発光素子
【課題】燐光性化合物の使用量が少なく、それでいて発光効率が高い発光素子、あるいは、寿命の長い発光素子を提供する。
【解決手段】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一対の電極間に有し、第１の有機化合物及び第２の有機化合物が、励起錯体（エキサイプレックス）を形成する組み合わせである発光素子を提供する。該発光素子は、励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、燐光性化合物の濃度が低くてもエネルギー移動効率が高い。
【解決手段】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一対の電極間に有し、第１の有機化合物及び第２の有機化合物が、励起錯体（エキサイプレックス）を形成する組み合わせである発光素子を提供する。該発光素子は、励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、燐光性化合物の濃度が低くてもエネルギー移動効率が高い。
【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（特許文献１、特許文献２および非特許文献１参照）。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。
【０００３】
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。
【０００４】
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ホール（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（Ｓ＊）と三重項励起状態（Ｔ＊）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、Ｓ＊：Ｔ＊＝１：３であると考えられている。
【０００５】
発光性の有機化合物は通常、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（Ｓ＊）からの発光は、同じスピン多重度間の電子遷移であり、蛍光と呼ばれる。一方、三重項励起状態（Ｔ＊）からの発光は、異なるスピン多重度間の電子遷移であり、燐光と呼ばれる。通常、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、Ｓ＊：Ｔ＊＝１：３であることを根拠に２５％とされている。
【０００６】
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、内部量子効率を１００％まで上昇させ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。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されることが多い。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（あるいはドーパント）と呼ばれる。
【０００８】
また、特許文献２あるいは非特許文献１では、発光層を電子輸送性のよい材料と正孔輸送性のよい材料を混合して形成する方法が提案されている。例えば、非特許文献１では電子輸送性のよいトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（略称：Ａｌｑ３）と、正孔輸送性のよい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）という２種類の材料と、ゲスト（ドーパント）としてメチルキナクリドン（略称：ｍｑａ）を用いる発光装置が提案されている。
【０００９】
このような構造の発光層では、２種類のホストがそれぞれの機能を分担し、電子も正孔もバランスよく伝導させることができる。すなわち、電子はＡｌｑ３を伝導し、正孔はＮＰＢを伝導して、いずれもｍｑａに至り、ｍｑａを励起状態とすることができる。ｍｑａは蛍光しか発しないが、特許文献２では、ゲストとして燐光性化合物を用いることで、三重項励起状態からの発光を得ることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【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号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｖｉ−Ｅｎ Ｃｈｏｏｎｇ ｅｔ ａｌ． ”Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ａ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｌａｙｅｒ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， ７５， １７２ （１９９９）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
イリジウムは稀少元素（クラーク数１×１０−７％）であり、イリジウムより高価な白金（クラーク数５×１０−７％）、金（クラーク数５×１０−７％）より地表付近に埋蔵されている量は少ない。このため、その安定供給に懸念があり、その使用量の削減が求められる。
【００１３】
しかしながら、一般に燐光性化合物がゲストである場合、ゲストの濃度を過剰に低下させると発光効率が低下する。これは以下のように説明できる。ゲスト分子を励起状態とするには、大きく分けて２つの過程が考えられる。ひとつは、電子と正孔がゲスト分子に注入されることによりゲスト分子が励起される直接再結合過程である。他のひとつは、励起されたホスト分子の状態がゲスト分子に移動するエネルギー移動過程である。
【００１４】
直接再結合過程の比率を上げるには、ゲストが高濃度に存在する必要がある。したがって、ゲストの濃度が低下すると再結合確率が減少し、発光効率が低下する。
【００１５】
一方、エネルギー移動過程に関しては、フェルスター機構とデクスター機構というふたつの理論が提唱されている。
【００１６】
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せず、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、とするものである。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、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、とするものである。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】
一般に、デクスター機構によるエネルギー移動が可能な距離は、１ｎｍ程度まで、フェルスター機構によるエネルギー移動が可能な距離は１０ｎｍ程度までとされている。したがって、ゲストの濃度が小さくなり、ゲスト分子と励起状態にあるホスト分子との距離が大きくなるとエネルギー移動の効率が著しく低下する。そのため、ゲストの濃度は３％以上であることが必須とされてきた。
【００２３】
以上で述べたように、キャリアの再結合からゲストの励起状態が形成されるまでの素過程を考えると、ゲストを効率よく励起状態にするためにはゲストの濃度を高くする必要がある。しかしながら一方で、ゲストが高濃度の場合、ゲストが凝集することによる発光効率の低下、いわゆる濃度消光が生じてしまうため、ゲストの励起状態が効率よく生成できたとしても、結果として素子の発光効率は低下してしまう。つまり、ゲストの濃度が低いと、ゲストの励起状態の生成効率が悪くなり、ゲストの濃度が高いと、濃度消光が生じてしまうため、いずれにしても発光効率が低下するというジレンマがあった。
【００２４】
本発明の一態様はこのような現状に鑑み、新規な発光機構を用いることにより、よりゲストの濃度を低下させた発光素子を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は高効率な発光装置を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は、長寿命な発光装置を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は、劣化の少ない発光装置を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は、信頼性の高い発光装置を提供することを課題とする。本発明の一態様は上記の課題の少なくとも１つを解決する。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の一態様は、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一対の電極間に有し、第１の有機化合物及び第２の有機化合物が、励起錯体を形成する組み合わせであり、第１の有機化合物と第２の有機化合物の重量の和に対する燐光性化合物の重量の比率が、０．１％以上２．５％以下、好ましくは０．１％以上１．５％以下、より好ましくは０．１％以上０．５％以下である発光素子である。
【００２６】
また、本発明の一態様は、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一対の電極間に有し、少なくとも一つの第１の有機化合物及び少なくとも一つの第２の有機化合物が、励起錯体を形成する組み合わせであり、励起錯体が燐光性化合物に作用して、燐光性化合物が燐光を発光し、第１の有機化合物と第２の有機化合物の重量の和に対する燐光性化合物の重量の比率が、０．１％以上２．５％以下、好ましくは０．１％以上１．５％以下、より好ましくは０．１％以上０．５％以下である発光素子である。
【００２７】
また、本発明の一態様は、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一対の電極間に有し、第１の有機化合物または第２の有機化合物は、その一重項励起子から、第１の有機化合物と第２の有機化合物の励起錯体が形成されるものであり、第１の有機化合物と第２の有機化合物の重量の和に対する燐光性化合物の重量の比率が、０．１％以上２．５％以下、好ましくは０．１％以上１．５％以下、より好ましくは０．１％以上０．５％以下である発光素子である。
【００２８】
また、本発明の一態様は、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一対の電極間に有し、第１の有機化合物及び第２の有機化合物は、第１の有機化合物のアニオン及び第２の有機化合物のカチオンから、第１の有機化合物と第２の有機化合物の励起錯体が形成されるものであり、第１の有機化合物と第２の有機化合物の重量の和に対する燐光性化合物の重量の比率が、０．１％以上２．５％以下、好ましくは０．１％以上１．５％以下、より好ましくは０．１％以上０．５％以下である発光素子である。
【００２９】
上記発光素子において、励起錯体の励起エネルギーが燐光性化合物に移動して、該燐光性化合物が燐光を発することが好ましい。
【００３０】
上記発光素子において、第１の有機化合物及び第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ことが好ましい。
【００３１】
上記発光素子において、燐光性化合物は、イリジウムを有する有機金属錯体であることが好ましい。
【００３２】
上記発光素子において、励起錯体の発光スペクトルのピークにおける燐光性化合物のモル吸光係数が５０００Ｍ−１ｃｍ−１以上であることが好ましい。
【００３３】
上記発光素子において、第１の有機化合物は、電子輸送性が正孔輸送性より高く、また、第２の有機化合物は、正孔輸送性が電子輸送性よりも高いことが好ましい。
【００３４】
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】
【００３５】
上述のエネルギー移動過程において、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、実測されるホスト分子の励起状態の寿命を表す。
【００３６】
【数３】
【００３７】
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との重なりが大きい方が良いことがわかる。
【００３８】
また、ホスト分子の発光スペクトルのピークでのゲスト分子の吸光率が高いほどホスト分子からゲスト分子へのエネルギー移動過程が生じやすいことがわかる。
【００３９】
すなわち、ホスト分子の励起状態のエネルギー準位とゲスト分子の励起状態のエネルギー準位をほぼ等しくなるように設定し、かつ、ゲスト分子の励起状態への遷移確率を高めることにより、よりエネルギー移動しやすくなる。
【００４０】
しかしながら、この条件では、従来のようにホストを単一の材料とする場合には、逆に励起状態のゲスト分子のエネルギーが基底状態のホスト分子に移動する過程も生じやすくなり、結局、発光効率が低下してしまう。
【００４１】
この問題に関しては、励起錯体を用いて解決できる。ここで励起錯体に関して詳説する。励起錯体（エキサイプレックス、ｅｘｃｉｐｌｅｘ）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。励起錯体は、比較的深い最低空分子軌道（ＬＵＭＯ：Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）準位をもつ材料と、浅い最高被占有軌道（ＨＯＭＯ：Ｈｉｇｈｔｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）準位をもつ材料間との間で形成しやすいことが一般に知られている。
【００４２】
ここで、本発明の一態様で適用する第１の有機化合物と第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位は異なる。具体的には、エネルギー準位は、第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位＜第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位＜第１の有機化合物のＬＵＭＯ準位＜第２の有機化合物のＬＵＭＯ準位という関係が成り立つ。
【００４３】
なお、この条件が成立しても必ず励起錯体が形成されるわけではなく、例えば、非特許文献１にある、Ａｌｑ３とＮＰＢとの間では励起錯体は形成できない。そして、励起錯体を形成できない場合は、以下の効果を得ることはできないことに注意すべきである。
【００４４】
第１の有機化合物と第２の有機化合物により励起錯体が形成された場合、励起錯体のＬＵＭＯ準位は、第１の有機化合物に由来し、ＨＯＭＯ準位は、第２の有機化合物に由来する。したがって、励起錯体のエネルギー差は、第１の有機化合物のエネルギー差、及び第２の有機化合物のエネルギー差よりも小さくなる。つまり、第１の有機化合物と第２の有機化合物のそれぞれの発光波長に比べて、励起錯体の発光波長は長波長となる。
【００４５】
励起錯体の形成過程は大きく分けて以下の２つの過程が考えられる。第１はエレクトロプレックス（ｅｌｅｃｔｒｏｐｌｅｘ）の形成によるものである。本明細書において、エレクトロプレックスとは、基底状態の第１の有機化合物及び基底状態の第２の有機化合物から、直接、励起錯体が形成されることを指す。具体的には、第１の有機化合物のアニオンと第２の有機化合物のカチオンが隣接した場合、両者は励起錯体を形成する。
【００４６】
上記の関係から、第１の有機化合物は電子トラップ性の化合物であり、第２の有機化合物はホールトラップ性の化合物であるので、第１の有機化合物のアニオンと第２の有機化合物のカチオンから、直接エレクトロプレックスが形成されることになる。
【００４７】
形成されたエレクトロプレックスの発光スペクトルは、第１の有機化合物と第２の有機化合物のそれぞれの発光波長に比べて、長波長側に存在する。
【００４８】
第１の有機化合物（又は第２の有機化合物）の発光スペクトルと燐光性化合物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の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりは大きくなる。本発明の一態様の発光素子は、エレクトロプレックスの発光スペクトルとゲストである燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高い。したがって、本発明の一態様では、外部量子効率が高い発光素子を実現することができる。
【００４９】
前述の通り、一般には、電子及びホールがホスト中で再結合した場合、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。
【００５０】
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、ホスト分子自体が目的としない波長で発光する、又は励起エネルギーが熱エネルギーとなることで、励起エネルギーの一部を失う（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、一重項励起子の失活が起こりやすい。励起子の失活は、発光素子の寿命の低下につながる要因の一つである。
【００５１】
一方、本発明の一態様では、第１の有機化合物及び第２の有機化合物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るため、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、直接励起錯体を形成する過程が存在しうる。これにより、上記一重項励起子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。
【００５２】
このようにしてホストの一重項励起状態の発生を抑制し、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、従前にない。
【００５３】
もう一つの過程としては、ホストである第１の有機化合物及び第２の有機化合物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励起錯体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、ホストの一重項励起子が生成してしまうが、これは速やかに励起錯体に変換されるため、やはり一重項励起子の失活を抑制することができる。
【００５４】
ホストの一重項励起子が速やかに励起錯体に変換されることは、後述する実験結果からも明らかである。したがって、ホストが失活することを抑制することができる。このため、本発明の一態様では、寿命の長い発光素子を実現することができる。
【００５５】
また、この場合も形成された励起錯体の発光スペクトルは、第１の有機化合物と第２の有機化合物のそれぞれの発光波長に比べて、長波長側に存在する。
【００５６】
また、この場合も、第１の有機化合物（又は第２の有機化合物）の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりよりも、励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりは大きくなる。本発明の一態様の発光素子は、励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高い。したがって、本発明の一態様では、外部量子効率が高い発光素子を実現することができる。
【００５７】
なお、上記の関係から、第１の有機化合物は電子トラップ性の化合物であり、一方で第２の有機化合物はホールトラップ性の化合物である。これら化合物の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）、電子は優先的に第１の有機化合物に入り、ホールは優先的に第２の有機化合物に入る。この場合、一重項励起子を経て励起錯体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。
【００５８】
ところで、励起錯体は励起状態でのみエネルギー準位が存在するという概念が成立する。したがって、励起錯体を構成する分子は基底状態では、独立した２つあるいはそれ以上の分子となり、これらの分子が基底状態で何らかの錯体を構成することはない。
【００５９】
例えば、励起状態の励起錯体から基底状態のゲスト分子にエネルギーが移動して、ゲスト分子が励起状態となったとして、そのゲスト分子が他の分子を励起しようとしても、本発明の一態様においては、励起する対象となる分子は第１の有機化合物か第２の有機化合物以外には存在しない。そして、第１の有機化合物か第２の有機化合物を励起するには、励起状態のゲスト分子のエネルギーが足りないので、これらを励起することはできない。
【００６０】
すなわち、ゲスト分子の励起状態が該エキサイプレックスに逆エネルギー移動してしまい、ゲスト分子が発光する前に失活する（すなわち発光効率を損なう）という現象は、原理的に生じないと考えられる。このことも、発光効率を高くできる一因である。
【００６１】
上記の通り、本発明の一態様では、エネルギー移動する分子間の励起状態と基底状態のエネルギー差をほぼ等しくすることが好ましい。すなわち、励起錯体の励起エネルギー準位とゲストの励起エネルギー準位はほぼ等しくする。一方、励起錯体を構成する第１の有機化合物と第２の有機化合物の励起エネルギー準位は、励起錯体の励起エネルギー準位より高くなる。
【００６２】
すなわち、励起状態にあるゲスト分子が、第１の有機化合物や第２の有機化合物を励起させようとしてもエネルギーが不足するため、ゲスト分子から他の分子にエネルギー移動する確率は著しく低くなる。このため、本発明の一態様では発光効率が高められる。また、熱失活を抑制できるので発光素子の寿命を伸ばし、劣化を抑制し、信頼性を高められる。
【００６３】
また、上述の通り、第１の有機化合物又は第２の有機化合物の一重項励起子から、励起錯体が形成されることがある。すなわち、第１の有機化合物及び第２の有機化合物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することで励起錯体を形成する素過程が考えられる。そして、この過程は非常に速やかにおこなわれると考えられる。
【００６４】
一重項励起子は励起寿命が短い（τが小さい）ため、通常は、ホストの一重項励起子からゲストに励起エネルギーが移動する前に、励起エネルギーの一部が失われる（目的としない波長の発光または熱失活する）という問題がある（数式（３）におけるΦＥＴが小さくなりがちな傾向にある）。
【００６５】
しかしながら、本発明の一態様では、ホストの一重項励起子は速やかに励起錯体を形成するため、このような失活を抑制することができる。しかも、励起錯体の励起寿命は比較的長いため、エネルギー移動効率ΦＥＴを高めることとなると考えられる。したがって、素子の効率だけでなく寿命にも影響すると考えられるホストの一重項励起子の失活を抑制することができ、寿命の長い発光素子を実現することができる。
【００６６】
なお、励起錯体の励起エネルギーは燐光性化合物に十分にエネルギー移動し、励起錯体からの発光は素子から実質的に観察されないことが好ましい。したがって、ホストの励起錯体を介して燐光性化合物にエネルギーを移動して、該燐光性化合物が、燐光を発することが好ましい。
【００６７】
また、上述したエネルギー移動の概念からは、第１の有機化合物および第２の有機化合物の少なくとも一方が蛍光性化合物（すなわち、一重項励起状態から発光や熱失活が起こりやすい化合物）である場合に有効となる。したがって、第１の有機化合物および第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ことが好ましい。
【００６８】
なお、ホストに用いる有機化合物（第１の有機化合物および／または第２の有機化合物）に燐光性化合物を用いると、該有機化合物自体が発光しやすくなり、ゲストへのエネルギー移動が妨げられる。この場合、該有機化合物が効率よく発光すればよいが、ホストである該有機化合物は濃度消光の問題が発生するため、高い発光効率を達成するのは困難である。したがって、該有機化合物には、蛍光性化合物を用い、上述の構成によりエネルギー移動することが好ましい。
【００６９】
なお、上述の効果は第１の有機化合物と第２の有機化合物より励起錯体が形成されることで初めて得られる。例えば、非特許文献１に記載されている方法では、励起錯体が形成されないため、ゲスト分子を励起する過程は直接再結合過程によるほかなく、発光効率が十分に高くない。
【００７０】
一般に、励起錯体を発光素子の発光層に用いると、発光色を制御できるなどの利用価値はあるものの、発光効率は大きく低下するのが常である。したがって、励起錯体を用いた発光素子は、高効率な発光素子を得るには適さないと従来は考えられてきた。
【００７１】
しかしながら、本発明の一態様で示すように、励起錯体を燐光性化合物へのエネルギー移動の媒体に用いることで、逆に極限まで発光効率を高めることができることを本発明者等は見出した。これは、従来の固定概念とは相反する技術思想である。
【００７２】
また、本発明の一態様では、励起錯体の励起エネルギー準位とゲストの励起状態のエネルギー準位をほぼ等しくなるように設定し、かつ、ゲストの励起状態への遷移確率を高めることにより、よりエネルギー移動過程の確率を高める。その結果、ゲストの濃度を０．１％以上２．５％以下、好ましくは０．１％以上１．５％以下、より好ましくは０．１％以上０．５％以下としても十分なエネルギー移動を実現できる。そして、この濃度であれば濃度消光を抑制することができるため、発光効率を極限まで高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一態様の発光素子を示す図。
【図２】実施例１に係る吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。
【図３】実施例２に係る吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。
【図４】実施例３に係る発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図５】実施例３に係る発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図６】実施例３に係る発光素子の電圧−電流特性を示す図。
【図７】実施例３に係る発光素子の輝度−色度特性を示す図。
【図８】実施例３に係る発光素子の輝度−電流効率を示す図。
【図９】実施例３に係る発光素子の輝度−パワー効率を示す図。
【図１０】実施例３に係る発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図１１】実施例３に係る発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図１２】実施例４に係る発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図１３】実施例４に係る発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図１４】実施例４に係る発光素子の電圧−電流特性を示す図。
【図１５】実施例４に係る発光素子の輝度−色度特性を示す図。
【図１６】実施例４に係る発光素子の輝度−電流効率を示す図。
【図１７】実施例４に係る発光素子の輝度−パワー効率を示す図。
【図１８】実施例４に係る発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図１９】実施例４に係る発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図２０】実施例５に係る発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図２１】実施例５に係る発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図２２】実施例５に係る発光素子の電圧−電流特性を示す図。
【図２３】実施例５に係る発光素子の輝度−色度特性を示す図。
【図２４】実施例５に係る発光素子の輝度−電流効率を示す図。
【図２５】実施例５に係る発光素子の輝度−パワー効率を示す図。
【図２６】実施例５に係る発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図２７】実施例５に係る発光素子の輝度−外部エネルギー効率特性を示す図。
【図２８】実施例５に係る発光素子の発光スペクトルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
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。
【００７５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施の形態の発光素子は、発光物質であるゲストと、該ゲストを分散するホストとを発光層に有する。具体的には、ゲストとして燐光性化合物を用い、ホストとして第１の有機化合物と第２の有機化合物とを用いる。また、第１の有機化合物及び第２の有機化合物は、励起錯体を形成する組み合わせである。
【００７６】
なお、本実施の形態において、ホストとして用いる有機化合物のそれぞれの三重項励起エネルギーの準位（Ｔ＊準位）は、ゲストのＴ＊準位よりも高いことが好ましい。ホストのＴ＊準位がゲストのＴ＊準位よりも低いと、発光に寄与するゲストの三重項励起エネルギーをホストが消光（クエンチ）してしまい、発光効率の低下を招くためである。
【００７７】
なお、上述のように、ゲストのＴ＊準位を励起錯体のＴ＊準位とほぼ等しくする場合には、ゲストのＴ＊準位は第１の有機化合物（または第２の有機化合物）のＴ＊準位より低くなるため、多くの場合、この問題は克服できる。
【００７８】
ホストを構成する第１の有機化合物と第２の有機化合物は励起錯体を形成する。形成された励起錯体が発光する場合、その発光波長は、第１の有機化合物と第２の有機化合物のそれぞれの発光波長（蛍光波長）に比べて、長波長側に存在する。換言すれば、励起錯体を形成することで、第１の有機化合物の蛍光スペクトルや第２の有機化合物の蛍光スペクトルを、より長波長側に位置する発光スペクトルに変換することができる。
【００７９】
したがって、第１の有機化合物（または第２の有機化合物）の蛍光スペクトルが、たとえ燐光性化合物の最も長波長側に位置する吸収帯に比べて短波長側に位置し、該吸収帯との重なりがなかったとしても、励起錯体を形成することで、その蛍光スペクトルを長波長の発光スペクトルに変換し、該吸収帯との重なりを大きくすることができる。
【００８０】
本実施の形態の発光素子は、この励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、励起錯体から燐光性化合物へのエネルギー移動をするため、ゲストの濃度が０．１％以上２．５％以下、好ましくは０．１％以上１．５％以下、より好ましくは０．１％以上０．５％以下であっても、十分なエネルギー移動効率が得られる。
【００８１】
なお、励起錯体の発光スペクトルとゲストの吸収スペクトルを十分に重ねるためには、発光スペクトルのピークのエネルギー値と、吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のピークのエネルギー値との差が０．３ｅＶ以内であることが好ましい。より好ましくは０．２ｅＶ以内であり、最も好ましいのは０．１ｅＶ以内である。
【００８２】
本実施の形態の発光素子について図１を用いて説明する。
【００８３】
図１（Ａ）は、第１の電極１０１と第２の電極１０３との間にＥＬ層１０２を有する発光素子を示した図である。図１（Ａ）における発光素子は、第１の電極１０１の上に順に積層した正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、発光層１１３、電子輸送層１１４、電子注入層１１５と、さらにその上に設けられた第２の電極１０３から構成されている。
【００８４】
第１の電極１０１としては、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、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。
【００８５】
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。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。
【００８６】
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。
【００８７】
但し、ＥＬ層１０２のうち、第１の電極１０１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、第１の電極１０１に用いる物質は、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム、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。
【００８８】
第１の電極１０１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。
【００８９】
第２の電極１０３は、仕事関数の小さい（好ましくは３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用い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の他、アルミニウムや銀などを用いることができる。
【００９０】
但し、ＥＬ層１０２のうち、第２の電極１０３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。
【００９１】
なお、第２の電極１０３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。
【００９２】
ＥＬ層１０２は、少なくとも発光層１１３を有する。ＥＬ層１０２の一部には公知の物質を用いることもでき、低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもできる。なお、ＥＬ層１０２を形成する物質には、有機化合物のみからなるものだけでなく、無機化合物を一部に含む構成も含めるものとする。
【００９３】
ＥＬ層１０２は、発光層１１３の他、図１（Ａ）に示すように正孔注入性の高い物質を含んでなる正孔注入層１１１、正孔輸送性の高い物質を含んでなる正孔輸送層１１２、電子輸送性の高い物質を含んでなる電子輸送層１１４、電子注入性の高い物質を含んでなる電子注入層１１５などを適宜組み合わせて積層することにより形成される。
【００９４】
正孔注入層１１１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。
【００９５】
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。
【００９６】
さらに、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）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。
【００９７】
また、正孔注入層１１１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。
【００９８】
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、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる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。
【００９９】
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、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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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、遷移金属酸化物を挙げることができる。また、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
【０１０３】
なお、上述したＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ等の高分子化合物と、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１１１に用いてもよい。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
発光層１１３は、発光物質を含む層である。本実施の形態の発光層１１３は、ゲストとして燐光性化合物を有し、ホストとして第１の有機化合物及び第２の有機化合物を有する。ホストは、２種以上用いることができる。ホストの総重量（ホストが第１の有機化合物及び第２の有機化合物の場合はそれらの重量の和）に対して、ゲストの重量の比率は０．１％以上２．５％以下、好ましくは０．１％以上１．５％以下、より好ましくは０．１％以上０．５％以下とする。
【０１０８】
燐光性化合物としては、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。
【０１０９】
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）］）、（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）］）、（アセチルアセトナト）ビス［４−（２−ノルボルニル）−６−フェニルピリミジナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｎｂｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）、（２，６−ジメチル−３，５−ヘプタンジオナト−κ２Ｏ，Ｏ’）ビス［４−メチル−２−（３−メチル−４−ピリミジニル−κＮ３）フェニル−κＣ］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（５ｍｄｐｐｍ）２（ｄｉｂｍ）］）、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｄｂｑ−Ｐ）２（ａｃａｃ）］）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。
【０１１０】
第１の有機化合物及び第２の有機化合物としては、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−（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化合物のうちいずれか一と、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）、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）、及び、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）のようなホールを受け取りやすい化合物のうちいずれか一と、を組み合わせることが好ましい。ただし、これらに限定されることなく、励起錯体を形成できる組み合わせであればよい。
【０１１１】
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＮＢＢ、およびこれらを用いる際に燐光性化合物として適切な［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の主な物性値は表１の通りである。
【０１１２】
【表１】
【０１１３】
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢが混合された発光層１１３では、ＬＵＭＯ準位は、−２．７８ｅＶ、ＨＯＭＯ準位は−５．４６ｅＶとなる。これは、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの励起錯体のＬＵＭＯ準位、ＨＯＭＯ準位と同じである。そして、燐光性化合物である［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］のＬＵＭＯ準位、ＨＯＭＯ準位も同じレベルである。
【０１１４】
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）］を燐光性化合物に用いた場合には、［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。
【０１１５】
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（Ｔ＊準位）は２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩやＰＣＢＮＢＢのＴ＊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エネルギー移動する確率は小さい。特に［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］では、０．１８電子ボルトも低いので、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］はより発光効率が高いことが示唆される。
【０１１６】
電子輸送層１１４は、電子輸送性の高い物質を含む層である。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。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。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）のような高分子化合物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。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いてもよい。
【０１１７】
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。
【０１１８】
電子注入層１１５は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層１１５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。また、上述した電子輸送層１１４を構成する物質を用いることもできる。
【０１１９】
あるいは、電子注入層１１５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。
【０１２０】
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１１４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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
なお、上述した正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、発光層１１３、電子輸送層１１４、電子注入層１１５は、それぞれ、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。
【０１２３】
ＥＬ層は、図１（Ｂ）に示すように、第１の電極１０１と第２の電極１０３との間に複数積層されていても良い。この場合、積層された第１のＥＬ層１０４と第２のＥＬ層１０５との間には、電荷発生層１０６を設けることが好ましい。電荷発生層１０６は上述の複合材料で形成することができる。
【０１２４】
また、電荷発生層１０６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。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。
【０１２５】
このような構成を有する発光素子は、エネルギーの移動や消光などの問題が起こり難く、材料の選択の幅が広がることで高い発光効率と長い寿命とを併せ持つ発光素子とすることが容易である。また、一方のＥＬ層で燐光発光、他方で蛍光発光を得ることも容易である。この構造は上述のＥＬ層の構造と組み合わせて用いることができる。
【０１２６】
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、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、２つのＥＬ層を有する発光素子において、第１のＥＬ層の発光色と第２のＥＬ層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。また、３つ以上のＥＬ層を有する発光素子の場合でも同様である。
【０１２７】
ＥＬ層１０２は、図１（Ｃ）に示すように、第１の電極１０１と第２の電極１０３との間に、正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、発光層１１３、電子輸送層１１４、電子注入バッファー層１１６、電子リレー層１１７、及び第２の電極１０３と接する複合材料層１１８を有していても良い。
【０１２８】
第２の電極１０３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第２の電極１０３を形成する際に、ＥＬ層１０２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。
【０１２９】
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１１４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１１４に容易に注入することができる。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
なお、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。
【０１３３】
なお、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１１４の材料と同様の材料を用いて形成することができる。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
電子リレー層１１７は、電子輸送性の高い物質を含み、該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１１４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。
【０１３７】
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１１４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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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素子を低電圧でより安定に駆動することが可能になる。
【０１４１】
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）のいずれかは、分子構造的に金属−酸素の二重結合が他の分子に対して作用しやすく、アクセプター性が高いため好ましい。
【０１４２】
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、溶媒に可溶である。そのため、発光素子を形成する上で扱いやすいという利点を有する。また、溶媒に可溶であるため、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。
【０１４３】
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、発光素子をより低電圧で駆動することが可能になる。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、発光層１１３、及び電子輸送層１１４は前述の材料を用いてそれぞれ形成すれば良い。
【０１５１】
以上により、本実施の形態のＥＬ層１０２を作製することができる。
【０１５２】
上述した発光素子は、第１の電極１０１と第２の電極１０３との間に生じた電位差により電流が流れ、ＥＬ層１０２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、第１の電極１０１または第２の電極１０３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、第１の電極１０１または第２の電極１０３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。
【０１５３】
なお、第１の電極１０１と第２の電極１０３との間に設けられる層の構成は、上記のものに限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光を防ぐように、第１の電極１０１及び第２の電極１０３から離れた部位に正孔と電子とが再結合する発光領域を設けた構成であれば上記以外のものでもよい。
【０１５４】
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性の物質（電子及び正孔の輸送性の高い物質）、又は正孔ブロック材料等から成る層を、発光層と自由に組み合わせて構成すればよい。
【０１５５】
本実施の形態で示した発光素子を用いて、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素子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。
【０１５６】
以上のように、本発明の一態様の発光素子を作製することができる。本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【実施例１】
【０１５７】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子に適用することができる、第１の有機化合物、第２の有機化合物、及び燐光性化合物の組み合わせの一例について図２を用いて説明する。
【０１５８】
本実施例で用いる燐光性化合物は、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）］）である。また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、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）である。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、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）である。以上の材料の化学式を以下に示す。
【０１５９】
【化１】
【０１６０】
＜吸収スペクトル＞
図２（Ａ）および図２（Ｂ）に燐光性化合物である［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］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Ａ）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。
【０１６１】
＜発光スペクトル＞
また、同じく図２（Ａ）および図２（Ｂ）に、第１の有機化合物である２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル１）、第２の有機化合物であるＰＣＢＮＢＢの薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル２）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの混合材料の薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル３）を示す。図２（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２（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。
【０１６２】
図２（Ａ）の吸収スペクトルＡから、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］が、５００ｎｍ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。
【０１６３】
発光スペクトル３は、発光スペクトル１、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、２のピークに比べて、該吸収帯と近い位置に存在する。図２（Ａ）および図２（Ｂ）より、吸収スペクトルＡの発光に強く寄与する吸収帯と最も重なりが大きい発光スペクトルは、発光スペクトル３であることがわかった。具体的には、吸収スペクトルＡのピークと発光スペクトル３のピークの差は０．１０ｅＶであった。
【０１６４】
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、励起錯体が形成されることが示唆された。
【０１６５】
該混合材料の発光スペクトルは、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の吸収スペクトル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ことがわかった。よって、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの混合材料をホスト、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］をゲストに用いた発光素子は、該混合材料の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高いことが示唆された。したがって、外部量子効率が高い発光素子を得られることが示唆された。
【実施例２】
【０１６６】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子に適用することができる、第１の有機化合物、第２の有機化合物、及び燐光性化合物の組み合わせの一例について図３を用いて説明する。
【０１６７】
本実施例で用いる燐光性化合物は、（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）］）である。また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、ＰＣＢＮＢＢである。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、実施例１で示した材料の化学式は省略する。
【０１６８】
【化２】
【０１６９】
＜吸収スペクトル＞
図３（Ａ）および図３（Ｂ）に燐光性化合物である［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Ｂ）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。
【０１７０】
＜発光スペクトル＞
また、同じく図３（Ａ）および図３（Ｂ）に、第１の有機化合物である２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル４）、第２の有機化合物であるＰＣＢＮＢＢの薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル５）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの混合材料の薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル６）を示す。図３（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３（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。
【０１７１】
図３（Ａ）の吸収スペクトルＢ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。
【０１７２】
発光スペクトル６は、発光スペクトル４、５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６のピークは、発光スペクトル４、５のピークに比べて、該吸収帯と近い位置に存在する。図３（Ａ）および図３（Ｂ）より、吸収スペクトルＢの発光に強く寄与する吸収帯と最も重なりが大きい発光スペクトルは、発光スペクトル６であることがわかった。具体的には、吸収スペクトルＢのピークと発光スペクトル６のピークの差は０．０２ｅＶであった。
【０１７３】
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、励起錯体が形成されることが示唆された。
【０１７４】
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ことがわかった。また、モル吸光係数も５０００Ｍ−１・ｃｍ−１以上である。よって、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの混合材料をホスト、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］をゲストに用いた発光素子は、該混合材料の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高いことが示唆された。さらに、ゲストの濃度が低くても十分にエネルギー移動することが期待できる。
【実施例３】
【０１７５】
本実施例では、燐光性化合物である有機金属錯体、（アセチルアセトナト）ビス［４−（２−ノルボルニル）−６−フェニルピリミジナト）］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｎｂｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）をゲストとして用いた発光素子において、ゲストの濃度を増減させて、特性を調べた。［Ｉｒ（ｎｂｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の構造を以下に示す。
【０１７６】
【化３】
【０１７７】
また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、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）である。なお、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＡ１ＢＰの組み合わせは、実施例１の２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの組み合わせと同様、励起錯体を形成し、その発光スペクトルの位置も実施例１と概ね同じである。
【０１７８】
本実施例では、それぞれゲストの濃度が異なる発光素子１、発光素子２、発光素子３を作製し、その特性を比較した。発光素子１、発光素子２、発光素子３の構造は図１（Ａ）に示すものである。本実施例で用いる有機化合物の構造式を以下に示す。ただし、既に示したものは除く。
【０１７９】
【化４】
【０１８０】
まず、陽極として機能する第１の電極１０１として１１０ｎｍの膜厚でケイ素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）が成膜されたガラス基板を用意した。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺をポリイミド膜で覆い、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。この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秒行った。
【０１８１】
その後、１０−４Ｐａ程度まで内部が減圧された真空蒸着装置内の加熱室において１７０℃で３０分間の真空焼成を行った後、基板を３０分程度放冷した。次に、ＩＴＳＯが形成された面が下方となるように、基板を真空蒸着装置内の蒸着室に設けられたホルダーに固定した。
【０１８２】
蒸着室を１０−４Ｐａに減圧した後、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）と酸化モリブデン（ＶＩ）とを、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ：酸化モリブデン＝４：２（重量比）となるように共蒸着することにより、正孔注入層１１１を形成した。膜厚は４０ｎｍとした。なお、共蒸着とは、異なる複数の物質をそれぞれ異なる蒸発源から同時に蒸発させる蒸着法である。
【０１８３】
続いて、４−フェニル−４’−（９−フェニルフルオレン−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＢＰＡＦＬＰ）を２０ｎｍ蒸着することにより正孔輸送層１１２を形成した。
【０１８４】
さらに、正孔輸送層１１２上に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、［Ｉｒ（ｎｂｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：［Ｉｒ（ｎｂｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］＝０．８：０．２：ｘ（重量比）となるように４０ｎｍ共蒸着することによって発光層１１３を形成した。ここで、発光素子１ではｘ＝０．０１、発光素子２ではｘ＝０．０２５、発光素子３ではｘ＝０．０５とした。
【０１８５】
次に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを１０ｎｍ、続いてバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を２０ｎｍ蒸着することにより、電子輸送層１１４を形成した。すなわち、本実施例では電子輸送層１１４は厚さ１０ｎｍの２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの第１の電子輸送層と、厚さ２０ｎｍのＢＰｈｅｎの第２の電子輸送層よりなる。
【０１８６】
さらに電子輸送層１１４上にフッ化リチウムを１ｎｍとなるように蒸着することによって電子注入層１１５を形成した。以上でＥＬ層１０２が形成された。上述した蒸着過程においては、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
【０１８７】
最後に、陰極として機能する第２の電極１０３としてアルミニウムを２００ｎｍ成膜し、発光素子を完成させた。発光素子の積層構造を表２に示す。なお、表中、ｘは、発光素子１では０．０１、発光素子２では０．０２５、発光素子３では０．０５である。
【０１８８】
【表２】
【０１８９】
以上により得られた発光素子（発光素子１乃至発光素子３）を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業（封止時に８０℃にて１時間熱処理）を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０１９０】
発光素子１乃至発光素子３の電流密度−輝度特性を図４に示す。図４では縦軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）、横軸が電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を示す。また、発光素子１乃至発光素子３の電圧−輝度特性を図５に示す。図５では縦軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）、横軸が電圧（Ｖ）を示す。発光素子１乃至発光素子３の電圧−電流特性を図６に示す。図６では縦軸が電流（ｍＡ）、横軸が電圧（Ｖ）を示す。発光素子１乃至発光素子３の色度−輝度特性を図７に示す。図７では縦軸が色度、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。
【０１９１】
発光素子１乃至発光素子３の電流効率−輝度特性を図８に示す。図８では縦軸が電流効率（ｃｄ／Ａ）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子１乃至発光素子３のパワー効率−輝度特性を図９に示す。図９では縦軸がパワー効率（ｌｍ／Ｗ）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子１乃至発光素子３の外部量子効率−輝度特性を図１０に示す。図１０では縦軸が外部量子効率（％）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子１乃至発光素子３の発光スペクトルを図１１に示す。図１１では縦軸が発光強度（任意単位）、横軸が波長（ｎｍ）を示す。
【０１９２】
なお、図４乃至図１１において、ＬＥ１は発光素子１を、ＬＥ２は発光素子２を、ＬＥ３は発光素子３を示す。
【０１９３】
図４乃至図１１より、ゲストの濃度の低い発光素子１が発光素子２や発光素子３よりも発光効率が高いことがわかる。表３に発光素子１乃至発光素子３の主な特性を示す。表３において、ＬＥ１は発光素子１を、ＬＥ２は発光素子２を、ＬＥ３は発光素子３を示す。表３からわかるように、ホストの総重量に対するゲストの重量比を１％とした発光素子１であっても、よりゲストの重量比の高い発光素子２や発光素子３より優れた特性が得られることがわかった。
【０１９４】
【表３】
【実施例４】
【０１９５】
本実施例では、燐光性化合物である有機金属錯体、（２，６−ジメチル−３，５−ヘプタンジオナト−κ２Ｏ，Ｏ’）ビス［４−メチル−２−（３−メチル−４−ピリミジニル−κＮ３）フェニル−κＣ］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（５ｍｄｐｐｍ）２（ｄｉｂｍ）］）をゲストとして用いた発光素子において、ゲストの濃度を増減させて、特性を調べた。［Ｉｒ（５ｍｄｐｐｍ）２（ｄｉｂｍ）］の構造を以下に示す。
【０１９６】
【化５】
【０１９７】
また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）である。ＮＰＢの構造式を以下に示す。なお、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢの組み合わせは、実施例１と同様、励起錯体を形成し、その発光スペクトルの位置も実施例１と概ね同じである。
【０１９８】
【化６】
【０１９９】
本実施例では、それぞれゲストの濃度が異なる発光素子４、発光素子５、発光素子６を作製し、その特性を比較した。発光素子４、発光素子５、発光素子６の構造は図１（Ａ）に示すものである。
【０２００】
まず、陽極として機能する第１の電極１０１として１１０ｎｍの膜厚でケイ素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）が成膜されたガラス基板を用意した。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺をポリイミド膜で覆い、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。この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秒行った。
【０２０１】
その後、１０−４Ｐａ程度まで内部が減圧された真空蒸着装置内の加熱室において１７０℃で３０分間の真空焼成を行った後、基板を３０分程度放冷した。次に、ＩＴＳＯが形成された面が下方となるように、基板を真空蒸着装置内の蒸着室に設けられたホルダーに固定した。
【０２０２】
蒸着室を１０−４Ｐａに減圧した後、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩと酸化モリブデン（ＶＩ）とを、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ：酸化モリブデン＝４：２（重量比）となるように共蒸着することにより、正孔注入層１１１を形成した。膜厚は４０ｎｍとした。
【０２０３】
続いて、ＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍ蒸着することにより正孔輸送層１１２を形成した。
【０２０４】
さらに、正孔輸送層１１２上に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢと、［Ｉｒ（５ｍｄｐｐｍ）２（ｄｉｂｍ）］を、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＮＰＢ：［Ｉｒ（５ｍｄｐｐｍ）２（ｄｉｂｍ）］＝０．８：０．２：ｘ（重量比）となるように４０ｎｍ共蒸着することによって発光層１１３を形成した。ここで、発光素子４ではｘ＝０．０１、発光素子５ではｘ＝０．０２５、発光素子６ではｘ＝０．０５とした。
【０２０５】
次に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを１０ｎｍ、続いてＢＰｈｅｎを２０ｎｍ蒸着することにより、電子輸送層１１４を形成した。さらに電子輸送層１１４上にフッ化リチウムを１ｎｍとなるように蒸着することによって電子注入層１１５を形成した。以上でＥＬ層１０２が形成された。上述した蒸着過程においては、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
【０２０６】
最後に、陰極として機能する第２の電極１０３としてアルミニウムを２００ｎｍ成膜し、発光素子を完成させた。発光素子の積層構造を表４に示す。なお、表中、ｘは、発光素子４では０．０１、発光素子５では０．０２５、発光素子６では０．０５である。
【０２０７】
【表４】
【０２０８】
以上により得られた発光素子（発光素子４乃至発光素子６）を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業（封止時に８０℃にて１時間熱処理）を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０２０９】
発光素子４乃至発光素子６の電流密度−輝度特性を図１２に示す。図１２では縦軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）、横軸が電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を示す。また、発光素子４乃至発光素子６の電圧−輝度特性を図１３に示す。図１３では縦軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）、横軸が電圧（Ｖ）を示す。発光素子４乃至発光素子６の電圧−電流特性を図１４に示す。図１４では縦軸が電流（ｍＡ）、横軸が電圧（Ｖ）を示す。発光素子４乃至発光素子６の色度−輝度特性を図１５に示す。図１５では縦軸が色度、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。
【０２１０】
発光素子４乃至発光素子６の電流効率−輝度特性を図１６に示す。図１６では縦軸が電流効率（ｃｄ／Ａ）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子４乃至発光素子６のパワー効率−輝度特性を図１７に示す。図１７では縦軸がパワー効率（ｌｍ／Ｗ）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子４乃至発光素子６の外部量子効率−輝度特性を図１８に示す。図１８では縦軸が外部量子効率（％）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子４乃至発光素子６の発光スペクトルを図１９に示す。図１９では縦軸が発光強度（任意単位）、横軸が波長（ｎｍ）を示す。
【０２１１】
なお、図１２乃至図１９において、ＬＥ４は発光素子４を、ＬＥ５は発光素子５を、ＬＥ６は発光素子６を示す。
【０２１２】
図１２乃至図１９より、ゲストの濃度の低い発光素子４が発光素子５や発光素子６よりも発光効率が高いことがわかる。表５に発光素子４乃至発光素子６の主な特性を示す。なお、表５において、ＬＥ４は発光素子４を、ＬＥ５は発光素子５を、ＬＥ６は発光素子６を示す。表５からわかるように、ホストの総重量に対するゲストの重量比を１％とした発光素子４であっても、よりゲストの重量比の高い発光素子５や発光素子６より優れた特性が得られることがわかった。
【０２１３】
【表５】
【実施例５】
【０２１４】
本実施例では、燐光性化合物である有機金属錯体、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｄｂｑ−Ｐ）２（ａｃａｃ）］）をゲストとして用いた発光素子において、ゲストの濃度を増減させて、特性を調べた。［Ｉｒ（ｄｂｑ−Ｐ）２（ａｃａｃ）］の構造を以下に示す。
【０２１５】
【化７】
【０２１６】
また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、ＮＰＢである。なお、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢの組み合わせは、実施例１（２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの組み合わせ）と同様、励起錯体を形成し、その発光スペクトルの位置も実施例１と概ね同等である。
【０２１７】
本実施例では、それぞれゲストの濃度が異なる発光素子７、発光素子８、発光素子９を作製し、その特性を比較した。発光素子７、発光素子８、発光素子９の構造は図１（Ａ）に示すものである。
【０２１８】
まず、陽極として機能する第１の電極１０１として１１０ｎｍの膜厚でケイ素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）が成膜されたガラス基板を用意した。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺をポリイミド膜で覆い、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。この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秒行った。
【０２１９】
その後、１０−４Ｐａ程度まで内部が減圧された真空蒸着装置の加熱室において１７０℃で３０分間の真空焼成を行った後、基板を３０分程度放冷した。次に、ＩＴＳＯが形成された面が下方となるように、基板を真空蒸着装置内の蒸着室に設けられたホルダーに固定した。
【０２２０】
蒸着室を１０−４Ｐａに減圧した後、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩと酸化モリブデン（ＶＩ）とを、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ：酸化モリブデン＝４：２（重量比）となるように共蒸着することにより、正孔注入層１１１を形成した。膜厚は４０ｎｍとした。
【０２２１】
続いて、ＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍ蒸着することにより正孔輸送層１１２を形成した。
【０２２２】
さらに、正孔輸送層１１２上に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢと、［Ｉｒ（ｄｂｑ−Ｐ）２（ａｃａｃ）］を、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＮＰＢ：［Ｉｒ（ｄｂｑ−Ｐ）２（ａｃａｃ）］＝０．８：０．２：ｘ（重量比）となるように４０ｎｍ共蒸着することによって発光層１１３を形成した。ここで、発光素子７ではｘ＝０．０１、発光素子８ではｘ＝０．０２５、発光素子９ではｘ＝０．０５とした。
【０２２３】
次に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを１０ｎｍ、続いてＢＰｈｅｎを２０ｎｍ蒸着することにより、電子輸送層１１４を形成した。さらに電子輸送層１１４上にフッ化リチウムを１ｎｍとなるように蒸着することによって電子注入層１１５を形成した。以上でＥＬ層１０２が形成された。上述した蒸着過程においては、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
【０２２４】
最後に、陰極として機能する第２の電極１０３としてアルミニウムを２００ｎｍ成膜し、発光素子を完成させた。発光素子の積層構造を表６に示す。なお、表中、ｘは、発光素子７では０．０１、発光素子８では０．０２５、発光素子９では０．０５である。
【０２２５】
【表６】
【０２２６】
以上により得られた発光素子（発光素子７乃至発光素子９）を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業（封止時に８０℃にて１時間熱処理）を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０２２７】
発光素子７乃至発光素子９の電流密度−輝度特性を図２０に示す。図２０では縦軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）、横軸が電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を示す。また、発光素子７乃至発光素子９の電圧−輝度特性を図２１に示す。図２１では縦軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）、横軸が電圧（Ｖ）を示す。発光素子７乃至発光素子９の電圧−電流特性を図２２に示す。図２２では縦軸が電流（ｍＡ）、横軸が電圧（Ｖ）を示す。発光素子７乃至発光素子９の色度−輝度特性を図２３に示す。図２３では縦軸が色度、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。
【０２２８】
発光素子７乃至発光素子９の電流効率−輝度特性を図２４に示す。図２４では縦軸が電流効率（ｃｄ／Ａ）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子７乃至発光素子９のパワー効率−輝度特性を図２５に示す。図２５では縦軸がパワー効率（ｌｍ／Ｗ）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子７乃至発光素子９の外部量子効率−輝度特性を図２６に示す。図２６では縦軸が外部量子効率（％）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子７乃至発光素子９の外部エネルギー効率−輝度特性を図２７に示す。図２７では縦軸が外部エネルギー効率（％）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子７乃至発光素子９の発光スペクトルを図２８に示す。図２８では縦軸が発光強度（任意単位）、横軸が波長（ｎｍ）を示す。
【０２２９】
なお、図２０乃至図２８において、ＬＥ７は発光素子７を、ＬＥ８は発光素子８を、ＬＥ９は発光素子９を示す。
【０２３０】
図２０乃至図２８より、ゲストの濃度の低い発光素子７が発光素子８や発光素子９よりも発光効率が高いことがわかる。表７に発光素子７乃至発光素子９の主な特性を示す。なお、表７において、ＬＥ７は発光素子７を、ＬＥ８は発光素子８を、ＬＥ９は発光素子９を示す。表７からわかるように、ホストの総重量に対するゲストの重量比を１％とした発光素子７であっても、よりゲストの重量比の高い発光素子８や発光素子９より優れた特性が得られることがわかった。
【０２３１】
【表７】
【符号の説明】
【０２３２】
１０１ 第１の電極
１０２ ＥＬ層
１０３ 第２の電極
１０４ 第１のＥＬ層
１０５ 第２のＥＬ層
１０６ 電荷発生層
１１１ 正孔注入層
１１２ 正孔輸送層
１１３ 発光層
１１４ 電子輸送層
１１５ 電子注入層
１１６ 電子注入バッファー層
１１７ 電子リレー層
１１８ 複合材料層
【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（特許文献１、特許文献２および非特許文献１参照）。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。
【０００３】
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。
【０００４】
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ホール（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（Ｓ＊）と三重項励起状態（Ｔ＊）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、Ｓ＊：Ｔ＊＝１：３であると考えられている。
【０００５】
発光性の有機化合物は通常、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（Ｓ＊）からの発光は、同じスピン多重度間の電子遷移であり、蛍光と呼ばれる。一方、三重項励起状態（Ｔ＊）からの発光は、異なるスピン多重度間の電子遷移であり、燐光と呼ばれる。通常、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、Ｓ＊：Ｔ＊＝１：３であることを根拠に２５％とされている。
【０００６】
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、内部量子効率を１００％まで上昇させ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。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されることが多い。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（あるいはドーパント）と呼ばれる。
【０００８】
また、特許文献２あるいは非特許文献１では、発光層を電子輸送性のよい材料と正孔輸送性のよい材料を混合して形成する方法が提案されている。例えば、非特許文献１では電子輸送性のよいトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（略称：Ａｌｑ３）と、正孔輸送性のよい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）という２種類の材料と、ゲスト（ドーパント）としてメチルキナクリドン（略称：ｍｑａ）を用いる発光装置が提案されている。
【０００９】
このような構造の発光層では、２種類のホストがそれぞれの機能を分担し、電子も正孔もバランスよく伝導させることができる。すなわち、電子はＡｌｑ３を伝導し、正孔はＮＰＢを伝導して、いずれもｍｑａに至り、ｍｑａを励起状態とすることができる。ｍｑａは蛍光しか発しないが、特許文献２では、ゲストとして燐光性化合物を用いることで、三重項励起状態からの発光を得ることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【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号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｖｉ−Ｅｎ Ｃｈｏｏｎｇ ｅｔ ａｌ． ”Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ａ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｌａｙｅｒ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， ７５， １７２ （１９９９）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
イリジウムは稀少元素（クラーク数１×１０−７％）であり、イリジウムより高価な白金（クラーク数５×１０−７％）、金（クラーク数５×１０−７％）より地表付近に埋蔵されている量は少ない。このため、その安定供給に懸念があり、その使用量の削減が求められる。
【００１３】
しかしながら、一般に燐光性化合物がゲストである場合、ゲストの濃度を過剰に低下させると発光効率が低下する。これは以下のように説明できる。ゲスト分子を励起状態とするには、大きく分けて２つの過程が考えられる。ひとつは、電子と正孔がゲスト分子に注入されることによりゲスト分子が励起される直接再結合過程である。他のひとつは、励起されたホスト分子の状態がゲスト分子に移動するエネルギー移動過程である。
【００１４】
直接再結合過程の比率を上げるには、ゲストが高濃度に存在する必要がある。したがって、ゲストの濃度が低下すると再結合確率が減少し、発光効率が低下する。
【００１５】
一方、エネルギー移動過程に関しては、フェルスター機構とデクスター機構というふたつの理論が提唱されている。
【００１６】
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せず、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、とするものである。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、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、とするものである。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】
一般に、デクスター機構によるエネルギー移動が可能な距離は、１ｎｍ程度まで、フェルスター機構によるエネルギー移動が可能な距離は１０ｎｍ程度までとされている。したがって、ゲストの濃度が小さくなり、ゲスト分子と励起状態にあるホスト分子との距離が大きくなるとエネルギー移動の効率が著しく低下する。そのため、ゲストの濃度は３％以上であることが必須とされてきた。
【００２３】
以上で述べたように、キャリアの再結合からゲストの励起状態が形成されるまでの素過程を考えると、ゲストを効率よく励起状態にするためにはゲストの濃度を高くする必要がある。しかしながら一方で、ゲストが高濃度の場合、ゲストが凝集することによる発光効率の低下、いわゆる濃度消光が生じてしまうため、ゲストの励起状態が効率よく生成できたとしても、結果として素子の発光効率は低下してしまう。つまり、ゲストの濃度が低いと、ゲストの励起状態の生成効率が悪くなり、ゲストの濃度が高いと、濃度消光が生じてしまうため、いずれにしても発光効率が低下するというジレンマがあった。
【００２４】
本発明の一態様はこのような現状に鑑み、新規な発光機構を用いることにより、よりゲストの濃度を低下させた発光素子を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は高効率な発光装置を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は、長寿命な発光装置を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は、劣化の少ない発光装置を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は、信頼性の高い発光装置を提供することを課題とする。本発明の一態様は上記の課題の少なくとも１つを解決する。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の一態様は、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一対の電極間に有し、第１の有機化合物及び第２の有機化合物が、励起錯体を形成する組み合わせであり、第１の有機化合物と第２の有機化合物の重量の和に対する燐光性化合物の重量の比率が、０．１％以上２．５％以下、好ましくは０．１％以上１．５％以下、より好ましくは０．１％以上０．５％以下である発光素子である。
【００２６】
また、本発明の一態様は、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一対の電極間に有し、少なくとも一つの第１の有機化合物及び少なくとも一つの第２の有機化合物が、励起錯体を形成する組み合わせであり、励起錯体が燐光性化合物に作用して、燐光性化合物が燐光を発光し、第１の有機化合物と第２の有機化合物の重量の和に対する燐光性化合物の重量の比率が、０．１％以上２．５％以下、好ましくは０．１％以上１．５％以下、より好ましくは０．１％以上０．５％以下である発光素子である。
【００２７】
また、本発明の一態様は、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一対の電極間に有し、第１の有機化合物または第２の有機化合物は、その一重項励起子から、第１の有機化合物と第２の有機化合物の励起錯体が形成されるものであり、第１の有機化合物と第２の有機化合物の重量の和に対する燐光性化合物の重量の比率が、０．１％以上２．５％以下、好ましくは０．１％以上１．５％以下、より好ましくは０．１％以上０．５％以下である発光素子である。
【００２８】
また、本発明の一態様は、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一対の電極間に有し、第１の有機化合物及び第２の有機化合物は、第１の有機化合物のアニオン及び第２の有機化合物のカチオンから、第１の有機化合物と第２の有機化合物の励起錯体が形成されるものであり、第１の有機化合物と第２の有機化合物の重量の和に対する燐光性化合物の重量の比率が、０．１％以上２．５％以下、好ましくは０．１％以上１．５％以下、より好ましくは０．１％以上０．５％以下である発光素子である。
【００２９】
上記発光素子において、励起錯体の励起エネルギーが燐光性化合物に移動して、該燐光性化合物が燐光を発することが好ましい。
【００３０】
上記発光素子において、第１の有機化合物及び第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ことが好ましい。
【００３１】
上記発光素子において、燐光性化合物は、イリジウムを有する有機金属錯体であることが好ましい。
【００３２】
上記発光素子において、励起錯体の発光スペクトルのピークにおける燐光性化合物のモル吸光係数が５０００Ｍ−１ｃｍ−１以上であることが好ましい。
【００３３】
上記発光素子において、第１の有機化合物は、電子輸送性が正孔輸送性より高く、また、第２の有機化合物は、正孔輸送性が電子輸送性よりも高いことが好ましい。
【００３４】
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】
【００３５】
上述のエネルギー移動過程において、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、実測されるホスト分子の励起状態の寿命を表す。
【００３６】
【数３】
【００３７】
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との重なりが大きい方が良いことがわかる。
【００３８】
また、ホスト分子の発光スペクトルのピークでのゲスト分子の吸光率が高いほどホスト分子からゲスト分子へのエネルギー移動過程が生じやすいことがわかる。
【００３９】
すなわち、ホスト分子の励起状態のエネルギー準位とゲスト分子の励起状態のエネルギー準位をほぼ等しくなるように設定し、かつ、ゲスト分子の励起状態への遷移確率を高めることにより、よりエネルギー移動しやすくなる。
【００４０】
しかしながら、この条件では、従来のようにホストを単一の材料とする場合には、逆に励起状態のゲスト分子のエネルギーが基底状態のホスト分子に移動する過程も生じやすくなり、結局、発光効率が低下してしまう。
【００４１】
この問題に関しては、励起錯体を用いて解決できる。ここで励起錯体に関して詳説する。励起錯体（エキサイプレックス、ｅｘｃｉｐｌｅｘ）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。励起錯体は、比較的深い最低空分子軌道（ＬＵＭＯ：Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）準位をもつ材料と、浅い最高被占有軌道（ＨＯＭＯ：Ｈｉｇｈｔｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）準位をもつ材料間との間で形成しやすいことが一般に知られている。
【００４２】
ここで、本発明の一態様で適用する第１の有機化合物と第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位は異なる。具体的には、エネルギー準位は、第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位＜第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位＜第１の有機化合物のＬＵＭＯ準位＜第２の有機化合物のＬＵＭＯ準位という関係が成り立つ。
【００４３】
なお、この条件が成立しても必ず励起錯体が形成されるわけではなく、例えば、非特許文献１にある、Ａｌｑ３とＮＰＢとの間では励起錯体は形成できない。そして、励起錯体を形成できない場合は、以下の効果を得ることはできないことに注意すべきである。
【００４４】
第１の有機化合物と第２の有機化合物により励起錯体が形成された場合、励起錯体のＬＵＭＯ準位は、第１の有機化合物に由来し、ＨＯＭＯ準位は、第２の有機化合物に由来する。したがって、励起錯体のエネルギー差は、第１の有機化合物のエネルギー差、及び第２の有機化合物のエネルギー差よりも小さくなる。つまり、第１の有機化合物と第２の有機化合物のそれぞれの発光波長に比べて、励起錯体の発光波長は長波長となる。
【００４５】
励起錯体の形成過程は大きく分けて以下の２つの過程が考えられる。第１はエレクトロプレックス（ｅｌｅｃｔｒｏｐｌｅｘ）の形成によるものである。本明細書において、エレクトロプレックスとは、基底状態の第１の有機化合物及び基底状態の第２の有機化合物から、直接、励起錯体が形成されることを指す。具体的には、第１の有機化合物のアニオンと第２の有機化合物のカチオンが隣接した場合、両者は励起錯体を形成する。
【００４６】
上記の関係から、第１の有機化合物は電子トラップ性の化合物であり、第２の有機化合物はホールトラップ性の化合物であるので、第１の有機化合物のアニオンと第２の有機化合物のカチオンから、直接エレクトロプレックスが形成されることになる。
【００４７】
形成されたエレクトロプレックスの発光スペクトルは、第１の有機化合物と第２の有機化合物のそれぞれの発光波長に比べて、長波長側に存在する。
【００４８】
第１の有機化合物（又は第２の有機化合物）の発光スペクトルと燐光性化合物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の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりは大きくなる。本発明の一態様の発光素子は、エレクトロプレックスの発光スペクトルとゲストである燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高い。したがって、本発明の一態様では、外部量子効率が高い発光素子を実現することができる。
【００４９】
前述の通り、一般には、電子及びホールがホスト中で再結合した場合、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。
【００５０】
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、ホスト分子自体が目的としない波長で発光する、又は励起エネルギーが熱エネルギーとなることで、励起エネルギーの一部を失う（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、一重項励起子の失活が起こりやすい。励起子の失活は、発光素子の寿命の低下につながる要因の一つである。
【００５１】
一方、本発明の一態様では、第１の有機化合物及び第２の有機化合物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るため、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、直接励起錯体を形成する過程が存在しうる。これにより、上記一重項励起子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。
【００５２】
このようにしてホストの一重項励起状態の発生を抑制し、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、従前にない。
【００５３】
もう一つの過程としては、ホストである第１の有機化合物及び第２の有機化合物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励起錯体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、ホストの一重項励起子が生成してしまうが、これは速やかに励起錯体に変換されるため、やはり一重項励起子の失活を抑制することができる。
【００５４】
ホストの一重項励起子が速やかに励起錯体に変換されることは、後述する実験結果からも明らかである。したがって、ホストが失活することを抑制することができる。このため、本発明の一態様では、寿命の長い発光素子を実現することができる。
【００５５】
また、この場合も形成された励起錯体の発光スペクトルは、第１の有機化合物と第２の有機化合物のそれぞれの発光波長に比べて、長波長側に存在する。
【００５６】
また、この場合も、第１の有機化合物（又は第２の有機化合物）の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりよりも、励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりは大きくなる。本発明の一態様の発光素子は、励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高い。したがって、本発明の一態様では、外部量子効率が高い発光素子を実現することができる。
【００５７】
なお、上記の関係から、第１の有機化合物は電子トラップ性の化合物であり、一方で第２の有機化合物はホールトラップ性の化合物である。これら化合物の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）、電子は優先的に第１の有機化合物に入り、ホールは優先的に第２の有機化合物に入る。この場合、一重項励起子を経て励起錯体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。
【００５８】
ところで、励起錯体は励起状態でのみエネルギー準位が存在するという概念が成立する。したがって、励起錯体を構成する分子は基底状態では、独立した２つあるいはそれ以上の分子となり、これらの分子が基底状態で何らかの錯体を構成することはない。
【００５９】
例えば、励起状態の励起錯体から基底状態のゲスト分子にエネルギーが移動して、ゲスト分子が励起状態となったとして、そのゲスト分子が他の分子を励起しようとしても、本発明の一態様においては、励起する対象となる分子は第１の有機化合物か第２の有機化合物以外には存在しない。そして、第１の有機化合物か第２の有機化合物を励起するには、励起状態のゲスト分子のエネルギーが足りないので、これらを励起することはできない。
【００６０】
すなわち、ゲスト分子の励起状態が該エキサイプレックスに逆エネルギー移動してしまい、ゲスト分子が発光する前に失活する（すなわち発光効率を損なう）という現象は、原理的に生じないと考えられる。このことも、発光効率を高くできる一因である。
【００６１】
上記の通り、本発明の一態様では、エネルギー移動する分子間の励起状態と基底状態のエネルギー差をほぼ等しくすることが好ましい。すなわち、励起錯体の励起エネルギー準位とゲストの励起エネルギー準位はほぼ等しくする。一方、励起錯体を構成する第１の有機化合物と第２の有機化合物の励起エネルギー準位は、励起錯体の励起エネルギー準位より高くなる。
【００６２】
すなわち、励起状態にあるゲスト分子が、第１の有機化合物や第２の有機化合物を励起させようとしてもエネルギーが不足するため、ゲスト分子から他の分子にエネルギー移動する確率は著しく低くなる。このため、本発明の一態様では発光効率が高められる。また、熱失活を抑制できるので発光素子の寿命を伸ばし、劣化を抑制し、信頼性を高められる。
【００６３】
また、上述の通り、第１の有機化合物又は第２の有機化合物の一重項励起子から、励起錯体が形成されることがある。すなわち、第１の有機化合物及び第２の有機化合物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することで励起錯体を形成する素過程が考えられる。そして、この過程は非常に速やかにおこなわれると考えられる。
【００６４】
一重項励起子は励起寿命が短い（τが小さい）ため、通常は、ホストの一重項励起子からゲストに励起エネルギーが移動する前に、励起エネルギーの一部が失われる（目的としない波長の発光または熱失活する）という問題がある（数式（３）におけるΦＥＴが小さくなりがちな傾向にある）。
【００６５】
しかしながら、本発明の一態様では、ホストの一重項励起子は速やかに励起錯体を形成するため、このような失活を抑制することができる。しかも、励起錯体の励起寿命は比較的長いため、エネルギー移動効率ΦＥＴを高めることとなると考えられる。したがって、素子の効率だけでなく寿命にも影響すると考えられるホストの一重項励起子の失活を抑制することができ、寿命の長い発光素子を実現することができる。
【００６６】
なお、励起錯体の励起エネルギーは燐光性化合物に十分にエネルギー移動し、励起錯体からの発光は素子から実質的に観察されないことが好ましい。したがって、ホストの励起錯体を介して燐光性化合物にエネルギーを移動して、該燐光性化合物が、燐光を発することが好ましい。
【００６７】
また、上述したエネルギー移動の概念からは、第１の有機化合物および第２の有機化合物の少なくとも一方が蛍光性化合物（すなわち、一重項励起状態から発光や熱失活が起こりやすい化合物）である場合に有効となる。したがって、第１の有機化合物および第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ことが好ましい。
【００６８】
なお、ホストに用いる有機化合物（第１の有機化合物および／または第２の有機化合物）に燐光性化合物を用いると、該有機化合物自体が発光しやすくなり、ゲストへのエネルギー移動が妨げられる。この場合、該有機化合物が効率よく発光すればよいが、ホストである該有機化合物は濃度消光の問題が発生するため、高い発光効率を達成するのは困難である。したがって、該有機化合物には、蛍光性化合物を用い、上述の構成によりエネルギー移動することが好ましい。
【００６９】
なお、上述の効果は第１の有機化合物と第２の有機化合物より励起錯体が形成されることで初めて得られる。例えば、非特許文献１に記載されている方法では、励起錯体が形成されないため、ゲスト分子を励起する過程は直接再結合過程によるほかなく、発光効率が十分に高くない。
【００７０】
一般に、励起錯体を発光素子の発光層に用いると、発光色を制御できるなどの利用価値はあるものの、発光効率は大きく低下するのが常である。したがって、励起錯体を用いた発光素子は、高効率な発光素子を得るには適さないと従来は考えられてきた。
【００７１】
しかしながら、本発明の一態様で示すように、励起錯体を燐光性化合物へのエネルギー移動の媒体に用いることで、逆に極限まで発光効率を高めることができることを本発明者等は見出した。これは、従来の固定概念とは相反する技術思想である。
【００７２】
また、本発明の一態様では、励起錯体の励起エネルギー準位とゲストの励起状態のエネルギー準位をほぼ等しくなるように設定し、かつ、ゲストの励起状態への遷移確率を高めることにより、よりエネルギー移動過程の確率を高める。その結果、ゲストの濃度を０．１％以上２．５％以下、好ましくは０．１％以上１．５％以下、より好ましくは０．１％以上０．５％以下としても十分なエネルギー移動を実現できる。そして、この濃度であれば濃度消光を抑制することができるため、発光効率を極限まで高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一態様の発光素子を示す図。
【図２】実施例１に係る吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。
【図３】実施例２に係る吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。
【図４】実施例３に係る発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図５】実施例３に係る発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図６】実施例３に係る発光素子の電圧−電流特性を示す図。
【図７】実施例３に係る発光素子の輝度−色度特性を示す図。
【図８】実施例３に係る発光素子の輝度−電流効率を示す図。
【図９】実施例３に係る発光素子の輝度−パワー効率を示す図。
【図１０】実施例３に係る発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図１１】実施例３に係る発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図１２】実施例４に係る発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図１３】実施例４に係る発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図１４】実施例４に係る発光素子の電圧−電流特性を示す図。
【図１５】実施例４に係る発光素子の輝度−色度特性を示す図。
【図１６】実施例４に係る発光素子の輝度−電流効率を示す図。
【図１７】実施例４に係る発光素子の輝度−パワー効率を示す図。
【図１８】実施例４に係る発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図１９】実施例４に係る発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図２０】実施例５に係る発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図２１】実施例５に係る発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図２２】実施例５に係る発光素子の電圧−電流特性を示す図。
【図２３】実施例５に係る発光素子の輝度−色度特性を示す図。
【図２４】実施例５に係る発光素子の輝度−電流効率を示す図。
【図２５】実施例５に係る発光素子の輝度−パワー効率を示す図。
【図２６】実施例５に係る発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。
【図２７】実施例５に係る発光素子の輝度−外部エネルギー効率特性を示す図。
【図２８】実施例５に係る発光素子の発光スペクトルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
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。
【００７５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施の形態の発光素子は、発光物質であるゲストと、該ゲストを分散するホストとを発光層に有する。具体的には、ゲストとして燐光性化合物を用い、ホストとして第１の有機化合物と第２の有機化合物とを用いる。また、第１の有機化合物及び第２の有機化合物は、励起錯体を形成する組み合わせである。
【００７６】
なお、本実施の形態において、ホストとして用いる有機化合物のそれぞれの三重項励起エネルギーの準位（Ｔ＊準位）は、ゲストのＴ＊準位よりも高いことが好ましい。ホストのＴ＊準位がゲストのＴ＊準位よりも低いと、発光に寄与するゲストの三重項励起エネルギーをホストが消光（クエンチ）してしまい、発光効率の低下を招くためである。
【００７７】
なお、上述のように、ゲストのＴ＊準位を励起錯体のＴ＊準位とほぼ等しくする場合には、ゲストのＴ＊準位は第１の有機化合物（または第２の有機化合物）のＴ＊準位より低くなるため、多くの場合、この問題は克服できる。
【００７８】
ホストを構成する第１の有機化合物と第２の有機化合物は励起錯体を形成する。形成された励起錯体が発光する場合、その発光波長は、第１の有機化合物と第２の有機化合物のそれぞれの発光波長（蛍光波長）に比べて、長波長側に存在する。換言すれば、励起錯体を形成することで、第１の有機化合物の蛍光スペクトルや第２の有機化合物の蛍光スペクトルを、より長波長側に位置する発光スペクトルに変換することができる。
【００７９】
したがって、第１の有機化合物（または第２の有機化合物）の蛍光スペクトルが、たとえ燐光性化合物の最も長波長側に位置する吸収帯に比べて短波長側に位置し、該吸収帯との重なりがなかったとしても、励起錯体を形成することで、その蛍光スペクトルを長波長の発光スペクトルに変換し、該吸収帯との重なりを大きくすることができる。
【００８０】
本実施の形態の発光素子は、この励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、励起錯体から燐光性化合物へのエネルギー移動をするため、ゲストの濃度が０．１％以上２．５％以下、好ましくは０．１％以上１．５％以下、より好ましくは０．１％以上０．５％以下であっても、十分なエネルギー移動効率が得られる。
【００８１】
なお、励起錯体の発光スペクトルとゲストの吸収スペクトルを十分に重ねるためには、発光スペクトルのピークのエネルギー値と、吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のピークのエネルギー値との差が０．３ｅＶ以内であることが好ましい。より好ましくは０．２ｅＶ以内であり、最も好ましいのは０．１ｅＶ以内である。
【００８２】
本実施の形態の発光素子について図１を用いて説明する。
【００８３】
図１（Ａ）は、第１の電極１０１と第２の電極１０３との間にＥＬ層１０２を有する発光素子を示した図である。図１（Ａ）における発光素子は、第１の電極１０１の上に順に積層した正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、発光層１１３、電子輸送層１１４、電子注入層１１５と、さらにその上に設けられた第２の電極１０３から構成されている。
【００８４】
第１の電極１０１としては、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、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。
【００８５】
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。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。
【００８６】
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。
【００８７】
但し、ＥＬ層１０２のうち、第１の電極１０１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、第１の電極１０１に用いる物質は、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム、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。
【００８８】
第１の電極１０１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。
【００８９】
第２の電極１０３は、仕事関数の小さい（好ましくは３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用い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の他、アルミニウムや銀などを用いることができる。
【００９０】
但し、ＥＬ層１０２のうち、第２の電極１０３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。
【００９１】
なお、第２の電極１０３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。
【００９２】
ＥＬ層１０２は、少なくとも発光層１１３を有する。ＥＬ層１０２の一部には公知の物質を用いることもでき、低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもできる。なお、ＥＬ層１０２を形成する物質には、有機化合物のみからなるものだけでなく、無機化合物を一部に含む構成も含めるものとする。
【００９３】
ＥＬ層１０２は、発光層１１３の他、図１（Ａ）に示すように正孔注入性の高い物質を含んでなる正孔注入層１１１、正孔輸送性の高い物質を含んでなる正孔輸送層１１２、電子輸送性の高い物質を含んでなる電子輸送層１１４、電子注入性の高い物質を含んでなる電子注入層１１５などを適宜組み合わせて積層することにより形成される。
【００９４】
正孔注入層１１１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。
【００９５】
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。
【００９６】
さらに、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）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。
【００９７】
また、正孔注入層１１１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。
【００９８】
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、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる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。
【００９９】
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、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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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、遷移金属酸化物を挙げることができる。また、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
【０１０３】
なお、上述したＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ等の高分子化合物と、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１１１に用いてもよい。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
発光層１１３は、発光物質を含む層である。本実施の形態の発光層１１３は、ゲストとして燐光性化合物を有し、ホストとして第１の有機化合物及び第２の有機化合物を有する。ホストは、２種以上用いることができる。ホストの総重量（ホストが第１の有機化合物及び第２の有機化合物の場合はそれらの重量の和）に対して、ゲストの重量の比率は０．１％以上２．５％以下、好ましくは０．１％以上１．５％以下、より好ましくは０．１％以上０．５％以下とする。
【０１０８】
燐光性化合物としては、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。
【０１０９】
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）］）、（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）］）、（アセチルアセトナト）ビス［４−（２−ノルボルニル）−６−フェニルピリミジナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｎｂｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）、（２，６−ジメチル−３，５−ヘプタンジオナト−κ２Ｏ，Ｏ’）ビス［４−メチル−２−（３−メチル−４−ピリミジニル−κＮ３）フェニル−κＣ］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（５ｍｄｐｐｍ）２（ｄｉｂｍ）］）、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｄｂｑ−Ｐ）２（ａｃａｃ）］）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。
【０１１０】
第１の有機化合物及び第２の有機化合物としては、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−（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化合物のうちいずれか一と、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）、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）、及び、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）のようなホールを受け取りやすい化合物のうちいずれか一と、を組み合わせることが好ましい。ただし、これらに限定されることなく、励起錯体を形成できる組み合わせであればよい。
【０１１１】
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＮＢＢ、およびこれらを用いる際に燐光性化合物として適切な［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の主な物性値は表１の通りである。
【０１１２】
【表１】
【０１１３】
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢが混合された発光層１１３では、ＬＵＭＯ準位は、−２．７８ｅＶ、ＨＯＭＯ準位は−５．４６ｅＶとなる。これは、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの励起錯体のＬＵＭＯ準位、ＨＯＭＯ準位と同じである。そして、燐光性化合物である［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］のＬＵＭＯ準位、ＨＯＭＯ準位も同じレベルである。
【０１１４】
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）］を燐光性化合物に用いた場合には、［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。
【０１１５】
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（Ｔ＊準位）は２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩやＰＣＢＮＢＢのＴ＊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エネルギー移動する確率は小さい。特に［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］では、０．１８電子ボルトも低いので、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］はより発光効率が高いことが示唆される。
【０１１６】
電子輸送層１１４は、電子輸送性の高い物質を含む層である。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。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。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）のような高分子化合物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。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いてもよい。
【０１１７】
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。
【０１１８】
電子注入層１１５は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層１１５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。また、上述した電子輸送層１１４を構成する物質を用いることもできる。
【０１１９】
あるいは、電子注入層１１５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。
【０１２０】
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１１４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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
なお、上述した正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、発光層１１３、電子輸送層１１４、電子注入層１１５は、それぞれ、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。
【０１２３】
ＥＬ層は、図１（Ｂ）に示すように、第１の電極１０１と第２の電極１０３との間に複数積層されていても良い。この場合、積層された第１のＥＬ層１０４と第２のＥＬ層１０５との間には、電荷発生層１０６を設けることが好ましい。電荷発生層１０６は上述の複合材料で形成することができる。
【０１２４】
また、電荷発生層１０６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。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。
【０１２５】
このような構成を有する発光素子は、エネルギーの移動や消光などの問題が起こり難く、材料の選択の幅が広がることで高い発光効率と長い寿命とを併せ持つ発光素子とすることが容易である。また、一方のＥＬ層で燐光発光、他方で蛍光発光を得ることも容易である。この構造は上述のＥＬ層の構造と組み合わせて用いることができる。
【０１２６】
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、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、２つのＥＬ層を有する発光素子において、第１のＥＬ層の発光色と第２のＥＬ層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。また、３つ以上のＥＬ層を有する発光素子の場合でも同様である。
【０１２７】
ＥＬ層１０２は、図１（Ｃ）に示すように、第１の電極１０１と第２の電極１０３との間に、正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、発光層１１３、電子輸送層１１４、電子注入バッファー層１１６、電子リレー層１１７、及び第２の電極１０３と接する複合材料層１１８を有していても良い。
【０１２８】
第２の電極１０３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第２の電極１０３を形成する際に、ＥＬ層１０２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。
【０１２９】
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１１４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１１４に容易に注入することができる。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
なお、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。
【０１３３】
なお、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１１４の材料と同様の材料を用いて形成することができる。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
電子リレー層１１７は、電子輸送性の高い物質を含み、該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１１４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。
【０１３７】
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１１４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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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素子を低電圧でより安定に駆動することが可能になる。
【０１４１】
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）のいずれかは、分子構造的に金属−酸素の二重結合が他の分子に対して作用しやすく、アクセプター性が高いため好ましい。
【０１４２】
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、溶媒に可溶である。そのため、発光素子を形成する上で扱いやすいという利点を有する。また、溶媒に可溶であるため、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。
【０１４３】
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、発光素子をより低電圧で駆動することが可能になる。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、発光層１１３、及び電子輸送層１１４は前述の材料を用いてそれぞれ形成すれば良い。
【０１５１】
以上により、本実施の形態のＥＬ層１０２を作製することができる。
【０１５２】
上述した発光素子は、第１の電極１０１と第２の電極１０３との間に生じた電位差により電流が流れ、ＥＬ層１０２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、第１の電極１０１または第２の電極１０３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、第１の電極１０１または第２の電極１０３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。
【０１５３】
なお、第１の電極１０１と第２の電極１０３との間に設けられる層の構成は、上記のものに限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光を防ぐように、第１の電極１０１及び第２の電極１０３から離れた部位に正孔と電子とが再結合する発光領域を設けた構成であれば上記以外のものでもよい。
【０１５４】
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性の物質（電子及び正孔の輸送性の高い物質）、又は正孔ブロック材料等から成る層を、発光層と自由に組み合わせて構成すればよい。
【０１５５】
本実施の形態で示した発光素子を用いて、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素子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。
【０１５６】
以上のように、本発明の一態様の発光素子を作製することができる。本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【実施例１】
【０１５７】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子に適用することができる、第１の有機化合物、第２の有機化合物、及び燐光性化合物の組み合わせの一例について図２を用いて説明する。
【０１５８】
本実施例で用いる燐光性化合物は、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）］）である。また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、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）である。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、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）である。以上の材料の化学式を以下に示す。
【０１５９】
【化１】
【０１６０】
＜吸収スペクトル＞
図２（Ａ）および図２（Ｂ）に燐光性化合物である［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］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Ａ）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。
【０１６１】
＜発光スペクトル＞
また、同じく図２（Ａ）および図２（Ｂ）に、第１の有機化合物である２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル１）、第２の有機化合物であるＰＣＢＮＢＢの薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル２）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの混合材料の薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル３）を示す。図２（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２（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。
【０１６２】
図２（Ａ）の吸収スペクトルＡから、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］が、５００ｎｍ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。
【０１６３】
発光スペクトル３は、発光スペクトル１、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、２のピークに比べて、該吸収帯と近い位置に存在する。図２（Ａ）および図２（Ｂ）より、吸収スペクトルＡの発光に強く寄与する吸収帯と最も重なりが大きい発光スペクトルは、発光スペクトル３であることがわかった。具体的には、吸収スペクトルＡのピークと発光スペクトル３のピークの差は０．１０ｅＶであった。
【０１６４】
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、励起錯体が形成されることが示唆された。
【０１６５】
該混合材料の発光スペクトルは、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の吸収スペクトル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ことがわかった。よって、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの混合材料をホスト、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］をゲストに用いた発光素子は、該混合材料の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高いことが示唆された。したがって、外部量子効率が高い発光素子を得られることが示唆された。
【実施例２】
【０１６６】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子に適用することができる、第１の有機化合物、第２の有機化合物、及び燐光性化合物の組み合わせの一例について図３を用いて説明する。
【０１６７】
本実施例で用いる燐光性化合物は、（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）］）である。また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、ＰＣＢＮＢＢである。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、実施例１で示した材料の化学式は省略する。
【０１６８】
【化２】
【０１６９】
＜吸収スペクトル＞
図３（Ａ）および図３（Ｂ）に燐光性化合物である［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Ｂ）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。
【０１７０】
＜発光スペクトル＞
また、同じく図３（Ａ）および図３（Ｂ）に、第１の有機化合物である２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル４）、第２の有機化合物であるＰＣＢＮＢＢの薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル５）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの混合材料の薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル６）を示す。図３（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３（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。
【０１７１】
図３（Ａ）の吸収スペクトルＢ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。
【０１７２】
発光スペクトル６は、発光スペクトル４、５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６のピークは、発光スペクトル４、５のピークに比べて、該吸収帯と近い位置に存在する。図３（Ａ）および図３（Ｂ）より、吸収スペクトルＢの発光に強く寄与する吸収帯と最も重なりが大きい発光スペクトルは、発光スペクトル６であることがわかった。具体的には、吸収スペクトルＢのピークと発光スペクトル６のピークの差は０．０２ｅＶであった。
【０１７３】
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、励起錯体が形成されることが示唆された。
【０１７４】
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ことがわかった。また、モル吸光係数も５０００Ｍ−１・ｃｍ−１以上である。よって、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの混合材料をホスト、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］をゲストに用いた発光素子は、該混合材料の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高いことが示唆された。さらに、ゲストの濃度が低くても十分にエネルギー移動することが期待できる。
【実施例３】
【０１７５】
本実施例では、燐光性化合物である有機金属錯体、（アセチルアセトナト）ビス［４−（２−ノルボルニル）−６−フェニルピリミジナト）］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｎｂｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）をゲストとして用いた発光素子において、ゲストの濃度を増減させて、特性を調べた。［Ｉｒ（ｎｂｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の構造を以下に示す。
【０１７６】
【化３】
【０１７７】
また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、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）である。なお、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＡ１ＢＰの組み合わせは、実施例１の２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの組み合わせと同様、励起錯体を形成し、その発光スペクトルの位置も実施例１と概ね同じである。
【０１７８】
本実施例では、それぞれゲストの濃度が異なる発光素子１、発光素子２、発光素子３を作製し、その特性を比較した。発光素子１、発光素子２、発光素子３の構造は図１（Ａ）に示すものである。本実施例で用いる有機化合物の構造式を以下に示す。ただし、既に示したものは除く。
【０１７９】
【化４】
【０１８０】
まず、陽極として機能する第１の電極１０１として１１０ｎｍの膜厚でケイ素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）が成膜されたガラス基板を用意した。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺をポリイミド膜で覆い、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。この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秒行った。
【０１８１】
その後、１０−４Ｐａ程度まで内部が減圧された真空蒸着装置内の加熱室において１７０℃で３０分間の真空焼成を行った後、基板を３０分程度放冷した。次に、ＩＴＳＯが形成された面が下方となるように、基板を真空蒸着装置内の蒸着室に設けられたホルダーに固定した。
【０１８２】
蒸着室を１０−４Ｐａに減圧した後、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）と酸化モリブデン（ＶＩ）とを、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ：酸化モリブデン＝４：２（重量比）となるように共蒸着することにより、正孔注入層１１１を形成した。膜厚は４０ｎｍとした。なお、共蒸着とは、異なる複数の物質をそれぞれ異なる蒸発源から同時に蒸発させる蒸着法である。
【０１８３】
続いて、４−フェニル−４’−（９−フェニルフルオレン−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＢＰＡＦＬＰ）を２０ｎｍ蒸着することにより正孔輸送層１１２を形成した。
【０１８４】
さらに、正孔輸送層１１２上に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰと、［Ｉｒ（ｎｂｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：［Ｉｒ（ｎｂｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］＝０．８：０．２：ｘ（重量比）となるように４０ｎｍ共蒸着することによって発光層１１３を形成した。ここで、発光素子１ではｘ＝０．０１、発光素子２ではｘ＝０．０２５、発光素子３ではｘ＝０．０５とした。
【０１８５】
次に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを１０ｎｍ、続いてバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を２０ｎｍ蒸着することにより、電子輸送層１１４を形成した。すなわち、本実施例では電子輸送層１１４は厚さ１０ｎｍの２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの第１の電子輸送層と、厚さ２０ｎｍのＢＰｈｅｎの第２の電子輸送層よりなる。
【０１８６】
さらに電子輸送層１１４上にフッ化リチウムを１ｎｍとなるように蒸着することによって電子注入層１１５を形成した。以上でＥＬ層１０２が形成された。上述した蒸着過程においては、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
【０１８７】
最後に、陰極として機能する第２の電極１０３としてアルミニウムを２００ｎｍ成膜し、発光素子を完成させた。発光素子の積層構造を表２に示す。なお、表中、ｘは、発光素子１では０．０１、発光素子２では０．０２５、発光素子３では０．０５である。
【０１８８】
【表２】
【０１８９】
以上により得られた発光素子（発光素子１乃至発光素子３）を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業（封止時に８０℃にて１時間熱処理）を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０１９０】
発光素子１乃至発光素子３の電流密度−輝度特性を図４に示す。図４では縦軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）、横軸が電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を示す。また、発光素子１乃至発光素子３の電圧−輝度特性を図５に示す。図５では縦軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）、横軸が電圧（Ｖ）を示す。発光素子１乃至発光素子３の電圧−電流特性を図６に示す。図６では縦軸が電流（ｍＡ）、横軸が電圧（Ｖ）を示す。発光素子１乃至発光素子３の色度−輝度特性を図７に示す。図７では縦軸が色度、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。
【０１９１】
発光素子１乃至発光素子３の電流効率−輝度特性を図８に示す。図８では縦軸が電流効率（ｃｄ／Ａ）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子１乃至発光素子３のパワー効率−輝度特性を図９に示す。図９では縦軸がパワー効率（ｌｍ／Ｗ）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子１乃至発光素子３の外部量子効率−輝度特性を図１０に示す。図１０では縦軸が外部量子効率（％）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子１乃至発光素子３の発光スペクトルを図１１に示す。図１１では縦軸が発光強度（任意単位）、横軸が波長（ｎｍ）を示す。
【０１９２】
なお、図４乃至図１１において、ＬＥ１は発光素子１を、ＬＥ２は発光素子２を、ＬＥ３は発光素子３を示す。
【０１９３】
図４乃至図１１より、ゲストの濃度の低い発光素子１が発光素子２や発光素子３よりも発光効率が高いことがわかる。表３に発光素子１乃至発光素子３の主な特性を示す。表３において、ＬＥ１は発光素子１を、ＬＥ２は発光素子２を、ＬＥ３は発光素子３を示す。表３からわかるように、ホストの総重量に対するゲストの重量比を１％とした発光素子１であっても、よりゲストの重量比の高い発光素子２や発光素子３より優れた特性が得られることがわかった。
【０１９４】
【表３】
【実施例４】
【０１９５】
本実施例では、燐光性化合物である有機金属錯体、（２，６−ジメチル−３，５−ヘプタンジオナト−κ２Ｏ，Ｏ’）ビス［４−メチル−２−（３−メチル−４−ピリミジニル−κＮ３）フェニル−κＣ］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（５ｍｄｐｐｍ）２（ｄｉｂｍ）］）をゲストとして用いた発光素子において、ゲストの濃度を増減させて、特性を調べた。［Ｉｒ（５ｍｄｐｐｍ）２（ｄｉｂｍ）］の構造を以下に示す。
【０１９６】
【化５】
【０１９７】
また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）である。ＮＰＢの構造式を以下に示す。なお、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢの組み合わせは、実施例１と同様、励起錯体を形成し、その発光スペクトルの位置も実施例１と概ね同じである。
【０１９８】
【化６】
【０１９９】
本実施例では、それぞれゲストの濃度が異なる発光素子４、発光素子５、発光素子６を作製し、その特性を比較した。発光素子４、発光素子５、発光素子６の構造は図１（Ａ）に示すものである。
【０２００】
まず、陽極として機能する第１の電極１０１として１１０ｎｍの膜厚でケイ素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）が成膜されたガラス基板を用意した。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺をポリイミド膜で覆い、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。この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秒行った。
【０２０１】
その後、１０−４Ｐａ程度まで内部が減圧された真空蒸着装置内の加熱室において１７０℃で３０分間の真空焼成を行った後、基板を３０分程度放冷した。次に、ＩＴＳＯが形成された面が下方となるように、基板を真空蒸着装置内の蒸着室に設けられたホルダーに固定した。
【０２０２】
蒸着室を１０−４Ｐａに減圧した後、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩと酸化モリブデン（ＶＩ）とを、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ：酸化モリブデン＝４：２（重量比）となるように共蒸着することにより、正孔注入層１１１を形成した。膜厚は４０ｎｍとした。
【０２０３】
続いて、ＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍ蒸着することにより正孔輸送層１１２を形成した。
【０２０４】
さらに、正孔輸送層１１２上に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢと、［Ｉｒ（５ｍｄｐｐｍ）２（ｄｉｂｍ）］を、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＮＰＢ：［Ｉｒ（５ｍｄｐｐｍ）２（ｄｉｂｍ）］＝０．８：０．２：ｘ（重量比）となるように４０ｎｍ共蒸着することによって発光層１１３を形成した。ここで、発光素子４ではｘ＝０．０１、発光素子５ではｘ＝０．０２５、発光素子６ではｘ＝０．０５とした。
【０２０５】
次に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを１０ｎｍ、続いてＢＰｈｅｎを２０ｎｍ蒸着することにより、電子輸送層１１４を形成した。さらに電子輸送層１１４上にフッ化リチウムを１ｎｍとなるように蒸着することによって電子注入層１１５を形成した。以上でＥＬ層１０２が形成された。上述した蒸着過程においては、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
【０２０６】
最後に、陰極として機能する第２の電極１０３としてアルミニウムを２００ｎｍ成膜し、発光素子を完成させた。発光素子の積層構造を表４に示す。なお、表中、ｘは、発光素子４では０．０１、発光素子５では０．０２５、発光素子６では０．０５である。
【０２０７】
【表４】
【０２０８】
以上により得られた発光素子（発光素子４乃至発光素子６）を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業（封止時に８０℃にて１時間熱処理）を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０２０９】
発光素子４乃至発光素子６の電流密度−輝度特性を図１２に示す。図１２では縦軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）、横軸が電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を示す。また、発光素子４乃至発光素子６の電圧−輝度特性を図１３に示す。図１３では縦軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）、横軸が電圧（Ｖ）を示す。発光素子４乃至発光素子６の電圧−電流特性を図１４に示す。図１４では縦軸が電流（ｍＡ）、横軸が電圧（Ｖ）を示す。発光素子４乃至発光素子６の色度−輝度特性を図１５に示す。図１５では縦軸が色度、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。
【０２１０】
発光素子４乃至発光素子６の電流効率−輝度特性を図１６に示す。図１６では縦軸が電流効率（ｃｄ／Ａ）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子４乃至発光素子６のパワー効率−輝度特性を図１７に示す。図１７では縦軸がパワー効率（ｌｍ／Ｗ）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子４乃至発光素子６の外部量子効率−輝度特性を図１８に示す。図１８では縦軸が外部量子効率（％）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子４乃至発光素子６の発光スペクトルを図１９に示す。図１９では縦軸が発光強度（任意単位）、横軸が波長（ｎｍ）を示す。
【０２１１】
なお、図１２乃至図１９において、ＬＥ４は発光素子４を、ＬＥ５は発光素子５を、ＬＥ６は発光素子６を示す。
【０２１２】
図１２乃至図１９より、ゲストの濃度の低い発光素子４が発光素子５や発光素子６よりも発光効率が高いことがわかる。表５に発光素子４乃至発光素子６の主な特性を示す。なお、表５において、ＬＥ４は発光素子４を、ＬＥ５は発光素子５を、ＬＥ６は発光素子６を示す。表５からわかるように、ホストの総重量に対するゲストの重量比を１％とした発光素子４であっても、よりゲストの重量比の高い発光素子５や発光素子６より優れた特性が得られることがわかった。
【０２１３】
【表５】
【実施例５】
【０２１４】
本実施例では、燐光性化合物である有機金属錯体、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｄｂｑ−Ｐ）２（ａｃａｃ）］）をゲストとして用いた発光素子において、ゲストの濃度を増減させて、特性を調べた。［Ｉｒ（ｄｂｑ−Ｐ）２（ａｃａｃ）］の構造を以下に示す。
【０２１５】
【化７】
【０２１６】
また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、ＮＰＢである。なお、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢの組み合わせは、実施例１（２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの組み合わせ）と同様、励起錯体を形成し、その発光スペクトルの位置も実施例１と概ね同等である。
【０２１７】
本実施例では、それぞれゲストの濃度が異なる発光素子７、発光素子８、発光素子９を作製し、その特性を比較した。発光素子７、発光素子８、発光素子９の構造は図１（Ａ）に示すものである。
【０２１８】
まず、陽極として機能する第１の電極１０１として１１０ｎｍの膜厚でケイ素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）が成膜されたガラス基板を用意した。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺をポリイミド膜で覆い、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。この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秒行った。
【０２１９】
その後、１０−４Ｐａ程度まで内部が減圧された真空蒸着装置の加熱室において１７０℃で３０分間の真空焼成を行った後、基板を３０分程度放冷した。次に、ＩＴＳＯが形成された面が下方となるように、基板を真空蒸着装置内の蒸着室に設けられたホルダーに固定した。
【０２２０】
蒸着室を１０−４Ｐａに減圧した後、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩと酸化モリブデン（ＶＩ）とを、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ：酸化モリブデン＝４：２（重量比）となるように共蒸着することにより、正孔注入層１１１を形成した。膜厚は４０ｎｍとした。
【０２２１】
続いて、ＢＰＡＦＬＰを２０ｎｍ蒸着することにより正孔輸送層１１２を形成した。
【０２２２】
さらに、正孔輸送層１１２上に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢと、［Ｉｒ（ｄｂｑ−Ｐ）２（ａｃａｃ）］を、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＮＰＢ：［Ｉｒ（ｄｂｑ−Ｐ）２（ａｃａｃ）］＝０．８：０．２：ｘ（重量比）となるように４０ｎｍ共蒸着することによって発光層１１３を形成した。ここで、発光素子７ではｘ＝０．０１、発光素子８ではｘ＝０．０２５、発光素子９ではｘ＝０．０５とした。
【０２２３】
次に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを１０ｎｍ、続いてＢＰｈｅｎを２０ｎｍ蒸着することにより、電子輸送層１１４を形成した。さらに電子輸送層１１４上にフッ化リチウムを１ｎｍとなるように蒸着することによって電子注入層１１５を形成した。以上でＥＬ層１０２が形成された。上述した蒸着過程においては、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
【０２２４】
最後に、陰極として機能する第２の電極１０３としてアルミニウムを２００ｎｍ成膜し、発光素子を完成させた。発光素子の積層構造を表６に示す。なお、表中、ｘは、発光素子７では０．０１、発光素子８では０．０２５、発光素子９では０．０５である。
【０２２５】
【表６】
【０２２６】
以上により得られた発光素子（発光素子７乃至発光素子９）を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業（封止時に８０℃にて１時間熱処理）を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
【０２２７】
発光素子７乃至発光素子９の電流密度−輝度特性を図２０に示す。図２０では縦軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）、横軸が電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を示す。また、発光素子７乃至発光素子９の電圧−輝度特性を図２１に示す。図２１では縦軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）、横軸が電圧（Ｖ）を示す。発光素子７乃至発光素子９の電圧−電流特性を図２２に示す。図２２では縦軸が電流（ｍＡ）、横軸が電圧（Ｖ）を示す。発光素子７乃至発光素子９の色度−輝度特性を図２３に示す。図２３では縦軸が色度、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。
【０２２８】
発光素子７乃至発光素子９の電流効率−輝度特性を図２４に示す。図２４では縦軸が電流効率（ｃｄ／Ａ）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子７乃至発光素子９のパワー効率−輝度特性を図２５に示す。図２５では縦軸がパワー効率（ｌｍ／Ｗ）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子７乃至発光素子９の外部量子効率−輝度特性を図２６に示す。図２６では縦軸が外部量子効率（％）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子７乃至発光素子９の外部エネルギー効率−輝度特性を図２７に示す。図２７では縦軸が外部エネルギー効率（％）、横軸が輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。発光素子７乃至発光素子９の発光スペクトルを図２８に示す。図２８では縦軸が発光強度（任意単位）、横軸が波長（ｎｍ）を示す。
【０２２９】
なお、図２０乃至図２８において、ＬＥ７は発光素子７を、ＬＥ８は発光素子８を、ＬＥ９は発光素子９を示す。
【０２３０】
図２０乃至図２８より、ゲストの濃度の低い発光素子７が発光素子８や発光素子９よりも発光効率が高いことがわかる。表７に発光素子７乃至発光素子９の主な特性を示す。なお、表７において、ＬＥ７は発光素子７を、ＬＥ８は発光素子８を、ＬＥ９は発光素子９を示す。表７からわかるように、ホストの総重量に対するゲストの重量比を１％とした発光素子７であっても、よりゲストの重量比の高い発光素子８や発光素子９より優れた特性が得られることがわかった。
【０２３１】
【表７】
【符号の説明】
【０２３２】
１０１ 第１の電極
１０２ ＥＬ層
１０３ 第２の電極
１０４ 第１のＥＬ層
１０５ 第２のＥＬ層
１０６ 電荷発生層
１１１ 正孔注入層
１１２ 正孔輸送層
１１３ 発光層
１１４ 電子輸送層
１１５ 電子注入層
１１６ 電子注入バッファー層
１１７ 電子リレー層
１１８ 複合材料層
【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一対の電極間に有し、
前記第１の有機化合物及び前記第２の有機化合物が、励起錯体を形成する組み合わせであり、
第１の有機化合物と第２の有機化合物の重量の和に対する燐光性化合物の重量の比率が、０．１％以上２．５％以下である発光素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の有機化合物の一重項励起子から、前記励起錯体が形成される発光素子。
【請求項３】
請求項１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、前記励起錯体が形成される発光素子。
【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、
前記励起錯体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６】
請求項１乃至請求項５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７】
請求項６において、
前記燐光性化合物がイリジウムを有する発光素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークにおける前記燐光性化合物のモル吸光係数が５０００Ｍ−１ｃｍ−１以上である発光素子。
【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一対の電極間に有し、
前記第１の有機化合物及び前記第２の有機化合物が、励起錯体を形成する組み合わせであり、
第１の有機化合物と第２の有機化合物の重量の和に対する燐光性化合物の重量の比率が、０．１％以上２．５％以下である発光素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の有機化合物の一重項励起子から、前記励起錯体が形成される発光素子。
【請求項３】
請求項１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、前記励起錯体が形成される発光素子。
【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、
前記励起錯体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６】
請求項１乃至請求項５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７】
請求項６において、
前記燐光性化合物がイリジウムを有する発光素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークにおける前記燐光性化合物のモル吸光係数が５０００Ｍ−１ｃｍ−１以上である発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１２−２２７５２４（Ｐ２０１２−２２７５２４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８７３６８（Ｐ２０１２−８７３６８）
【出願日】平成２４年４月６日（２０１２．４．６）
【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１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月６日（２０１２．４．６）
【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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