WO2022044589A1 - 受発光素子、これを用いた電子デバイスおよび生体センシングデバイス - Google Patents

Abstract

受発光素子（１０）は、陽極（２）と、陰極（６）と、これら陽極（２）および陰極（６）の間に位置し、２種以上の有機材料から成る受発光層（４）とを備える。受発光層（４）は、「電子供与性材料のＨＯＭＯ＞電子受容性材料のＨＯＭＯ」と「電子供与性材料のＬＵＭＯ＞電子受容性材料のＬＵＭＯ」とによって表されるエネルギー凖位の関係性を満たす電子供与性材料および電子受容性材料を含む。これらの材料のうち少なくとも一方は、受発光層（４）への電圧印加時の最大発光波長エネルギーよりも小さいバンドギャップを有する。電子供与性材料は、受発光層（４）内の陽極側に偏在する。この受発光素子（１０）の規格化した受光感度スペクトルと規格化した発光スペクトルとの重なる領域は、前記規格化した発光スペクトルの領域の５０％以上を占める。

Description

受発光素子、これを用いた電子デバイスおよび生体センシングデバイス

　本発明は、受光素子としての機能と発光素子としての機能を併せ持つ受発光素子、これを用いた電子デバイスおよび生体センシングデバイスに関する。

　近年、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ）やビッグデータが注目を集めており、それを支える様々なデータを取得するセンシング技術の重要度が増している。センシング技術には様々な方式が存在するが、中でも、光センシングは、対象波長を変えることによりセンシング対象を変えることができるなど、多様な用途展開が可能であり、有用性が高いセンシング技術の一つである。

　光センサーは、一般に、発光素子と受光素子とを独立に備え、発光素子からの光を対象物に照射し、対象物を透過もしくは反射した光を受光素子により受光してセンシングする。このような光センサーは、例えば、波長として近赤外光を用いることにより、生体情報を読み取ることが可能である。さらに、基板や発光素子、受光素子を主に有機物で形成することにより、薄型でフレキシブルなデバイスを構成することが可能である（例えば非特許文献１参照）。

　また、これら発光素子と受光素子とを基板上に多数並べて配置し、アレイ化することにより、撮像デバイスとして用いることも可能である。このような技術として、例えば、非特許文献２には、有機受光素子を薄型トランジスタアレイ（ＴＦＴアレイ）基板上に配置した、生体情報を読み取り可能なフレキシブル撮像デバイスが開示されている。しかしながら、このデバイスには発光素子は組み込まれていないため、別途外部からの光源が必要となる。また、特許文献１には、複数の発光素子と複数の受光素子とを基板上に多数独立に並べて配置した受発光一体型デバイスが開示されている。特許文献１に記載のデバイスでは、受発光一体型とすることにより、外部からの光源を不要とすることができ、より薄型でフレキシブルなデバイスが構成可能である。しかしながら、このように、複数の発光素子と複数の受光素子とを基板上に多数独立に作り分けるには、多大な手間がかかるとともに、製造方法によっては一素子の領域を小さくすることに限界がある。さらに、発光素子と受光素子とを同一基板内に独立に作り分けることから、基板内でセンシングを行う受光領域が少なくなり、高精細化にも限界が生じる。

　一方で、特許文献２には、受光機能と発光機能とを併せ持つ撮像素子が開示されている。受光機能と発光機能とを併せ持つ素子を用いることにより、発光素子と受光素子とを作り分ける必要がなくなり、製造が容易となる。さらに、このような機能を持つ素子として、ルブレンとフラーレンとを積層した素子や、トリフェニルアミン化合物とフラーレンとを積層した素子も提案されている（例えば、非特許文献３および４参照）。また、ポリチオフェンとフラーレン誘導体との混合層にルブレンを少量添加した素子も提案されている（例えば、非特許文献５参照）。

「サイエンス　アドバンスズ（Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ａｄｖａｎｃｅｓ」、２０１６年、２巻、ｅ１５０１８５６頁 「ネイチャー　エレクトロニクス（Ｎａｔｕｒｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」、２０２０年、３巻、１１３－１２１頁 「アドヴァンスト　マテリアルズ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」、２００７年、１９巻、３６１３－３６１７頁 「アドヴァンスト　マテリアルズ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」、２００６年、１８巻、３０３３－３０３７頁 「シンセティック　メタルズ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ｍｅｔａｌｓ）」、２０１２年、１６２巻、２８１－２８４頁

特開２０１３－７３９６５号公報 特開２００９－８１２９７号公報

　本発明者らは、受光機能と発光機能とを併せ持つ素子（以下、受発光素子と称する）であれば、外部光源を必要とせず、薄型でフレキシブルな光センシングデバイスが構成可能となり、様々な用途へ適用可能と考えた。しかしながら、従来提案されてきた受発光素子では、同一構成の受発光素子からの発光に対する受光感度が不十分であった。

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、同一構成の受発光素子からの発光に対する受光感度が良好な受発光素子、これを用いた電子デバイスおよび生体センシングデバイスを提供することを目的とする。

　本発明者らは、検討を重ねた結果、受発光素子の受光感度スペクトルと発光スペクトルとの重なりが特に重要であることを見出した。すなわち、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る受発光素子は、陽極と、陰極と、前記陽極および前記陰極の間に位置し、２種以上の有機材料から成る受発光層と、を備え、前記受発光層は、下記の式（１）および式（２）によって表されるエネルギー凖位の関係性を満たす電子供与性材料および電子受容性材料を含み、前記電子供与性材料および前記電子受容性材料のうち少なくとも一方は、前記受発光層に電圧を印加した際の最大発光波長エネルギーよりも小さいバンドギャップを有する受発光層材料であり、前記電子供与性材料は、前記受発光層内において前記陽極側に偏在し、規格化した受光感度スペクトルと規格化した発光スペクトルとの重なる領域は、前記規格化した発光スペクトルの領域の５０％以上を占める、ことを特徴とする。
電子供与性材料のＨＯＭＯ＞電子受容性材料のＨＯＭＯ・・・（１）
電子供与性材料のＬＵＭＯ＞電子受容性材料のＬＵＭＯ・・・（２）

　また、本発明に係る受発光素子は、上記の発明において、規格化前の受光感度スペクトルと前記規格化した発光スペクトルとの重なる領域は、前記規格化した発光スペクトルの領域の５％以上を占める、ことを特徴とする。

　また、本発明に係る受発光素子は、上記の発明において、前記電子供与性材料が、前記受発光層に電圧を印加した際の最大発光波長エネルギーよりも小さいバンドギャップを有する前記受発光層材料である、ことを特徴とする。

　また、本発明に係る受発光素子は、上記の発明において、前記受発光層に電圧を印加した際の最大発光波長における吸光度が０．１以上である、ことを特徴とする。

　また、本発明に係る受発光素子は、上記の発明において、前記受発光層に電圧を印加した際の最大発光波長における、前記受発光層材料の単一膜の吸光係数が３００００ｃｍ^-1以上である、ことを特徴とする。

　また、本発明に係る受発光素子は、上記の発明において、前記受発光層は、ドメインサイズが４０ｎｍ以上の受光部および発光部のうち少なくとも一つを有する、ことを特徴とする。

　また、本発明に係る受発光素子は、上記の発明において、前記受発光層に電圧を印加した際の最大発光波長が７００ｎｍ以上である、ことを特徴とする。

　また、本発明に係る受発光素子は、上記の発明において、前記受発光層は、ジケトピロロピロールホウ素錯体化合物およびフラーレン化合物を含む、ことを特徴とする。

　また、本発明に係る受発光素子は、上記の発明において、前記受発光層は、ルブレン化合物およびチオフェン化合物を含む、ことを特徴とする。

　また、本発明に係る電子デバイスは、上記の発明のいずれか一つに記載の受発光素子を基板上に複数備える、ことを特徴とする。

　また、本発明に係る電子デバイスは、上記の発明において、複数の前記受発光素子は、互いに同一構成の受発光素子である、ことを特徴とする。

　また、本発明に係る電子デバイスは、上記の発明のいずれか一つに記載の受発光素子を複数備え、複数の前記受発光素子は、互いに同一構成の受発光素子であり、複数の前記受発光素子のうち、少なくとも一つの第１受発光素子は、対象物に光を発光して照射し、前記第１受発光素子以外の第２受発光素子は、前記対象物を透過または反射した光を受光する、ことを特徴とする。

　また、本発明に係る電子デバイスは、上記の発明のいずれか一つに記載の受発光素子をＴＦＴアレイ基板上に備える、ことを特徴とする。

　また、本発明に係る生体センシングデバイスは、上記の発明のいずれか一つに記載の受発光素子を備える、ことを特徴とする。

　本発明によれば、製造が容易で、かつ同一構成の受発光素子からの発光に対する受光感度が良好な受発光素子、これを用いた電子デバイスおよび生体センシングデバイスを提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る受発光素子の規格化した受光感度スペクトルおよび規格化した発光スペクトルの一例を示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係る受発光素子の規格化前の受光感度スペクトル（外部量子収率スペクトル）および規格化した発光スペクトルの一例を示す図である。 図３は、本発明の実施形態に係る受発光素子の一態様を示す断面模式図である。 図４は、実施例１３において作製した生体センシングデバイスによる脈波計測結果の一例を示す図である。 図５は、実施例１４において作製した生体センシングデバイスによる脈波計測結果の一例を示す図である。 図６は、比較例６において作製した生体センシングデバイスによる脈波計測結果の一例を示す図である。

　以下、本発明に係る受発光素子、これを用いた電子デバイスおよび生体センシングデバイスの実施形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、目的や用途に応じて種々に変更して実施することができる。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。

（受発光素子）
　本発明の実施形態に係る受発光素子は、陽極と陰極とを備え、これら陽極および陰極の間に、２種以上の有機材料から成る受発光層を備えている。この受発光素子において、受発光層は、陽極に正の電圧を印加したときに発光機能を示し、陽極にゼロまたは負の電圧を印加した場合には受光機能を示す層である。また、陽極および陰極のうち少なくとも一方は、光透過性を有することが好ましい。

　本発明の実施形態に係る受発光素子は、「規格化した受光感度スペクトルと規格化した発光スペクトルとの重なる領域（以下、重なり領域と適宜略す）が、この規格化した発光スペクトルの領域の５０％以上を占める」という条件を満足する。図１は、本発明の実施形態に係る受発光素子の規格化した受光感度スペクトルおよび規格化した発光スペクトルの一例を示す図である。例えば図１に示すように、この規格化した受光感度スペクトル１０１は、この規格化した発光スペクトル１０２と一部重なった状態にある。これら規格化した受光感度スペクトル１０１と規格化した発光スペクトル１０２との重なり領域１０３は、この規格化した発光スペクトル１０２の領域の５０％以上を占めている。すなわち、この規格化した発光スペクトル１０２の全領域に対する重なり領域１０３の割合は、５０％以上である。このように上記両スペクトル同士の重なりを設定することによって、当該受発光素子は、これと同一構成の受発光素子からの発光に対して高い受光感度を達成することができる。

　本発明において、受光感度スペクトルとは、受発光素子に各波長の光を照射した際の光電変換応答性を外部量子収率で示したスペクトルのことである。規格化した受光感度スペクトルとは、当該受光感度スペクトルを後述の手法によって規格化したものである。規格化した発光スペクトルは、当該受発光素子の発光スペクトルを後述の手法によって規格化したものである。また、図１において、規格化受光感度は、規格化した受光感度スペクトルによって示される受光感度の規格化値である。規格化発光強度は、規格化した発光スペクトルによって示される発光強度の規格化値である。

　また、本発明の実施形態に係る受発光素子は、「規格化前の受光感度スペクトルと規格化した発光スペクトルとの重なる領域が、この規格化した発光スペクトルの領域の５％以上を占める」という条件を満足することが、さらに好ましい。図２は、本発明の実施形態に係る受発光素子の規格化前の受光感度スペクトルおよび規格化した発光スペクトルの一例を示す図である。例えば図２に示すように、この規格化前の受光感度スペクトル１０１Ａは、この規格化した発光スペクトル１０２と一部重なった状態にある。これら規格化前の受光感度スペクトル１０１Ａと規格化した発光スペクトル１０２との重なり領域１０３Ａは、この規格化した発光スペクトル１０２の領域の５％以上を占めることが好ましい。すなわち、この規格化した発光スペクトル１０２の全領域に対する重なり領域１０３Ａの割合は、５％以上であることが好ましい。当該重なり領域１０３Ａの割合として、より好ましくは１０％以上である。これにより、当該受発光素子自身からの発光に対する当該受発光素子の受光感度をより高めることができる。なお、規格化前の受光感度スペクトルとは、当該受発光素子の受光感度スペクトルを規格化する前のもの（すなわち規格化していない受光感度スペクトル）である。

　受光感度スペクトルは、分光感度測定装置によって測定することができる。例えば、受発光素子に単色光を照射した際の電流応答性を分光感度測定装置によって測定し、その光電変換応答性を外部量子収率に変換することにより、目的の受光感度スペクトルを表示することができる。受光感度スペクトルは、上記のようにして得られた外部量子収率の波長依存性の最大値で各波長の外部量子収率を割ることにより、規格化することができる。また、発光スペクトルは、分光放射照度計を用いて、各波長の発光量を測定することで得られる。発光スペクトルは、上記のようにして得られた発光量の波長依存性の最大値で各波長の発光量を割ることにより、規格化することができる。

　さらに、本発明の実施形態に係る受発光素子において、受発光層に電圧を印加した際の最大発光波長における受発光素子の吸光度は、０．１以上であることが好ましい。この吸光度を０．１以上とすることにより、受発光素子自身からの発光に対する受光感度をより高めることができる。ここで、受発光素子の吸光度は、受発光素子の反射吸収スペクトルを測定することにより得られる。このとき、例えば３００ｎｍ～１２００ｎｍの波長範囲で測定した受発光素子の最小吸光度をベースラインとして補正を行い、実測した受発光素子の反射吸収スペクトルとベースライン値（最小吸光度）との差分が、目的とする吸光度となる。なお、最大発光波長は、発光スペクトルにおいて発光量（発光強度）が最大ピークとなるときの波長である。

　このように、同一構成の受発光素子からの発光に対して高い受光感度を達成することにより、受光素子と発光素子とを作り分ける必要がなくなり、製造が容易であり且つ受光機能と発光機能とを併せ持つ受発光素子を実現することが可能となる。このような受発光素子を用いることにより、当該受発光素子の作用効果を享受し得る光センサーを実現することが可能となる。

　また、本発明の実施形態に係る受発光素子において、受発光層に電圧を印加した際の最大発光波長は、７００ｎｍ以上（すなわち赤外光波長領域の波長）であることが好ましい。このような赤外光波長領域に最大発光波長を有することにより、当該受発光素子を適用した光センサーは、人の目に不可視な光の受発光によって動作可能なものとなる。また、７００ｎｍ～１４００ｎｍの波長範囲は、生体の窓と呼ばれる領域である。本発明の実施形態に係る受発光素子は、この波長範囲の受発光応答性を有することにより、生体センシングに好適に適用することができる。発光スペクトルは、その形状がシャープであるほうが、ブロード化しやすい受光感度スペクトルとの重なりを大きくしやすい。このため、発光スペクトルの半値幅は、より狭いことが好ましい。また、波長によってセンシング対象を選別するためにも、発光スペクトルの半値幅は、より狭いことが好ましい。具体的には、発光スペクトルの半値幅は、６０ｎｍ以下であることが好ましい。

　図３は、本発明の実施形態に係る受発光素子の一態様を示す断面模式図である。図３に示すように、本実施形態に係る受発光素子１０は、基板１の上に、陽極２と、陰極６と、これら陽極２および陰極６の間に位置する受発光層４とを備えている。また、受発光素子１０は、陽極２および受発光層４の間に位置する正孔輸送層３と、陰極６および受発光層４の間に位置する電子輸送層５とを備えている。例えば、図３に示す受発光素子１０は、基板１の上に、陽極２、正孔輸送層３、受発光層４、電子輸送層５および陰極６をこの順に有している。

　なお、受発光素子１０は、図３に示す積層構造のものに限定されない。特に図示しないが、例えば、受発光素子１０の他の態様として、基板１の上に、陰極６、電子輸送層５、受発光層４、正孔輸送層３および陽極２をこの順に有する受発光素子とすることも可能である。

　受発光素子１０が発光および受光を行うために、陽極２および陰極６のいずれか一方は光透過性を有することが好ましい。これらの電極のうち光透過性を有するものは、基板１側の電極（図３では陽極２）であってもよいし、基板１とは反対側の電極（図３では陰極６）であってもよい。

　基板１は、種類や用途に応じて、電極材料や有機半導体層が積層できる基板である。例えば、基板１として、無機材料または有機材料から任意の方法によって作製されたフィルムや板が使用可能である。基板１を構成する無機材料としては、無アルカリガラス、石英ガラス、アルミニウム、鉄、銅、およびステンレスなどの合金等が挙げられる。基板１を構成する有機材料としては、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレンポリメチルメタクリレート、エポキシ樹脂やフッ素系樹脂等が挙げられる。また、受発光素子１０が基板１側から発光または受光する場合、基板１として用いられるフィルムまたは板は、８０％程度の光透過性を持たせたものであることが好ましい。また、複数の受発光素子１０を多数配列して使用する場合、基板１は、ＴＦＴアレイと組み合わせたもの（ＴＦＴアレイ基板）であることが好ましい。基板１上にＴＦＴアレイを形成しておくことも好ましい態様の一つである。

　陽極２および陰極６（以下、これらを総称して「電極」と適宜略す）は、導電性材料から構成される。例えば、電極の素材としては、金、白金、銀、銅、鉄、亜鉛、錫、アルミニウム、インジウム、クロム、ニッケル、コバルト、スカンジウム、バナジウム、イットリウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム、モリブデン、タングステン、チタンなどの金属のほか、金属酸化物、複合金属酸化物（インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、ガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）など）、アルカリ金属やアルカリ土類金属（リチウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム）などが好ましく用いられる。さらに、これらの金属からなる合金やこれらの金属の積層体からなる電極も好ましく用いられる。また、グラファイト、グラファイト層間化合物、カーボンナノチューブ、グラフェン、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体を含む電極も好ましく用いられる。また、電極は、２種以上の材料から成る混合層であってもよいし、２種以上の化合物から成る複数の層を積層した積層構造の層であってもよい。

　また、陽極２および陰極６のうち少なくとも一方は、光透過性を有することが好ましい。本発明においては、陽極２および陰極６のいずれか一方が光透過性を有すればよいが、これら陽極２および陰極６の両方が光透過性を有してもよい。ここで、「光透過性を有する」とは、「受発光層に入射光が到達して起電力が発生する程度、および受発光層に電圧を印加して発生した光が外部へ取り出される程度に光を透過すること」を意味する。すなわち、電極が光透過率として０％を超える値を有する場合、当該電極は光透過性を有することとなる。この光透過性を有する電極は、４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の全ての波長領域において６０％～１００％の光透過率を有することが好ましい。また、光透過性を有する電極の厚さは、十分な導電性が得られる程度の厚さであればよく、材料によって異なるが、２０ｎｍ～３００ｎｍであることが好ましい。なお、光透過性を有しない電極は、導電性があれば十分であり、厚さも特に限定されない。

　正孔輸送層３は、本発明における受発光素子に必須の構成部ではない。しかし、正孔輸送層３を設けることによって、キャリアを取り出したり或いは注入したりするのに適した界面状態を形成できるとともに、電極間の短絡を防止する効果がある。したがって、本発明において、受発光素子は、正孔輸送層３が設けられていることが好ましい。例えば、図３に示す受発光素子１０は、陽極２と受発光層４との間に正孔輸送層３を備えている。

　例えば、正孔輸送層３を形成する材料としては、ポリチオフェン系重合体、ポリ－ｐ－フェニレンビニレン系重合体、ポリフルオレン系重合体、ポリピロール重合体、ポリアニリン重合体、ポリフラン重合体、ポリピリジン重合体、ポリカルバゾール重合体などの導電性高分子や、フタロシアニン誘導体（Ｈ₂Ｐｃ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃなど）、ポルフィリン誘導体、アセン系化合物（テトラセン、ペンタセンなど）などのｐ型半導体特性を示す低分子有機化合物、カーボンナノチューブやグラフェン、酸化グラフェンなどの炭素化合物、ＭｏＯ₃などの酸化モリブデン（ＭｏＯ_x）、ＷＯ₃などの酸化タングステン（ＷＯ_x）、ＮｉＯなどの酸化ニッケル（ＮｉＯ_x）、Ｖ₂Ｏ₅などの酸化バナジウム（ＶＯ_x）、ＺｒＯ₂などの酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_x）、Ｃｕ₂Ｏなどの酸化銅（ＣｕＯ_x）、ヨウ化銅、ＲｕＯ₄などの酸化ルテニウム（ＲｕＯ_x）、Ｒｅ₂Ｏ₇などの酸化ルテニウム（ＲｅＯ_x）などの無機化合物が好ましく用いられる。特に、ポリチオフェン系重合体であるポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）やＰＥＤＯＴにポリスチレンスルホネート（ＰＳＳ）が添加されたもの、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステンは、正孔輸送層３の材料として好ましく用いられる。正孔輸送層３は、単独の化合物から成る層であってもよいし、２種以上の化合物から成る混合層であってもよいし、２種以上の化合物から成る複数の層を積層した積層構造の層であってもよい。

　正孔輸送層３と隣接する陽極２が光透過性を有する構成を受発光素子１０に適用する場合、正孔輸送層３は、受発光素子１０（詳細には受発光層４）に電圧印加した際の発光波長に対して光透過性が高いことが好ましい。すなわち、この場合、正孔輸送層３の材料が、上記発光波長に対して光吸収能を持たない材料であることがより好ましい。また、正孔輸送層３の厚さは、特に限定されないが、５ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることがより好ましい。

　受発光層４は、陽極２および陰極６の間に形成される。例えば図３に示す受発光素子１０では、受発光層４は、陽極２側の正孔輸送層３と陰極６側の電子輸送層５との間に形成されている。受発光層４は、陽極２に正の電圧を印加することによって電圧が印可される。受発光層４は、このように正の電圧が印可された場合に発光機能を示し、陽極２にゼロまたは負の電圧が印加された場合に受光機能を示す層である。

　受発光層４は、上記の発光機能および受光機能を有するものであり、２種以上の有機材料から成る。有機材料とは、高分子材料や低分子材料のことを指し、化学構造の一部に金属原子を含むような錯体も含む。また、受発光層４は、電子供与性材料および電子受容性材料を含む。これらの材料を受発光層４が含むことで、受発光層４が受光した際の電荷分離が促進され、受発光層４の受光感度を高めることができる。これらの電子供与性材料および電子受容性材料は、下記の式（１）および式（２）によって表されるエネルギー凖位の関係性を満たす。
　　電子供与性材料のＨＯＭＯ＞電子受容性材料のＨＯＭＯ・・・（１）
　　電子供与性材料のＬＵＭＯ＞電子受容性材料のＬＵＭＯ・・・（２）
式（１）および式（２）において、ＨＯＭＯは、最高被占軌道のエネルギー準位であり、ＬＵＭＯは、最低空軌道のエネルギー準位である。

　また、これら電子供与性材料および電子受容性材料のエネルギー準位差は、下記の式（３）および式（４）を満たすことが好ましい。
　　電子供与性材料のＨＯＭＯ－電子受容性材料のＨＯＭＯ＞０．５ｅＶ　・・・（３）
　　電子供与性材料のＬＵＭＯ－電子受容性材料のＬＵＭＯ＞０．５ｅＶ　・・・（４）
また、高い開放電圧を得るという観点から、これら電子供与性材料および電子受容性材料のエネルギー準位差は、下記の式（５）を満たすことが好ましい。
　　電子供与性材料のＨＯＭＯ－電子受容性材料のＬＵＭＯ＞１．０ｅＶ　・・・（５）

　また、受発光層４に含まれる電子供与性材料および電子受容性材料のうち少なくとも一方は、当該受発光層４に電圧を印加した際の最大発光波長エネルギーよりも小さいバンドギャップの材料（以下、受発光層材料という）である。このような受発光層材料を受発光層４が含むことで、上述の規格化した受光感度スペクトルと規格化した発光スペクトルとの重なり領域の、当該規格化した発光スペクトルの全領域に対する割合を容易に５０％以上に高めることができる。

　さらに、受発光層４の内部において、上述した電子供与性材料は、陽極２側に偏在している。受発光層４が電子供与性材料について上記のような非対称の構成をとることで、受発光層４は、電荷輸送性を高めて受光感度を向上させるとともに、電荷ブロックにより再結合性が向上して発光強度も向上させることができる。ここで、「陽極側に偏在している」とは、受発光層の膜厚方向の分布において、陰極側よりも陽極側で濃度が高いことを指す。具体的には、受発光層４の膜厚方向の中心位置よりも陽極２側の領域における濃度（例えば電子供与性材料の濃度）が、受発光層４の膜厚方向の中心位置よりも陰極６側の領域に比べて高いことである。このような構成として、例えば、電子供与性材料と電子受容性材料との積層構造や、それらに電子供与性材料と電子受容性材料との混合層を含む積層構造などが挙げられる。これとは逆に、受発光層４の内部において、電子供与性材料が陰極６側に偏在している場合、受発光層４への電荷注入が生じにくくなり、さらに、電荷ブロックの効果が得られなくなるため、発光強度の低下を招く。また、上記電子供与性材料の陰極６側への偏在は、受光機能を用いようとする場合、受発光層４の内部で発生した電子が電子供与性材料を移動しにくいため、受光感度の低下も引き起こす。

　また、受発光層４に含まれる電子供与性材料および電子受容性材料のうち、電子供与性材料が、当該受発光層４に電圧を印加した際の最大発光波長エネルギーよりも小さいバンドギャップを有する受発光層材料であることが好ましい。有機材料は、種々の外部要因（酸素など）の影響によってｐ型半導体性を示すことが強く、すなわち電子供与性材料に適する。したがって、電子供与性材料を上記受発光層材料とした方が、電子受容性材料を上記受発光層材料とした場合に比べて高い受光感度を得やすい。

　また、受発光層４は、上記以外の材料を含んでいてもよい。当該材料は、受発光層４の内部において、単一材料層を形成するものであってもよいし、混合層を形成するものであってもよい。当該材料から成る単一材料層または混合層としては、例えば、ホスト材料に発光性ドーパント材料を混合した発光層などが挙げられる。また、受発光層４の厚さは、特に限定されないが、３０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましく、４０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることがより好ましい。

　また、受発光層４は、ドメインサイズが４０ｎｍ以上の受光部および発光部のうち少なくとも一つを有することが好ましい。受発光層４が単一材料層である場合、受発光層４の平面方向の長さ（幅または奥行きなど）よりも厚みが十分に小さければ、受発光層４の平均厚みが、当該受発光層４における単一組成部分の平均ドメインサイズである。上記の構成によって受発光層４の発光機能が高まる原因は明らかではないが、発光材料の励起子を閉じ込めて、無輻射失活を抑えることができるため、受発光層４の発光機能が高まると考えられる。

　また、受発光層４の発光波長および受光波長の制御性や、受発光素子１０のフレキシブル化への対応性、さらに、電荷輸送性の観点から、受発光層４の９０％以上は、有機半導体であることが好ましい。

　また、受発光層４は、その構成に依らず、いずれかの層に発光材料を含む。当該発光材料は、受発光層４において単一材料層を形成してもよいし、前述のようにホスト材料に発光性ドーパント材料を混合した混合層を受発光層４において形成してもよい。当該発光材料は、上述した電子供与性材料に該当するのであれば、電子受容性材料との混合層を受発光層４において形成してもよい。当該発光材料は、上述した電子受容性材料に該当するのであれば、電子供与性材料との混合層を受発光層４において形成してもよい。

　最大発光波長エネルギーよりも小さいバンドギャップの受発光層材料は、その単一膜の、受発光層４に電圧を印加した際の最大発光波長における吸光係数が３００００ｃｍ^-1以上であることが好ましい。当該吸光係数として、より好ましくは５００００ｃｍ^-1以上であり、さらに好ましくは９００００ｃｍ^-1以上である。このような受発光層材料を用いることで、受発光素子１０の受光感度を一層高めることができる。受発光層材料は、発光材料であってもよいし、発光材料とは別の材料であってもよい。受発光層材料が発光材料である場合、当該発光材料は、ストークスシフトが小さい材料であることが好ましい。ストークスシフトが十分に小さい材料を受発光層材料として用いることで、発光と受光との両方の機能を受発光層４に容易に持たせることが可能である。なお、最大発光波長エネルギーは、最大発光波長における発光エネルギーであり、最大発光波長エネルギーをＥ_maxとし、最大発光波長をλ_maxとした場合、プランク定数ｈと光速ｃとを用いて次式で表される。
　　Ｅ_max＝ｈ×ｃ／λ_max

　以上のような受発光層４を形成する材料としては、例えば、ポリチオフェン系重合体、ポリ－ｐ－フェニレンビニレン系重合体、ポリフルオレン系重合体、ポリピロール重合体、ポリアニリン重合体、ポリフラン重合体、ポリピリジン重合体、ポリカルバゾール重合体などの導電性高分子や、フタロシアニン誘導体（Ｈ２Ｐｃ、ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃなど）、ポルフィリン誘導体、アセン系化合物（テトラセン、ペンタセンなど）などのｐ型半導体特性を示す低分子有機化合物、電子受容性有機材料（ＮＴＣＤＡ、ＰＴＣＤＡ、ＰＴＣＤＩ－Ｃ８Ｈ、オキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、ホスフィンスルフィド誘導体、キノリン誘導体、フラーレン化合物、ＣＮＴ、ＣＮ－ＰＰＶ、ＩＥＩＣＯ、ＩＴＩＣ、Ｙ６など）のようにｎ型半導体特性を示す有機材料、ルブレン、キナクリドン化合物、クマリン化合物、ピロメテン化合物、ジケトピロロピロール化合物、ジケトピロロピロールホウ素錯体化合物などの発光材料などが挙げられる。受発光層４を形成する材料は、これら例示したものに限定されず、所望の発光波長、受光波長に応じて、有機半導体や発光材料から適宜選択して組み合わせればよい。

　中でも、ジケトピロロピロールホウ素錯体化合物は、ストークスシフトが小さく、受発光層４に発光と受光との両方の機能を持たせることについて有効な材料である。さらに、ジケトピロロピロールホウ素錯体化合物は、７００ｎｍ以上の発光波長を有していることから、受発光層４に電圧を印可した際の最大発光波長を７００ｎｍ以上とするうえで、受発光層４に含まれる好ましい材料の一つである。また、ジケトピロロピロールホウ素錯体化合物を電子供与性材料として機能させるために、ジケトピロロピロールホウ素錯体化合物とフラーレン化合物とを組み合わせることも、受発光層４に含まれる材料の好ましい態様の一つである。

　また、上記ジケトピロロピロールホウ素錯体化合物とフラーレン化合物との組み合わせ以外では、可視光領域で発光するルブレン化合物と、可視光領域における光吸収性の高いチオフェン化合物とを組み合わせることも、受発光層４に含まれる材料の好ましい態様の一つである。

　ジケトピロロピロールホウ素錯体化合物の具体的な構造としては、例えば、非特許文献「サイエンティフィックレポート（ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ　ＲＥＰＯＴＳ）」、２０１６年、６巻、３４０９６頁に記載の下記化合物が挙げられる。

　フラーレン化合物の具体例として、Ｃ₆₀フラーレン、Ｃ₇₀フラーレン、Ｃ₇₆フラーレン、Ｃ₇₈フラーレン、Ｃ₈₂フラーレン、Ｃ₈₄フラーレン、Ｃ₉₀フラーレン、Ｃ₉₄フラーレンなどの無置換のものと、［６，６］－フェニル－Ｃ６１－ブチリックアシッドメチルエステル（［６，６］－Ｃ６１－ＰＣＢＭ、または［６０］ＰＣＢＭ）、［５，６］－フェニル－Ｃ６１－ブチリックアシッドメチルエステル、［６，６］－フェニル－Ｃ６１－ブチリックアシッドヘキシルエステル、［６，６］－フェニル－Ｃ６１－ブチリックアシッドドデシルエステル、フェニル－Ｃ７１－ブチリックアシッドメチルエステル（［７０］ＰＣＢＭ）などの置換誘導体などが挙げられる。なかでも、Ｃ₆₀フラーレンがより好ましい。

　ルブレン化合物としては、例えば、置換されていないルブレンや、アルキル基やハロゲン基で置換されたルブレンなどが挙げられる。

　チオフェン化合物としては、例えば、無置換のオリゴチオフェン（ターチオフェン、クウォーターチオフェン、セキシチオフェン、オクチチオフェンなど）や、アルキル基やハロゲン基で置換されたオリゴチオフェン、ジシアノビニレン基で置換されたオリゴチオフェン、アルキル基やハロゲン基およびジシアノビニレン基で置換されたオリゴチオフェンなどが挙げられる。ジシアノビニレン基で置換する場合、ジシアノビニレン基はオリゴチオフェンの両末端に置換されていることが好ましい。このような化合物として、例えば、３’，４’－ジブチル－５，５”－ビス（ジシアノビニル）－２，２’－５’，２”－ターチオフェン（ＤＣＶ３Ｔ）などが挙げられる。

　電子輸送層５は、本発明における受発光素子に必須の構成部ではない。しかし、電子輸送層５を設けることによって、キャリアを取り出したり或いは注入したりするのに適した界面状態を形成できるとともに、電極間の短絡を防止する効果がある。したがって、本発明において、受発光素子は、電子輸送層５が設けられていることが好ましい。例えば、図３に示す受発光素子１０は、陰極６と受発光層４との間に電子輸送層５を備えている。

　例えば、電子輸送層５を形成する材料としては、上述の電子受容性有機材料（ＮＴＣＤＡ、ＰＴＣＤＡ、ＰＴＣＤＩ－Ｃ８Ｈ、オキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、ホスフィンスルフィド誘導体、キノリン誘導体、フラーレン化合物、ＣＮＴ、ＣＮ－ＰＰＶなど）のようにｎ型半導体特性を示す有機材料が好ましく用いられる。また、イオン性の置換フルオレン系ポリマー（「アドバンスド　マテリアルズ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」、２０１１年、２３巻、４６３６－４６４３頁、「オーガニック　エレクトロニクス（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）」、２００９年、１０巻、４９６－５００頁）や、イオン性の置換フルオレン系ポリマーと置換チオフェン系ポリマーとの組み合わせ（「ジャーナル　オブ　アメリカン　ケミカル　ソサイエティー（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ）」、２０１１年、１３３巻、８４１６－８４１９頁）などのイオン性化合物、ポリエチレンオキサイド（「アドバンスド　マテリアルズ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」、２００７年、１９巻、１８３５－１８３８頁）なども、電子輸送層５の材料として用いることができる。

　また、電子輸送層５の材料としては、イオン性基を有する化合物、例えば、アンモニウム塩、アミン塩、ピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、ホスホニウム塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩、リン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩、硫酸塩、硝酸塩、アセトナート塩、オキソ酸塩、ならびに金属錯体なども用いることができる。

　具体的には、上記イオン性基を有する化合物としては、塩化アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、ヘキシルトリメチルアンモニウムブロミド、テトラブチルアンモニウムブロミド、オクタデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキサデシルピリジニウムブロミド、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムブロミド、トリブチルヘキサデシルホスホニウムブロミド、ギ酸亜鉛、酢酸亜鉛、プロピオン酸亜鉛、酪酸亜鉛、シュウ酸亜鉛、ヘプタデカフルオロノナン酸ナトリウム、ミリスチン酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム、１－ヘキサデカンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、リン酸モノドデシルナトリウム、亜鉛アセチルアセトナート、クロム酸アンモニウム、メタバナジン酸アンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、六フッ化ジルコニウム酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウム、テトラクロロ亜鉛酸アンモニウム、オルトチタン酸テトライソプロピル、ニッケル酸リチウム、過マンガン酸カリウム、銀フェナントロリン錯体、ＡｇＴＣＮＱや特開２０１３－５８７１４記載の電子輸送層に用いられる化合物などが挙げられる。

　また、電子輸送層５の材料としては、例えば、ＴｉＯ₂などの酸化チタン（ＴｉＯ_x）、ＺｎＯなどの酸化亜鉛（ＺｎＯ_x）、ＳｉＯ₂などの酸化ケイ素（ＳｉＯ_x）、ＳｎＯ₂などの酸化錫（ＳｎＯ_x）、ＷＯ₃などの酸化タングステン（ＷＯ_x）、Ｔａ₂Ｏ₃などの酸化タンタル（ＴａＯ_x）、ＢａＴｉＯ₃などのチタン酸バリウム（ＢａＴｉ_xＯ_y）、ＢａＺｒＯ₃などのジルコン酸バリウム（ＢａＺｒ_xＯ_y）、ＺｒＯ₂などの酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_x）、ＨｆＯ₂などの酸化ハフニウム（ＨｆＯ_x）、Ａｌ₂Ｏ₃などの酸化アルミニウム（ＡｌＯ_x）、Ｙ₂Ｏ₃などの酸化イットリウム（ＹＯ_x）、ＺｒＳｉＯ₄などのケイ酸ジルコニウム（ＺｒＳｉ_xＯ_y）のような金属酸化物、Ｓｉ₃Ｎ₄などの窒化ケイ素（ＳｉＮ_x）のような窒化物、ＣｄＳなどの硫化カドミウム（ＣｄＳ_x）、ＺｎＳｅなどのセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ_x）、ＺｎＳなどの硫化亜鉛（ＺｎＳ_x）、ＣｄＴｅなどのテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ_x）のような半導体などの無機材料も好ましく用いられる。

　上記無機材料で電子輸送層５を形成する方法としては、例えば、上記無機材料の金属塩や金属アルコキシドなどの前駆体溶液を基板に塗布した後、加熱して層を形成する方法や、ナノ粒子分散液を基板に塗布して層を形成する方法がある。このとき、加熱温度や加熱時間、及びナノ粒子の合成条件により、完全には反応が進行しておらず、部分的に加水分解したり、部分的に縮合したりすることで、中間生成物となったり、上記前駆体と上記中間生成物との混合物となったり、上記前駆体と最終生成物などとの混合物となったりしてもよい。

　電子輸送層５と隣接する陰極６が光透過性を有する構成を受発光素子１０に適用する場合、電子輸送層５は、受発光素子１０（詳細には受発光層４）に電圧印加した際の発光波長に対して光透過性が高いことが好ましい。すなわち、この場合、電子輸送層５の材料が、上記発光波長に対して光吸収能を持たない材料であることがより好ましい。

（受発光素子の製造方法）
　次に、本発明の実施形態に係る受発光素子の製造方法について、図３に示した受発光素子１０を例に挙げて説明する。

　受発光素子１０を製造する際には、まず、基板１の上に、ＩＴＯなどの透明電極をスパッタリング法などにより形成する。本実施形態において、この透明電極は、図３に示した陽極２に相当する。

　次に、上記透明電極の上にＰＥＤＯＴとＰＳＳとの混合物を塗布して乾燥し、これにより、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層を透明電極上に形成する。このＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層は、図３に示した正孔輸送層３に相当する。正孔輸送層３の形成には、スピンコート塗布、ブレードコート塗布、スリットダイコート塗布、スクリーン印刷塗布、バーコーター塗布、鋳型塗布、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法、スプレー法、真空蒸着法など、何れの方法を用いてもよい。正孔輸送層３の形成方法は、膜厚制御や配向制御など、得ようとする光電変換層特性に応じて選択すればよい。

　次に、例えば、ジケトピロロピロールホウ素錯体化合物を溶媒に溶解させて溶液を作り、この溶液を正孔輸送層３の上に塗布して乾燥させる。これにより、発光部の層を正孔輸送層３の上に形成する。このとき、ジケトピロロピロールホウ素錯体化合物は、電子供与性材料兼発光材料として機能する。また、このとき用いられる溶媒としては、有機溶媒が好ましく、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、トルエン、キシレン、ｏ－クロロフェノール、アセトン、酢酸エチル、エチレングリコール、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、クロロホルム、ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、クロロナフタレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ－メチルピロリドン、γ－ブチロラクトンなどが挙げられる。上記溶媒は、これらの有機溶媒を２種以上用いたものでもよい。上記発光部の層の形成には、正孔輸送層３と同様の形成方法を用いることができる。

　次に、上記発光部の層上に、電子受容性材料となるフラーレン化合物（例えばＣ₆₀フラーレン）の層すなわちフラーレン層を真空蒸着法によって形成する。このフラーレン層は、受光部の層に相当する。上述した発光部の層（ジケトピロロピロールホウ素錯体化合物からなる層）と受光部の層（フラーレン層）との混合層、または、これらの層を積層した積層構造の層により、図３に示した受発光層４が構成される。

　次に、受発光層４におけるフラーレン層の上に、電子取出し層を真空蒸着法やスパッタ法により形成する。この電子取出し層は、図３に示した電子輸送層５に相当する。次に、この電子取出し層の上に、ＡｌやＡｇなどの金属電極を真空蒸着法やスパッタ法により形成する。この電子取出し層を真空蒸着法によって形成した場合は、引き続き、真空を保持したまま続けて、この金属電極を形成することが好ましい。この金属電極は、図３に示した陰極６に相当する。

（受発光素子の応用例）
　本発明の受発光素子（例えば図３に示す受発光素子１０）は、受発光機能などを利用した種々の電子デバイス、光センシングデバイスへの応用が可能である。例えば、指紋や静脈などの生体情報を撮像する電子デバイスや、脈波や血中酸素濃度をモニタリングする生体センシングデバイス、物体の形状変化や動作を検知する光センサー、光スイッチなどに有用である。特に図示しないが、上記電子デバイスは、上述した受発光素子を基板上に複数備えている。または、上記電子デバイスは、上述した受発光素子をＴＦＴアレイ基板上に備えている。上記生体センシングデバイス、光センサーおよび光スイッチは、それぞれ、上述した受発光素子を基板上、基板内または筐体内に備えている。これらの電子デバイス、生体センシングデバイス、光センサーおよび光スイッチが、それぞれ、上述した受発光素子を複数備える場合、これら複数の受発光素子は、互いに同一構成の受発光素子であってもよいし、互いに異なる構成の受発光素子であってもよい。

　また、本発明に係る電子デバイスが、上述した受発光素子を基板上、基板内または筐体内に複数備える場合、これら複数の受発光素子は、互いに同一構成の受発光素子であることが好ましい。この場合、これら複数の受発光素子のうち、少なくとも一つの第１受発光素子は、対象物に光を発光して照射することができ、当該第１受発光素子以外の第２受発光素子は、この対象物を透過または反射した光を受光することができる。このように同一構成の受発光素子を複数備えている電子デバイスであれば、「少なくとも一つの上記第１受発光素子から発光された光を対象物に照射し、この対象物を透過または反射した光を、上記第２受発光素子（すなわち発光させていない別の受発光素子）で受光する」という光センシングが可能である。

　以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。また、実施例等で用いた化合物のうち、略語を使用しているものについては、以下に示すように定義される。
　　ＩＴＯ：インジウム錫酸化物
　　ＬｉＦ：フッ化リチウム
　　Ｅｇ：バンドギャップ
　　ＤＰＰｃｙ：ジケトピロロピロールホウ素錯体化合物の一例となる化合物
ＤＰＰｃｙは、下記の化学式で表される化合物である。
　　ＴＤＣＶ－ＴＰＡ：トリス［４－（５－ジシアノメチリデンメチル－２－チエニル）フェニル］アミン
ＴＤＣＶ－ＴＰＡは、下記の化学式で表される化合物である。
　　Ａｌｑ３：トリス（８－キノリノラト）アルミニウム
　　６０ＰＣＢＭ：フェニルＣ₆₁酪酸メチルエステル
　　ＤＣＶ３Ｔ：３’，４’－ジブチル－５，５”－ビス（ジシアノビニル）－２，２’－５’，２”－ターチオフェン

　なお、ＤＰＰｃｙは、非特許文献（「サイエンティフィックレポート（ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ　ＲＥＰＯＴＳ）」、２０１６年、６巻、３４０９６頁）、特許文献（国際公開第２０１９／１５１１２１号）に記載の方法で合成した。

（実施例１）
　実施例１では、以下に示す方法によって受発光素子の評価サンプルを作製し、この作製した受発光素子について評価を行った。

　実施例１の受発光素子の製造方法では、まず、クロロホルム（０．２ｍＬ）を、ＤＰＰｃｙ（０．２ｍｇ）の入ったサンプル瓶の中に加え、さらに、超音波洗浄機中で３０分間超音波照射することにより溶液Ａを得た。また、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ溶液（６．０ｍＬ）とイソプロピルアルコール（４．０ｍＬ）とをサンプル瓶に入れて攪拌することで、正孔輸送層形成用の溶液Ｂを得た。上記のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ溶液としては、Ｈ．Ｃ．スタルク社製の「ＣＬＥＶＩＯＳ　Ｐ　ＶＰ　ＡＩ４０８３」を用いた。

　つぎに、陰極となるＩＴＯ透明導電層（以下、ＩＴＯ層と略記する）をスパッタリング法によってガラス基板上に１２５ｎｍ堆積させ、このガラス基板を３８ｍｍ×４６ｍｍのサイズに切断した後、このＩＴＯ層をフォトリソグラフィー法によって３８ｍｍ×１３ｍｍの長方形状にパターニングした。続いて、このガラス基板を、アルカリ洗浄液（フルウチ化学社製、“セミコクリーン”ＥＬ５６）で１０分間超音波洗浄した後、超純水で洗浄した。

　次いで、このガラス基板を３０分間ＵＶ／オゾン処理した後に、上記の溶液Ｂを、このガラス基板のＩＴＯ層上に滴下し、スピンコート法により３０００ｒｐｍで塗布し、ホットプレート上で１００℃３０分間、熱処理した。これにより、膜厚が約３０ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層（正孔輸送層）をＩＴＯ層上に形成した。

　次いで、上記の溶液Ａを、このＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層上に滴下し、スピンコート法により塗布した。これにより、膜厚が８ｎｍのＤＰＰｃｙ層を正孔輸送層上に形成した。その後、上記ＤＰＰｃｙ層が形成されたガラス基板と蒸着用マスクとを真空蒸着装置内に設置して、この装置内の真空度が１×１０^-3Ｐａ以下になるまで排気し、抵抗加熱法によって、厚さが２５ｎｍのＣ₆₀フラーレンをＤＰＰｃｙ層上に蒸着した。これにより、ＤＰＰｃｙ層とＣ₆₀フラーレンの層（以下、Ｃ６０層と略記する）との積層構造を有する受発光層を形成した。

　次いで、Ｃ６０層まで形成したガラス基板を大気中へ取出し、蒸着用マスクを電極蒸着用マスクに交換した後、このガラス基板と電極蒸着用マスクとを真空蒸着装置内に設置して、この装置内の真空度が１×１０^-3Ｐａ以下になるまで再び排気した。続いて、このガラス基板のＣ６０層上に、抵抗加熱法によって、厚さが０．５ｎｍのＬｉＦ層と、電極（陽極）となる厚さが１００ｎｍのアルミニウム層とを蒸着した。

　実施例１では、以上のような製造方法により、ストライプ状のＩＴＯ層と銀層とが交差する部分の面積が５ｍｍ×５ｍｍである受発光素子を作製した。その後、この受発光素子のガラス基板を窒素雰囲気下のグローブボックスに移し、光硬化性樹脂（ナガセケムテックス社製ＸＮＲ５５７０）を２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさのガラス（ガスバリア層基材）に塗布し、これを上記ガラス基板の中心に貼り付けた。次いで、紫外光（波長３６５ｎｍ，強度１００ｍＷｃｍ^-2）を１分間照射して、この光硬化性樹脂を硬化させた。

　また、実施例１では、上記のようにして作製された受発光素子の陽極と陰極とについて、分光感度測定装置を用いて、印加電圧が０Ｖのときの外部量子収率スペクトル（受光感度スペクトル）を測定した。次に、分光放射照度測定装置を用いて、受発光素子に５０ｍＡの電流を通電したときの発光スペクトルを測定した。得られた外部量子収率スペクトルと発光スペクトルとをそれぞれ最大値で規格化し、これらの規格化した各スペクトルが重なり合う領域（重なり領域）を見積もり、規格化した発光スペクトルの全領域に対する当該重なり領域の割合を見積もった。また、上記得られた外部量子収率スペクトル（規格化前の受光感度スペクトル）と上記規格化した発光スペクトルとの重なり領域も同様に見積もった。

　次に、実施例１の受発光素子に５０ｍＡの電流を通電したときの発光をシリコンフォトダイオードに照射し、このシリコンフォトダイオードの電流値を測定することにより、この受発光素子の発光量を測定した。

　次に、分光光度計を用いて、実施例１の受発光素子に角度５°で正反射させた光を受光させたときの当該受発光素子の反射吸収スペクトルを測定した。なお、得られた反射吸収スペクトルから、３００ｎｍ～１２００ｎｍの波長範囲における最小値との差分をとることにより、ベースラインを補正して当該受発光素子の吸光度を見積もった。

　次に、５ｇ／Ｌの濃度に調製したＤＰＰｃｙのクロロホルム溶液をガラス基板上にスピンコート法により塗布し、膜厚が５０ｎｍのＤＰＰｃｙ層を形成した。また、別のガラス基板上に、Ｃ₆₀フラーレンを膜厚が５０ｎｍとなるように蒸着してＣ６０層を形成した。これらの各単一材料膜について、分光光度計を用いて、透過吸収スペクトルを得た。得られた透過吸収スペクトルから、次式を用いて、吸光係数を見積もった。
　吸光係数（ｃｍ^-1）＝吸光度／０．４３４／膜厚（ｃｍ^-1）

　また、上記透過吸収スペクトルの吸収端波長から、上記各単一材料膜のバンドギャップ（Ｅｇ）を次式より見積もった。
　Ｅｇ（ｅＶ）＝１２４０／吸収端波長（ｎｍ）

　さらに、上記各単一材料膜について、大気中光電子分光法（理研　ＡＣ－２）を用いて、ＨＯＭＯの測定を行い、次式を用いて、ＬＵＭＯを見積もった。
　ＬＵＭＯ（ｅＶ）＝ＨＯＭＯ（ｅＶ）－Ｅｇ（ｅＶ）

　次に、実施例１では、上記のように作製した２枚の受発光素子を、暗室内にて５ｍｍの距離をとるように離して、これらの受発光素子におけるＩＴＯ層側のガラス基板面同士を対向させた。その後、片方の受発光素子には５０ｍＡの電流を通電して発光させ、もう片方の受発光素子にはケースレー社製２４００シリーズソースメータを接続して、印加電圧を－１Ｖから＋１Ｖまで変化させたときの電流値を測定した。また、発光させずに暗時においても印加電圧を－１Ｖから＋１Ｖまで変化させたときの電流値を測定した。０Ｖにおける発光時の電流値から暗時の電流値を差し引くことにより、同一構成の受発光素子からの発光への受光感度を測定し、受発光素子自身からの発光に対する受光感度の指標とした。また、発光時に測定した電流－電圧特性から、同一構成の受発光素子からの発光に対する開放電圧（電流が０となる電圧）を読み取った。

（実施例２）
　実施例２では、クロロホルム（０．２ｍＬ）を、ＤＰＰｃｙ（０．４ｍｇ）の入ったサンプル瓶の中に加え、さらに、超音波洗浄機中で３０分間超音波照射することにより溶液Ｃを得た。また、実施例２では、上述した実施例１における溶液Ａを溶液Ｃに替えて、ＤＰＰｃｙ層の膜厚を１５ｎｍとしたこと以外、実施例１と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。

（実施例３）
　実施例３では、クロロホルム（０．２ｍＬ）を、ＤＰＰｃｙ（１．０ｍｇ）の入ったサンプル瓶の中に加え、さらに、超音波洗浄機中で３０分間超音波照射することにより溶液Ｄを得た。また、実施例３では、上述した実施例１における溶液Ａを溶液Ｄに替えて、ＤＰＰｃｙ層の膜厚を４０ｎｍとしたこと以外、実施例１と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。

（実施例４）
　実施例４では、クロロホルム（０．２ｍＬ）を、ＤＰＰｃｙ（２．０ｍｇ）の入ったサンプル瓶の中に加え、さらに、超音波洗浄機中で３０分間超音波照射することにより溶液Ｅを得た。また、実施例４では、上述した実施例１における溶液Ａを溶液Ｅに替えて、ＤＰＰｃｙ層の膜厚を７０ｎｍとしたこと以外、実施例１と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。

（実施例５）
　実施例５では、Ｃ６０層の膜厚を４０ｎｍとしたこと以外、実施例１と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。

（実施例６）
　実施例６では、Ｃ６０層の膜厚を４０ｎｍとしたこと以外、実施例２と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。

（実施例７）
　実施例７では、Ｃ６０層の膜厚を４０ｎｍとしたこと以外、実施例３と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。

（実施例８）
　実施例８では、Ｃ６０層の膜厚を４０ｎｍとしたこと以外、実施例４と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。

（実施例９）
　実施例９では、Ｃ６０層の膜厚を７５ｎｍとしたこと以外、実施例２と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。

（実施例１０）
　実施例１０では、Ｃ６０層の膜厚を７５ｎｍとしたこと以外、実施例３と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。

（実施例１１）
　実施例１１では、Ｃ６０層の膜厚を７５ｎｍとしたこと以外、実施例４と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。

（実施例１２）
　実施例１２では、クロロホルム（０．２ｍＬ）を、１．０ｍｇのルブレンが入ったサンプル瓶の中に加え、さらに、超音波洗浄機中で３０分間超音波照射することにより溶液Ｉを得た。また、実施例１２では、上述した実施例１における溶液Ａを溶液Ｉに替えて、ＤＰＰｃｙ層を、膜厚４０ｎｍのルブレン層とし、Ｃ６０層の替わりに、ＤＣＶ３Ｔの層を真空蒸着法によって２５ｎｍの膜厚で形成したこと以外、実施例１と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。

（比較例１）
　比較例１では、クロロホルム（０．２ｍＬ）を、１．０ｍｇのルブレン（東京化成工業社製）が入ったサンプル瓶の中に加え、さらに、超音波洗浄機中で３０分間超音波照射することにより溶液Ｆを得た。また、比較例１では、上述した実施例１における溶液Ａを溶液Ｆに替えて、膜厚が４０ｎｍのルブレン層を形成したこと以外、実施例１と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。

（比較例２）
　比較例２では、クロロホルム（０．２ｍＬ）を、１．０ｍｇのＴＤＣＶ－ＴＰＡ（アルドリッチ社製）が入ったサンプル瓶の中に加え、さらに、超音波洗浄機中で３０分間超音波照射することにより溶液Ｇを得た。また、比較例２では、上述した実施例１における溶液Ａを溶液Ｇに替えて、膜厚が４０ｎｍのＴＤＣＶ－ＴＰＡ層を形成したこと以外、実施例１と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。

（比較例３）
　比較例３では、ＩＴＯ基板上に、厚さが４０ｎｍのＡｌｑ３層を蒸着し、次いで、このＡｌｑ３層上に、厚さが４０ｎｍのキナクリドン層を蒸着し、その後、このキナクリドン層上に、電極となるアルミニウム層を厚さが１００ｎｍとなるように蒸着した。このようにして、比較例３の受発光素子を作製した。また、比較例３では、受発光素子を発光させる際の電流条件を５０ｍＡから３ｍＡに替えたこと以外、実施例１と同様にして、受発光素子の測定を行った。なお、比較例３の発光条件を変更したのは、３ｍＡより大きい電流を通電することで受発光素子が劣化して発光しなくなるためである。

（比較例４）
　比較例４では、クロロホルム（０．２ｍＬ）を、１．０ｍｇのＤＰＰｃｙと１．０ｍｇの６０ＰＣＢＭとが入ったサンプル瓶の中に加え、さらに、超音波洗浄機中で３０分間超音波照射することにより溶液Ｈを得た。また、比較例４では、上述した実施例１における溶液Ａを溶液Ｈに替えて、ＤＰＰｃｙと６０ＰＣＢＭとの均一混合層（膜厚１００ｎｍ）を形成し、Ｃ₆₀フラーレンを蒸着しなかったこと以外、実施例１と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。

（比較例５）
　比較例５では、酢酸エチル（０．２ｍＬ）を、１．０ｍｇのＤＰＰｃｙが入ったサンプル瓶の中に加え、さらに、超音波洗浄機中で３０分間超音波照射することにより溶液Ｊを得た。また、比較例５では、実施例１におけるＤＰＰｃｙ層の替わりに、膜厚４０ｎｍのＣ６０層を真空蒸着法で形成し、実施例１におけるＣ６０層の替わりに、溶液Ｊをスピンコート法で塗布して膜厚４０ｎｍのＤＰＰｃｙ層を形成した。比較例５では、これらＣ６０層およびＤＰＰｃｙ層の形成以外、実施例１と全く同様にして、受発光素子の作製および測定を行った。比較例５では、発光測定の結果、発光はなく、最大発光波長および発光スペクトルが特定できないため、光吸収特性および受発光特性を評価することができなかった。

　上述した実施例１～１２および比較例１～５の各材料および測定結果は、以下の表１－１～１－３にまとめた。表１－１、１－２において、「受発光層材料」欄および「光吸収特性」欄の「Ｃ６０」は、Ｃ₆₀フラーレンを意味する。表１－２において、「発光特性」欄の「Ｅｍ」は、最大発光波長エネルギーを意味し、「電流値」は、シリコンフォトダイオードの電流値を意味する。「光吸収特性」欄の「吸光度」は、最大発光波長における受発光素子の吸光度を意味する。「特定材料」は、最大発光波長エネルギーよりも小さいＥｇの受発光層材料を意味する。「吸光係数」は、最大発光波長エネルギーよりも小さいＥｇの受発光層材料の、最大発光波長における単一膜吸光係数を意味する。表１－３において、「受光特性」欄の「受光感度」は、最大発光波長における受発光素子の受光感度（外部量子収率）を意味する。「受発光特性」欄の「重なり領域の割合（１）」は、規格化した受光感度スペクトルと規格化した発光スペクトルとの重なる領域の、当該規格化した発光スペクトルの全領域に対する割合を意味する。「重なり領域の割合（２）」は、規格化前の受光感度スペクトルと規格化した発光スペクトルとの重なる領域の、当該規格化した発光スペクトルの全領域に対する割合を意味する。「受発光特性」欄の「受光感度」は、同一構成の受発光素子からの発光に対する受光感度を意味する。「開放電圧」は、同一構成の受発光素子からの発光に対する開放電圧を意味する。

（実施例１３）
　実施例１３では、実施例７と同様の受発光素子の作製方法により、同一ガラス基板上に、５ｍｍ×５ｍｍサイズのそれぞれ独立した２個の受発光素子を、互いの離間距離が３ｍｍとなるように形成し、これら２個の受発光素子を上記ガラス基板上に備える生体センシングデバイスを作製した。また、実施例１３では、この作製した生体センシングデバイスを用いて、人体の脈波を計測した。詳細には、まず、この生体センシングデバイスのガラス基板面上に、被験者の中指を接触させた。次いで、これら独立した２個の受発光素子のうち、一方の受発光素子に５０ｍＡの電流を通電して発光させ、他方の受発光素子にはケースレー社製２４００シリーズソースメータを接続して、印加電圧を０Ｖとした時の電流値（受光電流）を０．１秒毎に測定し、脈波計測を行った。実施例１３では、例えば図４に示すように、測定時間毎の受光電流によって表される脈波の計測結果が得られた。

（実施例１４）
　実施例１４では、実施例１２と同様の受発光素子の作製方法により、同一ガラス基板上に、５ｍｍ×５ｍｍサイズのそれぞれ独立した２個の受発光素子を、互いの離間距離が３ｍｍとなるように形成し、これら２個の受発光素子を上記ガラス基板上に備える生体センシングデバイスを作製した。また、実施例１４では、この作製した生体センシングデバイスを用いて、人体の脈波を計測した。詳細には、まず、この生体センシングデバイスのガラス基板面上に、被験者の中指を接触させた。次いで、これら独立した２個の受発光素子のうち、一方の受発光素子に５０ｍＡの電流を通電して発光させ、他方の受発光素子にはケースレー社製２４００シリーズソースメータを接続して、印加電圧を０Ｖとした時の電流値（受光電流）を０．１秒毎に測定し、脈波計測を行った。実施例１４では、例えば図５に示すように、測定時間毎の受光電流によって表される脈波の計測結果が得られた。

（比較例６）
　比較例６では、比較例１と同様の受発光素子の作製方法により、同一ガラス基板上に、５ｍｍ×５ｍｍサイズのそれぞれ独立した２個の受発光素子を、互いに離間距離が３ｍｍとなるように形成し、これら２個の受発光素子を上記ガラス基板上に備える生体センシングデバイスを作製した。また、比較例６では、この作製した生体センシングデバイスを用いて、人体の脈波を計測した。詳細には、まず、この作製した生体センシングデバイスのガラス基板面上に、被験者の中指を接触させた。次いで、これら独立した２個の受発光素子のうち、一方の受発光素子に５０ｍＡの電流を通電して発光させ、他方の受発光素子にはケースレー社製２４００シリーズソースメータを接続して、印加電圧を０Ｖとした時の電流値（受光電流）を０．１秒毎に測定し、脈波計測を行った。比較例６では、例えば図６に示すように、脈波の明確な計測結果を得ることができなかった。

　以上のように、本発明に係る受発光素子、これを用いた電子デバイスおよび生体センシングデバイスは、同一構成の受発光素子からの発光に対する受光感度が良好な受発光素子、これを用いた電子デバイスおよび生体センシングデバイスに適している。

　１　基板
　２　陽極
　３　正孔輸送層
　４　受発光層
　５　電子輸送層
　６　陰極
　１０　受発光素子
　１０１　規格化した受光感度スペクトル
　１０１Ａ　受光感度スペクトル
　１０２　規格化した発光スペクトル
　１０３、１０３Ａ　重なり領域

Claims (14)

1. 　陽極と、
   　陰極と、
   　前記陽極および前記陰極の間に位置し、２種以上の有機材料から成る受発光層と、
   　を備え、
   　前記受発光層は、下記の式（１）および式（２）によって表されるエネルギー凖位の関係性を満たす電子供与性材料および電子受容性材料を含み、
   　前記電子供与性材料および前記電子受容性材料のうち少なくとも一方は、前記受発光層に電圧を印加した際の最大発光波長エネルギーよりも小さいバンドギャップを有する受発光層材料であり、
   　前記電子供与性材料は、前記受発光層内において前記陽極側に偏在し、
   　規格化した受光感度スペクトルと規格化した発光スペクトルとの重なる領域は、前記規格化した発光スペクトルの領域の５０％以上を占める、
   　ことを特徴とする受発光素子。
   電子供与性材料のＨＯＭＯ＞電子受容性材料のＨＯＭＯ・・・（１）
   電子供与性材料のＬＵＭＯ＞電子受容性材料のＬＵＭＯ・・・（２）
2. 　規格化前の受光感度スペクトルと前記規格化した発光スペクトルとの重なる領域は、前記規格化した発光スペクトルの領域の５％以上を占める、
   　ことを特徴とする請求項１に記載の受発光素子。
3. 　前記電子供与性材料が、前記受発光層に電圧を印加した際の最大発光波長エネルギーよりも小さいバンドギャップを有する前記受発光層材料である、
   　ことを特徴とする請求項１または２に記載の受発光素子。
4. 　前記受発光層に電圧を印加した際の最大発光波長における吸光度が０．１以上である、
   　ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の受発光素子。
5. 　前記受発光層に電圧を印加した際の最大発光波長における、前記受発光層材料の単一膜の吸光係数が３００００ｃｍ^－１以上である、
   　ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の受発光素子。
6. 　前記受発光層は、ドメインサイズが４０ｎｍ以上の受光部および発光部のうち少なくとも一つを有する、
   　ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の受発光素子。
7. 　前記受発光層に電圧を印加した際の最大発光波長が７００ｎｍ以上である、
   　ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の受発光素子。
8. 　前記受発光層は、ジケトピロロピロールホウ素錯体化合物およびフラーレン化合物を含む、
   　ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載の受発光素子。
9. 　前記受発光層は、ルブレン化合物およびチオフェン化合物を含む、
   　ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載の受発光素子。
10. 　請求項１～９のいずれか一つに記載の受発光素子を基板上に複数備える、
    　ことを特徴とする電子デバイス。
11. 　複数の前記受発光素子は、互いに同一構成の受発光素子である、
    　ことを特徴とする請求項１０に記載の電子デバイス。
12. 　請求項１～９のいずれか一つに記載の受発光素子を複数備え、
    　複数の前記受発光素子は、互いに同一構成の受発光素子であり、
    　複数の前記受発光素子のうち、少なくとも一つの第１受発光素子は、対象物に光を発光して照射し、前記第１受発光素子以外の第２受発光素子は、前記対象物を透過または反射した光を受光する、
    　ことを特徴とする電子デバイス。
13. 　請求項１～９のいずれか一つに記載の受発光素子をＴＦＴアレイ基板上に備える、
    　ことを特徴とする電子デバイス。
14. 　請求項１～９のいずれか一つに記載の受発光素子を備える、
    　ことを特徴とする生体センシングデバイス。

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