CN102573165B - 固态发光元件、发光装置和照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的固态发光元件包含具有透射可见光的性质的结构体和在其顶侧和底侧的每一个上的凹凸结构；提供在所述结构体的一个表面上的高折射率材料层；和提供在所述高折射率材料层上的具有大于或等于1.6的折射率的发光体。所述高折射率材料层的一个表面比其与所述结构体接触的另一表面平坦。所述高折射率材料层的折射率大于或等于1.6。所述结构体的折射率大于1.0且小于所述高折射率材料层的折射率。
Description
技术领域
本发明涉及固态发光元件、包含所述发光元件的发光装置和包含所述发光装置的照明装置。
背景技术
固态发光元件发射在具有比空气高的折射率的区域中发射光；因此，固态发光元件的问题在于其光提取效率低于100%，这归因于在将光提取到空气中时在具有高折射率的区域与空气之间的界面处发生全反射的情况。
为了解决该问题，已经报道了一种发光元件，其中在固态发光元件的具有高折射率的区域的表面上提供具有高折射率的凹凸结构体以将光提取到空气侧等。
例如，在非特许文献1中，作为用于改进发光元件的光提取效率的方式，使用其中组合了高折射率玻璃衬底和高折射率透镜的结构和其中在高折射率玻璃衬底与空气之间的界面处提供了凹凸结构的结构。
[非技术文献1] White organic light-emitting diodes with fluorescenttube efficiency(具有荧光管效率的白色有机发光二极管), Nature，2009年5月14日，459卷，第234-239页。
发明内容
然而，只有少数几种透射可见光且具有高折射率的材料(例如，玻璃和树脂)且这类材料价格昂贵。因此，非特许文献1中描述的结构具有生产成本高的问题。
因此，本发明的一个实施方案的目的是提供廉价且具有高光提取效率的固态发光元件。另外，本发明的一个实施方案的目的是提供包含所述固态发光元件的发光装置或包含所述发光装置的照明装置。
为了实现所述目的，本发明的发明人集中在具有高折射率的材料的用量上。优选使用如下结构，其中提供与发光体接触的折射率大于或等于1.6的薄材料层，提供与所述材料层接触的折射率大于1.0且小于所述材料层的折射率的载体，且在所述材料层与所述载体之间的界面和在所述载体与空气之间的界面的每一个都是不规则的。
利用这类结构，以超过临界角的入射角从具有高折射率的介质进入具有低折射率的介质的光被全部反射，可以抑制光提取效率的降低且可以提供廉价的固态发光元件。
因此，本发明的一个实施方案为固态发光元件，其包含具有透射可见光的性质和在其顶侧和底侧的每一个上的凹凸结构的结构体；提供在所述结构体的一个表面上的高折射率材料层；和提供在所述高折射率材料层上的包含具有大于或等于1.6的折射率的发光区域的发光体。所述高折射率材料层的一个表面比其与所述结构体接触的另一表面平坦。所述高折射率材料层的折射率大于或等于1.6。所述构造体的折射率大于1.0且小于所述高折射率材料层的折射率。
此外，本发明的一个实施方案为固态发光元件，其包含具有透射可见光的性质和在其顶侧和底侧的每一个上的凹凸结构的结构体；提供在所述结构体的一个表面上的高折射率材料层；提供在所述高折射率材料层上的第一电极；提供在所述第一电极上的含有发光物质的层；和提供在所述含有发光物质的层上的第二电极。所述高折射率材料层的一个表面比其与所述结构体接触的另一表面平坦。所述高折射率材料层、所述第一电极和所述含有发光物质的层中每一个的折射率都大于或等于1.6。所述结构体的折射率大于1.0且小于所述高折射率材料层的折射率。
出于下列原因，优选具有上述结构的固态发光元件：高折射率材料层和第一电极的接触表面是平坦的；因此，即使在固态发光元件为有机EL元件的情况下，第一电极也可以成型为平坦的，可以抑制由于第一电极的不规则而经有机EL元件产生漏电流，并且可以获得高可靠性。
此外，优选固态发光元件在高折射率材料层与第一电极之间包含具有大于或等于1.6的折射率的氮化物薄膜。
当在固态发光元件中的高折射率材料层与第一电极之间提供具有大于或等于1.6的折射率的氮化物薄膜时，可以在不降低光提取效率的情况下防止杂质扩散到发光体中。例如，出于下列原因，优选具有所述结构的固态发光元件：即使在固态发光元件为有机EL元件的情况下，EL层也可以受到保护以免结构体或高折射率材料层中所含的水分进入。
此外，在固态发光元件中，结构体的折射率优选大于或等于1.3且小于高折射率材料层的折射率。
此外，在固态发光元件中，高折射率材料层的折射率优选大于或等于1.7。
此外，在固态发光元件中，结构体可包含多个层。在所述结构体包含多个层的情况下，这些层之间的折射率差优选小于或等于0.15，在这种情况下，由于折射率差引起的光发射可降低到1%或更低。另外，所述折射率差更优选小于或等于0.10。
例如，结构体可具有一种结构，其中，提供与高折射率材料层接触的第一层和一个表面与所述第一层接触的第二层；在所述第一层与所述第二层之间的折射率差小于或等于0.15；所述第一层在与所述高折射率材料层接触的表面上具有凹凸结构；且所述第二层在另一表面上具有凹凸结构。
此外，结构体可具有一种结构，其中，提供与高折射率材料层接触的第一层、与所述第一层接触的第二层和与所述第二层接触的第三层；在所述第一层、所述第二层和所述第三层之间的折射率差小于或等于0.15；所述第一层在与所述高折射率材料层接触的表面上具有凹凸结构；且所述第三层在与所述第二层接触的表面相反的表面上具有凹凸结构。
本发明的一个实施方案为包含固态发光元件的发光装置。另外，本发明的一个实施方案为包含所述发光装置的照明装置。
根据本发明的一个实施方案，可提供廉价且具有高光提取效率的固态发光元件。此外，可提供包含所述固态发光元件的发光装置或包含所述发光装置的照明装置。
附图说明
图1A和1B各自图示作为本发明的一个实施方案的固态发光元件的一个实例。
图2A-2F图示根据实施方案的结构体的实例。
图3A-3C图示根据实施方案的有机EL元件的实例。
图4A和4B图示根据实施方案的照明装置的实例。
图5A-5D图示根据实施例的有机EL元件的实例。
图6A-6D图示根据实施例的固态发光元件的实例。
具体实施方式
将参考附图详细描述实施方案和实施例。应注意，本发明不受以下描述限制，且本领域技术人员可容易地理解可在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变和修改。因此，不应该将本发明视为局限于实施方案和实施例中的描述。应注意，在如下所述的本发明的结构中，相同部分或具有类似功能的部分在不同附图中由相同参考数字指示，且不重复这类部分的描述。
(实施方案1)
在该实施方案中，将参考图1A和1B和图2A-2F描述作为本发明的一个实施方案的固态发光元件。
图1A中图示的固态发光元件包含结构体101、高折射率材料层201和发光体301。
结构体101具有透射可见光的性质(在下文中，简称为“透光性质”)和在其顶侧和底侧的每一个上的凹凸结构。虽然条纹形式的凹凸结构是有效的，但是优选呈矩阵状的凹凸结构。结构体101的折射率大于1.0且小于高折射率材料层201的折射率。具体地说，优选结构体101的折射率大于或等于1.3且小于高折射率材料层201的折射率。
图2A-2F图示在本发明的一个实施方案的固态发光元件中包含的结构体101的实例。
图2A-2F中图示的结构体101的每一个都在其顶侧和底侧的每一个上具有凹凸结构。结构体101的凹凸结构的图案不受特定限制。所述凹凸结构可具有例如半球形图案(图2A-2D和图2F)或具有尖端的图案，诸如圆锥形或棱锥形(例如，三棱锥或正方棱锥)(图2E)。
在结构体101与高折射率材料层201相接触的一侧上的凹凸结构的凹凸的大小和高度优选为约0.1μm-100μm。在相反一侧上的凹凸的大小和高度优选为约0.1μm-1000μm。在结构体101与高折射率材料层201相接触的一侧上的凹凸结构的大小影响高折射率材料层201所用的材料的量，其使凹凸的大小和高度的容许范围变窄。相比之下，在相反一侧上的凹凸结构可具有超过1000μm的大小或高度。具体地说，在两侧上的凹凸优选具有大于或等于1μm的大小或高度，在这样的情况下可以降低光干涉的影响。
优选提供图案，以使在相邻图案之间不形成空间。例如，优选以最紧密堆积的结构布置图案。给出正六边形作为优选的基本形状的实例。
结构体101可如图2A中所图示使用一种材料形成，或如图2B-2F中所图示使用多种材料的堆叠层形成。在结构体101使用多个层形成的情况下，所述多个层可具有不同的折射率。
在结构体101具有因层而不同的折射率的情况下，所有层的折射率差优选小于或等于0.15，在这样的情况下，由折射率差引起的光反射可降低到1%或更低。所有层的折射率差更优选小于或等于0.10；在结构体101中包含的各层之间的折射率差越小，可降低越多的折射率差引起的光反射。
在结构体包含具有不同折射率的多个层的情况下，当在高折射率材料层201侧上的两个相邻层之一的折射率大于在提取光的一侧上的另一层的折射率时，凹凸结构优选提供在这两层之间的界面处。
此外，包含在结构体101中的在高折射率材料层201侧上的两个相邻层之一的折射率小于或等于在提取光的一侧上的另一层的折射率的情况是适宜的，在这样的情况下，不需要提供凹凸结构的步骤。
在结构体101中所包含的层之中，出于下列原因，与高折射率材料层201接触的层优选具有最低折射率：可抑制在结构体101中所包含的层之间的界面处的全反射，这引起光提取效率增加。
图2A中图示的结构体101仅包含第一层111。第一层111可使用折射率大于1.0且小于高折射率材料层201的折射率的材料形成。
作为可用于第一层111的材料的实例，给出折射率大于1.0且小于1.6的玻璃、树脂等。作为树脂，可使用聚酯树脂、聚丙烯腈树脂、聚酰亚胺树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚醚砜树脂、聚酰胺树脂、环烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚氯乙烯树脂等。具体地说，优选使用折射率大于或等于1.4且小于1.6的材料。
作为在上述材料中形成凹凸结构的方法，例如，视情况可使用蚀刻法、喷砂法、微型喷砂法、液滴喷射法、印刷法(丝网印刷或平板印刷，通过其形成图案)、涂布法，诸如旋涂法、浸涂法、分配器法、压印法、纳米压印法等。
图2B-2E中图示的结构体101各自包含第一层111和第二层112。第一层111在与高折射率材料层201接触的表面上具有图案。第二层112在与第一层111接触的表面相反的表面上具有图案。
在图2C-2E中图示的结构体101的每一个上的第一层111可使用任何上述材料和方法形成。此外，第二层112可使用半球形透镜、微透镜阵列、提供有凹凸结构的薄膜、光漫射薄膜等以及可用于第一层111的材料和方法形成。例如，通过使用折射率与第一层111或上述透镜或薄膜的折射率基本相同的粘着剂将上述透镜或薄膜附着到第一层111上，使得可形成第二层112。
在图2B中图示的结构体101的第一层111可使用与图2C-2E中图示的第二层112的材料和方法类似的材料和方法形成。第二层112可使用与图2C-2E中图示的第一层111的材料和方法类似的材料和方法形成。
在结构体包含两层的情况下，诸如图2B-2E中图示的结构体101，在第一层111与第二层112之间的折射率差优选小于或等于0.15。在结构体101中包含的各层之间的折射率差越小，可降低越多的由折射率差引起的光反射。此外，第一层111的折射率优选小于第二层112的折射率，在这样的情况下，可降低由在第一层111与第二层112之间的界面处的全反射引起的光损失等且可增加光提取效率。
图2F中图示的结构体101包含第一层111、第二层112和第三层113。第一层111在与高折射率材料层201接触的表面上具有凹凸结构。第二层112在与第三层113接触的表面相反的表面上具有凹凸结构。第一层111和第二层112中每一个都可使用与图2C-2E的情况下的材料和方法类似的材料和方法形成。
在图2F中图示的结构体101中，至少第三层113可具有作为载体的功能。因此，第一层111和第二层112优选形成为薄层且可使用经适当选择的具有必需的光学特性的材料形成。第一层111和第二层112各自优选形成为约几十微米的厚度，且如果需要，可形成为大于或等于几十微米的厚度。
可不使用形成凹凸的工艺而形成第三层113，且因此可使用适当选自上述玻璃或树脂的廉价材料或市售材料形成第三层113而不考虑可加工性。例如，由于重新使用的容易性以及轻质和抗破裂性，优选树脂。
在结构体包含三层的情况下，诸如图2F中图示的结构体101，在三个层之间的折射率差优选小于或等于0.15。所述三个层之间的折射率差越小，可降低越多的由折射率差引起的光反射。
此外，出于下列原因，优选第一层111的折射率最低，第二层112的折射率大于或等于第一层111的折射率，且第三层113的折射率大于或等于第二层112的折射率：可降低由在第一层111与第二层112之间的界面处和在第二层112与第三层113之间的界面处的全反射引起的光损失等，这引起光提取效率增加。
应注意，尽管在与高折射率材料层201接触的结构体101的表面上的图案是在提供高折射率材料层201之前形成，在相反一侧(提取光的一侧)上的表面上的图案的形成时间却不受限制。在相反一侧上的表面上的图案可在提供高折射率材料层201之前或在结构体101上提供高折射率材料层201、发光层等之后形成。优选在形成固态发光元件中包含的层之后(或在密封发光体等之后)，在提取光的一侧上的表面上形成图案，在这样的情况下，可防止图案在高折射率材料层201、发光体等的形成过程期间或在转移期间破裂。
高折射率材料层201由折射率玻璃、液体或树脂形成。高折射率材料层201具有透光性质。高折射率材料层201的折射率大于或等于1.6、优选大于或等于1.7且小于或等于2.1。作为具有高折射率的树脂的实例，给出含溴的树脂、含硫的树脂等。例如，可使用含硫的聚酰亚胺树脂、环硫化物树脂、硫代氨基甲酸酯树脂、溴化的芳族树脂等。另外，可使用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、三乙酰基纤维素(TAC)等。作为具有高折射率的液体，可使用含硫的接触液体(折射液体)和二碘甲烷等。可使用适于所述材料的多种方法的任一种来形成高折射率材料层201。例如，任何上述树脂通过旋涂法沉积且通过热或光来固化，从而可形成高折射率材料层201。可考虑粘着强度、加工容易性等适当选择材料和沉积方法。
一般来讲，具有高折射率的树脂价格昂贵。然而，在根据本发明的一个实施方案的固态发光元件的高折射率材料层201可形成为薄至几十微米。因此，可以低成本制造廉价且具有高光提取效率的固态发光元件。
发光体301可使用折射率大于或等于1.6的材料形成，诸如发光二极管(LED)、有机电致发光(EL)元件或无机EL元件。图1B图示其中将有机EL用于发光体301的固态发光元件。
图1B中图示的固态发光元件包含结构体101、高折射率材料层201、第一电极103、含有发光物质的EL层102和第二电极108。
在图1B中，与第一电极103接触的高折射率材料层201的表面比与结构体101接触的高折射率材料层201的表面平坦。因此，可抑制经EL层102产生漏电流。
如上所述，在该实施方案的固态发光元件中，具有大于或等于1.6的折射率的薄的高折射率材料层提供在载体与发光体之间。此外，凹凸结构提供在载体与空气之间的界面和载体与具有高折射率的层之间的界面处。
这类结构使得降低昂贵高折射率材料的使用量和实现廉价且具有高光提取效率的固态发光元件成为可能。
该实施方案可视情况与本说明书中的任何其它实施方案组合。
(实施方案2)
在该实施方案中，将描述本发明的一个实施方案的固态发光元件的实例。在该实施方案中，将参考图3A-3C描述作为实例的有机EL元件。
图3A中图示的发光元件包含在结构体101上的高折射率材料层201、在高折射率材料层201上的氮化物薄膜202、在氮化物薄膜202上的第一电极103、在第一电极103上的EL层102和在EL层102上的第二电极108。
EL层102可包含至少一个含有发光有机化合物的发光层。另外，EL层102可具有堆叠层结构，其中适当地组合了含有具有高电子传输性质的物质的层、含有具有高空穴传输性质的物质的层、含有具有高电子注入性质的物质的层、含有具有高空穴注入性质的物质的层、含有双极性物质(具有高电子传输性质和高空穴传输性质的物质)的层等。在图3A中，在EL层102中，从第一电极103侧以空穴注入层701、空穴传输层702、发光层703、电子传输层704和电子注入层705的顺序进行堆叠。此外，在该实施方案中，EL层102的折射率大于或等于1.7。
优选提供氮化物薄膜202，因为其具有保护一对电极层(第一电极103和第二电极108)和随后形成的EL层102免受结构体101和高折射率材料层201中所含的水分影响的作用。氮化物薄膜202具有透光性质。
将描述图3A中图示的发光元件的制造方法。
首先，制备结构体101。对于结构体101，可使用实施方案1中所述的结构。在该实施方案中，将具有1.36的折射率的氟树脂薄膜形成在具有1.5的折射率的玻璃衬底的一个表面上且通过压印法形成凹凸结构。氟树脂薄膜可形成为具有几十微米的厚度。在形成一对电极层和EL层102之后，将凹凸结构提供于另一表面。后面将给出其详细描述。
在提取光的一侧上将凹凸结构提供于结构体101，由此可以提取出通常已经在结构体101中引导的衬底模式的光。因此，可增加光提取效率。
接着，高折射率材料层201形成在结构体101上。高折射率材料层201可使用实施方案1中描述的任何材料形成。
因为结构体101提供有凹凸结构，因此可以提取出通常已经在EL层中引导的波导模式的光。因此，可增加光提取效率。
高折射率材料层201的表面(在此，与氮化物薄膜202接触的表面)比与结构体101接触的另一表面平坦。因此，可以抑制经随后形成的EL层102产生漏电流，并且可以获得高可靠性。
接着，具有大于或等于1.6的折射率的氮化物薄膜202形成在高折射率材料层201上。作为氮化物薄膜202，例如，可使用氮化硅薄膜、氮氧化硅(silicon nitride oxide)薄膜、氮化铝薄膜等。在不降低光提取效率的情况下，提供氮化物薄膜202使得防止杂质扩散到发光元件中成为可能。例如，EL层102可防止水分从结构体101或高折射率材料层201进入且可抑制发光元件的寿命降低。
接着，第一电极103形成在氮化物薄膜202上。第一电极103提供在从EL层102中提取光的一侧上，且因此使用透光材料形成。
作为透光材料，可使用氧化铟、氧化铟锡(也称作ITO)、氧化铟锌(也称作IZO)、氧化锌、加入了镓的氧化锌等。
另外，作为第一电极103，可使用诸如金、铂、镍、钨、铬、钼、铁、钴、铜、钯或钛的金属材料。此外，可使用金属材料的氮化物(诸如氮化钛)等。在使用所述金属材料(或其氮化物)的情况下，可使第一电极103变薄从而透射光。
接着，EL层102形成在第一电极103上。在图3A中，EL层102包含空穴注入层701、空穴传输层702、发光层703、电子传输层704和电子注入层705。
空穴注入层701为含有具有高空穴注入性质的物质的层。作为具有高空穴注入性质的物质，例如，可使用金属氧化物，诸如氧化钼、氧化钛、氧化钒、氧化铼、氧化钌、氧化铬、氧化锆、二氧化铪、氧化钽、氧化银、氧化钨和氧化锰。也可使用基于酞菁的化合物，诸如酞菁(简写为H2Pc)或铜(II)酞菁(简写为CuPc)。
可使用下列芳族胺化合物(其为低分子的有机化合物)：4,4',4''-三(N,N-二苯基氨基)三苯胺(简写为TDATA)、4,4',4''-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯胺(简写为MTDATA)、4,4'-双[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]联苯(简写为DPAB)、4,4'-双(N-{4-[N'-(3-甲基苯基)-N'-苯基氨基]苯基}-N-苯基氨基)联苯(简写为DNTPD)、1,3,5-三[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]苯(简写为DPA3B)、3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(简写为PCzPCA1)、3,6-双[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(简写为PCzPCA2)、3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(简写为PCzPCN1)等。
可使用高分子化合物(诸如低聚物、树枝状聚合物或聚合物)。作为所述高分子化合物的实例，给出下列化合物：聚(N-乙烯基咔唑)(简写为PVK)、聚(4-乙烯基三苯胺)(简写为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](简写为PTPDMA)和聚[N,N'-双(4-丁基苯基)-N,N'-双(苯基)联苯胺](简写为聚-TPD)。还可使用向其中加入酸的高分子化合物，诸如聚(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)。
具体地说，对于空穴注入层701，优选使用复合材料，其中将受主物质加到具有高空穴传输性质的有机化合物中。通过使用将受主物质加到具有高空穴传输性质的物质中的复合材料，可获得从第一电极103的优良空穴注入，其引起发光元件的驱动电压降低。这类复合材料可通过共同沉积具有高空穴传输性质的物质和具有受主性质的物质来形成。空穴注入层701使用所述复合材料形成，由此可获得从第一电极103到EL层102的优良空穴注入。
作为用于复合材料的有机化合物，可使用多种化合物中的任一种，诸如芳族胺化合物、咔唑衍生物、芳族烃和高分子化合物(例如，低聚物、树枝状聚合物和聚合物)。用于复合材料的有机化合物优选为具有高空穴传输性质的有机化合物。具体地说，优选使用具有10-6cm2/V·s或更高的空穴迁移率的物质。应注意，也可使用任何其它物质，只要其空穴传输性质高于其电子传输性质即可。下文将具体给出可用于复合材料的有机化合物。
可用于复合材料的有机化合物的实例包括：芳族胺化合物，诸如TDATA、MTDATA、DPAB、DNTPD、DPA3B、PCzPCA1、PCzPCA2、PCzPCN1、4,4'-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简写为NPB或α-NPD)和N,N'-双(3-甲基苯基)-N,N'-二苯基-[1,1'-联苯基]-4,4'-二胺(简写为TPD)、4-苯基-4'-(9-苯基芴-9-基)三苯胺(简写为BPAFLP)；和咔唑衍生物，诸如4,4'-二(N-咔唑基)联苯(简写为CBP)、1,3,5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(简写为TCPB)、9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简写为CzPA)、9-苯基-3-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简写为PCzPA)和1,4-双[4-(N-咔唑基)苯基]-2,3,5,6-四苯基苯。
可使用下列芳族烃化合物中的任一种：2-叔丁基-9,10-二(2-萘基)蒽(简写为t-BuDNA)、2-叔丁基-9,10-二(1-萘基)蒽、9,10-双(3,5-二苯基苯基)蒽(简写为DPPA)、2-叔丁基-9,10-双(4-苯基苯基)蒽(简写为t-BuDBA)、9,10-二(2-萘基)蒽(简写为DNA)、9,10-二苯基蒽(简写为DPAnth)、2-叔丁基蒽(简写为t-BuAnth)、9,10-双(4-甲基-1-萘基)蒽(简写为DMNA)、9,10-双[2-(1-萘基)苯基]-2-叔丁基蒽、9,10-双[2-(1-萘基)苯基]蒽、2,3,6,7-四甲基-9,10-二(1-萘基)蒽等。
可使用下列芳族烃化合物中的任一种：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'-双(2-苯基苯基)-9,9'-联蒽、10,10'-双[(2,3,4,5,6-五苯基)苯基]-9,9'-联蒽、蒽、并四苯、红荧烯(rubrene)、、2,5,8,11-四(叔丁基)、并五苯、蔻(coronene)、4,4'-双(2,2-二苯基乙烯基)联苯(简写为DPVBi)、9,10-双[4-(2,2-二苯基乙烯基)苯基]蒽(简写为DPVPA)等。
作为电子受主的实例，可给出有机化合物，诸如7,7,8,8-四氰基-2,3,5,6-四氟醌二甲烷(简写为F4-TCNQ)和氯醌；和过渡金属氧化物。还可给出属于周期表中的第4-8族的金属的氧化物。具体地说，由于高电子接受性质，优选氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰和氧化铼。在这些物质中，特别优选氧化钼，因为其在空气中稳定，具有低吸湿性且易于操作。
应注意，复合材料可使用上述电子受主和诸如PVK、PVTPA、PTPDMA或Poly-TPD的上述高分子化合物形成且可用于空穴注入层701。
空穴传输层702为含有具有高空穴传输性质的物质的层。作为具有高空穴传输性质的物质，可使用下列芳族胺化合物中的任一种，例如：NPB；TPD；BPAFLP；4,4'-双[N-(9,9-二甲基芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(简写为DFLDPBi)；和4,4'-双[N-(螺-9,9'-联芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(简写为BSPB)。在此给出的物质主要是具有10-6cm2/V·s或更高的空穴迁移率的物质。应注意，也可使用任何其它物质，只要其空穴传输性质高于其电子传输性质即可。应注意，含有具有高空穴传输性质的物质的层不限于单层且可为含有任何上述物质的两个或多个层的堆叠。
对于空穴传输层702，可使用咔唑衍生物，诸如CBP、CzPA或PCzPA；或蒽衍生物，诸如t-BuDNA、DNA或DPAnth。
对于空穴传输层702，还可使用高分子化合物，诸如PVK、PVTPA、PTPDMA或Poly-TPD。
发光层703为含有发光有机化合物的层。作为发光有机化合物，例如，可使用显示出荧光的荧光化合物或显示出磷光的磷光化合物。
作为可用于发光层703的荧光化合物，给出用于蓝光发射的材料、用于绿光发射的材料、用于黄光发射的材料和用于红光发射的材料。作为用于蓝光发射的材料的实例，给出下列材料：N,N'-双[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N,N'-二苯基芪-4,4'-二胺(简写为YGA2S)、4-(9H-咔唑-9-基)-4'-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(简写为YGAPA)、4-(10-苯基-9-蒽基)-4'-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简写为PCBAPA)等。作为用于绿光发射的材料的实例，给出下列材料：N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简写为2PCAPA)、N-[9,10-双(1,1'-联苯-2-基)-2-蒽基]-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简写为2PCABPhA)、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,N',N'-三苯基-1,4-苯二胺(简写为2DPAPA)、N-[9,10-双(1,1'-联苯-2-基)-2-蒽基]-N,N',N'-三苯基-1,4-苯二胺(简写为2DPABPhA)、N-[9,10-双(1,1'-联苯-2-基)]-N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基蒽-2-胺(简写为2YGABPhA)、N,N,9-三苯基蒽-9-胺(简写为DPhAPhA)等。作为用于黄光发射的材料，给出红荧烯、5,12-双(1,1'-联苯-4-基)-6,11-二苯基并四苯(简写为BPT)等。作为用于红光发射的材料的实例，给出N,N,N',N'-四(4-甲基苯基)并四苯-5,11-二胺(简写为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(简写为p-mPhAFD)等。
作为可用于发光层703的磷光化合物，给出用于蓝光发射的材料、用于绿光发射的材料、用于黄光发射的材料、用于橙光发射的材料和用于红光发射的材料。作为用于蓝光发射的材料的实例，给出下列材料：四(1-吡唑基)硼酸双[2-(4',6'-二氟苯基)吡啶根合-N,C2']铱(III)(简写为FIr6)；吡啶甲酸双[2-(4',6'-二氟苯基)吡啶根合-N,C2']铱(III)(简写为FIrpic)；吡啶甲酸双｛2-[3',5'-双(三氟甲基)苯基]吡啶根合-N,C2'｝铱(III)(简写为Ir(CF3ppy)2(pic))；乙酰丙酮酸双[2-(4',6'-二氟苯基)吡啶根合-N,C2']铱(III)(简写为FIr(acac))等。作为用于绿光发射的材料的实例，给出下列材料：三(2-苯基吡啶根合-N,C2')铱(III)(简写为Ir(ppy)3)、乙酰丙酮酸双[2-苯基吡啶根合-N,C2']铱(III)(简写为Ir(ppy)2(acac))、乙酰丙酮酸双(1,2-二苯基-1H-苯并咪唑根合)铱(III)(简写为Ir(pbi)2(acac))、乙酰丙酮酸双(苯并[h]喹啉根合)铱(III)(简写为Ir(bzq)2(acac))、三(苯并[h]喹啉根合)铱(III)(简写为Ir(bzq)3)等。作为用于黄光发射的材料的实例，给出下列材料：乙酰丙酮酸双(2,4-二苯基-1,3-唑根合-N,C2')铱(III)(简写为Ir(dpo)2(acac))、乙酰丙酮酸双[2-(4'-全氟苯基苯基)吡啶根合]铱(III)(简写为Ir(p-PF-ph)2(acac))、乙酰丙酮酸双(2-苯基苯并噻唑根合-N,C2')铱(III)(简写为Ir(bt)2(acac))、(乙酰丙酮合)双[2,3-双(4-氟苯基)-5-甲基吡嗪根合]铱(III)(简写为Ir(Fdppr-Me)2(acac))、(乙酰丙酮合)双{2-(4-甲氧基苯基)-3,5-二甲基吡嗪根合}铱(III)(简写为Ir(dmmoppr)2(acac))等。作为用于橙光发射的材料的实例，给出下列材料：三(2-苯基喹啉根合-N,C2')铱(III)(简写为Ir(pq)3)、乙酰丙酮酸双(2-苯基喹啉根合-N,C2')铱(III)(简写为Ir(pq)2(acac))、(乙酰丙酮合)双(3,5-二甲基-2-苯基吡嗪根合)铱(III) (缩写：[Ir(mppr-Me)2(acac)])、(乙酰丙酮合)双(5-异丙基-3-甲基-2-苯基吡嗪根合)铱(III)(简写为Ir(mppr-iPr)2(acac))等。作为用于红光发射的材料的实例，有机金属络合物，诸如乙酰丙酮酸双[2-(2'-苯并[4,5-α]噻吩基)吡啶根合-N,C3')铱(III)(简写为[Ir(btp)2(acac)])、乙酰丙酮酸双(1-苯基异喹啉根合-N,C2')铱(III)(简写为[Ir(piq)2(acac)])、(乙酰丙酮合)双[2,3-双(4-氟苯基)喹喔啉根合]铱(III)(简写为[Ir(Fdpq)2(acac)])、(乙酰丙酮合)双(2,3,5-三苯基吡嗪根合)铱(III)(简写为[Ir(tppr)2(acac)])、(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)双(2,3,5-三苯基吡嗪根合)铱(III)(简写为[Ir(tppr)2(dpm)])和(2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21H,23H-卟啉根合)铂(II)(简写为PtOEP)。另外，稀土金属络合物，诸如三(乙酰丙酮合)(单菲咯啉)铽(III)(简写为Tb(acac)3(Phen))、三(1,3-二苯基-1,3-丙二酮根合)(单菲咯啉)铕(III)(简写为Eu(DBM)3(Phen))和三[1-(2-噻吩甲酰基)-3,3,3-三氟丙酮根合](单菲咯啉)铕(III)(简写为Eu(TTA)3(Phen))，显示从稀土金属离子的光发射(在不同多重性(multiplicity)之间的电子跃迁)且因此可作为磷光化合物使用。
应注意，发光层703可具有将上述发光有机化合物(客体材料)分散在其它物质(主体材料)中的结构。作为主体材料，可使用多种材料，且优选使用具有比发光材料高的最低未占分子轨道水平(LUMO水平)且具有比发光材料低的最高占有分子轨道水平(HOMO水平)的物质。
作为主体材料的具体实例，给出下列化合物：金属络合物，诸如三(8-羟基喹啉)铝(III)(简写为Alq)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(III)(简写为Almq3)、双(10-羟基苯并[h]羟基喹啉)铍(II)(简写为BeBq2)、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚根合)铝(III)(简写为BAlq)、双(8-羟基喹啉)锌(II)(简写为Znq)、双[2-(2-苯并唑基)苯酚根合]锌(II)(简写为ZnPBO)和双[2-(2-苯并噻唑基)苯酚根合]锌(II)(简写为ZnBTZ)；杂环化合物，诸如2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-二唑(简写为PBD)、1,3-双[5-(p-叔丁基苯基)-1,3,4-二唑-2-基]苯(简写为OXD-7)、3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1,2,4-三唑(简写为TAZ)、2,2',2''-(1,3,5-苯三酚基)三(1-苯基-1H-苯并咪唑)(简写为TPBI)、红菲绕啉(简写为BPhen)和浴铜灵(BCP)；稠合芳族化合物，诸如9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简写为CzPA)、3,6-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简写为DPCzPA)、9,10-双(3,5-二苯基苯基)蒽(简写为DPPA)、9,10-二(2-萘基)蒽(简写为DNA)、2-叔丁基-9,10-二(2-萘基)蒽(简写为t-BuDNA)、9,9'-联蒽(简写为BANT)、9,9'-(芪-3,3'-二基)二菲(简写为DPNS)、9,9'-(芪-4,4'-二基)二菲(简写为DPNS2)、3,3',3''-(苯-1,3,5-三酚基)三芘(简写为TPB3)、9,10-二苯基蒽(简写为DPAnth)和6,12-二甲氧基-5,11-二苯基；芳族胺化合物，诸如N,N-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简写为CzA1PA)、4-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(简写为DPhPA)、N,9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简写为PCAPA)、N,9-二苯基-N-｛4-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]苯基｝-9H-咔唑-3-胺(简写为PCAPBA)、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简写为2PCAPA)、NPB(或α-NPD)、TPD、DFLDPBi和BSPB；等。
可使用多种材料作为主体材料。例如，为了抑制结晶，还可加入抑制结晶的物质，诸如红荧烯。另外，可进一步加入NPB、Alq等以将能量有效转移到客体材料。
当使用客体材料分散在主体材料中的结构时，可抑制发光层703的结晶。另外，可抑制由高浓度的客体材料引起的浓度淬灭。
对于发光层703，可使用高分子化合物。具体地说，给出用于蓝光发射的材料、用于绿光发射的材料和用于橙-红光发射的材料。作为用于蓝光发射的材料的实例，给出下列材料：聚(9,9-二辛基芴-2,7-二基)(简写为PFO)、聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共聚-(2,5-二甲氧基苯-1,4-二基)](简写为PF-DMOP)、聚｛(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共聚-[N,N'-二(对丁基苯基)-1,4-二氨基苯]｝(简写为TAB-PFH)等。作为用于绿光发射的材料的实例，给出下列材料：聚(对亚苯基亚乙烯基)(简写为PPV)、聚[(9,9-二己基芴-2,7-二基)-交替共聚-(苯并[2,1,3]噻二唑-4,7-二基)](简写为PFBT)、聚[(9,9-二辛基-2,7-二亚乙烯基亚芴基-交替共聚-(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亚苯基)]等。作为用于橙-红光发射的材料，给出下列材料：聚[2-甲氧基-5-(2'-乙基己氧基)-1,4-亚苯基亚乙烯基](简写为MEH-PPV)、聚(3-丁基噻吩-2,5-二基)(简写为R4-PAT)、聚{[9,9-二己基-2,7-双(1-氰基亚乙烯基)亚芴基]-交替共聚-[2,5-双(N,N'-二苯基氨基)-1,4-亚苯基]}、聚{[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-双(1-氰基亚乙烯基亚苯基)]-交替共聚-[2,5-双(N,N'-二苯基氨基)-1,4-亚苯基]}(简写为CN-PPV-DPD)等。
此外，通过提供多个发光层且使发光层的发射颜色不同，总体上可以从发光元件获得具有所要颜色的光发射。例如，在具有两个发光层的发光元件中，当使第一发光层的发射颜色和第二发光层的发射颜色成为互补色时，可以获得如下发光元件，从整个发光元件中发出白光。应注意，“互补色”是指在混合时可产生无色的颜色。换句话说，当混合从发射互补色的物质得到的光时，可得到白色发射。这可适用于具有三个或更多个发光层的发光元件。
电子传输层704为含有具有高电子传输性质的物质的层。作为具有高电子传输性质的物质的实例，给出下列物质：具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属络合物，诸如三(8-羟基喹啉)铝(简写为Alq)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(简写为Almq3)、双(10-羟基苯并[h]-羟基喹啉)铍(简写为BeBq2)和双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚根合)铝(简写为BAlq)。还可使用包括基于唑或基于噻唑的配位体的金属络合物等，诸如双[2-(2-羟基苯基)苯并唑根合]锌(简写为Zn(BOX)2)或双[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑根合]锌(简写为Zn(BTZ)2)。除了金属络合物之外，还可使用2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-二唑(简写为PBD)、1,3-双[5-(对叔丁基苯基)-1,3,4-二唑-2-基]苯(简写为OXD-7)、3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1,2,4-三唑(简写为TAZ)、红菲绕啉(简写为BPhen)、浴铜灵(简写为BCP)等。在此给出的物质主要是具有10-6cm2/V·s或更高的电子迁移率的物质。应注意，所述电子传输层不限于单层且可为包含任何上述物质的两个或更多个层的堆叠。
电子注入层705为含有具有高电子注入性质的物质的层。对于电子注入层705，可使用碱金属、碱土金属或其化合物，诸如锂、铯、钙、氟化锂、氟化铯、氟化钙或氧化锂。还可使用诸如氟化铒的稀土金属化合物。还可使用用于形成电子传输层704的任何上述物质。
应注意，如上所述的空穴注入层701、空穴传输层702、发光层703、电子传输层704和电子注入层705各自可以通过诸如蒸发法(例如，真空蒸发法)、喷墨法或涂布法的方法形成。
应注意，如图3B中图示，多个EL层可堆叠在第一电极103与第二电极108之间。在该情况下，电荷产生层803优选提供在第一EL层800与第二EL层801之间，它们是堆叠的。电荷产生层803可使用上述复合材料形成。此外，电荷产生层803可具有包含含有复合材料的层和含有另一材料的层的堆叠结构。在该情况下，作为含有另一材料的层，可使用含有供电子物质和具有高电子传输性质的物质的层、由透明导电薄膜形成的层等。关于具有这类结构的发光元件，几乎不存在诸如能量传递和淬灭的问题，由于材料选择方面的扩展，可容易地得到具有高发射效率和长寿命的发光元件。此外，可容易地得到从一个EL层提供磷光且从另一EL层提供荧光的发光元件。应注意，该结构可与EL层的任何上述结构组合。
此外，通过形成彼此发射不同颜色的光的EL层，发光元件总体上可提供所要颜色的光发射。例如，在具有两个EL层的发光元件中，第一EL层和第二EL层的发射颜色是互补的，从而可使发光元件总体上反射白光。这可适用于具有三个或更多个EL层的发光元件。
如图3C中图示，EL层102可包含：在第一电极103与第二电极108之间的空穴注入层701、空穴传输层702、发光层703、电子传输层704、电子注入缓冲层706、电子中继层707和与第二电极108接触的复合材料层708。
优选提供与第二电极108接触的复合材料层708，在这样情况下，可降低特别是在第二电极108由溅射方法形成时对EL层102引起的损坏。复合材料层708可使用上述复合材料形成，其中受主物质包含在具有高空穴传输性质的有机化合物中。
此外，通过提供电子注入缓冲层706，可降低在复合材料层708与电子传输层704之间的注入障碍；因此，可将复合材料层708中产生的电子容易地注入电子传输层704中。
可将具有高电子注入性质的物质用于电子注入缓冲层706，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，诸如氧化锂的氧化物、卤化物和诸如碳酸锂或碳酸铯的碳酸盐)、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))。
此外，在电子注入缓冲层706含有具有高电子传输性质的物质和施主物质的情况下，优选加入施主物质，使得施主物质与具有电子传输性质的物质的质量比为0.001:1至0.1:1。应注意，作为施主物质，可使用诸如四硫丁省(tetrathianaphthacene)(简写为TTN)、二茂镍或十甲基二茂镍的有机化合物以及碱金属、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，诸如氧化锂的氧化物、卤化物和诸如碳酸锂或碳酸铯的碳酸盐)、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))。应注意，作为具有高电子传输性质的物质，可使用与用于如上所述的电子传输层704的材料类似的材料。
此外，电子中继层707优选形成在电子注入缓冲层706与复合材料层708之间。并非必须提供电子中继层707，然而，通过提供具有高电子传输性质的电子中继层707，电子可迅速传输到电子注入缓冲层706。
在将电子中继层707夹在复合材料层708与电子注入缓冲层706之间的结构为在复合材料层708中所含的受主物质与在电子注入缓冲层706中所含的施主物质较不可能彼此相互作用且因此其功能几乎不会彼此妨碍的结构。因此，可抑制驱动电压增加。
电子中继层707含有具有高电子传输性质的物质，且以具有高电子传输性质的物质的LUMO水平位于在复合材料层708中所含的受主物质的LUMO水平与在电子传输层704中所含的具有高电子传输性质的物质的LUMO水平之间的方式形成。在电子中继层707含有施主物质的情况下，控制施主物质的施主水平以位于在复合材料层708中所含的受主物质的LUMO水平与在电子传输层704中所含的具有高电子传输性质的物质的LUMO水平之间。作为能级的具体值，在电子中继层707中所含的具有高电子传输性质的物质的LUMO水平优选大于或等于-5.0eV、更优选大于或等于-5.0eV且小于或等于-3.0eV。
作为在电子中继层707中所含的具有高电子传输性质的物质，优选使用基于酞菁的材料或具有金属-氧键和芳族配位体的金属络合物。
作为在电子中继层707中所含的基于酞菁的材料，优选使用以下各材料中的任一种：CuPc、酞菁锡(II)络合物(SnPc)、酞菁锌络合物(ZnPc)、酞菁钴(II)β-形式(CoPc)、酞菁铁(FePc)和氧钒基2,9,16,23-四苯氧基-29H,31H-酞菁(PhO-VOPc)。
作为在电子中继层707中所含的具有金属-氧键和芳族配位体的金属络合物，优选使用具有金属-氧双键的金属络合物。金属-氧双键具有受主性质(容易地接受电子的性质)，因此，可更容易地转移电子(施予和接受)。此外，认为具有金属-氧双键的金属络合物是稳定的。因此，使用具有金属-氧双键的金属络合物使得在低压下更稳定地驱动发光元件成为可能。
作为具有金属-氧键和芳族配位体的金属络合物，优选基于酞菁的材料。具体地说，优选以下各材料中的任一种：氧钒基酞菁(VOPc)、酞菁氧化锡(IV)络合物(SnOPc)和酞菁氧化钛络合物(TiOPc)，因为就分子结构而言金属-氧双键更可能对另一分子起作用并且受主性质较高。
应注意，作为如上所述的基于酞菁的材料，优选具有苯氧基的基于酞菁的材料。具体地说，优选具有苯氧基的酞菁衍生物，诸如PhO-VOPc。具有苯氧基的酞菁衍生物可溶于溶剂中，且因此具有在形成发光元件期间易于操作的优势和便于维修用于薄膜形成的设备的优势。
电子中继层707还可含有施主物质。作为施主物质，除了碱金属、碱土金属、稀土金属和上述金属的化合物(例如，碱金属化合物(例如，诸如氧化锂的氧化物、卤化物和诸如碳酸锂或碳酸铯的碳酸盐)、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))之外，还可使用下列物质中的任一种：有机化合物，诸如四硫丁省(简写为TTN)、二茂镍和十甲基二茂镍。当这类施主物质包含在电子中继层707中时，电子可容易地转移且可在较低电压下驱动发光元件。
在施主物质包含在电子中继层707中的情况下，除了作为具有高电子传输性质的物质的如上所述的材料之外，可使用具有大于在复合材料层708中所含的受主物质的受主水平的LUMO水平的物质。具体地说，优选使用具有大于或等于-5.0eV、优选大于或等于-5.0eV且小于或等于-3.0eV的LUMO水平的物质。作为这类物质的实例，给出衍生物、含氮的稠合芳族化合物等。应注意到，含氮的稠合芳族化合物由于其稳定性而优选用于电子中继层707。
作为衍生物的具体实例，给出下列化合物：3,4,9,10-四甲酸二酐(简写为PTCDA)、3,4,9,10-四甲酸-双-苯并咪唑(简写为PTCBI)、N,N'-二辛基-3,4,9,10-芘四羧酸二酰亚胺(简写为PTCDI-C8H)、N,N'-二己基-3,4,9,10-芘四羧酸二酰亚胺(Hex PTC)等。
作为含氮的稠合芳族化合物的具体实例，给出下列化合物：吡嗪并[2,3-f][1,10]菲咯啉-2,3-二甲腈(PPDN)、2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲(HAT(CN)6)、2,3-二苯基吡啶并[2,3-b]吡嗪(2PYPR)、2,3-双(4-氟苯基)吡啶并[2,3-b]吡嗪(F2PYPR)等。
此外，可使用7,7,8,8-四氰基醌二甲烷(简写为TCNQ)、1,4,5,8-萘四甲酸二酐(简写为NTCDA)、全氟并五苯、十六氟酞菁铜(简写为F16CuPc)、N,N'-双(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十五氟辛基-1,4,5,8-萘四羧酸二酰亚胺(简写为NTCDI-C8F)、3',4'-二丁基-5,5"-双(二氰基亚甲基)-5,5"-二氢-2,2':5',2"-三聚噻吩)(简写为DCMT)、亚甲基富勒烯(例如，[6,6]-苯基C61丁酸甲酯)等。
应注意，在施主物质包含在电子中继层707中的情况下，电子中继层707可通过诸如共蒸发具有高电子传输性质的物质和施主物质的方法形成。
空穴注入层701、空穴传输层702、发光层703和电子传输层704各自可使用任何上述材料形成。
随后，第二电极108形成在EL层102上。
将第二电极108提供在与提取光的一侧相反的一侧上且使用反射材料形成。作为反射材料，可以使用诸如铝、金、铂、银、镍、钨、铬、钼、铁、钴、铜或钯的金属材料。另外，可使用下列材料中的任一种：含铝的合金(铝合金)，诸如铝和钛的合金、铝和镍的合金及铝和钕的合金；和含银的合金，诸如银和铜的合金。由于耐热性而优选银和铜的合金。此外，使金属薄膜和金属氧化物薄膜堆叠在铝合金薄膜上，由此可防止铝合金薄膜的氧化。作为用于金属薄膜或金属氧化物薄膜的材料的实例，给出钛、氧化钛等。此外，优选上述材料，因为它们大量存在于地壳中且价廉，从而实现了发光元件的生产生本降低。
最后，在结构体101的提取光的一侧的的表面上利用具有1.5的折射率的微透镜阵列形成凹凸结构。
以上述方式，可制造该实施方案的有机EL元件。
根据本发明的一个实施方案，可在使用降低量的高折射率材料的情况下得到具有高光提取效率的元件。
(实施方案3)
在该实施方案中，将参考图4A和图4B描述包含含有根据本发明的一个实施方案的固态发光元件的发光装置的照明装置的实例。
图4A图示照明装置(台灯)，其包含照明部分7501、遮光罩7502、可调节臂7503、载体7504、底座7505和电源开关7506。应注意，所述照明装置通过使用发光装置用于照明部分7501而制造，所述发光装置根据本发明的一个实施方案制造。应注意，除了图4A中图示的台灯以外，所述照明装置按其种类包括天棚灯(天棚固定照明装置)、壁灯(壁挂照明装置)等。
应注意，通过使用发光装置(对其应用本发明的一个实施方案)，对于照明装置(台灯)的照明部分7501，可提供具有高功率效率和光提取效率且在平面内均匀发射光的照明装置(台灯)。
图4B图示一个实例，其中发光装置(对其应用本发明的一个实施方案)用于内部照明装置。本发明的一个实施方案的发光装置在增加面积方面有利，且因此可用作如由天棚灯3001所图示的具有大面积的照明装置。另外，所述发光装置可用于壁挂照明装置3002。应注意，通过使用所述发光装置(对其应用本发明的一个实施方案)，可提供具有高功率效率和光提取效率且在平面内均匀发射光的照明装置。如图4B中所图示，图4A中图示的台灯3000也可用于提供有内部照明装置的空间中。
[实施例1]
在该实施方案中，通过计算得到本发明的一个实施方案的固态发光元件的光提取效率。
在该实施例中，将作为照明设计分析软件的LightTools 7.1 SR1(由CybernetSystems, Co., Ltd.生产)用于计算。
下文将参考图5A-5D描述该实施例中使用的固态发光元件的结构。在该实施例中，有机EL元件用作固态发光元件。
(常规实施例1)
在图示于图5A中的常规实施例1的有机EL元件中，由氧化铟锡(ITO)形成的第一电极1003、含有发光物质的EL层1002和由铝形成的第二电极1008以该顺序堆叠在玻璃衬底1000上。
用于计算的条件如下。玻璃衬底、第一电极和EL层的折射率分别为1.5、2.0和1.78。第一电极的透射率为90％，EL层的发光区域的面积为60平方微米，EL层的发射波长为550nm，且第二电极的反射率为90％。
(常规实施例2)
在图示于图5B中的常规实施例2的有机EL元件中，除了常规实施例1的结构以外，将具有1.5的折射率的半球形微透镜1004提供在玻璃衬底1000的表面上，在所述表面上没有形成电极和EL层1002。所述半球的直径为30μm。
(结构实施例1)
在作为本发明的一个实施方案的有机EL元件的结构实施例1(图5C)中，除了常规实施例2的结构以外，将高折射率材料层1006提供在玻璃衬底1005与第一电极1003之间。高折射率材料层1006的折射率为1.8。此外，在玻璃衬底1005与高折射率材料层1006接触的表面上，向玻璃衬底1005提供半球形凹凸结构。所述半球的直径为30μm。
(结构实施例2)
在作为本发明的一个实施方案的有机EL元件的结构实施例2(图5D)中，除了常规实施例2的结构，将低折射率材料层1007和高折射率材料层1006从玻璃衬底1000侧开始以该顺序提供在玻璃衬底1000与第一电极1003之间。低折射率材料层1007和高折射率材料层1006的折射率分别为1.36和1.8。此外，使用其中半球形凹凸结构提供在低折射率材料层1007与高折射率材料层1006之间的界面处的结构。所述半球的直径为30μm。
表1显示从计算得到的各元件的光提取效率和常规实施例2、结构实施例1和结构实施例2各自的光提取效率与常规实施例1的光提取效率的比率，将所述常规实施例1的光提取效率设为1。
[表1]
| 光提取效率(％) | 与常规实施例1的比率 | |
| 常规实施例1 | 16.8 | 1 |
| 常规实施例2 | 33.3 | 1.98 |
| 结构实施例1 | 44.9 | 2.67 |
| 结构实施例2 | 53.3 | 3.17 |
如在表1中所示，结构实施例1和结构实施例2的光提取效率高于常规实施例1和常规实施例2的光提取效率。
此外，结构实施例2具有最高光提取效率。结构实施例2包含低折射率材料层1007，低折射率材料层1007为在高折射率材料层1006与玻璃衬底1000之间的具有比玻璃衬底1000低的折射率的层。结构实施例2具有最高光提取效率的原因在于能够降低在低折射率材料层1007与玻璃衬底1000之间的界面处由于全反射引起的光损失等，这导致光提取效率增加。
上述结果表明应用本发明的一个实施方案使得实现价廉且具有高光提取效率的固态发光元件成为可能。
[实施例2]
在该实施例中，将参考图6A-6D描述根据本发明的一个实施方案的固态发光元件。在该实施例中的所有固态发光元件都为有机EL元件。在该实施例中使用的材料的化学式显示如下。
[化学式1]
在该实施例中，制造发光元件1、发光元件2和比较性发光元件3。
各自作为根据本发明的一个实施方案的发光元件1(图6A)和发光元件2(图6B)包含结构体101。另外，高折射率材料层201形成在结构体101上，且发光体301形成在高折射率材料层201上。
在图示于图6A中的发光元件1的结构体101中，第一层111、第三层113和第二层112a从高折射率材料层201侧提供。第一层111由具有6μm的斜度的微透镜阵列(折射率：约1.5)形成。第三层113由具有0.7mm的厚度的玻璃(折射率：约1.48)形成。第二层112a由半球形透镜(折射率：约1.5)形成。应注意，第三层113和第二层112a与在其间的透光树脂(折射率：约1.5)彼此接触。
在图示于图6B中的发光元件2的结构体101中，第一层111、第三层113和第二层112b从高折射率材料层201侧提供。第一层111由具有6μm的斜度的微透镜阵列(折射率：约1.5)形成。第三层113由具有0.7mm的厚度的玻璃(折射率：约1.48)形成。第二层112b由透镜扩散板(折射率：约1.5)形成。应注意，第三层113和第二层112b与在其间的透光树脂(折射率：约1.5)彼此接触。
在作为常规实施例的比较性发光元件3中，发光体301形成在第三层113上(图6C)。第三层113由具有0.7mm的厚度的玻璃(折射率：约1.48)形成。
下文将描述具体制造方法。
(发光元件1)
首先，通过使用模具将具有约1.5的折射率的微透镜阵列形成在具有约1.48的折射率的玻璃(EAGLE XG® (由Corning Incorporated制造)上。所述微透镜阵列使用含有环氧甲基丙烯酸酯作为其主要组分的OPTOKLEB HS226(由ADELL Corporation生产)形成。如上所述，所述微透镜阵列的斜度为6μm。
接着，用刮棒涂布机将高折射率树脂(具有约10nm的厚度)施用在微透镜阵列上，且随后通过用紫外光(波长：365nm)在大于或等于90mW/cm2下辐照1分钟来固化，从而形成高折射率材料层201。应注意，将具有约1.8的折射率的UV可固化的功能性硬涂剂(hardcoating agent)LIODURAS® TYT 80-01(由TOYO INK CO., LTD生产)用作高折射率树脂。
然后，发光体301形成在高折射率材料层201上。后面将描述发光体301的具体制造方法。
在形成发光体301之后，将具有约1.5的折射率的半球形透镜提供在玻璃的未形成发光体301的一侧的表面上且在与发光体301的发光区域重叠的位置处，其中在其间的透光树脂具有约1.5的折射率。应注意，将非球面聚光透镜35×26.2 FL (由Edmund OpticsJapan Co., Ltd.生产)用作半球形透镜。另外，将ELC-2500 Clear (由Electro-LiteCorporation生产)用作透光树脂。
(发光元件2)
首先，第一层111、第三层113、高折射率材料层201和发光体301各自使用与发光元件1类似的材料和方法形成。
在形成发光体301之后，将具有约1.5的折射率的透镜扩散板提供在玻璃的未形成发光体301的一侧的表面上且在与发光体301的发光区域重叠的位置处，其中在其间的透光树脂具有约1.5的折射率。作为透镜扩散板，使用LSD60PC10-F12 (由Optical SolutionsCorporation生产)。另外，将ELC-2500 Clear (由Electro-Lite Corporation生产)用作透光树脂。
(比较性发光元件3)
发光体301形成在第三层113上，从而制造比较性发光元件3。作为第三层113，使用具有约1.48的折射率的玻璃(EAGLE XG®由Corning Incorporated生产)。发光体301通过与发光元件1类似的方法形成。
下文将参考图6D描述包含于发光元件1、发光元件2和比较性发光元件3中的发光体301的制造方法。
<发光体301的制造方法>
将含氧化硅的氧化铟锡(ITSO)通过溅镀方法沉积，从而形成充当阳极的第一电极1101。应注意，第一电极1101的厚度为110nm且其面积为2mm×2mm。
接着，将衬底1100固定到在真空蒸发设备中的衬底座上，使得其上形成了第一电极1101的衬底1100的表面面向下。将所述真空蒸发设备的压力降低到约10-4Pa。随后将9-苯基-3-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简写为PCzPA)和氧化钼(VI)共蒸发在第一电极1101上以形成第一空穴注入层1111a。第一空穴注入层1111a的厚度为50nm。将PCzPA与氧化钼(VI)的重量比调节到2:1(＝PCzPA:氧化钼(VI))。应注意，共蒸发法是指其中在一个处理腔室中从多个蒸发源同时进行蒸发的蒸发方法。
接着，使PCzPA以30nm的厚度沉积在第一空穴注入层1111a上，从而形成第一空穴传输层1112a。
此外，将9-[4-(N-咔唑基)]苯基-10-苯基蒽(简写为czpa)和N,N'-双[4-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]-N,N'-二苯基芘-1,6-二胺(简写为1,6FLPAPrn)共蒸发在第一空穴传输层1112a上，从而形成第一发光层1113a。第一发光层1113a的厚度为30nm。将CzPA与1,6FLPAPrn的重量比调节到1:0.05 (= CzPA:1,6FLPAPrn)。
接着，在第一发光层1113a上，沉积厚度为5nm的CzPA且沉积厚度为15nm的红菲绕啉(简写为BPhen)，从而形成第一电子传输层1114a。
然后，0.1nm厚的Li通过蒸发形成在第一电子传输层1114a上，从而形成第一电子注入层1115a。
然后，2nm厚的铜酞菁(简写为CuPc)通过蒸发形成在第一电子注入层1115a上，从而形成电子中继层1116。
接着，在电子中继层1116上，共蒸发4-苯基-4'-(9-苯基芴-9-基)三苯胺(简写为BPAFLP)和氧化钼(VI)，从而形成第二空穴注入层1111b。第二空穴注入层1111b的厚度为60nm。将BPAFLP与氧化钼(VI)的重量比调节到2:1(= BPAFLP:氧化钼)。应注意，该实施例中的第二空穴注入层1111b充当上述实施方案中所述的电荷产生层。
接着，使BPAFLP以20nm的厚度沉积在第二空穴注入层1111b上，从而形成第二空穴传输层1112b。
然后，在第二空穴传输层1112b上，共同沉积2-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]二苯并[f,h]喹喔啉(简写为2mDBTPDBq-II)、4-苯基-4'-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简写为PCBA1BP)和(乙酰丙酮合)双(4,6-二苯基嘧啶根合)铱(III)(简写为[Ir(dppm)2(acac)]，从而形成第二发光层1113b。第二发光层1113b的厚度为40nm。将2mDBTPDBq-II与PCBA1BP和Ir(dppm)2(acac)的重量比调节到1.6:0.4:0.12 (= 2mDBTPDBq-II:PCBA1BP:Ir(dppm)2(acac))。
接着，在第二发光层1113b上，使2mDBTPDBq-II和BPhen各自以15nm的厚度沉积，从而形成第二电子传输层1114b。
然后，1nm厚的氟化锂(LiF)通过蒸发形成在第二电子传输层1114b上，从而形成第二电子注入层1115b。
然后，作为充当阴极的第二电极1103，200nm厚的铝通过蒸发形成在第二电子注入层1115b上。
最后，在氮气氛下将发光元件密封在手套箱中，从而使发光元件不暴露于空气中。
应注意，在上述蒸发步骤中，蒸发都是通过电阻加热方法进行。
表2显示作为发光体301且通过上述步骤制造的有机EL元件的元件结构。
[表2]
表3显示如上所述得到的发光元件1、发光元件2和比较性发光元件3的相对功率效率。表3中所示的相对功率效率显示为比较值，在该情况下，比较性发光元件3的功率效率为1。
[表3]
| 相对功率效率 | |
| 发光元件1 | 1.92 |
| 发光元件2 | 1.34 |
| 比较性发光元件3 | 1 |
根据表3，当与作为常规实施例的比较性发光元件3相比较时，发光元件1和发光元件2(对其各应用本发明的一个实施方案)的相对功率效率分别高达1.92和1.34。
该实施例的结果表明应用根据本发明的一个实施方案使得获得具有高功率效率的固态发光元件成为可能。
(参考实施例1)
将描述在上述实施例中使用的2-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]二苯并[f,h]喹喔啉(简写为2mDBTPDBq-II)的合成方法。
[化学式2]
2mDBTPDBq-II的合成方案示于(A-1)中。
[化学式3]
在2L三颈烧瓶中放入5.3g (20mmol) 2-氯二苯并[f,h]喹喔啉、6.1g (20mmol)3-(二苯并噻吩-4-基)苯基硼酸、460mg (0.4mmol) 四(三苯基膦)合钯(0)、300mL甲苯、20mL乙醇和20mL 2M碳酸钾水溶液。通过在减压下搅拌使混合物脱气，且将烧瓶中的空气替换为氮气。将该混合物在氮气流下在100℃下搅拌7.5小时。在冷却到室温之后，将得到的混合物过滤以给出白色物质。将通过过滤得到物质用水和乙醇以该顺序洗涤，随后干燥。将得到的固体溶解在约600mL热甲苯中，接着通过Celite(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.生产，目录号531-16855)和Florisil(由Wako Pure Chemical Industries, Ltd.生产，目录号540-00135)吸滤，由此得到澄清无色滤液。将得到的滤液浓缩并通过硅胶柱色谱法纯化。该色谱法使用热甲苯作为展开溶剂进行。将丙酮和乙醇加到在此得到的固体中，接着用超声波辐照。随后，将产生的悬浮固体过滤并将得到的固体干燥以给出7.85g白色粉末，产率80%。
通过分段式升华(train sublimation)方法，纯化4.0g得到的白色粉末。在纯化中，将白色粉末在300℃下在5.0Pa的压力下在5mL/min的氩气流速下加热。在纯化之后，得到3.5g作为目标物质的白色粉末，产率88%。
核磁共振(NMR)方法识别该化合物为2-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]二苯并[f,h]喹喔啉(简写为2mDBTPDBq-II)，其为待生产的物质。
所得到物质的1H nmR数据如下：1H nmR (CDCl3, 300 MHz): δ (ppm) = 7.45-7.52 (m, 2H), 7.59-7.65 (m, 2H), 7.71-7.91 (m, 7H), 8.20-8.25 (m, 2H), 8.41(d, J = 7.8 Hz, 1H), 8.65 (d, J = 7.5 Hz, 2H), 8.77-8.78 (m, 1H), 9.23 (dd, J= 7.2 Hz, 1.5 Hz, 1H), 9.42 (dd, J = 7.8 Hz, 1.5 Hz, 1H), 9.48 (s, 1H)。
(参考实施例2)
将描述在上述实施例中使用的(乙酰丙酮合)双(4,6-二苯基嘧啶根合)铱(III)(简写为[Ir(dppm)2(acac)])的合成方法。
[化学式4]
<步骤1：合成4,6-二苯基嘧啶(简写为Hdppm)>
首先，在装有回流管的回收烧瓶中放入5.02g 4,6-二氯嘧啶、8.29g苯基硼酸、7.19g碳酸钠、0.29g双(三苯基膦)合钯(II)二氯化物(简写为Pd(PPh3)2Cl2)、20mL水和20mL乙腈，且将烧瓶中的空气替换为氩气。使该反应容器经受使用微波(2.45GHz，100W)的辐照1小时以变热。在此，在烧瓶中进一步放入2.08g苯基硼酸、1.79g碳酸钠、0.070g Pd(PPh3)2Cl2、5mL水和5mL乙腈，且使混合溶液经受使用微波(2.45GHz，100W)的辐照1小时以变热。然后，将水加到该溶液中且将有机层用二氯甲烷萃取。将所得到的萃取物用水洗涤且用硫酸镁干燥。在干燥之后，将溶液过滤。将该溶液的溶剂蒸馏出，且随后将所得到的残余物通过硅胶柱色谱法使用二氯甲烷作为展开溶剂来纯化。结果，得到嘧啶衍生物Hdppm (黄白色粉末，产率38%)。应注意，对于微波辐照，使用微波合成系统(Discovery，由CEM Corporation生产)。步骤1的合成方案(B-1)显示如下。
[化学式5]
<步骤2：合成二-μ-氯-双[双(4,6-二苯基嘧啶根合)铱(III)](简写为[Ir(dppm)2Cl]2)>
接着，在装有回流管的回收烧瓶中放入15mL 2-乙氧基乙醇、5mL水、1.10g在步骤1中得到的Hdppm和0.69g氯化铱水合物(IrCl3·H2O)，且将烧瓶中的空气替换为氩气。然后，进行使用微波(2.45GHz，100 W)的辐照1小时以引起反应。在将溶剂蒸馏出且将所得到的残余物过滤并用乙醇洗涤以得到双核络合物之后，得到了[Ir(dppm)2Cl]2 (红棕色粉末，产率88%)。步骤2的合成方案(B-2)显示如下。
[化学式6]
<步骤3：合成(乙酰丙酮合)双(4,6-二苯基嘧啶根合)铱(III)(简写为[Ir(dppm)2(acac)])>
此外，在装有回流管的回收烧瓶中放入40mL 2-乙氧基乙醇、1.44g在步骤2中得到的[Ir(dppm)2Cl]2、0.30g乙酰丙酮和1.07g碳酸钠，且将烧瓶中的空气替换为氩气。然后，进行使用微波(2.45GHz，120W)的辐照1小时以引起反应。将溶剂蒸馏出，将得到的残余物溶解于二氯甲烷中，且进行过滤以除去不溶物质。将所得到的滤液用水洗涤且随后用饱和盐水洗涤，且用硫酸镁干燥。在干燥之后，将溶液过滤。将该溶液的溶剂蒸馏出，且随后所得到的残余物通过硅胶柱色谱法使用体积比为50:1的二氯甲烷和乙酸乙酯作为展开溶剂来纯化。然后，用二氯甲烷和己烷的混合溶剂进行重结晶以给出作为目标物质的橙色粉末(产率：32%)。步骤3的合成方案(B-3)显示如下。
[化学式7]
在步骤3中得到的橙色粉末的核磁共振谱(1H-NMR)的分析结果显示如下。结果表明在该合成实施例中得到了[Ir(dppm)2(acac)]。
1H-NMR. δ (CDCl3): 1.83 (s, 6H), 5.29 (s, 1H), 6.48 (d, 2H), 6.80 (t,2H), 6.90 (t, 2H), 7.55-7.63 (m 6H), 7.77 (d, 2H), 8.17 (s, 2H), 8.24 (d,4H), 9.17 (s, 2H)。
本申请基于2010年9月14日向日本专利局提交的日本专利申请2010-205790号，其全部内容通过引用结合到本文中。
Claims (19)
1.固态发光元件，其包含：
能够透射可见光的结构体，所述结构体包含：
第一层，其一个表面包含第一凹凸结构，和
第二层，其一个表面与所述第一层的另一个表面接触，且所述第二层的另一个表面包含第二凹凸结构；
在所述第一层的所述一个表面上并与所述第一层的所述一个表面接触的高折射率材料层；和
在所述高折射率材料层上的包含具有大于或等于1.6的折射率的发光区域的发光体，
其中所述高折射率材料层的一个表面比与所述第一层接触的另一表面平坦，
其中所述高折射率材料层的折射率大于或等于1.6，
其中所述第一层的折射率和所述第二层的折射率大于1.0且小于所述高折射率材料层的折射率，且
其中所述第二层的折射率大于所述第一层的折射率。
2.权利要求1的固态发光元件，其中所述高折射率材料层的折射率大于或等于1.7。
3.权利要求1的固态发光元件，其中所述第一凹凸结构或所述第二凹凸结构是条纹形式的或呈矩阵状。
4.权利要求1的固态发光元件，其中所述第一凹凸结构或所述第二凹凸结构包括半球形图案或具有尖端的图案。
5.权利要求1的固态发光元件，其中在所述第一层与所述第二层之间的折射率差小于或等于0.15。
6.权利要求1的固态发光元件，其中所述第一凹凸结构的凹凸的大小和高度为0.1μm-100μm。
7.权利要求1的固态发光元件，其中所述第二凹凸结构的凹凸的大小和高度为0.1μm-1000μm。
8.发光装置，其包含权利要求1的固态发光元件。
9.照明装置，其包含权利要求8的发光装置。
10.固态发光元件，其包含：
能够透射可见光的结构体，所述结构体包含：
第一层，其一个表面包含第一凹凸结构，和
第二层，其一个表面与所述第一层的另一个表面接触，且所述第二层的另一个表面包含第二凹凸结构；
在所述第一层的所述一个表面上并与所述第一层的所述一个表面接触的高折射率材料层；
在所述高折射率材料层上的第一电极；
在所述第一电极上的含有发光物质的层；和
在所述含有发光物质的层上的第二电极，
其中所述高折射率材料层的一个表面比与所述第一层接触的另一表面平坦，
其中所述高折射率材料层、所述第一电极和所述含有发光物质的层中每一个的折射率都大于或等于1.6，
其中所述第一层的折射率和所述第二层的折射率大于1.0且小于所述高折射率材料层的折射率，且
其中所述第二层的折射率大于所述第一层的折射率。
11.权利要求10的固态发光元件，其中具有大于或等于1.6的折射率的氮化物薄膜提供在所述高折射率材料层与所述第一电极之间。
12.权利要求10的固态发光元件，其中所述高折射率材料层的折射率大于或等于1.7。
13.权利要求10的固态发光元件，其中所述第一凹凸结构或所述第二凹凸结构是条纹形式的或呈矩阵状。
14.权利要求10的固态发光元件，其中所述第一凹凸结构或所述第二凹凸结构包括半球形图案或具有尖端的图案。
15.权利要求10的固态发光元件，其中在所述第一层与所述第二层之间的折射率差小于或等于0.15。
16.权利要求10的固态发光元件，其中所述第一凹凸结构的凹凸的大小和高度为0.1μm-100μm。
17.权利要求10的固态发光元件，其中所述第二凹凸结构的凹凸的大小和高度为0.1μm-1000μm。
18.发光装置，其包含权利要求10的固态发光元件。
19.照明装置，其包含权利要求18的发光装置。
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