CN109841746B - 发光元件、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包含发射荧光的材料的发光元件。发光元件包括一对电极以及一对电极之间的EL层。EL层包含发光层。发光层包含第一有机化合物、第二有机化合物和客体材料。第一有机化合物具有在室温下发射热活化延迟荧光的功能。第一有机化合物的HOMO能级高于或等于第二有机化合物的HOMO能级。第一有机化合物的LUMO能级低于或等于第二有机化合物的LUMO能级。客体材料是蒽衍生物、并四苯衍生物、
Figure DDA0002020376100000011
衍生物、菲衍生物、芘衍生物、二萘嵌苯衍生物、芪衍生物、吖啶酮衍生物、香豆素衍生物、吩恶嗪衍生物和吩噻嗪衍生物中的一种。

Description

发光元件、显示装置、电子设备以及照明装置
本申请是国际申请号为PCT/IB2015/057277，国际申请日为2015年9月22日的PCT国际申请进入中国阶段后国家申请号为201580052918.3的标题为“发光元件、显示装置、电子设备以及照明装置”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的一个实施方式涉及一种将通过施加电场来获得能够提供发光的发光层夹在一对电极之间而成的发光元件，涉及一种包括该发光元件的显示装置、电子设备以及照明装置。
注意，本发明的一个实施方式不局限于上述技术领域。本说明书等所公开的发明的一个实施方式的技术领域涉及一种物体、方法或制造方法。本发明的一个实施方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture) 或组合物(composition ofmatter)。具体而言，本说明书所公开的本发明的一个实施方式的技术领域的例子包括半导体装置、显示装置、液晶显示装置、发光装置、照明装置、蓄电装置、存储装置、这些装置中的任意一种的驱动方法以及它们中的任意一种的制造方法。
背景技术
近年来，对利用电致发光(Electroluminescence：EL)的发光元件的研究开发日益火热。在这些发光元件的基本结构中，在一对电极之间夹有包含发光物质的层(EL层)。通过对该元件的电极之间施加电压，可以获得来自发光物质的发光。
因为上述发光元件是自发光型发光元件，所以使用该发光元件的显示装置具有如下优点：具有良好的可见度；不需要背光源；以及功耗低等。并且，上述发光元件还具有如下优点：能够将其制造得薄且轻；以及响应速度快。
在一对电极之间提供含有有机材料作为发光材料的EL层的发光元件(例如，有机EL元件)的情况下，通过对该电极对之间施加电压，引起电子和空穴分别从阴极和阳极注入到具有发光性质的EL层，从而电流流过。被注入的电子与空穴复合而使具有发光性质的有机材料成为激发态，由此从具有发光性质的被激发的有机材料获得发光。
有机材料的激发态可以为单重激发态或三重激发态，来自于单重激发态(S1) 的发光被称为荧光，而来自于三重激发态(T1)的发光被称为磷光。在该发光元件中，激发态的统计学上的产生比例被认为是S1:T1＝1:3。换言之，含磷光材料的发光元件具有比含荧光材料的发光元件更高的发光效率。因此，近年来，对含有能够将三重激发态转换为发光的磷光材料的发光元件积极地进行研究开发。
作为能够将三重激发态部分转换为发光的材料之一，已知热活化延迟荧光(Thermally activated delayed fluorescence：TADF)物质。在热活化延迟荧光物质中，通过反系间窜跃由三重激发态生成单重激发态，单重激发态被转换为发光。专利文献1及专利文献2各自公开了热活化延迟荧光物质。
为了提高使用热活化延迟荧光物质的发光元件的发光效率，不但在热活化延迟荧光物质中由三重激发态高效地生成单重激发态是重要的，而且从单重激发态高效地获得发光，即荧光量子产率高也是重要的。但是，难以设计满足上述两个条件的发光材料。
专利文献3提出了如下方法：在包含热活化延迟荧光物质和发射荧光的材料的发光元件中，将热活化延迟荧光物质的单重激发态能转移到发射荧光的材料，从发射荧光的材料获得发光的方法。
[参考文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第2004-241374号公报
[专利文献2]日本专利申请公开第2006-24830号公报
[专利文献3]日本专利申请公开第2014-45179号公报
发明内容
为了提高包含热活化延迟荧光物质和发射荧光的材料的发光元件的发光效率，由三重激发态高效地生成单重激发态是重要的。另外，能量从热活化延迟荧光物质的激发态高效地转移到发射荧光的材料的激发态是重要的。
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，其含有荧光材料作为发光材料。另外，本发明的一个实施方式的目的之一是提供一种可靠性高的发光元件。此外，本发明的一个实施方式的目的之一是提供一种发光效率高且可靠性高的发光元件。另外，本发明的一个实施方式的目的之一是提供一种新颖的发光元件。此外，本发明的一个实施方式的目的之一是提供一种发光效率高且功耗得到降低的新颖的发光元件。
注意，上述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。上述以外的目的从说明书等的记载看来显而易见，且可以从说明书等的记载中抽取上述以外的目的。
技术问题的解决方式
本发明的一个实施方式是一种发光元件，其包括一对电极以及一对电极之间的EL层。EL层包含第一有机化合物、第二有机化合物和客体材料。第一有机化合物具有在室温下发射热活化延迟荧光的功能。客体材料具有发射荧光的功能。第一有机化合物的HOMO的能级高于或等于第二有机化合物的HOMO 的能级。第一有机化合物的LUMO的能级低于或等于第二有机化合物的LUMO 的能级。
本发明的其他实施方式是一种发光元件，其包括一对电极以及一对电极之间的EL层。EL层包含第一有机化合物、第二有机化合物和客体材料。第一有机化合物具有在室温下发射热活化延迟荧光的功能。客体材料具有发射荧光的功能。第一有机化合物的氧化电位低于或等于第二有机化合物的氧化电位。第一有机化合物的还原电位高于或等于第二有机化合物的还原电位。
在上述结构中，第一有机化合物的单重激发态能级与第一有机化合物的三重激发态能级的差优选大于0eV小于或等于0.2eV。
在上述结构中，客体材料优选发射光。
在上述结构中，优选的是，第一有机化合物包含第一缺π电子型杂芳族骨架和第一富π电子型杂芳族骨架，第二有机化合物包含第二缺π电子型杂芳族骨架和第二富π电子型杂芳族骨架。
在上述结构中，优选的是，第一缺π电子型杂芳族骨架包含二嗪骨架或三嗪骨架，第一富π电子型杂芳族骨架包含吖啶骨架、吩恶嗪骨架或3-(9-苯基-9H- 咔唑-3-基)-9H-咔唑骨架中的任何一个或多个，第二缺π电子型杂芳族骨架包含吡啶骨架或二嗪骨架，第二富π电子型杂芳族骨架包含呋喃骨架、噻吩骨架、芴骨架和吡咯骨架中的任何一个或多个。
在上述结构中，优选的是，第二有机化合物与第一有机化合物的重量比为 1:0.05至1:0.5(第二有机化合物:第一有机化合物)，第二有机化合物与客体材料的重量比为1:0.001至1:0.01(第二有机化合物:客体材料)。
本发明的其他实施方式是一种显示装置，包括该发光元件和滤色片、密封剂或晶体管。本发明的其他实施方式是一种电子设备，包括该显示装置和框体或触摸传感器功能。本发明的其他实施方式是一种照明装置，包括上述实施方式中各结构的发光元件和框体或触摸传感器。
通过本发明的一个实施方式，可以提供一种具有高发光效率的发光元件，其包含荧光材料作为发光材料。通过本发明的一个实施方式，可以提供一种可靠性高的发光元件。通过本发明的一个实施方式，可以提供一种发光效率高且可靠性高的发光元件。通过本发明的一个实施方式，可以提供一种新颖的发光元件。通过本发明的一个实施方式，可以提供一种发光效率高且功耗得到降低的新颖的发光元件。
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。另外，上述以外的效果从说明书、附图、权利要求书等的记载看来显而易见，且可以从说明书、附图、权利要求书等的记载中抽取上述以外的效果。
附图说明
图1A和图1B是说明本发明的一个实施方式的发光元件的截面示意图；
图2A至图2C显示本发明的一个实施方式的发光元件中的能级相关性；
图3A和图3B是本发明的一个实施方式的发光元件的截面示意图以及说明发光层中的能级相关性的图；
图4A和图4B是本发明的一个实施方式的发光元件的截面示意图以及说明发光层中的能级相关性的图；
图5A和图5B是说明本发明的一个实施方式的显示装置的方框图及电路图；
图6A和图6B是本发明的一个实施方式的触摸面板的一个例子的透视图。
图7A至图7C是本发明的一个实施方式的显示装置以及触摸传感器的例子的截面图；
图8A和图8B示出本发明的一个实施方式的触摸面板的例子；
图9A和图9B是本发明的一个实施方式的触摸传感器的方框图及时序图；
图10是说明本发明的一个实施方式的触摸传感器的电路图；
图11是说明本发明的一个实施方式的显示模块的透视图；
图12A至图12G说明本发明的一个实施方式的电子设备；
图13说明本发明的一个实施方式的照明装置；
图14说明实施例1及实施例2的发光元件的截面示意图；
图15显示实施例1的主体材料的过渡荧光特性；
图16显示实施例1的发光元件的电流效率-亮度特性；
图17显示实施例1的发光元件的电流-电压特性；
图18显示实施例1的发光元件的外部量子效率-亮度特性；
图19显示实施例1的发光元件的电致发光谱；
图20显示实施例2的发光元件的电流效率-亮度特性；
图21显示实施例2的发光元件的电流-电压特性；
图22显示实施例2的发光元件的外部量子效率-亮度特性；
图23显示实施例2的发光元件的电致发光谱；
图24显示实施例2的发光元件的电流效率-亮度特性；
图25显示实施例2的发光元件的电流-电压特性；
图26显示实施例2的发光元件的外部量子效率-亮度特性；
图27显示实施例2的发光元件的电致发光谱。
具体实施方式
下面，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，其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在下面所示的实施方式所记载的内容中。
另外，为了便于理解，有时在附图等中示出的各结构的位置、大小或范围等并不表示其实际的位置、大小或范围等。因此，所公开的发明不一定局限于附图等所公开的位置、大小或范围等。
在本说明书等中，为了方便起见，使用了“第一”和“第二”等序数词，而其有时并不表示工序顺序或叠层顺序。因此，例如可以将“第一”适当地替换为“第二”或“第三”来进行说明。此外，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定相同。
在本说明书等中，当利用附图说明本发明的结构时，有时表示相同对象的附图标记在不同的附图中共同使用。
在本说明书等中，“膜”和“层”可以根据情况或状况相互调换。例如，在一些情况下，可以将术语“导电层”变换为术语“导电膜”。此外，在一些情况下，可以将术语“绝缘膜”变换为术语“绝缘层”。
注意，在本说明书等中，单重激发态是指具有激发能的单重态。S1能级是指单重激发态能级的最低能级，即最低的单重激发态的激发能。三重激发态是指具有激发能的三重态。T1能级是指三重激发态能级的最低能级，即最低的三重激发态的激发能。注意的是，在本说明书等中，在一些情况下，单重激发态及单重激发态能级分别表示最低的单重激发态及S1能级。在一些情况下，三重激发态及三重激发态能级分别表示最低的单重激发态及T1能级。
在本说明书等中，荧光材料是指在单重激发态的最低能级(S1能级)返回到基态时在可见光区域中发光的材料。磷光材料是指在三重激发态的最低能级 (T1能级)返回到基态时在室温下在可见光区域中发光的材料。换言之，磷光材料是指能够将三重激发态能转换为可见光的材料。
在本说明书等中，热活化延迟荧光物质是指能够通过利用热活化的反系间窜跃由三重激发态生成单重激发态的材料。热活化延迟荧光物质可以包含能够通过反系间窜跃由其自身由三重激发态生成单重激发态的材料，诸如发射 TADF的材料。或者，热活化延迟荧光物质可以包含形成激基复合物(为exciplex) 的两种材料的组合。
热活化延迟荧光物质也可以称为三重激发态与单重激发态接近的材料。具体而言，优选使用三重激发态与单重激发态的能级的差大于0eV且小于或等于 0.2eV的材料。也就是说，优选的是，材料中的三重激发态与单重激发态的能级的差大于0eV且小于或等于0.2eV，该材料可以通过反系间窜跃由其自身由三重激发态生成单重激发态的材料，例如发射TADF的材料，或者优选地，激基复合物中的三重激发态与单重激发态的能级的差大于0eV且小于或等于 0.2eV。
在本说明书等中，热活化延迟荧光的发光能量是指热活化延迟荧光的最短波长一侧的发光峰值(包括肩峰)。在本说明书等中，磷光发光能量或三重激发态能是指磷光发光的最短波长一侧的磷光发光峰值(包括肩峰)。注意的是，通过在低温(例如10K)环境下进行时间分辨光致发光谱可以观察到磷光发光。
注意，在本说明书等中，“室温”是指0℃至40℃的范围内的温度。
实施方式1
在本实施方式中，参照图1A和图1B及图2A至图2C对本发明的一个实施方式的发光元件进行说明。
<1.发光元件的结构实例>
首先，参照图1A和图1B对本发明的一个实施方式的发光元件的结构进行说明。
发光元件150包括一对电极(电极101及电极102)之间的EL层100。EL 层100至少包括发光层120。虽然在本实施方式中，电极101上阳极且电极102是阴极，但是作为发光元件150的结构可以采用与此相反的结构。
图1A所示的EL层100除了发光层120之外还包括功能层。功能层包括空穴注入层111、空穴传输层112、电子传输层118及电子注入层119。注意，EL 层100的结构不局限于图1A所示的结构，包括选自空穴注入层111、空穴传输层112、电子传输层118及电子注入层119中的至少一个。EL层100可以包括其他功能层，其能够降低空穴注入势垒或电子注入势垒、能够提高空穴传输性 /电子传输性、能够妨碍空穴、电子传输性、以及能够抑制由于电极所导致的猝灭现象等。
图1B是图1A所示的发光层120的一个例子的截面示意图。图1B所示的发光层120包含有机化合物131、有机化合物132和客体材料133。
作为有机化合物131优选使用热活化延迟荧光物质。热活化延迟荧光物质能够通过反系间窜跃将三重激发态能转换为单重激发态能。因此，在发光层120 中生成的三重激发态能的至少一部分由有机化合物131转换为单重激发态能。该单重激发态能转移到客体材料133，作为荧光发光被提取。为此，优选的是，有机化合物131的单重激发态能级与三重激发态能级的差大于0eV且小于或等于0.2eV。另外，优选的是，有机化合物131的单重激发态能级高于客体材料 133的单重激发态能级，并且有机化合物131的三重激发态能级高于客体材料 133的单重激发态能级，在这种情况下，可以使有机化合物131的三重激发态能级更接近于单重激发态能级。
为了防止有机化合物131及客体材料133失活，作为有机化合物132优选使用带隙大的材料。就是说，优选的是，有机化合物132的单重激发态能级高于有机化合物131及客体材料133的单重激发态能级，并且优选的是，有机化合物132的三重激发态能级高于有机化合物131及客体材料133的三重激发态能级。发光层120可以包含具有与有机化合物132相似的功能的其他化合物。
客体材料133也可以为发光有机材料，该发光有机材料优选能够发射荧光 (以下也称为荧光材料)。以下，对作为客体材料133使用荧光材料的例子进行说明。注意，也可以将客体材料133称为荧光材料。
<2.发光元件的发光机理>
首先，对发光元件150的发光机理进行说明。
在本发明的一个实施方式的发光元件150中，通过对一对电极(电极101 及电极102)之间施加电压，允许电子和空穴分别从阴极和阳极注入到EL层 100，从而电流流动。被注入的电子与空穴复合而使EL层100的发光层120中的客体材料133成为激发态，由此提供发光。
注意，通过以下三个过程，可以获得来自客体材料133的发光：
(α)客体材料中的直接复合过程；
(β)来自热活化延迟荧光物质的能量转移过程；以及
(γ)来自主体材料的能量转移过程。
<<(α)客体材料中的直接复合过程>>
首先，参照图2A对客体材料133中的直接复合过程进行说明，图2A是说明能级相关性的示意图。注意，图2A中的记载及符号表示的是如下：
Host1(131)：有机化合物131；
Host2(132)：有机化合物132；
Guest(133)：客体材料133(荧光材料)；
SA：有机化合物131的单重激发态能的最低能级；
TA：有机化合物131的三重激发态能的最低能级；
SH：有机化合物132的单重激发态能的最低能级；
TH：有机化合物132的三重激发态能的最低能级；
SG：客体材料133(荧光材料)的单重激发态能的最低能级；以及
TG：客体材料133(荧光材料)的三重激发态能的最低能级。
如图2A所示，载流子(电子及空穴)在客体材料133中复合，客体材料 133成为激发态。当客体材料133的激发态为单重激发态时，获得荧光发光。相反地，当客体材料133的激发态为三重激发态时，发生热失活。
在(α)客体材料中的直接复合过程中，当客体材料133的荧光量子产率高时，可以从客体材料133的单重激发态获得高效的发光。但是，客体材料133 的三重激发态无助于发光。
<<(β)来自热活化延迟荧光物质的能量转移过程>>
下面，参照图2B对有机化合物131及客体材料133的能量转移过程进行说明，图2B是说明能级相关性的示意图。注意，图2B中的记载及符号是与图 2A相似。
载流子在有机化合物131中复合，有机化合物131成为激发态。当有机化合物131的激发态为单重激发态且有机化合物131的SA高于客体材料133的 SG时，如图2B的途径E1所示，有机化合物131的单重激发态能从有机化合物 131的SA转移到客体材料133的SG，由此客体材料133成为单重激发态。从单重激发态的客体材料133获得荧光发光。
注意，因为客体材料133中的从单重基态到三重激发态的直接跃迁为禁戒跃迁，所以从有机化合物131的单重激发态到客体材料133的三重激发态的能量转移不可能成为主要的能量转移过程；因此省略说明。就是说，如下述通式 (G1)所示，从有机化合物131的单重激发态到客体材料133的单重激发态的能量转移是重要的。
1A*+1G→1A+1G* (G1)
注意，在通式(G1)中，1A*及1G*分别表示有机化合物131的单重激发态及客体材料133的单重激发态，1A及1G分别表示有机化合物131的单重基态及客体材料133的单重基态。
当有机化合物131成为三重激发态时，经过下述两个过程获得荧光发光。
因为有机化合物131为热活化延迟荧光物质，所以如图2B的途径A1所示，通过反系间窜跃(上转换)激发能从有机化合物131的TA转移到SA。这是第一过程。
接着，当有机化合物131的SA高于客体材料133的SG时，如图2B的途径E1所示，激发能从有机化合物131的SA转移到客体材料133的SG，由此客体材料133成为单重激发态。这是第二过程。从单重激发态的客体材料133获得荧光发光。
上述第一过程及第二过程以下述通式(G2)表示。
3A*+1G→(反系间窜跃)→1A*+1G→1A+1G* (G2)
注意，在通式(G2)中，3A*表示有机化合物131的三重激发态，1A*及1G*分别表示有机化合物131的单重激发态及客体材料133的单重激发态，1A及1G 分别表示有机化合物131的单重基态及客体材料133的单重基态。
如通式(G2)所示，通过反系间窜跃由作为热活化延迟荧光物质的有机化合物131的三重激发态(3A*)生成有机化合物131的单重激发态(1A*)。然后，激发能转移到客体材料133的单重激发态(1G*)。
当在上述(β)来自热活化延迟荧光物质的能量转移过程中所述的所有能量转移过程高效地发生时，有机化合物131的三重激发态能及单重激发态能都高效地转换为客体材料133的单重激发态(1G*)，导致高效率的发光。
但是，如果在激发能从有机化合物131的单重激发态转移到客体材料133 的单重激发态之前，有机化合物131将该激发能作为光或热释放而发生失活，则导致发光元件的发光效率的下降。另外，当有机化合物131中从三重激发态到单重激发态产生反系间窜跃的之前的过程的A1的效率下降，则也导致发光效率的下降。尤其是，当有机化合物131的TA低于客体材料133的TG且满足 SA≥SG＞TG＞TA时，导致TA与SA的能量差是大的。作为结果不可能产生图2B 的途径A1的反系间窜跃；所以之后的途径E1所示的能量转移过程的效率下降，导致客体材料133的单重激发态的生成效率下降。因此，TA优选高于TG，就是说，作为热活化延迟荧光物质的有机化合物131的发光能量优选高于客体材料133的磷光发光能量。
如图2B的途径E2所示，当激发能从有机化合物131的TA转移到客体材料133的TG时，激发能也热失活。因此，当较不可能产生图2B的途径E2所示的能量转移过程时，是优选的，因为这可以降低客体材料133的三重激发态的生成效率，以及可以减少激发能的热失活。为此，客体材料133的重量百分比优选低于有机化合物131的重量百分比。具体而言，它们的重量比(有机化合物131:客体材料133)优选为1:0.001至1:0.05，更优选为1:0.001至1:0.01。
注意，当客体材料133中的直接复合过程占优势时，在发光层中非常有可能存在客体材料133的三重激发态，引起激发能热失活，而导致发光效率的下降。换言之，当(β)来自热活化延迟荧光物质的能量转移过程的可能性大于上述(α)客体材料中的直接复合过程时，是优选的，因为这可以降低客体材料133的三重激发态的生成效率，以及可以减少当客体材料133的激发态为三重激发态时的激发能的热失活。为此，如上文所述，客体材料133的重量百分比优选低于有机化合物131。具体而言，它们的重量比(有机化合物131:客体材料133)优选为1:0.001至1:0.05，更优选为1:0.001至1:0.01。
<<(γ)来自主体材料的能量转移过程>>
下面，参照图2C对从有机化合物132到有机化合物131或客体材料133 的能量转移过程进行说明，图2C是说明能级相关性的示意图。注意，图2C中的记载及符号是与图2A相似。
载流子在有机化合物132中复合，有机化合物132成为激发态。当有机化合物132的激发态为单重激发态且有机化合物132的SH高于有机化合物131 的SA及客体材料133的SG时，单重激发态能从有机化合物132的SH转移到客体材料133的SG，由此客体材料133成为单重激发态。或者，从有机化合物 132的SH转移到有机化合物131的SA的单重激发态能经过上述(β)来自热活化延迟荧光物质的能量转移过程转移到客体材料133的SG。从单重激发态的客体材料133获得荧光发光。注意，在本实施方式中，有机化合物132为主体材料。
注意，因为客体材料133中的从单重基态到三重激发态的直接跃迁为禁戒跃迁，所以从有机化合物132的单重激发态到客体材料133的三重激发态的能量转移不可能成为主要的能量转移过程；因此省略说明。就是说，如下述通式 (G3)或(G4)所示，可以实现从有机化合物132的单重激发态到客体材料 133的单重激发态的能量转移。
1H*+1A+1G→1H+1A+1G* (G3)
1H*+1A+1G→1H+1A*+1G→1H+1A+1G* (G4)
注意，在通式(G3)或(G4)中，1H*、1A*及1G*分别表示有机化合物132 的单重激发态、有机化合物131的单重激发态及客体材料133的单重激发态；1H、1A及1G分别表示有机化合物132的单重基态、有机化合物131的单重基态及客体材料133的单重基态。
在有机化合物132的激发态为三重激发态的情况下，当有机化合物132的 TH高于有机化合物131的TA且有机化合物131的SA高于客体材料133的SG时，经过下述过程获得荧光发光。
首先，能量从有机化合物132的TH转移到有机化合物131的TA。
接着，如在(β)来自热活化延迟荧光物质的能量转移过程中说明那样，经过作为热活化延迟荧光物质的有机化合物131中的反系间窜跃(途径A1)，能量从有机化合物131的SA转移到客体材料133的SG，使得从单重激发态的客体材料133获得荧光发光。
上述能量转移过程以下述通式(G5)表示。
3H*+1A+1G→1H+3A*+1G→(反系间窜跃)→1H+1A*+1G →1H+1A+1G* (G5)
注意，在通式(G5)中，3H*及3A*分别表示有机化合物132的三重激发态及有机化合物131的三重激发态，1A*及1G*分别表示有机化合物131的单重激发态及客体材料133的单重激发态，1H、1A及1G分别表示有机化合物132的单重基态、有机化合物131的单重基态及客体材料133的单重基态。
如通式(G5)所示，由有机化合物132的三重激发态(3H*)生成有机化合物131的三重激发态(3A*)。紧接其后，通过反系间窜跃生成有机化合物 131的单重激发态(1A*)，之后，能量转移到客体材料133的单重激发态(1G*)。
当在(γ)来自主体材料的能量转移过程中说明的所有能量转移过程高效地产生时，有机化合物132的三重激发态能及单重激发态能都高效地转换为客体材料133的单重激发态(1G*)，可以实现来自客体材料133的发光。
但是，如果在激发能从有机化合物132的单重激发态转移到客体材料133 的单重激发态之前，有机化合物132将该激发能作为光或热释放而发生失活，则发光元件的发光效率的下降。另外，当有机化合物131中从三重激发态到单重激发态产生反系间窜跃的之前的过程的途径A1的效率下降，则也导致发光效率的下降。尤其是，当有机化合物132的TH低于有机化合物131的TA时，不可能产生从有机化合物132的TH到有机化合物131的TA的能量转移过程，没有产生有机化合物131中的反系间窜跃，由此客体材料133的单重激发态的生成效率下降。因此，有机化合物132的TH优选高于有机化合物131的TA。
如图2C的途径E3所示，当激发能从有机化合物132的TH转移到客体材料133的TG时，激发能也热失活。因此，优选的是，较不可能产生图2C的途径E3所示的能量转移过程，因为这可以降低客体材料133的三重激发态的生成效率，以及可以减少热失活。为此，客体材料133的重量百分比优选低于有机化合物132的重量百分比。具体而言，它们的重量比(有机化合物132:客体材料133)优选为1:0.001至1:0.05，更优选为1:0.001至1:0.01。
如上所述，在(γ)来自主体材料的能量转移过程中，虽然激发能的一部分转换为客体材料133的荧光发光，但是有可能产生图2C的途径E2及E3中的热失活。因此，优选的是，(β)来自热活化延迟荧光物质的能量转移过程的可能性高于(γ)来自主体材料的能量转移过程及(α)客体材料中的直接复合过程的情况，因为这可以降低发光层120中的三重激发态的生成效率，就是说，可以减少热失活的发生且提高发光元件150的发光效率。为了提高(β)来自热活化延迟荧光物质的能量转移过程的可能性，在作为热活化延迟荧光物质的有机化合物131中产生载流子复合是重要的。
<<载流子复合>>
为了在有机化合物131中产生载流子复合，有机化合物131与有机化合物 132的能级关系是重要的。尤其是，最高占据分子轨道(也称为Highest Occupied MolecularOrbital：HOMO)和最低空分子轨道(也称为Lowest Unoccupied Molecular Orbital：LUMO)的能级的关系或者氧化电位与还原电位的关系是重要的。
从一对电极注入到EL层100的载流子到达发光层120，由此它们被注入到包含在发光层120中的物质中。此时，空穴容易进入更稳定的HOMO，电子容易进入更稳定的LUMO。因此，为了在作为热活化延迟荧光物质的有机化合物 131中产生载流子复合，重要的是：有机化合物131的HOMO能级高于或等于有机化合物132的HOMO能级，并且有机化合物131的LUMO能级低于或等于有机化合物132的LUMO能级。另外，重要的是：有机化合物131的氧化电位低于或等于有机化合物132的氧化电位，并且有机化合物131的还原电位高于或等于有机化合物132的还原电位。
在上述结构中，在有机化合物131与有机化合物132之间不可能形成激基复合物。
虽然在发光层120中，载流子可以容易地在有机化合物131的相邻的分子之间移动，但是载流子也容易转移到发光层120之外的功能层(例如，空穴传输层112及电子传输层118)。因此，为了在发光层120中的有机化合物131 中产生载流子复合，有机化合物131的重量百分比优选低于有机化合物132的重量百分比。另外，为了抑制有机化合物131的激发态分子与基态分子之间的能量转移，有机化合物131的重量百分比优选低于有机化合物132的重量百分比。当有机化合物131的分子与客体材料133的分子相邻时，有能量从有机化合物131的三重激发态转移到客体材料133的三重激发态的可能性。因此，为了抑制该能量转移，有机化合物131的重量百分比优选低于有机化合物132的重量百分比。具体而言，它们的重量比(有机化合物132:有机化合物131)优选为1:0.05至1:0.5。
<3.能量转移机理>
下面，对上述有机化合物131与客体材料133或有机化合物132与客体材料133的分子间的能量转移过程的控制因素进行说明。作为分子间的能量转移的机理，提出了福斯特
Figure BDA0002020376080000161
机理(偶极-偶极相互作用)和德克斯特(Dexter) 机理(电子交换相互作用)的两个机理。虽然在此对有机化合物131与客体材料133的分子间的能量转移过程进行说明，但是有机化合物132与客体材料133 的分子间的能量转移过程也是同样的。
<<福斯特机理>>
在福斯特机理中，在能量转移中不需要分子间的直接接触，通过有机化合物131与客体材料133间的偶极振荡的共振现象发生能量转移。通过偶极振荡的共振现象，有机化合物131给客体材料133供应能量，因此，激发态的有机化合物131成为基态，基态的客体材料133成为激发态。注意，算式1示出福斯特机理的速度常数kh*→g。
[算式1]
Figure BDA0002020376080000162
在算式1中，ν表示频率，f’h(ν)表示有机化合物131的归一化发射光谱 (由单重激发态的能量转移中的荧光光谱，由三重激发态的能量转移中的磷光光谱)，εg(ν)表示客体材料133的摩尔吸光系数，N表示阿伏伽德罗数，n 表示介质的折射率，R表示有机化合物131与客体材料133的分子间距离，τ表示所测量的激发态的寿命(荧光寿命或磷光寿命)，c表示光速，φ表示发光量子产率(由单重激发态的能量转移中的荧光量子产率，由三重激发态的能量转移中的磷光量子产率)，以及K2表示有机化合物131和客体材料133的跃迁偶极矩的取向的系数(0至4)。注意，在无规取向中，K2＝2/3。
<<德克斯特机理>>
在德克斯特机理中，有机化合物131和客体材料133接近于轨道重叠的接触有效范围，通过交换激发态的有机化合物131的电子和基态的客体材料133 的电子，发生能量转移。注意，算式2示出德克斯特机理的速度常数kh*→g。
[算式2]
Figure BDA0002020376080000171
在算式2中，h表示普朗克常数，K表示具有能量维数(energy dimension) 的常数，ν表示频率，f’h(ν)表示有机化合物131的归一化发射光谱(由单重激发态的能量转移中的荧光光谱，由三重激发态的能量转移中的磷光光谱)，ε’g(ν)表示客体材料133的归一化吸收光谱，L表示有效分子半径，以及R 表示有机化合物131与客体材料133的分子间距离。
在此，从有机化合物131到客体材料133的能量转移的效率(能量转移效率φET)以算式3表示。在算式3中，kr表示有机化合物131的发光过程(由单重激发态的能量转移中的荧光，由三重激发态的能量转移中的磷光)的速率常数，kn表示有机化合物131的非发光过程(热失活或系间窜跃)的速率常数，以及τ表示所测量的有机化合物131的激发态的寿命。
[算式3]
Figure BDA0002020376080000172
从算式3可知，为了提高能量转移效率φET，可以增大能量转移的速率常数 kh*→g，从而使得其他竞争的速率常数kr+kn(＝1/τ)相对变小。
<<用来促进能量转移的概念>>
在通式(G1)及通式(G2)的能量转移过程中，由于能量都从有机化合物 131的单重激发态(1A*)转移到客体材料133的单重激发态(1G*)，因此通过福斯特机理(算式1)及德克斯特机理(算式2)两个机理都产生能量转移。
首先，考虑通过福斯特机理的能量转移。当从算式1及算式3消掉τ时，可以说：当量子产率φ(考虑由单重激发态的能量转移，所以在此相当于荧光量子产率)越高时，能量转移效率φET越高。但是，实际上，更重要的因素在于，有机化合物131的发射光谱(考虑由单重激发态的能量转移，所以在此相当于荧光光谱)与客体材料133的吸收光谱(相当于从单重基态到单重激发态的迁移的吸收)的大幅重叠。注意，优选的是，客体材料133的摩尔吸光系数也是高的。这意味着有机化合物131的发射光谱与客体材料133的最长波长一侧的吸收带重叠。
接着，考虑通过德克斯特机理的能量转移。从算式2可知，为了增大速率常数kh*→g，有机化合物131的发射光谱(考虑由单重激发态的能量转移，所以在此相当于荧光光谱)与客体材料133的吸收光谱(相当于从单重基态到单重激发态的迁移的吸收)的重叠优选是大的。
上文所述意味着可以通过有机化合物131的发射光谱与客体材料133的最长波长一侧的吸收带重叠而实现能量转移效率的优化。
于是，本发明的一个实施方式提供一种发光元件，其包含具有能够将能量高效地转移到客体材料133的能量供体的功能的有机化合物131。有机化合物 131是热活化延迟荧光物质，所以具有单重激发态能级与三重激发态能级相互接近的特征。具体而言，有机化合物131的单重激发态能级与三重激发态能级的差优选大于0eV且小于或等于0.2eV。这实现了产生有机化合物131从三重激发态到单重激发态的迁移(反系间窜跃)的可能性。因此，可以提高有机化合物131的单重激发态的生成效率。并且，为了促进从有机化合物131的单重激发态到用作能量受体的客体材料133的单重激发态的能量转移，有机化合物 131的发射光谱与客体材料133的最长波长一侧的吸收带重叠是优选的。由此，可以提高客体材料133的单重激发态的生成效率。
另外，在本发明的一个实施方式的发光元件150中，有机化合物131的 HOMO能级大于或等于有机化合物132的HOMO能级，以及有机化合物131 的LUMO低于或等于有机化合物132的LUMO能级；或者，有机化合物131 的氧化电位低于或等于有机化合物132的氧化电位，有机化合物131的还原电位高于或等于有机化合物132的还原电位，这实现了注入到EL层100的载流子高效地在有机化合物131中复合。因此，可以减少热失活的发生，以及可以提高发光效率。
<4.材料>
下面，对本发明的一个实施方式的发光元件的组分进行详细说明。
<<发光层>>
发光层120中的有机化合物131包括一种材料。注意，发光层120可以包含具有与有机化合物131相似的功能的其他化合物。例如，在有机化合物131 包括一种材料的情况下，可以使用任意以下材料。
首先，可以举出富勒烯、其衍生物、诸如原黄素或者曙红(eosin)等吖啶衍生物。此外，可以举出含金属卟啉，例如含镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)、锡(Sn)、铂(Pt)、铟(In)或钯(Pd)等的卟啉。含金属卟啉的例子包括以如下结构式表示的原卟啉-氟化锡配合物(SnF2(ProtoIX))、中卟啉-氟化锡配合物(SnF2(Meso IX))、血卟啉-氟化锡配合物(SnF2(Hemato IX))、粪卟啉四甲基酯-氟化锡配合物(SnF2(Copro III-4Me))、八乙基卟啉-氟化锡配合物(SnF2(OEP))、初卟啉-氟化锡配合物(SnF2(Etio I))以及八乙基卟啉-氯化铂配合物(PtCl2(OEP))等。
[化学式1]
Figure BDA0002020376080000201
或者，作为有机化合物131，可以使用以如下结构式表示的具有富π电子型芳杂环及缺π电子型芳杂环的杂环化合物，例如，2-(联苯-4-基)-4，6-双(12- 苯基吲哚并[2，3-a]咔唑-11-基)-1，3，5-三嗪(简称：PIC-TRZ)、2-{4-[3- (N-苯基-9H-咔唑-3-基)-9H-咔唑-9-基]苯基}-4，6-二苯基-1，3，5-三嗪(简称：PCCzPTzn)、2-[4-(10H-吩恶嗪-10-基)苯基]-4，6-二苯基-1，3，5-三嗪 (简称：PXZ-TRZ)、3-[4-(5-苯基-5，10-二氢吩嗪-10-基)苯基]-4，5-二苯基-1，2，4-三唑(简称：PPZ-3TPT)、3-(9，9-二甲基-9H-吖啶-10-基)-9H- 氧杂蒽-9-酮(简称：ACRXTN)、双[4-(9，9-二甲基-9，10-二氢吖啶)苯基] 硫砜(简称：DMAC-DPS)或者10-苯基-10H，10’H-螺[吖啶-9，9’-蒽]-10’-酮(简称：ACRSA)等。由于富π电子型芳杂环及缺π电子型芳杂环，因此电子传输性及空穴传输性高，所以该杂环化合物是优选的。注意，在富π电子型芳杂环和缺π电子型芳杂环直接键合的物质中，富π电子型芳杂环的供体性和缺π电子型芳杂环的受主性都增加，以及单重激发态的能级与三重激发态的能级的差变小，所以是特别优选的。由于富π电子型芳杂环及缺π电子型芳杂环，因此电子传输性及空穴传输性高，所以该杂环化合物是优选的。在具有缺π电子型芳杂环的骨架中，二嗪骨架(嘧啶骨架、吡嗪骨架或哒嗪骨架)和三嗪骨架稳定且可靠性良好，所以是特别优选的。在具有富π电子型芳杂环的骨架中，吖啶骨架、吩恶嗪骨架或3-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)-9H-咔唑骨架稳定且可靠性良好，所以具有选自该骨架中的任何骨架是特别优选的。注意的是，在富π电子型芳杂环和缺π电子型芳杂环直接键合的物质中，富π电子型芳杂环的供体性和缺π电子型芳杂环的受主性都增加，以及单重激发态的能级与三重激发态的能级的差变小，所以是特别优选的。
[化学式2]
Figure BDA0002020376080000211
在发光层120中，作为有机化合物132，可以使用如下化合物。因为有机化合物132在发光层120中用作主体材料，所以优选包括容易接受电子的骨架 (具有电子传输性的骨架)和/或容易接受空穴的骨架(具有空穴传输性的骨架)。
作为含有容易接受电子的骨架(具有电子传输性的骨架)的化合物，可以使用包括缺π电子型杂芳族骨架的化合物或金属配合物等。具体例子包括金属配合物，例如：双(10-羟基苯并[h]羟基喹啉合)铍(II)(简称：BeBq2)、双(2-甲基-8-羟基喹啉合)(4-苯基苯酚合)铝(III)(简称：BAlq)、双(8- 羟基喹啉合)锌(II)(简称：Znq)、双[2-(2-苯并噁唑基)苯酚合]锌(II) (简称：ZnPBO)或双[2-(2-苯并噻唑基)苯酚合]锌(II)(简称：ZnBTZ)；具有唑(azole)骨架的杂环化合物，例如：2-(4-联苯基基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑(简称：PBD)、3-(4-联苯基基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1，2，4-三唑(简称：TAZ)、9-[4-(4，5-二苯基-4H-1，2，4-三唑-3- 基)苯基]-9H-咔唑(简称：CzTAZ1)、1，3-双[5-(对叔丁基苯基)-1，3， 4-噁二唑-2-基]苯(简称：OXD-7)、9-[4-(5-苯基-1，3，4-噁二唑-2-基)苯基]-9H-咔唑(简称：CO11)、2，2’，2”-(1，3，5-苯三基)三(1-苯基-1H- 苯并咪唑)(简称：TPBI)或2-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]-1-苯基-1H-苯并咪唑(简称：mDBTBIm-II)；具有二嗪骨架的杂环化合物，例如：2-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]二苯并[f，h]喹喔啉(简称：2mDBTPDBq-II)、2-[3’-(二苯并噻吩-4-基)联苯-3-基]二苯并[f，h]喹喔啉(简称：2mDBTBPDBq-II)、 2-[3’-(9H-咔唑-9-基)联苯-3-基]二苯并[f，h]喹喔啉(简称：2mCzBPDBq)、 2-[3-(3，9’-双-9H-咔唑-9-基)苯基]二苯并[f，h]喹喔啉(2-[3-(3，9’-联-9H- 咔唑-9-基)苯基]二苯并[f，h]喹喔啉)(简称：2mCzCzPDBq)、4，6-双[3- (9H-咔唑-9-基)苯基]嘧啶(简称：4，6mCzP2Pm)、4，6-双[3-(菲-9-基) 苯基]嘧啶(简称：4，6mPnP2Pm)或4，6-双[3-(4-二苯并噻吩基)苯基]嘧啶(简称：4，6mDBTP2Pm-II)；具有三嗪骨架的杂环化合物，例如：2-{4-[3- (N-苯基-9H-咔唑-3-基)-9H-咔唑-9-基]苯基}-4，6-二苯基-1，3，5-三嗪(简称：PCCzPTzn)；以及具有吡啶骨架的杂环化合物，例如：3，5-双[3-(9H- 咔唑-9-基)苯基]吡啶(简称：35DCzPPy)或1，3，5-三[3-(3-吡啶基)苯基] 苯(简称：TmPyPB)。在上述杂环化合物中，具有二嗪(嘧啶、吡嗪、哒嗪) 骨架或吡啶骨架的杂环化合物是高度稳定且可靠的，所以是优选使用的。此外，具有该骨架的杂环化合物具有高电子传输性，有助于降低驱动电压。
作为具有容易接受空穴的骨架(具有空穴传输性的骨架)的化合物，可以适当地使用具有富π电子型杂芳族骨架或芳香胺骨架等的化合物。具体例子包括具有芳族胺骨架的如下物质，例如：2-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基] 螺-9，9'-二芴(简称：PCASF)、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-(螺-9，9’-二芴-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)三苯胺(简称：mBPAFLP)、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)、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’-二芴-2-胺(简称：PCBASF)或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)；具有咔唑骨架的化合物，例如：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-联苯基苯基)-9-苯基咔唑(简称： CzTP)、3，6-二(9H-咔唑-9-基)-9-苯基-9H-咔唑(简称：PhCzGI)、2，8- 二(9H-咔唑-9-基)-二苯并噻吩(简称：Cz2DBT)、或9-苯基-9H-3-(9-苯基 -9H-咔唑-3-基)咔唑(简称：PCCP)；具有噻吩骨架的化合物，例如：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)或4-[4-(9- 苯基-9H-芴-9-基)苯基]-6-苯基二苯并噻吩(简称：DBTFLP-IV)；以及具有呋喃骨架的化合物，例如：4，4’，4”-(苯-1，3，5-三基)三(二苯并呋喃) (简称：DBF3P-II)或4-{3-[3-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]苯基}二苯并呋喃(简称：mmDBFFLBi-II)。在上述化合物中，具有呋喃骨架、噻吩骨架、芴骨架和吡咯骨架中的任何一个或多个的化合物稳定且可靠性良好，以及空穴传输性高，有助于降低驱动电压，所以是优选的。
另外，在上述化合物中，包括吡啶骨架或二嗪骨架(嘧啶骨架、吡嗪骨架及哒嗪骨架)作为缺π电子型杂芳族骨架以及包括呋喃骨架、噻吩骨架、芴骨架和吡咯骨架中的任何一个或多个作为富π电子型杂芳族骨架的化合物具有高的载流子传输性，因而有助于降低驱动电压。此外，包含任何该骨架的化合物具有良好的可靠性，所以是优选的。注意，作为吡咯骨架，吲哚骨架、咔唑骨架或3-(9H-咔唑-9-基)-9H-咔唑骨架是特别优选的。
注意，有机化合物131及有机化合物132的组合不局限于上述化合物，并且可以使用其他材料，只要它们可以传输载流子并且满足如下关系即可：有机化合物131的HOMO能级大于或等于有机化合物132的HOMO能级，以及有机化合物131的LUMO能级低于或等于有机化合物132的LUMO能级；或者，有机化合物131的氧化电位低于或等于有机化合物132的氧化电位，以及有机化合物131的还原电位高于或等于有机化合物132的还原电位。另外，也可以将热活化延迟荧光物质用于有机化合物132。
作为有机化合物131及有机化合物132的非限制性例子，表1示出上文所述化合物在薄膜状态下的HOMO及LUMO的能级的测量结果。表2示出溶液状态下化合物的氧化电位及还原电位的测量结果和从该结果估计的HOMO及 LUMO的能级。表3示出三重激发态能级的测量结果。以下示出各化合物的结构及简称。
[化学式3]
Figure BDA0002020376080000241
[表1]
Figure BDA0002020376080000251
[表2]
Figure BDA0002020376080000252
[表3]
Figure BDA0002020376080000261
为了求出薄膜状态下的各化合物的HOMO的能级，在空气中利用光电子分光光度装置(日本理研计器公司制造，AC-3)测量各化合物的电离电位值，将所得到的电离电位值换成为负值。另外，通过测量各化合物的薄膜状态的吸收光谱，从假定直接跃迁的Tauc曲线求出吸收边缘，估计各化合物的固体状态的光学带隙。从所估计的带隙的能量和上面所得到的HOMO的能级算出薄膜状态下的LUMO的能级。
通过循环伏安法(CV)测量对各化合物的溶液状态下的电化学特性(氧化反应特性和还原反应特性)进行测量。注意，在测量中，使用电化学分析仪(BAS 株式会社(BAS Inc.)制造，ALS型号600A或600C)。在测量中，使工作电极相对于参考电极的电位在适当的范围中变化，由此获得氧化峰值电位和还原峰值电位。另外，参考电极的氧化还原电位估计为-4.94eV，从该数值和所得到的峰值电位算出各化合物的HOMO及LUMO的能级。
通过化合物的磷光发光测量进行三重激发态能级的测量。在该测量中，使用显微PL装置LabRAM HR-PL(日本堀场制作所制造)、作为激发光的He-Cd 激光(325nm)及CCD检测器，并且测量温度为10K。从在测量中获得的磷光光谱中的最短波长一侧的峰值求出三重激发态能级。
如在表1及表2中举出的例子，使用满足如下条件的化合物：有机化合物 131的HOMO能级高于或等于有机化合物132的HOMO能级，以及有机化合物131的LUMO能级低于或等于有机化合物132的LUMO能级；或者有机化合物131的氧化电位低于或等于有机化合物132的氧化电位，以及有机化合物 131的还原电位高于或等于有机化合物132的还原电位，注入在EL层100中的载流子可以在有机化合物131中高效地复合，由此可以提供发光效率高的发光元件。
另外，如在表3中举出的例子，通过使用有机化合物132的三重激发态能级高于有机化合物131的三重激发态能级的化合物，能量可以被容易地从有机化合物132的三重激发态能级转移到有机化合物131的三重激发态能级。因此，容易产生(γ)来自主体材料的能量转移过程，可以提供发光效率高的发光元件。
在发光层120中，客体材料133(荧光材料)优选但不具体限于：蒽衍生物、并四苯衍生物、
Figure BDA0002020376080000271
(chrysene)衍生物、菲衍生物、芘衍生物、二萘嵌苯衍生物、芪衍生物、吖啶酮衍生物、香豆素衍生物、吩恶嗪衍生物或吩噻嗪衍生物等，例如可以使用如下任何材料。
例子包括5，6-双[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-2，2'-联吡啶(简称：PAP2BPy)、 5，6-双[4'-(10-苯基-9-蒽基)联苯-4-基]-2，2'-联吡啶(简称：PAPP2BPy)、 N，N'-二苯基-N，N'-双[4-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]芘-1，6-二胺(简称：1， 6FLPAPrn)、N，N’-双(3-甲基苯基)-N，N’-双[3-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]芘-1，6-二胺(简称：1，6mMemFLPAPrn)、N，N'-双[4-(9H-咔唑-9-基) 苯基]-N，N'-二苯基芪-4，4'-二胺(简称：YGA2S)、4-(9H-咔唑-9-基)-4'- (10-苯基-9-蒽基)三苯胺(简称：YGAPA)、4-(9H-咔唑-9-基)-4'-(9，10- 二苯基-2-蒽基)三苯胺(简称：2YGAPPA)、N，9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9- 蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称：PCAPA)、二萘嵌苯、2，5，8，11-四(叔丁基)二萘嵌苯(简称：TBP)、4-(10-苯基-9-蒽基)-4'-(9-苯基-9H-咔唑-3- 基)三苯胺(简称：PCBAPA)、N，N”-(2-叔丁基蒽-9，10-二基二-4，1-亚苯基)双[N，N'，N'-三苯基-1，4-亚苯基二胺](简称：DPABPA)、N，9-二苯基-N-[4-(9，10-二苯基-2-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称：2PCAPPA)、 N-[4-(9，10-二苯基-2-蒽基)苯基]-N，N'，N'-三苯基-1，4-亚苯基二胺(简称：2DPAPPA)、N，N，N'，N'，N”，N”，N”'，N”'-八苯基二苯并[g，p]
Figure BDA0002020376080000281
(chrysene) -2，7，10，15-四胺(简称：DBC1)、香豆素30、N-(9，10-二苯基-2-蒽基) -N，9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简称：2PCAPA)、N-[9，10-双(1，1'-联苯-2- 基)-2-蒽基]-N，9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简称：2PCABPhA)、N-(9，10- 二苯基-2-蒽基)-N，N'，N'-三苯基-1，4-亚苯基二胺(简称：2DPAPA)、N-[9， 10-双(1，1'-联苯-2-基)-2-蒽基]-N，N'，N'-三苯基-1，4-亚苯基二胺(简称： 2DPABPhA)、9，10-双(1，1'-联苯-2-基)-N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N- 苯基蒽-2-胺(简称：2YGABPhA)、N，N，9-三苯基蒽-9-胺(简称：DPhAPhA)、香豆素6、香豆素545T、N，N'-二苯基喹吖酮(简称：DPQd)、5，6，11， 12-四苯基并四苯(俗名：红荧烯)、5，12-双(1，1'-联苯-4-基)-6，11-二苯基并四苯(简称：BPT)、2-(2-{2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙烯基}-6-甲基-4H- 吡喃-4-亚基)丙二腈(简称：DCM1)、2-{2-甲基-6-[2-(2，3，6，7-四氢-1H， 5H-苯并[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(简称：DCM2)、N，N，N'，N'-四(4-甲基苯基)并四苯-5，11-二胺(简称：p-mPhTD)、7，14- 二苯基-N，N，N'，N'-四(4-甲基苯基)苊并[1，2-a]荧蒽-3，10-二胺(简称： p-mPhAFD)、2-{2-异丙基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基-2，3，6，7-四氢-1H， 5H-苯并[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(简称：DCJTI)、2-{2- 叔丁基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基-2，3，6，7-四氢-1H，5H-苯并[ij]喹嗪-9-基) 乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(简称：DCJTB)、2-(2，6-双{2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙烯基}-4H-吡喃-4-亚基)丙二腈(简称：BisDCM)、2-{2，6-双[2-(8-甲氧基-1，1，7，7-四甲基-2，3，6，7-四氢-1H，5H-苯并[ij]喹嗪-9- 基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(简称：BisDCJTM)以及5，10，15，20- 四苯基双苯并[5，6]茚并[1，2，3-cd:1'，2'，3'-lm]二萘嵌苯。
由于上文所述的客体材料133的材料是非限制性例子，所以可以使用其他材料，只要作为能量供体的有机化合物131的发光(热活化延迟荧光)与作为能量受体的客体材料133的发光材料的吸收光谱中的最长波长一侧的吸收带 (对应从客体材料133的单重基态到单重激发态的迁移的吸收)重叠即可。
注意，发光层120可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、喷墨法、涂敷法或凹版印刷等的方法形成。
下面，对图1A所示的发光元件150的其他组件的细节进行说明。
<<电极对>>
电极101和电极102具有对发光层120注入空穴和电子的功能。电极101 及电极102可以使用例如金属、合金或导电性化合物或者它们的混合物或叠层体形成。金属的典型例子是铝，除此之外，可以使用银、钨、铬、钼、铜或钛等过渡金属，锂、钠或铯等碱金属或者钙或镁等第2族金属。作为过渡金属，可以使用镱(Yb)等稀土金属。作为合金，可以使用包括上述任何金属的合金，例如可以举出MgAg和AlLi。作为导电性化合物，可以举出氧化铟-氧化锡(氧化铟锡)等金属氧化物。作为导电性化合物也可以使用石墨烯等无机碳类材料。如上所述，也可以通过层叠两种或更多种这些材料形成电极101和/或电极102。
从发光层120获得的光透过电极101和/或电极102被提取。因此，电极 101和电极102中的至少一个使可见光透过。当将金属或合金等透光性低的材料用于形成提取光的电极时，只要以能够使可见光透过的程度的厚度(例如， 1nm至10nm的厚度)形成电极101和/或电极102即可。
<<空穴注入层>>
空穴注入层111具有通过降低来自电极101的空穴注入势垒促进空穴注入的功能，并例如使用过渡金属氧化物、酞菁衍生物或芳族胺形成。作为过渡金属氧化物可以举出钼氧化物、钒氧化物、钌氧化物、钨氧化物或锰氧化物等。作为酞菁衍生物，可以举出酞菁或金属酞菁等。作为芳族胺，可以举出联苯胺衍生物或亚苯基二胺衍生物等。此外，也可以使用聚噻吩或聚苯胺等高分子化合物，典型的是：作为被自掺杂的聚噻吩的聚(亚乙基二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)。
作为空穴注入层111，也可以使用具有包括空穴传输性材料和具有接收来自空穴传输性材料的电子的特性的材料的复合材料层。或者，也可以使用包含具有接收电子的特性的材料的层与包含空穴传输性材料的层的叠层。在稳定状态或者在存在有电场的状态下，电荷的转移可以在这些材料之间进行。作为具有接收电子的特性的材料的例子，可以举出醌二甲烷衍生物、四氯苯醌衍生物及六氮杂三亚苯基衍生物等有机受体。具体例子是具有吸电子基团(卤基或氰基)的化合物，例如：7，7，8，8-四氰基-2，3，5，6-四氟醌二甲烷(简称： F4-TCNQ)、氯醌或2，3，6，7，10，11-六氰-1，4，5，8，9，12-六氮三亚苯基(简称：HAT-CN)。或者，也可以使用过渡金属氧化物、例如第4族至第8族金属的氧化物。具体而言，可以使用氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰或氧化铼等。具体来说，更优选使用氧化钼，因为其在大气中稳定，吸湿性低，并且容易处理。
作为空穴传输性材料，可以使用空穴传输性比电子传输性高的材料，优选使用具有1×10-6cm2/Vs及以上的空穴迁移率的材料。具体而言，可以使用芳族胺、咔唑衍生物、芳烃或芪衍生物等。可以使用作为有机化合物132所例示的具有容易接受空穴的骨架的化合物。另外，空穴传输性材料可以是高分子化合物。
<<空穴传输层>>
空穴传输层112是包含空穴传输性材料的层，可以使用作为空穴注入层111 的材料所例示的材料形成。为了空穴传输层112具有将注入到空穴注入层111 的空穴传输到发光层120的功能，空穴传输层112的HOMO能级优选与空穴注入层111的HOMO能级相同或接近。
<<电子传输层>>
电子传输层118具有将从电极102经过电子注入层119注入的电子传输到发光层120的功能。作为电子传输性材料，可以使用电子传输性比空穴传输性高的材料，优选使用具有1×10-6cm2/Vs及以上的电子迁移率的材料。具体例子包括具有喹啉配体、苯并喹啉配体、噁唑配体或噻唑配体的金属配合物，噁二唑衍生物，三唑衍生物，菲咯啉衍生物，吡啶衍生物以及联吡啶衍生物。可以使用作为有机化合物132所例示的具有容易接受电子的骨架的化合物。
<<电子注入层>>
电子注入层119具有通过降低来自电极102的电子注入势垒促进电子注入的功能，例如可以使用第1族金属或第2族金属或者上述任何金属的氧化物、卤化物或碳酸盐形成。或者，也可以使用(上述)电子传输性材料和具有对电子传输性材料供应电子的特性的材料的复合材料。作为具有供电子特性的材料，可以举出第1族金属、第2族金属或上述任何金属的氧化物等。
注意，上述空穴注入层111、空穴传输层112、电子传输层118及电子注入层119都可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、喷墨法、涂敷法或凹版印刷等的方法形成。
作为空穴注入层111、空穴传输层112、发光层120、电子传输层118及电子注入层119，除了上述材料之外，也可以使用无机化合物或高分子化合物(低聚物、树枝状聚合物或聚合物等)。
<<衬底>>
在玻璃或塑料等的衬底上制造发光元件150。作为在衬底上层叠的顺序，可以从电极101侧依次层叠，或者可以从电极102侧依次层叠。
注意，作为能够在其上形成发光元件150的衬底，例如可以使用玻璃、石英或塑料等。或者，可以使用柔性衬底。柔性衬底是可以弯曲的衬底，例如由聚碳酸酯或聚芳酯制成的塑料衬底等。也可以使用膜或通过蒸镀形成的无机膜等。注意，只要在发光元件及光学元件的制造过程中起支撑物的作用，就可以使用其他材料。或者，只要具有保护发光元件及光学元件的功能，就可以使用其他材料。
例如，可以使用各种衬底形成发光元件150。对衬底的种类没有特别的限制。作为衬底，例如可以使用半导体衬底(例如，单晶衬底或硅衬底)、SOI 衬底、玻璃衬底、石英衬底、塑料衬底、金属衬底、不锈钢衬底、包含不锈钢箔的衬底、钨衬底、包含钨箔的衬底、柔性衬底、贴合膜、包含纤维状材料的纸或者基材膜等。玻璃衬底的例子包括钡硼硅酸盐玻璃衬底、铝硼硅酸盐玻璃衬底及钠钙玻璃衬底。柔性衬底、贴合膜及基材膜等的例子是以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)及聚四氟乙烯(PTFE)为代表的塑料的衬底。另一个例子是诸如丙烯酸类等树脂。其他例子是聚丙烯、聚酯、聚氟化乙烯及聚氯乙烯等。或者，例子是聚酰胺、聚酰亚胺、芳族聚酰胺、环氧树脂、蒸镀形成的无机膜及纸类等。
或者，可以作为衬底使用柔性衬底，并且可以在柔性衬底上直接提供发光元件。或者，也可以在衬底与发光元件之间设置剥离层。当剥离层上制造发光元件的一部分或全部，然后将其从衬底分离并转置到其他衬底上时可以使用剥离层。此时，可以将发光元件转置到耐热性低的衬底或也可以转置到柔性衬底上。作为上述剥离层，例如可以使用钨膜和氧化硅膜的无机膜的叠层结构或在衬底上形成有聚酰亚胺等树脂膜。
也就是说，可以在使用衬底来形成发光元件之后，将发光元件转置到另一个衬底上。发光元件被转置的衬底的例子除了上述衬底之外还包括玻璃纸衬底、石材衬底、木材衬底、布衬底(包括天然纤维(例如丝、棉或麻)、合成纤维 (尼龙、聚氨酯或聚酯)或再生纤维(醋酯纤维、铜氨纤维、人造纤维或再生聚酯)等)、皮革衬底以及橡胶衬底。通过采用这些衬底，可以制造耐用性高的发光元件、耐热性高的发光元件、轻量的发光元件或薄型的发光元件。
可以在上述衬底上形成例如场效应晶体管(FET)，并且在与FET电连接的电极上形成发光元件150，由此可以制造通过FET控制发光元件150的驱动的有源矩阵型显示装置。
在本实施方式中，对本发明的一个方式进行说明。在其他实施方式中，将对本发明的实施方式进行说明。但是，本发明的一个方式不局限于上述例子。例如，本发明的一个实施方式不局限于如下例子：有机化合物131的HOMO 能级高于或等于有机化合物132的HOMO能级以及有机化合物131的LUMO 能级低于或等于有机化合物132的LUMO能级；以及有机化合物131的氧化电位低于或等于有机化合物132的氧化电位以及有机化合物131的还原电位高于或等于有机化合物132的还原电位。根据情况或状况，在本发明的一个实施方式中，有机化合物131的HOMO能级不一定必须要高于或等于有机化合物132 的HOMO能级，并且有机化合物131的LUMO能级不一定必须要低于或等于有机化合物132的LUMO能级。有机化合物131的氧化电位不一定必须要低于或等于有机化合物132的氧化电位，以及有机化合物131的还原电位不一定必须要高于或等于有机化合物132的还原电位。或者，本发明的一个实施方式不局限于上文所述的有机化合物131是在室温下呈现热活化延迟荧光的物质的例子。根据情况或状况，在本发明的一个实施方式中，例如，有机化合物131可以包含在室温下呈现热活化延迟荧光的物质之外的物质。或者，根据情况或状况，在本发明的一个实施方式中，例如，有机化合物131不一定包含在室温下呈现热活化延迟荧光的物质。或者，本发明的一个实施方式不局限于有机化合物131的重量百分比低于有机化合物132的重量百分比的例子。根据情况或状况，有机化合物131的重量百分比不限于比有机化合物132的重量百分比低的情况。
本实施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。
实施方式2
在本实施方式中，参照图3A和图3B对与实施方式1所示的结构不同的结构的发光元件及该发光元件的发光机理进行说明。
<发光元件的结构实例>
图3A是发光元件450的截面示意图。
图3A所示的发光元件450在一对电极(电极401与电极402)之间包括多个发光单元(图3A中的发光单元441和发光单元442)。一个发光单元具有与图1A所示的EL层100同样的结构。就是说，图1A所示的发光元件150包括一个发光单元，而发光元件450包括多个发光单元。注意，在发光元件450的以下描述中，电极401被用作阳极而电极402被用作阴极，但是在发光元件450 中的功能也可以是交换的。
在图3A所示的发光元件450中，层叠有发光单元441和发光单元442，并且在发光单元441与发光单元442之间设置有电荷产生层445。注意，发光单元441和发光单元442可以具有相同结构或不同结构。例如，优选的是，将图 1A和图1B所示的EL层100用于发光单元441，并且将作为发光材料含有磷光材料的发光层用于发光单元442。
就是说，发光元件450包括发光层443和发光层444。发光单元441除了发光层443之外还包括空穴注入层411、空穴传输层412、电子传输层413及电子注入层414。发光单元442除了发光层444之外还包括空穴注入层415、空穴传输层416、电子传输层417及电子注入层418。
电荷产生层445优选包含由有机材料和具有接收电子的特性的材料的复合材料。作为复合材料，也以使用能够用于实施方式1所述的空穴注入层111的复合材料。作为有机材料，可以使用芳香胺化合物、咔唑化合物、芳烃及高分子化合物(低聚物、树枝状聚合物、或聚合物等)等各种化合物。优选使用其空穴迁移率为1×10-6cm2/Vs及以上的有机材料。注意的是，可以使用任意其他材料，只要其空穴传输性高于电子传输性即可。因为有机材料和具有接收电子的特性的材料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或低电流驱动。注意，如发光单元442那样，阳极侧的发光材料表面接触于电荷产生层445时，电荷产生层445还可以具有发光单元的空穴注入层或空穴传输层的功能；所以在发光单元中可以不包含空穴注入层或空穴传输层。
电荷产生层445可以具有叠层结构，该层叠结构是含有有机材料和具有接收电子的特性的材料的复合材料的层以及含有其他材料的层。例如，可以使用含有机材料与具有电子接收性质的材料的复合材料与含有选自下组的材料(具有供电子特性的材料和具有高电子传输性的化合物)的组合来形成电荷产生层 445。另外，可以采用包含有机材料和具有接收电子的特性的材料的复合材料层与包括透明导电膜的层的结构的组合物来形成电荷产生层445。
在发光单元441与发光单元442之间提供的电荷产生层445可以具有任意结构，只要在将电压施加到电极401和电极402时能够将电子注入到一侧上的发光单元且能够将空穴注入到另侧上的发光单元即可。例如，在图3A中，在以使电极401的电位高于电极402的电位的实施方式施加电压时，电荷产生层 445将电子注入到发光单元441且将空穴注入到发光单元442。
在图3A中说明了具有两个发光单元的发光元件，但是可以将相似的结构应用于层叠有三个或更多个的发光单元的发光元件。如发光元件450所示，通过在一对电极之间以由电荷产生层将其隔开的方式配置多个发光单元，可以实现在保持低电流密度的同时可以进行高亮度发光，并且使用寿命更长的发光元件。可以实现功耗低的发光元件。
通过将图1A和图1B所示的EL层100的结构应用于所述多个单元中的至少一个单元，可以提供一种发光效率高的发光元件。
发光层443包含有机化合物421、有机化合物422和客体材料423。发光层444包含有机化合物431、有机化合物432和客体材料433。
在本实施方式中，发光层443具有与图1A和图1B所示的发光层120相似结构。就是说，发光层443中的有机化合物421、有机化合物422及客体材料 423分别相当于发光层120中的有机化合物131、有机化合物132及客体材料 133。在以下描述中，发光层444所含的客体材料433为磷光材料。注意，电极401、电极402、空穴注入层411及空穴注入层415、空穴传输层412及空穴传输层416、电子传输层413及电子传输层417、电子注入层414及电子注入层418分别相当于实施方式1的电极101、电极102、空穴注入层111、空穴传输层112、电子传输层118及电子注入层119。因此，在本实施方式中省略其详细说明。
<发光层443的发光机理>
发光层443的发光机理与图2A至图2C所示的发光层120的发光机理相似。
<发光层444的发光机理>
下面，对发光层444的发光机理进行说明。
发光层444所含的有机化合物431和有机化合物432形成激基复合物。在此，以有机化合物431为主体材料，将有机化合物432称为辅助材料来进行说明。
虽然有机化合物431和有机化合物432的组合只要是能够在发光层444中形成激基复合物的组合即可，但是一个有机化合物为具有空穴传输性的材料且另一个有机化合物为具有电子传输性的材料是优选的。
图3B示出发光层444中的有机化合物431、有机化合物432与客体材料 433之间的能级相关性。图3B中的记载及符号表示如下：
Host(431)：主体材料(有机化合物431)；
Assist(432)：辅助材料(有机化合物432)；
Guest(433)：客体材料433(磷光材料)；
SPH：主体材料(有机化合物431)的单重激发态的最低能级；
TPH：主体材料(有机化合物431)的三重激发态的最低能级；
TPG：客体材料433(磷光材料)的三重激发态的最低能级；
SPE：激基复合物的单重激发态的最低能级；以及
TPE：激基复合物的三重激发态的最低能级。
由有机化合物432和有机化合物431形成的激基复合物的单重激发态的最低能级(SPE)与激基复合物的三重激发态的最低能级(TPE)彼此接近(参照图3B的E7)。
然后，激基复合物的SPE和TPE的能量都转移到客体材料433(磷光材料) 的三重激发态的最低能级(TPG)，因此获得发光(参照图3B的E8)。
在本说明书等中，可以将上述途径E7及途径E8的过程称为激基复合物-三重态能量转移(ExTET，Exciplex-Triplet Energy Transfer：)。
当有机化合物431和有机化合物432中的一个接收空穴的，以及其中的另一个电子，它们互相接近时，迅速形成激基复合物。或者，当一个化合物成为激发态时，其迅速与另一个化合物相互作用而形成激基复合物。因此，发光层 444中的大部分的激子作为激基复合物存在。因为激基复合物的带隙比有机化合物431及有机化合物432的每一个窄，所以当形成激基复合物时，可以降低发光元件的驱动电压。
当发光层444具有上述结构时，可以高效地获得来自发光层444的客体材料433(磷光材料)的发光。
注意，与来自发光层444的发光的峰值相比，来自发光层443的发光优选在较短波长侧具有峰值，。使用以短波长发光的磷光材料的发光元件具有亮度劣化快的趋势。于是，采用荧光以短波长发光，从而可以提供亮度劣化较小的发光元件。
另外，可以制造发光层443和发光层444以不同发光波长发光，从而发光元件可以是多色发光的发光元件。在此情况下，发光元件的发射光谱由于合成具有不同的发光峰值的光而形成，因此具有至少两个峰值。
上述结构还适合用来获得白色发光。当发光层443和发光层444发射互补的光时，可以获得白色发光。
另外，通过将发光波长不同的多个发光材料用于发光层443和发光层444 中的一方或双方时，可以获得由三原色或四种或更多种的发光颜色构成的演色性高的白色发光。在此情况下，可以将发光层443和发光层444中的一方或双方分割为层状并使该被分割的层的每一个也可以含有相互不同的发光材料。
下面，对能够用于发光层443及发光层444的材料进行说明。
<能够用于发光层443的材料>
作为能够用于发光层443的材料，也可以参照上述实施方式1所示的能够用于发光层120的材料。
<能够用于发光层444的材料>
在发光层444中，有机化合物431(主体材料)的重量百分比最大，客体材料433(磷光材料)分散在有机化合物431(主体材料)中。
有机化合物431(主体材料)的例子包括锌或铝类金属配合物、噁二唑衍生物、三唑衍生物、苯并咪唑衍生物、喹喔啉衍生物、二苯并喹喔啉衍生物、二苯并噻吩衍生物、二苯并呋喃衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、吡啶衍生物、联吡啶衍生物以及菲咯啉衍生物等。其他例子是芳族胺和咔唑衍生物等。另外，可以使用实施方式1所示的具有容易接受电子的骨架的化合物和具有容易接受空穴的骨架的化合物。
作为客体材料433(磷光材料)，可以使用铱类、铑类或铂类有机金属配合物或者金属配合物，具体来说，优选的是有机铱配合物，例如铱类邻位金属配合物。作为邻位金属化的配体，可以举出4H-三唑配体、1H-三唑配体、咪唑配体、吡啶配体、嘧啶配体、吡嗪配体及异喹啉配体等。作为金属配合物可以举出具有卟啉配体的铂配合物等。
作为有机化合物432(辅助材料)，使用可以与有机化合物431一起形成激基复合物的物质。在该情况下，优选以激基复合物的发光峰值与磷光材料的三重金属到配体的电荷转移(MLCT，：Metal to Ligand Charge Transfer)跃迁的吸收带(具体而言，最长波长侧的吸收带)重叠的方式选择有机化合物431、有机化合物432及客体材料433(磷光材料)。由此，可以提供发光效率得到显著提高的发光元件。注意，在使用热活化延迟荧光材料代替磷光材料的情况下，最长波长一侧的吸收带优选为单重态的吸收带。具体而言，作为有机化合物432，可以使用实施方式1所示的具有容易接受电子的骨架的化合物或具有容易接受空穴的骨架的化合物。
作为包含在发光层444中的发光材料，可以使用任何材料，只要是能够将三重激发态能转换为发光即可。作为能够将三重激发态能转换为发光的材料的例子，除了磷光材料以外还可以举出热活化延迟荧光材料。因此，可以将说明书中的术语“磷光材料”替换为术语“热活化延迟荧光材料”。注意，热活化延迟荧光材料是指能够使用微小的热能量将三重激发态上转换(up-convert)为单重激发态(可以实现逆系间窜越)并高效地呈现来自单重激发态的发光(荧光) 的材料。高效地获得热活化延迟荧光的条件为如下：三重激发态能级与单重激态发能级的能量差大于0eV且小于或等于0.2eV，优选大于0eV且小于或等于0.1eV。
对包含在发光层443中的发光材料和包含在发光层444中的发光材料的发光颜色没有限制，并且它们可以相同或不同。来自发光材料的发光被混合并提取到元件的外部，因此例如在它们的发光颜色处于呈现互补色的关系时，发光元件可以发射白色光。当考虑发光元件的可靠性时，包含在发光层443中的发光材料的发光峰值波长优选比包含在发光层444中的发光材料短。
注意，发光层443及发光层444可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、喷墨法、涂敷法或凹版印刷等的方法形成。
注意，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。
实施方式3
在本实施方式中，参照图4A和图4B对与实施方式1及实施方式2所示的结构不同的结构的发光元件进行说明。
<发光元件的结构实例>
图4A是本发明的一个实施方式的发光元件452的截面示意图。
发光元件452在电极401与电极402之间包括多个发光单元(图4A中的发光单元446和发光单元447)。一个发光单元具有与图1A所示的EL层100 同样的结构。就是说，图1A所示的发光元件150包括一个发光单元，而发光元件452包括所述多个发光单元。注意，在本实施方式的以下描述中，电极401 用作阳极且电极402用作阴极，但是作为发光元件452的功能也可以采用与此相反的功能。
在图4A所示的发光元件452中，层叠发光单元446和发光单元447，并且在发光单元446与发光单元447之间提供有电荷产生层445。注意，发光单元 446和发光单元447可以具有相同结构或不同结构。例如，优选的是，将作为发光材料的含有荧光材料的发光层用于发光单元446，并且将图1A所示的EL 层100用于发光单元447。
就是说，发光元件452包括发光层448和发光层449。发光单元446除了发光层448之外还包括空穴注入层411、空穴传输层412、电子传输层413及电子注入层414。发光单元447除了发光层449之外还包括空穴注入层415、空穴传输层416、电子传输层417及电子注入层418。
在图4A中说明了具有两个发光单元的发光元件，但是可以将同样的结构应用于层叠有三个或更多个的发光单元的发光元件。如发光元件452所示，通过在一对电极之间以由电荷产生层将其隔开的实施方式配置多个发光单元，可以实现在保持低电流密度的同时可以进行高亮度发光，并且使用寿命更长的发光元件。可以提供功耗低的显示装置。
当图1A所示的EL层100的结构应用于所述多个单元中的至少一个单元时，可以提供发光效率高的发光元件。
发光层448包含主体材料461和客体材料462。发光层449包含有机化合物471、有机化合物472和客体材料473。
在本实施方式中，发光层449具有与图1A和图1B所示的发光层120相似的结构。就是说，发光层449中的有机化合物471、有机化合物472及客体材料473分别相当于发光层120中的有机化合物131、有机化合物132及客体材料133。以下描述中，发光层448中所含的客体材料462为荧光材料。
<发光层448的发光机理>
首先，对发光层448的发光机理进行说明。
在发光层448中，通过载流子复合形成激发态。因为主体材料461的量比客体材料462更多，所以主体材料461由于激子的生成而成为激发态。通过载流子复合产生的单重激发态与三重激发态的比例(以下，称为激子生成几率) 大约为1:3。
首先，下面将对主体材料461的三重激发态能级高于客体材料462的三重激发态能级的情况进行说明。
主体材料461的三重激发态能级转移到客体材料462的三重激发态能级 (三重态能量转移)。但是，因为客体材料462是荧光材料，所以处于三重激发态的客体材料462在可见光区域中不发光。因此，难以将主体材料461的三重激发态的能量用于发光。因此，当主体材料461的三重激发态能级比客体材料462的三重激发态能级高时，难以将所注入的载流子中的超过25％的量的载流子用于发光。
图4B示出本发明的一个实施方式的发光层448中的主体材料461与客体材料462之间的能级相关性。图4B中的记载及符号表示如下：
Host(461)：主体材料461；
Guest(462)：客体材料462(荧光材料)；
SFH：主体材料461的单重激发态的最低能级；
TFH：主体材料461的三重激发态的最低能级；
SFG：客体材料462(荧光材料)的单重激发态的最低能级；以及
TFG：客体材料462(荧光材料)的三重激发态的最低能级。
如图4B所示，客体材料462的三重激发态能级(图4B中的TFG)高于主体材料461的三重激发态能级(图4B中的TFH)。
另外，如图4B所示，因三重态-三重态湮灭(TTA：Triplet-Triplet Annihilation)(参照图4B的途径E9)导致三重态激子彼此碰撞，它们的激发能量的一部分被转换为主体材料461的单重激发态的最低能级(SFH)。主体材料461的单重激发态的能量从主体材料461的单重激发态的最低能级(SFH)转移到能级低于 SFH的客体材料462(荧光材料)的单重激发态的最低能级(SFG)(参照图4B 的途径E10)。由此，客体材料462(荧光材料)成为单重激发态，因此发光。
因为主体材料462的三重激发态能级低于客体材料的三重激发态能级，所以TFG的激发能量不失活地转移到TFH(参照图4B所示的途径E11)，被用于 TTA。
通过作为发光层448采用上述结构，可以高效地获得来自发光层448的客体材料462的发光。
注意，将发光层448和发光层449制造成以不同发光波长发光，从而发光元件可以是多色发光的发光元件。在此情况下，发光元件的发射光谱由于合成具有不同的发光峰值的光而形成，因此具有至少两个峰值。
上述结构还适合用来获得白色发光。通过使来自发光层448的光和来自发光层449的光处于呈现互补色的关系，可以获得白色发光。
另外，通过将发光波长不同的多个发光材料用于发光层448和发光层449 中的一方或双方，可以获得由三原色或四种或更多种的发光颜色构成的演色性高的白色发光。在此情况下，也可以将发光层448和发光层449中的一方或双方分割为层状并使该被分割的层的每一个含有相互不同的发光材料。
<发光层449的发光机理>
发光层449的发光机理与图2A至图2C所示的发光层120的发光机理类似。
下面，对能够用于发光层448及发光层449的材料进行说明。
<能够用于发光层448的材料>
在发光层448中，主体材料461的重量百分比最大，客体材料462(荧光材料)分散在主体材料461中。优选的是，主体材料461的单重激发态能级高于客体材料462(荧光材料)的单重激发态能级，而主体材料461的三重激发态能级低于客体材料462(荧光材料)的三重激发态能级。
作为主体材料461，优选使用蒽衍生物或并四苯衍生物。因为这些衍生物都具有高的单重激发态能级及低的三重激发态能级。具体例子包括9-苯基-3-[4- (10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称：PCzPA)、3-[4-(1-萘基)-苯基]-9- 苯基-9H-咔唑(简称：PCPN)、9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称： CzPA)、7-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-7H-二苯并[c，g]咔唑(简称：cgDBCzPA)、 6-[3-(9，10-二苯基-2-蒽基)苯基]-苯并[b]萘并[1，2-d]呋喃(简称：2mBnfPPA) 以及9-苯基-10-{4-(9-苯基-9H-芴-9-基)-联苯-4’-基}-蒽(简称：FLPPA)。或者，可以举出5，12-二苯基并四苯和5，12-双(联苯-2-基)并四苯等。
客体材料462(荧光材料)的例子包括芘衍生物、蒽衍生物、三亚苯衍生物、芴衍生物、咔唑衍生物、二苯并噻吩衍生物、二苯并呋喃衍生物、二苯并喹喔啉衍生物、喹喔啉衍生物、吡啶衍生物、嘧啶衍生物、菲衍生物以及萘衍生物等。芘衍生物是特别优选的，因为其具有高的发光量子产率。芘衍生物的具体例子包括N，N’-双(3-甲基苯基)-N，N’-双[3-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]芘-1，6-二胺(简称：1，6mMemFLPAPrn)、N，N’-双[4-(9-苯基-9H-芴 -9-基)苯基]-N，N’-二苯基芘-1，6-二胺(简称：1，6FLPAPrn)、N，N’-双 (二苯并呋喃-2-基)-N，N’-二苯基芘-1，6-二胺(简称：1，6FrAPrn)以及N， N’-双(二苯并噻吩-2-基)-N，N’-二苯基芘-1，6-二胺(简称：1，6ThAPrn) 等。可以使用实施方式1所例示的任何荧光材料。
<能够用于发光层449的材料>
作为能够用于发光层449的材料，可以参照上述实施方式1所示的能够用于发光层120的材料。
对包含在发光层448中的发光材料和包含在发光层449中的发光材料的发光颜色没有限制，它们可以相同或不同。来自发光材料的发光被混合并提取到元件的外部，因此例如当它们的发光颜色处于呈现互补色的关系时，发光元件可以发射白色光。当考虑发光元件的可靠性时，包含在发光层448中的发光材料的发光峰值波长优选比包含在发光层449中的发光材料短。
注意，发光层448及发光层449可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、喷墨法、涂敷法或凹版印刷等的方法形成。
另外，上述结构可以与本实施方式和其他实施方式中的任何结构组合。
实施方式4
在本实施方式中，参照图5A及图5B说明包括本发明的一个方式的发光元件的显示装置。
图5A是显示本发明的一个实施方式的显示装置的方框图，图5B是显示本发明的一个实施方式的显示装置所包括的像素电路的电路图。
<显示装置>
图5A所示的显示装置包括：包含显示元件的像素的区域(以下称为像素部802)；提供在像素部802外侧并包含用来驱动像素的电路的电路部(以下称为驱动电路部804)；具有保护元件的功能的电路(以下称为保护电路806)；以及终端部807。注意，不一定需要提供保护电路806。
优选地，驱动电路部804的一部分或全部形成在形成有像素部802的衬底上，由此可以减少组件的数量和终端的数量。当驱动电路部804的一部分或全部没有形成在形成有像素部802的衬底上时，驱动电路部804的一部分或全部可以通过COG(Chip On Glass)或TAB(Tape Automated Bonding：卷带自动结合)安装。
像素部802包括用来驱动排列成X行(X为大于或等于2的自然数)Y列 (Y为大于或等于2的自然数)的显示元件的多个电路(以下将此类电路称为像素电路801)。驱动电路部804包括如下驱动电路，例如将信号(扫描信号) 供应到选择像素的电路(以下将该电路称为扫描线驱动电路804a)以及用来供应用于驱动像素中的显示元件的信号(数据信号)的电路(以下将该电路称为信号线驱动电路804b)。
扫描线驱动电路804a包括移位寄存器等。扫描线驱动电路804a通过终端部807接收用来驱动移位寄存器的信号并输出信号。例如，扫描线驱动电路804a 接收起始脉冲信号或时钟信号等并输出脉冲信号。扫描线驱动电路804a具有控制被供应扫描信号的布线(以下将此类布线称为扫描线GL_1至GL_X)的电位的功能。注意，可以提供多个扫描线驱动电路804a，从而分开地控制扫描线 GL_1至GL_X。或者，扫描线驱动电路804a具有供应初始化信号的功能。不局限于此，扫描线驱动电路804a可以供应其他信号。
信号线驱动电路804b包括移位寄存器等。信号线驱动电路804b通过终端部807来接收从其中得出数据信号的信号(图像信号)以及用来驱动移位寄存器的信号。信号线驱动电路804b具有根据图像信号生成待写入到像素电路801 的数据信号的功能。此外，信号线驱动电路804b具有响应于由于起始脉冲信号或时钟信号等的输入产生的脉冲信号而控制数据信号的输出的功能。另外，信号线驱动电路804b具有控制被供应数据信号的布线(以下将此类布线称为数据线DL_1至DL_Y)的电位的功能。或者，信号线驱动电路804b具有供应初始化信号的功能。不局限于此，信号线驱动电路804b可以供应其他信号。
信号线驱动电路804b包括例如多个模拟开关等来。信号线驱动电路804b 可以通过依次开启所述多个模拟开关来输出通过对图像信号进行时间分割所得到的信号作为数据信号。信号线驱动电路804b可以包括移位寄存器等。
脉冲信号及数据信号分别通过被供应扫描信号的所述多个扫描线GL之一及被供应数据信号的多个数据线DL之一被输入到所述多个像素电路801中的每一个。所述多个像素电路801中的每一个通过扫描线驱动电路804a来控制数据信号的写入及保持。例如，通过扫描线GL_m从扫描线驱动电路804a对第m 行第n列的像素电路801输入脉冲信号，并根据扫描线GL_m的电位通过数据线DL_n从信号线驱动电路804b对第m行第n列的像素电路801输入数据信号(m是X以下的自然数，n是Y以下的自然数)。
图5A所示的保护电路806连接到例如位于扫描线驱动电路804a和像素电路801之间的扫描线GL。或者，保护电路806连接到位于信号线驱动电路804b 和像素电路801之间的数据线DL。或者，保护电路806可以连接到位于扫描线驱动电路804a和终端部807之间的布线。或者，保护电路806可以连接到位于信号线驱动电路804b和终端部807之间的布线。注意，终端部807是指具有用来从外部的电路对显示装置输入电源、控制信号及图像信号的终端的部分。
保护电路806是当连接到保护电路的布线施加某一范围之外的电位时，使与保护电路连接的布线与其他布线之间电连接的电路。
如图5A所示，为像素部802和驱动电路部804提供保护电路806，从而可以提高显示装置对因ESD(Electro Static Discharge：静电放电)等而产生的过电流的耐性。注意的是，保护电路806的构造不局限于此，例如，可以采用将扫描线驱动电路804a与保护电路806连接的构造或者可以采用将信号线驱动电路804b与保护电路806连接的构造。或者，可以构造成将终端部807与保护电路806连接。
虽然在图5A中示出驱动电路部804包括扫描线驱动电路804a和信号线驱动电路804b的例子，但结构不局限于此。例如，可以只形成扫描线驱动电路 804a并可以安装单独制备的衬底，其中，形成了信号线驱动电路(例如，由单晶半导体膜或多晶半导体膜形成的驱动电路衬底))。
<像素电路的结构实例>
图5A所示的多个像素电路801的每一个可以具有例如图5B所示的结构。
图5B所示的像素电路801包括晶体管852和854、电容器862以及发光元件872。
晶体管852的源电极和漏电极中的一个电连接到被供应数据信号的布线 (以下，称为数据线DL_n)。晶体管852的栅电极电连接到被供应栅极信号的布线(以下，称为扫描线GL_m)。
晶体管852具有控制是否写入数据信号的功能。
电容器862的一对电极中的一个电连接到被供应电位的布线(以下，称为电位供应线VL_a)，另一个电连接到晶体管852的源电极和漏电极中的另一个。
电容器862具有作为储存被写入的数据的存储电容器的功能。
晶体管854的源电极和漏电极中的一个电连接到电位供应线VL_a。此外，晶体管854的栅电极电连接到晶体管852的源电极和漏电极中的另一个。
发光元件872的阳极和阴极中的一个电连接到电位供应线VL_b，另一个电连接到晶体管854的源电极和漏电极中的另一个。
作为发光元件872，可以使用实施方式1至实施方式3所示的任何发光元件。
注意，电位供应线VL_a和电位供应线VL_b中的一个被施加高电源电位 VDD，另一个被施加低电源电位VSS。
例如，在包括图5B的像素电路801的显示装置中，通过图5A所示的扫描线驱动电路804a依次选择各行的像素电路801，而使晶体管852开启并写入数据信号。
当晶体管852被关闭时，被写入数据的像素电路801成为保持状态。此外，流过晶体管854的源电极与漏电极之间的电流量根据写入的数据信号的电位进行控制。发光元件872以对应于流过的电流量的亮度发光。通过按行依次进行上述步骤，显示图像。
本发明的一个实施方式的发光元件可以用于在显示装置的像素中包括有源元件的有源矩阵方法或者可以用于在显示装置的像素中没有包括有源元件的无源矩阵方法。
在有源矩阵方法中，作为有源元件(非线性元件)，不仅可以使用晶体管，还可以使用各种有源元件(非线性元件)。例如，也可以使用MIM(Metal Insulator Metal：金属-绝缘体-金属)或TFD(Thin Film Diode：薄膜二极管)等。由于这些元件的制造工序少，因此能够降低制造成本或者提高成品率。另外，由于这些元件的尺寸小，所以可以改善孔径比，从而能够降低功耗或实现更高亮度。
作为除了有源矩阵方法以外的方法，也可以采用不使用有源元件(非线性元件)的无源矩阵方法。由于不使用有源元件(非线性元件)，所以制造工序少，从而可以降低制造成本或者提高成品率。另外，由于不使用有源元件(非线性元件)，所以可以例如改善孔径比，从而能够降低功耗或实现更高亮度。
本实施方式所示的结构可以与其他实施方式或实施例所示的任何结构适当地组合。
实施方式5
在本实施方式中，参照图6A和图6B、图7A至图7C、图8A和图8B、图 9A和图9B以及图10,说明包括本发明的一个实施方式的发光元件的显示装置以及该显示装置安装有输入装置的电子设备。
<关于触摸面板的说明1>
在本实施方式中，作为电子设备的一个例子，将对包括显示装置与输入装置的触摸面板2000进行说明。另外，作为输入装置，对使用的触摸传感器的例子进行说明。
图6A及图6B是触摸面板2000的透视图。注意，在图6A及图6B中，作为简化，只示出触摸面板2000的主要组件。
触摸面板2000包括显示装置2501及触摸传感器2595(参照图6B)。此外，触摸面板2000还包括衬底2510、衬底2570以及衬底2590。衬底2510、衬底2570以及衬底2590分别具有柔性。注意，衬底2510、衬底2570和衬底 2590中的一个或全部也可以不具有柔性。
显示装置2501包括衬底2510上的多个像素以及经由其向像素供应信号的多个布线2511。所述多个布线2511被引导在衬底2510的外周部，所述多个布线2511的一部分形成终端2519。终端2519与FPC2509(1)电连接。
衬底2590包括触摸传感器2595以及与触摸传感器2595电连接的多个布线2598。所述多个布线2598被引导在衬底2590的外周部，所述多个布线2598 的一部分形成终端。终端与FPC2509(2)电连接。注意，为了明确起见，在图6B中以实线示出提供在衬底2590的背面侧(朝向衬底2510的那侧)的触摸传感器2595的电极以及布线等。
作为触摸传感器2595，可以使用电容式触摸传感器。电容式触摸传感器的例子是表面型电容式和投影型电容式。
投影型电容式触摸传感器的例子是自电容式触摸传感器和互电容式触摸传感器，其主要不同之处是驱动方法。当采用互电容式时，可以同时检测出多个点，所以是优选的。
注意，图6B所示的触摸传感器2595是采用了投影型电容式触摸传感器的例子。
注意，作为触摸传感器2595，可以使用可检测出手指等传感目标的接近或接触的各种传感器。
投影型电容式触摸传感器2595包括电极2591及电极2592。电极2591电连接到所述多个布线2598之中的任何一个，而电极2592电连接到布线2598 之中的任何其他一个。
如图6A及图6B所示，电极2592分别具有在一个方向上配置的多个四边形的形状，四边形的一个角与另一个四边形的一个角相互连接。
电极2591分别是四边形，且排列成与电极2592延伸的方向交叉的方向。
布线2594与其间夹着电极2592的两个电极2591电连接。电极2592与布线2594的交叉部面积优选为尽可能小。该结构能够减少没有设置电极的区域的面积，可以降低透过率的变化。其结果，可以降低透过触摸传感器2595的光的亮度变化。
注意，电极2591及电极2592的形状不局限于此，可以具有任意各种形状。例如，可以采用如下结构：将所述多个电极2591排列成电极2591间的间隙尽可能减小，并且电极2592与电极2591间隔开，其间插入绝缘层，从而具有不与电极2591重叠的区域。此时，优选通过在相邻的两个电极2592之间提供与这些电极电绝缘的虚拟电极，因为这可以减少透过率不同的区域的面积。
<显示装置>
接着，将参照图7A说明显示装置2501的详细内容。图7A对应于沿着图 6B所示的点划线X1-X2切断的截面图。
显示装置2501包括排列成矩阵的多个像素。像素中的每一个包括显示元件以及驱动显示元件的像素电路。
在以下说明中，将描述使用发射白色光的发光元件作为显示元件的例子，但是显示元件不局限于该元件。例如，可以包括发光颜色不同的发光元件，从而相邻像素的发光颜色不同。
作为衬底2510及衬底2570，例如，可以适当地使用水蒸气透过率低于或等于 1×10-5g·m-2·天-1，优选低于或等于1×10-6g·m-2·天-1的柔性材料。或者，衬底2510及衬底2570优选使用热膨胀系数彼此大致相同的材料。例如，材料的线性膨胀系数优选低于或等于1×10-3/K，更优选低于或等于5×10-5/K，进一步优选低于或等于 1×10-5/K。
注意，衬底2510是叠层体，其中包括防止杂质扩散到发光元件的绝缘层 2510a、柔性衬底2510b以及使得绝缘层2510a与柔性衬底2510b相互附连的粘合层2510c。衬底2570是叠层体，其中包括防止杂质扩散到发光元件的绝缘层 2570a、柔性衬底2570b以及使得绝缘层2570a与柔性衬底2570b相互附连的粘合层2570c。
作为粘合层2510c及粘合层2570c，例如可以使用如下材料，包含聚酯、聚烯烃、聚酰胺(例如尼龙、芳族聚酰胺)、聚酰亚胺、聚碳酸酯、或者具有丙烯酸树脂的树脂、聚氨酯、环氧树脂、或者具有硅氧烷键的树脂，例如硅酮。
在衬底2510与衬底2570之间提供密封层2560。密封层2560优选具有比空气大的折射率。如图7A所示，当在密封层2560那侧提取光时，密封层2560 可以还可作用粘合层。
可以在密封层2560的外周部形成密封剂。通过使用密封剂，可以在由衬底2510、衬底2570、密封层2560及密封剂围绕的区域中提供发光元件2550R。注意，可以使用惰性气体(氮或氩等)代替密封层2560。可以在惰性气体内提供干燥剂而吸收水分等。可以使用紫外线可固化树脂或热可固化树脂，例如可以使用聚氯乙烯(PVC)类树脂、丙烯酸类树脂、聚酰亚胺类树脂、环氧类树脂、硅酮类树脂、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)类树脂或乙烯-醋酸乙烯酯(EVA) 类树脂。例如，作为密封剂，优选使用环氧类树脂或玻璃料。作为用于密封剂的材料，优选使用不使水分或氧透过的材料。
显示装置2501包括像素2502R。像素2502R包括发光模块2580R。
像素2502R包括发光元件2550R以及可以向发光元件2550R供应电力的晶体管2502t。注意，将晶体管2502t用作像素电路的一部分。发光模块2580R 包括发光元件2550R以及着色层2567R。
发光元件2550R包括下部电极、上部电极以及下部电极与上部电极之间的EL层。作为发光元件2550R，例如可以使用实施方式1至实施方式3所示的任意发光元件。
可以在下部电极与上部电极之间采用微腔结构，以增强特定波长的光的强度。
在光提取侧上提供密封层2560的情况下，密封层2560与发光元件2550R 及着色层2567R接触。
着色层2567R位于与发光元件2550R重叠的区域。由此，发光元件2550R 所发射的光的一部分透过着色层2567R，并以图7A中的箭头所示方向被射出到发光模块2580R的外部。
显示装置2501包括在光提取侧上的遮光层2567BM。将遮光层2567BM提供成围绕着色层2567R。
着色层2567R是具有使特定波长区的光透过的功能的着色层。例如，可以使用使红色波长范围的光透过的滤色器、使绿色波长范围的光透过的滤色器、使蓝色波长范围的光透过的滤色器或者使黄色波长范围的光透过的滤色器等。每个滤色器可以通过印刷法、喷墨法或利用光刻技术的蚀刻法等使用各种材料形成。
在显示装置2501中提供有绝缘层2521。绝缘层2521覆盖晶体管2502t。注意，绝缘层2521具有使由于像素电路所导致的不均匀性平坦化的功能。绝缘层2521可以具有抑制杂质扩散的功能。这可以防止由于杂质扩散导致晶体管2502t等的可靠性降低。
发光元件2550R被形成于绝缘层2521的上方。提供分隔壁2528，从而与发光元件2550R的下部电极的端部重叠。注意，可以在分隔壁2528上形成控制衬底2510与衬底2570的间隔的间隔物。
扫描线驱动电路2503g(1)包括晶体管2503t及电容器2503c。注意，可以将驱动电路与像素电路经同一工序形成在同一衬底上。
在衬底2510上提供有能够供应信号的布线2511。在布线2511上提供有终端2519。FPC2509(1)电连接到终端2519。FPC2509(1)具有供应视频信号、时钟信号、起始信号或复位信号等的功能。注意，也可以以印刷线路板(PWB： Printed Wiring Board)的方式提供FPC2509(1)。
在显示装置2501中，可以使用具有任意各种结构的晶体管。在图7A中，虽然示出了使用底栅型晶体管的例子，但本发明不局限于该例子，也可以将图7B所示的顶栅型晶体管适用于显示装置2501。
另外，对晶体管2502t及晶体管2503t的极性没有特别的限制。例如，对于这些晶体管，既可以使用n通道晶体管及p通道晶体管，又可以使用n通道晶体管或p通道晶体管。此外，对用于晶体管2502t及2503t的半导体膜的结晶性没有特别的限制。例如，可以使用无定形半导体膜或结晶半导体膜。半导体材料的例子包括第13族半导体(例如，包含镓的半导体)、第14族半导体 (例如，包含硅的半导体)、化合物半导体(包括氧化物半导体)及有机半导体等。优选使用能隙大于或等于2eV以上，优选大于或等于2.5eV，更优选大于或等于3eV的氧化物半导体作为晶体管2502t和晶体管2503t中的一个或两个，从而能够降低晶体管的关态电流(off-state current)，所以是优选的。氧化物半导体的例子包括In-Ga氧化物和In-M-Zn氧化物(M表示铝(Al)、镓 (Ga)、钇(Y)、锆(Zr)、镧(La)、铈(Ce)、锡(Sn)、铪(Hf)或钕(Nd))等。
<触摸传感器>
接着，参照图7C说明触摸传感器2595的详细内容。图7C对应于沿着图 6B所示的点划线X3-X4切断的截面图。
触摸传感器2595包括：在衬底2590上配置为交错布置的电极2591及电极2592；覆盖了电极2591及电极2592的绝缘层2593；以及使相邻电极2591 相互电连接的布线2594。
电极2591及电极2592使用透光性导电材料形成。作为透光性导电材料，可以使用诸如氧化铟、铟锡氧化物、铟锌氧化物、氧化锌或添加有镓的氧化锌等的导电氧化物。注意，还可以使用含有石墨烯的膜。含有石墨烯的膜可以通过例如使包含石墨烯氧化物的膜还原而形成。作为还原方法，可以采用进行加热等的方法。
例如，可以通过如下方式形成电极2591及电极2592：通过溅射法将透光性导电材料沉积在衬底2590上，之后通过诸如光刻法等各种图案形成技术去除不需要的部分。
用于绝缘层2593的材料的例子是树脂，例如丙烯酸树脂或环氧树脂，具有硅氧烷键的树脂，以及无机绝缘材料，例如氧化硅、氧氮化硅或氧化铝。
达到电极2591的开口形成在绝缘层2593中，并且布线2594与相邻的电极2591电连接。由于可以提高触摸面板的孔径比，因此透光导电材料可以有利地用作布线2594。另外，因为可以减少电阻，所以可以将导电性高于电极 2591及电极2592的导电性的材料用于布线2594。
一个电极2592延伸在一个方向上，多个电极2592设置为条状。布线2594 与电极2592交叉。
相邻电极2591提供有夹在其间的一个电极2592。布线2594电连接相邻的电极2591。
注意，所述多个电极2591并不一定要设置在与一个电极2592正交的方向上，并且可以设置为以大于0°且小于90°的角度与一个电极2592交叉。
布线2598与电极2591和电极2592中的任何电极电连接。将布线2598的一部分用作终端。作为布线2598，可以使用金属材料诸如铝、金、铂、银、镍、钛、钨、铬、钼、铁、钴、铜或钯等或者包含任何这些金属材料的合金材料。
注意，可以提供覆盖了绝缘层2593及布线2594的绝缘层，来保护触摸传感器2595。
连接层2599使得布线2598与FPC2509(2)电连接。
作为连接层2599，可以使用任意各向异性导电膜(ACF：Anisotropic ConductiveFilm)或各向异性导电膏(ACP：Anisotropic Conductive Paste)等。
<关于触摸面板的说明2>
接着，参照图8A说明触摸面板2000的详细内容。图8A对应于沿着图6A 所示的点划线X5-X6切断的截面图。
在图8A所示的触摸面板2000中，将参照图7A所述的显示装置2501与参照图7C所述的触摸传感器2595相互附连。
图8A所示的触摸面板2000除了参照图7A及图7C所述的组件之外还包括粘合层2597及抗反射层2567p。
提供的粘合层2597与布线2594接触。注意，粘合层2597使得衬底2590 与衬底2570附连，从而触摸传感器2595与显示装置2501重叠。粘合层2597 优选具有透光性。作为粘合层2597，可以使用热可固化树脂或紫外线可固化树脂。例如，可以使用丙烯酸类树脂、氨酯类树脂、环氧类树脂或硅氧烷类树脂。
抗反射层2567p设置在与像素重叠的区域中。作为抗反射层2567p，例如可以使用圆形偏振片。
接着，参照图8B对触摸面板进行描述，其结构不同于图8A所示的结构。
图8B是触摸面板2001的截面图。图8B所示的触摸面板2001与图8A所示的触摸面板2000的不同之处是相对于显示装置2501的触摸传感器2595的位置。下面，对不同的部分进行详细的说明，而对其他类似部分援用上文触摸面板2000的说明。
着色层2567R位于与发光元件2550R重叠的区域中。图8B所示的发光元件2550R将光射出到提供有晶体管2502t的那侧。由此，发光元件2550R所发射的光的一部分透过着色层2567R，并如图8B中的箭头所示的方向被射出到发光模块2580R的外部。
在显示装置2501的衬底2510侧提供触摸传感器2595。
在衬底2510与衬底2590之间提供粘合层2597，并使得触摸传感器2595 与显示装置2501附连。
如图8A或图8B所示，光可以从发光元件射出到衬底的顶面和底面中的一面或双面。
<触摸面板的驱动方法>
接着，参照图9A及图9B对触摸面板的驱动方法的一个例子进行说明。
图9A是示出互电容式触摸传感器的结构的方框图。在图9A中，示出脉冲电压输出电路2601和电流检测电路2602。注意，在图9A中，以X1至X6的 6个布线表示被施加有脉冲电压的电极2621，并以Y1至Y6的6个布线表示检测电流的变化的电极2622。图9A还显示电容器2603，其分别形成在电极2621 与电极2622彼此重叠的区域中。注意，电极2621与电极2622的功能可以互相调换。
脉冲电压输出电路2601是用来依次将脉冲电压施加到X1至X6的布线的电路。通过对X1至X6的布线施加脉冲电压，在电容器2603的电极2621与电极2622之间产生电场。例如，当遮蔽电极之间的电场时，使电容器2603(互电容)产生变化。通过利用该变化，可以检测出被检测体的接近或接触。
电流检测电路2602是用来检测电容器2603的互电容变化所引起的Y1至 Y6的布线的电流变化的电路。在Y1至Y6的布线中，在没有感应目标的接近或接触时，所检测的电流值没有变化，而另一方面，在由于感应目标的接近或接触而互电容减少时，检测到电流值减少。注意，使用积分电路等检测电流值。
图9B是示出图9A所示的互电容式触摸传感器中的输入/输出波形的时序图。在图9B中，在一个帧期间进行所有行和列中的感应目标的感应。图9B显示没有感应到感应目标(未触摸)的期间和感应到感应目标(触摸)的期间。 Y1至Y6的布线的感应电流值显示为电压值的波形。
依次对X1至X6的布线施加脉冲电压，Y1至Y6的布线的波形根据脉冲电压变化。当没有感应目标的接近或接触时，Y1至Y6的布线的波形根据X1 至X6的布线的电压变化产生变化。在有感应目标接近或接触时，该点的电流值减少，因而电压值的波形产生变化。
通过以这种方式检测互电容的变化，可以感应出感应目标的接近或接触。
<传感器电路>
虽然图9A示出在布线的交叉部只设置电容器2603的无源矩阵型触摸传感器作为触摸传感器，但是也可以采用包括晶体管和电容器的有源矩阵型触摸传感器。图10示出有源矩阵型触摸传感器所包括的传感器电路的一个例子。
图10所示的传感器电路包括电容器2603、晶体管2611、晶体管2612及晶体管2613。
将信号G2输入到晶体管2613的栅极。对晶体管2613的源极和漏极中的一个施加电压VRES，并且晶体管2613的源极和漏极中的另一个与电容器2603 的一个电极及晶体管2611的栅极电连接。晶体管2611的源极和漏极中的一个与晶体管2612的源极和漏极中的一个电连接，对晶体管2611的源极和漏极中的另一个施加电压VSS。将信号G1输入到晶体管2612的栅极，晶体管2612 的源极和漏极中的另一个与布线ML电连接。对电容器2603的另一个电极施加电压VSS。
接下来，对图10所示的传感器电路的工作进行说明。首先，作为信号G2 施加使晶体管2613成为开启状态的电位，从而与晶体管2611的栅极连接的节点n被施加对应于电压VRES的电位。接着，作为信号G2施加使晶体管2613 成为关闭状态的电位，节点n的电位被保持。
接着，由于诸如手指之类的感应目标的接近或接触，电容器2603的互电容产生变化，因此节点n的电位从VRES发生变化。
在读取工作中，作为信号G1施加使晶体管2612成为开启状态的电位。流过晶体管2611的电流，即流过布线ML的电流根据节点n的电位而产生变化。通过检测该电流，可以检测出感应目标的接近或接触。
在晶体管2611、晶体管2612及晶体管2613的每一个中，优选将氧化物半导体层用作半导体层，在其中形成通道区域。具体来说，优选将这种晶体管用作晶体管2613，从而能够长时间保持节点n的电位，并且可以减少对节点n再次供应VRES的工作(刷新工作)的频度。
本实施方式所示的结构可以与其他实施方式或实施例所示的任何结构适当地组合。
实施方式6
在本实施方式中，参照图11以及图12A至图12G对包括本发明的一个方式的发光元件的显示模块及电子设备进行说明。
<显示模块>
在图11所示的显示模块8000中，在上盖8001与下盖8002之间提供连接到FPC8003的触摸传感器8004、连接到FPC8005的显示装置8006、框架8009、印刷电路板8010以及电池8011。
例如可以将本发明的一个实施方式的发光元件用于显示装置8006。
上盖8001及下盖8002可以根据触摸传感器8004及显示装置8006的尺寸可以适当地改变形状和尺寸。
触摸传感器8004可以是电阻膜式触摸传感器或电容式触摸传感器，并且可以被形成为与显示装置8006重叠。可以使显示装置8006的对置衬底(密封衬底)具有触摸传感器的功能。可以在显示装置8006的各像素内设置光传感器，而形成光学触摸传感器。
框架8009保护显示装置8006并被用作用来阻断因印刷电路板8010的工作而产生的电磁波的电磁屏蔽。框架8009可以具有作为散热板的功能。
印刷电路板8010具有电源电路以及用来输出视频信号及时钟信号的信号处理电路。作为对电源电路供应电力的电源，可以采用外部的商业电源或者采用另行设置的电池8011。当使用商业电源时，可以省略电池8011。
显示模块8000还可以额外地提供诸如偏振片、相位差板或棱镜片等元件。
<电子设备>
图12A至图12G示出电子设备。这些电子设备可以包括外壳9000、显示部9001、扬声器9003、操作键9005(包括电源开关或操作开关)、连接终端 9006、传感器9007(具有测量或检测如下因素的功能的传感器：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、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、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)以及麦克风9008等。
图12A至图12G所示的电子设备可以具有各种功能，例如可以具有如下功能：将各种数据(静态图像、动态图像及文字图像等)显示在显示部上的功能；触控传感器的功能；显示日历、日期及时间等的功能；通过利用各种软件(程序)控制处理的功能；进行无线通信的功能；通过利用无线通信功能来连接到各种计算机网络的功能；通过利用无线通信功能，进行各种数据的发送和接收的功能；读取储存在存储介质中的程序或数据并将程序或数据显示在显示部上的功能；等。注意，图12A至图12G所示的电子设备可具有的功能不局限于上述功能，并且电子设备可以具有各种功能。虽然在图12A至图12G中未图示，但是电子设备可以包括多个显示部。电子设备可以具有照相机等，并具有如下功能：拍摄静态图像的功能；拍摄动态图像的功能；将所拍摄的图像储存在存储介质(外部存储介质或内置于照相机的存储介质)中的功能；将所拍摄的图像显示在显示部上的功能；等。
下面，详细地说明图12A至图12G所示的电子设备。
图12A是便携式信息终端9100的透视图。便携式信息终端9100所包括的显示部9001是柔性的。因此，可以沿着弯曲外壳9000的弯曲面结合显示部9001。另外，显示部9001包括触摸传感器，而可以用手指或触屏笔等触摸屏幕来进行操作。例如，当触摸显示于显示部9001上的图标时，可以启动应用程序。
图12B是便携式信息终端9101的透视图。便携式信息终端9101例如具有电话机、电子笔记本和信息阅读系统中的一种或多种的功能。具体而言，可以将便携式信息终端用作智能手机。注意，在图12B中未示出的扬声器9003、连接终端9006及传感器9007等，可以设置在便携式信息终端9101中，如图12A所示的便携式信息终端9100那样。便携式信息终端9101可以将文字和图像信息显示在其多个表面上。例如，可以将三个操作按钮9050(也称为操作图标或简单地称为图标)显示在显示部9001的一个表面上。另外，可以将由虚线矩形表示的信息9051显示在显示部9001的另一个表面上。信息9051的例子包括提示收到接收电子邮件、SNS(Social Networking Services：社交网络服务)及电话等的信息的显示；电子邮件和SNS的标题和发送者姓名；日期；时间；电池余量；以及天线接收的强度。作为信息9051的替代，可以在显示信息9051的位置上显示操作按钮9050等。
图12C是便携式信息终端9102的透视图。便携式信息终端9102具有将信息显示在显示部9001的三个或更多个表面上的功能。在此，信息9052、信息 9053及信息9054显示于不同的表面上。例如，便携式信息终端9102的使用者能够在将便携式信息终端9102放在他/她的上衣口袋里的状态下看到显示(这里是信息9053)。具体而言，将打来电话的人的电话号码或姓名等显示在能够从便携式信息终端9102的上方观看这些信息的位置。由此，使用者可以确认到该显示而无需从口袋里拿出便携式信息终端9102，并能够判断是否接电话。
图12D是手表型便携式信息终端9200的透视图。便携式信息终端9200可以执行例如移动电话通话、电子邮件、文章的阅读及编辑、音乐播放、网络通信及电脑游戏等各种应用程序。显示部9001的显示表面被弯曲，能够在弯曲的显示表面上显示图像。便携式信息终端9200可以进行基于现有通信标准的近距离无线通信。在此情况下，例如，可以便携式信息终端9200与可进行无线通信的耳麦之间的相互通信，从而实现免提通话。便携式信息终端9200包括连接终端9006，可以通过连接器直接与其他信息终端进行数据的传输和接收。可以通过连接终端9006进行充电。注意，充电工作也可以利用无线供电进行，而不使用连接终端9006。
图12E、12F和图12G是可折叠的便携式信息终端9201的透视图。图12E 示出展开状态的便携式信息终端9201的透视图。图12F示出进行展开或进行折叠的便携式信息终端9201的透视图。图12G示出折叠状态的便携式信息终端9201的透视图。便携式信息终端9201在折叠状态下可携带性好。便携式信息终端9201在展开状态下具有无缝拼接的较大的显示区域的一览性强。便携式信息终端9201所包括的显示部9001由铰链9055所连接的三个框体9000来支撑。通过铰链9055在两个外壳9000之间的连接部弯折便携式信息终端9201，可以从展开状态可逆性地变为折叠状态。例如，可以以大于或等于1mm且小于或等于150mm的曲率半径使便携式信息终端9201弯曲。
本实施方式所述的电子设备分别具有用来显示某些数据的显示部。注意，本发明的一个实施方式的发光元件也可以应用于不包括显示部的电子设备。虽然在本实施方式中示出了电子设备的显示部具有柔性且可以在所弯曲的显示面上进行显示的结构或能够使其显示部折叠的结构，但结构不局限于此，并且可以采用电子设备的显示部不具有柔性且在平面部上进行显示的结构。
本实施方式所示的结构可以与其他实施方式或实施例所示的任何结构适当地组合。
实施方式7
在本实施方式中，参照图13说明使用本发明的一个方式的发光元件的照明装置的例子。
图13示出将发光元件用于室内照明装置8501的例子。因为发光元件可以具有大面积，所以也可以形成大面积的照明装置。此外，也可以通过使用具有弯曲表面的外壳来形成发光区域具有弯曲表面的照明装置8502。本实施方式所述的发光元件为薄膜形式，这实现了外壳设计的高自由度。因此，可以精巧地将照明装置设计成各种形式。再者，室内的墙面也可以提供有大尺寸的照明装置8503。在照明装置8501、照明装置8502及照明装置8503中可以提供触摸传感器，以控制照明装置的启动或关闭。
另外，当发光元件用于桌子的表面侧时，可以获得具有桌子的功能的照明装置8504。当发光元件用于其他家具的一部分时，可以获得具有家具的功能的照明装置。
如上所述，可以得到应用发光元件的各种各样的照明装置。另外，这种照明装置也包括在本发明的一个方式中。
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。
实施例1
在本实施例中，显示发光元件(发光元件1及发光元件2)的制造实施例，其中，使用热活化延迟荧光物质(第一有机化合物)、主体材料(第二有机化合物)和发射荧光的客体材料的混合物作为发光层。图14是在本实施例中制造的发光元件的截面示意图。表4示出元件结构的详细结构。另外，以下示出在此使用的化合物的结构和简称。注意，其他化合物可以参照实施方式1。
[化学式4]
Figure BDA0002020376080000621
[表4]
Figure BDA0002020376080000631
描述了发光元件1及发光元件2的制造方法。
<发光元件1的制造>
通过溅射法在衬底520上形成厚度为110nm的包含氧化硅的铟锡氧化物 (简称：ITSO)的膜，以形成电极501。注意，电极501的电极面积为4mm2 (2mm×2mm)。
接着，作为用来在衬底520上形成发光元件的预处理，用水对衬底表面进行洗涤，以200℃进行1小时的热处理，然后进行370秒钟的UV臭氧处理。
接着，以电极501面朝下方的方式，将衬底520固定于减压到1×10-4Pa左右的真空蒸镀装置内的衬底支架。然后，作为空穴注入层531，在电极501上以厚度为70nm的方式通过共蒸镀沉积DBT3P-II和氧化钼(MoO3)，重量比 (DBT3P-II:MoO3)为1:0.5。
作为空穴传输层532，在空穴注入层531上以厚度为20nm的方式沉积 PhCzGI。
作为发光层521，在空穴传输层532上以厚度为30nm的方式通过共蒸镀沉积PCCzPTzn、4，6mCzP2Pm和1，6mMemFLPAPrn，从而沉积层具有如下重量比：PCCzPTzn:4，6mCzP2Pm:1，6mMemFLPAPrn为0.3:0.7:0.0025。注意，在发光层521中，PCCzPTzn是热活化延迟荧光物质(第一有机化合物)，4， 6mCzP2Pm是主体材料(第二有机化合物)，1，6mMemFLPAPrn是客体材料。
接着，作为电子传输层533a和533b，在发光层521上依次沉积厚度分别为15nm的4，6mCzP2Pm和红菲绕啉(简称：Bphen)。
接着，作为电子注入层534，在电子传输层533b上以厚度为1nm的方式沉积氟化锂(简称：LiF)。
作为电极502，在电子注入层534上以厚度为200nm的方式沉积铝(Al)。
通过上述工序，形成衬底520上的组件。注意，上述沉积过程中，利用电阻加热法。
接着，通过如下方式密封发光元件：在氮气氛的手套箱中，使用用于有机 EL装置的密封剂，将密封衬底固定于衬底520。具体而言，将密封剂涂敷在发光元件的周围，衬底520和密封衬底相互粘结，以6J/cm2、波长为365nm的紫外光进行照射，并且以80℃进行1小时的热处理。通过上述工序，得到发光元件1。
<发光元件2的制造>
除了使用TBP作为发光元件2的客体材料之外，发光元件2的制造与用于发光元件1的那些工序相同。
就是说，作为发光元件2的发光层521，以厚度为30nm的方式通过共蒸镀沉积PCCzPTzn、4，6mCzP2Pm和TBP，从而沉积层具有如下重量比： PCCzPTzn:4，6mCzP2Pm:TBP为0.3:0.7:0.0025。注意，在发光层521中， PCCzPTzn是热活化延迟荧光物质(第一有机化合物)，4，6mCzP2Pm是主体材料(第二有机化合物)，TBP是客体材料。
<瞬时荧光特性的测量>
利用时间分辨发光测量，对在本实施例的发光元件(发光元件1及发光元件2)中作为主体材料使用的PCCzPTzn进行瞬时荧光特性的测量。
在时间分辨发光测量中，使用在石英衬底上以厚度为50nm的方式沉积 PCCzPTzn的薄膜样品进行测量。在氮气氛的手套箱中，使用用于有机EL装置的密封剂将密封衬底固定于其上沉积有薄膜样品的石英衬底上，由此密封薄膜样品。具体而言，将密封剂涂敷于石英衬底上的薄膜的周围，石英衬底和密封衬底粘结，之后以6J/cm2、波长为365nm的紫外光进行照射，并且以80℃进行1小时的热处理。
在测量中，使用皮秒荧光寿命测量系统(日本滨松光子学公司制造)。在本测量中，为了测量薄膜的荧光发光的寿命，对薄膜照射脉冲激光，并且使用条纹相机对在照射激光之后衰减的发光进行时间分辨测量。作为脉冲激光使用波长为337nm的氮气体激光。以10Hz的重复频率对薄膜照射脉冲宽度为500ps 的脉冲激光。通过将反复测量获得的数据积分获得高S/N比例的数据。在室温 (保持为23℃的气氛)下进行测量。
图15示出通过测量获得的PCCzPTzn的瞬时荧光特性。
使用算式4对图15所示的衰减曲线进行拟合。
[算式4]
Figure BDA0002020376080000661
在算式4中，L表示归一化的发光强度，t表示经过的时间。当n为1至3 时，可以对衰减曲线进行拟合。从该拟合结果可知，PCCzPTzn的薄膜样品的发光成分包含发光寿命为0.015μs的荧光成分和发光寿命为1.5μs的延迟荧光成分。就是说，发现PCCzPTzn是在室温下呈现延迟荧光的热活化延迟荧光物质。
<发光元件的特性>
图16示出上述发光元件1及发光元件2的亮度-电流密度特性，图17示出亮度-电压特性，图18示出外部量子效率-亮度特性。在室温(保持为23℃的气氛)下进行发光元件的测量。
表5示出1000cd/m2附近的发光元件1及发光元件2的元件特性。
[表5]
Figure BDA0002020376080000662
图19示出以2.5mA/cm2的电流密度使电流流过发光元件1及发光元件2 时的电致发光谱。从图19可知，发光元件1及发光元件2都呈现来源于客体材料的蓝色的发光。
此外，如图16、17和图18所示，发光元件1及发光元件2呈现驱动电压低且发光效率高的元件特性。尤其是，发光元件2的最大外部量子效率超过10％。在将荧光材料用作客体材料，以及只有来自单重激发态的能量用于发光的情况下，如果将从发光元件到外部的光提取效率假设为25％的话，则发光元件的最大外部量子效率为6％左右。然而，使用本发明的一个实施方式的发光元件1 及发光元件2呈现更高的外部量子效率。这是因为通过反系间窜跃，在热活化延迟荧光物质中复合的载流子而生成的三重激发态转换为单重激发态的缘故。
另外，在发光元件1及发光元件2中，如实施方式1中的表1所示，热活化延迟荧光物质的HOMO能级大于或等于主体材料的HOMO能级，以及热活化延迟荧光物质的LUMO能级小于或等于主体材料的LUMO能级。另外，如实施方式1中的表2所示，热活化延迟荧光物质的氧化电位小于或等于主体材料的氧化电位，热活化延迟荧光物质的还原电位大于或等于主体材料的还原电位。因此，关于从氧化电位及还原电位估计的HOMO能级及LUMO能级，热活化延迟荧光物质的HOMO能级大于或等于主体材料的HOMO能级，热活化延迟荧光物质的LUMO能级小于或等于主体材料的LUMO能级。
通过与实施方式1所示的方法相似的方法测量的1，6mMemFLPAPrn 的三重激发态能级为1.84eV。因此，如实施方式1的表3所示，热活化延迟荧光物质(PCCzPTzn)及主体材料(4，6mCzP2Pm)的三重激发态能级分别高于客体材料的三重激发态能级。
因此，在发光元件1及发光元件2中，通过在热活化延迟荧光物质中载流子复合而高效地形成的单重激发态及三重激发态都可以高效地转移到客体材料。作为结果，发光元件1及发光元件2呈现高发光效率。
从发光元件1及发光元件2的高发光效率可知，主体材料与热活化延迟荧光物质的重量比(主体材料:热活化延迟荧光物质)优选为1:0.05至1:0.5，主体材料与客体材料的重量比(主体材料:客体材料)优选为1:0.001至1:0.01。
如上所述，通过采用本发明的一个实施方式的结构，可以制造具有高发光效率的发光元件。
实施例2
在本实施例中，制造了包含和不包含热活化延迟荧光物质的发光元件，以及具有不同主体材料与客体材料的重量比的发光元件(发光元件3-5和比较发光元件1-4)。在本实施例中制造的发光元件的截面示意图与实施例1所示的图14相似。表6及表7示出在本实施例中制造的发光元件的详细内容。此外，以下示出在此使用的化合物的结构和简称。其他化合物也可以参照实施方式1 或实施例1。
[化学式5]
Figure BDA0002020376080000681
[表6]
Figure BDA0002020376080000691
[表7]
Figure BDA0002020376080000701
以下示出发光元件3至发光元件5以及比较发光元件1至比较发光元件4 的制造方法。
<发光元件3的制造>
通过溅射法在衬底520上形成厚度为110nm的ITSO膜，以形成电极501。注意，电极501的电极面积为4mm2(2mm×2mm)。
接着，作为用来在衬底520上形成发光元件的预处理，用水对衬底表面进行洗涤，以200℃进行1小时的热处理，然后进行370秒钟的UV臭氧处理。
接着，以电极501面朝下方的方式，将衬底520固定于减压到1×10-4Pa左右的真空蒸镀装置内的衬底支架。然后，作为空穴注入层531，在电极501上以厚度为70nm的方式通过共蒸镀沉积DBT3P-II和MoO3，重量比 (DBT3P-II:MoO3)为1:0.5。
作为空穴传输层532，在空穴注入层531上以厚度为20nm的方式沉积 Cz2DBT。
作为发光层521，在空穴传输层532上以厚度为30nm的方式通过共蒸镀沉积PCCzPTzn、Cz2DBT和1，6mMemFLPAPrn，使得沉积层具有如下重量比： PCCzPTzn:Cz2DBT:1，6mMemFLPAPrn为0.1:0.9:0.005。注意，在发光层521 中，PCCzPTzn是热活化延迟荧光物质(第一有机化合物)，Cz2DBT是主体材料(第二有机化合物)，1，6mMemFLPAPrn是客体材料。
接着，作为电子传输层533，在发光层521上以厚度为30nm的方式依次沉积Bphen。
接着，作为电子注入层534，在电子传输层533上以厚度为1nm的方式沉积LiF。
作为电极502，在电子注入层534上以厚度为200nm的方式沉积Al。
通过上述工序，形成衬底520上的组件。注意，在上述沉积过程中，利用电阻加热法。
接着，在氮气氛的手套箱中，使用用于有机EL装置的密封剂将密封衬底固定于衬底520，由此密封发光元件。具体而言，将密封剂涂敷在发光元件的周围，衬底520和密封衬底相互粘结，以6J/cm2、波长为365nm的紫外光照射，并且以80℃进行1小时的热处理。通过上述工序，得到发光元件3。
<发光元件4及发光元件5、比较发光元件1至比较发光元件4的制造>
处理它们的发光层结构与发光元件3的发光层结构不同之外，发光元件4 及发光元件5、比较发光元件1至比较发光元件4与上述发光元件3采用与上文发光元件3同样的步骤制造。
作为发光元件4的发光层521，以厚度为30nm的方式通过共蒸镀沉积 PCCzPTzn、Cz2DBT和TBP，从而沉积层的重量比PCCzPTzn:Cz2DBT:TBP为 0.1:0.9:0.005。注意，在发光层521中，PCCzPTzn是热活化延迟荧光物质(第一有机化合物)，Cz2DBT是主体材料(第二有机化合物)，TBP是客体材料。就是说，除了客体材料之外，发光元件4的结构与发光元件3的结构相似。
作为发光元件5的发光层521，以厚度为30nm的方式通过共蒸镀沉积PCCzPTzn、CzTAZ1和TBP，从而沉积层的重量比(PCCzPTzn:CzTAZ1:TBP 为0.1:0.9:0.005。注意，在发光层521中，PCCzPTzn是热活化延迟荧光物质(第一有机化合物)，CzTAZ1是主体材料(第二有机化合物)，TBP是客体材料。就是说，除了主体材料之外，发光元件5的结构与发光元件4的结构相似。
作为比较发光元件1的发光层521，以厚度为30nm的方式通过共蒸镀沉积Cz2DBT和1，6mMemFLPAPrn，从而沉积层的重量比Cz2DBT:1，6mMemFLPAPrn为1:0.05。注意，在发光层521中，Cz2DBT是主体材料(第二有机化合物)，1，6mMemFLPAPrn是客体材料。就是说，比较发光元件1 没有使用热活化延迟荧光物质(第一有机化合物)。
作为比较发光元件2的发光层521，以厚度为30nm的方式通过共蒸镀沉积PCCzPTzn、Cz2DBT和1，6mMemFLPAPrn，从而沉积层的重量比 PCCzPTzn:Cz2DBT:1，6mMemFLPAPrn为0.1:0.9:0.05。注意，在发光层521 中，PCCzPTzn是热活化延迟荧光物质(第一有机化合物)，Cz2DBT是主体材料(第二有机化合物)，1，6mMemFLPAPrn是客体材料。就是说，除了客体材料的浓度，比较发光元件2的结构与发光元件3的结构相似。
作为比较发光元件3的发光层521，以厚度为30nm的方式通过共蒸镀沉积PCCzPTzn、Cz2DBT和TBP，从而沉积层的重量比PCCzPTzn:Cz2DBT:TBP 为0.1:0.9:0.05。注意，在发光层521中，PCCzPTzn是热活化延迟荧光物质(第一有机化合物)，Cz2DBT是主体材料(第二有机化合物)，TBP是客体材料。就是说，除了客体材料的浓度，比较发光元件3的结构与发光元件4的结构相似。
作为比较发光元件4的发光层521，以厚度为30nm的方式通过共蒸镀沉积PCCzPTzn、CzTAZ1和TBP，从而沉积层的重量比PCCzPTzn:CzTAZ1:TBP 为0.1:0.9:0.05。注意，在发光层521中，PCCzPTzn是热活化延迟荧光物质(第一有机化合物)，CzTAZ1是主体材料(第二有机化合物)，TBP是客体材料。就是说，除了客体材料的浓度，比较发光元件4的结构与发光元件5的结构相似。
<发光元件的特性>
图20示出发光元件3与比较发光元件1和比较发光元件2的电流效率-亮度特性，图21示出发光元件3与比较发光元件1和比较发光元件2的电流-电压特性，图22示出发光元件3与比较发光元件1和比较发光元件2的外部量子效率-亮度特性。图23示出以2.5mA/cm2的电流密度使电流流过发光元件3、比较发光元件1及比较发光元件2时的电致发光谱。图24示出发光元件4、发光元件5、比较发光元件3及比较发光元件4的电流效率-亮度特性，图25示出发光元件4、发光元件5、比较发光元件3及比较发光元件4的电流-电压特性，图26示出发光元件4、发光元件5、比较发光元件3及比较发光元件4的外部量子效率-亮度特性。图27示出以2.5mA/cm2的电流密度使电流流过发光元件4、发光元件5、比较发光元件3及比较发光元件4时的电致发光谱。在室温(保持为23℃的气氛)下对发光元件进行测量。
表8示出1000cd/m2附近的发光元件3至发光元件5以及比较发光元件1 至比较发光元件4的元件特性。
[表8]
Figure BDA0002020376080000741
从图23及图27的发射光谱可知，从发光元件3至发光元件5以及比较发光元件1至比较发光元件4获得来源于客体材料的蓝色的发光。
如图20至图22及图24至图26所示，发光元件3至发光元件5呈现高发光效率。相反地，比较发光元件1至比较发光元件4不呈现充分的发光效率。
表9示出热活化延迟荧光材料(PCCzPTzn)和主体材料(Cz2DBT或 CzTAZ1)的溶液状态下的氧化电位及还原电位的测量结果，从它们估计的HOMO及LUMO的能级。注意，测量方法与实施方式1所述的方法相似的。
[表9]
Figure BDA0002020376080000751
如表9所示，在发光元件3至发光元件5中，热活化延迟荧光物质的氧化电位低于或等于主体材料的氧化电位，以及热活化延迟荧光物质的还原电位高于或等于主体材料的还原电位。所以，关于从该氧化电位及还原电位估计的 HOMO能级及LUMO能级，热活化延迟荧光物质的HOMO能级高于或等于主体材料的HOMO能级，热活化延迟荧光物质的LUMO能级低于或等于主体材料的LUMO能级。因此，在热活化延迟荧光物质中载流子复合高效地形成的单重激发态及三重激发态都可以高效地转移到客体材料。作为结构，发光元件3 至发光元件5呈现高发光效率。
另外，发光元件3的发光效率高于比较发光元件2的发光效率，比较发光元件2的发光效率高于比较发光元件1的发光效率，由此可知，通过将作为热活化延迟荧光物质的PCCzPTzn用于发光层521，发光效率得到提高。这是因为在作为热活化延迟荧光物质的PCCzPTzn中，载流子复合而生成的三重激发态通过反系间窜跃转换为单重激发态。
发光元件3的发光效率高于比较发光元件2的发光效率，由此可知，发光层521中的主体材料(Cz2DBT)与客体材料(1，6mMemFLPAPrn)的重量比 (主体材料:客体材料)优选为1:0.001至1:0.01。这是因为客体材料的浓度充分低于主体材料的浓度，这可以抑制客体材料的三重激发态的生成。
发光元件4的发光效率高于比较发光元件3的发光效率，以及发光元件5 的发光效率高于比较发光元件4的发光效率，这意味着发光层521中的主体材料(Cz2DBT或CzTAZ1)与客体材料(TBP)的重量比(主体材料:客体材料) 优选为1:0.001至1:0.01。
因此，主体材料与热活化延迟荧光物质的重量比(主体材料:热活化延迟荧光物质)优选为1:0.05至1:0.5，主体材料与客体材料的重量比(主体材料:客体材料)优选为1:0.001至1:0.01。
以上，通过采用本发明的一个实施方式的结构，可以制造具有高发光效率的发光元件。
附图标记说明
100：EL层；101：电极；102：电极；111：空穴注入层；112：空穴传输层；118：电子传输层；119：电子注入层；120：发光层；131：有机化合物； 132：有机化合物；133：客体材料；150：发光元件；401：电极；402：电极； 411：空穴注入层；412：空穴传输层；413：电子传输层；414：电子注入层； 415：空穴注入层；416：空穴传输层；417：电子传输层；418：电子注入层； 421：有机化合物；422：有机化合物；423：客体材料；431：有机化合物；432：有机化合物；433：客体材料；441：发光单元；442：发光单元；443：发光层； 444：发光层；445：电荷产生层；446：发光单元；447：发光单元；448：发光层；449：发光层；450：发光元件；452：发光元件；461：主体材料；462：客体材料；471：有机化合物；472：有机化合物；473：客体材料；501：电极； 502：电极；520：衬底；521：发光层；531：空穴注入层；532：空穴传输层； 533：电子传输层；533a：电子传输层；533b：电子传输层；534：电子注入层； 801：像素电路；802：像素部；804：驱动电路部；804a：扫描线驱动电路；804b：信号线驱动电路；806：保护电路；807：终端部；852：晶体管；854：晶体管； 862：电容器；872：发光元件；2000：触摸屏；2001：触摸屏；2501：显示装置；2502R：像素；2502t：晶体管；2503c：电容器；2503g(1)：扫描线驱动电路；2503t：晶体管；2509：FPC；2510：衬底；2510a：绝缘层；2510b：柔性衬底；2510c：粘合层；2511：布线；2519：终端；2521：绝缘层；2528：分隔壁；2550R：发光元件；2560：密封层；2567BM：遮光层；2567p：反射防止层；2567R：着色层；2570：衬底；2570a：绝缘层；2570b：柔性衬底；2570c：粘合层；2580R：发光模块；2590：衬底；2591：电极；2592：电极；2593：绝缘层；2594：布线；2595：触摸传感器；2597：粘合层；2598：布线；2599：连接层；2601：脉冲电压输出电路；2602：电流检测电路；2603：电容器；2611：晶体管；2612：晶体管；2613：晶体管；2621：电极；2622：电极；8000：显示模块；8001：上盖；8002：下盖；8003：FPC；8004：触摸传感器；8005： FPC；8006：显示装置；8009：框架；8010：印刷电路板；8011：电池；8501：照明装置；8502：照明装置；8503：照明装置；8504：照明装置；9000：框体； 9001：显示部；9003：扬声器；9005：操作键；9006：连接终端；9007：传感器；9008：麦克风；9050：操作按钮；9051：信息；9052：信息；9053：信息；9054：信息；9055：铰链；9100：便携式信息终端；9101：便携式信息终端； 9102：便携式信息终端；9200：便携式信息终端；9201：便携式信息终端。
本申请基于2014年9月30日提交到日本专利局的日本专利申请No. 2014-200355，通过引用将其完整内容并入在此。

Claims (10)

1.一种发光元件，包括：
一对电极；以及
所述一对电极之间的EL层，
其中，所述EL层包含发光层，
所述发光层包含第一有机化合物、第二有机化合物和客体材料，
所述第一有机化合物具有在室温下发射热活化延迟荧光的功能，
所述第一有机化合物的HOMO能级高于或等于所述第二有机化合物的HOMO能级，
所述第一有机化合物的LUMO能级低于或等于所述第二有机化合物的LUMO能级，
并且，所述客体材料是蒽衍生物、并四苯衍生物、
Figure FDA0002882143590000011
衍生物、菲衍生物、芘衍生物、二萘嵌苯衍生物、芪衍生物、吖啶酮衍生物、香豆素衍生物、吩恶嗪衍生物和吩噻嗪衍生物中的一种。
2.一种发光元件，包括：
一对电极；以及
所述一对电极之间的EL层，
其中，所述EL层包含发光层，
所述发光层包含第一有机化合物、第二有机化合物和客体材料，
所述第一有机化合物具有在室温下发射热活化延迟荧光的功能，
所述第一有机化合物的氧化电位低于或等于所述第二有机化合物的氧化电位，
所述第一有机化合物的还原电位高于或等于所述第二有机化合物的还原电位，
并且，所述客体材料是蒽衍生物、并四苯衍生物、
Figure FDA0002882143590000012
衍生物、菲衍生物、芘衍生物、二萘嵌苯衍生物、芪衍生物、吖啶酮衍生物、香豆素衍生物、吩恶嗪衍生物和吩噻嗪衍生物中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的发光元件，其中所述第一有机化合物的单重激发态能级与所述第一有机化合物的三重激发态能级的差大于0eV且小于或等于0.2eV。
4.根据权利要求1或2所述的发光元件，其中所述客体材料发射光。
5.根据权利要求1或2所述的发光元件，
其中所述第一有机化合物包括第一缺π电子型杂芳族骨架和第一富π电子型杂芳族骨架，
并且所述第二有机化合物包括第二缺π电子型杂芳族骨架和第二富π电子型杂芳族骨架。
6.根据权利要求5所述的发光元件，
其中所述第一缺π电子型杂芳族骨架包括二嗪骨架或三嗪骨架，
所述第一富π电子型杂芳族骨架包括吖啶骨架、吩恶嗪骨架或3-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)-9H-咔唑骨架中的任何一个或多个，
所述第二缺π电子型杂芳族骨架包括吡啶骨架或二嗪骨架，
并且所述第二富π电子型杂芳族骨架包括呋喃骨架、噻吩骨架、芴骨架和吡咯骨架中的任何一个或多个，
并且所述第二有机化合物不具有蒽骨架。
7.根据权利要求1或2所述的发光元件，
其中所述第二有机化合物与所述第一有机化合物的重量比为1:0.05至1:0.5，
并且所述第二有机化合物与所述客体材料的重量比为1:0.001至1:0.01。
8.一种显示装置，包括：
权利要求1或2所述的发光元件；以及
滤色器、密封剂或晶体管。
9.一种电子设备，包括：
权利要求8所述的显示装置；以及
外壳或触摸传感器功能。
10.一种照明装置，包括：
权利要求1或2所述的发光元件；以及
外壳或触摸传感器功能。
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