CN104168682B - 发光元件、发光装置、电子设备及照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光元件、发光装置、电子设备及照明装置，其中，所述发光元件包括：阳极与阴极之间的EL层；阴极与EL层之间的第一层，第一层含有具有空穴传输性的物质以及相对于具有空穴传输性的物质的受主物质；阴极与EL层之间的第二层；以及阴极与EL层之间的第三层，第三层含有碱金属、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一种，其中，第一层设置在阴极与第二层之间并接触于阴极及第二层，第二层设置在第一层与第三层之间并接触于第一层及第三层，并且，第三层设置在第二层与EL层之间并接触于第二层及EL层，其特征在于，第二层含有酞菁类材料。

Description

发光元件、发光装置、电子设备及照明装置
本申请是于2011年3月8日提交的，发明名称为“发光元件、发光装置、电子设备及照明装置”的发明专利申请(申请号为201110063135.9)的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种具有电致发光(Electroluminescence，也称为EL)层的发光元件(也称为EL元件)以及具有该发光元件的发光装置及具有该发光装置的电子设备及照明装置。
背景技术
在EL元件中，EL层被夹在一对电极之间。通过对一对电极施加电压可以由EL层获得发光。EL层由有机化合物形成。
对EL元件的发光结构进行说明。通过对一对电极施加电压，由阴极注入的电子及由阳极注入的空穴在EL层的发光中心重新结合。通过该重新结合，释放出能量而发光。发光被分类为来自单重激发态的发光和来自三重激发态的发光。
降低驱动电压是发光元件的各种课题之一。
在专利文献1中公开来了以下一种方法：在以接触于阴极的方式设置的电子注入层中，对构成电子注入层的有机化合物掺杂碱金属、碱土金属或稀土金属等的功函数低的金属。通过掺杂上述功函数低的金属，可以降低当从阴极向电子注入层注入电子时的注入势垒，并降低驱动电压。
在专利文献2中，能够在不使驱动电压上升的条件下实现发射光谱的光学调整。具体地说，在发光元件的阴极与EL层之间，以接触于阴极的方式形成有空穴传输有机化合物中掺杂有金属氧化物的层。接触于该层形成有电子传输有机化合物中掺杂有碱金属、碱土金属或稀土金属等功函数低的金属的层。并且，通过调整该掺杂有金属氧化物的层的厚度，边抑制驱动电压的上升边进行发光的光学调整。
[专利文献1]日本专利申请公开平10-270171号公报
[专利文献2]日本专利申请公开2005-209643号公报
在专利文献2中，空穴传输有机化合物中掺杂有金属氧化物的层接触于电子传输有机化合物中掺杂有碱金属、碱土金属或稀土金属等功函数低的金属的层。上述空穴传输有机化合物是施主物质，上述金属氧化物是受主物质。另外，上述功函数低的金属是施主物质，上述电子传输有机化合物是受主物质。所以，包含受主物质的层与包括施主物质的层接触。
当包含受主物质的层与包括施主物质的层接触时，形成p-n结而形成耗尽层。另外受主物质与施主物质相互作用，而阻碍该受主物质的功能及该施主物质的功能。由于上述原因导致驱动电压上升。
发明内容
本发明的一个方式的目的之一在于提供一种能够抑制驱动电压的上升的发光元件。另外，本发明的一个方式的目的之一在于提供一种含有这种发光元件而降低耗电量的发光装置。
本发明的一个方式的目的之一在于抑制具有包含受主物质的层和包含施主物质的层的发光元件中的驱动电压的上升。另外，本发明的一个方式的目的之一在于提供一种含有这种发光元件而降低耗电量的发光装置。
根据本发明的第一方式的发光元件在阳极与阴极之间具有EL层，并且在阴极与EL层之间具有第一层、第二层及第三层，其中，第一层设置在阴极与第二层之间并接触于阴极及第二层且由空穴传输物质及相对于空穴传输物质的受主物质构成，第二层设置在第一层与第三层之间并接触于第一层及第三层且由酞菁类材料构成，第三层设置在第二层与EL层之间并接触于第二层及EL层且含有碱金属、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。作为酞菁类材料的例子，可以举出如CuPc、H2Pc、SnPc、ZnPc、CoPc及FePc等金属酞菁类材料。下面示出上述酞菁类材料的结构式。
[化1]
另外，酞菁类材料还可以为具有苯氧基的酞菁类材料(也称为酞菁衍生物)。作为具有苯氧基的酞菁类材料，可以举出PhO-VOPc(Vanadyl2,9,16,23-tetraphenoxy-29H,31H-phthalocaynine)(SYNTHON制造)。下面示出具有苯氧基的上述酞菁类材料。
[化2]
由于第二层包括具有比第一层含有的受主物质的受主能级更高的LUMO能级(优选为-5.0eV以上，更优选为-5.0eV以上且-3.0eV以下)的电子传输性物质，因此电子容易从第一层迁移到第二层。由此，第二层可以抑制发光元件的驱动电压上升。另外，第一层包含受主物质及施主物质，第三层至少包括施主物质，第二层在第一层与第三层之间，由此可以防止p-n结的形成及耗尽层的形成。另外，可以防止包含受主物质的层与包括施主物质的层的相互作用。但是，当使用酞菁类物质作为第二层时，即使第二层包括施主物质也可以防止p-n结的形成及耗尽层的形成。
在根据本发明的第一方式的发光元件的优选例子中，第二层包括碱金属、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的化合物。该金属或化合物在第二层中成为施主物质而形成施主能级。施主能级影响第二层的LUMO能级,而电子能够容易地从第一层的受主能级迁移到第二层的LUMO能级。由此,可以容易地将电子注入到EL层，并可以抑制发光元件的驱动电压的上升。
在第二层中，还可以以相对于酞菁类材料质量比为0.001以上至0.1以下的比率包含上述金属或化合物。由此，可以使上述效果更显著。
在根据本发明的第一方式的发光元件的优选例子中，第三层包括电子传输物质。第三层缓和当电子注入到EL层时的注入势垒。并且，当包括电子传输物质时，在第三层中，可以高效地传输电子。
在第三层中，还可以以相对于电子传输物质质量比为0.001以上至0.1以下的比率包含碱金属、碱土金属、稀土金属、碱金属化合物、碱土金属化合物或稀土金属化合物。由此，可以使上述效果更显著。
在根据本发明的第一方式的发光元件的优选例子中，EL层包括具有电子传输物质的第四层，并且第四层与第三层接触。由此，可以使上述效果更显著。
在根据本发明的第一方式的发光元件的优选例子中，在第一层中相对于空穴传输性高的物质以质量比为0.1以上且4.0以下的比率包含受主物质。第一层成为电荷产生区，在上述条件下可以高效地产生电荷。另外，虽然即使将第一层的厚度形成为厚其导电率的变化也不大，但是在上述条件下效果显著。由于第一层的导电率的变化小，通过调整其厚度即可以在不使驱动电压上升的条件下进行发光的光学调整，但是在上述条件下其效果更为显著。
在根据本发明的第一方式的发光元件的优选例子中，第一层具有包含空穴传输物质的层与包含受主物质的层的叠层结构。在第一层中形成有电荷迁移配合物，利用该电荷迁移配合物产生电荷。另一方面，电荷迁移配合物在可见区域中具有光吸收特性。在上述情况中，由于电荷迁移配合物仅形成在界面中，来自EL层的发光不容易被该电荷迁移配合物吸收。
在根据本发明的第一方式的发光元件的优选例子中，EL层包括包含空穴传输物质和相对于空穴传输物质的受主物质的第五层，并且第五层接触于阳极。第五层与第一层同样地成为电荷产生区。通过在阴极侧和阳极侧设置电荷产生区，可以提高载流子平衡。另外，当接触于阴极的层与接触于阳极的层采用相同结构时，可以提高应力平衡。
第五层可以相对于空穴传输物质以质量比为0.1以上4.0以下的比率包含所述受主物质。在上述条件下，可以高效地产生电荷。另外，虽然即使将第五层的厚度形成为厚其导电率的变化也不大，但是在上述条件下效果显著。由于第五层的导电率的变化小，通过调整其厚度即可以在不使驱动电压上升的条件下进行发光的光学调整，但是在上述条件下其效果更为显著。
第五层可以具有包含空穴传输物质的层和包含受主物质的层的叠层结构。在第五层中形成有电荷迁移配合物，利用该电荷迁移配合物产生电荷。另一方面，电荷迁移配合物在可见区域中具有光吸收特性。在上述情况中，由于电荷迁移配合物仅形成在界面中，来自EL层的发光不容易被该电荷迁移配合物吸收。
在根据本发明的第一方式的发光元件的优选例子中，在第一层中含有的受主物质是元素周期表中的第四族至第八族的金属的氧化物。这是由于在上述情况中作为电荷产生区的功能更显著的缘故。
在根据本发明的第一方式的发光元件的优选例子中，第一层所含有的受主物质为氧化钼。这是由于作为电荷产生区效果显著而且吸湿性低的缘故。
还可以利用上述发光元件形成发光装置。另外，还可以使用该发光装置形成电子设备或照明装置。这是由于其在这些用途中的效果显著的缘故。
本说明书中的发光装置是指图像显示装置、发光装置及光源(包括照明装置)。此外，如下模块也都包括在发光装置中：安装有连接器如FPC(柔性印刷电路，FlexiblePrinted Circuit)、TAB(带式自动接合，Tape Automated Bonding)胶带或TCP(带载封装，Tape Carrier Package)的模块；TAB胶带或TCP的前端设置有印刷电路板的模块；或利用COG(玻璃上芯片，chip on glass)方式直接安装有集成电路(IC)的模块。
根据本发明的第一方式的发光元件可以利用第二层抑制驱动电压的上升。由于第二层位于第一层与第三层之间，所以可以防止p-n结的形成及耗尽层的形成。另外，还可以防止第一层与第三层的相互作用。另外，通过包括这种发光元件还可以提供耗电量得到降低的发光元件、电子设备及照明装置。
附图说明
图1A和图1B是示出发光元件的元件结构及能带图的图；
图2是示出发光元件的能带图的图；
图3A和图3B是示出发光元件的元件结构及能带图的图；
图4A和图4B是示出发光元件的元件结构及能带图的图；
图5A和图5B是示出发光元件的元件结构的图；
图6A和图6B是示出发光元件的元件结构的图；
图7A至图7D是示出无源矩阵型发光装置的图；
图8是示出无源矩阵型发光装置的图；
图9A和图9B是示出有源矩阵型发光装置的图；
图10A至图10E是示出电子设备的图；
图11是示出照明装置的图；
图12是示出实施例1的发光元件的特性的图；
图13是示出实施例1的发光元件的特性的图；
图14是示出实施例2的发光元件的特性的图；
图15是示出实施例2的发光元件的特性的图；
图16是示出实施例3的发光元件的特性的图；
图17是示出实施例4的发光元件的特性的图；
图18是示出实施例4的发光元件的特性的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。本发明不局限于以下说明的内容，其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在下文示出的实施方式所记载的内容中。
实施方式1
使用图1A和图1B及图2对本发明的一个方式的发光元件的元件结构进行说明。
如图1A所示，在发光元件中，在一对电极(阳极101与阴极102)之间夹有包括发光区域的EL层103，在阴极102与EL层103之间从阴极102一侧包括第一层106、第二层105及第三层104。
第一层106位于阴极102与第二层105之间，并且接触于阴极102及第二层105。第一层106由空穴传输物质和相对于空穴传输物质的受主物质构成而成为电荷产生区。空穴传输物质与受主物质形成电荷迁移配合物，通过受主物质从空穴传输物质中抽出电子而产生空穴及电子。第一层106的厚度为10nm以上200nm以下。由于即使将第一层106的厚度形成为厚其导电率的变化也不大，从而可以抑制发光元件的驱动电压的上升。通过调整第一层106的厚度，可以在不使驱动电压上升的情况下进行发光的光学调整。
第二层105位于第一层106与第三层104之间，并且接触于第一层106及第三层104。第二层105由酞菁类材料构成，其接收第一层106中产生的电子并将其传给第三层104。由此第二层105成为电子中继层。另外，作为酞菁类材料的例子，可以举出CuPc、H2Pc、SnPc、ZnPc、CoPc及FePc等金属酞菁类材料。第二层105防止第一层106与第三层104相互作用。第二层105可以防止p-n结的形成及耗尽层的形成。第二层105可以抑制发光元件的驱动电压的上升。下面示出上述酞菁类材料的结构式。
[化3]
另外，作为酞菁类材料，具体地优选为以下结构式所示的PhO-VOPc(Vanadyl2,9,16,23-tetraphenoxy-29H,31H-phthalocaynine)(SYNTHON制造)。以下所述的酞菁类材料是具有苯氧基的酞菁衍生物。具有苯氧基的酞菁衍生物可溶于溶剂，因此，在形成发光元件时易于处理。另外，由于其可溶于溶剂，所以用于成膜的装置的维修变得容易。
[化4]
第三层104位于第二层105与EL层103之间，并且接触于第二层105及EL层103。第三层104包括碱金属、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，并将由第二层105接收的电子传到EL层103。第三层成为电子注入缓冲层。
在第一层106中产生作为发光元件的电荷(载流子)的空穴和电子，并且空穴迁移到阴极102，而电子迁移到第二层105。由于第二层105的电子传输性高，可以将电子迅速地传送至第三层104。第三层104可以缓和向EL层103注入电子时的注入势垒。由此可以提高向EL层103注入电子的效率。下面使用能带图进行说明。
图1B示出图1A的元件结构中的能带图。在图1B中，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EL层103的LUMO(最低未占据分子轨道，即LowestUnoccupied Molecular Orbital)能级、114表示第二层105的LUMO能级、115表示第一层106的受主物质的受主能级。
为了使第二层105高效地将第一层106中产生的电子注入到EL层103，将第二层105的LUMO能级114设定为占据第一层106的受主物质的受主能级115与EL层103的LUMO能级113之间的能级。具体地，将其设定为-5.0eV以上且-3.0eV以下。另外，第二层105防止第一层106与第三层104之间的相互作用，并防止pn结的形成及耗尽层的形成，以抑制发光元件的驱动电压的上升。
由于从第一层106的受主能级115迁移到第二层105的LUMO能级114的电子通过第三层104注入势垒被缓和，所以电子可以容易地注入到EL层103的LUMO能级113。电子与从阳极101注入的空穴重新结合，而EL层103发光。另一方面，在第一层106中产生的空穴迁移到阴极102。
如上所述第二层105由酞菁类材料构成，但是其还可以含有碱金属、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。对于酞菁类材料该金属、金属化合物成为施主物质。图2示出该种情况的能带图。120表示第二层105的施主物质的施主能级。施主能级120以占据第一层106的受主物质的受主能级115与EL层103的LUMO能级113之间的能级的方式形成。具体地，将其设定为-5.0eV以上且-3.0eV以下。
施主能级120影响第二层105的LUMO能级114。电子可以容易地从第一层106的受主能级115迁移到第二层105的LUMO能级114。迁移到第二层105的LUMO能级114的电子通过第三层104注入势垒被缓和，所以电子可以容易地注入到EL层103的LUMO能级113。由此，当第二层105包括该金属、金属化合物时，可以更容易地将电子注入到EL层103，从而可以抑制发光元件的驱动电压的上升。
下面，对第一层106、第二层105及第三层104所使用的材料等进行说明。
第一层106由空穴传输物质与受主物质构成，并成为电荷产生区。作为空穴传输物质，可以使用如芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳香烃及高分子化合物(低聚物、树枝状聚合物、聚合物等)等各种有机化合物。具体而言，优选使用空穴迁移率为10-6cm2/Vs以上的物质。但是，只要是其空穴传输性高于其电子传输性的物质，就可以使用这些以外的物质。
作为芳香胺化合物的具体例子，可以举出4,4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称：NPB或α-NPD)、N,N’-双(3-甲基苯基)-N,N’-二苯基-[1,1’-联苯基]-4,4’-二胺(简称：TPD)、4，4’，4”-三(咔唑-9-基)三苯胺(简称：TCTA)、4，4’，4”-三(N,N-二苯胺)三苯胺(简称：TDATA)、4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯)-N-苯胺]三苯胺(简称：MTDATA)、N,N’-双(4-甲基苯基)-N,N’-二苯基-对苯二胺(简称：DTDPPA)、4,4’-双[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]联苯(简称：DPAB)、1,3,5-三[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]苯(简称：DPA3B)等。
作为咔唑衍生物的具体例子，可以举出3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCA1)、3,6-双[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCA2)、3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCN1)等。除上述以外，还可以使用4，4’-二(N-咔唑基)联苯(简称：CBP)、1，3，5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(简称：TCPB)、9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称：CzPA)、1,4-双[4-(N-咔唑基)苯基]-2,3,5,6-四苯基苯等。
作为芳香烃的具体例子，可以举出2-叔-丁基-9，10-二(2-萘基)蒽(简称：t-BuDNA)、2-叔-丁基-9，10-二(1-萘基)蒽、9，10-双(3，5-二苯基苯基)蒽(简称：DPPA)、2-叔-丁基-9，10-双(4-苯基苯基)蒽(简称：t-BuDBA)、9，10-二(2-萘基)蒽(简称：DNA)、9，10-二苯基蒽(简称：DPAnth)、2-叔-丁基蒽(简称：t-BuAnth)、9，10-双(4-甲基-1-萘基)蒽(简称：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、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、二萘嵌苯、2，5，8，11-四(叔-丁基)二萘嵌苯等。此外还可以使用并五苯、晕苯等。如上所述，使用其空穴迁移率为1×10-6cm2/Vs以上且其碳数为14至42的芳香烃是更优选的。
另外，芳香烃还可以具有乙烯基骨架。作为具有乙烯基的芳香烃，例如可以举出4,4’-双(2,2-二苯乙烯基)联苯(简称：DPVBi)、9，10-双[4-(2,2-二苯乙烯基)苯基]蒽(简称：DPVPA)等。
再者，还可以使用聚(N-乙烯咔唑)(简称：PVK)、聚(4-乙烯三苯胺)(简称：PVTPA)等高分子化合物。
作为用于形成第一层106的受主物质可以举出过渡金属氧化物。另外，可以举出属于元素周期表中第4族至第8族的金属的氧化物。具体而言，优选使用氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰及氧化铼，因为它们的电子接收性高。其中尤其优选使用氧化钼，因为其吸湿性低。此外，可以举出7,7,8,8-四氰基-2,3,5,6-四氟醌二甲烷(简称：F4-TCNQ)、氯醌等。
优选在第一层106中以与空穴传输物质的质量比为0.1以上且4.0以下的比率添加受主物质。
第一层106可以采用如下两种结构：在同一个膜中含有空穴传输物质和受主物质；层叠包含空穴传输物质的层和包含受主物质的层。但是，当采用叠层结构时，采用包含空穴传输性高的物质的层接触于阴极102的结构。
第一层106的厚度为10nm以上200nm以下。由于即使将第一层106的高厚度形成为厚，导电率的变化也不大，所以可以抑制发光元件的驱动电压的上升。通过调整第一层106的厚度，可以在不使驱动电压上升的情况下进行发光的光学调整。
第二层105及时接收第一层106中被受主物质抽出的电子。第二层105由酞菁类材料构成，其LUMO能级占据第一层106的受主物质的受主能级与EL层103的LUMO能级之间的能级。具体地，选将为-5.0eV以上-3.0eV以下的LUMO能级，使用CuPc、H2Pc、SnPc、ZnPc、CoPc及FePc中的一种。
在第二层105中，可以以与酞菁类材料的质量比为0.001以上且0.1以下的比率添加施主物质。作为施主物质，可以举出：碱金属、碱土金属、稀土金属及它们的化合物(碱金属化合物(包括氧化锂等氧化物、卤化物、碳酸锂或碳酸铯等碳酸盐)、碱土金属化合物(包括氧化物、卤化物、碳酸盐)或稀土金属的化合物(包括氧化物、卤化物、碳酸盐))等。并且还可以举出四硫并四苯(tetrathianaphthacene)(简称：TTN)、二茂镍、十甲基二茂镍等有机化合物。
第二层105的厚度为1nm以上10nm以下。第二层105防止第一层106与第三层104之间的相互作用，并防止pn结的形成及耗尽层的形成，从而抑制发光元件的驱动电压的上升。通过添加施主物质，可以更容易地将电子注入到EL层103，由此可以抑制发光元件的驱动电压的上升。
第三层104将从第二层105接收的电子注入到EL层103。作为第三层104，可以使用碱金属、碱土金属、稀土金属以及它们的化合物(碱金属化合物(包括氧化锂等的氧化物、卤化物、碳酸锂和碳酸铯等的碳酸盐)、碱土金属化合物(包括氧化物、卤化物、碳酸盐)或稀土金属化合物(包括氧化物、卤化物、碳酸盐)等的高电子注入性物质。
当第三层104含有电子传输物质时，优选以与电子传输物质的质量比为0.001以上0.1以下的比率添加高电子注入性的物质。
作为电子传输物质，例如可以使用三(8-羟基喹啉)铝(简称：Alq)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(简称：Almq3)、双(10-羟基苯并[h]喹啉)铍(简称：BeBq2)、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(简称：BAlq)等具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属配合物等。或者，可以使用具有基于噁唑或者基于噻唑的配体的金属配合物，例如双[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑合]锌(简称:Zn(BOX)2)或双[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑合]锌(简称:Zn(BTZ)2)等。再者，除了金属配合物以外，也可以使用2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(简称：PBD)、1,3-双[5-(对-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]苯(简称：OXD-7)、9-[4-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)苯基]-9H-咔唑(简称：CO11)、3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1,2,4-三唑(简称：TAZ)、红菲绕啉(简称：BPhen)、浴铜灵(简称：BCP)等。上述的物质主要是具有10-6cm2/Vs以上的电子迁移率的物质。但是，只要是电子传输性高于空穴传输性的物质，就可以采用上述以外的物质。另外，电子传输层不限于单层，还可以层叠两层以上的由上述物质构成的层。此外，还可以使用聚[(9,9-二己基芴-2,7-二基)-co-(吡啶-3,5-二基)](简称：PF-Py)、聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-co-(2,2'-联吡啶-6,6'-二基)](简称：PF-BPy)等高分子化合物。
第三层104的厚度为0.1nm以上10nm以下。由于第三层104可以缓和第一层106与EL层103之间的注入势垒，所以第一层106中产生的电子可以容易地注入到EL层103中。
第一层106、第二层105及第三层104可以使用干工序(真空蒸镀法等)、湿工序(喷墨法、旋涂法等)等各种方法来形成。
接下来，对发光元件的其他结构进行说明。
阳极101优选由具有高功函数(具体地说，4.0eV以上是优选的)的金属、合金、导电化合物和它们的混合物等形成。具体地说，例如，可以举出氧化铟-氧化锡(ITO，即IndiumTin Oxide)、包含硅或氧化硅的氧化铟-氧化锡、氧化铟-氧化锌(IZO，即Indium ZincOxide)、包含氧化钨和氧化锌的氧化铟等。
虽然阳极101通常通过溅射法形成，但还可以应用溶胶-凝胶法等方法形成。例如，通过溅射法，使用相对于氧化铟添加1wt％至20wt％的氧化锌的靶材，能够形成氧化铟-氧化锌(IZO)膜。另外，通过溅射法，使用相对于氧化铟包含0.5wt％至5wt％的氧化钨和0.1wt％至1wt％的氧化锌的靶材，能够形成含有氧化钨和氧化锌的氧化铟膜。
作为阳极101，还可以使用金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、钛(Ti)或金属材料的氮化物(氮化钛等)、钼氧化物、钒氧化物、钌氧化物、钨氧化物、锰氧化物、钛氧化物等。另外，还可以使用诸如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)、以及聚苯胺/聚(苯乙烯磺酸)(PAni/PSS)等导电聚合物。但是，在接触阳极101地设置后面描述的第五层的情况下，可以使用Al、Ag等各种导电材料作为阳极101，而与功函数的大小无关。
作为阴极102，可以使用功函数小(具体地说，优选为3.8eV以下)的金属、合金、导电化合物、以及它们的混合物等。例如，可以使用属于元素周期表中第1族或第2族的元素，即锂(Li)或铯(Cs)等碱金属、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)等碱土金属、包含它们的合金(MgAg、AlLi)、铕(Eu)、镱(Yb)等稀土金属和包含它们的合金等。另外，可以通过真空蒸镀法形成碱金属、碱土金属、含有它们的合金的膜。另外，包含碱金属或碱土金属的合金的膜可以通过溅射法来形成。另外，还可以使用银膏等通过喷墨法来形成。
除上述以外，还可以通过层叠碱金属化合物、碱土金属化合物或稀土金属化合物(氟化锂(LiF)、氧化锂(LiOx)、氟化铯(CsF)、氟化钙(CaF2)、氟化铒(ErF3)等)的薄膜和铝等金属膜，形成阴极102。但是，如本实施方式所示的结构那样，在接触阴极102地设置成为电荷产生区域的第一层106的情况下，作为阴极102可以使用Al、Ag、ITO、含有硅或氧化硅的氧化铟-氧化锡等各种导电材料，而与功函数的大小无关。
另外，在本实施方式所示的发光元件中，只要阳极和阴极中的至少一方具有对可见光的透光性，即可。透光性能够通过使用如ITO等透光电极或者通过减薄电极的厚度而确保。
只要EL层103形成为至少包括发光层，即可，从而还可以采用形成有发光层以外的层的叠层结构。作为发光层以外的层，可以举出由空穴注入物质、空穴传输物质或电子传输物质、电子注入物质、双极性(电子及空穴传输性高的)物质等构成的层。具体地说，可以举出空穴注入层、空穴传输层、发光层、空穴阻止层(空穴阻挡层)、电子传输层(第四层)、电子注入层等，这些层可以适当地组合而构成。再者，还可以在EL层103中的接触阳极101一侧设置电荷产生区域(第五层)。
以下，示出构成上述EL层103中含有的各层的材料的具体例子。
空穴注入层是包含空穴注入物质的层。作为空穴注入物质，例如可以使用钼氧化物、钒氧化物、钌氧化物、钨氧化物、锰氧化物等。除了上述以外，还可以使用诸如酞菁(简称：H2Pc)和铜酞菁(简称：CuPc)等的酞菁类化合物或诸如聚(3，4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)等的高分子等来形成空穴注入层。
空穴传输层是包含空穴传输物质的层。作为空穴传输物质，例如可以举出4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]联苯(简称：NPB或α-NPD)、N,N’-双(3-甲基苯)-N,N’-二苯基-[1，1’-联苯]-4，4’-二胺(简称：TPD)、4，4’，4”-三(咔唑-9-基)三苯胺(简称：TCTA)、4，4’，4”-三(N,N-二苯胺)三苯胺(简称：TDATA)、4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯)-N-苯胺]三苯胺(简称：MTDATA)、4,4’-双[N-(螺-9,9’-二芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(简称：BSPB)等芳香胺化合物、3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCA1)、3,6-双[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCA2)、3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCN1)等。除上述以外，还可以使用4，4’-二(N-咔唑基)联苯(简称：CBP)、1，3，5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(简称：TCPB)、9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称：CzPA)等的咔唑衍生物等。这里提到的物质主要是空穴迁移率为10-6cm2/Vs以上的物质。但是，只要是空穴传输性高于电子传输性的物质，就可以采用上述以外的物质。另外，包含高空穴传输性物质的层不限于单层，还可以将由上述物质构成的层层叠两层以上。
除了上述以外，还可以使用聚(N-乙烯咔唑)(简称：PVK)、聚(4-乙烯三苯胺)(简称：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](简称：PTPDMA)、聚[N,N’-双(4-丁基苯基)-N,N’-双(苯基)联苯胺](简称：Poly-TPD)等高分子化合物作为空穴传输层。
发光层是含有发光物质的层。作为发光物质，可以使用以下所示的荧光化合物。例如，可以举出N,N'-双[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N,N'-二苯基二苯乙烯-4,4'-二胺(简称：YGA2S)、4-(9H-咔唑-9-基)-4'-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(简称：YGAPA)、4-(9H-咔唑-9-基)-4'-(9,10-二苯基-2-蒽基)三苯胺(简称：2YGAPPA)、N,9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称：PCAPA)、二萘嵌苯、2,5,8,11-四-叔-丁基二萘嵌苯(简称：TBP)、4-(10-苯基-9-蒽基)-4'-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称：PCBAPA)、N,N”-(2-叔-丁基蒽-9,10-二基二-4,1-亚苯基)双[N,N',N'-三苯基-1,4-苯二胺](简称：DPABPA)、N,9-二苯基-N-[4-(9,10-二苯基-2-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称：2PCAPPA)、N-[4-(9,10-二苯基-2-蒽基)苯基]-N,N',N'-三苯基-1,4-苯二胺(简称：2DPAPPA)、N,N,N',N',N”,N”,N”',N”'-八苯基二苯并[g,p]屈(chrysene)-2,7,10,15-四胺(简称：DBC1)、香豆素30、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简称：2PCAPA)、N-[9,10-双(1,1'-联苯-2-基)-2-蒽基]-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简称：2PCABPhA)、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,N',N'-三苯基-1,4-苯二胺(简称：2DPAPA)、N-[9,10-双(1,1'-联苯-2-基)-2-蒽基]-N,N',N'-三苯基-1,4-亚苯基二胺(简称：2DPABPhA)、9,10-双(1,1'-联苯-2-基)-N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基蒽-2-胺(简称：2YGABPhA)、N,N,9-三苯基蒽-9-胺(简称：DPhAPhA)、香豆素545T、N，N’-二苯基喹吖啶酮(简称：DPQd)、红荧烯、5,12-双(1,1'-联苯-4-基)-6,11-二苯基并四苯(简称：BPT)、2-(2-{2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙烯基}-6-甲基-4H-吡喃-4-亚基(ylidene))丙二腈(简称：DCM1)、2-{2-甲基-6-[2-(2,3,6,7-四氢-1H,5H-苯并[ij]喹嗪(quinolizin)-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(简称：DCM2)、N,N,N',N'-四(4-甲基苯基)并四苯-5,11-二胺(简称：p-mPhTD)、7,14-二苯基-N,N,N',N'-四(4-甲基苯基)苊并(acenaphtho)[1,2-a]荧蒽-3,10-二胺(简称：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]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(简称：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]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(简称：DCJTB)、2-(2,6-双{2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙烯基}-4H-吡喃-4-亚基)丙二腈(简称：BisDCM)、2-{2,6-双[2-(8-甲氧基-1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四氢-1H,5H-苯并[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(简称：BisDCJTM)等。
作为发光物质，还可以使用以下所示的磷光化合物。例如，可以举出双[2-(4',6'-二氟)吡啶醇-N,C2']铱(Ⅲ)四(1-吡唑基)硼酸盐(简称：FIr6)、双[2-(4',6'-二氟苯基)吡啶醇-N,C2']铱(Ⅲ)吡啶甲酸酯(简称：FIrpic)、双[2-(3',5'-双三氟甲基苯基)吡啶醇-N,C2']铱(Ⅲ)吡啶甲酸酯(简称：Ir(CF3ppy)2(pic))、双[2-(4',6'-二氟苯基)]吡啶醇-N,C2']铱(Ⅲ)乙酰丙酮(简称：FIracac)、三(2-苯基吡啶醇)铱(Ⅲ)(简称：Ir(ppy)3)、双(2-苯基吡啶)铱(Ⅲ)乙酰丙酮(简称：Ir(ppy)2(acac))、双(苯并[h]喹啉)铱(Ⅲ)乙酰丙酮(简称：Ir(bzq)2(acac))、双(2,4-二苯基-1,3-恶唑-N,C2')铱(Ⅲ)乙酰丙酮(简称：Ir(dpo)2(acac))、双[2-(4'-全氟烷苯基苯基)吡啶醇]铱(Ⅲ)乙酰丙酮(简称：Ir(p-PF-ph)2(acac))、双(2-苯基苯并噻唑-N,C2')铱(Ⅲ)乙酰丙酮(简称：Ir(bt)2(acac))、双[2-(2'-苯并[4,5-α]噻吩基)吡啶醇-N,C3']铱(Ⅲ)乙酰丙酮(简称：Ir(btp)2(acac))、双(1-苯基异喹啉-N,C2')铱(Ⅲ)乙酰丙酮(简称：Ir(piq)2(acac))、(乙酰丙酮)双[2,3-双(4-氟苯基)喹喔啉合]铱(Ⅲ)(简称：Ir(Fdpq)2(acac))、(乙酰丙酮)双(2,3,5-三苯基吡嗪根合)铱(Ⅲ)(简称：Ir(tppr)2(acac))、2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21H,23H-卟啉铂(Ⅱ)(简称：PtOEP)、三(乙酰丙酮)(单菲咯啉)铽(Ⅲ)(简称：Tb(acac)3(Phen))、三(1,3-二苯基-1,3-丙二酮)(单菲咯啉)合铕(Ⅲ)(简称：Eu(DBM)3(Phen))、三[1-(2-噻吩甲酰基)-3,3,3-三氟丙酮](单菲咯啉)合铕(Ⅲ)(简称：Eu(TTA)3(Phen))等。
另外，优选地是，这些发光物质被分散在主体材料中而使用。作为主体材料，例如可以举出4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称：NPB或α-NPD)、N,N’-双(3-甲基苯)-N,N’-二苯基-[1，1’-联苯]-4，4’-二胺(简称：TPD)、4，4’，4”-三(咔唑-9-基)三苯胺(简称：TCTA)、4，4’，4”-三(N,N-二苯基氨基)三苯胺(简称：TDATA)、4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯)-N-苯基氨基]三苯胺(简称：MTDATA)、4,4’-双[N-(螺环-9,9’-二芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(简称：BSPB)等芳香胺化合物、3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCA1)、3,6-双[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCA2)、3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCN1)等。除上述以外，还可以使用4，4’-二(N-咔唑基)联苯(简称CBP)、1，3，5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(简称TCPB)、9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称：CzPA)等的咔唑衍生物；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](简称：PTPDMA)、聚[N,N'-双(4-丁基苯基)-N,N'-双(苯基)联苯胺](简称：Poly-TPD)等包含高分子化合物的空穴传输性高的物质。另外，可以使用三(8-羟基喹啉合)铝(简称：Alq)、三(4-甲基-8-羟基喹啉合)铝(简称：Almq3)、二(10-羟基苯并[h]喹啉酸合(quinolinato))铍(简称：BeBq2)或二(2-甲基-8-羟基喹啉合)(4-苯基苯酚合)铝(简称：BAlq)等具有喹啉结构或苯并喹啉结构的金属配合物、双[2-(2-羟基苯基)苯并恶唑]锌(简称：Zn(BOX)2)、双[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑]锌(简称：Zn(BTZ)2)等具有恶唑类或噻唑类配体的金属配合物、2-(4-联苯基)-5-(4-叔-丁基苯基)-1,3,4-恶二唑(简称：PBD)、1,3-双[5-(p-叔-丁基苯基)-1,3,4-恶二唑-2-基]苯(简称：OXD-7)、9-[4-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)苯基]-9H-咔唑(简称：CO11)、3-(4-叔-丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1,2,4-三唑(简称：TAZ)、红菲绕啉(简称：BPhen)、浴铜灵(简称：BCP)等电子传输物质。
电子传输层是包含电子传输物质的层。作为电子传输物质，例如可以使用三(8-羟基喹啉合)铝(简称Alq)、三(4-甲基-8-羟基喹啉合)铝(简称：Almq3)、二(10-羟基苯并[h]喹啉酸合(quinolinato))铍(简称：BeBq2)或二(2-甲基-8-羟基喹啉合)(4-苯基苯酚合)铝(简称：BAlq)等具有喹啉结构或苯并喹啉结构的金属配合物、双[2-(2-羟基苯基)苯并恶唑]锌(简称：Zn(BOX)2)、双[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑]锌(简称：Zn(BTZ)2)等具有恶唑类或噻唑类配体的金属配合物、2-(4-联苯基)-5-(4-叔-丁基苯基)-1,3,4-恶二唑(简称：PBD)、1,3-双[5-(p-叔-丁基苯基)-1,3,4-恶二唑-2-基]苯(简称：OXD-7)、9-[4-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)苯基]-9H-咔唑(简称：CO11)、3-(4-叔-丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1,2,4-三唑(简称：TAZ)、红菲绕啉(简称：BPhen)、浴铜灵(简称：BCP)等。这里提到的物质主要是电子迁移率为10-6cm2/Vs以上的物质。但是，只要是电子传输性高于空穴传输性的物质，就可以采用上述以外的物质。另外，电子传输层不限于单层，还可以将由上述物质构成的层层叠两层以上。
另外，还可以将聚[(9,9-二己基芴-2,7-二基)-co-(吡啶-3,5-二基)](简称：PF-Py)、聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-co-(2,2'-联吡啶-6,6'-二基)](简称：PF-BPy)等高分子化合物用于电子传输层。
电子注入层是包含电子注入物质的层。作为电子注入物质，可以举出锂(Li)、铯(Cs)、钙(Ca)、氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)、氟化钙(CaF2)等碱金属、碱土金属或它们的化合物。另外，还可以使用其中含有碱金属、碱土金属或它们的化合物的电子传输物质，例如其中含有镁(Mg)的Alq。
另外，如上所述，可以在EL层103中的接触阳极101一侧设置用作电荷产生区域的第五层。电荷产生区域包含空穴传输物质和相对于空穴传输物质的受主物质。另外，电荷产生区域可以采用如下结构：在同一个膜中含有空穴传输物质和受主物质；层叠有包含空穴传输物质的层和包含受主物质的层。但是，采用包含受主物质的层接触阳极101的结构。
通过形成第五层，能够形成阳极101，而不考虑形成阳极101的材料的功函数。就是说，除了功函数大的材料以外，还可以使用功函数小的材料作为形成阳极101的材料。
作为用于第五层的受主物质，可以举出元素周期表中的第四族至第八族的金属的氧化物。具体而言，优选使用氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰及氧化铼，因为它们的电子接收性高。尤其优选氧化钼。氧化钼具有吸湿性低的特点。因为水分会对EL元件造成不良影响，所以优选吸湿性低的材料。
作为用于第五层的空穴传输物质，可以使用各种有机化合物诸如芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳香烃和高分子化合物(低聚物、树状聚合物、聚合体等)。具体地，优选使用空穴迁移率为10-6cm2/Vs以上的物质。但是，只要是空穴传输性高于电子传输性的物质，就可以采用上述以外的物质。
另外，通过适当地组合而层叠这些层，能够形成EL层103。作为EL层103的形成方法，可以根据使用的材料适当地选择各种方法(干法或湿法等)。例如，可以采用真空蒸镀法、喷墨法、旋涂法等。另外，还可以使用各层之间不同的方法而形成。
通过组合上述材料，能够制造本实施方式所示的发光元件。能够从该发光元件得到来自上述发光物质的发光，但是通过改变发光物质的种类而能够得到各种发光颜色。另外，还能够通过使用发光颜色不相同的多个发光物质作为发光物质而得到宽光谱的发光和白色发光。另外，在得到白色发光的情况下，可以采用层叠有呈现彼此成为互补色的发光颜色的多个层的结构等。作为具体的互补色的关系，例如可以举出蓝色与黄色、蓝绿色与红色等。
另外，本实施方式所示的发光元件可以形成在各种衬底上。作为衬底，例如可以使用玻璃、塑料、金属板、金属箔等。在从衬底一侧抽出发光元件的发光的情况下，只要使用具有透光性的衬底，即可。但是，只要是在发光元件的制造工序中能够用作支撑体的衬底，就还可以使用除上述以外的材料。
另外，可以将本实施方式所示的发光元件的元件结构用于双方电极以格子形状形成在同一个衬底上的无源矩阵型发光装置。注意，当将发光装置用于照明装置时，不需要将电极形成为格子形状。另外，还能够用于具有电连接于用作开关的薄膜晶体管(TFT)等的发光元件并由该TFT等控制发光元件的驱动的有源矩阵型发光装置。另外，对该TFT的结构没有特别的限定。既可使用交错型TFT，又可使用反交错型TFT。另外，由该TFT构成的驱动电路既可由N型及P型TFT构成，又可以仅由N型TFT或P型TFT的任一方构成。另外，对用于该TFT的半导体膜的结晶性没有特别的限制。既可使用非晶半导体膜，又可使用结晶半导体膜。另外，还可以使用单晶半导体膜。单晶半导体膜能够通过智能切割法等而制造。再者，还可以使用氧化物半导体如包含铟、镓和锌的氧化物半导体。
通过采用本实施方式所示的元件结构，可以降低EL元件的驱动电压。由于采用第一层106与第三层104之间夹有第二层105的结构，所以可以防止第一层106与第三层104的相互作用，并防止pn结的形成及耗尽层的形成，从而可以能够抑制EL元件的驱动电压的上升。
实施方式2
在本实施方式中，参照图3A和3B说明实施方式1中说明的发光元件的一个例子。
如图3A所示，在发光元件中，在一对电极(阳极101、阴极102)之间夹有包含发光区域的EL层103，并且在阴极102与EL层103之间从阴极102一侧依次层叠有成为电荷产生区域的第一层106、成为电子中继层的第二层105和成为电子注入缓冲层的第三层104。
阳极101、阴极102、EL层103、第一层106和第二层105可以使用与实施方式1同样的材料。
作为用于第三层104的物质，可以举出锂(Li)或铯(Cs)等碱金属、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)等碱土金属、铕(Eu)、镱(Yb)等稀土金属、碱金属化合物(包括氧化锂等氧化物、卤化物、碳酸锂或碳酸铯等碳酸盐)、碱土金属化合物(包括氧化物、卤化物、碳酸盐)或稀土金属的化合物(包括氧化物、卤化物、碳酸盐)等高电子注入性物质。
在阳极101上形成EL层103之后，在其上依次形成第三层104、第二层105及第一层106。为了避免驱动电压的上升将第三层104的厚度形成为极薄(具体地将其形成为1nm以下且0.1nm以上)。第三层104大致位于第二层105与为EL层103的一部分的成为电子传输层的第四层107之间的界面上。但是，当在形成第四层107之后，在第四层107上形成第三层104的情况下，形成第三层104的物质的一部分有可能存在于第四层107。
另外，图3B示出从阳极101一侧依次层叠形成图3A所示的元件时的能带图。X表示第三层104所包含的物质。由于第三层104非常薄，所以第三层104所包含的物质也可能存在于第四层107中。
通过在第二层105与EL层103的界面上设置第三层104，可以缓和注入势垒。由此第一层106中产生的电子可以容易地从第二层105注入到EL层103。
与第一实施方式所示的通过添加电子传输性高的物质来形成第三层104的情况相比，通过采用本实施方式所示的结构，即：使用上述物质形成第三层104，并将其厚度设定为0.1nm以上1nm以下，并使第三层与第四层接触，可以降低发光元件的驱动电压。
由于在作为用于第三层104的电子注入性高的物质的上述物质中，碱金属化合物(包括氧化锂等氧化物、卤化物、碳酸锂或碳酸铯等碳酸盐)、碱土金属化合物(包括氧化物、卤化物、碳酸盐)或稀土金属的化合物(包括氧化物、卤化物、碳酸盐)等物质是在空气中稳定的物质，所以适用于批量生产。
本实施方式2所示的结构通过适当地组合实施方式1所示的结构而使用。
例如，可以如实施方式1所示那样在第二层105中以与酞菁类材料的质量比为0.001以上0.1以下的比率添加施主物质。其中，施主物质使用实施方式1所示的物质。
实施方式3
在本实施方式中，参照图4A和4B对实施方式1中说明的发光元件的一个例子进行说明。
该发光元件，如图4A所示，在一对电极(阳极101、阴极102)之间夹有包含发光区域的EL层103，并且在阴极102与EL层103之间从阴极102一侧依次层叠有成为电荷产生区域的第一层106、成为电子中继层的第二层105及成为电子注入缓冲层的第三层104，第三层104包含电子传输物质和施主物质。
在第三层104中，优选以与电子传输物质的质量比为0.001以上0.1以下的比率添加施主物质。由此，可以将第三层104用作电子注入缓冲。
本实施方式3中的阳极101、阴极102、EL层103、第一层106及第二层105可以使用与实施方式1同样的材料。
作为用于第三层104的电子传输物质，例如可以使用三(8-羟基喹啉)铝(简称：Alq)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(简称：Almq3)、双(10-羟基苯并[h]喹啉)铍(简称：BeBq2)、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(简称：BAlq)等具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属配合物等。另外，除了上述以外，还可以使用双[2-(2-羟基苯基)苯并恶唑]锌(简称：Zn(BOX)2)、双[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑]锌(简称：Zn(BTZ)2)等具有恶唑类或噻唑类配体的金属配合物等。再者，除了金属配合物以外，还可以使用2-(4-联苯基)-5-(4-叔-丁基苯基)-1,3,4-恶二唑(简称：PBD)、1,3-双[5-(p-叔-丁基苯基)-1,3,4-恶二唑-2-基]苯(简称：OXD-7)、9-[4-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)苯基]-9H-咔唑(简称：CO11)、3-(4-叔-丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1,2,4-三唑(简称：TAZ)、红菲绕啉(简称：BPhen)、浴铜灵(简称：BCP)等。这里提到的物质主要是电子迁移率为10-6cm2/Vs以上的物质。
此外，还可以使用聚[(9,9-二己基芴-2,7-二基)-co-(吡啶-3,5-二基)](简称：PF-Py)、聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-co-(2,2'-联吡啶-6,6'-二基)](简称：PF-BPy)等高分子化合物。
作为用于第三层104的施主物质，除了碱金属、碱土金属、稀土金属和它们的化合物(碱金属化合物(包括氧化锂等氧化物、卤化物、碳酸锂或碳酸铯等碳酸盐)、碱土金属化合物(包括氧化物、卤化物、碳酸盐)或稀土金属的化合物(包括氧化物、卤化物、碳酸盐))以外，还可以使用四硫并四苯(tetrathianaphthacene)(简称：TTN)、二茂镍、十甲基二茂镍等有机化合物。
作为用于第三层104的电子传输物质与用于EL层103的一部分的成为电子传输层的第四层107的电子传输物质，既可使用相同的物质也可以使用不同的物质。
实施方式3的发光元件如图4A所示，在EL层103与第二层105之间形成有包含电子传输物质和施主物质的第三层104。图4B示出该元件结构的能带图。X表示施主物质。
通过形成第三层104，可以缓和第二层105与EL层103之间的注入势垒。由此可以将在第一层106中产生的电子容易地注入到EL层103。
另外，本实施方式所示的结构可以与实施方式1或实施方式2所示的结构适当地组合而使用。
例如，可以如实施方式1所示那样在第二层105中以与酞菁类材料的质量比为0.001以上0.1以下的比率添加施主物质。其中，施主物质使用实施方式1所示的物质。
实施方式4
在本实施方式中，作为实施方式1中说明的发光元件的一个例子，参照图5A和5B对第一层106的结构进行说明。
在一对电极(阳极101、阴极102)之间夹有包含发光区域的EL层103，并且在阴极102与EL层103之间从阴极102一侧依次层叠有第一层106、第二层105及第三层104。另外，阳极101、阴极102、EL层103、第二层105及第三层104可以使用与实施方式1至3同样的材料。
第一层106是包含空穴传输物质和受主物质的区域。在第一层106中，受主物质从空穴传输物质抽出电子，而产生空穴和电子。
图5A所示的第一层106具有在一个膜中含有空穴传输物质和受主物质的结构。在此情况下，通过以与空穴传输物质的质量比为0.1以上4.0以下的比率添加受主物质，而容易在第一层106中产生载流子，所以是优选的。
另一方面，图5B所示的第一层106具有层叠有包含空穴传输物质的层106a和包含受主物质的层106b的结构。第一层106中形成的电荷迁移配合物在可见区域中具有光吸收特性。当采用层叠包含空穴传输物质的层106a和包含受主物质的层106b的结构时，该电荷迁移配合物仅形成于层106a与层106b的界面上而不是形成于第一层106的整体。由于电荷迁移配合物仅形成于界面，来自EL层103的发光不容易被该电荷迁移配合物吸收，所以该结构是优选的。
作为用于第一层106的空穴传输物质及受主物质，可以使用实施方式1中记载的物质。
另外，本实施方式所示的结构可以与实施方式1至3所示的结构适当地组合而使用。
例如，可以如实施方式1所示那样在第二层105中以与酞菁类材料的质量比为0.001以上0.1以下的比率添加施主物质。其中，施主物质使用实施方式1所示的物质。
实施方式5
在本实施方式中，作为实施方式1中说明的发光元件的一个例子，参照图6A和6B对在EL层103的一部分中以接触阳极101的方式形成电荷产生区域的情况进行说明。发光元件包括：EL层103的一部分的接触于阳极101形成的成为电荷产生区域的第五层108以及实施方式1中说明的成为电荷产生区域的第一层116。
发光元件在一对电极(阳极101、阴极102)之间夹有包含发光区域的EL层103，并且在EL层103的一部分中具有以接触于阳极101的方式形成的成为电荷产生区域的第五层108。在发光元件中，在阴极102与EL层103之间从阴极102一侧依次层叠有第一层116、第二层105及第三层104。阳极101、阴极102、EL层103、第三层104、第二层105及第一层116可以使用与实施方式1至4同样的材料。
在图6A和图6B所示的发光元件中，第五层108与第一层116同样，都是包含空穴传输物质和受主物质的区域。因此，在第五层108中，受主物质从空穴传输物质抽出电子，而产生空穴和电子。空穴注入到EL层103，电子迁移到阳极101。
图6A所示的第五层108具有在一个膜中含有空穴传输物质和受主物质的结构。在此情况下，通过以与空穴传输物质的质量比为0.1以上4.0以下的比率添加受主物质，而容易在第五层108中产生载流子，因此是优选的。另外，在图6A中，通过使用相同材料形成第五层108和第一层116，发光元件的阳极101一侧与阴极102一侧的应力变均匀，因此是优选的。
另一方面，图6B所示的第五层108具有层叠有包含空穴传输物质的层108a和包含受主物质的层108b的结构。第五层108中形成的电荷迁移配合物在可见区域中具有光吸收特性。当层叠包含空穴传输物质的层108a和包含受主物质的层108b时，该电荷迁移配合物仅形成于层108a与层108b的界面上而不是形成于第五层108的整体。由于电荷迁移配合物仅形成于界面，来自EL层103的发光不容易被该电荷迁移配合物吸收，所以该结构是优选的。另外，如图6B所示，第一层116也可以采用层叠包含空穴传输物质的层116a和包含受主物质的层116b的结构。
另外，作为用于第五层108的空穴传输物质，可以使用在实施方式1中举出的用于第一层106的空穴传输物质。另外，作为用于第五层108的受主物质，可以使用在实施方式1中举出的用于第一层106的受主物质。
另外，本实施方式5所示的结构可以与实施方式1至4所示的结构适当地组合而使用。
例如，可以如实施方式1所示那样在第二层105中以与酞菁类材料的质量比为0.001以上0.1以下的比率添加施主物质。其中，施主物质使用实施方式1所示的物质。
实施方式6
在本实施方式中，作为使用实施方式1至5所示的发光元件而制造的发光装置的一个例子，说明无源矩阵型发光装置及有源矩阵型发光装置。
图7A至图7D和图8示出无源矩阵型发光装置的例子。
在无源矩阵型(单纯矩阵型)发光装置中，并列为条形(带形)的多个阳极和并列为条形的多个阴极设置为互相正交，并且具有发光层被夹在其交叉部的结构。从而，在被选择(施加了电压)的阳极和被选择的阴极的交叉点上的像素发光。
图7A至图7C是示出密封之前的像素部的俯视图，而图7D是沿图7A至图7C中的链条线A-A'的截面图。
在衬底601上作为基底绝缘层形成绝缘层602。另外，若不需要基底绝缘层，则不必特意形成绝缘层。在绝缘层602上以条形等间距地设置有多个第一电极603(参照图7A)。
另外，在第一电极603上设置有具有对应于各个像素的开口部的分隔壁604。具有开口部的分隔壁604由绝缘材料(例如，光敏或非光敏有机材料(聚酰亚胺、丙烯酸树脂、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、抗蚀剂或苯并环丁烯)或Spin-On-Glass(SOG)膜(例如包含烷基的SiOx膜))构成。另外，对应于各像素的开口部605成为发光区域(参照图7B)。
在具有开口部的分隔壁604上设置与第一电极603交叉并彼此平行的多个倒锥形的分隔壁606(参照图7C)。根据光刻法利用将未被曝光的部分作为图案的正型光敏树脂，并通过调节曝光量或显影时间，以使图案下方的部分更多地被蚀刻，来形成倒锥形的分隔壁606。
在如图7C所示那样形成倒锥形的分隔壁606之后，如图7D所示那样依次形成包含有机化合物的层607和第二电极608。另外，本实施方式所示的包含有机化合物的层607至少包括在实施方式1至5中作为形成在阳极与阴极之间的层而示出的EL层、第一层、第二层及第三层。因为将具有开口部的分隔壁604和倒锥形的分隔壁606的总高度设定为大于包含有机化合物的层607和第二电极608的厚度，所以如图7D所示那样形成有分割为多个区域的包含有机化合物的层607和第二电极608。另外，被分离为多个的区域彼此电隔离。
第二电极608是在与第一电极603交叉的方向上延伸的彼此平行的条形电极。另外，包含有机化合物的层607和形成第二电极608的导电层的一部分还形成在倒锥形的分隔壁606上，但是它们与包含有机化合物的层607和第二电极608分离。
只要本实施方式中的第一电极603和第二电极608中的一方为阳极，而另一方为阴极，就可以采用阳极和阴极中的任何一个。另外，构成包含有机化合物的层607的叠层结构可以根据电极的极性适当地调整，以使它成为实施方式1至5所示的结构，即可。
根据需要，还可以使用密封剂等粘合剂将密封罐或玻璃衬底等的密封材料贴合到衬底601来进行密封，以将发光元件配置在被密封的空间中。因此，能够防止发光元件的退化。另外，还可以对被密封的空间填充填充剂或干燥了的惰性气体。另外，还可以在衬底和密封材料之间封装干燥剂等，以便防止因水分等的发光元件的退化。借助于用干燥剂清除少量的水分，而完全干燥。作为干燥剂，可以使用通过化学吸附来吸收水分的物质如氧化钙或氧化钡等的碱土金属的氧化物。除了上述以外，诸如沸石和硅胶之类的由物理吸附作用吸收水分的物质也可以用作干燥剂。
接下来，图8示出在图7A至图7D所示的无源矩阵型发光装置中安装有FPC等时的俯视图。
在图8中，构成图像显示的像素部具有彼此正交的扫描线组和数据线组。
这里，图7A至图7D中的第一电极603相当于图8的扫描线703，图7A至图7D中的第二电极608相当于图8的数据线708，而倒锥形的分隔壁606相当于图8的分隔壁706。在数据线708与扫描线703之间夹有图7A至7D的包含有机化合物的层607，并且由区域705表示的交叉部对应于一个像素。
另外，扫描线703在端部与连接布线709电连接，且连接布线709通过输入端子710连接到FPC711b。并且，数据线708通过输入端子712连接到FPC711a。
如有必要，光学薄膜例如偏振片、圆形偏振片(包含椭圆偏振片)、相位差板(λ/4板、λ/2板)和滤色片等可适当地设置在从发光层发射的光的发射面上。另外，也可以将抗反射膜设置在偏振片或者圆形偏振片上。例如，可以执行防眩光处理，即由于表面的不平坦扩散反射光来降低眩光的处理。
另外，在图8中虽然示出了在衬底上不设置驱动电路的例子，但是，也可以在衬底上安装具有驱动电路的IC芯片。
在安装IC芯片的情况下，利用COG方式在像素部的周围(外侧)区域中分别安装数据线侧IC和扫描线侧IC，该数据线侧IC和扫描线侧IC形成有用来将各个信号传送到像素部的驱动电路。除了COG法以外，还可以采用TCP或引线结合法来安装各个IC。TCP是一种配备有IC的TAB胶带。TCP是将TAB胶带连接到形成元件的衬底上的布线来安装IC的。数据线侧IC及扫描线侧IC可以使用硅衬底，也可以使用在其上形成了由TFT形成的驱动电路的玻璃衬底、石英衬底、或塑料衬底。
接着，使用图9A和图9B说明有源矩阵型发光装置的例子。另外，图9A示出发光装置的俯视图，图9B是以图9A的虚线A-A'切割的截面图。根据本实施方式的有源矩阵型发光装置具有设置在元件衬底801上的像素部802、驱动电路部(源极线驱动电路)803以及驱动电路部(栅极线驱动电路)804。将像素部802、驱动电路部803和驱动电路部804用密封剂805密封在元件衬底801和密封衬底806之间。
另外，在元件衬底801上设置用于连接外部输入端子的引线807，所述外部输入端子将来自外部的信号(例如，视频信号、时钟信号、起始信号、或复位信号等)或电位传送到驱动电路部803及驱动电路部804。在此示出了作为外部输入端子设置FPC(柔性印刷电路)808的例子。虽然在这里仅示出了FPC，但印刷线路板(PWB)也可以附着于该FPC上。根据本说明书中的发光装置不仅包括发光装置本体，而且还包括其中FPC或PWB贴附到其上的状态。
以下，参照图9B说明截面结构。虽然在元件衬底801上形成有驱动电路部以及像素部，但是这里示出作为源极线驱动电路的驱动电路部803和像素部802。
在此示出在驱动电路部803中形成有组合n沟道型TFT809和p沟道型TFT810而形成的CMOS电路的例子。此外，形成驱动电路部的电路也可以由多种CMOS电路、PMOS电路或NMOS电路形成。此外，在本实施方式中，虽然示出了将驱动电路形成在衬底上的驱动器一体型，但是并不一定要如此，驱动电路也可以不形成在衬底上而形成在外部。
此外，像素部802具有多个像素，每个都包括开关用TFT811、电流控制用TFT812和电连接至电流控制用TFT812的布线(源电极或漏电极)的阳极813。另外，形成绝缘物814以覆盖阳极813的端部。在此，绝缘物814采用正型光敏丙烯酸树脂形成。
此外，为了改善层叠在上层的膜的覆盖性，优选在绝缘物814的上端部或下端部形成具有曲率的曲面。例如，在使用正型光敏丙烯酸类树脂作为绝缘物814的材料的情况下，优选将绝缘物814成型为在其上端部分具有有曲率半径(0.2μm至3μm)的曲面。因光照变得不溶于蚀刻剂的负型光敏材料或因光照变得可溶于蚀刻剂的正型光敏材料都可用于该绝缘物814，并且除了有机化合物以外，还可以使用诸如氧化硅或氧氮化硅之类的无机化合物。
在阳极813上层叠形成有包含有机化合物的层815和阴极816。另外，当使用ITO薄膜作为阳极813，并且使用氮化钛薄膜和含有铝作为其主要成分的薄膜的堆叠薄膜或者氮化钛薄膜、含有铝作为其主要成分的薄膜和氮化钛薄膜的堆叠薄膜作为连接到阳极813上的电流控制用TFT812的布线时，该布线的电阻低，并且可以与ITO薄膜实现良好的欧姆接触。另外，虽然这里未图示，但阴极816电连接到作为外部输入端子的FPC808。
另外，本实施方式所示的包含有机化合物的层815至少包括在实施方式1至5中作为形成在阳极与阴极之间的层而示出的EL层、第一层、第二层及第三层。EL层至少设置有发光层，并且具有除了发光层以外，适当地设置空穴注入层、空穴传输层、电子传输层或电子注入层的结构。发光元件817由阳极813、包含有机化合物的层815和阴极816的叠层结构形成。
另外，虽然在图9B所示的截面图中仅示出一个发光元件817，但在像素部802中，以矩阵形状设置有多个发光元件。另外，在进行由R(红)、G(绿)、B(蓝)的彩色成分构成的彩色显示的情况下，将能够获得三种(R、G、B)发光的多个发光元件分别形成在像素部802中。此外，彩色成分不局限于三种颜色，而既可使用四种颜色以上，又可使用RGB以外的颜色。例如，可以加上白色来实现RGBW(W是白色)。
作为彩色成分不同的发光元件的制造方法，可以使用如下方法：分别涂敷每个EL层的方法；将所有EL层形成为能够获得白色发光的形式，并且与滤色片组合而获得彩色成分不同的发光元件的方法；将所有EL层形成为能够获得蓝色发光或比它短波长的发光的形式，并且与颜色转换层组合而获得彩色成分不同的发光元件的方法。
当密封衬底806和元件衬底801被密封剂805贴合起来时，发光元件817被设置于由元件衬底801、密封衬底806和密封剂805包围形成的空间818中。除了其中空间818充满惰性气体(如氮或氩)的情况以外，还存在这样一种情况，其中空间818充满了密封剂805。
另外，优选使用环氧树脂用于密封剂805。另外，优选这些材料为尽可能地不使水分、氧透过的材料。此外，作为用于密封衬底806的材料，除了玻璃衬底、石英衬底以外，还可以使用由FRP(玻璃纤维增强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯或丙烯酸树脂等形成的塑料衬底。
通过上述方法，可以获得有源矩阵型发光装置。
另外，本实施方式6所示的结构可以与实施方式1至实施方式5所示的结构适当地组合而使用。
实施方式7
在本实施方式中，使用图10A至图10E及图11说明使用利用本发明的一个方式制造的发光装置来完成的各种各样的电子设备以及照明装置。
作为应用本发明的一个方式的发光装置的电子设备，例如可举出电视装置(也称为电视或电视接收机)、用于计算机等的监视器、数码相机或数码摄影机等影像拍摄装置、数码相框、移动电话机(也称为移动电话、移动电话装置)、便携式游戏机、便携式信息终端、音频再现装置、弹珠机等的大型游戏机等。在图10A至图10E中示出这些电子设备以及照明装置的具体例子。
图10A示出电视装置的一个例子。在电视装置9100中，框体9101嵌入有显示部9103。由显示部9103能够显示图像，并可以将根据本发明的一个方式形成的发光装置用于显示部9103。此外，在此示出利用支架9105支撑框体9101的结构。
可以通过利用框体9101所具备的操作开关、另外提供的遥控操作机9110进行电视装置9100的操作。通过利用遥控操作机9110所具备的操作键9109，可以进行频道及音量的操作，并可以对在显示部9103上显示的映像进行操作。此外，也可以采用在遥控操作机9110中设置显示从该遥控操作机9110输出的信息的显示部9107的结构。
注意，电视装置9100采用具备接收机及调制解调器等的结构。可以通过利用接收机接收一般的电视广播。再者，通过调制解调器连接到有线或无线方式的通信网络，从而进行单向(从发送者到接收者)或双向(在发送者和接收者之间或在接收者之间等)的信息通信。
另外，因为应用本发明的一个方式形成的发光装置降低了耗电量，所以通过将它应用于电视装置的显示部9103，能够提供长寿命的电视装置。
图10B示出一种计算机，其包括主体9201、框体9202、显示部9203、键盘9204、外接端口9205、定位装置9206等。该计算机是通过将使用本发明的一个方式形成的发光装置用于其显示部9203来制造的。
另外，因为应用本发明的一个方式形成的发光装置降低了耗电量，所以通过将它应用于计算机的显示部9203，能够提供长寿命的计算机。
图10C示出一种便携式游戏机，其由框体9301和框体9302的两个框体构成，并且通过连接部9303可以开闭地连接。在框体9301中组装显示部9304，而在框体9302中组装显示部9305。此外，图10C所示的便携式游戏机还具备扬声器部9306、记录介质插入部9307、LED灯9308、输入单元(操作键9309、连接端子9310、传感器9311(包括测定如下因素的功能：力量、位移、位置、速度、加速度、角速度、转动数、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、斜率、振动、气味或红外线)、麦克风9312)等。当然，便携式游戏机的结构不局限于上述结构，只要在显示部9304及9305的双方或一方中使用根据本发明的一个方式形成的发光装置，即可，而可以采用适当地设置有其它附属设备的结构。图10C所示的便携式游戏机具有如下功能：读出存储在记录介质中的程序或数据并将其显示在显示部上；以及通过与其他便携式游戏机进行无线通信而实现信息共享。图10C中的便携式游戏机的功能不局限于此，而可以具有各种功能。
另外，因为应用本发明的一个方式形成的发光装置降低了耗电量，所以通过将它应用于便携式游戏机的显示部(9304及9305)，能够提供长寿命的便携式游戏机。
图10D示出移动电话的一个例子。移动电话机9400除了安装在框体9401的显示部9402之外还具备操作按钮9403、外部连接端口9404、扬声器9405、麦克9406等。另外，移动电话机9400是通过将使用本发明的一个方式形成的发光装置用于其显示部9402来制造的。
图10D所示的移动电话机9400可以用手指等触摸显示部9402来输入信息。此外，可以用手指等触摸显示部9402来进行打电话或写电子邮件的操作。
显示部9402的屏幕主要有如下三个模式：第一是以图像显示为主的显示模式；第二是以文字等信息输入为主的输入模式；第三是混合了显示模式与输入模式的两个模式的显示及输入模式。
例如，在打电话或制作电子邮件的情况下，将显示部9402设定为以文字输入为主的文字输入模式，并进行在屏幕上显示的文字的输入操作，即可。在此情况下，优选的是，在显示部9402的屏幕的大部分中显示键盘或号码按钮。
另外，通过在移动电话机9400内部设置具有陀螺仪和加速度传感器等检测倾斜度的传感器的检测装置，判断移动电话机9400的方向(纵向还是横向)，而可以对显示部9402的屏幕显示进行自动切换。
通过触摸显示部9402或对框体9401的操作按钮9403进行操作，切换屏幕模式。还可以根据显示在显示部9402上的图像种类切换屏幕模式。例如，当显示在显示部上的图像信号为动态图像的数据时，将屏幕模式切换成显示模式，而当显示在显示部上的图像信号为文字数据时，将屏幕模式切换成输入模式。
另外，当在输入模式中通过检测出显示部9402的光传感器所检测的信号得知在一定期间中没有显示部9402的触摸操作输入时，也可以以将屏幕模式从输入模式切换成显示模式的方式来进行控制。
还可以将显示部9402用作图像传感器。例如，通过用手掌或手指触摸显示部9402，来拍摄掌纹、指纹等，而可以进行个人识别。此外，通过在显示部中使用发射近红外光的背光灯或发射近红外光的感测光源，也可以拍摄手指静脉、手掌静脉等。
另外，因为应用本发明的一个方式形成的发光装置降低了耗电量，所以通过将它应用于移动电话机9400的显示部9402，能够提供长寿命的移动电话机。
图10E示出照明装置(台式照明装置)，其包括照明部9501、灯罩9502、可调支架(adjustable arm)9503、支柱9504、底台9505、电源开关9506。另外，照明装置是通过将使用本发明的一个方式形成的发光装置用于照明部9501来制造的。另外，除了图10E所示的台式照明装置以外，照明装置还包括固定在天花板上的照明装置(天花板固定式照明装置)或挂在墙上的照明装置(壁挂式照明装置)等。
另外，因为应用本发明的一个方式形成的发光装置降低了耗电量，所以通过将它应用于照明装置(台式照明装置)的照明部9501，能够提供长寿命的照明装置(台式照明装置)。
图11示出将应用本发明的一个方式而形成的发光装置用作室内照明装置的例子。本发明的一个方式的发光装置还可以实现大面积化，从而如天花板固定式照明装置1001那样可以用作大面积的照明装置。除了上述以外，还可以用作壁挂式照明装置1002。另外，应用本发明的一个方式而形成的发光装置具有驱动电压低的发光元件，从而可以用作低耗电量的照明装置。另外，如图11所示，在具备室内照明装置的房间内同时使用图10E所示的台式照明装置1003。
如上所述，可以使用本发明的一个方式的发光装置制造电子设备和照明装置。本发明的一个方式的发光装置的应用范围极为宽，以至于该发光装置可用在各个领域中的电子设备中。
另外，本实施方式所示的结构可以与实施方式1至实施方式6所示的结构适当地组合而使用。
实施例1
在本实施例中，对本发明的一个方式的发光元件进行说明。在本实施例中制造发光元件A-F及比较发光元件a，并对发光元件A-F及比较发光元件a的电压-亮度特性及电压-电流密度特性进行比较。通过该比较可知：发光元件A-F的驱动电压低于比较发光元件a的驱动电压，并且对此设置在发光元件A-F的第二层具有显著的效果。
在发光元件A中作为第二层使用CuPc，在发光元件B中作为第二层使用CoPc，在发光元件C中作为第二层使用FePc，在发光元件D中作为第二层使用ZnPc，在发光元件E中作为第二层使用SnPc，在发光元件F中作为第二层使用H2Pc，并且在比较发光元件a中不设置第二层。
在发光元件A-F及比较发光元件a中，作为阳极使用含有氧化硅的铟锡氧化物，作为阴极使用铝，作为第一层使用NPB和氧化钼，并且作为第三层使用氧化锂(Li2O)。在EL层中，使用NPB和氧化钼作为第五层，使用NPB作为空穴传输层，使用CzPA和2PCAPA作为发光层，并使用Alq和BPhen作为第四层。下面示出在本实施例中使用的材料的结构式。
[化5]
(发光元件A-F及比较发光元件a的制造)
首先，利用溅射法在玻璃衬底上以110nm的膜厚形成包含硅或氧化硅的铟锡氧化物膜来形成阳极(电极面积为2mm×2mm)。
接着，将形成有阳极的玻璃衬底固定于设置在真空蒸镀装置内的成膜室内的衬底支架上，使形成有阳极的面朝下，并且减压到约10-4Pa左右，然后通过共蒸镀高空穴传输性物质的4,4'-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称：NPB)和受主物质的氧化钼(Ⅵ)，形成第五层。该薄膜的厚度为50nm，NPB和氧化钼(Ⅵ)之间的质量比被调节为4:1(＝NPB：氧化钼)。此外，共蒸镀法是一种蒸镀法，其中在一个加工室中从多个蒸发源同时进行蒸镀。
接着，通过使用电阻加热的蒸镀法形成10nm厚的NPB来形成空穴传输层。
接着，通过以CzPA：2PCAPA＝1：0.05的方式共蒸镀9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称：CzPA)和N-(9，10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简称：2PCAPA)来形成发光层。CzPA是具有电子传输性的物质，而2PCAPA是呈现绿色发光的物质。该发光层的厚度是30nm。
之后，通过利用电阻加热的蒸镀法以10nm的膜厚形成三(8-羟基喹啉)铝(简称：Alq)膜，接着同样地通过利用电阻加热的蒸镀法以10nm的膜厚形成红菲绕啉(简称：BPhen)膜，来形成第四层。
接着，通过利用电阻加热的蒸镀法以0.1nm左右的膜厚形成氧化锂(Li2O)膜，以形成第三层。
接着通过利用电阻加热的蒸镀法以3nm左右的膜厚形成CuPc、CoPc、FePc、ZnPc、SnPc或H2Pc来形成第二层。在发光元件A中形成CuPc，在发光元件B中形成CoPc，在发光元件C中形成FePc，在发光元件D中形成ZnPc，在发光元件E中形成SnPc，并在发光元件F中形成H2Pc。在比较发光元件a中不形成第二层。
然后，通过共蒸镀高空穴传输性物质的4,4'-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称：NPB)和受主物质的氧化钼(Ⅵ)，形成第一层。该薄膜的厚度为20nm，NPB和氧化钼(Ⅵ)之间的质量比被调节为4:1(＝NPB：氧化钼)。
接着，以200nm的膜厚形成铝膜来形成阴极，以制造发光元件A-F及比较发光元件a。
下面在表1中示出发光元件A-F与比较发光元件a的元件结构的一部分。发光元件A-F相当于实施方式1、2、4及5所示的发光元件。另外，由于所有元件的阳极、第五层、空穴传输层、发光层、第四层的结构都相同，所以省略第五层、空穴传输层、发光层及第四层。
[表1]
*省略第五层、空穴传输层、发光层及第四层。
**省略材料及膜厚度的记载。
以不暴露于大气的方式将通过上述方法获得的发光元件A-F及比较发光元件a密封在氮气氛的手套箱内，然后对上述发光元件的工作特性进行测定。该测定在室温下(在维持25℃的气氛下)进行。注意，在所有发光元件中都能在波长520nm附近获得来自发光物质2PCAPA的绿色发光。
图12示出发光元件A-F及比较发光元件a的电压-亮度特性，图13示出电压-电流密度特性。另外，下面使用表2示出1000cd/m2附近的各元件的主要初期特性值。
[表2]
由图12可知：作为发光元件A-F，与比较发光元件a相比，通过利用第二层，可以在相同的电压下得到更高的亮度。
由图13所示的电压-电流密度特性也可知：发光元件A-F与比较发光元件a相比，可以在相同的电压下实现更高的电流密度。
在表2所示的1000cd/m2附近，发光元件A-F的驱动电压(A:3.9V、B:3.9V、C:3.8V、D:3.6V、E:3.9V、F:4.0V)比比较发光元件a的驱动电压(4.5V)低。发光元件A-F的色度与比较发光元件a的色度大致相同。发光元件A-F的电流效率与比较发光元件a的电流效率大致相同。发光元件A-F的外部量子效率与比较发光元件a的外部量子效率大致相同。
有上述结果可知：利用第二层可以抑制发光元件的驱动电压的上升。
实施例2
在本实施例中，对本发明的一个方式的发光元件进行说明。在本实施例中制造发光元件G及比较发光元件b，并对发光元件G及比较发光元件b的电压-亮度特性及电压-电流密度特性进行比较。通过该比较可知：发光元件G的驱动电压低于比较发光元件b的驱动电压，并且对此设置在发光元件G的第二层具有显著的效果。
在发光元件G中作为第二层使用CuPc，在比较发光元件b中不设置第二层。
在发光元件G及比较发光元件b中，作为阳极使用含有氧化硅的铟锡氧化物，作为阴极使用铝，作为第一层使用NPB和氧化钼，并且作为第三层使用BPhen和Ca。在EL层中，使用NPB和氧化钼作为第五层，使用NPB作为空穴传输层，使用CzPA和2PCAPA作为发光层，并使用BPhen作为第四层。由于本实施例中使用的材料的结构式已在实施例1中示出，所以省略。
(发光元件G及比较发光元件b的制造)
首先，利用溅射法在玻璃衬底上以110nm的膜厚形成包含硅或氧化硅的铟锡氧化物膜来形成阳极(电极面积为2mm×2mm)。
接着，将形成有阳极的玻璃衬底固定于设置在真空蒸镀装置内的成膜室内的衬底支架上，使形成有阳极的面朝下，并且减压到约10-4Pa左右，然后通过共蒸镀高空穴传输性物质的4,4'-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称：NPB)和受主物质的氧化钼(Ⅵ)，形成第五层。该薄膜的厚度为50nm，NPB和氧化钼(Ⅵ)之间的质量比被调节为4:1(＝NPB：氧化钼)。此外，共蒸镀法是一种蒸镀法，其中在一个加工室中从多个蒸发源同时进行蒸镀。
接着，通过使用电阻加热的蒸镀法形成10nm厚的NPB来形成空穴传输层。
接着，通过以CzPA：2PCAPA＝1：0.05的方式共蒸镀9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称：CzPA)和N-(9，10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简称：2PCAPA)来形成发光层。CzPA是具有电子传输性的物质，而2PCAPA是呈现绿色发光的物质。该发光层的厚度是30nm。
接着，通过利用电阻加热的蒸镀法以10nm的膜厚形成红菲绕啉(简称：BPhen)膜，来形成第四层。
接下来，通过共蒸镀BPhen和Ca形成第三层。将其厚度设定为10nm并将以BPhen与Ca的质量比为1：0.1(＝BPhen：Ca)的方式对其比率进行了调节。
接着通过利用电阻加热的蒸镀法以2nm左右的膜厚形成CuPc来形成第二层。在发光元件G中形成CuPc，在比较发光元件b中不形成第二层。
然后，通过共蒸镀高空穴传输性物质的4,4'-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称：NPB)和受主物质的氧化钼(Ⅵ)，形成第一层。该薄膜的厚度为20nm，NPB和氧化钼(Ⅵ)之间的质量比被调节为4:1(＝NPB：氧化钼)。
接着，以200nm的膜厚形成铝膜来形成阴极，以制造发光元件G及比较发光元件b。
下面在表3中示出发光元件G与比较发光元件b的元件结构的一部分。发光元件G相当于实施方式1、2、4及5所示的发光元件。另外，由于所有元件的阳极、第五层、空穴传输层、发光层、第四层的结构都相同，所以省略第五层、空穴传输层、发光层及第四层。
[表3]
*省略第五层、空穴传输层、发光层及第四层。
**省略材料及膜厚度的记载。
以不暴露于大气的方式将通过上述方法获得的发光元件G及比较发光元件b密封在氮气氛的手套箱内，然后对上述发光元件的工作特性进行测定。该测定在室温下(在维持25℃的气氛下)进行。注意，在所有发光元件中都能在波长520nm附近获得来自发光物质2PCAPA的绿色发光。
图14示出发光元件G及比较发光元件b的电压-亮度特性，图15示出电压-电流密度特性。另外，下面使用表4示出1000cd/m2附近的各元件的主要初期特性值。
[表4]
由图14可知：作为发光元件G，与比较发光元件b相比，通过利用第二层，可以在相同的电压下得到更高的亮度。
由图15所示的电压-电流密度特性也可知：发光元件G与比较发光元件b相比，可以在相同的电压下实现更高的电流密度。
在表4所示的1000cd/m2附近，发光元件G的驱动电压(3.0V)比比较发光元件b的驱动电压(3.2V)低。发光元件G的色度与比较发光元件b的色度大致相同。发光元件G的电流效率与比较发光元件b的电流效率大致相同。发光元件G的外部量子效率与比较发光元件b的外部量子效率大致相同。
有上述结果可知：利用第二层可以抑制发光元件的驱动电压的上升。
实施例3
在本实施例中，对本发明的一个方式的发光元件进行说明。在本实施例中制造发光元件H及比较发光元件c，并对发光元件H及比较发光元件c的电压-电流密度特性进行比较。通过该比较可知：发光元件H的驱动电压低于比较发光元件c的驱动电压，并且对此设置在发光元件H的第二层具有显著的效果。
在发光元件H中作为第二层使用CuPc，在比较发光元件c中不设置第二层。
在发光元件H及比较发光元件c中，作为阴极使用含有氧化硅的铟锡氧化物，作为阳极使用铝，作为第一层使用NPB和氧化钼，并且作为第三层使用BPhen和Li。在EL层中，使用NPB和氧化钼作为第五层，使用NPB作为空穴传输层，使用CzPA和2PCAPA作为发光层，并使用Alq作为第四层。由于本实施例中使用的材料的结构式已在实施例1中示出，所以省略。
(发光元件H及比较发光元件c的制造)
首先，利用溅射法在玻璃衬底上以110nm的膜厚形成包含硅或氧化硅的铟锡氧化物膜来形成阴极(电极面积为2mm×2mm)。
接着，将形成有阴极的玻璃衬底固定于设置在真空蒸镀装置内的成膜室内的衬底支架上，使形成有阴极的面朝下，并且减压到约10-4Pa左右，然后通过共蒸镀高空穴传输性物质的4,4'-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称：NPB)和受主物质的氧化钼(Ⅵ)，形成第一层。该薄膜的厚度为60nm，NPB和氧化钼(Ⅵ)之间的质量比被调节为4:1(＝NPB：氧化钼)。此外，共蒸镀法是一种蒸镀法，其中在一个加工室中从多个蒸发源同时进行蒸镀。
接着通过利用电阻加热的蒸镀法以2nm左右的膜厚形成CuPc来形成第二层。在发光元件H中形成CuPc，在比较发光元件c中不形成第二层。
接下来，通过共蒸镀BPhen和Li形成第三层。将其厚度设定为10nm并将以BPhen与Li的质量比为1：0.02(＝BPhen：Li)的方式对其比率进行了调节。
接着，通过利用电阻加热的蒸镀法以10nm的膜厚形成三(8-羟基喹啉合)铝(简称：Alq)，来形成第四层。
接着，通过以CzPA：2PCAPA＝1：0.05的方式共蒸镀9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称：CzPA)和N-(9，10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简称：2PCAPA)来形成发光层。CzPA是具有电子传输性的物质，而2PCAPA是呈现绿色发光的物质。该发光层的厚度是30nm。
接着，通过使用电阻加热的蒸镀法形成10nm厚的NPB来形成空穴传输层。
然后，通过共蒸镀高空穴传输性物质的4,4'-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称：NPB)和受主物质的氧化钼(Ⅵ)，形成第五层。该薄膜的厚度为30nm，NPB和氧化钼(Ⅵ)之间的质量比被调节为4:1(＝NPB：氧化钼)。
接着，以200nm的膜厚形成铝膜来形成阳极，以制造发光元件H及比较发光元件c。
下面在表5中示出发光元件H与比较发光元件c的元件结构的一部分。发光元件H相当于实施方式1、2、4及5所示的发光元件。另外，由于所有元件的阳极、第五层、空穴传输层、发光层、第四层的结构都相同，所以省略第五层、空穴传输层、发光层及第四层。
[表5]
*省略第五层、空穴传输层、发光层及第四层。
**省略材料及膜厚度的记载。
以不暴露于大气的方式将通过上述方法获得的发光元件H及比较发光元件c密封在氮气氛的手套箱内，然后对上述发光元件的工作特性进行测定。该测定在室温下(在维持25℃的气氛下)进行。注意，在所有发光元件中都能在波长520nm附近获得来自发光物质2PCAPA的绿色发光。
图16示出发光元件H及比较发光元件c的电压-电流密度特性。另外，下面使用表6示出1000cd/m2附近的各元件的主要初期特性值。
[表6]
由图16可知：作为发光元件H，与比较发光元件c相比，通过利用第二层，可以在相同的电压下得到更高的电流密度。
在表6所示的1000cd/m2附近，发光元件H的驱动电压(4.4V)比比较发光元件c的驱动电压(4.6V)低。发光元件H的色度与比较发光元件c的色度大致相同。发光元件H的电流效率与比较发光元件c的电流效率大致相同。发光元件H的外部量子效率与比较发光元件c的外部量子效率大致相同。
有上述结果可知：利用第二层可以抑制发光元件的驱动电压的上升。
实施例4
在本实施例中，对本发明的一个方式的发光元件进行说明。在本实施例中制造发光元件I及比较发光元件d，并对发光元件I及比较发光元件d的电压-亮度特性及电压-电流密度特性进行比较。通过该比较可知：发光元件I的驱动电压低于比较发光元件d的驱动电压，并且对此设置在发光元件I的第二层具有显著的效果。
在发光元件I中作为第二层使用PhO-VOPc，在比较发光元件d中不设置第二层。
在发光元件I及比较发光元件d中，作为阳极使用含有氧化硅的铟锡氧化物，作为阴极使用铝，作为第一层使用NPB和氧化钼，并且作为第三层使用氧化锂(Li2O)。在EL层中，使用NPB和氧化钼作为第五层，使用NPB作为空穴传输层，使用CzPA和2PCAPA作为发光层，并使用Alq和BPhen作为第四层。以下示出本实施例使用的材料的结构式。另外，省略实施例1中使用的材料的结构式。
[化6]
(发光元件I及比较发光元件d的制造)
首先，利用溅射法在玻璃衬底上以110nm的膜厚形成包含硅或氧化硅的铟锡氧化物膜来形成阳极(电极面积为2mm×2mm)。
接着，将形成有阳极的玻璃衬底固定于设置在真空蒸镀装置内的成膜室内的衬底支架上，使形成有阳极的面朝下，并且减压到约10-4Pa左右，然后通过共蒸镀高空穴传输性物质的4,4'-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称：NPB)和受主物质的氧化钼(Ⅵ)，形成第五层。该薄膜的厚度为50nm，NPB和氧化钼(Ⅵ)之间的质量比被调节为4:1(＝NPB：氧化钼)。此外，共蒸镀法是一种蒸镀法，其中在一个加工室中从多个蒸发源同时进行蒸镀。
接着，通过使用电阻加热的蒸镀法形成10nm厚的NPB来形成空穴传输层。
接着，通过以CzPA：2PCAPA＝1：0.05的方式共蒸镀9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称：CzPA)和N-(9，10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简称：2PCAPA)来形成发光层。CzPA是具有电子传输性的物质，而2PCAPA是呈现绿色发光的物质。该发光层的厚度是30nm。
接着，通过利用电阻加热的蒸镀法以10nm的膜厚形成三(8-羟基喹啉)铝(简称：Alq)膜，接着同样地通过利用电阻加热的蒸镀法以10nm的膜厚形成红菲绕啉(简称：BPhen)膜，来形成第四层。
接着，通过利用电阻加热的蒸镀法以0.1nm左右的膜厚形成氧化锂(Li2O)膜，以形成第三层。
接着通过利用电阻加热的蒸镀法以3nm左右的膜厚形成PhO-VOPc来形成第二层。在发光元件I中形成PhO-VOPc，在比较发光元件d中不形成第二层。
然后，通过共蒸镀高空穴传输性物质的4,4'-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称：NPB)和受主物质的氧化钼(Ⅵ)，形成第一层。该薄膜的厚度为20nm，NPB和氧化钼(Ⅵ)之间的质量比被调节为4:1(＝NPB：氧化钼)。
接着，以200nm的膜厚形成铝膜来形成阴极，以制造发光元件I及比较发光元件d。
下面在表7中示出发光元件I与比较发光元件d的元件结构的一部分。发光元件I相当于实施方式1、2、4及5所示的发光元件。另外，由于所有元件的阳极、第五层、空穴传输层、发光层、第四层的结构都相同，所以省略第五层、空穴传输层、发光层及第四层。
[表7]
*省略第五层、空穴传输层、发光层及第四层。
**省略材料及膜厚度的记载。
以不暴露于大气的方式将通过上述方法获得的发光元件I及比较发光元件d密封在氮气氛的手套箱内，然后对上述发光元件的工作特性进行测定。该测定在室温下(在维持25℃的气氛下)进行。注意，在所有发光元件中都能在波长520nm附近获得来自发光物质2PCAPA的绿色发光。
图17示出发光元件I及比较发光元件d的电压-亮度特性，图18示出电压-电流密度特性。另外，下面使用表8示出1000cd/m2附近的各元件的主要初期特性值。
[表8]
由图17可知：作为发光元件I，与比较发光元件d相比，通过利用第二层，可以在相同的电压下得到更高的亮度。
由图18所示的电压-电流密度特性也可知：发光元件I与比较发光元件d相比，可以在相同的电压下实现更高的电流密度。
在表8所示的1000cd/m2附近，发光元件I的驱动电压(4.0V)比比较发光元件d的驱动电压(4.6V)低。发光元件I的色度与比较发光元件d的色度大致相同。发光元件I的电流效率与比较发光元件d的电流效率大致相同。发光元件I的外部量子效率与比较发光元件d的外部量子效率大致相同。
有上述结果可知：利用第二层可以抑制发光元件的驱动电压的上升。

Claims (17)

1.一种发光元件，包括：
阳极与阴极之间的EL层；
所述阴极与所述EL层之间的第一层，所述第一层含有具有空穴传输性的物质以及相对于所述具有空穴传输性的物质的受主物质；
所述阴极与所述EL层之间的第二层，所述第二层含有酞菁类材料，所述酞菁类材料由下述结构式中的任一个表示：
以及所述阴极与所述EL层之间的第三层，所述第三层含有碱金属、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一种，
其中，所述第二层还含有碱金属、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一种，
所述第一层设置在所述阴极与所述第二层之间并接触于所述阴极及所述第二层，
所述第二层设置在所述第一层与所述第三层之间并接触于所述第一层及所述第三层，
并且，所述第三层设置在所述第二层与所述EL层之间并接触于所述第二层及所述EL层。
2.根据权利要求1所述的发光元件，
其中所述酞菁类材料是金属酞菁类材料。
3.根据权利要求1所述的发光元件，
其中在所述第二层中所述碱金属、所述碱土金属、所述稀土金属、所述碱金属化合物、所述碱土金属化合物和所述稀土金属化合物中的所述一种与所述酞菁类材料的质量比为0.001：1以上且0.1：1以下。
4.根据权利要求1所述的发光元件，
其中所述第三层还含有具有电子传输性的物质。
5.根据权利要求4所述的发光元件，
其中在所述第三层中所述碱金属、所述碱土金属、所述稀土金属、所述碱金属化合物、所述碱土金属化合物和所述稀土金属化合物中的所述一种与所述具有电子传输性的物质的质量比为0.001：1以上且0.1：1以下。
6.根据权利要求1所述的发光元件，
其中所述EL层包括含有具有电子传输性的物质的第四层，
并且所述第四层接触于所述第三层。
7.根据权利要求1所述的发光元件，
其中在所述第一层中所述受主物质与所述具有空穴传输性的物质的质量比为0.1：1以上且4.0：1以下。
8.根据权利要求1所述的发光元件，
其中所述第一层具有含有所述具有空穴传输性的物质的层以及含有所述受主物质的层的叠层结构。
9.根据权利要求1所述发光元件，
其中所述EL层包括含有具有空穴传输性的第二物质及相对于所述具有空穴传输性的第二物质的第二受主物质的第五层，
并且所述第五层接触于所述阳极。
10.根据权利要求9所述的发光元件，
其中所述第二受主物质与所述具有空穴传输性的第二物质的质量比为0.1：1以上且4.0：1以下。
11.根据权利要求9所述的发光元件，
其中所述第五层具有含有所述具有空穴传输性的第二物质的层以及含有所述第二受主物质的层的叠层结构。
12.根据权利要求1所述的发光元件，
其中所述第一层中含有的所述受主物质是过渡金属氧化物。
13.根据权利要求1所述的发光元件，
其中所述第一层中含有的所述受主物质是元素周期表中的第四族至第八族的金属的氧化物。
14.根据权利要求1所述的发光元件，
其中所述第一层中含有的所述受主物质是氧化钼。
15.一种包括根据权利要求1所述的发光元件的发光装置。
16.一种包括根据权利要求15所述的发光装置的电子设备。
17.一种包括根据权利要求15所述的发光装置的照明装置。
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