(57)【要約】【課題】  色純度の高い白色の発色光を発する白色有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子を得る。【解決手段】  白色有機ＥＬ素子２０は、基板１０上に陽極１１および陰極１８により挟まれた有機層２１を有する。有機層２１には、陽極側から第１の青色発光材料層１３ａ、Ｄｙｅ層１４、第２の青色発光材料層１３ｂ、ホールブロッキング層１５、緑色発光材料層１６が積層される。Ｄｙｅ層１４は、赤色色素および黄色色素が混合されて形成される。電源２２から電圧を印加すると、第１の青色発光材料層１３ａから青色の光が、Ｄｙｅ層および第２の青色発光材料層１３ｂからは赤色の光が緑色発光材料層１６からは緑色の光が発する。白色有機ＥＬ素子２０は、これら３色の光によって、白色の発色光を得ることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、陽極および陰極により挟まれた有機層で構成され、略白色の発色光を発する白色有機エレクトロルミネセンス素子であって、
前記有機層には、陽極側から、少なくとも、第１の青色発光材料層と、少なくとも赤色および黄色色素のいずれか一方を材料として形成されるＤｙｅ層と、第２の青色発光材料層と、緑色発光材料層とが順に積層されることを特徴とする白色有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項２】
前記第２の青色発光材料層と、緑色発光材料層の間にホールブロッキング層が積層されることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項３】
前記第１および第２の青色発光材料層の厚さは前記Ｄｙｅ層の厚さより厚いことを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項４】
前記Ｄｙｅ層の厚さは、０．０５〜３ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項５】
前記Ｄｙｅ層は、赤色色素および黄色色素を材料として形成され、前記黄色色素の含有量は、前記赤色色素の含有量より多いことを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項６】
前記黄色色素と赤色色素の重量比が１．８〜２．２：１であることを特徴とする請求項５に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項７】
前記Ｄｙｅ層は、赤色色素および黄色色素とが混合されて形成されることを特徴とする請求項５に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項８】
前記Ｄｙｅ層は、前記赤色色素と前記黄色色素とが共蒸着されることにより形成されることを特徴とする請求項７に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項９】
前記第１の青色発光材料層は、正孔輸送性材料を材料として形成されることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項１０】
基板上に、陽極および陰極により挟まれた有機層で構成され、赤色の発色光を発する有機エレクトロルミネセンス素子であって、
前記有機層には、少なくとも、青色発光材料層と、この青色発光材料層に接する赤色および黄色色素を材料として形成されるＤｙｅ層とが積層され、
前記青色発光材料層と前記Ｄｙｅ層によって赤色の発色光が発せられることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色光を発する白色有機エレクトロルミネセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機エレクトロルミネセンス素子を用いて、フルカラー表示が可能な表示素子を作成する例として、いわゆる白色法が知られている。白色法は、白色有機エレクトロルミネセンス素子（以下白色有機ＥＬ素子という。）から白色光を発光させ、その白色光をカラーフィルタでフィルタリングして、ＲＧＢの発光色を実現させる方法である。
【０００３】
白色法で用いられる白色有機ＥＬ素子としては、例えば、特許文献１に記載されるように、第１の青色発光層（DPVBi）、黄色から成るδ層、および第２の青色発光層（DPVBi）を積層して発光層を形成し、さらに陰極側に電子輸送層としてAlq3から成る層を積層する白色有機ＥＬ素子が知られている。この白色有機ＥＬ素子は、電子輸送層が輸送した電子が青色発光層およびδ層において再結合することにより発光し、白色の発色光を実現している。
【特許文献１】特開２００２−１８４５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載される白色有機ＥＬ素子においては、正孔と電子が再結合する領域が青色発光層とδ層に限られ、発光色は２色に限られる。したがって、広範囲にわたる発光波長を有する発色光を得ることは困難であり、色純度の高い白色発光を得ることは困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、以上の問題点に鑑みて成されたものであり、色純度の高い白色の発色光を発することができる白色有機ＥＬ素子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る白色有機ＥＬ素子は、基板上に、陽極および陰極により挟まれた有機層で構成され、略白色の発色光を発する白色有機ＥＬ素子であって、有機層には、陽極側から、少なくとも、第１の青色発光材料層と、少なくとも赤色および黄色色素のいずれか一方を材料として形成されるＤｙｅ層と、第２の青色発光材料層と、緑色発光材料層とが順に積層されることを特徴とする。
【０００７】
前記第２の青色発光材料層と、緑色発光材料層との間には、ホールブロッキング層が積層されるほうが良い。
好ましくは、第１および第２の青色発光材料層の厚さはＤｙｅ層の厚さより厚く、さらに好ましくはＤｙｅ層の厚さは、約０．１〜３ｎｍである。
【０００８】
Ｄｙｅ層が、赤色色素および黄色色素を材料として形成される場合、黄色色素の含有量は、赤色色素の含有量より多いことが好ましい。これにより、Ｄｙｅ層といずれか一方の青色発光材料層からより鮮明な赤色の発色光が発せられ、白色有機ＥＬ素子からは色純度の高い白色光が発せられる。この場合、黄色色素と赤色色素の重量比が１．８〜２．２：１であることが好ましい(さらに好ましくは、２：１)。
【０００９】
Ｄｙｅ層は、赤色色素および黄色色素とが混合されて形成されることが好ましく、より好ましくはＤｙｅ層は、赤色色素と黄色色素とが共蒸着されることにより形成される。また、第１の青色発光材料は、正孔輸送材料を材料として形成されることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子は、基板上に、陽極および陰極により挟まれた有機層で構成され、赤色の発色光を発する有機エレクトロルミネセンス素子であって、有機層には、少なくとも、青色発光材料層と、この青色発光材料層に接する赤色および黄色色素を材料として形成されるＤｙｅ層とが積層され、青色発光材料層とＤｙｅ層によって赤色の発色光が発せられることを特徴とする。これにより、有機エレクトロルミネセンス素子は、より鮮明な赤色の発色光を発することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、各有機層からの３色の発光色を混合することにより、色純度の高い白光色を発する白色有機ＥＬ素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明に係る第１の実施形態を図１〜図２を用いて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の白色有機ＥＬ素子の一実施形態の模式的な断面図を示す。白色有機ＥＬ素子２０は、基板１０と、基板１０上に形成された陽極１１と、陽極１１上に積層された有機層２１と、有機層２１の上に形成された電子注入層１７と、電子注入層１７の上に形成された陰極１８を有する。
【００１４】
基板１０は、透光性のガラスを材料として形成される。陽極１１は、ITO（インジウムとスズの酸化物）を材料として形成される半透明膜であって、その膜厚は１００ｎｍ程度である。陽極１１上に形成された有機層２１は、後述するように白色光を発光させ、その白色光は、陽極１１および基板１０を透過して白色有機ＥＬ素子２０外部に発せられる。
【００１５】
有機層２１は陽極１１側（すなわち図１においては下側）から順に、正孔輸送層（ホール輸送層）１２、第１の青色発光材料層１３ａ、Ｄｙｅ層１４、第２の青色発光材料層１３ｂ、ホールブロッキング層１５、および緑色発光材料層１６が密接積層されて、形成される。
【００１６】
正孔輸送層１２は、例えば式［１］の一般式で表される化合物である。
【化１】
2005150078.tif 000003
ただし、式［１］中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はそれぞれ独立にアリール基を示す。なお、アリール基は、アルキル基で置換されたアリール基を含むものとする（以下同じ）。また正孔輸送層１２は、好ましくは式［２］［３］の一般式で表される化合物である。
【００１７】
【化２】
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【化３】
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式［２］［３］中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4は、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数１〜３のアルキル基を示す。ただし、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はそれぞれベンゼン骨格、ナフタレン骨格の任意の位置に置換する。そして、正孔輸送層１２は、特に好ましくは式［４］で示されるNPB（Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）―Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（N,N'-di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine））、式［５］で示されるTPD（N,N0-diphenyl-N,N0-bis (3-methylphenyl)-1,10-diphenyl-4, 40-diamine）を材料として形成される。そして、上述した化合物の混合物等を材料として形成されてもよい。正孔輸送層１２の厚さは約７０ｎｍである。正孔輸送層１２は、陽極１１から注入された正孔（ホール）を陰極１８側に有効に移動させる。
【化４】
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【化５】
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【００１８】
第１および第２の青色発光材料層１３ａ、１３ｂは、青色発光材料をホスト材料とし、青色ドーパント色素がドープされて形成される。すなわち、青色発光材料層１３ａ、１３ｂは、青色発光材料に青色ドーパント色素が均一に分散されて形成される。第１および第２の青色発光材料層１３ａ、１３ｂの厚さは、それぞれ１ｎｍ〜２０ｎｍ程度であるが、好ましくは１０ｎｍ程度である。第１および第２の青色発光材料層１３ａ、１３ｂの厚さは、略同一であることが好ましい。
【００１９】
第１および第２の青色発光材料層１３ａ、１３ｂは、青色発光材料をホスト材料とし、青色ドーパント色素１４ａがドープされて形成される。すなわち、青色発光材料層１３は、青色発光材料に青色ドーパント色素が均一に分散されて形成される。
【００２０】
第１および第２の青色発光材料層１３ａ、１３ｂのホスト材料として用いられる青色発光材料は、アントラセン誘導体、スチリル誘導体等である。スチリル誘導体は、好ましくは式［６］の一般式で表される化合物である。
【化６】
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ただし、式［６］中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6はそれぞれ独立にアリール基（好ましくはフェニル基）、または水素原子を示す。また、Ｒ1〜Ｒ3のうち、少なくとも１つはアリール基（好ましくはフェニル基）であって、好ましくは２つがアリール基（好ましくはフェニル基）である。さらに、Ｒ4〜Ｒ6のうち、少なくとも１つはアリール基（好ましくはフェニル基）であって、好ましくは２つがアリール基（好ましくはフェニル基）である。
【００２１】
そして、特に好ましくは、青色発光材料は式［７］で示されるDPVBi（１，４−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（1,4-bis(2,2-diphenylvinyl)biphenyl））、ADS082（４，４−ビス（ジフェニルビニレン）−ビフェニル（4,4’-Bis(diphenylvinylene)-biphenyl））等である。また、アントラセン誘導体としては、式［８］で示されるβ-ADN（９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（9,10-di(2-naphthyl）anthracene）)、式［９］で示されるTBADN（２−ｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（2-t-buthyl-9,10-di(2-naphthyl）anthracene））等であっても良い。なお、本実施形態においては、使用される青色発光材料は上述した化合物の混合物等であってよいが、DPVBi、またはADS082等を単独で使用することが好ましい。
【００２２】
【化７】
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【化８】
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【化９】
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【００２３】
青色ドーパント色素は、例えばペリレン誘導体または式［１０］で示されるPe（ペリレン（perylene））である。ペリレン誘導体は、例えば任意の位置に任意の数アルキル基が置換されたペリレンであって、好ましくは式［１１］で示されるTBPe（テトラ（ｔ−ブチル）ペリレン）等である。なお、青色ドーパント色素としては、上述した化合物の混合物が用いられても良い。さらに、青色発光材料層１３には、青色ドーパント色素がドープされていなくても良い。なお、青色ドーパント色素の含有量は、青色発光材料層１３を構成する青色発光材料（ホスト材料）に対して、２〜４ｗｔ％であり、特に好ましくは３ｗｔ％である。
【化１０】
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【化１１】
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【００２４】
青色発光材料層１３ａ、１３ｂに挟まれるＤｙｅ層１４は、黄色色素および赤色色素が混合されて形成される。ここで、黄色色素の含有量は、赤色色素の含有量より多く、黄色色素と赤色色素の重量比は１．８〜２．２：１（好ましくは２：１）である。Ｄｙｅ層１４の厚さは、青色発光材料層１３ａ、１３ｂに比べ薄く、約０．０５〜３ｎｍであり、好ましくは０．０５〜０．２ｎｍである。
【００２５】
Ｄｙｅ層１４を構成する黄色色素は、例えばナフタセン骨格を有する化合物であって、ナフタセンにアリール基（好ましくはフェニル基）が任意の位置で任意の数（好ましくは２〜６）、置換された化合物であることが好ましく、例えば式［１２］で表されるルブレン（Rubrene）等である。Ｄｙｅ層１４を構成する赤色色素は、例えば式［１３］の一般式で表される化合物である。
【化１２】
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【化１３】
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ただし式［１３］中Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5はそれぞれ独立に、水素原子、または炭素原子数１〜６のアルキル基を示す。赤色色素は、好ましくは式［１４］で示されるDCM2（４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（２−（２，３，６，７−テトラ−ヒドロ−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ）［ｉｊ］キノリジン−８−イル）−４Ｈ−ピラン（4-dicyanomethylene-2-methyl-6-(2-(2,3,6,7-tetra-hydro-1H,5H-benzo)[ij]quinolizin-8-yl）-4H-pyran)）、式［１５］で示されるDCJTB（４−（ジシアノメチレン）−２−ｔ−ブチル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン（4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran））等である。ただし、赤色色素は、式［１６］で示されるローダミン６Ｇ（rhodamine 6G）、式［１７］で示されるDCM（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）等でもよい。なお、赤色色素は、上述した化合物の混合物であっても良いが、好ましくはDCJTB、またはDCM2が単独で用いられる。なお、黄色色素および赤色色素のエネルギーバンドギャップ（HOMOのエネルギー準位とLUMOのエネルギー準位の差）は、青色発光材料のエネルギーバンドギャップより小さい。
【００２６】
【化１４】
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【化１５】
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【化１６】
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【化１７】
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【００２７】
ホールブロッキング層１５は、陽極から送られてきた正孔を陰極側に移動させないようにするための層である。ホールブロッキング層１５は、例えば式［１８］で示されるTPBi（２，２’，２”−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾール）（2,2',2"-(1,3,5-benzenetriyl)tris(1-phenyl-1H-benzimidazole)））を材料として形成され、その厚さは約２０〜４０ｎｍであり、好ましくは３０ｎｍである。
【化１８】
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【００２８】
緑色発光材料層１６は、その厚さは好ましくは約１０ｎｍ〜約３０ｎｍであり、好ましくは厚さ２０ｎｍ程度の層であり、緑色発光材料を材料として形成される。緑色発光材料はアルキレート化合物である式［１９］で示されるAlq3（トリキノリノレートアルミニウム）を材料として形成される。なお、緑色発光材料層１６は他の有機材料で形成されても良く、さらに緑色発光材料層１６はAlq3等の有機材料に緑色ドーパント色素がドープされて形成されても良い。緑色ドーパント色素は、クマリン６（coumarin 6）、式［２０］で示されるC545T（１０−（１，３−ベンゾチアゾール−２−イル）−１，１，７，７−テトラメチル−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−ピラノ［２，３−ｆ］ピリド［３，２，１−ｉｊ］キノリン−１１−オン（10-(1,3-benzothiazol-2-yl)-1,1,7,7-tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H,11H-pyrano[2,3-f]pyrido[3,2,1-ij]quinolin-11-one））等である。
【化１９】
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【化２０】
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【００２９】
有機層２１を挟み込む陽極１１と陰極１８は、電源２２に接続され、電源２２から電圧が印加されると、陽極１１から正孔が、陰極１８から電子が有機層２１に注入される。陰極１８は例えばアルミニウムを材料として形成される。陰極１８と有機層２１の間には電子注入層１７が形成される。電子注入層１７は陰極１８から電子を有機層２１に容易に注入させやすくするための層であって、例えばＬｉＦを材料として形成され、その厚さは約０．７ｎｍである。
【００３０】
有機層２１の各層、電子注入層１７および陰極１８は、陽極１１上に順次蒸着されることにより、形成される。なお、Ｄｙｅ層１４は、赤色色素および黄色色素が同時に蒸着されることにより形成される。これにより、Ｄｙｅ層１４は、赤色色素および黄色色素が略均一に混合されて形成される。また、青色発光材料層１３ａ、１３ｂについても、青色ドーパント色素と青色発光材料が同時に蒸着されることにより形成される。
【００３１】
図２は白色有機ＥＬ素子２０の有機層２１の各層のエネルギー準位を模式的に示した図である。図２を参照して白色有機ＥＬ素子２０の発光原理について詳細に説明する。なお、以下有機層２１に、陽極側から順に、NPB（正孔輸送層１２）、DPVBi（第１の青色発光材料層１３ａ）、DCM2およびRubrene（Ｄｙｅ層１４）、DPVBi（第２の青色発光材料層１３ｂ）、TPBi（ホールブロッキング層１５）、Alq3（緑色発光材料層１６）を材料として形成された層が積層される場合について説明する。
【００３２】
図２に示すように、それぞれの層における最低空準位（LUMO）および最高被占準位（HOMO）のエネルギー準位は、それぞれの層を形成する物質に基づき、正孔輸送層１２が−２．１，−５．２ｅＶ、青色発光材料層１３ａ、１３ｂが−２．８，−５．９ｅＶ、Ｄｙｅ層１４が−３．１５，−５．１５ｅＶおよび−２．９，−５．２ｅＶ、ホールブロッキング層１５が−２．７，−６．２ｅＶ、緑色発光材料層１６が−３．１，−５．７ｅＶである。
【００３３】
緑色発光材料層１６、ホールブロッキング層１５、第２の青色発光材料層１３ｂ、および第１の青色発光材料層１３ａは、それぞれ、電子輸送性に優れ、電子を隣接する各層に移動させるための電子輸送層としての役割を果たす。したがって、陰極から注入された電子は、緑色発光材料層１６、ホールブロッキング層１５、第２の青色発光材料層１３ｂ、Ｄｙｅ層１４を通って、第１の青色発光材料層１３ａまで送られる。ここで、ホールブロッキング層１５のLUMOのエネルギー準位は、緑色発光材料層１６のLUMOのエネルギー準位より高いので、電子は層１５と層１６の界面に集約される。一方、第１および第２の青色発光材料層１３ａ、１３ｂ、およびホールブロッキング層１５のLUMOのエネルギー準位はほぼ同等であり、電子は、第１の青色発光材料層１３ａおよびＤｙｅ層１４にそれぞれ集約される。
【００３４】
陽極から注入された正孔は、ホール輸送層１２、第１の青色発光材料層１３ａ、Ｄｙｅ層１４、第２の青色発光材料層１３ｂ、ホールブロッキング層１５を通って、緑色発光材料層１６まで送られる。ここで、ホールブロッキング層１５は、陽極側から送られてきた正孔を陰極側に移動させないようにするための層であり、ホールブロッキング層１５のHOMOのエネルギー準位は、青色発光材料層１３ａ、１３ｂおよび緑色発光材料層１６のHOMOのエネルギー準位より低い。したがって、正孔は層１３ｂと層１５の界面に比較的多く集約される。また、正孔はＤｙｅ層１４にも比較的多く集約される。一方、ホールブロッキング層１５の層の厚さは例えば３０ｎｍと比較的薄いので、正孔は一部緑色発光材料層１６にも送られる。
【００３５】
上述した電子および正孔の挙動により、緑色発光材料層１６とホールブロッキング層１５の界面、およびホールブロッキング層１５と第２の青色発光材料層１３ｂの界面において、正孔と電子によって励起子が大量に形成される。層１６と層１５の界面における励起子の形成は、再結合を生じさせ、緑色発光材料層１６から緑色の発色光が発する。
【００３６】
層１５と層１３ｂの界面において形成された励起子は、第１および第２の青色発光材料層１３ａ、１３ｂおよびＤｙｅ層１４に拡散される。ここで、第２の青色発光材料層１３ｂに拡散された励起子のエネルギーは、励起状態のエネルギー準位が第２の青色発光材料層１３ｂより低いＤｙｅ層１４の黄色色素に移動する。黄色色素に移動させられたエネルギーは、励起状態のエネルギー準位がさらに低い赤色色素にさらに移動する。これにより、Ｄｙｅ層１４と第２の青色発光材料層１３ｂからは、純度の高い赤色の光が発する。また、拡散された励起子により、第１の青色発光材料層１３ａから青色の光が発する。
【００３７】
以上により、緑色発光材料層１６からは緑色の発色光が、Ｄｙｅ層１４および第２の青色発光材料層１３ｂからは赤色の発色光が、第１の青色発光材料層１３ａからは青色の発色光が発するので、これらの発色光が混合されることにより、白色有機ＥＬ素子２０は、白色の発色光を発する。
【００３８】
上述したように、本実施形態においては、青色発光材料層と緑色発光材料層の間にホールブロッキング層を設けることにより、３色の発光色から成る色純度の高い白色発光を得ることができる。また、それぞれの発光材料層およびＤｙｅ層を形成する材料を変更することにより、それぞれの層の発する光の発光波長を変更することができ、また、各層の膜厚を調整することにより各発光色の強度が任意に調整することができるので、容易に純度の高い白色発光を得ることができる。
【００３９】
さらに、本実施形態においては、Ｄｙｅ層１４は、赤色色素に黄色色素が混合されて形成されているが、これは青色発光材料層１３ｂのエネルギーが、黄色色素を介することによって、赤色色素に移動しやすくなるためである。したがって、Ｄｙｅ層１４は、黄色色素が含有されず、赤色色素のみが材料として形成されてもよい。しかし、この場合、第２の青色発光材料層１３ｂと赤色色素との励起状態のエネルギー差は大きいので、第２の青色発光材料層１３ｂから赤色色素にはエネルギー移動が起こりにくく、Ｄｙｅ層１４および第２の青色発光材料層１３ｂからは鮮明な赤色の発色光は発せられずに、ピンク色の発色光が発せられる。また、Ｄｙｅ層１４は赤色色素が含有されず、黄色色素のみが材料として形成されてもよい。この場合、Ｄｙｅ層１４および第２の青色発光材料層１３ｂによって発せられる光は、赤〜黄色の発色光である。
【００４０】
すなわち、Ｄｙｅ層を形成する色素として赤または黄色の色素の一方の色素のみしか用いない場合、Ｄｙｅ層１４および第２の青色発光材料層１３ｂによって発せられる光は鮮明な赤色光ではない。したがって、この場合、Ｄｙｅ層が黄色および赤色色素が混合されて形成される場合に比べ、白色有機ＥＬ素子から発せられる白色の色純度は低くなる。
【００４１】
また、本実施形態において、第１および第２の青色発光材料層１３ａをＤｙｅ層１４の厚さより薄くすると、第１の青色発光材料層１３ａからも、赤色の発光色が発せられるので、第１の青色発光材料層１３ａは、Ｄｙｅ層１４より厚くなければならない。さらに、Ｄｙｅ層１４の厚さを第２の青色発光材料層１３ｂより極端に薄くすると、第１および第２の青色発光材料層１３ｂから青色の発色を呈するようになるので、Ｄｙｅ層は０．０５ｎｍ〜３ｎｍ程度の範囲であることが好ましく、上述したように第１および第２の青色発光材料層は、Ｄｙｅ層より厚く、１ｎｍ〜２０ｎｍ程度の範囲であることが好ましい。
【００４２】
さらに、本実施形態においては、Ｄｙｅ層１４および第２の青色発光材料層１３ｂから赤色の発光色が、第１の青色発光材料層１３ａから青色の発光色が発光するが、このＤｙｅ層１４と第１および第２の青色発光材料層１３ａ、１３ｂの厚さを調整することにより、第２の青色発光材料層１３ｂからは青色が第１の青色発光材料層１３ａおよびＤｙｅ層１４からは赤色の発光色が発光するようにするようにしてもよい。
【００４３】
本発明の第２の実施形態について、図３〜図４を用いて説明する。図３は、本発明の白色有機ＥＬ素子の第２の実施形態の模式的な断面図を示す。白色有機ＥＬ素子２０は、基板１０と、基板１０上に形成された陽極１１と、陽極１１上に形成された正孔注入層１９と、正孔注入層１９上に積層された有機層２１と、有機層２１の上に形成された電子注入層１７と、電子注入層１７の上に形成された陰極１８を有する。
【００４４】
基板１０は、透光性のガラスを材料として形成される。陽極１１は、ITO（インジウムとスズの酸化物）を材料として形成される半透明膜であって、その膜厚は１００ｎｍ程度である。正孔注入層１９は、式［２１］で表されるMTDATA（４，４’，４”−トリス（３−メチル−フェニル−フェニル−アミノ）トリフェニルアミン（4,4',4"-tris(3-methyl-phenyl-phenyl-amino)triphenylamine））、AlF3、CuPc、HfO3、またはTa2O5を材料として形成され、その厚さは５ｎｍである。陽極１１上に形成された有機層２１は、後述するように白色光を発光させ、その白色光は、陽極１１および基板１０を透過して白色有機ＥＬ素子２０外部に発せられる。
【化２１】
2005150078.tif 000023
【００４５】
有機層２１は陽極１１側（すなわち図３においては下側）から順に、第１の青色発光材料層１３ａ、Ｄｙｅ層１４、第２の青色発光材料層１３ｂ、および緑色発光材料層１６が積層されて、形成される。
【００４６】
第１の青色発光材料層１３ａは、正孔輸送性材料であって、かつ青色発光材料である化合物を材料として形成される。正孔輸送性材料は例えば上述した式［１］の一般式で表される化合物であり、好ましくは式［２］［３］の一般式で表される化合物である。正孔輸送性材料は、特に好ましくは式［４］で示されるNPB、式［５］で示されるTPDである。またこれらの混合物等を材料として形成されても良いが、NPB、TPDが単独であることが好ましい。第１の青色発光材料層１３ａを形成する正孔輸送材料は、そのＰＬスペクトラム（PL spectrum）のピーク波長が青色の波長域（４００〜５００ｎｍ）に属する青色発光材料である。なお、第１の青色発光材料層１３ａには、青色ドーパント色素がドープされないが、第２の青色発光材料層１３ｂと同様に、後述の青色ドーパント色素がドープされていても良い。第１の青色発光材料層１３ａの層の厚さは、２０〜６０ｎｍ、好ましくは４０ｎｍである。
【００４７】
第２の青色発光材料層１３ｂは、青色発光材料をホスト材料に青色ドーパント色素がドープされて形成される。ホスト材料として用いられる青色発光材料は、第１の実施形態で用いられた青色発光材料と同様である。したがって例えば青色発光材料は、アントラセン誘導体、または式［６］で示されるスチリル誘導体であって、好ましくは式［７］で示されるDPVBi、ADS082（４，４−ビス（ジフェニルビニレン）−ビフェニル（4,4’-Bis(diphenylvinylene)-biphenyl））、式［８］で示されるβ-ADN、式［９］で示されるTBADNであって、これらの混合物であっても良いが、DPVBi単独であることさらに好ましい。
【００４８】
青色ドーパント色素は、第１の実施形態と同様に、式［１１］で示されるTBPe等のペリレン誘導体または式［１０］で示されるPe（ペリレン（perylene））であって、これらの混合物であっても良い。青色発光材料層１３の厚さは、２０〜６０ｎｍであり、好ましくは４０ｎｍである。また青色ドーパント色素１４ａの含有量は、青色発光材料層１３を構成する青色発光材料（ホスト材料）に対して、２〜４ｗｔ％であり、特に好ましくは３ｗｔ％である。なお、青色ドーパント色素１４ａは、青色発光材料層１３にドープされてなくても良い。
【００４９】
第１および第２の青色発光材料層１３ａ、１３ｂに挟まれるＤｙｅ層１４は、第１の実施形態と同様に、黄色色素および赤色色素が混合されて形成される。ここで、黄色色素の含有量は、赤色色素の含有量より多く、含有量の重量比は約１．８〜２．２：１（さらに好ましくは２：１）であることが好ましい。Ｄｙｅ層１４の厚さは、青色発光材料層１３ａ、１３ｂに比べ薄く、約０．０１〜３ｎｍであり、好ましくは０．０５〜０．２ｎｍである。
【００５０】
ここで、黄色色素は、第１の実施形態と同様に、例えばナフタセン誘導体であって、アリール基（好ましくはフェニル基）が任意の位置で任意の数（例えば２〜６）置換されたナフタセンが好ましく、例えば式［１２］で表されるルブレン等である。また、赤色色素は、例えば上述した式［１３］の一般式で表される化合物であって、好ましくは式［１５］で示されるDCJTB、式［１４］で示されるDCM2であるが、式［１６］で示されるローダミン６Ｇ、式［１７］で示されるDCM等でも良い。ただし、赤色色素は、上述した化合物の混合物であっても良いが、DCM2、またはDCJTB単独で使用されることが好ましい。
【００５１】
緑色発光材料層１６は、緑色発光材料であって、アルキレート化合物である式［１９］で示されるAlq3（トリキノリノレートアルミニウム）を材料として形成され、その厚さは約１０〜３０ｎｍであり、さらに好ましくは約２０ｎｍ程度である。緑色発光材料層１６はAlq3等の有機材料に緑色ドーパント色素がドープされて形成されても良い。ここで、緑色ドーパント色素は、例えばクマリン６（coumarin 6）、式［２０］で示されるC545T等である。
【００５２】
図４は白色有機ＥＬ素子２０の有機層２１の各層のエネルギー準位を模式的に示した図である。図４を参照して白色有機ＥＬ素子２０の発光原理について詳細に説明する。なお、以下有機層２１に、陽極側から順に、NPB（第１の青色発光材料層１３ａ）、DCM2およびRubrene（Ｄｙｅ層１４）、DPVBi（第２の青色発光材料層１３ｂ）、Alq3（緑色発光材料層１６）を材料として形成された層が積層される場合について説明する。
【００５３】
図４に示すように、それぞれの層における最低空準位（LUMO）および最高被占準位（HOMO）のエネルギー準位は、それぞれの層を形成する物質に基づき、第１の青色発光材料層１３ａが−２．１，−５．２ｅＶ、Ｄｙｅ層１４が−３．１５，−５．１５ｅＶ、−２．９，−５．２ｅＶ、第２の青色発光材料層１３ｂが−２．８，−５．９ｅＶ、緑色発光材料層１６が−３．１，−５．７ｅＶである。
【００５４】
緑色発光材料層１６、第２の青色発光材料層１３ｂは、それぞれ、電子輸送性に優れ、電子を隣接する各層に移動させるための電子輸送層としての役割を果たす。したがって、陰極から注入された電子は、緑色発光材料層１６、第２の青色発光材料層１３ｂの各層に電子が集約されながら、Ｄｙｅ層１４および第１の青色発光材料層１３ａまで送られる。ここで、Ｄｙｅ層１４のLUMOのエネルギー準位は、第１および第２の青色発光材料層１３ａ、１３ｂより低く、電子はＤｙｅ層１４に多く集約される。
【００５５】
陽極から注入された正孔は、第１の青色発光材料層１３ａ、Ｄｙｅ層１４、第２の青色発光材料層１３ｂの各層に集約されながら、緑色発光材料層１６まで送られる。ここで、Ｄｙｅ層１４のHOMOのエネルギー準位は、第１および第２の青色発光材料層１３ａ、１３ｂのHOMOのエネルギー準位より高い。したがって、正孔はＤｙｅ層１４に比較的多く集約される。また正孔は青色発光材料層１３ａにも比較的多く集約される。
【００５６】
上述した電子および正孔の挙動により、緑色発光材料層１６、第２の青色発光材料層１３ｂにおいて、電子と正孔が再結合され、緑色発光材料層１６から緑色の光が、第２の青色発光材料層１３ｂからは青色の光が発せられる。また、Ｄｙｅ層１４と第１および第２の青色発光材料層１３ａ、１３ｂとの界面でも電子と正孔が再結合され、励起子が形成される。
【００５７】
層１４と層１３ａ、１３ｂの界面において形成された励起子のエネルギーは、励起状態のエネルギー準位が第２の青色発光材料層１３ｂより低いＤｙｅ層１４の黄色色素に移動する。黄色色素に移動させられたエネルギーは、励起状態のエネルギー準位がさらに低い赤色色素にさらに移動する。これにより、Ｄｙｅ層１４と第１および第２の青色発光材料層１３ａ、１３ｂからは、純度の高い赤色の光が発する。
【００５８】
以上により、緑色発光材料層１６からは緑色の発色光が、Ｄｙｅ層１４および青色発光材料層１３ａ、１３ｂからは赤色の発色光が、第２の青色発光材料層１３ｂからは青色の発色光が発するので、これらの発色光が混合されることにより、白色有機ＥＬ素子２０は、白色の発色光を発する。
【００５９】
なお、第２の実施形態におけるＤｙｅ層１４は、第１の実施形態と同様に、黄色色素および赤色色素のいずれか一方のみを材料として形成されても良い。
【実施例】
【００６０】
第２の実施形態の効果を示すため、以下実施例を用いてさらに説明する。本実施例は、第２の実施形態と同様の構成を有する白色有機ＥＬ素子２０であって、Ｄｙｅ層１４は黄色色素のみを材料として形成された。
【００６１】
［実施例１］
透過性を有するガラスによって形成される基板１０上に、ITOが蒸着され、厚さ１００ｎｍの陽極１１が形成された。陽極１１の上には、式［２１］で表されるMTDATAが蒸着され、厚さ３０ｎｍの正孔注入層１９が形成された。正孔注入層１９の上には式［４］で示されるNPBが蒸着され、厚さ４０ｎｍの第１の青色発光材料層１３ａが形成された。第１の青色発光材料層１３ａの上には、黄色色素である式［１２］で示されるルブレンが蒸着され、厚さ０．０５ｎｍのＤｙｅ層１４が形成された。Ｄｙｅ層１４の上には、青色ドーパント色素である式［１１］のTBPeと青色発光材料である式［７］のDPVBiが同時に蒸着され、厚さ４０ｎｍ第２の青色発光材料層１３ｂが形成された。第２の青色発光材料層１３ｂの上には、式［１９］で示されるAlq3が蒸着され、厚さ２０ｎｍの緑色発光材料層１６が形成された。緑色発光材料層１６の上には、LiFが蒸着され、厚さ０．７ｎｍの電子注入層１７が形成された。電子注入層１７の上には、アルミニウムが蒸着され、陰極１８が形成され、これにより、実施例１の白色有機ＥＬ素子２０が得られた。ここで、TBPeの含有量は、第２の青色発光材料層１３ｂを構成する青色発光材料（DPVBi）に対して、３ｗｔ％であった。
【００６２】
［実施例２〜４］
実施例２ないし４の白色有機ＥＬ素子は、Ｄｙｅ層の厚さのみを変更した実施例である。ここで、実施例２、３および４のＤｙｅ層１４の厚さは、それぞれ０．１ｎｍ、０．１５ｎｍ、および０．２ｎｍであった。
【００６３】
上記各実施例の発光スペクトルを図５に示す。なお、図５に示す発光スペクトルは、各実施例のスペクトルの低波長側の高さが一致するように正規化（Normalized）されたスペクトルである。図５に示すように、本実施例１〜４においては、Ｄｙｅ層１４の層の厚さが厚くなる毎に、５５０ｎｍのピークの強度が段階的に強くなった。すなわち、第２の実施形態においては、０．０５〜０．２ｎｍの間でＤｙｅ層１４の厚さを厚くすると、徐々に黄色〜赤色発光の強度を強くすることができた。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の白色有機ＥＬ素子の第１の実施形態の模式的な断面図を示す。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る白色有機ＥＬ素子が有する有機層の各層のエネルギー準位を模式的に示す。
【図３】本発明の白色有機ＥＬ素子の第２の実施形態の模式的な断面図を示す。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る白色有機ＥＬ素子が有する有機層の各層のエネルギー準位を模式的に示す。
【図５】実施例１〜４における発光スペクトルを示す。
【符号の説明】
【００６５】
１０  基板
１１  陽極
１２  正孔輸送層
１３ａ、１３ｂ  青色発光材料層
１４  Ｄｙｅ層
１５  ホールブロッキング層
１６  緑色発光材料層
１８  陰極
２０  白色有機エレクトロルミネセンス素子（白色有機ＥＬ素子）
２１  有機層
【図１】
2005150078.tif 000024
【図２】
2005150078.tif 000025
【図３】
2005150078.tif 000026
【図４】
2005150078.tif 000027
【図５】
2005150078.tif 000028