(57)【要約】【課題】  色純度が高く、かつ高輝度の白色の発色光を発する白色有機ＥＬ素子を得る。【解決手段】  白色有機ＥＬ素子２０の有機層２１には、陽極側から青色発光層１３、第１のホールブロッキング層１５ａ、Ｄｙｅ層１４、第２のホールブロッキング層１５ｂ、第１の緑色発光層１６ａ、第３のホールブロッキング層１５ｃ、および第２の緑色発光層１６ｂを積層する。青色発光層１３、および第１の緑色発光層１６ａは、それぞれの発光層内における集約された電子と正孔の再結合により青および緑色の光を発する。第１および第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂにおいては、励起錯体の形で再結合することにより、第１および第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂおよびＤｙｅ層１４は赤色の光を発する。これらの発光により、白色有機ＥＬ素子２０は、白色の光を発する。【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、少なくとも、陽極側から順に、青色発光層と、第１のホールブロッキング層と、少なくとも赤色または黄色色素のいずれかを材料として形成されるＤｙｅ層と、第２のホールブロッキング層と、第１の緑色発光層と、第３のホールブロッキング層とが積層され、
前記第１および第２のホールブロッキング層、Ｄｙｅ層、および前記第１の緑色発光層のそれぞれの層の厚さが、１ｎｍから５ｎｍであ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１および第２のホールブロッキング層とＤｙｅ層における発光色と、前記青色発光層の発光色と、前記第１の緑色発光層の発光色が混合され、白色の発光色を発す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Ｄｙｅ層のエネルギーバンドギャップは、前記第１および第２のホールブロッキング層のエネルギーバンドギャップより小さ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】
前記第１および第２のホールブロッキング層、前記Ｄｙｅ層、および前記第１の緑色発光層のそれぞれの層の厚さは、前記青色発光層の厚さよりも薄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５】
前記有機層には前記第３のホールブロッキング層よりさらに陰極側に、第２の緑色発光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６】
前記第３のホールブロッキング層および前記第２の緑色発光層の厚さはそれぞれ１５ｎｍより薄い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】
前記第３のホールブロッキング層および前記第２の緑色発光層のそれぞれの厚さは、前記第１および第２のホールブロッキング層、前記Ｄｙｅ層、および前記第１の緑色発光層のそれぞれの厚さより厚い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】
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、少なくとも、陽極側から順に、青色発光層と、第１のホールブロッキング層と、少なくとも赤色または黄色色素のいずれかを材料として形成されるＤｙｅ層と、第１の緑色発光層とが積層され、
前記第１のホールブロッキング層、Ｄｙｅ層、および前記第１の緑色発光層のそれぞれの層の厚さは、前記青色発光層の厚さより薄い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。
【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、黄色色素から成るδ層、および第２の青色発光層を積層して発光層を形成する白色有機ＥＬ素子が知られている。この白色有機ＥＬ素子は、青色発光層とδ層の発色光が補色の関係にあることを利用し、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】
特許文献１に記載される白色有機ＥＬ素子においては、青色発光層およびδ層において、陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔とが再結合して光を発する。しかし、この白色有機ＥＬ素子においては、再結合する領域が狭く、また同一層内における再結合のみによって光を得ているので、高輝度の白色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、高輝度の白色光を得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、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、有機層には、少なくとも、陽極側から順に、青色発光層と、第１のホールブロッキング層と、少なくとも赤色または黄色色素のいずれかを材料として形成されるＤｙｅ層と、第２のホールブロッキング層と、第１の緑色発光層と、第３のホールブロッキング層とが順に積層され、第１および第２のホールブロッキング層、Ｄｙｅ層、および第１の緑色発光層のそれぞれの層の厚さが、それぞれ約１ｎｍから約５ｎｍであることを特徴とする。
【０００７】
第１および第２のホールブロッキング層とＤｙｅ層における発光色と、青色発光層の発光色と、第１の緑色発光層の発光色が混合され、白色の発光色を発することが好ましい。
【０００８】
Ｄｙｅ層のエネルギーバンドギャップは、第１および第２のホールブロッキング層のエネルギーバンドギャップより小さいことが好ましい。
【０００９】
第１および第２のホールブロッキング層、Ｄｙｅ層、および第１の緑色発光層のそれぞれの層の厚さは、青色発光層の厚さよりも薄いことが好ましい。
【００１０】
有機層には第３のホールブロッキング層よりさらに陰極側に、第２の緑色発光層が積層される場合、第３のホールブロッキング層および第２の緑色発光層の厚さはそれぞれ約１２ｎｍより薄いことが好ましく、第３のホールブロッキング層および第２の緑色発光層のそれぞれの厚さは、第１および第２のホールブロッキング層、Ｄｙｅ層、および第１の緑色発光層のそれぞれの厚さより厚ければさらによい。
【００１１】
本発明に係る白色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、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、有機層には、少なくとも、陽極側から順に、青色発光層と、第１のホールブロッキング層と、少なくとも赤色または黄色色素のいずれかを材料として形成されるＤｙｅ層と、第１の緑色発光層とが積層され、第１のホールブロッキング層、Ｄｙｅ層、および第１の緑色発光層のそれぞれの層の厚さは、青色発光層の厚さより薄いことを特徴としても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る白色有機ＥＬ素子は、高輝度でかつ純度の高い白色の発色光を発することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明に係る実施形態を図１〜図２を用いて詳細に説明する。
【００１４】
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。
【００１５】
基板１０は、透光性を有する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。
【００１６】
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、青色発光層１３、第１のホールブロッキング層１５ａ、Ｄｙｅ層１４、第２のホールブロッキング層１５ｂ、第１の緑色発光層１６ａ、第３のホールブロッキング層１５ｃ、および第２の緑色発光層１６ｂが積層されて、形成される。
【００１７】
正孔輸送層１２は、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））を材料として形成される。正孔輸送層１２は、陽極１１から注入された正孔（ホール）を青色発光層１３に有効に移動させる。青色発光層１３は、ホスト有機材料である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））に青色ドーパント色素であるPe（ペリレン（perylene））またはTBPe（テトラ（ｔ−ブチル）ペリレン）がドープされて形成される。正孔輸送層１２と青色発光層１３は、その厚さがそれぞれ約４０ｎｍより小さく、合計して約４０ｎｍであることが好ましい。正孔輸送層１２、青色発光層１３のそれぞれの厚さは、第１〜第３のホールブロッキング層１５ａ〜１５ｃ、Ｄｙｅ層１４、および第１および第２の緑色発光層１６ａ、１６ｂのそれぞれの層の厚さよりも厚いほうがよい。
【００１８】
第１、第２および第３のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、Ｄｙｅ層１４または第１および第２の緑色発光層１６ａ、１６ｂと交互に積層され、電子を陽極１１側に移動させるとともに、正孔の陰極１８側への移動を阻害する。第１〜第３のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、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る。第１および第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂの厚さは、それぞれ約１〜５ｎｍであり、好ましくは約３ｎｍである。第３のホールブロッキング層１５ｃの厚さは１５ｎｍより薄い。
【００１９】
Ｄｙｅ層１４は、赤色色素を材料として形成され、その厚さは約１〜５ｎｍであり、好ましくは約３ｎｍである。赤色色素としては、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））が用いられる。第１および第２の緑色発光層１６ａ、１６ｂは、緑色発光材料であって、アルキレート化合物である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。第１の緑色発光層１６ａの厚みは約１〜５ｎｍであり、好ましくは約３ｎｍである。第２の緑色発光層１６ｂの厚さは、１５ｎｍより薄い。第２の緑色発光層１６ｂと第３のホールブロッキング層１５ｃの厚さの合計は、約１２ｎｍであることが好ましい。第１、第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂ、Ｄｙｅ層１４、および第１の緑色発光層１６ａは、略同一の厚さであることが好ましく、それぞれの厚さは、正孔輸送層１２、青色発光層１３、第３のホールブロッキング層１５ｃ、および第２の緑色発光層１６ｂのそれぞれの厚さより薄いことが好ましい。なお、NPB、DPVBi、Pe、TBPe、DCJTB、TPBi、Alq3の化学式は下記の式［１］〜［７］に示す通りである。
【００２０】
【化１】
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【化２】
2005150080.tif 000004
【化３】
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【化４】
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【化５】
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【化６】
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【化７】
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【００２１】
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。
【００２２】
有機層２１の各層は、Ｄｙｅ層１４も含め、陽極上に順次蒸着されることにより、形成される。また、電子注入層１７および陰極１８についても、有機層２１上に蒸着されることにより形成される。
【００２３】
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。上述したように、有機層２１には、陽極側から順に、NPB（正孔輸送層１２）、DPVBi（青色発光層１３）、TPBi（第１のホールブロッキング層１５ａ）、DCJTB（Ｄｙｅ層１４）、TPBi（第２のホールブロッキング層１５ｂ）、Alq3（第１の緑色発光層１６ａ）、TPBi（第３のホールブロッキング層１５ｃ）、Alq3（第２の緑色発光層１６ｂ）を材料として形成された層が積層される。
【００２４】
図２に示すように、それぞれの層の最低空準位（LUMO）および最高被占準位（HOMO）のエネルギー準位は、真空準位を０ｅＶとすると、それぞれの層の材料に基づき、正孔輸送層１２が−２．１，−５．２ｅＶ、青色発光層１３が−２．８，−５．９ｅＶ、Ｄｙｅ層１４が−３．０３，−５．１１ｅＶ、第１〜第３のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂ、１５ｃが−２．７，−６．２ｅＶ、第１および第２の緑色発光層１６ａ、１６ｂが−３．１，−５．７ｅＶである。
【００２５】
第１および第２の緑色発光層１６ａ、１６ｂ、第１〜第３のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、青色発光層１３は、それぞれ、電子輸送性に優れる電子輸送層であり、電子を隣接する各層に移動させるための役割を果たす。したがって、陰極から注入された電子は、第２の緑色発光層１６ｂから青色発光層１３までの各層を通って、正孔輸送層１２まで送られる。ここで、層１６ｂ〜層１５ａの厚みは非常に薄く、これにより、陰極から注入された電子は、トンネル効果で層１６ｂ〜層１５ａの各層にチャージされる。
【００２６】
また、第１および第２の緑色発光層１６ａ、１６ｂおよびＤｙｅ層１４のエネルギーバンドギャップ（HOMOとLUMOのエネルギー準位の差）は、第１〜第３のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂ、１５ｃのエネルギーバンドギャップより小さく、層１６ａ、１６ｂ、および１４のLUMOのエネルギー準位は、層１５ａ、１５ｂ、１５ｃのLUMOのエネルギー準位より低い。したがって、電子は第１および第２の緑色発光層１６ａ、１６ｂおよびＤｙｅ層１４により多く集約される。さらに、正孔輸送層１２のLUMOのエネルギー準位は、青色発光層１３のLUMOのエネルギー準位より高いので、電子は層１２と層１３の界面にも多く集約される。
【００２７】
第１〜第３のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂ、１５ｃ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、層１５ａ、１５ｂ、１５ｃのHOMOのエネルギー準位は、青色発光層１３、Ｄｙｅ層１４、および第１の緑色発光層１６ａのHOMOのエネルギー準位より低く、その差が大きい。また、層１５ａ、１５ｂの各層は、その厚みが非常に薄く、正孔を一部トンネルさせる。すなわち、層１５ａ、１５ｂは、陽極側から送られてきた正孔をブロックしつつ、陰極側に送る。一方、第３のホールブロッキング層１５ｃは、その厚みが層１５ａ、１５ｂより厚く、正孔は、第２の緑色発光層１６ｂには充分に注入されない。したがって、陽極から注入された正孔は、青色発光層１３と第１のホールブロッキング層１５ａの界面、Ｄｙｅ層１４、および第１の緑色発光層１６ａに多く集約される。また、青色発光層１３のHOMOのエネルギー準位は、正孔輸送層１２のHOMOのエネルギー準位より低いので、正孔は青色発光層１３と正孔輸送層１２との界面にも集約される。
【００２８】
上述した電子および正孔の挙動により、青色発光層１３と正孔輸送層１２の界面、および第１の緑色発光層１６ａにおいて、正孔と電子の再結合は非常に多く発生する。すなわち、同一発光層１３、１６ａにおける再結合によって、青色発光層１３からは青色の発光色が、第１の緑色発光層１６ａからは緑色の発光色が発せられる。
【００２９】
一方、第１および第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂの層の厚さは５ｎｍ以下と薄い。したがって、Ｄｙｅ層１４に集約された電子は、青色発光層１３に集約された正孔と、励起錯体（Exciplex）の形で、第１のホールブロッキング層１５ａ内において再結合をする。また、第１の緑色発光層１６ａに集約された電子は、Ｄｙｅ層１４に集約された正孔と励起錯体（Exciplex）の形で、第２のホールブロッキング層１５ｂ内において再結合をする。ここで、それぞれの再結合によって生じた励起子のエネルギーはその一部が、励起状態のエネルギー準位が低いＤｙｅ層１４の赤色色素に移動する。これにより、Ｄｙｅ層１４および第１および第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂからは赤色の光が発せられる。さらに、層１５ａ、１５ｂにおける再結合によって生じた励起子のエネルギーの一部は、赤色色素に移動せずに、第１および第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂから青色の光を発せさせる。なお、本実施形態においては、TPBiは青色のＰＬスペクトラムを有するので、第１または第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂからは青色の発光色を発する。
【００３０】
Ｄｙｅ層１４が発した赤色の発光色、第１および第２の緑色発光層１６ａ、１６ｂが発した緑色の発光色、並びに励起錯体の再結合と青色発光層１３内の再結合によって発せられた青色の発光色は混合され、有機層２１から白色発光が生じる。
【００３１】
以上のように、本実施形態においては、第１および第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂにおいて、電子と正孔が励起錯体の形で再結合することにより、赤色の発光色が発せられる。これにより、本実施形態においては、電子と正孔とを効率的に再結合させることができるので、効率的に高輝度の白色発光を得ることができる。また、各発光層が薄く形成されることにより、トンネル効果が生じ、各発光層に正孔と電子が効率的に送られ、発光効率は向上する。さらに、各発光層やホールブロッキング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、容易に色純度の高い白色発光を得ることができる。
【００３２】
なお、本実施形態においては、第１および第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂにおける励起錯体の形での再結合によって、赤色の発光色が発せられたが、層１４、１５ａ、１５ｂの厚さを変更することにより、いずれか一方のホールブロッキング層における励起錯体の形での再結合によって、赤色の発光色が発せられるようにしても良い。したがって、第１または第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂいずれか一層における再結合によって生じた励起子のエネルギーが、赤色色素に移動しないようにしても良い。また、少なくとも第１および第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂのいずれか１層における再結合によって生じた励起子のエネルギーを、厚さを変更することにより赤色色素に全て移動するようにしても良い。
【００３３】
なお、本実施形態においては、Ｄｙｅ層１４の材料となる色素に、DCJTBを使用したが、エネルギーバンドキャップが第１〜第３のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂ、１５ｃよりも小さい赤色色素または黄色色素であれば他の色素でも使用できる。例えば、赤色色素としては、ローダミン６Ｇ（rhodamine 6G)、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)）等が使用される。例えば、黄色色素としては、ルブレン（Rubrene）が使用される。ただし、Ｄｙｅ層１４が黄色色素を材料として形成される場合、白色有機ＥＬ素子２０は、色純度の高い白色発光を発することは困難である。さらに、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てもよい。この場合、黄色色素は、赤色色素に比べ、励起状態のエネルギー準位が高いので、Ｄｙｅ層１４から発せられる光は、赤色の発色光である。なお、黄色色素の含有量は、赤色色素の含有量より多く、その重量比は、約２：１程度であることが好ましい。
【００３４】
なお、本実施形態においては、青色発光層１３のホスト材料として、DPVBiを用いたが、ホスト材料としては、β-ADN（９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（9,10-di(2-naphthyl）anthracene））、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））等を用いてもよい。ここで、rhodamine 6G、DCM2、Rubrene、β-ADN、およびTBADNの化学式は、以下に示す式［８］〜［１２］の通りである。
【００３５】
【化８】
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【化９】
2005150080.tif 000011
【化１０】
2005150080.tif 000012
【化１１】
2005150080.tif 000013
【化１２】
2005150080.tif 000014
【００３６】
なお、本実施形態においては、青色発光層１３は、ホスト材料であるDPVBiにPeまたはTBPeをドープして形成されるが、ドーパント色素がドープされていなくともよい。この場合、青色発光層１３は、ドーパント色素がドープされていなくても充分に発光する青色発光材料を材料として、形成される。
【００３７】
なお、本実施形態においては、基板１０は、陽極１１側に設けられているが、陰極１８側に設けられても良い。また、陰極１８が透過性の材質で形成され、陰極１８側から白色光が発せられる構成にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】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。
【図２】本発明の一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。
【符号の説明】
【００３９】
１０  基板
１１  陽極
１２  正孔輸送層
１３  青色発光層
１４  Ｄｙｅ層
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  第１〜第３のホールブロッキング層
１６ａ、１６ｂ  第１、第２の緑色発光層
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】
2005150080.tif 000015
【図２】
2005150080.tif 000016