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公開番号2024061835
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-08
出願番号2024039648,2024020346
出願日2024-03-14,2012-02-14
発明の名称発光素子、発光装置、照明装置及び電子機器
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H10K 50/12 20230101AFI20240426BHJP()
要約【課題】外部量子効率が高い発光素子を提供する。また、寿命の長い発光素子を提供する
。
【解決手段】燐光性化合物、第1の有機化合物、及び第2の有機化合物を含む発光層を一
対の電極間に有し、第1の有機化合物及び第2の有機化合物が、励起錯体(エキサイプレ
ックス)を形成する組み合わせである発光素子を提供する。該発光素子は、励起錯体の発
光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用して、エネルギー移動を
するため、エネルギー移動効率が高い。したがって、外部量子効率が高い発光素子を実現
することができる。
【選択図】図25
特許請求の範囲【請求項１】
一対の電極間に、発光層を有し、
前記発光層は、芳香族アミン化合物である第１の有機化合物と、複素芳香族化合物である第２の有機化合物と、燐光性化合物と、を含み、
前記第１の有機化合物と前記第２の有機化合物とは、励起錯体を形成する組み合わせであり、
前記励起錯体の発光スペクトルは、前記燐光性化合物の吸収スペクトルと重なり、
前記芳香族アミン化合物は、ビフェニル構造およびフルオレン構造のいずれかを含む、発光素子。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
一対の電極間に、発光層を有し、
前記発光層は、芳香族アミン化合物である第１の有機化合物と、複素芳香族化合物である第２の有機化合物と、燐光性化合物と、を含み、
前記第１の有機化合物と前記第２の有機化合物とは、励起錯体を形成する組み合わせであり、
前記励起錯体の発光スペクトルは、前記燐光性化合物の吸収スペクトルと重なり、
前記燐光性化合物の吸収スペクトルの最も長波長側の吸収帯のピークは、５００～６００ｎｍの範囲にあり、
前記芳香族アミン化合物は、ビフェニル構造およびフルオレン構造のいずれかを含む、発光素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギー値と、前記燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のピークのエネルギー値との差が０．３ｅＶ以内である、発光素子。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギー値と、前記燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のピークのエネルギー値との差が０．２ｅＶ以内である、発光素子。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギー値と、前記燐光性化合物の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のピークのエネルギー値との差が０．１ｅＶ以内である、発光素子。
【請求項６】
一対の電極間に、発光層を有し、
前記発光層は、芳香族アミン化合物である第１の有機化合物と、複素芳香族化合物である第２の有機化合物と、イリジウム錯体と、を含み、
前記第１の有機化合物と前記第２の有機化合物とは、励起錯体を形成する組み合わせであり、
前記励起錯体の発光スペクトルは、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルと重なり、
前記芳香族アミン化合物は、ビフェニル構造およびフルオレン構造のいずれかを含む、発光素子。
【請求項７】
一対の電極間に、発光層を有し、
前記発光層は、芳香族アミン化合物である第１の有機化合物と、複素芳香族化合物である第２の有機化合物と、イリジウム錯体と、を含み、
前記第１の有機化合物と前記第２の有機化合物とは、励起錯体を形成する組み合わせであり、
前記励起錯体の発光スペクトルは、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルと重なり、
前記イリジウム錯体の吸収スペクトルの最も長波長側の吸収帯のピークは、５００～６００ｎｍの範囲にあり、
前記芳香族アミン化合物は、ビフェニル構造およびフルオレン構造のいずれかを含む、発光素子。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギー値と、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のピークのエネルギー値との差が０．３ｅＶ以内である、発光素子。
【請求項９】
請求項６または請求項７において、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギー値と、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のピークのエネルギー値との差が０．２ｅＶ以内である、発光素子。
【請求項１０】
請求項６または請求項７において、
前記励起錯体の発光スペクトルのピークのエネルギー値と、前記イリジウム錯体の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯のピークのエネルギー値との差が０．１ｅＶ以内である、発光素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）現象
を利用した発光素子（以下、有機ＥＬ素子とも記す）に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子の研究開発が盛んに行われている。有機ＥＬ素子の基本的な構成は、一対の
電極間に発光性の有機化合物を含む層（以下、発光層とも記す）を挟んだものであり、薄
型軽量化できる・入力信号に高速に応答できる・直流低電圧駆動が可能であるなどの特性
から、次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。また、このよう
な発光素子を用いたディスプレイは、コントラストや画質に優れ、視野角が広いという特
徴も有している。さらに、有機ＥＬ素子は面光源であるため、液晶ディスプレイのバック
ライトや照明等の光源としての応用も考えられている。
【０００３】
有機ＥＬ素子の発光機構は、キャリア注入型である。すなわち、電極間に発光層を挟んで
電圧を印加することにより、電極から注入された電子およびホール（正孔）が再結合して
発光物質が励起状態となり、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。そして、励起
状態の種類としては、一重項励起状態（Ｓ
＊
）と三重項励起状態（Ｔ
＊
）が可能である。
また、発光素子におけるその統計的な生成比率は、Ｓ
＊
：Ｔ
＊
＝１：３であると考えられ
ている。
【０００４】
発光性の有機化合物は通常、基底状態が一重項状態である。したがって、一重項励起状態
（Ｓ
＊
）からの発光は、同じスピン多重度間の電子遷移であるため蛍光と呼ばれる。一方
、三重項励起状態（Ｔ
＊
）からの発光は、異なるスピン多重度間の電子遷移であるため燐
光と呼ばれる。ここで、蛍光を発する化合物（以下、蛍光性化合物と記す）は室温におい
て、通常、燐光は観測されず蛍光のみが観測される。したがって、蛍光性化合物を用いた
発光素子における内部量子効率（注入したキャリアに対して発生するフォトンの割合）の
理論的限界は、Ｓ
＊
：Ｔ
＊
＝１：３であることを根拠に２５％とされている。
【０００５】
一方、燐光を発する化合物（以下、燐光性化合物と記す）を用いれば、内部量子効率は１
００％にまで理論上は可能となる。つまり、蛍光性化合物に比べて高い発光効率を得るこ
とが可能になる。このような理由から、高効率な発光素子を実現するために、燐光性化合
物を用いた発光素子の開発が近年盛んに行われている。特に、燐光性化合物としては、そ
の燐光量子収率の高さゆえに、イリジウム等を中心金属とする有機金属錯体が注目されて
おり、例えば、特許文献１には、イリジウムを中心金属とする有機金属錯体が燐光材料と
して開示されている。
【０００６】
上述した燐光性化合物を用いて発光素子の発光層を形成する場合、燐光性化合物の濃度消
光や三重項－三重項消滅による消光を抑制するために、他の化合物からなるマトリクス中
に該燐光性化合物が分散するようにして形成することが多い。この時、マトリクスとなる
化合物はホスト材料、燐光性化合物のようにマトリクス中に分散される化合物はゲスト材
料と呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
国際公開第００／７０６５５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、一般に、有機ＥＬ素子における光取り出し効率は２０％～３０％程度と言われて
いる。したがって、反射電極や透明電極による光の吸収を考慮すると、燐光性化合物を用
いた発光素子の外部量子効率の限界は、２５％程度と考えられている。
【０００９】
そこで、本発明の一態様は、外部量子効率が高い発光素子を提供することを目的の一とす
る。また、本発明の一態様は、寿命の長い発光素子を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、燐光性化合物、第１の有機化合物、及び第２の有機化合物を含む発光
層を一対の電極間に有し、第１の有機化合物及び第２の有機化合物が、励起錯体を形成す
る組み合わせである発光素子である。
（【００１１】以降は省略されています）

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