor are not particularly limited and those selected as necessary are used.
  • the n-type semiconductor and the p-type semiconductor may be either an inorganic material or an organic material.
  • An n-type semiconductor or a p-type semiconductor is a mixture of an organic material and a metal; a combination of an organic material and a metal oxide; a combination of an organic material and an organic acceptor / donor material or an inorganic acceptor / donor material, etc. Also good.
  • the intermediate layer 9 can also be formed from BCP: Li, ITO, NPD: MoO 3 , Liq: Al, or the like.
  • BCP represents 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline.
  • the intermediate layer 9 can have a two-layer structure in which a first layer made of BCP: Li is arranged on the anode side and a second layer made of ITO is arranged on the cathode side. It is also preferable that the intermediate layer 9 has a layer structure such as Alq 3 / Li 2 O / HAT-CN 6, Alq 3 / Li 2 O, Alq 3 / Li 2 O / Alq 3 / HAT-CN 6.
  • the material property values such as ionization potential, electron affinity, triplet energy level, and the like required for the material required for high performance of the fluorescent light emitting unit 7 and the material required for high performance of the phosphorescent light emitting unit 8 are different. Therefore, by separating the fluorescent light emitting unit 7 and the phosphorescent light emitting unit 8 by the intermediate layer 9, material selection is possible for each unit, which is effective for high efficiency and long life. Further, a multi-unit structure is used in which a fluorescent light emitting unit 7 having an emission spectrum in a relatively short wavelength region and a phosphorescent light emitting unit 8 having an emission spectrum in a relatively long wavelength region can be separated by an intermediate layer 9 and arranged. As a result, optical design is facilitated, high color rendering properties, high efficiency, long life, high luminance, and reduced viewing angle dependency of chromaticity can be achieved.
  • the fluorescent light emitting unit 7 is disposed on the transparent electrode 1 side
  • the phosphorescent light emitting unit 8 is disposed on the reflective electrode 6 side. It is preferable from the viewpoint of suppressing the angle dependency of the degree.
  • the light emitting unit on the reflective electrode 6 side has a smaller loss due to the influence of interference than the light emitting unit on the transparent electrode 1 side, and the light extraction efficiency of the light emitting unit on the reflective electrode 6 side is the same as that on the transparent electrode 1 side. It tends to be higher than the light extraction efficiency of the light emitting unit. Therefore, by arranging the phosphorescent light emitting unit 8 having high internal quantum efficiency on the side of the reflective electrode 6 having relatively high light extraction efficiency, higher performance, higher color rendering, and higher efficiency can be achieved.
  • the organic electroluminescence device includes a short-wavelength blue light-emitting material having a maximum emission wavelength at 460 nm or less, a long-wavelength red light-emitting material having a maximum emission wavelength at 610 nm or more, and 460 to 610 nm. If the light emitting layer is formed using two types of green light emitting materials having different maximum emission wavelengths, two types of green light emission are generated in a wide wavelength region between the short wavelength blue light emitting material and the long wavelength red light emitting material. Since it is covered with materials, high color rendering can be achieved.
  • the emission intensity of the second green emission layer 5) / (the emission intensity of the red emission layer 4) is 0.66 or less, and (the emission intensity of the blue emission layer 2).
  • ) / (Light emission intensity of the red light emitting layer 4) is 0.20 or more, by appropriately combining light emitting materials having four different maximum emission wavelengths, white light emission in a color temperature range of 2500 to 3500K is obtained. In addition, higher color rendering can be achieved.
  • Example 1 An organic electroluminescence device as shown in FIG. 1 was produced. Specifically, the transparent electrode 1 was formed by depositing ITO on the substrate 10 (glass substrate) to a thickness of 130 nm. Further, on the transparent electrode 1, the first hole transport layer 11, the blue light emitting layer 2 (containing BCzVBi which is a fluorescent light emitting material as a blue light emitting material), and the first green light emitting layer 3 (a fluorescent light emitting material as a first green light emitting material). The first electron transport layer 4 was sequentially formed to a thickness of 5 nm to 60 nm by a vapor deposition method.
  • an intermediate layer 9 having a layer structure of Alq 3 / Li 2 O / Alq 3 / HAT-CN 6 was laminated with a layer thickness of 15 nm.
  • the second hole transport layer 13 the red light-emitting layer 4 (containing Ir (piq) 3 which is a phosphorescent light-emitting material as a red light-emitting material), and the second green light-emitting layer 5 (phosphorescence as a second green light-emitting material) Bt 2 Ir (acac), which is a light emitting material), and the second electron transport layer 14 were sequentially formed with each layer having a maximum thickness of 50 nm.
  • a reflective electrode 6 made of an Al film was sequentially formed.
  • the light extraction layer 15 was formed by laminating a light scattering film on the surface of the substrate 10 opposite to the transparent electrode 1.
  • Table 1 shows the average color rendering index Ra and the special color rendering index R9 (red) of the white spectrum of the organic electroluminescence device obtained as described above. As is clear from Table 1, it was confirmed that the organic electroluminescence device of Example 1 can simultaneously obtain a high average color rendering index Ra and a special color rendering index R9 (red).
  • Example 1-1 An organic electroluminescence element was produced in the same manner as in Example 1 except that DPAVBi was used as the blue light emitting material.
  • the organic electroluminescence device obtained as described above was confirmed to have a low average color rendering index Ra because DPAVBi having a maximum emission wavelength exceeding 460 nm was used as a blue light emitting material.
  • the organic electroluminescence device obtained as described above uses Pq 2 Ir (acac) having a maximum emission wavelength of less than 610 nm as a red light emitting material, the special color rendering index R9 (red) is a low value. Was confirmed.
  • Example 1-3 An organic electroluminescent element was produced in the same manner as in Example 1 except that Ir (ppy) 3 was used as the first green light-emitting material and no second green light-emitting material was used.
  • the organic electroluminescence element obtained as described above has a low value for both the average color rendering index Ra and the special color rendering index R9 (red).
  • Example 2 An organic electroluminescence element having a multi-unit structure as shown in FIG. 1 was manufactured. Specifically, the transparent electrode 1 was formed by depositing ITO on the substrate 10 (glass substrate) to a thickness of 130 nm. Further, on the transparent electrode 1, the first hole transport layer 11, the blue light emitting layer 2 (containing BCzVBi which is a fluorescent light emitting material as a blue light emitting material), and the first green light emitting layer 3 (a fluorescent light emitting material as a first green light emitting material). The first electron transport layer 4 was sequentially formed to a thickness of 5 nm to 60 nm by a vapor deposition method. A fluorescent light emitting unit 7 is formed by the blue light emitting layer 2 and the first green light emitting layer 3.
  • an intermediate layer 9 having a layer structure of Alq 3 / Li 2 O / Alq 3 / HAT-CN 6 was laminated with a layer thickness of 15 nm.
  • the second hole transport layer 13 the red light-emitting layer 4 (containing Ir (piq) 3 which is a phosphorescent light-emitting material as a red light-emitting material), and the second green light-emitting layer 5 (phosphorescence as a second green light-emitting material) Bt 2 Ir (acac), which is a light emitting material), and the second electron transport layer 14 were sequentially formed with each layer having a maximum thickness of 50 nm.
  • a phosphorescent light emitting unit 8 is formed by the red light emitting layer 4 and the second green light emitting layer 5. Subsequently, a reflective electrode 6 made of an Al film was sequentially formed. The light extraction layer 15 was formed by laminating a light scattering film on the surface of the substrate 10 opposite to the transparent electrode 1.
  • the blue light emitting layer 2 has a thickness of 20 nm
  • the first green light emitting layer 3 has a thickness of 20 nm
  • the second green light emitting layer 5 has a thickness of 10 nm
  • the red light emitting layer 4 has a thickness of 30 nm. The emission intensity of the emission color was adjusted.
  • the organic electroluminescence device obtained as described above has an (emission intensity of the blue emission layer 2) / (emission intensity of the red emission layer 4) of less than 0.20, so the average color rendering index Ra and special color rendering Although the evaluation number R9 (red) was low, it was confirmed that the special color rendering evaluation number R9 (red) was particularly low.
  • the organic electroluminescence device obtained as described above has an average color rendering index Ra because (the emission intensity of the second green emission layer 5) / (the emission intensity of the red emission layer 4) exceeds 0.66.
  • the special color rendering index R9 (red) was low, but it was confirmed that the special color rendering index R9 (red) was particularly low.

Abstract

 照明用光源として重要である高演色性化を図ることができ、特に平均演色評価数Raと赤色の特殊演色評価数R9が高く、高効率、長寿命な高演色・高性能白色有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。 透明電極1と、460nm以下に極大発光波長を有する青色発光材料を含有する青色発光層2と、460~610nmの間に極大発光波長を有する第一緑色発光材料を含有する第一緑色発光層3と、610nm以上に極大発光波長を有する赤色発光材料を含有する赤色発光層4と、460~610nmの間に極大発光波長を有する第二緑色発光材料を含有する第二緑色発光層5と、反射電極6とを備えて形成される。前記第一緑色発光材料の前記極大発光波長が短波長側に存在する。前記第二緑色発光材料の前記極大発光波長が長波長側に存在する。

Description

有機エレクトロルミネッセンス素子
 本発明は、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、発光物質の選択により任意の色調での発光が可能であること等の理由により、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。しかしながら、従来の主照明、すなわち蛍光灯と比較し十分な高演色性を実現するためにはまだ課題が残るのが現状である。
 特開2009-224274号公報(特許文献1)では、450~470nmの波長域に極大発光波長を有する青領域発光層と、550~570nmの波長域に極大発光波長を有する黄領域発光層と、600~620nmの波長域に極大発光波長を有する赤領域発光層とを積層することにより高演色性を実現する手法が提案されている。このように発光波長領域を適切に選択した3層の発光層を積層することにより、平均演色評価数(Ra)が80以上と高い演色性を実現可能ではあるが、一般的な蛍光灯のRaは80から90であり、従来の光源と比較して十分な高演色性を実現する手法としては課題が残る。また、無機LED照明の課題であり、一般照明として重要である赤色の特殊演色評価数R9の向上手法に関しては言及されていない。
 また、特開2007-189002号公報(特許文献2)では、発光極大波長の異なる2種の青色発光材料を用い、短波側青色発光材料の発光ピークが430~465nmにあり、かつ長波側青色発光材料の発光ピークが465~485nmにあり、短波側青色発光材料に蛍光発光材料、長波側青色発光材料に燐光発光材料を用いることにより高演色性を実現する手法が提案されている。しかしながら、465~485nmに発光ピークを有する燐光発光材料は同じ波長領域に発光ピークを有する蛍光発光材料と比較し、寿命特性に課題があり、また、このような短波側青色発光材料を高効率に発光させるためには、周辺材料に三重項エネルギー準位の大きな材料を用いる必要があり、デバイス構造に制限が生じる。また、照明用途の光源の演色性評価手法として重要な指標である演色評価数に関して言及されておらず、高演色性化の手法が明確にされていない。
 また、特開2006-287154号公報(特許文献3)では、440~480nm、510~540nm、600~640nmの各々の領域に発光極大波長を有し、該発光極大波長間の極小発光強度を隣接する波長領域にある極大発光強度の50%以上とすることで高演色性を実現する手法が提案されている。しかしながら、実際には発光極大波長間の極小発光強度が隣接する波長領域にある極大発光強度の50%以上であっても、Raが低い場合や、逆に発光極大波長間の極小発光強度が隣接する波長領域にある極大発光強度の50%以下であってもRaが90を超える高演色性化が可能であり、高演色性化手法としては課題が残る。また、照明用途の光源の演色性評価手法として重要な指標である演色評価数に関して言及されておらず、この点においても、高演色化の手法が明確にされているとは言い難い。
 また、国際公開第2008/120611号(特許文献4)では発光層が3層以下の層数で構成され、且つ、前記発光層の全体に含まれる発光材料が発光極大波長の各々異なる少なくとも4種類の発光材料を用いることで高演色性を実現する手法が提案されている。発光極大波長の異なる4種類の発光材料を用いることでRaが70を超える高演色性化が可能であるが、上述の通り、一般的な蛍光灯のRaは80から90であり、従来の光源と比較して十分な高演色性を実現する手法としては課題が残る。
特開2009-224274号公報 特開2007-189002号公報 特開2006-287154号公報 国際公開第2008/120611号
 本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、照明用光源として重要である高演色性化を図ることができ、特に平均演色評価数Raと赤色の特殊演色評価数R9が高く、高効率、長寿命な高演色・高性能白色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、透明電極と、460nm以下に極大発光波長を有する青色発光材料を含有する青色発光層と、460~610nmの間に極大発光波長を有する第一緑色発光材料を含有する第一緑色発光層と、610nm以上に極大発光波長を有する赤色発光材料を含有する赤色発光層と、460~610nmの間に極大発光波長を有する第二緑色発光材料を含有する第二緑色発光層と、反射電極とを備えて形成され、前記第一緑色発光材料の前記極大発光波長が短波長側に存在し、前記第二緑色発光材料の前記極大発光波長が長波長側に存在することを特徴とするものである。
 前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記第一緑色発光材料の前記極大発光波長が460~540nmの間に存在し、前記第二緑色発光材料の前記極大発光波長が540~610nmの間に存在することが好ましい。
 本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、透明電極と、460nm以下に極大発光波長を有する青色発光材料を含有する青色発光層と、460~540nmの間に極大発光波長を有する第一緑色発光材料を含有する第一緑色発光層と、540~610nmの間に極大発光波長を有する第二緑色発光材料を含有する第二緑色発光層と、610nm以上に極大発光波長を有する赤色発光材料を含有する赤色発光層と、反射電極とを備えて形成され、(前記第二緑色発光層の発光強度)/(前記赤色発光層の発光強度)が0.66以下であり、かつ、(前記青色発光層の発光強度)/(前記赤色発光層の発光強度)が0.20以上であり、2500~3500Kの色温度範囲で発光することを特徴とするものである。
 前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記第一緑色発光材料及び前記第二緑色発光材料のうち少なくとも一方の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。
 前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記第一緑色発光材料の前記極大発光波長と前記第二緑色発光材料の前記極大発光波長との差が35nm以上であることが好ましい。
 前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記青色発光材料及び前記第一緑色発光材料が蛍光発光材料であり、前記第二緑色発光材料及び前記赤色発光材料がリン光発光材料であることが好ましい。
 前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記青色発光層及び前記第一緑色発光層を含む蛍光発光ユニットと、前記第二緑色発光層及び前記赤色発光層を含むリン光発光ユニットとが中間層を介して積層されていることが好ましい。
 前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記蛍光発光ユニットが前記透明電極の側に配置され、前記リン光発光ユニットが前記反射電極の側に配置されて形成されていることが好ましい。
 本発明によれば、照明用光源として重要である高演色性化を図ることができ、特に平均演色評価数Raと赤色の特殊演色評価数R9が高く、高効率、長寿命な高演色・高性能白色有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができるものである。
有機エレクトロルミネッセンス素子の層構造の概略を示す断面図である。 有機エレクトロルミネッセンス素子の青色発光スペクトルの極大発光波長と平均演色評価数Raとの関係を示すグラフである。 有機エレクトロルミネッセンス素子の第二緑色発光スペクトルの半値幅と平均演色評価数Raとの関係を示すグラフである。 有機エレクトロルミネッセンス素子の第二緑色発光スペクトルの半値幅と特殊演色評価数R9(赤)との関係を示すグラフである。 第一緑色発光材料の極大発光波長と第二緑色発光材料の極大発光波長の差と平均演色評価数Raとの関係を示すグラフである。 第一緑色発光材料の極大発光波長と第二緑色発光材料の極大発光波長の差と特殊演色評価数R9(赤)との関係を示すグラフである。 有機エレクトロルミネッセンス素子の赤色発光スペクトルの極大発光波長と特殊演色評価数R9(赤)との関係を示すグラフである。 (青色発光層の発光強度)/(赤色発光層の発光強度)と平均演色評価数Raとの関係を示すグラフである。 (青色発光層の発光強度)/(赤色発光層の発光強度)と特殊演色評価数R9(赤)との関係を示すグラフである。 (第二緑色発光層の発光強度)/(赤色発光層の発光強度)と平均演色評価数Raとの関係を示すグラフである。 (第二緑色発光層の発光強度)/(赤色発光層の発光強度)と特殊演色評価数R9(赤)との関係を示すグラフである。
 以下、本発明の実施の形態を説明する。
 本発明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図1に示す。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、青色発光層2、第一緑色発光層3、第一電子輸送層12、中間層9、第二ホール輸送層13、赤色発光層4、第二緑色発光層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。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、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し、さらに第一電子輸送層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たり、あるいは特定の発光領域に極大発光波長を有する発光材料を用い、かつ、発光強度比を制御したりすることにより、高演色性化を実現することができる。
 各発光層(青色発光層2、第一緑色発光層3、赤色発光層4、第二緑色発光層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。
 青色発光層2に含有される青色発光材料としては、460nm以下(下限は430nm程度)に極大発光波長を有する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、任意のリン光発光材料を用いることができる。ただ、460nm以下に極大発光波長を有する青色リン光発光材料は、発光材料のみならずその周辺材料の耐久性に課題があるので、高演色性かつ寿命特性に優れる有機エレクトロルミネッセンス素子の実現には、青色発光材料としては蛍光発光材料を選定することがより有効である。この蛍光発光材料は比較的短波長でも高効率、長寿命が実現されている。
 青色発光層2を構成するホスト材料としては、TBADN(2-t-ブチル-9,10-ジ(2-ナフチル)アントラセン)、ADN、BDAFなどが挙げられる。青色発光材料の濃度は1~30質量%の範囲であることが好ましい。
 図2は、赤色発光材料であるPqIr(acac)及び緑色発光材料であるIr(ppy)を用い、青色発光材料であるTBP(1-tert-ブチル-ペリレン)の発光スペクトルを445nmから470nmまでシフトさせたときの平均演色評価数Raの計算結果を示す。図2から明らかなように、高演色性の実現には青色発光スペクトルの短波長化が重要であり、特に平均演色評価数Raが90を超えるような高演色性(電球型蛍光灯の平均演色評価数Raは84)の実現には460nm以下の短波長青色発光が有効であることが分かる。同様に、530nmに極大発光波長を有するTPAと、566nmに極大発光波長を有するBtIr(acac)と、629nmに極大発光波長を有するIr(piq)とを用い、青色発光材料としてBCzVBiを用いた4波長白色デバイス(後述の実施例1及び2の有機エレクトロルミネッセンス素子)の検討においても、青色発光スペクトルの短波長化に伴い、演色性は向上し、極大発光波長が460nm以下の領域で平均演色評価数Raが90を超える高演色性化が可能であることを確認した。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、一般的な発光スペクトルを有する発光材料(スペクトルの半値幅が40nmから80nm程度)を用いた場合には、極大発光波長が演色性に大きく影響し、青色発光材料の極大発光波長の短波長化が高演色性化に有効であるといえる。
 第一緑色発光層3に含有される第一緑色発光材料及び第二緑色発光層5に含有される第二緑色発光材料はいずれも460~610nmの間に極大発光波長を有するものである。ただし、第一緑色発光材料の極大発光波長は短波長側に存在し、第二緑色発光材料の極大発光波長は長波長側に存在する。
 第一緑色発光層3に含有される第一緑色発光材料としては、上記の条件を満たす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、任意のリン光発光材料を用いることができる。比較的短波長発光である緑色リン光発光材料は、発光材料のみならずその周辺材料の耐久性に課題があるので、第一緑色発光材料についても青色発光材料と同様に、高演色性かつ寿命特性に優れる有機エレクトロルミネッセンス素子の実現には、第一緑色発光材料としては蛍光発光材料を選定することがより有効である。この蛍光発光材料は比較的短波長でも高効率、長寿命が実現されている。また、第一緑色発光材料の極大発光波長は460~540nmの間に存在することが好ましい。この領域に極大発光波長を有する第一緑色発光材料を用いることで、第一緑色発光材料の発光スペクトルが、青色発光材料及び第二緑色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。
 第一緑色発光層3を構成するホスト材料としては、Alq3(トリス(8-オキソキノリン)アルミニウム(III))、ADN、BDAFなどが挙げられる。第一緑色発光材料の濃度は1~20質量%の範囲であることが好ましい。
 第二緑色発光層5に含有される第二緑色発光材料としては、上記の条件を満たすものであれば特に限定されるものではなく、第一緑色発光材料と同様に、任意の蛍光発光材料、任意のリン光発光材料を用いることができる。比較的長波長であるこの波長領域で発光するリン光発光材料は、すでに長寿命化、高効率化が実現されている。また、リン光発光材料は比較的長波長発光材料であるため、周辺材料についても、青色発光材料や短波長緑色発光材料を用いたデバイスの高効率化に必要であるが、耐久性に優れた材料が少ない三重項エネルギー準位の高い材料が特に必要なく、この点からも、第二緑色発光材料としてはリン光発光材料を選定することがより有効である。このリン光発光材料は、上述のように比較的長波長では高効率、長寿命が実現されているので、有機エレクトロルミネッセンス素子の高演色性化かつ高効率、長寿命化が可能となる。また、第二緑色発光材料の極大発光波長は540~610nmの間に存在することが好ましい。この領域に極大発光波長を有する第二緑色発光材料を用いることで、第二緑色発光材料の発光スペクトルが、第一緑色発光材料及び赤色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。
 第二緑色発光層5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。第二緑色発光材料の濃度は1~40質量%の範囲であることが好ましい。
 第一緑色発光材料及び第二緑色発光材料の発光スペクトルの半値幅は、特に限定されるものではないが、第一緑色発光材料及び第二緑色発光材料のうち少なくとも一方の発光スペクトルの半値幅が60nm以上であることが好ましく、70nm以上(上限は120nm程度)であることがより好ましい。発光スペクトルの半値幅が60nm以上と大きな緑色発光材料を用いることにより、短波長青色発光スペクトルと長波長赤色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。もちろん第一緑色発光材料及び第二緑色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。
 図3は、青色発光材料、第一緑色発光材料、赤色発光材料として一定のものを用い、第二緑色発光材料の発光スペクトル(第二緑色発光スペクトル)の半値幅を50nmから83nmまで変化させたときの第二緑色発光スペクトルの半値幅と平均演色評価数Ra及び特殊演色評価数R9(赤)との関係を示すグラフである。図3から明らかなように、第二緑色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ことが分かる。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、緑色発光スペクトルの半値幅が演色性に大きく影響し、緑色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。
 第一緑色発光材料の極大発光波長と第二緑色発光材料の極大発光波長との差は特に限定されるものではないが、35nm以上であることが好ましく、40nm以上(上限は100nm程度)であることがより好ましい。極大発光波長の差が35nm以上である緑色発光材料を用いることで、それぞれの緑色発光スペクトルのカバーする波長領域を分離することが可能となり、より高演色性化が可能となる。
 図4は、第一緑色発光材料の極大発光波長と第二緑色発光材料の極大発光波長との差(緑色発光材料の極大発光波長の差)と平均演色評価数Ra及び特殊演色評価数R9(赤)との関係を示すグラフである。図4から明らかなように、第一緑色発光材料の極大発光波長と第二緑色発光材料の極大発光波長との差が35nm以上である場合には平均演色評価数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ことが分かる。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、第一緑色発光材料の極大発光波長と第二緑色発光材料の極大発光波長との差が演色性に大きく影響し、この極大発光波長の差の増加が高演色性化に有効であるといえる。
 赤色発光層4に含有される赤色発光材料としては、610nm以上(上限は640nm程度)に極大発光波長を有する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、任意のリン光発光材料を用いることができる。第二緑色発光材料と同様の理由で、高演色性かつ高効率、長寿命な有機エレクトロルミネッセンス素子の実現には、赤色発光材料としてはリン光発光材料を選定することがより有効である。このリン光発光材料は比較的長波長では高効率、長寿命が実現されている。
 図5は、赤色発光材料の極大発光波長と特殊演色評価数R9(赤)との関係を示すグラフである。すなわち、青色発光材料であるBCzVBi、第一緑色発光材料であるTPA及び第二緑色発光材料であるBtIr(acac)を用い、赤色発光材料であるIr(piq)の発光スペクトルをシフトさせたときの特殊演色評価数R9(赤)の計算結果である。図5から明らかなように、赤色発光スペクトルの極大発光波長の長波長化が特殊演色評価数R9(赤)の向上に有効であり、特に特殊演色評価数R9(赤)が30を超える(電球型蛍光灯の特殊演色評価数R9(赤)は約25)高演色性化には610nm以上の長波長化が重要であることが分かる。
 図6は(青色発光層2の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)と平均演色評価数Ra及び特殊演色評価数R9(赤)との関係を示す。図6から明らかなように、高演色性の実現には(青色発光層2の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)を大きくすることが重要である。特に平均演色評価数Raが90を超えるような高演色性(電球型蛍光灯の平均演色評価数Raは84)の実現には、(青色発光層2の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)が0.20以上であることが有効であることが分かる。なお、上限は特に限定されるものではないが0.70程度である。
 図7は(第二緑色発光層5の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)と平均演色評価数Ra及び特殊演色評価数R9(赤)との関係を示す。図7から明らかなように、高演色性の実現には(第二緑色発光層5の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)を小さくすることが重要である。平均演色評価数Raが90を超え、特殊演色評価数R9(赤)が30を超える(電球型蛍光灯の特殊演色評価数R9は約25)高演色性化には、(第二緑色発光層5の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)が0.66以下であることが有効であることが分かる。なお、下限は特に限定されるものではないが0.30程度である。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、一般的な発光スペクトルを有する発光材料(スペクトルの半値幅が40nmから80nm程度)を用いた場合には、このように(青色発光層2の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)と(第二緑色発光層5の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)との関係が演色性に大きく影響する。そこで、本発明では(第二緑色発光層5の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)が0.66以下であり、かつ、(青色発光層2の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)が0.20以上であるとして、高演色性化を図ったものである。
 赤色発光層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。赤色発光材料の濃度は1~40質量%の範囲であることが好ましい。
 各発光層(青色発光層2、第一緑色発光層3、赤色発光層4、第二緑色発光層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。なお、各発光層の発光強度は、例えば、各発光層の膜厚を増減させることによって調整することができる。
 本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、特に限定されるものではないが、図1に示すように蛍光発光ユニット7とリン光発光ユニット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ことが好ましい。蛍光発光ユニット7は、青色発光層2及び第一緑色発光層3を積層して含むものであり、青色発光層2及び第一緑色発光層3は共に蛍光発光材料を含有する。リン光発光ユニット8は、第二緑色発光層5及び赤色発光層4を積層して含むものであり、第二緑色発光層5及び赤色発光層4は共にリン光発光材料を含有する。
 また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、2500~3500Kの色温度範囲で発光するものでもよい。なお、色温度範囲が2500K未満である場合又は3500Kを超える場合には、照明用途に要求される白色領域での発光と高演色性(高Ra、高R9)とを同時に実現することが困難となる。
 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/LiO/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。
 蛍光発光ユニット7の高性能化に必要な材料と、リン光発光ユニット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ため、蛍光発光ユニット7とリン光発光ユニット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蛍光発光ユニット7と、比較的長波長領域に発光スペクトルを有するリン光発光ユニット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。
 また、図1に示すように、蛍光発光ユニット7が透明電極1の側に配置され、リン光発光ユニット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リン光発光ユニット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。
 上記のように、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、460nm以下に極大発光波長を有する短波長青色発光材料と、610nm以上に極大発光波長を有する長波長赤色発光材料と、460~610nmの間に異なる極大発光波長を有する2種類の緑色発光材料とを用いて発光層が形成されていると、短波長青色発光材料と長波長赤色発光材料との間の広い波長領域を2種類の緑色発光材料でカバーするため、高演色性化が可能である。
 また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、(第二緑色発光層5の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)が0.66以下となり、かつ、(青色発光層2の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)が0.20以上となるように、異なる4つの極大発光波長を有する発光材料を適切に組み合わせることにより、2500~3500Kの色温度範囲の白色発光が得られ、さらに高演色性化を図ることができるものである。
 以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
 (実施例1)
 図1に示すような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、青色発光層2(青色発光材料として蛍光発光材料であるBCzVBiを含有する)、第一緑色発光層3(第一緑色発光材料として蛍光発光材料であるTPAを含有する)、第一電子輸送層4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、赤色発光層4(赤色発光材料としてリン光発光材料であるIr(piq)を含有する)、第二緑色発光層5(第二緑色発光材料としてリン光発光材料である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。
 上記のようにして得られた有機エレクトロルミネッセンス素子の白色スペクトルの平均演色評価数Ra及び特殊演色評価数R9(赤)を表1に示す。表1から明らかなように、実施例1の有機エレクトロルミネッセンス素子は、平均演色評価数Ra及び特殊演色評価数R9(赤)を同時に高く得られることが確認された。
 (比較例1-1)
 青色発光材料としてDPAVBiを用いたこと以外は、実施例1と同様にして有機エレクトロルミネッセンス素子を製造した。
 上記のようにして得られた有機エレクトロルミネッセンス素子は、青色発光材料として460nmを超える極大発光波長を有するDPAVBiを用いたため、平均演色評価数Raが低い値であることが確認された。
 (比較例1-2)
 赤色発光材料としてPqIr(acac)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして有機エレクトロルミネッセンス素子を製造した。
 上記のようにして得られた有機エレクトロルミネッセンス素子は、赤色発光材料として610nm未満の極大発光波長を有するPqIr(acac)を用いたため、特殊演色評価数R9(赤)が低い値であることが確認された。
 (比較例1-3)
 第一緑色発光材料としてIr(ppy)を用い、第二緑色発光材料を用いなかったこと以外は、実施例1と同様にして有機エレクトロルミネッセンス素子を製造した。
 上記のようにして得られた有機エレクトロルミネッセンス素子は、平均演色評価数Ra及び特殊演色評価数R9(赤)が共に低い値であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 (実施例2)
 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、青色発光層2(青色発光材料として蛍光発光材料であるBCzVBiを含有する)、第一緑色発光層3(第一緑色発光材料として蛍光発光材料であるTPAを含有する)、第一電子輸送層4を蒸着法により5nm~60nmの厚みに順次形成した。青色発光層2及び第一緑色発光層3により蛍光発光ユニット7が形成されている。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、赤色発光層4(赤色発光材料としてリン光発光材料であるIr(piq)を含有する)、第二緑色発光層5(第二緑色発光材料としてリン光発光材料である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。赤色発光層4及び第二緑色発光層5によりリン光発光ユニット8が形成されている。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。
 そして、青色発光層2の膜厚を20nm、第一緑色発光層3の膜厚を20nm、第二緑色発光層5の膜厚を10nm、赤色発光層4の膜厚を30nmとすることで各発光色の発光強度を調整した。
 上記のようにして得られた有機エレクトロルミネッセンス素子の(青色発光層2の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)、(第二緑色発光層5の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)、平均演色評価数Ra、特殊演色評価数R9(赤)を表2に示す。表2から明らかなように、実施例2の有機エレクトロルミネッセンス素子は、平均演色評価数Ra及び特殊演色評価数R9(赤)が共に非常に高い値であることが確認された。
 (比較例2-1)
 青色発光層2の膜厚を10nm、第一緑色発光層3の膜厚を30nmとしたこと以外は、実施例2と同様に有機エレクトロルミネッセンス素子を製造した。
 上記のようにして得られた有機エレクトロルミネッセンス素子は、(青色発光層2の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)が0.20未満であるため、平均演色評価数Ra及び特殊演色評価数R9(赤)は共に低いが、特に特殊演色評価数R9(赤)が低い値であることが確認された。
 (比較例2-2)
 第二緑色発光層5の膜厚を15nm、赤色発光層4の膜厚を25nmとしたこと以外は、実施例2と同様に有機エレクトロルミネッセンス素子を製造した。
 上記のようにして得られた有機エレクトロルミネッセンス素子は、(第二緑色発光層5の発光強度)/(赤色発光層4の発光強度)が0.66を超えているため、平均演色評価数Ra及び特殊演色評価数R9(赤)は共に低いが、特に特殊演色評価数R9(赤)が低い値であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 1 透明電極
 2 青色発光層
 3 第一緑色発光層
 4 赤色発光層
 5 第二緑色発光層
 6 反射電極
 7 蛍光発光ユニット
 8 リン光発光ユニット
 9 中間層

Claims (8)

  1.  透明電極と、460nm以下に極大発光波長を有する青色発光材料を含有する青色発光層と、460~610nmの間に極大発光波長を有する第一緑色発光材料を含有する第一緑色発光層と、610nm以上に極大発光波長を有する赤色発光材料を含有する赤色発光層と、460~610nmの間に極大発光波長を有する第二緑色発光材料を含有する第二緑色発光層と、反射電極とを備えて形成され、前記第一緑色発光材料の前記極大発光波長が短波長側に存在し、前記第二緑色発光材料の前記極大発光波長が長波長側に存在する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.  前記第一緑色発光材料の前記極大発光波長が460~540nmの間に存在し、前記第二緑色発光材料の前記極大発光波長が540~610nmの間に存在す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.  透明電極と、460nm以下に極大発光波長を有する青色発光材料を含有する青色発光層と、460~540nmの間に極大発光波長を有する第一緑色発光材料を含有する第一緑色発光層と、540~610nmの間に極大発光波長を有する第二緑色発光材料を含有する第二緑色発光層と、610nm以上に極大発光波長を有する赤色発光材料を含有する赤色発光層と、反射電極とを備えて形成され、(前記第二緑色発光層の発光強度)/(前記赤色発光層の発光強度)が0.66以下であり、かつ、(前記青色発光層の発光強度)/(前記赤色発光層の発光強度)が0.20以上であり、2500~3500Kの色温度範囲で発光することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4.  前記第一緑色発光材料及び前記第二緑色発光材料のうち少なくとも一方の発光スペクトルの半値幅が60nm以上であ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.  前記第一緑色発光材料の前記極大発光波長と前記第二緑色発光材料の前記極大発光波長との差が35nm以上であることを特徴とする請求項1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。
  6.  前記青色発光材料及び前記第一緑色発光材料が蛍光発光材料であり、前記第二緑色発光材料及び前記赤色発光材料がリン光発光材料であることを特徴とする請求項1乃至5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。
  7.  前記青色発光層及び前記第一緑色発光層を含む蛍光発光ユニットと、前記第二緑色発光層及び前記赤色発光層を含むリン光発光ユニットとが中間層を介して積層されていることを特徴とする請求項6に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  8.  前記蛍光発光ユニットが前記透明電極の側に配置され、前記リン光発光ユニットが前記反射電極の側に配置されて形成されていることを特徴とする請求項7に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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