JP2014078703A - 発光素子、発光装置、電子機器、および照明装置 - Google Patents

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貴子 高須
Tomoko Shimogaki
智子 下垣
Harue Ozaka
晴恵 尾坂
Toshiki Hamada
俊樹 濱田
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Abstract

【課題】発光効率の高い発光素子を提供する。
【解決手段】発光層において、下記一般式（Ｇ１）で示される有機化合物と燐光性化合物とを含み、有機化合物と燐光性化合物のＨＯＭＯ準位の差が０．３ｅＶ以下とする。

（式中、α１〜α３は、フェニレン基等、Ａｒ１〜Ａｒ３は、フェニル基等を表す。）
【選択図】なし

Description

本発明の一態様は、電界を加えることにより発光が得られる有機化合物を一対の電極間に挟んでなる発光素子、また、このような発光素子を有する発光装置、電子機器、及び照明装置に関する。
薄型軽量、高速応答性、直流低電圧駆動などの特徴を有する有機化合物を発光体として用いた発光素子は、次世代のフラットパネルディスプレイへの応用が期待されている。特に、発光素子をマトリクス状に配置した表示装置は、従来の液晶表示装置と比較して、視野角が広く視認性が優れる点に優位性があると考えられている。
発光素子の発光機構は、一対の電極間に発光物質を含むＥＬ層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔がＥＬ層の発光中心で励起状態を形成し、その励起状態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。発光物質に有機化合物を用いた場合の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（Ｓ１）からの発光が蛍光、三重項励起状態（Ｔ１）からの発光が燐光と呼ばれている。また、発光素子におけるその統計的な生成比率は、Ｓ１：Ｔ１＝１：３であると考えられている。
そのため、発光素子のＥＬ層をホスト材料とゲスト材料（燐光性化合物）とを含んでなる構成とすることにより、蛍光発光だけでなく燐光発光をも利用した素子構造とすることができるため、素子特性の向上を図ることができる（例えば、特許文献１参照。）。
また、ＥＬ層の構成としては、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等が挙げられ、少なくとも発光層を有する構成となる。なお、これらの層には、それぞれの機能に合わせた材料の開発が進められ、それらを適用することにより、素子特性の向上が図られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２０１０−１８２６９９号公報 特開２００１−２６１６８０号公報
発光素子の素子特性を向上させるうえで、発光層へのキャリアの注入性を向上させることは、発光効率を高めることができるので非常に重要である。なお、発光層がホスト材料とゲスト材料を含んで構成される場合には、ホスト材料の最高被占分子軌道（ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）準位（以下、ＨＯＭＯ準位とする）とゲスト材料のＨＯＭＯ準位の大小関係が、発光層へのキャリア（ホール）注入性に影響を与えると考えられる。これは、ホスト材料のＨＯＭＯ準位がゲスト材料のＨＯＭＯ準位よりも著しく小さい場合には、発光層の陽極側の界面において、ゲスト材料によってホールが選択的にトラップされ、発光層全体に広がりにくくなると考えられるからである。したがって、発光層に用いるホスト材料としては、同時に用いるゲスト材料とのＨＯＭＯ準位の差が小さく、かつ三重項励起エネルギーの準位（Ｔ１準位）の高い材料を用いることが、好ましい。このようなホスト材料とゲスト材料とを組み合わせることにより、発光層のキャリアバランスを良好にし、発光効率の高い発光素子を提供する。
発光層に用いるゲスト材料のＨＯＭＯ準位が高い場合、同時に用いるホスト材料のＨＯＭＯ準位もそれに合わせて高い材料を用いるのが好ましい。しかしながら、青など短波長の燐光発光を呈するゲスト材料の場合には、ＨＯＭＯ準位が高いと、それにあわせてＴ１準位も高くなるため、このような両者の条件を満たす好適な材料を用いることが、発光効率の向上に有効であると考えられる。そこで、従来のホスト材料よりもＨＯＭＯ準位が高く、かつ、Ｔ１準位が高い場合であっても、幅広くゲスト材料である燐光性化合物を選択することができるホスト材料について、量子化学計算によるシミュレーションを行い、燐光を呈する発光素子の発光層に用いるのに最適なホスト材料の分子構造について検討を行った。
分子構造の設計において、分子内の電子密度を上げることによりＨＯＭＯ準位を上げることができる。しかしながら、電子密度を上げるべくアミン構造などを導入すると、分子内において共役が広がってしまうためＴ１準位が低下しやすい。そこで、分子内にさらに５員環を導入し、電子密度を上げることによりＨＯＭＯ準位を高くしつつ、Ｔ１準位を高く保つこととした。
以上により、燐光を呈する発光素子の発光層に用いるホスト材料の最適構造としては、分子内に複数の５員環を導入して電子密度を上げることによりＨＯＭＯ準位を高めるとともに、Ｔ１準位を高く保つべく、複数の５員環を含む下記一般式（Ｇ１）で示される物質が好ましいことが分かった。

（式中、α１〜α３は、それぞれ独立に、置換または無置換のフェニレン基、置換または無置換のビフェニルジイル基のいずれかを表し、Ａｒ１〜Ａｒ３は、それぞれ独立に、置換または無置換のフェニル基、置換または無置換のピリジル基、置換または無置換のピリミジル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフルオレニル基、置換または無置換のトリフェニレニル基、置換または無置換のフェナントレニル基のいずれかを表し、ｌ、ｍ、ｎは、それぞれ独立に０または１である。）
すなわち、本発明の一態様は、発光素子の発光層において、ホスト材料である第１の有機化合物、およびゲスト材料である第２の有機化合物を含む構成であり、第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位と、第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位の差は、０．３ｅＶ以下とすることを特徴とする。
また、本発明の一態様は、一対の電極間に、上記一般式（Ｇ１）で示される第１の有機化合物と、ゲスト材料である第２の有機化合物と、を含む層を有することを特徴とする発光素子である。なお、上記構成において、第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位と、第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位の差は、０．３ｅＶ以下とすることを特徴とする。
また、上記構成において、第２の有機化合物は、燐光性化合物（有機金属錯体等）であり、特にＨＯＭＯ準位が−５．８ｅＶ以上の材料が好ましい。
上記各構成において、第１の有機化合物と第２の有機化合物を含む発光層に加えて、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層を含む構成とすることもできる。その際、上記一般式（Ｇ１）で示される第１の有機化合物は、ドナー性を有する化合物であるため、正孔注入層や正孔輸送層に用いることもできる。
また、上記各構成において、上記一般式（Ｇ１）で示される第１の有機化合物として、特に下記構造式（１００）で示される有機化合物（１０，１５−ジヒドロ−５，１０，１５−トリフェニル−５Ｈ−ジインドロ［３，２−ａ：３’，２’−ｃ］カルバゾール（略称：Ｐ３Ｄｉｃ））を用いることができる。
また、本発明の一態様は、発光素子を有する発光装置だけでなく、発光装置を有する電子機器および照明装置も範疇に含めるものである。従って、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、発光装置にコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、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。
本発明の一態様では、燐光を呈する発光素子の発光層に含まれるホスト材料のＨＯＭＯ準位と、ゲスト材料のＨＯＭＯ準位の差を０．３ｅＶ以下とすることができるため、発光効率の高い発光素子を実現することができる。
本発明の一態様の概念を説明する図。 発光素子の構造について説明する図。 発光素子の構造について説明する図。 発光素子の構造について説明する図。 発光装置について説明する図。 電子機器について説明する図。 電子機器について説明する図。 照明器具について説明する図。 発光素子の構造について説明する図。 発光素子１、発光素子２および発光素子３の電圧−電流特性を示す図。 発光素子１、発光素子２および発光素子３の輝度−色度特性を示す図。 発光素子１、発光素子２および発光素子３の輝度−外部エネルギー効率特性を示す図。 発光素子１、発光素子２および発光素子３の発光スペクトルを示す図。 発光素子４および発光素子５の電圧−電流特性を示す図。 発光素子４および発光素子５の輝度−色度特性を示す図。 発光素子４および発光素子５の輝度−外部エネルギー効率特性を示す図。 発光素子４および発光素子５の発光スペクトルを示す図。
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が可能である。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）
本実施の形態では、本発明の一態様である、燐光を呈する発光素子について説明する。
本実施の形態に示す発光素子は、図１に示すように発光層１０において、第１の有機化合物（ホスト材料）１１と第２の有機化合物（ゲスト材料）１２を含んでおり、第１の有機化合物（ホスト材料）１１のＨＯＭＯ準位と、第２の有機化合物（ゲスト材料）１２のＨＯＭＯ準位の差は、０．３ｅＶ以下である。
なお、ホール輸送層１３から発光層１０へのホールの注入の際、発光層１０において、第１の有機化合物（ホスト材料）１１の代わりにホスト材料１４で示されるＨＯＭＯ準位を有するホスト材料が用いられる場合には、ホール輸送層１３から注入されるホールの多くは、ホスト材料１４に注入されても、すぐにホール輸送層１３との界面付近にある第２の有機化合物（ゲスト材料）１２の準位に入りやすいため、発光層１０へのホールの注入性や輸送性が低下してしまう。そのため、駆動電圧が上昇しやすいと考えられる。しかし、発光層１０におけるホスト材料として、ホスト材料１４よりもＨＯＭＯ準位が大きい（所謂、第２の有機化合物（ゲスト材料）１２とのＨＯＭＯ準位の差が、小さく、好ましくは０．３ｅＶ以下である）第１の有機化合物（ホスト材料）１１を用いる場合には、第１の有機化合物（ホスト材料）１１の準位と、第２の有機化合物（ゲスト材料）１２の準位の両方の準位にホールが注入されやすいため、発光素子の発光層１０へのホールの注入性や輸送性を高めることができる。
ここで、ホスト材料１４に比べてＨＯＭＯ準位が高く、かつ、Ｔ１準位が高いホスト材料について、量子化学計算によるシミュレーションを行った結果、第１の有機化合物（ホスト材料）１１の最適構造としては、複数の５員環を導入して電子密度を上げることによりＨＯＭＯ準位を高めるとともに、窒素の導入により低下したＴ１準位を高めるべく、５員環を含む下記一般式（Ｇ１）で示される物質が好ましいことが分かった。

（式中、α１〜α３は、それぞれ独立に、置換または無置換のフェニレン基、置換または無置換のビフェニルジイル基のいずれかを表し、Ａｒ１〜Ａｒ３は、それぞれ独立に、置換または無置換のフェニル基、置換または無置換のピリジル基、置換または無置換のピリミジル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフルオレニル基、置換または無置換のトリフェニレニル基、置換または無置換のフェナントレニル基のいずれかを表し、ｌ、ｍ、ｎは、それぞれ独立に０または１である。）
そこで、本実施の形態に示す燐光を呈する発光素子は、発光層に上記一般式（Ｇ１）で示される第１の有機化合物（ホスト材料）と、第２の有機化合物（ゲスト材料）とを含んで形成され、さらに第１の有機化合物（ホスト材料）のＨＯＭＯ準位と、第２の有機化合物（ゲスト材料）のＨＯＭＯ準位の差が０．３ｅＶ以下とすることを特徴とする。
次に、本発明の一態様である発光素子について図２により説明する。
本発明の一態様である発光素子は、図２に示すように一対の電極（陽極１０１、陰極１０２）間に、上記一般式（Ｇ１）で表される第１の有機化合物（ホスト材料）１０５と、燐光性化合物である第２の有機化合物（ゲスト材料）１０６と、を含む発光層１０４が挟まれた構造を有する。なお、発光層１０４は、一対の電極と接するＥＬ層１０３に含まれる機能層の一部である。また、ＥＬ層１０３には、発光層１０４の他に、正孔（ホール）注入層、正孔（ホール）輸送層、電子輸送層、電子注入層等を適宜選択して所望の位置に形成することができる。
なお、上記一般式（Ｇ１）で示される第１の有機化合物１０５（ホスト材料）の具体例としては、以下に示す物質が挙げられる。
また、第２の有機化合物（ゲスト材料）１０６は、燐光性化合物（有機金属錯体等）であり、特にＨＯＭＯ準位が−５．８ｅＶ以上である材料が好ましい。
なお、燐光性化合物である有機金属錯体としては、例えば、トリス（２−フェニルピリジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ビス（２−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（ｐｐｙ）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））、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））、（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））、（アセチルアセトナト）ビス（２，３，５−トリフェニルピラジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｔｐｐｒ）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）、（アセチルアセトナト）ビス（６−ｔｅｒｔ−ブチル−４−フェニルピリミジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（別名：ビス［２−（６−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ピリミジニル−κＮ３）フェニル−κＣ］（２，４−ペンタンジオナト−κ２Ｏ，Ｏ’）イリジウム（ＩＩＩ））（略称：［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）、ビス（３，５−ジメチル−２−フェニルピラジナト）（ジピバロイルメタナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］）、（アセチルアセトナト）ビス（６−メチル−４−フェニルピリミジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（別名：ビス［２−（６−メチル−４−ピリミジニル−κＮ３）フェニル−κＣ］（２，４−ペンタンジオナト−κ２Ｏ，Ｏ’）イリジウム（ＩＩＩ））（略称：［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）などである。
上記、第１の有機化合物１０５および第２の有機化合物１０６は、上述した物質に限らず、第１の有機化合物１０５のＨＯＭＯ準位と、第２の有機化合物１０６のＨＯＭＯ準位の差が０．３ｅＶ以下となる組み合わせであればよい。
本実施の形態で説明した本発明の一態様である発光素子は、燐光を呈する発光素子の発光層に含まれるホスト材料のＨＯＭＯ準位と、ゲスト材料のＨＯＭＯ準位の差を０．３ｅＶ以下とすることができるため、発光層へのホールの注入性を高めることにより発光効率の高い発光素子を実現することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子の構成およびその作製方法について図３を用いて説明する。
本実施の形態に示す発光素子は、図３に示すように一対の電極（第１の電極（陽極）２０１と第２の電極（陰極）２０２）間に発光層２０６を含むＥＬ層２０３が挟まれており、ＥＬ層２０３は、発光層２０６の他に、正孔（または、ホール）注入層２０４、正孔（または、ホール）輸送層２０５、電子輸送層２０７、電子注入層２０８などを含んで形成される。
また、発光層２０６は、実施の形態１で説明した発光素子と同様に、下記一般式（Ｇ１）で表される第１の有機化合物２０９と、第２の有機化合物２１０と、を含んで形成される。さらに第１の有機化合物（ホスト材料）２０９のＨＯＭＯ準位と、第２の有機化合物（ゲスト材料）２１０のＨＯＭＯ準位の差が０．３ｅＶ以下とすることを特徴とする。
なお、発光素子の発光層の構成を上述したようにすることで、ホール輸送層から発光層へのホールの注入性を高めることができるので、発光素子の発光効率を高めることができる。
また、上記構成における下記一般式（Ｇ１）で表される第１の有機化合物２０９および第２の有機化合物２１０の具体例は、実施の形態１で示したものと同じ物質を用いることができるため、説明は省略する。

（式中、α１〜α３は、それぞれ独立に、置換または無置換のフェニレン基、置換または無置換のビフェニルジイル基のいずれかを表し、Ａｒ１〜Ａｒ３は、それぞれ独立に、置換または無置換のフェニル基、置換または無置換のピリジル基、置換または無置換のピリミジル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフルオレニル基、置換または無置換のトリフェニレニル基、置換または無置換のフェナントレニル基のいずれかを表し、ｌ、ｍ、ｎは、それぞれ独立に０または１である。）
上記一般式（Ｇ１）に示した骨格（ジインドロカルバゾール骨格）は、平面性が高く、キャリア輸送性が良好な骨格である。特に、ＨＯＭＯ準位が大きく、ホール輸送性が良好である。
なお、上記一般式（Ｇ１）において、α１〜α３、Ａｒ１〜Ａｒ３が置換基をもつとき、炭素数６までのアルキル基が好ましい。
また、上記一般式（Ｇ１）において、α１〜α３、Ａｒ１〜Ａｒ３は、ジインドロカルバゾール骨格に結合しても、電子密度がジインドロカルバゾールからこれら置換基へ広がりにくいため、Ｔ１準位を低下させることなく維持する上で好ましい構造である。
また、上記一般式（Ｇ１）において、Ａｒ１〜Ａｒ３が、それぞれ独立に置換または無置換のピリジル基、置換または無置換のピリミジル基のいずれかである場合には、バイポーラ性を有するため、好ましい。さらに、このとき、ｌ、ｍ、ｎが１であると、ジインドロカルバゾール骨格とＡｒ１〜Ａｒ３でＨＯＭＯ軌道、ＬＵＭＯ軌道の重なりを小さく抑えることができるため、Ｔ１を高く保つことができ、好ましい。
また、上記一般式（Ｇ１）において、α１〜α３が、それぞれ独立に、置換または無置換のフェニレン基、置換または無置換のビフェニルジイル基のいずれかであり、Ａｒ１〜Ａｒ３が、それぞれ独立に、置換または無置換のフェニル基、置換または無置換のピリジル基、置換または無置換のピリミジル基のいずれかであり、ｌ、ｍ、ｎは０または１であると、Ｔ１を高く保つことができ、好ましい。これはα１〜α３が、六員環で構成されていると、それより大きな縮合環を用いるよりもＴ１が高く保てるためである。
また、上記一般式（Ｇ１）において、α１〜α３はそれぞれ独立に、置換または無置換のフェニレン基、置換または無置換のビフェニルジイル基のいずれかを表し、Ａｒ１〜Ａｒ３が、それぞれ独立に、置換または無置換のフェニル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフルオレニル基、置換または無置換のトリフェニレニル基、置換または無置換のフェナントレニル基のいずれかを表す場合、これらの基が炭化水素基であるため、ＨＯＭＯ準位を大きく保つことができ、好ましい。
次に、本実施の形態に示す発光素子の作製方法について、具体的に説明する。
第１の電極（陽極）２０１および第２の電極（陰極）２０２には、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。具体的には、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（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、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）の他、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、およびカルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、マグネシウム（Ｍｇ）、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、その他グラフェン等を用いることができる。なお、第１の電極（陽極）２０１および第２の電極（陰極）２０２は、例えばスパッタリング法や蒸着法（真空蒸着法を含む）等により形成することができる。
正孔注入層２０４および正孔輸送層２０５に用いる正孔輸送性の高い物質としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）やＮ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）、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−（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、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）等が挙げられる。その他、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−（１０−フェニル−９−アントラセニル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）等のカルバゾール誘導体、等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。
さらに、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を用いることもできる。
なお、一般式（Ｇ１）で表される第１の有機化合物は、ドナー性が高く、正孔輸送性が高い物質であるため、正孔注入層および正孔輸送層に用いることもできる。
また、正孔注入層２０４に用いることができるアクセプター性物質としては、遷移金属酸化物や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、酸化モリブデンが特に好ましい。
発光層２０６は、上述した通りであり、一般式（Ｇ１）で表される第１の有機化合物と、第２の有機化合物と、を含んで形成される。
電子輸送層２０７は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送層２０７には、Ａｌｑ３、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）、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（ＩＩ）（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）などの金属錯体を用いることができる。また、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４’−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４’’−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）、４，４’−ビス（５−メチルベンゾオキサゾール−２−イル）スチルベン（略称：ＢｚＯｓ）などの複素芳香族化合物も用いることができる。また、ポリ（２，５−ピリジン−ジイル）（略称：ＰＰｙ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）のような高分子化合物を用いることもできる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層２０７に用いてもよい。
また、電子輸送層２０７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。
電子注入層２０８は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層２０８には、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）、リチウム酸化物（ＬｉＯｘ）等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。また、フッ化エルビウム（ＥｒＦ３）のような希土類金属化合物を用いることができる。また、上述した電子輸送層２０７を構成する物質を用いることもできる。
あるいは、電子注入層２０８に、有機化合物と電子供与体（ドナー）とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によって有機化合物に電子が発生するため、電子注入性および電子輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した電子の輸送に優れた材料であることが好ましく、具体的には、例えば上述した電子輸送層２０７を構成する物質（金属錯体や複素芳香族化合物等）を用いることができる。電子供与体としては、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的には、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウム等が挙げられる。また、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が好ましく、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩基を用いることもできる。また、テトラチアフルバレン（略称：ＴＴＦ）等の有機化合物を用いることもできる。
なお、上述した正孔注入層２０４、正孔輸送層２０５、発光層２０６、電子輸送層２０７、電子注入層２０８は、それぞれ、蒸着法（真空蒸着法を含む）、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
上述した発光素子の発光層２０６で得られた発光は、第１の電極２０１および第２の電極２０２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、本実施の形態における第１の電極２０１および第２の電極２０２のいずれか一方、または両方が透光性を有する電極となる。
本実施の形態に示す発光素子では、上記一般式（Ｇ１）で表される第１の有機化合物と、第２の有機化合物と、を含んで発光層が形成され、さらに第１の有機化合物（ホスト材料）のＨＯＭＯ準位と、第２の有機化合物（ゲスト材料）のＨＯＭＯ準位の差が０．３ｅＶ以下であることから、発光効率の高い発光素子を実現することができる。
なお、本実施の形態で示した発光素子は、本発明の一態様であり、特に発光層の構成に特徴を有する。従って、本実施の形態で示した構成を適用することで、パッシブマトリクス型の発光装置やアクティブマトリクス型の発光装置などを作製することができ、これらは、いずれも本発明に含まれるものとする。
なお、アクティブマトリクス型の発光装置の場合において、ＴＦＴの構造は、特に限定されない。例えば、スタガ型や逆スタガ型のＴＦＴを適宜用いることができる。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、Ｎ型のＴＦＴまたはＰ型のＴＦＴのいずれか一方のみからなるものであってもよい。さらに、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。例えば、非晶質半導体膜、結晶性半導体膜、その他、酸化物半導体膜等を用いることができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができるものとする。
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様として、電荷発生層を挟んでＥＬ層を複数有する構造の発光素子（以下、タンデム型発光素子という）について説明する。
本実施の形態に示す発光素子は、図４（Ａ）に示すように一対の電極（第１の電極３０１および第２の電極３０４）間に、複数のＥＬ層（第１のＥＬ層３０２（１）、第２のＥＬ層３０２（２））を有するタンデム型発光素子である。
本実施の形態において、第１の電極３０１は、陽極として機能する電極であり、第２の電極３０４は陰極として機能する電極である。なお、第１の電極３０１および第２の電極３０４は、実施の形態１と同様な構成を用いることができる。また、複数のＥＬ層（第１のＥＬ層３０２（１）、第２のＥＬ層３０２（２））は、実施の形態１または実施の形態２で示したＥＬ層と同様な構成であっても良いが、いずれかが同様の構成であっても良い。すなわち、第１のＥＬ層３０２（１）と第２のＥＬ層３０２（２）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。
また、複数のＥＬ層（第１のＥＬ層３０２（１）、第２のＥＬ層３０２（２））の間には、電荷発生層３０５が設けられている。電荷発生層３０５は、第１の電極３０１と第２の電極３０４に電圧を印加したときに、一方のＥＬ層に電子を注入し、他方のＥＬ層に正孔を注入する機能を有する。本実施の形態の場合には、第１の電極３０１に第２の電極３０４よりも電位が高くなるように電圧を印加すると、電荷発生層３０５から第１のＥＬ層３０２（１）に電子が注入され、第２のＥＬ層３０２（２）に正孔が注入される。
なお、電荷発生層３０５は、光の取り出し効率の点から、可視光に対して透光性を有する（具体的には、電荷発生層３０５に対する可視光の透過率が、４０％以上）ことが好ましい。また、電荷発生層３０５は、第１の電極３０１や第２の電極３０４よりも低い導電率であっても機能する。
電荷発生層３０５は、正孔輸送性の高い有機化合物に電子受容体（アクセプター）が添加された構成であっても、電子輸送性の高い有機化合物に電子供与体（ドナー）が添加された構成であってもよい。また、これらの両方の構成が積層されていても良い。
正孔輸送性の高い有機化合物に電子受容体が添加された構成とする場合において、正孔輸送性の高い有機化合物としては、例えば、ＮＰＢやＴＰＤ、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、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等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有機化合物であれば、上記以外の物質を用いても構わない。
また、電子受容体としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等を挙げることができる。また、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。
一方、電子輸送性の高い有機化合物に電子供与体が添加された構成とする場合において、電子輸送性の高い有機化合物としては、例えば、Ａｌｑ、Ａｌｍｑ３、ＢｅＢｑ２、ＢＡｌｑなど、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等を用いることができる。また、この他、Ｚｎ（ＢＯＸ）２、Ｚｎ（ＢＴＺ）２などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、ＰＢＤやＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなど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有機化合物であれば、上記以外の物質を用いても構わない。
また、電子供与体としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属または元素周期表における第２族、第１３族に属する金属およびその酸化物、炭酸塩を用いることができる。具体的には、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、インジウム（Ｉｎ）、酸化リチウム、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機化合物を電子供与体として用いてもよい。
なお、上述した材料を用いて電荷発生層３０５を形成することにより、ＥＬ層が積層された場合における駆動電圧の上昇を抑制することができる。
本実施の形態では、ＥＬ層を２層有する発光素子について説明したが、図４（Ｂ）に示すように、ｎ層（ただし、ｎは、３以上）のＥＬ層（３０２（１）〜３０２（ｎ））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ＥＬ層を有する場合、ＥＬ層とＥＬ層との間に電荷発生層（３０５（１）〜３０５（ｎ−１））を配置することで、電流密度を低く保ったまま高輝度領域での発光が可能である。電流密度を低く保てるため、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ＥＬ層の発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、２つのＥＬ層を有する発光素子において、第１のＥＬ層の発光色と第２のＥＬ層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。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と混合すると、白色発光を得ることができる。
また、３つのＥＬ層を有する発光素子の場合でも同様であり、例えば、第１のＥＬ層の発光色が赤色であり、第２のＥＬ層の発光色が緑色であり、第３のＥＬ層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。
さらに、本実施の形態に示したＥＬ層が電荷発生層を介して積層された構成に加えて、電極（第１の電極３０１および第２の電極３０４）間の距離を所望のものとすることにより、光の共振効果を利用した微小光共振器（マイクロキャビティー）構造を有する発光素子としても良い。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を有する発光装置について説明する。
なお、発光素子としては、他の実施形態で説明した発光素子を適用することができる。また、発光装置としては、パッシブマトリクス型の発光装置、アクティブマトリクス型の発光装置のいずれでもよいが、本実施の形態では、アクティブマトリクス型の発光装置について図５を用いて説明する。
なお、図５（Ａ）は発光装置を示す上面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）を鎖線Ａ−Ａ’で切断した断面図である。本実施の形態に係るアクティブマトリクス型の発光装置は、素子基板５０１上に設けられた画素部５０２と、駆動回路部（ソース線駆動回路）５０３と、駆動回路部（ゲート線駆動回路）５０４ａ、５０４ｂと、を有する。画素部５０２、駆動回路部５０３、及び駆動回路部５０４ａ、５０４ｂは、シール材５０５によって、素子基板５０１と封止基板５０６との間に封止されている。
また、素子基板５０１上には、駆動回路部５０３、及び駆動回路部５０４ａ、５０４ｂに外部からの信号（例えば、ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、又はリセット信号等）や電位を伝達する外部入力端子を接続するための引き回し配線５０７が設けられる。ここでは、外部入力端子としてＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）５０８を設ける例を示している。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５（Ｂ）を用いて説明する。素子基板５０１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、ソース線駆動回路である駆動回路部５０３と、画素部５０２が示されている。
駆動回路部５０３はｎチャネル型ＴＦＴ５０９とｐチャネル型ＴＦＴ５１０とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される例を示している。なお、駆動回路部を形成する回路は、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駆動回路を形成することもできる。
また、画素部５０２はスイッチング用ＴＦＴ５１１と、電流制御用ＴＦＴ５１２と電流制御用ＴＦＴ５１２の配線（ソース電極又はドレイン電極）に電気的に接続された第１の電極（陽極）５１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極（陽極）５１３の端部を覆って絶縁物５１４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を用いることにより形成する。
また、上層に積層形成される膜の被覆性を良好なものとするため、絶縁物５１４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のが好ましい。例えば、絶縁物５１４の材料としてポジ型の感光性アクリル樹脂を用いた場合、絶縁物５１４の上端部に曲率半径（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５１４として、ネガ型の感光性樹脂、或いはポジ型の感光性樹脂のいずれも使用することができ、有機化合物に限らず無機化合物、例えば、酸化シリコン、酸窒化シリコン等、の両者を使用することができる。
第１の電極（陽極）５１３上には、ＥＬ層５１５及び第２の電極（陰極）５１６が積層され、発光素子５１７が形成されている。なお、ＥＬ層５１５は、少なくとも実施の形態１で説明した発光層を有している。また、ＥＬ層５１５には、発光層の他に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、電荷発生層等を適宜設けることができる。
また、第１の電極（陽極）５１３、ＥＬ層５１５及び第２の電極（陰極）５１６に用いる材料としては、実施の形態２に示す材料を用いることができる。また、ここでは図示しないが、第２の電極（陰極）５１６は、外部入力端子であるＦＰＣ５０８に電気的に接続されている。
また、図５（Ｂ）に示す断面図では発光素子５１７を１つのみ図示しているが、画素部５０２において、複数の発光素子がマトリクス状に配置されているものとする。画素部５０２には、３種類（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の発光が得られる発光素子をそれぞれ選択的に形成し、フルカラー表示可能な発光装置を形成することができる。また、カラーフィルタと組み合わせることによってフルカラー表示可能な発光装置としてもよい。
さらに、シール材５０５で封止基板５０６を素子基板５０１と貼り合わせることにより、素子基板５０１、封止基板５０６、およびシール材５０５で囲まれた空間５１８に発光素子５１７が備えられた構造になっている。なお、空間５１８には、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材５０５で充填される構成も含むものとする。
なお、シール材５０５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５０６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、アクティブマトリクス型の発光装置を得ることができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を適用して作製された発光装置を用いて完成させた様々な電子機器の一例について、図６、図７を用いて説明する。
発光装置を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置（テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図６に示す。
図６（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７１０３が組み込まれている。表示部７１０３により、映像を表示することが可能であり、発光装置を表示部７１０３に用いることができる。また、ここでは、スタンド７１０５により筐体７１０１を支持した構成を示している。
テレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７１１０により行うことができる。リモコン操作機７１１０が備える操作キー７１０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部７１０３に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機７１１０に、当該リモコン操作機７１１０から出力する情報を表示する表示部７１０７を設ける構成としてもよい。
なお、テレビジョン装置７１００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）又は双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
図６（Ｂ）は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、ポインティングデバイス７２０６等を含む。なお、コンピュータは、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６（Ｃ）は携帯型遊技機であり、筐体７３０１と筐体７３０２の２つの筐体で構成されており、連結部７３０３により、開閉可能に連結されている。筐体７３０１には表示部７３０４が組み込まれ、筐体７３０２には表示部７３０５が組み込まれている。また、図６（Ｃ）に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部７３０６、記録媒体挿入部７３０７、ＬＥＤランプ７３０８、入力手段（操作キー７３０９、接続端子７３１０、センサ７３１１（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン７３１２）等を備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも表示部７３０４および表示部７３０５の両方、又は一方に発光装置を用いていればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図６（Ｃ）に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図６（Ｃ）に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
図６（Ｄ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機７４００は、筐体７４０１に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、外部接続ポート７４０４、スピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、携帯電話機７４００は、発光装置を表示部７４０２に用いることにより作製される。
図６（Ｄ）に示す携帯電話機７４００は、表示部７４０２を指などで触れることで、情報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は、表示部７４０２を指などで触れることにより行うことができる。
表示部７４０２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部７４０２を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部７４０２の画面のほとんどにキーボード又は番号ボタンを表示させることが好ましい。
また、携帯電話機７４００内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機７４００の向き（縦か横か）を判断して、表示部７４０２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
また、画面モードの切り替えは、表示部７４０２を触れること、又は筐体７４０１の操作ボタン７４０３の操作により行われる。また、表示部７４０２に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
また、入力モードにおいて、表示部７４０２の光センサで検出される信号を検知し、表示部７４０２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
表示部７４０２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部７４０２に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライト又は近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は２つ折り可能なタブレット型端末である。図７（Ａ）は、開いた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂ、表示モード切り替えスイッチ９０３４、電源スイッチ９０３５、省電力モード切り替えスイッチ９０３６、留め具９０３３、操作スイッチ９０３８、を有する。なお、当該タブレット型端末は、発光装置を表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂの一方又は両方に用いることにより作製される。
表示部９６３１ａは、一部をタッチパネルの領域９６３２ａとすることができ、表示された操作キー９６３７にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部９６３１ａにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領域がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部９６３１ａの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部９６３１ａの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部９６３１ｂを表示画面として用いることができる。
また、表示部９６３１ｂにおいても表示部９６３１ａと同様に、表示部９６３１ｂの一部をタッチパネルの領域９６３２ｂとすることができる。また、タッチパネルのキーボード表示切り替えボタン９６３９が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで表示部９６３１ｂにキーボードボタン表示することができる。
また、タッチパネルの領域９６３２ａとタッチパネルの領域９６３２ｂに対して同時にタッチ入力することもできる。
また、表示モード切り替えスイッチ９０３４は、縦表示または横表示などの表示の向きを切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイッチ９０３６は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内蔵させてもよい。
また、図７（Ａ）では表示部９６３１ｂと表示部９６３１ａの表示面積が同じ例を示しているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネルとしてもよい。
図７（Ｂ）は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、太陽電池９６３３、充放電制御回路９６３４、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有する。なお、図７（Ｂ）では充放電制御回路９６３４の一例としてバッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有する構成について示している。
なお、タブレット型端末は２つ折り可能なため、未使用時に筐体９６３０を閉じた状態にすることができる。従って、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂを保護できるため、耐久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。
また、この他にも図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示したタブレット型端末は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。
タブレット型端末の表面に装着された太陽電池９６３３によって、電力をタッチパネル、表示部、または映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池９６３３は、筐体９６３０の一面または二面に設けると、効率的なバッテリー９６３５の充電を行う構成とすることができるため好適である。なおバッテリー９６３５としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
また、図７（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図７（Ｃ）にブロック図を示し説明する。図７（Ｃ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３８、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６３１について示しており、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３８、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が、図７（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３４に対応する箇所となる。
まず外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようＤＣＤＣコンバータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽電池９６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６３８で表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部９６３１での表示を行わない際には、スイッチＳＷ１をオフにし、スイッチＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５の充電を行う構成とすればよい。
なお太陽電池９６３３については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、圧電素子（ピエゾ素子）や熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段によるバッテリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線（非接触）で電力を送受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。
また、上記実施の形態で説明した表示部を具備していれば、図７に示した電子機器に特に限定されないことは言うまでもない。
以上のようにして、本発明の一態様である発光装置を適用して電子機器を得ることができる。発光装置の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を含む発光装置を適用した照明装置の一例について、図８を用いて説明する。
図８は、発光装置を室内の照明装置８００１として用いた例である。なお、発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置を形成することもできる。その他、曲面を有する筐体を用いることで、発光領域が曲面を有する照明装置８００２を形成することもできる。本実施の形態で示す発光装置に含まれる発光素子は薄膜状であり、筐体のデザインの自由度が高い。したがって、様々な意匠を凝らした照明装置を形成することができる。さらに、室内の壁面に大型の照明装置８００３を備えても良い。
また、発光装置をテーブルの表面に用いることによりテーブルとしての機能を備えた照明装置８００４とすることができる。なお、その他の家具の一部に発光装置を用いることにより、家具としての機能を備えた照明装置とすることができる。
以上のように、発光装置を適用した様々な照明装置が得られる。なお、これらの照明装置は本発明の一態様に含まれるものとする。
また、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子を作製し、その特性について測定した結果を示す。なお、本実施例における発光素子１は、発光素子２および発光素子３に対する比較発光素子である。本実施例では、発光素子の発光層において、発光素子２および発光素子３に用いているホスト材料（１０，１５−ジヒドロ−５，１０，１５−トリフェニル−５Ｈ−ジインドロ［３，２−ａ：３’，２’−ｃ］カルバゾール（略称：Ｐ３Ｄｉｃ））は、発光素子１に用いているホスト材料（９−フェニル−９Ｈ−３−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）カルバゾール（略称：ＰＣＣＰ））よりもＨＯＭＯ準位が大きい。すなわち、発光素子２および発光素子３において、ホスト材料（Ｐ３Ｄｉｃ（略称））のＨＯＭＯ準位と、ゲスト材料（［Ｉｒ（ｍｐｐｔｚ−ｄｍｐ）３］（略称））のＨＯＭＯ準位の差は、０．３ｅＶ以下であるが、比較発光素子である発光素子１は、それよりも大きい。本実施例で作製する発光素子について、図９を用いて説明する。なお、本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。
≪発光素子１、発光素子２、および発光素子３の作製≫
まず、ガラス製の基板１１００上に酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＳＯ）をスパッタリング法により成膜し、陽極として機能する第１の電極１１０１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、基板１１００上に発光素子を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し、２００℃で１時間焼成した後、ＵＶオゾン処理を３７０秒行った。
その後、１０−４Ｐａ程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、１７０℃で３０分間の真空焼成を行った後、基板１１００を３０分程度放冷した。
次に、第１の電極１１０１が形成された面が下方となるように、基板１１００を真空蒸着装置内に設けられたホルダーに固定した。本実施例では、真空蒸着法により、ＥＬ層１１０２を構成する正孔注入層１１１１、正孔輸送層１１１２、発光層１１１３、電子輸送層１１１４、電子注入層１１１５が順次形成される場合について説明する。
真空装置内を１０−４Ｐａに減圧した後、１，３，５−トリ（ジベンゾチオフェン−４−イル）ベンゼン（略称：ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ）と酸化モリブデン（ＶＩ）とを、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ（略称）：酸化モリブデン＝４：２（質量比）となるように共蒸着することにより、第１の電極１１０１上に正孔注入層１１１１を形成した。膜厚は６０ｎｍとした。なお、共蒸着とは、異なる複数の物質をそれぞれ異なる蒸発源から同時に蒸発させる蒸着法である。
次に、発光素子１の場合には、９−フェニル−９Ｈ−３−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）カルバゾール（略称：ＰＣＣＰ）を２０ｎｍ蒸着することにより、正孔輸送層１１１２を形成した。また、発光素子２および発光素子３の場合には、１０，１５−ジヒドロ−５，１０，１５−トリフェニル−５Ｈ−ジインドロ［３，２−ａ：３’，２’−ｃ］カルバゾール（略称：Ｐ３Ｄｉｃ）を２０ｎｍ蒸着することにより、正孔輸送層１１１２を形成した。
次に、正孔輸送層１１１２上に発光層１１１３を形成した。
発光素子１の場合には、ＰＣＣＰ（略称）、３，５−ビス［３（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］ピリジン（略称：３５ＤＣｚＰＰｙ）、トリス｛２−［５−（２−メチルフェニル）−４−（２，６−ジメチルフェニル）−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル−κＮ２］フェニル−κＣ｝イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｍｐｐｔｚ−ｄｍｐ）３］）を、ＰＣＣＰ（略称）：３５ＤＣｚＰＰｙ（略称）：［Ｉｒ（ｍｐｐｔｚ−ｄｍｐ）３］（略称）＝１：０．３：０．０６（質量比）となるように３０ｎｍの膜厚で共蒸着して、第１の発光層１１１３ａを形成した後、さらに３５ＤＣｚＰＰｙ（略称）：［Ｉｒ（ｍｐｐｔｚ−ｄｍｐ）３］（略称）＝１：０．０６（質量比）となるように１０ｎｍの膜厚で共蒸着することにより第２の発光層１１１３ｂを形成し、積層構造を有する発光層１１１３を形成した。
また、発光素子２の場合には、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）、３５ＤＣｚＰＰｙ（略称）、［Ｉｒ（ｍｐｐｔｚ−ｄｍｐ）３］（略称）を、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）：３５ＤＣｚＰＰｙ（略称）：［Ｉｒ（ｍｐｐｔｚ−ｄｍｐ）３］（略称）＝１：０．３：０．０６（質量比）となるように３０ｎｍの膜厚で共蒸着して、第１の発光層１１１３ａを形成した後、さらに３５ＤＣｚＰＰｙ（略称）：［Ｉｒ（ｍｐｐｔｚ−ｄｍｐ）３］（略称）＝１：０．０６（質量比）となるように１０ｎｍの膜厚で共蒸着することにより第２の発光層１１１３ｂを形成し、積層構造を有する発光層１１１３を形成した。
また、発光素子３の場合には、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）、３５ＤＣｚＰＰｙ（略称）、［Ｉｒ（ｍｐｐｔｚ−ｄｍｐ）３］（略称）を、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）：３５ＤＣｚＰＰｙ（略称）：［Ｉｒ（ｍｐｐｔｚ−ｄｍｐ）３］（略称）＝０．３：１：０．０６（質量比）となるように３０ｎｍの膜厚で共蒸着して、第１の発光層１１１３ａを形成した後、さらに３５ＤＣｚＰＰｙ（略称）：［Ｉｒ（ｍｐｐｔｚ−ｄｍｐ）３］（略称）＝１：０．０６（質量比）となるように１０ｎｍの膜厚で共蒸着することにより第２の発光層１１１３ｂを形成し、積層構造を有する発光層１１１３を形成した。
次に、発光層１１１３上に２−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール（略称：ｍＤＢＴＢＩｍ−ＩＩ）を１０ｎｍ蒸着した後、バソフェナントロリン（略称：Ｂｐｈｅｎ）を１５ｎｍ蒸着することにより、積層構造を有する電子輸送層１１１４を形成した。さらに電子輸送層１１１４上にフッ化リチウムを１ｎｍ蒸着することにより、電子注入層１１１５を形成した。
最後に、電子注入層１１１５上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように蒸着し、陰極となる第２の電極１１０３を形成し、発光素子１、発光素子２、および発光素子３を得た。なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
発光素子１、発光素子２、および発光素子３の素子構造を表１に示す。
また、作製した発光素子１、発光素子２、および発光素子３は、大気に曝されないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した（シール材を素子の周囲に塗布し、封止時に８０℃にて１時間熱処理）。
≪発光素子１、発光素子２、および発光素子３の動作特性≫
作製した発光素子１、発光素子２、および発光素子３の動作特性について測定した。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
まず、発光素子１、発光素子２、および発光素子３の電圧−電流特性を図１０に示す。なお、図１０において、縦軸は、電流（ｍＡ）、横軸は、電圧（Ｖ）を示す。また、発光素子１、発光素子２、および発光素子３の輝度−色度特性を図１１に示す。なお、図１１において、縦軸は、色度座標、横軸は、輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。さらに、発光素子１、発光素子２、および発光素子３の輝度−外部エネルギー効率特性を図１２に示す。なお、図１２において、縦軸は、外部エネルギー効率（％）、横軸は、輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。
図１０より、本発明の一態様である発光素子２および発光素子３は、比較発光素子である発光素子１に比べて、低い駆動電圧を示すことがわかる。また、図１２より、発光素子２および発光素子３は、発光素子１よりも外部エネルギー効率が高いことがわかる。このことは、発光素子２および発光素子３の発光層に用いたＰ３Ｄｉｃ（略称）が、発光素子１の発光層に用いたＰＣＣＰに比べて、ＨＯＭＯ準位が高く（［Ｉｒ（ｍｐｐｔｚ−ｄｍｐ）３］（略称）のＨＯＭＯ準位と近く）、さらに、Ｔ１準位が高いことにより、駆動電圧が低く、発光効率が向上するためであると考えられる。これは、発光層でのＰ３Ｄｉｃ（略称）の含有量が多い発光素子２の方が、発光素子３よりも低駆動電圧、高効率なことからも言える。
また、図１１からは、発光素子２および発光素子３の色度は、発光素子１と同程度の色度であることがわかる。したがって、本発明の一態様である発光素子２および発光素子３は、発光素子１と同程度の色度を維持しつつ、発光素子１よりも特性を向上させることができたことがわかる。また各輝度で色変化が少なく、良好なキャリアバランスを示すことがわかる。
なお、１０００ｃｄ／ｍ２付近における発光素子１、発光素子２、および発光素子３の主な初期特性値を以下の表２に示す。
また、発光素子１、発光素子２、および発光素子３に０．１ｍＡの電流を流した際の発光スペクトルを、図１３に示す。図１３に示す通り、発光素子１、発光素子２、および発光素子３の発光スペクトルは４８１ｎｍ付近と５０８ｎｍ付近にピークを有しており、いずれも発光層１１１３において［Ｉｒ（ｍｐｐｔｚ−ｄｍｐ）３］（略称）の発光に由来していることが分かった。
以上より、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）は青色のホスト材料として用いるのに十分高いＴ１準位を持つことがわかった。すなわち、可視域に発光ピークを有する燐光発光素子の発光層において、ホスト材料として用いることができる。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子を作製し、その特性について測定した結果を示す。なお、本実施例における発光素子４は、発光素子５に対する比較発光素子である。また、本実施例における発光素子４および発光素子５の説明には、実施例１で発光素子１、発光素子２、および発光素子３の説明に用いた図９を用いることとする。また、本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。
≪発光素子４および発光素子５の作製≫
まず、ガラス製の基板１１００上に酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）をスパッタリング法により成膜し、陽極として機能する第１の電極１１０１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、基板１１００上に発光素子を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し、２００℃で１時間焼成した後、ＵＶオゾン処理を３７０秒行った。
その後、１０−４Ｐａ程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、１７０℃で３０分間の真空焼成を行った後、基板１１００を３０分程度放冷した。
次に、第１の電極１１０１が形成された面が下方となるように、基板１１００を真空蒸着装置内に設けられたホルダーに固定した。本実施例では、真空蒸着法により、ＥＬ層１１０２を構成する正孔注入層１１１１、正孔輸送層１１１２、発光層１１１３、電子輸送層１１１４、電子注入層１１１５が順次形成される場合について説明する。
真空装置内を１０−４Ｐａに減圧した後、１，３，５−トリ（ジベンゾチオフェン−４−イル）ベンゼン（略称：ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ）と酸化モリブデン（ＶＩ）とを、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ（略称）：酸化モリブデン＝４：２（質量比）となるように共蒸着することにより、第１の電極１１０１上に正孔注入層１１１１を形成した。膜厚は６０ｎｍとした。なお、共蒸着とは、異なる複数の物質をそれぞれ異なる蒸発源から同時に蒸発させる蒸着法である。
次に、９−［３−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル］９Ｈ−カルバゾール（略称：ｍＣｚＦＬＰ）を２０ｎｍ蒸着することにより、正孔輸送層１１１２を形成した。
次に、正孔輸送層１１１２上に発光層１１１３を形成した。
発光素子４の場合には、４，６−ビス［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ピリミジン（略称：４，６ｍＤＢＴＰ２Ｐｍ−ＩＩ）、ＰＣＣＰ（略称）、トリス（２−フェニルピリジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｐｐｙ）３］）を、４，６ｍＤＢＴＰ２Ｐｍ−ＩＩ（略称）：ＰＣＣＰ（略称）：［Ｉｒ（ｐｐｙ）３］（略称）＝０．７：０．３：０．０６（質量比）となるように２０ｎｍの膜厚で共蒸着して、第１の発光層１１１３ａを形成した後、さらに４，６ｍＤＢＴＰ２Ｐｍ−ＩＩ（略称）：ＰＣＣＰ（略称）：［Ｉｒ（ｐｐｙ）３］（略称）＝０．８：０．２：０．０６（質量比）となるように２０ｎｍの膜厚で共蒸着することにより第２の発光層１１１３ｂを形成し、積層構造を有する発光層１１１３を形成した。
また、発光素子５の場合には、４，６−ビス［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ピリミジン（略称：４，６ｍＤＢＴＰ２Ｐｍ−ＩＩ）、１０，１５−ジヒドロ−５，１０，１５−トリフェニル−５Ｈ−ジインドロ［３，２−ａ：３’，２’−ｃ］カルバゾール（略称：Ｐ３Ｄｉｃ）、トリス（２−フェニルピリジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｐｐｙ）３］）を、４，６ｍＤＢＴＰ２Ｐｍ−ＩＩ（略称）：Ｐ３Ｄｉｃ（略称）：［Ｉｒ（ｐｐｙ）３］（略称）＝０．７：０．３：０．０６（質量比）となるように２０ｎｍの膜厚で共蒸着して、第１の発光層１１１３ａを形成した後、さらに４，６ｍＤＢＴＰ２Ｐｍ−ＩＩ（略称）：Ｐ３Ｄｉｃ（略称）：［Ｉｒ（ｐｐｙ）３］（略称）＝０．８：０．２：０．０６（質量比）となるように２０ｎｍの膜厚で共蒸着することにより第２の発光層１１１３ｂを形成し、積層構造を有する発光層１１１３を形成した。
次に、発光層１１１３上に４，６ｍＤＢＴＰ２Ｐｍ−ＩＩ（略称）を１０ｎｍ蒸着した後、バソフェナントロリン（略称：Ｂｐｈｅｎ）を２０ｎｍ蒸着することにより、積層構造を有する電子輸送層１１１４を形成した。さらに電子輸送層１１１４上にフッ化リチウムを１ｎｍ蒸着することにより、電子注入層１１１５を形成した。
最後に、電子注入層１１１５上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように蒸着し、陰極となる第２の電極１１０３形成し、発光素子４及び発光素子５を得た。なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
発光素子４および発光素子５の素子構造を表３に示す。
また、作製した発光素子４および発光素子５は、大気に曝されないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した（シール材を素子の周囲に塗布し、封止時に８０℃にて１時間熱処理）。
≪発光素子４および発光素子５の動作特性≫
作製した発光素子４および発光素子５の動作特性について測定した。なお、測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。
まず、発光素子４および発光素子５の電圧−電流特性を図１４に示す。なお、図１４において、縦軸は、電流（ｍＡ）、横軸は、電圧（Ｖ）を示す。また、発光素子４および発光素子５の輝度−色度特性を図１５に示す。なお、図１５において、縦軸は、色度座標、横軸は、輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。さらに、発光素子４および発光素子５の輝度−外部エネルギー効率特性を図１６に示す。なお、図１６において、縦軸は、外部エネルギー効率（％）、横軸は、輝度（ｃｄ／ｍ２）を示す。
図１６に示す外部エネルギー効率において、発光素子５は、発光素子４よりも外部エネルギー効率が高いことがわかる。このことは、発光素子５の発光層に用いたＰ３Ｄｉｃが、発光素子４の発光層に用いたＰＣＣＰに比べて、ＨＯＭＯ準位が大きくキャリア輸送性が高いため、再結合領域が広がり、キャリアバランスが向上したためであると考えられる。
また、図１５からは、発光素子５の色度は、発光素子４と同程度の色度であることがわかる。したがって、本発明の一態様である発光素子５は、発光素子４と同程度の色度を維持しつつ、発光素子４よりも特性を向上させることができたことがわかった。
なお、１０００ｃｄ／ｍ２付近における発光素子４および発光素子５の主な初期特性値を以下の表４に示す。
また、発光素子４および発光素子５に０．１ｍＡの電流を流した際の発光スペクトルを、図１７に示す。図１７に示す通り、発光素子４および発光素子５の発光スペクトルは５１７ｎｍ付近と５４４ｎｍ付近にピークを有しており、いずれも発光層１１１３において［Ｉｒ（ｐｐｙ）３］（略称）の発光に由来していることが分かった。また各輝度で色変化が少なく、良好なキャリアバランスを示すことがわかった。
本実施例では、本発明の一態様である１０，１５−ジヒドロ−５，１０，１５−トリフェニル−５Ｈ−ジインドロ［３，２−ａ：３’，２’−ｃ］カルバゾール（略称：Ｐ３Ｄｉｃ（構造式（１０４））、１０，１５−ジヒドロ−５，１０，１５−トリビフェニル−５Ｈ−ジインドロ［３，２−ａ：３’，２’−ｃ］カルバゾール（略称：ＢＰ３Ｄｉｃ（構造式（１０１）））、下記構造式で示される化合物（構造式（１０１）、構造式（１０２）、構造式（１０３）、構造式（１０５）、構造式（１０６）、構造式（１０７）、および構造式（１０８））、さらに比較例として用いる１０，１５−ジヒドロ−５Ｈ−ジインドロ［３，２−ａ：３’，２’−ｃ］カルバゾール（略称：Ｄｉｃ（構造式（Ｒ０１）））およびＰＣＣＰ（略称）（構造式（Ｒ０２））について、そのＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位、およびＴ１準位について量子化学計算によるシミュレーションを行った。
計算は、一重項と三重項における最安定構造を密度汎関数法で計算した。基底関数として、６−３１１Ｇを全ての原子に適用した。さらに、計算精度向上のため、分極基底系として、水素原子にはｐ関数を、水素原子以外にはｄ関数を加えた。汎関数はＢ３ＰＷ９１を用いた。また、一重項構造のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位の計算をそれぞれ行った。量子化学計算プログラムとしては、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９を使用した。
シミュレーション結果を表５に示す。
表５の結果より、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）（構造式（１００））のＨＯＭＯ準位が高いことがわかった。これは、同様にＨＯＭＯ準位の高いＤｉｃ（略称）（構造式（Ｒ０１））のジインドロカルバゾール骨格に由来するものと考えられる。また、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）は、Ｄｉｃ（略称）の５，１０，１５位にフェニル基がそれぞれ置換された構造を有するが、このジインドロカルバゾール骨格とこれら置換基とが５，１０，１５位でそれぞれ結合することにより、これらの置換基への共役の広がりを抑制することができるため、Ｄｉｃ（略称）同様に高いＴ１準位を維持できるものと考えられる。また、構造式１０３で示される化合物のように、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）のフェニル基にアルキル基が結合された構造を有する場合には、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）と同等のＴ１準位を維持しつつ、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）よりもＨＯＭＯ準位を大きくできることが示唆された。
また、構造式１０４で示されるＢＰ３Ｄｉｃ（略称）は、Ｄｉｃ（略称）の５，１０，１５位にパラビフェニル基がそれぞれ結合された構造であり、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）とほぼ同等のＨＯＭＯ準位と、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）と同様に十分に高いＴ１準位を持つ。これに対して、構造式１０８で示される化合物は、Ｄｉｃ（略称）の５，１０，１５位にメタビフェニル基がそれぞれ結合された構造であり、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）とほぼ同等のＨＯＭＯ準位と、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）と同様に高いＴ１準位をもつことがわかった。
また、構造式１０１、構造式１０２、および構造式１０５で示される化合物は、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）と同程度に高いＨＯＭＯ準位を維持しているが、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）の方がＬＵＭＯ準位が大きく、Ｔ１準位が高いことがわかった。これは、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）の場合のように５，１０，１５位にフェニル基が置換された構造であれば、共役の広がりを抑制することができたが、構造式１０１、構造式１０２、および構造式１０５で示される化合物のように５，１０，１５位のいずれかにフェニル基よりも共役の大きい置換基が置換された構造を有する場合には、共役の広がりによる影響を受けるため、ＬＵＭＯ準位が小さく、Ｔ１準位が低下してしまうものと考えられる。ＬＵＭＯ準位が小さくなるため、これら化合物を用いて作製される発光素子の駆動電圧を低くできることが示唆された。
また、構造式１０６、構造式１０７で示される化合物は、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）のフェニル基の代わりに複素環であるピリミジンが結合された構造を有する。なお、ピリミジンは、電子欠乏性の骨格であるため、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）よりもＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位共に深くなるものと考えられる。しかし、ピリミジンは６員環であるため、共役が広がりにくいため、Ｔ１準位はＰ３Ｄｉｃ（略称）と同等のものが得られることがわかった。従って、構造式１０６、構造式１０７で示される化合物は、バイポーラ性と高いＴ１準位を兼ね備えた化合物であることがわかった。また、比較的短波長の燐光材料のホスト材料として好適であることがわかった。
次に、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）（構造式（１００））、ＢＰ３Ｄｉｃ（略称）（構造式（１０４））、およびＰＣＣＰ（略称）（構造式（Ｒ０２））について、ＣＶ測定により測定したＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位の実測値、薄膜での蛍光発光スペクトルのピーク波長、燐光発光スペクトルのピーク波長、およびＴ１準位をそれぞれ表６に示す。
実測値からも、Ｐ３Ｄｉｃ（略称）およびＢＰ３Ｄｉｃ（略称）は、ＨＯＭＯ準位が高いことがわかった。また、高いＴ１準位をもち、可視域の発光材料のホストとして用いることができることが分かった。
なお、燐光ピークに関しては、薄膜を１０Ｋまで冷却し、励起光を当てて得られた発光スペクトルを時間分解法により求めた。ここで示すＴ１準位はこの燐光ピーク値をエネルギー値に変換した値である。
１０ 発光層
１１ 第１の有機化合物（ホスト材料）
１２ 第２の有機化合物（ゲスト材料）
１３ ホール輸送層
１４ ホスト材料
１０１ 陽極
１０２ 陰極
１０３ ＥＬ層
１０４ 発光層
１０５ 第１の有機化合物（ホスト材料）
１０６ 第２の有機化合物（ゲスト材料）
２０１ 第１の電極（陽極）
２０２ 第２の電極（陰極）
２０３ ＥＬ層
２０４ 正孔注入層
２０５ 正孔輸送層
２０６ 発光層
２０７ 電子輸送層
２０８ 電子注入層
２０９ 第１の有機化合物（ホスト材料）
２１０ 第２の有機化合物（ゲスト材料）
３０１ 第１の電極
３０２（１）〜３０２（ｎ） ＥＬ層
３０４ 第２の電極
３０５ 電荷発生層
３０５（１）〜３０５（ｎ−１） 電荷発生層
５０１ 素子基板
５０２ 画素部
５０３ 駆動回路部（ソース線駆動回路）
５０４ａ、５０４ｂ 駆動回路部（ゲート線駆動回路）
５０５ シール材
５０６ 封止基板
５０７ 配線
５０８ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
５０９ ｎチャネル型ＴＦＴ
５１０ ｐチャネル型ＴＦＴ
５１１ スイッチング用ＴＦＴ
５１２ 電流制御用ＴＦＴ
５１３ 第１の電極（陽極）
５１４ 絶縁物
５１５ ＥＬ層
５１６ 第２の電極（陰極）
５１７ 発光素子
５１８ 空間
１１００ 基板
１１０１ 第１の電極
１１０２ ＥＬ層
１１０３ 第２の電極
１１１１ 正孔注入層
１１１２ 正孔輸送層
１１１３ 発光層
１１１３ａ 第１の発光層
１１１３ｂ 第２の発光層
１１１４ 電子輸送層
１１１５ 電子注入層
７１００ テレビジョン装置
７１０１ 筐体
７１０３ 表示部
７１０５ スタンド
７１０７ 表示部
７１０９ 操作キー
７１１０ リモコン操作機
７２０１ 本体
７２０２ 筐体
７２０３ 表示部
７２０４ キーボード
７２０５ 外部接続ポート
７２０６ ポインティングデバイス
７３０１ 筐体
７３０２ 筐体
７３０３ 連結部
７３０４ 表示部
７３０５ 表示部
７３０６ スピーカ部
７３０７ 記録媒体挿入部
７３０８ ＬＥＤランプ
７３０９ 操作キー
７３１０ 接続端子
７３１１ センサ
７３１２ マイクロフォン
７４００ 携帯電話機
７４０１ 筐体
７４０２ 表示部
７４０３ 操作ボタン
７４０４ 外部接続ポート
７４０５ スピーカ
７４０６ マイク
８００１ 照明装置
８００２ 照明装置
８００３ 照明装置
８００４ 照明装置
９０３３ 留め具
９０３４ 表示モード切り替えスイッチ
９０３５ 電源スイッチ
９０３６ 省電力モード切り替えスイッチ
９０３８ 操作スイッチ
９６３０ 筐体
９６３１ 表示部
９６３１ａ 表示部
９６３１ｂ 表示部
９６３２ａ タッチパネルの領域
９６３２ｂ タッチパネルの領域
９６３３ 太陽電池
９６３４ 充放電制御回路
９６３５ バッテリー
９６３６ ＤＣＤＣコンバータ
９６３７ 操作キー
９６３８ コンバータ
９６３９ ボタン

Claims (6)

  1. 一対の電極間に、下記一般式（Ｇ１）で示される第１の有機化合物と、燐光性化合物である第２の有機化合物と、を含む層を有し、
    前記第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位と、前記第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位の差は、０．３ｅＶ以下であることを特徴とする発光素子。

    （式中、α１〜α３は、それぞれ独立に、置換または無置換のフェニレン基、置換または無置換のビフェニルジイル基のいずれかを表し、Ａｒ１〜Ａｒ３は、それぞれ独立に、置換または無置換のフェニル基、置換または無置換のピリジル基、置換または無置換のピリミジル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフルオレニル基、置換または無置換のトリフェニレニル基、置換または無置換のフェナントレニル基のいずれかを表し、ｌ、ｍ、ｎは、それぞれ独立に０または１である。）
  2. 一対の電極間に、下記構造式（１００）で示される第１の有機化合物と、燐光性化合物である第２の有機化合物と、を含む層を有し、
    前記第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位と、前記第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位の差は、０．３ｅＶ以下であることを特徴とする発光素子。
  3. 請求項１または請求項２において、
    前記第２の有機化合物は、有機金属錯体であることを特徴とする発光素子。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の発光素子を用いた発光装置。
  5. 請求項４に記載の発光装置を用いた電子機器。
  6. 請求項４に記載の発光装置を用いた照明装置。
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