(57)【要約】【課題】単一の発光層中に添加される１種類の蛍光色素により赤色発光を実現し、かつ、電子輸送層を青色発光させることにより、層構成を単純化するとともに、赤色蛍光色素とともに青色蛍光色素を用いた場合の蛍光色素添加量を低濃度とすることによる制御の困難性を回避でき、簡便な方法で製造可能な白色発光素子を提供する。【解決手段】陽極と陰極の間に少なくとも有機発光層と電子輸送層を有する有機発光素子において、有機発光層が単一の蛍光色素を含み赤色発光する層であり、電子輸送層はその少なくとも一部が４００〜５００ｎｍのピーク波長を有する発光をすることを特徴とする白色有機発光素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極の間に少なくとも有機発光層と電子輸送層を有する有機発光素子において、有機発光層が単一の蛍光色素を含み赤色発光する層であり、電子輸送層はその少なくとも一部が４００〜５００ｎｍのピーク波長を有する発光をすることを特徴とする白色有機発光素子。
【請求項２】
電子輸送層が含窒素五員環誘導体を含有することを特徴とする請求項１記載の白色有機発光素子。
【請求項３】
電子輸送層の膜厚が３０〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の白色有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色有機発光素子に関する。この白色有機発光素子は高精細で視認性に優れ、携帯用端末機または産業用計測器の表示など広範囲の用途に応用可能な有機エレクトロルミネッセンス(以下、有機ＥＬという)ディスプレイに有用である。
【背景技術】
【０００２】
表示素子に適用される発光素子の一例として、有機化合物の薄膜積層構造を有する有機ＥＬ素子が知られている。有機ＥＬ素子は、薄膜の自発光型素子であり、低駆動電圧、高解像度、高視野角といった優れた特徴を有することから、それらの実用化に向けて様々な検討が進められている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、陽極と陰極の間に少なくとも有機発光層を備えた構造を有している。
有機発光層は、陽極及び陰極に電圧が印加されることによって生じる正孔及び電子が再結合することで発光するところである。有機ＥＬ素子は、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層の１種以上を介在させた構造を有する。より具体的には、例えば以下に示すような構造が挙げられる。
（１）有機発光層
（２）正孔注入層／有機発光層
（３）有機発光層／電子輸送層
（４）正孔注入層／有機発光層／電子輸送層
（５）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層
（６）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
【０００４】
なお、上述の（１）〜（６）の構造を有する有機ＥＬ素子において、有機発光層（１，３）または正孔注入層（２、4−６）に陽極が接続され、有機発光層（１,２）、電子輸送層（３−５）または電子注入層（６）に陰極が接続される。
【０００５】
有機ＥＬ素子は、有機発光層に添加する色素の種類により赤、青、緑に発光することが知られている。フルカラーディスプレイを実現するためには、画素（ピクセル）として、３原色の発光素子をサブピクセルに配すればよい。しかし、各色の発光素子の特性はそれぞれ異なるため、サブピクセルの形成とその駆動方法は複雑となり、コストアップの要因となっている。そこで、白色光からカラーフィルタを用いて３原色を得ることが試みられている。そのため、カラーフィルタ方式に用いることのできる多色または白色発光の有機ＥＬ素子の実現が望まれている。
【０００６】
混合層タイプの発光層を含め、２層以上の発光層を設け、２種以上のドーパントを含有させ、それにより２種以上の発光を得る方法の提案がある（例えば、特許文献１参照。）。
さらに多層の発光層を設けることにより高電圧印加時に白色光を生成できる発光素子が開示されている。
【０００７】
また、青色発光する蛍光色素を含む第１発光層と緑色発光する蛍光色素を含む第２発光層とを積層した積層構造の発光層を有し、第１発光層、第２発光層、その他の有機物層から選ばれた少なくとも１層に赤色発光する蛍光色素を含有させた白色発光素子の提案もある（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載の素子も複数の発光層が青色発光性蛍光色素と緑色発光性蛍光色素と、赤色発光性蛍光色素を含有している。
【０００８】
また、正孔輸送層と電子輸送性発光層とを具え、電子輸送性発光層は電子輸送性高分子化合物と複数種の蛍光色素が含まれ、白色光を発光する有機ＥＬデバイスの提案もある（例えば、特許文献３参照）。特許文献３の素子は発光層に電子輸送性化合物と、それぞれ、青、緑、黄色、赤に発光する蛍光色素を含んでいる。
【０００９】
また、発光層と、この発光層に隣接する正孔輸送層及び／または電子輸送層を有し、発光層が青色発光層を含む１層または２層以上で構成され、発光層が正孔輸送層中の正孔注入輸送性化合物及び／または電子輸送層中の電子注入輸送性化合物をホスト化合物として含む有機ＥＬ素子の提案もある（例えば、特許文献４参照。）。ここではホスト化合物が青色発光性化合物であり、具体的にはフェニルアントラセン誘導体を用いている。白色発光素子としてはこの青色発光層と、青とは波長の異なる色を発光する発光層１層または２層とを有しており、この１層または２層の発光層は正孔注入輸送層と電子注入輸送層の混合層となっている。
【００１０】
また、正孔輸送層側から青色発光層、緑色発光層を順に積層してなり、緑色発光層が赤色蛍光色素を含有する領域を有することを特徴とする有機発光素子の提案もある（例えば、特許文献５参照。）。青色発光層には青色蛍光色素がドープされている。青色発光層には、電子輸送性の化合物から形成されている。緑色発光層も電子注入輸送性化合物からなる。
また、陰極側から順に正孔注入層、正孔輸送層、青色発光性化合物がドーピングされた発光層、電子輸送層、陽極を有し、正孔輸送層及び／または電子輸送層の層全体または青色発光層に面する部分が黄色発光性化合物によりドーピングされている白色発光ダイオードデバイスの提案（例えば、特許文献６参照。）、前記提案の黄色発光性化合物の代わりに緑色発光性化合物がドーピングされている白色発光ダイオードデバイスの提案（例えば、特許文献７参照。）もある。特許文献６のデバイスの正孔輸送層には黄色ドーパントをドーピングしてある。
【００１１】
【特許文献１】再公表特許ＷＯ９８／０８３６０号公報
【特許文献２】特許第３３６６４０１号公報
【特許文献３】特開平０７−２２０８７１号公報
【特許文献４】特開２００１−５２８７０号公報
【特許文献５】特開平０７−１４２１６９号公報
【特許文献６】特開２００２−９３５８３号公報
【特許文献７】特開２００３−８６３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に記載の素子は白色光発生のためには２層以上の発光層を必要とし、そのそれぞれに異なるドーパントを必要とするので構成が複雑にならざるを得ず、安価に白色発光素子を得ることができない。また、色調の制御も困難であるという問題があった。
特許文献２に記載の素子も複数の発光層が青色発光性蛍光色素と緑色発光性蛍光色素と、赤色発光性蛍光色素を含有しており、特許文献３の素子は発光層に電子輸送性化合物と、それぞれ、青、緑、黄色、赤に発光する蛍光色素を含んでいる。しかしこれらの発光層は、色素濃度の小さな変化によって、発色光が変わってしまうという問題もある。特に、最適な白色光を得るためには、エネルギーの低い赤色の蛍光色素を非常に低い濃度で制御する必要があり制御が困難であるという問題があった。
【００１３】
特許文献４においても、白色発光させるためには２層あるいは３層の発光層を設け、各発光層には青色及びその他の色を発色させるための蛍光色素を用いており、特許文献１〜３の有する欠点を有している。
【００１４】
特許文献５に記載の素子は、発光層を複数層必要とし、各発光層に１種以上の蛍光色素を必要とする。したがって、その製造プロセスは複雑にならざるを得ない。電圧の少しの変化が異なった層で電子と正孔の再結合を生じるため色の変化を生じるので、ドライブの状態に応じて発生する色が変化するという問題を生じる。
【００１５】
特許文献６に記載の素子は発光層に青色蛍光ドーパントがドーピングされ、これに接している正孔輸送層および／または電子輸送層の一部又は層の全体には黄色蛍光色素が選択的にドーピングされている。従って、特許文献１に記載の素子と同様、構成が複雑にならざるを得ず、安価に白色発光素子を得ることができない。また、色調の制御も困難であるという問題があった。
【００１６】
特許文献７に記載のデバイスも、発光層、正孔輸送層、電子輸送層のそれぞれに蛍光色素がドープされており、特許文献１に記載の素子と同様、そのそれぞれに異なる蛍光性ドーパントを必要とするので構成が複雑にならざるを得ず、安価に白色発光素子を得ることができない。また、色調の制御も困難であるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
従来、白色発光は青色発光ドーパントを含む青色発光層と赤色発光ドーパントを含む発光層が用いられており、複数の発光層を必要としていた。これに対して、従来はできなかった電子輸送層を青色発光させることが、電子輸送層に含窒素五員環誘導体を含有させ、かつ、その膜厚を従来の２０ｎｍではなく、３０ｎｍ以上とすることで可能となることを見出し、かつ、補色の赤色発光は発光層に赤色蛍光色素をドープすることにより、素子外に白色発光できることがわかった。
【００１８】
本発明者は、この発見に基づき、上記問題を解決するために、単一の発光層中に添加される１種類の蛍光色素により赤色発光を実現し、かつ、電子輸送層を青色発光させることにより、層構成を単純化するとともに、赤色蛍光色素とともに青色蛍光色素を用いた場合の蛍光色素添加量を低濃度とすることによる制御の困難性を回避でき、簡便な方法で製造可能な白色発光素子を提供することを目的とする。
【００１９】
すなわち、本発明の白色発光素子は、陽極と陰極の間に少なくとも有機発光層と電子輸送層を有する有機発光素子において、有機発光層が単一の蛍光色素を含み赤色発光する層であり、電子輸送層はその少なくとも一部が４００〜５００ｎｍのピーク波長を有する発光をすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、単純な構成で、高い効率の白色発光素子を生産性よく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の白色発光素子は、陽極と陰極の間に少なくとも正孔輸送層と有機発光層と電子輸送層を有する。
ＥＬ素子を面発光させるためには陽極と陰極のうち少なくとも一方が光透過性である必要があり、陽極が発光光の透過率が８０％以上となるような材料及び厚みからなることが好ましく、この第１電極はＩＴＯ（インジウム−酸化錫）、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、ＡＴＯ等の透明電極を用いることができる。陽極の厚さは１０〜５００ｎｍとすることが好ましい。
陽極は透明基板上に設けられる。
【００２２】
陰極としては、仕事関数が小さい材料であるリチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、またはこれらのフッ化物等からなる電子注入性の金属、その他の金属との合金や化合物が用いられる。また、その下に反射率の高いメタル電極（Ａｌ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｗなどの金属またはそれらの合金、ＮｉＰ、ＮｉＢ、ＣｒＰ、ＣｒＢなどのアモルファス金属または合金、あるいはＮｉＡｌなどの微結晶性合金）を用いてもよく、その場合には低抵抗化および反射による有機ＥＬ層の発光の有効利用を図ることができる。
【００２３】
陽極と陰極の間には、少なくとも正孔輸送層と有機発光層と電子輸送層を有し、陽極と有機発光層の間に正孔注入層及び／または正孔輸送層を設けてもよく、電子輸送層と陰極の間に電子注入層を設けてもよい。
【００２４】
電子発光層としては、ホスト化合物に１種類の赤色蛍光色素を加えたものを用いる。ホスト化合物としては、Ａｌｑ３、ＮＡ、ＢｅＢｑ２、ＤＰＶＢｉなどの金属錯体、ＴＰＤ、ナフタルイミド誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、導電性高分子などを挙げることができる。導電性高分子としてはポリビニルカルバゾール誘導体、ポリシラン誘導体、ポリチオフェン誘導体などを挙げることができる。
【００２５】
赤色蛍光色素としては、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）、４,４−ジフルオロ−１,３,５,７−テトラフェニル−４−ボラ−３ａ，４ａ−ジアザ−ｓ−インダセン、プロパンジニトリル、ナイルレッドなどを挙げることができる。ホスト化合物への赤色蛍光色素の添加量は０．５〜１０体積％であることが好ましく、この範囲内で所望する赤色の強度に応じて適宜選択できる。
【００２６】
電子輸送層は、４００〜５００ｎｍのピーク波長を有する発光をする電子輸送性の材料からなり、このような材料としては、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、イミダゾール、オリゴチオフェン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン、カルバゾール等の構造を有するものやその化合物、金属錯体化合物、含窒素五員環誘導体を挙げることができる。
【００２７】
金属錯体化合物としては、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、アゾメチン亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、トリ（２−メチル−８−ヒドロキシキシリナート）アルミニウム錯体、ビス（２−メチル−８−キノリナート）（１−ナフトラート）アルミニウム錯体、ビス（２−メチル−８−キノリナート）（ｏ−クレゾラート）ガリウム錯体等を挙げることができ、含窒素五員環誘導体としてはオキサゾール、オキサジアゾール、チアジアゾール、トリアゾール及びこれらの誘導体を好ましい例として挙げることができる。
【００２８】
含窒素五員環誘導体の具体例としては、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−tert−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール等をあげることができる。さらに、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使用できる。このようなポリマー材料として、例えばポリパラフェニレンおよびその誘導体、フルオレンおよびその誘導体などを挙げることができる。
【００２９】
上記電子輸送層用材料の具体例は例示のために示したものであり、これらに限定されるものではない。
【００３０】
この電子輸送層は４００〜５００ｎｍのピーク波長を有する発光をする電子輸送性の材料である。この電子輸送層は、従来より通常採用されていた２０ｎｍの膜厚であると発光は認められなかったが、膜厚を３０ｎｍ以上とすると電子輸送層の青色発光を得ることができた。また、膜厚を５０ｎｍを越えるようにしても青色発光を得る上での効果の増大はなく、このため、電子輸送層の膜厚は３０〜５０ｎｍであることが好ましい。
【００３１】
正孔注入層としては、芳香族アミン化合物、スターバースト型アミンや、ベンジジン型アミンの多量体および銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などを用いることができる。正孔輸送層としては、スターバースト型アミン、芳香族ジアミンなどを用いることができる。
【００３２】
ＥＬ発光素子として、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層を設けるばあいは、一般にＥＬ発光素子の正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層に用いられるものであればいずれも用いることができる。例えば、正孔注入層としては、芳香族アミン化合物、スターバースト型アミンや、ベンジジン型アミンの多量体および銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などを用いることができる。また、正孔輸送層としては、スターバースト型アミン、芳香族ジアミンなどを用いることができる。また、電子注入層としては、例えば、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、またはこれらのフッ化物等からなる電子注入性の金属、その他の金属との合金や化合物などの材料を用いることができる。
【００３３】
この白色有機発光素子は、基板上に透明電極を蒸着、スパッタリング等により形成し、抵抗加熱蒸着装置などを用いて、少なくとも有機発光層と電子輸送層を含む所望の各層を真空を破らずに順次成膜すればよい。
【００３４】
この白色有機発光素子を用いてフルカラーの表示素子を作製するには、赤、緑、青の各色に対応したカラーフィルタを設ければよい。この各色のカラーフィルタは公知のものを用いることができる。
【実施例】
【００３５】
本発明の白色有機発光素子の構造を示す断面模式図を図1に示す。  
ＤＣスパッタ法により、陽極１２としてＩｎ−Ｚｎ酸化物（ＩＺＯ）からなる膜を基板１１上に２００ｎｍの厚みで形成した。基板１１としてはガラス基板を用い、スパッタターゲットにはＩＺＯ焼成体を用い、スパッタガスとしてＡｒと酸素の混合ガスを用いた。
【００３６】
こうして得られた表面に陽極１２を形成した基板１１を抵抗加熱蒸着装置内に装着し、正孔輸送層１３、有機発光層１４、電子輸送層１５を、真空を破らずに順次成膜した。成膜に際して、蒸着装置の真空槽内圧は１×１０−４まで減圧した。
【００３７】
正孔輸送層としては、４，４′−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）を８０ｎｍ積層した。発光層としては４，４′−ビス［２，２′−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）をホスト化合物として用い、赤色蛍光色素として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（ＤＣＭ）を用い、発光層中にＤＣＭが５体積％となるようにホスト化合物とＤＣＭを発光層全域に共蒸着することにより２０ｎｍ積層した。
【００３８】
電子輸送層１５としては、置換基にアントラセンを含む含窒素五員環誘導体を用いて４０ｎｍ積層した。この化合物は４００〜５００ｎｍにピークを有する発光をする電子輸送性を有する材料である。
【００３９】
この後、厚さ２００ｎｍのＭｇ／Ａｇ（１０：１の重量比率）層からなる陰極１６を真空を破らずに形成した。
【００４０】
こうして得られた、積層体をグローブボックス内乾燥雰囲気下（酸素および水分ともに１０ｐｐｍ以下）において、封止ガラスとＵＶ硬化接着剤を用いて封止した。
【００４１】
得られた白色有機発光素子の発光は色度（０．３６、０．４０）の白色発光であった。この素子の電圧−瞬間輝度特性を測定したところ、電流密度０．６×１０−２Ａ／ｃｍ２で輝度６４２ｃｄ／ｍ２を得た。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の白色有機発光素子は単純な構成でも高い効率を示す白色発光であり、単純な構成であるため、安定した製品性能を示すことから、フルカラーの表示素子を作製するのに特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の白色有機発光素子の構造の一例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１１  基板
１２  陽極
１３  正孔輸送層
１４  有機発光層
１５  電子輸送層
１６  陰極
【図１】
2008016498.tif 000003