JP2023054123A

JP2023054123A - 発光素子

Info

Publication number: JP2023054123A
Application number: JP2023024004A
Authority: JP
Inventors: 裕介野中; Yusuke Nonaka; 哲史瀬尾; Tetsushi Seo; 晴恵尾坂; Harue Ozaka; 恒徳鈴木; Tsunenori Suzuki; 剛吉渡部; Gokichi Watabe
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2023-02-20
Publication date: 2023-04-13
Anticipated expiration: 2034-05-16
Also published as: KR102198634B1; TWI731494B; KR20230156154A; KR20220082940A; US20140339522A1; US20190067614A1; TWI680693B; TWI670992B; KR102597015B1; US20230096419A1; US10128455B2; TW201922053A; JP2021121041A; JP6892487B2; TW202205711A; TWI801899B; US9444063B2; JP7510526B2; TW201507546A; US20160380223A1

Abstract

【課題】発光層において生成される三重項励起子を有効に利用することにより、蛍光発光素子の発光効率を高める。【解決手段】発光素子の発光層が、少なくともホスト材料とゲスト材料とを含む構成を有し、発光層においてホスト材料から生成される三重項励起子をＴＴＡ（三重項－三重項消滅）させることにより、一重項励起子に変換し、一重項励起子からのエネルギー移動によりゲスト材料（蛍光ドーパント）を発光させることで、発光素子の発光効率を向上させることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、発光素子、発光素子を有する発光装置、電子機器、および照明装置
に関する。

一対の電極間に発光物質である有機化合物を含む発光層を設けた構造を有する発光素子
は、薄型軽量・高速応答・直流低電圧駆動などの特性から、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。

発光素子の発光機構は、一対の電極間に電圧を印加することにより注入される電子と正
孔が再結合することにより励起子を形成し、発光するといわれている。電子と正孔はそれ
ぞれスピンを１／２持っており、電子と正孔が再結合して励起子を形成する際には、スピ
ン統計に従い、スピン０の一重項励起子が２５％、スピン１の三重項励起子が７５％の割
合で生成されるといわれている。なお、蛍光は一重項励起子からの発光であるため、蛍光
の内部量子効率の理論限界は２５％となる。しかしながら、同時に７５％の割合で生成さ
れるスピン１の三重項励起子は、通常発光に寄与しないため、発光することなく基底状態
に緩和してしまう場合が多い。場合によっては、複数の三重項励起子による三重項－三重
項消滅（ＴＴＡ：ｔｒｉｐｌｅｔ－ｔｒｉｐｌｅｔａｎｎｉｈｉｌａｔｉｏｎ）が起こ
ることも知られている。ＴＴＡとは、２つの三重項励起子が衝突することによりエネルギ
ーおよびスピン角運動量の交換、および受け渡しが行われるものであり、結果として、一
重項励起子が生成されるといわれている。

発光機構において生成される三重項励起子を有効に活用する方法として、三重項励起エ
ネルギーを発光に変換できる化合物（以下、燐光性化合物と称す）を上記発光物質に加え
て用いることで、多重度の異なるエネルギー間の遷移によって生じる燐光発光が得られる
ことを利用し、理論値を超える内部量子効率を示す燐光発光素子の開発が燐光性化合物の
開発とともに提案されている（例えば特許文献１参照。）。

国際公開ＷＯ２００５／１０５７４６号パンフレット

本発明の一態様では、発光層において生成される三重項励起子を有効に利用することに
より、蛍光発光素子の発光効率を高める。

本発明の一態様は、発光素子の発光層が、少なくともホスト材料とゲスト材料とを含む
構成を有し、発光層においてＴＴＡ（三重項－三重項消滅）を効率よく発生させることに
より、発光に寄与しない三重項励起子を一重項励起子に変換し、一重項励起子からのエネ
ルギー移動によりゲスト材料（蛍光ドーパント）を発光させることで、発光素子の発光効
率を向上させることを特徴とする。なお、ＴＴＡ（三重項－三重項消滅）による発光効率
の向上は、スピン統計に基づく考察から１５％程度と見積もられており、ＴＴＡが起こら
ない場合の内部量子効率２５％と合わせて４０％の内部量子効率を得ることが理論的には
可能である。

なお、発光層において、ホスト材料から生成される三重項励起子によるＴＴＡを効率良
く発生させるためには、発光層に存在する三重項励起子同士の衝突確率を高めることが重
要である。

従って、発光層におけるホスト材料のＴ１準位（最低三重項励起子エネルギー準位）は
、ゲスト材料のＴ１準位よりも低いことが好ましい。通常、発光層における存在比率は、
ホスト材料の方が圧倒的に高い。ホスト材料のＴ１準位がゲスト材料のＴ１準位よりも低
くなるように発光素子を形成することで、発光層で生じた三重項励起子が発光層中にわず
かにしか存在しないゲスト材料にトラップされ局在化してしまうことによる、三重項励起
子どうしの衝突確率の低下を防ぎ、ＴＴＡの発生確率を高めることができる。

さらに、発光層で生じた三重項励起子を発光層の外部へ逃さないようにするため、発光
層と接して発光素子の陽極側に形成される正孔輸送層（ＨＴＬ）に用いる材料は、発光層
のホスト材料のＴ１よりも高い材料を用いることが好ましい。このような構成とすること
により、発光層で生じた三重項励起子を発光層からＨＴＬへ移動しにくい構造とすること
ができる。

なお、ＴＴＡが発生する場合には、ＴＴＡが生じない場合の蛍光材料の蛍光寿命に比べ
て著しく寿命の長い発光（遅延蛍光）が生じている。そのような遅延蛍光は、発光素子に
おいて、定常的なキャリア注入をある時点で遮断したときに、その遮断後の発光の減衰を
観測することにより確認することができる。なお、遅延蛍光とは、定常的なキャリア注入
を遮断した後も、定常的に電流が注入されている時の発光強度に対して、０．０１以上の
強度比が、１×１０^－６ｓｅｃ以上持続して得られるような発光とする。なお、この場合
、遅延蛍光のスペクトルと定常的なキャリア注入時の発光スペクトルの形状は一致する。

従って、本発明の一態様は、一対の電極間にＥＬ層を有し、ＥＬ層は、発光層と正孔輸
送層を少なくとも有し、発光層は、ゲスト材料と、ゲスト材料よりもＴ１準位が低いホス
ト材料を含み、正孔輸送層は、正孔輸送性材料を含み、正孔輸送性材料は、ホスト材料よ
りもＴ１準位が高いことを特徴とする発光素子である。

また、本発明の別の一態様は、一対の電極間にＥＬ層を有し、ＥＬ層は、発光層と正孔
輸送層を少なくとも有し、発光層は、ゲスト材料と、ゲスト材料よりもＴ１準位が低いホ
スト材料を含み、正孔輸送層は、正孔輸送性材料を含み、正孔輸送性材料は、ゲスト材料
およびホスト材料よりもＴ１準位が高いことを特徴とする発光素子である。

また、本発明の別の一態様は、一対の電極間にＥＬ層を有し、ＥＬ層は、発光層と正孔
輸送層を少なくとも有し、発光層は、ゲスト材料と、ゲスト材料よりもＴ１準位が低いホ
スト材料を含み、正孔輸送層は、ホスト材料よりもＴ１準位が高い正孔輸送性材料を含み
、ＴＴＡによる遅延蛍光のスペクトルの形状がゲスト材料の蛍光スペクトルの形状と同じ
であり、かつその遅延成分について、強度が定常的に電流が注入されている状態の０．０
１以上である発光が、１×１０^－６ｓｅｃ以上得られることを特徴とする発光素子である
。

また、本発明の別の一態様は、一対の電極間にＥＬ層を有し、ＥＬ層は、発光層と正孔
輸送層を少なくとも有し、発光層は、ゲスト材料と、ゲスト材料よりもＴ１準位が低いホ
スト材料を含み、正孔輸送層は、ゲスト材料およびホスト材料よりもＴ１準位が高い正孔
輸送性材料を含み、ＴＴＡによる遅延蛍光のスペクトルの形状がゲスト材料の蛍光スペク
トルの形状と同じであり、かつその遅延成分について、強度が定常的に電流が注入されて
いる状態の０．０１以上である発光が、１×１０^－６ｓｅｃ以上得られることを特徴とす
る発光素子である。

なお、本発明の一態様は、発光素子を有する発光装置だけでなく、発光装置を有する電
子機器および照明装置も範疇に含めるものである。従って、本明細書中における発光装置
とは、画像表示デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、発光装置にコネ
クター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）、ＴＣＰ
（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＣＰの
先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎ
Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置
に含むものとする。

本発明の一態様により、高効率な蛍光発光素子を提供することができる。さらに、低消
費電力な発光装置、電子機器、または照明装置を提供することができる。

ＴＴＡを発光に利用するメカニズムについて説明する図。本発明の一態様である発光素子の構成について説明する図。発光素子の構造について説明する図。発光素子について説明する図。発光装置について説明する図。電子機器について説明する図。電子機器について説明する図。照明装置について説明する図。発光素子の構造について説明する図。発光素子１および比較発光素子２の蛍光寿命を示す図。発光素子１の蛍光スペクトルを示す図。発光素子１および比較発光素子２の蛍光寿命を示す図。発光素子３および比較発光素子４の蛍光寿命を示す図。

以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下
の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細
を様々に変更し得ることが可能である。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内
容に限定して解釈されるものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子のメカニズムについて説明する。

本発明の一態様である発光素子は、一対の電極（陽極および陰極）間に少なくとも発光
層を有し、さらに発光層と陽極との間に発光層と接して正孔輸送層を有することを特徴と
する。また、発光層は、ホスト材料とゲスト材料を含む。

発光素子において、陽極から正孔、陰極から電子が、それぞれ注入されると、発光層内
部で一重項励起子と三重項励起子が１：３の割合で生成される。この時、本発明の一態様
である発光素子は、図１に示すように発光層１０１に含まれるホスト材料１０２のＴ１準
位（Ｔ１（ｈ））が、ゲスト材料１０３のＴ１準位（Ｔ１（ｇ））よりもエネルギー的に
低くなるように設計されているため、三重項励起子は、通常、ホスト材料１０２に対して
微量（５ｗｔ％程度）しか存在しないゲスト材料１０３にトラップされることなく、発光
層において多量に存在するホスト材料１０２上に集約される。このことから、後述するＴ
ＴＡ（三重項－三重項消滅）の発生確率を高める上で、Ｔ１（ｈ）＜Ｔ１（ｇ）なる関係
とすることは重要である。

また、一重項励起子は、蛍光を発光するが、三重項励起子は、通常発光に寄与すること
なく消滅してしまう。しかし、図１に示すように、２つの三重項励起子が衝突して、エネ
ルギーやスピン角運動量の交換、および受け渡しを行う、いわゆる三重項－三重項消滅（
ＴＴＡ）が発生すると、一重項励起子を新たに生成し、発光に寄与することができる。

新たに生成した一重項励起子は、上記したように、Ｔ１（ｈ）＜Ｔ１（ｇ）の条件を満
たすときはホスト材料のＳ１準位（Ｓ１（ｈ））に位置するが、ホスト材料のＳ１準位は
ゲストのＳ１準位より高く設計されているため、三重項励起子のエネルギー移動とは反対
に、一重項励起子のエネルギーはホストのＳ１からゲストのＳ１へ移動する。これによっ
て、ゲスト材料からの蛍光を得ることができる。

従って、図１に示す構成の場合には、一重項励起子によるゲスト材料からの蛍光と、三
重項励起子によるＴＴＡに基づくゲスト材料からの蛍光が得られるため、非常に高効率な
蛍光発光素子を形成することができる。

さらに、本発明の一態様である発光素子は、発光層において生じた三重項励起子を発光
層の外へ逃さないようにするため、図２に示すような構成を有する。

すなわち、図２に示すように、第１の電極（陽極）２１１と第２の電極（陰極）２１２
との間に形成される正孔輸送層２０１と発光層２０２において、正孔輸送層２０１に含ま
れる正孔輸送性材料（ＨＴ）２０３のＴ１準位を、発光層２０２に含まれるホスト材料（
ｈ）２０４のＴ１準位よりも高くする。このようにすることで、Ｔ１（ｈ）からＴ１（Ｈ
Ｔ）への三重項励起子の移動を抑制し、発光層２０２において生じた三重項励起子を発光
層２０２にとどめることが可能となる。さらに、正孔輸送性材料（ＨＴ）２０３のＴ１準
位を、発光層２０２に含まれるゲスト材料（ｇ）２０５のＴ１準位よりも高くすることは
、Ｔ１（ｇ）からＴ１（ＨＴ）への三重項励起子の移動も起こりにくくできるため、より
好ましい。なお、この様に高いＴ１準位を有する正孔輸送層２０１は、再結合領域が発光
層２０２中の陽極側である場合に特に好ましい。

同様の理由から、発光層２０２と接して発光素子の陰極側に形成される層（電子輸送層
（ＥＴＬ）など）に用いる材料は、発光層２０２のホスト材料及びゲスト材料よりもＴ１
準位の高い材料を用いると、発光層２０２において生じた三重項励起子を発光層にとどめ
ることが可能となり、好ましい。なお、この様に高いＴ１準位を有する電子輸送層は、再
結合領域が発光層中の陰極側である場合に特に好ましい。

なお、図２中において、第１の電極（陽極）２１１と正孔輸送層２０１との間に、第１
の電極２１１からの正孔の注入性を高める機能を有する正孔注入層２１３を設けてもよい
。また、第２の電極（陰極）２１２と発光層２０２との間に第２の電極（陰極）２１２か
らの電子の注入性を高める電子注入層２１５や、電子の輸送性が高い電子輸送層２１４を
設けてもよい。

以上より、本発明の一態様である発光素子を用いることで、発光効率の高い発光装置、
電子機器、または照明装置を実現することができる。また、消費電力が低い発光装置、電
子機器、または照明装置を実現することができる。

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いるこ
とができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子について図３を用いて説明する。

本実施の形態に示す発光素子は、図３（Ａ）に示すように一対の電極（第１の電極（陽
極）３０１と第２の電極（陰極）３０２）間に発光層３０６および正孔（または、ホール
）輸送層３０５を含むＥＬ層３０３が挟まれた構造を有する。また、発光層３０６には、
ホスト材料３１１とゲスト材料３１２が含まれ、正孔輸送層３０５には、正孔輸送性材料
３１３が含まれる。また、ＥＬ層３０３は、図３（Ｂ）に示すように発光層３０６および
正孔輸送層３０５の他に、正孔（または、ホール）注入層３０４、電子輸送層３０７、電
子注入層３０８などを含んで形成される。

このような発光素子に対して電圧を印加することにより、第１の電極３０１側から注入
された正孔と第２の電極３０２側から注入された電子とが、発光層３０６において再結合
し、励起子を形成する。そして、ＴＴＡによる三重項励起子から一重項励起子への変換、
や励起子からのエネルギー移動を経て、発光層３０６中に含まれるゲスト材料３１２が発
光する。

なお、ＥＬ層３０３における正孔注入層３０４は、正孔輸送性の高い物質とアクセプタ
ー性物質を含む層であり、アクセプター性物質によって正孔輸送性の高い物質から電子が
引き抜かれることにより正孔（ホール）が発生する。従って、正孔注入層３０４から正孔
輸送層３０５を介して発光層３０６に正孔が注入される。

なお、正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む層は、層内において、アクセ
プター性物質によって正孔輸送性の高い物質から電子が引き抜かれるため、引き抜かれた
電子が発生する層であると見ることができる。すなわち、陰極側に設けることにより、電
子輸送層３０７を介して発光層３０６に電子を注入することができる。このように、正孔
や電子等の電荷を発生させることができる機能を有するいわゆる電荷発生層は、発光素子
の機能層として、本発明の一態様である発光素子内に適宜設けることができることとする
。

以下に本実施の形態に示す発光素子を作製する上での具体例について説明する。

第１の電極（陽極）３０１および第２の電極（陰極）３０２には、金属、合金、電気伝
導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、酸化インジ
ウム－酸化スズ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有し
た酸化インジウム－酸化スズ、酸化インジウム－酸化亜鉛（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯ
ｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム、金（Ａｕ）、白
金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ
）の他、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセ
シウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびカルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）
等のアルカリ土類金属、マグネシウム（Ｍｇ）、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、Ａ
ｌＬｉ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれら
を含む合金、その他グラフェン等を用いることができる。なお、第１の電極（陽極）３０
１および第２の電極（陰極）３０２は、例えばスパッタリング法や蒸着法（真空蒸着法を
含む）等により形成することができる。

正孔注入層３０４、および正孔輸送層３０５（上述した電荷発生層も含む）に用いる正
孔輸送性の高い物質としては、例えば、３－［４－（１－ナフチル）－フェニル］－９－
フェニル－９Ｈ－カルバゾール（略称：ＰＣＰＮ）、３－［４－（９－フェナントリル）
－フェニル］－９－フェニル－９Ｈ－カルバゾール（略称：ＰＣＰＰｎ）、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）、４、４’－ジ（１－ナフチル）－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：ＰＣＢＮＢＢ）、４－フェニルジフ
ェニル－（９－フェニル－９Ｈ－カルバゾール－３－イル）アミン（略称：ＰＣＡ１ＢＰ
）、３，３’－ビス（９－フェニル－９Ｈ－カルバゾール）（略称：ＰＣＣＰ）、Ｎ－［
４－（９Ｈ－カルバゾール－９－イル）フェニル］－Ｎ－（４－フェニル）フェニルアニ
リン（略称：ＹＧＡ１ＢＰ）、１，３，５－トリ（ジベンゾチオフェン－４－イル）－ベ
ンゼン（略称：ＤＢＴ３Ｐ－ＩＩ）、４，４’，４’’－（ベンゼン－１，３，５－トリ
イル）トリ（ジベンゾフラン）（略称：ＤＢＦ３Ｐ－ＩＩ）、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－［
３－（トリフェニレン－２－イル）フェニル］ジベンゾチオフェン（略称：ｍＤＢＴＰＴ
ｐ－ＩＩ）、４，４’－ビス［Ｎ－（１－ナフチル）－Ｎ－フェニルアミノ］ビフェニル
（略称：ＮＰＢまたはα－ＮＰＤ）やＮ，Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－Ｎ，Ｎ’
－ジフェニル－［１，１’－ビフェニル］－４，４’－ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，
４’，４’’－トリス（カルバゾール－９－イル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ
）、４，４’，４’’－トリス（Ｎ，Ｎ－ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称
：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’－トリス［Ｎ－（３－メチルフェニル）－Ｎ－フェニ
ルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’－ビス［Ｎ－（スピロ
－９，９’－ビフルオレン－２－イル）－Ｎ―フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＳ
ＰＢ）、３－［Ｎ－（９－フェニルカルバゾール－３－イル）－Ｎ－フェニルアミノ］－
９－フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６－ビス［Ｎ－（９－フェニ
ルカルバゾール－３－イル）－Ｎ－フェニルアミノ］－９－フェニルカルバゾール（略称
：ＰＣｚＰＣＡ２）、３－［Ｎ－（１－ナフチル）－Ｎ－（９－フェニルカルバゾール－
３－イル）アミノ］－９－フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）等が挙げられ
る。その他、４，４’－ジ（Ｎ－カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，
５－トリス［４－（Ｎ－カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）等のカル
バゾール化合物やアミン化合物、ジベンゾチオフェン化合物、ジベンゾフラン化合物、フ
ルオレン化合物、トリフェニレン化合物、フェナントレン化合物等を用いることができる
。ここに述べた物質は、主に１×１０^－６ｃｍ^２／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、本発明の一態様である発光素子の正孔輸送層には、これらの材料のうち、正
孔輸送層３０５及び発光層３０６におけるホスト材料およびゲスト材料との間に、上述し
たＴ１準位のエネルギーについての関係を満たす組み合わせになるように選択することが
好ましい。

さらに、ポリ（Ｎ－ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４－ビニルトリフ
ェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ－（４－｛Ｎ’－［４－（４－ジフェニ
ルアミノ）フェニル］フェニル－Ｎ’－フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］
（略称：ＰＴＰＤＭＡ）ポリ［Ｎ，Ｎ’－ビス（４－ブチルフェニル）－Ｎ，Ｎ’－ビス
（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ－ＴＰＤ）などの高分子化合物を用いること
もできる。

また、正孔注入層３０４（上述した電荷発生層も含む）に用いるアクセプター性物質と
しては、遷移金属酸化物や元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物を
挙げることができる。具体的には、酸化モリブデンが特に好ましい。

発光層３０６は、実施の形態１で示したようにホスト材料とゲスト材料を含み、ホスト
材料のＴ１準位は、ゲスト材料のＴ１準位よりも低い関係にある。

ホスト材料の好ましい例としては、３－［４－（１－ナフチル）－フェニル］－９－フ
ェニル－９Ｈ－カルバゾール（略称：ＰＣＰＮ）や、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）、９
－［４－（１０－フェニル－９－アントラセニル）フェニル］－９Ｈ－カルバゾール（略
称：ＣｚＰＡ）、７－［４－（１０－フェニル－９－アントリル）フェニル］－７Ｈ－ジ
ベンゾ［ｃ，ｇ］カルバゾール（略称：ｃｇＤＢＣｚＰＡ）、６－［３－（９，１０－ジ
フェニル－２－アントリル）フェニル］－ベンゾ［ｂ］ナフト［１，２－ｄ］フラン（略
称：２ｍＢｎｆＰＰＡ）、９－フェニル－１０－｛４－（９－フェニル－９Ｈ－フルオレ
ン－９－イル）ビフェニル－４’－イル｝アントラセン（略称：ＦＬＰＰＡ）等のアント
ラセン化合物が挙げられる。アントラセン化合物は、Ｓ１準位が高く、Ｔ１準位が低いた
め、好ましい。

また、ゲスト材料の好ましい例としては、Ｎ，Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－Ｎ
，Ｎ’－ビス〔３－（９－フェニル－９Ｈ－フルオレン－９－イル）フェニル〕－ピレン
－１，６－ジアミン（略称：１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎ）、Ｎ，Ｎ’－ビス〔４－（
９－フェニル－９Ｈ－フルオレン－９－イル）フェニル〕－Ｎ，Ｎ’－ジフェニルピレン
－１，６－ジアミン（略称：１，６ＦＬＰＡＰｒｎ）、Ｎ，Ｎ’－ビス（ジベンゾフラン
－２－イル）－Ｎ，Ｎ’－ジフェニルピレン－１，６－ジアミン（略称：１，６ＦｒＡＰ
ｒｎ）、Ｎ，Ｎ’－ビス（ジベンゾチオフェン－２－イル）－Ｎ，Ｎ’－ジフェニルピレ
ン－１，６－ジアミン（略称：１，６ＴｈＡＰｒｎ）等のピレン化合物、アントラセン化
合物、トリフェニレン化合物、フルオレン化合物、カルバゾール化合物、ジベンゾチオフ
ェン化合物、ジベンゾフラン化合物、ジベンゾキノキサリン化合物、キノキサリン化合物
、ピリジン化合物、ピリミジン化合物、フェナントレン化合物、ナフタレン化合物等が挙
げられる。特に、ピレン化合物は、発光量子収率が高く、好ましい。本発明の一態様であ
る発光素子の発光層には、これらのうち上述したホスト材料とゲスト材料とのＴ１準位の
エネルギーについての関係を満たす組み合わせになるように選択する必要がある。

電子輸送層３０７は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送層３０７には、
Ａｌｑ_３、トリス（４－メチル－８－キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａ
ｌｍｑ_３）、ビス（１０－ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（ＩＩ）（略
称：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（ＩＩ）（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）_２）などの金属錯体を用いる
ことができる。また、２－（４－ビフェニリル）－５－（４－ｔｅｒｔ－ブチルフェニル
）－１，３，４－オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３－ビス［５－（ｐ－ｔｅｒ
ｔ－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：Ｏ
ＸＤ－７）、３－（４’－ｔｅｒｔ－ブチルフェニル）－４－フェニル－５－（４’’－
ビフェニル）－１，２，４－トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３－（４－ｔｅｒｔ－ブチ
ルフェニル）－４－（４－エチルフェニル）－５－（４－ビフェニリル）－１，２，４－
トリアゾール（略称：ｐ－ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：Ｂｐｈｅｎ）、
バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）、４，４’－ビス（５－メチルベンゾオキサゾール－
２－イル）スチルベン（略称：ＢｚＯｓ）などの複素芳香族化合物も用いることができる
。また、ポリ（２，５－ピリジンジイル）（略称：ＰＰｙ）、ポリ［（９，９－ジヘキシ
ルフルオレン－２，７－ジイル）－ｃｏ－（ピリジン－３，５－ジイル）］（略称：ＰＦ
－Ｐｙ）、ポリ［（９，９－ジオクチルフルオレン－２，７－ジイル）－ｃｏ－（２，２
’－ビピリジン－６，６’－ジイル）］（略称：ＰＦ－ＢＰｙ）のような高分子化合物を
用いることもできる。ここに述べた物質は、主に１×１０^－６ｃｍ^２／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３０７として用いてもよい。なお、本発明の一態様である発光素子の
電子輸送層には、これらの材料のうち、電子輸送層３０７及び発光層３０６におけるホス
ト材料およびゲスト材料との間に、上述したＴ１準位のエネルギーについての関係を満た
す組み合わせになるように選択することが好ましい。

また、電子輸送層３０７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３０８は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層３０８には、
フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）
、リチウム酸化物（ＬｉＯｘ）等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、マグネシウ
ム（Ｍｇ）、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（Ｅ
ｒＦ_３）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３
０７を構成する物質を用いることもできる。

また、電子注入層３０８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、上述した電子輸
送層３０７を構成する物質（金属錯体や複素芳香族化合物等）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。例えば、ア
ルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属等が好ましい。具体的には、リチウム、セシ
ウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウムの他、マグネシ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３０４、正孔輸送層３０５、発光層３０６、電子輸送層３０
７、電子注入層３０８（上述した電荷発生層も含む）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。

また、上述した発光素子において、発光層３０６で得られた発光は、第１の電極３０１
および第２の電極３０２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３０１および第２の電極３０２のいずれか一方、または両方が透光性を有す
る電極となる。

以上により説明した発光素子は、三重項－三重項消滅（ＴＴＡ）により、通常は発光に
寄与しない三重項励起子から生成された一重項励起子を発光に利用した蛍光発光素子であ
ることから、通常の蛍光性化合物を用いた発光素子に比べて、高効率な発光素子を実現す
ることができる。

なお、本実施の形態で示した発光素子は、ＴＴＡによるエネルギー移動を発光に利用し
た蛍光発光素子の一例である。また、上記発光素子を備えた発光装置の構成としては、パ
ッシブマトリクス型の発光装置やアクティブマトリクス型の発光装置の他、上記とは別の
構造を有する発光素子を備えたマイクロキャビティー構造の発光装置などを作製すること
ができ、これらは、いずれも本発明に含まれるものとする。

なお、アクティブマトリクス型の発光装置の場合において、ＴＦＴの構造は、特に限定
されない。例えば、スタガ型や逆スタガ型のＴＦＴを適宜用いることができる。また、Ｔ
ＦＴ基板に形成される駆動用回路についても、Ｎ型およびＰ型のＴＦＴからなるものでも
よいし、Ｎ型のＴＦＴまたはＰ型のＴＦＴのいずれか一方のみからなるものであってもよ
い。また、ＴＦＴに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。例えば、
非晶質半導体膜、結晶性半導体膜を用いることができる。また、半導体材料としては、Ｉ
Ｖ族（ケイ素、ゲルマニウム等）半導体、化合物半導体（酸化物半導体を含む）の他、有
機半導体等を用いることができる。

なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用い
ることができるものとする。

（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様として、電荷発生層を挟んでＥＬ層を複数有する構
造の発光素子（以下、タンデム型発光素子という）について説明する。

本実施の形態に示す発光素子は、図４（Ａ）に示すように一対の電極（第１の電極４０
１および第２の電極４０４）間に、複数のＥＬ層（第１のＥＬ層４０２（１）、第２のＥ
Ｌ層４０２（２））を有するタンデム型発光素子である。

本実施の形態において、第１の電極４０１は、陽極として機能する電極であり、第２の
電極４０４は陰極として機能する電極である。なお、第１の電極４０１および第２の電極
４０４は、実施の形態２と同様な構成を用いることができる。また、複数のＥＬ層（第１
のＥＬ層４０２（１）、第２のＥＬ層４０２（２））の少なくとも一つは、実施の形態１
で示したＥＬ層と同様な構成とし、さらに、正孔輸送層およびそれと接する発光層は、実
施の形態１で示したのと同じ構成とするのが好ましい。

また、複数のＥＬ層（第１のＥＬ層４０２（１）、第２のＥＬ層４０２（２））の間に
は、電荷発生層（Ｉ）４０５が設けられている。電荷発生層（Ｉ）４０５は、第１の電極
４０１と第２の電極４０４に電圧を印加したときに、一方のＥＬ層に電子を注入し、他方
のＥＬ層に正孔を注入する機能を有する。本実施の形態の場合には、第１の電極４０１に
第２の電極４０４よりも電位が高くなるように電圧を印加すると、電荷発生層（Ｉ）４０
５から第１のＥＬ層４０２（１）に電子が注入され、第２のＥＬ層４０２（２）に正孔が
注入される。

なお、電荷発生層（Ｉ）４０５は、光の取り出し効率の点から、可視光に対して透光性
を有する（具体的には、電荷発生層（Ｉ）４０５に対する可視光の透過率が、４０％以上
）ことが好ましい。また、電荷発生層（Ｉ）４０５は、第１の電極４０１や第２の電極４
０４よりも低い導電率であっても機能する。

電荷発生層（Ｉ）４０５は、正孔輸送性の高い有機化合物に電子受容体（アクセプター
）が添加された構成であっても、電子輸送性の高い有機化合物に電子供与体（ドナー）が
添加された構成であってもよい。また、これらの両方の構成が積層されていても良い。

正孔輸送性の高い有機化合物に電子受容体が添加された構成とする場合において、正孔
輸送性の高い有機化合物としては、例えば、ＮＰＢやＴＰＤ、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ
、４，４’－ビス［Ｎ－（スピロ－９，９’－ビフルオレン－２－イル）－Ｎ―フェニル
アミノ］ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）などの芳香族アミン化合物等を用いることができ
る。ここに述べた物質は、主に１×１０^－６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質
である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い有機化合物であれば、上記以外の物質を用
いても構わない。

また、電子受容体としては、７，７，８，８－テトラシアノ－２，３，５，６－テトラ
フルオロキノジメタン（略称：Ｆ４ＴＣＮＱ）、クロラニル等を挙げることができる。ま
た、遷移金属酸化物を挙げることができる。また元素周期表における第４族乃至第８族に
属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、
酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レ
ニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定
であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。

一方、電子輸送性の高い有機化合物に電子供与体が添加された構成とする場合において
、電子輸送性の高い有機化合物としては、例えば、Ａｌｑ、Ａｌｍｑ_３、ＢｅＢｑ_２、Ｂ
Ａｌｑなど、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等を用いることが
できる。また、この他、Ｚｎ（ＢＯＸ）_２、Ｚｎ（ＢＴＺ）_２などのオキサゾール系、チ
アゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外に
も、ＰＢＤやＯＸＤ－７、ＴＡＺ、Ｂｐｈｅｎ、ＢＣＰなども用いることができる。ここ
に述べた物質は、主に１×１０^－６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。
なお、正孔よりも電子の輸送性の高い有機化合物であれば、上記以外の物質を用いても構
わない。

また、電子供与体としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属ま
たは元素周期表における第２、第１３族に属する金属およびその酸化物、炭酸塩を用いる
ことができる。具体的には、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ
）、カルシウム（Ｃａ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、インジウム（Ｉｎ）、酸化リチウム
、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機
化合物を電子供与体として用いてもよい。

なお、上述した材料を用いて電荷発生層（Ｉ）４０５を形成することにより、ＥＬ層が
積層された場合における駆動電圧の上昇を抑制することができる。

本実施の形態では、ＥＬ層を２層有する発光素子について説明したが、図４（Ｂ）に示
すように、ｎ層（ただし、ｎは、３以上）のＥＬ層（４０２（１）～４０２（ｎ））を積
層した発光素子についても、同様に適用することが可能である。本実施の形態に係る発光
素子のように、一対の電極間に複数のＥＬ層を有する場合、ＥＬ層とＥＬ層との間にそれ
ぞれ電荷発生層（Ｉ）（４０５（１）～４０５（ｎ－１））を配置することで、電流密度
を低く保ったまま、高輝度領域での発光が可能である。電流密度を低く保てるため、長寿
命素子を実現できる。また、照明を応用例とした場合は、電極材料の抵抗による電圧降下
を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。また、低電圧駆動が可能で消費
電力が低い発光装置を実現することができる。

また、それぞれのＥＬ層の発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所
望の色の発光を得ることができる。例えば、２つのＥＬ層を有する発光素子において、第
１のＥＬ層の発光色と第２のＥＬ層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光
素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。なお、補色とは、混合す
ると無彩色になる色同士の関係をいう。つまり、補色の関係にある色の光と、発光する物
質から得られた光とを混合すると、白色発光を得ることができる。

また、３つのＥＬ層を有する発光素子の場合でも同様であり、例えば、第１のＥＬ層の
発光色が赤色であり、第２のＥＬ層の発光色が緑色であり、第３のＥＬ層の発光色が青色
である場合、発光素子全体としては、白色発光を得ることができる。

なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用
いることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を適用して作製された発光装置につ
いて説明する。

また、上記発光装置は、パッシブマトリクス型の発光装置でもアクティブマトリクス型
の発光装置でもよい。なお、本実施の形態に示す発光装置には、他の実施形態で説明した
発光素子を適用することが可能である。

本実施の形態では、アクティブマトリクス型の発光装置について図５を用いて説明する
。

なお、図５（Ａ）は発光装置を示す上面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）を鎖線Ａ－
Ａ’で切断した断面図である。本実施の形態に係るアクティブマトリクス型の発光装置は
、素子基板５０１上に設けられた画素部５０２と、駆動回路部（ソース線駆動回路）５０
３と、駆動回路部（ゲート線駆動回路）５０４（５０４ａ及び５０４ｂ）と、を有する。
画素部５０２、駆動回路部５０３、及び駆動回路部５０４は、シール材５０５によって、
素子基板５０１と封止基板５０６との間に封止されている。

また、素子基板５０１上には、駆動回路部５０３、及び駆動回路部５０４に外部からの
信号（例えば、ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、又はリセット信号等）や電位
を伝達する外部入力端子を接続するための引き回し配線５０７が設けられる。ここでは、
外部入力端子としてＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）５０８を設ける例を示し
ている。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基
板（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本
体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。

次に、断面構造について図５（Ｂ）を用いて説明する。素子基板５０１上には駆動回路
部及び画素部が形成されているが、ここでは、ソース線駆動回路である駆動回路部５０３
と、画素部５０２が示されている。

駆動回路部５０３はｎチャネル型ＴＦＴ５０９とｐチャネル型ＴＦＴ５１０とを組み合
わせたＣＭＯＳ回路が形成される例を示している。なお、駆動回路部を形成する回路は、
種々のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実
施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必
要はなく、基板上ではなく外部に駆動回路を形成することもできる。

また、画素部５０２はスイッチング用ＴＦＴ５１１と、電流制御用ＴＦＴ５１２と電流
制御用ＴＦＴ５１２の配線（ソース電極又はドレイン電極）に電気的に接続された第１の
電極（陽極）５１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極（陽極）５
１３の端部を覆って絶縁物５１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル
樹脂を用いることにより形成する。

また、上層に積層形成される膜の被覆性を良好なものとするため、絶縁物５１４の上端
部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにするのが好ましい。例えば、絶縁
物５１４の材料として、ネガ型の感光性樹脂、或いはポジ型の感光性樹脂のいずれかを使
用することができ、有機化合物に限らず無機化合物、例えば、酸化珪素、酸窒化珪素等、
の両者を使用することができる。

第１の電極（陽極）５１３上には、ＥＬ層５１５及び第２の電極（陰極）５１６が積層
形成されている。ＥＬ層５１５は、少なくとも発光層が設けられており、発光層の他に正
孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、電荷発生層等を適宜設けることができ
る。

なお、第１の電極（陽極）５１３、ＥＬ層５１５及び第２の電極（陰極）５１６との積
層構造で、発光素子５１７が形成されている。第１の電極（陽極）５１３、ＥＬ層５１５
及び第２の電極（陰極）５１６に用いる材料としては、実施の形態２に示す材料を用いる
ことができる。また、ここでは図示しないが、第２の電極（陰極）５１６は外部入力端子
であるＦＰＣ５０８に電気的に接続されている。

また、図５（Ｂ）に示す断面図では発光素子５１７を１つのみ図示しているが、画素部
５０２において、複数の発光素子がマトリクス状に配置されているものとする。画素部５
０２には、３種類（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の発光が得られる発光素子をそれぞれ選択的に形成し、
フルカラー表示可能な発光装置を形成することができる。また、カラーフィルタと組み合
わせることによってフルカラー表示可能な発光装置としてもよい。

さらに、シール材５０５で封止基板５０６を素子基板５０１と貼り合わせることにより
、素子基板５０１、封止基板５０６、およびシール材５０５で囲まれた空間５１８に発光
素子５１７が備えられた構造になっている。なお、空間５１８には、不活性気体（窒素や
アルゴン等）が充填される場合の他、シール材５０５で充填される構成も含むものとする
。

なお、シール材５０５にはエポキシ系樹脂やガラスフリットを用いるのが好ましい。ま
た、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また
、封止基板５０６に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ－
ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエ
ステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。シール材とし
てガラスフリットを用いる場合には、接着性の観点から素子基板５０１及び封止基板５０
６はガラス基板であることが好ましい。

以上のようにして、アクティブマトリクス型の発光装置を得ることができる。

なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用
いることができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を適用して作製された発光装置を用
いて完成させた様々な電子機器の一例について、図６、図７を用いて説明する。

発光装置を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置（テレビ、又はテレビ
ジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデ
オカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、
携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙
げられる。これらの電子機器の具体例を図６に示す。

図６（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置７１００は、
筐体７１０１に表示部７１０３が組み込まれている。表示部７１０３により、映像を表示
することが可能であり、発光装置を表示部７１０３に用いることができる。また、ここで
は、スタンド７１０５により筐体７１０１を支持した構成を示している。

テレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリ
モコン操作機７１１０により行うことができる。リモコン操作機７１１０が備える操作キ
ー７１０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部７１０３に表示さ
れる映像を操作することができる。また、リモコン操作機７１１０に、当該リモコン操作
機７１１０から出力する情報を表示する表示部７１０７を設ける構成としてもよい。

なお、テレビジョン装置７１００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機
により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線又は無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）又は双方向（
送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。

図６（Ｂ）はコンピュータであり、本体７２０１、筐体７２０２、表示部７２０３、キ
ーボード７２０４、外部接続ポート７２０５、ポインティングデバイス７２０６等を含む
。なお、コンピュータは、発光装置をその表示部７２０３に用いることにより作製するこ
とができる。

図６（Ｃ）は、スマートウオッチであり、筐体７３０２、表示パネル７３０４、操作ボ
タン７３１１、７３１２、接続端子７３１３、バンド７３２１、留め金７３２２、等を有
する。

ベゼル部分を兼ねる筐体７３０２に搭載された表示パネル７３０４は、非矩形状の表示
領域を有している。表示パネル７３０４は、時刻を表すアイコン７３０５、その他のアイ
コン７３０６等を表示することができる。

なお、図６（Ｃ）に示すスマートウオッチは、様々な機能を有することができる。例え
ば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパ
ネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログ
ラム）によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピ
ュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信又は受信
を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示
する機能、等を有することができる。

また、筐体７３０２の内部に、スピーカ、センサ（力、変位、位置、速度、加速度、角
速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、
電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含む
もの）、マイクロフォン等を有することができる。なお、スマートウオッチは、発光装置
をその表示パネル７３０４に用いることにより作製することができる。

図６（Ｄ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機７４００は、筐体７４０１
に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、外部接続ポート７４０４、ス
ピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、携帯電話機７４００は、発光
装置を表示部７４０２に用いることにより作製される。

図６（Ｄ）に示す携帯電話機７４００は、表示部７４０２を指などで触れることで、情
報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は
、表示部７４０２を指などで触れることにより行うことができる。

表示部７４０２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする
表示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表
示モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。

例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部７４０２を文字の入力
を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場
合、表示部７４０２の画面のほとんどにキーボード又は番号ボタンを表示させることが好
ましい。

また、携帯電話機７４００内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサ
を有する検出装置を設けることで、携帯電話機７４００の向き（縦か横か）を判断して、
表示部７４０２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。

また、画面モードの切り替えは、表示部７４０２を触れること、又は筐体７４０１の操
作ボタン７４０３の操作により行われる。また、表示部７４０２に表示される画像の種類
によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画
のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。

また、入力モードにおいて、表示部７４０２の光センサで検出される信号を検知し、表
示部７４０２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モー
ドから表示モードに切り替えるように制御してもよい。

表示部７４０２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部７
４０２に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。
また、表示部に近赤外光を発光するバックライト又は近赤外光を発光するセンシング用光
源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は２つ折り可能なタブレット型端末である。図７（Ａ）は、
開いた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、表示部９６３１ａ、表示部９６
３１ｂ、表示モード切り替えスイッチ９０３４、電源スイッチ９０３５、省電力モード切
り替えスイッチ９０３６、留め具９０３３、操作スイッチ９０３８、を有する。なお、当
該タブレット端末は、発光装置を表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂの一方又は両方に
用いることにより作製される。

表示部９６３１ａは、一部をタッチパネルの領域９６３２ａとすることができ、表示さ
れた操作キー９６３７にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部９６
３１ａにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領
域がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部９６
３１ａの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部９
６３１ａの全面をキーボードボタン表示のタッチパネルとし、表示部９６３１ｂを表示画
面として用いることができる。

また、表示部９６３１ｂにおいても表示部９６３１ａと同様に、表示部９６３１ｂの一
部をタッチパネルの領域９６３２ｂとすることができる。また、タッチパネルのキーボー
ド表示切り替えボタン９６３９が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれること
で表示部９６３１ｂにキーボードボタン表示することができる。

また、タッチパネルの領域９６３２ａとタッチパネルの領域９６３２ｂに対して同時に
タッチ入力することもできる。

また、表示モード切り替えスイッチ９０３４は、縦表示または横表示などの表示の向き
を切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替え
スイッチ９０３６は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外
光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光セ
ンサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置
を内蔵させてもよい。

また、図７（Ａ）では表示部９６３１ｂと表示部９６３１ａの表示面積が同じ例を示し
ているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示
の仕様も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネル
としてもよい。

図７（Ｂ）は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、太陽電池９６
３３、充放電制御回路９６３４、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有
する。なお、図７（Ｂ）では充放電制御回路９６３４の一例としてバッテリー９６３５、
ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有する構成について示している。

なお、タブレット型端末は２つ折り可能なため、未使用時に筐体９６３０を閉じた状態
にすることができる。従って、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂを保護できるため、
耐久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。

また、この他にも図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示したタブレット型端末は、様々な情報
（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを
表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力
機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有すること
ができる。

タブレット型端末の表面に装着された太陽電池９６３３によって、電力をタッチパネル
、表示部、または映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池９６３３は
、筐体９６３０の片面または両面に設けることができ、バッテリー９６３５の充電を効率
的に行う構成とすることができる。なおバッテリー９６３５としては、リチウムイオン電
池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。

また、図７（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図７（Ｃ）
にブロック図を示し説明する。図７（Ｃ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３５
、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３８、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示
部９６３１について示しており、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コ
ンバータ９６３８、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が、図７（Ｂ）に示す充放電制御回路９６
３４に対応する箇所となる。

まず、外光を得て太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明す
る。太陽電池９６３３で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧とな
るようＤＣＤＣコンバータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３
１の動作に太陽電池９６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、
コンバータ９６３８で表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。
また、表示部９６３１での表示を行わない際には、スイッチＳＷ１をオフにし、スイッチ
ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５の充電を行う構成とすればよい。

なお太陽電池９６３３については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、
圧電素子（ピエゾ素子）や熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段によるバ
ッテリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線（非接触）で電力を送
受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構
成としてもよい。

以上のようにして、本発明の一態様である発光装置を適用して電子機器を得ることがで
きる。発光装置の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能
である。

（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を含む発光装置を適用した照明装置
の一例について、図８を用いて説明する。

図８は、発光装置を室内の照明装置８００１として用いた例である。なお、発光装置は
大面積化も可能であるため、大面積の照明装置を形成することもできる。その他、曲面を
有する筐体を用いることで、発光領域が曲面を有する照明装置８００２を形成することも
できる。本実施の形態で示す発光装置に含まれる発光素子は薄膜状であり、筐体のデザイ
ンの自由度が高い。したがって、様々な意匠を凝らした照明装置を形成することができる
。さらに、室内の壁面に大型の照明装置８００３を備えても良い。

また、発光装置をテーブルの表面に用いることによりテーブルとしての機能を備えた照
明装置８００４とすることができる。なお、その他の家具の一部に発光装置を用いること
により、家具としての機能を備えた照明装置とすることができる。

以上のように、発光装置を適用した様々な照明装置が得られる。なお、これらの照明装
置は本発明の一態様に含まれるものとする。

また、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用
いることができる。

本実施例では、本発明の一態様である発光素子に用いる物質について、Ｔ１準位の計算
およびＳ１準位の測定を行った。

本発明の一態様である発光素子は、蛍光発光素子である。蛍光性の材料は項間交差が起
こりにくく、三重項からの発光が非常に弱いため、Ｔ１準位の測定が困難である。そこで
、量子化学計算によるＴ１準位の算出を行った。一方、Ｓ１準位に関しては、吸収スペク
トルの測定により見積もった。

計算方法に関しては以下の通りである。なお、量子化学計算プログラムとしては、Ｇａ
ｕｓｓｉａｎ０９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、一重項における最安定構造を密度汎関数法で計算した。基底関数として、６－３
１１（それぞれの原子価軌道に三つの短縮関数を用いたｔｒｉｐｌｅｓｐｌｉｔｖａ
ｌｅｎｃｅ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～４
ｓ、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。汎関数はＢ３ＬＹ
Ｐを用いた。

続けて、三重項における最安定構造を計算した。一重項と三重項における最安定構造の
エネルギー差から、Ｔ１準位のエネルギーを計算した。基底関数は、６－３１１Ｇ（ｄ，
ｐ）を用いた。汎関数はＢ３ＬＹＰである。

Ｓ１準位を見積もる方法としては、以下の通りである。まず、石英基板上に薄膜（約５
００ｎｍ）を真空蒸着法により成膜し薄膜サンプルとし、吸収スペクトルを測定した。吸
収スペクトルの測定には紫外可視分光光度計（日本分光株式会社製、Ｖ５５０型）を用い
た。測定したサンプルのスペクトルから石英の吸収スペクトルを差し引いた。薄膜の吸収
スペクトルの吸収端を求め、Ｓ１準位とした。

なお、測定に用いた蛍光材料としては、Ｎ，Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－Ｎ，
Ｎ’－ビス〔３－（９－フェニル－９Ｈ－フルオレン－９－イル）フェニル〕－ピレン－
１，６－ジアミン（略称：１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎ）、９－［４－（１０－フェニ
ル－９－アントラセニル）フェニル］－９Ｈ－カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、３－［
４－（１－ナフチル）－フェニル］－９－フェニル－９Ｈ－カルバゾール（略称：ＰＣＰ
Ｎ）、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）を用いた。結果を下記の表１に示す。

次に、本実施例では、量子化学計算の裏付けを行うため、材料の燐光発光測定を行った
。本発明の一態様である発光素子に用いる物質は蛍光量子効率が非常に高く、材料単体を
用いた薄膜サンプルでは、低温ＰＬ測定法で燐光を直接観測することは非常に困難である
。そのため、以下で説明する三重項増感剤を用いた手法により燐光発光測定を行い、Ｔ１
準位を見積もった。

方法としては、測定したい蛍光材料に三重項増感剤としてＩｒ（ｐｐｙ）_３を添加した
共蒸着膜を作製し、これを低温ＰＬ測定法により測定し、測定された燐光スペクトルから
Ｔ１準位を見積もった。測定には、顕微ＰＬ装置ＬａｂＲＡＭＨＲ－ＰＬ（（株）
堀場製作所）を用い、測定温度は１０Ｋ、励起光としてＨｅ－Ｃｄレーザー（３２５ｎｍ
）を用い、検出器にはＣＣＤ検出器を用いた。Ｉｒ（ｐｐｙ）_３を共蒸着させることによ
り、測定したい蛍光材料の項間交差の確率を高め、共蒸着をしない場合は困難である、蛍
光材料からの燐光発光の測定が可能となる。

なお、薄膜は石英基板上に厚さ３０ｎｍで成膜し、その石英基板に対し、窒素雰囲気中
で、蒸着面側から別の石英基板を貼り付けた後、測定に用いた。測定結果を表２に示す。
この結果から、本実施例により測定されたＴ１準位の値は、量子化学計算による算出され
たＴ１準位の値に近いことがわかる。従って、本実施例により得られたＴ１準位の値は、
本発明の一態様である発光素子を作製する上でのパラメータとして引用できるものである
といえる。

本実施例では、本発明の一態様である発光素子として、発光層のホスト材料よりもＴ１
準位の高いホール輸送性材料（ＰＣＰＮ：略称）をホール輸送層に用いた発光素子１を作
製し、その特性について測定した結果を示す。さらに、発光層のホスト材料よりもＴ１準
位が同等以下のホール輸送性材料（ＰＣｚＰＡ：略称）をホール輸送層に用いた比較発光
素子２を作製し、その特性について測定した結果も示す。なお、本実施例における発光素
子１および比較発光素子２の説明には、図９を用いることとする。なお、本実施例で用い
る材料の化学式を以下に示す。

≪発光素子１および比較発光素子２の作製≫
まず、ガラス製の基板９００上に酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）をス
パッタリング法により成膜し、陽極として機能する第１の電極９０１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９００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９００を３
０分程度放冷した。

次に、第１の電極９０１が形成された面が下方となるように、基板９００を真空蒸着装
置内に設けられたホルダーに固定した。本実施例では、真空蒸着法により、ＥＬ層９０２
を構成する正孔注入層９１１、正孔輸送層９１２、発光層９１３、電子輸送層９１４、電
子注入層９１５が順次形成される場合について説明する。

真空装置内を１０^－４Ｐａに減圧した後、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）と酸化モリブ
デン（ＶＩ）とを、ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン＝４：２（質量比）となるように共蒸着
することにより、第１の電極９０１上に正孔注入層９１１を形成した。膜厚は５０ｎｍと
した。なお、共蒸着とは、異なる複数の物質をそれぞれ異なる蒸発源から同時に蒸発させ
る蒸着法である。

次に、３－［４－（１－ナフチル）－フェニル］－９－フェニル－９Ｈ－カルバゾール
（略称：ＰＣＰＮ）を３０ｎｍ蒸着することにより、発光素子１の正孔輸送層９１２を形
成した。また、比較発光素子２は、正孔注入層９１１上にＰＣｚＰＡを３０ｎｍ蒸着する
ことにより、正孔輸送層９１２を形成した。

次に、正孔輸送層９１２上に発光層９１３を形成した。まず、９－［４－（１０－フェ
ニル－９－アントラセニル）フェニル］－９Ｈ－カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、Ｎ，
Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－Ｎ，Ｎ’－ビス〔３－（９－フェニル－９Ｈ－フル
オレン－９－イル）フェニル〕－ピレン－１，６－ジアミン（略称：１，６ｍＭｅｍＦＬ
ＰＡＰｒｎ）を、ＣｚＰＡ：１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎ＝１：０．０５（重量比）と
なるように共蒸着した。なお、膜厚は、２５ｎｍとした。以上により、発光層９１３を形
成した。

次に、発光層９１３上に、バソフェナントロリン（略称：Ｂｐｈｅｎ）を２５ｎｍ蒸着
することにより、電子輸送層９１４を形成した。さらに電子輸送層９１４上にフッ化リチ
ウムを１ｎｍ蒸着することにより、電子注入層９１５を形成した。

最後に、電子注入層９１５上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように蒸着し、
陰極となる第２の電極９０３を形成し、発光素子１を得た。なお、上述した蒸着過程にお
いて、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。

以上により得られた発光素子１および比較発光素子２の素子構造を表３に示す。

また、作製した発光素子１および比較発光素子２は、大気に曝されないように窒素雰囲
気のグローブボックス内において封止した（シール材を素子の周囲に塗布し、封止時に８
０℃にて１時間熱処理）。

≪発光素子１および比較発光素子２の蛍光寿命測定≫
作製した発光素子１および比較発光素子２の蛍光寿命について測定した。測定には、ピ
コ秒蛍光寿命測定システム（浜松ホトニクス社製）を用いた。本測定では、発光素子にお
ける蛍光発光の寿命を測定するため、発光素子に矩形パルス電圧を印加し、その電圧の立
下りから減衰していく発光をストリークカメラにより時間分解測定する。パルス電圧は１
０Ｈｚの周期で印加し、繰り返し測定したデータを積算することにより、Ｓ／Ｎ比の高い
データを得た。また、測定は室温（３００Ｋ）で、印加パルス電圧：３．５Ｖ、印加パル
ス時間幅：１０μｓｅｃ、測定時間範囲：２０μｓｅｃの条件で行った。測定結果を図１
０に示す。なお、図１０において、縦軸は、定常的にキャリアが注入されている状態（パ
ルス電圧のＯＮ時）における発光強度を１とした規格化強度で示す。また、横軸は、パル
ス電圧の立下りからの経過時間を示す。

図１０に示す発光素子１に対して得られた減衰曲線について、指数関数によるフィッテ
ィングを行った。その結果、発光素子１の蛍光寿命τは１．５０μｓｅｃと見積もること
ができた。通常、蛍光の寿命は数ｎｓｅｃであることから、発光素子１は、遅延蛍光成分
を含む蛍光発光が測定されていると考えられる。また、比較発光素子２についても、蛍光
寿命τは１．５２μｓｅｃと見積もることができた。従って、発光素子１および比較発光
素子２は、いずれも遅延蛍光成分を含む蛍光発光であると考えられる。

なお、図１０で示した蛍光測定において、遅延蛍光が生じる要因として、三重項－三重
項消滅（ＴＴＡ）による一重項励起子生成以外に、パルス電圧ＯＦＦ時に発光素子の内部
にキャリアが残存している場合に、この残存キャリアの再結合による一重項励起子生成に
起因する遅延蛍光が生じる可能性も考えられる。そこで、残存キャリアの再結合を抑制す
るために、図１０で測定した発光素子１と比較発光素子２のサンプルを用い、測定時の条
件に常に負バイアス電圧（－５Ｖ）を印加するという条件を加えて同様の装置を用いて、
同様の条件で測定を行った。測定結果を図１２に示す。図１０の測定結果と比較して、負
バイアスが印加され、残存キャリアの再結合が抑制されていると考えられる条件下である
図１２の測定結果においても遅延蛍光成分を含む蛍光発光が測定されていたので、図１０
および図１２で示す測定結果に示される遅延蛍光成分は、ＴＴＡに由来した発光によるも
のであることが確認された。

しかしながら、図１０および図１２における比較発光素子２の遅延蛍光成分の規格化発
光強度は、発光素子１の遅延蛍光成分の規格化発光強度に比べて小さいことがわかる。こ
の結果は、発光素子１の正孔輸送層に用いる正孔輸送性材料（ＰＣＰＮ）のＴ１準位が、
発光層のホスト材料（ＣｚＰＡ）のＴ１準位よりも大きいのに対して、比較発光素子２の
正孔輸送層に用いる正孔輸送性材料（ＰＣｚＰＡ）のＴ１準位が、発光層のホスト材料（
ＣｚＰＡ）のＴ１準位よりも同等以下であることが起因するものと考えられる。また、Ｐ
ＣＰＮのＳ１準位も、ＣｚＰＡのＳ１準位よりも高く、ＣｚＰＡの励起状態のエネルギー
がＰＣＰＮへ移動しにくいと考えられる。すなわち、発光素子１に示す構成とすることに
より、発光層で生じた三重項励起子を発光層内に閉じ込め、ＴＴＡの発生確率を高めるこ
とができているものと考えられる。

また、図１０で示された発光素子１の遅延蛍光成分の発光スペクトルを実線で図１１に
示す。また、比較例として、発光素子１に定常的にキャリアが注入されている状態（パル
ス電圧のＯＮ時）における蛍光発光スペクトルを破線で示す。なお、縦軸は、最大発光強
度を１とした規格化強度を示す。

図１１より、遅延蛍光成分の発光のスペクトルの形状と、定常的にキャリアが注入され
ている状態（パルス電圧のＯＮ時）における蛍光発光のスペクトルの形状は、ほぼ同様で
あり、どちらもゲスト材料（１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎ）からの発光であることがわ
かる。従って、ＴＴＡにより生成された一重項からの発光に対応すると考えられる遅延蛍
光は、ホスト材料などからの発光によるものではなく、ゲスト材料からの発光であると考
えることができる。

≪発光素子１および比較発光素子２の動作特性≫
次に、作製した発光素子１および比較発光素子２の動作特性について測定した。なお、
測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。

ここで、１０００ｃｄ／ｍ^２付近における発光素子１および比較発光素子２の主な初期
特性値を以下の表４に示す。

上記結果から、本実施例で作製した発光素子１は、比較発光素子２に比べて、高い電流
効率および高い外部量子効率を示していることが分かる。

すなわち、発光層に用いるホスト材料よりもＴ１準位の高い物質を正孔輸送層に用いる
ことで、発光層で生じた三重項励起子が、発光層の外へ拡散するの防ぐことができ、発光
層内で効率的にＴＴＡを起こすことができるものと考えられる。さらに、ＴＴＡによる遅
延発光成分の強度が増大し、その結果として、発光素子１の発光特性が向上したと考えら
れる。

本実施例では、本発明の一態様である発光素子において、ゲスト材料（蛍光ドーパント
）である１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎと、それよりもＴ１準位の低いＣｚＰＡをホスト
材料として発光層に用いた発光素子３を作製し、また、比較例として、ゲスト材料（蛍光
ドーパント）である１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎと、それよりもＴ１準位の高い３５Ｄ
ＣｚＰＰｙをホスト材料として発光層に用いた比較発光素子４を作製し、それぞれの特性
について測定した結果を示す。なお、３５ＤＣｚＰＰｙは、ホール輸送層で用いたＰＣＰ
ＰｎよりもＴ１準位が高く、ＰＣＰＰｎは、１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎよりもＴ１準
位が高い。また、３５ＤＣｚＰＰｙおよびＰＣＰＰｎは、いずれも１，６ｍＭｅｍＦＬＰ
ＡＰｒｎよりもＳ１準位が高い。本実施例における発光素子３および比較発光素子４の説
明には、実施例２と同様に図９を用いて説明する。本実施例で用いる材料の化学式を以下
に示す。

≪発光素子３および比較発光素子４の作製≫
まず、ガラス製の基板９００上に酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）をス
パッタリング法により成膜し、陽極として機能する第１の電極９０１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。

真空装置内を１０^－４Ｐａに減圧した後、９－｛４－（９－Ｈ－９－フェニルカルバゾ
ール－３－イル）－フェニル｝－フェナントレン（略称：ＰＣＰＰｎ）と酸化モリブデン
（ＶＩ）とを、ＰＣＰＰｎ：酸化モリブデン＝１：０．５（質量比）となるように共蒸着
することにより、第１の電極９０１上に正孔注入層９１１を形成した。膜厚は２０ｎｍと
した。なお、共蒸着とは、異なる複数の物質をそれぞれ異なる蒸発源から同時に蒸発させ
る蒸着法である。

次に、ＰＣＰＰｎを２０ｎｍ蒸着することにより、発光素子３および比較発光素子４の
正孔輸送層９１２を形成した。

次に、正孔輸送層９１２上に発光層９１３を形成した。まず、発光素子３の場合には、
９－［４－（１０－フェニル－９－アントラセニル）フェニル］－９Ｈ－カルバゾール（
略称：ＣｚＰＡ）、Ｎ，Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－Ｎ，Ｎ’－ビス〔３－（９
－フェニル－９Ｈ－フルオレン－９－イル）フェニル〕－ピレン－１，６－ジアミン（略
称：１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎ）を、ＣｚＰＡ：１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎ＝１
：０．０５（重量比）となるように共蒸着した。なお、膜厚は、２５ｎｍとした。また、
比較発光素子４の場合には、３，５－ビス［３－（９Ｈ－カルバゾール－９－イル）フェ
ニル］ピリジン（略称：３５ＤＣｚＰＰｙ）、１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎを、３５Ｄ
ＣｚＰＰｙ：１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎ＝１：０．０５（重量比）となるように共蒸
着した。なお、膜厚は、２５ｎｍとした。以上により、発光層９１３を形成した。

次に、発光層９１３上に電子輸送層９１４を形成した。発光素子３の場合には、ＣｚＰ
Ａを１０ｎｍ蒸着した後、バソフェナントロリン（略称：Ｂｐｈｅｎ）を１５ｎｍ蒸着し
て形成した。また、比較発光素子４の場合には、３５ＤＣｚＰＰｙを１０ｎｍ蒸着した後
、Ｂｐｈｅｎを１５ｎｍ蒸着して形成した。さらに電子輸送層９１４上には、フッ化リチ
ウムを１ｎｍ蒸着することにより、電子注入層９１５を形成した。

最後に、電子注入層９１５上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように蒸着し、
陰極となる第２の電極９０３を形成し、発光素子３および比較発光素子４を得た。なお、
上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。

以上により得られた発光素子３および比較発光素子４の素子構造を表５に示す。

また、作製した発光素子３および比較発光素子４は、大気に曝されないように窒素雰囲
気のグローブボックス内において封止した（シール材を素子の周囲に塗布し、封止時に８
０℃にて１時間熱処理）。

≪発光素子３および比較発光素子４の蛍光寿命測定≫
作製した発光素子３および比較発光素子４の蛍光寿命について測定した。測定には、ピ
コ秒蛍光寿命測定システム（浜松ホトニクス社製）を用いた。本測定では、発光素子にお
ける蛍光発光の寿命を測定するため、発光素子に矩形パルス電圧を印加し、その電圧の立
下りから減衰していく発光をストリークカメラにより時間分解測定する。パルス電圧は１
０Ｈｚの周期で印加し、繰り返し測定したデータを積算することにより、Ｓ／Ｎ比の高い
データを得た。また、測定は室温（３００Ｋ）で、印加パルス電圧：３．５Ｖ（発光素子
３の場合）、５．２Ｖ（比較発光素子４の場合）（素子に流れる電流が、どちらの素子で
も同様になるように、それぞれの素子で電圧を調整した）、印加パルス時間幅：１００μ
ｓｅｃ、負バイアス電圧（－１０Ｖ）、測定時間範囲：５０μｓｅｃの条件で行った。測
定結果を図１３に示す。なお、図１３において、縦軸は、定常的にキャリアが注入されて
いる状態（パルス電圧のＯＮ時）における発光強度を１とした規格化強度で示す。また、
横軸は、パルス電圧の立下りからの経過時間を示す。

図１３に示す発光素子３に対して得られた減衰曲線について、指数関数によるフィッテ
ィングを行った。その結果、発光素子３は、比較発光素子４に比べて遅延蛍光の割合が高
いという結果が得られた。従って、ゲスト材料（蛍光ドーパント）である１，６ｍＭｅｍ
ＦＬＰＡＰｒｎよりもＴ１準位の低いＣｚＰＡをホスト材料として発光層に用いた発光素
子３の方が、１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎよりもＴ１準位の高い３５ＤＣｚＰＰｙをホ
スト材料として発光層に用いた比較発光素子４よりも三重項－三重項消滅（ＴＴＡ）をよ
り多く発生することが確認された。

≪発光素子３および比較発光素子４の動作特性≫
次に、作製した発光素子３および比較発光素子４の動作特性について測定した。なお、
測定は室温（２５℃に保たれた雰囲気）で行った。

ここで、１０００ｃｄ／ｍ^２付近における発光素子３および比較発光素子４の主な初期
特性値を以下の表６に示す。

上記結果から、本実施例で作製した発光素子３は、比較発光素子４に比べて、高い電流
効率および高い外部量子効率を示していることが分かる。

すなわち、発光素子３と比較発光素子４の蛍光寿命測定と、動作特性の測定の結果は、
ゲスト材料のＴ１準位がホスト材料のＴ１準位よりも高い場合のほうが、その逆の場合に
比べてＴＴＡが生じやすく、その結果、発光素子の外部量子効率や電流効率など、動作特
性が向上することを示している。これは、発光層内にわずかな量しか存在しないゲスト材
料に三重項励起子がトラップされ局在化してしまうことによる、三重項励起子どうしの衝
突確率の低下を防ぎ、ＴＴＡの発生確率を高めることができるためである。

１０１発光層
１０２ホスト材料
１０３ゲスト材料
２０１正孔輸送層
２０２発光層
２１１第１の電極（陽極）
２１２第２の電極（陰極）
２１３正孔注入層
２１４電子輸送層
２１５電子注入層
３０１第１の電極（陽極）
３０２第２の電極（陰極）
３０３ＥＬ層
３０４正孔注入層
３０５正孔輸送層
３０６発光層
３０７電子輸送層
３０８電子注入層
３１１ホスト材料
３１２ゲスト材料
３１３正孔輸送性材料
４０１第１の電極
４０２（１）第１のＥＬ層
４０２（２）第２のＥＬ層
４０２（ｎ－１）第（ｎ－１）のＥＬ層
４０２（ｎ）第（ｎ）のＥＬ層
４０４第２の電極
４０５電荷発生層（Ｉ）
４０５（１）第１の電荷発生層（Ｉ）
４０５（２）第２の電荷発生層（Ｉ）
４０５（ｎ－２）第（ｎ－２）の電荷発生層（Ｉ）
４０５（ｎ－１）第（ｎ－１）の電荷発生層（Ｉ）
５０１素子基板
５０２画素部
５０３駆動回路部（ソース線駆動回路）
５０４ａ、５０４ｂ駆動回路部（ゲート線駆動回路）
５０５シール材
５０６封止基板
５０７配線
５０８ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
５０９ｎチャネル型ＴＦＴ
５１０ｐチャネル型ＴＦＴ
５１１スイッチング用ＴＦＴ
５１２電流制御用ＴＦＴ
５１３第１の電極（陽極）
５１４絶縁物
５１５ＥＬ層
５１６第２の電極（陰極）
５１７発光素子
５１８空間
９００基板
９０１第１の電極
９０２ＥＬ層
９０３第２の電極
９１１正孔注入層
９１２正孔輸送層
９１３発光層
９１４電子輸送層
９１５電子注入層
７１００テレビジョン装置
７１０１筐体
７１０３表示部
７１０５スタンド
７１０７表示部
７１０９操作キー
７１１０リモコン操作機
７２０１本体
７２０２筐体
７２０３表示部
７２０４キーボード
７２０５外部接続ポート
７２０６ポインティングデバイス
７３０２筐体
７３０４表示パネル
７３０５時刻を表すアイコン
７３０６その他のアイコン
７３１１７３１２操作ボタン
７３１３接続端子
７３２１バンド
７３２２留め金
７４００携帯電話機
７４０１筐体
７４０２表示部
７４０３操作ボタン
７４０４外部接続ポート
７４０５スピーカ
７４０６マイク
８００１照明装置
８００２照明装置
８００３照明装置
８００４照明装置
９０３３留め具
９０３４表示モード切り替えスイッチ
９０３５電源スイッチ
９０３６省電力モード切り替えスイッチ
９０３８操作スイッチ
９６３０筐体
９６３１表示部
９６３１ａ表示部
９６３１ｂ表示部
９６３２ａタッチパネルの領域
９６３２ｂタッチパネルの領域
９６３３太陽電池
９６３４充放電制御回路
９６３５バッテリー
９６３６ＤＣＤＣコンバータ
９６３７操作キー
９６３８コンバータ
９６３９ボタン

Claims

一対の電極間に、正孔注入層と、正孔輸送層と、発光層と、を有し、
前記発光層は、ゲスト材料と、前記ゲスト材料よりもＴ１準位が低いホスト材料を含み、
前記正孔輸送層は、前記ホスト材料よりもＴ１準位が高い第１の正孔輸送性材料を含み、
前記正孔注入層は、第２の正孔輸送性材料と、アクセプター性物質と、を含み、
前記第１の正孔輸送性材料及び前記第２の正孔輸送性材料は、それぞれ独立に、カルバゾール化合物、ジベンゾチオフェン化合物、ジベンゾフラン化合物、フルオレン化合物、トリフェニレン化合物またはフェナントレン化合物であり、
前記ホスト材料は、アントラセン骨格を有する化合物であり、
三重項－三重項消滅による遅延蛍光成分の発光スペクトルの形状が、定常的にキャリアが注入されている状態における蛍光スペクトルの形状と同じであり、
前記遅延蛍光成分の発光スペクトル及び前記蛍光スペクトルは、前記ゲスト材料からの発光を観測したものである、発光素子。
一対の電極間に、正孔注入層と、正孔輸送層と、発光層と、を有し、
前記発光層は、ゲスト材料と、前記ゲスト材料よりもＴ１準位が低いホスト材料を含み、
前記正孔輸送層は、前記ゲスト材料および前記ホスト材料よりもＴ１準位が高い第１の正孔輸送性材料を含み、
前記正孔注入層は、第２の正孔輸送性材料と、アクセプター性物質と、を含み、
前記第１の正孔輸送性材料及び前記第２の正孔輸送性材料は、それぞれ独立に、カルバゾール化合物、ジベンゾチオフェン化合物、ジベンゾフラン化合物、フルオレン化合物、トリフェニレン化合物またはフェナントレン化合物であり、
前記ホスト材料は、アントラセン骨格を有する化合物であり、
三重項－三重項消滅による遅延蛍光成分の発光スペクトルの形状が、定常的にキャリアが注入されている状態における蛍光スペクトルの形状と同じであり、
前記遅延蛍光成分の発光スペクトル及び前記蛍光スペクトルは、前記ゲスト材料からの発光を観測したものである、発光素子。