CN104091899A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明可提供具有高发射效率和长寿命的发光元件。通过形成包括发光元件的发光装置，可提供具有低功率消耗和长寿命的发光装置。发光装置包括发光元件，发光元件在第一电极和第二电极之间包括发光层。发光层包括具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物。有机金属络合物的中心金属为属于第9族和第10族之一的元素，并且有机金属络合物的配位体为具有吡嗪骨架的配位体。

Description

发光装置
本申请是申请日为2007年11月16日、申请号为200780044338.5、发明名称为“发光装置”的发明专利申请的分案申请。 
技术领域
本发明涉及利用磷光化合物的发光元件。此外，本发明涉及利用发光元件的发光装置。另外，本发明涉及利用发光装置的电子装置。 
技术背景
近年来，人们一直积极地开发用发光有机化合物或无机化合物作为发光物质的发光元件。具体地讲，发光元件(也称为EL元件)具有一种简单结构，其中在电极之间提供包含发光物质的发光层。因此，所述发光元件由于其特性作为下一代平板显示器元件引人关注，例如形薄、重量轻、响应速度高和低压直流驱动。另外，使用这种发光元件的显示器的特点是对比度和图像品质极佳，并且具有宽视角。另外，由于这些发光元件为平面光源，因此，可考虑将这些发光元件用作例如液晶显示器和照明装置的背光的光源。 
在使用发光有机化合物作为发光物质的情况下，发光元件的发射机制是载流子注入类型。即，通过对置于电极之间的发光层施加电压，从电极注入的载流子(空穴和电子)复合，并因此使发光物质处于激发态。在激发态返回到基态时发光。作为激发态的类型，单重激发态(S*)和三重激发态(T*)都是可能的。据认为在发光元件中其统计产生比为S*∶T*＝1∶3。 
通常，发光有机化合物的基态为单重激发态。因此，来自单重激发态(S*)的光发射被称为荧光，因为它是由相同多重性之间的电子跃迁产生。另一方面，来自三重激发态(T*)的光发射被称为磷光，因为它是由不同多重性之间的电子跃迁产生。在此，在发射荧光的化合物(以下称为荧光化合物)中，通常在室温观察不到磷光，而只观察到荧光。因此，在使用荧光化合物的发光元件中，据认为内量子效率的理论限制(产生的光子与注入的载流子之比)为25％，这是基于S*∶T*＝1∶3。 
另一方面，在使用发射磷光的化合物(以下称为磷光化合物)中，内量子效率理论上可以为75至100％。换句话讲，磷光化合物的发光效率可以为荧光化合物发光效率的三至四倍。由于这些原因，为了得到具有高效率的发光元件，现已提出利用磷光化合物的发光元件，例如非专利文献1：TSUTSUI等人，HIGH QUANTUM EFFICIENCY IN ORGANIC LIGHT-EMITTING DEVICE S WITH IRIDIUM-COMPLEX AS A TRIPLET EMISSIVE CENTER(具有铱络合物作为三重发射中心的有机发光装置的高量子效率)，JPN.J.APPL.PHYS.(JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS)，Vol.38/PART.2，No.12B，1999年12月15日，第L1502-L1504页和非专利文献2：ADACHI等人，HIGH-EFFICIENCY RED ELECTROPHOSPHORESCENCE DEVICES(高效率红色电磷光装置)，APPL.PHYS.LETT.(APPLIED PHYSICS LETTERS)，Vol.78，No.11，2001年3月12日，第1622-1624页。非专利文献1和2用铱络合物作为磷光化合物，分别利用2-苯基吡啶配位体(Ir(ppy)3)和2-(2′-苯并[4，5-α]噻吩基)吡啶配位体([btp2Ir(acac)])。 
另外，专利文献1公开一种使用发光层的发光元件，发光层包含有机低分子空穴传输物质和有机低分子电子传输物质作为磷光掺杂 剂的基质物质，以提高使用磷光化合物的发光元件的寿命和效率(专利文献1：Japanese Translation of PCT International Application No.2004-515895)。 
发明说明 
非专利文献1报告了寿命问题，即，亮度的半衰期在500cd/m2初始亮度恒定电流驱动为约170小时。另外，非专利文献1报告了由于BCP稳定性不够用BCP作为空穴阻挡层的寿命问题。 
然而，如果从非专利文献1所述的元件结构去除BCP，则不能有效发光。这是因为，非专利文献1中发光层的基质物质所用的CBP具有强空穴传输性质，如果不用BCP作为空穴阻挡层，空穴就可能达到电子传输层。另外，BCP具有阻挡发光层中产生的激发能量(在此情况下，为三重态激发能量)的作用。因此，非专利文献1的元件结构可取得高效率，但由于BCP不能达到长寿命。 
另一方面，专利文献1报告提高元件的寿命和效率。然而不能有效利用磷光化合物的特性。实际上，专利文献1的发光元件1利用也在非专利文献2中使用的铱络合物[btp2Ir(acac)]，效率为约0.9cd/A至2.0cd/A，仍低于非专利文献2所述的效率。 
由于以上原因，磷光化合物难以同时得到高效率和长寿命。实际上，使用磷光化合物的发光元件保证寿命要损失一些效率。 
鉴于上述，本发明的一个目的是提供具有高效率和长寿命的发光元件。本发明的另一个目的是提供具有长寿命的发光装置，所述发光装置通过用发光元件形成发光装置消耗较小功率。另外，本发明的另一个目的是提供具有长寿命的电子装置，所述电子装置通过将此发光 装置应用到电子装置消耗较小功率。 
发明人研究发现，在利用具有强电子捕集性质的某种有机金属络合物作为发光物质的发光元件中，通过设计包含发光物质的发光层的结构，可解决以上问题。具体地讲，在利用具有吡嗪衍生物配位体的有机金属络合物作为发光物质的发光元件中，具有空穴传输性质的化合物和具有电子传输性质的化合物两者均可包含在发光层中。这一解决方法为发明人所发现。 
本发明一方面为一种发光元件，所述发光元件在第一电极和第二电极之间包括发光层，发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物。在发光元件中，有机金属络合物的配位体为具有吡嗪骨架的配位体，有机金属络合物的中心金属为属于第9族的元素或属于第10族的元素。 
本发明的另一方面为一种发光元件，所述发光元件在第一电极和第二电极之间包括发光层，发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物。在发光元件中，有机金属络合物的配位体为2-芳基吡嗪衍生物，有机金属络合物的中心金属为属于第9族的元素或属于第10族的元素。 
作为以上2-芳基吡嗪衍生物，2-苯基吡嗪衍生物是优选的。因此，本发明的另一方面为一种发光元件，所述发光元件在第一电极和第二电极之间包括发光层，其中发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物。在发光元件中，有机金属络合物的配位体为2-苯基吡嗪衍生物，有机金属络合物的中心金属为属于第9族的元素或属于第10族的元素。 
作为以上2-芳基吡嗪衍生物，具体地讲，2，5-二苯基吡嗪衍生物 是优选的。因此，本发明的另一方面为一种发光元件，所述发光元件在第一电极和第二电极之间包括发光层，其中发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物。在发光元件中，有机金属络合物的配位体为2，5-二苯基吡嗪衍生物，有机金属络合物的中心金属为属于第9族的元素或属于第10族的元素。 
应注意到，就发射效率而论，在以上结构中，中心金属为铱或铂。具体地讲，铱是优选的，因为铱可提供极高效率。 
具体地讲，利用具有吡嗪骨架的配位体的有机金属络合物为具有由以下通式(G1)表示的结构的有机金属络合物。因此，本发明的另一方面为一种发光元件，所述发光元件在第一电极和第二电极之间包括发光层，其中发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物，并且所述有机金属络合物具有由通式(G1)表示的结构。 
在上式中，Ar表示亚芳基。R1表示烷基或芳基。R2表示氢、烷基或芳基。R3表示氢或烷基。R2和R3可相互结合形成脂环。M为中心金属，并且表示属于第9族的元素或属于第10族的元素。 
作为具有由通式(G1)表示的结构的有机金属络合物，由通式(G2)表示的有机金属络合物是优选的。因此，本发明的另一方面为一种发光元件，所述发光元件在第一电极和第二电极之间包括发光层，其中 发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物，并且所述有机金属络合物具有由通式(G2)表示的结构。 
在上式中，R1表示烷基或苯基。R2表示氢、烷基或苯基。R3表示氢或烷基。R2和R3可相互结合形成脂环。R4至R7表示任何氢、烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基和烷氧羰基。M为中心金属，并且表示属于第9族的元素或属于第10族的元素。 
作为具有由通式(G1)表示的结构的有机金属络合物，由通式(G3)表示的有机金属络合物是尤其优选的。因此，本发明的另一方面为一种发光元件，所述发光元件在第一电极和第二电极之间包括发光层，其中发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物，并且所述有机金属络合物具有由通式(G3)表示的结构。 
在上式中，R1表示烷基或苯基。R3表示氢或烷基。R4至R12表示 任何氢、烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基和烷氧羰基。M为中心金属，并且表示属于第9族的元素或属于第10族的元素。 
更具体地讲，具有由通式(G1)表示的结构的有机金属络合物为由通式(G4)表示的有机金属络合物。因此，本发明的另一方面为一种发光元件，所述发光元件在第一电极和第二电极之间包括发光层，其中发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物，并且所述有机金属络合物具有由通式(G4)表示的结构。 
在上式中，Ar表示亚芳基。R1表示烷基或芳基。R2表示氢、烷基或芳基。R3表示氢或烷基。R2和R3可相互结合形成脂环。另外，M为中心金属，并且表示属于第9族的元素或属于第10族的元素。另外，L为单阴离子配位体。当M为属于第9族的元素时，n为2(n＝2)，并且当M为属于第10族的元素时，n为1(n＝1)。 
更具体地讲，具有由通式(G2)表示的结构的有机金属络合物为由通式(G5)表示的有机金属络合物。因此，本发明的另一方面为一种发光元件，所述发光元件在第一电极和第二电极之间包括发光层，其中发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物，并且所述有机金属络合物具有由通式(G5)表示的结构。 
在上式中，R1表示烷基或苯基。R2表示氢、烷基或苯基。R3表示氢或烷基。R2和R3可相互结合形成脂环。R4至R7表示任何氢、烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基和烷氧羰基。另外，M为中心金属，并且表示属于第9族的元素或属于第10族的元素。L为单阴离子配位体。另外，当M为属于第9族的元素时，n为2(n＝2)，并且当M为属于第10族的元素时，n为1(n＝1)。 
更具体地讲，具有由通式(G3)表示的结构的有机金属络合物为由通式(G6)表示的有机金属络合物。因此，本发明的另一方面为一种发光元件，所述发光元件在第一电极和第二电极之间包括发光层，其中发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物，并且所述有机金属络合物具有由通式(G6)表示的结构。 
在上式中，R1表示烷基或苯基。R3表示氢或烷基。R4至R12表示任何氢、烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基和烷氧羰基。另外，M为中心金属，并且表示属于第9族的元素或属于第10族的元素。L为 单阴离子配位体。当M为属于第9族的元素时，n为2(n＝2)，并且当M为属于第10族的元素时，n为1(n＝1)。 
另外，在以上通式(G1)至(G6)中，就发射效率而论M优选为铱或铂。具体地讲，铱是优选的，因为铱可提供极高效率。 
在以上发光元件中，第一有机化合物优选为芳族胺化合物或咔唑衍生物。第二有机化合物优选为杂芳族化合物或金属络合物。更优选第一有机化合物为芳族胺化合物或咔唑衍生物，第二有机化合物为杂芳族化合物或金属络合物。 
在以上发光元件中，第一有机化合物的量和/或第二有机化合物的量优选大于有机金属络合物的量。换句话讲，第一有机化合物和/或第二有机化合物优选作为有机金属络合物的基质。更优选发光层中有机金属络合物的量大于或等于1％质量，并且小于或等于10％质量。 
在以上发光元件中，第一有机化合物和第二有机化合物之比也很重要。因此，在本发明的发光元件中，第二有机化合物与第一有机化合物的质量比优选大于或等于1/20至小于或等于20。具体地讲，第二有机化合物与第一有机化合物的质量比优选大于或等于1至小于或等于20。 
可考虑有机金属络合物的强电子捕集性质制造本发明的以上结构。因此，在本发明的以上发光元件中，有机金属络合物的LUMO能级比第一有机化合物的LUMO能级和第二有机化合物的LUMO能级深0.2eV或更多。 
以此方式得到的本发明的发光元件的一个特点是，发射效率高，寿命长，因此利用所述发光元件的发光装置(如图像显示器装置或发光 装置)可取得低功率消耗和长寿命。因此，本发明包括利用本发明发光元件的发光装置。另外，本发明包括具有发光装置的电子装置。 
应注意到，本说明书中的发光装置包括利用所述发光元件的图像显示器装置和照明装置。另外，发光装置包括各种类型的模块，例如其中连接器(如FPC(柔性印刷电路)、TAB(带自动连接)带或TCP(带载封装)连接到发光元件的模块、其中印刷线路板在TAB带或TCP末端提供的模块、和其中IC(集成电路)直接由COG(玻璃基板芯片)方法安装在发光装置上的模块。 
根据本发明，可提供具有高发射效率的发光元件。具体地讲，可提供具有高发射效率和长寿命的发光元件。 
在用上述发光元件形成发光装置时，发光装置可消耗较小功率，并且具有长寿命。另外，由于将此发光装置应用于电子装置，电子装置可具有长寿命，并消耗较小功率。 
 
附图简述
在附图中： 
图1为根据本发明一方面的发光元件的能带图； 
图2A和2B为常规发光元件的能带图； 
图3为根据本发明一个方面的发光元件的元件结构； 
图4A和4B为根据本发明一个方面的利用发光元件的照明装置； 
图5A至5C为根据本发明一个方面的利用发光装置的电子装置； 
图6A和6B为显示在实施例2中形成的发光元件的特性的曲线图； 
图7为显示在实施例2中形成的发光元件的特性的曲线图； 
图8为显示在实施例2中形成的发光元件的发射光谱的曲线图； 
图9为显示在实施例2中形成的发光元件的亮度衰减曲线的曲线图； 
图10A和10B为显示在实施例3中形成的发光元件的特性的曲线图； 
图11为显示在实施例3中形成的发光元件的特性的曲线图； 
图12为显示在实施例3中形成的发光元件的发射光谱的曲线图； 
图13为显示在实施例2中形成的发光元件的亮度衰减曲线的曲线图； 
图14A和14B为显示在实施例4中形成的发光元件的特性的曲线图； 
图15为显示在实施例4中形成的发光元件的特性的曲线图； 
图16为显示在实施例4中形成的发光元件的发射光谱的曲线图； 
图17为显示在实施例4中形成的发光元件的亮度衰减曲线的曲线图； 
图18A和18B为显示在实施例5中形成的发光元件的特性的曲线图； 
图19为显示在实施例5中形成的发光元件的特性的曲线图； 
图20为显示在实施例5中形成的发光元件的发射光谱的曲线图； 
图21为显示在实施例5中形成的发光元件的亮度衰减曲线的曲线图； 
图22A和22B为显示在实施例6中形成的发光元件的特性的曲线图； 
图23为显示在实施例6中形成的发光元件的特性的曲线图； 
图24为显示在实施例6中形成的发光元件的发射光谱的曲线图； 
图25为显示在实施例6中形成的发光元件的亮度衰减曲线的曲线图； 
图26A和26B为显示在实施例7中形成的发光元件的特性的曲线图； 
图27为显示在实施例7中形成的发光元件的特性的曲线图； 
图28为显示在实施例7中形成的发光元件的发射光谱的曲线图； 
图29为显示在实施例7中形成的发光元件的亮度衰减曲线的曲线图； 
图30为显示通过在实施例1中检测获得的CV曲线的曲线图； 
图31A和31B图示说明根据本发明一个方面的利用发光元件的发光装置； 
图32A和32B图示说明根据本发明一个方面的利用发光元件的发光装置； 
图33A和33B为显示在实施例8中形成的发光元件的特性的曲线图； 
图34为显示在实施例8中形成的发光元件的特性的曲线图； 
图35为显示在实施例8中形成的发光元件的发射光谱的曲线图；并且 
图36为显示在实施例8中形成的发光元件的亮度衰减曲线的曲线图。 
发明实施最佳方式 
现在详细参考附图描述本发明的实施方式。然而，本发明不限于以下说明，本领域的技术人员很容易理解，可在不脱离本发明的范围和精神下对这些方式和细节作出各种变化。因此，不应将本发明解释为限于以下所示实施方式的说明。 
实施方式1： 
实施方式1描述本发明发光元件的概念。应注意到，在本说明书中，“HOMO能级或LUMO能级深”是指能级低，“HOMO能级或LUMO能级浅”是指能级高。例如，具有-2.54eV LUMO能级的物质A具有比-2.28eV LUMO能级的物质深0.26eV的LUMO能级，具有比-2.85eV LUMO能级的物质C浅0.31eV的LUMO能级。 
最近，发明人由于发光元件性能高的缘故把注意力集中在磷光化合物上，并试验了多种磷光有机金属络合物。结果发明人发现，具有吡嗪骨架的配位体并且中心金属属于第9族或第10族的有机金属络合物(以下称为吡嗪基有机金属络合物)与已知磷光有机金属络合物比较发射更高效率的磷光。 
发明人通过特性评价发现，与一般基质物质(用于在发光层中分散发光物质的物质)比较，吡嗪基有机金属络合物具有相对较深的LUMO能级(即，具有电子捕集性质的相对较高能级)。另一方面，具有吡啶衍生物作为配位体的常规有机金属络合物(以下称为吡啶基有机金属络合物，如Ir(ppy)3或[btp2Ir(acac)])由于浅HOMO能级具有高空穴捕集性质，但难以捕集电子。换句话讲，已发现吡嗪基有机金属络合物和吡啶基有机金属络合物就对空穴和电子的亲合力而言具有相反的性质。这一点在实施例1中描述。 
发明人从大量试验结果发现，在制造发光元件中吡嗪基有机金属络合物的电子捕集性质产生缺点，也产生优点。 
一个优点是，与常规吡啶基有机金属络合物比较，吡嗪基有机金属络合物具有空穴接受性质，也有电子接受性质。换句话讲，当吡嗪基有机金属络合物分散于发光层的基质物质时，载流子很容易直接在吡嗪基有机金属络合物中复合。因此，不太必要重视从基质物质转移能量的效率，因此可取得高效率发射。 
然而，就发光层中载流子平衡而言，选择适合吡嗪基有机金属络合物的基质物质极难，这又是一个缺点。此问题关于图2A和2B描述。 
图2A和2B分别为发光层200夹在空穴传输层201和电子传输层202之间的能带图，其中在发光层200中在基质物质中分散吡嗪基有机金属络合物。图2A为用具有空穴传输性质的第一有机化合物作为基质物质的能带图，图2B为用具有电子传输性质的第二有机化合物作为基质物质的能带图。 
在图2A中，电子由LUMO能级232捕集，因为吡嗪基有机金属络合物的LUMO能级232相对较深。即使电子注入第一有机化合物的LUMO能级212，电子也会很缓慢移动，因为第一有机化合物具有空穴传输性质。另一方面，空穴传输通过第一有机化合物的HOMO能级211，并达到与电子传输层202的界面附近，因为第一有机化合物具有空穴传输性质，并且吡嗪基有机金属络合物的HOMO能级231不阻碍空穴(即，不形成深阱)。换句话讲，发光区域限于极窄区域，即发光层200和电子传输层202之间的界面。 
如果电子传输层202具有低空穴阻挡性质，空穴就可能根据物质的组合达到电子传输层202，如图2A所示。因此，电子传输层202发射光线，从而显著降低发光元件的发射效率。不用说，本发明人已证明，在高空穴阻挡物质用于电子传输层202时，可解决这一问题，并且可取得高发射效率，然而寿命受到不利影响，如上所述。另外，由于三重态-三重态消光，也有高亮度端效率减小的担忧。 
下面在图2B中，由于吡嗪基有机金属络合物具有相对较深的LUMO能级232，电子由LUMO能级232捕集。由于第二有机化合物具有电子传输性质，一些电子被捕集，但一些电子传输通过第二有机化合物的LUMO能级222，并渐渐达到空穴传输层201。应注意到，此迁移率低于第二有机化合物的初始电子迁移率。另一方面，由于第二有机化合物具有电子传输性质，HOMO能级221相对较深，并且空穴难以注入。即使空穴注入，空穴的迁移率也极低，因为第一有机化 合物具有电子传输性质。可能有这种情况，空穴在吡嗪基有机金属络合物的HOMO能级231注入，但传输能力小。换句话讲，在图2B的结构中，发光层200一般具有电子传输性质，然而电子由于捕集难以移动。另一方面，空穴在空穴传输层201和发光层200之间的界面积累。 
在此情况下，空穴密度在发光层200和空穴传输层201之间的界面极高，但在其他区域极低。另一方面，电子由于捕集传播跨越发光层200的整个区域，但电子密度整体上低。换句话讲，就密度和分布型而言，空穴分布和电子分布彼此不同。因此，空穴和电子变得很难以平衡方式复合和取得高发射效率。另外，此不平衡导致不利影响寿命。 
鉴于以上问题，发明人认为以下各点重要。换句话讲，第一点是允许相当的大量的空穴注入图2B结构中的发光层200。第二点是注入发光层200中的空穴渐渐移向电子传输层202，因此可在图2B的结构中得到与缓慢移动的电子的平衡。满足这两点的结构就是本发明的结构，如图1图示的能带图所示。 
图1中的发光层100包括具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和吡嗪基有机金属络合物。由于吡嗪基有机金属络合物的LUMO能级132低于第一有机化合物的LUMO能级112和第二有机化合物的LUMO能级122，电子由吡嗪基有机金属络合物的LUMO能级132捕集。应注意到，一些电子渐渐移向空穴传输层101侧而不被捕集，但一些电子由吡嗪基有机金属络合物的LUMO能级132捕集，因为第二有机化合物具有电子传输性质。另一方面，由于第一有机化合物具有空穴传输性质，也具有空穴接受性质，空穴首先注入第一有机化合物的HOMO能级111。空穴难以注入到第二有机化合物的HOMO能级121。在此情况下，调节第一有机 化合物的量，以控制注入的空穴的迁移率，以便能够与来自电子传输层102的电子的迁移率平衡。换句话讲，在发光层100中，空穴和电子之间的平衡可以很好。因此，空穴注入吡嗪基有机金属络合物的HOMO能级131，并且与捕集的电子复合以发光。 
通过运用此灵活性，发明人发现，可最大程度地利用吡嗪基有机金属络合物的潜力(高发射效率)。意外的是，发明人还发现，本发明的图1所示结构可达到图2A和2B中结构寿命的数倍至许多倍。第一有机化合物和第二有机化合物分别用于图2A和2B中的基质。在图1中，将第一有机化合物和第二有机化合物两种类型的有机化合物用于一种基质。这一点不同于图2A和2B。通常寿命极长的现象恰好因为那一点才不能见到，这也是我们惊奇的地方。 
专利文献1还描述，可通过将混合层用于发光层达到较长寿命，并且最高提高两倍。专利文献1不能良好改善到与本发明一样的寿命。根据专利文献1，似乎混合层减少导致有机物质降解的电荷积累。然而，专利文献1似乎未涉及由吡嗪基有机金属络合物的电子捕集性质导致的载流子平衡问题。换句话讲，专利文献1使用不同于本发明的有机金属络合物。因此，可认为使用两种类型基质物质情况下的原理和效果也是不同的，这会产生寿命改善差异。专利文献1利用的磷光化合物为PtOEP(为一种卟啉络合物)和吡啶基有机金属络合物[btp2Ir(acac)]，并且它们两者均具有低电子捕集性质和高空穴捕集性质。换句话讲，这些化合物具有与本发明的吡嗪基有机金属络合物相反的性质。 
以上已关于能带图描述本发明的概念和作用。以下描述更具体的结构。 
实施方式2： 
实施方式2描述可用于本发明的发光元件结构的具体物质。图3显示发光元件的结构。 
图3显示本发明的发光元件。发光元件在作为阳极的第一电极301和作为阴极的第二电极302之间包括发光层313，发光层313包含具有空穴传输性质的第一有机化合物321、具有电子传输性质的第二有机化合物322和吡嗪基有机金属络合物323。以下描述发光层313的结构。 
在发光层313中，第一有机化合物321为具有空穴传输性质的化合物。具体地讲，可使用芳族胺化合物，例如4，4′-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：NPB)、4，4′-双[N-(9-菲基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：PPB)、4，4′-双[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：TPD)、4，4′-双[N-(9，9-二甲基芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：DFLDPBi)、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：m-MTDATA)、4，4′，4″-三(N-咔唑基]三苯基胺(缩写：TCTA)、1，1-双[4-(二苯基氨基)苯基]环己烷(缩写：TPAC)、9，9-双[4-(二苯基氨基)苯基]芴(缩写：TPAF)、4-(9-咔唑基)-4′-(5-苯基-1，3，4-二唑-2-基)三苯基胺(缩写：YGAO11)、或N-[4-(9-咔唑基)苯基]-N-苯基-9，9-二甲基芴-2-胺(缩写：YGAF)。也可使用咔唑衍生物，如4，4′-二(N-咔唑基)联苯(缩写：CBP)、1，3-双(N-咔唑基)苯(缩写：mCP)或1，3，5-三(N-咔唑基)苯(缩写：TCzB)。另外，也可用高分子化合物作为芳族胺化合物，如聚(4-乙烯基三苯基胺)(缩写：PVTPA)。作为咔唑衍生物，也可使用高分子化合物，如聚(N-乙烯基咔唑)(缩写：PVK)。上述第一有机化合物321的三重激发态能量优选大于吡嗪基有机金属络合物323的三重激发态能量。 
另一方面，第二有机化合物322为具有电子传输性质的化合物。具体地讲，可使用杂芳族化合物，例如9-[4-(5-苯基-1，3，4-二唑-2- 基)苯基]咔唑(缩写：CO11)、1，3-双[5-(对叔丁基苯基)-1，3，4-二唑-2-基]苯(缩写：OXD-7)、2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-二唑(缩写：PBD)、2，2′，2″-(1，3，5-苯三基)三(1-苯基-1H-苯并咪唑)(缩写：TPBI)、3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写：TAZ)、3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写：p-EtTAZ)、9，9′，9″-[1，3，5-三嗪-2，4，6-三基]三咔唑(缩写：TCzTRZ)、2，2′，2″-(1，3，5-苯三基)三(6，7-二甲基-3-苯基喹喔啉)(缩写：TriMeQn)、9，9′-(喹喔啉-2，3-二基二-4，1-亚苯基)二(9H-咔唑)(缩写：CzQn)、3，3′，6，6′-四苯基-9，9′-(喹喔啉-2，3-二基二-4，1-亚苯基)二(9H-咔唑)(缩写：DCzPQ)、红菲绕啉(缩写：BPhen)或浴铜灵(缩写：BCP)。可使用金属络合物，如双(2-甲基-8-羟基喹啉根)(4-苯基苯酚根)合铝(III)(缩写：BAlq)、三[2-(2-羟基苯基)-5-苯基-1，3，4-二唑根]合铝(III)(缩写：Al(OXD)3)、三(2-羟基苯基-1-苯基-1H-苯并咪唑根)合铝(III)(缩写：Al(BIZ)3)、双[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑根]合锌(II)(缩写：Zn(BTZ)2)或双[2-(2-羟基苯基)苯并唑根]合锌(II)(缩写：Zn(PBO)2)。另外可用高分子化合物作为此杂芳族化合物，如聚(2，5-吡啶-二基)(缩写：PPy)。也可使用以下参考文献中公开的金属络合物高分子化合物作为金属络合物(TAO等人，C-H BOND ACTIVATION BY A FERRIC METHOXIDE COMPLEX：MODELING THE RATE-DETERMINING STEP IN THE MECHANISM OF LIPOXYGENASE(通过甲氧基铁络合物活化C-H键：在脂加氧酶机制中模拟速率决定步骤)，APPL.PHYS.LETT.(APPLIED PHYSICS LETTERS，vol.70，No.12，1997年3月24日，第1503-1505页)。应注意到，上述第二有机化合物322的三重激发态能量优选大于吡嗪基有机金属络合物323的三重激发态能量。 
吡嗪基有机金属络合物323为具有吡嗪骨架的配位体并且中心金属为属于第9族的元素(Co、Rh、Ir)或属于第10族的元素(Ni、Pd、Pt)的有机金属络合物。另外，所述有机金属络合物具有发射磷光的性 质。以下在实施方式3中描述此吡嗪基有机金属络合物的具体结构。 
如上所述，第一有机化合物、第二有机化合物和吡嗪基有机金属络合物适当组合，构成本发明的发光元件的发光层。应注意到，发光层可包含另一种物质。 
在发光层中，优选第一有机化合物和第二有机化合物的至少一种作为基质物质，吡嗪基有机金属络合物作为客物质。这是为了防止吡嗪基有机金属络合物浓度猝灭。这也是为了通过第一有机化合物和第二有机化合物调节发光层中的载流子平衡。 
因此，在本发明的发光元件中，优选第一有机化合物和/或第二有机化合物的量大于吡嗪基有机金属络合物的量。具体地讲，其体积分数或其质量分数优选高。另外，以防止浓度猝灭的观点，吡嗪基有机金属络合物与发光层之比优选包含性为1％质量至10％质量。 
在发光层中，第一有机化合物与第二有机化合物的质量比优选为1∶20至20∶1。换句话讲，第二有机化合物与第一有机化合物的质量比优选包含性为1/20至20。具有质量比不在此范围内的第一化合物和第二化合物的发光元件可实质与如上所述图2A或2B的状态相同。 
发明人发现，其中具有电子传输性质的第二有机化合物的量等于或高于具有空穴传输性质的第一有机化合物的量的发光层的结构极为高效。这似乎是由于在一般有机化合物中的空穴迁移率高于电子迁移率所致。因此，在本发明中，第二有机化合物与第一有机化合物的质量比更优选包含性为1至20。具体地讲，对得到长寿命极有效的范围包含性为5至20。 
具体地讲，本发明所用的吡嗪基有机金属络合物的电子捕集性质 通常比第一有机化合物的LUMO能级和第二有机化合物的LUMO能级深0.2eV或更多。在此情况下，寿命提高和效率改善显著，因此，本发明的一个特点是吡嗪基有机金属络合物的LUMO能级比第一有机化合物的LUMO能级和第二有机化合物的LUMO能级深0.2eV或更多。 
下面描述发光层313以外的层。空穴传输层312和空穴注入层311不是必须提供的，但可根据需要提供。形成这些层所用的具体物质优选为空穴传输化合物，并且可使用如上所述的NPB、PPB、TPD、DFLDPBi、TDATA、m-MTDATA、TCTA、TPAC、TPAF、YGAO11、YGAF、CBP、mCP、TCzB、PVTPA、PVK等。也可使用具有低三重激发态能量的蒽衍生物，如9，10-双[4-(二苯基氨基)苯基]蒽(缩写：TPA2A)或2-叔丁基-9，10-二(2-萘基)蒽(缩写：t-BuDNA)。本发明的另一个特征是将具有低三重激发态能量的蒽衍生物施加到空穴传输层312和空穴注入层311。 
可如下解释这一特征。本发明的发光层313具有如实施方式1所述的优良载流子平衡，并且发光区域不接近发光层313和空穴传输层312之间的界面存在。因此，如果具有低于吡嗪基有机金属络合物323的三重激发态能量的物质施加到空穴传输层312，则此物质难以作为吡嗪基有机金属络合物323的猝灭剂。 
通过将以上空穴传输化合物和电子受体混合，可形成空穴传输层312或空穴注入层311。作为电子受体，除了使用例如氯醌或7，7，8，8-四氰基-2，3，5，6-四氟二甲基对苯醌(缩写：F4-TCNQ)的有机化合物外，也可使用过渡金属氧化物，如氧化钼、氧化钒或氧化铼。具体地讲，也可使用例如铜酞菁、酞菁氧钒或氟碳化合物的有机化合物或例如氧化钼、氧化钌或氧化铝的无机化合物作为空穴注入层311。空穴注入层311可具有由两层或更多层堆叠形成的多层结构。另外，空穴注入 层311和空穴传输层312可通过两种或更多种物质混合来形成。 
电子传输层314和电子注入层315不是必需的，但可根据需要提供。作为形成这些层的具体物质，电子传输化合物是优选的。可使用上述CO11、OXD-7、PBD、TPBI、TAZ、p-EtTAZ、TCzTRZ、TriMeQn、CzQn、DCzPQ、BPhen、BCP、BAlq、Al(OXD)3、Al(BIZ)3、Zn(BTZ)2、Zn(PBO)2、PPy等。可使用具有低三重激发态能量的物质，如三(8-羟基喹啉根)合铝(III)(缩写：Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉根)合铝(III)(缩写：Almq3)或双(10-羟基苯并[h]喹啉根)合铍(II)(缩写：BeBq2)(例如，据报告Alq3的磷光光谱为约650至700nm深红)。本发明的另一个特征是将具有低三重激发态能量的物质应用为电子传输层314和电子注入层315。 
可如下解释这一特征。本发明的发光层313具有如实施方式1所述的优良载流子平衡，并且发光区域不接近发光层313和电子传输层314之间的界面存在。因此，即使具有低于吡嗪基有机金属络合物323的三重激发态能量的物质施加到电子传输层314，此物质仍难以作为吡嗪基有机金属络合物323的猝灭剂。 
通过将上述电子传输化合物和电子给体混合，可形成电子传输层314和电子注入层315。作为电子给体，除了可使用有机化合物(例如四硫富瓦烯)外，也可使用碱金属(如锂或铯)、碱土金属(如镁或钙)、稀土金属(如铒或镱)或这些金属的氧化物。具体地讲，作为电子注入层315，可单独使用碱金属化合物、碱土金属化合物或稀土金属化合物，如氧化锂、氟化锂、氟化钙、氟化铒。电子注入层315可具有由两层或更多层堆叠形成的多层结构。另外，电子传输层314和电子注入层315可通过两种或更多种物质混合来形成。 
虽然第一电极301不受特别限制，如实施方式2所述，但第一电 极301在作为阳极时优选用具有高功函数的物质形成。具体地讲，除了使用氧化锡铟(ITO)、含氧化硅的氧化锡铟(ITSO)或含2至20％重量氧化锌的氧化铟(IZO)外，也可使用金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)等。第一电极301可通过例如溅射方法、蒸发方法等来形成。 
虽然第二电极302不受特别限制，如实施方式2所述，但第二电极302在作为阴极时优选用具有低功函数的物质形成。具体地讲，除了使用铝(Al)或铟(In)外，也可使用碱金属(如锂(Li)或铯(Cs))、碱土金属(如镁(Mg)或钙(Ca))或稀土金属(如铒(Er)或镱(Yb))。另外，也可使用合金，如铝-锂合金(AlLi)或镁-银合金(MgAg)。另外，在使电子传输化合物和电子给体组合成电子注入层315时，可使用具有高功函数的高透光物质。第二电极302可通过例如溅射方法、蒸发方法等来形成。 
为了将产生的光提取到外面，优选第一电极301和第二电极302之一或两者为高透光物质形成的电极，如ITO、ITSO或IZO。或者，第一电极301和第二电极302之一或两者优选为形成具有数纳米至数十纳米厚度的电极，以便能够透射可见光。 
在上述本发明的发光元件中，空穴注入层311、空穴传输层312、发光层313、电子传输层314和电子注入层315可分别由例如任何蒸发方法、喷墨方法或涂覆方法来形成。第一电极301或第二电极302也可通过例如任何溅射方法、蒸发方法、喷墨方法或涂覆方法来形成。 
可将本发明的上述发光元件应用到串联型发光元件(也称为多光子元件)。 
实施方式3：
实施方式3具体描述可用于本发明发光元件的吡嗪基有机金属络合物的结构。 
吡嗪基有机金属络合物为具有吡嗪骨架的配位体并且中心金属为属于第9族的元素(Co、Rh、Ir)或属于第10族的元素(Ni、Pd、Pt)的有机金属络合物。另外，所述有机金属络合物可具有发射磷光的性质。 
属于第9族或第10族的很多有机金属络合物显示MLCT(金属-配位体电荷转移)跃迁。具体地讲，通常在磷光化合物中观察到三重态MLCT跃迁。显示MLCT跃迁的有机金属络合物的LUMO能级由配位体的LUMO能级的等级决定。因此，如果使用具有高LUMO能级的配位体，则有机金属络合物的LUMO能级也高，如果配位体具有低LUMO能级，则有机金属络合物的LUMO能级也低。吡嗪具有低于吡啶的LUMO能级，因此本发明的吡嗪基有机金属络合物显示低于常规吡啶基有机金属络合物的LUMO能级(即，较高的电子捕集性质)。 
在本发明中使用的吡嗪基有机金属络合物的配位体可具有吡嗪骨架。具体地讲，当配位体为2-芳基吡嗪衍生物时，配位体可环金属化到中心金属。环金属化的络合物可实现高磷光量子产率。因此，配位体优选为2-芳基吡嗪衍生物。 
作为其2-芳基吡嗪衍生物环金属化的有机金属络合物，可给出由以下通式(G1)表示的有机金属络合物。 
在上式中，Ar表示亚芳基。R1表示烷基或芳基。R2表示氢、烷基或芳基。R3表示氢或烷基。另外，R2和R3可相互结合形成脂环。另外，M为中心金属，并且表示属于第9族的元素或属于第10族的元素。 
另外，当为2-芳基吡嗪衍生物种类的2-苯基吡嗪衍生物为配位体时，配位体可邻金属化到中心金属(邻金属化为环金属化的种类)。发明人发现，其中2-苯基吡嗪邻金属化的此邻金属络合物可实现特别高的磷光量子产率。因此，配位体的优选方式为2-苯基吡嗪衍生物。 
作为其中2-苯基吡嗪衍生物邻金属化的有机金属络合物，可给出具有由以下通式(G2)表示的结构的有机金属络合物。 
在上式中，R1表示烷基或芳基。R2表示氢、烷基或苯基。R3表示氢或烷基。另外，R2和R3可相互结合形成脂环。R4至R7表示任何氢、烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基和烷氧羰基。另外，M为中心金属，并且表示属于第9族的元素或属于第10族的元素。 
在其中2-苯基吡嗪衍生物邻金属化的有机金属络合物中，其中2，5-二苯基吡嗪衍生物邻金属化的有机金属络合物具有更深的LUMO能级。因此，在配位体为2，5-二苯基吡嗪衍生物时，本发明发光元件的效果显著，这是优选的。 
作为其中2，5-二苯基吡嗪衍生物邻金属化的有机金属络合物，可 给出具有以下通式(G3)的有机金属络合物。 
在上式中，R1表示烷基或苯基。R3表示氢或烷基。R4至R12表示任何氢、烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基和烷氧羰基。另外，M为中心金属，并且表示属于第9族的元素或属于第10族的元素。 
具体地讲，具有由通式(G1)至(G3)表示的结构的有机金属络合物优选为具有吡嗪衍生物以外的由通式(G4)至(G6)表示的配位体L的混合配位体有机金属络合物。这是因为此类络合物容易合成。 
在上式中，Ar表示亚芳基。R1表示烷基或芳基。R2表示氢、烷基或芳基。R3表示氢或烷基。另外，R2和R3可相互结合形成脂环。另外，M为中心金属，并且表示属于第9族的元素或属于第10族的元素。L为单阴离子配位体。当M为属于第9族的元素时，n为2(n＝2)，并且当M为属于第10族的元素时，n为1(n＝1)。 
在上式中，R1表示烷基或苯基。R2表示氢、烷基或苯基。R3表示氢或烷基。另外，R2和R3可相互结合形成脂环。R4至R7表示任何氢、烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基和烷氧羰基。另外，M为中心金属，并且表示属于第9族的元素或属于第10族的元素。L为单阴离子配位体。当M为属于第9族的元素时，n为2(n＝2)，而当M为属于第10族的元素时，n为1(n＝1)。 
在上式中，R1表示烷基或苯基。R3表示氢或烷基。R4至R12表示任何氢、烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基和烷氧羰基。另外，M为中心金属，并且表示属于第9族的元素或属于第10族的元素。L为单阴离子配位体。当M为属于第9族的元素时，n为2(n＝2)，并且当M为属于第10族的元素时，n为1(n＝1)。 
就重原子效应而论，以上吡嗪基有机金属络合物的中心金属优选为铱或铂。具体地讲，铱是优选的，因为铱可提供显著重原子效应，极高效率，并且化学稳定。 
下面详细描述以上通式(G1)至(G6)中的亚芳基Ar、各取代基R1至R12和单阴离子配位体L。 
作为亚芳基Ar，优选使用具有6至25个碳原子的亚芳基，具体地讲，可使用亚苯基、亚久洛尼定基(julolidilene)、亚萘基(naphtylene)、螺芴-二基、9，9-二甲基芴-二基(9，9-dimetylfluoren-diyls)、9，9-二烷基芴-二基(9，9-dialkylfluonren-diyls)。另外，这些亚芳基Ar可具有取代基。作为此时的取代基，可使用烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基、烷氧羰基等。 
接着，基团R1表示烷基或苯基。另外，所述苯基可具有取代基。作为此时的取代基，可使用烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基、烷氧羰基等。 
R2表示氢、烷基或苯基。另外，所述苯基可具有取代基。作为此时的取代基，可使用烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基、烷氧羰基等。 
R3表示氢或烷基。另外，R2和R3可相互结合形成脂环。具体地讲，R2和R3可相互结合形成1，4-亚丁基。 
R4至R12表示氢、烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基或烷氧羰基。 
在以上结构中，烷基优选具有1至4个碳原子，具体地讲，可为甲基、乙基、异丙基、叔丁基等。另外，氟基和氯基为卤素基团的候选，就化学稳定性而论，氟基团优选。作为卤代烷基，三氟甲基是优选的。另外，烷氧基优选具有1至4个碳原子，具体地讲，为甲氧基、乙氧基、异丙氧基和叔丁氧基。另外，烷氧羰基优选具有2至5个碳 原子，具体地讲，甲氧羰基、乙氧羰基、异丙氧羰基和叔丁氧羰基为烷氧羰基的候选。 
以下描述单阴离子配位体L。单阴离子配位体L优选为具有β-二酮结构的单阴离子二齿螯合配位体、具有羧基的单阴离子二齿螯合配位体、具有酚羟基的单阴离子二齿螯合配位体或其中两个配位体元素均为氮的单阴离子二齿螯合配位体，因为它们具有高配位能力。更具体地讲，为由以下结构式(L1)至(L8)表示的单阴离子配位体。然而单阴离子配位体L不限于这些配位体。 
可由以上所述方式构成可在本发明中使用的吡嗪基有机金属络合物。以下给出具体结构式(结构式(1)至(17))。应注意到，本发明的吡嗪基有机金属络合物不限于这些络合物。 
实施方式4： 
实施方式4说明图像显示器装置作为具有本发明发光元件的发光装置的实例。 
本实施方式关于图31A和31B描述在像素部分具有本发明发光元件的图像显示器装置。图31A为图示说明发光装置的顶视图，而图31B为沿图31A的线A-A′和B-B′截取的横截面视图。该图像显示器装置包括用虚线显示的驱动电路部分(源侧驱动电路)601；用虚线显示的像素部分602；和用虚线显示的驱动电路部分(栅侧驱动电路)603，以控制发光元件的发射。另外，附图标号604表示密封基片，605表示密封材料，607表示由密封材料605包围的空间。 
提供引线608用于将待输入信号传送到源侧驱动电路601和栅侧驱动电路603，并从作为外输入端的FPC(柔性印刷电路)609接收视频信号、时钟信号、启动信号、复位信号等。虽然在此只显示FPC，但FPC可提供有印刷线路板(PWB)。本说明书中的发光装置不仅包括发光装置本身，而且发光装置具有连接到它上面的FPC或PWB。 
下面参考图31B描述横截面结构。在元件基片610上形成驱动电路部分和像素部分。在此显示源侧驱动电路601(为驱动电路部分)和在像素部分602中的一个像素。 
在源侧驱动电路601中形成其中n-沟道TFT623和p-沟道TFT624组合的CMOS电路。通过使用不同电路，如CMOS电路、PMOS电路或NMOS电路，可形成此驱动电路。虽然此实施方式说明其中在基片上形成驱动电路的驱动集成类型，但本发明不限于此，驱动电路可形成于基片之外，不在基片之上。 
像素部分602包括多个像素，分别包括开关TFT611、电流控制TFT612和电连接到电流控制TFT612漏极的第一电极613。形成绝缘体614以覆盖第一电极613的末端部分。在此，绝缘体614用正性光敏丙烯酸类树脂薄膜形成。 
为了提高覆盖率，形成绝缘体614的上端部分或下端部分，以便具有具曲率的弯曲表面。例如，在正性光敏丙烯酸类用于绝缘体614的情况下，优选只有绝缘体614的上端部分具有具曲率的弯曲表面(曲率半径为0.2至3μm)。作为绝缘体614，可使用用光照射变得不溶于蚀刻剂的负型或用光照射变得溶于蚀刻剂的正型。 
在第一电极613上形成包括发光层的层616和第二电极617。在此，第一电极613可用各种金属、合金、导电化合物或其混合物形成。在用第一电极作为阳极时，在那些物质中，优选使用具有高功函数(功函数4.0eV或更高)的金属、合金、导电化合物或其混合物等。例如，可使用单层含硅的氧化锡铟、氧化锌铟(IZO)、氮化钛薄膜、铬薄膜、钨薄膜、Zn薄膜、Pt薄膜等。另外，可使用包括氮化钛薄膜和含铝作为其主要组分的薄膜的多层，包括氮化钛薄膜、含铝作为其主要组分的薄膜和氮化钛薄膜的三层结构等。多层结构实现具有低布线电阻，有利的电阻接触和作为阳极的功能。 
包括发光层的层616通过多种方法来形成，如使用蒸发掩模的蒸发方法、喷墨方法、旋涂方法等。包括发光层的层616具有实施方式1至实施方式3所述的发光层。作为包括发光层的层616所用的另一种物质，可使用低分子物质、具有高分子物质和低分子物质之间的中间性质的中分子物质(包括低聚物和树枝状大分子)或高分子物质。作为包括发光层的层所用的物质，不仅可使用有机化合物，而且可使用无机化合物。 
作为第二电极617所用物质，可使用各种类型的金属、合金、导电化合物、这些物质的混合物等。在用第二电极作为阴极时，在那些物质中，优选使用分别具有低功函数(功函数3.8eV或更低)的金属、合金、导电化合物、这些物质的混合物等。作为实例，可以为周期表中属于第1族或第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))或含这些元素的合金(如Mg：Ag或Al：Li)等。在包括发光层的层616中产生的光透过第二电极617的情况下，第二电极617优选用多层其厚度制得很薄的金属薄膜和透明导电薄膜(氧化锡铟(ITO)、含硅或氧化硅的氧化锡铟、氧化锌铟(IZO)、含氧化钨和氧化锌的氧化铟(IWZO)等)来形成。 
在密封基片604和元件基片610通过密封材料605相互结合时，发光元件618在元件基片610、密封基片604和密封材料605包围的空间607中提供。空间607可用填料填充，并且可用惰性气体(如氮气或氩气)、密封材料605等填充。 
环氧基树脂优选用于密封材料605。此材料优选尽可能少的使水分和氧透过。作为密封基片604所用材料，除了玻璃基片或石英基片外，也可使用由FRP(玻璃纤维增强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯、丙烯酸类等制成的塑性基片。 
以此方式，可提供具有本发明的发光元件的有源矩阵图像显示器装置。 
虽然此实施方式描述其中发光元件的驱动受晶体管控制的有源矩阵类型图像显示器装置，但图像显示器装置可以为其中不用特别提供驱动元件(如晶体管)驱动发光元件的无源类型。图32为通过应用本发明制造的无源类型图像显示器装置的透视图。在图32中，包括发光层的层955在基片951上的电极952和电极956之间提供。电极952 的末端部分用绝缘层953覆盖。然后，在绝缘层953上提供分隔层954。分隔层954的侧壁具有使一个侧壁和另一个侧壁之间的距离随着接近基片表面变得更短的梯度。也就是说，分隔层954在短侧方向的横截面为梯形，其中下侧(与绝缘层953接触的与绝缘层953表面方向相同方向的一侧)短于上侧(与绝缘层953不接触的与绝缘层953的表面方向相同方向的一侧)。以此方式，通过提供分隔层954，可避免由于静电等导致的发光元件中的缺陷问题。 
如上所述，在实施方式4中所述的本发明的图像显示器装置具有实施方式1至3所述的本发明的发光元件。因此，图像显示器装置具有高发射效率和长寿命。因此，使用本发明发光元件的图像显示器装置消耗低电功率，并且具有长寿命。 
可使实施方式4与任何其他实施方式自由组合。 
实施方式5
可将本发明的发光元件用于照明装置，这是发光装置的一个实例，因为本发明的发光元件具有高发射效率和长寿命。实施方式5描述使用本发明发光元件的照明装置的应用实例。 
图4A显示液晶显示器装置的一个实例，其中用本发明的发光元件作为背光。图4A所示的液晶显示器装置包括外壳401、液晶层402、背光403和外壳404，其中液晶层402连接到驱动IC405上。背光403使用本发明的发光元件，电流通过终端406提供到背光403。 
在将本发明的发光元件用作液晶显示器装置的背光时，可得到具有高发射效率和长寿命的背光。另外，由于利用本发明发光元件的背光为表面发光的照明装置并且可大面积形成，因此，可使背光做得更大，并且液晶显示器装置也可具有大面积。另外，由于发光装置薄且 消耗较小电功率，因此可减小显示器装置的厚度和功率消耗。 
图4B显示利用本发明发光元件的照明装置用作台灯光源的一个实例。图4B所示的台灯包括外壳411和光源412。本发明的发光元件用作光源412。由于本发明的发光元件具有长寿命，因此台灯也可具有长寿命。 
在实施方式5中所述的本发明的照明装置具有实施方式1至3所述的本发明的发光元件。因此，所述照明装置具有高发射效率和长寿命。因此，使用本发明发光元件的照明装置消耗低电功率，并且具有长寿命。 
实施方式6：
在实施方式4中所述的本发明的图像显示器装置可显示极佳的图像。因此，通过将本发明的图像显示器装置应用于电子装置的显示器部分，可得到能够提供极佳图像的电子装置。另外，包括本发明发光元件的图像显示器装置或照明装置(即发光装置)消耗低功率，并且具有长寿命。因此，通过将本发明的发光装置应用于电子装置的显示器部分，可得到具有低功率消耗的电子装置，例如可得到具有长电池待机时间等的电话机或类似装置。以下显示电子装置的实施方案，所述电子装置结合有应用本发明发光元件的发光装置。 
图5A为通过应用本发明制造的电脑，电脑包括主体511、壳体512、显示器部分513、键盘514等。通过在显示器部分结合包含本发明发光元件的发光装置，可完成电脑。 
图5B为通过应用本发明制造的电话机，其中主体522包括显示器部分521、音频输出部分524、音频输入部分525、操作键526和527、天线523等。通过在显示器部分结合包含本发明发光元件的发 光装置，可完成电话机。 
图5C为通过应用本发明制造的电视接收机，包括显示器部分531、壳体532、扬声器533等。通过在显示器部分结合包含本发明发光元件的发光装置，可完成电视接收机。 
如上所述，本发明的发光装置非常适用于各种电子装置的显示器部分。 
虽然在实施方式5中描述了电脑等装置，但也可在导航系统、照明装置等中安装具有本发明发光元件的发光装置。 
实施例1 
在实施例1中评价可用于本发明发光元件的有机金属络合物(吡嗪基有机金属络合物)的电子捕集性质。有机金属络合物具有具吡嗪骨架的配位体和属于第9族或第10族元素的中心金属。 
在评价中，通过循环伏安(CV)检测方法检测吡嗪基有机金属络合物的还原反应性质，并从评价结果计算LUMO能级。为了比较，以相同方式计算常规吡啶基有机金属络合物和作为基质物质的物质的LUMO能级，并与吡嗪基有机金属络合物的LUMO能级比较。应注意到，检测使用电化学分析仪(ALS600A或600C型，BAS Inc.制造)。 
CV检测所用溶液使用脱水二甲基甲酰胺(DMF，Aldrich制造，99.8％，目录编号：22705-6)作为溶剂。在溶剂中溶解高氯酸四正丁基铵(n-Bu4NClO4，Tokyo Chemical Industry Co.，Ltd.制造，目录编号：T0836)作为支持电解质，使得高氯酸四正丁基铵的浓度为100mmol/L。另外，将待检测的目标物质溶解，以便将其浓度调整到1mmol/L。另外，用铂电极(PTE铂电极，BAS Inc.制造)作为工作电极。用铂电极 (VC-3Pt反电极(5cm)，BAS Inc.制造)作为反电极。用Ag/Ag+电极(RE5非水溶剂参比电极，BAS Inc.制造)作为参比电极。要注意测量在室温进行(20℃至25℃)。另外，CV检测的扫描速度为0.1V/sec。 
(计算相对于参比电极的真空能级的位能) 
首先计算相对于本实施例中所用参比电极(Ag/Ag+电极)的真空能级的位能(eV)。换句话讲，计算Ag/Ag+电极的Fermi能级。已知二茂铁在甲醇中的氧化还原电位为相对于标准氢电极+0.610[V vs.SHE](参考Christian R.Goldsmith等人，J.Am.Chem.Soc，Vol.124，No.1，83-96，2002)。另一方面，在通过本实施例中所用的参比电极计算二茂铁在甲醇中的氧化还原电位时，二茂铁在甲醇中的氧化还原电位为+0.20V[vs.Ag/Ag+]。因此发现，本实施例中所用的参比电极的位能比标准氢电极的位能低0.41[eV]。 
应注意到，已知自标准氢电极的真空能级的位能为-4.44eV(参考：ONISHI.T等人，High molecular EL materials-development of light-emitting high molecular compounds-(高分子EL物质-发光高分子化合物的发展)，2004，第64-67页，KYORITSU SHUPPAN)。因此，相对于参比电极的真空能级的本实施例中所用位能如下：-4.44-0.41＝-4.85[eV]。 
(检测实施例：结构式(9)) 
在此检测实施例中描述通过CV检测计算LUMO能级，以结构式(9)表示的Ir(tppr)2(acac)作为实例。图30为显示还原反应特性的CV检测结果的曲线图。在还原反应特性检测中，工作电极相对于参比电极的电位从-0.34移到-2.40V，然后从-2.40V移到-0.34V。 
如图30所示，还原峰电位Epc为-1.88V。氧化峰电位Epa为-1.82V。因此，半波电位(Epc和Epa之间的中间电位)计算为-1.85V。这表明， Ir(tppr)2(acac)被-1.85(V vs.Ag/Ag+)的电能还原，此能量相当于LUMO能级。如上所述，实施例1中所用的参比电极相对于真空能级的位能为-4.85[eV]，因此发现由结构式(9)表示的吡嗪基有机金属络合物的LUMO能级如下：-4.85-(-1.85)＝-3.00[eV]。 
(检测结果) 
以相同方式检测在实施方式3中公开的吡嗪基有机金属络合物的LUMO能级。为了比较，检测吡啶基有机金属络合物(如[btpIr(acac)](以下结构式(I))和Ir(ppy)2(acac)(以下结构式(II))的LUMO能级。[btpIr(acac)]为专利文献1所用的有机金属络合物。另外，作为参比，同样评价广泛用作红色磷光化合物的基质物质的电子传输化合物BAlq(以下结构式(III))的LUMO能级。 
结果显示于表1中。从表1看到，与吡啶基有机金属络合物比较(表1中(I)至(III))，所有的吡嗪基有机金属络合物(表1中(1)、(3)-(9)、(13)-(15)和(17))具有较深的LUMO能级，均深于-2.7eV。吡嗪基有机金属络合物的LUMO能级深于BAlq的LUMO能级。另一方面，吡啶基有机金属络合物具有浅于BAlq的LUMO能级。因此，从本实施例的结果显示，在本发明中使用的吡嗪基有机金属络合物具有相对较高的电子捕集性质。 
[表1] 
实施例2 
实施例2具体举例说明与比较实施例相关的本发明的发光元件。以下显示实施例2所用物质的分子结构。另外，图3图示说明元件的结构。 
制造本发明的发光元件1、本发明的发光元件2、比较性发光元件3和比较性发光元件4
首先制备在上面形成110nm厚氧化硅锡铟(ITSO)薄膜的玻璃基片。ITSO表面的周边用聚酰亚胺薄膜覆盖，以暴露表面的2mm×2mm区域。应注意到，ITSO是作为发光元件的阳极的第一电极301。作为对形成发光元件的预处理，将基片的表面用多孔树脂刷清洗，在200℃烘烤1小时，并经过UV臭氧处理370秒。 
然后，将基片固定到在真空蒸发装置中提供的固定器上，以使提供有ITSO的表面面向下。 
在真空蒸发装置中的压力降低到10-4pa后，使由结构式(i)表示的NPB和氧化钼(VI)共蒸发，以满足NPB∶氧化钼(VI)＝4∶1(质量比)，由此形成空穴注入层311。其厚度为50nm。应注意到，共蒸发方法是其中多种不同物质从各自不同的蒸发源同时蒸发的蒸发方法。下一步，蒸发10nm厚NPB，由此形成空穴传输层312。 
另外在空穴传输层312上形成具有30nm厚度的发光层313。各发光元件1、发光元件2、比较性发光元件3和比较性发光元件4的发光层313的结构显示于表2中。发光元件1和发光元件2为本发明的发光元件，两种发光元件利用NPB作为第一有机化合物，由结构式(ii)表示的BAlq作为第二有机化合物，由实施方式3中结构式(9)表示的Ir(tppr)2(acac)作为吡嗪基有机化合物。从表2看到，在发光元件1和发光元件2之间的NPB与BAlq之比不同。另一方面，比较性发光元件3只利用NPB作为基质物质，而不使用BAlq。另外，比较性发光元件4只利用BAlq作为基质物质，而不使用NPB。发光层313均通过共蒸发方法来形成。 
[表2] 
  发光层中的物质比(质量比)
发光元件1 NPB∶BAlq∶Ir(tppr)2(acac)＝025∶1∶0.06
发光元件2 NPB∶BAlq∶Ir(tppr)2(acac)＝0.10∶1∶0.06
比较性发光元件3 NPB∶Ir(tppr)2(acac)＝1∶0.06
比较性发光元件4 BAlq∶Ir(tppr)2(acac)＝1∶006
然后，在发光层313上蒸发10nm厚BAlq，由此形成电子传输层314。另外，在电子传输层314上共蒸发由结构式(iii)表示的Alq3和锂 (Li)，以满足Alq3∶Li=1∶0.01(质量比)，由此形成电子注入层315。其厚度为50nm。最后形成200nm厚铝，作为充当阴极的第二电极302，由此形成发光元件。应注意到，在以上蒸发方法中，蒸发全部通过电阻加热方法来进行。 
发光元件1、发光元件2、比较性发光元件3和比较性发光元件4的工作特性
在具有氮气气氛的手套箱中密封如上所述得到的发光元件1、发光元件2、比较性发光元件3和比较性发光元件4以免暴露于空气后，检测这些发光元件的工作特性。应注意，检测在室温进行(在25℃保持的气氛)。 
图6A显示发光元件的电流密度-亮度特性，图6B显示其电压-亮度特性。图7显示这些发光元件的亮度-电流效率特性。图8显示这些发光元件的发射光谱。发光元件的发射光谱几乎相同，发射为来源于Ir(tppr)2(acac)的红色发射。应注意，只对比较性发光元件3略微观察到BAlq的发射在480nm左右。 
从图7看到，比较性发光元件3和比较性发光元件4的电流效率均在实用亮度区域(100cd/m2或更大)显著降低。比较性发光元件3处于实施方式1的图2A所示状态。由于将具有高电子捕集性质的Ir(tppr)2(acac)加入到为空穴传输化合物的NPB，发光区域限于发光层313和电子传输层314之间的界面附近。在图8的比较性发光元件3的光谱中，略微观察到电子传输层314所用BAlq的发射。换句话讲，可看到空穴达到电子传输层314，这导致电流效率降低。比较性发光元件4处于实施方式1的图2B所示状态。由于将具有高电子捕集性质的Ir(tppr)2(acac)加入到为电子传输化合物的BAlq，因此认为载流子平衡差，并且电流效率降低。另外从图6B明显看出，驱动电压高。 
另一方面，从图7明显看出，本发明的发光元件1和发光元件2显示极高的发射效率。具体地讲，从表3明显看出，它们的外量子效率显著，在1000cd/m2高于20％。 
下一步，将初始亮度设定在1000cd/m2，并在恒定电流密度驱动这些元件。那时得到如图9见到的亮度衰减曲线。图9为初始亮度为100时的曲线图，其中横轴表示时间，纵轴表示相对亮度(％)。从图9明显看出，本发明发光元件的寿命极大提高。 
表3显示在1000cd/m2的特性和寿命比较。应注意到，由于元件达到亮度半衰期花很多时间，因此就达到亮度减小10％的周期而言比较元件的寿命。 
[表3] 
*外推值 
在只使用NPB作为基质物质的比较性发光元件和只使用BAlq作为基质物质的比较性发光元件4的电流效率、外量子效率和功率效率极低。相反，从表3明显看出，将NPB和BAlq用于发光层的发光元件1和发光元件2的电流效率、外量子效率和功率效率极高。这些结果不能从单独使用的NPB或BAlq的特性预料。同样情况也适用于寿命。具体地讲，发光元件2可具有极长寿命，据估计其亮度半衰期为约50,000小时。 
如上所述，可发现本发明的发光元件能够取得高发射效率和长寿命两种特性。因此，通过实施本发明，可提供具有高发射效率和长寿命的发光元件。 
实施例3 
实施例3具体描述本发明的发光元件(发光元件5)的制造实施例。图3显示发光元件的结构。 
制造本发明的发光元件5
以实施例2中发光元件1相同的方式形成空穴注入层311和空穴传输层312。发光层313形成于空穴传输层312上。发光层313包含NPB作为第一有机化合物，BAlq作为第二有机化合物，由实施方式3中结构式(9)表示的Ir(tppr)2(acac)作为吡嗪基有机金属络合物。发光层313通过共蒸发，使得质量比为NPB∶BAlq∶Ir(tppr)2(acac)＝0.1∶1∶0.06来形成。厚度为50nm。 
下一步蒸发10nm厚Alq3，以形成电子传输层314。在电子传输层314上以Alq3∶Li＝1∶0.01质量比共蒸发Alq3和锂(Li)，以形成电子注入层315。厚度为20nm。最后形成200nm厚铝，作为充当阴极的第二电极302。以此方式制造本发明的发光元件。所有以上蒸发过程通过电阻加热来进行。 
发光元件5的工作特性
在具有氮气气氛的手套箱中密封如此得到的发光元件5，以免发光元件暴露于空气，并检测发光元件的工作特性。应注意，检测在室温进行(在25℃保持的气氛)。 
图10A显示发光元件5的电流密度-亮度特性，图10B显示其电压-亮度特性。图11显示发光元件5的亮度-电流效率特性和亮度-外量子效率特性。图12显示发光元件5的发射光谱。发光元件5的发射光谱来源于Ir(tppr)2(acac)。 
从图12看到，发光元件5的发射光谱峰在620nm左右，发光元件5显示红色发射，其CIE色度坐标为(x，y)＝(0.65，0.35)。 
同样从图11看到，本发明的发光元件5的电流效率在200cd/m2达到最大30cd/A，这是极高的效率。此情况下的外量子效率为23％。另外，在被认作为实用亮度区域的1000cd/m2，电流效率为27cd/A(外量子效率为20％)，为极高效率。 
发光元件5使用具有低于作为发光物质的Ir(tppr)2(acac)(发射波长：620nm或更小)的三重激发态能量的Alq3作为电子传输层314与发光层313接触。尽管如此，仍可取得如上所述外量子效率高于20％的高效率。这表明，本发明发光元件中的发光区域不只位于发光层313和电子传输层314之间的界面。这也是本发明的一个特征。 
下一步，将初始亮度设定在1000cd/m2，并在恒定电流密度驱动所述元件。那时得到如图13见到的亮度衰减曲线。图13为初始亮度为100时的曲线图，其中横轴表示时间，纵轴表示相对亮度(％)。从图13明显看出，本发明的发光元件5具有极长寿命，因为从图13中曲线的外推值估计，10％亮度衰减时间为4000小时长。另外，估计其亮度半衰期为约100,000小时。 
实施例4 
实施例4具体举例说明与比较性实施例相关的本发明的发光元 件。另外，图3图示说明元件的结构。 
制造发光元件6、比较性发光元件7和比较性发光元件8
以与实施例2的发光元件2相同的方式制造本发明的发光元件6，不同之处在于发光层313的Ir(tppr)2(acac)变为Ir(dppr)2(acac)(实施方式3中的结构式(1))，并且电子注入层315的厚度为40nm。另外，以与实施例2的比较性发光元件3相同的方式制造比较性发光元件7，不同之处在于发光层313的Ir(tppr)2(acac)变为Ir(dppr)2(acac)，并且电子注入层315的厚度为40nm。另外，以与实施例2的比较性发光元件4相同的方式制造比较性发光元件8，不同之处在于发光层313的Ir(tppr)2(acac)变为Ir(dppr)2(acac)，并且电子注入层315的厚度为40nm。概括地讲，发光元件6、比较性发光元件7和比较性发光元件8具有相互不同的发光层313结构，如表4所示，但发光层313以外的其他层以相同方式制造。 
[表4] 
  发光层中的物质比(质量比)
发光元件6 NPB∶BAlq∶Ir(dppr)2(acac)＝0.10∶1∶0.06
比较性发光元件7 NPB∶Ir(dppr)2(acac)＝1∶006
比较性发光元件8 BAlq∶Ir(dppr)2(acac)＝1∶0.06
发光元件6、比较性发光元件7和比较性发光元件8的工作特性
在具有氮气气氛的手套箱中密封如此得到的发光元件6、比较性发光元件7和比较性发光元件8，以免发光元件暴露于空气，并检测发光元件的工作特性。应注意，检测在室温进行(在25℃保持的气氛)。 
图14A显示发光元件的电流密度-亮度特性，图14B显示其电压- 亮度特性。图15显示发光元件的亮度-电流效率特性。图16显示发光元件的发射光谱。发光元件的发射光谱几乎相同，发射为来源于Ir(dppr)2(acac)的橙色(应注意，只有比较性发光元件7略微发射短波长的光)。 
从图15明显看出，比较性发光元件8的电流效率在实用亮度区域(100cd/m2或更大)降低。比较性发光元件8处于实施方式1的图2B所示状态。由于将具有高电子捕集性质的Ir(dppr)2(acac)加入到为电子传输化合物的BAlq，因此认为载流子平衡差，并且电流效率降低。另外从图14B明显看出，驱动电压高。 
比较性发光元件7具有类似于图2A的方式，然而其初始特性几乎与本发明的发光元件6相同。这似乎是由于观察不到电子传输层314所用BAlq的发射，与实施例2的比较性发光元件3不同。从实施例1看到，实施例4所用的Ir(dppr)2(acac)具有比实施例2所用Ir(tppr)2(acac)弱的电子捕集特性。因此可以推断，在比较性发光元件7中，有或多或少的电子达到发光层313的内侧，并且电子传输层314所用BAlq的发射受到抑制。 
然而，意外的是见到本发明的发光元件6和比较性发光元件7之间的显著寿命差异。初始亮度设定在1000cd/m2，并在恒定电流密度驱动这些元件。此情况下的亮度衰减曲线显示于图17中。图17为初始亮度为100时的曲线图，其中横轴表示时间，纵轴表示相对亮度(％)。从图17明显看出，只有本发明发光元件6的寿命极大提高。 
表5显示在1000cd/m2的特性和寿命比较。 
[表5] 
*外推值 
在表5中看到，只使用BAlq作为基质物质的比较性发光元件8的电流效率、外量子效率和功率效率极低，而使用NPB和BAlq两种作为基质物质的发光元件6和只使用NPB作为基质物质的比较性发光元件7的电流效率、外量子效率和功率效率极高。关于寿命，比较性发光元件7和比较性发光元件8的亮度半衰期均在100小时左右，而本发明的发光元件6的亮度半衰期从外推值估计为约4000小时。 
具体地讲，虽然发光元件6和比较性发光元件7具有几乎相同的初始特性，但发光元件的寿命显著不同，这是一个惊人的结果。原因不能确定，然而，一般认为在比较性发光元件7中，电子传输层314所用BAlq的激发态由于发光区域可能以某种方式影响寿命。 
如上所述，可发现本发明的发光元件能够取得高发射效率和长寿命两种特性。因此，通过实施本发明，可提供具有高发射效率和长寿命的发光元件。 
实施例5 
实施例5具体举例说明与比较性实施例相关的本发明的发光元件。另外，图3图示说明元件的结构。 
制造发光元件9和比较性发光元件10
以与实施例2的发光元件2相同的方式制造本发明的发光元件9，不同之处在于发光层313的BAlq变为由结构式(iv)表示的CO11。应注意到，NPB、CO11和Ir(tppr)2(acac)的比例为NPB∶CO11∶Ir(tppr)2(acac)＝0.5∶1∶0.06(质量比)。另外，以与实施例2的比较性发光元件3相同的方式制造比较性发光元件10，不同之处在于发光层313的BAlq变为CO11。CO11为具有1，3，4-二唑骨架的杂芳族化合物。 
发光元件9和比较性发光元件10的工作特性
在具有氮气气氛的手套箱中密封如此得到的发光元件9和比较性发光元件10，以免发光元件暴露于空气，并检测发光元件的工作特性。应注意，检测在室温进行(在25℃保持的气氛)。 
图18A显示发光元件的电流密度-亮度特性，图18B显示其电压-亮度特性。图19显示发光元件的亮度-电流效率特性。图20显示发光元件的发射光谱。发光元件的发射光谱几乎相同，发射为来源于Ir(tppr)2(acac)的红色。 
从图19看到，比较性发光元件10的电流效率在实用亮度区域(100cd/m2或更大)降低。比较性发光元件10处于实施方式1的图2B所示状态。由于将具有高电子捕集性质的Ir(tppr)2(acac)加入到为电子传输化合物的CO11，因此认为载流子平衡差，并且电流效率降低。另外从图18B明显看出，驱动电压高。另一方面，从图19明显看出， 本发明的发光元件9显示高发射效率。 
下一步，将初始亮度设定在1000cd/m2，并在恒定电流密度驱动这些元件。因此得到如图21见到的亮度衰减曲线。图21为初始亮度为100时的曲线图，其中横轴表示时间，纵轴表示相对亮度(％)。从图21明显看出，本发明发光元件的寿命极大提高。表6显示在1000cd/m2的特性和寿命比较。 
[表6] 
*外推值 
如上所述，可发现本发明的发光元件能够取得高发射效率和长寿命两种特性。因此，通过实施本发明，可提供具有高发射效率和长寿命的发光元件。 
实施例6 
实施例6具体举例说明与比较性实施例相关的本发明的发光元件。另外，图3图示说明元件的结构。 
制造本发明的发光元件11和比较性发光元件12
以与实施例2的发光元件2相同的方式制造本发明的发光元件11，不同之处在于发光层313的BAlq变为由结构式(V)表示的CzQn。应注意到，NPB、CzQn和Ir(tppr)2(acac)的比例为NPB∶CzQn∶Ir(tppr)2(acac)＝0.25∶1∶0.06(质量比)。另外，以与实施例2的比较 性发光元件3相同的方式制造比较性发光元件12，不同之处在于发光层313的BAlq变为CzQn。CzQn为具有喹喔啉骨架的杂芳族化合物。 
发光元件11和比较性发光元件12的工作特性
在具有氮气气氛的手套箱中密封如此得到的发光元件11和比较性发光元件12，以免发光元件暴露于空气，并检测发光元件的工作特性。应注意，检测在室温进行(在25℃保持的气氛)。 
图22A显示发光元件的电流密度-亮度特性，图22B显示其电压-亮度特性。图23显示发光元件的亮度-电流效率特性。图24显示发光元件的发射光谱。发光元件的发射光谱几乎相同，发射为来源于Ir(tppr)2(acac)的红色。 
从图23明显看出，比较性发光元件12的电流效率在实用亮度区域(100cd/m2或更大)降低。比较性发光元件12处于实施方式1的图2B所示状态。由于将具有高电子捕集性质的Ir(tppr)2(acac)加入到为电子传输化合物的CzQn，因此认为载流子平衡差，并且电流效率降低。另外从图22B明显看出，驱动电压高。另一方面，从图23明显看出，本发明的发光元件11显示高发射效率。 
下一步，将初始亮度设定在1000cd/m2，并在恒定电流密度驱动 这些元件。那时得到如图25见到的亮度衰减曲线。图25为初始亮度为100时的曲线图，其中横轴表示时间，纵轴表示相对亮度(％)。从图25明显看出，本发明发光元件的寿命极大提高。表7显示在1000cd/m2的特性和寿命比较。 
[表7] 
*外推值 
如上所述，可发现本发明的发光元件能够取得高发射效率和长寿命两种特性。因此，通过实施本发明，可提供具有高发射效率和长寿命的发光元件。 
实施例7 
实施例7具体举例说明与比较性实施例相关的本发明的发光元件。另外，图3图示说明元件的结构。 
制造本发明的发光元件13和比较性发光元件14
以与实施例2的发光元件2相同的方式制造本发明的发光元件13，不同之处在于发光层313的BAlq变为由结构式(Vi)表示的DCzPQ。应注意到，NPB、DCzPQ和Ir(tppr)2(acac)的比例为NPB∶DCzPQ∶Ir(tppr)2(acac)＝0.5∶1∶0.06(质量比)。另外，以与实施例2的比较性发光元件3相同的方式制造比较性发光元件14，不同之处在于发光层313的BAlq变为DCzPQ。DCzPQ为具有喹喔啉骨架的杂芳族化合物。 
发光元件13和比较性发光元件14的工作特性
在具有氮气气氛的手套箱中密封如此得到的发光元件13和比较性发光元件14，以免发光元件暴露于空气，并检测发光元件的工作特性。应注意，检测在室温进行(在25℃保持的气氛)。 
图26A显示发光元件的电流密度-亮度特性，图26B显示其电压-亮度特性。图27显示发光元件的亮度-电流效率特性。图28显示发光元件的发射光谱。发光元件的发射光谱几乎相同，发射为来源于Ir(tppr)2(acac)的红色。 
从图27明显看到，比较性发光元件14的电流效率在实用亮度区域(100cd/m2或更大)降低。比较性发光元件14处于实施方式1的图2B所示状态。由于将具有高电子捕集性质的Ir(tppr)2(acac)加入到为电子传输化合物的DCzPQ，因此认为载流子平衡差，并且电流效率降低。另外从图26B明显看出，驱动电压高。另一方面，从图27明显看出，本发明的发光元件13显示高发射效率。 
下一步，初始亮度为1000cd/m2，并在恒定电流密度驱动这些元 件。那时得到如图29见到的亮度衰减曲线。图29为初始亮度为100时的曲线图，其中横轴表示时间，纵轴表示相对亮度(％)。从图29明显看出，本发明发光元件的寿命极大提高。表8显示在1000cd/m2的特性和寿命比较。 
[表8] 
*外推值 
如上所述，可发现本发明的发光元件能够取得高发射效率和长寿命两种特性。因此，通过实施本发明，可提供具有高发射效率和长寿命的发光元件。 
实施例8 
实施例8具体举例说明与比较性实施例相关的本发明的发光元件。另外，图3图示说明元件的结构。 
制造本发明的发光元件15和比较性发光元件16
以实施例2中发光元件1相同的方式形成空穴注入层311和空穴传输层312。发光层313形成于空穴传输层312上。在本发明的发光元件15中，发光层313包含NPB作为第一有机化合物，BAlq作为第二有机化合物，由结构式(18)表示的(乙酰丙酮根)双[5-(3-氟苯基)-2，3-二苯基吡嗪根]合铱(III)(缩写：[Ir(dppr-3FP)2(acac)])作为吡嗪基有机金属络合物。发光层313通过共蒸发，使得质量比为NPB∶BAlq∶Ir(dppr-3FP)2(acac)＝0.05∶1∶0.06来形成。厚度为50nm。另一 方面，在比较性发光元件16中，不使用NPB，通过共蒸发使得质量比BAlq∶Ir(dppr-3FP)2(acac)＝1∶0.06形成发光层313。发光层313的厚度为50nm。应注意，Ir(dppr-3FP)2(acac)为实施方式3中由通式(G6)表示的一种有机金属络合物。 
下一步蒸发30nm厚Alq3，以形成电子传输层314。在电子传输层314上蒸发1nm厚氟化锂(LiF)，以形成电子注入层315。最后形成200nm厚铝，作为充当阴极的第二电极302。以此方式制造本发明的发光元件15和比较性发光元件16。所有以上蒸发过程通过电阻加热来进行。 
发光元件15和比较性发光元件16的工作特性
在具有氮气气氛的手套箱中密封如此得到的发光元件15和比较性发光元件16，以免发光元件暴露于空气，并检测发光元件的工作特性。应注意，检测在室温进行(在25℃保持的气氛)。 
图33A显示发光元件的电流密度-亮度特性，图33B显示其电压-亮度特性。图34显示发光元件的亮度-电流效率特性。图35显示发光元件的发射光谱。从发射光谱发现，可观察到自两种发光元件的来源于Ir(dppr-3Fp)2(acac)的红色发射。应注意到，发光元件15的CIE色度坐标为(x，y)＝(0.67，0.33)，此色度坐标相当于根据NTSC的红色的红 色坐标。因此，所述发光元件显示有利的红色发射。 
下一步，将初始亮度设定在1000cd/m2，并在恒定电流密度驱动这些元件。那时得到如图36见到的亮度衰减曲线。图36为初始亮度为100时的曲线图，其中横轴表示时间，纵轴表示相对亮度(％)。从图36明显看出，本发明发光元件的寿命极大提高。表9显示在1000cd/m2的特性和寿命比较。应注意到，从图36明显看出，似乎发光元件15达到亮度半衰期花10000小时或更多小时，因此就亮度减小到86％的周期而言比较发光元件的寿命。 
表9 
*外推值 
如上所述，可发现本发明的发光元件能够取得高发射效率和长寿命两种特性。因此，通过实施本发明，可提供具有高发射效率和长寿命的发光元件。 
在本实施例中使用新物质(乙酰丙酮根)双[5-(3-氟苯基)-2，3-二苯基吡嗪根]合铱(III)(缩写：Ir(dppr-3FP)2(acac))。因此以下具体描述其合成实施例。 
步骤1：合成5-(3-氟苯基)-2，3-二苯基吡嗪(缩写：Hdppr-3FP)
在氮气气氛中，将7.5mL正丁基锂(1.58mol/L)的己烷溶液滴入-78℃1.49g3-溴氟苯和11mL四氢呋喃的混合溶液，并在-78℃搅拌30 分钟。将所得溶液滴入2.45g2，3-二苯基吡嗪和20mL四氢呋喃的冰冷却混合溶液，并在室温搅拌1小时。向此混合物加入水，用乙酸乙酯作为萃取溶剂萃取有机层。所得有机层用水洗涤，并用无水镁干燥。将干燥后的溶液过滤。使溶液的溶剂蒸出，用二氯甲烷作为展开溶剂，用硅胶柱层析精制蒸馏得到的残余物。以此方式，得到目标吡嗪衍生物Hdppr-3FP(橙色粉末，收率8％)。(a-1)显示步骤1的合成方案。 
步骤2：合成二-μ-氯-双[双{5-(，3-氟苯基)-2，3-二苯基吡嗪根}合铱(III)](缩写：[Ir(dppr-3FP) 2 Cl] 2 )
在步骤1后，将4.5mL2-乙氧基乙醇、1.5mL水、0.40g吡嗪衍生物(在步骤1得到的Hdppr-3FP)和0.18g水合氯化铱(IrCl3·H2O)(Sigma-Aldrich Corp.制造)放入连接有回流管的茄形烧瓶，瓶的内部由氩代替。之后，经过微波(2.45GHz，200W)反应5小时。将从反应溶液沉淀的橙色粉末过滤，并用乙醇洗涤，以生成双核络合物[Ir(dppr-3FP)2Cl]2(收率：12％)。用微波合成器(Discovery，由CEM公司制造)进行微波照射。(b-1)显示步骤2的合成方案。 
步骤3：合成(乙酰丙酮根)双[5-(3-氟苯基)-2，3-二苯基吡嗪根1合铱(III)(缩写：[Ir(dppr-3FP) 2 (acac)]
在步骤2后，将5mL2-乙氧基乙醇、0.13g在步骤2得到的双核络合物[Ir(dppr-3FP)2C1]2、0.02mL乙酰丙酮和0.078g碳酸钠放入连接有回流管的茄形烧瓶，瓶的内部由氩代替。之后，经过微波(2.45GHz，200W)反应15分钟。将反应溶液过滤，并将所得滤液的溶剂蒸出。蒸馏得到的残余物通过甲醇重结晶。以此方式，得到[Ir(dppr-3FP)2(acac)(红色粉末，收率100％)。(c-1)显示步骤3的合成方案。 
本申请基于2006年11月30日提交于日本专利局(Japan Patent Office)的日本专利申请2006-325057，其全部内容通过引用结合到本文中。
附图标号 
100：发光层，101：空穴传输层，102：电子传输层，111：第一有机化合物的HOMO能级，112：第一有机化合物的LUMO能级，121：第二有机化合物的HOMO能级，122：第二有机化合物的LUMO能级，131：吡嗪基有机金属络合物的HOMO能级，132：吡嗪基有机金属络合物的LUMO能级，200：发光层，201：空穴传输层，202：电子传输层，211：第一有机化合物的HOMO能级，212：第一有机化合物的LUMO能级，221：第二有机化合物的HOMO能级，222：第二有机化合物的LUMO能级，231：吡嗪基有机金属络合物的HOMO能级，232：吡嗪基有机金属络合物的LUMO能级，301：第一电极，302：第二电极，311：空穴注入层，312：空穴传输层，313：发光层，314：电子传输层，315：电子注入层，321：第一有机化合物，322：第二有机化合物，323：吡嗪基有机金属络合物，401：外壳，402：液晶层，403：背光，404：外壳，405：驱动IC，406：终端，411：外壳，412：光源，511：主体，512：外壳，513：显示器部分，514：键盘，521：显示器部分，522：主体，523：天线，524：音频输出部分，525：音频输入部分，526：操作键，532：外壳，533：扬声器，601：驱动电路部分(源侧驱动电路)，602：像素部分，603：驱动电路部分(栅侧驱动电路)，604：密封基片，605：密封材料，607：空间，608：引线，609：FPC(柔性印刷电路)，610：元件基片，611：开关TFT，612：电流控制TFT，613：第一电极，614：绝缘体，616：包括发光层的层，617：第二电极，618：发光元件，623：n-沟道TFT，624：p-沟道TFT，951：基片，952：电极，953：绝缘层，954：分隔层，955：包括发光层的层，956：电极。 

Claims (20)

1.一种发光装置，所述发光装置包括发光元件，所述发光元件包括：
发光层，所述发光层位于在第一电极和第二电极之间，
空穴传输层，所述空穴传输层位于所述第一电极和发光层之间，和
电子传输层，所述电子传输层位于所述发光层和第二电极之间，
其中所述发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和第一络合物，所述第一络合物为有机金属络合物，
其中有机金属络合物的中心金属为属于第9族和第10族之一的元素，
其中有机金属络合物的配位体为具有吡嗪骨架的配位体，
其中所述空穴传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质，并且
其中所述电子传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质。
2.一种发光装置，所述发光装置包括发光元件，所述发光元件包括：
发光层，所述发光层位于在第一电极和第二电极之间，
空穴传输层，所述空穴传输层位于所述第一电极和发光层之间，和
电子传输层，所述电子传输层位于所述发光层和第二电极之间，
其中所述发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和第一络合物，所述第一络合物为有机金属络合物，
其中有机金属络合物的中心金属为铱和铂之一，
其中有机金属络合物的配位体为具有吡嗪骨架的配位体，
其中第一有机化合物为芳族胺化合物和咔唑衍生物之一，并且第二有机化合物为杂芳族化合物和第二络合物之一，所述第二络合物为金属络合物，
其中所述空穴传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质，并且
其中所述电子传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质。
3.权利要求1或2发光装置，其中所述配位体为2-芳基吡嗪衍生物。
4.权利要求1或2发光装置，其中所述配位体为2-苯基吡嗪衍生物。
5.权利要求1或2发光装置，其中所述配位体为2,5-二苯基吡嗪衍生物。
6.权利要求1或2发光装置，其中发光层中有机金属络合物的量大于或等于1%质量，并且小于或等于10%质量。
7.权利要求1或2发光装置，其中第二有机化合物与第一有机化合物的质量比大于或等于1/20至小于或等于20。
8.权利要求1或2的发光装置，其中有机金属络合物的LUMO能级比第一有机化合物的LUMO能级和第二有机化合物的LUMO能级深0.2eV或更多。
9.一种发光装置，所述发光装置包括发光元件，所述发光元件包括：
发光层，所述发光层位于在第一电极和第二电极之间，
空穴传输层，所述空穴传输层位于所述第一电极和发光层之间，和
电子传输层，所述电子传输层位于所述发光层和第二电极之间，
其中所述发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物，
其中所述有机金属络合物由通式(G1)表示，
其中Ar表示亚芳基，R1表示烷基和芳基之一，R2表示氢、烷基和芳基之一，R3表示氢和烷基之一，M为中心金属，并且M为铱和铂之一，
其中第一有机化合物为芳族胺化合物和咔唑衍生物之一，并且第二有机化合物为杂芳族化合物和第二络合物之一，所述第二络合物为金属络合物，
其中所述空穴传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质，并且
其中所述电子传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质。
10.一种发光装置，所述发光装置包括发光元件，所述发光元件包括：
发光层，所述发光层位于在第一电极和第二电极之间，
空穴传输层，所述空穴传输层位于所述第一电极和发光层之间，和
电子传输层，所述电子传输层位于所述发光层和第二电极之间，
其中所述发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物，
其中所述有机金属络合物由通式(G1)表示，
其中R1表示烷基和芳基之一，R2表示氢、烷基和芳基之一，R3表示氢和烷基之一，M为中心金属，并且M为铱和铂之一，
其中第一有机化合物为芳族胺化合物和咔唑衍生物之一，并且第二有机化合物为杂芳族化合物和第二络合物之一，所述第二络合物为金属络合物，
其中Ar由通式(G2)表示，
并且其中R4至R7分别表示氢、烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基和烷氧羰基之一，
其中所述空穴传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质，并且
其中所述电子传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质。
11.一种发光装置，所述发光装置包括发光元件，所述发光元件包括：
发光层，所述发光层位于在第一电极和第二电极之间，
空穴传输层，所述空穴传输层位于所述第一电极和发光层之间，和
电子传输层，所述电子传输层位于所述发光层和第二电极之间，
其中所述发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物，
其中所述有机金属络合物由通式(G1)表示，
其中R1表示烷基和芳基之一，R3表示氢和烷基之一，M为中心金属，并且M为铱和铂之一，
其中第一有机化合物为芳族胺化合物和咔唑衍生物之一，并且第二有机化合物为杂芳族化合物和第二络合物之一，所述第二络合物为金属络合物，
其中Ar由通式(G2)表示，
其中R2由通式(G3)表示，
并且其中R4至R12分别表示氢、烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基和烷氧羰基之一，
其中所述空穴传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质，并且
其中所述电子传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质。
12.权利要求9-11中任一项的发光装置，其中发光层中有机金属络合物的量大于或等于1%质量，并且小于或等于10%质量。
13.权利要求9-11中任一项的发光装置，其中第二有机化合物与第一有机化合物的质量比大于或等于1/20至小于或等于20。
14.权利要求9-11中任一项的发光装置，其中有机金属络合物的LUMO能级比第一有机化合物的LUMO能级和第二有机化合物的LUMO能级深0.2eV或更多。
15.一种发光装置，所述发光装置包括发光元件，所述发光元件包括：
发光层，所述发光层位于在第一电极和第二电极之间，
空穴传输层，所述空穴传输层位于所述第一电极和发光层之间，和
电子传输层，所述电子传输层位于所述发光层和第二电极之间，
其中所述发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物，
其中所述有机金属络合物由通式(G4)表示，
其中Ar表示亚芳基，R1表示烷基和芳基之一，R2表示氢、烷基和芳基之一，R3表示氢和烷基之一，M为中心金属，M表示属于第9族和第10族之一的元素，并且L表示单阴离子配位体，
其中当M是铱时，n为2，并且当M是铂时，n为1，
其中第一有机化合物为芳族胺化合物和咔唑衍生物之一，并且第二有机化合物为杂芳族化合物和第二络合物之一，所述第二络合物为金属络合物，
其中所述空穴传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质，并且
其中所述电子传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质。
16.一种发光装置，所述发光装置包括发光元件，所述发光元件包括：
发光层，所述发光层位于在第一电极和第二电极之间，
空穴传输层，所述空穴传输层位于所述第一电极和发光层之间，和
电子传输层，所述电子传输层位于所述发光层和第二电极之间，
其中所述发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物，
其中所述有机金属络合物由通式(G4)表示，
其中R1表示烷基和芳基之一，R2表示氢、烷基和芳基之一，R3表示氢和烷基之一，M为中心金属，M表示属于第9族和第10族之一的元素，并且L表示单阴离子配位体，
其中当M是铱时，n为2，并且当M是铂时，n为1，
其中第一有机化合物为芳族胺化合物和咔唑衍生物之一，并且第二有机化合物为杂芳族化合物和第二络合物之一，所述第二络合物为金属络合物，
其中Ar由通式(G5)表示，
并且其中R4至R7分别表示氢、烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基和烷氧羰基之一，
其中所述空穴传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质，并且
其中所述电子传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质。
17.一种发光装置，所述发光装置包括发光元件，所述发光元件包括：
发光层，所述发光层位于在第一电极和第二电极之间，
空穴传输层，所述空穴传输层位于所述第一电极和发光层之间，和
电子传输层，所述电子传输层位于所述发光层和第二电极之间，
其中所述发光层包含具有空穴传输性质的第一有机化合物、具有电子传输性质的第二有机化合物和有机金属络合物，
其中所述有机金属络合物由通式(G4)表示，
其中R1表示烷基和芳基之一，R3表示氢和烷基之一，M为中心金属，M表示属于第9族和第10族之一的元素，并且L表示单阴离子配位体，
其中当M是铱时，n为2，并且当M是铂时，n为1，
其中第一有机化合物为芳族胺化合物和咔唑衍生物之一，并且第二有机化合物为杂芳族化合物和第二络合物之一，所述第二络合物为金属络合物，
其中Ar由通式(G5)表示，
其中R2由通式(G6)表示，
并且其中R4至R12分别表示氢、烷基、卤素基团、卤代烷基、烷氧基和烷氧羰基之一，
其中所述空穴传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质，并且
其中所述电子传输层包含具有低于所述有机金属络合物的三重激发态能量的物质。
18.权利要求15-17中任一项的发光装置，其中发光层中有机金属络合物的量大于或等于1%质量，并且小于或等于10%质量。
19.权利要求15-17中任一项的发光装置，其中第二有机化合物与第一有机化合物的质量比大于或等于1/20至小于或等于20。
20.权利要求15-17中任一项的发光装置，其中有机金属络合物的LUMO能级比第一有机化合物的LUMO能级和第二有机化合物的LUMO能级深0.2eV或更多。
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