CN102484922A - 发光元件,发光器件,照明器件和电子器件 - Google Patents
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Abstract
提供一种发光元件，所述发光元件的阳极和阴极之间设置有n层(n是大于或等于2的自然数)EL层。在第m层(m是自然数，1≤m≤n-1)EL层和第(m+1)层EL层之间，在所述阳极上依次设置有包含碱金属、碱土金属、稀土金属、碱金属化合物、碱土金属化合物和稀土金属化合物中的任一种的第一层，包含具有高电子传输性质的物质并且与所述第一层相接触的第二层，和包含具有高空穴传输性质的物质和受体物质并且与所述第二层相接触的电荷产生层。所述电荷产生层在可见光区域不具有吸收光谱峰。
Description
技术领域
以下公开的本发明内容涉及一种发光元件，该发光元件包括位于一对电极之间的发光层。本发明还涉及使用所述发光元件的发光器件，和各自使用所述发光器件的照明器件和电子器件。
背景技术
近年来，人们一直在积极开发其中使用发光有机化合物或发光无机化合物作为发光物质的发光元件。具体地，称为电致发光(以下称为EL)元件的发光元件具有简单结构，在该结构中包含发光物质的发光层设置在电极之间，该发光元件作为下一代平板显示器元件而吸引了人们的注意，这是因为这种发光元件具有以下特性：尺寸薄、重量轻、高响应速度、直流低压驱动。此外，使用这种发光元件的显示器具有如下特征：其对比质量和图形质量优异，并且具有宽的视角。此外，这种发光元件是平面光源；因此，认为这种发光元件可以用作例如液晶显示器的背光和照明之类的光源。
向发光元件中一对电极之间设置的发光层施加电流，以激发包含在所述发光层中的发光物质，从而可以得到预定的发射色。向所述发光层施加大量电流以增加这种发光元件的发光亮度；但是，这种方法会阻碍降低功率消耗。此外，施加大量电流还导致所述发光元件的劣化加速。
因此，人们提出了一种发光元件，通过堆叠多个发光层和施加电流来增加所述发光元件的发光亮度，所述发光元件的电流密度与单层发光层的发光元件的情况下施加的电流相同(例如，专利文献1)。
[参考文献]
[专利文献1]日本公开专利申请第2003-272860号
发明内容
在专利文献1中，人们提出一种发光元件，其中设置有多个发光单元(在以下本说明书中，所述发光单元也称为“EL层”)，该发光元件由电荷产生层分隔。更具体地，公开了一种发光元件，其中由五氧化二钒形成的电荷产生层设置在金属掺杂层上，该金属掺杂层作为第一发光单元的电子注入层，此外第二发光单元堆叠在所述金属掺杂层上，所述第二发光单元和所述金属掺杂层之间设置有电荷产生层。但是，在具有这种结构的发光元件中，所述金属掺杂层和由氧化物形成的电荷产生层之间在其界面处发生相互作用，所述界面具有高电场；因此，不幸的是需要高电压来驱动所述发光元件。
如果在波长范围400nm-800nm的可见光区域处具有吸收光谱峰的层存在于电子产生层中会出现问题，来自发光物质的光发射被吸收到所述层中，导致光提取效率降低。具体地，波长范围为420nm-720nm的吸收光谱峰导致效率明显降低。当多个发光单元堆叠时这一问题变得更加严重。
考虑到上述问题，本发明的一个目的是提供一种可以在低电压下驱动的发光元件。本发明的另一个目的是提供一种具有高发光效率的发光元件。本发明的另一个目的是提供一种发光器件，通过使用所述发光元件制造发光器件来降低其功率消耗。本发明的另一个目的是提供一种使用所述发光器件来降低其功率消耗的电子器件或照明器件。
本说明书中公开的一个实施方式是一种具有以下结构的发光元件，其中，在阳极和阴极之间设置n个(n是大于或等于2的自然数)EL层，在第m层(m是自然数，1≤m≤n-1)EL层和第(m+1)层EL层之间，在所述阳极上依次设置有包含碱金属、碱土金属、稀土金属、碱金属化合物、碱土金属化合物和稀土金属化合物中任一种的第一层，包含具有高电子传输性质的物质并且与所述第一层相接触的第二层，和包含具有高空穴传输性质的物质和受体物质并且与所述第二层相接触的电荷产生层。所述电荷产生层在可见光区域不具有吸收光谱峰。
本说明书中公开的一个实施方式是一种具有以下结构的发光元件，其中，在阳极和阴极之间设置n个(n是大于或等于2的自然数)EL层，在第m层(m是自然数，1≤m≤n-1)EL层和第(m+1)层EL层之间，在所述阳极上依次设置有包含具有高电子传输性质的物质和供体物质的第一层，包含具有高电子传输性质的物质并且与所述第一层相接触的第二层，和包含具有高空穴传输性质的物质和受体物质并且与所述第二层相接触的电荷产生层。所述电荷产生层在可见光区域不具有吸收光谱峰。
此外，在上述包含具有高电子传输性质的物质和供体物质的第一层中，可以添加所述供体物质以使所述供体物质与所述具有高电子传输性质的物质的质量比为0.001∶1-0.1∶1。此外，所述供体物质优选碱金属、碱土金属、稀土金属、碱金属化合物、碱土金属化合物、或稀土金属化合物。
此外，在上述结构中，包含具有高空穴传输性质的物质和受体物质的层中可以添加所述受体物质以使所述受体物质与所述具有高空穴传输性质的物质的质量比为0.1∶1-4.0∶1。在所述层中产生的载流子中，空穴注入第(m+1)层EL层中，电子移动至第二层。优选所述具有高空穴传输性质的物质是咔唑衍生物或芳烃。此外，优选所述具有高空穴传输性质的物质不包含胺骨架。
此外，在上述结构中，由于具有高电子传输性质的物质包含在第二层中，优选使用其LUMO能级大于或等于-5.0eV的物质，更优选LUMO能级大于或等于-5.0eV且小于或等于-3.0eV的物质。
另外，使用具有上述结构的发光元件，可以实现低驱动电压；因此，可以实现使用所述发光元件作为发光元件的发光器件(例如，显示器器件或发光器件)的低功率消耗。因此，各自使用具有上述结构的发光元件的发光器件和电子器件也包括在本发明的一个实施方式中。
采用上述结构实现至少一个上述发明目的。
应注意，本说明书中的发光器件以其分类包括各自使用发光元件的电子器件如显示器器件和照明器件。此外，所述发光器件的分类包括包含与连接器相连的发光元件的模块，如与各向异性导电膜、TAB(带式自动结合)带或TCP(卷带式封装)相连的模块；在其端部具有TAB带或者提供有印刷线路板的TCP的模块；或者具有采用COG(玻璃上芯片)法直接安装在发光元件上的IC(集成电路)的模块等。
注意，在此说明书中，“第一”和“第二”之类的序数是出于方便的目的，并不是用来表示步骤的顺序以及层的叠置顺序。另外，在此说明书中的序数并不表示本发明所述的特定名称。
可提供具有多个发光层并且可以在低电压下驱动的发光元件。此外，可以降低由于吸收发射光导致的光提取效率损失；因此，可以提供具有高发光效率的发光元件。
此外，使用上述发光元件制造发光器件，可以提供低功率消耗的发光器件。此外，这种发光器件应用于照明器件和电子器件，从而可以提供低功率消耗的照明器件和低功率消耗的电子器件。
附图简述
附图中：
图1A和1B分别显示发光元件的元件结构和其能带图的例子；
图2A和2B分别显示发光元件的元件结构和其能带图的例子；
图3A和3B分别显示发光元件的元件结构和其能带图的例子；
图4A-4C显示有源矩阵发光器件；
图5A和5B显示无源矩阵发光器件；
图6A-6E是显示电子器件的图；
图7是显示照明器件的图；
图8A和8B分别显示实施例中发光元件的元件结构和实施例中比较发光元件的元件结构；
图9显示实施例1的发光元件特征；
图10显示实施例1的发光元件特征；
图11显示实施例1的发光元件的透光性；
图12A和12B分别显示发光元件的元件结构的例子和其发射光谱；
图13显示实施例2的发光元件特征；
图14显示实施例2的发光元件特征；
图15显示实施例2的发光元件的透光性；
图16显示实施例3的发光元件的特征；
图17显示实施例3的发光元件的特征；
图18显示实施例3的发光元件的特征；和
图19显示实施例3的发光元件的特征。
本发明最佳实施方式
下面将结合附图对本发明的实施方式和实施例进行描述。应注意，本领域技术人员容易理解本说明书中公开的本发明可以多种不同的方法进行实施，本文中公开的方法和具体内容可以以多种方式进行变化，而不偏离本发明公开的精神和范围。因此，本发明不应被解释为限制于以下给出的实施方式和实施例的描述。在解释实施方式和实施例的附图中，同样的部件或具有相似功能的部件用同样的附图标记表示，省略对这类部件的描述。
(实施方式1)
在实施方式1中，将参照附图1A和1B描述发光元件的一个实施方式。
在图1A所示的元件结构中，在一对电极(即阳极101和阴极102)之间放置各自包括发光区域的第一EL层103和第二EL层107，在所述第一EL层103和第二EL层107之间，在阳极101上依次堆叠电子注入缓冲层104、电子中继层105和电荷产生层106。
电荷产生层106包含具有高空穴传输性质的物质和受体物质，其中空穴和电子是所述发光元件产生的载流子。在电荷产生层106中产生的空穴移动至第二EL层107中，同时电子移动至电子中继层105。此外，由于电子中继层105具有高电子传输性质，能迅速将电子传输至电子注入缓冲层104中。此外，由于电子注入缓冲层104可以在电子注入至第一EL层103时降低注入能垒，可以增加向第一EL层103注入电子的效率。
可以用于电子注入缓冲层104的是具有高电子传输性质的物质：例如，碱金属、碱土金属、稀土金属、上述金属的化合物(例如碱金属化合物(氧化物，如氧化锂，卤化物，或碳酸盐，如碳酸锂或碳酸铯)，碱土金属化合物(例如氧化物，卤化物或碳酸盐)，或稀土金属化合物(例如氧化物，卤化物或碳酸盐)。或者，电子注入缓冲层104可以包含具有高电子传输性质的物质和供体物质。
图1B是图1A所示的元件结构的能带图。在图1B中，附图标记111表示阳极101的费米能级；112表示阴极102的费米能级；113表示第一EL层103的最低未占分子轨道(LUMO)能级；114表示电子中继层105的LUMO能级；115表示电荷产生层106中受体的受体能级；116表示第二EL层107的LUMO能级。
在图1B中，空穴从阳极101注入第一EL层103中。相反，电荷产生层106中产生的电子移动至电子中继层105，再通过电子注入缓冲层104注入第一EL层103中，并与空穴重组，从而发射光。此外，电荷产生层106中产生的空穴移动至第二EL层107中，并与从阳极102注入到第二EL层107中的电子重组，从而发射光。
在本实施方式中描述的发光元件中，由于电子中继层105起到足以将电荷产生层106中产生的电子注入第一EL层103中的作用，电子中继层105优选使用LUMO能级处于电荷产生层106中受体的受体能级和第一EL层103的LUMO能级113之间的材料来形成。具体地，优选使用LUMO能级大于或等于约-5.0eV的材料，更优选使用LUMO能级大于或等于-5.0eV且小于或等于-3.0eV的材料。
电荷产生层106中包含的受体物质具有强受体性质，电子注入缓冲层104中包含的具有高电子注入性质的物质或供体物质具有强供体性质；因此，当电荷产生层106和电子注入缓冲层104彼此接触时，电子在电荷产生层106和电子注入缓冲层104之间的界面上给出和接受，这导致所述发光元件的驱动电压增加。此外，当电荷产生层106和电子注入缓冲层104之间的界面处形成PN结时，所述发光元件的驱动电压可能增加。但是，在本实施方式所述的发光元件中，可以通过电子中继层105防止电荷产生层106和电子注入缓冲层104彼此接触；因此，可以通过电子中继层105防止电荷产生层106中包含的受体物质和电子注入缓冲层104中包含的具有高电子注入性质的物质或供体物质发生相互作用。此外，使用LUMO能级落入上述范围的材料形成电子中继层105，从而防止在电子中继层105和电子注入缓冲层104之间的界面处形成高电场，电荷产生层106中产生的电子可以有效地注入第一EL层103中。
此外，如图1B的能带图所示，由于电子注入缓冲层104使得注入势垒降低，从电荷产生层106移动到电子中继层105的电子能容易地注入第一EL层103的LUMO能级113中。应注意电荷产生层106中产生的空穴移动至第二EL层107中。
接着，将具体描述可用于上述发光元件的材料。
阳极101优选使用具有高功函(具体地，功函大于或等于4.0eV)的金属、合金、导电化合物或它们的混合物等形成。具体来说，可以使用例如氧化铟锡(ITO)，包含硅或者氧化硅的氧化铟锡，氧化铟锌(IZO)，包含氧化钨和氧化锌的氧化铟(IWZO)等。
这些导电金属氧化物的膜通常由溅射法形成。或者，可以通过溶胶-凝胶法等方法形成膜。例如，氧化铟锌(IZO)膜可采用溅射法，使用在氧化铟中加入1-20重量％氧化锌的靶形成。可以使用其中氧化钨和氧化锌分别以0.5-5重量％和0.1-1重量％的量加入氧化铟的靶，通过溅射法形成包含氧化钨和氧化锌的氧化铟。
此外，可以使用以下物质：金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、钛(Ti)、金属材料的氮化物(例如氮化钛)、氧化钼、氧化钒、氧化钌、氧化钨、氧化锰、氧化钛等。或者，可以使用导电聚合物，例如，聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)或聚苯胺/聚(苯乙烯磺酸)(PAni/PSS)。注意，当与阳极101接触的电荷产生层设置为第一EL层103的一部分时，可以将很多种导电材料，例如Al和Ag用于阳极101，而不考虑它们的功函大小。
阴极102可以使用具有低功函(具体地，功函小于或等于3.8eV)的金属、合金、导电化合物或它们的混合物等形成。作为这种阴极材料的具体例子，给出以下物质：属于元素周期表第1和第2族的元素，即碱金属，如锂(Li)或铯(Cs)，碱土金属，如镁(Mg)、钙(Ca)或锶(Sr)，包含它们的合金(例如，MgAg合金或AlLi合金)，稀土金属，如铕(Eu)或镱(Yb)，包含它们的合金等。可以通过真空蒸发法形成包含碱金属、碱土金属或其合金的膜。或者，可以通过溅射法形成包含碱金属或碱土金属的合金。另外，或者还可以使用喷墨法等方法，使用银糊料等材料形成膜。
或者，所述阴极102可以使用如铝之类的金属膜与碱金属化合物、碱土金属化合物、或稀土金属化合物(例如氟化锂(LiF)，氧化锂(LiOx)，氟化铯(CsF)，氟化钙(CaF2)或氟化铒(ErF3))的膜叠层形成。注意，当与阴极102接触的电荷产生层设置为第二EL层107的一部分时，可以将很多种导电材料，例如Al、Ag、ITO和包含硅或氧化硅的氧化铟锡用于阴极102，而不考虑它们的功函大小。
注意在本实施方式所述的发光元件中，阳极和阴极中的至少一种可以具有光传输性质。可以通过使用ITO之类的透明电极，或者通过减小电极的厚度，确保光传输性质。
第一EL层103和第二EL层107可各自包括至少一层发光层，并且还可以具有发光层和除发光层之外的层堆叠的结构。应注意第一EL层103中包括的发光层可以与第二EL层107中包括的发光层不同。或者，第一EL层103和第二EL层107可以独立地具有发光层和除发光层之外的层堆叠的结构。具有高空穴注入性质的物质、具有高空穴传输性质的物质、具有高电子传输性质的物质、具有高电子注入性质的物质、具有双极性的物质(具有高电子传输和空穴传输性质的物质)等形成的层作为除发光层之外的层。具体地，假使是空穴注入层、空穴传输层、发光层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层等，它们可以根据适当的情况组合并堆叠在阳极上。此外，电荷产生层可以设置为第一EL层103的一部分，位于第一EL层103与阳极101相接触的一侧。
以下将具体描述用于分别形成EL层中包括的上述各层的材料。
空穴注入层是包含具有高空穴注入性质的物质的层。可以使用以下物质作为具有空穴注入性质的物质：例如氧化钼、氧化钒、氧化钌、氧化钨或氧化锰等。此外，基于酞菁的化合物如酞菁(缩写：H2Pc)或铜酞菁(缩写：CuPc)，高分子化合物如聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)等也可以用于形成所述空穴注入层。
空穴传输层是包含具有高空穴传输性质的物质的层。以下给出具有高空穴传输性质的物质，例如：芳族胺化合物如4，4’-二[N-(-1-萘基)-N-苯基氨基]-联苯(缩写：NPB或α-NPD)、N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-[1，1’-联苯基]-4，4’-二胺(缩写：TPD)、4，4’，4”-三(咔唑-9-基)三苯基胺(缩写：TCTA)、4，4’，4”-三(N，N-二苯基氨基)三苯基胺(缩写：TDATA)、4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯基胺(缩写：MTDATA)和4，4’-二[N-(螺-9，9’-二芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：BSPB)；3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(缩写：PCzPCA1)；3，6-二[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(缩写：PCzPCA2)、3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(缩写：PCzPCN1)等。或者，可以使用以下咔唑衍生物：4，4’-二(N-咔唑基)联苯(缩写：CBP)、1，3，5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(缩写：TCPB)和9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(缩写：CzPA)。在此列出的物质主要是空穴迁移率大于或等于10-6cm2/V的材料。但也可以使用除此之外的物质，只要其空穴传输性质高于电子传输性质即可。含高空穴传输性质的物质的层不限于单层，可以是含上述物质的两层或更多个层的叠层。
除上述物质之外，可以使用高分子化合物，例如聚(N-乙烯基咔唑)(缩写：PVK)、聚(4-乙烯基三苯基胺)(缩写：PVTPA)、聚[N-(4-{N’-[4-(4-二苯基氨基)苯基]苯基-N’-苯基氨基}苯基)甲基丙烯酰胺](缩写：PTPDMA)或聚[N，N’-二(4-丁基苯基)-N，N’-二(苯基)联苯胺](缩写：聚-TPD)用于空穴传输层。
发光层是包含发光物质的层。可以使用以下荧光化合物作为发光物质，例如N，N’-二[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N，N’-二苯基-4，4’-二胺(缩写：YGA2S)，4-(9H-咔唑-9-基)-4’-(10-苯基-9-蒽基)三苯基胺(缩写：YGAPA)，4-(9H-咔唑-9-基)-4’-(9，10-二苯基-2-蒽基)三苯基胺(缩写：2YGAPPA)，N，9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(缩写：PCAPA)，，2，5，8，11-四叔丁基(缩写：TBP)，4-(10-苯基-9-蒽基)-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯基胺(缩写：PCBAPA)，N，N”-(2-叔丁基蒽-9，10-二基二-4，1-亚苯基)二[N，N’，N’-三苯基-1，4-苯二胺](缩写：DPABPA)，N，9-二苯基-N-[4-(9，10-二苯基-2-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(缩写：2PCAPPA)，N-[4-(9，10-二苯基-2-蒽基)苯基]-N，N’，N’-三苯基-1，4-苯二胺(缩写：2DPAPPA)，N，N，N’，N’，N”，N”，N”’，N”’-八苯基二苯并[g，p]-2，7，10，15-四胺(缩写：DBC1)，香豆素30，N-(9，10-二苯基-2-蒽基)-N，9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(缩写：2PCAPA)，N-[9，10-二(1.1’-联苯-2-基)-2-蒽基]-N，9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(缩写：2PCABPhA)，N-(9，10-二苯基-2-蒽基)-N，N’，N”-三苯基-1，4-苯二胺(缩写：2DPAPA)，N-[9，10-二(1，1’-联苯-2-基)-2-蒽基]-N，N’，N’-三苯基-1，4-苯二胺(缩写：2DPABPhA)，9，10-二(1，1’-联苯-2-基)-N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基蒽-2-胺(缩写：2YGABPhA)，N，N，9-三苯基蒽-9-胺(缩写：DPhAPhA)，香豆素545T，N，N’-二苯基喹吖酮(缩写：DPQd)，红荧烯，5，12-二(1，1’-联苯-4-基)-6，11-二苯基并四苯(缩写：BPT)，2-(2-{2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙烯基}-6-甲基-4H-吡喃-4-亚基)丙烷二腈(缩写：DCM1)，2-{2-甲基-6-[2-(2，3，6，7-四氢-1H，5H-苯并[ij]喹啉(quinolizin)-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙烷二腈(缩写：DCM2)，N，N，N’，N’-四(4-甲基苯基)并四苯-5，11-二胺(缩写：p-mPhTD)，7，14-二苯基-N，N，N’，N’-四(4-甲基苯基)苊并[1，2-a]荧蒽-3，10-二胺(缩写：p-mPhAFD)，2-2-异丙基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基-2，3，6，7-四氢-1H，5H-苯并[ij]喹啉(quinolizin)-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基丙烷二腈(缩写：DCJTI)，2-2-叔丁基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基-2，3，6，7-四氢-1H，5H-苯并[ij]喹啉(quinolizin)-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基丙烷二腈(缩写：DCJTB)，2-(2，6-二2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙烯基-4H-吡喃-4-亚基)丙烷二腈(缩写：BisDCM)，2-2，6-二[2-(8-甲氧基-1，1，7，7-四甲基-2，3，6，7-四氢-1H，5H-苯并[ij]喹啉-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基丙烷二腈(缩写：BisDCJTM)等。
或者，可以使用以下磷光化合物作为发光物质，例如：二[2-(4’，6’-二氟苯基)吡啶合(pyridinato)-N，C2’]铱(III)四(1-吡唑基)硼酸盐(缩写：FIr6)，二[2-(4’，6’-二氟苯基)吡啶合-N，C2’]铱(III)皮考啉酸盐(缩写：FIrpic)，二[2-(3’，5’-二三氟甲基苯基)吡啶合-N，C2’]铱(III)皮考啉酸盐(缩写：Ir(CF3ppy)2(pic))，二[2-(4’，6’-二氟苯基)吡啶合-N，C2’]铱(III)乙酰丙酮酸盐(缩写：FIr(acac))，三(2-苯基吡啶合)铱(III)(缩写：Ir(ppy)3)，二(2-苯基吡啶合)铱(III)乙酰丙酮酸盐(缩写：Ir(ppy)2(acac))，二(苯并[h]喹啉合(quinolinato))铱(III)乙酰丙酮酸盐(缩写：Ir(bzq)2(acac))，二(2，4-二苯基-1，3-噁唑合-N，C2’)铱(III)乙酰丙酮酸盐(缩写：Ir(dpo)2(acac))，二[2-(4’-全氟苯基苯基)吡啶合]铱(III)乙酰丙酮酸盐(缩写：Ir(p-PF-ph)2(acac))，二(2-苯基苯并噻唑合-N，C2’)铱(III)乙酰丙酮酸盐(缩写：Ir(bt)2(acac))，二[2-(2’-苯并[4，5-α]噻吩基)吡啶合-N，C3’]铱(III)乙酰丙酮酸盐(缩写：Ir(btp)2(acac))，二(1-苯基异喹啉合-N，C2’)铱(III)乙酰丙酮酸盐(缩写：Ir(piq)2(acac))，(乙酰丙酮酸根合)二[2，3-二(4-氟苯基)喹喔啉合]铱(III)(缩写：Ir(Fdpq)2(acac))，(乙酰丙酮酸根合)二(2，3，5-三苯基吡嗪合)铱(III)(缩写：Ir(tppr)2(acac))，2，3，7，8，12，13，17，18-八乙基-21H，23H-卟啉铂(II)(缩写：PtOEP)，三(乙酰丙酮酸根合)(单菲咯啉)铽(III)(缩写：Tb(acac)3(Phen))，三(1，3-二苯基-1，3-丙烷二根合(propanedionato))(单菲咯啉)铒(III)(缩写：Eu(DBM)3(Phen))，三[1-(2-噻吩甲酰基)-3，3，3-三氟乙酰丙酮酸根合](单菲咯啉)铒(III)(缩写：Eu(TTA)3(Phen))等。
应注意这些发光物质优选分散在使用的主体材料中。可以使用以下物质作为主体材料，例如：芳族胺化合物，如NPB(缩写)、TPD(缩写)、TCTA(缩写)、TDATA(缩写)、MTDATA(缩写)或BSPB(缩写)；咔唑衍生物，如PCzPCA1(缩写)、PCzPCA2(缩写)、PCzPCN1(缩写)、CBP(缩写)、TCPB(缩写)、CzPA(缩写)或4-(1-萘基)-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)-三苯基胺(缩写：PCBANB)；具有高空穴传输性质的物质，其包含高分子化合物如PVK(缩写)、PVTPA(缩写)、PTPDMA(缩写)或聚-TPD(缩写)；具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属络合物，如三(8-羟基喹啉)铝(缩写：Alq)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(缩写：Almq3)、二(10-羟基苯并[h]喹啉)铍(缩写：BeBq2)或二(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基酚酸)铝(缩写：BAlq)；具有噁唑基配体或噻唑基配体的金属络合物，如二[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑合]锌(缩写：Zn(BOX)2)或二[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑合]锌(缩写：Zn(BTZ)2)；或具有高电子传输性质的材料，如2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑(缩写：PBD)、1，3-二[5-(对-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基]苯(缩写：OXD-7)、9-[4-(5-苯基-1，3，4-噁二唑-2-基)苯基]咔唑(缩写：CO11)、3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1，2，4-三唑(缩写：TAZ)、红菲绕啉(缩写：BPhen)、浴铜灵(缩写：BCP)、聚[(9，9-二己基芴-2，7-二基)-共-(吡啶-3，5-二基)](缩写：PF-Py)或聚[(9，9-二辛基芴-2，7-二基)-共-(2，2′-联吡啶-6，6′-二基)](缩写：PF-BPy)。
电子传输层是包含具有高电子传输性质的物质的层。可以使用例如具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属配合物，如Alq(缩写)、Almq3(缩写)、BeBq2(缩写)或BAlq(缩写)作为具有高电子传输性质的物质。此外，还可以使用具有噁唑基配体或噻唑基配体的金属络合物，例如Zn(BOX)2(缩写)或Zn(BTZ)2(缩写)。另外，除上述金属配合物之外，可以使用PBD(缩写)、OXD-7(缩写)、CO11(缩写)、TAZ(缩写)、BPhen(缩写)、BCP(缩写)等。在此列出的物质主要是电子迁移率大于或等于10-6cm2/V的材料。注意可以使用除此之外的物质，只要其电子传输性质高于空穴传输性质即可。此外，所述电子传输层可以具有由上述物质形成的两层或更多层堆叠的结构，而不限于单层结构。
除上述物质之外，高分子化合物如PF-Py(缩写)或PF-BPy(缩写)可以用于电子传输层。
电子注入层是包含具有高电子注入性质的物质的层。以下给出具有电子注入性质的物质的例子：碱金属或碱土金属，例如氟化锂(LiF)，氟化铯(CsF)和氟化钙(CaF2)，以及它们的配混物(compound)。此外，可以使用包含具有电子传输性质的物质和碱金属、碱土金属或其配混物(例如含镁(Mg)的Alq)的层。通过所述结构，使得可以提高由阴极102注入电子的效率。
对于在第一EL层103或第二EL层107中提供电荷产生层的情况，所述电荷产生层包含具有高空穴传输性质的物质和受体物质。所述电荷产生层在第一EL层103或第二EL层107中形成，从而形成阳极101或阴极102，而不考虑形成电极的材料的功函。
可以给出过渡金属氧化物或者周期表第4-8族中任意金属的氧化物作为用于电荷产生层的受体物质的例子。具体地，特别优选氧化钼。注意氧化钼具有低吸湿性。
可以使用多种有机化合物如咔唑衍生物、芳烃和高分子化合物(如低聚物、枝状聚合物或聚合物)中的任一种作为用于电荷产生层的具有高空穴传输性质的物质。具体地，优选空穴迁移率大于或等于10-6cm2/V的材料。但也可以使用除此之外的物质，只要其空穴传输性质高于电子传输性质即可。
注意这些层以适当组合的方式堆叠，从而可以形成第一EL层103或第二EL层107。另外，可以根据使用的材料，适当选择各种方法(例如干法或湿法)中的任一种作为形成第一EL层103或第二EL层107的方法。例如，可以使用真空蒸发法，喷墨法，旋涂法等等。注意这些层可以用不同的方法形成。
此外，在第一EL层103和第二EL层107之间，在阳极101上依次设置电子注入缓冲层104、电子中继层105和电荷产生层106。形成电荷产生层106与第二EL层107相接触，形成电子中继层105与电荷产生层106相接触，形成电子注入缓冲层104与第一EL层103相接触并位于电子中继层105和第一EL层103之间。
电荷产生层106是包含具有高电子传输性质的物质和受体物质的层。使用在可见光区域不具有吸收光谱峰的物质用于电荷产生层106和可在上述第一EL层103或第二EL层107的一部分中形成的电荷产生层106，从而能提高发光层发射光的提取效率。具体地，使用在波长范围420纳米-720纳米的可见光区域中没有吸收峰的物质用于电荷产生层106，从而可以明显提高发光效率。
可以使用多种有机化合物如咔唑衍生物、芳烃和高分子化合物(如低聚物、枝状聚合物或聚合物)中的任一种作为用于电荷产生层106的具有高空穴传输性质的物质。优选咔唑衍生物和芳烃，这是由于其通常较深的HOMO能级，它们具有向EL层注入空穴的优异性质。此外，优选这些物质是由于它们的深HOMO能级，在这些物质和受体物质如氧化钼之间不容易发生基于电荷转移相互作用导致的吸收。具体地，优选空穴迁移率大于或等于10-6cm2/V的物质。但也可以使用除此之外的物质，只要其空穴传输性质高于电子传输性质即可。
以下给出咔唑衍生物的具体例子：3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(缩写：PCzPCA1)，3，6-二[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(缩写：PCzPCA2)，3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(缩写：PCzPCN1)等。另外，可以包括以下的物质：4，4′-二(N-咔唑基)联苯(缩写：CBP)，1，3，5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(缩写：TCPB)，9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(缩写：CzPA)，9-苯基-3-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(缩写：PCzPA)，1，4-二[4-(N-咔唑基)苯基]-2，3，5，6-四苯基苯等。
以下给出芳烃的具体例子：2-叔丁基-9，10-二(2-萘基)蒽(缩写：t-BuDNA)、2-叔丁基-9，10-二(1-萘基)蒽、9，10-二(3，5-二苯基苯基)蒽(缩写：DPPA)、2-叔丁基-9，10-二(4-苯基苯基)蒽(缩写：t-BuDBA)、9，10-二(2-萘基)蒽(缩写：DNA)、9，10-二苯基蒽(缩写：DPAnth)、2-叔丁基蒽(缩写：t-BuAnth)、9，10-二(4-甲基-1-萘基)蒽(缩写：DMNA)、9，10-二[2-(1-萘基)苯基)-2-叔丁基蒽、9，10-二[2-(1-萘基)苯基]蒽、2，3，6，7-四甲基-9，10-二(1-萘基)蒽、2，3，6，7-四甲基-9，10-二(2-萘基)蒽、9，9’-联蒽、10，10’-二苯基-9，9’-联蒽、10，10’-二(2-苯基苯基)-9，9’-联蒽、10，10’-二[(2，3，4，5，6-五苯基)苯基]-9，9’-联蒽、蒽、并四苯、红荧烯、、2，5，8，11-四(叔丁基)等。另外还可以使用并五苯或蔻(coronene)等。这样，更优选空穴流动性等于或大于1×10-6cm2/Vs且包含14-42个碳原子的芳烃。
另外，所述芳烃可以具有乙烯基骨架。给出包含乙烯基基团的芳烃的例子，例如4，4’-双(2，2-二苯基乙烯基)联苯(缩写：DPVBi)、9，10-双[4-(2，2-二苯基乙烯基)苯基]蒽(缩写：DPVPA)等。
此外，可以使用高分子化合物如聚(N-乙烯基咔唑)(缩写：PVK)或聚(4-乙烯基三苯基胺)(缩写：PVTPA)。
具体来说，本发明中优选所述具有高空穴传输性质的物质不包含胺骨架。本发明发明人发现使用受体物质和不包含胺骨架的化合物形成电荷产生层106的情况下，虽然基于具有高空穴传输性质的物质和受体物质之间的电荷转移相互作用的吸收未发生，电荷产生层106具有电荷产生层的作用。这使得在可见光区域不具有吸收峰的电荷产生层容易形成；因此，可以阻止由于光吸收导致的发光效率降低。
应注意如专利文献1所述，通常通过氧化还原反应在电荷产生层中形成的电荷转移配合物非常重要。另外，根据专利文献1，当有机化合物的电离势等于或高于5.7eV的时候，在有机化合物和受体物质之间发生氧化-还原反应的可能性较低。因此，为了促进氧化-还原反应的发生，用作有机化合物的物质的电离势需要等于或低于5.7eV，具体来说是需要具有高电子-供体性质的物质，例如芳基胺。但是，当所述包含芳基胺骨架的化合物与受体物质之间发生氧化-还原反应的时候，在可见光区域和红外区域发生基于电荷转移相互作用的吸收。实际上，专利文献1所公开的吸收光谱显示，通过将具有芳基胺骨架的化合物与氧化钒混合，在波长为大约500纳米和1300纳米处产生新的吸收。另外，当具有芳基胺骨架的化合物与7，7，8，8-四氰基-2，3，5，6-四氟喹啉并二甲烷(缩写：F4-TCNQ)混合的时候，在大约700nm，900nm和1200nm的波长处产生新的吸收。在此情况下，特别是在可见光区域的吸收峰会造成发光效率的降低。但是，通常认为电荷转移配合物的形成对于电荷产生层是必不可少的，吸收是不可避免的。
相反，在本发明的一个实施方式中，电荷产生层106使用受体物质和不包含胺骨架的化合物形成；但是，虽然在可见光区域和红外区域不显示基于电荷转移相互作用的吸收，电荷产生层106具有电荷产生层的作用。在这种电荷产生层中，可以通过施加电场产生电荷，空穴和电子可以被注入EL层。该方面不同于常规的电荷产生层。实际上，即使不包含胺骨架的咔唑衍生物9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(缩写：CzPA)与受体物质氧化钼混合，可能由于CzPA的电离电势为5.7eV(AC-2，理研计器有限公司(Riken Keiki Co.，Ltd.)的产品)，是很高的电离电势，它不产生基于电荷转移相互作用的吸收。但是，电荷产生层106用作电荷产生层；因此，不包含胺骨架和受体物质的化合物可以在本发明的一个实施方式中使用。因此，不包含胺骨架的化合物的电离电势优选大于或等于5.7eV。
应注意，优选使用以下物质作为不包括胺骨架的化合物的例子：上述咔唑衍生物如CBP(缩写)、TCPB(缩写)、CzPA(缩写)、PCzPA(缩写)和1，4-二[4-(N-咔唑基)苯基]-2，3，5，6-四苯基苯；以及芳烃，例如t-BuDNA(缩写)、DPPA(缩写)、t-BuDBA(缩写)、DNA(缩写)、DPAnth(缩写)、t-BuAnth(缩写)、DMNA(缩写)、2-叔丁基-9，10-二(1-萘基)蒽、9，10-二[2-(1-萘基)苯基]-2-叔丁基蒽、9，10-二[2-(1-萘基)苯基]蒽、2，3，6，7-四甲基-9，10-二(1-萘基)蒽、2，3，6，7-四甲基-9，10-二(2-萘基)蒽、9，9′-联蒽、10，10′-二苯基-9′，9′-联蒽、10，10′-二(2-苯基苯基)-9，9′-联蒽、10，10′-二[(2，3，4，5，6-五苯基)苯基]-9，9′-联蒽、蒽、DPVBi(缩写)和DPVPA(缩写)。另外，可以使用咔唑衍生物的聚合物，例如PVK。
可以给出过渡金属氧化物或者周期表第4-8族中任意金属的氧化物作为用于电荷产生层106的受体物质的例子。具体来说，优选使用氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰和氧化铼，这是因为它们具有高电子传输性质。其中特别优选氧化钼。氧化钼具有低吸湿性。此外，可使用如7，7，8，8-四氰基-2，3，5，6-四氟喹啉并二甲烷(缩写：F4-TCNQ)、氯醌之类的有机化合物。
此外，在光学设计中，当各层厚度改变时，驱动电压可能增加。处于这种原因，优选在电荷产生层106上进行光学设计，这是因为即使在改变电荷产生层106的厚度的情况下，驱动电压的变化也很小。但是，在可见光区域具有吸收光谱峰的电荷产生层106的厚度增加，发光层发射的光被电荷产生层106吸收，导致光提取效率降低。因此，用于电荷产生层106的物质优选在可见光区域不具有吸收光谱峰的物质。将在可见光区域不具有吸收光谱峰的物质用于电荷产生层106能改善发光层中发射光的提取效率。此外，增加电荷产生层106的厚度能防止发光元件短路。
应注意，优选在电荷产生层106中加入受体物质，以使受体物质和具有高空穴传输性质的物质的质量比为0.1∶1-4.0∶1。
应注意上述在第一EL层103或第二EL层107的一部分中形成的电荷产生层可以使用与电荷产生层106类似的材料形成，并且可以具有与电荷产生层106类似的结构。此外，使用在可见光区域不具有吸收光谱峰的物质用于在第一EL层103或第二EL层107的一部分中形成的电荷产生层和电荷产生层106，从而能进一步提高发光层发射光的提取效率。具体地，使用在波长范围420纳米-720纳米的可见光区域中没有吸收峰的物质用于电荷产生层106，从而可以明显提高发光效率。
电子中继层105能迅速接收被电荷产生层106中受体物质引发的电子。因此，电子中继层105包含具有高电子传输性质的物质，优选使用这样的材料形成：其LUMO能级位于电荷产生层106中受体的受体能级和第一EL层103的LUMO能级之间。具体地，优选使用LUMO能级大于或等于约-5.0eV的材料，更优选使用LUMO能级大于或等于约-5.0eV且小于或等于-3.0eV的材料。给出
衍生物和含氮稠合芳族化合物作为用于电子中继层105的材料。应注意由于含氮稠合芳族化合物的稳定性，优选使用含氮稠合芳族化合物用于电子中继层105。此外，在含氮稠合芳族化合物中，优选使用具有吸电子基团如氰基团或氟基团的化合物，在这种情况下在电子中继层105中能更容易地接收电子。
本文中，优选电子中继层105的厚度减小，以降低驱动电压。此外，减少电子中继层105的厚度能改进发光层发射光的提取效率。具体地，大部分优选用于电子中继层的化合物(例如下述衍生物)在可见光区域具有强吸收；因此，考虑到光提取效率，优选电子中继层的厚度约为1纳米-10纳米。注意，如上所述，由于优选减少电子中继层的厚度，优选在进行光学设计时改变电荷产生层的厚度。此外，在本发明的一个实施方式中，电荷产生层在可见光区域不具有吸收峰，因此即使在电荷产生层厚度增加的情况下也不会使光提取效率受损。换言之，降低驱动电压的电子中继层和在可见光区域不具有吸收峰的电荷产生层的组合非常有效，采用这种组合可以达到较高的效率。
以下给出衍生物的具体例子：3，4，9，10-四羧酸二酐(缩写：PTCDA)、3，4，9，10-四羧酸-二-苯并咪唑(缩写：PTCBI)、N，N’-二辛基-3，4，9，10-四羧酸二酰亚胺(缩写：PTCDI-C8H)、N，N’-二己基-3，4，9，10-四羧酸二酰亚胺(HexPTC)等。
给出以下物质作为含氮稠合芳族化合物的例子：吡嗪并[2，3-f][1，10]菲咯啉-2，3-二腈(缩写：PPDN)、2，3，6，7，10，11-六氰基-1，4，5，8，9，12-六氮杂苯并[9，10]菲(hexaazatriphenylene)(缩写：HAT(CN)6)、2，3-二苯基吡啶并[2，3-b]吡嗪(缩写：2PYPR)、2，3-二(4-氟苯基)吡啶并[2，3-b]吡嗪(缩写：F2PYPR)等。此外，可以使用全氟并五苯、7，7，8，8-四氰基喹啉并二甲烷(tetracyanoquinodimethane)(缩写：TCNQ)、1，4，5，8-萘四羧酸二酐(缩写：NTCDA)、铜十六氟酞菁(缩写：F16CuPc)、N，N’-二(2，2，3，3，4，4，5，5，7，7，8，8，8-十五氟辛基-1，4，5，8-萘四羧酸二酰亚胺(缩写：NTCDI-C8F)、3’，4’-二丁基-5，5”-二(二氰基亚甲基)-5，5”-二氢-2，2’:5’，2”-三噻吩(terthiophen))(缩写：DCMT)、亚甲基富勒烯(methanofullerene)如[6，6]-苯基C61丁酸甲酯等用于电子中继层105。
电子注入缓冲层104是能将从电子中继层105接收到的电子注入第一EL层103中的层。提供电子注入缓冲层104能降低电荷产生层106和第一EL层103之间的注入势垒；因此，电荷产生层106中产生的电子能容易地注入第一EL层103中。
可以用于电子注入缓冲层104的是具有高电子注入性质的物质：例如，碱金属、碱土金属、稀土金属、上述金属的化合物(例如碱金属化合物(例如氧化物如氧化锂，卤化物，或碳酸盐如碳酸锂或碳酸铯)，碱土金属化合物(例如氧化物，卤化物或碳酸盐)，或稀土金属化合物(例如氧化物，卤化物或碳酸盐)。
此外，在上述包含具有高电子传输性质的物质和供体物质的电子注入缓冲层104中，优选添加所述供体物质以使所述供体物质与所述具有高电子传输性质的物质的质量比为0.001∶1-0.1∶1。注意对于给体物质，可以使用有机化合物，例如四硫并四苯(缩写：TTN)、二茂镍或十甲基二茂镍，以及碱金属，碱土金属，稀土金属，上述金属的化合物(例如碱金属化合物(例如氧化物如氧化锂、卤化物、或碳酸盐如碳酸锂或碳酸铯)，碱土金属化合物(例如氧化物，卤化物和碳酸盐)或稀土金属化合物(例如氧化物，卤化物和碳酸盐))。注意对于具有高电子传输性质的物质，可以使用类似于上述用于可以在第一EL层103的一部分中形成的电荷产生层的材料。
本实施方式中所述的发光元件可以采用上述材料的组合而制造。虽然该发光元件可以获得来自上述发光物质的发射光，改变用于发光层的发光物质的种类可以得到多种发射色。另外，可以将发射不同颜色的光的多种发光物质用作发光物质，由此也可以获得具有宽光谱或者发射白光的发射光。
应注意，虽然本实施方式中描述了设置有两层EL层的发光元件，EL层的数量不限于两层，例如可以是三层。当发光元件中设置n个(n是大于或等于2的自然数)EL层时，在第m层(m是自然数，1≤m≤n-1)和第(m+1)层EL层之间，电子注入缓冲层、电子中继层和电荷产生层依次堆叠在阳极上，从而可以抑制发光元件的驱动电压增加。
另外，此实施方式所述的发光元件可以在多种基片中的任一种上形成。可以将以下物质用作基片：例如玻璃、塑料、金属板、金属箔等制造的基片。从基片侧提取发光元件的发射光时，可以使用具有透光性质的基片。注意还可以使用上述以外的基片，只要它们可以在发光元件的制造工艺中作为载体即可。
注意其中两个电极在同一基片上以网格图案形成的无源矩阵发光器件可以采用本实施方式所述的发光元件的元件结构制造。此外，也可以制造有源矩阵发光器件，包括与用作开关等的薄膜晶体管(TFT)电连接并且由TFT控制驱动的发光元件。注意对TFT的结构没有特别限制。可以使用交错TFT(staggered TFT)或反转交错TFT中的一种。此外，用TFT形成的驱动电路可以使用n-沟道TFT和p-沟道TFT形成，或使用n-沟道TFT和p-沟道TFT中的任一种形成。对用于TFT的半导体膜的结晶度也没有特别限制。可以使用无定形半导体膜，或者可以使用晶体半导体膜。或者，可以使用单晶半导体膜或微晶半导体。再或者，可以使用氧化物半导体，例如含铟、镓和锌的氧化物半导体。
此外，本实施方式中所述的发光元件可以采用多种方法(无论是干法(例如真空蒸发法或溅射法)或湿法(例如喷墨法、旋涂法或施涂法))中的任一种制造。
另外，采用本实施方式所述的元件结构时，电子中继层105位于电荷产生层106和电子注入缓冲层104之间。在这种情况下，可以得到这样的结构：其中包含在电荷产生层106中的受体和包含在电子注入缓冲层104中的具有高电子注入性质的物质或供体物质不容易相互作用，因此比较不容易使其功能受到抑制。因此，可以在低电压驱动所述发光元件。
应注意，本实施方式中所述的结构可以与其它实施方式中所述的任意结构适当组合。
(实施方式2)
在实施方式2中，将参照图2A和2B描述属于实施方式1中所述的基本结构的发光元件的实例。具体地，将描述实施方式1中所述的发光元件中的电子注入缓冲层104具有单层碱金属、碱土金属、稀土金属或其化合物的情况。
如图2A所示，在本实施方式所述的发光元件中，各自包括发光区域的第一EL层103和第二EL层107位于一对电极(即阳极101和阴极102)之间，在所述第一EL层103和所述第二EL层107之间，电子注入缓冲层104、电子中继层105和电荷产生层106依次堆叠在阳极101上。
实施方式2中的阳极101、阴极102、第一EL层103、第二EL层107、电荷产生层106和电子中继层102可以使用类似实施方式1中所述的材料形成。
在本实施方式中，给出以下物质作为用于电子注入缓冲层104的物质的例子：具有高电子注入性质的物质，例如碱金属，如锂(Li)和铯(Cs)；碱土金属，如镁(Mg)、钙(Ca)和锶(Sr)；稀土金属，如铒(Eu)和镱(Yb)；碱金属化合物(例如氧化物如氧化锂、卤化物以及碳酸盐如碳酸锂和碳酸铯)；碱土金属化合物(例如氧化物、卤化物和碳酸盐)；稀土金属化合物(例如氧化物、卤化物和碳酸盐)等。
在本实施方式所述的发光元件中，任一种上述金属或其化合物的单层设置为电子注入缓冲层104。形成厚度极小(具体小于或等于1纳米)的电子注入缓冲层104，以防止驱动电压增加。注意在本实施方式中，优选形成电子传输层108与第一EL层103中的电子注入缓冲层104相接触，并且电子注入缓冲层104设置成几乎是电子中继层105和电子传输层108之间的界面，是EL层103的一部分。但是，在形成电子传输层108之后在电子传输层108上形成电子注入缓冲层104的情况下，用于形成电子注入缓冲层104的物质也可以部分存在于电子传输层108中，电子传输层108是EL层103的一部分。类似地，用于形成电子注入缓冲层104的物质也可以部分存在于电子中继层105中。
图2B是图2A所示的元件结构的能带图。在图2B中，电子注入缓冲层104设置在电子中继层105和第一EL层103之间的界面上，从而可以降低电荷产生层106和第一EL层103之间的注入势垒；因此，电荷产生层106中产生的电子可以容易地注入第一EL层103中。此外，电荷产生层106中产生的空穴移动至第二EL层107中。
与实施方式3所述的电子注入缓冲层的结构(即，向具有高电子传输性质的物质中加入供体物质来形成电子注入缓冲层)相比，本实施方式中所述的电子注入缓冲层的结构能降低发光元件的驱动电压。注意在本实施方式中，优选使用碱金属化合物(例如氧化物如氧化锂、卤化物或碳酸盐如碳酸锂或碳酸铯)，碱土金属化合物(例如氧化物、卤化物或碳酸盐)，稀土金属化合物(例如氧化物、卤化物或碳酸盐)等作为电子注入缓冲层104中具有高电子注入性质的物质。所述具有高电子注入性质的物质在空气中是稳定的，因此能提供高产量，适于大规模生产。
应注意，本实施方式中所述的结构可以与其它实施方式中所述的任意结构适当组合。
(实施方式3)
在实施方式3中，将参照图3A和3B描述属于实施方式1中所述的基本结构的发光元件的实例。具体地，将描述实施方式1所述的发光元件中的电子注入缓冲层104包含具有高电子传输性质的物质和供体物质的情况。
如图3A所示，在本实施方式所述的发光元件中，各自包括发光区域的第一EL层103和第二EL层107位于一对电极(即阳极101和阴极102)之间，在所述第一EL层103和所述第二EL层107之间，电子注入缓冲层104、电子中继层105和电荷产生层106依次堆叠在阳极101上。另外，电子注入缓冲层104包含具有高电子传输性质的物质和供体物质。
应注意，在本实施方式中，优选加入供体物质，以使供体物质与具有高电子传输性质的物质的质量比为0.001∶1-0.1∶1。相应地，电子注入缓冲层104可以具有高的膜质量和高反应活性。
实施方式3中的阳极101、阴极102、EL层103、电荷产生层106和电子中继层102可以使用类似实施方式1中所述的材料形成。
在本实施方式中，可以使用以下物质作为用于电子注入缓冲层104的具有高电子传输性质的物质，例如：具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属络合物，例如三(8-羟基喹啉)合铝(缩写：Alq)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)合铝(缩写：Almq3)、二(10-羟基苯并[h]-喹啉)合铍(缩写：BeBq2)或二(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基酚酸根)合铝(缩写：BAlq)等。此外，可以使用包含唑基或噻唑基配体的金属络合物等，例如二[2-(2-羟基苯基)苯并唑合]锌(缩写：Zn(BOX)2)或二[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑合]锌(缩写：Zn(BTZ)2)。除了金属配合物以外，可以使用2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-二唑(缩写：PBD)、1，3-二[5-(对-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基]苯(缩写：OXD-7)、9-[4-(5-苯基-1，3，4-二唑-2-基)苯基]咔唑(缩写：CO11)、3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1，2，4-三唑(缩写：TAZ)、红菲绕啉(缩写：BPhen)、浴铜灵(缩写：BCP)等。在此描述的物质主要是电子迁移率大于或等于10-6cm2/V的物质。
除上述物质之外，可以使用高分子化合物，例如聚[(9，9-二己基芴-2，7-二基)-共-(吡啶-3，5-二基)](缩写：PF-Py)或聚[(9，9-二辛基芴-2，7-二基)-共-(2，2’-联吡啶-6，6’-二基)](缩写：PF-BPy)。
此外，在本实施方式中，作为用于电子注入缓冲层104的具有高电子注入性质的物质，可以使用碱金属、碱土金属、稀土金属、上述金属的化合物(例如碱金属化合物(例如氧化物如氧化锂、卤化物或碳酸盐如碳酸锂或碳酸铯)，碱土金属化合物(例如氧化物、卤化物或碳酸盐)，或稀土金属化合物(例如氧化物、卤化物或碳酸盐)等。此外，可以使用有机化合物如四硫并四苯(缩写：TTN)、二茂镍或十甲基二茂镍。此外，用于形成电子注入缓冲层104的物质也可以部分存在于电子中继层105中。
注意在本实施方式中，在第一EL层103中，可以形成与电子注入缓冲层104相接触的电子传输层108，在形成电子传输层108的情况下，用于电子注入缓冲层104的具有高电子传输形成的物质和用于属于EL层103的一部分的电子传输层108的具有高电子传输性质的物质可以相同或不同。
如图3A所示，本实施方式中所述的发光元件具有如下特征：包含具有高电子传输性质的物质和供体物质的电子注入缓冲层104在EL层103和电子中继层105之间形成。图3B是该元件结构的能带图。
换言之，形成电子注入缓冲层104，从而可以降低电子中继层105和第一EL层103之间的注入势垒；因此，电荷产生层106中产生的电子可以容易地注入第一EL层103中。此外，电荷产生层106中产生的空穴移动至第二EL层107中。
应注意，本实施方式中所述的结构可以与其它实施方式中所述的任意结构适当组合。
(实施方式4)
在实施方式4中，将参照图12A和12B描述属于实施方式1中所述的基本结构的发光元件的另一实例。
如图12A所示，在本实施方式所述的发光元件具有如下结构：各自包括发光区域的第一EL层103和第二EL层107位于一对电极(即阳极101和阴极102)之间，在第一EL层103和第二EL层107之间，电子注入缓冲层104、电子中继层105和电荷产生层106依次堆叠在阳极101上。
本实施方式中的阳极101、阴极102、电子注入缓冲层104、电子中继层105和电荷产生层106可以使用类似实施方式1所述的材料形成。
在本实施方式中，所述第一EL层103包括：第一发光层103a，其发射光谱具有在蓝色到蓝绿色波长范围的峰值；第二发光层103b，其发射光谱具有在黄色到橙色波长范围的峰值。此外，所述第二EL层107包括：第三发光层107a，其发射光谱具有在蓝绿色到绿色波长范围的峰值；第四发光层107b，其发射光谱具有在橙色到红色波长范围的峰值。注意所述第一发光层103a和第二发光层103b可以以相反的顺序堆叠。也要注意所述第三发光层107a和第四发光层107b可以以相反的顺序堆叠。
当这种发光元件中阳极101一侧正偏压和阴极102一侧负偏压时，从阳极101注入的空穴和电荷产生层106中产生并通过电子中继层105和电子注入缓冲层104注入的电子在第一发光层103a或第二发光层103b中重新组合，从而获得第一光发射330。另外，从阴极102注入的电子以及在电荷产生层106中产生的空穴在第三发光层107a或第四发光层107b中重新结合，从而得到第二光发射340。
第一光发射330是从第一发光层103a和第二发光层103b发出的光发射的组合；因此，如图12B所示，第一光发射330显示的发射光谱同时具有在蓝色到蓝绿色波长范围和黄色到橙色波长范围的峰。换言之，第一EL层103具有双波长型白色或双波长型接近白色颜色的光发射。此外，第二光发射340是从第三发光层107a和第四发光层107b发出的光发射的组合；因此，如图12B所示，第二光发射304显示的发射光谱同时具有在蓝绿色到绿色波长范围和橙色到红色波长范围的峰。换言之，第二EL层107具有双波长型白色或双波长型接近白色颜色的光发射，其不同于第一EL层103的光发射。
相应地，通过将第一光发射330和第二光发射340合并，可以由本实施方式的发光元件得到覆盖蓝色到蓝绿色波长范围、蓝绿色到绿色波长范围、黄色到橙色波长范围和橙色到红色波长范围的光发射。
在本实施方式中，例如，即使第一发光层103a的发光亮度(其发射光谱具有蓝色到蓝绿色波长范围的峰)随着时间减弱或者由于电流密度的原因而变化，由于第一发光层103a对整个发射光谱的贡献约为四分之一，其色度的偏离较小。
注意，尽管以上所述的实施例中，第一EL层103的发射光谱具有蓝色到蓝绿色波长范围以及黄色到橙色波长范围的峰，第二EL层107的发射光谱具有蓝绿色到绿色波长范围以及橙色到红色波长范围的峰，但是第一EL层103和第二EL层107可以各自具有相反的光谱。换而言之，可以使用一种结构，其中第二EL层107的发射光谱在蓝色至蓝绿色波长范围以及黄色至橙色波长范围具有峰，而第一EL层103的发射光谱在蓝绿色至绿色波长范围以及橙色至红色波长范围具有峰。另外，第一EL层103和第二EL层107可以各自具有发光层和除发光层之外的层堆叠的结构。
接下来描述可以用作本实施方式所述的发光元件的EL层的发光有机化合物的材料。但是，可以用于该实施方式所述的发光元件的材料不限于下文所述的那些。
例如，使用、2，5，8，11-四叔丁基(缩写：TBP)或9，10-二苯基蒽等作为客体材料并将所述客体材料分散在合适的主体材料中可以得到蓝色到蓝绿色的光发射。也可以从苯乙烯基亚芳基衍生物如4，4’-双(2，2-二苯基乙烯基)联苯(缩写：DPVBi)或蒽衍生物如9，10-二-2-萘基蒽(缩写：DNA)或9，10-二(2-萘基)-2-叔丁基蒽(缩写：t-BuDBA)得到蓝色到蓝绿色的光发射。也可以使用聚合物，例如聚(9，9-二辛基芴)(9，9-dioctylfluolene)。此外，优选苯乙烯基亚芳基衍生物作为蓝光发射的客体材料。给出以下物质作为苯乙烯基亚芳基衍生物的例子：N，N’-二[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N，N’-二苯基芪-4，4’-二胺(缩写：YGA2S)、N，N’-二苯基-N，N’-二(9-苯基-9H-咔唑-3-基)芪-4，4′-二胺(缩写：PCA2S)等。具体来说，YGA2S是优选的，因为其在450纳米左右具有峰。此外，优选蒽衍生物作为客体材料；优选9，10-二(2-萘基)-2-叔丁基蒽(缩写：t-BuDBA)和9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(缩写：CzPA)。具体来说，由于CzPA的电化学稳定性，CzPA是优选的。
例如可以通过使用香豆素染料，如香豆素30或香豆素6；二[2-(2，4-二氟苯基)吡啶]甲基吡啶合铱(picolinatoiridium)(缩写：FIrpic)；二(2-苯基吡啶合)乙酰丙酮酸合铱(缩写：Ir(ppy)2(acac))；或类似物作为客体材料并将客体材料分散在主体材料中获得蓝绿色到绿色的光发射。通过将上述或TBP以大于或等于5重量％的高浓度分散在合适的主体材料中，可以获得蓝绿色至绿色的光发射。也可以由以下金属配合物获得蓝绿色到绿色的光发射，例如BAlq，Zn(BTZ)2或二(2-甲基-8-羟基喹啉合(quinolinolato))氯化镓(Ga(mq)2Cl)。也可以使用聚合物，例如聚(对亚苯基亚乙烯基)。另外，优选将蒽衍生物用作蓝绿色至绿色发光层的客体材料，在此情况下可以获得高发光效率。例如，使用9，10-二{4-[N-(4-二苯基氨基)苯基-N-苯基]氨基苯基}-2-叔丁基蒽(缩写：DPABPA)时，可以得到高效率的蓝绿光发射。另外，优选使用在2位取代有氨基的蒽衍生物，在此情况下可以获得高效的绿光发射。具体地，由于N-(9，10-二苯基-2-蒽基)-N，9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(缩写：2PCAPA)寿命长，因此是合适的。对于这些材料的主体材料，优选蒽衍生物；其中上文描述的CzPA具有电化学稳定性，因此是优选的。另外，对于通过将绿光发射和蓝光发射结合而制造在蓝色到绿色波长范围具有两个峰的发光元件，优选使用具有电子传输性质的蒽衍生物(例如CzPA)作为用于蓝光发射层的主体材料，优选使用具有高空穴传输性质的芳族胺化合物(例如NPB)作为绿光发射层的主体材料，在此情况下，可以在蓝光发射层和绿光发射层之间的界面处获得光发射。换句话说，在此情况下，对于2PCAPA之类的绿光发射材料，优选将NPB之类的芳胺化合物用作主体材料。
可以采用以下方式获得黄色到橙色的光发射，例如，通过使用红荧烯、4-(二氰基亚甲基)-2-[对-(二甲基氨基)苯乙烯基]-6-甲基-4H-吡喃(缩写：DCM1)，4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(9-久洛尼定基(julolidyl))乙烯基-4H-吡喃(缩写：DCM2)、二[2-(2-噻吩基)吡啶合]乙酰丙酮酸根合铱(缩写：Ir(thp)2(acac))、二(2-苯基喹啉合)乙酰丙酮酸根合铱(缩写：Ir(pq)2(acac))等作为客体材料并将所述客体材料分散在合适的主体材料中。具体来说，优选将并四苯衍生物(例如红荧烯)作为客体材料，因为其具有高效率和化学稳定性。在此情况下，优选将NPB之类的芳族胺化合物用作主体材料。可以将金属络合物，例如二(8-羟基喹啉合)锌(缩写：Znq2)或二[2-肉桂酰基-8-羟基喹啉合]锌(缩写：Znsq2)等用作另一主体材料。再或者，可以使用聚合物，例如聚(2，5-二烷氧基-1，4-亚苯基亚乙烯基)。
可以采用以下方式获得橙色到红色的光发射，例如，通过使用4-(二氰基亚甲基)-2，6-二[对-(二甲基氨基)苯乙烯基]-4H-吡喃(缩写：BisDCM)、4-(二氰基亚甲基)-2，6-二[2-(久洛尼定-9-基)乙炔基]-4H-吡喃(缩写：DCM1)、4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(9-久洛尼定基)乙烯基-4H-吡喃(缩写：DCM2)、二[2-(2-噻吩基)吡啶合]乙酰丙酮酸根合铱(缩写：Ir(thp)2(acac))等作为客体材料并将所述客体材料分散在合适的主体材料中。也可以从以下金属配合物获得橙色到红色的光发射，例如二(8-羟基喹啉合)锌(缩写：Znq2)或二[2-肉桂酰基-8-羟基喹啉合]锌(缩写：Znsq2)。也可以使用聚合物，例如聚(3-烷基噻吩)。4H-吡喃衍生物如4-(二氰基亚甲基)-2，6-二[对-(二甲基氨基)苯乙烯基]-4H-吡喃(缩写：BisDCM)、4-(二氰基亚甲基)-2，6-二[2-(久洛尼定-9-基)乙炔基]-4H-吡喃(缩写：DCM1)、4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(9-久洛尼定基)乙烯基-4H-吡喃(缩写：DCM2)、{2-异丙基-6-[2-(2，3，6，7-四氢-1，1，7，7-四甲基-1H，5H-苯并[ij]喹嗪(quinolizin)-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙烷二腈(缩写：DCJTI)或{2，6-二[2-(2，3，6，7-四氢-8-甲氧基-1，1，7，7-四甲基-1H，5H-苯并[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙烷二腈(缩写：BisDCJTM)具有高效率，因此优选作为呈红光发射的客体材料。具体来说，DCJTI和BisDCJTM是优选的，因为它们在大约620纳米具有光发射峰。
作为上述结构中的合适的主体材料，优选使用波长比发光有机化合物短的主体材料，或者具有大的能带隙的主体材料。具体来说，实施方式1的例子中给出的空穴传输材料或者电子传输材料可以适当选择。也可以使用4，4′-二(N-咔唑基)联苯(缩写：CBP)、4，4’，4”-三(N-咔唑基)三苯基胺(缩写：TCTA)、1，3，5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(缩写：TCPB)等。
通过将第一EL层的发射光谱和第二EL层的发射光谱合并，可以由本实施方式所述的发光元件得到覆盖蓝色到蓝绿色波长范围、蓝绿色到绿色波长范围、黄色到橙色波长范围和橙色到红色波长范围的白光发射。
注意，可以通过以下方式使光更接近具有连续发射光谱的自然光：对各个层叠的层的厚度进行调节，故意略微地对光进行干涉，使得突出的尖峰的产生受到抑制，获得梯形的发射光谱。另外，还可以通过调节各个层叠的层的厚度以及故意使得光略微干涉，从而改变发射光谱的峰的位置。通过调节各个层叠的层的厚度，使得发射光谱中出现的多个峰的强度基本上相同，通过减小峰之间的间隔，可以获得具有形状更接近梯形的发射光谱的白光发射。
注意在本实施方式中，描述了这样的EL层：其中在多个发光层的各层中，互补色的发射光组合起来得到白光发射。以下将描述因互补色关系呈白光发射的EL层的具体结构。
设置在本实施方式中所述的发光元件中的EL层具有如下结构：例如，包含具有高空穴传输性质的物质和第一发光物质的第一层；包含具有高空穴传输性质的物质和第二发光物质的第二层；和包含具有高电子传输性质的物质和第二发光物质的第三层依次堆叠在阳极101上。
第一发光物质和第二发光物质都要发射光，结果在本实施方式所述的发光元件的EL层中获得白光发射。因此，为了调节EL层中载流子的传输性质，具有高电子传输性质的物质和具有高电子传输性质的物质都优选用作主体材料。注意对于具有高电子传输性质的物质和可以用于EL层的具有高电子传输性质的物质，可以根据适当情况使用实施方式1中给出作为例子的物质。
另外，可以选择发射互补色光的物质作为所述第一发光物质和第二发光物质。对于互补色，可给出蓝色和黄色、蓝绿色和红色等的颜色组合。可以从例如上述发光物质中适当选择发射蓝光、黄光、蓝绿光或红光的物质。注意使得第二发光物质的发射波长比第一发光物质的发射波长短，这样第二发光物质的部分激发能转移至第一发光物质，从而可以使得第一发光物质发射光。因此，在本实施方式的发光元件中，第二发光物质的发射峰波长优选小于第一发光物质的发射峰波长。
在本实施方式所述的发光元件的结构中，可以得到来自第一发光物质的光发射和来自第二发光物质的光发射，第一发光物质的发射色和第二发光物质的发射色是互补色，因此可以得到白色光发射。此外，采用本实施方式所述的发光元件结构，可以得到具有长寿命的发光元件。
应注意，本实施方式中所述的结构可以与其它实施方式中所述的任意结构适当组合。
(实施方式5)
在实施方式5中，将参照附图4A-4C描述包括任意以上实施方式所述的发光元件的发光器件的一个实施方式。图4A-4C是发光器件的截面图。
在图4A-4C的各图中，虚线框围成的部分对应于用来驱动发光元件12的晶体管11。发光元件12包括位于第一电极13和第二电极14之间的包含有机化合物的层15。包含有机化合物的层包括n层(n是大于或等于2的自然数)EL层，其中在第m层(m是自然数，1≤m≤n-1)EL层和第(m+1)层EL层之间，电子注入层、电子中继层和电荷产生层依次设置在阳极上。此外，在各EL层中，至少设置发光层，除了发光层之外，根据适当情况设置空穴注入层、空穴传输层、电子传输层或电子注入层。换言之，发光元件12的结构与实施方式1-4中任一种所述的结构类似。晶体管11的漏区(drain region)通过穿过第一层间绝缘膜16(16a，16b和16c)的导线17与第一电极13电连接。发光元件12通过分隔层18与邻近发光元件12设置的其它发光元件隔开。本实施方式中具有这种结构的发光器件设置在本实施方式的基片10上。
图4A-4C中各图所示的晶体管是顶栅型晶体管，其中栅电极设置在基片的相对侧，半导体层介于所述基片和栅电极之间。但是，对晶体管11的结构没有具体限制；例如，晶体管11可以是底栅型。在晶体管11是底栅型的情况下，晶体管11可以具有在用来形成沟道的半导体层上形成保护膜的结构(沟道保护型)，或者用来形成沟道的部分半导体层具有凹陷的结构(沟道蚀刻型)。注意附图标记21表示栅电极；22表示栅绝缘膜；23表示半导体层；24表示n-半导体层；25表示电极；和26表示保护膜。
此外，包括在晶体管11中的半导体层是可以晶体或者非晶体。或者，可以使用微晶半导体或氧化物半导体等。
对于氧化物半导体层，可以使用选自铟、镓、铝、锌和锡元素的复合氧化物。例如，可以使用氧化锌(ZnO)、包含氧化锌的氧化铟(IZO)和包含氧化铟、氧化镓和氧化铝的氧化物(IGZO)。可以使用由单晶硅或多晶硅或锗硅等作为晶体半导体层的具体例子。其可以通过激光结晶形成或者通过使用例如镍的固相生长法而结晶形成。
在使用无定形物质(例如无定形硅)形成半导体层的情况下，优选发光器件的电路中晶体管11和其它晶体管(晶体管构成驱动发光元件的电路)都是n-沟道晶体管。此外，多种氧化物半导体，例如氧化锌(ZnO)、包含氧化锌的氧化铟(IZO)、包含氧化铟、氧化镓和氧化铝的氧化物(IGZO)是n-型半导体；因此，活性层中包含任一种这些化合物的晶体管都是n-沟道晶体管。除上述情况之外，发光器件可以具有包括n-沟道晶体管或p-沟道晶体管的电路，或者可以包括同时具有n-沟道晶体管和p-沟道晶体管的电路。
此外，第一层间绝缘膜16可以是如图4A和4C所示的多层，或者是单层。注意第一层间绝缘膜16a由无机材料，例如氧化硅或氮化硅形成；第一层间绝缘膜16b由可以通过施用方法形成为膜的丙烯酸类物质、硅氧烷物质(包括硅-氧键(Si-O键)骨架并且至少包含氢作为取代基的有机基团)或者自平坦化物质(self-planarizing substance)如氧化硅形成。另外，第一层间绝缘层16c由含氩(Ar)的氮化硅膜形成。注意对形成各层的物质没有特别限制，除上述物质之外的其它物质也可以使用。使用除上述物质之外的其它物质形成的层可以进一步组合。如上所述，第一层间绝缘膜16a-16c可以同时使用无机材料和有机材料形成，或使用无机膜或有机膜形成。
对于分隔层18，边缘部分的曲率半径优选连续地变化。此外，分隔层18使用丙烯酸类物质、硅氧烷、抗蚀膜(resist)或氧化硅等形成。应注意分隔层18可以使用无机膜或有机膜，或者同时使用无机膜和有机膜形成。
应注意，虽然图4A和4C各自描述了在晶体管11和发光元件12之间仅设置有第一层间绝缘膜16a-16c的结构，但也可以使用如4B所示的结构，其中除了第一层间绝缘膜16(16a和16b)之外还设置有第二层间绝缘膜19(19a和19b)。在图4B所示的发光器件中，第一电极13穿过与导线17相连的第二层间绝缘膜19。
第二层间绝缘膜19可以是类似第一层间绝缘膜16的多层，或者可以是单层。第二层间绝缘膜19由可以通过施用方法形成为膜的丙烯酸类物质、硅氧烷物质(包括硅-氧键(Si-O键)骨架并且至少包含氢作为取代基的有机基团)或者自平坦化物质如氧化硅形成。第二层间绝缘层19b由含氩(Ar)的氮化硅膜形成。注意对形成各层的物质没有特别限制，除上述物质之外的其它物质也可以使用。使用除上述物质之外的其它物质形成的层可以进一步组合。如上所述，第二层间绝缘膜19a和19b可以同时使用无机材料和有机材料形成，或使用无机膜或有机膜形成。
在发光元件12中第一电极和第二电极都使用透光物质形成的情况下，发射的光可以通过第一电极13和第二电极14提取，如图4A中箭头所示。此外，在仅仅第二电极14使用透光物质形成的情况下，发射的光可以仅通过第二电极14被提取，如图4B中箭头所示。这种情况下，第一电极13优选使用具有高反射率的材料形成，或者优选使用具有高反射率的材料形成的膜设置在第一电极13下方。此外，在仅仅第一电极13使用透光物质形成的情况下，发射的光可以仅通过第一电极13被提取，如图4C中箭头所示。这种情况下，第二电极14优选使用具有高反射率的材料形成，或者高反射率膜优选在第二电极14上方形成。
此外，在发光元件12中，可以堆叠层15，使得当施加电压使第二电极14的电势高于第一电极13时，发光元件12运行；或者可以堆叠层15，使得当施加电压使第二电极14的电势低于第一电极13时，发光元件12运行。在前一种情况中，晶体管11是n-沟道晶体管，而在后一种情况中，晶体管11是p-沟道晶体管。
注意，虽然图4A-4C的各截面图中仅示出一个发光元件，但也可以在像素部分的阵列中排列多个发光元件。此外，在进行颜色组分R(红)、G(绿)和B(蓝)的彩色显示情况下，在像素部分中形成提供三种光发射(R，G和B)的多个发光元件。此外，颜色组分不限于三种颜色，可以使用四种或更多种颜色的颜色组分，或者可以使用除R，G和B之外的颜色。例如，可添加白色，这样可以使用R，G，B和W(W表示白色)。
可以使用以下方法作为不同颜色组分的发光元件的制造方法：其中分别设置有不同颜色EL层的方法；其中形成所有EL层来发射白光并且用滤色片组合EL层的方法，从而得到不同颜色组分的发光元件；其中形成所有EL层来发射蓝光或波长小于蓝光的光，并且用色转换层组合EL层的方法，从而得到不同颜色组分的发光元件；或者类似方法。
如上所述，在本实施方式中，描述通过晶体管控制发光元件驱动的有源矩阵发光器件。但是，也可以使用驱动发光元件的无源矩阵发光器件，在无源矩阵发光器件中不在同样的基片上提供用于驱动的元件如晶体管作为发光元件。图5A是使用任一实施方式1-4所述的发光元件制造的无源矩阵发光器件的立体图。此外，图5B是沿图5A中破折线X-Y的截面图。
在5A和5B中，在基片951上，在电极952和电极956之间设置含有机化合物的层955。包含有机化合物的层包括n层(n是大于或等于2的自然数)EL层，其中在第m层(m是自然数，1≤m≤n-1)EL层和第(m+1)层EL层之间，电子注入层、电子中继层和电荷产生层依次设置在阳极上。此外，在各EL层中，至少设置发光层，除了发光层之外，根据适当情况设置空穴注入层、空穴传输层、电子传输层或电子注入层。电极952的端部被绝缘层953覆盖。接着，在绝缘层953上提供分隔层954。分隔层954优选具有这样斜率的倾斜侧壁：相对侧壁之间的距离朝向基片表面降低。换言之，沿窄侧面方向的分隔层954的截面是梯形，基底(朝向绝缘层953的平面方向的类似方向并且与绝缘层953相接触的侧面)短于上侧(朝向绝缘层953的平面方向的类似方向并且与绝缘层953不相接触的侧面)。以这种方式设置分隔层954，从而可以防止由于静电等原因导致的发光元件缺陷。当无源矩阵发光器件包括任一实施方式1-4所述的发光元件时，它也可以以低功率消耗驱动。
在本实施方式中所述的发光器件中使用任意上述实施方式中描述为实例的发光元件；这样，发光器件可以具有高亮度，可以在低电压下驱动并且消耗较少的功率。
(实施方式6)
在实施方式6中，将描述各自包括实施方式5所述的发光器件作为其一部分的电子器件。实施方式6所述的电子器件各自包括具有任意实施方式1-4所述的发光元件的显示器部分，它具有高亮度，在低电压下驱动并且消耗较少的功率。
以下给出本实施方式的电子器件的例子：摄像机如摄影机和数码相机；眼镜式显示器、导航系统、音频重放装置(例如车载音频立体声系统或音频立体声装置)、计算机、游戏机、便携式信息终端(如，移动计算机、移动电话机、便携式游戏机、电子书阅读器等)、装有记录介质的图像重现装置(具体地，能够对数字通用盘(DVD)之类的记录介质进行重现、并装配有能显示图像的显示装置的装置)等。这些电子器件的具体例子显示在图6A-6E中。
图6A显示便携式信息终端器件的一个例子。便携式信息终端器件9200结合有计算机，因此可以处理各种类型的数据。给出个人数字助理(PDA)作为便携式信息终端器件9200的一个例子。
便携式信息终端器件9200具有两个外壳：外壳9201和外壳9203。外壳9201和外壳9203用连接部分9207连接，这样便携式信息终端器件9200可折叠。显示器部分9202结合在外壳9201中，外壳9203设置有键盘9205。无须再言，便携式信息终端器件9200的结构不限于上述结构，便携式信息终端器件9200可以根据适当情况设置另外的附件。在显示器部分9202中，与任意上述实施方式中所述的发光元件类似的发光元件设置成阵列。所述发光元件具有高亮度、低驱动电压和低功率消耗的特征。包括这些发光元件的显示器部分9202具有类似这些发光元件的特征；因此，这种便携式信息终端器件可以获得低功率消耗。
图6B示出根据本实施方式的数码摄像机的例子。数码摄像机9500包括结合在外壳9501中的显示器部分9503和多个操作部分。注意数码摄像机9500的结构没有特别限制，数码摄像机9500可以根据适当情况设置另外的附件。
在该数码摄像机中，显示器部分9503包括与任意上述实施方式中所述的发光元件类似的发光元件，所述发光元件设置成阵列。所述发光元件具有低驱动电压、高亮度和低功率消耗的特征。包括这些发光元件的显示器部分9503具有类似这些发光元件的特征；因此，这种数码摄像机可以获得低功率消耗。
图6C示出根据本实施方式的移动电话机的例子。移动电话机9100具有两个外壳：外壳9101和外壳9102。外壳9101和外壳9102用连接部分9103连接，这样移动电话机可折叠。显示器部分9104结合在外壳9102中，外壳9101设置有操作键9106。注意移动电话机9100的结构没有特别限制，移动电话机9100可以根据适当情况设置另外的附件。
在该移动电话机中，显示器部分9104包括与任意上述实施方式中所述的发光元件类似的发光元件，所述发光元件设置成阵列。所述发光元件具有高亮度、低驱动电压和低功率消耗的特征。包括这些发光元件的显示器部分9104具有类似这些发光元件的特征；因此，这种移动电话机可以获得较低的功率消耗。可以使用任意上述实施方式中所述的发光元件作为用于移动电话机等的显示器的背光。
图6D显示便携式计算机的一个例子。计算机9400具有两个外壳：彼此连接的外壳9401和外壳9404，这样计算机9400可以打开和关闭。显示器部分9402结合在外壳9404中，外壳9401设置有键盘9403等。注意计算机9400的结构没有特别限制，计算机9400可以根据适当情况设置另外的附件。
在该计算机中，显示器部分9402包括与任意上述实施方式中所述的发光元件类似的发光元件，所述发光元件设置成阵列。所述发光元件具有高亮度、低驱动电压和低功率消耗的特征。包括这些发光元件的显示器部分9402具有类似这些发光元件的特征；因此，这种计算机可以获得较低的功率消耗。
图6E显示电视接收机的一个例子。在电视接收机9600中，显示器部分9603结合在外壳9601之内。所述显示器部分9603可以显示图像。这里，所述外壳9601由支架9605支撑。
可以用外壳9601的操作开关或者独立的遥控器9610操纵所述电视接收机9600。可以使用遥控器9610的操控键9609选择频道和控制音量，由此控制显示器部分9603上显示的图像。另外，可以在所述遥控器9610上提供显示器部分9607，用来显示从遥控器9610输出的显示信息。
注意，电视接收机9600设置有接收器、调制解调器等。可以用接收器接收一般的电视广播。另外，当通过调制解调器，在有线或无线的情况下将电视接收机与通信网络连接的时候，可以进行单路(从发送者到接收者)、或双路(在发送者和接收者之间，在接收者之间)信息通讯。
在该电视接收机的至少一个显示器部分9603和显示器部分9607中，与任意上述实施方式所述的发光元件类似的发光元件设置成阵列。所述发光元件具有高亮度、低驱动电压和低功率消耗的特征。包含这些发光元件的显示器部分具有类似这些发光元件的特征。
如上所述，上述实施方式所述的发光器件的应用范围非常宽，因此该发光器件可以应用于所有领域的电子器件中。使用实施方式1-4所述的发光元件，可以提供显示高发光量的具有低功率消耗显示器部分的电子器件。
此外，上述实施方式所述的发光器件也可以用作照明器件。将参照图7描述用作照明器件的一个实施方式，该实施方式中使用上述实施方式所述的发光器件。
图7示出其中使用上述实施方式所述的发光器件的一个例子作为台灯的实例，所述台灯是照明器件并且是内部照明器件。图7所示的台灯包括光源3000。使用上述实施方式所述的发光器件的一个例子用于光源3000。因此，可以获得低功率消耗的发光器件。由于该发光器件具有较大的面积，该发光器件可以用作具有大面积的照明器件。另外，该发光器件薄并且消耗的功率较低，因此可以用作一种照明器件，其能使得照明器件的厚度减少和功率消耗降低。此外，该发光器件可以是挠性的，因此可以用作例如类似照明器件3002的卷动型照明器件。如本实施方式所述，参照图6E描述的电视接收机可以放置在房间内，本实施方式所述的发光器件用作室内照明器件3001和3002。
如上所述，实施方式5所述的发光器件的应用范围非常宽，因此该发光器件可以应用于所有领域的电子器件中。应注意该实施方式可以根据适当情况与任意实施方式1-5结合。
[实施例1]
在实施例1中，参照图8A描述本发明一个实施方式的发光元件。在本实施例中使用的材料的化学式如下。
[化学式1]
以下将描述发光元件1、比较发光元件1和比较发光元件2的制作方法。
首先，将描述发光元件1(见图8A)。含氧化硅的氧化铟锡通过溅射法沉积在玻璃基片2100上，形成第一电极2101。第一电极2101的厚度为110纳米，面积为2毫米×2毫米。
接着，其上形成第一电极2101的基片固定于设置在真空蒸镀设备的基片夹具中，通过这种方式使得其上形成第一电极2101的基片表面朝下，再将压力降至约10-4帕。之后，具有高空穴传输性质的物质9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(缩写：CzPA)和受体物质氧化钼(VI)共蒸发在第一电极2101上，形成包含有机化合物和无机化合物的复合材料的第一电荷产生层2103a。第一电荷产生层2103a的厚度为50纳米。调整CzPA与氧化钼(VI)的重量比至4∶2(
CzPA∶氧化钼)。应注意，共蒸发法是一种蒸镀方法，该方法中，在一个处理室中同时由多个蒸发源进行蒸镀。
接下来，通过使用电阻加热的蒸发法在第一电荷产生层2103a上沉积10纳米厚的NPB，形成空穴传输层2103b。
此外，在空穴传输层2103B上共蒸发CzPA和N-(9，10-二苯基-2-蒽基)-N，9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(缩写：2PCAPA)，形成厚度为30纳米的发光层2103c。在此将CzPA与2PCAPA的重量比调节到1∶0.05(＝CzPA∶2PCAPA)。注意CzPA是具有电子传输性质的物质，2PCAPA是呈绿光发射的客体材料。
之后，使用电阻加热蒸发法，在发光层2103c上蒸发Alq至厚度为10纳米，然后蒸发BPhen堆叠其上至厚度为20纳米，从而形成电子传输层2103d。这样，形成包括第一电荷产生层2103a、空穴传输层2103b、发光层2103c和电子传输层2103d的第一EL层2103。
接着，在电子传输层2103d上蒸发氧化锂(Li2O)至厚度为0.1纳米，形成电子注入缓冲层2104。
接着，在电子注入缓冲层2104上蒸发3，4，9，10-四羧酸-二-苯并咪唑(缩写：PTCBI)形成厚度为3纳米的电子中继层2105。注意，根据循环伏安法(CV)的结果，PTCBI的LUMO能级约为-4.0eV。
接着，具有高空穴传输性质的物质CzPA和受体物质氧化钼(VI)在电子中继层2105上共蒸发，形成第二电荷产生层2106。第二电荷产生层2106的厚度为60纳米。调整CzPA与氧化钼(VI)的重量比至4∶2(
CzPA∶氧化钼)。
接着，在第二电荷产生层2106上形成第二EL层2107。制造第二EL层2107的方法如下：首先，通过使用电阻加热的蒸发法在第二电荷产生层2106上沉积NPB至厚度为10纳米。
之后，在空穴传输层2107a上共蒸发CzPA和2PCAPA形成厚度为30纳米的发光层2107b。在此将CzPA与2PCAPA的重量比调节到1∶0.05(＝CzPA∶2PCAPA)。注意CzPA是具有电子传输性质的物质，2PCAPA是呈绿光发射的客体材料。
接着，通过蒸发将厚度为10纳米的Alq和厚度为20纳米的BPhen堆叠在发光层2107b上，形成电子传输层2107c。接着，在电子传输层2107c上蒸发氟化锂(LiF)至厚度为1纳米，形成电子注入缓冲层2107d。这样，形成包括空穴传输层2107a、发光层2107b、电子传输层2107c和电子注入层2107d的第二EL层2107。
最后，通过使用电阻加热的蒸发法在电子注入层2107d上沉积厚度为200纳米的铝，形成第二电极2102。从而制得发光元件1。
接着，将描述比较发光元件1(见图8A)。本实施例的比较发光元件1采用与发光元件1类似的方式制造，不同之处在于第一EL层2103的第一电荷产生层2103a和第二电荷产生层2106。对于比较发光元件1，在第一电极2101上共蒸发具有高空穴传输性质的物质4，4’-二[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：NPB)和受体物质氧化钼(VI)，形成厚度为50纳米的第一电荷产生层2103a。另外，以与第一电荷产生层2103a类似的方式，在电子中继层2105上共蒸发NPB和氧化钼(VI)，形成厚度为60纳米的第二电荷产生层2106。在各第一电荷产生层2103a和第二电荷产生层2106中，调节NPB和氧化钼(VI)的重量比为4∶2(＝NPB∶氧化钼(VI))。从而制得比较发光元件1。
接着，将描述比较发光元件2(见图8B)。比较发光元件2具有从发光元件1中去除电子中继层2105的结构。通过与发光元件1类似的制造方法形成其它层。在比较发光元件2中，形成电子注入缓冲层2104之后，在电子注入缓冲层2104上形成第二电荷产生层2106。从而制得本实施例的比较发光元件2。
以下表1显示发光元件1、比较发光元件1和比较发光元件2的元件结构。
[表1]
将这样得到的发光元件1、比较发光元件1和比较发光元件2在氮气气氛的手套箱中密封，以使发光元件不与空气接触。然后，测量所述发光元件的操作特性。注意测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
图9示出发光元件1、比较发光元件1和比较发光元件2的电流密度-电压特性。在图9中，横轴表示施加的电压(V)，纵轴表示电流密度(mA/cm2)。图10示出电流效率-电流密度特征。在图10中，横轴表示电流密度(mA/cm2)，纵轴表示电流效率(cd/A)。
图9示出各自设置有电子中继层的发光元件1和比较发光元件1，与比较发光元件2相比在较低的电压下驱动。此外，图10示出各自的电荷产生层中包含CzPA的发光元件1和比较发光元件2，与比较发光元件1相比具有较高的电流效率。
接下来，参照图11描述本实施例中使用的包含CzPA和氧化钼的层以及包含NPB和氧化钼的层的透光性测试结果。
将玻璃基片固定于设置在真空蒸镀设备中的基片夹具上，然后将压力降至约10-4帕。之后，共蒸发CzPA和氧化钼(VI)形成包含CzPA和氧化钼的层。该层的厚度为50纳米。调整CzPA与氧化钼(VI)的重量比至4∶2(
CzPA∶氧化钼)。
以上述方法类似的方式，将玻璃基片固定于设置在真空蒸镀设备中的基片夹具上，然后将压力降至约10-4帕。之后，共蒸发NPB和氧化钼(VI)形成包含NPB和氧化钼(VI)的层。该层的厚度为50纳米。调整NPB与氧化钼(VI)的重量比至4∶2(＝NPB∶氧化钼)。
测量这样形成的包含CzPA和氧化钼的层以及包含NPB和氧化钼的层的透光性。图11示出包含CzPA和氧化钼的层的吸收光谱和包含NPB和氧化钼的层的吸收光谱。如图11所示，包含NPB和氧化钼的层的吸收光谱峰存在于可见光区域(波长约500纳米)。同时，发现即使在可见光区域和近红外区域都不存在基于包含CzPA和氧化钼的层的电荷转移相互作用的吸收光谱峰。此外，发现波长范围为420纳米至720纳米处不存在吸收光谱峰。
如图11所示，包含芳基胺化合物NPB和氧化钼的层在可见光区域具有吸收峰。这样，在该层用作图8A和8B所示的发光元件的电荷产生层的情况下，来自发光层的部分发射光被吸收，这导致如图10所示的比较发光元件2中发光效率降低。但是，如图11所示，包含不具有胺骨架的咔唑衍生物CzPA和氧化钼的层即使在可见光区域也不具有基于电荷转移相互作用的吸收峰；这样，即使该层用作图8A和8B所示的发光元件的电荷产生层，来自发光层的发射光很难被电荷产生层吸收。因此，如图10所示，发光元件1和比较发光元件1与比较发光元件2相比具有较高的发光效率。
图10和图11的结果显示使用含CzPA和氧化钼的层作为电荷产生层的发光元件1与使用含NPB和氧化钼的层作为电荷产生层的比较发光元件1相比具有较高的发光效率。
根据上述结果，证明本实施例的发光元件1是能在低电压下驱动并且具有高发光效率的发光元件。
[实施例2]
在实施例2中，参照图8A描述本发明一个实施方式的发光元件。在本实施例中使用的材料的化学式如下。
[化学式2]
以下将描述发光元件2和比较发光元件3的制作方法。
首先，将描述发光元件2(见图8A)。含氧化硅的氧化铟锡通过溅射法沉积在玻璃基片2100上，形成第一电极2101。第一电极2101的厚度为110纳米，面积为2毫米×2毫米。
接着，其上形成第一电极2101的基片固定于设置在真空蒸镀设备的基片夹具中，通过这种方式使得其上形成第一电极2101的基片表面朝下，再将压力降至约10-4帕。之后，具有高空穴传输性质的物质9-苯基-3-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(缩写：PCzPA)和受体物质氧化钼(VI)共蒸发在第一电极2101上，形成包含有机化合物和无机化合物的复合材料的第一电荷产生层2103a。第一电荷产生层2103a的厚度为50纳米。调整PCzPA与氧化钼(VI)的重量比至4∶2(＝PCzPA∶氧化钼)。
接下来，通过使用电阻加热的蒸发法在第一电荷产生层2103a上沉积10纳米厚的NPB，形成空穴传输层2103b。
另外，在空穴传输层2103b上共蒸发9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(缩写：CzPA)和N-(9，10-二苯基-2-蒽基)-N，9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(缩写：2PCAPA)，形成厚度为30纳米的发光层2103c。在此将CzPA与2PCAPA的重量比调节到1∶0.05(＝CzPA∶2PCAPA)。注意CzPA是具有电子传输性质的物质，2PCAPA是呈绿光发射的客体材料。
之后，使用电阻加热蒸发法，在发光层2103c上蒸发Alq至厚度为10纳米，然后蒸发BPhen堆叠其上至厚度为10纳米，从而形成电子传输层2103d。这样，形成包括第一电荷产生层2103a、空穴传输层2103b、发光层2103c和电子传输层2103d的第一EL层2103。
接着，在电子传输层2103d上蒸发氧化锂(Li2O)至厚度为0.1纳米，形成电子注入缓冲层2104。
接着，在电子注入缓冲层2104上蒸发3，4，9，10-四羧酸-二-苯并咪唑(缩写：PTCBI)形成厚度为3纳米的电子中继层2105。注意，根据循环伏安法(CV)的结果，PTCBI的LUMO能级约为-4.0eV。
接着，具有高空穴传输性质的物质PCzPA和受体物质氧化钼(VI)在电子中继层2105上共蒸发，形成第二电荷产生层2106。第二电荷产生层2106的厚度为60纳米。调整PCzPA与氧化钼(VI)的重量比至4∶2(
PCzPA∶氧化钼)。
接着，在第二电荷产生层2106上形成第二EL层2107。制造第二EL层2107的方法如下：首先，通过使用电阻加热的蒸发法在第二电荷产生层2106上沉积NPB至厚度为10纳米。
之后，在空穴传输层2107a上共蒸发CzPA和2PCAPA形成厚度为30纳米的发光层2107b。在此将CzPA与2PCAPA的重量比调节到1∶0.05(＝CzPA∶2PCAPA)。注意CzPA是具有电子传输性质的物质，2PCAPA是呈绿光发射的客体材料。
接着，通过蒸发将厚度为10纳米的Alq和厚度为20纳米的BPhen堆叠在发光层2107b上，形成电子传输层2107c。接着，在电子传输层2107c上蒸发氟化锂(LiF)至厚度为1纳米，形成电子注入缓冲层2107d。这样，形成包括空穴传输层2107a、发光层2107b、电子传输层2107c和电子注入层2107d的第二EL层2107。
最后，通过使用电阻加热的蒸发法在电子注入层2107d上沉积厚度为200纳米的铝，形成第二电极2102。从而制得发光元件2。
接着，将描述比较发光元件3(见图8A)。本实施例的比较发光元件3采用与本实施例所述的发光元件2类似的方式制造，不同之处在于第一EL层2103的第一电荷产生层2103a和第二电荷产生层2106。对于比较发光元件3，在第一电极2101上共蒸发具有高空穴传输性质的物质4，4’-二[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：NPB)和受体物质氧化钼(VI)，形成厚度为50纳米的第一电荷产生层2103a。另外，以与第一电荷产生层2103a类似的方式，在电子中继层2105上共蒸发NPB和氧化钼(VI)，形成厚度为60纳米的第一电荷产生层2106。在各第一电荷产生层2103a和第二电荷产生层2106中，调节NPB和氧化钼(VI)的重量比为4∶2(＝NPB∶氧化钼(VI))。从而制得比较发光元件1。
以下表2列出了发光元件2和比较发光元件3的元件结构。
[表2]
将这样得到的发光元件2和比较发光元件3在氮气气氛的手套箱中密封，以使发光元件不与空气接触。然后，测量所述发光元件的操作特性。注意测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
图13示出发光元件2和比较发光元件3的电流密度-电压特性。在图13中，横轴表示施加的电压(V)，纵轴表示电流密度(mA/cm2)。图14示出电流效率-电流密度特征。在图14中，横轴表示电流密度(mA/cm2)，纵轴表示电流效率(cd/A)。
图13示出电荷产生层中包含PCzPA的发光元件2，与比较发光元件3相比其在较低的电压下驱动。此外，图14示出电荷产生层中包含PCzPA的发光元件2，与比较发光元件3相比其具有较高的电流效率。
接下来，参照图15描述本实施例中使用的包含PCzPA和氧化钼的层的透光性测试结果。
将玻璃基片固定于设置在真空蒸镀设备中的基片夹具上，然后将压力降至约10-4帕。之后，共蒸发PCzPA和氧化钼(VI)形成包含PCzPA和氧化钼的层。该层的厚度为50纳米。调整PCzPA与氧化钼(VI)的重量比至4∶2(＝PCzPA∶氧化钼)。
测量这样形成的包含PCzPA和氧化钼的层的透光性。图15显示包含PCzPA和氧化钼的层的吸收光谱。如图15所示，即使在可见光区域和近红外区域都不存在基于包含CzPA和氧化钼的层的电荷转移相互作用的吸收光谱峰。此外，波长范围为420纳米至720纳米处不存在吸收光谱峰。注意，PCzPA的电离电势为5.7eV(AC-2，理研计器有限公司(Riken Keiki Co.，Ltd.)的产品)，是相对高的电离电势。
如图15所示，包含不具有胺骨架的咔唑衍生物PCzPA和氧化钼的层即使在可见光区域也不具有基于电荷转移相互作用的吸收峰；这样，即使该层用作发光元件2的电荷产生层，来自发光层的发射光很难被电荷产生层吸收。注意，第二发光元件2可以具有提高的发光效率。
图13-15的结果显示包含PCzPA和氧化钼的层用作电荷产生层的发光元件2具有高发光效率。
根据上述结果，证明本实施例的发光元件2是能在低电压下驱动并且具有高发光效率的发光元件。
[实施例3]
在实施例3中，参照图8A描述本发明一个实施方式的发光元件。在本实施例中使用的材料的化学式如下。
[化学式3]
以下将描述发光元件3的制作方法。
将描述发光元件3(见图8A)。含氧化硅的氧化铟锡通过溅射法沉积在玻璃基片2100上，形成第一电极2101。第一电极2101的厚度为110纳米，面积为2毫米×2毫米。
接着，其上形成第一电极2101的基片固定于设置在真空蒸镀设备的基片夹具中，通过这种方式使得其上形成第一电极2101的基片表面朝下，再将压力降至约10-4帕。之后，具有高空穴传输性质的物质9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(缩写：CzPA)和受体物质氧化钼(VI)共蒸发在第一电极2101上，形成包含有机化合物和无机化合物的复合材料的第一电荷产生层2103a。第一电荷产生层2103a的厚度为50纳米。调整CzPA与氧化钼(VI)的重量比至4∶2(＝CzPA∶氧化钼)。
接下来，通过使用电阻加热的蒸发法在第一电荷产生层2103a上沉积10纳米厚的NPB，形成空穴传输层2103b。
此外，共蒸发4-(10-苯基-9-蒽基)-4’-(9-苯基-9H-咔唑基-3-基)三苯基胺(缩写：PCBAPA)和4-(1-萘基)-4’(9-苯基-9H-咔唑-3-基)-三苯基胺(缩写：PCBANB)至厚度为20纳米，再在其上共蒸发CzPA和SD1(商品名；由SFC有限公司(SFCCo.，Ltd)制造)至厚度为10纳米，从而形成发光层2103c。注意调整PCBAPA与PCBANB的重量比为1∶1(＝PCBAPA∶PCBANB)。还应注意将CzPA与SD1的重量比调整到1∶0.05(＝CzPA∶SD1)。
之后，通过使用电阻加热的蒸发法，蒸发BPhen至厚度为30纳米，堆叠在发光层2103c上，从而形成电子传输层2103d。这样，形成包括第一电荷产生层2103a、空穴传输层2103b、发光层2103c和电子传输层2103d的第一EL层2103。
接着，在电子传输层2103d上蒸发氧化锂(Li2O)至厚度为0.1纳米，形成电子注入缓冲层2104。
接着，在电子注入缓冲层2104上蒸发3，4，9，10-四羧酸-二-苯并咪唑(缩写：PTCBI)形成厚度为3纳米的电子中继层2105。注意，根据循环伏安法(CV)的结果，PTCBI的LUMO能级约为-4.0eV。
接着，具有高空穴传输性质的物质CzPA和受体物质氧化钼(VI)在电子中继层2105上共蒸发，形成第二电荷产生层2106。第二电荷产生层2106的厚度为60纳米。调整CzPA与氧化钼(VI)的重量比至4∶2(＝CzPA∶氧化钼)。
接着，在第二电荷产生层2106上形成第二EL层2107。制造第二EL层2107的方法如下：首先，通过使用电阻加热的蒸发法在第二电荷产生层2106上沉积NPB至厚度为10纳米，形成空穴传输层2107a。
之后，共蒸发2-(4-{N-[4-(咔唑-9-基)苯基]-N-苯基氨基}苯基)-5-苯基-1，3，4-二唑(缩写：YGAO11)和(乙酰丙酮根)二(2，3，5-三苯基吡嗪)合铱(III)(缩写：Ir(tppr)2(acac))至厚度为10纳米，再共蒸发YGAO11和二(2-苯基吡啶合-N，C2′)铱(III)乙酰丙酮酸盐(缩写：Ir(ppy)2acac)至厚度为20纳米，从而在空穴传输层2107a上形成发光层2107b。注意调整YGAO11与Ir(tppr)2(acac)的重量比为1∶0.06(＝YGAO11∶Ir(tppr)2(acac))。还应注意调整YGAO11与Ir(ppy)2acac的重量比为1∶0.06(＝YGAO11∶Ir(ppy)2acac)。
接着，通过蒸发将厚度为10纳米的BAlq和厚度为20纳米的BPhen堆叠在发光层2107b上，形成电子传输层2107c。接着，在电子传输层2107c上蒸发氟化锂(LiF)至厚度为1纳米，形成电子注入缓冲层2107d。这样，形成包括空穴传输层2107a、发光层2107b、电子传输层2107c和电子注入层2107d的第二EL层2107。
最后，通过使用电阻加热的蒸发法在电子注入层2107d上沉积厚度为200纳米的铝，形成第二电极2102。从而制得发光元件3。
以下表3示出发光元件3的元件结构。
[表3]
将这样得到的发光元件3在氮气气氛的手套箱中密封，以使发光元件不与空气接触。然后，测量所述发光元件的操作特性。注意测量在室温下进行(气氛保持在25℃)。
图16显示发光元件3的亮度-电流效率特性。在图16中，横轴表示亮度(cd/m2)，纵轴表示电流效率(cd/A)。图17显示电压-亮度特征。在图17中，横轴表示电压(V)，纵轴表示亮度(cd/m2)。图18显示亮度-功率效率特征。在图18中，横轴表示亮度(cd/m2)，纵轴表示功率效率(lm/W)。图19示出0.1mA的电流流过发光元件3的发射光谱。
此外，发光元件1在950cd/m2亮度下的CIE色坐标为(x＝0.34，y＝0.39)，发射光为白色。亮度为950cd/m2的外部量子效率高达21.1％。一般显色指数(general color rendering index)(Ra)为91，表示具有良好的显色性质。
根据上述结果，证明本实施例的发光元件3是能在低电压下驱动并且具有高发光效率的发光元件。
(参考例)
在本参考例中，将具体描述在上述实施例中使用的材料的合成方法。
<4-(1-萘基)-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)-三苯基胺(缩写：PCBANB)的合成例>
以下(A-1)示出4-(1-萘基)-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)-三苯基胺的合成方案
[化学式5]
在一个50毫升三颈烧瓶中加入1.2克(3.0毫摩尔)3-(4-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑、0.9克(3.0毫摩尔)4-(1-萘基)-二苯基胺、0.5克(5.0毫摩尔)叔丁醇钠和6.0毫克(0.01毫摩尔)二(二亚苄基丙酮)钯(0)。然后在该混合物中加入15毫升无水二甲苯。在减压条件下搅拌并同时对混合物脱气，脱气之后，在混合物中加入0.06毫升(0.03毫摩尔)三(叔丁基)膦(10重量％己烷溶液)。在氮气气氛中于120℃搅拌该混合物4.5小时使之反应。
反应之后，向该反应混合物中加入250毫升甲苯，将该悬浮液通过Florisil、硅胶、氧化铝、然后Celite进行过滤。用水洗涤得到的滤液，加入硫酸镁以去除水分。该悬浮液通过Florisil、硅胶、氧化铝、然后Celite进行过滤得到滤液。浓缩得到的滤液，并向其中加入丙酮和甲醇。使混合物暴露于超声波并进行重结晶得到1.5克目标白色粉末，产率为82％。
目标物质的Rf值是0.34，3-(4-溴苯基)-9-苯基-9H-咔唑的Rf值是0.46，4-(1-萘基)-二苯基胺的Rf值是0.25，这些测量值是通过硅胶柱薄层层析(TLC)测得的(洗脱溶剂，乙酸乙酯∶己烷＝1∶10)。
将通过上面步骤获得的化合物进行核磁共振(1H-NMR)测定。测量数据如下所示。测试结果显示得到目标物质PCBANB(缩写)。
1H NMR(CDCl3，300MHz)：δ(ppm)＝7.07(t，J＝6.6Hz，1H)，7.25-7.67(m，26H)，7.84(d，J＝7.8Hz，1H)，7.89-7.92(m，1H)，8.03-8.07(m，1H)，8.18(d，J＝7.8Hz，1H)，8.35(d，J＝0.9Hz，1H)。
此申请基于2009年9月7日向日本专利局提交的日本专利申请第2009-206431号，其整个内容通过引用结合于此。
Claims (22)
1.一种发光元件，其包括：
位于阳极和阴极之间的n层(n是大于或等于2的自然数)EL层；
设置在第m层(m是自然数，1≤m≤n-1)EL层和第(m+1)层EL层之间的第一层，其中第一层包含选自下组物质中的一种：碱金属、碱土金属、稀土金属、碱金属化合物、碱土金属化合物和稀土金属化合物；
设置在所述第一层上并且位于第m层EL层和第(m+1)层EL层之间的第二层，其中所述第二层包含具有高电子传输性质的物质；以及
设置在所述第二层上并且位于第m层EL层和第(m+1)层EL层之间的电荷产生层，其中所述电荷产生层包含具有高空穴传输性质的物质和受体物质，
其中所述电荷产生层在可见光区域不具有吸收光谱峰。
2.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，向所述包含具有高空穴传输性质的物质和受体物质的层中添加所述受体物质，以使所述受体物质与所述具有高空穴传输性质的物质的质量比为0.1∶1-4.0∶1，包括端点。
3.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述第二层中包含的具有高电子传输性质的物质的LUMO能级大于或等于-5.0eV。
4.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述第二层中包含的具有高电子传输性质的物质是衍生物或含氮稠合芳族化合物。
5.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述受体物质是过渡金属氧化物或者周期表第4-8族的任意金属的氧化物。
6.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述具有高空穴传输性质的物质是咔唑衍生物或芳烃。
7.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述受体物质是氧化钼。
8.一种使用权利要求1所述的发光元件制造的发光器件。
9.一种包含权利要求8所述的发光器件的电子器件。
10.一种包含权利要求8所述的发光器件的照明器件。
11.一种发光元件，其包括：
位于阳极和阴极之间的n层(n是大于或等于2的自然数)EL层；
设置于第m层(m是自然数，1≤m≤n-1)EL层和第(m+1)层EL层之间的第一层，其中所述第一层包含具有高电子传输性质的物质和供体物质；
设置在所述第一层上并且位于第m层EL层和第(m+1)层EL层之间的第二层，其中所述第二层包含具有高电子传输性质的物质；以及
设置在所述第二层上并且位于第m层EL层和第(m+1)层EL层之间的电荷产生层，其中所述电荷产生层包含具有高空穴传输性质的物质和受体物质，
其中所述电荷产生层在可见光区域不具有吸收光谱峰。
12.如权利要求11所述的发光元件，其特征在于，向所述第一层中加入供体物质，以使所述供体物质与所述具有高电子传输性质的物质的质量比为0.001∶1-0.1∶1，包括端点。
13.如权利要求11所述的发光元件，其特征在于，所述供体物质是选自下组物质中的一种：碱金属、碱土金属、稀土金属、碱金属化合物、碱土金属化合物和稀土金属化合物。
14.如权利要求11所述的发光元件，其特征在于，向所述包含具有高空穴传输性质的物质和受体物质的层中添加所述受体物质，以使所述受体物质与所述具有高空穴传输性质的物质的质量比为0.1∶1-4.0∶1，包括端点。
15.如权利要求11所述的发光元件，其特征在于，所述第二层中包含的具有高电子传输性质的物质的LUMO能级大于或等于-5.0eV。
16.如权利要求11所述的发光元件，其特征在于，所述第二层中包含的具有高电子传输性质的物质是衍生物或含氮稠合芳族化合物。
17.如权利要求11所述的发光元件，其特征在于，所述受体物质是过渡金属氧化物或者周期表第4-8族的任意金属的氧化物。
18.如权利要求11所述的发光元件，其特征在于，所述具有高空穴传输性质的物质是咔唑衍生物或芳烃。
19.如权利要求11所述的发光元件，其特征在于，所述受体物质是氧化钼。
20.一种使用权利要求11所述的发光元件制造的发光器件。
21.一种包含权利要求20所述的发光器件的电子器件。
22.一种包含权利要求20所述的发光器件的照明器件。
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