发光元件的制作方法与工艺

文档序号:13108788
本申请是申请日为2012年2月6日的、申请号为“201280002425.5(PCT\/JP2012\/053200)”的、发明名称为“发光元件”的发明专利申请的分案申请。技术领域本发明涉及一种利用有机电致发光(EL:Electroluminescence)现象的发光元件(以下将这种发光元件也称为有机EL元件)。

背景技术:
对有机EL元件积极地进行研究开发。有机EL元件的基本结构是在一对电极之间夹有包含发光性有机化合物的层(以下,也称为发光层)的结构。有机EL元件由于具有可实现薄型轻量化、能够对输入信号进行高速响应、能够实现直流低电压驱动等的特性,所以作为下一代的平板显示元件受到关注。此外,使用这种发光元件的显示器还具有优异的对比度和图像质量以及广视角的特征。再者,由于有机EL元件为面光源,因此期望将有机EL元件应用于例如液晶显示器的背光灯和照明器件的光源。有机EL元件的发光机理属于载流子注入型。换言之,通过对夹有发光层的电极之间施加电压,从电极注入的电子和空穴复合,以使发光物质成为激发态,并且当该激发态回到基态时发光。有两种类型的激发态:单重激发态(S*)和三重激发态(T*)。在发光元件中,单重激发态和三重激发态的统计学上的生成比例被认为是S*:T*=1:3。发光性有机化合物的基态通常是单重激发态。因此,来自单重激发态(S*)的发光因是在相同的自旋多重态之间的电子跃迁而被称为荧光。另一方面,来自三重激发态(T*)的发光因是不同的自旋多重态之间的电子跃迁而被称为磷光。在此,在发射荧光的化合物(以下,称为荧光化合物)中,通常在室温下无法观察到磷光,且只能观察到荧光。因此,基于S*:T*=1:3,使用荧光化合物的发光元件中的内部量子效率(所生成的光子与所注入的载流子之比)的理论上的极限被认为是25%。另一方面,如果使用发射磷光的化合物(以下称为磷光化合物),则内部量子效率在理论上可达到100%。换言之,与使用荧光化合物相比,可以得到较高的发光效率。根据上述理由,为了实现高效率的发光元件,近年来积极地开发出使用磷光化合物的发光元件。尤其是,作为磷光化合物,以铱等为中心金属的有机金属配合物由于其高磷光量子产率已受到关注。例如,专利文献1公开了以铱为中心金属的有机金属配合物作为磷光材料。当使用上述磷光化合物形成发光元件的发光层时,为了抑制磷光化合物的浓度猝灭或者由三重态-三重态湮灭导致的猝灭,通常以使该磷光化合物分散在另一种化合物的矩阵中的方式形成发光层。在此,用作矩阵的化合物被称为主体材料,分散在矩阵中的化合物诸如磷光化合物被称为客体材料。[参考文献][专利文献][专利文献1]国际公开第00\/70655号小册子

技术实现要素:
然而,一般认为有机EL元件中的光提取效率为20%至30%左右。因此,当考虑到由反射电极和透明电极吸收光时,使用磷光化合物的发光元件的外部量子效率的极限为最高约25%。本发明的一个方式的一个目的是提供一种外部量子效率高的发光元件。本发明的一个方式的另一目的是提供一种寿命长的发光元件。本发明的一个方式是一种发光元件,其包括:在一对电极之间包含磷光化合物、第一有机化合物以及第二有机化合物的发光层,其中,第一有机化合物和第二有机化合物的组合形成激基复合物。本发明的另一个方式是一种发光元件,其包括:在一对电极之间包含磷光化合物、第一有机化合物以及第二有机化合物的发光层,其中,第一有机化合物和第二有机化合物的组合形成激基复合物,并且所述激基复合物对磷光化合物起作用以使所述磷光化合物发射磷光。本发明的另一个方式是一种发光元件,其包括:在一对电极之间包含磷光化合物、第一有机化合物以及第二有机化合物的发光层,其中,第一有机化合物的单重态激子形成激基复合物。本发明的另一个方式是一种发光元件,其包括:在一对电极之间包含磷光化合物、第一有机化合物以及第二有机化合物的发光层,其中,第一有机化合物的阴离子和第二有机化合物的阳离子形成激基复合物。在上述发光元件中,激基复合物的激发能量优选转移到磷光化合物以使该磷光化合物发射磷光。在上述发光元件中,第一有机化合物和第二有机化合物中的至少一方优选为荧光化合物。在上述发光元件中,磷光化合物优选为有机金属配合物。本发明的一个方式的发光元件可以应用于发光装置、电子装置及照明装置。本发明的一个方式可以提供一种外部量子效率高的发光元件。本发明的另一个方式可以提供一种寿命长的发光元件。附图说明图1A和图1B是示出有关实施例1的吸收光谱及发射光谱的图;图2A和图2B是示出有关实施例2的吸收光谱及发射光谱的图;图3是示出实施例3的发光元件的电流密度-亮度特性的图;图4是示出实施例3的发光元件的电压-亮度特性的图;图5是示出实施例3的发光元件的亮度-电流效率特性的图;图6是示出实施例3的发光元件的亮度-外部量子效率特性的图;图7是示出实施例3的发光元件的发射光谱的图;图8是示出实施例3的发光元件的可靠性测试的结果的图;图9是示出实施例4的发光元件的电流密度-亮度特性的图;图10是示出实施例4的发光元件的电压-亮度特性的图;图11是示出实施例4的发光元件的亮度-电流效率特性的图;图12是示出实施例4的发光元件的亮度-外部量子效率特性的图;图13是示出实施例4的发光元件的发射光谱的图;图14是示出实施例4的发光元件的可靠性测试的结果的图;图15是示出实施例中发光元件的结构的图;图16A至图16C是示出本发明的一个方式的发光元件的图;图17是示出在本发明的一个方式中应用的激基复合物的能级的图;图18A和图18B是示出有关实施例5的吸收光谱及发射光谱的图;图19是示出实施例6的发光元件的电流密度-亮度特性的图;图20是示出实施例6的发光元件的电压-亮度特性的图;图21是示出实施例6的发光元件的亮度-电流效率特性的图;图22是示出实施例6的发光元件的亮度-外部量子效率特性的图;图23是示出实施例6的发光元件的发射光谱的图;图24是示出实施例6的发光元件的可靠性测试的结果的图;图25是说明本发明的一个方式的概念的图;图26A和图26B是示出有关实施例7的吸收光谱及发射光谱的图;图27是示出实施例8的发光元件的电流密度-亮度特性的图;图28是示出实施例8的发光元件的电压-亮度特性的图;图29是示出实施例8的发光元件的亮度-电流效率特性的图;图30是示出实施例8的发光元件的亮度-外部量子效率特性的图;图31是示出实施例8的发光元件的发射光谱的图;图32A和图32B是示出有关实施例9的吸收光谱及发射光谱的图;图33是示出实施例10的发光元件的电流密度-亮度特性的图;图34是示出实施例10的发光元件的电压-亮度特性的图;图35是示出实施例10的发光元件的亮度-电流效率特性的图;图36是示出实施例10的发光元件的亮度-外部量子效率特性的图;图37是示出实施例10的发光元件的发射光谱的图;图38是示出实施例10的发光元件的可靠性测试的结果的图;图39A和图39B是示出有关实施例11的吸收光谱及发射光谱的图;图40是示出实施例12的发光元件的电流密度-亮度特性的图;图41是示出实施例12的发光元件的电压-亮度特性的图;图42是示出实施例12的发光元件的亮度-电流效率特性的图;图43是示出实施例12的发光元件的亮度-外部量子效率特性的图;图44是示出实施例12的发光元件的发射光谱的图;图45是示出实施例12的发光元件的可靠性测试的结果的图;图46A和图46B是示出有关实施例13的吸收光谱及发射光谱的图;图47是示出实施例14的发光元件的电流密度-亮度特性的图;图48是示出实施例14的发光元件的电压-亮度特性的图;图49是示出实施例14的发光元件的亮度-电流效率特性的图;图50是示出实施例14的发光元件的亮度-外部量子效率特性的图;图51是示出实施例14的发光元件的发射光谱的图;图52A和图52B是示出有关实施例15的吸收光谱及发射光谱的图;图53是示出实施例16的发光元件的电流密度-亮度特性的图;图54是示出实施例16的发光元件的电压-亮度特性的图;图55是示出实施例16的发光元件的亮度-电流效率特性的图;图56是示出实施例16的发光元件的亮度-外部量子效率特性的图;图57是示出实施例16的发光元件的发射光谱的图;图58A和图58B是示出有关实施例17的吸收光谱及发射光谱的图;图59是示出实施例18的发光元件的电流密度-亮度特性的图;图60是示出实施例18的发光元件的电压-亮度特性的图;图61是示出实施例18的发光元件的亮度-电流效率特性的图;图62是示出实施例18的发光元件的亮度-外部量子效率特性的图;图63是示出实施例18的发光元件的发射光谱的图。图64是示出有关本发明的一个方式的计算结果的图;图65A1、图65A2、图65B1、图65B2、图65C1、图65C2是示出有关本发明的一个方式的计算结果的图。具体实施方式参照附图对实施方式进行详细说明。但是,本发明不局限于以下说明,而所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下本发明可以被变换为各种各样的形式。因此,本发明不应该被解释为仅局限在以下所示的实施方式所记载的内容中。注意,在下面说明的发明结构中,在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分,而省略反复说明。(实施方式1)本实施方式说明本发明的一个方式的发光元件。本实施方式的发光元件包括发光层,所述发光层具有作为发光物质的客体材料、第一有机化合物及第二有机化合物。具体而言,作为客体材料使用磷光化合物。此外,在本说明书中,在第一有机化合物和第二有机化合物中,将包含在发光层中的含量多的材料称为主体材料。通过采用将客体材料分散在主体材料中的结构,可以抑制发光层的晶化。此外,通过抑制因客体材料的浓度高而导致的浓度猝灭,可以提高发光元件的发光效率。此外,在本实施方式中,第一有机化合物及第二有机化合物的每个三重激发态能(T1能级)优选高于客体材料的T1能级。这是因为若第一有机化合物(或第二有机化合物)的T1能级低于客体材料的T1能级,则第一有机化合物(或第二有机化合物)使有助于发光的客体材料的三重激发态能猝灭,而导致发光效率的降低。<发光的基本过程>首先,对将磷光化合物用作客体材料的发光元件中的发光的一般的基本过程进行说明。(1)当在客体分子中电子和空穴复合,客体分子处于激发态的情况(直接复合过程)。(1-1)在客体分子的激发态为三重激发态时,客体分子发射磷光。(1-2)在客体分子的激发态为单重激发态时,单重激发态的客体分子系间跨越(intersystemcrossing)到三重激发态而发射磷光。换言之,在上述(1)的直接复合过程中,只要客体分子的系间跨越效率及磷光量子产率高,就可以获得高发光效率。此外,如上所述,主体分子的T1能级优选高于客体分子的T1能级。(2)当在主体分子中电子和空穴复合,主体分子处于激发态的情况(能量转移过程)。(2-1)在主体分子的激发态为三重激发态时,在主体分子的T1能级高于客体分子的T1能级时,激发能量从主体分子转移到客体分子,而客体分子处于三重激发态。处于三重激发态的客体分子发射磷光。此外,在理论上有可能能量转移到客体分子的单重激发能级(S1能级),但是在很多情况下客体分子的S1能级比主体分子的T1能级的能量更高,不容易成为主要能量转移过程,因此在此省略说明。(2-2)在主体分子的激发态为单重激发态,并且主体分子的S1能级高于客体分子的S1能级及T1能级时,激发能量从主体分子转移到客体分子,因此客体分子处于单重激发态或三重激发态。处于三重激发态的客体分子发射磷光。此外,处于单重激发态的客体分子系间跨越到三重激发态而发射磷光。换言之,在上述(2)的能量转移过程中,尽可能使主体分子的三重激发能及单重激发能都高效地转移到客体分子是重要的。鉴于上述能量转移过程,若在激发能量从主体分子转移到客体分子之前,主体分子本身将该激发能量作为光或热释放而发生失活,则使发光效率降低。在此,本发明人等发现在主体分子处于单重激发态时(上述(2-2)),与处于三重激发态时相比(上述(2-1)),能量不容易转移到磷光化合物的客体分子,使发光效率容易降低。并且,本发明人等将其作为课题。其理由能够从如下所述那样更详细描述的能量转移过程中找到。<能量转移过程>以下,详细说明分子间的能量转移过程。首先,作为分子间的能量转移机理,提出了以下两个机理。在此,将赋予激发能量的分子记为主体分子,而将接受激发能量的分子记为客体分子。《福斯特机理(偶极-偶极相互作用)》在福斯特机理(也称为福斯特共振能量转移(resonanceenergytransfer))中,能量转移不需要分子间的直接接触。通过主体分子和客体分子间的偶极振荡的共振现象发生能量转移。通过偶极振荡的共振现象,主体分子给客体分子供应能量,主体分子处于基态,且客体分子处于激发态。公式(1)示出福斯特机理的速度常数kh*→g。[公式1]kh*→g=9000c4K2φln10128π5n4NτR6∫f′h(v)ϵg(v)v4dv...(1)]]>在公式(1)中,ν表示频率,f’h(ν)表示主体分子的标准化发射光谱(单重激发态能量转移的荧光光谱,三重激发态能量转移的磷光光谱),εg(ν)表示客体分子的摩尔吸光系数,N表示阿伏伽德罗数,n表示介质的折射率,R表示主体分子和客体分子的分子间距离,τ表示所测量的激发态的寿命(荧光寿命或磷光寿命),c表示光速,φ表示发光量子产率(单重激发态能量转移的荧光量子产率,三重激发态能量转移的磷光量子产率),K2表示主体分子和客体分子的跃迁偶极矩的取向的系数(0至4)。此外,在无规取向中K2=2\/3。《德克斯特(Dexter)机理(电子交换相互作用)》在德克斯特机理(也称为德克斯特电子转移(Dexterelectrontransfer))中,主体分子和客体分子接近于产生轨道重叠的接触有效距离,激发态的主体分子和基态的客体分子交换电子,发生能量转移。公式2示出德克斯特机理的速度常数kh*→g。[公式2]kh*→g=(2πh)K2exp(-2RL)∫f′h(v)ϵ′g(v)dv...(2)]]>在公式(2)中,h表示普朗克常数,K表示具有能量维数(energydimension)的常数,ν表示频率,f’h(ν)表示主体分子的标准化发射光谱(从单重激发态的能量转移的荧光光谱,从三重激发态的能量转移的磷光光谱),ε’g(ν)表示客体分子的标准化的吸收光谱,L表示有效分子半径,R表示主体分子和客体分子的分子间距离。在此,可以认为以公式(3)表示从主体分子到客体分子的能量转移效率ΦET。式中,kr表示主体分子的发光过程(从单重激发态的能量转移中的荧光,从三重激发态的能量转移中的磷光)的速度常数,kn表示主体分子的非发光过程(热失活或系间跨越)的速度常数,τ表示所检测出的主体分子的激发态的寿命。[公式3]ΦET=kh*→gkr+kn+kh*→g=kh*→g(1τ)+kh*→g...(3)]]>首先,从公式(3)可知,为了提高能量转移效率ΦET,使能量转移的速度常数kh*→g与其他竞争的速度常数kr+kn(=1\/τ)相比进一步增大即可。而且,为了增大该能量转移的速度常数kh*→g,从公式(1)及公式(2)可知,在福斯特机理和德克斯特机理中,优选主体分子的发射光谱(从单重激发态的能量转移中的荧光光谱,从三重激发态的能量转移中的磷光光谱)和客体分子的吸收光谱重叠。在此,本发明人等认为在考虑到主体分子的发射光谱和客体分子的吸收光谱的重叠上,客体分子的吸收光谱中的最长波长(低能量)一侧的吸收带是重要的。在本实施方式中,作为客体材料使用磷光化合物。在磷光化合物的吸收光谱中,被认为对发光贡献最大的吸收带位于相当于从单重基态到三重激发态的直接跃迁的吸收波长和其附近,这是呈现在最长波长一侧的吸收带。由此,可以认为优选的是,主体材料的发射光谱(荧光光谱及磷光光谱)与磷光化合物的吸收光谱的最长波长一侧的吸收带重叠。例如,大部分有机金属配合物,尤其是发光铱配合物,最长波长一侧的吸收带在500nm至600nm附近出现宽吸收带(当然,根据发光波长宽吸收带可以出现在更短波长一侧或更长波长一侧)。该吸收带主要来源于三重态MLCT(从金属到配体的电荷转移:MetaltoLigandChargeTransfer)跃迁。但是,可以认为该吸收带也包括来源于三重态π-π*跃迁及单重态MLCT跃迁的吸收,这些吸收彼此重叠,在吸收光谱的最长波长一侧形成宽吸收带。换言之,最低单重激发态与最低三重激发态之间的差异小,来源于这些激发态的吸收彼此重叠,在吸收光谱的最长波长一侧形成宽吸收带。从而,在作为客体材料使用有机金属配合物(尤其是铱配合物)时,如上所述那样优选存在于最长波长一侧的宽吸收带与主体材料的发射光谱较多地重叠。在此,首先,考虑到从主体材料的三重激发态的能量转移。从上述说明可知,在从三重激发态的能量转移中,优选主体材料的磷光光谱与客体材料的最长波长一侧的吸收带较多地彼此重叠。此外,一般而言,由于作为主体材料使用荧光化合物,所以磷光寿命(τ)非常长,即毫秒以上(kr+kn小)。这是因为从三重激发态到基态(单重)的跃迁为禁戒跃迁的缘故。从公式(3)可知,这有利于能量转移效率ΦET。这也意味着容易发生从主体材料的三重激发态到客体材料的三重激发态的能量转移。然而,此时成为问题的是从主体材料的单重激发态的能量转移。在除了从三重激发态的能量转移以外,还高效地进行从单重激发态的能量转移时,从上述说明可知,除了主体材料的磷光光谱以外,还需要将荧光光谱与客体材料的最长波长一侧的吸收带重叠而设计。换言之,若不以主体材料的荧光光谱位于与磷光光谱大致相同的位置的方式设计主体材料,则不能从主体材料的单重激发态和三重激发态都高效地进行能量转移。但是,一般而言,由于S1能级与T1能级大不相同(S1能级>T1能级),所以荧光的发光波长与磷光的发光波长也大不相同(荧光的发光波长<磷光的发光波长)。例如,在使用磷光化合物的发光元件中,通常用于主体材料的4,4'-二(N-咔唑基)联苯(缩写:CBP)在500nm附近具有磷光光谱,荧光光谱位于400nm附近,两者之间具有100nm的间隔。从上述例子来看,以主体材料的荧光光谱位于与磷光光谱大致相同的位置的方式设计主体材料是极为困难的。因此,本发明人等认为从主体材料的单重激发态到客体材料的能量转移效率的提高是重要课题。此外,用作主体材料的荧光化合物的荧光寿命(τ)非常短,即纳秒级(kr+kn大)。这是因为从单重激发态到基态(单重)的跃迁为容许跃迁的缘故。从公式(3)可知,这不利于能量转移效率ΦET。这也意味着不容易发生从主体材料的单重激发态到客体材料的能量转移。本发明的一个方式是可以克服关于这种从主体材料的单重激发态到客体材料的能量转移效率的问题的有用的方法。另外,至此,由于磷光化合物通过利用系间跨越可以将单重激发态及三重激发态都转换为发光(参照上述“(1)直接复合过程”),所以使用磷光化合物的发光元件的内部量子效率在理论上可以实现100%。而且,已对于在假设光取出效率为20%下进行了如下讨论:外部量子效率达到20%的发光元件可以实现内部量子效率几乎为100%。但是,可以认为,由于没注意到上述从主体材料的单重激发态的能量转移,事实上在这些现有的发光元件中没达到内部量子效率100%。这是因为通过实施以下所述的本发明的一个方式,本发明人等已达到外部量子效率30%的缘故。换言之,外部量子效率至少30%相当于内部量子效率100%,本发明的一个方式是为实现其的有用的方法。注意,从此可估计,现有的外部量子效率20%相当于内部量子效率小于或等于70%。<本发明的一个方式>本发明的一个方式是一种发光元件,其包括:在一对电极之间包含磷光化合物、第一有机化合物以及第二有机化合物的发光层,其中,第一有机化合物和第二有机化合物的组合形成激基复合物。第一有机化合物及第二有机化合物通过载流子的复合(或单重态激子)形成激基复合物(也称为exciplex)。在所形成的激基复合物发光时,其发光波长相对于第一有机化合物和第二有机化合物的每个发光波长(荧光波长)位于长波长一侧。换言之,通过形成激基复合物,可以将第一有机化合物的荧光光谱或第二有机化合物的荧光光谱变换为位于更长波长一侧的发射光谱。从而,如图25所示,第一有机化合物(或第二有机化合物)的荧光光谱即使与位于磷光化合物的最长波长一侧的吸收带相比位于短波长一侧,且没有与该吸收带的重叠,也通过形成激基复合物,可以获得长波长的发射光谱,从而可以增大与该吸收带的重叠。本发明的一个方式的发光元件由于利用该激基复合物的发射光谱与磷光化合物的吸收光谱的重叠进行能量转移,所以能量转移效率高。因此,本发明的一个方式可以实现外部量子效率高的发光元件。此外,激基复合物由于只在激发态下存在,所以没有吸收能量的基态。因此,可认为在原理上不发生如下现象,即:磷光化合物的单重激发态及三重激发态的能量反向转移到该激基复合物,磷光化合物在发光之前发生失活(就是说,使发光效率降低)。这也有助于提高外部量子效率。此外,可以认为激基复合物的单重激发能与三重激发能之间的差异极小。换言之,激基复合物的单重态的发射光谱与其三重激发态的发射光谱极为接近。从而,如上所述那样,在将激基复合物的发射光谱(一般认为,激基复合物的单重态的发射光谱)设计为与位于磷光化合物的最长波长一侧的吸收带重叠时,激基复合物的三重态的发射光谱(在常温下观察不到,在很多情况下在低温下也观察不到)也与位于磷光化合物的最长波长一侧的吸收带重叠。更具体地,这意味着从激基复合物的单重态及三重态,能量都能高效地转移到磷光化合物。关于激基复合物实际上是否具有上述特性,以下使用分子轨道计算来检查。一般而言,杂芳族化合物和芳香胺的组合在很多情况下受到比芳香胺的最低未占据分子轨道(LUMO:LowestUnoccupiedMolecularOrbital)能级深的杂芳族化合物的LUMO能级(容易接受电子的性质)和比杂芳族化合物的最高占据分子轨道(HOMO:HightestOccupiedMolecularOrbital)能级浅的芳香胺的HOMO能级(容易接受空穴的性质)的影响而形成激基复合物。于是,使用构成杂芳族化合物的LUMO的典型的骨架的二苯并[f,h]喹喔啉(缩写:DBq)与构成芳香胺的HOMO的典型的骨架的三苯胺(缩写:TPA)的组合而计算。首先,使用时间依赖密度泛函法(TD-DFT)计算出DBq单体和TPA单体的最低激发单重态(S1)和最低激发三重态(T1)中的最佳分子结构及激发能量。再者,计算出DBq和TPA的二聚体的激发能量。以电势能、电子间静电能、电子的运动能及包括所有的其他复杂的电子间的互相作用的交换相关能的总和表示DFT的总能量。在DFT中,由于使用以电子密度表示的单电子势的泛函(另一函数的函数之意)来近似表示交换相关作用,所以计算速度快且精度高。在此,利用作为混合泛函的B3LYP来规定涉及交换-相关能的各参数的权重。此外,作为基底函数使用6-311(对每个原子价轨道使用三个缩短函数的三重分裂价层(triplesplitvalence)基底类的基底函数)应用到所有原子上。通过上述基底函数,例如关于氢原子,考虑到1s至3s的轨道,而关于碳原子,考虑到1s至4s、2p至4p的轨道。再者,为了提高计算精度,作为极化基底类,对氢原子加上p函数,对氢原子以外的原子加上d函数。此外,作为量子化学计算程序,使用Gaussian09。使用高性能计算机(SGI株式会社制造,Altix4700)来进行计算。首先,关于DBq单体、TPA单体及DBq和TPA的二聚体算出了HOMO能级及LUMO能级。图64示出HOMO能级及LUMO能级,并且图65(A1)、65(A2)、65(B1)、65(B2)、65(C1)和图65(C2)示出HOMO及LUMO的分布。图65(A1)示出DBq单体的LUMO的分布,图65(A2)示出DBq单体的HOMO的分布,图65(B1)示出TPA单体的LUMO的分布,图65(B2)示出TPA单体的HOMO的分布,图65(C1)示出DBq和TPA的二聚体的LUMO的分布,图65(C2)示出DBq和TPA的二聚体的HOMO的分布。如图64所示,DBq和TPA的二聚体受到比TPA的LUMO能级深(较低)的DBq的LUMO能级(-1.99eV)和比DBq的HOMO能级浅(较高)的TPA的HOMO能级(-5.21eV)的影响而形成DBq和TPA的激基复合物。实际上从图65(C1)和图65(C2)可知,DBq和TPA的二聚体的LUMO分布在DBq一侧,而HOMO分布在TPA一侧。接着,示出从DBq单体的S1和T1的最佳分子结构获得的激发能量。在此,S1和T1的激发能量分别相当于DBq单体发射的荧光和磷光的波长。DBq单体的S1的激发能量为3.294eV,荧光波长为376.4nm。此外,DBq单体的T1的激发能量为2.460eV,磷光波长为504.1nm。另外,示出从TPA单体的S1和T1的最佳分子结构获得的激发能量。在此,S1和T1的激发能量分别相当于TPA单体发射的荧光和磷光的波长。TPA单体的S1的激发能量为3.508eV,荧光波长为353.4nm。此外,TPA单体的T1的激发能量为2.610eV,磷光波长为474.7nm。再者,示出从DBq和TPA的二聚体的S1和T1的最佳分子结构获得的激发能量。S1和T1的激发能量分别相当于DBq和TPA的二聚体发射的荧光和磷光的波长。DBq和TPA的二聚体的S1的激发能量为2.036eV,荧光波长为609.1nm。此外,DBq和TPA的二聚体的T1的激发能量为2.030eV,磷光波长为610.0nm。从如上所述可知,DBq单体和TPA单体中的任一个与荧光波长相比磷光波长向长波长移动100nm左右。该结果显示了与上述CBP(实际测量值)相同的倾向,这结果支持了计算的有效性。另一方面,DBq和TPA的二聚体的荧光波长与DBq单体或TPA单体的荧光波长相比位于长波长一侧。该结果显示了后面所述的实施例(实际测量值)也有同样的倾向,这结果支持了计算的有效性。另外,DBq和TPA的二聚体的荧光波长和磷光波长的差异只为0.9nm,并为几乎相等的波长。从上述结果可以说激基复合物可以将单重激发态能和三重激发态能集成在大致相同的能量。从而,如上所述,激基复合物从单重激发态及三重激发态都能高效地将能量转移到磷光化合物。这种效果是通过将激基复合物用于能量转移的介质获得的特殊的效果。一般而言,考虑到从主体材料的单重激发态或三重激发态到磷光化合物的能量转移。另一方面,本发明的一个方式与现有技术的极大不同之处在于:首先形成由主体材料和其他材料的激基复合物(第一有机化合物和第二有机化合物的激基复合物),使用来自该激基复合物的能量转移。而且,上述不同之处可以提供以往没有的高发光效率。另外,一般而言,在将激基复合物用于发光元件的发光层时,可以抑制发光颜色,但是发光效率通常大幅度地降低。因此,以往被认为不适合使用激基复合物获得高效率的发光元件。然而,如本发明的一个方式所示,本发明人等发现通过将激基复合物用于对于磷光化合物的能量转移的介质,可以使发光效率提高到极限。这是与现有的固定概念相反的技术思想。为了使激基复合物的发射光谱与客体材料的吸收光谱充分地重叠,优选发射光谱的峰值的能值和吸收光谱的最低能量一侧的吸收带的峰值的能值之间的差异为0.3eV以内。更优选为0.2eV以内,最优选为0.1eV以内。此外,在本发明的一个方式中,使用第一有机化合物或第二有机化合物的单重态激子形成激基复合物。在本发明的一个方式的发光元件中,形成激基复合物的基本过程是在第一有机化合物和第二有机化合物中的一方形成单重态激子之后,与基态的另一方相互作用。如上所述,由于激基复合物的发射光谱与磷光化合物的吸收光谱重叠得较大,所以可以提高能量转移效率。因此,可以实现外部量子效率高的发光元件。由于如上所述那样单重态激子的激发寿命短(τ较小),所以存在如下问题:在激发能量从单重态激子转移到客体材料之前,激发能量的一部分失活(发光或热失活)(有公式(3)中的ΦET变小的倾向)。然而,在本发明的一个方式中,由于单重态激子迅速地形成激基复合物,所以可以抑制这种激发能量的失活。而且,可以认为由于激基复合物的激发寿命较长,所以有利于能量转移效率ΦET。因此,通过应用本发明的一个方式可以抑制主体材料的单重激发能的失活,这除了可以影响元件的效率之外还影响到元件的寿命,从而可以实现寿命长的发光元件。在本发明的一个方式中,还优选激基复合物的激发能量充分地转移到磷光化合物,并且基本上没有观察到来自激基复合物的发光。因此,优选通过激基复合物将能量转移到磷光化合物,以使该磷光化合物发射磷光。从上述能量转移的概念可知,在第一有机化合物和第二有机化合物中的至少一方为荧光化合物(即,容易产生从单重激发态的发光或热失活的化合物)时,本发明的一个方式很有效果。从而,优选第一有机化合物和第二有机化合物中的至少一方为荧光化合物。此外,在作为用于主体材料的有机化合物使用磷光化合物时,该有机化合物本身容易发光,而能量不容易转移到客体材料。在此情况下,该有机化合物若能高效地发光就好,但是由于用于主体材料的该有机化合物发生浓度猝灭的问题,所以难以实现高发光效率。因此,优选该有机化合物为荧光化合物,且通过上述结构转移能量。此外,在本发明的一个方式中,优选磷光化合物为有机金属配合物。以下详细说明在本发明的一个方式中利用的激基复合物。<激基复合物>激基复合物(exciplex)通过激发态下的异种分子间的相互作用形成。一般已知激基复合物在具有相对深的LUMO能级的材料和具有相对浅的HOMO能级的材料之间容易形成。发光波长依赖于HOMO能级与LUMO能级之间的能量差。在能量差较大时发光波长变短,而在能量差较小时发光波长变长。在此,本发明的一个方式所应用的第一有机化合物与第二有机化合物的HOMO能级及LUMO能级不同。具体而言,能级按如下顺序由低而高:第一有机化合物的HOMO能级<第二有机化合物的HOMO能级<第一有机化合物的LUMO能级<第二有机化合物的LUMO能级(参照图17)。在使用上述两个有机化合物形成激基复合物时,激基复合物的LUMO能级来源于第一有机化合物,而HOMO能级来源于第二有机化合物(参照图17)。因此,激基复合物的能量差比第一有机化合物的能量差及第二有机化合物的能量差小。换言之,与第一有机化合物及第二有机化合物的各个发光波长相比,激基复合物的发光波长较长。本发明的一个方式所利用的激基复合物的形成过程大致划分为两个过程。《电致激基复合物(electroplex)》在本说明书中,术语“电致激基复合物”是指使用基态的第一有机化合物及基态的第二有机化合物直接形成激基复合物。如上所述,一般而言,在电子和空穴在主体材料中复合时,激发能量从激发态的主体材料转移到客体材料,从而使客体材料处于激发态而发光。在此,在激发能量从主体材料转移到客体材料之前,主体材料本身发光或激发能量转换为热能量,使得激发能量部分失活。尤其是,在主体材料处于单重激发态时,由于与处于三重激发态的情况相比激发寿命短,所以容易发生单重激发能的失活。激发能量的失活是导致发光元件的寿命降低的原因之一。但是,在本发明的一个方式中,由于使用具有载流子(阳离子或阴离子)的第一有机化合物及第二有机化合物形成电致激基复合物,所以可以抑制激发寿命短的单重态激子的形成。换言之,在不形成单重态激子的状态下存在直接形成激基复合物的过程。由此,还可以抑制上述单重激发能的失活。从而,可以实现寿命长的发光元件。例如,在第一有机化合物为具有电子俘获性的化合物,且第二有机化合物为具有空穴俘获性的化合物时,使用第一有机化合物的阴离子及第二有机化合物的阳离子直接形成电致激基复合物。以前没有如下概念,即:以上述方式抑制主体材料的单重激发态的发生,且将能量从电致激基复合物转移到客体材料而获得发光效率高的发光元件。此外,可以认为由于同样地抑制主体材料的三重激发态的发生,直接形成电致激基复合物,所以能量从该电致激基复合物转移到客体材料。该机理也是以前没有的。此外,与第一有机化合物及第二有机化合物的各个发光波长相比,所形成的电致激基复合物的发射光谱位于长波长一侧。电致激基复合物的发射光谱与磷光化合物的吸收光谱的重叠大于第一有机化合物(或第二有机化合物)的发射光谱与磷光化合物的吸收光谱的重叠。本发明的一个方式的发光元件由于利用电致激基复合物的发射光谱与磷光化合物的吸收光谱的重叠而转移能量,所以能量转移效率较高。因此,本发明的一个方式可以实现外部量子效率高的发光元件。《通过激子形成激基复合物》作为另一个过程,可以考虑在第一有机化合物和第二有机化合物中的一方形成单重态激子之后,与基态的另一方相互作用而形成激基复合物的基本过程。与电致激基复合物不同,在此情况下,临时生成第一有机化合物或第二有机化合物的单重激发态,但是由于该单重激发态迅速地变换为激基复合物,所以可以抑制单重激发能的失活。从而,可以抑制第一有机化合物或第二有机化合物的激发能量的失活。由此,本发明的一个方式可以实现寿命长的发光元件。此外,可以认为主体材料的三重激发态也迅速转换为激基复合物,能量从该激基复合物转移到客体材料。与第一有机化合物及第二有机化合物的各个发光波长相比,所形成的激基复合物的发射光谱位于长波长一侧。激基复合物的发射光谱与磷光化合物的吸收光谱的重叠大于第一有机化合物(或第二有机化合物)的发射光谱与磷光化合物的吸收光谱的重叠。本发明的一个方式的发光元件由于利用激基复合物的发射光谱与磷光化合物的吸收光谱的重叠而转移能量,所以能量转移效率较高。因此,本发明的一个方式可以实现外部量子效率高的发光元件。例如,在第一有机化合物为具有电子俘获性的化合物,而第二有机化合物为具有空穴俘获性的化合物,这些化合物的HOMO能级的差异及LUMO能级的差异大时(具体而言,差异为0.3eV以上),电子选择性地注入第一有机化合物,且空穴选择性地注入第二有机化合物。在此情况下,可以认为与经过单重态激子形成激基复合物的过程相比,优先进行形成电致激基复合物的过程。本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。(实施方式2)在本实施方式中参照图16A至图16C说明本发明的一个方式的发光元件。图16A是示出在第一电极103与第二电极108之间具有EL层102的发光元件的图。图16A中的发光元件包括:在第一电极103上按顺序层叠的空穴注入层701、空穴传输层702、发光层703、电子传输层704、电子注入层705,以及设置在其上的第二电极108。第一电极103优选使用具有高功函数(具体的是4.0eV以上)的任意金属、合金、导电性化合物以及它们的混合物等形成。具体而言,例如可以举出氧化铟-氧化锡(ITO:IndiumTinOxide,氧化铟锡)、含有硅或氧化硅的氧化铟-氧化锡、氧化铟-氧化锌(IndiumZincOxide:氧化铟锌)、含有氧化钨及氧化锌的氧化铟(IWZO)等。这些导电金属氧化物膜一般通过溅射法形成,但是,也可以使用溶胶-凝胶法等形成。例如,通过溅射法,使用在氧化铟中添加有1wt%至20wt%的氧化锌的靶材,可以形成氧化铟-氧化锌膜。此外,通过溅射法,使用在氧化铟中添加有0.5wt%至5wt%的氧化钨和0.1wt%至1wt%的氧化锌的靶材,可以形成IWZO膜。此外,可以举出石墨烯、金、铂、镍、钨、铬、钼、铁、钴、铜、钯或金属材料的氮化物(例如氮化钛)等。但是,在EL层102中,当与第一电极103接触地形成的层使用将后面所述的有机化合物和电子受体(acceptor)混合而构成的复合材料形成时,可以使用任意金属、合金、导电化合物以及它们的混合物等作为用于第一电极103的物质,而不用考虑功函数的大小。例如,也可以使用铝、银、含铝的合金(例如Al-Si)等。第一电极103例如可以通过溅射法或蒸镀法(包括真空蒸镀法)等形成。第二电极108优选使用具有低功函数(优选为3.8eV以下)的任意金属、合金、导电化合物以及它们的混合物等形成。具体而言,可以使用如下材料:属于元素周期表中第1族或第2族的元素,即碱金属诸如锂或铯等、碱土金属诸如钙或锶等、镁、包含上述金属的合金(例如,Mg-Ag、Al-Li)、稀土金属诸如铕、镱等、包含上述金属的合金、铝或银等。但是,当在EL层102中,在与第二电极108接触形成的层使用将后面所述的有机化合物和电子供体(donor)混合而形成的复合材料时,可以使用各种导电材料中的任一种,例如Al、Ag、ITO、含有硅或氧化硅的氧化铟-氧化锡等,而不用考虑功函数的大小。另外,在形成第二电极108时可以使用真空蒸镀法或溅射法。此外,在使用银浆等的情况,可以采用涂覆法、喷墨法等。EL层102至少具有发光层703。EL层102的一部分可以使用已知物质,且可以使用低分子类化合物和高分子类化合物中的任一个。另外,形成EL层102的物质不但包括仅由有机化合物构成的物质,而且还可以使用其一部分包括无机化合物的物质。EL层102除了发光层703以外,如图16A所示那样,也包括以下各层的适当组合:具有高空穴注入性的物质的空穴注入层701、具有高空穴传输性的物质的空穴传输层702、具有高电子传输性的物质的电子传输层704以及具有高电子注入性的物质的电子注入层705等。空穴注入层701是包含具有高空穴注入性的物质的层。作为具有高空穴注入性的物质,可以使用金属氧化物,例如氧化钼、氧化钛、氧化钒、氧化铼、氧化钌、氧化铬、氧化锆、氧化铪、氧化钽、氧化银、氧化钨或氧化锰。此外,也可以使用酞菁类化合物,例如酞菁(缩写:H2Pc)或酞菁铜(II)(缩写:CuPc)等。或者,可以使用如下低分子有机化合物的芳香胺化合物等,例如4,4',4”-三(N,N-二苯基氨基)三苯胺(缩写:TDATA)、4,4',4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯胺(缩写:MTDATA)、4,4'-双[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]联苯(缩写:DPAB)、4,4'-双(N-{4-[N'-(3-甲基苯基)-N'-苯基氨基]苯基...
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