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公開番号2024149604
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-18
出願番号2024124805,2022195404
出願日2024-07-31,2017-05-19
発明の名称発光素子、表示装置、電子機器および照明装置
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 20230101AFI20241010BHJP()
要約【課題】駆動電圧が低く発光効率が高い発光素子を提供する。
【解決手段】ゲスト材料とホスト材料とが励起錯体を形成する組み合わせの発光素子であ
り、ゲスト材料は、三重項励起エネルギーを発光に変換することができる機能を有する。
発光層が呈する発光は、ゲスト材料が呈する発光、及び励起錯体が呈する発光を有し、発
光層が呈する発光に対する励起錯体が呈する発光の割合が、0%より大きく60%以下で
ある。また、ゲスト材料が呈する発光のエネルギーをE_{G_em}とし、励起錯体が呈する
発光のエネルギーをE_{Ex_em}とするとき、0eV<E_{G_em}-E_{Ex_em}≦0.
23eVの関係式を満たす。
【選択図】図2
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、第１の有機化合物と、第２の有機化合物と、を有し、
前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の一方は、前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の他方のＬＵＭＯ準位以上のＬＵＭＯ準位を有し、且つ、前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の他方のＨＯＭＯ準位以上のＨＯＭＯ準位を有し、
前記第１の有機化合物と、前記第２の有機化合物とが、励起錯体を形成する組み合わせであり、
前記第１の有機化合物は、三重項励起エネルギーを発光に変換することができる機能を有し、
前記第１の有機化合物が呈する発光のエネルギーをＥ
Ｇ＿ｅｍ
とし、前記励起錯体が呈する発光のエネルギーをＥ
Ｅｘ＿ｅｍ
とし、前記第１の有機化合物の吸収スペクトルの吸収端から算出される遷移エネルギーをＥ
Ｇ＿ａｂｓ
とするとき、
０ｅＶ＜Ｅ
Ｇ＿ｅｍ
－Ｅ
Ｅｘ＿ｅｍ
≦０．２３ｅＶ
０ｅＶ＜Ｅ
Ｇ＿ａｂｓ
－Ｅ
Ｅｘ＿ｅｍ
≦０．３０ｅＶ
の関係式を満たす、発光素子。
続きを表示（約 2,700 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、第１の有機化合物と、第２の有機化合物と、を有し、
前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の一方は、前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の他方のＬＵＭＯ準位以上のＬＵＭＯ準位を有し、且つ、前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の他方のＨＯＭＯ準位以上のＨＯＭＯ準位を有し、
前記第１の有機化合物と、前記第２の有機化合物とが、励起錯体を形成する組み合わせであり、
前記第１の有機化合物は、三重項励起エネルギーを発光に変換することができる機能を有し、
前記第１の有機化合物が呈する発光のエネルギーをＥ
Ｇ＿ｅｍ
とし、前記励起錯体が呈する発光のエネルギーをＥ
Ｅｘ＿ｅｍ
とし、前記第１の有機化合物の吸収スペクトルの吸収端から算出される遷移エネルギーをＥ
Ｇ＿ａｂｓ
とするとき、
０ｅＶ＜Ｅ
Ｇ＿ｅｍ
－Ｅ
Ｅｘ＿ｅｍ
≦０．１８ｅＶ
０ｅＶ＜Ｅ
Ｇ＿ａｂｓ
－Ｅ
Ｅｘ＿ｅｍ
≦０．２５ｅＶ
の関係式を満たす、発光素子。
【請求項３】
一対の電極間に発光層を有し、
前記発光層は、第１の有機化合物と、第２の有機化合物と、を有し、
前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の一方は、前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の他方のＬＵＭＯ準位以上のＬＵＭＯ準位を有し、且つ、前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の他方のＨＯＭＯ準位以上のＨＯＭＯ準位を有し、
前記第１の有機化合物と、前記第２の有機化合物とが、励起錯体を形成する組み合わせであり、
前記第１の有機化合物は、三重項励起エネルギーを発光に変換することができる機能を有し、
前記第１の有機化合物が呈する発光のエネルギーをＥ
Ｇ＿ｅｍ
とし、前記励起錯体が呈する発光のエネルギーをＥ
Ｅｘ＿ｅｍ
とし、前記第１の有機化合物の吸収スペクトルの吸収端から算出される遷移エネルギーをＥ
Ｇ＿ａｂｓ
とし、前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の一方のＨＯＭＯ準位と前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の他方のＬＵＭＯ準位とのエネルギー差をΔＥ
Ｅｘ
とするとき、
０ｅＶ＜Ｅ
Ｇ＿ｅｍ
－Ｅ
Ｅｘ＿ｅｍ
≦０．２３ｅＶ
０ｅＶ＜Ｅ
Ｇ＿ａｂｓ
－Ｅ
Ｅｘ＿ｅｍ
≦０．３０ｅＶ
０ｅＶ＜Ｅ
Ｇ＿ａｂｓ
－ΔＥ
Ｅｘ
≦０．２３ｅＶ
の関係式を満たす、発光素子。
【請求項４】
一対の電極間に発光層を有し、
前記発光層は、第１の有機化合物と、第２の有機化合物と、を有し、
前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の一方は、前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の他方のＬＵＭＯ準位以上のＬＵＭＯ準位を有し、且つ、前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の他方のＨＯＭＯ準位以上のＨＯＭＯ準位を有し、
前記第１の有機化合物と、前記第２の有機化合物とが、励起錯体を形成する組み合わせであり、
前記第１の有機化合物は、三重項励起エネルギーを発光に変換することができる機能を有し、
前記第１の有機化合物が呈する発光のエネルギーをＥ
Ｇ＿ｅｍ
とし、前記励起錯体が呈する発光のエネルギーをＥ
Ｅｘ＿ｅｍ
とし、前記第１の有機化合物の吸収スペクトルの吸収端から算出される遷移エネルギーをＥ
Ｇ＿ａｂｓ
とし、前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の一方のＨＯＭＯ準位と前記第１の有機化合物および前記第２の有機化合物の他方のＬＵＭＯ準位とのエネルギー差をΔＥ
Ｅｘ
とするとき、
０ｅＶ＜Ｅ
Ｇ＿ｅｍ
－Ｅ
Ｅｘ＿ｅｍ
≦０．１８ｅＶ
０ｅＶ＜Ｅ
Ｇ＿ａｂｓ
－Ｅ
Ｅｘ＿ｅｍ
≦０．２５ｅＶ
０ｅＶ＜Ｅ
Ｇ＿ａｂｓ
－ΔＥ
Ｅｘ
≦０．１８ｅＶ
の関係式を満たす、発光素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記第１の有機化合物が呈する発光のエネルギーＥ
Ｇ＿ｅｍ
および前記励起錯体が呈する発光のエネルギーＥ
Ｅｘ＿ｅｍ
は、それぞれ発光スペクトルの最も短波長側の発光ピークの波長から導出したものである、発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記第１の有機化合物が呈する発光のエネルギーＥ
Ｇ＿ｅｍ
および前記励起錯体が呈する発光のエネルギーＥ
Ｅｘ＿ｅｍ
は、それぞれ発光スペクトルの最も短波長側の立ち上がりの波長から導出したものである、発光素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記第１の有機化合物のＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位と、前記第２の有機化合物のＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位は、それぞれＣＶ測定の結果より算出した値である、発光素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
前記第２の有機化合物の最低励起三重項エネルギー準位は、前記第１の有機化合物の最低励起三重項エネルギー準位以上であり、
前記第１の有機化合物の最低励起三重項エネルギー準位は、前記励起錯体の最低励起三重項エネルギー準位以上である、発光素子。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
前記第１の有機化合物は、イリジウムを有する、発光素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
前記第２の有機化合物は、π電子不足型複素芳香環骨格を有する、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】
本発明の一態様は、発光素子、または該発光素子を有する表示装置、電子機器、及び照
明装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明
の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明の一態様
は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マ
ター）に関する。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野
としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶
装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる
。
【背景技術】
【０００３】
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含む層（ＥＬ層）を挟んだ構成である。この素子の電極
間に電圧を印加することにより、発光性の物質からの発光が得られる。
【０００４】
上述の発光素子は自発光型であるため、これを用いた表示装置は、視認性に優れ、バッ
クライトが不要であり、消費電力が少ない等の利点を有する。さらに、該表示装置は、薄
型軽量に作製でき、応答速度が高いなどの利点も有する。
【０００５】
発光性の物質に有機化合物を用い、一対の電極間に当該発光性の有機化合物を含むＥＬ
層を設けた発光素子（例えば、有機ＥＬ素子）の場合、一対の電極間に電圧を印加するこ
とにより、陰極から電子が、陽極から正孔（ホール）がそれぞれ発光性のＥＬ層に注入さ
れ、電流が流れる。そして、注入された電子及び正孔が再結合することによって発光性の
有機化合物が励起状態となり、励起された発光性の有機化合物から発光を得ることができ
る。
【０００６】
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（Ｓ
＊
）と三重項励起
状態（Ｔ
＊
）があり、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。また、発光素子におけるそれらの統計的な生成比率は、Ｓ
＊
：Ｔ
＊
＝
１：３である。そのため、蛍光を発する化合物（蛍光性化合物）を用いた発光素子より、
燐光を発する化合物（燐光性化合物）を用いた発光素子の方が、高い発光効率を得ること
が可能となる。したがって、三重項励起状態のエネルギーを発光に変換することが可能な
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（例えば、特許文献１参
照）。
【０００７】
有機化合物を励起するために必要なエネルギーは、有機化合物のＬＵＭＯ準位とＨＯＭ
Ｏ準位とのエネルギー差に依存し、そのエネルギー差は概ね一重項励起状態のエネルギー
に相当する。燐光性化合物を用いた発光素子においては、三重項励起エネルギーが、発光
のエネルギーに変換される。そのため、有機化合物が形成する一重項励起状態と三重項励
起状態とでエネルギー差が大きい場合、有機化合物を励起するために必要なエネルギーは
、該エネルギー差に相当するエネルギーの分だけ、発光のエネルギーより高くなってしま
う。有機化合物を励起するために必要なエネルギーと、発光のエネルギーとの差は、発光
素子において駆動電圧の上昇として素子特性に影響を与える。そのため、駆動電圧を低減
する手法が探索されている（特許文献２参照）。
【０００８】
また、燐光性化合物を用いた発光素子のうち、特に青色の発光を呈する発光素子におい
ては、高い三重項励起エネルギー準位を有する安定な化合物の開発が困難であるため、未
だ実用化に至っていない。そのため、燐光性化合物を用い、高い発光効率で信頼性の優れ
た発光素子の開発が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１０－１８２６９９号公報
特開２０１２－２１２８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
高い発光効率を示す燐光性化合物として、イリジウム錯体が知られている。また、高い
発光エネルギーを有するイリジウム錯体として、含窒素五員複素環骨格を配位子に有する
イリジウム錯体が知られている。該含窒素五員複素環骨格は、高い三重項励起エネルギー
を有するが、含窒素六員複素環骨格と比較して電子受容性が低い。そのため、含窒素五員
複素環骨格を配位子に有するイリジウム錯体は、ＬＵＭＯ準位が高く、電子キャリアが注
入されにくい。そのため、含窒素五員複素環骨格を配位子に有するイリジウム錯体は、キ
ャリアの直接再結合による励起が困難であり、効率よく発光させることが難しい。また、
含窒素五員複素環骨格を配位子に有するイリジウム錯体は、ＨＯＭＯ準位が高くなりやす
く、ＬＵＭＯ準位が低い他の化合物と相互作用し、励起錯体を形成する場合がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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