JP5925269B2 - 発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、電流励起型の発光素子に関する。また、発光素子を有する発光装置、電子機
器に関する。
より詳しくは、寿命の長い電流励起型の発光素子に関する。またそれを用いた発光装置
、電子機器に関する。

近年、エレクトロルミネッセンス（Electroluminescence）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
物質を含む層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。

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。さらに非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。

そして、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、大面積の素子を形
成することにより、面状の発光を容易に得ることができる。このことは、白熱電球やＬＥ
Ｄ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。

その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別できるが、本発明は、発光性の物質に有機化合物
を用いるものである。
その場合、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそ
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
（電子および正孔）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。

このようなメカニズムから、このような発光素子は電流励起型の発光素子と呼ばれる。
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
が可能であり、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼
ばれている。

このような発光素子に関しては、その素子特性を向上させる上で、材料に依存した問題
が多く、これらを克服するために素子構造の改良や材料開発等が行われている。
例えば、非特許文献１では、正孔ブロック層を設けることにより、燐光材料を用いた発
光素子を効率良く発光させている。

テツオ ツツイ、外８名、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジックス、ｖｏｌ．３８、Ｌ１５０２−Ｌ１５０４（１９９９）。

しかしながら、非特許文献１に記載されているように正孔ブロック層は耐久性がなく、
発光素子の寿命は短く、そのため発光素子のさらなる長寿命化が望まれている。
以上のようなことから、本発明は寿命の長い発光素子を提供することを課題とする。
また、寿命の長い発光装置および電子機器を提供することを課題とする。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、キャリアの移動、すなわち電子又は正孔の移動
を制御する層を設けることにより、キャリアバランスの経時変化を抑制できることを見出
した。またそれにより、寿命の長い発光素子が得られることを見出した。

前記のとおりであり、本発明の一は、 一対の電極間に、発光層とキャリアの移動を制
御する層とを有し、前記キャリアの移動を制御する層は、キャリア輸送性の第１の有機化
合物と、該第１の有機化合物のキャリア輸送性を低下させる第２の有機化合物とを含有し
、該第２の有機化合物は該第１の有機化合物中に分散されていることを特徴とする発光素
子である。

上記構成において、キャリアが電子の場合、第１の有機化合物の最低空軌道準位と第２
の有機化合物の最低空軌道準位との差は０．３ｅＶより小さいことが好ましい。
さらに、上記構成において、キャリアが電子の場合、第１の有機化合物は、金属錯体で
あり、第２の有機化合物は、芳香族アミン化合物であることが好ましい。
また、上記構成において、キャリアが正孔の場合、第１の有機化合物の最高被占有軌道
準位と第２の有機化合物の最高被占有軌道準位との差は０．３ｅＶより小さいことが好ま
しい。
さらに、上記構成において、キャリアが正孔の場合、第１の有機化合物は、芳香族アミ
ン化合物であり、第２の有機化合物は、金属錯体であることが好ましい。

また、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層とキャリアの移動を制
御する２つの層とを有し、前記キャリアの移動を制御する一方の層は前記発光層と第２の
電極との間、前記キャリアの移動を制御する他方の層は前記発光層と第１の電極との間に
、それぞれ設けられており、
前記キャリアの移動を制御する一方の層は、キャリア輸送性の第１の有機化合物と、該
第１の有機化合物のキャリア輸送性を低下させる第２の有機化合物とを含有し、該第２の
有機化合物は該第１の有機化合物中に分散されており、
前記キャリアの移動を制御する他方の層は、キャリア輸送性の第１’の有機化合物と、
該第１’の有機化合物のキャリア輸送性を低下させる第２’の有機化合物とを含有し、該
第２’の有機化合物は該第１’の有機化合物中に分散されており、
かつ前記一方の層におけるキャリア輸送性は、前記他方の層における前記キャリア輸送
性とは異なるものであることを特徴とする発光素子とすることもできる。

そして、本発明の一は、一対の電極間に、発光層とキャリアの移動を制御する層とを有
し、前記キャリアの移動を制御する層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み
、前記第１の有機化合物と前記第２の有機化合物のキャリア輸送の極性が異なることを特
徴とする発光素子である。

また、本発明の一は、一対の電極間に、発光層とキャリアの移動を制御する層とを有し
、
前記キャリアの移動を制御する層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み
前記第１の有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であり、前記第２の有機化合物は、
正孔輸送性の有機化合物であることを特徴とする発光素子である。

また、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層とキャリアの移動を制
御する層とを有し、前記キャリアの移動を制御する層は、前記発光層と第２の電極との間
に設けられており、前記キャリアの移動を制御する層は、第１の有機化合物と第２の有機
化合物とを含み、前記第１の有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であり、前記第２の
有機化合物は、正孔輸送性の有機化合物であり、前記キャリアの移動を制御する層におい
て、前記第２の有機化合物よりも前記第１の有機化合物が多く含まれており、前記第１の
電極の電位が前記第２の電極の電位よりも高くなるように電圧を印加することにより、前
記発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子である。

上記構成において、第１の有機化合物の最低空軌道準位と第２の有機化合物の最低空軌
道準位との差は０．３ｅＶより小さいことが好ましい。さらに、第１の有機化合物は、金
属錯体であり、第２の有機化合物は、芳香族アミン化合物であることが好ましい。
また、上記構成において、発光層は、電子輸送性であることが好ましい。または、発光
層は、第３の有機化合物と第４の有機化合物とを有し、第３の有機化合物は、第４の有機
化合物よりも多く含まれており、第３の有機化合物は電子輸送性であることが好ましい。
この場合、第１の有機化合物と第３の有機化合物とは異なる種類の有機化合物であること
が好ましい。

そして、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層とキャリアの移動を
制御する層とを有し、前記キャリアの移動を制御する層は、前記発光層と第１の電極との
間に設けられており、前記キャリアの移動を制御する層は、第１の有機化合物と第２の有
機化合物とを含み、前記第１の有機化合物は、正孔輸送性の有機化合物であり、前記第２
の有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であり、前記キャリアの移動を制御する層にお
いて、前記第２の有機化合物よりも前記第１の有機化合物が多く含まれており、前記第１
の電極の電位が前記第２の電極の電位よりも高くなるように電圧を印加することにより、
前記発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子である。

上記構成において、第１の有機化合物の最高被占有軌道準位と第２の有機化合物の最高
被占有軌道準位との差は０．３ｅＶより小さいことが好ましい。または、第１の有機化合
物は、芳香族アミン化合物であり、第２の有機化合物は、金属錯体であることが好ましい
。
さらに、上記構成において、発光層は、正孔輸送性であることが好ましい。または、発
光層は、第３の有機化合物と第４の有機化合物とを有し、第３の有機化合物は、第４の有
機化合物よりも多く含まれており、第３の有機化合物は正孔輸送性であることが好ましい
。この場合、第１の有機化合物と第３の有機化合物とは異なる種類の有機化合物であるこ
とが好ましい。

また、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層とキャリアの移動を制
御する２つの層とを有し、前記キャリアの移動を制御する一方の層は前記発光層と第２の
電極との間、前記キャリアの移動を制御する他方の層は前記発光層と第１の電極との間に
、それぞれ設けられており、
前記キャリアの移動を制御する一方の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを
含み、前記第１の有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であり、前記第２の有機化合物
は、正孔輸送性の有機化合物であり、前記キャリアの移動を制御する一方の層において、
前記第２の有機化合物よりも前記第１の有機化合物が多く含まれており、
前記キャリアの移動を制御する他方の層は、第１’の有機化合物と第２’の有機化合物
とを含み、前記第１’の有機化合物は、正孔輸送性の有機化合物であり、前記第２’の有
機化合物は、電子輸送性の有機化合物であり、前記キャリアの移動を制御する他方の層に
おいて、前記第２’の有機化合物よりも前記第１’の有機化合物が多く含まれており、
前記第１の電極の電位が前記第２の電極の電位よりも高くなるように電圧を印加するこ
とにより、前記発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子とすることもでき
る。

そして、本発明の一は、一対の電極間に、発光層とキャリアの移動を制御する層とを有
し、前記キャリアの移動を制御する層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含み
、前記第１の有機化合物の双極子モーメントの大きさをＰ₁、前記第２の有機化合物の双
極子モーメントの大きさをＰ₂とすると、Ｐ₁／Ｐ₂≧３またはＰ₁／Ｐ₂≦０．３３の関係
を満たすことを特徴とする発光素子。

また、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層とキャリアの移動を制
御する層とを有し、前記キャリアの移動を制御する層は、前記発光層と第２の電極との間
に設けられており、前記キャリアの移動を制御する層は、第１の有機化合物と第２の有機
化合物とを含み、前記第１の有機化合物の双極子モーメントの大きさをＰ₁、前記第２の
有機化合物の双極子モーメントの大きさをＰ₂とすると、Ｐ₁／Ｐ₂≧３であり、前記キャ
リアの移動を制御する層において、前記第２の有機化合物よりも前記第１の有機化合物が
多く含まれており、前記第１の電極の電位が前記第２の電極の電位よりも高くなるように
電圧を印加することにより、前記発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子
である。

上記構成において、第１の有機化合物の最低空軌道準位と第２の有機化合物の最低空軌
道準位との差は０．３ｅＶより小さいことが好ましい。または、第１の有機化合物は、金
属錯体であり、第２の有機化合物は、芳香族アミン化合物であることが好ましい。
さらに、上記構成において、発光層は、電子輸送性であることが好ましい。または、発
光層は、第３の有機化合物と第４の有機化合物とを有し、第３の有機化合物は、第４の有
機化合物よりも多く含まれており、第３の有機化合物は電子輸送性であることが好ましい
。この場合、第１の有機化合物と第３の有機化合物とは異なる種類の有機化合物であるこ
とが好ましい。

そして、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層とキャリアの移動を
制御する層とを有し、前記キャリアの移動を制御する層は、前記発光層と第１の電極との
間に設けられており、前記キャリアの移動を制御する層は、第１の有機化合物と第２の有
機化合物とを含み、前記第１の有機化合物の双極子モーメントの大きさをＰ₁、前記第２
の有機化合物の双極子モーメントの大きさをＰ₂とすると、Ｐ₁／Ｐ₂≦０．３３であり、
前記キャリアの移動を制御する層において、前記第２の有機化合物よりも前記第１の有機
化合物が多く含まれており、前記第１の電極の電位が前記第２の電極の電位よりも高くな
るように電圧を印加することにより、前記発光層からの発光が得られることを特徴とする
発光素子である。

上記構成において、第１の有機化合物の最高被占有軌道準位と第２の有機化合物の最高
被占有軌道準位との差は０．３ｅＶより小さいことが好ましい。または、第１の有機化合
物は、芳香族アミン化合物であり、第２の有機化合物は、金属錯体であることが好ましい
。
さらに、上記構成において、発光層は、正孔輸送性であることが好ましい。または、発
光層は、第３の有機化合物と第４の有機化合物とを有し、第３の有機化合物は、第４の有
機化合物よりも多く含まれており、第３の有機化合物は正孔輸送性であることが好ましい
。この場合、第１の有機化合物と第３の有機化合物とは異なる種類の有機化合物であるこ
とが好ましい。

また、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層とキャリアの移動を制
御する２つの層とを有し、前記キャリアの移動を制御する一方の層は前記発光層と第２の
電極との間、前記キャリアの移動を制御する他方の層は前記発光層と第１の電極との間に
、それぞれ設けられており、
前記キャリアの移動を制御する一方の層は、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを
含み、前記第１の有機化合物の双極子モーメントの大きさをＰ₁、前記第２の有機化合物
の双極子モーメントの大きさをＰ₂とすると、Ｐ₁／Ｐ₂≧３であり、前記キャリアの移動
を制御する一方の層において、前記第２の有機化合物よりも前記第１の有機化合物が多く
含まれており、
前記キャリアの移動を制御する他方の層は、第１’の有機化合物と第２’の有機化合物
とを含み、前記第１’の有機化合物の双極子モーメントの大きさをＰ’₁、前記第２’の
有機化合物の双極子モーメントの大きさをＰ’₂とすると、Ｐ’₁／Ｐ’₂≦０．３３であ
り、前記キャリアの移動を制御する他方の層において、前記第２’の有機化合物よりも前
記第１’の有機化合物が多く含まれており、
前記第１の電極の電位が前記第２の電極の電位よりも高くなるように電圧を印加するこ
とにより、前記発光層からの発光が得られることを特徴とする発光素子とすることもでき
る。

また、本発明では、前記した各種構成において、キャリアの移動を制御する層の膜厚は
、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。
また、上記構成において、キャリアの移動を制御する層と発光層とは接するように設け
られていることが好ましい。

そして、本発明は、上述した発光素子を有する発光装置も範疇に含めるものである。本
明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明
装置を含む）を含む。また、発光素子が形成されたパネルにコネクター、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。

さらに、本発明の発光素子を表示部に用いた電子機器も本発明の範疇に含めるものとす
る。したがって、本発明の電子機器は、表示部を有し、表示部は、上述した発光素子と発
光素子の発光を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の発光素子は、キャリアの移動を制御する層を設けており、キャリアバランスの
経時変化を抑制することができる。よって、長寿命の発光素子を得ることができる。
また、本発明の発光素子を、発光装置および電子機器に適用することにより、発光効率
が高く、消費電力が低減された発光装置および電子機器を得ることができる。さらに、寿
命の長い発光装置および電子機器を得ることができる。

本発明の実施の形態１の発光素子を示す図。 本発明の実施の形態１における図１とは別の積層構造を持つ発光素子を示す図。 本発明の実施の形態１の発光素子の発光の態様を示す図。 本発明の実施の形態１の発光素子におけるキャリアの移動を制御する層の概念を示す図。 本発明の実施の形態１の発光素子を示す図。 本発明の実施の形態２における図５とは別の積層構造を持つ発光素子を示す図。 本発明の実施の形態２の発光素子の発光の態様を示す図。 本発明の実施の形態２の発光素子におけるキャリアの移動を制御する層の概念を示す図。 本発明の実施の形態３における複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子を示す図。 本発明の実施の形態４におけるアクティブマトリクス型発光装置を示す図。 本発明の実施の形態４におけるパッシブマトリクス型発光装置を示す図。 本発明の電子機器を説明する図。 本発明の発光装置をバックライトとして用いた電子機器を示す図。 本発明の照明装置を電気スタンドとした図。 本発明の照明装置を室内照明装置とした図。 実施例の発光素子を示す図。 発光素子１の電流密度−輝度特性を示す図。 発光素子１の電圧−輝度特性を示す図。 発光素子１の輝度−電流効率特性を示す図。 発光素子１の発光スペクトルを示す図。 発光素子１および比較発光素子２の定電流駆動による連続点灯試験結果を示す図。 発光素子３の電流密度−輝度特性を示す図。 発光素子３の電圧−輝度特性を示す図。 発光素子３の輝度−電流効率特性を示す図。 発光素子３の発光スペクトルを示す図。 Ａｌｑの還元反応特性を示す図。 ２ＰＣＡＰＡの還元反応特性を示す図。 クマリン３０の還元反応特性を示す図。

まず、発光素子における輝度劣化要因について説明する。発光素子は通常、一定電流に
よって駆動されることが多いが、その場合、輝度劣化とは電流効率の低下である。そして
電流効率は、単位電流値あたりの輝度を表すため、流れているキャリアのうちどのくらい
が発光層内において再結合に寄与しているか（キャリアバランス）、あるいは発光層内で
再結合したキャリアのうち（つまり励起子のうち）どのくらいが発光に寄与しているか（
量子収率）に大きく左右される。

してみると、輝度劣化要因としては、キャリアバランスの経時的な変化、あるいは量子
収率の経時劣化が大きなウェイトを占めていると考えられるが、本発明では、キャリアバ
ランスの経時的な変化に着目した。

以下において、本発明について、発明を実施するための最良の形態を含む実施の態様に
関し図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣
旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者
であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定し
て解釈されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の発光素子の一態様について図１（Ａ）を用いて以下に説明する。本実施の形態
では、キャリアの移動を制御する層として、電子の移動を制御する層を設けた発光素子に
ついて説明する。
すなわち、本発明では、キャリアの移動を制御する層を用いて、キャリアバランスの経
時変化を抑制し、発光素子を長寿命化するために、電極から離れた部位でキャリアの再結
合が行われるようにしたものである。

本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離
れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリアの再結
合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層
を組み合わせ積層されたものである。

本実施の形態において、発光素子は、第１の電極２０２と、第２の電極２０４と、第１
の電極２０２と第２の電極２０４との間に設けられたＥＬ層２０３とから構成されている
。なお、本形態では第１の電極２０２は陽極として機能し、第２の電極２０４は陰極とし
て機能するものとして、以下説明をする。つまり、第１の電極２０２の方が第２の電極２
０４よりも電位が高くなるように、第１の電極２０２と第２の電極２０４に電圧を印加し
たときに、発光が得られるものとして、以下説明をする。

基板２０１は発光素子の支持体として用いられる。基板２０１としては、例えばガラス
、またはプラスチックなどを用いることができる。
なお、本発明の発光素子においては、基板２０１は、該発光素子を利用する製品である
発光装置あるいは電気機器中に残存するようにしてよいが、発光素子の作製工程において
支持体として機能するものであってもよく、その場合には最終製品中に残存しないことに
なる。

第１の電極２０２としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上）金属、合
金、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。具体的には
、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、珪素若しくは酸化
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。

これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタ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（Ｔ
ｉ）、または金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。

また、第１の電極と接する層として、後述する複合材料を含む層を用いた場合には、第
１の電極として、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、お
よびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａ
ｇ）、アルミニウムを含む合金（ＡｌＳｉ）等を用いることができる。
なお、本明細書中において、複合とは、単に２つの材料を混合させるだけでなく、複数
の材料を混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う
。

また、仕事関数の小さい材料である、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）、ユーロピウム（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を用いることもできる。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。

ＥＬ層２０３は、第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の層２１４
、第５の層２１５、第６の層２１６を有しており、このＥＬ層２０３において、第３の層
２１３は発光層、第４の層２１４はキャリアの移動を制御する層である。
なお、ＥＬ層２０３は、本実施の形態で示すキャリアの移動を制御する層と、発光層と
を有していればよく、その他の層については特に限定されない。例えば、正孔注入層、正
孔輸送層、発光層、キャリアの移動を制御する層、電子輸送層、電子注入層等を適宜組み
合わせて構成することができる。

第１の層２１１は、正孔注入性の高い物質を含む層である。正孔注入性の高い物質とし
ては、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、
マンガン酸化物等を用いることができる。
この他、低分子の有機化合物としては、フタロシアニン（略称：Ｈ₂Ｐｃ）、銅（II）
フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等のフ
タロシアニン系の化合物が挙げられる。

さらに、低分子の有機化合物としては、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニ
ルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−
（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴ
Ａ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］
ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ’−（３−メチルフェ
ニル）−Ｎ’−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：
ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェ
ニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−
３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１
）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ
］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）
−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（
略称：ＰＣｚＰＣＮ１）等の芳香族アミン化合物等も挙げられる。

また、第１の層２１１として、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させ
た複合材料を用いることができる。なお、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を
含有させたものを用いることにより、電極の仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶ
ことができる。つまり、第１の電極２０２として仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事
関数の小さい材料を用いることができる。これらの複合材料は、正孔輸送性の高い物質と
アクセプター物質とを共蒸着することにより形成することができる。

複合材料に用いる有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳
香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化
合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の
高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０^-6ｃｍ²／Ｖｓ以上の正孔移動
度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれ
ば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料に用いることのできる有機化
合物を具体的に列挙する。

複合材料に用いることのできる有機化合物としては、例えば、ＭＴＤＡＴＡ、ＴＤＡＴ
Ａ、ＤＰＡＢ、ＤＮＴＰＤ、ＤＰＡ３Ｂ、ＰＣｚＰＣＡ１、ＰＣｚＰＣＡ２、ＰＣｚＰＣ
Ｎ１、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称
：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフ
ェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）等の芳香族ア
ミン化合物や、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３
，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−
［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：Ｃ
ｚＰＡ）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テト
ラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体を挙げることができる。

また、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ
−ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、
９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−
ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−
ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０
−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン
（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセ
ン（略称：ＤＭＮＡ）、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］−２−ｔｅｒ
ｔ−ブチル−アントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラ
セン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン等の
芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。

さらに、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン
、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０
，１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビ
ス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、ア
ントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−
ブチル）ペリレン、ペンタセン、コロネン、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル
）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル
）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等の芳香族炭化水素化合物も挙げること
ができる。

また、アクセプター性物質としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６
−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ₄−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物や
、遷移金属酸化物を挙げることができる。また、元素周期表における第４族乃至第８族に
属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、
酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レ
ニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定
であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。

また、第１の層２１１としては、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー
等）を用いることができる。例えば、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）
、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ
’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェ
ニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフ
ェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）などの
高分子化合物が挙げられる。また、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ
（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／ポリ（スチレンスルホ
ン酸）（ＰＡｎｉ／ＰＳＳ）等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
なお、上述したＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ等の高分子化合
物と、上述したアクセプター性物質を用いて複合材料を形成し、第１の層２１１として用
いてもよい。

第２の層２１２は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送性の高い物質とし
ては、低分子の有機化合物としては、ＮＰＢ（またはα−ＮＰＤ）、ＴＰＤ、４，４’−
ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニ
ル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン
−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）などの芳香族アミン
化合物を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０^-6ｃｍ²／Ｖｓ以上の正孔
移動度を有する物質である。

但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、前記以外のものを用いてもよい。
なお、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層
が二層以上積層したものとしてもよい。
また、第２の層２１２として、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ
などの高分子化合物を用いることもできる。

第３の層２１３は、発光性の高い物質を含む層であり、本発明の発光層に該当し、種々
の材料を用いることができる。低分子の有機化合物としては、具体的には、青色系の発光
材料として、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）などが挙げられる。

また、緑色系の発光材料として、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）などが挙げられる。

また、黄色系の発光材料として、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）などが挙げられる。さら
に、赤色系の発光材料として、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）、７，１３−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）などが挙げられる。

なお、本実施の形態では、キャリアの移動を制御する層を、発光層と、陰極として機能
する第２の電極との間に設けており、そのため、発光層は、電子輸送性であることが好ま
しい。発光層が電子輸送性の場合、従来では発光層内からの電子の突き抜けを防ぐため、
電子ブロック層を発光層の陽極側に設けていた。しかしながら、その電子ブロック機能が
経時的に劣化すると、再結合領域が電子ブロック層内（あるいは正孔輸送層内）にまで及
んでしまい、電流効率の低下（すなわち輝度劣化）が顕著となる。
他方、本発明の場合は、逆に発光層の手前（陰極側）において電子の移動を制御してい
るため、多少電子のバランス（正孔に対する移動度や電荷量等）が崩れたとしても、発光
層内における再結合の割合は変化しにくく、輝度が低下しにくいというメリットがある。

なお、発光層としては、上述した発光性の高い物質を他の物質に分散させた構成として
もよい。発光性の物質を分散させるための材料としては、各種のものを用いることができ
、発光性の物質よりも最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）が高く、最高被占有軌道準位（Ｈ
ＯＭＯ準位）が低い物質を用いることが好ましい。

なお、本実施の形態では、キャリアの移動を制御する層を、発光層と、陰極として機能
する第２の電極との間に設けるため、発光層は、電子輸送性であることが好ましい。つま
り、正孔輸送性よりも電子輸送性の方が高いことが好ましい。よって、上述した発光性の
高い物質を分散させるための材料としては、電子輸送性の有機化合物であることが好まし
い。

具体的には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（III）（略称：Ａｌｑ）、ト
リス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（III）（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（II）（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（III
）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（８−キノリノラト）亜鉛（II）（略称：Ｚｎｑ）、ビス［
２−（２−ベンゾオキサゾリル）フェノラト］亜鉛（II）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［
２−（２−ベンゾチアゾリル）フェノラト］亜鉛（II）（略称：ＺｎＢＴＺ）などの金属
錯体を用いることができる。

さらに、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３
，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチル
フェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）
、３−（４−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）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼ
ントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、
バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの
複素環化合物も用いることができる。

また、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）、３，６−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）、９，１０−ビス（３，
５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチ
ル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチ
ル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，９’−ビアントリル（略称：ＢＡＮＴ
）、９，９’−（スチルベン−３，３’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ）
、９，９’−（スチルベン−４，４’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ２）
、３，３’，３’’−（ベンゼン−１，３，５−トリイル）トリピレン（略称：ＴＰＢ３
）などの縮合芳香族化合物も用いることができる。

また、発光性の物質を分散させるための材料は複数種用いることができる。例えば、結
晶化を抑制するためにルブレン等の結晶化を抑制する物質をさらに添加してもよい。さら
に、発光性の物質へのエネルギー移動をより効率良く行うためにＮＰＢ、あるいはＡｌｑ
等を添加してもよい。
また、発光性の高い物質を他の物質に分散させた構成とすることにより、第３の層２１
３の結晶化を抑制することができる。さらに、発光性の高い物質の濃度が高いことによる
濃度消光を抑制することができる。

また、発光層である第３の層２１３として高分子化合物を用いることができる。具体的
には、青色系の発光材料として、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル
）（略称：ＰＯＦ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ
−（２，５−ジメトキシベンゼン−１，４−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＤＭＯＰ）、ポリ
｛（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−［Ｎ，Ｎ’−ジ−（ｐ−
ブチルフェニル）−１，４−ジアミノベンゼン］｝（略称：ＴＡＢ−ＰＦＨ）などが挙げ
られる。

さらに、緑色系の発光材料として、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（略称：ＰＰＶ）
、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ａｌｔ−ｃｏ−（ベンゾ
［２，１，３］チアジアゾール−４，７−ジイル）］（略称：ＰＦＢＴ）、ポリ［（９，
９−ジオクチル−２，７−ジビニレンフルオレニレン）−ａｌｔ−ｃｏ−（２−メトキシ
−５−（２−エチルヘキシルオキシ）−１，４−フェニレン）］などが挙げられる。

また、橙色〜赤色系の発光材料として、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキ
ソキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（略称：ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（３−ブチル
チオフェン−２，５−ジイル）、ポリ｛［９，９−ジヘキシル−２，７−ビス（１−シア
ノビニレン）フルオレニレン］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル
アミノ）−１，４−フェニレン］｝、ポリ｛［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロ
キシ）−１，４−ビス（１−シアノビニレンフェニレン）］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−
ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝（略称：ＣＮ−ＰＰＶ−
ＤＰＤ）などが挙げられる。

第４の層２１４は、キャリアの移動を制御する層であり、２種類以上の物質を含む。第
４の層２１４において、第１の有機化合物は、第２の有機化合物よりも多く含まれており
、第１の有機化合物と第２の有機化合物のキャリア輸送の極性は異なっている。本実施の
形態では、キャリアの移動を制御する層を、発光層よりも陰極として機能する第２の電極
側に設ける場合について説明する。つまり、発光機能を担う第３の層２１３と第２の電極
２０４との間に設ける場合について説明する。

発光層と陰極として機能する第２の電極との間に設ける場合、第１の有機化合物は、電
子輸送性の有機化合物であり、第２の有機化合物は正孔輸送性の有機化合物であることが
好ましい。つまり、第１の有機化合物は、正孔輸送性よりも電子輸送性が高い物質であり
、第２の有機化合物は、電子輸送性よりも正孔輸送性が高い物質であることが好ましい。
また、第１の有機化合物の最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）と、第２の有機化合物の最低
空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）との差は０．３ｅＶよりも小さいことが好ましく、より好ま
しくは０．２ｅＶ以下である。つまり、熱力学的には、第１の有機化合物と第２の有機化
合物との間でキャリアである電子の移動が容易であることが好ましい。

本実施の形態で示すキャリアの移動を制御する層の概念図を図４に示す。図４において
、第１の有機化合物２２１は、電子輸送性であるため、電子が注入されやすく、電子が近
傍の第１の有機化合物に移動しやすい。つまり、第１の有機化合物に電子が注入される速
度、および、第１の有機化合物から電子が放出される速度（ｖ）が大きい。

一方、正孔輸送性の有機化合物である第２の有機化合物２２２は、第１の有機化合物の
ＬＵＭＯ準位と近いＬＵＭＯ準位を有するため、熱力学的には電子が注入されうる。しか
し、電子輸送性の有機化合物である第１の有機化合物２２１から正孔輸送性の有機化合物
である第２の有機化合物２２２に電子が注入される速度（ｖ₁）、もしくは、第２の有機
化合物２２２から第１の有機化合物２２１へ電子が注入される速度（ｖ₂）は、第１の有
機化合物２２１から第１の有機化合物２２１へ電子が注入される速度（ｖ）よりも小さい
。

よって、層全体としては、第２の有機化合物が含まれることにより、第１の有機化合物
２２１のみからなる層よりも電子輸送速度が小さくなる。つまり、第２の有機化合物を添
加することにより、キャリアの移動を制御することが可能となる。また、第２の有機化合
物の濃度を制御することにより、キャリアの移動速度を制御することが可能となる。

例えば、もしキャリアの移動速度を制御する層である、第４の層２１４を設けない従来
の発光素子であれば、電子の移動は遅くならないまま第３の層２１３に注入され、第２の
層２１２の界面付近まで達する。そのため、発光領域は第２の層２１２と第３の層２１３
との界面近傍に形成される。その場合、電子が第２の層２１２にまで達してしまい、第２
の層２１２を劣化させる恐れがある。また、経時的に第２の層２１２にまで達してしまう
電子の量が増えていくと、経時的に再結合確率が低下していくことになるため、素子寿命
の低下（輝度の経時劣化）に繋がってしまう。

本発明の発光素子において、第２の電極２０４から注入された電子は、電子注入性の高
い物質が含まれる第６の層２１６、電子輸送性の高い物質が含まれる第５の層２１５を通
り、キャリアの移動を制御する層である第４の層２１４に注入される。第４の層２１４に
注入された電子は、その移動が遅くなり、第３の層２１３への電子注入が制御される。そ
の結果、従来では正孔輸送性の高い物質が含まれる第２の層２１２と第３の層２１３との
界面近傍で形成されたはずの発光領域が、本発明の発光素子においては、第３の層２１３
から、第３の層２１３と第４の層２１４との界面付近にかけて形成されることになる。

したがって、電子が第２の層２１２にまで達してしまい、正孔輸送性の高い物質が含ま
れる第２の層２１２を劣化させる可能性が低くなる。また正孔に関しても、第４の層２１
４が電子輸送性を有する第１の有機化合物を有しているため、正孔が第５の層２１５にま
で達して電子輸送性の高い物質が含まれる第５の層２１５を劣化させる可能性は低い。

さらに、本発明においては、第４の層２１４において、単に電子移動度の遅い物質を適
用するのではなく、電子輸送性を有する有機化合物に正孔輸送性を有する有機化合物を添
加している点が重要である。このような構成とすることで、単に発光層である第３の層２
１３への電子注入を制御するだけではなく、その制御された電子注入量が経時的に変化す
るのを抑制することができる。以上のことから本発明の発光素子は、発光素子において経
時的にキャリアバランスが悪化して再結合確率が低下していく現象を防ぐことができるた
め、素子寿命の向上（輝度の経時劣化の抑制）に繋がる。

前記のとおりであり、本発明の発光素子は、発光層と正孔輸送層との界面または発光層
と電子輸送層との界面に発光領域が形成されにくいため、正孔輸送層や電子輸送層に発光
領域が近接することにより素子が劣化しにくい。また、キャリアバランスの経時的な変化
（特に電子注入量の経時的変化）を抑制することができる。したがって、劣化が少なく、
寿命の長い発光素子を得ることができる。

本実施の形態において、上述したように、第１の有機化合物は、電子輸送性の有機化合
物であることが好ましい。具体的には、Ａｌｑ、Ａｌｍｑ₃、ＢｅＢｑ₂、ＢＡｌｑ、Ｚｎ
ｑ、ＺｎＰＢＯ、ＺｎＢＴＺなどの金属錯体、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ＴＰＢＩ、
ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなどの複素環化合物、ＣｚＰＡ、ＤＰＣｚＰＡ、ＤＰＰＡ、ＤＮＡ、
ｔ−ＢｕＤＮＡ、ＢＡＮＴ、ＤＰＮＳ、ＤＰＮＳ２、ＴＰＢ３などの縮合芳香族化合物を
用いることができる。また、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）などの高分子化合物を用いることができる。

また、第２の有機化合物としては、正孔輸送性の有機化合物であることが好ましい。具
体的には、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、６，１２−ジメ
トキシ−５，１１−ジフェニルクリセンのような縮合芳香族炭化水素や、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−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフ
ェニルアミン（略称：ＤＰｈＰＡ）、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−（９，１
０−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）、ＮＰＢ（またはα−ＮＰＤ）、ＴＰＤ、ＤＦＬＤＰＢｉ、
ＢＳＰＢなどの芳香族アミン化合物、クマリン７、クマリン３０などのアミノ基を有する
化合物を用いることができる。また、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−Ｔ
ＰＤなどの高分子化合物を用いることもできる。

このような組み合わせにより、第１の有機化合物から第２の有機化合物へ、あるいは第
２の有機化合物から第１の有機化合物への電子移動が抑制され、キャリアの移動を制御す
る層の電子移動速度を抑制することができる。また、キャリアの移動を制御する層は第１
の有機化合物に第２の有機化合物を分散させて構成されているため、経時的に結晶化や凝
集が生じにくい。したがって、先に述べた電子移動の抑制効果も経時変化しにくくなり、
その結果キャリアバランスも経時変化しにくくなる。このことが、発光素子の寿命の向上
、つまり、信頼性の向上に繋がる。

なお、上述した組み合わせの中でも、第１の有機化合物として金属錯体を、第２の有機
化合物として芳香族アミン化合物を組み合わせることが好ましい。金属錯体は電子輸送性
が高い上に双極子モーメントが大きく、一方で芳香族アミン化合物は正孔輸送性が高い上
に比較的双極子モーメントが小さい。このように、双極子モーメントが大きく異なる物質
を組み合わせることで、上述した電子移動の抑制効果はより顕著となる。具体的には、第
１の有機化合物の双極子モーメントの大きさをＰ₁、第２の有機化合物の双極子モーメン
トの大きさをＰ₂とすると、Ｐ₁／Ｐ₂≧３またはＰ₁／Ｐ₂≦０．３３となる組み合わせが
好ましい。

例えば、金属錯体であるＡｌｑの双極子モーメントの大きさは９．４０デバイであり、
芳香族アミン化合物である２ＰＣＡＰＡの双極子モーメントの大きさは１．１５デバイで
ある。したがって、本実施形態１のように、第１の有機化合物として金属錯体のような電
子輸送性の有機化合物を、第２の有機化合物として芳香族アミン化合物のような正孔輸送
性の有機化合物を用いる場合は、Ｐ₁／Ｐ₂≧３であることが好ましい。

また、第４の層２１４に含まれる第２の有機化合物の発光色と、第３の層２１３に含ま
れる発光性の高い物質の発光色とは、同系色であることが好ましい。具体的には、第２の
有機化合物の発光スペクトルの最大のピークの波長と発光性の高い物質の発光スペクトル
の最大のピークの波長との差は、３０ｎｍ以内であることが好ましい。３０ｎｍ以内であ
ることにより、第２の有機化合物の発光色と発光性の高い物質の発光色は、同系色となる
。よって、電圧等の変化により、第２の有機化合物が発光した場合にも、発光色の変化を
抑制することができる。ただし、必ずしも第２の有機化合物が発光する必要はない。

また、第４の層２１４の膜厚は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚
が厚すぎると、キャリアの移動速度が過度に低下してしまい、駆動電圧が高くなってしま
う上に、第４の層の発光強度が増大する可能性がある。また、膜厚が薄すぎると、キャリ
アの移動を制御する機能を実現しなくなってしまう。よって、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の
膜厚であることが好ましい。

第５の層２１５は、電子輸送性の高い物質を含む層である。例えば、低分子の有機化合
物として、Ａｌｑ、Ａｌｍｑ₃、ＢｅＢｑ₂、ＢＡｌｑ、Ｚｎｑ、ＺｎＰＢＯ、ＺｎＢＴＺ
などの金属錯体等を用いることができる。また、金属錯体以外にも、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７
、ＴＡＺ、ＴＰＢＩ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなどの複素環化合物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。

また、第５の層２１５として、高分子化合物を用いることができる。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。

また、第６の層２１６は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入性の高い物
質としては、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム
（ＣａＦ₂）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を用いる
ことができる。例えば、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカ
リ土類金属又はそれらの化合物を含有させたもの、例えばＡｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ
）を含有させたもの等を用いることができる。なお、電子注入層として、電子輸送性を有
する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたものを用いるこ
とにより、第２の電極２０４からの電子注入が効率良く行われるためより好ましい。

第２の電極２０４を形成する物質としては、仕事関数の小さい（具体的には３．８ｅＶ
以下）金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。
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）、ユーロピウム（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。

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。

また、第２の電極２０４と第５の層２１５との間に、電子注入を促す機能を有する層で
ある第６の層２１６を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴ
Ｏ、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を第
２の電極２０４として用いることができる。これら導電性材料は、スパッタリング法やイ
ンクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することが可能である。

また、ＥＬ層の形成方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いること
ができる。例えば、真空蒸着法、インクジェット法またはスピンコート法など用いても構
わない。また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
例えば、上述した材料のうち高分子化合物を用いて湿式法でＥＬ層を形成してもよい。
または、低分子の有機化合物を用いて湿式法で形成することもできる。また、低分子の有
機化合物を用いて真空蒸着法などの乾式法を用いてＥＬ層を形成してもよい。

また、電極についても、ゾル−ゲル法を用いて湿式法で形成しても良いし、金属材料の
ペーストを用いて湿式法で形成してもよい。また、スパッタリング法や真空蒸着法などの
乾式法を用いて形成しても良い。

以下、具体的な発光素子の形成方法を示す。本発明の発光素子を表示装置に適用し、発
光層を塗り分ける場合には、発光層は湿式法により形成することが好ましい。発光層をイ
ンクジェット法を用いて形成することにより、大型基板であっても発光層の塗り分けが容
易となる。

例えば、図１に示した構成において、第１の電極は乾式法であるスパッタリング法、第
１の層は湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、第２の層は乾式法である真空
蒸着法、第３の層は湿式法であるインクジェット法、第４の層は乾式法である共蒸着法、
第５の層及び第６の層は乾式法である真空蒸着法、第２の電極は湿式法であるインクジェ
ット法やスピンコート法を用いて形成してもよい。

また、第１の電極は湿式法であるインクジェット法、第１の層は乾式法である真空蒸着
法、第２の層は湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、第３の層は湿式法であ
るインクジェット法、第４の層は湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、第５
の層及び第６の層は湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、第２の電極は湿式
法であるインクジェット法やスピンコート法を用いて形成してもよい。なお、上記の方法
に限らず、湿式法と乾式法を適宜組み合わせればよい。

さらに、例えば、図１に示した構成の場合、第１の電極を乾式法であるスパッタリング
法、第１の層および第２の層を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、発光層
である第３の層を湿式法であるインクジェット法、第４の層を乾式法である共蒸着法、第
５の層および第６の層を乾式法である真空蒸着法、第２の電極を乾式法である真空蒸着法
で形成することができる。つまり、第１の電極が所望の形状で形成されている基板上に、
第１の層から第３の層までを湿式法で形成し、第４の層から第２の電極までを乾式法で形
成することができる。この方法では、第１の層から第３の層までを大気圧中で形成するこ
とができ、第３の層の塗り分けも容易である。また、第４の層から第２の電極までは、真
空一貫で形成することができる。よって、工程を簡略化し、生産性を向上させることがで
きる。

一例を以下に示す。第１の電極上に、第１の層としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを形成する。
ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは水溶性であるため、水溶液としてスピンコート法やインクジェット
法などにより、成膜することができる。第２の層は設けず、第１の層上に発光層として第
３の層を設ける。発光層は、すでに形成されている第１の層（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）が溶
解しない溶媒（トルエン、ドデシルベンゼン、あるいはドデシルベンゼンとテトラリンと
の混合溶媒など）に、発光性の物質を溶かした溶液を用いてインクジェット法を用いて形
成することができる。次に、第３の層上に第４の層を形成するが、第４の層を湿式法で形
成する場合には、すでに形成されている第１の層および第３の層が溶解しない溶媒を用い
て形成しなくてはならない。その場合、溶媒の選択肢が狭まるため、乾式法を用いて形成
する方が容易である。よって、第４の層から第２の電極までを乾式法である真空蒸着法を
用いて真空一貫で形成することにより、工程を簡略化することができる。

また、図２に示した構成の場合、上記の方法とは逆の順番で、第２の電極を乾式法であ
るスパッタリングまたは真空蒸着法、第６の層から第５の層を乾式法である真空蒸着法、
第４の層を共蒸着法、第３の層を湿式法であるインクジェット法、第２の層および第１の
層を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、第１の電極を湿式法であるインク
ジェット法やスピンコート法により形成することができる。この方法では、第２の電極か
ら第４の層までを乾式法により真空一貫で形成し、第３の層から第１の電極までを大気圧
中で形成することができる。よって、工程を簡略化し、生産性を向上させることができる
。

以上のような構成を有する本発明の発光素子は、第１の電極２０２と第２の電極２０４
との間に生じた電位差により電流が流れ、ＥＬ層２０３において正孔と電子とが再結合し
、発光するものである。
発光は、第１の電極２０２または第２の電極２０４のいずれか一方または両方を通って
外部に取り出される。従って、第１の電極２０２または第２の電極２０４のいずれか一方
または両方は、透光性を有する電極である。

第１の電極２０２のみが透光性を有する電極である場合、図３（Ａ）に示すように、発
光は第１の電極２０２を通って基板側から取り出される。また、第２の電極２０４のみが
透光性を有する電極である場合、図３（Ｂ）に示すように、発光は第２の電極２０４を通
って基板と逆側から取り出される。第１の電極２０２および第２の電極２０４がいずれも
透光性を有する電極である場合、図３（Ｃ）に示すように、発光は第１の電極２０２およ
び第２の電極２０４を通って、基板側および基板と逆側の両方から取り出される。

なお、第１の電極２０２と第２の電極２０４との間に設けられる層の構成は、上記のも
のには限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光が防ぐように
、第１の電極２０２および第２の電極２０４から離れた部位に正孔と電子とが再結合する
発光領域を設けた構成であり、キャリアの移動を制御する層を有する構成であれば、上記
以外のものでもよい。

つまり、ＥＬ層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質、正孔輸
送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、またはバイポーラ性（
電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質等から成る層と、本実施の形態で示すキャリア
の移動を制御する層および発光層を適宜組み合わせて構成すればよい。

なお、本実施の形態で示すキャリアの移動を制御する層は、電子の移動を制御するもの
であるため、発光層と陰極として機能する第２の電極との間に設けることが好ましい。例
えば、図１（Ｂ）に示すように、発光機能を担う第３の層２１３と、キャリアの移動を制
御する層である第４の層２１４との間に、電子輸送性の高い物質を含む第７の層２１７を
設けてもよい。

より好ましくは、キャリアの移動を制御する層は発光層と接するように設けることが望
ましい。キャリアの移動を制御する層を発光層と接するように設けることにより、発光層
への電子注入を直接制御できるため、発光層内におけるキャリアバランスの経時変化をよ
り抑制することができ、素子寿命向上に関してより大きな効果が得られる。また、電子輸
送性の高い物質を含む第７の層２１７を設けることがないので、プロセス的にも簡便とな
る。

なお、キャリアの移動を制御する層は発光層と接するように設けるのが好ましく、その
場合には、キャリアの移動を制御する層に含まれる第１の有機化合物と、発光層に多く含
まれている有機化合物とは、異なる種類の有機化合物であることが好ましい。特に、発光
層の構成が、発光性の高い物質を分散させる物質（第３の有機化合物）と、発光性の高い
物質（第４の有機化合物）とを含む場合、第３の有機化合物と、第１の有機化合物とは、
異なる種類の有機化合物であることが好ましい。このような構成により、キャリアの移動
を制御する層から発光層へのキャリア（本実施の形態においては電子）の移動が、第１の
有機化合物と第３の有機化合物との間においても抑制され、キャリアの移動を制御する層
を設ける効果がより高くなる。

また、図２に示す発光素子は、基板２０１上に、陰極として機能する第２の電極２０４
、ＥＬ層２０３、陽極として機能する第１の電極２０２とが順に積層された構成となって
いる。ＥＬ層２０３は、第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の層２
１４、第５の層２１５、第６の層２１６を有する。第４の層２１４は、第３の層２１３と
陰極として機能する第２の電極との間に設けられている。

本実施の形態においては、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に発光素子を作製
している。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、パッシブマトリクス型
の発光装置を作製することができる。また、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に
、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、ＴＦＴと電気的に接続された発光素子
を作製してもよい。これにより、ＴＦＴによって発光素子の駆動を制御するアクティブマ
トリクス型の発光装置を作製できる。

なお、ＴＦＴの構造については特に限定されない。スタガ型のＴＦＴでもよいし、逆ス
タガ型のＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴ基板に形成される駆動用回路についても、Ｎ型お
よびＰ型のＴＦＴからなるものでもよいし、若しくはＮ型のＴＦＴまたはＰ型のＴＦＴの
いずれか一方からのみなるものであってもよい。また、ＴＦＴに用いられる半導体膜の結
晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を
用いてもよい。

本発明の発光素子は、キャリアの移動を制御する層を有している。キャリアの移動を制
御する層は、２種類以上の物質を含むため、物質の組み合わせや混合比、膜厚などを制御
することにより、キャリアバランスを精密に制御することが可能である。
また、物質の組み合わせや混合比、膜厚などの制御でキャリアバランスを制御すること
が可能であるので、従来よりも容易にキャリアバランスの制御が可能となる。つまり、用
いる材料そのものの物性を変化させなくても、混合比や膜厚等により、キャリアの移動を
制御することができる。

また、キャリアの移動を制御する層を用いてキャリアバランスを向上させることにより
、発光素子の発光効率を向上させることができる。
さらに、キャリアの移動を制御する層を用いることにより、過剰の電子が発光層に注入
されることや、発光層を突き抜けて正孔輸送層や正孔注入層へ電子が達することを抑制す
ることができる。これに対して正孔輸送層や正孔注入層へ電子が達してしまうと、発光層
内で再結合する確率が低下してしまい（すなわちキャリアバランスが崩れてしまい）、経
時的な発光効率の低下を招いてしまう。つまり、発光素子の寿命が短くなってしまう。

しかしながら、本発明では、本実施の形態で示すように、キャリアの移動を制御する層
を用いることにより、過剰の電子が発光層に注入されることや、発光層を突き抜けて正孔
輸送層や正孔注入層へ電子が達することを抑制し、経時的な発光効率の低下を抑制するこ
とができる。つまり、長寿命の発光素子を得ることができる。
さらに詳述すれば、キャリアの移動を制御する層に含まれる２種類以上の物質のうち、
第１の有機化合物よりも少なく含まれている第２の有機化合物を用いてキャリアの移動を
制御している。よって、キャリアの移動を制御する層に含まれている成分のうち少ない成
分でキャリアの移動を制御することが可能である。その結果、経時変化に強く、発光素子
の長寿命化を実現することができる。

つまり、単一物質によりキャリアバランスを制御する場合に比べ、キャリアバランスの
変化が起きにくい。例えば、単一物質により形成された層でキャリアの移動を制御する場
合には、部分的なモルフォロジーの変化や、部分的な結晶化により、層全体のキャリアバ
ランスが変化してしまう。そのため、経時変化に弱い。しかし、本実施の形態で示すよう
に、キャリアの移動を制御する層に含まれている成分のうち少ない成分でキャリアの移動
を制御することにより、モルフォロジーの変化や結晶化、凝集等の影響が小さくなり、経
時変化が起きにくい。よって、経時的な発光効率の低下が起こりにくい長寿命の発光素子
を得ることができる。

本実施の形態で示したように、キャリアの移動を制御する層を、発光層と陰極として機
能する第２の電極との間に設ける構成は、電子過多の発光素子に適用すると特に有効であ
る。例えば、発光層が電子輸送性であり、第２の電極から注入された電子が発光層を突き
抜けてしまう割合が経時的に増加していく恐れがあるような場合において、本実施の形態
で示した構成を適用すると特に有効である。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態は、実施の形態１とは異なる本発明の発光素子の一態様であり、それにつ
いて図５（Ａ）を用いて説明する。本実施の形態は、キャリアの移動を制御する層として
、正孔の移動を制御する層を設けた発光素子であり、それについて説明する。
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離
れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリアの再結
合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層
を組み合わせて積層されたものである。

本実施の形態において、発光素子は、第１の電極４０２と、第２の電極４０４と、第１
の電極４０２と第２の電極４０４との間に設けられたＥＬ層４０３とから構成されている
。また、本形態では第１の電極４０２は陽極として機能し、第２の電極４０４は陰極とし
て機能するものとして、以下説明をする。つまり、第１の電極４０２の方が第２の電極４
０４よりも電位が高くなるように、第１の電極４０２と第２の電極４０４に電圧を印加し
たときに、発光が得られるものとして、以下説明をする。
なお、基板４０１としては、実施の形態１と同様なものを用いることができる。

第１の電極４０２としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上）金属、合
金、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く、実施の形態
１で示したものと同様なものを用いることができる。

ＥＬ層４０３は、第１の層４１１、第２の層４１２、第３の層４１３、第４の層４１４
、第５の層４１５、第６の層４１６を有している。なお、実施の形態１と同様に、本実施
の形態で示すキャリアの移動を制御する層と、発光層とを有していればよく、その他の層
積層構造については特に限定されない。例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、キャ
リアの移動を制御する層、電子輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて構成することが
できる。

第１の層４１１は、正孔注入性の高い物質を含む層であり、実施の形態１で示したもの
と同様なものを用いることができる。
第２の層４１２は、正孔輸送性の高い物質を含む層であり、実施の形態１で示したもの
と同様なものを用いることができる。

第３の層４１３は、キャリアの移動を制御する層である。第３の層４１３は、２種類以
上の物質を含む。第３の層４１３において、第１の有機化合物は、第２の有機化合物より
も多く含まれており、第１の有機化合物と第２の有機化合物のキャリア輸送の極性は異な
っている。本実施の形態では、キャリアの移動を制御する層を、発光層と陽極として機能
する第１の電極との間に設ける場合について説明する。つまり、発光機能を担う第４の層
４１４と第１の電極４０２との間に設ける場合について説明する。

発光層と陽極として機能する第１の電極との間に設ける場合、第１の有機化合物は、正
孔輸送性の有機化合物であり、第２の有機化合物は電子輸送性の有機化合物であることが
好ましい。つまり、第１の有機化合物は、電子輸送性よりも正孔輸送性が高い物質であり
、第２の有機化合物は、正孔輸送性よりも電子輸送性が高い物質であることが好ましい。
また、第１の有機化合物の最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）と、第２の有機化合物の
最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）との差は０．３ｅＶよりも小さいことが好ましく、
より好ましくは０．２ｅＶ以下である。つまり、熱力学的には、第１の有機化合物と第２
の有機化合物との間でキャリアである正孔の移動が容易であることが好ましい。

本実施の形態で示すキャリアの移動を制御する層の概念図を図８に示す。図８において
、第１の有機化合物４２２は、正孔輸送性であるため、正孔が注入されやすく、正孔が近
傍の第１の有機化合物に移動しやすい。つまり、第１の有機化合物に正孔が注入される速
度、および、第１の有機化合物から正孔が放出される速度（ｖ）が大きい。

一方、電子輸送性の有機化合物である第２の有機化合物４２１は、第１の有機化合物の
ＨＯＭＯ準位と近いＨＯＭＯ準位を有するため、熱力学的には正孔が注入されうる。しか
し、正孔輸送性の有機化合物である第１の有機化合物４２２から電子輸送性の有機化合物
である第２の有機化合物４２１に正孔が注入される速度（ｖ₁）、もしくは、第２の有機
化合物４２１から第１の有機化合物４２２へ正孔が注入される速度（ｖ₂）は、第１の有
機化合物４２２から第１の有機化合物４２２へ正孔が注入される速度（ｖ）よりも小さい
。

よって、層全体としては、第２の有機化合物が含まれることにより、第１の有機化合物
４２２のみからなる層よりも正孔輸送速度が小さくなる。つまり、第２の有機化合物を添
加することにより、キャリアの移動を制御することが可能となる。また、第２の有機化合
物の濃度を制御することにより、キャリアの移動速度を制御することが可能となる。

例えば、もし第３の層４１３を設けない従来の発光素子であれば、正孔の移動は遅くな
らないまま第４の層４１４に注入され、第５の層４１５の界面付近まで達する。そのため
、発光領域は第４の層４１４と第５の層４１５との界面近傍に形成される。その場合、正
孔が第５の層４１５にまで達してしまい、第５の層４１５を劣化させる恐れがある。また
、経時的に第５の層４１５にまで達してしまう正孔の量が増えていくと、経時的に再結合
確率が低下していくことになるため、素子寿命の低下（輝度の経時劣化）に繋がってしま
う。

本発明の発光素子において、第１の電極４０２から注入された正孔は、正孔注入性の高
い物質が含まれる第１の層４１１、正孔輸送性の高い物質が含まれる第２の層４１２を通
り、キャリアの移動を制御する層である第３の層４１３に注入される。第３の層４１３に
注入された正孔は、その移動が遅くなり、第４の層４１４への正孔注入が制御される。そ
の結果、従来では電子輸送性の高い物質が含まれる第５の層４１５と第４の層４１４との
界面近傍で形成されたはずの発光領域が、本発明の発光素子においては、第４の層４１４
から、第４の層４１４と第３の層４１３との界面付近にかけて形成されることになる。

したがって、本発明の発光素子においては、正孔が第５の層４１５にまで達することに
より、電子輸送性の高い物質が含まれる第５の層４１５を劣化させる可能性が低くなる。
また電子に関しても、第３の層４１３が正孔輸送性を有する第１の有機化合物を有してい
るため、電子が第２の層４１２にまで達して正孔輸送性の高い物質が含まれる第２の層４
１２を劣化させる可能性は低い。

さらに、本発明においては、第３の層４１３において、単に正孔移動度の遅い物質を適
用するのではなく、正孔輸送性を有する有機化合物に電子輸送性を有する有機化合物を添
加している点が重要である。このような構成とすることで、単に第４の層４１４への正孔
注入を制御するだけではなく、その制御された正孔注入量が経時的に変化するのを抑制す
ることができる。以上のことから本発明の発光素子は、発光素子において経時的にキャリ
アバランスが悪化して再結合確率が低下していく現象を防ぐことができるため、素子寿命
の向上（輝度の経時劣化の抑制）に繋がる。

本発明の発光素子は、発光層と正孔輸送層との界面または発光層と電子輸送層との界面
に発光領域が形成されていないため、正孔輸送層や電子輸送層に発光領域が近接すること
による劣化の影響を受けることがない。また、キャリアバランスの経時的な変化（特に電
子注入量の経時的変化）を抑制することができる。したがって、劣化が少なく、寿命の長
い発光素子を得ることができる。

本実施の形態において、上述したように、第１の有機化合物としては、正孔輸送性の有
機化合物であることが好ましい。具体的には、ＤＰＡｎｔｈ、６，１２−ジメトキシ−５
，１１−ジフェニルクリセンのような縮合芳香族炭化水素や、ＣｚＡ１ＰＡ、ＤＰｈＰＡ
、ＰＣＡＰＡ、ＰＣＡＰＢＡ、２ＰＣＡＰＡ、ＮＰＢ（またはα−ＮＰＤ）、ＴＰＤ、Ｄ
ＦＬＤＰＢｉ、ＢＳＰＢなどの芳香族アミン化合物を用いることができる。また、ＰＶＫ
、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤなどの高分子化合物を用いることもでき
る。

また、第２の有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であることが好ましい。具体的に
は、Ａｌｑ、Ａｌｍｑ₃、ＢｅＢｑ₂、Ｚｎｑ、ＺｎＰＢＯ、ＺｎＢＴＺなどの金属錯体、
ＰＢＤ、ＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなどの複素環化合物、ＣｚＰＡ、ＤＰ
ＣｚＰＡ、ＤＰＰＡ、ＤＮＡ、ｔ−ＢｕＤＮＡ、ＢＡＮＴ、ＤＰＮＳ、ＤＰＮＳ２、ＴＰ
Ｂ３などの縮合芳香族化合物を用いることができる。また、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）などの高分子化合物を用い
ることができる。

このような組み合わせにより、第１の有機化合物から第２の有機化合物へ、あるいは第
２の有機化合物から第１の有機化合物への正孔移動が抑制され、キャリアの移動を制御す
る層の正孔移動速度を抑制することができる。また、キャリアの移動を制御する層は第１
の有機化合物に第２の有機化合物を分散させて構成されているため、経時的に結晶化や凝
集が生じにくい。したがって、先に述べた正孔移動の抑制効果も経時変化しにくくなり、
その結果キャリアバランスも経時変化しにくくなる。このことが、発光素子の寿命の向上
、つまり、信頼性の向上に繋がる。

なお、上述した組み合わせの中でも、第１の有機化合物として芳香族アミン化合物を、
第２の有機化合物として金属錯体を組み合わせることが好ましい。芳香族アミン化合物は
正孔輸送性が高い上に比較的双極子モーメントが小さく、一方で金属錯体は電子輸送性が
高い上に双極子モーメントが大きい。このように、双極子モーメントが大きく異なる物質
を組み合わせることで、上述した正孔移動の抑制効果はより顕著となる。

具体的には、第１の有機化合物の双極子モーメントをＰ₁、第２の有機化合物の双極子
モーメントをＰ₂とすると、Ｐ₁／Ｐ₂≧３またはＰ₁／Ｐ₂≦０．３３となる組み合わせが
好ましい。例えば、芳香族アミン化合物であるＮＰＢの双極子モーメントは０．８６デバ
イであり、金属錯体であるＡｌｑの双極子モーメントは９．４０デバイである。したがっ
て、本実施形態２のように、第１の有機化合物として芳香族アミン化合物のような正孔輸
送性の有機化合物を、第２の有機化合物として金属錯体のような電子輸送性の有機化合物
を用いる場合は、Ｐ₁／Ｐ₂≦０．３３であることが好ましい。

また、第３の層４１３に含まれる第２の有機化合物の発光色と、第４の層４１４に含ま
れる発光性の高い物質の発光色とは、同系色の発光色であることが好ましい。具体的には
、第２の有機化合物の発光スペクトルの最大のピークの波長と発光性の高い物質の発光ス
ペクトルの最大のピークの波長との差は、３０ｎｍ以内であることが好ましい。３０ｎｍ
以内であることにより、第２の有機化合物の発光色と発光性の高い物質の発光色は、同系
色となる。よって、電圧等の変化により、第２の有機化合物が発光した場合にも、発光色
の変化を抑制することができる。ただし、必ずしも第２の有機化合物が発光する必要はな
い。

また、第３の層４１３の膜厚は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚
が厚すぎると、キャリアの移動速度が過度に低下してしまい、駆動電圧が高くなってしま
う上に、第３の層の発光強度が増大する可能性がある。また、膜厚が薄すぎると、キャリ
アの移動を制御する機能を実現しなくなってしまう。よって、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の
膜厚であることが好ましい。

第４の層４１４は、発光性の高い物質を含む層、すなわち発光層であり、実施の形態１
で示した発光性の高い物質を用いることができる。また、発光層としては、実施の形態１
で示したように、発光性の高い物質を他の物質に分散させた構成としてもよい。

なお、本実施の形態では、キャリアの移動を制御する層を、発光層と、陽極として機能
する第１の電極との間に設けるため、発光層は、正孔輸送性であることが好ましい。つま
り、電子輸送性よりも正孔輸送性の方が高いことが好ましい。発光層が正孔輸送性の場合
、従来では発光層内における正孔の突き抜けを防ぐため、正孔ブロック層を発光層と陰極
との間に設けていた。しかしながら、その正孔ブロック機能が経時的に劣化すると、再結
合領域が正孔ブロック層内（あるいは電子輸送層内）にまで及んでしまい、電流効率の低
下（すなわち輝度劣化）が顕著となる。一方本発明の場合は、逆に、発光層と陽極との間
（陽極側）において正孔の移動を制御しているため、多少正孔のバランス（電子に対する
移動度や電荷量等）が崩れたとしても、発光層内において再結合するキャリアの割合は変
化しにくく、輝度が低下しにくいというメリットがある。

よって、実施の形態１で示した発光性の高い物質を分散させるための材料としては、正
孔輸送性の有機化合物であることが好ましい。具体的には、ＤＰＡｎｔｈ、６，１２−ジ
メトキシ−５，１１−ジフェニルクリセンのような縮合芳香族炭化水素や、ＣｚＡ１ＰＡ
、ＤＰｈＰＡ、ＰＣＡＰＡ、ＰＣＡＰＢＡ、２ＰＣＡＰＡ、ＮＰＢ（またはα−ＮＰＤ）
、ＴＰＤ、ＤＦＬＤＰＢｉ、ＢＳＰＢなどの芳香族アミン化合物を用いることができる。

第５の層４１５は、電子輸送性の高い物質を含む層であり、実施の形態１で示したもの
と同様なものを用いることができる。
第６の層４１６は、電子注入性の高い物質を含む層であり、実施の形態１で示したもの
と同様なものを用いることができる。

また、ＥＬ層の形成方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いること
ができる。例えば、真空蒸着法、インクジェット法またはスピンコート法など用いても構
わない。また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
例えば、上述した材料のうち、高分子化合物を用いて湿式法でＥＬ層を形成してもよい
。または、低分子の有機化合物を用いて湿式法で形成することもできる。また、低分子の
有機化合物を用いて真空蒸着法などの乾式法を用いてＥＬ層を形成してもよい。

また、電極についても、ゾル−ゲル法を用いて湿式法で形成しても良いし、金属材料の
ペーストを用いて湿式法で形成してもよい。また、スパッタリング法や真空蒸着法などの
乾式法を用いて形成しても良い。

以下、具体的な発光素子の形成方法を示す。本発明の発光素子を表示装置に適用し、発
光層を塗り分ける場合には、発光層は湿式法により形成することが好ましい。発光層をイ
ンクジェット法を用いて形成することにより、大型基板であっても発光層の塗り分けが容
易となる。

例えば、図５に示した構成において、第１の電極を乾式法であるスパッタリング法、第
１の層を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、第２の層を乾式法である真空
蒸着法、第３の層を湿式法であるインクジェット法、第４の層を乾式法である共蒸着法、
第５の層および第６の層を乾式法である真空蒸着法、第２の電極を湿式法であるインクジ
ェット法やスピンコート法を用いて形成してもよい。

また、第１の電極を湿式法であるインクジェット法、第１の層を乾式法である真空蒸着
法、第２の層を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、第３の層を湿式法であ
るインクジェット法、第４の層を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、第５
の層および第６の層を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、第２の電極を湿
式法であるインクジェット法やスピンコート法を用いて形成してもよい。なお、上記の方
法に限らず、湿式法と乾式法を適宜組み合わせればよい。

さらに具体的には、例えば図５に示した構成の場合、第１の電極を乾式法であるスパッ
タリング法、第１の層および第２の層を乾式法である真空蒸着法、第３の層を乾式法であ
る共蒸着法、発光層である第４の層を湿式法であるインクジェット法、第５の層を湿式法
であるインクジェット法やスピンコート法、第６の層を設けず、第２の電極を湿式法であ
るインクジェット法やスピンコート法により形成することができる。

つまり、第１の電極から第３の層までを乾式法で形成し、第４の層から第２の電極まで
を湿式法で形成することができる。この方法では、第１の電極から第３の層までを真空一
貫で形成することができ、第４の層から第２の電極までを大気圧中で形成することができ
る。また、第４の層の塗り分けも容易である。よって、工程を簡略化し、生産性を向上さ
せることができる。

また、図６に示した構成の場合、上記の方法とは逆の順番で、第２の電極を湿式法であ
るインクジェット法やスピンコート法、第６の層から第５の層を湿式法であるインクジェ
ット法やスピンコート法、第４の層を湿式法であるインクジェット法、第３の層を乾式法
である共蒸着法、第２の層および第１の層を乾式法である真空蒸着法、第１の電極を乾式
法である真空蒸着法により形成することができる。この方法では、第２の電極から第４の
層までを大気圧中で形成し、第３の層から第１の電極までを乾式法により真空一貫で形成
することができる。よって、工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。

以上のような構成を有する本発明の発光素子は、第１の電極４０２と第２の電極４０４
との間に生じた電位差により電流が流れ、ＥＬ層４０３において正孔と電子とが再結合し
、発光するものである。
発光は、第１の電極４０２または第２の電極４０４のいずれか一方または両方を通って
外部に取り出される。従って、第１の電極４０２または第２の電極４０４のいずれか一方
または両方は、透光性を有する電極である。

第１の電極４０２のみが透光性を有する電極である場合、図７（Ａ）に示すように、発
光は第１の電極４０２を通って基板側から取り出される。また、第２の電極４０４のみが
透光性を有する電極である場合、図７（Ｂ）に示すように、発光は第２の電極４０４を通
って基板と逆側から取り出される。第１の電極４０２および第２の電極４０４がいずれも
透光性を有する電極である場合、図７（Ｃ）に示すように、発光は第１の電極４０２およ
び第２の電極４０４を通って、基板側および基板と逆側の両方から取り出される。

なお、第１の電極４０２と第２の電極４０４との間に設けられる層の構成は、上記のも
のには限定されない。すなわち、本発明及び本実施の形態においては、発光領域と金属と
が近接することによって生じる消光を防ぐように、第１の電極４０２および第２の電極４
０４から離れた部位に正孔と電子とが再結合する発光領域を設けた構成であり、キャリア
の移動を制御する層を有する構成であれば、上記以外のものでもよい。

つまり、ＥＬ層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質、正孔輸
送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、またはバイポーラ性（
電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質等から成る層と、本実施の形態で示すキャリア
の移動を制御する層および発光層を適宜組み合わせて構成すればよい。

なお、本実施の形態で示すキャリアの移動を制御する層は、正孔の移動を制御するもの
であるため、発光層と陽極として機能する電極との間に設けることが好ましい。
例えば、図５（Ｂ）に示すように、発光機能を担う第４の層４１４と、キャリアの移動
を制御する層である第３の層４１３との間に、正孔輸送性の高い物質を含む第７の層４１
７を設けてもよい。

より好ましくは、キャリアの移動を制御する層は発光層と接するように設けることが望
ましい。キャリアの移動を制御する層を発光層と接するように設けることにより、発光層
への正孔注入を直接制御できるため、発光層内におけるキャリアバランスの経時変化をよ
り抑制することができ、素子寿命向上に関してより大きな効果が得られる。また、正孔輸
送性の高い物質を含む第７の層を設けることがないので、プロセス的にも簡便となる。

なお、キャリアの移動を制御する層を発光層と接するよう設ける場合には、キャリアの
移動を制御する層に含まれる第１の有機化合物と、発光層に多く含まれている有機化合物
とは、異なる種類の有機化合物であることが好ましい。特に、発光層の構成が、発光性の
高い物質を分散させる物質（第３の有機化合物）と、発光性の高い物質（第４の有機化合
物）とを含む場合、第３の有機化合物と、第１の有機化合物とは、異なる種類の有機化合
物であることが好ましい。このような構成により、キャリアの移動を制御する層から発光
層へのキャリア（本実施の形態においては正孔）移動が、第１の有機化合物と第３の有機
化合物との間においても抑制され、キャリアの移動を制御する層を設ける効果がより高く
なる。

また、図６に示す発光素子は、基板４０１上に、陰極として機能する第２の電極４０４
、ＥＬ層４０３、陽極として機能する第１の電極４０２とが順に積層された構成となって
いる。ＥＬ層４０３は、第１の層４１１、第２の層４１２、第３の層４１３、第４の層４
１４、第５の層４１５、第６の層４１６を有する。第３の層４１３は、第４の層４１４と
陽極として機能する第１の電極との間に設けられている。

本発明の発光素子は、キャリアの移動を制御する層を有している。キャリアの移動を制
御する層は、２種類以上の物質を含むため、物質の組み合わせや混合比、膜厚などを制御
することにより、キャリアバランスを精密に制御することが可能である。
また、物質の組み合わせや混合比、膜厚などの制御でキャリアバランスを制御すること
が可能であるので、従来よりも容易にキャリアバランスの制御が可能となる。つまり、用
いる材料そのものの物性を変化させなくても、混合比や膜厚等により、キャリアの移動を
制御することができる。
また、キャリアの移動を制御する層を用いてキャリアバランスを向上させることにより
、発光素子の発光効率を向上させることができる。

また、キャリアの移動を制御する層を用いることにより、過剰の正孔が注入されること
や、発光層を突き抜けて電子輸送層や電子注入層へ正孔が達することを抑制することがで
きる。電子輸送層や電子注入層へ正孔が達してしまうと、発光層内で再結合する確率が低
下してしまい（すなわちキャリアバランスが崩れてしまい）、経時的な発光効率の低下を
招いてしまう。つまり、発光素子の寿命が短くなってしまう。
しかし、本実施の形態で示すように、キャリアの移動を制御する層を用いることにより
、過剰の正孔が注入されることや、発光層を突き抜けて電子輸送層や電子注入層へ正孔が
達することを抑制し、発光効率の低下を抑制することができる。つまり、長寿命の発光素
子を得ることができる。

また、キャリアの移動を制御する層に含まれる２種類以上の物質のうち、第１の有機化
合物よりも少なく含まれている第２の有機化合物を用いてキャリアの移動を制御している
。よって、キャリアの移動を制御する層に含まれている成分のうち少ない成分でキャリア
の移動を制御することが可能であるので、経時変化に強く、発光素子の長寿命化を実現す
ることができる。つまり、単一物質によりキャリアバランスを制御する場合に比べ、キャ
リアバランスの変化が起きにくい。

例えば、単一物質により形成された層でキャリアの移動を制御する場合には、部分的な
モルフォロジーの変化や、部分的な結晶化により、層全体のキャリアバランスが変化して
しまう。そのため、経時変化に弱い。しかし、本実施の形態で示すように、キャリアの移
動を制御する層に含まれている成分のうち少ない成分でキャリアの移動を制御することに
より、モルフォロジーの変化や結晶化、凝集等の影響が小さくなり、経時変化が起きにく
い。よって、経時的な発光効率の低下が起こりにくい長寿命の発光素子を得ることができ
る。

本実施の形態で示したように、キャリアの移動を制御する層を、発光層と陽極として機
能する第１の電極との間に設ける構成は、正孔過多の発光素子に適用すると特に有効であ
る。例えば、発光層が正孔輸送性であり、第１の電極から注入された正孔が発光層を突き
抜けてしまう割合が経時的に増加していく恐れがあるような場合において、本実施の形態
で示した構成を適用すると特に有効である。

また、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。例えば
、発光層と陽極として機能する第１の電極との間に、正孔の移動を制御する層を設け、発
光層と陰極として機能する第２の電極との間に、電子の移動を制御する層を設けてもよい
。
すなわち、このようにすることにより、発光層の両側に、キャリアの移動を制御する層
を設けることもでき、発光層の両側において、電極から離れた部位でキャリアの再結合が
行われるようになり、より好ましい。
その結果、発光層の両側において、キャリアの移動を制御することにより、より一層モ
ルフォロジーの変化や結晶化、凝集等の影響が小さくなり、経時変化が起きにくく、経時
的な発光効率の低下が起こりにくい長寿命の発光素子を得ることができる。

なお、その際には、発光層の一方側のキャリアの移動を制御する層におけるキャリア輸
送性と、発光層の他方側のキャリアの移動を制御する層におけるキャリア輸送性とは異な
ることが必要である。
例えば、発光層の一方側のキャリアの移動を制御する層のキャリア輸送性が電子輸送性
であるとすると、発光層の他方側のキャリアの移動を制御する層のキャリア輸送性は正孔
輸送性であることが必要となる。

（実施の形態３）
本実施の形態は、本発明に係る複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子（以下、
積層型素子という）の態様を示すものであり、それについて、図９を参照して説明する。
この発光素子は、第１の電極と第２の電極との間に、複数の発光ユニットを有する積層型
発光素子である。発光ユニットとしては、実施の形態１および実施の形態２で示したＥＬ
層と同様な構成を用いることができる。つまり、実施の形態１および実施の形態２で示し
た発光素子は、１つの発光ユニットを有する発光素子であり、本実施の形態では、複数の
発光ユニットを有する発光素子について説明する。

図９において、第１の電極５０１と第２の電極５０２との間には、第１の発光ユニット
５１１と第２の発光ユニット５１２が積層されている。第１の電極５０１と第２の電極５
０２は実施の形態１と同様なものを適用することができる。また、第１の発光ユニット５
１１と第２の発光ユニット５１２は同じ構成であっても異なる構成であってもよく、その
構成は実施の形態１〜実施の形態２と同様なものを適用することができる。

電荷発生層５１３には、有機化合物と金属酸化物の複合材料が含まれている。この有機
化合物と金属酸化物の複合材料は、実施の形態１で示した複合材料であり、有機化合物と
酸化バナジウムや酸化モリブデンや酸化タングステン等の金属酸化物を含む。有機化合物
としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（
オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。

なお、有機化合物としては、正孔輸送性有機化合物として正孔移動度が１０^-6ｃｍ²／
Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物
質であれば、これら以外のものを用いてもよい。有機化合物と金属酸化物の複合材料は、
キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現する
ことができる。

なお、電荷発生層５１３は、有機化合物と金属酸化物の複合材料と他の材料とを組み合
わせて形成してもよい。例えば、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、電子供
与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層とを組み合わ
せて形成してもよい。また、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、透明導電膜
とを組み合わせて形成してもよい。

いずれにしても、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２に挟まれる電
荷発生層５１３は、第１の電極５０１と第２の電極５０２に電圧を印加したときに、一方
の発光ユニットに電子を注入し、他方の発光ユニットに正孔を注入するものであれば良い
。例えば、図９において、第１の電極の電位の方が第２の電極の電位よりも高くなるよう
に電圧を印加した場合、電荷発生層５１３は、第１の発光ユニット５１１に電子を注入し
、第２の発光ユニット５１２に正孔を注入するものであればよい。

本実施の形態では、２つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、同様に
、３つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能で
ある。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷
発生層で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での長寿命素
子を実現できる。また、照明を応用例とした場合は、電極材料の抵抗による電圧降下を小
さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。また、低電圧駆動が可能で消費電力
が低い発光装置を実現することができる。

また、それぞれの発光ユニット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つの発光ユニットを有する発光素子
において、第１の発光ユニットの発光色と第２の発光ユニット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の発
光ユニットの発光色が赤色であり、第２の発光ユニットの発光色が緑色であり、第３の発
光ユニットの発光色が青色である場合、発光素子全体としては、白色発光を得ることがで
きる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。

（実施の形態４）
本実施の形態は、本発明の発光素子を有する発光装置を示すものであり、それについて
説明する。
本実施の形態では、画素部に本発明の発光素子を有する発光装置について図１０を用い
て説明する。なお、図１０（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ
）をＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’で切断した断面図である。

図１０（Ａ）において、点線で示された６０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、６
０２は画素部、６０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、６０４は封止基
板、６０５はシール材であり、シール材６０５で囲まれた内側は、空間６０７になってい
る。
なお、引き回し配線６０８はソース側駆動回路６０１及びゲート側駆動回路６０３に入
力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプ
リントサーキット）６０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号
等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント
配線基板（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光
装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものと
する。

次に、断面構造について図１０（Ｂ）を用いて説明する。素子基板６１０上には駆動回
路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路６０
１と、画素部６０２中の一つの画素が示されている。
なお、ソース側駆動回路６０１はＮチャネル型ＴＦＴ６２３とＰチャネル型ＴＦＴ６２
４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路は、種々のＣＭＯＳ回路
、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板
上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を
基板上ではなく外部に形成することもできる。

また、画素部６０２はスイッチング用ＴＦＴ６１１と、電流制御用ＴＦＴ６１２とその
ドレインに電気的に接続された第１の電極６１３とを含む複数の画素により形成される。
なお、第１の電極６１３の端部を覆って絶縁物６１４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膜を用いることにより形成する。

また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物６１４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。例えば、絶縁物６１４の材料としてポジ型の感光性ア
クリルを用いた場合、絶縁物６１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有
する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物６１４として、光の照射によってエッ
チャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となる
ポジ型のいずれも使用することができる。

第１の電極６１３上には、ＥＬ層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成され
ている。ここで、第１の電極６１３に用いる材料としては、さまざまな金属、合金、電気
伝導性化合物、およびこれらの混合物を用いることができる。第１の電極を陽極として用
いる場合には、その中でも、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）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、珪素を
含有した酸化インジウム−酸化スズ膜、酸化インジウム−酸化亜鉛膜、窒化チタン膜、ク
ロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウム
を主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン
膜との３層構造の積層膜等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線として
の抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることが
できる。

また、ＥＬ層６１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート
法等の種々の方法によって形成される。ＥＬ層６１６は、実施の形態１及び実施の形態２
で示したキャリアの移動を制御する層および発光層を有している。また、ＥＬ層６１６を
構成する他の材料としては、低分子化合物、または高分子化合物（オリゴマー、デンドリ
マーを含む）であっても良い。また、ＥＬ層に用いる材料としては、有機化合物だけでな
く、無機化合物を用いてもよい。

また、第２の電極６１７に用いる材料としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化
合物、およびこれらの混合物を用いることができる。第２の電極を陰極として用いる場合
には、その中でも、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）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、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）等が挙げられる
。

なお、ＥＬ層６１６で生じた光を第２の電極６１７を透過させる場合には、第２の電極
６１７として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（酸化インジウム−酸化スズ（Ｉ
ＴＯ）、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）、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（ＩＷＺ
Ｏ）等）との積層を用いることも可能である。

さらに、シール材６０５で封止基板６０４を素子基板６１０と貼り合わせることにより
、素子基板６１０、封止基板６０４、およびシール材６０５で囲まれた空間６０７に発光
素子６１８が備えられた構造になっている。なお、空間６０７には、充填材が充填されて
おり、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材６０５で充填さ
れる場合もある。

なお、シール材６０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料
はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板６０４
に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Fiberglass-Reinforced Plasti
cs）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラス
チック基板を用いることができる。

以上のようにして、本発明の発光素子を有する発光装置を得ることができる。
このようにして得られる、本発明の発光装置は、長寿命の発光素子を有しているため、
長寿命である。
また、本発明の発光素子は発光効率の高い発光素子を有しているため、高輝度の発光が
可能であり、消費電力が低減された発光装置を得ることができる。

以上のように、本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するア
クティブマトリクス型の発光装置について説明したが、本発明の発光素子においては、ト
ランジスタ等の駆動用の素子を特に設けずに発光素子を駆動させるパッシブマトリクス型
の発光装置とすることもでき、その場合の構造について図１１に図示する。図１１には本
発明を適用して作製したパッシブマトリクス型の発光装置の斜視図および断面図を示す。
なお、図１１（Ａ）は、発光装置を示す斜視図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）をＸ−Ｙで
切断した断面図である。

図１１において、基板９５１上には、電極９５２と電極９５６との間にはＥＬ層９５５
が設けられている。電極９５２の端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９
５３上には隔壁層９５４が設けられている。隔壁層９５４の側壁は、基板面に近くなるに
伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり
、隔壁層９５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層９５３の面方向と同様
の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方
向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。

このように、隔壁層９５４を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐ
ことが出来る。また、パッシブマトリクス型の発光装置においても、寿命の長い本発明の
発光素子を含むことによって、寿命の長い発光装置を得ることができる。また、発光効率
が高い本発明の発光素子を含むことによって、消費電力の低減された発光装置を得ること
ができる。

（実施の形態５）
本実施の形態は、実施の形態４に示す発光装置をその一部に含む本発明の電子機器を示
すものであり、それについて説明する。本発明の電子機器は、実施の形態１ないし実施の
形態３で示した発光素子を有し、寿命の長い表示部を有する。また、発光効率の高い発光
素子を有するため、消費電力の低減された表示部を得ることができる。

本発明の発光装置を用いて作製された電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ
、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、
オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュー
タ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具
体的には、Digital Versatile Disc（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示し
うる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図１２に示
す。

図１２（Ａ）は本発明に係るテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示
部９１０３、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置
において、表示部９１０３は、実施の形態１ないし実施の形態３で説明したものと同様の
発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、寿命が長いという
特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため
、このテレビ装置は寿命が長いという特徴を有している。つまり、長時間の使用に耐えう
るテレビ装置を提供することができる。また、発光効率が高い発光素子を有するため、消
費電力の低減された表示部を有するテレビ装置を得ることができる。

図１２（Ｂ）は本発明に係る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９
２０６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部９２０３は、実施の形態１ないし実
施の形態３で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。
当該発光素子は、寿命が長いという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部
９２０３も同様の特徴を有するため、このコンピュータは寿命が長いという特徴を有して
いる。つまり、長時間の使用に耐えうるコンピュータを提供することができる。また、発
光効率が高い発光素子を有するため、消費電力の低減された表示部を有するコンピュータ
を得ることができる。

図１２（Ｃ）は本発明に係る携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９
４０３、音声入力部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート
９４０７、アンテナ９４０８等を含む。この携帯電話において、表示部９４０３は、実施
の形態１ないし実施の形態３で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して
構成されている。当該発光素子は、寿命が長いという特徴を有している。その発光素子で
構成される表示部９４０３も同様の特徴を有するため、この携帯電話は寿命が長いという
特徴を有している。つまり、長時間の使用に耐えうる携帯電話を提供することができる。
また、発光効率が高い発光素子を有するため、消費電力の低減された表示部を有する携帯
電話を得ることができる。

図１２（Ｄ）は本発明の係るカメラであり、本体９５０１、表示部９５０２、筐体９５
０３、外部接続ポート９５０４、リモコン受信部９５０５、受像部９５０６、バッテリー
９５０７、音声入力部９５０８、操作キー９５０９、接眼部９５１０等を含む。このカメ
ラにおいて、表示部９５０２は、実施の形態１ないし実施の形態３で説明したものと同様
の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、寿命が長いとい
う特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９５０２も同様の特徴を有するた
め、このカメラは寿命が長いという特徴を有している。つまり、長時間の使用に耐えうる
カメラを提供することができる。また、発光効率が高い発光素子を有するため、消費電力
の低減された表示部を有するカメラを得ることができる。

以上の様に、本発明の発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野
の電子機器に適用することが可能である。本発明の発光装置を用いることにより、長時間
の使用に耐えうる、寿命の長い表示部を有する電子機器を提供することが可能となる。ま
た、消費電力の低減された表示部を有する電子機器を得ることができる。

また、本発明の発光装置は、照明装置として用いることもできる。本発明の発光素子を
照明装置として用いる一態様を、図１３を用いて説明する。
図１３は、本発明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１３に示した液晶表示装置は、筐体９０１、液晶層９０２、バックライト９０３、筐体
９０４を有し、液晶層９０２は、ドライバＩＣ９０５と接続されている。また、バックラ
イト９０３は、本発明の発光装置が用いられおり、端子９０６により、電流が供給されて
いる。

本発明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、寿命の長い
バックライトが得られる。また、本発明の発光装置は、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が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可
能になる。さらに、本発明の発光装置は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化
、低消費電力化も可能となる。また、発光効率の高い発光素子を有しているため、高輝度
の発光が可能な発光装置を得ることができる。また、本発明の発光装置は長寿命であるた
め、寿命の長い液晶表示装置を得ることができる。

図１４は、本発明を適用した発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例
である。図１４に示す電気スタンドは、筐体２００１と、光源２００２を有し、光源２０
０２として、本発明の発光装置が用いられている。本発明の発光装置は長寿命であるため
、電気スタンドも長寿命である。

図１５は、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた例であ
る。本発明の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、本発明の発光装置は、長寿命であるため、長寿命の照明装置として用い
ることが可能となる。このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００
１として用いた部屋に、図１２（Ａ）で説明したような、本発明に係るテレビ装置３００
２を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。このような場合、両装置は長寿命
であるので、照明装置やテレビ装置の買い換え回数を減らすことができ、環境への負荷を
低減することができる。

本実施例では、本発明の発光素子について具体的に図１６を用いて説明する。実施例１
および実施例２で用いる有機化合物の構造式を以下に示す。

（発光素子１の作製）
まず、ガラス基板２２０１上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタ
リング法にて成膜し、第１の電極２２０２を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし
、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。

次に、第１の電極２２０２が形成された面が下方となるように、第１の電極２２０２が
形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、１０^-4Ｐａ程度ま
で減圧した後、第１の電極２２０２上に、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）と酸化モリブデン（VI）とを共蒸着するこ
とにより、複合材料を含む層２２１１を形成した。その膜厚は５０ｎｍとし、ＮＰＢと酸
化モリブデン（VI）の比率は、重量比で４：１＝（ＮＰＢ：酸化モリブデン）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。

次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、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）を１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正
孔輸送層２２１２を形成した。
続いて、正孔輸送層２２１２上に、発光層２２１３を形成した。まず、正孔輸送層２２
１２上に、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−（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）とを共蒸着すること
により、発光層２２１３を３０ｎｍの膜厚で形成した。ここで、ＣｚＰＡと２ＰＣＡＰＡ
との重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：２ＰＣＡＰＡ）となるように蒸着レートを調
節した。

さらに、発光層２２１３上に、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（
略称：Ａｌｑ）と２ＰＣＡＰＡとを共蒸着することにより、キャリアの移動を制御する層
２２１４を１０ｎｍの膜厚で形成した。ここで、Ａｌｑと２ＰＣＡＰＡとの重量比は、１
：０．１（＝Ａｌｑ：２ＰＣＡＰＡ）となるように蒸着レートを調節した。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、キャリアの移動を制御する層２２１４上にバソ
フェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を３０ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子輸送
層２２１５を形成した。

次いで、電子輸送層２２１５上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を１ｎｍの膜厚となるよ
うに成膜することにより、電子注入層２２１６を形成した。
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、第２の電極２２０４を形成し、発光素子１を作製した。
以上により得られた本発明の発光素子１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。

その後、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。
発光素子１の電流密度−輝度特性を図１７に示す。また、電圧−輝度特性を図１８に示
す。また、輝度−電流効率特性を図１９に示す。また、１ｍＡの電流を流したときの発光
スペクトルを図２０に示す。また、発光素子１に関し、初期輝度を５０００ｃｄ／ｍ²と
して、定電流駆動による連続点灯試験を行った結果を図２１に示す（縦軸は、５０００ｃ
ｄ／ｍ²を１００％とした時の相対輝度である）。

発光素子１は、輝度５０００ｃｄ／ｍ²のときのＣＩＥ色度座標が（ｘ＝０．２８、ｙ
＝０．６５）であり、２ＰＣＡＰＡに由来する緑色の発光を示した。また、輝度５０００
ｃｄ／ｍ²のときの電流効率は１８ｃｄ／Ａであり、駆動電圧は３．６Ｖであった。
さらに、発光素子１に関し、初期輝度を５０００ｃｄ／ｍ²として、定電流駆動による
連続点灯試験を行った結果、２６０時間後でも初期輝度の９３％の輝度を保っており、長
寿命な発光素子であることがわかった。

（比較発光素子２の作製）
次に、比較のため、上述した発光素子１のキャリアの移動を制御する層２２１４におい
て、２ＰＣＡＰＡを含まないようにした（すなわちＡｌｑのみを用いて２２１４を形成し
た）以外は発光素子１と同様にして、比較発光素子２を作製した。作製方法を以下に示す
。まず、ガラス基板上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法
にて成膜し、第１の電極を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍ
ｍ×２ｍｍとした。

次に、第１の電極が形成された面が下方となるように、第１の電極が形成された基板を
真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、１０^-4Ｐａ程度まで減圧した後、第
１の電極上に、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）と酸化モリブデン（VI）とを共蒸着することにより、複合材料を含む
層を形成した。その膜厚は５０ｎｍとし、ＮＰＢと酸化モリブデン（VI）の比率は、重量
比で４：１＝（ＮＰＢ：酸化モリブデン）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。
その後、抵抗加熱を用いた蒸着法により、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）を１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、
正孔輸送層を形成した。

次に、正孔輸送層上に、発光層を形成した。まず、正孔輸送層上に、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
−（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）とを共蒸着することにより、発光層２２１３を３
０ｎｍの膜厚で形成した。ここで、ＣｚＰＡと２ＰＣＡＰＡとの重量比は、１：０．０５
（＝ＣｚＰＡ：２ＰＣＡＰＡ）となるように蒸着レートを調節した。

さらに、発光層上に、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（III）（略称：Ａｌ
ｑ）を１０ｎｍの膜厚で形成した。つまり、発光素子１とは異なり、２ＰＣＡＰＡが含ま
れていないＡｌｑのみからなる層を形成した。
その後、抵抗加熱による蒸着法を用いて、Ａｌｑのみからなる層上にバソフェナントロ
リン（略称：ＢＰｈｅｎ）を３０ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子輸送層を形成した
。

電子輸送層上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を１ｎｍの膜厚となるように成膜すること
により、電子注入層を形成した。
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、第２の電極を形成し、比較発光素子２を作製した。
以上により得られた比較発光素子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。

その後、比較発光素子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。比較発光素子２は、輝度５０００ｃｄ／ｍ²のときのＣＩ
Ｅ色度座標が（ｘ＝０．２９、ｙ＝０．６４）、電流効率が１８ｃｄ／Ａであり、発光素
子１と同様、２ＰＣＡＰＡに由来する緑色の発光を示した。しかしながら、初期輝度を５
０００ｃｄ／ｍ²とした連続点灯試験を行った結果、図２１に示す通り、２６０時間後に
は初期輝度の７５％にまで輝度が低下しており、発光素子１よりも寿命が短かった。
よって、本発明を適用することにより、長寿命な発光素子が得られることがわかった。

本実施例では、本発明の発光素子について具体的に図１６を用いて説明する。
（発光素子３の作製）
まず、ガラス基板２２０１上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタ
リング法にて成膜し、第１の電極２２０２を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし
、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。

次に、第１の電極２２０２が形成された面が下方となるように、第１の電極２２０２が
形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、１０^-4Ｐａ程度ま
で減圧した後、第１の電極２２０２上に、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）と酸化モリブデン（VI）とを共蒸着するこ
とにより、複合材料を含む層２２１１を形成した。その膜厚は５０ｎｍとし、ＮＰＢと酸
化モリブデン（VI）の比率は、重量比で４：１＝（ＮＰＢ：酸化モリブデン）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。

次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、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）を１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正
孔輸送層２２１２を形成した。
続いて、正孔輸送層２２１２上に、発光層２２１３を形成した。まず、正孔輸送層２２
１２上に、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−（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）とを共蒸着すること
により、発光層２２１３を３０ｎｍの膜厚で形成した。ここで、ＣｚＰＡと２ＰＣＡＰＡ
との重量比は、１：０．０５（＝ＣｚＰＡ：２ＰＣＡＰＡ）となるように蒸着レートを調
節した。

さらに、発光層２２１３上に、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（
略称：Ａｌｑ）とクマリン３０（Coumarin３０）とを共蒸着することにより、キャリアの
移動を制御する層２２１４を１０ｎｍの膜厚で形成した。ここで、Ａｌｑとクマリン３０
との重量比は、１：０．０１（＝Ａｌｑ：クマリン３０）となるように蒸着レートを調節
した。
その後、抵抗加熱による蒸着法を用いて、キャリアの移動を制御する層２２１４上にバ
ソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）を３０ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子輸
送層２２１５を形成した。

電子輸送層２２１５上に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を１ｎｍの膜厚となるように成膜
することにより、電子注入層２２１６を形成した。
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、第２の電極２２０４を形成し、発光素子３を作製した。
以上により得られた本発明の発光素子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、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。

発光素子３の電流密度−輝度特性を図２２に示す。また、電圧−輝度特性を図２３に示
す。また、輝度−電流効率特性を図２４に示す。また、１ｍＡの電流を流したときの発光
スペクトルを図２５に示す。
発光素子３は、輝度５０００ｃｄ／ｍ²のときのＣＩＥ色度座標は（ｘ＝０．２８、ｙ
＝０．６５）であり、２ＰＣＡＰＡに由来する緑色の発光を示した。また、輝度５０００
ｃｄ／ｍ²のときの電流効率は１８ｃｄ／Ａであり、駆動電圧は３．５Ｖであった。

［特性測定例］
本実施例では、実施例１および実施例２で作製した発光素子１および発光素子３におけ
るキャリアの移動を制御する層に用いた、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（II
I）（略称：Ａｌｑ）と、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）、クマリン３０の還
元反応特性について、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって調べた。また、
その測定から、Ａｌｑ、２ＰＣＡＰＡ、クマリン３０のＬＵＭＯ準位を求めた。なお測定
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。

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１ｍｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させて調製した。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、ＲＥ５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。

（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２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＋０．６
１０［Ｖ ｖｓ． ＳＨＥ］であることが知られている（参考文献；Christian R.Goldsm
ith et al., J.Am.Chem.Soc., Vol.124, No.1,83-96, 2002）。一方、本実施例３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、
＋０．２０Ｖ［ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ⁺］であった。したがって、本実施例２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０．４１［ｅＶ］低くなっている
ことがわかった。

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２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、−４．４４−０．４１＝−４．８５［ｅＶ］であると算出で
きた。

（測定例１；Ａｌｑ）
本測定例１では、Ａｌｑの還元反応特性について、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ
）測定によって調べた。スキャン速度は０．１Ｖ／ｓｅｃとした。測定結果を図２６に示
す。なお、還元反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−０．６９Ｖから
−２．４０Ｖまで走査した後、−２．４０Ｖから−０．６９Ｖまで走査することにより行
った。

図２６に示すように、還元ピーク電位Ｅ_pcは−２．２０Ｖ、酸化ピーク電位Ｅ_paは−２
．１２Ｖと読み取ることができる。したがって、半波電位（Ｅ_pcとＥ_paの中間の電位）は
−２．１６Ｖと算出できる。このことは、Ａｌｑは−２．１６［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ⁺
］の電気エネルギーにより還元されることを示しており、このエネルギーはＬＵＭＯ準位
に相当する。ここで、上述した通り、本測定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、−４．８５［ｅＶ］であるため、ＡｌｑのＬＵＭＯ準位は、−４
．８５−（−２．１６）＝−２．６９［ｅＶ］であることがわかった。

（測定例２；２ＰＣＡＰＡ）
本測定例２では、２ＰＣＡＰＡの還元反応特性について、サイクリックボルタンメトリ
（ＣＶ）測定によって調べた。スキャン速度は０．１Ｖ／ｓｅｃとした。測定結果を図２
７に示す。なお、還元反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−０．４１
Ｖから−２．５０Ｖまで走査した後、−２．５０Ｖから−０．４１Ｖまで走査することに
より行った。
図２７に示すように、還元ピーク電位Ｅ_pcは−２．２１Ｖ、酸化ピーク電位Ｅ_paは−２
．１４Ｖと読み取ることができる。

したがって、半波電位（Ｅ_pcとＥ_paの中間の電位）は−２．１８Ｖと算出できる。この
ことは、２ＰＣＡＰＡは−２．１８［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ⁺］の電気エネルギーにより
還元されることを示しており、このエネルギーはＬＵＭＯ準位に相当する。ここで、上述
した通り、本測定例２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、
−４．８５［ｅＶ］であるため、２ＰＣＡＰＡのＬＵＭＯ準位は、−４．８５−（−２．
１８）＝−２．６７［ｅＶ］であることがわかった。
なお、上述のようにして求めたＡｌｑと２ＰＣＡＰＡのＬＵＭＯ準位は、０．０２［ｅ
Ｖ］しか変わらないことがわかる。よって、Ａｌｑと２ＰＣＡＰＡは、キャリアの移動を
制御する層に好適に用いることができる。

（測定例３；クマリン３０）
本測定例３では、クマリン３０の還元反応特性について、サイクリックボルタンメトリ
（ＣＶ）測定によって調べた。スキャン速度は０．１Ｖ／ｓｅｃとした。測定結果を図２
８に示す。なお、還元反応特性の測定は、参照電極に対する作用電極の電位を−０．２１
Ｖから−２．３０Ｖまで走査した後、−２．３０Ｖから−０．２１Ｖまで走査することに
より行った。
図２８に示すように、還元ピーク電位Ｅ_pcは−２．０７Ｖ、酸化ピーク電位Ｅ_paは−１
．９９Ｖと読み取ることができる。

したがって、半波電位（Ｅ_pcとＥ_paの中間の電位）は−２．０３Ｖと算出できる。この
ことは、クマリン３０は−２．０３［Ｖ ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ⁺］の電気エネルギーにより
還元されることを示しており、このエネルギーはＬＵＭＯ準位に相当する。ここで、上述
した通り、本測定例３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、
−４．８５［ｅＶ］であるため、クマリン３０のＬＵＭＯ準位は、−４．８５−（−２．
０３）＝−２．８２［ｅＶ］であることがわかった。
なお、上述のようにして求めたＡｌｑとクマリン３０のＬＵＭＯ準位は、０．１３［ｅ
Ｖ］しか変わらないことがわかる。よって、Ａｌｑとクマリン３０は、キャリアの移動を
制御する層に好適に用いることができる。

２０１ 基板
２０２ 第１の電極
２０３ ＥＬ層
２０４ 第２の電極
２１１ 第１の層
２１２ 第２の層
２１３ 第３の層
２１４ 第４の層
２１５ 第５の層
２１６ 第６の層
２１７ 第７の層
２２１ 第１の有機化合物
２２２ 第２の有機化合物
４０１ 基板
４０２ 第１の電極
４０３ ＥＬ層
４０４ 第２の電極
４１１ 第１の層
４１２ 第２の層
４１３ 第３の層
４１４ 第４の層
４１５ 第５の層
４１６ 第６の層
４１７ 第７の層
４２１ 第２の有機化合物
４２２ 第１の有機化合物
５０１ 第１の電極
５０２ 第２の電極
５１１ 第１の発光ユニット
５１２ 第２の発光ユニット
５１３ 電荷発生層
６０１ ソース側駆動回路
６０２ 画素部
６０３ ゲート側駆動回路
６０４ 封止基板
６０５ シール材
６０７ 空間
６０８ 配線
６０９ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６１０ 素子基板
６１１ スイッチング用ＴＦＴ
６１２ 電流制御用ＴＦＴ
６１３ 第１の電極
６１４ 絶縁物
６１６ ＥＬ層
６１７ 第２の電極
６１８ 発光素子
６２３ Ｎチャネル型ＴＦＴ
６２４ Ｐチャネル型ＴＦＴ
９０１ 筐体
９０２ 液晶層
９０３ バックライト
９０４ 筐体
９０５ ドライバＩＣ
９０６ 端子
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ ＥＬ層
９５６ 電極
２００１ 筐体
２００２ 光源
２２０１ ガラス基板
２２０２ 第１の電極
２２０４ 第２の電極
２２１１ 複合材料を含む層
２２１２ 正孔輸送層
２２１３ 発光層
２２１４ キャリアの移動を制御する層
２２１５ 電子輸送層
２２１６ 電子注入層
３００１ 照明装置
３００２ テレビ装置
９１０１ 筐体
９１０２ 支持台
９１０３ 表示部
９１０４ スピーカー部
９１０５ ビデオ入力端子
９２０１ 本体
９２０２ 筐体
９２０３ 表示部
９２０４ キーボード
９２０５ 外部接続ポート
９２０６ ポインティングデバイス
９４０１ 本体
９４０２ 筐体
９４０３ 表示部
９４０４ 音声入力部
９４０５ 音声出力部
９４０６ 操作キー
９４０７ 外部接続ポート
９４０８ アンテナ
９５０１ 本体
９５０２ 表示部
９５０３ 筐体
９５０４ 外部接続ポート
９５０５ リモコン受信部
９５０６ 受像部
９５０７ バッテリー
９５０８ 音声入力部
９５０９ 操作キー
９５１０ 接眼部

Claims (5)

1. 陽極と陰極との間に、発光層と、電子の移動を制御する層と、を有し、
   前記電子の移動を制御する層は、電子輸送性を有する第１の有機化合物と、正孔輸送性を有する第２の有機化合物と、を有し、
   前記発光層は、電子輸送性を有する第３の有機化合物と、発光性を有する物質と、を有し、
   前記電子の移動を制御する層に含まれる前記第１の有機化合物の重量は、前記第２の有機化合物の重量よりも大きく、
   前記発光層に含まれる前記第３の有機化合物の重量は、前記発光性を有する物質の重量よりも大きく、
   前記第１の有機化合物と、前記第３の有機化合物とは、異なる種類の有機化合物であり、
   前記電子の移動を制御する層は、前記陰極と前記発光層との間にあり、
   前記第１の有機化合物の最低空軌道準位と、前記第２の有機化合物の最低空軌道準位との差は０．２ｅＶ以下であることを特徴とする発光素子。
2. 陽極と陰極との間に、発光層と、電子の移動を制御する層と、を有し、
   前記電子の移動を制御する層は、電子輸送性を有する第１の有機化合物と、正孔輸送性を有する第２の有機化合物（ただし、第２の有機化合物が、第１の有機化合物に対して正孔トラップ性を有する化合物である場合を除く）と、を有し、
   前記発光層は、電子輸送性を有する第３の有機化合物と、発光性を有する物質と、を有し、
   前記電子の移動を制御する層に含まれる前記第１の有機化合物の重量は、前記第２の有機化合物の重量よりも大きく、
   前記発光層に含まれる前記第３の有機化合物の重量は、前記発光性を有する物質の重量よりも大きく、
   前記第１の有機化合物と、前記第３の有機化合物とは、異なる種類の有機化合物であり、
   前記電子の移動を制御する層は、前記陰極と前記発光層との間にあることを特徴とする発光素子。
3. 請求項１または２において、
   前記第２の有機化合物の発光色は、前記発光性を有する物質の発光色と同系色であることを特徴とする発光素子。
4. 請求項１乃至３のいずれか一において、
   前記発光層と前記電子の移動を制御する層との間に電子輸送性を有する層を有することを特徴とする発光素子。
5. 請求項１乃至４のいずれか一において、
   前記陽極と前記発光層との間に正孔の移動を制御する層を有し、
   前記正孔の移動を制御する層は、正孔輸送性を有する第４の有機化合物と、電子輸送性を有する第５の有機化合物と、を有し、
   前記正孔の移動を制御する層に含まれる前記第４の有機化合物の重量は、前記第５の有機化合物の重量よりも大きいことを特徴とする発光素子。

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