CN105679953A - 发光元件、发光器件和电子器件 - Google Patents

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Abstract

提供具有高的发光效率、长的寿命和降低的驱动电压的发光元件。提供包括阳极、阴极以及阳极和阴极之间的多个发光层的发光元件，所述多个发光层彼此接触以形成叠置结构，其中形成多个发光层，该多个发光层中与阳极最接近的是第一发光层，该多个发光层中与阴极最接近的是第二发光层，第一发光层和第二发光层各自包括主体材料、空穴传输材料和发光材料，并且第一发光层中的空穴传输材料的浓度高于第二发光层中的空穴传输材料的浓度。

Description

发光元件、发光器件和电子器件
本申请是申请号为200980134880.9、申请日为2009年8月6日、发明名称为“发光元件、发光器件和电子器件”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及发光元件，该发光元件在一对电极之间包含含有有机化合物的层。此外，本发明涉及使用该发光元件的发光器件。此外，本发明涉及使用该发光器件的电子器件。
背景技术
近年来，已活跃地开发了使用发光有机化合物或无机化合物作为发光材料的发光元件。特别是，称为EL元件的发光元件具有简单的结构，其中在电极之间提供含有发光材料的发光层。因此，作为下一代平板显示元件，由于其特性例如薄的形状、轻的重量、高的响应速度和低电压下的直流驱动，发光元件已引起注意。此外，使用这种发光元件的显示器在对比度、图像质量和宽视角方面是出色的。此外，由于这些发光元件是平面光源，考虑将这些发光元件用作光源例如液晶显示器的背光和照明设备。
在使用发光有机化合物作为发光材料的情况下，发光元件的发光机理是载流子注入型。即，通过对插在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，并使得发光材料处于激发态。当激发态返回基态时发光。作为激发态的类型，单线态激发态(S*)和三线态激发态(T*)是可能的。此外，在发光元件中其统计生成比被视为S*:T*＝1:3。
通常，发光有机化合物的基态是单线态激发态。因此，从单线态激发态(S*)的发光被称为荧光，这是由于相同多重性之间的电子跃迁。另一方面，从三线态激发态(T*)的发光被称为磷光，这是因为不同多重性之间的电子跃迁。在此，在发射荧光的化合物(下文中称为荧光化合物)中，通常在室温下观察不到磷光，而仅仅观察到荧光。因此，基于S*:T*＝1:3，认为使用荧光化合物的发光元件中的内量子效率(生成的光子与注入的载流子之比)具有25％的理论极限。
另一方面，当使用发射磷光的化合物(下文中称为磷光化合物)时，理论上内量子效率可以为75至100％。即，可以获得高达荧光化合物的3至4倍的发光效率。由于这些原因，为了获得具有高的效率的发光元件，已提出了使用磷光化合物的发光元件(例如，参见非专利文献1和2)。注意，非专利文献1使用铱配合物作为磷光化合物，其中配体是2-苯基吡啶(Ir(ppy)3)，而非专利文献2使用铱配合物作为磷光化合物，其中配体是2-(2’-苯并[4,5-a]噻吩基)吡啶([btp2Ir(acac)])。
此外，公开了使用发光层的发光元件，该发光层含有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主体材料，以便改善使用磷光化合物的发光元件的寿命和效率(参见专利文献1)。
使用高效率发光元件的优势之一是可以降低使用发光元件的电子器件的功率消耗。最近已讨论了能量问题，并且功率消耗正在成为影响消费者购买方式的主要因素；因而，功率消耗是非常重要的要素。
[引文列表]
[专利文献]
[专利文献1]PCT国际申请No.2004-515895的日文翻译
[非专利文献]
[非专利文献1]TetsuoTSUTSUI和其他八人，JapaneseJournalofAppliedPhysicsVol.38，L1502至L1504(1999)
[非专利文献2]ChihayaADACHI和其他五人，AppliedPhysicsLetters，Vol.78，No.11，pp.1622-1624(2001)
发明内容
根据上述非专利文献1中的报道，当在恒流驱动下将初始亮度设为500cd/m2时，亮度的半减期为约170小时，因此，存在元件的寿命问题。另外，非专利文献1报道了其中浴铜灵(缩写：BCP)用作空穴阻挡层时的寿命问题，因为BCP的稳定性不足。
然而，如果将BCP从非专利文献1的元件结构中去除，则不能获得高效的发光。这是因为在非专利文献1的发光层的主体材料中使用的4,4’-二(N-咔唑基)联苯(缩写：CBP)具有强的空穴传输性能，如果BCP不用作空穴阻挡层，空穴将穿过电子传输层。此外，BCP具有阻挡发光层中产生的激发能(在该情况下为三线态激发能)的功能。因而，采用非专利文献1的元件结构，虽然由于BCP而能够获得高效率，但是由于BCP而不能够获得具有长寿命的发光元件。
另一方面，专利文献1报道了在元件寿命和效率方面的改进。然而，不能有效地利用磷光化合物。实际上，专利文献1的发光元件使用铱配合物([btp2Ir(acac)])，它也用于非专利文献2中，并且效率为约0.9cd/A至2.0cd/A，这仍然低于非专利文献2中所述的效率。
由于以上原因，可以看出非常难以既获得高的发光效率又获得长的寿命。因此，实际上，已在一定程度上牺牲效率的情况下保证发光元件的寿命。
此外，当考虑到实际使用的是应用这种发光元件的电子器件时，其功率消耗会是重要的要素。因此，作为影响功率消耗的因素，不仅发光效率而且元件的降低的驱动电压都变得非常重要。
因此，本发明的一个目的是提供具有高的发光效率、长的寿命和降低的驱动电压的发光元件。本发明的另一目的是通过使用该发光元件制造发光器件而提供具有低的功率消耗和长的寿命的发光器件。此外，本发明的再一个目的是通过将这样的发光器件应用于电子器件而提供具有低的功率消耗和长的寿命的电子器件。
为了解决以上问题，本发明人提供了包括多个发光层的发光元件，每个发光层在阳极和阴极之间包括主体材料、空穴传输材料和发光材料，其中最接近阳极的发光层的空穴传输材料的浓度高于最接近阴极的发光层的空穴传输材料的浓度。
也就是说，本发明的一种实施方案是包括阳极、阴极以及阳极和阴极之间的多个发光层的发光元件，所述发光层彼此接触以形成叠置结构，其中形成多个发光层，该多个发光层中与阳极最接近的是第一发光层，该多个发光层中与阴极最接近的是第二发光层，第一发光层包括主体材料、空穴传输材料和发光材料，并且第二发光层包括主体材料、空穴传输材料和发光材料，该第二发光层的空穴传输材料具有比第一发光层的空穴传输材料低的浓度。
具有这样的结构的发光元件具有高的发光效率、长的寿命和降低的驱动电压。
注意，在具有以上结构的发光元件中，优选的是，多个发光层中具有最高的空穴传输材料浓度的发光层具有小于或等于1的空穴传输材料与主体材料的质量比。这是因为优先进行电子向主体材料的注入。此外，优选的是多个发光层中具有最低的空穴传输材料浓度的发光层具有大于或等于0.05的空穴传输材料与主体材料的质量比。这是因为顺利地进行空穴向发光层的注入。
也就是说，本发明的一种实施方案是具有以上结构的发光元件，其中在第一发光层中空穴传输材料与主体材料的质量比小于或等于1，且在第二发光层中空穴传输材料与主体材料的质量比大于或等于0.05。
此外，在具有以上结构的发光元件中，多个发光层完全发挥其作用，即使当多个发光层采用两层结构时。此外，优选的是该多个发光层使用两层结构，因为该元件结构简单。
也就是说，本发明的一种实施方案是包括阳极、阴极以及阴极和阳极之间的第一发光层和第二发光层的发光元件，所述第二发光层与第一发光层接触并且比第一发光层更接近阴极，其中第一发光层包括主体材料、空穴传输材料和发光材料，并且第二发光层包括主体材料、空穴传输材料和发光材料，该第二发光层的空穴传输材料具有比第一发光层的空穴传输材料低的浓度。
本发明的一种实施方案是具有以上结构的发光元件，其中在第一发光层中空穴传输材料与主体材料的质量比小于或等于1，且在第二发光层中空穴传输材料与主体材料的质量比大于或等于0.05。
优选的是发光元件具有以上结构，因为在发光材料可以容易地俘获电子的元件结构情况下，可以有效地降低驱动电压。
也就是说，本发明的一种实施方案是具有以上结构的发光元件，其中发光材料的LUMO能级比主体材料的LUMO能级以及空穴传输材料的LUMO能级低0.2eV或更多。
此外，优选的是发光元件具有以上结构，其中主体材料是具有电子传输性能的材料，因为加入空穴传输材料的效果是显著的。作为具有电子传输性能的材料，通常可以举出杂芳族化合物或金属配合物。
也就是说，本发明的一种实施方案是具有以上结构的发光元件，其中主体材料是杂芳族化合物或金属配合物。
此外，具有以上结构的发光元件特别适合于将磷光化合物用作发光材料的情况，其中该磷光化合物具有良好的载流子平衡并且使用该磷光化合物可以容易地由于发光层的局域化(localization)而导致发光效率的降低(容易由于所谓的T-T湮灭而导致效率的降低)。
也就是说，本发明的一种实施方案是具有以上结构的发光元件，其中来自发光材料的发光是磷光。
尽管包含具有吡嗪骨架的配体并且其中心金属是属于第9族或第10族的元素的有机金属配合物是磷光化合物并且表现出高的发光效率，该有机金属配合物具有低的LUMO能级并且容易俘获电子；因而，发光元件的以上结构适合使用。
也就是说，本发明的一种实施方案是具有以上结构的发光元件，其中发光材料是有机金属配合物，该有机金属配合物包含具有吡嗪骨架的配体并且其中心金属是属于第9族或第10族的元素。
此外，在以上有机金属配合物中，作为具有吡嗪骨架的配体，2-芳基吡嗪衍生物是优选的。
也就是说，本发明的一种实施方案是发光元件，该发光元件的具有吡嗪骨架的配体是2-芳基吡嗪衍生物。
此外，在以上有机金属配合物中，作为2-芳基吡嗪衍生物，2-苯基吡嗪衍生物是优选的。
也就是说，本发明的一种实施方案是具有以上结构的发光元件，其中2-芳基吡嗪衍生物是2-苯基吡嗪衍生物。
此外，在以上有机金属配合物中，作为2-苯基吡嗪衍生物，2,5-二苯基吡嗪衍生物是优选的。
也就是说，本发明的一种实施方案是具有以上结构的发光元件，其中2-苯基吡嗪衍生物是2,5-二苯基吡嗪衍生物。
此外，作为中心金属，铱或铂是优选的。
也就是说，本发明的一种实施方案是具有以上结构的发光元件，其中中心金属是铱或铂。
此外，含具有以上结构的发光元件的发光器件具有低的功率消耗和长的寿命。
也就是说，本发明的一种实施方案是发光器件，该发光器件含具有以上结构的发光元件和用于控制该发光元件的装置。
此外，含具有以上结构的发光器件的电子器件具有低的功率消耗和长的寿命。
也就是说，本发明的一种实施方案是电子器件，该电子器件含具有以上结构的发光器件。
作为本发明一种实施方案的发光元件具有高的发光效率、长的寿命和降低的驱动电压。
此外，作为本发明一种实施方案的发光器件具有低的功率消耗和长的寿命。
此外，作为本发明一种实施方案的电子器件是具有低的功率消耗和长的寿命的发光器件。
附图说明
图1A和1B是各自说明作为本发明实施方案的发光元件的示意图。
图2A和2B是说明作为本发明实施方案的发光器件的示意图。
图3A和3B是说明作为本发明实施方案的发光器件的示意图。
图4A和4B是各自说明作为本发明实施方案的发光器件的示意图。
图5A至5D是各自说明作为本发明实施方案的发光器件的示意图。
图6是说明在实施方案1至4任意之一中制造的、作为本发明实施方案的发光元件的示意图。
图7是显示发光元件1至3和对比发光元件1的电流密度-亮度特性的图。
图8是显示发光元件1至3和对比发光元件1的电压-亮度特性的图。
图9是显示发光元件1至3和对比发光元件1的亮度-电流效率特性的图。
图10是显示发光元件1至3和对比发光元件1的电压-电流特性的图。
图11是显示发光元件1至3和对比发光元件1的亮度-外量子效率特性的图。
图12是显示发光元件1至3和对比发光元件1的亮度-功率效率特性的图。
图13是显示对比发光元件1和对比发光元件2至4的电流密度-亮度特性的图。
图14是显示对比发光元件1至4的电压-亮度特性的图。
图15是显示对比发光元件1至4的亮度-电流效率特性的图。
图16是显示对比发光元件1至4的电压-电流特性的图。
图17是显示对比发光元件1至4的亮度-外量子效率特性的图。
图18是显示对比发光元件1至4的亮度-功率效率特性的图。
图19是显示发光元件4和5以及对比发光元件5的电流密度-亮度特性的图。
图20是显示发光元件4和5以及对比发光元件5的电压-亮度特性的图。
图21是显示发光元件4和5以及对比发光元件5的亮度-电流效率特性的图。
图22是显示发光元件4和5以及对比发光元件5的电压-电流特性的图。
图23是显示发光元件4和5以及对比发光元件5的亮度-外量子效率特性的图。
图24是显示发光元件4和5以及对比发光元件5的亮度-功率效率特性的图。
图25是显示发光元件4和5以及对比发光元件5的亮度衰减曲线的图。
图26是在合成实施例1中合成的有机金属配合物的1H-NMR图。
图27是显示二氯甲烷溶液中的有机金属配合物[Ir(dmmoppr)2(acac)]的紫外-可见光吸收光谱和发光光谱的图。
图28是在合成实施例2中合成的有机金属配合物的1H-NMR图。
图29是显示二氯甲烷溶液中的有机金属配合物[Ir(dm2npr)2(acac)]的紫外-可见光吸收光谱和发光光谱的图。
图30是显示发光元件6和对比发光元件6的电流密度-亮度特性的图。
图31是显示发光元件6和对比发光元件6的电压-亮度特性的图。
图32是显示发光元件6和对比发光元件6的亮度-电流效率特性的图。
图33是显示发光元件6和对比发光元件6的电压-电流特性的图。
图34是显示发光元件6和对比发光元件6的亮度-外量子效率特性的图。
图35是显示发光元件6和对比发光元件6的亮度-功率效率特性的图。
图36是显示发光元件6和对比发光元件6的亮度衰减曲线的图。
图37是显示发光元件7和8以及对比发光元件7的电流密度-亮度特性的图。
图38是显示发光元件7和8以及对比发光元件7的电压-亮度特性的图。
图39是显示发光元件7和8以及对比发光元件7的亮度-电流效率特性的图。
图40是显示发光元件7和8以及对比发光元件7的电压-电流特性的图。
图41是显示发光元件7和8以及对比发光元件7的亮度-外量子效率特性的图。
图42是显示发光元件7和8以及对比发光元件7的亮度-功率效率特性的图。
图43是显示发光元件7和8以及对比发光元件7的亮度衰减曲线的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图说明本发明的实施方案和实施例。然而，本发明可以以多种不同的方式实施，并且本领域技术人员容易理解的是，在不偏离本发明的主旨和范围的情况下，可以对方式和细节进行不同的改变。因此，本发明不应当被解释为受到以下对实施方案和实施例的说明的限制。
(实施方案1)
在其中在一对电极之间提供含有有机化合物的层的发光元件中，如下的结构已成为主流：其中形成含有有机化合物的层，该结构具有功能被分离的多个层。作为所述功能被分离的层，存在很多种类，例如除了具有发光功能的发光层还有载流子注入层和载流子传输层。含有有机化合物的层不必包括所有这些层，或者可以包括除这些层以外的层。
在包括这样的功能被分离的层的发光元件中，这些层的特征彼此不同；因而，在某些情况下载流子聚集在层之间的界面处(特别是在发光层和其它层的界面处)。因此，可以对发光元件的寿命产生负面影响。
在这种情况下，通过向其中发光材料分散于主体材料中的主体-客体型发光层进一步添加空穴传输材料，电子和空穴两者均可以容易地进入发光层。也就是说，可以缓解由于载流子的聚集产生的界面导致的问题。因此，可以延长发光元件的寿命。
此外，可以将局限于发光层和其它层之间的界面处的载流子复合区拓宽到发光层的中心部分；因而，可以预期发光效率的改善。此外，在使用发射磷光的有机化合物作为发光材料的发光元件中，当复合区局域化时，T-T湮灭可能发生。另一方面，在复合区得到拓宽的发光元件中，T-T湮灭降低，并且可以获得高的发光效率。
通常，由于具有空穴传输性能的有机化合物(空穴传输材料)具有高的载流子传输性能，通过提高空穴传输材料向发光元件中的添加量，电流容易地流动。因此，通过提高空穴传输材料的添加量，可以降低发光元件的驱动电压。然而，如果空穴传输材料向发光元件中的添加量增加太多，空穴容易地穿过阴极，并且对复合没有贡献的空穴的比例增加。因此，存在在发光元件的驱动电压降低的同时发光效率降低的问题。也就是说，获得高于或等于某一水平的发光效率与降低驱动电压之间的关系是抵消的。
因而，为了解决该问题，本发明人发现了以下所述的结构。
也就是说，在使用主体材料、空穴传输材料和发光材料形成其发光层的发光元件中，在阳极侧形成第一发光层，其空穴传输材料的浓度高于第二发光层，并在阴极侧形成第二发光层，其空穴传输材料的浓度低于第一发光层。由于第一发光层具有更高的空穴传输材料浓度，它对驱动电压的降低有贡献。然而，当第二发光层形成为具有与第一发光层相同的组成时，穿过发光层并且对复合没有贡献的空穴的比例提高；因此，使得空穴传输材料向第二发光层中的添加量小于向第一发光层中的添加量。因此，可以制造具有高的发光效率、长的寿命和低的驱动电压的发光元件。
在此，重要的是也向第二发光层添加空穴传输材料。即使当仅使用主体材料和发光材料形成第二发光层时，也预期可以防止空穴穿过第二发光层；然而，空穴未必进入第二发光层。因此，空穴聚集在第一发光层和第二发光层的界面处，并且可能降低发光元件的寿命。因此，第二发光层(即与阴极最接近的层)优选具有大于或等于0.05的空穴传输材料与主体材料的质量比。
此外，在第一发光层中的空穴传输材料的浓度太高的情况下(简言之，在空穴传输材料的浓度高于主体材料的浓度的情况下)也产生问题。在这种情况下，在第一发光层中，电子容易不进入主体材料中而是进入空穴传输材料中；因而，容易导致劣化。因此，第一发光层(即与阳极最接近的发光层)优选地具有小于或等于1、更优选小于或等于0.5的空穴传输材料与主体材料的质量比。
因而，第一发光层和第二发光层可以表达为这样的物质：其中使用主体材料形成层，并向其中添加空穴传输材料和发光材料。此外，通过形成其中第一发光层的空穴传输材料浓度低于第二发光层的结构，可以获得具有高的发光效率和长的寿命的发光元件。此外，可以获得具有低的驱动电压的发光元件。
注意，在以上说明中，发光层具有两层结构的情况是作为实例进行说明的；然而，发光层可以形成为三个或更多个层。在这种情况下，使多个发光层具有如下的结构：其中最接近阳极的发光层的空穴传输材料的浓度最高，并且最接近阴极的发光层的空穴传输材料的浓度最低。此外，在其中两层彼此接触的发光层中，通过在阳极侧形成发光层以具有比阴极侧的发光层高的空穴传输材料浓度，可以获得具有高的发光效率、长的寿命和低的功率消耗的发光元件。
作为可以用于以上发光元件的主体材料，可以使用任何材料，只要它能够传输电子。注意，主体材料优选具有电子传输性能，因为发光层的空穴传输性能通过添加空穴传输材料进行控制。作为具有电子传输性能的材料，通常，可以举出杂芳族化合物、金属配合物等。注意，在本申请中，术语“电子传输性能”指的是电子传输高于空穴传输的性能，术语“空穴传输性能”指的是空穴传输高于电子传输的性能。
此外，作为可以用于以上发光元件的空穴传输材料，尽管没有特别的限制，芳族胺化合物或咔唑衍生物是特别优选的。
此外，对可以用于以上发光元件的发光材料没有特别的限制。注意，上述元件结构在发光材料的电子俘获性能高的情况下是有效的。这是因为，通过应用该发光元件的结构，可以降低驱动电压。具体地说，在发光材料的LUMO能级比主体材料的LUMO能级低0.2eV或更多的情况下，该发光元件的结构是有效的。在发光材料具有高的电子俘获性能的情况下，发光层的电子传输性能作为整体降低。因此，驱动电压可能升高。另一方面，在发光元件具有以上结构的情况下，可以降低驱动电压。
作为具有高的电子俘获性能的发光材料，例如可以举出包括吡嗪骨架作为配体的有机金属配合物。此外，作为这样的有机金属配合物的中心金属，优选属于第9族或第10族的元素。
作为有机金属配合物，可以举出以下结构式(A1)至(A15)表示的包括喹喔啉基配体的有机金属配合物，以下结构式(B1)至(B5)表示的包括四氢喹喔啉基配体的有机金属配合物，以下结构式(C1)至(C5)表示的包括二苯并喹喔啉基配体的有机金属配合物等。当然，可以举出结构式(D1)至(D32)表示的包括吡嗪基配体的有机金属配合物。注意，可以用于上述发光元件的发光材料不限于此。
配体包括吡嗪骨架的有机金属配合物可以发射磷光，并且具有高的发光效率。因此，通过使用配体包括吡嗪骨架的有机金属配合物作为上述发光材料，可以获得具有长的寿命、高的发光效率和低的驱动电压的发光元件。也就是说，可以获得具有低的功率消耗的发光元件。特别是，以上结构式(D1)至(D32)表示的包括2-芳基吡嗪基配体的有机金属配合物具有高的发光效率。因此，通过使用该有机金属配合物，通过与发光元件驱动电压的降低效果的协同作用，可以获得具有很低的功率消耗的发光元件。
接下来，参照图1A说明该实施方案的发光元件的结构。此外，下面列出了可应用于该发光元件的材料。
图1A的示意图表示在充当阳极的第一电极301和充当阴极的第二电极302之间包括多个发光层313的发光元件。该多个发光层313包括空穴传输材料321、主体材料322和发光材料323。下面说明多个发光层313的结构。
在该多个发光层313中，空穴传输材料321是具有空穴传输性能的化合物。具体地说，可以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-噁二唑-2-基)三苯基胺(缩写：YGAO11)或者N-[4-(9-咔唑基)苯基]-N-苯基-9,9-二甲基芴-2-胺(缩写：YGAF)。也可以使用咔唑衍生物例如4,4’-二(N-咔唑基)联苯(缩写：CBP)、1,3-双(N-咔唑基)苯(缩写：mCP)、1,3,5-三(N-咔唑基)苯(缩写：TCzB)或者4-苯基-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯基胺(缩写：PCBA1BP)。此外，高分子化合物例如聚(4-乙烯基三苯基胺)(缩写：PVTPA)也可以用作这样的芳族胺化合物。作为咔唑衍生物，也可以使用高分子化合物例如聚(N-乙烯基咔唑)(缩写：PVK)。注意，空穴传输材料321的单线态激发能(在发光材料的发光为磷光的情况下为三线态激发能)优选高于发光材料323的单线态激发能(或者三线态激发能)。
主体材料322可以是任何材料，只要它能够传输电子，并且具有电子传输性能的化合物是优选的。具体地说，可以使用杂芳族化合物例如9-[4-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)苯基]咔唑(缩写：CO11)、1,3-双[5-(p-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]苯(缩写OXD-7)、2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(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)、红菲咯啉(缩写BPhen)、浴铜灵(缩写：BCP)或者3-苯基-9-[4-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)-苯基]-9H-咔唑(缩写：CO11Ⅱ)。可以使用金属配合物例如双(2-甲基-8-羟基喹啉合)(4-苯基苯酚合)铝(Ⅲ)(缩写BAlq)、三[2-(2-羟基苯基)-5-苯基-1,3,4-噁二唑合]铝(Ⅲ)(缩写：Al(OXD)3)、三(2-羟基苯基-1-苯基-1H-苯并咪唑合)铝(Ⅲ)(缩写：Al(BIZ)3)、双[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑合]锌(Ⅱ)(缩写：Zn(BTZ)2)或者双[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑合]锌(Ⅱ)(缩写：Zn(PBO)2)。此外，也可以使用高分子化合物例如聚(2,5-吡啶-二基)(缩写：PPy)作为这样的杂芳族化合物。作为金属配合物，也可以使用以下引文中公开的金属配合物高分子化合物(引文：X.T.TAO和其他五人，AppliedPhysicsLetters，Vol.70，No.12，pp.1503-1505(1997))。注意，主体材料322的单线态激发能(在发光材料的发光为磷光的情况下为三线态激发能)优选高于发光材料323的单线态激发能(或者三线态激发能)。
对发光材料323没有特别的限制，并且可以使用荧光发光材料或磷光发光材料。具体地说，除了结构式(A1)至(A15)、(B1)至(B5)、(C1)至(C5)和(D1)至(D32)表示的有机金属配合物，可以使用以下荧光发光材料，例如N,N’-双[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N,N’-二苯基芪(stylbene)-4,4’-二胺(缩写：YGA2S)、4-(9H-咔唑-9-基)-4’-(10-苯基-9-蒽基)三苯基胺(缩写：YGAPA)、4-(9H-咔唑-9-基)-4’-(9,10-二苯基-2-蒽基)三苯基胺(缩写：2YGAPPA)、N,9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑基-3-胺(缩写：PCAPA)、二萘嵌苯、2,5,8,11-四叔丁基二萘嵌苯(缩写：TBP)、4-(10-苯基-9-蒽基)-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯基胺(缩写：PCBAPA)、N,N”-(2-叔丁基蒽-9,10-二基二-4,1-亚苯基)双[N,N’,N’-三苯基-1,4-苯二胺](缩写：DPABPA)、N,9-二苯基-N-[4-(9,10-二苯基-2-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(缩写：2PCAPPA)、N-[4-(9,10-二苯基-2-蒽基)苯基]-N,N’,N’-三苯基-1,4-苯二胺(缩写2DPAPPA)、N,N,N’,N’,N”,N”,N”’,N”’-八苯基二苯并[g,p]-2,7,10,15-四胺(缩写：DBC1)、香豆素30、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(缩写：2PCAPA)、N-[9,10-双(1,1’-联苯-2-基)-2-蒽基]-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(缩写：2PCABPhA)、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,N’,N’-三苯基-1,4-苯二胺(缩写：2DPAPA)、N-[9,10-双(1,1’-联苯-2-基)-2-蒽基]-N,N’,N’-三苯基-1,4-苯二胺(缩写：2DPABPhA)、9,10-双(1,1’-联苯-2-基)-N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基蒽-2-胺(缩写：2YGABPhA)、N,N,9-三苯基蒽-9-胺(缩写：DPhAPhA)、香豆素545T、N,N’-二苯基喹吖啶酮(缩写：DPQd)、红荧烯、5,12-双(1,1’-联苯-4-基)-6,11-二苯基并四苯(缩写：BPT)、2-(2-{2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙烯基}-6-甲基-4H-吡喃-4-亚基)丙烷二腈(缩写：DCM1)、2-{2-甲基-6-[2-(2,3,6,7-四氢-1H,5H-苯并[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙烷二腈(缩写：DCM2)、N,N,N’,N’-四(4-甲基苯基)并四苯-5,11-二胺(缩写：p-mPhTD)、7,13-二苯基-N,N,N’,N’-四(4-甲基苯基)苊并[1,2-a]荧蒽-3,10-二胺(缩写：p-mPhAFD)、2-{2-异丙基-6-[2-(1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四氢-1H,5H-苯并[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙烷二腈(缩写：DCJTI)、2-{2-叔丁基-6-[2-(1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四氢-1H,5H-苯并[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙烷二腈(缩写：DCJTB)、2-(2,6-双{2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙烯基}-4H-吡喃-4-亚基)丙烷二腈(缩写：BisDCM)或者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}丙烷二腈(缩写：BisDCJTM)。或者，可以使用下列磷光发光材料，例如：双[2-(4’,6’-二氟苯基)吡啶合-N,C2’]四(1-吡唑基)硼酸铱(Ⅲ)(缩写FIr6)、双[2-(4’,6’-二氟苯基)吡啶合-N,C2’]吡啶甲酸铱(Ⅲ)(缩写FIrpic)、双[2-(3’,5’-双三氟甲基苯基)吡啶合-N,C2’]吡啶甲酸铱(Ⅲ)(缩写Ir(CF3ppy)2(pic))、双[2-(4’,6’-二氟苯基)吡啶合-N,C2’]乙酰丙酮合铱(Ⅲ)(缩写FIracac)、三(2-苯基吡啶合)铱(Ⅲ)(缩写Ir(ppy)3)、双(2-苯基吡啶合)乙酰丙酮合铱(Ⅲ)(缩写：Ir(ppy)2(acac))、三(乙酰丙酮合)(单菲咯啉)铽(Ⅲ)(缩写：Tb(acac)3(Phen))、双(苯并[h]喹啉合)乙酰丙酮合铱(Ⅲ)(缩写：Ir(bzq)2(acac))、双(2,4-二苯基-1,3-噁唑合-N,C2’)乙酰丙酮合铱(Ⅲ)(缩写：Ir(dpo)2(acac))、双(2-(4’-全氟苯基苯基)吡啶合)乙酰丙酮合铱(Ⅲ)(缩写：Ir(p-PF-ph)2(acac))、双(2-苯基苯并噻唑合-N,C2’)乙酰丙酮合铱(Ⅲ)(缩写：Ir(bt)2(acac))、双[2-(2’-苯并[4,5-α]噻吩基)吡啶合-N,C3’)乙酰丙酮合铱(Ⅲ)(缩写：Ir(btp)2(acac))、双(1-苯基异喹啉合-N,C2’)乙酰丙酮合铱(Ⅲ)(缩写：Ir(piq)2(acac))、2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21H,23H-卟啉铂(Ⅱ)(缩写：PtOEP)、三(1,3-二苯基-1,3-丙烷二酮合)(单菲咯啉)铕(Ⅲ)(缩写：Eu(DBM)3(Phen))或者三[1-(2-噻吩甲酰)-3,3,3-三氟丙酮合](单菲咯啉)铕(Ⅲ)(缩写：Eu(TTA)3(Phen))。
注意，在将具有高的电子俘获性能的物质在该实施方案中用作发光材料323的情况下，特别是在发光材料323的LUMO能级比主体材料322和空穴传输材料321的LUMO能级低0.2eV或更多的情况下，寿命改善的效果和效率改善的效果是显著的，因此本发明的实施方案的结构是优选的结构。
将以上所述的空穴传输材料321、主体材料322和发光材料323合适地组合，以形成该实施方案的发光元件中的多个发光层313。注意，该多个发光层313可以进一步包括另外的物质。注意，该多个发光层313的各个边界由包括在各层中的主体材料和空穴传输材料的质量比的不同进行区分。对于多个发光层313的每一个，发光材料323是相同的；然而，浓度可以彼此相同或不同。
该实施方案的发光元件中的多个发光层313的形成方式为彼此相邻的发光层彼此接触并且接近阳极的发光层的空穴传输材料的浓度高于接近阴极的发光层。也就是说，最接近阳极的发光层的空穴传输材料的浓度最高，最接近阴极的发光层的空穴传输材料的浓度最低。注意，当空穴传输材料的浓度用空穴传输材料与主体材料的比例表示时，最接近阳极的发光层中的空穴传输材料与主体材料的质量比优选小于或等于1，并且最接近阴极的发光层中的空穴传输材料与主体材料的质量比优选大于或等于0.05。此外，就寿命而言，已知的是，有效的是最接近阳极的发光层中的空穴传输材料与主体材料的质量比小于或等于0.5。
注意，即使当发光层如图1B中所示具有第一发光层313-1和第二发光层313-2的两层结构时，也可以获得该实施方案的发光元件的效果。此外，该结构简单，因而是优选的。
接下来，说明除多个发光层313以外的层。不必须提供空穴传输层312和空穴注入层311，它们可以在合适的情况下提供。作为用于形成这些层的具体材料，空穴传输化合物是优选的，并且可以使用NPB、PPB、TPD、DFLDPBi、TDATA、m-MTDATA、TCTA、TPAC、TPAF、YGAO11、YGAF、CBP、mCP、TCzB、PCBA1BP、PVTPA、PVK等。
此外，由于该实施方案的多个发光层313具有良好的载流子平衡，可以防止发光区集中在发光层313与空穴传输层312或空穴注入层311之间的界面处。因此，即使将具有比发光材料323更低的单线态激发能(或更低的三线态激发能)的物质应用于与发光层313接触的空穴传输层312或者空穴注入层311，该物质也难以充当发光材料323的猝灭剂。因此，作为用于形成空穴传输层312或空穴注入层311的材料，也可以使用具有低的三线态激发能的蒽衍生物，例如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)。
注意，可以通过将上述空穴传输化合物和电子受体混合而形成空穴传输层312和空穴注入层311。作为电子受体，除了有机化合物例如氯醌或者7,7,8,8-四氰基-2,3,5,6-四氟二甲基对苯醌(缩写：F4-TCNQ)，可以使用过渡金属氧化物例如氧化钼、氧化钒或氧化铼。特别是，作为空穴注入层311，也可以使用有机化合物例如酮酞氰、氧钒酞氰(vanadylphthalocyanine)或氟碳化合物，或者无机化合物例如氧化钼、钌氧化物或氧化铝。注意，空穴注入层311可以具有由两个或更多个叠置在一起的层形成的多层结构。此外，空穴注入层311和空穴传输层312可以通过将两种或更多种物质混合而形成。
电子传输层314和电子注入层315不是必须的，并且可以在合适的情况下提供。作为用于形成这些层的具体材料，电子传输化合物是优选的，并且可以使用以上所述的CO11、OXD-7、PBD、TPBI、TAZ、p-EtTAZ、TCzTRZ、TriMeQn、CzQn、DCzPQ、BPhen、BCP、CO11Ⅱ、BAlq、Al(OXD)3、Al(BIZ)3、Zn(BTZ)2、Zn(PBO)2、PPy等。
此外，由于该实施方案的多个发光层313具有良好的载流子平衡，可以防止发光区集中在发光层313与电子传输层314或电子注入层315之间的界面处。因此，即使将具有比发光材料323更低的三线态激发能的物质应用于与多个发光层313接触的电子传输层314或者电子注入层315，该物质也难以充当发光材料323的猝灭剂。因此，可以将具有低的三线态激发能的物质例如三(8-羟基喹啉合)铝(Ⅲ)(缩写Alq)、三(4-甲基-8-羟基喹啉合)铝(Ⅲ)(缩写：Almq3)或者双(10-羟基苯并[h]喹啉合)铍(Ⅱ)(缩写：BeBq2)作为用于电子传输层314或电子注入层315的材料(例如，据报道，Alq的磷光光谱为约650nm至700nm的深红)。
注意，电子传输层314和电子注入层315可以通过将上述电子传输化合物与电子供体混合而形成。作为电子供体，可以使用有机化合物例如四硫富瓦烯或者四硫并四苯(tetrathianaphthacene)，碱金属例如锂或铯、碱土金属例如镁或钙，稀土金属例如铒或镱，或者这样的金属的氧化物。特别是，对于电子注入层315，可以单独使用碱金属化合物、碱土金属化合物或者稀土金属化合物，例如氧化锂、氟化锂、氟化钙或氟化铒。电子注入层315可以具有通过将两层或更多层叠置而形成的多层结构。此外，电子传输层314和电子注入层315可以通过将两种或更多种物质混合而形成。
尽管对第一电极301没有特别的限制，在该实施方案中的充当阳极的情况下，第一电极301优选使用具有高功函数的物质形成。具体地说，除了具有高的透光性的物质例如氧化铟锡(ITO)、含有氧化硅的氧化铟锡(ITSO)或含有2至20wt％的氧化锌的氧化铟(IZO)，可以使用金(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可以通过例如溅射方法、蒸发方法等形成。
此外，尽管对第二电极302没有特别的限制，在该实施方案中的充当阴极的情况下，第二电极302优选使用具有低功函数的物质形成。具体地说，除了铝(Al)或铟(In)，可以使用碱金属例如锂(Li)或铯(Cs)；碱土金属例如镁(Mg)或钙(Ca)；稀土金属例如铒(Er)或镱(Yb)等。此外，也可以使用合金，例如铝锂合金(AlLi)或镁银合金(MgAg)。此外，当电子注入层315通过将电子传输化合物和电子供体混合而形成时，也可以使用具有高的功函数和高的透光性的物质，例如ITO、ITSO或IZO。第二电极302可以通过例如溅射方法、蒸发方法等形成。
为了将生成的光引出到外侧，优选的是第一电极301和第二电极302之一或两者是由上述的高透光物质例如ITO、ITSO或IZO形成的电极。或者，第一电极301和第二电极302之一或两者优选是具有几纳米至几十纳米的厚度的电极，从而可以透过可见光。
在上述的该实施方案的发光元件中，空穴注入层311、空穴传输层312、多个发光层313、电子传输层314和电子注入层315各自可以通过任何方法形成，例如蒸发方法、喷墨方法或涂覆方法。第一电极301或第二电极302也可以通过任何方法形成，例如溅射方法、蒸发方法、喷墨方法或涂覆方法。
此外，该实施方案的上述发光元件可以应用于串联型发光元件(也称为多光子(multiphoton)元件)。
(实施方案2)
在该实施方案中，作为具有实施方案1中所述发光元件的发光器件的实例，说明了一种图像显示器件。
在该实施方案中，参照图2A和2B对在像素部分中具有发光元件的图像显示器件进行说明。注意，图2A是说明图像显示器件的俯视图，而图2B是沿图2A中的A-A’及B-B’线截取的截面图。该图像显示器件包括：由虚线表示的像素部分602、由虚线表示的驱动电路部分(源极侧驱动电路)601和由虚线表示的驱动电路部分(栅极侧驱动电路)603，以控制发光元件的发光。此外，附图标记604表示密封基片；605表示密封材料；607表示由密封材料605围绕的空间。
注意，引绕配线608是用来传送输入到源极侧驱动电路601及栅极侧驱动电路603的信号的配线。引绕配线608从作为外部输入端的FPC(柔性印刷电路)609接收视频信号、时钟信号、起始信号、复位信号等。虽然这里仅示出了FPC，但该FPC也可以提供有印刷线路板(PWB)。本申请书中的发光器件不仅包括发光器件本身，还包括附有FPC或PWB的发光器件。
接下来，将参照图2B说明截面结构。在元件基片610上形成驱动电路部分及像素部分。这里示出了作为驱动电路部分的源极侧驱动电路601和像素部分602中的一个像素。
注意，在源极侧驱动电路601中形成了作为N沟道TFT623和P沟道TFT624的组合的CMOS电路。包括薄膜晶体管(TFT)的驱动电路可以使用多种CMOS电路、PMOS电路或者NMOS电路来形成。在该实施方案中，说明了驱动集成型，其中在基片上形成驱动电路；但是，本发明的实施方案不限于此，也可以将驱动电路形成在基片外部，而不是形成在基片上。
像素部分602包括多个像素，每个像素具有开关用TFT611、电流控制用TFT612以及与电流控制用TFT612的漏极电连接的第一电极613。注意，形成绝缘体614以覆盖第一电极613的边缘部分。在这里，形成正型感光性丙烯酸树脂膜来作为绝缘体614。
此外，为了改善覆盖，使绝缘体614的上边缘部分或下边缘部分具有曲面。例如，当使用正型感光性丙烯酸树脂作为用于绝缘体614的材料时，优选的是仅仅绝缘体614的上边缘部分为具有曲率半径(0.2μm至3μm)的曲面。可以使用通过光照而在蚀刻剂中不可溶的负型树脂或者通过光照而在蚀刻剂中可溶的正型树脂形成绝缘体614。
在第一电极613上形成包括发光层的层616以及第二电极617。在这里，多种金属、合金、导电化合物或者它们的混合物可以用作第一电极613的材料。如果将第一电极用作阳极，优选的是在这些材料中使用具有高功函数(4.0eV以上的功函数)的金属、合金、导电化合物或者它们的混合物形成第一电极。例如，可以使用单层膜例如含有硅的氧化铟锡膜、氧化铟锌膜、氮化钛膜、铬膜、钨膜、Zn膜、Pt膜等；氮化钛膜和以铝为主要成分的膜的叠层；或者氮化钛膜、以铝为主要成分的膜和氮化钛膜的三层结构形成第一电极613。注意，当采用叠层结构时，配线的电阻低，可以获得有利的欧姆接触。
包括发光层的层616通过多种方法例如使用蒸发掩模的蒸发方法、喷墨方法、旋涂方法等来形成。包括发光层的层616具有实施方案1中所示的发光层。此外，用于包括发光层的层616的材料可以是低分子材料、中等分子材料(该类包括低聚物和树枝状化合物，其具有介于高分子材料和低分子材料之间的中间性能)，或高分子材料。作为用于包括发光层的层616的材料，不仅可以使用有机化合物，也可以使用无机化合物。
作为用于第二电极617的材料，可以使用多种金属、合金、导电化合物、它们的混合物等。当将第二电极617用作阴极时，优选的是在这些材料中使用具有低功函数(3.8eV以下的功函数)的金属、合金、导电化合物或者它们的混合物形成第二电极617。作为实例，可以举出属于元素周期表第1族或第2族的元素，即碱金属例如锂(Li)和铯(Cs)，碱土金属例如镁(Mg)、钙(Ca)和锶(Sr)，含有任何这些金属的合金(MgAg、AlLi)等。在包括发光层的层616中产生的光透过第二电极617传送的情况下，第二电极617也可以使用低厚度的金属薄膜和透明导电膜(氧化铟锡(ITO)、含有硅或氧化硅的氧化铟锡、氧化铟锌(IZO)、含有氧化钨及氧化锌的氧化铟(IWZO)等)的叠层形成。
通过用密封材料605将密封基片604贴合到元件基片610上，使发光元件618处于由元件基片610、密封基片604以及密封材料605围绕的空间607中。注意，空间607用填充剂填充。存在可以用惰性气体(例如氮或氩)填充空间607的情况，或者可以用密封材料605填充空间607的情况。作为密封材料605，优选使用环氧类树脂。此外，期望的是使用允许尽可能少的水分或氧透过的材料。作为密封基片604，除了玻璃基片或者石英基片以外，可以使用由FRP(玻璃纤维增强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯、丙烯酸树脂等形成的塑料基片。
如上所述，可以获得具有该实施方案的发光元件的有源矩阵图像显示器件。
虽然至此已对通过晶体管控制发光元件的驱动的有源矩阵图像显示器件进行了说明，但是该图像显示器件也可以为无源型的，其中在没有特别提供用于驱动的元件例如晶体管的情况下驱动发光元件。图3A和3B示出了使用实施方案1中所述的发光元件形成的无源矩阵图像显示器件。在图3A和3B中，在基片951上，在电极952和电极956之间提供包括发光层的层955。电极952的边缘部分被绝缘层953覆盖。在绝缘层953上提供分隔层954。分隔层954的侧壁倾斜，使得一个侧壁和另一个侧壁之间的距离朝着基片表面的方向逐渐减小。换言之，沿着分隔层954的短边方向的截面为梯形，底边(与绝缘层953接触的一边，它是梯形截面的一对平行边中的一个)比顶边(不与绝缘层953接触的一边，它是一对平行边中的另一个)短。通过以这种方式提供分隔层954，可以防止由于静电荷等导致的发光元件的缺陷。
如上所述，由于该实施方案中所述的图像显示器件具有实施方案1中所述的发光元件，该图像显示器件具有高的发光效率、长的寿命和低的驱动电压。因此，该实施方案中所述的图像显示器件具有很低的功率消耗和长的寿命。
注意，实施方案2可以与另一实施方案在合适的情况下结合。
(实施方案3)
实施方案1中所述的发光元件具有高的发光效率、长的寿命和低的驱动电压；因此，该发光元件适合用于作为发光器件的一个实例的照明器件。因此，在该实施方案中，说明采用实施方案1中所述发光元件的照明器件的一个应用实例。
图4A示出了液晶显示器件的一个实例，其中将实施方案1中所述的发光元件用作背光灯——一种照明器件。图4A中所示的液晶显示器件包括框体401、液晶层402、背光灯403以及框体404，其中液晶层402与驱动IC405连接。将实施方案1中所述的发光元件用作背光灯403。通过端子406向背光灯403提供电流。
通过使用实施方案1中所述的发光元件用于液晶显示器件的背光灯，可以获得具有高的发光效率、长的寿命和低的驱动电压的背光灯。另外，由于使用实施方案1中所述发光元件的背光灯是平面发光型照明器件并可以大面积地形成，因此液晶显示器件也可以具有大面积。再者，由于使用实施方案1中所述发光元件的背光灯薄且消耗较少的电能，因此也可以降低显示器件的厚度和功率消耗。
图4B示出了将使用实施方案1中所述发光元件的照明器件用作台灯光源的一个例子。图4B中所示的台灯包括外壳411和光源412。将实施方案1中所述发光元件用作光源412。由于实施方案1中所述的发光元件具有高的发光效率、长的寿命和低的驱动电压，因此可以降低台灯的功率消耗并可以延长其寿命。
如上所述，该实施方案中所述的照明器件包括实施方案1中所述的发光元件；因而，发光元件具有高的发光效率、长的寿命和低的驱动电压。因此，使用实施方案1中所述发光元件的照明器件消耗很低的功率并具有长的寿命。
(实施方案4)
实施方案2中所述的图像显示器件可以显示出色的图像。因此，通过将实施方案2中所述的图像显示器件应用于电子器件的显示部分，可以获得能提供出色的图像的电子器件。此外，包括实施方案1中所述发光元件的图像显示器件或照明器件(即发光器件)消耗很低的功率并具有长的寿命。因此，通过将发光器件应用于电子器件的显示部分，可以获得具有低的功率消耗的电子器件，并且例如可以获得具有长的电池续航时间的电话等。在下文中，说明了配备有发光器件的电子器件的实例，该发光器件应用了实施方案1中所述的发光元件。
图5A示出了计算机，其包括主体511、框体512、显示部分513、键盘514等。在该计算机中，在显示部分513中纳入了包括实施方案1中所述发光元件的发光器件。通过提供具有实施方案1中所述发光元件的显示部分513，该计算机可以具有低的功率消耗以及具有长寿命的显示部分513。
图5B示出了电话，其中主体522包括显示部分521、声音输出部分524、声音输入部分525、操作键526和527、天线523等。在该电话中，在显示部分521中纳入了包括实施方案1中所述发光元件的发光器件。通过提供具有实施方案1中所述发光元件的显示部分521，该电话可以具有低的功率消耗以及具有长寿命的显示部分521。
图5C是电视机，其包括显示部分531、框体532、扬声器533等。在该电视机中，在显示部分531中纳入了包括实施方案1中所述发光元件的发光器件。通过提供具有实施方案1中所述发光元件的显示部分531，该电视机可以具有低的功率消耗和长的寿命。
图5D是柔性显示器，其包括主体541、显示部分542、外部存储插槽543、扬声器部分544、操作键545等。此外，主体541可以配备有电视接收天线、外部输入端子、外部输出端子、电池等。在该柔性显示器中，在显示部分542中纳入了包括实施方案1中所述发光元件的发光器件。通过提供具有实施方案1中所述发光元件的显示部分542，该柔性显示器可以具有低的功率消耗和长的寿命。
如上所述，包括实施方案1中所述发光元件的发光器件适合用于纳入到多种电子器件的显示部分中的发光器件。
尽管在该实施方案中说明了计算机等，包括实施方案1中所述发光元件的发光器件也可以安装到导航系统等上面。
[实施例1]
在该实施例中，将参照对比实施例具体地举例说明实施方案1中所述的发光元件。该实施例中使用的物质的分子结构由以下(i)至(iv)表示。此外，图6示出了元件结构。
《制造发光元件1至3和对比发光元件1》
首先，在玻璃基片上，形成氧化铟锡硅(ITSO)膜至110nm的厚度，作为充当阳极的第一电极301。将第一电极301的表面的周边用聚酰亚胺膜覆盖，以使得表面的2mm×2mm的区域暴露。作为为了在基片上形成发光元件而进行的预处理，将基片的表面用臭氧水(ozonewater)清洗。然后，在将基片在200℃下烘烤一小时后，进行UV臭氧处理370秒。然后，将基片转移到真空蒸发装置中，该装置的压力降低到约10-4Pa，并在该真空蒸发装置的加热室中在170℃下进行真空烘烤30分钟，然后将基片冷却约30分钟。
然后，将基片固定于设置在真空蒸发装置内部的支架上，使得其上形成第一电极301的表面朝下。
在真空蒸发装置中的压力降低到10-4Pa后，将结构式(i)表示的NPB与氧化钼(VI)共蒸发，以满足NPB:氧化钼(VI)＝4:1(质量比)，从而形成空穴注入层311。在该实施例中空穴注入层311的厚度为50nm。注意，共蒸发是其中将一些不同的物质从一些不同的蒸发源同时蒸发的蒸发方法。然后，将NPB沉积至10nm的厚度，从而形成空穴传输层312。
接下来，形成与空穴传输层312接触的第一发光层313-1至20nm的厚度。为了形成第一发光层313-1，将结构式(ii)表示的BAlq用作主体材料；NPB用作空穴传输材料；并将实施方案1中的结构式(D10)表示的(乙酰丙酮合)双(2,3,5-三苯基吡嗪合)铱(Ⅲ)(缩写：Ir(tppr)2(acac))用作发光材料，将这些材料共蒸发。在此，将第一发光层313-1中各物质的质量比设置如下：在发光元件1中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac)＝1:1:0.06；在发光元件2中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac)＝1:0.5:0.06；在发光元件3中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac)＝1:0.25:0.06；在对比发光元件1中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac)＝1:0.1:0.06。
然后，形成与第一发光层313-1接触的第二发光层313-2至20nm的厚度。为了形成第二发光层313-2，以与第一发光层313-1类似的方式，将BAlq用作主体材料；NPB用作空穴传输材料；并将Ir(tppr)2(acac)用作发光材料，将这些材料共蒸发。将第二发光层313-2中各物质的质量比设置如下：在发光元件1至3和对比发光元件1中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac)＝1:0.1:0.06。
以这样的方式，发光元件1至3各自具有两个发光层，其中接近阳极的第一发光层313-1的空穴传输材料的浓度高于接近阴极的第二发光层313-2的空穴传输材料的浓度。也就是说，发光元件1至3各自具有实施方案1中所述的发光元件的结构。另一方面，在对比发光元件1中，第一发光层313-1和第二发光层313-2具有相同的组成，并且第一发光层313-1和第二发光层313-2可以视为包括厚度为40nm的一个发光层的发光元件。
然后，将结构式(iii)表示的Alq蒸发至10nm的厚度，并将结构式(iv)表示的BPhen蒸发至20nm的厚度，从而形成电子传输层314。此外，形成与电子传输层314接触的电子注入层315。在该实施例中，作为电子注入层315，将氟化锂沉积至具有1nm的厚度。最后，将铝沉积至具有200nm的厚度，作为充当阴极的第二电极302。从而，获得该实施例的发光元件。注意，在所有以上蒸发步骤中，采用电阻加热方法。
注意，在形成具有40nm的厚度的发光层以得到单层结构的情况下，对于对比发光元件1中的发光层的三种组分的质量比，选择就发光效率和寿命而言最优的质量比。
《发光元件1至3和对比发光元件1的操作特性》
将如此获得的发光元件1至3和对比发光元件1置于氮气气氛下的手套箱中，从而使发光元件与大气隔离。然后，测量这些发光元件的操作特性。在室温下进行测量(在保持在25℃的气氛中)。
发光元件的电流密度-亮度特性显示在图7中，其电压-亮度特性显示在图8中。发光元件的亮度-电流效率特性显示在图9中，其电压-电流特性显示在图10中。发光元件的亮度-外量子效率特性显示在图11中，其亮度-功率效率特性显示在图12中。注意，发光元件的发射光谱几乎相同，并且发光颜色为红色，它来自于Ir(tppr)2(acac)。
从图7至10可以看出，相对于对比发光元件1，发光元件1至3的电流效率和驱动电压得到改善。此外，从图12可以看出，相对于对比发光元件1，发光元件1至3的功率效率得到显著改善。此外，从图11可以看出，相对于对比发光元件1，发光元件1至3在高亮度一侧的效率降低较小，并且可以抑制T-T湮灭。
表1示出了在约1000cd/cm2的实际亮度下，发光元件的主要特性的原始数值。
表1
从表1中可以看出，发光元件1至3的驱动电压比对比发光元件1低1.0V至2.2V。此外，还可以看出发光元件1至3的电流效率和量子效率得到改善。如上所述，各自具有实施方案1中所述结构的发光元件可以既获得低的驱动电压又获得发光效率的改善，从它们的协同作用，功率消耗的降低效果是显著的，并且作为标志的功率效率提高了约30％至70％。
对于该实施例的主体材料(BAlq)、空穴传输材料(NPB)和发光材料(Ir(tppr)2(acac))的LUMO能级，日本公开专利申请No.2008-160098公开了BAlq具有-2.54eV的LUMO能级并且Ir(tppr)2(acac)具有-3.00eV的LUMO能级，它们在与该实施例相同的条件下测量。此外，在TaijuTsuboi和其他三人，CurrentAppliedPhysics，Vol.5，pp.47-54(2005)中公开了NPB(在该引文中为α-NPB)具有比BAlq高的LUMO能级。如上所述，可以看出，在该实施例中，发光材料的LUMO能级比主体材料和空穴传输材料的LUMO能级低0.2eV或更多，因而可以获得该显著效果。注意，尽管获得的LUMO能级的值根据测量方法的不同而略微不同，但是相对关系不变；因而，进行了上述对比。
如上所述，通过制造实施方案1中所述的发光元件，可以获得高的发光效率和低的驱动电压两者。因此，通过制造实施方案1中所述的发光元件，可以获得具有高的发光效率和低的驱动电压的发光元件。
＜参考实施例1＞
尽管在发光元件1至3中，其第二发光层的主体材料、空穴传输材料和发光材料的组成(质量比)是固定的，而其第一发光层的主体材料和空穴传输材料的质量比发生变化，但是在该参考实施例中，说明了如下的元件：其第一发光层的组成固定，而其第二发光层的主体材料和空穴传输材料的质量比变化。注意，元件结构与发光元件1至3以及对比发光元件1相同，并且对应于图6中所示结构。
《制造对比发光元件2至4》
从充当阳极的第一电极301的形成步骤到空穴传输层312的形成步骤的工艺以与发光元件1至3和对比发光元件1类似的方式进行。
接下来，形成第一发光层313-1至20nm的厚度。为了形成第一发光层313-1，将BAlq用作主体材料；NPB用作空穴传输材料；并将Ir(tppr)2(acac)用作发光材料，将这些材料共蒸发。将第一发光层313-1中各物质的质量比设置如下：在对比发光元件2至4中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac)＝1:0.1:0.06。
然后，形成第二发光层313-2至20nm的厚度。为了形成第二发光层313-2，将BAlq用作主体材料；NPB用作空穴传输材料；并将Ir(tppr)2(acac)用作发光材料，将这些材料共蒸发。将第二发光层313-2中各物质的质量比设置如下：在对比发光元件2中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac)＝1:0.25:0.06；在对比发光元件3中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac)＝1:0.5:0.06；在对比发光元件4中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac)＝1:1:0.06。
以这样的方式，对比发光元件2至4各自具有两个发光层，其中将第一发光层313-1的组分之比固定，并且接近阳极的第一发光层313-1的空穴传输材料的浓度低于接近阴极的第二发光层313-2。
然后，以与发光元件1至3和对比发光元件1类似的方式，形成电子传输层314、电子注入层315和充当阴极的第二电极302，从而形成发光元件。
注意，下面给出发光元件1至3和对比发光元件1至4的发光层中的主体材料与空穴传输材料的质量比(主体材料:空穴传输材料)。
表2
《对比发光元件2至4的操作特性》
将如此获得的对比发光元件2至4置于氮气气氛下的手套箱中，从而使发光元件与大气隔离。然后，测量这些发光元件的操作特性。在室温下进行测量(在保持在25℃的气氛中)。
对比发光元件2至4的电流密度-亮度特性显示在图13中，其电压-亮度特性显示在图14中。这些发光元件的亮度-电流效率特性显示在图15中，其电压-电流特性显示在图16中。这些发光元件的亮度-外量子效率特性显示在图17中，其亮度-功率效率特性显示在图18中。注意，在各个特性图表中，也显示出了对比发光元件1的特性曲线，以便容易比较对比发光元件2至4和发光元件1至3。这些发光元件的发射光谱几乎相同，并且发光颜色为红色，它来自于Ir(tppr)2(acac)。
从图13至18可以看出，对比发光元件1的各项特性均比对比发光元件2至4好。相对于对比发光元件1，作为实施方案1中所述发光元件的发光元件1至3显示出有利的特性；因而，可以看出实施方案1中所述的发光元件的结构是有效的。此外，可以看出，随着第二发光层313-2中空穴传输材料的浓度的升高，各项特性趋于劣化。
表3示出了在约1000cd/cm2的实际亮度下，这些发光元件的主要特性的原始数值。
表3
[实施例2]
在该实施例中，具体说明了具有不同于实施例1中的结构的发光元件。注意，该实施例中使用的物质与实施例1中的相同；因而，未示出分子结构。参见实施例1中所示的分子结构。在该实施例中，参照图6说明发光元件，该发光元件中第二发光层313-2具有与实施例1中不同的厚度。
《制造发光元件4和5以及对比发光元件5》
从充当阳极的第一电极301的形成步骤到空穴传输层312的形成步骤的工艺以与发光元件1至3和对比发光元件1类似的方式进行。
接下来，在空穴传输层312上，形成第一发光层313-1至20nm的厚度。为了形成第一发光层313-1，将结构式(ii)表示的BAlq用作主体材料；NPB用作空穴传输材料；并将实施例1中的结构式(D10)表示的(乙酰丙酮合)双(2,3,5-三苯基吡嗪合)铱(Ⅲ)(缩写：Ir(tppr)2(acac))用作发光材料，将这些材料共蒸发。在此，将第一发光层313-1中各物质的质量比设置如下：在发光元件4中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac)＝1:0.25:0.06；在发光元件5中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac)＝1:0.5:0.06；在对比发光元件5中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac)＝1:0.1:0.06。
然后，在第一发光层313-1上，形成第二发光层313-2至30nm的厚度。为了形成第二发光层313-2，以与第一发光层313-1类似的方式，将BAlq用作主体材料；NPB用作空穴传输材料；并将Ir(tppr)2(acac)用作发光材料，将这些材料共蒸发。将第二发光层313-2中各物质的质量比设置如下：在发光元件4和5以及对比发光元件5中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac)＝1:0.1:0.06。
以这样的方式，在发光元件4和5中，接近阳极的第一发光层313-1的空穴传输材料的浓度高于接近阴极的第二发光层313-2的空穴传输材料的浓度。也就是说，发光元件4和5各自具有实施方案1中所述的发光元件的结构。另一方面，在对比发光元件5中，第一发光层313-1和第二发光层313-2具有相同的组成，并且第一发光层313-1和第二发光层313-2可以视为包括厚度为50nm的一个发光层的发光元件。
在此之后，和在实施例1中一样，形成电子传输层314、电子注入层315和充当阴极的第二电极302，从而形成发光元件。
《发光元件4和5以及对比发光元件5的操作特性》
和实施例1中一样，将如此获得的发光元件4和5以及对比发光元件5置于氮气气氛下的手套箱中，从而使发光元件与大气隔离。然后，测量这些发光元件的操作特性。在室温下进行测量(在保持在25℃的气氛中)。
发光元件4和5以及对比发光元件5的电流密度-亮度特性显示在图19中，其电压-亮度特性显示在图20中。这些发光元件的亮度-电流效率特性显示在图21中，其电压-电流特性显示在图22中。这些发光元件的亮度-外量子效率特性显示在图23中，其亮度-功率效率特性显示在图24中。这些发光元件的发射光谱几乎相同，并且发光颜色为红色，它来自于Ir(tppr)2(acac)。
从图19至22可以看出，相对于对比发光元件5，发光元件4和5的电流效率和驱动电压得到改善。此外，从图24可以看出，相对于对比发光元件5，发光元件4和5的功率效率得到显著改善。此外，从图23可以看出，相对于对比发光元件5，发光元件4和5在高亮度一侧的效率降低较小，并且可以抑制T-T湮灭。
表4示出了在约1000cd/cm2的实际亮度下，这些发光元件的主要特性的原始数值。
表4
从表4中可以看出，首先，发光元件4和5的驱动电压比对比发光元件5低约1.0V。此外，还可以看出发光元件4和5的电流效率和量子效率得到改善。如上所述，各自具有实施方案1中所述结构的发光元件可以既获得低的驱动电压又获得发光效率的改善，从它们的协同作用，功率消耗的降低效果是显著的，并且作为标志的功率效率提高了约30％。
然后，将初始亮度设置为1000cd/m2，并将这些元件在恒定电流密度下驱动。此时，获得图25中所示的亮度衰减曲线。在图25中，横轴表示时间，纵轴表示初始亮度为100的相对亮度(％)(称为归一化亮度)。从图25可以看出，发光元件4和5各自具有与对比发光元件5的寿命一样长的寿命。
如上所述，通过制造实施方案1中所述的发光元件，可以获得高的发光效率、长的寿命和低的驱动电压三个优点。因此，通过制造实施方案1中所述的发光元件，可以获得具有高的发光效率、长的寿命和低的驱动电压的发光元件。
[实施例3]
在该实施例中，参照对比实施例具体说明了具有与实施例1不同的结构的发光元件。具体地说，参照图6说明了下述的发光元件：其中第一发光层313-1和第二发光层313-2中所含的发光材料不同于实施例1中所述的发光元件。注意，除发光材料以外的材料和结构与实施例1中的相同；因而，省略了对相同的结构和材料的说明。
《制造发光元件6以及对比发光元件6》
从充当阳极的第一电极301的形成步骤到空穴传输层312的形成步骤的工艺以与发光元件1至3和对比发光元件1类似的方式进行。
接下来，形成与空穴传输层312接触的发光层313-1至20nm的厚度。为了形成第一发光层313-1，将BAlq用作主体材料；NPB用作空穴传输材料；并将实施方案1中的结构式(D11)表示的双(2,3,5-三苯基吡嗪合)(二新戊酰基甲烷合)铱(Ⅲ)(缩写：[Ir(tppr)2(dpm)])用作发光材料，将这些材料共蒸发。在此，将第一发光层313-1中各物质的质量比设置如下：在发光元件6中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(dpm)＝1:0.25:0.06；在对比发光元件6中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(dpm)＝1:0.1:0.06。
然后，形成与第一发光层313-1接触的第二发光层313-2至20nm的厚度。为了形成第二发光层313-2，以与第一发光层313-1类似的方式，将BAlq用作主体材料；NPB用作空穴传输材料；并将Ir(tppr)2(dpm)用作发光材料，将这些材料共蒸发。将第二发光层313-2中各物质的质量比设置如下：在发光元件6以及对比发光元件6中，BAlq:NPB:Ir(tppr)2(dpm)＝1:0.1:0.06。
以这样的方式，在发光元件6中，接近阳极的第一发光层313-1的空穴传输材料的浓度高于接近阴极的第二发光层313-2的空穴传输材料的浓度。也就是说，发光元件6具有实施方案1中所述的发光元件的结构。另一方面，在对比发光元件6中，第一发光层313-1和第二发光层313-2具有相同的组成，并且第一发光层313-1和第二发光层313-2可以视为包括厚度为40nm的一个发光层的发光元件。
然后，和在实施例1中一样，形成电子传输层314、电子注入层315和充当阴极的第二电极302，从而形成发光元件。
《发光元件6以及对比发光元件6的操作特性》
将如此获得的发光元件6以及对比发光元件6置于氮气气氛下的手套箱中，从而使发光元件与大气隔离。然后，测量这些发光元件的操作特性。在室温下进行测量(在保持在25℃的气氛中)。
发光元件6以及对比发光元件6的电流密度-亮度特性显示在图30中，其电压-亮度特性显示在图31中。这些发光元件的亮度-电流效率特性显示在图32中，其电压-电流特性显示在图33中。这些发光元件的亮度-外量子效率特性显示在图34中，其亮度-功率效率特性显示在图35中。注意，这些发光元件的发射光谱几乎相同，并且发光颜色为红色，它来自于Ir(tppr)2(dpm)。此外，这些发光元件的CIE色度坐标均为(x,y)＝(0.67,0.33)，发光颜色为NTSC定义的红色。
从图30至33可以看出，相对于对比发光元件6，发光元件6的电流效率和驱动电压得到改善。此外，从图35可以看出，相对于对比发光元件6，发光元件6的功率效率得到显著改善。此外，从图34可以看出，相对于对比发光元件6，发光元件6在高亮度一侧的效率降低较小，并且可以抑制T-T湮灭。
表5示出了在约1000cd/cm2的实际亮度下，这些发光元件的主要特性的原始数值。
表5
从表5中可以看出，首先，发光元件6的驱动电压比对比发光元件6低。此外，还可以看出发光元件6的电流效率和量子效率得到改善。如上所述，具有实施方案1中所述结构的发光元件可以既获得低的驱动电压又获得发光效率的改善，从它们的协同作用，功率消耗的降低效果是显著的，并且作为标志的功率效率提高了约30％。
然后，将初始亮度设置为1000cd/m2，并将这些元件在恒定电流密度下驱动。此时，获得图36中所示的亮度衰减曲线。在图36中，横轴表示时间，纵轴表示初始亮度为100的相对亮度(％)(称为归一化亮度)。从图36可以看出，发光元件6具有与对比发光元件6的寿命一样长的寿命。
如上所述，通过制造实施方案1中所述的发光元件，可以获得高的发光效率、长的寿命和低的驱动电压三个优点。因此，通过制造实施方案1中所述的发光元件，可以获得具有高的发光效率、长的寿命和低的驱动电压的发光元件。
[实施例4]
在该实施例中，参照对比实施例具体说明了具有与实施例1不同的结构的发光元件。具体地说，参照图6说明了具有与实施例1中所述发光元件不同的材料的发光元件。注意，结构和材料与实施例1中所述的发光元件部分地相同；因而，在该实施例中省略了对相同的结构和材料的说明。注意，该实施例中使用的物质的分子结构由以下结构式(v)和(vi)表示。
《制造发光元件7和8以及对比发光元件7》
以与发光元件1至3和对比发光元件1类似的方式制造充当阳极的第一电极301。
然后，将基片固定于设置在真空蒸发装置内部的支架上，使得其上形成第一电极301的表面朝下。
在真空蒸发装置中的压力降低到10-4Pa后，将结构式(v)表示的PCBA1BP与氧化钼(VI)共蒸发，以满足PCBA1BP:氧化钼(VI)＝4:2(质量比)，从而形成空穴注入层311。在该实施例中空穴注入层311形成至50nm的厚度。然后，将PCBA1BP蒸发至10nm的厚度，从而形成空穴传输层312。
接下来，形成与空穴传输层312接触的第一发光层313-1至20nm的厚度。为了形成第一发光层313-1，将结构式(vi)表示的CO11Ⅱ用作主体材料；PCBA1BP用作空穴传输材料；并将实施例1中的结构式(D24)表示的双{2-(4-氟苯基)-3,5-二甲基吡嗪合}(吡啶甲酸合)铱(Ⅲ)(缩写：Ir(dmFppr)2(pic))用作发光材料，将这些材料共蒸发。在此，将第一发光层313-1中各物质的质量比设置如下：在发光元件7中，CO11Ⅱ:PCBA1BP:Ir(dmFppr)2(pic)＝1:0.5:0.1；在发光元件8中，CO11Ⅱ:PCBA1BP:Ir(dmFppr)2(pic)＝1:0.25:0.1；在对比发光元件7中，CO11Ⅱ:PCBA1BP:Ir(dmFppr)2(pic)＝1:0.1:0.1。
然后，形成与第一发光层313-1接触的第二发光层313-2至20nm的厚度。为了形成第二发光层313-2，以与第一发光层313-1类似的方式，将CO11Ⅱ用作主体材料；PCBA1BP用作空穴传输材料；并将Ir(dmFppr)2(pic)用作发光材料，将这些材料共蒸发。将第二发光层313-2中各物质的质量比设置如下：在发光元件7和8以及对比发光元件7中，CO11Ⅱ:PCBA1BP:Ir(dmFppr)2(pic)＝1:0.1:0.1。
以这样的方式，发光元件7和8各自具有两个发光层，其中接近阳极的第一发光层313-1的空穴传输材料的浓度高于接近阴极的第二发光层313-2的空穴传输材料的浓度。也就是说，发光元件7和8各自具有实施方案1中所述的发光元件的结构。另一方面，在对比发光元件7中，第一发光层313-1和第二发光层313-2具有相同的组成，并且第一发光层313-1和第二发光层313-2可以视为包括厚度为40nm的一个发光层的发光元件。
然后，和在实施例1中一样，形成电子传输层314、电子注入层315和充当阴极的第二电极302，从而形成发光元件。
注意，在形成具有40nm的厚度的发光层以得到单层结构的情况下，对于对比发光元件7中的发光层的三种组分的质量比，选择就发光效率和寿命而言最优的质量比。
《发光元件7和8以及对比发光元件7的操作特性》
和在实施例1中一样，将如此获得的发光元件7和8以及对比发光元件7置于氮气气氛下的手套箱中，从而使发光元件与大气隔离。然后，测量这些发光元件的操作特性。在室温下进行测量(在保持在25℃的气氛中)。
发光元件7和8以及对比发光元件7的电流密度-亮度特性显示在图37中，其电压-亮度特性显示在图38中。这些发光元件的亮度-电流效率特性显示在图39中，其电压-电流特性显示在图40中。这些发光元件的亮度-外量子效率特性显示在图41中，其亮度-功率效率特性显示在图42中。注意，这些发光元件的发射光谱几乎相同，并且发光颜色为绿色，它来自于Ir(dmFppr)2(pic)。此外，发光元件7和8的CIE色度坐标为(x,y)＝(0.40,0.58)，而对比发光元件7的CIE色度坐标为(x,y)＝(0.41,0.57)；因而，通过应用本发明的实施方案，轻微地改善了色度。
从图37至40可以看出，首先，相对于对比发光元件7，发光元件7和8的电流效率和驱动电压得到改善。此外，从图42可以看出，相对于对比发光元件7，发光元件7和8的功率效率得到显著改善。此外，从图41可以看出，相对于对比发光元件7，发光元件7和8在高亮度一侧的效率降低较小，并且可以抑制T-T湮灭。表6示出了在约1000cd/cm2的实际亮度下，这些发光元件的主要特性的原始数值。
表6
从表6中可以看出，发光元件7和8的驱动电压比对比发光元件7低。此外，还可以看出发光元件7和8的电流效率和量子效率得到改善。如上所述，具有实施方案1中所述结构的发光元件可以既获得低的驱动电压又获得发光效率的改善，从它们的协同作用，功率消耗的降低效果是显著的，并且作为标志的功率效率提高了约30％。
然后，将初始亮度设置为1000cd/m2，并将这些元件在恒定电流密度下驱动。此时，获得图43中所示的亮度衰减曲线。在图43中，横轴表示时间，纵轴表示初始亮度为100的相对亮度(％)(称为归一化亮度)。从图43可以看出，发光元件7和8各自具有与对比发光元件7的寿命一样长的寿命。
如上所述，通过制造实施方案1中所述的发光元件，可以获得高的发光效率、长的寿命和低的驱动电压三个优点。因此，通过制造实施方案1中所述的发光元件，可以获得具有高的发光效率、长的寿命和低的驱动电压的发光元件。
＜参考实施例2＞
在参考实施例2中，说明了实施方案1中的结构式(D29)和(D30)表示的有机金属配合物的合成方法。
《合成实施例1》
在该合成实施例中，具体说明了实施方案1中的结构式(D29)表示的有机金属配合物(乙酰丙酮合)双[2-(4-甲氧基苯基)-3,5-二甲基吡嗪合]铱(Ⅲ)(缩写：[Ir(dmmoppr)2(acac)])的合成实例。
＜步骤1：2-(4-甲氧基苯基)-3,5-二甲基吡嗪(缩写：Hdmmoppr)的合成＞
首先，向装有回流管的回收烧瓶(recoveryflask)中加入1.03g2-氯-3,5-二甲基吡嗪、1.09g4-甲氧基苯基硼酸、0.76g碳酸钠、0.032g双(三苯基膦)二氯化钯(Ⅱ)(缩写：Pd(PPh3)2Cl2)、10mL水和10mL乙腈，并将烧瓶中的气氛用氩置换。使该反应容器经受微波照射(2.45GHz，100W)10分钟从而加热。然后，向该溶液中加入水，并将有机层用二氯甲烷萃取。将获得的有机层用水洗涤并用硫酸镁干燥。在干燥后，将该溶液过滤。将该溶液的溶剂蒸发掉，从而获得作为目标物质的吡嗪衍生物Hdmmoppr(深黄色液体，产率：99％)。为用微波进行照射，使用微波合成系统(Discover，由CEM公司制造)。通过以下(A-1)表示步骤1的合成方案。
＜步骤2：二-μ-氯-双[双{2-(4-甲氧基苯基)-3,5-二甲基吡嗪}铱(Ⅲ)](缩写：[Ir(dmmoppr)2Cl]2的合成＞
然后，向装有回流管的回收烧瓶中加入15mL2-乙氧基乙醇、5mL水、在以上步骤1中获得的Hdmmoppr1.58g以及0.88g水合氯化铱(IrCl3·H2O)(由Sigma-Aldrich公司生产)，并将烧瓶中的气氛用氩置换。然后，使该反应容器经受微波照射(2.45GHz，100W)30分钟从而进行反应。在反应后将溶液浓缩，并将获得的残余物用乙醇洗涤，从而获得双核配合物[Ir(dmmoppr)2Cl]2(深黄色粉末，产率：71％)。通过以下(A-2)表示步骤2的合成方案。
＜步骤3：(乙酰丙酮合)双[2-(4-甲氧基苯基)-3,5-二甲基吡嗪合]铱(Ⅲ)(缩写：[Ir(dmmoppr)2(acac)])的合成＞
然后，向装有回流管的回收烧瓶中加入10mL2-乙氧基乙醇、在以上步骤2中获得的双核配合物[Ir(dmmoppr)2Cl]20.75g、0.18mL乙酰丙酮和0.60g碳酸钠，并将烧瓶中的气氛用氩置换。然后，使该反应容器经受微波照射(2.45GHz，100W)30分钟从而进行反应。将反应溶液过滤。将获得的固体溶解于乙醇中，并将溶液过滤以去除不溶物。然后，将滤液浓缩，并将获得的固体用乙醇重结晶，从而获得实施方案1中的结构式(D29)表示的有机金属配合物[Ir(dmmoppr)2(acac)](橙色粉末，产率：51％)。通过以下(A-3)表示步骤3的合成方案。
下面示出通过核磁共振波谱(1H-NMR)对步骤3中获得的橙色粉末的分析结果。图26中示出了1H-NMR图。从该结果可以看出在该合成实施例中获得了以上结构式(D29)表示的有机金属配合物[Ir(dmmoppr)2(acac)]。
1H-MNR.δ(CDCl3)：1.80(s，6H)，2.60(s，6H)，3.00(s，6H)，3.57(s，6H)，5.22(s，1H)，5.72(d，2H)，6.46(dd，2H)，7.81(d，2H)，8.21(s，2H).
然后，通过紫外-可见光谱对[Ir(dmmoppr)2(acac)]进行分析。在室温下使用二氯甲烷溶液(0.071mmol/L)使用紫外-可见分光光度计(V550，由JASCO公司制造)测量UV光谱。此外，测量[Ir(dmmoppr)2(acac)]的发射光谱。使用脱气的二氯甲烷溶液(0.42mmol/L)在室温下通过荧光分光光度计(由HamamatsuPhotonics公司制造，FS920)进行发射光谱的测量。图27显示了测量结果。横轴表示波长，纵轴表示摩尔吸光系数和发射强度。
如图27中所示，有机金属配合物[Ir(dmmoppr)2(acac)]在573nm具有发射光谱峰，从二氯甲烷溶液观察到橙色光。
《合成实施例2》
在该合成实施例中，具体说明了实施方案1中的结构式(D30)表示的有机金属配合物(乙酰丙酮合)双[2-(2-萘基)-3,5-二甲基吡嗪合]铱(Ⅲ)(缩写：[Ir(dm2npr)2(acac)])的合成实例。
＜步骤1：2-(2-萘基)-3,5-二甲基吡嗪(缩写：Hdm2npr)的合成＞
首先，向装有回流管的回收烧瓶中加入2.25g2-氯-3,5-二甲基吡嗪、2.71g2-萘基硼酸、1.67g碳酸钠、0.072g双(三苯基膦)二氯化钯(Ⅱ)(缩写：Pd(PPh3)2Cl2)、15mL水和15mL乙腈，并将烧瓶中的气氛用氩置换。使该反应容器经受微波照射(2.45GHz，100W)10分钟从而加热。然后，向该溶液中加入水，并将有机层用二氯甲烷萃取。将获得的有机层用水洗涤并用硫酸镁干燥。在干燥后，将该溶液过滤。将该溶液的溶剂蒸发掉，并将通过蒸馏获得的残余物通过硅胶柱色谱并使用二氯甲烷作为展开溶剂进行纯化。这样，获得作为目标物质的Hdm2npr(浅橙色粉末，产率：56％)。为用微波进行照射，使用微波合成系统(Discover，由CEM公司制造)。通过以下(B-1)表示步骤1的合成方案。
＜步骤2：二-μ-氯-双[双{2-(2-萘基)-3,5-二甲基吡嗪}铱(Ⅲ)](缩写：[Ir(dm2npr)2Cl]2的合成＞
然后，向装有回流管的回收烧瓶中加入15mL2-乙氧基乙醇、5mL水、在以上步骤1中获得的Hdm2npr2.06g以及1.31g水合氯化铱(IrCl3·H2O)(由Sigma-Aldrich公司生产)，并将烧瓶中的气氛用氩置换。然后，使该反应容器经受微波照射(2.45GHz，100W)1小时从而进行反应。通过过滤获得从反应溶液中沉淀出的褐色粉末，并用乙醇洗涤，从而获得双核配合物[Ir(dm2npr)2Cl]2(产率：77％)。通过以下(B-2)表示步骤2的合成方案。
＜步骤3：(乙酰丙酮合)双[2-(2-萘基)-3,5-二甲基吡嗪合]铱(Ⅲ)(缩写：[Ir(dm2npr)2(acac)])的合成＞
此外，向装有回流管的回收烧瓶中加入20mL2-乙氧基乙醇、在以上步骤2中获得的双核配合物[Ir(dm2npr)2Cl]21.05g、0.23mL乙酰丙酮和0.80g碳酸钠，并将烧瓶中的气氛用氩置换。此后，使该反应容器经受微波照射(2.45GHz，100W)30分钟从而进行反应。将反应溶液过滤。将获得的固体溶解于二氯甲烷中，并将溶液过滤以去除不溶物。然后，将滤液浓缩，并将获得的固体用乙醇和二氯甲烷的混合溶剂重结晶，从而获得橙色粉末形式的本发明的有机金属配合物[Ir(dm2npr)2(acac)](产率：44％)。通过以下(B-3)表示步骤3的合成方案。
下面示出通过核磁共振波谱(1H-NMR)对步骤3中获得的橙色粉末的分析结果。图28中示出了1H-NMR图。从该结果可以看出在合成实施例1中获得了以上结构式(D30)表示的有机金属配合物[Ir(dm2npr)2(acac)]。
1H-NMR.δ(CDCl3)：1.81(s，6H)，2.71(s，6H)，3.24(s，6H)，5.27(s，1H)，6.52(s，2H)，7.11-7.23(m，6H)，7.68(d，2H)，8.40(d，4H).
然后，通过紫外-可见光谱对[Ir(dm2npr)2(acac)]进行分析。在室温下使用二氯甲烷溶液(0.13mmol/L)使用紫外-可见分光光度计(V550，由JASCO公司制造)测量UV光谱。此外，测量[Ir(dm2npr)2(acac)]的发射光谱。使用脱气的二氯甲烷溶液(0.47mmol/L)在室温下通过荧光分光光度计(由HamamatsuPhotonics公司制造，FS920)进行发射光谱的测量。图29显示了测量结果。横轴表示波长，纵轴表示摩尔吸光系数和发射强度。
如图29中所示，有机金属配合物[Ir(dm2npr)2(acac)]在616nm具有发射光谱峰，从二氯甲烷溶液观察到橙红色光。
＜参考实施例3＞
在参考实施例3中，说明了实施例4中的结构式(vi)表示的CO11Ⅱ的合成方法。
《合成实施例3》
在该合成实施例中，具体说明了实施方案1中的结构式(vi)表示的3-苯基-9-[4-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)苯基]-9H-咔唑(缩写：CO11Ⅱ)的合成实例。
以下(C-1)表示3-苯基-9-[4-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)苯基]-9H-咔唑的合成方案。
向100mL三颈烧瓶中加入2.3g(6.6mmol)2-(4-碘苯基)-5-苯基-1,3,4-噁二唑、1.6g(6.6mmol)3-苯基-9H-咔唑和1.4g(15mmol)叔丁醇钠，并将烧瓶中的气氛用氮气置换。向该混合物中加入30mL甲苯和三(叔丁基)膦的10wt％的己烷溶液0.2mL，并通过用抽气机降低烧瓶的压力而将该混合物脱气，然后将烧瓶中的气氛用氮气置换。向该混合物中加入0.058g(0.10mmol)双(二亚苄基丙酮)钯(0)，并将该混合物在氮气流下在80℃下搅拌15小时。在搅拌后，向该混合物中加入甲苯，并将该悬浮液用饱和碳酸钠水溶液和饱和盐水以此顺序进行洗涤。在洗涤后，向有机层中加入硫酸镁以将有机层干燥。在干燥后，对混合物进行抽滤，从而获得滤液。用硫酸钠溶液(sellite)(WakoPureChemicalIndustries.Ltd.，目录号：540-16855)对获得的滤液进行抽滤，从而获得滤液。通过硅胶柱色谱对通过所获滤液的浓缩而获得的化合物进行纯化。首先使用甲苯作为展开溶剂然后使用甲苯:乙酸乙酯＝4:1的混合溶剂作为展开溶剂进行柱色谱。向通过所获级份的浓缩而获得的固体中加入丙酮，并用超声波照射进行洗涤。使该混合物进行抽滤以收集固体。将收集的固体用氯仿和己烷的混合溶剂重结晶，从而以64％的产率获得2.0g粉末状白色固体。
通过梯度升华方法对所获得的白色固体1.1g进行升华纯化。在3.0Pa的减压下在240℃下进行升华纯化16小时，氩气的流速为5mL/min。从而以89％的收率获得的0.98g白色固体。
通过核磁共振波谱(NMR)确认了该化合物是3-苯基-9-[4-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)苯基]-9H-咔唑(缩写：CO11Ⅱ)。
下面给出获得的化合物的1HNMR数据。
1HNMR(CDCl3，300MHz)：δ＝7.30-7.76(m，13H)，7.79(d，J＝8.3Hz，2H)，8.14-8.24(m，3H)，8.35(sd，J＝1.5Hz，1H)，8.39(d，J＝8.8Hz，2H).
本申请基于2008年9月5日提交于日本特许厅的日本专利申请No.2008-228080，其全部内容通过引用纳入本文中。
附图标记的说明
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，313-1：第一发光层，313-2：第二发光层，314：电子传输层，315：电子注入层，321：空穴传输材料，322：主体材料，323：发光材料，401：框体，402：液晶层，403：背光灯，404：框体，405：驱动IC，406：端子，411：外壳，412：光源，511：主体，512：框体，513：显示部分，514：键盘，521：显示部分，522：主体，523：天线，524：声音输出部分，525：声音输入部分，526：操作键，531：显示部分，532：框体，533：扬声器，541：主体，542：显示部分，543：外部存储插槽，544：扬声器部分，545：操作键，601：驱动电路部分(源极侧驱动电路)，602：像素部分，603：驱动电路部分(栅极侧驱动电路)，604：密封基片，605：密封材料，607：空间，608：引绕配线，609：FPC(柔性印刷电路)，610：元件基片，611：开关用TFT，612：电流控制用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 (16)

1.发光元件，其包含：
阳极；
阴极；
所述阳极和所述阴极之间的多个发光层，所述多个发光层彼此接触以形成叠置结构；
所述阳极和所述多个发光层之间的包含空穴传输材料的空穴注入层；以及
所述空穴注入层和所述多个发光层之间的包含所述空穴传输材料的空穴传输层，
其中所述多个发光层包含第一发光层和第二发光层，
其中所述第一发光层是所述多个发光层中与所述阳极最接近的，
其中所述第二发光层是所述多个发光层中与所述阴极最接近的，
其中所述第一发光层包括主体材料、所述空穴传输材料和发光材料，以及
其中所述第二发光层包括所述主体材料、比所述第一发光层中的浓度低的所述空穴传输材料和所述发光材料，
其中所述空穴传输材料是咔唑衍生物，以及
其中所述发光材料是发射磷光的化合物。
2.发光元件，其包含：
阳极；
阴极；
所述阳极和所述阴极之间的第一发光层；
所述阴极和所述第一发光层之间的第二发光层，所述第二发光层与所述第一发光层接触；
所述阳极和所述第一发光层之间的包含空穴传输材料的空穴注入层；以及
所述空穴注入层和所述第一发光层之间的包含所述空穴传输材料的空穴传输层，
其中所述第一发光层包括主体材料、所述空穴传输材料和发光材料，
其中所述第二发光层包括所述主体材料、比所述第一发光层中的浓度低的所述空穴传输材料和所述发光材料，
其中所述空穴传输材料是咔唑衍生物，以及
其中所述发光材料是发射磷光的化合物。
3.发光元件，其包含：
阳极；
阴极；
所述阳极和所述阴极之间的第一发光层；
所述阴极和所述第一发光层之间的第二发光层；
所述阳极和所述第一发光层之间的包含空穴传输材料的空穴注入层；以及
所述空穴注入层和所述第一发光层之间的包含所述空穴传输材料的空穴传输层，
其中所述第一发光层包括主体材料、所述空穴传输材料和发光材料，
其中所述第二发光层包括所述主体材料、比所述第一发光层中的浓度低的所述空穴传输材料和所述发光材料，
其中所述空穴传输材料是咔唑衍生物，以及
其中所述发光材料是发射磷光的化合物。
4.根据权利要求1至3的任一项的发光元件，
其中所述第一发光层中的所述空穴传输材料与所述主体材料的质量比小于或等于1，以及
其中所述第二发光层中的所述空穴传输材料与所述主体材料的质量比大于或等于0.05。
5.根据权利要求1至3的任一项的发光元件，
其中所述发光材料的LUMO能级比所述主体材料的LUMO能级以及所述空穴传输材料的LUMO能级低0.2eV或更多。
6.根据权利要求1至3的任一项的发光元件，
其中所述发光材料是有机金属配合物，所述有机金属配合物包含具有吡嗪骨架的配体并且其中心金属是属于第9族或第10族的元素。
7.根据权利要求6的发光元件，
其中所述具有吡嗪骨架的配体是2-芳基吡嗪衍生物。
8.根据权利要求6的发光元件，
其中所述发光材料是双{2-(4-氟苯基)-3,5-二甲基吡嗪合}(吡啶甲酸合)铱(Ⅲ)。
9.根据权利要求6的发光元件，
其中所述中心金属是铱。
10.根据权利要求1至3的任一项的发光元件，其进一步包含：
所述第二发光层和所述阴极之间的电子传输层，
其中所述第二发光层与所述电子传输层接触。
11.根据权利要求1至3的任一项的发光元件，其中所述主体材料具有电子传输性能。
12.发光器件，其包含：
根据权利要求1至3的任一项的发光元件；以及
为控制所述发光元件的发光而配置的装置。
13.电子器件，其在显示部分包含根据权利要求12的发光器件。
14.根据权利要求1至3的任一项的发光元件，
其中所述第一发光层与所述空穴传输层接触。
15.根据权利要求1至3的任一项的发光元件，
其中所述空穴传输层包含所述空穴传输材料和过渡金属氧化物。
16.照明器件，其包含根据权利要求1至3的任一项的发光元件。
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