WO2014002927A1 - 有機エレクトロルミネッセント素子及び照明装置 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセント素子及び照明装置 Download PDF

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WO2014002927A1
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light
organic electroluminescent
organic
layer
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満 森本
田中　純一
森　浩一
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Ｌｕｍｉｏｔｅｃ株式会社
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    • H10K2101/27—Combination of fluorescent and phosphorescent emission

Definitions

  • the present invention relates to an organic electroluminescent (EL) element and a lighting device.
  • EL organic electroluminescent
  • An organic EL device is a self-emitting device having a light emitting layer made of an organic compound between a cathode and an anode facing each other, and is injected from the cathode side into the light emitting layer when a voltage is applied between the cathode and the anode.
  • the emitted electrons and holes injected into the light emitting layer from the anode side emit light by excitons (excitons) generated by recombination in the light emitting layer.
  • Tang et al. Of Eastman Kodak Company has a structure in which organic compounds having different carrier transport properties are stacked to inject electrons and holes in a balanced manner from the cathode and anode, respectively, in order to increase the efficiency of the organic EL device.
  • the layer thickness of the organic layer sandwiched between the anode and the anode is 2000 mm or less, so that high luminance and high efficiency sufficient for practical use with an applied voltage of 10 V or less and 1000 cd / m 2 and an external quantum efficiency of 1% are achieved. It succeeded in obtaining (refer nonpatent literature 1).
  • a device capable of emitting light with a lower applied voltage can be provided by setting the total thickness of the organic layer sandwiched between the cathode and the anode to 1 ⁇ m or less. It is said.
  • the thickness of the organic layer is in the range of 1000 to 5000 mm, an electric field (V / cm) useful for obtaining light emission at an applied voltage of 25 V or less can be obtained (see Patent Documents 1 to 6). reference.).
  • the organic EL element has been developed based on the element structure shown by Tang et al.
  • a light emitting unit including at least one light emitting layer is used as one unit, and a plurality of such light emitting units are stacked so that they can be connected in series between a cathode and an anode.
  • An organic EL element having a structure has been developed (see Patent Documents 7 and 8).
  • This tandem organic EL element has a long life, high brightness, and large area that cannot be realized by the structure of the organic EL element of Tang et al. It attracts attention as a technology that enables uniform light emission.
  • an organic EL element having a multi-photon emission (MPE) structure in which an electrically insulating charge generation layer (CGL) is disposed between a plurality of light emitting units has been developed (see Patent Documents 9 and 10).
  • MPE multi-photon emission
  • CGL electrically insulating charge generation layer
  • organic EL element has characteristics such that light emission can be switched at a high speed, the element structure is simple, and the thickness can be reduced.
  • Organic EL elements are applied to display devices such as mobile phones and in-vehicle devices, taking advantage of such excellent characteristics. Furthermore, in recent years, taking advantage of the characteristics of thin surface light emission, it has been attracting attention as an illumination device such as a backlight of a liquid crystal display or general illumination.
  • an organic EL element when applied to a lighting device, it is desirable to obtain white light having high color rendering properties.
  • a method of obtaining white light with an organic EL element two colors of light emitting materials having a complementary color relationship, for example, a method of obtaining white by mixing light emitted from a blue light emitting layer and a yellow light emitting layer, red, blue, green
  • a method of obtaining a white color by mixing light emitted from the three light emitting layers There is a method of mixing light emitted from the three light emitting layers.
  • a method of mixing light emitted from three light emitting layers of red, blue, and green is suitable for obtaining white light with high color rendering properties (see Patent Documents 11 and 12).
  • the conventional organic EL element from the viewpoint of obtaining high color rendering properties, it can be said that the emission spectrum of white light obtained by the emission of the three light emitting layers of red, blue, and green is not always sufficiently controlled. There wasn't. That is, the conventional organic EL element does not necessarily have sufficient performance as the light source of the lighting device.
  • the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and by obtaining white light with high color rendering properties, an organic electroluminescent element suitable for use particularly as a light source of an illumination device, and It aims at providing the illuminating device provided with such an organic electroluminescent element.
  • An organic electroluminescent device having a plurality of light emitting units including at least a light emitting layer made of an organic compound between a cathode and an anode, White light obtained by emitting light from the plurality of light emitting units has a continuous emission spectrum over a wavelength range of at least 380 to 780 nm, and in this emission spectrum, 1 in the red wavelength range of 600 to 640 nm.
  • An organic electroluminescent device having one peak wavelength, one peak wavelength in a green wavelength region of 500 to 540 nm, and two peak wavelengths in a blue wavelength region of 440 to 490 nm.
  • the emission color of the white light is any one of a daylight color (D), a daylight white (N), and a white (W) within a chromaticity range defined in “JIS Z 9112”.
  • First emission including a red phosphorescent light emitting layer that emits red light having one peak wavelength in the red wavelength region and a green phosphorescent light emitting layer that emits green light having one peak wavelength in the green wavelength region.
  • the second light emitting unit including a blue fluorescent light emitting layer that emits blue light having two peak wavelengths in the blue wavelength range, and the light emitting device according to any one of (1) to (6), Organic electroluminescent device.
  • the charge generation layer is composed of an electrical insulating layer composed of an electron accepting material and an electron donating material, and the specific resistance of the electrical insulating layer is 1.0 ⁇ 10 2 ⁇ ⁇ cm or more.
  • the charge generation layer is composed of a mixed layer of different substances, and one component thereof is a metal oxide, and the metal oxide forms a charge transfer complex by a redox reaction, and the cathode and the anode When a voltage is applied between the charge transfer complex and the charge transfer complex, the charges move toward the cathode side and the anode side, respectively.
  • the charge generation layer comprises a laminate of the electron accepting substance and the electron donating substance, and when a voltage is applied between the cathode and the anode, the electron accepting substance and the electron accepting substance At the interface with the electron donating substance, the charges generated by the reaction involving the electron transfer between the electron accepting substance and the electron donating substance move toward the cathode side and the anode side, respectively. Injecting holes into one light emitting unit located on the cathode side across the charge generation layer and injecting electrons into another light emitting unit located on the anode side across the charge generation layer.
  • the organic electroluminescent device according to (8).
  • a lighting device comprising the organic electroluminescent element according to any one of (1) to (12).
  • an organic electroluminescent element capable of obtaining white light with high color rendering properties, and a lighting device including such an organic electroluminescent element. is there.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an element structure of an organic EL element of Example 4.
  • 6 is a cross-sectional view showing an element structure of an organic EL element of Example 5.
  • FIG. It is a figure which shows the evaluation result of the organic EL element of Example 5.
  • 10 is a cross-sectional view showing an element structure of an organic EL element of Example 6.
  • FIG. It is a figure which shows the evaluation result of the organic EL element of Example 6.
  • Example 8 shows the evaluation result of the illuminating device of Example 8.
  • An organic EL device to which the present invention is applied has a plurality of light emitting units including at least a light emitting layer made of an organic compound between a cathode and an anode, and white light obtained by the light emission of the plurality of light emitting units. , Having a continuous emission spectrum over a wavelength range of at least 380 to 780 nm, and in this emission spectrum, one peak wavelength in the red wavelength range of 600 to 640 nm and one in the green wavelength range of 500 to 540 nm It has a peak wavelength and two peak wavelengths in a blue wavelength region of 440 to 490 nm.
  • FIG. 1 is a graph showing an example of an emission spectrum of white light obtained by an organic EL element to which the present invention is applied. Specifically, as shown in FIG. 1, the white light obtained by this organic EL element has an emission spectrum S continuous as a so-called visible light over a wavelength range of at least 380 to 780 nm.
  • the emission spectrum S includes one peak wavelength p 1 in the red wavelength region R of 600 to 640 nm, one peak wavelength p 2 in the green wavelength region G of 500 to 540 nm, and a blue wavelength region B of 440 to 490 nm. Have two peak wavelengths p 3 and p 4 .
  • the interval t 1 between the two adjacent peak wavelengths p 1 and p 2 is preferably 60 nm or more.
  • the intervals t 2 and t 3 between the three adjacent peak wavelengths p 2 , p 3 and p 4 are preferably 15 to 50 nm, respectively.
  • one bottom wavelength b 1 between two adjacent peak wavelengths p 1 and p 2 is in the green and blue wavelength regions (440 to 540 nm). It is preferable that the emission intensity is lower than any one of the two bottom wavelengths b 2 and b 3 between the three peak wavelengths p 2 , p 3 and p 4 adjacent to each other. (In FIG. 2, the bottom wavelength b 1 has lower emission intensity than the bottom wavelengths b 2 and b 3. )
  • the organic EL element to which the present invention is applied it is possible to obtain white light with high color rendering properties.
  • white light having an average color rendering index (Ra) of 70 or more (more preferably 80 or more) can be obtained.
  • such an organic EL element capable of obtaining white light having high color rendering properties can be suitably used as a light source of an illumination device such as a backlight of a liquid crystal display or general illumination. That is, in an illuminating device including an organic EL element to which the present invention is applied, illumination with white light having high color rendering properties is possible. Moreover, in this invention, this organic EL element can be used for various uses, without being limited to the light source of an illuminating device.
  • the organic EL element to which the present invention is applied has a red structure between the cathode 1 and the anode 2 as shown in FIG.
  • First emission including a red phosphorescent light emitting layer emitting red light having one peak wavelength p 1 in the wavelength range R and a green phosphorescent light emitting layer emitting green light having one peak wavelength p 2 in the green wavelength range G.
  • the organic EL element to which the present invention is applied preferably has a structure (MPE structure) in which the first and second light emitting units 21 and 22 are stacked with the charge generation layer (CGL) 31 interposed therebetween.
  • MPE structure a structure in which the first and second light emitting units 21 and 22 are stacked with the charge generation layer (CGL) 31 interposed therebetween.
  • a metal having a low work function or an alloy thereof, a metal oxide, or the like it is generally preferable to use a metal having a low work function or an alloy thereof, a metal oxide, or the like.
  • an alkali metal such as Li
  • an alkaline earth metal such as Mg or Ca
  • a rare earth metal such as Eu
  • an alloy containing these metals and Al Ag, In, or the like.
  • an organic layer doped with metal is used at the interface between the cathode 1 and the organic layer. May be.
  • a conductive material may be used for the cathode 1, and its work function and other properties are not particularly limited.
  • the organic layer in contact with the cathode 1 is made of alkali metal ions, alkaline earth metal ions, rare earth metal ions.
  • You may comprise by the organometallic complex compound containing at least 1 or more types among these.
  • a metal capable of reducing metal ions contained in the organometallic complex compound to a metal in a vacuum for example, a (thermally reducible) metal such as Al, Zr, Ti, Si, or the like
  • An alloy can be used for the cathode 1.
  • Al which is widely used as a wiring electrode, is particularly preferable from the viewpoints of easiness of vapor deposition, high light reflectance, chemical stability, and the like.
  • anode 2 There are no particular restrictions on the material of the anode 2.
  • a transparent conductive material such as ITO (indium tin oxide) or IZO (indium zinc oxide) is used. be able to.
  • the ITO film is formed by a sputtering method that does not damage the organic film using the technique disclosed in, for example, “JP 2002-332567”, the above “JP 10-270171 A” is applied.
  • the transparent conductive material such as ITO or IZO described above can also be used for the cathode 1 by using the metal-doped organic layer disclosed in the above for the electron injection layer.
  • both the cathode 1 and the anode 2 are made transparent (since the first and second light emitting units (organic films) 21 and 22 and the charge generation layer 31 are also transparent), and a transparent organic EL element is produced.
  • a transparent organic EL element is produced.
  • the film formation order it is not always necessary to start from the anode 2 side, and the film formation may be started from the cathode 1 side.
  • the first and second light emitting units 21 and 22 can adopt various structures in the same manner as conventionally known organic EL elements, and any stacked structure can be used as long as it includes at least a light emitting layer made of an organic compound. You may have.
  • an electron transport layer, an electron injection layer, or the like can be disposed on the cathode 1 side of the light emitting layer, while a hole transport layer, a hole injection layer, or the like can be disposed on the anode 2 side of the light emitting layer.
  • the electron transport layer may be formed by using a conventionally known electron transport material, and in addition to having a good electron transport property among the electron transport materials generally used in organic EL elements, the carrier balance is matched. For the purpose of illustration, it is desirable to have a hole block function. Specifically, it is preferable to use an electron transporting substance having a level of HOMO (High Occupied Molecular Orbital) of 6.0 eV or more. In order to improve the efficiency of electron injection from the cathode 1 or the charge generation layer 31, the electron injection layer is formed between the cathode 1 and the electron transport layer, or between the charge generation layer 31 and the electron transport layer located on the anode 2 side. In general, an electron transporting substance having properties similar to those of the electron transporting layer is used. The electron transport layer and the electron injection layer may be collectively referred to as an electron transport layer.
  • HOMO High Occupied Molecular Orbital
  • the hole transport layer may be formed using a conventionally known hole transport material and is not particularly limited. For example, an organic compound having a HOMO value of less than 5.7 eV and having a hole transport property, that is, an electron donating property. It is preferable to use (electron-donating substance).
  • the hole injection layer is a hole located between the anode 2 and the hole transport layer or between the charge generation layer 31 and the cathode 1 in order to improve the efficiency of hole injection from the anode 2 or the charge generation layer 31.
  • an electron donating substance is used which is inserted between the transport layer and has the same properties as the hole transport layer.
  • the hole transport layer and the hole injection layer may be collectively referred to as a hole transport layer.
  • each layer constituting the first and second light emitting units 21 and 22 for example, a vacuum deposition method, a spin coating method, or the like can be used. Also, conventionally known materials can be used for the materials used for the electron transport layer, electron injection layer, hole transport layer, hole injection layer and the like described above.
  • Each of the red, green, and blue light-emitting layers constituting the first and second light-emitting units 21 and 22 includes, as an organic compound, a host material that is usually a main component and a guest material that is a minor component, and a red color.
  • the green and blue light emission is caused by the nature of the guest material.
  • the guest material is also called a dopant material, and the guest material that uses fluorescence emission is usually called a fluorescence emission material.
  • the emission layer composed of the fluorescence emission material is called a fluorescence emission layer. Call.
  • a material that uses phosphorescence as a guest material is generally called a phosphorescent material, and a light-emitting layer made of this phosphorescent material is called a phosphorescent layer.
  • the guest material of the phosphorescent light emitting layer is not particularly limited.
  • a red phosphorescent light emitting material such as Ir (piq) 3 or Ir (btpy) 3 can be used as the red phosphorescent light emitting layer.
  • a green phosphorescent light emitting layer a green phosphorescent light emitting material such as Ir (ppy) 3 can be used.
  • a blue phosphorescent light emitting layer a blue phosphorescent light emitting material such as Ir (Fppy) 3 can be used.
  • an electron transporting material As the host material of the phosphorescent light emitting layer, an electron transporting material, a hole transporting material, or a mixture of both can be used. Specifically, for example, 4,4'-biscarbazolylbiphenyl (CBP), 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-9,10-phenanthroline (BCP), or the like can be used.
  • CBP 4,4'-biscarbazolylbiphenyl
  • BCP 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-9,10-phenanthroline
  • a blue fluorescent light-emitting material as the guest material of the blue light-emitting layer from the viewpoint of improving the device life and realizing high color rendering.
  • the host material and guest material of the blue fluorescent light emitting layer for example, the blue fluorescent light emitting material described in paragraphs [0052] to [0061] of “International Publication 2012/053216” can be used.
  • guest materials include styrylamine compounds, fluoranthene compounds, aminopyrene compounds, and boron complexes.
  • blue light the blue fluorescent layer emits has two peak wavelengths p 3, p 4.
  • p 3 peak wavelength
  • there are generally light emitting materials having a plurality of peak wavelengths in a certain wavelength range in general, when considering application to a display device such as a display, in order to improve the color purity, one peak wavelength should be emphasized.
  • a technique for designing an element structure is used. Specifically, this is a method of setting the film thickness so that the light emission intensity becomes maximum at a certain wavelength by utilizing the interference of light.
  • the present invention is mainly intended for application to a lighting device. In this case, in order to obtain white light with high color rendering properties, it is preferable to design interference so that the peak wavelength in the blue wavelength region is not single.
  • the charge generation layer 31 is made of an electrically insulating layer composed of an electron accepting material and an electron donating material, and the specific resistance of the electrically insulating layer is 1.0 ⁇ 10 2 ⁇ ⁇ cm or more. Preferably, it is 1.0 ⁇ 10 5 ⁇ ⁇ cm or more.
  • the charge generation layer 31 may be a mixed layer of different substances, one component of which is a metal oxide, and this metal oxide may form a charge transfer complex by a redox reaction.
  • the charges in the charge transfer complex move toward the cathode 1 side and the anode 2 side, respectively, thereby sandwiching the charge generation layer 31.
  • Holes are injected into one light emitting unit (first light emitting unit 21 or second light emitting unit 22) located on the cathode 1 side, and another light emitting unit (positioned on the anode 2 side with the charge generation layer 31 in between) ( Electrons are injected into the second light emitting unit 22 or the first light emitting unit 21).
  • first light emitting unit 21 or second light emitting unit 22 located on the cathode 1 side
  • another light emitting unit positioned on the anode 2 side with the charge generation layer 31 in between
  • the charge generation layer 31 may be a laminate of an electron accepting substance and an electron donating substance. In this case, when a voltage is applied between the cathode 1 and the anode 2, electron transfer between the electron accepting material and the electron donating material at the interface between the electron accepting material and the electron donating material is performed.
  • the first and second light emitting units 21 and 22 can be obtained simultaneously with the same amount of current, so that it is possible to obtain current efficiency and external quantum efficiency equivalent to the number of light emitting units 21 and 22. It is.
  • the material described in Patent Document 9 can be used, and among them, the materials described in paragraphs [0019] to [0021] are preferable. Can be used. Furthermore, the materials described in paragraphs [0023] to [0026] of “International Publication 2010/113493” can be used, and among these, the strong electron-accepting substance (HATCN6) described in paragraph [0059] can be used. Is a material often used for the charge generation layer 31 in recent years.
  • an optical film for improving color rendering can be provided on the light extraction surface side of the organic EL element.
  • the color rendering properties are often evaluated by an average color rendering index (Ra), and this average color rendering index (Ra) is expressed by an average value of eight types of color rendering indices (R1 to R8). It is.
  • special color rendering evaluations such as R9 for evaluating red color reproducibility, R13 for evaluating Western skin color reproducibility, and R15 for evaluating Japanese skin color reproducibility. There are numbers.
  • the optical film used in the present invention covers the depression (bottom wavelength b 1 ) appearing in the wavelength region of 540 to 580 nm in the emission spectrum S, and is intended to further improve the color rendering properties. That is, covering the wavelength range of 540 to 580 nm is very effective not only for improving the average color rendering index (Ra) but also for improving the special color rendering index.
  • the organic EL element emits light inside the light emitting layer having a refractive index higher than that of air (refractive index of about 1.6 to 2.1), and only about 15 to 20% of the light emitted from the light emitting layer is emitted. It is generally said that it cannot be taken out. This is because light incident on the interface at an angle greater than the critical angle causes total reflection and cannot be extracted outside the device, or light is totally reflected between the transparent electrode or light emitting layer and the transparent substrate. This is because the light is guided through the transparent electrode or the light emitting layer, and as a result, the light escapes in the side direction of the element.
  • a method for improving the light extraction efficiency for example, a method of forming irregularities on the surface of the transparent substrate to prevent total reflection at the interface between the transparent substrate and the air (for example, “US Pat. No. 4,774,435”). See the description.).
  • a method for improving efficiency by providing a substrate with a light condensing property see, for example, “JP-A-63-314795”.
  • a method of forming a reflective surface on the side surface of the element see, for example, “Japanese Patent Laid-Open No. 1-220394”).
  • a method of forming an antireflection film by introducing a flat layer having an intermediate refractive index between a substrate and a light emitter see, for example, “JP-A-62-172691”).
  • a method of introducing a flat layer having a lower refractive index than that of the substrate between the substrate and the light emitter see, for example, “Japanese Patent Laid-Open No. 2001-202827”.
  • There is a method of forming a diffraction grating between any one of the substrate, the transparent electrode layer, and the light emitting layer (including between the substrate and the outside) see, for example, “JP-A-11-283951”).
  • a specific direction for example, element light emission.
  • the organic EL device to which the present invention is applied preferably employs the device structure shown in FIG. 2 as the device structure for obtaining white light having the emission spectrum S having a high color rendering property shown in FIG.
  • the element structure of the organic EL element to which the present invention is applied any element structure may be used as long as white light having the emission spectrum S with high color rendering properties shown in FIG. 1 described above can be obtained. It is possible to adopt materials and the like.
  • Example 1 an organic EL element having the element structure shown in FIG. 3 was produced. Specifically, a 0.7 mm thick soda lime glass substrate on which an ITO film having a thickness of 300 nm, a width of 2 mm, and a sheet resistance of about 10 ⁇ / ⁇ was first prepared. Then, this substrate was subjected to ultrasonic cleaning for 5 minutes each with a neutral detergent, ion-exchanged water, acetone, and isopropyl alcohol, then spin-dried, and further subjected to UV / O 3 treatment.
  • a neutral detergent, ion-exchanged water, acetone, and isopropyl alcohol was spin-dried, and further subjected to UV / O 3 treatment.
  • each of the deposition crucibles (made of tantalum or alumina) in the vacuum deposition apparatus was filled with the constituent material of each layer shown in FIG.
  • the substrate was set in a vacuum deposition apparatus, and the crucible for deposition was energized and heated under a reduced pressure atmosphere with a vacuum degree of 1 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less, and each layer was deposited at a deposition rate of 0.1 nm / second.
  • Vapor deposition was performed with a predetermined film thickness.
  • a layer made of two or more materials such as a light emitting layer was subjected to co-evaporation by energizing an evaporation crucible so as to be formed at a predetermined mixing ratio.
  • the cathode was deposited with a predetermined film thickness at a deposition rate of 1 nm / second.
  • a power source (KEITHLEY 2425) was connected to the organic EL element produced as described above, and this organic EL element was caused to emit light by applying a constant current of 4 mA / cm 2 . At this time, the emission spectrum of light emitted from the organic EL element toward the front was measured with a multi-channel analyzer (PMA-11 manufactured by Hamamatsu Photonics).
  • the luminescent color was evaluated by the chromaticity coordinates of the CIE color system. Further, based on the chromaticity coordinates, the emission color is classified into light source colors defined in “JISJZ 9112.” Further, a deviation duv from the black body locus was derived based on the provision of “JIS Z 8725”. Furthermore, the average color rendering index (Ra) of the luminescent color was derived by the method specified in “JIS Z268726”. The evaluation results that summarize these are shown in FIG.
  • Example 2 In Example 2, an organic EL element having the element structure shown in FIG. 5 was produced using the same production method as in Example 1 above. And about the organic EL element of this Example 2, it evaluated using the method similar to the said Example 1. FIG. The evaluation results are shown in FIG.
  • Example 3 An organic EL element having the element structure shown in FIG. 7 was produced using the same production method as in Example 1 above. And about the organic EL element of this Example 3, it evaluated using the method similar to the said Example 1. FIG. The evaluation results are shown in FIG.
  • Example 4 In Example 4, an organic EL element having the element structure shown in FIG. 9 was produced using the same production method as in Example 1 above. And about the organic EL element of this Example 4, it evaluated using the method similar to the said Example 1. FIG. The evaluation results are shown in FIG.
  • Example 5 In Example 5, an organic EL element having the element structure shown in FIG. 11 was produced using the same production method as in Example 1. And about the organic EL element of this Example 5, it evaluated using the method similar to the said Example 1. FIG. The evaluation results are shown in FIG. However, FIG. 12 shows the evaluation results in a state where a constant current of 6 mA / cm 2 is applied unlike the other examples.
  • Example 6 In Example 6, an organic EL element having the element structure shown in FIG. 13 was produced using the same production method as in Example 1 above. And about the organic EL element of this Example 6, it evaluated using the method similar to the said Example 1. FIG. The evaluation results are shown in FIG.
  • Example 5 the difference in the evaluation results (see FIGS. 12 and 14) occurred despite the same element structure (see FIGS. 11 and 13). (Current dependence). That is, the intensity ratio of green light and red light changes depending on the magnitude of the current value. For example, when the current value increases, the intensity ratio of green light to red light decreases, and light emission on the red light emitting layer side becomes more dominant than the green light emitting layer. Moreover, in Example 5, it corresponds to the case where this electric current value increases, and it turns out that the light emission by the red light emitting layer side is dominant from the emission spectrum shown in FIG.
  • Example 7 an illumination device in which an optical film was attached to the light extraction surface (anode) side of the organic EL element of Example 1 was prepared. And about the illuminating device of this Example 7, it evaluated using the method similar to the said Example 1. FIG. The evaluation results are shown in FIG.
  • Example 8 In Example 8, a lighting device in which an optical film was attached to the light extraction surface (anode) side of the organic EL element of Example 1 was prepared. And about the illuminating device of this Example 8, it evaluated using the method similar to the said Example 1. FIG. The evaluation results are shown in FIG.
  • Ra is 92, R9 is 95, and R15 is 90
  • Ra is 92, R9 is 94, and R15 is 90. Very good color rendering was obtained.
  • the present invention is applied to an organic electroluminescent element suitable for use as a light source of an illuminating device by obtaining white light having high color rendering properties, and an illuminating device including such an organic electroluminescent element. it can.
  • Cathode 2 ... Anode 21 ... First light emitting unit 22 ... Second light emitting unit 31 ... Charge generation layer (CGL) S ... emission spectrum R ... red wavelength range G ... green wavelength region B ... blue wavelength range p 1, p 2, p 3 , p 4 ... peak wavelength b 1, b 2, b 3 ... bottom wavelength

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Abstract

演色性の高い白色光を得ることによって、特に照明装置の光源に用いることが好適な有機エレクトロルミネッセント素子が提供される。そのような有機エレクトロルミネッセント素子は、陰極と陽極との間に、少なくとも有機化合物からなる発光層を含む複数の発光ユニットを有する有機エレクトロルミネッセント素子であって、複数の発光ユニットが発光することで得られる白色光が、少なくとも３８０～７８０ｎｍの波長域に亘って連続した発光スペクトル(Ｓ)を有し、且つ、この発光スペクトル(Ｓ)において、６００～６４０ｎｍの赤色波長域(Ｒ)に１つのピーク波長（ｐ１）と、５００～５４０ｎｍの緑色波長域Ｇに１つのピーク波長（ｐ２）と、４４０～４９０ｎｍの青色波長域Ｂに２つのピーク波長（ｐ３）、（ｐ４）とを有する。

Description

有機エレクトロルミネッセント素子及び照明装置
　本発明は、有機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子及び照明装置に関する。
本願は、２０１２年６月２７日に、日本に出願された特願２０１２－１４４７８９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　有機ＥＬ素子は、対向する陰極と陽極との間に有機化合物からなる発光層を有する自己発光型素子であり、陰極と陽極との間に電圧を印加したときに、陰極側から発光層に注入された電子と、陽極側から発光層に注入された正孔（ホール）とが、発光層内で再結合することによって生じた励起子（エキシトン）により発光する。
　イーストマンコダック社のＴａｎｇらは、この有機ＥＬ素子の高効率化のため、キャリア輸送性の異なる有機化合物を積層し、電子及び正孔がそれぞれ陰極及び陽極よりバランス良く注入される構造とし、陰極と陽極との間に挟み込まれた有機層の層厚を２０００Å以下とすることで、１０Ｖ以下の印加電圧で１０００ｃｄ／ｍ２と外部量子効率１％の実用化に十分な高輝度及び高効率を得ることに成功した（非特許文献１を参照。）。
　また、Ｔａｎｇらの特許の中での記載によれば、陰極と陽極との間に挟み込まれた有機層全体の層厚を１μｍ以下とすることで、より低い印加電圧によって発光できるデバイスを提供できるとしている。好ましくは有機層の層厚を１０００Å～５０００Åの範囲とすれば、２５Ｖ以下の印加電圧で発光を得るのに有用な電場（Ｖ／ｃｍ）を得られるとされている（特許文献１～６を参照。）。
　有機ＥＬ素子は、このようなＴａｎｇらが示した素子構造を基礎として発展してきた。
　また、有機ＥＬ素子の素子構造としては、少なくとも１層以上の発光層を含む発光ユニットを１つの単位とし、この発光ユニットを陰極と陽極との間で直列に接続し得るように複数積層したタンデム構造の有機ＥＬ素子が開発されている（特許文献７，８を参照。）。
　このタンデム構造の有機ＥＬ素子は、上述した低電圧であるにもかかわらず大電流を必要としたＴａｎｇらの有機ＥＬ素子の構造では実現できなかった長寿命化や高輝度化、大面積での均一発光を可能とする技術として注目されている。
　さらに、複数の発光ユニットの間に電気絶縁性の電荷発生層（ＣＧＬ）が配置されたマルチフォトンエミッション（ＭＰＥ）構造の有機ＥＬ素子が開発されている（特許文献９，１０を参照。）。このＭＰＥ構造の有機ＥＬ素子では、陰極と陽極との間に電圧を印加したときに、電荷移動錯体中の電荷が、それぞれ陰極側及び陽極側に向かって移動することにより、電荷発生層を挟んで陰極側に位置する一の発光ユニットに正孔を注入し、電荷発生層を挟んで陽極側に位置する他の発光ユニットに電子を注入する。これにより、同じ電流量のまま複数の発光ユニットからの発光が同時に得られるため、発光ユニットの個数倍相当の電流効率及び外部量子効率を得ることが可能である。
　上述した有機ＥＬ素子は、高速度での発光の切り換えが可能であり、素子構造が簡単で薄型化が可能であるなどの特性を有している。有機ＥＬ素子は、このような優れた特性を活かして、例えば携帯電話や車載機器などの表示装置に応用されている。さらに、近年では、薄型面発光という特性を活かして、例えば液晶ディスプレイのバックライトや一般照明などの照明装置としても注目されている。
　ところで、有機ＥＬ素子を照明装置に応用する場合は、高い演色性を有した白色光を得ることが望ましい。有機ＥＬ素子で白色光を得る方法としては、補色の関係にある２色の発光材料、例えば青色発光層と黄色発光層とが発する光を混色して白色を得る方法や、赤色、青色、緑色の３つの発光層が発する光を混色して白色を得る方法などがある。
　その中でも、赤色、青色、緑色の３つの発光層が発する光を混色する方法が、演色性の高い白色光を得るのに適している（特許文献１１，１２を参照。）。
　しかしながら、従来の有機ＥＬ素子では、高い演色性を得る観点から、赤色、青色、緑色の３つの発光層が発光することで得られる白色光の発光スペクトルが必ずしも十分に制御されたものとは言えなかった。すなわち、従来の有機ＥＬ素子は、照明装置の光源として必ずしも充分な性能を有するものではなかった。
特開昭５９－１９４３９３号公報 特開昭６３－２６４６９２号公報 特開平２－１５５９５号公報 米国特許第４，５３９，５０７号明細書 米国特許第４，７６９，２９２号明細書 米国特許第４，８８５，２１１号明細書 特開平１１－３２９７４８号公報 特開２００３－４５６７６号公報 特開２００３－２７２８６０号公報 特開２００６－２４７９１号公報 特開２００６－２８７１５４号公報 特開２００９－２２４２７４号公報
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３（１９８７）．
　本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、演色性の高い白色光を得ることによって、特に照明装置の光源に用いて好適な有機エレクトロルミネッセント素子、並びに、そのような有機エレクトロルミネッセント素子を備えた照明装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
（１）　陰極と陽極との間に、少なくとも有機化合物からなる発光層を含む複数の発光ユニットを有する有機エレクトロルミネッセント素子であって、
　前記複数の発光ユニットが発光することで得られる白色光が、少なくとも３８０～７８０ｎｍの波長域に亘って連続した発光スペクトルを有し、且つ、この発光スペクトルにおいて、６００～６４０ｎｍの赤色波長域に１つのピーク波長と、５００～５４０ｎｍの緑色波長域に１つのピーク波長と、４４０～４９０ｎｍの青色波長域に２つのピーク波長とを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
（２）　前記緑色及び青色波長域において、互いに隣接するピーク波長の間隔が、１５～５０ｎｍであることを特徴とする前記（１）に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
（３）　前記赤色及び緑色波長域において、互いに隣接するピーク波長の間隔が、６０ｎｍ以上であることを特徴とする前記（２）に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
（４）　前記赤色及び緑色波長域において、互いに隣接するピーク波長の間にある１つのボトム波長が、前記緑色及び青色波長域において、互いに隣接するピーク波長の間にある２つのボトム波長のうち何れか一方よりも発光強度が低いことを特徴とする前記（１）～（３）の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
（５）　前記白色光の発光色が、「ＪＩＳ Ｚ ９１１２」に規定される色度範囲のうち、昼光色(Ｄ)、昼白色(Ｎ)、白色(Ｗ)の何れかであることを特徴とする前記（１）～（４）の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
（６）　前記白色光の平均演色評価数(Ｒａ)が、７０以上であることを特徴とする前記（１）～（５）の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
（７）　前記赤色波長域に１つのピーク波長を有する赤色光を発する赤色燐光発光層と、前記緑色波長域に１つのピーク波長を有する緑色光を発する緑色燐光発光層とを含む第１の発光ユニットと、
　前記青色波長域に２つのピーク波長を有する青色光を発する青色蛍光発光層を含む第２の発光ユニットとを有することを特徴とする前記（１）～（６）の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
（８）　前記複数の発光ユニットが電荷発生層を挟んで積層された構造を有することを特徴とする前記（１）～（７）の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
（９）　前記電荷発生層は、電子受容性物質と電子供与性物質とから構成される電気的絶縁層からなり、この電気的絶縁層の比抵抗が１．０×１０２Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする前記（８）に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
（１０）　前記電気的絶縁層の比抵抗が１．０×１０５Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする前記（９）に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
（１１）　前記電荷発生層は、異なる物質の混合層からなり、その一成分が金属酸化物であり、この金属酸化物が酸化還元反応による電荷移動錯体を形成しており、前記陰極と前記陽極との間に電圧を印加したときに、前記電荷移動錯体中の電荷が、それぞれ前記陰極側及び前記陽極側に向かって移動することにより、前記電荷発生層を挟んで前記陰極側に位置する一の発光ユニットに正孔を注入し、前記電荷発生層を挟んで前記陽極側に位置する他の発光ユニットに電子を注入することを特徴とする前記（８）に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
（１２）　前記電荷発生層は、前記電子受容性物質と前記電子供与性物質との積層体からなり、前記陰極と前記陽極との間に電圧を印加したときに、前記電子受容性物質と前記電子供与性物質との界面において、これら電子受容性物質と電子供与性物質との間での電子移動を伴う反応により発生した電荷が、それぞれ前記陰極側及び前記陽極側に向かって移動することにより、前記電荷発生層を挟んで前記陰極側に位置する一の発光ユニットに正孔を注入し、前記電荷発生層を挟んで前記陽極側に位置する他の発光ユニットに電子を注入することを特徴とする前記（８）に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
（１３）　前記（１）～（１２）の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子を備える照明装置。
（１４）　前記有機エレクトロルミネッセント素子の光取り出し面側に光学フィルムを備えることを特徴とする前記（１３）に記載の照明装置。
（１５）　前記白色光のＲａが９０以上であり、且つ、演色評価数のうち、Ｒ９及びＲ１５がそれぞれ９０以上であることを特徴とする請求項１４に記載の照明装置。
　以上のように、本発明によれば、演色性の高い白色光が得られる有機エレクトロルミネッセント素子、並びに、そのような有機エレクトロルミネッセント素子を備えた照明装置を提供することが可能である。
本発明を適用した有機ＥＬ素子により得られる白色光の発光スペクトルの一例を示すグラフである。 本発明を適用した有機ＥＬ素子の素子構造の一例を示す断面図である。 実施例１の有機ＥＬ素子の素子構造を示す断面図である。 実施例１の有機ＥＬ素子の評価結果を示す図である。 実施例２の有機ＥＬ素子の素子構造を示す断面図である。 実施例２の有機ＥＬ素子の評価結果を示す図である。 実施例３の有機ＥＬ素子の素子構造を示す断面図である。 実施例３の有機ＥＬ素子の評価結果を示す図である。 実施例４の有機ＥＬ素子の素子構造を示す断面図である。 実施例４の有機ＥＬ素子の評価結果を示す図である。 実施例５の有機ＥＬ素子の素子構造を示す断面図である。 実施例５の有機ＥＬ素子の評価結果を示す図である。 実施例６の有機ＥＬ素子の素子構造を示す断面図である。 実施例６の有機ＥＬ素子の評価結果を示す図である。 実施例７の照明装置の評価結果を示す図である。 実施例８の照明装置の評価結果を示す図である。
　以下、本発明を適用した有機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子及び照明装置について、図面を参照して詳細に説明する。
　なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
　本発明を適用した有機ＥＬ素子は、陰極と陽極との間に、少なくとも有機化合物からなる発光層を含む複数の発光ユニットを有し、これら複数の発光ユニットが発光することで得られる白色光が、少なくとも３８０～７８０ｎｍの波長域に亘って連続した発光スペクトルを有し、且つ、この発光スペクトルにおいて、６００～６４０ｎｍの赤色波長域に１つのピーク波長と、５００～５４０ｎｍの緑色波長域に１つのピーク波長と、４４０～４９０ｎｍの青色波長域に２つのピーク波長とを有することを特徴とする。
　図１は、本発明を適用した有機ＥＬ素子により得られる白色光の発光スペクトルの一例を示すグラフである。
　具体的に、この有機ＥＬ素子により得られる白色光は、図１に示すように、いわゆる可視光として、少なくとも３８０～７８０ｎｍの波長域に亘って連続した発光スペクトルＳを有している。
　また、この発光スペクトルＳは、６００～６４０ｎｍの赤色波長域Ｒに１つのピーク波長ｐ１と、５００～５４０ｎｍの緑色波長域Ｇに１つのピーク波長ｐ２と、４４０～４９０ｎｍの青色波長域Ｂに２つのピーク波長ｐ３，ｐ４とを有している。
　また、赤色及び緑色波長域（５００～６４０ｎｍ）において、互いに隣接する２つのピーク波長ｐ１，ｐ２の間隔ｔ１は、６０ｎｍ以上であることが好ましい。一方、緑色及び青色波長域（４４０～５４０ｎｍ）において、互いに隣接する３つのピーク波長ｐ２，ｐ３，ｐ４の間隔ｔ２，ｔ３は、それぞれ１５～５０ｎｍであることが好ましい。
　さらに、赤色及び緑色波長域（５００～６４０ｎｍ）において、互いに隣接する２つのピーク波長ｐ１，ｐ２の間にある１つのボトム波長ｂ１が、緑色及び青色波長域（４４０～５４０ｎｍ）において、互いに隣接する３つのピーク波長ｐ２，ｐ３，ｐ４の間にある２つのボトム波長ｂ２，ｂ３のうち何れか一方よりも発光強度が低くなることが好ましい。（なお、図２では、ボトム波長ｂ１がボトム波長ｂ２，ｂ３よりも発光強度が低くなっている。）
　これにより、本発明を適用した有機ＥＬ素子では、演色性の高い白色光を得ることが可能である。具体的に、この有機ＥＬ素子では、「ＪＩＳ Ｚ ９１１２」に規定される色度範囲のうち、昼光色(Ｄ)、昼白色(Ｎ)、白色(Ｗ)の何れかの光色に該当した白色光を得ることが可能である。また、この有機ＥＬ素子では、平均演色評価数(Ｒａ)が７０以上（より好ましくは８０以上）となる白色光を得ることが可能である。
　本発明では、このような高い演色性を有した白色光が得られる有機ＥＬ素子を、例えば液晶ディスプレイのバックライトや一般照明などの照明装置の光源として好適に用いることが可能である。すなわち、本発明を適用した有機ＥＬ素子を備える照明装置では、演色性の高い白色光による照明が可能である。また、本発明では、この有機ＥＬ素子を照明装置の光源に限定されることなく、様々な用途に用いることが可能である。
　本発明を適用した有機ＥＬ素子は、上述した演色性の高い発光スペクトルＳを有する白色光を得るための素子構造として、例えば図２に示すように、陰極１と陽極２との間で、赤色波長域Ｒに１つのピーク波長ｐ１を有する赤色光を発する赤色燐光発光層と、緑色波長域Ｇに１つのピーク波長ｐ２を有する緑色光を発する緑色燐光発光層とを含む第１の発光ユニット２１と、青色波長域Ｂに２つのピーク波長ｐ３，ｐ４を有する青色光を発する青色蛍光発光層を含む第２の発光ユニット２２とを積層した構造（タンデム構造）とすることが好ましい。
　さらに、本発明を適用した有機ＥＬ素子は、これら第１及び第２の発光ユニット２１，２２が電荷発生層（ＣＧＬ）３１を挟んで積層された構造（ＭＰＥ構造）を有することが好ましい。
　陰極１には、一般的に仕事関数の小さい金属又はその合金、金属酸化物等を用いることが好ましい。具体的には、例えば、Ｌｉ等のアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａ等のアルカリ土類金属、Ｅｕ等の希土類金属などの金属単体、若しくは、これらの金属とＡｌ、Ａｇ、Ｉｎ等を含む合金などを用いることができる。
　また、例えば「特開平１０－２７０１７１号公報」や「特開２００１－１０２１７５号公報」に開示されるように、陰極１と有機層との界面に金属ドーピングされた有機層を用いた構成であってもよい。この場合、陰極１に導電性材料を用いればよく、その仕事関数等の性質は別段、制限とはならない。
　また、例えば「特開平１１－２３３２６２号公報」や「特開２０００－１８２７７４号公報」に開示されるように、陰極１に接する有機層をアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、希土類金属イオンのうち少なくとも１種以上を含有する有機金属錯体化合物により構成してもよい。この場合、有機金属錯体化合物中に含有される金属イオンを真空中で金属に還元し得る金属、例えば、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉなどの（熱還元性）金属、若しくはこれらの金属を含有する合金を陰極１に用いることができる。この中でも特に、配線電極として一般に広く使用されているＡｌが、蒸着の容易さ、光反射率の高さ、化学的安定性等の観点から用いて好ましい。
　陽極２には、特に材料の制限はなく、この陽極２側から光を取り出す場合は、例えば、ＩＴＯ（インジウム・すず酸化物）、ＩＺＯ（インジウム・亜鉛酸化物）などの透明導電材料を使用することができる。
　また、例えば「特開２００２－３３２５６７号公報」に開示された手法を用いて、有機膜に損傷の無いようなスパッタリング法によってＩＴＯの成膜を行う場合は、上記「特開平１０－２７０１７１号公報」に開示されている金属ドーピングされた有機層を電子注入層に用いることで、上述したＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電材料を陰極１に使用することもできる。
　したがって、陰極１及び陽極２の両方を透明にして（第１及び第２の発光ユニット（有機膜）２１，２２や電荷発生層３１も同様に透明であるから）、透明な有機ＥＬ素子を作製することが可能である。また、一般的な有機ＥＬ素子の場合とは逆に、陽極２を金属材料、陰極１に透明導電材料を用いることで、陰極１側から光を取り出すことも可能である。また、成膜順序に関しては必ずしも陽極２側から始める必要はなく、陰極１側から成膜を始めてもよい。
　第１及び第２の発光ユニット２１，２２は、従来公知の有機ＥＬ素子と同様に種々の構造を採用することができ、少なくとも有機化合物からなる発光層を含むものであれば、如何なる積層構造を有していてもよい。例えば、発光層の陰極１側に、電子輸送層や電子注入層等を配置する一方、発光層の陽極２側に、正孔輸送層や正孔注入層等を配置することが可能である。
　電子輸送層は、従来公知の電子輸送性物質を用いて形成すればよく、一般に有機ＥＬ素子に用いられる電子輸送性物質のなかでも良好な電子輸送性を有することに加え、キャリアバランスの整合を図るためには、ホールブロックの機能を有していることが望ましい。具体的には、ＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ　Ｏｃｃｕｐｉｅｄ　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｏｒｂｉｔａｌ）の値が６．０ｅＶ以上の準位を有する電子輸送性物質を用いることが好ましい。電子注入層は、陰極１若しくは電荷発生層３１から電子の注入効率を向上させるために、陰極１と電子輸送層との間、若しくは電荷発生層３１と陽極２側に位置する電子輸送層との間に挿入するものであり、一般的には、電子輸送層と同様な性質を有する電子輸送性物質が使用される。電子輸送層と電子注入層をまとめて、電子輸送層と呼ぶ場合もある。
　正孔輸送層は、従来公知の正孔輸送性物質を用いて形成すればよく、特に制限はないが、例えばＨＯＭＯが５．７ｅＶより小さく、正孔輸送性、即ち電子供与性を有する有機化合物（電子供与性物質）を用いるのが好ましい。正孔注入層は、陽極２若しくは電荷発生層３１から正孔の注入効率を向上させるために、陽極２と正孔輸送層との間、若しくは電荷発生層３１と陰極１側に位置する正孔輸送層との間に挿入するものであり、一般的には、正孔輸送層と同様な性質を有する電子供与性物質が使用される。正孔輸送層と正孔注入層をまとめて、正孔輸送層と呼ぶ場合もある。
　第１及び第２の発光ユニット２１，２２を構成する各層の成膜方法については、例えば真空蒸着法やスピンコート法などを用いることができる。また、上述した電子輸送層、電子注入層、正孔輸送層、正孔注入層などに用いられる材料についても、従来公知のものを使用することが可能である。
　第１及び第２の発光ユニット２１，２２を構成する赤色、緑色、青色の各発光層は、有機化合物として、通常は主成分であるホスト材料と、少量成分であるゲスト材料とを含み、赤色、緑色、青色の発光は、特にゲスト材料の性質に起因する。
　ゲスト材料は、ドーパント材料とも呼ばれ、このゲスト材料に蛍光発光を利用するものは、通常、蛍光発光材料と呼ばれており、この蛍光発光材料で構成される発光層のことを蛍光発光層と呼ぶ。一方、ゲスト材料に燐光発光を利用するものは、通常、燐光発光材料と呼ばれており、この燐光発光材料で構成される発光層のことを燐光発光層と呼ぶ。
　このうち、燐光発光層では、電子と正孔の再結合により生じた７５％の三重項励起子に加え、一重項励起子からのエネルギー移動により生成した２５％分の三重項励起子も利用できるため、理論上は、１００％の内部量子効率が得られる。
すなわち、電子と正孔の再結合により生じた励起子が、発光層内で熱失括等を生じることなく光に変換される。実際に、イリジウムや白金等の重原子を含む有機金属錯体では、素子構造の最適化等によって１００％に近い内部量子効率を達成している。
　燐光発光層のゲスト材料としては、特に制限されるものではなく、例えば、赤色燐光発光層としては、Ｉｒ（ｐｉｑ）３やＩｒ（ｂｔｐｙ）３等の赤色燐光発光材料を用いることができる。一方、緑色燐光発光層としては、Ｉｒ（ｐｐｙ）３等の緑色燐光発光材料を用いることができる。一方、青色燐光発光層としては、Ｉｒ（Ｆｐｐｙ）３等の青色燐光発光材料を用いることができる。
　燐光発光層の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、又は両者を混合したものなどを使用することができる。具体的には、例えば、４,４’－ビスカルバゾリルビフェニル（ＣＢＰ）や、２,９－ジメチル－４,７－ジフェニル－９,１０－フェナントロリン（ＢＣＰ）等を用いることができる。
　但し、本発明では、素子寿命の向上、並びに高演色性の実現などの観点から、青色発光層のゲスト材料については、青色蛍光発光材料を用いることが好ましい。青色蛍光発光層のホスト材料及びゲスト材料については、例えば「国際公開第２０１２／０５３２１６号公報」の段落［００５２］～［００６１］に記載される青色蛍光発光材料を用いることができる。また、ゲスト材料としては、例えば、スチリルアミン化合物、フルオランテン化合物、アミノピレン化合物、ホウ素錯体等を用いることができる。
　ところで、本発明では、上記青色蛍光発光層が発する青色光が２つのピーク波長ｐ３，ｐ４を有している。ある波長域に複数のピーク波長を有する発光材料は一般に存在するものの、通常はディスプレイ等の表示装置への適用を考えた場合、その色純度を向上させるため、１つのピーク波長を強調するように素子構造を設計する手法が用いられている。具体的には、光の干渉を利用して、ある波長で発光強度が極大となるように膜厚を設定する方法である。一方、本発明は、主に照明装置への適用を意図している。この場合、演色性の高い白色光を得るためには、青色波長域でのピーク波長が単一とならないように干渉設計することが好ましい。
　電荷発生層３１は、電子受容性物質と電子供与性物質とから構成される電気的絶縁層からなり、この電気的絶縁層の比抵抗が１．０×１０２Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１．０×１０５Ω・ｃｍ以上である。
　また、電荷発生層３１は、異なる物質の混合層からなり、その一成分が金属酸化物であり、この金属酸化物が酸化還元反応による電荷移動錯体を形成しているものであってもよい。この場合、陰極１と陽極２との間に電圧を印加したときに、電荷移動錯体中の電荷が、それぞれ陰極１側及び陽極２側に向かって移動することにより、電荷発生層３１を挟んで陰極１側に位置する一の発光ユニット（第１の発光ユニット２１又は第２の発光ユニット２２）に正孔を注入し、電荷発生層３１を挟んで陽極２側に位置する他の発光ユニット（第２の発光ユニット２２又は第１の発光ユニット２１）に電子を注入する。これにより、同じ電流量のまま第１及び第２の発光ユニット２１，２２からの発光が同時に得られるため、これら発光ユニット２１，２２の個数倍相当の電流効率及び外部量子効率を得ることが可能である。
　電荷発生層３１は、電子受容性物質と電子供与性物質との積層体からなるものであってもよい。この場合、陰極１と陽極２との間に電圧を印加したときに、電子受容性物質と電子供与性物質との界面において、これら電子受容性物質と電子供与性物質との間での電子移動を伴う反応により発生した電荷が、それぞれ陰極１側及び陽極２側に向かって移動することにより、電荷発生層３１を挟んで陰極１側に位置する一の発光ユニット（第１の発光ユニット２１又は第２の発光ユニット２２）に正孔を注入し、電荷発生層３１を挟んで陽極２側に位置する他の発光ユニット（第２の発光ユニット２２又は第１の発光ユニット２１）に電子を注入する。これにより、同じ電流量のまま第１及び第２の発光ユニット２１，２２からの発光が同時に得られるため、これら発光ユニット２１，２２の個数倍相当の電流効率及び外部量子効率を得ることが可能である。
　このような電荷発生層３１を構成する具体的な材料については、例えば、上記特許文献９に記載される材料を用いることができ、その中でも段落［００１９］～［００２１］に記載の材料を好適に用いることができる。さらに、「国際公開２０１０／１１３４９３号公報」の段落［００２３］～［００２６］に記載の材料を用いることができ、その中でも特に、段落［００５９］に記載される強電子受容性物質（ＨＡＴＣＮ６）は、近年、電荷発生層３１によく使用される材料である。
　本発明を適用した照明装置では、上記有機ＥＬ素子の光取り出し面側に、演色性を向上させるための光学フィルムを備えた構成とすることが可能である。
　通常、演色性は、平均演色評価数（Ｒａ）で評価されることが多く、この平均演色評価数（Ｒａ）は、８種類の演色評価数（Ｒ１～Ｒ８）の平均値で表されるものである。また、それ以外にも、赤色の色再現性を評価するＲ９や、西洋人の肌の色の再現性を評価するＲ１３、日本人の肌の色の再現性を評価するＲ１５などの特殊演色評価数がある。
　本発明で用いられる光学フィルムは、上記発光スペクトルＳのうち、５４０～５８０ｎｍの波長域に現れる窪み（ボトム波長ｂ１）をカバーし、演色性の更なる向上を図るためのものである。すなわち、この５４０～５８０ｎｍの波長域をカバーすることは、平均演色評価数（Ｒａ）の向上はもとより、特殊演色評価数を向上させる上でも非常に効果的である。
　また、有機ＥＬ素子は、空気よりも屈折率の高い（屈折率１．６～２．１程度）発光層の内部で発光し、この発光層が発する光のうち１５～２０％程度の光しか取り出せないことが一般的に言われている。これは、臨界角以上の角度で界面に入射する光は全反射を起こし、素子外部に取り出すことができないことや、透明電極ないし発光層と透明基板との間で光が全反射を起こし、光が透明電極ないし発光層を導波し、結果として光が素子側面方向に逃げるためである。
　この光の取り出しの効率を向上させる手法としては、例えば、透明基板の表面に凹凸を形成し、透明基板と空気界面での全反射を防ぐ方法（例えば、「米国特許第４，７７４，４３５号明細書」を参照。）。基板に集光性を持たせることにより効率を向上させる方法（例えば、「特開昭６３－３１４７９５号公報」を参照。）。素子の側面等に反射面を形成する方法（例えば、「特開平１－２２０３９４号公報」を参照。）。基板と発光体の間に中間の屈折率を持つ平坦層を導入し、反射防止膜を形成する方法（例えば、「特開昭６２－１７２６９１号公報」を参照。）。基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法（例えば、「特開２００１－２０２８２７号公報」を参照。）。基板、透明電極層や発光層の何れかの層間（含む、基板と外界間）に回折格子を形成する方法（例えば、「特開平１１－２８３７５１号公報」を参照。）などがある。
　なお、照明装置では、上述した演色性の向上を図るために、上記光学フィルムの表面に更にマイクロレンズアレイ等を設けた構造としたり、集光シートと組み合わせることにより、特定方向、例えば、素子発光面に対し正面方向に集光することにより、特定方向上の輝度を高めたりすることが可能である。さらに、有機ＥＬ素子からの光放射角を制御するために、光拡散フィルムを集光シートと併用して用いてもよい。このような光拡散フィルムとしては、例えば、きもと社製の光拡散フィルム（ライトアップ）などを用いることができる。
　なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　具体的に、本発明を適用した有機ＥＬ素子は、上述した図１に示す演色性の高い発光スペクトルＳを有する白色光を得るための素子構造として、上記図２に示す素子構造を好適に採用するものであるが、このような素子構造に必ずしも制限されるものではない。すなわち、本発明を適用した有機ＥＬ素子の素子構造としては、上述した図１に示す演色性の高い発光スペクトルＳを有する白色光が得られるものであればよく、それに合わせて様々な素子構造や材料等を採用することが可能である。
　以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
（実施例１）
　実施例１では、図３に示す素子構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。具体的には、先ず、厚み３００ｎｍ、幅２ｍｍ、シート抵抗約１０Ω／□のＩＴＯ膜が成膜された、厚さ０．７ｍｍのソーダライムガラス基板を用意した。そして、この基板を、中性洗剤、イオン交換水、アセトン、イソプロピルアルコールで各５分間の超音波洗浄した後、スピン乾燥し、更にＵＶ／Ｏ３処理を施した。
　次に、真空蒸着装置内の蒸着用るつぼ（タンタル製又はアルミナ製）の各々に、図３に示す各層の構成材料を充填した。そして、上記基板を真空蒸着装置にセットし、真空度１×１０－４Ｐａ以下の減圧雰囲気下で、蒸着用るつぼに通電して加熱し、各層を蒸着速度０．１ｎｍ／秒の蒸着速度で所定の膜厚で蒸着した。また、発光層など２つ以上の材料からなる層は、所定の混合比で形成されるように、蒸着用るつぼに通電を行い共蒸着した。また、陰極は１ｎｍ／秒の蒸着速度で所定の膜厚で蒸着した。
　以上のようにして作製した有機ＥＬ素子に、電源（ＫＥＩＴＨＬＥＹ２４２５）を接続し、４ｍＡ／ｃｍ２の定電流を通電することで、この有機ＥＬ素子を発光させた。このとき、有機ＥＬ素子から正面方向に向けて発せられた光の発光スペクトルを、マルチチャネルアナライザー（浜松ホトニクス製ＰＭＡ－１１）により測定した。
　そして、この測定結果に基づき、発光色をＣＩＥ表色系の色度座標で評価した。また、この色度座標に基づいて、発光色を「ＪＩＳ Ｚ ９１１２」に規定される光源色に区分した。また、「ＪＩＳ Ｚ ８７２５」の規定に基づき、黒体軌跡からの偏差ｄｕｖを導出した。さらに、発光色の平均演色評価数(Ｒａ)を、「ＪＩＳ Ｚ ８７２６」に規定される方法によって導出した。これらをまとめた評価結果を図４に示す。
（実施例２）
　実施例２では、上記実施例１と同様の作製方法を用いて、図５に示す素子構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。そして、この実施例２の有機ＥＬ素子について、上記実施例１と同様の方法を用いて評価を行った。その評価結果を図６に示す。
（実施例３）
　実施例３では、上記実施例１と同様の作製方法を用いて、図７に示す素子構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。そして、この実施例３の有機ＥＬ素子について、上記実施例１と同様の方法を用いて評価を行った。その評価結果を図８に示す。
（実施例４）
　実施例４では、上記実施例１と同様の作製方法を用いて、図９に示す素子構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。そして、この実施例４の有機ＥＬ素子について、上記実施例１と同様の方法を用いて評価を行った。その評価結果を図１０に示す。
（実施例５）
　実施例５では、上記実施例１と同様の作製方法を用いて、図１１に示す素子構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。そして、この実施例５の有機ＥＬ素子について、上記実施例１と同様の方法を用いて評価を行った。その評価結果を図１２に示す。但し、図１２は、他の実施例とは異なり、６ｍＡ／ｃｍ２の定電流を通電した状態での評価結果である。
（実施例６）
　実施例６では、上記実施例１と同様の作製方法を用いて、図１３に示す素子構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。そして、この実施例６の有機ＥＬ素子について、上記実施例１と同様の方法を用いて評価を行った。その評価結果を図１４に示す。
　図４，６，８，１０，１２，１４に示すように、実施例１～６の有機ＥＬ素子では、何れも演色性の高い白色光が得られた。したがって、このような本発明の有機ＥＬ素子を備える照明装置では、演色性の高い白色光による照明が可能であることが明らかとなった。
　なお、実施例５，６について、同じ素子構造（図１１，１３を参照。）にも関わらず、評価結果（図１２，図１４を参照。）に違いが生じたのは、電流値の変化によるものである（電流依存性）。すなわち、電流値の大小により、緑色光と赤色光の強度比が変化する。例えば、電流値が増大した場合は、緑色光の赤色光に対する強度比が低下し、緑色発光層よりも赤色発光層側での発光が支配的となる。また、実施例５では、この電流値が増大した場合に該当し、図１２に示す発光スペクトルより、赤色発光層側での発光が支配的になっていることがわかる。
（実施例７）
　実施例７では、上記実施例１の有機ＥＬ素子の光取り出し面（陽極）側に、光学フィルムを貼付した照明装置を作製した。そして、この実施例７の照明装置について、上記実施例１と同様の方法を用いて評価を行った。その評価結果を図１５に示す。
（実施例８）
　実施例８では、上記実施例１の有機ＥＬ素子の光取り出し面（陽極）側に、光学フィルムを貼付した照明装置を作製した。そして、この実施例８の照明装置について、上記実施例１と同様の方法を用いて評価を行った。その評価結果を図１６に示す。
　図１５，１６に示すように、実施例７，８の照明装置では、有機ＥＬ素子の光取り出し面（陽極）側に光学フィルムを貼付することによって、光学フィルムを貼付しなかった場合（図中の破線で示す。）と比較して、その形状が変化していることがわかる。特に、青色波長域に現れる２つのピーク波長ｐ３，ｐ４のうち、長波長側のピーク波長ｐ３の発光強度が相対的に弱まることによって、これらピーク波長ｐ３，ｐ４の間に現れるボトム波長ｂ３の発光強度との差が縮まっていることがわかる。
　これにより、実施例７の照明装置では、Ｒａが９２、Ｒ９が９５、Ｒ１５が９０となり、また、実施例８の照明装置では、Ｒａが９２、Ｒ９が９４、Ｒ１５が９０となり、何れにおいても、非常に優れた演色性が得られた。
本発明は、演色性の高い白色光を得ることにより、照明装置の光源に用いることが好適な有機エレクトロルミネッセント素子、並びに、そのような有機エレクトロルミネッセント素子を備えた照明装置に適用できる。
　１…陰極　
２…陽極
２１…第１の発光ユニット
２２…第２の発光ユニット
３１…電荷発生層（ＣＧＬ）
　Ｓ…発光スペクトル
Ｒ…赤色波長域
Ｇ…緑色波長域
Ｂ…青色波長域
ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４…ピーク波長
ｂ１，ｂ２，ｂ３…ボトム波長

Claims (15)

  1. 　陰極と陽極との間に、少なくとも有機化合物からなる発光層を含む複数の発光ユニットを有する有機エレクトロルミネッセント素子であって、
    　前記複数の発光ユニットが発光することで得られる白色光が、少なくとも３８０～７８０ｎｍの波長域に亘って連続した発光スペクトルを有し、且つ、この発光スペクトルにおいて、６００～６４０ｎｍの赤色波長域に１つのピーク波長と、５００～５４０ｎｍの緑色波長域に１つのピーク波長と、４４０～４９０ｎｍの青色波長域に２つのピーク波長とを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
  2. 　前記緑色及び青色波長域において、互いに隣接するピーク波長の間隔が、１５～５０ｎｍ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ト素子。
  3. 　前記赤色及び緑色波長域において、互いに隣接するピーク波長の間隔が、６０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
  4. 　前記赤色及び緑色波長域において、互いに隣接するピーク波長の間にある１つのボトム波長が、前記緑色及び青色波長域において、互いに隣接するピーク波長の間にある２つのボトム波長のうち何れか一方よりも発光強度が低いことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
  5. 　前記白色光の発光色が、「ＪＩＳ Ｚ ９１１２」に規定される色度範囲のうち、昼光色(Ｄ)、昼白色(Ｎ)、白色(Ｗ)の何れかであることを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
  6. 　前記白色光の平均演色評価数(Ｒａ)が、７０以上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有機エレクトロルミネッセント素子。
  7. 　前記赤色波長域に１つのピーク波長を有する赤色光を発する赤色燐光発光層と、前記緑色波長域に１つのピーク波長を有する緑色光を発する緑色燐光発光層とを含む第１の発光ユニットと、
    　前記青色波長域に２つのピーク波長を有する青色光を発する青色蛍光発光層を含む第２の発光ユニットとを有することを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
  8. 　前記複数の発光ユニットが電荷発生層を挟んで積層された構造を有することを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
  9. 　前記電荷発生層は、電子受容性物質と電子供与性物質とから構成される電気的絶縁層からなり、この電気的絶縁層の比抵抗が１．０×１０２Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
  10. 　前記電気的絶縁層の比抵抗が１．０×１０５Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項９に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
  11. 　前記電荷発生層は、異なる物質の混合層からなり、その一成分が金属酸化物であり、この金属酸化物が酸化還元反応による電荷移動錯体を形成しており、
    　前記陰極と前記陽極との間に電圧を印加したときに、前記電荷移動錯体中の電荷が、それぞれ前記陰極側及び前記陽極側に向かって移動することにより、前記電荷発生層を挟んで前記陰極側に位置する一の発光ユニットに正孔を注入し、前記電荷発生層を挟んで前記陽極側に位置する他の発光ユニットに電子を注入することを特徴とする請求項８に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
  12. 　前記電荷発生層は、前記電子受容性物質と前記電子供与性物質との積層体からなり、
    　前記陰極と前記陽極との間に電圧を印加したときに、前記電子受容性物質と前記電子供与性物質との界面において、これら電子受容性物質と電子供与性物質との間での電子移動を伴う反応により発生した電荷が、それぞれ前記陰極側及び前記陽極側に向かって移動することにより、前記電荷発生層を挟んで前記陰極側に位置する一の発光ユニットに正孔を注入し、前記電荷発生層を挟んで前記陽極側に位置する他の発光ユニットに電子を注入することを特徴とする請求項８に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
  13. 　請求項１～１２の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子を備える照明装置。
  14. 　前記有機エレクトロルミネッセント素子の光取り出し面側に光学フィルムを備えることを特徴とする請求項１３に記載の照明装置。
  15. 　前記白色光のＲａが９０以上であり、且つ、演色評価数のうち、Ｒ９及びＲ１５がそれぞれ９０以上であることを特徴とする請求項１４に記載の照明装置。
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