発光素子
【課題】
ホスト材料に対してゲスト材料を少量添加した発光層を適用した発光素子において、駆
動電圧を低減すると共に、色純度も向上させることを課題とする。特に、赤色発光材料を
ゲスト材料として添加した発光素子おいて、駆動電圧を低減すると共に、色純度も向上さ
せることを課題とする。
【解決手段】
ホール輸送性を有する有機化合物である第１のホスト材料と、前記第１のホスト材料よ
りも双極子モーメントが大きい有機化合物である第２のホスト材料と、電子吸引基を有す
るゲスト材料とを含む発光層を構成する。
ホスト材料に対してゲスト材料を少量添加した発光層を適用した発光素子において、駆
動電圧を低減すると共に、色純度も向上させることを課題とする。特に、赤色発光材料を
ゲスト材料として添加した発光素子おいて、駆動電圧を低減すると共に、色純度も向上さ
せることを課題とする。
【解決手段】
ホール輸送性を有する有機化合物である第１のホスト材料と、前記第１のホスト材料よ
りも双極子モーメントが大きい有機化合物である第２のホスト材料と、電子吸引基を有す
るゲスト材料とを含む発光層を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極と、陰極と、電界を加えることで発光が得られる有機化合物を含む層（
以下、「電界発光層」と記す）と、を有する発光素子に関する。特に、赤色発光を示す発
光素子に関する。また、本発明は、前記発光素子を用いた発光装置および前記発光装置を
用いた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機化合物を発光体とする発光素子として、電界を加えて電流を流すことにより発光す
る素子が知られている。その発光機構は、電極間に電界発光層を挟んで電圧を印加するこ
とにより、陰極から注入された電子および陽極から注入されたホールが電界発光層中で再
結合して励起状態の分子（以下、「励起分子」と記す）を形成し、その励起分子が基底状
態に戻る際にエネルギーを放出して発光すると言われている。励起状態には一重項励起状
態と三重項励起状態が知られているが、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考
えられている。
【０００３】
このような発光素子において、通常、電界発光層は１００〜２００ｎｍ程度の薄膜で形
成される。また、発光素子は、電界発光層そのものから光が放出される自発光型の素子で
あるため、従来の液晶ディスプレイに用いられているようなバックライトも必要ない。し
たがって、極めて薄型軽量に作製できることが大きな利点である。
【０００４】
また、例えば１００ｎｍ程度の電界発光層において、キャリアを注入してから再結合に
至るまでの時間は、キャリア移動度を考えると数十ナノ秒程度であり、キャリアの再結合
から発光までの過程を含めてもマイクロ秒以内のオーダーで発光に至る。したがって、非
常に応答速度が速いことも特長の一つである。
【０００５】
さらに、有機化合物を発光体とする発光素子はキャリア注入型の素子であるため、無機
ＥＬ素子のような高電圧の交流電圧を印加する必要がなく、数ボルト〜十数ボルト程度の
低い直流電圧で駆動が可能である。
【０００６】
このように、有機化合物を発光体とする発光素子は、薄型軽量、高速応答性、直流低電
圧駆動などの特性を有しており、次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目さ
れている。特に、このような発光素子をマトリクス状に配置した発光装置は、従来の液晶
表示装置と比較して、視野角が広く視認性が優れるという点においても優位性がある。
【０００７】
ところで、これらの発光素子をフラットパネルディスプレイ等に応用する場合、その発
光色を所望の色に制御する必要が生じる。発光素子の発光色を制御する手法としては、近
年では特に、ホスト材料に対してゲスト材料（ドーパント材料ともいう）を少量添加した
発光層を適用することにより、ゲスト材料に由来する所望の発光色を得るという手法（以
下、「ドーピング法」と記す）が盛んに用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
特許文献１に代表されるドーピング法では、発光分子の濃度消光を抑制し、高輝度・高
効率を得ることができるので、特に濃度消光しやすい赤色発光材料を発光させる際には有
効な手法である。例えば、下記非特許文献１では、赤色発光材料である種々の４−ジシア
ノメチレン−４Ｈ−ピラン誘導体を合成し、それをゲスト材料として使用している。
【０００９】
しかしながら、このようなドーピング法を適用した発光素子の多くは、駆動電圧が上昇
してしまうというデメリットも存在する。特に、赤色発光材料をゲスト材料として添加し
た発光素子においては、その傾向が顕著であることが知られている（例えば、非特許文献
２参照）。
【００１０】
また、ドーピング法を適用した発光素子においては、しばしばゲスト材料のみならずホ
スト材料も発光してしまうために発光色がうまく制御できず、結果として発光の色純度が
悪くなる場合がある。これは、ホスト材料の励起エネルギーとゲスト材料の励起エネルギ
ーとの間に大きな差がある場合に生じる現象と考えられており、赤色発光材料をゲスト材
料として添加した発光素子においてよく見られる現象である。この現象は、ホスト材料と
ゲスト材料の中間に位置する励起エネルギーを持つアシストドーパント材料をさらに添加
することによって、解消されるとされている（例えば、非特許文献３参照）。また、アシ
ストドーパントに加え、さらにホールをトラップできる材料をドープすることにより、素
子の寿命が向上したと報告されている（例えば、非特許文献４参照）。
【００１１】
しかしながら、上記非特許文献３および非特許文献４の手法では、色純度のよい発光は
得られるが、駆動電圧は低減しない。
【００１２】
以上のように、ドーピング法を適用した発光素子においては、駆動電圧が上昇してしま
う、あるいは発光色の制御ができず色純度が悪くなるなどの問題が生じており、その対策
が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第２８１４４３５号
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｃ．Ｈ．チェン、外３名、マクロモルキュラー シンポジア、Ｎｏ．１２５、４９−５８（１９９７）
【非特許文献２】佐藤佳晴、応用物理学会 有機分子・バイオエレクトロニクス分科会 会誌、Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．１（２０００）、８６−９９
【非特許文献３】ユウジ ハマダ、外４名、アプライド フィジクス レターズ、Ｖｏｌ．７５、Ｎｏ．１２、１６８２−１６８４（１９９９）
【非特許文献４】Ｔ．Ｋ．ハトワ、外５名、プロシーディングス オブ ザ １０ｔｈ インターナショナル ワークショップ オン インオーガニック アンド オーガニック エレクトロルミネッセンス（ＥＬ’００）、３１−３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明では、ドーピング法を適用した発光素子において、駆動電圧を低減することを課
題とする。特に、赤色発光材料をゲスト材料として添加した発光素子において、駆動電圧
を低減することを課題とする。
【００１６】
また本発明では、駆動電圧を低減すると共に、色純度も向上させることを課題とする。
特に、赤色発光材料をゲスト材料として添加した発光素子において、駆動電圧を低減する
と共に、色純度も向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、４−ジシアノメチレン−４Ｈ−ピラン誘導体をゲスト材料として添加し
た発光素子において、ゲスト材料を添加しない場合に比べ、特に駆動電圧が大きいという
点に着目した。そして、その駆動電圧上昇の原因が、４−ジシアノメチレン−４Ｈ−ピラ
ン誘導体に含まれる電子吸引基にあると考えた。
【００１８】
この考察を元に、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、電子吸引基を有するゲスト材料
を添加した発光素子において、以下のような構成とすることで、駆動電圧を低減できるこ
とを見出した。
【００１９】
すなわち本発明では、ホール輸送性を有する有機化合物である第１のホスト材料と、前
記第１のホスト材料よりも双極子モーメントが大きい有機化合物である第２のホスト材料
と、電子吸引基を有するゲスト材料とを含む発光層を有することを特徴とする。
【００２０】
なお、第１のホスト材料および第２のホスト材料は、発光層内においてキャリアを輸送
する機能を有することが好ましい。つまり、キャリア輸送性材料であることが望ましい。
また、電子吸引基を有するゲスト材料は、発光体として機能することが好ましい。
【００２１】
上記構成において、ホール輸送性を有する有機化合物である第１のホスト材料と、前記
第１のホスト材料に比べて双極子モーメントが大きい有機化合物である第２のホスト材料
と、電子吸引基を有するゲスト材料の総重量に対して、前記第１のホスト材料の重量が占
める割合は２０％以上６０％以下であることを特徴とする。より好ましくは、３０％以上
５０％以下であることを特徴とする。
【００２２】
また、上記構成において、ホール輸送性を有する有機化合物である第１のホスト材料と
、前記第１のホスト材料に比べて双極子モーメントが大きい有機化合物である第２のホス
ト材料と、電子吸引基を有するゲスト材料の総重量に対して、前記電子吸引基を有するゲ
スト材料の重量が占める割合は５％以下であることを特徴とする。
【００２３】
上記構成において、発光層は、ホスト材料とゲスト材料のほか、ホスト材料が発光する
ことを防ぐアシストドーパント材料を含んでいてもよい。
【００２４】
また、上述した構成は、種々の電子吸引基を有するゲスト材料に対して有効であるが、
特にシアノ基、ハロゲノ基（ハロゲン基）、カルボニル基を導入したゲスト材料に対して
有効である。例えば、４−ジシアノメチレン−４Ｈ−ピラン骨格などのジシアノメチレン
基を含む骨格を有するゲスト材料に対して有効である。
【００２５】
なお、第１のホスト材料としては、ホール輸送性を有する有機化合物であれば何であっ
てもよいが、特に芳香族アミン骨格を有する有機化合物であることが好ましい。
【００２６】
また、電子吸引基を有するゲスト材料をホスト材料に添加して発光層を形成した場合、
素子の発光スペクトルのピーク波長が、ホスト材料の分子双極子モーメントによって変化
することを本発明者らは見出した。具体的には、ホスト材料の分子の双極子モーメントが
小さいほど、発光スペクトルのピーク波長が短波長側にシフトする現象である。したがっ
て、電子吸引基を有し、なおかつ赤色発光を示すゲスト材料を用いて赤色発光素子を作製
する場合、双極子モーメントの小さいホスト材料を使うと橙色や黄色の発光となってしま
うこともあるため、そのようなホスト材料は好適ではない場合がある。
【００２７】
したがって、本発明では、上記構成の発光素子において、第２のホスト材料の双極子モ
ーメントが４デバイ以上であることが好ましい。双極子モーメントが大きいという観点か
らは、金属錯体であることが好ましい。
【００２８】
さらに、電子吸引基を有するゲスト材料の多くは、その置換基の効果により、黄色〜赤
色の領域で発光するものが多い。したがって、本発明では特に、上述したゲスト材料の発
光スペクトルのピーク波長が５６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２９】
以上で述べたような発光素子は、ホール輸送性を有する有機化合物である第１のホスト
材料と、前記第１のホスト材料に比べて双極子モーメントが大きい有機化合物である第２
のホスト材料を用いることにより、駆動電圧が低く、また色純度もよいという特徴を有す
る。そのため、これらの発光素子を用いれば、消費電力が低く、色純度のよい発光装置を
作製することができる。したがって、本発明の発光素子を有する発光装置も本発明に含む
ものとする。
【００３０】
なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子を用いた画像表示デバイスもしくは
発光デバイスを指す。薄膜トランジスタおよび発光素子が形成された基板、また、前記基
板にコネクター、例えば異方導電性フィルムもしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔ
ｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａ
ｇｅ）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、または前記基板に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】
【００３１】
ドーピング法を適用した発光素子において、発光層に、ホール輸送性を有する有機化合
物である第１のホスト材料と、前記第１のホスト材料に比べて双極子モーメントが大きい
有機化合物である第２のホスト材料を用いることにより、駆動電圧を低減すると共に色純
度も向上させることができる。特に、赤色発光材料をゲスト材料として添加した発光素子
において、駆動電圧を低減すると共に色純度も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の発光素子のバンドダイアグラムを示す図。
【図２】本発明の発光素子のバンドダイアグラムを示す図。
【図３】本発明の発光素子の素子構成を示す図。
【図４】実施例１、実施例２、比較例１および比較例２で作製した発光素子の輝度―電圧特性を示す図。
【図５】実施例１、実施例２、比較例１および比較例２で作製した発光素子の電流―電圧特性を示す図。
【図６】実施例１、実施例２、比較例１および比較例２で作製した発光素子の輝度―電 流密度特性を示す図。
【図７】実施例１、実施例２、比較例１および比較例２で作製した発光素子の電流効率 ―輝度特性を示す図。
【図８】本発明の発光素子を用いた発光装置について説明する図。
【図９】本発明の発光装置を用いた電気機器について説明する図。
【図１０】実施例３および比較例３で作製した発光素子の電流―電圧特性を示す図。
【図１１】実施例４および比較例４で作製した発光素子の電流―電圧特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
まず、発光素子でよく用いられている積層構造、すなわち、ホール輸送層と電子輸送層
を積層した構造のバンドダイアグラムを図１（ａ）に示す。図１（ａ）のように、ホール
輸送層１０１におけるホール輸送性材料のＨＯＭＯ準位を伝わってホールが、電子輸送層
１０２における電子輸送性材料のＬＵＭＯ準位を伝わって電子が、それぞれ潤滑に輸送さ
れるため、それらキャリアの再結合領域１０３ａはホール輸送層１０１と電子輸送層１０
２との界面近傍である。
【００３４】
従来では、図１（ａ）の構成をもとに、電子吸引基を有するゲスト材料を電子輸送層１
０２に添加していた。その場合のバンドダイアグラムを図１（ｂ）に示す。電子吸引基を
有するゲスト材料は、その強い電子吸引性の影響により非常に大きな電子親和力を有して
いるため、図１（ｂ）のようにＬＵＭＯ準位１０４が低い位置にあり、非常に深い電子ト
ラップ準位を形成する。
【００３５】
この場合、電子吸引基を有するゲスト材料がドープされた領域１０５では、その深い電
子トラップ準位のために電子が移動しにくく、キャリアの再結合領域１０３ｂが積層構造
の界面近傍から離れて電子輸送層１０２側に広がってしまうことが予想される。そうする
と、電子輸送性材料で構成されている電子輸送層がホールを運ばなければならない状態（
図中の破線矢印）になるため、結果として電流が流れにくくなり、キャリアが再結合に至
って発光するための電圧（すなわち駆動電圧）が上昇しているのではないかと本発明者ら
は考えた。
【００３６】
実際、ホール輸送層にホール輸送性材料である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：α−ＮＰＤ）を、電子輸送層に電子輸送
性材料であるトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ3）を、電子吸引
基であるシアノ基を有するゲスト材料として４−ジシアノメチレン−２，６−ビス［ｐ−
（Ｎ−カルバゾリル）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＣｚ）を用いた場合
、図１（ｃ）のようなバンドダイアグラムとなるため、非常に深い電子トラップ準位（−
３．３ｅＶ）に由来する駆動電圧の上昇が予想される。
【００３７】
なお、図１（ｃ）で示したＨＯＭＯ準位の値（負の値であり、その絶対値がイオン化ポ
テンシャルに相当する）は、光電子分光装置ＡＣ−２（理研計器社製）を用いて各材料の
薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルの値を測定し、その値を負の値に変換することに
よって算出した。また、ＬＵＭＯ準位の値は、紫外・可視分光光度計（日本分光社製）を
用いて各材料の薄膜の吸収スペクトルを計測し、その吸収端からエネルギーギャップの値
を求め、ＨＯＭＯ準位の値に加えることによって算出した。
【００３８】
上述した現象を回避するためには、ホール輸送層に電子吸引基を有するゲスト材料を添
加し、発光層を形成した構成にすればよい。その場合のバンドダイアグラムを図２に示す
。２０１はホール輸送層、２０２は電子輸送層、２０５はホール輸送層に電子吸引基を有
するゲスト材料が添加された領域、すなわち発光層である。
【００３９】
図２のような構成の場合、電子は電子輸送層２０２を通過し、その後発光層２０５中に
おける電子輸送層２０２との界面近傍２０３において、ゲスト材料のＬＵＭＯ準位２０４
にトラップされる。しかしながら、この構成の場合は、発光層２０５におけるホスト材料
がホール輸送層２０１に用いられているホール輸送性材料であるため、図１の場合と異な
り、ホールの輸送は容易である。すなわち、電子が界面近傍２０３でトラップされて動け
なくても、ホールがその界面近傍２０３まで輸送されやすいため、キャリアの再結合が容
易になると考えられる。その結果、図１の場合に比べて電流は流れやすくなり、駆動電圧
を低減することができる。
【００４０】
しかし、上記の構成では、色純度のよい発光（特に色純度のよい赤色発光）を得ること
は難しかった。なぜならば、電子吸引基を有する赤色発光のゲスト材料をホスト材料に添
加して発光層を形成し、赤色発光素子を作製する際に、双極子モーメントが小さいホスト
材料を使うと、双極子モーメントが大きいホスト材料を使う場合に比べて発光が短波長側
にシフトしてしまい、場合によっては色純度のよい赤色が達成できないことがあるためで
ある。これは溶媒効果の一種であると考えられる。
【００４１】
従来ホスト材料として用いられているＡｌｑ3には２種類の構造異性体があり、通常は
ｆａｃ型と言われている。そして、その双極子モーメントを市販の分子軌道計算ソフトＷ
ｉｎＭＯＰＡＣ３．５（富士通株式会社製）を用いて計算したところ、９．３９８デバイ
であった（ちなみに、もう一つの構造異性体であるｍｅｒ型の双極子モーメントは、５．
７８８デバイである）。Ａｌｑ3をホスト材料として電子吸引基を有する赤色発光のゲス
ト材料を添加した素子は、駆動電圧は上昇するが、双極子モーメントのより小さい材料（
具体的には４デバイよりも小さい材料）をホスト材料として用いた素子に比べ、発光色と
しては良好な赤色発光を示すことが、本発明の過程において実験的にわかっている。
【００４２】
このことから、色純度のよい赤色発光を達成するためには、ホスト材料の双極子モーメ
ントの大きさが重要であることがわかる。しかしながら、Ａｌｑ3をホスト材料として用
いると発光素子の駆動電圧が上昇してしまう。また、双極子モーメントが大きいホール輸
送材料があればよいが、そのような材料は種類が限られているのが現状であり、現実的で
はない。
【００４３】
そこで、本発明者らは、駆動電圧を低減するため、第１のホスト材料としてホール輸送
性を有する有機化合物を用い、色純度を保つため、第２のホスト材料として双極子モーメ
ントの大きい有機化合物を用いることを見出した。これにより、良好な色純度を保ったま
ま、駆動電圧を低減することが可能になる。
【００４４】
なお、発光層において、ゲスト材料とは所望の発光をする材料のことをいい、ゲスト材
料に対して４倍以上含まれている材料をホスト材料という。
【００４５】
ここで、発光層の第１のホスト材料として用いることができるホール輸送性材料として
は、芳香族アミン骨格を有する有機化合物が好適であり、上述したα−ＮＰＤの他、４，
４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（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’，４
’’−トリス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−トリフェニルアミン（
略称：１−ＴＮＡＴＡ）などが挙げられる。また、芳香族アミン骨格を有する金属錯体で
あるトリス（５−ジフェニルアミノ−８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（略称：
Ａｌ（ｄａｑ）3）、ビス（５−ジフェニルアミノ−８−ヒドロキシキノリナト）亜鉛（
略称：Ｚｎ（ｄａｑ）3）や、有機金属錯体の一種であるトリス（１−フェニルピラゾー
ル）コバルト（ＩＩＩ）（略称：Ｃｏ（ＰＰＺ）3）、トリス（１−（４−メチルフェニ
ル）ピラゾール）コバルト（ＩＩＩ）（略称：Ｃｏ（ｍ−ＰＰＺ）3）などもホール輸送
性を示す。
【００４６】
また、発光層の第２のホスト材料として用いることができる双極子モーメントの大きい
材料としては、先に述べたＡｌｑ3、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニ
ウム（略称：Ａｌｍｑ3）、トリス（８−キノリノラト）ガリウム（略称：Ｇａｑ3）、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−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］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（ＢＴ
Ｚ）2）などの金属錯体が挙げられる。なお、第２のホスト材料は、電子輸送性を有して
いてもよい。
【００４７】
なお、発光層の第２のホスト材料は上述した材料に限られず、第１のホスト材料に比べ
て双極子モーメントが大きい有機化合物を用いることができる。例えば、第１のホスト材
料としてα―ＮＰＤ、第２のホスト材料としてα―ＮＰＤに比べて双極子モーメントが大
きいＢＡｌｑ等を用いることができる。
【００４８】
一方、発光層における電子吸引基を有するゲスト材料としては、シアノ基、ハロゲノ基
（ハロゲン基）、カルボニル基などの電子吸引基を有する発光材料を用いることができる
。シアノ基を有する発光材料としては、例えばクマリン３３７の他、４−（ジシアノメチ
レン）−２−［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−６−メチル−４Ｈ−ピラン（略称：
ＤＣＭ１）、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（９−ジュロリジル）エチニ
ル−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ２）、４−（ジシアノメチレン）−２，６−ビス［ｐ−
（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＭ）、先に述べたＢｉ
ｓＤＣＣｚなどの４−ジシアノメチレン−４Ｈ−ピラン骨格を有する発光材料が挙げられ
る。ハロゲノ基を有する発光材料としては、クマリン１５２、クマリン１５３などのハロ
アルキル基を有する発光材料が代表的である。カルボニル基を有する発光材料としては、
クマリン３１４のようにエステル基を有する発光材料、クマリン３３４のようにアシル基
を有する発光材料、クマリン３４３やクマリン−３−カルボン酸のようにカルボキシル基
を有する発光材料が挙げられる。
【００４９】
なお、本発明は、上述した材料に限定されることはない。
【００５０】
次に、以下では、本発明の発光素子の実施形態について詳細に説明する。本発明の発光
素子の電界発光層は、少なくとも上述した発光層を含めばよい。すなわち、従来の発光素
子で知られているような、発光以外の機能を示す層（ホール注入層、ホール輸送層、電子
輸送層、電子注入層）を適宜組み合わせてもよい。
【００５１】
本実施の形態では、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入
層を有する発光素子の素子構成について、図３を用いて説明する。図３は、基板３００上
に第１の電極３０１が形成され、第１の電極３０１上に電界発光層３０２が形成され、そ
の上に第２の電極３０３が形成された発光素子である。
【００５２】
なお、ここで、基板３００に用いる材料としては、従来の発光素子に用いられているも
のであればよく、例えば、ガラス、石英、透明プラスチックなどからなるものを用いるこ
とができる。
【００５３】
また、本実施の形態における第１の電極３０１は陽極として機能し、第２の電極３０３
は陰極として機能する。
【００５４】
すなわち第１の電極３０１は陽極材料で形成され、仕事関数の大きい（具体的には４．
０ｅＶ以上）金属、合金、導電性化合物、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、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに２
〜２０［％］の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉ
ｄｅ）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（ＴｉＮ）等が挙げられる。
【００５５】
一方、第２の電極３０３に用いられる陰極材料としては、仕事関数の小さい（具体的に
は３．８ｅＶ以下）金属、合金、導電性化合物、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、元素周期律の１族または２族に属する金属、すなわちＬｉやＣ
ｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、およびこれらを含
む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）、Ｅｒ、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。ただし、後述する電子注入層を適用することで、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ等
の金属・導電性無機化合物により第２の電極３０３を形成することもできる。
【００５６】
なお、第１の電極３０１及び第２の電極３０３は、蒸着法、スパッタリング法等で形成
することができる。膜厚は、１０〜５００ｎｍとするのが好ましい。
【００５７】
また、本発明の発光素子において、電界発光層３０２におけるキャリアの再結合により
生じる光は、第１の電極３０１または第２の電極３０３の一方、または両方から外部に出
射される構成となる。すなわち、第１の電極３０１から光を出射させる場合には、第１の
電極３０１を透光性の材料で形成することとし、第２の電極３０３側から光を出射させる
場合には、第２の電極３０３を透光性の材料で形成することとする。
【００５８】
電界発光層３０２は複数の層を積層することにより形成されるが、本実施の形態１では
、ホール注入層３１１、ホール輸送層３１２、発光層３１３、電子輸送層３１４、電子注
入層３１５を積層することにより形成される。これらの層は、真空蒸着法や湿式塗布法で
形成することができる。
【００５９】
ホール注入層３１１に用いることができるホール注入性材料としては、有機化合物であ
ればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン（略称：Ｈ2−Ｐｃ）、銅フ
タロシアニン（略称：Ｃｕ−Ｐｃ）等を用いることができる。他にも、有機化合物として
は、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニ
ル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）等を用いることができる。
また、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン
酸（略称：ＰＳＳ）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称：ＰＥＤＯＴ）
や、ポリアニリン（略称：ＰＡｎｉ）などを用いることもできる。また、ＶＯx、ＭｏＯx
のような無機半導体層や、Ａｌ2Ｏ3などの無機絶縁体の超薄膜も有効である。
【００６０】
ホール輸送層３１２に用いることができるホール輸送性材料としては、先に述べたα−
ＮＰＤ、ＴＰＤ、ＴＤＡＴＡ）、ＭＴＤＡＴＡ、１−ＴＮＡＴＡ、Ａｌ（ｄａｑ）3、Ｚ
ｎ（ｄａｑ）3、Ｃｏ（ＰＰＺ）3、Ｃｏ（ｍ−ＰＰＺ）3などが挙げられる。
【００６１】
発光層３１３は、ホール輸送性を有する第１のホスト材料、双極子モーメントの大きい
第２のホスト材料および電子吸引基を有するゲスト材料を少なくとも有している。ホール
輸送性を有する第１のホスト材料としては、上述のホール輸送性材料を適用すればよい。
双極子モーメントの大きい第２のホスト材料としては、先に述べたＡｌｑ3、Ａｌｍｑ3、
Ｇａｑ3、ＢｅＢｑ2、Ｚｎ（ＢＯＸ）2、Ｚｎ（ＢＴＺ）2などが挙げられる。電子吸引基
を有するゲスト材料としては、先に述べたＤＣＭ１、ＤＣＭ２、ＢｉｓＤＣＭ、ＢｉｓＤ
ＣＣｚ、クマリン３３７、クマリン１５２、クマリン１５３、クマリン３１４、クマリン
３３４、クマリン３４３、クマリン−３−カルボン酸などが挙げられる。
【００６２】
なお、発光層３１３に、ホスト材料が発光してしまうのを防ぐアシストドーパント材料
（例えばルブレン）を添加してもよい。
【００６３】
電子輸送層３１４に用いることができる電子輸送性材料としては、先に述べたＡｌｑ3
、Ａｌｍｑ3、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）、Ｇａｑ3、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−
フェニルフェノラト−ガリウム（略称：ＢＧａｑ）、ＢｅＢｑ2、Ｚｎ（ＢＯＸ）2、Ｚｎ
（ＢＴＺ）2などの金属錯体のほか、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−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−
５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔ
ｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−
１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：Ｂ
Ｐｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などが挙げられる。
【００６４】
電子注入層３１５に用いることができる電子注入性材料としては、上述した電子輸送性
材料を用いることができる。その他に、ＬｉＦ、ＣｓＦなどのアルカリ金属ハロゲン化物
や、ＣａＦ2のようなアルカリ土類ハロゲン化物、Ｌｉ2Ｏなどのアルカリ金属酸化物のよ
うな絶縁体の超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート（略称：Ｌ
ｉ（ａｃａｃ）や８−キノリノラト−リチウム（略称：Ｌｉｑ）などのアルカリ金属錯体
も有効である。さらに、上述した電子輸送性材料と、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃｓ等の仕事関数の小
さい金属とを混合した層を電子注入層３１５として使用することもできる。
【００６５】
以上により、ホール輸送性を有する第１のホスト材料、双極子モーメントの大きい第２
のホスト材料および電子吸引基を有するゲスト材料を含む発光層３１３と、発光層３１３
に接して設けられた電子輸送層３１４とを有する本発明の発光素子を作製することができ
る。
【００６６】
なお、ホール輸送層に用いるホール輸送性材料と、第１のホスト材料として用いるホー
ル輸送性材料は、同じであってもよいし異なっていてもよい。また、電子輸送層に用いる
電子輸送性材料と、第２のホスト材料として用いる双極子モーメントの大きい材料は、同
じであってもよいし異なっていてもよい。
【００６７】
上述した構成にすることにより、ドーピング法を適用した発光素子において駆動電圧を
低減することができる。特に、赤色発光材料をゲスト材料として添加した発光素子におい
て、駆動電圧を低減することができる。また、駆動電圧を低減すると共に色純度も向上さ
せることができる。特に、赤色発光材料をゲスト材料として添加した発光素子において、
駆動電圧を低減すると共に色純度も向上させることができる。
【実施例１】
【００６８】
本実施例では、図３に示した本発明の発光素子の作製例を、具体的に例示する。ただし
、本発明は下記の材料、積層構造に限定されない。
【００６９】
まず、絶縁表面を有するガラス基板３００上に、第１の電極３０１が形成される。本実
施例では第１の電極は陽極として機能する。材料として透明導電膜であるＩＴＯを用い、
スパッタリング法により１１０ｎｍの膜厚で形成した。第１の電極３０１の形状は、２ｍ
ｍ×２ｍｍの大きさとした。
【００７０】
このように第１の電極３０１が形成された基板を洗浄、乾燥した後、第１の電極３０１
上に電界発光層３０２を形成する。まず、第１の電極３０１が形成された基板を、真空蒸
着装置の基板ホルダーに第１の電極３０１が形成された面を下方にして固定し、抵抗加熱
法を用いた真空蒸着法により、Ｃｕ−Ｐｃを２０ｎｍの膜厚で成膜した。これが、ホール
注入層３１１となる。次に、ホール輸送性材料であるα―ＮＰＤを同様の方法により、４
０ｎｍの膜厚で形成し、ホール輸送層３１２とした。
【００７１】
さらに、ホール輸送性を有する第１のホスト材料としてα―ＮＰＤ、双極子モーメント
の大きい第２のホスト材料としてＡｌｑ3、電子吸引基を有するゲスト材料としてＢｉｓ
ＤＣＭ、またホスト材料の発光を防ぐためアシストドーパントとしてルブレンを用い、そ
の重量比が１：１：０．０２：０．０２となるように共蒸着を行うことで発光層３１３を
形成した。膜厚は３７．５ｎｍとした。
【００７２】
次に、電子輸送性材料であるＡｌｑ3を真空蒸着法により３７．５ｎｍ形成し、電子輸
送層３１４とした。さらに、電子注入層３１５として、ＣａＦ2を真空蒸着法により１ｎ
ｍ形成した。以上が電界発光層３０２であり、総膜厚は１３６ｎｍとなる。
【００７３】
最後に、第２の電極３０３を形成する。本実施例では、アルミニウム（Ａｌ）を抵抗加
熱による真空蒸着法により２００ｎｍ形成し、陰極として機能する第２の電極３０３とし
た。
【００７４】
本実施例により作製した発光素子を素子１とする。図４に素子１の輝度―電圧特性を示
した。素子１において、１００ｃｄ／ｍ2で発光させるために必要な駆動電圧は８．４Ｖ
であった。また、輝度が１００ｃｄ／ｍ2の時のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．６
３，０．３６）であった。
【実施例２】
【００７５】
本実施例では、ホール輸送性を有する第１のホスト材料としてα―ＮＰＤ、双極子モー
メントの大きい第２のホスト材料としてＡｌｑ3、電子吸引基を有するゲスト材料として
ＢｉｓＤＣＭ、またホスト材料の発光を防ぐためアシストドーパントとしてルブレンを用
い、その重量比が０．５：１：０．０２：０．０２となるように共蒸着を行うことで発光
層３１３を形成した。その他は実施例１と同様に作製した。
【００７６】
本実施例により作製した発光素子を素子２とする。図４に素子２の輝度―電圧特性を示
した。素子２において、１００ｃｄ／ｍ2で発光させるために必要な駆動電圧は９．６Ｖ
であった。また、輝度が１００ｃｄ／ｍ2の時のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．６
４，０．３５）であった。
【００７７】
［比較例１］
比較例として、発光層３１３にホール輸送性材料が少量しか含まれていない（すなわち
、ホール輸送性材料がホスト材料として機能しない）発光素子を作製し、実施例１および
実施例２と比較した。
【００７８】
少量のホール輸送性材料としてα―ＮＰＤ、双極子モーメントの大きいホスト材料とし
てＡｌｑ3、電子吸引基を有するゲスト材料としてＢｉｓＤＣＭ、またホスト材料の発光
を防ぐためアシストドーパントとしてルブレンを用い、その重量比が０．０６：１：０．
０２：０．０２となるように共蒸着を行うことで発光層３１３を形成した。その他は実施
例１と同様に作製した。
【００７９】
本比較例により作製した発光素子を素子３とする。図４に素子３の輝度―電圧特性を示
した。素子３において、１００ｃｄ／ｍ2で発光させるために必要な駆動電圧は１１．８
Ｖであった。また、輝度が１００ｃｄ／ｍ2の時のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．
６５，０．３４）であった。
【００８０】
［比較例２］
比較例として、従来の、電子輸送性材料に電子吸引基を有するゲスト材料を添加した発
光層を有する従来の発光素子を作製し、実施例１および実施例２と比較した。
【００８１】
電子輸送性材料としてＡｌｑ3、電子吸引基を有するゲスト材料としてＢｉｓＤＣＭ、ま
たホスト材料の発光を防ぐためアシストドーパントとしてルブレンを用い、その重量比が
１：０．０２：０．０２となるように共蒸着を行うことで発光層３１３を形成した。その
他は実施例１と同様に作製した。
【００８２】
本比較例により作製した発光素子を素子４とする。図４に素子４の輝度―電圧特性を示
した。素子４において、１００ｃｄ／ｍ2で発光させるために必要な駆動電圧は１１．８
Ｖであった。また、輝度が１００ｃｄ／ｍ2の時のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．
６５，０．３４）であった。
【００８３】
素子１乃至素子４の電流―電圧特性を図５に示す。図５から、従来の方法で作製した素
子３および素子４と比べ、本発明により作製した素子１および素子２は、電流が流れやす
くなったことがわかる。これにより、本発明の特徴の１つである発光層にホール輸送性を
有する第１のホスト材料を添加することにより、電流が流れやすくなったと考えられる。
【００８４】
また、素子１乃至素子４の輝度―電圧特性を示した図４から、従来の方法で作製した素
子３および素子４と比べ、本発明により作製した素子１および素子２は、一定電圧におい
て輝度が向上していることがわかる。つまり、駆動電圧が低減していることがわかる。ま
た、素子３と素子４の輝度―電圧特性はほぼ変化がないことから、駆動電圧を低減する効
果を得るためには、ホスト材料全体に対して、ホール輸送性を有する第１のホスト材料の
割合が重量比で２０％以上、好ましくは３０％以上必要である。
【００８５】
一方、従来の方法で作製した素子３および素子４と比べ、本発明により作製した素子１
および素子２のＣＩＥ色度座標は、ほとんど変化していない。つまり、色純度の良好な赤
色発光を保っていることがわかる。
【００８６】
また、素子１乃至素子４の輝度―電流密度特性を図６に、電流効率―輝度特性を図７に
示す。図６および図７から、本発明の素子１および素子２は従来例の素子３及び素子４よ
りも発光効率も良くなっていることがわかる。従来、赤色発光材料をゲスト材料として添
加した発光素子は、他の色の発光材料をゲスト材料として添加した素子に比べ、発光効率
が低いことが多い。本発明を実施することにより、赤色発光材料をゲスト材料として添加
した発光素子の発光効率を向上させるという効果も得られることが明らかとなった。
【００８７】
以上のことから、本発明により、ドーピング法を適用した発光素子において、駆動電圧
を低減する共に色純度を向上させることができた。また、発光効率も向上させることがで
きた。
【実施例３】
【００８８】
本実施例３では、実施例１、２とは異なる電子吸引基を有するゲスト材料を用いた発光
素子の作製例を、具体的に例示する。素子構造は図３に示す構造とした。
【００８９】
まず、絶縁表面を有するガラス基板３００上に、第１の電極３０１が形成される。本実
施例では第１の電極は陽極として機能する。材料として透明導電膜であるＩＴＯを用い、
スパッタリング法により１１０ｎｍの膜厚で形成した。第１の電極３０１の形状は、２ｍ
ｍ×２ｍｍの大きさとした。
【００９０】
このように第１の電極３０１が形成された基板を洗浄、乾燥した後、第１の電極３０１
上に電界発光層３０２を形成する。まず、第１の電極３０１が形成された基板を、真空蒸
着装置の基板ホルダーに第１の電極３０１が形成された面を下方にして固定し、抵抗加熱
法を用いた真空蒸着法により、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチル
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）
を５０ｎｍの膜厚で成膜した。これが、ホール注入層３１１となる。次に、ホール輸送性
材料であるα―ＮＰＤを同様の方法により、１０ｎｍの膜厚で形成し、ホール輸送層３１
２とした。
【００９１】
さらに、ホール輸送性を有する第１のホスト材料としてα―ＮＰＤ（ＷｉｎＭＯＰＡＣ
３．５（富士通株式会社製）を用いた計算によれば、双極子モーメントは０．８６３デバ
イであった）を、第１のホスト材料よりも双極子モーメントの大きい第２のホスト材料と
してＢＡｌｑ（ＷｉｎＭＯＰＡＣ３．５（富士通株式会社製）を用いた計算によれば、双
極子モーメントは１．２９７デバイであった）を、電子吸引基を有するゲスト材料として
クマリン３３４を用い、その重量比が１：１：０．００５となるように共蒸着を行うこと
で発光層３１３を形成した。膜厚は３０ｎｍとした。なお、クマリン３３４はアシル基の
一種であるアセチル基を有しているため、電子吸引基であるカルボニル基を含む化合物で
ある。
【００９２】
次に、電子輸送性材料であるＢＡｌｑを真空蒸着法により１０ｎｍ形成し、続けて電子
輸送性材料であるＡｌｑ3を２０ｎｍ形成することにより、電子輸送層３１４とした。さ
らに、電子注入層３１５として、ＣａＦ2を真空蒸着法により１ｎｍ形成した。以上が電
界発光層３０２であり、総膜厚は１２１ｎｍとなる。
【００９３】
最後に、第２の電極３０３を形成する。本実施例では、アルミニウム（Ａｌ）を抵抗加
熱による真空蒸着法により１５０ｎｍ形成し、陰極として機能する第２の電極３０３とし
た。
【００９４】
以上のようにして作製した本発明の発光素子が１０００ｃｄ／ｍ2を得るのに必要な電
圧は、８．２Ｖであった。なお、発光スペクトルのピーク波長は４８７ｎｍであった。
【００９５】
［比較例３］
一方、電子輸送性材料に電子吸引基を有するゲスト材料を添加した発光層を有する従来
の発光素子を作製し、実施例３と比較した。素子構造は、発光層３１３を除いて実施例３
と同様の構成とした。
【００９６】
本比較例における発光層３１３は、ホスト材料として電子輸送性材料であるＢＡｌｑを
、電子吸引基を有するゲスト材料として実施例３と同じクマリン３３４を用い、その重量
比が１：０．００５となるように共蒸着を行うことで形成した。膜厚は３０ｎｍとした。
電界発光層３０２のトータル膜厚は１２１ｎｍであり、実施例３と同じである。
【００９７】
以上のようにして作製した本発明の発光素子が１０００ｃｄ／ｍ2を得るのに必要な電
圧は、９．４Ｖであった。なお、発光スペクトルのピーク波長は４８７ｎｍであった。
【００９８】
以上の結果から、本発明を適用した発光素子は、発光スペクトルのピーク波長は従来の
発光素子と同じであり、しかも駆動電圧を下げることができた。実施例３および比較例３
の電流−電圧特性を図１０に示す。図１０からわかるように、本発明を適用することで、
電流が流れやすくなっていることがわかる。
【実施例４】
【００９９】
本実施例４では、実施例１、２、３とは異なる電子吸引基を有するゲスト材料を用いた
発光素子の作製例を、具体的に例示する。素子構造は、発光層３１３を除いて実施例３と
同様の構成とした。
【０１００】
本実施例４における発光層３１３においては、ホール輸送性を有する第１のホスト材料
としてα―ＮＰＤを、第１のホスト材料よりも双極子モーメントの大きい第２のホスト材
料としてＢＡｌｑを、電子吸引基を有するゲスト材料としてクマリン１５３を用い、その
重量比が１：１：０．００５となるように共蒸着を行うことで発光層３１３を形成した。
膜厚は３０ｎｍとした。また、電界発光層３０２の総膜厚は１２１ｎｍである。なお、ク
マリン１５３はハロアルキル基の一種であるトリフルオロメチル基を有しているため、電
子吸引基であるハロゲノ基（本実施例ではフルオロ基）を含む化合物である。
【０１０１】
以上のようにして作製した本発明の発光素子が１０００ｃｄ／ｍ2を得るのに必要な電
圧は、８．８Ｖであった。なお、発光スペクトルのピーク波長は５２０ｎｍであった。
【０１０２】
［比較例４］
一方、電子輸送性材料に電子吸引基を有するゲスト材料を添加した発光層を有する従来
の発光素子を作製し、実施例４と比較した。素子構造は、発光層３１３を除いて実施例４
と同様の構成とした。
【０１０３】
本比較例における発光層３１３は、ホスト材料として電子輸送性材料であるＢＡｌｑを
、電子吸引基を有するゲスト材料として実施例４と同じクマリン１５３を用い、その重量
比が１：０．００５となるように共蒸着を行うことで形成した。膜厚は３０ｎｍとした。
電界発光層３０２の総膜厚は１２１ｎｍであり、実施例４と同じである。
【０１０４】
以上のようにして作製した本発明の発光素子が１０００ｃｄ／ｍ2を得るのに必要な電
圧は、９．６Ｖであった。なお、発光スペクトルのピーク波長は５２８ｎｍであった。
【０１０５】
以上の結果から、本発明を適用した発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が若干ブ
ルーシフトしているが、駆動電圧を下げることができた。実施例４および比較例４の電流
−電圧特性を図１１に示す。図１１からわかるように、本発明を適用することで、電流が
流れやすくなっていることがわかる。
【実施例５】
【０１０６】
本実施例では、画素部に本発明の発光素子を有する発光装置について図８を用いて説明
する。なお、図８（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）をＡ−Ａ’
で切断した断面図である。点線で示された８０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、８
０２は画素部、８０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、８０４は封止基
板、８０５はシール材であり、シール材８０５で囲まれた内側は、空間８０７になってい
る。
【０１０７】
なお、８０８はソース側駆動回路８０１及びゲート側駆動回路８０３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）８０９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（Ｐ
ＷＢ）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。
【０１０８】
次に、断面構造について図８（Ｂ）を用いて説明する。素子基板８１０上には駆動回路
部及び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８０１
と、画素部８０２が示されている。
【０１０９】
なお、ソース側駆動回路８０１はｎチャネル型ＴＦＴ８２３とｐチャネル型ＴＦＴ８２
４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公
知の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。
【０１１０】
また、画素部８０２はスイッチング用ＴＦＴ８１１と、電流制御用ＴＦＴ８１２とその
ドレインに電気的に接続された第１の電極８１３とを含む複数の画素により形成される。
なお、第１の電極８１３の端部を覆って絶縁物８１４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。
【０１１１】
また、カバレッジを良好なものとするため、絶縁物８１４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８１４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８１４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８１４として、感光性の光によっ
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。
【０１１２】
第１の電極８１３上には、電界発光層８１６、および第２の電極８１７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８１３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
、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。
【０１１３】
また、電界発光層８１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法によ
って形成される。電界発光層８１６の構成は、例えば実施例１や実施例２で示した電界発
光層の構成とすればよい。
【０１１４】
さらに、電界発光層８１６上に形成される第２の電極（陰極）８１７に用いる材料とし
ては、仕事関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、
ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＣａＦ2、またはＣａＮ）を用いればよい。なお、電界発光層８１
６で生じた光が第２の電極８１７を透過させる場合には、第２の電極（陰極）８１７とし
て、例えば、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（ＩＴＯ、ＩＺＯ、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）等）との積層を用いる方法などがある。
【０１１５】
さらにシール材８０５で封止基板８０４を素子基板８１０と貼り合わせることにより、
素子基板８１０、封止基板８０４、およびシール材８０５で囲まれた空間８０７に発光素
子８１８が備えられた構造になっている。なお、空間８０７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８０５で充填される構成も含むものとする。
【０１１６】
なお、シール材８０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料
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８０４
に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉ
ｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポ
リエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【０１１７】
以上のようにして、本発明の発光素子を有する発光装置を得ることができる。
【実施例６】
【０１１８】
例えば、本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として有する様々な電気機器を提
供することができる。
【０１１９】
本発明の発光素子を有する発光装置を用いて作製された電気機器として、ビデオカメラ
、デジタルカメラ、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）、パーソナルコンピュータ、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。これらの電気機器の具体例を図９に示す。
【０１２０】
図９（Ａ）はテレビ受像機であり、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。本発明の発光素子を有する発
光装置をその表示部９１０３に用いることにより作製される。なお、テレビ受像機は、コ
ンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
【０１２１】
図９（Ｂ）はパーソナルコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９
２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングマウス９２０６
等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部９２０３に用いることにより
作製される。
【０１２２】
図９（Ｃ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体９３０１、表示部９３０２、アーム
部９３０３を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部９３０２に用いるこ
とにより作製される。
【０１２３】
図９（Ｄ）は携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９４０３、音声入
力部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート９４０７、アン
テナ９４０８等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部９４０３に用い
ることにより作製される。なお、表示部９４０３は黒色の背景に白色の文字を表示するこ
とで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【０１２４】
図９（Ｅ）はビデオカメラであり、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。本発明の発光素子
を有する発光装置をその表示部９５０２に用いることにより作製される。
【０１２５】
以上の様に、本発明の発光素子を有する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気機器に適用することが可能である。本発明の発光素子を用いること
により、駆動電圧の低減が可能になり、かつ、色純度のよい赤色発光を得ることができる
。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極と、陰極と、電界を加えることで発光が得られる有機化合物を含む層（
以下、「電界発光層」と記す）と、を有する発光素子に関する。特に、赤色発光を示す発
光素子に関する。また、本発明は、前記発光素子を用いた発光装置および前記発光装置を
用いた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機化合物を発光体とする発光素子として、電界を加えて電流を流すことにより発光す
る素子が知られている。その発光機構は、電極間に電界発光層を挟んで電圧を印加するこ
とにより、陰極から注入された電子および陽極から注入されたホールが電界発光層中で再
結合して励起状態の分子（以下、「励起分子」と記す）を形成し、その励起分子が基底状
態に戻る際にエネルギーを放出して発光すると言われている。励起状態には一重項励起状
態と三重項励起状態が知られているが、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考
えられている。
【０００３】
このような発光素子において、通常、電界発光層は１００〜２００ｎｍ程度の薄膜で形
成される。また、発光素子は、電界発光層そのものから光が放出される自発光型の素子で
あるため、従来の液晶ディスプレイに用いられているようなバックライトも必要ない。し
たがって、極めて薄型軽量に作製できることが大きな利点である。
【０００４】
また、例えば１００ｎｍ程度の電界発光層において、キャリアを注入してから再結合に
至るまでの時間は、キャリア移動度を考えると数十ナノ秒程度であり、キャリアの再結合
から発光までの過程を含めてもマイクロ秒以内のオーダーで発光に至る。したがって、非
常に応答速度が速いことも特長の一つである。
【０００５】
さらに、有機化合物を発光体とする発光素子はキャリア注入型の素子であるため、無機
ＥＬ素子のような高電圧の交流電圧を印加する必要がなく、数ボルト〜十数ボルト程度の
低い直流電圧で駆動が可能である。
【０００６】
このように、有機化合物を発光体とする発光素子は、薄型軽量、高速応答性、直流低電
圧駆動などの特性を有しており、次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目さ
れている。特に、このような発光素子をマトリクス状に配置した発光装置は、従来の液晶
表示装置と比較して、視野角が広く視認性が優れるという点においても優位性がある。
【０００７】
ところで、これらの発光素子をフラットパネルディスプレイ等に応用する場合、その発
光色を所望の色に制御する必要が生じる。発光素子の発光色を制御する手法としては、近
年では特に、ホスト材料に対してゲスト材料（ドーパント材料ともいう）を少量添加した
発光層を適用することにより、ゲスト材料に由来する所望の発光色を得るという手法（以
下、「ドーピング法」と記す）が盛んに用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
特許文献１に代表されるドーピング法では、発光分子の濃度消光を抑制し、高輝度・高
効率を得ることができるので、特に濃度消光しやすい赤色発光材料を発光させる際には有
効な手法である。例えば、下記非特許文献１では、赤色発光材料である種々の４−ジシア
ノメチレン−４Ｈ−ピラン誘導体を合成し、それをゲスト材料として使用している。
【０００９】
しかしながら、このようなドーピング法を適用した発光素子の多くは、駆動電圧が上昇
してしまうというデメリットも存在する。特に、赤色発光材料をゲスト材料として添加し
た発光素子においては、その傾向が顕著であることが知られている（例えば、非特許文献
２参照）。
【００１０】
また、ドーピング法を適用した発光素子においては、しばしばゲスト材料のみならずホ
スト材料も発光してしまうために発光色がうまく制御できず、結果として発光の色純度が
悪くなる場合がある。これは、ホスト材料の励起エネルギーとゲスト材料の励起エネルギ
ーとの間に大きな差がある場合に生じる現象と考えられており、赤色発光材料をゲスト材
料として添加した発光素子においてよく見られる現象である。この現象は、ホスト材料と
ゲスト材料の中間に位置する励起エネルギーを持つアシストドーパント材料をさらに添加
することによって、解消されるとされている（例えば、非特許文献３参照）。また、アシ
ストドーパントに加え、さらにホールをトラップできる材料をドープすることにより、素
子の寿命が向上したと報告されている（例えば、非特許文献４参照）。
【００１１】
しかしながら、上記非特許文献３および非特許文献４の手法では、色純度のよい発光は
得られるが、駆動電圧は低減しない。
【００１２】
以上のように、ドーピング法を適用した発光素子においては、駆動電圧が上昇してしま
う、あるいは発光色の制御ができず色純度が悪くなるなどの問題が生じており、その対策
が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第２８１４４３５号
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｃ．Ｈ．チェン、外３名、マクロモルキュラー シンポジア、Ｎｏ．１２５、４９−５８（１９９７）
【非特許文献２】佐藤佳晴、応用物理学会 有機分子・バイオエレクトロニクス分科会 会誌、Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．１（２０００）、８６−９９
【非特許文献３】ユウジ ハマダ、外４名、アプライド フィジクス レターズ、Ｖｏｌ．７５、Ｎｏ．１２、１６８２−１６８４（１９９９）
【非特許文献４】Ｔ．Ｋ．ハトワ、外５名、プロシーディングス オブ ザ １０ｔｈ インターナショナル ワークショップ オン インオーガニック アンド オーガニック エレクトロルミネッセンス（ＥＬ’００）、３１−３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明では、ドーピング法を適用した発光素子において、駆動電圧を低減することを課
題とする。特に、赤色発光材料をゲスト材料として添加した発光素子において、駆動電圧
を低減することを課題とする。
【００１６】
また本発明では、駆動電圧を低減すると共に、色純度も向上させることを課題とする。
特に、赤色発光材料をゲスト材料として添加した発光素子において、駆動電圧を低減する
と共に、色純度も向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、４−ジシアノメチレン−４Ｈ−ピラン誘導体をゲスト材料として添加し
た発光素子において、ゲスト材料を添加しない場合に比べ、特に駆動電圧が大きいという
点に着目した。そして、その駆動電圧上昇の原因が、４−ジシアノメチレン−４Ｈ−ピラ
ン誘導体に含まれる電子吸引基にあると考えた。
【００１８】
この考察を元に、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、電子吸引基を有するゲスト材料
を添加した発光素子において、以下のような構成とすることで、駆動電圧を低減できるこ
とを見出した。
【００１９】
すなわち本発明では、ホール輸送性を有する有機化合物である第１のホスト材料と、前
記第１のホスト材料よりも双極子モーメントが大きい有機化合物である第２のホスト材料
と、電子吸引基を有するゲスト材料とを含む発光層を有することを特徴とする。
【００２０】
なお、第１のホスト材料および第２のホスト材料は、発光層内においてキャリアを輸送
する機能を有することが好ましい。つまり、キャリア輸送性材料であることが望ましい。
また、電子吸引基を有するゲスト材料は、発光体として機能することが好ましい。
【００２１】
上記構成において、ホール輸送性を有する有機化合物である第１のホスト材料と、前記
第１のホスト材料に比べて双極子モーメントが大きい有機化合物である第２のホスト材料
と、電子吸引基を有するゲスト材料の総重量に対して、前記第１のホスト材料の重量が占
める割合は２０％以上６０％以下であることを特徴とする。より好ましくは、３０％以上
５０％以下であることを特徴とする。
【００２２】
また、上記構成において、ホール輸送性を有する有機化合物である第１のホスト材料と
、前記第１のホスト材料に比べて双極子モーメントが大きい有機化合物である第２のホス
ト材料と、電子吸引基を有するゲスト材料の総重量に対して、前記電子吸引基を有するゲ
スト材料の重量が占める割合は５％以下であることを特徴とする。
【００２３】
上記構成において、発光層は、ホスト材料とゲスト材料のほか、ホスト材料が発光する
ことを防ぐアシストドーパント材料を含んでいてもよい。
【００２４】
また、上述した構成は、種々の電子吸引基を有するゲスト材料に対して有効であるが、
特にシアノ基、ハロゲノ基（ハロゲン基）、カルボニル基を導入したゲスト材料に対して
有効である。例えば、４−ジシアノメチレン−４Ｈ−ピラン骨格などのジシアノメチレン
基を含む骨格を有するゲスト材料に対して有効である。
【００２５】
なお、第１のホスト材料としては、ホール輸送性を有する有機化合物であれば何であっ
てもよいが、特に芳香族アミン骨格を有する有機化合物であることが好ましい。
【００２６】
また、電子吸引基を有するゲスト材料をホスト材料に添加して発光層を形成した場合、
素子の発光スペクトルのピーク波長が、ホスト材料の分子双極子モーメントによって変化
することを本発明者らは見出した。具体的には、ホスト材料の分子の双極子モーメントが
小さいほど、発光スペクトルのピーク波長が短波長側にシフトする現象である。したがっ
て、電子吸引基を有し、なおかつ赤色発光を示すゲスト材料を用いて赤色発光素子を作製
する場合、双極子モーメントの小さいホスト材料を使うと橙色や黄色の発光となってしま
うこともあるため、そのようなホスト材料は好適ではない場合がある。
【００２７】
したがって、本発明では、上記構成の発光素子において、第２のホスト材料の双極子モ
ーメントが４デバイ以上であることが好ましい。双極子モーメントが大きいという観点か
らは、金属錯体であることが好ましい。
【００２８】
さらに、電子吸引基を有するゲスト材料の多くは、その置換基の効果により、黄色〜赤
色の領域で発光するものが多い。したがって、本発明では特に、上述したゲスト材料の発
光スペクトルのピーク波長が５６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２９】
以上で述べたような発光素子は、ホール輸送性を有する有機化合物である第１のホスト
材料と、前記第１のホスト材料に比べて双極子モーメントが大きい有機化合物である第２
のホスト材料を用いることにより、駆動電圧が低く、また色純度もよいという特徴を有す
る。そのため、これらの発光素子を用いれば、消費電力が低く、色純度のよい発光装置を
作製することができる。したがって、本発明の発光素子を有する発光装置も本発明に含む
ものとする。
【００３０】
なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子を用いた画像表示デバイスもしくは
発光デバイスを指す。薄膜トランジスタおよび発光素子が形成された基板、また、前記基
板にコネクター、例えば異方導電性フィルムもしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔ
ｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａ
ｇｅ）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、または前記基板に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】
【００３１】
ドーピング法を適用した発光素子において、発光層に、ホール輸送性を有する有機化合
物である第１のホスト材料と、前記第１のホスト材料に比べて双極子モーメントが大きい
有機化合物である第２のホスト材料を用いることにより、駆動電圧を低減すると共に色純
度も向上させることができる。特に、赤色発光材料をゲスト材料として添加した発光素子
において、駆動電圧を低減すると共に色純度も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の発光素子のバンドダイアグラムを示す図。
【図２】本発明の発光素子のバンドダイアグラムを示す図。
【図３】本発明の発光素子の素子構成を示す図。
【図４】実施例１、実施例２、比較例１および比較例２で作製した発光素子の輝度―電圧特性を示す図。
【図５】実施例１、実施例２、比較例１および比較例２で作製した発光素子の電流―電圧特性を示す図。
【図６】実施例１、実施例２、比較例１および比較例２で作製した発光素子の輝度―電 流密度特性を示す図。
【図７】実施例１、実施例２、比較例１および比較例２で作製した発光素子の電流効率 ―輝度特性を示す図。
【図８】本発明の発光素子を用いた発光装置について説明する図。
【図９】本発明の発光装置を用いた電気機器について説明する図。
【図１０】実施例３および比較例３で作製した発光素子の電流―電圧特性を示す図。
【図１１】実施例４および比較例４で作製した発光素子の電流―電圧特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
まず、発光素子でよく用いられている積層構造、すなわち、ホール輸送層と電子輸送層
を積層した構造のバンドダイアグラムを図１（ａ）に示す。図１（ａ）のように、ホール
輸送層１０１におけるホール輸送性材料のＨＯＭＯ準位を伝わってホールが、電子輸送層
１０２における電子輸送性材料のＬＵＭＯ準位を伝わって電子が、それぞれ潤滑に輸送さ
れるため、それらキャリアの再結合領域１０３ａはホール輸送層１０１と電子輸送層１０
２との界面近傍である。
【００３４】
従来では、図１（ａ）の構成をもとに、電子吸引基を有するゲスト材料を電子輸送層１
０２に添加していた。その場合のバンドダイアグラムを図１（ｂ）に示す。電子吸引基を
有するゲスト材料は、その強い電子吸引性の影響により非常に大きな電子親和力を有して
いるため、図１（ｂ）のようにＬＵＭＯ準位１０４が低い位置にあり、非常に深い電子ト
ラップ準位を形成する。
【００３５】
この場合、電子吸引基を有するゲスト材料がドープされた領域１０５では、その深い電
子トラップ準位のために電子が移動しにくく、キャリアの再結合領域１０３ｂが積層構造
の界面近傍から離れて電子輸送層１０２側に広がってしまうことが予想される。そうする
と、電子輸送性材料で構成されている電子輸送層がホールを運ばなければならない状態（
図中の破線矢印）になるため、結果として電流が流れにくくなり、キャリアが再結合に至
って発光するための電圧（すなわち駆動電圧）が上昇しているのではないかと本発明者ら
は考えた。
【００３６】
実際、ホール輸送層にホール輸送性材料である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：α−ＮＰＤ）を、電子輸送層に電子輸送
性材料であるトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ3）を、電子吸引
基であるシアノ基を有するゲスト材料として４−ジシアノメチレン−２，６−ビス［ｐ−
（Ｎ−カルバゾリル）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＣｚ）を用いた場合
、図１（ｃ）のようなバンドダイアグラムとなるため、非常に深い電子トラップ準位（−
３．３ｅＶ）に由来する駆動電圧の上昇が予想される。
【００３７】
なお、図１（ｃ）で示したＨＯＭＯ準位の値（負の値であり、その絶対値がイオン化ポ
テンシャルに相当する）は、光電子分光装置ＡＣ−２（理研計器社製）を用いて各材料の
薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルの値を測定し、その値を負の値に変換することに
よって算出した。また、ＬＵＭＯ準位の値は、紫外・可視分光光度計（日本分光社製）を
用いて各材料の薄膜の吸収スペクトルを計測し、その吸収端からエネルギーギャップの値
を求め、ＨＯＭＯ準位の値に加えることによって算出した。
【００３８】
上述した現象を回避するためには、ホール輸送層に電子吸引基を有するゲスト材料を添
加し、発光層を形成した構成にすればよい。その場合のバンドダイアグラムを図２に示す
。２０１はホール輸送層、２０２は電子輸送層、２０５はホール輸送層に電子吸引基を有
するゲスト材料が添加された領域、すなわち発光層である。
【００３９】
図２のような構成の場合、電子は電子輸送層２０２を通過し、その後発光層２０５中に
おける電子輸送層２０２との界面近傍２０３において、ゲスト材料のＬＵＭＯ準位２０４
にトラップされる。しかしながら、この構成の場合は、発光層２０５におけるホスト材料
がホール輸送層２０１に用いられているホール輸送性材料であるため、図１の場合と異な
り、ホールの輸送は容易である。すなわち、電子が界面近傍２０３でトラップされて動け
なくても、ホールがその界面近傍２０３まで輸送されやすいため、キャリアの再結合が容
易になると考えられる。その結果、図１の場合に比べて電流は流れやすくなり、駆動電圧
を低減することができる。
【００４０】
しかし、上記の構成では、色純度のよい発光（特に色純度のよい赤色発光）を得ること
は難しかった。なぜならば、電子吸引基を有する赤色発光のゲスト材料をホスト材料に添
加して発光層を形成し、赤色発光素子を作製する際に、双極子モーメントが小さいホスト
材料を使うと、双極子モーメントが大きいホスト材料を使う場合に比べて発光が短波長側
にシフトしてしまい、場合によっては色純度のよい赤色が達成できないことがあるためで
ある。これは溶媒効果の一種であると考えられる。
【００４１】
従来ホスト材料として用いられているＡｌｑ3には２種類の構造異性体があり、通常は
ｆａｃ型と言われている。そして、その双極子モーメントを市販の分子軌道計算ソフトＷ
ｉｎＭＯＰＡＣ３．５（富士通株式会社製）を用いて計算したところ、９．３９８デバイ
であった（ちなみに、もう一つの構造異性体であるｍｅｒ型の双極子モーメントは、５．
７８８デバイである）。Ａｌｑ3をホスト材料として電子吸引基を有する赤色発光のゲス
ト材料を添加した素子は、駆動電圧は上昇するが、双極子モーメントのより小さい材料（
具体的には４デバイよりも小さい材料）をホスト材料として用いた素子に比べ、発光色と
しては良好な赤色発光を示すことが、本発明の過程において実験的にわかっている。
【００４２】
このことから、色純度のよい赤色発光を達成するためには、ホスト材料の双極子モーメ
ントの大きさが重要であることがわかる。しかしながら、Ａｌｑ3をホスト材料として用
いると発光素子の駆動電圧が上昇してしまう。また、双極子モーメントが大きいホール輸
送材料があればよいが、そのような材料は種類が限られているのが現状であり、現実的で
はない。
【００４３】
そこで、本発明者らは、駆動電圧を低減するため、第１のホスト材料としてホール輸送
性を有する有機化合物を用い、色純度を保つため、第２のホスト材料として双極子モーメ
ントの大きい有機化合物を用いることを見出した。これにより、良好な色純度を保ったま
ま、駆動電圧を低減することが可能になる。
【００４４】
なお、発光層において、ゲスト材料とは所望の発光をする材料のことをいい、ゲスト材
料に対して４倍以上含まれている材料をホスト材料という。
【００４５】
ここで、発光層の第１のホスト材料として用いることができるホール輸送性材料として
は、芳香族アミン骨格を有する有機化合物が好適であり、上述したα−ＮＰＤの他、４，
４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（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’，４
’’−トリス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−トリフェニルアミン（
略称：１−ＴＮＡＴＡ）などが挙げられる。また、芳香族アミン骨格を有する金属錯体で
あるトリス（５−ジフェニルアミノ−８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（略称：
Ａｌ（ｄａｑ）3）、ビス（５−ジフェニルアミノ−８−ヒドロキシキノリナト）亜鉛（
略称：Ｚｎ（ｄａｑ）3）や、有機金属錯体の一種であるトリス（１−フェニルピラゾー
ル）コバルト（ＩＩＩ）（略称：Ｃｏ（ＰＰＺ）3）、トリス（１−（４−メチルフェニ
ル）ピラゾール）コバルト（ＩＩＩ）（略称：Ｃｏ（ｍ−ＰＰＺ）3）などもホール輸送
性を示す。
【００４６】
また、発光層の第２のホスト材料として用いることができる双極子モーメントの大きい
材料としては、先に述べたＡｌｑ3、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニ
ウム（略称：Ａｌｍｑ3）、トリス（８−キノリノラト）ガリウム（略称：Ｇａｑ3）、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−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］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（ＢＴ
Ｚ）2）などの金属錯体が挙げられる。なお、第２のホスト材料は、電子輸送性を有して
いてもよい。
【００４７】
なお、発光層の第２のホスト材料は上述した材料に限られず、第１のホスト材料に比べ
て双極子モーメントが大きい有機化合物を用いることができる。例えば、第１のホスト材
料としてα―ＮＰＤ、第２のホスト材料としてα―ＮＰＤに比べて双極子モーメントが大
きいＢＡｌｑ等を用いることができる。
【００４８】
一方、発光層における電子吸引基を有するゲスト材料としては、シアノ基、ハロゲノ基
（ハロゲン基）、カルボニル基などの電子吸引基を有する発光材料を用いることができる
。シアノ基を有する発光材料としては、例えばクマリン３３７の他、４−（ジシアノメチ
レン）−２−［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−６−メチル−４Ｈ−ピラン（略称：
ＤＣＭ１）、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（９−ジュロリジル）エチニ
ル−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ２）、４−（ジシアノメチレン）−２，６−ビス［ｐ−
（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＭ）、先に述べたＢｉ
ｓＤＣＣｚなどの４−ジシアノメチレン−４Ｈ−ピラン骨格を有する発光材料が挙げられ
る。ハロゲノ基を有する発光材料としては、クマリン１５２、クマリン１５３などのハロ
アルキル基を有する発光材料が代表的である。カルボニル基を有する発光材料としては、
クマリン３１４のようにエステル基を有する発光材料、クマリン３３４のようにアシル基
を有する発光材料、クマリン３４３やクマリン−３−カルボン酸のようにカルボキシル基
を有する発光材料が挙げられる。
【００４９】
なお、本発明は、上述した材料に限定されることはない。
【００５０】
次に、以下では、本発明の発光素子の実施形態について詳細に説明する。本発明の発光
素子の電界発光層は、少なくとも上述した発光層を含めばよい。すなわち、従来の発光素
子で知られているような、発光以外の機能を示す層（ホール注入層、ホール輸送層、電子
輸送層、電子注入層）を適宜組み合わせてもよい。
【００５１】
本実施の形態では、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入
層を有する発光素子の素子構成について、図３を用いて説明する。図３は、基板３００上
に第１の電極３０１が形成され、第１の電極３０１上に電界発光層３０２が形成され、そ
の上に第２の電極３０３が形成された発光素子である。
【００５２】
なお、ここで、基板３００に用いる材料としては、従来の発光素子に用いられているも
のであればよく、例えば、ガラス、石英、透明プラスチックなどからなるものを用いるこ
とができる。
【００５３】
また、本実施の形態における第１の電極３０１は陽極として機能し、第２の電極３０３
は陰極として機能する。
【００５４】
すなわち第１の電極３０１は陽極材料で形成され、仕事関数の大きい（具体的には４．
０ｅＶ以上）金属、合金、導電性化合物、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、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに２
〜２０［％］の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉ
ｄｅ）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（ＴｉＮ）等が挙げられる。
【００５５】
一方、第２の電極３０３に用いられる陰極材料としては、仕事関数の小さい（具体的に
は３．８ｅＶ以下）金属、合金、導電性化合物、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、元素周期律の１族または２族に属する金属、すなわちＬｉやＣ
ｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、およびこれらを含
む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）、Ｅｒ、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。ただし、後述する電子注入層を適用することで、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ等
の金属・導電性無機化合物により第２の電極３０３を形成することもできる。
【００５６】
なお、第１の電極３０１及び第２の電極３０３は、蒸着法、スパッタリング法等で形成
することができる。膜厚は、１０〜５００ｎｍとするのが好ましい。
【００５７】
また、本発明の発光素子において、電界発光層３０２におけるキャリアの再結合により
生じる光は、第１の電極３０１または第２の電極３０３の一方、または両方から外部に出
射される構成となる。すなわち、第１の電極３０１から光を出射させる場合には、第１の
電極３０１を透光性の材料で形成することとし、第２の電極３０３側から光を出射させる
場合には、第２の電極３０３を透光性の材料で形成することとする。
【００５８】
電界発光層３０２は複数の層を積層することにより形成されるが、本実施の形態１では
、ホール注入層３１１、ホール輸送層３１２、発光層３１３、電子輸送層３１４、電子注
入層３１５を積層することにより形成される。これらの層は、真空蒸着法や湿式塗布法で
形成することができる。
【００５９】
ホール注入層３１１に用いることができるホール注入性材料としては、有機化合物であ
ればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン（略称：Ｈ2−Ｐｃ）、銅フ
タロシアニン（略称：Ｃｕ−Ｐｃ）等を用いることができる。他にも、有機化合物として
は、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニ
ル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）等を用いることができる。
また、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン
酸（略称：ＰＳＳ）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称：ＰＥＤＯＴ）
や、ポリアニリン（略称：ＰＡｎｉ）などを用いることもできる。また、ＶＯx、ＭｏＯx
のような無機半導体層や、Ａｌ2Ｏ3などの無機絶縁体の超薄膜も有効である。
【００６０】
ホール輸送層３１２に用いることができるホール輸送性材料としては、先に述べたα−
ＮＰＤ、ＴＰＤ、ＴＤＡＴＡ）、ＭＴＤＡＴＡ、１−ＴＮＡＴＡ、Ａｌ（ｄａｑ）3、Ｚ
ｎ（ｄａｑ）3、Ｃｏ（ＰＰＺ）3、Ｃｏ（ｍ−ＰＰＺ）3などが挙げられる。
【００６１】
発光層３１３は、ホール輸送性を有する第１のホスト材料、双極子モーメントの大きい
第２のホスト材料および電子吸引基を有するゲスト材料を少なくとも有している。ホール
輸送性を有する第１のホスト材料としては、上述のホール輸送性材料を適用すればよい。
双極子モーメントの大きい第２のホスト材料としては、先に述べたＡｌｑ3、Ａｌｍｑ3、
Ｇａｑ3、ＢｅＢｑ2、Ｚｎ（ＢＯＸ）2、Ｚｎ（ＢＴＺ）2などが挙げられる。電子吸引基
を有するゲスト材料としては、先に述べたＤＣＭ１、ＤＣＭ２、ＢｉｓＤＣＭ、ＢｉｓＤ
ＣＣｚ、クマリン３３７、クマリン１５２、クマリン１５３、クマリン３１４、クマリン
３３４、クマリン３４３、クマリン−３−カルボン酸などが挙げられる。
【００６２】
なお、発光層３１３に、ホスト材料が発光してしまうのを防ぐアシストドーパント材料
（例えばルブレン）を添加してもよい。
【００６３】
電子輸送層３１４に用いることができる電子輸送性材料としては、先に述べたＡｌｑ3
、Ａｌｍｑ3、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）、Ｇａｑ3、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−
フェニルフェノラト−ガリウム（略称：ＢＧａｑ）、ＢｅＢｑ2、Ｚｎ（ＢＯＸ）2、Ｚｎ
（ＢＴＺ）2などの金属錯体のほか、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−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−
５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔ
ｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−
１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：Ｂ
Ｐｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などが挙げられる。
【００６４】
電子注入層３１５に用いることができる電子注入性材料としては、上述した電子輸送性
材料を用いることができる。その他に、ＬｉＦ、ＣｓＦなどのアルカリ金属ハロゲン化物
や、ＣａＦ2のようなアルカリ土類ハロゲン化物、Ｌｉ2Ｏなどのアルカリ金属酸化物のよ
うな絶縁体の超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート（略称：Ｌ
ｉ（ａｃａｃ）や８−キノリノラト−リチウム（略称：Ｌｉｑ）などのアルカリ金属錯体
も有効である。さらに、上述した電子輸送性材料と、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃｓ等の仕事関数の小
さい金属とを混合した層を電子注入層３１５として使用することもできる。
【００６５】
以上により、ホール輸送性を有する第１のホスト材料、双極子モーメントの大きい第２
のホスト材料および電子吸引基を有するゲスト材料を含む発光層３１３と、発光層３１３
に接して設けられた電子輸送層３１４とを有する本発明の発光素子を作製することができ
る。
【００６６】
なお、ホール輸送層に用いるホール輸送性材料と、第１のホスト材料として用いるホー
ル輸送性材料は、同じであってもよいし異なっていてもよい。また、電子輸送層に用いる
電子輸送性材料と、第２のホスト材料として用いる双極子モーメントの大きい材料は、同
じであってもよいし異なっていてもよい。
【００６７】
上述した構成にすることにより、ドーピング法を適用した発光素子において駆動電圧を
低減することができる。特に、赤色発光材料をゲスト材料として添加した発光素子におい
て、駆動電圧を低減することができる。また、駆動電圧を低減すると共に色純度も向上さ
せることができる。特に、赤色発光材料をゲスト材料として添加した発光素子において、
駆動電圧を低減すると共に色純度も向上させることができる。
【実施例１】
【００６８】
本実施例では、図３に示した本発明の発光素子の作製例を、具体的に例示する。ただし
、本発明は下記の材料、積層構造に限定されない。
【００６９】
まず、絶縁表面を有するガラス基板３００上に、第１の電極３０１が形成される。本実
施例では第１の電極は陽極として機能する。材料として透明導電膜であるＩＴＯを用い、
スパッタリング法により１１０ｎｍの膜厚で形成した。第１の電極３０１の形状は、２ｍ
ｍ×２ｍｍの大きさとした。
【００７０】
このように第１の電極３０１が形成された基板を洗浄、乾燥した後、第１の電極３０１
上に電界発光層３０２を形成する。まず、第１の電極３０１が形成された基板を、真空蒸
着装置の基板ホルダーに第１の電極３０１が形成された面を下方にして固定し、抵抗加熱
法を用いた真空蒸着法により、Ｃｕ−Ｐｃを２０ｎｍの膜厚で成膜した。これが、ホール
注入層３１１となる。次に、ホール輸送性材料であるα―ＮＰＤを同様の方法により、４
０ｎｍの膜厚で形成し、ホール輸送層３１２とした。
【００７１】
さらに、ホール輸送性を有する第１のホスト材料としてα―ＮＰＤ、双極子モーメント
の大きい第２のホスト材料としてＡｌｑ3、電子吸引基を有するゲスト材料としてＢｉｓ
ＤＣＭ、またホスト材料の発光を防ぐためアシストドーパントとしてルブレンを用い、そ
の重量比が１：１：０．０２：０．０２となるように共蒸着を行うことで発光層３１３を
形成した。膜厚は３７．５ｎｍとした。
【００７２】
次に、電子輸送性材料であるＡｌｑ3を真空蒸着法により３７．５ｎｍ形成し、電子輸
送層３１４とした。さらに、電子注入層３１５として、ＣａＦ2を真空蒸着法により１ｎ
ｍ形成した。以上が電界発光層３０２であり、総膜厚は１３６ｎｍとなる。
【００７３】
最後に、第２の電極３０３を形成する。本実施例では、アルミニウム（Ａｌ）を抵抗加
熱による真空蒸着法により２００ｎｍ形成し、陰極として機能する第２の電極３０３とし
た。
【００７４】
本実施例により作製した発光素子を素子１とする。図４に素子１の輝度―電圧特性を示
した。素子１において、１００ｃｄ／ｍ2で発光させるために必要な駆動電圧は８．４Ｖ
であった。また、輝度が１００ｃｄ／ｍ2の時のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．６
３，０．３６）であった。
【実施例２】
【００７５】
本実施例では、ホール輸送性を有する第１のホスト材料としてα―ＮＰＤ、双極子モー
メントの大きい第２のホスト材料としてＡｌｑ3、電子吸引基を有するゲスト材料として
ＢｉｓＤＣＭ、またホスト材料の発光を防ぐためアシストドーパントとしてルブレンを用
い、その重量比が０．５：１：０．０２：０．０２となるように共蒸着を行うことで発光
層３１３を形成した。その他は実施例１と同様に作製した。
【００７６】
本実施例により作製した発光素子を素子２とする。図４に素子２の輝度―電圧特性を示
した。素子２において、１００ｃｄ／ｍ2で発光させるために必要な駆動電圧は９．６Ｖ
であった。また、輝度が１００ｃｄ／ｍ2の時のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．６
４，０．３５）であった。
【００７７】
［比較例１］
比較例として、発光層３１３にホール輸送性材料が少量しか含まれていない（すなわち
、ホール輸送性材料がホスト材料として機能しない）発光素子を作製し、実施例１および
実施例２と比較した。
【００７８】
少量のホール輸送性材料としてα―ＮＰＤ、双極子モーメントの大きいホスト材料とし
てＡｌｑ3、電子吸引基を有するゲスト材料としてＢｉｓＤＣＭ、またホスト材料の発光
を防ぐためアシストドーパントとしてルブレンを用い、その重量比が０．０６：１：０．
０２：０．０２となるように共蒸着を行うことで発光層３１３を形成した。その他は実施
例１と同様に作製した。
【００７９】
本比較例により作製した発光素子を素子３とする。図４に素子３の輝度―電圧特性を示
した。素子３において、１００ｃｄ／ｍ2で発光させるために必要な駆動電圧は１１．８
Ｖであった。また、輝度が１００ｃｄ／ｍ2の時のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．
６５，０．３４）であった。
【００８０】
［比較例２］
比較例として、従来の、電子輸送性材料に電子吸引基を有するゲスト材料を添加した発
光層を有する従来の発光素子を作製し、実施例１および実施例２と比較した。
【００８１】
電子輸送性材料としてＡｌｑ3、電子吸引基を有するゲスト材料としてＢｉｓＤＣＭ、ま
たホスト材料の発光を防ぐためアシストドーパントとしてルブレンを用い、その重量比が
１：０．０２：０．０２となるように共蒸着を行うことで発光層３１３を形成した。その
他は実施例１と同様に作製した。
【００８２】
本比較例により作製した発光素子を素子４とする。図４に素子４の輝度―電圧特性を示
した。素子４において、１００ｃｄ／ｍ2で発光させるために必要な駆動電圧は１１．８
Ｖであった。また、輝度が１００ｃｄ／ｍ2の時のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．
６５，０．３４）であった。
【００８３】
素子１乃至素子４の電流―電圧特性を図５に示す。図５から、従来の方法で作製した素
子３および素子４と比べ、本発明により作製した素子１および素子２は、電流が流れやす
くなったことがわかる。これにより、本発明の特徴の１つである発光層にホール輸送性を
有する第１のホスト材料を添加することにより、電流が流れやすくなったと考えられる。
【００８４】
また、素子１乃至素子４の輝度―電圧特性を示した図４から、従来の方法で作製した素
子３および素子４と比べ、本発明により作製した素子１および素子２は、一定電圧におい
て輝度が向上していることがわかる。つまり、駆動電圧が低減していることがわかる。ま
た、素子３と素子４の輝度―電圧特性はほぼ変化がないことから、駆動電圧を低減する効
果を得るためには、ホスト材料全体に対して、ホール輸送性を有する第１のホスト材料の
割合が重量比で２０％以上、好ましくは３０％以上必要である。
【００８５】
一方、従来の方法で作製した素子３および素子４と比べ、本発明により作製した素子１
および素子２のＣＩＥ色度座標は、ほとんど変化していない。つまり、色純度の良好な赤
色発光を保っていることがわかる。
【００８６】
また、素子１乃至素子４の輝度―電流密度特性を図６に、電流効率―輝度特性を図７に
示す。図６および図７から、本発明の素子１および素子２は従来例の素子３及び素子４よ
りも発光効率も良くなっていることがわかる。従来、赤色発光材料をゲスト材料として添
加した発光素子は、他の色の発光材料をゲスト材料として添加した素子に比べ、発光効率
が低いことが多い。本発明を実施することにより、赤色発光材料をゲスト材料として添加
した発光素子の発光効率を向上させるという効果も得られることが明らかとなった。
【００８７】
以上のことから、本発明により、ドーピング法を適用した発光素子において、駆動電圧
を低減する共に色純度を向上させることができた。また、発光効率も向上させることがで
きた。
【実施例３】
【００８８】
本実施例３では、実施例１、２とは異なる電子吸引基を有するゲスト材料を用いた発光
素子の作製例を、具体的に例示する。素子構造は図３に示す構造とした。
【００８９】
まず、絶縁表面を有するガラス基板３００上に、第１の電極３０１が形成される。本実
施例では第１の電極は陽極として機能する。材料として透明導電膜であるＩＴＯを用い、
スパッタリング法により１１０ｎｍの膜厚で形成した。第１の電極３０１の形状は、２ｍ
ｍ×２ｍｍの大きさとした。
【００９０】
このように第１の電極３０１が形成された基板を洗浄、乾燥した後、第１の電極３０１
上に電界発光層３０２を形成する。まず、第１の電極３０１が形成された基板を、真空蒸
着装置の基板ホルダーに第１の電極３０１が形成された面を下方にして固定し、抵抗加熱
法を用いた真空蒸着法により、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチル
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）
を５０ｎｍの膜厚で成膜した。これが、ホール注入層３１１となる。次に、ホール輸送性
材料であるα―ＮＰＤを同様の方法により、１０ｎｍの膜厚で形成し、ホール輸送層３１
２とした。
【００９１】
さらに、ホール輸送性を有する第１のホスト材料としてα―ＮＰＤ（ＷｉｎＭＯＰＡＣ
３．５（富士通株式会社製）を用いた計算によれば、双極子モーメントは０．８６３デバ
イであった）を、第１のホスト材料よりも双極子モーメントの大きい第２のホスト材料と
してＢＡｌｑ（ＷｉｎＭＯＰＡＣ３．５（富士通株式会社製）を用いた計算によれば、双
極子モーメントは１．２９７デバイであった）を、電子吸引基を有するゲスト材料として
クマリン３３４を用い、その重量比が１：１：０．００５となるように共蒸着を行うこと
で発光層３１３を形成した。膜厚は３０ｎｍとした。なお、クマリン３３４はアシル基の
一種であるアセチル基を有しているため、電子吸引基であるカルボニル基を含む化合物で
ある。
【００９２】
次に、電子輸送性材料であるＢＡｌｑを真空蒸着法により１０ｎｍ形成し、続けて電子
輸送性材料であるＡｌｑ3を２０ｎｍ形成することにより、電子輸送層３１４とした。さ
らに、電子注入層３１５として、ＣａＦ2を真空蒸着法により１ｎｍ形成した。以上が電
界発光層３０２であり、総膜厚は１２１ｎｍとなる。
【００９３】
最後に、第２の電極３０３を形成する。本実施例では、アルミニウム（Ａｌ）を抵抗加
熱による真空蒸着法により１５０ｎｍ形成し、陰極として機能する第２の電極３０３とし
た。
【００９４】
以上のようにして作製した本発明の発光素子が１０００ｃｄ／ｍ2を得るのに必要な電
圧は、８．２Ｖであった。なお、発光スペクトルのピーク波長は４８７ｎｍであった。
【００９５】
［比較例３］
一方、電子輸送性材料に電子吸引基を有するゲスト材料を添加した発光層を有する従来
の発光素子を作製し、実施例３と比較した。素子構造は、発光層３１３を除いて実施例３
と同様の構成とした。
【００９６】
本比較例における発光層３１３は、ホスト材料として電子輸送性材料であるＢＡｌｑを
、電子吸引基を有するゲスト材料として実施例３と同じクマリン３３４を用い、その重量
比が１：０．００５となるように共蒸着を行うことで形成した。膜厚は３０ｎｍとした。
電界発光層３０２のトータル膜厚は１２１ｎｍであり、実施例３と同じである。
【００９７】
以上のようにして作製した本発明の発光素子が１０００ｃｄ／ｍ2を得るのに必要な電
圧は、９．４Ｖであった。なお、発光スペクトルのピーク波長は４８７ｎｍであった。
【００９８】
以上の結果から、本発明を適用した発光素子は、発光スペクトルのピーク波長は従来の
発光素子と同じであり、しかも駆動電圧を下げることができた。実施例３および比較例３
の電流−電圧特性を図１０に示す。図１０からわかるように、本発明を適用することで、
電流が流れやすくなっていることがわかる。
【実施例４】
【００９９】
本実施例４では、実施例１、２、３とは異なる電子吸引基を有するゲスト材料を用いた
発光素子の作製例を、具体的に例示する。素子構造は、発光層３１３を除いて実施例３と
同様の構成とした。
【０１００】
本実施例４における発光層３１３においては、ホール輸送性を有する第１のホスト材料
としてα―ＮＰＤを、第１のホスト材料よりも双極子モーメントの大きい第２のホスト材
料としてＢＡｌｑを、電子吸引基を有するゲスト材料としてクマリン１５３を用い、その
重量比が１：１：０．００５となるように共蒸着を行うことで発光層３１３を形成した。
膜厚は３０ｎｍとした。また、電界発光層３０２の総膜厚は１２１ｎｍである。なお、ク
マリン１５３はハロアルキル基の一種であるトリフルオロメチル基を有しているため、電
子吸引基であるハロゲノ基（本実施例ではフルオロ基）を含む化合物である。
【０１０１】
以上のようにして作製した本発明の発光素子が１０００ｃｄ／ｍ2を得るのに必要な電
圧は、８．８Ｖであった。なお、発光スペクトルのピーク波長は５２０ｎｍであった。
【０１０２】
［比較例４］
一方、電子輸送性材料に電子吸引基を有するゲスト材料を添加した発光層を有する従来
の発光素子を作製し、実施例４と比較した。素子構造は、発光層３１３を除いて実施例４
と同様の構成とした。
【０１０３】
本比較例における発光層３１３は、ホスト材料として電子輸送性材料であるＢＡｌｑを
、電子吸引基を有するゲスト材料として実施例４と同じクマリン１５３を用い、その重量
比が１：０．００５となるように共蒸着を行うことで形成した。膜厚は３０ｎｍとした。
電界発光層３０２の総膜厚は１２１ｎｍであり、実施例４と同じである。
【０１０４】
以上のようにして作製した本発明の発光素子が１０００ｃｄ／ｍ2を得るのに必要な電
圧は、９．６Ｖであった。なお、発光スペクトルのピーク波長は５２８ｎｍであった。
【０１０５】
以上の結果から、本発明を適用した発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が若干ブ
ルーシフトしているが、駆動電圧を下げることができた。実施例４および比較例４の電流
−電圧特性を図１１に示す。図１１からわかるように、本発明を適用することで、電流が
流れやすくなっていることがわかる。
【実施例５】
【０１０６】
本実施例では、画素部に本発明の発光素子を有する発光装置について図８を用いて説明
する。なお、図８（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）をＡ−Ａ’
で切断した断面図である。点線で示された８０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、８
０２は画素部、８０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、８０４は封止基
板、８０５はシール材であり、シール材８０５で囲まれた内側は、空間８０７になってい
る。
【０１０７】
なお、８０８はソース側駆動回路８０１及びゲート側駆動回路８０３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）８０９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（Ｐ
ＷＢ）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。
【０１０８】
次に、断面構造について図８（Ｂ）を用いて説明する。素子基板８１０上には駆動回路
部及び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８０１
と、画素部８０２が示されている。
【０１０９】
なお、ソース側駆動回路８０１はｎチャネル型ＴＦＴ８２３とｐチャネル型ＴＦＴ８２
４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公
知の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。
【０１１０】
また、画素部８０２はスイッチング用ＴＦＴ８１１と、電流制御用ＴＦＴ８１２とその
ドレインに電気的に接続された第１の電極８１３とを含む複数の画素により形成される。
なお、第１の電極８１３の端部を覆って絶縁物８１４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。
【０１１１】
また、カバレッジを良好なものとするため、絶縁物８１４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８１４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８１４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８１４として、感光性の光によっ
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。
【０１１２】
第１の電極８１３上には、電界発光層８１６、および第２の電極８１７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８１３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
、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。
【０１１３】
また、電界発光層８１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法によ
って形成される。電界発光層８１６の構成は、例えば実施例１や実施例２で示した電界発
光層の構成とすればよい。
【０１１４】
さらに、電界発光層８１６上に形成される第２の電極（陰極）８１７に用いる材料とし
ては、仕事関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、
ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＣａＦ2、またはＣａＮ）を用いればよい。なお、電界発光層８１
６で生じた光が第２の電極８１７を透過させる場合には、第２の電極（陰極）８１７とし
て、例えば、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（ＩＴＯ、ＩＺＯ、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）等）との積層を用いる方法などがある。
【０１１５】
さらにシール材８０５で封止基板８０４を素子基板８１０と貼り合わせることにより、
素子基板８１０、封止基板８０４、およびシール材８０５で囲まれた空間８０７に発光素
子８１８が備えられた構造になっている。なお、空間８０７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８０５で充填される構成も含むものとする。
【０１１６】
なお、シール材８０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料
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８０４
に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉ
ｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポ
リエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【０１１７】
以上のようにして、本発明の発光素子を有する発光装置を得ることができる。
【実施例６】
【０１１８】
例えば、本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として有する様々な電気機器を提
供することができる。
【０１１９】
本発明の発光素子を有する発光装置を用いて作製された電気機器として、ビデオカメラ
、デジタルカメラ、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）、パーソナルコンピュータ、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。これらの電気機器の具体例を図９に示す。
【０１２０】
図９（Ａ）はテレビ受像機であり、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。本発明の発光素子を有する発
光装置をその表示部９１０３に用いることにより作製される。なお、テレビ受像機は、コ
ンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
【０１２１】
図９（Ｂ）はパーソナルコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９
２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングマウス９２０６
等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部９２０３に用いることにより
作製される。
【０１２２】
図９（Ｃ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体９３０１、表示部９３０２、アーム
部９３０３を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部９３０２に用いるこ
とにより作製される。
【０１２３】
図９（Ｄ）は携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９４０３、音声入
力部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート９４０７、アン
テナ９４０８等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部９４０３に用い
ることにより作製される。なお、表示部９４０３は黒色の背景に白色の文字を表示するこ
とで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【０１２４】
図９（Ｅ）はビデオカメラであり、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。本発明の発光素子
を有する発光装置をその表示部９５０２に用いることにより作製される。
【０１２５】
以上の様に、本発明の発光素子を有する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気機器に適用することが可能である。本発明の発光素子を用いること
により、駆動電圧の低減が可能になり、かつ、色純度のよい赤色発光を得ることができる
。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホール輸送性を有する有機化合物である第１のホスト材料と、
前記第１のホスト材料に比べて双極子モーメントが大きい有機化合物である第２のホスト材料（但し、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム、およびビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウムを除く）と、
電子吸引基を有するゲスト材料と、
を含む発光層を有し、
前記第１のホスト材料と、前記第２のホスト材料と、前記ゲスト材料の総重量に対して、前記第１のホスト材料の重量が占める割合は２０％以上６０％以下であることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
ホール輸送性を有する有機化合物である第１のホスト材料と、
前記第１のホスト材料に比べて双極子モーメントが大きい有機化合物である第２のホスト材料と、
電子吸引基を有するゲスト材料と、
を含む発光層を有し、
前記第２のホスト材料は、トリス（８−キノリノラト）ガリウム、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛のいずれかであり、
前記第１のホスト材料と、前記第２のホスト材料と、前記ゲスト材料の総重量に対して、前記第１のホスト材料の重量が占める割合は２０％以上６０％以下であ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、
前記電子吸引基が、シアノ基、ハロゲン基、またはカルボニル基から選ばれることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記第１のホスト材料と、前記第２のホスト材料と、前記ゲスト材料の総重量に対して、前記ゲスト材料の重量が占める割合は５％以下であることを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記発光層に接するホール輸送層を有し、前記ホール輸送層に用いるホール輸送性材料と前記第１のホスト材料は同じ材料でなることを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記発光層に接するホール輸送層を有し、前記ホール輸送層に用いるホール輸送性材料と前記第１のホスト材料は異なる材料でなることを特徴とする発光素子。
【請求項１】
ホール輸送性を有する有機化合物である第１のホスト材料と、
前記第１のホスト材料に比べて双極子モーメントが大きい有機化合物である第２のホスト材料（但し、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム、およびビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウムを除く）と、
電子吸引基を有するゲスト材料と、
を含む発光層を有し、
前記第１のホスト材料と、前記第２のホスト材料と、前記ゲスト材料の総重量に対して、前記第１のホスト材料の重量が占める割合は２０％以上６０％以下であることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
ホール輸送性を有する有機化合物である第１のホスト材料と、
前記第１のホスト材料に比べて双極子モーメントが大きい有機化合物である第２のホスト材料と、
電子吸引基を有するゲスト材料と、
を含む発光層を有し、
前記第２のホスト材料は、トリス（８−キノリノラト）ガリウム、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛のいずれかであり、
前記第１のホスト材料と、前記第２のホスト材料と、前記ゲスト材料の総重量に対して、前記第１のホスト材料の重量が占める割合は２０％以上６０％以下であ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、
前記電子吸引基が、シアノ基、ハロゲン基、またはカルボニル基から選ばれることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記第１のホスト材料と、前記第２のホスト材料と、前記ゲスト材料の総重量に対して、前記ゲスト材料の重量が占める割合は５％以下であることを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記発光層に接するホール輸送層を有し、前記ホール輸送層に用いるホール輸送性材料と前記第１のホスト材料は同じ材料でなることを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記発光層に接するホール輸送層を有し、前記ホール輸送層に用いるホール輸送性材料と前記第１のホスト材料は異なる材料でなることを特徴とする発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１０９６３４（Ｐ２０１２−１０９６３４Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５２８３（Ｐ２０１２−５５２８３）
【出願日】平成２４年３月１３日（２０１２．３．１３）
【分割の表示】特願２０１１−２９４１５（Ｐ２０１１−２９４１５）の分割
【原出願日】平成１６年１０月２６日（２００４．１０．２６）
【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２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月１３日（２０１２．３．１３）
【分割の表示】特願２０１１−２９４１５（Ｐ２０１１−２９４１５）の分割
【原出願日】平成１６年１０月２６日（２００４．１０．２６）
【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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