(57)【要約】【課題】発光効率が良好であるとともに発光色が安定である発光素子を提供する。【解決手段】第１の電極と第２の電極の間に、三重項エネルギーが異なる複数の燐光材料を含む発光層が形成されてなる発光素子であって、前記発光層の形成に用いる複数の燐光材料のうち、三重項エネルギーが高い高エネルギー燐光材料の発光寿命は、三重項エネルギーが低い低エネルギー燐光材料の発光寿命よりも長いことを特徴とする発光素子。【選択図】図２
2007305783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と第２の電極の間に、三重項エネルギーが異なる複数の燐光材料を含む有機層が形成されてなる発光素子であって、
前記有機層の形成に用いる複数の燐光材料のうち、三重項エネルギーが高い高エネルギー燐光材料の発光寿命は、三重項エネルギーが低い低エネルギー燐光材料の発光寿命よりも長いことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記複数の燐光材料は、それぞれが混合されて前記有機層中に拡散した状態であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記有機層では、前記高エネルギー燐光材料から前記低エネルギー燐光材料へのエネルギーの移動が生じ、該有機層の前記複数の燐光材料にそれぞれ対応する発光の発光寿命が同じになっていることを特徴とする請求項１または２記載の発光素子。
【請求項４】
前記有機層は、前記高エネルギー燐光材料から前記低エネルギー燐光材料へのエネルギーの移動に関与する有機材料を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記有機材料の三重項エネルギーは、前記低エネルギー燐光材料よりも大きく前記高エネルギー燐光材料よりも小さいことを特徴とする請求項４記載の発光素子。
【請求項６】
前記有機材料は、電子を輸送するための電子輸送材料、または正孔を輸送するための正孔輸送材料よりなることを特徴とする請求項４または５記載の発光素子。
【請求項７】
前記有機材料は、前記複数の燐光材料とそれぞれ混合されて前記有機層中に拡散した状態であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燐光材料を用いた発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス（以下有機ＥＬ）素子は、テレビ、パーソナルコンピュータや携帯端末などの表示装置や、またはこれらの表示装置に用いられるバックライト、さらには照明機器などへの応用が期待されている。このため、有機ＥＬ素子を低電圧で駆動する技術や、有機ＥＬ素子の発光効率を良好とするための様々な技術の開発が進められている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、例えばＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）などの透明電極（陽極）とマグネシウムなどの金属電極（陰極）の間に、有機層が形成されてなる構造を有している。当該有機層は発光材料（発光層）を含み、当該発光材料には透明電極と金属電極を介して電圧が印加される構造になっている。
【０００４】
上記の透明電極と金属電極の間に電圧が印加されると、透明電極から正孔が、金属電極から電子が注入され、電子と正孔は発光材料で再結合して発光が生じる。この場合、発光効率を良好とするために、透明電極と金属電極の間に、電子輸送材料（電子輸送層）、正孔輸送材料（正孔輸送層）などを有するように構成してもよい。
【０００５】
上記の有機ＥＬ素子を、例えばバックライトや照明機器などに用いる場合には発光色が白色であることが好ましい。この場合、白色の発光を得るためには、発光が可視光の領域をできるだけ広くカバーするように発光素子が構成される。例えば、白色の発光色を有する発光素子の有機層を構成する方法の一例としては、赤、緑、青色の発光色を呈する材料を積層して構成する方法がある。
【０００６】
しかし、このように有機層が多層の発光層を有する構造である場合、白色光を得るまでに各発光層の厚さを変更して発光実験を繰り返す試行錯誤の工程が必要となり、白色光を得るための開発のコストと時間がかかる問題があった。
【０００７】
また、多層の発光層を有する発光素子では、駆動電流を変化させた場合に、電子と正孔の再結合の領域が移動するために、発光色が大きく変化して白色の発光が得られなくなってしまう問題があった。このように、異なる発光色を有する発光層を積層して白色の発光を得る方法は、様々な問題を有していた。
【０００８】
そこで、複数の発光材料を混合して発光層を形成することで、白色の発光を得る方法が提案されていた。例えば、発光層ホストに混合するゲストによって、発光スペクトルを変化させることが可能であり、複数のホスト材料を用いて発光色を制御することが可能である。
【０００９】
このような方法によって形成される発光層は、発光層全体にわたってホストに対するゲストの混合濃度が均一であれば、実質的に発光特性にむらの無い単一の層より構成されることになる。このため、駆動電流の変化に対応して電子と正孔の再結合領域が移動しても、発光スペクトルの変化は多層の発光層に比べて小さくなり、発光色が安定しやすい(例えば非特許文献１参照)。
【００１０】
また、近年、有機ＥＬ素子の発光効率を良好とするため、従来の蛍光材料に換わって燐光材料が用いられるようになってきている。従来の蛍光材料は、有機化合物の一重項励起状態から一重項基底状態の輻射遷移である蛍光を利用したものであるため、理論的な外部量子効率（注入電子数に対する外部への放出光子数の割合）としては５％が限界である。
【００１１】
一方、燐光材料は、三重項励起状態から一重項基底状態への輻射遷移である燐光を利用するため、発光効率が良好である特徴を有している（例えば被特許文献２参照）。
【非特許文献１】J.Kido,  H.Shionoya,  and  K.Nagai,  Appl.  Phys.  Lett.  67,2281(1995)
【非特許文献２】M.A.Baldo,  S.Lamansky,  P.E.Burrows,  M.E.Thompson,  and  S.R.Forrest,  Appl.  Phys.  Lett.  75,4(1999)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、三重項エネルギーが異なる（発光スペクトルが異なる）燐光材料を混合した場合には、材料間でエネルギーの移動が生じ、このエネルギー移動が発光色に影響を与えてしまう。さらに、燐光材料を混合した場合には、上記のエネルギー移動に加えて、駆動電流が大きくなると三重項−三重項消滅が同時に発生してしまう問題がある。この場合、三重項−三重項消滅に伴う発光効率の低下の程度は燐光材料毎に異なるため、燐光材料が混合された発光層においては発光色の制御が複雑、かつ困難となってしまう問題が生じていた。
【００１３】
この結果、例えば、上記の発光素子では、駆動電流を変化させた場合に発光色が変化してしまうなどの問題が新たに生じてしまう。このように、燐光材料を混合して安定な発光色（例えば白色）を得ることは困難となっていた。
【００１４】
そこで、本発明では、上記の問題を解決した、新規で有用な発光素子を提供することを統括的課題としている。
【００１５】
本発明の具体的な課題は、発光効率が良好であるとともに発光色が安定である発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記の課題を、第１の電極と第２の電極の間に、三重項エネルギーが異なる複数の燐光材料を含む有機層が形成されてなる発光素子であって、前記有機層の形成に用いる複数の燐光材料のうち、三重項エネルギーが高い高エネルギー燐光材料の発光寿命は、三重項エネルギーが低い低エネルギー燐光材料の発光寿命よりも長いことを特徴とする発光素子により、解決する。
【００１７】
本発明によれば、発光効率が良好であるとともに発光色が安定である発光素子を提供することができる。
【００１８】
また、前記複数の燐光材料は、それぞれが混合されて前記有機層中に拡散した状態であると、発光色がさらに安定となる。
【００１９】
また、前記有機層では、前記高エネルギー燐光材料から前記低エネルギー燐光材料へのエネルギーの移動が生じ、該有機層の前記複数の燐光材料にそれぞれ対応する発光の発光寿命が同じになっていると、発光色がさらに安定となる。
【００２０】
また、前記有機層は、前記高エネルギー燐光材料から前記低エネルギー燐光材料へのエネルギーの移動に関与する有機材料を含むと、発光色の制御が容易となる。
【００２１】
また、前記有機材料の三重項エネルギーは、前記低エネルギー燐光材料よりも大きく前記高エネルギー燐光材料よりも小さいと、発光色の制御が容易となる。
【００２２】
また、前記有機材料は、電子を輸送するための電子輸送材料、または正孔を輸送するための正孔輸送材料よりなると、発光色の制御が容易となるとともに発光効率が良好となる。
【００２３】
また、前記有機材料は、前記複数の燐光材料とそれぞれ混合されて前記有機層中に拡散した状態であると、発光色がさらに安定となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、発光効率が良好であるとともに発光色が安定である発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
発光素子の発光材料として用いられている燐光材料は、三重項励起状態から一重項基底状態への輻射遷移である燐光を利用するため、従来用いられてきた蛍光材料に比べて発光効率が良好である特徴を有している。その一方で、複数の燐光材料を混合して所望の発光色を得ようとする場合には、複数の燐光材料の間でエネルギーの移動が発生することに加えて、三重項−三重項消滅に伴う発光効率の低下の程度が複数の材料毎に異なるため、発光色の制御が複雑、かつ困難となる問題があった。
【００２６】
そこで、本発明の発明者が鋭意研究した結果、複数の燐光材料の間でのエネルギー移動の影響を利用することで、燐光材料の三重項−三重項消滅の違いによる発光色の変動の影響を抑制し、発光効率が良好であるとともに発光色が安定である発光素子を形成することが可能であることを見出した。
【００２７】
以下に、発光効率が良好であるとともに、安定な発光色を得ることが可能な発光素子を構成するための原理について説明する。
【００２８】
燐光材料における三重項−三重項消滅による外部量子効率ηTTの電流密度Ｊの依存性は、以下の式（１）で示される（M.A.Baldo,  C.Adachi,  and  S.R.Forrest,  Phys.Rev.B62,10967(2000)参照）。
【００２９】
【数１】
2007305783.tif 000003
ここで、η0は、三重項−三重項消滅が無い場合の外部量子効率（初期効率）、Ｊ0は外部量子効率が初期量子効率の１／２となる電流密度であり、この値は外部量子効率の低下を示す指標となる。また、Ｊ0は、以下の式（２）で示される。
【００３０】
【数２】
2007305783.tif 000004
上記の式（２）においては、ｑが電荷、ｄが励起子形成領域の幅、τが発光寿命、ｋTTは、三重項−三重項消滅に関する定数である。
【００３１】
例えば、２種類以上の燐光材料を、同一のホスト材料に添加した場合には、それぞれの燐光材料に対応する上記のＪ0の値が等しくなるようにすれば、燐光材料間の三重項−三重項消滅の違いによるによる発光色の変化（電流密度変化に伴う変化）は起こらなくなる。
【００３２】
例えば、燐光材料が発光層内で実質的に均一に拡散して混合されているとすると、複数の燐光材料の間でｄとｋTTには大きな差が生じない。したがって、混合されるそれぞれの燐光材料に対応する発光の発光寿命τが実質的に等しくなるように燐光材料が混合されれば、発光色の電流密度変化に伴う変化は抑制されることになる。
【００３３】
混合された複数の燐光材料の発光寿命は、特に複数の燐光材料の間での三重項エネルギー移動速度に大きく依存する。また、三重項エネルギー移動速度は、燐光材料間の距離、すなわち燐光材料の濃度を変えることで制御することができる。
【００３４】
したがって、複数の燐光材料を混合する場合には、混合された後にそれぞれの燐光材料に対応する発光寿命が等しくなるような濃度で混合すれば、発光色は安定することになる。
【００３５】
また、複数の燐光材料を混合した場合には、複数の燐光材料の間でエネルギーの移動が生じるため、このエネルギーの移動によって、それぞれの燐光材料に対応する発光寿命が等しくなる方向に変化するように、燐光材料を選択し、混合することが重要である。
【００３６】
例えば、図１は、青色燐光材料と橙色燐光材料を混合した場合のエネルギーの移動を模式的に示した図である。先に説明したように、燐光材料は、三重項励起状態から一重項基底状態への輻射遷移に伴い発光が生じる。また、燐光材料の三重項エネルギー（燐光材料の最も短波長側の発光のピークに対応したエネルギー）は、短波長側で発光が生じる燐光材料のほうが、長波長側で発光が生じる燐光材料よりも大きいことが知られている。すなわち、青色燐光材料と橙色燐光材料を比較した場合、青色燐光材料の方が橙色燐光材料よりも三重項エネルギーは大きいことになる。
【００３７】
このように、三重項エネルギーが異なる燐光材料を混合した場合には、三重項エネルギーが大きい燐光材料（例えば青色燐光材料）から、三重項エネルギーが小さい燐光材料（例えば橙色燐光材料）の側へとエネルギーの移動が発生する。
【００３８】
上記のエネルギーの移動によって、それぞれの燐光材料に対応した発光の発光寿命が変化する現象が生じる。例えば、三重項エネルギーが大きい燐光材料に対応する発光については発光寿命が短くなる方向に変化する。
【００３９】
上記を鑑みると、発光素子の発光色を安定させるには、発光層の形成に用いる複数の燐光材料のうち、三重項エネルギーが高い高エネルギー燐光材料の発光寿命は、三重項エネルギーが低い低エネルギー燐光材料の発光寿命よりも長いものを用いることが好ましいことがわかる。
【００４０】
次に、三重項エネルギーが異なる燐光材料を混合してそれぞれの燐光材料に対応する発光寿命を制御し、発光素子を形成した具体的な例を以下に説明する。
【実施例１】
【００４１】
図２は、本発明の実施例１による発光素子１０を模式的に示す図である。図２を参照するに、前記発光素子１０は、透明なガラスよりなる基板１上に形成され、電極２（陽極）と電極４（陰極）の間に発光材料を含む有機層３が形成されてなる構造を有している。前記基板１の側に形成された前記電極２はＩＴＯよりなり、該基板１と対向する前記電極４は、Ｂａ（膜厚３ｎｍ）とＡｌ（膜厚１５０ｎｍ）が積層されて構成されている。
【００４２】
前記有機層３には、発光材料として、以下に示す２種類のイリジウム錯体よりなる燐光材料が含有され、それぞれが混合されて有機層中に拡散した状態になっている。当該２種類の燐光材料のうちの１つは、下記のＦＩｒＴｐ（以下燐光材料１）であり、
【００４３】
【化１】
2007305783.tif 000005
もう１つは、下記のｍ−ＰＦ−ＰＹ（以下燐光材料２）である。
【００４４】
【化２】
2007305783.tif 000006
また、前記有機層３には、正孔を輸送する性質を有する正孔輸送材料として、下記のポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（ＰＶＫ）（以下正孔輸送材料１）と、
【００４５】
【化３】
2007305783.tif 000007
さらに、電子を輸送する性質を有する電子輸送材料として、下記のＮＡＢ２（以下電子輸送材料１）とが加えられている。
【００４６】
【化４】
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前記有機層３は以下のようにして形成した。まず、上記の燐光材料１，燐光材料２、正孔輸送材料１、および電子輸送材料１を所定の溶液に対して均一となるように混合して、スピンコート法により、前記電極２上に形成した。この場合、燐光材料１，燐光材料２、正孔輸送材料１、および電子輸送材料１の重量濃度比は、燐光材料１：燐光材料２：正孔輸送材料１：電子輸送材料２が、２０：０．１：５０：３０となるように構成した。
【００４７】
図３は、上記の燐光材料１、燐光材料２、正孔輸送材料１、および電子輸送材料１を混合して形成した膜（膜厚１００ｎｍ）のフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトル（励起波長３５５ｎｍ）を示したものである。
【００４８】
図３を参照するに、４６０ｎｍと４９０ｎｍにピークを有する青色発光は燐光材料１に対応する発光であり、５６０ｎｍにピークを有する橙色発光は燐光材料２に対応する発光である。上記の発光素子では、燐光材料１による発光と燐光材料２による発光の混色（加法混色）によって、広い波長領域での発光を得ることが可能となり、実質的な白色発光を得ることが可能となっている。
【００４９】
また、三重項エネルギーは、一般的にＰＬ（燐光）スペクトルの最も短波長のピークのエネルギーに相当することから、燐光材料１の三重項エネルギーは２．７ｅＶ（４６０ｎｍ）、燐光材料２の三重項エネルギーは２．２ｅＶ（５６０ｎｍ）と見積もられる。
【００５０】
また、上記の燐光材料１と燐光材料２の、混合される前の単独でのそれぞれのＰＬの発光の減衰特性を図４に示す。図４に示す発光特性は、燐光材料１と燐光材料２を、それぞれ個別に化学的に不活性な媒体であるポリカーボネートに添加して形成した膜のＰＬ減衰特性（励起波長３５５ｎｍ）を示すものである。この場合、燐光材料１と燐光材料２の重量濃度比はそれぞれ５重量％とした。
【００５１】
図４を参照するに、発光強度が１／ｅとなる時間（発光寿命と定義する）は、燐光材料１（青色燐光材料）の場合に３．５μｓ、燐光材料２（橙色燐光材料）の場合に１．１μｓとなっている。すなわち、それぞれの燐光材料が混合される前の状態では、燐光材料１が燐光材料２の約３倍の長さの発光寿命を有していることがわかる。
【００５２】
一方、図５は、上記の有機層３（燐光材料１、燐光材料２、正孔輸送材料１、および電子輸送材料１が混合されて形成された膜）の、所定の波長（４６０ｎｍ、５６０ｎｍ）のＰＬ減衰特性を調べた図である。図５を参照するに、４６０ｎｍの発光（燐光材料１の発光に対応）の強度と、５６０ｎｍの発光（燐光材料２の発光に対応）の強度は、同様な減衰特性を示しており、発光強度が１／ｅとなる発光寿命はともに２．３μｓで、実質的に等しくなっている。
【００５３】
これは、図１で先に説明したように、燐光材料１（青色燐光材料）から燐光材料２（橙色燐光材料）への三重項エネルギーの移動が起こっているためと考えられる。すなわち、三重項エネルギーが高い（短波長側に発光のピークがある）燐光材料１から、三重項エネルギーが低い（長波長側に発光のピークがある）燐光材料２へとエネルギーが移動することで、燐光材料１の発光寿命は顕著に短くなると考えられる。
【００５４】
また、前記有機層３において、燐光材料１の濃度が燐光材料２の濃度より著しく高いにも関わらず、それぞれの材料に対応する発光強度が同程度であることからも、当該燐光材料１から当該燐光材料２へのエネルギーの移動が起こっていることが推察される。
【００５５】
本実施例による有機層を形成する場合において、三重項エネルギーが高い燐光材料と三重項エネルギーが低い燐光材料を混合する場合の組み合わせとしては、以下のようにされることが好ましい。すなわち、それぞれの燐光材料の、混合前の実質的な単独での発光寿命を比較して、三重項エネルギーが高い燐光材料の発光寿命が、三重項エネルギーが低い燐光材料の発光寿命よりも長くなるような組み合わせとされることが好ましい。
【００５６】
上記の組み合わせにおいては、燐光材料が混合されてエネルギーの移動が生じた際に、三重項エネルギーが高い燐光材料の発光寿命が短くなる方向に変化し、複数の燐光材料の発光寿命が近づく方向のエネルギー移動が生じることになる。
【００５７】
また、燐光材料２の発光寿命が、混合前の場合に１．１μｓであるのに対して、混合後に２．３μｓへと長くなっているのは、燐光材料２の濃度が極めて小さいため、燐光材料２間の相互作用が小さくなったためであると考えられる。
【００５８】
なお、上記の有機層３において、正孔輸送材料１と電子輸送材料１は、燐光材料１と燐光材料２の間のエネルギー移動には直接関与しない。これは、正孔輸送材料１と電子輸送材料１の三重項エネルギーは、それぞれ２．９ｅＶと２．８ｅＶであり、燐光材料１と燐光材料２の三重項エネルギーよりも大きくなっているためである。このため、燐光材料１と燐光材料２の三重項エネルギーは、正孔輸送材料１と電子輸送材料１の三重項エネルギーに閉じこめられる形となっている。
【００５９】
また、図６は、上記の発光素子１０に電圧を印加した場合のＥＬスペクトルを示す図である。図６を参照するに、ＥＬスペクトルは、電流密度を０．１ｍＡ／ｃｍ２、１．０ｍＡ／ｃｍ２、１０ｍＡ／ｃｍ２と変化させた場合においても大きな形状の変化は見られない。また、上記の発光を色度座標に示すと、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２の場合に（０．３３，０．４０）、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２の場合に（０．３２，０．４０）となっており（図１４で後掲）、駆動電流を変化させた場合にも安定した発光色（白色発光）を示すことがわかる。
【００６０】
本実施例による発光素子では、最高２０００ｃｄ／ｍ２を超える輝度が得られたた。例えば、ブラウン管の輝度が１００ｃｄ／ｍ２程度であることと考慮すると、当該発光素子は実用化に十分な明るさを有していることが確認された。また、上記の発光素子では、５％の高い外部量子効率が得られた。
【００６１】
上記の本実施例における発光素子１０において、正孔輸送材料は、３級アミンであるカルバゾール、電子輸送材料は、イミダゾール、トリアゾール構造を含むものを用いても良い。また、正孔輸送材料には、蛍光性高分子で正孔の輸送能力を有する主鎖共役系高分子であるチオフェン、フェニレン、ｐ−フェニレンビニレンやフルオレン構造を用いても良い。
【００６２】
また、前記有機層３を形成するための成膜方法としてはスピンコート法に限定されず、例えば、印刷法、インクジェット法などの湿式法を適用することが可能であり、この場合に低コストで大画面の表示装置を構成することが可能となる。
【００６３】
また、前記電極２（陽極）は、一般にはガラス基板上に形成することが可能な透明な材料を用いて形成する。例えば、前記電極２としては、ＩＴＯ、酸化インジウム、酸化スズ又は酸化インジウム酸化亜鉛合金を用いることが好ましい。また、前記電極２としては、金、白金、銀マグネシウムなどの金属の薄膜を用いても良い。また、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、およびこれらの誘導体からなる導電性高分子を用いても良い。
【００６４】
また、前記電極４（陰極）としては、仕事関数の低いＬｉ、Ｋなどのアルカリ金属やＭｇ、Ｃａ、Ｂａなどのアルカリ土類金属を用いることが、電子注入のしやすさの観点からは好ましい。また、物質として安定なＡｌを用いても良い。また、物質としての安定性と電子注入のしやすさを両立させるために、２種類以上の材料を含む層にしてもよい。例えば、前記電極４として、セシウム、バリウム、カルシウム、ストロンチウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属層（０．０１〜１０ｎｍ程度の厚さ）をＡｌと組み合わせて（積層して）形成してもよい。
【００６５】
また、前記電極２と前記電極４は、例えば真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法などの公知の方法により形成することができる。また、前記電極２、または前記電極４のパターニングは、フォトリソグラフィを用いた化学的なエッチング、またはレーザなどによる物理的なエッチングにより行うことができる。また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタリングなどを行って電極のパターニングをしてもよい。
【００６６】
また、前記基板１としては、通常のガラス基板の他に、例えばプラスチック基板を用いることが可能である。基板として用いるプラスチックは、例えば、耐熱性、寸法安定性、溶剤の耐性、電気絶縁性、加工性などに優れ、さらに、低通気性、および低吸湿性であることが好ましい。
【００６７】
上記の性質を有するプラスチックとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、などがある。また、上記のフレキシブルな性質を有する基板を用いることで、フレキシブルな高分子有機ＥＬ素子を構成することが可能になる。
【００６８】
また、前記基板１の前記電極２に面する側か、またはその反対側、もしくは前記基板１の両面に、透湿防止層（ガスバリア層）を形成しておくことが好ましい。当該透湿防止層は、例えば高周波スパッタリング法により成膜できる。また、必要に応じて基板にハードコート層やアンダーコート層を設けても良い。
【００６９】
また、前記基板１には、発光素子を画素毎に制御するトランジスタ（例えばＴＦＴなど）が形成されていてもよい。当該トランジスタの駆動によって、いわゆるアクティブタイプの表示装置を構成することが可能である。また、当該トランジスタを有機材料により形成してもよい。
【実施例２】
【００７０】
また、実施例１による発光素子１０において、前記有機層３に、燐光材料１から燐光材料２へのエネルギーの移動に関与する有機材料（以下エネルギー移動材料）を加えるようにしてもよい。
【００７１】
図７は、上記のエネルギー移動材料の作用を模式的に示した図である。図７を参照するに、エネルギー移動材料は、三重項エネルギーが、燐光材料１（図中青色燐光材料と表示）よりも小さく、燐光材料２（図中橙色燐光材料と表示）よりも大きいことが好ましい。この場合、燐光材料１のエネルギーは、一旦エネルギー移動材料に移動し、さらに該エネルギー移動材料に移動したエネルギーは、燐光材料２に移動することになる。上記のエネルギー移動材料は、発光に直接関与しない材料であっても良く、また、正孔輸送材料または電子輸送材料の機能を兼ねる材料であってもよい。
【００７２】
例えば、有機層に上記のエネルギー移動材料が加えられることで、複数の燐光材料の間でのエネルギーの移動が容易になり、燐光材料の組み合わせの自由度が向上する効果を奏する。例えば、燐光材料の組み合わせによっては、三重項エネルギーの差が大きくなりすぎて発光寿命を制御するための濃度差を設定することが実質的に困難となる場合がある。
【００７３】
そこで、上記のエネルギー移動材料を用いることで、必要とされる燐光材料の濃度差を小さくし、実質的に発光の制御の幅を広げることができる。
【００７４】
例えば、実施例１の発光素子１０において、電子輸送材料１（ＮＡＢ２）に換えて、電子輸送材料としての機能とエネルギー移動材料としての機能を兼ねる、下記に示す、オキサジアゾール誘導体であるＯＸＤ−７（以下エネルギー移動材料１）を用いることが可能である。
【００７５】
【化５】
2007305783.tif 000009
上記のエネルギー移動材料１の三重項エネルギーは２．６ｅＶであり、燐光材料１の三重項エネルギー（２．７ｅＶ）と、燐光材料２の三重項エネルギー（２．２ｅＶ）の間に位置している。
【００７６】
本実施例の場合、前記有機層３において、燐光材料１，燐光材料２、正孔輸送材料１、およびエネルギー移動材料１の重量濃度比を、燐光材料１：燐光材料２：正孔輸送材料１：エネルギー移動材料１が、１０：０．２：６０：３０となるようにし、他の構成は実施例１の場合と同様にして発光素子を形成した。
【００７７】
図８は、実施例１の場合と同様にして、本実施例による有機層（燐光材料１、燐光材料２、正孔輸送材料１、およびエネルギー移動材料１が混合されて形成された膜）の、所定の波長（４６０ｎｍ、５６０ｎｍ）のＰＬ減衰特性を調べた図である。図８を参照するに、４６０ｎｍの発光（燐光材料１の発光に対応）の強度と、５６０ｎｍの発光（燐光材料２の発光に対応）の強度は、同様な減衰特性を示しており、発光寿命はともに６．２μｓで、実質的に等しくなっている。
【００７８】
本実施例の場合、燐光材料１と燐光材料２の発光寿命は、実施例１の場合よりも長くなっており、さらに、発光寿命が同じになる場合の燐光材料１と燐光材料２の混合比が異なっている。これは、エネルギー移動材料１が、燐光材料１から燐光材料２へのエネルギーの移動に関与しているためである。
【００７９】
また、発光寿命を同じにするための、燐光材料１と燐光材料２の濃度差が実施例１の場合と比べて小さくなっており、エネルギー移動材料が用いられたことで、発光寿命（発光色）の制御が容易となっていることがわかる。
【００８０】
また、図９は、本実施例による発光素子に電圧を印加した場合のＥＬスペクトルを示す図である。図９を参照するに、ＥＬスペクトルは、電流密度を０．１ｍＡ／ｃｍ２、１．０ｍＡ／ｃｍ２、１０ｍＡ／ｃｍ２と変化させた場合においても殆ど形状の変化は見られない。また、上記の発光を色度座標に示すと、電流密度が０．１〜１０ｍＡ／ｃｍ２の場合に（０．３２，０．４３）と殆ど同じ座標となり（図１４で後掲）、駆動電流を変化させた場合にも安定した発光色（白色発光）を示すことがわかった。
【実施例３】
【００８１】
また、上記の実施例による発光素子の正孔輸送材料には、高分子材料を用いる場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、実施例１〜実施例２で用いた正孔輸送材料１に相当するものとして、低分子材料を用いて有機層と電極（陽極）との間に正孔輸送層を形成するようにしてもよい。
【００８２】
図１０は、本発明の実施例３による発光素子１０Ａを模式的に示す断面図である。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する。また、特に説明しない部分は実施例１の場合と同様とする。
【００８３】
図１０を参照するに、本実施例による発光素子１０Ａでは、実施例１の有機層３に相当する構成として、前記電極２と前記電極４の間に、正孔輸送層３Ａ、発光層３Ｂ、および電子輸送層３Ｃが積層された構造が形成されている。前記正孔輸送層３Ａは、実施例１で用いた正孔輸送材料１に、また、前記電子輸送層３Ｃは、実施例１で用いた電子輸送材料１にそれぞれ相当する。
【００８４】
上記の構造を形成する場合には、正孔輸送層３Ａ、発光層３Ｂ、および電子輸送層３Ｃは、例えば蒸着法により、形成することができる。また、前記発光層３Ｂは、実施例１の場合の有機層３と同様に形成され、複数の燐光材料が含有されるように形成される。
【００８５】
また、前記正孔輸送層３Ａを構成する材料としては、例えば、ＴＰＤ，α−ＮＰＤ、トリフェニルアミン多量体などを用いることができる。また、前記発光層３Ｂは、正孔輸送性、もしくは電子輸送性を有するホスト中に燐光材料をドープして形成することが可能である。また、前記電子輸送層３Ｃを構成する材料としては、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、イミダゾール誘導体を用いることができる。
【００８６】
また、励起子の閉じ込め効果をさらに大きくするために、発光層と電子輸送層との間に、例えばＢＣＰなどよりなる正孔ブロック層を設けても良い。
【００８７】
本実施例による発光素子１０Ａでは、前記発光層３Ｂを、以下に示す蛍光材料ＣＤＢＰをホストに用いて、燐光材料１を１０重量％と燐光材料２を０．２重量％ドープして形成した。
【００８８】
【化６】
2007305783.tif 000010
当該発光層３Ｂの所定の波長（４６０ｎｍ、５６０ｎｍ）のＰＬ減衰特性を調べたところ、４６０ｎｍの発光（燐光材料１の発光に対応）の発光寿命は２．１μｓ、５６０ｎｍの発光（燐光材料２の発光に対応）の発光寿命は２．２μｓとなり、発光寿命は実質的に等しくなったことが確認された。
【００８９】
また、図１１は、本実施例による発光素子１０Ａに電圧を印加した場合のＥＬスペクトルを示す図である。図１１を参照するに、ＥＬスペクトルは、電流密度を０．１ｍＡ／ｃｍ２、１．０ｍＡ／ｃｍ２、１０ｍＡ／ｃｍ２と変化させた場合においても殆ど形状の変化は見られない。また、上記の発光を色度座標に示すと、電流密度が０．１〜１０ｍＡ／ｃｍ２の場合に（０．４１，０．４７）と殆ど同じ座標となり（図１４で後掲）、駆動電流を変化させた場合にも安定した発光色（白色発光）を示すことがわかった。
【００９０】
また、本実施例による発光素子に、実施例２に示したようにエネルギー移動材料を加えても良い。この場合、エネルギー移動材料を前記発光層３Ｂにドープすることで、実施例２の場合と同様に、複数の燐光材料の間でのエネルギーの移動を容易とし、燐光材料の組み合わせの自由度を向上させることができる。
【００９１】
また、前記発光層３Ｂのホストに、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウムなどの重金属錯体である燐光材料を用いてもよい。
【００９２】
また、実施例１〜実施例３に記載の発光素子において、発光材料として、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウムなどの重金属錯体であり、発光成分に赤、緑、青色発光を含む３種類以上の燐光材料を用いても良い。これにより、発光素子の発光の波長領域を実質的に広くすることが可能となり、照明光源に必要な演色性（色再現性）を高めることができる。
【００９３】
この場合、３種類以上の燐光材料の間においても実施例１の場合に説明したようなエネルギーの移動が発生することになる。この場合、三重項エネルギーが高い燐光材料と三重項エネルギーが低い燐光材料を混合する場合の組み合わせとしては、実施例１に示した場合と同様にすればよい。すなわち、それぞれの燐光材料の、混合前の実質的な単独での発光寿命を比較して、三重項エネルギーが高い燐光材料の発光寿命が、三重項エネルギーが低い燐光材料の発光寿命よりも長くなるような組み合わせとされることが好ましい。
【００９４】
上記の組み合わせにおいては、燐光材料が混合されてエネルギーの移動が生じた際に、三重項エネルギーが高い燐光材料の発光寿命が短くなる方向に変化し、複数の燐光材料の発光寿命が近づく方向のエネルギー移動が生じる。
【００９５】
また、上記の実施例１〜３で説明した発光素子と、カラーフィルタを組み合わせることにより、簡便なフルカラーディスプレイを構成することが可能になる。上記のカラーフィルタは、例えば、基板表面（基板の電極が形成された側の反対側）、あるいは基板と電極の間など、様々な場所に配置することが可能である。また、発光色の変調を行うために異なった種類のカラーフィルタを組み合わせて用いても良い。
【００９６】
また、上記のカラーフィルタは、例えば、赤、緑、青の三原色を組み合わせた構造（パターン）を有するように構成され、例えば印刷法などの方法により、容易に微細化した構造を形成することが可能である。
[比較例]
また、上記の実施例と比較するため、実施例１に記載した発光素子において燐光材料１と燐光材料２を、以下に示す燐光材料３と燐光材料４にそれぞれ変更して発光素子を形成した。
【００９７】
燐光材料３として、４７０ｎｍに発光のピークを有する、以下に示すＦＩｒｐｉｃを用いた。
【００９８】
【化７】
2007305783.tif 000011
また、燐光材料４として、６１０ｎｍに発光のピークを有する、以下に示すｂｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）を用いた。
【００９９】
【化８】
2007305783.tif 000012
この場合、燐光材料３，燐光材料４、正孔輸送材料１、および電子輸送材料１の重量濃度比は、燐光材料３：燐光材料４：正孔輸送材料１：電子輸送材料１が、２０：０．２：５０：３０となるように構成した。上記の変更以外は実施例１に記載した場合と同様の構成（方法）により、発光素子を形成した。
【０１００】
上記の比較例においては、実施例１〜３の場合とは逆に、上記の燐光材料３，燐光材料４の混合前の発光の減衰特性を比較した場合、三重項エネルギーが高い燐光材料（燐光材料３）の発光寿命が、三重項エネルギーが低い燐光材料（燐光材料４）の発光寿命よりも短い組み合わせとされている。
【０１０１】
上記の組み合わせにおいては、燐光材料が混合されてエネルギーの移動が生じた際に、複数の燐光材料の発光寿命の差が大きくなる方向のエネルギー移動が生じることになる。
【０１０２】
図１２は、本比較例による発光素子の有機層（燐光材料３、燐光材料４、正孔輸送材料１、および電子輸送材料１が混合されて形成された膜）の、所定の波長（４７０ｎｍ、６１０ｎｍ）のＰＬ減衰特性を調べた図である。図１２を参照するに、４７０ｎｍの発光（燐光材料３の発光に対応）の強度と、６１０ｎｍの発光（燐光材料４の発光に対応）の強度の減衰特性は、明らかに異なっていることがわかる。この場合、燐光材料３は、４７０ｎｍに発光のピークを有することから三重項エネルギーは２．６ｅＶであり、対応する発光寿命は０．６μｓであった。また、燐光材料４は、６１０ｎｍに発光のピークを有することから三重項エネルギーは２．０ｅＶであり、対応する発光寿命は５．７μｓであった。
【０１０３】
すなわち、本比較例の場合には、形成された有機層における、複数の燐光材料に対応した発光の発光寿命が大きく異なっていることがわかる。
【０１０４】
また、図１３は、上記の発光素子に電圧を印加した場合のＥＬスペクトルを示す図である。図１３を参照するに、ＥＬスペクトルは、電流密度を０．１ｍＡ／ｃｍ２、１．０ｍＡ／ｃｍ２、１０ｍＡ／ｃｍ２と変化させた場合には、特に長波長側のスペクトル形状が大きく変化しており、長波長側での発光強度の減衰が著しいことがわかる。
【０１０５】
この現象は、本比較例においては三重項エネルギーが小さい燐光材料（燐光材料４）の発光寿命が長いことに起因していると考えられる。先に説明した式（２）からすると、発光寿命（τ）の長い燐光材料４（長波長側）においてＪ0が小さくなる。この場合には短波長側に比べて長波長側で三重項−三重項消滅による発光効率の低下の影響が大きくなっていると考えられる。
【０１０６】
本比較例の場合には、上記の発光を色度座標に示すと、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２の場合に（０．４１，０．３９）、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２の場合に（０．３６，０．３８）となっており（図１４で後掲）、駆動電流の変化によって色度変化が生じていることがわかる。
【０１０７】
図１４は、上記の実施例１〜３，および比較例に係る発光素子の発光色を、色度座標に示して比較したものである。
【０１０８】
図１４を参照するに、混合された複数の燐光材料に対応した発光の発光寿命が大きく異なる比較例の場合には、駆動電流を変化させた場合に色度変化が生じており、安定した発光色が得られていないことがわかる。
【０１０９】
一方で、混合された複数の燐光材料に対応した発光の発光寿命が実質的に同じになっている実施例１〜実施例３に係る発光素子の発光色は、駆動電流を変化させた場合にも色度変化が生じておらす、安定していることがわかる。このため、上記の実施例に係る発光素子は、安定な白色発光が得られる発光素子であることがわかる。
【０１１０】
また、上記の発光素子では、複数の発光材料（燐光材料）が混合されて有機層（発光層）中に拡散した状態となっている。このため、例えば、複数の異なる発光層が積層された構造を有する発光素子と比較した場合、駆動電流の変化に対する発光色の変動が少ない特徴を有している。また、上記の実施例に係る発光素子は、複数の発光層が積層されてなる発光素子に比べて、発光素子の構造が単純で製造が容易であるとともに、発光色の視野角依存性が小さい特徴を有している。
【０１１１】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】燐光材料間のエネルギー移動を模式的に示した図（その１）である。
【図２】実施例１による発光素子を示す図である。
【図３】図２の発光素子のＰＬスペクトルを示す図である。
【図４】燐光材料のＰＬ減衰特性を示す図（その１）である。
【図５】有機層のＰＬ減衰特性を調べた図（その１）である。
【図６】発光素子の発光スペクトル（その１）である。
【図７】燐光材料間のエネルギー移動を模式的に示した図（その２）である。
【図８】有機層のＰＬ減衰特性を調べた図（その２）である。
【図９】発光素子の発光スペクトル（その２）である。
【図１０】実施例３による発光素子を示す図である。
【図１１】発光素子の発光スペクトル（その３）である。
【図１２】有機層のＰＬ減衰特性を調べた図（その３）である。
【図１３】発光素子の発光スペクトル（その４）である。
【図１４】発光素子の発光の色度を比較した図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１０，１０Ａ  発光素子
１  基板
２，４  電極
３  有機層
５  電源
３Ａ  正孔輸送層
３Ｂ  発光層
３Ｃ  電子輸送層
【図１】
2007305783.tif 000013
【図２】
2007305783.tif 000014
【図３】
2007305783.tif 000015
【図４】
2007305783.tif 000016
【図５】
2007305783.tif 000017
【図６】
2007305783.tif 000018
【図７】
2007305783.tif 000019
【図８】
2007305783.tif 000020
【図９】
2007305783.tif 000021
【図１０】
2007305783.tif 000022
【図１１】
2007305783.tif 000023
【図１２】
2007305783.tif 000024
【図１３】
2007305783.tif 000025
【図１４】
2007305783.tif 000026