発光素子および照明装置
【課題】電力効率を向上させ、かつ、電球色のような自然な光色を有する発光素子を提供することを課題とする。
【解決手段】少なくとも３つの発光ユニットを積層した発光素子であって、発光素子の発光スペクトルは２つのピークを有しており、その２つのピークのうち１つのピークは２つの発光ユニットからの発光スペクトルを合成したものである。該ピークは黄色から橙色の波長領域にあり、かつ、該ピークの波長は５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にある。これにより、視感度の高い波長領域を利用することができ、電力効率を高めることができる。発光素子から発光される光の色は、色度図における黒体軌跡に近くなり、電球色のような自然な光の色を実現することができる。
【解決手段】少なくとも３つの発光ユニットを積層した発光素子であって、発光素子の発光スペクトルは２つのピークを有しており、その２つのピークのうち１つのピークは２つの発光ユニットからの発光スペクトルを合成したものである。該ピークは黄色から橙色の波長領域にあり、かつ、該ピークの波長は５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にある。これにより、視感度の高い波長領域を利用することができ、電力効率を高めることができる。発光素子から発光される光の色は、色度図における黒体軌跡に近くなり、電球色のような自然な光の色を実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子に関する。また、発光素子を用いた発光装置または照明装置に関する。
【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に関する研究開発が盛んに行われている。エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の物質を含む層（以下、発光層という）を挟んだものである。発光素子の電極間に電圧を印加することにより、発光性の物質から発光を得ることができる。
【０００３】
エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子のなかで、特に、発光性の物質が有機化合物であるものは、薄膜を積層して発光素子を形成することが可能である。そのため、薄型軽量に作製でき、大面積化も容易であることから、面光源としての応用が期待されている。また、当該発光素子は、白熱電球や蛍光灯をしのぐ発光効率が期待されるため、照明器具に好適であるとして注目されている。
【０００４】
上記発光素子は、発光性の物質の種類によって様々な発光色を提供することができる。特に、照明への応用を考えた場合、白色発光またはそれに近い色の発光が高効率で得られる発光素子が求められている。
【０００５】
白色発光が得られる発光素子として、例えば、赤、緑、青の各波長領域にピークを有する複数の発光ユニットを積層した白色発光素子が提案されている（例えば、特許文献１）。また、補色の関係にある各波長領域（例えば、青と黄）にピークを有する２つの発光ユニットを積層した白色発光素子が提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５１８４００号公報
【特許文献２】特開２００６−１２７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記赤、緑、青の各波長領域にピークを有する複数の発光ユニットを積層したものは、視感度の低い赤色と青色の波長領域を使うことで白色発光を実現している。
【０００８】
また、上記補色の関係にある各波長領域（例えば、青と黄）にピークを有する２つの発光ユニットを積層したものは、視感度の低い色（例えば青色）の割合を多くすることで白色発光を実現している。
【０００９】
このように、これまで提案されている白色発光を実現する発光素子は、白色発光を得ることを優先していたため、視感度の低い波長領域の光をある程度の割合で使わざるをえなかった。したがって、電力効率の向上には限界があった。電力効率［ｌｍ／Ｗ］の単位に含まれる光束［ｌｍ］は、視感度を考慮した物理量であるためである。
【００１０】
そこで、電力効率を向上させることを最優先の課題とし、色味は白色でなくても電球色や温白色のような自然な光色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、該発光素子を光源として有する照明装置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】
【００１１】
本発明の一態様は、少なくとも３つの発光ユニットを積層した発光素子に係るものである。発光ユニットはそれぞれ１つの発光色を呈する発光層を有している。少なくとも３つの発光ユニットを積層した発光素子の発光スペクトルは、２つのピークを有している。２つのピークのうち１つのピークは２つの発光ユニットからの発光スペクトルを合成したものである。該ピークは黄色から橙色の波長領域にあり、かつ、該ピークの波長は５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にある。２つのピークのうち他の１つのピークは青色の波長領域（４００ｎｍ以上４８０ｎｍ未満）にある。
【００１２】
上記において、少なくとも３つの発光ユニットのうち２つの発光ユニットは、それぞれ、発光スペクトルを合成する前の発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある発光性の物質を有する発光層を有している。この２つの発光ユニットからの発光スペクトルのピークの波長は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。２つの発光ユニットがそれぞれ有する発光層が有する発光性の物質が同じ物質であれば、２つの発光ユニットからの発光スペクトルのピークの波長を同じにすることができる。２つの発光ユニットがそれぞれ有する発光層が有する発光性の物質が異なる物質であれば、２つの発光ユニットからの発光スペクトルのピークの波長を異なるものとすることができる。いずれにせよ、２つの発光ユニットからの発光スペクトルが合成されることにより、１つのピークを有する発光スペクトルになり、そのピークが黄色から橙色の波長領域にあり、かつ、該ピークの波長が５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にあるものであればよい。
【００１３】
上記において、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある発光性の物質として、燐光を発する燐光性の有機化合物（燐光性化合物ともいう）を用いることが好ましい。燐光性化合物を用いることにより、蛍光性化合物を用いた場合と比べて電力効率を３〜４倍高めることができる。また、黄色や橙色の燐光性化合物を用いた素子は、青色の燐光性化合物を用いた素子に比べ、長寿命が得やすい。有機化合物では、燐光とは、電子スピン多重度の異なる電子状態間の遷移に基づく発光をいう。一般に有機化合物の基底状態は一重項状態である。燐光は、最低励起三重項状態から基底一重項状態への遷移に基づく発光である。
【００１４】
一方、少なくとも３つの発光ユニットのうち他の１つの発光ユニットは、発光スペクトルのピークが青色の波長領域にある発光性の物質を有する発光層を有している。
【００１５】
上記において、発光スペクトルのピークが青色の波長領域（４００ｎｍ以上４８０ｎｍ未満）にある発光性の物質として、蛍光を発する蛍光性の有機化合物（蛍光性化合物ともいう）を用いることが好ましい。青色の発光性の物質として蛍光性化合物を用いることにより、青色の発光性の物質として燐光性化合物を用いた場合と比べて長寿命の発光素子を得ることができる。有機化合物では、蛍光とは、同じスピン多重度をもつ電子状態間の電子遷移による発光をいう。一般に有機化合物の基底状態は一重項状態であり、最低励起一重項状態から基底状態への遷移によって蛍光が観測される。
【００１６】
発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にあるものを用いることにより、視感度の高い波長領域を利用することができ、電力効率を高めることができる。少なくとも３つの発光ユニットのうち２つの発光ユニットにおいて、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある発光性の物質を有する発光層を用いることにより、発光素子全体の電力効率を高めることができる。すなわち、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある視感度の高い波長領域を利用した発光ユニットを複数積層して用いることにより、発光素子全体の電力効率を高めることができる。このような構成は、例えば緑色の発光ユニットと赤色の発光ユニットを積層して黄色から橙色を得るような場合に比べ、視感度の観点で有利であり、電力効率を高められる。また、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある視感度の高い波長領域を利用した発光ユニットが１段のみの場合に比べ、視感度の低い青色の波長領域の発光強度が相対的に小さくなるため、発光色は電球色（あるいは温白色）に近づき、かつ電力効率は高くなる。
【００１７】
つまり、上記において、黄色から橙色の波長領域にピークを有し、かつ、ピークの波長が５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にある光と、青色の波長領域にピークを有する光と、を合成した光の色（つまり、発光素子から発光される光の色）は、白色ではないが、温白色や電球色のような自然な光の色を実現することができる。特に電球色を実現しやすい。
【００１８】
すなわち、発光素子から発光される光の色は、色度図における黒体放射の軌跡（黒体軌跡ともいう）付近になり、その色温度は３０００Ｋ〜３５００Ｋ近傍となる。具体的には、発光素子の発光スペクトルの色は、色度図における黒体軌跡から±０．０２ｕｖの範囲内にあり、その色温度は２６００Ｋ以上３７００Ｋ以下となる。色度図における黒体軌跡付近に位置する色は、太陽光の自然な色味に近い、自然な光の色であることを表している。色温度が３０００Ｋ近傍（２６００Ｋ以上３１５０Ｋ以下）の色は、電球色である。また、色温度が３５００Ｋ近傍（３２００Ｋ以上３７００Ｋ以下）の色は、温白色である。
【００１９】
ここで、少なくとも３つの発光ユニットのうち２つの発光ユニットに、上述したような黄色から橙色の波長領域に発光ピークを有する燐光性化合物を用い、かつ、他の１つの発光ユニットに、上述したような青色の波長領域に発光ピークを有する蛍光性化合物を用いた場合、以下のような効果が得られることを本発明者らは見出した。
【００２０】
まず、視感度の高い黄色から橙色の発光ユニットを２つ用いている上に、それらの発光ユニットの発光物質が燐光性化合物であるため、電力効率が最大限に高まる。さらに、この２つのユニットに対し、青色の蛍光性化合物を用いた発光ユニットを１つだけ加えることにより、最大限の電力効率を維持しつつ、色温度がちょうど電球色や温白色の規格（黒体軌跡から±０．０２ｕｖの範囲内）に収まることを本発明者らは見出した。しかも、このようにして得られた少なくとも３つの発光ユニットを有する発光素子は、上述したとおり長寿命の発光ユニット同士を積層できるため、長寿命を達成できるというメリットもある。
【００２１】
このような構成により、有機エレクトロルミネッセンス素子における電力効率および寿命は、電球色や温白色の色合いにおいて最も高められることを本発明者らは見出した。一方で、無機のＬＥＤを用いた照明は一般に、青色のＬＥＤに他の発光色の蛍光体を組み合わせて形成するため、昼白色（〜５０００Ｋ）のように高い色温度においては高い電力効率を達成できるが、電球色のように低い色温度においては、蛍光体の色変換効率の問題で電力効率が低くなってしまう。すなわち、本発明の一態様の発光素子を用いた照明は、ＬＥＤを用いた照明とは逆の性質を有していることになり、照明として特徴的である。
【００２２】
なお上記において、発光素子は、陽極と、陰極と、を有し、陽極と陰極との間に、第１の発光層と、第２の発光層と、第３の発光層と、第１の中間層と、第２の中間層と、を有している。第１の中間層は、第１の発光層と第２の発光層との間に設けられている。第２の中間層は、第２の発光層と第３の発光層との間に設けられている。陽極または陰極の一方と、第１の発光層と、第１の中間層とで、第１の発光ユニットが構成される。第１の中間層と、第２の発光層と、第２の中間層とで、第２の発光ユニットが構成される。第２の中間層と、第３の発光層と、陽極または陰極の他方とで、第３の発光ユニットが構成される。
【００２３】
上記において、第１乃至第３の発光層のいずれか２つの発光層からの発光スペクトルは、黄色から橙色の波長領域にピークを有している。２つの発光層からの発光スペクトルを合成した発光スペクトルは１つのピークを有し、該ピークの波長は５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にある。
【００２４】
上記において、第１乃至第３の発光層の他の１つの発光層からの発光スペクトルは、青色の波長領域にピークを有している。
【００２５】
上記において、第１の中間層として、第１の発光層および第２の発光層の一方に電子を注入し、第１の発光層および第２の発光層の他方に正孔を注入する機能を有する材料を用いることができる。例えば、第１の中間層として、第１の発光層および第２の発光層の一方に電子を注入する層と、第１の発光層および第２の発光層の他方に正孔を注入する層とを積層した積層膜を用いることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の一態様によれば、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある視感度の高い波長領域を利用した発光ユニットを複数積層して用いることにより、発光素子全体の電力効率を向上させることができる。そのうえ、発光素子から発光される光の色は、色度図における黒体軌跡付近になり、電球色や温白色のような自然な光の色を実現することができる。したがって、電力効率を向上させ、かつ、電球色や温白色のような自然な光色を有する発光素子を提供することができる。
【００２７】
上記発光素子は、電球色や温白色のような自然な光色を有するので、屋内用の照明装置、または屋外用の照明装置の光源として用いることができる。上記発光素子を用いることにより、電力効率が高く、省電力な照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】発光素子の例を示す図。
【図２】発光素子の発光スペクトルの例を示す図。
【図３】標準比視感度曲線を示す図。
【図４】色度図における発光素子の発光スペクトルの色座標と黒体軌跡を示す図。
【図５】色度図における発光素子の発光スペクトルの色座標と黒体軌跡を示す図。
【図６】発光素子の例を示す図。
【図７】比較素子の例を示す図。
【図８】比較素子の例を示す図。
【図９】発光素子、比較素子の電気特性の例を示す図。
【図１０】発光素子、比較素子の電気特性の例を示す図。
【図１１】発光素子、比較素子の電気特性の例を示す図。
【図１２】色度図における発光素子、比較素子の発光スペクトルの色座標と黒体軌跡を示す図。
【図１３】発光素子、比較素子の発光スペクトルの例を示す図。
【図１４】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図１５】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図１６】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図１７】色度図における発光素子の発光スペクトルの色座標と黒体軌跡を示す図。
【図１８】発光素子の発光スペクトルの例を示す図。
【図１９】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図２０】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図２１】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図２２】色度図における発光素子の発光スペクトルの色座標と黒体軌跡を示す図。
【図２３】発光素子の発光スペクトルの例を示す図。
【図２４】発光素子の例を示す図。
【図２５】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図２６】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図２７】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図２８】色度図における発光素子の発光スペクトルの色座標と黒体軌跡を示す図。
【図２９】発光素子の発光スペクトルの例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（実施の形態１）
本実施の形態では、発光素子の構成の一例について、図１、図２、図３、図４、図５を用いて説明する。
【００３０】
図１に示す発光素子３６０は、基板３００上に設けられ、陽極３０１と、陰極３０２と、を有し、陽極３０１と陰極３０２との間に、第１の発光層３１１と、第２の発光層３１２と、第３の発光層３１３と、第１の中間層３２１と、第２の中間層３２２と、を有している。第１の中間層３２１は、第１の発光層３１１と第２の発光層３１２との間に設けられている。第２の中間層３２２は、第２の発光層３１２と第３の発光層３１３との間に設けられている。陰極３０２と、第１の発光層３１１と、第１の中間層３２１とで、第１の発光ユニット３１０が構成される。第１の中間層３２１と、第２の発光層３１２と、第２の中間層３２２とで、第２の発光ユニット３２０が構成される。第２の中間層３２２と、第３の発光層３１３と、陽極３０１とで、第３の発光ユニット３３０が構成される。第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０と、第３の発光ユニット３３０とは直列に接続されている。このように、図１に示す発光素子は、第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０と、第３の発光ユニット３３０とが積層された構造を有している。そのため、このような構造を有する発光素子を積層型の発光素子という。図１において、陽極３０１は透光性を有する電極であり、陰極３０２は光反射性を有する電極である。
【００３１】
図１に示す少なくとも３つの発光ユニットを積層した発光素子３６０の発光スペクトルの例を図２に示す。図２に示すように、発光素子３６０の発光スペクトルは２つのピークを有している。２つのピークのうち１つのピークが示す発光スペクトル３０４は第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０からの発光スペクトルを合成したものである。第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０を合成した発光スペクトル３０４は、黄色から橙色の波長領域にピークを有している。第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０からの発光スペクトルを合成した発光スペクトル３０４は１つのピークを有し、該ピークの波長は５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にある。
【００３２】
図２に示す発光素子３６０の発光スペクトルが有する２つのピークのうち他の１つのピークが示す発光スペクトル３０５は第３の発光ユニットからの発光スペクトルである。第３の発光ユニットの発光スペクトル３０５は、青色の波長領域（４００ｎｍ以上４８０ｎｍ未満）にピークを有している。
【００３３】
第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０は、それぞれ、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある発光性の物質を有する発光層を有している。この２つの発光ユニットからの発光スペクトルのピークの波長は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。２つの発光ユニットがそれぞれ有する発光層が同じ発光性の物質で構成されていれば、２つの発光ユニットからの発光スペクトルのピークを同じ波長とすることができる。２つの発光ユニットがそれぞれ有する発光層が異なる発光性の物質で構成されていれば、２つの発光ユニットからの発光スペクトルのピークを異なる波長とすることができる。いずれにせよ、２つの発光ユニットからの発光スペクトルが合成されることにより、１つのピークを有する発光スペクトルになり、そのピークが黄色から橙色の波長領域にあり、かつ、該ピークの波長が５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にあるものであればよい。
【００３４】
上記において、２つの発光スペクトルのピークが異なる波長であっても、ピークの波長の差が小さければ（差が２０ｎｍ以下であれば）、それら２つのピークを有する発光スペクトルを合成したものは分離が困難となり、１つのピークを有するものとみなすことができる。
【００３５】
図３に標準比視感度曲線を示す。視感度とはヒトの目が最も強く感じる波長５５５ｎｍの光を１として、他の波長の明るさを感じる度合いを、比を用いて表したものである。図３の標準比視感度曲線に示されるように、黄色から橙色（黄色よりやや長波長側の色）の波長領域は視感度が高いことがわかる。すなわち、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある光を使うことにより、視感度の高い波長領域を利用することができ、電力効率を高めることができる。すなわち、本発明の一態様の構成は、例えば緑色の発光ユニットと赤色の発光ユニットを積層して黄色や橙色を得るような場合に比べ、視感度の観点で有利であり、電力効率を高められる。
【００３６】
図１に示す発光素子３６０は、少なくとも３つの発光ユニットのうち２つの発光ユニット（第１の発光ユニット３１０、第２の発光ユニット３２０）において、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある発光性の物質を有する発光層を用いている。黄色から橙色の波長領域は、視感度の高い波長領域である。したがって、視感度の高い波長領域を利用した発光ユニットを２段積層して用いることにより、発光素子全体の電力効率を向上させることができる。この発光素子は、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある視感度の高い波長領域を利用した発光ユニットが１段のみの場合に比べると、視感度の低い青色の波長領域の発光強度（第３の発光ユニット３３０の発光強度）が相対的に小さくなるため、発光色は電球色（あるいは温白色）に近づき、かつ電力効率は高くなる。
【００３７】
図４にＣＩＥ色度図を示す。図４に示すＣＩＥ色度図は、図１および図２に示す発光素子３６０の発光スペクトルが有する発光スペクトル３０４および発光スペクトル３０５の色座標をプロットした例である。図４に四角で示すプロット１３０４は発光スペクトル３０４の光の色を色座標で表している。図４に丸で示すプロット１３０５は発光スペクトル３０５の光の色を色座標で表している。また、図４に示すＣＩＥ色度図には、黒体放射の軌跡（黒体軌跡ともいう）３７０を示している。
【００３８】
発光素子３６０から発光される色は、図４のＣＩＥ色度図においてプロット１３０４とプロット１３０５とを結んだ線（図４に示す点線）上付近の色座標で表される色になる。この線上付近のどの色座標になるかは、概ね、図１および図２に示される発光スペクトル３０４と、発光スペクトル３０５の強度比によって決められる。
【００３９】
図４に示されるように、プロット１３０４とプロット１３０５とを結んだ線（図４に示す点線）は黒体軌跡３７０と交わる部分を有し、広範囲にわたって黒体軌跡付近に位置することがわかる。例えば、発光スペクトル３０４と発光スペクトル３０５との強度比が８対１から６対１の範囲であっても、発光素子３６０から発光される色を太陽光の自然な色味に近い色とすることが可能である。
【００４０】
図５にＣＩＥ色度図を示す。図５に示すＣＩＥ色度図は、図１および図２に示す発光素子３６０の発光スペクトルの色座標をプロットした例である。図５に菱形で示すプロットは発光素子３６０の発光スペクトルの光の色を色座標で表している。また、図５に示すＣＩＥ色度図には、黒体軌跡３７０を示している。また、図５に示すＣＩＥ色度図には、黒体軌跡３７０から±０．０２ｕｖの範囲内の領域３８０を示している。
【００４１】
図５に示されるように、発光素子３６０の発光スペクトルの色（色座標）は、ＣＩＥ色度図における黒体軌跡から±０．０２ｕｖの範囲内の領域３８０にあることがわかる。図５に示されるように、発光素子３６０の発光スペクトルの色（色座標）は、黒体軌跡付近に位置し、太陽光の自然な色味に近い、自然な光の色を有していることがわかる。また、その色温度は３０００Ｋ近傍であり、電球色を示している。
【００４２】
図１に示す第１の発光ユニット３１０が有する第１の発光層３１１、および第２の発光ユニット３２０が有する第２の発光層３１２は、それぞれ黄色から橙色の波長領域にピークを有する発光性の物質を有している。例えば、黄色から橙色の波長領域にピークを有する発光性の物質として、ピラジン誘導体を配位子とする有機金属錯体を用いることができる。また、発光性の物質（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させることにより、発光層を構成することもできる。上記黄色から橙色の波長領域にピークを有する発光性の物質として、燐光性化合物を用いることができる。燐光性化合物を用いることにより、蛍光性化合物を用いた場合と比べて電力効率を３〜４倍高めることができる。上述したピラジン誘導体を配位子とする有機金属錯体は燐光性化合物であり、発光効率が高い上に、黄色から橙色の波長領域の発光を得やすく、本発明に好適である。
【００４３】
図１に示す第３の発光層３１３は、青色の波長領域にピークを有する発光性の物質を有している。例えば、青色の波長領域にピークを有する発光性の物質として、ピレンジアミン誘導体を用いることができる。上記青色の波長領域にピークを有する発光性の物質として、蛍光性化合物を用いることができる。青色の発光性の物質として蛍光性化合物を用いることにより、青色の発光性の物質として燐光性化合物を用いた場合と比べて長寿命の発光素子を得ることができる。上述したピレンジアミン誘導体は蛍光性化合物であり、極めて高い量子収率が得られる上に、長寿命である。
【００４４】
図４で説明したとおり、黄色から橙色の波長領域にピークを有する発光スペクトル３０４と、青色の波長領域にピークを有する発光スペクトル３０５との強度比が８対１から６対１の範囲であっても、発光素子３６０から発光される色を太陽光の自然な色味に近い色とすることが可能である。
【００４５】
ここで、黄色から橙色の発光ユニット２つを燐光性化合物で構成し、青色の発光ユニット１つを蛍光性化合物で構成し、これら３つの発光ユニットを積層する場合を考える。この場合、黄色から橙色の発光スペクトル３０４と、青色の発光スペクトル３０５との強度比は、概ね８対１から６対１の範囲となる。したがって、黄色から橙色の発光ユニット２つを燐光性化合物で構成し、青色の発光ユニット１つを蛍光性化合物で構成し、これら３つの発光ユニットを積層した発光素子において、発光素子から発光される色を太陽光の自然な色味に近い色とすることが可能となる。しかも、視感度の高い黄色から橙色の発光ユニットを２つ用いている上に、それらの発光ユニットの発光物質が燐光性化合物であるため、電力効率が最大限に高まる。さらには、このようにして得られた少なくとも３つの発光ユニットを有する発光素子は、上述したとおり長寿命の発光ユニット同士を積層できるため、長寿命を達成できるというメリットもある。
【００４６】
このような構成により、有機エレクトロルミネッセンス素子における電力効率および寿命は、電球色や温白色の色合いにおいて最も高められる。一方で、無機のＬＥＤを用いた照明は一般に、青色のＬＥＤに他の発光色の蛍光体を組み合わせて形成するため、昼白色（〜５０００Ｋ）のように高い色温度においては高い電力効率を達成できるが、電球色のように低い色温度においては、蛍光体の色変換効率の問題で電力効率が低くなってしまう。すなわち、本発明の一態様の発光素子を用いた照明は、ＬＥＤを用いた照明とは逆の性質を有していることになり、照明として特徴的である。
【００４７】
なお、第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０とは逆の積層順であってもよい。また、第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０と、第３の発光ユニット３３０との積層順は、図１に示す積層順と逆の積層順であってもよい。
【００４８】
本実施の形態によれば、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある視感度の高い波長領域を利用した発光ユニットを複数積層して用いることにより、発光素子全体の電力効率を向上させることができる。そのうえ、発光素子から発光される光の色は、色度図における黒体軌跡付近になり、電球色のような自然な光の色を実現することができる。したがって、電力効率を向上させ、かつ、電球色のような自然な光色を有する発光素子を提供することができる。
【００４９】
本実施の形態によれば、黄色から橙色の発光ユニット２つを燐光性化合物で構成し、青色の発光ユニット１つを蛍光性化合物で構成し、これら少なくとも３つの発光ユニットを積層した発光素子を採用した場合でも、発光素子から発光される色を太陽光の自然な色味に近い色とすることが可能となる。したがって、電力効率が高く、長寿命であり、かつ、自然な光色を有する発光素子を提供することができる。
【００５０】
本実施の形態に示した発光素子は、自然な光色を有するので、屋内用の照明装置、または屋外用の照明装置の光源として用いることができる。本実施の形態に示した発光素子を用いることにより、電力効率が高く、省電力な照明装置を提供することができる。
【００５１】
本実施の形態は、他の実施の形態、実施例と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００５２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、発光素子の構成の一例について、図１を用いて説明する。本実施の形態では、実施の形態１で示した図１に示す発光素子３６０の具体的な構成について説明する。
【００５３】
実施の形態１でも説明したとおり、図１に示す発光素子３６０は、基板３００上に設けられ、陽極３０１と、陰極３０２と、を有し、陽極３０１と陰極３０２との間に、第１の発光層３１１と、第２の発光層３１２と、第３の発光層３１３と、第１の中間層３２１と、第２の中間層３２２と、を有している。第１の中間層３２１は、第１の発光層３１１と第２の発光層３１２との間に設けられている。第２の中間層３２２は、第２の発光層３１２と第３の発光層３１３との間に設けられている。陰極３０２と、第１の発光層３１１と、第１の中間層３２１とで、第１の発光ユニット３１０が構成される。第１の中間層３２１と、第２の発光層３１２と、第２の中間層３２２とで、第２の発光ユニット３２０が構成される。第２の中間層３２２と、第３の発光層３１３と、陽極３０１とで、第３の発光ユニット３３０が構成される。第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０と、第３の発光ユニット３３０とは直列に接続されている。このように、図１に示す発光素子は、第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０と、第３の発光ユニット３３０とが積層された構造を有している。そのため、このような構造を有する発光素子を積層型の発光素子という。図１において、陽極３０１は透光性を有する電極であり、陰極３０２は光反射性を有する電極である。
【００５４】
第１の発光ユニット３１０が有する第１の発光層３１１、および第２の発光ユニット３２０が有する第２の発光層３１２は、黄色から橙色の波長領域にピークを有する発光性の物質を有している。黄色から橙色の波長領域にピークを有する発光性の物質として、ルブレン、（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）、ビス［２−（２−チエニル）ピリジナト］イリジウムアセチルアセトナート（Ｉｒ（ｔｈｐ）２（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルキノリナト）イリジウムアセチルアセトナート（Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ））、トリス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｑ）３）、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））、（アセチルアセトナト）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）−５−メチルピラジナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス｛２−（４−メトキシフェニル）−３，５−ジメチルピラジナト｝イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｄｍｍｏｐｐｒ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス（３，５−ジメチル−２−フェニルピラジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス（５−イソプロピル−３−メチル−２−フェニルピラジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ））などを用いることができる。また、黄色から橙色の波長領域にピークを有する発光性の物質としては、上述したとおり、Ｉｒ（ｔｈｐ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｐｑ）３、Ｉｒ（ｂｔ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｄｍｍｏｐｐｒ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ）のような燐光性化合物が好ましい。中でも特に、Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｄｍｍｏｐｐｒ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ）のようなピラジン誘導体を配位子とする有機金属錯体が、高効率であるため好ましい。また、これらの発光性の物質（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させることにより、発光層を構成しても良い。この場合のホスト材料としては、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）や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）などの芳香族アミン化合物や、２−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−３−フェニルキノキサリン（略称：Ｃｚ１ＰＱ）、２−［４−（３，６−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−３−フェニルキノキサリン（略称：Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ）、２−［４−（３，６−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：２ＣｚＰＤＢｑ−ＩＩＩ）、２−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）のような複素環化合物が好適である。また、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレンビニレン）等のポリマーを用いても良い。
【００５５】
第３の発光層３１３は、青色の波長領域にピークを有する発光性の物質を有している。青色の波長領域にピークを有する発光性の物質として、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）などを用いることができる。また、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）などのスチリルアリーレン誘導体や、９，１０−ジフェニルアントラセン、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ビス（２−ナフチル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）などのアントラセン誘導体を用いることができる。また、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）等のポリマーを用いることができる。また、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）や、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）スチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＰＣＡ２Ｓ）などのスチリルアミン誘導体を用いることができる。また、Ｎ，Ｎ’−ビス〔４−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル〕−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルピレン−１，６−ジアミン（略称：１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ）、Ｎ，Ｎ’−ビス〔４−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル〕−Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ピレン−１，６−ジアミン（１，６ｔＢｕ−ＦＬＰＡＰｒｎ）のようなピレンジアミン誘導体を用いることができる。また、青色の波長領域にピークを有する発光性の物質としては、上述したとおり蛍光性化合物を用いることが好ましく、特に１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ、１，６ｔＢｕ−ＦＬＰＡＰｒｎのようなピレンジアミン誘導体は、４６０ｎｍ付近にピークを有している上に、極めて高い量子収率が得られ、長寿命であるため好ましい。また、これらの発光性の物質（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させることにより、発光層を構成しても良い。この場合のホスト材料としては、アントラセン誘導体が好ましく、９，１０−ビス（２−ナフチル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、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）、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）などが好適である。特に、ＣｚＰＡやＰＣｚＰＡは電気化学的に安定であるため好ましい。
【００５６】
なお、上記した発光性の物質の発光色は、ホスト材料や素子構成により、多少変化する場合がある。
【００５７】
なお、第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０とは逆の積層順であってもよい。また、第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０と、第３の発光ユニット３３０との積層順は、図１に示す積層順と逆の積層順であってもよい。
【００５８】
図１において、基板３００は、発光素子の支持体として用いられる。基板３００としては、例えばガラス、またはプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子の作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。
【００５９】
陽極３０１および陰極３０２には、様々な金属、合金、その他の導電性材料、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、仕事関数の大きい材料である、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素また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）等の導電性を有する金属酸化物膜を用いることができる。これらの金属酸化物膜は、スパッタリング法により形成することができる。または、ゾル−ゲル法などを用いて形成することができる。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用いてスパッタリング法により形成することができる。また、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てスパッタリング法により形成することができる。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）、または金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等を用いることができる。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）、セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、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、またはこれらを含む合金（マグネシウムと銀の合金、アルミニウムとリチウムの合金）を用いることができる。また、ユーロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属、またはこれらを含む合金等を用いることができる。また、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、アルミニウムを含む合金（ＡｌＳｉ）等を用いることができる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはこれらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金の膜はスパッタリング法により形成することも可能である。また、これらの電極は、単層膜に限らず、積層膜で形成することもできる。
【００６０】
なお、キャリアの注入障壁を考慮すると、陽極としては、仕事関数の大きい材料を用いることが好ましい。また、陰極としては、仕事関数の小さい材料を用いることが好ましい。
【００６１】
第１の中間層３２１は、第１の発光ユニット３１０において正孔を注入する機能を有し、第２の発光ユニット３２０において電子を注入する機能を有する。第２の中間層３２２は、第２の発光ユニット３２０において正孔を注入する機能を有し、第３の発光ユニット３３０において電子を注入する機能を有する。したがって、第１の中間層３２１および第２の中間層３２２は、少なくとも正孔を注入する機能を有する層と電子を注入する機能を有する層とを積層した積層膜を用いることができる。
【００６２】
また、第１の中間層３２１および第２の中間層３２２は、発光素子の内部に位置する層であるため、光の取り出し効率の点から、透光性を有する材料を用いることが好ましい。また、第１の中間層３２１および第２の中間層３２２のうちの一部は、陽極および陰極に用いる材料と同じ材料を用いて形成することが可能である。または、第１の中間層３２１および第２の中間層３２２は、陽極および陰極よりも導電率の低い材料を用いて形成することが可能である。
【００６３】
第１の中間層３２１および第２の中間層３２２のうち電子を注入する機能を有する層として、例えば、酸化リチウム、フッ化リチウム、炭酸セシウム等の絶縁体や半導体を用いることができる。または、電子輸送性の高い物質に、ドナー性物質を添加した材料を用いることもできる。
【００６４】
電子輸送性の高い物質としては、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）などの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を用いることができる。また、この他に、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。また、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）、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。ここに挙げた物質は、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、上記以外の物質を用いることも可能である。
【００６５】
電子輸送性の高い物質に、ドナー性物質を添加することにより、電子注入性を高くすることができる。そのため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。ドナー性物質としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属または元素周期表における第１３族に属する金属またはその酸化物またはその炭酸塩を用いることができる。具体的には、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、インジウム（Ｉｎ）、酸化リチウム、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機化合物をドナー性物質として用いてもよい。
【００６６】
また、第１の中間層３２１および第２の中間層３２２のうち正孔を注入する機能を有する層として、例えば、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化レニウム、酸化ルテニウム等の半導体や絶縁体を用いることができる。あるいは、正孔輸送性の高い物質に、アクセプター性物質を添加した材料を用いることができる。また、アクセプター性物質からなる層を用いても良い。
【００６７】
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）、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］−１，１’−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。ここに挙げた物質は、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、上記以外の物質を用いても構わない。また、上述のホスト材料を用いてもよい。
【００６８】
正孔輸送性の高い物質に、アクセプター性物質を添加することにより、正孔注入性を高くすることができる。そのため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。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）、クロラニル等を用いることができる。また、遷移金属酸化物を用いることができる。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用いることができる。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。
【００６９】
また、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を添加した構成および電子輸送性の高い物質にドナー性物質を添加した構成のいずれか一方または両方の構成を用いることにより、第１の中間層３２１および第２の中間層３２２を厚膜化しても、駆動電圧の上昇を抑制することができる。よって、第１の中間層３２１および第２の中間層３２２を厚膜化することにより、微小な異物や衝撃等によるショートを防止することができ、信頼性の高い発光素子を得ることができる。
【００７０】
なお、中間層において、正孔を注入する機能を有する層と電子を注入する機能を有する層との間に、必要に応じて他の層を導入しても良い。例えば、ＩＴＯのような導電層や電子リレー層を設けても良い。電子リレー層は、正孔を注入する機能を有する層と電子を注入する機能を有する層との間で生じる電圧のロスを低減する機能を有する。具体的には、ＬＵＭＯ準位がおよそ−５．０ｅＶ以上である材料を用いるのが好ましく、−５．０ｅＶ以上−３．０ｅＶ以下である材料を用いるのがより好ましい。例えば、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物（略称：ＰＴＣＤＡ）、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボキシリックビスベンゾイミダゾール（略称：ＰＴＣＢＩ）などを用いることができる。
【００７１】
上記した発光素子に対し、陽極３０１をプラスに、陰極３０２をマイナスに電圧を印加すると、ある電流密度Ｊの電流が発光素子３６０に流れる。このとき、陰極３０２から第１の発光層３１１に電子が、第１の中間層３２１から第１の発光層３１１に正孔がそれぞれ注入され、再結合に至ることにより、第１の発光ユニット３１０からの発光が得られる。そして、第１の中間層３２１から第２の発光層３１２に電子が、第２の中間層３２２から第２の発光層３１２に正孔がそれぞれ注入され、再結合に至ることにより、第２の発光ユニット３２０からの発光が得られる。この第１の発光ユニット３１０および第２の発光ユニット３２０からの発光は、例えば、図２に示すように、第１の発光スペクトル３０４を有する。第１の発光スペクトル３０４は１つのピークを有する。
【００７２】
そして、第２の中間層３２２から第３の発光層３１３に電子が、陽極３０１から第３の発光層３１３に正孔がそれぞれ注入され、再結合に至ることにより、第３の発光ユニット３３０からの発光が得られる。この第３の発光ユニット３３０からの発光は、図２に示すように、第２の発光スペクトル３０５を有する。第２の発光スペクトル３０５は１つのピークを有する。
【００７３】
なお、等価回路上では、第１の発光ユニット３１０、第２の発光ユニット３２０および第３の発光ユニット３３０に共通の電流密度Ｊの電流が流れ、それぞれその電流密度Ｊに対応した輝度で発光することになる。ここでは、第１の中間層３２１及び第２の中間層３２２および陽極３０１に透光性の材料を用いることにより、第１の発光ユニット３１０からの発光、第２の発光ユニット３２０からの発光、第３の発光ユニット３３０からの発光の全てを取り出すことができる。また、陰極３０２に光反射性を有する材料を用いることにより、陰極３０２で発光を反射させ、光を取り出す面側に効率よく発光を取り出すことができる。
【００７４】
図１の説明では、陰極３０２を光反射性の電極とした例を示したが、陰極３０２を透光性の電極とし、さらに陰極３０２の上方に光反射性の膜を形成する構造としてもよい。光反射性の電極は、電気抵抗の低い材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）などを含む導電性材料を用いると、発光素子の低消費電力化が図れるため好ましい。
【００７５】
また、図１では、基板側に陽極を設ける構成を示したが、基板側に陰極を設ける構成であってもよい。
【００７６】
本実施の形態によれば、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある視感度の高い波長領域を利用した発光ユニットを複数積層して用いることにより、発光素子全体の電力効率を高めることができる。そのうえ、発光素子から発光される光の色は、色度図における黒体軌跡付近になり、電球色や温白色のような自然な光の色を実現することができる。したがって、電力効率を向上させ、かつ、電球色や温白色のような自然な光色を有する発光素子を提供することができる。
【００７７】
本実施の形態によれば、黄色から橙色の発光ユニット２つを燐光性化合物で構成し、青色の発光ユニット１つを蛍光性化合物で構成し、これら少なくとも３つの発光ユニットを積層した発光素子を採用した場合でも、発光素子から発光される色を太陽光の自然な色味に近い色とすることが可能となる。したがって、電力効率が高く、長寿命であり、かつ、自然な光色を有する発光素子を提供することができる。
【００７８】
本実施の形態に示した発光素子は、自然な光色（具体的には電球色や温白色）を有するので、屋内用の照明装置、または屋外用の照明装置の光源として用いることができる。本実施の形態に示した発光素子を用いることにより、電力効率が高く、省電力な照明装置を提供することができる。
【００７９】
本実施の形態は、他の実施の形態、実施例と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【実施例１】
【００８０】
本実施例では、本発明の一態様である発光素子について、図６、図９〜図１３を用いて説明する。また、比較素子１について、図７、図９〜図１３を用いて説明する。また、比較素子２について、図８、図９〜図１３を用いて説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。
【００８１】
【化１】
【００８２】
以下に、本実施例の発光素子１、比較素子１、および比較素子２の作製方法を示す。
【００８３】
まず、発光素子１について説明する（図６参照）。ガラス基板５００上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法にて成膜し、陽極５０１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。
【００８４】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極５０１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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、陽極５０１上に、正孔輸送性の高い物質である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、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む、第１の電荷発生層５１３ａを形成した。その膜厚は１１０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。なお、共蒸着法とは、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。なお、ＰＣｚＰＡに酸化モリブデンを添加した上記の電荷発生層は、電荷移動錯体の形成に由来する吸収は観測されないが、電圧を印加した際には電荷発生層として機能する。また、該吸収が観測されないため、透光性に優れている。
【００８５】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第１の電荷発生層５１３ａ上にＰＣｚＰＡを１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１３ｂを形成した。
【００８６】
さらに、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）と、Ｎ，Ｎ’−ビス〔４−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル〕−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルピレン−１，６−ジアミン（略称：１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ）と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１３ｂ上に３０ｎｍの膜厚の発光層５１３ｃを形成した。ここで、ＣｚＰＡと１，６−ＦＬＰＡＰｒｎとの重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ）となるように調節した。なお、ＣｚＰＡは電子輸送性を有する物質であり、ゲスト材料である１，６−ＦＬＰＡＰｒｎは青色の発光を示す蛍光性化合物である。
【００８７】
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層５１３ｃ上にＣｚＰＡを膜厚５ｎｍ、次いでバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１３ｄを形成した。これによって、第１の電荷発生層５１３ａ、正孔輸送層５１３ｂ、発光層５１３ｃ、及び電子輸送層５１３ｄを含む第３の発光層５１３を形成した。
【００８８】
次いで、電子輸送層５１３ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａを形成した。
【００８９】
次いで、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）を蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２２ｂを形成した。
【００９０】
次に、電子リレー層５２２ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第２の電荷発生層５２２ｃを形成した。その膜厚は３０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２２ａ、電子リレー層５２２ｂ、第２の電荷発生層５２２ｃを含む第２の中間層５２２を形成した。
【００９１】
次いで、第２の発光層５１２を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第２の電荷発生層５２２ｃ上に４−フェニル−４’−（９−フェニルフルオレン−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＢＰＡＦＬＰ）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１２ａを形成した。
【００９２】
その後、２−［４−（３，６−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−３−フェニルキノキサリン（略称：Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ）と、４−フェニル−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：ＰＣＢＡ１ＢＰ）と、（アセチルアセトナト）ビス（３，５−ジメチル−２−フェニルピラジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１２ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１２ｂを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。なお、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）は、橙色の発光を示す燐光性化合物である。さらに、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、発光層５１２ｂ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１２ｃを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、１：０．０６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
【００９３】
次いで、発光層５１２ｃ上に、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩを膜厚２５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１２ｄを形成した。これによって、正孔輸送層５１２ａ、発光層５１２ｂ、発光層５１２ｃ、電子輸送層５１２ｄを含む第２の発光層５１２を形成した。
【００９４】
次いで、電子輸送層５１２ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａを形成した。
【００９５】
次いで、ＣｕＰｃを蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２１ｂを形成した。
【００９６】
次に、電子リレー層５２１ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第３の電荷発生層５２１ｃを形成した。その膜厚は８０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２１ａ、電子リレー層５２１ｂ、第３の電荷発生層５２１ｃを含む第１の中間層５２１を形成した。
【００９７】
次いで、第１の発光層５１１を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第３の電荷発生層５２１ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１１ａを形成した。
【００９８】
その後、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１１ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１１ｂを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。さらに、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、発光層５１１ｂ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１１ｃを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、１：０．０６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
【００９９】
次いで、発光層５１１ｃ上に、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩを膜厚２５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１１ｄを形成した。電子輸送層５１１ｄ上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を膜厚１ｎｍで蒸着することにより電子注入層５１１ｅを形成した。これによって、正孔輸送層５１１ａ、発光層５１１ｂ、発光層５１１ｃ、電子輸送層５１１ｄ、電子注入層５１１ｅを含む第１の発光層５１１を形成した。
【０１００】
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層５１１ｅ上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、陰極５０２を形成することで、発光素子１を作製した。
【０１０１】
次に、比較素子１について説明する（図７参照）。ガラス基板５００上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法にて成膜し、陽極５０１を形成した。
【０１０２】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極５０１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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、陽極５０１上に、正孔輸送性の高い物質であるＢＰＡＦＬＰ、と、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む、第１の電荷発生層５１３ａを形成した。その膜厚は１００ｎｍとし、ＢＰＡＦＬＰと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＢＰＡＦＬＰ：酸化モリブデン）となるように調節した。
【０１０３】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第１の電荷発生層５１３ａ上にＢＰＡＦＬＰを１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１３ｂを形成した。
【０１０４】
さらに、ＣｚＰＡと、１，６−ＦＬＰＡＰｒｎと、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１３ｂ上に３０ｎｍの膜厚の発光層５１３ｃを形成した。ここで、ＣｚＰＡと１，６−ＦＬＰＡＰｒｎとの重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ）となるように調節した。
【０１０５】
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層５１３ｃ上にＣｚＰＡを膜厚５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１３ｄを形成した。これによって、第１の電荷発生層５１３ａ、正孔輸送層５１３ｂ、発光層５１３ｃ、及び電子輸送層５１３ｄを含む第３の発光層５１３を形成した。
【０１０６】
次いで、電子輸送層５１３ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａを形成した。
【０１０７】
次いで、ＣｕＰｃを蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２２ｂを形成した。
【０１０８】
次に、電子リレー層５２２ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＢＰＡＦＬＰと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第２の電荷発生層５２２ｃを形成した。その膜厚は３０ｎｍとし、ＢＰＡＦＬＰと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＢＰＡＦＬＰ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２２ａ、電子リレー層５２２ｂ、第２の電荷発生層５２２ｃを含む第２の中間層５２２を形成した。
【０１０９】
次いで、第２の発光層５１２を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第２の電荷発生層５２２ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１２ａを形成した。
【０１１０】
その後、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、（アセチルアセトナト）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）−５−メチルピラジナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１２ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１２ｂを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
【０１１１】
次いで、発光層５１２ｂ上に、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩを膜厚１５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１２ｄを形成した。これによって、正孔輸送層５１２ａ、発光層５１２ｂ、電子輸送層５１２ｄを含む第２の発光層５１２を形成した。
【０１１２】
次いで、電子輸送層５１２ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａを形成した。
【０１１３】
次いで、ＣｕＰｃを蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２１ｂを形成した。
【０１１４】
次に、電子リレー層５２１ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＢＰＡＦＬＰと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第３の電荷発生層５２１ｃを形成した。その膜厚は１２０ｎｍとし、ＢＰＡＦＬＰと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＢＰＡＦＬＰ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２１ａ、電子リレー層５２１ｂ、第３の電荷発生層５２１ｃを含む第１の中間層５２１を形成した。
【０１１５】
次いで、第１の発光層５１１を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第３の電荷発生層５２１ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１１ａを形成した。
【０１１６】
その後、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１１ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１１ｂを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
【０１１７】
次いで、発光層５１１ｂ上に、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩを膜厚１５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１１ｄを形成した。電子輸送層５１１ｄ上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を膜厚１ｎｍで蒸着することにより電子注入層５１１ｅを形成した。これによって、正孔輸送層５１１ａ、発光層５１１ｂ、電子輸送層５１１ｄ、電子注入層５１１ｅを含む第１の発光層５１１を形成した。
【０１１８】
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層５１１ｅ上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、陰極５０２を形成することで、比較素子１を作製した。
【０１１９】
次に、比較素子２について説明する（図８参照）。ガラス基板５００上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法にて成膜し、陽極５０１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。
【０１２０】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極５０１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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、陽極５０１上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡ、と、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む、第１の電荷発生層５１３ａを形成した。その膜厚は５０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。なお、共蒸着法とは、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。
【０１２１】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第１の電荷発生層５１３ａ上にＰＣｚＰＡを３０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１３ｂを形成した。
【０１２２】
さらに、ＣｚＰＡと、１，６−ＦＬＰＡＰｒｎと、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１３ｂ上に３０ｎｍの膜厚の発光層５１３ｃを形成した。ここで、ＣｚＰＡと１，６−ＦＬＰＡＰｒｎとの重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ）となるように調節した。なお、ＣｚＰＡは電子輸送性を有する物質であり、ゲスト材料である１，６−ＦＬＰＡＰｒｎは青色の発光を示す蛍光性化合物である。
【０１２３】
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層５１３ｃ上にＣｚＰＡを膜厚５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１３ｄを形成した。これによって、第１の電荷発生層５１３ａ、正孔輸送層５１３ｂ、発光層５１３ｃ、及び電子輸送層５１３ｄを含む第３の発光層５１３を形成した。
【０１２４】
次いで、電子輸送層５１３ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａを形成した。
【０１２５】
次いで、ＣｕＰｃを蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２２ｂを形成した。
【０１２６】
次に、電子リレー層５２２ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第２の電荷発生層５２２ｃを形成した。その膜厚は４０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２２ａ、電子リレー層５２２ｂ、第２の電荷発生層５２２ｃを含む中間層５２２を形成した。
【０１２７】
次いで、第４の発光層５１４を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第２の電荷発生層５２２ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１４ａを形成した。
【０１２８】
その後、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１４ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１４ｂを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。なお、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）は、橙色の発光を示す燐光性化合物である。さらに、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、発光層５１４ｂ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１４ｃを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、１：０．０６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
【０１２９】
次いで、発光層５１４ｃ上に、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩを膜厚２５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１４ｄを形成した。電子輸送層５１４ｄ上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を膜厚１ｎｍで蒸着することにより電子注入層５１４ｅを形成した。これによって、正孔輸送層５１４ａ、発光層５１４ｂ、発光層５１４ｃ、電子輸送層５１４ｄ、電子注入層５１４ｅを含む第４の発光層５１４を形成した。
【０１３０】
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層５１４ｅ上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、陰極５０２を形成することで、比較素子２を作製した。
【０１３１】
以上により得られた発光素子１、比較素子１、比較素子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１、比較素子１、比較素子２がそれぞれ大気に曝されないように封止する作業を行った。その後、この発光素子１、比較素子１、比較素子２の動作特性について測定を行った。測定は、室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０１３２】
各素子の電圧−輝度特性を図９に、輝度−電流効率特性を図１０に、輝度−電力効率特性を図１１に、ＣＩＥ色度を図１２に、発光スペクトルを図１３に、それぞれ示す。
【０１３３】
まず、発光素子１および比較素子１はいずれも少なくとも３つの発光ユニットを積層したものであり、視感度の低い波長領域の発光を示す発光ユニットを１段、視感度の高い波長領域の発光を示す発光ユニットを２段積層している。そのため、図１１に示すとおり、発光素子１の電力効率は最大で５４［ｌｍ／Ｗ］、比較素子１の電力効率は最大で６５［ｌｍ／Ｗ］であり、いずれも高い電力効率を示した。
【０１３４】
しかしながら、図１２に示すとおり、比較素子１のＣＩＥ色度は（ｘ，ｙ）＝（０．４０，０．５０）であり、黒体軌跡３７０から大きく外れている。また、黒体軌跡３７０から±０．０２ｕｖの範囲内の領域３８０からも外れているため、照明としては適さない。一方で、発光素子１のＣＩＥ色度は（ｘ，ｙ）＝（０．４６，０．４５）であり、黒体軌跡３７０から±０．０２ｕｖの範囲内の領域３８０に収まっており、照明として適していることがわかった。発光素子１の色温度は３０００Ｋであり、良好な電球色を示した。
【０１３５】
この差異の要因は、図１３の発光スペクトルを見るとわかる。発光素子１は、視感度の低い波長領域の発光ピークが４７０ｎｍ、視感度の高い波長領域の発光ピークが５７０ｎｍであるのに対し、比較素子１は、視感度の低い波長領域の発光ピークが４６９ｎｍ、視感度の高い波長領域の発光ピークが５５６ｎｍである。つまり、視感度の高い波長領域の発光ピークが適切でない。
【０１３６】
一方、比較素子２は２つの発光ユニットを積層したものであり、視感度の低い波長領域の発光を示す発光ユニットを１段、視感度の高い波長領域の発光を示す発光ユニットを１段積層している。比較素子２における視感度の高い波長領域の発光を示す発光ユニットは、発光素子１と同様の構成を適用しているため、図１２に示すとおり、ＣＩＥ色度は（ｘ，ｙ）＝（０．４０，０．４１）と良好である。色温度は３６００Ｋであり、温白色の照明として適用できる。
【０１３７】
しかしながら、図１１に示すとおり、比較素子２の電力効率は最大で４１［ｌｍ／Ｗ］であり、発光素子１よりも低い。これは、図１３の発光スペクトルを見るとわかるように、比較素子２における視感度の低い波長領域の発光強度が、発光素子１に比べて強いことに起因している。すなわち、視感度の高い波長領域の発光ユニットを１段しか積層していないため、視感度の低い波長領域の発光強度が相対的に増大し、電力効率の低下を招いている。
【０１３８】
以上で述べたように、本発明の一態様である発光素子１は、高い電力効率と良好な電球色の双方を両立できることがわかった。
【実施例２】
【０１３９】
本実施例では、本発明の一態様である発光素子について、図６、図１４〜図１８を用いて説明する。
【０１４０】
本実施例の発光素子２は、第３の電荷発生層５２１ｃ以外は、実施例１で示した発光素子１と同様に作製した。発光素子２においては、第３の電荷発生層５２１ｃの膜厚を９０ｎｍとなるように形成した。以上により、発光素子２を得た。
【０１４１】
発光素子２の電圧−輝度特性を図１４に、輝度−電流効率特性を図１５に、輝度−電力効率特性を図１６に、ＣＩＥ色度を図１７に、発光スペクトルを図１８に、それぞれ示す。
【０１４２】
図１６に示すとおり、発光素子２の電力効率は最大で５４［ｌｍ／Ｗ］であり、高い電力効率を示した。
【０１４３】
また、図１７に示すとおり、発光素子２のＣＩＥ色度は（ｘ，ｙ）＝（０．４８，０．４５）であり、黒体軌跡３７０から±０．０２ｕｖの範囲内の領域３８０に収まっており、照明として適していることがわかった。発光素子２の色温度は２７００Ｋであり、良好な電球色を示した。なお図１８に示すとおり、発光素子２は、視感度の低い波長領域の発光ピークが４７４ｎｍ、視感度の高い波長領域の発光ピークが５７４ｎｍであった。
【実施例３】
【０１４４】
本実施例では、本発明の一態様である発光素子について、図６、図１９〜図２３を用いて説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、実施例１にて用いた材料の化学式は省略した。
【０１４５】
【化２】
【０１４６】
以下に、本実施例の発光素子３の作製方法を示す。
【０１４７】
発光素子３について説明する（図６参照）。ガラス基板５００上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法にて成膜し、陽極５０１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。
【０１４８】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極５０１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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、陽極５０１上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む、第１の電荷発生層５１３ａを形成した。その膜厚は９０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。なお、共蒸着法とは、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。なお、ＰＣｚＰＡに酸化モリブデンを添加した上記の電荷発生層は、電荷移動錯体の形成に由来する吸収は観測されないが、電圧を印加した際には電荷発生層として機能する。また、該吸収が観測されないため、透光性に優れている。
【０１４９】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第１の電荷発生層５１３ａ上にＰＣｚＰＡを３０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１３ｂを形成した。
【０１５０】
さらに、ＣｚＰＡと、１，６−ＦＬＰＡＰｒｎと、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１３ｂ上に３０ｎｍの膜厚の発光層５１３ｃを形成した。ここで、ＣｚＰＡと１，６−ＦＬＰＡＰｒｎとの重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ）となるように調節した。なお、ＣｚＰＡは電子輸送性を有する物質であり、ゲスト材料である１，６−ＦＬＰＡＰｒｎは青色の発光を示す蛍光性化合物である。
【０１５１】
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層５１３ｃ上にＣｚＰＡを膜厚５ｎｍ、次いでバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１３ｄを形成した。これによって、第１の電荷発生層５１３ａ、正孔輸送層５１３ｂ、発光層５１３ｃ、及び電子輸送層５１３ｄを含む第３の発光層５１３を形成した。
【０１５２】
次いで、電子輸送層５１３ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａを形成した。
【０１５３】
次いで、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）を蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２２ｂを形成した。
【０１５４】
次に、電子リレー層５２２ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第２の電荷発生層５２２ｃを形成した。その膜厚は３０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２２ａ、電子リレー層５２２ｂ、第２の電荷発生層５２２ｃを含む第２の中間層５２２を形成した。
【０１５５】
次いで、第２の発光層５１２を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第２の電荷発生層５２２ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１２ａを形成した。
【０１５６】
その後、２−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）と、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１２ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１２ｂを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。なお、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）は、橙色の発光を示す燐光性化合物である。さらに、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、発光層５１２ｂ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１２ｃを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、１：０．０６（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
【０１５７】
次いで、発光層５１２ｃ上に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを膜厚２５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１２ｄを形成した。これによって、正孔輸送層５１２ａ、発光層５１２ｂ、発光層５１２ｃ、電子輸送層５１２ｄを含む第２の発光層５１２を形成した。
【０１５８】
次いで、電子輸送層５１２ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａを形成した。
【０１５９】
次いで、ＣｕＰｃを蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２１ｂを形成した。
【０１６０】
次に、電子リレー層５２１ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第３の電荷発生層５２１ｃを形成した。その膜厚は１００ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２１ａ、電子リレー層５２１ｂ、第３の電荷発生層５２１ｃを含む第１の中間層５２１を形成した。
【０１６１】
次いで、第１の発光層５１１を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第３の電荷発生層５２１ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１１ａを形成した。
【０１６２】
その後、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１１ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１１ｂを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。さらに、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、発光層５１１ｂ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１１ｃを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、１：０．０６（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
【０１６３】
次いで、発光層５１１ｃ上に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを膜厚２５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１１ｄを形成した。電子輸送層５１１ｄ上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を膜厚１ｎｍで蒸着することにより電子注入層５１１ｅを形成した。これによって、正孔輸送層５１１ａ、発光層５１１ｂ、発光層５１１ｃ、電子輸送層５１１ｄ、電子注入層５１１ｅを含む第１の発光層５１１を形成した。
【０１６４】
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層５１１ｅ上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、陰極５０２を形成することで、発光素子３を作製した。
【０１６５】
発光素子３の電圧−輝度特性を図１９に、輝度−電流効率特性を図２０に、輝度−電力効率特性を図２１に、ＣＩＥ色度を図２２に、発光スペクトルを図２３に、それぞれ示す。
【０１６６】
図２１に示すとおり、発光素子３の電力効率は最大で５２［ｌｍ／Ｗ］であり、高い電力効率を示した。
【０１６７】
また、図２２に示すとおり、発光素子３のＣＩＥ色度は（ｘ，ｙ）＝（０．４６，０．４５）であり、黒体軌跡３７０から±０．０２ｕｖの範囲内の領域３８０に収まっており、照明として適していることがわかった。発光素子３の色温度は３０００Ｋであり、良好な電球色を示した。なお図２３に示すとおり、発光素子３は、視感度の低い波長領域の発光ピークが４７１ｎｍ、視感度の高い波長領域の発光ピークが５７４ｎｍであった。
【実施例４】
【０１６８】
本実施例では、本発明の一態様である発光素子について、図２４〜図２９を用いて説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、実施例１、実施例３にて用いた材料の化学式は省略した。
【０１６９】
【化３】
【０１７０】
以下に、本実施例の発光素子４の作製方法を示す。
【０１７１】
発光素子４について説明する（図２４参照）。ガラス基板５００上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法にて成膜し、陽極５０１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。
【０１７２】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極５０１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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、陽極５０１上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む、第１の電荷発生層５１３ａを形成した。その膜厚は１１０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で１：０．５（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。なお、共蒸着法とは、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。なお、ＰＣｚＰＡに酸化モリブデンを添加した上記の電荷発生層は、電荷移動錯体の形成に由来する吸収は観測されないが、電圧を印加した際には電荷発生層として機能する。また、該吸収が観測されないため、透光性に優れている。
【０１７３】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第１の電荷発生層５１３ａ上にＰＣｚＰＡを３０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１３ｂを形成した。
【０１７４】
さらに、ＣｚＰＡと、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス〔３−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル〕ピレン−１，６−ジアミン（略称：１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎ）と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１３ｂ上に３０ｎｍの膜厚の発光層５１３ｃを形成した。ここで、ＣｚＰＡと１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎとの重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎ）となるように調節した。なお、ＣｚＰＡは電子輸送性を有する物質であり、ゲスト材料である１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎは青色の発光を示す蛍光性化合物である。
【０１７５】
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層５１３ｃ上にＣｚＰＡを膜厚５ｎｍ、次いでバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１３ｄを形成した。これによって、第１の電荷発生層５１３ａ、正孔輸送層５１３ｂ、発光層５１３ｃ、及び電子輸送層５１３ｄを含む第３の発光層５１３を形成した。
【０１７６】
次いで、電子輸送層５１３ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａを形成した。
【０１７７】
次いで、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）を蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２２ｂを形成した。
【０１７８】
次に、電子リレー層５２２ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第２の電荷発生層５２２ｃを形成した。その膜厚は３０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で１：０．５（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２２ａ、電子リレー層５２２ｂ、第２の電荷発生層５２２ｃを含む第２の中間層５２２を形成した。
【０１７９】
次いで、第２の発光層５１２を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第２の電荷発生層５２２ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１２ａを形成した。
【０１８０】
その後、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、（アセチルアセトナート）ビス［５−イソプロピル−２，３−ビス（４−フルオロフェニル）ピラジナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ））と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１２ａ上に３０ｎｍの膜厚の発光層５１２ｂを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。なお、Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ）は、黄色の発光を示す燐光性化合物である。
【０１８１】
次いで、発光層５１２ｂ上に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを膜厚２５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１２ｄを形成した。これによって、正孔輸送層５１２ａ、発光層５１２ｂ、電子輸送層５１２ｄを含む第２の発光層５１２を形成した。
【０１８２】
次いで、電子輸送層５１２ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａを形成した。
【０１８３】
次いで、ＣｕＰｃを蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２１ｂを形成した。
【０１８４】
次に、電子リレー層５２１ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第３の電荷発生層５２１ｃを形成した。その膜厚は１００ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で１：０．５（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２１ａ、電子リレー層５２１ｂ、第３の電荷発生層５２１ｃを含む第１の中間層５２１を形成した。
【０１８５】
次いで、第１の発光層５１１を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第３の電荷発生層５２１ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１１ａを形成した。
【０１８６】
その後、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、（ジピバロイルメタナト）ビス（３，５−ジメチル−２−フェニルピラジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ））と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１１ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１１ｂを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）との重量比は、６：２：０．６（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ））となるように調節した。さらに、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）と、を共蒸着することにより、発光層５１１ｂ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１１ｃを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）との重量比は、１：０．０６（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ））となるように調節した。
【０１８７】
次いで、発光層５１１ｃ上に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを膜厚２５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１１ｄを形成した。電子輸送層５１１ｄ上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を膜厚１ｎｍで蒸着することにより電子注入層５１１ｅを形成した。これによって、正孔輸送層５１１ａ、発光層５１１ｂ、発光層５１１ｃ、電子輸送層５１１ｄ、電子注入層５１１ｅを含む第１の発光層５１１を形成した。
【０１８８】
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層５１１ｅ上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、陰極５０２を形成することで、発光素子４を作製した。
【０１８９】
発光素子４の電圧−輝度特性を図２５に、輝度−電流効率特性を図２６に、輝度−電力効率特性を図２７に、ＣＩＥ色度を図２８に、発光スペクトルを図２９に、それぞれ示す。
【０１９０】
図２７に示すとおり、発光素子４の電力効率は最大で５１［ｌｍ／Ｗ］であり、高い電力効率を示した。
【符号の説明】
【０１９１】
３００ 基板
３０１ 陽極
３０２ 陰極
３０４ 発光スペクトル
３０５ 発光スペクトル
３１０ 第１の発光ユニット
３１１ 第１の発光層
３１２ 第２の発光層
３１３ 第３の発光層
３２０ 第２の発光ユニット
３２１ 第１の中間層
３２２ 第２の中間層
３３０ 第３の発光ユニット
３６０ 発光素子
３７０ 黒体軌跡
３８０ 領域
５００ ガラス基板
５０１ 陽極
５０２ 陰極
５１１ 発光層
５１２ 発光層
５１３ 発光層
５１４ 発光層
５２１ 中間層
５２２ 中間層
５０３ｄ 電子輸送層
５１１ａ 正孔輸送層
５１１ｂ 発光層
５１１ｃ 発光層
５１１ｄ 電子輸送層
５１１ｅ 電子注入層
５１２ａ 正孔輸送層
５１２ｂ 発光層
５１２ｃ 発光層
５１２ｄ 電子輸送層
５１３ａ 電荷発生層
５１３ｂ 正孔輸送層
５１３ｃ 発光層
５１３ｄ 電子輸送層
５１４ａ 正孔輸送層
５１４ｂ 発光層
５１４ｃ 発光層
５１４ｄ 電子輸送層
５１４ｅ 電子注入層
５２１ａ 電子注入バッファー
５２１ｂ 電子リレー層
５２１ｃ 電荷発生層
５２２ａ 電子注入バッファー
５２２ｂ 電子リレー層
５２２ｃ 電荷発生層
１３０４ プロット
１３０５ プロット
【技術分野】
【０００１】
エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子に関する。また、発光素子を用いた発光装置または照明装置に関する。
【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に関する研究開発が盛んに行われている。エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の物質を含む層（以下、発光層という）を挟んだものである。発光素子の電極間に電圧を印加することにより、発光性の物質から発光を得ることができる。
【０００３】
エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子のなかで、特に、発光性の物質が有機化合物であるものは、薄膜を積層して発光素子を形成することが可能である。そのため、薄型軽量に作製でき、大面積化も容易であることから、面光源としての応用が期待されている。また、当該発光素子は、白熱電球や蛍光灯をしのぐ発光効率が期待されるため、照明器具に好適であるとして注目されている。
【０００４】
上記発光素子は、発光性の物質の種類によって様々な発光色を提供することができる。特に、照明への応用を考えた場合、白色発光またはそれに近い色の発光が高効率で得られる発光素子が求められている。
【０００５】
白色発光が得られる発光素子として、例えば、赤、緑、青の各波長領域にピークを有する複数の発光ユニットを積層した白色発光素子が提案されている（例えば、特許文献１）。また、補色の関係にある各波長領域（例えば、青と黄）にピークを有する２つの発光ユニットを積層した白色発光素子が提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５１８４００号公報
【特許文献２】特開２００６−１２７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記赤、緑、青の各波長領域にピークを有する複数の発光ユニットを積層したものは、視感度の低い赤色と青色の波長領域を使うことで白色発光を実現している。
【０００８】
また、上記補色の関係にある各波長領域（例えば、青と黄）にピークを有する２つの発光ユニットを積層したものは、視感度の低い色（例えば青色）の割合を多くすることで白色発光を実現している。
【０００９】
このように、これまで提案されている白色発光を実現する発光素子は、白色発光を得ることを優先していたため、視感度の低い波長領域の光をある程度の割合で使わざるをえなかった。したがって、電力効率の向上には限界があった。電力効率［ｌｍ／Ｗ］の単位に含まれる光束［ｌｍ］は、視感度を考慮した物理量であるためである。
【００１０】
そこで、電力効率を向上させることを最優先の課題とし、色味は白色でなくても電球色や温白色のような自然な光色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、該発光素子を光源として有する照明装置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】
【００１１】
本発明の一態様は、少なくとも３つの発光ユニットを積層した発光素子に係るものである。発光ユニットはそれぞれ１つの発光色を呈する発光層を有している。少なくとも３つの発光ユニットを積層した発光素子の発光スペクトルは、２つのピークを有している。２つのピークのうち１つのピークは２つの発光ユニットからの発光スペクトルを合成したものである。該ピークは黄色から橙色の波長領域にあり、かつ、該ピークの波長は５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にある。２つのピークのうち他の１つのピークは青色の波長領域（４００ｎｍ以上４８０ｎｍ未満）にある。
【００１２】
上記において、少なくとも３つの発光ユニットのうち２つの発光ユニットは、それぞれ、発光スペクトルを合成する前の発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある発光性の物質を有する発光層を有している。この２つの発光ユニットからの発光スペクトルのピークの波長は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。２つの発光ユニットがそれぞれ有する発光層が有する発光性の物質が同じ物質であれば、２つの発光ユニットからの発光スペクトルのピークの波長を同じにすることができる。２つの発光ユニットがそれぞれ有する発光層が有する発光性の物質が異なる物質であれば、２つの発光ユニットからの発光スペクトルのピークの波長を異なるものとすることができる。いずれにせよ、２つの発光ユニットからの発光スペクトルが合成されることにより、１つのピークを有する発光スペクトルになり、そのピークが黄色から橙色の波長領域にあり、かつ、該ピークの波長が５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にあるものであればよい。
【００１３】
上記において、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある発光性の物質として、燐光を発する燐光性の有機化合物（燐光性化合物ともいう）を用いることが好ましい。燐光性化合物を用いることにより、蛍光性化合物を用いた場合と比べて電力効率を３〜４倍高めることができる。また、黄色や橙色の燐光性化合物を用いた素子は、青色の燐光性化合物を用いた素子に比べ、長寿命が得やすい。有機化合物では、燐光とは、電子スピン多重度の異なる電子状態間の遷移に基づく発光をいう。一般に有機化合物の基底状態は一重項状態である。燐光は、最低励起三重項状態から基底一重項状態への遷移に基づく発光である。
【００１４】
一方、少なくとも３つの発光ユニットのうち他の１つの発光ユニットは、発光スペクトルのピークが青色の波長領域にある発光性の物質を有する発光層を有している。
【００１５】
上記において、発光スペクトルのピークが青色の波長領域（４００ｎｍ以上４８０ｎｍ未満）にある発光性の物質として、蛍光を発する蛍光性の有機化合物（蛍光性化合物ともいう）を用いることが好ましい。青色の発光性の物質として蛍光性化合物を用いることにより、青色の発光性の物質として燐光性化合物を用いた場合と比べて長寿命の発光素子を得ることができる。有機化合物では、蛍光とは、同じスピン多重度をもつ電子状態間の電子遷移による発光をいう。一般に有機化合物の基底状態は一重項状態であり、最低励起一重項状態から基底状態への遷移によって蛍光が観測される。
【００１６】
発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にあるものを用いることにより、視感度の高い波長領域を利用することができ、電力効率を高めることができる。少なくとも３つの発光ユニットのうち２つの発光ユニットにおいて、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある発光性の物質を有する発光層を用いることにより、発光素子全体の電力効率を高めることができる。すなわち、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある視感度の高い波長領域を利用した発光ユニットを複数積層して用いることにより、発光素子全体の電力効率を高めることができる。このような構成は、例えば緑色の発光ユニットと赤色の発光ユニットを積層して黄色から橙色を得るような場合に比べ、視感度の観点で有利であり、電力効率を高められる。また、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある視感度の高い波長領域を利用した発光ユニットが１段のみの場合に比べ、視感度の低い青色の波長領域の発光強度が相対的に小さくなるため、発光色は電球色（あるいは温白色）に近づき、かつ電力効率は高くなる。
【００１７】
つまり、上記において、黄色から橙色の波長領域にピークを有し、かつ、ピークの波長が５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にある光と、青色の波長領域にピークを有する光と、を合成した光の色（つまり、発光素子から発光される光の色）は、白色ではないが、温白色や電球色のような自然な光の色を実現することができる。特に電球色を実現しやすい。
【００１８】
すなわち、発光素子から発光される光の色は、色度図における黒体放射の軌跡（黒体軌跡ともいう）付近になり、その色温度は３０００Ｋ〜３５００Ｋ近傍となる。具体的には、発光素子の発光スペクトルの色は、色度図における黒体軌跡から±０．０２ｕｖの範囲内にあり、その色温度は２６００Ｋ以上３７００Ｋ以下となる。色度図における黒体軌跡付近に位置する色は、太陽光の自然な色味に近い、自然な光の色であることを表している。色温度が３０００Ｋ近傍（２６００Ｋ以上３１５０Ｋ以下）の色は、電球色である。また、色温度が３５００Ｋ近傍（３２００Ｋ以上３７００Ｋ以下）の色は、温白色である。
【００１９】
ここで、少なくとも３つの発光ユニットのうち２つの発光ユニットに、上述したような黄色から橙色の波長領域に発光ピークを有する燐光性化合物を用い、かつ、他の１つの発光ユニットに、上述したような青色の波長領域に発光ピークを有する蛍光性化合物を用いた場合、以下のような効果が得られることを本発明者らは見出した。
【００２０】
まず、視感度の高い黄色から橙色の発光ユニットを２つ用いている上に、それらの発光ユニットの発光物質が燐光性化合物であるため、電力効率が最大限に高まる。さらに、この２つのユニットに対し、青色の蛍光性化合物を用いた発光ユニットを１つだけ加えることにより、最大限の電力効率を維持しつつ、色温度がちょうど電球色や温白色の規格（黒体軌跡から±０．０２ｕｖの範囲内）に収まることを本発明者らは見出した。しかも、このようにして得られた少なくとも３つの発光ユニットを有する発光素子は、上述したとおり長寿命の発光ユニット同士を積層できるため、長寿命を達成できるというメリットもある。
【００２１】
このような構成により、有機エレクトロルミネッセンス素子における電力効率および寿命は、電球色や温白色の色合いにおいて最も高められることを本発明者らは見出した。一方で、無機のＬＥＤを用いた照明は一般に、青色のＬＥＤに他の発光色の蛍光体を組み合わせて形成するため、昼白色（〜５０００Ｋ）のように高い色温度においては高い電力効率を達成できるが、電球色のように低い色温度においては、蛍光体の色変換効率の問題で電力効率が低くなってしまう。すなわち、本発明の一態様の発光素子を用いた照明は、ＬＥＤを用いた照明とは逆の性質を有していることになり、照明として特徴的である。
【００２２】
なお上記において、発光素子は、陽極と、陰極と、を有し、陽極と陰極との間に、第１の発光層と、第２の発光層と、第３の発光層と、第１の中間層と、第２の中間層と、を有している。第１の中間層は、第１の発光層と第２の発光層との間に設けられている。第２の中間層は、第２の発光層と第３の発光層との間に設けられている。陽極または陰極の一方と、第１の発光層と、第１の中間層とで、第１の発光ユニットが構成される。第１の中間層と、第２の発光層と、第２の中間層とで、第２の発光ユニットが構成される。第２の中間層と、第３の発光層と、陽極または陰極の他方とで、第３の発光ユニットが構成される。
【００２３】
上記において、第１乃至第３の発光層のいずれか２つの発光層からの発光スペクトルは、黄色から橙色の波長領域にピークを有している。２つの発光層からの発光スペクトルを合成した発光スペクトルは１つのピークを有し、該ピークの波長は５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にある。
【００２４】
上記において、第１乃至第３の発光層の他の１つの発光層からの発光スペクトルは、青色の波長領域にピークを有している。
【００２５】
上記において、第１の中間層として、第１の発光層および第２の発光層の一方に電子を注入し、第１の発光層および第２の発光層の他方に正孔を注入する機能を有する材料を用いることができる。例えば、第１の中間層として、第１の発光層および第２の発光層の一方に電子を注入する層と、第１の発光層および第２の発光層の他方に正孔を注入する層とを積層した積層膜を用いることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の一態様によれば、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある視感度の高い波長領域を利用した発光ユニットを複数積層して用いることにより、発光素子全体の電力効率を向上させることができる。そのうえ、発光素子から発光される光の色は、色度図における黒体軌跡付近になり、電球色や温白色のような自然な光の色を実現することができる。したがって、電力効率を向上させ、かつ、電球色や温白色のような自然な光色を有する発光素子を提供することができる。
【００２７】
上記発光素子は、電球色や温白色のような自然な光色を有するので、屋内用の照明装置、または屋外用の照明装置の光源として用いることができる。上記発光素子を用いることにより、電力効率が高く、省電力な照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】発光素子の例を示す図。
【図２】発光素子の発光スペクトルの例を示す図。
【図３】標準比視感度曲線を示す図。
【図４】色度図における発光素子の発光スペクトルの色座標と黒体軌跡を示す図。
【図５】色度図における発光素子の発光スペクトルの色座標と黒体軌跡を示す図。
【図６】発光素子の例を示す図。
【図７】比較素子の例を示す図。
【図８】比較素子の例を示す図。
【図９】発光素子、比較素子の電気特性の例を示す図。
【図１０】発光素子、比較素子の電気特性の例を示す図。
【図１１】発光素子、比較素子の電気特性の例を示す図。
【図１２】色度図における発光素子、比較素子の発光スペクトルの色座標と黒体軌跡を示す図。
【図１３】発光素子、比較素子の発光スペクトルの例を示す図。
【図１４】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図１５】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図１６】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図１７】色度図における発光素子の発光スペクトルの色座標と黒体軌跡を示す図。
【図１８】発光素子の発光スペクトルの例を示す図。
【図１９】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図２０】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図２１】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図２２】色度図における発光素子の発光スペクトルの色座標と黒体軌跡を示す図。
【図２３】発光素子の発光スペクトルの例を示す図。
【図２４】発光素子の例を示す図。
【図２５】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図２６】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図２７】発光素子の電気特性の例を示す図。
【図２８】色度図における発光素子の発光スペクトルの色座標と黒体軌跡を示す図。
【図２９】発光素子の発光スペクトルの例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（実施の形態１）
本実施の形態では、発光素子の構成の一例について、図１、図２、図３、図４、図５を用いて説明する。
【００３０】
図１に示す発光素子３６０は、基板３００上に設けられ、陽極３０１と、陰極３０２と、を有し、陽極３０１と陰極３０２との間に、第１の発光層３１１と、第２の発光層３１２と、第３の発光層３１３と、第１の中間層３２１と、第２の中間層３２２と、を有している。第１の中間層３２１は、第１の発光層３１１と第２の発光層３１２との間に設けられている。第２の中間層３２２は、第２の発光層３１２と第３の発光層３１３との間に設けられている。陰極３０２と、第１の発光層３１１と、第１の中間層３２１とで、第１の発光ユニット３１０が構成される。第１の中間層３２１と、第２の発光層３１２と、第２の中間層３２２とで、第２の発光ユニット３２０が構成される。第２の中間層３２２と、第３の発光層３１３と、陽極３０１とで、第３の発光ユニット３３０が構成される。第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０と、第３の発光ユニット３３０とは直列に接続されている。このように、図１に示す発光素子は、第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０と、第３の発光ユニット３３０とが積層された構造を有している。そのため、このような構造を有する発光素子を積層型の発光素子という。図１において、陽極３０１は透光性を有する電極であり、陰極３０２は光反射性を有する電極である。
【００３１】
図１に示す少なくとも３つの発光ユニットを積層した発光素子３６０の発光スペクトルの例を図２に示す。図２に示すように、発光素子３６０の発光スペクトルは２つのピークを有している。２つのピークのうち１つのピークが示す発光スペクトル３０４は第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０からの発光スペクトルを合成したものである。第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０を合成した発光スペクトル３０４は、黄色から橙色の波長領域にピークを有している。第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０からの発光スペクトルを合成した発光スペクトル３０４は１つのピークを有し、該ピークの波長は５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にある。
【００３２】
図２に示す発光素子３６０の発光スペクトルが有する２つのピークのうち他の１つのピークが示す発光スペクトル３０５は第３の発光ユニットからの発光スペクトルである。第３の発光ユニットの発光スペクトル３０５は、青色の波長領域（４００ｎｍ以上４８０ｎｍ未満）にピークを有している。
【００３３】
第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０は、それぞれ、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある発光性の物質を有する発光層を有している。この２つの発光ユニットからの発光スペクトルのピークの波長は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。２つの発光ユニットがそれぞれ有する発光層が同じ発光性の物質で構成されていれば、２つの発光ユニットからの発光スペクトルのピークを同じ波長とすることができる。２つの発光ユニットがそれぞれ有する発光層が異なる発光性の物質で構成されていれば、２つの発光ユニットからの発光スペクトルのピークを異なる波長とすることができる。いずれにせよ、２つの発光ユニットからの発光スペクトルが合成されることにより、１つのピークを有する発光スペクトルになり、そのピークが黄色から橙色の波長領域にあり、かつ、該ピークの波長が５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にあるものであればよい。
【００３４】
上記において、２つの発光スペクトルのピークが異なる波長であっても、ピークの波長の差が小さければ（差が２０ｎｍ以下であれば）、それら２つのピークを有する発光スペクトルを合成したものは分離が困難となり、１つのピークを有するものとみなすことができる。
【００３５】
図３に標準比視感度曲線を示す。視感度とはヒトの目が最も強く感じる波長５５５ｎｍの光を１として、他の波長の明るさを感じる度合いを、比を用いて表したものである。図３の標準比視感度曲線に示されるように、黄色から橙色（黄色よりやや長波長側の色）の波長領域は視感度が高いことがわかる。すなわち、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある光を使うことにより、視感度の高い波長領域を利用することができ、電力効率を高めることができる。すなわち、本発明の一態様の構成は、例えば緑色の発光ユニットと赤色の発光ユニットを積層して黄色や橙色を得るような場合に比べ、視感度の観点で有利であり、電力効率を高められる。
【００３６】
図１に示す発光素子３６０は、少なくとも３つの発光ユニットのうち２つの発光ユニット（第１の発光ユニット３１０、第２の発光ユニット３２０）において、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある発光性の物質を有する発光層を用いている。黄色から橙色の波長領域は、視感度の高い波長領域である。したがって、視感度の高い波長領域を利用した発光ユニットを２段積層して用いることにより、発光素子全体の電力効率を向上させることができる。この発光素子は、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある視感度の高い波長領域を利用した発光ユニットが１段のみの場合に比べると、視感度の低い青色の波長領域の発光強度（第３の発光ユニット３３０の発光強度）が相対的に小さくなるため、発光色は電球色（あるいは温白色）に近づき、かつ電力効率は高くなる。
【００３７】
図４にＣＩＥ色度図を示す。図４に示すＣＩＥ色度図は、図１および図２に示す発光素子３６０の発光スペクトルが有する発光スペクトル３０４および発光スペクトル３０５の色座標をプロットした例である。図４に四角で示すプロット１３０４は発光スペクトル３０４の光の色を色座標で表している。図４に丸で示すプロット１３０５は発光スペクトル３０５の光の色を色座標で表している。また、図４に示すＣＩＥ色度図には、黒体放射の軌跡（黒体軌跡ともいう）３７０を示している。
【００３８】
発光素子３６０から発光される色は、図４のＣＩＥ色度図においてプロット１３０４とプロット１３０５とを結んだ線（図４に示す点線）上付近の色座標で表される色になる。この線上付近のどの色座標になるかは、概ね、図１および図２に示される発光スペクトル３０４と、発光スペクトル３０５の強度比によって決められる。
【００３９】
図４に示されるように、プロット１３０４とプロット１３０５とを結んだ線（図４に示す点線）は黒体軌跡３７０と交わる部分を有し、広範囲にわたって黒体軌跡付近に位置することがわかる。例えば、発光スペクトル３０４と発光スペクトル３０５との強度比が８対１から６対１の範囲であっても、発光素子３６０から発光される色を太陽光の自然な色味に近い色とすることが可能である。
【００４０】
図５にＣＩＥ色度図を示す。図５に示すＣＩＥ色度図は、図１および図２に示す発光素子３６０の発光スペクトルの色座標をプロットした例である。図５に菱形で示すプロットは発光素子３６０の発光スペクトルの光の色を色座標で表している。また、図５に示すＣＩＥ色度図には、黒体軌跡３７０を示している。また、図５に示すＣＩＥ色度図には、黒体軌跡３７０から±０．０２ｕｖの範囲内の領域３８０を示している。
【００４１】
図５に示されるように、発光素子３６０の発光スペクトルの色（色座標）は、ＣＩＥ色度図における黒体軌跡から±０．０２ｕｖの範囲内の領域３８０にあることがわかる。図５に示されるように、発光素子３６０の発光スペクトルの色（色座標）は、黒体軌跡付近に位置し、太陽光の自然な色味に近い、自然な光の色を有していることがわかる。また、その色温度は３０００Ｋ近傍であり、電球色を示している。
【００４２】
図１に示す第１の発光ユニット３１０が有する第１の発光層３１１、および第２の発光ユニット３２０が有する第２の発光層３１２は、それぞれ黄色から橙色の波長領域にピークを有する発光性の物質を有している。例えば、黄色から橙色の波長領域にピークを有する発光性の物質として、ピラジン誘導体を配位子とする有機金属錯体を用いることができる。また、発光性の物質（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させることにより、発光層を構成することもできる。上記黄色から橙色の波長領域にピークを有する発光性の物質として、燐光性化合物を用いることができる。燐光性化合物を用いることにより、蛍光性化合物を用いた場合と比べて電力効率を３〜４倍高めることができる。上述したピラジン誘導体を配位子とする有機金属錯体は燐光性化合物であり、発光効率が高い上に、黄色から橙色の波長領域の発光を得やすく、本発明に好適である。
【００４３】
図１に示す第３の発光層３１３は、青色の波長領域にピークを有する発光性の物質を有している。例えば、青色の波長領域にピークを有する発光性の物質として、ピレンジアミン誘導体を用いることができる。上記青色の波長領域にピークを有する発光性の物質として、蛍光性化合物を用いることができる。青色の発光性の物質として蛍光性化合物を用いることにより、青色の発光性の物質として燐光性化合物を用いた場合と比べて長寿命の発光素子を得ることができる。上述したピレンジアミン誘導体は蛍光性化合物であり、極めて高い量子収率が得られる上に、長寿命である。
【００４４】
図４で説明したとおり、黄色から橙色の波長領域にピークを有する発光スペクトル３０４と、青色の波長領域にピークを有する発光スペクトル３０５との強度比が８対１から６対１の範囲であっても、発光素子３６０から発光される色を太陽光の自然な色味に近い色とすることが可能である。
【００４５】
ここで、黄色から橙色の発光ユニット２つを燐光性化合物で構成し、青色の発光ユニット１つを蛍光性化合物で構成し、これら３つの発光ユニットを積層する場合を考える。この場合、黄色から橙色の発光スペクトル３０４と、青色の発光スペクトル３０５との強度比は、概ね８対１から６対１の範囲となる。したがって、黄色から橙色の発光ユニット２つを燐光性化合物で構成し、青色の発光ユニット１つを蛍光性化合物で構成し、これら３つの発光ユニットを積層した発光素子において、発光素子から発光される色を太陽光の自然な色味に近い色とすることが可能となる。しかも、視感度の高い黄色から橙色の発光ユニットを２つ用いている上に、それらの発光ユニットの発光物質が燐光性化合物であるため、電力効率が最大限に高まる。さらには、このようにして得られた少なくとも３つの発光ユニットを有する発光素子は、上述したとおり長寿命の発光ユニット同士を積層できるため、長寿命を達成できるというメリットもある。
【００４６】
このような構成により、有機エレクトロルミネッセンス素子における電力効率および寿命は、電球色や温白色の色合いにおいて最も高められる。一方で、無機のＬＥＤを用いた照明は一般に、青色のＬＥＤに他の発光色の蛍光体を組み合わせて形成するため、昼白色（〜５０００Ｋ）のように高い色温度においては高い電力効率を達成できるが、電球色のように低い色温度においては、蛍光体の色変換効率の問題で電力効率が低くなってしまう。すなわち、本発明の一態様の発光素子を用いた照明は、ＬＥＤを用いた照明とは逆の性質を有していることになり、照明として特徴的である。
【００４７】
なお、第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０とは逆の積層順であってもよい。また、第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０と、第３の発光ユニット３３０との積層順は、図１に示す積層順と逆の積層順であってもよい。
【００４８】
本実施の形態によれば、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある視感度の高い波長領域を利用した発光ユニットを複数積層して用いることにより、発光素子全体の電力効率を向上させることができる。そのうえ、発光素子から発光される光の色は、色度図における黒体軌跡付近になり、電球色のような自然な光の色を実現することができる。したがって、電力効率を向上させ、かつ、電球色のような自然な光色を有する発光素子を提供することができる。
【００４９】
本実施の形態によれば、黄色から橙色の発光ユニット２つを燐光性化合物で構成し、青色の発光ユニット１つを蛍光性化合物で構成し、これら少なくとも３つの発光ユニットを積層した発光素子を採用した場合でも、発光素子から発光される色を太陽光の自然な色味に近い色とすることが可能となる。したがって、電力効率が高く、長寿命であり、かつ、自然な光色を有する発光素子を提供することができる。
【００５０】
本実施の形態に示した発光素子は、自然な光色を有するので、屋内用の照明装置、または屋外用の照明装置の光源として用いることができる。本実施の形態に示した発光素子を用いることにより、電力効率が高く、省電力な照明装置を提供することができる。
【００５１】
本実施の形態は、他の実施の形態、実施例と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００５２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、発光素子の構成の一例について、図１を用いて説明する。本実施の形態では、実施の形態１で示した図１に示す発光素子３６０の具体的な構成について説明する。
【００５３】
実施の形態１でも説明したとおり、図１に示す発光素子３６０は、基板３００上に設けられ、陽極３０１と、陰極３０２と、を有し、陽極３０１と陰極３０２との間に、第１の発光層３１１と、第２の発光層３１２と、第３の発光層３１３と、第１の中間層３２１と、第２の中間層３２２と、を有している。第１の中間層３２１は、第１の発光層３１１と第２の発光層３１２との間に設けられている。第２の中間層３２２は、第２の発光層３１２と第３の発光層３１３との間に設けられている。陰極３０２と、第１の発光層３１１と、第１の中間層３２１とで、第１の発光ユニット３１０が構成される。第１の中間層３２１と、第２の発光層３１２と、第２の中間層３２２とで、第２の発光ユニット３２０が構成される。第２の中間層３２２と、第３の発光層３１３と、陽極３０１とで、第３の発光ユニット３３０が構成される。第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０と、第３の発光ユニット３３０とは直列に接続されている。このように、図１に示す発光素子は、第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０と、第３の発光ユニット３３０とが積層された構造を有している。そのため、このような構造を有する発光素子を積層型の発光素子という。図１において、陽極３０１は透光性を有する電極であり、陰極３０２は光反射性を有する電極である。
【００５４】
第１の発光ユニット３１０が有する第１の発光層３１１、および第２の発光ユニット３２０が有する第２の発光層３１２は、黄色から橙色の波長領域にピークを有する発光性の物質を有している。黄色から橙色の波長領域にピークを有する発光性の物質として、ルブレン、（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）、ビス［２−（２−チエニル）ピリジナト］イリジウムアセチルアセトナート（Ｉｒ（ｔｈｐ）２（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルキノリナト）イリジウムアセチルアセトナート（Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ））、トリス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｑ）３）、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））、（アセチルアセトナト）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）−５−メチルピラジナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス｛２−（４−メトキシフェニル）−３，５−ジメチルピラジナト｝イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｄｍｍｏｐｐｒ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス（３，５−ジメチル−２−フェニルピラジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス（５−イソプロピル−３−メチル−２−フェニルピラジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ））などを用いることができる。また、黄色から橙色の波長領域にピークを有する発光性の物質としては、上述したとおり、Ｉｒ（ｔｈｐ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｐｑ）３、Ｉｒ（ｂｔ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｄｍｍｏｐｐｒ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ）のような燐光性化合物が好ましい。中でも特に、Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｄｍｍｏｐｐｒ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ）のようなピラジン誘導体を配位子とする有機金属錯体が、高効率であるため好ましい。また、これらの発光性の物質（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させることにより、発光層を構成しても良い。この場合のホスト材料としては、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）や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）などの芳香族アミン化合物や、２−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−３−フェニルキノキサリン（略称：Ｃｚ１ＰＱ）、２−［４−（３，６−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−３−フェニルキノキサリン（略称：Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ）、２−［４−（３，６−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：２ＣｚＰＤＢｑ−ＩＩＩ）、２−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）のような複素環化合物が好適である。また、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレンビニレン）等のポリマーを用いても良い。
【００５５】
第３の発光層３１３は、青色の波長領域にピークを有する発光性の物質を有している。青色の波長領域にピークを有する発光性の物質として、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）などを用いることができる。また、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）などのスチリルアリーレン誘導体や、９，１０−ジフェニルアントラセン、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ビス（２−ナフチル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）などのアントラセン誘導体を用いることができる。また、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）等のポリマーを用いることができる。また、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）や、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）スチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＰＣＡ２Ｓ）などのスチリルアミン誘導体を用いることができる。また、Ｎ，Ｎ’−ビス〔４−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル〕−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルピレン−１，６−ジアミン（略称：１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ）、Ｎ，Ｎ’−ビス〔４−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル〕−Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ピレン−１，６−ジアミン（１，６ｔＢｕ−ＦＬＰＡＰｒｎ）のようなピレンジアミン誘導体を用いることができる。また、青色の波長領域にピークを有する発光性の物質としては、上述したとおり蛍光性化合物を用いることが好ましく、特に１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ、１，６ｔＢｕ−ＦＬＰＡＰｒｎのようなピレンジアミン誘導体は、４６０ｎｍ付近にピークを有している上に、極めて高い量子収率が得られ、長寿命であるため好ましい。また、これらの発光性の物質（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させることにより、発光層を構成しても良い。この場合のホスト材料としては、アントラセン誘導体が好ましく、９，１０−ビス（２−ナフチル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、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）、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）などが好適である。特に、ＣｚＰＡやＰＣｚＰＡは電気化学的に安定であるため好ましい。
【００５６】
なお、上記した発光性の物質の発光色は、ホスト材料や素子構成により、多少変化する場合がある。
【００５７】
なお、第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０とは逆の積層順であってもよい。また、第１の発光ユニット３１０と、第２の発光ユニット３２０と、第３の発光ユニット３３０との積層順は、図１に示す積層順と逆の積層順であってもよい。
【００５８】
図１において、基板３００は、発光素子の支持体として用いられる。基板３００としては、例えばガラス、またはプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子の作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。
【００５９】
陽極３０１および陰極３０２には、様々な金属、合金、その他の導電性材料、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、仕事関数の大きい材料である、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素また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）等の導電性を有する金属酸化物膜を用いることができる。これらの金属酸化物膜は、スパッタリング法により形成することができる。または、ゾル−ゲル法などを用いて形成することができる。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用いてスパッタリング法により形成することができる。また、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てスパッタリング法により形成することができる。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）、または金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等を用いることができる。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）、セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、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、またはこれらを含む合金（マグネシウムと銀の合金、アルミニウムとリチウムの合金）を用いることができる。また、ユーロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属、またはこれらを含む合金等を用いることができる。また、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、アルミニウムを含む合金（ＡｌＳｉ）等を用いることができる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはこれらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金の膜はスパッタリング法により形成することも可能である。また、これらの電極は、単層膜に限らず、積層膜で形成することもできる。
【００６０】
なお、キャリアの注入障壁を考慮すると、陽極としては、仕事関数の大きい材料を用いることが好ましい。また、陰極としては、仕事関数の小さい材料を用いることが好ましい。
【００６１】
第１の中間層３２１は、第１の発光ユニット３１０において正孔を注入する機能を有し、第２の発光ユニット３２０において電子を注入する機能を有する。第２の中間層３２２は、第２の発光ユニット３２０において正孔を注入する機能を有し、第３の発光ユニット３３０において電子を注入する機能を有する。したがって、第１の中間層３２１および第２の中間層３２２は、少なくとも正孔を注入する機能を有する層と電子を注入する機能を有する層とを積層した積層膜を用いることができる。
【００６２】
また、第１の中間層３２１および第２の中間層３２２は、発光素子の内部に位置する層であるため、光の取り出し効率の点から、透光性を有する材料を用いることが好ましい。また、第１の中間層３２１および第２の中間層３２２のうちの一部は、陽極および陰極に用いる材料と同じ材料を用いて形成することが可能である。または、第１の中間層３２１および第２の中間層３２２は、陽極および陰極よりも導電率の低い材料を用いて形成することが可能である。
【００６３】
第１の中間層３２１および第２の中間層３２２のうち電子を注入する機能を有する層として、例えば、酸化リチウム、フッ化リチウム、炭酸セシウム等の絶縁体や半導体を用いることができる。または、電子輸送性の高い物質に、ドナー性物質を添加した材料を用いることもできる。
【００６４】
電子輸送性の高い物質としては、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）などの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を用いることができる。また、この他に、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。また、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）、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。ここに挙げた物質は、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、上記以外の物質を用いることも可能である。
【００６５】
電子輸送性の高い物質に、ドナー性物質を添加することにより、電子注入性を高くすることができる。そのため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。ドナー性物質としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属または元素周期表における第１３族に属する金属またはその酸化物またはその炭酸塩を用いることができる。具体的には、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、インジウム（Ｉｎ）、酸化リチウム、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機化合物をドナー性物質として用いてもよい。
【００６６】
また、第１の中間層３２１および第２の中間層３２２のうち正孔を注入する機能を有する層として、例えば、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化レニウム、酸化ルテニウム等の半導体や絶縁体を用いることができる。あるいは、正孔輸送性の高い物質に、アクセプター性物質を添加した材料を用いることができる。また、アクセプター性物質からなる層を用いても良い。
【００６７】
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）、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］−１，１’−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。ここに挙げた物質は、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、上記以外の物質を用いても構わない。また、上述のホスト材料を用いてもよい。
【００６８】
正孔輸送性の高い物質に、アクセプター性物質を添加することにより、正孔注入性を高くすることができる。そのため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。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）、クロラニル等を用いることができる。また、遷移金属酸化物を用いることができる。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用いることができる。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。
【００６９】
また、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を添加した構成および電子輸送性の高い物質にドナー性物質を添加した構成のいずれか一方または両方の構成を用いることにより、第１の中間層３２１および第２の中間層３２２を厚膜化しても、駆動電圧の上昇を抑制することができる。よって、第１の中間層３２１および第２の中間層３２２を厚膜化することにより、微小な異物や衝撃等によるショートを防止することができ、信頼性の高い発光素子を得ることができる。
【００７０】
なお、中間層において、正孔を注入する機能を有する層と電子を注入する機能を有する層との間に、必要に応じて他の層を導入しても良い。例えば、ＩＴＯのような導電層や電子リレー層を設けても良い。電子リレー層は、正孔を注入する機能を有する層と電子を注入する機能を有する層との間で生じる電圧のロスを低減する機能を有する。具体的には、ＬＵＭＯ準位がおよそ−５．０ｅＶ以上である材料を用いるのが好ましく、−５．０ｅＶ以上−３．０ｅＶ以下である材料を用いるのがより好ましい。例えば、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物（略称：ＰＴＣＤＡ）、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボキシリックビスベンゾイミダゾール（略称：ＰＴＣＢＩ）などを用いることができる。
【００７１】
上記した発光素子に対し、陽極３０１をプラスに、陰極３０２をマイナスに電圧を印加すると、ある電流密度Ｊの電流が発光素子３６０に流れる。このとき、陰極３０２から第１の発光層３１１に電子が、第１の中間層３２１から第１の発光層３１１に正孔がそれぞれ注入され、再結合に至ることにより、第１の発光ユニット３１０からの発光が得られる。そして、第１の中間層３２１から第２の発光層３１２に電子が、第２の中間層３２２から第２の発光層３１２に正孔がそれぞれ注入され、再結合に至ることにより、第２の発光ユニット３２０からの発光が得られる。この第１の発光ユニット３１０および第２の発光ユニット３２０からの発光は、例えば、図２に示すように、第１の発光スペクトル３０４を有する。第１の発光スペクトル３０４は１つのピークを有する。
【００７２】
そして、第２の中間層３２２から第３の発光層３１３に電子が、陽極３０１から第３の発光層３１３に正孔がそれぞれ注入され、再結合に至ることにより、第３の発光ユニット３３０からの発光が得られる。この第３の発光ユニット３３０からの発光は、図２に示すように、第２の発光スペクトル３０５を有する。第２の発光スペクトル３０５は１つのピークを有する。
【００７３】
なお、等価回路上では、第１の発光ユニット３１０、第２の発光ユニット３２０および第３の発光ユニット３３０に共通の電流密度Ｊの電流が流れ、それぞれその電流密度Ｊに対応した輝度で発光することになる。ここでは、第１の中間層３２１及び第２の中間層３２２および陽極３０１に透光性の材料を用いることにより、第１の発光ユニット３１０からの発光、第２の発光ユニット３２０からの発光、第３の発光ユニット３３０からの発光の全てを取り出すことができる。また、陰極３０２に光反射性を有する材料を用いることにより、陰極３０２で発光を反射させ、光を取り出す面側に効率よく発光を取り出すことができる。
【００７４】
図１の説明では、陰極３０２を光反射性の電極とした例を示したが、陰極３０２を透光性の電極とし、さらに陰極３０２の上方に光反射性の膜を形成する構造としてもよい。光反射性の電極は、電気抵抗の低い材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）などを含む導電性材料を用いると、発光素子の低消費電力化が図れるため好ましい。
【００７５】
また、図１では、基板側に陽極を設ける構成を示したが、基板側に陰極を設ける構成であってもよい。
【００７６】
本実施の形態によれば、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある視感度の高い波長領域を利用した発光ユニットを複数積層して用いることにより、発光素子全体の電力効率を高めることができる。そのうえ、発光素子から発光される光の色は、色度図における黒体軌跡付近になり、電球色や温白色のような自然な光の色を実現することができる。したがって、電力効率を向上させ、かつ、電球色や温白色のような自然な光色を有する発光素子を提供することができる。
【００７７】
本実施の形態によれば、黄色から橙色の発光ユニット２つを燐光性化合物で構成し、青色の発光ユニット１つを蛍光性化合物で構成し、これら少なくとも３つの発光ユニットを積層した発光素子を採用した場合でも、発光素子から発光される色を太陽光の自然な色味に近い色とすることが可能となる。したがって、電力効率が高く、長寿命であり、かつ、自然な光色を有する発光素子を提供することができる。
【００７８】
本実施の形態に示した発光素子は、自然な光色（具体的には電球色や温白色）を有するので、屋内用の照明装置、または屋外用の照明装置の光源として用いることができる。本実施の形態に示した発光素子を用いることにより、電力効率が高く、省電力な照明装置を提供することができる。
【００７９】
本実施の形態は、他の実施の形態、実施例と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【実施例１】
【００８０】
本実施例では、本発明の一態様である発光素子について、図６、図９〜図１３を用いて説明する。また、比較素子１について、図７、図９〜図１３を用いて説明する。また、比較素子２について、図８、図９〜図１３を用いて説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。
【００８１】
【化１】
【００８２】
以下に、本実施例の発光素子１、比較素子１、および比較素子２の作製方法を示す。
【００８３】
まず、発光素子１について説明する（図６参照）。ガラス基板５００上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法にて成膜し、陽極５０１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。
【００８４】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極５０１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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、陽極５０１上に、正孔輸送性の高い物質である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、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む、第１の電荷発生層５１３ａを形成した。その膜厚は１１０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。なお、共蒸着法とは、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。なお、ＰＣｚＰＡに酸化モリブデンを添加した上記の電荷発生層は、電荷移動錯体の形成に由来する吸収は観測されないが、電圧を印加した際には電荷発生層として機能する。また、該吸収が観測されないため、透光性に優れている。
【００８５】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第１の電荷発生層５１３ａ上にＰＣｚＰＡを１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１３ｂを形成した。
【００８６】
さらに、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）と、Ｎ，Ｎ’−ビス〔４−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル〕−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルピレン−１，６−ジアミン（略称：１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ）と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１３ｂ上に３０ｎｍの膜厚の発光層５１３ｃを形成した。ここで、ＣｚＰＡと１，６−ＦＬＰＡＰｒｎとの重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ）となるように調節した。なお、ＣｚＰＡは電子輸送性を有する物質であり、ゲスト材料である１，６−ＦＬＰＡＰｒｎは青色の発光を示す蛍光性化合物である。
【００８７】
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層５１３ｃ上にＣｚＰＡを膜厚５ｎｍ、次いでバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１３ｄを形成した。これによって、第１の電荷発生層５１３ａ、正孔輸送層５１３ｂ、発光層５１３ｃ、及び電子輸送層５１３ｄを含む第３の発光層５１３を形成した。
【００８８】
次いで、電子輸送層５１３ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａを形成した。
【００８９】
次いで、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）を蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２２ｂを形成した。
【００９０】
次に、電子リレー層５２２ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第２の電荷発生層５２２ｃを形成した。その膜厚は３０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２２ａ、電子リレー層５２２ｂ、第２の電荷発生層５２２ｃを含む第２の中間層５２２を形成した。
【００９１】
次いで、第２の発光層５１２を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第２の電荷発生層５２２ｃ上に４−フェニル−４’−（９−フェニルフルオレン−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＢＰＡＦＬＰ）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１２ａを形成した。
【００９２】
その後、２−［４−（３，６−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−３−フェニルキノキサリン（略称：Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ）と、４−フェニル−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：ＰＣＢＡ１ＢＰ）と、（アセチルアセトナト）ビス（３，５−ジメチル−２−フェニルピラジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１２ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１２ｂを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。なお、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）は、橙色の発光を示す燐光性化合物である。さらに、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、発光層５１２ｂ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１２ｃを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、１：０．０６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
【００９３】
次いで、発光層５１２ｃ上に、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩを膜厚２５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１２ｄを形成した。これによって、正孔輸送層５１２ａ、発光層５１２ｂ、発光層５１２ｃ、電子輸送層５１２ｄを含む第２の発光層５１２を形成した。
【００９４】
次いで、電子輸送層５１２ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａを形成した。
【００９５】
次いで、ＣｕＰｃを蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２１ｂを形成した。
【００９６】
次に、電子リレー層５２１ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第３の電荷発生層５２１ｃを形成した。その膜厚は８０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２１ａ、電子リレー層５２１ｂ、第３の電荷発生層５２１ｃを含む第１の中間層５２１を形成した。
【００９７】
次いで、第１の発光層５１１を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第３の電荷発生層５２１ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１１ａを形成した。
【００９８】
その後、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１１ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１１ｂを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。さらに、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、発光層５１１ｂ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１１ｃを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、１：０．０６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
【００９９】
次いで、発光層５１１ｃ上に、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩを膜厚２５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１１ｄを形成した。電子輸送層５１１ｄ上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を膜厚１ｎｍで蒸着することにより電子注入層５１１ｅを形成した。これによって、正孔輸送層５１１ａ、発光層５１１ｂ、発光層５１１ｃ、電子輸送層５１１ｄ、電子注入層５１１ｅを含む第１の発光層５１１を形成した。
【０１００】
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層５１１ｅ上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、陰極５０２を形成することで、発光素子１を作製した。
【０１０１】
次に、比較素子１について説明する（図７参照）。ガラス基板５００上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法にて成膜し、陽極５０１を形成した。
【０１０２】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極５０１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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、陽極５０１上に、正孔輸送性の高い物質であるＢＰＡＦＬＰ、と、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む、第１の電荷発生層５１３ａを形成した。その膜厚は１００ｎｍとし、ＢＰＡＦＬＰと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＢＰＡＦＬＰ：酸化モリブデン）となるように調節した。
【０１０３】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第１の電荷発生層５１３ａ上にＢＰＡＦＬＰを１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１３ｂを形成した。
【０１０４】
さらに、ＣｚＰＡと、１，６−ＦＬＰＡＰｒｎと、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１３ｂ上に３０ｎｍの膜厚の発光層５１３ｃを形成した。ここで、ＣｚＰＡと１，６−ＦＬＰＡＰｒｎとの重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ）となるように調節した。
【０１０５】
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層５１３ｃ上にＣｚＰＡを膜厚５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１３ｄを形成した。これによって、第１の電荷発生層５１３ａ、正孔輸送層５１３ｂ、発光層５１３ｃ、及び電子輸送層５１３ｄを含む第３の発光層５１３を形成した。
【０１０６】
次いで、電子輸送層５１３ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａを形成した。
【０１０７】
次いで、ＣｕＰｃを蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２２ｂを形成した。
【０１０８】
次に、電子リレー層５２２ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＢＰＡＦＬＰと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第２の電荷発生層５２２ｃを形成した。その膜厚は３０ｎｍとし、ＢＰＡＦＬＰと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＢＰＡＦＬＰ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２２ａ、電子リレー層５２２ｂ、第２の電荷発生層５２２ｃを含む第２の中間層５２２を形成した。
【０１０９】
次いで、第２の発光層５１２を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第２の電荷発生層５２２ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１２ａを形成した。
【０１１０】
その後、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、（アセチルアセトナト）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）−５−メチルピラジナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１２ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１２ｂを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
【０１１１】
次いで、発光層５１２ｂ上に、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩを膜厚１５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１２ｄを形成した。これによって、正孔輸送層５１２ａ、発光層５１２ｂ、電子輸送層５１２ｄを含む第２の発光層５１２を形成した。
【０１１２】
次いで、電子輸送層５１２ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａを形成した。
【０１１３】
次いで、ＣｕＰｃを蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２１ｂを形成した。
【０１１４】
次に、電子リレー層５２１ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＢＰＡＦＬＰと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第３の電荷発生層５２１ｃを形成した。その膜厚は１２０ｎｍとし、ＢＰＡＦＬＰと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＢＰＡＦＬＰ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２１ａ、電子リレー層５２１ｂ、第３の電荷発生層５２１ｃを含む第１の中間層５２１を形成した。
【０１１５】
次いで、第１の発光層５１１を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第３の電荷発生層５２１ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１１ａを形成した。
【０１１６】
その後、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１１ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１１ｂを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
【０１１７】
次いで、発光層５１１ｂ上に、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩを膜厚１５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１１ｄを形成した。電子輸送層５１１ｄ上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を膜厚１ｎｍで蒸着することにより電子注入層５１１ｅを形成した。これによって、正孔輸送層５１１ａ、発光層５１１ｂ、電子輸送層５１１ｄ、電子注入層５１１ｅを含む第１の発光層５１１を形成した。
【０１１８】
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層５１１ｅ上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、陰極５０２を形成することで、比較素子１を作製した。
【０１１９】
次に、比較素子２について説明する（図８参照）。ガラス基板５００上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法にて成膜し、陽極５０１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。
【０１２０】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極５０１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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、陽極５０１上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡ、と、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む、第１の電荷発生層５１３ａを形成した。その膜厚は５０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。なお、共蒸着法とは、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。
【０１２１】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第１の電荷発生層５１３ａ上にＰＣｚＰＡを３０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１３ｂを形成した。
【０１２２】
さらに、ＣｚＰＡと、１，６−ＦＬＰＡＰｒｎと、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１３ｂ上に３０ｎｍの膜厚の発光層５１３ｃを形成した。ここで、ＣｚＰＡと１，６−ＦＬＰＡＰｒｎとの重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ）となるように調節した。なお、ＣｚＰＡは電子輸送性を有する物質であり、ゲスト材料である１，６−ＦＬＰＡＰｒｎは青色の発光を示す蛍光性化合物である。
【０１２３】
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層５１３ｃ上にＣｚＰＡを膜厚５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１３ｄを形成した。これによって、第１の電荷発生層５１３ａ、正孔輸送層５１３ｂ、発光層５１３ｃ、及び電子輸送層５１３ｄを含む第３の発光層５１３を形成した。
【０１２４】
次いで、電子輸送層５１３ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａを形成した。
【０１２５】
次いで、ＣｕＰｃを蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２２ｂを形成した。
【０１２６】
次に、電子リレー層５２２ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第２の電荷発生層５２２ｃを形成した。その膜厚は４０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２２ａ、電子リレー層５２２ｂ、第２の電荷発生層５２２ｃを含む中間層５２２を形成した。
【０１２７】
次いで、第４の発光層５１４を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第２の電荷発生層５２２ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１４ａを形成した。
【０１２８】
その後、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１４ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１４ｂを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。なお、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）は、橙色の発光を示す燐光性化合物である。さらに、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、発光層５１４ｂ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１４ｃを形成した。ここで、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、１：０．０６（＝Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
【０１２９】
次いで、発光層５１４ｃ上に、Ｃｚ１ＰＱ−ＩＩＩを膜厚２５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１４ｄを形成した。電子輸送層５１４ｄ上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を膜厚１ｎｍで蒸着することにより電子注入層５１４ｅを形成した。これによって、正孔輸送層５１４ａ、発光層５１４ｂ、発光層５１４ｃ、電子輸送層５１４ｄ、電子注入層５１４ｅを含む第４の発光層５１４を形成した。
【０１３０】
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層５１４ｅ上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、陰極５０２を形成することで、比較素子２を作製した。
【０１３１】
以上により得られた発光素子１、比較素子１、比較素子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１、比較素子１、比較素子２がそれぞれ大気に曝されないように封止する作業を行った。その後、この発光素子１、比較素子１、比較素子２の動作特性について測定を行った。測定は、室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０１３２】
各素子の電圧−輝度特性を図９に、輝度−電流効率特性を図１０に、輝度−電力効率特性を図１１に、ＣＩＥ色度を図１２に、発光スペクトルを図１３に、それぞれ示す。
【０１３３】
まず、発光素子１および比較素子１はいずれも少なくとも３つの発光ユニットを積層したものであり、視感度の低い波長領域の発光を示す発光ユニットを１段、視感度の高い波長領域の発光を示す発光ユニットを２段積層している。そのため、図１１に示すとおり、発光素子１の電力効率は最大で５４［ｌｍ／Ｗ］、比較素子１の電力効率は最大で６５［ｌｍ／Ｗ］であり、いずれも高い電力効率を示した。
【０１３４】
しかしながら、図１２に示すとおり、比較素子１のＣＩＥ色度は（ｘ，ｙ）＝（０．４０，０．５０）であり、黒体軌跡３７０から大きく外れている。また、黒体軌跡３７０から±０．０２ｕｖの範囲内の領域３８０からも外れているため、照明としては適さない。一方で、発光素子１のＣＩＥ色度は（ｘ，ｙ）＝（０．４６，０．４５）であり、黒体軌跡３７０から±０．０２ｕｖの範囲内の領域３８０に収まっており、照明として適していることがわかった。発光素子１の色温度は３０００Ｋであり、良好な電球色を示した。
【０１３５】
この差異の要因は、図１３の発光スペクトルを見るとわかる。発光素子１は、視感度の低い波長領域の発光ピークが４７０ｎｍ、視感度の高い波長領域の発光ピークが５７０ｎｍであるのに対し、比較素子１は、視感度の低い波長領域の発光ピークが４６９ｎｍ、視感度の高い波長領域の発光ピークが５５６ｎｍである。つまり、視感度の高い波長領域の発光ピークが適切でない。
【０１３６】
一方、比較素子２は２つの発光ユニットを積層したものであり、視感度の低い波長領域の発光を示す発光ユニットを１段、視感度の高い波長領域の発光を示す発光ユニットを１段積層している。比較素子２における視感度の高い波長領域の発光を示す発光ユニットは、発光素子１と同様の構成を適用しているため、図１２に示すとおり、ＣＩＥ色度は（ｘ，ｙ）＝（０．４０，０．４１）と良好である。色温度は３６００Ｋであり、温白色の照明として適用できる。
【０１３７】
しかしながら、図１１に示すとおり、比較素子２の電力効率は最大で４１［ｌｍ／Ｗ］であり、発光素子１よりも低い。これは、図１３の発光スペクトルを見るとわかるように、比較素子２における視感度の低い波長領域の発光強度が、発光素子１に比べて強いことに起因している。すなわち、視感度の高い波長領域の発光ユニットを１段しか積層していないため、視感度の低い波長領域の発光強度が相対的に増大し、電力効率の低下を招いている。
【０１３８】
以上で述べたように、本発明の一態様である発光素子１は、高い電力効率と良好な電球色の双方を両立できることがわかった。
【実施例２】
【０１３９】
本実施例では、本発明の一態様である発光素子について、図６、図１４〜図１８を用いて説明する。
【０１４０】
本実施例の発光素子２は、第３の電荷発生層５２１ｃ以外は、実施例１で示した発光素子１と同様に作製した。発光素子２においては、第３の電荷発生層５２１ｃの膜厚を９０ｎｍとなるように形成した。以上により、発光素子２を得た。
【０１４１】
発光素子２の電圧−輝度特性を図１４に、輝度−電流効率特性を図１５に、輝度−電力効率特性を図１６に、ＣＩＥ色度を図１７に、発光スペクトルを図１８に、それぞれ示す。
【０１４２】
図１６に示すとおり、発光素子２の電力効率は最大で５４［ｌｍ／Ｗ］であり、高い電力効率を示した。
【０１４３】
また、図１７に示すとおり、発光素子２のＣＩＥ色度は（ｘ，ｙ）＝（０．４８，０．４５）であり、黒体軌跡３７０から±０．０２ｕｖの範囲内の領域３８０に収まっており、照明として適していることがわかった。発光素子２の色温度は２７００Ｋであり、良好な電球色を示した。なお図１８に示すとおり、発光素子２は、視感度の低い波長領域の発光ピークが４７４ｎｍ、視感度の高い波長領域の発光ピークが５７４ｎｍであった。
【実施例３】
【０１４４】
本実施例では、本発明の一態様である発光素子について、図６、図１９〜図２３を用いて説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、実施例１にて用いた材料の化学式は省略した。
【０１４５】
【化２】
【０１４６】
以下に、本実施例の発光素子３の作製方法を示す。
【０１４７】
発光素子３について説明する（図６参照）。ガラス基板５００上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法にて成膜し、陽極５０１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。
【０１４８】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極５０１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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、陽極５０１上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む、第１の電荷発生層５１３ａを形成した。その膜厚は９０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。なお、共蒸着法とは、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。なお、ＰＣｚＰＡに酸化モリブデンを添加した上記の電荷発生層は、電荷移動錯体の形成に由来する吸収は観測されないが、電圧を印加した際には電荷発生層として機能する。また、該吸収が観測されないため、透光性に優れている。
【０１４９】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第１の電荷発生層５１３ａ上にＰＣｚＰＡを３０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１３ｂを形成した。
【０１５０】
さらに、ＣｚＰＡと、１，６−ＦＬＰＡＰｒｎと、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１３ｂ上に３０ｎｍの膜厚の発光層５１３ｃを形成した。ここで、ＣｚＰＡと１，６−ＦＬＰＡＰｒｎとの重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ）となるように調節した。なお、ＣｚＰＡは電子輸送性を有する物質であり、ゲスト材料である１，６−ＦＬＰＡＰｒｎは青色の発光を示す蛍光性化合物である。
【０１５１】
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層５１３ｃ上にＣｚＰＡを膜厚５ｎｍ、次いでバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１３ｄを形成した。これによって、第１の電荷発生層５１３ａ、正孔輸送層５１３ｂ、発光層５１３ｃ、及び電子輸送層５１３ｄを含む第３の発光層５１３を形成した。
【０１５２】
次いで、電子輸送層５１３ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａを形成した。
【０１５３】
次いで、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）を蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２２ｂを形成した。
【０１５４】
次に、電子リレー層５２２ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第２の電荷発生層５２２ｃを形成した。その膜厚は３０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２２ａ、電子リレー層５２２ｂ、第２の電荷発生層５２２ｃを含む第２の中間層５２２を形成した。
【０１５５】
次いで、第２の発光層５１２を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第２の電荷発生層５２２ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１２ａを形成した。
【０１５６】
その後、２−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）と、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１２ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１２ｂを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。なお、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）は、橙色の発光を示す燐光性化合物である。さらに、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、発光層５１２ｂ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１２ｃを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、１：０．０６（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
【０１５７】
次いで、発光層５１２ｃ上に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを膜厚２５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１２ｄを形成した。これによって、正孔輸送層５１２ａ、発光層５１２ｂ、発光層５１２ｃ、電子輸送層５１２ｄを含む第２の発光層５１２を形成した。
【０１５８】
次いで、電子輸送層５１２ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａを形成した。
【０１５９】
次いで、ＣｕＰｃを蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２１ｂを形成した。
【０１６０】
次に、電子リレー層５２１ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第３の電荷発生層５２１ｃを形成した。その膜厚は１００ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で４：２（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２１ａ、電子リレー層５２１ｂ、第３の電荷発生層５２１ｃを含む第１の中間層５２１を形成した。
【０１６１】
次いで、第１の発光層５１１を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第３の電荷発生層５２１ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１１ａを形成した。
【０１６２】
その後、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１１ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１１ｂを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。さらに、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）と、を共蒸着することにより、発光層５１１ｂ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１１ｃを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ）との重量比は、１：０．０６（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。
【０１６３】
次いで、発光層５１１ｃ上に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを膜厚２５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１１ｄを形成した。電子輸送層５１１ｄ上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を膜厚１ｎｍで蒸着することにより電子注入層５１１ｅを形成した。これによって、正孔輸送層５１１ａ、発光層５１１ｂ、発光層５１１ｃ、電子輸送層５１１ｄ、電子注入層５１１ｅを含む第１の発光層５１１を形成した。
【０１６４】
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層５１１ｅ上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、陰極５０２を形成することで、発光素子３を作製した。
【０１６５】
発光素子３の電圧−輝度特性を図１９に、輝度−電流効率特性を図２０に、輝度−電力効率特性を図２１に、ＣＩＥ色度を図２２に、発光スペクトルを図２３に、それぞれ示す。
【０１６６】
図２１に示すとおり、発光素子３の電力効率は最大で５２［ｌｍ／Ｗ］であり、高い電力効率を示した。
【０１６７】
また、図２２に示すとおり、発光素子３のＣＩＥ色度は（ｘ，ｙ）＝（０．４６，０．４５）であり、黒体軌跡３７０から±０．０２ｕｖの範囲内の領域３８０に収まっており、照明として適していることがわかった。発光素子３の色温度は３０００Ｋであり、良好な電球色を示した。なお図２３に示すとおり、発光素子３は、視感度の低い波長領域の発光ピークが４７１ｎｍ、視感度の高い波長領域の発光ピークが５７４ｎｍであった。
【実施例４】
【０１６８】
本実施例では、本発明の一態様である発光素子について、図２４〜図２９を用いて説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、実施例１、実施例３にて用いた材料の化学式は省略した。
【０１６９】
【化３】
【０１７０】
以下に、本実施例の発光素子４の作製方法を示す。
【０１７１】
発光素子４について説明する（図２４参照）。ガラス基板５００上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物をスパッタリング法にて成膜し、陽極５０１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。
【０１７２】
次に、陽極が形成された面が下方となるように、陽極５０１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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、陽極５０１上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む、第１の電荷発生層５１３ａを形成した。その膜厚は１１０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で１：０．５（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。なお、共蒸着法とは、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。なお、ＰＣｚＰＡに酸化モリブデンを添加した上記の電荷発生層は、電荷移動錯体の形成に由来する吸収は観測されないが、電圧を印加した際には電荷発生層として機能する。また、該吸収が観測されないため、透光性に優れている。
【０１７３】
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第１の電荷発生層５１３ａ上にＰＣｚＰＡを３０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１３ｂを形成した。
【０１７４】
さらに、ＣｚＰＡと、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス〔３−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル〕ピレン−１，６−ジアミン（略称：１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎ）と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１３ｂ上に３０ｎｍの膜厚の発光層５１３ｃを形成した。ここで、ＣｚＰＡと１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎとの重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎ）となるように調節した。なお、ＣｚＰＡは電子輸送性を有する物質であり、ゲスト材料である１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎは青色の発光を示す蛍光性化合物である。
【０１７５】
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層５１３ｃ上にＣｚＰＡを膜厚５ｎｍ、次いでバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１３ｄを形成した。これによって、第１の電荷発生層５１３ａ、正孔輸送層５１３ｂ、発光層５１３ｃ、及び電子輸送層５１３ｄを含む第３の発光層５１３を形成した。
【０１７６】
次いで、電子輸送層５１３ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａを形成した。
【０１７７】
次いで、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）を蒸着することにより、電子注入バッファー５２２ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２２ｂを形成した。
【０１７８】
次に、電子リレー層５２２ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第２の電荷発生層５２２ｃを形成した。その膜厚は３０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で１：０．５（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２２ａ、電子リレー層５２２ｂ、第２の電荷発生層５２２ｃを含む第２の中間層５２２を形成した。
【０１７９】
次いで、第２の発光層５１２を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第２の電荷発生層５２２ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１２ａを形成した。
【０１８０】
その後、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、（アセチルアセトナート）ビス［５−イソプロピル−２，３−ビス（４−フルオロフェニル）ピラジナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ））と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１２ａ上に３０ｎｍの膜厚の発光層５１２ｂを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ）との重量比は、６：２：０．６（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ））となるように調節した。なお、Ｉｒ（Ｆｄｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ）は、黄色の発光を示す燐光性化合物である。
【０１８１】
次いで、発光層５１２ｂ上に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを膜厚２５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１２ｄを形成した。これによって、正孔輸送層５１２ａ、発光層５１２ｂ、電子輸送層５１２ｄを含む第２の発光層５１２を形成した。
【０１８２】
次いで、電子輸送層５１２ｄ上に、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を０．１ｎｍ蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａを形成した。
【０１８３】
次いで、ＣｕＰｃを蒸着することにより、電子注入バッファー５２１ａ上に、２ｎｍの膜厚の電子リレー層５２１ｂを形成した。
【０１８４】
次に、電子リレー層５２１ｂ上に、正孔輸送性の高い物質であるＰＣｚＰＡと、アクセプター性物質である酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、第３の電荷発生層５２１ｃを形成した。その膜厚は１００ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）との比率は、重量比で１：０．５（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン）となるように調節した。これによって、電子注入バッファー５２１ａ、電子リレー層５２１ｂ、第３の電荷発生層５２１ｃを含む第１の中間層５２１を形成した。
【０１８５】
次いで、第１の発光層５１１を作製した。その作製方法は、まず、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第３の電荷発生層５２１ｃ上にＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層５１１ａを形成した。
【０１８６】
その後、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、（ジピバロイルメタナト）ビス（３，５−ジメチル−２−フェニルピラジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ））と、を共蒸着することにより、正孔輸送層５１１ａ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１１ｂを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）との重量比は、６：２：０．６（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ））となるように調節した。さらに、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）と、を共蒸着することにより、発光層５１１ｂ上に１５ｎｍの膜厚の発光層５１１ｃを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）との重量比は、１：０．０６（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ））となるように調節した。
【０１８７】
次いで、発光層５１１ｃ上に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを膜厚２５ｎｍ、次いでＢＰｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して積層することにより、電子輸送層５１１ｄを形成した。電子輸送層５１１ｄ上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を膜厚１ｎｍで蒸着することにより電子注入層５１１ｅを形成した。これによって、正孔輸送層５１１ａ、発光層５１１ｂ、発光層５１１ｃ、電子輸送層５１１ｄ、電子注入層５１１ｅを含む第１の発光層５１１を形成した。
【０１８８】
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層５１１ｅ上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、陰極５０２を形成することで、発光素子４を作製した。
【０１８９】
発光素子４の電圧−輝度特性を図２５に、輝度−電流効率特性を図２６に、輝度−電力効率特性を図２７に、ＣＩＥ色度を図２８に、発光スペクトルを図２９に、それぞれ示す。
【０１９０】
図２７に示すとおり、発光素子４の電力効率は最大で５１［ｌｍ／Ｗ］であり、高い電力効率を示した。
【符号の説明】
【０１９１】
３００ 基板
３０１ 陽極
３０２ 陰極
３０４ 発光スペクトル
３０５ 発光スペクトル
３１０ 第１の発光ユニット
３１１ 第１の発光層
３１２ 第２の発光層
３１３ 第３の発光層
３２０ 第２の発光ユニット
３２１ 第１の中間層
３２２ 第２の中間層
３３０ 第３の発光ユニット
３６０ 発光素子
３７０ 黒体軌跡
３８０ 領域
５００ ガラス基板
５０１ 陽極
５０２ 陰極
５１１ 発光層
５１２ 発光層
５１３ 発光層
５１４ 発光層
５２１ 中間層
５２２ 中間層
５０３ｄ 電子輸送層
５１１ａ 正孔輸送層
５１１ｂ 発光層
５１１ｃ 発光層
５１１ｄ 電子輸送層
５１１ｅ 電子注入層
５１２ａ 正孔輸送層
５１２ｂ 発光層
５１２ｃ 発光層
５１２ｄ 電子輸送層
５１３ａ 電荷発生層
５１３ｂ 正孔輸送層
５１３ｃ 発光層
５１３ｄ 電子輸送層
５１４ａ 正孔輸送層
５１４ｂ 発光層
５１４ｃ 発光層
５１４ｄ 電子輸送層
５１４ｅ 電子注入層
５２１ａ 電子注入バッファー
５２１ｂ 電子リレー層
５２１ｃ 電荷発生層
５２２ａ 電子注入バッファー
５２２ｂ 電子リレー層
５２２ｃ 電荷発生層
１３０４ プロット
１３０５ プロット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、陰極と、を有し、
前記陽極と前記陰極との間に、第１の発光層と、第２の発光層と、第３の発光層と、第１の中間層と、第２の中間層と、を有し、
前記第１の中間層は、前記第１の発光層と前記第２の発光層との間に設けられ、
前記第２の中間層は、前記第２の発光層と前記第３の発光層との間に設けられ、
前記第１乃至第３の発光層のいずれか２つの発光層からの発光スペクトルは、黄色から橙色の波長領域にピークを有し、前記２つの発光層からの発光スペクトルを合成した発光スペクトルは１つのピークを有し、該ピークの波長は５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にあり、
前記第１乃至第３の発光層の他の１つの発光層からの発光スペクトルは、青色の波長領域にピークを有することを特徴とする発光素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記陽極または前記陰極の一方と、前記第１の発光層と、前記第１の中間層とで、第１の発光ユニットが構成され、
前記第１の中間層と、前記第２の発光層と、前記第２の中間層とで、第２の発光ユニットが構成され、
前記第２の中間層と、前記第３の発光層と、前記陽極または前記陰極の他方とで、第３の発光ユニットが構成されることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１乃至第３の発光層のいずれか２つの発光層は、それぞれ発光性の物質を有し、該発光性の物質は燐光性化合物であることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、
前記第１乃至第３の発光層の他の１つの発光層は、発光性の物質を有し、該発光性の物質は蛍光性化合物であることを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、
前記第１乃至第３の発光層のいずれか２つの発光層は、それぞれ第１の発光性の物質を有し、該第１の発光性の物質は燐光性化合物であり、
前記第１乃至第３の発光層の他の１つの発光層は、第２の発光性の物質を有し、該第２の発光性の物質は蛍光性化合物であることを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一において、
前記黄色から橙色の波長領域にピークを有し、該ピークの波長が５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にある光と、
前記青色の波長領域にピークを有する光と、
を合成した光の色は、色度図における黒体軌跡から±０．０２ｕｖの範囲内にあることを特徴とする発光素子。
【請求項７】
少なくとも３つの発光ユニットを積層した発光素子であって、
前記発光素子の発光スペクトルは、２つのピークを有し、
前記２つのピークのうちの１つのピークは、前記少なくとも３つの発光ユニットのうちの２つの発光ユニットからの発光スペクトルを合成したものであり、該ピークは黄色から橙色の波長領域にあり、かつ、該ピークの波長は５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にあり、
前記２つのピークのうちの他の１つのピークは青色の波長領域にあることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
請求項７において、
前記少なくとも３つの発光ユニットのうちの前記２つの発光ユニットは、それぞれ、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にあることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項７または請求項８において、
前記少なくとも３つの発光ユニットのうちの前記２つの発光ユニットは、それぞれ、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある発光性の物質を有し、該発光性の物質は燐光性化合物であることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか一において、
前記少なくとも３つの発光ユニットのうちの１つの発光ユニットは、発光スペクトルのピークが青色の波長領域にある発光性の物質を有し、該発光性の物質は蛍光性化合物であることを特徴とする発光素子。
【請求項１１】
請求項７または請求項８において、
前記少なくとも３つの発光ユニットのうちの前記２つの発光ユニットは、それぞれ、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある第１の発光性の物質を有し、該第１の発光性の物質は燐光性化合物であり、
前記少なくとも３つの発光ユニットのうちの１つの発光ユニットは、発光スペクトルのピークが青色の波長領域にある第２の発光性の物質を有し、該第２の発光性の物質は蛍光性化合物であることを特徴とする発光素子。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれか一において、
前記黄色から橙色の波長領域に前記ピークを有し、かつ、前記ピークの波長が５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にある光と、
前記青色の波長領域に前記ピークを有する光と、
を合成した光の色は、色度図における黒体軌跡から±０．０２ｕｖの範囲内にあることを特徴とする発光素子。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一における前記発光素子を光源として用いたことを特徴とする照明装置。
【請求項１】
陽極と、陰極と、を有し、
前記陽極と前記陰極との間に、第１の発光層と、第２の発光層と、第３の発光層と、第１の中間層と、第２の中間層と、を有し、
前記第１の中間層は、前記第１の発光層と前記第２の発光層との間に設けられ、
前記第２の中間層は、前記第２の発光層と前記第３の発光層との間に設けられ、
前記第１乃至第３の発光層のいずれか２つの発光層からの発光スペクトルは、黄色から橙色の波長領域にピークを有し、前記２つの発光層からの発光スペクトルを合成した発光スペクトルは１つのピークを有し、該ピークの波長は５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にあり、
前記第１乃至第３の発光層の他の１つの発光層からの発光スペクトルは、青色の波長領域にピークを有することを特徴とする発光素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記陽極または前記陰極の一方と、前記第１の発光層と、前記第１の中間層とで、第１の発光ユニットが構成され、
前記第１の中間層と、前記第２の発光層と、前記第２の中間層とで、第２の発光ユニットが構成され、
前記第２の中間層と、前記第３の発光層と、前記陽極または前記陰極の他方とで、第３の発光ユニットが構成されることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１乃至第３の発光層のいずれか２つの発光層は、それぞれ発光性の物質を有し、該発光性の物質は燐光性化合物であることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、
前記第１乃至第３の発光層の他の１つの発光層は、発光性の物質を有し、該発光性の物質は蛍光性化合物であることを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、
前記第１乃至第３の発光層のいずれか２つの発光層は、それぞれ第１の発光性の物質を有し、該第１の発光性の物質は燐光性化合物であり、
前記第１乃至第３の発光層の他の１つの発光層は、第２の発光性の物質を有し、該第２の発光性の物質は蛍光性化合物であることを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一において、
前記黄色から橙色の波長領域にピークを有し、該ピークの波長が５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にある光と、
前記青色の波長領域にピークを有する光と、
を合成した光の色は、色度図における黒体軌跡から±０．０２ｕｖの範囲内にあることを特徴とする発光素子。
【請求項７】
少なくとも３つの発光ユニットを積層した発光素子であって、
前記発光素子の発光スペクトルは、２つのピークを有し、
前記２つのピークのうちの１つのピークは、前記少なくとも３つの発光ユニットのうちの２つの発光ユニットからの発光スペクトルを合成したものであり、該ピークは黄色から橙色の波長領域にあり、かつ、該ピークの波長は５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にあり、
前記２つのピークのうちの他の１つのピークは青色の波長領域にあることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
請求項７において、
前記少なくとも３つの発光ユニットのうちの前記２つの発光ユニットは、それぞれ、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にあることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項７または請求項８において、
前記少なくとも３つの発光ユニットのうちの前記２つの発光ユニットは、それぞれ、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある発光性の物質を有し、該発光性の物質は燐光性化合物であることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか一において、
前記少なくとも３つの発光ユニットのうちの１つの発光ユニットは、発光スペクトルのピークが青色の波長領域にある発光性の物質を有し、該発光性の物質は蛍光性化合物であることを特徴とする発光素子。
【請求項１１】
請求項７または請求項８において、
前記少なくとも３つの発光ユニットのうちの前記２つの発光ユニットは、それぞれ、発光スペクトルのピークが黄色から橙色の波長領域にある第１の発光性の物質を有し、該第１の発光性の物質は燐光性化合物であり、
前記少なくとも３つの発光ユニットのうちの１つの発光ユニットは、発光スペクトルのピークが青色の波長領域にある第２の発光性の物質を有し、該第２の発光性の物質は蛍光性化合物であることを特徴とする発光素子。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれか一において、
前記黄色から橙色の波長領域に前記ピークを有し、かつ、前記ピークの波長が５６０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満にある光と、
前記青色の波長領域に前記ピークを有する光と、
を合成した光の色は、色度図における黒体軌跡から±０．０２ｕｖの範囲内にあることを特徴とする発光素子。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一における前記発光素子を光源として用いたことを特徴とする照明装置。
【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２８】
【図２９】
【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２８】
【図２９】
【公開番号】特開２０１１−２０４６７３（Ｐ２０１１−２０４６７３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９６７８（Ｐ２０１１−３９６７８）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【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１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【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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