JP2012186461A - 発光素子 - Google Patents

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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、寿命の長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る発光素子を提供する。該発光素子は、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、外部量子効率が高い発光素子を実現することができる。
【選択図】図２５

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。
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目的の一とする。また、本発明の一態様は、寿命の長い発光素子を提供することを目的の一とする。
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、励起錯体が燐光性化合物に作用して、燐光性化合物が燐光を発光する発光素子である。
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の有機化合物の一重項励起子から、励起錯体が形成される発光素子である。
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、寿命の長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２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３の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例３の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例３の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例３の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例３の発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例３の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。 実施例４の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例４の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例４の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例４の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例４の発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例４の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。 実施例の発光素子の構成を示す図。 本発明の一態様の発光素子を示す図。 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。 実施例５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６の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例６の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例６の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例６の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例６の発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例６の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。 本発明の一態様の概念を説明する図。 実施例７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８の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例８の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例８の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例８の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例８の発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例９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１０の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例１０の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例１０の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例１０の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例１０の発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例１０の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。 実施例１１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１２の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例１２の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例１２の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例１２の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例１２の発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例１２の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。 実施例１３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１４の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例１４の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例１４の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例１４の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例１４の発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例１５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１６の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例１６の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例１６の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例１６の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例１６の発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例１７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１８の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例１８の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例１８の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例１８の発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例１８の発光素子の発光スペクトルを示す図。 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（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として現れる場合が多い（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３０％が達成できているためである。つまり、少なくとも外部量子効率３０％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７０％以下に相当すると見積もられる。
＜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２５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 Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ 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（Ｔ１）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６４に、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯの分布を図６５に、それぞれ示す。
図６５（Ａ１）に、ＤＢｑ単体のＬＵＭＯの分布を示し、図６５（Ａ２）に、ＤＢｑ単体のＨＯＭＯの分布を示し、図６５（Ｂ１）に、ＴＰＡ単体のＬＵＭＯの分布を示し、図６５（Ｂ２）に、ＴＰＡ単体のＨＯＭＯの分布を示し、図６５（Ｃ１）に、ＤＢｑとＴＰＡの二量体のＬＵＭＯの分布を示し、図６５（Ｃ２）に、ＤＢｑとＴＰＡの二量体のＨＯＭＯの分布を示す。
図６４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６５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、２．４６０ｅＶ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、２．６１０ｅＶ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。
なお、励起錯体の発光スペクトルとゲスト材料の吸収スペクトルの十分に重ねるためには、発光スペクトルのピークのエネルギー値と、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、最も好ましいのは０．１ｅＶ以内である。
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ＨＯＭＯ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１７参照）。
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１７参照）。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１６を用いて説明する。
図１６（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１６（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（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（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１６（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：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／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、ＰＣｚＰＣＮ１、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：ＢＰＡＦＬＰ）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−ｔｅｒｔ−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−ＢｕＤＢＡ）、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、５０００Ｍ−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（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）（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）（略称：［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）などが挙げられる。特に、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］のように、モル吸光係数が５０００Ｍ−１・ｃｍ−１以上に達する材料を用いると、外部量子効率が３０％程度に達する発光素子が得られる。
第１の有機化合物及び第２の有機化合物としては、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：２ＣｚＰＤＢｑ−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：６ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）、２−［４−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール（略称：ＤＢＴＢＩｍ−ＩＩ）等のような電子を受け取りやすい化合物（代表的には、複素芳香族化合物）のうちいずれか一と、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）、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）、及び、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−（１−ナフチル）−４’−フェニルトリフェニルアミン（略称：αＮＢＡ１ＢＰ）、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）、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）、９−フェニル−９Ｈ−３−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）カルバゾール（略称：ＰＣＣＰ）等のようなホールを受け取りやすい化合物（代表的には、芳香族アミン化合物やカルバゾール化合物）のうちいずれか一と、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。ただし、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ればよい。
なお、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：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）、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−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）、４，４’−ビス（５−メチルベンゾオキサゾール−２−イル）スチルベン（略称：ＢｚＯｓ）などの複素芳香族化合物も用いることができる。また、ポリ（２，５−ピリジン−ジイル）（略称：ＰＰｙ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）のような高分子化合物を用いることもできる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層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１６（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１６（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７０８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７０４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７０６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ＬＵＭＯ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におけ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ＬＵＭＯ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、ＳｎＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｎ（ＩＩ） ｃｏｍｐｌｅｘ）、ＺｎＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｚｉｎｃ ｃｏｍｐｌｅｘ）、ＣｏＰｃ（Ｃｏｂａｌｔ（ＩＩ）ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ， β−ｆｏｒｍ）、ＦｅＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ 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）、ＳｎＯＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｎ（ＩＶ） ｏｘｉｄｅ ｃｏｍｐｌｅｘ）及びＴｉＯＰｃ（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ ｃｏｍｐｌｅｘ）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）、２，３，６，７，１０，１１−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：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。
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。
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。
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を用いて説明する。
本実施例で用いる燐光性化合物は、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）］）である。また、本実施例で用いる第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、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）である。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。
＜吸収スペクトル＞
図１（Ａ）（Ｂ）に燐光性化合物である［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］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）を示す。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。
＜発光スペクトル＞
また、図１（Ａ）（Ｂ）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１）、第２の有機化合物であるＰＣＢＮＢＢの薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル２）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの混合材料の薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル３）を示す。図１（Ａ）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（Ｂ）において、横軸は、エネルギー（ｅＶ）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（Ａ）の吸収スペクトルから、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］が、５２０ｎｍ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３は、発光スペクトル１、２よりも長波長（低エネルギー）側にピークを有する。そして、発光スペクトル３のピークは、発光スペクトル１、２のピークに比べて、該吸収帯と近い位置に存在する。図１（Ａ）（Ｂ）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３であることがわかった。具体的には、吸収スペクトルにおける該吸収帯のピーク（５２０ｎｍ付近のショルダーピーク）と発光スペクトル３のピークの差は０．０４ｅＶであった。
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及びＰＣＢＮＢＢ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（低エネルギー）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ＰＣＢＮＢＢ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。
該混合材料の発光スペクトルは、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の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ＰＣＢＮＢＢの混合材料、及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］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。
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２を用いて説明する。
本実施例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（ａｃａｃ）］）である。また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、ＰＣＢＮＢＢである。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、実施例１で用いた材料の化学式は省略する。
＜吸収スペクトル＞
図２（Ａ）（Ｂ）に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）を示す。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。
＜発光スペクトル＞
また、図２（Ａ）（Ｂ）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４）、第２の有機化合物であるＰＣＢＮＢＢの薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル５）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの混合材料の薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル６）を示す。図２（Ａ）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（Ｂ）において、横軸は、エネルギー（ｅＶ）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（Ａ）の吸収スペクトルから、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が、５２０ｎｍ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６は、発光スペクトル４、５よりも長波長（低エネルギー）側にピークを有する。そして、発光スペクトル６のピークは、発光スペクトル４、５のピークに比べて、該吸収帯と近い位置に存在する。図２（Ａ）（Ｂ）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６であることがわかった。具体的には、吸収スペクトルにおける該吸収帯のピーク（５１５ｎｍ）と発光スペクトル６のピークの差は０．０２ｅＶであった。
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及びＰＣＢＮＢＢ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（低エネルギー）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ＰＣＢＮＢＢ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。
該混合材料の発光スペクトルのピークは、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の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ＰＣＢＮＢＢ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。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について、図１５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及び比較発光素子２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３０分程度放冷した。
次に、第１の電極１１０１が形成された面が下方となるように、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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極１１０１上に、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）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、４０ｎｍとし、ＢＰＡＦＬＰと酸化モリブデンの比率は、重量比で４：２（＝ＢＰＡＦＬＰ：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、ＢＰＡＦＬＰ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、ＰＣＢＮＢＢ、及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］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、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＮＢＢ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の重量比は、０．８：０．２：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＮＢＢ：［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］）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。
（比較発光素子２）
比較発光素子２の発光層１１１３は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］を共蒸着することで形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の重量比は、１：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］）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及び比較発光素子２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及び比較発光素子２の電流密度−輝度特性を図３に示す。図３において、横軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、電圧−輝度特性を図４に示す。図４において、横軸は電圧（Ｖ）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、輝度−電流効率特性を図５に示す。図５において、横軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を、縦軸は電流効率（ｃｄ／Ａ）を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図６に示す。図６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及び比較発光素子２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）、パワー効率（ｌｍ／Ｗ）、外部量子効率（％）を表２に示す。
また、発光素子１及び比較発光素子２に０．１ｍＡの電流を流した際の発光スペクトルを、図７に示す。図７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、１２００ｃｄ／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、９６０ｃｄ／ｍ２の輝度の時の比較発光素子２のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．５５，０．４４）であった。この結果から、発光素子１及び比較発光素子２は、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
表２及び図３乃至図６からわかるように、発光素子１は、比較発光素子２に比べて、電流効率、パワー効率、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１では、実施例１に示した２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＮＢＢ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］を発光層に用いた。実施例１より、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＮＢＢ単体の発光スペクトルに比べて、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢ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（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の吸収スペクトルとの重なりが大きい。本実施例の発光素子１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、比較発光素子２に比べて、外部量子効率が高いと考えられる。
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。
次に、発光素子１及び比較発光素子２の信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図８に示す。図８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１及び比較発光素子２を駆動した。
比較発光素子２は、１２０時間後の輝度が、初期輝度の５８％であった。また、発光素子１は、６３０時間後の輝度が、初期輝度の６５％であった。この結果から、発光素子１は、比較発光素子２に比べて、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、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、図１５を用いて説明する。本実施例で用いた材料は先の実施例で用いた材料であるため、化学式は省略する。
以下に、本実施例の発光素子３の作製方法を示す。
（発光素子３）
まず、ガラス基板１１００上に、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３０分程度放冷した。
次に、第１の電極１１０１が形成された面が下方となるように、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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極１１０１上に、ＢＰＡＦＬＰ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、４０ｎｍとし、ＢＰＡＦＬＰと酸化モリブデンの比率は、重量比で４：２（＝ＢＰＡＦＬＰ：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、ＢＰＡＦＬＰ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、ＰＣＢＮＢＢ、及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］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、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＮＢＢ及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の重量比は、０．８：０．２：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＮＢＢ：［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。
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、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、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３を作製した。
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３の素子構造を表３に示す。
発光素子３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３の電流密度−輝度特性を図９に示す。図９において、横軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、電圧−輝度特性を図１０に示す。図１０において、横軸は電圧（Ｖ）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、輝度−電流効率特性を図１１に示す。図１１において、横軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を、縦軸は電流効率（ｃｄ／Ａ）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３における輝度１１００ｃｄ／ｍ２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）、パワー効率（ｌｍ／Ｗ）、外部量子効率（％）を表４に示す。
また、発光素子３に０．１ｍＡの電流を流した際の発光スペクトルを、図１３に示す。図１３において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は発光強度（任意単位）を表す。また、表４に示す通り、１１００ｃｄ／ｍ２の輝度の時の発光素子３のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．５４，０．４６）であった。この結果から、発光素子３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４及び図９乃至図１２からわかるように、発光素子３は、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。特に、１１００ｃｄ／ｍ２の輝度の時の外部量子効率が２８％と極めて高い値を示した。先に記したとおり、外部量子効率の限界は２５％程度と言われている。しかしながら、今回の結果はそれを上回っている。
本実施例の発光素子では、実施例２に示した２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＮＢＢ及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を発光層に用いた。実施例２より、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＮＢＢ単体の発光スペクトルに比べて、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢ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の重なりが大きい。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、従来にはない高い外部量子効率を得られたと考えられる。
また、実施例２の結果では、発光素子３に用いたゲスト材料の吸収スペクトルの最も長波長側の吸収帯において、ピークが発光スペクトルのピークと近い、かつ、ピークのモル吸光係数が大きかった（＞５０００Ｍ−１・ｃｍ−１）。これらから、発光素子３はエネルギー移動効率が特に高いため、外部量子効率が従来にはない高い値を示したと考えられる。
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。
次に、発光素子３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３を駆動した。
３２０時間後の輝度について、発光素子３は、初期輝度の９２％を保っていた。
以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、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１８を用いて説明する。
本実施例で用いる燐光性化合物は、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］である。また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、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）である。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。
＜吸収スペクトル＞
図１８（Ａ）（Ｂ）に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）を示す。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。
＜発光スペクトル＞
また、図１８（Ａ）（Ｂ）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７）、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８）、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９）を示す。図１８（Ａ）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１８（Ｂ）において、横軸は、エネルギー（ｅＶ）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１８（Ａ）の吸収スペクトルから、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が、５２０ｎｍ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９は、発光スペクトル７、８よりも長波長（低エネルギー）側にピークを有する。そして、発光スペクトル９のピークは、発光スペクトル７、８のピークに比べて、該吸収帯と近い位置に存在する。図１８（Ａ）（Ｂ）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９であることがわかった。具体的には、吸収スペクトルにおける該吸収帯のピーク（５１５ｎｍ）と発光スペクトル９のピークの差は０．０２ｅＶであった。
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（低エネルギー）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。
該混合材料の発光スペクトルのピークは、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の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ＰＣＢＡ１ＢＰ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。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について、図１５を用いて説明する。本実施例で用いる材料は、先の実施例で用いた材料であるため、化学式は省略する。
以下に、本実施例の発光素子４の作製方法を示す。
（発光素子４）
まず、ガラス基板１１００上に、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３０分程度放冷した。
次に、第１の電極１１０１が形成された面が下方となるように、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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極１１０１上に、ＢＰＡＦＬＰ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、４０ｎｍとし、ＢＰＡＦＬＰと酸化モリブデンの比率は、重量比で４：２（＝ＢＰＡＦＬＰ：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、ＢＰＡＦＬＰ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（ａｃａｃ）］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、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＡ１ＢＰ及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の重量比は、０．８：０．２：０．１（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：［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。
次に、発光層１１１３上に２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを膜厚１５ｎｍ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、ＢＰｈｅｎを膜厚１５ｎｍ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、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４を作製した。
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４の素子構造を表５に示す。
発光素子４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４の電流密度−輝度特性を図１９に示す。図１９において、横軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、電圧−輝度特性を図２０に示す。図２０において、横軸は電圧（Ｖ）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、輝度−電流効率特性を図２１に示す。図２１において、横軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を、縦軸は電流効率（ｃｄ／Ａ）を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図２２に示す。図２２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４における輝度１１００ｃｄ／ｍ２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）、パワー効率（ｌｍ／Ｗ）、外部量子効率（％）を表６に示す。
また、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２３に示す。図２３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６に示す通り、１１００ｃｄ／ｍ２の輝度の時の発光素子４のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．５７，０．４３）であった。この結果から、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６及び図１９乃至図２２からわかるように、発光素子４は、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。特に、１１００ｃｄ／ｍ２の輝度の時の外部量子効率が３１％と極めて高い値を示した。先に記したとおり、外部量子効率の限界は２５％程度と言われている。しかしながら、今回の結果はそれを上回っている。
本実施例の発光素子では、実施例５に示した２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＡ１ＢＰ及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を発光層に用いた。実施例５より、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＡ１ＢＰ単体の発光スペクトルに比べて、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＡ１ＢＰ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の重なりが大きい。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、従来にはない高い外部量子効率を得られたと考えられる。
また、実施例５の結果では、発光素子４に用いたゲスト材料の吸収スペクトルの最も長波長側の吸収帯において、ピークが発光スペクトルのピークと近い、かつ、ピークのモル吸光係数が大きかった（＞５０００Ｍ−１・ｃｍ−１）。これらから、発光素子４はエネルギー移動効率が特に高いため、外部量子効率が従来にはない高い値を示したと考えられる。
以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、高い外部量子効率の素子を実現できることが示された。
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２４に示す。図２４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。
１７０時間後の輝度について、発光素子４は、初期輝度の９５％を保っていた。
以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、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２６を用いて説明する。
本実施例で用いる燐光性化合物は、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］である。また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、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）である。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。
＜吸収スペクトル＞
図２６（Ａ）（Ｂ）に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）を示す。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。
＜発光スペクトル＞
また、図２６（Ａ）（Ｂ）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１０）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢの混合材料の薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル１１）を示す。図２６（Ａ）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２６（Ｂ）において、横軸は、エネルギー（ｅＶ）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２６（Ａ）の吸収スペクトルから、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が、５２０ｎｍ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１１は、発光スペクトル１０よりも長波長（低エネルギー）側にピークを有する。そして、発光スペクトル１１のピークは、発光スペクトル１０のピークに比べて、該吸収帯と近い位置に存在する。また、第２の有機化合物であるＮＰＢの発光スペクトルのピークは、４３０ｎｍ付近にあることが知られている。このことから、発光スペクトル１１は、ＮＰＢの発光スペクトルよりも長波長（低エネルギー）側にピークを有すると言える。そして、発光スペクトル１１のピークは、ＮＰＢの発光スペクトルのピークに比べて、該吸収帯と近い位置に存在すると言える。以上のことから、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１１であることがわかった。具体的には、吸収スペクトルにおける該吸収帯のピーク（５１５ｎｍ）と発光スペクトル１１のピークの差は０．０９ｅＶであった。
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及びＮＰＢ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（低エネルギー）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ＮＰＢ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。
該混合材料の発光スペクトルのピークは、［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の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ＮＰＢ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。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について、図１５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５及び比較発光素子６の作製方法を示す。
（発光素子５）
まず、ガラス基板１１００上に、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３０分程度放冷した。
次に、第１の電極１１０１が形成された面が下方となるように、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、１０−４Ｐａ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、４０ｎｍとし、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩと酸化モリブデンの比率は、重量比で４：２（＝ＤＢＴ３Ｐ−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、ＢＰＡＦＬＰ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、ＮＰＢ及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］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、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＮＰＢ及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の重量比は、０．８：０．２：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＮＰＢ：［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。
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、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、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５を作製した。
（比較発光素子６）
比較発光素子６の発光層１１１３は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を共蒸着することで形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の重量比は、１：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：［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５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５及び比較発光素子６の素子構造を表７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５及び比較発光素子６の電流密度−輝度特性を図２７に示す。図２７において、横軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、電圧−輝度特性を図２８に示す。図２８において、横軸は電圧（Ｖ）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、輝度−電流効率特性を図２９に示す。図２９において、横軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を、縦軸は電流効率（ｃｄ／Ａ）を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図３０に示す。図３０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５及び比較発光素子６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）、パワー効率（ｌｍ／Ｗ）、外部量子効率（％）を表８に示す。
また、発光素子５及び比較発光素子６に０．１ｍＡの電流を流した際の発光スペクトルを、図３１に示す。図３１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８に示す通り、１１００ｃｄ／ｍ２の輝度の時の発光素子５のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．５７，０．４３）であり、８３０ｃｄ／ｍ２の輝度の時の比較発光素子６のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．５６，０．４４）であった。この結果から、発光素子５及び比較発光素子６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８及び図２７乃至図３０からわかるように、発光素子５は、比較発光素子６に比べて、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。
発光素子５は、実施例７に示した２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＮＰＢ及び［Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を発光層に用いた。実施例７より、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ単体の発光スペクトルに比べて、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢ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）］の吸収スペクトルにおいて発光に強く寄与すると考えられる吸収帯との重なりが大きい。発光素子５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、比較発光素子６に比べて外部量子効率が高いと考えられる。
また、実施例７の結果では、発光素子５に用いた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において、ピークが発光スペクトルのピークと近い、かつ、ピークのモル吸光係数が大きかった（＞５０００Ｍ−１・ｃｍ−１）。これらから、発光素子５はエネルギー移動効率が特に高いため、外部量子効率が従来にはない高い値を示したと考えられる。
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。
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３２を用いて説明する。
本実施例で用いる燐光性化合物は、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）］）である。また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、ＮＰＢである。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。
＜吸収スペクトル＞
図３２（Ａ）（Ｂ）に燐光性化合物である［Ｉｒ（ｔｐｐｒ）２（ｄｐｍ）］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）を示す。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（０．０９４ｍｍｏｌ／Ｌ）を石英セルに入れ、室温で測定を行った。
＜発光スペクトル＞
また、図３２（Ａ）（Ｂ）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１２）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢの混合材料の薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル１３）を示す。図３２（Ａ）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３２（Ｂ）において、横軸は、エネルギー（ｅＶ）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３２（Ａ）の吸収スペクトルから、［Ｉｒ（ｔｐｐｒ）２（ｄｐｍ）］が、５３０ｎｍ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１３は、発光スペクトル１２よりも長波長（低エネルギー）側にピークを有する。そして、発光スペクトル１３のピークは、発光スペクトル１２のピークに比べて、該吸収帯と近い位置に存在する。また、第２の有機化合物であるＮＰＢの発光スペクトルのピークは、４３０ｎｍ付近にあることが知られている。このことから、発光スペクトル１３は、ＮＰＢの発光スペクトルよりも長波長（低エネルギー）側にピークを有すると言える。そして、発光スペクトル１３のピークは、ＮＰＢの発光スペクトルのピークに比べて、該吸収帯と近い位置に存在すると言える。以上のことから、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１３であることがわかった。具体的には、吸収スペクトルにおける該吸収帯のピーク（５３０ｎｍ付近のショルダーピーク）と発光スペクトル１３のピークの差は０．０１ｅＶであった。
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及びＮＰＢ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（低エネルギー）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ＮＰＢ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。
該混合材料の発光スペクトルのピークは、［Ｉｒ（ｔｐｐｒ）２（ｄｐｍ）］の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ＮＰＢの混合材料、及び［Ｉｒ（ｔｐｐｒ）２（ｄｐｍ）］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。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について、図１５を用いて説明する。本実施例で用いた材料は先の実施例で用いた材料であるため、化学式は省略する。
以下に、本実施例の発光素子７及び比較発光素子８の作製方法を示す。
（発光素子７）
発光素子７の発光層１１１３は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＮＰＢ及び［Ｉｒ（ｔｐｐｒ）２（ｄｐｍ）］を共蒸着することで形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＮＰＢ及び［Ｉｒ（ｔｐｐｒ）２（ｄｐｍ）］の重量比は、０．８：０．２：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＮＰＢ：［Ｉｒ（ｔｐｐｒ）２（ｄｐｍ）］）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、実施例８に示した発光素子５と同様に作製した。
（比較発光素子８）
比較発光素子８の発光層１１１３は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及び［Ｉｒ（ｔｐｐｒ）２（ｄｐｍ）］を共蒸着することで形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及び［Ｉｒ（ｔｐｐｒ）２（ｄｐｍ）］の重量比は、１：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：［Ｉｒ（ｔｐｐｒ）２（ｄｐｍ）］）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、実施例８に示した発光素子５と同様に作製した。
以上により得られた発光素子７及び比較発光素子８の素子構造を表９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７及び比較発光素子８の電流密度−輝度特性を図３３に示す。図３３において、横軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、電圧−輝度特性を図３４に示す。図３４において、横軸は電圧（Ｖ）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、輝度−電流効率特性を図３５に示す。図３５において、横軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を、縦軸は電流効率（ｃｄ／Ａ）を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図３６に示す。図３６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７及び比較発光素子８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）、パワー効率（ｌｍ／Ｗ）、外部量子効率（％）を表１０に示す。
また、発光素子７及び比較発光素子８に０．１ｍＡの電流を流した際の発光スペクトルを、図３７に示す。図３７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１０に示す通り、１１００ｃｄ／ｍ２の輝度の時の発光素子７のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．６６，０．３４）であり、１０００ｃｄ／ｍ２の輝度の時の比較発光素子８のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．６６，０．３４）であった。この結果から、発光素子７及び比較発光素子８は、［Ｉｒ（ｔｐｐｒ）２（ｄｐｍ）］に由来する赤色発光が得られたことがわかった。
表１０及び図３３乃至図３６からわかるように、発光素子７は、比較発光素子８に比べて、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。
発光素子７では、実施例９に示した２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＮＰＢ及び［Ｉｒ（ｔｐｐｒ）２（ｄｐｍ）］を発光層に用いた。実施例９より、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ単体の発光スペクトルに比べて、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢ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（ｔｐｐｒ）２（ｄｐｍ）］の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の重なりが大きい。発光素子７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、比較発光素子８に比べて、外部量子効率が高いと考えられる。
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。
次に、発光素子７及び比較発光素子８の信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図３８に示す。図３８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７及び比較発光素子８を駆動した。
比較発光素子８は、９７時間後の輝度が、初期輝度の６３％であった。また、発光素子７は、９８時間後の輝度が、初期輝度の８７％であった。この結果から、発光素子７は、比較発光素子８に比べて、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、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３９を用いて説明する。
本実施例で用いる燐光性化合物は、（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）（略称：［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）である。また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、ＰＣＢＡ１ＢＰ及び４−（１−ナフチル）−４’−フェニルトリフェニルアミン（略称：αＮＢＡ１ＢＰ）の２種類である。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。
＜吸収スペクトル＞
図３９（Ａ）（Ｂ）に燐光性化合物である［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）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）を示す。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（０．１０ｍｍｏｌ／Ｌ）を石英セルに入れ、室温で測定を行った。
＜発光スペクトル＞
また、図３９（Ａ）（Ｂ）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１４）、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１５）、第２の有機化合物であるαＮＢＡ１ＢＰの薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル１６）、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１７）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとαＮＢＡ１ＢＰの混合材料の薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル１８）を示す。図３９（Ａ）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３９（Ｂ）において、横軸は、エネルギー（ｅＶ）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３９（Ａ）の吸収スペクトルから、［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が、４９０ｎｍ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。
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＡ１ＢＰの混合材料の発光スペクトル（発光スペクトル１７）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとαＮＢＡ１ＢＰの混合材料の発光スペクトル（発光スペクトル１８）は、それぞれ、単体の発光スペクトルよりも長波長（低エネルギー）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。また、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとαＮＢＡ１ＢＰ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。
上記混合材料の発光スペクトルのピークは、［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の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ＰＣＢＡ１ＢＰの混合材料、及び［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を用いた発光素子や、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとαＮＢＡ１ＢＰの混合材料、及び［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）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。
ここで、発光スペクトル１８は、発光スペクトル１７よりも短波長（高エネルギー）側にピークを有する。そして、発光スペクトル１８のピークは、発光スペクトル１７のピークに比べて、該吸収帯と近い位置に存在する。具体的には、吸収スペクトルにおける該吸収帯のピーク（４９０ｎｍ付近のショルダーピーク）と発光スペクトル１７のピークの差は０．１５ｅＶであり、吸収スペクトルにおける該吸収帯のピーク（４９０ｎｍ付近のショルダーピーク）と発光スペクトル１８のピークの差は０．０１ｅＶであった。
発光スペクトル１７と発光スペクトル１８のピークの差は、ＰＣＢＡ１ＢＰとαＮＢＡ１ＢＰのＨＯＭＯ準位の差によるものと考えられる。具体的には、ＰＣＢＡ１ＢＰのＨＯＭＯ準位が−５．４３ｅＶであるのに対し、αＮＢＡ１ＢＰのＨＯＭＯ準位は−５．５２ｅＶであった（いずれもサイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定により算出した値）。ＰＣＢＡ１ＢＰに比べてαＮＢＡ１ＢＰは、ＨＯＭＯ準位が低い（深い）ため、発光スペクトル１８のピークは、発光スペクトル１７よりも短波長（高エネルギー）になったと考えられる。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について、図１５を用いて説明する。本実施例で用いた材料は先の実施例で用いた材料であるため、化学式は省略する。
以下に、本実施例の発光素子９及び発光素子１０の作製方法を示す。
（発光素子９）
まず、ガラス基板１１００上に、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３０分程度放冷した。
次に、第１の電極１１０１が形成された面が下方となるように、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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極１１０１上に、ＢＰＡＦＬＰ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、４０ｎｍとし、ＢＰＡＦＬＰと酸化モリブデンの比率は、重量比で４：２（＝ＢＰＡＦＬＰ：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、ＢＰＡＦＬＰ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（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］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、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＡ１ＢＰ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の重量比は、０．８：０．２：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＡ１ＢＰ：［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）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、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、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９を作製した。
（発光素子１０）
発光素子１０の発光層１１１３は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、αＮＢＡ１ＢＰ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を共蒸着することで形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、αＮＢＡ１ＢＰ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の重量比は、０．８：０．２：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：αＮＢＡ１ＢＰ：［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）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９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９及び発光素子１０の素子構造を表１１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９及び発光素子１０の電流密度−輝度特性を図４０に示す。図４０において、横軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、電圧−輝度特性を図４１に示す。図４１において、横軸は電圧（Ｖ）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、輝度−電流効率特性を図４２に示す。図４２において、横軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を、縦軸は電流効率（ｃｄ／Ａ）を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図４３に示す。図４３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９及び発光素子１０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）、パワー効率（ｌｍ／Ｗ）、外部量子効率（％）を表１２に示す。
また、発光素子９及び発光素子１０に０．１ｍＡの電流を流した際の発光スペクトルを、図４４に示す。図４４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１２に示す通り、１１００ｃｄ／ｍ２の輝度の時の発光素子９のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．４３，０．５６）であり、８６０ｃｄ／ｍ２の輝度の時の発光素子１０のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．４３，０．５６）であった。この結果から、発光素子９及び発光素子１０は、［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］に由来する黄緑色発光が得られたことがわかった。
表１２及び図４０乃至図４３からわかるように、発光素子９及び発光素子１０は、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。
発光素子９及び発光素子１０は、実施例１１に示したＰＣＢＡ１ＢＰ又はαＮＢＡ１ＢＰと、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］と、を発光層に用いた。実施例１１より、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＡ１ＢＰ又はαＮＢＡ１ＢＰと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（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の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の重なりが大きい。発光素子９及び発光素子１０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。
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。
次に、発光素子９及び発光素子１０の信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図４５に示す。図４５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９及び発光素子１０を駆動した。
発光素子９は、２６０時間後の輝度が、初期輝度の７４％であった。また、発光素子１０は、２６０時間後の輝度が、初期輝度の７５％であった。この結果から、発光素子９及び発光素子１０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、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４６を用いて説明する。
本実施例で用いる燐光性化合物は、（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）（略称：［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］）である。また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、ＮＰＢ及び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）の２種類である。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。
＜吸収スペクトル＞
図４６（Ａ）（Ｂ）に燐光性化合物である［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）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）を示す。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。
＜発光スペクトル＞
また、図４６（Ａ）（Ｂ）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１９）、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２０）、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２１）及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢの混合材料の薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル２２）を示す。図４６（Ａ）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４６（Ｂ）において、横軸は、エネルギー（ｅＶ）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４６（Ａ）の吸収スペクトルから、［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が、４９０ｎｍ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。
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＤＰＡ２ＳＦの混合材料の発光スペクトル（発光スペクトル２１）は、単体の発光スペクトルよりも長波長（低エネルギー）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、ＮＰＢの単体の発光スペクトルのピークは、４３０ｎｍ付近にあることが知られている。図４６（Ａ）より、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢの混合材料の発光スペクトル（発光スペクトル２２）は、４３０ｎｍよりも長波長側にピークを有するため、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢ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。
上記混合材料の発光スペクトルのピークは、［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の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ＤＰＡ２ＳＦの混合材料、及び［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を用いた発光素子や、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢの混合材料、及び［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）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。
ここで、発光スペクトル２２は、発光スペクトル２１よりも短波長（高エネルギー）側にピークを有する。そして、発光スペクトル２２のピークは、発光スペクトル２１のピークに比べて、該吸収帯と近い位置に存在する。以上のことから、図４６において、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２２であることがわかった。具体的には、吸収スペクトルにおける該吸収帯のピークと発光スペクトル２１のピークの差は０．３９ｅＶであり、吸収スペクトルにおける該吸収帯のピークと発光スペクトル２２のピークの差は０．１９ｅＶであった。
発光スペクトル２１と発光スペクトル２２のピークの差は、第２の有機化合物として用いたＤＰＡ２ＳＦとＮＰＢのＨＯＭＯ準位の差によるものと考えられる。具体的には、ＤＰＡ２ＳＦのＨＯＭＯ準位が−５．０９ｅＶであるのに対し、ＮＰＢのＨＯＭＯ準位は−５．３８ｅＶであった（いずれもＣＶ測定により算出した値）。ＤＰＡ２ＳＦに比べて、ＮＰＢはＨＯＭＯ準位が低い（深い）ため、発光スペクトル２２のピークは、発光スペクトル２１よりも短波長（高エネルギー）になったと考えられる。
以上のことから、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢの混合材料、及び［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を用いた発光素子は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＤＰＡ２ＳＦの混合材料、及び［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を用いた発光素子に比べて、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より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より高いことが示唆された。したがって、外部量子効率がより高い発光素子を得られることが示唆された。
また、本実施例から、第１の有機化合物を変更することなく、第２の有機化合物を変更するだけで、第１の有機化合物と第２の有機化合物の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の重なりを大きくできることがわかった。つまり、燐光性化合物の発光色（吸収スペクトルの発光に強く寄与する吸収帯の位置）を変更する場合であっても、第２の有機化合物を変更するだけで、該重なりを大きくする組み合わせを得ることができ、外部量子効率や寿命の高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１５を用いて説明する。本実施例で用いた材料は先の実施例で用いた材料であるため、化学式は省略する。
以下に、本実施例の発光素子１１及び発光素子１２の作製方法を示す。
（発光素子１１）
まず、ガラス基板１１００上に、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３０分程度放冷した。
次に、第１の電極１１０１が形成された面が下方となるように、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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極１１０１上に、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、４０ｎｍとし、ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩと酸化モリブデンの比率は、重量比で４：２（＝ＤＢＴ３Ｐ−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、ＢＰＡＦＬＰ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、ＤＰＡ２ＳＦ及び［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］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、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＤＰＡ２ＳＦ及び［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の重量比は、０．８：０．２：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＤＰＡ２ＳＦ：［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）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、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、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１１を作製した。
（発光素子１２）
発光素子１２の発光層１１１３は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＮＰＢ及び［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］を共蒸着することで形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＮＰＢ及び［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の重量比は、０．８：０．２：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＮＰＢ：［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）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１１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１１及び発光素子１２の素子構造を表１３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１１及び発光素子１２の電流密度−輝度特性を図４７に示す。図４７において、横軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、電圧−輝度特性を図４８に示す。図４８において、横軸は電圧（Ｖ）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、輝度−電流効率特性を図４９に示す。図４９において、横軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を、縦軸は電流効率（ｃｄ／Ａ）を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図５０に示す。図５０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１１及び発光素子１２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）、パワー効率（ｌｍ／Ｗ）、外部量子効率（％）を表１４に示す。
また、発光素子１１及び発光素子１２に０．１ｍＡの電流を流した際の発光スペクトルを、図５１に示す。図５１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１４に示す通り、８９０ｃｄ／ｍ２の輝度の時の発光素子１１のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．４３，０．５６）であり、８２０ｃｄ／ｍ２の輝度の時の発光素子１２のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．４２，０．５７）であった。この結果から、発光素子１１及び発光素子１２は、［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］に由来する黄緑色発光が得られたことがわかった。
表１４及び図４７乃至図５０からわかるように、発光素子１１及び発光素子１２は、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。
発光素子１１及び発光素子１２は、実施例１３に示したＤＰＡ２ＳＦ又はＮＰＢと、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］と、を発光層に用いた。実施例１３より、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＤＰＡ２ＳＦ又はＮＰＢと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（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の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の重なりが大きい。発光素子１１及び発光素子１２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。特に、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＮＰＢの混合材料の発光スペクトルは、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＤＰＡ２ＳＦの混合材料の発光スペクトルに比べて、該吸収帯との重なりが大きい。したがって、発光素子１２は、該大きな重なりを利用してエネルギー移動をするため、発光素子１１に比べて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。また、実施例１３の結果を合わせて参照することで、励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギー値と、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は、０．３ｅＶ以内であると好ましいことがわかる。
本実施例では、第１の有機化合物（２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩに相当）を変更することなく、第２の有機化合物を変更する（ＤＰＡ２ＳＦの代わりにＮＰＢを用いる）だけで、さらに外部量子効率の高い発光素子を得られた。
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。
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５２を用いて説明する。
本実施例で用いる燐光性化合物は、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］である。また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ及び２−［４−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール（略称：ＤＢＴＢＩｍ−ＩＩ）の２種類である。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、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）である。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。
＜吸収スペクトル＞
図５２（Ａ）（Ｂ）に燐光性化合物である［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］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）を示す。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。
＜発光スペクトル＞
また、図５２（Ａ）（Ｂ）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２３）、第１の有機化合物であるＤＢＴＢＩｍ−ＩＩの薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル２４）、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２５）、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２６）、及びＤＢＴＢＩｍ−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２７）を示す。図５２（Ａ）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５２（Ｂ）において、横軸は、エネルギー（ｅＶ）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５２（Ａ）の吸収スペクトルから、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］が、５２０ｎｍ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。
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと１’−ＴＮＡＴＡの混合材料の発光スペクトル（発光スペクトル２６）、及びＤＢＴＢＩｍ−ＩＩと１’−ＴＮＡＴＡの混合材料の発光スペクトル（発光スペクトル２７）は、それぞれ、単体の発光スペクトルよりも長波長（低エネルギー）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、ＤＢＴＢＩｍ−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。
上記混合材料の発光スペクトルのピークは、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の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１’−ＴＮＡＴＡの混合材料、及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］を用いた発光素子や、ＤＢＴＢＩｍ−ＩＩと１’−ＴＮＡＴＡの混合材料、及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］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。
ここで、発光スペクトル２７は、発光スペクトル２６よりも短波長（高エネルギー）側にピークを有する。そして、発光スペクトル２７のピークは、発光スペクトル２６のピークに比べて、該吸収帯と近い位置に存在する。以上のことから、図５２において、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２７であることがわかった。具体的には、該吸収帯の吸収スペクトルのピーク（５２０ｎｍ付近のショルダーピーク）と発光スペクトル２６のピークの差は０．３５ｅＶであり、該吸収帯の吸収スペクトルのピーク（５２０ｎｍ付近のショルダーピーク）と発光スペクトル２７のピークの差は０．０１ｅＶであった。
発光スペクトル２６と発光スペクトル２７のピークの差は、第１の有機化合物として用いた２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＤＢＴＢＩｍ−ＩＩのＬＵＭＯ準位の差によるものと考えられる。具体的には、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩのＬＵＭＯ準位が−２．９５ｅＶであるのに対し、ＤＢＴＢＩｍ−ＩＩのＬＵＭＯ準位は−２．５２ｅＶであった（いずれもＣＶ測定により算出した値）。２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩに比べて、ＤＢＴＢＩｍ−ＩＩはＬＵＭＯ準位が高い（浅い）ため、ＨＯＭＯ準位が高い１’−ＴＮＡＴＡと混合しても、混合材料の発光スペクトルのピークは長波長になりすぎなかった（つまり、発光スペクトル２７が、発光スペクトル２６に比べて短波長側にピークを有した）と考えられる。
以上のことから、ＤＢＴＢＩｍ−ＩＩと１’−ＴＮＡＴＡの混合材料、及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］を用いた発光素子は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと１’−ＴＮＡＴＡの混合材料、及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］を用いた発光素子に比べて、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より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より高いことが示唆された。したがって、外部量子効率がより高い発光素子を得られることが示唆された。
また、本実施例から、第２の有機化合物を変更することなく、第１の有機化合物を変更するだけで、第１の有機化合物と第２の有機化合物の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の重なりを大きくできることがわかった。つまり、燐光性化合物の発光色（吸収スペクトルの発光に強く寄与する吸収帯の位置）を変更する場合であっても、第１の有機化合物を変更するだけで、該重なりを大きくする組み合わせを得ることができ、外部量子効率や寿命の高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１５を用いて説明する。本実施例で用いた材料は先の実施例で用いた材料であるため、化学式は省略する。
以下に、本実施例の発光素子１３及び発光素子１４の作製方法を示す。
（発光素子１３）
まず、ガラス基板１１００上に、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３０分程度放冷した。
次に、第１の電極１１０１が形成された面が下方となるように、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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極１１０１上に、ＢＰＡＦＬＰ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、４０ｎｍとし、ＢＰＡＦＬＰと酸化モリブデンの比率は、重量比で４：２（＝ＢＰＡＦＬＰ：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、ＢＰＡＦＬＰ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、１’−ＴＮＡＴＡ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］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、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、１’−ＴＮＡＴＡ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の重量比は、０．８：０．２：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：１’−ＴＮＡＴＡ：［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］）となるように調節した。また、発光層１１１３の膜厚は２０ｎｍとした。
次に、発光層１１１３上に２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩを膜厚３０ｎｍ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、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、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１３を作製した。
（発光素子１４）
発光素子１４の発光層１１１３は、ＤＢＴＢＩｍ−ＩＩ、１’−ＴＮＡＴＡ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］を共蒸着することで形成した。ここで、ＤＢＴＢＩｍ−ＩＩ、１’−ＴＮＡＴＡ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の重量比は、０．８：０．２：０．０５（＝ＤＢＴＢＩｍ−ＩＩ：１’−ＴＮＡＴＡ：［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］）となるように調節した。また、発光層１１１３の膜厚は２０ｎｍとした。
発光素子１４の第１の電子輸送層１１１４ａは、ＤＢＴＢＩｍ−ＩＩを膜厚３０ｎｍとなるように成膜することで形成した。発光層１１１３及び第１の電子輸送層１１１４ａ以外は、発光素子１３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１３及び発光素子１４の素子構造を表１５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１３及び発光素子１４の電流密度−輝度特性を図５３に示す。図５３において、横軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、電圧−輝度特性を図５４に示す。図５４において、横軸は電圧（Ｖ）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、輝度−電流効率特性を図５５に示す。図５５において、横軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を、縦軸は電流効率（ｃｄ／Ａ）を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図５６に示す。図５６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１３及び発光素子１４における輝度８６０ｃｄ／ｍ２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）、パワー効率（ｌｍ／Ｗ）、外部量子効率（％）を表１６に示す。
また、発光素子１３及び発光素子１４に０．１ｍＡの電流を流した際の発光スペクトルを、図５７に示す。図５７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１６に示す通り、８６０ｃｄ／ｍ２の輝度の時の発光素子１３及び発光素子１４のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．５３，０．４６）であった。この結果から、発光素子１３及び発光素子１４は、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
表１６及び図５３乃至図５６からわかるように、発光素子１３及び発光素子１４は、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。
発光素子１３及び発光素子１４は、実施例１５に示した２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ又はＤＢＴＢＩｍ−ＩＩと、１’−ＴＮＡＴＡと、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］と、を発光層に用いた。実施例１５より、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ又はＤＢＴＢＩｍ−ＩＩと、１’−ＴＮＡＴＡと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（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の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の重なりが大きい。発光素子１３及び発光素子１４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。特に、ＤＢＴＢＩｍ−ＩＩと１’−ＴＮＡＴＡの混合材料の発光スペクトルは、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと１’−ＴＮＡＴＡの混合材料の発光スペクトルに比べて、該吸収帯との重なりが大きい。したがって、発光素子１４は、該大きな重なりを利用してエネルギー移動をするため、発光素子１３に比べて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。また、実施例１５の結果を合わせて参照することで、励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギー値と、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は、０．３ｅＶ以内であると好ましいことがわかる。
本実施例では、第２の有機化合物（１’−ＴＮＡＴＡに相当）を変更することなく、第１の有機化合物を変更する（２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩの代わりにＤＢＴＢＩｍ−ＩＩを用いる）だけで、さらに外部量子効率の高い発光素子を得られた。
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。
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５８を用いて説明する。
本実施例で用いる燐光性化合物は、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］である。また、本実施例で用いる第１の有機化合物は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩである。また、本実施例で用いる第２の有機化合物は、ＰＣＢＮＢＢ及び９−フェニル−９Ｈ−３−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）カルバゾール（略称：ＰＣＣＰ）の２種類である。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。
＜吸収スペクトル＞
図５８（Ａ）（Ｂ）に燐光性化合物である［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］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）を示す。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。
＜発光スペクトル＞
また、図５８（Ａ）（Ｂ）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２８）、第２の有機化合物であるＰＣＢＮＢＢの薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル２９）、第２の有機化合物であるＰＣＣＰの薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル３０）、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの混合材料の薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル３１）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＣＰの混合材料の薄膜の発光スペクトル（発光スペクトル３２）を示す。図５８（Ａ）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５８（Ｂ）において、横軸は、エネルギー（ｅＶ）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５８（Ａ）の吸収スペクトルから、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］が、５００ｎｍ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。
２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＢＮＢＢの混合材料の発光スペクトル（発光スペクトル３１）、及び２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＣＰの混合材料の発光スペクトル（発光スペクトル３２）は、それぞれ、単体の発光スペクトルよりも長波長（低エネルギー）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ＰＣＢＮＢＢ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、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＣＰ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。
上記混合材料の発光スペクトルのピークは、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の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ＰＣＢＮＢＢの混合材料、及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］を用いた発光素子や、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩとＰＣＣＰの混合材料、及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］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、本実施例から、励起錯体を形成する第１の有機化合物及び第２の有機化合物の一方としては、芳香族アミン系の化合物だけでなく、カルバゾール化合物も用いることができ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１５を用いて説明する。本実施例で用いた材料は先の実施例で用いた材料であるため、化学式は省略する。
以下に、本実施例の発光素子１５及び発光素子１６の作製方法を示す。
（発光素子１５）
まず、ガラス基板１１００上に、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３０分程度放冷した。
次に、第１の電極１１０１が形成された面が下方となるように、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、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極１１０１上に、ＢＰＡＦＬＰ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、４０ｎｍとし、ＢＰＡＦＬＰと酸化モリブデンの比率は、重量比で４：２（＝ＢＰＡＦＬＰ：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、ＢＰＡＦＬＰ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、ＰＣＢＮＢＢ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］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、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＮＢＢ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の重量比は、０．８：０．２：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＮＢＢ：［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］）となるように調節した。また、発光層１１１３の膜厚は２０ｎｍとした。
次に、発光層１１１３上に２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＮＢＢ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］を共蒸着し、発光層１１１３上に第１の電子輸送層１１１４ａを形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＢＮＢＢ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の重量比は、０．８：０．２：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＢＮＢＢ：［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］）となるように調節した。また、第１の電子輸送層１１１４ａの膜厚は４０ｎｍとした。
次に、第１の電子輸送層１１１４ａ上に、ＢＰｈｅｎを膜厚１０ｎｍ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、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１５を作製した。
（発光素子１６）
発光素子１６の発光層１１１３は、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＣＰ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］を共蒸着することで形成した。ここで、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ、ＰＣＣＰ及び［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の重量比は、０．８：０．２：０．０５（＝２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ：ＰＣＣＰ：［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］）となるように調節した。また、発光層１１１３の膜厚は２０ｎｍとした。発光層１１１３以外は、発光素子１５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１５及び発光素子１６の素子構造を表１７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１５及び発光素子１６の電流密度−輝度特性を図５９に示す。図５９において、横軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、電圧−輝度特性を図６０に示す。図６０において、横軸は電圧（Ｖ）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を表す。また、輝度−電流効率特性を図６１に示す。図６１において、横軸は輝度（ｃｄ／ｍ２）を、縦軸は電流効率（ｃｄ／Ａ）を表す。また、輝度−外部量子効率特性を図６２に示す。図６２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１５及び発光素子１６における輝度１２００ｃｄ／ｍ２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）、パワー効率（ｌｍ／Ｗ）、外部量子効率（％）を表１８に示す。
また、発光素子１５及び発光素子１６に０．１ｍＡの電流を流した際の発光スペクトルを、図６３に示す。図６３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１８に示す通り、１２００ｃｄ／ｍ２の輝度の時の発光素子１５のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．５４，０．４５）であり、１２００ｃｄ／ｍ２の輝度の時の発光素子１６のＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．５４，０．４６）であった。この結果から、発光素子１５及び発光素子１６は、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
表１８及び図５９乃至図６２からわかるように、発光素子１５及び発光素子１６は、電流効率、パワー効率、外部量子効率がそれぞれ高い値を示した。
発光素子１５及び発光素子１６は、実施例１７に示した２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＮＢＢ又はＰＣＣＰと、［Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］と、を発光層に用いた。実施例１７より、２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩと、ＰＣＢＮＢＢ又はＰＣＣＰと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（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ｄｐｍ）］の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の重なりが大きい。発光素子１５及び発光素子１６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。
また、本実施例から、芳香族アミン系の化合物（ＰＣＢＮＢＢ）だけでなく、カルバゾール化合物（ＰＣＣＰ）を用いても、励起錯体を形成することができ、かつ、外部量子効率が高い発光素子を得られることがわかった。
以上の結果から、本発明の一態様を適用することで、外部量子効率の高い素子を実現できることが示された。
（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）２Ｃｌ２０．０７０ｇ、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（２．４５ＧＨｚ 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（２．４５ＧＨｚ 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）２Ｃｌ］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），７．５５−７．６３（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有機金属錯体、（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）］）の合成例を具体的に示す。なお、［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の構造を以下に示す。
＜ステップ１；４−メチル−６−フェニルピリミジン（略称：Ｈｍｐｐｍ）の合成＞
まず、４−クロロ−６−メチルピリミジン４．９０ｇ、フェニルボロン酸４．８０ｇ、炭酸ナトリウム４．０３ｇ、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）０．１６ｇ、水２０ｍＬ、アセトニトリル１０ｍＬ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。ここでさらにフェニルボロン酸２．２８ｇ、炭酸ナトリウム２．０２ｇ、Ｐｄ（ＰＰｈ３）２Ｃｌ２０．０８２ｇ、水５ｍＬ、アセトニトリル１０ｍＬをフラスコに入れ、再度マイクロ波（２．４５ＧＨｚ 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抽出した。得られた抽出液を飽和炭酸ナトリウム水溶液、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＝９：１（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、目的のピリミジン誘導体Ｈｍｐｐｍを得た（橙色油状物、収率４６％）。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（ｂ−１）を示す。
＜ステップ２；ジ−μ−クロロ−ビス［ビス（６−メチル−４−フェニルピリミジナト）イリジウム（ＩＩＩ）］（略称：［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）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Ｈｍｐｐｍ１．５１ｇ、塩化イリジウム水和物（ＩｒＣｌ３・Ｈ２Ｏ）１．２６ｇ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 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洗浄し、濾過することにより複核錯体［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）２Ｃｌ］２を得た（暗緑色粉末、収率７７％）。以下にステップ２の合成スキーム（ｂ−２）を示す。
＜ステップ３；（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）（略称：［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）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で得た複核錯体［Ｉｒ（ｍｐｐｍ）２Ｃｌ］２１．８４ｇ、アセチルアセトン０．４８ｇ、炭酸ナトリウム１．７３ｇ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＝４：１（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、目的物を黄色粉末として得た（収率２２％）。以下にステップ３の合成スキーム（ｂ−３）を示す。
上記ステップ３で得られた黄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（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が得られたことがわかった。
１Ｈ ＮＭＲ．δ（ＣＤＣｌ３）：１．７８（ｓ，６Ｈ），２．８１（ｓ，６Ｈ），５．２４（ｓ，１Ｈ），６．３７（ｄ，２Ｈ），６．７７（ｔ，２Ｈ），６．８５（ｔ，２Ｈ），７．６１−７．６３（ｍ，４Ｈ），８．９７（ｓ，２Ｈ）．
（参考例３）
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（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）］）の合成例を示す。なお、［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］の構造を以下に示す。
＜ステップ１；４−ｔｅｒｔ−ブチル−６−フェニルピリミジン（略称：ＨｔＢｕｐｐｍ）の合成＞
まず、４，４−ジメチル−１−フェニルペンタン−１，３−ジオン２２．５ｇとホルムアミド５０ｇを、還流管を付けたナスフラスコに入れ、内部を窒素置換した。この反応容器を加熱することで反応溶液を５時間還流させた。その後、この溶液を水酸化ナトリウム水溶液に注ぎ、ジクロロメタンにて有機層を抽出した。得られた有機層を水、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、ヘキサン：酢酸エチル＝１０：１（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、ピリミジン誘導体ＨｔＢｕｐｐｍを得た（無色油状物、収率１４％）。ステップ１の合成スキームを下記（ｃ−１）に示す。
＜ステップ２；ジ−μ−クロロ−ビス［ビス（６−ｔｅｒｔ−ブチル−４−フェニルピリミジナト）イリジウム（ＩＩＩ）］（略称：［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２Ｃｌ］２）の合成＞
次に、２−エトキシエタノール１５ｍＬと水５ｍＬ、上記ステップ１で得たＨｔＢｕｐｐｍ１．４９ｇ、塩化イリジウム水和物（ＩｒＣｌ３・Ｈ２Ｏ）１．０４ｇを、還流管を付けたナスフラスコに入れ、フラスコ内をアルゴン置換した。その後、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ 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吸引濾過、洗浄し、複核錯体［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２Ｃｌ］２を得た（黄緑色粉末、収率７３％）。ステップ２の合成スキームを下記（ｃ−２）に示す。
＜ステップ３；（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）（略称：［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）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で得た複核錯体［Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２Ｃｌ］２ １．６１ｇ、アセチルアセトン０．３６ｇ、炭酸ナトリウム１．２７ｇを、還流管を付けたナスフラスコに入れ、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、得られた残渣をエタノールで吸引濾過し、水、エタノールで洗浄した。この固体をジクロロメタンに溶解させ、セライト（和光純薬工業株式会社、カタログ番号：５３１−１６８５５）、アルミナ、セライトの順で積層した濾過補助剤を通して濾過した。溶媒を留去して得られた固体を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、目的物を黄色粉末として得た（収率６８％）。ステップ３の合成スキームを下記（ｃ−３）に示す。
上記ステップ３で得られた黄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（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ）］が得られたことがわかった。
１Ｈ ＮＭＲ．δ（ＣＤＣｌ３）：１．５０（ｓ，１８Ｈ），１．７９（ｓ，６Ｈ），５．２６（ｓ，１Ｈ），６．３３（ｄ，２Ｈ），６．７７（ｔ，２Ｈ），６．８５（ｔ，２Ｈ），７．７０（ｄ，２Ｈ），７．７６（ｓ，２Ｈ），９．０２（ｓ，２Ｈ）．
（参考例４）
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（ｄ−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、フロリジール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：２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−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）、８．２０−８．２５（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＝７．２Ｈｚ，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 (6)

  1. 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、
    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る発光素子。
  2. 請求項１において、
    前記第１の有機化合物の一重項励起子から、前記励起錯体が形成される発光素子。
  3. 請求項１において、
    前記第１の有機化合物のアニオン及び前記第２の有機化合物のカチオンから、前記励起錯体が形成される発光素子。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    前記励起錯体の励起エネルギーが前記燐光性化合物に移動して、前記燐光性化合物が燐光を発する発光素子。
  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。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
    前記燐光性化合物が、有機金属錯体である発光素子。
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