CN116322109A - 有机半导体元件、有机el元件以及光电二极管 - Google Patents

有机半导体元件、有机el元件以及光电二极管 Download PDF

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Abstract

提供一种驱动电压较低的有机半导体元件、有机EL元件以及光电二极管。该有机半导体元件包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极间的空穴传输层以及活性层，所述空穴传输层包括第一空穴传输层及第二空穴传输层，所述第一空穴传输层位于比所述第二空穴传输层更靠近衬底一侧，所述第一空穴传输层与所述第二空穴传输层接触，并且从所述第一空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为10(mV/nm)以下。注意，GSP_slope(mV/nm)为在膜的表面电位为V(mV)且厚度为d(nm)的情况下由V/d表示的参数。

Description

有机半导体元件、有机EL元件以及光电二极管
技术领域
本发明的一个方式涉及一种有机化合物、有机半导体元件、发光元件、有机EL元件、光电二极管、显示模块、照明模块、显示装置、发光装置、电子设备、照明装置及电子器件。注意，本发明的一个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方式的技术领域涉及一种物体、方法或制造方法。此外，本发明的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition of matter)。由此，更具体而言，作为本说明书所公开的本发明的一个方式的技术领域的一个例子可以举出半导体装置、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、摄像装置、这些装置的驱动方法或者这些装置的制造方法。
背景技术
使用有机化合物且利用电致发光(EL：Electroluminescence)的发光器件(有机EL元件)的实用化非常活跃。在这些有机EL元件的基本结构中，在一对电极之间夹有包含发光材料的有机化合物层(EL层)。通过对该器件施加电压，注入载流子，利用该载流子的复合能量，可以获得来自发光材料的发光。
因为这种有机EL器件是自发光型EL元件，所以当用于显示器的像素时比起液晶有可见度更高、不需要背光源等优势。因此，该EL元件特别适合于平板显示器。此外，使用这种有机EL元件的显示器可以被制造成薄且轻，这也是极大的优点。而且，非常快的响应速度也是其特征之一。
此外，因为这种有机EL元件的发光层可以以平面状连续地形成，所以可以获得面发光。因为这是在以白炽灯、LED为代表的点光源或者以荧光灯为代表的线光源中难以得到的特征，所以作为可用于照明等的面光源，上述有机EL元件的利用价值也高。
如上所述，可以将使用有机EL元件的显示器或照明装置适合用于各种各样的电子设备，为了追求具有更良好的特性的有机EL元件的研究开发日益活跃(例如参照非专利文献1)。
[非专利文献1]野口裕及其他2名，“极性分子的取向极化现象及有机薄膜元件的界面特性”，Journal of the Vacuum Society of Japan，2015年，Vol.58，No.3
发明内容
本发明的一个方式的目的之一是提供一种驱动电压较低的有机半导体元件。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种驱动电压较低的有机EL元件。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种驱动电压较低的光电二极管。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种功耗较低的发光装置、电子设备以及显示装置中的任一个。
本发明只要实现上述目的中的任一个即可。
本发明的一个方式是一种有机半导体元件，包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极间的空穴传输层以及活性层，所述空穴传输层包括第一空穴传输层及第二空穴传输层，所述第一空穴传输层位于比所述第二空穴传输层更靠近衬底一侧，所述第一空穴传输层与所述第二空穴传输层接触，并且从所述第一空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为10(mV/nm)以下。
此外，本发明的另一个方式是一种有机半导体元件，包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极间的空穴传输层以及活性层，所述空穴传输层包括第一空穴传输层及第二空穴传输层，所述第一电极与晶体管电连接，所述第一空穴传输层位于比所述第二空穴传输层更靠近所述第一电极一侧，所述第一空穴传输层与所述第二空穴传输层接触，并且从所述第一空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为10(mV/nm)以下。
此外，本发明的另一个方式是一种有机半导体元件，包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极间的空穴传输层以及活性层，所述空穴传输层包括第一空穴传输层及第二空穴传输层，所述第一电极部分被绝缘体覆盖，所述第一空穴传输层位于比所述第二空穴传输层更靠近所述第一电极一侧，所述第一空穴传输层与所述第二空穴传输层接触，并且从所述第一空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为10(mV/nm)以下。
此外，本发明的另一个方式是一种有机半导体元件，包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极间的空穴传输层以及活性层，所述空穴传输层包括第一空穴传输层及第二空穴传输层，所述第一空穴传输层位于比所述第二空穴传输层更靠近设置有外部连接电极的绝缘层一侧，所述第一空穴传输层与所述第二空穴传输层接触，并且从所述第一空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为10(mV/nm)以下。
此外，本发明的另一个方式是一种具有上述结构的有机半导体元件，其中从所述第一空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值小于0(mV/nm)。
此外，本发明的另一个方式是一种具有上述结构的有机半导体元件，其中所述第一空穴传输层及所述第二空穴传输层中的一个或两个包含单胺化合物。
此外，本发明的另一个方式是一种具有上述结构的有机半导体元件，其中所述第一空穴传输层及所述第二空穴传输层的厚度各自为20nm以上。
此外，本发明的另一个方式是一种有机半导体元件，包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极间的电子传输层以及活性层，所述电子传输层包括第一电子传输层及第二电子传输层，所述第一电子传输层位于比所述第二电子传输层更靠近衬底一侧，所述第一电子传输层与所述第二电子传输层接触，并且从所述第一电子传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二电子传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为-10(mV/nm)以上。
此外，本发明的另一个方式是一种有机半导体元件，包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极间的电子传输层以及活性层，所述电子传输层包括第一电子传输层及第二电子传输层，所述第一电极与晶体管电连接，所述第一电子传输层位于比所述第二电子传输层更靠近所述第一电极一侧，所述第一电子传输层与所述第二电子传输层接触，并且从所述第一电子传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二电子传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为-10(mV/nm)以上。
此外，本发明的另一个方式是一种有机半导体元件，包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极间的电子传输层以及活性层，所述电子传输层包括第一电子传输层及第二电子传输层，所述第一电极部分被绝缘体覆盖，所述第一电子传输层位于比所述第二电子传输层更靠近所述第一电极一侧，所述第一电子传输层与所述第二电子传输层接触，并且从所述第一电子传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二电子传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为-10(mV/nm)以上。
此外，本发明的另一个方式是一种有机半导体元件，包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极间的电子传输层以及活性层，所述电子传输层包括第一电子传输层及第二电子传输层，所述第一电子传输层位于比所述第二电子传输层更靠近设置有外部连接电极的绝缘层一侧，所述第一电子传输层与所述第二电子传输层接触，并且从所述第一电子传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二电子传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为-10(mV/nm)以上。
此外，本发明的另一个方式是一种有机半导体元件，包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极间的空穴传输层、活性层以及电子传输层，所述空穴传输层包括第一空穴传输层及第二空穴传输层，所述电子传输层包括第一电子传输层及第二电子传输层，所述第一空穴传输层位于比所述第二空穴传输层更靠近衬底一侧，所述第一电子传输层位于比所述第二电子传输层更靠近衬底一侧，所述第一空穴传输层与所述第二空穴传输层接触，所述第一电子传输层与所述第二电子传输层接触，从所述第一空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为10(mV/nm)以下，并且从所述第一电子传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二电子传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为-10(mV/nm)以上。
此外，本发明的另一个方式是一种有机半导体元件，包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极间的空穴传输层、活性层以及电子传输层，所述空穴传输层包括第一空穴传输层及第二空穴传输层，所述电子传输层包括第一电子传输层及第二电子传输层，所述第一电极与晶体管电连接，所述第一空穴传输层位于比所述第二空穴传输层更靠近所述第一电极一侧，所述第一电子传输层位于比所述第二电子传输层更靠近所述第一电极一侧，所述第一空穴传输层与所述第二空穴传输层接触，所述第一电子传输层与所述第二电子传输层接触，从所述第一空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为10(mV/nm)以下，并且从所述第一电子传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二电子传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为-10(mV/nm)以上。
此外，本发明的另一个方式是一种有机半导体元件，包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极间的空穴传输层、活性层以及电子传输层，所述空穴传输层包括第一空穴传输层及第二空穴传输层，所述电子传输层包括第一电子传输层及第二电子传输层，所述第一电极部分被绝缘体覆盖，所述第一空穴传输层位于比所述第二空穴传输层更靠近所述第一电极一侧，所述第一电子传输层位于比所述第二电子传输层更靠近所述第一电极一侧，所述第一空穴传输层与所述第二空穴传输层接触，所述第一电子传输层与所述第二电子传输层接触，从所述第一空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为10(mV/nm)以下，并且从所述第一电子传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二电子传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为-10(mV/nm)以上。
此外，本发明的另一个方式是一种有机半导体元件，包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极间的空穴传输层、活性层以及电子传输层，所述空穴传输层包括第一空穴传输层及第二空穴传输层，所述电子传输层包括第一电子传输层及第二电子传输层，所述第一空穴传输层位于比所述第二空穴传输层更靠近设置有外部连接电极的绝缘层一侧，所述第一电子传输层位于比所述第二电子传输层更靠近设置有外部连接电极的绝缘层一侧，所述第一空穴传输层与所述第二空穴传输层接触，所述第一电子传输层与所述第二电子传输层接触，从所述第一空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为10(mV/nm)以下，并且从所述第一电子传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二电子传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值为-10(mV/nm)以上。
此外，在上述结构中，GSP_slope(mV/nm)为在膜的表面电位为V(mV)且厚度为d(nm)的情况下由V/d表示的参数。
此外，本发明的另一个方式是一种具有上述结构的有机半导体元件，其中从所述第一空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二空穴传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值小于0(mV/nm)。
此外，本发明的另一个方式是一种具有上述结构的有机半导体元件，其中所述第一空穴传输层及所述第二空穴传输层中的一个或两个包含单胺化合物。
此外，本发明的另一个方式是一种具有上述结构的有机半导体元件，其中所述第一空穴传输层及所述第二空穴传输层的厚度各自为20nm以上。
此外，本发明的另一个方式是一种具有上述结构的有机半导体元件，其中从所述第一电子传输层的GSP_slope(mV/nm)减去所述第二电子传输层的GSP_slope(mV/nm)而得的值大于0(mV/nm)。
此外，本发明的另一个方式是一种具有上述结构的有机半导体元件，其中所述第一电子传输层及所述第二电子传输层中的一个或两个不包含具有五元环结构的有机化合物。
此外，本发明的另一个方式是一种具有上述结构的有机半导体元件，其中所述第一电子传输层及所述第二电子传输层中的一个或两个包含具有二嗪结构的有机化合物。
此外，本发明的另一个方式是一种具有上述结构的有机半导体元件，其中所述第一电子传输层及所述第二电子传输层中的一个或两个包含具有三嗪结构的有机化合物。
此外，本发明的另一个方式是一种具有上述结构的有机半导体元件，其中所述第一电子传输层及所述第二电子传输层中的一个或两个所包含的金属配合物的比例为60％以下。
此外，本发明的另一个方式是一种具有上述结构的有机半导体元件，其中所述第一电子传输层及所述第二电子传输层的厚度各自为7.5nm以上。
此外，本发明的另一个方式是一种具有上述结构的有机EL元件，其中所述第一电极及所述第二电极中的一个为阳极而另一个为阴极，所述活性层为发光层，并且所述发光层位于所述空穴传输层与所述阴极间或者所述电子传输层与所述阳极间。
此外，本发明的另一个方式是一种具有上述结构的光电二极管，其中所述第一电极及所述第二电极中的一个为阳极而另一个为阴极，所述活性层为光电转换层，并且所述光电转换层位于所述空穴传输层与所述阳极间或者所述电子传输层与所述阴极间。
此外，本发明的另一个方式是一种照明装置，包括上述任意有机半导体元件、有机EL元件或光电二极管。
此外，本发明的另一个方式是一种显示装置，包括上述任意有机半导体元件、有机EL元件或光电二极管。
此外，本发明的另一个方式是一种电子设备，包括上述任意有机半导体元件、有机EL元件或光电二极管。
此外，本发明的另一个方式是一种电子设备，包括：上述有机EL元件；以及传感器、操作按钮、扬声器或麦克风。
此外，本发明的另一个方式是一种发光装置，包括：上述有机EL元件；以及晶体管或衬底。
此外，本发明的另一个方式是一种照明装置，包括：上述有机EL元件以及框体。
在本说明书中，发光装置包括使用有机EL元件的图像显示器件。此外，发光装置有时还包括如下模块：有机EL元件安装有连接器诸如各向异性导电膜或TCP(Tape CarrierPackage：带载封装)的模块；在TCP的端部设置有印刷线路板的模块；或者通过COG(Chip OnGlass：玻璃覆晶封装)方式在有机EL元件上直接安装有IC(集成电路)的模块。而且，照明装置等有时包括发光装置。
根据本发明的一个方式，可以提供一种驱动电压较低的有机半导体元件。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种驱动电压较低的有机EL元件。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种驱动电压较低的光电二极管。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种功耗较低的发光装置、电子设备或显示装置的任一个。
注意，上述效果的描述并不妨碍其他效果的存在。此外，本发明的一个方式并不一定需要具有所有上述效果。此外，说明书、附图以及权利要求书等的记载中显然存在上述效果以外的效果，可以从说明书、附图以及权利要求书等的记载中获得上述效果以外的效果。
附图说明
图1A至图1D是本发明的一个方式的有机EL元件的示意图；
图2A及图2B是本发明的一个方式的有机EL元件的示意图；
图3A至图3D是本发明的一个方式的光电二极管的示意图；
图4A及图4B是本发明的一个方式的光电二极管的示意图；
图5A及图5B示出元件1至元件4的电流密度-电压特性；
图6A及图6B示出元件5至元件8的电流密度-电压特性；
图7A及图7B是示出元件10及元件11的器件结构的图；
图8是示出元件10的电容-电压特性的图；
图9是示出元件11的电容-电压特性的图；
图10A、图10B以及图10C是有机EL元件的示意图；
图11A及图11B是示出有源矩阵型发光装置的图；
图12A及图12B是示出有源矩阵型发光装置的图；
图13是示出有源矩阵型发光装置的图；
图14A及图14B是示出无源矩阵型发光装置的图；
图15A至图15D是示出显示装置的结构例子的图；
图16A至图16F是示出显示装置的制造方法例子的图；
图17A至图17F是示出显示装置的制造方法例子的图；
图18是示出显示装置的一个例子的立体图；
图19A及图19B是示出显示装置的一个例子的截面图；
图20A是示出显示装置的一个例子的截面图，图20B是示出晶体管的一个例子的截面图；
图21A及图21B是示出显示模块的一个例子的立体图；
图22是示出显示装置的一个例子的截面图；
图23是示出显示装置的一个例子的截面图；
图24是示出显示装置的一个例子的截面图；
图25是示出显示装置的结构例子的图；
图26A及图26B是示出电子设备的一个例子的图；
图27A至图27D是示出电子设备的一个例子的图；
图28A至图28F是示出电子设备的一个例子的图；
图29A至图29F是示出电子设备的一个例子的图；
图30是示出发光元件1及比较发光元件1的亮度-电压特性的图；
图31是示出发光元件1及比较发光元件1的电流密度-电压特性的图；
图32是示出发光元件1及比较发光元件1的外部量子效率-亮度特性的图；
图33是示出发光元件1及比较发光元件1的功率效率-亮度特性的图；
图34是示出发光元件1及比较发光元件1的发射光谱的图；
图35是示出发光元件2及比较发光元件2的亮度-电压特性的图；
图36是示出发光元件2及比较发光元件2的电流密度-电压特性的图；
图37是示出发光元件2及比较发光元件2的外部量子效率-亮度特性的图；
图38是示出发光元件2及比较发光元件2的功率效率-亮度特性的图；
图39是示出发光元件2及比较发光元件2的发射光谱的图；
图40是示出发光元件3及比较发光元件3的亮度-电压特性的图；
图41是示出发光元件3及比较发光元件3的电流密度-电压特性的图；
图42是示出发光元件3及比较发光元件3的外部量子效率-亮度特性的图；
图43是示出发光元件3及比较发光元件3的功率效率-亮度特性的图；
图44是示出发光元件3及比较发光元件3的发射光谱的图。
具体实施方式
以下，使用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，而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局限在以下所示的实施方式所记载的内容中。
在本说明书等中，有时将使用金属掩模或FMM(Fine Metal Mask，高精细金属掩模)制造的器件称为MM(Metal Mask)结构的器件。此外，在本说明书等中，有时将不使用金属掩模或FMM制造的器件称为MML(Metal Mask Less)结构的器件。
实施方式1
有机EL器件是使用有机薄膜的半导体元件(有机半导体元件)的一种。作为有机半导体元件的其他例子，典型地可以举出光电二极管、有机TFT等。用于这种有机半导体元件的有机薄膜大多通过蒸镀法形成。至于通过对要成膜的有机化合物施加热等能量而升华的蒸镀法形成的有机薄膜，由容易被晶化的材料构成的一部分膜以外的薄膜长期被认为是非晶且具有无规律取向。
但是，近年来，通过多个光谱学研究可知：在非晶有机薄膜中，有时也存在有微小的分子取向而影响到器件特性。例如，已知：在有机EL元件中，发光物质的偶极矩易于在水平于发光面的方向上取向的物质容易提取发光且容易提供发光效率较高的有机EL元件，并且易于发生因取向引起的π轨道重叠的物质的膜导电率趋于较高。
有机化合物中存在极性分子及无极性分子，极性分子具有永久偶极矩。在蒸镀极性分子时，在蒸镀膜具有无规律取向时上述极性的偏差被消除而在膜内不发生分子极性为原因的极化。但是，在该蒸镀膜具有上述分子取向时，有时因极化的偏差而发生巨大表面电位(Giant Surface Potential：GSP)。
GSP是因蒸镀膜的永久偶极矩的取向偏离在膜厚度方向上而产生的自发极化(Spontaneous Orientation Polarization：SOP)所引起的现象。当GSP与膜厚度成比例地变化时，在该膜的表面电位为V(mV)、厚度为d(nm)的情况下，由V/d表示的参数为GSP_slope(mV/nm)。
呈现这种GSP的蒸镀膜的表面电位随着膜厚度增加以不饱和方式按固定比例改变。例如，三(8-羟基喹啉)铝(简称：Alq3)的蒸镀膜在厚度为560nm时的表面电位到达28V左右。其电场强度到达5×105V/cm，这大致相等于在驱动一般的有机薄膜器件时的电场强度。
此外，随着膜厚度增加表面电位增加的情况为正的GSP_slope，随着膜厚度增加表面电位减少的情况为负的GSP_slope，从而上述Alq3可以说是具有正的GSP_slope的材料。
有机半导体元件(有机EL元件、光电二极管等)具有有机化合物的薄膜叠层结构。具有这种叠层结构的有机半导体元件需要将载流子依次注入到由具有不同的最高占据分子轨道(Highest Occupied Molecular Orbital：HOMO)能级或最低未占据分子轨道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital：LUMO)能级的有机化合物构成的层。当然，如果各层间的HOMO能级或LUMO能级的差异太大，驱动电压就变高，由此在选择用于以传输载流子为目的的层的叠层结构的材料时在很多情况下选择相邻的层间的HOMO能级或LUMO能级尽量接近的材料。然而，即使在由HOMO能级或LUMO能级之差不太大的材料构成的层间也有时根据所使用的有机化合物的组合而显著增高驱动电压。目前没有避免上述情况的方法，将该情况的原因归为材料的匹配性问题。
于是，本发明人发现：在使用由有机化合物构成的薄膜的叠层结构的有机半导体元件中，在以彼此接触的方式设置多个载流子传输层的情况下，以彼此接触的方式层叠的两个层各自的GSP_slope(mV/nm)的差异(以下有时表示为ΔGSP_slope(mV/nm))涉及载流子的注入性能，给器件的驱动电压带来较大影响。
图1A至图1D及图2A及图2B是本发明的一个方式的有机EL元件的示意图。本发明的一个方式的有机EL元件至少包括第一电极、第二电极(阳极11或阴极12)、载流子传输层(空穴传输层20或电子传输层30)以及发光层40。第一电极及第二电极中的一个是阳极11，另一个是阴极12。此外，第一电极位于比第二电极更靠近衬底10一侧。空穴传输层20至少由第一空穴传输层21及第二空穴传输层22构成，第一空穴传输层21位于比第二空穴传输层22更靠近衬底10一侧。也就是说，第一电极比第二电极先形成，第一空穴传输层21比第二空穴传输层22先形成。此外，电子传输层30由第一电子传输层31及第二电子传输层32构成，第一电子传输层31位于比第二电子传输层32更靠近衬底10一侧。也就是说，第一电极比第二电极先形成，第一电子传输层31比第二电子传输层32先形成。
在附图中，作为层中的σ+及σ-，示出该层的取向极化的形象。其中，示出σ+或σ-的个数越多SOP越大的状态，可以说层中的σ+或σ-的个数越多GSP_slope越大。
图1A示出第一电极为阳极11的情况下的有关空穴传输层一侧的结构，作为流过空穴传输层20的载流子的空穴从第一电极向第二电极流过。也就是说，空穴从衬底10一侧向对置衬底(未图示)流过，并在空穴传输层20中从第一空穴传输层21向第二空穴传输层22流过，来到达发光层40。
此时，在本发明的一个方式的有机EL元件中，从第一空穴传输层21的GSP_slope(mV/nm)减去第二空穴传输层22的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slope，其中空穴传输区域中的ΔGSP_slope有时被称为ΔGSP_slopeh)优选为10(mV/nm)以下，由此可以抑制驱动电压的上升。此外，ΔGSP_slopeh优选小于0(mV/nm)，由此可以提供驱动电压较低的有机EL元件。此外，ΔGSP_slopeh优选为-100(mV/nm)以上，更优选为-50(mV/nm)以上。
此外，图1A示出ΔGSP_slopeh小于0(mV/nm)的结构。
图1B示出第一电极为阴极12的情况下的有关空穴传输层一侧的结构，作为流过空穴传输层20的载流子的空穴从第二电极向第一电极流过。也就是说，空穴从对置衬底(未图示)一侧向衬底10流过，并在空穴传输层20中从第二空穴传输层22向第一空穴传输层21流过，来到达发光层40。
此时，在本发明的一个方式的有机EL元件中，从第一空穴传输层21的GSP_slope(mV/nm)减去第二空穴传输层22的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopeh)优选为10(mV/nm)以下，由此可以抑制驱动电压的上升。此外，ΔGSP_slopeh优选小于0(mV/nm)，由此可以提供驱动电压较低的有机EL元件。此外，ΔGSP_slopeh优选为-100(mV/nm)以上，更优选为-50(mV/nm)以上。
此外，图1B示出ΔGSP_slopeh小于0(mV/nm)的结构。
图1C示出第一电极为阳极11的情况下的有关电子传输层一侧的结构，作为流过电子传输层30的载流子的电子从第二电极向第一电极流过。也就是说，电子从对置衬底(未图示)一侧向衬底10流过，并在电子传输层30中从第二电子传输层32向第一电子传输层31流过，来到达发光层40。
此时，在本发明的一个方式的有机EL元件中，从第一电子传输层31的GSP_slope(mV/nm)减去第二电子传输层32的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slope，其中电子传输区域中的ΔGSP_slope有时被称为ΔGSP_slopee)优选为-10(mV/nm)以上，由此可以抑制驱动电压的上升。此外，ΔGSP_slopee优选大于0(mV/nm)，由此可以提供驱动电压较低的有机EL元件。此外，ΔGSP_slopee优选为200(mV/nm)以下，更优选为150(mV/nm)以下。
此外，图1C示出ΔGSP_slopee大于0(mV/nm)的结构。
图1D示出第一电极为阴极12的情况下的有关电子传输层一侧的结构，作为流过电子传输层30的载流子的电子从第一电极向第二电极流过。也就是说，电子从衬底10一侧向对置衬底(未图示)流过，并在电子传输层30中从第一电子传输层31向第二电子传输层32流过，来到达发光层40。
此时，在本发明的一个方式的有机EL元件中，从第一电子传输层31的GSP_slope(mV/nm)减去第二电子传输层32的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopee)优选为-10(mV/nm)以上，由此可以抑制驱动电压的上升。此外，ΔGSP_slopee优选大于0(mV/nm)，由此可以提供驱动电压较低的有机EL元件。此外，ΔGSP_slopee优选为200(mV/nm)以下，更优选为150(mV/nm)以下。
此外，图1D示出ΔGSP_slopee大于0(mV/nm)的结构。
图2A示出第一电极为阳极11的情况下的有关空穴传输层及电子传输层两侧的结构，作为流过空穴传输层20的载流子的空穴从第一电极向第二电极流过，作为流过电子传输层30的载流子的电子从第二电极向第一电极流过。也就是说，空穴从衬底10一侧向对置衬底(未图示)流过，并在空穴传输层20中从第一空穴传输层21向第二空穴传输层22流过，来到达发光层40。此外，电子从对置衬底(未图示)一侧向衬底10流过，并在电子传输层30中从第二电子传输层32向第一电子传输层31流过，来到达发光层40。
此时，在本发明的一个方式的有机EL元件中，从第一空穴传输层21的GSP_slope(mV/nm)减去第二空穴传输层22的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopeh)优选为10(mV/nm)以下，并且从第一电子传输层31的GSP_slope(mV/nm)减去第二电子传输层32的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopee)优选为-10(mV/nm)以上，由此可以抑制驱动电压的上升。此外，ΔGSP_slopeh优选小于0(mV/nm)，并且ΔGSP_slopee优选大于0(mV/nm)，由此可以提供驱动电压较低的有机EL元件。此外，ΔGSP_slopeh优选为-100(mV/nm)以上，更优选为-50(mV/nm)以上。此外，ΔGSP_slopee优选为200(mV/nm)以下，更优选为150(mV/nm)以下。
此外，图2A示出ΔGSP_slopeh小于0(mV/nm)且ΔGSP_slopee大于0(mV/nm)的结构。
图2B示出第一电极为阴极12的情况下的有关空穴传输层及电子传输层两侧的结构，作为流过空穴传输层20的载流子的空穴从第二电极向第一电极流过，作为流过电子传输层30的载流子的电子从第一电极向第二电极流过。也就是说，空穴从对置衬底(未图示)一侧向衬底10流过，并在空穴传输层20中从第二空穴传输层22向第一空穴传输层21流过，来到达发光层40。此外，电子从衬底10一侧向对置衬底(未图示)流过，并在电子传输层30中从第一电子传输层31向第二电子传输层32流过，来到达发光层40。
此时，在本发明的一个方式的有机EL元件中，从第一空穴传输层21的GSP_slope(mV/nm)减去第二空穴传输层22的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopeh)优选为10(mV/nm)以下，并且从第一电子传输层31的GSP_slope(mV/nm)减去第二电子传输层32的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopee)优选为-10(mV/nm)以上，由此可以抑制驱动电压的上升。此外，ΔGSP_slopeh优选小于0(mV/nm)，并且ΔGSP_slopee优选大于0(mV/nm)，由此可以提供驱动电压较低的有机EL元件。此外，ΔGSP_slopeh优选为-100(mV/nm)以上，更优选为-50(mV/nm)以上。此外，ΔGSP_slopee优选为200(mV/nm)以下，更优选为150(mV/nm)以下。
此外，图2B示出ΔGSP_slopeh小于0(mV/nm)且ΔGSP_slopee大于0(mV/nm)的结构。
在图1A至图2B所示的有机EL元件中，构成第一空穴传输层21的有机化合物优选为包含烷基的芳香族胺，由此可以降低第一空穴传输层21的折射率，并可以提高光提取效率。由此，该有机EL元件可以为发光效率良好的有机EL元件。
此外，构成第一空穴传输层21的有机化合物优选为包含芴骨架或螺芴骨架的有机化合物。此外，芴胺具有提高HOMO能级的效果，由此如果该包含烷基的芳香族胺的氮与三个芴键合，就有可能大幅度提高HOMO能级。在此情况下，与周边材料的HOMO能级(例如，第二空穴传输层22的HOMO能级)之间的差异变大，可能会影响到驱动电压及可靠性等。因此，与该包含烷基的芳香族胺的氮键合的芴骨架更优选为一个或两个。
此外，构成第一空穴传输层21的有机化合物优选为具有咔唑骨架的有机化合物。
此外，构成第一空穴传输层21的有机化合物优选为HOMO能级在-5.45eV至-5.20eV的范围的有机化合物，由此从空穴注入层或阳极11注入空穴的性能得到提高。由此，可以以低电压驱动该有机EL元件。
此外，构成第二空穴传输层22的有机化合物优选为包含烷基的芳香族胺，由此可以降低第二空穴传输层22的折射率，并可以提高光提取效率。由此，该有机EL元件可以为发光效率良好的有机EL元件。
此外，构成第二空穴传输层22的有机化合物优选为包含二苯并呋喃骨架或二苯并噻吩骨架的有机化合物。
图3A至图3D以及图4A及图4B是本发明的一个方式的光电二极管的示意图。本发明的一个方式的光电二极管至少包括第一电极、第二电极(阳极11或阴极12)、载流子传输层(空穴传输层20或电子传输层30)以及光电转换层50。第一电极及第二电极中的一个是阳极11，另一个是阴极12。此外，第一电极位于比第二电极更靠近衬底10一侧。空穴传输层20由第一空穴传输层21及第二空穴传输层22构成，第一空穴传输层21位于比第二空穴传输层22更靠近衬底10一侧。也就是说，第一电极比第二电极先形成，第一空穴传输层21比第二空穴传输层22先形成。此外，电子传输层30由第一电子传输层31及第二电子传输层32构成，第一电子传输层31位于比第二电子传输层32更靠近衬底10一侧。也就是说，第一电极比第二电极先形成，第一电子传输层31比第二电子传输层32先形成。
图3A示出第一电极为阳极11的情况下的有关空穴传输层一侧的结构，作为流过空穴传输层20的载流子的空穴从第一电极向第二电极流过。也就是说，在光电转换层50中产生的空穴从衬底10一侧向对置衬底(未图示)流过，并在空穴传输层20中从第一空穴传输层21向第二空穴传输层22流过，来到达阴极12。
此时，在本发明的一个方式的光电二极管中，从第一空穴传输层21的GSP_slope(mV/nm)减去第二空穴传输层22的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopeh)优选为10(mV/nm)以下，由此可以抑制驱动电压的上升。此外，ΔGSP_slopeh优选小于0(mV/nm)，由此可以提供驱动电压较低的光电二极管。此外，ΔGSP_slopeh优选为-100(mV/nm)以上，更优选为-50(mV/nm)以上。
此外，图3A示出ΔGSP_slopeh小于0(mV/nm)的结构。
图3B示出第一电极为阴极12的情况下的有关空穴传输层一侧的结构，作为流过空穴传输层20的载流子的空穴从第二电极向第一电极流过。也就是说，在光电转换层50中产生的空穴从对置衬底(未图示)一侧向衬底10流过，并在空穴传输层20中从第二空穴传输层22向第一空穴传输层21流过，来到达阴极12。
此时，在本发明的一个方式的光电二极管中，从第一空穴传输层21的GSP_slope(mV/nm)减去第二空穴传输层22的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopeh)优选为10(mV/nm)以下，由此可以抑制驱动电压的上升。此外，ΔGSP_slopeh优选小于0(mV/nm)，由此可以提供驱动电压较低的光电二极管。此外，ΔGSP_slopeh优选为-100(mV/nm)以上，更优选为-50(mV/nm)以上。
此外，图3B示出ΔGSP_slopeh小于0(mV/nm)的结构。
图3C示出第一电极为阳极11的情况下的有关电子传输层一侧的结构，作为流过电子传输层30的载流子的电子从第二电极向第一电极流过。也就是说，在光电转换层50中产生的电子从对置衬底(未图示)一侧向衬底10流过，并在电子传输层30中从第二电子传输层32向第一电子传输层31流过，来到达阳极11。
此时，在本发明的一个方式的光电二极管中，从第一电子传输层31的GSP_slope(mV/nm)减去第二电子传输层32的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopee)优选为-10(mV/nm)以上，由此可以抑制驱动电压的上升。此外，ΔGSP_slopee优选大于0(mV/nm)，由此可以提供驱动电压较低的光电二极管。此外，ΔGSP_slopee优选为200(mV/nm)以下，更优选为150(mV/nm)以下。
此外，图3C示出ΔGSP_slopee大于0(mV/nm)的结构。
图3D示出第一电极为阴极12的情况下的有关电子传输层一侧的结构，作为流过电子传输层30的载流子的电子从第一电极向第二电极流过。也就是说，在光电转换层50中产生的电子从衬底10一侧向对置衬底(未图示)流过，并在电子传输层30中从第一电子传输层31向第二电子传输层32流过，来到达阳极11。
此时，在本发明的一个方式的光电二极管中，从第一电子传输层31的GSP_slope(mV/nm)减去第二电子传输层32的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopee)优选为-10(mV/nm)以上，由此可以抑制驱动电压的上升。此外，ΔGSP_slopee优选大于0(mV/nm)，由此可以提供驱动电压较低的光电二极管。此外，ΔGSP_slopee优选为200(mV/nm)以下，更优选为150(mV/nm)以下。
此外，图3D示出ΔGSP_slopee大于0(mV/nm)的结构。
图4A示出第一电极为阳极11的情况下的有关空穴传输层及电子传输层两侧的结构，作为流过空穴传输层20的载流子的空穴从第一电极向第二电极流过，作为流过电子传输层30的载流子的电子从第二电极向第一电极流过。也就是说，在光电转换层50中产生的空穴从衬底10一侧向对置衬底(未图示)流过，并在空穴传输层20中从第一空穴传输层21向第二空穴传输层22流过，来到达阴极12。此外，在光电转换层50中产生的电子从对置衬底(未图示)一侧向衬底10流过，并在电子传输层30中从第二电子传输层32向第一电子传输层31流过，来到达阳极11。
此时，在本发明的一个方式的光电二极管中，从第一空穴传输层21的GSP_slope(mV/nm)减去第二空穴传输层22的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopeh)优选为10(mV/nm)以下，并且从第一电子传输层31的GSP_slope(mV/nm)减去第二电子传输层32的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopee)优选为-10(mV/nm)以上，由此可以抑制驱动电压的上升。此外，ΔGSP_slopeh优选小于0(mV/nm)，并且ΔGSP_slopee优选大于0(mV/nm)，由此可以提供驱动电压较低的光电二极管。此外，ΔGSP_slopeh优选为-100(mV/nm)以上，更优选为-50(mV/nm)以上。此外，ΔGSP_slopee优选为200(mV/nm)以下，更优选为150(mV/nm)以下。
此外，图4A示出ΔGSP_slopeh小于0(mV/nm)且ΔGSP_slopee大于0(mV/nm)的结构。
图4B示出第一电极为阴极12的情况下的有关空穴传输层及电子传输层两侧的结构，作为流过空穴传输层20的载流子的空穴从第二电极向第一电极流过，作为流过电子传输层30的载流子的电子从第一电极向第二电极流过。也就是说，在光电转换层50中产生的空穴从对置衬底(未图示)一侧向衬底10流过，并在空穴传输层20中从第二空穴传输层22向第一空穴传输层21流过，来到达阴极12。此外，在光电转换层50中产生的电子从衬底10一侧向对置衬底(未图示)流过，并在电子传输层30中从第一电子传输层31向第二电子传输层32流过，来到达阳极11。
此时，在本发明的一个方式的光电二极管中，从第一空穴传输层21的GSP_slope(mV/nm)减去第二空穴传输层22的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopeh)优选为10(mV/nm)以下，并且从第一电子传输层31的GSP_slope(mV/nm)减去第二电子传输层32的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopee)优选为-10(mV/nm)以上，由此可以抑制驱动电压的上升。此外，ΔGSP_slopeh优选小于0(mV/nm)，并且ΔGSP_slopee优选大于0(mV/nm)，由此可以提供驱动电压较低的光电二极管。此外，ΔGSP_slopeh优选为-100(mV/nm)以上，更优选为-50(mV/nm)以上。此外，ΔGSP_slopee优选为200(mV/nm)以下，更优选为150(mV/nm)以下。
此外，图4B示出ΔGSP_slopeh小于0(mV/nm)且ΔGSP_slopee大于0(mV/nm)的结构。
此外，在上述有机EL元件及光电二极管中，第一空穴传输层21的HOMO能级(HOMO1)与第二空穴传输层22的HOMO能级(HOMO2)的差异，即ΔHOMO(HOMO1-HOMO2)优选为-0.3eV以上且0.3eV以下，更优选为-0.2eV以上且0.2eV以下，由此第一空穴传输层21与第二空穴传输层22之间的空穴注入性得到提高。由此可以以更低的电压驱动该有机EL元件及光电二极管。
此外，有机EL元件及光电二极管中的ΔGSP_slopeh和ΔHOMO都是提高向第一空穴传输层21及第二空穴传输层22注入空穴的性能的参数，所以在ΔGSP_slopeh较小时在ΔHOMO的范围更宽的区域中也表示较低驱动电压，在ΔHOMO的范围较窄时即使ΔGSP_slopeh的值更高也表示较低驱动电压。由此，在ΔHOMO的范围为-0.2eV以上且0.2eV以下的结构中，ΔGSP_slopeh优选为10以下。在ΔGSP_slopeh小于0的结构中，ΔHOMO优选为-0.6eV以上且0.6eV以下。
此外，在上述有机EL元件及光电二极管中，第一电子传输层31的LUMO能级(LUMO1)与第二电子传输层32的LUMO能级(LUMO2)的差异，即ΔLUMO(LUMO1-LUMO2)优选为-0.3eV以上且0.3eV以下，更优选为-0.2eV以上且0.2eV以下，由此第一电子传输层31与第二电子传输层32之间的电子注入性得到提高。由此可以以更低的电压驱动该有机EL元件及光电二极管。
此外，有机EL元件及光电二极管中的ΔGSP_slopee和ΔLUMO都是提高第一电子传输层31与第二电子传输层32之间的电子注入性的参数，所以在ΔGSP_slopee较大时在ΔLUMO的范围更宽的区域中也表示较低驱动电压，在ΔLUMO的范围较窄时即使ΔGSP_slopee的值更小也表示较低驱动电压。由此，在ΔLUMO的范围为-0.2eV以上且0.2eV以下的结构中，ΔGSP_slopee优选为-10以上。在ΔGSP_slopee大于0的结构中，ΔLUMO优选为-0.6eV以上且0.6eV以下。
具有上述结构的本发明的电子器件(有机EL元件、光电二极管等)可以为具有驱动电压较低的良好特性的电子器件。尤其是在有机EL元件中，因为可以抑制驱动电压的上升，所以可以得到发光效率(尤其是功率效率)良好的有机EL元件。
(ΔGSP_slopee与电子注入性的关系)
在此，参照图5A及图5B说明只将电子作为载流子的有机半导体元件(元件1至元件4)中的ΔGSP_slopee与电子注入性的关系的验证结果。此外，将元件1至元件4的器件结构、使用材料、各GSP_slope及ΔGSP_slopee汇总于以下表。此外，图5A示出以电极1的电位高于电极2的电位的方式施加电压的情况(正向偏压)下的电流密度-电压特性，图5B示出以电极1的电位低于电极2的电位的方式施加电压的情况(反向偏压)下的电流密度-电压特性，并且图5A示出从电极2一侧注入电子时的结果，图5B示出从电极1一侧注入电子时的结果。
此外，元件1至元件4中的层2及层3分别相当于第一电子传输层及第二电子传输层。
[表1]
Figure BDA0003958336970000261
[表2]
Figure BDA0003958336970000262
在表中，ITSO为包含氧化硅的铟锡氧化物，Al为铝，4，7-二-1-吡咯烷基-1，10-菲咯啉(简称：Pyrrd-Phen)、2，9-二(2-萘基)-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(简称：NBPhen)、2，2-(1，3-亚苯)双[9-苯基-1，10-菲咯啉](简称：mPPhen2P)为电子传输性有机化合物。以下示出Pyrrd-Phen、NBPhen、mPPhen2P的分子结构。此外，电极1离衬底最近，层1至电极2从电极1一侧依次通过真空蒸镀法形成。
此外，NBPhen的LUMO能级为-2.83eV，mPPhen2P的LUMO能级为-2.71eV，由此这些两种材料的LUMO的差异为-0.2eV以内，从而元件1至元件4具有不容易产生来源于电位的障壁的结构。
[化学式1]
Figure BDA0003958336970000271
如图5A及图5B所示，具有叠层结构的电子传输层之间的ΔGSP_slopee较大的元件，即元件2与没有叠层结构的元件1同样在电流密度-电压特性上以接近0V的电压启动，由此可知电子注入性良好。另一方面，与没有叠层结构的元件4相比，具有叠层结构的电子传输层之间的ΔGSP_slopee为-12.5(mV/nm)，即-10(mV/nm)以下的元件3的启动电压的绝对值较大，由此可知电子注入性恶化。
图6A及图6B示出使用与元件1至元件4不同的有机化合物的元件5至元件8的有关结果。
元件5至元件8与元件1至元件4同样为只将电子作为载流子的有机半导体元件。此外，将元件5至元件8的器件结构、使用材料、各GSP_slope及ΔGSP_slopee汇总于以下表。此外，图6A示出以电极1的电位高于电极2的电位的方式施加电压的情况(正向偏压)下的结果，图6B示出以电极1的电位低于电极2的电位的方式施加电压的情况(反向偏压)下的结果。
此外，元件5至元件8中的层2及层3分别相当于第一电子传输层及第二电子传输层。
[表3]
Figure BDA0003958336970000281
[表4]
Figure BDA0003958336970000291
在表中，Ag为银，ITSO为包含氧化硅的铟锡氧化物，Al为铝，Pyrrd-Phen、2-(联苯-2-基)-4-[3-(2，6-二甲基吡啶-3-基)-5-(3，5-二-叔丁基苯基)]苯基-6-苯基-1，3，5-三嗪(简称：oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn)、2-(联苯-2-基)-4-[3-(2，6-二甲基吡啶-3-基)-5-(3，5-二环己基苯基)]苯基-6-苯基-1，3，5-三嗪(简称：oBP-mmchPh-mDMePyPTzn)为电子传输性有机化合物。以下示出Pyrrd-Phen、oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn、oBP-mmchPh-mDMePyPTzn的分子结构。此外，电极1离衬底最近，层1至电极2从电极1一侧依次通过真空蒸镀法形成。
此外，oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn的LUMO能级和oBP-mmchPh-mDMePyPTzn的LUMO能级都是-2.93eV。作为两种使用材料，GSP_slope以外的LUMO能级等物性值几乎没有差异的材料被选出。
[化学式2]
Figure BDA0003958336970000301
如图6A及图6B所示，具有叠层结构的电子传输层之间的ΔGSP_slopee大达22.4(mV/nm)的元件，即元件6在正向偏压和反向偏压的电流密度-电压特性上都从与没有叠层结构的元件5同样的位置启动，由此可知电子注入性良好。另一方面，与没有叠层结构的元件8相比，ΔGSP_slopee为-22.4(mV/nm)，即-10(mV/nm)以下的元件7的启动电压的绝对值较大，由此可知电子注入性恶化。
由此可知，在包括以彼此接触的方式层叠的至少两个电子传输层(第一电子传输层、第二电子传输层)的有机半导体元件中，从构成形成在衬底一侧的(先形成的)第一电子传输层的有机化合物的GSP_slope减去构成后形成的第二电子传输层的有机化合物的GSP_slope而得的值(ΔGSP_slopee)为-10(mV/nm)以上的元件可以抑制驱动电压的恶化。
此外，如图5A至图6B所示，ΔGSP_slopee给电子注入带来的影响在正向偏压上也好在反向偏压上也好都一样。也就是说，对于衬底一侧的(先形成的)第一电子传输层及后形成的第二电子传输层的叠层结构，电子从第二电子传输层一侧向第一电子传输层流过也好，电子从第一电子传输层一侧向第二电子传输层流过也好，都可以采用本发明的一个方式。
如此，在以彼此接触的方式层叠的至少两个电子传输层中，构成该电子传输层的有机化合物的GSP_slope的关系给电子注入性带来较大影响，并且通过选择有机化合物的适当组合(ΔGSP_slopee为-10(mV/nm)以上)，可以容易得到具有良好特性的有机半导体元件。
此外，在具有叠层结构的电子传输层中，ΔGSP_slopee更优选为-5(mV/nm)以上，优选大于0(mV/nm)。
以上对于具有将电子作为载流子的叠层结构的电子传输层的电子注入性进行叙述，但是关于具有将空穴作为载流子的叠层结构的空穴传输层，ΔGSP_slopeh也同样给空穴注入性带来较大影响。
在考虑空穴的情况下，在包括以彼此接触的方式层叠的至少两个空穴传输层(第一空穴传输层、第二空穴传输层)的有机半导体元件中，从构成形成在衬底一侧的(先形成的)第一空穴传输层的有机化合物的GSP_slope减去构成后形成的第二空穴传输层的有机化合物的GSP_slope而得的值(ΔGSP_slopeh)为10(mV/nm)以下的元件可以抑制驱动电压的恶化。
此外，在具有叠层结构的空穴传输层中，上述ΔGSP_slopeh更优选为5(mV/nm)以下，进一步优选小于0(mV/nm)。
在此，说明求出有机化合物的GSP_slope的方法。
GSP是因蒸镀膜的永久偶极矩的取向偏离在膜厚度方向上而产生的SOP所引起的现象。当GSP与膜厚度成比例地变化时，其变化量被称为GSP_slope(mV/nm)。典型地说，GSP_slope(mV/nm)已知是作为将通过开尔文探针测量而测得的蒸镀膜的表面电位绘图于膜厚度方向上时的斜率呈现的，但是需要考虑基底膜及测量环境的影响。在层叠两个不同的膜的情况下，可以从储存在其界面的界面电荷密度(mC/m2)及一个膜的GSP_slope估计出另一个膜的GSP_slope。界面电荷密度通过采用使任一膜储存电荷的元件结构的CV测量(IS测量)而求得。
当层叠具有不同SOP的有机薄膜(薄膜1及薄膜2，其中薄膜1位于阳极一侧，薄膜2位于阴极一侧)来使电流流过时，在载流子为电子的情况下成立以下算式。
[算式1]
Figure BDA0003958336970000321
[算式2]
Figure BDA0003958336970000322
在算式(1)中，σif_e表示界面电荷密度，Vi表示电子注入电压，Vbi表示阈值电压，d1表示薄膜1的厚度，ε1表示薄膜1的介电常数。Vi、Vbi可以从器件的电容-电压特性估计。此外，介电常数可以使用寻常光折射率no(633nm)的平方。如此，根据从电容-电压特性估计的Vi、Vbi、从折射率算出的薄膜1的介电常数ε1及薄膜1的厚度d1，可以通过算式(1)求出界面电荷密度σif_e。
接着，在算式(2)中，P1及P2表示薄膜1及薄膜2的SOP，ε2表示薄膜2的介电常数，d2表示薄膜2的厚度。在此，可以从上述算式(1)求出界面电荷密度σif_e，所以通过作为薄膜1使用已知GSP_slope的物质，可以估计薄膜2的GSP_slope。
于是，作为薄膜1使用已知GSP_slope(48(mV/nm))的Alq3，作为测量用的元件制造元件10及元件11，以下示出在元件10中求出NBPhen的GSP_slope且在元件11中求出mPPhen2P的GSP_slope的例子。
下表及图7A示出元件10及元件11的器件结构。阳极701形成在衬底700上，并且空穴注入层702、第一电子传输层703、第二电子传输层704、电子注入层705以及阴极706从阳极701(衬底700)一侧依次通过真空蒸镀法形成。当形成元件10及元件11时，衬底温度为室温，沉积速率为0.2nm/sec至0.4nm/sec，并且在形成一个层时不停止蒸镀进行沉积。在元件10及元件11中，第一电子传输层703相当于薄膜1，第二电子传输层704相当于薄膜2。
此外，图8及图9示出元件10及元件11的电容-电压特性。
[表5]
Figure BDA0003958336970000341
表6示出各材料的折射率no、从图8、图9求得的元件10(NBPhen)及元件11(mPPhen2P)的电子注入电压Vi、阈值电压Vbi、从算式(1)求得的界面电荷密度σif_e、从算式(2)求得的GSP_slope。
[表6]
Figure BDA0003958336970000342
如此，通过制造层叠有已知GSP_slope的Alq3与将要求出GSP_slope的有机化合物的器件以测量电容-电压特性，可以估计GSP_slope。
虽然以上说明了算出用于载流子为电子的电子传输层的有机化合物的GSP_slope的方法，但是在使用用于载流子为空穴的空穴传输层的有机化合物的GSP_slope的情况下，可以使用图7B所示的测量用元件按照下述算式(3)及算式(4)同样计算。在图7B所示的测量用元件中，阳极801形成在衬底800上，并且空穴注入层802、第一空穴传输层803、第二空穴传输层804、电子注入层805以及阴极806从阳极801(衬底800)一侧依次通过真空蒸镀法形成。此外，在下述算式(3)及算式(4)中，σif_h表示界面电荷密度。
[算式3]
Figure BDA0003958336970000351
[算式4]
Figure BDA0003958336970000352
此外，“层的GSP_slope”可以作为构成该层的有机化合物的膜的GSP_slope而算出。此外，当在薄膜1或薄膜2中包含多个有机化合物时，可以将主要包含(例如含量最多)的有机化合物的GSP_slope看作“该层的GSP_slope”。或者，当在薄膜1或薄膜2中包含多个有机化合物时，也可以算出各有机化合物的GSP_slope及含有率而将其加权平均(GSP_slope_ave)定义为“构成层的有机化合物的GSP_slope”。
实施方式2
在本实施方式中，详细说明本发明的一个方式的有机EL元件。图10A是示出本发明的一个方式的有机EL元件的图。本发明的一个方式的有机EL元件包括第一电极与第二电极间的EL层103。EL层103包括发光层113，以及空穴传输层112及电子传输层114中的一个或两个。此外，第一电极设置在比第二电极更靠近衬底100一侧。也就是说，第一电极是比第二电极先形成的电极。此外，优选在衬底100上设置晶体管，使得第一电极与晶体管通过布线连接。此外，第一电极优选设置在设置有外部连接电极的绝缘层一侧，该外部连接电极被用作用来设置FPC等的端子等。
在本实施方式中，示出第一电极为阳极101且第二电极为阴极102的情况，但是也可以为彼此相反的(第一电极为阴极102且第二电极为阳极101)的情况。此时，第一电极也是先形成在衬底100上的电极。
空穴传输层112及电子传输层114中的一个或两个具有叠层结构。
在空穴传输层112具有叠层结构的情况下，至少包括第一空穴传输层112-1及第二空穴传输层112-2。第一空穴传输层112-1设置在比第二空穴传输层112-2更靠近衬底100一侧。也就是说，第一空穴传输层112-1是比第二空穴传输层112-2先形成的层。此外，第一空穴传输层112-1及第二空穴传输层112-2以彼此接触的方式形成。
在本发明的一个方式的有机EL元件中，从第一空穴传输层112-1的GSP_slope(mV/nm)减去第二空穴传输层112-2的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopeh)优选为10(mV/nm)以下，由此可以抑制驱动电压的上升。此外，ΔGSP_slopeh优选小于0(mV/nm)，由此可以提供驱动电压较低的有机EL元件。
第二空穴传输层112-2优选与发光层113接触。此时，第二空穴传输层112-2有时也被用作电子阻挡层。除了第一空穴传输层112-1、第二空穴传输层112-2以外，空穴传输层112也可以还包括第三空穴传输层及第四空穴传输层。
在图10A中，示出第一电极为阳极101且第二电极为阴极102的情况，由此空穴传输层112设置在第一电极(阳极101)与发光层113之间，但是在第一电极为阴极102且第二电极为阳极101的情况下，空穴传输层112设置在第二电极(阳极101)与发光层113之间。在此情况下，第一空穴传输层112-1也是设置在比第二空穴传输层112-2更靠近衬底100一侧的先形成的层。
在电子传输层114具有叠层结构的情况下，至少包括第一电子传输层114-1及第二电子传输层114-2。第一电子传输层114-1设置在比第二电子传输层114-2更靠近衬底100一侧。也就是说，第一电子传输层114-1是比第二电子传输层114-2先形成的层。此外，第一电子传输层114-1及第二电子传输层114-2以彼此接触的方式形成。
此时，在本发明的一个方式的有机EL元件中，从第一电子传输层114-1的GSP_slope(mV/nm)减去第二电子传输层114-2的GSP_slope(mV/nm)而得的值(ΔGSP_slopee)优选为-10(mV/nm)以上，由此可以抑制驱动电压的上升。此外，ΔGSP_slopee更优选大于0(mV/nm)，由此可以提供驱动电压更低的有机EL元件。
第一电子传输层114-1优选与发光层113接触。此时，第一电子传输层114-1有时也被用作空穴阻挡层。除了第一电子传输层114-1、第二电子传输层114-2以外，电子传输层114也可以还包括第三电子传输层及第四电子传输层。
在图10A中，示出第一电极为阳极101且第二电极为阴极102的情况，由此电子传输层114设置在第二电极(阴极102)与发光层113之间，但是在第一电极为阴极102且第二电极为阳极101的情况下，电子传输层114设置在第一电极(阴极102)与发光层113之间。在此情况下，第一电子传输层114-1也是设置在比第二电子传输层114-2更靠近衬底100一侧的先形成的层。
空穴注入层111也可以设置在空穴传输层112与阳极101之间，并且电子注入层115也可以设置在电子传输层114与阴极102之间。此外，有机EL元件的结构不局限于此，也可以包括载流子阻挡层、激子阻挡层、电荷产生层等其他功能层。
接着，对上述有机EL元件的详细结构和材料的例子进行说明。
阳极101优选使用功函数大(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。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-凝胶法等来形成。作为形成方法的例子，可以举出使用对氧化铟添加有1wt％至20wt％的氧化锌的靶材通过溅射法沉积氧化铟-氧化锌的方法等。此外，可以使用对氧化铟添加有0.5wt％至5wt％的氧化钨和0.1wt％至1wt％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)。此外，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。此外，也可以使用石墨烯。此外，通过将后面说明的复合材料用于EL层103中的接触于阳极101的层，可以在选择电极材料时无需顾及功函数。
空穴注入层111是含有具有受体性的物质的层。作为具有受体性的物质，可以使用有机化合物和无机化合物。
作为具有受体性的物质可以使用具有吸电子基团(卤基、氰基等)的化合物，可以举出7，7，8，8-四氰-2，3，5，6-四氟醌二甲烷(简称：F4-TCNQ)、氯醌、2，3，6，7，10，11-六氰-1，4，5，8，9，12-六氮杂三亚苯(简称：HAT-CN)、1，3，4，5，7，8-六氟四氰(hexafluorotetracyano)-萘醌二甲烷(naphthoquinodimethane)(简称：F6-TCNNQ)、2-(7-二氰基亚甲基-1，3，4，5，6，8，9，10-八氟-7H-芘-2-亚基)丙二腈等。尤其是，吸电子基团键合于具有多个杂原子的稠合芳香环的化合物诸如HAT-CN等热稳定，所以是优选的。此外，包括吸电子基团(尤其是如氟基等卤基、氰基等)的[3]轴烯衍生物的电子接收性非常高所以特别优选的，具体而言，可以举出：α，α’，α”-1，2，3-环丙烷三亚基三[4-氰-2，3，5，6-四氟苯乙腈]、α，α’，α”-1，2，3-环丙烷三亚基三[2，6-二氯-3，5-二氟-4-(三氟甲基)苯乙腈]、α，α’，α”-1，2，3-环丙烷三亚基三[2，3，4，5，6-五氟苯乙腈]等。作为具有受主性的物质，除了上述有机化合物以外还可以使用钼氧化物、钒氧化物、钌氧化物、钨氧化物、锰氧化物等。此外，也可以使用酞菁类配合物化合物如酞菁(简称：H2Pc)、铜酞菁(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)、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)(简称：PEDOT/PSS)等来形成空穴注入层111。具有受主性的物质借助于施加电场而能够从邻接的空穴传输层(或空穴传输材料)抽出电子。
此外，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上述受体物质的复合材料。注意，通过使用在具有空穴传输性的材料中含有受体物质的复合材料，在选择形成电极的材料时可以无需顾及电极的功函数。换言之，作为阳极101，不仅可以使用功函数高的材料，还可以使用功函数低的材料。
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、高分子化合物(低聚物、树枝状聚合物、聚合物等)等。作为用于复合材料的具有空穴传输性的材料，优选使用空穴迁移率为1×10-6cm2/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。
作为可以用于复合材料的芳香胺化合物，可以举出N，N’-二(对甲苯基)-N，N’-二苯基-对亚苯基二胺(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。作为咔唑衍生物，可以具体地举出3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCA1)、3，6-双[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCA2)、3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCN1)、4，4’-二(N-咔唑基)联苯(简称：CBP)、1，3，5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(简称：TCPB)、9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称：CzPA)、1，4-双[4-(N-咔唑基)苯基]-2，3，5，6-四苯基苯等。作为芳香烃，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、苝、2，5，8，11-四(叔丁基)苝等。此外，除此之外，还可以使用并五苯、晕苯等。此外，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。
此外，也可以使用聚(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)等高分子化合物。
作为用于复合材料的具有空穴传输性的材料，更优选具有咔唑骨架、二苯并呋喃骨架、二苯并噻吩骨架及蒽骨架中的任意骨架。尤其是，可以为具有包括二苯并呋喃环或二苯并噻吩环的取代基的芳香胺、包括萘环的芳香单胺、或者9-芴基通过亚芳基键合于胺的氮的芳香单胺。注意，当这些具有空穴传输性的材料是包括N，N-双(4-联苯)氨基的物质时，可以制造寿命长的有机EL元件，所以是优选的。作为上述具有空穴传输性的材料，具体而言，可以举出N-(4-联苯)-6，N-二苯基苯并[b]萘并[1，2-d]呋喃-8-胺(简称：BnfABP)、N，N-双(4-联苯)-6-苯基苯并[b]萘并[1，2-d]呋喃-8-胺(简称：BBABnf)、4，4’-双(6-苯基苯并[b]萘并[1，2-d]呋喃-8-基)-4”-苯基三苯基胺(简称：BnfBB1BP)、N，N-双(4-联苯)苯并[b]萘并[1，2-d]呋喃-6-胺(简称：BBABnf(6))、N，N-双(4-联苯)苯并[b]萘并[1，2-d]呋喃-8-胺(简称：BBABnf(8))、N，N-双(4-联苯)苯并[b]萘并[2，3-d]呋喃-4-胺(简称：BBABnf(II)(4))、N，N-双[4-(二苯并呋喃-4-基)苯基]-4-氨基-对三联苯(简称：DBfBB1TP)、N-[4-(二苯并噻吩-4-基)苯基]-N-苯基-4-联苯胺(简称：ThBA1BP)、4-(2-萘基)-4’，4”-二苯基三苯基胺(简称：BBAβNB)、4-[4-(2-萘基)苯基]-4’，4”-二苯基三苯基胺(简称：BBAβNBi)、4，4’-二苯基-4”-(6；1’-联萘基-2-基)三苯基胺(简称：BBAαNβNB)、4，4’-二苯基-4”-(7；1’-联萘基-2-基)三苯基胺(简称：BBAαNβNB-03)、4，4’-二苯基-4”-(7-苯基)萘基-2-基三苯基胺(简称：BBAPβNB-03)、4，4’-二苯基-4”-(6；2’-联萘基-2-基)三苯基胺(简称：BBA(βN2)B)、4，4’-二苯基-4”-(7；2’-联萘基-2-基)-三苯基胺(简称：BBA(βN2)B-03)、4，4’-二苯基-4”-(4；2’-联萘基-1-基)三苯基胺(简称：BBAβNαNB)、4，4’-二苯基-4”-(5；2’-联萘基-1-基)三苯基胺(简称：BBAβNαNB-02)、4-(4-联苯基)-4’-(2-萘基)-4”-苯基三苯基胺(简称：TPBiAβNB)、4-(3-联苯基)-4’-[4-(2-萘基)苯基]-4”-苯基三苯基胺(简称：mTPBiAβNBi)、4-(4-联苯基)-4’-[4-(2-萘基)苯基]-4”-苯基三苯基胺(简称：TPBiAβNBi)、4-苯基-4’-(1-萘基)三苯基胺(简称：αNBA1BP)、4，4’-双(1-萘基)三苯基胺(简称：αNBB1BP)、4，4’-二苯基-4”-[4’-(咔唑-9-基)联苯-4-基]三苯基胺(简称：YGTBi1BP)、4’-[4-(3-苯基-9H-咔唑-9-基)苯基]三(1，1’-联苯-4-基)胺(简称：YGTBi1BP-02)、4-[4’-(咔唑-9-基)联苯-4-基]-4’-(2-萘基)-4”-苯基三苯基胺(简称：YGTBiβNB)、N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]-N-[4-(1-萘基)苯基]-9，9'-螺二[9H-芴]-2-胺(简称：PCBNBSF)、N，N-双(联苯-4-基)-9，9’-螺二[9H-芴]-2-胺(简称：BBASF)、N，N-双(联苯-4-基)-9，9’-螺二[9H-芴]-4-胺(简称：BBASF(4))、N-(1，1’-联苯-2-基)-N-(9，9-二甲基-9H-芴-2-基)-9，9’-螺二[9H-芴]-4-胺(简称：oFBiSF)、N-(4-联苯)-N-(9，9-二甲基-9H-芴-2-基)二苯并呋喃-4-胺(简称：FrBiF)、N-[4-(1-萘基)苯基]-N-[3-(6-苯基二苯并呋喃-4-基)苯基]-1-萘基胺(简称：mPDBfBNBN)、4-苯基-4’-(9-苯基芴-9-基)三苯基胺(简称：BPAFLP)、4-苯基-3’-(9-苯基芴-9-基)三苯基胺(简称：mBPAFLP)、4-苯基-4’-[4-(9-苯基芴-9-基)苯基]三苯基胺(简称：BPAFLBi)、4-苯基-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯基胺(简称：PCBA1BP)、4，4’-二苯基-4”-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯基胺(简称：PCBBi1BP)、4-(1-萘基)-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯基胺(简称：PCBANB)、4，4’-二(1-萘基)-4”-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯基胺(简称：PCBNBB)、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)、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)、N，N-双(9，9-二甲基-9H-芴-2-基)-9，9’-螺二-9H-芴-4-胺、N，N-双(9，9-二甲基-9H-芴-2-基)-9，9’-螺二-9H-芴-3-胺、N，N-双(9，9-二甲基-9H-芴-2-基)-9，9’-螺二-9H-芴-2-胺、N，N-双(9，9-二甲基-9H-芴-2-基)-9，9’-螺二-9H-芴-1-胺等。
注意，用于复合材料的具有空穴传输性的材料更优选为HOMO能级为-5.7eV以上且-5.4eV以下的具有较深的HOMO能级的物质。当用于复合材料的具有空穴传输性的材料具有较深的HOMO能级时，空穴容易注入到空穴传输层112，且可以容易得到寿命长的有机EL元件。
注意，通过还对上述复合材料混合碱金属或碱土金属的氟化物(优选的是该层中的氟原子的原子比率为20％以上)，可以降低该层的折射率。由此，也可以在EL层103内部形成折射率低的层，且可以提高有机EL元件的外部量子效率。
通过形成空穴注入层111，可以提高空穴注入性，从而可以得到驱动电压较低的有机EL元件。此外，具有受体性的有机化合物可以利用蒸镀容易地沉积，所以是易于使用的材料。
空穴传输层112包含具有空穴传输性的材料。作为包含空穴传输性的材料，优选具有1×10-6cm2/Vs以上的空穴迁移率。
作为可用于空穴传输层112的材料，可以举出：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)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)、3，3'-双(9-苯基-9H-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)、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)、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。其中，具有芳香胺骨架的化合物、具有咔唑骨架的化合物具有良好的可靠性和高空穴传输性并有助于降低驱动电压，所以是优选的。注意，作为构成空穴传输层112的材料也可以适当地使用作为可用于空穴注入层111的复合材料的有机化合物举出的物质。
此外，由于可以降低空穴传输层112的折射率且可以提高光的提取效率，所以用于第一空穴传输层112-1及第二空穴传输层112-2的有机化合物优选使用具有烷基的芳香胺。此外，更优选使用在一个分子内存在有多个该烷基的有机化合物。作为这种材料，例如可以举出：N，N-双(4-环己苯基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：dchPAF)、N-[(4’-环己基)-1，1’-联苯-4基]-N-(4-环己苯基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：chBichPAF)、N，N-双(4-环己苯基)-N-(螺[环己烷-1，9’[9H]芴]-2’基)胺(简称：dchPASchF)、N-[(4’-环己基)-1，1’-联苯-4基]-N-(4-环己苯基)-N-(螺[环己烷-1，9’-[9H]-芴]-2’基)-胺(简称：chBichPASchF)、N-(4-环己苯基)-双(螺[环己烷-1，9’-[9H]芴]-2’-基)胺(简称：SchFB1chP)、N-[(3’，5’-二叔丁基)-1，1’-联苯-4-基]-N-(4-环己苯基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBuBichPAF)、N，N-双(3’，5’-二叔丁基-1，1’-联苯-4-基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：dmmtBuBiAF)、N-(3，5-二叔丁基苯基)-N-(3’，5’，-二叔丁基-1，1’-联苯-4-基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBuBimmtBuPAF)、N，N-双(4-环己苯基)-9，9-二丙基-9H-芴-2-胺(简称：dchPAPrF)、N-[(3’，5’-二环己基)-1，1’-联苯-4-基]-N-(4-环己苯基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmchBichPAF)、N-(3，3”，5，5”-四-叔丁基-1，1’：3’，1”-三联苯-5’-基)-N-(4-环己苯基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPchPAF)、N-(4-环十二烷基苯基)-N-(4-环己苯基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：CdoPchPAF)、N-(3，3”，5，5”-四-叔丁基-1，1’：3’，1”-三联苯-5’-基)-N-苯基-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPFA)、N-(1，1’-联苯-4-基)-N-(3，3”，5，5”-四-叔丁基-1，1’：3’，1”-三联苯-5’-基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPFBi)、N-(1，1’-联苯-2-基)-N-(3，3”，5，5”-四-叔丁基-1，1’：3’，1”-三联苯-5’-基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPoFBi)、N-[(3，3’，5’-三-叔丁基)-1，1’-联苯-5-基]-N-(4-环己苯基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumBichPAF)、N-(1，1’-联苯-2-基)-N-[(3，3’，5’-三-叔丁基)-1，1’-联苯-5-基]-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumBioFBi)、N-(4-叔丁基苯基)-N-(3，3”，5，5”-四-叔丁基-1，1’：3’，1”-三联苯-5’-基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPtBuPAF)、N-(3，3”，5’，5”-四-叔丁基-1，1’：3’，1”-三联苯-5-基)-N-苯基-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPFA-02)、N-(1，1’-联苯-4-基)-N-(3，3”，5’，5”-四-叔丁基-1，1’：3’，1”-三联苯-5-基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPFBi-02)、N-(1，1’-联苯-2-基)-N-(3，3”，5’，5”-四-叔丁基-1，1’：3’，1”-三联苯-5-基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPoFBi-02)、N-(4-环己苯基)-N-(3，3”，5’，5”-四-叔丁基-1，1’：3’，1”-三联苯-5-基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPchPAF-02)、N-(1，1’-联苯-2-基)-N-(3”，5’，5”-三-叔丁基-1，1’：3’，1”-三联苯-5-基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPoFBi-03)、N-(4-环己苯基)-N-(3”，5’，5”-三-叔丁基-1，1’：3’，1”-三联苯-5-基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPchPAF-03)、N-(3”，5’，5”-三-叔丁基-1，1’：3’，1”-三联苯-4-基)-N-(1，1’-联苯-2-基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPoFBi-04)、N-(3”，5’，5”-三-叔丁基-1，1’：3’，1”-三联苯-4-基)-N-(4-环己苯基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPchPAF-04)、N-(1，1’-联苯-2-基)-N-(3，3”，5”-三-叔丁基-1，1’：4’，1”-三联苯-5-基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPoFBi-05)、N-(4-环己苯基)-N-(3，3”，5”-三-叔丁基-1，1’：4’，1”-三联苯-5-基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBumTPchPAF-05)、N-(3’，5’-二叔丁基-1，1’-联苯-4-基)-N-(1，1’-联苯-2-基)-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：mmtBuBioFBi)等。
此外，用于第一空穴传输层112-1及第二空穴传输层112-2的有机化合物优选为具有芴骨架或螺芴骨架的有机化合物。
此外，用于第一空穴传输层112-1及第二空穴传输层112-2的有机化合物优选为具有咔唑骨架的有机化合物。
此外，由于可以改善来自空穴注入层或阳极101的空穴注入性，所以构成第一空穴传输层112-1的有机化合物优选为其HOMO能级为-5.45eV至-5.20eV的范围的有机化合物。由此，可以以低电压驱动该有机EL元件。
发光层113包含发光物质及主体材料。注意，发光层113也可以包含其他材料。此外，也可以为组成不同的两层叠层。
发光物质可以是荧光发光物质、磷光发光物质、呈现热活化延迟荧光(TADF)的物质或其他发光物质。
在发光层113中，作为可以用作荧光发光物质的材料，例如可以举出如下物质。注意，除此之外，还可以使用其他荧光发光物质。
例如，可以举出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'-二苯基二苯乙烯-4，4'-二胺(简称：YGA2S)、4-(9H-咔唑-9-基)-4'-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(简称：YGAPA)、4-(9H-咔唑-9-基)-4'-(9，10-二苯基-2-蒽基)三苯胺(简称：2YGAPPA)、N，9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称：PCAPA)、二萘嵌苯、2，5，8，11-四(叔丁基)二萘嵌苯(简称：TBP)、4-(10-苯基-9-蒽基)-4'-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称：PCBAPA)、N，N”-(2-叔丁基蒽-9，10-二基二-4，1-亚苯基)双[N，N'，N'-三苯基-1，4-苯二胺](简称：DPABPA)、N，9-二苯基-N-[4-(9，10-二苯基-2-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称：2PCAPPA)、N-[4-(9，10-二苯基-2-蒽基)苯基]-N，N'，N'-三苯基-1，4-苯二胺(简称：2DPAPPA)、N，N，N'，N'，N”，N”，N”'，N”'-八苯基二苯并[g，p]
Figure BDA0003958336970000471
(chrysene)-2，7，10，15-四胺(简称：DBC1)、香豆素30、N-(9，10-二苯基-2-蒽基)-N，9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简称：2PCAPA)、N-[9，10-双(1，1'-联苯-2-基)-2-蒽基]-N，9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(简称：2PCABPhA)、N-(9，10-二苯基-2-蒽基)-N，N'，N'-三苯基-1，4-苯二胺(简称：2DPAPA)、N-[9，10-双(1，1'-联苯-2-基)-2-蒽基]-N，N'，N'-三苯基-1，4-苯二胺(简称：2DPABPhA)、9，10-双(1，1'-联苯-2-基)-N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基蒽-2-胺(简称：2YGABPhA)、N，N，9-三苯基蒽-9-胺(简称：DPhAPhA)、香豆素545T、N，N'-二苯基喹吖酮(简称：DPQd)、红荧烯、5，12-双(1，1'-联苯-4-基)-6，11-二苯基并四苯(简称：BPT)、2-(2-{2-[4-(二甲氨基)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)、N，N’-二苯基-N，N’-(1，6-芘-二基)双[(6-苯基苯并[b]萘并[1，2-d]呋喃)-8-胺](简称：1，6BnfAPrn-03)、3，10-双[N-(9-苯基-9H-咔唑-2-基)-N-苯基氨基]萘并[2，3-b；6，7-b’]双苯并呋喃(简称：3，10PCA2Nbf(IV)-02)、3，10-双[N-(二苯并呋喃-3-基)-N-苯基氨基]萘并[2，3-b；6，7-b’]双苯并呋喃(简称：3，10FrA2Nbf(IV)-02)等。尤其是，以1，6FLPAPrn、1，6mMemFLPAPrn、1，6BnfAPrn-03等芘二胺化合物为代表的稠合芳族二胺化合物具有合适的空穴俘获性且良好的发光效率及可靠性，所以是优选的。
在发光层113中，当作为发光物质使用磷光发光物质时，作为可使用的材料，例如可以举出如下物质。
例如可以使用如下材料，三{2-[5-(2-甲基苯基)-4-(2，6-二甲基苯基)-4H-1，2，4-三唑-3-基-κN2]苯基-κC}铱(III)(简称：[Ir(mpptz-dmp)3])、三(5-甲基-3，4-二苯基-4H-1，2，4-三唑)铱(III)(简称：[Ir(Mptz)3])、三[4-(3-联苯)-5-异丙基-3-苯基-4H-1，2，4-三唑]铱(III)(简称：[Ir(iPrptz-3b)3])等具有4H-三唑骨架的有机金属铱配合物；三[3-甲基-1-(2-甲基苯基)-5-苯基-1H-1，2，4-三唑]铱(III)(简称：[Ir(Mptz1-mp)3])、三(1-甲基-5-苯基-3-丙基-1H-1，2，4-三唑)铱(III)(简称：[Ir(Prptz1-Me)3])等具有1H-三唑骨架的有机金属铱配合物；fac-三[(1-2，6-二异丙基苯基)-2-苯基-1H-咪唑]铱(III)(简称：[Ir(iPrpmi)3])、三[3-(2，6-二甲基苯基)-7-甲基咪唑并[1，2-f]菲啶根(phenanthridinato)]铱(III)(简称：[Ir(dmpimpt-Me)3])等具有咪唑骨架的有机金属铱配合物；以及双[2-(4'，6'-二氟苯基)吡啶根-N，C2']铱(III)四(1-吡唑基)硼酸盐(简称：FIr6)、双[2-(4'，6'-二氟苯基)吡啶根-N，C2']铱(III)吡啶甲酸酯(简称：FIrpic)、双{2-[3'，5'-双(三氟甲基)苯基]吡啶根-N，C2'}铱(III)吡啶甲酸酯(简称：[Ir(CF3ppy)2(pic)])、双[2-(4'，6'-二氟苯基)吡啶根-N，C2']铱(III)乙酰丙酮(简称：FIracac)等以具有吸电子基团的苯基吡啶衍生物为配体的有机金属铱配合物。上述物质是发射蓝色磷光的化合物，并且是在440nm至520nm具有发光峰的化合物。
此外，可以举出：三(4-甲基-6-苯基嘧啶根)铱(III)(简称：[Ir(mppm)3])、三(4-叔丁基-6-苯基嘧啶根)铱(III)(简称：[Ir(tBuppm)3])、(乙酰丙酮根)双(6-甲基-4-苯基嘧啶根)铱(III)(简称：[Ir(mppm)2(acac)])、(乙酰丙酮根)双(6-叔丁基-4-苯基嘧啶根)铱(III)(简称：[Ir(tBuppm)2(acac)])、(乙酰丙酮根)双[6-(2-降冰片基)-4-苯基嘧啶根]铱(III)(简称：[Ir(nbppm)2(acac)])、(乙酰丙酮根)双[5-甲基-6-(2-甲基苯基)-4-苯基嘧啶根]铱(III)(简称：Ir(mpmppm)2(acac))、(乙酰丙酮根)双(4，6-二苯基嘧啶根)铱(III)(简称：[Ir(dppm)2(acac)])等具有嘧啶骨架的有机金属铱配合物；(乙酰丙酮根)双(3，5-二甲基-2-苯基吡嗪根)铱(III)(简称：[Ir(mppr-Me)2(acac)])、(乙酰丙酮根)双(5-异丙基-3-甲基-2-苯基吡嗪根)铱(III)(简称：[Ir(mppr-iPr)2(acac)])等具有吡嗪骨架的有机金属铱配合物；三(2-苯基吡啶根-N，C2')铱(III)(简称：[Ir(ppy)3])、双(2-苯基吡啶根-N，C2')铱(III)乙酰丙酮(简称：[Ir(ppy)2(acac)])、双(苯并[h]喹啉)铱(III)乙酰丙酮(简称：[Ir(bzq)2(acac)])、三(苯并[h]喹啉)铱(III)(简称：[Ir(bzq)3])、三(2-苯基喹啉-N，C2']铱(III)(简称：[Ir(pq)3])、双(2-苯基喹啉-N，C2')铱(III)乙酰丙酮(简称：[Ir(pq)2(acac)])等具有吡啶骨架的有机金属铱配合物；以及三(乙酰丙酮根)(单菲咯啉)铽(III)(简称：[Tb(acac)3(Phen)])等稀土金属配合物。上述物质主要是发射绿色磷光的化合物，并且在500nm至600nm具有发光峰。此外，由于具有嘧啶骨架的有机金属铱配合物具有特别优异的可靠性及发光效率，所以是特别优选的。
此外，可以举出：(二异丁酰基甲烷根)双[4，6-双(3-甲基苯基)嘧啶基]铱(III)(简称：[Ir(5mdppm)2(dibm)])、双[4，6-双(3-甲基苯基)嘧啶根)(二新戊酰基甲烷根)铱(III)(简称：[Ir(5mdppm)2(dpm)])、双[4，6-二(萘-1-基)嘧啶根](二新戊酰基甲烷根)铱(III)(简称：[Ir(d1npm)2(dpm)])等具有嘧啶骨架的有机金属铱配合物；(乙酰丙酮根)双(2，3，5-三苯基吡嗪根)铱(III)(简称：[Ir(tppr)2(acac)])、双(2，3，5-三苯基吡嗪根)(二新戊酰基甲烷根)铱(III)(简称：[Ir(tppr)2(dpm)])、(乙酰丙酮根)双[2，3-双(4-氟苯基)喹喔啉合]铱(III)(简称：[Ir(Fdpq)2(acac)])等具有吡嗪骨架的有机金属铱配合物；三(1-苯基异喹啉-N，C2’)铱(III)(简称：[Ir(piq)3])、双(1-苯基异喹啉-N，C2’)铱(III)乙酰丙酮(简称：[Ir(piq)2(acac)])等具有吡啶骨架的有机金属铱配合物；2，3，7，8，12，13，17，18-八乙基-21H，23H-卟啉铂(II)(简称：PtOEP)等的铂配合物；以及三(1，3-二苯基-1，3-丙二酮(propanedionato))(单菲咯啉)铕(III)(简称：[Eu(DBM)3(Phen)])、三[1-(2-噻吩甲酰基)-3，3，3-三氟丙酮](单菲咯啉)铕(III)(简称：[Eu(TTA)3(Phen)])等稀土金属配合物。上述物质是发射红色磷光的化合物，并且在600nm至700nm具有发光峰。此外，具有吡嗪骨架的有机金属铱配合物可以获得色度良好的红色发光。
此外，除了上述磷光化合物以外，还可以选择已知的磷光发光物质而使用。
作为TADF材料可以使用富勒烯及其衍生物、吖啶及其衍生物以及伊红衍生物等。此外，还可以举出包含镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)、锡(Sn)、铂(Pt)、铟(In)或钯(Pd)等含金属卟啉。作为该含金属卟啉，例如，也可以举出由下述结构式表示的原卟啉-氟化锡配合物(SnF2(Proto IX))、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(PtCl2OEP)等。
[化学式3]
Figure BDA0003958336970000521
此外，还可以使用由下述结构式表示的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)、9-(4，6-二苯基-1，3，5-三嗪-2-基)-9’-苯基-9H，9’H-3，3’-联咔唑(简称：PCCzTzn)、9-[4-(4，6-二苯基-1，3，5-三嗪-2-基)苯基]-9’-苯基-9H，9’H-3，3’-联咔唑(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)、10-苯基-10H，10’H-螺[吖啶-9，9’-蒽]-10’-酮(简称：ACRSA)等具有富π电子型杂芳环和缺π电子型杂芳环的一方或双方的杂环化合物。该杂环化合物具有富π电子型杂芳环和缺π电子型杂芳环，电子传输性和空穴传输性都高，所以是优选的。尤其是，在具有缺π电子杂芳环的骨架中，吡啶骨架、二嗪骨架(嘧啶骨架、吡嗪骨架、哒嗪骨架)及三嗪骨架稳定且可靠性良好，所以是优选的。尤其是，苯并呋喃并嘧啶骨架、苯并噻吩并嘧啶骨架、苯并呋喃并吡嗪骨架、苯并噻吩并吡嗪骨架的受体性高且可靠性良好，所以是优选的。此外，在具有富π电子杂芳环的骨架中，吖啶骨架、吩恶嗪骨架、吩噻嗪骨架、呋喃骨架、噻吩骨架及吡咯骨架稳定且可靠性良好，所以优选具有上述骨架中的至少一个。此外，作为呋喃骨架优选使用二苯并呋喃骨架，作为噻吩骨架优选使用二苯并噻吩骨架。作为吡咯骨架，特别优选使用吲哚骨架、咔唑骨架、吲哚并咔唑骨架、联咔唑骨架、3-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)-9H-咔唑骨架。在富π电子型杂芳环和缺π电子型杂芳环直接键合的物质中，富π电子杂芳环的电子供给性和缺π电子型杂芳环的电子接收性都高而S1能级与T1能级之间的能量差变小，可以高效地获得热活化延迟荧光，所以是特别优选的。注意，也可以使用键合有氰基等吸电子基团的芳环代替缺π电子型杂芳环。此外，作为富π电子型骨架，可以使用芳香胺骨架、吩嗪骨架等。此外，作为缺π电子型骨架，可以使用氧杂蒽骨架、二氧化噻吨(thioxanthene dioxide)骨架、噁二唑骨架、三唑骨架、咪唑骨架、蒽醌骨架、苯基硼烷或boranthrene等含硼骨架、苯甲腈或氰苯等具有腈基或氰基的芳香环或杂芳环、二苯甲酮等羰骨架、氧化膦骨架、砜骨架等。如此，可以使用缺π电子骨架及富π电子型骨架代替缺π电子型杂芳环以及富π电子杂芳环中的至少一个。
[化学式4]
Figure BDA0003958336970000541
TADF材料是指S1能级和T1能级之差较小且具有通过反系间窜跃将三重激发能转换为单重激发能的功能的材料。因此，能够通过微小的热能量将三重激发能上转换(up-convert)为单重激发能(反系间窜跃)并能够高效地产生单重激发态。此外，可以将三重激发能转换为发光。
以两种物质形成激发态的激基复合物(Exciplex)因S1能级和T1能级之差极小而具有将三重激发能转换为单重激发能的TADF材料的功能。
注意，作为T1能级的指标，可以使用在低温(例如，77K至10K)下观察到的磷光光谱。关于TADF材料，优选的是，当以通过在荧光光谱的短波长侧的尾处引切线得到的外推线的波长能量为S1能级并以通过在磷光光谱的短波长侧的尾处引切线得到的外推线的波长能量为T1能级时，S1与T1之差为0.3eV以下，更优选为0.2eV以下。
此外，当使用TADF材料作为发光物质时，主体材料的S1能级优选比TADF材料的S1能级高。此外，主体材料的T1能级优选比TADF材料的T1能级高。
作为发光层的主体材料，可以使用具有电子传输性的材料、具有空穴传输性的材料、上述TADF材料等各种载流子传输材料。
作为具有空穴传输性的材料，优选使用具有胺骨架、π电子过剩型杂芳环骨架的有机化合物等。例如，可以举出：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)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)、3，3'-双(9-苯基-9H-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)、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)、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。其中，具有芳香胺骨架的化合物、具有咔唑骨架的化合物具有良好的可靠性和高空穴传输性并有助于降低驱动电压，所以是优选的。
作为具有电子传输性的材料，例如可以举出：双(10-羟基苯并[h]喹啉)铍(II)(简称：BeBq2)、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(III)(简称：BAlq)、双(8-羟基喹啉)锌(II)(简称：Znq)、双[2-(2-苯并噁唑基)苯酚]锌(II)(简称：ZnPBO)、双[2-(2-苯并噻唑基)苯酚]锌(II)(简称：ZnBTZ)等金属配合物或包括缺π电子型杂芳环骨架的有机化合物。作为包括缺π电子型杂芳环骨架的有机化合物，例如可以举出：2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑(简称：PBD)、3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1，2，4-三唑(简称：TAZ)、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)、2-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]-1-苯基-1H-苯并咪唑(简称：mDBTBIm-II)等具有多唑骨架的杂环化合物；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)、4，6-双[3-(菲-9-基)苯基]嘧啶(简称：4，6mPnP2Pm)、4，6-双[3-(4-二苯并噻吩基)苯基]嘧啶(简称：4，6mDBTP2Pm-II)等具有二嗪骨架的杂环化合物；2-[3’-(9，9-二甲基-9H-芴-2-基)-1，1’-联苯-3-基]-4，6-二苯基-1，3，5-三嗪(简称：mFBPTzn)、2-[(1，1’-联苯)-4-基]-4-苯基-6-[9，9’-螺二(9H-芴)-2-基]-1，3，5-三嗪(简称：BP-SFTzn)、2-{3-[3-(苯并[b]萘并[1，2-d]呋喃-8-基)苯基]苯基}-4，6-二苯基-1，3，5-三嗪(简称：mBnfBPTzn)、2-{3-[3-(苯并[b]萘并[1，2-d]呋喃-6-基)苯基]苯基}-4，6-二苯基-1，3，5-三嗪(简称：mBnfBPTzn-02)等具有三嗪骨架的杂环化合物；以及3，5-双[3-(9H-咔唑-9-基)苯基]吡啶(简称：35DCzPPy)、1，3，5-三[3-(3-吡啶基)-苯基]苯(简称：TmPyPB)等的具有吡啶骨架的杂环化合物。其中，具有二嗪骨架的杂环化合物、具有三嗪骨架的杂环化合物或具有吡啶骨架的杂环化合物具有良好的可靠性，所以是优选的。尤其是，具有二嗪(嘧啶、吡嗪等)骨架的杂环化合物具有高电子传输性，也有助于降低驱动电压。
作为能够用作主体材料的TADF材料，可以使用与上面作为TADF材料举出的材料同样的材料。当使用TADF材料作为主体材料时，由TADF材料生成的三重激发能经反系间窜跃转换为单重激发能并进一步能量转移到发光物质，由此可以提高有机EL元件的发光效率。此时，TADF材料被用作能量供体，发光物质被用作能量受体。
当上述发光物质为荧光发光物质时这是非常有效的。此外，此时，为了得到高发光效率，TADF材料的S1能级优选比荧光发光物质的S1能级高。此外，TADF材料的T1能级优选比荧光发光物质的S1能级高。因此，TADF材料的T1能级优选比荧光发光物质的T1能级高。
此外，优选使用呈现与荧光发光物质的最低能量一侧的吸收带的波长重叠的发光的TADF材料。由此，激发能顺利地从TADF材料转移到荧光发光物质，可以高效地得到发光，所以是优选的。
为了高效地从三重激发能通过反系间窜跃生成单重激发能，优选在TADF材料中产生载流子复合。此外，优选的是在TADF材料中生成的三重激发能不转移到荧光发光物质。为此，荧光发光物质优选在荧光发光物质所具有的发光体(成为发光的原因的骨架)的周围具有保护基。作为该保护基，优选为不具有π键的取代基，优选为饱和烃，具体而言，可以举出碳原子数为3以上且10以下的烷基、取代或未取代的碳原子数为3以上且10以下的环烷基、碳原子数为3以上且10以下的三烷基硅基，更优选具有多个保护基。不具有π键的取代基由于几乎没有传输载流子的功能，所以对载流子传输及载流子复合几乎没有影响，可以使TADF材料与荧光发光物质的发光体彼此远离。在此，发光体是指在荧光发光物质中成为发光的原因的原子团(骨架)。发光体优选为具有π键的骨架，优选包含芳香环，并优选具有稠合芳香环或稠合杂芳环。作为稠合芳香环或稠合杂芳环，可以举出菲骨架、二苯乙烯骨架、吖啶酮骨架、吩恶嗪骨架、吩噻嗪骨架等。尤其是，具有萘骨架、蒽骨架、芴骨架、
Figure BDA0003958336970000581
骨架、三亚苯骨架、并四苯骨架、芘骨架、苝骨架、香豆素骨架、喹吖啶酮骨架、萘并双苯并呋喃骨架的荧光发光物质具有高荧光量子产率，所以是优选的。
在将荧光发光物质用作发光物质的情况下，作为主体材料，优选使用具有蒽骨架的材料。通过将具有蒽骨架的物质用作荧光发光物质的主体材料，可以实现发光效率及耐久性都良好的发光层。在用作主体材料的具有蒽骨架的物质中，具有二苯基蒽骨架(尤其是9，10-二苯基蒽骨架)的物质在化学上稳定，所以是优选的。此外，在主体材料具有咔唑骨架的情况下，空穴的注入/传输性得到提高，所以是优选的，尤其是，在包含苯环稠合到咔唑的苯并咔唑骨架的情况下，其HOMO能级比咔唑浅0.1eV左右，空穴容易注入，所以是更优选的。尤其是，在主体材料具有二苯并咔唑骨架的情况下，其HOMO能级比咔唑浅0.1eV左右，不仅空穴容易注入，而且空穴传输性及耐热性也得到提高，所以是优选的。因此，进一步优选用作主体材料的物质是具有9，10-二苯基蒽骨架及咔唑骨架(或者苯并咔唑骨架、二苯并咔唑骨架)的物质。注意，从上述空穴注入/传输性的观点来看，也可以使用苯并芴骨架或二苯并芴骨架代替咔唑骨架。作为这种物质的例子，可以举出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)、9-苯基-10-{4-(9-苯基-9H-芴-9-基)联苯-4’-基}-蒽(简称：FLPPA)、9-(1-萘基)-10-[4-(2-萘基)苯基]蒽(简称：αN-βNPAnth)等。尤其是，CzPA、cgDBCzPA、2mBnfPPA、PCzPA呈现非常良好的特性，所以是优选的。
此外，主体材料也可以是混合多种物质的材料，当使用混合的主体材料时，优选混合具有电子传输性的材料和具有空穴传输性的材料。通过混合具有电子传输性的材料和具有空穴传输性的材料，可以使发光层113的传输性的调整变得更加容易，也可以更简便地进行复合区域的控制。具有空穴传输性的材料和具有电子传输性的材料的含量的重量比例为1：19至19：1即可。
注意，作为上述混合的材料的一部分，可以使用磷光发光物质。磷光发光物质在作为发光物质使用荧光发光物质时可以被用作对荧光发光物质供应激发能的能量供体。
此外，也可以使用这些混合了的材料形成激基复合物。通过以形成发射与发光物质的最低能量一侧的吸收带的波长重叠的光的激基复合物的方式选择该混合了的材料，可以使能量转移变得顺利，从而高效地得到发光，所以是优选的。此外，通过采用该结构可以降低驱动电压，因此是优选的。
注意，形成激基复合物的材料的至少一个可以为磷光发光物质。由此，可以高效地将三重激发能经反系间窜跃转换为单重激发能。
关于高效地形成激基复合物的材料的组合，具有空穴传输性的材料的HOMO能级优选为具有电子传输性的材料的HOMO能级以上。此外，具有空穴传输性的材料的LUMO能级优选为具有电子传输性的材料的LUMO能级以上。注意，材料的LUMO能级及HOMO能级可以从通过循环伏安(CV)测定测得的材料的电化学特性(还原电位及氧化电位)求出。
注意，激基复合物的形成例如可以通过如下方法确认：对具有空穴传输性的材料的发射光谱、具有电子传输性的材料的发射光谱及混合这些材料而成的混合膜的发射光谱进行比较，当观察到混合膜的发射光谱比各材料的发射光谱向长波长一侧漂移(或者在长波长一侧具有新的峰值)的现象时说明形成有激基复合物。或者，对具有空穴传输性的材料的瞬态光致发光(PL)、具有电子传输性的材料的瞬态PL及混合这些材料而成的混合膜的瞬态PL进行比较，当观察到混合膜的瞬态PL寿命与各材料的瞬态PL寿命相比具有长寿命成分或者延迟成分的比率变大等瞬态响应不同时说明形成有激基复合物。此外，可以将上述瞬态PL称为瞬态电致发光(EL)。换言之，与对具有空穴传输性的材料的瞬态EL、具有电子传输性的材料的瞬态EL及这些材料的混合膜的瞬态EL进行比较，观察瞬态响应的不同，可以确认激基复合物的形成。
电子传输层114是包含具有电子传输性的物质的层。作为具有电子传输性的物质，可以使用以上所述的能够用于主体材料的具有电子传输性的物质。
注意，电子传输层优选包含具有电子传输性的材料和碱金属、碱土金属、它们的化合物或它们的复合物。此外，电子传输层114优选在电场强度[V/cm]的平方根为600时的电子迁移率为1×10-7cm2/Vs以上且5×10-5cm2/Vs以下。通过降低电子传输层114中的电子的传输性可以控制向发光层的电子的注入量，由此可以防止发光层变成电子过多的状态。在使用复合材料形成空穴注入层时，尤其优选该复合材料中的具有空穴传输性的材料的HOMO能级为-5.7eV以上且-5.4eV以下的较深的HOMO能级，由此可以获得长寿命。注意，此时，具有电子传输性的材料的HOMO能级优选为-6.0eV以上。此外，该具有电子传输性的材料优选为具有蒽骨架的有机化合物，更优选为包含蒽骨架及杂环骨架的双方的有机化合物。作为该杂环骨架，优选为含氮五元环骨架或含氮六元环骨架，该杂环骨架尤其优选具有如吡唑环、咪唑环、恶唑环、噻唑环、吡嗪环、嘧啶环、哒嗪环等那样的环中含有两个杂原子的含氮五元环骨架或含氮六元环骨架。此外，作为碱金属、碱土金属、它们的化合物或它们的复合物，优选具有8-羟基喹啉结构。具体而言，例如可以举出8-羟基喹啉-锂(简称：Liq)、8-羟基喹啉-钠(简称：Naq)等。尤其优选的是，一价的金属离子的复合物，其中优选为锂的复合物，更优选为Liq。注意，在具有8-羟基喹啉结构时，可以使用它们的甲基取代物(例如2-甲基取代物或5-甲基取代物)等。此外，优选在电子传输层中碱金属、碱土金属、它们的化合物或它们的复合物中在其厚度方向上存在浓度差(也包括0的情况)。
可以在电子传输层114和阴极102之间设置由氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)、氟化钙(CaF2)、8-羟基喹啉-锂(简称：Liq)等的碱金属、碱土金属或它们的化合物形成的电子注入层115。电子注入层115可以使用将碱金属、碱土金属或它们的化合物包含在由具有电子传输性的物质构成的层中的层或电子化合物(electride)。作为电子化合物，例如可以举出对钙和铝的混合氧化物以高浓度添加电子的物质等。
注意，作为电子注入层115，也可以使用对具有电子传输性的物质(优选为具有联吡啶骨架的有机化合物)包含上述碱金属或碱土金属的氟化物为微晶状态的浓度以上(50wt％以上)的层。由于该层为折射率低的层，所以可以提供外部量子效率更良好的有机EL元件。
此外，可以设置电荷产生层116，而代替电子注入层115(图10B)。电荷产生层116是通过施加电位，可以对与该层的阴极一侧接触的层注入空穴，并且对与该层的阳极一侧接触的层注入电子的层。电荷产生层116至少包括P型层117。P型层117优选使用上述构成空穴注入层111的复合材料来形成。此外，P型层117也可以将作为构成复合材料的材料包含上述包含受体性材料的膜和包含空穴传输材料的膜层叠来形成。通过对P型层117施加电位，电子和空穴分别注入到电子传输层114和阴极102，使得有机EL元件工作。此外，由于本发明的一个方式的有机化合物为折射率较低的有机化合物，所以通过用于P型层117，可以得到外部量子效率良好的有机EL元件。
此外，电荷产生层116除了包括P型层117之外，优选还包括电子中继层118及电子注入缓冲层119中的任一方或双方。
电子中继层118至少包含具有电子传输性的物质，并且能够防止电子注入缓冲层119和P型层117的相互作用，并顺利地传递电子。优选将电子中继层118所包含的具有电子传输性的物质的LUMO能级设定在P型层117中的受体性物质的LUMO能级与电子传输层114中的接触于电荷产生层116的层所包含的物质的LUMO能级之间。具体而言，电子中继层118中的具有电子传输性的物质的LUMO能级优选为-5.0eV以上，更优选为-5.0eV以上且-3.0eV以下。此外，作为电子中继层118中的具有电子传输性的物质，优选使用酞菁类材料或具有金属-氧键合和芳香配体的金属配合物。
电子注入缓冲层119可以使用碱金属、碱土金属、稀土金属以及这些物质的化合物(碱金属化合物(包括氧化锂等氧化物、卤化物、碳酸锂、碳酸铯等碳酸盐)、碱土金属化合物(包括氧化物、卤化物、碳酸盐)或稀土金属的化合物(包括氧化物、卤化物、碳酸盐))等电子注入性高的物质。
此外，在电子注入缓冲层119包含具有电子传输性的物质及供体性物质的情况下，作为供体性物质，除了碱金属、碱土金属、稀土金属和这些物质的化合物(碱金属化合物(包括氧化锂等氧化物、卤化物、碳酸锂、碳酸铯等碳酸盐)、碱土金属化合物(包括氧化物、卤化物、碳酸盐)或稀土金属的化合物(包括氧化物、卤化物、碳酸盐))以外，还可以使用四硫并四苯(tetrathianaphthacene)(简称：TTN)、二茂镍、十甲基二茂镍等有机化合物。此外，作为具有电子传输性的物质，可以使用与上面所说明的构成电子传输层114的材料同样的材料形成。
作为形成阴极102的物质，可以使用功函数小(具体为3.8eV以下)的金属、合金、导电化合物以及它们的混合物等。作为这种阴极材料的具体例子，可以举出锂(Li)、铯(Cs)等碱金属、镁(Mg)、钙(Ca)或者锶(Sr)等的属于元素周期表中的第1族或第2族的元素、包含它们的合金(MgAg、AlLi)、铕(Eu)、镱(Yb)等稀土金属以及包含它们的合金等。然而，通过在阴极102和电子传输层之间设置电子注入层，可以不顾及功函数的大小而将各种导电材料诸如Al、Ag、ITO、包含硅或氧化硅的氧化铟-氧化锡等用作阴极102。这些导电材料可以通过真空蒸镀法、溅射法等干式法、喷墨法、旋涂法等形成。此外，也可以通过利用溶胶-凝胶法等湿式法或利用金属材料的膏剂的湿式法形成。
此外，作为EL层103的形成方法，不论干式法或湿式法，都可以使用各种方法。例如，也可以使用真空蒸镀法、凹版印刷法、照相凹版印刷法、丝网印刷法、喷墨法或旋涂法等。
此外，也可以通过使用不同成膜方法形成上面所述的各电极或各层。
注意，设置在阳极101与阴极102之间的层的结构不局限于上述结构。但是，优选采用在离阳极101及阴极102远的部分设置空穴与电子再结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。
此外，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的如空穴传输层、电子传输层，尤其是靠近发光层113中的复合区域的载流子传输层优选使用如下物质构成，即具有比构成发光层的发光材料或者包含在发光层中的发光材料所具有的带隙大的带隙的物质。
接着，参照图10C说明具有层叠有多个发光单元的结构的有机EL元件(以下也称为叠层型元件或串联元件)的方式。该有机EL元件是在阳极和阴极之间具有多个发光单元的有机EL元件。一个发光单元具有与图10A所示的EL层103大致相同的结构。就是说，可以说，图10C所示的有机EL元件是具有多个发光单元的有机EL元件，而图10A或图10B所示的有机EL元件是具有一个发光单元的有机EL元件。
在图10C中，在阳极501和阴极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和第二发光单元512之间设置有电荷产生层513。阳极501和阴极502分别相当于图10A中的阳极101和阴极102，并且可以应用与图10A的说明同样的材料。此外，第一发光单元511和第二发光单元512可以具有相同结构，也可以具有不同结构。
电荷产生层513具有在对阳极501及阴极502施加电压时对一个发光单元注入电子并对另一个发光单元注入空穴的功能。就是说，在图10C中，在以阳极的电位比阴极的电位高的方式施加电压的情况下，电荷产生层513只要是对第一发光单元511注入电子并对第二发光单元512注入空穴的层即可。
电荷产生层513优选具有与图10B所示的电荷产生层116同样的结构。因为有机化合物与金属氧化物的复合材料具有良好的载流子注入性及载流子传输性，从而能够实现低电压驱动及低电流驱动。注意，在发光单元的阳极一侧的面接触于电荷产生层513的情况下，电荷产生层513也可以具有发光单元的空穴注入层的功能，所以在发光单元中也可以不设置空穴注入层。
此外，当在电荷产生层513中设置电子注入缓冲层119时，因为该电子注入缓冲层119具有阳极一侧的发光单元中的电子注入层的功能，所以在阳极一侧的发光单元中不一定必须设置电子注入层。
虽然在图10C中说明了具有两个发光单元的有机EL元件，但是可以同样地应用层叠三个以上的发光单元的有机EL元件。如根据本实施方式的有机EL元件，通过在一对电极之间将多个发光单元使用电荷产生层513隔开并配置，该元件可以在保持低电流密度的同时实现高亮度发光，并且能够实现寿命长的元件。此外，可以实现能够进行低电压驱动且低功耗的发光装置。
此外，通过使各发光单元的发光颜色不同，可以以整个有机EL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有机EL元件中获得来自第一发光单元的红色和绿色的发光颜色以及来自第二发光单元的蓝色的发光颜色，可以得到在整个有机EL元件中进行白色发光的有机EL元件。
此外，上述EL层103、第一发光单元511、第二发光单元512及电荷产生层等各层及电极例如可以利用蒸镀法(包括真空蒸镀法)、液滴喷射法(也称为喷墨法)、涂敷法、凹版印刷法等方法形成。此外，其也可以包含低分子材料、中分子材料(包括低聚物、树枝状聚合物)或者高分子材料。
实施方式3
在本实施方式中，对使用实施方式1及实施方式2所示的有机EL元件的发光装置进行说明。
在本实施方式中，参照图11A及图11B对使用实施方式1及实施方式2所示的有机EL元件而制造的发光装置进行说明。注意，图11A是示出发光装置的俯视图，并且图11B是沿图11A中的线A-B及线C-D切断的截面图。该发光装置作为用来控制有机EL元件的发光的单元包括由虚线表示的驱动电路部(源极线驱动电路)601、像素部602、驱动电路部(栅极线驱动电路)603。此外，附图标记604是密封衬底，附图标记605是密封材料，由密封材料605围绕的内侧是空间607。
注意，引导布线608是用来传送输入到源极线驱动电路601及栅极线驱动电路603的信号的布线，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。注意，虽然在此只图示出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不仅包括发光装置主体，而且还包括安装有FPC或PWB的发光装置。
下面，参照图11B说明截面结构。虽然在元件衬底610上形成有驱动电路部及像素部，但是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。
元件衬底610除了可以使用由玻璃、石英、有机树脂、金属、合金、半导体等构成的衬底以外还可以使用由FRP(Fiber Reinforced Plastics：纤维增强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯或丙烯酸树脂等构成的塑料衬底。
对用于像素及驱动电路的晶体管的结构没有特别的限制。例如，可以采用反交错型晶体管或交错型晶体管。此外，顶栅型晶体管或底栅型晶体管都可以被使用。对用于晶体管的半导体材料没有特别的限制，例如可以使用硅、锗、碳化硅、氮化镓等。或者可以使用In-Ga-Zn类金属氧化物等的包含铟、镓、锌中的至少一个的氧化物半导体。
对用于晶体管的半导体材料的结晶性也没有特别的限制，可以使用非晶半导体或具有结晶性的半导体(微晶半导体、多晶半导体、单晶半导体或其一部分具有结晶区域的半导体)。当使用具有结晶性的半导体时可以抑制晶体管的特性劣化，所以是优选的。
在此，氧化物半导体优选用于设置在上述像素及驱动电路中的晶体管和用于在后面说明的触摸传感器等的晶体管等半导体装置。尤其优选使用其带隙比硅宽的氧化物半导体。通过使用带隙比硅宽的氧化物半导体，可以降低晶体管的关态电流(off-statecurrent)。
上述氧化物半导体优选至少包含铟(In)或锌(Zn)。此外，上述氧化物半导体更优选为包含以In-M-Zn类氧化物(M为Al、Ti、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、Ce或Hf等金属)表示的氧化物的氧化物半导体。
尤其是，作为半导体层，优选使用如下氧化物半导体膜：具有多个结晶部，该多个结晶部的c轴都朝向垂直于半导体层的被形成面或半导体层的顶面的方向，并且在相邻的结晶部间观察不到晶界。
通过作为半导体层使用上述材料，可以实现电特性的变动被抑制的可靠性高的晶体管。
此外，由于具有上述半导体层的晶体管的关态电流较低，因此能够长期间保持经过晶体管而储存于电容器中的电荷。通过将这种晶体管用于像素，能够在保持各像素的灰度的状态下，停止驱动电路。其结果是，可以实现功耗极低的电子设备。
为了实现晶体管的特性稳定化等，优选设置基底膜。作为基底膜，可以使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等无机绝缘膜并以单层或叠层制造。基底膜可以通过溅射法、CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)法(等离子体CVD法、热CVD法、MOCVD(Metal Organic CVD：有机金属化学气相沉积)法等)或ALD(Atomic LayerDeposition：原子层沉积)法、涂敷法、印刷法等形成。注意，基底膜若不需要则也可以不设置。
注意，FET623示出形成在驱动电路部601中的晶体管的一个。此外，驱动电路也可以利用各种CMOS电路、PMOS电路或NMOS电路形成。此外，虽然在本实施方式中示出在衬底上形成有驱动电路的驱动器一体型，但是不一定必须采用该结构，驱动电路也可以形成在外部，而不形成在衬底上。
此外，像素部602由多个像素形成，该多个像素都包括开关FET611、电流控制FET612以及与该电流控制FET612的漏极电连接的第一电极613，但是并不局限于此，也可以采用组合三个以上的FET和电容器的像素部。
注意，形成绝缘物614来覆盖第一电极613的端部。在此，可以使用正型感光丙烯酸树脂膜形成绝缘物614。
此外，将绝缘物614的上端部或下端部形成为具有曲率的曲面，以获得后面形成的EL层等的良好的覆盖性。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至3μm)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EL层616及第二电极617。在此，作为用于被用作阳极的第一电极613的材料，优选使用具有大功函数的材料。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，还可以使用由氮化钛膜和以铝为主要成分的膜构成的叠层膜以及由氮化钛膜、以铝为主要成分的膜和氮化钛膜构成的三层结构等。注意，通过采用叠层结构，布线的电阻值可以较低，可以得到良好的欧姆接触，并且，可以将其用作阳极。
此外，EL层616通过使用蒸镀掩模的蒸镀法、喷墨法、旋涂法等各种方法形成。EL层616包括实施方式1及实施方式2所示的结构。在EL层616从第一电极613一侧形成时，如果第一电极613为阳极就依次形成第一空穴传输层112-1、第二空穴传输层112-2，从衬底一侧依次层叠有阳极、第一空穴传输层、第二空穴传输层及阴极。此外，作为构成EL层616的其他材料，也可以使用低分子化合物或高分子化合物(包含低聚物、树枝状聚合物)。
此外，作为用于形成于EL层616上并被用作阴极的第二电极617的材料，优选使用具有功函数小的材料(Al、Mg、Li、Ca、或它们的合金及化合物(MgAg、MgIn、AlLi等)等)。注意，当使产生在EL层616中的光透过第二电极617时，优选使用由厚度减薄了的金属薄膜和透明导电膜(ITO、包含2wt％至20wt％的氧化锌的氧化铟、包含硅的铟锡氧化物、氧化锌(ZnO)等)构成的叠层作为第二电极617。
此外，有机EL元件由第一电极613、EL层616、第二电极617形成。该有机EL元件是实施方式1及实施方式2所示的有机EL元件。此外，像素部由多个有机EL元件构成，本实施方式的发光装置也可以包括实施方式1及实施方式2所示的有机EL元件和具有其他结构的有机EL元件的双方。
此外，通过使用密封材料605将密封衬底604贴合到元件衬底610，将有机EL元件618设置在由元件衬底610、密封衬底604以及密封材料605围绕的空间607中。注意，空间607中填充有填料，作为该填料，可以使用惰性气体(氮、氩等)，还可以使用密封材料。通过在密封衬底中形成凹部且在其中设置干燥剂，可以抑制水分所导致的劣化，所以是优选的。
此外，优选使用环氧类树脂、玻璃粉作为密封材料605。此外，这些材料优选为尽可能地不使水分及氧透过的材料。此外，作为用于密封衬底604的材料，除了可以使用玻璃衬底、石英衬底以外，还可以使用由FRP(Fiber Reinforced Plastics；纤维增强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯、丙烯酸树脂等构成的塑料衬底。
虽然在图11A及图11B中没有示出，但是也可以在第二电极上设置保护膜。保护膜可以由有机树脂膜、无机绝缘膜形成。此外，也可以以覆盖密封材料605的露出部分的方式形成保护膜。此外，保护膜可以覆盖一对衬底的表面及侧面、密封层、绝缘层等的露出侧面而设置。
作为保护膜可以使用不容易透过水等杂质的材料。因此，可以能够高效地抑制水等杂质从外部扩散到内部。
作为构成保护膜的材料，可以使用氧化物、氮化物、氟化物、硫化物、三元化合物、金属或聚合物等。例如，可以使用含有氧化铝、氧化铪、硅酸铪、氧化镧、氧化硅、钛酸锶、氧化钽、氧化钛、氧化锌、氧化铌、氧化锆、氧化锡、氧化钇、氧化铈、氧化钪、氧化铒、氧化钒、氧化铟等的材料、含有氮化铝、氮化铪、氮化硅、氮化钽、氮化钛、氮化铌、氮化钼、氮化锆、氮化镓的材料、包含含有钛及铝的氮化物、含有钛及铝的氧化物、含有铝及锌的氧化物、含有锰及锌的硫化物、含有铈及锶的硫化物、含有铒及铝的氧化物、含有钇及锆的氧化物等的材料。
保护膜优选通过台阶覆盖性(step coverage)良好的成膜方法来形成。这种方法中之一个是原子层沉积(ALD：Atomic Layer Deposition)法。优选将可以通过ALD法形成的材料用于保护膜。通过ALD法可以形成致密且裂缝、针孔等缺陷被减少或具备均匀的厚度的保护膜。此外，可以减少在形成保护膜时加工构件受到的损伤。
例如，通过ALD法形成保护膜，可以将均匀且缺陷少的保护膜形成在具有复杂的凹凸形状的表面或触摸面板的顶面、侧面以及背面上。
如上所述，可以得到使用实施方式1及实施方式2所示的有机EL元件制造的发光装置。
因为本实施方式中的发光装置使用实施方式1及实施方式2所示的有机EL元件，所以可以得到具有优良特性的发光装置。具体而言，使用实施方式1及实施方式2所示的有机EL元件的驱动电压较低，由此可以实现低功耗的发光装置。
图12A及图12B示出通过形成呈现白色发光的有机EL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12A示出衬底1001、基底绝缘膜1002、栅极绝缘膜1003、栅电极1006、1007、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、有机EL元件的第一电极1024W、1024R、1024G、1024B、分隔壁1025、EL层1028、有机EL元件的第二电极1029、密封衬底1031、密封材料1032等。
此外，在图12A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。此外，还可以设置黑矩阵1035。对设置有着色层及黑矩阵的透明基材1033进行对准而将其固定到衬底1001上。此外，着色层及黑矩阵1035被保护层1036覆盖。此外，图12A示出具有光不透过着色层而透射到外部的发光层及光透过各颜色的着色层而透射到外部的发光层，不透过着色层的光成为白色的光且透过着色层的光成为红色的光、绿色的光、蓝色的光，因此能够以四个颜色的像素显示图像。
图12B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。
此外，虽然以上说明了具有从形成有FET的衬底1001一侧提取光的结构(底部发射型)的发光装置，但是也可以采用具有从密封衬底1031一侧提取发光的结构(顶部发射型)的发光装置。图13示出顶部发射型发光装置的截面图。在此情况下，衬底1001可以使用不使光透过的衬底。到制造用来使FET与有机EL元件的阳极连接的连接电极为止的工序与底部发射型发光装置同样地进行。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相同的材料或其他公知材料形成。
虽然在此有机EL元件的第一电极1024W、1024R、1024G、1024B都是阳极，但是也可以是阴极。此外，在采用如图13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。EL层1028的结构采用实施方式1及实施方式2所示的EL层103的结构，并且采用能够获得白色发光的元件结构。
在采用图13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和像素之间的黑矩阵1035。着色层(红色着色层1034R、绿色着色层1034G、蓝色着色层1034B)、黑矩阵也可以被保护层1036覆盖。此外，作为密封衬底1031，使用具有透光性的衬底。此外，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。此外，也可以以红色、黄色、绿色、蓝色的四个颜色或红色、绿色、蓝色的三个颜色进行全彩色显示。
在顶部发射型发光装置中，可以优选地适用微腔结构。将反射电极用作第一电极且将半透射半反射电极用作第二电极，由此可以得到具有微腔结构的有机EL元件。在反射电极与半透射半反射电极之间至少含有EL层，并且至少含有成为发光区域的发光层。
注意，反射电极的可见光反射率为40％至100％，优选为70％至100％，并且其电阻率为1×10-2Ωcm以下。此外，半透射半反射电极的可见光反射率为20％至80％，优选为40％至70％，并且其电阻率为1×10-2Ωcm以下。
从EL层所包含的发光层射出的光被反射电极和半透射半反射电极反射，并且谐振。
在该有机EL元件中，通过改变透明导电膜、上述复合材料或载流子传输材料等的厚度而可以改变反射电极与半透射半反射电极之间的光学距离。由此，可以在反射电极与半透射半反射电极之间加强谐振的波长的光且使不谐振的波长的光衰减。
被反射电极反射回来的光(第一反射光)会给从发光层直接入射到半透射半反射电极的光(第一入射光)带来很大的干涉，因此优选将反射电极与发光层的光学距离调节为(2n-1)λ/4(注意，n为1以上的自然数，λ为要增强的光的波长)。通过调节该光学距离，可以使第一反射光与第一入射光的相位一致，由此可以进一步增强从发光层发射的光。
此外，在上述结构中，EL层可以含有多个发光层，也可以只含有一个发光层。例如，可以组合上述结构与上述串联型有机EL元件的结构，其中在一个有机EL元件中以其间夹着电荷产生层的方式设置多个EL层，并且，在每个EL层中形成一个或多个发光层。
通过采用微腔结构，可以加强指定波长的正面方向上的发光强度，由此可以实现低功耗化。注意，在为使用红色、黄色、绿色以及蓝色的四个颜色的子像素显示图像的发光装置的情况下，因为可以获得由于黄色发光的亮度提高效果，而且可以在所有的子像素中采用适合各颜色的波长的微腔结构，所以能够实现具有良好的特性的发光装置。
因为本实施方式中的发光装置使用实施方式1及实施方式2所示的有机EL元件，所以可以得到具有优良特性的发光装置。具体而言，使用实施方式1及实施方式2所示的有机EL元件的驱动电压较低，由此可以实现低功耗的发光装置。
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发光装置。图14A及图14B示出通过使用本发明制造的无源矩阵型发光装置。注意，图14A是示出发光装置的透视图，并且图14B是沿图14A的线X-Y切断而获得的截面图。在图14A及图14B中，在衬底951上的电极952与电极956之间设置有EL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的侧壁具有如下倾斜，即越接近衬底表面，两个侧壁之间的间隔越窄。换句话说，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，通过设置隔离层954，可以防止起因于静电等的有机EL元件的不良。此外，在无源矩阵型发光装置中，通过使用实施方式1及实施方式2所示的有机EL元件，也可以得到低功耗的发光装置。
以上说明的发光装置能够控制配置为矩阵状的微小的多个有机EL元件中的每一个，所以作为进行图像的显示的显示装置可以适当地利用。
此外，本实施方式可以与其他实施方式自由地组合。
实施方式4
[发光装置]
以下说明使用上述发光器件的本发明的一个方式的发光装置的一个例子。
图15A示出本发明的一个方式的发光装置400的俯视示意图。发光装置400包括多个发射红色的发光元件110R、多个发射绿色的发光元件110G及多个发射蓝色的发光元件110B。在图15A中，为了简单地区别各发光器件而对各发光器件的发光区域内附上R、G、B的符号。
发光元件110R、发光元件110G以及发光元件110B都以矩阵状排列。图15A示出同一颜色的发光器件在一个方向上排列的所谓条纹排列。注意，发光器件的排列方法不局限于此，既可以采用三角状排列、之字形状等的排列方法，又可以采用Pentile排列。
发光元件110R、发光元件110G以及发光元件110B在X方向上排列。此外，在与X方向交叉的Y方向上，同一颜色的发光器件排列。
发光元件110R、发光元件110G以及发光元件110B是具有上述结构的发光器件。
图15B是对应于图15A中的点划线A1-A2的截面示意图，图15C是对应于点划线B1-B2的截面示意图。
图15B示出发光元件110R、发光元件110G以及发光元件110B的截面。发光元件110R包括作为第一电极的阳极101R、EL层103R、EL层515以及被用作阴极102的第二电极。发光元件110G包括作为第一电极的阳极101G、EL层103G、EL层515以及被用作阴极102的第二电极。发光元件110B包括作为第一电极的阳极101B、EL层103B、EL层515以及被用作阴极102的第二电极。发光元件110R、发光元件110G以及发光元件110B共同使用EL层515及阴极102。EL层515也可以被称为公共层。
发光元件110R所包括的EL层103R至少包含发射在红色的波长区域具有强度的光的发光性的有机化合物。发光元件110G所包括的EL层103G至少包含发射在绿色的波长区域具有强度的光的发光性的有机化合物。发光元件110B所包括的EL层103B至少包含发射在蓝色的波长区域具有强度的光的发光性的有机化合物。
此外，相邻的第一发光器件及第二发光器件例如相当于图15B中的发光元件110R及发光元件110G、发光元件110G及发光元件110B等。此外，在图15A中纵向排列的同一颜色的发光器件也可以说是相邻的发光器件。
EL层103R、EL层103G以及EL层103B除了包含发光性有机化合物的层(发光层)以外，还可以包括空穴注入层、空穴传输层、载流子阻挡层、激子阻挡层等中的一个或两个以上。EL层515不包括发光层。在本发明的一个方式的发光装置中，EL层515优选为电子传输层及电子注入层。
阳极101R、阳极101G以及阳极101B各自被设置在不同的发光器件中。此外，阴极102及EL层515作为各发光器件共通使用的连续的层而设置。各像素电极和阴极102的任一方使用对可见光具有透光性的导电膜且另一方使用具有反射性的导电膜。通过使各像素电极具有透光性且使阴极102具有反射性可以实现底面发射型(底部发射结构)的显示装置，与此相反，通过使各像素电极具有反射性且使阴极102具有透光性可以实现顶面发射型(顶部发射结构)的显示装置。此外，通过使各像素电极及阴极102的双方具有透光性，可以实现双面发射型(双面发射结构)显示装置。
以覆盖阳极101R、阳极101G以及阳极101B的端部的方式设置绝缘层121。绝缘层121的端部优选为锥形形状。若不需要也可以不设置绝缘层121。
EL层103R、EL层103G及EL层103B各自包括与像素电极的的顶面接触的区域及与绝缘层121的表面接触的区域。此外，EL层103R、EL层103G及EL层103B的端部位于绝缘层121上。
如图15B所示，在颜色不同的发光器件之间，在两个EL层之间设置间隙。如此，优选以互不接触的方式设置EL层103R、EL层103G及EL层103B。由此，可以适当地防止电流流过相邻的两个EL层而产生非意图性发光(也称为串扰)。因此，可以提高对比度并实现显示品质高的显示装置。
如图15C所示，以在Y方向上连续的方式形成带状的EL层103R。通过设置带状的EL层103R等，可以不需要用来分离它们的空间而可以减小发光器件间的非发光区域的面积，所以可以提高开口率。此外，作为一个例子图15C示出发光元件110R的截面，但是发光元件110G及发光元件110B也具有同样的形状。此外，每个发光器件的EL层也可以在Y方向上分开。
此外，阴极102上以覆盖发光元件110R、发光元件110G以及发光元件110B的方式设置有保护层131。保护层131具有防止水等的杂质从上方扩散到各发光器件的功能。
保护层131例如可以具有至少包括无机绝缘膜的单层结构或叠层结构。作为无机绝缘膜，例如可以使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜、氧化铝膜、氧氮化铝膜、氧化铪膜等的氧氧化物膜或氮化物膜。或者，作为保护层131也可以使用铟镓氧化物、铟镓锌氧化物等的半导体材料。
此外，作为保护层131也可以使用无机绝缘膜与有机绝缘膜的叠层膜。例如，优选在一对无机绝缘膜之间夹持有机绝缘膜。并且，有机绝缘膜优选被用作平坦化膜。由此，可以使有机绝缘膜的顶面平坦，所以有机绝缘膜上的无机绝缘膜的覆盖性得到提高，由此可以提高阻挡性。此外，保护层131的顶面变平坦，所以当在保护层131的上方设置结构物(例如，滤色片、触摸传感器的电极或透镜阵列等)时可以减少起因于下方的结构的凹凸形状的影响，所以是优选的。
此外，图15A示出与阴极102电连接的连接电极101C。连接电极101C被供应用来对阴极102供应的电位(例如，阳极电位或阴极电位)。连接电极101C设置在发光元件110R等排列的显示区域的外侧。此外，在图15A中，以虚线表示阴极102。
连接电极101C可以沿着显示区域的外周设置。例如，既可以沿着显示区域的外周的一个边设置，又可以横跨显示区域的外周的两个以上的边设置。就是说，在显示区域的顶面给形状为方形的情况下，连接电极101C的顶面形状可以为帯状、L字状、“コ”字状(方括号状)或四角形等。
图15D是对应于图15A中的点划线C1-C2的截面示意图。图15D示出连接电极101C与阴极102电连接的连接部130。在连接部130中，在连接电极101C上以与连接电极101C接触的方式设置阴极102，并且以覆盖阴极102的方式设置保护层131。此外，以覆盖连接电极101C的端部的方式设置绝缘层121。
[制造方法例子1]
以下，参照附图说明本发明的一个方式的显示装置的制造方法的一个例子。在此，以上述结构例子中所示的发光装置400为例进行说明。图16A至图16F是以下例示出的显示装置的制造方法的各工序中的截面示意图。此外，在图16A等中的右侧还示出连接部130及其附近的截面示意图。
构成显示装置的薄膜(绝缘膜、半导体膜、导电膜等)可以利用溅射法、化学气相沉积(CVD：Chemical Vapor Deposition)法、真空蒸镀法、脉冲激光沉积(PLD：Pulsed LaserDeposition)法、原子层沉积(ALD：Atomic Layer Deposition)法等形成。作为CVD法有等离子体增强化学气相沉积(PECVD：Plasma Enhanced CVD)法或热CVD法等。此外，作为热CVD法之一，有有机金属化学气相沉积(MOCVD：Metal Organic CVD)法。
此外，构成显示装置的薄膜(绝缘膜、半导体膜、导电膜等)可以利用旋涂法、浸渍法、喷涂法、喷墨法、分配器法、丝网印刷法、胶版印刷法、刮刀(doctor knife)法、狭缝式涂布法、辊涂法、帘式涂布法、刮刀式涂布法等方法形成。
此外，当对构成显示装置的薄膜进行加工时，可以利用光刻法等进行加工。除了上述方法以外，还可以利用纳米压印法、喷砂法、剥离法等对薄膜进行加工。此外，可以利用金属掩模等遮蔽掩模的成膜方法直接形成岛状的薄膜。
光刻法典型地有如下两种方法。一个是在要进行加工的薄膜上形成抗蚀剂掩模，通过蚀刻等对该薄膜进行加工，并去除抗蚀剂掩模的方法。另一个是在形成感光性薄膜之后，进行曝光及显影来将该薄膜加工为所希望的形状的方法。
在光刻法中，作为用于曝光的光，例如可以使用i线(波长365nm)、g线(波长436nm)、h线(波长405nm)或将这些光混合了的光。此外，还可以使用紫外光、KrF激光或ArF激光等。此外，也可以利用液浸曝光技术进行曝光。此外，作为用于曝光的光，也可以使用极紫外(EUV：Extreme Ultra-violet)光或X射线等。此外，也可以使用电子束代替用于曝光的光。当使用极紫外光、X射线或电子束时，可以进行极其微细的加工，所以是优选的。注意，在通过利用电子束等光束进行扫描而进行曝光时，不需要光掩模。
作为薄膜的蚀刻方法，可以利用干蚀刻法、湿蚀刻法及喷砂法等。
[衬底100的准备]
作为衬底100，可以使用至少具有能够承受后面的热处理程度的耐热性的衬底。在使用绝缘衬底作为衬底100的情况下，可以使用玻璃衬底、石英衬底、蓝宝石衬底、陶瓷衬底、有机树脂衬底等。此外，还可以使用以硅或碳化硅等为材料的单晶半导体衬底或多晶半导体衬底、以硅锗等为材料的化合物半导体衬底、SOI衬底等半导体衬底。
尤其是，衬底100优选使用在上述半导体衬底或绝缘衬底上形成有包括晶体管等半导体元件的半导体电路的衬底。该半导体电路优选例如构成像素电路、栅极线驱动电路(栅极驱动器)、源极线驱动电路(栅极驱动器)等。除此以外，还可以构成运算电路、存储电路等。
[阳极101R、101G、101B、连接电极101C的形成]
接着，在衬底100上形成阳极101R、阳极101G、阳极101B(未图示)及连接电极101C。首先，形成成为阳极(像素电极)的导电膜，通过光刻法形成抗蚀剂掩模，通过蚀刻去除导电膜的不要部分。然后，去除抗蚀剂掩模，由此可以形成阳极101R、阳极101G、阳极101B。
在作为各像素电极使用对可见光具有反射性的导电膜时，优选使用可见光的波长域整体的反射率尽量高的材料(例如，银或铝等)。由此，不仅可以提高发光器件的光提取效率，而且可以提高颜色再现性。在将对可见光具有反射性的导电膜用作各像素电极的情况下，可以得到在与衬底相反的方向上提取光的所谓的顶部发射型发光装置。在将具有透光性的导电膜用作各像素电极的情况下，可以得到在衬底方向上提取光的所谓的底部发射型发光装置。
[绝缘层121的形成]
接着，以覆盖阳极101R、阳极101G、阳极101B的端部的方式形成绝缘层121(图16A)。作为绝缘层121，可以使用有机绝缘膜或无机绝缘膜。为了提高后面形成的EL膜的台阶覆盖性，优选使绝缘层121端部具有锥形形状。尤其在使用有机绝缘膜时优选使用感光性的材料，此时可以根据曝光及显影的条件容易控制端部的形状。此外，在不设置绝缘层121的情况下，可以进一步拉近发光器件之间的距离，由此可以得到更高清晰发光装置。
[EL膜103Rb的形成]
接着，在阳极101R、阳极101G、阳极101B及绝缘层121上形成后面成为EL层103R的EL膜103Rb。
EL膜103Rb至少包括包含发光性化合物的膜。除此之外，也可以层叠有被用作空穴传输层、空穴注入层、电子阻挡层、电子传输层、电子注入层的膜中的一个以上。EL膜103Rb例如可以通过蒸镀法、溅射法或喷墨法等形成。此外，不局限于此，可以适当地使用上述成膜方法。
例如，作为EL膜103Rb优选使用依次层叠有空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层的叠层膜。此时，作为后面形成的EL层可以使用包括电子注入层115的膜。
EL膜103Rb优选不设置在连接电极101C上。例如，在通过蒸镀法(或溅射法)形成EL膜103Rb时，为了避免在连接电极101C上形成EL膜103Rb，优选使用遮蔽掩模或者在后面的蚀刻工序中去除该EL膜。
[牺牲膜144a的形成]
接着，以覆盖EL膜103Rb的方式形成牺牲膜144a。此外，牺牲膜144a接触于连接电极101C的顶面。
牺牲膜144a可以使用对于EL膜103Rb等的各EL膜的蚀刻处理的耐性较高的膜，即蚀刻选择比较大的膜。此外，牺牲膜144a可以使用与后述的保护膜146a等保护膜的蚀刻选择比较大的膜。并且，牺牲膜144a可以使用可以通过对各EL膜带来的损伤较少的湿蚀刻法被去除的膜。
作为牺牲膜144a，例如可以使用金属膜、合金膜、金属氧化物膜、半导体膜、无机绝缘膜等的无机膜。牺牲膜144a可以通过溅射法、蒸镀法、CVD法、ALD法等的各种成膜方法形成。
作为牺牲膜144a，例如可以使用金、银、铂、镁、镍、钨、铬、钼、铁、钴、铜、钯、钛、铝、钇、锆及钽等的金属材料或者包含该金属材料的合金材料。尤其是，优选使用铝或银等低熔点材料。
此外，作为牺牲膜144a可以使用铟镓锌氧化物(In-Ga-Zn氧化物，也记为IGZO)等金属氧化物。此外，作为牺牲膜144a，可以使用氧化铟、铟锌氧化物(In-Zn氧化物)、铟锡氧化物(In-Sn氧化物)、铟钛氧化物(In-Ti氧化物)、铟锡锌氧化物(In-Sn-Zn氧化物)、铟钛锌氧化物(In-Ti-Zn氧化物)、铟镓锡锌氧化物(In-Ga-Sn-Zn氧化物)等。或者，也可以使用包含硅的铟锡氧化物等。
注意，也可以应用于使用元素M(M为铝、硅、硼、钇、锡、铜、钒、铍、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁中的一种或多种)代替上述镓的情况。尤其是，M优选为镓、铝和钇中的一种或多种。
此外，作为牺牲膜144a可以使用氧化铝、氧化铪、氧化硅等无机绝缘材料。
此外，作为牺牲膜144a，优选使用可溶解于至少对位于EL膜103Rb的最上部的膜具有化学稳定性的溶剂的材料。尤其是，可以将溶解于水或醇的材料适合用于牺牲膜144a。在形成牺牲膜144a时，在将材料溶解于水或醇等溶剂的状态下通过湿式的成膜方法涂敷，然后进行加热处理以便使溶剂蒸发。此时，通过在减压气氛下进行加热处理，可以以低温且短时间去除溶剂，所以可以减少对EL膜103Rb带来的热损伤，所以是优选的。
作为可用于牺牲膜144a的湿式的成膜方法，可以举出旋涂法、浸渍法、喷涂法、喷墨法、分配器法、丝网印刷法、胶版印刷法、刮刀法、狭缝式涂布法、辊涂法、帘式涂布法、刮刀式涂布法等。
作为牺牲膜144a，可以使用聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚甘油、普鲁兰多糖、水溶性纤维素或可溶解于醇的聚酰胺树脂等的有机材料。
[保护膜146a的形成]
接着，在牺牲膜144a上形成保护膜146a(图16B)。
保护膜146a是在后面蚀刻牺牲膜144a时用作硬掩模的膜。此外，在后面的保护膜146a的加工时牺牲膜144a被露出。因此，作为牺牲膜144a及保护膜146a的组合选择彼此的蚀刻选择比较大的膜。因此，可以根据牺牲膜144a的蚀刻条件及保护膜146a的蚀刻条件选择可用于保护膜146a的膜。
例如，当在保护膜146a的蚀刻中使用利用包含氟的气体(氟类气体)的干蚀刻时，可以将硅、氮化硅、氧化硅、钨、钛、钼、钽、氮化钽、包含钼及铌的合金或包含钼及钨的合金等用于保护膜146a。在此，作为相对于上述氟类气体的干蚀刻的蚀刻选择比大(即，蚀刻速度较慢)的膜，可以举出IGZO、ITO等的金属氧化物膜等，可以将该金属氧化物膜用于牺牲膜144a。
此外，不局限于此，保护膜146a可以根据牺牲膜144a的蚀刻条件及保护膜146a的蚀刻条件从各种材料选择。例如，也可以从可用于上述牺牲膜144a的膜选择。
此外，作为保护膜146a例如可以使用氮化物膜。具体而言，可以使用氮化硅、氮化铝、氮化铪、氮化钛、氮化钽、氮化钨、氮化镓、氮化锗等氮化物。
此外，作为保护膜146a可以使用氧化物膜。典型的是，可以使用氧化硅、氧氮化硅、氧化铝、氧氮化铝、氧化铪、氧氮化铪等氧化物膜或者氧氮化物膜。
此外，作为保护膜146a可以使用可用于EL膜103Rb等的有机膜。例如，可以将与用于EL膜103Rb、EL膜103Gb或EL膜103Bb(未图示)的有机膜相同的膜用于保护膜146a。通过使用这些有机膜，可以与EL膜103Rb等共通使用相同成膜装置，所以是优选的。
[抗蚀剂掩模143a的形成]
接着，在保护膜146a上的与阳极101R重叠的位置及与连接电极101C重叠的位置上分别形成抗蚀剂掩模143a(图16C)。
抗蚀剂掩模143a可以使用正型抗蚀剂材料或负型抗蚀剂材料等包括感光性树脂的抗蚀剂材料。
在此，在不包括保护膜146a而在牺牲膜144a上形成抗蚀剂掩模143a的情况下，在牺牲膜144a中存在有针孔等的缺陷时有时因抗蚀剂材料的溶剂而EL膜103Rb被溶解。通过使用保护膜146a，可以防止这样不良的发生。
此外，在作为牺牲膜144a使用不容易发生针孔等缺陷的膜时，也可以不使用保护膜146a而在牺牲膜144a上直接形成抗蚀剂掩模143a。
[保护膜146a的蚀刻]
接着，通过蚀刻去除保护膜146a的不被抗蚀剂掩模143a覆盖的一部分来形成带状的保护层147a。同时，也在连接电极101C上形成保护层147a。
在蚀刻保护膜146a时，优选采用选择比高的蚀刻条件以便防止牺牲膜144a通过该蚀刻被去除。保护膜146a的蚀刻可以通过湿蚀刻或干蚀刻进行，通过使用干蚀刻可以抑制保护膜146a的图案缩小。
[抗蚀剂掩模143a的去除]
接着，去除抗蚀剂掩模143a(图16D)。
在去除抗蚀剂掩模143a时可以利用湿蚀刻或干蚀刻。尤其是，优选通过使用氧气体作为蚀刻气体的干蚀刻(也被称为等离子体灰化)去除抗蚀剂掩模143a。
此时，以EL膜103Rb被牺牲膜144a覆盖的状态去除抗蚀剂掩模143a，所以EL膜103Rb受到的影响得到抑制。尤其是，在EL膜103Rb暴露于氧时有时对电特性带来不好影响，所以在进行等离子体灰化等的利用氧气体的蚀刻时优选的。
[牺牲膜144a的蚀刻]
接着，使用保护层147a作为掩模通过蚀刻去除牺牲膜144a的不被保护层147a覆盖的一部分来形成帯状的牺牲层145a(图16E)。同时，也在连接电极101C上形成牺牲层145a。
牺牲膜144a的蚀刻可以通过湿蚀刻或干蚀刻进行，通过使用干蚀刻法可以抑制牺牲膜144a的图案缩小。
[EL膜103Rb、保护层147a的蚀刻]
接着，在蚀刻保护层147a的同时通过蚀刻去除不被牺牲层145a覆盖的EL膜103Rb的一部分来形成带状的EL层103R(图16F)。同时，连接电极101C上的保护层147a也被去除。
通过进行相同处理蚀刻EL膜103Rb及保护层147a，可以简化工序，所以可以降低显示装置的制造成本，所以是优选的。
尤其是，在蚀刻EL膜103Rb时优选利用使用不包含氧作为主要成分的蚀刻气体的干蚀刻法。由此，可以抑制EL膜103Rb的变质而可以实现可靠性高的显示装置。作为不包含氧作为主要成分的蚀刻气体，例如可以举出CF4、C4F8、SF6、CHF3、Cl2、H2O、BCl3、H2或He等稀有气体。此外，可以将上述气体及不包含氧的稀释气体的混合气体用于蚀刻气体。
此外，也可以分别进行EL膜103Rb的蚀刻及保护层147a的蚀刻。此时，既可以先蚀刻EL膜103Rb，又可以先蚀刻保护层147a。
在此，EL层103R及连接电极101C被牺牲层145a覆盖。
[EL膜103Gb的形成]
接着，在牺牲层145a、绝缘层121、阳极101G、阳极101B上形成后面成为EL层103G的EL膜103Gb。此时，与上述EL膜103Rb同样，优选在连接电极101C上不设置EL膜103Gb。
EL膜103Gb的形成方法可以参照上述EL膜103Rb的记载。
[牺牲膜144b的形成]
接着，在EL膜103Gb上形成牺牲膜144b。牺牲膜144b可以通过与上述牺牲膜144a同样的方法形成。尤其是，牺牲膜144b可以使用与牺牲膜144a相同的材料。
此时，同时在连接电极101C上以覆盖牺牲层145a的方式形成牺牲膜144a。
[保护膜146b的形成]
接着，在牺牲膜144b上形成保护膜146b。保护膜146b可以通过与上述保护膜146a同样的方法形成。尤其是，保护膜146b可以使用与上述保护膜146a相同的材料。
[抗蚀剂掩模143b的形成]
接着，在保护膜146b上的与阳极101G重叠的区域及与连接电极101C重叠的区域分别形成抗蚀剂掩模143b(图17A)。
抗蚀剂掩模143b可以通过与上述抗蚀剂掩模143a同样的方法形成。
[保护膜146b的蚀刻]
接着，通过蚀刻去除不被抗蚀剂掩模143b覆盖的保护膜146b的一部分来形成带状的保护层147b(图17B)。同时，也在连接电极101C上形成保护层147b。
保护膜146b的蚀刻可以参照上述保护膜146a的记载。
[抗蚀剂掩模143b的形成]
接着，去除抗蚀剂掩模143b。抗蚀剂掩模143b的去除可以参照上述抗蚀剂掩模143a的记载。
[牺牲膜144b的蚀刻]
接着，使用保护层147b作为掩模通过蚀刻去除牺牲膜144b的不被保护层147b覆盖的一部分来形成帯状的牺牲层145b。同时，也在连接电极101C上形成牺牲层145b。连接电极101C上层叠有牺牲层145a与牺牲层145b。
牺牲膜144b的蚀刻可以参照上述牺牲膜144a的记载。
[EL膜103Gb、保护层147b的蚀刻]
接着，在蚀刻保护层147b的同时通过蚀刻去除不被牺牲层145b覆盖的EL膜103Gb的一部分来形成带状的EL层103G(图17C)。同时，连接电极101C上的保护层147b也被去除。
EL膜103Gb及保护层147b的蚀刻可以参照上述EL膜103Rb及保护层147a的记载。
此时，EL层103R被牺牲层145a保护，所以可以防止EL膜103Gb的蚀刻工序中受到损伤。
通过上述步骤，可以以高位置精度分别形成带状的EL层103R及带状的EL层103G。
[EL层103B的形成]
通过对EL膜103Bb(未图示)进行上述工序，可以形成岛状EL层103B及岛状的牺牲层145c(图17D)。
也就是说，在形成EL层103G之后，依次形成EL膜103Bb、牺牲膜144c、保护膜146c及抗蚀剂掩模143c(都未图示)。接着，蚀刻保护膜146c来形成保护层147c(未图示)，然后去除抗蚀剂掩模143c。接着，蚀刻牺牲膜144c来形成牺牲层145c。然后，蚀刻保护层147c及EL膜103Bb来形成带状的EL层103B。
此外，在形成EL层103B之后，同时也在连接电极101C上形成牺牲层145c。连接电极101C上层叠有牺牲层145a、牺牲层145b、牺牲层145c。
[牺牲层的去除]
接着，去除牺牲层145a、牺牲层145b、牺牲层145c来使EL层103R、EL层103G、EL层103B的顶面露出(图17E)。同时，连接电极101C的顶面也被露出。
此时，由于EL层的表面暴露于蚀刻气体或蚀刻液中，有时或多或少会受到损伤。例如，当在形成电子传输层后进行图案化时，有时电子传输层的表面受到损伤并导致电子注入性降低。此时，通过将GSP_slope为20以上的材料用于电子传输层或空穴阻挡层或者两者中，可以提高电子注入性。如上所述，可以将本发明的一个方式的发光器件适用于使用光蚀刻法制造的发光装置、显示装置中。
牺牲层145a、牺牲层145b、牺牲层145c可以通过湿蚀刻或干蚀刻去除。此时，优选采用尽量不对EL层103R、EL层103G、EL层103B带来损伤的方法。尤其是，优选使用湿蚀刻法。例如，优选利用使用四甲基氢氧化铵水溶液(TMAH)、稀氢氟酸、草酸、磷酸、乙酸、硝酸或它们的混合液体的湿蚀刻。
或者，优选将牺牲层145a、牺牲层145b、牺牲层145c溶解于水或醇等的溶剂而去除。在此，作为可以溶解牺牲层145a、牺牲层145b、牺牲层145c的醇，可以使用乙基醇、甲基醇、异丙基醇(IPA)或甘油等各种醇。
优选在去除牺牲层145a、牺牲层145b、牺牲层145c之后进行干燥处理，以便去除包含在EL层103R、EL层103G、EL层103B内部的水及吸附于它们表面的水。例如，优选在非活性气体气氛或减压气氛下进行加热处理。在加热处理中，作为衬底温度可以在50℃以上且200℃以下，优选在60℃以上且150℃以下，更优选在70℃以上且120℃以下的温度下进行。通过采用减压气氛，可以以更低温进行干燥，所以是优选的。
如此，可以分别制造EL层103R、EL层103G、EL层103B。
[EL层515的形成]
接着，以覆盖EL层103R、EL层103G、EL层103B的方式形成EL层515。EL层515包括电子注入层等具有注入及传输电子的功能的层。
EL层515可以通过与EL膜103Rb等同样的方法形成。在通过蒸镀法形成EL层515时，优选使用遮蔽掩模进行形成免得EL层515形成在连接电极101C上。
[阴极102的形成]
接着，以覆盖电子注入层115及连接电极101C的方式形成阴极102(图17F)。
阴极102可以通过蒸镀法或溅射法等的成膜方法形成。或者，也可以层叠通过蒸镀法形成的膜与通过溅射法形成的膜。此时，优选以包围形成电子注入层115的区域的方式形成阴极102。就是说，电子注入层115的端部可以与阴极102重叠。阴极102优选使用遮蔽掩模形成。
阴极102在显示区域的外侧与连接电极101C电连接。
[保护层的形成]
接着，在阴极102上形成保护层。在形成用于保护层的无机机绝缘膜时优选使用溅射法、PECVD法或ALD法。尤其是，ALD法是台阶覆盖性良好且不容易产生针孔等缺陷的方法，所以是优选的。此外，在形成有机绝缘膜时，由于可以在所希望的区域均匀地形成膜，所以优选使用喷墨法。
通过上述步骤，可以制造本发明的一个方式的发光装置。
注意，上面说明形成顶面形状互不相同的阴极102及电子注入层115的情况，但是也可以将阴极102及电子注入层115设置在相同区域中。
实施方式5
在本实施方式中，说明本发明的一个方式的显示装置的结构例子。
本实施方式的显示装置可以为高分辨率的显示装置或大型显示装置。因此，例如可以将本实施方式的显示装置用作如下装置的显示部：具有较大的屏幕的电子设备诸如电视装置、台式或笔记本型个人计算机、用于计算机等的显示器、数字标牌、弹珠机等大型游戏机等；数码相机；数字视频摄像机；数码相框；移动电话机；便携式游戏机；智能手机；手表型终端；平板终端；便携式信息终端；声音再现装置。
[发光装置400A]
图18示出发光装置400A的立体图，图19A示出发光装置400A的截面图。
发光装置400A具有贴合有衬底452与衬底451的结构。在图18中，以虚线表示衬底452。
发光装置400A包括显示部462、电路464及布线465等。图18示出发光装置400A中安装有IC473及FPC472的例子。因此，也可以将图18所示的结构称为包括发光装置400A、IC(集成电路)及FPC的显示模块。
作为电路464，例如可以使用扫描线驱动电路。
布线465具有对显示部462及电路464供应信号及电力的功能。该信号及电力从外部经由FPC472输入到布线465或者从IC473输入到布线465。
图18示出通过COG(Chip On Glass：玻璃覆晶封装)方式或COF(Chip on Film：薄膜覆晶封装)方式等在衬底451上设置IC473的例子。作为IC473，例如可以使用包括扫描线驱动电路或信号线驱动电路等的IC。注意，发光装置400A及显示模块不一定必须设置有IC。此外，也可以将IC利用COF方式等安装于FPC。
图19A示出发光装置400A的包括FPC472的区域的一部分、电路464的一部分、显示部462的一部分及包括端部的区域的一部分的截面的一个例子。
图19A所示的发光装置400A在衬底451与衬底452间包括晶体管201、晶体管205、发射红色光的发光器件430a、发射绿色光的发光器件430b、发射蓝色光的发光器件430c等。
发光器件430a、发光器件430b及发光器件430c可以使用在实施方式1中例示出的发光器件。
在此，当显示装置的像素包括具有发射彼此不同的颜色的发光器件的三个子像素时，作为该三个子像素可以举出R、G、B这三个颜色的子像素、黄色(Y)、青色(C)及品红色(M)这三个颜色的子像素等。当包括四个上述子像素时，作为该四个子像素可以举出R、G、B及白色(W)这四个颜色的子像素、R、G、B及Y这四个颜色的子像素等。
保护层416与衬底452由粘合层442粘合。作为对发光元件的密封，可以采用固体密封结构或中空密封结构等。在图19A中，由衬底452、粘合层442及衬底451围绕的空间443填充有惰性气体(氮或氩等)，采用中空密封结构。粘合层442也可以与发光器件重叠。此外，由衬底452、粘合层442及衬底451围绕的空间443也可以填充有与粘合层442不同的树脂。
发光器件430a、430b、430c在像素电极与EL层间包括光学调整层。发光器件430a包括光学调整层426a，发光器件430b包括光学调整层426b，发光器件430c包括光学调整层426c。发光元件的详细内容可以参照实施方式1。
像素电极411a、411b、411c都通过设置在绝缘层214中的开口与晶体管205所包括的导电层222b连接。
像素电极及光学调整层的端部都被绝缘层421覆盖。像素电极包含反射可见光的材料，对置电极包含透过可见光的材料。
发光器件将光发射到衬底452一侧。衬底452优选使用对可见光及红外光的透过性高的材料。
晶体管201及晶体管205都设置在衬底451上。这些晶体管可以使用同一材料及同一工序形成。
在衬底451上依次设置有绝缘层211、绝缘层213、绝缘层215及绝缘层214。绝缘层211的一部分用作各晶体管的栅极绝缘层。绝缘层213的一部分用作各晶体管的栅极绝缘层。绝缘层215以覆盖晶体管的方式设置。绝缘层214以覆盖晶体管的方式设置，并被用作平坦化层。此外，对栅极绝缘层的个数及覆盖晶体管的绝缘层的个数没有特别的限制，既可以为一个，又可以为两个以上。
优选的是，将水及氢等杂质不容易扩散的材料用于覆盖晶体管的绝缘层中的至少一个。由此，可以将绝缘层用作阻挡层。通过采用这种结构，可以有效地抑制杂质从外部扩散到晶体管中，从而可以提高显示装置的可靠性。
作为绝缘层211、绝缘层213及绝缘层215优选使用无机绝缘膜。作为无机绝缘膜，例如可以使用氮化硅膜、氧氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜等。此外，也可以使用氧化铪膜、氧化钇膜、氧化锆膜、氧化镓膜、氧化钽膜、氧化镁膜、氧化镧膜、氧化铈膜及氧化钕膜等。此外，也可以层叠上述绝缘膜中的两个以上。
这里，有机绝缘膜的阻挡性在很多情况下低于无机绝缘膜。因此，有机绝缘膜优选在发光装置400A的端部附近包括开口。由此，可以抑制杂质从发光装置400A的端部通过有机绝缘膜进入。此外，也可以以其端部位于发光装置400A的端部的内侧的方式形成有机绝缘膜，以使有机绝缘膜不暴露于发光装置400A的端部。
用作平坦化层的绝缘层214优选使用有机绝缘膜。作为能够用于有机绝缘膜的材料，例如可以使用丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺酰胺树脂、硅氧烷树脂、苯并环丁烯类树脂、酚醛树脂及上述树脂的前体等。
在图19A所示的区域228中，在绝缘层214中形成有开口。由此，即使在使用有机绝缘膜作为绝缘层214的情况下，也可以抑制杂质从外部通过绝缘层214进入显示部462。由此，可以提高发光装置400A的可靠性。
晶体管201及晶体管205包括：用作栅极的导电层221；用作栅极绝缘层的绝缘层211；用作源极及漏极的导电层222a及导电层222b；半导体层231；用作栅极绝缘层的绝缘层213；以及用作栅极的导电层223。在此，通过对同一导电膜进行加工而得到的多个层由相同的阴影线表示。绝缘层211位于导电层221与半导体层231之间。绝缘层213位于导电层223与半导体层231之间。
对本实施方式的显示装置所包括的晶体管结构没有特别的限制。例如，可以采用平面型晶体管、交错型晶体管或反交错型晶体管等。此外，晶体管都可以具有顶栅结构或底栅结构。或者，也可以在形成沟道的半导体层上下设置有栅极。
作为晶体管201及晶体管205，采用两个栅极夹持形成沟道的半导体层的结构。此外，也可以连接两个栅极，并通过对该两个栅极供应同一信号，来驱动晶体管。或者，通过对两个栅极中的一个施加用来控制阈值电压的电位，对另一个施加用来进行驱动的电位，可以控制晶体管的阈值电压。
对用于晶体管的半导体材料的结晶性也没有特别的限制，可以使用非晶半导体、单晶半导体或单晶以外的具有结晶性的半导体(微晶半导体、多晶半导体或其一部分具有结晶区域的半导体)。当使用单晶半导体或具有结晶性的半导体时可以抑制晶体管的特性劣化，所以是优选的。
晶体管的半导体层优选使用金属氧化物(氧化物半导体)。就是说，本实施方式的显示装置优选使用在沟道形成区中包含金属氧化物的晶体管(以下，OS晶体管)。此外，晶体管的半导体层也可以包含硅。作为硅，可以举出非晶硅、结晶硅(低温多晶硅、单晶硅等)等。
例如，半导体层优选包含铟、M(M为选自镓、铝、硅、硼、钇、锡、铜、钒、铍、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨或镁中的一种或多种)和锌。尤其是，M优选为选自铝、镓、钇和锡中的一种或多种。
尤其是，作为半导体层，优选使用包含铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的氧化物(IGZO)。
在半导体层使用In-M-Zn氧化物时，该In-M-Zn氧化物中的In的原子数比优选为M的原子数比以上。作为这种In-M-Zn氧化物的金属元素的原子数比，可以举出In：M：Zn＝1：1：1或其附近的组成、In：M：Zn＝1：1：1.2或其附近的组成、In：M：Zn＝2：1：3或其附近的组成、In：M：Zn＝3：1：2或其附近的组成、In：M：Zn＝4：2：3或其附近的组成、In：M：Zn＝4：2：4.1或其附近的组成、In：M：Zn＝5：1：3或其附近的组成、In：M：Zn＝5：1：6或其附近的组成、In：M：Zn＝5：1：7或其附近的组成、In：M：Zn＝5：1：8或其附近的组成、In：M：Zn＝6：1：6或其附近的组成、In：M：Zn＝5：2：5或其附近的组成等。此外，附近的组成包括所希望的原子数比的±30％的范围。
当记载为原子数比为In：Ga：Zn＝4：2：3或其附近的组成时包括如下情况：In的原子数比为4时，Ga的原子数比为1以上且3以下，Zn的原子数比为2以上且4以下。此外，当记载为原子数比为In：Ga：Zn＝5：1：6或其附近的组成时包括如下情况：In的原子数比为5时，Ga的原子数比大于0.1且为2以下，Zn的原子数比为5以上且7以下。此外，当记载为原子数比为In：Ga：Zn＝1：1：1或其附近的组成时包括如下情况：In的原子数比为1时，Ga的原子数比大于0.1且为2以下，Zn的原子数比大于0.1且为2以下。
电路464所包括的晶体管和显示部462所包括的晶体管既可以具有相同的结构，又可以具有不同的结构。电路464所包括的多个晶体管既可以具有相同的结构，又可以具有两种以上的不同结构。与此同样，显示部462所包括的多个晶体管既可以具有相同的结构，又可以具有两种以上的不同结构。
在衬底451的不与衬底452重叠的区域中设置有连接部204。在连接部204中，布线465通过导电层466及连接层242与FPC472电连接。导电层466具有加工与像素电极相同的导电膜而得到的导电膜和加工与光学调整层的相同的导电膜而得到的导电膜的叠层结构。在连接部204的顶面上露出导电层466。因此，通过连接层242可以使连接部204与FPC472电连接。
优选在衬底452的衬底451一侧的面设置遮光层417。此外，可以在衬底452的外侧配置各种光学构件。作为光学构件，可以使用偏振片、相位差板、光扩散层(扩散薄膜等)、防反射层及聚光薄膜(condensing film)等。此外，在衬底452的外侧也可以配置抑制尘埃的附着的抗静电膜、不容易被弄脏的具有拒水性的膜、抑制使用时的损伤的硬涂膜、冲击吸收层等。
通过形成覆盖发光器件的保护层416，可以抑制水等杂质进入发光器件，由此可以提高发光器件的可靠性。
在发光装置400A的端部附近的区域228中，优选绝缘层215与保护层416通过绝缘层214的开口彼此接触。尤其是，特别优选绝缘层215含有的无机绝缘膜与保护层416含有的无机绝缘膜彼此接触。由此，可以抑制杂质从外部通过有机绝缘膜进入显示部462。因此，可以提高发光装置400A的可靠性。
图19B示出保护层416具有三层结构的例子。在图19B中，保护层416包括发光器件430c上的无机绝缘层416a、无机绝缘层416a上的有机绝缘层416b以及有机绝缘层416b上的无机绝缘层416c。
无机绝缘层416a的端部及无机绝缘层416c的端部延伸在有机绝缘层416b的端部的外侧且它们彼此接触。并且，无机绝缘层416a通过绝缘层214(有机绝缘层)的开口与绝缘层215(无机绝缘层)接触。由此，可以由绝缘层215及保护层416包围发光器件，所以可以提高发光器件的可靠性。
如此，保护层416也可以具有有机绝缘膜与无机绝缘膜的叠层结构。此时，优选使无机绝缘膜的端部延伸在有机绝缘膜的端部的外侧。
衬底451及衬底452可以使用玻璃、石英、陶瓷、蓝宝石、树脂、金属、合金以及半导体等。从发光器件提取光一侧的衬底使用使该光透过的材料。此外，通过将具有柔性的材料用于衬底451及衬底452，可以提高显示装置的柔性。作为衬底451或衬底452，可以使用偏振片。
作为衬底451及衬底452，可以使用如下材料：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等聚酯树脂、聚丙烯腈树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚碳酸酯(PC)树脂、聚醚砜(PES)树脂、聚酰胺树脂(尼龙、芳族聚酰胺等)、聚硅氧烷树脂、环烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚氨酯树脂、聚氯乙烯树脂、聚偏二氯乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚四氟乙烯(PTFE)树脂、ABS树脂以及纤维素纳米纤维等。此外，也可以作为衬底451和衬底452中的一方或双方使用其厚度为具有柔性程度的玻璃。
在将圆偏振片重叠于显示装置的情况下，优选将光学各向同性高的衬底用作显示装置所包括的衬底。光学各向同性高的衬底的双折射较低(也可以说双折射量较少)。
光学各向同性高的衬底的相位差值(retardation value)的绝对值优选为30nm以下，更优选为20nm以下，进一步优选为10nm以下。
作为光学各向同性高的薄膜，可以举出三乙酸纤维素(也被称为TAC：Cellulosetriacetate)薄膜、环烯烃聚合物(COP)薄膜、环烯烃共聚物(COC)薄膜及丙烯酸薄膜等。
当作为衬底使用薄膜时，有可能因薄膜的吸水而发生显示面板出现皱纹等形状变化。因此，作为衬底优选使用吸水率低的薄膜。例如，优选使用吸水率为1％以下的薄膜，更优选使用吸水率为0.1％以下的薄膜，进一步优选为使用吸水率为0.01％以下的薄膜。
作为粘合层，可以使用紫外线固化粘合剂等光固化粘合剂、反应固化粘合剂、热固化粘合剂、厌氧粘合剂等各种固化粘合剂。作为这些粘合剂，可以举出环氧树脂、丙烯酸树脂、硅酮树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、酰亚胺树脂、PVC(聚氯乙烯)树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)树脂、EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)树脂等。尤其是，优选使用环氧树脂等透湿性低的材料。此外，也可以使用两液混合型树脂。此外，也可以使用粘合薄片等。
作为连接层242，可以使用各向异性导电膜(ACF：Anisotropic ConductiveFilm)、各向异性导电膏(ACP：Anisotropic Conductive Paste)等。
作为可用于晶体管的栅极、源极及漏极和构成显示装置的各种布线及电极等导电层的材料，可以举出铝、钛、铬、镍、铜、钇、锆、钼、银、钽或钨等金属或者以上述金属为主要成分的合金等。可以使用包含这些材料的膜的单层或叠层。
此外，作为具有透光性的导电材料，可以使用氧化铟、铟锡氧化物、铟锌氧化物、氧化锌、包含镓的氧化锌等导电氧化物或石墨烯。或者，可以使用金、银、铂、镁、镍、钨、铬、钼、铁、钴、铜、钯或钛等金属材料或包含该金属材料的合金材料。或者，还可以使用该金属材料的氮化物(例如，氮化钛)等。此外，当使用金属材料或合金材料(或者它们的氮化物)时，优选将其形成得薄到具有透光性。此外，可以使用上述材料的叠层膜作为导电层。例如，通过使用银和镁的合金与铟锡氧化物的叠层膜等，可以提高导电性，所以是优选的。上述材料也可以用于构成显示装置的各种布线及电极等的导电层及发光器件所包括的导电层(被用作像素电极或公共电极的导电层)。
作为可用于各绝缘层的绝缘材料，例如可以举出丙烯酸树脂或环氧树脂等树脂、无机绝缘材料如氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅或氧化铝等。
[发光装置400B]
图20A是发光装置400B的截面图。发光装置400B的立体图与发光装置400A(图18)同样。图20A示出分别切断发光装置400B的包括FPC472的区域的一部分、电路464的一部分以及显示部462的一部分时的截面的一个例子。图20A尤其示出切断显示部462中的包括发射绿色光的发光器件430b及发射蓝色光的发光器件430c的区域时的截面的一个例子。注意，有时省略说明与发光装置400A同样的部分。
图20A所示的发光装置400B在衬底453与衬底454之间包括晶体管202、晶体管210、发光器件430b及发光器件430c等。
此外，衬底454和保护层416通过粘合层442贴合。粘合层442分别与发光器件430b及发光器件430c重叠，发光装置400B采用固体密封结构。
衬底453和绝缘层212被粘合层455贴合。
发光装置400B的制造方法为如下：首先，使用粘合层442将设置有绝缘层212、各晶体管、各发光器件等的制造衬底与设置有遮光层417的衬底454贴合在一起；然后，在剥离制造衬底而被露出的面贴合衬底453，来将形成在制造衬底上的各构成要素转置到衬底453。衬底453和衬底454优选具有柔性。由此，可以提高发光装置400B的柔性。
作为绝缘层212，可以使用可以用于绝缘层211、绝缘层213及绝缘层215的无机绝缘膜。
像素电极通过设置在绝缘层214中的开口电连接到晶体管210所包括的导电层222b。导电层222b通过设置在绝缘层215及绝缘层225中的开口连接到低电阻区域231n。晶体管210具有控制发光器件的驱动的功能。
像素电极的端部被绝缘层421覆盖。
发光器件430b、430c将光发射到衬底454一侧。衬底454优选使用对可见光及红外光的透过性高的材料。
衬底453的不与衬底454重叠的区域中设置有连接部204。在连接部204中，布线465通过导电层466及连接层242与FPC472电连接。导电层466可以通过对与像素电极相同的导电膜进行加工来获得。因此，通过连接层242可以使连接部204与FPC472电连接。
晶体管202及晶体管210包括：用作栅极的导电层221；用作栅极绝缘层的绝缘层211；包含沟道形成区域231i及一对低电阻区域231n的半导体层；与一对低电阻区域231n中的一个连接的导电层222a；与一对低电阻区域231n中的另一个连接的导电层222b；用作栅极绝缘层的绝缘层225；用作栅极的导电层223；以及覆盖导电层223的绝缘层215。绝缘层211位于导电层221与沟道形成区域231i之间。绝缘层225位于导电层223与沟道形成区域231i之间。
导电层222a及导电层222b通过设置在绝缘层215中的开口与低电阻区域231n连接。导电层222a及导电层222b中的一个用作源极，另一个用作漏极。
图20A示出绝缘层225覆盖半导体层的顶面及侧面的例子。导电层222a及导电层222b通过设置在绝缘层225及绝缘层215中的开口与低电阻区域231n连接。
另一方面，在图20B所示的晶体管209中，绝缘层225与半导体层231的沟道形成区域231i重叠而不与低电阻区域231n重叠。例如，通过以导电层223为掩模加工绝缘层225，可以形成图20B所示的结构。在图20B中，绝缘层215覆盖绝缘层225及导电层223，并且导电层222a及导电层222b分别通过绝缘层215的开口与低电阻区域231n连接。再者，还可以设置有覆盖晶体管的绝缘层218。
本实施方式所示的结构例子及对应该结构例子的附图等的至少一部分可以与其他结构例子或附图等适当地组合。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书中记载的其他实施方式适当地组合而实施。
实施方式6
在本实施方式中，说明与上述不同的显示装置的结构例子。
本实施方式的显示装置可以为高清晰的显示装置。因此，例如可以将本实施方式的显示装置用作手表型或手镯型等信息终端设备(可穿戴设备)以及头戴显示器等VR用设备、眼镜型AR用设备等可戴在头上的可穿戴设备的显示部。
[显示模块]
图21A是显示模块280的立体图。显示模块280包括发光装置400C及FPC290。注意，显示模块280所包括的显示装置不局限于发光装置400C，也可以是将在后面说明的发光装置400D或发光装置400E。
显示模块280包括衬底291及衬底292。显示模块280包括显示部281。显示部281是显示模块280中的图像显示区域，并可以看到来自设置在下述像素部284中的各像素的光。
图21B是衬底291一侧的结构的立体示意图。衬底291上层叠有电路部282、电路部282上的像素电路部283及该像素电路部283上的像素部284。此外，衬底291的不与像素部284重叠的部分上设置有用来连接到FPC290的端子部285。端子部285与电路部282通过由多个布线构成的布线部286电连接。
像素部284包括周期性地排列的多个像素284a。在图21B的右侧示出一个像素284a的放大图。像素284a包括发光颜色彼此不同的发光器件430a、430b、430c。多个发光元件也可以配置为图21B所示那样的条纹排列。通过采用条纹排列可以将本发明的一个方式的发光元件高密度地排列在像素电路中，所以可以提供一种高清晰度的显示装置。此外，也可以采用三角状排列、Pentile排列等各种排列方法。
像素电路部283包括周期性地排列的多个像素电路283a。
一个像素电路283a控制一个像素284a所包括的三个发光器件的发光。一个像素电路283a可以由三个控制一个发光器件的发光的电路构成。例如，像素电路283a可以采用对于一个发光器件至少具有一个选择晶体管、一个电流控制用晶体管(驱动晶体管)和电容器的结构。此时，选择晶体管的栅极被输入栅极信号，源极或漏极中的一方被输入源极信号。由此，实现有源矩阵型显示装置。
电路部282包括用于驱动像素电路部283的各像素电路283a的电路。例如，优选包括栅极线驱动电路和源极线驱动电路中的一方或双方。此外，还可以具有运算电路、存储电路和电源电路等中的至少一个。
FPC290用作从外部向电路部282供给视频信号或电源电位等的布线。此外，也可以在FPC290上安装IC。
显示模块280可以采用像素部284的下侧层叠有像素电路部283和电路部282中的一方或双方的结构，所以可以使显示部281具有极高的开口率(有效显示面积比)。例如，显示部281的开口率可以为40％以上且低于100％，优选为50％以上且95％以下，更优选为60％以上且95％以下。此外，能够极高密度地配置像素284a，由此可以使显示部281具有极高的清晰度。例如，显示部281优选以20000ppi以下或30000ppi以下且2000ppi以上、更优选为3000ppi以上、进一步优选为5000ppi以上、更进一步优选为6000ppi以上的清晰度配置像素284a。
这种高清晰的显示模块280适合用于头戴式显示器等VR用设备或眼镜型AR用设备。例如，因为显示模块280具有极高清晰度的显示部281，所以在透过透镜观看显示模块280的显示部的结构中，即使用透镜放大显示部也使用者不能看到像素，由此可以实现具有高度沉浸感的显示。此外，显示模块280还可以应用于具有相对较小型的显示部的电子设备。例如，适合用于手表等可穿戴式电子设备的显示部。
[发光装置400C]
图22所示的发光装置400C包括衬底301、发光器件430a、430b、430c、电容器240及晶体管310。
衬底301相当于图21A及图21B中的衬底291。
晶体管310是在衬底301中具有沟道形成区域的晶体管。作为衬底301，例如可以使用如单晶硅衬底等半导体衬底。晶体管310包括衬底301的一部分、导电层311、低电阻区域312、绝缘层313及绝缘层314。导电层311被用作栅电极。绝缘层313位于衬底301与导电层311之间，并被用作栅极绝缘层。低电阻区域312是衬底301中掺杂有杂质的区域，并被用作源极和漏极中的一个。绝缘层314覆盖导电层311的侧面，并被用作绝缘层。
此外，在相邻的两个晶体管310之间，以嵌入衬底301的方式设置有元件分离层315。
此外，以覆盖晶体管310的方式设置有绝缘层261，并绝缘层261上设置有电容器240。
电容器240包括导电层241、导电层245及位于它们之间的绝缘层243。导电层241用作电容器240中的一个电极，导电层245用作电容器240中的另一个电极，并且绝缘层243用作电容器240的介电质。
导电层241设置在绝缘层261上，并嵌入绝缘层254中。导电层241通过嵌入绝缘层261中的插头271与晶体管310的源极和漏极中的一个电连接。绝缘层243覆盖导电层241而设置。导电层245设置在隔着绝缘层243与导电层241重叠的区域中。
以覆盖电容器240的方式设置有绝缘层255，绝缘层255上设置有发光器件430a、430b、430c等。发光器件430a、430b、430c上设置有保护层416，衬底420隔着树脂层419贴合于保护层416的顶面。
发光器件的像素电极通过嵌入绝缘层255中的插头256、嵌入绝缘层254中的导电层241及嵌入绝缘层261中的插头271电连接于晶体管310的源极和漏极中的一个。
[发光装置400D]
图23所示的发光装置400D的与发光装置400C主要不同之处是晶体管的结构。注意，有时省略与发光装置400C同样的部分的说明。
晶体管320是在形成沟道的半导体层中使用金属氧化物(也称为氧化物半导体)的晶体管。
晶体管320包括半导体层321、绝缘层323、导电层324、一对导电层325、绝缘层326及导电层327。
衬底331相当于图21A及图21B中的衬底291。从衬底331到绝缘层255的叠层结构相当于实施方式1中的包括晶体管的层401。作为衬底331可以使用绝缘衬底或半导体衬底。
在衬底331上设置有绝缘层332。绝缘层332用作阻挡层，该阻挡层防止水或氢等杂质从衬底331扩散到晶体管320且防止氧从半导体层321向绝缘层332一侧脱离。作为绝缘层332，例如可以使用与氧化硅膜相比氢或氧不容易扩散的膜诸如氧化铝膜、氧化铪膜、氮化硅膜等。
在绝缘层332上设置有导电层327，并以覆盖导电层327的方式设置有绝缘层326。导电层327用作晶体管320的第一栅电极，绝缘层326的一部分用作第一栅极绝缘层。绝缘层326中的至少接触半导体层321的部分优选使用氧化硅膜等氧化物绝缘膜。绝缘层326的顶面优选被平坦化。
半导体层321设置在绝缘层326上。半导体层321优选含有具有半导体特性的金属氧化物(也称为氧化物半导体)膜。关于可以用于半导体层321的材料将在后面详细描述。
一对导电层325接触于半导体层321上并用作源电极及漏电极。
此外，以覆盖一对导电层325的顶面及侧面以及半导体层321的侧面等的方式设置有绝缘层328，绝缘层328上设置有绝缘层264。绝缘层328被用作阻挡层，该阻挡层防止水或氢等杂质从绝缘层264等扩散到半导体层321以及氧从半导体层321脱离。作为绝缘层328，可以使用与上述绝缘层332同样的绝缘膜。
绝缘层328及绝缘层264中设置有到达半导体层321的开口。该开口内部嵌入有接触于绝缘层264、绝缘层328及导电层325的侧面以及半导体层321的顶面的绝缘层323、以及导电层324。导电层324被用作第二栅电极，绝缘层323被用作第二栅极绝缘层。
导电层324的顶面、绝缘层323的顶面及绝缘层264的顶面被进行平坦化处理以它们的高度都大致一致，并以覆盖它们的方式设置有绝缘层329及绝缘层265。
绝缘层264及绝缘层265被用作层间绝缘层。绝缘层329被用作阻挡层，该阻挡层防止水或氢等杂质从绝缘层265等扩散到晶体管320。绝缘层329可以使用与上述绝缘层328及绝缘层332同样的绝缘膜。
与一对导电层325中的一方电连接的插头274嵌入绝缘层265、绝缘层329及绝缘层264。在此，插头274优选具有覆盖绝缘层265、绝缘层329、绝缘层264及绝缘层328各自的开口的侧面及导电层325的顶面的一部分的导电层274a以及与导电层274a的顶面接触的导电层274b。此时，作为导电层274a，优选使用不容易扩散氢及氧的导电材料。
发光装置400D中的从绝缘层254到衬底420的结构是与发光装置400C同样的。
[发光装置400E]
在图24所示的发光装置400E中，层叠有沟道形成于衬底301的晶体管310及形成沟道的半导体层含有金属氧化物的晶体管320。注意，有时省略与发光装置400C、400D同样的部分的说明。
以覆盖晶体管310的方式设置有绝缘层261，并且绝缘层261上设置有导电层251。此外，以覆盖导电层251的方式设置有绝缘层262，并且绝缘层262上设置有导电层252。导电层251及导电层252都被用作布线。此外，以覆盖导电层252的方式设置有绝缘层263及绝缘层332，并且绝缘层332上设置有晶体管320。此外，以覆盖晶体管320的方式设置有绝缘层265，并在绝缘层265上设置有电容器240。电容器240与晶体管320通过插头274电连接。
晶体管320可以用作构成像素电路的晶体管。此外，晶体管310可以用作构成像素电路的晶体管或构成用来驱动该像素电路的驱动电路(栅极线驱动电路、源极线驱动电路)的晶体管。此外，晶体管310及晶体管320可以用作构成运算电路或存储电路等各种电路的晶体管。
借助于这种结构，在发光器件正下不但可以形成像素电路还可以形成驱动电路等，因此与在显示区域的周围设置驱动电路的情况相比，可以使显示装置小型化。
本实施方式所示的结构例子及对应该结构例子的附图等的至少一部分可以与其他结构例子或附图等适当地组合。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书中记载的其他实施方式适当地组合而实施。
实施方式7
在本实施方式中，说明高清晰显示装置。
[像素电路的结构例子]
以下对适用于高清晰显示装置的像素及其排列方法的例子进行说明。
图25示出像素单元70的电路图的例子。像素单元70由两个像素(像素70a及像素70b)构成。此外，像素单元70与布线51a、布线51b、布线52a、布线52b、布线52c、布线52d、布线53a、布线53b、布线53c等连接。
像素70a包括子像素71a、子像素72a及子像素73a。像素70b包括子像素71b、子像素72b及子像素73b。子像素71a、子像素72a及子像素73a分别包括像素电路41a、像素电路42a及像素电路43a。此外，子像素71b、子像素72b及子像素73b分别包括像素电路41b、像素电路42b及像素电路43b。
各子像素包括像素电路和显示元件60。例如，子像素71a包括像素电路41a和显示元件60。在此，示出作为显示元件60使用有机EL元件等发光器件的情况。
布线51a及布线51b分别用作栅极线。布线52a、布线52b、布线52c及布线52d分别用作信号线(也称为数据线)。此外，布线53a、布线53b及布线53c用作对显示元件60提供电位的电源线。
像素电路41a与布线51a、布线52a及布线53a电连接。像素电路42a与布线51b、布线52d及布线53a电连接。像素电路43a与布线51a、布线52b及布线53b电连接。像素电路41b与布线51b、布线52a及布线53b电连接。像素电路42b与布线51a、布线52c及布线53c电连接。像素电路43b与布线51b、布线52b及布线53c电连接。
如图25所示，通过采用一个像素连接有两个栅极线的结构，可以使源极线的个数变为条纹配置的一半。由此，可以使用作源极驱动电路的IC的端子个数减少一半，能够减少构件个数。
此外，优选采用用作信号线的一个布线与对应于相同的颜色的像素电路连接的结构。例如，当为了校正像素之间的亮度不均匀，将其电位被调整的信号供应给上述布线时，有时校正值根据颜色而大不相同。因此，通过将一个信号线连接到对应于相同颜色的像素电路，可以容易进行校正。
此外，各像素电路包括晶体管61、晶体管62和电容器63。例如，在像素电路41a中，晶体管61的栅极与布线51a电连接，晶体管61的源极和漏极中的一个与布线52a电连接，源极和漏极中的另一个与晶体管62的栅极及电容器63的一个电极电连接。晶体管62的源极和漏极中的一个与显示元件60的一个电极电连接，源极和漏极中的另一个与电容器63的另一个电极及布线53a电连接。显示元件60的另一个电极与被供应电位V1的布线电连接。
关于其他像素电路，如图25所示，除了与晶体管61的栅极连接的布线、与晶体管61的源极和漏极中的一方连接的布线及与电容器63的另一个电极连接的布线以外，其结构与像素电路41a相同。
图25中晶体管61具有选择晶体管的功能。晶体管62与显示元件60串联连接且具有控制流过显示元件60的电流的功能。电容器63具有保持与晶体管62的栅极连接的节点的电位的功能。当晶体管61的关闭状态的泄漏电流及经过晶体管62的栅极的泄漏电流等极小时，也可以不设置电容器63。
在此，如图25所示，晶体管62优选包括彼此电连接的第一栅极和第二栅极。如此，通过采用具有两个栅极的结构，可以增加晶体管62能够流过的电流。尤其是在高清晰的显示装置中，可以在不使晶体管62的尺寸(尤其是沟道宽度)变大的情况下增加该电流，所以是优选的。
晶体管62也可以具有一个栅极。通过采用上述结构，不需要进行形成第二栅极的工序，与上述结构相比，可以使工序简化。此外，晶体管61也可以具有两个栅极。通过采用上述结构，可以使这些晶体管的尺寸小。此外，各晶体管的第一栅极与第二栅极互相电连接。或者，也可以采用一个栅极电连接于与另一个栅极不同的布线的结构。此时，可以通过对该布线提供不同的电位来控制晶体管的阈值电压。
此外，显示元件60的一对电极中与晶体管62电连接的电极相当于像素电极。在此，图25示出将与显示元件60的晶体管62电连接的电极用作阴极且将相反一侧的电极用作阳极的结构。这种结构在晶体管62为n沟道型晶体管的情况尤其有效。也就是说，当晶体管62为导通状态时，由布线53a供应的电位成为源极电位，由此可以使流过晶体管62的电流为恒定的，而与显示元件60的电阻偏差或变动无关。作为像素电路所包括的晶体管，也可以使用p沟道晶体管。
实施方式8
在本实施方式中，说明可用于上述实施方式中说明的OS晶体管的金属氧化物(称为氧化物半导体)。
金属氧化物优选至少包含铟或锌。尤其优选包含铟及锌。此外，除此之外，优选还包含铝、镓、钇或锡等。此外，也可以包含选自硼、硅、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨、镁及钴等中的一种或多种。
此外，金属氧化物可以通过溅射法、有机金属化学气相沉积(MOCVD：MetalOrganic Chemical Vapor Deposition)法等CVD法或ALD法等形成。
<结晶结构的分类>
作为氧化物半导体的结晶结构，可以举出非晶(包括completely amorphous)、CAAC(c-axis-aligned crystalline)、nc(nanocrystalline)、CAC(cloud-alignedcomposite)、单晶(single crystal)及多晶(poly crystal)等。
可以使用X射线衍射(XRD：X-Ray Diffraction)谱对膜或衬底的结晶结构进行评价。例如，可以使用GIXD(Grazing-Incidence XRD)测定测得的XRD谱进行评价。此外，将GIXD法也称为薄膜法或Seemann-Bohlin法。
例如，石英玻璃衬底的XRD谱的峰形状大致为左右对称。另一方面，具有结晶结构的IGZO膜的XRD谱的峰形状不是左右对称。XRD谱的峰的形状是左右不对称说明膜中或衬底中存在结晶。换言之，除非XRD谱峰形状左右对称，否则不能说膜或衬底处于非晶状态。
此外，可以使用纳米束电子衍射法(NBED：Nano Beam Electron Diffraction)观察的衍射图案(也称为纳米束电子衍射图案)对膜或衬底的结晶结构进行评价。例如，在石英玻璃衬底的衍射图案中观察到光晕图案，可以确认石英玻璃处于非晶状态。此外，以室温形成的IGZO膜的衍射图案中观察到斑点状的图案而没有观察到光晕。因此可以推测，以室温形成的IGZO膜处于既不是晶态也不是非晶态的中间态，不能得出该IGZO膜是非晶态的结论。
<<氧化物半导体的结构>>
此外，在注目于氧化物半导体的结构的情况下，有时氧化物半导体的分类与上述分类不同。例如，氧化物半导体可以分类为单晶氧化物半导体和除此之外的非单晶氧化物半导体。作为非单晶氧化物半导体，例如可以举出上述CAAC-OS及nc-OS。此外，在非单晶氧化物半导体中包含多晶氧化物半导体、a-like OS(amorphous-like oxidesemiconductor)及非晶氧化物半导体等。
在此，对上述CAAC-OS、nc-OS及a-like OS的详细内容进行说明。
[CAAC-OS]
CAAC-OS是包括多个结晶区域的氧化物半导体，该多个结晶区域的c轴取向于特定的方向。此外，特定的方向是指CAAC-OS膜的厚度方向、CAAC-OS膜的被形成面的法线方向、或者CAAC-OS膜的表面的法线方向。此外，结晶区域是具有原子排列的周期性的区域。注意，在将原子排列看作晶格排列时结晶区域也是晶格排列一致的区域。再者，CAAC-OS具有在a-b面方向上多个结晶区域连接的区域，有时该区域具有畸变。此外，畸变是指在多个结晶区域连接的区域中，晶格排列一致的区域和其他晶格排列一致的区域之间的晶格排列的方向变化的部分。换言之，CAAC-OS是指c轴取向并在a-b面方向上没有明显的取向的氧化物半导体。
此外，上述多个结晶区域的每一个由一个或多个微小结晶(最大径小于10nm的结晶)构成。在结晶区域由一个微小结晶构成的情况下，该结晶区域的最大径小于10nm。此外，结晶区域由多个微小结晶构成的情况下，有时该结晶区域的尺寸为几十nm左右。
此外，在In-M-Zn氧化物(元素M为选自铝、镓、钇、锡及钛等中的一种或多种)中，CAAC-OS有具有层叠有含有铟(In)及氧的层(以下，In层)、含有元素M、锌(Zn)及氧的层(以下，(M，Zn)层)的层状结晶结构(也称为层状结构)的趋势。此外，铟和元素M可以彼此置换。因此，有时(M，Zn)层包含铟。此外，有时In层包含元素M。注意，有时In层包含Zn。该层状结构例如在高分辨率TEM(Transmission Electron Microscope)图像中被观察作为晶格像。
例如，当对CAAC-OS膜使用XRD装置进行结构分析时，在使用θ/2θ扫描的Out-of-plane XRD测量中，在2θ＝31°或其附近检测出表示c轴取向的峰。注意，表示c轴取向的峰的位置(2θ值)有时根据构成CAAC-OS的金属元素的种类、组成等变动。
此外，例如，在CAAC-OS膜的电子衍射图案中观察到多个亮点(斑点)。此外，在以透过样品的入射电子束的斑点(也称为直接斑点)为对称中心时，某一个斑点和其他斑点被观察在点对称的位置。
在从上述特定的方向观察结晶区域的情况下，虽然该结晶区域中的晶格排列基本上是六方晶格，但是单位晶格并不局限于正六角形，有是非正六角形的情况。此外，在上述畸变中，有时具有五角形、七角形等晶格排列。此外，在CAAC-OS的畸变附近观察不到明确的晶界(grain boundary)。也就是说，晶格排列的畸变抑制晶界的形成。这可以被认为是因为如下缘故：CAAC-OS在a-b面方向上氧原子排列不稠密或者被金属原子取代使得原子间的键合距离发生变化等，由此可以包容畸变。
此外，确认到明确的晶界的结晶结构被称为所谓的多晶(polycrystal)。晶界成为复合中心而载流子被俘获，因而有可能导致晶体管的通态电流的降低、场效应迁移率的降低等。因此，确认不到明确的晶界的CAAC-OS是对晶体管的半导体层提供具有优异的结晶结构的结晶性氧化物之一。注意，为了构成CAAC-OS，优选为包含Zn的结构。例如，与In氧化物相比，In-Zn氧化物及In-Ga-Zn氧化物能够进一步抑制晶界的发生，所以是优选的。
CAAC-OS是结晶性高且确认不到明确的晶界的氧化物半导体。因此，可以说在CAAC-OS中，不容易发生起因于晶界的电子迁移率的降低。此外，氧化物半导体的结晶性有时因杂质的混入、缺陷的生成等而降低，因此可以说CAAC-OS是杂质及缺陷(氧空位等)少的氧化物半导体。因此，包含CAAC-OS的氧化物半导体的物理性质稳定。因此，包含CAAC-OS的氧化物半导体具有高耐热性及高可靠性。此外，CAAC-OS对制造工序中的高温度(所谓热积存；thermal budget)也很稳定。由此，通过在OS晶体管中使用CAAC-OS，可以扩大制造工序的自由度。
[nc-OS]
在nc-OS中，微小的区域(例如1nm以上且10nm以下的区域，特别是1nm以上且3nm以下的区域)中的原子排列具有周期性。换言之，nc-OS具有微小的结晶。此外，例如，该微小的结晶的尺寸为1nm以上且10nm以下，尤其为1nm以上且3nm以下，将该微小的结晶称为纳米晶。此外，nc-OS在不同的纳米晶之间观察不到结晶取向的规律性。因此，在膜整体中观察不到取向性。所以，有时nc-OS在某些分析方法中与a-like OS或非晶氧化物半导体没有差别。例如，在对nc-OS膜使用XRD装置进行结构分析时，在使用θ/2θ扫描的Out-of-plane XRD测量中，不检测出表示结晶性的峰。此外，在对nc-OS膜进行使用其束径比纳米晶大(例如，50nm以上)的电子束的电子衍射(也称为选区电子衍射)时，观察到类似光晕图案的衍射图案。另一方面，在对nc-OS膜进行使用其束径近于或小于纳米晶的尺寸(例如1nm以上且30nm以下)的电子束的电子衍射(也称为纳米束电子衍射)的情况下，有时得到在以直接斑点为中心的环状区域内观察到多个斑点的电子衍射图案。
[a-like OS]
a-like OS是具有介于nc-OS与非晶氧化物半导体之间的结构的氧化物半导体。a-like OS包含空洞或低密度区域。也就是说，a-like OS的结晶性比nc-OS及CAAC-OS的结晶性低。此外，a-like OS的膜中的氢浓度比nc-OS及CAAC-OS的膜中的氢浓度高。
<<氧化物半导体的构成>>
接着，说明上述CAC-OS的详细内容。此外，CAC-OS与材料构成有关。
[CAC-OS]
CAC-OS例如是指包含在金属氧化物中的元素不均匀地分布的构成，其中包含不均匀地分布的元素的材料的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且3nm以下或近似的尺寸。注意，在下面也将在金属氧化物中一个或多个金属元素不均匀地分布且包含该金属元素的区域混合的状态称为马赛克状或补丁(patch)状，该区域的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且3nm以下或近似的尺寸。
再者，CAC-OS是指其材料分开为第一区域与第二区域而成为马赛克状且该第一区域分布于膜中的结构(下面也称为云状)。就是说，CAC-OS是指具有该第一区域和该第二区域混合的结构的复合金属氧化物。
在此，将相对于构成In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS的金属元素的In、Ga及Zn的原子数比的每一个记为[In]、[Ga]及[Zn]。例如，在In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS中，第一区域是其[In]大于CAC-OS膜的组成中的[In]的区域。此外，第二区域是其[Ga]大于CAC-OS膜的组成中的[Ga]的区域。此外，例如，第一区域是其[In]大于第二区域中的[In]且其[Ga]小于第二区域中的[Ga]的区域。此外，第二区域是其[Ga]大于第一区域中的[Ga]且其[In]小于第一区域中的[In]的区域。
具体而言，上述第一区域是以铟氧化物或铟锌氧化物等为主要成分的区域。此外，上述第二区域是以镓氧化物或镓锌氧化物等为主要成分的区域。换言之，可以将上述第一区域称为以In为主要成分的区域。此外，可以将上述第二区域称为以Ga为主要成分的区域。
注意，有时观察不到上述第一区域和上述第二区域的明确的边界。
此外，In-Ga-Zn氧化物中的CAC-OS是指如下构成：在包含In、Ga、Zn及O的材料构成中，部分主要成分为Ga的区域与部分主要成分为In的区域无规律地以马赛克状存在。因此，可推测，CAC-OS具有金属元素不均匀地分布的结构。
CAC-OS例如可以通过在对衬底不进行加热的条件下利用溅射法来形成。在利用溅射法形成CAC-OS的情况下，作为沉积气体，可以使用选自惰性气体(典型的是氩)、氧气体和氮气体中的任一种或多种。此外，沉积时的沉积气体的总流量中的氧气体的流量比越低越好，例如，优选使沉积时的沉积气体的总流量中的氧气体的流量比为0％以上且低于30％，更优选为0％以上且10％以下。
例如，在In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS中，根据通过能量分散型X射线分析法(EDX：Energy Dispersive X-ray spectroscopy)取得的EDX面分析(EDX-mapping)图像，可确认到具有以In为主要成分的区域(第一区域)及以Ga为主要成分的区域(第二区域)不均匀地分布而混合的结构。
在此，第一区域是具有比第二区域高的导电性的区域。就是说，当载流子流过第一区域时，呈现作为金属氧化物的导电性。因此，当第一区域以云状分布在金属氧化物中时，可以实现高场效应迁移率(μ)。
另一方面，第二区域是具有比第一区域高的绝缘性的区域。就是说，当第二区域分布在金属氧化物中时，可以抑制泄漏电流。
在将CAC-OS用于晶体管的情况下，通过起因于第一区域的导电性和起因于第二区域的绝缘性的互补作用，可以使CAC-OS具有开关功能(控制开启/关闭的功能)。换言之，在CAC-OS的材料的一部分中具有导电性的功能且在另一部分中具有绝缘性的功能，在材料的整体中具有半导体的功能。通过使导电性的功能和绝缘性的功能分离，可以最大限度地提高各功能。因此，通过将CAC-OS用于晶体管，可以实现大通态电流(Ion)、高场效应迁移率(μ)及良好的开关工作。
此外，使用CAC-OS的晶体管具有高可靠性。因此，CAC-OS最适合于显示装置等各种半导体装置。
氧化物半导体具有各种结构及各种特性。本发明的一个方式的氧化物半导体也可以包括非晶氧化物半导体、多晶氧化物半导体、a-like OS、CAC-OS、nc-OS、CAAC-OS中的两种以上。
<具有氧化物半导体的晶体管>
接着，说明将上述氧化物半导体用于晶体管的情况。
通过将上述氧化物半导体用于晶体管，可以实现场效应迁移率高的晶体管。此外，可以实现可靠性高的晶体管。
优选将载流子浓度低的氧化物半导体用于晶体管。例如，氧化物半导体中的载流子浓度为1×1017cm-3以下，优选为1×1015cm-3以下，更优选为1×1013cm-3以下，进一步优选为1×1011cm-3以下，更进一步优选低于1×1010cm-3，且1×10-9cm-3以上。在以降低氧化物半导体膜的载流子浓度为目的的情况下，可以降低氧化物半导体膜中的杂质浓度以降低缺陷态密度。在本说明书等中，将杂质浓度低且缺陷态密度低的状态称为高纯度本征或实质上高纯度本征。此外，有时将载流子浓度低的氧化物半导体称为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体。
因为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体膜具有较低的缺陷态密度，所以有可能具有较低的陷阱态密度。
此外，被氧化物半导体的陷阱态俘获的电荷到消失需要较长的时间，有时像固定电荷那样动作。因此，有时在陷阱态密度高的氧化物半导体中形成沟道形成区域的晶体管的电特性不稳定。
因此，为了使晶体管的电特性稳定，降低氧化物半导体中的杂质浓度是有效的。为了降低氧化物半导体中的杂质浓度，优选还降低附近膜中的杂质浓度。作为杂质有氢、氮、碱金属、碱土金属、铁、镍、硅等。
<杂质>
在此，说明氧化物半导体中的各杂质的影响。
在氧化物半导体包含第14族元素之一的硅或碳时，在氧化物半导体中形成缺陷态。因此，将氧化物半导体中或与氧化物半导体的界面附近的硅或碳的浓度(通过二次离子质谱(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)测得的浓度)设定为2×1018atoms/cm3以下，优选为2×1017atoms/cm3以下。
此外，当氧化物半导体包含碱金属或碱土金属时，有时形成缺陷态而形成载流子。因此，使用包含碱金属或碱土金属的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。因此，使通过SIMS测得的氧化物半导体中的碱金属或碱土金属的浓度为1×1018atoms/cm3以下，优选为2×1016atoms/cm3以下。
当氧化物半导体包含氮时，容易产生作为载流子的电子，使载流子浓度增高，而n型化。其结果是，在将包含氮的氧化物半导体用于半导体的晶体管容易具有常开启特性。或者，在氧化物半导体包含氮时，有时形成陷阱态。其结果，有时晶体管的电特性不稳定。因此，将利用SIMS测得的氧化物半导体中的氮浓度设定为低于5×1019atoms/cm3，优选为5×1018atoms/cm3以下，更优选为1×1018atoms/cm3以下，进一步优选为5×1017atoms/cm3以下。
包含在氧化物半导体中的氢与键合于金属原子的氧起反应生成水，因此有时形成氧空位。当氢进入该氧空位时，有时产生作为载流子的电子。此外，有时由于氢的一部分与键合于金属原子的氧键合，产生作为载流子的电子。因此，使用包含氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。由此，优选尽可能地减少氧化物半导体中的氢。具体而言，在氧化物半导体中，将利用SIMS测得的氢浓度设定为低于1×1020atoms/cm3，优选低于1×1019atoms/cm3，更优选低于5×1018atoms/cm3，进一步优选低于1×1018atoms/cm3。
通过将杂质被充分降低的氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区域，可以使晶体管具有稳定的电特性。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书中记载的其他实施方式适当地组合而实施。
实施方式9
在本实施方式中，使用图26A至图29F说明本发明的一个方式的电子设备。
本实施方式的电子设备包括本发明的一个方式的显示装置。本发明的一个方式的显示装置容易实现高清晰化、高分辨率化、大型化。因此，可以将本发明的一个方式的显示装置用于各种各样的电子设备的显示部。
另外，本发明的一个方式的显示装置可以以低成本制造，由此可以降低电子设备的制造成本。
作为电子设备，例如除了电视装置、台式或笔记本型个人计算机、用于计算机等的显示器、数字标牌、弹珠机等大型游戏机等具有较大的屏幕的电子设备以外，还可以举出数码相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置等。
特别是，因为本发明的一个方式的显示装置可以提高清晰度，所以可以适当地用于包括较小的显示部的电子设备。作为这种电子设备，例如可以举出手表型、手镯型等的信息终端设备(可穿戴设备)、可戴在头上的可穿戴设备等诸如头戴显示器等VR用设备、眼镜型AR用设备等。另外，作为可穿戴设备还可以举出SR(Substitutional Reality)用设备以及MR(Mixed Reality)用设备。
本发明的一个方式的显示装置优选具有极高的分辨率诸如HD(像素数为1280×720)、FHD(像素数为1920×1080)、WQHD(像素数为2560×1440)、WQXGA(像素数为2560×1600)、4K2K(像素数为3840×2160)、8K4K(像素数为7680×4320)等。尤其优选具有4K2K、8K4K或更高的分辨率。另外，本发明的一个方式的显示装置中的像素密度(清晰度)优选为300ppi以上，更优选为500ppi以上，进一步优选为1000ppi以上，更进一步优选为2000ppi以上，还进一步优选为3000ppi以上，还进一步优选为5000ppi以上，还进一步优选为7000ppi以上。通过使用上述的具有高分辨率或高清晰度的显示装置，在便携式或家用等的个人用途的电子设备中可以进一步提高真实感、纵深感等。
可以将本实施方式的电子设备沿着房屋或高楼的内壁或外壁、汽车的内部装饰或外部装饰的曲面组装。
本实施方式的电子设备也可以包括天线。通过由天线接收信号，可以在显示部上显示影像及信息等。另外，在电子设备包括天线及二次电池时，可以用天线进行非接触电力传送。
本实施方式的电子设备也可以包括传感器(该传感器具有感测、检测、测量如下因素的功能：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、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)。
本实施方式的电子设备可以具有各种功能。例如，可以具有如下功能：将各种信息(静态图像、动态图像、文字图像等)显示在显示部上的功能；触摸面板的功能；显示日历、日期或时间等的功能；执行各种软件(程序)的功能；进行无线通信的功能；读出储存在存储介质中的程序或数据的功能；等。
图26A所示的电子设备6500是可以被用作智能手机的便携式信息终端设备。
电子设备6500包括框体6501、显示部6502、电源按钮6503、按钮6504、扬声器6505、麦克风6506、照相机6507及光源6508等。显示部6502具有触摸面板功能。
可以对显示部6502应用本发明的一个方式的显示装置。
图26B是包括框体6501的麦克风6506一侧的端部的截面示意图。
框体6501的显示面一侧设置有具有透光性的保护构件6510，被框体6501及保护构件6510包围的空间内设置有显示面板6511、光学构件6512、触摸传感器面板6513、印刷电路板6517、电池6518等。
显示面板6511、光学构件6512及触摸传感器面板6513使用粘合层(未图示)固定到保护构件6510。
在显示部6502的外侧的区域中，显示面板6511的一部分叠回，且该叠回部分连接有FPC6515。FPC6515安装有IC6516。FPC6515与设置于印刷电路板6517的端子连接。
显示面板6511可以使用本发明的一个方式的柔性显示器(具有柔性的显示装置)。由此，可以实现极轻量的电子设备。此外，由于显示面板6511极薄，所以可以在抑制电子设备的厚度的情况下安装大容量的电池6518。此外，通过折叠显示面板6511的一部分以在像素部的背面设置与FPC6515的连接部，可以实现窄边框的电子设备。
图27A示出电视装置的一个例子。在电视装置7100中，框体7101中组装有显示部7000。在此示出利用支架7103支撑框体7101的结构。
可以对显示部7000应用本发明的一个方式的显示装置。
可以通过利用框体7101所具备的操作开关及另外提供的遥控操作机7111进行图27A所示的电视装置7100的操作。此外，也可以在显示部7000中具备触摸传感器，也可以通过用指头等触摸显示部7000进行电视装置7100的操作。此外，也可以在遥控操作机7111中具备显示从该遥控操作机7111输出的信息的显示部。通过利用遥控操作机7111所具备的操作键或触摸面板，可以进行频道及音量的操作，并可以对显示在显示部7000上的影像进行操作。
此外，电视装置7100具备接收机及调制解调器等。可以通过利用接收机接收一般的电视广播。再者，通过调制解调器连接到有线或无线方式的通信网络，从而进行单向(从发送者到接收者)或双向(发送者和接收者之间或接收者之间等)的信息通信。
图27B示出笔记本型个人计算机的一个例子。笔记本型个人计算机7200包括框体7211、键盘7212、指向装置7213、外部连接端口7214等。在框体7211中组装有显示部7000。
可以对显示部7000应用本发明的一个方式的显示装置。
图27C和图27D示出数字标牌的一个例子。
图27C所示的数字标牌7300包括框体7301、显示部7000及扬声器7303等。此外，还可以包括LED灯、操作键(包括电源开关或操作开关)、连接端子、各种传感器、麦克风等。
图27D示出设置于圆柱状柱子7401上的数字标牌7400。数字标牌7400包括沿着柱子7401的曲面设置的显示部7000。
在图27C和图27D中，可以对显示部7000应用包括本发明的一个方式的晶体管的显示装置。
显示部7000越大，一次能够提供的信息量越多。显示部7000越大，越容易吸引人的注意，例如可以提高广告宣传效果。
通过将触摸面板用于显示部7000，不仅可以在显示部7000上显示静态图像或动态图像，使用者还能够直觉性地进行操作，所以是优选的。此外，在用于提供线路信息或交通信息等信息的用途时，可以通过直觉性的操作提高易用性。
如图27C和图27D所示，数字标牌7300或数字标牌7400优选可以通过无线通信与使用者所携带的智能手机等信息终端设备7311或信息终端设备7411联动。例如，显示在显示部7000上的广告信息可以显示在信息终端设备7311或信息终端设备7411的屏幕上。此外，通过操作信息终端设备7311或信息终端设备7411，可以切换显示部7000的显示。
此外，可以在数字标牌7300或数字标牌7400上以信息终端设备7311或信息终端设备7411的屏幕为操作单元(控制器)执行游戏。由此，不特定多个使用者可以同时参加游戏，享受游戏的乐趣。
图28A是安装有取景器8100的照相机8000的外观图。
照相机8000包括框体8001、显示部8002、操作按钮8003、快门按钮8004等。此外，照相机8000安装有可装卸的透镜8006。在照相机8000中，透镜8006和框体也可以被形成为一体。
照相机8000通过按下快门按钮8004或者触摸用作触摸面板的显示部8002，可以进行成像。
框体8001包括具有电极的嵌入器，除了可以与取景器8100连接以外，还可以与闪光灯装置等连接。
取景器8100包括框体8101、显示部8102以及按钮8103等。
框体8101通过嵌合到照相机8000的嵌入器装到照相机8000。取景器8100可以将从照相机8000接收的影像等显示到显示部8102上。
按钮8103被用作电源按钮等。
本发明的一个方式的显示装置可以用于照相机8000的显示部8002及取景器8100的显示部8102。此外，也可以在照相机8000中内置有取景器。
图28B是头戴显示器8200的外观图。
头戴显示器8200包括安装部8201、透镜8202、主体8203、显示部8204以及电缆8205等。此外，在安装部8201中内置有电池8206。
通过电缆8205，将电力从电池8206供应到主体8203。主体8203具备无线接收器等，能够将所接收的影像信息等显示到显示部8204上。此外，主体8203具有照相机，由此可以作为输入方法利用使用者的眼球或眼睑的动作的信息。
此外，也可以对安装部8201的被使用者接触的位置设置多个电极，以检测出根据使用者的眼球的动作而流过电极的电流，由此实现识别使用者的视线的功能。此外，还可以具有根据流过该电极的电流监视使用者的脉搏的功能。安装部8201可以具有温度传感器、压力传感器、加速度传感器等各种传感器，也可以具有将使用者的生物信息显示在显示部8204上的功能或与使用者的头部的动作同步地使显示在显示部8204上的影像变化的功能等。
可以对显示部8204应用本发明的一个方式的显示装置。
图28C至图28E是头戴显示器8300的外观图。头戴显示器8300包括框体8301、显示部8302、带状固定工具8304以及一对透镜8305。
使用者可以通过透镜8305看到显示部8302上的显示。优选的是，弯曲配置显示部8302。因为使用者可以感受高真实感。此外，通过透镜8305分别看到显示在显示部8302的不同区域上的图像，从而可以进行利用视差的三维显示等。此外，本发明的一个方式不局限于设置有一个显示部8302的结构，也可以设置两个显示部8302以对使用者的一对眼睛分别配置一个显示部。
可以将本发明的一个方式的显示装置用于显示部8302。本发明的一个方式的显示装置还可以实现极高的清晰度。例如，如图28E所示，即使使用透镜8305对显示进行放大观看，像素也不容易被使用者看到。就是说，可以利用显示部8302使使用者看到现实感更高的影像。
图28F是护目镜型头戴显示器8400的外观图。头戴显示器8400包括一对框体8401、安装部8402及缓冲构件8403。一对框体8401内各自设置有显示部8404及透镜8405。通过使一对显示部8404显示互不相同的图像，可以进行利用视差的三维显示。
使用者可以通过透镜8405看到显示部8404上的显示。透镜8405具有焦点调整机构，可以根据使用者的视力调整位置。显示部8404优选为正方形或横向长的矩形。由此，可以提高真实感。
安装部8402优选具有塑性及弹性以可以根据使用者的人脸尺寸调整并没有掉下来。另外，安装部8402的一部分优选具有被用作骨传导耳机的振动机构。由此，只要安装就可以享受影像及声音，而不需耳机、扬声器等音响设备。此外，也可以具有通过无线通信将声音数据输出到框体8401内的功能。
安装部8402及缓冲构件8403是与使用者的人脸(额头、脸颊等)接触的部分。通过使缓冲构件8403与使用者的人脸密接，可以防止漏光，从而可以进一步提高沉浸感。缓冲构件8403优选使用柔软的材料以在使用者装上头戴显示器8400时与使用者的人脸密接。例如，可以使用橡胶、硅酮橡胶、聚氨酯、海绵等材料。另外，当作为缓冲构件8403使用用布或皮革(天然皮革或合成皮革)等覆盖海绵等的表面的构件时，在使用者的脸和缓冲构件8403之间不容易产生空隙，从而可以适当地防止漏光。另外，在使用这种材料时，不仅让使用者感觉亲肤，而且当在较冷的季节等装上的情况下不让使用者感到寒意，所以是优选的。在缓冲构件8403或安装部8402等接触于使用者的皮肤的构件采用可拆卸的结构时，容易进行清洗或交换，所以是优选的。
图29A至图29F所示的电子设备包括框体9000、显示部9001、扬声器9003、操作键9005(包括电源开关或操作开关)、连接端子9006、传感器9007(该传感器具有感测、检测或测量如下因素的功能：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、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)、麦克风9008等。
图29A至图29F所示的电子设备具有各种功能。例如，可以具有如下功能：将各种信息(静态图像、动态图像及文字图像等)显示在显示部上的功能；触摸面板的功能；显示日历、日期或时间等的功能；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；读出储存在存储介质中的程序或数据并进行处理的功能；等。注意，电子设备可具有的功能不局限于上述功能，而可以具有各种功能。电子设备可以包括多个显示部。此外，也可以在电子设备中设置照相机等而使其具有如下功能：拍摄静态图像或动态图像，且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。
可以将本发明的一个方式的显示装置用于显示部9001。
下面，详细地说明图29A至图29F所示的电子设备。
图29A是示出便携式信息终端9101的立体图。可以将便携式信息终端9101例如用作智能手机。注意，在便携式信息终端9101中，也可以设置扬声器9003、连接端子9006、传感器9007等。此外，作为便携式信息终端9101，可以将文字及图像信息显示在其多个面上。在图29A中示出三个图标9050的例子。此外，可以将以虚线的矩形示出的信息9051显示在显示部9001的其他面上。作为信息9051的一个例子，可以举出提示收到电子邮件、SNS或电话等的信息；电子邮件、SNS等的标题；电子邮件或SNS等的发送者姓名；日期；时间；电池余量；以及天线接收信号强度的显示等。或者，可以在显示有信息9051的位置上显示图标9050等。
图29B是示出便携式信息终端9102的立体图。便携式信息终端9102具有将信息显示在显示部9001的三个以上的面上的功能。在此，示出信息9052、信息9053、信息9054分别显示于不同的面上的例子。例如，在将便携式信息终端9102放在上衣口袋里的状态下，使用者能够确认显示在从便携式信息终端9102的上方看到的位置上的信息9053。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，由此能够判断是否接电话。
图29C是示出手表型便携式信息终端9200的立体图。可以将便携式信息终端9200例如用作智能手表(注册商标)。此外，显示部9001的显示面弯曲，可沿着其弯曲的显示面进行显示。此外，便携式信息终端9200例如通过与可进行无线通信的耳麦相互通信可以进行免提通话。此外，通过利用连接端子9006，便携式信息终端9200可以与其他信息终端进行数据传输及充电。充电也可以通过无线供电进行。
图29D至图29F是示出可以折叠的便携式信息终端9201的立体图。此外，图29D是将便携式信息终端9201展开的状态的立体图、图29F是折叠的状态的立体图、图29E是从图29D的状态和图29F的状态中的一个转换成另一个时中途的状态的立体图。便携式信息终端9201在折叠状态下可携带性好，而在展开状态下因为具有无缝拼接较大的显示区域所以显示的浏览性强。便携式信息终端9201所包括的显示部9001被由铰链9055连结的三个框体9000支撑。显示部9001例如可以在曲率半径0.1mm以上且150mm以下的范围弯曲。
本实施方式所示的结构例子及对应该结构例子的附图等的至少一部分可以与其他结构例子或附图等适当地组合。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
实施例1
在本实施例中，详细地说明本发明的一个方式的有机EL元件(以下称为发光元件)及比较例的发光元件。以下示出本实施例中使用的典型的有机化合物的结构式。
[化学式5]
Figure BDA0003958336970001341
(发光元件1的制造方法)
首先，在玻璃衬底上利用溅射法沉积厚度为100nm的银及厚度为85nm的包含氧化硅的铟锡氧化物(ITSO)来形成阳极101作为第一电极。注意，电极面积为2mm×2mm。
接着，作为用来在衬底上形成发光元件的预处理，用水洗涤衬底表面，以200℃烘烤1小时，然后进行370秒的UV臭氧处理。
然后，将衬底放入其内部被减压到10-4Pa左右的真空蒸镀设备中，并在真空蒸镀设备内的加热室中，在170℃的温度下进行30分钟的真空烘烤，然后对衬底进行30分钟左右的冷却。
接着，以使形成有阳极101的面位于下方的方式将形成有阳极101的衬底固定在设置于真空蒸镀设备内的衬底支架上，并且在阳极101上通过利用电阻加热的蒸镀法以上述结构式(i)所表示的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)与分子量为672且包含氟的电子受体材料(OCHD-003)的重量比为1：0.05(＝PCBBiF：OCHD-003)且厚度为10nm的方式进行共蒸镀，由此形成空穴注入层111。
接着，在空穴注入层111上以厚度为30nm的方式蒸镀PCBBiF形成空穴传输层112之后，以厚度为10nm的方式沉积由上述结构式(ii)表示的N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-[4-(4-二苯并呋喃基)苯基]-[1，1’：4’，1”-三联苯基]-4-胺(简称：YGTPDBfB)，由此形成电子阻挡层。
接着，在电子阻挡层上以由上述结构式(iii)表示的2-(10-苯基-9-蒽基)-苯并[b]萘并[2，3-d]呋喃(简称：Bnf(II)PhA)与由上述结构式(iv)表示的3，10-双[N-(9-苯基-9H-咔唑-2-基)-N-苯基氨基]萘并[2，3-b；6，7-b’]双苯并呋喃(简称：3，10PCA2Nbf(IV)-02)的重量比为1：0.015(＝Bnf(II)PhA：3，10PCA2Nbf(IV)-02)且厚度为20nm的方式进行共蒸镀，由此形成发光层113。
然后，在发光层113上以厚度为15nm的方式沉积由上述结构式(v)表示的2-(联苯-2-基)-4-[3-(2，6-二甲基吡啶-3-基)-5-(3，5-二环己基苯基)]苯基-6-苯基-1，3，5-三嗪(简称：oBP-mmchPh-mDMePyPTzn)，以形成第一电子传输层114-1，接着，以厚度为15nm的方式沉积由上述结构式(vi)表示的2-[3-(2，6-二甲基-3-吡啶基)-5-(9-菲基)苯基]-4，6-二苯基-1，3，5-三嗪(简称：mPn-mDMePyPTzn)，由此形成第二电子传输层114-2。
在第二电子传输层114-2上以厚度为1nm的方式沉积由上述结构式(vii)表示的4，7-二-1-吡咯烷基-1，10-菲咯啉(简称：Pyrrd-Phen)，接着以厚度为2nm的方式沉积氟化锂，由此形成电子注入层115。
最后，以银与镁为10：1(体积比)且厚度为15nm的方式进行共蒸镀，以形成阴极102，然后以厚度为70nm的方式蒸镀由上述结构式(viii)表示的4，4’，4”-(苯-1，3，5-三基)三(二苯并噻吩)(简称：DBT3P-II)，以形成覆盖层，由此制造发光元件1。
(比较发光元件1的制造方法)
比较发光元件1与发光元件1的不同之处在于：在比较发光元件1中，作为第一电子传输层114-1使用mPn-mDMePyPTzn，作为第二电子传输层114-2使用oBP-mmchPh-mDMePyPTzn，并且空穴传输层112的厚度为25nm。除此以外，比较发光元件1与发光元件1同样制造。也就是说，比较发光元件1是通过交换发光元件1的第一电子传输层114-1的材料及第二电子传输层114-2的材料而制造的发光元件。
上述发光元件1及比较发光元件1的元件结构如下表所示。
[表7]
Figure BDA0003958336970001371
*1发光元件1:30nm,比较发光元件1:25nm
在氮气氛的手套箱中，以不使上述发光元件1及比较发光元件1暴露于大气的方式使用玻璃衬底进行密封处理(将密封材料涂敷在元件的周围，在密封时进行UV处理并在80℃的温度下进行1小时的热处理)，然后对这些发光元件的初始特性进行测量。
图30、图31、图32、图33以及图34分别示出发光元件1及比较发光元件1的亮度-电压特性、电流密度-电压特性、外部量子效率-亮度特性、功率效率-亮度特性以及发射光谱。此外，表8示出各发光元件的1000cd/m2附近的主要特性。注意，使用分光辐射亮度计(拓普康公司制造，SR-UL1R)在常温下测量亮度、CIE色度、发射光谱。此外，外部量子效率使用所测量的亮度及发射光谱并在假设配光特性为朗伯模型的条件下算出。
[表8]
Figure BDA0003958336970001381
从图30至图34及表8可知，与比较发光元件1相比，发光元件1具有较低驱动电压，并是电流效率、功率效率等发光效率良好的具有良好特性的发光元件。
在此，下表示出汇总用于各发光元件中的电子传输层的电子传输性有机化合物的蒸镀膜的GSP_slope(mV/nm)的结果。此外，还示出从用于先形成的衬底一侧的电子传输层(第一电子传输层)的电子传输材料的GSP_slope减去用于后形成的电子传输层(第二电子传输层)的电子传输材料的GSP_slope而得的值(ΔGSP_slope)。此外，oBP-mmchPh-mDMePyPTzn和mPn-mDMePyPTzn的LUMO能级分别为-2.93eV和-2.98eV，即等同，由此发光元件1及比较发光元件1具有不容易产生来源于电位的障壁的结构。
[表9]
Figure BDA0003958336970001391
由此可知：因为电子传输层中的ΔGSP_slope小于-10(mV/nm)，所以比较发光元件1的电子注入性降低，这导致驱动电压上升；另一方面，因为电子传输层中的ΔGSP_slope为-10(mV/nm)以上，所以发光元件1的电子注入性得到改善，发光元件1为驱动电压较低的具有良好特性的发光元件。
实施例2
在本实施例中，详细地说明本发明的一个方式的有机EL元件(以下称为发光元件)及比较例的发光元件。以下示出本实施例中使用的典型的有机化合物的结构式。
[化学式6]
Figure BDA0003958336970001401
(发光元件2的制造方法)
首先，在玻璃衬底上利用溅射法沉积厚度为100nm的银及厚度为85nm的包含氧化硅的铟锡氧化物(ITSO)来形成阳极101作为第一电极。注意，电极面积为2mm×2mm。
接着，作为用来在衬底上形成发光元件的预处理，用水洗涤衬底表面，以200℃烘烤1小时，然后进行370秒的UV臭氧处理。
然后，将衬底放入其内部被减压到10-4Pa左右的真空蒸镀设备中，并在真空蒸镀设备内的加热室中，在170℃的温度下进行30分钟的真空烘烤，然后对衬底进行30分钟左右的冷却。
接着，以使形成有阳极101的面位于下方的方式将形成有阳极101的衬底固定在设置于真空蒸镀设备内的衬底支架上，并且在阳极101上通过利用电阻加热的蒸镀法以上述结构式(i)所表示的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)与分子量为672且包含氟的电子受体材料(OCHD-003)的重量比为1：0.05(＝PCBBiF：OCHD-003)且厚度为10nm的方式进行共蒸镀，由此形成空穴注入层111。
接着，在空穴注入层111上以厚度为25nm的方式蒸镀PCBBiF形成空穴传输层112之后，以厚度为10nm的方式沉积由上述结构式(ii)表示的N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-[4-(4-二苯并呋喃基)苯基]-[1，1’：4’，1”-三联苯基]-4-胺(简称：YGTPDBfB)，由此形成电子阻挡层。
接着，在电子阻挡层上以由上述结构式(iii)表示的2-(10-苯基-9-蒽基)-苯并[b]萘并[2，3-d]呋喃(简称：Bnf(II)PhA)与由上述结构式(iv)表示的3，10-双[N-(9-苯基-9H-咔唑-2-基)-N-苯基氨基]萘并[2，3-b；6，7-b’]双苯并呋喃(简称：3，10PCA2Nbf(IV)-02)的重量比为1：0.015(＝Bnf(II)PhA：3，10PCA2Nbf(IV)-02)且厚度为20nm的方式进行共蒸镀，由此形成发光层113。
然后，在发光层113上以厚度为15nm的方式沉积由上述结构式(ix)表示的2-(联苯-2-基)-4-[3-(2，6-二甲基吡啶-3-基)-5-(3，5-二-叔丁基苯基)]苯基-6-苯基-1，3，5-三嗪(简称：oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn)，以形成第一电子传输层114-1，接着以厚度为15nm的方式沉积由上述结构式(vi)表示的2-[3-(2，6-二甲基-3-吡啶基)-5-(9-菲基)苯基]-4，6-二苯基-1，3，5-三嗪(简称：mPn-mDMePyPTzn)，由此形成第二电子传输层114-2。
在第二电子传输层114-2上以厚度为1nm的方式沉积由上述结构式(vii)表示的4，7-二-1-吡咯烷基-1，10-菲咯啉(简称：Pyrrd-Phen)，接着以厚度为2nm的方式沉积氟化锂，由此形成电子注入层115。
最后，以银与镁为10：1(体积比)且厚度为15nm的方式进行共蒸镀，以形成阴极102，然后以厚度为70nm的方式蒸镀由上述结构式(viii)表示的4，4’，4”-(苯-1，3，5-三基)三(二苯并噻吩)(简称：DBT3P-II)，以形成覆盖层，由此制造发光元件1。
(比较发光元件2的制造方法)
比较发光元件2与发光元件2的不同之处在于：在比较发光元件2中，作为第一电子传输层114-1使用mPn-mDMePyPTzn，并且作为第二电子传输层114-2使用oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn。除此以外，比较发光元件2与发光元件2同样制造。也就是说，比较发光元件2是通过交换发光元件2的第一电子传输层114-1的材料及第二电子传输层114-2的材料而制造的发光元件。
上述发光元件2及比较发光元件2的元件结构如下表所示。
[表10]
Figure BDA0003958336970001431
在氮气氛的手套箱中，以不使上述发光元件2及比较发光元件2暴露于大气的方式使用玻璃衬底进行密封处理(将密封材料涂敷在元件的周围，在密封时进行UV处理并在80℃的温度下进行1小时的热处理)，然后对这些发光元件的初始特性进行测量。
图35、图36、图37、图38以及图39分别示出发光元件2及比较发光元件2的亮度-电压特性、电流密度-电压特性、外部量子效率-亮度特性、功率效率-亮度特性以及发射光谱。此外，表11示出各发光元件的1000cd/m2附近的主要特性。注意，使用分光辐射亮度计(拓普康公司制造，SR-UL1R)在常温下测量亮度、CIE色度、发射光谱。此外，外部量子效率使用所测量的亮度及发射光谱并在假设配光特性为朗伯模型的条件下算出。
[表11]
Figure BDA0003958336970001441
从图35至图39及表11可知，与比较发光元件2相比，发光元件2具有较低驱动电压，并是电流效率、功率效率等发光效率良好的具有良好特性的发光元件。
在此，下表示出汇总用于各发光元件中的电子传输层的电子传输性有机化合物的蒸镀膜的GSP_slope(mV/nm)的结果。此外，还示出从用于先形成的衬底一侧的电子传输层(第一电子传输层)的电子传输材料的GSP_slope减去用于后形成的电子传输层(第二电子传输层)的电子传输材料的GSP_slope而得的值(ΔGSP_slope)。此外，oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn和mPn-mDMePyPTzn的LUMO能级分别为-2.93eV和-2.98eV，即等同，由此发光元件2及比较发光元件2具有不容易产生来源于电位的障壁的结构。
[表12]
Figure BDA0003958336970001451
由此可知：因为电子传输层中的ΔGSP_slope小于-10(mV/nm)，所以比较发光元件2的电子注入性降低，这导致驱动电压上升；另一方面，因为电子传输层中的ΔGSP_slope为-10(mV/nm)以上，所以发光元件2的电子注入性得到改善，发光元件2为驱动电压较低的具有良好特性的发光元件。
实施例3
在本实施例中，详细地说明本发明的一个方式的有机EL元件(以下称为发光元件)及比较例的发光元件。以下示出本实施例中使用的典型的有机化合物的结构式。
[化学式7]
Figure BDA0003958336970001461
(发光元件3的制造方法)
首先，在玻璃衬底上利用溅射法沉积厚度为100nm的银及厚度为85nm的包含氧化硅的铟锡氧化物(ITSO)来形成阳极101作为第一电极。注意，电极面积为2mm×2mm。
接着，作为用来在衬底上形成发光元件的预处理，用水洗涤衬底表面，以200℃烘烤1小时，然后进行370秒的UV臭氧处理。
然后，将衬底放入其内部被减压到10-4Pa左右的真空蒸镀设备中，并在真空蒸镀设备内的加热室中，在170℃的温度下进行30分钟的真空烘烤，然后对衬底进行30分钟左右的冷却。
接着，以使形成有阳极101的面位于下方的方式将形成有阳极101的衬底固定在设置于真空蒸镀设备内的衬底支架上，并且在阳极101上通过利用电阻加热的蒸镀法以上述结构式(i)所表示的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)与分子量为672且包含氟的电子受体材料(OCHD-003)的重量比为1：0.05(＝PCBBiF：OCHD-003)且厚度为10nm的方式进行共蒸镀，由此形成空穴注入层111。
接着，在空穴注入层111上以厚度为30nm的方式蒸镀PCBBiF形成空穴传输层112之后，以厚度为10nm的方式沉积由上述结构式(ii)表示的N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-[4-(4-二苯并呋喃基)苯基]-[1，1’：4’，1”-三联苯基]-4-胺(简称：YGTPDBfB)，由此形成电子阻挡层。
接着，在电子阻挡层上以由上述结构式(iii)表示的2-(10-苯基-9-蒽基)-苯并[b]萘并[2，3-d]呋喃(简称：Bnf(II)PhA)与由上述结构式(iv)表示的3，10-双[N-(9-苯基-9H-咔唑-2-基)-N-苯基氨基]萘并[2，3-b；6，7-b’]双苯并呋喃(简称：3，10PCA2Nbf(IV)-02)的重量比为1：0.015(＝Bnf(II)PhA：3，10PCA2Nbf(IV)-02)且厚度为20nm的方式进行共蒸镀，由此形成发光层113。
然后，在发光层113上以厚度为15nm的方式沉积由上述结构式(ix)表示的2-(联苯-2-基)-4-[3-(2，6-二甲基吡啶-3-基)-5-(3，5-二-叔丁基苯基)]苯基-6-苯基-1，3，5-三嗪(简称：oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn)，以形成第一电子传输层114-1，接着以厚度为15nm的方式沉积由上述结构式(v)表示的2-(联苯-2-基)-4-[3-(2，6-二甲基吡啶-3-基)-5-(3，5-二环己基苯基)]苯基-6-苯基-1，3，5-三嗪(简称：oBP-mmchPh-mDMePyPTzn)，由此形成第二电子传输层114-2。
在第二电子传输层114-2上以厚度为1nm的方式沉积由上述结构式(vii)表示的4，7-二-1-吡咯烷基-1，10-菲咯啉(简称：Pyrrd-Phen)，接着以厚度为2nm的方式沉积氟化锂，由此形成电子注入层115。
最后，以银与镁为10：1(体积比)且厚度为15nm的方式进行共蒸镀，以形成作为第二电极的阴极102，然后以厚度为70nm的方式蒸镀由上述结构式(viii)表示的4，4’，4”-(苯-1，3，5-三基)三(二苯并噻吩)(简称：DBT3P-II)，以形成覆盖层，由此制造发光元件1。
(比较发光元件3的制造方法)
比较发光元件3与发光元件3的不同之处在于：在比较发光元件3中，作为第一电子传输层114-1使用oBP-mmchPh-mDMePyPTzn，并且作为第二电子传输层114-2使用oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn。除此以外，比较发光元件3与发光元件3同样制造。也就是说，比较发光元件3是通过交换发光元件3的第一电子传输层114-1的材料及第二电子传输层114-2的材料而制造的发光元件。
上述发光元件3及比较发光元件3的元件结构如下表所示。
[表13]
Figure BDA0003958336970001491
在氮气氛的手套箱中，以不使上述发光元件3及比较发光元件3暴露于大气的方式使用玻璃衬底进行密封处理(将密封材料涂敷在元件的周围，在密封时进行UV处理并在80℃的温度下进行1小时的热处理)，然后对这些发光元件的初始特性进行测量。
图40、图41、图42、图43以及图44分别示出发光元件3及比较发光元件3的亮度-电压特性、电流密度-电压特性、外部量子效率-亮度特性、功率效率-亮度特性以及发射光谱。此外，表14示出各发光元件的1000cd/m2附近的主要特性。注意，使用分光辐射亮度计(拓普康公司制造，SR-UL1R)在常温下测量亮度、CIE色度、发射光谱。此外，外部量子效率使用所测量的亮度及发射光谱并在假设配光特性为朗伯模型的条件下算出。
[表14]
Figure BDA0003958336970001501
从图40至图44及表14可知，与比较发光元件3相比，发光元件3具有较低驱动电压，并是电流效率、功率效率等发光效率良好的具有良好特性的发光元件。
在此，下表示出汇总用于各发光元件中的电子传输层的电子传输性有机化合物的蒸镀膜的GSP_slope(mV/nm)的结果。此外，还示出从用于先形成的衬底一侧的电子传输层(第一电子传输层)的电子传输材料的GSP_slope减去用于后形成的电子传输层(第二电子传输层)的电子传输材料的GSP_slope而得的值(ΔGSP_slope)。此外，oBP-mmchPh-mDMePyPTzn和oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn的LUMO能级都是-2.93eV，由此发光元件3及比较发光元件3具有不容易产生来源于电位的障壁的结构。
[表15]
Figure BDA0003958336970001511
由此可知：因为电子传输层中的ΔGSP_slope小于-10(mV/nm)，所以比较发光元件3的电子注入性降低，这导致驱动电压上升；另一方面，因为电子传输层中的ΔGSP_slope为-10(mV/nm)以上，所以发光元件3的电子注入性得到改善，发光元件3为驱动电压较低的具有良好特性的发光元件。

Claims (15)

1.一种有机半导体元件，包括：
衬底上的第一电极及第二电极；以及
所述第一电极与所述第二电极间的空穴传输层及活性层，
其中，所述空穴传输层包括第一空穴传输层及第二空穴传输层，
所述第一空穴传输层比所述第二空穴传输层更靠近衬底，
所述第一空穴传输层与所述第二空穴传输层接触，
从所述第一空穴传输层的巨大表面电位斜率减去所述第二空穴传输层的巨大表面电位斜率而得的值为10mV/nm以下，
并且，所述巨大表面电位斜率为在膜的表面电位为V且厚度为d的情况下由V/d表示的参数。
2.根据权利要求1所述的有机半导体元件，
其中所述第一电极与晶体管电连接。
3.根据权利要求1所述的有机半导体元件，
其中外部连接电极在所述衬底上。
4.一种有机半导体元件，包括：
衬底上的第一电极及第二电极；以及
所述第一电极与所述第二电极间的电子传输层及活性层，
其中，所述电子传输层包括第一电子传输层及第二电子传输层，
所述第一电子传输层比所述第二电子传输层更靠近衬底，
所述第一电子传输层与所述第二电子传输层接触，
从所述第一电子传输层的巨大表面电位斜率减去所述第二电子传输层的巨大表面电位斜率而得的值为-10mV/nm以上，
并且，所述巨大表面电位斜率为在膜的表面电位为V且厚度为d的情况下由V/d表示的参数。
5.根据权利要求4所述的有机半导体元件，
其中所述第一电极与晶体管电连接。
6.根据权利要求4所述的有机半导体元件，
其中外部连接电极在所述衬底上。
7.一种有机半导体元件，包括：
衬底上的第一电极及第二电极；以及
所述第一电极与所述第二电极间的空穴传输层、活性层以及电子传输层，
其中，所述空穴传输层包括第一空穴传输层及第二空穴传输层，
所述电子传输层包括第一电子传输层及第二电子传输层，
所述第一空穴传输层比所述第二空穴传输层更靠近衬底，
所述第一电子传输层比所述第二电子传输层更靠近衬底，
所述第一空穴传输层与所述第二空穴传输层接触，
所述第一电子传输层与所述第二电子传输层接触，
从所述第一空穴传输层的巨大表面电位斜率减去所述第二空穴传输层的巨大表面电位斜率而得的值为10mV/nm以下，
从所述第一电子传输层的巨大表面电位斜率减去所述第二电子传输层的巨大表面电位斜率而得的值为-10mV/nm以上，
并且，所述巨大表面电位斜率为在膜的表面电位为V且厚度为d的情况下由V/d表示的参数。
8.根据权利要求7所述的有机半导体元件，
其中所述第一电极与晶体管电连接。
9.根据权利要求7所述的有机半导体元件，
其中外部连接电极在所述衬底上。
10.一种有机EL元件，包括：
权利要求1所述的有机半导体元件的结构，
其中所述第一电极及所述第二电极中的一个为阳极而另一个为阴极，
所述活性层为发光层，
并且所述发光层位于所述空穴传输层与所述阴极间或者所述电子传输层与所述阳极间。
11.一种光电二极管，包括：
权利要求1所述的有机半导体元件的结构，
其中所述第一电极及所述第二电极中的一个为阳极而另一个为阴极，
所述活性层为光电转换层，
并且所述光电转换层位于所述空穴传输层与所述阳极间或者所述电子传输层与所述阴极间。
12.一种有机EL元件，包括：
权利要求4所述的有机半导体元件的结构，
其中所述第一电极及所述第二电极中的一个为阳极而另一个为阴极，
所述活性层为发光层，
并且所述发光层位于所述空穴传输层与所述阴极间或者所述电子传输层与所述阳极间。
13.一种光电二极管，包括：
权利要求4所述的有机半导体元件的结构，
其中所述第一电极及所述第二电极中的一个为阳极而另一个为阴极，
所述活性层为光电转换层，
并且所述光电转换层位于所述空穴传输层与所述阳极间或者所述电子传输层与所述阴极间。
14.一种有机EL元件，包括：
权利要求7所述的有机半导体元件的结构，
其中所述第一电极及所述第二电极中的一个为阳极而另一个为阴极，
所述活性层为发光层，
并且所述发光层位于所述空穴传输层与所述阴极间或者所述电子传输层与所述阳极间。
15.一种光电二极管，包括：
权利要求7所述的有机半导体元件的结构，
其中所述第一电极及所述第二电极中的一个为阳极而另一个为阴极，
所述活性层为光电转换层，
并且所述光电转换层位于所述空穴传输层与所述阳极间或者所述电子传输层与所述阴极间。
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