CN107615509B - 发光元件、发光装置、显示装置、电子设备以及照明装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种发光效率高的发光元件。提供一种不使用稀少金属作为发光材料而发光效率高的发光元件。一种发光元件，该发光元件包括第一电极、第二电极、第一电极和第二电极之间的层。该层包含第一有机化合物及第二有机化合物。第二有机化合物具有咔唑骨架、取代或未取代的二价芳香烃基团。第二有机化合物还具有苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架。芳香烃基团与咔唑骨架键合。芳香烃基团与苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架键合。第一有机化合物和第二有机化合物能够形成激基复合物。

Description

发光元件、发光装置、显示装置、电子设备以及照明装置
技术领域
本发明的一个实施方式涉及一种具有苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架以及咔唑骨架的化合物。另外，本发明的一个实施方式涉及一种将通过施加电场来获得发光的发光层夹在一对电极之间而成的发光元件或者包括该发光元件的显示装置、电子设备、半导体装置以及照明装置。
注意，本发明的一个实施方式不局限于上述技术领域。本发明的一个实施方式涉及一种物体、方法或制造方法。而且，本发明的一个实施方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition of matter)。尤其是，本发明的一个实施方式涉及一种半导体装置、显示装置、发光装置、照明装置、其驱动方法或制造方法。
背景技术
使用有机化合物作为发光物质的电流激发型发光元件，所谓的有机EL元件被应用于光源、照明或显示器等。
已知有机EL元件中的单重态激子与三重态激子的生成比例为1:3。因此，将单重激发态转换为发光的荧光发光的内部量子效率的极限为25％，而当考虑到通过系间窜跃能量由单重激发态转移时，将三重激发态转换为发光的磷光发光的内部量子效率可达100％。因此，为了获得高效率的发光，大多情况选择使用磷光发光材料作为发光物质的有机EL元件(也称为磷光发光元件)。
能够将三重激发态高效率地转换为发光的物质大多是有机金属配合物，而大部分情况下，其中心金属几乎都是产量少的稀有金属。这样的稀有金属当然是昂贵的，并且其价格变动快，其供给也因国际形势而不稳定。因此，磷光发光元件在成本或供给的稳定性上仍有悬念。
将三重激发态转换为发光的其他方法有利用延迟荧光的方法。这是利用从三重激发态转移至单重激发态的反系间窜跃的方法，由于发光起因于单重激发态，所以获得的是荧光而不是磷光。这在单重激发态与三重激发态之间的能量差小的情况下容易发生，实际上也有获得了超过荧光发光的理论极限的发光效率的报告。
此外，也有如下报告：通过利用由两种物质构成的激基复合物(exciplex)获得单重激发态与三重激发态之间的能量差小的状态，来实现效率高的发光元件。
[参考文献]
[非专利文献]
[非专利文献1]K.Goushi et al.,Applied Physics Letters,101,pp.023306/1-023306/4(2012).
发明内容
另一方面，在使用上述激基复合物的发光元件中，在很多情况下，根据所使用的物质，不能获得高效率的发光。实际上，在有机EL元件的开发历史上，因为激基复合物会降低效率，一般以不形成激基复合物的方式设计有机EL元件。
于是，本发明的一个实施方式的目的之一是提供一种发光效率高的发光元件。此外，本发明的一个实施方式的目的之一是提供一种不将稀有金属用于发光材料也具有高发光效率的发光元件。此外，本发明的一个实施方式的目的之一是提供一种利用激基复合物的发光效率高的发光元件。此外，本发明的一个实施方式的目的之一是提供一种从激基复合物发射的光的发光效率高的发光元件。
此外，本发明的一个实施方式的目的之一是通过使用上述发光元件来提供发光效率高的发光装置、显示装置、电子设备以及照明装置。
注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。此外，本发明的一个实施方式并不需要实现所有上述目的。另外，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载得知并抽取上述以外的目的。
本发明的一个实施方式是一种发光元件，该发光元件包括第一电极、第二电极、第一电极和第二电极之间的层。该层包含第一有机化合物及第二有机化合物。第二有机化合物具有咔唑骨架、取代或未取代的二价芳香烃基团。第二有机化合物还具有苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架。芳香烃基团与咔唑骨架键合，并与苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架键合。第一有机化合物和第二有机化合物能够形成激基复合物。
本发明的另一个实施方式是一种发光元件，该发光元件包括第一电极、第二电极、第一电极和第二电极之间的层。该层包含第一有机化合物及第二有机化合物。第二有机化合物具有咔唑骨架、取代或未取代的二价芳香烃基团，第二有机化合物还具有苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架。芳香烃基团与咔唑骨架键合，并与苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架键合。第一有机化合物和第二有机化合物能够形成激基复合物。
另外，在本发明的一个实施方式的发光元件中，苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架的4位或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架的4位可以与芳香烃基团键合。另外，在本发明的一个实施方式的发光元件中，苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架的4位或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架的4位可以与芳香烃基团键合，其他的位置是未取代的。另外，在本发明的一个实施方式的发光元件中，咔唑骨架的9位可以与芳香烃基团键合。另外，在本发明的一个实施方式的发光元件中，芳香烃基团可以具有6至60个碳原子。另外，在本发明的一个实施方式的发光元件中，芳香烃基团可以具有6至13个碳原子。另外，在本发明的一个实施方式的发光元件中，芳香烃基团可以具有联苯二基。另外，在本发明的一个实施方式的发光元件中，联苯二基可以是3,3'-联苯二基。
另外，在本发明的一个实施方式的发光元件中，第二有机化合物可以为以结构式(100)表示的有机化合物。
[化学式1]
另外，在本发明的一个实施方式的发光元件中，第二有机化合物可以为以结构式(200)表示的有机化合物。
[化学式2]
另外，在本发明的一个实施方式的发光元件中，第二有机化合物可以是具有电子传输性的物质，第一有机化合物可以是具有空穴传输性的物质。另外，在本发明的一个实施方式的发光元件中，第一有机化合物可以是芳香胺。另外，在本发明的一个实施方式的发光元件中，第一有机化合物及第二有机化合物的三重激发能级可以高于激基复合物的三重激发能级。另外，在本发明的一个实施方式的发光元件中，发光可以包含延迟荧光成分。
另外，本发明的另一个实施方式是一种包括本发明的一个实施方式的发光元件以及开关的照明装置。另外，本发明的另一个实施方式是一种包括本发明的一个实施方式的发光元件以及用于控制该发光元件的单元的发光装置。另外，本发明的另一个实施方式是一种包括显示部中的本发明的一个实施方式的发光元件以及用于控制该发光元件的单元的显示装置。另外，本发明的另一个实施方式是一种包括本发明的一个实施方式的发光元件以及开关的电子设备。
本发明的一个实施方式能够提供一种发光效率高的发光元件。此外，本发明的一个方式能够提供一种不将稀有金属用于发光材料也具有高的发光效率的发光元件。本发明的一个实施方式能够提供一种利用激基复合物的效率高的发光元件。本发明的一个实施方式能够提供一种来自激基复合物的发光的效率高的发光元件。
注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。此外，本发明的一个实施方式并不需要具有所有上述效果。从说明书、附图、权利要求书等的记载看来其他效果是显然的，从而可以从说明书、附图、权利要求书等的记载中得出其他效果。
附图说明
图1A和图1B是发光元件的示意图；
图2A和图2B是有源矩阵型发光装置的示意图；
图3A和图3B是有源矩阵型发光装置的示意图；
图4是有源矩阵型发光装置的示意图；
图5A和图5B是无源矩阵型发光装置的示意图；
图6A和图6B是照明装置的示意图；
图7A、图7B1、图7B2、图7C以及图7D是示出电子设备的图；
图8是示出电子设备的图；
图9A和图9B是示出照明装置的图；
图10是示出照明装置的图；
图11是示出车载显示装置及照明装置的图；
图12A至图12C是示出电子设备的图；
图13示出发光元件1及对比发光元件1的电流密度-亮度特性；
图14示出发光元件1及对比发光元件1的亮度-电流效率特性；
图15示出发光元件1及对比发光元件1的亮度-功率效率特性；
图16示出发光元件1及对比发光元件1的亮度-外量子效率特性；
图17示出发光元件1及对比发光元件1的发射光谱。
具体实施方式
下面，对本发明的实施方式进行说明。但是，本发明可以通过多个不同方式而实施，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式和详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围下可以以各种各样的方式修改。因此，本发明不应该被解释为仅限定在本实施方式所记载的内容中。
另外，在本说明书所说明的每一个附图中，有时为了便于说明，夸大表示例如阳极、包含有机化合物的层、电荷产生层、阴极等各构成要素的尺寸、厚度以及诸如此类。因此，各构成要素不局限于附图所示的大小，并不局限于各构成要素之间的相对大小。
注意，在本说明书等中，为了方便起见，附加了第一、第二、第三等序数词，而其并不表示工序顺序或层的层叠顺序等。因此，例如可以将“第一”适当地替换为“第二”或“第三”等来进行说明。此外，有时本说明书等所记载的序数词与用来指定本发明的一个实施方式的序数词不一致。
另外，在本说明书等所说明的本发明的构成中，在不同附图之间共同使用同一符号表示同一部分或具有相同功能的部分而省略其重复说明。另外，有时使用同一阴影线表示具有相同功能的部分，而不特别附加附图标记。
注意，在本说明书中，颜色是由色相(相当于单色光的波长)、色度(彩度，即，与白色不同的程度)及明度(亮度，即，光的强度)的三个要素规定的。在本说明书中，颜色也可以由只上述三个要素中的任一个或只任两个规定。另外，在本说明书中，“两个光的颜色不同”的情况是指上述三个要素中至少一个不同的情况，也包括两个光的光谱的形状或各峰值的相对强度比的分布不同的情况。
另外，根据情况或状态，可以互相调换“膜”和“层”。例如，有时可以将“导电层”调换为“导电膜”，并且，有时可以将“绝缘膜”调换为“绝缘层”。
实施方式1
作为将三重激发态转换为发光的方法有利用起因于三重激发态的直接发光的磷光的方法，和利用延迟荧光的方法，所述延迟荧光是在通过反系间窜跃由三重激发态转移至单重激发态之后从单重激发态发出的光。
已报告了使用磷光发光材料且以非常高的效率发光的发光元件的结构，该报告实际上证明了利用三重激发态获得发光的优点。但是，由于磷光发光材料的中心金属几乎都是稀有金属，所以存在量产时的成本或供给的稳定性的问题。
近年来，已经利用延迟荧光材料的发光元件达到一定程度的成果。然而，以较高的效率呈现延迟荧光的物质具有单重激发态与三重激发态接近的非常罕见的状态，因此，具有特殊的分子结构，所以，可应用的物质种类也有限制。
报告了如下事实：激基复合物(又称为激发配合物)是通过两种分子的电荷转移相互作用形成的激发状态的配合物，并且，在大部分情况下，激基复合物的单重激发态与三重激发态彼此接近。
因此，激基复合物在室温下也容易呈现延迟荧光，且可允许荧光发光元件具有高效率。激基复合物的发光波长根据形成该复合物的两个物质中较浅的HOMO能级与较深的LUMO能级之间的差异而发生变化。因此，通过选择形成激基复合物的物质，可比较容易获得所希望的波长的发光。
然而，积极地利用来自激基复合物的发光的研究还在开发中。为了获得高发光效率而使用的物质的指南也很少，而没有任何指南，无法提供有利的发光元件。
针对于此，在本实施方式中，说明以激基复合物为发光中心的高效率地发光的发光元件的结构。
本实施方式中的发光元件具有一对电极间夹有包含有机化合物的层(该层也可以包含无机化合物)的结构，该包含有机化合物的层至少具有发光层。发光层包含具有空穴传输性的第一有机化合物以及具有电子传输性的第二有机化合物。
第一有机化合物和第二有机化合物的组合在由电流激发或者电流流过时形成激基复合物。为了形成激基复合物，第一有机化合物的HOMO能级及LUMO能级都分别优选比第二有机化合物的HOMO能级及LUMO能级浅。
认为激基复合物的形成过程大致可分为以下两种过程。
一种形成过程为处于具有载流子的状态(阳离子或者阴离子)的具有空穴传输性的第一有机化合物和具有电子传输性的第二有机化合物形成激基复合物的过程。
另一种形成过程为在具有空穴传输性的第一有机化合物和具有电子传输性的第二有机化合物中的一个形成单重态激子之后，其与基态下的另一个相互作用而形成激基复合物的过程。
本实施方式中的激基复合物可以通过上述任一种过程形成。
在此，当具有电子传输性的第二有机化合物具有咔唑骨架与苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架通过取代或未取代的二价芳香烃基团键合的结构时，可以高效地从激基复合物得到发光。尤其优选使用苯并呋喃并嘧啶骨架，以从发光效率更好的发光元件得到发光。苯并呋喃并嘧啶骨架的LUMO能级比苯并噻吩并嘧啶骨架的LUMO能级稍微深，因此苯并呋喃并嘧啶骨架比苯并噻吩并嘧啶骨架更优选地用于激基复合物的形成。
苯并呋喃并嘧啶骨架优选为苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架，苯并噻吩并嘧啶骨架优选为苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架。这是因为：在嘧啶的6位引入苯环，而电子传输性得到提高。另外，这些骨架的每一个的LUMO能级比嘧啶骨架的LUMO能级深，这适合于激基复合物的形成。
另外，苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架的4位或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架的4位优选与芳香烃基团键合。由此，嘧啶的4位及6位被取代，电子传输性得到提高。另外，LUMO能级变深，这更适合于激基复合物的形成。
并且，优选的是，苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架的4位或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架的4位与芳香烃基团键合，其他位置未取代。当4位以外的位置未取代时，苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架容易与第一有机化合物发生相互作用，因此容易形成激基复合物。
另一方面，咔唑骨架的9位优选与芳香烃基团键合。由此，可以得到一种在电化学上稳定的化合物。
在此，由于咔唑骨架与苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架通过二价芳香烃基团键合，与第二有机化合物中的电荷转移激发态的形成相比，通过第一和第二有机化合物的激基复合物的形成更可能发生。换言之，当第一骨架在物理上与第二骨架分离，分子间的HOMO-LUMO迁移(例如，从第一有机化合物的HOMO到第二有机化合物的LUMO的迁移)更可能发生，而非分子中的HOMO-LUMO迁移。
二价芳香烃基团优选具有6至60个碳原子。尤其，具有6至13个碳原子的二价芳香烃基团具有良好的升华性，所以是更优选的。在考虑利用二价芳香烃基团的咔唑骨架与苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架的分离、以及升华性时，作为芳香烃基团，优选使用联苯二基。尤其是，从提高三重激发能级的观点来看，更优选使用3,3'-联苯二基。二价芳香烃基团优选与咔唑骨架中的氮原子键合。当这些基具有取代基时，作为该取代基可以举出具有1至6个碳原子的烷基、具有6至12个碳原子的芳基(例如，苯基或联苯二基)。
另外，第二有机化合物可以以下述通式(G1)表示。
[化学式3]
在上述通式(G1)中，R1至R5分别独立地表示氢、具有1至6个碳原子的烷基、取代或未取代的具有5至7个碳原子的单环饱和烃、取代或未取代的具有7至10个碳原子的多环饱和烃和取代或未取代的具有6至13个碳原子的芳基中的任一个。而且，α表示取代或未取代的芳香烃基团，n表示1至4的整数。而且，Cz表示咔唑骨架。X表示氧原子和硫原子中的任一个。
第二有机化合物可以以下述通式(G2)表示。
[化学式4]
在上述通式(G2)中，R1至R13分别独立地表示氢、具有1至6个碳原子的烷基、取代或未取代的具有5至7个碳原子的单环饱和烃、取代或未取代的具有7至10个碳原子的多环饱和烃和取代或未取代的具有6至13个碳原子的芳基中的任一个。而且，α表示取代或未取代的芳香烃基团，且n表示1至4的整数。而且，X表示氧原子和硫原子中的任一个。
注意，尤其是，将以下述结构式(100)表示的4-{3-[3’-(9H-咔唑-9-基)]联苯-3-基}苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶(简称：4mCzBPBfpm)用作第二有机化合物的发光元件呈现非常高的发光效率。由此，4mCzBPBfpm可以是用于使用激基复合物的发光元件的非常有益的材料。另外，这也适用于以下述结构式(200)表示的4-{3-[3’-(9H-咔唑-9-基)]联苯-3-基}苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶(简称：4mCzBPBtpm)用作第二有机化合物的发光元件。
[化学式5]
[化学式6]
注意，在使用“取代或未取代的”的表述且取代基具有取代基时，作为取代基的取代基可以使用具有1至6个碳原子的烷基、苯基或联苯基。
上述第二有机化合物的具体例子可以以如下结构式(100)至(112)、结构式(200)至(212)表示。但是，在本实施方式中能够使用的第二有机化合物不局限于以下的例子。
[化学式7]
[化学式8]
[化学式9]
[化学式10]
第一有机化合物及第二有机化合物的每一个的三重激发能量(相当于三重激发能级与单重激发能级之间的差的能量)优选高于激基复合物的三重激发能量。这是因为：当第一有机化合物和第二有机化合物的每一个的三重激发能量比激基复合物的三重激发能量小时，激基复合物的三重激发能量转移，这抑制有效发光。
为了避免这种缺点，第一有机化合物及第二有机化合物优选不具有萘骨架。
注意，可以认为单重激发态与三重激发态之间的能量差小的激基复合物的三重激发能量是相当于激基复合物的发光波长。
作为具有空穴传输性的第一有机化合物，例如优选使用包含吡咯环、噻吩环或呋喃环的化合物，咔唑衍生物或吲哚衍生物等富π电子型杂芳族化合物或者芳香胺化合物，尤其是优选芳香胺化合物，因为其可以有效地形成激基复合物。具体而言，可以举出：2-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]螺-9,9'-联芴(简称：PCASF)、4,4',4”-三[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]三苯胺(简称：1'-TNATA)、2,7-双[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]-螺-9,9'-二芴(简称：DPA2SF)、N,N'-双(9-苯基咔唑-3-基)-N,N'-二苯基苯-1,3-二胺(简称：PCA2B)、N-(9,9-二甲基-2-二苯基氨基-9H-芴-7-基)二苯基胺(简称：DPNF)、N,N',N”-三苯基-N,N',N”-三(9-苯基咔唑-3-基)苯-1,3,5-三胺(简称：PCA3B)、2-[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]螺-9,9'-二芴(简称：DPASF)、N,N'-双[4-(咔唑-9-基)苯基]-N,N'-二苯基-9,9-二甲基芴-2,7-二胺(简称：YGA2F)、4,4'-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称：NPB)、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'-双[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]联苯(简称：DPAB)、4,4'-双[N-(螺-9,9'-联芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(简称：BSPB)、4-苯基-4'-(9-苯基芴-9-基)三苯胺(简称：BPAFLP)、4-苯基-3'-(9-苯基芴-9-基)三苯基胺(简称：mBPAFLP)、N-(9,9-二甲基-9H-芴-2-基)-N-{9,9-二甲基-2-[N'-苯基-N'-(9,9-二甲基-9H-芴-2-基)氨基]-9H-芴-7-基}苯基胺(简称：DFLADFL)、3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCA1)、3-[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzDPA1)、3,6-双[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzDPA2)、N,N'-双{4-[双(3-甲基苯基)氨基]苯基}-N,N'-二苯基-(1,1'-联苯)-4,4'-二胺(简称：DNTPD)、3,6-双[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-(1-萘基)氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzTPN2)、3,6-双[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCA2)、4-苯基-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称：PCBA1BP)、4,4’-二苯基-4”-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称：PCBBi1BP)、4-(1-萘基)-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称：PCBANB)、4,4’-二(1-萘基)-4”-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称：PCBNBB)、3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCN1)、9,9-二甲基-N-苯基-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]芴-2-胺(简称：PCBAF)、N-苯基-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]-螺-9,9'-联芴-2-胺(简称：PCBASF)、N-(4-联苯)-N-(9,9-二甲基-9H-芴-2-基)-9-苯基-9H-咔唑-3-胺(简称：PCBiF)和N-(1,1’-联苯-4-基)-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]-9,9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：PCBBiF)等具有芳香胺骨架的化合物；1,3-双(N-咔唑基)苯(简称：mCP)、4,4’-二(N-咔唑基)联苯(简称：CBP)、3,6-双(3,5-二苯基苯基)-9-苯基咔唑(简称：CzTP)和9-苯基-9H-3-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)咔唑(简称：PCCP)等具有咔唑骨架的化合物；4,4',4”-(苯-1,3,5-三基)三(二苯并噻吩)(简称：DBT3P-II)、2,8-二苯基-4-[4-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]二苯并噻吩(简称：DBTFLP-III)和4-[4-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]-6-苯基二苯并噻吩(简称：DBTFLP-IV)等具有噻吩骨架的化合物；以及4,4',4”-(苯-1,3,5-三基)三(二苯并呋喃)(简称：DBF3P-II)和4-{3-[3-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]苯基}二苯并呋喃(简称：mmDBFFLBi-II)等具有呋喃骨架的化合物。上述材料中，具有芳香胺骨架的化合物和具有咔唑骨架的化合物是优选的，因为这些化合物可靠性高且具有高空穴传输性以有助于降低驱动电压。
由如上所述的第一有机化合物和第二有机化合物形成的激基复合物可以以非常高的效率获得发光，因此，本实施方式中的发光元件可以以高效率发光。不采取提高提取效率的措施的荧光发光元件的外部量子效率的理论极限一般被认为是大约5％至7％，但是通过采用本实施方式的发光元件的结构，容易实现呈现超过理论极限的外部量子效率的发光元件。
另外，如上所述，激基复合物的发光波长相当于第一有机化合物和第二有机化合物中较浅的HOMO能级与较深的LUMO能级之间的差异，因此，通过选择各自具有适当的能级的物质，可容易获得发射具有所希望的波长的光的发光元件。
如此，通过采用本实施方式的结构，可以简单地获得能够将三重激发态转换为发光的高效率的发光元件，而不使用供应不稳定的稀有金属。另外，可以提供具有这种特征的发光元件，而对其发光波长没有严格限制。
在本实施方式中，描述本发明的一个实施方式。或者，在其他实施方式中，将描述本发明的一个实施方式。注意，本发明的一个实施方式不局限于上述实例。例如，作为本发明的一个实施方式，例示出了咔唑骨架与苯并呋喃并吡啶基或苯并噻吩并吡啶基通过芳香烃基团键合的情况，但是本发明的一个实施方式不局限于此。根据情况或状况，本发明的一个实施方式也可以具有咔唑骨架与苯并呋喃并吡啶基或苯并噻吩并吡啶基通过芳香烃基团键合的结构以外的骨架。例如，根据情况，本发明的一个实施方式也可以不必须使用具有咔唑骨架与苯并呋喃并吡啶基或苯并噻吩并吡啶基通过芳香烃基团键合的结构。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
实施方式2
在本实施方式中，参照图1A和图1B说明在实施方式1中说明的发光元件的详细结构的例子。
在图1A中，发光元件由第一电极101、第二电极102、设置在第一电极101与第二电极102之间的包含有机化合物的层103构成。注意，在本实施方式中，第一电极101用作阳极且第二电极102用作阴极。就是说，当以使第一电极101的电位高于第二电极102的电位的方式对第一电极101和第二电极102之间施加电压时，可以得到发光。包含有机化合物的层103至少具有发光层113。图1A所示的空穴注入层111、空穴传输层112、电子传输层114以及电子注入层115只是例子而已，并不必须设置。也可以设置具有其他的功能的层。
将第一电极101用作阳极，优选使用任何功函数大(具体为4.0eV以上)的金属、合金、导电化合物、以及它们的混合物等形成第一电极101。具体地，例如可以举出氧化铟-氧化锡(ITO：Indium Tin Oxide，铟锡氧化物)、包含硅或氧化硅的氧化铟-氧化锡、氧化铟-氧化锌、包含氧化钨及氧化锌的氧化铟(IWZO)等。虽然通常通过溅射法形成这些导电金属氧化物膜，但是也可以应用溶胶-凝胶法等来制造。作为制造方法的例子，可以举出如下方法：使用相对于氧化铟添加有1wt％以上且20wt％以下的氧化锌的靶材通过溅射法形成氧化铟-氧化锌的方法。另外，可以使用相对于氧化铟添加有0.5wt％以上且5wt％以下的氧化钨和0.1wt％以上且1wt％以下的氧化锌的靶材通过溅射法形成包含氧化钨及氧化锌的氧化铟(IWZO)。另外，可以举出金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)或金属材料的氮化物(例如，氮化钛)等。可以使用石墨烯。注意，通过将后面说明的复合材料用于包含有机化合物的层103中的接触于第一电极101的层，可以选择电极材料而与功函数无关。
只要发光层113具有在实施方式1中示出的结构的叠层结构，就对包含有机化合物的层103的叠层结构没有特别的限制。在图1A中，例如，可以适当地组合空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、载流子阻挡层、电荷产生层等来构成包含有机化合物的层103。在本实施方式中，说明如下结构：包含有机化合物的层103包括在第一电极101上依次层叠的空穴注入层111、空穴传输层112、发光层113、电子传输层114和电子注入层115。以下，具体示出构成各层的材料。
空穴注入层111是包含空穴注入性较高的物质的层。并且，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。另外，也可以使用如下材料形成空穴注入层111：酞菁类化合物如酞菁(简称：H2Pc)或铜酞菁(简称：CuPc)等；芳香胺化合物如4,4’-双[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]联苯(简称：DPAB)或N,N'-双{4-[双(3-甲基苯基)氨基]苯基}-N,N'-二苯基-(1,1'-联苯)-4,4'-二胺(简称：DNTPD)等；或者高分子如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)等。
另外，作为空穴注入层111，可以使用在具有空穴传输性的材料中含有具有受体性质的物质的复合材料。注意，通过使用在具有空穴传输性的材料中含有具有受体性质的物质的复合材料，可以选择形成电极的材料而不顾及电极的功函数。就是说，作为第一电极101，除了功函数大的材料以外，还可以使用功函数小的材料。作为具有受体性质的物质，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的第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，因为其电子接收性高。特别优选使用氧化钼，因为其在大气中也稳定，吸湿性低，并且容易处理。
作为用于复合材料的具有空穴传输性的材料，可以使用各种有机化合物如芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳香烃基团、高分子化合物(例如，低聚物、树枝状聚合物、聚合物等)等。注意，作为用于复合材料的有机化合物，优选使用空穴传输性较高的有机化合物。具体而言，优选使用空穴迁移率为10-6cm2/Vs以上的物质。以下，具体地列举可以用作复合材料中的具有空穴传输性的材料的有机化合物。
例如，作为芳香胺化合物，可以举出N,N’-二(对甲苯基)-N,N’-二苯基-p-亚苯基二胺(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)、N,N'-双{4-[双(3-甲基苯基)氨基]苯基}-N,N'-二苯基-(1,1'-联苯)-4,4'-二胺(简称：DNTPD)、1,3,5-三[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]苯(简称：DPA3B)等。
作为可以用于复合材料的咔唑衍生物，可以具体地举出PCzPCA1、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。
另外，作为可以用于复合材料的咔唑衍生物，还可以举出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。
作为可以用于复合材料的芳香烃，例如可以举出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)、2-叔丁基-9,10-双[2-(1-萘基)苯基]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。除此之外，还可以使用并五苯、晕苯等。特别优选使用具有1×10-6cm2/Vs以上的空穴迁移率的具有14以上且42以下个碳原子的芳香烃。
可以用于复合材料的芳香烃也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(2,2-二苯基乙烯基)联苯(简称：DPVBi)、9,10-双[4-(2,2-二苯基乙烯基)苯基]蒽(简称：DPVPA)等。
另外，也可以使用例如聚(N-乙烯基咔唑)(简称：PVK)、聚(4-乙烯基三苯胺)(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)的高分子化合物。
通过提供空穴注入层，能够实现空穴注入性以允许在低电压下驱动发光元件。
空穴传输层是包含具有空穴传输性的材料的层。具有空穴传输性的材料的例子，包括芳香胺化合物等，诸如NPB、TPD、4,4',4”-三(N,N-二苯基氨基)三苯胺(简称：TDATA)、4,4',4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯胺(简称：MTDATA)、BSPB、BPAFLP等。在此所述的物质具有高空穴传输性，主要是空穴迁移率为10-6cm2/Vs以上的物质。另外，也可以将作为上述复合材料中的具有空穴传输性的材料的例子而举出的有机化合物用于空穴传输层。另外，也可以使用诸如PVK或PVTPA等的高分子化合物。注意，包含具有空穴传输性的材料的层不限于单层，也可以为两个以上的包括任何的上述物质的层的叠层。
发光层113是包含具有空穴传输性的第一有机化合物、具有电子传输性的第二有机化合物的层。发光层113也可以还包含荧光发光物质。在实施方式1中，已记载各物质的材料或结构等。通过采用这种结构，本实施方式的发光元件虽然是不使用稀有金属的荧光发光元件但可以具有非常良好的外部量子效率。该发光元件还具有以下优点：由于其发光波长容易调节，所以可以在维持高效率的状态下获得所希望的波长带的发光。
电子传输层114是包含具有电子传输性的材料的层。例如，电子传输层114是由如下具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属配合物等构成的层：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)或双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚盐)铝(简称：BAlq)等。除此之外，还可以使用双[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑]锌(简称：Zn(BOX)2)或双[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑]锌(简称：Zn(BTZ)2)等具有噁唑类或噻唑类配体的金属配合物等。除了金属配合物之外，还可以使用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)、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。这里所述的物质具有高电子传输性，并主要是具有10-6cm2/Vs以上的电子迁移率的物质。注意，也可以将上述具有电子传输性的第二有机化合物用于电子传输层114。
另外，电子传输层114可以是单层，也可以是由上述物质构成的层的两层以上的叠层。
可以在电子传输层114和发光层113之间设置控制电子载流子的移动的层。这是对如上所述的电子传输性较高的物质添加了少量的电子俘获性高的物质而成的层，并且通过抑制电子载流子的移动，可以调节载流子平衡。这种结构对抑制由于电子穿过发光层而发生的问题(例如，元件的使用寿命的降低)非常有效。
可以在电子传输层114和第二电极102之间以接触于第二电极102的方式设置电子注入层115。作为电子注入层115，可以使用氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)、氟化钙(CaF2)等碱金属、碱土金属或它们的化合物。例如，可以使用由具有电子传输性的物质形成且包含碱金属、碱土金属或它们的化合物的层。作为电子注入层115优选使用由具有电子传输性的物质形成且包含碱金属或碱土金属的层，在此情况下，可以从第二电极102高效率地注入电子。
作为形成第二电极102的物质，可以使用功函数小(具体为3.8eV以下)的任何的金属、合金、导电化合物以及它们的混合物。作为这种阴极材料的具体例子，可以举出碱金属(例如锂(Li)和铯(Cs))、镁(Mg)、钙(Ca)和锶(Sr)等属于元素周期表中的第1族或第2族的元素、其合金(例如MgAg和AlLi)、稀土金属(例如铕(Eu)和镱(Yb))、其合金以及诸如此类。然而，通过在第二电极102和电子传输层之间设置电子注入层，可以不顾及功函率而将任何的各种导电材料诸如Al、Ag、ITO、包含硅或氧化硅的氧化铟-氧化锡等用作第二电极102。可以通过溅射法、喷墨法、旋涂法等进行这些导电材料的成膜。
作为包含有机化合物的层103的形成方法，不论干式法或湿式法，都可以使用任何的各种方法。例如，可以使用真空蒸镀法、喷墨法或旋涂法等。可以将不同的成膜方法用于上述电极或上述层。
而且，可以通过利用溶胶-凝胶法的湿式法或通过利用金属材料的膏剂的湿式法形成电极。另外，可以通过例如溅射法或真空蒸镀法的干式法形成电极。
在具有上述结构的发光元件中，电流因在第一电极101与第二电极102之间产生的电位差而流动，并且空穴和电子在为包含发光性高的物质的层的发光层113中重新结合，以进行发光。即，在发光层113中形成发光区域。
发光经过第一电极101和第二电极102中的一个或两个被提取到外部。因此，第一电极101和第二电极102中的一个或两个是具有透光性的电极。当只第一电极101具有透过性时，发光经过第一电极101被取出。当只第二电极102具有透过性时，发光经过第二电极102被取出。当第一电极101及第二电极102都具有透过性时，光经过第一电极101和第二电极102被取出。
设置在第一电极101与第二电极102之间的层的结构不局限于上述结构。优选第，在离第一电极101及第二电极102远的部分设置空穴与电子复合的发光区域的结构，以便抑制由于发光区域与用于电极或载流子注入层的金属接近而发生的猝灭。
另外，为了抑制从在发光层中产生的激子的能量转移，接触于发光层113的空穴传输层和电子传输层，尤其是接触于发光层113中的离发光区域近的一侧的载流子传输层优选使用如下物质构成：该物质具有比包含在发光层中的激基复合物所具有的带隙大的带隙。
图1B示出具有与图1A不同的结构的发光元件。参照图1B说明具有层叠有多个发光单元的结构的发光元件(以下也称为叠层型元件)的实施方式。该发光元件是在第一电极与第二电极之间具有多个发光单元的发光元件。一个发光单元具有与图1A所示的包含有机化合物的层103同样的结构。即，可以说图1A所示的发光元件是具有一个发光单元的发光元件，而图1B所示的发光元件是具有多个发光单元的发光元件。
在图1B中，在第一电极501与第二电极502之间层叠有第一发光单元511和第二发光单元512，并且在第一发光单元511与第二发光单元512之间设置有电荷产生层513。第一电极501和第二电极502分别相当于图1A中的第一电极101和第二电极102，并且可以应用与在图1A的说明中记载的材料。另外，第一发光单元511和第二发光单元512的结构既可以相同也可以不同。
电荷产生层513包含有机化合物和金属氧化物的复合材料。作为该由有机化合物和金属氧化物构成的复合材料，可以使用图1A所示的可用于空穴注入层的复合材料。作为有机化合物，可以使用芳香胺化合物、咔唑化合物、芳香烃基团、高分子化合物(例如，低聚物、树枝状聚合物或聚合物)等各种化合物。另外，作为有机化合物，优选使用其空穴迁移率为1×10-6cm2/Vs以上的有机化合物。注意，只要是其空穴传输性高于电子传输性的物质，就可以使用任一其他物质。因为有机化合物和金属氧化物的复合材料具有良好的载流子注入性以及载流子传输性，所以可以实现低电压驱动以及低电流驱动。注意，当发光单元的阳极一侧的界面接触于电荷产生层时，该电荷产生层还可以被用作空穴传输层，所以不必须设置空穴传输层。
电荷产生层513可以具有包含有机化合物和金属氧化物的复合材料的层与包含其他材料的层的叠层结构。例如，可以形成包含由有机化合物和金属氧化物构成的复合材料的层与包含具有高电子传输性的化合物和选自电子给予性物质的化合物的层的层叠结构。另外，包含有机化合物和金属氧化物的复合材料的层可以与透明导电膜层叠。
只要在将电压施加到第一电极501和第二电极502时，电子能够注入到一侧的发光单元且空穴能够注入到另一侧的发光单元，设置在第一发光单元511与第二发光单元512之间的电荷产生层513可以具有任何结构。例如，在图1B中，任何层都可以用作电荷产生层513，只要在以使第一电极501的电位高于第二电极502的电位的方式施加电压时，该层将电子注入到第一发光单元511且将空穴注入到第二发光单元512。
虽然在图1B中示出具有两个发光单元的发光元件，但是可以将本发明类似地应用于层叠有三个以上的发光单元的发光元件。如图1B所示的发光元件那样，通过在一对电极之间的电荷产生层将多个发光单元分隔，有可能提供能够以高亮度发光而保持低电流密度且具有长寿命的发光元件。另外，可以实现能够在低电压下驱动的低耗电量的发光装置。
此外，通过使发光单元的发光颜色不同，可以从作为整体的发光元件得到所希望的颜色的发光。例如，通过在具有两个发光单元的发光元件中，由第一发光单元获得红色和绿色的发光，并由第二发光单元获得蓝色的发光，从而发光元件作为整个单元能够发射白色光。
本发明的实施方式的发光元件可以在玻璃、塑料或诸如此类的衬底上制造。作为在衬底上层叠的方法，既可以从第一电极101一侧依次层叠又可以从第二电极102一侧依次层叠。发光装置既可以在一个衬底上形成有一个发光元件，又可以在一个衬底上形成有多个发光元件。通过在一个衬底上制造多个这种发光元件，可以制造元件被分离了的照明装置或无源矩阵型发光装置。另外，例如，可以在由玻璃、塑料或诸如此类制成的衬底上形成晶体管，并且在与晶体管电连接的电极上制造发光元件。由此，可以制造通过晶体管控制发光元件的驱动的有源矩阵型发光装置。注意，晶体管的结构可以是顶栅结构或底栅结构，且对具体结构没有特别的限制。例如，可以使用交错型晶体管或反交错型晶体管。另外，对用于晶体管的半导体的结晶性也没有特别的限制，而可以使用非晶半导体或结晶半导体。另外，形成在元件衬底上的驱动电路既可以由N型及P型晶体管这二者构成，又可以只由N型和P型晶体管中的任一种构成。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
实施方式3
在本实施方式中，说明使用实施方式1或实施方式2所示的发光元件的发光装置。
在本实施方式中，参照图2A和图2B说明使用实施方式1或实施方式2所示的发光元件制成的发光装置。注意，图2A是示出发光装置的俯视图，并且图2B是沿图2A中的线A-B及线C-D切断的截面图。该发光装置驱动电路部(源极线驱动电路)601、像素部602和驱动电路部(栅极线驱动电路)603，其控制发光元件的发光并由虚线表示。另外，附图标记604是密封衬底，605是密封材料，607是由密封材料605围绕的空间。
注意，引绕布线608是用来传送待输入到源极线驱动电路601及栅极线驱动电路603的信号并且从用作外部输入端子的FPC(柔性印刷电路)609接收视频信号、时钟信号、起始信号、复位信号等的布线。注意，虽然在此只示出FPC，但是该FPC还可以安装有印刷线路板(PWB)。本说明书中的发光装置，在其种类中，不仅包括发光装置本身，而且还包括安装有FPC或PWB的发光装置。
下面，参照图2B说明截面结构。在元件衬底610上形成有驱动电路部及像素部，在此示出作为驱动电路部的源极线驱动电路601和像素部602中的一个像素。
作为源极线驱动电路601，形成组合n沟道型晶体管623和p沟道型晶体管624的CMOS电路。另外，驱动电路也可以利用由TFT形成的任何的多种电路(例如CMOS电路、PMOS电路或NMOS电路)形成。虽然在本实施方式中示出在衬底上形成有驱动电路的驱动器一体型，但是本发明不限于该结构，驱动电路也可以形成在衬底外部。
另外，像素部602由多个像素形成，该多个像素的每一个都包括开关晶体管611、电流控制晶体管612以及与该电流控制晶体管612的漏极电连接的第一电极613。以覆盖第一电极613的端部的方式形成有绝缘物614。在此，使用正型感光丙烯酸树脂膜形成绝缘物614。
另外，将绝缘物614的上端部或下端部形成为具有曲率的曲面，以获得良好的覆盖性。例如，在使用正型感光丙烯酸树脂作为绝缘物614的材料的情况下，优选只使绝缘物614的上端部包括具有曲率半径(0.2μm以上且3μm以下)的曲面。作为绝缘物614，可以使用负型感光树脂或者正型感光树脂。
在第一电极613上形成有包含有机化合物的层616及第二电极617。优选使用功函数大的材料作为用于用作阳极的第一电极613的材料。例如，除了可以使用诸如ITO膜、包含硅的铟锡氧化物膜、包含2wt％至20wt％的氧化锌的氧化铟膜、氮化钛膜、铬膜、钨膜、Zn膜、Pt膜等的单层膜以外，还可以使用包含氮化钛膜和含有铝为主要成分的膜的叠层膜以及包含氮化钛膜、含有铝为主要成分的膜和氮化钛膜的三层的叠层膜等。叠层结构允许低布线电阻、良好的欧姆接触以及作为阳极的功能。
另外，包含有机化合物的层616通过使用诸如蒸镀掩模的蒸镀法、喷墨法和旋转涂敷法的任何的各种方法形成。包含有机化合物的层616具有实施方式1或实施方式2所示的结构。另外，作为包括在包含有机化合物的层616中的其他材料，可以使用低分子化合物或高分子化合物(包含低聚物或树枝状聚合物)。
作为用于形成在包含有机化合物的层616上并用作阴极的第二电极617的材料，优选使用功函数小的材料(例如，Al、Mg、Li、Ca、或它们的合金或它们的化合物，诸如MgAg、MgIn或AlLi)。当使产生在包含有机化合物的层616中的光透过第二电极617时，作为第二电极617优选使用包含薄金属膜和透明导电膜(例如，ITO、包含2wt％至20wt％的氧化锌的氧化铟、包含硅的铟锡氧化物或氧化锌(ZnO))的叠层。
注意，发光元件由第一电极613、包含有机化合物的层616、第二电极617形成。该发光元件具有实施方式1或实施方式2所示的结构。在本实施方式的发光装置中，包括多个发光元件的像素部可以包括具有实施方式1或实施方式2所记载的结构的发光元件和具有其他结构的发光元件的这二者。
通过使用密封材料605将密封衬底604贴合到元件衬底610，使得发光元件618安装在由元件衬底610、密封衬底604以及密封材料605围绕的空间607中。空间607中填充有填料，且可以以惰性气体(诸如氮或氩)或密封材料605填充。优选在密封衬底中形成凹部且在该凹部中设置干燥剂625，在此情况下可以抑制水分所导致的劣化。
优选使用环氧类树脂或玻璃粉作为密封材料605。该材料优选允许尽可能少的水和氧透过。作为用于密封衬底604的材料，可以使用玻璃衬底、石英衬底或由玻璃纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastics；FRP)、聚氟乙烯(PVF)、聚酯、丙烯酸树脂或诸如此类形成的塑料衬底。
如上所述，可以得到使用实施方式1或实施方式2所记载的发光元件制造的发光装置。
因为本实施方式的发光装置使用实施方式1或实施方式2所示的发光元件制造，所以可以具有良好的特性。具体而言，实施方式1或实施方式2所示的发光元件具有高发光效率，因此发光装置具有降低的耗电量。另外，可通过实施方式1或实施方式2所示的发光元件容易地提供所希望的波长带的发光，这使得可能提供多用途的发光装置。
图3A和图3B各自示出通过形成呈现白色发光的发光元件设置着色层(滤色片)等来实现全彩色化的发光装置的例子。图3A示出衬底1001、基底绝缘膜1002、栅极绝缘膜1003、栅电极1006、1007和1008、第一层间绝缘膜1020、第二层间绝缘膜1021、周边部1042、像素部1040、驱动电路部1041、发光元件的第一电极1024W、1024R、1024G和1024B、分隔壁1025、包含有机化合物的层1028、发光元件的第二电极1029、密封衬底1031、密封材料1032等。
另外，在图3A中，将着色层(红色着色层1034R、绿色着色层1034G、蓝色着色层1034B)设置在透明基材1033上。另外，还可以设置黑色层(黑矩阵)1035。将设置有着色层及黑色层的透明基材1033定位并固定到衬底1001上。注意，着色层及黑色层也可以被覆盖层1036覆盖。图3A中，从发光层的某部分发射的光不穿过着色层，而从发光层的其他部分发射的光穿过着色层。由于不透过着色层的光为白色且透过着色层的光为红色、蓝色、绿色，因此能够以四个颜色的像素呈现图像。
图3B示出将着色层(红色着色层1034R、绿色着色层1034G、蓝色着色层1034B)形成在栅极绝缘膜1003和第一层间绝缘膜1020之间的例子。如上述那样，也可以将着色层设置在衬底1001和密封衬底1031之间。
上述发光装置是具有从形成有晶体管的衬底1001一侧取出光的结构(底部发射结构)的发光装置，但是也可以是具有从密封衬底1031一侧取出发光的结构(顶部发射结构)的发光装置。图4示出顶部发射型发光装置的截面图。在此情况下，作为衬底1001可以使用不使光透过的衬底。到制造连接TFT与发光元件的阳极的连接电极的步骤为止的工序以与底部发射结构的发光装置类似的方式进行。然后，以覆盖电极1022的方式形成第三层间绝缘膜1037。该第三层间绝缘膜1037也可以具有平坦化的功能。第三层间绝缘膜1037可以使用与第二层间绝缘膜类似的材料形成，且可以另选地以任何的其他已知的材料形成。
虽然在此发光元件的第一电极1024W、1024R、1024G、1024B都是阳极，但是也可以是阴极。另外，在采用如图4所示那样的顶部发射型发光装置的情况下，第一电极优选为反射电极。将包含有机化合物的层1028形成为具有与实施方式1或实施方式2所示的包含有机化合物的层103的结构类似的结构，通过该结构能够获得白色发光。
在采用图4所示的顶部发射结构的情况下，可以使用设置有着色层(红色着色层1034R、绿色着色层1034G、蓝色着色层1034B)的密封衬底1031进行密封。密封衬底1031也可以设置有位于像素之间的黑色层(黑矩阵)1035。着色层(红色着色层1034R、绿色着色层1034G、蓝色着色层1034B)、黑色层(黑矩阵)1035也可以被覆盖层覆盖。注意，作为密封衬底1031，使用具有透光性的衬底。
虽然在此示出了以红色、绿色、蓝色、白色的四个颜色进行全彩色显示的例子，但是并不局限于此，也可以以红色、绿色、蓝色的三个颜色进行全彩色显示。
因为本实施方式的发光装置使用实施方式1或实施方式2所示的发光元件制造，所以可以具有优良特性。具体而言，实施方式1或实施方式2所示的发光元件是发光效率高的发光元件，所以发光装置可具有降低的耗电量。另外，通过实施方式1或实施方式2所示的发光元件能够容易地提供所希望的波长带的发光，这使得可能提供多用途的发光装置。
虽然到这里说明了有源矩阵型发光装置，但是下面说明无源矩阵型的发光装置。图5A和图5B示出通过使用本发明制造的无源矩阵型发光装置。图5A是示出发光装置的透视图，并且图5B是沿图5A的线X-Y切断而获得的截面图。在图5A和图5B中，在衬底951上的电极952与电极956之间设置有包含有机化合物的层955。电极952的端部被绝缘层953覆盖。在绝缘层953上设置有隔离层954。隔离层954的侧壁倾斜，以使得两个侧壁之间的间隔朝向衬底表面逐渐变窄。换句话说，沿着隔离层954的短边方向的截面是梯形，底边(朝向与绝缘层953的面方向相同的方向并与绝缘层953接触的边)比上边(朝向与绝缘层953的面方向相同的方向并与绝缘层953不接触的边)短。如此地设置的隔离层954可以防止起因于静电等的发光元件的缺陷。另外，通过包括实施方式1或实施方式2所示的具有良好发光效率的发光元件，无源矩阵型发光装置也可以得到耗电量被降低的发光装置。另外，通过实施方式1或实施方式2所示的发光元件能够容易地提供所希望的波长带的发光，这使得可能提供多用途的发光装置。
由于任何的以上说明的发光装置中的配置为矩阵的多个微小的发光元件能被各自控制，所以该发光装置可以适用于作为用于显示图像的显示装置。
另外，本实施方式可以与其他实施方式自由地组合。
实施方式4
在本实施方式中，参照图6A和图6B对将实施方式1或实施方式2所示的发光元件用于照明装置的例子进行说明。图6B是照明装置的俯视图，图6A是沿着图6B的线e-f切断的截面图。
在本实施方式的照明装置中，在用作支撑体的具有透光性的衬底400上形成有第一电极401。第一电极401相当于实施方式2所示的第一电极101。当从第一电极401一侧取出发光时，第一电极401使用具有透光性的材料形成。
在衬底400上形成用来对第二电极404供应电压的焊盘412。
在第一电极401上形成有包含有机化合物的层403。包含有机化合物的层403相当于，例如，实施方式2中的包含有机化合物的层103的结构或组合发光单元511、512以及电荷产生层513的结构等。作为这些结构，参照实施方式2中的记载。另外，形成有黑色层(黑矩阵)402。
形成第二电极404以覆盖包含有机化合物的层403。第二电极404相当于实施方式2中的第二电极102。当从第一电极401一侧取出发光时，第二电极404使用反射率高的材料形成。通过使第二电极404与焊盘412连接，将电压供应到第二电极404。
如上所述，本实施方式所示的照明装置具备包括第一电极401、包含有机化合物的层403以及第二电极404的发光元件。由于该发光元件为耐久性高且廉价的发光元件，所以本实施方式的照明装置可以具有高发光效率。
使用密封材料405将设置有具有上述结构的发光元件的衬底400贴合至密封衬底407，从而密封发光元件。空间408优选处于降低的压力下。
当焊盘412和第一电极401的一部分延伸到密封材料405的外部时，延伸的部分可以用作外部输入端子。可以在外部输入端子上设置安装有转换器等的IC芯片420等。
如上所述，由于本实施方式所记载的照明装置包括实施方式1或实施方式2所示的发光元件，所以照明装置可具有高发光效率。
实施方式5
在本实施方式中，说明各自包括实施方式1或实施方式2所示的发光元件的电子设备的例子。实施方式1或实施方式2所示的发光元件具有高发光效率，所以各自包括该发光元件的本实施方式的电子设备可以具有低耗电量。
采用上述发光元件的电子设备的例子包括电视装置(也称为电视机或电视接收机)、用于计算机等的显示器、诸如数码相机和数码摄像机的摄影机、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、声音再现装置、弹珠机等大型游戏机等。以下，示出这些电子设备的具体例子。
图7A示出电视装置的一个例子。在电视装置中，在框体7101中组装有显示部7103。另外，通过支架7105支撑框体7101。可以在显示部7103上显示图像，并且在显示部7103中，将实施方式1或实施方式2所示的发光元件排列为矩阵状。上述发光元件可以具有高发光效率。因此，包括由该发光元件构成的显示部7103的电视装置可以具有低耗电量。
可以利用框体7101的操作开关或遥控操作机7110操作电视装置。利用遥控操作机7110的操作键7109，可以控制频道及音量，并且可以控制显示在显示部7103中的图像。另外，遥控操作机7110可以设置显示部7107用来显示从该遥控操作机7110输出的信息。
注意，电视装置设置有接收机、调制解调器等。通过使用接收机，可以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，能够进行单向(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)的信息通信。
图7B1示出计算机，该计算机包括主体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，该计算机使用在显示部7203中排列为矩阵状的发光元件制造，所述发光元件与实施方式1或实施方式2所示的发光元件相同。图7B1中的计算机可以具有如图7B2所示的结构。图7B2所示的计算机设置有第二显示部7210代替键盘7204及指向装置7206。第二显示部7210是触摸屏，且输入通过利用手指或专用笔操作第二显示部7210上的输入用显示来进行。第二显示部7210还能够显示除输入用显示以外的其他图像。显示部7203也可以是触摸屏。将两个屏面通过铰链部连接可以防止问题，例如，可以在当计算机被收纳或搬运时，防止屏面破裂或损坏。注意，该计算机使用在显示部7203中排列为矩阵状的发光元件制造，所述发光元件与实施方式1或实施方式2所示的发光元件相同。因此，具有由该发光元件形成的显示部7203的计算机消耗低的电量。
图7C示出便携式游戏机，该便携式游戏机包括框体7301和框体7302的两个框体，其与连接部7303连接从而该便携式游戏机可以开或闭。在框体7301中组装有包括实施方式1或实施方式2所示的且排列为矩阵状的各发光元件的显示部7304，并且在框体7302中组装有显示部7305。另外，图7C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(具有力量、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、气味或红外线的功能的传感器)和麦克风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或显示部7305中的任一个或两个中使用包括实施方式1或实施方式2所示的且排列为矩阵状的各发光元件的显示部即可，而该结构可以采用地包括其他附属设备。图7C所示的便携式游戏机具有如下功能：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上；以及通过与其他便携式游戏机之间进行无线通信而实现信息共享。另外，图7C所示的便携式游戏机的功能不局限于此，可以具有各种各样的功能。由于具有上述显示部7304的便携式游戏机在该显示部7304中使用实施方式1或实施方式2所示的发光元件，因此可以具有低耗电量。
图7D示出移动电话机的一个例子。移动电话机具备组装在框体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以及诸如此类。注意，移动电话机包括将实施方式1或实施方式2所示且排列为矩阵状的各发光元件的显示部7402。因此，可以提供一种低耗电量的移动电话机。
当以手指等触摸图7D所示的移动电话机的显示部7402时，可将信息输入该移动电话机。在此情况下，能够用手指等触摸显示部7402来进行打电话或编写电子邮件等的操作。
显示部7402主要有三种屏面模式。第一模式是主要用于图像的显示的显示模式。第二模式主要用于输入诸如文字的数据的输入模式。第三模式是混合显示模式和输入模式的两个模式的显示和输入模式。
例如，在打电话或编写电子邮件的情况下，选择主要用于输入文字的文字输入模式用于显示部7402从而能够输入在屏面上显示的文字。在此情况下，优选在显示部7402的几乎整个屏面中显示键盘或号码按钮。
当在移动电话机内部设置具有诸如陀螺仪或加速度传感器的检测倾斜度的传感器的检测装置时，判断移动电话机的方向(移动电话机是纵向或横向放置以用于景观模式或肖像模式)从而可以自动切换显示部7402的屏面上的显示。
通过触摸显示部7402或操作框体7401的操作按钮7403，切换屏面模式。或者，可以根据显示在显示部7402上的图像的种类切换屏面模式。例如，当显示在显示部上的图像信号为动态图像数据的信号时，将屏面模式切换成显示模式，而当该信号为文字数据的信号时，将屏面模式切换成输入模式。
另外，在输入模式下，当在一定期间内没有进行通过触摸显示部7402的输入而通过显示部7402的光传感器所检测的信号被检侧到时，可以控制屏面模式以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，通过用手掌或手指触摸显示部7402来拍摄掌纹、指纹等的图像，由此能够进行个人识别。另外，通过在显示部中使用发射近红外光的背光源或发射近红外光的感测用光源，能够拍摄手指静脉、手掌静脉等的图像。
注意，本实施方式所示的结构可以适当地与实施方式1及实施方式2所示的任何结构组合而使用。
如上所述，具备实施方式1或实施方式2所示的发光元件的发光装置的应用范围极为广泛，因此能够将该发光装置用于各种领域的电子设备。通过使用实施方式1或实施方式2所示的发光元件，可以得到具有低耗电量的电子设备。
图8示出将实施方式1或实施方式2所示的发光元件用于背光的液晶显示装置的一个例子。图8所示的液晶显示装置包括框体901、液晶层902、背光单元903以及框体904。液晶层902与驱动器IC905连接。在背光单元903中使用实施方式1或实施方式2所示的发光元件，通过端子906将电流供应到背光单元903。
通过将实施方式1或实施方式2所示的发光元件用于液晶显示装置的背光，因此，背光可具有降低的耗电量。另外，实施方式1或实施方式2所示的发光元件的使用允许制造面发射的照明装置以及大面积的面发射的照明装置，由此，背光源可以是大面积的背光，而且液晶显示装置可以是大面积的装置。再者，使用实施方式1或实施方式2所示的发光元件的发光装置可以比现有的发光装置更薄，所以显示装置还可更薄。
图9A示出将实施方式1或实施方式2所示的发光元件用于作为照明装置的台灯的例子。图9A所示的台灯包括框体2001和光源2002，并且作为光源2002使用实施方式4所示的照明装置。
图10示出将实施方式1或实施方式2所示的发光元件用于室内的照明装置3001的例子。因为实施方式1或实施方式2所示的发光元件具有低耗电量，所以能够获得具有低耗电量的照明装置。另外，因为实施方式1或实施方式2所示的发光元件能够具有大面积，所以能够用于大面积的照明装置。另外，因为实施方式1或实施方式2所示的发光元件薄，所以该发光元件能够用于制造厚度减少的照明装置。
实施方式1或实施方式2所示的发光元件还可以用于汽车挡风玻璃或汽车仪表盘。图11示出将实施方式1或实施方式2所示的发光元件用于汽车挡风玻璃和汽车仪表盘的一个方式。显示区域5000至显示区域5005各自包括实施方式1或实施方式2所示的发光元件设置。
显示区域5000和显示区域5001是设置在汽车挡风玻璃上的安装有实施方式1或实施方式2所示的发光元件的显示装置。通过使用由具有透光性的电极形成的第一电极和第二电极，可以将实施方式1或实施方式2所示的发光元件形成为能看到对面侧的所谓的透视式显示装置。这种透视式显示装置甚至可以设置在汽车挡风玻璃上而不妨碍视界。注意，在设置用来驱动的晶体管等的情况下，优选使用具有透光性的晶体管，诸如使用有机半导体材料的有机晶体管或使用氧化物半导体的晶体管。
显示区域5002是设置在立柱部分的安装有实施方式1或实施方式2所示的发光元件的显示装置。通过显示由设置在车厢上的成像单元摄取的图像，显示区域5002可以补充被立柱遮挡的视界。另外，同样地，通过显示由设置在汽车外侧的成像单元摄取的图像，设置在仪表盘部分上的显示区域5003能够补充被车厢遮挡的视界，这使得消除盲区并提高安全性。显示图像以补充驾驶员不看到的部分，有可能使得驾驶员容易且舒适地确认安全。
显示区域5004和显示区域5005可以提供诸如导航信息、速度表、转速表、行车距离、加油量、排档状态和空调的设定的各种信息。使用者可以适当地自由改变显示内容及布置。另外，这些信息也可以显示在显示区域5000至显示区域5003上。另外，也可以将显示区域5000至显示区域5005用作照明装置。
实施方式1或实施方式2所示的发光元件可以具有低耗电量。
由此，即使在设置如多个显示区域5000至显示区域5005那样的大面积屏面时，电池的负荷也小，这允许舒适地使用。由此，使用实施方式1或实施方式2所示的各发光元件的发光装置和照明装置可以适用于车载用发光装置或车载用照明装置。
图12A及图12B是翻盖式平板终端的一个例子。图12A中该平板终端打开。该平板终端包括框体9630、显示部9631a、显示部9631b、显示模式切换开关9034、电源开关9035、省电模式切换开关9036、夹子9033以及操作开关9038。注意，在该平板终端中，使用包括实施方式1或实施方式2所示的发光元件的发光装置形成显示部9631a和显示部9631b的一个或两个。
显示部9631a的一部分可以是触摸屏区域9632a，并且当接触所显示的操作键9637时可以输入数据。虽然显示部9631a的一半只具有显示的功能并且另一半具有触摸屏的功能，但是本发明的一个实施方式不局限于该结构。整个显示部9631a可以具有触摸屏的功能。例如，可以使显示部9631a的整个区域显示键盘来将显示部9631a用作触摸屏，并且将显示部9631b用作显示画面。
与显示部9631a同样，显示部9631b的一部分可以为触摸屏区域9632b。通过使用手指、触屏笔或诸如此类接触触摸屏上的用于显示/隐藏触摸屏的键盘的切换按钮9639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。
例如，显示模式切换开关9034能够在肖像模式、景观模式等中切换显示，并在黑白显示和彩色显示中切换显示。根据通过平板终端所内置的光传感器所检测的平板终端使用时的外部光的光量，通过省电模式切换开关9036可以将显示的亮度最优化。在该光传感器之外，平板终端也可以包括诸如用于检测倾斜度的传感器(例如，陀螺仪或加速度传感器)的其他检测装置。
虽然图12A示出显示部9631b与显示部9631a具有相同的显示面积的例子，但是本发明的一个实施方式不局限于此。显示部9631a和显示部9631b可具有不同的显示区域和显示质量。例如，它们中的一个可以是能够显示比另一个更高精细的图像的显示面板。
图12B中的平板终端是合上的。平板终端包括框体9630、太阳能电池9633、充放电控制电路9634、电池9635以及DC-DC转换器9636。注意，图12B示出一个例子，其中充放电控制电路9634包括电池9635和DC-DC转换器9636。
由于平板终端可以合上，框体9630在不使用时可以合上。因此，可以保护显示部9631a和显示部9631b，从而提供具有用于长期使用的优异耐久性和优异可靠性的平板终端。
此外，图12A及图12B所示的平板终端还可以具有如下：在显示部显示各种各样的信息(例如，静态图像、动态图像和文字图像)的功能；将日历、日期、时刻或诸如此类显示在显示部上的功能；对显示在显示部上的信息通过触摸输入进行操作或编辑的触摸输入功能；通过各种各样的软件(程序)控制处理的功能等。
粘合在平板终端的表面上的太阳能电池9633将电力供应到触摸屏、显示部、图像信号处理部以及诸如此类。注意，优选将太阳能电池9633设置在框体9630的一个面或两个面上，在此情况下，可以高效率地对电池9635充电。
另外，参照图12C所示的方框图对图12B所示的充放电控制电路9634的结构和操作进行描述。图12C示出太阳能电池9633、电池9635、DC-DC转换器9636、转换器9638、开关SW1至开关SW3以及显示部9631。电池9635、DC-DC转换器9636、转换器9638、开关SW1至开关SW3对应于图12B所示的充放电控制电路9634。
首先，说明在利用外部光使太阳能电池9633发电时的工作的例子。通过DC-DC转换器9636升高或降低太阳能电池所产生的电力的电压，以使该电力具有用于对电池9635进行充电的电压。随后，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升高或降低该电力的电压使其成为显示部9631所需要的电压。另外，在不进行显示部9631中的显示时，使SW1关闭且使SW2导通以使得可对电池9635进行充电。
作为发电单元的一个例子示出太阳能电池9633，但是发电单元不局限于此，并且可以使用诸如压电元件(piezoelectric element)或热电转换元件(珀耳帖元件(peltierelement))的其他发电单元进行电池9635的充电。可以使用能够以无线(不接触)的方式传输和接收电力来进行充电的非接触电力传输模块或组合使用的任何其他充电单元对电池9635进行充电，并且可以不必须提供发电单元。
只要具备上述显示部9631，本发明的一个实施方式就不局限于图12A和12B所示的形状的平板终端。
图9B示出其他照明装置的例子。图9B所示的台灯包括照明部9501、支柱9503、支架9505等。照明部9501包括本发明的一个方式的发光元件。通过在具有柔性的衬底上制造本发明的一个方式的发光元件，可以实现具有曲面或具有柔性照明部的照明装置。使用如上所述的柔性发光装置作为照明装置，不但提高照明装置的设计的自由度，而且可以将照明装置设置在例如汽车的天花板上或仪表盘上的具有曲面的地方。
如上所述，通过应用本发明的一个方式的发光元件，照明装置可以实现高发光效率。通过应用本发明的一个方式，可以提供高可靠性的照明装置。通过应用本发明的一个方式，可以提供低耗电量的照明装置。
如上所述，通过应用发光元件，可以得到电子设备或照明装置。发光元件的应用范围很广，可以将发光元件应用于各种领域的电子设备。
本实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的任何结构适当地组合而实施。
实施例1
《参考例》
在本参考例中，具体地示出实施方式1所说明的具有苯并呋喃并嘧啶骨架的化合物4-{3-[3’-(9H-咔唑-9-基)]联苯-3-基}苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶(简称：4mCzBPBfpm)(结构式(100))的合成例子。下面示出4mCzBPBfpm的结构式。
[化学式11]
〈步骤1：9-[3-(3-溴苯基)苯基]-9H-咔唑的合成〉
首先，将16g(56mmol)的3-(9H-咔唑-9-基)苯基硼酸、19g(67mmol)的3-碘溴苯、0.68g(2.2mmol)的三(邻甲苯基)膦、56mL的2M碳酸钾水溶液、250mL的甲苯以及30mL的乙醇放入到1L三口烧瓶中，将烧瓶内的空气以氮气置换。在该混合物中添加0.13g(0.56mmol)的醋酸钯，并以80℃加热并搅拌14小时。使用甲苯对得到的反应混合物的水层进行萃取，并混合得到的萃取溶液和有机层并且使用水和饱和氯化钠水溶液对其进行洗涤。对该有机层添加硫酸镁并进行干燥，并对得到的混合物进行重力过滤，来得到滤液。浓缩该滤液来得到油状物。使用循环制备高效液相色谱(recycling preparative HPLC)的LC-SakuraNEXT对得到的油状物进行精炼。将得到的馏分浓缩，并使用甲苯和甲醇对其进行洗涤，从而得到9-[3-(3-溴苯基)苯基]-9H-咔唑(13g的白色固体，收率为58％)。下面，(a-2)示出步骤1的合成方案。
[化学式12]
〈步骤2：3-[3'-(9H-咔唑-9-基)]联苯硼酸的合成〉
首先，将13g(33mmol)的9-[3-(3-溴苯基)苯基]-9H-咔唑放入到500mL三口烧瓶中，在使烧瓶脱气，且对该烧瓶内的空气以氮气置换。之后，添加160mL的四氢呋喃，并在-78℃下进行搅拌。在上述混合溶剂中滴加24mL(40mmol)的正丁基锂(1.65mol/L己烷溶液)，并在-78℃下进行搅拌1小时。在经过指定的时间之后，在该混合溶液中添加4.7mL(43mmol)的硼酸三甲酯，在将该混合溶液的温度上升到20℃的同时搅拌18小时。在经过指定的时间之后，在反应溶液中添加100mL的1mol/L盐酸，在室温下搅拌30分钟。使用乙酸乙酯对该混合物的水层进行萃取，使用饱和氯化钠水溶液对得到的萃取溶液进行洗涤。对有机层添加无水硫酸镁并进行干燥，对得到的混合物进行重力过滤。浓缩滤液来得到固体。使用甲苯对该固体进行洗涤，来得到3-[3'-(9H-咔唑-9-基)]联苯硼酸(6.0g的白色固体，收率为51％)。下面，(b-2)示出步骤2的合成方案。
[化学式13]
〈步骤3：4-{3-[3’-(9H-咔唑-9-基)]联苯-3-基}苯并呋喃并[3，2-d]嘧啶(简称：4mCzBPBfpm)的合成〉
将3.0g(8.3mmol)的3-[3'-(9H-咔唑-9-基)]联苯硼酸、1.7g(8.3mmol)的4-氯苯并呋喃[3，2-d]嘧啶、8.3mL的2M碳酸钾水溶液、40mL的甲苯以及4mL的乙醇放入到200mL三口烧瓶中，然后对烧瓶内进行氮气置换。在该混合物中添加68.3mg(0.059mmol)的双(三苯基膦)二氯化钯(II)(Pd(PPh3)2Cl2)，并以80℃加热并搅拌6小时。使用甲苯对得到的反应溶液的水层进行萃取，并将得到的萃取溶液和有机层组合并使用饱和氯化钠水溶液对其进行洗涤。对有机层添加无水硫酸镁并进行干燥，并对得到的混合物进行重力过滤来得到滤液。将该滤液浓缩以得到固体。将该固体溶解于甲苯，并且使该溶液经过硅藻土(日本和光纯药工业公司制造，目录号码：531-16855)、矾土、硅藻土来过滤。将该滤液浓缩以得到固体。使用甲苯对该固体进行重结晶，来得到白色固体(收量为2.0g，收率为50％)。通过利用梯度升华方法的升华对该2.0g的白色固体进行精炼。该升华精炼在压力为2.3Pa且氩流量为10mL/min的条件下进行，并且以250℃对固体进行加热。在升华精炼之后，以65％的收集率得到1.3g的目的物的白色固体。下面，(c-2)示出步骤3的合成方案。
[化学式14]
另外，下面示出利用核磁共振法(1H-NMR)来分析通过上述步骤3得到的白色固体的结果。由测定结果可知：得到了目的物的4mCzBPBfpm。
1H-NMR.δ(CDCl3)：7.32(m，2H)，7.44(m，2H)，7.52-7.55(m，3H)，7.63-7.64(m，1H)，7.69-7.77(m，4H)，7.85-7.88(m，2H)，7.97(t，1H)，8.18(d，2H)，8.31(d，1H)，8.65(m，1H)，8.92(t，1H)，9.27(s，1H)。
《发光元件1及对比发光元件1》
接着，说明本发明的一个实施方式的发光元件(发光元件1)及对比发光元件(对比发光元件1)。注意，作为发光层113中的第二有机化合物，在发光元件1中使用4mCzBPBfpm(结构式(100))，且在对比发光元件1中使用4-[3’-(二苯并噻吩-4-基)联苯-3-基]苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶(简称：4mDBTBPBfpm-II)(结构式(v))。
另外，以下述结构式(i)至(v)、(100)示出在本实施例中使用的化合物的分子结构。作为元件结构采用图1A所示的结构。
[化学式15]
《发光元件1的制造》
首先，准备形成有厚度为70nm的包含硅的铟锡氧化物(ITSO)的玻璃衬底作为第一电极101。利用聚酰亚胺膜覆盖ITSO表面，以使该表面的2mm×2mm的面积露出。电极面积为2mm×2mm。作为用来在该衬底上形成发光元件的预处理，利用水洗涤衬底表面，并以200℃焙烧1小时，然后进行370秒的UV臭氧处理。此后，将衬底引入到其内部被减压到10-4Pa左右的真空蒸镀装置中，并且在真空蒸镀装置内的加热室中以170℃进行30分钟的真空焙烧，然后冷却衬底30分钟左右。
接着，以使形成有第一电极101的表面朝下方的方式将衬底固定于设置在真空蒸镀装置内的支架上。在本实施例中，说明通过真空蒸镀法依次形成包括于包含有机化合物的层103中的空穴注入层111、空穴传输层112、发光层113、电子传输层114及电子注入层115的情况。
在将真空蒸镀装置内减压到10-4Pa后，通过以DBT3P-II：氧化钼＝2：1(质量比)的比例共蒸镀，将4,4’,4”-(苯-1,3,5-三基)三(二苯并噻吩)(简称：DBT3P-II)(结构式(i))和氧化钼沉积，由此在第一电极101上形成空穴注入层111。将其膜厚度设定为60nm。注意，共蒸镀是指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，蒸镀4-苯基-4’-(9-苯基芴-9-基)三苯胺(简称：BPAFLP)(结构式(ii))至20nm的厚度，来形成空穴传输层112。
接着，在空穴传输层112上形成发光层113。
通过以4mCzBPBfpm：PCBBiF＝0.8：0.2(质量比)共蒸镀，将4-{3-[3’-(9H-咔唑-9-基)]联苯-3-基}苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶(简称：4mCzBPBfpm)(结构式(100))、N-(1,1’-联苯-4-基)-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]-9,9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：PCBBiF)(结构式(iii))沉积至40nm的厚度，由此形成发光层113，接着，将4-{3-[3’-(9H-咔唑-9-基)]联苯-3-基}苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶(简称：4mCzBPBfpm)(结构式(100))沉积至20nm的厚度。
接着，在发光层113上形成电子传输层114。通过蒸镀将红菲绕啉(简称：BPhen)(结构式(iv))沉积至10nm的厚度，形成电子传输层114。
再者，在电子传输层114上通过蒸镀将氟化锂沉积至1nm的厚度，由此形成电子注入层115。
最后，在电子注入层115上通过蒸镀将铝沉积至200nm的厚度，形成被用作阴极的第二电极102，由此得到发光元件1。注意，在所有的蒸镀步骤中，使用了采用电阻加热的蒸镀法。
通过上述工序，得到发光元件1。
《对比发光元件1的制造》
接着，说明对比发光元件1的制造方法。
对于对比发光元件1，也参照发光元件1的制造方法，这是因为除了发光层113以外的膜使用与发光元件1中的那些相同的材料形成。使用ITSO将对比发光元件1的第一电极101形成为110nm的厚度。通过共蒸镀形成厚度为20nm的空穴注入层111，以使得DBT3P-II：氧化钼＝2：1(质量比)。作为空穴传输层112，将BPAFLP沉积至20nm的厚度。通过以下方法形成发光层113：通过共蒸镀将4-[3’-(二苯并噻吩-4-基)联苯-3-基]苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶(简称：4mDBTBPBfpm-II)(结构式(v))和PCBBiF沉积至40nm的厚度，以使得4mDBTBPBfpm-II：PCBBiF＝0.8：0.2(质量比)，接着，沉积厚度为10nm的4mDBTBPBfpm-II。接着，通过蒸镀沉积厚度为15nm的BPhen，由此形成电子传输层114。以与发光元件1相同的材料及厚度形成电子注入层115及第二电极102。
表1示出通过上述步骤得到的发光元件1及对比发光元件1的元件结构。
[表1]
*1 4mCzBPBfpm:PCBBiF(0.8:0.2 40nm)\4mCzBPBfpm(20nm)
*2 4mDBTBPBfpm-II:PCBBiF(0.8:0.2 40nm)\4mDBTBPBfpm-II(10nm)
《发光元件1及对比发光元件1的工作特性》
下表2示出900cd/m2亮度附近的发光元件的发光特性。图13示出发光元件的电流密度-亮度特性，图14示出发光元件的亮度-电流效率特性，图15示出亮度-功率效率特性，图16示出亮度-外部量子效率特性，而图17示出发射光谱。
[表2]
根据图14及图16可知：与对比发光元件1相比，发光元件1具有更良好的亮度-电流效率特性和亮度-外部量子效率特性，这表明发光元件1具有高发光效率(高电流效率及高外部量子效率)。并且，发光元件1的驱动电压低，其结果是，获得了如图15所示的极高的功率效率。注意，用于发光元件1的4mCzBPBfpm与用于对比发光元件1的4mDBTBPBfpm-II之间的不同之处在于：使用咔唑骨架还是二苯并噻吩骨架。就是说，为了高效率，除了只具有苯并呋喃并嘧啶骨架以外，具有咔唑骨架和苯并呋喃并嘧啶骨架这两个也是不可缺少的，这对于本发明的一个实施方式的效果是密不可分的。
根据10K下的磷光光谱的峰值，4mCzBPBfpm的三重激发能级(T1能级)被估计为2.68eV(462nm)。根据相同的测量，PCBBiF的T1能级被估计为2.44eV(509nm)。4mCzBPBfpm和PCBBiF的T1都大于激基复合物的发光能量(单重激发能级；S1能级)的2.26eV(549nm)。由于激基复合物的S1能级与T1能级大致相同，根据上述结果可知，第一有机化合物及第二有机化合物的三重激发能级(T1能级)高于激基复合物的三重激发能级(T1能级)。
本实施例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实施。
附图标记说明
101：第一电极；102：第二电极；103：包含有机化合物的层；111：空穴注入层；112：空穴传输层；113：发光层；114：电子传输层；115：电子注入层；400：衬底；401：第一电极；402：黑色层(黑矩阵)；403：包含有机化合物的层；404：第二电极；405：密封材料；407：密封衬底；408：空间；412：焊盘；420：IC芯片；501：第一电极；502：第二电极；511：第一发光单元；512：第二发光单元；513：电荷产生层；601：驱动电路部(源极线驱动电路)；602：像素部；603：驱动电路部(栅极线驱动电路)；604：密封衬底；605：密封材料；607：空间；608：布线；609：FPC(柔性印刷电路)；610：元件衬底；611：开关晶体管；612：电流控制晶体管；613：第一电极；614：绝缘物；616：包含有机化合物的层；617：第二电极；618：发光元件；623：n沟道型晶体管；624：p沟道型晶体管；625：干燥剂；901：框体；902：液晶层；903：背光单元；904：框体；905：驱动器IC；906：端子；951：衬底；952：电极；953：绝缘层；954：隔离层；955：包含有机化合物的层；956：电极；1001：衬底；1002：基底绝缘膜；1003：栅极绝缘膜；1006：栅电极；1007：栅电极；1008：栅电极；1020：第一层间绝缘膜；1021：第二层间绝缘膜；1022：电极；1024W：发光元件的第一电极；1024R：发光元件的第一电极；1024G：发光元件的第一电极；1024B：发光元件的第一电极；1025：分隔壁；1028：包含有机化合物的层；1029：发光元件的第二电极；1031：密封衬底；1032：密封材料；1033：透明基材；1036：覆盖层；1034R：红色着色层；1034G：绿色着色层；1034B：蓝色着色层；1035：黑色层(黑矩阵)；1037：第三层间绝缘膜；1040：像素部；1041：驱动电路部；1042：周边部；2001：框体；2002：光源；3001：照明装置；5000：显示区域；5001：显示区域；5002：显示区域；5003：显示区域；5004：显示区域；5005：显示区域；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；7210：第二显示部；7301：框体；7302：框体；7303：连接部；7304：显示部；7305：显示部；7306：扬声器部；7307：记录介质插入部；7308：LED灯；7309：操作键；7310：连接端子；7311：传感器；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；9033：夹子；9034：开关；9035：电源开关；9036：开关；9038：操作开关；9501：照明部；9503：支柱；9505：支架；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：DC-DC转换器；9637：操作键；9638：转换器；9639：按钮
本申请基于2015年5月29日提交到日本专利局的日本专利申请No.2015-109756，通过引用将其完整内容并入在此。

Claims (32)

1.一种发光元件，包括：
第一电极；
第二电极；以及
所述第一电极和所述第二电极之间的层，
其中，所述层由第一有机化合物及第二有机化合物组成，
所述第二有机化合物具有咔唑骨架和取代或未取代的二价芳香烃基团，
所述第二有机化合物还具有苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架，
所述芳香烃基团与所述咔唑骨架键合，
所述芳香烃基团与所述苯并呋喃并嘧啶骨架或所述苯并噻吩并嘧啶骨架键合，
所述第一有机化合物和所述第二有机化合物形成激基复合物，
并且，所述激基复合物发射光。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述咔唑骨架的9位与所述芳香烃基团键合。
3.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述芳香烃基团具有6至60个碳原子。
4.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述芳香烃基团具有6至13个碳原子。
5.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述芳香烃基团具有联苯二基。
6.根据权利要求5所述的发光元件，其中所述联苯二基是3,3'-联苯二基。
7.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述第二有机化合物为以结构式（100）表示的有机化合物，
。
8.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述第二有机化合物为以结构式（200）表示的有机化合物，
。
9.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述第二有机化合物具有电子传输性，且所述第一有机化合物具有空穴传输性。
10.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述第一有机化合物是芳香胺。
11.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述第一有机化合物及所述第二有机化合物的三重激发能级高于所述激基复合物的三重激发能级。
12.根据权利要求1所述的发光元件，其中发光包含延迟荧光成分。
13.一种照明装置，包括：
权利要求1所述的发光元件；以及
开关。
14.一种发光装置，包括：
权利要求1所述的发光元件；以及
控制所述发光元件的单元。
15.一种显示装置，包括：
显示部中的权利要求1所述的发光元件；以及
控制所述发光元件的单元。
16.一种电子设备，包括：
权利要求1所述的发光元件；以及
开关。
17.一种发光元件，包括：
第一电极；
第二电极；以及
所述第一电极和所述第二电极之间的层，
其中，所述层由第一有机化合物及第二有机化合物组成，
所述第二有机化合物具有咔唑骨架和取代或未取代的二价芳香烃基团，
所述第二有机化合物还具有苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架，
所述芳香烃基团与所述咔唑骨架键合，
所述芳香烃基团与所述苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架或所述苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架键合，
所述第一有机化合物和所述第二有机化合物形成激基复合物，
并且，所述激基复合物发射光。
18.根据权利要求17所述的发光元件，其中所述苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架的4位或所述苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架的4位与所述芳香烃基团键合。
19.根据权利要求17所述的发光元件，其中所述苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架的4位或所述苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架的4位与所述芳香烃基团键合，而其他的位置是未取代的。
20.根据权利要求17所述的发光元件，其中所述咔唑骨架的9位与所述芳香烃基团键合。
21.根据权利要求17所述的发光元件，其中所述芳香烃基团具有6至60个碳原子。
22.根据权利要求17所述的发光元件，其中所述芳香烃基团具有6至13个碳原子。
23.根据权利要求17所述的发光元件，其中所述芳香烃基团具有联苯二基。
24.根据权利要求23所述的发光元件，其中所述联苯二基是3,3'-联苯二基。
25.根据权利要求17所述的发光元件，其中所述第二有机化合物具有电子传输性，且所述第一有机化合物具有空穴传输性。
26.根据权利要求17所述的发光元件，其中所述第一有机化合物是芳香胺。
27.根据权利要求17所述的发光元件，其中所述第一有机化合物及所述第二有机化合物的三重激发能级高于所述激基复合物的三重激发能级。
28.根据权利要求17所述的发光元件，其中发光包含延迟荧光成分。
29.一种照明装置，包括：
权利要求17所述的发光元件；以及
开关。
30.一种发光装置，包括：
权利要求17所述的发光元件；以及
控制所述发光元件的单元。
31.一种显示装置，包括：
显示部中的权利要求17所述的发光元件；以及
控制所述发光元件的单元。
32.一种电子设备，包括：
权利要求17所述的发光元件；以及
开关。
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