JP2021040157A - 発光素子、発光装置、照明装置及び電子機器 - Google Patents

発光素子、発光装置、照明装置及び電子機器 Download PDF

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Tomoko Numata
智子 沼田
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Nobuharu Osawa
信晴 大澤
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英子 吉住
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Abstract

【課題】外部量子効率が高い発光素子を提供する。また、駆動電圧の低い発光素子を提供する。
【解決手段】燐光性化合物、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光層を一対の電極間に有し、第１の有機化合物及び第２の有機化合物が、励起錯体（エキサイプレックス）を形成する組み合わせであり、励起錯体の発光スペクトルが、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯と重なり、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯のピーク波
長以上である発光素子。
【選択図】図１

Description

有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）現象
を利用した発光素子（以下、有機ＥＬ素子とも記す）に関する。
有機ＥＬ素子の研究開発が盛んに行われている。有機ＥＬ素子の基本的な構成は、一対の
電極間に発光性の有機化合物を含む層（以下、発光層とも記す）を挟んだものであり、薄
型軽量化できる、入力信号に高速に応答できる、直流低電圧駆動が可能であるなどの特性
から、次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。また、このよう
な発光素子を用いたディスプレイは、コントラストや画質に優れ、視野角が広いという特
徴も有している。さらに、有機ＥＬ素子は面光源であるため、液晶ディスプレイのバック
ライトや照明等の光源としての応用も考えられている。
有機ＥＬ素子の発光機構は、キャリア注入型である。すなわち、電極間に発光層を挟んで
電圧を印加することにより、電極から注入された電子およびホール（正孔）が再結合して
発光物質が励起状態となり、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。そして、励起
状態の種類としては、一重項励起状態（Ｓ＊）と三重項励起状態（Ｔ＊）が可能である。
また、発光素子におけるその統計的な生成比率は、Ｓ＊：Ｔ＊＝１：３であると考えられ
ている。
発光性の有機化合物は通常、基底状態が一重項状態である。したがって、一重項励起状態
（Ｓ＊）からの発光は、同じスピン多重度間の電子遷移であるため蛍光と呼ばれる。一方
、三重項励起状態（Ｔ＊）からの発光は、異なるスピン多重度間の電子遷移であるため燐
光と呼ばれる。ここで、蛍光を発する化合物（以下、蛍光性化合物と記す）は室温におい
て、通常、燐光は観測されず蛍光のみが観測される。したがって、蛍光性化合物を用いた
発光素子における内部量子効率（注入したキャリアに対して発生するフォトンの割合）の
理論的限界は、Ｓ＊：Ｔ＊＝１：３であることを根拠に２５％とされている。
一方、燐光を発する化合物（以下、燐光性化合物と記す）を用いれば、内部量子効率は１
００％にまで理論上は可能となる。つまり、蛍光性化合物に比べて高い発光効率を得るこ
とが可能になる。このような理由から、高効率な発光素子を実現するために、燐光性化合
物を用いた発光素子の開発が近年盛んに行われている。特に、燐光性化合物としては、そ
の燐光量子収率の高さゆえに、イリジウム等を中心金属とする有機金属錯体が注目されて
おり、例えば、特許文献１には、イリジウムを中心金属とする有機金属錯体が燐光材料と
して開示されている。
上述した燐光性化合物を用いて発光素子の発光層を形成する場合、燐光性化合物の濃度消
光や三重項−三重項消滅による消光を抑制するために、他の化合物からなるマトリクス中
に該燐光性化合物が分散するようにして形成することが多い。この時、マトリクスとなる
化合物はホスト材料、燐光性化合物のようにマトリクス中に分散される化合物はゲスト材
料と呼ばれる。
国際公開第００／７０６５５号パンフレット
しかし、一般に、有機ＥＬ素子における光取り出し効率は２０％〜３０％程度と言われて
いる。したがって、反射電極や透明電極による光の吸収を考慮すると、燐光性化合物を用
いた発光素子の外部量子効率の限界は、２５％程度と考えられている。
また、前述の通り、有機ＥＬ素子は、ディスプレイや照明への応用が考えられている。こ
のとき、課題の一つとして、消費電力の低減が挙げられる。消費電力を低くするためには
、有機ＥＬ素子の駆動電圧を低くすることが重要である。
そこで、本発明の一態様は、外部量子効率が高い発光素子を提供することを課題の一とす
る。また、本発明の一態様は、駆動電圧の低い発光素子を提供することを課題の一とする
。
なお、以下に開示する発明は、上記課題の少なくともいずれか一つを解決することを目的
とする。
本発明の一態様は、燐光性化合物、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光
層を一対の電極間に有し、第１の有機化合物及び第２の有機化合物が、励起錯体を形成す
る組み合わせであり、励起錯体の発光スペクトルが、燐光性化合物の吸収スペクトルの最
も長波長側に位置する吸収帯と重なり、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が、燐光
性化合物の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯のピーク波長以上である発光
素子である。
また、本発明の一態様は、燐光性化合物、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含
む発光層を一対の電極間に有し、第１の有機化合物及び第２の有機化合物が、励起錯体を
形成する組み合わせであり、励起錯体の発光スペクトルが、燐光性化合物の吸収スペクト
ルの最も長波長側に位置する吸収帯と重なり、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長と
、燐光性化合物の発光スペクトルのピーク波長との差が３０ｎｍ以下である発光素子であ
る。
また、本発明の一態様は、燐光性化合物、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含
む発光層を一対の電極間に有し、第１の有機化合物及び第２の有機化合物が、励起錯体を
形成する組み合わせであり、励起錯体の発光スペクトルが、燐光性化合物の吸収スペクト
ルの最も長波長側に位置する吸収帯と重なり、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が
、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯のピーク波長以上、燐
光性化合物の発光スペクトルのピーク波長以下である発光素子である。さらに、励起錯体
の発光スペクトルのピーク波長と、燐光性化合物の発光スペクトルのピーク波長との差が
３０ｎｍ以下であることが好ましい。
また、本発明の一態様は、第１の有機化合物の一重項励起子から、励起錯体が形成される
上記発光素子である。
また、本発明の一態様は、第１の有機化合物のアニオン及び第２の有機化合物のカチオン
から、励起錯体が形成される上記発光素子である。
上記発光素子において、励起錯体の励起エネルギーが燐光性化合物に移動して、該燐光性
化合物が燐光を発することが好ましい。
上記発光素子において、第１の有機化合物及び第２の有機化合物の少なくとも一方が蛍光
性化合物であることが好ましい。
上記発光素子において、燐光性化合物は、有機金属錯体であることが好ましい。
本発明の一態様の発光素子は、発光装置、電子機器、及び照明装置に適用することができ
る。
本発明の一態様では、外部量子効率が高い発光素子を提供することができる。また、本発
明の一態様では、駆動電圧の低い発光素子を提供することができる。
実施例１に係る吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。 実施例１に係る吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。 実施例１に係る吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。 実施例１に係る吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。 本発明の一態様の概念を説明する図。 本発明の一態様で適用する励起錯体のエネルギー準位を説明する図。 本発明の一態様の発光素子を示す図。 実施例２の発光素子の構成を示す図。 実施例２の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例２の発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例２の発光素子の輝度−電力効率特性を示す図。 実施例２の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例２の発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例２の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。 実施例３に係る励起錯体の発光スペクトルのピーク波長と物質ＸのＨＯＭＯ準位の関係を示す図。 実施例３に係る励起錯体の発光スペクトルのピーク波長と発光素子の外部量子効率の関係を示す図。 本発明の一態様に係る計算結果を示す図。 本発明の一態様に係る計算結果を示す図。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定さ
れず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し
得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の
記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において
、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、
その繰り返しの説明は省略する。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子について説明する。
本実施の形態の発光素子は、発光物質であるゲスト材料と、第１の有機化合物と、第２の
有機化合物とを発光層に有する。具体的には、ゲスト材料として燐光性化合物を用いる。
なお、本明細書においては、第１の有機化合物及び第２の有機化合物のうち、発光層に含
まれる割合が多い材料をホスト材料と言う。
ゲスト材料をホスト材料に分散させた構成とすることにより、発光層の結晶化を抑制する
ことができる。また、ゲスト材料の濃度が高いことによる濃度消光を抑制し、発光素子の
発光効率を高くすることができる。
なお、本実施の形態において、第１の有機化合物及び第２の有機化合物のそれぞれの三重
項励起エネルギーの準位（Ｔ１準位）は、ゲスト材料のＴ１準位よりも高いことが好まし
い。第１の有機化合物（又は第２の有機化合物）のＴ１準位がゲスト材料のＴ１準位より
も低いと、発光に寄与するゲスト材料の三重項励起エネルギーを第１の有機化合物（又は
第２の有機化合物）が消光（クエンチ）してしまい、発光効率の低下を招くためである。
＜発光の素過程＞
まず、燐光性化合物をゲスト材料として用いる発光素子における発光の一般的な素過程を
説明する。
（１）電子及びホールがゲスト分子において再結合し、ゲスト分子が励起状態となる場合
（直接再結合過程）。
（１−１）ゲスト分子の励起状態が三重項励起状態のとき
ゲスト分子は燐光を発する。
（１−２）ゲスト分子の励起状態が一重項励起状態のとき
一重項励起状態のゲスト分子は三重項励起状態に項間交差し、燐光を発する。
つまり、上記（１）の直接再結合過程においては、ゲスト分子の項間交差効率、及び燐光
量子収率さえ高ければ、高い発光効率が得られることになる。なお、上述した通り、ホス
ト分子のＴ１準位はゲスト分子のＴ１準位よりも高いことが好ましい。
（２）電子及びホールがホスト分子において再結合し、ホスト分子が励起状態となる場合
（エネルギー移動過程）。
（２−１）ホスト分子の励起状態が三重項励起状態のとき
ホスト分子のＴ１準位がゲスト分子のＴ１準位よりも高い場合、ホスト分子からゲスト
分子に励起エネルギーが移動し、ゲスト分子が三重項励起状態となる。三重項励起状態と
なったゲスト分子は燐光を発する。なお、ゲスト分子の一重項励起エネルギーの準位（Ｓ
１準位）へのエネルギー移動も形式上あり得るが、多くの場合ゲスト分子のＳ１準位の方
がホスト分子のＴ１準位よりも高エネルギー側に位置しており、主たるエネルギー移動過
程になりにくいため、ここでは割愛する。
（２−２）ホスト分子の励起状態が一重項励起状態のとき
ホスト分子のＳ１準位がゲスト分子のＳ１準位およびＴ１準位よりも高い場合、ホスト
分子からゲスト分子に励起エネルギーが移動し、ゲスト分子が一重項励起状態又は三重項
励起状態となる。三重項励起状態となったゲスト分子は燐光を発する。また、一重項励起
状態となったゲスト分子は、三重項励起状態に項間交差し、燐光を発する。
つまり、上記（２）のエネルギー移動過程においては、ホスト分子の三重項励起エネルギ
ー及び一重項励起エネルギーの双方が、いかにゲスト分子に効率良く移動できるかが重要
となる。
このエネルギー移動過程を鑑みれば、ホスト分子からゲスト分子に励起エネルギーが移動
する前に、ホスト分子自体がその励起エネルギーを光又は熱として放出して失活してしま
うと、発光効率が低下することになる。ここで本発明者等は、ホスト分子が一重項励起状
態である場合（上記（２−２））は、三重項励起状態である場合（上記（２−１））に比
べて、燐光性化合物であるゲスト分子へのエネルギー移動が起こりにくく、発光効率が低
下しやすいことを見出し、課題として着目した。その理由は、以下の通り、より詳細にエ
ネルギー移動過程を考慮することで導き出された。
＜エネルギー移動過程＞
以下では、分子間のエネルギー移動過程について詳述する。
まず、分子間のエネルギー移動の機構として、以下の２つの機構が提唱されている。ここ
で、励起エネルギーを与える側の分子をホスト分子、励起エネルギーを受け取る側の分子
をゲスト分子と記す。
≪フェルスター機構（双極子−双極子相互作用）≫
フェルスター機構は、エネルギー移動に、分子間の直接的接触を必要としない。ホスト分
子及びゲスト分子間の双極子振動の共鳴現象を通じてエネルギー移動が起こる。双極子振
動の共鳴現象によってホスト分子がゲスト分子にエネルギーを受け渡し、ホスト分子が基
底状態になり、ゲスト分子が励起状態になる。フェルスター機構の速度定数ｋｈ ＊ →ｇを
数式（１）に示す。
数式（１）において、νは、振動数を表し、ｆ’ｈ（ν）は、ホスト分子の規格化された
発光スペクトル（一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、
三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペクトル）を表し、εｇ（ν
）は、ゲスト分子のモル吸光係数を表し、Ｎは、アボガドロ数を表し、ｎは、媒体の屈折
率を表し、Ｒは、ホスト分子とゲスト分子の分子間距離を表し、τは、実測される励起状
態の寿命（蛍光寿命や燐光寿命）を表し、ｃは、光速を表し、φは、発光量子収率（一重
項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光量子収率、三重項励起状態からのエ
ネルギー移動を論じる場合は燐光量子収率）を表し、Ｋ２は、ホスト分子とゲスト分子の
遷移双極子モーメントの配向を表す係数（０〜４）である。なお、ランダム配向の場合は
Ｋ２＝２／３である。
≪デクスター機構（電子交換相互作用）≫
デクスター機構では、ホスト分子とゲスト分子が軌道の重なりを生じる接触有効距離に近
づき、励起状態のホスト分子の電子と基底状態のゲスト分子の電子の交換を通じてエネル
ギー移動が起こる。デクスター機構の速度定数ｋｈ ＊ →ｇを数式（２）に示す。
数式（２）において、ｈは、プランク定数であり、Ｋは、エネルギーの次元を持つ定数で
あり、νは、振動数を表し、ｆ’ｈ（ν）は、ホスト分子の規格化された発光スペクトル
（一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、三重項励起状態
からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペクトル）を表し、ε’ｇ（ν）は、ゲスト
分子の規格化された吸収スペクトルを表し、Ｌは、実効分子半径を表し、Ｒは、ホスト分
子とゲスト分子の分子間距離を表す。
ここで、ホスト分子からゲスト分子へのエネルギー移動効率ΦＥＴは、数式（３）で表さ
れると考えられる。ｋｒは、ホスト分子の発光過程（一重項励起状態からのエネルギー移
動を論じる場合は蛍光、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光）の速
度定数を表し、ｋｎは、ホスト分子の非発光過程（熱失活や項間交差）の速度定数を表し
、τは、実測されるホスト分子の励起状態の寿命を表す。
まず、数式（３）より、エネルギー移動効率ΦＥＴを高くするためには、エネルギー移動
の速度定数ｋｈ ＊ →ｇを、他の競合する速度定数ｋｒ＋ｋｎ（＝１／τ）に比べて遙かに
大きくすれば良いことがわかる。そして、そのエネルギー移動の速度定数ｋｈ ＊ →ｇを大
きくするためには、数式（１）及び数式（２）より、フェルスター機構、デクスター機構
のどちらの機構においても、ホスト分子の発光スペクトル（一重項励起状態からのエネル
ギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる
場合は燐光スペクトル）とゲスト分子の吸収スペクトルとの重なりが大きい方が良いこと
がわかる。
ここで、本発明者等は、ホスト分子の発光スペクトルとゲスト分子の吸収スペクトルとの
重なりを考える上で、ゲスト分子の吸収スペクトルにおける最も長波長（低エネルギー）
側の吸収帯が重要であると考えた。
本実施の形態では、ゲスト材料として燐光性化合物を用いる。燐光性化合物の吸収スペク
トルにおいて、最も発光に強く寄与すると考えられている吸収帯は、一重項基底状態から
三重項励起状態への直接遷移に相当する吸収波長とその近傍であり、それは最も長波長側
に現れる吸収帯である。このことから、ホスト材料の発光スペクトル（蛍光スペクトル及
び燐光スペクトル）は、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も長波長側の吸収帯と重なる
ことが好ましいと考えられる。
例えば、有機金属錯体、特に発光性のイリジウム錯体において、最も長波長側の吸収帯は
、５００〜６００ｎｍ付近にブロードな吸収帯が現れる場合が多い（無論、発光波長によ
っては、より短波長側やより長波長側に現れる場合もある）。この吸収帯は、主として、
三重項ＭＬＣＴ（Ｍｅｔａｌ ｔｏ Ｌｉｇａｎｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）
遷移に由来する。ただし、該吸収帯には三重項π−π＊遷移や一重項ＭＬＣＴ遷移に由来
する吸収も一部含まれ、これらが重なって、吸収スペクトルの最も長波長側にブロードな
吸収帯を形成していると考えられる。換言すれば、最低一重項励起状態と最低三重項励起
状態の差は小さく、これらに由来する吸収が重なって、吸収スペクトルの最も長波長側に
ブロードな吸収帯を形成していると考えられる。したがって、ゲスト材料に、有機金属錯
体（特にイリジウム錯体）を用いるときは、このように最も長波長側に存在するブロード
な吸収帯と、ホスト材料の発光スペクトルが大きく重なる状態が好ましい。
ここでまず、ホスト材料の三重項励起状態からのエネルギー移動を考えてみる。上述の議
論から、三重項励起状態からのエネルギー移動においては、ホスト材料の燐光スペクトル
とゲスト材料の最も長波長側の吸収帯との重なりが大きくなればよい。
なお、通常、ホスト材料には蛍光性化合物を用いるため、燐光寿命（τ）はミリ秒以上と
非常に長い（ｋｒ＋ｋｎが小さい）。これは、三重項励起状態から基底状態（一重項）へ
の遷移が禁制遷移だからである。数式（３）から、このことはエネルギー移動効率ΦＥＴ
に対して有利に働く。このことも考慮すると、ホスト材料の三重項励起状態からゲスト材
料の三重項励起状態へのエネルギー移動は、総じて起こりやすい傾向にある。
しかしながら、このとき問題となるのは、ホスト材料の一重項励起状態からのエネルギー
移動である。三重項励起状態からのエネルギー移動に加え、一重項励起状態からのエネル
ギー移動も効率よく行おうとすると、上述の議論から、ホスト材料の燐光スペクトルだけ
でなく、蛍光スペクトルをもゲスト材料の最も長波長側の吸収帯と重ねるように設計しな
ければならない。換言すれば、ホスト材料の蛍光スペクトルが、燐光スペクトルと同じよ
うな位置に来るようにホスト材料を設計しなければ、ホスト材料の一重項励起状態及び三
重項励起状態の双方からのエネルギー移動を効率よく行うことはできないということにな
る。
ところが、一般に、Ｓ１準位とＴ１準位は大きく異なる（Ｓ１準位＞Ｔ１準位）ため、蛍
光の発光波長と燐光の発光波長も大きく異なる（蛍光の発光波長＜燐光の発光波長）。例
えば、燐光性化合物を用いた発光素子において、ホスト材料として良く用いられる４，４
’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）は、５００ｎｍ付近に燐光スペ
クトルを有するが、一方で蛍光スペクトルは４００ｎｍ付近であり、１００ｎｍもの隔た
りがある。この例から考えてみても、ホスト材料の蛍光スペクトルが燐光スペクトルと同
じような位置に来るようにホスト材料を設計することは、極めて困難である。したがって
、ホスト材料の一重項励起状態からのゲスト材料へのエネルギー移動効率の向上は、大き
な課題であると本発明者等は考えた。
なお、ホスト材料として用いられる蛍光性化合物の蛍光寿命（τ）はナノ秒レベルと非常
に短い（ｋｒ＋ｋｎが大きい）。これは、一重項励起状態から基底状態（一重項）への遷
移が許容遷移だからである。数式（３）から、このことはエネルギー移動効率ΦＥＴに対
して不利に働く。このことも考慮すると、ホスト材料の一重項励起状態からゲスト材料へ
のエネルギー移動は、総じて起こりにくい傾向にある。
本発明の一態様は、このようなホスト材料の一重項励起状態からのゲスト材料へのエネル
ギー移動効率に関する問題点を克服できる、有用な手法である。
なおこれまで、燐光性化合物は、項間交差を利用すれば、一重項励起状態及び三重項励起
状態の双方を発光に変換できるため（上述の「（１）直接再結合過程」参照）、燐光性化
合物を用いた発光素子の内部量子効率は、理論的に１００％が可能であるとされてきた。
そして、光取り出し効率が２０％という仮定の下に、外部量子効率が２０％に達する発光
素子は、内部量子効率もほぼ１００％が達成できているという議論がなされてきた経緯が
ある。しかし、これら従来の発光素子においては、上述したホスト材料の一重項励起状態
からのエネルギー移動が看過されてきたため、実は内部量子効率１００％には達していな
いと考えられる。なぜならば、以下で述べる本発明の一態様を実施することにより、本発
明者等は外部量子効率２７％以上が達成できているためである（図１２、実施例２参照）
。これは外部量子効率の従来の理論限界と同等以上の値であると言える。つまり、少なく
とも外部量子効率２７％以上が内部量子効率１００％に相当するのであり、本発明の一態
様は、それを達成するのに有用な手法である。なお、このことから、従来の外部量子効率
２０％というのは、内部量子効率にして７５％以下に相当すると見積もられる。
このように、本発明の一態様を適用することで、外部量子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＞
本発明の一態様は、燐光性化合物、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光
層を一対の電極間に有し、第１の有機化合物及び第２の有機化合物が、励起錯体を形成す
る組み合わせであり、励起錯体の発光スペクトルが、燐光性化合物の吸収スペクトルの最
も長波長側の吸収帯と重なり、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が、燐光性化合物
の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯のピーク波長以上である発光素子であ
る。
第１の有機化合物と第２の有機化合物は、キャリア（電子及びホール）の再結合（又は一
重項励起子）によって、励起錯体（エキサイプレックスとも言う）が形成される。形成さ
れた励起錯体が発光する場合、その発光波長は、第１の有機化合物と第２の有機化合物の
それぞれの発光波長（蛍光波長）に比べて、長波長側に存在する。換言すれば、励起錯体
を形成することで、第１の有機化合物の蛍光スペクトルや第２の有機化合物の蛍光スペク
トルを、より長波長側に位置する発光スペクトルに変換することができる。
したがって、図５に示すように、第１の有機化合物（又は第２の有機化合物）の蛍光スペ
クトルが、たとえ燐光性化合物の最も長波長側に位置する吸収帯に比べて短波長側に位置
し、該吸収帯との重なりがなかったとしても、励起錯体を形成することで、長波長の発光
スペクトルが得られ、該吸収帯との重なりを大きくすることができる。本発明の一態様の
発光素子は、この励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なり
を利用して、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高い。したがって、本発
明の一態様では、外部量子効率が高い発光素子を実現することができる。
また、励起錯体は励起状態でのみ存在するため、エネルギーを吸収できる基底状態が存在
しない。したがって、燐光性化合物の一重項励起状態及び三重項励起状態が該励起錯体に
逆エネルギー移動してしまい、燐光性化合物が発光する前に失活する（すなわち発光効率
を損なう）という現象は、原理的に生じないと考えられる。このことも、外部量子効率を
高くできる一因である。
また、励起錯体は一重項励起エネルギーと三重項励起エネルギーの差が極めて小さいと考
えられる。換言すれば、励起錯体の一重項状態からの発光スペクトルと三重項状態からの
発光スペクトルは、極めて近接することになる。したがって、上述したように励起錯体の
発光スペクトル（一般には、励起錯体の一重項状態からの発光スペクトル）を燐光性化合
物の最も長波長側に位置する吸収帯に重ねるよう設計した場合、励起錯体の三重項状態か
らの発光スペクトル（常温では観測されず、低温でも観測されない場合が多い）も、燐光
性化合物の最も長波長側に位置する吸収帯に重なることになる。このことはすなわち、励
起錯体の一重項状態、及び三重項状態の双方から、燐光性化合物に対して効率よくエネル
ギー移動できることを意味する。
実際に励起錯体がこのような特性を有しているかどうかに関し、以下では、分子軌道計算
を用いて検証した。一般に、複素芳香族化合物と芳香族アミンとの組み合わせは、芳香族
アミンの最低空分子軌道（ＬＵＭＯ：Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃ
ｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）準位に比べて深い複素芳香族化合物のＬＵＭＯ準位（電子が
入りやすい性質）と複素芳香族化合物の最高被占有軌道（ＨＯＭＯ：Ｈｉｇｈｔｅｓｔ
Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）準位に比べて浅い芳香族アミ
ンのＨＯＭＯ準位（ホールが入りやすい性質）の影響で、励起錯体を形成することが多い
。そこで、複素芳香族化合物のＬＵＭＯを構成する代表的な骨格のジベンゾ［ｆ，ｈ］キ
ノキサリン（略称：ＤＢｑ）と、芳香族アミンのＨＯＭＯを構成する代表的な骨格のトリ
フェニルアミン（略称：ＴＰＡ）との組み合わせを用いて計算した。
まず、ＤＢｑ単体とＴＰＡ単体の最低励起一重項状態（Ｓ１）と最低励起三重項状態（Ｔ
１）における最適分子構造及び励起エネルギーを、時間依存密度汎関数法（ＴＤ−ＤＦＴ
）を用いて計算した。さらに、ＤＢｑとＴＰＡの二量体についても励起エネルギーを計算
した。ＤＦＴの全エネルギーはポテンシャルエネルギー、電子間静電エネルギー、電子の
運動エネルギー、及び、複雑な電子間の相互作用を全て含む交換相関エネルギーの和で表
される。ＤＦＴでは、交換相関相互作用を電子密度で表現された一電子ポテンシャルの汎
関数（関数の関数の意）で近似しているため、計算は高速かつ高精度である。ここでは、
混合汎関数であるＢ３ＬＹＰを用いて、交換と相関エネルギーに係る各パラメータの重み
を規定した。また、基底関数として、６−３１１（それぞれの原子価軌道に三つの短縮関
数を用いたｔｒｉｐｌｅ ｓｐｌｉｔ ｖａｌｅｎｃｅ基底系の基底関数）を全ての原子
に適用した。上述の基底関数により、例えば、水素原子であれば、１ｓ〜３ｓの軌道が考
慮され、また、炭素原子であれば、１ｓ〜４ｓ、２ｐ〜４ｐの軌道が考慮されることにな
る。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。
なお、量子化学計算プログラムとしては、Ｇａｕｓｓｉａｎ ０９を使用した。計算は、
ハイパフォーマンスコンピュータ（ＳＧＩ社製、Ａｌｔｉｘ４７００）を用いて行った。
まず、ＤＢｑ単体、ＴＰＡ単体、及びＤＢｑとＴＰＡの二量体に関し、ＨＯＭＯ準位及び
ＬＵＭＯ準位を算出した。ＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位を図１７に、ＨＯＭＯ及びＬＵ
ＭＯの分布を図１８に、それぞれ示す。
図１８（Ａ１）に、ＤＢｑ単体のＬＵＭＯの分布を示し、図１８（Ａ２）に、ＤＢｑ単体
のＨＯＭＯの分布を示し、図１８（Ｂ１）に、ＴＰＡ単体のＬＵＭＯの分布を示し、図１
８（Ｂ２）に、ＴＰＡ単体のＨＯＭＯの分布を示し、図１８（Ｃ１）に、ＤＢｑとＴＰＡ
の二量体のＬＵＭＯの分布を示し、図１８（Ｃ２）に、ＤＢｑとＴＰＡの二量体のＨＯＭ
Ｏの分布を示す。
図１７に示すように、ＤＢｑとＴＰＡの二量体は、ＴＰＡのＬＵＭＯ準位に比べて深い（
低い）ＤＢｑのＬＵＭＯ準位（−１．９９ｅＶ）とＤＢｑのＨＯＭＯ準位に比べて浅い（
高い）ＴＰＡのＨＯＭＯ準位（−５．２１ｅＶ）の影響で、ＤＢｑとＴＰＡの励起錯体を
形成することが示唆される。実際、図１８からわかるように、ＤＢｑとＴＰＡの二量体の
ＬＵＭＯはＤＢｑ側に、ＨＯＭＯはＴＰＡ側に分布している。
次に、ＤＢｑ単体のＳ１とＴ１における最適分子構造から得られた励起エネルギーを示す
。ここで、Ｓ１とＴ１の励起エネルギーは、ＤＢｑ単体が発する蛍光と燐光の波長にそれ
ぞれ相当する。ＤＢｑ単体のＳ１の励起エネルギーは、３．２９４ｅＶであり、蛍光波長
は、３７６．４ｎｍであった。また、ＤＢｑ単体のＴ１の励起エネルギーは、２．４６０
ｅＶであり、燐光波長は、５０４．１ｎｍであった。
また、ＴＰＡ単体のＳ１とＴ１における最適分子構造から得られた励起エネルギーを示す
。ここで、Ｓ１とＴ１の励起エネルギーは、ＴＰＡ単体が発する蛍光と燐光の波長にそれ
ぞれ相当する。ＴＰＡ単体のＳ１の励起エネルギーは、３．５０８ｅＶであり、蛍光波長
は、３５３．４ｎｍであった。また、ＴＰＡ単体のＴ１の励起エネルギーは、２．６１０
ｅＶであり、燐光波長は、４７４．７ｎｍであった。
さらに、ＤＢｑとＴＰＡの二量体のＳ１とＴ１における最適分子構造から得られた励起エ
ネルギーを示す。Ｓ１とＴ１の励起エネルギーは、ＤＢｑとＴＰＡの二量体が発する蛍光
と燐光の波長にそれぞれ相当する。ＤＢｑとＴＰＡの二量体のＳ１の励起エネルギーは、
２．０３６ｅＶであり、蛍光波長は、６０９．１ｎｍであった。また、ＤＢｑとＴＰＡの
二量体のＴ１の励起エネルギーは、２．０３０ｅＶであり、燐光波長は、６１０．０ｎｍ
であった。
以上のことから、ＤＢｑ単体、ＴＰＡ単体のいずれにおいても、蛍光波長に比べて燐光波
長が１００ｎｍ近く長波長シフトしていることがわかる。これは、上述したＣＢＰ（実測
値）と同様の傾向であり、計算の妥当性を支持する結果である。
一方、ＤＢｑとＴＰＡの二量体の蛍光波長は、ＤＢｑ単体やＴＰＡ単体の蛍光波長に比べ
、より長波長側に存在することがわかる。これは、後述する実施例（実測値）でも同様の
傾向であり、計算の妥当性を支持する結果である。そして、ＤＢｑとＴＰＡの二量体の蛍
光波長と燐光波長の差はわずか０．９ｎｍであり、ほぼ同じ波長であることがわかる。
この結果から、励起錯体は一重項励起エネルギーと三重項励起エネルギーをほぼ同じエネ
ルギーに集約することができると言える。したがって、上述したように、励起錯体はその
一重項状態、及び三重項状態の双方から、燐光性化合物に対して効率よくエネルギー移動
できることが示唆された。
このような効果は、励起錯体をエネルギー移動の媒体に用いることによる特異な効果であ
る。一般的には、ホスト材料の一重項励起状態あるいは三重項励起状態から、燐光性化合
物へのエネルギー移動が考慮されている。一方、本発明の一態様では、ホスト材料と他の
材料との励起錯体（第１の有機化合物と第２の有機化合物との励起錯体）をまず形成させ
、その励起錯体からのエネルギー移動を用いている点で従来と大きく異なる。そして、こ
の相違点により、従来にない高い発光効率が得られているのである。
なお、一般に、励起錯体を発光素子の発光層に用いると、発光色を制御できるなどの利用
価値はあるものの、発光効率は大きく低下するのが常である。したがって、励起錯体を用
いた発光素子は、高効率な発光素子を得るには適さないと従来は考えられてきた。しかし
ながら、本発明の一態様で示すように、励起錯体を燐光性化合物へのエネルギー移動の媒
体に用いることで、逆に極限まで発光効率を高めることができることを本発明者等は見出
した。これは、従来の固定概念とは相反する技術思想である。
また、本発明の一態様の発光素子において、キャリアの再結合（又は一重項励起子）によ
って励起錯体が形成される電圧のしきい値は、該励起錯体の発光スペクトルのピークのエ
ネルギーによって決まる。例えば、励起錯体の発光スペクトルのピークが６２０ｎｍ（２
．０ｅＶ）であれば、その励起錯体を電気エネルギーで形成するのに必要な電圧のしきい
値も２．０Ｖ程度である。
ここで、励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギーが高すぎる（波長が短すぎる）
と、励起錯体が形成される電圧のしきい値も増大してしまう。この場合、励起錯体から燐
光性化合物にエネルギー移動して燐光性化合物を発光させるために、より大きな電圧を要
することになり、余分なエネルギーを消費してしまうため、好ましくない。
この観点から、励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギーが低い（波長が長い）ほ
ど、該電圧のしきい値は小さくなり好ましい。すなわち、本発明の一態様の発光素子は、
励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も長波長
側に位置する吸収帯のピーク波長以上であるため、駆動電圧の低い発光素子を得ることが
できる。しかも、本発明の一態様の発光素子は、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長
が、燐光性化合物の吸収スペクトルのピーク波長以上であっても、励起錯体の発光スペク
トルと燐光性化合物の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯との重なりを利用
してエネルギー移動が可能であるため、高い発光効率を得ることができる。このように、
駆動電圧を低減しつつ、高い発光効率（外部量子効率）が得られることにより、高い電力
効率が実現できる。
上記発光素子は、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が特に長波長であるため、より
駆動電圧の低い発光素子を得ることができる。これは以下のように説明できる。
本発明の一態様には、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が、燐光性化合物の吸収ス
ペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯のピーク波長以上（すなわち、励起錯体の発光
のピークのエネルギーが、燐光性化合物の吸収のピークのエネルギー以下）である発光素
子が含まれる。したがって、該発光素子は、キャリアの再結合によって燐光性化合物が発
光を始める電圧の値よりも、キャリアの再結合によって励起錯体が形成される電圧の値の
方が小さい。
つまり、発光素子に印加される電圧が、燐光性化合物が発光を始める値未満であっても、
キャリアが再結合し励起錯体を形成することで、発光素子に再結合電流が流れ始める。し
たがって、より駆動電圧の低い（電圧−電流特性の良い）発光素子を実現することができ
る。
また、これにより、燐光性化合物が発光を始める値に電圧が達した頃には、発光層中に十
分な数のキャリアが存在し、燐光性化合物の発光に寄与できるキャリアの再結合が円滑に
、かつ数多く行われる。よって、燐光性化合物のしきい値電圧（発光開始電圧）付近にお
いて、輝度は急激に高くなる。つまり、電圧−輝度特性の発光開始電圧付近の立ち上がり
を急峻にすることができるため、所望の輝度に要する駆動電圧も低くすることができる。
また、実用的な輝度を得るためには、燐光性化合物のしきい値電圧（発光開始電圧）以上
の電圧で駆動するため、燐光性化合物の発光が支配的であり、発光素子は高い電流効率を
実現することもできる。
なお、本発明の一態様で用いる燐光性化合物は、一重項吸収スペクトルと三重項吸収スペ
クトルが近い位置に存在する。また、本発明の一態様で形成する励起錯体は、一重項状態
からの発光スペクトルのピークと、三重項状態からの発光スペクトルのピークが近い位置
に存在すると考えられる。したがって、励起錯体の発光スペクトル（通常は一重項状態か
らの発光スペクトル）のピークが、燐光性化合物の発光スペクトルのピークに近い位置に
存在しても、三重項状態の励起錯体が、燐光性化合物の三重項励起エネルギーを消光する
ことが抑制することができる。また、そもそも、励起錯体には吸収スペクトルが存在しな
いので、燐光性化合物の三重項励起エネルギーが励起錯体にエネルギー移動し、消光する
という現象自体が起こりにくい。このことからも、本発明の一態様の発光素子は外部量子
効率が高い値を示すと言える。これも、励起錯体を用いる利点の一つである。
また、本発明の一態様は、燐光性化合物、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含
む発光層を一対の電極間に有し、第１の有機化合物及び第２の有機化合物が、励起錯体を
形成する組み合わせであり、励起錯体の発光スペクトルが、燐光性化合物の吸収スペクト
ルの最も長波長側に位置する吸収帯と重なり、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長と
、燐光性化合物の発光スペクトルのピーク波長との差が３０ｎｍ以下である発光素子であ
る。
上述した通り、励起錯体の発光スペクトル（通常は一重項状態からの発光スペクトル）の
ピークが、燐光性化合物の発光スペクトルのピークに近い位置に存在することで、駆動電
圧が低く、発光効率も十分に高い発光素子が得られる。低電圧化の効果は、励起錯体の発
光スペクトルのピークが、燐光性化合物の発光スペクトルのピーク＋３０ｎｍ以内の領域
で顕著に見られる。また、励起錯体の発光スペクトルのピークが、燐光性化合物の発光ス
ペクトルのピーク−３０ｎｍ以内の領域であれば、比較的高い発光効率も保てる。
しかし、励起錯体の発光スペクトルのピークが、燐光性化合物の発光スペクトルのピーク
よりも長波長側に存在すると、発光素子の外部量子効率が低下することがある。この条件
下においては、励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルの最も長波長
側に位置する吸収帯との重なりが小さくなってくるため、励起錯体から燐光性化合物への
励起エネルギーの移動が起こりにくく、励起錯体自体がその励起エネルギーを光又は熱と
して放出して失活してしまいやすくなるからである。
したがって、極めて高い発光効率を得ることを考慮すると、本発明の別の態様は、燐光性
化合物、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光層を一対の電極間に有し、
第１の有機化合物及び第２の有機化合物が、励起錯体を形成する組み合わせであり、励起
錯体の発光スペクトルが、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収
帯と重なり、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が、燐光性化合物の吸収スペクトル
の最も長波長側に位置する吸収帯のピーク波長以上、燐光性化合物の発光スペクトルのピ
ーク波長以下である発光素子である。
上記発光素子は、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が、燐光性化合物の発光スペク
トルのピーク波長以下であるため、励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペ
クトルの最も長波長側に位置する吸収帯との重なりが大きくなってくる。したがって、励
起錯体から励起エネルギーを燐光性化合物に効率よく移動させることができる。よって、
エネルギーの失活を抑制することができる。よって、駆動電圧が低く、外部量子効率が高
い発光素子を実現することができる。
特に、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長と、燐光性化合物の発光スペクトルのピー
ク波長の差が３０ｎｍ以内であると好ましい。
また、本発明の一態様において、第１の有機化合物又は第２の有機化合物の一重項励起子
から、励起錯体が形成される。
本発明の一態様の発光素子では、第１の有機化合物及び第２の有機化合物の一方が一重項
励起子を形成した後、基底状態の他方と相互作用することで励起錯体を形成する素過程が
考えられる。上述した通り、励起錯体の発光スペクトルと、燐光性化合物の吸収スペクト
ルを大きく重ねることができるため、エネルギー移動効率を高くすることができる。よっ
て、外部量子効率が高い発光素子を実現することができる。
また、一重項励起子は先に述べた通り、励起寿命が短い（τが小さい）ため、一重項励起
子からゲスト材料に励起エネルギーが移動する前に、励起エネルギーの一部は失活（発光
または熱失活）するという問題がある（数式（３）におけるΦＥＴが小さくなりがちな傾
向にある）。しかしながら、本発明の一態様では、一重項励起子が速やかに励起錯体を形
成するため、このような励起エネルギーの失活を抑制することができる。しかも、励起錯
体の励起寿命は比較的長いため、エネルギー移動効率ΦＥＴに有利であると考えられる。
したがって、素子の効率だけでなく寿命にも影響すると考えられるホスト材料の一重項励
起エネルギーの失活を、本発明の一態様を適用することにより抑制することができ、寿命
の長い発光素子を実現することができる。
また、本発明の一態様の発光素子において、励起錯体の励起エネルギーは燐光性化合物に
十分にエネルギー移動し、励起錯体からの発光は実質的に観察されないことが好ましい。
したがって、励起錯体を介して燐光性化合物にエネルギーを移動して、該燐光性化合物が
、燐光を発することが好ましい。
また、上述したエネルギー移動の概念から、第１の有機化合物および第２の有機化合物の
少なくとも一方が蛍光性化合物（すなわち、一重項励起状態から発光や熱失活が起こりや
すい化合物）である場合に、本発明の一態様が有効となる。したがって、第１の有機化合
物および第２の有機化合物の少なくとも一方が蛍光性化合物であることが好ましい。
なお、ホスト材料に用いる有機化合物に燐光性化合物を用いると、該有機化合物自体が発
光しやすくなり、ゲスト材料にエネルギー移動されにくくなる。この場合、該有機化合物
が効率よく発光すればよいが、ホスト材料である該有機化合物は濃度消光の問題が発生す
るため、高い発光効率を達成するのは困難である。したがって、該有機化合物は、蛍光性
化合物であり、上述の構成によりエネルギー移動することが好ましい。
また、本発明の一態様において、燐光性化合物が、有機金属錯体であることが好ましい。
以下に、本発明の一態様で利用する励起錯体に関して詳説する。
＜励起錯体＞
励起錯体（エキサイプレックス、ｅｘｃｉｐｌｅｘ）は、励起状態における異種分子間の
相互作用によって形成される。励起錯体は、比較的深いＬＵＭＯ準位をもつ材料と、浅い
ＨＯＭＯ準位をもつ材料との間で形成しやすいことが一般に知られている。
発光波長は、ＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位間のエネルギー差に依存する。エネルギー差が
大きいと発光波長は短くなり、エネルギー差が小さいと発光波長は長くなる。
ここで、本発明の一態様で適用する第１の有機化合物と第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位
及びＬＵＭＯ準位は異なる。具体的には、エネルギー準位は、第１の有機化合物のＨＯＭ
Ｏ準位＜第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位＜第１の有機化合物のＬＵＭＯ準位＜第２の有
機化合物のＬＵＭＯ準位という順で高い（図６参照）。
そして、この２つの有機化合物により励起錯体が形成された場合、励起錯体のＬＵＭＯ準
位は、第１の有機化合物に由来し、ＨＯＭＯ準位は、第２の有機化合物に由来する（図６
参照）。したがって、励起錯体のエネルギー差は、第１の有機化合物のエネルギー差、及
び第２の有機化合物のエネルギー差よりも小さくなる。つまり、第１の有機化合物と第２
の有機化合物のそれぞれの発光波長に比べて、励起錯体の発光波長は長波長となる。
本発明の一態様で利用する励起錯体の形成過程は大きく分けて２つの過程が考えられる。
≪エレクトロプレックス（ｅｌｅｃｔｒｏｐｌｅｘ）≫
本明細書において、エレクトロプレックスとは、基底状態の第１の有機化合物及び基底状
態の第２の有機化合物から、直接、励起錯体が形成されることを指す。
前述の通り、一般には、電子及びホールがホスト材料中で再結合した場合、励起状態のホ
スト材料からゲスト材料に励起エネルギーが移動し、ゲスト材料が励起状態に至り、発光
する。
ここで、ホスト材料からゲスト材料に励起エネルギーが移動する前に、ホスト材料自体が
発光する、又は励起エネルギーが熱エネルギーとなることで、励起エネルギーの一部を失
活する。特に、ホスト材料が一重項励起状態である場合は、三重項励起状態である場合に
比べて励起寿命が短いため、一重項励起エネルギーの失活が起こりやすい。励起エネルギ
ーの失活は、発光素子の寿命の低下につながる要因の一つである。
しかし、本発明の一態様では、第１の有機化合物及び第２の有機化合物がキャリアを持っ
た状態（カチオン又はアニオン）から、エレクトロプレックスを形成するため、励起寿命
の短い一重項励起子の形成を抑制することができる。つまり、一重項励起子を形成するこ
となく、直接励起錯体を形成する過程が存在しうる。これにより、上記一重項励起エネル
ギーの失活も抑制することができる。したがって、寿命が長い発光素子を実現することが
できる。
例えば、第１の有機化合物が電子トラップ性の化合物であり、第２の有機化合物がホール
トラップ性の化合物である場合、第１の有機化合物のアニオンと第２の有機化合物のカチ
オンから、直接エレクトロプレックスが形成されることになる。このようにしてホスト材
料の一重項励起状態の発生を抑制し、エレクトロプレックスからゲスト材料にエネルギー
移動を行って発光効率が高い発光素子を得る概念は、従前にない。なお、ホスト材料の三
重項励起状態の発生も同様に抑制され、直接エレクトロプレックスが形成されるため、該
エレクトロプレックスからゲスト材料にエネルギー移動すると考えられる。この機構も従
前にはない。
また、形成されたエレクトロプレックスの発光スペクトルは、第１の有機化合物と第２の
有機化合物のそれぞれの発光波長に比べて、長波長側に存在する。
第１の有機化合物（又は第２の有機化合物）の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペ
クトルとの重なりよりも、エレクトロプレックスの発光スペクトルと燐光性化合物の吸収
スペクトルとの重なりは大きくなる。本発明の一態様の発光素子は、エレクトロプレック
スの発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー
移動をするため、エネルギー移動効率が高い。したがって、本発明の一態様では、外部量
子効率が高い発光素子を実現することができる。
≪励起子による励起錯体の形成≫
もう一つの過程としては、第１の有機化合物及び第２の有機化合物の一方が一重項励起子
を形成した後、基底状態の他方と相互作用して励起錯体を形成する素過程が考えられる。
エレクトロプレックスとは異なり、この場合は一旦、第１の有機化合物又は第２の有機化
合物の一重項励起状態が生成してしまうが、これは速やかに励起錯体に変換されるため、
やはり一重項励起エネルギーの失活を抑制することができる。したがって、第１の有機化
合物又は第２の有機化合物が励起エネルギーを失活することを抑制することができる。こ
のため、本発明の一態様では、寿命の長い発光素子を実現することができる。なお、ホス
ト材料の三重項励起状態についても、速やかに励起錯体に変換され、該励起錯体からゲス
ト材料にエネルギー移動すると考えられる。
また、形成された励起錯体の発光スペクトルは、第１の有機化合物と第２の有機化合物の
それぞれの発光波長に比べて、長波長側に存在する。
第１の有機化合物（又は第２の有機化合物）の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペ
クトルとの重なりよりも、励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルと
の重なりは大きくなる。本発明の一態様の発光素子は、励起錯体の発光スペクトルと燐光
性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、エネルギ
ー移動効率が高い。したがって、本発明の一態様では、外部量子効率が高い発光素子を実
現することができる。
例えば、第１の有機化合物が電子トラップ性の化合物であり、一方で第２の有機化合物が
ホールトラップ性の化合物であり、これら化合物のＨＯＭＯ準位の差、及びＬＵＭＯ準位
の差が大きい場合（具体的には差が０．３ｅＶ以上）、電子は選択的に第１の有機化合物
に入り、ホールは選択的に第２の有機化合物に入る。この場合、一重項励起子を経て励起
錯体が形成される過程よりも、エレクトロプレックスが形成される過程の方が優先される
と考えられる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子について図７を用いて説明する。
図７（Ａ）は、第１の電極１０３と第２の電極１０８との間にＥＬ層１０２を有する発光
素子を示した図である。図７（Ａ）における発光素子は、第１の電極１０３の上に順に積
層した正孔注入層７０１、正孔輸送層７０２、発光層７０３、電子輸送層７０４、電子注
入層７０５と、さらにその上に設けられた第２の電極１０８から構成されている。
第１の電極１０３としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上）金属、合金
、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、例えば
、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素又は
酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（Ｉｎｄｉｕ
ｍ 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、通常スパッタリング法に
より成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して作製しても構わない。例えば、酸化イン
ジウム−酸化亜鉛膜は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲ
ットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、ＩＷＺＯ膜は、酸化
インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含
有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。この他、グラ
フェン、金、白金、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、
パラジウム、又は金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。
但し、ＥＬ層１０２のうち、第１の電極１０３に接して形成される層が、後述する有機化
合物と電子受容体（アクセプター）とを混合してなる複合材料を用いて形成される場合に
は、第１の電極１０３に用いる物質は、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、
電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニ
ウム、銀、アルミニウムを含む合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ）等も用いることもできる。
第１の電極１０３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。
第２の電極１０８は、仕事関数の小さい（好ましくは３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気
伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いて形成することが好ましい。具体的には、
元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウムやセシウム等のアルカ
リ金属、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、マグネシウム、およびこれ
らを含む合金（例えば、Ｍｇ−Ａｇ、Ａｌ−Ｌｉ）、ユーロピウム、イッテルビウム等の
希土類金属およびこれらを含む合金の他、アルミニウムや銀などを用いることができる。
但し、ＥＬ層１０２のうち、第２の電極１０８に接して形成される層が、後述する有機化
合物と電子供与体（ドナー）とを混合してなる複合材料を用いる場合には、仕事関数の大
小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−
酸化スズ等様々な導電性材料を用いることができる。
なお、第２の電極１０８を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いるこ
とができる。また、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを
用いることができる。
ＥＬ層１０２は、少なくとも発光層７０３を有する。ＥＬ層１０２の一部には公知の物質
を用いることもでき、低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもでき
る。なお、ＥＬ層１０２を形成する物質には、有機化合物のみからなるものだけでなく、
無機化合物を一部に含む構成も含めるものとする。
ＥＬ層１０２は、発光層７０３の他、図７（Ａ）に示すように正孔注入性の高い物質を含
んでなる正孔注入層７０１、正孔輸送性の高い物質を含んでなる正孔輸送層７０２、電子
輸送性の高い物質を含んでなる電子輸送層７０４、電子注入性の高い物質を含んでなる電
子注入層７０５などを適宜組み合わせて積層することにより形成される。
正孔注入層７０１は、正孔注入性の高い物質を含む層である。正孔注入性の高い物質とし
ては、モリブデン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、レニウム酸化物、ルテニウ
ム酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、銀
酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物を用いることができる。ま
た、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅（ＩＩ）フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）
等のフタロシアニン系の化合物を用いることができる。
また、低分子の有機化合物である４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ
）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メ
チルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４
，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニ
ル（略称：ＤＰＡＢ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ’−（３−メチルフェニル）−
Ｎ’−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰ
Ｄ）、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：Ｐ
ＣｚＰＣＮ１）等の芳香族アミン化合物等を用いることができる。
さらに、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）を用いることもできる
。例えば、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフ
ェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニ
ルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］
（略称：ＰＴＰＤＭＡ）、ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビ
ス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）などの高分子化合物が挙げられ
る。また、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）
（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＡｎｉ／ＰＳ
Ｓ）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、正孔注入層７０１として、有機化合物と電子受容体（アクセプター）とを混合して
なる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子受容体によって有機化合物に
正孔が発生するため、正孔注入性および正孔輸送性に優れている。この場合、有機化合物
としては、発生した正孔の輸送に優れた材料（正孔輸送性の高い物質）であることが好ま
しい。
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、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ
、ＤＰＡＢ、ＤＮＴＰＤ、ＤＰＡ３Ｂ、ＰＣｚＰＣＡ１、ＰＣｚＰＣＡ２、ＰＣｚＰＣＮ
１、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：
ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェ
ニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４−フェニル
−４’−（９−フェニルフルオレン−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＢＰＡＦＬ
Ｐ）等の芳香族アミン化合物や、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：
ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：
ＴＣＰＢ）、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン
（略称：ＣｚＰＡ）、９−フェニル−３−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フ
ェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＰＣｚＰＡ）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバ
ゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体
を用いることができる。
また、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−
ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９
，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔ
ｅｒｔ−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−Ｂ
ｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−
ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（
略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン
（略称：ＤＭＮＡ）、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］−２−ｔｅｒｔ
−ブチルアントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン
、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン等の芳香
族炭化水素化合物を用いることができる。
さらに、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、
９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，
１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス
［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アン
トラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブ
チル）ペリレン、ペンタセン、コロネン、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）
ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）
フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等の芳香族炭化水素化合物を用いることが
できる。
また、電子受容体としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフ
ルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物や、遷移金属
酸化物を挙げることができる。また、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属
の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタ
ル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電
子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸
湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
なお、上述したＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ等の高分子化合物
と、上述した電子受容体を用いて複合材料を形成し、正孔注入層７０１に用いてもよい。
正孔輸送層７０２は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送性の高い物質とし
ては、ＮＰＢ、ＴＰＤ、ＢＰＡＦＬＰ、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオ
レン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４
’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］
ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）などの芳香族アミン化合物を用いることができる。ここに
述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。但し、
電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、
正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以
上積層したものとしてもよい。
また、正孔輸送層７０２には、ＣＢＰ、ＣｚＰＡ、ＰＣｚＰＡのようなカルバゾール誘導
体や、ｔ−ＢｕＤＮＡ、ＤＮＡ、ＤＰＡｎｔｈのようなアントラセン誘導体を用いても良
い。
また、正孔輸送層７０２には、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤな
どの高分子化合物を用いることもできる。
発光層７０３は、発光物質を含む層である。本実施の形態の発光層７０３は、燐光性化合
物と、第１の有機化合物と、第２の有機化合物とを有する。燐光性化合物は、発光物質（
ゲスト材料）である。第１の有機化合物及び第２の有機化合物のうち、発光層７０３に含
まれる量が多い方が、ホスト材料である。具体的には実施の形態１を参照することができ
る。
燐光性化合物としては、有機金属錯体が好ましく、イリジウム錯体が特に好ましい。なお
、上述のフェルスター機構によるエネルギー移動を考慮すると、燐光性化合物の最も長波
長側に位置する吸収帯のモル吸光係数は、２０００Ｍ−１・ｃｍ−１以上が好ましく、５
０００Ｍ−１・ｃｍ−１以上が特に好ましい。このような大きなモル吸光係数を有する化
合物としては、例えば、ビス（３，５−ジメチル−２−フェニルピラジナト）（ジピバロ
イルメタナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］
）や、（アセチルアセトナト）ビス（４，６−ジフェニルピリミジナト）イリジウム（Ｉ
ＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）などが挙げられる。
第１の有機化合物及び第２の有機化合物としては、電子を受け取りやすい化合物（電子ト
ラップ性化合物）と、ホールを受け取りやすい化合物（正孔トラップ性化合物）とを組み
合わせることが好ましい。このような構成とすることで、励起錯体からのエネルギー移動
による発光効率及び寿命の向上の効果だけでなく、発光層内でのホール輸送と電子輸送の
キャリアバランスを整えることによる発光効率及び寿命の向上の効果も得られる。
電子を受け取りやすい化合物としては、代表的には、複素芳香族化合物が挙げられ、例え
ば、２−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキ
サリン（略称：２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）、２−［４−（３，６−ジフェニル−９Ｈ−
カルバゾール−９−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：２ＣｚＰ
ＤＢｑ−ＩＩＩ）、７−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［
ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：７ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）、及び、６−［３−（ジベン
ゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：６ｍＤＢ
ＴＰＤＢｑ−ＩＩ）が挙げられる。
ホールを受け取りやすい化合物としては、代表的には、芳香族アミン化合物やカルバゾー
ル化合物が挙げられ、例えば、４−フェニル−４’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾー
ル−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＡ１ＢＰ）、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）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−
フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：１’−ＴＮＡＴＡ、もしくは１−ＴＮＡＴ
Ａ）、２，７−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］−
スピロ−９，９’−ビフルオレン（略称：ＤＰＡ２ＳＦ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（９−フェニ
ルカルバゾール−３−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンゼン−１，３−ジアミン（略称
：ＰＣＡ２Ｂ）、Ｎ−（９，９−ジメチル−２−Ｎ’，Ｎ’−ジフェニルアミノ−９Ｈ−
フルオレン−７−イル）ジフェニルアミン（略称：ＤＰＮＦ）、Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’−トリ
フェニル−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’−トリス（９−フェニルカルバゾール−３−イル）ベンゼン
−１，３，５−トリアミン（略称：ＰＣＡ３Ｂ）、２−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾー
ル−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］スピロ−９，９’−ビフルオレン（略称：ＰＣＡ
ＳＦ）、２−［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］スピロ−
９，９’−ビフルオレン（略称：ＤＰＡＳＦ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（カルバゾール−
９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−９，９−ジメチルフルオレン−２，７−
ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｆ）、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’
−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）、Ｎ−（９，９−ジメチル−９Ｈ−フルオレン−２−イル）−Ｎ−｛９，
９−ジメチル−２−［Ｎ’−フェニル−Ｎ’−（９，９−ジメチル−９Ｈ−フルオレン−
２−イル）アミノ］−９Ｈ−フルオレン−７−イル｝フェニルアミン（略称：ＤＦＬＡＤ
ＦＬ）、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−［Ｎ−（４−ジフェニルアミ
ノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＤＰＡ
１）、３，６−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］−
９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＤＰＡ２）、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）、３，６−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニ
ル）−Ｎ−（１−ナフチル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＴＰＮ
２）、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）が挙げられる。
ただし、第１の有機化合物及び第２の有機化合物は、これらに限定されることなく、励起
錯体を形成できる組み合わせであり、該励起錯体の発光スペクトルが、燐光性化合物の吸
収スペクトルと重なり、該励起錯体の発光スペクトルのピークが、燐光性化合物の吸収ス
ペクトルのピークよりも長波長であればよい。
なお、電子を受け取りやすい化合物とホールを受け取りやすい化合物で第１の有機化合物
と第２の有機化合物を構成する場合、その混合比によってキャリアバランスを制御するこ
とができる。つまり、その混合比によって、発光層内の正孔と電子の再結合確率を高め、
発光効率を高める最適なバランスを設計することができる点も、本発明の一態様の特徴の
一つである。このキャリアバランスの観点と、励起錯体を形成させる観点から、第１の有
機化合物と第２の有機化合物の割合は極端に違わないことが好ましい。具体的には、第１
の有機化合物：第２の有機化合物＝１：９〜９：１の範囲が好ましい。
また、励起錯体は、二層の界面において形成されていても良い。例えば、第２の有機化合
物を含む層と第１の有機化合物を含む層を積層すれば、その界面近傍では励起錯体が形成
されるが、この二層をもって本発明の一態様における発光層としても良い。この場合、燐
光性化合物は、該界面近傍に添加されていれば良い。また、二層のうち、少なくともいず
れか一方、または双方に添加されていれば良い。
電子輸送層７０４は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送性の高い物質とし
ては、Ａｌｑ３、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍ
ｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ
２）、ＢＡｌｑ、Ｚｎ（ＢＯＸ）２、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチア
ゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）などの金属錯体が挙げられる。また、２−（４
−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾ
ール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３
，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒ
ｔ−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−ＥｔＴＡ
Ｚ）、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：Ｂｚ
Ｏｓ）などの複素芳香族化合物も用いることができる。また、ポリ（２，５−ピリジン−
ジイル）（略称：ＰＰｙ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）
−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオ
クチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイ
ル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）のような高分子化合物を用いることもできる。ここに述べ
た物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔
よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いてもよ
い。
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。
電子注入層７０５は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層７０５には、リ
チウム、セシウム、カルシウム、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化カルシウム、
リチウム酸化物等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用
いることができる。また、フッ化エルビウムのような希土類金属化合物を用いることがで
きる。また、上述した電子輸送層７０４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７０５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７０４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７０１、正孔輸送層７０２、発光層７０３、電子輸送層７０４
、電子注入層７０５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。
ＥＬ層は、図７（Ｂ）に示すように、第１の電極１０３と第２の電極１０８との間に複数
積層されていても良い。この場合、積層された第１のＥＬ層８００と第２のＥＬ層８０１
との間には、電荷発生層８０３を設けることが好ましい。電荷発生層８０３は上述の複合
材料で形成することができる。また、電荷発生層８０３は複合材料からなる層と他の材料
からなる層との積層構造でもよい。この場合、他の材料からなる層としては、電子供与性
物質と電子輸送性の高い物質とを含む層や、透明導電膜からなる層などを用いることがで
きる。このような構成を有する発光素子は、エネルギーの移動や消光などの問題が起こり
難く、材料の選択の幅が広がることで高い発光効率と長い寿命とを併せ持つ発光素子とす
ることが容易である。また、一方のＥＬ層で燐光発光、他方で蛍光発光を得ることも容易
である。この構造は上述のＥＬ層の構造と組み合わせて用いることができる。
また、それぞれのＥＬ層の発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望
の色の発光を得ることができる。例えば、２つのＥＬ層を有する発光素子において、第１
のＥＬ層の発光色と第２のＥＬ層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素
子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。また、３つ以上のＥＬ層を
有する発光素子の場合でも同様である。
ＥＬ層１０２は、図７（Ｃ）に示すように、第１の電極１０３と第２の電極１０８との間
に、正孔注入層７０１、正孔輸送層７０２、発光層７０３、電子輸送層７０４、電子注入
バッファー層７０６、電子リレー層７０７、及び第２の電極１０８と接する複合材料層７
０８を有していても良い。
第２の電極１０８と接する複合材料層７０８を設けることで、特にスパッタリング法を用
いて第２の電極１０８を形成する際に、ＥＬ層１０２が受けるダメージを低減することが
できるため、好ましい。複合材料層７０８は、前述の、正孔輸送性の高い有機化合物にア
クセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。
さらに、電子注入バッファー層７０６を設けることで、複合材料層７０８と電子輸送層７
０４との間の注入障壁を緩和することができるため、複合材料層７０８で生じた電子を電
子輸送層７０４に容易に注入することができる。
電子注入バッファー層７０６には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およ
びこれらの化合物（アルカリ金属化合物（酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸
リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む）、アルカリ土類金属化合物（酸化物、ハロゲ
ン化物、炭酸塩を含む）、または希土類金属の化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を
含む））等の電子注入性の高い物質を用いることが可能である。
また、電子注入バッファー層７０６が、電子輸送性の高い物質とドナー性物質を含んで形
成される場合には、電子輸送性の高い物質に対して質量比で、０．００１以上０．１以下
の比率でドナー性物質を添加することが好ましい。なお、ドナー性物質としては、アルカ
リ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およびこれらの化合物（アルカリ金属化合物（
酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む
）、アルカリ土類金属化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む）、または希土類金
属の化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む））の他、テトラチアナフタセン（略
称：ＴＴＮ）、ニッケロセン、デカメチルニッケロセン等の有機化合物を用いることもで
きる。なお、電子輸送性の高い物質としては、先に説明した電子輸送層７０４の材料と同
様の材料を用いて形成することができる。
さらに、電子注入バッファー層７０６と複合材料層７０８との間に、電子リレー層７０７
を形成することが好ましい。電子リレー層７０７は、必ずしも設ける必要は無いが、電子
輸送性の高い電子リレー層７０７を設けることで、電子注入バッファー層７０６へ電子を
速やかに送ることが可能となる。
複合材料層７０８と電子注入バッファー層７０６との間に電子リレー層７０７が挟まれた
構造は、複合材料層７０８に含まれるアクセプター性物質と、電子注入バッファー層７０
６に含まれるドナー性物質とが相互作用を受けにくく、互いの機能を阻害しにくい構造で
ある。したがって、駆動電圧の上昇を防ぐことができる。
電子リレー層７０７は、電子輸送性の高い物質を含み、該電子輸送性の高い物質のＬＵＭ
Ｏ準位は、複合材料層７０８に含まれるアクセプター性物質のＬＵＭＯ準位と、電子輸送
層７０４に含まれる電子輸送性の高い物質のＬＵＭＯ準位との間となるように形成する。
また、電子リレー層７０７がドナー性物質を含む場合には、当該ドナー性物質のドナー準
位も複合材料層７０８に含まれるアクセプター性物質のＬＵＭＯ準位と、電子輸送層７０
４に含まれる電子輸送性の高い物質のＬＵＭＯ準位との間となるようにする。具体的なエ
ネルギー準位の数値としては、電子リレー層７０７に含まれる電子輸送性の高い物質のＬ
ＵＭＯ準位は−５．０ｅＶ以上、好ましくは−５．０ｅＶ以上−３．０ｅＶ以下とすると
よい。
電子リレー層７０７に含まれる電子輸送性の高い物質としてはフタロシアニン系の材料又
は金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体を用いることが好ましい。
電子リレー層７０７に含まれるフタロシアニン系材料としては、具体的にはＣｕＰｃ、Ｓ
ｎＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｎ（ＩＩ） ｃｏｍｐｌｅｘ）、ＺｎＰｃ
（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｚｉｎｃ ｃｏｍｐｌｅｘ）、ＣｏＰｃ（Ｃｏｂａｌ
ｔ（ＩＩ）ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ， β−ｆｏｒｍ）、ＦｅＰｃ（Ｐｈｔｈａｌ
ｏｃｙａｎｉｎｅ Ｉｒｏｎ）及びＰｈＯ−ＶＯＰｃ（Ｖａｎａｄｙｌ ２，９，１６，
２３−ｔｅｔｒａｐｈｅｎｏｘｙ−２９Ｈ，３１Ｈ−ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）の
いずれかを用いることが好ましい。
電子リレー層７０７に含まれる金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体としては
、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体を用いることが好ましい。金属−酸素の二重結
合はアクセプター性（電子を受容しやすい性質）を有するため、電子の移動（授受）がよ
り容易になる。また、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体は安定であると考えられる
。したがって、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体を用いることにより発光素子を低
電圧でより安定に駆動することが可能になる。
金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体としてはフタロシアニン系材料が好まし
い。具体的には、ＶＯＰｃ（Ｖａｎａｄｙｌ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）、ＳｎＯ
Ｐｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｎ（ＩＶ） ｏｘｉｄｅ ｃｏｍｐｌｅｘ）
及びＴｉＯＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ ｃｏ
ｍｐｌｅｘ）のいずれかは、分子構造的に金属−酸素の二重結合が他の分子に対して作用
しやすく、アクセプター性が高いため好ましい。
なお、上述したフタロシアニン系材料としては、フェノキシ基を有するものが好ましい。
具体的にはＰｈＯ−ＶＯＰｃのような、フェノキシ基を有するフタロシアニン誘導体が好
ましい。フェノキシ基を有するフタロシアニン誘導体は、溶媒に可溶である。そのため、
発光素子を形成する上で扱いやすいという利点を有する。また、溶媒に可溶であるため、
成膜に用いる装置のメンテナンスが容易になるという利点を有する。
電子リレー層７０７はさらにドナー性物質を含んでいても良い。ドナー性物質としては、
アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属及びこれらの化合物（アルカリ金属化合物
（酸化リチウムなどの酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウムなどの炭酸塩
を含む）、アルカリ土類金属化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む）、又は希土
類金属の化合物（酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む））の他、テトラチアナフタセン
（略称：ＴＴＮ）、ニッケロセン、デカメチルニッケロセンなどの有機化合物を用いるこ
とができる。電子リレー層７０７にこれらドナー性物質を含ませることによって、電子の
移動が容易となり、発光素子をより低電圧で駆動することが可能になる。
電子リレー層７０７にドナー性物質を含ませる場合、電子輸送性の高い物質としては上記
した材料の他、複合材料層７０８に含まれるアクセプター性物質のアクセプター準位より
高いＬＵＭＯ準位を有する物質を用いることができる。具体的なエネルギー準位としては
、−５．０ｅＶ以上、好ましくは−５．０ｅＶ以上−３．０ｅＶ以下の範囲にＬＵＭＯ準
位を有する物質を用いることが好ましい。このような物質としては例えば、ペリレン誘導
体や、含窒素縮合芳香族化合物などが挙げられる。なお、含窒素縮合芳香族化合物は、安
定であるため、電子リレー層７０７を形成する為に用いる材料として、好ましい材料であ
る。
ペリレン誘導体の具体例としては、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水
物（略称：ＰＴＣＤＡ）、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボキシリックビスベン
ゾイミダゾール（略称：ＰＴＣＢＩ）、Ｎ，Ｎ’−ジオクチル−３，４，９，１０−ペリ
レンテトラカルボン酸ジイミド（略称：ＰＴＣＤＩ−Ｃ８Ｈ）、Ｎ，Ｎ’−ジヘキシル−
３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（略称：Ｈｅｘ ＰＴＣ）等が挙
げられる。
また、含窒素縮合芳香族化合物の具体例としては、ピラジノ［２，３−ｆ］［１，１０］
フェナントロリン−２，３−ジカルボニトリル（略称：ＰＰＤＮ）、２，３，６，７，１
０，１１−ヘキサシアノ−１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレン（略称
：ＨＡＴ（ＣＮ）６）、２，３−ジフェニルピリド［２，３−ｂ］ピラジン（略称：２Ｐ
ＹＰＲ）、２，３−ビス（４−フルオロフェニル）ピリド［２，３−ｂ］ピラジン（略称
：Ｆ２ＰＹＰＲ）等が挙げられる。
その他にも、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（略称：ＴＣＮＱ）、１，４，
５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（略称：ＮＴＣＤＡ）、パーフルオロペン
タセン、銅ヘキサデカフルオロフタロシアニン（略称：Ｆ１６ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ’−ビ
ス（２，２，３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，８−ペンタデカフルオ
ロオクチル）−１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド（略称：ＮＴＣＤ
Ｉ−Ｃ８Ｆ）、３’，４’−ジブチル−５，５’’−ビス（ジシアノメチレン）−５，５
’’−ジヒドロ−２，２’：５’，２’’−テルチオフェン）（略称：ＤＣＭＴ）、メタ
ノフラーレン（例えば、［６，６］−フェニルＣ６１酪酸メチルエステル）等を用いるこ
とができる。
なお、電子リレー層７０７にドナー性物質を含ませる場合、電子輸送性の高い物質とドナ
ー性物質との共蒸着などの方法によって電子リレー層７０７を形成すれば良い。
正孔注入層７０１、正孔輸送層７０２、発光層７０３、及び電子輸送層７０４は前述の材
料を用いてそれぞれ形成すれば良い。
以上により、本実施の形態のＥＬ層１０２を作製することができる。
上述した発光素子は、第１の電極１０３と第２の電極１０８との間に生じた電位差により
電流が流れ、ＥＬ層１０２において正孔と電子とが再結合することにより発光する。そし
て、この発光は、第１の電極１０３または第２の電極１０８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１０３または第２の電極１０８のいずれ
か一方、または両方が可視光に対する透光性を有する電極となる。
なお、第１の電極１０３と第２の電極１０８との間に設けられる層の構成は、上記のもの
に限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光を防ぐように、第
１の電極１０３及び第２の電極１０８から離れた部位に正孔と電子とが再結合する発光領
域を設けた構成であれば上記以外のものでもよい。
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質、正孔輸送性の
高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性の物質（電子及
び正孔の輸送性の高い物質）、又は正孔ブロック材料等から成る層を、発光層と自由に組
み合わせて構成すればよい。
以上のように、本発明の一態様の発光素子を作製することができる。
本実施の形態で示した発光素子を用いて、パッシブマトリクス型の発光装置や、トランジ
スタによって発光素子の駆動が制御されたアクティブマトリクス型の発光装置を作製する
ことができる。また、該発光装置を電子機器又は照明装置等に適用することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子に適用することができる、第１の有機化合物、
第２の有機化合物、及び燐光性化合物の組み合わせの一例について図１乃至図４を用いて
説明する。
本実施例の構成例１乃至４で用いる燐光性化合物は、（アセチルアセトナト）ビス（４，
６−ジフェニルピリミジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａ
ｃａｃ）］）である。また、本実施例の構成例１乃至４で用いる第１の有機化合物は、２
−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン
（略称：２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）である。また、本実施例で用いる第２の有機化合物
は、構成例１が、４−フェニル−４’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル
）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＡ１ＢＰ）、構成例２が、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）、構成例３が、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（１−ナフ
チル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：１’−ＴＮＡＴＡ、もしくは
１−ＴＮＡＴＡ）、構成例４が、２，７−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）
−Ｎ−フェニルアミノ］−スピロ−９，９’−ビフルオレン（略称：ＤＰＡ２ＳＦ）であ
る。
本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。
（構成例１）
図１に、第１の有機化合物である２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの薄膜の発光スペクトル（発
光スペクトル１ａ）、第２の有機化合物であるＰＣＢＡ１ＢＰの薄膜の発光スペクトル（
発光スペクトル２ａ）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＡ１ＢＰの混合材料の薄
膜の発光スペクトル（発光スペクトル３ａ）を示す。また、燐光性化合物である［Ｉｒ（
ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］のジクロロメタン溶液の紫外可視吸収スペクトル（以下、単
に吸収スペクトルと記す）及び発光スペクトル（発光スペクトル４ａ）を示す。
なお、本実施例において、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の吸収スペクトルの測定
には、紫外可視分光光度計（（株）日本分光製 Ｖ５５０型）を用い、ジクロロメタン溶
液（０．０９３ｍｍｏｌ／Ｌ）を石英セルに入れ、室温で測定を行った。
図１において、横軸は、波長（ｎｍ）を示し、縦軸は、モル吸光係数ε（Ｍ−１・ｃｍ−
１）及び発光強度（任意単位）を示す。
図１の吸収スペクトルから、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が、５１０ｎｍ付近に
ブロードな吸収帯を有することがわかる。この吸収帯が、発光に強く寄与する吸収帯であ
ると考えられる。
発光スペクトル３ａは、発光スペクトル１ａ、２ａよりも長波長側にピークを有する。そ
して、発光スペクトル３ａのピークは、発光スペクトル１ａ、２ａのピークに比べて、該
吸収帯と近い位置に存在する。図１より、吸収スペクトルの発光に強く寄与する吸収帯と
最も重なりが大きい発光スペクトルは、発光スペクトル３ａであることがわかった。
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及びＰＣＢＡ１ＢＰの混合材料の発光スペクトルは、単体の発
光スペクトルよりも長波長側にピークを有することがわかった。このことから、２ｍＤＢ
ＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＡ１ＢＰを混合することで、励起錯体が形成されることが示唆
された。
発光スペクトル３ａのピークは、吸収スペクトルにおいて発光に強く寄与すると考えられ
る吸収帯と重なりが大きいことがわかった。よって、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢ
Ａ１ＢＰの混合材料、及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を用いた発光素子は、該
混合材料の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの大きな重なりを利用して
、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が特に高いことが示唆された。したが
って、外部量子効率が特に高い発光素子を得られることが示唆された。
また、発光スペクトル３ａのピークは、吸収スペクトルのピークより長波長、かつ、発光
スペクトル４ａのピークより短波長の位置にある。
混合材料の発光スペクトルのピークが長波長側にあることから、該混合材料を用いること
で、駆動電圧が低い発光素子を得られることが示唆された。
（構成例２）
図２に、第１の有機化合物である２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの薄膜の発光スペクトル（発
光スペクトル１ｂ）、第２の有機化合物であるＰＣｚＰＣＮ１の薄膜の発光スペクトル（
発光スペクトル２ｂ）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣｚＰＣＮ１の混合材料の薄
膜の発光スペクトル（発光スペクトル３ｂ）を示す。また、燐光性化合物である［Ｉｒ（
ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］のジクロロメタン溶液の吸収スペクトル及び発光スペクトル
（発光スペクトル４ｂ）を示す。
図２において、横軸は、波長（ｎｍ）を示し、縦軸は、モル吸光係数ε（Ｍ−１・ｃｍ−
１）及び発光強度（任意単位）を示す。
図２の吸収スペクトルから、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が、５１０ｎｍ付近に
ブロードな吸収帯を有することがわかる。この吸収帯が、発光に強く寄与する吸収帯であ
ると考えられる。
発光スペクトル３ｂは、発光スペクトル１ｂ、２ｂよりも長波長側にピークを有する。つ
まり、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及びＰＣｚＰＣＮ１の混合材料の発光スペクトルは、単
体の発光スペクトルよりも長波長側にピークを有することがわかった。このことから、２
ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣｚＰＣＮ１を混合することで、励起錯体が形成されること
が示唆された。
また、発光スペクトル３ｂのピークは、吸収スペクトルと重なりを有する。よって、２ｍ
ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣｚＰＣＮ１の混合材料、及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａ
ｃ）］を用いた発光素子は、該混合材料の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクト
ルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高いことが
示唆された。したがって、外部量子効率が高い発光素子を得られることが示唆された。
また、発光スペクトル３ｂのピークは、吸収スペクトルのピークより長波長、かつ、発光
スペクトル４ｂのピークより短波長の位置にある。また、発光スペクトル３ｂのピークは
、発光スペクトル４ｂのピークとの差が２１ｎｍであり、とても小さい。
混合材料の発光スペクトルのピークが特に長波長側にあることから、該混合材料を用いる
ことで、特に駆動電圧が低い発光素子を得られることが示唆された。
（構成例３）
図３に、第１の有機化合物である２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの薄膜の発光スペクトル（発
光スペクトル１ｃ）、第２の有機化合物である１’−ＴＮＡＴＡの薄膜の発光スペクトル
（発光スペクトル２ｃ）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと１’−ＴＮＡＴＡの混合材料
の薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル３ｃ）を示す。また、燐光性化合物である［Ｉ
ｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］のジクロロメタン溶液の吸収スペクトル及び発光スペク
トル（発光スペクトル４ｃ）を示す。
図３において、横軸は、波長（ｎｍ）を示し、縦軸は、モル吸光係数ε（Ｍ−１・ｃｍ−
１）及び発光強度（任意単位）を示す。
図３の吸収スペクトルから、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が、５１０ｎｍ付近に
ブロードな吸収帯を有することがわかる。この吸収帯が、発光に強く寄与する吸収帯であ
ると考えられる。
発光スペクトル３ｃは、発光スペクトル１ｃ、２ｃよりも長波長側にピークを有する。つ
まり、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及び１’−ＴＮＡＴＡの混合材料の発光スペクトルは、
単体の発光スペクトルよりも長波長側にピークを有することがわかった。このことから、
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと１’−ＴＮＡＴＡを混合することで、励起錯体が形成される
ことが示唆された。
また、発光スペクトル３ｃのピークは、吸収スペクトルと重なりを有する。よって、２ｍ
ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと１’−ＴＮＡＴＡの混合材料、及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃ
ａｃ）］を用いた発光素子は、該混合材料の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペク
トルとの重なりを利用して、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高いこと
が示唆された。したがって、外部量子効率が高い発光素子を得られることが示唆された。
また、発光スペクトル３ｃのピークは、吸収スペクトルのピークより長波長の位置にある
。また、発光スペクトル３ｃのピークは、発光スペクトル４ｃのピークとの差が２４ｎｍ
であり、とても小さい。
該混合材料を用いた発光素子では、キャリアの再結合によって燐光性化合物が発光を始め
る電圧の値よりも、キャリアの再結合によって励起錯体が形成される電圧の値の方が小さ
いと考えられる。つまり、発光素子に印加される電圧が、燐光性化合物が発光を始める値
未満であっても、キャリアが再結合し励起錯体を形成することで、発光素子に電流が流れ
始める。したがって、特に駆動電圧が低い発光素子を得られることが示唆された。
（構成例４）
図４に、第１の有機化合物である２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの薄膜の発光スペクトル（発
光スペクトル１ｄ）、第２の有機化合物であるＤＰＡ２ＳＦの薄膜の発光スペクトル（発
光スペクトル２ｄ）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＤＰＡ２ＳＦの混合材料の薄膜の
発光スペクトル（発光スペクトル３ｄ）を示す。また、燐光性化合物である［Ｉｒ（ｄｐ
ｐｍ）２（ａｃａｃ）］のジクロロメタン溶液の吸収スペクトル及び発光スペクトル（発
光スペクトル４ｄ）を示す。
図４において、横軸は、波長（ｎｍ）を示し、縦軸は、モル吸光係数ε（Ｍ−１・ｃｍ−
１）及び発光強度（任意単位）を示す。
図４の吸収スペクトルから、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が、５１０ｎｍ付近に
ブロードな吸収帯を有することがわかる。この吸収帯が、発光に強く寄与する吸収帯であ
ると考えられる。
発光スペクトル３ｄは、発光スペクトル１ｄ、２ｄよりも長波長側にピークを有する。つ
まり、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及びＤＰＡ２ＳＦの混合材料の発光スペクトルは、単体
の発光スペクトルよりも長波長側にピークを有することがわかった。このことから、２ｍ
ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＤＰＡ２ＳＦを混合することで、励起錯体が形成されることが示
唆された。
また、発光スペクトル３ｄのピークは、吸収スペクトルと重なりを有する。よって、２ｍ
ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＤＰＡ２ＳＦの混合材料、及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ
）］を用いた発光素子は、該混合材料の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトル
との重なりを利用して、エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高いことが示
唆された。したがって、外部量子効率が高い発光素子を得られることが示唆された。
また、発光スペクトル３ｄのピークは、吸収スペクトルのピークより長波長の位置にある
。また、発光スペクトル３ｄのピークと、発光スペクトル４ｄのピークとの差が１３ｎｍ
であり、とても小さい。
混合材料の発光スペクトルのピークが特に長波長側にあることから、該混合材料を用いる
ことで、特に駆動電圧が低い発光素子を得られることが示唆された。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について図８を用いて説明する。本実施例で用
いた材料の化学式を以下に示す。なお、先の実施例で用いた材料の化学式は省略する。
以下に、本実施例の発光素子１乃至発光素子４の作製方法を示す。
（発光素子１）
まず、ガラス基板１１００上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）をスパ
ッタリング法にて成膜し、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３
０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、第１の電極１１０１が形
成された基板１１００を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、１０−４Ｐ
ａ程度まで減圧した後、第１の電極１１０１上に、４，４’，４’’−（１，３，５−ベ
ンゼントリイル）トリ（ジベンゾチオフェン）（略称：ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ）と酸化モリブ
デン（ＶＩ）を共蒸着することで、正孔注入層１１１１を形成した。その膜厚は、４０ｎ
ｍとし、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩと酸化モリブデンの比率は、質量比で１：０．５（＝ＤＢＴ３
Ｐ−ＩＩ：酸化モリブデン）となるように調節した。
次に、正孔注入層１１１１上に、ＰＣＢＡ１ＢＰを２０ｎｍの膜厚となるように成膜し、
正孔輸送層１１１２を形成した。
さらに、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＡ１ＢＰ、及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃ
ａｃ）］を共蒸着し、正孔輸送層１１１２上に発光層１１１３を形成した。ここで、２ｍ
ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＡ１ＢＰ及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の重量
比は、０．７：０．３：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：［Ｉ
ｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）となるように調節した。また、発光層１１１３の膜厚
は４０ｎｍとした。
次に、発光層１１１３上に２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを膜厚１０ｎｍとなるよう成膜し、
第１の電子輸送層１１１４ａを形成した。
次に、第１の電子輸送層１１１４ａ上に、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を
膜厚２０ｎｍとなるように成膜し、第２の電子輸送層１１１４ｂを形成した。
さらに、第２の電子輸送層１１１４ｂ上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を１ｎｍの膜厚で
蒸着し、電子注入層１１１５を形成した。
最後に、陰極として機能する第２の電極１１０３として、アルミニウムを２００ｎｍの膜
厚となるように蒸着することで、本実施例の発光素子１を作製した。
（発光素子２）
発光素子２の正孔輸送層１１１２は、ＰＣｚＰＣＮ１を膜厚２０ｎｍとなるように成膜す
ることで形成した。
また、発光素子２の発光層１１１３は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣｚＰＣＮ１及び
［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を共蒸着することで形成した。ここで、２ｍＤＢＴ
ＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣｚＰＣＮ１及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の重量比は、
０．７：０．３：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣｚＰＣＮ１：［Ｉｒ（ｄ
ｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）となるように調節した。また、発光層１１１３の膜厚は４０
ｎｍとした。発光層１１１３以外は、発光素子１と同様に作製した。
（発光素子３）
発光素子３の正孔輸送層１１１２は、１’−ＴＮＡＴＡを膜厚２０ｎｍとなるように成膜
することで形成した。
また、発光素子３の発光層１１１３は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、１’−ＴＮＡＴＡ及
び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を共蒸着することで形成した。ここで、２ｍＤＢ
ＴＰＤＢｑ−ＩＩ、１’−ＴＮＡＴＡ及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の重量比
は、０．７：０．３：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：１’−ＴＮＡＴＡ：［Ｉ
ｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）となるように調節した。また、発光層１１１３の膜厚
は４０ｎｍとした。発光層１１１３以外は、発光素子１と同様に作製した。
（発光素子４）
発光素子４の正孔輸送層１１１２は、ＤＰＡ２ＳＦを膜厚２０ｎｍとなるように成膜する
ことで形成した。
また、発光素子４の発光層１１１３は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＤＰＡ２ＳＦ及び［
Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を共蒸着することで形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰ
ＤＢｑ−ＩＩ、ＤＰＡ２ＳＦ及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の重量比は、０．
７：０．３：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＤＰＡ２ＳＦ：［Ｉｒ（ｄｐｐｍ
）２（ａｃａｃ）］）となるように調節した。また、発光層１１１３の膜厚は４０ｎｍと
した。発光層１１１３以外は、発光素子１と同様に作製した。
なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
以上により得られた発光素子１乃至発光素子４の素子構造を表１に示す。
これらの発光素子を、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、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１乃至発光素子４の電圧−輝度特性を図９に示す。図９において、横軸は電圧（
Ｖ）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、電圧−電流特性を図１０に示す。図１
０において、横軸は、電圧（Ｖ）を、縦軸は電流（ｍＡ）を表す。また、輝度−電力効率
特性を図１１に示す。図１１において、横軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を、縦軸は電力効率（
ｌｍ／Ｗ）を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図１２に示す。図１２において、横
軸は、輝度（ｃｄ／ｍ２）を、縦軸は外部量子効率（％）を示す。
また、発光素子１乃至発光素子４における輝度１０００ｃｄ／ｍ２付近のときの電圧（Ｖ
）、電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）、ＣＩＥ色度座標（ｘ、ｙ）、電流効率（ｃｄ／Ａ）、電
力効率（ｌｍ／Ｗ）、外部量子効率（％）を表２に示す。
また、発光素子１乃至発光素子４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において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は発光強度（任意単位）を表す
。また、表２に示す通り、１０００ｃｄ／ｍ２の輝度の時の発光素子１のＣＩＥ色度座標
は（ｘ，ｙ）＝（０．５６，０．４４）であり、１０００ｃｄ／ｍ２の輝度の時の発光素
子２のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．５６，０．４３）であり、７８０ｃｄ／ｍ２
の輝度の時の発光素子３のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．５６，０．４３）であり
、８００ｃｄ／ｍ２の輝度の時の発光素子４のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．５６
，０．４３）であった。この結果から、発光素子１乃至発光素子４は、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ
）２（ａｃａｃ）］に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
表２、図１１、及び図１２からわかるように、発光素子１乃至発光素子４は、電流効率、
電力効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。
本実施例の発光素子では、実施例１に示した第１の有機化合物、第２の有機化合物及びゲ
スト材料を発光層に用いた。実施例１より、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと第２の有機化合
物の混合材料の発光スペクトル（励起錯体の発光スペクトル）は、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２
（ａｃａｃ）］の吸収スペクトルと重なる。本実施例の発光素子は、該重なりを利用して
エネルギー移動をするため、エネルギー移動効率が高く、外部量子効率が高いと考えられ
る。
本実施例において、発光素子１、２、４は、発光素子３に比べて外部量子効率が高かった
（図１２参照）。これは、発光素子１、２、４は、発光素子３に比べて、励起錯体の発光
スペクトルと［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の吸収スペクトルの重なりが大きいた
めであると考えられる（図１乃至図４、実施例１参照）。
図９及び図１０からわかるように、発光素子１乃至発光素子４は、発光開始電圧が低い。
橙色の有機ＥＬ素子の発光開始電圧の理論値は２．１Ｖ程度と言われているが、本発明の
一態様の発光素子は、それに極めて近い値を示すことがわかった。
本実施例において、発光素子２乃至発光素子４は、発光素子１に比べて発光開始電圧が低
かった（図１０及び図１１参照）。これは、発光素子２乃至発光素子４は、発光素子１に
比べて、励起錯体の発光スペクトルのピークが長波長側に存在するためであると考えられ
る（図１乃至図４、実施例１参照）。
以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、外部量子効率の高い素子を実現でき
ることが示された。また、本発明の一態様を適用することで、駆動電圧の低い素子を実現
することが示された。
次に、発光素子４の信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図１４に示す。図１４にお
いて、縦軸は初期輝度を１００％とした時の規格化輝度（％）を示し、横軸は素子の駆動
時間（ｈ）を示す。
信頼性試験は、初期輝度を５０００ｃｄ／ｍ２に設定し、電流密度一定の条件で発光素子
４を駆動した。
発光素子４は、２６０時間後の輝度が、初期輝度の９３％であった。この結果から、発光
素子４は、寿命の長い素子であることがわかった。
以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、駆動電圧が低く、信頼性の高い素子
を実現できることが示された。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いた材料の化
学式を以下に示す。なお、先の実施例で用いた材料の化学式は省略する。
本実施例で作製した発光素子は、構成例ａ乃至構成例ｓである。構成例ａ乃至構成例ｓの
素子構造を表３に示す。なお、構成例ａ乃至構成例ｓの違いは、正孔輸送層と、発光層に
用いる物質Ｘである。以下に、それぞれの構成例における物質Ｘの材料名を記す。さらに
、それぞれの構成例に用いた物質ＸのＨＯＭＯ準位（ｅＶ）、及びそれぞれの構成例で形
成される励起錯体の発光ピーク波長（ｎｍ）を表４に記す。なお、本実施例において、Ｈ
ＯＭＯ準位の測定には、光電子分光装置（理研計器社製、ＡＣ−２）を用いた。
（構成例ａ）
構成例ａは、実施例２に示した発光素子１である。物質Ｘとして、ＰＣＢＡ１ＢＰを用い
た。
（構成例ｂ）
物質Ｘとして、Ｎ，Ｎ’−ビス（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジ
フェニルベンゼン−１，３−ジアミン（略称：ＰＣＡ２Ｂ）を用いた。
（構成例ｃ）
物質Ｘとして、Ｎ−（９，９−ジメチル−２−Ｎ’，Ｎ’−ジフェニルアミノ−９Ｈ−フ
ルオレン−７−イル）ジフェニルアミン（略称：ＤＰＮＦ）を用いた。
（構成例ｄ）
物質Ｘとして、Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’−トリフェニル−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’−トリス（９−フェ
ニルカルバゾール−３−イル）ベンゼン−１，３，５−トリアミン（略称：ＰＣＡ３Ｂ）
を用いた。
（構成例ｅ）
物質Ｘとして、２−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミ
ノ］スピロ−９，９’−ビフルオレン（略称：ＰＣＡＳＦ）を用いた。
（構成例ｆ）
物質Ｘとして、２−［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ス
ピロ−９，９’−ビフルオレン（略称：ＤＰＡＳＦ）を用いた。
（構成例ｇ）
物質Ｘとして、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’
−ジフェニル−９，９−ジメチルフルオレン−２，７−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｆ）を
用いた。
（構成例ｈ）
物質Ｘとして、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）を用いた。
（構成例ｉ）
物質Ｘとして、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）を用いた。
（構成例ｊ）
物質Ｘとして、Ｎ−（９，９−ジメチル−９Ｈ−フルオレン−２−イル）−Ｎ−｛９，９
−ジメチル−２−［Ｎ’−フェニル−Ｎ’−（９，９−ジメチル−９Ｈ−フルオレン−２
−イル）アミノ］−９Ｈ−フルオレン−７−イル｝フェニルアミン（略称：ＤＦＬＡＤＦ
Ｌ）を用いた。
（構成例ｋ）
物質Ｘとして、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）を用いた。
（構成例ｌ）
物質Ｘとして、３−［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］−
９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＤＰＡ１）を用いた。
（構成例ｍ）
物質Ｘとして、３，６−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルア
ミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＤＰＡ２）を用いた。
（構成例ｎ）
構成例ｎは、実施例２に示した発光素子２である。物質Ｘとして、ＰＣｚＰＣＮ１を用い
た。
（構成例ｏ）
物質Ｘとして、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）を用
いた。
（構成例ｐ）
物質Ｘとして、３，６−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−（１−ナフ
チル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＴＰＮ２）を用いた。
（構成例ｑ）
構成例ｑは、実施例２に示した発光素子４である。物質Ｘとして、ＤＰＡ２ＳＦを用いた
。
（構成例ｒ）
構成例ｒは、実施例２に示した発光素子３である。物質Ｘとして、１’−ＴＮＡＴＡを用
いた。
（構成例ｓ）
物質Ｘとして、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）を用いた。
図１５に、各構成例における励起錯体の発光スペクトルのピーク波長と、物質ＸのＨＯＭ
Ｏ準位の関係を示す。図１５において、横軸は、ピーク波長（ｎｍ）を、縦軸はＨＯＭＯ
準位（ｅＶ）を示す。また、図１６に、各構成例における励起錯体の発光スペクトルのピ
ーク波長と、相対外部量子効率の関係を示す。図１６において、横軸は、ピーク波長（ｎ
ｍ）を、縦軸は相対外部量子効率（任意単位）を示す。なお、図１６における相対外部量
子効率は、構成例ａの発光素子の外部量子効率を１とした相対的な値として示す。ただし
、図１６では、構成例ｅ及び構成例ｈについては示していない。
図１５から、物質ＸのＨＯＭＯ準位が高いほど、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと物質Ｘから
形成される励起錯体の発光スペクトルのピークは長波長側に存在することが示された。し
たがって、物質ＸのＨＯＭＯ準位が高いほど、また励起錯体の発光スペクトルのピークが
長波長側に存在するほど、発光素子の発光開始電圧を低くすることができる。これにより
、発光素子の駆動電圧を低くすることができる。
図１６から、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が長すぎると、発光素子の外部量子
効率は低下するということがわかる。したがって、外部量子効率が高く、駆動電圧が低い
発光素子を得るためには、励起錯体の発光スペクトルのピーク波長の好ましい範囲がある
ことが示唆された。具体的には、低い駆動電圧と高い外部量子効率を両立するには、励起
錯体の発光スペクトルのピーク波長が、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も長波長側に
位置する吸収帯のピーク波長（本実施例の場合、溶液の吸収スペクトルで約５１０ｎｍ）
以上、燐光性化合物の発光スペクトルのピーク波長（本実施例の場合、ＥＬの発光スペク
トルで約５８０ｎｍ）以下であることが好ましいことが示唆された。
（参考例１）
上記実施例で用いた有機金属錯体、（アセチルアセトナト）ビス（４，６−ジフェニルピ
リミジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（別名：ビス［２−（６−フェニル−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（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）の合成例を示す。なお、［
Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の構造を以下に示す。
＜ステップ１；４，６−ジフェニルピリミジン（略称：Ｈｄｐｐｍ）の合成＞
まず、４，６−ジクロロピリミジン５．０２ｇ、フェニルボロン酸８．２９ｇ、炭酸ナト
リウム７．１９ｇ、ビス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（ＩＩ）ジクロリド（略
称：Ｐｄ（ＰＰｈ３）２Ｃｌ２）０．２９ｇ、水２０ｍＬ、アセトニトリル２０ｍＬを、
還流管を付けたナスフラスコに入れ、内部をアルゴン置換した。この反応容器にマイクロ
波（２．４５ＧＨｚ １００Ｗ）を６０分間照射することで加熱した。ここで更にフェニ
ルボロン酸２．０８ｇ、炭酸ナトリウム１．７９ｇ、Ｐｄ（ＰＰｈ３）２Ｃｌ２０．０７
０ｇ、水５ｍＬ、アセトニトリル５ｍＬをフラスコに入れ、再度マイクロ波（２．４５Ｇ
Ｈｚ １００Ｗ）を６０分間照射することで加熱した。その後この溶液に水を加え、ジク
ロロメタンにて有機層を抽出した。得られた抽出液を水で洗浄し、硫酸マグネシウムにて
乾燥させた。乾燥した後の溶液を濾過した。この溶液の溶媒を留去した後、得られた残渣
を、ジクロロメタンを展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、ピ
リミジン誘導体Ｈｄｐｐｍを得た（黄白色粉末、収率３８％）。なお、マイクロ波の照射
は、マイクロ波合成装置（ＣＥＭ社製 Ｄｉｓｃｏｖｅｒ）を用いた。以下にステップ１
の合成スキーム（ａ−１）を示す。
＜ステップ２；ジ−μ−クロロ−ビス［ビス（４，６−ジフェニルピリミジナト）イリジ
ウム（ＩＩＩ）］（略称：［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２Ｃｌ］２）の合成＞
次に、２−エトキシエタノール１５ｍＬ、水５ｍＬ、上記ステップ１で得たＨｄｐｐｍ１
．１０ｇ、塩化イリジウム水和物（ＩｒＣｌ３・Ｈ２Ｏ）０．６９ｇを、還流管を付けた
ナスフラスコに入れ、ナスフラスコ内をアルゴン置換した。その後、マイクロ波（２．４
５ＧＨｚ １００Ｗ）を１時間照射し、反応させた。溶媒を留去した後、得られた残渣を
エタノールで濾過し、次いで洗浄し、複核錯体［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２Ｃｌ］２を得た（赤
褐色粉末、収率８８％）。以下にステップ２の合成スキーム（ａ−２）を示す。
＜ステップ３；（アセチルアセトナト）ビス（４，６−ジフェニルピリミジナト）イリジ
ウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）の合成＞
さらに、２−エトキシエタノール４０ｍＬ、上記ステップ２で得た［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２
Ｃｌ］２１．４４ｇ、アセチルアセトン０．３０ｇ、炭酸ナトリウム１．０７ｇを、還流
管を付けたナスフラスコに入れ、ナスフラスコ内をアルゴン置換した。その後、マイクロ
波（２．４５ＧＨｚ １２０Ｗ）を６０分間照射し、反応させた。溶媒を留去し、得られ
た残渣をジクロロメタンに溶解して濾過し、不溶物を除去した。得られた濾液を水、次い
で飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムにて乾燥させた。乾燥した後の溶液を濾過した
。この溶液の溶媒を留去した後、得られた残渣を、ジクロロメタン：酢酸エチル＝５０：
１（体積比）を展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した。その後
、ジクロロメタンとヘキサンの混合溶媒にて再結晶することにより、目的物である橙色粉
末を得た（収率３２％）。以下にステップ３の合成スキーム（ａ−３）を示す。
上記ステップ３で得られた橙色粉末の核磁気共鳴分光法（１Ｈ ＮＭＲ）による分析結果
を下記に示す。この結果から、有機金属錯体［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が得ら
れたことがわかった。
１Ｈ ＮＭＲ．δ（ＣＤＣｌ３）：１．８３（ｓ，６Ｈ），５．２９（ｓ，１Ｈ），６
．４８（ｄ，２Ｈ），６．８０（ｔ，２Ｈ），６．９０（ｔ，２Ｈ），７．５５−７．６
３（ｍ，６Ｈ），７．７７（ｄ，２Ｈ），８．１７（ｓ，２Ｈ），８．２４（ｄ，４Ｈ）
，９．１７（ｓ，２Ｈ）．
（参考例２）
上記実施例で用いた２−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［
ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）の合成方法について説明する
。
≪２−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサ
リン（略称：２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）の合成≫
２−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリ
ン（略称：２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）の合成スキームを（ｂ−１）に示す。
２Ｌ三口フラスコに２−クロロジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン５．３ｇ（２０ｍｍｏｌ
）、３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニルボロン酸６．１ｇ（２０ｍｍｏｌ）
、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）４６０ｍｇ（０．４ｍｍｏｌ
）、トルエン３００ｍＬ、エタノール２０ｍＬ、２Ｍの炭酸カリウム水溶液２０ｍＬを加
えた。この混合物を、減圧下で攪拌することで脱気し、三口フラスコ内を窒素置換した。
この混合物を窒素気流下、１００℃で７．５時間攪拌した。室温まで冷ました後、得られ
た混合物を濾過して白色の濾物を得た。得られた濾物を水、エタノールの順で洗浄した後
、乾燥させた。得られた固体を約６００ｍＬの熱トルエンに溶かし、セライト（和光純薬
工業株式会社、カタログ番号：５３１−１６８５５）、フロリジール（和光純薬工業株式
会社、カタログ番号：５４０−００１３５）を通して吸引濾過し、無色透明の濾液を得た
。得られた濾液を濃縮し、約７００ｍＬのシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し
た。クロマトグラフィーは、熱トルエンを展開溶媒に用いて行った。ここで得られた固体
にアセトンとエタノールを加えて超音波を照射した後、生じた懸濁物を濾取して乾燥させ
たところ、白色粉末を収量７．８５ｇ、収率８０％で得た。
上記目的物は、熱トルエンには比較的可溶であったが、冷めると析出しやすい材料であっ
た。また、アセトン、エタノールなど他の有機溶剤には難溶であった。そのため、この溶
解性の差を利用して、上記の様に、簡便な方法で収率よく合成することができた。具体的
には、反応終了後、室温に戻して析出させた固体を濾取することで、大部分の不純物を簡
便に除くことができた。また、熱トルエンを展開溶媒とした、カラムクロマトグラフィー
により、析出しやすい目的物も簡便に精製することができた。
得られた白色粉末４．０ｇをトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製
は、圧力５．０Ｐａ、アルゴン流量５ｍＬ／ｍｉｎの条件で、白色粉末を３００℃で加熱
して行った。昇華精製後、目的物の白色粉末を収量３．５ｇ、収率８８％で得た。
核磁気共鳴分光法（１Ｈ ＮＭＲ）によって、この化合物が目的物である２−［３−（ジ
ベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：２ｍ
ＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）であることを確認した。
得られた物質の１Ｈ ＮＭＲデータを以下に示す。
１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３，３００ＭＨｚ）：δ（ｐｐｍ）＝７．４５−７．５２（ｍ
，２Ｈ）、７．５９−７．６５（ｍ，２Ｈ）、７．７１−７．９１（ｍ，７Ｈ）、８．２
０−８．２５（ｍ，２Ｈ）、８．４１（ｄ，Ｊ＝７．８Ｈｚ，１Ｈ）、８．６５（ｄ，Ｊ
＝７．５Ｈｚ，２Ｈ）、８．７７−８．７８（ｍ，１Ｈ）、９．２３（ｄｄ，Ｊ＝７．２
Ｈｚ，１．５Ｈｚ，１Ｈ）、９．４２（ｄｄ，Ｊ＝７．８Ｈｚ，１．５Ｈｚ，１Ｈ）、９
．４８（ｓ，１Ｈ）。
１０２ ＥＬ層
１０３ 第１の電極
１０８ 第２の電極
７０１ 正孔注入層
７０２ 正孔輸送層
７０３ 発光層
７０４ 電子輸送層
７０５ 電子注入層
７０６ 電子注入バッファー層
７０７ 電子リレー層
７０８ 複合材料層
８００ 第１のＥＬ層
８０１ 第２のＥＬ層
８０３ 電荷発生層
１１００ 基板
１１０１ 第１の電極
１１０３ 第２の電極
１１１１ 正孔注入層
１１１２ 正孔輸送層
１１１３ 発光層
１１１４ａ 第１の電子輸送層
１１１４ｂ 第２の電子輸送層
１１１５ 電子注入層

Claims (16)

  1. イリジウム錯体、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光層を一対の電極間に有し、
    前記第１の有機化合物及び前記第２の有機化合物が、励起錯体を形成する組み合わせであり、
    前記第１の有機化合物及び前記第２の有機化合物のいずれか一方は、カルバゾール化合物であり、
    前記励起錯体の発光スペクトルが、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯と重なり、
    前記励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯のピーク波長以上である発光素子。
  2. イリジウム錯体、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光層を一対の電極間に有し、
    前記第１の有機化合物及び前記第２の有機化合物が、励起錯体を形成する組み合わせであり、
    前記第１の有機化合物は複素芳香族化合物であり、前記第２の有機化合物はカルバゾール化合物であり、
    前記励起錯体の発光スペクトルが、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯と重なり、
    前記励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯のピーク波長以上である発光素子。
  3. イリジウム錯体、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光層を一対の電極間に有し、
    前記第１の有機化合物及び前記第２の有機化合物が、励起錯体を形成する組み合わせであり、
    前記第１の有機化合物及び前記第２の有機化合物のいずれか一方は、カルバゾール化合物であり、
    前記励起錯体の発光スペクトルが、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯と重なり、
    前記励起錯体の発光スペクトルのピーク波長と、前記イリジウム錯体の発光スペクトルのピーク波長の差が３０ｎｍ以下である発光素子。
  4. イリジウム錯体、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光層を一対の電極間に有し、
    前記第１の有機化合物及び前記第２の有機化合物が、励起錯体を形成する組み合わせであり、
    前記第１の有機化合物は複素芳香族化合物であり、前記第２の有機化合物はカルバゾール化合物であり、
    前記励起錯体の発光スペクトルが、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯と重なり、
    前記励起錯体の発光スペクトルのピーク波長と、前記イリジウム錯体の発光スペクトルのピーク波長の差が３０ｎｍ以下である発光素子。
  5. イリジウム錯体、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光層を一対の電極間に有し、
    前記第１の有機化合物及び前記第２の有機化合物が、励起錯体を形成する組み合わせであり、
    前記第１の有機化合物及び前記第２の有機化合物のいずれか一方は、カルバゾール化合物であり、
    前記励起錯体の発光スペクトルが、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯と重なり、
    前記励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯のピーク波長以上、前記イリジウム錯体の発光スペクトルのピーク波長以下である発光素子。
  6. イリジウム錯体、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光層を一対の電極間に有し、
    前記第１の有機化合物及び前記第２の有機化合物が、励起錯体を形成する組み合わせであり、
    前記第１の有機化合物は複素芳香族化合物であり、前記第２の有機化合物はカルバゾール化合物であり、
    前記励起錯体の発光スペクトルが、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯と重なり、
    前記励起錯体の発光スペクトルのピーク波長が、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルの最も長波長側に位置する吸収帯のピーク波長以上、前記イリジウム錯体の発光スペクトルのピーク波長以下である発光素子。
  7. 請求項５または請求項６において、
    前記励起錯体の発光スペクトルのピーク波長と、前記イリジウム錯体の発光スペクトルのピーク波長の差が３０ｎｍ以下である発光素子。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
    前記第１の有機化合物のＴ１準位及び前記第２の有機化合物のＴ１準位は、前記イリジウム錯体のＴ１準位より高い発光素子。
  9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
    前記イリジウム錯体の最も長波長側に位置する吸収帯のモル吸光係数は、２０００Ｍ−１・ｃｍ−１以上である発光素子。
  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の有機化合物及び前記第２の有機化合物の少なくとも一方が、蛍光性化合物である発光素子。
  11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、
    前記励起錯体の励起エネルギーが前記イリジウム錯体に移動して、前記イリジウム錯体が燐光を発する発光素子。
  12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、
    前記カルバゾール化合物は、第１のカルバゾール環を有し、前記第１のカルバゾール環の３位が置換されているカルバゾール化合物である発光素子。
  13. 請求項１２において、
    前記カルバゾール化合物は、前記第１のカルバゾール環の９位にベンゼン環を有するカルバゾール化合物である発光素子。
  14. 請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の発光素子を有する発光装置。
  15. 請求項１４に記載の発光装置を有する照明装置。
  16. 請求項１４に記載の発光装置を有する電子機器。
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