(57)【要約】【課題】本発明では、長寿命な発光素子を得ることを課題とする。また、発光効率や駆動電圧に優れた発光素子を得ることを課題とする。本発明の発光素子を用いることで、寿命が長く、消費電力の低い発光装置、電子機器、照明装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の一態様は、陽極と陰極との間に、前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、前記第１の層は、第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、前記第２の層は、前記第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＨＯＭＯ準位を有する第２の有機化合物を含み、前記発光層は、前記第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＨＯＭＯ準位を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質とを含む発光素子である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に、
前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、
前記第１の層は、第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、
前記第２の層は、前記第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＨＯＭＯ準位を有する第２の有機化合物を含み、
前記発光層は、前記第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＨＯＭＯ準位を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質とを含む発光素子。
【請求項２】
陽極と陰極との間に、
前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、
前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、
前記第２の層は、第２の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、
前記発光層は、第３の正孔輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質とを含み、
前記第１の正孔輸送骨格、前記第２の正孔輸送骨格、および前記第３の正孔輸送骨格が同じである発光素子。
【請求項３】
陽極と陰極との間に、
前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、
前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、
前記第２の層は、第２の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、
前記発光層は、第３の正孔輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質とを含み、
前記第１の正孔輸送骨格、前記第２の正孔輸送骨格、および前記第３の正孔輸送骨格は、それぞれ独立に、π過剰系ヘテロ芳香環、３環系縮合芳香族炭化水素環、または４環系縮合芳香族炭化水素環の少なくともいずれか一の骨格を含む発光素子。
【請求項４】
陽極と陰極との間に、
前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、
前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、
前記第２の層は、第２の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、
前記発光層は、第３の正孔輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質とを含み、
前記第１の正孔輸送骨格、前記第２の正孔輸送骨格、および前記第３の正孔輸送骨格は、それぞれ独立に、カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、またはアントラセンの少なくともいずれか一の骨格を含む発光素子。
【請求項５】
陽極と陰極との間に、
前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、
前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、
前記第２の層は、前記第１の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、
前記発光層は、前記第１の正孔輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質とを含み、
前記第１の正孔輸送骨格は、π過剰系ヘテロ芳香環、３環系縮合芳香環、または４環系縮合芳香環の少なくともいずれか一の骨格を含む発光素子。
【請求項６】
陽極と陰極との間に、
前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、
前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、
前記第２の層は、前記第１の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、
前記発光層は、前記第１の正孔輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質とを含み、
前記第１の正孔輸送骨格は、それぞれ独立に、カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、またはアントラセンの少なくともいずれか一の骨格を含む発光素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の発光素子において、
前記発光物質は、芳香族アミン化合物、または有機金属錯体であることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の発光素子において、
前記発光物質は、ピレンジアミン化合物、またはイリジウム錯体であることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
陽極と陰極との間に、
前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、第１の発光層と、第２の発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、
前記第１の層は、第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、
前記第２の層は、前記第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＨＯＭＯ準位を有する第２の有機化合物を含み、
前記第１の発光層は、前記第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＨＯＭＯ準位を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第１の発光物質とを含み、
前記第２の発光層は、前記第３の有機化合物のＨＯＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＨＯＭＯ準位を有すると共に前記第３の有機化合物のＬＵＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＬＵＭＯ準位を有する第４の有機化合物と、前記第４の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第２の発光物質とを含み、
前記第４の有機化合物は、前記第３の有機化合物とは異なる化合物である発光素子。
【請求項１０】
陽極と陰極との間に、
前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、第１の発光層と、第２の発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、
前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、
前記第２の層は、第２の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、
前記第１の発光層は、第３の正孔輸送骨格および電子輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第１の発光物質とを含み、
前記第２の発光層は、第４の正孔輸送骨格および前記電子輸送骨格を有する第４の有機化合物と、前記第４の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第２の発光物質とを含み、
前記第４の有機化合物は、前記第３の有機化合物とは異なる化合物であり、
前記第１の正孔輸送骨格、前記第２の正孔輸送骨格、前記第３の正孔輸送骨格、および前記第４の正孔輸送骨格が同じである発光素子。
【請求項１１】
陽極と陰極との間に、
前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、第１の発光層と、第２の発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、
前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、
前記第２の層は、第２の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、
前記第１の発光層は、第３の正孔輸送骨格および電子輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第１の発光物質とを含み、
前記第２の発光層は、第４の正孔輸送骨格および前記電子輸送骨格を有する第４の有機化合物と、前記第４の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第２の発光物質とを含み、
前記第４の有機化合物は、前記第３の有機化合物とは異なる化合物であり、
前記第１の正孔輸送骨格、前記第２の正孔輸送骨格、前記第３の正孔輸送骨格、および前記第４の正孔輸送骨格は、それぞれ独立に、π過剰系ヘテロ芳香環、３環系縮合芳香環、または４環系縮合芳香環の少なくともいずれか一の骨格を含む発光素子。
【請求項１２】
陽極と陰極との間に、
前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、第１の発光層と、第２の発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、
前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、
前記第２の層は、第２の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、
前記第１の発光層は、第３の正孔輸送骨格および電子輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第１の発光物質とを含み、
前記第２の発光層は、第４の正孔輸送骨格および前記電子輸送骨格を有する第４の有機化合物と、前記第４の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第２の発光物質とを含み、
前記第４の有機化合物は、前記第３の有機化合物とは異なる化合物であり、
前記第１の正孔輸送骨格、前記第２の正孔輸送骨格、前記第３の正孔輸送骨格、および前記第４の正孔輸送骨格は、それぞれ独立に、カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、またはアントラセンの少なくともいずれか一の骨格を含む発光素子。
【請求項１３】
陽極と陰極との間に、
前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、第１の発光層と、第２の発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、
前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、
前記第２の層は、前記第１の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、
前記第１の発光層は、前記第１の正孔輸送骨格および電子輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第１の発光物質とを含み、
前記第２の発光層は、前記第１の正孔輸送骨格および前記電子輸送骨格を有する第４の有機化合物と、前記第４の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第２の発光物質とを含み、
前記第４の有機化合物は、前記第３の有機化合物とは異なる化合物であり、
前記第１の正孔輸送骨格は、π過剰系ヘテロ芳香環、３環系縮合芳香環、または４環系縮合芳香環の少なくともいずれか一の骨格を含む発光素子。
【請求項１４】
陽極と陰極との間に、
前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、第１の発光層と、第２の発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、
前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、
前記第２の層は、前記第１の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、
前記第１の発光層は、前記第１の正孔輸送骨格および電子輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第１の発光物質とを含み、
前記第２の発光層は、前記第１の正孔輸送骨格および前記電子輸送骨格を有する第４の有機化合物と、前記第４の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第２の発光物質とを含み、
前記第４の有機化合物は、前記第３の有機化合物とは異なる化合物であり、
前記第１の正孔輸送骨格は、カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、またはアントラセンの少なくともいずれか一の骨格を含む発光素子。
【請求項１５】
請求項９乃至請求項１４のいずれか一項に記載の発光素子において、
前記第３の有機化合物の正孔輸送性は、前記第４の有機化合物の正孔輸送性より高く、
前記第３の有機化合物の電子輸送性は、前記第４の有機化合物の電子輸送性より低いことを特徴とする発光素子。
【請求項１６】
請求項９乃至請求項１５のいずれか一項に記載の発光素子において、
前記第１の発光物質および前記第２の発光物質は、それぞれが芳香族アミン化合物、または有機金属錯体であることを特徴とする発光素子。
【請求項１７】
請求項９乃至請求項１５のいずれか一項に記載の発光素子において、
前記第１の発光物質および前記第２の発光物質は、それぞれがピレンジアミン化合物、またはイリジウム錯体であることを特徴とする発光素子。
【請求項１８】
請求項９乃至請求項１７のいずれか一項に記載の発光素子において、
前記第１の発光物質と前記第２の発光物質が同じであることを特徴とする発光素子。
【請求項１９】
請求項１乃至請求項１８のいずれか一項に記載の発光素子において、
前記第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位が、−６．０ｅＶ以上、−５．７ｅＶ以下であることを特徴とする発光素子。
【請求項２０】
請求項１乃至請求項１９のいずれか一項に記載の発光素子において、
前記陽極と前記陰極との間に、前記積層構造が複数設けられていることを特徴とする発光素子。
【請求項２１】
請求項１乃至請求項２０のいずれか一項に記載の発光素子を用いた発光装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の発光装置を有する電子機器。
【請求項２３】
請求項２１に記載の発光装置を有する照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、発光装置、電子機器、および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ；ＥＬ）を利用した発光素子の研究開発が盛んに行われている。これら発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の物質を挟んだものである。この素子に電圧を印加することにより、発光性の物質からの発光を得ることができる。
【０００３】
このような発光素子は自発光型であるため、液晶ディスプレイに比べ画素の視認性が高く、バックライトが不要である等の利点があり、フラットパネルディスプレイ素子として好適であると考えられている。また、このような発光素子は、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。また、非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
【０００４】
また、これらの発光素子は膜状に形成することが可能であるため、面状の発光を容易に得ることができる。よって、面状の発光を利用した大面積の素子を形成することができる。このことは、白熱電球やＬＥＤに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
【０００５】
エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子は、発光性の物質が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって大きく分けられる。
【０００６】
発光性の物質が有機化合物である場合、発光素子に電圧を印加することにより、陽極から正孔が、陰極から電子がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア（正孔および電子）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このような発光性の有機化合物を用いた電流励起型の発光素子は、一般に有機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０００７】
なお、有機化合物が形成する励起状態の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能である。一般的な有機ＥＬ素子に用いられる有機化合物は、基底状態が一重項状態であるため、一重項励起状態からの発光は蛍光、三重項励起状態からの発光は燐光と呼ばれている。
【０００８】
このような発光素子は、異なる有機化合物の層を積層するヘテロ構造が提案されたことにより、大きな発展につながった（非特許文献１参照）。ヘテロ構造を採用することにより、キャリアの再結合効率が高まり、発光効率が向上するためである。非特許文献１では、正孔輸送層と電子輸送性の発光層とを積層している。
【０００９】
その後、ヘテロ構造と駆動電圧、あるいはヘテロ構造と寿命の関係について、数多くの研究がなされてきた。例えば、正孔輸送層が陽極と接しているような素子においては、その正孔輸送層のイオン化ポテンシャルの数値が寿命に影響を与えるという報告がある（非特許文献２参照）。非特許文献２で開示されている素子においては、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルが小さい方が、長寿命であるとされている。さらに、イオン化ポテンシャルの小さい正孔注入層を、陽極と正孔輸送層との間に挿入することにより、素子が長寿命化するという報告もある（非特許文献３および非特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ、外１名、アプライド  フィジクス  レターズ、Ｖｏｌ．５１、Ｎｏ．１２、９１３−９１５（１９８７）
【００１１】
【非特許文献２】Ｃｈｉｈａｙａ  Ａｄａｃｈｉ、外２名、アプライド  フィジクス  レターズ、Ｖｏｌ．６６、Ｎｏ．２０、２６７９−２６８１（１９９５）
【００１２】
【非特許文献３】Ｙａｓｕｈｉｋｏ  Ｓｈｉｒｏｔａ、外７名、アプライド  フィジクス  レターズ、Ｖｏｌ．６５、Ｎｏ．７、８０７−８０９（１９９４）
【００１３】
【非特許文献４】Ｓ．Ａ．Ｖａｎ  Ｓｌｙｋｅ、外２名、アプライド  フィジクス  レターズ、Ｖｏｌ．６９、Ｎｏ．１５、２１６０−２１６２（１９９６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
非特許文献２〜４における報告を鑑みると、陽極に接する正孔注入層の有機材料のイオン化ポテンシャル（換言すればＨＯＭＯ準位）は、なるべく陽極の仕事関数に近い準位とすることが望ましいと言える。その結果、正孔注入層、正孔輸送層、発光層を積層する発光素子の場合、非特許文献３のＦＩＧ．２で示されているように、陽極の仕事関数から発光層に至るまで、ＨＯＭＯ準位が階段状になるよう設計される。つまり、陽極の仕事関数から発光層のＨＯＭＯ準位に向けて、少しずつＨＯＭＯ準位が低くなっていくように、正孔注入層・正孔輸送層の材料を選択する。
【００１５】
このような階段状の設計は、これまで有機ＥＬ素子のスタンダードな素子設計とされてきた。そして、このような素子設計の元、正孔注入層、正孔輸送層、および発光層の材料の種類を変え、最も寿命や効率が良くなる材料の組み合わせを探索してきたのが有機ＥＬ素子の開発の流れであり、現在も主流である。
【００１６】
しかしながら、陽極の仕事関数と発光層のＨＯＭＯ準位との差が大きくなればなるほど、このような設計では困難が生じてくる。なぜならばこの場合、陽極−発光層間の正孔注入障壁を低減するためには、ＨＯＭＯ準位の階段を数多く設ける、すなわち数多くの層を陽極と発光層との間に挿入する必要が生じるためである。このような素子は現実的ではないため、多くの発光素子においては、正孔注入層および正孔輸送層のせいぜい二層を形成するに止まる。
【００１７】
したがって、正孔注入層と正孔輸送層との間、あるいは正孔輸送層と発光層との間における正孔注入障壁は、軽減することはできても、実質的になくすことは難しい。特に、青色の発光素子や燐光発光素子の場合、発光層の材料（特に発光層のホスト材料）のエネルギーギャップが大きいため、それに伴ってＨＯＭＯ準位はかなり低くなる傾向にある。そのため、陽極の仕事関数と発光層のＨＯＭＯ準位との差が大きくなり、大きな正孔注入障壁が生じてしまう。多くの場合、正孔輸送層と発光層との間に大きな正孔注入障壁が生じやすい。
【００１８】
そして本発明者らは、発光層の材料や構成を改善していくうちに、これらの正孔注入障壁が現在では寿命に対する問題点となりつつあることを見出した。つまり、非特許文献２〜４が報告された頃においては、発光層が寿命の律速点となっていたが、発光層が改善されてきた昨今においては、階段状に設計された正孔注入障壁も問題となりつつあると我々は認識した。
【００１９】
また、従来のヘテロ構造を導入することで、発光効率は確保できるが、寿命に関しては、導入するヘテロ構造（材料の種類）によっては向上することもあれば激減することもあり、その原因の解明はなされていない。それ故、このような現象は、材料の相性の一言で済まされがちなのが現状であり、材料の組み合わせに関する指針は確立されていない。
【００２０】
そこで本発明者らは、従来のヘテロ構造とは異なる素子設計を行うことで、駆動電圧や発光効率を損なうことなく、長寿命な発光素子を得ることを試みた。また、その素子設計における材料の組み合わせ方についても、詳細に検討を行った。
【００２１】
以上のことから、本発明では、長寿命な発光素子を得ることを課題とする。また、発光効率や駆動電圧に優れた発光素子を得ることを課題とする。
【００２２】
さらに、本発明の発光素子を用いることで、寿命が長く、消費電力の低い発光装置を提供することを課題とする。また、寿命が長く、消費電力の低い電子機器や照明装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明者らはまず、陽極から発光層に至るまでの正孔注入障壁を、実質的になくすような素子構造を見出した。さらに、鋭意検討を重ねた結果、このような素子構造に対して、発光物質として正孔トラップ性を示す物質を発光層に添加することで、課題を解決できることを見出した。
【００２４】
すなわち本発明の一態様は、陽極と陰極との間に、前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、前記第１の層は、第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、前記第２の層は、前記第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＨＯＭＯ準位を有する第２の有機化合物を含み、前記発光層は、前記第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＨＯＭＯ準位を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質とを含む発光素子である。
【００２５】
なお、本明細書中において、陽極とは正孔が放出する電極、陰極とは陽極から放出された正孔を受け取る電極のことを言う。または、陰極とは電子を放出する電極、陽極とは陰極から放出された電子を受け取る電極を言う。
【００２６】
なお、正孔注入層、正孔輸送層、および発光層に用いる有機化合物の正孔輸送骨格は、同じとすることが好ましい。したがって本発明の一態様は、陽極と陰極との間に、前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、前記第２の層は、第２の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、前記発光層は、第３の正孔輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質とを含み、前記第１の正孔輸送骨格、前記第２の正孔輸送骨格、および前記第３の正孔輸送骨格が同じである発光素子である。
【００２７】
ここで本発明者らは、正孔注入層、正孔輸送層、および発光層に用いる有機化合物の正孔輸送骨格に、ある特定の骨格を適用した場合は、各層間の正孔注入障壁が低減されることを見出した。また、その正孔注入層に電子受容性化合物を添加すれば、陽極と正孔注入層との間の正孔注入障壁も低減できることを見出した。すなわち本発明の一態様は、陽極と陰極との間に、前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、前記第２の層は、第２の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、前記発光層は、第３の正孔輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質とを含み、前記第１の正孔輸送骨格、前記第２の正孔輸送骨格、および前記第３の正孔輸送骨格は、それぞれ独立に、π過剰系ヘテロ芳香環、３環系縮合芳香族炭化水素環、または４環系縮合芳香族炭化水素環の少なくともいずれか一の骨格を含む発光素子である。
【００２８】
なお、正孔輸送骨格としては、カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、またはアントラセンの少なくともいずれか一の骨格が好ましい。
【００２９】
また、上述した特定の骨格を正孔輸送骨格に用いた場合においても、正孔注入層、正孔輸送層、および発光層に用いる有機化合物の正孔輸送骨格を同じとすることが好ましい。したがって本発明の一態様は、陽極と陰極との間に、前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、前記第２の層は、前記第１の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、前記発光層は、前記第１の正孔輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質とを含み、前記第１の正孔輸送骨格は、π過剰系ヘテロ芳香環、３環系縮合芳香環、または４環系縮合芳香環の少なくともいずれか一の骨格を含む発光素子である。
【００３０】
なお、正孔輸送骨格としては、カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、またはアントラセンの少なくともいずれか一の骨格が好ましい。
【００３１】
ここで、上述した発光素子の構成において、前記発光物質としては、芳香族アミン化合物、または有機金属錯体が、正孔トラップ性が高いため好ましい。特に、ピレンジアミン化合物、またはイリジウム錯体は、正孔トラップ性が高い上に発光効率も高く、好適である。
【００３２】
さらに本発明者らは、以上で述べた本発明の一態様の発光素子に対して、ある特定の条件の発光層をもう一層設けることで、正孔の陰極への抜けをさらに抑制し、寿命、発光効率共に飛躍的に向上させることができることを見出した。すなわち本発明の一態様は、陽極と陰極との間に、前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、第１の発光層と、第２の発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、前記第１の層は、第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、前記第２の層は、前記第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＨＯＭＯ準位を有する第２の有機化合物を含み、前記第１の発光層は、前記第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＨＯＭＯ準位を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第１の発光物質とを含み、前記第２の発光層は、前記第３の有機化合物のＨＯＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＨＯＭＯ準位を有すると共に前記第３の有機化合物のＬＵＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＬＵＭＯ準位を有する第４の有機化合物と、前記第４の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第２の発光物質とを含み、前記第４の有機化合物は、前記第３の有機化合物とは異なる化合物である発光素子である。
【００３３】
なお、本明細書中において、正孔の陰極への抜けとは、陽極より注入された正孔が電子と再結合することなく、陰極側へ通り抜けることを言う。
【００３４】
なお、正孔注入層、正孔輸送層、第１の発光層、および第２の発光層に用いる有機化合物の正孔輸送骨格は、同じとすることが好ましい。また、第１の発光層と第２の発光層の電子輸送骨格を同じとすることが好ましい。したがって本発明の一態様は、陽極と陰極との間に、前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、第１の発光層と、第２の発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、前記第２の層は、第２の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、前記第１の発光層は、第３の正孔輸送骨格および電子輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第１の発光物質とを含み、前記第２の発光層は、第４の正孔輸送骨格および前記電子輸送骨格を有する第４の有機化合物と、前記第４の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第２の発光物質とを含み、前記第４の有機化合物は、前記第３の有機化合物とは異なる化合物であり、前記第１の正孔輸送骨格、前記第２の正孔輸送骨格、前記第３の正孔輸送骨格、および前記第４の正孔輸送骨格が同じである発光素子である。
【００３５】
ここで本発明者らは、正孔注入層、正孔輸送層、第１の発光層、および第２の発光層に用いる有機化合物の正孔輸送骨格に、ある特定の骨格を適用した場合は、各層間の正孔注入障壁が低減されることを見出した。また、その正孔注入層に電子受容性化合物を添加すれば、陽極と正孔注入層との間の正孔注入障壁も低減できることを見出した。すなわち本発明の一態様は、陽極と陰極との間に、前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、第１の発光層と、第２の発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、前記第２の層は、第２の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、前記第１の発光層は、第３の正孔輸送骨格および電子輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第１の発光物質とを含み、前記第２の発光層は、第４の正孔輸送骨格および前記電子輸送骨格を有する第４の有機化合物と、前記第４の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第２の発光物質とを含み、前記第４の有機化合物は、前記第３の有機化合物とは異なる化合物であり、前記第１の正孔輸送骨格、前記第２の正孔輸送骨格、前記第３の正孔輸送骨格、および前記第４の正孔輸送骨格は、それぞれ独立に、π過剰系ヘテロ芳香環、３環系縮合芳香環、または４環系縮合芳香環の少なくともいずれか一の骨格を含む発光素子である。
【００３６】
なお、正孔輸送骨格としては、カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、またはアントラセンの少なくともいずれか一の骨格が好ましい。
【００３７】
また、上述した特定の骨格を正孔輸送骨格に用いた場合においても、正孔注入層、正孔輸送層、第１の発光層、および第２の発光層に用いる有機化合物の正孔輸送骨格を同じとすることが好ましい。したがって本発明の一態様は、陽極と陰極との間に、前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、第１の発光層と、第２の発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、前記第１の層は、第１の正孔輸送骨格を有する第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、前記第２の層は、前記第１の正孔輸送骨格を有する第２の有機化合物を含み、前記第１の発光層は、前記第１の正孔輸送骨格および電子輸送骨格を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第１の発光物質とを含み、前記第２の発光層は、前記第１の正孔輸送骨格および前記電子輸送骨格を有する第４の有機化合物と、前記第４の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第２の発光物質とを含み、前記第４の有機化合物は、前記第３の有機化合物とは異なる化合物であり、前記第１の正孔輸送骨格は、π過剰系ヘテロ芳香環、３環系縮合芳香環、または４環系縮合芳香環の少なくともいずれか一の骨格を含む発光素子である。
【００３８】
なお、正孔輸送骨格としては、カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、またはアントラセンの少なくともいずれか一の骨格が好ましい。
【００３９】
ここで、以上で述べたような第１の発光層および第２の発光層を有する構成においては、キャリアの再結合効率を高めるため、前記第１の発光層の正孔輸送性は前記第２の発光層の正孔輸送性より高く、前記第１の発光層の電子輸送性は前記第２の発光層の電子輸送性より低いことが好ましい。
【００４０】
また、前記第１の発光物質および前記第２の発光物質としては、芳香族アミン化合物、または有機金属錯体が、正孔トラップ性が高いため好ましい。特に、ピレンジアミン化合物、またはイリジウム錯体は、正孔トラップ性が高い上に発光効率も高く、好適である。
【００４１】
さらに、前記第１の発光物質と前記第２の発光物質が同じ物質である場合も、本発明の効果が得られるため、本発明の一態様である。
【００４２】
以上で述べた発光素子においては、発光層のＨＯＭＯ準位に近いＨＯＭＯ準位を有する有機化合物、換言すれば、従来に比べて非常に深いＨＯＭＯ準位を有する有機化合物を、正孔注入層に用いている点が特徴である。したがって本発明の一態様は、上述した発光素子において、前記第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位が、−６．０ｅｖ以上、−５．７ｅＶ以下であることを特徴とする発光素子である。
【００４３】
なお、以上で述べた発光素子において、前記積層構造（第１の層と、第２の層と、発光層とが設けられた積層構造、または、第１の層と、第２の層と、第１の発光層と、第２の発光層とが設けられた積層構造）は、前記陽極と前記陰極との間に複数設けられていてもよい。
【００４４】
また、本発明の一態様は、陽極と陰極との間に、前記陽極側から順に、第１の層と、第２の層と、発光層とが設けられた積層構造を少なくとも有し、前記第１の層は、第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを含み、前記第２の層は、前記第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＨＯＭＯ準位を有する第２の有機化合物を含み、前記発光層は、前記第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位に対して±０．２ｅＶ以内のＨＯＭＯ準位を有する第３の有機化合物と、前記第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質と、発光性物質とを含む発光素子である。
【００４５】
前記発光性物質としては、前記正孔トラップ性を示す発光物質の励起エネルギー以下の励起エネルギーを有する発光素子である。
【００４６】
上述した本発明の一態様の発光素子は、様々な発光装置に応用可能であり、有用である。したがって、本発明の一態様である発光素子を用いた発光装置も、本発明に含むものとする。なお、本明細書において発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源を指す。また、発光装置にコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子が形成された基板にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  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。
【００４７】
さらに、上記の本発明の一態様である発光装置は、様々な電子機器の表示部や発光部、光源等に適用可能であり、有用である。したがって、本発明の一態様である発光装置を有する電子機器も、本発明に含むものとする。
【００４８】
また、上記の本発明の一態様である発光装置は、様々な照明装置の光源等にも有用である。したがって、本発明の一態様である発光装置を有する照明装置も、本発明に含むものとする。
【発明の効果】
【００４９】
本発明を用いることで、長寿命な発光素子を提供できる。また、発光効率や駆動電圧に優れた発光素子を提供できる。
【００５０】
また、寿命が長く、消費電力の低い発光装置を提供できる。さらに、寿命が長く、消費電力の低い電子機器や照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施の形態に係わる発光素子を説明する図。
【図２】従来の発光素子を説明する図。
【図３】実施の形態に係わる発光素子を説明する図。
【図４】実施の形態に係わる発光素子を説明する図。
【図５】実施の形態に係わる発光素子を説明する図。
【図６】実施の形態に係わる発光素子に用いられる化合物を説明する図。
【図７】実施の形態に係わる発光素子に用いられる化合物を説明する図。
【図８】実施の形態に係わる発光素子に用いられる化合物を説明する図。
【図９】実施の形態に係わる発光素子に用いられる化合物を説明する図。
【図１０】実施の形態に係わる発光素子に用いられる化合物を説明する図。
【図１１】実施の形態に係わる発光素子に用いられる化合物を説明する図。
【図１２】実施の形態に係わる発光素子に用いられる化合物を説明する図。
【図１３】実施の形態に係わる発光素子に用いられる化合物を説明する図。
【図１４】実施の形態に係わる発光素子に用いられる化合物を説明する図。
【図１５】実施の形態に関わる発光素子を説明する図。
【図１６】実施例に関わる発光素子に用いられる化合物を説明する図。
【図１７】実施例に関わる発光素子を説明する図。
【図１８】実施例に関わる発光素子を説明する図。
【図１９】実施例に関わる発光素子を説明する図。
【図２０】実施例に関わる発光素子を説明する図。
【図２１】実施例に関わる発光素子を説明する図。
【図２２】実施例に関わる発光素子を説明する図。
【図２３】実施例に関わる発光素子を説明する図。
【図２４】実施例に関わる発光素子を説明する図。
【図２５】実施例に関わる発光素子を説明する図。
【図２６】実施の形態に係わる発光装置を説明する図。
【図２７】実施の形態に係わる発光装置を説明する図。
【図２８】実施の形態に係わる表示装置を説明する図。
【図２９】実施の形態に係わる電子機器を説明する図。
【図３０】実施の形態に係わる照明装置を説明する図。
【図３１】実施の形態に係わる表示装置を説明する図。
【図３２】実施例に関わる発光素子を説明する図。
【図３３】実施例に関わる発光素子を説明する図。
【図３４】実施例に関わる発光素子を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態およ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。したがって、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。
【００５３】
なお、本明細書において、物質Ａを他の物質Ｂからなるマトリクス中に分散する場合、マトリクスを構成する物質Ｂをホスト材料と呼び、マトリクス中に分散される物質Ａをゲスト材料と呼ぶものとする。なお、物質Ａ並びに物質Ｂは、それぞれ単一の物質であっても良いし、２種類以上の物質の混合物であっても良いものとする。
【００５４】
また、本明細書において、ＨＯＭＯ準位とは最高被占有軌道（Ｈｉｇｈｅｓｔ  Ｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ）が有する準位であり、ＬＵＭＯ準位とは最低空軌道（Ｌｏｗｅｓｔ  Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｏｒｂｉｔａｌ）が有する準位である。
【００５５】
さらに、本明細書中において、ＨＯＭＯ準位又はＬＵＭＯ準位が高いとは、そのエネルギーレベルが大きいことを意味し、ＨＯＭＯ準位又はＬＵＭＯ準位が低いとは、そのエネルギーレベルが小さいことを意味する。例えば、−５．５ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質Ａは、−５．２ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質ＢよりＨＯＭＯ準位が０．３ｅＶ低く、−５．７ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質ＣよりＨＯＭＯ準位が０．２ｅＶ高いと言うことができる。
【００５６】
（実施の形態１）
本実施の形態１では、本発明の一態様である発光素子の構成に関し、用いる材料や作製方法を交えて説明する。なお、本実施の形態１においては、陽極と陰極で挟まれた領域をＥＬ層と称する。
【００５７】
まず、本発明の一態様の発光素子に関して、素子構造の概念を図１（ａ）に、そのバンド図を図１（ｂ）に、それぞれ示す。また比較のため、従来の発光素子に関して、素子構造を図２（ａ）に、そのバンド図を図２（ｂ）に、それぞれ示す。
【００５８】
図２（ａ）は、例えば非特許文献３に示されているような従来の発光素子の素子構造であり、陽極２０１と陰極２０２との間にＥＬ層２０３が設けられている。ＥＬ層２０３は、陽極２０１側から順に、正孔注入層２１１と、正孔輸送層２１２と、発光層２２１とが設けられた積層構造を有する。
【００５９】
従来は、図２（ｂ）に示すように、陽極２０１に接する正孔注入層２１１のＨＯＭＯ準位２３３が、なるべく陽極２０１の仕事関数２３１に近い準位とすることが望ましいとされている。その結果、正孔注入層のＨＯＭＯ準位２３３、正孔輸送層のＨＯＭＯ準位２３４、発光層のＨＯＭＯ準位２３５は、徐々に低くなっていくように階段状に設計される。正孔はこれらのＨＯＭＯ準位を伝導し、陰極２０２から注入された電子と発光層２２１にて再結合して、発光が得られる。なお、２３２は陰極の仕事関数である。
【００６０】
しかしながら、発光層の材料（特に発光層のホスト材料）のエネルギーギャップが大きくなると、それに伴い、発光層のＨＯＭＯ準位２３５は低くなっていく傾向にある。その場合、陽極の仕事関数２３１と発光層のＨＯＭＯ準位２３５との差は大きくなる。したがって、従来の発光素子においては、正孔注入層のＨＯＭＯ準位２３３と正孔輸送層のＨＯＭＯ準位２３４との間の正孔注入障壁、あるいは正孔輸送層のＨＯＭＯ準位２３４と発光層のＨＯＭＯ準位２３５との間の正孔注入障壁の少なくともいずれか一方は、非常に大きくなってしまう。多くの場合、正孔輸送層２１２と発光層２２１との間に大きな正孔注入障壁が生じやすい。
【００６１】
そして、従来の発光素子ではむしろ、この正孔注入障壁を利用し、正孔を蓄積させることによって正孔の陰極への抜けを防ぎ、高い発光効率を得ることが重要と考えられてきた。正孔の陰極への抜けを防止する手段として、例えば、正孔注入障壁の大きい正孔ブロック層を発光層の陰極側に導入する手段などもよく検討されている。このように、障壁を利用して高い発光効率へと導くのが、そもそも従来のヘテロ構造の発光素子の概念と言える。
【００６２】
しかしながら先に述べたとおり、本発明者らは、これらの正孔注入障壁が寿命に対する問題点となりつつあることを認識し、本発明に至った。図１（ａ）は、本発明の一態様の発光素子における素子構造の概念を示したものであり、陽極１０１と陰極１０２との間にＥＬ層１０３が設けられている。ＥＬ層１０３は、陽極１０１側から順に、第１の層１１１と、第２の層１１２と、発光層１２１とが設けられた積層構造を、少なくとも有している。また、第１の層１１１は、第１の有機化合物と電子受容性化合物とを含んでおり、第２の層１１２は第２の有機化合物を含んでおり、発光層１２１は、第３の有機化合物と、第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質とを含んでいる。
【００６３】
本発明者らはまず、図１（ｂ）に示すように、第１の層における第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位１３３と、第２の層における第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位１３４とを、同程度に揃えることを考えた。また、第２の層における第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位１３４と、発光層における第３の有機化合物のＨＯＭＯ準位１３５とを、同程度に揃えることを考えた。これにより、第１の層１１１と第２の層１１２との間の正孔注入障壁、および第２の層１１２と発光層１２１との間の正孔注入障壁は、いずれも極めて低減される。
【００６４】
なお、本明細書中における同程度のＨＯＭＯ準位とは、具体的には、ＨＯＭＯ準位の差が±０．２ｅＶ以内の状態を指す。通常、２種類の物質がある場合に、電気化学反応のエネルギー差が０．２ｅＶ以内であれば、２種類双方の電気化学反応が起こるため、電気化学エネルギーとしては概ね同等と見なせるからである（逆に、電気化学反応のエネルギー差が０．２ｅＶを大きく上回ると、選択的に一方のみ電気化学反応が起こる）。また、実施例で後述するが、実験的にも、ＨＯＭＯ準位の差が±０．２ｅＶ以内であれば、発明の効果が得られている。さらに、ＨＯＭＯ準位の差が±０．１ｅＶ以内の状態が好ましく、より発明の効果をえることができる。
【００６５】
ここで、発光層１２１における第３の有機化合物のエネルギーギャップが大きくなると、それに伴い、第３の有機化合物のＨＯＭＯ準位１３５は低くなっていく傾向にある。したがって、上述のような構成によって、第１の層１１１と第２の層１１２との間の正孔注入障壁、および第２の層１１２と発光層１２１との間の正孔注入障壁を低減した場合、第１の有機化合物、第２の有機化合物、および第３の有機化合物のいずれの化合物のＨＯＭＯ準位も、陽極の仕事関数１３１に比べて大きく低下することになる。その結果、陽極の仕事関数１３１と第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位１３３との間には大きな正孔注入障壁が形成され、陽極１０１から第１の層１１１への正孔注入が困難になってしまう。
【００６６】
そこで本発明者らは、この陽極界面の障壁に関しては、第１の層１１１に電子受容性化合物を添加することで克服することを考えた。第１の層１１１に電子受容性化合物を添加することにより、陽極の仕事関数１３１と、第１の層１１１に含まれる第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位１３３との間に隔たりがあった場合でも、正孔注入が潤滑に行われ、実質的には正孔注入障壁が消失する。なお第１の層１１１は、電子受容性化合物と第１の有機化合物が混合された構成でも良いし、電子受容性化合物と第１の有機化合物とが、陽極側から順に積層された構成でも良い。
【００６７】
以上で述べたような構成により、従来の素子において問題と考えられる陽極から発光層に至るまでの正孔注入障壁は、ほぼ解消することになる。しかしながら、このような構成を適用するだけでは、正孔が陰極に抜けやすくなってしまい、発光効率が低下してしまうことがわかった。また、電子輸送層が発光層１２１と陰極１０２との間に設けられている場合、その電子輸送層が発光してしまうことがわかった。
【００６８】
障壁（正孔のブロック）を用いることなく、正孔の陰極への抜けを防ぐには、正孔トラップ性の物質を添加するのが有効であるが、本発明者らはその正孔トラップ性の物質の種類や添加領域について、鋭意検討を重ねた。その結果、発光層に添加する発光物質に正孔トラップ性を付与することにより、駆動電圧の上昇を招くことなく、この問題点を克服できることを見出した。なお、正孔を発光物質によりトラップさせるためには、第３の有機化合物をホスト材料とし、正孔トラップ性の発光物質をゲスト材料とすることが好ましい。また、正孔トラップ性の発光物質のＨＯＭＯ準位１３６は、上述した電気化学的な選択性の観点から、第３の有機化合物のＨＯＭＯ準位１３５よりも０．３ｅＶ以上高いことが好ましい。
【００６９】
正孔の陰極への抜けを防ぎ、発光効率を高めるだけであれば、正孔をトラップする材料を陽極１０１と発光層１２１との間に添加することによっても可能である。しかしながらそのような手法の場合、正孔が発光層１２１に到達して発光に至るまでの移動速度が遅くなるため、どうしても駆動電圧が上昇してしまう。また、場合によっては、キャリアの再結合領域が陽極側に引き寄せられ、逆に電子が陽極に抜けてしまい、発光効率が低下してしまうこともある。一方、図１に示したような本発明の一態様の構成であれば、正孔は陽極１０１から発光層１２１に至るまで、障壁およびトラップを感じることなく輸送されるため、駆動電圧の上昇は最小限に抑えることができる。すなわち、第２の層には正孔トラップ性の材料が添加されていないことが好ましい。
【００７０】
さらに、図１（ｂ）に示すように、発光層１２１に到達した正孔は、正孔トラップ性の発光物質のＨＯＭＯ準位１３６にトラップされ、発光層１２１内では急速に移動速度が遅くなる。そして、この移動速度が低減された正孔と、陰極１０２から注入された電子が効率よく再結合して、効率の高い発光が得られる。図１（ｂ）において、１３２は陰極の仕事関数である。なお、駆動電圧の観点からは、発光層１２１内で十分に電子が輸送される必要があるため、発光層１２１のホスト材料となる第３の有機化合物は正孔輸送性だけでなく電子輸送性も有することが好ましい。すなわち、バイポーラ性の材料であることが好ましい。
【００７１】
なお本明細書中において、バイポーラ性の材料とは、ＥＬ層において正孔注入（電子を奪われる反応）及び電子注入（電子を受け取る反応）が可能な材料であって、どちらの反応に対しても比較的安定であり、正孔および電子のいずれも十分に輸送可能な材料を指す。
【００７２】
以上で述べた通り、本発明の一態様の発光素子において重要な点は、陽極から発光層に至るまでは障壁やトラップに出会うことなく正孔を潤滑に輸送し、一方で発光層においては、障壁を使うことなく正孔の移動速度を低減し、効率のよい再結合に導いている点である。障壁を用いていないため、正孔や電子が狭い領域（障壁周辺）に蓄積・集中して劣化を促進する現象が起きにくく、長寿命化につながる。また、発光層までの正孔注入障壁や正孔トラップが実質的にないため、駆動電圧を低くすることができる。さらに、正孔トラップ性の発光物質を発光層に用いることにより、正孔の移動速度を発光層外ではなく発光層内で低減しているため、障壁を用いていないにもかかわらず正孔と電子とを効率よく再結合させることができ、長寿命と同時に発光効率の高い発光素子が実現できる。さらに、正孔トラップ性の発光物質である発光物質自体が正孔をトラップしているので、正孔と電子とをより効率的に再結合させることができ発光効率の高い発光素子が実現できる。
【００７３】
なお、このような観点から、発光層１２１の正孔輸送性は、第２の層１１２の正孔輸送性よりも低いことが好ましい。発光層１２１の正孔輸送性を第２の層１１２の正孔輸送性よりも低くするには、例えば、第２の有機化合物と第３の有機化合物を同じ化合物とすればよい。この手法により、発光層１２１の正孔輸送性は、正孔トラップ性の発光物質が含まれている分だけ、必ず第２の層１１２よりも低くなる。
【００７４】
以上の要点を元に、第１の有機化合物、第２の有機化合物、および第３の有機化合物に用いることのできる材料のコンセプトおよび具体例について、以下に説明する。
【００７５】
上述したとおり、第１の有機化合物と第２の有機化合物との間の正孔注入障壁、および第２の有機化合物と第３の有機化合物との間の正孔注入障壁を実質的になくすことが本発明における要点の一つである。その手法の一つとして、第１の有機化合物の正孔輸送骨格、第２の有機化合物の正孔輸送骨格、および第３の有機化合物の正孔輸送骨格を同じとする手法を本発明者らは発案した。
【００７６】
正孔輸送骨格とは、化合物の骨格において、ＨＯＭＯが分布している骨格の一部または全部のことを指す。ＨＯＭＯの分布については、分子軌道計算を用いて知ることができる。各化合物（本実施の形態１では、第１の有機化合物、第２の有機化合物、および第３の有機化合物）の正孔輸送骨格を同じとすることにより、各化合物のＨＯＭＯ準位は互いに近くなり、結果、各化合物間の電気化学的な障壁は低減される。
【００７７】
正孔輸送骨格に関し、具体的な例を図６〜図１４を用いて説明する。図６〜図１４はそれぞれ、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、３−フェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡＰ）、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）、４−［３−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］ジベンゾフラン（略称：２ｍＰＤＢＦＰＡ−ＩＩ）、４−［４−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］ジベンゾフラン（略称：２ＰＤＢＦＰＡ−ＩＩ）、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：ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ）、９−［４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣＯ１１）、９−［４’’’−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’：２’’，１’’’］クアテルフェニル−４−イル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：Ｚ−ＣｚＰＯ１１）、９−［４’’’−（ベンゾオキサゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’：２’’，１’’’］クアテルフェニル−４−イル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：Ｚ−ＣｚＰＢＯｘ）の各化合物に関している。図６〜図１４の各図面の（ａ）には化学式を示し、（ｂ）、（ｃ）には分子軌道計算により最高被占有軌道（ＨＯＭＯ）と最低空軌道（ＬＵＭＯ）を可視化したものを示す。
【００７８】
なお、分子軌道計算は、以下のような手順で行った。まず、各化合物の基底状態における最適分子構造を、密度汎関数法（ＤＦＴ）を用いて計算した。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と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、Ｇａｕｓｓｉａｎ０３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。
【００７９】
そして、計算によって求めた各化合物の最適分子構造におけるＨＯＭＯとＬＵＭＯを、Ｇａｕｓｓ  Ｖｉｅｗ４．１により可視化したものが図６〜図１４の（ｂ）と（ｃ）である。図中の球は、各化合物を構成する原子を表しており、原子の周辺に存在する雲状物は、ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯを表している。これらの図から、各化合物において、ＨＯＭＯが存在している骨格を正孔輸送骨格と言うことができる。
【００８０】
図６〜８に示す通り、ＣｚＰＡ、ＣｚＰＡＰ、およびＰＣｚＰＡは、アントラセン骨格とカルバゾール骨格が組み合わさった化合物である。ＣｚＰＡおよびＰＣｚＰＡは、ＨＯＭＯがアントラセン骨格に分布しており、アントラセン骨格が正孔輸送骨格であると言える。一方、ＣｚＰＡＰは、ＨＯＭＯは概ねアントラセン骨格に分布しているが、カルバゾール骨格もＨＯＭＯに対して多少の寄与が見られるため、アントラセン骨格およびカルバゾール骨格の双方が正孔輸送骨格であると言える（ただし、寄与はアントラセン骨格の方が大きい）。
【００８１】
また、図９〜１０に示す通り、２ｍＰＤＢＦＰＡ−ＩＩ、および２ＰＤＢＦＰＡ−ＩＩは、アントラセン骨格とジベンゾフラン骨格が組み合わさった化合物である。２ｍＰＤＢＦＰＡ−ＩＩは、ＨＯＭＯがアントラセン骨格に分布しており、アントラセン骨格が正孔輸送骨格であると言える。一方、２ＰＤＢＦＰＡ−ＩＩは、ＨＯＭＯは概ねアントラセン骨格に分布しているが、ジベンゾフラン骨格もＨＯＭＯに対して若干の寄与が見られるため、アントラセン骨格およびジベンゾフラン骨格の双方が正孔輸送骨格であると言える（ただし、寄与はアントラセン骨格の方が大きい）。
【００８２】
また、図１１に示す通り、ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩは、トリフェニレン骨格とジベンゾチオフェン骨格が組み合わさった化合物である。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩは、ＨＯＭＯがトリフェニレン骨格およびジベンゾチオフェン骨格の双方に分布しており、トリフェニレン骨格およびジベンゾチオフェン骨格の双方が正孔輸送骨格であると言える（ＨＯＭＯへの寄与も、概ね同等である）。
【００８３】
また、図１２〜図１３に示す通り、ＣＯ１１、およびＺ−ＣｚＰＯ１１は、１，３，４−オキサジアゾール骨格とカルバゾール骨格が組み合わさった化合物である。いずれの化合物も、ＨＯＭＯがカルバゾール骨格に局在しているため、カルバゾール骨格が正孔輸送骨格であると言える。
【００８４】
また、図１４に示す通り、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘは、ベンゾオキサゾール骨格とカルバゾール骨格が組み合わさった化合物である。Ｚ−ＣｚＰＢＯｘは、ＨＯＭＯがカルバゾール骨格に局在しているため、カルバゾール骨格が正孔輸送骨格であると言える。
【００８５】
以上で示したように、分子軌道計算から正孔輸送骨格を見積もることが可能であり、第１の有機化合物、第２の有機化合物、および第３の有機化合物の正孔輸送骨格を同じとすることが本発明の一態様である。
【００８６】
正孔輸送骨格としては、電子供与性の高い骨格が好ましく、代表的には芳香族アミン骨格がよく知られている。その他、π過剰系ヘテロ芳香環や、縮合芳香族炭化水素環が有用である。なお、π過剰系ヘテロ芳香環とは、モノヘテロ５員芳香環（ピロール、フラン、チオフェン）、および芳香環（代表的にはベンゼン環）が縮環したモノヘテロ５員芳香環を有する骨格を指す。
【００８７】
さらに本発明者らは、第１の有機化合物と第２の有機化合物との間の正孔注入障壁、および第２の有機化合物と第３の有機化合物との間の正孔注入障壁を低減する手法の一つとして、以下の組み合わせを見出した。すなわち、第１の有機化合物の正孔輸送骨格（第１の正孔輸送骨格）、第２の有機化合物の正孔輸送骨格（第２の正孔輸送骨格）、および第３の有機化合物の正孔輸送骨格（第３の正孔輸送骨格）が、それぞれ独立に、π過剰系ヘテロ芳香環、３環系縮合芳香族炭化水素環、４環系縮合芳香族炭化水素環の少なくともいずれか一の骨格を含む構成とする手法である。この場合、第１の正孔輸送骨格、第２の正孔輸送骨格、および第３の正孔輸送骨格は、互いに異なっていたとしても、実質的に正孔注入障壁が解消されることを本発明者らは実験的に見出した。したがって、このような組み合わせも本発明の一態様である。
【００８８】
π過剰系ヘテロ芳香環として、具体的には、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、イソインドール、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、ベンゾチオフェン、イソベンゾチオフェン、カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェンの各骨格が挙げられる。また、３環系縮合芳香族炭化水素環または４環系縮合芳香族炭化水素環として、具体的には、フェナントレン、アントラセン、ピレン、クリセン、トリフェニレンのいずれか一の骨格が挙げられる。
【００８９】
これらの中でも特に、正孔輸送骨格は、カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、またはアントラセンの少なくともいずれか一の骨格を含むことが好ましい。これらの骨格は正孔注入障壁の問題を解消するだけでなく、電気化学的にも非常に安定で、かつ正孔輸送性にも優れているためである。
【００９０】
なお、第１の有機化合物、第２の有機化合物、および第３の有機化合物の正孔輸送骨格として、上述したπ過剰系へテロ芳香環（好ましくは、カルバゾール、ジベンゾフラン、またはジベンゾチオフェンの骨格）や、上述した３環系縮合芳香族炭化水素環または４環系縮合芳香族炭化水素環（好ましくはアントラセンの骨格）の少なくともいずれか一の骨格を適用する場合においても、第１の有機化合物の正孔輸送骨格、第２の有機化合物の正孔輸送骨格、および第３の有機化合物の正孔輸送骨格を同じとすることが好ましい。先にも述べたとおり、同じ骨格間であれば、電気化学的な障壁が低減されるためである。
【００９１】
なお、上述した本発明の一態様の発光素子において、第１の有機化合物、第２の有機化合物、および第３の有機化合物が同じ化合物であることが好ましい。正孔輸送骨格だけでなく、化合物そのものを同じとすることで、分子軌道が重なりやすくなり、正孔の移動が極めて容易となるためである。また、同じ化合物を連続成膜することになるため、素子の作製も容易となる。
【００９２】
以下では、第１の有機化合物、第２の有機化合物、および第３の有機化合物として好適な化合物を具体的に列挙する。上述したとおり、正孔輸送骨格としては、芳香族アミン骨格、π過剰系ヘテロ芳香環、縮合芳香族炭化水素環のいずれか一を有する骨格が有用である。
【００９３】
芳香族アミン骨格を正孔輸送骨格として有する化合物としては、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またはα―ＮＰＤ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＤＰｈＰＡ）、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＣｚＡ１ＰＡ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−｛４−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］フェニル｝−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＢＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、４，４’−（キノキサリン−２，３−ジイル）ビス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアニリン）（略称：ＴＰＡＱｎ）、Ｎ，Ｎ’−（キノキサリン−２，３−ジイルジ−４，１−フェニレン）ビス（Ｎ−フェニル−１，１’−ビフェニル−４−アミン）（略称：ＢＰＡＰＱ）、Ｎ，Ｎ’−（キノキサリン−２，３−ジイルジ−４，１−フェニレン）ビス［ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）アミン］（略称：ＢＢＡＰＱ）、４，４’−（キノキサリン−２，３−ジイル）ビス｛Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアニリン｝（略称：ＹＧＡＰＱ）、Ｎ，Ｎ’−（キノキサリン−２，３−ジイルジ−４，１−フェニレン）ビス（Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン）（略称：ＰＣＡＰＱ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（３−フェニルキノキサリン−２−イル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡ１ＰＱ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（３−フェニルキノキサリン−２−イル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡ１ＰＱ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリフェニル−Ｎ’−［４−（３−フェニルキノキサリン−２−イル）フェニル］−１，４−フェニレンジアミン（略称：ＤＰＡ１ＰＱ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＯ１１）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＯ１１）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリフェニル−Ｎ’−［４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル］−１，４−フェニレンジアミン（略称：ＤＰＡＯ１１）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（４，５−ジフェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＴＡＺ１）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（３，５−ジフェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−４−イル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＴＡＺ２）などが挙げられる。
【００９４】
また、π過剰系ヘテロ芳香環、および／または縮合芳香族炭化水素環を正孔輸送骨格として有する化合物としては、１，１’，１’’−（ベンゼン−１，３，５−トリイル）トリピレン、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、９−（２−ナフチル）−１０−［４−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、３−フェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡＰ）、３，６−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＤＰＣｚＰＡ）、３−（１−ナフチル）−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡαＮ）、３−（ビフェニル−３−イル）−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡｍＢ）、３−［４−（１−ナフチル）フェニル］−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡαＮＰ）、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−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−９Ｈ−カルバゾール（略称：２ＣｚＰＡ）、９−［４−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：２ＣｚＰＰＡ）、４−［３−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］ジベンゾフラン（略称：２ｍＰＤＢＦＰＡ−ＩＩ）、４−［４−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］ジベンゾフラン（略称：２ＰＤＢＦＰＡ−ＩＩ）、４−｛３−［１０−（２−ナフチル）−９−アントリル］フェニル｝ジベンゾフラン、４−［３−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］ジベンゾチオフェン（略称：２ｍＰＤＢＴＰＡ−ＩＩ）、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：ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ）、９−［４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣＯ１１）、９−［４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル］−３−フェニル−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣＯ１１−ＩＩ）、９−［４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル］−３，６−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣＯ１１−ＩＩＩ）、９−［４’’’−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’：２’’，１’’’］クアテルフェニル−４−イル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：Ｚ−ＣｚＰＯ１１）、９−［４−（ベンゾオキサゾール−２−イル）フェニル］−３−フェニル−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＢＯｘ−ＩＩ）、９−［４−（ベンゾオキサゾール−２−イル）フェニル］−３，６−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＢＯｘ−ＩＩＩ）、９−［４’’’−（ベンゾオキサゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’：２’’，１’’’］クアテルフェニル−４−イル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：Ｚ−ＣｚＰＢＯｘ）などが挙げられる。
【００９５】
なお、以上で述べた化合物は、いずれもバイポーラ性の化合物であり、第３の有機化合物として特に好ましい化合物群である。
【００９６】
次に、発光層１２１に含まれる正孔トラップ性の発光物質について説明する。正孔トラップ性の発光物質は、発光層１２１に含まれる第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す物質であれば、特に限定はされない。換言すれば、添加することで第３の有機化合物の正孔移動度を小さくできるものであればよい。具体的には、第３の有機化合物よりも０．３ｅＶ以上高いＨＯＭＯ準位を有する物質が好ましい。
【００９７】
ここで、本発明者らは、芳香族アミン化合物、または有機金属錯体からなる発光物質が、多くの有機化合物に対して正孔トラップ性を示すため、本発明の発光物質として好適であることを見出した。特に、ピレンジアミン化合物、またはイリジウム錯体が、正孔トラップ性が高く、好適であることを見出した。
【００９８】
なお、ピレンジアミン化合物やイリジウム錯体は、正孔輸送骨格がアントラセン、カルバゾール、ジベンゾフラン、またはジベンゾチオフェンの少なくともいずれか一の骨格を含む化合物に対し、非常に強い正孔トラップ性を示すことがわかっている。したがって、これらの骨格を含む第３の有機化合物と、ピレンジアミン化合物またはイリジウム錯体からなる発光物質とを組み合わせることが好ましい。
【００９９】
また実験的には、ピレンジアミン化合物は、ＨＯＭＯ準位が同程度の他の芳香族アミン化合物と比べると、正孔トラップ性が高い（発光層に添加した場合に、発光層の正孔移動度を大きく下げる）ことがわかっており、本発明における発光物質として特に好適である。
【０１００】
以下では、発光物質として好適なものを列挙する。上述したとおり、発光物質としては、芳香族アミン化合物、または有機金属錯体が好適である。芳香族アミン化合物としては、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＰＡ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）トリフェニルアミン（略称：２ＹＧＡＰＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）−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：ＰＣＢＡＰＡ）、Ｎ，Ｎ’’−（２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン−９，１０−ジイルジ−４，１−フェニレン）ビス［Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン］（略称：ＤＰＡＢＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＰＡ）、Ｎ−［４−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＰＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’，Ｎ’’’，Ｎ’’’−オクタフェニルジベンゾ［ｇ，ｐ］クリセン−２，７，１０，１５−テトラアミン（略称：ＤＢＣ１）、クマリン３０、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）］−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）−４’−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＦＬＰＡＰＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニルピレン−１，６−ジアミン、Ｎ，Ｎ’−（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルピレン−１，６−ジアミン、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（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス〔４−（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：１，６ｔＢｕ−ＦＬＰＡＰｒｎ）などが挙げられる。
【０１０１】
また、有機金属錯体としては、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：ＦＩｒａｃａｃ）、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、トリス（ベンゾ［ｈ］キノリナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｂｚｑ）３）、ビス（ベンゾ［ｈ］キノリナト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｚｑ）２（ａｃａｃ））、ビス（２，４−ジフェニル−１，３−オキサゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｄｐｏ）２（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルベンゾチアゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔ）２（ａｃａｃ））、ビス［２−（２’−ベンゾ［４，５−α］チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、トリス（１−フェニルイソキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）３）、ビス（１−フェニルイソキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）２（ａｃａｃ））、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン白金（ＩＩ）（略称：ＰｔＯＥＰ）などが挙げられる。
【０１０２】
次に、第１の層１１１に含まれる電子受容性化合物について説明する。電子受容性化合物は、第１の有機化合物と混合する（接触する）だけで第１の有機化合物から電子を受容するか、あるいは、電界を印加することにより容易に第１の有機化合物から電子を受容する化合物であればよい。例えば、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、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。特に、酸化モリブデンは吸湿性が低いという特徴を有しているため好ましい。この他にも、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を挙げることができる。
【０１０３】
なお、第１の層１１１において、第１の有機化合物に対して質量比で、０．１以上４．０以下の比率で電子受容性化合物を添加することが好ましい。
【０１０４】
なお、電子受容性化合物が、第１の有機化合物と混合する（接触する）だけで第１の有機化合物から電子を受容する場合、第１の層では電荷移動錯体が形成される。この時、電荷移動相互作用に基づく吸収が赤外領域に見られるが、第１の有機化合物が芳香族アミン化合物の場合、可視光領域にも吸収が現れることが多い。このことは、透過率の観点で不利となる。例えば、特開２００３−２７２８６０公報では、芳香族アミン骨格を有する化合物と酸化バナジウムを混合することにより、５００ｎｍ付近および１３００ｎｍ付近に新たな吸収が生じている。また、芳香族アミン骨格を有する化合物とＦ４−ＴＣＮＱを混合することにより、７００ｎｍ、９００ｎｍおよび１２００ｎｍ付近に新たな吸収が生じている。この場合、特に可視光領域の吸収ピークは発光効率を低下させる要因となってしまう。
【０１０５】
しかしながら本発明者らは、π過剰系へテロ芳香環（好ましくは、カルバゾール、ジベンゾフラン、またはジベンゾチオフェンの骨格）や、上述した３環系縮合芳香族炭化水素環または４環系縮合芳香族炭化水素環（好ましくはアントラセンの骨格）を正孔輸送骨格として含む第１の有機化合物と、電子受容性化合物とを用いて第１の層を形成した場合、電荷移動相互作用に基づく吸収が発生しないにも関わらず、陽極からの正孔注入障壁が実質的に消失することを見出した。このことにより、可視光領域に吸収ピークを有さない第１の層を形成することが容易となるため、透過率の低下による発光効率の低下を防ぐことができる。
【０１０６】
このことは、以下のような効果をもたらす。ＥＬ層１０３の膜厚を変化させ、光学設計を行う際には、駆動電圧の変動が少ない第１の層１１１を厚膜化し、他の層を薄くすることが好ましい。しかしながら、可視光領域に吸収スペクトルのピークが存在する第１の層を厚膜化すると、発光層１２１から得られた発光は、第１の層１１１に吸収されてしまい、発光効率の低下を招く。そこで、上記のような電荷移動相互作用に基づく吸収が発生しない第１の層１１１を適用することにより、発光効率を最大限に発揮させることができる。また、第１の層１１１を厚膜化することで、発光素子の短絡を防止する際にも有効である。
【０１０７】
したがって、以上のような電子受容性化合物との組み合わせの観点から、第１の有機化合物の正孔輸送骨格は、π過剰系へテロ芳香環や３環系縮合芳香族炭化水素環または４環系縮合芳香族炭化水素環を有する骨格が好ましい。特に、カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、アントラセンは、電気化学的にも非常に安定で、かつ正孔輸送性にも優れているため好適である。
【０１０８】
なお、第１の有機化合物が芳香族アミン骨格を有する場合、第１の有機化合物の正孔輸送骨格が芳香族アミン骨格となる場合が多い。その場合、上述した電荷移動相互作用に基づく吸収が現れるため、第１の有機化合物は芳香族アミン骨格を有さないことが好ましい。
【０１０９】
また従来は、有機化合物のイオン化ポテンシャルが５．７ｅＶ以上（ＨＯＭＯ準位が−５．７ｅＶ以下）になると、電子受容性化合物との間で酸化還元反応が起こりにくくなるとされている（例えば、特開２００３−２７２８６０公報を参照）。そのため、電子受容性化合物との間で酸化還元反応を起こすための有機化合物としては、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さい（ＨＯＭＯ準位が−５．７ｅＶより高い）物質、具体的には芳香族アミンのような電子供与性の高い物質が必要と考えられてきた。一方で、本発明の一態様では、第１の有機化合物が芳香族アミン骨格を含まない化合物であっても、少なくともＨＯＭＯ準位が−６．０ｅＶ以上−５．７ｅＶ以下であれば、電子受容性化合物との間で電荷移動相互作用に基づく吸収を示さないにも関わらず、第１の層が機能することが実験的にわかっている。
【０１１０】
したがって、上述した本発明の一態様の発光素子において、第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位は、−６．０ｅＶ以上−５．７ｅＶ以下であることが好ましい。この構成により、発光層のエネルギーギャップが大きく、ＨＯＭＯが低い場合でも、本発明の概念を実現しやすくなる。
【０１１１】
なお、アミン骨格を含まない化合物として好ましくは、上述した９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、９−（２−ナフチル）−１０−［４−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、３−フェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡＰ）、３，６−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＤＰＣｚＰＡ）、３−（１−ナフチル）−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡαＮ）、３−（ビフェニル−３−イル）−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡｍＢ）、３−［４−（１−ナフチル）フェニル］−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡαＮＰ）、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−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−９Ｈ−カルバゾール（略称：２ＣｚＰＡ）、９−［４−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：２ＣｚＰＰＡ）、４−［３−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］ジベンゾフラン（略称：２ｍＰＤＢＦＰＡ−ＩＩ）、４−［４−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］ジベンゾフラン（略称：２ＰＤＢＦＰＡ−ＩＩ）、４−｛３−［１０−（２−ナフチル）−９−アントリル］フェニル｝ジベンゾフラン、４−［３−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］ジベンゾチオフェン（略称：２ｍＰＤＢＴＰＡ−ＩＩ）、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：ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ）、９−［４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣＯ１１）、９−［４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル］−３−フェニル−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣＯ１１−ＩＩ）、９−［４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル］−３，６−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣＯ１１−ＩＩＩ）、９−［４’’’−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’：２’’，１’’’］クアテルフェニル−４−イル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：Ｚ−ＣｚＰＯ１１）、９−［４−（ベンゾオキサゾール−２−イル）フェニル］−３−フェニル−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＢＯｘ−ＩＩ）、９−［４−（ベンゾオキサゾール−２−イル）フェニル］−３，６−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＢＯｘ−ＩＩＩ）、９−［４’’’−（ベンゾオキサゾール−２−イル）−［１，１’：２’，１’’：２’’，１’’’］クアテルフェニル−４−イル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：Ｚ−ＣｚＰＢＯｘ）が挙げられる。さらに、ポリ（Ｎ−ビニル��ルバゾール）（略称：ＰＶＫ）のようなカルバゾール誘導体のポリマーを用いても良い。
【０１１２】
以上では、ＥＬ層１０３の具体的な構成について述べた。以下では、陽極１０１および陰極１０２について説明する。
【０１１３】
陽極１０１としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上であることが好ましい）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好ましい。例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、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（ＩＺＯ：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。これらの電気伝導性金属酸化物膜は、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、インクジェット法、スピンコート法などにより作製しても構わない。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）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、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）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、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（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、または金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン等）、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物、チタン酸化物等が挙げられる。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）等の導電性ポリマーを用いても良い。
【０１１４】
また陰極１０２としては、仕事関数の小さい（具体的には３．８ｅＶ以下であることが好ましい）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。このような陰極材料の具体例としては、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（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、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等が挙げられる。また、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、または希土類金属の化合物（例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、酸化リチウム（ＬｉＯｘ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化エルビウム（ＥｒＦ３）など）の薄膜と、アルミニウム等の金属膜とを積層することによって、陰極とすることも可能である。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
【０１１５】
なお、本発明の一態様の発光素子においては、陽極および陰極のうち、少なくとも一方が透光性を有すればよい。透光性は、ＩＴＯのような透明電極を用いるか、あるいは電極の膜厚を薄くすることにより確保できる。
【０１１６】
また、本発明の一態様の発光素子を形成するための基板は、陽極１０１側に設けられていても良いし、陰極１０２側に設けられていても良い。基板の種類としては、例えばガラス、またはプラスチック、金属などを用いることができる。なお、発光素子の支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。また、発光素子からの発光を、基板を通して外部へ取り出す場合には、基板は透光性を有する基板であることが好ましい。
【０１１７】
以上で述べたような構成により、本発明の一態様の発光素子を作製することができる。なお、ＥＬ層１０３には、さらに他の層を導入しても良い。具体的には、図３に示すように、電子輸送層１１３や電子注入層１１４を導入した素子構造であっても良い。
【０１１８】
電子輸送層１１３としては、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）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からなる層である。また、この他ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンズオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）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、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）や、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−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）なども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構わない。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。
【０１１９】
また、高分子化合物を用いることもできる。例えば、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）などを用いることができる。
【０１２０】
電子注入層１１４としては、例えば、リチウム、カルシウム、マグネシウム、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、酸化リチウム（ＬｉＯｘ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）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。
【０１２１】
その他、電子輸送性を有する物質にアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を含有させたもの、具体的にはＡｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いてもよい。なお、この場合には、陰極１０２からの電子注入をより効率良く行うことができる。
【０１２２】
次に、本発明の一態様の発光素子の作製方法について述べる。作製方法としては、真空蒸着法に代表されるドライプロセスが好ましい。なぜならば、本発明の一態様の発光素子は、第１の層、第２の層、および発光層を積層するため、ドライプロセスの方が各領域を作り分けやすいためである。このような観点から、第１の有機化合物、第２の有機化合物、第３の有機化合物、および発光物質は低分子化合物が好ましい。
【０１２３】
ただし、本発明の一態様の発光素子は、ドライプロセス、ウェットプロセスを問わず、種々の方法を用いて形成してよい。ウェットプロセスとしては、インクジェット法またはスピンコート法などがその代表例として挙げられるが、これらに限定されることはない。
【０１２４】
以上で述べたように、本発明を適用することで、長寿命な発光素子を提供できる。また、発光効率や駆動電圧に優れた発光素子を提供できる。
【０１２５】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、本発明の一態様である発光素子において、キャリアの再結合効率を高める観点でさらに好ましい構成について、用いる材料や作製方法を交えて説明する。なお、本実施の形態２においては、陽極と陰極で挟まれた領域をＥＬ層と称する。
【０１２６】
本実施の形態２における本発明の一態様の発光素子に関して、素子構造の概念を図４（ａ）に、そのバンド図を図４（ｂ）に、それぞれ示す。図４（ａ）に示すように、本発明の一態様の発光素子においては、陽極４０１と陰極４０２との間にＥＬ層４０３が設けられている。ＥＬ層４０３は、陽極４０１側から順に、第１の層４１１と、第２の層４１２と、第１の発光層４２１と、第２の発光層４２２とが設けられた積層構造を、少なくとも有している。また、第１の層４１１は、第１の有機化合物と電子受容性化合物とを含んでおり、第２の層４１２は第２の有機化合物を含んでおり、第１の発光層４２１は、第３の有機化合物と、第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第１の発光物質とを含んでおり、第２の発光層４２２は、第４の有機化合物と、第４の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第２の発光物質とを含んでおり、第４の有機化合物と第３の有機化合物は異なる化合物である。
【０１２７】
本発明者らはまず、図４（ｂ）に示すように、第１の層における第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位４３３と、第２の層における第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位４３４とを、同程度に揃えることを考えた。また、第２の層における第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位４３４と、第１の発光層における第３の有機化合物のＨＯＭＯ準位４３５とを、同程度に揃えることを考えた。また、第１の発光層における第３の有機化合物のＨＯＭＯ準位４３５と、第２の発光層における第４の有機化合物のＨＯＭＯ準位４３７とを、同程度に揃えることを考えた。これにより、第１の層４１１と第２の層４１２との間の正孔注入障壁、第２の層４１２と第１の発光層４２１との間の正孔注入障壁、および第１の発光層４２１と第２の発光層４２２との間の正孔注入障壁は、いずれも極めて低減される。
【０１２８】
なお、実施の形態１で述べた電気化学的な選択性の観点から、本明細書中における同程度のＨＯＭＯ準位とは、具体的には、ＨＯＭＯ準位の差が±０．２ｅＶ以内の状態を指す。
【０１２９】
また、実施の形態１で述べた通り、第１の層４１１に電子受容性化合物を添加することにより、陽極の仕事関数４３１と、第１の層４１１に含まれる第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位４３３との間に隔たりがあった場合でも、正孔注入が潤滑に行われ、実質的には正孔注入障壁が消失する。なお第１の層４１１は、電子受容性化合物と第１の有機化合物が混合された構成でも良いし、電子受容性化合物と第１の有機化合物とが、陽極側から順に積層された構成でも良い。
【０１３０】
以上で述べたような構成により、陽極から第１の発光層および第２の発光層に至るまでの正孔注入障壁は、ほぼ解消することになる。
【０１３１】
さらに発光層には、実施の形態１と同様の理由により、正孔トラップ性の発光物質が添加されている。具体的には、第１の発光層４２１には、第１の発光層４２１における第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第１の発光物質が添加されている。また、第２の発光層４２２には、第２の発光層４２２における第４の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す第２の発光物質が添加されている。これにより、駆動電圧の上昇を招くことなく、正孔の陰極への抜けを克服できる。
【０１３２】
なお、正孔を発光物質によりトラップさせるためには、第１の発光層４２１において、第３の有機化合物をホスト材料とし、正孔トラップ性の第１の発光物質をゲスト材料とすることが好ましい。また、第２の発光層４２２において、第４の有機化合物をホスト材料とし、正孔トラップ性の第２の発光物質をゲスト材料とすることが好ましい。
【０１３３】
さらに、正孔トラップ性の第１の発光物質のＨＯＭＯ準位４３６は、上述した電気化学的な選択性の観点から、第３の有機化合物のＨＯＭＯ準位４３５よりも０．３ｅＶ以上高いことが好ましい。また、正孔トラップ性の第２の発光物質のＨＯＭＯ準位４３８は、上述した電気化学的な選択性の観点から、第４の有機化合物のＨＯＭＯ準位４３７よりも０．３ｅＶ以上高いことが好ましい。
【０１３４】
正孔の陰極への抜けを防ぎ、発光効率を高めるだけであれば、正孔をトラップする材料を陽極４０１と第１の発光層４２１との間に添加することによっても可能である。しかしながらそのような手法の場合、正孔が第１の発光層４２１に到達して発光に至るまでの移動速度が遅くなるため、どうしても駆動電圧が上昇してしまう。一方、図４に示したような本発明の一態様の構成であれば、正孔は陽極４０１から第１の発光層４２１に至るまで、障壁およびトラップを感じることなく輸送されるため、駆動電圧の上昇は最小限に抑えることができる。すなわち、第２の層には正孔トラップ性の材料が添加されていないことが好ましい。
【０１３５】
さらに、図４（ｂ）に示すように、発光層に到達した正孔は、正孔トラップ性の第１の発光物質のＨＯＭＯ準位４３６、および第２の発光物質のＨＯＭＯ準位４３８にトラップされ、第１の発光層４２１内および第２の発光層４２２内では、急速に移動速度が遅くなる。そして、この移動速度が低減された正孔と、陰極４０２から注入された電子が効率よく再結合して、効率の高い発光が得られる。図４（ｂ）において、４３２は陰極の仕事関数である。なお、駆動電圧の観点からは、第１の発光層４２１内および第２の発光層４２２内で十分に電子が輸送される必要があるため、第１の発光層４２１のホスト材料となる第３の有機化合物および第２の発光層４２２のホスト材料となる第４の有機化合物は、いずれも正孔輸送性だけでなく電子輸送性も有することが好ましい。すなわち、バイポーラ性の材料であることが好ましい。
【０１３６】
なお、本明細書中において、バイポーラ性の材料とは、ＥＬ層において正孔注入（電子を奪われる反応）及び電子注入（電子を受け取る反応）が可能な材料であって、どちらの反応に対しても比較的安定であり、正孔および電子のいずれも十分に輸送可能な材料を指す。
【０１３７】
なお、第１の層４１１に含まれる第１の有機化合物のＬＵＭＯ準位４３９、第２の層における第２の有機化合物のＬＵＭＯ準位４４０、正孔トラップ性の第１の発光物質のＬＵＭＯ準位４４３、および第２の発光物質のＬＵＭＯ準位４４４である。
【０１３８】
ここで、発光層内での再結合効率を、障壁を用いることなくさらに高める工夫として、本実施の形態２においては、第３の有機化合物を用いた第１の発光層４２１と、第４の有機化合物を用いた第２の発光層４２２とを積層させ、かつ第３の有機化合物と第４の有機化合物を敢えて異なる化合物としている点が特徴である。
【０１３９】
上述したとおり、第３の有機化合物と第４の有機化合物との間に、電気化学的な正孔注入障壁は実質的にない状態（ＨＯＭＯ準位が同程度）であるが、同種物質間の正孔移動に比べれば、異種物質間の正孔移動は多少遅くなる。
【０１４０】
一方、電子に関しても、図４に示す本発明の一態様では、第３の有機化合物のＬＵＭＯ準位４４１と第４の有機化合物のＬＵＭＯ準位４４２を同程度としているため、第４の有機化合物から第３の有機化合物への電気化学的な電子注入障壁は実質的にない状態である。しかしながら、第３の有機化合物と第４の有機化合物は異なる化合物であるため、正孔同様、電子移動も同種物質間に比べれば多少抑制されることになる。なお、電気化学的な選択性の観点から、本明細書中における同程度のＬＵＭＯ準位とは、具体的には、ＬＵＭＯ準位の差が±０．２ｅＶ以内の状態を指す。
【０１４１】
したがって、第１の発光層４２１および第２の発光層４２２の界面では、正孔および電子の双方の移動が抑制される。この界面では電気化学的な障壁がないため、その抑制効果はそれほど大きくはない。しかしながら、正孔および電子の双方に影響を及ぼすため、キャリアの再結合領域はこの界面を中心にして形成されることになる。しかも、障壁を用いて再結合に導いているわけではないので、再結合領域は局在することはなく、正孔や電子が狭い領域（障壁周辺）に蓄積または集中して劣化を促進する現象は起きにくい。
【０１４２】
以上のような設計により、障壁を用いることなく、発光層の内部（第１の発光層４２１と第２の発光層４２２との界面付近）を中心にしてキャリアを再結合させることができることを、本発明者らは見出した。このように、正孔・電子の双方を流すバイポーラ材料を異なる組み合わせで接合した発光層を適用することでキャリアを再結合させる思想は、バイポーラへテロ接合ともいうべき新たな概念であり、本発明の重要な思想の一つである。これにより、障壁に由来する劣化を防ぐと同時に、発光効率も高めることができる。
【０１４３】
以上で述べた通り、本発明の一態様の発光素子において重要な点は、陽極から発光層に至るまでは障壁やトラップに出会うことなく正孔を潤滑に輸送し、一方で発光層においては、障壁を使うことなく正孔の移動速度だけでなく電子の移動速度も制御し、効率のよい再結合に導いている点である。障壁を用いていないため、正孔や電子が狭い領域（障壁周辺）に蓄積・集中して劣化を促進する現象が起きにくく、長寿命化につながる。また、発光層までの正孔注入障壁や正孔トラップが実質的にないため、駆動電圧を低くすることができる。さらに、正孔トラップ性の発光物質を発光層に用い、さらにバイポーラへテロ接合を適用することにより、障壁を用いていないにもかかわらず正孔と電子と効率よく再結合さることができ、長寿命と同時に発光効率の高い発光素子が実現できる。
【０１４４】
なお、このような観点から、第１の発光層４２１の正孔輸送性は、第２の層４１２の正孔輸送性よりも低いことが好ましい。第１の発光層４２１の正孔輸送性を第２の層４１２の正孔輸送性よりも低くするには、例えば、第２の有機化合物と第３の有機化合物を同じ化合物とすればよい。この手法により、第１の発光層４２１の正孔輸送性は、正孔トラップ性の第１の発光物質が含まれている分だけ、必ず第２の層４１２よりも低くなる。
【０１４５】
以上の要点を元に、第１の有機化合物、第２の有機化合物、第３の有機化合物、および第４の有機化合物に用いることのできる材料のコンセプトおよび具体例について、以下に説明する。
【０１４６】
実施の形態１と同様、第１の有機化合物の正孔輸送骨格、第２の有機化合物の正孔輸送骨格、第３の有機化合物の正孔輸送骨格、第４の有機化合物の正孔輸送骨格を同じとすることが好ましい。正孔輸送骨格については、実施の形態１において図６〜図１４を用いて説明した通りである。
【０１４７】
さらに、本実施の形態２においては、第３の有機化合物と第４の有機化合物との間の電子注入障壁を実質的になくすことも要点の一つである。その手法の一つとして、第３の有機化合物の電子輸送骨格、および第４の有機化合物の電子輸送骨格を同じとする手法を本発明者らは発案した。
【０１４８】
電子輸送骨格とは、化合物の骨格において、ＬＵＭＯが分布している骨格の一部または全部のことを指す。ＬＵＭＯの分布については、分子軌道計算を用いて知ることができる。各化合物（本実施の形態２では、第３の有機化合物、および第４の有機化合物）の電子輸送骨格を同じとすることにより、各化合物のＬＵＭＯ準位は互いに近くなり、結果、各化合物間の電気化学的な障壁は低減される。
【０１４９】
電子輸送骨格に関し、具体的な例を図６〜図１４を用いて説明する。図６〜８に示す通り、ＣｚＰＡ、ＣｚＰＡＰ、およびＰＣｚＰＡは、アントラセン骨格とカルバゾール骨格が組み合わさった化合物である。いずれの化合物もＬＵＭＯがアントラセン骨格に分布しており、アントラセン骨格が電子輸送骨格であると言える。
【０１５０】
また、図９、図１０に示す通り、２ｍＰＤＢＦＰＡ−ＩＩ、および２ＰＤＢＦＰＡ−ＩＩは、アントラセン骨格とジベンゾフラン骨格が組み合わさった化合物である。いずれの化合物も、ＬＵＭＯは概ねアントラセン骨格に分布しているが、ジベンゾフラン骨格もＬＵＭＯに対して多少の寄与が見られるため、アントラセン骨格およびジベンゾフラン骨格の双方が電子輸送骨格であると言える（ただし、寄与はアントラセン骨格の方が大きい）。
【０１５１】
また、図１１に示す通り、ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩは、トリフェニレン骨格とジベンゾチオフェン骨格が組み合わさった化合物である。ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩは、ＬＵＭＯは概ねトリフェニレン骨格に分布しているが、ジベンゾチオフェン骨格もＬＵＭＯに対して若干の寄与が見られるため、トリフェニレン骨格およびジベンゾチオフェン骨格の双方が電子輸送骨格であると言える（ただし、寄与はトリフェニレン骨格の方が大きい）。
【０１５２】
また、図１２、図１３に示す通り、ＣＯ１１、およびＺ−ＣｚＰＯ１１は、１，３，４−オキサジアゾール骨格とカルバゾール骨格が組み合わさった化合物である。いずれの化合物も、ＬＵＭＯが１，３，４−オキサジアゾール骨格を中心に分布しているため、１，３，４−オキサジアゾール骨格が電子輸送骨格であると言える。
【０１５３】
また、図１４に示す通り、Ｚ−ＣｚＰＢＯｘは、ベンゾオキサゾール骨格とカルバゾール骨格が組み合わさった化合物である。Ｚ−ＣｚＰＢＯｘは、ＬＵＭＯがベンゾオキサゾール骨格を中心に分布しているため、ベンゾオキサゾール骨格が電子輸送骨格であると言える。
【０１５４】
以上で示したように、分子軌道計算から正孔輸送骨格および電子輸送骨格を見積もることが可能であり、第１の有機化合物、第２の有機化合物、第３の有機化合物、および第４の有機化合物の正孔輸送骨格を同じとし、さらに第３の有機化合物の電子輸送骨格と第４の有機化合物の電子輸送骨格を同じとすることが本発明の一態様である。
【０１５５】
なお、正孔輸送骨格としては、電子供与性の高い骨格が好ましく、代表的には芳香族アミン骨格がよく知られている。その他、π過剰系ヘテロ芳香環や、縮合芳香族炭化水素環が有用である。なお、π過剰系ヘテロ芳香環とは、モノヘテロ５員芳香環（ピロール、フラン、チオフェン）、および芳香環（代表的にはベンゼン環）が縮環したモノヘテロ５員芳香環を有する骨格を指す。
【０１５６】
さらに本発明者らは、第１の有機化合物と第２の有機化合物との間の正孔注入障壁、および第２の有機化合物と第３の有機化合物との間の正孔注入障壁、および第３の有機化合物と第４の有機化合物との間の正孔注入障壁を低減する手法の一つとして、以下の組み合わせを見出した。すなわち、第１の有機化合物の正孔輸送骨格（第１の正孔輸送骨格）、第２の有機化合物の正孔輸送骨格（第２の正孔輸送骨格）、第３の有機化合物の正孔輸送骨格（第３の正孔輸送骨格）、および第４の有機化合物の正孔輸送骨格（第４の正孔輸送骨格）が、それぞれ独立に、π過剰系ヘテロ芳香環、３環系縮合芳香族炭化水素環、または４環系縮合芳香族炭化水素環の少なくともいずれか一の骨格を含む構成とする手法である。この場合、第１の正孔輸送骨格、第２の正孔輸送骨格、第３の正孔輸送骨格、および第４の正孔輸送骨格は、互いに異なっていたとしても、実質的に正孔注入障壁が解消されることを本発明者らは実験的に見出した。したがって、このような組み合わせも本発明の一態様である。
【０１５７】
π過剰系ヘテロ芳香環、３環系縮合芳香族炭化水素環、及び４環系縮合芳香族炭化水素環の具体例および好ましい例としては、実施の形態１で述べたものと同様である。
【０１５８】
なお、第１の有機化合物、第２の有機化合物、第３の有機化合物、および第４の有機化合物の正孔輸送骨格として、π過剰系へテロ芳香環、３環系縮合芳香族炭化水素環、または４環系縮合芳香族炭化水素環の少なくともいずれか一の骨格を適用する場合においても、第１の有機化合物の正孔輸送骨格、第２の有機化合物の正孔輸送骨格、第３の有機化合物の正孔輸送骨格、および第４の有機化合物の正孔輸送骨格を同じとすることが好ましい。先にも述べたとおり、同じ骨格間であれば、電気化学的な障壁が低減されるためである。
【０１５９】
なお、上述した本発明の一態様の発光素子において、第１の有機化合物、第２の有機化合物、および第３の有機化合物が同じ化合物であることが好ましい。正孔輸送骨格だけでなく、化合物そのものを同じとすることで、分子軌道が重なりやすくなり、正孔の移動が極めて容易となるためである。また、同じ化合物を連続成膜することになるため、素子の作製も容易となる。ただし、第４の有機化合物は、上述したバイポーラヘテロ接合（障壁を用いずにキャリアの再結合領域を制御する）を形成するため、第１の有機化合物、第２の有機化合物、および第３の有機化合物とは異なる化合物である。
【０１６０】
なお、第１の有機化合物、第２の有機化合物、第３の有機化合物、および第４の有機化合物として好適な化合物の具体例としては、実施の形態１で述べた芳香族アミン骨格を正孔輸送骨格として有する化合物や、π過剰系ヘテロ芳香環および／または縮合芳香族炭化水素環を正孔輸送骨格として有する化合物が挙げられる。
【０１６１】
なお、発光層内での再結合効率を高めるためには、第１の発光層４２１の正孔輸送性は、第２の発光層４２２の正孔輸送性より高く、第１の発光層４２１の電子輸送性は、第２の発光層４２２の電子輸送性より低いことが好ましい。このような組み合わせのバイポーラへテロ接合を形成するのも、本発明の特徴の一つである。
【０１６２】
このような特性は、例えば、ＰＣｚＰＡ（ＨＯＭＯ準位は、ＣＶ測定によれば−５．７９ｅＶ）に１，６−ＦＬＰＡＰｒｎ（ＨＯＭＯ準位は−５．４０ｅＶ）を第１の発光物質として５ｗｔ％添加した層を第１の発光層とし、ＣｚＰＡ（ＨＯＭＯ準位は−５．７９ｅＶ）に同じ発光物質である１，６−ＦＬＰＡＰｒｎを第２の発光物質として５ｗｔ％添加した層を第２の発光層とすることで得られる。
【０１６３】
なお、上記のように、第１の発光物質と第２の発光物質を同じ化合物とすると、第１の発光層および第２の発光層の正孔輸送性および電子輸送性を制御しやすいため、好ましい。
【０１６４】
ただし、第１の発光物質と第２の発光物質を異なる発光色の発光物質として、それぞれからの発光色が混色した発光を得てもよい。例えば、第１の発光物質を黄色とし、第２の発光物質を青色とすることで、白色発光が得られる。
【０１６５】
次に、第１の発光層４２１に含まれる正孔トラップ性の第１の発光物質と、第２の発光層４２２に含まれる正孔トラップ性の第２の発光物質について説明する。
【０１６６】
第１の発光物質は、第１の発光層４２１に含まれる第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す物質であれば、特に限定はされない。換言すれば、添加することで第３の有機化合物の正孔移動度を小さくできるものであればよい。具体的には、第３の有機化合物よりも０．３ｅＶ以上高いＨＯＭＯ準位を有する物質が好ましい。
【０１６７】
同様に、第２の発光物質は、第２の発光層４２２に含まれる第４の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す物質であれば、特に限定はされない。換言すれば、添加することで第４の有機化合物の正孔移動度を小さくできるものであればよい。具体的には、第４の有機化合物よりも０．３ｅＶ以上高いＨＯＭＯ準位を有する物質が好ましい。
【０１６８】
なお、第１の発光物質および第２の発光物質としては、実施の形態１と同様に、芳香族アミン化合物、または有機金属錯体からなる発光物質が好適であり、特にピレンジアミン化合物、またはイリジウム錯体が好ましい。なお、ピレンジアミン化合物やイリジウム錯体は、正孔輸送骨格がアントラセン、カルバゾール、ジベンゾフラン、またはジベンゾチオフェンの少なくともいずれか一の骨格を含む化合物に対し、非常に強い正孔トラップ性を示すことがわかっている。したがって、第３の有機化合物および第４の有機化合物はこれらの正孔輸送骨格を含むことが好ましい。
【０１６９】
また実験的には、ピレンジアミン化合物は、ＨＯＭＯ準位が同程度の他の芳香族アミン化合物と比べると、正孔トラップ性が高い（発光層に添加した場合に、発光層の正孔移動度を大きく下げる）ことがわかっており、本発明における第１の発光物質および／または第２の発光物質として特に好適である。
【０１７０】
なお、第１の発光物質および第２の発光物質の具体的な例としては、実施の形態１で列挙した正孔トラップ性の発光物質と同じものを用いることができる。
【０１７１】
次に、第１の層４１１に含まれる電子受容性化合物について説明する。電子受容性化合物についても、実施の形態１で述べたものと同様の化合物を用いることができる。なお、第１の層４１１において、第１の有機化合物に対して質量比で、０．１以上４．０以下の比率で電子受容性化合物を含ませることが好ましい。
【０１７２】
また、第１の層４１１において、第１の有機化合物は芳香族アミン骨格を含まない化合物であることが好ましい点や、第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位は、−６．０ｅＶ以上−５．７ｅＶ以下であることが好ましい点も、実施の形態１と同様である。
【０１７３】
以上では、ＥＬ層４０３の具体的な構成について述べた。以下では、陽極４０１および陰極４０２について説明する。
【０１７４】
陽極４０１および陰極４０２の具体的な構成は、実施の形態１と同じ構成を用いることができる。なお、本発明の一態様の発光素子においては、陽極および陰極のうち、少なくとも一方が透光性を有すればよい。透光性は、ＩＴＯのような透明電極を用いるか、あるいは電極の膜厚を薄くすることにより確保できる。
【０１７５】
また、本発明の一態様の発光素子を形成するための基板は、陽極４０１側に設けられていても良いし、陰極４０２側に設けられていても良い。基板の種類としては、例えばガラス、またはプラスチック、金属などを用いることができる。なお、発光素子の支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。また、発光素子からの発光を、基板を通して外部へ取り出す場合には、基板は透光性を有する基板であることが好ましい。
【０１７６】
以上で述べたような構成により、本発明の一態様の発光素子を作製することができる。なお、ＥＬ層４０３には、さらに他の層を導入しても良い。具体的には、図５に示すように、電子輸送層４１３や電子注入層４１４を導入した素子構造であっても良い。電子輸送層４１３や電子注入層４１４としては、実施の形態１で述べた構成と同じ構成を用いることができる。
【０１７７】
次に、本発明の一態様の発光素子の作製方法について述べる。作製方法としては、真空蒸着法に代表されるドライプロセスが好ましい。なぜならば、本発明の一態様の発光素子は、第１の層、第２の層、第１の発光層、および第２の発光層を積層するため、ドライプロセスの方が各領域を作り分けやすいためである。このような観点から、第１の有機化合物、第２の有機化合物、第３の有機化合物、第４の有機化合物、第１の発光物質、および第２の発光物質は低分子化合物が好ましい。
【０１７８】
ただし、本発明の一態様の発光素子は、ドライプロセス、ウェットプロセスを問わず、種々の方法を用いて形成してよい。ウェットプロセスとしては、インクジェット法またはスピンコート法などがその代表例として挙げられるが、これらに限定されることはない。
【０１７９】
以上で述べたように、本発明を適用することで、長寿命な発光素子を提供できる。また、発光効率や駆動電圧に優れた発光素子を提供できる。
【０１８０】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態、他の全ての実施例と組み合わせることが可能である。
【０１８１】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１及び２における発光層の他の構成に関して説明する。なお、発光素子の構成は図１を用いて説明する。
【０１８２】
本実施の形態では、図１において、発光層１２１は、第３の有機化合物と、第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質とを含んでいる場合について、実施の形態１で述べたが、本実施の形態では、正孔トラップ性を示す発光物質とは異なる発光を示す発光物質（発光性物質）が含まれる場合について、説明する。つまり、本実施の形態の発光層１２１は、正孔トラップ性の発光物質のほかに、発光性物質を含んでいる構成である。
【０１８３】
本実施の形態における図１の発光層１２１以外の構成については、実施の形態１で説明したため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１８４】
発光層１２１は、実施の形態１で説明した第３の有機化合物と第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質を含み、さらに、発光性物質を含んでいる。
【０１８５】
なお、発光性物質としては、正孔トラップ性を示す発光物質の励起エネルギー以下の励起エネルギーを有するものを用いることができる。
【０１８６】
発光性物質としては、蛍光材料や燐光材料を用いることができる。具体的にはＮ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＰＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）］−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１４−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）、ビス［２−（２’−ベンゾ［４，５−α］チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’）］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、ビス（１−フェニルイソキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）２（ａｃａｃ））、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン白金（ＩＩ）（略称：ＰｔＯＥＰ）等の有機金属錯体、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、４，４’−ビス［２−（Ｎ−エチルカルバゾール−３−イル）ビニル］ビフェニル（略称：ＢＣｚＶＢｉ）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）ガリウムクロリド（略称：Ｇａｍｑ２Ｃｌ）、ビス｛２−［３’，５’−ビス（トリフルオロメチル）フェニル］ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’｝イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（ｐｉｃ））、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ���アセチルアセトナート（略称：ＦＩｒ（ａｃａｃ））、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）テトラ（１−ピラゾリル）ボラート（略称：ＦＩｒ６）、２，３−ビス（４−ジフェニルアミノフェニル）キノキサリン（略称：ＴＰＡＱｎ）、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）のようなアリールアミン骨格を有する化合物の他、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）等のカルバゾール誘導体や、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ピリジナト］亜鉛（略称：Ｚｎｐｐ２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンズオキサゾラト］亜鉛（略称：ＺｎＢＯＸ）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）等の金属錯体、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）のような高分子化合物などを適宜用いることができる。
【０１８７】
このような本実施の形態の発光層を用いて、同一基板上に異なる色を発色させる発光素子を形成する場合、第１の層１１１と第２の層１１２を構成する材料、及び形成する工程を共通化することができ、工程を簡略化することが可能である。
【０１８８】
例えば、同一基板上に２色を発光させたい場合、第１の色を発光させる発光素子と、第２の色を発光させる発光素子において、それぞれの発光素子における第１の層１１１と第２の層１１２の材料は、正孔トラップ性の発光物質のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位によって決定される。そのため、第１の色を発光させる正孔トラップ性の発光物質と第２の色を発光させる正孔トラップ性の発光物質を用いる場合、第１の色を発光させる正孔トラップ性の発光物質を含む発光素子と第２の色を発光させる正孔トラップ性の発光物質を含む発光素子とでは、第１の層１１１と第２の層１１２の材料は異なる材料を用いる必要があるため、工程が複雑化する。
【０１８９】
しかし、本実施の形態の発光層のように、発光層が正孔トラップ性の発光物質のほかに、発光性物質を含んでいる構成を用いると、発光色にかかわらず第１の層１１１と第２の層１１２の材料が共通化することが可能となる。
【０１９０】
本発明の一態様の発光素子において重要な点は、陽極から発光層に至るまでは障壁やトラップに出会うことなく正孔を潤滑に輸送し、一方で発光層においては、障壁を使うことなく正孔の移動速度を低減し、効率のよい再結合に導いている点である。そのため、正孔トラップ性の発光物質によって、発光層の第３の有機化合物のＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位を決定する。それに伴って第１の層１１１と第２の層１１２の材料も決まる。従来は、同一基板上に２色を発光させたい場合、第１の色を発光させる発光素子と第２の色を発光させる発光素子では、それぞれ発光層の第３の有機化合物のＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位が異なり、第１の層１１１と第２の層１１２の材料を変える必要が生じてしまう。
【０１９１】
一方、本実施の形態の発光層を用いた第１の色を発光させる発光素子と第２の色を発光させる発光素子においては、第１の層１１１、第２の層１１２、並びに発光層１２１の第３の有機化合物と第３の有機化合物に対して正孔トラップ性を示す発光物質は共通の材料とすることができる。そして、発光層１２１に添加する発光性物質を第１の色を発光させる発光素子と第２の色を発光させる発光素子で変えることで、第１の色を発光させる発光素子と第２の色を発光させる発光素子で異なる発色が可能となる。
【０１９２】
この場合、第１の色を発光させる発光素子と第２の色を発光させる発光素子に本実施の形態の発光層を用いたが、いずれか一方に、実施の形態１の発光層を用いても良い。つまり、第１の色を発光させる発光素子と第２の色を発光させる発光素子に本実施の形態の発光層を用いた発光素子と実施の形態１の発光層を用いた発光素子とを組み合わせて用いても良い。
【０１９３】
また、図４においても、本実施の形態の発光層を適用できる。この場合、第１の発光層４２１、第２の発光層４２２のどちらか一方に適用しても、両方の発光層に適用することもできる。
【０１９４】
この場合も、上記の説明と同様に同一基板上に異なる色を発色させる発光素子を形成する場合には、図１と同様の効果を生じる。さらに、上記の説明と同様に異なる色の発光素子の発光層は、本実施の形態の発光層を用いた発光素子と実施の形態１の発光層を用いた発光素子とを組み合わせて用いても良い。また、同一の発光層中で複数の発光物質を発光させてもよい。
【０１９５】
なお、同一基板上に２色を発光させたい場合について、説明したが、これに特に限定されず、同一基板上に２色以上を発色させたい場合でもいいし、同一基板上に２色以上発色させて、白色等の単色光を発色させる構成に用いても良い。
【０１９６】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態、他の全ての実施例と組み合わせることが可能である。
【０１９７】
（実施の形態４）
本実施の形態４では、本発明の一態様である発光素子の構成に関して説明する。なお、本実施の形態４においては、陽極と陰極で挟まれた領域に、実施の形態１や実施の形態２で述べたようなＥＬ層が複数設けられた発光素子（以下、タンデム型発光素子と称する）について、図１５を用いて説明する。
【０１９８】
図１５（ａ）は、陽極５０１と陰極５０２との間に二つのＥＬ層、すなわち第１のＥＬ層５０３と第２のＥＬ層５０４が積層されたタンデム型発光素子の一例である。第１のＥＬ層５０３および第２のＥＬ層５０４は、実施の形態１や実施の形態２で開示したＥＬ層を適用することができる。
【０１９９】
実施の形態１や実施の形態２で述べたように、各ＥＬ層の陽極側（実施の形態１および２における第１の層）には、電子受容性化合物が含まれている。この電子受容性化合物が含まれた領域（図１５における５１１および５１２）は電荷発生層として機能する。したがって、各ＥＬ層を接続する部分に、適切な電子注入層５１３を設けることにより、第１のＥＬ層５０３と第２のＥＬ層５０４は直列に接続され、タンデム型発光素子として機能する。電子注入層５１３の種類としては、実施の形態１で開示した電子注入層と同様のものを用いればよい。
【０２００】
また、図１５（ｂ）に示したように、電子注入層５１３とＥＬ層（図１５（ｂ）では第２のＥＬ層５０４）との間に、さらに補助層５１４を設けてもよい。補助層５１４としては、例えば光学調整を行うために、ＩＴＯのような透明導電膜を形成してもよい。また、酸化モリブデンに代表される電子受容性化合物を形成してもよい。さらに、以下で説明する電子リレー層を補助層５１４として設けてもよい。
【０２０１】
電子リレー層は、電荷発生層（図１５（ｂ）では電子受容性化合物が含まれた領域５１２）において、電子受容性化合物がひき抜いた電子を速やかに受け取ることができる層である。従って、電子リレー層は電子輸送性の高い物質を含む層であり、またそのＬＵＭＯ準位は、該電子受容性化合物のアクセプター準位と、第１のＥＬ層５０３のＬＵＭＯ準位との間の準位を占めるような材料を用いて形成するのが好ましい。具体的には、およそ−５．０ｅＶ以上のＬＵＭＯ準位を有する材料を用いるのが好ましく、およそ−５．０ｅＶ以上−３．０ｅＶ以下のＬＵＭＯ準位を有する材料を用いるのがより好ましい。電子リレー層に用いる物質としては、例えば、ペリレン誘導体や、含窒素縮合芳香族化合物が挙げられる。なお、含窒素縮合芳香族化合物は、安定な化合物であるため電子リレー層に用いる物質として好ましい。さらに、含窒素縮合芳香族化合物のうち、シアノ基やフルオロ基などの電子吸引基を有する化合物を用いることにより、電子リレー層における電子の受け取りがさらに容易になるため、好ましい。
【０２０２】
電子リレー層に用いることができ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’−ジオクチルー３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（略称：ＰＴＣＤＩ−Ｃ８Ｈ）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、パーフルオロペンタセン、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）、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−ベ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）、メタノフラーレン類（例えば、［６，６］−フェニルＣ６１酪酸メチルエステル（略称：ＰＣＢＭ））等を電子リレー層に用いることができる。
【０２０３】
また、電子リレー層は電子供与性化合物を含んでいてもよい。電子供与性化合物としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、若しくは希土類金属、又はアルカリ金属、アルカリ土類金属、若しく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）を適用することが可能である。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）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の金属及びこれらの金属の化合物が挙げられる。当該金属又は金属化合物は、電子注入性が高いため好ましい。
【０２０４】
本実施の形態では、２つのＥＬ層を有する発光素子について説明したが、３つ以上のＥＬ層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。このようなタンデム型発光素子は、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、消費電力が低い発光装置を実現することができる。したがって、実施の形態１や実施の形態２で述べたＥＬ層の構成を用いてタンデム型発光素子を作製することにより、寿命や消費電力において相乗的な効果が得られる。
【０２０５】
また、それぞれのＥＬ層の発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、２つのＥＬ層を有する発光素子において、第１のＥＬ層の発光色と第２のＥＬ層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。なお、補色とは、混合すると無彩色になる色同士の関係をいう。つまり、補色の関係にある色を発光する物質から得られた光を混合すると、白色発光を得ることができる。また、３つの発光ユニット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。
【０２０６】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態、他の全ての実施例と組み合わせることが可能である。
【０２０７】
（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した発光素子を用いて作製される発光装置の一例である、パッシブマトリクス型の発光装置、及びアクティブマトリクス型の発光装置について説明する。
【０２０８】
図２６、図２７にパッシブマトリクス型の発光装置の例を示す。
【０２０９】
パッシブマトリクス型（単純マトリクス型ともいう）の発光装置は、ストライプ状（帯状）に並列された複数の陽極と、ストライプ状に並列された複数の陰極とが互いに直交するように設けられており、その交差部に発光層が挟まれた構造となっている。従って、選択された（電圧が印加された）陽極と選択された陰極との交点にあたる画素が点灯することになる。
【０２１０】
図２６（Ａ）乃至図２６（Ｃ）は、封止前における画素部の上面図を示す図であり、図２６（Ａ）乃至図２６（Ｃ）中の鎖線Ａ−Ａ’で切断した断面図が図２６（Ｄ）である。
【０２１１】
基板６０１上には、下地絶縁層として絶縁層６０２が形成されている。なお、絶縁層６０２が必要でなければ特に形成しなくともよい。絶縁層６０２上には、ストライプ状の複数の第１の電極６０３が等間隔で配置されている（図２６（Ａ））。なお、本実施の形態で示す第１の電極６０３は、本明細書中の陽極または陰極に相当する。
【０２１２】
また、第１の電極６０３上には、各画素に対応する開口部６０５を有する隔壁６０４が設けられている。隔壁６０４は、絶縁材料で形成されている。例えば、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト、もしくはベンゾシクロブテン等の感光性または非感光性の有機材料や、アルキル基を含むＳｉＯｘ膜等のＳＯＧ膜を絶縁材料として用いることができる。また、各画素に対応する開口部６０５は、発光領域となる（図２６（Ｂ））。
【０２１３】
開口部を有する隔壁６０４上には、第１の電極６０３と交差する複数の隔壁６０６が設けられている（図２６（Ｃ））。複数の隔壁６０６は、それぞれ互いに平行に設けられており、逆テーパ状をなしている。
【０２１４】
第１の電極６０３及び隔壁６０４上には、ＥＬ層６０７及び第２の電極６０８が順次積層されている（図２６（Ｄ））。なお、第２の電極６０８は、本明細書中の陽極または陰極に相当する。隔壁６０４及び隔壁６０６を合わせた高さは、ＥＬ層６０７及び第２の電極６０８の膜厚より大きくなるように設定されているため、図２６（Ｄ）に示すように複数の領域に分離されたＥＬ層６０７、及び第２の電極６０８が形成される。なお、複数に分離された領域は、それぞれ電気的に独立している。
【０２１５】
第２の電極６０８は、第１の電極６０３と交差する方向に伸長するストライプ状の電極である。なお、逆テーパ状の隔壁６０６上にもＥＬ層６０７及び第２の電極６０８を形成する導電層の一部が形成されるが、ＥＬ層６０７、及び第２の電極６０８とは分断されている。
【０２１６】
また、必要であれば、基板６０１に封止缶やガラス基板などの封止材をシール材などの接着剤で貼り合わせて封止し、発光素子が密閉された空間に配置されるようにしても良い。これにより、発光素子の劣化を防止することができる。なお、密閉された空間には、充填材や、乾燥した不活性ガスを充填しても良い。さらに、水分などによる発光素子の劣化を防ぐために基板と封止材との間に乾燥材などを封入することが好ましい。乾燥剤によって微量な水分が除去され、十分乾燥される。乾燥剤としては、酸化カルシウムや酸化バリウムなどのアルカリ土類金属の酸化物、ゼオライト、またはシリカゲル等を用いることができる。アルカリ土類金属の酸化物は、化学吸着によって水分を吸収する性質を有する。また、ゼオライトやシリカゲルは、物理吸着によって水分を吸着する性質を有する。
【０２１７】
次に、図２６（Ａ）乃至図２６（Ｄ）に示したパッシブマトリクス型の発光装置にＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）などを実装した場合の上面図を図２７に示す。
【０２１８】
図２７において、画像表示を構成する画素部は、走査線群とデータ線群が互いに直交するように交差している。
【０２１９】
ここで、図２６における第１の電極６０３が、図２７の走査線７０３に相当し、図２６における第２の電極６０８が、図２７のデータ線７０８に相当し、逆テーパ状の隔壁６０６が隔壁７０６に相当する。データ線７０８と走査線７０３の間には、図２６のＥＬ層６０７が挟まれており、領域７０５で示される交差部が画素１つ分となる。
【０２２０】
走査線７０３は配線端で接続配線７０９と電気的に接続され、接続配線７０９が入力端子７１０を介してＦＰＣ７１１ｂに接続される。また、データ線７０８は入力端子７１２を介してＦＰＣ７１１ａに接続される。
【０２２１】
また、必要に応じて、光の射出面に偏光板、円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板または円偏光板に加えて反射防止膜を設けてもよい。反射防止膜を設けることにより、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０２２２】
なお、図２７では、駆動回路を基板上に設けない例を示したが、基板上に駆動回路を有するＩＣチップを実装させてもよい。
【０２２３】
また、ＩＣチップを実装させる場合には、画素部の周辺（外側）の領域に、画素部へ各信号を伝送する駆動回路が形成されたデータ線側ＩＣ、走査線側ＩＣをそれぞれ実装する。実装方式は、ＣＯＧ方式、ＴＣＰ、ワイヤボンディング方式等を用いることができる。ＴＣＰはＴＡＢテープにＩＣを実装したものであり、ＴＡＢテープを素子形成基板上の配線に接続してＩＣを実装する。データ線側ＩＣ及び走査線側ＩＣは、シリコン基板やＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板に形成されたものであってもよいし、ガラス基板、石英基板、またはプラスチック基板上に形成されたものであってもよい。
【０２２４】
次に、アクティブマトリクス型の発光装置の例について、図２８を用いて説明する。なお、図２８（Ａ）は発光装置を示す上面図であり、図２８（Ｂ）は図２８（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８０１上に設けられた画素部８０２と、駆動回路部（ソース側駆動回路）８０３と、駆動回路部（ゲート側駆動回路）８０４とを有する。画素部８０２、駆動回路部８０３、及び駆動回路部８０４は、シール材８０５によって、素子基板８０１と封止基板８０６との間に封止されている。
【０２２５】
素子基板８０１上には、駆動回路部８０３及び駆動回路部８０４に外部からの信号（ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、またはリセット信号等）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８０７が設けられる。ここでは、外部入力端子としてＦＰＣ８０８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よい。本明細書における発光装置は、発光装置本体だけでなく、発光装置本体にＦＰＣまたはＰＷＢが取り付けられた状態のものも範疇に含むものとする。
【０２２６】
次に、アクティブマトリクス型の発光装置の断面構造について図２８（Ｂ）を用いて説明する。なお、素子基板８０１上には駆動回路部８０３及び駆動回路部８０４及び画素部８０２が形成されているが、図２８（Ｂ）においては、ソース側駆動回路である駆動回路部８０３と、画素部８０２を示している。
【０２２７】
駆動回路部８０３は、ｎチャネル型ＴＦＴ８０９とｐチャネル型ＴＦＴ８１０とを組み合わせたＣＭＯＳ回路を有する例を示している。なお、駆動回路部を形成する回路は、種々のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路、またはＮＭＯＳ回路で形成することができる。また、本実施の形態では、画素部が形成された基板上に駆動回路が形成されたドライバー一体型を示すが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、画素部が形成された基板とは別の基板に駆動回路を形成することもできる。
【０２２８】
画素部８０２は、スイッチング用のＴＦＴ８１１と、電流制御用のＴＦＴ８１２と、電流制御用ＴＦＴ８１２の配線（ソース電極またはドレイン電極）に電気的に接続された陽極８１３とを含む複数の画素により形成されている。また、陽極８１３の端部を覆って絶縁物８１４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。なお、スイッチング用のＴＦＴ８１１や電流制御用のＴＦＴ８１２といったＴＦＴの構造は、特に限定されない。例えば、スタガ型のＴＦＴでもよいし、逆スタガ型のＴＦＴでもよい。また、トップゲート型のＴＦＴでもよいし、ボトムゲート型のＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴに用いる半導体の材料についても特に限定されず、シリコンを用いてもよいし、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸化物等の酸化物半導体を用いてもよい。また、ＴＦＴに用いる半導体の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体を用いてもよいし、結晶性半導体を用いてもよい。
【０２２９】
発光素子８１７は、陽極８１３、ＥＬ層８１５、及び陰極８１６によって構成されている。発光素子の構造、材料等については上記実施の形態で説明したため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、図２８における陽極８１３、ＥＬ層８１５、及び陰極８１６はそれぞれ図１、図３における陽極１０１、ＥＬ層１０３、陰極１０２に相当する。また、ここでは図示しないが、陰極８１６は外部入力端子であるＦＰＣ８０８に電気的に接続されている。
【０２３０】
絶縁物８１４は、陽極８１３の端部に設けられている。そして、絶縁物８１４の上層に形成される陰極８１６の被覆性を少なくとも良好なものとするため、絶縁物８１４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８１４の上端部または下端部に曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせるのが好ましい。また、絶縁物８１４の材料としては、光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型の感光性樹脂、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型の感光性樹脂などの有機化合物や、酸化シリコン、酸窒化シリコン等の無機化合物を用いることができる。
【０２３１】
また、図２８（Ｂ）に示す断面図では発光素子８１７を１つのみ図示しているが、画素部８０２においては、複数の発光素子がマトリクス状に配置されている。例えば、画素部８０２に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。
【０２３２】
また、発光素子８１７は、素子基板８０１、封止基板８０６、及びシール材８０５で囲まれた空間８１８に設けられている。空間８１８は、希ガスまたは窒素ガスが充填されていてもよいし、シール材８０５で充填されていてもよい。
【０２３３】
シール材８０５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好ましく、例えばエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、封止基板８０６としては、ガラス基板、石英基板、またはＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステル、もしくはアクリルからなるプラスチック基板等を用いることができる。
【０２３４】
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。
【０２３５】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態、他の全ての実施例と組み合わせることが可能である。
【０２３６】
（実施の形態６）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した発光装置を用いて作製される電子機器、照明装置の具体例について、図２９、図３０を用いて説明する。
【０２３７】
本発明に適用可能な電子機器の一例として、テレビジョン装置（テレビ、また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、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、遊技機（パチンコ機、スロットマシン等）が挙げられる。これらの電子機器および照明装置の具体例を図２９、図３０に示す。
【０２３８】
図２９（Ａ）は、テレビジョン装置９１００の一例を示している。テレビジョン装置９１００は、筐体９１０１に表示部９１０３が組み込まれている。本発明の一態様を用いて作製される発光装置は、表示部９１０３に用いることが可能であり、表示部９１０３により映像を表示することが可能である。なお、ここではスタンド９１０５により筐体９１０１を支持した構成を示している。
【０２３９】
テレビジョン装置９１００の操作は、筐体９１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機９１１０により行うことができる。リモコン操作機９１１０が備える操作キー９１０９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９１０３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９１１０に、当該リモコン操作機９１１０から出力する情報を表示する表示部９１０７を設ける構成としてもよい。
【０２４０】
図２９（Ａ）に示すテレビジョン装置９１００は、受信機やモデムなどを備えている。テレビジョン装置９１００は、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また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）または双方向（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。
【０２４１】
本発明の一態様を用いて作製される発光装置は、高い発光効率と、長い寿命であるため、当該発光装置をテレビジョン装置９１００の表示部９１０３に用いることで、従来に比べて画質の向上した画像を表示することが可能となる。
【０２４２】
図２９（Ｂ）はコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングデバイス９２０６等を含む。コンピュータは、本発明の一態様を用いて作製される発光装置をその表示部９２０３に用いることにより作製される。
【０２４３】
また、本発明の一態様を用いて作製される発光装置は、高い発光効率と、長い寿命な発光装置であるため、当該発光装置をコンピュータの表示部９２０３に用いることで、従来に比べて画質の向上した画像を表示することが可能となる。
【０２４４】
図２９（Ｃ）は携帯型ゲーム機であり、筐体９３０１と筐体９３０２の２つの筐体で構成されており、連結部９３０３により、開閉可能に連結されている。筐体９３０１には表示部９３０４が組み込まれ、筐体９３０２には表示部９３０５が組み込まれている。また、図２９（Ｃ）に示す携帯型ゲーム機は、操作キー９３０９、接続端子９３１０、センサ９３１１（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、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９３１２等の入力手段を備えている。さらに、スピーカ部９３０６、記録媒体挿入部９３０７、ＬＥＤランプ９３０８等を備えていてもよい。もちろん、携帯型ゲーム機の構成は上述のものに限定されず、表示部９３０４および表示部９３０５の両方、または一方に上記実施の形態を適用して形成される発光装置が少なくとも用いられていればよい。
【０２４５】
図２９（Ｃ）に示す携帯型ゲーム機は、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型ゲーム機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図２９（Ｃ）に示す携帯型ゲーム機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
【０２４６】
また、本発明の一態様を用いて作製される発光装置は、高い発光効率と、長い寿命な発光装置であるため、当該発光装置を携帯型ゲーム機の表示部（９３０４、９３０５）に用いることで、従来に比べて画質の向上した画像を表示することが可能となる。
【０２４７】
図２９（Ｄ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機９４００は、筐体９４０１に組み込まれた表示部９４０２の他、操作ボタン９４０３、外部接続ポート９４０４、スピーカ９４０５、マイク９４０６、アンテナ９４０７などを備えている。携帯電話機９４００は、本発明の一態様を用いて作製される発光装置を表示部９４０２に用いることにより作製される。
【０２４８】
図２９（Ｄ）に示す携帯電話機９４００は、表示部９４０２を指などで触れることで、情報を入力する、電話を掛ける、またはメールを作成するなどの操作を行うことができる。
【０２４９】
表示部９４０２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。
【０２５０】
例えば、電話を掛ける、またはメールを作成する場合は、表示部９４０２を文字の入力を主とする入力モードとし、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９４０２の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。
【０２５１】
また、携帯電話機９４００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９４００の向き（縦向きか横向きか）を判断して、表示部９４０２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。
【０２５２】
また、画面モードの切り替えは、表示部９４０２を触れる、または筐体９４０１の操作ボタン９４０３の操作により行われる。また、表示部９４０２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。
【０２５３】
また、入力モードにおいて、表示部９４０２の光センサで検出される信号を検知し、表示部９４０２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。
【０２５４】
また、表示部９４０２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９４０２に掌や指を触れ、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また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。
【０２５５】
本発明の一態様を用いて作製される発光装置は、高い発光効率と、長い寿命な発光装置であるため、当該発光装置を携帯電話機の表示部９４０２に用いることで、従来に比べて画質の向上した画像を表示することが可能となる。
【０２５６】
図２９（Ｅ）は卓上型の照明装置であり、照明部９５０１、傘９５０２、可変アーム９５０３、支柱９５０４、台９５０５、電源９５０６を含む。卓上型の照明装置は、本発明の一態様を用いて作製される発光装置を照明部９５０１に用いることにより作製される。なお、照明装置の形式は、卓上型に限らず、天井固定型や、壁掛け型、携帯型も含まれる。
【０２５７】
図３０は、本発明の一態様を用いて作製される発光装置を、室内の照明装置１００１として用いた例である。本発明の一態様を用いて作製される発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、上記実施の形態で示した発光装置は、薄型化が可能であるため、ロール型の照明装置１００２として用いることもできる。なお、図３０に示すように、室内の照明装置１００１を備えた部屋で、図２９（Ｅ）で説明した卓上型の照明装置１００３を併用してもよい。
【０２５８】
また、本発明の一態様の発光装置は、照明装置として用いることもできる。図３１は、本発明の一態様の発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図３１に示した液晶表示装置は、筐体１１０１、液晶層１１０２、バックライト１１０３、筐体１１０４を有し、液晶層１１０２は、ドライバＩＣ１１０５と電気的に接続されている。また、バックライト１１０３は、本発明の一態様の発光装置が用いられおり、端子１１０６により、電流が供給されている。
【０２５９】
このように本発明の一態様の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、低消費電力のバックライトが得られる。また、本発明の一態様の発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化も可能である。
従って、低消費電力であり、大面積化された液晶表示装置を得ることができる。
【０２６０】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態、他の全ての実施例と組み合わせることが可能である。
【０２６１】
以上のように、本発明の一態様を用いて作製される発光装置を用いて電子機器や照明装置を提供することができる。本発明の一態様を用いて作製される発光装置の適用範囲は極めて広く、様々な分野の電子機器に適用することが可能である。
【実施例１】
【０２６２】
本実施例１では、本発明の一態様の発光素子における第１の有機化合物、第２の有機化合物、第３の有機化合物、または第４の有機化合物として好適な化合物に関し、ＨＯＭＯ準位を測定した例を示す。なお、ＨＯＭＯ準位は、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって調べた。測定には、電気化学アナライザー（ビー・エー・エス（株）製、型番：ＡＬＳモデル６００Ａまたは６００Ｃ）を用いた。
【０２６３】
また、測定した２５種類の化合物を下記に示す。化合物１〜２は、３環系縮合芳香環であるアントラセンを骨格に含む化合物である。また化合物３〜４は、π過剰系ヘテロ芳香環であるカルバゾールを骨格に含む化合物である。また化合物５〜１２は、アントラセンとカルバゾールの双方を骨格に含む化合物である。また化合物１３〜１５は、アントラセンと、π過剰系ヘテロ芳香環であるジベンゾフランの双方を骨格に含む化合物である。また化合物１６は、アントラセンと、π過剰系ヘテロ芳香環であるジベンゾチオフェンの双方を骨格に含む化合物である。化合物１７は、４環系縮合芳香環であるピレンである。また化合物１８〜２４は、カルバゾールを骨格に含む化合物である。
【０２６４】
【化１】
2011139044.tif 000003
【０２６５】
【化２】
2011139044.tif 000004
【０２６６】
【化３】
2011139044.tif 000005
【０２６７】
【化４】
2011139044.tif 000006
【０２６８】
まず、以下に具体的な測定方法について示す。ＣＶ測定における溶液は、溶媒として脱水ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）（（株）アルドリッチ製、９９．８％、カタログ番号：２２７０５−６）を用い、支持電解質である過塩素酸テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム（ｎ−Ｂｕ４ＮＣｌＯ４）（（株）東京化成製、カタログ番号：Ｔ０８３６）を１００ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させ、さらに測定対象を２ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させて調製した。ただし、溶解性が低く、２ｍｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解できないものに関しては、溶け残りを濾別した後、ろ液を用いて測定を行った。また、作用電極としては白金電極（ビー・エー・エス（株）製、ＰＴＥ白金電極）を、補助電極としては白金電極（ビー・エー・エス（株）製、ＶＣ−３用Ｐｔカウンター電極（５ｃｍ））を、参照電極としてはＡｇ／Ａｇ＋電極（ビー・エー・エス（株）製、ＲＥ７非水溶媒系参照電極）をそれぞれ用いた。なお、測定は室温（２０〜２５℃）で行った。また、ＣＶ測定時のスキャン速度は、０．１Ｖ／ｓｅｃに統一した。
【０２６９】
（参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーの算出）
まず、本実施例で用いる参照電極（Ａｇ／Ａｇ＋電極）の真空準位に対するポテンシャルエネルギー（ｅＶ）を算出した。つまり、Ａｇ／Ａｇ＋電極のフェルミ準位を算出した。メタノール中におけるフェロセンの酸化還元電位は、標準水素電極に対して＋０．６１０［Ｖ  ｖｓ．  ＳＨＥ］であることが知られている（参考文献：Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ  Ｒ．Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，  Ｖｏｌ．１２４，  Ｎｏ．１，８３−９６，  ２００２）。一方、本実施例で用いる参照電極を用いて、メタノール中におけるフェロセンの酸化還元電位を求めたところ、＋０．１１Ｖ［ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］であった。したがって、本実施例で用いる参照電極のポテンシャルエネルギーは、標準水素電極に対して０．５０［ｅＶ］低くなっていることがわかった。
【０２７０】
ここで、標準水素電極の真空準位からのポテンシャルエネルギーは−４．４４ｅＶであることが知られている（参考文献：大西敏博・小山珠美著、高分子ＥＬ材料（共立出版）、ｐ．６４−６７）。以上のことから、本実施例で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．４４−０．５０＝−４．９４［ｅＶ］であると算出できた。
【０２７１】
（化合物１（ＤＰＡｎｔｈ）の測定例）
化合物１（ＤＰＡｎｔｈ）を例に、ＨＯＭＯ準位の算出方法を示す。まず、測定対象の溶液に対し、−０．２０Ｖから１．３０Ｖまで電位を走査した後、１．３０Ｖから−０．２０Ｖまで電位を走査した。その結果、酸化ピーク電位Ｅｐａが０．９７Ｖに、還元ピーク電位Ｅｐｃが０．８３Ｖに、それぞれ観測された。したがって、半波電位（ＥｐｃとＥｐａの中間の電位）は０．９０Ｖと算出できる。このことは、ＤＰＡｎｔｈは０．９０［Ｖ  ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋］の電気エネルギーにより酸化されることを示しており、このエネルギーはＨＯＭＯ準位に相当する。ここで、上述した通り、本実施例で用いる参照電極の真空準位に対するポテンシャルエネルギーは、−４．９４［ｅＶ］であるため、ＤＰＡｎｔｈのＨＯＭＯ準位は、−４．９４−（０．９０）＝−５．８４［ｅＶ］であることがわかった。
【０２７２】
（測定結果）
他の化合物２〜２４に関しても、同様の測定を行い、ＨＯＭＯ準位を測定した。測定結果を図１６に示す。図１６に示すとおり、π過剰系ヘテロ芳香環を有する化合物、および３環系縮合芳香族炭化水素環、または４環系縮合芳香族炭化水素環を有する化合物のＨＯＭＯ準位の差は、０．２ｅＶ以内に概ね収まっていることがわかる。また、いずれの化合物のＨＯＭＯ準位も、−５．７〜−６．０ｅＶの範囲（小数点第二位を四捨五入）に入っていることがわかる。この結果から、これらの骨格群から選ばれる骨格を正孔輸送骨格として有する化合物間においては、正孔注入障壁がほとんどないことが示唆される。
【０２７３】
したがって、本発明における第１の有機化合物、第２の有機化合物、第３の有機化合物、および第４の有機化合物の正孔輸送骨格が、π過剰系ヘテロ芳香環を有する化合物（特にカルバゾール、ジベンゾフラン、またはジベンゾチオフェン）、および３乃至４環系縮合芳香族炭化水素環（特にアントラセン）の少なくともいずれかを含むことにより、本発明の特に好ましい一態様が実現される。
【実施例２】
【０２７４】
本実施例２では、本発明の一態様である発光素子の作製例およびその特性に関して、比較例も交えながら説明する。本実施例２で用いた材料の構造式を以下に示す。
【０２７５】
【化５】
2011139044.tif 000007
【０２７６】
まず以下に、本発明の一態様である発光素子（発光素子１）の作製方法を示す。素子構造を図５に示す。
【０２７７】
（発光素子１）
まず、陽極４０１として１１０ｎｍの膜厚で酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（略称：ＩＴＳＯ）が成膜されたガラス基板を用意した。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺をポリイミド膜で覆い、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。この基板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、１０−５Ｐａ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で、１７０℃で３０分間の真空焼成を行った。その後、基板を３０分程度、放冷した。
【０２７８】
次に、陽極４０１が形成された面を下方となるように、陽極４０１が形成されたガラス基板を真空蒸着装置内の成膜室に設けられた基板ホルダーに固定した。
【０２７９】
そして、まず陽極４０１上に、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）とを共蒸着することにより、電子受容性化合物である酸化モリブデンが第１の有機化合物であるＰＣｚＰＡに添加された第１の層４１１を形成した。蒸着は抵抗加熱を用いた。また、第１の層４１１の膜厚は５０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で１：０．５（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン（ＶＩ））となるように蒸着レートを調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
【０２８０】
引き続き、抵抗加熱を用いた蒸着法により、ＰＣｚＰＡのみを３０ｎｍ成膜することにより、第２の有機化合物であるＰＣｚＰＡからなる第２の層４１２を形成した。
【０２８１】
次に、ＰＣｚＰＡと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）とを共蒸着することにより、第３の有機化合物であるＰＣｚＰＡと、ＰＣｚＰＡに対して正孔トラップ性を示す第１の発光物質１，６ＦＬＰＡＰｒｎとを含む第１の発光層４２１を形成した。第１の発光層４２１の膜厚は２０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと１，６ＦＬＰＡＰｒｎの比率は、重量比で１：０．０５（＝ＰＣｚＰＡ：１，６ＦＬＰＡＰｒｎ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２８２】
さらに、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）と１，６ＦＬＰＡＰｒｎとを共蒸着することにより、第４の有機化合物であるＣｚＰＡと、ＣｚＰＡに対して正孔トラップ性を示す第２の発光物質である１，６ＦＬＰＡＰｒｎとを含む第２の発光層４２２を形成した。第２の発光層４２２の膜厚は２５ｎｍとし、ＣｚＰＡと１，６ＦＬＰＡＰｒｎの比率は、重量比で１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：１，６ＦＬＰＡＰｒｎ）となるように蒸着レートを調節した。
【０２８３】
なお、第１〜第３の有機化合物であるＰＣｚＰＡの正孔輸送骨格、および第４の有機化合物であるＣｚＰＡの正孔輸送骨格は、実施の形態で述べた通りいずれもアントラセンである。また、いずれの化合物も電子輸送骨格はアントラセンであるが、化合物は異なるため、第１の発光層４２１と第２の発光層４２２との間で、バイポーラへテロ接合を形成している。
【０２８４】
その後、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ）を１０ｎｍ成膜し、次いでバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を１５ｎｍ成膜することにより、電子輸送層４１３を形成した。さらに、フッ化リチウムを１ｎｍ成膜することで、電子注入層４１４を形成した。
【０２８５】
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、アルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより陰極４０２を形成し、発光素子１を作製した。
【０２８６】
（比較発光素子Ａ）
比較のため、発光素子１における第１の層４１１および第２の層４１２に用いる有機化合物（ＰＣｚＰＡ）を他の化合物に換えた比較発光素子Ａを作製した。
【０２８７】
比較発光素子Ａは以下のようにして作製した。まず陽極４０１上に、４−フェニル−４’−（９−フェニル−９Ｈ−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）とを共蒸着することにより、第１の層４１１を形成した。蒸着は抵抗加熱を用いた。また、第１の層４１１の膜厚は５０ｎｍとし、ＢＰＡＦＬＰと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で１：０．５（＝ＢＰＡＦＬＰ：酸化モリブデン（ＶＩ））となるように蒸着レートを調節した。
【０２８８】
引き続き、抵抗加熱を用いた蒸着法により、ＢＰＡＦＬＰのみを１０ｎｍ成膜することにより、第２の層４１２を形成した。
【０２８９】
次に、第１の発光層４２１は、発光素子１と同じ層を形成した。また、第２の発光層４２２は、膜厚を２５ｎｍから３０ｎｍとした以外は、発光素子１と同様の構成とした。
【０２９０】
さらに、電子輸送層４１３、電子注入層４１４、および陰極４０２は、発光素子１と同じ構成とした。
【０２９１】
（比較発光素子Ｂ）
比較のため、発光素子１における第２の層４１２を設けない比較発光素子Ｂを作製した。
【０２９２】
比較発光素子Ｂは以下のようにして作製した。まず陽極４０１上に、発光素子１と同じ構成の第１の層４１１を形成した。次に、第２の層４１２を設けることなく、第１の発光層４２１を発光素子１と同じ構成で形成した。また、第２の発光層４２２は、膜厚を２５ｎｍから３０ｎｍとした以外は、発光素子１と同様の構成とした。
【０２９３】
さらに、電子輸送層４１３、電子注入層４１４、および陰極４０２は、発光素子１と同じ構成とした。
【０２９４】
作製した発光素子１、比較発光素子Ａ、および比較発光素子Ｂの素子構造を、下記表１にまとめた。
【０２９５】
【表１】
2011139044.tif 000008
【０２９６】
（素子の評価）
以上により得られた発光素子１、比較発光素子Ａ、および比較発光素子Ｂ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、これらの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。
【０２９７】
発光素子１、比較発光素子Ａ、および比較発光素子Ｂの輝度−電流効率特性を図１７（ａ）に、輝度−外部量子効率特性を図１７（ｂ）に、それぞれ示す。また、電圧−輝度特性を図１８に示す。また、２５ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で発光させた際の発光スペクトルを図１９に示す。
【０２９８】
発光素子１は、１０００ｃｄ／ｍ２の輝度で発光させた際の駆動電圧が４．６Ｖ、電流効率が９．３ｃｄ／Ａ、外部量子効率が７．５％、電力効率が６．３［ｌｍ／Ｗ］の非常に良好な特性が得られた。特に外部量子効率に関しては、従来の蛍光素子では得られないほどの高い発光効率が得られている。なお、図１９から、発光素子１は１，６−ＦＬＰＡＰｒｎに由来するシャープな発光スペクトルが得られており、色度がＣＩＥ（ｘ，ｙ）＝（０．１４，０．１８）の純青色発光が得られた。
【０２９９】
比較発光素子Ａは、外部量子効率を見ると５％台に止まっており、本発明の一態様の発光素子１ほどの発光効率は得られていない。また、駆動電圧に関しては、発光素子１に比べて高くなっていることがわかる。なお、電流効率は高い数値が出ているが、これは図１９を見るとわかるように、発光スペクトルの長波長側にショルダーピークが現れ、色純度が悪くなっているためである（ＣＩＥ（ｘ，ｙ）＝（０．１６，０．２５））。
【０３００】
このように、比較発光素子Ａが駆動電圧や発光効率の点で発光素子１に劣る理由は、以下の通りと考えられる。比較発光素子Ａの第１の層４１１および第２の層４１２に用いているＢＰＡＦＬＰのＨＯＭＯ準位は、ＣＶ測定によると−５．５１ｅＶであるが、一方で第１の発光層に用いているＰＣｚＰＡのＨＯＭＯ準位は、実施例１で開示したとおり−５．７９ｅＶである。すなわち、第２の層と第１の発光層との間には、０．３ｅＶ近い正孔注入障壁がある。このことが、特性の低下につながったと考えられる。
【０３０１】
一方、比較発光素子Ｂは、低輝度領域においては比較的高い外部量子効率・電流効率が得られているが、高輝度側では大きく効率が低下してしまう。これは、高輝度側では電子が陽極側に抜けてしまい、再結合効率が低下しているためと考えられる。したがって、発光素子１において、正孔トラップ性の物質が添加されていない第２の層４１２は重要な役割を果たしている。
【０３０２】
次に、発光素子１、比較発光素子Ａ、および比較発光素子Ｂに関し、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ２の条件で定電流駆動し、連続点灯試験を行った。結果を図２０に示す。図２０において、縦軸は初期輝度を１００％として規格化した規格化輝度であり、横軸は駆動時間である。また、図２０（ａ）は横軸（駆動時間）をログスケールとしたものであり、図２０（ｂ）は横軸（駆動時間）をリニアスケールにしたものである。
【０３０３】
図２０からわかるように、発光素子１は１０００時間後でも初期輝度の９２％以上を保っており、非常に長寿命であることがわかる。一方、比較発光素子Ａは、駆動２００時間程度で初期輝度の９０％程度にまで輝度が低下している。上述したＢＰＡＦＬＰからＰＣｚＰＡへの正孔注入障壁が影響していると考えられる。さらに、比較発光素子Ｂは、図２０（ｂ）を見るとわかるように、長期的な劣化はさほど悪くないが、初期劣化が大きいという問題がある。
【０３０４】
以上の結果から、本発明の一態様である発光素子１は、非常に高い発光効率と、非常に長い寿命を両立できることがわかった。
【０３０５】
そこで、発光素子１に関して、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ２における輝度半減寿命を見積もるため、輝度加速試験を行った。輝度加速試験は、発光素子１と同じ構造の素子に対し、初期輝度を３０００、５０００、８０００、１００００、１２０００、および１５０００ｃｄ／ｍ２の各輝度に設定し、定電流試験を行った。そして、各輝度での輝度半減寿命を求め、初期輝度−輝度半減寿命の相関プロットから初期輝度１０００ｃｄ／ｍ２における輝度半減寿命を見積もった。
【０３０６】
輝度加速試験の結果を図２１（ａ）に、初期輝度−輝度半減寿命の相関プロットを図２１（ｂ）に、それぞれ示す。初期輝度３０００および５０００ｃｄ／ｍ２については、未だ輝度半減に至っていないため、劣化曲線を外挿して輝度半減寿命を見積もった。輝度加速試験の結果を下記表２にまとめる。
【０３０７】
【表２】
2011139044.tif 000009
【０３０８】
表２の結果をプロットしたのが、図２１（ｂ）の初期輝度−輝度半減寿命の相関プロットである。発光素子１の輝度半減寿命は初期輝度の１．７乗に反比例する形となり、非常に相関が取れていることがわかる。またこの結果から、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ２における輝度半減寿命は４２０００時間と見積もられ、極めて長寿命な素子であることがわかった。
【実施例３】
【０３０９】
本実施例３では、本発明の一態様である発光素子の作製例およびその特性に関して説明する。本実施例３で用いた材料の構造式を以下に示す。なお、実施例２でも用いた材料については省略する。
【０３１０】
【化６】
2011139044.tif 000010
【０３１１】
まず以下に、本発明の一態様である発光素子（発光素子２）の作製方法を示す。素子構造を図５に示す。
【０３１２】
（発光素子２）
まず、陽極４０１として１１０ｎｍの膜厚でインジウム錫珪素酸化物（ＩＴＳＯ）が成膜されたガラス基板を用意した。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺をポリイミド膜で覆い、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。この基板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、１０−５Ｐａ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で、１７０℃で３０分間の真空焼成を行った。その後、基板を３０分程度、放冷した。
【０３１３】
次に、陽極４０１が形成された面を下方となるように、陽極４０１が形成されたガラス基板を真空蒸着装置内の成膜室に設けられた基板ホルダーに固定した。
【０３１４】
そして、まず陽極４０１上に、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）とを共蒸着することにより、電子受容性化合物である酸化モリブデンが第１の有機化合物であるＰＣｚＰＡに添加された第１の層４１１を形成した。蒸着は抵抗加熱を用いた。また、第１の層４１１の膜厚は５０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で１：０．５（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン（ＶＩ））となるように蒸着レートを調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
【０３１５】
続いて、抵抗加熱を用いた蒸着法により、４−［３−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］ジベンゾフラン（略称：２ｍＰＤＢＦＰＡ−ＩＩ）のみを５０ｎｍ成膜することにより、第２の有機化合物である２ｍＰＤＢＦＰＡ−ＩＩからなる第２の層４１２を形成した。
【０３１６】
次に、２ｍＰＤＢＦＰＡ−ＩＩと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）とを共蒸着することにより、第３の有機化合物である２ｍＰＤＢＦＰＡ−ＩＩと、２ｍＰＤＢＦＰＡ−ＩＩに対して正孔トラップ性を示す第１の発光物質１，６ＦＬＰＡＰｒｎとを含む第１の発光層４２１を形成した。第１の発光層４２１の膜厚は１０ｎｍとし、２ｍＰＤＢＦＰＡ−ＩＩと１，６ＦＬＰＡＰｒｎの比率は、重量比で１：０．０５（＝２ｍＰＤＢＦＰＡ−ＩＩ：１，６ＦＬＰＡＰｒｎ）となるように蒸着レートを調節した。
【０３１７】
さらに、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）と１，６ＦＬＰＡＰｒｎとを共蒸着することにより、第４の有機化合物であるＣｚＰＡと、ＣｚＰＡに対して正孔トラップ性を示す第２の発光物質である１，６ＦＬＰＡＰｒｎとを含む第２の発光層４２２を形成した。第２の発光層４２２の膜厚は２５ｎｍとし、ＣｚＰＡと１，６ＦＬＰＡＰｒｎの比率は、重量比で１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：１，６ＦＬＰＡＰｒｎ）となるように蒸着レートを調節した。
【０３１８】
なお、第１の有機化合物であるＰＣｚＰＡ、第２〜第３の有機化合物である２ｍＰＤＢＦＰＡ−ＩＩ、および第４の有機化合物であるＣｚＰＡの正孔輸送骨格は、実施の形態で述べた通りいずれもアントラセンである。また、実施例２と同様、バイポーラへテロ接合を形成している。
【０３１９】
その後、２−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］ベンゾオキサゾール（略称：ＰＡＢＯｘ）を１０ｎｍ成膜し、次いでバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を１５ｎｍ成膜することにより、電子輸送層４１３を形成した。さらに、フッ化リチウムを１ｎｍ成膜することで、電子注入層４１４を形成した。
【０３２０】
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、アルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより陰極４０２を形成し、発光素子２を作製した。
【０３２１】
（素子の評価）
以上により得られた発光素子２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２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。
【０３２２】
発光素子２の輝度−電流効率特性を図２２（ａ）に、輝度−外部量子効率特性を図２２（ｂ）に、それぞれ示す。また、電圧−輝度特性を図２３に示す。また、２５ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で発光させた際の発光スペクトルを図２４に示す。
【０３２３】
発光素子２は、１０００ｃｄ／ｍ２の輝度で発光させた際の駆動電圧が３．４Ｖ、電流効率が１１ｃｄ／Ａ、外部量子効率が８．０％、電力効率が１０［ｌｍ／Ｗ］の非常に良好な特性が得られた。特に外部量子効率に関しては、従来の蛍光素子では得られないほどの高い発光効率が得られている。なお、図２４から、発光素子２は１，６−ＦＬＰＡＰｒｎに由来するシャープな発光スペクトルが得られており、色度がＣＩＥ（ｘ，ｙ）＝（０．１４，０．２１）の青色発光が得られた。
【０３２４】
次に、発光素子２に関し、初期輝度５０００ｃｄ／ｍ２の条件で定電流駆動し、連続点灯試験を行った。結果を図２５に示す。図２５において、縦軸は初期輝度を１００％として規格化した規格化輝度であり、横軸は駆動時間である。また、横軸（駆動時間）はリニアスケールである。
【０３２５】
図２５から、発光素子２の初期輝度５０００ｃｄ／ｍ２における輝度半減寿命は、２５００時間以上と見積もられる。これは、実施例２で開示した発光素子１の初期輝度５０００ｃｄ／ｍ２における輝度半減寿命とほぼ同等である。したがって、輝度加速係数を同じとすると、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ２における輝度半減寿命は、発光素子１と同様４００００時間以上が見積もられる。したがって、極めて長寿命な素子である。
【０３２６】
以上の結果から、本発明の一態様である発光素子２は、非常に高い発光効率と、非常に長い寿命を両立できることがわかった。特に、１０［ｌｍ／Ｗ］を超える電力効率でありながら長寿命を達成しているため、照明の青色発光成分として用いても、十分に耐えうる性能と考えられる。
【実施例４】
【０３２７】
本実施例４では、本発明の一態様である発光素子の作製例およびその特性に関して説明する。なお、実施例２、３でも用いた材料については省略する。
【０３２８】
まず以下に、本発明の一態様である発光素子（発光素子３）の作製方法を示す。素子構造を図３に示す。
【０３２９】
（発光素子３）
まず、陽極１０１として１１０ｎｍの膜厚でインジウム錫珪素酸化物（ＩＴＳＯ）が成膜されたガラス基板を用意した。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺をポリイミド膜で覆い、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。この基板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、１０−５Ｐａ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で、１７０℃で３０分間の真空焼成を行った。その後、基板を３０分程度、放冷した。
【０３３０】
次に、陽極１０１が形成された面を下方となるように、陽極１０１が形成されたガラス基板を真空蒸着装置内の成膜室に設けられた基板ホルダーに固定した。
【０３３１】
そして、まず陽極１０１上に、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）とを共蒸着することにより、電子受容性化合物である酸化モリブデンが第１の有機化合物であるＰＣｚＰＡに添加された第１の層１１１を形成した。蒸着は抵抗加熱を用いた。また、第１の層１１１の膜厚は７０ｎｍとし、ＰＣｚＰＡと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比で１：０．５（＝ＰＣｚＰＡ：酸化モリブデン（ＶＩ））となるように蒸着レートを調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
【０３３２】
引き続き、抵抗加熱を用いた蒸着法により、ＰＣｚＰＡのみを３０ｎｍ成膜することにより、第２の有機化合物であるＰＣｚＰＡからなる第２の層１１２を形成した。
【０３３３】
次に、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）と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）とを共蒸着することにより、第３の有機化合物であるＣｚＰＡと、ＣｚＰＡに対して正孔トラップ性を示す発光物質である１，６ＦＬＰＡＰｒｎとを含む発光層１２１を形成した。発光層１２１の膜厚は２０ｎｍとし、ＣｚＰＡと１，６ＦＬＰＡＰｒｎの比率は、重量比で１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：１，６ＦＬＰＡＰｒｎ）となるように蒸着レートを調節した。
【０３３４】
なお、第１〜第２の有機化合物であるＰＣｚＰＡ、第３の有機化合物であるＣｚＰＡの正孔輸送骨格は、実施の形態で述べた通りいずれもアントラセンである。また、実施例２、３と同様、バイポーラへテロ接合を形成している。
【０３３５】
その後、ＣｚＰＡを１０ｎｍ成膜し、次いでバソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を１５ｎｍ成膜することにより、電子輸送層１１３を形成した。さらに、フッ化リチウムを１ｎｍ成膜することで、電子注入層１１４を形成した。
【０３３６】
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、アルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより陰極１０２を形成し、発光素子３を作製した。
【０３３７】
（素子の評価）
以上により得られた発光素子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３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。
【０３３８】
発光素子３の輝度−電流効率特性、外部量子効率を図３２に示す。また、電圧−輝度特性を図３３に示す。また、２５ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で発光させた際の発光スペクトルを図３４に示す。
【０３３９】
発光素子３は、１０００ｃｄ／ｍ２の輝度で発光させた際の駆動電圧が３．１Ｖ、電流効率が１２ｃｄ／Ａ、外部量子効率が１０．０％、電力効率が１３［ｌｍ／Ｗ］の非常に良好な特性が得られた。特に外部量子効率に関しては、従来の蛍光素子では得られないほどの高い発光効率が得られている。なお、図３４から、発光素子３は発光波長が４６７ｎｍに由来するシャープな発光スペクトルが得られており、色度がＣＩＥ（ｘ，ｙ）＝（０．１４，０．１７）の青色発光が得られた。
【０３４０】
次に、初期輝度を５０００ｃｄ／ｍ２に設定し、定電流で駆動試験を行ったところ、輝度半減寿命は８１０時間であった。実施例２、３の結果から、輝度半減寿命は初期輝度の１．７乗に反比例するため、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ２での半減寿命は１２０００時間と算出される。
【０３４１】
以上の結果から、本発明の一態様である発光素子３は、極めて低い駆動電圧と、非常に高い発光効率と、非常に長い寿命であることがわかった。特に、１０［ｌｍ／Ｗ］を超える電力効率でありながら長寿命を達成しているため、照明の青色発光成分として用いても、十分に耐えうる性能と考えられる。
【符号の説明】
【０３４２】
１０１    陽極
１０２    陰極
１０３    ＥＬ層
１１１    第１の層
１１２    第２の層
１１３    電子輸送層
１１４    電子注入層
１２１    発光層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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