JP2004327432A - 発光素子および発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明では、白色発光における色のバランス（ホワイトバランス）を容易に制御できる発光素子を提供することを目的とする。
【解決手段】 発光素子の電界発光層において、１種または２種類以上の発光材料を含む第１の発光層と、２種類の発光材料（ホスト材料と燐光材料）を含み、かつ、そのうちの燐光材料が１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％、好ましくは１２．５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の濃度で存在する第２の発光層とを含む素子を形成することにより、第１の発光層からは、青色発光が得られ、また、第２の発光層からは、緑色発光と赤色（もしくはオレンジ色）発光が得られる。なお、このような構造を有する素子は、電流密度を高めた場合における発光のピーク強度が同じ割合で変化するためホワイトバランスの制御が容易になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、陽極と、陰極と、電界を加えることで発光が得られる化合物を含む層（以下、「電界発光層」と記す）と、を有する発光素子、およびそれを用いた発光装置に関する。また特に、白色発光を呈する発光素子、およびそれを用いたフルカラーの発光装置に関する。

発光素子は、一対の電極（陽極と陰極）間に電界発光層を挟んでなり、その発光機構は、両電極間に電圧を印加した際に陽極から注入される正孔（ホール）と、陰極から注入される電子が、電界発光層において再結合することにより電界発光層中の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光するといわれている。なお、励起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考えられている。

電界発光層は、発光性材料からなる発光層のみの単層構造の場合もあるが、発光層だけでなく、複数の機能性材料からなる正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層（ホールブロッキング層）、電子輸送層、電子注入層などが積層形成される場合もある。

なお、発光層においては、ホスト物質に蛍光物質を極めて少量（代表的にはホスト物質を基準に約１０^-3モル％以下）存在させることにより、発光の色調を適宜変えるという方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第２８１４４３５号明細書

その他、光の色調を変える方法としては、発光層で得られた青色発光を発光源とし、色変換材料で形成された色変換層において、その発光色を所望の色に変換させる手法（以下、ＣＣＭ方式という）や、発光層で得られた白色発光を発光源とし、カラーフィルターにより、その発光色を所望の色に変換させる方法（以下、ＣＦ方式という）が知られている。

しかし、ＣＣＭ方式を用いた場合、原理的に青色から赤色への色変換効率が悪いため、赤色発光を行う場合に問題が生じる。また、色変換材料自体が蛍光体であるため、太陽光などの外光によって画素が発光してしまい、コントラストが悪くなるという問題点もある。そのため、これらの問題を有しないＣＦ方式の方が好ましい方法であると考えられている。

ＣＦ方式を用いる場合において、多くの光がカラーフィルターに吸収されることから、輝度の高い白色発光を呈する発光素子（以下、白色発光素子という）が要求される。

白色発光素子に関しては、様々な材料を用い、様々な構造を有する素子が報告されているが、異なる発光色を呈する複数の材料を用いて白色発光を得ているため、発光色のバランス（ホワイトバランス）を制御することは、非常に重要であるにもかかわらず、難しい問題となっている。

例えば、発光層に青色発光、緑色発光、および赤色発光を呈する材料を混在させて白色発光を得るという白色発光素子の場合において、各発光色を呈する材料の発光のピーク強度は、電流密度に応じてそれぞれ異なる変化を示すという結果が報告されている（例えば、非特許文献１（Ｆｉｇ．２）参照。）。このような素子を形成した場合、充分な輝度を得ようと電流密度を高めると、各発光色の発光のピーク強度が、それぞれ異なる割合で変化してしまうため、これらの発光色のピーク強度がパラメータとなるホワイトバランスを制御することは非常に困難である。

Brien W. D'Andrede, Jason Brooks, Vadim Adamovich, Mark E. Thompson, and Stephen R. Forrest, Advanced Material (2002), 14, No.15, August 5, 1032-1036

そこで、本発明では、白色発光における色のバランス（ホワイトバランス）を容易に制御できる発光素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために研究を重ねた結果、本発明者は白色発光を得るために用いる複数の発光材料のうち、発光材料の濃度をある一定の濃度範囲とすることにより、電流密度を増加させた場合でもピーク強度の変化の割合が発光材料によって変わらないことを見出した。

そこで、本発明では、発光素子の電界発光層において、１種または２種類以上の発光材料を含む第１の発光層と、２種類の発光材料を含み、かつ、そのうちの１種類が１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％、好ましくは１２．５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の濃度で存在する第２の発光層とを含むことを特徴とする。

なお、上記構成において、第１の発光層からは、１種または２種類以上の発光材料を用いることにより４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域に発光ピークを有する青色発光が得られ、また、第２の発光層からは、２種類の材料として、ホスト材料と燐光材料を用い、燐光材料を１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％、好ましくは１２．５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の濃度で存在させることにより、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長領域に発光ピークを有する緑色発光と、５５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に発光ピークを有する赤色（もしくはオレンジ色）発光が得られる。ただし、ここでは燐光材料として、励起状態の原子または分子と基底状態の原子または分子が結合した２量体であるエキシマーを形成することができる材料を用いることとする。

以上の様に、青色発光が得られる第１の発光層と、緑色発光および赤色（もしくはオレンジ色）発光が得られる第２の発光層とを分離して形成することにより、第１の発光層を形成する上での濃度制御等が容易になるため製造しやすくなるといった利点がある。また、同一の発光層から全ての発光色が得られる場合に比べて、発光層内部での異分子間（例えばエキサイプレックス）の相互作用による発光波長の変動やピーク強度の低下等を抑える効果も期待できる。

さらに、第２の発光層において、上述した濃度範囲で燐光材料を存在させることにより、燐光材料から形成されるエキシマーの数を制御できるだけでなく、第２の発光層から得られる発光（緑色発光、赤色発光）と同時に第１の発光層から青色発光を得ることができる。また、この場合には、燐光材料から得られる燐光発光（緑色発光）およびエキシマーからの発光（赤色（もしくはオレンジ色）発光）におけるピーク強度（両者の強度比は濃度によって決まることから、同じと見なすことができる）と、第１の発光層における青色発光のピーク強度は、電流密度を高めた場合にほぼ同じ割合で変化するため、制御しやすく、ホワイトバランスの良い白色発光を容易に得ることができる。

従って、本発明の構成は、一対の電極間に電界発光層を有する発光素子であって、前記電界発光層は、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に発光ピークを有する第１の発光層および第２の発光層を少なくとも有し、前記第２の発光層は、１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％、好ましくは１２．５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の濃度の燐光材料を含むことを特徴とする有機発光素子である。

また、本発明の構成は、一対の電極間に電界発光層を有する発光素子であって、前記電界発光層は、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に発光ピークを有する第１の発光層および第２の発光層を少なくとも有し、前記第２の発光層は、１０^-4ｍｏｌ／ｃｍ³以上、１０^-3ｍｏｌ／ｃｍ³以下の濃度のエキシマーを形成する燐光材料を含むことを特徴とする発光素子である。

なお、前記燐光材料を上述した濃度範囲とすることにより、前記第２の発光層における緑色発光（５００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長領域に発光ピークを有する）のピーク強度に対する赤色（もしくはオレンジ色）発光（５５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に発光ピークを有する）のピーク強度の比を５０％〜１５０％、好ましくは７０％〜１３０％とすることができる。

また、前記燐光材料を上述した濃度範囲とすることにより、前記発光素子から得られる輝度を１００〜２０００ｃｄ／ｍ²、好ましくは３００〜１０００ｃｄ／ｍ²とすることができる。

さらに、前記燐光材料を上述した濃度範囲とすることにより、前記燐光材料の一部がエキシマー状態を形成できる分子間距離となるように存在させることができる。

さらに、前記燐光材料を上述した濃度範囲とすることにより、金属錯体からなる燐光材料を含み、かつ前記燐光材料の中心金属間の距離を２〜２０Åとすることができる。

なお、上記各構成において、前記第２の発光層の膜厚は、２０ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは２５ｎｍ〜４０ｎｍとするのが好ましい。

上記各構成において、前記第１の発光層から得られる発光スペクトルは４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域に発光ピークを示し、前記第２の発光層から得られる発光スペクトルは５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に複数の発光ピークを示し、かつ、前記複数の発光ピークのいずれかがエキシマー発光であることを特徴とする発光素子である。

上記各構成において、前記燐光材料は、白金を中心金属とする金属錯体であることを特徴とする。

また、上述した発光素子を用いて形成された発光装置および電気器具も本発明に含めるものとする。

本発明に示すように白色発光を得るために用いる複数の発光材料のうち、発光材料の濃度をある一定の濃度範囲とすることにより、白色発光における色のバランス（ホワイトバランス）を容易に制御できる発光素子を提供することができる。

本発明における電界発光素子は、一対の電極（陽極及び陰極）間に少なくとも第１の発光層と第２の発光層と含む電界発光層を挟持させた構造を有する。なお、図１（Ａ）に示すように第１の発光層では、キャリアの再結合により発光材料が励起され、モノマーとして励起状態を形成することにより発光（青色発光：ｈν₁）が得られる。また、第２の発光層では、キャリアの再結合等により燐光材料が励起され、モノマーとして励起状態を形成することにより得られる燐光発光（緑色発光：ｈν₂）と、励起状態にあるモノマーと、基底状態にあるモノマーとが励起２量体（エキシマー）を形成することにより得られるエキシマー発光（赤色（もしくはオレンジ色）：ｈν₂'）の両方の発光が同時に得られる。

第２の発光層において、燐光材料から得られるエキシマー状態は、図１（Ｂ）に示すように燐光材料の励起状態よりもエネルギー状態が低いため、エキシマー発光（ｈν₂'）は、通常の燐光発光（ｈν₂）よりも必ず長波長側（具体的には数十ｎｍ以上長波長側）に現れる。従って、本発明のように緑色発光を呈する波長領域に燐光発光が得られる燐光材料を用いた場合には、エキシマー発光が赤色発光を呈する波長領域に現れることになる。したがって、本発明では、燐光材料から得られる緑色発光および赤色発光と、他の発光材料から得られる青色発光とを組み合わせることにより、赤色、緑色、青色の各波長領域にピークを有し、なおかつ高効率な白色発光を得ることができる。

なお、燐光材料からエキシマー状態を形成するためには、励起状態にあるモノマーが基底状態にあるモノマーとの相互作用により２量体を形成しやすい状態にすることが必要となる。具体的には、第２の発光層において燐光材料をホスト材料中に１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％、さらに１２．５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の濃度で存在させることがより好ましい。その他、白金錯体のように平面性の高い構造を持つ燐光材料をゲスト材料として用い、これらの燐光材料の中心イオン（もしくは原子）間距離をある範囲内とすることが好ましい。なお、本発明では、基底状態にある燐光材料（モノマー）と、励起状態にある燐光材料（モノマー）が、それぞれ図１（Ｃ）に示す位置（ａ）および位置（ｂ）にそれぞれ存在する場合には、中心イオン間距離：ｄ₁は、２〜５Åであることが好ましい。しかし、基底状態にある燐光材料（モノマー）が、位置（ｃ）に存在する場合でも励起状態にある燐光材料（モノマー）との相互作用が可能であり、また、本発明における燐光材料の分子構造における平均半径（ｒ）が６〜９Å程度であることから、本発明における中心イオン間距離：ｄ₂は、２Å≦ｄ₂≦２０Åとすることがより好ましい。

なお、青色発光を呈する第１の発光層は、単一物質（青色の発光体）を用いて形成してもよいし、ホスト材料と青色の発光体であるゲスト材料を用いて形成してもよい。

さらに、本発明の発光素子を形成する上で、第１の発光層と第２の発光層の両方を発光させるためのデバイス設計が必要となる。具体的には、電界発光層を構成する第１の発光層、第２の発光層や、その他の層との間におけるイオン化ポテンシャルの関係を最適なものとする必要がある。

なお、このデバイス設計は、電界発光層を形成する機能層の構造により異なるため、以下にいくつかの好ましい形態について、素子構造とバンドダイアグラムの関係について説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態１では、図２（Ａ）に示すように基板２００上に第１の電極２０１、電界発光層２０２、および第２の電極２０３が形成され、電界発光層２０２が第１の発光層２１１、第２の発光層２１２、および電子輸送層２１３からなる積層構造を有する場合について説明する。なお、第１の発光層２１１は、発光体を有し、第２の発光層２１２には、ホスト材料２５１と、発光体となる燐光材料２５２とが含まれており、燐光材料からは、燐光発光およびエキシマー発光が得られる。

なお、第１の発光層２１１に用いる発光体（発光材料）としては、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）や、その誘導体である４，４'−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）などのホール輸送性を持つ青色の蛍光材料や、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（４−ヒドロキシ−ビフェニリル）−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）₂）、などの電子輸送性を持つ青色の蛍光材料を用いればよい。また、青色の各種蛍光色素をゲスト材料として用いてもよく、ペリレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、クマリン系色素（クマリン３０等）、などが挙げられる。さらに、燐光材料を用いてもよく、ビス（４，６−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ^2'）（アセチルアセトナト）イリジウム（略称：Ｉｒ（Ｆｐｐｙ）₂（ａｃａｃ））等がある。これらは全て、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下に発光の最大ピークを示すため、本発明の第１の発光層２１１に用いる発光体として好適である。

また、第２の発光層２１２に用いる発光体（燐光材料）としては、白金を中心金属とする金属錯体が有効である。具体的には、下記構造式（１）〜（４）で示される物質を１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％、好ましくは１２．５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の濃度で存在させることにより、燐光発光とそのエキシマー発光の両方を得ることができる。ただし、本発明においてはこれらに限定されることはなく、燐光発光とエキシマー発光の両方を同時に発する燐光材料であれば何を用いてもよい。

なお、本発明の第１の発光層にゲスト材料を用いる場合や、第２の発光層において発光体と共に用いるホスト材料としては、以下に示す例に代表されるホール輸送材料や電子輸送材料を用いることができる。また、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾリル−ビフェニル（略称：ＣＢＰ）などのバイポーラ性の材料も用いることができる。

ホール輸送材料としては、芳香族アミン系（すなわち、ベンゼン環−窒素の結合を有するもの）の化合物が好適である。広く用いられている材料として、例えば、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）や、その誘導体である４，４'−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）などがある。また、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）や、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）などのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。

また、電子輸送材料としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：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。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、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）などのオキサジアゾール誘導体、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）などのトリアゾール誘導体、２，２’，２”−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス［１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾール］（略称：ＴＰＢＩ）のようなイミダゾール誘導体、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などのフェナントロリン誘導体等が挙げられる。

なお、電子輸送層２１３には、上述した電子輸送材料を用いることができる。

次に、この構造を有する素子構造を形成する場合におけるバンドダイアグラムを図２（Ｂ）に示す。図中では、第１の電極２０１のＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）２２０、第１の発光層２１１のＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）２２１およびＬＵＭＯ準位２２２、第２の発光層２１２のホスト材料の薄膜状態におけるＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）２２３およびＬＵＭＯ準位２２４、第２の発光層２１２のゲスト材料（燐光材料）のＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）２２５およびＬＵＭＯ準位２２６、電子輸送層２１３のＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）２２７およびＬＵＭＯ準位２２８、第２の電極２０３のＬＵＭＯ準位２２９を、それぞれ示してある。

この場合、第１の発光層２１１のイオン化ポテンシャル２２１と第２の発光層２１２全体（すなわち、第２の発光層のホスト材料２５１と燐光材料２５２とを含む状態）のイオン化ポテンシャル（ここでは、ホスト材料２５１のイオン化ポテンシャルを第２の発光層２１２全体のイオン化ポテンシャルとみなす）２２３とのエネルギーギャップ２３０が十分に大きい（具体的には、０．４ｅＶ以上）ことが好ましい。もし、エネルギーギャップ２３０が小さいと、第１の発光層２１１はホール輸送性であるため、第１の発光層２１１から第２の発光層２１２にホールが侵入し、最終的にキャリアのほとんどは第２の発光層２１２で再結合することになる。そうすると、第２の発光層２１２が緑色〜赤色領域の発光を呈するため、より短波長の青色発光を呈する第１の発光層２１１にエネルギー移動することができず、第２の発光層２１２のみが発光してしまう。

従って、エネルギーギャップ２３０を十分に大きくすることにより、キャリアの大多数が、第１の発光層２１１と第２の発光層２１２との界面近傍において再結合する。そして、少数のキャリアが第２の発光層２１２で再結合するか、部分的には燐光材料のＨＯＭＯ準位２１４にトラップ、第１の発光層２１１および第２の発光層２１２の両方での発光を得ることができる。

なお、第１の発光層２１１において、ホスト材料に青色発光を呈するゲスト材料を含む構成とする場合も同様である。すなわち、第１の発光層２１１全体（すなわち、第１の発光層のホスト材料と青色発光を呈するゲスト材料とを含む状態）のイオン化ポテンシャル２２１と第２の発光層２１２全体（第２の発光層のホスト材料２５１と燐光材料２５２とを含む状態）のイオン化ポテンシャル２２３とのエネルギーギャップ２３０が大きい（具体的には、０．４ｅＶ以上）ことが好ましい。

また、第２の発光層２１２全体（すなわち、第２の発光層のホスト材料２２１と燐光材料２２２とを含む状態）のイオン化ポテンシャル２２３と電子輸送層２１３のイオン化ポテンシャル２２７とのエネルギーギャップ２３１が大きい（具体的には、０．４ｅＶ以上）ことが好ましい。ここで、エネルギーギャップ２３１を大きくすることにより、キャリアであるホールを第２の発光層２１２に閉じ込めることができるため、第２の発光層２１２において効率的に再結合させることができる。

さらに、第１の発光層２１１のＬＵＭＯ準位２２２と第２の発光層２１２全体（すなわち、第２の発光層のホスト材料２５１と燐光材料２５２とを含む状態）のＬＵＭＯ準位（ここでは、ホスト材料のＬＵＭＯ準位を第２の発光層全体のＬＵＭＯ準位とみなす）２２４とのエネルギーギャップ２３２が大きい（具体的には、０．４ｅＶ以上）ことが好ましい。ここで、エネルギーギャップ２３２を大きくすることにより、キャリアである電子を第２の発光層２１２に閉じ込めることができるため、第２の発光層２１２において効率的に再結合させることができる。

すなわち、本実施の形態１においては、エネルギーギャップ２３０、２３１、２３２を有するバンド構造とすることにより、より効率的に第１の発光層２１１および第２の発光層２１２からの発光を得ることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態２では、図３（Ａ）に示すように基板３００上に第１の電極３０１、電界発光層３０２、および第２の電極３０３が形成され、電界発光層３０２が第１の発光層３１１、および第２の発光層３１２からなる積層構造を有する場合について説明する。なお、第２の発光層３１２には、ホスト材料３５１と、燐光材料３５２とが含まれており、燐光材料からは、燐光発光およびエキシマー発光が得られる。

本実施の形態２における構造は、実施の形態１で示した構造のうち、電界発光層に電子輸送層を含まない構造であり、電子輸送層を形成する工程を減らすことができるというメリットを有している。なお、発光効率を維持するために第２の発光層３１２のホスト材料３２１に電子輸送性に優れた材料を用いることが好ましい。

なお、本実施の形態２の場合において、第１の発光層３１１、および第２の発光層３１２に用いる材料は、実施の形態１に示した材料と同じ材料を用いることができる。

次に、この構造を有する素子構造を形成する場合におけるバンドダイアグラムを図３（Ｂ）に示す。図中では、第１の電極３０１のＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）３２０、第１の発光層３１１のＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）３２１およびＬＵＭＯ準位３２２、第２の発光層３１２のホスト材料の薄膜状態におけるＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）３２３およびＬＵＭＯ準位３２４、第２の発光層３１２のゲスト材料（燐光材料）のＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）３２５およびＬＵＭＯ準位３２６、第２の電極３０３のＬＵＭＯ準位３２７を、それぞれ示してある。

本実施の形態２の場合においても、第１の発光層３１１および第２の発光層３１２からの発光をより効率的に得るためには、第１の発光層３１１のイオン化ポテンシャル３２１と第２の発光層３１２全体（すなわち、第２の発光層のホスト材料３５１と燐光材料３５２とを含む状態）のイオン化ポテンシャル（ここでは、ホスト材料３５１のイオン化ポテンシャルを第２の発光層３１２全体のイオン化ポテンシャルとみなす）３２３とのエネルギーギャップ３４１が実施の形態１の場合と同様に十分に大きい（具体的には、０．４ｅＶ以上）ことが好ましく、さらに第１の発光層３１１のＬＵＭＯ準位３２２と第２の発光層３１２全体（すなわち、第２の発光層のホスト材料３５１と燐光材料３５２とを含む状態）のＬＵＭＯ準位（ここでは、ホスト材料３５１のＬＵＭＯ準位を第２の発光層３１２全体のＬＵＭＯ準位とみなす）３２４とのエネルギーギャップ３４２が実施の形態１の場合と同様に十分に大きい（具体的には、０．３ｅＶ以上）ことが好ましい。

なお、第１の発光層３１１において、ホスト材料に青色発光を呈するゲスト材料を含む構成とする場合も同様である。すなわち、第１の発光層３１１全体（すなわち、第１の発光層のホスト材料と青色発光を呈するゲスト材料とを含む状態）のイオン化ポテンシャル（ここでは、第１の発光層のホスト材料のイオン化ポテンシャルを第１の発光層３１１全体のイオン化ポテンシャルとみなす）３２１と第２の発光層３１２全体（第２の発光層のホスト材料３５１と燐光材料３５２とを含む状態）のイオン化ポテンシャル３２３とのエネルギーギャップ３４１が大きい（具体的には、０．４ｅＶ以上）ことが好ましい。

（実施の形態３）
本実施の形態３では、図４（Ａ）に示すように基板４００上に第１の電極４０１、電界発光層４０２、および第２の電極４０３が形成され、電界発光層４０２がホール注入層４１１、第１の発光層４１２、第２の発光層４１３、および電子輸送層４１４からなる積層構造を有する場合について説明する。なお、第２の発光層４１３には、ホスト材料４５１と、燐光材料４５２とが含まれており、燐光材料からは、燐光発光およびエキシマー発光が得られる。

ホール注入層４１１に用いる材料としては、先に示したＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ等の上述したホール輸送材料の他、以下に示すホール輸送材料を用いることができる。

ホール注入材料としては、有機化合物であればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン（略称：Ｈ₂−Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：Ｃｕ−Ｐｃ）等を用いることができる。また、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸（略称：ＰＳＳ）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称：ＰＥＤＯＴ）や、ポリアニリン（略称：ＰＡｎｉ）、ポリビニルカルバゾール（略称：ＰＶＫ）などを用いることもできる。また、五酸化バナジウムのような無機半導体の薄膜や、酸化アルミニウムなどの無機絶縁体の超薄膜も有効である。

また、第１の発光層４１２、第２の発光層４１３、および電子輸送層４１４に用いる発光体、もしくは材料としては、実施の形態１に示したものと同じ材料をそれぞれ用いることができる。

次に、この構造を有する素子構造を形成する場合におけるバンドダイアグラムを図４（Ｂ）に示す。図中では、第１の電極４０１のＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）４２０、ホール注入層４１１のＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）４２１およびＬＵＭＯ準位４２２、第１の発光層４１２のＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）４２３およびＬＵＭＯ準位４２４、第２の発光層４１３のホスト材料におけるＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）４２５およびＬＵＭＯ準位４２６、第２の発光層４１３のゲスト材料（燐光材料）のＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）４２７およびＬＵＭＯ準位４２８、電子輸送層４１４のＨＯＭＯ準位（イオン化ポテンシャル）４２９およびＬＵＭＯ準位４３０、第２の電極４０３のＬＵＭＯ準位４３１を、それぞれ示してある。

なお、本実施の形態３において示す構造は、実施の形態１に示した構造に、ホール注入層４１１が加わった構造を有している。

本実施の形態３の場合には、第１の発光層４１２および第２の発光層４１３からの発光をより効率的に得るためには、第１の発光層４１２のイオン化ポテンシャル４２３と第２の発光層４１３全体（すなわち、第２の発光層のホスト材料４５１と燐光材料４５２とを含む状態）のイオン化ポテンシャル（ここでは、ホスト材料４５１のイオン化ポテンシャルを第２の発光層４１３全体のイオン化ポテンシャルとみなす）４２５とのエネルギーギャップ４４１が十分に大きい（具体的には、０．４ｅＶ以上）ことが好ましく、第２の発光層４１３全体（すなわち、第２の発光層のホスト材料４５１と燐光材料４５２とを含む状態）のイオン化ポテンシャル４２５と電子輸送層４１４のイオン化ポテンシャル４２９とのエネルギーギャップ４４２が、十分に大きい（具体的には、０．４ｅＶ以上）ことが好ましく、さらに、第１の発光層４１２のＬＵＭＯ準位４２４と第２の発光層４１３全体（すなわち、第２の発光層のホスト材料４５１と燐光材料４５２とを含む状態）のＬＵＭＯ準位（ここでは、ホスト材料４５１のＬＵＭＯ準位を第２の発光層４１３全体のＬＵＭＯ準位とみなす）４２６とのエネルギーギャップ４４３が実施の形態１の場合と同様に十分に大きい（具体的には、０．３ｅＶ以上）ことが好ましい。さらに、ホール注入層４１１のＬＵＭＯ準位４２２と第１の発光層４１２のＬＵＭＯ準位４２３とのエネルギーギャップ４４４が十分に大きい（具体的には、０．３ｅＶ以上）ことが好ましい。

なお、このようにホール注入層４１１のＬＵＭＯ準位４２２と第１の発光層４１２のＬＵＭＯ準位４２３とのエネルギーギャップ４４４を確保することにより、第１の発光層４１２に電子を閉じ込めることができるので、第１の発光層４１２におけるキャリアの再結合を効率よく行うことができる。

また、第１の発光層４１２において、ホスト材料に青色発光を呈するゲスト材料を含む構成とする場合も同様である。すなわち、第１の発光層４１２全体（すなわち、第１の発光層のホスト材料と青色発光を呈するゲスト材料とを含む状態）のイオン化ポテンシャル（ここでは、第１の発光層のホスト材料のイオン化ポテンシャルを第１の発光層４１２全体のイオン化ポテンシャルとみなす）４２３と第２の発光層４１３全体（第２の発光層のホスト材料４５１と燐光材料４５２とを含む状態）のイオン化ポテンシャル４２５とのエネルギーギャップ４４１が大きい（具体的には、０．４ｅＶ以上）ことが好ましい。

以上のようにして、実施の形態１〜３で示した代表的な構造を有する本発明を適用すれば、このように単純な素子構造で赤色、緑色、青色の各波長領域にピークを持つ白色発光素子が達成できる。

なお、上述した構造は、本発明における好ましい構造の一例に過ぎず、本発明の発光素子の電界発光層は、少なくとも上述した第１の発光層と第２の発光層とを含めばよい。すなわち、ここでは、挙げなかったが、従来の発光素子で知られているような、発光以外の機能を示す層（例えば、電子注入層等）を適宜組み合わせてもよい。

電子注入層に用いることができる電子注入材料としては、上述した電子輸送材料を用いることができる。その他に、ＬｉＦ、ＣｓＦなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、ＣａＦ₂のようなアルカリ土類ハロゲン化物、Ｌｉ₂Ｏなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート（略称：Ｌｉ（ａｃａｃ）や８−キノリノラト−リチウム（略称：Ｌｉｑ）などのアルカリ金属錯体も有効である。

また、本発明の発光素子は、発光を取り出すために少なくともどちらか一方の電極が透明な材料で形成されていれば良いため、通常、基板上に形成される第１の電極が透明である構造（下面出射構造ともいう）や、第１の電極上に電界発光層を形成した後積層される第２の電極が透明である構造（上面出射構造ともいう）、さらに、両方の電極が透明である構造（両面出射構造ともいう）とすることもできる。

なお、本実施の形態１〜３に示した第１の電極（２０１、３０１、４０１）、または第２の電極（２０３、３０３、４０３）のいずれか一方に用いる陽極材料としては、仕事関数の大きい導電性材料を用いることが好ましい。陽極側を光の取り出し方向とするのであれば、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の透明導電性材料を用いればよい。また、陽極側を遮光性とするのであれば、ＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ等の単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を用いることができる。あるいは、Ｔｉ、Ａｌ等の反射性電極の上に上述した透明導電性材料を積層する方法でもよい。

また、陰極材料としては、仕事関数の小さい導電性材料を用いることが好ましく、具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ、Ｌｉ：Ａｇなど）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属を用いて形成することもできる。また、ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＣａＦ₂、Ｌｉ₂Ｏ等の電子注入層を用いる場合は、アルミニウム等の通常の導電性薄膜を用いることができる。また、陰極側を光の取り出し方向とする場合は、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属を含む超薄膜と、透明導電膜（ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等）との積層構造を用いればよい。あるいは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属と電子輸送材料を共蒸着した電子注入層を形成し、その上に透明導電膜（ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等）を積層してもよい。

なお、以上で述べた本発明の発光素子を作製するに当たっては、発光素子中の各層の積層法を限定されるものではない。積層が可能ならば、真空蒸着法やスピンコート法、インクジェット法、ディップコート法など、どの様な手法を選んでも良いものとする。

以下に、本発明の実施例について説明する。

本実施例では、本発明の発光素子の素子構造および作製方法について、図５を用いて説明する。

まず、絶縁表面を有するガラス基板５００上に発光素子の陽極５０１が形成される。材料として透明導電膜であるＩＴＯを用い、スパッタリング法により１１０ｎｍの膜厚で形成する。陽極５０１の形状は、２ｍｍ×２ｍｍの大きさとする。

次に、陽極５０１上に電界発光層５０２が形成される。なお、本実施例では、電界発光層５０２がホール注入層５１１、正孔輸送性の第１の発光層５１２、第２の発光層５１３、電子輸送層５１４、電子注入層５１５からなる積層構造とした。第１の発光層５１２には、その発光が青色である材料、具体的には、発光スペクトルの最大ピークが４００〜５００ｎｍである材料を用いる。また、第２の発光層５１３には、ホスト材料および燐光発光を呈するゲスト材料を用いる。

はじめに、陽極５０１が形成された基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに陽極５０１が形成された面を下方にして固定し、真空蒸着装置の内部に備えられた蒸発源にＣｕ−Ｐｃを入れ、抵抗加熱法を用いた真空蒸着法により２０ｎｍの膜厚でホール注入層５１１を形成する。

次に、正孔輸送性および発光性に優れた材料により第１の発光層５１２を形成する。ここでは、α−ＮＰＤを同様の方法により、３０ｎｍの膜厚で形成する。

さらに、第２の発光層５１３を形成する。なお、本実施例では、ホスト材料５２１としてＣＢＰを用い、ゲスト材料（燐光材料）５２２として上記構造式（１）で表されるＰｔ（ｐｐｙ）ａｃａｃを用い、その濃度が１５ｗｔ％となるように調整し、共蒸着法により２０ｎｍの膜厚で形成する。

また、第２の発光層５１３の上には電子輸送層５１４が形成される。なお、電子輸送層５１４は、ＢＣＰ（バソキュプロイン）を用いて、蒸着法により２０ｎｍの膜厚で形成する。その上に、電子注入層５１５としてＣａＦ₂を２ｎｍ形成し、積層構造を有する電界発光層５０２を形成する。

最後に、陰極５０３を形成する。なお、本実施例では、アルミニウム（Ａｌ）を抵抗加熱による真空蒸着法により１００ｎｍ形成し陰極５０３を形成する。

以上により、本発明の発光素子が形成される。なお、本実施例に示す構造では、第１の発光層５１２および第２の発光層５１３においてそれぞれ発光が得られるため、全体として白色発光を呈する素子を形成することができる。

なお、本実施例では、基板上に陽極を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、基板上に陰極を形成することもできる。ただし、この場合（すなわち陽極と陰極とを入れ替えた場合）には、電界発光層の積層順が本実施例で示した場合と逆になる。

さらに、本実施例では、陽極５０１は透明電極であり、陽極５０１側から電界発光層５０２で生じた光を出射させる構成としているが、本発明はこれに限定されることはなく、透過率を確保するために適した材料を選択することにより陰極５０３側から光を出射させる構成とすることもできる。

本実施例では、実施例１で示した素子構造を有する発光素子（ＩＴＯ／Ｃｕ−Ｐｃ（２０ｎｍ）／α−ＮＰＤ（３０ｎｍ）／ＣＢＰ＋Ｐｔ（ｐｐｙ）ａｃａｃ：１５ｗｔ％（２０ｎｍ）／ＢＣＰ（３０ｎｍ）／ＣａＦ（２ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ））の素子特性について説明する。なお、上記構造を有する発光素子の発光スペクトルを図８のスペクトル１、および図９に示す。また、電気的特性について図１０〜図１３のプロット１に示す。

図８のスペクトル１は、上記構造を有する発光素子に１ｍＡの電流を流した際（約９６０ｃｄ／ｍ²時）の発光スペクトルである。スペクトル１に示す結果から、第一発光層を形成するα−ＮＰＤの青色（〜４５０ｎｍ）、第二発光層に含まれるＰｔ（ｐｐｙ）ａｃａｃの燐光発光による緑色（〜４９０ｎｍおよび〜５３０ｎｍ）、第二発光層に含まれるＰｔ（ｐｐｙ）ａｃａｃのエキシマー発光による橙色（〜５７０ｎｍ）の３成分を持つ白色発光が得られることがわかる。ＣＩＥ色度座標は、（ｘ、ｙ）＝（０．３４６、０．３９７）であり、見た目にもほぼ白色であった。

ここで、第一発光層に用いたα−ＮＰＤおよび第二発光層のホスト材料に用いたＣＢＰのイオン化ポテンシャルを測定したところ、α−ＮＰＤは約５．３ｅＶ、ＣＢＰは約５．９ｅＶであり、その差は約０．６ｅＶであった。すなわち、０．４ｅＶ以上という本発明の好ましい条件を満たしており、このことが良好な白色発光につながっていると考えられる。なお、イオン化ポテンシャルの測定は、光電子分光装置ＡＣ−２（理研計器社製）を用いて行った。

また、図９は、上記構造を有する発光素子に流す電流量を変化させた場合の各スペクトルを測定した結果である。ここでは、スペクトルａ（０．１ｍＡ）、スペクトルｂ（１ｍＡ）、スペクトルｃ（５ｍＡ）と電流値を変化させた場合の測定結果を示す。この結果から明らかなように、電流値を増加させても（輝度を上げても）、スペクトル形状はほとんど変化せず、本発明の発光素子が電流値の変化に影響を受けない安定した白色発光を示すことがわかった。

上記構造を有する発光素子の電気的特性として、図１０における輝度−電流特性においては、プロット１に示すように、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ²の場合において４６０ｃｄ／ｍ²程度の輝度が得られた。

また、図１１に示す輝度−電圧特性においては、プロット１に示すように、９Ｖの電圧を印加したところ１２０ｃｄ／ｍ²程度の輝度が得られた。

また、図１２に示す電流効率−輝度特性においては、プロット１に示すように、１００ｃｄ／ｍ²の輝度が得られた場合における電流効率は４．６ｃｄ／Ａ程度であった。

さらに、図１３に示す電流−電圧特性においては、プロット１に示すように、９Ｖの電圧を印加したところ０．１２ｍＡ程度の電流が流れた。

また、ＩＣＰ−ＭＳにより、上述した発光素子中におけるＰｔの量を定量したところ、Ｐｔの量は２１ｎｇであった。単位面積あたりの原子濃度に換算すると、５．４×１０¹⁴ａｔｏｍｓ／ｃｍ²であった。

さらに、二次イオン質量分析（Secondary Ion Mass Spectrometry：ＳＩＭＳ）によってＰｔ濃度の深さ方向分析を行い、上述のＰｔの量を元に換算して、Ｐｔの単位体積あたりの濃度を算出した。その結果、Ｐｔの単位体積あたりの濃度の最大値は、２．０×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度であった。モル濃度に換算すると、３．３×１０^-4ｍｏｌ／ｃｍ³となる。したがって、エキシマーを形成する燐光材料の濃度が１０^-4〜１０^-3ｍｏｌ／ｃｍ³であれば、エキシマー発光が可能になると考えられる。

また、上述の通り、Ｐｔの単位体積あたりの濃度の最大値は２．０×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であることから、Ｐｔ錯体１個が占める平均体積は、５．０×１０^-27ｍ³／ａｔｏｍとなる。つまり、Ｐｔ錯体が均一に分散していると考えた場合、Ｐｔ錯体は１．７ｎｍ立方に１個の割合で分散していることになる。したがってこの場合、燐光材料の金属原子（本実施例ではＰｔ原子）間の距離は、１７Å程度である。以上の結果から、本発明においては、燐光材料の中心金属間の距離は２０Å以下であることが好ましいと言える。

［比較例１］
これに対して、実施例１で示した場合と発光層に含まれるＰｔ（ｐｐｙ）ａｃａｃの濃度を変えて作製した発光素子の発光スペクトルを、図８のスペクトル２およびスペクトル３に示す。なお、Ｐｔ（ｐｐｙ）ａｃａｃの濃度が、７．９ｗｔ％の場合における測定結果がスペクトル２、２．５ｗｔ％の場合における測定結果がスペクトル３である。また、いずれの場合も、素子に１ｍＡの電流を流した際のスペクトルである。

スペクトル３で示されるように、２．５ｗｔ％の濃度では、第一発光層を形成するα−ＮＰＤの青色（〜４５０ｎｍ）と、第二発光層に含まれるＰｔ（ｐｐｙ）ａｃａｃの緑色（〜４９０ｎｍおよび５３０ｎｍ）のみしか観測されず、その結果白色発光とはならなかった。また、スペクトル２で示されるように、７．９ｗｔ％の濃度においては、わずかにＰｔ（ｐｐｙ）ａｃａｃのエキシマー発光が５６０ｎｍ付近にショルダーとしてスペクトルに加わっているものの、そのピークは十分ではなく、十分な白色は得られなかった。

また、これらの素子の電気的特性を測定した。Ｐｔ（ｐｐｙ）ａｃａｃの濃度が７．９ｗｔ％の素子の測定結果を図１０〜１３のプロット２に示し、２．５ｗｔ％の素子の測定結果を図１０〜１３のプロット３に示す。

図１０における輝度−電流特性においては、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ²の場合、７．９ｗｔ％の素子は１８０ｃｄ／ｍ²程度の輝度が得られ、２．５ｗｔ％の素子は１１５ｃｄ／ｍ²程度の輝度が得られた。

また、図１１に示す輝度−電圧特性においては、９Ｖの電圧を印加したところ、７．９ｗｔ％の素子は９３ｃｄ／ｍ²程度の輝度が得られ、２．５ｗｔ％の素子は７３ｃｄ／ｍ²程度の輝度が得られた。

また、図１２に示す電流効率−輝度特性においては、１００ｃｄ／ｍ²の輝度が得られた場合、７．９ｗｔ％の素子の電流効率は１．８ｃｄ／Ａ程度であり、２．５ｗｔ％の素子の電流効率は１．１ｃｄ／Ａ程度であった。

さらに、図１３に示す電流−電圧特性においては、９Ｖの電圧を印加したところ、７．９ｗｔ％の素子は０．２１ｍＡ程度の電流が流れ、２．５ｗｔ％の素子は０．２７ｍＡ程度の電流が流れた。

以上の結果から（特に、図１３に示す電流−電圧特性の結果から）、本発明の発光素子はゲスト材料であるＰｔ（ｐｐｙ）ａｃａｃの濃度が高濃度（１５ｗｔ％）であるにもかかわらず、低濃度（７．９ｗｔ％、２．５ｗｔ％）で形成された発光素子と同程度の電気特性を有していることがわかる。

本実施例では、絶縁表面を有する基板上に、本発明の白色発光を呈する発光素子を備えた発光装置（上面出射構造）を作製する例を図６に示す。なお、上面出射構造とは、絶縁表面を有する基板とは逆側から光を取り出す構造である。

図６（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図である。点線で示された６０１はソース信号線駆動回路、６０２は画素部、６０３はゲート側駆動回路である。また、６０４は透明な封止基板、６０５は第１シール材であり、第１シール材６０５で囲まれた内側は、透明な第２シール材６０７で充填されている。なお、第１シール材６０５には基板間隔を保持するためのギャップ材が含有されている。

なお、６０８は、ソース側駆動回路６０１及びゲート側駆動回路６０３に入力される信号を伝送するための接続配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６０９からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。

次に、断面構造について図６（Ｂ）を用いて説明する。基板６１０上には駆動回路及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路としてソース側駆動回路６０１と画素部６０２が示されている。

なお、ソース側駆動回路６０１はｎチャネル型ＴＦＴ６２３とｐチャネル型ＴＦＴ６２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公知のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施例では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。また、ポリシリコン膜を活性層とするＴＦＴの構造は特に限定されず、トップゲート型ＴＦＴであってもよいし、ボトムゲート型ＴＦＴであってもよい。

また、画素部６０２はスイッチング用ＴＦＴ６１１と、電流制御用ＴＦＴ６１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極（陽極）６１３を含む複数の画素により形成される。電流制御用ＴＦＴ６１２としてはｎチャネル型ＴＦＴであってもよいし、ｐチャネル型ＴＦＴであってもよいが、陽極と接続させる場合、ｐチャネル型ＴＦＴとすることが好ましい。また、保持容量（図示しない）を適宜設けることが好ましい。なお、ここでは無数に配置された画素のうち、一つの画素の断面構造のみを示し、その一つの画素に２つのＴＦＴを用いた例を示したが、３つ、またはそれ以上のＴＦＴを適宜、用いてもよい。

ここでは第１の電極（陽極）６１３がＴＦＴのドレインと直接接している構成となっているため、第１の電極（陽極）６１３の下層はシリコンからなるドレインとオーミックコンタクトのとれる材料層とし、有機化合物を含む層と接する最上層を仕事関数の大きい材料層とすることが望ましい。例えば、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との３層構造とすると、配線としての抵抗も低く、且つ、良好なオーミックコンタクトがとれ、且つ、陽極として機能させることができる。また、第１の電極（陽極）６１３は、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層としてもよいし、３層以上の積層を用いてもよい。

また、第１の電極（陽極）６１３の両端には絶縁物（バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる）６１４が形成される。絶縁物６１４は有機樹脂膜もしくは珪素を含む絶縁膜で形成すれば良い。ここでは、絶縁物６１４として、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いて図６に示す形状の絶縁物を形成する。

成膜性を良好なものとするため、絶縁物６１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物６１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物６１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物６１４として、感光性の光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。

また、絶縁物６１４を窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、炭素を主成分とする薄膜、または窒化珪素膜からなる保護膜で覆ってもよい。

また、第１の電極（陽極）６１３上には、蒸着法によって電界発光層６１５を選択的に形成する。さらに、電界発光層６１５上には第２の電極（陰極）６１６が形成される。陰極としては、仕事関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金Ｍｇ：Ａｇ、Ｍｇ：Ｉｎ、Ａｌ：Ｌｉ、またはＣａＮ）を用いればよい。

ここでは、発光が透過するように、第２の電極（陰極）６１６として、膜厚を薄くした仕事関数の小さい金属薄膜と、透明導電膜（ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等）との積層を用いる。こうして、第１の電極（陽極）６１３、電界発光層６１５、及び第２の電極（陰極）６１６からなる電界発光素子６１８が形成される。

本実施例では、電界発光層６１５として、実施例１で示した積層構造を用いる。すなわち、正孔注入層であるＣｕ−Ｐｃ（２０ｎｍ）、ホール輸送性の第１の発光層であるα−ＮＰＤ（３０ｎｍ）、第２の発光層であるＣＢＰ＋Ｐｔ（ｐｐｙ）ａｃａｃ：１５ｗｔ％（２０ｎｍ）、電子輸送層であるＢＣＰ（３０ｎｍ）を順次積層することにより形成する。なお、第２の電極（陰極）として仕事関数の小さい金属薄膜を用いているため、ここでは電子注入層（ＣａＦ₂）を用いる必要はない。

このようにして形成された電界発光素子６１８は、白色発光を呈する。なお、ここでは、フルカラー化を実現するために着色層６３１と遮光層（ＢＭ）６３２からなるカラーフィルター（簡略化のため、ここではオーバーコート層は図示しない）を設けている。

また、電界発光素子６１８を封止するために透明保護積層６１７を形成する。この透明保護積層６１７は、第１の無機絶縁膜と、応力緩和膜と、第２の無機絶縁膜との積層からなっている。第１の無機絶縁膜および第２の無機絶縁膜としては、スパッタ法またはＣＶＤ法により得られる窒化珪素膜、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜（ＳｉＮＯ膜（組成比Ｎ＞Ｏ）またはＳｉＯＮ膜（組成比Ｎ＜Ｏ））、炭素を主成分とする薄膜（例えばＤＬＣ膜、ＣＮ膜）を用いることができる。これらの無絶縁膜は水分に対して高いブロッキング効果を有しているが、膜厚が厚くなると膜応力が増大してピーリングや膜剥がれが生じやすい。

しかし、第１の無機絶縁膜と第２の無機絶縁膜との間に応力緩和膜を挟むことで、応力を緩和するとともに水分を吸収することができる。また、成膜時に何らかの原因で第１の無機絶縁膜に微小な穴（ピンホールなど）が形成されたとしても、応力緩和膜で埋められ、さらにその上に第２の無機絶縁膜を設けることによって、水分や酸素に対して極めて高いブロッキング効果を有する。

また、応力緩和膜としては、無機絶縁膜よりも応力が小さく、且つ、吸湿性を有する材料が好ましい。加えて、透光性を有する材料であることが望ましい。また、応力緩和膜としては、α―ＮＰＤ、ＢＣＰ、ＭＴＤＡＴＡ、Ａｌｑ₃などの有機化合物を含む材料膜を用いてもよく、これらの材料膜は、吸湿性を有し、膜厚が薄ければ、ほぼ透明である。また、ＭｇＯ、ＳｒＯ₂、ＳｒＯは吸湿性及び透光性を有し、蒸着法で薄膜を得ることができるため、応力緩和膜に用いることができる。

本実施例では、シリコンターゲットを用い、窒素とアルゴンを含む雰囲気で成膜した膜、即ち、水分やアルカリ金属などの不純物に対してブロッキング効果の高い窒化珪素膜を第１の無機絶縁膜または第２の無機絶縁膜として用い、応力緩和膜として蒸着法によりＡｌｑ₃の薄膜を用いる。また、透明保護積層に発光を通過させるため、透明保護積層のトータル膜厚は、可能な限り薄くすることが好ましい。

また、電界発光素子６１８を封止するために不活性気体雰囲気下で第１シール材６０５、第２シール材６０７により封止基板６０４を貼り合わせる。なお、第１シール材６０５、第２シール材６０７としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、第１シール材６０５、第２シール材６０７はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。

また、本実施例では封止基板６０４を構成する材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。また、第１シール材６０５、第２シール材６０７を用いて封止基板６０４を接着した後、さらに側面（露呈面）を覆うように第３のシール材で封止することも可能である。

以上のようにして電界発光素子６１８を第１シール材６０５、第２シール材６０７に封入することにより、電界発光素子６１８を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素といった電界発光層６１５の劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置を得ることができる。

また、第１の電極（陽極）６１３として透明導電膜を用いれば両面発光型の発光装置を作製することもできる。

なお、本実施例に示す発光装置は、実施例１に示した電界発光素子の素子構成だけでなく本発明を用いて形成される電界発光素子の構成を組み合わせて実施することが可能である。

本実施例４では、本発明の発光素子を有する発光装置を用いて完成させた様々な電気器具について説明する。

本発明の発光素子を有する発光装置を用いて作製された電気器具として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電気器具の具体例を図７に示す。

図７（Ａ）は表示装置であり、筐体７１０１、支持台７１０２、表示部７１０３、スピーカー部７１０４、ビデオ入力端子７１０５等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部７１０３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。

図７（Ｂ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体７２０１、筐体７２０２、表示部７２０３、キーボード７２０４、外部接続ポート７２０５、ポインティングマウス７２０６等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部７２０３に用いることにより作製される。

図７（Ｃ）はモバイルコンピュータであり、本体７３０１、表示部７３０２、スイッチ７３０３、操作キー７３０４、赤外線ポート７３０５等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部７３０２に用いることにより作製される。

図７（Ｄ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体７４０１、筐体７４０２、表示部Ａ７４０３、表示部Ｂ７４０４、ＤＶＤ等の記録媒体読み込み部７４０５、操作キー７４０６、スピーカー部７４０７等を含む。表示部Ａ７４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ７４０４は主として文字情報を表示するが、本発明の発光素子を有する発光装置をこれら表示部Ａ７４０３およびＢ７４０４に用いることにより作製される。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。

図７（Ｅ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体７５０１、表示部７５０２、アーム部７５０３を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部７５０２に用いることにより作製される。

図７（Ｆ）はビデオカメラであり、本体７６０１、表示部７６０２、筐体７６０３、外部接続ポート７６０４、リモコン受信部７６０５、受像部７６０６、バッテリー７６０７、音声入力部７６０８、操作キー７６０９、接眼部７６１０等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部７６０２に用いることにより作製される。

ここで図７（Ｇ）は携帯電話であり、本体７７０１、筐体７７０２、表示部７７０３、音声入力部７７０４、音声出力部７７０５、操作キー７７０６、外部接続ポート７７０７、アンテナ７７０８等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部７７０３に用いることにより作製される。

その他にも、本発明における発光素子は、面光源として機能する照明器具や建物の壁等に用いることもできる。

以上の様に、本発明の発光素子を有する発光装置の適用範囲は極めて広く、また、本発明の発光素子は、白色発光における色のバランス（ホワイトバランス）を容易に制御できることから、この発光素子を含む発光装置をあらゆる分野の電気器具に適用することにより、色のバランスの良い表示を実現することができる。

本発明の発光素子における発光機構を示す図。 本発明の発光素子の素子構造およびバンドダイアグラムを示す図。 本発明の発光素子の素子構造およびバンドダイアグラムを示す図。 本発明の発光素子の素子構造およびバンドダイアグラムを示す図。 本発明の発光素子の具体的な素子構造を示す図。 本発明の発光装置の概略図。 本発明の発光装置を用いた電気器具の例を示す図。 実施例２および比較例１における発光スペクトルを示す図。 実施例２における発光スペクトルの電流密度依存性を示す図。 実施例２および比較例１における輝度−電流特性を示す図。 実施例２および比較例１における輝度−電圧特性を示す図。 実施例２および比較例１における電流効率−電流特性を示す図。 実施例２および比較例１における電流−電圧特性を示す図。

Claims (15)

1. 一対の電極間に電界発光層を有し、
   前記電界発光層は、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に発光ピークを有する第１の発光層および第２の発光層を少なくとも有し、
   前記第２の発光層は、１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％の濃度のエキシマーを形成する燐光材料を含むことを特徴とする発光素子。
2. 一対の電極間に電界発光層を有し、
   前記電界発光層は、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に発光ピークを有する第１の発光層および第２の発光層を少なくとも有し、
   前記第２の発光層は、１０^-4ｍｏｌ／ｃｍ³以上、１０^-3ｍｏｌ／ｃｍ³以下の濃度のエキシマーを形成する燐光材料を含むことを特徴とする発光素子。
3. 一対の電極間に電界発光層を有し、 前記電界発光層は、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に発光ピークを有する第１の発光層および第２の発光層を少なくとも有し、
   前記第２の発光層は、１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％の濃度の燐光材料を含み、かつ、前記第２の発光層における５００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長領域に出現する発光ピークのピーク強度に対する５５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に出現する発光ピークのピーク強度の比が５０％〜１５０％であることを特徴とする発光素子。
4. 一対の電極間に電界発光層を有し、
   前記電界発光層は、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に発光ピークを有する第１の発光層および第２の発光層を少なくとも有し、
   前記第２の発光層は、１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％、好ましくは１２．５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の濃度の燐光材料を含み、
   前記有機発光素子から得られる輝度が、１００〜２０００ｃｄ／ｍ²であり、好ましくは３００〜１０００ｃｄ／ｍ²であることを特徴とする発光素子。
5. 一対の電極間に電界発光層を有し、
   前記電界発光層は、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に発光ピークを有する第１の発光層および第２の発光層を少なくとも有し、
   前記第２の発光層は、１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％の濃度の燐光材料を含み、かつ前記燐光材料の一部が分子間でエキシマー状態を形成できる距離に存在することを特徴とする有機発光素子。
6. 一対の電極間に電界発光層を有し、
   前記電界発光層は、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に発光ピークを有する第１の発光層および第２の発光層を少なくとも有し、
   前記第２の発光層は、１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％の濃度の金属錯体からなる燐光材料を含み、かつ前記燐光材料の中心金属間の距離が２〜２０Åであることを特徴とする発光素子。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
   前記第２の発光層の膜厚は２０ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする発光素子。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
   前記燐光材料は５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に複数の発光ピークを示し、前記複数の発光ピークのいずれかがエキシマー発光であることを特徴とする発光素子。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
   前記第１の発光層から得られる発光スペクトルは４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域に発光ピークを示し、
   前記第２の発光層から得られる発光スペクトルは５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に複数の発光ピークを示し、かつ、前記複数の発光ピークのいずれかがエキシマー発光であることを特徴とする発光素子。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
    前記燐光材料は、白金を中心金属とする金属錯体であることを特徴とする発光素子。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一に記載の発光素子を用いたことを特徴とする発光装置。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか一において、
    前記第２の発光層は１２．５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の濃度のエキシマーを形成する燐光材料を含むことを特徴とする発光素子。
13. 請求項１乃至請求項１２のいずれか一において、
    前記第２の発光層における５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に出現する発光ピークのピーク強度に対する５５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域に出現する発光ピークのピーク強度の比が、７０〜１３０％であることを特徴とする発光素子。
14. 請求項１乃至請求項１３のいずれか一において、
    前記有機発光素子から得られる輝度が３００〜１０００ｃｄ／ｍ²であることを特徴とする発光素子。
15. 請求項１乃至請求項１４のいずれか一において、
    前記第２の発光層の膜厚は２５〜５０ｎｍであることを特徴とする発光素子。
    

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