JP2009088491A - 発光素子、発光装置および電子機器 - Google Patents

発光素子、発光装置および電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】寿命の長い発光素子を提供することを課題とする。
【解決手段】第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、
第１の層は、発光層と第１の電極との間に設けられており、第２の層は、発光層と第２の電極との間に設けられており、第１の層は正孔の輸送を制御する層であり、第２の層は電子の輸送を制御する層であり、第１の電極の方が第２の電極よりも電位が高くなるように、第１の電極と第２の電極とに電圧を印加することにより、発光層からの発光が得られる発光素子を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、電流励起型の発光素子に関する。また、発光素子を有する発光装置、電子機器に関する。
近年、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を利用した発光素子の研究開発が盛んに行われている。これら発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の物質を挟んだものである。この素子に電圧を印加することにより、発光性の物質からの発光を得ることができる。
このような発光素子は自発光型であるため、液晶ディスプレイに比べ画素の視認性が高く、バックライトが不要である等の利点があり、フラットパネルディスプレイ素子として好適であると考えられている。また、このような発光素子は、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。また、非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
また、これらの発光素子は膜状に形成することが可能であるため、大面積の素子を形成することにより、面状の発光を容易に得ることができる。このことは、白熱電球やＬＥＤに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子は、発光性の物質が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって大きく分けられる。
発光性の物質が有機化合物である場合、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
なお、有機化合物が形成する励起状態の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であり、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼ばれている。
このような発光素子に関しては、その素子特性を向上させる上で、材料に依存した問題が多く、これらを克服するために素子構造の改良や材料開発等が行われている。
例えば、非特許文献１では、正孔ブロック層を設けることにより、燐光材料を用いた発光素子を効率良く発光させている。
テツオ ツツイ、外８名、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジックス、ｖｏｌ．３８、Ｌ１５０２−Ｌ１５０４（１９９９）。
しかしながら、非特許文献１に記載されているように正孔ブロック層は耐久性がなく、発光素子の寿命は短く、そのため発光素子のさらなる長寿命化が望まれている。
以上のようなことから、本発明は寿命の長い発光素子を提供することを課題とする。また、寿命の長い発光装置および電子機器を提供することを課題とする。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、キャリアの移動を制御する層を設けることで、発光効率の高い発光素子が得られることを見出した。また、寿命の長い発光素子が得られることを見いだした。
よって、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、第１の層は、発光層と第１の電極との間に設けられており、第２の層は、発光層と第２の電極との間に設けられており、第１の層は、正孔輸送性の第１の有機化合物と、該第１の有機化合物の正孔輸送性を低下させる第２の有機化合物とを含み、該第２の有機化合物は、該第１の有機化合物中に分散されており、第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、第１の電極の方が第２の電極よりも電位が高くなるように、第１の電極と第２の電極とに電圧を印加することにより、発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子である。
また、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、第１の層は、発光層と第１の電極との間に設けられており、第２の層は、発光層と第２の電極との間に設けられており、第１の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み、第１の有機化合物は、第２の有機化合物よりも多く含まれており、第１の有機化合物は、正孔輸送性であり、第２の有機化合物は、正孔が注入されない物質であり、かつ、第１の有機化合物の正孔輸送性を下げる物質であり、第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、第１の電極の方が第２の電極よりも電位が高くなるように、第１の電極と第２の電極とに電圧を印加することにより、発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子である。
また、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、第１の層は、発光層と第１の電極との間に設けられており、第２の層は、発光層と第２の電極との間に設けられており、第１の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み、第１の有機化合物は、第２の有機化合物よりも多く含まれており、第１の有機化合物は、正孔輸送性であり、第２の有機化合物は、双極子モーメントが２．０デバイ以上の正孔ブロック材料であり、第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、第１の電極の方が第２の電極よりも電位が高くなるように、第１の電極と第２の電極とに電圧を印加することにより、発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子である。
また、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、第１の層は、発光層と第１の電極との間に設けられており、第２の層は、発光層と第２の電極との間に設けられており、第１の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み、第１の有機化合物は、第２の有機化合物よりも多く含まれており、第１の有機化合物は、正孔輸送性であり、第２の有機化合物のイオン化ポテンシャルと、第１の有機化合物のイオン化ポテンシャルとの差は、０．５ｅＶ以上であり、かつ、第２の有機化合物の双極子モーメントは２．０デバイ以上であり、第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、第１の電極の方が第２の電極よりも電位が高くなるように、第１の電極と第２の電極とに電圧を印加することにより、発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子である。
また、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、第１の層は、発光層と第１の電極との間に設けられており、第２の層は、発光層と第２の電極との間に設けられており、第１の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み、第１の有機化合物は、第２の有機化合物よりも多く含まれており、第１の有機化合物は、正孔輸送性であり、第２の有機化合物のイオン化ポテンシャルは５．８ｅＶ以上であり、かつ、第２の有機化合物の双極子モーメントは２．０デバイ以上であり、第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、第１の電極の方が第２の電極よりも電位が高くなるように、第１の電極と第２の電極とに電圧を印加することにより、発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子である。
また、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、第１の層は、発光層と第１の電極との間に設けられており、第２の層は、発光層と第２の電極との間に設けられており、第１の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み、第１の有機化合物は、第２の有機化合物よりも多く含まれており、第１の有機化合物は、正孔輸送性であり、第２の有機化合物のイオン化ポテンシャルと、第１の有機化合物のイオン化ポテンシャルとの差は、０．５ｅＶ以上であり、かつ、第２の有機化合物は複素環を有する分子構造であり、第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、第１の電極の方が第２の電極よりも電位が高くなるように、第１の電極と第２の電極とに電圧を印加することにより、発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子である。
また、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、第１の層は、発光層と第１の電極との間に設けられており、第２の層は、発光層と第２の電極との間に設けられており、第１の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み、第１の有機化合物は、第２の有機化合物よりも多く含まれており、第１の有機化合物は、正孔輸送性であり、第２の有機化合物のイオン化ポテンシャルは５．８ｅＶ以上であり、かつ、第２の有機化合物は複素環を有する分子構造であり、第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、第１の電極の方が第２の電極よりも電位が高くなるように、第１の電極と第２の電極とに電圧を印加することにより、発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子である。
また、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、第１の層は、発光層と第１の電極との間に設けられており、第２の層は、発光層と第２の電極との間に設けられており、第１の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み、第１の有機化合物は、第２の有機化合物よりも多く含まれており、第１の有機化合物は、正孔輸送性であり、第２の有機化合物は、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体のいずれかであり、第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、第１の電極の方が第２の電極よりも電位が高くなるように、第１の電極と第２の電極とに電圧を印加することにより、発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子。
上記構成において、第２の有機化合物は、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、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール、バソキュプロインのいずれかであることが好ましい。
また、上記構成において、第１の層における第２の有機化合物の濃度は、１重量％以上２０重量％以下であることが好ましい。
また、上記構成において、第１の層と発光層との間に層が設けられており、かつ、第１の層と第１の電極との間に層が設けられていることが好ましい。
また、上記構成において、第１の層の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。
上記構成において、第３の有機化合物は、電子輸送性であり、第４の有機化合物は、正孔輸送性であることが好ましい。
また、第３の有機化合物の最低空軌道準位と第４の有機化合物の最低空軌道準位との差は０．３ｅＶより小さいことが好ましい。
また、第３の有機化合物は、金属錯体であり、第４の有機化合物は、芳香族アミン化合物であることが好ましい。
また、第３の有機化合物の双極子モーメントをＰ１、第４の有機化合物の双極子モーメントをＰ２とすると、Ｐ１／Ｐ２≧３またはＰ１／Ｐ２≦０．３３の関係を満たすことが好ましい。
また、上記構成において、第３の有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であり、第４の有機化合物は、電子トラップ性の有機化合物であることが好ましい。
また、第４の有機化合物は第３の有機化合物の最低空軌道準位より０．３ｅＶ以上低い最低空軌道準位を有することが好ましい。
また、第３の有機化合物は、金属錯体であることが好ましい。
また、第４の有機化合物は、クマリン誘導体であることが好ましい。または、第４の有機化合物は、キナクリドン誘導体であることが好ましい。
また、上記構成において、第２の層の膜厚は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。
また、上記構成において、第２の層と発光層とは接するように設けられていることが好ましい。
また、本発明は、上述した発光素子を有する発光装置も範疇に含めるものである。本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置を含む）を含む。また、発光素子が形成されたパネルにコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
また、本発明の発光素子を表示部に用いた電子機器も本発明の範疇に含めるものとする。したがって、本発明の電子機器は、表示部を有し、表示部は、上述した発光素子と発光素子の発光を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
本発明の発光素子は、キャリアの移動を制御する層を設けており、キャリアバランスの経時変化を抑制することができる。よって、長寿命の発光素子を得ることができる。
さらに、本発明の発光素子を、発光装置および電子機器に適用することにより、寿命の長い発光装置および電子機器を得ることができる。
以下、本発明の実施の態様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。
（実施の形態１）
本発明に係る発光素子の一態様について図１を用いて以下に説明する。本発明に係る発光素子は、正孔の移動を制御する層と電子の移動を制御する層を有する。
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリアの再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層を組み合わせて積層されたものである。
本実施の形態において、発光素子は、第１の電極２０２と、第２の電極２０４と、第１の電極２０２と第２の電極２０４との間に設けられたＥＬ層２０３とから構成されている。なお、本形態では第１の電極２０２は陽極として機能し、第２の電極２０４は陰極として機能するものとして、以下説明をする。つまり、第１の電極２０２の方が第２の電極２０４よりも電位が高くなるように、第１の電極２０２と第２の電極２０４に電圧を印加したときに、発光が得られるものとして、以下説明をする。
基板２０１は発光素子の支持体として用いられる。基板２０１としては、例えばガラス、またはプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子の作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。
第１の電極２０２としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上であることが好ましい）金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、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、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタにより成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して、インクジェット法、スピンコート法などにより作製しても構わない。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。この他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、または金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。
また、第１の電極と接する層として、後述する複合材料を含む層を用いた場合には、第１の電極として、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（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、アルミニウムを含む合金（ＡｌＳｉ）等を用いることができる。また、仕事関数の小さい材料である、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等を用いることもできる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
本実施の形態で示すＥＬ層２０３は、正孔注入層２１１、正孔の移動を制御する層２１２、正孔輸送層２１３、発光層２１４、電子の移動を制御する層２１５、電子輸送層２１６、電子注入層２１７を有している。なお、ＥＬ層２０３は、本実施の形態で示すキャリアの移動を制御する層と、発光層とを有していればよく、その他の層の積層構造については特に限定されない。つまり、ＥＬ層２０３は、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または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（電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質等を含む層と、本実施の形態で示すキャリアの移動を制御する層および発光層とを適宜組み合わせて構成すればよい。例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて構成することができる。各層を構成する材料について以下に具体的に示す。
正孔注入層２１１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、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等を用いることができる。この他、低分子の有機化合物としては、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅（ＩＩ）フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等のフタロシアニン系の化合物、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が挙げられる。
また、正孔注入層２１１として、正孔輸送性の高い物質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。なお、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させたものを用いることにより、電極の仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶことができる。つまり、第１の電極２０２として仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料を用いることができる。これらの複合材料は、正孔輸送性の高い物質とアクセプター物質とを共蒸着することにより形成することができる。
なお、本明細書中において、複合とは、単に２つの材料が混合している状態だけでなく、複数の材料を混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う。
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。
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、ＭＴＤＡＴＡ、ＴＤＡＴＡ、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）、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）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）、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や、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、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挙げることができる。
また、アクセプター性物質としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物や、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。
また、正孔注入層２１１としては、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）を用いることができる。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。
また、上述したＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ等の高分子化合物と、上述したアクセプター性物質を用いて複合材料を形成し、正孔注入層２１１として用いてもよい。
正孔の移動を制御する層２１２は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含んでおり、第１の有機化合物は、第２の有機化合物よりも多く含まれている。正孔の移動を制御する層は、発光層２１４よりも陽極として機能する第１の電極２０２側に設けることが好ましい。つまり、発光層２１４と第１の電極２０２との間に設けることが好ましい。
第１の有機化合物は、電子輸送性よりも正孔輸送性の方が高い、いわゆる正孔輸送性の有機化合物である。具体的には、芳香族アミン化合物を用いることができる。例えば、ＭＴＤＡＴＡ、ＴＤＡＴＡ、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）、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）等が挙げられる。また、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤなどの高分子化合物を用いることもできる。
第２の有機化合物は、正孔が注入されず、かつ、双極子モーメントが大きい有機化合物である。正孔が注入されない物質としては、正孔ブロック材料が挙げられる。正孔ブロック材料は、一般に、イオン化ポテンシャルが大きい物質である。特に、イオン化ポテンシャルが５．８ｅＶ以上であると、正孔が注入されず好ましい。特に、６．０ｅＶ以上であるとさらに好ましい。また、第１の有機化合物に比べ、イオン化ポテンシャルの差が０．５ｅＶ以上である場合にも第１の有機化合物から第２の有機化合物へ正孔が注入されないので好ましい。また、第２の有機化合物の双極子モーメントは、２．０デバイ以上であることが好ましい。特に、双極子モーメントが２．０デバイよりもさらに大きい有機化合物は正孔の移動を制御する層に好適に用いることができる。
第２の有機化合物としては、具体的には、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）、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）などのオキサジアゾール誘導体、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ０１）、３，５−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−１，２，４−トリアゾール（略称：ｔ−ＢｕＴＡＺ）などのトリアゾール誘導体、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などを用いることができる。
本実施の形態で示す正孔の移動を制御する層の概念図を図４に示す。図４において、正孔輸送性の有機化合物である第１の有機化合物２２１は、正孔輸送性であるため、正孔が注入されやすく、正孔が近傍の第１の有機化合物に移動しやすい。
一方、第２の有機化合物２２２は、第１の有機化合物のイオン化ポテンシャルの差が０．５ｅＶ以上であるため、正孔が注入されない。よって、正孔は第２の有機化合物には注入されず、第１の有機化合物の間のみをホッピングによって移動していく。
また、第２の有機化合物２２２は、双極子モーメントが大きい物質である。具体的には、２．０デバイ以上であることが好ましい。双極子モーメントが大きい第２の有機化合物が含まれていることにより、第１の有機化合物の間を移動している正孔は、移動速度が遅くなる。つまり、双極子モーメントが大きい第２の有機化合物が第１の有機化合物の近傍に位置することにより、正孔の移動を引きとめる効果を有すると考えられる。
よって、層全体としては、第２の有機化合物が含まれることにより、第１の有機化合物２２１のみからなる層よりも正孔移動速度が小さくなる。つまり、第２の有機化合物を添加することにより、キャリアの移動を制御することが可能となる。また、第２の有機化合物の濃度を制御することにより、キャリアの移動速度を制御することが可能となる。
特に、第２の有機化合物の双極子モーメントが大きいほど、正孔の移動速度を遅くする効果が大きい。よって、双極子モーメントの大きい物質を第２の有機化合物として用いる場合には、正孔の移動を制御する層に含まれる第２の有機化合物の量が少量であっても効果を得ることができる。
正孔の移動を制御する層を設けない従来の素子構成の場合、第１の電極から注入された正孔は、正孔注入層および正孔輸送層を通り、発光層へ注入される。発光層へ注入された正孔は、発光層が正孔輸送性の場合、つまり、発光層に含まれる最も多い材料が正孔輸送性の場合には、発光層中を移動して、電子輸送層まで達してしまう可能性がある。正孔が電子輸送層まで達してしまうと、電子輸送層に含まれる材料を劣化させてしまい、発光素子の劣化に繋がる。
しかし、本実施の形態で示した正孔の移動を制御する層を設けることにより、正孔が発光層中を突き抜けて電子輸送層まで達することを抑制することができる。よって、正孔が電子輸送層まで達して電子輸送層を劣化させることを抑制することができる。従って、発光素子の劣化を抑制し、長寿命化することができる。
また、正孔の移動を制御する層を設けない従来の素子構成の場合、第１の電極から注入された多くの正孔は、そのまま発光層へ注入される。発光層が電子輸送性の場合、つまり、発光層に含まれる最も多い材料が電子輸送性の場合には、発光領域は発光層と正孔輸送層との界面付近になる。一方、発光層と正孔輸送層との界面付近には、過剰の正孔によってカチオンが生成している可能性がある。カチオンは消光剤として働くため、発光領域の周辺に生成していたカチオンの影響により発光効率が低下してしまう。
しかし、本実施の形態で示した正孔の移動を制御する層を設けることにより、過剰の正孔によって、発光層や発光層周辺にできていたカチオンの生成を抑制することができ、発光効率の低下を抑制することができる。従って、発光効率の高い発光素子を得ることができる。
上述したように、正孔の移動を制御することにより、キャリアバランスが向上し、その結果、正孔と電子の再結合確率が向上し、高い発光効率を得ることができる。また、本実施の形態で示したように、正孔の移動を制御する層を、発光層と陽極として機能する第１の電極との間に設ける構成は、正孔過多の発光素子に適用すると特に有効である。正孔過多の発光素子において、正孔の移動を制御する層を設けることにより、過剰の正孔の移動を抑制し、電子とバランスが取れるように制御することが可能となるからである。
本実施の形態で示したように、正孔の移動を制御する層を、発光層と陽極として機能する第１の電極との間に設ける構成は、正孔過多の発光素子に適用すると特に有効である。有機化合物を用いた発光素子は、正孔過多の発光素子である場合が多いため、本発明は、多くの有機化合物を用いた発光素子に好適に用いることができる。
なお、正孔の移動を制御する層における第２の有機化合物の濃度は、１重量％以上２０重量％以下であることが好ましい。１重量％以上２０重量％以下であることにより、発光素子の寿命を長く保つことができる。特に、１重量％以上１０重量％以下であることが好ましい。
また、正孔の移動を制御する層の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。厚すぎる膜厚だと、正孔の移動速度を低下させすぎてしまい、駆動電圧が高くなってしまう。また、薄すぎる膜厚だと、正孔の移動を制御する機能を実現しなくなってしまう。よって、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。
正孔輸送層２１３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、低分子の有機化合物としては、ＮＰＢ、ＴＰＤ、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。
また、正孔輸送層２１３として、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤなどの高分子化合物を用いることもできる。
発光層２１４は、発光性の高い物質を含む層であり、種々の材料を用いることができる。例えば、発光性の高い物質としては、蛍光を発光する蛍光性化合物や燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。
発光層に用いることのできる燐光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）テトラキス（１−ピラゾリル）ボラート（略称：ＦＩｒ６）、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス［２−（３’，５’ビストリフルオロメチルフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（ｐｉｃ））、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：ＦＩｒ（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、ビス（１，２−ジフェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾラト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｂｉ）２（ａｃａｃ））、ビス（ベンゾ［ｈ］キノリナト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｚｑ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ビス（２，４−ジフェニル−１，３−オキサゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｄｐｏ）２（ａｃａｃ））、ビス［２−（４’−パーフルオロフェニルフェニル）ピリジナト］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐ−ＰＦ−ｐｈ）２（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルベンゾチアゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、橙色系の発光材料として、トリス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｑ）３）、ビス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、ビス［２−（２’−ベンゾ［４，５−α］チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、ビス（１−フェニルイソキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）２（ａｃａｃ））、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン白金（ＩＩ）（略称：ＰｔＯＥＰ）等の有機金属錯体が挙げられる。また、トリス（アセチルアセトナト）（モノフェナントロリン）テルビウム（ＩＩＩ）（略称：Ｔｂ（ａｃａｃ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス（１，３−ジフェニル−１，３−プロパンジオナト）（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＤＢＭ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス［１−（２−テノイル）−３，３，３−トリフルオロアセトナト］（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＴＴＡ）３（Ｐｈｅｎ））等の希土類金属錯体は、希土類金属イオンからの発光（異なる多重度間の電子遷移）であるため、燐光性化合物として用いることができる。
発光層に用いることのできる蛍光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＰＡ）などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１３−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）などが挙げられる。
なお、発光層としては、上述した発光性の高い物質（第６の有機化合物）を他の物質（第５の有機化合物）に分散させた構成としてもよい。発光性の物質を分散させるための物質としては、各種のものを用いることができ、発光性の物質よりも最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）が高く、最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）が低い物質を用いることが好ましい。
発光性の物質を分散させるための物質としては、具体的には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（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（ＩＩ）（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ）、ビス［２−（２−ベンゾオキサゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［２−（２−ベンゾチアゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＢＴＺ）などの金属錯体、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物や、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、３，６−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＤＰＣｚＰＡ）、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，９’−ビアントリル（略称：ＢＡＮＴ）、９，９’−（スチルベン−３，３’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ）、９，９’−（スチルベン−４，４’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ２）、３，３’，３’’−（ベンゼン−１，３，５−トリイル）トリピレン（略称：ＴＰＢ３）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、６，１２−ジメトキシ−５，１１−ジフェニルクリセンなどの縮合芳香族化合物、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＣｚＡ１ＰＡ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＤＰｈＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−｛４−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］フェニル｝−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＢＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、ＮＰＢ、ＴＰＤ、ＤＦＬＤＰＢｉ、ＢＳＰＢなどの芳香族アミン化合物などを用いることができる。
また、発光性の物質を分散させるための物質は複数種用いることができる。例えば、結晶化を抑制するためにルブレン等の結晶化を抑制する物質をさらに添加してもよい。また、発光性の物質へのエネルギー移動をより効率良く行うためにＮＰＢ、あるいはＡｌｑ等をさらに添加してもよい。
発光性の高い物質を他の物質に分散させた構成とすることにより、発光層２１４の結晶化を抑制することができる。また、発光性の高い物質の濃度が高いことによる濃度消光を抑制することができる。
また、発光層２１４として高分子化合物を用いることができる。具体的には、青色系の発光材料として、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）（略称：ＰＦＯ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，５−ジメトキシベンゼン−１，４−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＤＭＯＰ）、ポリ｛（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−［Ｎ，Ｎ’−ジ−（ｐ−ブチルフェニル）−１，４−ジアミノベンゼン］｝（略称：ＴＡＢ−ＰＦＨ）などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（略称：ＰＰＶ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ａｌｔ−ｃｏ−（ベンゾ［２，１，３］チアジアゾール−４，７−ジイル）］（略称：ＰＦＢＴ）、ポリ［（９，９−ジオクチル−２，７−ジビニレンフルオレニレン）−ａｌｔ−ｃｏ−（２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレン）］などが挙げられる。また、橙色〜赤色系の発光材料として、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキソキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（略称：ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（３−ブチルチオフェン−２，５−ジイル）（略称：Ｒ４−ＰＡＴ）、ポリ｛［９，９−ジヘキシル−２，７−ビス（１−シアノビニレン）フルオレニレン］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝、ポリ｛［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−ビス（１−シアノビニレンフェニレン）］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝（略称：ＣＮ−ＰＰＶ−ＤＰＤ）などが挙げられる。
電子の移動を制御する層２１５は、第３の有機化合物と第４の有機化合物とを含んでおり、第３の有機化合物は、第４の有機化合物よりも多く含まれている。つまり、第４の有機化合物は、第３の有機化合物中に分散されている。また、電子の移動を制御する層は、発光層２１４よりも陰極として機能する第２の電極２０４側に設けることが好ましい。つまり、発光層２１４と第２の電極２０４との間に設けることが好ましい。
本実施の形態で示す電子の移動を制御する層２１５は、第３の有機化合物と第４の有機化合物を含み、第３の有機化合物と第４の有機化合物のキャリア輸送の極性は異なっている。
電子の移動を制御する層を、発光層と陰極として機能する第２の電極との間に設ける場合、第３の有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であり、第４の有機化合物は正孔輸送性の有機化合物であることが好ましい。つまり、第３の有機化合物は、正孔輸送性よりも電子輸送性が高い物質であり、第４の有機化合物は、電子輸送性よりも正孔輸送性が高い物質であることが好ましい。また、第３の有機化合物の最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）と、第４の有機化合物の最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）との差は０．３ｅＶよりも小さいことが好ましく、より好ましくは０．２ｅＶ以下である。つまり、熱力学的には、第３の有機化合物と第４の有機化合物との間でキャリアである電子の移動が容易であることが好ましい。
本実施の形態で示す電子の移動を制御する層の概念図を図５に示す。図５において、第３の有機化合物２４１は、電子輸送性であるため、電子が注入されやすく、電子が近傍の第３の有機化合物に移動しやすい。つまり、第３の有機化合物に電子が注入される速度、および、第３の有機化合物から電子が放出される速度（ｖ）が大きい。
一方、正孔輸送性の有機化合物である第４の有機化合物２４２は、第３の有機化合物のＬＵＭＯ準位と近いＬＵＭＯ準位を有するため、熱力学的には電子が注入されうる。しかし、電子輸送性の有機化合物である第３の有機化合物２４１から正孔輸送性の有機化合物である第４の有機化合物２４２に電子が注入される速度（ｖ１）、もしくは、第４の有機化合物２４２から第３の有機化合物２４１へ電子が注入される速度（Ｖ２）は、第３の有機化合物２４１から第３の有機化合物２４１へ電子が注入される速度（ｖ）よりも小さい。
よって、層全体としては、第４の有機化合物が含まれることにより、第３の有機化合物２４１のみからなる層よりも電子輸送速度が小さくなる。つまり、第４の有機化合物を添加することにより、キャリアの移動を制御することが可能となる。また、第４の有機化合物の濃度を制御することにより、キャリアの移動速度を制御することが可能となる。
本実施の形態において、上述したように、第３の有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であることが好ましい。具体的には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（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（ＩＩ）（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ）、ビス［２−（２−ベンゾオキサゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［２−（２−ベンゾチアゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＢＴＺ）などの金属錯体を用いることができる。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）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ０１）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物も用いることができる。また、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、３，６−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＤＰＣｚＰＡ）、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，９’−ビアントリル（略称：ＢＡＮＴ）、９，９’−（スチルベン−３，３’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ）、９，９’−（スチルベン−４，４’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ２）、３，３’，３’’−（ベンゼン−１，３，５−トリイル）トリピレン（略称：ＴＰＢ３）などの縮合芳香族化合物を用いることができる。また、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）などの高分子化合物を用いることができる。
また、第４の有機化合物としては、正孔輸送性の有機化合物であることが好ましい。具体的には、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、６，１２−ジメトキシ−５，１１−ジフェニルクリセンのような縮合芳香族炭化水素や、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＣｚＡ１ＰＡ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＤＰｈＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−｛４−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］フェニル｝−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＢＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、ＮＰＢ、ＴＰＤ、ＤＦＬＤＰＢｉ、ＢＳＰＢなどの芳香族アミン化合物、クマリン７、クマリン３０などのアミノ基を有する化合物を用いることができる。また、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤなどの高分子化合物を用いることもできる。
このような組み合わせにより、第３の有機化合物から第４の有機化合物へ、あるいは第４の有機化合物から第３の有機化合物への電子移動が抑制され、電子の移動を制御する層の電子移動速度を抑制することができる。また、電子の移動を制御する層は第３の有機化合物に第４の有機化合物を分散させて構成されているため、経時的に結晶化や凝集が生じにくい。したがって、先に述べた電子移動の抑制効果も経時変化しにくくなり、その結果キャリアバランスも経時変化しにくくなる。このことが、発光素子の寿命の向上、つまり、信頼性の向上に繋がる。
なお、上述した組み合わせの中でも、第３の有機化合物として金属錯体を、第４の有機化合物として芳香族アミン化合物を組み合わせることが好ましい。金属錯体は電子輸送性が高い上に双極子モーメントが大きく、一方で芳香族アミン化合物は正孔輸送性が高い上に比較的双極子モーメントが小さい。このように、双極子モーメントが大きく異なる物質を組み合わせることで、上述した電子移動の抑制効果はより顕著となる。具体的には、第３の有機化合物の双極子モーメントの大きさをＰ１、第４の有機化合物の双極子モーメントの大きさをＰ２とすると、Ｐ１／Ｐ２≧３またはＰ１／Ｐ２≦０．３３となる組み合わせが好ましい。
例えば、金属錯体であるＡｌｑの双極子モーメントの大きさは９．４０デバイであり、芳香族アミン化合物である２ＰＣＡＰＡの双極子モーメントの大きさは１．１５デバイである。したがって、本実施の形態１のように、第３の有機化合物として金属錯体のような電子輸送性の有機化合物を、第４の有機化合物として芳香族アミン化合物のような正孔輸送性の有機化合物を用いる場合は、Ｐ１／Ｐ２≧３であることが好ましい。
また、電子の移動を制御する層２１５に含まれる第４の有機化合物の発光色と、発光層２１４に含まれる発光性の高い物質の発光色とは、同系色であることが好ましい。具体的には、第４の有機化合物の発光スペクトルの最大のピークの波長と発光性の高い物質の発光スペクトルの最大のピークの波長との差は、３０ｎｍ以内であることが好ましい。３０ｎｍ以内であることにより、第４の有機化合物の発光色と発光性の高い物質の発光色は、同系色となる。よって、電圧等の変化により、第４の有機化合物が発光した場合にも、発光色の変化を抑制することができる。ただし、必ずしも第４の有機化合物が発光する必要はない。
また、電子の移動を制御する層２１５の膜厚は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚が厚すぎると、キャリアの移動速度が過度に低下してしまい、駆動電圧が高くなってしまう上に、電子の移動を制御する層２１５の発光強度が増大する可能性がある。また、膜厚が薄すぎると、キャリアの移動を制御する機能を実現しなくなってしまう。よって、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。
電子の移動を制御する層を設けない従来の素子構成の場合、第２の電極から注入された電子は、電子注入層および電子輸送層を通り、発光層へ注入される。発光層へ注入された電子は、発光層が電子輸送性の場合、つまり、発光層に含まれる最も多い材料が電子輸送性の場合には、発光層中を移動して、正孔輸送層まで達してしまう可能性がある。電子が正孔輸送層まで達してしまうと、正孔輸送層に含まれる材料を劣化させてしまい、発光素子の劣化に繋がる。
しかし、本実施の形態で示した電子の移動を制御する層を設けることにより、電子が発光層中を突き抜けて正孔輸送層まで達することを抑制することができる。よって、電子が正孔輸送層まで達して正孔輸送層を劣化させることを抑制することができる。従って、発光素子の劣化を抑制し、長寿命化することができる。
電子輸送層２１６は、電子輸送性の高い物質を含む層である。例えば、低分子の有機化合物として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（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（ＩＩ）（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ）、ビス［２−（２−ベンゾオキサゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［２−（２−ベンゾチアゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＢＴＺ）などの金属錯体を用いることができる。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）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ０１）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物も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構わない。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。
また、電子輸送層２１６として、高分子化合物を用いることができる。例えば、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）などを用いることができる。
また、電子注入層２１７は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入性の高い物質としては、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を用いることができる。例えば、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を含有させたもの、例えばＡｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いることができる。なお、電子注入層として、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたものを用いることにより、第２の電極２０４からの電子注入が効率良く行われるためより好ましい。
第２の電極２０４を形成する物質としては、仕事関数の小さい（具体的には３．８ｅＶ以下であることが好ましい）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。このような陰極材料の具体例としては、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（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
また、第２の電極２０４と電子輸送層２１６との間に、電子注入を促す機能を有する層である電子注入層２１７を設けることにより、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第２の電極２０４として用いることができる。これら導電性材料は、スパッタリング法やインクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することが可能である。
また、ＥＬ層の形成方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いることができる。例えば、真空蒸着法、インクジェット法またはスピンコート法など用いても構わない。また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
例えば、上述した材料のうち、高分子化合物を用いて湿式法でＥＬ層を形成してもよい。または、低分子の有機化合物を用いて湿式法で形成することもできる。また、低分子の有機化合物を用いて真空蒸着法などの乾式法を用いてＥＬ層を形成してもよい。
また、電極についても、ゾル−ゲル法を用いて湿式法で形成しても良いし、金属材料のペーストを用いて湿式法で形成してもよい。また、スパッタリング法や真空蒸着法などの乾式法を用いて形成しても良い。
例えば、本発明の発光素子を表示装置に適用し、発光層を塗り分ける場合には、発光層は湿式法により形成することが好ましい。発光層をインクジェット法を用いて形成することにより、大型基板であっても発光層の塗り分けが容易となる。
以上のような構成を有する本発明の発光素子は、第１の電極２０２と第２の電極２０４との間に生じた電位差により電流が流れ、ＥＬ層２０３において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。
発光は、第１の電極２０２または第２の電極２０４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２０２または第２の電極２０４のいずれか一方または両方は、透光性を有する電極である。第１の電極２０２のみが透光性を有する電極である場合、図３（Ａ）に示すように、発光は第１の電極２０２を通って基板側から取り出される。また、第２の電極２０４のみが透光性を有する電極である場合、図３（Ｂ）に示すように、発光は第２の電極２０４を通って基板と逆側から取り出される。第１の電極２０２および第２の電極２０４がいずれも透光性を有する電極である場合、図３（Ｃ）に示すように、発光は第１の電極２０２および第２の電極２０４を通って、基板側および基板と逆側の両方から取り出される。
なお第１の電極２０２と第２の電極２０４との間に設けられる層の構成は、上記のものには限定されない。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２０２および第２の電極２０４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り、キャリアの移動を制御する層を有する構成であれば、上記以外のものでもよい。
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または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（電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質等から成る層と、本実施の形態で示すキャリアの移動を制御する層および発光層を適宜組み合わせて構成すればよい。
なお、正孔の移動を制御する層は、正孔の移動を制御するものであるため、発光層と陽極として機能する電極との間に設けることが好ましい。
図１（Ａ）や図１（Ｃ）に示すように、発光層２１４と正孔の移動を制御する層２１２との間に層が形成されている場合、つまり、発光層２１４と正孔の移動を制御する層２１２とが接しない構成の場合、発光層２１４と正孔の移動を制御する層との間で余計な相互作用が生じにくいため、発光素子の劣化を抑制することができるという点で好ましい。
ただし、図１（Ｂ）や図１（Ｄ）に示すように、発光層２１４と、正孔の移動を制御する層２１２とが接する構成であってもよい。
また、電子の移動を制御する層は、電子の移動を制御するものであるため、発光層と陰極として機能する電極との間に設けることが好ましい。また、図１（Ａ）や図１（Ｂ）に示すように、電子の移動を制御する層は発光層と接するように設けることがより好ましい。電子の移動を制御する層を発光層と接するように設けることにより、発光層への電子注入を直接制御できるため、発光層内におけるキャリアバランスの経時変化をより抑制することができ、素子寿命向上に関してより大きな効果が得られる。また、プロセス的にも簡便となる。
また、電子の移動を制御する層は発光層と接するように設けるのが好ましく、その場合には、電子の移動を制御する層に含まれる第３の有機化合物と、発光層に多く含まれている有機化合物とは、異なる種類の有機化合物であることが好ましい。特に、発光層の構成が、発光性の高い物質を分散させる物質（第５の有機化合物）と、発光性の高い物質（第６の有機化合物）とを含む場合、第５の有機化合物と、第３の有機化合物とは、異なる種類の有機化合物であることが好ましい。このような構成により、電子の移動を制御する層から発光層への電子の移動が、第３の有機化合物と第５の有機化合物との間においても抑制され、電子の移動を制御する層を設ける効果がより高くなる。
ただし、図１（Ｃ）や図１（Ｄ）に示すように、発光層２１４と電子の移動を制御する層２１５との間に層が形成されていてもよい。
また、図２に示すように、基板２０１上に、陰極として機能する第２の電極２０４、ＥＬ層２０３、陽極として機能する第１の電極２０２とが順に積層された構成としてもよい。図２（Ａ）に示す発光素子は、図１（Ａ）に示したＥＬ層を逆の順に積層した構成であり、図２（Ｂ）に示す発光素子は、図１（Ｂ）に示したＥＬ層を逆の順に積層した構成であり、図２（Ｃ）に示す発光素子は、図１（Ｃ）に示したＥＬ層を逆の順に積層した構成であり、図２（Ｄ）に示す発光素子は、図１（Ｄ）に示したＥＬ層を逆の順に積層した構成である。
なお、本実施の形態においては、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に発光素子を作製している。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、パッシ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、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、ＴＦＴと電気的に接続された電極上に発光素子を作製してもよい。これにより、ＴＦＴによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置を作製できる。なお、ＴＦＴの構造は、特に限定されない。スタガ型のＴＦＴでもよいし、逆スタガ型のＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴ基板に形成される駆動用回路についても、Ｎ型およびＰ型のＴＦＴからなるものでもよいし、若しくはＮ型のＴＦＴまたはＰ型のＴＦＴのいずれか一方からのみなるものであってもよい。また、ＴＦＴに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。また、単結晶半導体膜を用いてもよい。単結晶半導体膜は、スマートカット法などを用いて作製することができる。
以上で述べたように、本実施の形態で示す発光素子は、正孔の移動を制御する層２１２および電子の移動を制御する層２１５の両方を有している点が特徴である。
例えば、もし正孔の移動を制御する層２１２および電子の移動を制御する層２１５を設けない従来の発光素子であれば、第１の電極２０２から注入された正孔は、正孔注入層２１１、正孔輸送層２１３を通り、移動が遅くならないまま発光層２１４に注入されるため、その一部は電子輸送層２１６の界面付近まで達する。そして、正孔が電子輸送層２１６にまで達してしまうと、電子輸送層２１６を劣化させる恐れがある。またその劣化によって、経時的に電子輸送層２１６にまで達してしまう正孔の量が増えていくと、経時的に発光層２１４における再結合確率が低下していくことになるため、素子寿命の低下（輝度の経時劣化）に繋がってしまう。同様に、第２の電極２０４から注入された電子は、電子注入層２１７および電子輸送層２１６を通り、移動が遅くならないまま発光層２１４に注入されるため、その一部は正孔輸送層２１３と発光層２１４との界面付近まで達する。そして、電子が正孔輸送層２１３にまで達してしまうと、正孔輸送層２１３を劣化させる恐れがある。またその劣化によって、経時的に正孔輸送層２１３にまで達してしまう電子の量が増えていくと、経時的に発光層内での再結合確率が低下していくことになるため、素子寿命の低下（輝度の経時劣化）に繋がってしまう。
一方、本発明の発光素子においては、正孔の移動を制御する層２１２を設けることにより、第１の電極２０２から注入された正孔は、正孔注入層２１１を通り、正孔の移動を制御する層２１２に注入される。正孔の移動を制御する層２１２に注入された正孔は、その移動が遅くなり、正孔輸送層２１３への正孔注入が制御される。そのため、発光層２１４への正孔注入も制御される。その結果、正孔が電子輸送層２１６にまで達してしまい、電子輸送層２１６を劣化させる可能性が低くなる。なお、本発明においては、正孔の移動を制御する層２１２において、単に正孔移動度の遅い物質を適用するのではなく、正孔輸送性を有する有機化合物に正孔輸送性を下げる有機化合物を添加している点が重要である。このような構成とすることで、単に発光層への正孔注入を制御するだけではなく、その制御された正孔注入量が経時的に変化するのを抑制することができる。
さらに本発明の発光素子においては、電子の移動を制御する層２１５をも設けている。これにより、第２の電極２０４から注入された電子は、電子注入層２１７、電子輸送層２１６を通り、電子の移動を制御する層２１５に注入される。ここで、電子の移動を制御する層２１５は、電子輸送性を有する第３の有機化合物に、正孔輸送性を有する第４の有機化合物が添加した構成となっている。したがって、電子の移動を制御する層２１５に注入された電子は、その移動が遅くなり、発光層２１４への電子注入が制御される。その結果、電子が正孔輸送層２１３にまで達してしまい、正孔輸送層２１３を劣化させる可能性が低くなる。また正孔に関しても、電子の移動を制御する層２１５が電子輸送性を有する第３の有機化合物を有しているため、正孔が電子輸送層２１６にまで達して電子輸送層２１６を劣化させる可能性はさらに低い。なお、本発明においては、電子の移動を制御する層２１５において、単に電子移動度の遅い物質を適用するのではなく、電子輸送性を有する有機化合物に正孔輸送性を有する有機化合物を添加している点が重要である。このような構成とすることで、単に発光層２１４への電子注入を制御するだけではなく、その制御された電子注入量が経時的に変化するのを抑制することができる。
以上のことから、本発明の発光素子は、正孔、電子の両キャリアの発光層への注入量を制御することにより、経時的にキャリアバランスが悪化して再結合確率が低下していく現象を防ぐことができるため、素子寿命の向上（輝度の経時劣化の抑制）に繋がる。
さらに、正孔の移動を制御する層２１２の効果として、発光効率の向上が挙げられる。正孔の移動を制御する層２１２を設けない従来の素子構成の場合、第１の電極２０２から注入された多くの正孔は、そのまま発光層２１４へ注入される。発光層２１４が電子輸送性の場合、つまり、発光層２１４に含まれる最も多い材料が電子輸送性の場合には、発光領域は発光層２１４と正孔輸送層２１３との界面付近になる。一方、発光層２１４と正孔輸送層２１３との界面付近には、過剰の正孔によってカチオンが生成している可能性がある。カチオンは消光剤として働くため、発光領域の周辺に生成していたカチオンの影響により発光効率が低下してしまう。
しかし、本実施の形態で示した正孔の移動を制御する層２１２を設けることにより、過剰の正孔によって、発光層２１４や正孔輸送層２１３周辺にできていたカチオンの生成を抑制することができ、発光効率の低下を抑制することができる。従って、発光効率の高い発光素子を得ることができる。
以上で述べたように、本実施の形態で示す発光素子は、キャリアの移動を制御する層を有している。キャリアの移動を制御する層は、２種類以上の物質を含むため、物質の組み合わせや混合比、膜厚などを制御することにより、キャリアバランスを精密に制御することが可能である。
また、物質の組み合わせや混合比、膜厚などの制御でキャリアバランスを制御することが可能であるので、従来よりも容易にキャリアバランスの制御が可能となる。つまり、用いる物質そのものの物性を変化させなくても、混合比や膜厚等により、キャリアの移動を制御することができる。
また、キャリアの移動を制御する層に含まれる２種類以上の物質のうち、少なく含まれている有機化合物を用いてキャリアの移動を制御している。つまり、キャリアの移動を制御する層に含まれている成分のうち少ない成分でキャリアの移動を制御することが可能であるので、経時変化に強く、発光素子の長寿命化を実現することができる。つまり、単一物質によりキャリアバランスを制御する場合に比べ、キャリアバランスの変化が起きにくい。例えば、単一物質により形成された層でキャリアの移動を制御する場合には、部分的にモルフォロジーが変化することや、部分的に結晶化が起こることなどが生じると、層全体のバランスが変化してしまう。そのため、経時変化に弱い。しかし、本実施の形態で示すように、キャリアの移動を制御する層に含まれている成分のうち少ない成分でキャリアの移動を制御することにより、モルフォロジーの変化や結晶化、凝集等の影響が小さくなり、経時変化が起きにくい。よって、経時的なキャリアバランスの低下、また、経時的な発光効率の低下が起こりにくい長寿命の発光素子を得ることができる。
また、本実施の形態のように、発光層と陽極として機能する第１の電極との間に、正孔の移動を制御する層を設け、発光層と陰極として機能する第２の電極との間に、電子の移動を制御する層を設ける構成とすることにより、発光層の両側において、電極から離れた部位でキャリアの再結合が行われるようになり、好ましい。
また、発光層の両側において、キャリアの移動を制御することにより、より一層モルフォロジーの変化や結晶化、凝集等の影響が小さくなり、経時劣化が起きにくく、経時的な発光効率の低下が起こりにくい長寿命の発光素子を得ることができる。
また、発光層の両側において、キャリアの移動を制御することにより、発光層のキャリア輸送性に依存せず、長寿命の発光素子を実現することができる。よって、発光層を構成する材料の選択肢および設計の自由度が広がる。
なお、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可能である。
（実施の形態２）
本実施の形態では、電子の輸送を制御する層として、実施の形態１で示した構成とは異なる構成の層を用いた場合について説明する。なお、その他の構成は、実施の形態１に示した構成を用いることができる。
本実施の形態で示す電子の移動を制御する層２１５は、第３の有機化合物と第４の有機化合物とを含んでおり、第３の有機化合物は、第４の有機化合物よりも多く含まれている。つまり、第４の有機化合物は、第３の有機化合物中に分散されている。また、電子の移動を制御する層は、発光層２１４よりも陰極として機能する第２の電極２０４側に設けることが好ましい。つまり、発光層２１４と第２の電極２０４との間に設けることが好ましい。
電子の移動を制御する層を、発光層と陰極として機能する第２の電極との間に設ける場合、第３の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物であることが好ましい。つまり、第３の有機化合物は、正孔輸送性よりも電子輸送性の方が高い物質であることが好ましい。
それに対して、第４の有機化合物は、電子をトラップする機能を有する有機化合物であることが好ましい。つまり、第４の有機化合物は、第３の有機化合物の最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）より０．３ｅＶ以上低い最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）を有する有機化合物であることが好ましい。
第４の有機化合物が含まれることにより、層全体としては、第３の有機化合物のみからなる層よりも電子の移動速度が小さくなる。つまり、第４の有機化合物を添加することにより、キャリアの移動を制御することが可能となる。また、第４の有機化合物の濃度を制御することにより、キャリアの移動速度を制御することが可能となる。具体的には、第４の有機化合物の濃度は、０．１重量％〜５重量％、または、０．１ｍｏｌ％〜５ｍｏｌ％であることが好ましい。
図６は、図１（Ａ）で示した本発明の発光素子のバンド図の一例である。図６において、第１の電極２０２から注入された正孔は、正孔注入層２１１、正孔の移動を制御する層２１２、正孔輸送層２１３を通り、発光層２１４に注入される。一方、第２の電極２０４から注入された電子は、電子注入層２１７、電子輸送層２１６を通り、電子の移動を制御する層２１５に注入される。電子の移動を制御する層に注入された電子は、電子トラップ性を有する第４の有機化合物により、電子の移動が遅くなる。遅くなった電子は、発光層２１４に注入され、正孔と再結合し、発光する。
電子の移動を制御する層を設けない従来の素子構成の場合、第２の電極から注入された電子は、電子注入層および電子輸送層を通り、発光層へ注入される。発光層へ注入された電子は、発光層が電子輸送性の場合、つまり、発光層に含まれる最も多い材料が電子輸送性の場合には、発光層中を移動して、正孔輸送層まで達してしまう可能性がある。電子が正孔輸送層まで達してしまうと、正孔輸送層に含まれる材料を劣化させてしまい、発光素子の劣化に繋がる。
しかし、本実施の形態で示した電子の移動を制御する層を設けることにより、電子が発光層中を突き抜けて正孔輸送層まで達することを抑制することができる。よって、電子が正孔輸送層まで達して正孔輸送層を劣化させることを抑制することができる。従って、発光素子の劣化を抑制し、長寿命化することができる。
本実施の形態において、発光層の発光色と第４の有機化合物の発光色とが同系色の発光色であることが好ましい。例えば、発光層に含まれる有機化合物がＹＧＡ２ＳやＹＧＡＰＡのような青色系の発光を示す有機化合物である場合、第４の有機化合物はアクリドン、クマリン１０２、クマリン６Ｈ、クマリン４８０Ｄ、クマリン３０などの青色〜青緑色の発光を示す物質であることが好ましい。これによって、第４の有機化合物が意に反して発光した場合にも発光素子の色純度を保つことができる。
また、発光層に含まれる有機化合物が２ＰＣＡＰＡ、２ＰＣＡＢＰｈＡ、２ＤＰＡＰＡ、２ＤＰＡＢＰｈＡ、２ＹＧＡＢＰｈＡ、ＤＰｈＡＰｈＡのような緑色系の発光色を示す有機化合物である場合、第４の有機化合物はＮ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルキナクリドン（略称：ＤＰＱｄ）、９，１８−ジヒドロベンゾ［ｈ］ベンゾ［７，８］キノ［２，３−ｂ］アクリジン−７，１６−ジオン（略称：ＤＭＮＱｄ−１）、９，１８−ジヒドロ−９，１８−ジメチルベンゾ［ｈ］ベンゾ［７，８］キノ［２，３−ｂ］アクリジン−７，１６−ジオン（略称：ＤＭＮＱｄ−２）、クマリン３０、クマリン６、クマリン５４５Ｔ、クマリン１５３などの青緑色〜黄緑色の発光を示す物質であることが好ましい。
また、発光層に含まれる有機化合物がルブレン、ＢＰＴのような黄色系の発光を示す有機化合物である場合、第４の有機化合物はＤＭＱｄ、（２−｛２−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］エテニル｝−６−メチル−４Ｈ−ピラン−４−イリデン）プロパンジニトリル（略称：ＤＣＭＣｚ）などの黄緑色〜黄橙色の発光を示す物質であることが好ましい。
また、発光層に含まれる有機化合物がｐ−ｍＰｈＴＤ、ｐ−ｍＰｈＡＦＤのような赤色系の発光を示す有機化合物である場合、第４の有機化合物は（２−｛２−［４−（ジメチルアミノ）フェニル］エテニル｝−６−メチル−４Ｈ−ピラン−４−イリデン）プロパンジニトリル（略称：ＤＣＭ１）、｛２−メチル−６−［２−（２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ［ｉｊ］キノリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＤＣＭ２）、｛２−（１，１−ジメチルエチル）−６−［２−（２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ［ｉｊ］キノリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＤＣＪＴＢ）、ナイルレッドなどの橙色〜赤色の発光を示す物質であることが好ましい。
また、発光層に含まれる発光材料が燐光性化合物である場合、第４の有機化合物も燐光性化合物であることが好ましい。例えば、発光材料が上述したＩｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ）である場合、Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ）は赤色発光を示すため、第４の有機化合物として赤色の燐光性化合物である（アセチルアセトナト）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）２（ａｃａｃ））などを用いればよい。なお、上述した化合物は、発光素子に用いられる化合物の中でもＬＵＭＯ準位が低い化合物であり、後述する第３の有機化合物に添加することで良好な電子トラップ性を示す。
なお、第４の有機化合物としては、上記に列挙した物質の中でも、ＤＭＱｄ、ＤＰＱｄ、ＤＭＮＱｄ−１、ＤＭＮＱｄ２のようなキナクリドン誘導体が化学的に安定であるため好ましい。すなわち、キナクリドン誘導体を適用することにより、特に発光素子を長寿命化することができる。また、キナクリドン誘導体は緑色系の発光を示すため、本実施の形態で示す発光素子の素子構造は、緑色系の発光素子に対して特に有効である。緑色は、フルカラーディスプレイを作製する際には最も輝度が必要な色であるため、劣化が他の色に比して大きくなってしまう場合があるが、本発明を適用することによりそれを改善することができる。
また、第４の有機化合物としては、クマリン１０２、クマリン６Ｈ、クマリン４８０Ｄ、クマリン３０、クマリン６、クマリン５４５Ｔ、クマリン１５３などのクマリン誘導体であることが好ましい。クマリン誘導体は、電子トラップ性が弱いため、第３の有機化合物に添加する濃度が比較的高くてもよい。つまり、濃度の調節がしやすく、所望の性質を有する電子の移動を制御する層を得ることができる。また、クマリン誘導体は発光効率が高いため、第４の有機化合物が発光した場合、発光素子全体の発光効率の低下を抑制することができる。
また、電子の移動を制御する層２１５に含まれる第３の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物である。つまり、正孔輸送性よりも電子輸送性の方が高い物質である。具体的には、Ａｌｑ、Ａｌｍｑ３、ＢｅＢｑ２、ＢＡｌｑ、Ｚｎｑ、ＢＡｌｑ、ＺｎＰＢＯ、ＺｎＢＴＺなどの金属錯体、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ＴＰＢＩ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなどの複素環化合物、ＣｚＰＡ、ＤＰＣｚＰＡ、ＤＰＰＡ、ＤＮＡ、ｔ−ＢｕＤＮＡ、ＢＡＮＴ、ＤＰＮＳ、ＤＰＮＳ２、ＴＰＢ３などの縮合芳香族化合物を用いることができる。
また、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）などの高分子化合物を用いることができる。中でも電子に対して安定な金属錯体であることが好ましい。
また、先に述べたように、第４の有機化合物のＬＵＭＯ準位は、第１の有機化合物のＬＵＭＯ準位より０．３ｅＶ以上低いことが好ましい。したがって、用いる第４の有機化合物の種類に応じて、そのような条件を満たすように適宜第３の有機化合物を選択すればよい。例えば、第４の有機化合物としてＤＰＱｄやクマリン６を用いる場合、第３の有機化合物としてＡｌｑを用いることで、上述の条件を満たすようになる。
また、電子の移動を制御する層２１５に含まれる第４の有機化合物の発光色と、発光層２１４に含まれる発光性の高い物質の発光色とは、同系色の発光色であることが好ましい。具体的には、第４の有機化合物の発光スペクトルのピーク値と発光性の高い物質の発光スペクトルのピーク値との差は、３０ｎｍ以内であることが好ましい。３０ｎｍ以内であることにより、第４の有機化合物の発光色と発光性の高い物質の発光色は、同系色の発光色となる。よって、電圧等の変化により、第４の有機化合物が発光した場合にも、発光色の変化を抑制することができる。
ただし、必ずしも第４の有機化合物が発光する必要はない。例えば、発光性の高い物質の方が発光効率が高い場合は、実質的に発光性の高い物質の発光のみが得られるように、電子の移動を制御する層２１５における第４の有機化合物の濃度を調節する（第４の有機化合物の発光が抑制されるように、その濃度を若干低くする）ことが好ましい。この場合、発光性の高い物質の発光色と第４の有機化合物の発光色は同系統の発光色である（すなわち、同程度のエネルギーギャップを持つ）ため、発光性の高い物質から第４の有機化合物へのエネルギー移動は生じにくく、高い発光効率が得られる。
また、電子の移動を制御する層２１５の膜厚は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。厚すぎる膜厚だと、キャリアの移動速度を低下させすぎてしまい、駆動電圧が高くなってしまう。また、薄すぎる膜厚だと、キャリアの移動を制御する機能を実現しなくなってしまう。よって、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。
また、本実施の形態で示した電子の移動を制御する層は、実施の形態１で示した電子の移動を制御する層と同様に、発光層と接するように設けることがより好ましい。電子の移動を制御する層を発光層と接するように設けることにより、発光層への電子注入を直接制御できるため、発光層内におけるキャリアバランスの経時変化をより抑制することができ、素子寿命向上に関してより大きな効果が得られる。また、プロセス的にも簡便となる。
なお、電子の移動を制御する層は発光層と接するように設けるのが好ましく、その場合には、電子の移動を制御する層に含まれる第３の有機化合物と、発光層に多く含まれている有機化合物とは、異なる種類の有機化合物であることが好ましい。特に、発光層の構成が、発光性の高い物質を分散させる物質（第５の有機化合物）と、発光性の高い物質（第６の有機化合物）とを含む場合、第５の有機化合物と、第３の有機化合物とは、異なる種類の有機化合物であることが好ましい。このような構成により、電子の移動を制御する層から発光層への電子の移動が、第３の有機化合物と第５の有機化合物との間においても抑制され、電子の移動を制御する層を設ける効果がより高くなる。
以上で述べたように、本実施の形態で示す発光素子は、正孔の移動を制御する層２１２および電子の移動を制御する層２１５の両方を有している点が特徴である。
例えば、もし正孔の移動を制御する層２１２および電子の移動を制御する層２１５を設けない従来の発光素子であれば、第１の電極２０２から注入された正孔は、正孔注入層２１１、正孔輸送層２１３を通り、移動が遅くならないまま発光層２１４に注入されるため、その一部は電子輸送層２１６の界面付近まで達する。そして、正孔が電子輸送層２１６にまで達してしまうと、電子輸送層２１６を劣化させる恐れがある。またその劣化によって、経時的に電子輸送層２１６にまで達してしまう正孔の量が増えていくと、経時的に発光層２１４における再結合確率が低下していくことになるため、素子寿命の低下（輝度の経時劣化）に繋がってしまう。同様に、第２の電極２０４から注入された電子は、電子注入層２１７および電子輸送層２１６を通り、移動が遅くならないまま発光層２１４に注入されるため、その一部は正孔輸送層２１３と発光層２１４との界面付近まで達する。そして、電子が正孔輸送層２１３にまで達してしまうと、正孔輸送層２１３を劣化させる恐れがある。またその劣化によって、経時的に正孔輸送層２１３にまで達してしまう電子の量が増えていくと、経時的に発光層内での再結合確率が低下していくことになるため、素子寿命の低下（輝度の経時劣化）に繋がってしまう。
一方、本発明の発光素子においては、正孔の移動を制御する層２１２を設けることにより、第１の電極２０２から注入された正孔は、正孔注入層２１１を通り、正孔の移動を制御する層２１２に注入される。正孔の移動を制御する層２１２に注入された正孔は、その移動が遅くなり、正孔輸送層２１３への正孔注入が制御される。そのため、発光層２１４への正孔注入も制御される。その結果、正孔が電子輸送層２１６にまで達してしまい、電子輸送層２１６を劣化させる可能性が低くなる。なお、本発明においては、正孔の移動を制御する層２１２において、単に正孔移動度の遅い物質を適用するのではなく、正孔輸送性を有する有機化合物に正孔輸送性を下げる有機化合物を添加している点が重要である。このような構成とすることで、単に発光層への正孔注入を制御するだけではなく、その制御された正孔注入量が経時的に変化するのを抑制することができる。
さらに本発明の発光素子においては、電子の移動を制御する層２１５をも設けている。これにより、第２の電極２０４から注入された電子は、電子注入層２１７、電子輸送層２１６を通り、電子の移動を制御する層２１５に注入される。ここで、電子の移動を制御する層２１５は、電子輸送性を有する第３の有機化合物に、電子をトラップする機能を有する第４の有機化合物が添加した構成となっている。したがって、電子の移動を制御する層２１５に注入された電子は、その移動が遅くなり、発光層２１４への電子注入が制御される。その結果、電子が正孔輸送層２１３にまで達してしまい、正孔輸送層２１３を劣化させる可能性が低くなる。また正孔に関しても、電子の移動を制御する層２１５が電子輸送性を有する第３の有機化合物を有しているため、正孔が電子輸送層２１６にまで達して電子輸送層２１６を劣化させる可能性はさらに低い。なお、本発明においては、電子の移動を制御する層２１５において、単に電子移動度の遅い物質を適用するのではなく、電子輸送性を有する有機化合物に電子トラップ性を有する有機化合物を添加している点が重要である。このような構成とすることで、単に発光層２１４への電子注入を制御するだけではなく、その制御された電子注入量が経時的に変化するのを抑制することができる。
以上のことから、本発明の発光素子は、正孔、電子の両キャリアの発光層への注入量を制御することにより、経時的にキャリアバランスが悪化して再結合確率が低下していく現象を防ぐことができるため、素子寿命の向上（輝度の経時劣化の抑制）に繋がる。
さらに、正孔の移動を制御する層２１２の効果として、発光効率の向上が挙げられる。正孔の移動を制御する層２１２を設けない従来の素子構成の場合、第１の電極２０２から注入された多くの正孔は、そのまま発光層２１４へ注入される。発光層２１４が電子輸送性の場合、つまり、発光層２１４に含まれる最も多い材料が電子輸送性の場合には、発光領域は発光層２１４と正孔輸送層２１３との界面付近になる。一方、発光層２１４と正孔輸送層２１３との界面付近には、過剰の正孔によってカチオンが生成している可能性がある。カチオンは消光剤として働くため、発光領域の周辺に生成していたカチオンの影響により発光効率が低下してしまう。
しかし、本実施の形態で示した正孔の移動を制御する層２１２を設けることにより、過剰の正孔によって、発光層２１４や正孔輸送層２１３周辺にできていたカチオンの生成を抑制することができ、発光効率の低下を抑制することができる。従って、発光効率の高い発光素子を得ることができる。
以上で述べたように、本実施の形態で示す発光素子は、キャリアの移動を制御する層を有している。キャリアの移動を制御する層は、２種類以上の物質を含むため、物質の組み合わせや混合比、膜厚などを制御することにより、キャリアバランスを精密に制御することが可能である。
また、物質の組み合わせや混合比、膜厚などの制御でキャリアバランスを制御することが可能であるので、従来よりも容易にキャリアバランスの制御が可能となる。つまり、用いる物質そのものの物性を変化させなくても、混合比や膜厚等により、キャリアの移動を制御することができる。
また、キャリアの移動を制御する層に含まれる２種類以上の物質のうち、少なく含まれている有機化合物を用いてキャリアの移動を制御している。つまり、キャリアの移動を制御する層に含まれている成分のうち少ない成分でキャリアの移動を制御することが可能であるので、経時変化に強く、発光素子の長寿命化を実現することができる。つまり、単一物質によりキャリアバランスを制御する場合に比べ、キャリアバランスの変化が起きにくい。例えば、単一物質により形成された層でキャリアの移動を制御する場合には、部分的にモルフォロジーが変化することや、部分的に結晶化が起こることなどが生じると、層全体のバランスが変化してしまう。そのため、経時変化に弱い。しかし、本実施の形態で示すように、キャリアの移動を制御する層に含まれている成分のうち少ない成分でキャリアの移動を制御することにより、モルフォロジーの変化や結晶化、凝集等の影響が小さくなり、経時変化が起きにくい。よって、経時的な発光効率の低下が起こりにくい長寿命の発光素子を得ることができる。
また、本実施の形態のように、発光層と陽極として機能する第１の電極との間に、正孔の移動を制御する層を設け、発光層と陰極として機能する第２の電極との間に、電子の移動を制御する層を設ける構成とすることにより、発光層の両側において、電極から離れた部位でキャリアの再結合が行われるようになり、好ましい。
また、発光層の両側において、キャリアの移動を制御することにより、より一層モルフォロジーの変化や結晶化、凝集等の影響が小さくなり、経時劣化が起きにくく、経時的な発光効率の低下が起こりにくい長寿命の発光素子を得ることができる。
また、発光層の両側において、キャリアの移動を制御することにより、発光層のキャリア輸送性に依存せず、長寿命の発光素子を実現することができる。よって、発光層を構成する材料の選択肢および設計の自由度が広がる。
なお、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可能である。
（実施の形態３）
本実施の形態は、本発明に係る複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子（以下、積層型素子という）の態様について、図７を参照して説明する。この発光素子は、第１の電極と第２の電極との間に、複数の発光ユニットを有する積層型発光素子である。各発光ユニットの構成としては、実施の形態１および実施の形態２で示した構成と同様な構成を用いることができる。つまり、実施の形態２で示した発光素子は、１つの発光ユニットを有する発光素子である。本実施の形態では、複数の発光ユニットを有する発光素子について説明する。
図７において、第１の電極５０１と第２の電極５０２との間には、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２が積層されている。第１の電極５０１と第２の電極５０２は実施の形態１と同様なものを適用することができる。また、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２は同じ構成であっても異なる構成であってもよく、その構成は実施の形態１または実施の形態２と同様なものを適用することができる。
電荷発生層５１３には、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が含まれている。この有機化合物とアクセプター性物質を含有する複合材料は、実施の形態１で示した複合材料であり、アクセプター物質として、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）や、酸化バナジウムや酸化モリブデンや酸化タングステン等の金属酸化物を含む。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、ポリマーなど、種々の化合物を用いることができる。なお、有機化合物としては、正孔移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。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。有機化合物と金属酸化物の複合体は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。
なお、電荷発生層５１３は、有機化合物とアクセプター性物質の複合材料と他の材料とを組み合わせて形成してもよい。例えば、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、電子供与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層とを組み合わせて形成してもよい。また、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、透明導電膜とを組み合わせて形成してもよい。また、電荷発生層として、実施の形態１で示した電極材料を用いることもできる。なお、光取り出し効率の点から、電荷発生層は透光性の高い層とすることが好ましい。
いずれにしても、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２に挟まれる電荷発生層５１３は、第１の電極５０１と第２の電極５０２に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットに正孔を注入するものであれば良い。例えば、第１の電極の電位の方が第２の電極の電位よりも高くなるように電圧を印加した場合、電荷発生層５１３は、第１の発光ユニット５１１に電子を注入し、第２の発光ユニット５１２に正孔を注入するものであればいかなる構成でもよい。
本実施の形態では、２つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、同様に、３つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能である。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷発生層で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での長寿命素子を実現できる。また、照明を応用例とした場合は、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。また、低電圧駆動が可能で消費電力が低い発光装置を実現することができる。
また、それぞれの発光ユニット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つの発光ユニットを有する発光素子において、第１の発光ユニットの発光色と第２の発光ユニット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。なお、補色とは、混合すると無彩色になる色同士の関係をいう。つまり、補色の関係にある色を発光する物質から得られた光を混合すると、白色発光を得ることができる。また、３つの発光ユニットを有する発光素子の場合でも同様であり、例えば、第１の発光ユニットの発光色が赤色であり、第２の発光ユニットの発光色が緑色であり、第３の発光ユニットの発光色が青色である場合、発光素子全体としては、白色発光を得ることができる。
なお、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可能である。
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する発光装置について説明する。
本実施の形態では、画素部に本発明の発光素子を有する発光装置について図８を用いて説明する。なお、図８（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）をＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’で切断した断面図である。この発光装置は、発光素子の発光を制御するものとして、点線で示された駆動回路部（ソース側駆動回路）６０１、画素部６０２、駆動回路部（ゲート側駆動回路）６０３を含んでいる。また、６０４は封止基板、６０５はシール材であり、シール材６０５で囲まれた内側は、空間６０７になっている。
なお、引き回し配線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、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基板（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
次に、断面構造について図８（Ｂ）を用いて説明する。素子基板６１０上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路６０１と、画素部６０２中の一つの画素が示されている。
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、駆動回路は、種々のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。
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６１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極６１３の端部を覆って絶縁物６１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
また、被覆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、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射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。
第１の電極６１３上には、ＥＬ層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されている。ここで、第１の電極６１３に用いる材料としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物を用いることができる。第１の電極を陽極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）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好ましい。例えば、珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ膜、酸化インジウム−酸化亜鉛膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との３層構造等の積層膜を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。
また、ＥＬ層６１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート法等の種々の方法によって形成される。ＥＬ層６１６は、実施の形態〜実施の形態２で示したキャリアの移動を制御する層を有している。また、ＥＬ層６１６を構成する材料としては、低分子化合物、または高分子化合物、オリゴマー、デンドリマーのいずれを用いてもよい。また、ＥＬ層に用いる材料としては、有機化合物だけでなく、無機化合物を用いてもよい。
また、第２の電極６１７に用いる材料としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物を用いることができる。第２の電極を陰極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）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好ましい。例えば、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）等が挙げられる。なお、ＥＬ層６１６で生じた光を第２の電極６１７を透過させる場合には、第２の電極６１７として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（酸化インジウム−酸化スズ（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、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）、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）との積層膜を用いることも可能である。
さらにシール材６０５で封止基板６０４を素子基板６１０と貼り合わせることにより、素子基板６１０、封止基板６０４、およびシール材６０５で囲まれた空間６０７に発光素子６１８が備えられた構造になっている。なお、空間６０７には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材６０５が充填される場合もある。
なお、シール材６０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板６０４に用い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）、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。
以上のようにして、本発明の発光素子を有する発光装置を得ることができる。
本発明の発光装置は、実施の形態１〜実施の形態３で示した発光素子を有する。そのため、発光効率が高い発光装置を得ることができる。
また、発光効率が高い発光素子を有しているため、低消費電力の発光装置を得ることができる。
また、劣化が少なく、寿命の長い発光素子を有しているため、寿命の長い発光装置を得ることができる。
以上のように、本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、パッシブマトリクス型の発光装置であってもよい。図９（Ａ）には本発明を適用して作製したパッシブマトリクス型の発光装置の斜視図を示す。なお、図９（Ａ）は、発光装置を示す斜視図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）をＸ−Ｙで切断した断面図である。図９において、基板９５１上には、電極９５２と電極９５６との間にはＥＬ層９５５が設けられている。電極９５２の端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。隔壁層９５４の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層９５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、陰極をパターニングすることができる。また、パッシブマトリクス型の発光装置においても、発光効率が高い本発明の発光素子を含むことによって、発光効率が高い発光装置を得ることができる。
本発明の発光装置は、実施の形態１〜実施の形態２で示した発光素子を有する。そのため、発光効率が高い発光装置を得ることができる。
また、発光効率が高い発光素子を有しているため、低消費電力の発光装置を得ることができる。
また、劣化が少なく、寿命の長い発光素子を有しているため、寿命の長い発光装置を得ることができる。
なお、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可能である。
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態４に示す発光装置をその一部に含む本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、実施の形態１〜実施の形態３で示した発光素子を有し、発光効率が高く、低消費電力の表示部を有する。また、寿命の長い表示部を有する。
本発明の発光装置を用いて作製された電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図１０に示す。
図１０（Ａ）は本実施の形態に係るテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、実施の形態１〜２で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、長寿命であるという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は画質の劣化が少なく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体９１０１や支持台９１０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るテレビ装置は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
図１０（Ｂ）は本実施の形態に係るコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングデバイス９２０６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部９２０３は、実施の形態１〜２で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、長寿命であるという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９２０３も同様の特徴を有するため、このコンピュータは画質の劣化が少なく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、コンピュータにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９２０１や筐体９２０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るコンピュータは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。また、持ち運ぶことも可能となり、持ち運ぶときの外部からの衝撃にも強い表示部を有しているコンピュータを提供することができる。
図１０（Ｃ）は本実施の形態に係る携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９４０３、音声入力部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート９４０７、アンテナ９４０８等を含む。この携帯電話において、表示部９４０３は、実施の形態１〜２で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、長寿命であるという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９４０３も同様の特徴を有するため、この携帯電話は画質の劣化が少なく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、携帯電話において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９４０１や筐体９４０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係る携帯電話は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯したときの衝撃にも強い表示部を有している製品を提供することができる。
図１０（Ｄ）は本実施の形態に係るカメラであり、本体９５０１、表示部９５０２、筐体９５０３、外部接続ポート９５０４、リモコン受信部９５０５、受像部９５０６、バッテリー９５０７、音声入力部９５０８、操作キー９５０９、接眼部９５１０等を含む。このカメラにおいて、表示部９５０２は、実施の形態１〜２で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が低いという特徴を有している。また、長寿命であるという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９５０２も同様の特徴を有するため、このカメラは画質の劣化が少なく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、カメラにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９５０１の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るカメラは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯したときの衝撃にも強い表示部を有している製品を提供することができる。
図１１は音響再生装置、具体例としてカーオーディオであり、本体７０１、表示部７０２、操作スイッチ７０３、７０４を含む。表示部７０２は実施の形態３の発光装置（パッシブマトリクス型またはアクティブマトリクス型）で実現することができる。また、この表示部７０２はセグメント方式の発光装置で形成しても良い。いずれにしても、本発明に係る発光素子を用いることにより、車両用電源（１２〜４２Ｖ）を使って、低消費電力化を図りつつ、寿命が長く明るい表示部を構成することができる。また、本実施例では車載用オーディオを示すが、携帯型や家庭用のオーディオ装置に用いても良い。
図１２は、その一例としてデジタルプレーヤーを示している。図１２に示すデジタルプレーヤーは、本体７１０、表示部７１１、メモリ部７１２、操作部７１３、イヤホン７１４等を含んでいる。なお、イヤホン７１４の代わりにヘッドホンや無線式イヤホンを用いることができる。表示部７１１として、実施の形態３の発光装置（パッシブマトリクス型またはアクティブマトリクス型）で実現することができる。また、この表示部７０２はセグメント方式の発光装置で形成しても良い。いずれにしても、本発明に係る発光素子を用いることにより、二次電池（ニッケル−水素電池など）を使っても表示が可能であり、低消費電力化を図りつつ、寿命が長く明るい表示部を構成することができる。メモリ部７１２は、ハードディスクや不揮発性メモリを用いている。例えば、記録容量が２０〜２００ギガバイト（ＧＢ）のＮＡＮＤ型不揮発性メモリを用い、操作部７１３を操作することにより、映像や音声（音楽）を記録、再生することができる。なお、表示部７０２及び表示部７１１は黒色の背景に白色の文字を表示することで消費電力を抑えられる。これは携帯型のオーディオ装置において特に有効である。
以上の様に、本発明を適用して作製した発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明を適用することにより、低消費電力で、信頼性の高い表示部を有する電子機器を作製することが可能となる。
また、本発明を適用した発光装置は、発光効率の高い発光素子を有しており、照明装置として用いることもできる。本発明を適用した発光素子を照明装置として用いる一態様を、図１３を用いて説明する。
図１３は、本発明の発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図１３に示した液晶表示装置は、筐体９０１、液晶層９０２、バックライト９０３、筐体９０４を有し、液晶層９０２は、ドライバＩＣ９０５と接続されている。また、バックライト９０３は、本発明の発光装置が用いられおり、端子９０６により、電流が供給されている。
本発明の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、発光効率の高いバックライトが得られる。また、寿命の長いバックライトが得られる。また、本発明の発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、本発明の発光装置は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。
図１４は、本発明を適用した発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図１４に示す電気スタンドは、筐体２００１と、光源２００２を有し、光源２００２として、本発明の発光装置が用いられている。本発明の発光装置は長寿命であるため、電気スタンドも長寿命である。
図１５は、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた例である。本発明の発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、本発明の発光装置は、長寿命であるため、長寿命の照明装置として用いることが可能となる。このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた部屋に、図１０（Ａ）で説明したような、本発明に係るテレビ装置３００２を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。このような場合、両装置は長寿命であるので、照明装置やテレビ装置の買い換え回数を減らすことができ、環境への負荷を低減することができる。
なお、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可能である。
本実施例では、本発明の発光素子について具体的に図１６を用いて説明する。実施例１で用いる有機化合物の構造式を以下に示す。
Figure 2009088491
（発光素子１の作製）
まず、ガラス基板１２０１上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第１の電極１２０２を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
次に、第１の電極１２０２が形成された面が下方となるように、第１の電極１２０２が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極１２０２上に、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）と酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、複合材料を含む層１２１１を形成した。その膜厚は３０ｎｍとし、ＮＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で４：１＝（ＮＰＢ：酸化モリブデン）となるように蒸着レートを調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、複合材料を含む層１２１１の上にＮＰＢと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）とを共蒸着することにより、正孔の移動を制御する層１２１２を１０ｎｍの膜厚で形成した。ここで、ＮＰＢとＯＸＤ−７との重量比は、１：０．０５（＝ＮＰＢ：ＯＸＤ−７）となるように蒸着レートを調整した。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、正孔の移動を制御する層１２１２の上に、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）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層１２１３を形成した。
次に、正孔輸送層１２１３上に、発光層１２１４を形成した。９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）とＮ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）とを共蒸着することにより、発光層１２１４を３０ｎｍの膜厚で形成した。ここで、ＣｚＰＡと２ＰＣＡＰＡとの重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：２ＰＣＡＰＡ）となるように蒸着レートを調節した。
さらに、発光層１２１４上に、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）とＮ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）とを共蒸着することにより、電子の移動を制御する層１２１５を１０ｎｍの膜厚で形成した。ここで、Ａｌｑと２ＰＣＡＰＡとの重量比は、１：０．１（＝Ａｌｑ：２ＰＣＡＰＡ）となるように蒸着レートを調節した。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、電子の移動を制御する層１２１５上にバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を３０ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子輸送層１２１６を形成した。
電子輸送層１２１６上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を１ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、電子注入層１２１７を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、アルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、第２の電極１２０４を形成し、発光素子１を作製した。
以上により得られた本発明の発光素子１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。
（発光素子２の作製）
発光素子２は、電子の移動を制御する層１２１５であるＡｌｑと２ＰＣＡＰＡとの共蒸着膜を、ＡｌｑとＮ，Ｎ’−ジフェニルキナクリドン（略称：ＤＰＱｄ）との共蒸着膜とした以外は、発光素子１と同様に作製した。ここで、ＡｌｑとＤＰＱｄとの重量比は、１：０．００５（＝Ａｌｑ：ＤＰＱｄ）となるように蒸着レートを調節した。
得られた本発明の発光素子２を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、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。
（比較発光素子３の作製）
次に、比較のため、上述した発光素子１，２の正孔の移動を制御する層１２１２及び電子の移動を制御する層１２１５を設けないような構成の比較発光素子３を作製した。作製方法を以下に示す。まず、ガラス基板上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第１の電極を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
次に、第１の電極が形成された面が下方となるように、第１の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極上に、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）と酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、複合材料を含む層を形成した。その膜厚は５０ｎｍとし、ＮＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で４：１＝（ＮＰＢ：酸化モリブデン）となるように蒸着レートを調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、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）を１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層を形成した。
次に、正孔輸送層上に、発光層を形成した。９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）とＮ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）とを共蒸着することにより、発光層を４０ｎｍの膜厚で形成した。ここで、ＣｚＰＡと２ＰＣＡＰＡとの重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：２ＰＣＡＰＡ）となるように蒸着レートを調節した。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層上にバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を３０ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子輸送層を形成した。
次に、電子輸送層上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を１ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、電子注入層を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、アルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、第２の電極を形成し、比較発光素子３を作製した。
以上により得られた比較発光素子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を行った後、比較発光素子３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。
発光素子１、発光素子２および比較発光素子３の電流密度−輝度特性を図１７に示す。また、電圧−輝度特性を図１８に示す。また、輝度−電流効率特性を図１９に示す。また、１ｍＡの電流を流したときの発光スペクトルを図２０に示す。また、発光素子１、発光素子２および比較発光素子３に関し、初期輝度を５０００ｃｄ／ｍ２として、定電流駆動による連続点灯試験を行った結果を図２１に示す（縦軸は、５０００ｃｄ／ｍ２を１００％とした時の相対輝度である）。
発光素子１は、輝度５０００ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標が（ｘ＝０．２８、ｙ＝０．６０）であり、２ＰＣＡＰＡに由来する緑色の発光を示した。また、輝度５０００ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は１６．２ｃｄ／Ａであった。輝度５０００ｃｄ／ｍ２のときの駆動電圧は５．１Ｖであった。
さらに、発光素子１に関し、初期輝度を５０００ｃｄ／ｍ２として、定電流駆動による連続点灯試験を行った結果、１００時間後でも初期輝度の８７％の輝度を保っており、長寿命な発光素子であることがわかった。
発光素子２は、輝度５０００ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標が（ｘ＝０．２８、ｙ＝０．６１）であり、２ＰＣＡＰＡに由来する緑色の発光を示した。また、輝度５０００ｃｄ／ｍ２のときの電流効率は１３ｃｄ／Ａであった。輝度５０００ｃｄ／ｍ２のときの駆動電圧は６．８Ｖであった。
さらに、発光素子２に関し、初期輝度を５０００ｃｄ／ｍ２として、定電流駆動による連続点灯試験を行った結果、１００時間後でも初期輝度の９２％の輝度を保っており、長寿命な発光素子であることがわかった。
比較発光素子３は、輝度５０００ｃｄ／ｍ２のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．３０、ｙ＝０．６２）、電流効率が１６．５ｃｄ／Ａであり、発光素子１および発光素子２と同様に２ＰＣＡＰＡに由来する緑色の発光を示した。比較発光素子３の電流効率を発光素子１、発光素子２の電流効率と比較すると、発光素子１と同等の電流効率であることがわかった。また、初期輝度を５０００ｃｄ／ｍ２とした連続点灯試験を行った結果、図２１に示す通り、１００時間後には初期輝度の７６％にまで輝度が低下しており、発光素子１および発光素子２よりも短い寿命を示した。
以上より、発光素子１および発光素子２は比較発光素子３に比べて長寿命であることがわかった。よって、本発明を適用することにより、長寿命な発光素子が得られることがわかった。
本実施例では、実施例１で作製した発光素子１および発光素子２におけるホールの移動を制御する層に用いた、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）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）の酸化反応特性について、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって調べた。また、その測定から、ＯＸＤ−７、ＮＰＢのＨＯＭＯ準位を求めた。なお測定には、電気化学アナライザー（ビー・エー・エス（株）製、型番：ＡＬＳモデル６００Ａまたは６００Ｃ）を用いた。
ＣＶ測定における溶液は、溶媒として脱水ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）（（株）アルドリッチ製、９９．８％、カタログ番号；２２７０５−６）を用い、支持電解質である過塩素酸テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム（ｎ−Ｂｕ４ＮＣｌＯ４）（（株）東京化成製、カタログ番号；Ｔ０８３６）を１００ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させ、さらに測定対象を１ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させて調製した。また、作用電極としては白金電極（ビー・エー・エス（株）製、ＰＴＥ白金電極）を、補助電極としては白金電極（ビー・エー・エス（株）製、ＶＣ−３用Ｐｔカウンター電極（５ｃｍ））を、参照電極としてはＡｇ／Ａｇ＋電極（ビー・エー・エス（株）製、ＲＥ５非水溶媒系参照電極）をそれぞれ用いた。なお、測定は室温（２０〜２５℃）で行った。
（参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーの算出）
まず、本実施例で用いる参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）の真空準位に対するポテンシャルエネルギー（ｅＶ）を算出した。つまり、Ａｇ／Ａｇ＋電極のフェルミ準位を算出した。メタノール中におけるフェロセンの酸化還元電位は、標準水素電極に対して＋０．６１０［Ｖ ｖｓ． ＳＨＥ］であることが知られている（参考文献；Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ｒ．Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ ｅｔ ａｌ．， Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．， Ｖｏｌ．１２４， Ｎｏ．１，８３−９６， ２００２）。一方、本実施例で用いる参照電極を用いて、メタノール中におけるフェロセンの酸化還元電位を求めたところ、＋０．２０［Ｖｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］であった。したがって、本実施例で用いる参照電極のポテンシャルエネルギーは、標準水素電極に対して０．４１［ｅＶ］低くなっていることがわかった。
ここで、標準水素電極の真空準位からのポテンシャルエネルギーは−４．４４ｅＶであることが知られている（参考文献；大西敏博・小山珠美著、高分子ＥＬ材料（共立出版）、ｐ．６４−６７）。以上のことから、本実施例２で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．４４−０．４１＝−４．８５［ｅＶ］であると算出できた。
（測定例１；ＮＰＢ）
本測定例１では、ＮＰＢの酸化反応特性について、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって調べた。スキャン速度は０．１Ｖ／ｓｅｃとした。測定結果を図２２に示す。なお、酸化反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−０．２０Ｖから＋０．８０Ｖまで走査した後、＋０．８０Ｖから−０．２０Ｖまで走査することにより行った。
図２２に示すように、酸化ピーク電位Ｅｐｃは＋０．３９Ｖ、酸化ピーク電位Ｅｐａは＋０．４５Ｖと読み取ることができる。したがって、半波電位（ＥｐｃとＥｐａの中間の電位）は＋０．４２Ｖと算出できる。このことは、ＮＰＢは＋０．４２［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］の電気エネルギーにより酸化されることを示しており、このエネルギーはＨＯＭＯ準位に相当する。ここで、上述した通り、本実施例２で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．８５［ｅＶ］であるため、ＮＰＢのＨＯＭＯ準位は、−４．８５−（＋０．４２）＝−５．２７［ｅＶ］であることがわかった。
（測定例２；ＯＸＤ−７）
本測定例では、ＯＸＤ−７の酸化反応特性について、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって調べた。スキャン速度は０．１Ｖ／ｓｅｃとした。測定結果を図２３に示す。なお、酸化反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−０．４７Ｖから＋１．６０Ｖまで走査した後、＋１．６０Ｖから−０．４７Ｖまで走査することにより行った。
図２３に示すように、少なくとも１．０Ｖまで走査しても、ＯＸＤ−７の酸化を示すピークは現れていないことがわかる。また、１．０Ｖ以上では大電流が流れている影響で、酸化を示すピークがあったとしても、それは観測できない。つまり、このデータからは、ＯＸＤ−７の酸化を示すピークは１．０［Ｖ］以上ということがわかる。また、本測定例で用いた参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは−４．８５［ｅＶ］であることから、ＣＶ測定における１．０［Ｖ］の酸化電位は、イオン化ポテンシャルに換算すると−（−４．８５−１．０）＝５．８５［ｅＶ］である。したがって、ＯＸＤ−７のイオン化ポテンシャルは少なくとも５．８［ｅＶ］以上であることがわかった。
したがって、測定例１で測定したＮＰＢとＯＸＤ−７の酸化ピーク電位との差は０．５５［Ｖ］以上である。したがって、ＮＰＢの酸化ピーク電位とＯＸＤ−７の酸化ピーク電位の差は、０．５［Ｖ］以上である。よって、ＮＰＢのイオン化ポテンシャルとＯＸＤ−７のイオン化ポテンシャルとの差は、少なくとも０．５［ｅＶ］以上であることがわかる。
また、発光素子１および発光素子２で用いたＯＸＤ−７の双極子モーメントを計算した。まず、Ｂ３ＬＹＰ／６−３１１（ｄ，ｐ）レベルの密度汎関数法（ＤＦＴ）により、ＯＸＤ−７の基底状態における構造最適化を行った。構造最適化されたＯＸＤ−７の双極子モーメントを計算したところ、３．７８デバイ（Ｄｅｂｙｅ）と算出された。ＤＦＴは、電子相関を考慮しないハートリー・フォック（ＨＦ）法に比較して計算精度が良く、同レベルの計算精度である摂動（ＭＰ）法よりも計算コストが小さいため、本計算で採用した。計算は、ハイパフォーマンスコンピュータ（ＨＰＣ）（ＳＧＩ社製、Ａｌｔｉｘ３７００ ＤＸ）を用いて行った。
よって、発光素子１および発光素子２で用いたＯＸＤ−７は、双極子モーメントが２．０デバイ以上であり、イオン化ポテンシャルは５．８ｅＶ以上であるため、正孔の移動を制御する層に好適に用いることができることがわかる。つまり、正孔輸送性の有機化合物であるＮＰＢとＯＸＤ−７とを含む層は正孔の移動を制御する層として機能することがわかる。したがって、本発明の発光素子のホールの移動を制御する層において、ＯＸＤ−７とＮＰＢを用いた実施例１の素子構造は、本発明に好適な構造である。
本実施例では、実施例１で作製した発光素子１および発光素子２における電子の移動を制御する層に用いた、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）と、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルキナクリドン（略称：ＤＰＱｄ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）の還元反応特性について、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって調べた。また、その測定から、Ａｌｑ、ＤＰＱｄ、２ＰＣＡＰＡのＬＵＭＯ準位を求めた。なお測定には、電気化学アナライザー（ビー・エー・エス（株）製、型番：ＡＬＳモデル６００Ａまたは６００Ｃ）を用いた。
ＣＶ測定における溶液は、溶媒として脱水ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）（（株）アルドリッチ製、９９．８％、カタログ番号；２２７０５−６）を用い、支持電解質である過塩素酸テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム（ｎ−Ｂｕ４ＮＣｌＯ４）（（株）東京化成製、カタログ番号；Ｔ０８３６）を１００ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させ、さらに測定対象を１ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させて調製した。また、作用電極としては白金電極（ビー・エー・エス（株）製、ＰＴＥ白金電極）を、補助電極としては白金電極（ビー・エー・エス（株）製、ＶＣ−３用Ｐｔカウンター電極（５ｃｍ））を、参照電極としてはＡｇ／Ａｇ＋電極（ビー・エー・エス（株）製、ＲＥ５非水溶媒系参照電極）をそれぞれ用いた。なお、測定は室温（２０〜２５℃）で行った。
（参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーの算出）
本実施例では、実施例２と同じ参照電極を用いた。よって、本実施例で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．４４−０．４１＝−４．８５［ｅＶ］である。
（測定例３；Ａｌｑ）
本測定例３では、Ａｌｑの還元反応特性について、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって調べた。スキャン速度は０．１Ｖ／ｓｅｃとした。測定結果を図２４に示す。なお、還元反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−０．６９Ｖから−２．４０Ｖまで走査した後、−２．４０Ｖから−０．６９Ｖまで走査することにより行った。
図２４に示すように、還元ピーク電位Ｅｐｃは−２．２０Ｖ、酸化ピーク電位Ｅｐａは−２．１２Ｖと読み取ることができる。したがって、半波電位（ＥｐｃとＥｐａの中間の電位）は−２．１６Ｖと算出できる。このことは、Ａｌｑは−２．１６［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］の電気エネルギーにより還元されることを示しており、このエネルギーはＬＵＭＯ準位に相当する。ここで、上述した通り、本実施例３で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．８５［ｅＶ］であるため、ＡｌｑのＬＵＭＯ準位は、−４．８５−（−２．１６）＝−２．６９［ｅＶ］であることがわかった。
（測定例４；ＤＰＱｄ）
本測定例４では、ＤＰＱｄの還元反応特性について、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって調べた。スキャン速度は０．１Ｖ／ｓｅｃとした。測定結果を図２５に示す。なお、還元反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−０．４０Ｖから−２．１０Ｖまで走査した後、−２．１０Ｖから−０．４０Ｖまで走査することにより行った。また、ＤＰＱｄは溶解性が悪く、１ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶液を調製しようとしても溶け残りが生じたため、溶け残りが沈殿した状態で上澄み液を採取し、測定に使用した。
図２５に示すように、還元ピーク電位Ｅｐｃは−１．６９Ｖ、酸化ピーク電位Ｅｐａは−１．６３Ｖと読み取ることができる。したがって、半波電位（ＥｐｃとＥｐａの中間の電位）は−１．６６Ｖと算出できる。このことは、ＤＰＱｄは−１．６６［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］の電気エネルギーにより還元されることを示しており、このエネルギーはＬＵＭＯ準位に相当する。ここで、上述した通り、本実施例３で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．８５［ｅＶ］であるため、ＤＰＱｄのＬＵＭＯ準位は、−４．８５−（−１．６６）＝−３．１９［ｅＶ］であることがわかった。
なお、上述のようにして求めたＡｌｑとＤＰＱｄのＬＵＭＯ準位を比較すると、ＤＰＱｄのＬＵＭＯ準位はＡｌｑよりも０．５０［ｅＶ］も低いことがわかる。このことは、ＤＰＱｄをＡｌｑ中に添加することにより、ＤＰＱｄが電子トラップとして作用することを意味する。したがって、本発明の発光素子の電子の移動を制御する層において、ＡｌｑとＤＰＱｄを用いた実施例１の素子構造は、本発明に好適な構造である。
（測定例５；２ＰＣＡＰＡ）
本測定例５では、２ＰＣＡＰＡの還元反応特性について、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって調べた。スキャン速度は０．１Ｖ／ｓｅｃとした。測定結果を図２６に示す。なお、還元反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−０．４１Ｖから−２．５０Ｖまで走査した後、−２．５０Ｖから−０．４１Ｖまで走査することにより行った。
図２６に示すように、還元ピーク電位Ｅｐｃは−２．２１Ｖ、酸化ピーク電位Ｅｐａは−２．１４Ｖと読み取ることができる。したがって、半波電位（ＥｐｃとＥｐａの中間の電位）は−２．１８Ｖと算出できる。このことは、Ａｌｑは−２．１８［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］の電気エネルギーにより還元されることを示しており、このエネルギーはＬＵＭＯ準位に相当する。ここで、上述した通り、本実施例３で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．８５［ｅＶ］であるため、２ＰＣＡＰＡのＬＵＭＯ準位は、−４．８５−（−２．１８）＝−２．６７［ｅＶ］であることがわかった。
また、上述のようにして求めたＡｌｑと２ＰＣＡＰＡのＬＵＭＯ準位を比較すると、２ＰＣＡＰＡのＬＵＭＯ準位はＡｌｑと０．０２［ｅＶ］しか違わないことがわかる。また、Ａｌｑは電子輸送性の高い物質であり、２ＰＣＡＰＡはアミン骨格を有しているためホール輸送性を有すると考えられる。したがって、本発明の発光素子の電子の移動を制御する層において、Ａｌｑと２ＰＣＡＰＡを用いた実施例１の素子構造は、本発明に好適な構造である。
本発明の発光素子を説明する図。 本発明の発光素子を説明する図。 本発明の発光素子を説明する図。 本発明の発光素子を説明する図。 本発明の発光素子を説明する図。 本発明の発光素子を説明する図。 本発明の発光素子を説明する図。 本発明の発光装置を説明する図。 本発明の発光装置を説明する図。 本発明の電子機器を説明する図。 本発明の電子機器を説明する図。 本発明の電子機器を説明する図。 本発明の電子機器を説明する図。 本発明の照明装置を説明する図。 本発明の照明装置を説明する図。 実施例の発光素子を説明する図。 実施例１で作製した発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例１で作製した発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例１で作製した発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例１で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例１で作製した発光素子の規格化輝度時間変化を示す図。 ＯＸＤ−７の酸化反応特性を示す図。 ＮＰＢの酸化反応特性を示す図。 Ａｌｑの還元反応特性を示す図。 ＤＰＱｄの還元反応特性を示す図。 ２ＰＣＡＰＡの還元反応特性を示す図。
符号の説明
２０１ 基板
２０２ 第１の電極
２０３ ＥＬ層
２０４ 第２の電極
２１１ 正孔注入層
２１２ 正孔の移動を制御する層
２１３ 正孔輸送層
２１４ 発光層
２１５ 電子の移動を制御する層
２１６ 電子輸送層
２１７ 電子注入層
２２１ 第１の有機化合物
２２２ 第２の有機化合物
２４１ 第３の有機化合物
２４２ 第４の有機化合物
５０１ 第１の電極
５０２ 第２の電極
５１１ 第１の発光ユニット
５１２ 第２の発光ユニット
５１３ 電荷発生層
６０１ ソース側駆動回路
６０２ 画素部
６０３ ゲート側駆動回路
６０４ 封止基板
６０５ シール材
６０７ 空間
６０８ 配線
６０９ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６１０ 素子基板
６１１ スイッチング用ＴＦＴ
６１２ 電流制御用ＴＦＴ
６１３ 第１の電極
６１４ 絶縁物
６１６ ＥＬ層
６１７ 第２の電極
６１８ 発光素子
６２３ Ｎチャネル型ＴＦＴ
６２４ Ｐチャネル型ＴＦＴ
７０１ 本体
７０２ 表示部
７０３ 操作スイッチ
７０４ 表示部
７１０ 本体
７１１ 表示部
７１２ メモリ部
７１３ 操作部
７１４ イヤホン
９０１ 筐体
９０２ 液晶層
９０３ バックライト
９０４ 筐体
９０５ ドライバＩＣ
９０６ 端子
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ ＥＬ層
９５６ 電極
１２０１ ガラス基板
１２０２ 第１の電極
１２０４ 第２の電極
１２１１ 複合材料を含む層
１２１２ 正孔の移動を制御する層
１２１３ 正孔輸送層
１２１４ 発光層
１２１５ 電子の移動を制御する層
１２１６ 電子輸送層
１２１７ 電子注入層
２００１ 筐体
２００２ 光源
３００１ 照明装置
３００２ テレビ装置
９１０１ 筐体
９１０２ 支持台
９１０３ 表示部
９１０４ スピーカー部
９１０５ ビデオ入力端子
９２０１ 本体
９２０２ 筐体
９２０３ 表示部
９２０４ キーボード
９２０５ 外部接続ポート
９２０６ ポインティングデバイス
９４０１ 本体
９４０２ 筐体
９４０３ 表示部
９４０４ 音声入力部
９４０５ 音声出力部
９４０６ 操作キー
９４０７ 外部接続ポート
９４０８ アンテナ
９５０１ 本体
９５０２ 表示部
９５０３ 筐体
９５０４ 外部接続ポート
９５０５ リモコン受信部
９５０６ 受像部
９５０７ バッテリー
９５０８ 音声入力部
９５０９ 操作キー
９５１０ 接眼部

Claims (25)

  1. 第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、
    前記第１の層は、前記発光層と前記第１の電極との間に設けられており、
    前記第２の層は、前記発光層と前記第２の電極との間に設けられており、
    前記第１の層は、正孔輸送性の第１の有機化合物と、該第１の有機化合物の正孔輸送性を低下させる第２の有機化合物とを含み、該第２の有機化合物は、該第１の有機化合物中に分散されており、
    前記第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、
    前記第１の電極の方が前記第２の電極よりも電位が高くなるように、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することにより、前記発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子。
  2. 第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、
    前記第１の層は、前記発光層と前記第１の電極との間に設けられており、
    前記第２の層は、前記発光層と前記第２の電極との間に設けられており、
    前記第１の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み、
    前記第１の有機化合物は、前記第２の有機化合物よりも多く含まれており、
    前記第１の有機化合物は、正孔輸送性であり、
    前記第２の有機化合物は、正孔が注入されない物質であり、かつ、前記第１の有機化合物の正孔輸送性を下げる物質であり、
    前記第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、
    前記第１の電極の方が前記第２の電極よりも電位が高くなるように、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することにより、前記発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子。
  3. 第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、
    前記第１の層は、前記発光層と前記第１の電極との間に設けられており、
    前記第２の層は、前記発光層と前記第２の電極との間に設けられており、
    前記第１の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み、
    前記第１の有機化合物は、前記第２の有機化合物よりも多く含まれており、
    前記第１の有機化合物は、正孔輸送性であり、
    前記第２の有機化合物は、双極子モーメントが２．０デバイ以上の正孔ブロック材料であり、
    前記第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、
    前記第１の電極の方が前記第２の電極よりも電位が高くなるように、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することにより、前記発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子。
  4. 第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、
    前記第１の層は、前記発光層と前記第１の電極との間に設けられており、
    前記第２の層は、前記発光層と前記第２の電極との間に設けられており、
    前記第１の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み、
    前記第１の有機化合物は、前記第２の有機化合物よりも多く含まれており、
    前記第１の有機化合物は、正孔輸送性であり、
    前記第２の有機化合物のイオン化ポテンシャルと、第１の有機化合物のイオン化ポテンシャルとの差は、０．５ｅＶ以上であり、かつ、前記第２の有機化合物の双極子モーメントは２．０デバイ以上であり、
    前記第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、
    前記第１の電極の方が前記第２の電極よりも電位が高くなるように、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することにより、前記発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子。
  5. 第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、
    前記第１の層は、前記発光層と前記第１の電極との間に設けられており、
    前記第２の層は、前記発光層と前記第２の電極との間に設けられており、
    前記第１の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み、
    前記第１の有機化合物は、前記第２の有機化合物よりも多く含まれており、
    前記第１の有機化合物は、正孔輸送性であり、
    前記第２の有機化合物のイオン化ポテンシャルは５．８ｅＶ以上であり、かつ、前記第２の有機化合物の双極子モーメントは２．０デバイ以上であり、
    前記第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、
    前記第１の電極の方が前記第２の電極よりも電位が高くなるように、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することにより、前記発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子。
  6. 第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、
    前記第１の層は、前記発光層と前記第１の電極との間に設けられており、
    前記第２の層は、前記発光層と前記第２の電極との間に設けられており、
    前記第１の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み、
    前記第１の有機化合物は、前記第２の有機化合物よりも多く含まれており、
    前記第１の有機化合物は、正孔輸送性であり、
    前記第２の有機化合物のイオン化ポテンシャルと、第１の有機化合物のイオン化ポテンシャルとの差は、０．５ｅＶ以上であり、かつ、前記第２の有機化合物は複素環を有する分子構造であり、
    前記第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、
    前記第１の電極の方が前記第２の電極よりも電位が高くなるように、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することにより、前記発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子。
  7. 第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、
    前記第１の層は、前記発光層と前記第１の電極との間に設けられており、
    前記第２の層は、前記発光層と前記第２の電極との間に設けられており、
    前記第１の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み、
    前記第１の有機化合物は、前記第２の有機化合物よりも多く含まれており、
    前記第１の有機化合物は、正孔輸送性であり、
    前記第２の有機化合物のイオン化ポテンシャルは５．８ｅＶ以上であり、かつ、前記第２の有機化合物は複素環を有する分子構造であり、
    前記第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、
    前記第１の電極の方が前記第２の電極よりも電位が高くなるように、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することにより、前記発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子。
  8. 第１の電極と第２の電極との間に、発光層と第１の層と第２の層を有し、
    前記第１の層は、前記発光層と前記第１の電極との間に設けられており、
    前記第２の層は、前記発光層と前記第２の電極との間に設けられており、
    前記第１の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み、
    前記第１の有機化合物は、前記第２の有機化合物よりも多く含まれており、
    前記第１の有機化合物は、正孔輸送性であり、
    前記第２の有機化合物は、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体のいずれかであり、
    前記第２の層は、電子輸送性の第３の有機化合物と、該第３の有機化合物の電子輸送性を低下させる第４の有機化合物とを含み、該第４の有機化合物は、該第３の有機化合物中に分散されており、
    前記第１の電極の方が前記第２の電極よりも電位が高くなるように、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することにより、前記発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子。
  9. 請求項８において、
    前記第２の有機化合物は、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、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール、バソキュプロインのいずれか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のいずれか一項において、
    前記第１の層における前記第２の有機化合物の濃度は、１重量％以上２０重量％以下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のいずれか一項において、
    前記第１の層と前記発光層との間に層が設けられており、かつ、前記第１の層と前記第１の電極との間に層が設けられていることを特徴とする発光素子。
  12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、
    前記第１の層の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子。
  13. 請求項１乃至請求項１２のいずれか一項において、
    前記第３の有機化合物は、電子輸送性であり、
    前記第４の有機化合物は、正孔輸送性であることを特徴とする発光素子。
  14. 請求項１３において、
    前記第３の有機化合物の最低空軌道準位と前記第４の有機化合物の最低空軌道準位との差は０．３ｅＶより小さいことを特徴とする発光素子。
  15. 請求項１３または請求項１４において、
    前記第３の有機化合物は、金属錯体であり、
    前記第４の有機化合物は、芳香族アミン化合物であることを特徴とする発光素子。
  16. 請求項１３乃至請求項１５のいずれか一項において、
    前記第３の有機化合物の双極子モーメントをＰ１、前記第４の有機化合物の双極子モーメントをＰ２とすると、Ｐ１／Ｐ２≧３またはＰ１／Ｐ２≦０．３３の関係を満たすことを特徴とする発光素子。
  17. 請求項１乃至請求項１２のいずれか一項において、
    前記第３の有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であり、
    前記第４の有機化合物は、電子トラップ性の有機化合物であることを特徴とする発光素子。
  18. 請求項１７において、
    前記第４の有機化合物は前記第３の有機化合物の最低空軌道準位より０．３ｅＶ以上低い最低空軌道準位を有することを特徴とする発光素子。
  19. 請求項１７または請求項１８において、
    前記第３の有機化合物は、金属錯体であることを特徴とする発光素子。
  20. 請求項１７乃至請求項１９のいずれか一項において、
    前記第４の有機化合物は、クマリン誘導体であることを特徴とする発光素子。
  21. 請求項１７乃至請求項１９のいずれか一項において、
    前記第４の有機化合物は、キナクリドン誘導体であることを特徴とする発光素子。
  22. 請求項１乃至請求項２１のいずれか一項において、
    前記第２の層の膜厚は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子。
  23. 請求項１乃至請求項２２のいずれか一項において、
    前記第２の層と前記発光層とは接するように設けられていることを特徴とする発光素子。
  24. 請求項１乃至請求項２３のいずれか一項に記載の発光素子と、前記発光素子の発光を制御する制御手段とを有する発光装置。
  25. 表示部を有し、
    前記表示部は、請求項１乃至請求項２３のいずれか一項に記載の発光素子と前記発光素子の発光を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電子機器。
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