JP5877805B2 - 発光素子、発光装置、電子機器、照明装置 - Google Patents

発光素子、発光装置、電子機器、照明装置 Download PDF

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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物質を含む発光層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及びホール（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１００％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、一対の電極間に、燐光性化合物及び熱活性化遅延蛍光（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｄｅｌａｙｅｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ：ＴＡＤＦ）を示す物質を含む発光層を有し、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピークと、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯とが重なり、一対の電極間に電圧を印加することにより、発光層において、燐光性化合物が燐光を発する発光素子である。
なお、本明細書等において、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルは、遅延蛍光スペクトル（熱活性化遅延蛍光スペクトル）を含む。
ここで、遅延蛍光とは、通常の蛍光と同じスペクトルをもちながら、寿命が著しく長い発光をいう。その寿命は、１０−６秒以上、好ましくは１０−３秒以上である。
上記発光素子において、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピークのエネルギー値と、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のピークのエネルギー値との差が、０．３ｅＶ以内であると好ましい。
また、本発明の一態様は、一対の電極間に、燐光性化合物及び熱活性化遅延蛍光を示す物質を含む発光層を有し、熱活性化遅延蛍光を示す物質の燐光スペクトルのピークと、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯とが重なり、一対の電極間に電圧を印加することにより、発光層において、燐光性化合物が燐光を発する発光素子である。
上記発光素子において、熱活性化遅延蛍光を示す物質の燐光スペクトルのピークのエネルギー値と、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のピークのエネルギー値との差が、０．３ｅＶ以内であると好ましい。
また、本発明の一態様は、一対の電極間に、燐光性化合物及び熱活性化遅延蛍光を示す物質を含む発光層を有し、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピーク及び燐光スペクトルのピークが、それぞれ燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯と重なり、一対の電極間に電圧を印加することにより、発光層において、燐光性化合物が燐光を発する発光素子である。
上記発光素子において、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピークのエネルギー値及び燐光スペクトルのピークのエネルギー値は、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のピークのエネルギー値との差が、それぞれ０．３ｅＶ以内であることが好ましい。
また、上記発光素子において、熱活性化遅延蛍光を示す物質は、蛍光スペクトルのピークのエネルギー値と、燐光スペクトルのピークのエネルギー値との差が、０．３ｅＶ以内であることが好ましい。
また、上記発光素子における、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯は、三重項ＭＬＣＴ（Ｍｅｔａｌ ｔｏ Ｌｉｇａｎｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）遷移に由来する吸収帯を含むことが好ましい。
また、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く、イリジウム錯体であることが特に好ましい。
また、上記発光素子における、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のモル吸光係数は、５０００／Ｍ・ｃｍ以上であることが好ましい。
また、上記発光素子において、熱活性化遅延蛍光を示す物質が、π過剰系複素芳香環及びπ欠如系複素芳香環を有する複素環化合物であることが好ましく、π過剰系複素芳香環と、π欠如系複素芳香環とが、直接結合した複素環化合物であることが特に好ましい。
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。
本発明の一態様の概念を示す図。 本発明の一態様の発光素子を示す図。
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図１を用いて説明する。
本発明の一態様の発光素子は、発光物質であるゲスト材料と、該ゲスト材料を分散するホスト材料とを発光層に有する。ゲスト材料としては、燐光性化合物を用いる。ホスト材料としては、熱活性化遅延蛍光を示す物質を用いる。本発明の一態様の発光素子におけるホスト材料の燐光スペクトル及び蛍光スペクトル、並びに燐光性化合物の吸収スペクトルの概念模式図を図１に示す。図１において、縦軸は吸収強度及び発光強度、横軸はエネルギーを示す。
本発明の一態様の発光素子の発光層は、ゲスト材料の含有量に比べてホスト材料の含有量が多い。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、ホスト材料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。ホスト材料の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ホスト材料が消光（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（Ｓ１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準位及び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よく移動できるかが重要となる。
＜エネルギー移動過程＞
次に、分子間のエネルギー移動過程について詳説する。
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。
Figure 0005877805
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、κ２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κ２＝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。
Figure 0005877805
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。
Figure 0005877805
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よい。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低エネルギー（長波長）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、発光に最も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（低エネルギー）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低エネルギー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、最も低エネルギー側の吸収帯は、２．０〜２．５ｅＶ付近にブロードな吸収帯が現れる場合が多い（無論、より低エネルギー側やより高エネルギー側に現れる場合もある）。この吸収帯は、主として、三重項ＭＬＣＴ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帯も一部含まれ、これらが重なって、吸収スペクトルの最も低エネルギー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帯が重なって、吸収スペクトルの最も低エネルギー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、このように最も低エネルギー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。
上述の議論から、ホスト材料の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低エネルギー側の吸収帯との重なりが大きくなればよい。また、ホスト材料の一重項励起状態からのエネルギー移動においては、ホスト材料の蛍光スペクトルとゲスト材料の最も低エネルギー側の吸収帯との重なりが大きくなればよい。
つまり、三重項励起状態からのエネルギー移動と、一重項励起状態からのエネルギー移動の双方を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及び蛍光スペクトルの双方をゲスト材料の最も低エネルギー側の吸収帯と重ねるように設計しなければならない。
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（３．１ｅＶ程度）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（２．５ｅＶ程度）であり、１００ｎｍもの隔たりがある（エネルギー差に換算すると、０．６ｅＶ以上の差である）。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。
ここで、本発明の一態様の発光素子は、ホスト材料として、熱活性化遅延蛍光を示す物質を用いる。
本発明の一態様は、一対の電極間に、燐光性化合物及び熱活性化遅延蛍光を示す物質を含む発光層を有し、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピークと、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯とが重なり、一対の電極間に電圧を印加することにより、発光層において、燐光性化合物が燐光を発する発光素子である。
また、本発明の別の態様は、一対の電極間に、燐光性化合物及び熱活性化遅延蛍光を示す物質を含む発光層を有し、熱活性化遅延蛍光を示す物質の燐光スペクトルのピークと、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯とが重なり、一対の電極間に電圧を印加することにより、発光層において、燐光性化合物が燐光を発する発光素子である。
熱活性化遅延蛍光を示す物質は、最低三重項励起エネルギーと最低一重項励起エネルギーとの差が小さい。換言すれば、熱活性化遅延蛍光を示す物質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、近接することになる。したがって、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピーク又は燐光スペクトルのピークを、燐光性化合物の最も低エネルギー側に位置する吸収帯に重ねるよう設計した場合、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトル及び燐光スペクトルの双方が、燐光性化合物の最も低エネルギー側に位置する吸収帯に重なる（又は極めて近接する）ことになる（図１参照）。このことはすなわち、熱活性化遅延蛍光を示す物質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。
本発明の一態様の発光素子は、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピーク又は燐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における最も低エネルギー側の吸収帯と重なりを有することで、熱活性化遅延蛍光を示す物質の一重項励起状態及び三重項励起状態の双方から燐光性化合物へのエネルギー移動が円滑に行われるため、エネルギー移動効率が高い。このように、本発明の一態様では、外部量子効率の高い発光素子を実現することができる。
また、前述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、発光効率や寿命が低下することになる。本発明の一態様では、エネルギー移動が円滑に行われるため、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、寿命の長い発光素子を実現することができる。
ここで、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍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）場合、熱活性化遅延蛍光を示す物質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、本発明の一態様において、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍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、発光素子の発光開始電圧が小さくなり好ましい。本発明の一態様の発光素子は、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピークのエネルギーが低いため、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。
なお、このような観点から、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピーク又は燐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における最も低エネルギー側の吸収帯と重なりを有する範囲内においては、該蛍光スペクトルのピークのエネルギーが、該吸収帯のピークのエネルギーに比べて低くても良い。この場合、比較的高いエネルギー効率を保ったまま、発光素子の駆動電圧を低くすることができるためである。
特に、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピーク及び燐光スペクトルのピークの双方が、燐光性化合物の吸収スペクトルにおける最も低エネルギー側の吸収帯と重なりを有すると、エネルギー移動効率が特に高く、外部量子効率が特に高い発光素子を実現することができるため好ましい。
具体的には、本発明の別の態様は、一対の電極間に、燐光性化合物及び熱活性化遅延蛍光を示す物質を含む発光層を有し、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピーク及び燐光スペクトルのピークが、それぞれ燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯と重なり、一対の電極間に電圧を印加することにより、発光層において、燐光性化合物が燐光を発する発光素子である。
また、熱活性化遅延蛍光を示す物質の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルを十分に重ねるためには、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピークのエネルギー値と、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のピークのエネルギー値との差が、０．３ｅＶ以内であることが好ましい。より好ましくは０．２ｅＶ以内であり、特に好ましくは０．１ｅＶ以内である。また、熱活性化遅延蛍光を示す物質の燐光スペクトルのピークのエネルギー値と、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のピークのエネルギー値との差が、０．３ｅＶ以内であることが好ましい。より好ましくは０．２ｅＶ以内であり、特に好ましくは０．１ｅＶ以内である。
前述の通り、本発明の一態様の発光素子でホスト材料として用いる、熱活性化遅延蛍光を示す物質は、最低三重項励起エネルギーと最低一重項励起エネルギーとが近い。特に、本発明の一態様の発光素子において、熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピークのエネルギー値と、該熱活性化遅延蛍光を示す物質の燐光スペクトルのピークのエネルギー値との差が、０．３ｅＶ以内であることが好ましい。
上記発光素子において、燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯が、三重項ＭＬＣＴ遷移に由来する吸収帯を含むことが好ましい。三重項ＭＬＣＴ励起状態は、ゲスト材料である燐光性化合物の最低三重項励起状態であるため、燐光性化合物はこの励起状態から燐光を発する。つまり、三重項ＭＬＣＴ励起状態からは、発光以外の失活過程が少なく、この励起状態の割合をできる限り多くするのが高い発光効率に繋がると考えられる。このような理由から、三重項ＭＬＣＴ遷移に由来する吸収帯を利用して、熱活性化遅延蛍光を示す物質から三重項ＭＬＣＴ励起状態に直接エネルギー移動するエネルギー移動過程が多いことが好ましいと言える。また、上記発光素子において、燐光性化合物は有機金属錯体、特にイリジウム錯体が好ましい。
なお、熱活性化遅延蛍光を示す物質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、一重項励起状態からの蛍光発光（遅延蛍光発光）は実質的に観察されないことが好ましい。
さらに、熱活性化遅延蛍光を示す物質の一重項励起状態からのエネルギー移動は、フェルスター機構が重要と考えられる。このことを考慮すると、数式（１）から、燐光性化合物の最も低エネルギー側に位置する吸収帯のモル吸光係数は、２０００／Ｍ・ｃｍ以上が好ましく、５０００／Ｍ・ｃｍ以上がより好ましい。
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２を用いて説明する。
本実施の形態で例示する発光素子は、一対の電極（第１の電極及び第２の電極）と、該一対の電極間に設けられたＥＬ層と、を有する。該一対の電極は、一方が陽極、他方が陰極として機能する。該ＥＬ層は、少なくとも発光層を有し、該発光層は、発光物質であるゲスト材料と、該ゲスト材料を分散するホスト材料とを有する。ゲスト材料としては、燐光性化合物を用いる。ホスト材料としては、熱活性化遅延蛍光を示す物質を用いる。
本発明の一態様の発光素子には、トップエミッション（上面射出）構造、ボトムエミッション（下面射出）構造、デュアルエミッション（両面射出）構造のいずれも適用することができる。
以下に、本発明の一態様の発光素子の具体的な構成例について示す。
図２（Ａ）に示す発光素子は、第１の電極２０１及び第２の電極２０５の間にＥＬ層２０３を有する。本実施の形態では、第１の電極２０１が陽極として機能し、第２の電極２０５が陰極として機能する。
第１の電極２０１と第２の電極２０５の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、ＥＬ層２０３に第１の電極２０１側から正孔が注入され、第２の電極２０５側から電子が注入される。注入された電子と正孔はＥＬ層２０３において再結合し、ＥＬ層２０３に含まれる発光物質が発光する。
ＥＬ層２０３は、上述の通り、少なくとも発光層を有する。ＥＬ層２０３は、発光層以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、又はバイポーラ性の物質（電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質）等を含む層をさらに有していても良い。
ＥＬ層２０３には公知の物質を用いることができ、低分子系化合物及び高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいても良い。
ＥＬ層２０３の具体的な構成例を、図２（Ｂ）に示す。図２（Ｂ）に示すＥＬ層２０３では、正孔注入層３０１、正孔輸送層３０２、発光層３０３、電子輸送層３０４及び電子注入層３０５が、第１の電極２０１側からこの順に積層されている。
図２（Ｃ）に示す発光素子は、第１の電極２０１及び第２の電極２０５の間にＥＬ層２０３を有し、さらに、ＥＬ層２０３及び第２の電極２０５の間に、中間層２０７を有する。
中間層２０７の具体的な構成例を、図２（Ｄ）に示す。中間層２０７は、電荷発生領域３０８を少なくとも有する。中間層２０７は、電荷発生領域３０８以外の層として、電子リレー層３０７や、電子注入バッファー層３０６をさらに有していても良い。
第１の電極２０１と第２の電極２０５の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、電荷発生領域３０８において、正孔と電子が発生し、正孔は第２の電極２０５へ移動し、電子は電子リレー層３０７へ移動する。電子リレー層３０７は電子輸送性が高く、電荷発生領域３０８で生じた電子を電子注入バッファー層３０６に速やかに受け渡す。電子注入バッファー層３０６はＥＬ層２０３に電子を注入する障壁を緩和し、ＥＬ層２０３への電子注入効率を高める。従って、電荷発生領域３０８で発生した電子は、電子リレー層３０７と電子注入バッファー層３０６を経て、ＥＬ層２０３のＬＵＭＯ準位に注入される。
また、電子リレー層３０７は、電荷発生領域３０８を構成する物質と電子注入バッファー層３０６を構成する物質が界面で反応し、互いの機能が損なわれてしまう等の相互作用を防ぐことができる。
図２（Ｅ）（Ｆ）に示す発光素子のように、第１の電極２０１及び第２の電極２０５の間に複数のＥＬ層が積層されていても良い。この場合、積層されたＥＬ層の間には、中間層２０７を設けることが好ましい。例えば、図２（Ｅ）に示す発光素子は、第１のＥＬ層２０３ａと第２のＥＬ層２０３ｂとの間に、中間層２０７を有する。また、図２（Ｆ）に示す発光素子は、ＥＬ層をｎ層（ｎは２以上の自然数）有し、ｍ番目のＥＬ層２０３（ｍ）（ｍは１以上（ｎ−１）以下の自然数）と、（ｍ＋１）番目のＥＬ層２０３（ｍ＋１）との間に、中間層２０７を有する。
ＥＬ層２０３（ｍ）とＥＬ層２０３（ｍ＋１）の間に設けられた中間層２０７における電子と正孔の挙動について説明する。第１の電極２０１と第２の電極２０５の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、中間層２０７において正孔と電子が発生し、正孔は第２の電極２０５側に設けられたＥＬ層２０３（ｍ＋１）へ移動し、電子は第１の電極２０１側に設けられたＥＬ層２０３（ｍ）へ移動する。ＥＬ層２０３（ｍ＋１）に注入された正孔は、第２の電極２０５側から注入された電子と再結合し、当該ＥＬ層２０３（ｍ＋１）に含まれる発光物質が発光する。また、ＥＬ層２０３（ｍ）に注入された電子は、第１の電極２０１側から注入された正孔と再結合し、当該ＥＬ層２０３（ｍ）に含まれる発光物質が発光する。よって、中間層２０７において発生した正孔と電子は、それぞれ異なるＥＬ層において発光に至る。
なお、ＥＬ層同士を接して設けることで、両者の間に中間層と同じ構成が形成される場合は、ＥＬ層同士を接して設けることができる。例えば、ＥＬ層の一方の面に電荷発生領域が形成されている場合、その面に接してさらにＥＬ層を設けることができる。
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を混合すると、白色発光を得ることができる。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。
図２（Ａ）乃至（Ｆ）は、互いに組み合わせて用いることができる。例えば、図２（Ｆ）の第２の電極２０５とＥＬ層２０３（ｎ）の間に中間層２０７を設けることもできる。
以下に、それぞれの層に用いることができる材料を例示する。なお、各層は、単層に限られず、二層以上積層しても良い。
〈陽極〉
陽極として機能する電極（本実施の形態では第１の電極２０１）は、導電性を有する金属、合金、導電性化合物等を１種又は複数種用いて形成することができる。特に、仕事関数の大きい（４．０ｅＶ以上）材料を用いることが好ましい。例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有したインジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、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、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。
なお、陽極が電荷発生領域と接する場合は、仕事関数の大きさを考慮せずに、様々な導電性材料を用いることができ、例えば、アルミニウム、銀、アルミニウムを含む合金等も用いることができる。
〈陰極〉
陰極として機能する電極（本実施の形態では第２の電極２０５）は、導電性を有する金属、合金、導電性化合物などを１種又は複数種用いて形成することができる。特に、仕事関数が小さい（３．８ｅＶ以下）材料を用いることが好ましい。例えば、元素周期表の第１族又は第２族に属する元素（例えば、リチウム、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、マグネシウム等）、これら元素を含む合金（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、これら希土類金属を含む合金、アルミニウム、銀等を用いることができる。
なお、陰極が電荷発生領域と接する場合は、仕事関数の大きさを考慮せずに、様々な導電性材料を用いることができる。例えば、ＩＴＯ、珪素又は酸化珪素を含有したインジウムスズ酸化物等も用いることができる。
発光素子は、陽極又は陰極の一方が可視光を透過する導電膜であり、他方が可視光を反射する導電膜である構成としても良いし、陽極及び陰極の両方が可視光を透過する導電膜である構成としても良い。
可視光を透過する導電膜は、例えば、酸化インジウム、ＩＴＯ、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などを用いて形成することができる。また、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、もしくはチタン等の金属材料、又はこれら金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等も、透光性を有する程度に薄く形成することで用いることができる。また、グラフェン等を用いても良い。
可視光を反射する導電膜は、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、もしくはパラジウム等の金属材料、アルミニウムとチタンの合金、アルミニウムとニッケルの合金、アルミニウムとネオジムの合金等のアルミニウムを含む合金（アルミニウム合金）、又は、銀と銅の合金等の銀を含む合金を用いて形成することができる。銀と銅の合金は、耐熱性が高いため好ましい。また、上記金属材料や合金に、ランタン、ネオジム、又はゲルマニウム等が添加されていても良い。
電極は、それぞれ、真空蒸着法やスパッタリング法を用いて形成すれば良い。また、銀ペースト等を用いる場合には、塗布法やインクジェット法を用いれば良い。
〈正孔注入層３０１〉
正孔注入層３０１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、例えば、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等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：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を用いることができる。
また、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）等の高分子化合物、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、正孔注入層３０１を、電荷発生領域としても良い。陽極と接する正孔注入層３０１が電荷発生領域であると、仕事関数を考慮せずに様々な導電性材料を該陽極に用いることができる。電荷発生領域を構成する材料については後述する。
〈正孔輸送層３０２〉
正孔輸送層３０２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、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば良く、特に、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。
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又はα−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４−フェニル−４’−（９−フェニルフルオレン−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＢＰＡＦＬＰ）、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）等の芳香族アミン化合物を用いることができる。
また、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、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）、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）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）、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）等の芳香族炭化水素化合物を用いることができる。
また、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ等の高分子化合物を用いることができる。
〈発光層３０３〉
発光層３０３は、発光物質であるゲスト材料と、該ゲスト材料を分散するホスト材料とを含む層である。ゲスト材料としては、燐光を発光する燐光性化合物を用いる。ホスト材料としては、熱活性化遅延蛍光を示す物質を用いる。
ゲスト材料であ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低エネルギー側に位置する吸収帯のモル吸光係数は、２０００／Ｍ・ｃｍ以上が好ましく、５０００／Ｍ・ｃｍ以上がより好ましい。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、アリールジアジン（アリール基が結合したピリダジン、ピリミジン、又はピラジン）を配位子とする燐光性有機金属イリジウム錯体が好ましく、特に、フェニルピリミジン誘導体又はフェニルピラジン誘導体のフェニル基の炭素がイリジウムと結合した燐光性オルトメタル化イリジウム錯体が好ましい。具体的には、ビス（３，５−ジメチル−２−フェニルピラジナト）（ジピバロイルメタナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］）、（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）］）、ビス（２，３，５−トリ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（ｔｐｐｒ）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）］）、（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）］）等が挙げられる。
ホスト材料としては、公知の熱活性化遅延蛍光を示す物質を用いることができる。熱活性化遅延蛍光を示す物質としては、例えば、フラーレンやその誘導体、プロフラビン等のアクリジン誘導体、エオシン等が挙げられる。
また、熱活性化遅延蛍光を示す物質としては、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、スズ（Ｓｎ）、白金（Ｐｔ）、インジウム（Ｉｎ）、もしくはパラジウム（Ｐｄ）等を含む金属含有ポルフィリンが挙げられる。該金属含有ポルフィリンとしては、例えば、以下の構造式に示されるプロトポルフィリン−フッ化スズ錯体（略称：ＳｎＦ２（Ｐｒｏｔｏ ＩＸ））、メソポルフィリン−フッ化スズ錯体（略称：ＳｎＦ２（Ｍｅｓｏ ＩＸ））、ヘマトポルフィリン−フッ化スズ錯体（略称：ＳｎＦ２（Ｈｅｍａｔｏ ＩＸ））、コプロポルフィリンテトラメチルエステル−フッ化スズ錯体（略称：ＳｎＦ２（Ｃｏｐｒｏ ＩＩＩ−４Ｍｅ））、オクタエチルポルフィリン−フッ化スズ錯体（略称：ＳｎＦ２（ＯＥＰ））、エチオポルフィリン−フッ化スズ錯体（略称：ＳｎＦ２（Ｅｔｉｏ Ｉ））、オクタエチルポルフィリン−塩化白金錯体（略称：ＰｔＣｌ２（ＯＥＰ））等が挙げられる。
Figure 0005877805
Figure 0005877805
また、熱活性化遅延蛍光を示す物質としては、以下の構造式に示される２−（ビフェニル−４−イル）−４，６−ビス（１２−フェニルインドロ［２，３−ａ］カルバゾール−１１−イル）−１，３，５−トリアジン（略称：ＰＩＣ−ＴＲＺ）等のπ過剰系複素芳香環及びπ欠如系複素芳香環を有する複素環化合物を用いることができる。該複素環化合物は、π過剰系複素芳香環及びπ欠如系複素芳香環を有するため、電子輸送性及び正孔輸送性が高く、好ましい。なお、π過剰系複素芳香環とπ欠如系複素芳香環とが直接結合した物質は、π過剰系複素芳香環のドナー性とπ欠如系複素芳香環のアクセプター性が共に強くなり、Ｓ１とＴ１のエネルギー差が小さくなるため、特に好ましい。
Figure 0005877805
また、発光層を複数設け、それぞれの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、発光層を２つ有する発光素子において、第１の発光層の発光色と第２の発光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、発光層を３つ以上有する発光素子の場合でも同様である。
〈電子輸送層３０４〉
電子輸送層３０４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、正孔よりも電子の輸送性の高い有機化合物であれば良く、特に、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質であることが好ましい。
例えば、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（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ２）、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［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、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）等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）等の複素芳香族化合物を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）等の高分子化合物を用いることができる。
〈電子注入層３０５〉
電子注入層３０５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、例えば、リチウム、セシウム、カルシウム、酸化リチウム、炭酸リチウム、炭酸セシウム、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化カルシウム、フッ化エルビウム等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属又はこれらの化合物（酸化物、炭酸塩、ハロゲン化物など）を用いることができる。
また、電子注入層３０５は、前述の電子輸送性の高い物質とドナー性物質とを含む構成としても良い。例えば、Ａｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させることで電子注入層３０５を形成しても良い。電子輸送性の高い物質とドナー性物質を含む場合、電子輸送性の高い物質に対するドナー性物質の添加量の質量比は０．００１以上０．１以下の比率が好ましい。
ドナー性の物質としては、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、酸化リチウム、カルシウム酸化物、バリウム酸化物、酸化マグネシウム等のような、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、又はこれらの化合物（酸化物など）、ルイス塩基の他、テトラチアフルバレン（略称：ＴＴＦ）、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ができる。
〈電荷発生領域〉
正孔注入層を構成する電荷発生領域や、電荷発生領域３０８は、正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質（電子受容体）を含む領域である。アクセプター性物質は、正孔輸送性の高い物質に対して質量比で０．１以上４．０以下の比率で添加されていることが好ましい。
また、電荷発生領域は、同一膜中に正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含有する場合だけでなく、正孔輸送性の高い物質を含む層とアクセプター性物質を含む層とが積層されていても良い。但し、電荷発生領域を陰極側に設ける場合には、正孔輸送性の高い物質を含む層が陰極と接する構造となり、電荷発生領域を陽極側に設ける積層構造の場合には、アクセプター性物質を含む層が陽極と接する構造となる。
正孔輸送性の高い物質としては、電子よりも正孔の輸送性の高い有機化合物であれば良く、特に、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する有機化合物であることが好ましい。
具体的には、ＮＰＢ、ＢＰＡＦＬＰ等の芳香族アミン化合物、ＣＢＰ、ＣｚＰＡ、ＰＣｚＰＡ等のカルバゾール誘導体、ｔ−ＢｕＤＮＡ、ＤＮＡ、ＤＰＡｎｔｈ等の芳香族炭化水素化合物、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ等の高分子化合物など、正孔輸送層３０２に用いることができる物質として例示した正孔輸送性の高い物質を用いることができる。
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、遷移金属酸化物、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。特に、酸化モリブデンは、大気中で安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため、好ましい。
〈電子注入バッファー層３０６〉
電子注入バッファー層３０６は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入バッファー層３０６は、電荷発生領域３０８からＥＬ層２０３への電子の注入を容易にする。電子注入性の高い物質としては、前述の材料を用いることができる。また、電子注入バッファー層３０６は、前述の電子輸送性の高い物質とドナー性物質を含む構成としても良い。
〈電子リレー層３０７〉
電子リレー層３０７では、電荷発生領域３０８においてアクセプター性物質が引き抜いた電子を速やかに受け取る。
電子リレー層３０７は、電子輸送性の高い物質を含む。該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。
該フタロシアニン系材料としては、具体的にはＣｕＰｃ、ＳｎＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｎ（ＩＩ） ｃｏｍｐｌｅｘ）、ＺｎＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｚｉｎｃ ｃｏｍｐｌｅｘ）、ＣｏＰｃ（Ｃｏｂａｌｔ（ＩＩ）ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ， β−ｆｏｒｍ）、ＦｅＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ Ｉｒｏｎ）、ＰｈＯ−ＶＯＰｃ（Ｖａｎａｄｙｌ ２，９，１６，２３−ｔｅｔｒａｐｈｅｎｏｘｙ−２９Ｈ，３１Ｈ−ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）等が挙げられる。
該金属−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を有するため、電子の移動（授受）がより容易になる。
また、該金属−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。特に、ＶＯＰｃ（Ｖａｎａｄｙｌ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）、ＳｎＯＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｎ（ＩＶ） ｏｘｉｄｅ ｃｏｍｐｌｅｘ）、ＴｉＯＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ ｃｏｍｐｌｅｘ）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。
該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く、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、溶媒に可溶であるため、発光素子を形成する上で扱いやすい、かつ、成膜に用いる装置のメンテナンスが容易であるという利点を有する。
また、その他の電子輸送性の高い物質として、例えば、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）等のペリレン誘導体や、ピラジノ［２，３−ｆ］［１，１０］フェナントロリン−２，３−ジカルボニトリル（略称：ＰＰＤＮ）、２，３，６，７，１０，１１−ヘキサシアノ−１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレン（略称：ＨＡＴ（ＣＮ）６）、２，３−ジフェニルピリド［２，３−ｂ］ピラジン（略称：２ＰＹＰＲ）、２，３−ビス（４−フルオロフェニル）ピリド［２，３−ｂ］ピラジン（略称：Ｆ２ＰＹＰＲ）等の含窒素縮合芳香族化合物などを用いても良い。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３０７を形成する為に用いる材料として好ましい。
また、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（略称：ＴＣＮＱ）、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（略称：ＮＴＣＤＡ）、パーフルオロペンタセン、銅ヘキサデカフルオロフタロシアニン（略称：Ｆ１６ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（２，２，３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，８−ペンタデカフルオロオクチル）−１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド（略称：ＮＴＣＤＩ−Ｃ８Ｆ）、３’，４’−ジブチル−５，５’’−ビス（ジシアノメチレン）−５，５’’−ジヒドロ−２，２’：５’，２’’−テルチオフェン（略称：ＤＣＭＴ）、メタノフラーレン（例えば、［６，６］−フェニルＣ６１酪酸メチルエステル）等を用いることができる。
電子リレー層３０７は、上述のドナー性物質をさらに含んでいても良い。電子リレー層３０７に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。
該電子輸送性の高い物質や該ドナー性物質のＬＵＭＯ準位は、電荷発生領域３０８に含まれるアクセプター性物質のＬＵＭＯ準位と、電子輸送層３０４に含まれる電子輸送性の高い物質のＬＵＭＯ準位（又は電子リレー層３０７もしくは電子注入バッファー層３０６が接するＥＬ層２０３のＬＵＭＯ準位）の間となるようにする。ＬＵＭＯ準位は、−５．０ｅＶ以上−３．０ｅＶ以下とするのが好ましい。なお、電子リレー層３０７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、電荷発生領域３０８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。
なお、上述したＥＬ層２０３及び中間層２０７を構成する層は、それぞれ、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、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。
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方式の発光装置や、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方式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、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
２０１ 第１の電極
２０３ ＥＬ層
２０３ａ 第１のＥＬ層
２０３ｂ 第２のＥＬ層
２０５ 第２の電極
２０７ 中間層
３０１ 正孔注入層
３０２ 正孔輸送層
３０３ 発光層
３０４ 電子輸送層
３０５ 電子注入層
３０６ 電子注入バッファー層
３０７ 電子リレー層
３０８ 電荷発生領域

Claims (9)

  1. 一対の電極間に、発光層を有し、
    前記発光層は、燐光性化合物と、熱活性化遅延蛍光を示す物質とを含み、
    前記熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピークは、前記燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯と重なり、
    前記燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のモル吸光係数が、２０００／Ｍ・ｃｍ以上である発光素子。
  2. 一対の電極間に、発光層を有し、
    前記発光層は、燐光性化合物と、熱活性化遅延蛍光を示す物質とを含み、
    前記熱活性化遅延蛍光を示す物質の燐光スペクトルのピークは、前記燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯と重なり、
    前記燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のモル吸光係数が、２０００／Ｍ・ｃｍ以上である発光素子。
  3. 一対の電極間に、発光層を有し、
    前記発光層は、燐光性化合物と、熱活性化遅延蛍光を示す物質とを含み、
    前記熱活性化遅延蛍光を示す物質の蛍光スペクトルのピーク及び燐光スペクトルのピークは、前記燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯と重なり、
    前記燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のモル吸光係数が、２０００／Ｍ・ｃｍ以上である発光素子。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    前記吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯が、三重項ＭＬＣＴ遷移に由来する吸収帯を含む発光素子。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
    前記燐光性化合物は、有機金属錯体である発光素子。
  6. 請求項５において、
    前記燐光性化合物は、イリジウム錯体である発光素子。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の発光素子を有する発光装置。
  8. 請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の発光素子を有する電子機器。
  9. 請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の発光素子を有する照明装置。
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