発光素子、発光装置及びその作製方法
【課題】高い発光効率を有する発光素子を提供することを課題の一とする。また、発光輝度の低下が少ない、高い信頼性を有する発光素子を提供することを課題の一とする。また、駆動電圧が低い発光素子を提供する
【解決手段】正孔輸送層に接する第１の発光層と、第１の発光層に接する第２の発光層を有する発光素子であって、第１の発光層と第２の発光層はバイポーラ性のホスト材料と、ゲスト材料である発光物質を含んでいる。第１の発光層が含むゲスト材料は、第２の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱く、第１の発光層の正孔輸送性は第２の発光層より高められている。その結果、正孔と電子の再結合領域が発光層内に広がって形成される。また、発光層を通り抜けて正孔輸送層に到達する電子が正孔輸送層を還元しないように、正孔輸送層が抗還元物質を含んでいる。
【解決手段】正孔輸送層に接する第１の発光層と、第１の発光層に接する第２の発光層を有する発光素子であって、第１の発光層と第２の発光層はバイポーラ性のホスト材料と、ゲスト材料である発光物質を含んでいる。第１の発光層が含むゲスト材料は、第２の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱く、第１の発光層の正孔輸送性は第２の発光層より高められている。その結果、正孔と電子の再結合領域が発光層内に広がって形成される。また、発光層を通り抜けて正孔輸送層に到達する電子が正孔輸送層を還元しないように、正孔輸送層が抗還元物質を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、発光装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を利用した発光素子の研究開発が盛んに行われている。これらの発光素子は一対の電極間に発光性の物質を含む層を挟んだ構成を有し、その一対の電極間に電圧を印加して、発光性の物質から発光を得るものである。
【０００３】
エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子は、薄型軽量に作製できること、非常に応答速度が速いこと等が大きな特徴であり、利点である。このような自発光型の発光素子には様々な用途が考えられる。例えば、液晶ディスプレイに比べ画素の視認性が高く、また、バックライトが無くても明るい表示が得られる等の特徴は、当該発光素子がフラットパネルディスプレイに好適であると言える。
【０００４】
また、エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子を用いれば、大面積な面状の発光装置を形成することも容易にできる。このことは、白熱電球やＬＥＤに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色である。加えて、当該発光素子の発光効率が白熱電球や蛍光灯よりも高いという試算から、次世代の照明器具に好適であるとして注目されている。
【０００５】
エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子は、発光性の物質が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって大別できる。有機化合物を発光性の物質に用いた場合、エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子は以下の如く発光する。発光性の物質を含む層、すなわちＥＬ層を挟む一対の電極に電圧を印加して、一方の電極から電子を、他方の電極から正孔をＥＬ層に運び込む。ＥＬ層に運び込まれた電子と正孔が再結合して発光性の有機化合物の励起状態が生成され、これが基底状態に緩和する際に発光する。
【０００６】
電子と正孔が発光層に運び込まれて発光に至るこのような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。なお、有機化合物が形成する励起状態の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であり、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼ばれている。
【０００７】
しかし、このような発光素子は未だ課題が多く、特性を向上させるために素子構造の改良や物質の開発等が行われている。
【０００８】
例えば発光効率を高めるためには、発光層に運び込まれる電子と正孔の数が釣り合った状態、所謂キャリアバランスが釣り合った状態が好ましい。キャリアバランスが釣り合った状態を作ることで、発光層に運び込まれる電子と正孔が効率よく再結合し、その結果、発光効率が高まる。
【０００９】
キャリアバランスを釣り合わせる方法の一例としては、発光素子の陽極と発光層の間に正孔輸送層を設け、発光層と陰極の間に電子輸送層を設ける方法が知られている。正孔輸送層と電子輸送層のキャリア輸送性並びに膜厚を調整して、発光層に運び込まれるキャリアのバランスを釣り合わせる方法がある。
【００１０】
また、非特許文献１では、正孔ブロック層を発光層と陰極の間に設けて、正孔が発光層から陰極側に漏れ出す現象を防ぐ方法が開示されている。正孔を発光層に閉じ込めることで、発光層における電子と正孔の再結合を起こり易くし、その結果燐光性の発光物質の発光効率を高めることに成功している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】テツオ ツツイ、外８名、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジックス、ｖｏｌ．３８、Ｌ１５０２−Ｌ１５０４（１９９９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
発光層に運び込まれる正孔と電子の数は、発光素子を構成するあらゆる層の材料の選択、膜厚、界面の状態などの種々の要因に影響を受ける。従って、キャリアバランスが釣り合った状態を実現し、さらにその状態を保つことは難しい。
【００１３】
発光層に運び込まれる正孔と電子の数が釣り合わない状態では、正孔輸送層側から運び込まれた正孔の一部が発光層を通り抜けて電子輸送層に到達してしまったり、電子輸送層側から運び込まれた電子の一部が発光層を通り抜け、正孔輸送層に到達してしまったりする。
【００１４】
発光層の一方の側から他方の側に再結合することなく通り抜けたキャリアは、発光素子の発光効率の低下と信頼性を損ねる原因になる。すなわち、再結合せずに発光層を通り抜けるキャリアは、発光を伴わない電流であり、発光効率を低下してしまう。さらに、発光層を通り抜けて電子輸送層に到達した正孔は電子輸送層を酸化し、電子輸送層の劣化を招いてしまう。同様に、発光層を通り抜けて正孔輸送層に到達した電子は正孔輸送層を還元し、正孔輸送層の劣化を招いてしまう。
【００１５】
そこで、キャリアを発光層に閉じ込めるためにキャリアブロック層を用いる方法が提案されている。しかし、この方法によって閉じ込めたキャリアが消光剤として働き、発光効率を低下してしまう場合がある。例えば発光層の陰極側に接して正孔ブロック層を設けて正孔を発光層に閉じ込めた場合、発光層と正孔ブロック層の界面付近に過剰の正孔、すなわちカチオン種が存在することになり、これは消光剤として働くことが多いため、素子の発光効率が低下してしまう。
【００１６】
本発明の一態様は、高い発光効率を有する発光素子を提供することを課題の一とする。また、発光輝度の低下が少ない、高い信頼性を有する発光素子を提供することを課題の一とする。また、駆動電圧が低い発光素子を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様は、少なくとも、正孔輸送層に一方の面を接する第１の発光層と、第１の発光層の他方の面に接する第２の発光層を有する発光素子であって、第１の発光層と第２の発光層はバイポーラ性のホスト材料と、発光物質であるゲスト材料を含んでいる。第１の発光層は、第２の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱いゲスト材料を含んでいるため、第１の発光層の正孔輸送性は第２の発光層よりも高い。その結果、正孔が正孔輸送層から離れた領域まで運ばれ、正孔と電子の再結合領域が、第１の発光層と正孔輸送層の界面近傍ではなく、発光層内に広がって形成される。さらに、発光層を通り抜けて正孔輸送層に到達する電子が正孔輸送層を還元しないように、正孔輸送層が抗還元物質を含んでいてもよい。
【００１８】
すなわち、本発明の一態様は、少なくとも、正孔輸送層に一方の面を接する第１の発光層と、第１の発光層の他方の面に接する第２の発光層を有し、第１の発光層と第２の発光層はバイポーラ性のホスト材料と、発光物質であるゲスト材料を含み、第１の発光層は第２の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱いゲスト材料を含み、正孔輸送層が抗還元物質を含む発光素子である。
【００１９】
また、本発明の一態様は、第１の発光層が含む発光物質（あるいは、第１の発光物質）のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ１）は、第１の発光層が含むホスト材料（あるいは、第１のホスト材料）のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）より浅いか概略等しく、第２の発光層が含む発光物質（あるいは、第２の発光物質）のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ２）は、第２の発光層が含むホスト材料（あるいは、第１のホスト材料）のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）より浅いか概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ１とＨＯＭＯＨＯＳＴ１の差（ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１）に比べ、ＨＯＭＯＥＭ２とＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差（ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２）は、その絶対値が大きい（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜＜｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜）上記発光素子である。
【００２０】
また、本発明の一態様は、ＨＯＭＯＥＭ１はＨＯＭＯＥＭ２より深いか概略等しい上記発光素子である。
【００２１】
また、本発明の一態様は、第１の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）は、第２の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）より深いか概略等しい上記発光素子である。
【００２２】
また、本発明の一態様は、第１の発光層と第２の発光層が同じホスト材料を含む上記発光素子である。
【００２３】
また、本発明の一態様は、第１の発光層と第２の発光層が、発光色が異なる発光物質を含む上記発光素子である。
【００２４】
また、本発明の一態様は、第１の発光層が含む発光物質のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＥＭ１）は、第１の発光層が含むホスト材料のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＯＳＴ１）より深いか概略等しく、第２の発光層が含む発光物質のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＥＭ２）は、第２の発光層が含むホスト材料のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＯＳＴ２）より深いか概略等しく、ＬＵＭＯＥＭ１はＬＵＭＯＥＭ２より深いか概略等しく、ＬＵＭＯＨＯＳＴ１とＬＵＭＯＥＭ１の差（ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ１−ＥＭ１）は、ＬＵＭＯＨＯＳＴ２とＬＵＭＯＥＭ２の差（ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ２−ＥＭ２）に比べ、その絶対値が大きい（｜ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ１−ＥＭ１｜＞｜ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ２−ＥＭ２｜）上記発光素子である。
【００２５】
また、本発明の一態様は、第２の発光層と電子輸送層の間に第３の発光層を有し、第３の発光層がホスト材料（あるいは、第３のホスト材料）と発光物質（あるいは、第３の発光物質）を含み、第１の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ１）は、第１の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）より浅いか概略等しく、第２の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ２）は、第２の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）より浅いか概略等しく、第３の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ３）は、第３の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ３）より浅いか概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ１とＨＯＭＯＨＯＳＴ１の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜）は、ＨＯＭＯＥＭ２とＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜）以下であって、ＨＯＭＯＥＭ２とＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜）に比べ、ＨＯＭＯＥＭ３とＨＯＭＯＨＯＳＴ３の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ３−ＨＯＳＴ３｜）は大きい（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜≦｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜＜｜ΔＨＯＭＯＥＭ３−ＨＯＳＴ３｜）上記発光素子である。
【００２６】
また、本発明の一態様は、正孔輸送層が抗還元物質として金属酸化物を含む上記発光素子である。
【００２７】
また、本発明の一態様は、前記抗還元物質が有機化合物であって、該抗還元物質のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＡＲＭ）は、前記第１の発光層が含むホスト材料のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＯＳＴ１）より深く、前記抗還元物質のバンドギャップΔＥＡＲＭは、前記第１の発光層が含む発光物質のバンドギャップΔＥＥＭ１より大きく、前記抗還元物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＡＲＭ）は、正孔輸送層が含む有機化合物のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＴＬ）より深い上記発光素子である。
【００２８】
また、本発明の一態様は、正孔輸送層が抗還元物質を含み、陽極に直接接している上記発光素子である。
【００２９】
上記構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。
【００３０】
なお、本明細書において、ＥＬ層とはエレクトロルミネッセンスを利用した発光素子の電極もしくは中間層で挟んで設けた層であって、少なくとも発光性の物質を含む層を指すものとする。従って、一対の電極で挟んだ発光性の有機化合物を含む発光層はＥＬ層の一態様である。
【００３１】
また、本明細書において、物質Ａを他の物質Ｂからなるマトリクス中に分散する場合、マトリクスを構成する物質Ｂをホスト材料と呼び、マトリクス中に分散される物質Ａをゲスト材料と呼ぶものとする。なお、物質Ａ並びに物質Ｂは、それぞれ単一の物質であっても良いし、２種類以上の物質の混合物であっても良いものとする。
【００３２】
また、本明細書において、バイポーラ性の材料とは酸化反応（電子を奪われる反応）及び還元反応（電子を受け取る反応）が可能な材料であって、どちらの反応に対しても比較的安定な（どちらの反応後にも安定に存在する）材料を指すものとする。
【００３３】
また、ＨＯＭＯ準位とは最高被占有分子軌道（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）が有する準位であり、ＬＵＭＯ準位とは最低占有分子軌道（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）が有する準位であり、軌道準位が概略等しいとは、その差が０．２ｅＶ以下であることを指す。
【００３４】
なお、本明細書において、抗還元物質とはＥＬ層において、共存する材料を還元反応から保護する材料であって、例えば共存する有機材料より還元され易く（電子を受け取り易く）、還元反応（電子を受け取る反応）に安定な（つまり、還元された状態で安定に存在する）材料を指すものとする。また、本明細書中において、複合とは、単に２つの材料を混合させるだけでなく、複数の材料を混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言い、複合材料とはその様な状態になった材料を指すものとする。
【００３５】
また、本明細書において、発光装置とは画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、発光装置にコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子が形成された基板にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、高い発光効率を有する発光素子を提供できる。また、発光輝度の低下が少なく、高い信頼性を有する発光素子を提供できる。また、駆動電圧が低い発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施の形態に係わる発光素子を説明する図。
【図２】実施の形態に係わる発光素子を説明する図。
【図３】実施の形態に係わる発光素子を説明する図。
【図４】実施の形態に係わる発光素子を説明する図。
【図５】実施の形態に係わる発光素子を説明する図。
【図６】実施例に係わる発光素子を説明する図。
【図７】実施例に係わる発光素子を説明する図。
【図８】発光素子１〜３の電流密度−輝度特性を説明する図。
【図９】発光素子１〜３の電圧−輝度特性を説明する図。
【図１０】発光素子１〜３の輝度−電流効率特性を説明する図。
【図１１】発光素子１〜３の定電流駆動による連続点灯試験結果を示す図。
【図１２】実施の形態に係わる発光装置を説明する図。
【図１３】実施の形態に係わる発光装置を説明する図。
【図１４】実施の形態に係わる電子機器を説明する図。
【図１５】実施の形態に係わる照明装置を説明する図。
【図１６】実施の形態に係わる照明装置を説明する図。
【図１７】実施の形態に係わる照明装置と電子機器を説明する図。
【図１８】実施例に係わる発光素子、並びに発光素子の再結合領域を説明する図。
【図１９】実施例に係わる発光素子を説明する図。
【図２０】実施例に係わる発光素子を説明する図。
【図２１】実施例に係わる発光素子を説明する図。
【図２２】発光素子４、及び比較素子１の電流密度−輝度特性を説明する図。
【図２３】発光素子４、及び比較素子１の電圧−輝度特性を説明する図。
【図２４】発光素子４、及び比較素子１の輝度−電流効率特性を説明する図。
【図２５】発光素子５、及び比較素子２の電流密度−輝度特性を説明する図。
【図２６】発光素子５、及び比較素子２の電圧−輝度特性を説明する図。
【図２７】発光素子５、及び比較素子２の輝度−電流効率特性を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００３９】
（実施の形態１）
本実施の形態が例示する発光素子は、少なくとも、正孔輸送層に一方の面を接する第１の発光層と、第１の発光層の他方の面に接する第２の発光層を有する発光素子である。第１の発光層と第２の発光層はバイポーラ性のホスト材料と、発光物質であるゲスト材料を含んでいる。また、第１の発光層は、第２の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱いゲスト材料を含んでおり、第１の発光層の正孔輸送性は第２の発光層よりも高い。その結果、正孔が正孔輸送層から離れた領域まで運ばれ、正孔と電子の再結合領域が発光層内に広がって形成される。さらに、発光層を通り抜けて正孔輸送層に到達する電子が正孔輸送層を劣化させないように、正孔輸送層は抗還元物質を含んでいる。
【００４０】
本実施の形態の発光素子の構造を図１（Ａ）に示す。本実施の形態の発光素子は第１の電極１０１と、第２の電極１０２と、ＥＬ層１０３を有する。第１の電極１０１は基板１００上に形成されている。なお、本実施の形態においては、第１の電極１０１が陽極として機能し、第２の電極１０２が陰極として機能する場合について主に説明する。
【００４１】
ＥＬ層１０３は少なくとも、正孔輸送層１１２と、第１の発光層１１３ａと、第２の発光層１１３ｂを含み、さらに電子輸送層１１４、電子注入層１１５などを適宜組み合わせて形成する。正孔輸送層１１２は、陽極として機能する電極と第１の発光層１１３ａの間にあって、第１の発光層１１３ａの陽極側の面に接している。第２の発光層１１３ｂは、第１の発光層１１３ａと陰極として機能する電極の間にあって、第１の発光層１１３ａの陰極側の面に接している。電子輸送層１１４は、第２の発光層１１３ｂと陰極として機能する電極の間にあって、第２の発光層１１３ｂの陰極側の面に接している。また、電子注入層１１５は、電子輸送層１１４と陰極として機能する電極の間にあって、陰極として機能する電極に接している。
【００４２】
次に、本実施の形態の発光素子におけるキャリアの挙動について説明する。本実施の形態が例示する発光素子のＥＬ層について、各層が有するバンドの相関を図１（Ｂ）にバンド図を用いて示す。
【００４３】
はじめに、ＥＬ層の構成及びＥＬ層中を移動する正孔の挙動について説明する。
【００４４】
本実施の形態の発光素子において、正孔は正孔輸送層１１２を介して発光層１１３に運び込まれる。正孔輸送層１１２は第１の有機化合物と抗還元物質を含み、正孔の輸送性に優れる。正孔輸送層１１２が含む第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位１２１（ＨＯＭＯＨＴＬ）は、第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ａ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）より深い（絶対値は大きい）か、ほぼ等しいと、正孔輸送層１１２から第１の発光層１１３ａへの正孔の注入が容易になり、発光素子の駆動電圧を低電圧化できるため好ましい。
【００４５】
また、第１の有機化合物と、抗還元物質として機能するアクセプター性の物質を用いた複合材料層を正孔輸送層１１２として用いた場合、正孔輸送層１１２は正孔注入層を兼ねることができ、陽極に正孔輸送層１１２を接して設けることができ、発光素子の構造が簡素になる。なお、陽極として機能する第１の電極１０１と正孔輸送層１１２の間に別途正孔注入層を挟む構造としても良い。
【００４６】
第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂはホスト材料とゲスト材料を含む。
【００４７】
第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂのホスト材料は同じであっても異なっても良いが、少なくともバイポーラ性であって、酸化反応に対しても還元反応に対しても安定である。従って、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂは正孔も電子も輸送できる。
【００４８】
また、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂはゲスト材料として発光物質を含み、その発光物質はキャリアの移動速度に影響を与える。
【００４９】
第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ａ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）と、第１の発光層１１３ａが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ａ（ＨＯＭＯＥＭ１）と、第２の発光層１１３ｂが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ｂ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）と、第２の発光層１１３ｂが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ｂ（ＨＯＭＯＥＭ２）の関係について説明する。（図１（Ｂ）を参照。）なお、本実施の形態で例示する発光素子の第１の電極１０１の仕事関数１０１Ｗ及び第２の電極１０２の仕事関数１０２Ｗ、並びに正孔輸送層１１２のＨＯＭＯ準位１２１及びＬＵＭＯ準位１２２も図１（Ｂ）に図示する。（図１（Ｂ）は、ＥＬ層１０３を構成する各層の軌道準位の相関を表す模式図である。矩形は各層を表し、その下辺は各層の主たる材料またはホスト材料のＨＯＭＯ準位を表し、その上辺は各層の主たる材料またはホスト材料のＬＵＭＯ準位を表している。また、矩形の内部に描かれた破線は各層に含まれるゲスト材料のＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を模式的に表している。）なお、Ａに比べＢの軌道準位が深いとは、Ａに比べＢの軌道準位のエネルギーが低いことを意味し、Ａに比べＢの軌道準位が浅いとは、Ａに比べＢの軌道準位のエネルギーが高いことを意味する。
【００５０】
ＥＬ層１０３において、ＨＯＭＯＨＯＳＴ２はＨＯＭＯＨＯＳＴ１より浅いか概略等しい。また、ＨＯＭＯＥＭ１はＨＯＭＯＨＯＳＴ１より浅いか概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ２はＨＯＭＯＨＯＳＴ２より浅いか概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ２はＨＯＭＯＥＭ１より浅いか概略等しい。また、ＨＯＭＯＥＭ１とＨＯＭＯＨＯＳＴ１の差（ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１）に比べ、ＨＯＭＯＥＭ２とＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差（ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２）は、その絶対値が大きい（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜＜｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜）。
【００５１】
ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１はゲスト材料である発光物質によって第１の発光層１１３ａに形成される正孔の捕獲準位の深さと見なすことができ、ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２はゲスト材料である発光物質によって第２の発光層１１３ｂに形成される正孔の捕獲準位の深さと見なすことができる。従って、本発明の一態様において、第１の発光層１１３ａに比べ、第２の発光層１１３ｂに形成される正孔の捕獲準位の方が深い（絶対値は大きい）と言い換えることができる。
【００５２】
正孔の捕獲準位は正孔を捕獲するため、発光層の正孔の輸送性に影響する。また、影響の程度は捕獲準位の深さに依存する。具体的には、第１の発光層１１３ａは、深い捕獲準位を有する第２の発光層１１３ｂに比べて、正孔を輸送し易い。
【００５３】
本実施の形態の発光素子はこのような構成により、第１の発光層１１３ａの正孔輸送性を、第２の発光層１１３ｂの正孔輸送性より高めることができる。その結果、陽極から正孔輸送層１１２を介して第１の発光層１１３ａに運び込まれた正孔が、正孔輸送層１１２から離れた第２の発光層１１３ｂの内部まで輸送され、陰極側から輸送される電子と再結合する領域が主に発光層１１３ｂに形成される。さらに、正孔の輸送性が抑制された第２の発光層１１３ｂを設けることにより、正孔が発光層１１３を通り抜けて陰極側の電子輸送層１１４に達する現象を抑制できる。
【００５４】
次に、ＥＬ層を移動する電子の挙動と再結合について説明する。
【００５５】
電子注入層１１５は陰極として機能する第２の電極１０２から電子を電子輸送層１１４に運び込む。電子輸送層１１４は電子輸送性に優れ、第２の発光層１１３ｂに電子を運び込む。
【００５６】
第２の発光層１１３ｂの正孔輸送性はその深いトラップレベルのために抑制されているため、電子輸送層１１４から運び込まれた電子は第２の発光層１１３ｂで正孔と高い効率で再結合する。電子と正孔が再結合してゲスト材料が励起され発光に至る。
【００５７】
なお、第２の発光層１１３ｂで正孔と再結合せずに第２の発光層１１３ｂを通り抜けた電子が、第１の発光層１１３ａに到達した場合であっても、第１の発光層１１３ａで正孔と再結合し、第１の発光層１１３ａに添加された発光物質が発光に至る。従って、発光効率が低下することがない。このように、第２の発光層１１３ｂだけでなく、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂの両方を含む発光層１１３の広い領域を発光可能な領域とすることで正孔と電子が再結合する確率を高め、発光効率を高めることができる。
【００５８】
ここで、電子が第２の発光層１１３ｂ及び第１の発光層１１３ａで正孔と再結合せずに正孔輸送層１１２に到達する場合、発光効率が低下するだけでなく正孔輸送層１１２が劣化する恐れがある。しかし、本実施の形態で例示する正孔輸送層１１２は第１の有機化合物と抗還元物質を含んでおり、抗還元物質は正孔輸送層１１２に到達した電子を第１の有機化合物に代わって受け取り、第１の有機化合物が還元反応により劣化する現象を防止し、正孔輸送層１１２の劣化を防ぐ。なお、抗還元物質は正孔輸送層１１２において発光しない。
【００５９】
本発明の一態様の発光素子に用いる材料のＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位は、種々の方法で測定できる。具体的には、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定による方法や、光電子分光装置を用いてＨＯＭＯ準位を測定し、吸収スペクトルのＴａｕｃプロットから得た吸収端から固体状態のエネルギーギャップを求めて、ＬＵＭＯ準位を見積もる方法などが挙げられる。測定方法の詳細は実施例２にて説明する。
【００６０】
本実施の形態の発光素子の各層を構成する材料について、具体的に説明する。
【００６１】
基板１００は、発光素子の支持体として用いられる。基板１００としては、例えばガラス、石英、プラスチックなどを用いることができ、本実施の形態の発光素子の作製工程に耐えうる耐熱性を有していれば良い。
【００６２】
ガラス基板の具体例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、若しくはアルミノシリケートガラスなど、フュージョン法やフロート法で作製される無アルカリガラス基板、セラミック基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。例えば、成分比としてホウ酸（Ｂ２Ｏ３）よりも酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含み、歪み点が７３０℃以上のガラス基板を用いると好ましい。半導体層を７００℃程度の高温で熱処理する場合でも、ガラス基板が歪まないで済むからである。
【００６３】
基板１００がマザーガラスの場合、基板の大きさは、第１世代（３２０ｍｍ×４００ｍｍ）、第２世代（４００ｍｍ×５００ｍｍ）、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、または７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１０００ｍｍ×１２００ｍｍまたは１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）、第７世代（１９００ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２１６０ｍｍ×２４６０ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ、２４５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）等を用いることができる。
【００６４】
また、ステンレス合金などの金属基板の表面に絶縁膜を設けた基板を適用しても良い。また、プラスチック基板は軽量である、可撓性を有している、可視光を透過する等、発光素子の基板として魅力的な特徴を有する。また、プラスチック基板に防湿性を有する膜を成膜もしくは貼り付け、発光素子を水などの不純物から保護できる基板を用いてもよい。
【００６５】
また基板１００上に下地膜として絶縁膜を形成してもよい。下地膜としては、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、または窒化酸化珪素膜の単層、又は積層で形成すればよい。また、発光装置の駆動回路などが別途作製された基板１００を用い、駆動回路に電気的に接続した第１の電極にＥＬ層を形成してもよい。絶縁膜を形成することで、導電性を有する基板の表面を絶縁化することができる。また、絶縁膜を形成することで基板から発光素子に不純物が拡散する現象を防ぐことができる。
【００６６】
基板１００上に第１の電極１０１を形成する。第１の電極１０１を陽極として利用する場合は、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。この他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、または金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。
【００６７】
これらの材料は、通常スパッタリング法により成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いることにより、スパッタリング法で形成することができる。その他、ゾル−ゲル法などを応用して、インクジェット法、スピンコート法などにより作製してもよい。
【００６８】
なお、陽極として機能する第１の電極１０１上に形成するＥＬ層１０３のうち、第１の電極１０１に接する層に、後述する複合材料を含む層を用いる場合には、第１の電極１０１に用いる物質は、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、アルミニウムを含む合金（ＡｌＳｉ）等も用いることができる。
【００６９】
また、仕事関数の小さい材料である、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等を用いることもできる。
【００７０】
なお、アルカリ金属、アルカリ土類金属、およびこれらを含む合金を用いて第１の電極１０１を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。さらに、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを用いることができる。
【００７１】
第１の電極１０１上に形成するＥＬ層１０３には、上述したようなＥＬ層１０３中の層のバンド関係が維持される限り、公知の物質を用いることができ、低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることができる。なお、ＥＬ層１０３を形成する物質には、第１の有機化合物のみから成るものだけでなく、無機化合物を一部に含む構成も含めるものとする。
【００７２】
ここでは、ＥＬ層１０３の各層を構成する材料について具体的に説明する。
【００７３】
正孔輸送層１１２は第１の有機化合物と抗還元物質を含んで構成する。特に、抗還元物質としてアクセプター性物質を第１の有機化合物に添加して形成される複合材料は、正孔輸送性と、発光層からの運び込まれた電子による還元に対する安定性を示す。また、優れた正孔注入性も備えており複合材料を用いた正孔輸送層１１２は正孔注入層を兼ねることができる。
【００７４】
抗還元物質として用いるアクセプター性物質としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物や、遷移金属酸化物を挙げることができる。また、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
【００７５】
アクセプター性物質と共に複合材料を形成する第１の有機化合物としては、トリアリールアミンなどの芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる第１の有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料に用いることのできる第１の有機化合物を具体的に列挙する。
【００７６】
複合材料に用いることのできる第１の有機化合物としては、例えば、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ’−（３−メチルフェニル）−Ｎ’−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、Ｎ−（４−ビフェニル）−４−（カルバゾール−９−イル）フェニルアニリン（略称：ＹＧＡ１ＢＰ）、４−フェニル−４’−（１−ナフチル）トリフェニルアミン（略称：αＮＢＡ１ＢＰ）、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）等の芳香族アミン化合物や、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体を挙げることができる。
【００７７】
また、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン等の芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。
【００７８】
さらに、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン、ペンタセン、コロネン、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）、等の芳香族炭化水素化合物も挙げることができる。
【００７９】
また、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）、ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）等の高分子化合物を用いることもできる。
【００８０】
なお、第１の有機化合物に抗還元物質としてアクセプター性物質を含有させて形成される複合材料を正孔輸送層１１２に用いる場合、正孔輸送層１１２は優れた正孔注入性を有するため、正孔注入層を設ける必要がない。また、仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料を用いて、陽極として機能する第１の電極１０１を形成できる。
【００８１】
これらの複合材料は、第１の有機化合物と抗還元物質を共蒸着することにより形成できる。
【００８２】
また、アクセプター性物質以外の抗還元物質の例としては、ＬＵＭＯ準位が第１の発光層１１３ａのホスト材料より深く、バンドギャップが第１の発光層１１３ａの発光物質より大きく、ＨＯＭＯ準位が正孔輸送層１１２の第１の有機化合物より深い有機化合物を挙げることができる。正孔輸送層１１２にこのような材料を添加すると、第１の発光層から漏れだした電子を受けとり、第１の有機化合物が還元されるのを防ぐことができる。なお、アクセプター性物質以外の抗還元物質を用いる場合は、第１の有機化合物としては正孔輸送性の高い物質を用いるのが好ましい。
【００８３】
正孔輸送性の高い物質としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）やＮ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）などの芳香族アミン化合物等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、正孔輸送層１１２は単層であっても、上記物質からなる層が二層以上積層されたものであってもよい。
【００８４】
発光層１１３は正孔及び電子が注入され、第１の発光層１１３ａの正孔輸送性は第２の発光層１１３ｂの正孔輸送性より勝る。このような発光層１１３は酸化反応および還元反応が可能な材料、すなわちバイポーラ性のホスト材料とゲスト材料を適宜組み合わせて構成すればよい。
【００８５】
発光層１１３が含むホスト材料として用いる酸化反応および還元反応が可能な有機化合物としては、例えば３環以上６環以下の縮合芳香族化合物が挙げられる。具体的には、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、クリセン誘導体、ジベンゾ［ｇ，ｐ］クリセン誘導体、トリフェニレン誘導体、ナフタセン誘導体、等が挙げられる。また、カルバゾリル基を有するアントラセンが挙げられる。
【００８６】
例えば、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＣｚＡ１ＰＡ）、９−フェニル−９’−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−３，３’−ビ（９Ｈ−カルバゾール）（略称：ＰＣＣＰＡ）、６，１２−ジメトキシ−５，１１−ジフェニルクリセン、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、３，６−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＤＰＣｚＰＡ）、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，９’−ビアントリル（略称：ＢＡＮＴ）、９−［４−（９―フェニルカルバゾール−３−イル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＰＣｚＰＡ）、９−［４−（３−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡＰ）、９，１０−ビス［４−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）］フェニル−２−ｔ―ブチルアントラセン（略称：ＰＣｚＢＰＡ）、３−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡＦＬ）、９−｛４−［３−（１−ナフチル）−９Ｈ−カルバゾール−９−イル］フェニル｝−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡαＮ）、９−｛４−［１０−（１−ナフチル）−９−アントリル］フェニル｝−９Ｈ−カルバゾール（略称：αＮＣｚＰＡ）、９−［３−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ｍ―ＣｚＰＡ）、９，９’−（スチルベン−３，３’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ）、９，９’−（スチルベン−４，４’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ２）、３，３’，３’’−（ベンゼン−１，３，５−トリイル）トリピレン（略称：ＴＰＢ３）等が挙げられる。
【００８７】
また、ゲスト材料を分散させるためのホスト材料は複数種混合して用いることができる。例えば、キャリアの輸送性を調整するために電子輸送性に優れた材料に正孔輸送性に優れた材料を混合してホスト材料に用いることができる。
【００８８】
また、発光層１１３が含むホスト材料に高分子化合物を用いることもできる。
【００８９】
発光層１１３はゲスト材料として発光物質を含む。発光物質としては例えば次に挙げる有機化合物を用いることができる。
【００９０】
青色の発光を呈する物質としては、例えば発光ピーク波長が４００ｎｍ以上４８０ｎｍ未満に位置する物質を用いればよく、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＰＡ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）トリフェニルアミン（略称：２ＹＧＡＰＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルペリレン（略称：ＴＢＰ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）−４’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＡＰＡ）などが挙げられる。また、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）テトラキス（１−ピラゾリル）ボラート（略称：ＦＩｒ６）、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：ＦＩｒｐｉｃ）のような燐光を発する材料も用いることができる。
【００９１】
青緑色の発光を呈する物質としては、例えば発光ピーク波長が４８０ｎｍ以上５２０ｎｍ未満に位置する物質を用いればよく、Ｎ，Ｎ’’−（２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン−９，１０−ジイルジ−４，１−フェニレン）ビス［Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン］（略称：ＤＰＡＢＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＰＡ）、Ｎ−［４−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＰＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’，Ｎ’’’，Ｎ’’’−オクタフェニルジベンゾ［ｇ，ｐ］クリセン−２，７，１０，１５−テトラアミン（略称：ＤＢＣ１）、クマリン３０などが挙げられる。また、ビス［２−（３’，５’−ビストリフルオロメチルフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（ｐｉｃ））、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：ＦＩｒａｃａｃ）のような燐光を発する材料も用いることができる。
【００９２】
緑色系の発光を呈する物質としては、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）クマリン５４５Ｔ、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルキナクリドン、（略称：ＤＰＱｄ）などが挙げられる。また、トリス（２−フェニルピリジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ビス（２−フェニルピリジナト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、トリス（アセチルアセトナト）（モノフェナントロリン）テルビウム（ＩＩＩ）（略称：Ｔｂ（ａｃａｃ）３（Ｐｈｅｎ））などが挙げられる。
【００９３】
黄色の発光を呈する物質としては、例えば発光ピーク波長が５４０ｎｍ以上６００ｎｍ未満に位置する物質を用いればよく、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）、２−（２−｛２−［４−（ジメチルアミノ）フェニル］エテニル｝−６−メチル−４Ｈ−ピラン−４−イリデン）プロパンジニトリル（略称：ＤＣＭ１）、２−｛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−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＤＣＭ２）などが挙げられる。また、ビス（ベンゾ［ｈ］キノリナト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｚｑ）２（ａｃａｃ））、ビス（２，４−ジフェニル−１，３−オキサゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｄｐｏ）２（ａｃａｃ））、ビス［２−（４’−パーフルオロフェニルフェニル）ピリジナト］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐ−ＰＦ−ｐｈ）２（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルベンゾチアゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔ）２（ａｃａｃ））のような燐光を発する材料も用いることができる。
【００９４】
赤色の発光を呈する物質としては、例えば発光ピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ未満に位置する物質を用いればよく、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１４−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）、２−｛２−イソプロピル−６−［２−（１，１，７，７−テトラメチル−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ［ｉｊ］キノリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＤＣＪＴＩ）、２−｛２−ｔｅｒｔ−ブチル−６−［２−（１，１，７，７−テトラメチル−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ［ｉｊ］キノリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＤＣＪＴＢ）、２−（２，６−ビス｛２−［４−（ジメチルアミノ）フェニル］エテニル｝−４Ｈ−ピラン−４−イリデン）プロパンジニトリル（略称：ＢｉｓＤＣＭ）、２−｛２，６−ビス［２−（８−メトキシ−１，１，７，７−テトラメチル−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ［ｉｊ］キノリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＢｉｓＤＣＪＴＭ）などが挙げられる。また、ビス［２−（２’−ベンゾ［４，５−α］チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、ビス（１−フェニルイソキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナート）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）２（ａｃａｃ））、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン白金（ＩＩ）（略称：ＰｔＯＥＰ）、トリス（１，３−ジフェニル−１，３−プロパンジオナト）（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＤＢＭ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス［１−（２−テノイル）−３，３，３−トリフルオロアセトナト］（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）のような燐光を発する材料も用いることができる。
【００９５】
なお、第２の発光層１１３ｂに占める発光物質の濃度は、質量比で１０％以下が好ましい。また、同じホスト材料を用いて第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂを形成する場合、第１の発光層１１３ａに占める発光物質の濃度は第２の発光層１１３ｂに占める発光物質の濃度より小さくする。
【００９６】
電子輸送層１１４は、電子輸送性の高い物質を含んで形成する。
【００９７】
例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる層である。また、この他ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンズオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）や、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）なども用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いても構わない。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【００９８】
また、高分子化合物を用いることもできる。例えば、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）などを用いることができる。
【００９９】
電子注入層１１５は、電子注入性の高い物質を含んで形成する。
【０１００】
例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の化合物を用いることができる。
【０１０１】
その他、電子輸送性を有する物質にアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を含有させたもの、具体的にはＡｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いてもよい。なお、この場合には、第２の電極１０２からの電子注入をより効率良く行うことができる。
【０１０２】
第２の電極１０２には、仕事関数の小さい（具体的には３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。
【０１０３】
なお、アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金を用いて第２の電極１０２を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。また、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを用いることができる。
【０１０４】
なお、電子注入層１１５を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等、様々な導電性材料を用いて第２の電極１０２を形成することができる。これらの導電性材料は、スパッタリング法やインクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することができる。
【０１０５】
本実施の形態の発光素子の発光を外部に取り出すには、透光性を有する導電膜で第１の電極１０１または第２の電極１０２のいずれか一方、または両方を形成すればよい。
【０１０６】
なお、第１の電極１０１のみが透光性を有する電極である場合には、ＥＬ層１０３で生じた発光は第１の電極１０１を通って基板１００側から取り出される。また、第２の電極１０２のみが透光性を有する電極である場合には、ＥＬ層１０３で生じた発光は第２の電極１０２を通って基板１００と逆側から取り出される。さらに、第１の電極１０１および第２の電極１０２がいずれも透光性を有する電極である場合には、ＥＬ層１０３で生じた発光は第１の電極１０１および第２の電極１０２を通って、基板１００側および基板１００と逆側の両方から取り出される。
【０１０７】
以上のＥＬ層１０３の作製方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いることができる。例えば、真空蒸着法、インクジェット法またはスピンコート法など用いることができる。なお、各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成してもよい。
【０１０８】
第１の電極１０１、及び第２の電極１０２の作製方法としては、スパッタリング法や真空蒸着法などの乾式法だけでなく、ゾル−ゲル法や金属材料のペーストを用いるインクジェット法等の湿式法により形成することができる。
【０１０９】
なお、第１の電極１０１と第２の電極１０２との間に設けられるＥＬ層の構成は、上記のものには限定されない。ただし、少なくとも正孔輸送層１１２と、第１の発光層１１３ａと、第２の発光層１１３ｂを含み、第１の発光層１１３ａ及び第２の発光層１１３ｂのキャリア輸送性はバイポーラ性であり、第１の発光層１１３ａの正孔輸送性は第２の発光層１１３ｂの正孔輸送性より勝り、第１の発光層１１３ａ及び第２の発光層１１３ｂは発光物質を含み、正孔輸送層１１２は第１の有機化合物と抗還元物質を含む構成であれば、上記以外のものでもよい。
【０１１０】
また、図４に示すように、基板１００上に陰極として機能する第２の電極１０２、ＥＬ層１０３、陽極として機能する第１の電極１０１が順次積層された構造としてもよい。なお、この場合のＥＬ層１０３は、例えば第２の電極１０２上に電子注入層１１５、電子輸送層１１４、第２の発光層１１３ｂ、第１の発光層１１３ａ、正孔輸送層１１２が順次積層された構造となる。
【０１１１】
なお、本実施の形態に示す発光素子の構成は、図５（Ａ）に示すように一対の電極間にＥＬ層１００３が複数積層された構造、所謂、積層型素子の構成であってもよい。但し、複数のＥＬ層１００３のうちの２層の間には、中間層１００４がそれぞれ挟まれている。例えば、本実施の形態に示す発光素子が、一対の電極間にｎ（ｎは２以上の自然数）層のＥＬ層を積層して備える場合には、ｍ（ｍは自然数、１≦ｍ≦ｎ−１）番目のＥＬ層１００３と、（ｍ＋１）番目のＥＬ層１００３の間に、中間層１００４を有する。
【０１１２】
なお、中間層１００４とは、第１の電極１０１１と第２の電極１０１２に電圧を印加したときに、中間層１００４に接して形成される一方のＥＬ層１００３に対して正孔を注入し、他方のＥＬ層１００３に電子を注入する機能を有する。具体的には、中間層１００４は中間層１００４の陰極側の面に接するＥＬ層１００３に正孔を注入し、中間層１００４の陽極側の面に接するＥＬ層１００３に電子を注入する。
【０１１３】
なお、第１の電極１０１１を陽極とする場合は、第１の電極１０１１上と、中間層１００４の第２の電極１０１２側の面に接してＥＬ層１００３の正孔輸送層を形成すればよく、第１の電極１０１１を陰極とする場合は、第１の電極１０１１上と、中間層１００４の第２の電極１０１２側の面に接してＥＬ層１００３の電子注入層を形成すればよい。
【０１１４】
また、中間層１００４は単層であっても、複数の層を積層した複層であってもよく、上述した有機化合物と無機化合物との複合材料（正孔注入性複合材料や電子注入性複合材料）の他、金属酸化物等の材料を適宜組み合わせて形成することができる。なお、正孔注入性複合材料とその他の材料とを組み合わせて用いることがより好ましい。中間層１００４に用いるこれらの材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、発光素子の低電圧駆動を実現することができる。
【０１１５】
また、中間層１００４を複数の層で形成した場合、最も陰極に近い層として第１の有機化合物に、抗還元物質としてアクセプター性物質を添加して形成される複合材料層を用いることができる。上述の通り、第１の有機化合物に抗還元物質としてアクセプター性物質を添加した複合材料は、優れた正孔注入性も備えている。この場合、中間層１００４の陰極側に第１の発光層を直接接して設けることができる。この場合、中間層中の複合材料が本発明の一態様の正孔輸送層１１２を兼ねていると言える。
【０１１６】
また、本実施の形態で例示する発光素子を用いて、照明装置や、パッシブマトリクス型の発光装置を作製できる。また、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）により発光素子を制御して、アクティブマトリクス型の発光装置を作製できる。
【０１１７】
なお、アクティブマトリクス型の発光装置におけるＴＦＴの構造は、特に限定されない。例えば、スタガ型や逆スタガ型のＴＦＴを適宜用いることができる。また、ＴＦＴ基板に形成される駆動用回路についても、Ｎ型およびＰ型のＴＦＴからなるものでもよいし、Ｎ型のＴＦＴまたはＰ型のＴＦＴのいずれか一方のみからなるものであってもよい。また、ＴＦＴに用いられる半導体膜としてＳｉに代表される元素周期表の１４族の元素からなる半導体膜であってもよいし、化合物半導体膜、酸化物半導体膜、特にインジウム、ガリウム、亜鉛等を含む複合酸化物半導体膜であってもよい。さらに、ＴＦＴに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。
【０１１８】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【０１１９】
本実施の形態で例示する発光素子は、発光層のキャリア輸送性がバイポーラ性であって、発光層の陰極に近い側に比べ、発光層の陽極に近い側の正孔の輸送性が勝る発光層を有しており、発光層の内部にキャリアの再結合領域が形成されている。また、正孔が発光層を通り抜けて再結合せずに電子輸送層に達する現象が抑制されているため、電子輸送層から運び込まれた電子は発光層で正孔と高い効率で再結合する。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は高い発光効率を有する。
【０１２０】
また、本実施の形態で例示する発光素子は電子輸送層側から発光層を通り抜けた電子が正孔輸送層に到達しても、正孔輸送層が抗還元物質を含んでいるため、正孔輸送層の劣化が抑制されている。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は高い信頼性を有する。
【０１２１】
（実施の形態２）
本実施の形態が例示する発光素子は、少なくとも、正孔輸送層に一方の面を接する第１の発光層と、第１の発光層の他方の面に接する第２の発光層を有する発光素子である。第１の発光層と第２の発光層はバイポーラ性のホスト材料と、発光物質であるゲスト材料を含んでいる。また、第１の発光層は、第２の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱いゲスト材料を含んでおり、第１の発光層の正孔輸送性は第２の発光層よりも高い。その結果、正孔が正孔輸送層から離れた領域まで運ばれ、正孔と電子の再結合領域が発光層内に広がって形成される。また、第１の発光層が含む発光物質と第２の発光層が含む発光物質は発光色が異なっている。さらに、発光層を通り抜けて正孔輸送層に到達する電子が正孔輸送層を劣化させないように、正孔輸送層が抗還元物質を含んでいる。
【０１２２】
本実施の形態の発光素子の構造を図２（Ａ）に示す。本実施の形態の発光素子は第１の電極１０１と、第２の電極１０２と、ＥＬ層１０３を有する。第１の電極１０１は基板１００上に形成されている。なお、本実施の形態においては、第１の電極１０１が陽極として機能し、第２の電極１０２が陰極として機能する場合について主に説明する。
【０１２３】
ＥＬ層１０３は少なくとも正孔輸送層１１２と、第１の発光層１１３ａと、第２の発光層１１３ｂを含み、さらに電子輸送層１１４、電子注入層１１５などを適宜組み合わせて形成する。正孔輸送層１１２は、陽極として機能する電極と第１の発光層１１３ａの間にあって、第１の発光層１１３ａの陽極側の面に接している。第２の発光層１１３ｂは、第１の発光層１１３ａと陰極として機能する電極の間にあって、第１の発光層１１３ａの陰極側の面に接している。電子輸送層１１４は、第２の発光層１１３ｂと陰極として機能する電極の間にあって、第２の発光層１１３ｂの陰極側の面に接している。また、電子注入層１１５は、電子輸送層１１４と陰極として機能する電極の間にあって、陰極として機能する電極に接している。
【０１２４】
次に、本実施の形態の発光素子におけるキャリアの挙動について説明する。本実施の形態が例示する発光素子のＥＬ層について、各層が有するバンドの相関を図２（Ｂ）に示す。
【０１２５】
本実施の形態の発光素子は実施の形態１で例示した発光素子と、発光層１１３の構成において異なる。従って本実施の形態では発光層１１３に関する部分についてのみ説明する。
【０１２６】
第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂはホスト材料とゲスト材料を含む。また、第１の発光層が含む発光物質と第２の発光層が含む発光物質は発光色が異なっている。
【０１２７】
第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂのホスト材料は同じであっても異なっても良いが、少なくともバイポーラ性であって、酸化反応に対しても還元反応に対しても安定である。従って、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂは正孔も電子も輸送できる。
【０１２８】
また、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂはゲスト材料として発光物質を含み、その発光物質はキャリアの移動速度に影響を与える。
【０１２９】
第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ａ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）と、第１の発光層１１３ａが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ａ（ＨＯＭＯＥＭ１）と、第２の発光層１１３ｂが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ｂ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）と、第２の発光層１１３ｂが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ｂ（ＨＯＭＯＥＭ２）の関係について説明する。（図２（Ｂ）を参照。）なお、本実施の形態で例示する発光素子の第１の電極１０１の仕事関数１０１Ｗ及び第２の電極１０２の仕事関数１０２Ｗ、並びに正孔輸送層１１２のＨＯＭＯ準位１２１及びＬＵＭＯ準位１２２も図２（Ｂ）に図示する。
【０１３０】
ＥＬ層１０３において、ＨＯＭＯＨＯＳＴ２はＨＯＭＯＨＯＳＴ１より浅いか、概略等しい。また、ＨＯＭＯＥＭ１はＨＯＭＯＨＯＳＴ１より浅いか、概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ２はＨＯＭＯＨＯＳＴ２より浅いか、概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ１はＨＯＭＯＥＭ２より深いか概略等しい。また、ＨＯＭＯＥＭ１とＨＯＭＯＨＯＳＴ１の差（ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１）に比べ、ＨＯＭＯＥＭ２とＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差（ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２）は、その絶対値が大きい。（｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜＞｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜）
【０１３１】
ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１はゲスト材料である発光物質によって第１の発光層１１３ａに形成される正孔の捕獲準位の深さと見なすことができ、ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２はゲスト材料である発光物質によって第２の発光層１１３ｂに形成される正孔の捕獲準位の深さと見なすことができる。従って、本発明の一態様において、第１の発光層１１３ａに比べ、第２の発光層１１３ｂに形成される正孔の捕獲準位の方が深い（絶対値は大きい）と言い換えることができる。
【０１３２】
正孔の捕獲準位は正孔を捕獲するため、発光層の正孔の輸送性に影響する。また、影響の程度は捕獲準位の深さに依存する。具体的には、第１の発光層１１３ａは、深い捕獲準位を有する第２の発光層１１３ｂに比べて、正孔を輸送し易い。
【０１３３】
本実施の形態の発光素子はこのような構成により、第１の発光層１１３ａの正孔輸送性を、第２の発光層１１３ｂの正孔輸送性より高めることができる。その結果、陽極から正孔輸送層１１２を介して第１の発光層１１３ａに運び込まれた正孔が、正孔輸送層１１２から離れた第２の発光層１１３ｂの内部まで輸送され、再結合領域が主に第２の発光層１１３ｂに形成される。さらに、正孔の輸送性が抑制された第２の発光層１１３ｂにより、正孔が発光層１１３を通り抜けて陰極側の電子輸送層１１４に達する現象を抑制できる。
【０１３４】
次に、第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＬＵＭＯ準位１３２ａ（ＬＵＭＯＨＯＳＴ１）と、第１の発光層１１３ａが含む発光物質のＬＵＭＯ準位１３４ａ（ＬＵＭＯＥＭ１）と、第２の発光層１１３ｂが含むホスト材料のＬＵＭＯ準位１３２ｂ（ＬＵＭＯＨＯＳＴ２）と、第２の発光層１１３ｂが含む発光物質のＬＵＭＯ準位１３４ｂ（ＬＵＭＯＥＭ２）の関係について説明する。（図２（Ｂ）を参照。）
【０１３５】
ＥＬ層１０３において、ＬＵＭＯＨＯＳＴ１はＬＵＭＯＨＯＳＴ２より浅いか（絶対値は小さい）概略等しい。ＬＵＭＯＥＭ１はＬＵＭＯＨＯＳＴ１より深く（絶対値は大さく）、ＬＵＭＯＥＭ２はＬＵＭＯＨＯＳＴ２より深く（絶対値は大きく）、ＬＵＭＯＥＭ１はＬＵＭＯＥＭ２より深いか概略等しい。また、ＬＵＭＯＨＯＳＴ１とＬＵＭＯＥＭ１の差（ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ１−ＥＭ１）は、ＬＵＭＯＨＯＳＴ２とＬＵＭＯＥＭ２の差（ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ２−ＥＭ２）に比べ、その絶対値が大きい（｜ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ１−ＥＭ１｜＞｜ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ２−ＥＭ２｜）。
【０１３６】
ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ２−ＥＭ２はゲスト材料である発光物質によって第２の発光層１１３ｂに形成される電子の捕獲準位の深さと見なすことができ、ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ１−ＥＭ１はゲスト材料である発光物質によって第１の発光層１１３ａに形成される電子の捕獲準位の深さと見なすことができる。従って、本実施の形態が例示する発光素子においては、第２の発光層１１３ｂに比べ、第１の発光層１１３ａに形成される電子の捕獲準位の方が深い（絶対値は大きい）。
【０１３７】
電子の捕獲準位は電子を捕獲するため、発光層の電子の輸送性に影響する。また、影響の程度は捕獲準位の深さに依存する。具体的には、第２の発光層１１３ｂに比べて第１の発光層１１３ａが深い捕獲準位を有しているので、第１の発光層１１３ａは第２の発光層１１３ｂに比べ電子を輸送し難くなる。すなわち、第１の発光層１１３ａの電子輸送性は第２の発光層１１３ｂの電子輸送性よりも低い。
【０１３８】
このような構成を有する場合、第１の発光層１１３ａの電子輸送性を、第２の発光層１１３ｂの電子輸送性より抑制することができる。その結果、第２の発光層１１３ｂから第１の発光層１１３ａに運び込まれた電子が、正孔輸送層１１２に到達する現象を抑制できるため特に好ましい。また、ＬＵＭＯＥＭ１をＬＵＭＯＥＭ２より深いか概略等しくすることにより、電子輸送層１１４から第２の発光層１１３ｂに運び込まれた電子が第２の発光層１１３ｂから第１の発光層１１３ａに移動し易くなる。その結果、正孔と電子が再結合する領域が発光層１１３全体に広がり、第２の発光層１１３ｂに加え、第１の発光層１１３ａからも発光を得ることができる。
【０１３９】
なお、本実施の形態において、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂは発光色が異なる発光物質を含んでいるため、本実施の形態の発光素子が発する光は、二つの発光物質が発する光が混合されたものになる。なお、第１の発光層が含む発光物質と、第２の発光層が含む発光物質の組み合わせとしては、蛍光性物質同士であっても、燐光性物質同士であっても、蛍光性物質と燐光性物質の組み合わせであっても構わない。
【０１４０】
例えば、本実施の形態の発光素子の第１の発光層１１３ａが黄色の蛍光性物質を含み、第２の発光層１１３ｂが青色の蛍光性物質を含む場合、白色の発光が得られる。また、第１の発光層１１３ａが赤色の燐光性物質を含み、第２の発光層１１３ｂが緑色の燐光性物質を含む場合、黄色の発光が得られる。
【０１４１】
なお、電子が第２の発光層１１３ｂ及び第１の発光層１１３ａで正孔と再結合せずに正孔輸送層１１２に到達する場合、正孔輸送層１１２が劣化する恐れがある。しかし、本実施の形態で例示する正孔輸送層１１２は第１の有機化合物と抗還元物質を含んでおり、抗還元物質は正孔輸送層１１２に到達した電子を第１の有機化合物に代わって受け取り、第１の有機化合物が還元反応により劣化する現象を防止する。
【０１４２】
また、正孔輸送層１１２が含む第１の有機化合物のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＴＬ）は、第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＯＳＴ１）より浅いと、第１の発光層１１３ａからの電子の注入は困難であり、電子を第１の発光層１１３ａに閉じ込めることができるため、第１の発光層１１３ａにおける電子と正孔の再結合を促進できる。
【０１４３】
本実施の形態の発光素子の第１の電極１０１、第２の電極１０２及び、ＥＬ層１０３の各層を構成する材料は、実施の形態１と同様の材料を適宜用いることができる。また、発光の取り出し方向、ＥＬ層１０３の積層順番等についても、実施の形態１と同様に適宜選択して用いることができる。また、本実施の形態で例示されたＥＬ層１０３を、実施の形態１において図４及び図５（Ａ）に例示した積層型の発光素子の構成に適用することもできる。
【０１４４】
なお、積層型素子の構成は白色の発光を得る場合に好適であり、本実施の形態の構成と組み合わせることで、長寿命、高効率な発光装置を作製できる。
【０１４５】
複数の発光層の組み合わせとしては、赤、青及び緑色の光を含んで白色に発光する構成をその例に挙げることができる。例えば、青色の蛍光材料を発光物質として含む第１のＥＬ層と、緑色と赤色の燐光材料を発光物質として含む第２のＥＬ層を有する構成が挙げられる。
【０１４６】
また、補色の関係にある光を発する発光層を有する構成であっても白色発光が得られる。ＥＬ層が２層積層された積層型素子において、第１のＥＬ層から得られる発光の発光色と第２のＥＬ層から得られる発光の発光色を補色の関係にする場合、補色の関係としては、青色と黄色、あるいは青緑色と赤色などが挙げられる。青色、黄色、青緑色、赤色に発光する物質としては、例えば、先に列挙した発光物質の中から適宜選択すればよい。
【０１４７】
以下に、第１のＥＬ層および第２のＥＬ層のそれぞれが補色の関係にある複数の発光層を有し、白色発光が得られる構成の一例を示す。図５（Ｂ）に二つのＥＬ層を積層した場合の構成を図示する。図５（Ｂ）において、第１のＥＬ層６３１と第２のＥＬ層６３２は、第１の電極６０１と第２の電極６０２との間に積層されている。この場合、第１のＥＬ層６３１と第２のＥＬ層６３２の間には、中間層６０４を設けることが好ましい。
【０１４８】
図５（Ｂ）に例示する発光素子は、第１の電極６０１と第２の電極６０２の間に第１のＥＬ層６３１と中間層６０４と第２のＥＬ層６３２を有する。第１のＥＬ層６３１は、青色〜青緑色の波長領域に発光ピークを示す第１の発光層と、黄色〜橙色の波長領域に発光ピークを示す第２の発光層とを有し、第２のＥＬ層６３２は、青緑色〜緑色の波長領域に発光ピークを示す第３の発光層と、橙色〜赤色の波長領域に発光ピークを示す第４の発光層とを有するものとする。
【０１４９】
この場合、第１のＥＬ層６３１からの発光は、第１の発光層および第２の発光層の両方からの発光を合わせたものであるので、青色〜青緑色の波長領域および黄色〜橙色の波長領域の両方に発光ピークを示す。すなわち、第１のＥＬ層６３１は２波長型の白色または白色に近い色の発光を呈する。
【０１５０】
また、第２のＥＬ層６３２からの発光は、第３の発光層および第４の発光層の両方からの発光を合わせたものであるので、青緑色〜緑色の波長領域および橙色〜赤色の波長領域の両方に発光ピークを示す。すなわち、第２のＥＬ層６３２は、第１のＥＬ層６３１とは異なる２波長型の白色または白色に近い色の発光を呈する。
【０１５１】
したがって、第１のＥＬ層６３１からの発光および第２のＥＬ層６３２からの発光を重ね合わせることにより、青色〜青緑色の波長領域、青緑色〜緑色の波長領域、黄色〜橙色の波長領域、橙色〜赤色の波長領域をカバーする白色発光を得ることができる。
【０１５２】
なお、上述した積層型素子の構成において、積層されるＥＬ層の間に中間層を配置することにより、低い電流密度で高輝度の発光が可能である。電流密度を低く保てるため、長寿命素子を実現することができる。また、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。
【０１５３】
本実施の形態で例示する発光素子は、発光層のキャリア輸送性がバイポーラ性であって、発光層の陰極に近い側に比べ、発光層の陽極に近い側の正孔の輸送性が勝る発光層を有しており、発光層の内部にキャリアの再結合領域が形成されている。また、正孔および電子が発光層を通り抜けて再結合せずにそれぞれ電子輸送層および正孔輸送層に達する現象が抑制されているため、電子とホールは発光層で高い効率で再結合する。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は高い発光効率を有する。
【０１５４】
また、本実施の形態で例示する発光素子は電子輸送層側から発光層を通り抜けた電子が正孔輸送層に到達しても、正孔輸送層が抗還元物質を含んでいるため、正孔輸送層の劣化が抑制されている。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は高い信頼性を有する。
【０１５５】
また、本実施の形態で例示する発光素子は、発光色が異なる複数の発光層が積層された発光層を有し、キャリアの再結合領域が当該複数の発光層に広く広がっている。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は広い発光波長域を有する。
【０１５６】
（実施の形態３）
本実施の形態が例示する発光素子は、少なくとも、正孔輸送層に一方の面を接する第１の発光層と、第１の発光層の他方の面に接する第２の発光層と、第２の発光層の陰極側の面に接する第３の発光層を有する発光素子である。第１の発光層、第２の発光層及び第３の発光層はそれぞれバイポーラ性のホスト材料と、発光物質であるゲスト材料を含んでいる。また、第１の発光層は、第２の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱いゲスト材料を含んでおり、第２の発光層は、第３の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱いゲスト材料を含んでいる。第１の発光層の正孔輸送性は第２の発光層以上であって、第２の発光層の正孔輸送性は第３の発光層よりも高い。その結果、正孔が正孔輸送層から離れた領域まで運ばれ、正孔と電子の再結合領域が発光層内に広がって形成される。さらに、発光層を通り抜けて正孔輸送層に到達する電子が正孔輸送層を劣化させないように、正孔輸送層が抗還元物質を含んでいる。
【０１５７】
本実施の形態の発光素子の構造を図３（Ａ）に示す。本実施の形態の発光素子は第１の電極１０１と、第２の電極１０２と、ＥＬ層１０３を有する。第１の電極１０１は基板１００上に形成されている。なお、本実施の形態においては、第１の電極１０１が陽極として機能し、第２の電極１０２が陰極として機能する場合について主に説明する。
【０１５８】
ＥＬ層１０３は少なくとも正孔輸送層１１２と、発光層１１３（第１の発光層１１３ａ、第２の発光層１１３ｂ、及び第３の発光層１１３ｃ）を含み、さらに電子輸送層１１４、及び電子注入層１１５などを適宜組み合わせて形成する。正孔輸送層１１２は、陽極として機能する電極と第１の発光層１１３ａの間にあって、第１の発光層１１３ａの陽極側の面に接している。第２の発光層１１３ｂは、第１の発光層１１３ａと陰極として機能する電極の間にあって、第１の発光層１１３ａの陰極側の面に接している。第３の発光層１１３ｃは、第２の発光層１１３ｂと陰極として機能する電極の間にあって、第２の発光層１１３ｂの陰極側の面に接している。電子輸送層１１４は、第３の発光層１１３ｃと陰極として機能する電極の間にあって、第３の発光層１１３ｃの陰極側の面に接している。また、電子注入層１１５は、電子輸送層１１４と陰極として機能する電極の間にあって、陰極として機能する電極に接している。
【０１５９】
次に、本実施の形態の発光素子におけるキャリアの挙動について説明する。本実施の形態が例示する発光素子のＥＬ層について、各層が有するバンドの相関を図３（Ｂ）に示す。
【０１６０】
本実施の形態の発光素子は実施の形態１及び実施の形態２で例示した発光素子と、発光層１１３の構成において異なる。従って本実施の形態では発光層１１３に関する部分についてのみ説明する。
【０１６１】
第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂと第３の発光層１１３ｃはホスト材料とゲスト材料を含む。
【０１６２】
第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂと第３の発光層１１３ｃのホスト材料は同じであっても異なっても良いが、少なくともバイポーラ性であって、酸化反応に対しても還元反応に対しても安定である。従って、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂと第３の発光層１１３ｃは正孔も電子も輸送できる。
【０１６３】
また、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂと第３の発光層１１３ｃはゲスト材料として発光物質を含み、その発光物質はキャリアの移動速度に影響を与える。
【０１６４】
第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ａ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）と、第１の発光層１１３ａが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ａ（ＨＯＭＯＥＭ１）と、第２の発光層１１３ｂが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ｂ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）と、第２の発光層１１３ｂが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ｂ（ＨＯＭＯＥＭ２）と、第３の発光層１１３ｃが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ｃ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ３）と、第３の発光層１１３ｃが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ｃ（ＨＯＭＯＥＭ３）の関係について説明する。（図３（Ｂ）を参照。）なお、本実施の形態で例示する発光素子の第１の電極１０１の仕事関数１０１Ｗ及び第２の電極１０２の仕事関数１０２Ｗ、並びに正孔輸送層１１２のＨＯＭＯ準位１２１及びＬＵＭＯ準位１２２も図３（Ｂ）に図示する。
【０１６５】
ＥＬ層１０３において、ＨＯＭＯＨＯＳＴ１はＨＯＭＯＨＯＳＴ２より深いか概略等しい。また、ＨＯＭＯＥＭ１はＨＯＭＯＨＯＳＴ１より浅いか概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ２はＨＯＭＯＨＯＳＴ２より浅いか概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ１はＨＯＭＯＥＭ２より深いか概略等しい。ＨＯＭＯＥＭ３はＨＯＭＯＨＯＳＴ３より浅い。また、ＨＯＭＯＥＭ１とＨＯＭＯＨＯＳＴ１の差（ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１）の絶対値は、ＨＯＭＯＥＭ２とＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差（ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２）の絶対値以下であって、ＨＯＭＯＥＭ３とＨＯＭＯＨＯＳＴ３の差（ΔＨＯＭＯＥＭ３−ＨＯＳＴ３）の絶対値は、ＨＯＭＯＥＭ２とＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差（ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２）の絶対値より大きい（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜≦｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜＜｜ΔＨＯＭＯＥＭ３−ＨＯＳＴ３｜）。
【０１６６】
ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１はゲスト材料である発光物質によって第１の発光層１１３ａに形成される正孔の捕獲準位の深さと見なすことができ、ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２はゲスト材料である発光物質によって第２の発光層１１３ｂに形成される正孔の捕獲準位の深さと見なすことができ、ΔＨＯＭＯＥＭ３−ＨＯＳＴ３はゲスト材料である発光物質によって第３の発光層１１３ｃに形成される正孔の捕獲準位の深さと見なすことができる。従って、本発明の一態様において、第２の発光層１１３ｂに形成される正孔の捕獲準位の深さは、第１の発光層１１３ａに形成される正孔の捕獲準位の深さ以上に深く（絶対値が大きく）、第３の発光層１１３ｃに形成される正孔の捕獲準位の深さは第２の発光層１１３ｂに形成される正孔の捕獲準位より深い（絶対値は大きい）と言い換えることができる。
【０１６７】
正孔の捕獲準位は正孔を捕獲するため、発光層の正孔の輸送性に影響する。また、影響の程度は捕獲準位の深さに依存する。具体的には、第１の発光層１１３ａ以下に第２の発光層１１３ｂは正孔の輸送性が抑制され、第２の発光層１１３ｂに比べ、第３の発光層１１３ｃは正孔の輸送性が抑制される。
【０１６８】
本実施の形態の発光素子はこのような構成により、正孔輸送層１１２から第１の発光層１１３ａに運び込まれた正孔は、正孔輸送層１１２から離れた第３の発光層１１３ｃに運び込まれる。また、正孔輸送性が抑制された第３の発光層１１３ｃにより、正孔が電子輸送層１１４に到達する現象が抑制される。
【０１６９】
次に、ＥＬ層を移動する電子の挙動と再結合について説明する。
【０１７０】
電子注入層１１５は陰極として機能する第２の電極１０２から電子を電子輸送層１１４に運び込む。電子輸送層１１４は電子輸送性に優れ、第３の発光層１１３ｃに電子を運び込む。
【０１７１】
第３の発光層１１３ｃの正孔輸送性は抑制されているため、電子輸送層１１４から運び込まれた電子は第３の発光層１１３ｃで正孔と高い効率で再結合し、ゲスト材料である発光物質が励起され発光に至る。
【０１７２】
なお、第３の発光層１１３ｃにおいて正孔と再結合せずに通り抜けた電子が、第２発光層１１３ｂに到達した場合、第２の発光層１１３ｂにおいて正孔と再結合し、第２の発光層１１３ｂに添加された発光物質が発光に至る。同様に、第２の発光層１１３ｂにおいて正孔と再結合せずに通り抜けた電子が、第１の発光層１１３ａに到達した場合、第１の発光層１１３ａにおいて正孔と再結合し、第１の発光層１１３ａに添加された発光物質が発光に至る。従って、発光効率が低下することがない。このように、発光層１１３の広い領域を発光可能な領域とすることで正孔と電子が再結合する確率を高め、発光効率を高めることができる。
【０１７３】
ここで、電子が発光層１１３で正孔と再結合せずに正孔輸送層１１２に到達する場合、正孔輸送層１１２が劣化する恐れがある。しかし、本実施の形態で例示する正孔輸送層１１２は第１の有機化合物と抗還元物質を含んでおり、抗還元物質は正孔輸送層１１２に到達した電子を第１の有機化合物に代わって受け取り、第１の有機化合物が還元反応により劣化する現象を防止する。
【０１７４】
なお、本実施の形態において、第１の発光層１１３ａ、第２の発光層１１３ｂ、及び第３の発光層１１３ｃに添加する発光物質は適宜選ぶことができる。従って、第１の発光層１１３ａ、第２の発光層１１３ｂ、及び第３の発光層１１３ｃは発光色が異なる発光層であってもよい。発光色が異なる発光層を積層した場合、発光素子が発する光はそれぞれの発光層の発光が混合されたものになる。なお、第１乃至第３の発光層が含む発光物質は、蛍光性物質でも燐光性物質でも構わない。
【０１７５】
例えば、本実施の形態の発光素子の第１の発光層１１３ａが赤色の蛍光性物質を含み、第２の発光層１１３ｂが緑色の蛍光性物質を含み、第３の発光層１１３ｃが青色の蛍光性物質を含む場合、白色の発光が得られる。また、本実施の形態の発光素子の第１の発光層１１３ａが黄色の蛍光性物質を含み、第２の発光層１１３ｂ及び第３の発光層１１３ｃが青色の蛍光性物質を含む場合、白色の発光が得られる。
【０１７６】
本実施の形態の発光素子の第１の電極１０１、第２の電極１０２及び、ＥＬ層１０３の各層を構成する材料は、実施の形態１と同様の材料を適宜用いることができる。また、発光の取り出し方向、ＥＬ層１０３の積層順番等についても、実施の形態１と同様に適宜選択して用いることができる。また、本実施の形態で例示されたＥＬ層１０３を、実施の形態１において図４及び図５（Ａ）に例示した発光素子の構成に適用することもできる。従って、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１７７】
本実施の形態で例示する発光素子は、発光層のキャリア輸送性がバイポーラ性であって、発光層の陰極に近い側に比べ、発光層の陽極に近い側の正孔の輸送性が勝る発光層を有しており、発光層の内部にキャリアの再結合領域が形成されている。また、正孔および電子が発光層を通り抜けて再結合せずにそれぞれ電子輸送層および正孔輸送層に達する現象が抑制されているため、電子とホールは発光層で高い効率で再結合する。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は高い発光効率を有する。
【０１７８】
また、本実施の形態で例示する発光素子は電子輸送層側から発光層を通り抜けた電子が正孔輸送層に到達しても、正孔輸送層が抗還元物質を含んでいるため、正孔輸送層の劣化が抑制されている。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は高い信頼性を有する。
【０１７９】
また、本実施の形態で例示する発光素子は、発光色が異なる複数の発光層を積層した発光層を適用できるうえ、当該複数の発光層にキャリアの再結合領域が広がっている。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は、広い発光波長を有する発光素子に好適である。
【０１８０】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を用いて作製された発光装置について図１２および図１３を用いて説明する。なお、図１２（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図である。点線で示された４０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、４０２は画素部、４０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、４０４は封止基板、４０５はシール材であり、シール材４０５で囲まれた内側は、空間４０７になっている。
【０１８１】
なお、引き回し配線４０８はソース側駆動回路４０１及びゲート側駆動回路４０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）４０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
【０１８２】
次に、断面構造について図１２（Ｂ）を用いて説明する。基板４１０上には駆動回路部及び複数の画素を有する画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路４０１と画素部４０２に複数形成された画素のうち一つの画素が示されている。
【０１８３】
なお、ソース側駆動回路４０１はｎチャネル型ＴＦＴ４２３とｐチャネル型ＴＦＴ４２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路は、ＴＦＴで形成される種々のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。
【０１８４】
また、画素部４０２はスイッチング用ＴＦＴ４１１と、電流制御用ＴＦＴ４１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極４１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極４１３の端部を覆って絶縁物４１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
【０１８５】
また、カバレッジを良好なものとするため、絶縁物４１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物４１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物４１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物４１４として、光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
【０１８６】
第１の電極４１３上には、ＥＬ層４１６、および第２の電極４１７がそれぞれ形成されている。ここで、陽極として機能する第１の電極４１３に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）膜、または珪素を含有したインジウムスズ酸化物膜、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との３層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。
【０１８７】
第１の電極４１３と第２の電極４１７に挟まれたＥＬ層４１６は、実施の形態１乃至実施の形態３と同様に形成する。
【０１８８】
また、ＥＬ層４１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート法等の種々の方法により形成できる。
【０１８９】
さらに、ＥＬ層４１６上に形成される第２の電極４１７に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料（例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金や化合物、ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ）を用いることが好ましい。なお、ＥＬ層４１６で生じた光が陰極として機能する第２の電極４１７を透過させる場合には、第２の電極４１７として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）との積層を用いるのが良い。
【０１９０】
さらにシール材４０５で封止基板４０４を基板４１０と貼り合わせることにより、基板４１０、封止基板４０４、およびシール材４０５で囲まれた空間４０７に発光素子４１８が備えられた構造になっている。なお、空間４０７には、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材４０５で充填される構成も含むものとする。
【０１９１】
なお、シール材４０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、シール材４０５の材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板４０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステルまたはアクリル樹脂等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【０１９２】
以上のようにして、本発明の一態様の発光素子を用いて作製された発光装置を得ることができる。
【０１９３】
本発明の発光装置は、実施の形態１乃至実施の形態３で示した発光素子を用いているため、良好な特性を備えた発光装置を得ることができる。具体的には、発光効率の高い発光素子を有しているため、消費電力が低減され、さらに長時間駆動可能な発光装置を得ることができる。
【０１９４】
以上では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、この他、パッシブマトリクス型の発光装置であってもよい。図１３には本発明を適用して作製したパッシブマトリクス型の発光装置を示す。なお、図１３（Ａ）は、パッシブマトリクス型の発光装置を示す斜視図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）をＸ−Ｙで切断した断面図である。図１３において、基板９５１上には、電極９５２と電極９５６と、それらの間にＥＬ層９５５とが設けられている。電極９５２の端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。
【０１９５】
隔壁層９５４の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層９５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、クロストークに起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。
【０１９６】
電極９５２と電極９５６に挟まれたＥＬ層９５５は、実施の形態１乃至実施の形態３と同様に形成する。
【０１９７】
本発明の発光装置は、実施の形態１または実施の形態２で示した発光素子を用いているため、良好な特性を備えた発光装置を得ることができる。具体的には、発光効率の高い発光素子を有しているため、消費電力が低減され、さらに長時間駆動可能な発光装置を得ることができる。
【０１９８】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態４に示す発光装置を適用した電子機器について説明する。本発明の電子機器は、実施の形態１乃至は実施の形態３に示した発光素子を含み、消費電力が低減され、長時間駆動可能な表示部を有する。また、色再現性に優れた表示部を有する。
【０１９９】
本発明の一態様の発光素子を用いて作製された発光素子を有する電子機器として、ビデオカメラやデジタルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的には、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図１４に示す。
【０２００】
図１４（Ａ）は本発明に係るテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、実施の形態１乃至は実施の形態３で説明した発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高いという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は、高輝度の発光が可能であり、低消費電力化が図られている。また、信頼性に優れ、長期間の使用に耐えられる。本発明に係るテレビ装置は、低消費電力、高画質化が図られているので、それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
【０２０１】
図１４（Ｂ）は本発明に係るコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングデバイス９２０６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部９２０３は、実施の形態１乃至は実施の形態３で説明した発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高いという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９２０３も同様の特徴を有するため、高輝度の発光が可能であり、低消費電力化が図られている。また、信頼性に優れ、長期間の使用に耐えられる。本発明に係るコンピュータは、低消費電力、高画質化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。
【０２０２】
図１４（Ｃ）は本発明に係る携帯電話１０２０であり、筐体１０２１に組み込まれた表示部１０２２の他、操作ボタン１０２３、外部接続ポート１０２４、スピーカ１０２５、マイク１０２６などを備えている。表示部１０２２を指などで触れることで、情報を入力ことができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つ操作は、表示部１０２２を指などで触れることにより行うことができる。この携帯電話において、表示部１０２２は、実施の形態１乃至は実施の形態３で説明した発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高いという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部１０２２も同様の特徴を有するため、高輝度の発光が可能であり、低消費電力化が図られている。また、信頼性に優れ、長期間の使用に耐えられる。本発明に係る携帯電話は、低消費電力、高画質化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。
【０２０３】
図１４（Ｄ）は本発明に係るカメラであり、本体９５０１、表示部９５０２、筐体９５０３、外部接続ポート９５０４、リモコン受信部９５０５、受像部９５０６、バッテリー９５０７、音声入力部９５０８、操作キー９５０９、接眼部９５１０等を含む。このカメラにおいて、表示部９５０２は、実施の形態１乃至は実施の形態３で説明した発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、長時間駆動可能であるという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９５０２も同様の特徴を有するため、高輝度の発光が可能であり、低消費電力化が図られている。また、信頼性に優れ、長期間の使用に耐えられる。本発明に係るカメラは、低消費電力、高画質化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。
【０２０４】
以上の様に、本発明の発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明の一態様の発光素子を用いることにより、発光効率が高く、長時間駆動可能であり、消費電力の低減された表示部を有する電子機器を提供することが可能となる。
【０２０５】
また、本発明の発光装置は、照明装置として用いることもできる。本発明の発光素子を照明装置として用いる一態様を、図１５を用いて説明する。
【０２０６】
図１５は、本発明の発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図１５に示した液晶表示装置は、筐体９６０１、液晶層９６０２、バックライト９６０３、筐体９６０４を有し、液晶層９６０２は、ドライバーＩＣ９６０５と接続されている。また、バックライト９６０３は、本発明の発光装置が用いられており、端子９６０６により、電流が供給されている。
【０２０７】
本発明の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、発光効率が高く、消費電力の低減されたバックライトが得られる。また、本発明の発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、本発明の発光装置は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。また、本発明の発光装置は高輝度の発光が可能であるため、本発明の発光装置を用いた液晶表示装置も高輝度の発光が可能である。
【０２０８】
図１６は、本発明を適用した発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図１６に示す電気スタンドは、筐体２００１と、光源２００２を有し、光源２００２として、本発明の発光装置が用いられている。本発明の発光装置は、発光効率が高く、長時間駆動可能であり、また低消費電力であるため、電気スタンドも発光効率が高く、長時間駆動可能であり、また低消費電力である。
【０２０９】
図１７は、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた例である。
【０２１０】
本発明の発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、本発明の発光装置は、薄型で低消費電力であるため、薄型化、低消費電力化の照明装置として用いることが可能となる。このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた部屋に、図１４（Ａ）で説明したような、本発明に係るテレビ装置３００２を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。このような場合、両装置は低消費電力であるので、電気料金を心配せずに、明るい部屋で迫力のある映像を鑑賞することができる。また、本発明の発光装置を適用した照明装置は、信頼性に優れ、長期間の使用に耐えられる。
【実施例１】
【０２１１】
本発明の一態様の発光素子の作製方法および素子特性の測定結果を示す。作製した発光素子の概要を表１に示す。
【０２１２】
【表１】
【０２１３】
また、本実施例で用いる有機化合物のＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を表２に示す。なお、ここでは、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定から求めたＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を記載する。サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定からＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を決定する方法を後述の実施例２に例示する。
【０２１４】
【表２】
【０２１５】
また、本実施例で用いる有機化合物の構造式を以下に示す。
【０２１６】
【化１】
【化２】
【０２１７】
（発光素子１の作製）
本実施例で示す発光素子１の素子構造を図６（Ａ）に、バンド構造の一部を図６（Ｂ）に示す。発光素子１は第１の電極１５０２上に複数の層が積層されたＥＬ層１５０３を形成する。本実施例において、ＥＬ層１５０３は、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３（第１の発光層１５１３ａ、及び第２の発光層１５１３ｂ）、電子輸送層１５１４、電子注入層１５１５が順次積層された構造を有する。
【０２１８】
また、本実施例の発光素子１の電子輸送層１５１４は、第１の電子輸送層１５１４ａ及び第２の電子輸送層１５１４ｂの２層からなる。発光素子１が有する正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂ及び、第１の電子輸送層１５１４ａについて、各層が有するバンドの相関を図６（Ｂ）に示す。
【０２１９】
発光素子１では、同一の有機材料（ＰＣｚＰＡ）を正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂのホスト材料として用いる。すなわち、これらの層は同じＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位を有する。第１の発光層１５１３ａが含む発光物質のＨＯＭＯ準位はそのホスト材料のＨＯＭＯ準位と概略等しい。第２の発光層１５１３ｂが含む発光物質のＨＯＭＯ準位はそのホスト材料のＨＯＭＯ準位より、０．５０ｅＶ浅く、正孔の捕獲準位を形成する。
【０２２０】
次に、発光素子１の作製方法について説明する。まず、ガラス基板１５０１上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＳＯ）をスパッタリング法にて成膜し、第１の電極１５０２を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
【０２２１】
第１の電極１５０２が形成された面が下方となるように、第１の電極１５０２が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、装置のチャンバー内を１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極１５０２上に正孔輸送層１５１２を形成した。正孔輸送層１５１２は、９−フェニル−３−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＰＣｚＰＡ）と酸化モリブデン（ＶＩ）を共蒸着した膜からなり、その膜厚は５０ｎｍとした。ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で４：１（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように蒸着レートを調節した。なお、共蒸着とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
【０２２２】
次に、正孔輸送層１５１２上に、第１の発光層１５１３ａを形成した。第１の発光層１５１３ａは、ＰＣｚＰＡとＮ，Ｎ’−ジフェニルキナクリドン（略称：ＤＰＱｄ）を共蒸着した膜からなり、その膜厚は２０ｎｍとした。ＰＣｚＰＡとＤＰＱｄとの重量比は、１：０．０２（＝ＰＣｚＰＡ：ＤＰＱｄ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２２３】
次に、第１の発光層１５１３ａ上に、第２の発光層１５１３ｂを形成した。第２の発光層１５１３ｂはＰＣｚＰＡと、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）を共蒸着した膜からなり、その膜厚は３０ｎｍとした。ＰＣｚＰＡと２ＰＣＡＰＡの重量比は、１：０．０４（＝ＰＣｚＰＡ：２ＰＣＡＰＡ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２２４】
さらに、第２の発光層１５１３ｂ上に、電子輸送層１５１４を形成した。電子輸送層１５１４は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ）を１０ｎｍ、その上にバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜した積層膜からなる。
【０２２５】
電子輸送層１５１４上に、電子注入層１５１５を形成した。電子注入層１５１５は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）からなり、その膜厚を１ｎｍとした。
【０２２６】
最後に、電子注入層１５１５上に第２の電極１５０４を形成した。第２の電極１５０４は、アルミニウムからなり、その膜厚を２００ｎｍとして発光素子１を作製した。
【０２２７】
以上により得られた本発明の発光素子１を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、この発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０２２８】
発光素子１の電流密度−輝度特性を図８に示す。また、電圧−輝度特性を図９に示す。また、輝度−電流効率特性を図１０に示す。また、初期輝度を約５０００ｃｄ／ｍ２としたときの発光素子１の規格化輝度時間変化を図１１に示す。
【０２２９】
発光素子１は、輝度１０００ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．２７、ｙ＝０．６５）であり、緑色の発光を示した。また、輝度１０００ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は１８．８ｃｄ／Ａであり、電圧は４．４Ｖ、電流密度は、４１．７ｍＡ／ｃｍ２であった。また、図１１から、発光素子１は、４００時間後でも初期輝度の９２％の輝度を保っており、長寿命な発光素子であることがわかる。
【０２３０】
以上のように、本発明を適用することにより、効率の良い長寿命な発光素子が得られた。
【０２３１】
（発光素子２の作製）
本実施例で示す発光素子２の素子構造を図６（Ａ）に、バンド構造の一部を図６（Ｃ）に示す。発光素子２が有する第２の発光層１５１３ｂのホスト材料は、発光素子１が有する第２の発光層１５１３ｂのホスト材料と異なる。それ以外は発光素子１と同じ構成を有するためここでは詳細な説明を省略する。
【０２３２】
また、本実施例の発光素子２の電子輸送層１５１４は２層からなる。発光素子２が有する正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂ及び、第１の電子輸送層１５１４ａについて、各層が有するバンドの相関を図６（Ｃ）に示す。
【０２３３】
発光素子２はほぼ同じＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位を有する有機材料を用いて、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３（第１の発光層１５１３ａ、及び第２の発光層１５１３ｂ）を形成した。第１の発光層１５１３ａが含む発光物質のＨＯＭＯ準位はそのホスト材料のＨＯＭＯ準位と概略等しい。第２の発光層１５１３ｂが含む発光物質のＨＯＭＯ準位はそのホスト材料のＨＯＭＯ準位より、０．５０ｅＶ浅く、正孔の捕獲準位を形成する。
【０２３４】
次に、発光素子２の作製方法について説明する。発光素子１と同様の基板を用い、第１の電極１５０２上に正孔輸送層１５１２を形成した。正孔輸送層１５１２は、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）を共蒸着した膜からなり、その膜厚は５０ｎｍとした。ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で４：１（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように蒸着レートを調節した。
【０２３５】
次に、正孔輸送層１５１２上に、第１の発光層１５１３ａを形成した。第１の発光層１５１３ａは、ＰＣｚＰＡとＤＰＱｄを共蒸着した膜からなり、その膜厚は３０ｎｍとした。ＰＣｚＰＡとＤＰＱｄとの重量比は、１：０．０２（＝ＰＣｚＰＡ：ＤＰＱｄ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２３６】
次に、第１の発光層１５１３ａ上に、第２の発光層１５１３ｂを形成した。第２の発光層１５１３ｂは９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）と２ＰＣＡＰＡを共蒸着した膜からなり、その膜厚は３０ｎｍとした。ＣｚＰＡと２ＰＣＡＰＡの重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：２ＰＣＡＰＡ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２３７】
さらに、第２の発光層１５１３ｂ上に、電子輸送層１５１４を形成した。電子輸送層１５１４は、第１の電子輸送層１５１４ａ及び第２の電子輸送層１５１４ｂの２層からなる。第１の電子輸送層１５１４ａとしてトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）を１０ｎｍ、その上に第２の電子輸送層１５１４ｂとしてバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜した。
【０２３８】
電子輸送層１５１４上に、電子注入層１５１５を形成した。電子注入層１５１５は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）からなり、その膜厚を１ｎｍとした。
【０２３９】
最後に、電子注入層１５１５上に第２の電極１５０４を形成した。第２の電極１５０４は、アルミニウムからなり、その膜厚を２００ｎｍとして発光素子２を作製した。
【０２４０】
以上により得られた本発明の発光素子２を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、この発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０２４１】
発光素子２の電流密度−輝度特性を図８に示す。また、電圧−輝度特性を図９に示す。また、輝度−電流効率特性を図１０に示す。また、初期輝度を約５０００ｃｄ／ｍ２としたときの発光素子２の規格化輝度時間変化を図１１に示す。
【０２４２】
発光素子２は、輝度１０００ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．３２、ｙ＝０．６０）であり、緑色の発光を示した。また、輝度１０００ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は１３．３ｃｄ／Ａであり、電圧は４．２Ｖ、電流密度は、７．４ｍＡ／ｃｍ２であった。また、図１１から、発光素子２は、２００時間後でも初期輝度の９７％の輝度を保っており、長寿命な発光素子であることがわかる。
【０２４３】
以上のように、本発明を適用することにより、効率の良い長寿命な発光素子が得られた。
【０２４４】
（発光素子３の作製）
本実施例で示す発光素子３の素子構造を図７（Ａ）に、バンド構造の一部を図７（Ｂ）に示す。発光素子３は第１の電極１５０２上に複数の層が積層されたＥＬ層１５０３を形成する。本実施例において、ＥＬ層１５０３は、正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂ、第３の発光層１５１３ｃ、電子輸送層１５１４、電子注入層１５１５が順次積層された構造を有する。
【０２４５】
また、本実施例の電子輸送層１５１４は、第１の電子輸送層１５１４ａ及び第２の電子輸送層１５１４ｂの２層からなる。発光素子３が有する正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂ、第３の発光層１５１３ｃ、及び第１の電子輸送層１５１４ａについて、各層が有するバンドの相関を図７（Ｂ）に示す。
【０２４６】
発光素子３はほぼ同じＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位を有する有機材料を用いて、正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂ、第３の発光層１５１３ｃを形成した。第１の発光層１５１３ａが含む発光物質のＨＯＭＯ準位はそのホスト材料のＨＯＭＯ準位と概略等しい。第２の発光層１５１３ｂが含む発光物質のＨＯＭＯ準位はそのホスト材料のＨＯＭＯ準位より０．３８ｅＶ浅く、第３の発光層１５１３ｃが含む発光物質のＨＯＭＯ準位はそのホスト材料のＨＯＭＯ準位より０．６１ｅＶ高く、それぞれ正孔の捕獲準位を形成する。
【０２４７】
次に、発光素子３の作製方法について説明する。発光素子１と同様の基板を用い、第１の電極１５０２上に正孔輸送層１５１２を形成した。正孔輸送層１５１２は、ＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）を共蒸着した膜からなり、その膜厚は５０ｎｍとした。ＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で４：２（＝ＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように蒸着レートを調節した。
【０２４８】
次に、正孔輸送層１５１２上に、第１の発光層１５１３ａを形成した。第１の発光層１５１３ａは、ＰＣｚＰＡとＤＰＱｄを共蒸着した膜からなり、その膜厚は３０ｎｍとした。ＰＣｚＰＡとＤＰＱｄとの重量比は、１：０．０２（＝ＰＣｚＰＡ：ＤＰＱｄ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２４９】
次に、第１の発光層１５１３ａ上に、第２の発光層１５１３ｂを形成した。第２の発光層１５１３ｂは３−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−９−フェニル−９Ｈ−カルパゾール（略称：２ＰＣｚＰＡ）と２ＰＣＡＰＡを共蒸着した膜からなり、その膜厚は２０ｎｍとした。２ＰＣｚＰＡと２ＰＣＡＰＡの重量比は、１：０．０５（＝２ＰＣｚＰＡ：２ＰＣＡＰＡ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２５０】
次に、第２の発光層１５１３ｂ上に、第３の発光層１５１３ｃを形成した。第３の発光層１５１３ｃはＣｚＰＡと９，１０−ジフェニル−２−（Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン−Ｎ−イル）アントラセン（略称：２ＤＰＡＰＡ）を共蒸着した膜からなり、その膜厚は３０ｎｍとした。ＣｚＰＡと２ＤＰＡＰＡの重量比は、１：０．０４（＝ＣｚＰＡ：２ＤＰＡＰＡ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２５１】
さらに、第３の発光層１５１３ｃ上に、電子輸送層１５１４を形成した。電子輸送層１５１４は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）を１０ｎｍ、その上にバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜した積層膜からなる。
【０２５２】
電子輸送層１５１４上に、電子注入層１５１５を形成した。電子注入層１５１５は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）からなり、その膜厚を１ｎｍとした。
【０２５３】
最後に、電子注入層１５１５上に第２の電極１５０４を形成した。第２の電極１５０４は、アルミニウムからなり、その膜厚を２００ｎｍとして発光素子３を作製した。
【０２５４】
以上により得られた本発明の発光素子３を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、この発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０２５５】
発光素子３の電流密度−輝度特性を図８に示す。また、電圧−輝度特性を図９に示す。また、輝度−電流効率特性を図１０に示す。また、初期輝度を約５０００ｃｄ／ｍ２としたときの発光素子３の規格化輝度時間変化を図１１に示す。
【０２５６】
発光素子３は、輝度１０００ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．３０、ｙ＝０．６１）であり、緑色の発光を示した。また、輝度１０００ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は１４．６ｃｄ／Ａであり、電圧は４．６Ｖ、電流密度は、６．１ｍＡ／ｃｍ２であった。また、図１１から、発光素子３は、４００時間後でも初期輝度の８７％の輝度を保っており、長寿命な発光素子であることがわかる。
【０２５７】
以上のように、本発明を適用することにより、効率の良い長寿命な発光素子が得られた。
【実施例２】
【０２５８】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子に用いる材料のＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位の測定方法について説明する。
【０２５９】
ここでは、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定から、ＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を測定する方法の一態様について説明する。
【０２６０】
酸化還元反応特性をサイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって調べた。測定には、電気化学アナライザー（ビー・エー・エス（株）製、型番：ＡＬＳモデル６００Ａまたは６００Ｃ）を用いた。
【０２６１】
また、作用電極としては白金電極（ビー・エー・エス（株）製、ＰＴＥ白金電極）を、補助電極としては白金電極（ビー・エー・エス（株）製、ＶＣ−３用Ｐｔカウンター電極（５ｃｍ））を、参照電極としてはＡｇ／Ａｇ＋電極（ビー・エー・エス（株）製、ＲＥ７非水溶媒系参照電極）をそれぞれ用いた。なお、測定は室温（２０〜２５℃）で行った。また、ＣＶ測定時のスキャン速度は、０．１Ｖ／ｓｅｃに統一した。
【０２６２】
なお、ＣＶ測定における試料溶液は、溶媒として脱水ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）（（株）アルドリッチ製、９９．８％、カタログ番号；２２７０５−６）を用い、支持電解質である過塩素酸テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム（ｎ−Ｂｕ４ＮＣｌＯ４）（（株）東京化成製、カタログ番号；Ｔ０８３６）を１００ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させ、さらに測定対象を２ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させて調製した。
【０２６３】
（参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーの算出）
測定に用いる参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）の真空準位に対するポテンシャルエネルギー（ｅＶ）を算出する方法について説明する。なお、参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、Ａｇ／Ａｇ＋電極のフェルミ準位に相当する。
【０２６４】
参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、その参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）を用いて真空準位からのポテンシャルエネルギーが既知の物質を測定した値から、算出すればよい。
【０２６５】
具体的には、標準水素電極の真空準位からのポテンシャルエネルギーは−４．４４ｅＶであることが知られている（参考文献；大西敏博・小山珠美著、高分子ＥＬ材料（共立出版）、ｐ．６４−６７）。また、メタノール中におけるフェロセンの酸化還元電位は、標準水素電極に対して＋０．６１０［Ｖ ｖｓ． ＳＨＥ］であることが知られている（参考文献；ＣｈｒｉｓｔｉａｎＲ．Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ ｅｔ ａｌ．， Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．， Ｖｏｌ．１２４， Ｎｏ．１，８３−９６， ２００２）。従って、フェロセンの酸化還元電位は真空準位に対して−４．４４−０．６１＝−５．０５［ｅＶ］である。
【０２６６】
一例として、本実施例で用いる参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）を用いてメタノール中におけるフェロセンの酸化還元電位を求めたところ、＋０．１１Ｖ［ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］であった。従って、本実施例で用いる参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）の真空準位からのポテンシャルエネルギーは−５．０５＋０．１１＝−４．９４［ｅＶ］であると算出できる。
【０２６７】
（ＨＯＭＯ準位の算出）
参照電極に対する作用電極の電位を正の値の範囲で走査し、前述の要領で調整した試料溶液をＣＶ測定する。ここでの正の値の範囲は、酸化反応が起こる範囲であって、代表的には試料の一電子酸化が起こる範囲とする。
【０２６８】
ＣＶ測定から酸化ピーク電位Ｅｐａ、及び還元ピーク電位Ｅｐｃを求め、半波電位（ＥｐａとＥｐｃの中間の電位）を算出する。半波電位の値（Ｅｐａ＋Ｅｐｃ）／２［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］は、参照電極を基準として、作用電極上で酸化反応に要する電気エネルギーを測定した値である。従って、真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４−（Ｅｐａ＋Ｅｐｃ）／２［ｅＶ］となる。
【０２６９】
（ＬＵＭＯ準位の算出）
参照電極に対する作用電極の電位を負の値の範囲で走査し、前述の要領で調整した試料溶液をＣＶ測定する。ここでの負の値の範囲は、還元反応が起こる範囲であって、代表的には試料の一電子還元が起こる範囲とする。
【０２７０】
ＣＶ測定から還元ピーク電位Ｅｐｃ、及び酸化ピーク電位Ｅｐａを求め、半波電位（ＥｐｃとＥｐａの中間の電位）を算出する。半波電位の値（Ｅｐａ＋Ｅｐｃ）／２［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］は、参照電極を基準として、作用電極上で還元反応に要する電気エネルギーを測定した値である。従って、真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４−（Ｅｐａ＋Ｅｐｃ）／２［ｅＶ］となる。
【０２７１】
なお、本発明の一態様の発光素子に用いる材料のＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位を、光電子分光装置（理研計器社製、ＡＣ−２）を用いて測定することもできる。光電子分光装置（理研計器社製、ＡＣ−２）を用いて大気中にて薄膜試料のＨＯＭＯ準位を測定する。また、紫外可視分光光度計（日本分光株式会社製、Ｖ５５０型）を用いて薄膜試料の吸収スペクトルを測定し、吸収スペクトルをＴａｕｃプロットして吸収端を求め、吸収端から固体状態のエネルギーギャップを見積もる。そして、ＨＯＭＯ準位にエネルギーギャップを加えてＬＵＭＯ準位を見積もることができる。
【実施例３】
【０２７２】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子における正孔と電子の再結合領域を計算した結果を説明する。
【０２７３】
本実施例で計算した発光素子の構成を図１８（Ａ）に示す。本実施例の発光素子は第１の電極１０１と、第２の電極１０２と、ＥＬ層１０３を有する。第１の電極１０１は基板１００上に形成されている。また、第１の電極１０１は陽極として機能し、第２の電極１０２が陰極として機能する。
【０２７４】
ＥＬ層１０３は正孔輸送層１１２と、第１の発光層１１３ａと、第２の発光層１１３ｂと、電子輸送層１１４を有する。正孔輸送層１１２は、陽極として機能する電極と第１の発光層１１３ａの間にあって、陽極及び第１の発光層１１３ａの陽極側の面に接している。第２の発光層１１３ｂは、第１の発光層１１３ａと陰極として機能する電極の間にあって、第１の発光層１１３ａの陰極側の面に接している。電子輸送層１１４は、第２の発光層１１３ｂと陰極として機能する電極の間にあって、第２の発光層１１３ｂの陰極側の面及び陰極として機能する電極に接している。
【０２７５】
次に、本実施例の発光素子を構成するＥＬ層について、各層が有するバンドの相関を図１８（Ｂ）に示す。
【０２７６】
本実施例で例示する発光素子の第１の電極１０１の仕事関数１０１Ｗは−５．３ｅＶとした。また、第２の電極１０２の仕事関数１０２Ｗは−３．２ｅＶとした。
【０２７７】
正孔輸送層１１２が含む第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位１２１（ＨＯＭＯＨＴＬ）、第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ａ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）及び、第２の発光層１１３ｂが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ｂ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）は−５．６ｅＶとした。なお、第１の発光層１１３ａが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ａ（ＨＯＭＯＥＭ１）及び第２の発光層１１３ｂが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ｂ（ＨＯＭＯＥＭ２）も、図１８（Ｂ）に図示する。
【０２７８】
また、正孔輸送層１１２が含む第１の有機化合物のＬＵＭＯ準位１２２（ＬＵＭＯＨＴＬ）、第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＬＵＭＯ準位１３２ａ（ＬＵＭＯＨＯＳＴ１）及び、第２の発光層１１３ｂが含むホスト材料のＬＵＭＯ準位１３２ｂ（ＬＵＭＯＨＯＳＴ２）は−２．７ｅＶとした。
【０２７９】
なお、正孔輸送層１１２、第１の発光層１１３ａ及び、第２の発光層１１３ｂにおける電子の移動度を１×１０−７ｃｍ２／Ｖｓとし、正孔の移動度を１×１０−５ｃｍ２／Ｖｓとした。また、正孔輸送層１１２が有する正孔の濃度を１×１０１６／ｃｍ３とした。
【０２８０】
一方、電子輸送層１１４のＨＯＭＯ準位１４１（ＨＯＭＯＥＴＬ）は−５．８ｅＶとし、ＬＵＭＯ準位１４２（ＬＵＭＯＥＴＬ）は−２．９ｅＶとした。また、電子輸送層１１４における正孔の移動度を１．５×１０−７ｃｍ２／Ｖｓとし、電子の移動度を１．５×１０−５ｃｍ２／Ｖｓとした。また、電子輸送層１１４が有する電子の濃度を１×１０１６／ｃｍ３とした。
【０２８１】
また、第１の発光層１１３ａ及び、第２の発光層１１３ｂが有する正孔捕獲準位の濃度を１×１０１９／ｃｍ３とした。
【０２８２】
なお、第１の電極１０１に比べて第２の電極１０２を１０Ｖ低い電位とした。
【０２８３】
上記の構成を有する発光素子について、デバイスシミュレータＡｔｌａｓ（Ｓｉｌｖａｃｏ Ｄａｔａ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．）を用いてシミュレーションを行い、ＥＬ層中の正孔と電子の再結合確率の分布を算出した。シミュレーションでは再結合が生じる位置を発光領域とみなすことができる。第１の発光層１１３ａが有する正孔捕獲準位の深さＥｔｒａｐ＿ＥＭ１（｜ＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＭＯＨＯＳＴ１｜）と、第２の発光層１１３ｂが有する正孔捕獲準位の深さＥｔｒａｐ＿ＥＭ２（｜ＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＭＯＨＯＳＴ２｜）に、０．１ｅＶから０．４ｅＶまでの４種類の値をそれぞれあてはめ、計１６種類の組み合わせについて計算を行った。
【０２８４】
なお、計算結果は図１８（Ｃ）に示す模式図のごとく、第１の電極１０１の表面からの距離に対して、正孔と電子の再結合確率をプロットして示す。また図１８（Ｃ）には、正孔輸送層１１２、第１の発光層１１３ａ、第２の発光層１１３ｂ、及び電子輸送層１１４の位置が、矢印および点線によって図示されている。
【０２８５】
図１９に、１６種類の組み合わせについて行った計算結果を示す。なお、第１の発光層１１３ａが有する正孔捕獲準位の深さに比べ、第２の発光層１１３ｂが有する正孔捕獲準位が深い組み合わせについて、太い線で囲んで示す。
【０２８６】
第１の発光層１１３ａが有する正孔捕獲準位の深さに比べ、第２の発光層１１３ｂが有する正孔捕獲準位が深い組み合わせにおいて、正孔と電子の再結合確率が第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂに広く分布し、発光領域が発光層全体に広がることが確認できた。例えば、第１の発光層１１３ａが有する正孔捕獲準位の深さが０．１ｅＶの場合、第２の発光層１１３ｂが有する正孔捕獲準位を深くするにつれて、第２の発光層１１３ｂと電子輸送層１１４の間における正孔と電子の再結合確率が小さく抑制され、発光層での再結合が増加する様子が確認された。これは第２の発光層１１３ｂの正孔捕獲準位が深くなるに従って発光層を通り抜けて電子輸送層側に到達する正孔が少なくなることを表している。このように、本実施例の素子構成は、発光領域を発光層全体に広げて発光効率を高めつつ、電子輸送層に到達する正孔による電子輸送層の劣化を防ぐ効果を有することが確認できた。
【実施例４】
【０２８７】
本実施例で作製した発光素子、及び比較素子の概要を表３に示す。
【０２８８】
【表３】
【０２８９】
なお、本実施例で用いる有機化合物の構造式を以下に示す。
【０２９０】
【化３】
【０２９１】
また、本実施例で用いた有機化合物のＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を表４に示す。なお、ＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位は実施例２に記載したサイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定から求めた。
【０２９２】
【表４】
【０２９３】
（発光素子４の作製）
本実施例で作製した発光素子４の素子構造を図２０（Ａ）に、バンド構造の一部を図２０（Ｂ）に示す。発光素子４は第１の電極１５０２上に複数の層が積層されたＥＬ層１５０３を有する。本実施例の発光素子４のＥＬ層１５０３は、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３、電子輸送層１５１４、並びに電子注入層１５１５が順次積層された構造を有する。なお、発光層１５１３は第１の発光層１５１３ａに第２の発光層１５１３ｂを積層した構成を備え、電子輸送層１５１４は第１の電子輸送層１５１４ａに第２の電子輸送層１５１４ｂを積層した構成を備える。
【０２９４】
発光素子４が備える各層のバンドの相関を説明するために、正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂ、並びに第１の電子輸送層１５１４ａのＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を図２０（Ｂ）に示す。なお、発光素子４の正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、及び第２の発光層１５１３ｂは共通のホスト材料を含む。共通のホスト材料として、ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩを用いた。
【０２９５】
第１の発光層１５１３ａは、ホスト材料に発光物質としてＩｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２ｄｐｍが分散されている。発光物質のＨＯＭＯ準位（−５．５０ｅＶ）は、ホスト材料のＨＯＭＯ準位（−６．２４ｅＶ）に比べて浅いため、０．７４ｅＶの大きさの正孔の捕獲準位が第１の発光層１５１３ａに形成される。
【０２９６】
また、第２の発光層１５１３ｂは、ホスト材料に発光物質としてＩｒ（２ｐｈｑ）３が分散されている。発光物質のＨＯＭＯ準位（−５．４３ｅＶ）は、ホスト材料のＨＯＭＯ準位（−６．２４ｅＶ）に比べて浅いため、０．８１ｅＶの正孔の捕獲準位が第２の発光層１５１３ｂに形成される。依って、第１の発光層は第２の発光層より正孔を捕獲する力が弱く、第１の発光層の正孔輸送性は第２の発光層より高い。
【０２９７】
次に、発光素子４の作製方法について説明する。発光素子１と同様に、ガラス基板１５０１に設けられた第１の電極１５０２上に正孔輸送層１５１２を形成した。正孔輸送層１５１２はｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩと酸化モリブデン（ＶＩ）を、５０ｎｍの膜厚となるように共蒸着して形成した。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で４：２（＝ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ：酸化モリブデン）となるように蒸着レートを調節した。
【０２９８】
次に、第１の発光層１５１３ａを正孔輸送層１５１２上に形成した。第１の発光層１５１３ａは、ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２ｄｐｍを、２０ｎｍの膜厚となるように共蒸着して形成した。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２ｄｐｍとの重量比は、１：０．０５（＝ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２ｄｐｍ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２９９】
次に、第１の発光層１５１３ａ上に、第２の発光層１５１３ｂを形成した。第２の発光層１５１３ｂはｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（２ｐｈｑ）３を、３０ｎｍの膜厚となるように共蒸着して作製した。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（２ｐｈｑ）３の重量比は、１：０．０４（＝ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ：Ｉｒ（２ｐｈｑ）３）となるように蒸着レートを調節した。
【０３００】
さらに、第２の発光層１５１３ｂ上に、電子輸送層１５１４を形成した。電子輸送層１５１４は、第１の電子輸送層１５１４ａ及び第２の電子輸送層１５１４ｂの２層からなる。なお、第１の電子輸送層１５１４ａとしてトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）を１０ｎｍ、その上に第２の電子輸送層１５１４ｂとしてバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜した。
【０３０１】
電子輸送層１５１４上に、電子注入層１５１５を形成した。電子注入層１５１５としてフッ化リチウム（ＬｉＦ）を、１ｎｍの膜厚となるように蒸着した。
【０３０２】
最後に、電子注入層１５１５上に第２の電極１５０４を形成した。第２の電極１５０４としてアルミニウムを、２００ｎｍの膜厚となるよう蒸着して発光素子４を作製した。
【０３０３】
以上により得られた発光素子４を大気に曝さないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した後、この発光素子４の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０３０４】
（発光素子５の作製）
本実施例で作製した発光素子５の素子構造を図２０（Ａ）に、バンド構造の一部を図２０（Ｃ）に示す。発光素子５は第１の電極１５０２上に複数の層が積層されたＥＬ層１５０３を有する。本実施例の発光素子５のＥＬ層１５０３は、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３、電子輸送層１５１４、並びに電子注入層１５１５が順次積層された構造を有する。なお、発光層１５１３は第１の発光層１５１３ａに第２の発光層１５１３ｂを積層した構成を備え、電子輸送層１５１４は第１の電子輸送層１５１４ａに第２の電子輸送層１５１４ｂを積層した構成を備える。
【０３０５】
発光素子５が備える各層のバンドの相関を説明するために、正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂ、並びに第１の電子輸送層１５１４ａのＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を図２０（Ｃ）に示す。なお、発光素子５は正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、及び第２の発光層１５１３ｂは共通のホスト材料を含む。共通のホスト材料として、ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩを用いた。
【０３０６】
第１の発光層１５１３ａは、ホスト材料に発光物質としてＩｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２ｄｐｍが分散されている。発光物質のＨＯＭＯ準位（−５．５０ｅＶ）は、ホスト材料のＨＯＭＯ準位（−６．２４ｅＶ）に比べて浅いため、０．７４ｅＶの大きさの正孔の捕獲準位が第１の発光層１５１３ａに形成される。
【０３０７】
また、第２の発光層１５１３ｂは、ホスト材料に発光物質としてＩｒ（ｐｐｙ）３が分散されている。発光物質のＨＯＭＯ準位（−５．３２ｅＶ）は、ホスト材料のＨＯＭＯ準位（−６．２４ｅＶ）に比べて浅いため、０．９２ｅＶの正孔の捕獲準位が第２の発光層１５１３ｂに形成される。依って、第１の発光層は第２の発光層より正孔を捕獲する力が弱く、第１の発光層の正孔輸送性は第２の発光層より高い。
【０３０８】
次に、発光素子５の作製方法について説明する。発光素子５は、上述の発光素子４と第２の発光層１５１３ｂの構成のみが異なる構成を有する。よって、ここでは第２の発光層１５１３ｂの作製方法のみを説明し、他の構成については、発光素子４の作製方法の記載を参酌することがきる。
【０３０９】
第１の発光層１５１３ａ上に、第２の発光層１５１３ｂを形成した。第２の発光層１５１３ｂはｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（ｐｐｙ）３を、３０ｎｍの膜厚となるように共蒸着して作製した。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（ｐｐｙ）３の重量比は、１：０．０４（＝ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）となるように蒸着レートを調節した。
【０３１０】
以上により得られた発光素子５を大気に曝さないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した後、この発光素子５の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０３１１】
（比較素子１の作製）
本実施例で作製した比較素子１の素子構造を図２１（Ａ）に、バンド構造の一部を図２１（Ｂ）に示す。比較素子１は第１の電極１５０２上に複数の層が積層されたＥＬ層１５０３を有する。比較素子１のＥＬ層１５０３は、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３ｂ、電子輸送層１５１４、並びに電子注入層１５１５が順次積層された構造を有する。なお、発光層１５１３ｂは一層のみからなり、電子輸送層１５１４は第１の電子輸送層１５１４ａに第２の電子輸送層１５１４ｂを積層した構成を備える。
【０３１２】
比較素子１が備える各層のバンドの相関を説明するために、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３ｂ、並びに第１の電子輸送層１５１４ａのＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を図２１（Ｂ）に示す。なお、比較素子１の正孔輸送層１５１２、並びに発光層１５１３ｂは共通のホスト材料を含む。共通のホスト材料として、ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩを用いた。
【０３１３】
発光層１５１３ｂは、ホスト材料に発光物質としてＩｒ（２ｐｈｑ）３が分散されている。発光物質のＨＯＭＯ準位（−５．４３ｅＶ）は、ホスト材料のＨＯＭＯ準位（−６．２４ｅＶ）に比べて浅いため、０．８１ｅＶの正孔の捕獲準位が発光層１５１３ｂに形成される。
【０３１４】
次に、比較素子１の作製方法について説明する。発光素子１と同様に、基板に設けられた第１の電極１５０２上に正孔輸送層１５１２を形成した。正孔輸送層１５１２はｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩと酸化モリブデン（ＶＩ）を、７０ｎｍの膜厚となるように共蒸着して形成した。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で４：２（＝ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ：酸化モリブデン）となるように蒸着レートを調節した。
【０３１５】
次に、正孔輸送層１５１２上に、発光層１５１３ｂを形成した。発光層１５１３ｂはｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（２ｐｈｑ）３を、３０ｎｍの膜厚となるように共蒸着して作製した。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（２ｐｈｑ）３の重量比は、１：０．０４（＝ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ：Ｉｒ（２ｐｈｑ）３）となるように蒸着レートを調節した。
【０３１６】
さらに、発光層１５１３ｂ上に、電子輸送層１５１４を形成した。電子輸送層１５１４は、第１の電子輸送層１５１４ａ及び第２の電子輸送層１５１４ｂの２層からなる。なお、第１の電子輸送層１５１４ａとしてトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）を１０ｎｍ、その上に第２の電子輸送層１５１４ｂとしてバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜した。
【０３１７】
電子輸送層１５１４上に、電子注入層１５１５を形成した。電子注入層１５１５としてフッ化リチウム（ＬｉＦ）を、１ｎｍの膜厚となるように蒸着した。
【０３１８】
最後に、電子注入層１５１５上に第２の電極１５０４を形成した。第２の電極１５０４としてアルミニウムを、２００ｎｍの膜厚となるよう蒸着して比較素子１を作製した。
【０３１９】
以上により得られた比較素子１を大気に曝さないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した後、この比較素子１の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０３２０】
（比較素子２の作製）
本実施例で作製した比較素子２の素子構造を図２１（Ａ）に、バンド構造の一部を図２１（Ｃ）に示す。比較素子２は第１の電極１５０２上に複数の層が積層されたＥＬ層１５０３を有する。比較素子２のＥＬ層１５０３は、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３ｂ、電子輸送層１５１４、並びに電子注入層１５１５が順次積層された構造を有する。なお、発光層１５１３ｂは一層のみからなり、電子輸送層１５１４は第１の電子輸送層１５１４ａに第２の電子輸送層１５１４ｂを積層した構成を備える。
【０３２１】
比較素子２が備える各層のバンドの相関を説明するために、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３ｂ、並びに第１の電子輸送層１５１４ａのＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を図２１（Ｃ）に示す。なお、比較素子２の正孔輸送層１５１２、並びに発光層１５１３ｂは共通のホスト材料を含む。共通のホスト材料として、ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩを用いた。
【０３２２】
発光層１５１３ｂは、ホスト材料に発光物質としてＩｒ（ｐｐｙ）３が分散されている。発光物質のＨＯＭＯ準位（−５．３２ｅＶ）は、ホスト材料のＨＯＭＯ準位（−６．２４ｅＶ）に比べて浅いため、０．９２ｅＶの正孔の捕獲準位が発光層１５１３ｂに形成される。
【０３２３】
次に、比較素子２の作製方法について説明する。比較素子２は、上述の比較素子１と第２の発光層１５１３ｂの構成のみが異なる構成を有する。よって、ここでは第２の発光層１５１３ｂの作製方法のみを説明し、他の構成については、比較素子１の作製方法の記載を参酌することがきる。
【０３２４】
正孔輸送層１５１２上に、発光層１５１３ｂを形成した。発光層１５１３ｂはｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（ｐｐｙ）３を、３０ｎｍの膜厚となるように共蒸着して作製した。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（ｐｐｙ）３の重量比は、１：０．０４（＝ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）となるように蒸着レートを調節した。
【０３２５】
以上により得られた比較素子２を大気に曝さないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した後、この比較素子２の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０３２６】
（評価結果）
発光素子４と比較素子１の電流密度−輝度特性を図２２、電圧−輝度特性を図２３に、また輝度−電流効率特性を図２４に示す。
【０３２７】
発光素子４は、輝度１１３１ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．５５８、ｙ＝０．４４１）であり、緑色の発光を示した。また、輝度１１３１ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は２９．０ｃｄ／Ａであり、電圧は７．０Ｖ、電流密度は、３．９ｍＡ／ｃｍ２であった。一方、比較素子１は、輝度８４８．６ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．５７７、ｙ＝０．４２１）であり、橙色の発光を示した。また、輝度８４８．６ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は６．８７ｃｄ／Ａであり、電圧は６．０Ｖ、電流密度は、１２．３ｍＡ／ｃｍ２であった。
【０３２８】
以上の測定結果から、発光素子４は比較素子１より高い電流効率で発光した。本発明の一態様の発光素子４は正孔捕獲準位が形成された第１の発光層１５１３ａを第２の発光層１５１３ｂの正孔輸送層１５１２側に備えているため、発光効率が高い。
【０３２９】
発光素子５と比較素子２の電流密度−輝度特性を図２５、電圧−輝度特性を図２６に、また輝度−電流効率特性を図２７に示す。
【０３３０】
発光素子５は、輝度１０００ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．５２３、ｙ＝０．４６７）であり、橙色の発光を示した。また、輝度１１１２ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は２９．９ｃｄ／Ａであり、電圧は７．８Ｖ、電流密度は、３．７１ｍＡ／ｃｍ２であった。一方、比較素子２は、輝度１１７６ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．３３５、ｙ＝０．６１０）であり、緑色の発光を示した。また、輝度１１７６ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は１１．２ｃｄ／Ａであり、電圧は６．８Ｖ、電流密度は、１０．５ｍＡ／ｃｍ２であった。
【０３３１】
以上の測定結果から、発光素子５は高い電流効率で発光した。本発明の一態様の発光素子５は正孔捕獲準位が形成された第１の発光層１５１３ａを第２の発光層１５１３ｂの正孔輸送層１５１２側に備えているため、発光効率が高い。
【符号の説明】
【０３３２】
１００ 基板
１０１ 電極
１０１Ｗ 仕事関数
１０２ 電極
１０２Ｗ 仕事関数
１０３ ＥＬ層
１１２ 正孔輸送層
１１３ 発光層
１１３ａ 発光層
１１３ｂ 発光層
１１３ｃ 発光層
１１４ 電子輸送層
１１５ 電子注入層
１２１ ＨＯＭＯ準位
１２２ ＬＵＭＯ準位
１３１ａ ＨＯＭＯ準位
１３１ｂ ＨＯＭＯ準位
１３１ｃ ＨＯＭＯ準位
１３２ａ ＬＵＭＯ準位
１３２ｂ ＬＵＭＯ準位
１３３ａ ＨＯＭＯ準位
１３３ｂ ＨＯＭＯ準位
１３３ｃ ＨＯＭＯ準位
１３４ ＬＵＭＯ準位
１３４ａ ＬＵＭＯ準位
１３４ｂ ＬＵＭＯ準位
１４１ ＨＯＭＯ準位
１４２ ＬＵＭＯ準位
４０１ ソース側駆動回路
４０２ 画素部
４０３ ゲート側駆動回路
４０４ 封止基板
４０５ シール材
４０７ 空間
４０８ 配線
４０９ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
４１０ 基板
４１１ スイッチング用ＴＦＴ
４１２ 電流制御用ＴＦＴ
４１３ 電極
４１４ 絶縁物
４１６ ＥＬ層
４１７ 電極
４１８ 発光素子
４２３ ｎチャネル型ＴＦＴ
４２４ ｐチャネル型ＴＦＴ
６０１ 電極
６０２ 電極
６０４ 中間層
６３１ ＥＬ層
６３２ ＥＬ層
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ ＥＬ層
９５６ 電極
１００２ 表示部
１００３ ＥＬ層
１００４ 中間層
１０１１ 電極
１０１２ 電極
１０２０ 携帯電話
１０２１ 筐体
１０２２ 表示部
１０２３ 操作ボタン
１０２４ 外部接続ポート
１０２５ スピーカ
１０２６ マイク
１５０１ ガラス基板
１５０２ 電極
１５０３ ＥＬ層
１５０４ 電極
１５１２ 正孔輸送層
１５１３ 発光層
１５１３ａ 発光層
１５１３ｂ 発光層
１５１３ｃ 発光層
１５１４ 電子輸送層
１５１４ａ 電子輸送層
１５１４ｂ 電子輸送層
１５１５ 電子注入層
２００１ 筐体
２００２ 光源
３００１ 照明装置
３００２ テレビ装置
９１０１ 筐体
９１０２ 支持台
９１０３ 表示部
９１０４ スピーカ部
９１０５ ビデオ入力端子
９２０１ 本体
９２０２ 筐体
９２０３ 表示部
９２０４ キーボード
９２０５ 外部接続ポート
９２０６ ポインティングデバイス
９５０１ 本体
９５０２ 表示部
９５０３ 筐体
９５０４ 外部接続ポート
９５０５ リモコン受信部
９５０６ 受像部
９５０７ バッテリー
９５０８ 音声入力部
９５０９ 操作キー
９５１０ 接眼部
９６０１ 筐体
９６０２ 液晶層
９６０３ バックライト
９６０４ 筐体
９６０５ ドライバーＩＣ
９６０６ 端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、発光装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を利用した発光素子の研究開発が盛んに行われている。これらの発光素子は一対の電極間に発光性の物質を含む層を挟んだ構成を有し、その一対の電極間に電圧を印加して、発光性の物質から発光を得るものである。
【０００３】
エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子は、薄型軽量に作製できること、非常に応答速度が速いこと等が大きな特徴であり、利点である。このような自発光型の発光素子には様々な用途が考えられる。例えば、液晶ディスプレイに比べ画素の視認性が高く、また、バックライトが無くても明るい表示が得られる等の特徴は、当該発光素子がフラットパネルディスプレイに好適であると言える。
【０００４】
また、エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子を用いれば、大面積な面状の発光装置を形成することも容易にできる。このことは、白熱電球やＬＥＤに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色である。加えて、当該発光素子の発光効率が白熱電球や蛍光灯よりも高いという試算から、次世代の照明器具に好適であるとして注目されている。
【０００５】
エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子は、発光性の物質が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって大別できる。有機化合物を発光性の物質に用いた場合、エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子は以下の如く発光する。発光性の物質を含む層、すなわちＥＬ層を挟む一対の電極に電圧を印加して、一方の電極から電子を、他方の電極から正孔をＥＬ層に運び込む。ＥＬ層に運び込まれた電子と正孔が再結合して発光性の有機化合物の励起状態が生成され、これが基底状態に緩和する際に発光する。
【０００６】
電子と正孔が発光層に運び込まれて発光に至るこのような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。なお、有機化合物が形成する励起状態の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であり、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼ばれている。
【０００７】
しかし、このような発光素子は未だ課題が多く、特性を向上させるために素子構造の改良や物質の開発等が行われている。
【０００８】
例えば発光効率を高めるためには、発光層に運び込まれる電子と正孔の数が釣り合った状態、所謂キャリアバランスが釣り合った状態が好ましい。キャリアバランスが釣り合った状態を作ることで、発光層に運び込まれる電子と正孔が効率よく再結合し、その結果、発光効率が高まる。
【０００９】
キャリアバランスを釣り合わせる方法の一例としては、発光素子の陽極と発光層の間に正孔輸送層を設け、発光層と陰極の間に電子輸送層を設ける方法が知られている。正孔輸送層と電子輸送層のキャリア輸送性並びに膜厚を調整して、発光層に運び込まれるキャリアのバランスを釣り合わせる方法がある。
【００１０】
また、非特許文献１では、正孔ブロック層を発光層と陰極の間に設けて、正孔が発光層から陰極側に漏れ出す現象を防ぐ方法が開示されている。正孔を発光層に閉じ込めることで、発光層における電子と正孔の再結合を起こり易くし、その結果燐光性の発光物質の発光効率を高めることに成功している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】テツオ ツツイ、外８名、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジックス、ｖｏｌ．３８、Ｌ１５０２−Ｌ１５０４（１９９９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
発光層に運び込まれる正孔と電子の数は、発光素子を構成するあらゆる層の材料の選択、膜厚、界面の状態などの種々の要因に影響を受ける。従って、キャリアバランスが釣り合った状態を実現し、さらにその状態を保つことは難しい。
【００１３】
発光層に運び込まれる正孔と電子の数が釣り合わない状態では、正孔輸送層側から運び込まれた正孔の一部が発光層を通り抜けて電子輸送層に到達してしまったり、電子輸送層側から運び込まれた電子の一部が発光層を通り抜け、正孔輸送層に到達してしまったりする。
【００１４】
発光層の一方の側から他方の側に再結合することなく通り抜けたキャリアは、発光素子の発光効率の低下と信頼性を損ねる原因になる。すなわち、再結合せずに発光層を通り抜けるキャリアは、発光を伴わない電流であり、発光効率を低下してしまう。さらに、発光層を通り抜けて電子輸送層に到達した正孔は電子輸送層を酸化し、電子輸送層の劣化を招いてしまう。同様に、発光層を通り抜けて正孔輸送層に到達した電子は正孔輸送層を還元し、正孔輸送層の劣化を招いてしまう。
【００１５】
そこで、キャリアを発光層に閉じ込めるためにキャリアブロック層を用いる方法が提案されている。しかし、この方法によって閉じ込めたキャリアが消光剤として働き、発光効率を低下してしまう場合がある。例えば発光層の陰極側に接して正孔ブロック層を設けて正孔を発光層に閉じ込めた場合、発光層と正孔ブロック層の界面付近に過剰の正孔、すなわちカチオン種が存在することになり、これは消光剤として働くことが多いため、素子の発光効率が低下してしまう。
【００１６】
本発明の一態様は、高い発光効率を有する発光素子を提供することを課題の一とする。また、発光輝度の低下が少ない、高い信頼性を有する発光素子を提供することを課題の一とする。また、駆動電圧が低い発光素子を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様は、少なくとも、正孔輸送層に一方の面を接する第１の発光層と、第１の発光層の他方の面に接する第２の発光層を有する発光素子であって、第１の発光層と第２の発光層はバイポーラ性のホスト材料と、発光物質であるゲスト材料を含んでいる。第１の発光層は、第２の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱いゲスト材料を含んでいるため、第１の発光層の正孔輸送性は第２の発光層よりも高い。その結果、正孔が正孔輸送層から離れた領域まで運ばれ、正孔と電子の再結合領域が、第１の発光層と正孔輸送層の界面近傍ではなく、発光層内に広がって形成される。さらに、発光層を通り抜けて正孔輸送層に到達する電子が正孔輸送層を還元しないように、正孔輸送層が抗還元物質を含んでいてもよい。
【００１８】
すなわち、本発明の一態様は、少なくとも、正孔輸送層に一方の面を接する第１の発光層と、第１の発光層の他方の面に接する第２の発光層を有し、第１の発光層と第２の発光層はバイポーラ性のホスト材料と、発光物質であるゲスト材料を含み、第１の発光層は第２の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱いゲスト材料を含み、正孔輸送層が抗還元物質を含む発光素子である。
【００１９】
また、本発明の一態様は、第１の発光層が含む発光物質（あるいは、第１の発光物質）のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ１）は、第１の発光層が含むホスト材料（あるいは、第１のホスト材料）のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）より浅いか概略等しく、第２の発光層が含む発光物質（あるいは、第２の発光物質）のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ２）は、第２の発光層が含むホスト材料（あるいは、第１のホスト材料）のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）より浅いか概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ１とＨＯＭＯＨＯＳＴ１の差（ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１）に比べ、ＨＯＭＯＥＭ２とＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差（ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２）は、その絶対値が大きい（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜＜｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜）上記発光素子である。
【００２０】
また、本発明の一態様は、ＨＯＭＯＥＭ１はＨＯＭＯＥＭ２より深いか概略等しい上記発光素子である。
【００２１】
また、本発明の一態様は、第１の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）は、第２の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）より深いか概略等しい上記発光素子である。
【００２２】
また、本発明の一態様は、第１の発光層と第２の発光層が同じホスト材料を含む上記発光素子である。
【００２３】
また、本発明の一態様は、第１の発光層と第２の発光層が、発光色が異なる発光物質を含む上記発光素子である。
【００２４】
また、本発明の一態様は、第１の発光層が含む発光物質のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＥＭ１）は、第１の発光層が含むホスト材料のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＯＳＴ１）より深いか概略等しく、第２の発光層が含む発光物質のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＥＭ２）は、第２の発光層が含むホスト材料のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＯＳＴ２）より深いか概略等しく、ＬＵＭＯＥＭ１はＬＵＭＯＥＭ２より深いか概略等しく、ＬＵＭＯＨＯＳＴ１とＬＵＭＯＥＭ１の差（ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ１−ＥＭ１）は、ＬＵＭＯＨＯＳＴ２とＬＵＭＯＥＭ２の差（ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ２−ＥＭ２）に比べ、その絶対値が大きい（｜ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ１−ＥＭ１｜＞｜ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ２−ＥＭ２｜）上記発光素子である。
【００２５】
また、本発明の一態様は、第２の発光層と電子輸送層の間に第３の発光層を有し、第３の発光層がホスト材料（あるいは、第３のホスト材料）と発光物質（あるいは、第３の発光物質）を含み、第１の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ１）は、第１の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）より浅いか概略等しく、第２の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ２）は、第２の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）より浅いか概略等しく、第３の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ３）は、第３の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ３）より浅いか概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ１とＨＯＭＯＨＯＳＴ１の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜）は、ＨＯＭＯＥＭ２とＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜）以下であって、ＨＯＭＯＥＭ２とＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜）に比べ、ＨＯＭＯＥＭ３とＨＯＭＯＨＯＳＴ３の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ３−ＨＯＳＴ３｜）は大きい（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜≦｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜＜｜ΔＨＯＭＯＥＭ３−ＨＯＳＴ３｜）上記発光素子である。
【００２６】
また、本発明の一態様は、正孔輸送層が抗還元物質として金属酸化物を含む上記発光素子である。
【００２７】
また、本発明の一態様は、前記抗還元物質が有機化合物であって、該抗還元物質のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＡＲＭ）は、前記第１の発光層が含むホスト材料のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＯＳＴ１）より深く、前記抗還元物質のバンドギャップΔＥＡＲＭは、前記第１の発光層が含む発光物質のバンドギャップΔＥＥＭ１より大きく、前記抗還元物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＡＲＭ）は、正孔輸送層が含む有機化合物のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＴＬ）より深い上記発光素子である。
【００２８】
また、本発明の一態様は、正孔輸送層が抗還元物質を含み、陽極に直接接している上記発光素子である。
【００２９】
上記構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。
【００３０】
なお、本明細書において、ＥＬ層とはエレクトロルミネッセンスを利用した発光素子の電極もしくは中間層で挟んで設けた層であって、少なくとも発光性の物質を含む層を指すものとする。従って、一対の電極で挟んだ発光性の有機化合物を含む発光層はＥＬ層の一態様である。
【００３１】
また、本明細書において、物質Ａを他の物質Ｂからなるマトリクス中に分散する場合、マトリクスを構成する物質Ｂをホスト材料と呼び、マトリクス中に分散される物質Ａをゲスト材料と呼ぶものとする。なお、物質Ａ並びに物質Ｂは、それぞれ単一の物質であっても良いし、２種類以上の物質の混合物であっても良いものとする。
【００３２】
また、本明細書において、バイポーラ性の材料とは酸化反応（電子を奪われる反応）及び還元反応（電子を受け取る反応）が可能な材料であって、どちらの反応に対しても比較的安定な（どちらの反応後にも安定に存在する）材料を指すものとする。
【００３３】
また、ＨＯＭＯ準位とは最高被占有分子軌道（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）が有する準位であり、ＬＵＭＯ準位とは最低占有分子軌道（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）が有する準位であり、軌道準位が概略等しいとは、その差が０．２ｅＶ以下であることを指す。
【００３４】
なお、本明細書において、抗還元物質とはＥＬ層において、共存する材料を還元反応から保護する材料であって、例えば共存する有機材料より還元され易く（電子を受け取り易く）、還元反応（電子を受け取る反応）に安定な（つまり、還元された状態で安定に存在する）材料を指すものとする。また、本明細書中において、複合とは、単に２つの材料を混合させるだけでなく、複数の材料を混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言い、複合材料とはその様な状態になった材料を指すものとする。
【００３５】
また、本明細書において、発光装置とは画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、発光装置にコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子が形成された基板にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、高い発光効率を有する発光素子を提供できる。また、発光輝度の低下が少なく、高い信頼性を有する発光素子を提供できる。また、駆動電圧が低い発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施の形態に係わる発光素子を説明する図。
【図２】実施の形態に係わる発光素子を説明する図。
【図３】実施の形態に係わる発光素子を説明する図。
【図４】実施の形態に係わる発光素子を説明する図。
【図５】実施の形態に係わる発光素子を説明する図。
【図６】実施例に係わる発光素子を説明する図。
【図７】実施例に係わる発光素子を説明する図。
【図８】発光素子１〜３の電流密度−輝度特性を説明する図。
【図９】発光素子１〜３の電圧−輝度特性を説明する図。
【図１０】発光素子１〜３の輝度−電流効率特性を説明する図。
【図１１】発光素子１〜３の定電流駆動による連続点灯試験結果を示す図。
【図１２】実施の形態に係わる発光装置を説明する図。
【図１３】実施の形態に係わる発光装置を説明する図。
【図１４】実施の形態に係わる電子機器を説明する図。
【図１５】実施の形態に係わる照明装置を説明する図。
【図１６】実施の形態に係わる照明装置を説明する図。
【図１７】実施の形態に係わる照明装置と電子機器を説明する図。
【図１８】実施例に係わる発光素子、並びに発光素子の再結合領域を説明する図。
【図１９】実施例に係わる発光素子を説明する図。
【図２０】実施例に係わる発光素子を説明する図。
【図２１】実施例に係わる発光素子を説明する図。
【図２２】発光素子４、及び比較素子１の電流密度−輝度特性を説明する図。
【図２３】発光素子４、及び比較素子１の電圧−輝度特性を説明する図。
【図２４】発光素子４、及び比較素子１の輝度−電流効率特性を説明する図。
【図２５】発光素子５、及び比較素子２の電流密度−輝度特性を説明する図。
【図２６】発光素子５、及び比較素子２の電圧−輝度特性を説明する図。
【図２７】発光素子５、及び比較素子２の輝度−電流効率特性を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００３９】
（実施の形態１）
本実施の形態が例示する発光素子は、少なくとも、正孔輸送層に一方の面を接する第１の発光層と、第１の発光層の他方の面に接する第２の発光層を有する発光素子である。第１の発光層と第２の発光層はバイポーラ性のホスト材料と、発光物質であるゲスト材料を含んでいる。また、第１の発光層は、第２の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱いゲスト材料を含んでおり、第１の発光層の正孔輸送性は第２の発光層よりも高い。その結果、正孔が正孔輸送層から離れた領域まで運ばれ、正孔と電子の再結合領域が発光層内に広がって形成される。さらに、発光層を通り抜けて正孔輸送層に到達する電子が正孔輸送層を劣化させないように、正孔輸送層は抗還元物質を含んでいる。
【００４０】
本実施の形態の発光素子の構造を図１（Ａ）に示す。本実施の形態の発光素子は第１の電極１０１と、第２の電極１０２と、ＥＬ層１０３を有する。第１の電極１０１は基板１００上に形成されている。なお、本実施の形態においては、第１の電極１０１が陽極として機能し、第２の電極１０２が陰極として機能する場合について主に説明する。
【００４１】
ＥＬ層１０３は少なくとも、正孔輸送層１１２と、第１の発光層１１３ａと、第２の発光層１１３ｂを含み、さらに電子輸送層１１４、電子注入層１１５などを適宜組み合わせて形成する。正孔輸送層１１２は、陽極として機能する電極と第１の発光層１１３ａの間にあって、第１の発光層１１３ａの陽極側の面に接している。第２の発光層１１３ｂは、第１の発光層１１３ａと陰極として機能する電極の間にあって、第１の発光層１１３ａの陰極側の面に接している。電子輸送層１１４は、第２の発光層１１３ｂと陰極として機能する電極の間にあって、第２の発光層１１３ｂの陰極側の面に接している。また、電子注入層１１５は、電子輸送層１１４と陰極として機能する電極の間にあって、陰極として機能する電極に接している。
【００４２】
次に、本実施の形態の発光素子におけるキャリアの挙動について説明する。本実施の形態が例示する発光素子のＥＬ層について、各層が有するバンドの相関を図１（Ｂ）にバンド図を用いて示す。
【００４３】
はじめに、ＥＬ層の構成及びＥＬ層中を移動する正孔の挙動について説明する。
【００４４】
本実施の形態の発光素子において、正孔は正孔輸送層１１２を介して発光層１１３に運び込まれる。正孔輸送層１１２は第１の有機化合物と抗還元物質を含み、正孔の輸送性に優れる。正孔輸送層１１２が含む第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位１２１（ＨＯＭＯＨＴＬ）は、第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ａ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）より深い（絶対値は大きい）か、ほぼ等しいと、正孔輸送層１１２から第１の発光層１１３ａへの正孔の注入が容易になり、発光素子の駆動電圧を低電圧化できるため好ましい。
【００４５】
また、第１の有機化合物と、抗還元物質として機能するアクセプター性の物質を用いた複合材料層を正孔輸送層１１２として用いた場合、正孔輸送層１１２は正孔注入層を兼ねることができ、陽極に正孔輸送層１１２を接して設けることができ、発光素子の構造が簡素になる。なお、陽極として機能する第１の電極１０１と正孔輸送層１１２の間に別途正孔注入層を挟む構造としても良い。
【００４６】
第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂはホスト材料とゲスト材料を含む。
【００４７】
第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂのホスト材料は同じであっても異なっても良いが、少なくともバイポーラ性であって、酸化反応に対しても還元反応に対しても安定である。従って、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂは正孔も電子も輸送できる。
【００４８】
また、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂはゲスト材料として発光物質を含み、その発光物質はキャリアの移動速度に影響を与える。
【００４９】
第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ａ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）と、第１の発光層１１３ａが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ａ（ＨＯＭＯＥＭ１）と、第２の発光層１１３ｂが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ｂ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）と、第２の発光層１１３ｂが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ｂ（ＨＯＭＯＥＭ２）の関係について説明する。（図１（Ｂ）を参照。）なお、本実施の形態で例示する発光素子の第１の電極１０１の仕事関数１０１Ｗ及び第２の電極１０２の仕事関数１０２Ｗ、並びに正孔輸送層１１２のＨＯＭＯ準位１２１及びＬＵＭＯ準位１２２も図１（Ｂ）に図示する。（図１（Ｂ）は、ＥＬ層１０３を構成する各層の軌道準位の相関を表す模式図である。矩形は各層を表し、その下辺は各層の主たる材料またはホスト材料のＨＯＭＯ準位を表し、その上辺は各層の主たる材料またはホスト材料のＬＵＭＯ準位を表している。また、矩形の内部に描かれた破線は各層に含まれるゲスト材料のＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を模式的に表している。）なお、Ａに比べＢの軌道準位が深いとは、Ａに比べＢの軌道準位のエネルギーが低いことを意味し、Ａに比べＢの軌道準位が浅いとは、Ａに比べＢの軌道準位のエネルギーが高いことを意味する。
【００５０】
ＥＬ層１０３において、ＨＯＭＯＨＯＳＴ２はＨＯＭＯＨＯＳＴ１より浅いか概略等しい。また、ＨＯＭＯＥＭ１はＨＯＭＯＨＯＳＴ１より浅いか概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ２はＨＯＭＯＨＯＳＴ２より浅いか概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ２はＨＯＭＯＥＭ１より浅いか概略等しい。また、ＨＯＭＯＥＭ１とＨＯＭＯＨＯＳＴ１の差（ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１）に比べ、ＨＯＭＯＥＭ２とＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差（ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２）は、その絶対値が大きい（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜＜｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜）。
【００５１】
ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１はゲスト材料である発光物質によって第１の発光層１１３ａに形成される正孔の捕獲準位の深さと見なすことができ、ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２はゲスト材料である発光物質によって第２の発光層１１３ｂに形成される正孔の捕獲準位の深さと見なすことができる。従って、本発明の一態様において、第１の発光層１１３ａに比べ、第２の発光層１１３ｂに形成される正孔の捕獲準位の方が深い（絶対値は大きい）と言い換えることができる。
【００５２】
正孔の捕獲準位は正孔を捕獲するため、発光層の正孔の輸送性に影響する。また、影響の程度は捕獲準位の深さに依存する。具体的には、第１の発光層１１３ａは、深い捕獲準位を有する第２の発光層１１３ｂに比べて、正孔を輸送し易い。
【００５３】
本実施の形態の発光素子はこのような構成により、第１の発光層１１３ａの正孔輸送性を、第２の発光層１１３ｂの正孔輸送性より高めることができる。その結果、陽極から正孔輸送層１１２を介して第１の発光層１１３ａに運び込まれた正孔が、正孔輸送層１１２から離れた第２の発光層１１３ｂの内部まで輸送され、陰極側から輸送される電子と再結合する領域が主に発光層１１３ｂに形成される。さらに、正孔の輸送性が抑制された第２の発光層１１３ｂを設けることにより、正孔が発光層１１３を通り抜けて陰極側の電子輸送層１１４に達する現象を抑制できる。
【００５４】
次に、ＥＬ層を移動する電子の挙動と再結合について説明する。
【００５５】
電子注入層１１５は陰極として機能する第２の電極１０２から電子を電子輸送層１１４に運び込む。電子輸送層１１４は電子輸送性に優れ、第２の発光層１１３ｂに電子を運び込む。
【００５６】
第２の発光層１１３ｂの正孔輸送性はその深いトラップレベルのために抑制されているため、電子輸送層１１４から運び込まれた電子は第２の発光層１１３ｂで正孔と高い効率で再結合する。電子と正孔が再結合してゲスト材料が励起され発光に至る。
【００５７】
なお、第２の発光層１１３ｂで正孔と再結合せずに第２の発光層１１３ｂを通り抜けた電子が、第１の発光層１１３ａに到達した場合であっても、第１の発光層１１３ａで正孔と再結合し、第１の発光層１１３ａに添加された発光物質が発光に至る。従って、発光効率が低下することがない。このように、第２の発光層１１３ｂだけでなく、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂの両方を含む発光層１１３の広い領域を発光可能な領域とすることで正孔と電子が再結合する確率を高め、発光効率を高めることができる。
【００５８】
ここで、電子が第２の発光層１１３ｂ及び第１の発光層１１３ａで正孔と再結合せずに正孔輸送層１１２に到達する場合、発光効率が低下するだけでなく正孔輸送層１１２が劣化する恐れがある。しかし、本実施の形態で例示する正孔輸送層１１２は第１の有機化合物と抗還元物質を含んでおり、抗還元物質は正孔輸送層１１２に到達した電子を第１の有機化合物に代わって受け取り、第１の有機化合物が還元反応により劣化する現象を防止し、正孔輸送層１１２の劣化を防ぐ。なお、抗還元物質は正孔輸送層１１２において発光しない。
【００５９】
本発明の一態様の発光素子に用いる材料のＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位は、種々の方法で測定できる。具体的には、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定による方法や、光電子分光装置を用いてＨＯＭＯ準位を測定し、吸収スペクトルのＴａｕｃプロットから得た吸収端から固体状態のエネルギーギャップを求めて、ＬＵＭＯ準位を見積もる方法などが挙げられる。測定方法の詳細は実施例２にて説明する。
【００６０】
本実施の形態の発光素子の各層を構成する材料について、具体的に説明する。
【００６１】
基板１００は、発光素子の支持体として用いられる。基板１００としては、例えばガラス、石英、プラスチックなどを用いることができ、本実施の形態の発光素子の作製工程に耐えうる耐熱性を有していれば良い。
【００６２】
ガラス基板の具体例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、若しくはアルミノシリケートガラスなど、フュージョン法やフロート法で作製される無アルカリガラス基板、セラミック基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。例えば、成分比としてホウ酸（Ｂ２Ｏ３）よりも酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含み、歪み点が７３０℃以上のガラス基板を用いると好ましい。半導体層を７００℃程度の高温で熱処理する場合でも、ガラス基板が歪まないで済むからである。
【００６３】
基板１００がマザーガラスの場合、基板の大きさは、第１世代（３２０ｍｍ×４００ｍｍ）、第２世代（４００ｍｍ×５００ｍｍ）、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、または７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１０００ｍｍ×１２００ｍｍまたは１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）、第７世代（１９００ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２１６０ｍｍ×２４６０ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ、２４５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）等を用いることができる。
【００６４】
また、ステンレス合金などの金属基板の表面に絶縁膜を設けた基板を適用しても良い。また、プラスチック基板は軽量である、可撓性を有している、可視光を透過する等、発光素子の基板として魅力的な特徴を有する。また、プラスチック基板に防湿性を有する膜を成膜もしくは貼り付け、発光素子を水などの不純物から保護できる基板を用いてもよい。
【００６５】
また基板１００上に下地膜として絶縁膜を形成してもよい。下地膜としては、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、または窒化酸化珪素膜の単層、又は積層で形成すればよい。また、発光装置の駆動回路などが別途作製された基板１００を用い、駆動回路に電気的に接続した第１の電極にＥＬ層を形成してもよい。絶縁膜を形成することで、導電性を有する基板の表面を絶縁化することができる。また、絶縁膜を形成することで基板から発光素子に不純物が拡散する現象を防ぐことができる。
【００６６】
基板１００上に第１の電極１０１を形成する。第１の電極１０１を陽極として利用する場合は、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。この他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、または金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。
【００６７】
これらの材料は、通常スパッタリング法により成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いることにより、スパッタリング法で形成することができる。その他、ゾル−ゲル法などを応用して、インクジェット法、スピンコート法などにより作製してもよい。
【００６８】
なお、陽極として機能する第１の電極１０１上に形成するＥＬ層１０３のうち、第１の電極１０１に接する層に、後述する複合材料を含む層を用いる場合には、第１の電極１０１に用いる物質は、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、アルミニウムを含む合金（ＡｌＳｉ）等も用いることができる。
【００６９】
また、仕事関数の小さい材料である、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等を用いることもできる。
【００７０】
なお、アルカリ金属、アルカリ土類金属、およびこれらを含む合金を用いて第１の電極１０１を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。さらに、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを用いることができる。
【００７１】
第１の電極１０１上に形成するＥＬ層１０３には、上述したようなＥＬ層１０３中の層のバンド関係が維持される限り、公知の物質を用いることができ、低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることができる。なお、ＥＬ層１０３を形成する物質には、第１の有機化合物のみから成るものだけでなく、無機化合物を一部に含む構成も含めるものとする。
【００７２】
ここでは、ＥＬ層１０３の各層を構成する材料について具体的に説明する。
【００７３】
正孔輸送層１１２は第１の有機化合物と抗還元物質を含んで構成する。特に、抗還元物質としてアクセプター性物質を第１の有機化合物に添加して形成される複合材料は、正孔輸送性と、発光層からの運び込まれた電子による還元に対する安定性を示す。また、優れた正孔注入性も備えており複合材料を用いた正孔輸送層１１２は正孔注入層を兼ねることができる。
【００７４】
抗還元物質として用いるアクセプター性物質としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物や、遷移金属酸化物を挙げることができる。また、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
【００７５】
アクセプター性物質と共に複合材料を形成する第１の有機化合物としては、トリアリールアミンなどの芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる第１の有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料に用いることのできる第１の有機化合物を具体的に列挙する。
【００７６】
複合材料に用いることのできる第１の有機化合物としては、例えば、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ’−（３−メチルフェニル）−Ｎ’−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、Ｎ−（４−ビフェニル）−４−（カルバゾール−９−イル）フェニルアニリン（略称：ＹＧＡ１ＢＰ）、４−フェニル−４’−（１−ナフチル）トリフェニルアミン（略称：αＮＢＡ１ＢＰ）、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）等の芳香族アミン化合物や、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体を挙げることができる。
【００７７】
また、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン等の芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。
【００７８】
さらに、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン、ペンタセン、コロネン、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）、等の芳香族炭化水素化合物も挙げることができる。
【００７９】
また、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）、ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）等の高分子化合物を用いることもできる。
【００８０】
なお、第１の有機化合物に抗還元物質としてアクセプター性物質を含有させて形成される複合材料を正孔輸送層１１２に用いる場合、正孔輸送層１１２は優れた正孔注入性を有するため、正孔注入層を設ける必要がない。また、仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料を用いて、陽極として機能する第１の電極１０１を形成できる。
【００８１】
これらの複合材料は、第１の有機化合物と抗還元物質を共蒸着することにより形成できる。
【００８２】
また、アクセプター性物質以外の抗還元物質の例としては、ＬＵＭＯ準位が第１の発光層１１３ａのホスト材料より深く、バンドギャップが第１の発光層１１３ａの発光物質より大きく、ＨＯＭＯ準位が正孔輸送層１１２の第１の有機化合物より深い有機化合物を挙げることができる。正孔輸送層１１２にこのような材料を添加すると、第１の発光層から漏れだした電子を受けとり、第１の有機化合物が還元されるのを防ぐことができる。なお、アクセプター性物質以外の抗還元物質を用いる場合は、第１の有機化合物としては正孔輸送性の高い物質を用いるのが好ましい。
【００８３】
正孔輸送性の高い物質としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）やＮ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）などの芳香族アミン化合物等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、正孔輸送層１１２は単層であっても、上記物質からなる層が二層以上積層されたものであってもよい。
【００８４】
発光層１１３は正孔及び電子が注入され、第１の発光層１１３ａの正孔輸送性は第２の発光層１１３ｂの正孔輸送性より勝る。このような発光層１１３は酸化反応および還元反応が可能な材料、すなわちバイポーラ性のホスト材料とゲスト材料を適宜組み合わせて構成すればよい。
【００８５】
発光層１１３が含むホスト材料として用いる酸化反応および還元反応が可能な有機化合物としては、例えば３環以上６環以下の縮合芳香族化合物が挙げられる。具体的には、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、クリセン誘導体、ジベンゾ［ｇ，ｐ］クリセン誘導体、トリフェニレン誘導体、ナフタセン誘導体、等が挙げられる。また、カルバゾリル基を有するアントラセンが挙げられる。
【００８６】
例えば、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＣｚＡ１ＰＡ）、９−フェニル−９’−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−３，３’−ビ（９Ｈ−カルバゾール）（略称：ＰＣＣＰＡ）、６，１２−ジメトキシ−５，１１−ジフェニルクリセン、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、３，６−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＤＰＣｚＰＡ）、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，９’−ビアントリル（略称：ＢＡＮＴ）、９−［４−（９―フェニルカルバゾール−３−イル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＰＣｚＰＡ）、９−［４−（３−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡＰ）、９，１０−ビス［４−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）］フェニル−２−ｔ―ブチルアントラセン（略称：ＰＣｚＢＰＡ）、３−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡＦＬ）、９−｛４−［３−（１−ナフチル）−９Ｈ−カルバゾール−９−イル］フェニル｝−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡαＮ）、９−｛４−［１０−（１−ナフチル）−９−アントリル］フェニル｝−９Ｈ−カルバゾール（略称：αＮＣｚＰＡ）、９−［３−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ｍ―ＣｚＰＡ）、９，９’−（スチルベン−３，３’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ）、９，９’−（スチルベン−４，４’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ２）、３，３’，３’’−（ベンゼン−１，３，５−トリイル）トリピレン（略称：ＴＰＢ３）等が挙げられる。
【００８７】
また、ゲスト材料を分散させるためのホスト材料は複数種混合して用いることができる。例えば、キャリアの輸送性を調整するために電子輸送性に優れた材料に正孔輸送性に優れた材料を混合してホスト材料に用いることができる。
【００８８】
また、発光層１１３が含むホスト材料に高分子化合物を用いることもできる。
【００８９】
発光層１１３はゲスト材料として発光物質を含む。発光物質としては例えば次に挙げる有機化合物を用いることができる。
【００９０】
青色の発光を呈する物質としては、例えば発光ピーク波長が４００ｎｍ以上４８０ｎｍ未満に位置する物質を用いればよく、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＰＡ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）トリフェニルアミン（略称：２ＹＧＡＰＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルペリレン（略称：ＴＢＰ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）−４’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＡＰＡ）などが挙げられる。また、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）テトラキス（１−ピラゾリル）ボラート（略称：ＦＩｒ６）、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：ＦＩｒｐｉｃ）のような燐光を発する材料も用いることができる。
【００９１】
青緑色の発光を呈する物質としては、例えば発光ピーク波長が４８０ｎｍ以上５２０ｎｍ未満に位置する物質を用いればよく、Ｎ，Ｎ’’−（２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン−９，１０−ジイルジ−４，１−フェニレン）ビス［Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン］（略称：ＤＰＡＢＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＰＡ）、Ｎ−［４−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＰＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’，Ｎ’’’，Ｎ’’’−オクタフェニルジベンゾ［ｇ，ｐ］クリセン−２，７，１０，１５−テトラアミン（略称：ＤＢＣ１）、クマリン３０などが挙げられる。また、ビス［２−（３’，５’−ビストリフルオロメチルフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（ｐｉｃ））、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：ＦＩｒａｃａｃ）のような燐光を発する材料も用いることができる。
【００９２】
緑色系の発光を呈する物質としては、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）クマリン５４５Ｔ、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルキナクリドン、（略称：ＤＰＱｄ）などが挙げられる。また、トリス（２−フェニルピリジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ビス（２−フェニルピリジナト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、トリス（アセチルアセトナト）（モノフェナントロリン）テルビウム（ＩＩＩ）（略称：Ｔｂ（ａｃａｃ）３（Ｐｈｅｎ））などが挙げられる。
【００９３】
黄色の発光を呈する物質としては、例えば発光ピーク波長が５４０ｎｍ以上６００ｎｍ未満に位置する物質を用いればよく、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）、２−（２−｛２−［４−（ジメチルアミノ）フェニル］エテニル｝−６−メチル−４Ｈ−ピラン−４−イリデン）プロパンジニトリル（略称：ＤＣＭ１）、２−｛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−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＤＣＭ２）などが挙げられる。また、ビス（ベンゾ［ｈ］キノリナト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｚｑ）２（ａｃａｃ））、ビス（２，４−ジフェニル−１，３−オキサゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｄｐｏ）２（ａｃａｃ））、ビス［２−（４’−パーフルオロフェニルフェニル）ピリジナト］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐ−ＰＦ−ｐｈ）２（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルベンゾチアゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔ）２（ａｃａｃ））のような燐光を発する材料も用いることができる。
【００９４】
赤色の発光を呈する物質としては、例えば発光ピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ未満に位置する物質を用いればよく、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１４−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）、２−｛２−イソプロピル−６−［２−（１，１，７，７−テトラメチル−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ［ｉｊ］キノリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＤＣＪＴＩ）、２−｛２−ｔｅｒｔ−ブチル−６−［２−（１，１，７，７−テトラメチル−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ［ｉｊ］キノリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＤＣＪＴＢ）、２−（２，６−ビス｛２−［４−（ジメチルアミノ）フェニル］エテニル｝−４Ｈ−ピラン−４−イリデン）プロパンジニトリル（略称：ＢｉｓＤＣＭ）、２−｛２，６−ビス［２−（８−メトキシ−１，１，７，７−テトラメチル−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ［ｉｊ］キノリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＢｉｓＤＣＪＴＭ）などが挙げられる。また、ビス［２−（２’−ベンゾ［４，５−α］チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、ビス（１−フェニルイソキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナート）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）２（ａｃａｃ））、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン白金（ＩＩ）（略称：ＰｔＯＥＰ）、トリス（１，３−ジフェニル−１，３−プロパンジオナト）（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＤＢＭ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス［１−（２−テノイル）−３，３，３−トリフルオロアセトナト］（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）のような燐光を発する材料も用いることができる。
【００９５】
なお、第２の発光層１１３ｂに占める発光物質の濃度は、質量比で１０％以下が好ましい。また、同じホスト材料を用いて第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂを形成する場合、第１の発光層１１３ａに占める発光物質の濃度は第２の発光層１１３ｂに占める発光物質の濃度より小さくする。
【００９６】
電子輸送層１１４は、電子輸送性の高い物質を含んで形成する。
【００９７】
例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる層である。また、この他ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンズオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）や、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）なども用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いても構わない。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【００９８】
また、高分子化合物を用いることもできる。例えば、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）などを用いることができる。
【００９９】
電子注入層１１５は、電子注入性の高い物質を含んで形成する。
【０１００】
例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の化合物を用いることができる。
【０１０１】
その他、電子輸送性を有する物質にアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を含有させたもの、具体的にはＡｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いてもよい。なお、この場合には、第２の電極１０２からの電子注入をより効率良く行うことができる。
【０１０２】
第２の電極１０２には、仕事関数の小さい（具体的には３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。
【０１０３】
なお、アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金を用いて第２の電極１０２を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。また、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを用いることができる。
【０１０４】
なお、電子注入層１１５を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等、様々な導電性材料を用いて第２の電極１０２を形成することができる。これらの導電性材料は、スパッタリング法やインクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することができる。
【０１０５】
本実施の形態の発光素子の発光を外部に取り出すには、透光性を有する導電膜で第１の電極１０１または第２の電極１０２のいずれか一方、または両方を形成すればよい。
【０１０６】
なお、第１の電極１０１のみが透光性を有する電極である場合には、ＥＬ層１０３で生じた発光は第１の電極１０１を通って基板１００側から取り出される。また、第２の電極１０２のみが透光性を有する電極である場合には、ＥＬ層１０３で生じた発光は第２の電極１０２を通って基板１００と逆側から取り出される。さらに、第１の電極１０１および第２の電極１０２がいずれも透光性を有する電極である場合には、ＥＬ層１０３で生じた発光は第１の電極１０１および第２の電極１０２を通って、基板１００側および基板１００と逆側の両方から取り出される。
【０１０７】
以上のＥＬ層１０３の作製方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いることができる。例えば、真空蒸着法、インクジェット法またはスピンコート法など用いることができる。なお、各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成してもよい。
【０１０８】
第１の電極１０１、及び第２の電極１０２の作製方法としては、スパッタリング法や真空蒸着法などの乾式法だけでなく、ゾル−ゲル法や金属材料のペーストを用いるインクジェット法等の湿式法により形成することができる。
【０１０９】
なお、第１の電極１０１と第２の電極１０２との間に設けられるＥＬ層の構成は、上記のものには限定されない。ただし、少なくとも正孔輸送層１１２と、第１の発光層１１３ａと、第２の発光層１１３ｂを含み、第１の発光層１１３ａ及び第２の発光層１１３ｂのキャリア輸送性はバイポーラ性であり、第１の発光層１１３ａの正孔輸送性は第２の発光層１１３ｂの正孔輸送性より勝り、第１の発光層１１３ａ及び第２の発光層１１３ｂは発光物質を含み、正孔輸送層１１２は第１の有機化合物と抗還元物質を含む構成であれば、上記以外のものでもよい。
【０１１０】
また、図４に示すように、基板１００上に陰極として機能する第２の電極１０２、ＥＬ層１０３、陽極として機能する第１の電極１０１が順次積層された構造としてもよい。なお、この場合のＥＬ層１０３は、例えば第２の電極１０２上に電子注入層１１５、電子輸送層１１４、第２の発光層１１３ｂ、第１の発光層１１３ａ、正孔輸送層１１２が順次積層された構造となる。
【０１１１】
なお、本実施の形態に示す発光素子の構成は、図５（Ａ）に示すように一対の電極間にＥＬ層１００３が複数積層された構造、所謂、積層型素子の構成であってもよい。但し、複数のＥＬ層１００３のうちの２層の間には、中間層１００４がそれぞれ挟まれている。例えば、本実施の形態に示す発光素子が、一対の電極間にｎ（ｎは２以上の自然数）層のＥＬ層を積層して備える場合には、ｍ（ｍは自然数、１≦ｍ≦ｎ−１）番目のＥＬ層１００３と、（ｍ＋１）番目のＥＬ層１００３の間に、中間層１００４を有する。
【０１１２】
なお、中間層１００４とは、第１の電極１０１１と第２の電極１０１２に電圧を印加したときに、中間層１００４に接して形成される一方のＥＬ層１００３に対して正孔を注入し、他方のＥＬ層１００３に電子を注入する機能を有する。具体的には、中間層１００４は中間層１００４の陰極側の面に接するＥＬ層１００３に正孔を注入し、中間層１００４の陽極側の面に接するＥＬ層１００３に電子を注入する。
【０１１３】
なお、第１の電極１０１１を陽極とする場合は、第１の電極１０１１上と、中間層１００４の第２の電極１０１２側の面に接してＥＬ層１００３の正孔輸送層を形成すればよく、第１の電極１０１１を陰極とする場合は、第１の電極１０１１上と、中間層１００４の第２の電極１０１２側の面に接してＥＬ層１００３の電子注入層を形成すればよい。
【０１１４】
また、中間層１００４は単層であっても、複数の層を積層した複層であってもよく、上述した有機化合物と無機化合物との複合材料（正孔注入性複合材料や電子注入性複合材料）の他、金属酸化物等の材料を適宜組み合わせて形成することができる。なお、正孔注入性複合材料とその他の材料とを組み合わせて用いることがより好ましい。中間層１００４に用いるこれらの材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、発光素子の低電圧駆動を実現することができる。
【０１１５】
また、中間層１００４を複数の層で形成した場合、最も陰極に近い層として第１の有機化合物に、抗還元物質としてアクセプター性物質を添加して形成される複合材料層を用いることができる。上述の通り、第１の有機化合物に抗還元物質としてアクセプター性物質を添加した複合材料は、優れた正孔注入性も備えている。この場合、中間層１００４の陰極側に第１の発光層を直接接して設けることができる。この場合、中間層中の複合材料が本発明の一態様の正孔輸送層１１２を兼ねていると言える。
【０１１６】
また、本実施の形態で例示する発光素子を用いて、照明装置や、パッシブマトリクス型の発光装置を作製できる。また、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）により発光素子を制御して、アクティブマトリクス型の発光装置を作製できる。
【０１１７】
なお、アクティブマトリクス型の発光装置におけるＴＦＴの構造は、特に限定されない。例えば、スタガ型や逆スタガ型のＴＦＴを適宜用いることができる。また、ＴＦＴ基板に形成される駆動用回路についても、Ｎ型およびＰ型のＴＦＴからなるものでもよいし、Ｎ型のＴＦＴまたはＰ型のＴＦＴのいずれか一方のみからなるものであってもよい。また、ＴＦＴに用いられる半導体膜としてＳｉに代表される元素周期表の１４族の元素からなる半導体膜であってもよいし、化合物半導体膜、酸化物半導体膜、特にインジウム、ガリウム、亜鉛等を含む複合酸化物半導体膜であってもよい。さらに、ＴＦＴに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。
【０１１８】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【０１１９】
本実施の形態で例示する発光素子は、発光層のキャリア輸送性がバイポーラ性であって、発光層の陰極に近い側に比べ、発光層の陽極に近い側の正孔の輸送性が勝る発光層を有しており、発光層の内部にキャリアの再結合領域が形成されている。また、正孔が発光層を通り抜けて再結合せずに電子輸送層に達する現象が抑制されているため、電子輸送層から運び込まれた電子は発光層で正孔と高い効率で再結合する。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は高い発光効率を有する。
【０１２０】
また、本実施の形態で例示する発光素子は電子輸送層側から発光層を通り抜けた電子が正孔輸送層に到達しても、正孔輸送層が抗還元物質を含んでいるため、正孔輸送層の劣化が抑制されている。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は高い信頼性を有する。
【０１２１】
（実施の形態２）
本実施の形態が例示する発光素子は、少なくとも、正孔輸送層に一方の面を接する第１の発光層と、第１の発光層の他方の面に接する第２の発光層を有する発光素子である。第１の発光層と第２の発光層はバイポーラ性のホスト材料と、発光物質であるゲスト材料を含んでいる。また、第１の発光層は、第２の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱いゲスト材料を含んでおり、第１の発光層の正孔輸送性は第２の発光層よりも高い。その結果、正孔が正孔輸送層から離れた領域まで運ばれ、正孔と電子の再結合領域が発光層内に広がって形成される。また、第１の発光層が含む発光物質と第２の発光層が含む発光物質は発光色が異なっている。さらに、発光層を通り抜けて正孔輸送層に到達する電子が正孔輸送層を劣化させないように、正孔輸送層が抗還元物質を含んでいる。
【０１２２】
本実施の形態の発光素子の構造を図２（Ａ）に示す。本実施の形態の発光素子は第１の電極１０１と、第２の電極１０２と、ＥＬ層１０３を有する。第１の電極１０１は基板１００上に形成されている。なお、本実施の形態においては、第１の電極１０１が陽極として機能し、第２の電極１０２が陰極として機能する場合について主に説明する。
【０１２３】
ＥＬ層１０３は少なくとも正孔輸送層１１２と、第１の発光層１１３ａと、第２の発光層１１３ｂを含み、さらに電子輸送層１１４、電子注入層１１５などを適宜組み合わせて形成する。正孔輸送層１１２は、陽極として機能する電極と第１の発光層１１３ａの間にあって、第１の発光層１１３ａの陽極側の面に接している。第２の発光層１１３ｂは、第１の発光層１１３ａと陰極として機能する電極の間にあって、第１の発光層１１３ａの陰極側の面に接している。電子輸送層１１４は、第２の発光層１１３ｂと陰極として機能する電極の間にあって、第２の発光層１１３ｂの陰極側の面に接している。また、電子注入層１１５は、電子輸送層１１４と陰極として機能する電極の間にあって、陰極として機能する電極に接している。
【０１２４】
次に、本実施の形態の発光素子におけるキャリアの挙動について説明する。本実施の形態が例示する発光素子のＥＬ層について、各層が有するバンドの相関を図２（Ｂ）に示す。
【０１２５】
本実施の形態の発光素子は実施の形態１で例示した発光素子と、発光層１１３の構成において異なる。従って本実施の形態では発光層１１３に関する部分についてのみ説明する。
【０１２６】
第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂはホスト材料とゲスト材料を含む。また、第１の発光層が含む発光物質と第２の発光層が含む発光物質は発光色が異なっている。
【０１２７】
第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂのホスト材料は同じであっても異なっても良いが、少なくともバイポーラ性であって、酸化反応に対しても還元反応に対しても安定である。従って、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂは正孔も電子も輸送できる。
【０１２８】
また、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂはゲスト材料として発光物質を含み、その発光物質はキャリアの移動速度に影響を与える。
【０１２９】
第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ａ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）と、第１の発光層１１３ａが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ａ（ＨＯＭＯＥＭ１）と、第２の発光層１１３ｂが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ｂ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）と、第２の発光層１１３ｂが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ｂ（ＨＯＭＯＥＭ２）の関係について説明する。（図２（Ｂ）を参照。）なお、本実施の形態で例示する発光素子の第１の電極１０１の仕事関数１０１Ｗ及び第２の電極１０２の仕事関数１０２Ｗ、並びに正孔輸送層１１２のＨＯＭＯ準位１２１及びＬＵＭＯ準位１２２も図２（Ｂ）に図示する。
【０１３０】
ＥＬ層１０３において、ＨＯＭＯＨＯＳＴ２はＨＯＭＯＨＯＳＴ１より浅いか、概略等しい。また、ＨＯＭＯＥＭ１はＨＯＭＯＨＯＳＴ１より浅いか、概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ２はＨＯＭＯＨＯＳＴ２より浅いか、概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ１はＨＯＭＯＥＭ２より深いか概略等しい。また、ＨＯＭＯＥＭ１とＨＯＭＯＨＯＳＴ１の差（ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１）に比べ、ＨＯＭＯＥＭ２とＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差（ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２）は、その絶対値が大きい。（｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜＞｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜）
【０１３１】
ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１はゲスト材料である発光物質によって第１の発光層１１３ａに形成される正孔の捕獲準位の深さと見なすことができ、ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２はゲスト材料である発光物質によって第２の発光層１１３ｂに形成される正孔の捕獲準位の深さと見なすことができる。従って、本発明の一態様において、第１の発光層１１３ａに比べ、第２の発光層１１３ｂに形成される正孔の捕獲準位の方が深い（絶対値は大きい）と言い換えることができる。
【０１３２】
正孔の捕獲準位は正孔を捕獲するため、発光層の正孔の輸送性に影響する。また、影響の程度は捕獲準位の深さに依存する。具体的には、第１の発光層１１３ａは、深い捕獲準位を有する第２の発光層１１３ｂに比べて、正孔を輸送し易い。
【０１３３】
本実施の形態の発光素子はこのような構成により、第１の発光層１１３ａの正孔輸送性を、第２の発光層１１３ｂの正孔輸送性より高めることができる。その結果、陽極から正孔輸送層１１２を介して第１の発光層１１３ａに運び込まれた正孔が、正孔輸送層１１２から離れた第２の発光層１１３ｂの内部まで輸送され、再結合領域が主に第２の発光層１１３ｂに形成される。さらに、正孔の輸送性が抑制された第２の発光層１１３ｂにより、正孔が発光層１１３を通り抜けて陰極側の電子輸送層１１４に達する現象を抑制できる。
【０１３４】
次に、第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＬＵＭＯ準位１３２ａ（ＬＵＭＯＨＯＳＴ１）と、第１の発光層１１３ａが含む発光物質のＬＵＭＯ準位１３４ａ（ＬＵＭＯＥＭ１）と、第２の発光層１１３ｂが含むホスト材料のＬＵＭＯ準位１３２ｂ（ＬＵＭＯＨＯＳＴ２）と、第２の発光層１１３ｂが含む発光物質のＬＵＭＯ準位１３４ｂ（ＬＵＭＯＥＭ２）の関係について説明する。（図２（Ｂ）を参照。）
【０１３５】
ＥＬ層１０３において、ＬＵＭＯＨＯＳＴ１はＬＵＭＯＨＯＳＴ２より浅いか（絶対値は小さい）概略等しい。ＬＵＭＯＥＭ１はＬＵＭＯＨＯＳＴ１より深く（絶対値は大さく）、ＬＵＭＯＥＭ２はＬＵＭＯＨＯＳＴ２より深く（絶対値は大きく）、ＬＵＭＯＥＭ１はＬＵＭＯＥＭ２より深いか概略等しい。また、ＬＵＭＯＨＯＳＴ１とＬＵＭＯＥＭ１の差（ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ１−ＥＭ１）は、ＬＵＭＯＨＯＳＴ２とＬＵＭＯＥＭ２の差（ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ２−ＥＭ２）に比べ、その絶対値が大きい（｜ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ１−ＥＭ１｜＞｜ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ２−ＥＭ２｜）。
【０１３６】
ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ２−ＥＭ２はゲスト材料である発光物質によって第２の発光層１１３ｂに形成される電子の捕獲準位の深さと見なすことができ、ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ１−ＥＭ１はゲスト材料である発光物質によって第１の発光層１１３ａに形成される電子の捕獲準位の深さと見なすことができる。従って、本実施の形態が例示する発光素子においては、第２の発光層１１３ｂに比べ、第１の発光層１１３ａに形成される電子の捕獲準位の方が深い（絶対値は大きい）。
【０１３７】
電子の捕獲準位は電子を捕獲するため、発光層の電子の輸送性に影響する。また、影響の程度は捕獲準位の深さに依存する。具体的には、第２の発光層１１３ｂに比べて第１の発光層１１３ａが深い捕獲準位を有しているので、第１の発光層１１３ａは第２の発光層１１３ｂに比べ電子を輸送し難くなる。すなわち、第１の発光層１１３ａの電子輸送性は第２の発光層１１３ｂの電子輸送性よりも低い。
【０１３８】
このような構成を有する場合、第１の発光層１１３ａの電子輸送性を、第２の発光層１１３ｂの電子輸送性より抑制することができる。その結果、第２の発光層１１３ｂから第１の発光層１１３ａに運び込まれた電子が、正孔輸送層１１２に到達する現象を抑制できるため特に好ましい。また、ＬＵＭＯＥＭ１をＬＵＭＯＥＭ２より深いか概略等しくすることにより、電子輸送層１１４から第２の発光層１１３ｂに運び込まれた電子が第２の発光層１１３ｂから第１の発光層１１３ａに移動し易くなる。その結果、正孔と電子が再結合する領域が発光層１１３全体に広がり、第２の発光層１１３ｂに加え、第１の発光層１１３ａからも発光を得ることができる。
【０１３９】
なお、本実施の形態において、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂは発光色が異なる発光物質を含んでいるため、本実施の形態の発光素子が発する光は、二つの発光物質が発する光が混合されたものになる。なお、第１の発光層が含む発光物質と、第２の発光層が含む発光物質の組み合わせとしては、蛍光性物質同士であっても、燐光性物質同士であっても、蛍光性物質と燐光性物質の組み合わせであっても構わない。
【０１４０】
例えば、本実施の形態の発光素子の第１の発光層１１３ａが黄色の蛍光性物質を含み、第２の発光層１１３ｂが青色の蛍光性物質を含む場合、白色の発光が得られる。また、第１の発光層１１３ａが赤色の燐光性物質を含み、第２の発光層１１３ｂが緑色の燐光性物質を含む場合、黄色の発光が得られる。
【０１４１】
なお、電子が第２の発光層１１３ｂ及び第１の発光層１１３ａで正孔と再結合せずに正孔輸送層１１２に到達する場合、正孔輸送層１１２が劣化する恐れがある。しかし、本実施の形態で例示する正孔輸送層１１２は第１の有機化合物と抗還元物質を含んでおり、抗還元物質は正孔輸送層１１２に到達した電子を第１の有機化合物に代わって受け取り、第１の有機化合物が還元反応により劣化する現象を防止する。
【０１４２】
また、正孔輸送層１１２が含む第１の有機化合物のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＴＬ）は、第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＯＳＴ１）より浅いと、第１の発光層１１３ａからの電子の注入は困難であり、電子を第１の発光層１１３ａに閉じ込めることができるため、第１の発光層１１３ａにおける電子と正孔の再結合を促進できる。
【０１４３】
本実施の形態の発光素子の第１の電極１０１、第２の電極１０２及び、ＥＬ層１０３の各層を構成する材料は、実施の形態１と同様の材料を適宜用いることができる。また、発光の取り出し方向、ＥＬ層１０３の積層順番等についても、実施の形態１と同様に適宜選択して用いることができる。また、本実施の形態で例示されたＥＬ層１０３を、実施の形態１において図４及び図５（Ａ）に例示した積層型の発光素子の構成に適用することもできる。
【０１４４】
なお、積層型素子の構成は白色の発光を得る場合に好適であり、本実施の形態の構成と組み合わせることで、長寿命、高効率な発光装置を作製できる。
【０１４５】
複数の発光層の組み合わせとしては、赤、青及び緑色の光を含んで白色に発光する構成をその例に挙げることができる。例えば、青色の蛍光材料を発光物質として含む第１のＥＬ層と、緑色と赤色の燐光材料を発光物質として含む第２のＥＬ層を有する構成が挙げられる。
【０１４６】
また、補色の関係にある光を発する発光層を有する構成であっても白色発光が得られる。ＥＬ層が２層積層された積層型素子において、第１のＥＬ層から得られる発光の発光色と第２のＥＬ層から得られる発光の発光色を補色の関係にする場合、補色の関係としては、青色と黄色、あるいは青緑色と赤色などが挙げられる。青色、黄色、青緑色、赤色に発光する物質としては、例えば、先に列挙した発光物質の中から適宜選択すればよい。
【０１４７】
以下に、第１のＥＬ層および第２のＥＬ層のそれぞれが補色の関係にある複数の発光層を有し、白色発光が得られる構成の一例を示す。図５（Ｂ）に二つのＥＬ層を積層した場合の構成を図示する。図５（Ｂ）において、第１のＥＬ層６３１と第２のＥＬ層６３２は、第１の電極６０１と第２の電極６０２との間に積層されている。この場合、第１のＥＬ層６３１と第２のＥＬ層６３２の間には、中間層６０４を設けることが好ましい。
【０１４８】
図５（Ｂ）に例示する発光素子は、第１の電極６０１と第２の電極６０２の間に第１のＥＬ層６３１と中間層６０４と第２のＥＬ層６３２を有する。第１のＥＬ層６３１は、青色〜青緑色の波長領域に発光ピークを示す第１の発光層と、黄色〜橙色の波長領域に発光ピークを示す第２の発光層とを有し、第２のＥＬ層６３２は、青緑色〜緑色の波長領域に発光ピークを示す第３の発光層と、橙色〜赤色の波長領域に発光ピークを示す第４の発光層とを有するものとする。
【０１４９】
この場合、第１のＥＬ層６３１からの発光は、第１の発光層および第２の発光層の両方からの発光を合わせたものであるので、青色〜青緑色の波長領域および黄色〜橙色の波長領域の両方に発光ピークを示す。すなわち、第１のＥＬ層６３１は２波長型の白色または白色に近い色の発光を呈する。
【０１５０】
また、第２のＥＬ層６３２からの発光は、第３の発光層および第４の発光層の両方からの発光を合わせたものであるので、青緑色〜緑色の波長領域および橙色〜赤色の波長領域の両方に発光ピークを示す。すなわち、第２のＥＬ層６３２は、第１のＥＬ層６３１とは異なる２波長型の白色または白色に近い色の発光を呈する。
【０１５１】
したがって、第１のＥＬ層６３１からの発光および第２のＥＬ層６３２からの発光を重ね合わせることにより、青色〜青緑色の波長領域、青緑色〜緑色の波長領域、黄色〜橙色の波長領域、橙色〜赤色の波長領域をカバーする白色発光を得ることができる。
【０１５２】
なお、上述した積層型素子の構成において、積層されるＥＬ層の間に中間層を配置することにより、低い電流密度で高輝度の発光が可能である。電流密度を低く保てるため、長寿命素子を実現することができる。また、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。
【０１５３】
本実施の形態で例示する発光素子は、発光層のキャリア輸送性がバイポーラ性であって、発光層の陰極に近い側に比べ、発光層の陽極に近い側の正孔の輸送性が勝る発光層を有しており、発光層の内部にキャリアの再結合領域が形成されている。また、正孔および電子が発光層を通り抜けて再結合せずにそれぞれ電子輸送層および正孔輸送層に達する現象が抑制されているため、電子とホールは発光層で高い効率で再結合する。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は高い発光効率を有する。
【０１５４】
また、本実施の形態で例示する発光素子は電子輸送層側から発光層を通り抜けた電子が正孔輸送層に到達しても、正孔輸送層が抗還元物質を含んでいるため、正孔輸送層の劣化が抑制されている。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は高い信頼性を有する。
【０１５５】
また、本実施の形態で例示する発光素子は、発光色が異なる複数の発光層が積層された発光層を有し、キャリアの再結合領域が当該複数の発光層に広く広がっている。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は広い発光波長域を有する。
【０１５６】
（実施の形態３）
本実施の形態が例示する発光素子は、少なくとも、正孔輸送層に一方の面を接する第１の発光層と、第１の発光層の他方の面に接する第２の発光層と、第２の発光層の陰極側の面に接する第３の発光層を有する発光素子である。第１の発光層、第２の発光層及び第３の発光層はそれぞれバイポーラ性のホスト材料と、発光物質であるゲスト材料を含んでいる。また、第１の発光層は、第２の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱いゲスト材料を含んでおり、第２の発光層は、第３の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱いゲスト材料を含んでいる。第１の発光層の正孔輸送性は第２の発光層以上であって、第２の発光層の正孔輸送性は第３の発光層よりも高い。その結果、正孔が正孔輸送層から離れた領域まで運ばれ、正孔と電子の再結合領域が発光層内に広がって形成される。さらに、発光層を通り抜けて正孔輸送層に到達する電子が正孔輸送層を劣化させないように、正孔輸送層が抗還元物質を含んでいる。
【０１５７】
本実施の形態の発光素子の構造を図３（Ａ）に示す。本実施の形態の発光素子は第１の電極１０１と、第２の電極１０２と、ＥＬ層１０３を有する。第１の電極１０１は基板１００上に形成されている。なお、本実施の形態においては、第１の電極１０１が陽極として機能し、第２の電極１０２が陰極として機能する場合について主に説明する。
【０１５８】
ＥＬ層１０３は少なくとも正孔輸送層１１２と、発光層１１３（第１の発光層１１３ａ、第２の発光層１１３ｂ、及び第３の発光層１１３ｃ）を含み、さらに電子輸送層１１４、及び電子注入層１１５などを適宜組み合わせて形成する。正孔輸送層１１２は、陽極として機能する電極と第１の発光層１１３ａの間にあって、第１の発光層１１３ａの陽極側の面に接している。第２の発光層１１３ｂは、第１の発光層１１３ａと陰極として機能する電極の間にあって、第１の発光層１１３ａの陰極側の面に接している。第３の発光層１１３ｃは、第２の発光層１１３ｂと陰極として機能する電極の間にあって、第２の発光層１１３ｂの陰極側の面に接している。電子輸送層１１４は、第３の発光層１１３ｃと陰極として機能する電極の間にあって、第３の発光層１１３ｃの陰極側の面に接している。また、電子注入層１１５は、電子輸送層１１４と陰極として機能する電極の間にあって、陰極として機能する電極に接している。
【０１５９】
次に、本実施の形態の発光素子におけるキャリアの挙動について説明する。本実施の形態が例示する発光素子のＥＬ層について、各層が有するバンドの相関を図３（Ｂ）に示す。
【０１６０】
本実施の形態の発光素子は実施の形態１及び実施の形態２で例示した発光素子と、発光層１１３の構成において異なる。従って本実施の形態では発光層１１３に関する部分についてのみ説明する。
【０１６１】
第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂと第３の発光層１１３ｃはホスト材料とゲスト材料を含む。
【０１６２】
第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂと第３の発光層１１３ｃのホスト材料は同じであっても異なっても良いが、少なくともバイポーラ性であって、酸化反応に対しても還元反応に対しても安定である。従って、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂと第３の発光層１１３ｃは正孔も電子も輸送できる。
【０１６３】
また、第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂと第３の発光層１１３ｃはゲスト材料として発光物質を含み、その発光物質はキャリアの移動速度に影響を与える。
【０１６４】
第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ａ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）と、第１の発光層１１３ａが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ａ（ＨＯＭＯＥＭ１）と、第２の発光層１１３ｂが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ｂ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）と、第２の発光層１１３ｂが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ｂ（ＨＯＭＯＥＭ２）と、第３の発光層１１３ｃが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ｃ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ３）と、第３の発光層１１３ｃが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ｃ（ＨＯＭＯＥＭ３）の関係について説明する。（図３（Ｂ）を参照。）なお、本実施の形態で例示する発光素子の第１の電極１０１の仕事関数１０１Ｗ及び第２の電極１０２の仕事関数１０２Ｗ、並びに正孔輸送層１１２のＨＯＭＯ準位１２１及びＬＵＭＯ準位１２２も図３（Ｂ）に図示する。
【０１６５】
ＥＬ層１０３において、ＨＯＭＯＨＯＳＴ１はＨＯＭＯＨＯＳＴ２より深いか概略等しい。また、ＨＯＭＯＥＭ１はＨＯＭＯＨＯＳＴ１より浅いか概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ２はＨＯＭＯＨＯＳＴ２より浅いか概略等しく、ＨＯＭＯＥＭ１はＨＯＭＯＥＭ２より深いか概略等しい。ＨＯＭＯＥＭ３はＨＯＭＯＨＯＳＴ３より浅い。また、ＨＯＭＯＥＭ１とＨＯＭＯＨＯＳＴ１の差（ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１）の絶対値は、ＨＯＭＯＥＭ２とＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差（ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２）の絶対値以下であって、ＨＯＭＯＥＭ３とＨＯＭＯＨＯＳＴ３の差（ΔＨＯＭＯＥＭ３−ＨＯＳＴ３）の絶対値は、ＨＯＭＯＥＭ２とＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差（ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２）の絶対値より大きい（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜≦｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜＜｜ΔＨＯＭＯＥＭ３−ＨＯＳＴ３｜）。
【０１６６】
ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１はゲスト材料である発光物質によって第１の発光層１１３ａに形成される正孔の捕獲準位の深さと見なすことができ、ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２はゲスト材料である発光物質によって第２の発光層１１３ｂに形成される正孔の捕獲準位の深さと見なすことができ、ΔＨＯＭＯＥＭ３−ＨＯＳＴ３はゲスト材料である発光物質によって第３の発光層１１３ｃに形成される正孔の捕獲準位の深さと見なすことができる。従って、本発明の一態様において、第２の発光層１１３ｂに形成される正孔の捕獲準位の深さは、第１の発光層１１３ａに形成される正孔の捕獲準位の深さ以上に深く（絶対値が大きく）、第３の発光層１１３ｃに形成される正孔の捕獲準位の深さは第２の発光層１１３ｂに形成される正孔の捕獲準位より深い（絶対値は大きい）と言い換えることができる。
【０１６７】
正孔の捕獲準位は正孔を捕獲するため、発光層の正孔の輸送性に影響する。また、影響の程度は捕獲準位の深さに依存する。具体的には、第１の発光層１１３ａ以下に第２の発光層１１３ｂは正孔の輸送性が抑制され、第２の発光層１１３ｂに比べ、第３の発光層１１３ｃは正孔の輸送性が抑制される。
【０１６８】
本実施の形態の発光素子はこのような構成により、正孔輸送層１１２から第１の発光層１１３ａに運び込まれた正孔は、正孔輸送層１１２から離れた第３の発光層１１３ｃに運び込まれる。また、正孔輸送性が抑制された第３の発光層１１３ｃにより、正孔が電子輸送層１１４に到達する現象が抑制される。
【０１６９】
次に、ＥＬ層を移動する電子の挙動と再結合について説明する。
【０１７０】
電子注入層１１５は陰極として機能する第２の電極１０２から電子を電子輸送層１１４に運び込む。電子輸送層１１４は電子輸送性に優れ、第３の発光層１１３ｃに電子を運び込む。
【０１７１】
第３の発光層１１３ｃの正孔輸送性は抑制されているため、電子輸送層１１４から運び込まれた電子は第３の発光層１１３ｃで正孔と高い効率で再結合し、ゲスト材料である発光物質が励起され発光に至る。
【０１７２】
なお、第３の発光層１１３ｃにおいて正孔と再結合せずに通り抜けた電子が、第２発光層１１３ｂに到達した場合、第２の発光層１１３ｂにおいて正孔と再結合し、第２の発光層１１３ｂに添加された発光物質が発光に至る。同様に、第２の発光層１１３ｂにおいて正孔と再結合せずに通り抜けた電子が、第１の発光層１１３ａに到達した場合、第１の発光層１１３ａにおいて正孔と再結合し、第１の発光層１１３ａに添加された発光物質が発光に至る。従って、発光効率が低下することがない。このように、発光層１１３の広い領域を発光可能な領域とすることで正孔と電子が再結合する確率を高め、発光効率を高めることができる。
【０１７３】
ここで、電子が発光層１１３で正孔と再結合せずに正孔輸送層１１２に到達する場合、正孔輸送層１１２が劣化する恐れがある。しかし、本実施の形態で例示する正孔輸送層１１２は第１の有機化合物と抗還元物質を含んでおり、抗還元物質は正孔輸送層１１２に到達した電子を第１の有機化合物に代わって受け取り、第１の有機化合物が還元反応により劣化する現象を防止する。
【０１７４】
なお、本実施の形態において、第１の発光層１１３ａ、第２の発光層１１３ｂ、及び第３の発光層１１３ｃに添加する発光物質は適宜選ぶことができる。従って、第１の発光層１１３ａ、第２の発光層１１３ｂ、及び第３の発光層１１３ｃは発光色が異なる発光層であってもよい。発光色が異なる発光層を積層した場合、発光素子が発する光はそれぞれの発光層の発光が混合されたものになる。なお、第１乃至第３の発光層が含む発光物質は、蛍光性物質でも燐光性物質でも構わない。
【０１７５】
例えば、本実施の形態の発光素子の第１の発光層１１３ａが赤色の蛍光性物質を含み、第２の発光層１１３ｂが緑色の蛍光性物質を含み、第３の発光層１１３ｃが青色の蛍光性物質を含む場合、白色の発光が得られる。また、本実施の形態の発光素子の第１の発光層１１３ａが黄色の蛍光性物質を含み、第２の発光層１１３ｂ及び第３の発光層１１３ｃが青色の蛍光性物質を含む場合、白色の発光が得られる。
【０１７６】
本実施の形態の発光素子の第１の電極１０１、第２の電極１０２及び、ＥＬ層１０３の各層を構成する材料は、実施の形態１と同様の材料を適宜用いることができる。また、発光の取り出し方向、ＥＬ層１０３の積層順番等についても、実施の形態１と同様に適宜選択して用いることができる。また、本実施の形態で例示されたＥＬ層１０３を、実施の形態１において図４及び図５（Ａ）に例示した発光素子の構成に適用することもできる。従って、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１７７】
本実施の形態で例示する発光素子は、発光層のキャリア輸送性がバイポーラ性であって、発光層の陰極に近い側に比べ、発光層の陽極に近い側の正孔の輸送性が勝る発光層を有しており、発光層の内部にキャリアの再結合領域が形成されている。また、正孔および電子が発光層を通り抜けて再結合せずにそれぞれ電子輸送層および正孔輸送層に達する現象が抑制されているため、電子とホールは発光層で高い効率で再結合する。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は高い発光効率を有する。
【０１７８】
また、本実施の形態で例示する発光素子は電子輸送層側から発光層を通り抜けた電子が正孔輸送層に到達しても、正孔輸送層が抗還元物質を含んでいるため、正孔輸送層の劣化が抑制されている。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は高い信頼性を有する。
【０１７９】
また、本実施の形態で例示する発光素子は、発光色が異なる複数の発光層を積層した発光層を適用できるうえ、当該複数の発光層にキャリアの再結合領域が広がっている。その結果、本実施の形態で例示する発光素子は、広い発光波長を有する発光素子に好適である。
【０１８０】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を用いて作製された発光装置について図１２および図１３を用いて説明する。なお、図１２（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図である。点線で示された４０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、４０２は画素部、４０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、４０４は封止基板、４０５はシール材であり、シール材４０５で囲まれた内側は、空間４０７になっている。
【０１８１】
なお、引き回し配線４０８はソース側駆動回路４０１及びゲート側駆動回路４０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）４０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
【０１８２】
次に、断面構造について図１２（Ｂ）を用いて説明する。基板４１０上には駆動回路部及び複数の画素を有する画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路４０１と画素部４０２に複数形成された画素のうち一つの画素が示されている。
【０１８３】
なお、ソース側駆動回路４０１はｎチャネル型ＴＦＴ４２３とｐチャネル型ＴＦＴ４２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路は、ＴＦＴで形成される種々のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。
【０１８４】
また、画素部４０２はスイッチング用ＴＦＴ４１１と、電流制御用ＴＦＴ４１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極４１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極４１３の端部を覆って絶縁物４１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
【０１８５】
また、カバレッジを良好なものとするため、絶縁物４１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物４１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物４１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物４１４として、光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
【０１８６】
第１の電極４１３上には、ＥＬ層４１６、および第２の電極４１７がそれぞれ形成されている。ここで、陽極として機能する第１の電極４１３に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）膜、または珪素を含有したインジウムスズ酸化物膜、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との３層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。
【０１８７】
第１の電極４１３と第２の電極４１７に挟まれたＥＬ層４１６は、実施の形態１乃至実施の形態３と同様に形成する。
【０１８８】
また、ＥＬ層４１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート法等の種々の方法により形成できる。
【０１８９】
さらに、ＥＬ層４１６上に形成される第２の電極４１７に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料（例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金や化合物、ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ）を用いることが好ましい。なお、ＥＬ層４１６で生じた光が陰極として機能する第２の電極４１７を透過させる場合には、第２の電極４１７として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）との積層を用いるのが良い。
【０１９０】
さらにシール材４０５で封止基板４０４を基板４１０と貼り合わせることにより、基板４１０、封止基板４０４、およびシール材４０５で囲まれた空間４０７に発光素子４１８が備えられた構造になっている。なお、空間４０７には、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材４０５で充填される構成も含むものとする。
【０１９１】
なお、シール材４０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、シール材４０５の材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板４０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステルまたはアクリル樹脂等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【０１９２】
以上のようにして、本発明の一態様の発光素子を用いて作製された発光装置を得ることができる。
【０１９３】
本発明の発光装置は、実施の形態１乃至実施の形態３で示した発光素子を用いているため、良好な特性を備えた発光装置を得ることができる。具体的には、発光効率の高い発光素子を有しているため、消費電力が低減され、さらに長時間駆動可能な発光装置を得ることができる。
【０１９４】
以上では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、この他、パッシブマトリクス型の発光装置であってもよい。図１３には本発明を適用して作製したパッシブマトリクス型の発光装置を示す。なお、図１３（Ａ）は、パッシブマトリクス型の発光装置を示す斜視図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）をＸ−Ｙで切断した断面図である。図１３において、基板９５１上には、電極９５２と電極９５６と、それらの間にＥＬ層９５５とが設けられている。電極９５２の端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。
【０１９５】
隔壁層９５４の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層９５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、クロストークに起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。
【０１９６】
電極９５２と電極９５６に挟まれたＥＬ層９５５は、実施の形態１乃至実施の形態３と同様に形成する。
【０１９７】
本発明の発光装置は、実施の形態１または実施の形態２で示した発光素子を用いているため、良好な特性を備えた発光装置を得ることができる。具体的には、発光効率の高い発光素子を有しているため、消費電力が低減され、さらに長時間駆動可能な発光装置を得ることができる。
【０１９８】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態４に示す発光装置を適用した電子機器について説明する。本発明の電子機器は、実施の形態１乃至は実施の形態３に示した発光素子を含み、消費電力が低減され、長時間駆動可能な表示部を有する。また、色再現性に優れた表示部を有する。
【０１９９】
本発明の一態様の発光素子を用いて作製された発光素子を有する電子機器として、ビデオカメラやデジタルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的には、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図１４に示す。
【０２００】
図１４（Ａ）は本発明に係るテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、実施の形態１乃至は実施の形態３で説明した発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高いという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は、高輝度の発光が可能であり、低消費電力化が図られている。また、信頼性に優れ、長期間の使用に耐えられる。本発明に係るテレビ装置は、低消費電力、高画質化が図られているので、それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
【０２０１】
図１４（Ｂ）は本発明に係るコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングデバイス９２０６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部９２０３は、実施の形態１乃至は実施の形態３で説明した発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高いという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９２０３も同様の特徴を有するため、高輝度の発光が可能であり、低消費電力化が図られている。また、信頼性に優れ、長期間の使用に耐えられる。本発明に係るコンピュータは、低消費電力、高画質化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。
【０２０２】
図１４（Ｃ）は本発明に係る携帯電話１０２０であり、筐体１０２１に組み込まれた表示部１０２２の他、操作ボタン１０２３、外部接続ポート１０２４、スピーカ１０２５、マイク１０２６などを備えている。表示部１０２２を指などで触れることで、情報を入力ことができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つ操作は、表示部１０２２を指などで触れることにより行うことができる。この携帯電話において、表示部１０２２は、実施の形態１乃至は実施の形態３で説明した発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高いという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部１０２２も同様の特徴を有するため、高輝度の発光が可能であり、低消費電力化が図られている。また、信頼性に優れ、長期間の使用に耐えられる。本発明に係る携帯電話は、低消費電力、高画質化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。
【０２０３】
図１４（Ｄ）は本発明に係るカメラであり、本体９５０１、表示部９５０２、筐体９５０３、外部接続ポート９５０４、リモコン受信部９５０５、受像部９５０６、バッテリー９５０７、音声入力部９５０８、操作キー９５０９、接眼部９５１０等を含む。このカメラにおいて、表示部９５０２は、実施の形態１乃至は実施の形態３で説明した発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、長時間駆動可能であるという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９５０２も同様の特徴を有するため、高輝度の発光が可能であり、低消費電力化が図られている。また、信頼性に優れ、長期間の使用に耐えられる。本発明に係るカメラは、低消費電力、高画質化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。
【０２０４】
以上の様に、本発明の発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明の一態様の発光素子を用いることにより、発光効率が高く、長時間駆動可能であり、消費電力の低減された表示部を有する電子機器を提供することが可能となる。
【０２０５】
また、本発明の発光装置は、照明装置として用いることもできる。本発明の発光素子を照明装置として用いる一態様を、図１５を用いて説明する。
【０２０６】
図１５は、本発明の発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図１５に示した液晶表示装置は、筐体９６０１、液晶層９６０２、バックライト９６０３、筐体９６０４を有し、液晶層９６０２は、ドライバーＩＣ９６０５と接続されている。また、バックライト９６０３は、本発明の発光装置が用いられており、端子９６０６により、電流が供給されている。
【０２０７】
本発明の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、発光効率が高く、消費電力の低減されたバックライトが得られる。また、本発明の発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、本発明の発光装置は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。また、本発明の発光装置は高輝度の発光が可能であるため、本発明の発光装置を用いた液晶表示装置も高輝度の発光が可能である。
【０２０８】
図１６は、本発明を適用した発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図１６に示す電気スタンドは、筐体２００１と、光源２００２を有し、光源２００２として、本発明の発光装置が用いられている。本発明の発光装置は、発光効率が高く、長時間駆動可能であり、また低消費電力であるため、電気スタンドも発光効率が高く、長時間駆動可能であり、また低消費電力である。
【０２０９】
図１７は、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた例である。
【０２１０】
本発明の発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、本発明の発光装置は、薄型で低消費電力であるため、薄型化、低消費電力化の照明装置として用いることが可能となる。このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた部屋に、図１４（Ａ）で説明したような、本発明に係るテレビ装置３００２を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。このような場合、両装置は低消費電力であるので、電気料金を心配せずに、明るい部屋で迫力のある映像を鑑賞することができる。また、本発明の発光装置を適用した照明装置は、信頼性に優れ、長期間の使用に耐えられる。
【実施例１】
【０２１１】
本発明の一態様の発光素子の作製方法および素子特性の測定結果を示す。作製した発光素子の概要を表１に示す。
【０２１２】
【表１】
【０２１３】
また、本実施例で用いる有機化合物のＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を表２に示す。なお、ここでは、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定から求めたＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を記載する。サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定からＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を決定する方法を後述の実施例２に例示する。
【０２１４】
【表２】
【０２１５】
また、本実施例で用いる有機化合物の構造式を以下に示す。
【０２１６】
【化１】
【化２】
【０２１７】
（発光素子１の作製）
本実施例で示す発光素子１の素子構造を図６（Ａ）に、バンド構造の一部を図６（Ｂ）に示す。発光素子１は第１の電極１５０２上に複数の層が積層されたＥＬ層１５０３を形成する。本実施例において、ＥＬ層１５０３は、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３（第１の発光層１５１３ａ、及び第２の発光層１５１３ｂ）、電子輸送層１５１４、電子注入層１５１５が順次積層された構造を有する。
【０２１８】
また、本実施例の発光素子１の電子輸送層１５１４は、第１の電子輸送層１５１４ａ及び第２の電子輸送層１５１４ｂの２層からなる。発光素子１が有する正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂ及び、第１の電子輸送層１５１４ａについて、各層が有するバンドの相関を図６（Ｂ）に示す。
【０２１９】
発光素子１では、同一の有機材料（ＰＣｚＰＡ）を正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂのホスト材料として用いる。すなわち、これらの層は同じＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位を有する。第１の発光層１５１３ａが含む発光物質のＨＯＭＯ準位はそのホスト材料のＨＯＭＯ準位と概略等しい。第２の発光層１５１３ｂが含む発光物質のＨＯＭＯ準位はそのホスト材料のＨＯＭＯ準位より、０．５０ｅＶ浅く、正孔の捕獲準位を形成する。
【０２２０】
次に、発光素子１の作製方法について説明する。まず、ガラス基板１５０１上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＳＯ）をスパッタリング法にて成膜し、第１の電極１５０２を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
【０２２１】
第１の電極１５０２が形成された面が下方となるように、第１の電極１５０２が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、装置のチャンバー内を１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極１５０２上に正孔輸送層１５１２を形成した。正孔輸送層１５１２は、９−フェニル−３−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＰＣｚＰＡ）と酸化モリブデン（ＶＩ）を共蒸着した膜からなり、その膜厚は５０ｎｍとした。ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で４：１（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように蒸着レートを調節した。なお、共蒸着とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
【０２２２】
次に、正孔輸送層１５１２上に、第１の発光層１５１３ａを形成した。第１の発光層１５１３ａは、ＰＣｚＰＡとＮ，Ｎ’−ジフェニルキナクリドン（略称：ＤＰＱｄ）を共蒸着した膜からなり、その膜厚は２０ｎｍとした。ＰＣｚＰＡとＤＰＱｄとの重量比は、１：０．０２（＝ＰＣｚＰＡ：ＤＰＱｄ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２２３】
次に、第１の発光層１５１３ａ上に、第２の発光層１５１３ｂを形成した。第２の発光層１５１３ｂはＰＣｚＰＡと、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）を共蒸着した膜からなり、その膜厚は３０ｎｍとした。ＰＣｚＰＡと２ＰＣＡＰＡの重量比は、１：０．０４（＝ＰＣｚＰＡ：２ＰＣＡＰＡ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２２４】
さらに、第２の発光層１５１３ｂ上に、電子輸送層１５１４を形成した。電子輸送層１５１４は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ）を１０ｎｍ、その上にバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜した積層膜からなる。
【０２２５】
電子輸送層１５１４上に、電子注入層１５１５を形成した。電子注入層１５１５は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）からなり、その膜厚を１ｎｍとした。
【０２２６】
最後に、電子注入層１５１５上に第２の電極１５０４を形成した。第２の電極１５０４は、アルミニウムからなり、その膜厚を２００ｎｍとして発光素子１を作製した。
【０２２７】
以上により得られた本発明の発光素子１を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、この発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０２２８】
発光素子１の電流密度−輝度特性を図８に示す。また、電圧−輝度特性を図９に示す。また、輝度−電流効率特性を図１０に示す。また、初期輝度を約５０００ｃｄ／ｍ２としたときの発光素子１の規格化輝度時間変化を図１１に示す。
【０２２９】
発光素子１は、輝度１０００ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．２７、ｙ＝０．６５）であり、緑色の発光を示した。また、輝度１０００ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は１８．８ｃｄ／Ａであり、電圧は４．４Ｖ、電流密度は、４１．７ｍＡ／ｃｍ２であった。また、図１１から、発光素子１は、４００時間後でも初期輝度の９２％の輝度を保っており、長寿命な発光素子であることがわかる。
【０２３０】
以上のように、本発明を適用することにより、効率の良い長寿命な発光素子が得られた。
【０２３１】
（発光素子２の作製）
本実施例で示す発光素子２の素子構造を図６（Ａ）に、バンド構造の一部を図６（Ｃ）に示す。発光素子２が有する第２の発光層１５１３ｂのホスト材料は、発光素子１が有する第２の発光層１５１３ｂのホスト材料と異なる。それ以外は発光素子１と同じ構成を有するためここでは詳細な説明を省略する。
【０２３２】
また、本実施例の発光素子２の電子輸送層１５１４は２層からなる。発光素子２が有する正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂ及び、第１の電子輸送層１５１４ａについて、各層が有するバンドの相関を図６（Ｃ）に示す。
【０２３３】
発光素子２はほぼ同じＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位を有する有機材料を用いて、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３（第１の発光層１５１３ａ、及び第２の発光層１５１３ｂ）を形成した。第１の発光層１５１３ａが含む発光物質のＨＯＭＯ準位はそのホスト材料のＨＯＭＯ準位と概略等しい。第２の発光層１５１３ｂが含む発光物質のＨＯＭＯ準位はそのホスト材料のＨＯＭＯ準位より、０．５０ｅＶ浅く、正孔の捕獲準位を形成する。
【０２３４】
次に、発光素子２の作製方法について説明する。発光素子１と同様の基板を用い、第１の電極１５０２上に正孔輸送層１５１２を形成した。正孔輸送層１５１２は、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）を共蒸着した膜からなり、その膜厚は５０ｎｍとした。ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で４：１（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように蒸着レートを調節した。
【０２３５】
次に、正孔輸送層１５１２上に、第１の発光層１５１３ａを形成した。第１の発光層１５１３ａは、ＰＣｚＰＡとＤＰＱｄを共蒸着した膜からなり、その膜厚は３０ｎｍとした。ＰＣｚＰＡとＤＰＱｄとの重量比は、１：０．０２（＝ＰＣｚＰＡ：ＤＰＱｄ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２３６】
次に、第１の発光層１５１３ａ上に、第２の発光層１５１３ｂを形成した。第２の発光層１５１３ｂは９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）と２ＰＣＡＰＡを共蒸着した膜からなり、その膜厚は３０ｎｍとした。ＣｚＰＡと２ＰＣＡＰＡの重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：２ＰＣＡＰＡ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２３７】
さらに、第２の発光層１５１３ｂ上に、電子輸送層１５１４を形成した。電子輸送層１５１４は、第１の電子輸送層１５１４ａ及び第２の電子輸送層１５１４ｂの２層からなる。第１の電子輸送層１５１４ａとしてトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）を１０ｎｍ、その上に第２の電子輸送層１５１４ｂとしてバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜した。
【０２３８】
電子輸送層１５１４上に、電子注入層１５１５を形成した。電子注入層１５１５は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）からなり、その膜厚を１ｎｍとした。
【０２３９】
最後に、電子注入層１５１５上に第２の電極１５０４を形成した。第２の電極１５０４は、アルミニウムからなり、その膜厚を２００ｎｍとして発光素子２を作製した。
【０２４０】
以上により得られた本発明の発光素子２を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、この発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０２４１】
発光素子２の電流密度−輝度特性を図８に示す。また、電圧−輝度特性を図９に示す。また、輝度−電流効率特性を図１０に示す。また、初期輝度を約５０００ｃｄ／ｍ２としたときの発光素子２の規格化輝度時間変化を図１１に示す。
【０２４２】
発光素子２は、輝度１０００ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．３２、ｙ＝０．６０）であり、緑色の発光を示した。また、輝度１０００ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は１３．３ｃｄ／Ａであり、電圧は４．２Ｖ、電流密度は、７．４ｍＡ／ｃｍ２であった。また、図１１から、発光素子２は、２００時間後でも初期輝度の９７％の輝度を保っており、長寿命な発光素子であることがわかる。
【０２４３】
以上のように、本発明を適用することにより、効率の良い長寿命な発光素子が得られた。
【０２４４】
（発光素子３の作製）
本実施例で示す発光素子３の素子構造を図７（Ａ）に、バンド構造の一部を図７（Ｂ）に示す。発光素子３は第１の電極１５０２上に複数の層が積層されたＥＬ層１５０３を形成する。本実施例において、ＥＬ層１５０３は、正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂ、第３の発光層１５１３ｃ、電子輸送層１５１４、電子注入層１５１５が順次積層された構造を有する。
【０２４５】
また、本実施例の電子輸送層１５１４は、第１の電子輸送層１５１４ａ及び第２の電子輸送層１５１４ｂの２層からなる。発光素子３が有する正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂ、第３の発光層１５１３ｃ、及び第１の電子輸送層１５１４ａについて、各層が有するバンドの相関を図７（Ｂ）に示す。
【０２４６】
発光素子３はほぼ同じＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位を有する有機材料を用いて、正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂ、第３の発光層１５１３ｃを形成した。第１の発光層１５１３ａが含む発光物質のＨＯＭＯ準位はそのホスト材料のＨＯＭＯ準位と概略等しい。第２の発光層１５１３ｂが含む発光物質のＨＯＭＯ準位はそのホスト材料のＨＯＭＯ準位より０．３８ｅＶ浅く、第３の発光層１５１３ｃが含む発光物質のＨＯＭＯ準位はそのホスト材料のＨＯＭＯ準位より０．６１ｅＶ高く、それぞれ正孔の捕獲準位を形成する。
【０２４７】
次に、発光素子３の作製方法について説明する。発光素子１と同様の基板を用い、第１の電極１５０２上に正孔輸送層１５１２を形成した。正孔輸送層１５１２は、ＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）を共蒸着した膜からなり、その膜厚は５０ｎｍとした。ＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で４：２（＝ＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように蒸着レートを調節した。
【０２４８】
次に、正孔輸送層１５１２上に、第１の発光層１５１３ａを形成した。第１の発光層１５１３ａは、ＰＣｚＰＡとＤＰＱｄを共蒸着した膜からなり、その膜厚は３０ｎｍとした。ＰＣｚＰＡとＤＰＱｄとの重量比は、１：０．０２（＝ＰＣｚＰＡ：ＤＰＱｄ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２４９】
次に、第１の発光層１５１３ａ上に、第２の発光層１５１３ｂを形成した。第２の発光層１５１３ｂは３−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−９−フェニル−９Ｈ−カルパゾール（略称：２ＰＣｚＰＡ）と２ＰＣＡＰＡを共蒸着した膜からなり、その膜厚は２０ｎｍとした。２ＰＣｚＰＡと２ＰＣＡＰＡの重量比は、１：０．０５（＝２ＰＣｚＰＡ：２ＰＣＡＰＡ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２５０】
次に、第２の発光層１５１３ｂ上に、第３の発光層１５１３ｃを形成した。第３の発光層１５１３ｃはＣｚＰＡと９，１０−ジフェニル−２−（Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン−Ｎ−イル）アントラセン（略称：２ＤＰＡＰＡ）を共蒸着した膜からなり、その膜厚は３０ｎｍとした。ＣｚＰＡと２ＤＰＡＰＡの重量比は、１：０．０４（＝ＣｚＰＡ：２ＤＰＡＰＡ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２５１】
さらに、第３の発光層１５１３ｃ上に、電子輸送層１５１４を形成した。電子輸送層１５１４は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）を１０ｎｍ、その上にバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜した積層膜からなる。
【０２５２】
電子輸送層１５１４上に、電子注入層１５１５を形成した。電子注入層１５１５は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）からなり、その膜厚を１ｎｍとした。
【０２５３】
最後に、電子注入層１５１５上に第２の電極１５０４を形成した。第２の電極１５０４は、アルミニウムからなり、その膜厚を２００ｎｍとして発光素子３を作製した。
【０２５４】
以上により得られた本発明の発光素子３を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、この発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０２５５】
発光素子３の電流密度−輝度特性を図８に示す。また、電圧−輝度特性を図９に示す。また、輝度−電流効率特性を図１０に示す。また、初期輝度を約５０００ｃｄ／ｍ２としたときの発光素子３の規格化輝度時間変化を図１１に示す。
【０２５６】
発光素子３は、輝度１０００ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．３０、ｙ＝０．６１）であり、緑色の発光を示した。また、輝度１０００ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は１４．６ｃｄ／Ａであり、電圧は４．６Ｖ、電流密度は、６．１ｍＡ／ｃｍ２であった。また、図１１から、発光素子３は、４００時間後でも初期輝度の８７％の輝度を保っており、長寿命な発光素子であることがわかる。
【０２５７】
以上のように、本発明を適用することにより、効率の良い長寿命な発光素子が得られた。
【実施例２】
【０２５８】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子に用いる材料のＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位の測定方法について説明する。
【０２５９】
ここでは、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定から、ＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を測定する方法の一態様について説明する。
【０２６０】
酸化還元反応特性をサイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって調べた。測定には、電気化学アナライザー（ビー・エー・エス（株）製、型番：ＡＬＳモデル６００Ａまたは６００Ｃ）を用いた。
【０２６１】
また、作用電極としては白金電極（ビー・エー・エス（株）製、ＰＴＥ白金電極）を、補助電極としては白金電極（ビー・エー・エス（株）製、ＶＣ−３用Ｐｔカウンター電極（５ｃｍ））を、参照電極としてはＡｇ／Ａｇ＋電極（ビー・エー・エス（株）製、ＲＥ７非水溶媒系参照電極）をそれぞれ用いた。なお、測定は室温（２０〜２５℃）で行った。また、ＣＶ測定時のスキャン速度は、０．１Ｖ／ｓｅｃに統一した。
【０２６２】
なお、ＣＶ測定における試料溶液は、溶媒として脱水ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）（（株）アルドリッチ製、９９．８％、カタログ番号；２２７０５−６）を用い、支持電解質である過塩素酸テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム（ｎ−Ｂｕ４ＮＣｌＯ４）（（株）東京化成製、カタログ番号；Ｔ０８３６）を１００ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させ、さらに測定対象を２ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させて調製した。
【０２６３】
（参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーの算出）
測定に用いる参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）の真空準位に対するポテンシャルエネルギー（ｅＶ）を算出する方法について説明する。なお、参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、Ａｇ／Ａｇ＋電極のフェルミ準位に相当する。
【０２６４】
参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、その参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）を用いて真空準位からのポテンシャルエネルギーが既知の物質を測定した値から、算出すればよい。
【０２６５】
具体的には、標準水素電極の真空準位からのポテンシャルエネルギーは−４．４４ｅＶであることが知られている（参考文献；大西敏博・小山珠美著、高分子ＥＬ材料（共立出版）、ｐ．６４−６７）。また、メタノール中におけるフェロセンの酸化還元電位は、標準水素電極に対して＋０．６１０［Ｖ ｖｓ． ＳＨＥ］であることが知られている（参考文献；ＣｈｒｉｓｔｉａｎＲ．Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ ｅｔ ａｌ．， Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．， Ｖｏｌ．１２４， Ｎｏ．１，８３−９６， ２００２）。従って、フェロセンの酸化還元電位は真空準位に対して−４．４４−０．６１＝−５．０５［ｅＶ］である。
【０２６６】
一例として、本実施例で用いる参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）を用いてメタノール中におけるフェロセンの酸化還元電位を求めたところ、＋０．１１Ｖ［ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］であった。従って、本実施例で用いる参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）の真空準位からのポテンシャルエネルギーは−５．０５＋０．１１＝−４．９４［ｅＶ］であると算出できる。
【０２６７】
（ＨＯＭＯ準位の算出）
参照電極に対する作用電極の電位を正の値の範囲で走査し、前述の要領で調整した試料溶液をＣＶ測定する。ここでの正の値の範囲は、酸化反応が起こる範囲であって、代表的には試料の一電子酸化が起こる範囲とする。
【０２６８】
ＣＶ測定から酸化ピーク電位Ｅｐａ、及び還元ピーク電位Ｅｐｃを求め、半波電位（ＥｐａとＥｐｃの中間の電位）を算出する。半波電位の値（Ｅｐａ＋Ｅｐｃ）／２［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］は、参照電極を基準として、作用電極上で酸化反応に要する電気エネルギーを測定した値である。従って、真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４−（Ｅｐａ＋Ｅｐｃ）／２［ｅＶ］となる。
【０２６９】
（ＬＵＭＯ準位の算出）
参照電極に対する作用電極の電位を負の値の範囲で走査し、前述の要領で調整した試料溶液をＣＶ測定する。ここでの負の値の範囲は、還元反応が起こる範囲であって、代表的には試料の一電子還元が起こる範囲とする。
【０２７０】
ＣＶ測定から還元ピーク電位Ｅｐｃ、及び酸化ピーク電位Ｅｐａを求め、半波電位（ＥｐｃとＥｐａの中間の電位）を算出する。半波電位の値（Ｅｐａ＋Ｅｐｃ）／２［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］は、参照電極を基準として、作用電極上で還元反応に要する電気エネルギーを測定した値である。従って、真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４−（Ｅｐａ＋Ｅｐｃ）／２［ｅＶ］となる。
【０２７１】
なお、本発明の一態様の発光素子に用いる材料のＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位を、光電子分光装置（理研計器社製、ＡＣ−２）を用いて測定することもできる。光電子分光装置（理研計器社製、ＡＣ−２）を用いて大気中にて薄膜試料のＨＯＭＯ準位を測定する。また、紫外可視分光光度計（日本分光株式会社製、Ｖ５５０型）を用いて薄膜試料の吸収スペクトルを測定し、吸収スペクトルをＴａｕｃプロットして吸収端を求め、吸収端から固体状態のエネルギーギャップを見積もる。そして、ＨＯＭＯ準位にエネルギーギャップを加えてＬＵＭＯ準位を見積もることができる。
【実施例３】
【０２７２】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子における正孔と電子の再結合領域を計算した結果を説明する。
【０２７３】
本実施例で計算した発光素子の構成を図１８（Ａ）に示す。本実施例の発光素子は第１の電極１０１と、第２の電極１０２と、ＥＬ層１０３を有する。第１の電極１０１は基板１００上に形成されている。また、第１の電極１０１は陽極として機能し、第２の電極１０２が陰極として機能する。
【０２７４】
ＥＬ層１０３は正孔輸送層１１２と、第１の発光層１１３ａと、第２の発光層１１３ｂと、電子輸送層１１４を有する。正孔輸送層１１２は、陽極として機能する電極と第１の発光層１１３ａの間にあって、陽極及び第１の発光層１１３ａの陽極側の面に接している。第２の発光層１１３ｂは、第１の発光層１１３ａと陰極として機能する電極の間にあって、第１の発光層１１３ａの陰極側の面に接している。電子輸送層１１４は、第２の発光層１１３ｂと陰極として機能する電極の間にあって、第２の発光層１１３ｂの陰極側の面及び陰極として機能する電極に接している。
【０２７５】
次に、本実施例の発光素子を構成するＥＬ層について、各層が有するバンドの相関を図１８（Ｂ）に示す。
【０２７６】
本実施例で例示する発光素子の第１の電極１０１の仕事関数１０１Ｗは−５．３ｅＶとした。また、第２の電極１０２の仕事関数１０２Ｗは−３．２ｅＶとした。
【０２７７】
正孔輸送層１１２が含む第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位１２１（ＨＯＭＯＨＴＬ）、第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ａ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）及び、第２の発光層１１３ｂが含むホスト材料のＨＯＭＯ準位１３１ｂ（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）は−５．６ｅＶとした。なお、第１の発光層１１３ａが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ａ（ＨＯＭＯＥＭ１）及び第２の発光層１１３ｂが含む発光物質のＨＯＭＯ準位１３３ｂ（ＨＯＭＯＥＭ２）も、図１８（Ｂ）に図示する。
【０２７８】
また、正孔輸送層１１２が含む第１の有機化合物のＬＵＭＯ準位１２２（ＬＵＭＯＨＴＬ）、第１の発光層１１３ａが含むホスト材料のＬＵＭＯ準位１３２ａ（ＬＵＭＯＨＯＳＴ１）及び、第２の発光層１１３ｂが含むホスト材料のＬＵＭＯ準位１３２ｂ（ＬＵＭＯＨＯＳＴ２）は−２．７ｅＶとした。
【０２７９】
なお、正孔輸送層１１２、第１の発光層１１３ａ及び、第２の発光層１１３ｂにおける電子の移動度を１×１０−７ｃｍ２／Ｖｓとし、正孔の移動度を１×１０−５ｃｍ２／Ｖｓとした。また、正孔輸送層１１２が有する正孔の濃度を１×１０１６／ｃｍ３とした。
【０２８０】
一方、電子輸送層１１４のＨＯＭＯ準位１４１（ＨＯＭＯＥＴＬ）は−５．８ｅＶとし、ＬＵＭＯ準位１４２（ＬＵＭＯＥＴＬ）は−２．９ｅＶとした。また、電子輸送層１１４における正孔の移動度を１．５×１０−７ｃｍ２／Ｖｓとし、電子の移動度を１．５×１０−５ｃｍ２／Ｖｓとした。また、電子輸送層１１４が有する電子の濃度を１×１０１６／ｃｍ３とした。
【０２８１】
また、第１の発光層１１３ａ及び、第２の発光層１１３ｂが有する正孔捕獲準位の濃度を１×１０１９／ｃｍ３とした。
【０２８２】
なお、第１の電極１０１に比べて第２の電極１０２を１０Ｖ低い電位とした。
【０２８３】
上記の構成を有する発光素子について、デバイスシミュレータＡｔｌａｓ（Ｓｉｌｖａｃｏ Ｄａｔａ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．）を用いてシミュレーションを行い、ＥＬ層中の正孔と電子の再結合確率の分布を算出した。シミュレーションでは再結合が生じる位置を発光領域とみなすことができる。第１の発光層１１３ａが有する正孔捕獲準位の深さＥｔｒａｐ＿ＥＭ１（｜ＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＭＯＨＯＳＴ１｜）と、第２の発光層１１３ｂが有する正孔捕獲準位の深さＥｔｒａｐ＿ＥＭ２（｜ＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＭＯＨＯＳＴ２｜）に、０．１ｅＶから０．４ｅＶまでの４種類の値をそれぞれあてはめ、計１６種類の組み合わせについて計算を行った。
【０２８４】
なお、計算結果は図１８（Ｃ）に示す模式図のごとく、第１の電極１０１の表面からの距離に対して、正孔と電子の再結合確率をプロットして示す。また図１８（Ｃ）には、正孔輸送層１１２、第１の発光層１１３ａ、第２の発光層１１３ｂ、及び電子輸送層１１４の位置が、矢印および点線によって図示されている。
【０２８５】
図１９に、１６種類の組み合わせについて行った計算結果を示す。なお、第１の発光層１１３ａが有する正孔捕獲準位の深さに比べ、第２の発光層１１３ｂが有する正孔捕獲準位が深い組み合わせについて、太い線で囲んで示す。
【０２８６】
第１の発光層１１３ａが有する正孔捕獲準位の深さに比べ、第２の発光層１１３ｂが有する正孔捕獲準位が深い組み合わせにおいて、正孔と電子の再結合確率が第１の発光層１１３ａと第２の発光層１１３ｂに広く分布し、発光領域が発光層全体に広がることが確認できた。例えば、第１の発光層１１３ａが有する正孔捕獲準位の深さが０．１ｅＶの場合、第２の発光層１１３ｂが有する正孔捕獲準位を深くするにつれて、第２の発光層１１３ｂと電子輸送層１１４の間における正孔と電子の再結合確率が小さく抑制され、発光層での再結合が増加する様子が確認された。これは第２の発光層１１３ｂの正孔捕獲準位が深くなるに従って発光層を通り抜けて電子輸送層側に到達する正孔が少なくなることを表している。このように、本実施例の素子構成は、発光領域を発光層全体に広げて発光効率を高めつつ、電子輸送層に到達する正孔による電子輸送層の劣化を防ぐ効果を有することが確認できた。
【実施例４】
【０２８７】
本実施例で作製した発光素子、及び比較素子の概要を表３に示す。
【０２８８】
【表３】
【０２８９】
なお、本実施例で用いる有機化合物の構造式を以下に示す。
【０２９０】
【化３】
【０２９１】
また、本実施例で用いた有機化合物のＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を表４に示す。なお、ＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位は実施例２に記載したサイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定から求めた。
【０２９２】
【表４】
【０２９３】
（発光素子４の作製）
本実施例で作製した発光素子４の素子構造を図２０（Ａ）に、バンド構造の一部を図２０（Ｂ）に示す。発光素子４は第１の電極１５０２上に複数の層が積層されたＥＬ層１５０３を有する。本実施例の発光素子４のＥＬ層１５０３は、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３、電子輸送層１５１４、並びに電子注入層１５１５が順次積層された構造を有する。なお、発光層１５１３は第１の発光層１５１３ａに第２の発光層１５１３ｂを積層した構成を備え、電子輸送層１５１４は第１の電子輸送層１５１４ａに第２の電子輸送層１５１４ｂを積層した構成を備える。
【０２９４】
発光素子４が備える各層のバンドの相関を説明するために、正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂ、並びに第１の電子輸送層１５１４ａのＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を図２０（Ｂ）に示す。なお、発光素子４の正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、及び第２の発光層１５１３ｂは共通のホスト材料を含む。共通のホスト材料として、ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩを用いた。
【０２９５】
第１の発光層１５１３ａは、ホスト材料に発光物質としてＩｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２ｄｐｍが分散されている。発光物質のＨＯＭＯ準位（−５．５０ｅＶ）は、ホスト材料のＨＯＭＯ準位（−６．２４ｅＶ）に比べて浅いため、０．７４ｅＶの大きさの正孔の捕獲準位が第１の発光層１５１３ａに形成される。
【０２９６】
また、第２の発光層１５１３ｂは、ホスト材料に発光物質としてＩｒ（２ｐｈｑ）３が分散されている。発光物質のＨＯＭＯ準位（−５．４３ｅＶ）は、ホスト材料のＨＯＭＯ準位（−６．２４ｅＶ）に比べて浅いため、０．８１ｅＶの正孔の捕獲準位が第２の発光層１５１３ｂに形成される。依って、第１の発光層は第２の発光層より正孔を捕獲する力が弱く、第１の発光層の正孔輸送性は第２の発光層より高い。
【０２９７】
次に、発光素子４の作製方法について説明する。発光素子１と同様に、ガラス基板１５０１に設けられた第１の電極１５０２上に正孔輸送層１５１２を形成した。正孔輸送層１５１２はｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩと酸化モリブデン（ＶＩ）を、５０ｎｍの膜厚となるように共蒸着して形成した。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で４：２（＝ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ：酸化モリブデン）となるように蒸着レートを調節した。
【０２９８】
次に、第１の発光層１５１３ａを正孔輸送層１５１２上に形成した。第１の発光層１５１３ａは、ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２ｄｐｍを、２０ｎｍの膜厚となるように共蒸着して形成した。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２ｄｐｍとの重量比は、１：０．０５（＝ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２ｄｐｍ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２９９】
次に、第１の発光層１５１３ａ上に、第２の発光層１５１３ｂを形成した。第２の発光層１５１３ｂはｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（２ｐｈｑ）３を、３０ｎｍの膜厚となるように共蒸着して作製した。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（２ｐｈｑ）３の重量比は、１：０．０４（＝ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ：Ｉｒ（２ｐｈｑ）３）となるように蒸着レートを調節した。
【０３００】
さらに、第２の発光層１５１３ｂ上に、電子輸送層１５１４を形成した。電子輸送層１５１４は、第１の電子輸送層１５１４ａ及び第２の電子輸送層１５１４ｂの２層からなる。なお、第１の電子輸送層１５１４ａとしてトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）を１０ｎｍ、その上に第２の電子輸送層１５１４ｂとしてバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜した。
【０３０１】
電子輸送層１５１４上に、電子注入層１５１５を形成した。電子注入層１５１５としてフッ化リチウム（ＬｉＦ）を、１ｎｍの膜厚となるように蒸着した。
【０３０２】
最後に、電子注入層１５１５上に第２の電極１５０４を形成した。第２の電極１５０４としてアルミニウムを、２００ｎｍの膜厚となるよう蒸着して発光素子４を作製した。
【０３０３】
以上により得られた発光素子４を大気に曝さないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した後、この発光素子４の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０３０４】
（発光素子５の作製）
本実施例で作製した発光素子５の素子構造を図２０（Ａ）に、バンド構造の一部を図２０（Ｃ）に示す。発光素子５は第１の電極１５０２上に複数の層が積層されたＥＬ層１５０３を有する。本実施例の発光素子５のＥＬ層１５０３は、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３、電子輸送層１５１４、並びに電子注入層１５１５が順次積層された構造を有する。なお、発光層１５１３は第１の発光層１５１３ａに第２の発光層１５１３ｂを積層した構成を備え、電子輸送層１５１４は第１の電子輸送層１５１４ａに第２の電子輸送層１５１４ｂを積層した構成を備える。
【０３０５】
発光素子５が備える各層のバンドの相関を説明するために、正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、第２の発光層１５１３ｂ、並びに第１の電子輸送層１５１４ａのＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を図２０（Ｃ）に示す。なお、発光素子５は正孔輸送層１５１２、第１の発光層１５１３ａ、及び第２の発光層１５１３ｂは共通のホスト材料を含む。共通のホスト材料として、ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩを用いた。
【０３０６】
第１の発光層１５１３ａは、ホスト材料に発光物質としてＩｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２ｄｐｍが分散されている。発光物質のＨＯＭＯ準位（−５．５０ｅＶ）は、ホスト材料のＨＯＭＯ準位（−６．２４ｅＶ）に比べて浅いため、０．７４ｅＶの大きさの正孔の捕獲準位が第１の発光層１５１３ａに形成される。
【０３０７】
また、第２の発光層１５１３ｂは、ホスト材料に発光物質としてＩｒ（ｐｐｙ）３が分散されている。発光物質のＨＯＭＯ準位（−５．３２ｅＶ）は、ホスト材料のＨＯＭＯ準位（−６．２４ｅＶ）に比べて浅いため、０．９２ｅＶの正孔の捕獲準位が第２の発光層１５１３ｂに形成される。依って、第１の発光層は第２の発光層より正孔を捕獲する力が弱く、第１の発光層の正孔輸送性は第２の発光層より高い。
【０３０８】
次に、発光素子５の作製方法について説明する。発光素子５は、上述の発光素子４と第２の発光層１５１３ｂの構成のみが異なる構成を有する。よって、ここでは第２の発光層１５１３ｂの作製方法のみを説明し、他の構成については、発光素子４の作製方法の記載を参酌することがきる。
【０３０９】
第１の発光層１５１３ａ上に、第２の発光層１５１３ｂを形成した。第２の発光層１５１３ｂはｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（ｐｐｙ）３を、３０ｎｍの膜厚となるように共蒸着して作製した。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（ｐｐｙ）３の重量比は、１：０．０４（＝ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）となるように蒸着レートを調節した。
【０３１０】
以上により得られた発光素子５を大気に曝さないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した後、この発光素子５の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０３１１】
（比較素子１の作製）
本実施例で作製した比較素子１の素子構造を図２１（Ａ）に、バンド構造の一部を図２１（Ｂ）に示す。比較素子１は第１の電極１５０２上に複数の層が積層されたＥＬ層１５０３を有する。比較素子１のＥＬ層１５０３は、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３ｂ、電子輸送層１５１４、並びに電子注入層１５１５が順次積層された構造を有する。なお、発光層１５１３ｂは一層のみからなり、電子輸送層１５１４は第１の電子輸送層１５１４ａに第２の電子輸送層１５１４ｂを積層した構成を備える。
【０３１２】
比較素子１が備える各層のバンドの相関を説明するために、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３ｂ、並びに第１の電子輸送層１５１４ａのＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を図２１（Ｂ）に示す。なお、比較素子１の正孔輸送層１５１２、並びに発光層１５１３ｂは共通のホスト材料を含む。共通のホスト材料として、ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩを用いた。
【０３１３】
発光層１５１３ｂは、ホスト材料に発光物質としてＩｒ（２ｐｈｑ）３が分散されている。発光物質のＨＯＭＯ準位（−５．４３ｅＶ）は、ホスト材料のＨＯＭＯ準位（−６．２４ｅＶ）に比べて浅いため、０．８１ｅＶの正孔の捕獲準位が発光層１５１３ｂに形成される。
【０３１４】
次に、比較素子１の作製方法について説明する。発光素子１と同様に、基板に設けられた第１の電極１５０２上に正孔輸送層１５１２を形成した。正孔輸送層１５１２はｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩと酸化モリブデン（ＶＩ）を、７０ｎｍの膜厚となるように共蒸着して形成した。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で４：２（＝ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ：酸化モリブデン）となるように蒸着レートを調節した。
【０３１５】
次に、正孔輸送層１５１２上に、発光層１５１３ｂを形成した。発光層１５１３ｂはｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（２ｐｈｑ）３を、３０ｎｍの膜厚となるように共蒸着して作製した。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（２ｐｈｑ）３の重量比は、１：０．０４（＝ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ：Ｉｒ（２ｐｈｑ）３）となるように蒸着レートを調節した。
【０３１６】
さらに、発光層１５１３ｂ上に、電子輸送層１５１４を形成した。電子輸送層１５１４は、第１の電子輸送層１５１４ａ及び第２の電子輸送層１５１４ｂの２層からなる。なお、第１の電子輸送層１５１４ａとしてトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）を１０ｎｍ、その上に第２の電子輸送層１５１４ｂとしてバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜した。
【０３１７】
電子輸送層１５１４上に、電子注入層１５１５を形成した。電子注入層１５１５としてフッ化リチウム（ＬｉＦ）を、１ｎｍの膜厚となるように蒸着した。
【０３１８】
最後に、電子注入層１５１５上に第２の電極１５０４を形成した。第２の電極１５０４としてアルミニウムを、２００ｎｍの膜厚となるよう蒸着して比較素子１を作製した。
【０３１９】
以上により得られた比較素子１を大気に曝さないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した後、この比較素子１の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０３２０】
（比較素子２の作製）
本実施例で作製した比較素子２の素子構造を図２１（Ａ）に、バンド構造の一部を図２１（Ｃ）に示す。比較素子２は第１の電極１５０２上に複数の層が積層されたＥＬ層１５０３を有する。比較素子２のＥＬ層１５０３は、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３ｂ、電子輸送層１５１４、並びに電子注入層１５１５が順次積層された構造を有する。なお、発光層１５１３ｂは一層のみからなり、電子輸送層１５１４は第１の電子輸送層１５１４ａに第２の電子輸送層１５１４ｂを積層した構成を備える。
【０３２１】
比較素子２が備える各層のバンドの相関を説明するために、正孔輸送層１５１２、発光層１５１３ｂ、並びに第１の電子輸送層１５１４ａのＨＯＭＯ準位、及びＬＵＭＯ準位を図２１（Ｃ）に示す。なお、比較素子２の正孔輸送層１５１２、並びに発光層１５１３ｂは共通のホスト材料を含む。共通のホスト材料として、ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩを用いた。
【０３２２】
発光層１５１３ｂは、ホスト材料に発光物質としてＩｒ（ｐｐｙ）３が分散されている。発光物質のＨＯＭＯ準位（−５．３２ｅＶ）は、ホスト材料のＨＯＭＯ準位（−６．２４ｅＶ）に比べて浅いため、０．９２ｅＶの正孔の捕獲準位が発光層１５１３ｂに形成される。
【０３２３】
次に、比較素子２の作製方法について説明する。比較素子２は、上述の比較素子１と第２の発光層１５１３ｂの構成のみが異なる構成を有する。よって、ここでは第２の発光層１５１３ｂの作製方法のみを説明し、他の構成については、比較素子１の作製方法の記載を参酌することがきる。
【０３２４】
正孔輸送層１５１２上に、発光層１５１３ｂを形成した。発光層１５１３ｂはｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（ｐｐｙ）３を、３０ｎｍの膜厚となるように共蒸着して作製した。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩとＩｒ（ｐｐｙ）３の重量比は、１：０．０４（＝ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）となるように蒸着レートを調節した。
【０３２５】
以上により得られた比較素子２を大気に曝さないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した後、この比較素子２の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０３２６】
（評価結果）
発光素子４と比較素子１の電流密度−輝度特性を図２２、電圧−輝度特性を図２３に、また輝度−電流効率特性を図２４に示す。
【０３２７】
発光素子４は、輝度１１３１ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．５５８、ｙ＝０．４４１）であり、緑色の発光を示した。また、輝度１１３１ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は２９．０ｃｄ／Ａであり、電圧は７．０Ｖ、電流密度は、３．９ｍＡ／ｃｍ２であった。一方、比較素子１は、輝度８４８．６ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．５７７、ｙ＝０．４２１）であり、橙色の発光を示した。また、輝度８４８．６ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は６．８７ｃｄ／Ａであり、電圧は６．０Ｖ、電流密度は、１２．３ｍＡ／ｃｍ２であった。
【０３２８】
以上の測定結果から、発光素子４は比較素子１より高い電流効率で発光した。本発明の一態様の発光素子４は正孔捕獲準位が形成された第１の発光層１５１３ａを第２の発光層１５１３ｂの正孔輸送層１５１２側に備えているため、発光効率が高い。
【０３２９】
発光素子５と比較素子２の電流密度−輝度特性を図２５、電圧−輝度特性を図２６に、また輝度−電流効率特性を図２７に示す。
【０３３０】
発光素子５は、輝度１０００ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．５２３、ｙ＝０．４６７）であり、橙色の発光を示した。また、輝度１１１２ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は２９．９ｃｄ／Ａであり、電圧は７．８Ｖ、電流密度は、３．７１ｍＡ／ｃｍ２であった。一方、比較素子２は、輝度１１７６ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．３３５、ｙ＝０．６１０）であり、緑色の発光を示した。また、輝度１１７６ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は１１．２ｃｄ／Ａであり、電圧は６．８Ｖ、電流密度は、１０．５ｍＡ／ｃｍ２であった。
【０３３１】
以上の測定結果から、発光素子５は高い電流効率で発光した。本発明の一態様の発光素子５は正孔捕獲準位が形成された第１の発光層１５１３ａを第２の発光層１５１３ｂの正孔輸送層１５１２側に備えているため、発光効率が高い。
【符号の説明】
【０３３２】
１００ 基板
１０１ 電極
１０１Ｗ 仕事関数
１０２ 電極
１０２Ｗ 仕事関数
１０３ ＥＬ層
１１２ 正孔輸送層
１１３ 発光層
１１３ａ 発光層
１１３ｂ 発光層
１１３ｃ 発光層
１１４ 電子輸送層
１１５ 電子注入層
１２１ ＨＯＭＯ準位
１２２ ＬＵＭＯ準位
１３１ａ ＨＯＭＯ準位
１３１ｂ ＨＯＭＯ準位
１３１ｃ ＨＯＭＯ準位
１３２ａ ＬＵＭＯ準位
１３２ｂ ＬＵＭＯ準位
１３３ａ ＨＯＭＯ準位
１３３ｂ ＨＯＭＯ準位
１３３ｃ ＨＯＭＯ準位
１３４ ＬＵＭＯ準位
１３４ａ ＬＵＭＯ準位
１３４ｂ ＬＵＭＯ準位
１４１ ＨＯＭＯ準位
１４２ ＬＵＭＯ準位
４０１ ソース側駆動回路
４０２ 画素部
４０３ ゲート側駆動回路
４０４ 封止基板
４０５ シール材
４０７ 空間
４０８ 配線
４０９ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
４１０ 基板
４１１ スイッチング用ＴＦＴ
４１２ 電流制御用ＴＦＴ
４１３ 電極
４１４ 絶縁物
４１６ ＥＬ層
４１７ 電極
４１８ 発光素子
４２３ ｎチャネル型ＴＦＴ
４２４ ｐチャネル型ＴＦＴ
６０１ 電極
６０２ 電極
６０４ 中間層
６３１ ＥＬ層
６３２ ＥＬ層
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ ＥＬ層
９５６ 電極
１００２ 表示部
１００３ ＥＬ層
１００４ 中間層
１０１１ 電極
１０１２ 電極
１０２０ 携帯電話
１０２１ 筐体
１０２２ 表示部
１０２３ 操作ボタン
１０２４ 外部接続ポート
１０２５ スピーカ
１０２６ マイク
１５０１ ガラス基板
１５０２ 電極
１５０３ ＥＬ層
１５０４ 電極
１５１２ 正孔輸送層
１５１３ 発光層
１５１３ａ 発光層
１５１３ｂ 発光層
１５１３ｃ 発光層
１５１４ 電子輸送層
１５１４ａ 電子輸送層
１５１４ｂ 電子輸送層
１５１５ 電子注入層
２００１ 筐体
２００２ 光源
３００１ 照明装置
３００２ テレビ装置
９１０１ 筐体
９１０２ 支持台
９１０３ 表示部
９１０４ スピーカ部
９１０５ ビデオ入力端子
９２０１ 本体
９２０２ 筐体
９２０３ 表示部
９２０４ キーボード
９２０５ 外部接続ポート
９２０６ ポインティングデバイス
９５０１ 本体
９５０２ 表示部
９５０３ 筐体
９５０４ 外部接続ポート
９５０５ リモコン受信部
９５０６ 受像部
９５０７ バッテリー
９５０８ 音声入力部
９５０９ 操作キー
９５１０ 接眼部
９６０１ 筐体
９６０２ 液晶層
９６０３ バックライト
９６０４ 筐体
９６０５ ドライバーＩＣ
９６０６ 端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正孔輸送層に一方の面を接する第１の発光層と、
前記第１の発光層の他方の面に接する第２の発光層を少なくとも有し、
前記第１の発光層と前記第２の発光層はバイポーラ性のホスト材料と、発光物質であるゲスト材料を含み、
前記第１の発光層は前記第２の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱いゲスト材料を含み、
前記正孔輸送層が抗還元物質を含む発光素子。
【請求項２】
前記第１の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ１）は、前記第１の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）より浅いか概略等しく、
前記第２の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ２）は、前記第２の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）より浅いか概略等しく、
前記ＨＯＭＯＥＭ１と前記ＨＯＭＯＨＯＳＴ１の差（ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１）に比べ、前記ＨＯＭＯＥＭ２と前記ＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差（ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２）は、その絶対値が大きい（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜＜｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜）請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記ＨＯＭＯＥＭ１は前記ＨＯＭＯＥＭ２より深いか概略等しい請求項１または請求項２記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）は、前記第２の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）より深いか概略等しい請求項１乃至請求項３記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１の発光層と前記第２の発光層が同じホスト材料を含む請求項１乃至請求項４記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１の発光層と前記第２の発光層が、発光色が異なる発光物質を含む請求項１乃至請求項５記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１の発光層が含む発光物質のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＥＭ１）は、前記第１の発光層が含むホスト材料のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＯＳＴ１）より深いか概略等しく、
前記第２の発光層が含む発光物質のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＥＭ２）は、前記第２の発光層が含むホスト材料のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＯＳＴ２）より深いか概略等しく、
前記ＬＵＭＯＥＭ１は前記ＬＵＭＯＥＭ２より深いか概略等しく、
前記ＬＵＭＯＨＯＳＴ１と前記ＬＵＭＯＥＭ１の差（ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ１−ＥＭ１）は、前記ＬＵＭＯＨＯＳＴ２と前記ＬＵＭＯＥＭ２の差（ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ２−ＥＭ２）に比べ、その絶対値が大きい（｜ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ１−ＥＭ１｜＞｜ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ２−ＥＭ２｜）請求項１乃至請求項６記載の発光素子。
【請求項８】
前記第２の発光層と電子輸送層の間に第３の発光層を有し、
前記第３の発光層がホスト材料と発光物質を含み、
前記第１の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ１）は、前記第１の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）より浅いか概略等しく、
前記第２の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ２）は、前記第２の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）より浅いか概略等しく、
前記第３の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ３）は、前記第３の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ３）より浅いか概略等しく、
前記ＨＯＭＯＥＭ１と前記ＨＯＭＯＨＯＳＴ１の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜）は、前記ＨＯＭＯＥＭ２と前記ＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜）以下であって、
前記ＨＯＭＯＥＭ２と前記ＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜）に比べ、前記ＨＯＭＯＥＭ３と前記ＨＯＭＯＨＯＳＴ３の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ３−ＨＯＳＴ３｜）は大きい（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜≦｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜＜｜ΔＨＯＭＯＥＭ３−ＨＯＳＴ３｜）請求項１記載の発光素子。
【請求項９】
前記正孔輸送層が抗還元物質として金属酸化物を含む請求項１乃至請求項８記載の発光素子。
【請求項１０】
前記抗還元物質が有機化合物であって、前記有機化合物のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＡＲＭ）は、前記第１の発光層が含むホスト材料のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＯＳＴ１）より深く、前記抗還元物質のバンドギャップΔＥＡＲＭは、前記第１の発光層が含む発光物質のバンドギャップΔＥＥＭ１より大きく、前記抗還元物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＡＲＭ）は、正孔輸送層が含む前記有機化合物のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＴＬ）より深い請求項１乃至９記載の発光素子。
【請求項１１】
前記正孔輸送層が抗還元物質を含み、陽極に直接接している請求項１乃至１０記載の発光素子。
【請求項１】
正孔輸送層に一方の面を接する第１の発光層と、
前記第１の発光層の他方の面に接する第２の発光層を少なくとも有し、
前記第１の発光層と前記第２の発光層はバイポーラ性のホスト材料と、発光物質であるゲスト材料を含み、
前記第１の発光層は前記第２の発光層が含むゲスト材料に比べて正孔を捕獲する力が弱いゲスト材料を含み、
前記正孔輸送層が抗還元物質を含む発光素子。
【請求項２】
前記第１の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ１）は、前記第１の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）より浅いか概略等しく、
前記第２の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ２）は、前記第２の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）より浅いか概略等しく、
前記ＨＯＭＯＥＭ１と前記ＨＯＭＯＨＯＳＴ１の差（ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１）に比べ、前記ＨＯＭＯＥＭ２と前記ＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差（ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２）は、その絶対値が大きい（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜＜｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜）請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記ＨＯＭＯＥＭ１は前記ＨＯＭＯＥＭ２より深いか概略等しい請求項１または請求項２記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）は、前記第２の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）より深いか概略等しい請求項１乃至請求項３記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１の発光層と前記第２の発光層が同じホスト材料を含む請求項１乃至請求項４記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１の発光層と前記第２の発光層が、発光色が異なる発光物質を含む請求項１乃至請求項５記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１の発光層が含む発光物質のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＥＭ１）は、前記第１の発光層が含むホスト材料のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＯＳＴ１）より深いか概略等しく、
前記第２の発光層が含む発光物質のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＥＭ２）は、前記第２の発光層が含むホスト材料のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＯＳＴ２）より深いか概略等しく、
前記ＬＵＭＯＥＭ１は前記ＬＵＭＯＥＭ２より深いか概略等しく、
前記ＬＵＭＯＨＯＳＴ１と前記ＬＵＭＯＥＭ１の差（ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ１−ＥＭ１）は、前記ＬＵＭＯＨＯＳＴ２と前記ＬＵＭＯＥＭ２の差（ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ２−ＥＭ２）に比べ、その絶対値が大きい（｜ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ１−ＥＭ１｜＞｜ΔＬＵＭＯＨＯＳＴ２−ＥＭ２｜）請求項１乃至請求項６記載の発光素子。
【請求項８】
前記第２の発光層と電子輸送層の間に第３の発光層を有し、
前記第３の発光層がホスト材料と発光物質を含み、
前記第１の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ１）は、前記第１の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ１）より浅いか概略等しく、
前記第２の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ２）は、前記第２の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ２）より浅いか概略等しく、
前記第３の発光層が含む発光物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＥＭ３）は、前記第３の発光層が含むホスト材料のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＯＳＴ３）より浅いか概略等しく、
前記ＨＯＭＯＥＭ１と前記ＨＯＭＯＨＯＳＴ１の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜）は、前記ＨＯＭＯＥＭ２と前記ＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜）以下であって、
前記ＨＯＭＯＥＭ２と前記ＨＯＭＯＨＯＳＴ２の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜）に比べ、前記ＨＯＭＯＥＭ３と前記ＨＯＭＯＨＯＳＴ３の差の絶対値（｜ΔＨＯＭＯＥＭ３−ＨＯＳＴ３｜）は大きい（｜ΔＨＯＭＯＥＭ１−ＨＯＳＴ１｜≦｜ΔＨＯＭＯＥＭ２−ＨＯＳＴ２｜＜｜ΔＨＯＭＯＥＭ３−ＨＯＳＴ３｜）請求項１記載の発光素子。
【請求項９】
前記正孔輸送層が抗還元物質として金属酸化物を含む請求項１乃至請求項８記載の発光素子。
【請求項１０】
前記抗還元物質が有機化合物であって、前記有機化合物のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＡＲＭ）は、前記第１の発光層が含むホスト材料のＬＵＭＯ準位（ＬＵＭＯＨＯＳＴ１）より深く、前記抗還元物質のバンドギャップΔＥＡＲＭは、前記第１の発光層が含む発光物質のバンドギャップΔＥＥＭ１より大きく、前記抗還元物質のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＡＲＭ）は、正孔輸送層が含む前記有機化合物のＨＯＭＯ準位（ＨＯＭＯＨＴＬ）より深い請求項１乃至９記載の発光素子。
【請求項１１】
前記正孔輸送層が抗還元物質を含み、陽極に直接接している請求項１乃至１０記載の発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１１−７７０３２（Ｐ２０１１−７７０３２Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９７４９２（Ｐ２０１０−１９７４９２）
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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