CN104641484A - 发光元件、发光装置、电子设备及照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的之一是提供一种将对发光层的空穴注入性提高的发射磷光并且具有高发光效率的发光元件。该发光元件的发光层包含以下面通式(G1)表示的第一有机化合物和为磷光化合物的第二有机化合物。第一有机化合物的HOMO能级与第二有机化合物的HOMO能级之间的差低于或等于0.3eV。

Description

发光元件、发光装置、电子设备及照明装置
技术领域
本发明的一个方式涉及一种发光元件，其中在一对电极之间夹有通过施加电场来供应发光的有机化合物，另外，也涉及一种包括这种发光元件的发光装置、电子设备以及照明装置。
背景技术
具有薄型轻量、高速响应性及直流低电压驱动等的特征的使用有机化合物作为发光体的发光元件被期待应用于下一代平板显示器。一般认为尤其是将发光元件配置为矩阵状的显示装置与现有的液晶显示装置相比具有视角宽且可见度优异的优点。
发光元件被认为具有如下发光机理：当在一对电极之间夹着包含发光物质的EL层并对该一对电极施加电压时，从阴极注入的电子和从阳极注入的空穴在EL层的发光中心中被激发，该激发态返回到基态时释放出能量而发光。使用有机化合物作为发光物质的情况下产生的激发态是单重激发态及三重激发态。来自单重激发态(S1)的发光被称为荧光，而来自三重激发态(T1)的发光被称为磷光。发光元件中的激发态的统计生成比率被认为是S1:T1＝1:3。
因此，通过发光元件的EL层包含主体材料和客体材料(磷光化合物)，发光元件可以具有不仅利用荧光发光还利用磷光发光的元件结构，且可以提高元件特性(例如，参照专利文献1)。
另外，EL层包括空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层等，并且至少包括发光层。注意，已对这些层展开了适于各层功能的材料的开发，由此元件特性得到提高(例如，参照专利文献2)。
[参考文献]
[专利文献1]
[专利文献1]日本专利申请公开2010-182699号公报
[专利文献2]日本专利申请公开2001-261680号公报
发明内容
为了提高发光元件的元件特性，提高对发光层的载流子注入性是非常重要，因为可以提高发光效率。注意，在发光层包含主体材料及客体材料的情况下，可以认为主体材料的最高占据分子轨道(highestoccupied molecular orbital)能级(以下称为HOMO能级)和客体材料的HOMO能级的大小关系会影响对发光层的载流子(空穴)注入性。这是因为在主体材料的HOMO能级显著低于客体材料的HOMO能级的情况下，空穴在发光层的阳极一侧的界面处由客体材料选择性地被俘获而难以扩散到整个发光层。因此，优选的是用于发光层的主体材料的HOMO能级与跟主体材料一起使用的客体材料的HOMO能级之间的差小，并且用于发光层的主体材料具有高三重激发态能级(T1能级)。通过组合上述主体材料和客体材料，发光层中的载流子平衡良好，因此提供具有高发光效率的发光元件。
在用于发光层的客体材料具有高HOMO能级的情况下，跟客体材料一起使用的主体材料也优选随其具有高HOMO能级。但是，在发射蓝色光等短波长的磷光发光的客体材料的情况下，当HOMO能级高时，T1能级也随HOMO能级变高。因此满足上述两者的条件的材料的使用被认为有利于提高发光效率。鉴于上述情况，对即使在与现有的主体材料相比具有高HOMO能级及高T1能级的情况下也可以在广的范围选择作为客体材料的磷光化合物的主体材料，利用量子化学计算进行计算并对适用于发射磷光的发光元件的发光层的主体材料的分子结构进行研讨。
在分子结构的设计中，通过提高分子中的电子密度可以提高HOMO能级。但是，当为了提高电子密度而导入胺结构等时，共轭会在分子中扩展而容易使T1能级变低。鉴于上述情况，通过在分子中还引入五元环，提高电子密度，而将HOMO能级保持为高的同时，将T1能级保持为高。
由此可知，用于发射磷光的发光元件的发光层的主体材料的最优结构是使用如下通式(G1)所示的包含五元环的物质，其中为了提高电子密度通过在分子中引入多个五元环来提高HOMO能级及T1能级。
(在通式中，α1至α3分别表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基，Ar1至Ar3分别表示取代或未取代的苯基、取代或未取代的吡啶基、取代或未取代的嘧啶基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的芴基、取代或未取代的苯并(9,10)菲基和取代或未取代的菲基中的任一个，l、m、n分别为0或1。)
即，在本发明的一个方式中，发光元件的发光层包含作为主体材料的第一有机化合物以及作为客体材料的第二有机化合物，并且第一有机化合物的HOMO能级与第二有机化合物的HOMO能级之间的差低于或等于0.3eV。
此外，在本发明的一个方式中，发光元件在一对电极之间包括包含以上述通式(G1)表示的第一有机化合物以及作为客体材料的第二有机化合物的层。注意，在上述结构中，第一有机化合物的HOMO能级与第二有机化合物的HOMO能级之间的差低于或等于0.3eV。
另外，在上述结构中，优选的是，第二有机化合物是磷光化合物(有机金属配合物等)，特别是HOMO能级高于或等于-5.8eV的材料。
在上述各结构中，可以采用除了包括包含第一有机化合物和第二有机化合物的发光层，还包括空穴注入层、空穴传输层、电子注入层、电子传输层的结构。此时，由于以上述通式(G1)表示的第一有机化合物是具有施主性的化合物，因此可以将第一有机化合物用于空穴注入层和空穴传输层。
另外，在上述各结构中，作为以上述通式(G1)表示的第一有机化合物，尤其可以使用以下面结构式(100)表示的有机化合物(10，15-二氢-5，10，15-三苯-5H-二吲哚[3，2-a:3’,2’-c]咔唑(简称：P3Dic))。
本发明的其他方式不仅是包括发光元件的发光装置，还是包括发光装置的电子设备及照明装置。本说明书中的发光装置是指图像显示装置或光源(例如照明装置)。另外，发光装置包括如下所有模块：在发光装置中安装有连接器诸如柔性印刷电路(FPC)或载带封装(TCP)的模块；将印刷线路板设置于TCP端部的模块；以及集成电路(IC)通过玻璃上芯片(COG)方式直接安装在发光元件上的模块。
在本发明的一个方式中，由于可以使发射磷光的发光元件的发光层所含的主体材料的HOMO能级与客体材料的HOMO能级之间的差低于或等于0.3eV，因此可以实现具有高发光效率的发光元件。
附图说明
图1说明本发明的一个方式的概念；
图2说明发光元件的结构；
图3说明发光元件的结构；
图4A和图4B说明发光元件的结构；
图5A和图5B说明发光装置；
图6A至图6D说明电子设备；
图7A至图7C说明电子设备；
图8说明照明装置；
图9说明发光元件的结构；
图10是示出发光元件1、发光元件2及发光元件3的电压-电流特性的图；
图11是示出发光元件1、发光元件2及发光元件3的亮度-色度特性的图；
图12是示出发光元件1、发光元件2及发光元件3的亮度-外部能量效率特性的图；
图13示出发光元件1、发光元件2及发光元件3的发射光谱；
图14是示出发光元件4及发光元件5的电压-电流特性的图；
图15是示出发光元件4及发光元件5的亮度-色度特性的图；
图16是示出发光元件4及发光元件5的亮度-外部能量效率特性的图；
图17示出发光元件4及发光元件5的发射光谱。
具体实施方式
下面，将参照附图详细地说明本发明的实施方式。注意，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以下所示的实施方式所记载的内容中。
实施方式1
在本实施方式中，将对本发明的一个方式的发射磷光的发光元件进行说明。
如图1所示，本实施方式所示的发光元件在发光层10中包含第一有机化合物(主体材料)11和第二有机化合物(客体材料)12，第一有机化合物(主体材料)11的HOMO能级与第二有机化合物(客体材料)12的HOMO能级之间的差低于或等于0.3eV。
注意，当从空穴传输层13对发光层10注入空穴时，在发光层10中使用主体材料14代替第一有机化合物(主体材料)11的情况下，即使空穴从空穴传输层13注入到主体材料14中，空穴的大部分也容易立刻进入到位于空穴传输层13与发光层10之间的界面的附近的第二有机化合物(客体材料)12的能级，所以导致对发光层10的空穴注入性或传输性降低。因此，可以认为驱动电压容易上升。但是，作为发光层10中的主体材料，在使用比主体材料14的HOMO能级大(也就是说，第二有机化合物(客体材料)12的HOMO能级与第一有机化合物11的HOMO能级之间的差小，优选低于或等于0.3eV)的第一有机化合物(主体材料)11的情况下，由于空穴容易进入第一有机化合物(主体材料)11的能级和第二有机化合物(客体材料)12的能级的双方，因此可以提高对发光元件的发光层10的空穴注入性或传输性。
在此，从通过量子化学计算对与主体材料14相比HOMO能级高且T1能级高的主体材料进行计算的结果可知，作为最适于第一有机化合物(主体材料)11的结构，为了通过引入多个五元环提高电子密度来提高HOMO能级，并且提高由于氮的引入而降低的T1能级，优选使用如下通式(G1)所示的包含五元环的物质。
(在通式中，α1至α3分别表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基，Ar1至Ar3分别表示取代或未取代的苯基、取代或未取代的吡啶基、取代或未取代的嘧啶基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的芴基、取代或未取代的苯并(9,10)菲基和取代或未取代的菲基中的任一个，l、m、n分别为0或1。)
鉴于上述情况，本实施方式所示的发射磷光的发光元件在发光层中包含以上述通式(G1)表示的第一有机化合物(主体材料)和第二有机化合物(客体材料)，并且第一有机化合物(主体材料)的HOMO能级与第二有机化合物(客体材料)的HOMO能级之间的差低于或等于0.3eV。
接着，将参照图2说明本发明的一个方式的发光元件。
如图2所示，本发明的一个方式的发光元件具有在一对电极(阳极101和阴极102)之间夹着发光层104的结构。其中，发光层104包含以上述通式(G1)表示的第一有机化合物(主体材料)105和是磷光化合物的第二有机化合物(客体材料)106。注意，发光层104是与一对电极接触的EL层103所包括的功能层之一。EL层103除了发光层104以外还可以包括在所需的位置中适当地选择的层诸如空穴注入层、空穴传输层、电子传输层或电子注入层。
注意，以上述通式(G1)表示的第一有机化合物(主体材料)105的具体例子包含如下物质。
另外，优选的是第二有机化合物(客体材料)106为磷光化合物(有机金属配合物等)，尤其为HOMO能级高于或等于-5.8eV的材料。
另外，是磷光化合物的有机金属配合物的例子包括：三(2-苯基吡啶)铱(Ⅲ)(简称：Ir(ppy)3)、乙酰丙酮双(2-苯基吡啶)铱(Ⅲ)(简称：Ir(ppy)2(acac))、乙酰丙酮双(2-苯基苯并噻唑-N,C2’)铱(Ⅲ)(简称：Ir(bt)2(acac))、乙酰丙酮双[2-(2'-苯并[4,5-α]噻吩基)吡啶-N,C3’]铱(Ⅲ)(简称：Ir(btp)2(acac))、(乙酰丙酮)双[2,3-双(4-氟苯基)喹喔啉]铱(Ⅲ)(简称：Ir(Fdpq)2(acac))、(乙酰丙酮)双(2,3,5-三苯基吡嗪)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)、(乙酰丙酮)双(6-叔丁基-4-苯基嘧啶)铱(Ⅲ)(别称：双[2-(6-叔丁基-4-嘧啶基-κN3)苯基-κC](2,4-戊二酮-κ2O,O’)铱(Ⅲ))(简称：[Ir(tBuppm)2(acac)])、双(3,5-二甲基-2-苯基吡嗪)(二新戊酰基甲烷)铱(Ⅲ)(简称：[Ir(mppr-Me)2(dpm)])、(乙酰丙酮)双(6-甲基-4-苯基嘧啶)铱(Ⅲ)(别称：双[2-(6-甲基-4-嘧啶基-κN3)苯基-κC](2,4-戊二酮-κ2O,O’)铱(Ⅲ))(简称：[Ir(mppm)2(acac)])。
第一有机化合物105及第二有机化合物106不限于上述物质，只要是第一有机化合物105的HOMO能级与第二有机化合物106的HOMO能级之间的差低于或等于0.3eV即可。
在本实施方式中的本发明的一个方式的发光元件中，由于可以发射磷光的发光元件的发光层所含的主体材料的HOMO能级与客体材料的HOMO能级之间的差低于或等于0.3eV，因此通过提高对发光层的空穴注入性而可以实现具有高发光效率的发光元件。
实施方式2
在本实施方式中，参照图3说明本发明的一个方式的发光元件的结构以及其制造方法。
如图3所示，在本实施方式所示的发光元件中，将包括发光层206的EL层203设置在一对电极(第一电极(阳极)201与第二电极(阴极)202)之间。并且，EL层203除了包括发光层206之外，还包括空穴注入层204、空穴传输层205、电子传输层207、电子注入层208等。
与在实施方式1中说明的发光元件相同，发光层206包含以如下通式(G1)表示的第一有机化合物209和第二有机化合物210。并且，第一有机化合物(主体材料)209的HOMO能级与第二有机化合物(客体材料)210的HOMO能级之间的差低于或等于0.3eV。
注意，由于通过采用上述发光元件的发光层的结构可以提高从空穴传输层对发光层的空穴注入性，因此可以提高发光元件的发光效率。
注意，由于可以将与实施方式1中的物质相同的物质用于上述结构中的以如下通式(G1)表示的第一有机化合物209和第二有机化合物210，所以省略其具体例子的说明。
(在通式中，α1至α3分别表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基，Ar1至Ar3分别表示取代或未取代的苯基、取代或未取代的吡啶基、取代或未取代的嘧啶基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的芴基、取代或未取代的苯并(9,10)菲基和取代或未取代的菲基中的任一个，l、m、n分别为0或1。)
上述通式(G1)所示的骨架(二吲哚咔唑骨架)为平面性高且具有高载流子传输性的骨架。尤其是该骨架具有高HOMO能级及高空穴传输性。
注意，在上述通式(G1)中的α1至α3和Ar1至Ar3具有取代基的情况下，优选为具有1至6个碳原子的烷基。
另外，在上述通式(G1)中，即使α1至α3和Ar1至Ar3键合于二吲哚咔唑骨架，电子密度也难以从二吲哚咔唑扩展到这些取代基，因此该结构在不降低T1能级而维持的观点上来看，是优选的。
另外，在上述通式(G1)中，在Ar1至Ar3分别表示取代或未取代的吡啶基和取代或未取代的嘧啶基中的任一个时，物质本身具有双极性，所以是优选的。再者，此时，优选的是l、m和n是1，因为可以由二吲哚咔唑骨架和Ar1至Ar3抑制HOMO-LUMO的重叠，由此可以将T1保持为高的状态。
另外，在上述通式(G1)中，α1至α3分别表示取代或未取代的亚苯基和取代或未取代的联苯二基中的任一个，Ar1至Ar3分别表示取代或未取代的苯基、取代或未取代的吡啶基、取代或未取代的嘧啶基中的任一个，当l、m、n为0或1时，可以将T1保持为高的状态，所以是优选的。这是因为当α1至α3都由六元环构成时，与使用比六元环高的稠环的情况相比，更加能够将T1保持为高的状态。
另外，在上述通式(G1)中，在α1至α3分别表示取代或未取代的亚苯基和取代或未取代的联苯二基中的任一个，而Ar1至Ar3分别表示取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的芴基、取代或未取代的苯并(9,10)菲基和取代或未取代的菲基中的任一个的情况下，这些基为烃基，由此可以将HOMO能级保持为高的状态，所以是优选的。
接下来，具体说明本实施方式所示的发光元件的制造方法。
作为第一电极(阳极)201及第二电极(阴极)202，可以使用金属、合金、导电化合物及这些物质的混合物等。具体例子是氧化铟-氧化锡(Indium Tin Oxide(ITO))、包含硅或氧化硅的氧化铟-氧化锡、氧化铟-氧化锌(Indium Zinc Oxide)、包含氧化钨及氧化锌的氧化铟、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)及钛(Ti)。其他例子是属于元素周期表中第1族或第2族的元素，例如，碱金属诸如锂(Li)或铯(Cs)、碱土金属诸如钙(Ca)或锶(Sr)、镁(Mg)、包含这些元素的合金(MgAg或AlLi)、稀土金属诸如铕(Eu)或镱(Yb)、包含这些元素的合金以及石墨烯。第一电极(阳极)201及第二电极(阴极)202例如可以通过溅射法或蒸镀法(包括真空蒸镀法)等来形成。
用于空穴注入层204及空穴传输层205的具有高空穴传输性的物质的例子包括芳香胺化合物诸如4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯胺]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]-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-甲基苯基)-N-苯胺]三苯胺(简称：MTDATA)以及4，4’-双[N-(螺-9，9’-二芴-2-基)-N-苯胺]联苯(简称：BSPB)、3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯胺]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCA1)、3，6-双[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯胺]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCA2)以及3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCN1)。或者，还可以使用如下咔唑衍生物：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)。在此所述的物质主要是空穴迁移率为10-6cm2/Vs以上的物质。但是，只要是空穴传输性比电子传输性高的物质，就可以使用上述物质之外的物质。
再者，还可以使用聚合物诸如聚(N-乙烯咔唑)(简称：PVK)、聚(4-乙烯三苯胺)(简称：PVTPA)、聚[N-(4-{N’-[4-(4-二苯胺)苯基]苯基-N’-苯胺}苯基)甲基丙烯酰胺](简称：PTPDMA)或聚[N，N’-双(4-丁基苯基)-N，N’-双(苯基)联苯胺](简称：Poly-TPD)。
注意，由于以上述通式(G1)表示的第一有机化合物为具有高施主性及高空穴传输性的物质，因此可以将该第一有机化合物用于空穴注入层及空穴传输层。
另外，能够用于空穴注入层204的受主物质的例子包括过渡金属氧化物或属于元素周期表中第4族至第8族的金属的氧化物等。具体地说，氧化钼是特别优选的。
如上所述，发光层206包含以通式(G1)表示的第一有机化合物和第二有机化合物。
电子传输层207是包含具有高电子传输性的物质的层。作为电子传输层207，可以使用金属配合物诸如Alq3、三(4-甲基-8-羟基喹啉合)铝(Ⅲ)(简称：Almq3)、双(10-羟基苯并[h]-喹啉合)铍(Ⅱ)(简称：BeBq2)、BAlq、Zn(BOX)2或双[2-(2-羟基苯基)-苯并噻唑]锌(Ⅱ)(简称：Zn(BTZ)2)。此外，也可以使用杂芳族化合物诸如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)、3-(4’-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4”-联苯基)-1，2，4-三唑(简称：TAZ)、3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(简称：p-EtTAZ)、红菲咯啉(简称：BPhen)、浴铜灵(简称：BCP)或4，4’-双(5-甲基苯并噁唑-2-基)二苯乙烯(简称：BzOs)。另外，还可以使用高分子化合物诸如聚(2，5-吡啶二基)(简称：PPy)、聚[(9，9-二己基芴-2，7-二基)-共-(吡啶-3，5-二基)](简称：PF-Py)或聚[(9，9-二辛基芴-2，7-二基)-共-(2，2’-联吡啶-6，6’-二基)](简称：PF-BPy)。在此所述的物质主要是电子迁移率为10-6cm2/Vs以上的物质。但是，只要是电子传输性比空穴传输性高的物质，就可以将上述物质之外的物质用于电子传输层207。
电子传输层207不局限于单层，也可以为包含上述物质的两层以上的叠层。
电子注入层208是包含具有高电子注入性的物质的层。作为电子注入层208，可以使用碱金属、碱土金属或这些金属的化合物，诸如氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)、氟化钙(CaF2)或锂氧化物(LiOx)。或者，也可以使用氟化铒(ErF3)等稀土金属化合物。也可以使用上述形成电子传输层207的物质。
或者，也可以将有机化合物与电子给体(供体)混合而成的复合材料用于电子注入层208。这种复合材料的电子注入性及电子传输性高，因为电子给体将电子产生在有机化合物中。在此情况下，有机化合物优选是在传输所产生的电子方面性能优异的材料。具体而言，可以使用如上所述的用于电子传输层207的物质(诸如金属配合物和杂芳族化合物)。作为电子给体，可以使用对有机化合物呈现电子给体性的物质。具体而言，优选使用碱金属、碱土金属和稀土金属，可以举出锂、铯、镁、钙、铒、镱等。另外，优选使用碱金属氧化物或碱土金属氧化物，例如可以举出锂氧化物、钙氧化物、钡氧化物等。此外，也可以使用氧化镁等路易斯碱。也可以使用四硫富瓦烯(简称：TTF)等有机化合物。
注意，上述的空穴注入层204、空穴传输层205、发光层206、电子传输层207、电子注入层208分别可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、喷墨法或涂敷法等的方法形成。
在上述发光元件的发光层206中得到的发光穿过第一电极201和第二电极202中的任一者或两者取出到外部。因此，本实施方式中的第一电极201和第二电极202中的任一者或两者为具有透光性的电极。
在本实施方式所示的发光元件中，发光层包含以上述通式(G1)表示的第一有机化合物和第二有机化合物，并且第一有机化合物(主体材料)的HOMO能级与第二有机化合物(客体材料)的HOMO能级之间的差低于或等于0.3eV。从而可以实现具有高发光效率的发光元件。
注意，本实施方式所示的发光元件是本发明的一个方式，其特征尤其在于发光层的结构。因此，当采用本实施方式所示的结构时，可以制造无源矩阵型发光装置和有源矩阵型发光装置等。上述发光装置都包括在本发明中。
注意，在制造有源矩阵型发光装置的情况下，对TFT的结构没有特别的限制。例如，可以适当地使用交错型TFT或反交错型TFT。此外，形成在TFT衬底上的驱动电路可以使用N型TFT和P型TFT中的一个或两个形成。并且，对用于TFT的半导体膜的结晶性也没有特别的限制。例如，可以使用非晶半导体膜、结晶半导体膜和氧化物半导体膜等。
注意，本实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合而使用。
实施方式3
在本实施方式中，作为本发明的一个方式，将说明夹着电荷产生层包括多个EL层的发光元件(以下，称为串联型发光元件)。
本实施方式所示的发光元件是如图4A所示那样的在一对电极(第一电极301与第二电极304)之间包括多个EL层(第一EL层302(1)和第二EL层302(2))的串联型发光元件。
在本实施方式中，第一电极301用作阳极，第二电极304用作阴极。另外，第一电极301及第二电极304可以具有与实施方式1相似的结构。注意，虽然多个EL层(第一EL层302(1)和第二EL层302(2))可以具有与实施方式1或2所示的结构相似的结构，但是也可以是上述EL层中的任一个具有与实施方式1或2所示的结构相似的结构。换言之，第一EL层302(1)和第二EL层302(2)的结构可以是相同或互不相同，可以是与实施方式1或2相似的结构。
另外，在多个EL层(第一EL层302(1)和第二EL层302(2))之间设置有电荷产生层305。电荷产生层305具有如下功能：当对第一电极301和第二电极304施加电压时，将电子注入到一个EL层中，且将空穴注入到另一个EL层中。在本实施方式中，当以第一电极301的电位高于第二电极304的方式施加电压时，电荷产生层305将电子注入到第一EL层302(1)中，而将空穴注入到第二EL层302(2)中。
注意，从光提取效率的观点来看，电荷产生层305优选对可见光具有透光性(具体而言，电荷产生层305具有40％以上的可见光透射率)。另外，电荷产生层305即使其电导率低于第一电极301或第二电极304也发挥作用。
电荷产生层305可以具有对具有高空穴传输性的有机化合物添加有电子受体(受体)的结构或者具有对具有高电子传输性的有机化合物添加有电子给体(供体)的结构。或者，也可以层叠有这两种结构。
在采用对具有高空穴传输性的有机化合物添加有电子受体的结构的情况下，作为具有高空穴传输性的有机化合物，例如可以使用芳族胺化合物诸如NPB、TPD、TDATA、MTDATA或4，4’-双[N-(螺-9，9’-联芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(简称：BSPB)等。在此所述的物质主要是空穴迁移率为10-6cm2/Vs以上的物质。但是，只要是空穴传输性比电子传输性高的有机化合物，就可以使用上述物质之外的物质。
另外，作为电子受体，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。另外，还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、氧化锰和氧化铼，因为它们的电子接受性较高。其中，尤其优选使用氧化钼，因为氧化钼在大气中稳定且其吸湿性低，所以容易进行处理。
另一方面，在采用对具有高电子传输性的有机化合物添加有电子给体的结构的情况下，作为具有高电子传输性的有机化合物，例如可以使用具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属配合物诸如Alq、Almq3、BeBq2或BAlq等。除此之外，还可以使用具有噁唑基配体或噻唑基配体的金属配合物诸如Zn(BOX)2或Zn(BTZ)2。再者，除了金属配合物之外，还可以使用PBD、OXD-7、TAZ、BPhen、BCP等。在此所述的物质主要是电子迁移率为10-6cm2/Vs以上的物质。注意，只要是电子传输性比空穴传输性高的有机化合物，就可以使用上述物质之外的物质。
作为电子给体，可以使用碱金属、碱土金属、稀土金属、属于元素周期表中第2族或第13族的金属或者它们的氧化物或碳酸盐。具体而言，优选使用锂(Li)、铯(Cs)、镁(Mg)、钙(Ca)、镱(Yb)、铟(In)、氧化锂、碳酸铯等。此外，也可以将如四硫萘并萘(tetrathianaphthacene)的有机化合物用作电子给体。
注意，通过使用上述材料形成电荷产生层305，可以抑制层叠EL层时造成的驱动电压的增大。
虽然在本实施方式中对包括两个EL层的发光元件进行了说明，但是，如图4B所示那样，本发明可以类似地应用于层叠有n个EL层(302(1)至302(n))(n是3以上)的发光元件。如根据本实施方式的发光元件那样，在一对电极之间包括多个EL层的情况下，通过将电荷产生层(305(1)至305(n-1))分别设置在EL层与EL层之间，可以在保持低的电流密度的同时得到高亮度区域中的发光。因此能够得到具有长寿命的发光元件。当将发光元件应用于照明时，因为可以减少由电极材料的电阻导致的电压下降，所以可以实现大面积的均匀发光。此外，可以实现能够进行低电压驱动且耗电量低的发光装置。
此外，通过形成EL层以便发射互不相同颜色的光，可以使发光元件整体发射所需颜色的光。例如，通过形成具有两个EL层的发光元件使得第一EL层的发光颜色和第二EL层的发光颜色处于补色关系，发光元件整体可以提供白色发光。注意，词语“补色关系”表示当颜色混合时得到无彩色的颜色关系。也就是说，通过将从发射具有补色关系的颜色的光的物质得到的光混合，可以得到白色发光。
另外，具有三个EL层的发光元件的情况也与此相同。例如，当第一EL层的发射色是红色，第二EL层的发射色是绿色，第三EL层的发射色是蓝色时，发光元件整体可以提供白色发光。
在本实施方式所示的夹着电荷产生层层叠EL层的结构中，通过调整电极(第一电极301与第二电极304)之间的距离，发光元件可以具有利用光的共振效应的光学微共振器(micro optical resonator)(微腔)结构。
注意，本实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合。
实施方式4
在本实施方式中，将说明包括本发明的一个方式的发光元件的发光装置。
注意，可以将其他实施方式所说明的发光元件应用于发光元件。上述发光装置可以是无源矩阵型发光装置或有源矩阵型发光装置。在本实施方式中，参照图5A及图5B说明有源矩阵型发光装置。
注意，图5A是示出发光装置的俯视图，图5B是沿图5A中的虚线A-A’的截面图。根据本实施方式的有源矩阵型发光装置包括设置在元件衬底501上的像素部502、驱动电路部(源极线驱动电路)503以及驱动电路部(栅极线驱动电路)504a和504b。将像素部502、驱动电路部503以及驱动电路部504a和504b由密封剂505密封在元件衬底501与密封衬底506之间。
此外，在元件衬底501上设置有引导布线507。引导布线507用来连接对驱动电路部503及驱动电路部504a和504b传达来自外部的信号(例如，视频信号、时钟信号、起始信号及复位信号)或电位的外部输入端子而设置。在此，示出作为外部输入端子设置柔性印刷电路(FPC)508的例子。虽然在此只图示FPC，但是该FPC也可以安装有印刷线路板(PWB)。本说明书中的发光装置不仅包括发光装置主体，而且还包括安装有FPC或PWB的发光装置。
接着，参照图5B说明截面结构。在元件衬底501上形成有驱动电路部及像素部，在此示出源极线驱动电路的驱动电路部503及像素部502。
作为驱动电路部503示出形成有组合n沟道型TFT509和p沟道型TFT510的CMOS电路的例子。注意，包括在驱动电路部中的电路也可以使用各种CMOS电路、PMOS电路或NMOS电路形成。此外，虽然在本实施方式中示出将驱动电路形成在衬底上的驱动器一体型，但是驱动电路并不需要形成在衬底上，也可以将驱动电路形成在外部而不形成在衬底上。
像素部502由包括开关用TFT511、电流控制用TFT512及与电流控制用TFT512的布线(源电极或漏电极)电连接的第一电极(阳极)513的多个像素形成。注意，以覆盖第一电极(阳极)513的端部的方式形成有绝缘物514。在本实施方式中，使用正型的光敏丙烯酸树脂形成绝缘物514。
另外，为了得到层叠在绝缘物514上的膜的良好的覆盖性，优选将绝缘物514的上端部或下端部形成为具有曲率的曲面。例如，在作为绝缘物514的材料使用正型的光敏丙烯酸树脂的情况下，绝缘物514优选形成为在上端部具有曲率半径(0.2μm至3μm)的曲面。注意，绝缘物514可以使用负型感光性树脂或正型感光性树脂形成。不局限于有机化合物，还可以使用有机化合物或无机化合物诸如氧化硅或氧氮化硅。
在第一电极(阳极)513上层叠有EL层515及第二电极(阴极)516而形成有发光元件517。EL层515至少包括在实施方式1中说明的发光层。另外，在EL层515中，除了发光层之外，可以适当地设置空穴注入层、空穴传输层、电子传输层、电子注入层、电荷产生层等。
作为用于第一电极(阳极)513、EL层515及第二电极(阴极)516的材料，可以使用实施方式2所示的材料。虽然在此未图示，但是第二电极(阴极)516与作为外部输入端子的FPC508电连接。
此外，虽然图5B的截面图仅示出一个发光元件517，但是，在像素部502中以矩阵形状配置有多个发光元件。在像素部502中选择性地形成三种颜色(R、G及B)的发光的发光元件，而可以得到能够进行全彩色显示的发光装置。此外，也可以通过与滤色片组合来制造能够进行全彩色显示的发光装置。
此外，通过利用密封剂505将密封衬底506与元件衬底501贴合在一起，在由元件衬底501、密封衬底506及密封剂505围绕的空间518中具备有发光元件517。注意，空间518可以填充有惰性气体(诸如氮及氩)或密封剂505。
作为密封剂505，优选使用环氧类树脂。用于它们的材料优选是尽量不使水分或氧透过的材料。作为密封衬底506，除了玻璃衬底或石英衬底之外，还可以使用由玻璃纤维增强塑料(FRP)、聚氟乙烯(PVF)、聚酯或丙烯酸树脂等形成的塑料衬底。
通过上述步骤，可以得到有源矩阵型发光装置。
注意，本实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合。
实施方式5
在本实施方式中，参照图6A至图6D以及图7A至图7C对使用应用本发明的一个方式的发光元件来制造的发光装置的各种电子设备的例子进行说明。
应用发光装置的电子设备的例子是电视装置(也称为电视或电视接收机)、计算机等的显示器、影像拍摄装置诸如数码相机或数码摄像机、数码相框、移动电话机(也称为移动电话或移动电话装置)、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。图6A至图6D示出这些电子设备的具体例子。
图6A示出电视装置的一个例子。在电视装置7100中，在框体7101中组装有显示部7103。由显示部7103能够显示影像，并可以将发光装置用于显示部7103。此外，在此利用支架7105支撑框体7101。
可以通过利用框体7101的操作开关或单独的遥控操作机7110进行电视装置7100的操作。通过利用遥控操作机7110的操作键7109，可以控制频道及音量，并可以控制在显示部7103上显示的图像。此外，也可以在遥控操作机7110中设置用来显示从该遥控操作机7110输出的数据的显示部7107。
注意，电视装置7100具备接收机及调制解调器等。可以通过利用接收机接收一般的电视广播。再者，当经过调制解调器将电视装置7100连接到有线或无线方式的通信网络时，可以进行单向(从发送者到接收者)或双向(发送者和接收者之间或接收者之间等)的数据通信。
图6B示出计算机，包括主体7201、框体7202、显示部7203、键盘7204、外部连接端口7205、指向装置7206等。注意，该计算机是通过将发光装置用于其显示部7203来制造的。
图6C示出便携式游戏机，包括框体7301和框体7302的两个框体，并且这些框体由连接部7303连接以可以将便携式游戏机开闭。在框体7301中组装有显示部7304，而在框体7302中组装有显示部7305。此外，图6C所示的便携式游戏机还具备扬声器部7306、记录介质插入部7307、LED灯7308、输入单元(操作键7309、连接端子7310、传感器7311(传感器具有测量如下因素的功能：力量、位移、位置、速度、加速度、角速度、转动频率、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)或麦克风7312)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7304和显示部7305中的一个或两个使用发光装置，且可以适当地包括其他配件。图6C所示的便携式游戏机具有读出储存在记录介质中的程序或数据并将其显示在显示部中的功能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的功能。注意，图6C所示的便携式游戏机的功能不局限于这些功能，而便携式游戏机可以具有各种各样的功能。
图6D示出移动电话机的一个例子。移动电话机7400设置有组装在框体7401中的显示部7402、操作按钮7403、外部连接端口7404、扬声器7405、麦克风7406等。注意，移动电话机7400是通过将发光装置用于显示部7402来制造的。
当用手指等触摸图6D所示的移动电话机7400的显示部7402时，可以将数据输入到移动电话机7400中。此外，通过用手指等触摸显示部7402可以进行打电话及制作电子邮件的操作。
显示部7402主要有三个屏幕模式。第一模式是以图像显示为主的显示模式。第二模式是以文字等数据输入为主的输入模式。第三模式是组合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7402设定为以文字输入为主的文字输入模式，以便能够输入显示在屏幕上的文字。在此情况下，优选的是，在显示部7402的屏幕的大部分上显示键盘或号码按钮。
当在移动电话机7400内部设置包括用来检测倾斜度的传感器诸如陀螺仪或加速度传感器的检测装置时，通过判断移动电话机7400的方向(移动电话机用于横向模式或纵向模式而水平放置还是垂直放置)，可以对显示部7402的屏幕显示进行自动切换。
通过触摸显示部7402或对框体7401的操作按钮7403进行操作，切换屏幕模式。此外，也可以根据显示在显示部7402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的信号为动态图像数据的信号时，将屏幕模式切换成显示模式。当该信号为文字数据的信号时，将屏幕模式切换成输入模式。
另外，在输入模式中，当在通过检测出显示部7402的光传感器所检测的信号的期间在一定期间内没有进行触摸显示部7402的输入时，也可以控制为将屏面模式从输入模式切换成显示模式。
可以将显示部7402用作图像传感器。例如，当用手掌或手指触摸显示部7402时拍摄掌纹、指纹等，由此可以进行身份识别。此外，通过在显示部中设置发射近红外光的背光灯或感测光源，也可以拍摄手指静脉、手掌静脉等。
图7A和图7B是能够折叠的平板终端。在图7A中，平板终端被打开，并且包括框体9630、显示部9631a、显示部9631b、用来切换显示模式的开关9034、电源按钮9035、用来切换为省电模式的开关9036、扣件9033以及操作按钮9038。通过将发光装置用于显示部9631a和显示部9631b的一个或两个来制造该平板终端。
显示部9631a的一部分可以为触摸屏区域9632a，并且可以当触摸所显示的操作键9637时输入数据。注意，图10作为一个例子示出显示部9631a的一半只具有显示功能，并且另一半具有触摸屏功能。但是显示部9631a的结构不局限于该结构，显示部9631a的所有的区域也可以具有触摸屏功能。例如，显示部9631a的整个面可以显示键盘按钮并用作触摸屏，而可以将显示部9631b用作显示屏面。
如显示部9631a，显示部9631b的一部分可以为触摸屏区域9632b。当手指或触屏笔等触摸用来切换为键盘的显示在触摸屏中的按钮9639的位置，可以在显示部9631b上显示键盘按钮。
可以对触摸屏区域9632a和触摸屏区域9632b同时进行触摸输入。
用来切换显示模式的开关9034例如能够切换显示方向(例如，横向模式和纵向模式)以及选择显示模式(切换黑白显示和彩色显示)。通过使用用来切换为省电模式的开关9036可以根据平板终端所内置的光传感器所检测的使用平板终端时的外光的光量，将显示的亮度设定为最合适的亮度。平板终端除了光传感器以外还可以包括其他检测装置诸如用来检测方向的传感器(例如，陀螺仪或加速度传感器)。
虽然在图7A中显示部9631a和显示部9631b具有相同的显示面积，但是本发明的一个方式不局限于该例子。显示部9631a和显示部9631b可以具有不同的面积或不同的显示质量。例如，它们的一个可以为与另一个相比能够显示更高的精细的图像的显示屏。
图7B是合上的平板终端，并且包括框体9630、太阳能电池9633、充放电控制电路9634、电池9635以及DCDC转换器9636。注意，图7B示出充放电控制电路9634包括电池9635及DCDC转换器9636的例子。
由于平板终端能够进行折叠，因此不使用平板终端时可以合上框体9630。因此，可以保护显示部9631a和显示部9631b，而可以提供一种具有高耐久性且长期使用上具有高可靠性的平板终端。
图7A和图7B所示的平板终端还可以具有如下功能：显示各种各样的数据(例如，静态图像、动态图像及文字图像)；将日历、日期或时刻等显示在显示部上；通过触摸输入对显示在显示部上的数据进行操作或编辑的触摸输入；通过各种各样的软件(程序)控制处理等。
通过利用安装在平板终端的表面上的太阳能电池9633，可以将电力供应到触摸屏、显示部或图像信号处理部等。注意，优选将太阳能电池9633设置在框体9630的一个面或两个面，因为可以高效地对电池9635进行充电。当作为电池9635使用锂离子电池时，有小型化等的优点。
参照图7C所示的方框图对图7B所示的充放电控制电路9634的结构和工作进行说明。图7C示出太阳能电池9633、电池9635、DCDC转换器9636、转换器9638、开关SW1至SW3以及显示部9631。电池9635、DCDC转换器9636、转换器9638以及开关SW1至SW3对应于图7B中的充放电控制电路9634。
首先，说明在利用外光使太阳能电池9633发电时的工作的例子。使用DCDC转换器9636对太阳能电池9633所产生的电力的电压进行上升或降低以使该电力具有将电池9635充电的电压。当利用来自太阳能电池9633的电力使显示部9631工作时使开关SW1导通，并且，利用转换器9638将该电力的电压上升或降低到显示部9631所需要的电压。另外，当不进行显示部9631上的显示时，使开关SW1截止且使开关SW2导通来对电池9635进行充电。
这里，作为发电方法的一个例子示出太阳能电池9633，但是对将电池9635充电的方法没有限制，也可以使用其他发电方法诸如压电元件(piezoelectric element)或热电转换元件(珀耳帖元件(Peltierelement))等将电池9635充电。例如，也可以使用以无线(不接触)的方式收发电力来对电池进行充电的无线电力传输模块或组合其他充电方法将电池9635充电。
只要包括上述实施方式所说明的显示部，当然本发明的一个方式就不局限于图7A至图7C所示的电子设备。
如上所述，可以通过应用本发明的一个方式的发光装置而得到电子设备。发光装置具有极广的应用范围，而可以应用于各种领域的电子设备。
注意，本实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合。
实施方式6
在本实施方式中，参照图8说明应用包括本发明的一个方式的发光元件的发光装置的照明装置的例子。
图8是将发光装置用于室内照明装置8001的例子。注意，因为可以增加发光装置的面积，所以也可以形成具有大面积的照明装置。此外，也可以通过使用具有曲面的框体来得到发光区域具有曲面的照明装置8002。包括在本实施方式所示的照明装置中的发光元件为薄膜状，框体的设计的自由度更高。因此，照明装置可以精心设计成多种形式。再者，也可以在室内的墙面具备大型的照明装置8003。
另外，当将发光装置用于桌子的表面时，可以得到具有桌子的功能的照明装置8004。当将发光装置用于其他家具的一部分时，可以得到具有家具的功能的照明装置。
如上所述，可以得到应用发光装置的各种各样的照明装置。注意，这种照明装置也是本发明的方式。
注意，本实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合。
实施例1
在本实施例中，制造本发明的一个方式的发光元件，并示出其特性的测定结果。注意，本实施例中的发光元件1是用来与发光元件2及发光元件3比较的对比发光元件。在本实施例中，在发光元件的发光层中，用于发光元件2及发光元件3的每一个的主体材料(10，15-二氢-5，10，15-三苯-5H-二吲哚[3，2-a:3’,2’-c]咔唑(简称：P3Dic))的HOMO能级比用于发光元件1的主体材料(9-苯基-9H-3-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)咔唑(简称:PCCP))的HOMO能级高。也就是说，在发光元件2及发光元件3中，主体材料(P3Dic(简称))的HOMO能级与客体材料([Ir(mpptz-dmp)3](简称))的HOMO能级之间的差低于或等于0.3eV，在作为对比发光元件的发光元件1中，该差高于0.3eV。参照图9说明在本实施例中制造的发光元件。下面示出在本实施例中使用的材料的化学式。
[发光元件1、发光元件2及发光元件3的制造]
首先，在玻璃衬底1100上通过溅射法形成包含氧化硅的氧化铟锡(ITSO)的膜，由此形成用作阳极的第一电极1101。其厚度为110nm，且电极面积为2mm×2mm。
接着，作为用来在衬底1100上形成发光元件的预处理，对衬底表面进行清洗，并以200℃进行1小时的焙烧，然后进行370秒钟的UV臭氧处理。
然后，将衬底1100传送到其内部被减压到10-4Pa左右的真空蒸镀装置中，并在真空蒸镀装置的加热室中，以170℃进行30分钟的真空焙烧，然后对衬底1100进行30分钟左右的冷却。
接着，将衬底1100固定到设置在真空蒸镀装置中的支架以使衬底1100的形成有第一电极1101的面朝下。在本实施例中，将说明如下情况，即通过真空蒸镀法，依次形成包括在EL层1102中的空穴注入层1111、空穴传输层1112、发光层1113、电子传输层1114及电子注入层1115。
在将真空蒸镀装置内的压力降低到10-4Pa之后，通过将1，3，5-三(二苯并噻吩-4-基)苯(简称：DBT3P-Ⅱ)和氧化钼(Ⅵ)以DBT3P-Ⅱ(简称)对氧化钼为4：2的质量比的方式共蒸镀，从而在第一电极1101上形成空穴注入层1111。将其厚度设定为60nm。注意，共蒸镀是使多个不同的物质分别从不同的蒸发源同时蒸发的蒸镀法。
接着，在发光元件1中，通过蒸镀以20nm的厚度沉积9-苯基-9H-3-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)咔唑(简称：PCCP)，来形成空穴传输层1112。在发光元件2及发光元件3中，通过蒸镀以20nm的厚度沉积10，15-二氢-5，10，15-三苯-5H-二吲哚[3，2-a:3’,2’-c]咔唑(简称：P3Dic)，从而形成空穴传输层1112。
接着，在空穴传输层1112上形成发光层1113。
在发光元件1中，通过以30nm的厚度将PCCP(简称)、3，5-双[3(9H-咔唑-9-基)苯基]吡啶(简称：35DCzPPy)以及三{2-[5-(2-甲基苯基)-4-(2，6-二甲基苯基)-4H-1，2，4-三唑-3-基-κN2]苯基-κC}铱(Ⅲ)(简称：[Ir(mpptz-dmp)3])以PCCP(简称)对35DCzPPy(简称)对[Ir(mpptz-dmp)3](简称)为1:0.3:0.06的质量比的方式共蒸镀而形成第一发光层1113a，然后以10nm的厚度以35DCzPPy(简称)对[Ir(mpptz-dmp)3](简称)为1:0.06的质量比的方式共蒸镀而形成第二发光层1113b，由此形成第一发光层1113a及第二发光层1113b的叠层结构的发光层1113。
在发光元件2中，通过以30nm的厚度将P3Dic(简称)、35DCzPPy(简称)及[Ir(mpptz-dmp)3](简称)以P3Dic(简称)对35DCzPPy(简称)对[Ir(mpptz-dmp)3](简称)为1:0.3:0.06的质量比的方式共蒸镀而形成第一发光层1113a，然后以10nm的厚度以35DCzPPy(简称)对[Ir(mpptz-dmp)3](简称)为1:0.06的质量比的方式共蒸镀而形成第二发光层1113b，由此形成第一发光层1113a及第二发光层1113b的叠层结构的发光层1113。
在发光元件3中，通过以30nm的厚度将P3Dic(简称)、35DCzPPy(简称)及[Ir(mpptz-dmp)3](简称)以P3Dic(简称)对35DCzPPy(简称)对[Ir(mpptz-dmp)3](简称)为0.3:1:0.06的质量比的方式共蒸镀而形成第一发光层1113a，然后以10nm的厚度以35DCzPPy(简称)对[Ir(mpptz-dmp)3](简称)为1:0.06(质量比)的方式共蒸镀而形成第二发光层1113b，由此形成第一发光层1113a及第二发光层1113b的叠层结构的发光层1113。
接着，通过在发光层1113上以10nm的厚度蒸镀2-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]-1-苯基-1H-苯并咪唑(简称：mDBTBIm-Ⅱ)之后，以15nm的厚度还蒸镀红菲咯啉(简称：Bphen)，从而形成具有叠层结构的电子传输层1114。再者，通过在电子传输层1114上蒸镀1nm厚的氟化锂，来形成电子注入层1115。
最后，通过蒸镀在电子注入层1115上以200nm的厚度沉积铝，来形成用作阴极的第二电极1103，从而得到发光元件1、发光元件2以及发光元件3。注意，在上述所有蒸镀过程中，均使用电阻加热法进行蒸镀。
表1示出发光元件1、发光元件2以及发光元件3的元件结构。
[表1]
*PCCP:35DCzPPy:[Ir(mpptz-dmp)3](1:0.3:0.06 30nm)
**P3Dic:35DCzPPy:[Ir(mpptz-dmp)3](1:0.3:0.06 30nm)
***P3Dic:35DCzPPy:[Ir(mpptz-dmp)3](0.3:1:0.06 30nm)
****35DCzPPy:[Ir(mpptz-dmp)3](1:0.06 10nm)
此外，在包含氮气氛的手套箱中密封所制造的发光元件1、发光元件2以及发光元件3，以使其不暴露于大气(具体地，将密封材料涂敷在元件的外端，并且在密封时以80℃进行1小时的热处理)。
[发光元件1、发光元件2及发光元件3的动作特性]
测定所制造的发光元件1、发光元件2及发光元件3的动作特性。注意，测定是在室温下(保持在25℃的气氛下)进行的。
图10示出发光元件1、发光元件2及发光元件3的电压-电流特性。在图10中，纵轴表示电流(mA)，且横轴表示电压(V)。另外，图11示出发光元件1、发光元件2及发光元件3的亮度-色度特性。在图11中，纵轴表示色度坐标，且横轴表示亮度(cd/m2)。图12示出发光元件1、发光元件2及发光元件3的亮度-外部能量效率特性。在图12中，纵轴表示外部能量效率(％)，且横轴表示亮度(cd/m2)。
从图10可知，本发明的一个方式的发光元件2及发光元件3与作为对比发光元件的发光元件1相比驱动电压低。另外，从图12可知，发光元件2及发光元件3的外部能量效率比发光元件1高。这是由于用于发光元件2及发光元件3的发光层的P3Dic(简称)与用于发光元件1的发光层的PCCP相比HOMO能级高(接近于[Ir(mpptz-dmp)3](简称)的HOMO能级)且T1能级也高，而使发光元件2及发光元件3的驱动电压低且发光效率提高。上述原因受到如下事实的支持：发光层中的P3Dic(简称)的含量比发光元件3多的发光元件2与发光元件3相比驱动电压低且效率高。
另外，从图11可知，发光元件2及发光元件3的色度与发光元件1的色度大致相同。因此，可知本发明的一个方式的发光元件2及发光元件3能够保持与发光元件1大致相同的色度，并且使其特性比发光元件1高。另外，从上述结果可知发光元件2及发光元件3在各亮度几乎没有颜色变化，所以载流子平衡优良。
表2示出亮度为1000cd/m2附近的发光元件1、发光元件2及发光元件3的主要初期特性值。
[表2]
图13示出对发光元件1、发光元件2及发光元件3施加0.1mA的电流来得到的发射光谱。如图13所示，可知发光元件1、发光元件2及发光元件3的发射光谱在481nm附近和508nm附近具有峰值，这些峰值来自发光层1113中的[Ir(mpptz-dmp)3](简称)的发射。
如上所述，已知作为蓝色的主体材料，P3Dic(简称)具有足够高的T1能级。也就是说，可以在可见区中具有发光峰值的磷光发光元件的发光层中使用P3Dic(简称)作为主体材料。
实施例2
在本实施例中，制造本发明的一个方式的发光元件，并示出其特性的测定结果。注意，本实施例中的发光元件4是用来与发光元件5比较的对比发光元件。注意，参照实施例1中的发光元件1、发光元件2及发光元件3的图9来说明本实施例中的发光元件4及发光元件5。下面示出在本实施例中使用的材料的化学式。
[发光元件4及发光元件5的制造]
首先，在玻璃衬底1100上通过溅射法沉积包含氧化硅的氧化锡铟(ITSO)，由此形成用作阳极的第一电极1101。其厚度为110nm，且电极面积为2mm×2mm。
接着，作为用来在衬底1100上形成发光元件的预处理，对衬底表面进行清洗，并在200℃下进行1小时的焙烧，然后进行370秒钟的UV臭氧处理。
然后，将衬底1100传送到其内部被减压到10-4Pa左右的真空蒸镀装置中，并在真空蒸镀装置的加热室中，以170℃进行30分钟的真空焙烧，然后对衬底1100进行30分钟左右的冷却。
接着，将衬底1100固定到设置在真空蒸镀装置中的支架以使衬底1100的形成有第一电极1101的面朝下。在本实施例中，将说明如下情况，即通过真空蒸镀法，依次形成包括在EL层1102中的空穴注入层1111、空穴传输层1112、发光层1113、电子传输层1114及电子注入层1115。
在将真空装置内的压力降低到10-4Pa之后，通过将1，3，5-三(二苯并噻吩-4-基)-苯(简称：DBT3P-Ⅱ)和氧化钼(Ⅵ)以DBT3P-Ⅱ(简称)对氧化钼为4：2的质量比的方式共蒸镀，从而在第一电极1101上形成空穴注入层1111。其厚度为60nm。注意，共蒸镀是使多个不同的物质分别从不同的蒸发源同时蒸发的蒸镀法。
接着，通过以20nm的厚度蒸镀9-[3-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]9H-咔唑(简称：mCzFLP)，来形成空穴传输层1112。
接着，在空穴传输层1112上形成发光层1113。
在发光元件4中，通过以20nm的厚度将4，6-双[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]嘧啶(简称：4，6mDBTP2Pm-Ⅱ)、PCCP(简称)以及三(2-苯基吡啶)铱(Ⅲ)(简称：[Ir(ppy)3])以4,6mDBTP2Pm-Ⅱ(简称)对PCCP(简称)对[Ir(ppy)3](简称)为0.7:0.3:0.06的质量比的方式共蒸镀而形成第一发光层1113a，然后以20nm的厚度以4,6mDBTP2Pm-Ⅱ(简称)对PCCP(简称)对[Ir(ppy)3](简称)为0.8:0.2:0.06的质量比的方式共蒸镀而形成第二发光层1113b，由此形成第一发光层1113a及第二发光层1113b的叠层结构的发光层1113。
在发光元件5中，通过以20nm的厚度将4，6-双[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]嘧啶(简称：4，6mDBTP2Pm-Ⅱ)、10，15-二氢-5，10，15-三苯-5H-二吲哚[3，2-a:3’,2’-c]咔唑(简称：P3Dic)以及三(2-苯基吡啶)铱(Ⅲ)(简称：[Ir(ppy)3])以4,6mDBTP2Pm-Ⅱ(简称)对P3Dic(简称)对[Ir(ppy)3](简称)为0.7:0.3:0.06的质量比的方式共蒸镀而形成第一发光层1113a，然后以20nm的厚度以4,6mDBTP2Pm-Ⅱ(简称)对P3Dic(简称)对[Ir(ppy)3](简称)为0.8:0.2:0.06的质量比的方式共蒸镀而形成第二发光层1113b，由此形成第一发光层1113a及第二发光层1113b的叠层结构的发光层1113。
接着，通过在发光层1113上以10nm的厚度蒸镀4,6mDBTP2Pm-Ⅱ(简称)之后，以20nm的厚度还蒸镀红菲咯啉(简称：Bphen)，从而形成具有叠层结构的电子传输层1114。再者，通过在电子传输层1114上蒸镀1nm厚的氟化锂，来形成电子注入层1115。
最后，在电子注入层1115上以200nm的厚度蒸镀铝，来形成用作阴极的第二电极1103，从而得到发光元件4及发光元件5。注意，在上述所有蒸镀过程中，均使用电阻加热法进行蒸镀。
表3示出发光元件4及发光元件5的元件结构。
[表3]
*4,6mDBTP2Pm-II:PCCP:[Ir(ppy)3](0.7:0.3:0.06 20nm\0.8:0.2:0.0620nm)
**4,6mDBTP2Pm-II:P3Dic:[Ir(ppy)3](0.7:0.3:0.06 20nm\0.8:0.2:0.06 20nm)
此外，在包含氮气氛的手套箱中密封所制造的发光元件4及发光元件5，以使其不暴露于大气(具体地，将密封材料涂敷在元件的外端，并且在密封时以80℃进行1小时的热处理)。
[发光元件4及发光元件5的动作特性]
测定所制造的发光元件4及发光元件5的动作特性。注意，测定是在室温下(保持在25℃的气氛下)进行的。
图14示出发光元件4及发光元件5的电压-电流特性。在图14中，纵轴表示电流(mA)，且横轴表示电压(V)。图15示出发光元件4及发光元件5的亮度-色度特性。在图15中，纵轴表示色度坐标，且横轴表示亮度(cd/m2)。图16示出发光元件4及发光元件5的亮度-外部能量效率特性。在图16中，纵轴表示外部能量效率(％)，且横轴表示亮度(cd/m2)。
从图16可知，发光元件5的外部能量效率比发光元件4的外部能量效率高。这是由于，用于发光元件5的发光层的P3Dic与用于发光元件4的发光层的PCCP相比HOMO能级高且载流子传输性高，而在发光元件5中使复合区域扩大且载流子平衡提高。
另外，从图15可知，发光元件5的色度与发光元件4的色度大致相同。因此，可知在本发明的一个方式的发光元件5能够保持与发光元件4大致相同的色度的同时，实现了比发光元件4高的特性。
表4示出亮度为1000cd/m2附近的发光元件4及发光元件5的主要初期特性值。
[表4]
图17示出对发光元件4及发光元件5施加0.1mA的电流来得到的发射光谱。如图17所示，发光元件4及发光元件5的发射光谱在517nm附近和544nm附近具有峰值，这些峰值来自发光层1113中的[Ir(ppy)3](简称)的发射。由此可知发光元件4及发光元件5在各亮度几乎没有颜色变化，所以载流子平衡优良。
实施例3
在本实施例中，对本发明的一个方式的10，15-二氢-5，10，15-三苯-5H-二吲哚[3，2-a:3’,2’-c]咔唑(简称：P3Dic(结构式(100))、10，15-二氢-5，10，15-三联苯-5H-二吲哚[3，2-a:3’,2’-c]咔唑(简称:BP3Dic(结构式104)))、下列结构式所示的化合物(结构式(101)、结构式(102)、结构式(103)、结构式(105)、结构式(106)、结构式(107)以及结构式(108))、以及用于比较例的10，15-二氢-5H-二吲哚[3，2-a:3’,2’-c]咔唑(简称：Dic(结构式R01)))及PCCP(简称)(结构式(R02))的HOMO能级、LUMO能级以及T1能级通过量子化学计算进行计算。
利用密度泛函理论通过计算得到单重态和三重态中的最稳定结构。作为基底函数，将6-311G应用于所有的原子。再者，为了提高计算精度，作为极化基底类，将p函数及d函数分别加到氢原子及氢原子以外的原子。作为泛函使用B3PW91。另外，分别计算单重态结构的HOMO能级和LUMO能级。作为量子化学计算程序使用Gaussian09。
表5示出计算结果。
[表5]
表5示出P3Dic(简称)(结构式(100))的HOMO能级高。这可以认为是与P3Dic(简称)同样来源于Dic(简称)(结构式(R01))的二吲哚咔唑骨架的HOMO能级较高。另外，P3Dic(简称)具有苯基与Dic(简称)的5位、10位及15位的每一个键合的结构，且在5位、10位及15位上二吲哚咔唑骨架与这些取代基键合，共轭向这些取代基扩散可以得到抑制，因此可以认为P3Dic(简称)也与Dic(简称)同样可以维持高的T1能级。另外，如结构式103所示的化合物那样，在P3Dic(简称)的苯基与烷基键合的结构的情况下，可知在T1能级与P3Dic(简称)相等的同时，可以使其HOMO能级比P3Dic(简称)高。
此外，结构式104所示的BP3Dic(简称)具有对联苯基分别键合于Dic(简称)的5位、10位及15位的结构，并具有与P3Dic(简称)大致相同的HOMO能级和与P3Dic同样充分高的T1能级。相对于此，结构式108所示的化合物具有间联苯基分别键合于Dic(简称)的5位、10位及15位的结构，并可知该化合物具有与P3Dic(简称)大致相同的HOMO能级和与P3Dic(简称)同样高的T1能级。
另外，可知结构式101、结构式102以及结构式105所示的化合物的HOMO能级与P3Dic(简称)相同地高，与这些化合物相比，P3Dic(简称)的LUMO能级及T1能级更高。这可认为由于在苯基键合于P3Dic(简称)的5位、10位及15位的结构的情况下，可以抑制共轭的扩大，但是在采用与苯基相比共轭更扩大的取代基键合于结构式101、结构式102以及结构式105所示的化合物的5位、10位及15位中的任一位的结构的情况下，该化合物会受到共轭的扩大的影响，而LUMO能级低且T1能级被减少。因为LUMO能级低，所以可以使用这些化合物形成的发光元件的驱动电压得到降低。
另外，结构式106以及结构式107所示的化合物都具有如下结构：杂环嘧啶键合于5位、10位及15位取代P3Dic(简称)的苯基。注意，因为嘧啶是缺电子骨架，所以与P3Dic(简称)相比HOMO能级、LUMO能级都较深。但是，因为嘧啶是六元环而共轭不易扩大，所以嘧啶的T1能级与P3Dic(简称)同样高。因此，可知结构式106以及结构式107所示的化合物是具有双极性和高T1能级的化合物。另外，可知这些化合物适合用于发射较短波长的磷光的材料的主体材料。
接着，表6示出P3Dic(简称)(结构式(100))、BP3Dic(简称)(结构式(104))以及PCCP(简称)(结构式(R02))的利用CV测定所得到的HOMO能级及LUMO能级的实测值；薄膜中的荧光光谱的峰值波长、磷光光谱的峰值波长以及T1能级。
[表6]
从实测值中也可以看出，P3Dic(简称)及BP3Dic(简称)的HOMO能级高。此外，可知P3Dic(简称)及BP3Dic(简称)具有高T1能级，而可以用作可见区的发光材料的主体材料。
注意，通过利用时间分辨法计算将薄膜冷却到10K并照射激发光而得到的发射光谱，从而算出磷光峰值。在此示出的T1能级是通过从该磷光峰值变换成能量值而得到的值。
附图标记说明
10：发光层；11：第一有机化合物(主体材料)；12：第二有机化合物(客体材料)；13：空穴传输层；14：主体材料；101：阳极；102：阴极；103：EL层；104：发光层；105：第一有机化合物(主体材料)；106：第二有机化合物(客体材料)；201：第一电极(阳极)；202：第二电极(阴极)；203：EL层；204：空穴注入层；205：空穴传输层；206：发光层；207：电子传输层；208：电子注入层；209：第一有机化合物(主体材料)；210：第二有机化合物(客体材料)；301：第一电极；302(1)至302(n)：EL层；304：第二电极；305：电荷产生层；305(1)至305(n-1)：电荷产生层；501：元件衬底；502：像素部；503：驱动电路部(源极线驱动电路)；504a、504b：驱动电路部(栅极线驱动电路)；505：密封剂；506：密封衬底；507：布线；508：FPC(柔性印刷电路)；509：n沟道型TFT；510：p沟道型TFT；511：开关用TFT；512：电流制御用TFT；513：第一电极(阳极)；514：绝缘物；515：EL层；516：第二电极(阴极)；517：发光元件；518：空間；1100：衬底；1101：第一电极；1102：EL层；1103：第二电极；1111：空穴注入层；1112：空穴传输层；1113：发光层；1114：电子传输层；1115：电子注入层；7100：电视装置；7101：框体；7103：显示部；7105：支架；7107：显示部；7109：操作键；7110：遥控操作机；7201：主体；7202：框体；7203：显示部；7204：键盘；7205：外部连接端口；7206：指向装置；7301：框体；7302：框体；7303：连接部；7304：显示部；7305：显示部；7306：扬声器部；7307：记录媒体插入部；7308：LED灯；7309：操作键；7310：连接端子；7311：传感器；7312：麦克风；7400：移动电话机；7401：框体；7402：显示部；7403：操作按钮；7404：外部连接端口；7405：扬声器；7406：麦克风；8001：照明装置；8002：照明装置；8003：照明装置；8004：照明装置；9033：扣件；9034：用来切换显示模式的开关；9035：电源按钮；9036：用来切换为省电模式的开关；9038：操作按钮；9630：框体；9631：显示部；9631a：显示部；9631b：显示部；9632a：触摸屏区域；9632b：触摸屏区域；9633：太阳能电池；9634：充放电控制电路；9635：电池；9636：DCDC转换器；9637：操作键；9638：转换器；9639：按钮
本申请基于2012年9月21日提交到日本专利局的日本专利申请No.2012-208080，通过引用将其完整内容并入在此。

Claims (13)

1.一种发光装置，包括：
一对电极；以及
所述一对电极之间的层，所述层包括通式(G1)所示的化合物和磷光化合物，
其中：
所述化合物的HOMO能级与所述磷光化合物的HOMO能级之间的差低于或等于0.3eV，
α1至α3独立地表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基，
Ar1至Ar3独立地表示取代或未取代的苯基、取代或未取代的吡啶基、取代或未取代的嘧啶基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的芴基、取代或未取代的苯并(9,10)菲基和取代或未取代的菲基中的任一个，以及
l、m、n独立地为0或1。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述化合物以结构式(100)、(104)和(108)中的任一个表示
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述磷光化合物为有机金属配合物。
4.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述磷光化合物包含铱。
5.一种包括权利要求1所述的发光装置的电子设备。
6.一种包括权利要求1所述的发光装置的照明装置。
7.一种发光装置，包括：
一对电极；
所述一对电极之间的第一层，所述第一层包括通式(G1)所示的第一化合物；以及
与所述第一层接触的第二层，所述第二层包括所述通式(G1)所示的第二化合物和磷光化合物，
其中：
所述第二化合物的HOMO能级与所述磷光化合物的HOMO能级之间的差低于或等于0.3eV，
α1至α3独立地表示取代或未取代的亚苯基或者取代或未取代的联苯二基，
Ar1至Ar3独立地表示取代或未取代的苯基、取代或未取代的吡啶基、取代或未取代的嘧啶基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的芴基、取代或未取代的苯并(9,10)菲基和取代或未取代的菲基中的任一个，以及
l、m、n独立地为0或1。
8.根据权利要求7所述的发光装置，其中所述第一化合物与所述第二化合物不同。
9.根据权利要求7所述的发光装置，其中所述第一化合物和所述第二化合物中的至少一个以结构式(100)、(104)和(108)中的任一个表示
10.根据权利要求7所述的发光装置，其中所述磷光化合物为有机金属配合物。
11.根据权利要求7所述的发光装置，其中所述磷光化合物包含铱。
12.一种包括权利要求7所述的发光装置的电子设备。
13.一种包括权利要求7所述的发光装置的照明装置。
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