タイトル: | 公開特許公報(A)_有機化合物、発光素子、発光装置、電子機器及び照明装置 |
出願番号: | 2013145971 |
年次: | 2014 |
IPC分類: | H01L 51/50,C09K 11/06,C07D 471/04 |
廣瀬 智哉 門間 裕史 下垣 智子 瀬尾 哲史 JP 2014033195 公開特許公報(A) 20140220 2013145971 20130712 有機化合物、発光素子、発光装置、電子機器及び照明装置 株式会社半導体エネルギー研究所 000153878 廣瀬 智哉 門間 裕史 下垣 智子 瀬尾 哲史 JP 2012157602 20120713 H01L 51/50 20060101AFI20140124BHJP C09K 11/06 20060101ALI20140124BHJP C07D 471/04 20060101ALI20140124BHJP JPH05B33/14 BH05B33/22 BH05B33/22 DC09K11/06 690C09K11/06 660C07D471/04 108AC07D471/04 19 1 OL 77 3K107 4C065 3K107AA01 3K107BB01 3K107BB02 3K107CC04 3K107CC21 3K107CC45 3K107DD53 3K107DD58 3K107DD64 3K107DD67 3K107DD68 3K107DD69 3K107DD71 3K107DD74 3K107DD78 4C065AA03 4C065AA18 4C065BB06 4C065CC09 4C065DD02 4C065EE02 4C065HH01 4C065JJ01 4C065KK01 4C065LL01 4C065PP03 4C065PP18 本発明は、有機化合物及びそれを用いた発光素子に関する。また、当該発光素子を用いた発光装置、電子機器、及び照明装置に関する。 近年、エレクトロルミネッセンス(EL;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。さらに入力信号に対する応答速度が、非常に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、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出来る。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。 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、発光性の物質に有機化合物を用いる場合、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(ホール)がそれぞれ発光性の有機化合物を有する層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア(電子および正孔(ホール))が注入されて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(電子と正孔が再結合する)際に発光する。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、発光素子に用いる物質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物質開発等が盛んに行われている。例えば、燐光ドーパント、及びホスト化合物として、イミダゾフェナントリジン環(イミダゾフェナンスリジン環)を含む化合物等を用いた発光素子が開示されている(特許文献1参照)。特開2010−215759号公報 特許文献1において報告されているように、発光素子に用いる材料の開発は進んではきてはいるものの、発光特性、発光効率、合成効率、信頼性等といった多くの面で改善の余地が残されており、より優れた発光素子の開発が望まれている。 また、特許文献1において報告されている、イミダゾフェナントリジン環と、ジベンゾフラン環の2位とがアリーレン基を介して結合した化合物は、合成が困難であり、実用性が乏しい。また、特許文献1のイミダゾフェナントリジン環を基本骨格とした化合物については、一般式が多岐の構造に渡り記載されているが、一部の化合物においては、具体的な合成方法等が記載されておらず、実際に化合物を合成または評価した根拠も示唆もない。 上記課題を鑑みて、本発明の一態様は、発光素子の発光特性、発光効率及び信頼性の向上を達成することが可能な新たな有機化合物を提供することを課題の一とする。また、該有機化合物を有する発光素子を提供することを課題の一とする。また、該発光素子を用いた発光装置、電子機器、及び照明装置を提供することを課題の一とする。 本発明の一態様は、陰極と陽極の間に挟持された発光層を含む発光素子において、発光層は、有機化合物を含み、有機化合物が、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格と、ジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格とがアリーレン基を介して結合することを特徴とする発光素子である。 電子輸送性があるイミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格と、正孔輸送性があるジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格とがアリーレン基を介して結合することで、バイポーラ性を有する有機化合物となり、効率良く電子や正孔を受け取ることができる。 また、本発明の他の一態様は、陰極と陽極の間に挟持された発光層を含む発光素子において、発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物とを含み、第1の有機化合物が、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格と、ジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格とがアリーレン基を介して結合し、第2の有機化合物が、有機金属イリジウム錯体であることを特徴とする発光素子である。 また、本発明の他の一態様は、陰極と陽極の間に挟持された発光層を含む発光素子において、発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、第3の有機化合物とを含み、第1の有機化合物が、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格と、ジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格とがアリーレン基を介して結合し、第2の有機化合物が、有機金属イリジウム錯体であり、第3の有機化合物が、アミン骨格を含まない正孔輸送性材料であることを特徴とする発光素子である。第3の有機化合物として、アミン骨格を含む正孔輸送性材料を用いた場合、正孔輸送性を向上させることが可能となるが、アミン骨格を含む正孔輸送性材料は、三重項励起エネルギー準位が低いため、発光に寄与する第2の有機化合物の三重項励起エネルギーを消光(クエンチ)してしまい、発光効率が低下してしまう。 また、上記構成において、陰極側の発光層に接して電子輸送層を含み、電子輸送層が、上記有機化合物または第1の有機化合物を含むと好ましい。発光層だけでなく、電子輸送層にも、本発明の一態様である有機化合物を用いることで、発光素子の発光特性をさらに向上させることができる。 また、上記各構成において、陽極側の発光層に接して正孔輸送層を、含み、正孔輸送層が、アミン骨格を含まない正孔輸送性材料であると、好ましく、さらに該正孔輸送性材料が、カルバゾール骨格を含むと、さらに好ましい。正孔輸送層が、アミン骨格を含む正孔輸送性材料の場合、三重項励起エネルギー準位が低いため、発光に寄与する第2の有機化合物の三重項励起エネルギーを消光(クエンチ)してしまい、発光効率が低下してしまう。一方、正孔輸送性材料がカルバゾール骨格を含む構成とすることで、高い三重項励起エネルギー準位を有するため、上述した消光(クエンチ)の問題も生じないため、好適である。 また、上記各構成において、ジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格の4位がアリーレン基に結合すると、さらに好ましい。ジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格の4位と、アリーレン基が結合する構造とすることで、合成を簡便にすることができる。 また、上記各構成において、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格の7位がアリーレン基に結合すると、高い三重項励起エネルギー準位を有する上で、さらに好ましい。 また、本発明の他の一態様は、陰極と陽極の間に挟持された発光層を含む発光素子において、発光層は、有機化合物を含み、有機化合物が、一般式(G1)で表されることを特徴とする発光素子である。なお、一般式(G1)で表される有機化合物は、有用な新規化合物であり、本発明の一態様である。 一般式(G1)中において、R1〜R9及びR21〜R27は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数6〜13の置換もしくは無置換のアリール基を表す。また、Arは、炭素数6〜13の置換または無置換のアリーレン基を表す。また、Zは硫黄原子または酸素原子を表す。 上記構成において、Arが、置換または無置換のフェニレン基、あるいは置換または無置換のビフェニルジイル基であると好まく、さらにArが、置換または無置換のm−フェニレン基であることが、高い三重項励起エネルギー準位を有する上で好ましい。 また、本発明の他の一態様は、陰極と陽極の間に挟持された発光層を含む発光素子において、発光層は、有機化合物を含み、有機化合物が、一般式(G2)で表されることを特徴とする発光素子である。なお、一般式(G2)で表される有機化合物は、有用な新規化合物であり、本発明の一態様である。 一般式(G2)中において、R1〜R9、R11〜R14及びR21〜R27は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数6〜13の置換もしくは無置換のアリール基を表す。また、Zは硫黄原子または酸素原子を表す。 また、上述した有機化合物は、高い三重項励起エネルギーの準位(T1準位)を有している。したがって、このような有機化合物を発光層に用いた発光素子は、発光効率を高くすることができる。 また、本発明の一態様は、上記各構成の発光素子を有する発光装置、発光装置を有する電子機器、及び照明装置も範疇に含めるものである。したがって、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、もしくは光源(照明装置含む)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TCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、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。 本発明の一態様は、発光素子の発光特性、発光効率、及び信頼性の向上を達成することが可能な新たな有機化合物を提供することができる。また、該有機化合物を有する発光素子を提供することができる。本発明の一態様は、該発光素子を用いた発光装置、電子機器、及び照明装置を提供することができる。本発明の一態様の発光素子を説明する図。本発明の一態様の発光素子を説明する図、および発光素子中の有機化合物の吸収・発光スペクトルの模式図。本発明の一態様の発光素子を説明する図。本発明の一態様の発光装置を説明する図。本発明の一態様の発光装置を説明する図。本発明の一態様の電子機器を説明する図。本発明の一態様の電子機器を説明する図。本発明の一態様の電子機器及び照明装置を説明する図。7mDBTPIPt−IIの1H NMRチャート図。7mDBTPIPt−II(のLC/MS測定結果を示す図。7mDBTPIPt−II(のトルエン溶液の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。7mDBTPIPt−IIの薄膜の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。実施例の発光素子(発光素子1及び発光素子2)を説明する図。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の電圧−電流特性を示す図。発光素子1の信頼性試験結果を示す図。発光素子2の電流密度−輝度特性を示す図。発光素子2の電圧−輝度特性を示す図。発光素子2の輝度−電流効率特性を示す図。発光素子2の電圧−電流特性を示す図。7mDBtBPIPtの1H NMRチャート図。7mDBtBPIPtのLC/MS測定結果を示す図。7mDBtBPIPtのトルエン溶液の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。7mDBtBPIPtの薄膜の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。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の電圧−電流特性を示す図。 以下、本発明の実施の態様について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) 本実施の形態では、陰極と陽極の間に挟持された発光層を含む発光素子について、図1を用いて説明する。 本実施の形態に示す発光素子は、図1に示すように第1の電極101と第2の電極103の間に、EL層102が挟持されており、EL層102は、少なくとも発光層113を含み、発光層113の他に正孔注入層111、正孔輸送層112、電子輸送層114、電子注入層115などを含んで形成される。なお、本実施の形態においては、第1の電極101を陽極として用い、第2の電極103を陰極として用いる。 また、発光層113は、有機化合物を含み、該有機化合物が、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格と、ジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格とがアリーレン基を介して結合する。 電子輸送性があるイミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格と、正孔輸送性があるジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格とがアリーレン基を介して結合することで、バイポーラ性を有する有機化合物となり、効率良く電子や正孔を受け取ることができる。また、とくにジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格の4位と、アリーレン基が結合する構造とすることで、合成を簡便にすることができる。 なお、EL層102における正孔注入層111は、正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む層であり、アクセプター性物質によって正孔輸送性の高い物質から電子が引き抜かれることによりキャリアである正孔(ホール)が発生する。従って、正孔注入層111から正孔輸送層112を介して発光層113に正孔が注入される。 また、EL層102における電子注入層115は、電子輸送性の高い物質とドナー性物質を含む層であり、ドナー性物質によって電子輸送性の高い物質へ電子を与えることによってキャリアである電子が発生する。従って、電子注入層115から電子輸送層114を介して発光層113に電子が注入される。 以下に本実施の形態に示す発光素子を作製する上での具体例について説明する。 基板100は発光素子の支持体として用いられる。基板100としては、例えばガラス、石英、又はプラスチックなどを用いることができる。また可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板とは、曲げることができる(フレキシブル)基板のことであり、例えば、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォンからなるプラスチック基板等が挙げられる。また、フィルム(ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニル等からなる)、無機蒸着フィルムなどを用いることもできる。なお、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れば、これら以外のものでもよい。 第1の電極101および第2の電極103には、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。具体的には、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、シリコンまたは酸化シリコン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、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、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)の他、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、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、その他、グラフェン等を用いることができる。なお、第1の電極101および第2の電極103は、例えばスパッタリング法や蒸着法(真空蒸着法を含む)等により形成することができる。 正孔注入層111、及び正孔輸送層112に用いる正孔輸送性の高い物質としては、π電子過剰型複素芳香族化合物(例えばカルバゾール誘導体やインドール誘導体)、または芳香族アミン化合物を用いることができる。例えば、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)、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)、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)、4−フェニル−4’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:BPAFLP)、4−フェニル−3’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:mBPAFLP)、4−フェニル−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:PCBA1BP)、4,4’−ジフェニル−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:PCBBi1BP)、4−(1−ナフチル)−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:PCBANB)、4、4’−ジ(1−ナフチル)−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:PCBNBB)、9,9−ジメチル−N−フェニル−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]フルオレン−2−アミン(略称:PCBAF)、N−フェニル−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−アミン(略称:PCBASF)などの芳香族アミン骨格を有する化合物や、1,3−ビス(N−カルバゾリル)ベンゼン(略称:mCP)、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、3,6−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)−9−フェニルカルバゾール(略称:CzTP)、3,3’−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール)(略称:PCCP)などのカルバゾール骨格を有する化合物や、4,4’,4’’−(ベンゼン−1,3,5−トリイル)トリ(ジベンゾチオフェン)(略称:DBT3P−II)、2,8−ジフェニル−4−[4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]ジベンゾチオフェン(略称:DBTFLP−III)、4−[4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]−6−フェニルジベンゾチオフェン(略称:DBTFLP−IV)などのチオフェン骨格を有する化合物や、4,4’,4’’−(ベンゼン−1,3,5−トリイル)トリ(ジベンゾフラン)(略称:DBF3P−II)、4−{3−[3−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]フェニル}ジベンゾフラン(略称:mmDBFFLBi−II)などのフラン骨格を有する化合物が挙げられる。 上述した中でも、カルバゾール骨格を有する化合物は、信頼性が良好であり、また、正孔輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与するため好ましい。 さらに、正孔注入層111、及び正孔輸送層112に用いることのできる材料としては、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を用いることもできる。 また、正孔注入層111、及び正孔輸送層112は、上記正孔輸送性の高い物質と、アクセプター性を有する物質との混合層を用いてもよい。この場合、キャリア注入性が良好となり好ましい。用いるアクセプター性物質としては、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などの遷移金属酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化モリブデンが特に好ましい。 また、正孔輸送層112に用いることのできる材料として、上記にはアミン骨格を含む化合物も記載しているが、アミン骨格を含まないほうが好ましく、カルバゾール骨格を含む構造が好ましい。 正孔輸送層112が、アミン骨格を含む正孔輸送性材料の場合、三重項励起エネルギー準位が低いため、発光に寄与する第2の有機化合物の三重項励起エネルギーを消光(クエンチ)してしまい、発光効率が低下してしまう。一方、正孔輸送性材料がカルバゾール骨格を含む構成とすることで、高い三重項励起エネルギー準位を有するため、上述した消光(クエンチ)の問題も生じないため、好適である。 発光層113は、例えば、電子輸送性材料をホスト材料(第1の有機化合物)として含み、三重項励起エネルギーを発光に変える発光性材料をゲスト材料(第2の有機化合物)として含み、正孔輸送性材料をアシスト材料(第3の有機化合物)として含んで形成される層であると好ましい。なお、ホスト材料とアシスト材料の関係は、上記構成に限定されず、電子輸送性材料をアシスト材料として用い、正孔輸送性材料をホスト材料としても良い。 ここで、上記ホスト材料(第1の有機化合物)として、本発明の一態様である有機化合物を用いることができる。本発明の有機化合物は、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格と、ジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格とがアリーレン基を介して結合する。すなわち、本発明の一態様である有機化合物は、一般式(G1)で表される有機化合物である。 一般式(G1)中において、R1〜R9及びR21〜R27は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数6〜13の置換もしくは無置換のアリール基を表す。また、Arは、炭素数6〜13の置換または無置換のアリーレン基を表す。また、Zは硫黄原子または酸素原子を表す。 本発明の一態様の有機化合物は、電子輸送性骨格であるイミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格に加えて、正孔輸送性骨格であるジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格を有するため、正孔を受け取ることが容易となる。したがって、本発明の一態様の有機化合物を発光層113のホスト材料に用いることで、電子と正孔の再結合を容易に行うことができる。また、上記有機化合物は、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格と、ジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格とがアリーレン基を介して結合しているため、直接結合する場合に比べてバンドギャップの低下、及び三重項励起エネルギー準位の低下を抑制することができる。また、熱物性の向上や、膜質の安定性が向上する。その有機化合物を発光層113に用いることで、電流効率の高い素子を実現することができる。 また、一般式(G1)中において、Arが、置換または無置換のフェニレン基、あるいは置換または無置換のビフェニルジイル基であると好ましく、Arが、置換または無置換のm−フェニレン基であると、さらに好ましい。すなわち、本発明の一態様である有機化合物は、一般式(G2)で表される有機化合物である。 一般式(G2)中において、R1〜R9、R11〜R14及びR21〜R27は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数6〜13の置換もしくは無置換のアリール基を表す。また、Zは硫黄原子または酸素原子を表す。 一般式(G1)に示される有機化合物の具体例としては、構造式(100)〜(168)、及び構造式(200)〜(268)に示される有機化合物を挙げることができる。但し、本発明はこれらに限定されない。 また、本発明の一態様である有機化合物の合成方法としては種々の反応を適用することができる。例えば、以下に示す合成反応を行うことによって、一般式(G1)で表される有機化合物を合成することができる。なお、有機化合物の合成方法は、以下の合成方法に限定されない。≪一般式(G1)で表される有機化合物の合成方法≫ 合成スキーム(A−1)に示すように、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン誘導体のハロゲン化物(化合物1)と、ジベンゾチオフェン骨格、又はジベンゾフラン骨格を有するアリールボロン酸エステル、又はアリールボロン酸(化合物2)を、鈴木・宮浦反応によりカップリングさせることで、目的化合物を得ることができる。 合成スキーム(A−1)において、R1〜R9及びR21〜R27は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。また、R50及びR51は水素、炭素数1〜6のアルキル基のいずれかを表す。また、R50とR51は互いに結合して環を形成していても良い。また、Zは酸素原子または硫黄原子を表す。また、X1はハロゲンを表す。 また、合成スキーム(A−1)に示す鈴木・宮浦カップリング反応において、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格を有するアリールボロン酸エステル、又はボロン酸と、ジベンゾフラン誘導体、又はジベンゾチオフェン誘導体のハロゲン化物、又はトリフラート置換体をカップリングしてもよい。 次に、合成スキーム(B−1)に示すように、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格を有するアリールハライド(化合物3)と、ジベンゾチオフェン誘導体またはジベンゾフラン誘導体のボロン酸エステル、またはボロン酸(化合物4)を、鈴木・宮浦反応によりカップリングさせることで、目的化合物を得ることができる。 合成スキーム(B−1)において、R1〜R9及びR21〜R27は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。また、R52及びR53は水素、炭素数1〜6のアルキル基のいずれかを表す。また、R52とR53は互いに結合して環を形成していても良い。また、Zは酸素原子または硫黄原子を表す。また、X2はハロゲンまたはトリフラート基を表し、ハロゲンとしては、ヨウ素と臭素がより好ましい。 また、合成スキーム(B−1)に示す鈴木・宮浦カップリング反応において、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格を有するアリールボロン酸エステル、またはアリールボロン酸と、ジベンゾフラン誘導体、又はジベンゾチオフェン誘導体のハロゲン化物、又はトリフラート置換体をカップリングしてもよい。 また、合成スキーム(A−1)および(B−1)において、用いることができるパラジウム触媒としては、酢酸パラジウム(II)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロライド等が挙げられるが、用いることができるパラジウム触媒はこれらに限られるものでは無い。 また、合成スキーム(A−1)および(B−1)において、用いることができるパラジウム触媒の配位子としては、トリ(オルト−トリル)ホスフィンや、トリフェニルホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。用いることができるパラジウム触媒の配位子はこれらに限られるものでは無い。 また、合成スキーム(A−1)および(B−1)において、用いることができる塩基としては、ナトリウム tert−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等の無機塩基等が挙げられるが、用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。 また、合成スキーム(A−1)および(B−1)において、用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。ただし、用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。また、トルエンと水、又はトルエンとエタノールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒がより好ましい。 また、合成スキーム(A−1)および(B−1)に示すカップリング反応において、ボロン酸エステル、またはボロン酸以外にも、有機アルミニウムや、有機ジルコニウム、有機亜鉛、有機スズ化合物等を用いるクロスカップリング反応を用いてもよい。しかし、これらに限定されるものではない。また、このカップリングにおいて、ハロゲン以外にもトリフラート基等を用いても良いが、これらに限定されるものではない。 以上によって、本発明の一態様である有機化合物を合成することができる。 なお、本発明の一態様である有機化合物は、高いT1準位を有しているため、高い一重項励起エネルギーの準位(S1準位)も有している。したがって、本発明の一態様である有機化合物は、蛍光材料のホスト材料としても用いることができる。 また、発光層113に用いる三重項励起エネルギーを発光に変える発光性材料、すなわちゲスト材料(第2の有機化合物)としては、例えば、燐光性材料や熱活性化遅延蛍光を示す熱活性化遅延蛍光(TADF:Thermally Activated Delayed Fluorescence)材料が挙げられる。 また、上記燐光性材料として、例えば440nm〜520nmに発光のピークを有する燐光性材料としては、トリス{2−[5−(2−メチルフェニル)−4−(2,6−ジメチルフェニル)−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル−κN2]フェニル−κC}イリジウム(III)(略称:Ir(mpptz−dmp)3)、トリス(5−メチル−3,4−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾラト)イリジウム(III)(略称:[Ir(Mptz)3])、トリス[4−(3−ビフェニル)−5−イソプロピル−3−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:Ir(iPrptz−3b)3)のような4H−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス[3−メチル−1−(2−メチルフェニル)−5−フェニル−1H−1,2,4−トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:[Ir(Mptz1−mp)3])、トリス(1−メチル−5−フェニル−3−プロピル−1H−1,2,4−トリアゾラト)イリジウム(III)(略称:Ir(Prptz1−Me)3)のような1H−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、fac−トリス[1−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−2−フェニル−1H−イミダゾール]イリジウム(III)(略称:Ir(iPrpmi)3)、トリス[3−(2,6−ジメチルフェニル)−7−メチルイミダゾ[1,2−f]フェナントリジナト]イリジウム(III)(略称:Ir(dmpimpt−Me)3)のようなイミダゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、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)テトラキス(1−ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)、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−[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))のような電子吸引基を有するフェニルピリジン誘導体を配位子とする有機金属イリジウム錯体が挙げられる。上述した中でも、4H−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率にも優れるため、特に好ましい。 また、例えば520nm〜600nmに発光のピークを有する燐光性材料としては、トリス(4−メチル−6−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppm)3])、トリス(4−t−ブチル−6−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tBuppm)3])、(アセチルアセトナト)ビス(6−メチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppm)2(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(6−tert−ブチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tBuppm)2(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス[4−(2−ノルボルニル)−6−フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(endo−,exo−混合物)(略称:Ir(nbppm)2(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[5−メチル−6−(2−メチルフェニル)−4−フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(mpmppm)2(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(4,6−ジフェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(dppm)2(acac)])のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、(アセチルアセトナト)ビス(3,5−ジメチル−2−フェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppr−Me)2(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(5−イソプロピル−3−メチル−2−フェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppr−iPr)2(acac)])のようなピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、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)])、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)])、トリス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(bzq)3])、トリス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(pq)3])、ビス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(pq)2(acac)])のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体の他、トリス(アセチルアセトナト)(モノフェナントロリン)テルビウム(III)(略称:[Tb(acac)3(Phen)])のような希土類金属錯体が挙げられる。上述した中でも、ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率にも際だって優れるため、特に好ましい。 また、例えば600nm〜700nmに発光のピークを有する燐光性材料としては、(ジイソブチリルメタナト)ビス[4,6−ビス(3−メチルフェニル)ピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(5mdppm)2(dibm)])、ビス[4,6−ビス(3−メチルフェニル)ピリミジナト](ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(5mdppm)2(dpm)])、ビス[4,6−ジ(ナフタレン−1−イル)ピリミジナト](ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(d1npm)2(dpm)])のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、(アセチルアセトナト)ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tppr)2(acac)])、ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)(ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tppr)2(dpm)])、(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)])のようなピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、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)])のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体の他、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)のような白金錯体や、トリス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:[Eu(DBM)3(Phen)])、トリス[1−(2−テノイル)−3,3,3−トリフルオロアセトナト](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:[Eu(TTA)3(Phen)])のような希土類金属錯体が挙げられる。上述した中でも、ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率にも際だって優れるため、特に好ましい。また、ピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、色度の良い赤色発光が得られる。 また、発光層113に用いる正孔輸送性材料、すなわちアシスト材料(第3の有機化合物)としては、正孔注入層111、及び正孔輸送層112に用いることのできる正孔輸送性の高い物質を用いればよい。 とくに、発光層113に用いるアシスト材料(第3の有機化合物)としては、カルバゾール骨格を含む化合物が好ましい。カルバゾール骨格を有する化合物は、信頼性が良好であり、また、正孔輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与するため好ましい。 なお、これらのホスト材料(第1の有機化合物)およびアシスト材料(第3の有機化合物)は、青色の波長領域に吸収を有さないことが好ましい。具体的には、吸収端が440nm以下であることが好ましい。 電子輸送層114は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送層114には、上述した電子輸送性材料の他、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)、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)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]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)などの金属錯体を用いることができる。また、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’−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4’’−ビフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、4,4’−ビス(5−メチルベンゾオキサゾール−2−イル)スチルベン(略称:BzOs)などの複素芳香族化合物も用いることができる。また、ポリ(2,5−ピリジンジイル)(略称:PPy)、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)のような高分子化合物を用いることもできる。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114として用いてもよい。 また、電子輸送層114は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が2層以上積層したものとしてもよい。 また、電子輸送層114は、本発明の一態様である有機化合物を用いるとさらに好ましい。本発明の一態様の有機化合物は、電子輸送性の良好な材料であるため、電子輸送層114に用いると好適である。 電子注入層115は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層115には、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)、リチウム酸化物(LiOx)等のようなアルカリ金属またはアルカリ土類金属の化合物を用いることができる。また、フッ化エルビウム(ErF3)のような希土類金属化合物を用いることができる。また、上述した電子輸送層114を構成する物質を用いることもできる。 あるいは、電子注入層115に、有機化合物と電子供与体(ドナー)とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によって有機化合物に電子が発生するため、電子注入性および電子輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した電子の輸送に優れた材料であることが好ましく、具体的には、例えば上述した電子輸送層114を構成する物質(金属錯体や複素芳香族化合物等)を用いることができる。電子供与体としては、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的には、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウム等が挙げられる。また、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が好ましく、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩基を用いることもできる。また、テトラチアフルバレン(略称:TTF)等の有機化合物を用いることもできる。 なお、上述した正孔注入層111、正孔輸送層112、発光層113、電子輸送層114、及び電子注入層115は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。 また、上述した発光素子は、第1の電極101および第2の電極103との間に与えられた電位差により電流が流れ、EL層102において正孔と電子とが再結合することにより発光する。そして、この発光は、第1の電極101および第2の電極103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101および第2の電極103のいずれか一方、または両方が透光性を有する電極となる。 以上のように、本実施の形態に示す発光素子は、陰極と陽極の間に発光層を含む発光素子において、発光層は有機化合物を含み、該有機化合物がイミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格と、ジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格とがアリーレン基を介して結合する。この有機化合物を発光層に用いることで、電流効率の高い発光素子とすることができる。 なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができるものとする。(実施の形態2) 本実施の形態では、本発明の一態様である有機化合物と、三重項励起エネルギーを発光に変える発光性材料と、正孔輸送性材料とを発光層に用いた発光素子について、図2(A)及び図2(B)を用いて説明する。 本実施の形態に示す発光素子は、図2(A)に示すように第1の電極201及び第2の電極203間にEL層210を有する構造である。なお、EL層210には、少なくとも発光層223が含まれ、その他、正孔注入層221、正孔輸送層222、電子輸送層224、電子注入層225などが含まれていても良い。正孔注入層221、正孔輸送層222、電子輸送層224、電子注入層225用いることのできる材料としては、実施の形態1に示した正孔注入層111、正孔輸送層112、電子輸送層114、電子注入層115に用いることのできる材料を、それぞれ適用することができる。また、本実施の形態においては、第1の電極201を陽極として用い、第2の電極203を陰極として用いる。 本実施の形態に示す発光素子において、本発明の一態様である有機化合物が、発光層223に含まれた構成である。なお、本発明の一態様である有機化合物が電子輸送層224に含まれた構成としてもよい。 発光層223は、第1の有機化合物213と、第2の有機化合物214と、第3の有機化合物215が含まれており、本実施の形態においては、第1の有機化合物213をホスト材料として用い、第2の有機化合物214をゲスト材料として用い、第3の有機化合物215をアシスト材料として用いる。本発明の一態様である有機化合物は、電子輸送性の高い物質であるため、ホスト材料として用いる第1の有機化合物213に適用することができる。 発光層223において、上記ゲスト材料をホスト材料に分散させた構成とすることにより、発光層の結晶化を抑制することができる。また、ゲスト材料の濃度が高いことによる濃度消光を抑制し、発光素子の発光効率を高くすることができる。 なお、第1の有機化合物213、及び第3の有機化合物215のそれぞれのT1準位は、第2の有機化合物214のT1準位よりも高いことが好ましい。第1の有機化合物213(または第3の有機化合物215)のT1準位が第2の有機化合物214のT1準位よりも低いと、発光に寄与する第2の有機化合物214の三重項励起エネルギーを第1の有機化合物213(または第3の有機化合物215)が消光してしまい、発光効率の低下を招くためである。 ここで、ホスト材料からゲスト材料へのエネルギー移動効率を高めるため、エネルギー移動機構として知られているフェルスター機構(双極子−双極子相互作用)およびデクスター機構(電子交換相互作用)を考慮した上で、ホスト材料の発光スペクトル(一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペクトル)とゲスト材料の吸収スペクトル(より詳細には、最も長波長(低エネルギー)側の吸収帯のスペクトル)との重なりが大きくなることが好ましい。しかしながら通常の燐光性のゲスト材料の場合、ホスト材料の蛍光スペクトルを、ゲスト材料の最も長波長側の吸収帯における吸収スペクトルと重ねることは困難である。なぜならば、そのようにしてしまうと、ホスト材料の燐光スペクトルは蛍光スペクトルよりも長波長側に位置するため、ホスト材料のT1準位がゲスト材料のT1準位を下回ってしまい、上述したクエンチの問題が生じてしまうからである。一方、クエンチの問題を回避するため、ホスト材料のT1準位がゲスト材料のT1準位を上回るように設計すると、今度はホスト材料の蛍光スペクトルが短波長(高エネルギー)側にシフトするため、その蛍光スペクトルはゲスト材料の最も長波長側の吸収帯の吸収スペクトルと重ならなくなる。したがって、ホスト材料の蛍光スペクトルをゲスト材料の最も長波長側の吸収帯における吸収スペクトルと重ね、ホスト材料の一重項励起状態からのエネルギー移動を最大限に高めることは、通常困難である。 そこで本実施形態においては、第1の有機化合物213、および第3の有機化合物215は、励起錯体(エキサイプレックスとも言う)を形成する組み合わせであることが好ましい。これにより、発光層223において、第1の有機化合物213と第3の有機化合物215は、より長波長側に励起錯体の発光を与える。そして、励起錯体の発光スペクトルとゲスト材料(第2の有機化合物214)の吸収スペクトルとの重なりが大きくなるように、第1の有機化合物213と第3の有機化合物215を選択すれば、一重項励起状態からのエネルギー移動を最大限に高めることができる(図2(B)参照)。 なお、三重項励起状態に関しても、第1の有機化合物213と第3の有機化合物215の励起錯体からのエネルギー移動が生じると考えられる。 第1の有機化合物213としては、本発明の一態様である有機化合物を用いるとよい。また、第2の有機化合物214としては、実施の形態1に示す燐光性材料、とくに有機金属イリジウム錯体を用いるとよい。また、第3の有機化合物215としては、実施の形態1に示す正孔輸送性材料を用いるとよい。 上述した第1の有機化合物213、及び第3の有機化合物215は、励起錯体を形成できる組み合わせの一例であり、励起錯体の発光スペクトルが、第2の有機化合物214の吸収スペクトルと重なり、励起錯体の発光スペクトルのピークが、第2の有機化合物214の吸収スペクトルの最も長波長側のピークよりも長波長であればよい。 なお、電子輸送性材料と正孔輸送性材料で第1の有機化合物213と第3の有機化合物215を構成するため、その混合比によってキャリアバランスを制御することができる。具体的には、第1の有機化合物:第3の有機化合物=1:9〜9:1の範囲が好ましい。 本実施の形態で示した発光素子は、励起錯体の発光スペクトルとゲスト材料の吸収スペクトルとの重なりを利用したエネルギー移動により、エネルギー移動効率を高めることができるため、外部量子効率の高い発光素子を実現することができる。 なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができるものとする。(実施の形態3) 本実施の形態では、本発明の一態様として、電荷発生層を挟んでEL層を複数有する構造の発光素子(以下、タンデム型発光素子という)について説明する。 本実施の形態に示す発光素子は、図3(A)に示すように第1の電極301と、第2の電極303の間に、複数のEL層(第1のEL層311、第2のEL層312)を有するタンデム型発光素子である。 本実施の形態において、第1の電極301は、陽極として機能する電極であり、第2の電極303は陰極として機能する電極である。なお、第1の電極301及び第2の電極303は、実施の形態2と同様な構成を用いることができる。また、複数のEL層は、実施の形態1または実施の形態2で示したEL層と同様な構成であっても良いが、いずれかが同様の構成であっても良い。すなわち、第1のEL層311と第2のEL層312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または実施の形態2と同様なものを適用することができる。 また、複数のEL層の間には、電荷発生層313が設けられている。電荷発生層313は、第1の電極301と第2の電極303に電圧を印加したときに、一方のEL層に電子を注入し、他方のEL層に正孔を注入する機能を有する。本実施の形態の場合には、第1の電極301に第2の電極303よりも電位が高くなるように電圧を印加すると、電荷発生層313から第1のEL層311に電子が注入され、第2のEL層312に正孔が注入される。 なお、電荷発生層313は、光の取り出し効率の点から、可視光に対して透光性を有する(具体的には、電荷発生層313に対する可視光の透過率が、40%以上)ことが好ましい。また、電荷発生層313は、第1の電極301や第2の電極303よりも低い導電率であっても機能する。 電荷発生層313は、正孔輸送性の高い有機化合物に電子受容体(アクセプター)が添加された構成であっても、電子輸送性の高い有機化合物に電子供与体(ドナー)が添加された構成であってもよい。また、これらの両方の構成が積層されていても良い。 正孔輸送性の高い有機化合物に電子受容体が添加された構成とする場合において、正孔輸送性の高い有機化合物としては、例えば、NPBやTPD、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:MTDATA)、BSPBなどの芳香族アミン化合物等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有機化合物であれば、上記以外の物質を用いても構わない。 また、電子受容体としては、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)、クロラニル等を挙げることができる。また、また元素周期表における第4族乃至第8族に属する金属などの遷移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。 一方、電子輸送性の高い有機化合物に電子供与体が添加された構成とする場合において、電子輸送性の高い有機化合物としては、例えば、Alq、Almq3、BeBq2、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を用いることができる。また、この他、Zn(BOX)2、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、PBDやOXD−7、TAZ、BPhen、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有機化合物であれば、上記以外の物質を用いても構わない。 また、電子供与体としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属または元素周期表における第13族に属する金属およびその酸化物、炭酸塩を用いることができる。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)、イッテルビウム(Yb)、インジウム(In)、酸化リチウム、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機化合物を電子供与体として用いてもよい。 図3(A)においては、EL層を2層有する発光素子について説明したが、図3(B)に示すように、n層(ただし、nは、3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。 このような構成にすることで、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。電流密度を低く保てるため、長寿命素子を実現できる。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、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と混合すると、白色発光を得ることができる。 また、3つの発光層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。 なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。(実施の形態4) 本実施の形態では、本発明の一態様である発光装置について説明する。 本実施の形態に示す発光装置は、一対の電極間での光の共振効果を利用した微小光共振器(マイクロキャビティー)構造を有しており、図4に示す様に一対の電極(反射電極451及び半透過・半反射電極452)間に少なくともEL層455を有する発光素子を、複数有している。また、EL層455は、少なくとも発光層454(454R、454G、454B)を有し、その他、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、電荷発生層などが含まれていても良い。 第1の発光素子450Bは、反射電極451上に第1の発光層454B、第2の発光層454G、第3の発光層454Rを含むEL層455と、半透過・半反射電極452とが順次積層された構造を有する。また、第2の発光素子450Gは、反射電極451上に第1の透明導電層453aと、EL層455と、半透過・半反射電極452とが順次積層された構造を有する。また、第3の発光素子450Rは、反射電極451上に第2の透明導電層453bと、EL層455と、半透過・半反射電極452とが順次積層された構造を有する。 なお、上記発光素子(第1の発光素子450B、第2の発光素子450G、第3の発光素子450R)において、反射電極451、EL層455、半透過・半反射電極452は共通である。また、第1の発光層454Bでは、420nm以上480nm以下の領域にピーク波長(λB)をもつ光を発光させ、第2の発光層454Gでは、500nm以上550nm以下の領域にピーク波長(λG)を持つ光を発光させ、第3の発光層454Rでは、600nm以上760nm以下の領域にピーク波長(λR)を持つ光を発光させる。これにより、第1の発光層454B、第2の発光層454G、及び第3の発光層454Rからの発光が重ね合わされた、可視光領域に渡るブロードな光を発光させることができる。なお、上記より、波長の長さは、λB<λG<λRなる関係であるとする。 本実施の形態に示す各発光素子は、それぞれ反射電極451と半透過・半反射電極452との間にEL層455を挟んでなる構造を有しており、EL層455に含まれる各発光層から全方向に射出される発光は、微小光共振器としての機能を有する反射電極451と半透過・半反射電極452とによって共振される。なお、反射電極451は、反射性を有する導電性材料により形成され、可視光の反射率が40%〜100%、好ましくは70%〜100%であり、かつ抵抗率が1×10−2Ωcm以下の膜であるとする。また、半透過・半反射電極452は、反射性を有する導電性材料と光透過性を有する導電性材料とにより形成され、可視光の反射率が20%〜80%、好ましくは40%〜70%であり、かつ抵抗率が1×10−2Ωcm以下の膜であるとする。 また、本実施の形態では、第2の発光素子450Gと第3の発光素子450Rにそれぞれ設けられた透明導電層(第1の透明導電層453a、第2の透明導電層453b)の厚みを変えることにより、発光素子毎に反射電極451と半透過・半反射電極452間の光学距離を変えている。つまり、反射電極451と半透過・半反射電極452で形成される微小光共振器は、共振する波長の光を強め、共振しない波長の光を減衰させることができるため、素子毎に反射電極451と半透過・半反射電極452の間の光学距離を変えることにより、第1から第3の発光素子450B、450G、450Rが同一の発光層を有していても、異なる波長の光を取り出すことができる。 なお、光学距離(光路長ともいう)とは、実際の距離に屈折率をかけたものであり、本実施の形態においては、実膜厚にn(屈折率)をかけたものを表している。すなわち、「光学距離=実膜厚×n」である。 また、第1の発光素子450Bでは、反射電極451から半透過・半反射電極452までの光学的距離をmλB/2(ただし、mは1以上の自然数)、第2の発光素子450Gでは、反射電極451から半透過・半反射電極452までの光学的距離をmλG/2(ただし、mは1以上の自然数)、第3の発光素子450Rでは、反射電極451から半透過・半反射電極452までの光学的距離をmλR/2(ただし、mは1以上の自然数)としている。 以上より、第1の発光素子450Bからは、主としてEL層455に含まれる第1の発光層454Bで発光した光が取り出され、第2の発光素子450Gからは、主としてEL層455に含まれる第2の発光層454Gで発光した光が取り出され、第3の発光素子450Rからは、主としてEL層455に含まれる第3の発光層454Rで発光した光が取り出される。なお、各発光素子から取り出される光は、半透過・半反射電極452側からそれぞれ射出される。 また、上記構成において、反射電極451から半透過・半反射電極452までの光学的距離は、厳密には反射電極451における反射領域から半透過・半反射電極452における反射領域までの光学的距離である。しかし、反射電極451や半透過・半反射電極452における反射領域の位置や、発光領域を厳密に決定することは困難であるため、本実施の形態では、図4に示すように、反射電極451とEL層455の界面、およびEL層455と半透過・半反射電極452との界面を反射領域として、第1から第3の各発光層(454R、454G、454B)の中心を発光中心として以下の説明を行う。 次に、第1の発光素子450Bにおいて、第1の発光層454Bからの発光のうち、反射電極451によって反射されて戻ってきた光(第1の反射光)は、第1の発光層454Bから半透過・半反射電極452に直接入射する光(第1の入射光)と干渉を起こすため、反射電極451と第1の発光層454Bの光学的距離を(2nB−1)λB/4(ただし、nBは1以上の自然数)に調節する。光学的距離を調節することにより、第1の反射光と第1の入射光との位相を合わせ、第1の発光層454Bからの発光を増幅させることができる。 同様に、第2の発光素子450Gにおいて、第2の発光層454Gからの発光のうち、反射電極451によって反射されて戻ってきた光(第2の反射光)は、第2の発光層454Gから半透過・半反射電極452に直接入射する光(第2の入射光)と干渉を起こすため、反射電極451と第2の発光層454Gの光学的距離を(2nG−1)λG/4(ただし、nGは1以上の自然数)に調節する。光学的距離を調節することにより、第2の反射光と第2の入射光との位相を合わせ、第2の発光層454Gからの発光を増幅させることができる。 同様に、第3の発光素子450Rにおいて、第3の発光層454Rからの発光のうち、反射電極451によって反射されて戻ってきた光(第3の反射光)は、第3の発光層454Rから半透過・半反射電極452に直接入射する光(第3の入射光)と干渉を起こすため、反射電極451と第3の発光層454Rの光学的距離を(2nR−1)λR/4(ただし、nRは1以上の自然数)に調節する。光学的距離を調節することにより、第3の反射光と第3の入射光との位相を合わせ、第3の発光層454Rからの発光を増幅させることができる。 なお、上記構成において、いずれの発光素子も一つのEL層を有しているが、本発明はこれに限られることはなく、例えば、実施の形態3で説明したタンデム型(積層型)発光素子の構成と組み合わせて、一つの発光素子に電荷発生層を挟んで複数のEL層を形成する構成としてもよい。 本実施の形態で示した発光装置は、マイクロキャビティー構造を有しており、同じ構成のEL層を有していても発光素子毎に異なる波長の光を取り出すことができるためRGBの塗り分けが不要となる。従って、高精細化を実現することが容易であるなどの理由からフルカラー化を実現する上で有利である。また、特定波長の正面方向の発光強度を強めることが可能となるため、低消費電力化を図ることができる。この構成は、3色以上の画素を用いたカラーディスプレイ(画像表示装置)に適用する場合に、特に有用であるが、照明などの用途に用いてもよい。 なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。(実施の形態5) 本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を有する発光装置について説明する。 また、上記発光装置は、パッシブマトリクス型の発光装置でもアクティブマトリクス型の発光装置でもよい。なお、本実施の形態に示す発光装置には、他の実施形態で説明した発光素子を適用することが可能である。 本実施の形態では、アクティブマトリクス型の発光装置について図5を用いて説明する。 なお、図5(A)は発光装置を示す上面図であり、図5(B)は図5(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501上に設けられた画素部502と、駆動回路部(ソース線駆動回路)503と、駆動回路部(ゲート線駆動回路)504とを有する。画素部502、駆動回路部503、及び駆動回路部504は、シール材505によって、素子基板501と封止基板506との間に封止されている。 また、素子基板501上には、駆動回路部503、及び駆動回路部504に外部からの信号(例えば、ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、又はリセット信号等)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507が設けられる。ここでは、外部入力端子としてFPC(フレキシブルプリントサーキット)508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5(B)を用いて説明する。素子基板501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、ソース線駆動回路である駆動回路部503と、画素部502が示されている。 駆動回路部503はnチャネル型TFT509とpチャネル型TFT510とを組み合わせたCMOS回路が形成される例を示している。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、基板上ではなく外部に駆動回路を形成することもできる。 また、画素部502はスイッチング用TFT511と、電流制御用TFT512と電流制御用TFT512の配線(ソース電極又はドレイン電極)に電気的に接続された第1の電極513とを含む複数の画素により形成される。なお、第1の電極513の端部を覆って絶縁物514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、本実施の形態においては、第1の電極513を陽極として用いる。 また、上層に積層形成される膜の被覆性を良好なものとするため、絶縁物514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514の材料としてポジ型の感光性アクリル樹脂を用いた場合、絶縁物514の上端部に曲率半径(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514として、ネガ型の感光性樹脂、或いはポジ型の感光性樹脂のいずれも使用することができ、有機化合物に限らず無機化合物、例えば、酸化シリコン、酸窒化シリコン等、の両者を使用することができる。 第1の電極513上には、EL層515及び第2の電極516が積層形成されている。EL層515は、少なくとも正孔輸送層、及び発光層が設けられている。正孔輸送層、及び発光層は、実施の形態1または実施の形態2で示した構成を適用することができる。なお、本実施の形態においては、第2の電極516を陰極として用いる。 なお、第1の電極513、EL層515及び第2の電極516との積層構造で、発光素子517が形成されている。第1の電極513、EL層515及び第2の電極516の用いる材料としては、実施の形態1に示す材料を用いることができる。また、ここでは図示しないが、第2の電極516は外部入力端子であるFPC508に電気的に接続されている。 また、図5(B)に示す断面図では発光素子517を1つのみ図示しているが、画素部502において、複数の発光素子がマトリクス状に配置されているものとする。画素部502には、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。 さらに、シール材505で封止基板506を素子基板501と貼り合わせることにより、素子基板501、封止基板506、およびシール材505で囲まれた空間518に発光素子517が備えられた構造になっている。なお、空間518には、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505で充填される構成も含むものとする。 なお、シール材505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506に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)、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、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。 なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができる。(実施の形態6) 本実施の形態では、上記実施の形態に示す本発明の一態様の発光装置をその一部に含む電子機器について説明する。電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラ、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、スマートフォン、携帯型ゲーム機、電子書籍、またはタブレット型端末等)、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について、図6、及び図7を用いて説明する。 図6(A)は、本発明の一態様に係るテレビ装置であり、筐体611、支持台612、表示部613、スピーカー部614、ビデオ入力端子615等を含む。このテレビ装置において、表示部613には、本発明の一態様の発光装置を適用することができる。本発明の一態様の発光装置は、低駆動電圧で、高い電流効率が得られるため、本発明の一態様の発光装置を適用することで、消費電力の低減されたテレビ装置を得ることができる。 図6(B)は、本発明の一態様に係るコンピュータであり、本体621、筐体622、表示部623、キーボード624、外部接続ポート625、ポインティングデバイス626等を含む。このコンピュータにおいて、表示部623には、本発明の発光装置を適用することができる。本発明の一態様の発光装置は、低駆動電圧で、高い電流効率が得られるため、本発明の一態様の発光装置を適用することで、消費電力の低減されたコンピュータを得ることができる。 図6(C)は、本発明の一態様に係る携帯電話であり、本体631、筐体632、表示部633、音声入力部634、音声出力部635、操作キー636、外部接続ポート637、アンテナ638等を含む。この携帯電話において、表示部633には、本発明の発光装置を適用することができる。本発明の一態様の発光装置は、低駆動電圧で、高い電流効率が得られるため、本発明の一態様の発光装置を適用することで、消費電力の低減された携帯電話を得ることができる。 図6(D)は、本発明の一態様に係るカメラであり、本体641、表示部642、筐体643、外部接続ポート644、リモコン受信部645、受像部646、バッテリー647、音声入力部648、操作キー649、接眼部650等を含む。このカメラにおいて、表示部642には、本発明の一態様の発光装置を適用することができる。本発明の一態様の発光装置は、低駆動電圧で、高い電流効率が得られるため、本発明の一態様の発光装置を適用することで、消費電力の低減されたカメラを得ることができる。 図7(A)及び図7(B)は2つ折り可能なタブレット型端末である。図7(A)は、開いた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、表示部9631a、表示部9631b、表示モード切り替えスイッチ9034、電源スイッチ9035、省電力モード切り替えスイッチ9036、留め具9033、操作スイッチ9038、を有する。 上記実施の形態のいずれかに示す発光装置は、表示部9631a、表示部9631bに用いることが可能であり、消費電力の低減されたタブレット型端末とすることが可能となる。 表示部9631aは、一部をタッチパネルの領域9632aとすることができ、表示された操作キー9638にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部9631aにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領域がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部9631aの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部9631aの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部9631bを表示画面として用いることができる。 また、表示部9631bにおいても表示部9631aと同様に、表示部9631bの一部をタッチパネルの領域9632bとすることができる。また、タッチパネルのキーボード表示切り替えボタン9639が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで表示部9631bにキーボードボタン表示することができる。 また、タッチパネルの領域9632aとタッチパネルの領域9632bに対して同時にタッチ入力することもできる。 また、表示モード切り替えスイッチ9034は、縦表示又は横表示などの表示の向きを切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイッチ9036は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内蔵させてもよい。 また、図7(A)では表示部9631bと表示部9631aの表示面積が同じ例を示しているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネルとしてもよい。 図7(B)は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、太陽電池9633、充放電制御回路9634を有する。なお、図7(B)では充放電制御回路9634の一例としてバッテリー9635、DCDCコンバータ9636を有する構成について示している。 なお、タブレット型端末は2つ折り可能なため、未使用時に筐体9630を閉じた状態にすることができる。従って、表示部9631a、表示部9631bを保護できるため、耐久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。 また、この他にも図7(A)及び図7(B)に示したタブレット型端末は、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有することができる。 タブレット型端末の表面に装着された太陽電池9633によって、電力をタッチパネル、表示部、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池9633は、筐体9630の片面又は両面に設けることができ、バッテリー9635の充電を効率的に行う構成とすることができる。なおバッテリー9635としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。 また、図7(B)に示す充放電制御回路9634の構成、及び動作について図7(C)にブロック図を示し説明する。図7(C)には、太陽電池9633、バッテリー9635、DCDCコンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3、表示部9631について示しており、バッテリー9635、DCDCコンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3が、図7(B)に示す充放電制御回路9634に対応する箇所となる。 まず外光により太陽電池9633により発電がされる場合の動作の例について説明する。太陽電池で発電した電力は、バッテリー9635を充電するための電圧となるようDCDCコンバータ9636で昇圧又は降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に太陽電池9633からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ9637で表示部9631に必要な電圧に昇圧又は降圧をすることとなる。また、表示部9631での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにしてバッテリー9635の充電を行う構成とすればよい。 なお太陽電池9633については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、圧電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段によるバッテリー9635の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線(非接触)で電力を送受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。 本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。 以上のように、本発明の一態様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。本発明の一態様の発光装置を用いることにより、消費電力の低減された電子機器を得ることができる。 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。照明装置の具体例について、図8を用いて説明する。 図8(A)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8(A)に示した液晶表示装置は、筐体701、液晶パネル702、バックライト703、筐体704を有し、液晶パネル702は、ドライバIC705と接続されている。また、バックライト703は、本発明の一態様の発光装置が用いられおり、端子706により、電流が供給されている。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。 図8(B)は、本発明の一態様の発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図8(B)に示す電気スタンドは、筐体801と、光源802を有し、光源802として、本発明の一態様の発光装置が用いられている。低駆動電圧で、高い電流効率が得られるため、本発明の一態様の発光装置を適用することで、低消費電力の電気スタンドを得ることが可能となる。 図8(C)は、本発明の一態様の発光装置を、室内の照明装置901として用いた例である。本発明の一態様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、本発明の一態様の発光装置は、低駆動電圧で、高い電流効率が得られるため、本発明の一態様の発光装置を適用することで、低消費電力の照明装置を得ることが可能となる。このように、本発明の一態様の発光装置を、室内の照明装置901として用いた部屋に、図6(A)で説明したような、本発明の一態様のテレビ装置902を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。 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。 本実施例では、実施の形態1において構造式(101)で示す有機化合物を製造する合成法の一例について、以下説明を行う。<構造式(101)で示す7−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン(略称:7mDBTPIPt−II)の合成法> まず、下記構造式(101)で示す7mDBTPIPt−IIの合成法の一例について説明する。 200mL三口フラスコに7−ブロモイミダゾ[1,2−f]フェナントリジン1.2g(4.0mmol)、3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニルボロン酸1.3g(4.4mmol)、トルエン40mL、エタノール8mL、2Mの炭酸カリウム水溶液4mLを加えた。この混合物を、減圧下で攪拌することで脱気し、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)92mg(80μmol)を加え、窒素気流下、80℃で6時間攪拌した。所定時間経過後、この混合物に水を加え、析出した固体を吸引ろ過し、固体をメタノールで洗浄した。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(トルエン:酢酸エチル=1:1)で精製し、固体を得た。この固体をトルエンで再結晶したところ、目的物の白色粉末を収量1.4g、収率74%で得た。 得られた7−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]イミダゾ[1,2−f]フェナントリジンの白色粉末1.4gをトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製は、圧力3.3Pa、アルゴン流量5mL/minの条件で、7−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]イミダゾ[1,2−f]フェナントリジンを280℃で加熱して行った。昇華精製後7−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]イミダゾ[1,2−f]フェナントリジンの白色固体を1.3g、回収率93%で得た。上記合成法の反応スキームを下記(C−1)に示す。 上記反応スキーム(C−1)で得られた化合物を核磁気共鳴法(1H NMR)により同定した。以下に測定データを示す。 1H NMR(CDCl3,300MHz):δ(ppm)=7.45−7.52(m、2H)、7.58−7.70(m、6H)、7.78−7.87(m、3H)、7.94−8.00(m、2H)、8.03(d、J=1.5Hz、1H)、8.12(t、J=1.8Hz、1H)、8.19−8.23(m、2H)、8.47−8.50(m、1H)、8.67−8.70(m、1H)、8.75(d、J=1.5Hz、1H). また、1H NMRチャートを図9(A)、(B)に示す。なお、図9(B)は、図9(A)を拡大して表したチャートである。測定結果から、目的物である7mDBTPIPt−IIが得られたことを確認した。 次に、本実施例で得られた7mDBTPIPt−IIを液体クロマトグラフ質量分析(Liquid Chromatography Mass Spectrometry,略称:LC/MS分析)によって分析した。 LC/MS分析は、ウォーターズ社製Acquity UPLCおよびウォーターズ社製Xevo G2 Tof MSを用いて行った。 MS分析では、エレクトロスプレーイオン化法(ElectroSpray Ionization、略称:ESI)によるイオン化を行った。この時のキャピラリー電圧は3.0kV、サンプルコーン電圧は30Vとし、検出はポジティブモードで行った。さらに、以上の条件でイオン化された成分を衝突室(コリジョンセル)内でアルゴンガスと衝突させてプロダクトイオンに解離させた。アルゴンを衝突させる際のエネルギー(コリジョンエネルギー)は70eVとした。なお、測定する質量範囲はm/z=100〜1200とした。 MS分析した測定結果を図10に示す。図10の結果から、本発明の一態様である7mDBTPIPt−IIは、主としてm/z=258付近、m/z=421付近、及びm/z=433付近にプロダクトイオンのピークが、m/z=477付近にプレカーサーイオン由来のピークが、それぞれ検出されることがわかった。ここで、付近とは、LC/MS分析において、水素イオンの存在の有無や同位体の存在によりプロダクトイオンやプレカーサーイオンの数値の変化を表しており、この数値の変化も含めて、同程度の骨格に含まれることを許容範囲とする。なお、図10に示す結果は、7mDBTPIPt−IIに由来する特徴的な結果を示すものであることから、混合物中に含まれる7mDBTPIPt−IIを同定する上での重要なデータであるといえる。 また、7mDBTPIPt−IIのトルエン溶液の吸収スペクトルを図11(A)に、発光スペクトルを図11(B)にそれぞれ示す。また、7mDBTPIPt−IIの薄膜の吸収スペクトルを図12(A)に、発光スペクトルを図12(B)にそれぞれ示す。吸収スペクトルの測定には紫外可視分光光度計(日本分光株式会社製、V550型)を用いた。溶液は石英セルに入れ、薄膜は石英基板に蒸着してサンプルを作製して測定を行った。吸収スペクトルに関して、溶液については石英セルにトルエンのみを入れて測定した吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを示し、薄膜については石英基板の吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを示した。 なお、図11及び図12において、横軸は波長(nm)を、縦軸は強度(任意単位)をそれぞれ表す。トルエン溶液の場合では、282nm及び333nmに吸収ピークが見られ、発光のピークは、382nm(励起波長334nm)であった。また、薄膜の場合では251、264、284及び335nmに吸収ピークが見られ、発光のピークは402nm(励起波長338nm)であった。 本実施例では、実施の形態1において構造式(107)で示す有機化合物を製造する合成法の一例について、以下説明を行う。<構造式(107)で示す7−[3’−(ジベンゾチオフェン−4−イル)ビフェニル−3−イル]イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン(略称:7mDBtBPIPt)の合成法> まず、下記構造式(107)で示す7mDBtBPIPtの合成法の一例について説明する。 200mL三口フラスコに7−ブロモイミダゾ[1,2−f]フェナントリジン1.8g(6.0mmol)、3’−(ジベンゾチオフェン−4−イル)−3−ビフェニルボロン酸2.5g(6.6mmol)、トリ(オルト−トリル)ホスフィン0.18g(0.60mmol)、トルエン60mL、エタノール12mL、2Mの炭酸カリウム水溶液6mLを加えた。この混合物を、減圧下で攪拌することで脱気し、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、酢酸パラジウム(II)27mg(0.12mmol)を加え、窒素気流下、80℃で11時間攪拌した。所定時間経過後、この混合物に水を加え、水層をトルエンで抽出した。得られた抽出溶液と有機層を合わせ、水、飽和食塩水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して固体を得た。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(トルエン:酢酸エチル=1:1)で精製し、白色固体を得た。この固体をトルエン/ヘキサンの混合溶媒を用いて再結晶したところ、目的物の白色粉末を収量2.9g、収率88%で得た。 得られた7mDBtBPIPtの白色粉末2.6gをトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製は、圧力4.9Pa、アルゴン流量10mL/minの条件で、7mDBtBPIPtを310℃で加熱して行った。昇華精製後7mDBtBPIPtの白色固体を2.1g、回収率81%で得た。上記合成法の反応スキームを下記(D−1)に示す。 上記反応スキーム(D−1)で得られた化合物を1H NMRにより同定した。以下に測定データを示す。 1H NMR(CDCl3,300MHz):δ=7.45−7.52(m、2H)、7.58−7.70(m、7H)、7.74−7.84(m、5H)、7.92−8.05(m、4H)、8.10−8.12(m、1H)、8.18−8.23(m、2H)、8.50(dd、J=6.9Hz、2.4Hz、1H)、8.69(dd、J=6.9Hz、2.4Hz、1H)、8.74(d、J=2.4Hz、1H)。 また、1H NMRチャートを図23(A)、(B)に示す。なお、図23(B)は、図23(A)を拡大して表したチャートである。測定結果から、目的物である7mDBtBPIPtが得られたことを確認した。 次に、本実施例で得られた7mDBtBPIPtをLC/MSによって分析した。 LC/MS分析では、実施例1と同様の測定装置と測定条件を用いた。 MS分析した測定結果を図24に示す。図24の結果から、本発明の一態様である7mDBtBPIPtは、主としてm/z=258付近、m/z=497付近、及びm/z=510付近にプロダクトイオンのピークが、m/z=553付近にプレカーサーイオン由来のピークが、それぞれ検出されることがわかった。なお、図24に示す結果は、7mDBtBPIPtに由来する特徴的な結果を示すものであることから、混合物中に含まれる7mDBtBPIPtを同定する上での重要なデータであるといえる。 また、7mDBtBPIPtのトルエン溶液の吸収スペクトルを図25(A)に、発光スペクトルを図25(B)にそれぞれ示す。また、7mDBtBPIPtの薄膜の吸収スペクトルを図26(A)に、発光スペクトルを図26(B)にそれぞれ示す。吸収スペクトルと発光スペクトルの測定では、実施例1と同じ装置、条件を適用した。 なお、図25及び図26において、横軸は波長(nm)を、縦軸は強度(任意単位)をそれぞれ表す。トルエン溶液の場合では、290nm及び330nmに吸収ピークが見られ、発光のピークは、388nm(励起波長332nm)であった。また、薄膜の場合では267、288、320及び336nmに吸収ピークが見られ、発光のピークは410及び426nm(励起波長321nm)であった。 本実施例では、本発明の一態様の発光素子(発光素子1)について、図13を用いて説明する。また、本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。 以下に、本実施例の発光素子1の作製方法を示す。(発光素子1) まず、基板1100上に、珪素または酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ(ITO−SiO2、以下ITSOと略記する。)をスパッタリング法にて成膜し、第1の電極1101を形成した。なお、用いたターゲットの組成は、In2O3:SnO2:SiO2=85:10:5[重量%]とした。また、第1の電極1101の膜厚は、110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。ここで、第1の電極1101は、発光素子の陽極として機能する電極である。 次に、基板1100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、10−4Pa程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板1100を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、170℃で30分間の真空焼成を行った後、基板1100を30分程度放冷した。 次に、第1の電極1101が形成された面が下方となるように、第1の電極1101が形成された基板1100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1101上に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、CBPと酸化モリブデンを共蒸着することで、正孔注入層1111を形成した。その膜厚は、60nmとし、CBPと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:2(=CBP:酸化モリブデン)となるように調節した。 次に、正孔注入層1111上に、PCCPを蒸着することで、正孔輸送層1112を形成した。その膜厚は、20nmとした。 次に、正孔輸送層1112上に、PCCPと、7mDBTPIPt−IIと、Ir(ppy)3とを共蒸着し、第1の発光層1113aを形成した。ここで、PCCPと7mDBTPIPt−IIとIr(ppy)3の重量比は、0.3:1:0.06(=PCCP:7mDBTPIPt−II:Ir(ppy)3)となるように調節した。また、第1の発光層1113aの膜厚は20nmとした。 なお、第1の発光層1113aにおいて、本発明の一態様である7mDBTPIPt−IIは、第1の有機化合物(ホスト材料)として用い、Ir(ppy)3は、第2の有機化合物(ゲスト材料)として用い、PCCPは、第3の有機化合物(アシスト材料)として用いた。本実施例に示すように第3の有機化合物(アシスト材料)は、アミン骨格を含まない正孔輸送性材料である。 次に、第1の発光層1113a上に、7mDBTPIPt−IIと、Ir(ppy)3とを共蒸着し、第2の発光層1113bを形成した。ここで、7mDBTPIPt−IIとIr(ppy)3の重量比は、1:0.06(=7mDBTPIPt−II:Ir(ppy)3)となるように調節した。また、第2の発光層1113bの膜厚は20nmとした。 なお、第2の発光層1113bにおいて、7mDBTPIPt−IIは、第1の有機化合物(ホスト材料)として用い、Ir(ppy)3は、第2の有機化合物(ゲスト材料)として用いた。 次に、第2の発光層1113b上に2−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]−1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール(略称:mDBTBIm−II)を膜厚15nmとなるように成膜し、第1の電子輸送層1114aを形成した。 次に、第1の電子輸送層1114a上にBPhenを膜厚20nmとなるように成膜し、第2の電子輸送層1114bを形成した。 次に、第2の電子輸送層1114b上に、フッ化リチウムを1nmの膜厚で蒸着し、電子注入層1115を形成した。 最後に、陰極として機能する第2の電極1103として、アルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着することで、本実施例の発光素子1を作製した。 なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。 以上により得られた発光素子1の素子構造を表1に示す。 次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子1が大気に曝されないようにガラス基板により封止する作業(シール材を素子の周囲に塗布し、封止時に80℃にて1時間熱処理)を行った。その後、発光素子1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14に示す。図14において、横軸は電流密度(mA/cm2)、縦軸は輝度(cd/m2)をそれぞれ表す。また、発光素子1の電圧−輝度特性を図15に示す。図15において、横軸は電圧(V)、縦軸は輝度(cd/m2)をそれぞれ表す。また、発光素子1の輝度−電流効率特性を図16に示す。図16において、横軸は輝度(cd/m2)、縦軸は電流効率(cd/A)をそれぞれ表す。また、発光素子1の電圧−電流特性を図17に示す。図17において、横軸は電圧(V)、縦軸は電流(mA)をそれぞれ表す。 また、発光素子1における輝度1050cd/m2のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm2)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、外部量子効率(%)を表2に示す。 このように、本発明の一態様である発光素子1は、低駆動電圧で、高い電流効率が得られることが確認された。 次に、発光素子1について、信頼性試験の評価を行った。信頼性試験の結果を図18に示す。 信頼性試験では、初期輝度を5000cd/m2に設定し、電流密度一定の条件で発光素子1を駆動し、輝度の変化をモニターした。図18においては、横軸は素子の駆動時間(h)を対数で表し、縦軸は初期輝度を100%とした時の規格化輝度(%)を表す。 図18より、発光素子1の規格化輝度が50%低下するまでの時間は790hであった。 このように、本発明の発光素子1は、長寿命な発光素子であることが確認された。 本実施例では、本発明の一態様の発光素子(発光素子2)について、図13を用いて説明する。また、本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。 以下に、本実施例の発光素子2の作製方法を示す。(発光素子2) まず、基板1100上に、ITO−SiO2をスパッタリング法にて成膜し、第1の電極1101を形成した。なお、用いたターゲットの組成は、In2O3:SnO2:SiO2=85:10:5[重量%]とした。また、第1の電極1101の膜厚は、110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。ここで、第1の電極1101は、発光素子の陽極として機能する電極である。 次に、基板1100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、10−4Pa程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板1100を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、170℃で30分間の真空焼成を行った後、基板1100を30分程度放冷した。 次に、第1の電極1101が形成された面が下方となるように、第1の電極1101が形成された基板1100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1101上に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、DBT3P−IIと酸化モリブデンを共蒸着することで、正孔注入層1111を形成した。その膜厚は、60nmとし、DBT3P−IIと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:2(=DBT3P−II:酸化モリブデン)となるように調節した。 次に、正孔注入層1111上に、PCCPを蒸着することで、正孔輸送層1112を形成した。その膜厚は、20nmとした。 次に、正孔輸送層1112上に、PCCPと、7mDBTPIPt−IIと、Ir(mpptz−dmp)3とを共蒸着し、第1の発光層1113aを形成した。ここで、PCCPと7mDBTPIPt−IIとIr(mpptz−dmp)3の重量比は、1:0.3:0.06(=PCCP:7mDBTPIPt−II:Ir(mpptz−dmp)3)となるように調節した。また、第1の発光層1113aの膜厚は30nmとした。 なお、第1の発光層1113aにおいて、本発明の一態様である7mDBTPIPt−IIは、第3の有機化合物(アシスト材料)として用い、Ir(mpptz−dmp)3は、第2の有機化合物(ゲスト材料)として用い、PCCPは、第1の有機化合物(ホスト材料)として用いた。 次に、第1の発光層1113a上に、7mDBTPIPt−IIと、Ir(mpptz−dmp)3とを共蒸着し、第2の発光層1113bを形成した。ここで、7mDBTPIPt−IIとIr(mpptz−dmp)3の重量比は、1:0.06(=7mDBTPIPt−II:Ir(mpptz−dmp)3)となるように調節した。また、第2の発光層1113bの膜厚は10nmとした。 なお、第2の発光層1113bにおいて、本発明の一態様である7mDBTPIPt−IIは第1の有機化合物(ホスト材料)として用い、Ir(mpptz−dmp)3]は第2の有機化合物(ゲスト材料)として用いた。 次に、第2の発光層1113b上に7mDBTPIPt−IIを膜厚10nmとなるように成膜し、第1の電子輸送層1114aを形成した。 このように第2の発光層1113bに接して第1の電子輸送層1114aを形成し、第1の発光層1113a、第2の発光層1113b及び第1の電子輸送層1114aともに、本発明の一態様である7mDBTPIPt−IIを含む構成とすることで、発光特性を向上することが可能となり、好適である。 次に、第1の電子輸送層1114a上にBPhenを膜厚15nmとなるように成膜し、第2の電子輸送層1114bを形成した。 次に、第2の電子輸送層1114b上に、フッ化リチウムを1nmの膜厚で蒸着し、電子注入層1115を形成した。 最後に、陰極として機能する第2の電極1103として、アルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着することで、本実施例の発光素子2を作製した。 なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。 以上により得られた発光素子2の素子構造を表3に示す。 次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子2が大気に曝されないようにガラス基板により封止する作業(シール材を素子の周囲に塗布し、封止時に80℃にて1時間熱処理)を行った。その後、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。 発光素子2の電流密度−輝度特性を図19に示す。図19において、横軸は電流密度(mA/cm2)、縦軸は輝度(cd/m2)をそれぞれ表す。また、発光素子2の電圧−輝度特性を図20に示す。図20において、横軸は電圧(V)、縦軸は輝度(cd/m2)をそれぞれ表す。また、発光素子2の輝度−電流効率特性を図21に示す。図21において、横軸は輝度(cd/m2)、縦軸は電流効率(cd/A)をそれぞれ表す。また、発光素子2の電圧−電流特性を図22に示す。図22において、横軸は電圧(V)、縦軸は電流(mA)をそれぞれ表す。 また、発光素子2における輝度1070cd/m2のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm2)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、外部量子効率(%)を表4に示す。 このように、本発明の一態様である発光素子2は、低駆動電圧で、高い電流効率が得られることが確認された。 本実施例では、本発明の一態様の発光素子(発光素子3)について、図13を用いて説明する。また、本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。(発光素子3) 発光素子3は、発光素子2と同様に作製した。発光素子2の作製と異なる点は、第1の発光層1113aと第2の発光層1113b、および第1の電子輸送層1114aに発光素子2とは異なる化合物を用いた点である。 具体的には、正孔輸送層1112上に、PCCPと、7mDBtBPIPtと、Ir(mpptz−dmp)3とを共蒸着し、第1の発光層1113aを膜厚30nmで形成した。ここで、PCCPと7mDBtBPIPtとIr(mpptz−dmp)3の重量比は、1:0.5:0.06(=PCCP:7mDBtBPIPt:Ir(mpptz−dmp)3となるように調節した。 なお、第1の発光層1113aにおいて、本発明の一態様である7mDBtBPIPtは、第3の有機化合物(アシスト材料)として用い、Ir(mpptz−dmp)3は、第2の有機化合物(ゲスト材料)として用い、PCCPは、第1の有機化合物(ホスト材料)として用いた。本実施例に示すように第3の有機化合物(アシスト材料)は、アミン骨格を含まない正孔輸送性材料である。上述したように、第1の有機化合物(ホスト材料)として、アミン骨格を含む正孔輸送性材料を用いた場合、三重項励起エネルギー準位が低いため、発光に寄与する第2の有機化合物の三重項励起エネルギーを消光(クエンチ)してしまい、発光効率が低下してしまう。 第2の発光層1113bは、第1の発光層1113a上に、7mDBtBPIPtと、Ir(mpptz−dmp)3とを共蒸着することによって形成した。ここで、7mDBtBPIPtとIr(mpptz−dmp)3の重量比は、1:0.06(=7mDBtBPIPt:Ir(mpptz−dmp)3)となるように調節した。 なお、第2の発光層1113bにおいて、7mDBtBPIPtは、第1の有機化合物(ホスト材料)として用い、Ir(mpptz−dmp)3は、第2の有機化合物(ゲスト材料)として用いた。 第1の電子輸送層1114aは、第2の発光層1113b上に7mDBtBPIPtを成膜することで形成した。 このように第2の発光層1113bに接して第1の電子輸送層1114aを形成し、第1の発光層1113a、第2の発光層1113b及び第1の電子輸送層1114aともに、本発明の一態様である7mDBtBPIPtを含む構成とすることで、発光特性を向上することが可能となり、好適である。 以上により得られた発光素子3の素子構造を表5に示す。 発光素子3の動作特性の測定を室温(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27に示す。図27において、横軸は電流密度(mA/cm2)、縦軸は輝度(cd/m2)をそれぞれ表す。また、発光素子3の電圧−輝度特性を図28に示す。図28において、横軸は電圧(V)、縦軸は輝度(cd/m2)をそれぞれ表す。また、発光素子3の輝度−電流効率特性を図29に示す。図29において、横軸は輝度(cd/m2)、縦軸は電流効率(cd/A)をそれぞれ表す。また、発光素子3の電圧−電流特性を図30に示す。図30において、横軸は電圧(V)、縦軸は電流(mA)をそれぞれ表す。 また、発光素子3における輝度810cd/m2のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm2)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、外部量子効率(%)を表6に示す。 このように、本発明の一態様である発光素子3は、低駆動電圧で、高い電流効率が得られることが確認された。(参考例) 上記実施例4及び実施例5で用いたIr(mpptz−dmp)3の合成方法について説明する。なお、Ir(mpptz−dmp)3の構造を以下に示す。<ステップ1;3−(2−メチルフェニル)−4−(2,6−ジメチルフェニル)−5−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾール(略称;Hmpptz−dmp)の合成> まず、N−[1−クロロ−1−(2−メチルフェニル)メチリデン]−N’−[1−クロロ−(1−フェニル)メチリデン]ヒドラジン12.6g(43.3mmol)、2,6−ジメチルアニリン15.7g(134.5mmol)、N,N−ジメチルアニリン100mlを500mlナスフラスコに入れ、120℃で20時間加熱攪拌した。所定時間反応後、この反応溶液を1N塩酸200mlにゆっくり加えた。この溶液にジクロロメタンを加え有機層に目的物を抽出した。得られた有機層を水、炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させた。自然ろ過により硫酸マグネシウムを除去し、得られたろ液を濃縮し、黒色の液体を得た。この液体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒は酢酸エチル:ヘキサン=1:5とした。得られたフラクションを濃縮し、白色固体を得た。この固体を酢酸エチルにより再結晶を行い、Hmpptz−dmpの白色固体を4.5g、収率31%で得た。ステップ1の合成スキームを以下に示す。<ステップ2;Ir(mpptz−dmp)3の合成> 上記ステップ1で得た配位子Hmpptz−dmp2.5g(7.4mmol)、トリス(アセチルアセトナト)イリジウム(III)0.7g(1.5mmol)を高温加熱容器に入れ、脱気した。この反応容器を、内部をArフローしながら250℃で48時間加熱攪拌した。所定時間反応後、得られた固体をジクロロメタンで洗浄し、不溶物の緑色固体を吸引ろ過により得た。この固体をトルエンに溶解させ、アルミナとセライトの積層を通してろ過した。得られたフラクションを濃縮し、緑色固体を得た。この固体をトルエンで再結晶を行い、燐光性有機金属イリジウム錯体Ir(mpptz−dmp)3の緑色粉末を0.8g、収率45%で得た。ステップ2の合成スキームを以下に示す。 なお、上記ステップ2で得られた緑色粉末の1H−NMRによる分析結果を下記に示す。これより、上記合成方法において、Ir(mpptz−dmp)3(略称)が得られたことがわかった。 1H−NMR.δ(toluene−d8):1.82(s,3H),1.90(s,3H),2.64(s,3H),6.56−6.62(m,3H),6.67−6.75(m,3H),6.82−6.88(m,1H),6.91−6.97(t,1H),7.00−7.12(m,2H),7.63−7.67(d,1H).100 基板101 第1の電極102 EL層103 第2の電極111 正孔注入層112 正孔輸送層113 発光層114 電子輸送層115 電子注入層201 第1の電極203 第2の電極210 EL層213 第1の有機化合物214 第2の有機化合物215 第3の有機化合物221 正孔注入層222 正孔輸送層223 発光層224 電子輸送層225 電子注入層301 第1の電極303 第2の電極311 第1のEL層312 第2のEL層313 電荷発生層450B 第1の発光素子450G 第2の発光素子450R 第3の発光素子451 反射電極452 半透過・半反射電極453a 第1の透明導電層453b 第2の透明導電層454 発光層454B 第1の発光層454G 第2の発光層454R 第3の発光層455 EL層501 素子基板502 画素部503 駆動回路部504 駆動回路部505 シール材506 封止基板507 配線508 FPC509 nチャネル型TFT510 pチャネル型TFT511 スイッチング用TFT512 電流制御用TFT513 第1の電極514 絶縁物515 EL層516 第2の電極517 発光素子518 空間611 筐体612 支持台613 表示部614 スピーカー部615 ビデオ入力端子621 本体622 筐体623 表示部624 キーボード625 外部接続ポート626 ポインティングデバイス631 本体632 筐体633 表示部634 音声入力部635 音声出力部636 操作キー637 外部接続ポート638 アンテナ641 本体642 表示部643 筐体644 外部接続ポート645 リモコン受信部646 受像部647 バッテリー648 音声入力部649 操作キー650 接眼部701 筐体702 液晶パネル703 バックライト704 筐体705 ドライバIC706 端子801 筐体802 光源901 照明装置902 テレビ装置1100 基板1101 第1の電極1103 第2の電極1111 正孔注入層1112 正孔輸送層1113a 第1の発光層1113b 第2の発光層1114a 第1の電子輸送層1114b 第2の電子輸送層1115 電子注入層9033 留め具9034 スイッチ9035 電源スイッチ9036 スイッチ9038 操作スイッチ9630 筐体9631 表示部9631a 表示部9631b 表示部9632a 領域9632b 領域9633 太陽電池9634 充放電制御回路9635 バッテリー9636 DCDCコンバータ9637 コンバータ9638 操作キー9639 ボタン 陰極と陽極の間に挟持された発光層を含む発光素子において、 前記発光層は、有機化合物を含み、 前記有機化合物が、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格と、ジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格とがアリーレン基を介して結合する ことを特徴とする発光素子。 陰極と陽極の間に挟持された発光層を含む発光素子において、 前記発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物とを含み、 前記第1の有機化合物が、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格と、ジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格とがアリーレン基を介して結合し、 前記第2の有機化合物が、有機金属イリジウム錯体である ことを特徴とする発光素子。 陰極と陽極の間に挟持された発光層を含む発光素子において、 前記発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、第3の有機化合物とを含み、 前記第1の有機化合物が、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格と、ジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格とがアリーレン基を介して結合し、 前記第2の有機化合物が、有機金属イリジウム錯体であり、 前記第3の有機化合物が、アミン骨格を含まない正孔輸送性材料である ことを特徴とする発光素子。 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、 前記陰極側の前記発光層に接して電子輸送層を、含み、 前記電子輸送層が、前記有機化合物または前記第1の有機化合物を含む ことを特徴とする発光素子。 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、 前記陽極側の前記発光層に接して正孔輸送層を、含み、 前記正孔輸送層が、アミン骨格を含まない正孔輸送性材料である ことを特徴とする発光素子。 請求項5において、 前記正孔輸送層が、カルバゾール骨格を含む ことを特徴とする発光素子。 請求項1乃至請求項6のずれか一において、 前記ジベンゾチオフェン骨格または前記ジベンゾフラン骨格の4位が前記アリーレン基に結合する ことを特徴とする発光素子。 前記請求項1乃至請求項7のいずれか一において、 前記イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格の7位が前記アリーレン基に結合する ことを特徴とする発光素子。 陰極と陽極の間に挟持された発光層を含む発光素子において、 前記発光層は、有機化合物を含み、 前記有機化合物が、一般式(G1)で表される ことを特徴とする発光素子。(式中、R1〜R9及びR21〜R27は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数6〜13の置換もしくは無置換のアリール基を表す。また、Arは、炭素数6〜13の置換または無置換のアリーレン基を表す。また、Zは硫黄原子または酸素原子を表す。) 請求項9において、 前記Arが、置換または無置換のフェニレン基、あるいは置換または無置換のビフェニルジイル基である ことを特徴とする発光素子。 請求項9または請求項10において、 前記Arが、置換または無置換のm−フェニレン基である ことを特徴とする発光素子。 陰極と陽極の間に挟持された発光層を含む発光素子において、 前記発光層は、有機化合物を含み、 前記有機化合物が、一般式(G2)で表される ことを特徴とする発光素子。(式中、R1〜R9、R11〜R14及びR21〜R27は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数6〜13の置換もしくは無置換のアリール基を表す。また、Zは硫黄原子または酸素原子を表す。) 請求項1乃至請求項12のいずれか一に記載の発光素子を用いた発光装置。 請求項13に記載の発光装置を用いた電子機器。 請求項13に記載の発光装置を用いた照明装置。 一般式(G1)で表されることを特徴とする有機化合物。(式中、R1〜R9及びR21〜R27は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数6〜13の置換もしくは無置換のアリール基を表す。また、Arは、炭素数6〜13の置換または無置換のアリーレン基を表す。また、Zは硫黄原子または酸素原子を表す。) 請求項16において、前記Arが、置換または無置換のフェニレン基、あるいは置換または無置換のビフェニルジイル基である ことを特徴とする有機化合物。 請求項16または請求項17において、 前記Arが、置換または無置換のm−フェニレン基である ことを特徴とする有機化合物。 一般式(G2)で表されることを特徴とする有機化合物。(式中、R1〜R9、R11〜R14及びR21〜R27は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数6〜13の置換もしくは無置換のアリール基を表す。また、Zは硫黄原子または酸素原子を表す。) 【課題】発光素子の発光特性、発光効率、及び信頼性の向上を達成することが可能な新たな有機化合物を提供する。また、該有機化合物を有する発光素子を提供する。また、該発光素子を用いた発光装置、電子機器、及び照明装置を提供する。【解決手段】陰極と陽極の間に挟持された発光層を含む発光素子において、発光層は、有機化合物を含み、有機化合物が、イミダゾ[1,2−f]フェナントリジン骨格と、ジベンゾチオフェン骨格またはジベンゾフラン骨格とがアリーレン基を介して結合する。【選択図】図1