Notice: Undefined variable: fterm_desc_sub in /mnt/www/biblio_conv.php on line 353
照明装置
説明

照明装置

【課題】光源としての有機EL素子から放出される光の波長成分のうち、色調の観点で好ましく長波長成分の光を吸収して色温度を高めて所望色調の照明光を得ると共に吸収光のエネルギーを再利用することを可能にする、有機EL素子を用いた照明装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】光源の有機EL素子22から発光される第1色温度の光の一部を有機光電変換素子32で第1色温度より高い第2色温度に変換し再利用可能な電気を有機光電変換素子32で発電することにより、所望の色調の目に優しい照明光を放射し、エネルギー効率及び薄型・軽量に優れる照明装置1の提供を可能にする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機EL素子を用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電子発光表示素子として、エレクトロルミネッセンスディスプレイがある。エレクトロルミネッセンスディスプレイは無機エレクトロルミネッセンス素子、あるいは有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子とも称される)で構成される。
【0003】
無機エレクトロルミネッセンス素子は平面型光源として用いられているが、発光素子を駆動させるために交流の高電圧が必要である。
【0004】
一方、有機EL素子は、発光する化合物を含有する発光層を陰極と陽極で挟んだ構成を有し、発光層に電子及び正孔を注入して再結合させることにより励起子(エキシトン)を生成し、この励起子が失活する際に放出される光(蛍光、りん光)を利用するものである。そして以下のような特長を有するために、照明用のデバイスとして注目されている。
【0005】
(1)両電極間に数V〜十数V程度の直流電圧を印加することで発光が可能である。
【0006】
(2)自己発光型のために視野角に富み視認性が高い。
【0007】
(3)薄膜型の固体素子であるために省スペースである。
【0008】
(4)面光源であり、従来の点光源の照明に比べて、眩しさがなく、影が形成され難い。従って、建築物等の壁面(外壁、内壁)に組み込むことで人間の目に優しい光源の提供を可能にするものとして期待されている。
【0009】
高効率な有機EL素子を得るには、発光効率の高いりん光発光材料を用いることが必要である。ところが、りん光材料の特性から、バンドギャップの大きい、色純度の高い青色りん光材料の開発が困難であり、現状では約3500K程度と色温度の低い(赤みの強い)白色照明しか得られないという課題を有している。
【0010】
一方、有機EL素子自体から放射される光を変換して所望のスペクトルの照明光(例えば、白色光)を得る補正技術が、特許文献1及び特許文献2に開示されている。
【0011】
特許文献1に記載の技術は、透明基体の片面に青色発光層を含む有機EL素子を形成し、透明基体の他面に緑色蛍光色素を有する緑色発色層と赤色蛍光色素を有する赤色発色層を順次形成し、該有機EL素子を駆動して該透明基体の他面側から白色光を放射する、有機EL素子を用いた照明装置である。有機EL素子で発光された青色光を緑色発色層の緑色蛍光色素で緑色光に変換し、更に赤色発色層の赤色蛍光色素で赤色光に順次変換して、青色光と緑色光と赤色光をバランスよく含む白色光を外部に放射するものである。
【0012】
特許文献2に記載の技術は、青色発光ポリマーを含む発光層から青色光を発光する有機発光ダイオード(有機EL素子)を用いた照明具の照明カバーに青色光を白色光に変換するための変換層を配置されるものである。変換層には、ペリレンオレンジ及びペリレンレッドのような有機分子、及び無機蛍光体粒子を含むものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】特開平9−204982号公報
【特許文献2】特開2004−200148号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
特許文献1に記載の技術は、紫外線、あるいは青色等の光を長波長側の光に変換するものであるが、上記の課題のように発光が高効率なりん光発光有機EL素子は青色光の短波長化が困難であるため、光の色温度を高める(青みを増す)目的には使用することができない。
【0015】
特許文献2に記載の技術は、色変換層に無機蛍光体粒子を含有させて、青色光を長波長側の光に変換して白色光を生成するものであるが、同様にりん光発光型有機EL素子から発光される光の色温度を高める場合には有効でない。
【0016】
また、カラーフィルタを介在させ、色調上で好ましくない長波長域の光を選択的に吸収して色温度を高めて所望色調の照明光を得ることも考えられるが、カラーフィルタに吸収される光はエネルギーとして全く利用されず消失されるために、エネルギー効率で問題である。
【0017】
本発明の目的は、光源としての有機EL素子から放出される光の波長成分のうち、色調の観点で好ましく長波長成分の光を吸収して色温度を高めて所望色調の照明光を得ると共に吸収光のエネルギーを再利用することを可能にする、有機EL素子を用いた照明装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0018】
上記課題は、下記に記載の構成により解消された。
【0019】
1.電力供給により照明の光源として第1色温度の光を発光する有機電界発光素子と、
前記有機電界発光素子で発光された光の一部を吸収して発電する有機光電変換素子と、
を有する照明装置であって、
前記有機光電変換素子の光吸収により外部に放射される照明光の色温度が前記第1色温度より高い第2色温度に変わることを特徴とする照明装置。
【0020】
2.前記第2色温度と前記第1色温度の差分が200K以上であることを特徴とする前記1に記載の照明装置。
【0021】
3.前記有機電界発光素子から発せられる発光の平均演色指数が、前記有機光電変換素子の光吸収により外部に放射される照明光の平均演色指数をより高い値に変換することを特徴とする、前記1または2に記載の照明装置。
【0022】
4.前記有機光電変換素子によって発電された電力を有機電界発光素子に供給する供給回路を有することを特徴とする前記1から3までの何れか1項に記載の照明装置。
【0023】
5.前記有機光電変換素子によって発電された電力を蓄える蓄電部を有することを特徴とする前記1から4までの何れか1項に記載の照明装置。
【0024】
6.前記有機電界発光素子が、りん光発光材料を含有する発光層を有していることを特徴とする前記1から5までの何れか1項に記載の照明装置。
【0025】
7.前記有機光電変換素子が、フラーレン誘導体を有するバルクヘテロジャンクション層を有することを特徴とする前記1から6までの何れか1項に記載の照明装置。
【0026】
8.前記有機光電変換素子の吸収スペクトルが、以下の式1を満たすことを特徴とする前記1から7までの何れか1項に記載の照明装置。
【0027】
式1 A600/A450>1
A450は波長450nmにおける吸収値であり、A600は波長600nmにおける吸収値である。
【0028】
9.前記有機光電変換素子の吸収スペクトルの極大が、700nm以上であることを特徴とする前記1から8までの何れか1項に記載の照明装置。
【0029】
10.前記有機電界発光素子又は前記有機光電変換素子は、ガスバリアフィルムで被覆された形態であることを特徴とする前記1から9までの何れか1項に記載の照明装置。
【0030】
11.前記有機電界発光素子と前記有機光電変換素子とが一体的に積層された形態であることを特徴とする前記1から10までの何れか1項に記載の照明装置。
【0031】
12.前記有機電界発光素子から放射される光を外部に反射する反射層を有し、
前記反射層、前記有機電界発光素子、前記有機光電変換素子の順序で配置していることを特徴とする前記1から10までの何れか1項に記載の照明装置。
【0032】
13.前記有機電界発光素子及び前記有機光電変換素子は共通の透明な基材を用い、該基材の一方側に前記有機電界発光素子を配設し該基材の他方側に前記有機光電変換素子を配設することを特徴とする前記12に記載の照明装置。
【0033】
14.前記有機電界発光素子及び前記有機光電変換素子は、基材に液状組成物である塗布液を塗布手段により塗布し塗膜の層を形成する、溶液プロセスによって形成されることを特徴とする前記1から13までの何れか1項に記載の照明装置。
【発明の効果】
【0034】
本発明は、光源の有機電界発光素子(有機EL素子)から発光される第1色温度の光の一部を有機光電変換素子で第1色温度より高い第2色温度に変換し再利用可能な電気を有機光電変換素子で発電することにより、所望の色調の目に優しい照明光を放射し、エネルギー効率及び薄型・軽量に優れる照明装置の提供を可能にする。また、色温度のみならず、照明に照らされた際の物体本来の色の見え方を表す平均演色指数の向上も可能にする。
【0035】
更なる効果としては、発光素子と光電変換素子が一体化されているため、単に日中に太陽光で発電し夜間に発光素子を発光させて照明するだけではなく、発光素子の発光時にも照明上の好ましく波長域の光を吸収してエネルギーとして再利用できる、エネルギー効率の高い照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明に係る照明装置の実施形態を示す断面図。
【図2】本発明に係る照明装置における他の実施形態を示す断面図。
【図3】有機光電変換素子の電極構成を示す上面図と断面面。
【図4】本発明に係る照明装置の等価回路図。
【図5】本発明に係る他の照明装置の等価回路。
【図6】本発明に係る有機光電変換素子の光吸収スペクトル及び有機EL素子の発光スペクトル。
【図7】本発明に係る実施例及び比較例から照射される照明光の光スペクトル。
【発明を実施するための形態】
【0037】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0038】
図1(a)は、本発明に係る照明装置の一例を示す断面図と正面図である。
【0039】
照明装置1は、図示のように、照明装置の光源としての有機電界発光素子からなる有機EL部材2と、有機EL部材2からの光の一部を吸収して電気を発電可能な有機光電変換部材3と、有機EL部材2からの放射光を所望の照明領域に効率良く照射する反射部材4と、支持部材5と、を有している。
【0040】
有機EL部材2は、基材としての透明、且つフレキシブルなフィルム基材21と、フィルム基材21の表面上に形成された有機電界発光素子としての有機EL素子(Organic light−emitting diode、OLEDとも称される)22と有し、いわゆる、面状発光として眩しさと影の形成がない光源の特長を有している。
【0041】
有機EL素子22の態様(構成)は後述で詳しく説明するが、発光効率の高いりん光発光材料の有機EL素子である。放射光の色温度が3620Kであり、図6の実線Bに示すような発光スペクトルを有している。
【0042】
反射部材4は、基材としての透明、且つフレキシブルなフィルム41と、フレキシブルフィルム41の表面に形成されたアルミニウム等の反射層42とを有し、有機EL部材2からの放射光を照明側に反射するものである。フィルム41としてフレキシブルで水蒸気透過性の低いアルミホイルを使用し、内部の有機EL素子等に電流のリーク等を起こさせないように絶縁層を設けるといった構成でもよい。
【0043】
有機光電変換部材3はフィルム状であり、有機EL部材2に対し反射部材4の反対側に位置し有機EL部材2の表面に対向するよう、支持部5に支持されている。有機EL素子22で発光される光の大多数は有機光電変換部材3を通過して照明側Gに放射される。
【0044】
有機光電変換部材3は、基材としての透明、且つフレキシブルなフィルム基材31と、フィルム基材31の表面に形成された有機光電変換素子32とを有し、有機EL素子22からの放射光の一部を吸収して直流電力を発電する太陽電池(Organic Photovoltaics、OPVとも称す)である。有機光電変換素子32の構成は後述で詳しく説明する。
【0045】
有機光電変換素子32は、りん光型有機EL素子22で発光された放射光(実線の矢印で示す)の一部を吸収して所望の白色照明光(破線の矢印で示す)に変換するものであり、更にその吸収光のエネルギーにより電気を発電するものである。換言すると、有機EL素子22で発光される放射光の一部(つまり、好ましくない波長域の光)を吸収して有機EL素子22で再利用可能な電気を発電するものである。
【0046】
図6は、有機光電変換素子32の光吸収スペクトル及び有機EL素子22の発光スペクトルの一例である。縦軸は有機光電変換素子32の吸収度(相対値)及び有機EL素子22の発光強度(相対値)を示し、横軸は波長(nm)を示す。
【0047】
図6の破線の曲線Bは、有機EL素子22から放射される発光スペクトルを示す。620nm付近に発光強度の最大値を有している。600nm以上の波長域における光強度が、この有機EL素子22を照明装置に用いる場合に、赤みを帯びた照射光を呈し、照明光としての演色性(色温度、平均演色指数)を低下させている。
【0048】
図6の実線の曲線Aは、本発明に係る代表的な有機光電変換素子32の光吸収スペクトルを示している。図示のように600nm〜800nmの波長域に高い吸収特性を有し、光吸収度の極大値も700nm以上にある。つまり、有機EL素子22からの放射光を上記の有機光電変換素子32に通過させることにより、演色性に優れた照明光を照射する照明装置が実現される。更に、600nm以上の波長の多くの吸収光は、再利用可能な電気に変換されて、エネルギー利用の面でも優れた照明装置の実現を可能にしている。
【0049】
図1(a)に示す形態は、有機EL部材2の有機EL素子22から放射される光の全部が有機光電変換部材3の有機光電変換素子32を通過して照明側に放射されるものである。
【0050】
図1(b)は、有機EL部材2と有機光電変換部材3との配設関係を交換した形態である。有機EL素子22で発光・放射される光のうち、裏面側に放射される光しか吸収することができないため、所望の色温度に変換する色変換効率、及び発電効率の面において劣るが、他方で有機EL素子の発光効率の面で有利な場合がある。
【0051】
図2は、本発明の他の実施形態に係る照明装置の一例を示す断面図と正面図である。
【0052】
この実施の形態は上記の透明な有機EL部材2及び有機光電変換部材3のフレキシブルフィルム基材21、31を共通にして兼用しており、この点が図1の形態と大きく相違する。フィルム基材21の一方の表面に有機EL素子22を形成し、フィルム基材21の他方の表面に有機光電変換素子32を形成するものである。あるいは、別々に形成した有機EL素子22のフィルム基材21と有機光電変換素子32のフィルム基材31のフィルム面側を重ねる形態でもよい。
【0053】
図示のように、有機EL素子22は、後述で詳しく述べる層構成の有機EL層221と、これに電界を印加する電極としての陽極222と、陰極223と、を有する。
【0054】
同様に、有機光電変換素子32は、有機光電変換層321と、有機光電変換層321で発電された電気を流す電極としての陽極322と、陰極323と、を有する。有機EL素子22の陰極223は、光を反射する反射部材を兼ねている構成である。他の3つの電極、つまり陽極222、陰極323及び陽極322は透明電極である。従って、図2の形態では、図1の反射部材4が廃止されている。
【0055】
なお、図示の透明なガスバリアフィルム61は、有機EL素子22及び有機光電変換素子32を保護するものである。
【0056】
図2の本発明に係る照明装置は、軽量・薄型・コストに優れ、より好ましい形態である。
【0057】
[有機光電変換素子32の発電電力の供給回路]
図3は、多数のサブ有機光電変換素子32jをフィルム基材21に形成して各サブ有機光電変換素子32jを直列に結合させて有機EL素子22の発光を可能にする電圧に昇圧して有機EL素子22に電力として供給する回路構成を示す。
【0058】
図3(a)は、照明装置1を照明側から見た正面図であり、図3(b)は、図3(a)のAA′断面である。
【0059】
有機光電変換素子32はN個のサブ有機光電変換素子32jに分割している。サブ光電変換素子32jは、サブ陽極322jと、サブ陽極323jに対向するサブ陰極323jと、両電極に挟まれたサブ有機光電変換層321jで構成される。図示のように、サブ有機光電変換素子32は、左から321,322,・・・・32(N−1),32Nの順で配設されている。
【0060】
図3(b)に示すように、フィルム基材21の下面側に有機EL素子22が形成され、上面側にN分割されたサブ有機光電変換素子32j(j=1,2,・・・・N−1,N)で成る有機光電変換素子32が形成されている。1番目のサブ有機光電変換素子321は、フィルム基材21の上面に形成された1番目のサブ陰極3231と、サブ陰極3231上に塗布されて形成されたサブ有機光電変換層3211と、サブ有機光電変換層3211の上面に形成された透明の陽極3221によって層構成されている。各サブ有機光電変換素子321jは、それぞれの両電極(陽極と陰極)を互いに離間することによって、複数に分割されている。
【0061】
なお、サブ陽極322(j−1)とサブ陰極323jは非図示の端部で導通しており、各サブ光電変換素子32jは直列に接続している。
【0062】
この直列接続によって、第1サブ光電変換素子321の陰極3231と第N光電変換素子32Nの陽極322Nの端子間には、有機EL素子22の発光を可能にする駆動電圧以上の電圧が形成される。
【0063】
この形態の本発明に係る照明装置は、特別な昇圧回路を用いずに有機光電変換素子32で発電された電力を有機EL素子22の駆動に再利用することを可能にするものであり、軽量・薄型・コストの面でより優れた形態である。
【0064】
図4(a)は、図3に示す有機光電変換素子を用いる、本発明に係る照明装置の等価回路図である。
【0065】
照明装置1は、コネクタ7と、有機光電変換素子32からなる有機光電部材3と、有機EL素子22からなる有機EL部材2と、を有している。電源部ESは照明装置1の外部にあり、電源部ESの出力端子はコネクタ7にリード線で接続している。
【0066】
有機光電変換素子32は、図示のように直列接続されたN個のサブ有機光電変換素子32j(j=1,2,・・・・N−1,N)でなる。
【0067】
ここでは供給回路Cは、N個のサブ有機光電変換素子が直列接続した有機光電変換素子32と、サブ有機光電変換素子321の陰極と有機EL素子の陰極を導通するリード線C1と、サブ有機光電変換素子321の陽極と有機EL素子の陽極を導通するリード線C2と、で構成されている。
【0068】
図4の供給回路Cによって、有機EL素子22の発光が駆動すると、有機光電変換素子32には、有機EL素子22の駆動電圧Eaを超える電圧が発電される。矢印bに示すように、放射光の吸収量に対応する電流量Iphが有機EL素子22に供給される。
【0069】
各サブ有機光電変換素子32jは、図4(b)のような等価回路で近似的に示すことができる。Iphは、有機EL素子22から放射され吸収させる光量に応じて増加する電流源であり、D1はダイオードである。R1は、並列抵抗成分であり、漏れ(リーク)電流などによって生じ、これが高い程性能が良好である。R2は直列抵抗成分である。
【0070】
図5は、本発明に係る他の実施形態の供給回路Cを示す。照明装置1の有機光電変換素子32に並列に蓄電手段8(コンデンサー、あるいは二次電池)が配設された形態である。この形態の供給回路Cは、有機光電変換素子32で発電された電気を蓄電する蓄電手段8と、蓄電手段8に蓄えられた電気を有機EL素子22が発光可能な駆動電圧まで昇圧する昇圧手段9とを有する形態である。
【0071】
昇圧手段9は、破線矢印Cに示すように蓄電手段8からの電流を利用して有機EL素子22の駆動電圧Eaを超える電圧を出力するものであり、DC−DC変換器である。昇圧手段9を適宜、あるいは常時作動して、蓄電手段8に蓄えられた電気を照明装置1の有機EL素子22の発光に利用可能とするものである。
【0072】
つまり、有機EL素子22の発光が駆動すると、矢印bに示すように有機光電変換素子32の発電電流Iphが蓄電手段8に流れ込む。昇圧手段9が作動すると。蓄電手段8に蓄えられた電気は昇圧手段9を介して有機EL素子22側に破線矢印dに示すように供給される。なお、ここでは昇圧手段9は照明装置1の外部に配設されているが、照明装置1の内部に設けるようにしてもよい。
【0073】
図5の形態では供給回路Cは、有機光電変換部材3に並列接続する蓄電手段8と、昇圧手段9と、リード線と、で少なくとも構成されている。
【0074】
図5に示す形態の照明装置1は、停電等で電源が降下した場合にも、蓄電手段8に蓄えられた電気を利用して、所定期間に照明装置1を継続的に駆動することも可能にするものである。
【0075】
[有機EL素子22の態様]
本発明に係る有機EL素子22の好ましい態様を、以下に説明するが、これに限定されるものではない。
【0076】
有機EL素子22としては特に制限がなく、陽極と陰極と、両者に挟まれた有機層が少なくとも1層以上あり、電流を流すと発光する素子であればよい。
【0077】
フィルム基材21の表面上に形成される有機EL素子22の層構成の好ましい具体例であり、以下に示す。
【0078】
(1)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
(2)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(3)陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(4)陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
(5)陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
(6)陽極/正孔輸送層/第1発光層/電子輸送層/中間電極/正孔輸送層/第2発光層/電子輸送層/陰極
ここで、発光層は、少なくとも発光色の異なる2種以上の発光材料を含有していることが好ましく、単層でも複数の発光層からなる発光層ユニットを形成していてもよい。また、発光スタック自体が複数個積層された、タンデム構成((6)の構成)であっても良い。また、正孔輸送層には正孔注入層、電子阻止層も含まれる。
【0079】
上記各層の形成は、公知の方法、例えば真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法等により行うことができるが、基板に液状組成物である塗布液を、コータ、インクジェット等の塗布手段により塗布し塗膜の層を形成する塗布法、所謂溶液プロセス法(特開2004−75951号公報等に記載)が生産性向上のために好ましい。
【0080】
〈発光層〉
発光層は、電極または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても発光層と隣接層との界面であってもよい。前記発光層は、含まれる発光材料が前記要件を満たしていれば、その構成には特に制限はない。また、同一の発光スペクトルや発光極大波長を有する層が複数層あってもよい。
【0081】
各発光層間には非発光性の中間層を有していることが好ましい。
【0082】
発光層の膜厚の総和は1〜100nmの範囲にあることが好ましく、更に好ましくは、より低い駆動電圧を得ることができることから30nm以下である。なお、ここで示す発光層の膜厚の総和とは、発光層間に非発光性の中間層が存在する場合には、該中間層も含む膜厚である。
【0083】
個々の発光層の膜厚としては1〜50nmの範囲に調整することが好ましく、更に好ましくは1〜20nmの範囲に調整することである。青、緑、赤の各発光層の膜厚の関係については、特に制限はない。
【0084】
発光層の作製には、後述する発光材料やホスト化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、LB法、インクジェット法等の公知の薄膜化法により製膜して形成することができる。
【0085】
各発光層には複数の発光材料を混合してもよく、また、りん光発光材料と蛍光発光材料を同一発光層中に混合して用いてもよい。
【0086】
発光層の構成として、ホスト化合物、発光材料(発光ドーパント化合物ともいう)を含有し、発光材料より発光させることが好ましい。
【0087】
有機EL素子22の発光層に含有されるホスト化合物としては、室温(25℃)下でりん光発光のりん光量子収率が0.1未満の化合物が好ましい。更に好ましくはりん光量子収率が0.01未満である。また、発光層に含有される化合物の中で、その層中での体積比が50%以上であることが好ましい。
【0088】
ホスト化合物としては、公知のホスト化合物を単独で用いてもよく、または複数種併用して用いてもよい。ホスト化合物を複数種用いることで、電荷の移動を調整することが可能であり、有機EL素子を高効率化することができる。また、後述する発光材料を複数種用いることで異なる発光を混ぜることが可能となり、これにより任意の発光色を得ることができる。
【0089】
ホスト化合物としては、従来公知の低分子化合物でも、繰り返し単位をもつ高分子化合物でもよく、ビニル基やエポキシ基のような重合性基を有する低分子化合物(蒸着重合性発光ホスト)でもよい。
【0090】
公知のホスト化合物としては、正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、且つ発光の長波長化を防ぎ、なお且つ高Tg(ガラス転移温度)である化合物が好ましい。ここで、ガラス転移点(Tg)とは、DSC(Differential Scanning Colorimetry:示差走査熱量法)を用いて、JIS−K−7121に準拠した方法により求められる値である。
【0091】
次に、発光材料について説明する。
【0092】
発光材料としては、りん光発光材料(りん光性化合物、りん光発光性化合物等ともいう)を用いる。
【0093】
前記りん光発光材料とは励起三重項からの発光が観測される化合物である。具体的には室温(25℃)でりん光発光する化合物であり、りん光量子収率が25℃において0.01以上の化合物であると定義されるが、好ましいりん光量子収率は0.1以上である。
【0094】
前記りん光量子収率は、第4版実験化学講座7の分光IIの398頁(1992年版、丸善)に記載の方法により測定できる。溶液中でのりん光量子収率は、種々の溶媒を用いて測定できるが、本発明においてりん光発光材料を用いる場合、任意の溶媒のいずれかにおいて上記りん光量子収率(0.01以上)が達成されればよい。
【0095】
りん光発光材料は、有機EL素子の発光層に使用される公知のものの中から適宜選択して用いることができるが、好ましくは元素の周期表で8〜10族の金属を含有する錯体系化合物であり、更に好ましくはイリジウム化合物、オスミウム化合物、または白金化合物(白金錯体系化合物)、希土類錯体である。中でも最も好ましいのはイリジウム化合物である。
【0096】
具体的なイリジウム化合物としては、Organic Letter誌、vol3、No.16、2579〜2581頁(2001)、Inorganic Chemistry,第30巻、第8号、1685〜1687頁(1991年)、J.Am.Chem.Soc.,123巻,4304頁(2001年)、Inorganic Chemistry,第40巻,第7号,1704〜1711頁(2001年)、Inorganic Chemistry,第41巻,第12号,3055〜3066頁(2002年)、New Journal of Chemistry.,第26巻,1171頁(2002年)、European Journal of Organic Chemistry,第4巻,695〜709頁(2004年)などに記載の化合物等を用いることができる。
【0097】
本発明においては、少なくとも一つの発光層に2種以上の発光材料を含有していてもよく、発光層における発光材料の濃度比が発光層の厚さ方向で変化していてもよい。
【0098】
〈中間層〉
各発光層間に非発光性の中間層(非ドープ領域等ともいう)を設ける場合について説明する。
【0099】
非発光性の中間層とは、複数の発光層を有する場合、その発光層間に設けられる層である。
【0100】
非発光性の中間層の膜厚としては1〜20nmの範囲にあるのが好ましく、更には3〜10nmの範囲にあることが隣接発光層間のエネルギー移動等相互作用を抑制し、且つ素子の電流電圧特性に大きな負荷を与えないということから好ましい。
【0101】
この非発光性の中間層に用いられる材料としては、発光層のホスト化合物と同一でも異なっていてもよいが、隣接する2つの発光層の少なくとも一方の発光層のホスト材料と同一であることが好ましい。
【0102】
前記ホスト材料はキャリアの輸送を担うため、キャリア輸送能を有する材料が好ましい。キャリア輸送能を表す物性としてキャリア移動度が用いられるが、有機材料のキャリア移動度は一般的に電界強度に依存性が見られる。電界強度依存性の高い材料は正孔と電子注入・輸送バランスを崩しやすいため、中間層材料、ホスト材料は移動度の電界強度依存性の少ない材料を用いることが好ましい。
【0103】
また、一方では正孔や電子の注入バランスを最適に調整するためには、非発光性の中間層は後述する阻止層、即ち正孔阻止層、電子阻止層として機能することも好ましい態様として挙げられる。
【0104】
〈注入層:電子注入層、正孔注入層〉
注入層は必要に応じて設け、電子注入層と正孔注入層があり、上記の如く陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。
【0105】
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、「有機電界発光素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の第2編第2章「電極材料」(123〜166頁)に詳細に記載されており、正孔注入層(陽極バッファー層)と電子注入層(陰極バッファー層)とがある。
【0106】
〈阻止層:正孔阻止層、電子阻止層〉
阻止層は、上記の如く有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。例えば、特開平11−204258号公報、同11−204359号公報、及び「有機電界発光素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の237頁等に記載されている正孔阻止(ホールブロック)層がある。
【0107】
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係る正孔阻止層として用いることができる。正孔阻止層は、発光層に隣接して設けられていることが好ましい。
【0108】
一方、電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する正孔輸送層の構成を必要に応じて電子阻止層として用いることができる。本発明に係る正孔阻止層、電子輸送層の膜厚としては好ましくは3〜100nmであり、更に好ましくは5〜30nmである。
【0109】
〈正孔輸送層〉
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
【0110】
正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。
【0111】
正孔輸送材料としては上記のものを使用することができるが、ポルフィリン化合物、芳香族第3級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第3級アミン化合物を用いることが好ましい。
【0112】
更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。また、p型−Si、p型−SiC、酸化ニッケル、酸化モリブデン等の無機化合物も正孔注入材料、正孔輸送材料として使用することができる。
【0113】
また、特開平11−251067号公報、J.Huang et.al.著文献(Applied Physics Letters 80(2002),p.139)に記載されているような所謂、p型正孔輸送材料を用いることもできる。本発明においては、より高効率の発光素子が得られることから、これらの材料を用いることが好ましい。
【0114】
正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は5nm〜5μm程度、好ましくは5〜200nmである。この正孔輸送層は上記材料の1種または2種以上からなる一層構造であってもよい。
【0115】
また、不純物をドープしたp性の高い正孔輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平4−297076号公報、特開2000−196140号公報、同2001−102175号公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)等に記載されたものが挙げられる。
【0116】
本発明においては、このようなp性の高い正孔輸送層を用いることが、より低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
【0117】
〈電子輸送層〉
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
【0118】
従来、単層の電子輸送層、及び複数層とする場合は発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料(正孔阻止材料を兼ねる)としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができ、例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。更に、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【0119】
また、8−キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス(8−キノリノール)アルミニウム(Alq)、トリス(5,7−ジクロロ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5,7−ジブロモ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(2−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、ビス(8−キノリノール)亜鉛(Znq)等、及びこれらの金属錯体の中心金属がIn、Mg、Cu、Ca、Sn、GaまたはPbに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。その他、メタルフリーもしくはメタルフタロシアニン、またはそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等で置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。また、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体も電子輸送材料として用いることができるし、正孔注入層、正孔輸送層と同様にn型−Si、n型−SiC等の無機半導体も電子輸送材料として用いることができる。
【0120】
電子輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は5nm〜5μm程度、好ましくは5〜200nmである。電子輸送層は上記材料の1種または2種以上からなる一層構造であってもよい。
【0121】
また、不純物をドープしたn性の高い電子輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平4−297076号公報、同10−270172号公報、特開2000−196140号公報、同2001−102175号公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)等に記載されたものが挙げられる。
【0122】
本発明においては、このようなn性の高い電子輸送層を用いることが、より低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
【0123】
また、n型の伝導性を有する無機酸化物(酸化チタン、酸化亜鉛等)も用いることができる。
【0124】
〈電極〉
本発明に係る面発光素子においては、少なくとも第1電極と第2電極とを有する。有機EL素子を用いる場合、通常は一方が陽極、他方が陰極で構成される。また、タンデム構成をとる場合には中間電極を用いることでタンデム構成を達成することができる。以下に好ましい陽極、及び陰極の構成について述べる。
【0125】
《陽極》
有機EL素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としては、金、銀、白金等の金属薄膜、またはナノ粒子・ナノワイヤー層、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO、ZnO等の導電性光透過性材料、および導電性ポリマーが挙げられる。また、IDIXO(In−ZnO)等非晶質で光透過性の導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極としてのシート抵抗は、数百Ω/□以下が好ましい。更に膜厚は材料にもよるが、通常10〜1000nm、好ましくは10〜200nmの範囲で選ばれる。
【0126】
《陰極》
一方、陰極としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。
【0127】
これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm〜5μm、好ましくは50〜200nmの範囲で選ばれる。
【0128】
なお、発光した光を透過させるため、有機EL素子の陽極または陰極のいずれか一方は、光透過性となるよう、上記電極材料を適宜用いて構成することができる。
【0129】
陽極側を光反射性とする場合は、例えば、アルミニウム及びアルミニウム合金、銀及び銀化合物等を用いて、光反射性とすることができ、またこれら材料を用いた光反射層と、上記ITO、SnO、ZnO等の光透過性陽極とを組み合わせて用いることもできる。
【0130】
また、陰極側を光透過性とする場合は、例えば、アルミニウム及びアルミニウム合金、銀及び銀化合物等の導電性材料を薄く1〜20nm程度の膜厚で作製した後、上記陽極の説明で挙げた導電性光透過性材料の膜を設けることで、光透過性陰極とすることができる。
【0131】
〈中間電極〉
また、前記(6)のようなタンデム構成の場合に必要となる中間電極の材料としては、透明性と導電性を併せ持つ化合物を用いた層であることが好ましく、ITO、AZO、FTO、酸化チタン等の透明金属酸化物、Ag、Al、Au等の非常に薄い金属層またはナノ粒子・ナノワイヤーを含有する層、PEDOT:PSS、ポリアニリン等の導電性高分子材料等が好ましい。
【0132】
なお前述した正孔輸送層と電子輸送層の中には、適切に組み合わせて積層することで中間電極(電荷再結合層)として働く組み合わせもあり、このような構成とすると1層形成する工程を省くことができ好ましい。
【0133】
〈封止部材〉
本発明の有機EL素子の封止に用いられる封止手段としては、例えば、封止部材と電極、支持基板とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。
【0134】
封止部材としては有機EL素子の発光領域を覆うように配置されておればよく、凹板状でも、平板状でもよい。また透明性、電気絶縁性は特に限定されない。
【0135】
図2の形態では、フィルム状の封止部材51、52で有機EL素子22及び有機光電変換素子32、基材21を一体的に封止している。
【0136】
本発明においては、素子を薄膜化できるということからポリマーフィルム、金属フィルムを好ましく使用することができる。更にポリマーフィルムは酸素透過度10−3g/m/day以下、水蒸気透過度10−3g/m/day以下のものであることが好ましい。また、前記の水蒸気透過度、酸素透過度がいずれも10−5g/m/day以下であることがより好ましい。
【0137】
また、ガスバリア性の高い有機高分子材料(ポリビニルアルコール等)をスピンコートする方法、ガスバリア性の高い無機薄膜(酸化ケイ素、酸化アルミニウム等)または有機膜(パリレン等)を真空下で堆積する方法、及びこれらを複合的に積層する方法等も用いることができる。
【0138】
〈保護膜、保護板〉
有機層を挟み支持基板と対向する側の前記封止膜、あるいは前記封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために保護膜、あるいは保護板を設けてもよい。特に封止が前記封止膜により行われている場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。これに使用することができる材料としては、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量且つ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
【0139】
〈光取り出し〉
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)層の内部で発光し、発光層で発生した光のうち15〜20%程度の光しか取り出せないと一般的にいわれている。これは、臨界角以上の角度θで界面(透明基板と空気との界面)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。
【0140】
本発明においては、これらの方法を本発明に関わる素子と組み合わせて用いることができるが、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、あるいは基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間(含む、基板と外界間)に回折格子を形成する方法を好適に用いることができる。本発明はこれらの手段を組み合わせることにより、更に高輝度あるいは耐久性に優れた素子を得ることができる。
【0141】
透明電極と透明基板の間に低屈折率の媒質を光の波長よりも長い厚みで形成すると、透明電極から出てきた光は、媒質の屈折率が低いほど外部への取り出し効率が高くなる。
【0142】
低屈折率層としては、例えば、エアロゲル、多孔質シリカ、フッ化マグネシウム、フッ素系ポリマー等が挙げられる。透明基板の屈折率は一般に1.5〜1.7程度であるので、低屈折率層は屈折率がおよそ1.5以下であることが好ましい。また更に1.35以下であることが好ましい。
【0143】
本発明に関わる面発光素子は支持基板の光取り出し側に、例えば、マイクロレンズアレイ上の構造を設けるように加工したり、あるいは所謂集光シートと組み合わせたりす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ることができる。
【0144】
マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が30μmでその頂角が90度となるような四角錐を2次元に配列する。一辺は10〜100μmが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付く、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。
【0145】
集光シートとしては、例えば、液晶表示装置のLEDバックライトで実用化されているものを用いることが可能である。このようなシートとして、例えば、住友スリーエム社製の輝度上昇フィルム(BEF)等を用いることができる。プリズムシートの形状としては、例えば、基材に頂角90度、ピッチ50μmの△状のストライプが形成されたものであってもよいし、頂角が丸みを帯びた形状、ピッチをランダムに変化させた形状、その他の形状であってもよい。
【0146】
また、発光素子からの光放射角を制御するために光拡散板・フィルムを集光シートと併用してもよい。例えば、(株)きもと製拡散フィルム(ライトアップ)等を用いることができる。
【0147】
本発明に係る照明装置は、視野角に富み視認性が高く、目に優しい面光源としての発光部2に有機EL素子22を図1のような形態で用いることによって、軽量・薄型な照明を達成可能にしている。
【0148】
[有機光電変換素子32の態様]
図1及び図2に示すように、本発明に係る照明装置に用いられる有機光電変換部材3の有機光電変換素子32(太陽電池)は、照明光としての色温度を悪化させている波長成分(赤色成分)を相対的に強く吸収するような光吸収特性を有するものであり、且つ、その光吸収により効率的に電気を発電できるものが好ましい。特に、りん光型の有機EL素子を用いて白色光の照明光を得る場合は、光吸収特性において赤色領域に極大を有する有機光電変換素子が適している。
【0149】
陽極と陰極と、両者に挟まれた発電層(p型半導体とn型半導体が混合された層、バルクヘテロジャンクション層、i層ともいう)が少なくとも1層以上あり、光を照射すると電流を発生するものであればよい。
【0150】
有機光電変換素子32の層構成の好ましい具体例を以下に示す。
【0151】
(1)陽極/発電層/陰極
(2)陽極/正孔輸送層/発電層/陰極
(3)陽極/正孔輸送層/発電層/電子輸送層/陰極
(4)陽極/正孔輸送層/p型半導体層/発電層/n型半導体層/電子輸送層/陰極
(5)陽極/正孔輸送層/第1発光層/電子輸送層/中間電極/正孔輸送層/第2発光層/電子輸送層/陰極
上記の発電層は、照明光としての色温度を悪化させている波長成分(赤色成分)を相対的に強く吸収するような光吸収特性を有するものが好ましい。発電層は、正孔を輸送できるp型半導体材料と電子を輸送できるn型半導体材料を含有していることが必要である。
【0152】
これらは、実質2層でヘテロジャンクションを形成する構成でも良いが、1層の内部で混合された状態となっているバルクヘテロジャンクションを形成する構成の方が光電変換効率に優れ、好ましい。更に、発電層を正孔輸送層、電子輸送層で挟み込むことで、正孔及び電子の陽極・陰極への取り出し効率を高めることができるために、それらを有する(2)及び(3)の層構成が(1)の層構成より好ましい。また、(4)のようにp型半導体材料とn型半導体材料単体からなる層で発電層を挟み込むような層構成(p−i−n構成ともいう)にすると、発電層自体でも正孔と電子の整流性(キャリア取り出しの選択性)を高めることができ、一層好ましい。また、太陽光の利用効率を高めるため、異なる波長の太陽光をそれぞれの発電層で吸収するような、タンデム構成((5)の層構成)であっても良い。
【0153】
下記に記載する発電層以外の層は、発電層に用いられる材料のHOMO・LUMO準位に適合していれば、有機EL素子と同様の材料を用いて形成することができる。
【0154】
<p型半導体材料>
本発明の発電層(バルクヘテロジャンクション層)に用いられるp型半導体材料としては、種々の縮合多環芳香族低分子化合物や共役系ポリマーが挙げられるが、このうちで有機EL素子の発光波長特性と、照明としての所望の色温度によって決まる光吸収特性を有する材料が選択される。
【0155】
例えば、りん光型の有機EL素子を用いて白色光源として照明装置を提供するためには、赤色領域に光吸収特性における極大値を有する、以下のような材料が挙げられる。
【0156】
縮合多環芳香族低分子化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の化合物、ポルフィリンや銅フタロシアニン、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、及びこれらの誘導体や前駆体が挙げられる。
【0157】
また上記の縮合多環を有する誘導体の例としては、国際公開第03/16599号パンフレット、国際公開第03/28125号パンフレット、米国特許第6,690,029号明細書、特開2004−107216号公報等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、J.Amer.Chem.Soc.,vol127.No14.4986、J.Amer.Chem.Soc.,vol.123、p9482、J.Amer.Chem.Soc.,vol.130(2008)、No.9、2706等に記載のトリアルキルシリルエチニル基で置換されたアセン系化合物等が挙げられる。
【0158】
共役系ポリマーとしては、例えば、ポリ3−ヘキシルチオフェン(P3HT)等のポリチオフェン及びそのオリゴマー、またはTechnical Digest of the International PVSEC−17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225に記載の重合性基を有するようなポリチオフェン、Nature Material,(2006)vol.5,p328に記載のポリチオフェン−チエノチオフェン共重合体、WO2008/000664に記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Adv Mater,2007p4160に記載のポリチオフェン−チアゾロチアゾール共重合体,Nature Mat.vol.6(2007),p497に記載のPCPDTBT等のようなポリチオフェン共重合体、ポリピロール及びそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレン及びそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマー、等のポリマー材料が挙げられる。
【0159】
また、ポリマー材料ではなくオリゴマー材料としては、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、等のオリゴマーが好適に用いることができる。
【0160】
これらの化合物の中でも、特開2004−75951号公報に記載の溶液プロセスが可能な程度に有機溶剤への溶解性が高く、かつ乾燥後は結晶性薄膜を形成し、高い移動度を達成することが可能な化合物が好ましい。
【0161】
また、本発明の目的である、りん光発光有機EL素子の色温度をより高いものとするようなp型半導体材料としては、りん光発光有機EL素子の橙〜赤色領域に吸収極大を有する化合物であることが好ましい。
【0162】
このような化合物としては、特開2004−107216号公報等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、J.Amer.Chem.Soc.,vol127.No.14.4986、J.Amer.Chem.Soc.,vol.123,p9482、J.Amer.Chem.Soc.,vol.130(2008),No.9,2706等に記載のトリアルキルシリルエチニル基で置換されたアセン系化合物、WO2008/000664に記載されたポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Nature Mat.vol.6(2007),p497に記載のPCPDTBT、Adv.Mater.2007,19,2295に記載のPCDTBT等のようなポリチオフェン共重合体、およびポルフィリンやフタロシアニン系化合物などの材料を挙げることができる。上記材料の中でも塗布可能な材料として、ポルフィリン系化合物である特開2008−16834号等に記載されているような、熱等のエネルギーを加えることによって可溶性置換基が反応して不溶化する(顔料化する)材料などを挙げることができる。
【0163】
上記の材料の中でも、図6の実線Bにも示すように、下記式1を満たす吸収スペクトルを有する化合物が好ましい。
【0164】
A600/A450>1・・・式1
A450は波長450nmにおける吸収値であり、A600は波長600nmにおける吸収値である。450nmは前記りん光発光有機EL素子から発光される青色のスペクトルを有する領域であり、この領域の吸収は少ないほど好ましい。他方で600nmは、りん光発光有機EL素子から発光される赤色のスペクトルを有する領域であり、この領域の光をなるべく多く吸収することで、りん光発光有機EL素子の色温度をより高いものとすることができる。
【0165】
より好ましくは、式2を満たすことである。
【0166】
A600/A450>2・・・式2
このような式を満たすためには、p型半導体材料の吸収スペクトルの極大が、700nm以上であることが好ましい。
【0167】
<n型半導体材料>
本発明のバルクヘテロジャンクション層に用いられるn型半導体材料としては、特に限定されないが、例えば、フラーレン、オクタアザポルフィリン等、p型半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化物を骨格として含む高分子化合物等を挙げられるが、このうちで有機EL素子の発光波長特性と、照明としての所望の色温度によって決まる光吸収特性を有する材料が選択される。例えば、りん光型の有機EL素子を用いて白色光源として照明装置を提供するためには、赤色領域に光吸収特性における極大値を有する、以下のような材料が好ましい。
【0168】
しかし、本発明のチオフェン含有縮合環を有する材料をp型半導体材料として用いる場合、効率的な電荷分離を行えるフラーレン誘導体が好ましい。フラーレン誘導体としては、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC84、フラーレンC240、フラーレンC540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ、多層ナノチューブ、単層ナノチューブ、ナノホーン(円錐型)等、およびこれらの一部が水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、シクロアルキル基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、アミノ基、シリル基等によって置換されたフラーレン誘導体を挙げることができる。
【0169】
中でも[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッドメチルエステル(略称PCBM)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nブチルエステル(PCBnB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−イソブチルエステル(PCBiB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nヘキシルエステル(PCBH)、Adv.Mater.,vol.20(2008),p2116等に記載のbis−PCBM、特開2006−199674号公報等のアミノ化フラーレン、特開2008−130889号公報等のメタロセン化フラーレン、米国特許第7329709号明細書等の環状エーテル基を有するフラーレン等のような、置換基を有してより溶解性が向上したフラーレン誘導体を用いることが好ましい。
【0170】
なおこれらフラーレン誘導体の吸収スペクトルは紫外〜青色領域にあるため、n型半導体材料は、本発明のりん光発光有機EL素子の吸収スペクトルを所望の色温度に向上させるためには、光電変換効率が下がり過ぎない範囲で添加量を少なくすることが好ましい。バルクヘテロジャンクション層における好ましいp型半導体材料とn型半導体材料の比率としては、4:5〜4:1であり、より好ましくは5:4〜2:1である。
【0171】
<フレキシブル透明フィルム>
10cm×10cmのサイズを有するバリア層付きPENフィルム基板上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を110nm堆積したもの(シート抵抗13Ω/□)を、通常のフォトリソグラフィ技術と塩酸エッチングとを用いて、中央部に5cm幅でパターニングして、透明電極付のフレキシブル透明基板311を形成した。
【0172】
[比較例の照明装置と本発明に係る照明装置の製作]
<比較例の照明装置A>
5cm×6cmのサイズを有するPEN基板上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を150nm堆積したもの(シート抵抗13Ω/□)を、通常のフォトリソグラフィ技術と塩酸エッチングとを用いて30mm幅にパターニングして、第一の電極を形成した。
【0173】
パターン形成した透明電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素による乾燥を行い、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。
【0174】
この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。
【0175】
真空蒸着装置内の蒸着用るつぼの各々に各層の構成材料を各々有機EL素子作製に最適の量充填した。蒸着用るつぼは、モリブデン製またはタングステン製抵抗加熱用材料で作製されたものを用いた。
【0176】
次いで、真空度4×10−4Paまで減圧した後、以下の順および組成で各層を製膜することで、有機EL部材2を作製した。
【0177】
正孔注入層:m−MTDATA・・・40nm
正孔輸送層:α−NPD・・・10nm
発光層(1):化合物1(97%)、BD−1(3%)・・・15nm
中間層(1):化合物1・・・5nm
発光層(2):化合物1(92%)、Ir−9(8%)・・・5nm
中間層(2):化合物1・・・3nm
発光層(3):化合物1(94%)、Ir−1(5%)、BtIr(acac)(1%)・・・5nm
正孔阻止層:BAlq・・・15nm
電子輸送層:BCP(75%)、Cs(25%)・・・50nm
陰極:アルミニウム・・・110nm
【0178】
【化1】

【0179】
得られた有機EL素子22の発光面側は、バリア層としてSiOが製膜されたPETフィルムを用い、陰極側は40μm厚のアルミホイルシートを用い、UV硬化樹脂(ナガセケムテックス株式会社製、UV RESIN XNR5570−B1)を用いて封止を行い、照明装置1とした。なお、封止作業は、有機EL素子を大気に接触させることなく窒素雰囲気下のグローブボックス(純度99.999%以上の高純度窒素ガスの雰囲気下)で行った。
【0180】
<本発明に係る実施例1の照明装置B>
まず、以下に示すように有機EL部材2を作製した。以下に示す点で異なるが、それ以外では比較例の照明装置Aで示した有機EL部材2と同様にして作製した。
【0181】
電子輸送層まで蒸着した後、陰極のアルミニウムの膜厚を5nmとし、さらに補助電極線として1mm幅ごとに50μm幅のグリッド線を形成するように銀を200nm蒸着することで、トップエミッション型の有機ELとした点が相違する。
【0182】
次いで、以下に示すように有機光電変換部材3を作製した。
【0183】
有機EL部材2の場合と同様のフィルム基材に洗浄・PEDOT層形成プロセスを行った後、フィルム基材を窒素雰囲気下、JIS B9920に準拠し、測定した清浄度がクラス10で、露点温度が−80℃以下、酸素濃度0.8ppmのグローブボックスへ移した。
【0184】
グローブボックス中にて、バルクヘテロジャンクション層用塗布液を下記のように調製し、スピンコーターにて、500rpm、60秒の条件で塗布し、バルクヘテロジャンクション層を設けたのち、室温で30分乾燥させた。
【0185】
(バルクヘテロジャンクション層用塗布液)
クロロベンゼン・・・1.0g
PCPDTBT(下記に構造式を示す)・・・14mg
(Adv.Mater.2006,vol.18,p2884を参考として合成)
Aldrich社製PCBM・・・7mg
バルクヘテロジャンクション層まで設けた基板を大気暴露させずに蒸着機に移動し、4×10−4Paまで減圧した。なお、タンタル製抵抗加熱ボートにフッ化リチウム、また、タングステン製抵抗加熱ボートにアルミニウムを入れ、蒸着機内に取り付けておいた。
【0186】
【化2】

【0187】
次いで、タンタル製抵抗熱ボートに通電し加熱し、基板上にフッ化リチウムの電子注入層を0.5nm設けた。つづいて、タングステン製タンタル加熱ボートに通電し加熱し、蒸着速度1〜2nm/秒で膜厚100nm、巾5cmの陰極を、前記透明導電膜と直交するように蒸着した。
【0188】
得られた有機EL部材2および有機光電変換部材3は、以下の順に積層して封止を行った後、大気中に取り出し、照明装置とした。
【0189】
1)バリアフィルムとして、40μm厚のアルミ箔をセットし、封止用のUV硬化型接着剤を塗布する
2)有機光電変換素子32の陰極側を、UV硬化型接着剤を塗布したアルミ箔の表面上にセットする
3)有機EL素子22のPENフィルム側を有機光電変換部材3に向けて、有機EL部材を有機光電変換部材3の表面上にセットする
4)封止用のUV硬化型接着剤を塗布した透明ガスバリアフィルムを有機EL部材2の表面上にセットし、アルミ箔/有機光電変換部材3/有機EL部材2でなる積層体を透明ガスバリアフィルムで覆い、所定の時間UVを照射することで硬化させ、封止する。
【0190】
なおここでアルミ箔は、水蒸気透過性のない安価な非透光性封止用素材として使用している。
【0191】
<本発明に係る実施例2の照明装置C>
有機光電変換素子32の作製において、陰極のアルミニウムの膜厚を5nmとし、さらに補助電極線として1mm幅ごとに50μm幅のグリッド線を形成するように銀を200nm蒸着することで、両面受光型の有機光電変換素子とした以外は同様にして、有機光電変換部材3を作製した。
【0192】
得られた有機光電変換部材3および有機EL部材2は、以下の順に積層して封止を行った後大気中に取り出し、照明装置とした。
【0193】
1)バリアフィルムとして、40μm厚のアルミ箔をセットし、封止用のUV硬化型接着剤を塗布する
2)有機光電変換素子32の陰極側を、UV硬化型接着剤を塗布したアルミ箔の表面上にセットする
3)有機EL素子22のPENフィルム側を有機光電変換部材に向けて、有機EL部材2を有機光電変換部材3の表面上にセットする
4)封止用のUV硬化型接着剤を塗布した透明ガスバリアフィルムを有機EL部材2の表面上にセットし、有機EL部材2/有機光電変換部材3/アルミ箔でなる積層体を透明ガスバリアフィルムで覆い、所定の時間UVを照射することで硬化させ、封止する。
【0194】
<本発明に係る実施例3の照明装置D>
有機光電変換素子32の作製において、p型半導体材料をPCDTBT(Adv.Mater.2007,19,2295を参考として合成)に変更した以外は同様にして有機光電変換部材3を作製した。
【0195】
【化3】

【0196】
得られた有機光電変換部材3および有機EL部材2は、以下の順に積層して封止を行った後大気中に取り出し、照明装置とした。
【0197】
1)バリアフィルムとして、40μm厚のアルミ箔をセットし、封止用のUV硬化型接着剤を塗布する
2)有機光電変換素子32の陰極側を、UV硬化型接着剤を塗布したアルミ箔の表面上にセットする
3)有機EL素子22のPENフィルム側を有機光電変換部材3に向けて、有機光電変換部材3の表面上にセットする
4)封止用のUV硬化型接着剤を塗布した透明ガスバリアフィルムを有機EL素子22の表面上にセットし、アルミ箔/有機光電変換部材3/有機EL部材2でなる積層体を透明ガスバリアフィルムで覆い、所定の時間UVを照射することで硬化させ、封止する。
【0198】
[比較例の照明装置Aと本発明に係る実施例の照明装置B〜Dの評価]
<発光スペクトル、吸収スペクトル、色温度、演色性評価指数の評価方法>
分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタセンシング社製)を用いて、各照明装置A、B、C、Dについて、正面輝度、色度及び発光スペクトルを測定し、2°視野角正面輝度1000cd/mでの値を評価し、比較例の照明装置A及び実施例の照明装置B、C、Dについて色温度、演色性評価指数を算出した。
【0199】
また有機光電変換素子32の吸収スペクトルは、日立ハイテク社製分光光度計U−3300を用いて測定し、450nmにおける吸光度と600nmにおける吸光度を比較した。
【0200】
<実施例の照明装置B〜Dに関する光電変換効率の評価方法>
各実施例の照明装置B、C、Dに用いた有機光電変換素子32を、有機EL素子22で上記2°視野角正面輝度1000cd/mで照射した際の発光エネルギーを基準にとして光電変換効率を算出した。
【0201】
<比較例の照明装置A及び本発明に係る各照明装置B〜Dの評価結果>
図7は、比較例の照明装置A及び本発明に係る実施例の照明装置B〜Dの発光スペクトルを示す。
【0202】
表1は、比較例の照明装置A及び本発明に係る実施例の照明装置B〜Dについて得られた照明特性に関する評価結果を示す。表1の『波長λmax』は、実施例の照明装置B〜Dに用いた有機光電変換素子32の吸収スペクトルにおける極大値を示す波長である。
【0203】
【表1】

【0204】
図7は、本発明に係る各実施例及び比較例の照明装置から照射される照明光の光スペクトルを示す。太い破線の曲線1は比較例の照明装置Aの分光スペクトルを示す。細い実線の曲線2が本発明に係る実施例の照明装置Bの分光スペクトルを示し、細い破線の曲線3が本発明に係る実施例の照明装置Cの分光スペクトルを示す。そして、曲線4は、本発明に係る実施例の照明装置Dの分光スペクトルを示す。
【0205】
図7及び表1で示すように、本発明に係る各照明装置では長波側の光スペクトルが減少し、色温度を向上させていることが判る。また、単に長波長の光を吸収カットするだけではなく、有機EL素子22から有機光電変換素子32に照射された光のうちの4.7〜6.4%が再利用可能な電気として発電されている。
【0206】
中でも長波長域で強い光吸収特性を有する有機光電変換素子32が使用された第1実施例の照明装置B及び第2実施例の照明装置Cは、単に色温度が向上するだけでなく平均演色指数も向上し、より好ましい照明装置として実現している。
【符号の説明】
【0207】
1 照明装置
2 有機EL部材
22 有機EL素子
3 有機光電変換部材
32 有機光電変換素子
8 蓄電手段
21 フィルム基材
221 有機EL層
61 ガスバリアフィルム
C 供給回路

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力供給により照明の光源として第1色温度の光を発光する有機電界発光素子と、
前記有機電界発光素子で発光された光の一部を吸収して発電する有機光電変換素子と、
を有する照明装置であって、
前記有機光電変換素子の光吸収により外部に放射される照明光の色温度が前記第1色温度より高い第2色温度に変わることを特徴とする照明装置。
【請求項2】
前記第2色温度と前記第1色温度の差分が200K以上であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
【請求項3】
前記有機電界発光素子から発せられる発光の平均演色指数が、前記有機光電変換素子の光吸収により外部に放射される照明光の平均演色指数をより高い値に変換することを特徴とする、請求項1または2に記載の照明装置。
【請求項4】
前記有機光電変換素子によって発電された電力を有機電界発光素子に供給する供給回路を有することを特徴とする請求項1から3までの何れか1項に記載の照明装置。
【請求項5】
前記有機光電変換素子によって発電された電力を蓄える蓄電部を有することを特徴とする請求項1から4までの何れか1項に記載の照明装置。
【請求項6】
前記有機電界発光素子が、りん光発光材料を含有する発光層を有していることを特徴とする請求項1から5までの何れか1項に記載の照明装置。
【請求項7】
前記有機光電変換素子が、フラーレン誘導体を有するバルクヘテロジャンクション層を有することを特徴とする請求項1から6までの何れか1項に記載の照明装置。
【請求項8】
前記有機光電変換素子の吸収スペクトルが、以下の式1を満たすことを特徴とする請求項1から7までの何れか1項に記載の照明装置。
式1 A600/A450>1
A450は波長450nmにおける吸収値であり、A600は波長600nmにおける吸収値である。
【請求項9】
前記有機光電変換素子の吸収スペクトルの極大が、700nm以上であることを特徴とする請求項1から8までの何れか1項に記載の照明装置。
【請求項10】
前記有機電界発光素子又は前記有機光電変換素子は、ガスバリアフィルムで被覆された形態であることを特徴とする請求項1から9までの何れか1項に記載の照明装置。
【請求項11】
前記有機電界発光素子と前記有機光電変換素子とが一体的に積層された形態であることを特徴とする請求項1から10までの何れか1項に記載の照明装置。
【請求項12】
前記有機電界発光素子から放射される光を外部に反射する反射層を有し、
前記反射層、前記有機電界発光素子、前記有機光電変換素子の順序で配置していることを特徴とする請求項1から10までの何れか1項に記載の照明装置。
【請求項13】
前記有機電界発光素子及び前記有機光電変換素子は共通の透明な基材を用い、該基材の一方側に前記有機電界発光素子を配設し該基材の他方側に前記有機光電変換素子を配設することを特徴とする請求項12に記載の照明装置。
【請求項14】
前記有機電界発光素子及び前記有機光電変換素子は、基材に液状組成物である塗布液を塗布手段により塗布し塗膜の層を形成する、溶液プロセスによって形成されることを特徴とする請求項1から13までの何れか1項に記載の照明装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate


【公開番号】特開2010−263039(P2010−263039A)
【公開日】平成22年11月18日(2010.11.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−111938(P2009−111938)
【出願日】平成21年5月1日(2009.5.1)
【出願人】(000001270)コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Fターム(参考)】