(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極（２）と陰極（６）とからなる一対の電極（２、６）間に有機化合物を含む発光層（４）を配置した有機ＥＬ素子において、
前記発光層（４）を、第１の蛍光材料が添加された正孔輸送性材料を母材とす正孔輸送性発光層（４ａ）と、第２の蛍光材料が添加された電子輸送性材料を母材とする電子輸送性発光層（４ｂ）と、により構成し、
前記正孔輸送性発光層（４ａ）と前記電子輸送性発光層（４ｂ）とを同時に発光させてこれら両発光層からの発光色を混色として認識させるようにし、
前記正孔輸送性発光層（４ａ）から発光される発光色の発光スペクトルと前記電子輸送性発光層（４ｂ）から発光される発光色の発光スペクトルとが略同じになるように、前記正孔輸送性発光層（４ａ）及び前記電子輸送性発光層（４ｂ）の前記第１の蛍光材料、第２の蛍光材料は共に２種類以上の蛍光材料よりなり、該２種類以上の蛍光材料の固体状態の蛍光ピーク波長が異なることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
陽極（２）と陰極（６）とからなる一対の電極（２、６）間に有機化合物を含む発光層（４）が挟持されてなり、
前記発光層（４）は、前記陽極（２）側に位置し正孔輸送性材料を母材として第１の蛍光材料が含有されている正孔輸送性発光層（４ａ）と、前記陰極（６）側に位置し電子輸送性材料を母材として第２の蛍光材料が含有されている電子輸送性発光層（４ｂ）とが積層された構造を有しており、
前記正孔輸送性発光層中の前記第１の蛍光材料と前記電子輸送性発光層中の前記第２の蛍光材料とを同時に発光させるようにした有機ＥＬ素子であって、
前記正孔輸送性発光層（４ａ）から発光される発光色の発光スペクトルと前記電子輸送性発光層（４ｂ）から発光される発光色の発光スペクトルとが略同じになるように、前記第１の蛍光材料及び前記第２の蛍光材料は共に、同じ濃度比の同じ２種類以上の蛍光材料よりなり、該２種類以上の蛍光材料の固体状態の蛍光ピーク波長が異なることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記第１及び第２の蛍光材料を構成する各蛍光材料の固体状態の蛍光ピーク波長は、前記正孔輸送性材料及び前記電子輸送性材料の固体状態の蛍光ピーク波長に対して、同じ波長領域かまたは長波長領域に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記正孔輸送性発光層（４ａ）と前記電子輸送性発光層（４ｂ）とは直接接しており、
前記正孔輸送性材料及び前記電子輸送性材料の固体状態の蛍光ピーク波長は、共に３８０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満の範囲にあることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽極と陰極とからなる一対の電極間に挟持された有機化合物を含む発光層が２層積層された構造をなし、２層の発光層を同時発光させることにより多色発光を行なう有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の２層の発光層を同時発光させることにより多色発光する有機ＥＬ素子（以下、積層発光層タイプという）として、特開平８−７８１６３号公報に記載のものがある。これは、互いに異なる発光色を有する正孔輸送性発光層（陽極側に位置する）と電子輸送性発光層（陰極側に位置する）とをキャリア再結合領域制御層（キャリアブロック層）を挟んで積層した構造としたものである。
【０００３】
そして、この積層発光層タイプにおいては、正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層からの発光を同時に得ることで多色発光を行い、両発光が総合された発光色（混色）が白色となるようにしている。
【０００４】
ここで、正孔輸送性発光層及び電子輸送性発光層は、各々、母材としての正孔輸送性材料及び電子輸送性材料に、互いに異なる発光色を有する蛍光材料（ドーパント）を含有したものが用いられる。なお、通常、有機ＥＬ素子においては、母材及びドーパント共に、固体状態で蛍光性を有する材料が用いられる。
【０００５】
かかる積層発光層タイプの有機ＥＬ素子は、次のように多色発光を行なう。即ち、一対の電極（陽極、陰極）から正孔輸送性発光層に正孔（ホール）を注入し、電子輸送性発光層に電子を注入し、介在するキャリア再結合領域制御層を介して、両発光層内にて正孔と電子の再結合により励起子を発生させる。この励起子から各母材もしくは各蛍光材料にエネルギーが付与され、発光する。
【０００６】
ここで、キャリア再結合領域制御層はホールブロック性を有し、膜厚を変えることで上記両発光層間におけるキャリア（正孔、電子）の移動を制御し、キャリアの再結合領域を、どちらか片方の発光層としたり両発光層としたりというように適宜制御できる。つまり、適切な膜厚に設定することで、異なる発光色を持つ両発光層を同時に発光させ、多色発光が行なわれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者の検討によれば、上記従来公報に記載されているような積層発光層タイプの有機ＥＬ素子においては、次のような問題が発生することがわかった。１つは、発光層に印加される電流量に応じて発光色が微妙に変化するという問題である。この問題について図１３を参照して述べる。
【０００８】
ＥＬ素子において発光輝度を異ならせて使用する場合、発光層に印加される電流値も異なってくる。例えば、使用環境が昼の場合と夜の場合と輝度を変える場合などである。
【０００９】
図１３において、Ａは正孔輸送性発光層の蛍光材料による蛍光ピーク、Ｂは電子輸送性発光層の蛍光材料による蛍光ピークを示す。例えば、図１３（ａ）に示す様に、高い電流値（例えば１００ｍＡ／ｃｍ２）において、一方のピークＡの強度が大きく、他方のピークＢの強度が小さい状態で混色が得られているとする。
【００１０】
ここで、発光層に印加される電流値を小さくする（例えば１ｍＡ／ｃｍ２）と、図１３（ｂ）に示す様に、両ピークＡ及びＢの大小が逆転する。すると、両発光層による混色の色度が変化してしまう。
【００１１】
これは、電流値が変わると、各母材及び蛍光材料のエネルギー準位の違いから電子と正孔の供給バランスが崩れ、正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層とで電子と正孔の再結合量が変わり、結果的に各発光層で発光量が変化するためと考えられる。
【００１２】
また、２つ目の問題は、一定の直流電流を印加して発光を継続させる場合でも、発光色の色度が微妙に経時変化することである。これは、長時間（例えば１万時間）の電流印加及び発光により発光層を構成する有機物が分解する等によって、正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層との間に何らかの障壁が形成されるためであると考えられる。
【００１３】
そして、この障壁により電子と正孔の供給バランスが崩れ、上述のように、結果的に各発光層で発光量が変化し、図１３と同様のピーク変化現象が起こり、色度変化が起こると考えられる。
【００１４】
本発明は上記のような本発明者が見出した問題に基づいてなされたものであり、積層発光層タイプの有機ＥＬ素子において、印加電流量の変化や発光時間の経過に伴う発光色の色度変化を防止することを目的とする。
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、陽極（２）と陰極（６）とからなる一対の電極（２、６）間に有機化合物を含む発光層（４）を配置した有機ＥＬ素子において、発光層（４）を、第１の蛍光材料が添加された正孔輸送性材料を母材とす正孔輸送性発光層（４ａ）と、第２の蛍光材料が添加された電子輸送性材料を母材とする電子輸送性発光層（４ｂ）とにより構成し、正孔輸送性発光層（４ａ）と電子輸送性発光層（４ｂ）とを同時に発光させてこれら両発光層からの発光色を混色として認識させるようにし、正孔輸送性発光層（４ａ）から発光される発光色の発光スペクトルと電子輸送性発光層（４ｂ）から発光される発光色の発光スペクトルとが略同じになるように、正孔輸送性発光層（４ａ）及び電子輸送性発光層（４ｂ）の第１の蛍光材料、第２の蛍光材料を共に２種類以上の蛍光材料よりなり、該２種類以上の蛍光材料の固体状態の蛍光ピーク波長が異なるものとしたことを特徴としている。
【００１６】
本発明によれば、正孔輸送性及び電子輸送性の両発光層における電子及び正孔の供給バランスが崩れたとしても、正孔輸送性発光層から発光される発光色の発光スペクトルと電子輸送性発光層から発光される発光色の発光スペクトルとが略同じであるため、正孔輸送性及び電子輸送性の両発光層による混色の色度の変化は殆ど発生しない。よって、本発明によれば、印加電流量の変化や発光時間の経過に伴う発光色の色度変化を防止することができる。
【００１７】
また、請求項２記載の発明では、陽極（２）と陰極（６）とからなる一対の電極（２、６）間に挟持された有機化合物を含む発光層（４）を、陽極（２）側に位置し正孔輸送性材料を母材として第１の蛍光材料が含有されている正孔輸送性発光層（４ａ）と、陰極（６）側に位置し電子輸送性材料を母材として第２の蛍光材料が含有されている電子輸送性発光層（４ｂ）との積層構造とし、該第１の蛍光材料と該第２の蛍光材料とを同時に発光させるようにした有機ＥＬ素子であって、正孔輸送性発光層（４ａ）から発光される発光色の発光スペクトルと電子輸送性発光層（４ｂ）から発光される発光色の発光スペクトルとが略同じになるように、これら第１及び第２の蛍光材料を共に、同じ濃度比の同じ２種類以上の蛍光材料よりなり、該２種類以上の蛍光材料の固体状態の蛍光ピーク波長が異なるものとしたことを特徴としている。
【００１８】
本発明によれば、素子の発光色の色度は、同時に発光する第１及び第２の蛍光材料における２種類以上の蛍光材料の各発光色の混色として決まる。そして、第１及び第２の蛍光材料を、共に、同じ濃度比の同じ２種類以上の蛍光材料より構成しているから、両発光層における電子及び正孔の供給バランスが崩れたとしても、第１及び第２の蛍光材料のそれぞれの発光色は、実質的に同じように変化する。よって、本発明によれば、印加電流量の変化や発光時間の経過に伴う発光色の色度変化を防止することができる。
【００１９】
ここで、第１及び第２の蛍光材料を同時発光させることは、請求項３記載の発明のようにすればよい。即ち、請求項３の有機ＥＬ素子においては、第１及び第２の蛍光材料を構成する各蛍光材料の固体状態の蛍光ピーク波長が、正孔輸送性発光層（４ａ）の母材である正孔輸送性材料及び電子輸送性発光層（４ｂ）の母材である電子輸送性材料の固体状態の蛍光ピーク波長に対して、同じ波長領域かまたは長波長領域に位置することを特徴としている。
【００２０】
各発光層において正孔と電子の再結合により発生する励起子のエネルギーは、この再結合が行なわれる発光層の母材のエネルギーギャップ（伝導帯最低準位と価電子帯最高準位との差）に依存する。また、このエネルギーギャップは、母材の発光色波長、即ち材料の固体状態の蛍光ピーク波長に依存し、短波長領域となるほど（つまり赤→緑→青の順に）エネルギーギャップが大きくなる。
【００２１】
本発明では、両発光層において、母材の固体状態の蛍光ピーク波長が蛍光材料と同じ波長領域か短波長領域にあるため、母材の持つエネルギーが蛍光材料の持つエネルギーより大きくなる。そのため、各発光層にて発生した励起子のエネルギーは、各発光層内部にて母材から蛍光材料へ容易に移動でき、両発光層における蛍光材料の同時発光を効率よく行うことができる。
【００２２】
また、本発明者の検討によれば、正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層とを、従来のようにキャリア再結合領域制御層を介在させて積層した場合、両発光層で同時発光させるためにキャリア再結合領域制御層の層厚を最適に制御することは容易でないことがわかった。
【００２３】
そこで、両発光層を直接接した積層構造としたものを検討したが、両発光層のエネルギー準位が異なる場合には、両発光層の界面を超えて電子及び正孔が移動しにくいため、両発光層で正孔と電子の再結合を行うことが難しく、両発光層の同時発光を実現しにくいことがわかった。
【００２４】
請求項４記載の発明は、この知見に基づいてなされたもので、請求項１〜請求項３の有機ＥＬ素子において、正孔輸送性発光層（４ａ）と電子輸送性発光層（４ｂ）とを直接接した積層構造とし、正孔輸送性材料及び電子輸送性材料の固体状態の蛍光ピーク波長を、共に３８０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満の範囲としたことを特徴としている。それにより、請求項１〜請求項３の発明の効果に加えて、次のような効果を奏する。
【００２５】
本発明では、両発光層の各々の母材の固体状態の蛍光ピーク波長を、共に３８０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満の範囲、つまりＥＬ素子において通常、青色波長領域とされる範囲にしているため、両発光層のエネルギー準位を同程度とでき、正孔及び電子が両発光層の界面を越えて両発光層に移動しやすくすることができ、両発光層の同時発光をより効果的に実現できる。
【００２６】
また、本発明では、両発光層の各母材の固体状態の蛍光ピーク波長を、可視光領域における最も短波長側である上記青色波長領域としているため、ドーパントである蛍光材料を、青、緑、赤の各色領域つまり可視光領域全域から任意に選択することができ、両発光層の同時発光による混色として、任意な表示色を得ることができる。
【００２７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。本実施形態は、正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層とが直接接した構造を有する有機ＥＬ素子において、両発光層からの同時発光により、総合された発光色として混色発光を行なうＥＬ素子に適用されたものとして説明する。
【００２９】
図１は、本実施形態に係るＥＬ素子１００の断面構成を示す説明図である。なお、以下、本実施形態に述べる材料は公知のものであるが、代表的なものについては、図２ないし図４に、その主骨格を表す。
【００３０】
１は、可視光に対して透明性を有する基板であり、例えばガラス等から構成される。基板１の一面上には、透明性を有する導電膜からなる陽極２が形成されている。陽極２は、例えばインジウム−錫の酸化物（ＩＴＯ）から構成することができ、その膜厚は例えば１００ｎｍ〜１μｍ程度であり、好ましくは１５０ｎｍ程度とできる。
【００３１】
陽極２の上には、正孔輸送性（正孔注入性）の有機材料から構成された正孔注入層３が積層形成されている。この膜厚は１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であり、好ましくは２０ｎｍ程度とできる。
【００３２】
この有機材料は、正孔輸送性を有する材料であればよく、特に材料を限定するものではないが、具体的には、ジフェニル骨格及び図２に示す様な、トリフェニルアミン骨格、スチリルアミン骨格、ヒドラジン骨格、ピラゾリン骨格、カルバゾール骨格、トリフェニルメタン骨格、トリールアミン骨格、芳香族ジアミン骨格（図示例ではオキサジアゾール骨格）を有する材料等が適用可能である。
【００３３】
正孔注入層３の上には、発光層４が形成されている。発光層４は、全体の膜厚が例えば１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度（好ましくは２０ｎｍ程度）であり、陽極２側に位置し正孔輸送性材料を母材（主材料）として蛍光材料（ドーパント）が含有されている正孔輸送性発光層４ａと、陰極６側に位置し電子輸送性材料を母材（主材料）として蛍光材料（ドーパント）が含有されている電子輸送性発光層４ｂとが直接接して積層された構造となっている。ここで、正孔輸送性発光層４ａの蛍光材料が本発明でいう第１の蛍光材料、電子輸送性発光層４ｂの蛍光材料が本発明でいう第２の蛍光材料に相当する。
【００３４】
各発光層４ａ、４ｂの母材である正孔輸送性材料及び電子輸送性材料は、共に固体状態の蛍光ピーク波長が、３８０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満（青色波長領域）である。母材である正孔輸送性材料は価電子帯最高準位が−５．６ｅＶ以上であるものを用いる。具体的な例を示すと、正孔輸送性でかつ青色の蛍光を示すトリフェニルアミン骨格（図２参照）を有する材料、芳香族ジアミン誘導体、等を挙げることが出来る。
【００３５】
一方、母材である電子輸送性材料は伝導帯最低準位が−２．７ｅＶ以下であるものを用いる。具体的な例を示すと、電子輸送性でかつ青色の蛍光を示すベンゾオキサジアゾールフェライト亜鉛錯体（ＺｎＢＯＸ）などの金属錯体、ジスチリルベンゼン誘導体、オキサジアゾール骨格を有する材料（以上、図３参照）やスピロ化合物、等を挙げることが出来る。
【００３６】
さらに、本実施形態では、正孔輸送性発光層４ｂの蛍光材料（第１の蛍光材料）と電子輸送性発光層４ｂの蛍光材料（第２の蛍光材料）とが同時発光するのであるが、これら第１及び第２の蛍光材料を共に、正孔輸送性発光層４ａから発光される発光色の発光スペクトルと電子輸送性発光層４ｂから発光される発光色の発光スペクトルとが略同じになるように、２種類以上の蛍光材料よりなるものとしている。
【００３７】
ここで、正孔輸送性発光層４ａから発光される発光色の発光スペクトルと電子輸送性発光層４ｂから発光される発光色の発光スペクトルとが略同じになるようにするためには、第１及び第２の蛍光材料を共に、同じ濃度比の同じ２種類以上の蛍光材料よりなるものとすることが好ましい。
【００３８】
用いられる蛍光材料は特に限定するものではないが、青色系蛍光材料（固体状態の蛍光ピーク波長が３８０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満）としては、ペリレン（図４参照）やテトラフェニルブタジエン（ＴＰＢ）等がある。また、オレンジや赤系の蛍光材料（固体状態の蛍光ピーク波長が４８０ｎｍ以上７００ｎｍ未満）としては、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ１、図４参照）、ナイルレッド（Ｎｉｌｅ  Ｒｅｄ）やユーロピウム錯体等がある。
【００３９】
また、各発光層４ａ、４ｂのドーパントである蛍光材料は、その固体状態の蛍光ピーク波長が、正孔輸送性発光層４ａの母材である正孔輸送性材料及び電子輸送性発光層４ｂの母材である電子輸送性材料の固体状態の蛍光ピーク波長に対して、同じ波長領域かまたは長波長領域に位置するものを用いる。
【００４０】
ここで、本発明でいう固体状態の蛍光ピークとは、明確なピーク（線スペクトル）でなくとも、幅を持ったバンドスペクトルであればよい。バンドスペクトルの一例を上記ＺｎＢＯＸの発光スペクトルとして、図５に示す。
【００４１】
そして、発光層４の上つまり電子輸送性発光層４ｂの上には、電子輸送性（電子注入性）の有機材料から構成された電子注入層５が積層形成されている。この膜厚は１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であり、好ましくは５０ｎｍ程度とできる。
【００４２】
この材料は、電子輸送性を有する材料であれば良く、特に材料を限定するものではないが、具体的には、図３に示す様な、金属錯体系の材料、オキサジアゾール骨格を有する材料、ペリレン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体などが適用可能である。
【００４３】
電子注入層５の上には、陰極６が積層形成されている。その膜厚は、１００ｎｍ〜１μｍ程度である。また、構成材料としては、ＬｉＦ／ＡｌやＬｉ２Ｏ／Ａｌなどの２層構造、もしくはＭｇとＡｇ、ＡｌとＬｉなどの金属原子の混合層を用いることが可能である。このように、ＥＬ素子１００は、基板１上の一対の電極２、６間に、各注入層３、５を介して発光層４が挟持された構成を有する。
【００４４】
なお、陽極２から正孔注入層３へ正孔をスムーズに注入するためには、正孔注入層３の伝導帯最低準位と陽極２のイオン化ポテンシャルとを近づけることが好ましい。例えば、ＩＴＯからなる陽極２の表面を紫外線（ＵＶ）洗浄することで、陽極２のイオン化ポテンシャルを変えることができる。
【００４５】
また、正孔注入層３を２層以上として、伝導帯最低準位が陽極２のイオン化ポテンシャルに近い材料を、陽極２に接するようにしてもよい。この陽極２側の層としては、具体的には、トリールアミン骨格（図２参照）を有する材料や、銅フタロシアニン（図３参照）等の材料を用いることが好ましい。
【００４６】
同様に、陰極６から電子注入層５へ電子をスムーズに注入するために、電子注入層５を２層以上の有機材料から構成してもよい。この場合、電子輸送性の高い材料を、陰極６に接するようにするのが好ましい。
【００４７】
この陰極６側の層としては、具体的には、アルミキノリノール錯体などの材料を用いることが好ましい。また、正孔注入層３と正孔輸送性発光層４ａの母材（正孔輸送性材料）、電子注入層５と電子輸送性発光層４ｂの母材（電子輸送性材料）は、各々、同一の材料を用いることが可能である。
【００４８】
かかる構成を有するＥＬ素子１００は、基板１上に、公知の蒸着法やスパッタリング法等を用いて、陽極２、正孔注入層３、正孔輸送性発光層４ａ、電子輸送性発光層４ｂ、電子注入層５、陰極６の順に、成膜することで形成される。なお、母材に蛍光材料がドープされた正孔輸送性発光層４ａ及び電子輸送性発光層４ｂは、母材と蛍光材料との共蒸着により成膜できる。
【００４９】
そして、ＥＬ素子１００においては、一対の電極２、６間に電圧（例えば数Ｖ〜数十Ｖ）を印加することにより、陽極２から正孔注入層３を介して正孔輸送性発光層４ａに正孔を注入し、陰極６から電子注入層５を介して電子輸送性発光層４ｂに電子を注入する。
【００５０】
ここにおいて、両発光層４ａ、４ｂにおける各母材の固体状態の蛍光ピーク波長を、共に３８０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満の範囲にしているため、両母材のエネルギー準位の差は小さく、キャリア（正孔、電子）は両発光層４ａ、４ｂの界面を越えて両発光層４ａ、４ｂに移動して再結合し、励起子を生成する。
【００５１】
また、両発光層４ａ、４ｂにおいて、各蛍光材料の固体状態の蛍光ピーク波長が、両発光層４ａ、４ｂの各母材の固体状態の蛍光ピーク波長と同じ波長領域か短波長領域にあるため、母材の持つエネルギーが蛍光材料の持つエネルギーより大きくなる。
【００５２】
そのため、その大きさが母材に依存する励起子のエネルギーは、これと同程度かもしくは小さいエネルギーを有する各蛍光材料に対して、同じ発光層内にて移動するか又は両発光層４ａ、４ｂの界面を越えて他方の発光層に移動することにより伝達される。
【００５３】
そして、両発光層４ａ、４ｂにおける各蛍光材料は、励起子のエネルギーを授受し、各々の固体状態の蛍光ピーク波長に応じた発光色にて同時発光する。即ち、正孔輸送性発光層４ｂにて第１の蛍光材料から発光が行われ、電子輸送性発光層４ｂにて第２の蛍光材料から発光が行われる。そして、素子の発光色は、同時に発光する第１及び第２の蛍光材料における２種類以上の蛍光材料の各発光色の混色として得られる。
【００５４】
このように、本実施形態の発光層４は、電界印加時に、陽極２または正孔注入層３から正孔を注入することが可能であり、かつ陰極６または電子注入５から電子が注入できる注入機能、注入したキャリア（正孔、電子）を電界の力で移動させる輸送機能、電子と正孔の再結合の場を提供しこれを発光につなげる発光機能を有している。なお、電子の注入されやすさと正孔の注入されやすさには違いがあっても構わない。
【００５５】
ところで、本実施形態によれば、同時に発光する両発光層４ａ、４ｂからの発光色を混色として認識させるにあたって、正孔輸送性発光層４ａから発光される発光色の発光スペクトルと電子輸送性発光層４ｂから発光される発光色の発光スペクトルとが略同じになるように、正孔輸送性発光層４ａ及び電子輸送性発光層４ｂの第１の蛍光材料、第２の蛍光材料を共に２種類以上の蛍光材料よりなるものとしたことを特徴としている。
【００５６】
このことは、具体的にいうならば、正孔輸送性発光層４ａから発光される発光色が赤色系ならば、電子輸送性発光層４ｂから発光される発光色も赤色系であるということであり、各発光層４ａ、４ｂからの発光色が同色系であるならば、両発光層４ａ、４ｂの発光スペクトルは略同じであるようなレベルとなっているということである。
【００５７】
例えば、最も色変化の厳しい白色についていうならば、一般の表示装置において、色度座標の変化がＸ座標、Ｙ座標ともに０．０３以下程度であるならば、実質的に色度変化は無いものとすることができる。本実施形態において、「正孔輸送性発光層４ａから発光される発光色の発光スペクトルと電子輸送性発光層４ｂから発光される発光色の発光スペクトルとが略同じ」ということは、このようなレベルのことを言うものである。
【００５８】
そして、上記レベルを満足する本実施形態によれば、正孔輸送性及び電子輸送性の両発光層４ａ、４ｂにおける電子及び正孔の供給バランスが崩れたとしても、正孔輸送性及び電子輸送性の両発光層４ａ、４ｂの発光色は略同色であり、両発光層４ａ、４ｂによる混色の色度の変化は殆ど発生しない。よって、本実施形態によれば、印加電流量の変化や発光時間の経過に伴う発光色の色度変化を防止することができる。
【００５９】
このような本実施形態の効果について、図６を参照して詳細に述べる。図６は、積層発光層タイプの有機ＥＬ素子におけるエネルギーダイアグラムを示す図である。この図６において、まず、従来の場合、例えば、正孔輸送性発光層４ａを赤色発光層、電子輸送性発光層４を青色発光層とした場合を考える。この場合、電子（図６中、丸で囲んだ−印で示す）は陰極から電子注入層５を通って電子輸送性発光層（青色発光層）４ｂへ入り、さらに正孔輸送性発光層（赤色発光層）４ａへも入る。
【００６０】
また、正孔（ホール、図６中、丸で囲んだ＋印で示す）は、陽極から正孔注入層３へ入り、正孔輸送性発光層（赤色発光層）４ａから電子輸送性発光層（青色発光層）４ｂへも入る。そして、青、赤色両発光層４ａ、４ｂにて正孔と電子とが再結合してそれぞれの発光層から発光し、両発光層の混色として白色が得られる。
【００６１】
ここにおいて、正孔輸送性発光層（赤色発光層）４ａと電子輸送性発光層（青色発光層）４ｂとの間の界面において、正孔輸送性発光層４ａから電子輸送性発光層４ｂへ正孔が注入される障壁（エネルギー障壁）Ａと、電子輸送性発光層４ｂから正孔輸送性発光層４ａへ電子が注入される障壁（エネルギー障壁）Ｂと、に違いがある。
【００６２】
例えば、障壁Ａが障壁Ｂよりも大きいとすると、電子輸送性発光層４ｂから正孔輸送性発光層４ａへ電子が注入され易いため、低電圧の場合、正孔輸送性発光層（赤色発光層）４ａでの発光が十分に得られるのに対し、電子輸送性発光層（青色発光層）４ｂでの発光は不十分となり、赤色がかった白色となる。
【００６３】
そして、印加電流を高くすべく高電圧とした場合、障壁Ａと障壁Ｂとの相違に関わらず正孔の注入し易さと電子の注入し易さに違いが殆ど無くなり、低電圧時に比べて正孔が正孔輸送性発光層（赤色発光層）４ａへ多く注入される。その結果、相対的に電子輸送性発光層（青色発光層）４ｂでの発光が大きくなる。そのため、低電圧の場合に比べて、青色が強くなった白色が得られる。
【００６４】
このように、従来の積層発光層タイプの有機ＥＬ素子においては、電流値が変わって電子と正孔の供給バランスが崩れると、異なる発光色を有する正孔輸送性発光層４ａと電子輸送性発光層４ｂとの発光量が変化し、両発光層４ａ、４ｂの混色において色度変化が生じる。
【００６５】
この場合、単純には各障壁Ａ、Ｂのバランスを変えることで上記色度変化を防止することが考えられる。しかし、上記各障壁Ａ、Ｂは、それぞれ正孔輸送性発光層４ａ、電子輸送性発光層４ｂにおける母材により、主に決定される。これら母材は、正孔注入性、電子輸送性や化学的安定性等の面から、自由に変更するには制約がある。
【００６６】
その点、本実施形態では、上述したように、正孔輸送性及び電子輸送性の両発光層４ａ、４ｂにおける電子及び正孔の障壁Ａ、Ｂに違いが存在していても、正孔輸送性及び電子輸送性の両発光層４ａ、４ｂの発光色は略同色であるため、電子及び正孔の供給バランスが崩れたとしても、印加電流量の変化や発光時間の経過に伴う発光色の色度変化を防止することができる。
【００６７】
さらに、本実施形態の好ましい形態によれば、正孔輸送性発光層４ａの第１の蛍光材料と電子輸送性発光層４ｂの第２の蛍光材料とを、共に、同じ濃度比の同じ２種類以上の蛍光材料より構成している。
【００６８】
そのため、一対の電極２、６間の電流値が変化したり、発光を長時間継続させることにより、両発光層４ａ、４ｂにおける電子及び正孔の供給バランスが崩れたとしても、両発光層４ａ及び４ｂにおける蛍光材料の発光色は、それぞれ実質的に同じように変化する。よって、本実施形態の好ましい形態によれば、印加電流量の変化や発光時間の経過に伴う発光色の色度変化をより確実に防止することができる。
【００６９】
また、本実施形態によれば、上述のように、両発光層４ａ、４ｂにおいて、母材の固体状態の蛍光ピーク波長が蛍光材料と同じ波長領域か短波長領域にあるため、各発光層４ａ、４ｂにて発生した励起子のエネルギーは、各発光層内部にて母材から蛍光材料へ容易に移動でき、両発光層４ａ、４ｂにおける蛍光材料の同時発光を効率よく行うことができる。
【００７０】
また、本実施形態によれば、両発光層４ａ、４ｂの各々の母材の固体状態の蛍光ピーク波長を、共に３８０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満の範囲、つまりＥＬ素子において通常、青色波長領域とされる範囲にしているため、両発光層４ａ、４ｂのエネルギー準位を同程度とでき、正孔及び電子が両発光層４ａ、４ｂの界面を越えて両発光層４ａ、４ｂに移動しやすくすることができ、両発光層の同時発光が可能となる。
【００７１】
また、本実施形態では、両発光層４ａ、４ｂの各母材の固体状態の蛍光ピーク波長を、可視光領域における最も短波長側である青色波長領域にあるものとしているため、蛍光材料を、青、緑、赤の各色領域つまり可視光領域全域から任意に選択することができる。よって、両発光層４ａ、４ｂにおける各蛍光材料の種類や濃度比を適宜変更することで、総合された発光色として白色発光だけでなく、可視光領域における任意な表示色を可能とすることができる。
【００７２】
また、本実施形態においては、各発光層４ａ、４ｂにおいて、蛍光材料は母材に対して１種類あたり０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲で含有することが好ましい。これは、次の理由による。即ち、蛍光材料が１０ｗｔ％よりも多いと濃度消光が発生する。濃度消光とは、蛍光材料が多くなりすぎることで、分子レベルで蛍光材料同士が相接（会合）するようになり、その蛍光材料同士で励起子のエネルギーをやり取りしてしまい、結果的に光としてエネルギーを利用できなくなる現象である。
【００７３】
逆に、０．１ｗｔ％を下回ると蛍光材料の濃度が薄すぎて、蛍光材料のみでなく、母材からの発光になり、上述のように各蛍光材料の総合された発光色により任意の表示色（例えば白色）を得ることができなくなる。本実施形態では、蛍光材料の発光色を任意に変えることで、可視光領域の発光色を網羅できるようにしているため、母材の発光色が支配的となることは好ましくない。また、一般に有機ＥＬ素子においては、母材の光へのエネルギー変換効率は蛍光材料よりも低いため、高輝度な発光が得られなくなる。
【００７４】
また、本実施形態の変形例として、図７（ａ）に示す様に、基板１の視野方向側の面に偏光フィルタ７を設け、視野方向から入射した外部光が陰極（上部電極）６で反射するのを防止するようにしてもよい。それによって、素子のコントラストが高くなり、視認性を向上させることができる。また、図７（ｂ）に示す様に、基板１と陽極２との間にカラーフィルタや色変換可能な色変換層からなる層８を設け、表示色の多色化を行なうようにしてもよい。
【００７５】
また、本実施形態において、第１及び第２の蛍光材料を構成する各蛍光材料の固体状態の蛍光ピーク波長を、各発光層４ａ、４ｂの母材である正孔輸送性材料及び電子輸送性材料の固体状態の蛍光ピーク波長に対して、同じ波長領域かまたは長波長領域に位置するようにすれば、正孔輸送性材料及び電子輸送性材料の固体状態の蛍光ピーク波長を共に、緑色波長領域としたり、赤色波長領域としても良い。これらの場合、蛍光材料の発光色は可視光領域の中で制約を受けるが、両発光層の界面を超えてキャリヤの再結合が行われ、同時発光が可能である。
【００７６】
次に、本実施形態について、以下の実施例を参照してより具体的に述べるが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００７７】
【実施例】
（実施例１）
本例は、上記図１に示すＥＬ素子１００を基に、以下のような構成とした。ガラス基板１上に、ＩＴＯ膜からなる陽極２を１５０ｎｍ程度の厚さに形成した。正孔注入層３及び正孔輸送性発光層４ａの母材である正孔輸送性材料は、共に、上記α−ＮＰＤ（図４参照、伝導帯最低準位：−２．４ｅＶ、価電子帯最高準位：−５．４ｅＶ、固体状態の蛍光ピーク波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満）により構成した。
【００７８】
正孔輸送性発光層４ａのドーパントである蛍光材料（第１の蛍光材料）は、上記ペリレン（図４参照、伝導帯最低準位：−２．７５ｅＶ、価電子帯最高準位：−５．５ｅＶ、固体状態の蛍光ピーク波長が４５０ｎｍ以上４６０ｎｍ未満）と、上記ＤＣＭ１（図４参照、伝導帯最低準位：−３．５ｅＶ、価電子帯最高準位：−５．４ｅＶ、固体状態の蛍光ピーク波長が５７０ｎｍ以上６１０ｎｍ未満）とを用いた。
【００７９】
そして、正孔輸送性発光層４ａ中に、ペリレンを１ｗｔ％の濃度で、ＤＣＭ１を０．２５ｗｔ％の濃度で添加した。なお、正孔注入層３の厚さは２０ｎｍ程度、正孔輸送性発光層４ａの厚さも２０ｎｍ程度とした。
【００８０】
電子注入層５及び電子輸送性発光層４ｂの母材である電子輸送性材料は、共に、ベンゾオキサゾールフェライト亜鉛錯体（ＺｎＢＯＸ、図３参照、伝導帯最低準位：−２．９ｅＶ、価電子帯最高準位：−５．８ｅＶ、固体状態の蛍光ピーク波長が４００ｎｍ以上４８０ｎｍ未満）により構成した。
【００８１】
電子輸送性発光層４ｂのドーパントである蛍光材料（第２の蛍光材料）は、上記第１の蛍光材料と同様、ペリレン及びＤＣＭ１を用い、電子輸送性発光層４ｂ中に、それぞれ１ｗｔ％及び０．２５ｗｔ％の濃度で添加した。電子輸送性発光層４ｂの厚さは５ｎｍ程度、電子注入層５の厚さは５５ｎｍ程度とした。
【００８２】
本例によれば、正孔輸送性発光層４ａ及び電子輸送性発光層４ｂにおいて、蛍光材料ペリレンによる４５０ｎｍの発光と蛍光材料ＤＣＭ１による５８０ｎｍの発光との同時発光により、これらの総合色として色度座標（０．３２０、０．３５０）の色純度のよい白色発光が得られた。この素子の発光特性として、１０Ｖで、５０００ｃｄ／ｍ２の高輝度な素子が得られた。
【００８３】
また、本例においては、印加電流量の変化や発光時間の経過に伴う発光色の色度変化を防止できた。図８に印加電流量を変化させた場合の効果の一例を示す。一対の電極２、６間への印加電流量を１ｍＡと１００ｍＡと変えた場合でも、ペリレンとＤＣＭ１の各ピーク強度は変わらず、発光色の色度変化を防止できた。
【００８４】
（実施例２）
ところで、発光層中の蛍光材料として、例えば、固体状態の蛍光ピーク波長が３８０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満である有機化合物、固体状態の蛍光ピーク波長が４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満である有機化合物、固体状態の蛍光ピーク波長が５４０ｎｍ以上７００ｎｍ未満である有機化合物というように、３種類もしくはそれ以上の蛍光材料を用いてもよい。本実施例はこのような場合の一例を示すものであり、主として上記実施例１と異なるところを述べる。
【００８５】
正孔注入層３及び正孔輸送性発光層４ａの母材である正孔輸送性材料は共に、上記α−ＮＰＤ（図４参照）、電子注入層５及び電子輸送性発光層４ｂの母材である電子輸送性材料は共に、上記ＺｎＢＯＸ（図３参照）を用いた。各々の発光層４ａ及び４ｂにおいて、青色系蛍光材料であるペリレン（図４参照）を１ｗｔ％、緑色系蛍光材料であるジメチルキナクリドンを０．８ｗｔ％、赤色系蛍光材料であるＤＣＪＴＢ（図４参照）を０．２ｗｔ％添加した。
【００８６】
本例によれば、正孔輸送性発光層４ａ及び電子輸送性発光層４ｂにおいて、上記３種類の蛍光材料の同時発光により、ペリレンによる４５０ｎｍの発光、ジメチルキナクリドンによる５３０ｎｍの発光、ＤＣＪＴＢによる６３０ｎｍの発光の総合色として白色発光が得られた。また、本例においても印加電流量の変化に伴う発光色の色度変化を防止できた。
【００８７】
（実施例３）
本例のＥＬ素子１００の概略断面を図９に示す。図９に示すＥＬ素子１００は、上記図１に示すＥＬ素子１００において、正孔注入層３を正孔輸送性発光層４ａ側の層３ｂと、銅フタロシアニン（図３参照）よりなる陽極２側の層３ａとの２層３ａ、３ｂにより構成し、更に、陰極６を電子注入層５側のＬｉＦよりなる層６ａと、その上のＡｌよりなる層６ｂとの２層６ａ、６ｂにより構成したものである。
【００８８】
そして、図９においては、ガラス基板１上に、ＩＴＯ膜からなる陽極２を１４０ｎｍ程度の厚さに形成し、正孔注入層３においては銅フタロシアニンよりなる層３ａを厚さ１５ｎｍ、α−ＮＰＤよりなる層３ｂを厚さ２５ｎｍにて形成した。
【００８９】
また、正孔輸送性発光層４ａの母材である正孔輸送性材料は、α−ＮＰＤを用い、正孔輸送性発光層４ａのドーパントである蛍光材料（第１の蛍光材料）は、ペリレンと、上記ＤＣＪＴＢとを用いた。そして、正孔輸送性発光層４ａ中に、ペリレンを１ｗｔ％の濃度で、ＤＣＪＴＢを０．１ｗｔ％の濃度で添加した。なお、正孔輸送性発光層４ａの厚さは１５ｎｍとした。
【００９０】
電子注入層５及び電子輸送性発光層４ｂの母材である電子輸送性材料は、共に、ＢＡｌｑ（図３参照）により構成した。電子輸送性発光層４ｂのドーパントである蛍光材料（第２の蛍光材料）は、上記第１の蛍光材料と同様、ペリレン及びＤＣＪＴＢを用い、電子輸送性発光層４ｂ中に、それぞれ１ｗｔ％及び０．３ｗｔ％の濃度で添加した。
【００９１】
また、電子輸送性発光層４ｂの厚さは２０ｎｍ、電子注入層５の厚さは４０ｎｍとした。また、陰極６における電子注入層５側のＬｉＦよりなる層６ａの厚さは０．５ｎｍ、その上のＡｌよりなる層６ｂの厚さは１００ｎｍとした。
【００９２】
本例による正孔輸送性発光層４ａの発光スペクトルと電子輸送性発光層４ｂの発光スペクトルを、図１０に示す。両発光層４ａ、４ｂともに、蛍光材料ペリレンによる４５０ｎｍの発光ピークと蛍光材料ＤＣＪＴＢによる５８０ｎｍの発光ピークが得られている。つまり、正孔輸送性発光層４ａから発光される発光色の発光スペクトルと電子輸送性発光層４ｂから発光される発光色の発光スペクトルとが同じとなっている。
【００９３】
特に、正孔輸送性発光層４ａでは赤色系（オレンジ色）のＤＣＪＴＢが比較的少ないため、やや青みを帯びた白色発光であり、電子輸送性発光層４ｂではＤＣＪＴＢが比較的多いため、やや黄色味を帯びた白色発光が得られた。このように、両発光層４ａ、４ｂからの発光色は同じ白色系であった。そして、正孔輸送性発光層４ａと電子輸送性発光層４ｂとの同時発光により、これらの総合色として色純度の良好な白色発光が得られた。
【００９４】
ここで、図１１は、本実施例３と後述する比較例における輝度変化（つまり印加電流の変化）に対する色度変化を示す図であり、横軸に色度座標のＸ、縦軸に色度座標のＹを示している。本例では、輝度を１０ｃｄ／ｍ２（印加電流を０．３ｍＡ／ｃｍ２）としたとき、色度座標（０．３２、０．３３５）の色純度のよい白色発光が得られ、輝度を１００００ｃｄ／ｍ２（印加電流を１００ｍＡ／ｃｍ２）としたときも、色度座標（０．３１、０．３２５）の色純度のよい白色発光が得られた。
【００９５】
このように、本例においては、輝度（印加電流）を変えた場合における発光色の色度変化は、（０．０１、０．０１）に抑えることができ、一般の表示装置において色度変化が問題無いとされる色度座標変化０．０３以下に収めることができた。
【００９６】
（実施例４）
本実施例の構成における上記実施例３と異なるところを述べる。正孔輸送性発光層４ａを、α−ＮＰＤを母材として第１の蛍光材料であるペリレンを１ｗｔ％、ＤＣＪＴＢを０．２ｗｔ％の濃度で添加した。電子注入層５及び電子輸送性発光層４ｂの母材である電子輸送性材料を共に、ＺｎＢＯＸ（図３参照）により構成した。
【００９７】
そして、電子輸送性発光層４ｂにおける第２の蛍光材料としてペリレンとルブレンを用い、電子輸送性発光層４ｂ中に、それぞれ１ｗｔ％及び０．３ｗｔ％の濃度で添加した。これら以外は、上記実施例３と同様の構成である。本例によれば、正孔輸送性発光層４ａからは、色度座標（０．３０、０．３１）の白色発光が得られ、電子輸送性発光層４ｂからは、色度座標（０．３２、０．３４）の白色発光が得られた。
【００９８】
つまり、本例では、第１の蛍光材料中のＤＣＪＴＢ（オレンジ系統）と第２の蛍光材料中のルブレン（黄色系統）との発光色が厳密には異なってはいるが、正孔輸送性発光層４ａから発光される発光色の発光スペクトルと電子輸送性発光層４ｂから発光される発光色の発光スペクトルとが略同じとなっており、両発光層４ａ、４ｂからの発光色を同じ白色系とすることができる。
【００９９】
本例による正孔輸送性発光層４ａの発光スペクトルと電子輸送性発光層４ｂの発光スペクトルを、図１２に示す。正孔輸送性発光層４ａでは、蛍光材料ペリレンによる４５０ｎｍの発光ピークと蛍光材料ＤＣＪＴＢによる５８０ｎｍの発光ピークが得られている。一方、電子輸送性発光層４ｂでは、蛍光材料ペリレンによる４５０ｎｍの発光ピークと蛍光材料ルブレンによる５５０ｎｍの発光ピークが得られている。
【０１００】
そして、正孔輸送性発光層４ａと電子輸送性発光層４ｂとの同時発光により、これらの総合色として色純度の良好な白色発光が得られた。本例の場合も、上記実施例３の様に輝度を変えた場合における発光色の色度変化は、両発光層４ａ、４ｂからの発光色の色度内の変化、即ち、（０．０２、０．０３）に抑えることができ、一般の表示装置において色度座標の変化が問題無いとされる色度座標変化０．０３以下に収めることができた。
【０１０１】
（比較例）
上記実施例４において、正孔輸送性発光層４ａにおける蛍光材料をペリレン（添加量１ｗｔ％）のみとし、電子輸送性発光層４ｂにおける蛍光材料をルブレン（添加量０．３ｗｔ％）のみとした以外は、上記実施例４と同様の構成とした。
【０１０２】
本例では、図１１に示す様に、輝度を１０ｃｄ／ｍ２（印加電流を０．３ｍＡ／ｃｍ２）〜１００００ｃｄ／ｍ２（印加電流を１００ｍＡ／ｃｍ２）と変えたとき、色度座標は（０．３３、０．３５）〜（０．２９、０．３０）まで変化し、輝度（印加電流）を変えた場合における発光色の色度変化は、（０．０４、０．０５）となった。
【０１０３】
このように、本例では、一般の表示装置において色度変化が問題無いとされる色度座標変化０．０３よりも大きな変化を生じ、色度変化を防止できていない。
【０１０４】
なお、上記実施形態によれば、従来のように、キャリア再結合領域制御層を設けることなく、同時に２色以上の発光を可能にすることで、結果として制御良く高効率な白色発光を含めた多色発光を得ることが可能であるが、本発明に適用される積層発光層タイプとしては、上記特開平８−７８１６３号公報のように、キャリア再結合領域制御層を介して正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層とを積層した構造とし、両発光層を同時発光させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の断面構成を示す説明図である。
【図２】上記実施形態に用いられる材料の主骨格を示す図である。
【図３】上記実施形態に用いられる材料の主骨格を示す図である。
【図４】上記実施形態に用いられる材料の主骨格を示す図である。
【図５】ベンゾオキサジアゾールフェライト亜鉛錯体（ＺｎＢＯＸ）の発光スペクトル図である。
【図６】積層発光層タイプの有機ＥＬ素子におけるエネルギーダイアグラムを示す図である。
【図７】上記実施形態の変形例を示す概略断面図である。
【図８】実施例１における色度変化防止効果を示す発光スペクトル図である。
【図９】実施例３に用いた有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図１０】上記実施例３における正孔輸送性発光層の発光スペクトルと電子輸送性発光層の発光スペクトルを示す図である。
【図１１】上記実施例３と比較例における輝度変化に対する色度変化を示す図である。
【図１２】実施例４における正孔輸送性発光層の発光スペクトルと電子輸送性発光層の発光スペクトルを示す図である。
【図１３】積層発光層タイプの有機ＥＬ素子における発光色の色度変化を示す説明図である。
【符号の説明】
２…陽極、４…発光層、４ａ…正孔輸送性発光層、４ｂ…電子輸送性発光層、６…陰極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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