発光素子
【課題】外部量子効率が高い発光素子を提供する。
【解決手段】ゲスト、Ｎ型ホスト及びＰ型ホストを含む発光層１０２を一対の電極間に有し、発光層１０２と負極の間に第１の層（Ｎ型ホストの層１０３）、発光層１０２と正極の間に第２の層（Ｐ型ホストの層１０４）を形成する。電子や正孔が発光層１０２に注入されるに際しては、エネルギー障壁がない。一方、電子が正極へ、あるいは正孔が負極へ向うに際しては、途中にエネルギー障壁が存在し、電子や正孔は発光層に閉じ込められる。このため、エネルギーの利用効率が高まる。Ｎ型ホストの層１０３と発光層１０２の間あるいは、Ｐ型ホストの層１０４と発光層１０２の間には、Ｎ型ホスト及びＰ型ホストの濃度が連続的に変化する領域が設けられてもよい。
【解決手段】ゲスト、Ｎ型ホスト及びＰ型ホストを含む発光層１０２を一対の電極間に有し、発光層１０２と負極の間に第１の層（Ｎ型ホストの層１０３）、発光層１０２と正極の間に第２の層（Ｐ型ホストの層１０４）を形成する。電子や正孔が発光層１０２に注入されるに際しては、エネルギー障壁がない。一方、電子が正極へ、あるいは正孔が負極へ向うに際しては、途中にエネルギー障壁が存在し、電子や正孔は発光層に閉じ込められる。このため、エネルギーの利用効率が高まる。Ｎ型ホストの層１０３と発光層１０２の間あるいは、Ｐ型ホストの層１０４と発光層１０２の間には、Ｎ型ホスト及びＰ型ホストの濃度が連続的に変化する領域が設けられてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）現象を利用した発光素子（以下、有機ＥＬ素子とも記す）に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子の研究開発が盛んにおこなわれている。有機ＥＬ素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の有機化合物を含む層（以下、発光層とも記す）を挟んだものであり、薄型軽量化できる、入力信号に高速に応答できる、直流低電圧駆動が可能である、などの特性から、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。また、このような発光素子を用いたディスプレイは、コントラストや画質に優れ、視野角が広いという特徴も有している。さらに、有機ＥＬ素子は面光源であるため、液晶ディスプレイのバックライトや照明等の光源としての応用も考えられている。
【０００３】
有機ＥＬ素子の発光機構は、キャリア注入型である。すなわち、電極間に発光層を挟んで電圧を印加することにより、電極から注入された電子および正孔が再結合して発光物質が励起状態となり、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。そして、励起状態の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能である。また、発光素子におけるその統計的な生成比率は、前者は後者の３分の１であると考えられている。
【０００４】
発光性の有機化合物では通常、基底状態が一重項状態である。したがって、一重項励起状態からの発光は、同じスピン多重度間の電子遷移であるため蛍光と呼ばれる。一方、三重項励起状態からの発光は、異なるスピン多重度間の電子遷移であるため燐光と呼ばれる。ここで、蛍光を発する化合物（以下、蛍光性化合物と記す）は室温において、通常、燐光は観測されず蛍光のみが観測される。したがって、蛍光性化合物を用いた発光素子における内部量子効率（注入したキャリアに対して発生するフォトンの割合）の理論的限界は、上記の一重項励起状態と三重項励起状態の比率を根拠に２５％とされている。
【０００５】
一方、燐光を発する化合物（以下、燐光性化合物と記す）を用いれば、理論上、内部量子効率は１００％にまで高めることが可能となる。つまり、蛍光性化合物に比べて高い発光効率を得ることが可能になる。このような理由から、高効率な発光素子を実現するために、燐光性化合物を用いた発光素子の開発が近年盛んにおこなわれている。
【０００６】
特に、燐光性化合物としては、その燐光量子効率の高さゆえに、イリジウム等を中心金属とする有機金属錯体が注目されており、例えば、特許文献１には、イリジウムを中心金属とする有機金属錯体が燐光材料として開示されている。
【０００７】
上述した燐光性化合物を用いて発光素子の発光層を形成する場合、燐光性化合物の濃度消光や三重項−三重項消滅による消光を抑制するために、他の化合物からなるマトリクス中に該燐光性化合物が分散するように形成することが多い。この時、マトリクスとなる化合物はホスト、燐光性化合物のようにマトリクス中に分散される化合物はゲストと呼ばれる。
【０００８】
このような、燐光性化合物をゲストとして用いる発光素子における発光の一般的な素過程はいくつかあるが、それらについて以下に説明する。
【０００９】
（１）電子及び正孔がゲスト分子において再結合し、ゲスト分子が励起状態となる場合（直接再結合過程）。
（１−１）ゲスト分子の励起状態が三重項励起状態のとき
ゲスト分子は燐光を発する。
（１−２）ゲスト分子の励起状態が一重項励起状態のとき
一重項励起状態のゲスト分子は三重項励起状態に項間交差し、燐光を発する。
【００１０】
つまり、上記（１）の直接再結合過程においては、ゲスト分子の項間交差効率、及び燐光量子効率さえ高ければ、高い発光効率が得られることになる。
【００１１】
（２）電子及び正孔がホスト分子において再結合し、ホスト分子が励起状態となる場合（エネルギー移動過程）。
（２−１）ホスト分子の励起状態が三重項励起状態のとき
ホスト分子の三重項励起のエネルギー準位（Ｔ１準位）がゲスト分子のＴ１準位よりも高い場合、ホスト分子からゲスト分子に励起エネルギーが移動し、ゲスト分子が三重項励起状態となる。三重項励起状態となったゲスト分子は燐光を発する。ここで、ホスト分子の三重項励起エネルギーの準位（Ｔ１準位）への逆エネルギー移動も考慮しなければならず、したがって、ホスト分子のＴ１準位はゲスト分子のＴ１準位よりも高いことが必要である。
（２−２）ホスト分子の励起状態が一重項励起状態のとき
ホスト分子のＳ１準位がゲスト分子のＳ１準位およびＴ１準位よりも高い場合、ホスト分子からゲスト分子に励起エネルギーが移動し、ゲスト分子が一重項励起状態又は三重項励起状態となる。三重項励起状態となったゲスト分子は燐光を発する。また、一重項励起状態となったゲスト分子は、三重項励起状態に項間交差し、燐光を発する。
【００１２】
つまり、上記（２）のエネルギー移動過程においては、ホスト分子の三重項励起エネルギーだけでなく、一重項励起エネルギーがいかにゲスト分子に効率良く移動できるかが重要となる。
【００１３】
このエネルギー移動過程を鑑みれば、ホスト分子からゲスト分子に励起エネルギーが移動する前に、ホスト分子自体がその励起エネルギーを光又は熱として放出して失活してしまうと、発光効率が低下することになる。
【００１４】
＜エネルギー移動過程＞
以下では、分子間のエネルギー移動過程について詳述する。
【００１５】
まず、分子間のエネルギー移動の機構として、以下の２つの機構が提唱されている。ここで、励起エネルギーを与える側の分子をホスト分子、励起エネルギーを受け取る側の分子をゲスト分子と記す。
【００１６】
≪フェルスター機構（双極子−双極子相互作用）≫
フェルスター機構は、エネルギー移動に、分子間の直接的接触を必要としない。ホスト分子及びゲスト分子間の双極子振動の共鳴現象を通じてエネルギー移動が起こる。双極子振動の共鳴現象によってホスト分子がゲスト分子にエネルギーを受け渡し、ホスト分子が基底状態になり、ゲスト分子が励起状態になる。フェルスター機構の速度定数ｋｈ＊→ｇを数式（１）に示す。
【００１７】
【数１】
【００１８】
数式（１）において、νは振動数を表し、ｆ’ｈ（ν）はホスト分子の規格化された発光スペクトル（一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペクトル）を表し、εｇ（ν）はゲスト分子のモル吸光係数を表し、Ｎはアボガドロ数を表し、ｎは媒体の屈折率を表し、Ｒはホスト分子とゲスト分子の分子間距離を表し、τは実測される励起状態の寿命（蛍光寿命や燐光寿命）を表し、ｃは光速を表し、φはホスト分子の発光量子効率（一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光量子効率、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光量子効率）を表し、Ｋ２は、ホスト分子とゲスト分子の遷移双極子モーメントの配向を表す係数（０〜４）である。なお、ランダム配向の場合はＫ２＝２／３である。
【００１９】
≪デクスター機構（電子交換相互作用）≫
デクスター機構は、ホスト分子とゲスト分子が軌道の重なりを生じる接触有効距離に近づき、励起状態のホスト分子の電子と基底状態のゲスト分子の電子の交換を通じてエネルギー移動が起こる。デクスター機構の速度定数ｋｈ＊→ｇを数式（２）に示す。
【００２０】
【数２】
【００２１】
数式（２）において、ｈはプランク定数であり、Ｋはエネルギーの次元を持つ定数であり、νは振動数を表し、ｆ’ｈ（ν）はホスト分子の規格化された発光スペクトル（一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペクトル）を表し、ε’ｇ（ν）はゲスト分子の規格化された吸収スペクトルを表し、Ｌは実効分子半径を表し、Ｒはホスト分子とゲスト分子の分子間距離を表す。
【００２２】
ここで、ホスト分子からゲスト分子へのエネルギー移動効率ΦＥＴは、数式（３）で表されると考えられる。ｋｒはホスト分子の発光過程（ホスト分子の一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光、ホスト分子の三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光）の速度定数を表し、ｋｎは非発光過程（熱失活や項間交差）の速度定数を表し、τはホスト分子の実測される励起状態の寿命を表す。
【００２３】
【数３】
【００２４】
まず、数式（３）より、エネルギー移動効率ΦＥＴを高くするためには、エネルギー移動の速度定数ｋｈ＊→ｇを、他の競合する速度定数ｋｒ＋ｋｎ（＝１／τ）に比べて遙かに大きくすれば良いことがわかる。そして、そのエネルギー移動の速度定数ｋｈ＊→ｇを大きくするためには、数式（１）及び数式（２）より、フェルスター機構、デクスター機構のどちらの機構においても、ホスト分子の発光スペクトル（一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペクトル）とゲスト分子の吸収スペクトル（通常は、燐光であるので、三重項励起状態と基底状態とのエネルギー差）との重なりが大きい方が良いことがわかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】国際公開第２０００／０７０６５５号明細書
【特許文献２】米国特許第７５７２５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
上述したように、燐光性化合物を用いることで高効率の発光素子を得ることができる。エネルギー移動過程を考慮すると、高効率の発光素子の実現のためには、ホスト分子の発光スペクトルとゲスト分子の吸収スペクトルの重なりを大きくする必要がある。またさらに、ゲスト分子のＴ１準位からホスト分子のＴ１準位への逆エネルギー移動を抑制するために、ホスト分子のＴ１準位はゲスト分子のＴ１準位よりも高くすることが必要である。
【００２７】
一般に、燐光性のゲスト分子として用いられる有機金属錯体（例えばイリジウム錯体）は比較的長波長の領域に三重項ＭＬＣＴ（Ｍｅｔａｌ ｔｏ Ｌｉｇａｎｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）遷移に由来する吸収を有しており、励起スペクトルからも、この長波長領域（主に４５０ｎｍ近辺）の吸収がゲスト分子の発光に大きく寄与すると言える。したがって、この長波長領域の吸収とホスト分子の燐光スペクトルが大きく重なることが好ましい。これは、ホスト分子の三重項励起状態から効率よくエネルギー移動が起こり、ゲスト分子の三重項励起状態が効率よく生成するからである。
【００２８】
一方、ホスト分子のＳ１準位はＴ１準位よりも高いため、Ｓ１準位に対応する蛍光スペクトルはＴ１準位に対応する燐光スペクトルと比較してかなり短波長領域に観察される。このことはすなわち、ホスト分子の蛍光スペクトルとゲスト分子の長波長領域の吸収（三重項ＭＬＣＴ遷移に由来する吸収）との重なりが小さくなることを意味しており、ホスト分子の一重項励起状態からゲスト分子へのエネルギー移動が十分に利用できないことになる。
【００２９】
すなわち、従来の燐光発光素子では、ホスト分子の一重項励起状態から燐光性ゲスト分子にエネルギー移動して励起一重項状態を生成し、引き続く項間交差による燐光性化合物の三重項励起状態の生成という過程を経る確率が非常に低い。
【００３０】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされるものであり、本発明の一態様は、新しい原理に基づいた発光素子を提供する。また、本発明の一態様は、外部量子効率が高い発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明の一態様は、燐光性化合物（ゲスト）、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光層を一対の電極（第１の電極および第２の電極）間に有し、また、発光層と第１の電極の間には第１の有機化合物を含有するが、第２の有機化合物を含有しない層（第１の層）を有し、また、発光層と第２の電極の間には第２の有機化合物を含有するが、第１の有機化合物を含有しない層（第２の層）を有する発光素子である。
【００３２】
上記において、第１の有機化合物は電子輸送性が正孔輸送性よりも優れており、第２の有機化合物は正孔輸送性が電子輸送性よりも優れている。そして、第１の有機化合物と第２の有機化合物は、励起錯体（エキシプレックス）を形成する材料である。この構成では、エキシプレックスからゲストへのエネルギー移動を経てゲストが励起され、ゲストの励起状態からの発光が得られる。なお、発光層以外の層が電流の注入により発光する能力を有してもよい。
【００３３】
エキシプレックスは一重項励起エネルギーと三重項励起エネルギーの差が極めて小さいと考えられる。換言すれば、エキシプレックスの一重項状態からの発光と三重項状態からの発光は、極めて近い波長領域に現れる。また、エキシプレックスの発光は通常モノマー状態と比較して長波長側に観察されるので、長波長領域に現れる燐光性化合物の三重項ＭＬＣＴ遷移に由来する吸収と、エキシプレックスの発光の重なりを大きくすることができる。このことはすなわち、エキシプレックスの一重項状態、及び三重項状態の双方から、燐光性化合物に対して効率よくエネルギー移動できることを意味し、発光素子の効率の向上に寄与することとなる。
【００３４】
さらに、エキシプレックスには基底状態が存在しない。したがって、ゲスト分子の三重項状態からホスト分子のエキシプレックスへ逆エネルギー移動する過程は存在しないので、この過程による発光素子の効率低下は起こりえない。
【００３５】
本明細書では、第１の有機化合物および、第２の有機化合物の電子輸送性あるいは正孔輸送性の特色に着目して、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物をそれぞれ、Ｎ型ホスト、Ｐ型ホストとも称する。Ｎ型ホスト、Ｐ型ホストのいずれか一方は蛍光を発する材料であってもよい。また、発光層におけるＮ型ホストおよびＰ型ホストの比率は、いずれも１０％以上であることが好ましい。
【００３６】
第１の層と発光層あるいは第２の層と発光層との間には、Ｎ型ホストとＰ型ホストの比率が連続的に変化する領域が設けられていてもよい。なお、発光層内においても、Ｎ型ホストとＰ型ホストの比率が連続的に変化するように設定されてもよい。
【００３７】
本発明の他の一態様は、Ｎ型ホストを含むＮ型ホストの層と、Ｐ型ホストを含むＰ型ホストの層と、Ｎ型ホストの層とＰ型ホストの層に挟まれ、かつＮ型ホストとＰ型ホストとゲストとを有する領域とを有し、Ｎ型ホストとＰ型ホストがエキシプレックスを形成する材料であることを特徴とする発光素子である。
【００３８】
また、上記発光素子において、燐光性化合物は、有機金属錯体であることが好ましい。燐光性化合物は、発光層以外に、第１の層あるいは第２の層、あるいは、発光層と第１の層との間の領域や発光層と第２の層との間の領域に含まれていてもよい。
【００３９】
本発明の一態様では、発光層は、Ｎ型ホスト分子とＰ型ホスト分子とゲスト分子を有する。もちろん、分子は規則正しく配列している必要は無く、規則性が極めて少ない状態であってもよい。特に発光層を５０ｎｍ以下の薄膜とする場合には、アモルファス状態となることが好ましく、そのために、結晶化しづらい材料の組み合わせを選択することが好ましい。また、Ｎ型ホストの層やＰ型ホストの層は２種類以上の異なる化合物より構成されてもよい。
【００４０】
本発明の一態様の発光素子は、発光装置、電子機器、及び照明装置に適用することができる。
【発明の効果】
【００４１】
適切なＮ型ホストとＰ型ホストの組み合わせにおいては、励起状態となった際にエキシプレックスを形成する。なお、エキシプレックスを形成する必要条件は、Ｎ型ホストのＨＯＭＯ準位＜Ｐ型ホストのＨＯＭＯ準位＜Ｎ型ホストのＬＵＭＯ準位＜Ｐ型ホストのＬＵＭＯ準位であるが、これは十分条件ではない。例えば、Ａｌｑ３とＮＰＢは、上記の条件を満たすが、エキシプレックスを形成することはない。
【００４２】
これに対し、Ｎ型ホストとＰ型ホストがエキシプレックスを形成できる場合には、上述したように、エキシプレックスの一重項状態と三重項状態の双方からゲスト分子へエネルギー移動が生じ、これによってゲスト分子を励起させることが可能であるため、従来の燐光素子と比較して発光効率が向上する。
【００４３】
ところで、発光素子においては、異なる層の接合を有する場合、界面にエネルギーギャップが生じるため、駆動電圧が増大し、パワー効率が低下する（特許文献２参照）。そこで、発光素子での異種材料の接合を極力減らすことが好ましい。
【００４４】
上記の態様のいずれかにおいては、後述のようにＮ型ホストとＰ型ホストを混合した発光層とＮ型ホストの層の界面では正孔に対してバリヤとなる一方、電子に対してはほとんど障害がなく、また、発光層とＰ型ホストの層の界面では電子に対してバリヤとなる一方、正孔に対してはほとんど障害がない。このため、電子と正孔は、発光層内あるいはＮ型ホストの層とＰ型ホストの層の間に閉じ込められる。その結果、電子が正極まで到達することや、正孔が負極まで到達することを阻止でき、発光効率が改善できる。また、エキシプレックスは一般的にブロードな発光スペクトルを与えるが、本発明の実施の形態では、ゲスト分子が発光するので、半値幅の狭いスペクトルが得られ、その結果、発光の色純度の高い発光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の概念図。
【図２】本発明の原理を説明する図。
【図３】本発明の実施の形態の例を説明する図。
【図４】本発明の実施の形態の例を説明する図。
【図５】本発明の実施の形態の例を説明する図。
【図６】本発明の実施の形態の例を説明する図。
【図７】実施例１で得られた発光素子の特性を説明する図。
【図８】実施例２で得られた発光素子の特性を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００４７】
（実施の形態１）
本実施の形態の一例である発光素子１０１ａは、図１（Ａ）に示されるように、Ｎ型ホストを含むＮ型ホストの層１０３と、Ｐ型ホストを含むＰ型ホストの層１０４と、それらに挟まれたＮ型ホストとＰ型ホストを共に有する層（以下、発光層１０２という）を有する。発光層１０２にはゲスト分子１０５が分散している。
【００４８】
図１（Ｂ）には発光素子１０１ａにおける、Ｎ型ホストの濃度（図中にＮと表記）とＰ型ホストの濃度（図中にＰと表記）の分布を示す。発光素子１０１ａにおいては、発光層１０２でのＮ型ホストの濃度は８０％で、Ｐ型ホストの濃度は２０％である。すなわち、発光層１０２では、Ｎ型ホスト：Ｐ型ホスト＝４：１である。この比率は、Ｎ型ホスト、Ｐ型ホストの輸送特性等を考慮して決定されるとよいが、発光層においては、Ｎ型ホスト、Ｐ型ホストの濃度はいずれも１０％以上であることが好ましい。
【００４９】
ゲスト分子１０５は、図１（Ｃ）に示されるように、発光層１０２に分散しているが、これに限らず、Ｎ型ホストの層１０３の一部やＰ型ホストの層１０４の一部に分散されていても良い。なお、図中、Ｇはゲストの濃度分布を表す。
【００５０】
また、Ｎ型ホストの層１０３においては、Ｐ型ホストの濃度は極めて低く、０．１％以下であり、Ｐ型ホストの層１０４においては、Ｎ型ホストの濃度は極めて低く、０．１％以下である。もちろん、発光層１０２とＮ型ホストの層１０３との界面、および発光層１０２とＰ型ホストの層１０４との界面は必ずしも濃度変化が急峻なものである必要は無い。
【００５１】
図１（Ｄ）には、本実施の形態の別の発光素子１０１ｂの例を示す。発光素子１０１ｂは、発光素子１０１ａと同様な、Ｎ型ホストの層１０３と、Ｐ型ホストの層１０４と、発光層１０２を有し、発光層１０２にはゲスト分子１０５が分散している。
【００５２】
発光素子１０１ａと異なる点は、発光層１０２とＮ型ホストの層１０３との間に、Ｎ型ホストの濃度とＰ型ホストの濃度が緩やかに変化する領域（以下、Ｎ型遷移領域１０６という）が設けられていることと、発光層１０２とＰ型ホストの層１０４との間に、Ｎ型ホストの濃度とＰ型ホストの濃度が緩やかに変化する領域（以下、Ｐ型遷移領域１０７という）が設けられていることである。
【００５３】
なお、Ｎ型遷移領域１０６とＰ型遷移領域１０７のいずれか一方を有しない構造であってもよい。また、Ｎ型遷移領域１０６やＰ型遷移領域１０７は発光機能を有する場合もある。したがって、Ｎ型遷移領域１０６やＰ型遷移領域１０７も広い意味での発光層と考えてもよい。その場合には発光層１０２は、主たる発光層と考えてもよい。Ｎ型遷移領域１０６やＰ型遷移領域１０７の厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とするとよい。
【００５４】
図１（Ｅ）にはＮ型ホストおよびＰ型ホストの濃度分布を示すが、Ｎ型遷移領域１０６やＰ型遷移領域１０７では、Ｎ型ホストの濃度およびＰ型ホストの濃度は連続的に変化する。また、ゲスト分子１０５は、図１（Ｆ）に示されるように、発光層１０２のみならず、Ｎ型遷移領域１０６やＰ型遷移領域１０７中に含まれていても良く、さらには、Ｎ型ホストの層１０３やＰ型ホストの層１０４の一部に含まれるように設けてもよい。もちろん、ゲスト分子１０５を発光層１０２にのみ設けてもよい。
【００５５】
図１（Ｇ）には、本実施の形態の他の発光素子１０１ｃを示す。発光素子１０１ｃでは、図１（Ｈ）に示すようにＮ型ホストの層１０３とＰ型ホストの層１０４に挟まれた領域において、Ｎ型ホストの濃度とＰ型ホストの濃度が連続的に変化する。この場合、発光素子１０１ａや発光素子１０１ｂにおける発光層（あるいは主たる発光層）を定義することは困難であるが、Ｎ型ホストとＰ型ホストが混合されており、かつ、Ｎ型ホスト、Ｐ型ホストのいずれの濃度も１０％以上である領域は広い意味での発光層と呼べる。
【００５６】
また、ゲストの濃度は、図１（Ｉ）に示されるように、広い意味での発光層に含まれるように設定すればよい。なお、図１においてはＰ型ホスト層１０４は発光層１０２を挟んでＮ型ホスト層１０３の上に設けられている。しかしながらこの構造は便宜的であり、逆の構成、すなわち、Ｎ型ホスト層１０３がＰ型ホスト層１０４の上に位置する構造も本発明の形態に含まれることが容易に理解される。
【００５７】
上記の発光素子１０１ａのエネルギー準位を図２（Ａ）を用いて説明する。上述のようにＮ型ホスト、Ｐ型ホストのＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位には、Ｎ型ホストのＨＯＭＯ準位＜Ｐ型ホストのＨＯＭＯ準位＜Ｎ型ホストのＬＵＭＯ準位＜Ｐ型ホストのＬＵＭＯ準位という関係がある。
【００５８】
一方、Ｎ型ホストとＰ型ホストが混合された発光層１０２においては、ホールはＰ型ホストのＨＯＭＯ準位を利用して輸送され、電子はＮ型ホストのＬＵＭＯ準位を利用して輸送されるので、キャリア移動の観点から見ると、ＨＯＭＯ準位はＰ型ホストのＨＯＭＯ準位と、ＬＵＭＯ準位はＮ型ホストのＬＵＭＯ準位と見なすことができる。その結果、発光層１０２とＰ型ホストの層１０４の界面においては、ＬＵＭＯ準位にギャップが生じるため、電子の移動にとって障壁となる。同様に、発光層１０２とＮ型ホストの層１０３の界面においては、ＨＯＭＯ準位にギャップが生じるため、正孔の移動にとって障壁となる。
【００５９】
一方で、発光層１０２とＰ型ホストの層１０４の界面においては、ＨＯＭＯ準位が連続であるため、正孔の移動にとっては障壁が無く、発光層１０２とＮ型ホストの層１０３の界面においても、ＬＵＭＯ準位が連続であるため、電子の移動にとっては障壁が無い。
【００６０】
その結果、電子は、Ｎ型ホストの層１０３から発光層１０２へは移動しやすいが、発光層１０２とＰ型ホストの層１０４との間にあるＬＵＭＯ準位のギャップにより、発光層１０２からＰ型ホストの層１０４への移動は妨げられる。
【００６１】
同様に、正孔は、Ｐ型ホストの層１０４から発光層１０２へは移動しやすいが、発光層１０２とＮ型ホストの層１０３との間にあるＨＯＭＯ準位のギャップにより、発光層１０２からＮ型ホストの層１０３への移動は妨げられる。この結果、発光層１０２に電子と正孔を閉じ込めることができる。
【００６２】
また、上記の発光素子１０１ｂのエネルギー準位を図２（Ｂ）を用いて説明する。上述のように発光層１０２、Ｎ型ホストの層１０３、Ｐ型ホストの層１０４のＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位は図２（Ａ）と同じであるが、Ｎ型遷移領域１０６、Ｐ型遷移領域１０７には注意が必要である。これらの領域では、Ｎ型ホストの濃度とＰ型ホストの濃度が連続的に変化する。
【００６３】
しかしながら、無機半導体材料（例えば、ＧａｘＩｎ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１））の伝導帯や価電子帯が組成の変化に伴って連続的に変化する場合とは異なり、混合有機化合物のＬＵＭＯ準位やＨＯＭＯ準位が連続的に変化することはほとんど無い。これは、有機化合物の電気伝導がホッピング伝導という無機半導体とは異なる方式であるためである。
【００６４】
例えば、Ｎ型ホストの濃度が低下し、Ｐ型ホストの濃度が上昇すると、電子は伝導しにくくなるが、それは、ＬＵＭＯ準位が連続的に上昇するためではなく、Ｎ型ホスト分子同士の距離が長くなるために移動確率が低下するため、および、近傍のＰ型ホストの高いＬＵＭＯ準位へホッピングするためのエネルギーがさらに必要とされるためであると理解される。
【００６５】
したがって、Ｎ型遷移領域１０６においては、そのＨＯＭＯはＮ型ホストのＨＯＭＯとＰ型ホストのＨＯＭＯの混合状態であり、より詳細には、発光層１０２に近い部分では、Ｐ型ホストのＨＯＭＯである確率が高いが、Ｎ型ホストの層１０３に近づくにつれ、Ｎ型ホストのＨＯＭＯである確率が高くなる。Ｐ型遷移領域でも同様である。
【００６６】
しかし、このようなＮ型遷移領域１０６、Ｐ型遷移領域１０７があったとしても、発光層１０２とＰ型ホストの層１０４の界面においては、ＬＵＭＯ準位にギャップが生じるため、電子の移動にとって障壁となり、発光層１０２とＮ型ホストの層１０３の界面においては、ＨＯＭＯ準位にギャップが生じるため、正孔の移動にとって障壁となることは図２（Ａ）と同じである。
【００６７】
ただし、図２（Ａ）のような濃度変化が急峻な界面では、例えば、電子はその界面に集中的に滞留する確率が高いため、界面付近が劣化しやすくなるという問題がある。これに対し、図２（Ｂ）のように界面があいまいな状態では、電子の滞留する部分は確率的に決まるため、特定の部分が劣化することはない。すなわち、発光素子の劣化を緩和し、信頼性を高めることができる。
【００６８】
一方、発光層１０２とＰ型遷移領域１０７の界面、およびＰ型遷移領域１０７とＰ型ホストの層１０４の界面においては、ＨＯＭＯ準位が連続であるため、正孔の移動にとっては障壁が無く、発光層１０２とＮ型遷移領域１０６の界面、およびＮ型遷移領域１０６とＮ型ホストの層１０３の界面においては、ＬＵＭＯ準位が連続であるため、電子の移動にとっては障壁が無い。
【００６９】
その結果、電子は、Ｎ型ホストの層１０３から発光層１０２へは移動しやすいが、Ｐ型遷移領域１０７にあるＬＵＭＯ準位のギャップにより、発光層１０２からＰ型ホストの層１０４への移動は妨げられる。同様に、正孔は、Ｐ型ホストの層１０４から発光層１０２へは移動しやすいが、Ｎ型遷移領域１０６にあるＨＯＭＯ準位のギャップにより、発光層１０２からＮ型ホストの層１０３への移動は妨げられる。
【００７０】
この結果、発光層１０２に電子と正孔を閉じ込めることができる。また、Ｎ型ホストの層１０３とＰ型ホストの層１０４との間のＮ型ホストの濃度とＰ型ホストの濃度が連続的に変化する発光素子１０１ｃでも、同様な考えにより、効率的に電子と正孔をＮ型ホストの層１０３とＰ型ホストの層１０４との間に閉じ込めることができる。
【００７１】
次に、ゲスト分子１０５の励起過程について説明する。ここでは、発光素子１０１ａを例に取り説明するが、発光素子１０１ｂおよび発光素子１０１ｃでも同様である。上述の通り、励起過程には、直接再結合過程とエネルギー移動過程がある。
【００７２】
図２（Ｃ）は直接再結合過程を説明する図であるが、負極に接続したＮ型ホストの層１０３からは電子が、正極に接続したＰ型ホストの層１０４からは正孔が、ぞれぞれ、発光層１０２のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯに注入される。発光層１０２にはゲスト分子１０５が存在するため、適切な条件の下では、ゲスト分子のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯに電子および正孔を注入することでゲスト分子を励起状態（分子内励起子、エキシトン）とすることができる。
【００７３】
しかしながら、発光層１０２にまばらに存在するゲスト分子のＬＵＭＯとＨＯＭＯに電子と正孔を効率よく注入することは技術的に困難であるため、その過程の確率は十分に高くない。効率をより高めるには、ゲストのＬＵＭＯをＮ型ホストのＬＵＭＯよりも０．１電子ボルト乃至０．３電子ボルト低くすることにより、ゲスト分子に電子を優先的にトラップさせるとよい。ゲストのＨＯＭＯをＰ型ホストのＨＯＭＯよりも０．１電子ボルト乃至０．３電子ボルト高くしても同様の効果が得られる。なお図２（Ｃ）では、ゲストのＨＯＭＯはＰ型ホストのＨＯＭＯよりも低いが、ゲストのＬＵＭＯはＮ型ホストとＰ型ホストのＬＵＭＯよりも十分に低いので、電子は効率よくトラップされる。
【００７４】
ゲストのＬＵＭＯをＮ型ホストのＬＵＭＯよりも０．５電子ボルト以上低くする（あるいはゲストのＨＯＭＯをＰ型ホストのＨＯＭＯよりも０．５電子ボルト以上高くする）と、電子（正孔）のトラップの確率は高まるが、発光層１０２の導電性が低下し、また、負極側（正極側）のゲスト分子のみが集中的に励起されるため好ましくない。
【００７５】
図２（Ｄ）は、本発明にしたがってＮ型ホストとＰ型ホストを適切に選択し、エキシプレックスを形成させる場合を説明する図である。発光層１０２に、上記と同様に電子と正孔が注入された場合、電子と正孔がゲスト分子で出会う確率よりも、発光層１０２内の隣接しているＮ型ホスト分子とＰ型ホスト分子で出会う確率の方が高い。そのような場合には、エキシプレックスを形成する。ここで、エキシプレックスに関して詳説する。
【００７６】
エキシプレックスは、励起状態における異種分子間の相互作用によって形成される。エキシプレックスは、比較的深いＬＵＭＯ準位をもつ有機化合物（Ｎ型ホスト）と、浅いＨＯＭＯ準位をもつ有機化合物（Ｐ型ホスト）間との間で形成しやすいことが一般に知られている。
【００７７】
エキシプレックスからの発光波長は、Ｎ型ホストとＰ型ホストのＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位間のエネルギー差に依存する。エネルギー差が大きいと発光波長は短くなり、エネルギー差が小さいと発光波長は長くなる。そして、Ｎ型ホストの分子とＰ型ホストの分子によりエキシプレックスが形成された場合、エキシプレックスのＬＵＭＯ準位はＮ型ホストに由来し、ＨＯＭＯ準位はＰ型ホストに由来する。
【００７８】
したがって、エキシプレックスのエネルギー差は、Ｎ型ホストのエネルギー差、及びＰ型ホストのエネルギー差よりも小さくなる。つまり、Ｎ型ホスト、Ｐ型ホストのそれぞれの発光波長に比べて、エキシプレックスの発光波長は長波長となる。
【００７９】
エキシプレックスの形成過程は大きく分けて２つの過程が考えられる。
【００８０】
≪エレクトロプレックス（ｅｌｅｃｔｒｏｐｌｅｘ）≫
本明細書において、エレクトロプレックスとは、基底状態のＮ型ホスト及び基底状態のＰ型ホストから、直接、形成されたエキシプレックスを指す。例えば、Ｎ型ホストのアニオンとＰ型ホストのカチオンから、直接、形成されたエキシプレックスがエレクトロプレックスである。
【００８１】
前述の通り、従来の有機化合物の発光過程のうちエネルギー移動過程においては、電子及びホールがホスト分子中で再結合（励起）し、励起状態のホスト分子からゲスト分子に励起エネルギーが移動し、ゲスト分子が励起状態に至り、発光する。
【００８２】
ここで、ホスト分子からゲスト分子に励起エネルギーが移動する前に、ホスト分子自体が発光する、又は励起エネルギーが熱エネルギーとなると、励起エネルギーを失活する。特に、ホスト分子が一重項励起状態である場合は、三重項励起状態である場合に比べて励起寿命が短いため励起エネルギーの失活が起こりやすい。励起エネルギーの失活は、発光素子の劣化および寿命の低下につながる要因の一つである。
【００８３】
しかし、Ｎ型ホスト分子及びＰ型ホスト分子がキャリアを持った状態（カチオン又はアニオン）からエレクトロプレックスを形成すれば、励起寿命の短い一重項励起子の形成を抑制することができる。つまり、一重項励起子を形成することなく、直接エキシプレックスを形成する過程が存在しうる。これにより、Ｎ型ホスト分子あるいはＰ型ホスト分子の一重項励起エネルギーの失活も抑制することができる。したがって、寿命が長い発光素子を実現することができる。
【００８４】
このようにしてホスト分子の一重項励起状態の発生を抑制し、その代わりに生じたエレクトロプレックスからゲスト分子にエネルギー移動をおこなって発光効率が高い発光素子を得る概念はこれまでにないものである。
【００８５】
≪励起子によるエキシプレックスの形成≫
もう一つの過程としては、Ｎ型ホスト分子及びＰ型ホスト分子の一方が一重項励起子を形成した後、基底状態の他方と相互作用してエキシプレックスを形成する素過程が考えられる。エレクトロプレックスとは異なり、この場合は一旦、Ｎ型ホスト分子あるいはＰ型ホスト分子の一重項励起状態が生成してしまうが、これは速やかにエキシプレックスに変換されるため、一重項励起エネルギーの失活を抑制することができる。したがって、ホスト分子が励起エネルギーを失活することを抑制することができる。
【００８６】
なお、Ｎ型ホスト、Ｐ型ホストのＨＯＭＯ準位の差、及びＬＵＭＯ準位の差が大きい場合（具体的には差が０．３ｅＶ以上）、電子は優先的にＮ型ホスト分子に入り、ホールは優先的にＰ型ホスト分子に入る。この場合、一重項励起子を経てエキシプレックスが形成される過程よりも、エレクトロプレックスが形成される過程の方が優先されると考えられる。
【００８７】
なお、エネルギー移動過程の効率を高めるには、ＭＬＣＴ遷移に由来する吸収の重要性を考慮すると、上述のフェルスター機構、デクスター機構のいずれにおいても、Ｎ型ホスト（又はＰ型ホスト）単独の発光スペクトル（あるいはそれに相当するエネルギー差）とゲストの吸収スペクトルとの重なりよりも、エレクトロプレックス、及びあるいはエキシプレックスの発光スペクトルとゲストの吸収スペクトルとの重なりを大きくすることがよい。
【００８８】
また、エネルギー移動効率を高めるためには、濃度消光が問題とならない程度にゲストの濃度を高めることが好ましく、Ｎ型ホストとＰ型ホストの総量に対して、ゲストの濃度は重量比で１％乃至９％とするとよい。
【００８９】
なお、上述の直接励起再結合過程でも、エネルギー移動過程でも、Ｎ型ホストおよびＰ型ホスト中に存在するゲスト分子を、Ｎ型ホストとＰ型ホストのエキシプレックス及びあるいはエレクトロプレックスからのエネルギー移動によって励起状態とする概念は従来知られておらず、本明細書ではこの概念をＧｕｅｓｔ Ｃｏｕｐｌｅｄ ｗｉｔｈ Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｈｏｓｔｓ（ＧＣＣＨ）と呼ぶ。この概念を利用することで、本実施の形態においては、キャリアの閉じこめと発光層へのキャリア注入障壁の低減が同時に達成されるのみならず、ホスト分子のエキシプレックスを形成し、その一重項励起状態と三重項励起状態の双方からのエネルギー移動過程を利用することができるので、高効率かつ低電圧駆動（すなわちパワー効率の非常に高い）の発光素子が得られる。
【００９０】
（実施の形態２）
本実施の形態の発光装置の一例を図３（Ａ）に示す。図３（Ａ）に示される発光装置は実施の形態１で説明した発光素子１０１（実施の形態１で説明した発光素子１０１ａ、発光素子１０１ｂ、発光素子１０１ｃ等）を負極１０８、正極１０９ではさんだものである。なお、負極１０８と正極１０９の少なくとも一方は透明であることが好ましい。この発光装置は適切な基板上に設けられてもよい。
【００９１】
発光素子１０１においては、発光層１０２をはさむＮ型ホストの層１０３、Ｐ型ホストの層１０４が、それぞれ電子輸送層、正孔輸送層として機能し、また、上述の通り、それぞれ正孔、電子を阻止する機能を有するため、電子輸送層や正孔輸送層に相当する層を別途設ける必要が無い。そのため、図３（Ａ）に示す発光装置は作製工程を簡略化できる。
【００９２】
発光素子１０１は、実施の形態１で説明したようにゲストとＮ型ホスト及びＰ型ホストを有する。Ｎ型ホスト（あるいはＰ型ホスト）は、２種以上の物質を用いることができる。
【００９３】
ゲストとしては、有機金属錯体が好ましく、イリジウム錯体が特に好ましい。なお、上述のフェルスター機構によるエネルギー移動を考慮すると、燐光性化合物の最も長波長側に位置する吸収帯のモル吸光係数は、２０００Ｍ−１・ｃｍ−１以上が好ましく、５０００Ｍ−１・ｃｍ−１以上が特に好ましい。
【００９４】
このような大きなモル吸光係数を有する化合物としては、例えば、ビス（３，５−ジメチル−２−フェニルピラジナト）（ジピバロイルメタナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］、下記化学式、化１参照）や、（アセチルアセトナト）ビス（４，６−ジフェニルピリミジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］、下記化学式、化２参照）などが挙げられる。特に、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］のように、モル吸光係数が５０００Ｍ−１・ｃｍ−１以上に達する材料を用いると、外部量子効率が３０％程度に達する発光素子が得られる。
【００９５】
【化１】
【００９６】
【化２】
【００９７】
Ｎ型ホストとしては、π電子欠如型複素芳香環を有する化合物が挙げられる。すなわち、炭素よりも電気陰性度の大きいヘテロ原子（窒素やリンなど）を環の構成元素として含有する、６員環の芳香環を有する化合物が挙げられる。例えば、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）、２−［４−（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：２ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）、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）、７−［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：７ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）及び、６−［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：６ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）のような電子を受け取りやすいベンゾキノキサリン骨格を有する化合物（ベンゾキノキサリン誘導体）のうちいずれか一を用いればよい。
【００９８】
またＰ型ホストとしては、芳香族アミン（窒素原子に少なくとも一つの芳香環が結合した化合物）やカルバゾール誘導体が挙げられる。例えば、４，４’−ジ（１−ナフチル）−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：ＰＣＢＮＢＢ）、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）、及び、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）のような正孔を受け取りやすい化合物を用いればよい。ただし、これらに限定されることなく、Ｐ型ホストとＮ型ホストがエキシプレックスを形成できる組み合わせであればよい。
【００９９】
正極１０９としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上の）金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素又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、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタリング法により成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して作製しても構わない。
【０１００】
例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛膜は、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、ＩＷＺＯ膜は、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、グラフェン、金、白金、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、又は金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。
【０１０１】
但し、発光素子１０１のうち、正極に接して形成される層が、後述する有機化合物と電子受容体（アクセプター）とを混合してなる複合材料を用いて形成される場合には、正極に用いる物質は、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム、銀、アルミニウムを含む合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ）等も用いることもできる。正極は、例えばスパッタリング法や蒸着法（真空蒸着法を含む）等により形成することができる。
【０１０２】
負極１０８は、仕事関数の小さい（好ましくは３．８ｅＶ以下の）金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いて形成することが好ましい。具体的には、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウムやセシウム等のアルカリ金属、およびカルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、マグネシウム、およびこれらを含む合金（例えば、Ｍｇ−Ａｇ、Ａｌ−Ｌｉ）、ユーロピウム、イッテルビウム等の希土類金属およびこれらを含む合金などを用いることができる。
【０１０３】
但し、発光素子１０１のうち、負極に接して形成される層が、後述する有機化合物と電子供与体（ドナー）とを混合してなる複合材料を用いる場合には、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を用いることができる。なお、負極を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。また、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを用いることができる。
【０１０４】
本実施の形態の発光装置の一例を図３（Ｂ）に示す。図３（Ｂ）に示す発光装置は、図３（Ａ）に示す発光装置において発光素子１０１と負極１０８の間に電子注入層１１３を、また、発光素子１０１と正極１０９の間に正孔注入層１１４を設けたものである。
【０１０５】
電子注入層１１３、正孔注入層１１４を設けることにより負極１０８、正極１０９から発光素子１０１に電子および正孔を効率よく注入でき、エネルギー利用効率が高まる。ここで、発光素子１０１と電子注入層１１３、正孔注入層１１４を有する積層体をＥＬ層１１０という。
【０１０６】
正孔注入層１１４は、正孔注入性の高い物質を含む層である。正孔注入性の高い物質としては、モリブデン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、レニウム酸化物、ルテニウム酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、銀酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物を用いることができる。また、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅（ＩＩ）フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）等のフタロシアニン系の化合物を用いることができる。
【０１０７】
また、低分子の有機化合物である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−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ’−（３−メチルフェニル）−Ｎ’−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）等の芳香族アミン化合物等を用いることができる。
【０１０８】
さらに、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマーを含む）を用いることもできる。例えば、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）、ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）などの高分子化合物が挙げられる。また、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＡｎｉ／ＰＳＳ）等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
【０１０９】
また、正孔注入層１１４として、有機化合物と電子受容体（アクセプター）とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子受容体によって有機化合物に正孔が発生するため、正孔注入性および正孔輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した正孔の輸送に優れた材料（正孔輸送性の高い物質）であることが好ましい。
【０１１０】
複合材料に用いる有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、ポリマー（オリゴマー、デンドリマーを含む）など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
【０１１１】
複合材料に用いることのできる有機化合物としては、例えば、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ＤＰＡＢ、ＤＮＴＰＤ、ＤＰＡ３Ｂ、ＰＣｚＰＣＡ１、ＰＣｚＰＣＡ２、ＰＣｚＰＣＮ１、１，３，５−トリ（ジベンゾチオフェン−４−イル）ベンゼン（略称：ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ）、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−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）等の芳香族アミン化合物や、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）、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）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体を用いることができる。
【０１１２】
また、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン等の芳香族炭化水素化合物を用いることができる。
【０１１３】
さらに、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン、ペンタセン、コロネン、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等の芳香族炭化水素化合物を用いることができる。
【０１１４】
また、電子受容体としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物や、周期表における第４族乃至第８族に属する金属などの遷移金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
【０１１５】
なお、上述したＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ等のポリマーと、上述した電子受容体を用いて複合材料を形成し、正孔注入層１１４に用いてもよい。
【０１１６】
電子注入層１１３は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層１１３には、リチウム、セシウム、カルシウム、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化カルシウム、リチウム酸化物等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。また、フッ化エルビウムのような希土類金属化合物を用いることができる。
【０１１７】
また、電子注入層１１３には、電子輸送性の高い物質を用いることもできる。電子輸送性の高い物質としては、Ａｌｑ３、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）、ＢＡｌｑ、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）などの金属錯体が挙げられる。
【０１１８】
また、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−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−ｔｅｒｔ−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：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）、４，４’−ビス（５−メチルベンゾオキサゾール−２−イル）スチルベン（略称：ＢｚＯｓ）などの複素芳香族化合物も用いることができる。
【０１１９】
また、ポリ（２，５−ピリジン−ジイル）（略称：ＰＰｙ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）のようなポリマーを用いることもできる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。
【０１２０】
なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子注入層１１３として用いてもよい。これらの電子輸送性の高い物質は、後述する電子輸送層にも用いることができる。
【０１２１】
あるいは、電子注入層１１３に、有機化合物と電子供与体（ドナー）とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によって有機化合物に電子が発生するため、電子注入性および電子輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した電子の輸送に優れた材料であることが好ましく、具体的には、例えば上述した電子輸送層を構成する物質（金属錯体や複素芳香族化合物等）を用いることができる。
【０１２２】
電子供与体としては、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的には、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウム等が挙げられる。また、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が好ましく、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩基を用いることもできる。また、テトラチアフルバレン（略称：ＴＴＦ）等の有機化合物を用いることもできる。
【０１２３】
本実施の形態の発光装置の一例を図３（Ｃ）に示す。図３（Ｃ）に示す発光装置は、図３（Ｂ）に示す発光装置において発光素子１０１と電子注入層１１３の間に電子輸送層１１１を、また、発光素子１０１と正孔注入層１１４の間に正孔輸送層１１２を設けたものである。
【０１２４】
上述のように、発光素子１０１内のＮ型ホストの層１０３およびＰ型ホストの層１０４は、それぞれ、電子輸送層および正孔輸送層としての機能も有するが、発光素子１０１に、より効果的に電子や正孔を注入するには、別途、電子輸送層１１１と正孔輸送層１１２を設けるとよい。
【０１２５】
電子輸送層１１１は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送層１１１には、上述した電子輸送性の高い物質を用いることができる。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【０１２６】
正孔輸送層１１２は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送性の高い物質としては、ＮＰＢ、ＴＰＤ、ＢＰＡＦＬＰ、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）などの芳香族アミン化合物を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【０１２７】
また、正孔輸送層１１２には、ＣＢＰ、ＣｚＰＡ、ＰＣｚＰＡのようなカルバゾール誘導体や、ｔ−ＢｕＤＮＡ、ＤＮＡ、ＤＰＡｎｔｈのようなアントラセン誘導体を用いても良い。また、正孔輸送層１１２には、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤなどの高分子化合物を用いることもできる。
【０１２８】
上述した正孔注入層１１４、正孔輸送層１１２、発光素子１０１、電子輸送層１１１、電子注入層１１３は、蒸着法（真空蒸着法を含む）、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。なお、ＥＬ層１１０は必ずしもこれらの層を全て有する必要は無い。
【０１２９】
また、図３（Ｄ）に示すように、正極１０９と負極１０８との間に複数のＥＬ層１１０ａ、１１０ｂが積層されていても良い。この場合、ＥＬ層１１０ａ、１１０ｂはそれぞれ少なくとも図３（Ａ）に示した発光素子１０１、あるいは図３（Ｂ）乃び図３（Ｃ）で説明した構造を有する。積層されたＥＬ層１１０ａとＥＬ層１１０ｂとの間には、電荷発生層１１５を設ける。電荷発生層１１５は上述の正孔注入性の高い物質や複合材料で形成することができる。また、電荷発生層１１５は複合材料からなる層と他の材料からなる層との積層構造でもよい。
【０１３０】
この場合、他の材料からなる層としては、電子供与性物質と電子輸送性の高い物質とを含む層や、透明導電膜からなる層などを用いることができる。また、一方のＥＬ層で燐光発光、他方で蛍光発光を得ても良い。この燐光発光は上述のＥＬ層の構造を用いて得ることができる。
【０１３１】
また、それぞれのＥＬ層の発光色を異なるものにすることで、発光装置全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、ＥＬ層１１０ａの発光色とＥＬ層１１０ｂの発光色を補色の関係になるようにすることで、全体として白色発光する発光装置を得ることも可能である。また、３つ以上のＥＬ層を有する発光装置の場合でも同様である。
【０１３２】
あるいは、図３（Ｅ）に示すように、正極１０９と負極１０８との間に、正孔注入層１１４、正孔輸送層１１２、発光素子１０１、電子輸送層１１１、電子注入バッファー層１１６、電子リレー層１１７、及び負極１０８と接する複合材料層１１８を有するＥＬ層１１０を形成しても良い。
【０１３３】
負極１０８と接する複合材料層１１８を設けることで、特にスパッタリング法を用いて負極１０８を形成する場合には、ＥＬ層１１０が受けるダメージを低減することができるため好ましい。複合材料層１１８は、前述の、正孔輸送性の高い有機化合物にアクセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。
【０１３４】
さらに、電子注入バッファー層１１６を設けることで、複合材料層１１８と電子輸送層１１１との間の注入障壁を緩和することができるため、複合材料層１１８で生じた電子を電子輸送層１１１に容易に注入することができる。
【０１３５】
電子注入バッファー層１１６には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およびこれらの化合物（アルカリ金属化合物（酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む）、アルカリ土類金属化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む）、または希土類金属の化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む））等の電子注入性の高い物質を用いることが可能である。
【０１３６】
また、電子注入バッファー層１１６が、電子輸送性の高い物質とドナー性物質を含んで形成される場合には、電子輸送性の高い物質に対して質量比で、０．００１以上０．１以下の比率でドナー性物質を添加することが好ましい。電子輸送性の高い物質としては、先に説明した電子輸送層１１１の材料と同様の材料を用いて形成することができる。
【０１３７】
また、ドナー性物質としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およびこれらの化合物（アルカリ金属化合物（酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む）、アルカリ土類金属化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む）、または希土類金属の化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む））の他、テトラチアナフタセン（略称：ＴＴＮ）、ニッケロセン、デカメチルニッケロセン等の有機化合物を用いることもできる。
【０１３８】
さらに、電子注入バッファー層１１６と複合材料層１１８との間に、電子リレー層１１７を形成することが好ましい。電子リレー層１１７は、必ずしも設ける必要は無いが、電子輸送性の高い電子リレー層１１７を設けることで、電子注入バッファー層１１６へ電子を速やかに送ることが可能となる。
【０１３９】
複合材料層１１８と電子注入バッファー層１１６との間に電子リレー層１１７が挟まれた構造は、複合材料層１１８に含まれるアクセプター性物質と、電子注入バッファー層１１６に含まれるドナー性物質とが相互作用を受けにくく、互いの機能を阻害しにくい構造である。したがって、駆動電圧の上昇を防ぐことができる。
【０１４０】
電子リレー層１１７は、電子輸送性の高い物質を含み、電子輸送性の高い物質のＬＵＭＯ準位は、複合材料層１１８に含まれるアクセプター性物質のＬＵＭＯ準位と、電子輸送層１１１に含まれる電子輸送性の高い物質のＬＵＭＯ準位との間となるように形成する。
【０１４１】
また、電子リレー層１１７がドナー性物質を含む場合には、当該ドナー性物質のドナー準位も複合材料層１１８におけるアクセプター性物質のＬＵＭＯ準位と、電子輸送層１１１に含まれる電子輸送性の高い物質のＬＵＭＯ準位との間となるようにする。具体的なエネルギー準位の数値としては、電子リレー層１１７に含まれる電子輸送性の高い物質のＬＵＭＯ準位は−５．０ｅＶ以上、好ましくは−５．０ｅＶ以上−３．０ｅＶ以下とするとよい。
【０１４２】
電子リレー層１１７に含まれる電子輸送性の高い物質としてはフタロシアニン系の材料又は金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体を用いることが好ましい。
【０１４３】
電子リレー層１１７に含まれるフタロシアニン系材料としては、具体的にはＣｕＰｃ、ＳｎＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｎ（ＩＩ） ｃｏｍｐｌｅｘ）、ＺｎＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｚｉｎｃ ｃｏｍｐｌｅｘ）、ＣｏＰｃ（Ｃｏｂａｌｔ（ＩＩ）ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ， β−ｆｏｒｍ）、ＦｅＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ Ｉｒｏｎ）及びＰｈＯ−ＶＯＰｃ（Ｖａｎａｄｙｌ ２，９，１６，２３−ｔｅｔｒａｐｈｅｎｏｘｙ−２９Ｈ，３１Ｈ−ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）のいずれかを用いることが好ましい。
【０１４４】
電子リレー層１１７に含まれる金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体としては、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体を用いることが好ましい。金属−酸素の二重結合はアクセプター性（電子を受容しやすい性質）を有するため、電子の移動（授受）がより容易になる。また、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体は安定であると考えられる。したがって、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体を用いることにより発光装置の寿命を向上させることができる。
【０１４５】
金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体としてはフタロシアニン系材料が好ましい。具体的には、ＶＯＰｃ（Ｖａｎａｄｙｌ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）、ＳｎＯＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｎ（ＩＶ） ｏｘｉｄｅ ｃｏｍｐｌｅｘ）及びＴｉＯＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ ｃｏｍｐｌｅｘ）などは、アクセプター性が高いため好ましい。
【０１４６】
なお、上述したフタロシアニン系材料としては、フェノキシ基を有するものが好ましい。具体的にはＰｈＯ−ＶＯＰｃのような、フェノキシ基を有するフタロシアニン誘導体が好ましい。フェノキシ基を有するフタロシアニン誘導体は、溶媒に容易に溶けるため、扱いやすく、また、成膜に用いる装置のメンテナンスが容易になるという利点を有する。
【０１４７】
電子リレー層１１７はさらにドナー性物質を含んでいても良い。ドナー性物質としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属及びこれらの化合物（アルカリ金属化合物（酸化リチウムなどの酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウムなどの炭酸塩を含む）、アルカリ土類金属化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む）、又は希土類金属の化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む））の他、テトラチアナフタセン（略称：ＴＴＮ）、ニッケロセン、デカメチルニッケロセンなどの有機化合物を用いることができる。電子リレー層１１７にこれらドナー性物質を含ませることによって、電子の移動が容易となり、発光装置をより低電圧で駆動することが可能になる。
【０１４８】
電子リレー層１１７にドナー性物質を含ませる場合、電子輸送性の高い物質としては上記した材料の他、複合材料層１１８に含まれるアクセプター性物質のアクセプター準位より高いＬＵＭＯ準位を有する物質を用いることができる。具体的なエネルギー準位としては、−５．０ｅＶ以上、好ましくは−５．０ｅＶ以上−３．０ｅＶ以下の範囲にＬＵＭＯ準位を有する物質を用いることが好ましい。このような物質としては例えば、ペリレン誘導体や、含窒素縮合芳香族化合物などが挙げられる。なお、含窒素縮合芳香族化合物は、安定であるため、電子リレー層１１７を形成する為に用いる材料として、好ましい材料である。
【０１４９】
ペリレン誘導体の具体例としては、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）、Ｎ，Ｎ’−ジオクチル−３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（略称：ＰＴＣＤＩ−Ｃ８Ｈ）、Ｎ，Ｎ’−ジヘキシル−３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（略称：Ｈｅｘ ＰＴＣ）等が挙げられる。
【０１５０】
また、含窒素縮合芳香族化合物の具体例としては、ピラジノ［２，３−ｆ］［１，１０］フェナントロリン−２，３−ジカルボニトリル（略称：ＰＰＤＮ）、２，３，６，７，１０，１１−ヘキサシアノ−１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレン（略称：ＨＡＴ（ＣＮ）６）、２，３−ジフェニルピリド［２，３−ｂ］ピラジン（略称：２ＰＹＰＲ）、２，３−ビス（４−フルオロフェニル）ピリド［２，３−ｂ］ピラジン（略称：Ｆ２ＰＹＰＲ）等が挙げられる。
【０１５１】
その他にも、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（略称：ＴＣＮＱ）、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（略称：ＮＴＣＤＡ）、パーフルオロペンタセン、銅ヘキサデカフルオロフタロシアニン（略称：Ｆ１６ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（２，２，３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，８−ペンタデカフルオロオクチル）−１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド（略称：ＮＴＣＤＩ−Ｃ８Ｆ）、３’，４’−ジブチル−５，５’’−ビス（ジシアノメチレン）−５，５’’−ジヒドロ−２，２’：５’，２’’−テルチオフェン）（略称：ＤＣＭＴ）、メタノフラーレン（例えば、［６，６］−フェニルＣ６１酪酸メチルエステル）等を用いることができる。
【０１５２】
なお、電子リレー層１１７にドナー性物質を含ませる場合、電子輸送性の高い物質とドナー性物質との共蒸着などの方法によって電子リレー層１１７を形成すれば良い。
【０１５３】
なお、先に説明したように、発光素子１０１内のＮ型ホストの層１０３およびＰ型ホストの層１０４は、それぞれ、電子輸送層および正孔輸送層としての機能も有するため、電子輸送層１１１、正孔輸送層１１２の一方あるいは双方を設けなくともよい。その際には、Ｎ型ホストの層１０３が電子輸送層１１１として機能する。
【０１５４】
上述した発光装置は、正極と負極との間に与えられた電位差により電流が流れ、ＥＬ層１１０（あるいは１１０ａ、１１０ｂ）において正孔と電子とが再結合することにより発光する。そして、この発光は、正極または負極のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、正極または負極のいずれか一方、または両方が可視光に対する透光性を有する電極となる。
【０１５５】
なお、正孔ブロック層を発光素子１０１に組み合わせてもよい。
【０１５６】
本実施の形態で示した発光装置を用いて、パッシブマトリクス型の発光装置や、トランジスタによって発光装置の駆動が制御されたアクティブマトリクス型の発光装置を作製することができる。また、該発光装置を電子機器又は照明装置等に適用することができる。
【０１５７】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した発光素子１０１ａ等を製造するための装置と作製方法について説明する。図４（Ａ）に示す製造装置は、真空チャンバー２０１内に、第１の蒸発源２０２、第２の蒸発源２０３、第３の蒸発源２０４を有する。第１乃至第３の蒸発源２０２〜２０４は、いずれも図４（Ｃ）に示されるように線状の開口部２２３を有し、抵抗加熱方式で内部の有機化合物を蒸発させることができる。
【０１５８】
ここでは、第１の蒸発源２０２はＮ型ホストを蒸発させ、第２の蒸発源２０３はゲストを蒸発させ、第３の蒸発源２０４はＰ型ホストを蒸発させるものとする。また、第１乃至第３の蒸発源２０２〜２０４には、それぞれシャッターを設けてもよい。さらに、各蒸発源の温度は独立に制御して有機化合物の蒸気圧を適切に制御できるようにするとよい。例えば、Ｎ型ホストの蒸発量を、Ｐ型ホストの蒸発量の４倍とし、また、ゲストの蒸発量をＰ型ホストの蒸発量の１％となるように設定してもよい。
【０１５９】
さらに、例えば、第１の蒸発源２０２と第３の蒸発源２０４では有機化合物を比較的、広い角度範囲に飛散させ、これに対し、第２の蒸発源２０３では、より狭い範囲に飛散させるように、各蒸発源の開口部２２３の形状や大きさ等を異ならせてもよい。あるいは、図４（Ａ）に示すように各蒸発源の開口部２２３の向きを異なるように設定してもよい。
【０１６０】
また、真空チャンバー２０１内には１枚以上の基板、好ましくは２枚以上の基板（図２（Ａ）では基板２０５〜２０７）を配置し、図のように左から右へ（すなわち、蒸発源の開口部２２３の方向と略直角な方向に）適切な速度で移動するようにするとよい。なお、各蒸発源と基板２０５〜２０７の距離を異ならせてもよい。
【０１６１】
図４（Ａ）に示す製造装置において、２０８に示す部分では主として、第１の蒸発源２０２から飛散するＮ型ホストが堆積する。また、２０９に示す部分では第１の蒸発源２０２から飛散するＮ型ホスト、第２の蒸発源２０３から飛散するゲスト、第３の蒸発源２０４から飛散するＰ型ホストが一定の比率で堆積する。さらに、２１０に示す部分では、主として、第３の蒸発源２０４から飛散するＰ型ホストが堆積する。
【０１６２】
したがって、基板２０５〜２０７が左から右へ移動する間に、最初にＮ型ホストの層１０３が形成され、次いで、発光層１０２が形成され、さらにＰ型ホストの層１０４が形成される。発光素子１０１ｂのように、Ｎ型ホストの層１０３と発光層１０２の間にＮ型遷移領域１０６、Ｐ型ホストの層１０４と発光層１０２の間にＰ型遷移領域１０７が形成されることもある。あるいは、発光素子１０１ｃのように、発光層とＮ型ホストの層１０３の間、あるいは発光層とＰ型ホストの層１０４の間に明確な境界が形成されない場合もある。
【０１６３】
図４（Ｂ）に示す製造装置は、図４（Ａ）に示す製造装置を改良したものである。すなわち、真空チャンバー２１１内に、第１の蒸発源２１２、第２の蒸発源２１３、第３の蒸発源２１４、第４の蒸発源２１５、第５の蒸発源２１６を有する。ここでは、第１の蒸発源２１２および第２の蒸発源２１３はＮ型ホストを蒸発させ、第３の蒸発源２１４はゲストを蒸発させ、第４の蒸発源２１５および第５の蒸発源２１６はＰ型ホストを蒸発させるものとする。
【０１６４】
図４（Ａ）に示す製造装置と同様に、各蒸着源の開口部２２３の形状や大きさ、各蒸着源の位置や向きは互いに異なってもよい。また、真空チャンバー２１１内には１枚以上の基板、好ましくは２枚以上の基板（図２（Ｂ）では基板２１７〜２１９）を配置し、図のように左から右へ適切な速度で移動するようにするとよい。
【０１６５】
図４（Ｂ）に示す製造装置において、２２０に示す部分では主として、第１の蒸発源２１２から飛散するＮ型ホストが堆積する。また、２２１に示す部分では第２の蒸発源２１３から飛散するＮ型ホスト、第３の蒸発源２１４から飛散するゲスト、第４の蒸発源２１５から飛散するＰ型ホストが一定の比率で堆積する。さらに、２２２に示す部分では、主として、第５の蒸発源２１６から飛散するＰ型ホストが堆積する。
【０１６６】
図４（Ｂ）に示す製造装置では、発光素子１０１ａのように発光層１０２とＮ型ホストの層１０３との界面や発光層１０２とＰ型ホストの層１０４との界面における、濃度変化を急峻にすることができる。
【０１６７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、Ｎ型ホストとして用いることのできる２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰ型ホストとして用いることのできるＰＣＢＮＢＢと、そのエキシプレックスについて説明する。２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＮＢＢ、およびこれらを用いる際にゲストとして適切な［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の主な物性値は表１の通りである。
【０１６８】
【表１】
【０１６９】
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢが混合された領域では、ＬＵＭＯ準位は、−２．７８ｅＶ、ＨＯＭＯ準位は−５．４６ｅＶとなる。これらは、それぞれ、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢのエキシプレックスのＬＵＭＯ準位、ＨＯＭＯ準位と同じである。そして、ゲストである［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］のＬＵＭＯ準位、ＨＯＭＯ準位も同じレベルである。
【０１７０】
一方、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］のＬＵＭＯ準位、ＨＯＭＯ準位は、ともにこれより低いため、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］は電子をトラップしやすいことがわかる。このため、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］をゲストに用いた場合には、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］を用いた場合より直接再結合過程の確率が高いことが示唆される。
【０１７１】
また、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］も［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］も三重項励起状態のエネルギー準位（Ｔ１準位）は２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩやＰＣＢＮＢＢの三重項励起状態のエネルギー準位よりも０．１電子ボルト以上低いので、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］や［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が三重項励起状態となった後、その状態が２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩやＰＣＢＮＢＢの三重項励起状態に移動する確率は小さい。特に［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］では、０．１８電子ボルト以上も低いので、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の方が［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］よりも発光効率が高いことが示唆される。
【０１７２】
図５（Ａ）は２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの分子構造を示す。一般に、ベンゼン環のような６員環芳香環の構成原子に、窒素原子のような炭素よりも電気陰性度が大きい原子（ヘテロ原子）を導入するとヘテロ原子に環上のπ電子が引きつけられ、芳香環は電子不足となりやすい。図の点線で囲まれた部分Ａはπ電子が不足している部位を示し、この部分で電子をトラップしやすい。一般に６員環のヘテロ芳香族化合物はＮ型ホストとなりやすい。
【０１７３】
図５（Ｂ）はＰＣＢＮＢＢの分子構造を示す。一般に、窒素原子が、ベンゼン環のような芳香環の外側にあって環と結合すると、窒素原子の非共有電子対がベンゼン環に供与されて電子過剰となり電子を放出しやすくなる（すなわち、正孔をトラップしやすくなる）。図において点線で囲まれた部分Ｂはπ電子が過剰となっている部位を示し、この部分で電子を放出（正孔をトラップ）しやすい。一般に芳香族アミン化合物はＰ型ホストとなりやすい。
【０１７４】
また、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢのＬＵＭＯの間には０．４７電子ボルト、ＨＯＭＯの間には０．４２電子ボルトという比較的大きなギャップが存在する。このギャップが電子や正孔の障壁となり、キャリアが再結合することなく発光層を突き抜けることを防ぐことができる。このような障壁の高さは０．３電子ボルト以上、好ましくは、０．４電子ボルト以上あるとよい。
【０１７５】
Ｎ型ホストとＰ型ホストがエキシプレックスを形成するかどうかはフォトルミネッセンスを測定すればよい。また、得られるエキシプレックスのフォトルミネセンスのスペクトルがゲストの吸収スペクトルと重なるとフェルスター機構によるエネルギー移動過程が起こりやすいといえる。
【０１７６】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）に［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］のジクロロメタン溶液の紫外可視吸収スペクトル（吸収スペクトル０）を示す。吸収スペクトルの測定には、紫外可視分光光度計（（株）日本分光製 Ｖ５５０型）を用い、ジクロロメタン溶液（０．０９３ｍｍｏｌ／Ｌ）を石英セルに入れ、室温で測定をおこなった。
【０１７７】
また、同じく図６（Ａ）および図６（Ｂ）に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの薄膜のフォトルミネッセンス・スペクトル（発光スペクトル１）、ＰＣＢＮＢＢの薄膜のフォトルミネッセンス・スペクトル（発光スペクトル２）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの混合材料の薄膜のフォトルミネッセンス・スペクトル（発光スペクトル３）を示す。混合材料の薄膜における２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの比は０．８：０．２であった。
【０１７８】
図６（Ａ）において、横軸は、波長（ｎｍ）を示し、縦軸は、モル吸光係数ε（Ｍ−１・ｃｍ−１）及び発光強度（任意単位）を示す。図６（Ｂ）において、横軸は、エネルギー（ｅＶ）を示し、縦軸は、モル吸光係数ε（Ｍ−１・ｃｍ−１）及び発光強度（任意単位）を示す。
【０１７９】
図６（Ａ）の吸収スペクトル０から、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が、５２０ｎｍ付近にブロードな吸収帯を有することがわかる。この吸収帯が、発光に強く寄与する吸収帯であると考えられる。
【０１８０】
発光スペクトル３は、発光スペクトル１、発光スペクトル２よりも長波長（低エネルギー）側にピークを有する。そして、発光スペクトル３のピークは、発光スペクトル１、発光スペクトル２のピークに比べて、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の吸収帯と近い位置に存在する。具体的には、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の吸収スペクトル０のピークと発光スペクトル３のピークの差は０．０２ｅＶであった。
【０１８１】
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及びＰＣＢＮＢＢの混合材料の発光スペクトルは、単体の発光スペクトルよりも長波長（低エネルギー）側にピークを有することがわかった。このことから、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢを混合することで、エキシプレックスが形成されることが示唆された。また、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及びＰＣＢＮＢＢ単体に由来する発光ピークは観測されず、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及びＰＣＢＮＢＢが個別に励起されたとしても、ただちにエキシプレックスを形成することを意味する。
【０１８２】
該混合材料の発光スペクトルのピークは、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の吸収スペクトル０において発光に強く寄与すると考えられる吸収帯と重なりが大きい。よって、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢと［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を有する発光素子では、エキシプレックスからゲスト分子へのエネルギー移動効率が高いことが示唆される。
【実施例１】
【０１８３】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子を作製し、その特性評価をおこなった。本実施例の発光素子では、Ｎ型ホストとして２ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを用い、Ｐ型ホストとしてはＰＣＢＡ１ＢＰを用いた。
【０１８４】
本実施例で作製した発光素子の層構造は、上方より基板に向って、負極、電子注入層、電子輸送層、第１の層（Ｎ型ホストの層）、発光層（Ｎ型ホストとＰ型ホストを共に有する層）、第２の層（Ｐ型ホストの層）、正孔注入層、正極という構造を有する。
【０１８５】
これらを含めて、本実施例で用いた材料の化学式（構造式）を以下に示す。なお、既に説明した材料については省略する。
【０１８６】
【化３】
【０１８７】
以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。まず、ガラス基板上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）をスパッタリング法にて成膜し、正極を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
【０１８８】
次に、基板上に発光素子を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し、２００℃で１時間焼成した後、ＵＶオゾン処理を３７０秒おこなった。その後、１０−４Ｐａ程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、１７０℃で３０分間の真空焼成をおこなった後、基板を３０分程度放冷した。
【０１８９】
次に、正極が形成された面が下方となるように、正極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、約１０−４Ｐａの減圧下、正極上に、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩと酸化モリブデン（ＶＩ）を共蒸着することで、正孔注入層を形成した。その膜厚は、４０ｎｍとし、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩと酸化モリブデンの比率は、重量比で４：２（＝ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ：酸化モリブデン）となるように調節した。
【０１９０】
次に、正孔注入層上にＰＣＢＡ１ＢＰよりなる第２の層を２０ｎｍの膜厚となるように蒸着法により成膜した。
【０１９１】
さらに、ＰＣＢＡ１ＢＰと２ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）を共蒸着し、第２の層上に発光層を形成した。ここで、２ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＡ１ＢＰ及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］］の重量比は、０．８：０．２：０．０５となるように調節した。また、発光層の膜厚は４０ｎｍとした。
【０１９２】
次に、発光層上に各発光素子の２ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを膜厚１０ｎｍとなるよう蒸着法により成膜し、第１の層を形成した。
【０１９３】
次に、第１の層上に、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を膜厚２０ｎｍとなるように成膜し、電子輸送層を形成した。
【０１９４】
さらに、電子輸送層上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を１ｎｍの膜厚で蒸着し、電子注入層を形成した。
【０１９５】
最後に、負極として、アルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように蒸着した。このようにして、発光素子を作製した。なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。以上により得られた発光素子の素子構造を表２に示す。
【０１９６】
【表２】
【０１９７】
窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業をおこなった後、発光素子の動作特性について測定をおこなった。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）でおこなった。
【０１９８】
図７（Ａ）に得られた発光素子の輝度の電流密度依存性を、図７（Ｂ）に輝度の電圧依存性を、図７（Ｃ）に電流効率の輝度依存性を示す。また、得られた発光素子の主要な特性を表３に示す。約１０００ｃｄ／ｍ２の輝度を得るための電圧が極めて低く（２．６Ｖ
）、また、パワー効率が７０％以上の高効率な発光素子が得られた。
【０１９９】
【表３】
【実施例２】
【０２００】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子を作製し、その測定をおこなった。本実施例では、Ｎ型ホストとして２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを用い、Ｐ型ホストとしてはＰＣＢＡ１ＢＰを用い、発光素子を作製した。
【０２０１】
本実施例で作製した発光素子の層構造は、実施例１の発光素子と同じである。また、用いる材料は既に説明した材料である。さらに、作製方法はＮ型ホストが異なる以外の点は実施例１と同様である（すなわち、実施例１の２ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩで置き換えただけである）ので詳細は省略する。なお、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの構造を以下に示す。
【０２０２】
【化４】
【０２０３】
得られた発光素子の素子構造を表４に示す。
【０２０４】
【表４】
【０２０５】
図８（Ａ）に得られた発光素子の輝度の電流密度依存性を、図８（Ｂ）に輝度の電圧依存性を、図８（Ｃ）に電流効率の輝度依存性を示す。また、得られた発光素子の主要な特性を表５に示す。約１０００ｃｄ／ｍ２の輝度を得るための電圧が極めて低く（２．７Ｖ
）、また、外部量子効率が２５％以上の高効率な発光素子が得られた。従来の発光素子では、取り出し効率に起因して外部量子効率の上限は２０％程度であると言われているが、ＧＣＣＨというコンセプトを用いることで、２５％を超える外部量子効率の発光素子が得られる。
【０２０６】
【表５】
【符号の説明】
【０２０７】
１０１ 発光素子
１０１ａ 発光素子
１０１ｂ 発光素子
１０１ｃ 発光素子
１０２ 発光層
１０３ Ｎ型ホストの層
１０４ Ｐ型ホストの層
１０５ ゲスト分子
１０６ Ｎ型遷移領域
１０７ Ｐ型遷移領域
１０８ 負極
１０９ 正極
１１０ ＥＬ層
１１０ａ ＥＬ層
１１０ｂ ＥＬ層
１１１ 電子輸送層
１１２ 正孔輸送層
１１３ 電子注入層
１１４ 正孔注入層
１１５ 電荷発生層
１１６ 電子注入バッファー層
１１７ 電子リレー層
１１８ 複合材料層
２０１ 真空チャンバー
２０２ 第１の蒸発源
２０３ 第２の蒸発源
２０４ 第３の蒸発源
２０５ 基板
２０６ 基板
２０７ 基板
２１１ 真空チャンバー
２１２ 第１の蒸発源
２１３ 第２の蒸発源
２１４ 第３の蒸発源
２１５ 第４の蒸発源
２１６ 第５の蒸発源
２１７ 基板
２１８ 基板
２１９ 基板
２２３ 開口部
【技術分野】
【０００１】
有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）現象を利用した発光素子（以下、有機ＥＬ素子とも記す）に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子の研究開発が盛んにおこなわれている。有機ＥＬ素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の有機化合物を含む層（以下、発光層とも記す）を挟んだものであり、薄型軽量化できる、入力信号に高速に応答できる、直流低電圧駆動が可能である、などの特性から、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。また、このような発光素子を用いたディスプレイは、コントラストや画質に優れ、視野角が広いという特徴も有している。さらに、有機ＥＬ素子は面光源であるため、液晶ディスプレイのバックライトや照明等の光源としての応用も考えられている。
【０００３】
有機ＥＬ素子の発光機構は、キャリア注入型である。すなわち、電極間に発光層を挟んで電圧を印加することにより、電極から注入された電子および正孔が再結合して発光物質が励起状態となり、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。そして、励起状態の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能である。また、発光素子におけるその統計的な生成比率は、前者は後者の３分の１であると考えられている。
【０００４】
発光性の有機化合物では通常、基底状態が一重項状態である。したがって、一重項励起状態からの発光は、同じスピン多重度間の電子遷移であるため蛍光と呼ばれる。一方、三重項励起状態からの発光は、異なるスピン多重度間の電子遷移であるため燐光と呼ばれる。ここで、蛍光を発する化合物（以下、蛍光性化合物と記す）は室温において、通常、燐光は観測されず蛍光のみが観測される。したがって、蛍光性化合物を用いた発光素子における内部量子効率（注入したキャリアに対して発生するフォトンの割合）の理論的限界は、上記の一重項励起状態と三重項励起状態の比率を根拠に２５％とされている。
【０００５】
一方、燐光を発する化合物（以下、燐光性化合物と記す）を用いれば、理論上、内部量子効率は１００％にまで高めることが可能となる。つまり、蛍光性化合物に比べて高い発光効率を得ることが可能になる。このような理由から、高効率な発光素子を実現するために、燐光性化合物を用いた発光素子の開発が近年盛んにおこなわれている。
【０００６】
特に、燐光性化合物としては、その燐光量子効率の高さゆえに、イリジウム等を中心金属とする有機金属錯体が注目されており、例えば、特許文献１には、イリジウムを中心金属とする有機金属錯体が燐光材料として開示されている。
【０００７】
上述した燐光性化合物を用いて発光素子の発光層を形成する場合、燐光性化合物の濃度消光や三重項−三重項消滅による消光を抑制するために、他の化合物からなるマトリクス中に該燐光性化合物が分散するように形成することが多い。この時、マトリクスとなる化合物はホスト、燐光性化合物のようにマトリクス中に分散される化合物はゲストと呼ばれる。
【０００８】
このような、燐光性化合物をゲストとして用いる発光素子における発光の一般的な素過程はいくつかあるが、それらについて以下に説明する。
【０００９】
（１）電子及び正孔がゲスト分子において再結合し、ゲスト分子が励起状態となる場合（直接再結合過程）。
（１−１）ゲスト分子の励起状態が三重項励起状態のとき
ゲスト分子は燐光を発する。
（１−２）ゲスト分子の励起状態が一重項励起状態のとき
一重項励起状態のゲスト分子は三重項励起状態に項間交差し、燐光を発する。
【００１０】
つまり、上記（１）の直接再結合過程においては、ゲスト分子の項間交差効率、及び燐光量子効率さえ高ければ、高い発光効率が得られることになる。
【００１１】
（２）電子及び正孔がホスト分子において再結合し、ホスト分子が励起状態となる場合（エネルギー移動過程）。
（２−１）ホスト分子の励起状態が三重項励起状態のとき
ホスト分子の三重項励起のエネルギー準位（Ｔ１準位）がゲスト分子のＴ１準位よりも高い場合、ホスト分子からゲスト分子に励起エネルギーが移動し、ゲスト分子が三重項励起状態となる。三重項励起状態となったゲスト分子は燐光を発する。ここで、ホスト分子の三重項励起エネルギーの準位（Ｔ１準位）への逆エネルギー移動も考慮しなければならず、したがって、ホスト分子のＴ１準位はゲスト分子のＴ１準位よりも高いことが必要である。
（２−２）ホスト分子の励起状態が一重項励起状態のとき
ホスト分子のＳ１準位がゲスト分子のＳ１準位およびＴ１準位よりも高い場合、ホスト分子からゲスト分子に励起エネルギーが移動し、ゲスト分子が一重項励起状態又は三重項励起状態となる。三重項励起状態となったゲスト分子は燐光を発する。また、一重項励起状態となったゲスト分子は、三重項励起状態に項間交差し、燐光を発する。
【００１２】
つまり、上記（２）のエネルギー移動過程においては、ホスト分子の三重項励起エネルギーだけでなく、一重項励起エネルギーがいかにゲスト分子に効率良く移動できるかが重要となる。
【００１３】
このエネルギー移動過程を鑑みれば、ホスト分子からゲスト分子に励起エネルギーが移動する前に、ホスト分子自体がその励起エネルギーを光又は熱として放出して失活してしまうと、発光効率が低下することになる。
【００１４】
＜エネルギー移動過程＞
以下では、分子間のエネルギー移動過程について詳述する。
【００１５】
まず、分子間のエネルギー移動の機構として、以下の２つの機構が提唱されている。ここで、励起エネルギーを与える側の分子をホスト分子、励起エネルギーを受け取る側の分子をゲスト分子と記す。
【００１６】
≪フェルスター機構（双極子−双極子相互作用）≫
フェルスター機構は、エネルギー移動に、分子間の直接的接触を必要としない。ホスト分子及びゲスト分子間の双極子振動の共鳴現象を通じてエネルギー移動が起こる。双極子振動の共鳴現象によってホスト分子がゲスト分子にエネルギーを受け渡し、ホスト分子が基底状態になり、ゲスト分子が励起状態になる。フェルスター機構の速度定数ｋｈ＊→ｇを数式（１）に示す。
【００１７】
【数１】
【００１８】
数式（１）において、νは振動数を表し、ｆ’ｈ（ν）はホスト分子の規格化された発光スペクトル（一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペクトル）を表し、εｇ（ν）はゲスト分子のモル吸光係数を表し、Ｎはアボガドロ数を表し、ｎは媒体の屈折率を表し、Ｒはホスト分子とゲスト分子の分子間距離を表し、τは実測される励起状態の寿命（蛍光寿命や燐光寿命）を表し、ｃは光速を表し、φはホスト分子の発光量子効率（一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光量子効率、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光量子効率）を表し、Ｋ２は、ホスト分子とゲスト分子の遷移双極子モーメントの配向を表す係数（０〜４）である。なお、ランダム配向の場合はＫ２＝２／３である。
【００１９】
≪デクスター機構（電子交換相互作用）≫
デクスター機構は、ホスト分子とゲスト分子が軌道の重なりを生じる接触有効距離に近づき、励起状態のホスト分子の電子と基底状態のゲスト分子の電子の交換を通じてエネルギー移動が起こる。デクスター機構の速度定数ｋｈ＊→ｇを数式（２）に示す。
【００２０】
【数２】
【００２１】
数式（２）において、ｈはプランク定数であり、Ｋはエネルギーの次元を持つ定数であり、νは振動数を表し、ｆ’ｈ（ν）はホスト分子の規格化された発光スペクトル（一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペクトル）を表し、ε’ｇ（ν）はゲスト分子の規格化された吸収スペクトルを表し、Ｌは実効分子半径を表し、Ｒはホスト分子とゲスト分子の分子間距離を表す。
【００２２】
ここで、ホスト分子からゲスト分子へのエネルギー移動効率ΦＥＴは、数式（３）で表されると考えられる。ｋｒはホスト分子の発光過程（ホスト分子の一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光、ホスト分子の三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光）の速度定数を表し、ｋｎは非発光過程（熱失活や項間交差）の速度定数を表し、τはホスト分子の実測される励起状態の寿命を表す。
【００２３】
【数３】
【００２４】
まず、数式（３）より、エネルギー移動効率ΦＥＴを高くするためには、エネルギー移動の速度定数ｋｈ＊→ｇを、他の競合する速度定数ｋｒ＋ｋｎ（＝１／τ）に比べて遙かに大きくすれば良いことがわかる。そして、そのエネルギー移動の速度定数ｋｈ＊→ｇを大きくするためには、数式（１）及び数式（２）より、フェルスター機構、デクスター機構のどちらの機構においても、ホスト分子の発光スペクトル（一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペクトル）とゲスト分子の吸収スペクトル（通常は、燐光であるので、三重項励起状態と基底状態とのエネルギー差）との重なりが大きい方が良いことがわかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】国際公開第２０００／０７０６５５号明細書
【特許文献２】米国特許第７５７２５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
上述したように、燐光性化合物を用いることで高効率の発光素子を得ることができる。エネルギー移動過程を考慮すると、高効率の発光素子の実現のためには、ホスト分子の発光スペクトルとゲスト分子の吸収スペクトルの重なりを大きくする必要がある。またさらに、ゲスト分子のＴ１準位からホスト分子のＴ１準位への逆エネルギー移動を抑制するために、ホスト分子のＴ１準位はゲスト分子のＴ１準位よりも高くすることが必要である。
【００２７】
一般に、燐光性のゲスト分子として用いられる有機金属錯体（例えばイリジウム錯体）は比較的長波長の領域に三重項ＭＬＣＴ（Ｍｅｔａｌ ｔｏ Ｌｉｇａｎｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）遷移に由来する吸収を有しており、励起スペクトルからも、この長波長領域（主に４５０ｎｍ近辺）の吸収がゲスト分子の発光に大きく寄与すると言える。したがって、この長波長領域の吸収とホスト分子の燐光スペクトルが大きく重なることが好ましい。これは、ホスト分子の三重項励起状態から効率よくエネルギー移動が起こり、ゲスト分子の三重項励起状態が効率よく生成するからである。
【００２８】
一方、ホスト分子のＳ１準位はＴ１準位よりも高いため、Ｓ１準位に対応する蛍光スペクトルはＴ１準位に対応する燐光スペクトルと比較してかなり短波長領域に観察される。このことはすなわち、ホスト分子の蛍光スペクトルとゲスト分子の長波長領域の吸収（三重項ＭＬＣＴ遷移に由来する吸収）との重なりが小さくなることを意味しており、ホスト分子の一重項励起状態からゲスト分子へのエネルギー移動が十分に利用できないことになる。
【００２９】
すなわち、従来の燐光発光素子では、ホスト分子の一重項励起状態から燐光性ゲスト分子にエネルギー移動して励起一重項状態を生成し、引き続く項間交差による燐光性化合物の三重項励起状態の生成という過程を経る確率が非常に低い。
【００３０】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされるものであり、本発明の一態様は、新しい原理に基づいた発光素子を提供する。また、本発明の一態様は、外部量子効率が高い発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明の一態様は、燐光性化合物（ゲスト）、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光層を一対の電極（第１の電極および第２の電極）間に有し、また、発光層と第１の電極の間には第１の有機化合物を含有するが、第２の有機化合物を含有しない層（第１の層）を有し、また、発光層と第２の電極の間には第２の有機化合物を含有するが、第１の有機化合物を含有しない層（第２の層）を有する発光素子である。
【００３２】
上記において、第１の有機化合物は電子輸送性が正孔輸送性よりも優れており、第２の有機化合物は正孔輸送性が電子輸送性よりも優れている。そして、第１の有機化合物と第２の有機化合物は、励起錯体（エキシプレックス）を形成する材料である。この構成では、エキシプレックスからゲストへのエネルギー移動を経てゲストが励起され、ゲストの励起状態からの発光が得られる。なお、発光層以外の層が電流の注入により発光する能力を有してもよい。
【００３３】
エキシプレックスは一重項励起エネルギーと三重項励起エネルギーの差が極めて小さいと考えられる。換言すれば、エキシプレックスの一重項状態からの発光と三重項状態からの発光は、極めて近い波長領域に現れる。また、エキシプレックスの発光は通常モノマー状態と比較して長波長側に観察されるので、長波長領域に現れる燐光性化合物の三重項ＭＬＣＴ遷移に由来する吸収と、エキシプレックスの発光の重なりを大きくすることができる。このことはすなわち、エキシプレックスの一重項状態、及び三重項状態の双方から、燐光性化合物に対して効率よくエネルギー移動できることを意味し、発光素子の効率の向上に寄与することとなる。
【００３４】
さらに、エキシプレックスには基底状態が存在しない。したがって、ゲスト分子の三重項状態からホスト分子のエキシプレックスへ逆エネルギー移動する過程は存在しないので、この過程による発光素子の効率低下は起こりえない。
【００３５】
本明細書では、第１の有機化合物および、第２の有機化合物の電子輸送性あるいは正孔輸送性の特色に着目して、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物をそれぞれ、Ｎ型ホスト、Ｐ型ホストとも称する。Ｎ型ホスト、Ｐ型ホストのいずれか一方は蛍光を発する材料であってもよい。また、発光層におけるＮ型ホストおよびＰ型ホストの比率は、いずれも１０％以上であることが好ましい。
【００３６】
第１の層と発光層あるいは第２の層と発光層との間には、Ｎ型ホストとＰ型ホストの比率が連続的に変化する領域が設けられていてもよい。なお、発光層内においても、Ｎ型ホストとＰ型ホストの比率が連続的に変化するように設定されてもよい。
【００３７】
本発明の他の一態様は、Ｎ型ホストを含むＮ型ホストの層と、Ｐ型ホストを含むＰ型ホストの層と、Ｎ型ホストの層とＰ型ホストの層に挟まれ、かつＮ型ホストとＰ型ホストとゲストとを有する領域とを有し、Ｎ型ホストとＰ型ホストがエキシプレックスを形成する材料であることを特徴とする発光素子である。
【００３８】
また、上記発光素子において、燐光性化合物は、有機金属錯体であることが好ましい。燐光性化合物は、発光層以外に、第１の層あるいは第２の層、あるいは、発光層と第１の層との間の領域や発光層と第２の層との間の領域に含まれていてもよい。
【００３９】
本発明の一態様では、発光層は、Ｎ型ホスト分子とＰ型ホスト分子とゲスト分子を有する。もちろん、分子は規則正しく配列している必要は無く、規則性が極めて少ない状態であってもよい。特に発光層を５０ｎｍ以下の薄膜とする場合には、アモルファス状態となることが好ましく、そのために、結晶化しづらい材料の組み合わせを選択することが好ましい。また、Ｎ型ホストの層やＰ型ホストの層は２種類以上の異なる化合物より構成されてもよい。
【００４０】
本発明の一態様の発光素子は、発光装置、電子機器、及び照明装置に適用することができる。
【発明の効果】
【００４１】
適切なＮ型ホストとＰ型ホストの組み合わせにおいては、励起状態となった際にエキシプレックスを形成する。なお、エキシプレックスを形成する必要条件は、Ｎ型ホストのＨＯＭＯ準位＜Ｐ型ホストのＨＯＭＯ準位＜Ｎ型ホストのＬＵＭＯ準位＜Ｐ型ホストのＬＵＭＯ準位であるが、これは十分条件ではない。例えば、Ａｌｑ３とＮＰＢは、上記の条件を満たすが、エキシプレックスを形成することはない。
【００４２】
これに対し、Ｎ型ホストとＰ型ホストがエキシプレックスを形成できる場合には、上述したように、エキシプレックスの一重項状態と三重項状態の双方からゲスト分子へエネルギー移動が生じ、これによってゲスト分子を励起させることが可能であるため、従来の燐光素子と比較して発光効率が向上する。
【００４３】
ところで、発光素子においては、異なる層の接合を有する場合、界面にエネルギーギャップが生じるため、駆動電圧が増大し、パワー効率が低下する（特許文献２参照）。そこで、発光素子での異種材料の接合を極力減らすことが好ましい。
【００４４】
上記の態様のいずれかにおいては、後述のようにＮ型ホストとＰ型ホストを混合した発光層とＮ型ホストの層の界面では正孔に対してバリヤとなる一方、電子に対してはほとんど障害がなく、また、発光層とＰ型ホストの層の界面では電子に対してバリヤとなる一方、正孔に対してはほとんど障害がない。このため、電子と正孔は、発光層内あるいはＮ型ホストの層とＰ型ホストの層の間に閉じ込められる。その結果、電子が正極まで到達することや、正孔が負極まで到達することを阻止でき、発光効率が改善できる。また、エキシプレックスは一般的にブロードな発光スペクトルを与えるが、本発明の実施の形態では、ゲスト分子が発光するので、半値幅の狭いスペクトルが得られ、その結果、発光の色純度の高い発光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の概念図。
【図２】本発明の原理を説明する図。
【図３】本発明の実施の形態の例を説明する図。
【図４】本発明の実施の形態の例を説明する図。
【図５】本発明の実施の形態の例を説明する図。
【図６】本発明の実施の形態の例を説明する図。
【図７】実施例１で得られた発光素子の特性を説明する図。
【図８】実施例２で得られた発光素子の特性を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００４７】
（実施の形態１）
本実施の形態の一例である発光素子１０１ａは、図１（Ａ）に示されるように、Ｎ型ホストを含むＮ型ホストの層１０３と、Ｐ型ホストを含むＰ型ホストの層１０４と、それらに挟まれたＮ型ホストとＰ型ホストを共に有する層（以下、発光層１０２という）を有する。発光層１０２にはゲスト分子１０５が分散している。
【００４８】
図１（Ｂ）には発光素子１０１ａにおける、Ｎ型ホストの濃度（図中にＮと表記）とＰ型ホストの濃度（図中にＰと表記）の分布を示す。発光素子１０１ａにおいては、発光層１０２でのＮ型ホストの濃度は８０％で、Ｐ型ホストの濃度は２０％である。すなわち、発光層１０２では、Ｎ型ホスト：Ｐ型ホスト＝４：１である。この比率は、Ｎ型ホスト、Ｐ型ホストの輸送特性等を考慮して決定されるとよいが、発光層においては、Ｎ型ホスト、Ｐ型ホストの濃度はいずれも１０％以上であることが好ましい。
【００４９】
ゲスト分子１０５は、図１（Ｃ）に示されるように、発光層１０２に分散しているが、これに限らず、Ｎ型ホストの層１０３の一部やＰ型ホストの層１０４の一部に分散されていても良い。なお、図中、Ｇはゲストの濃度分布を表す。
【００５０】
また、Ｎ型ホストの層１０３においては、Ｐ型ホストの濃度は極めて低く、０．１％以下であり、Ｐ型ホストの層１０４においては、Ｎ型ホストの濃度は極めて低く、０．１％以下である。もちろん、発光層１０２とＮ型ホストの層１０３との界面、および発光層１０２とＰ型ホストの層１０４との界面は必ずしも濃度変化が急峻なものである必要は無い。
【００５１】
図１（Ｄ）には、本実施の形態の別の発光素子１０１ｂの例を示す。発光素子１０１ｂは、発光素子１０１ａと同様な、Ｎ型ホストの層１０３と、Ｐ型ホストの層１０４と、発光層１０２を有し、発光層１０２にはゲスト分子１０５が分散している。
【００５２】
発光素子１０１ａと異なる点は、発光層１０２とＮ型ホストの層１０３との間に、Ｎ型ホストの濃度とＰ型ホストの濃度が緩やかに変化する領域（以下、Ｎ型遷移領域１０６という）が設けられていることと、発光層１０２とＰ型ホストの層１０４との間に、Ｎ型ホストの濃度とＰ型ホストの濃度が緩やかに変化する領域（以下、Ｐ型遷移領域１０７という）が設けられていることである。
【００５３】
なお、Ｎ型遷移領域１０６とＰ型遷移領域１０７のいずれか一方を有しない構造であってもよい。また、Ｎ型遷移領域１０６やＰ型遷移領域１０７は発光機能を有する場合もある。したがって、Ｎ型遷移領域１０６やＰ型遷移領域１０７も広い意味での発光層と考えてもよい。その場合には発光層１０２は、主たる発光層と考えてもよい。Ｎ型遷移領域１０６やＰ型遷移領域１０７の厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とするとよい。
【００５４】
図１（Ｅ）にはＮ型ホストおよびＰ型ホストの濃度分布を示すが、Ｎ型遷移領域１０６やＰ型遷移領域１０７では、Ｎ型ホストの濃度およびＰ型ホストの濃度は連続的に変化する。また、ゲスト分子１０５は、図１（Ｆ）に示されるように、発光層１０２のみならず、Ｎ型遷移領域１０６やＰ型遷移領域１０７中に含まれていても良く、さらには、Ｎ型ホストの層１０３やＰ型ホストの層１０４の一部に含まれるように設けてもよい。もちろん、ゲスト分子１０５を発光層１０２にのみ設けてもよい。
【００５５】
図１（Ｇ）には、本実施の形態の他の発光素子１０１ｃを示す。発光素子１０１ｃでは、図１（Ｈ）に示すようにＮ型ホストの層１０３とＰ型ホストの層１０４に挟まれた領域において、Ｎ型ホストの濃度とＰ型ホストの濃度が連続的に変化する。この場合、発光素子１０１ａや発光素子１０１ｂにおける発光層（あるいは主たる発光層）を定義することは困難であるが、Ｎ型ホストとＰ型ホストが混合されており、かつ、Ｎ型ホスト、Ｐ型ホストのいずれの濃度も１０％以上である領域は広い意味での発光層と呼べる。
【００５６】
また、ゲストの濃度は、図１（Ｉ）に示されるように、広い意味での発光層に含まれるように設定すればよい。なお、図１においてはＰ型ホスト層１０４は発光層１０２を挟んでＮ型ホスト層１０３の上に設けられている。しかしながらこの構造は便宜的であり、逆の構成、すなわち、Ｎ型ホスト層１０３がＰ型ホスト層１０４の上に位置する構造も本発明の形態に含まれることが容易に理解される。
【００５７】
上記の発光素子１０１ａのエネルギー準位を図２（Ａ）を用いて説明する。上述のようにＮ型ホスト、Ｐ型ホストのＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位には、Ｎ型ホストのＨＯＭＯ準位＜Ｐ型ホストのＨＯＭＯ準位＜Ｎ型ホストのＬＵＭＯ準位＜Ｐ型ホストのＬＵＭＯ準位という関係がある。
【００５８】
一方、Ｎ型ホストとＰ型ホストが混合された発光層１０２においては、ホールはＰ型ホストのＨＯＭＯ準位を利用して輸送され、電子はＮ型ホストのＬＵＭＯ準位を利用して輸送されるので、キャリア移動の観点から見ると、ＨＯＭＯ準位はＰ型ホストのＨＯＭＯ準位と、ＬＵＭＯ準位はＮ型ホストのＬＵＭＯ準位と見なすことができる。その結果、発光層１０２とＰ型ホストの層１０４の界面においては、ＬＵＭＯ準位にギャップが生じるため、電子の移動にとって障壁となる。同様に、発光層１０２とＮ型ホストの層１０３の界面においては、ＨＯＭＯ準位にギャップが生じるため、正孔の移動にとって障壁となる。
【００５９】
一方で、発光層１０２とＰ型ホストの層１０４の界面においては、ＨＯＭＯ準位が連続であるため、正孔の移動にとっては障壁が無く、発光層１０２とＮ型ホストの層１０３の界面においても、ＬＵＭＯ準位が連続であるため、電子の移動にとっては障壁が無い。
【００６０】
その結果、電子は、Ｎ型ホストの層１０３から発光層１０２へは移動しやすいが、発光層１０２とＰ型ホストの層１０４との間にあるＬＵＭＯ準位のギャップにより、発光層１０２からＰ型ホストの層１０４への移動は妨げられる。
【００６１】
同様に、正孔は、Ｐ型ホストの層１０４から発光層１０２へは移動しやすいが、発光層１０２とＮ型ホストの層１０３との間にあるＨＯＭＯ準位のギャップにより、発光層１０２からＮ型ホストの層１０３への移動は妨げられる。この結果、発光層１０２に電子と正孔を閉じ込めることができる。
【００６２】
また、上記の発光素子１０１ｂのエネルギー準位を図２（Ｂ）を用いて説明する。上述のように発光層１０２、Ｎ型ホストの層１０３、Ｐ型ホストの層１０４のＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位は図２（Ａ）と同じであるが、Ｎ型遷移領域１０６、Ｐ型遷移領域１０７には注意が必要である。これらの領域では、Ｎ型ホストの濃度とＰ型ホストの濃度が連続的に変化する。
【００６３】
しかしながら、無機半導体材料（例えば、ＧａｘＩｎ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１））の伝導帯や価電子帯が組成の変化に伴って連続的に変化する場合とは異なり、混合有機化合物のＬＵＭＯ準位やＨＯＭＯ準位が連続的に変化することはほとんど無い。これは、有機化合物の電気伝導がホッピング伝導という無機半導体とは異なる方式であるためである。
【００６４】
例えば、Ｎ型ホストの濃度が低下し、Ｐ型ホストの濃度が上昇すると、電子は伝導しにくくなるが、それは、ＬＵＭＯ準位が連続的に上昇するためではなく、Ｎ型ホスト分子同士の距離が長くなるために移動確率が低下するため、および、近傍のＰ型ホストの高いＬＵＭＯ準位へホッピングするためのエネルギーがさらに必要とされるためであると理解される。
【００６５】
したがって、Ｎ型遷移領域１０６においては、そのＨＯＭＯはＮ型ホストのＨＯＭＯとＰ型ホストのＨＯＭＯの混合状態であり、より詳細には、発光層１０２に近い部分では、Ｐ型ホストのＨＯＭＯである確率が高いが、Ｎ型ホストの層１０３に近づくにつれ、Ｎ型ホストのＨＯＭＯである確率が高くなる。Ｐ型遷移領域でも同様である。
【００６６】
しかし、このようなＮ型遷移領域１０６、Ｐ型遷移領域１０７があったとしても、発光層１０２とＰ型ホストの層１０４の界面においては、ＬＵＭＯ準位にギャップが生じるため、電子の移動にとって障壁となり、発光層１０２とＮ型ホストの層１０３の界面においては、ＨＯＭＯ準位にギャップが生じるため、正孔の移動にとって障壁となることは図２（Ａ）と同じである。
【００６７】
ただし、図２（Ａ）のような濃度変化が急峻な界面では、例えば、電子はその界面に集中的に滞留する確率が高いため、界面付近が劣化しやすくなるという問題がある。これに対し、図２（Ｂ）のように界面があいまいな状態では、電子の滞留する部分は確率的に決まるため、特定の部分が劣化することはない。すなわち、発光素子の劣化を緩和し、信頼性を高めることができる。
【００６８】
一方、発光層１０２とＰ型遷移領域１０７の界面、およびＰ型遷移領域１０７とＰ型ホストの層１０４の界面においては、ＨＯＭＯ準位が連続であるため、正孔の移動にとっては障壁が無く、発光層１０２とＮ型遷移領域１０６の界面、およびＮ型遷移領域１０６とＮ型ホストの層１０３の界面においては、ＬＵＭＯ準位が連続であるため、電子の移動にとっては障壁が無い。
【００６９】
その結果、電子は、Ｎ型ホストの層１０３から発光層１０２へは移動しやすいが、Ｐ型遷移領域１０７にあるＬＵＭＯ準位のギャップにより、発光層１０２からＰ型ホストの層１０４への移動は妨げられる。同様に、正孔は、Ｐ型ホストの層１０４から発光層１０２へは移動しやすいが、Ｎ型遷移領域１０６にあるＨＯＭＯ準位のギャップにより、発光層１０２からＮ型ホストの層１０３への移動は妨げられる。
【００７０】
この結果、発光層１０２に電子と正孔を閉じ込めることができる。また、Ｎ型ホストの層１０３とＰ型ホストの層１０４との間のＮ型ホストの濃度とＰ型ホストの濃度が連続的に変化する発光素子１０１ｃでも、同様な考えにより、効率的に電子と正孔をＮ型ホストの層１０３とＰ型ホストの層１０４との間に閉じ込めることができる。
【００７１】
次に、ゲスト分子１０５の励起過程について説明する。ここでは、発光素子１０１ａを例に取り説明するが、発光素子１０１ｂおよび発光素子１０１ｃでも同様である。上述の通り、励起過程には、直接再結合過程とエネルギー移動過程がある。
【００７２】
図２（Ｃ）は直接再結合過程を説明する図であるが、負極に接続したＮ型ホストの層１０３からは電子が、正極に接続したＰ型ホストの層１０４からは正孔が、ぞれぞれ、発光層１０２のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯに注入される。発光層１０２にはゲスト分子１０５が存在するため、適切な条件の下では、ゲスト分子のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯに電子および正孔を注入することでゲスト分子を励起状態（分子内励起子、エキシトン）とすることができる。
【００７３】
しかしながら、発光層１０２にまばらに存在するゲスト分子のＬＵＭＯとＨＯＭＯに電子と正孔を効率よく注入することは技術的に困難であるため、その過程の確率は十分に高くない。効率をより高めるには、ゲストのＬＵＭＯをＮ型ホストのＬＵＭＯよりも０．１電子ボルト乃至０．３電子ボルト低くすることにより、ゲスト分子に電子を優先的にトラップさせるとよい。ゲストのＨＯＭＯをＰ型ホストのＨＯＭＯよりも０．１電子ボルト乃至０．３電子ボルト高くしても同様の効果が得られる。なお図２（Ｃ）では、ゲストのＨＯＭＯはＰ型ホストのＨＯＭＯよりも低いが、ゲストのＬＵＭＯはＮ型ホストとＰ型ホストのＬＵＭＯよりも十分に低いので、電子は効率よくトラップされる。
【００７４】
ゲストのＬＵＭＯをＮ型ホストのＬＵＭＯよりも０．５電子ボルト以上低くする（あるいはゲストのＨＯＭＯをＰ型ホストのＨＯＭＯよりも０．５電子ボルト以上高くする）と、電子（正孔）のトラップの確率は高まるが、発光層１０２の導電性が低下し、また、負極側（正極側）のゲスト分子のみが集中的に励起されるため好ましくない。
【００７５】
図２（Ｄ）は、本発明にしたがってＮ型ホストとＰ型ホストを適切に選択し、エキシプレックスを形成させる場合を説明する図である。発光層１０２に、上記と同様に電子と正孔が注入された場合、電子と正孔がゲスト分子で出会う確率よりも、発光層１０２内の隣接しているＮ型ホスト分子とＰ型ホスト分子で出会う確率の方が高い。そのような場合には、エキシプレックスを形成する。ここで、エキシプレックスに関して詳説する。
【００７６】
エキシプレックスは、励起状態における異種分子間の相互作用によって形成される。エキシプレックスは、比較的深いＬＵＭＯ準位をもつ有機化合物（Ｎ型ホスト）と、浅いＨＯＭＯ準位をもつ有機化合物（Ｐ型ホスト）間との間で形成しやすいことが一般に知られている。
【００７７】
エキシプレックスからの発光波長は、Ｎ型ホストとＰ型ホストのＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位間のエネルギー差に依存する。エネルギー差が大きいと発光波長は短くなり、エネルギー差が小さいと発光波長は長くなる。そして、Ｎ型ホストの分子とＰ型ホストの分子によりエキシプレックスが形成された場合、エキシプレックスのＬＵＭＯ準位はＮ型ホストに由来し、ＨＯＭＯ準位はＰ型ホストに由来する。
【００７８】
したがって、エキシプレックスのエネルギー差は、Ｎ型ホストのエネルギー差、及びＰ型ホストのエネルギー差よりも小さくなる。つまり、Ｎ型ホスト、Ｐ型ホストのそれぞれの発光波長に比べて、エキシプレックスの発光波長は長波長となる。
【００７９】
エキシプレックスの形成過程は大きく分けて２つの過程が考えられる。
【００８０】
≪エレクトロプレックス（ｅｌｅｃｔｒｏｐｌｅｘ）≫
本明細書において、エレクトロプレックスとは、基底状態のＮ型ホスト及び基底状態のＰ型ホストから、直接、形成されたエキシプレックスを指す。例えば、Ｎ型ホストのアニオンとＰ型ホストのカチオンから、直接、形成されたエキシプレックスがエレクトロプレックスである。
【００８１】
前述の通り、従来の有機化合物の発光過程のうちエネルギー移動過程においては、電子及びホールがホスト分子中で再結合（励起）し、励起状態のホスト分子からゲスト分子に励起エネルギーが移動し、ゲスト分子が励起状態に至り、発光する。
【００８２】
ここで、ホスト分子からゲスト分子に励起エネルギーが移動する前に、ホスト分子自体が発光する、又は励起エネルギーが熱エネルギーとなると、励起エネルギーを失活する。特に、ホスト分子が一重項励起状態である場合は、三重項励起状態である場合に比べて励起寿命が短いため励起エネルギーの失活が起こりやすい。励起エネルギーの失活は、発光素子の劣化および寿命の低下につながる要因の一つである。
【００８３】
しかし、Ｎ型ホスト分子及びＰ型ホスト分子がキャリアを持った状態（カチオン又はアニオン）からエレクトロプレックスを形成すれば、励起寿命の短い一重項励起子の形成を抑制することができる。つまり、一重項励起子を形成することなく、直接エキシプレックスを形成する過程が存在しうる。これにより、Ｎ型ホスト分子あるいはＰ型ホスト分子の一重項励起エネルギーの失活も抑制することができる。したがって、寿命が長い発光素子を実現することができる。
【００８４】
このようにしてホスト分子の一重項励起状態の発生を抑制し、その代わりに生じたエレクトロプレックスからゲスト分子にエネルギー移動をおこなって発光効率が高い発光素子を得る概念はこれまでにないものである。
【００８５】
≪励起子によるエキシプレックスの形成≫
もう一つの過程としては、Ｎ型ホスト分子及びＰ型ホスト分子の一方が一重項励起子を形成した後、基底状態の他方と相互作用してエキシプレックスを形成する素過程が考えられる。エレクトロプレックスとは異なり、この場合は一旦、Ｎ型ホスト分子あるいはＰ型ホスト分子の一重項励起状態が生成してしまうが、これは速やかにエキシプレックスに変換されるため、一重項励起エネルギーの失活を抑制することができる。したがって、ホスト分子が励起エネルギーを失活することを抑制することができる。
【００８６】
なお、Ｎ型ホスト、Ｐ型ホストのＨＯＭＯ準位の差、及びＬＵＭＯ準位の差が大きい場合（具体的には差が０．３ｅＶ以上）、電子は優先的にＮ型ホスト分子に入り、ホールは優先的にＰ型ホスト分子に入る。この場合、一重項励起子を経てエキシプレックスが形成される過程よりも、エレクトロプレックスが形成される過程の方が優先されると考えられる。
【００８７】
なお、エネルギー移動過程の効率を高めるには、ＭＬＣＴ遷移に由来する吸収の重要性を考慮すると、上述のフェルスター機構、デクスター機構のいずれにおいても、Ｎ型ホスト（又はＰ型ホスト）単独の発光スペクトル（あるいはそれに相当するエネルギー差）とゲストの吸収スペクトルとの重なりよりも、エレクトロプレックス、及びあるいはエキシプレックスの発光スペクトルとゲストの吸収スペクトルとの重なりを大きくすることがよい。
【００８８】
また、エネルギー移動効率を高めるためには、濃度消光が問題とならない程度にゲストの濃度を高めることが好ましく、Ｎ型ホストとＰ型ホストの総量に対して、ゲストの濃度は重量比で１％乃至９％とするとよい。
【００８９】
なお、上述の直接励起再結合過程でも、エネルギー移動過程でも、Ｎ型ホストおよびＰ型ホスト中に存在するゲスト分子を、Ｎ型ホストとＰ型ホストのエキシプレックス及びあるいはエレクトロプレックスからのエネルギー移動によって励起状態とする概念は従来知られておらず、本明細書ではこの概念をＧｕｅｓｔ Ｃｏｕｐｌｅｄ ｗｉｔｈ Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｈｏｓｔｓ（ＧＣＣＨ）と呼ぶ。この概念を利用することで、本実施の形態においては、キャリアの閉じこめと発光層へのキャリア注入障壁の低減が同時に達成されるのみならず、ホスト分子のエキシプレックスを形成し、その一重項励起状態と三重項励起状態の双方からのエネルギー移動過程を利用することができるので、高効率かつ低電圧駆動（すなわちパワー効率の非常に高い）の発光素子が得られる。
【００９０】
（実施の形態２）
本実施の形態の発光装置の一例を図３（Ａ）に示す。図３（Ａ）に示される発光装置は実施の形態１で説明した発光素子１０１（実施の形態１で説明した発光素子１０１ａ、発光素子１０１ｂ、発光素子１０１ｃ等）を負極１０８、正極１０９ではさんだものである。なお、負極１０８と正極１０９の少なくとも一方は透明であることが好ましい。この発光装置は適切な基板上に設けられてもよい。
【００９１】
発光素子１０１においては、発光層１０２をはさむＮ型ホストの層１０３、Ｐ型ホストの層１０４が、それぞれ電子輸送層、正孔輸送層として機能し、また、上述の通り、それぞれ正孔、電子を阻止する機能を有するため、電子輸送層や正孔輸送層に相当する層を別途設ける必要が無い。そのため、図３（Ａ）に示す発光装置は作製工程を簡略化できる。
【００９２】
発光素子１０１は、実施の形態１で説明したようにゲストとＮ型ホスト及びＰ型ホストを有する。Ｎ型ホスト（あるいはＰ型ホスト）は、２種以上の物質を用いることができる。
【００９３】
ゲストとしては、有機金属錯体が好ましく、イリジウム錯体が特に好ましい。なお、上述のフェルスター機構によるエネルギー移動を考慮すると、燐光性化合物の最も長波長側に位置する吸収帯のモル吸光係数は、２０００Ｍ−１・ｃｍ−１以上が好ましく、５０００Ｍ−１・ｃｍ−１以上が特に好ましい。
【００９４】
このような大きなモル吸光係数を有する化合物としては、例えば、ビス（３，５−ジメチル−２−フェニルピラジナト）（ジピバロイルメタナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］、下記化学式、化１参照）や、（アセチルアセトナト）ビス（４，６−ジフェニルピリミジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］、下記化学式、化２参照）などが挙げられる。特に、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］のように、モル吸光係数が５０００Ｍ−１・ｃｍ−１以上に達する材料を用いると、外部量子効率が３０％程度に達する発光素子が得られる。
【００９５】
【化１】
【００９６】
【化２】
【００９７】
Ｎ型ホストとしては、π電子欠如型複素芳香環を有する化合物が挙げられる。すなわち、炭素よりも電気陰性度の大きいヘテロ原子（窒素やリンなど）を環の構成元素として含有する、６員環の芳香環を有する化合物が挙げられる。例えば、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）、２−［４−（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：２ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）、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）、７−［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：７ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）及び、６−［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：６ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）のような電子を受け取りやすいベンゾキノキサリン骨格を有する化合物（ベンゾキノキサリン誘導体）のうちいずれか一を用いればよい。
【００９８】
またＰ型ホストとしては、芳香族アミン（窒素原子に少なくとも一つの芳香環が結合した化合物）やカルバゾール誘導体が挙げられる。例えば、４，４’−ジ（１−ナフチル）−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：ＰＣＢＮＢＢ）、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）、及び、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）のような正孔を受け取りやすい化合物を用いればよい。ただし、これらに限定されることなく、Ｐ型ホストとＮ型ホストがエキシプレックスを形成できる組み合わせであればよい。
【００９９】
正極１０９としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上の）金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素又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、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタリング法により成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して作製しても構わない。
【０１００】
例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛膜は、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、ＩＷＺＯ膜は、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、グラフェン、金、白金、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、又は金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。
【０１０１】
但し、発光素子１０１のうち、正極に接して形成される層が、後述する有機化合物と電子受容体（アクセプター）とを混合してなる複合材料を用いて形成される場合には、正極に用いる物質は、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム、銀、アルミニウムを含む合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ）等も用いることもできる。正極は、例えばスパッタリング法や蒸着法（真空蒸着法を含む）等により形成することができる。
【０１０２】
負極１０８は、仕事関数の小さい（好ましくは３．８ｅＶ以下の）金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いて形成することが好ましい。具体的には、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウムやセシウム等のアルカリ金属、およびカルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、マグネシウム、およびこれらを含む合金（例えば、Ｍｇ−Ａｇ、Ａｌ−Ｌｉ）、ユーロピウム、イッテルビウム等の希土類金属およびこれらを含む合金などを用いることができる。
【０１０３】
但し、発光素子１０１のうち、負極に接して形成される層が、後述する有機化合物と電子供与体（ドナー）とを混合してなる複合材料を用いる場合には、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を用いることができる。なお、負極を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。また、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを用いることができる。
【０１０４】
本実施の形態の発光装置の一例を図３（Ｂ）に示す。図３（Ｂ）に示す発光装置は、図３（Ａ）に示す発光装置において発光素子１０１と負極１０８の間に電子注入層１１３を、また、発光素子１０１と正極１０９の間に正孔注入層１１４を設けたものである。
【０１０５】
電子注入層１１３、正孔注入層１１４を設けることにより負極１０８、正極１０９から発光素子１０１に電子および正孔を効率よく注入でき、エネルギー利用効率が高まる。ここで、発光素子１０１と電子注入層１１３、正孔注入層１１４を有する積層体をＥＬ層１１０という。
【０１０６】
正孔注入層１１４は、正孔注入性の高い物質を含む層である。正孔注入性の高い物質としては、モリブデン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、レニウム酸化物、ルテニウム酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、銀酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物を用いることができる。また、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅（ＩＩ）フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）等のフタロシアニン系の化合物を用いることができる。
【０１０７】
また、低分子の有機化合物である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−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ’−（３−メチルフェニル）−Ｎ’−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）等の芳香族アミン化合物等を用いることができる。
【０１０８】
さらに、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマーを含む）を用いることもできる。例えば、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）、ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）などの高分子化合物が挙げられる。また、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＡｎｉ／ＰＳＳ）等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
【０１０９】
また、正孔注入層１１４として、有機化合物と電子受容体（アクセプター）とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子受容体によって有機化合物に正孔が発生するため、正孔注入性および正孔輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した正孔の輸送に優れた材料（正孔輸送性の高い物質）であることが好ましい。
【０１１０】
複合材料に用いる有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、ポリマー（オリゴマー、デンドリマーを含む）など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
【０１１１】
複合材料に用いることのできる有機化合物としては、例えば、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ＤＰＡＢ、ＤＮＴＰＤ、ＤＰＡ３Ｂ、ＰＣｚＰＣＡ１、ＰＣｚＰＣＡ２、ＰＣｚＰＣＮ１、１，３，５−トリ（ジベンゾチオフェン−４−イル）ベンゼン（略称：ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ）、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−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）等の芳香族アミン化合物や、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）、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）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体を用いることができる。
【０１１２】
また、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン等の芳香族炭化水素化合物を用いることができる。
【０１１３】
さらに、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン、ペンタセン、コロネン、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等の芳香族炭化水素化合物を用いることができる。
【０１１４】
また、電子受容体としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物や、周期表における第４族乃至第８族に属する金属などの遷移金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
【０１１５】
なお、上述したＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ等のポリマーと、上述した電子受容体を用いて複合材料を形成し、正孔注入層１１４に用いてもよい。
【０１１６】
電子注入層１１３は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層１１３には、リチウム、セシウム、カルシウム、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化カルシウム、リチウム酸化物等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。また、フッ化エルビウムのような希土類金属化合物を用いることができる。
【０１１７】
また、電子注入層１１３には、電子輸送性の高い物質を用いることもできる。電子輸送性の高い物質としては、Ａｌｑ３、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）、ＢＡｌｑ、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）などの金属錯体が挙げられる。
【０１１８】
また、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−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−ｔｅｒｔ−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：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）、４，４’−ビス（５−メチルベンゾオキサゾール−２−イル）スチルベン（略称：ＢｚＯｓ）などの複素芳香族化合物も用いることができる。
【０１１９】
また、ポリ（２，５−ピリジン−ジイル）（略称：ＰＰｙ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）のようなポリマーを用いることもできる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。
【０１２０】
なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子注入層１１３として用いてもよい。これらの電子輸送性の高い物質は、後述する電子輸送層にも用いることができる。
【０１２１】
あるいは、電子注入層１１３に、有機化合物と電子供与体（ドナー）とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によって有機化合物に電子が発生するため、電子注入性および電子輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した電子の輸送に優れた材料であることが好ましく、具体的には、例えば上述した電子輸送層を構成する物質（金属錯体や複素芳香族化合物等）を用いることができる。
【０１２２】
電子供与体としては、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的には、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウム等が挙げられる。また、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が好ましく、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩基を用いることもできる。また、テトラチアフルバレン（略称：ＴＴＦ）等の有機化合物を用いることもできる。
【０１２３】
本実施の形態の発光装置の一例を図３（Ｃ）に示す。図３（Ｃ）に示す発光装置は、図３（Ｂ）に示す発光装置において発光素子１０１と電子注入層１１３の間に電子輸送層１１１を、また、発光素子１０１と正孔注入層１１４の間に正孔輸送層１１２を設けたものである。
【０１２４】
上述のように、発光素子１０１内のＮ型ホストの層１０３およびＰ型ホストの層１０４は、それぞれ、電子輸送層および正孔輸送層としての機能も有するが、発光素子１０１に、より効果的に電子や正孔を注入するには、別途、電子輸送層１１１と正孔輸送層１１２を設けるとよい。
【０１２５】
電子輸送層１１１は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送層１１１には、上述した電子輸送性の高い物質を用いることができる。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【０１２６】
正孔輸送層１１２は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送性の高い物質としては、ＮＰＢ、ＴＰＤ、ＢＰＡＦＬＰ、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）などの芳香族アミン化合物を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【０１２７】
また、正孔輸送層１１２には、ＣＢＰ、ＣｚＰＡ、ＰＣｚＰＡのようなカルバゾール誘導体や、ｔ−ＢｕＤＮＡ、ＤＮＡ、ＤＰＡｎｔｈのようなアントラセン誘導体を用いても良い。また、正孔輸送層１１２には、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤなどの高分子化合物を用いることもできる。
【０１２８】
上述した正孔注入層１１４、正孔輸送層１１２、発光素子１０１、電子輸送層１１１、電子注入層１１３は、蒸着法（真空蒸着法を含む）、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。なお、ＥＬ層１１０は必ずしもこれらの層を全て有する必要は無い。
【０１２９】
また、図３（Ｄ）に示すように、正極１０９と負極１０８との間に複数のＥＬ層１１０ａ、１１０ｂが積層されていても良い。この場合、ＥＬ層１１０ａ、１１０ｂはそれぞれ少なくとも図３（Ａ）に示した発光素子１０１、あるいは図３（Ｂ）乃び図３（Ｃ）で説明した構造を有する。積層されたＥＬ層１１０ａとＥＬ層１１０ｂとの間には、電荷発生層１１５を設ける。電荷発生層１１５は上述の正孔注入性の高い物質や複合材料で形成することができる。また、電荷発生層１１５は複合材料からなる層と他の材料からなる層との積層構造でもよい。
【０１３０】
この場合、他の材料からなる層としては、電子供与性物質と電子輸送性の高い物質とを含む層や、透明導電膜からなる層などを用いることができる。また、一方のＥＬ層で燐光発光、他方で蛍光発光を得ても良い。この燐光発光は上述のＥＬ層の構造を用いて得ることができる。
【０１３１】
また、それぞれのＥＬ層の発光色を異なるものにすることで、発光装置全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、ＥＬ層１１０ａの発光色とＥＬ層１１０ｂの発光色を補色の関係になるようにすることで、全体として白色発光する発光装置を得ることも可能である。また、３つ以上のＥＬ層を有する発光装置の場合でも同様である。
【０１３２】
あるいは、図３（Ｅ）に示すように、正極１０９と負極１０８との間に、正孔注入層１１４、正孔輸送層１１２、発光素子１０１、電子輸送層１１１、電子注入バッファー層１１６、電子リレー層１１７、及び負極１０８と接する複合材料層１１８を有するＥＬ層１１０を形成しても良い。
【０１３３】
負極１０８と接する複合材料層１１８を設けることで、特にスパッタリング法を用いて負極１０８を形成する場合には、ＥＬ層１１０が受けるダメージを低減することができるため好ましい。複合材料層１１８は、前述の、正孔輸送性の高い有機化合物にアクセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。
【０１３４】
さらに、電子注入バッファー層１１６を設けることで、複合材料層１１８と電子輸送層１１１との間の注入障壁を緩和することができるため、複合材料層１１８で生じた電子を電子輸送層１１１に容易に注入することができる。
【０１３５】
電子注入バッファー層１１６には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およびこれらの化合物（アルカリ金属化合物（酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む）、アルカリ土類金属化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む）、または希土類金属の化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む））等の電子注入性の高い物質を用いることが可能である。
【０１３６】
また、電子注入バッファー層１１６が、電子輸送性の高い物質とドナー性物質を含んで形成される場合には、電子輸送性の高い物質に対して質量比で、０．００１以上０．１以下の比率でドナー性物質を添加することが好ましい。電子輸送性の高い物質としては、先に説明した電子輸送層１１１の材料と同様の材料を用いて形成することができる。
【０１３７】
また、ドナー性物質としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およびこれらの化合物（アルカリ金属化合物（酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む）、アルカリ土類金属化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む）、または希土類金属の化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む））の他、テトラチアナフタセン（略称：ＴＴＮ）、ニッケロセン、デカメチルニッケロセン等の有機化合物を用いることもできる。
【０１３８】
さらに、電子注入バッファー層１１６と複合材料層１１８との間に、電子リレー層１１７を形成することが好ましい。電子リレー層１１７は、必ずしも設ける必要は無いが、電子輸送性の高い電子リレー層１１７を設けることで、電子注入バッファー層１１６へ電子を速やかに送ることが可能となる。
【０１３９】
複合材料層１１８と電子注入バッファー層１１６との間に電子リレー層１１７が挟まれた構造は、複合材料層１１８に含まれるアクセプター性物質と、電子注入バッファー層１１６に含まれるドナー性物質とが相互作用を受けにくく、互いの機能を阻害しにくい構造である。したがって、駆動電圧の上昇を防ぐことができる。
【０１４０】
電子リレー層１１７は、電子輸送性の高い物質を含み、電子輸送性の高い物質のＬＵＭＯ準位は、複合材料層１１８に含まれるアクセプター性物質のＬＵＭＯ準位と、電子輸送層１１１に含まれる電子輸送性の高い物質のＬＵＭＯ準位との間となるように形成する。
【０１４１】
また、電子リレー層１１７がドナー性物質を含む場合には、当該ドナー性物質のドナー準位も複合材料層１１８におけるアクセプター性物質のＬＵＭＯ準位と、電子輸送層１１１に含まれる電子輸送性の高い物質のＬＵＭＯ準位との間となるようにする。具体的なエネルギー準位の数値としては、電子リレー層１１７に含まれる電子輸送性の高い物質のＬＵＭＯ準位は−５．０ｅＶ以上、好ましくは−５．０ｅＶ以上−３．０ｅＶ以下とするとよい。
【０１４２】
電子リレー層１１７に含まれる電子輸送性の高い物質としてはフタロシアニン系の材料又は金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体を用いることが好ましい。
【０１４３】
電子リレー層１１７に含まれるフタロシアニン系材料としては、具体的にはＣｕＰｃ、ＳｎＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｎ（ＩＩ） ｃｏｍｐｌｅｘ）、ＺｎＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｚｉｎｃ ｃｏｍｐｌｅｘ）、ＣｏＰｃ（Ｃｏｂａｌｔ（ＩＩ）ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ， β−ｆｏｒｍ）、ＦｅＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ Ｉｒｏｎ）及びＰｈＯ−ＶＯＰｃ（Ｖａｎａｄｙｌ ２，９，１６，２３−ｔｅｔｒａｐｈｅｎｏｘｙ−２９Ｈ，３１Ｈ−ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）のいずれかを用いることが好ましい。
【０１４４】
電子リレー層１１７に含まれる金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体としては、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体を用いることが好ましい。金属−酸素の二重結合はアクセプター性（電子を受容しやすい性質）を有するため、電子の移動（授受）がより容易になる。また、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体は安定であると考えられる。したがって、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体を用いることにより発光装置の寿命を向上させることができる。
【０１４５】
金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体としてはフタロシアニン系材料が好ましい。具体的には、ＶＯＰｃ（Ｖａｎａｄｙｌ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）、ＳｎＯＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｎ（ＩＶ） ｏｘｉｄｅ ｃｏｍｐｌｅｘ）及びＴｉＯＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ ｃｏｍｐｌｅｘ）などは、アクセプター性が高いため好ましい。
【０１４６】
なお、上述したフタロシアニン系材料としては、フェノキシ基を有するものが好ましい。具体的にはＰｈＯ−ＶＯＰｃのような、フェノキシ基を有するフタロシアニン誘導体が好ましい。フェノキシ基を有するフタロシアニン誘導体は、溶媒に容易に溶けるため、扱いやすく、また、成膜に用いる装置のメンテナンスが容易になるという利点を有する。
【０１４７】
電子リレー層１１７はさらにドナー性物質を含んでいても良い。ドナー性物質としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属及びこれらの化合物（アルカリ金属化合物（酸化リチウムなどの酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウムなどの炭酸塩を含む）、アルカリ土類金属化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む）、又は希土類金属の化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む））の他、テトラチアナフタセン（略称：ＴＴＮ）、ニッケロセン、デカメチルニッケロセンなどの有機化合物を用いることができる。電子リレー層１１７にこれらドナー性物質を含ませることによって、電子の移動が容易となり、発光装置をより低電圧で駆動することが可能になる。
【０１４８】
電子リレー層１１７にドナー性物質を含ませる場合、電子輸送性の高い物質としては上記した材料の他、複合材料層１１８に含まれるアクセプター性物質のアクセプター準位より高いＬＵＭＯ準位を有する物質を用いることができる。具体的なエネルギー準位としては、−５．０ｅＶ以上、好ましくは−５．０ｅＶ以上−３．０ｅＶ以下の範囲にＬＵＭＯ準位を有する物質を用いることが好ましい。このような物質としては例えば、ペリレン誘導体や、含窒素縮合芳香族化合物などが挙げられる。なお、含窒素縮合芳香族化合物は、安定であるため、電子リレー層１１７を形成する為に用いる材料として、好ましい材料である。
【０１４９】
ペリレン誘導体の具体例としては、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）、Ｎ，Ｎ’−ジオクチル−３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（略称：ＰＴＣＤＩ−Ｃ８Ｈ）、Ｎ，Ｎ’−ジヘキシル−３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（略称：Ｈｅｘ ＰＴＣ）等が挙げられる。
【０１５０】
また、含窒素縮合芳香族化合物の具体例としては、ピラジノ［２，３−ｆ］［１，１０］フェナントロリン−２，３−ジカルボニトリル（略称：ＰＰＤＮ）、２，３，６，７，１０，１１−ヘキサシアノ−１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレン（略称：ＨＡＴ（ＣＮ）６）、２，３−ジフェニルピリド［２，３−ｂ］ピラジン（略称：２ＰＹＰＲ）、２，３−ビス（４−フルオロフェニル）ピリド［２，３−ｂ］ピラジン（略称：Ｆ２ＰＹＰＲ）等が挙げられる。
【０１５１】
その他にも、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（略称：ＴＣＮＱ）、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（略称：ＮＴＣＤＡ）、パーフルオロペンタセン、銅ヘキサデカフルオロフタロシアニン（略称：Ｆ１６ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（２，２，３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，８−ペンタデカフルオロオクチル）−１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド（略称：ＮＴＣＤＩ−Ｃ８Ｆ）、３’，４’−ジブチル−５，５’’−ビス（ジシアノメチレン）−５，５’’−ジヒドロ−２，２’：５’，２’’−テルチオフェン）（略称：ＤＣＭＴ）、メタノフラーレン（例えば、［６，６］−フェニルＣ６１酪酸メチルエステル）等を用いることができる。
【０１５２】
なお、電子リレー層１１７にドナー性物質を含ませる場合、電子輸送性の高い物質とドナー性物質との共蒸着などの方法によって電子リレー層１１７を形成すれば良い。
【０１５３】
なお、先に説明したように、発光素子１０１内のＮ型ホストの層１０３およびＰ型ホストの層１０４は、それぞれ、電子輸送層および正孔輸送層としての機能も有するため、電子輸送層１１１、正孔輸送層１１２の一方あるいは双方を設けなくともよい。その際には、Ｎ型ホストの層１０３が電子輸送層１１１として機能する。
【０１５４】
上述した発光装置は、正極と負極との間に与えられた電位差により電流が流れ、ＥＬ層１１０（あるいは１１０ａ、１１０ｂ）において正孔と電子とが再結合することにより発光する。そして、この発光は、正極または負極のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、正極または負極のいずれか一方、または両方が可視光に対する透光性を有する電極となる。
【０１５５】
なお、正孔ブロック層を発光素子１０１に組み合わせてもよい。
【０１５６】
本実施の形態で示した発光装置を用いて、パッシブマトリクス型の発光装置や、トランジスタによって発光装置の駆動が制御されたアクティブマトリクス型の発光装置を作製することができる。また、該発光装置を電子機器又は照明装置等に適用することができる。
【０１５７】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した発光素子１０１ａ等を製造するための装置と作製方法について説明する。図４（Ａ）に示す製造装置は、真空チャンバー２０１内に、第１の蒸発源２０２、第２の蒸発源２０３、第３の蒸発源２０４を有する。第１乃至第３の蒸発源２０２〜２０４は、いずれも図４（Ｃ）に示されるように線状の開口部２２３を有し、抵抗加熱方式で内部の有機化合物を蒸発させることができる。
【０１５８】
ここでは、第１の蒸発源２０２はＮ型ホストを蒸発させ、第２の蒸発源２０３はゲストを蒸発させ、第３の蒸発源２０４はＰ型ホストを蒸発させるものとする。また、第１乃至第３の蒸発源２０２〜２０４には、それぞれシャッターを設けてもよい。さらに、各蒸発源の温度は独立に制御して有機化合物の蒸気圧を適切に制御できるようにするとよい。例えば、Ｎ型ホストの蒸発量を、Ｐ型ホストの蒸発量の４倍とし、また、ゲストの蒸発量をＰ型ホストの蒸発量の１％となるように設定してもよい。
【０１５９】
さらに、例えば、第１の蒸発源２０２と第３の蒸発源２０４では有機化合物を比較的、広い角度範囲に飛散させ、これに対し、第２の蒸発源２０３では、より狭い範囲に飛散させるように、各蒸発源の開口部２２３の形状や大きさ等を異ならせてもよい。あるいは、図４（Ａ）に示すように各蒸発源の開口部２２３の向きを異なるように設定してもよい。
【０１６０】
また、真空チャンバー２０１内には１枚以上の基板、好ましくは２枚以上の基板（図２（Ａ）では基板２０５〜２０７）を配置し、図のように左から右へ（すなわち、蒸発源の開口部２２３の方向と略直角な方向に）適切な速度で移動するようにするとよい。なお、各蒸発源と基板２０５〜２０７の距離を異ならせてもよい。
【０１６１】
図４（Ａ）に示す製造装置において、２０８に示す部分では主として、第１の蒸発源２０２から飛散するＮ型ホストが堆積する。また、２０９に示す部分では第１の蒸発源２０２から飛散するＮ型ホスト、第２の蒸発源２０３から飛散するゲスト、第３の蒸発源２０４から飛散するＰ型ホストが一定の比率で堆積する。さらに、２１０に示す部分では、主として、第３の蒸発源２０４から飛散するＰ型ホストが堆積する。
【０１６２】
したがって、基板２０５〜２０７が左から右へ移動する間に、最初にＮ型ホストの層１０３が形成され、次いで、発光層１０２が形成され、さらにＰ型ホストの層１０４が形成される。発光素子１０１ｂのように、Ｎ型ホストの層１０３と発光層１０２の間にＮ型遷移領域１０６、Ｐ型ホストの層１０４と発光層１０２の間にＰ型遷移領域１０７が形成されることもある。あるいは、発光素子１０１ｃのように、発光層とＮ型ホストの層１０３の間、あるいは発光層とＰ型ホストの層１０４の間に明確な境界が形成されない場合もある。
【０１６３】
図４（Ｂ）に示す製造装置は、図４（Ａ）に示す製造装置を改良したものである。すなわち、真空チャンバー２１１内に、第１の蒸発源２１２、第２の蒸発源２１３、第３の蒸発源２１４、第４の蒸発源２１５、第５の蒸発源２１６を有する。ここでは、第１の蒸発源２１２および第２の蒸発源２１３はＮ型ホストを蒸発させ、第３の蒸発源２１４はゲストを蒸発させ、第４の蒸発源２１５および第５の蒸発源２１６はＰ型ホストを蒸発させるものとする。
【０１６４】
図４（Ａ）に示す製造装置と同様に、各蒸着源の開口部２２３の形状や大きさ、各蒸着源の位置や向きは互いに異なってもよい。また、真空チャンバー２１１内には１枚以上の基板、好ましくは２枚以上の基板（図２（Ｂ）では基板２１７〜２１９）を配置し、図のように左から右へ適切な速度で移動するようにするとよい。
【０１６５】
図４（Ｂ）に示す製造装置において、２２０に示す部分では主として、第１の蒸発源２１２から飛散するＮ型ホストが堆積する。また、２２１に示す部分では第２の蒸発源２１３から飛散するＮ型ホスト、第３の蒸発源２１４から飛散するゲスト、第４の蒸発源２１５から飛散するＰ型ホストが一定の比率で堆積する。さらに、２２２に示す部分では、主として、第５の蒸発源２１６から飛散するＰ型ホストが堆積する。
【０１６６】
図４（Ｂ）に示す製造装置では、発光素子１０１ａのように発光層１０２とＮ型ホストの層１０３との界面や発光層１０２とＰ型ホストの層１０４との界面における、濃度変化を急峻にすることができる。
【０１６７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、Ｎ型ホストとして用いることのできる２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰ型ホストとして用いることのできるＰＣＢＮＢＢと、そのエキシプレックスについて説明する。２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＮＢＢ、およびこれらを用いる際にゲストとして適切な［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の主な物性値は表１の通りである。
【０１６８】
【表１】
【０１６９】
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢが混合された領域では、ＬＵＭＯ準位は、−２．７８ｅＶ、ＨＯＭＯ準位は−５．４６ｅＶとなる。これらは、それぞれ、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢのエキシプレックスのＬＵＭＯ準位、ＨＯＭＯ準位と同じである。そして、ゲストである［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］のＬＵＭＯ準位、ＨＯＭＯ準位も同じレベルである。
【０１７０】
一方、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］のＬＵＭＯ準位、ＨＯＭＯ準位は、ともにこれより低いため、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］は電子をトラップしやすいことがわかる。このため、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］をゲストに用いた場合には、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］を用いた場合より直接再結合過程の確率が高いことが示唆される。
【０１７１】
また、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］も［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］も三重項励起状態のエネルギー準位（Ｔ１準位）は２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩやＰＣＢＮＢＢの三重項励起状態のエネルギー準位よりも０．１電子ボルト以上低いので、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］や［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が三重項励起状態となった後、その状態が２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩやＰＣＢＮＢＢの三重項励起状態に移動する確率は小さい。特に［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］では、０．１８電子ボルト以上も低いので、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の方が［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］よりも発光効率が高いことが示唆される。
【０１７２】
図５（Ａ）は２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの分子構造を示す。一般に、ベンゼン環のような６員環芳香環の構成原子に、窒素原子のような炭素よりも電気陰性度が大きい原子（ヘテロ原子）を導入するとヘテロ原子に環上のπ電子が引きつけられ、芳香環は電子不足となりやすい。図の点線で囲まれた部分Ａはπ電子が不足している部位を示し、この部分で電子をトラップしやすい。一般に６員環のヘテロ芳香族化合物はＮ型ホストとなりやすい。
【０１７３】
図５（Ｂ）はＰＣＢＮＢＢの分子構造を示す。一般に、窒素原子が、ベンゼン環のような芳香環の外側にあって環と結合すると、窒素原子の非共有電子対がベンゼン環に供与されて電子過剰となり電子を放出しやすくなる（すなわち、正孔をトラップしやすくなる）。図において点線で囲まれた部分Ｂはπ電子が過剰となっている部位を示し、この部分で電子を放出（正孔をトラップ）しやすい。一般に芳香族アミン化合物はＰ型ホストとなりやすい。
【０１７４】
また、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢのＬＵＭＯの間には０．４７電子ボルト、ＨＯＭＯの間には０．４２電子ボルトという比較的大きなギャップが存在する。このギャップが電子や正孔の障壁となり、キャリアが再結合することなく発光層を突き抜けることを防ぐことができる。このような障壁の高さは０．３電子ボルト以上、好ましくは、０．４電子ボルト以上あるとよい。
【０１７５】
Ｎ型ホストとＰ型ホストがエキシプレックスを形成するかどうかはフォトルミネッセンスを測定すればよい。また、得られるエキシプレックスのフォトルミネセンスのスペクトルがゲストの吸収スペクトルと重なるとフェルスター機構によるエネルギー移動過程が起こりやすいといえる。
【０１７６】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）に［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］のジクロロメタン溶液の紫外可視吸収スペクトル（吸収スペクトル０）を示す。吸収スペクトルの測定には、紫外可視分光光度計（（株）日本分光製 Ｖ５５０型）を用い、ジクロロメタン溶液（０．０９３ｍｍｏｌ／Ｌ）を石英セルに入れ、室温で測定をおこなった。
【０１７７】
また、同じく図６（Ａ）および図６（Ｂ）に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの薄膜のフォトルミネッセンス・スペクトル（発光スペクトル１）、ＰＣＢＮＢＢの薄膜のフォトルミネッセンス・スペクトル（発光スペクトル２）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの混合材料の薄膜のフォトルミネッセンス・スペクトル（発光スペクトル３）を示す。混合材料の薄膜における２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの比は０．８：０．２であった。
【０１７８】
図６（Ａ）において、横軸は、波長（ｎｍ）を示し、縦軸は、モル吸光係数ε（Ｍ−１・ｃｍ−１）及び発光強度（任意単位）を示す。図６（Ｂ）において、横軸は、エネルギー（ｅＶ）を示し、縦軸は、モル吸光係数ε（Ｍ−１・ｃｍ−１）及び発光強度（任意単位）を示す。
【０１７９】
図６（Ａ）の吸収スペクトル０から、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が、５２０ｎｍ付近にブロードな吸収帯を有することがわかる。この吸収帯が、発光に強く寄与する吸収帯であると考えられる。
【０１８０】
発光スペクトル３は、発光スペクトル１、発光スペクトル２よりも長波長（低エネルギー）側にピークを有する。そして、発光スペクトル３のピークは、発光スペクトル１、発光スペクトル２のピークに比べて、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の吸収帯と近い位置に存在する。具体的には、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の吸収スペクトル０のピークと発光スペクトル３のピークの差は０．０２ｅＶであった。
【０１８１】
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及びＰＣＢＮＢＢの混合材料の発光スペクトルは、単体の発光スペクトルよりも長波長（低エネルギー）側にピークを有することがわかった。このことから、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢを混合することで、エキシプレックスが形成されることが示唆された。また、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及びＰＣＢＮＢＢ単体に由来する発光ピークは観測されず、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及びＰＣＢＮＢＢが個別に励起されたとしても、ただちにエキシプレックスを形成することを意味する。
【０１８２】
該混合材料の発光スペクトルのピークは、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の吸収スペクトル０において発光に強く寄与すると考えられる吸収帯と重なりが大きい。よって、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢと［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を有する発光素子では、エキシプレックスからゲスト分子へのエネルギー移動効率が高いことが示唆される。
【実施例１】
【０１８３】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子を作製し、その特性評価をおこなった。本実施例の発光素子では、Ｎ型ホストとして２ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを用い、Ｐ型ホストとしてはＰＣＢＡ１ＢＰを用いた。
【０１８４】
本実施例で作製した発光素子の層構造は、上方より基板に向って、負極、電子注入層、電子輸送層、第１の層（Ｎ型ホストの層）、発光層（Ｎ型ホストとＰ型ホストを共に有する層）、第２の層（Ｐ型ホストの層）、正孔注入層、正極という構造を有する。
【０１８５】
これらを含めて、本実施例で用いた材料の化学式（構造式）を以下に示す。なお、既に説明した材料については省略する。
【０１８６】
【化３】
【０１８７】
以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。まず、ガラス基板上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）をスパッタリング法にて成膜し、正極を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
【０１８８】
次に、基板上に発光素子を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し、２００℃で１時間焼成した後、ＵＶオゾン処理を３７０秒おこなった。その後、１０−４Ｐａ程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、１７０℃で３０分間の真空焼成をおこなった後、基板を３０分程度放冷した。
【０１８９】
次に、正極が形成された面が下方となるように、正極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、約１０−４Ｐａの減圧下、正極上に、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩと酸化モリブデン（ＶＩ）を共蒸着することで、正孔注入層を形成した。その膜厚は、４０ｎｍとし、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩと酸化モリブデンの比率は、重量比で４：２（＝ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ：酸化モリブデン）となるように調節した。
【０１９０】
次に、正孔注入層上にＰＣＢＡ１ＢＰよりなる第２の層を２０ｎｍの膜厚となるように蒸着法により成膜した。
【０１９１】
さらに、ＰＣＢＡ１ＢＰと２ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）を共蒸着し、第２の層上に発光層を形成した。ここで、２ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＡ１ＢＰ及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］］の重量比は、０．８：０．２：０．０５となるように調節した。また、発光層の膜厚は４０ｎｍとした。
【０１９２】
次に、発光層上に各発光素子の２ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを膜厚１０ｎｍとなるよう蒸着法により成膜し、第１の層を形成した。
【０１９３】
次に、第１の層上に、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を膜厚２０ｎｍとなるように成膜し、電子輸送層を形成した。
【０１９４】
さらに、電子輸送層上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を１ｎｍの膜厚で蒸着し、電子注入層を形成した。
【０１９５】
最後に、負極として、アルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように蒸着した。このようにして、発光素子を作製した。なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。以上により得られた発光素子の素子構造を表２に示す。
【０１９６】
【表２】
【０１９７】
窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業をおこなった後、発光素子の動作特性について測定をおこなった。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）でおこなった。
【０１９８】
図７（Ａ）に得られた発光素子の輝度の電流密度依存性を、図７（Ｂ）に輝度の電圧依存性を、図７（Ｃ）に電流効率の輝度依存性を示す。また、得られた発光素子の主要な特性を表３に示す。約１０００ｃｄ／ｍ２の輝度を得るための電圧が極めて低く（２．６Ｖ
）、また、パワー効率が７０％以上の高効率な発光素子が得られた。
【０１９９】
【表３】
【実施例２】
【０２００】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子を作製し、その測定をおこなった。本実施例では、Ｎ型ホストとして２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを用い、Ｐ型ホストとしてはＰＣＢＡ１ＢＰを用い、発光素子を作製した。
【０２０１】
本実施例で作製した発光素子の層構造は、実施例１の発光素子と同じである。また、用いる材料は既に説明した材料である。さらに、作製方法はＮ型ホストが異なる以外の点は実施例１と同様である（すなわち、実施例１の２ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩで置き換えただけである）ので詳細は省略する。なお、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの構造を以下に示す。
【０２０２】
【化４】
【０２０３】
得られた発光素子の素子構造を表４に示す。
【０２０４】
【表４】
【０２０５】
図８（Ａ）に得られた発光素子の輝度の電流密度依存性を、図８（Ｂ）に輝度の電圧依存性を、図８（Ｃ）に電流効率の輝度依存性を示す。また、得られた発光素子の主要な特性を表５に示す。約１０００ｃｄ／ｍ２の輝度を得るための電圧が極めて低く（２．７Ｖ
）、また、外部量子効率が２５％以上の高効率な発光素子が得られた。従来の発光素子では、取り出し効率に起因して外部量子効率の上限は２０％程度であると言われているが、ＧＣＣＨというコンセプトを用いることで、２５％を超える外部量子効率の発光素子が得られる。
【０２０６】
【表５】
【符号の説明】
【０２０７】
１０１ 発光素子
１０１ａ 発光素子
１０１ｂ 発光素子
１０１ｃ 発光素子
１０２ 発光層
１０３ Ｎ型ホストの層
１０４ Ｐ型ホストの層
１０５ ゲスト分子
１０６ Ｎ型遷移領域
１０７ Ｐ型遷移領域
１０８ 負極
１０９ 正極
１１０ ＥＬ層
１１０ａ ＥＬ層
１１０ｂ ＥＬ層
１１１ 電子輸送層
１１２ 正孔輸送層
１１３ 電子注入層
１１４ 正孔注入層
１１５ 電荷発生層
１１６ 電子注入バッファー層
１１７ 電子リレー層
１１８ 複合材料層
２０１ 真空チャンバー
２０２ 第１の蒸発源
２０３ 第２の蒸発源
２０４ 第３の蒸発源
２０５ 基板
２０６ 基板
２０７ 基板
２１１ 真空チャンバー
２１２ 第１の蒸発源
２１３ 第２の蒸発源
２１４ 第３の蒸発源
２１５ 第４の蒸発源
２１６ 第５の蒸発源
２１７ 基板
２１８ 基板
２１９ 基板
２２３ 開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燐光性化合物、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光層を第１の電極および第２の電極の間に有し、また、前記発光層と前記第１の電極の間には前記第１の有機化合物を含有するが、前記第２の有機化合物を含有しない第１の層を有し、また、前記発光層と前記第２の電極の間には前記第２の有機化合物を含有するが、前記第１の有機化合物を含有しない第２の層を有し、前記第１の有機化合物は電子輸送性が正孔輸送性よりも優れており、前記第２の有機化合物は正孔輸送性が電子輸送性よりも優れており、前記第１の有機化合物と前記第２の有機化合物は励起状態において、エキシプレックスを形成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、
前記第１の層と前記発光層あるいは前記第２の層と前記発光層との間には、前記第１の有機化合物と前記第２の有機化合物の比率が連続的に変化する領域が設けられていることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
第１の有機化合物を含有するが、第２の有機化合物を含有しない第１の層と、第２の有機化合物を含有するが、第１の有機化合物を含有しない第２の層と、前記第１の層と前記第２の層の間に前記第１の有機化合物と前記第２の有機化合物と燐光性化合物とを有する領域とを有し、前記第１の有機化合物は電子輸送性が正孔輸送性よりも優れており、前記第２の有機化合物は正孔輸送性が電子輸送性よりも優れており、前記第１の有機化合物と前記第２の有機化合物は励起状態において、エキシプレックスを形成す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の有機化合物のアニオン及び前記第２の有機化合物のカチオンから、前記エキシプレックスが形成され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、
前記エキシプレックスの励起エネルギーが前記燐光性化合物に移動して、前記燐光性化合物が燐光を発す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５のいずれか一項において、
前記第１の有機化合物及び前記第２の有機化合物の少なくとも一方が、蛍光性化合物である発光素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記燐光性化合物が、有機金属錯体である発光素子。
【請求項１】
燐光性化合物、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光層を第１の電極および第２の電極の間に有し、また、前記発光層と前記第１の電極の間には前記第１の有機化合物を含有するが、前記第２の有機化合物を含有しない第１の層を有し、また、前記発光層と前記第２の電極の間には前記第２の有機化合物を含有するが、前記第１の有機化合物を含有しない第２の層を有し、前記第１の有機化合物は電子輸送性が正孔輸送性よりも優れており、前記第２の有機化合物は正孔輸送性が電子輸送性よりも優れており、前記第１の有機化合物と前記第２の有機化合物は励起状態において、エキシプレックスを形成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、
前記第１の層と前記発光層あるいは前記第２の層と前記発光層との間には、前記第１の有機化合物と前記第２の有機化合物の比率が連続的に変化する領域が設けられていることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
第１の有機化合物を含有するが、第２の有機化合物を含有しない第１の層と、第２の有機化合物を含有するが、第１の有機化合物を含有しない第２の層と、前記第１の層と前記第２の層の間に前記第１の有機化合物と前記第２の有機化合物と燐光性化合物とを有する領域とを有し、前記第１の有機化合物は電子輸送性が正孔輸送性よりも優れており、前記第２の有機化合物は正孔輸送性が電子輸送性よりも優れており、前記第１の有機化合物と前記第２の有機化合物は励起状態において、エキシプレックスを形成す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の有機化合物のアニオン及び前記第２の有機化合物のカチオンから、前記エキシプレックスが形成され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、
前記エキシプレックスの励起エネルギーが前記燐光性化合物に移動して、前記燐光性化合物が燐光を発す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５のいずれか一項において、
前記第１の有機化合物及び前記第２の有機化合物の少なくとも一方が、蛍光性化合物である発光素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記燐光性化合物が、有機金属錯体である発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２１６８２９（Ｐ２０１２−２１６８２９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−７６１６９（Ｐ２０１２−７６１６９）
【出願日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【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１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【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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