TWI484862B - 發光元件，發光裝置，和電子裝置 - Google Patents

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Description

發光元件，發光裝置，和電子裝置
本發明係關於一種電流激勵型發光元件。本發明亦關於具有發光元件的發光裝置和電子裝置。更確切地說，本發明係關於一種具有長使用壽命的電流激勵型發光元件。此外，本發明亦關於具有發光元件的發光裝置和電子裝置。
近些年來，對於電致發光的發光元件進行了廣泛的硏究和開發。這些發光元件的基本結構，就是將具有發光特性的物質插在一對電極之間。透過在這個元件上施加電壓，具有發光特性的物質就會發光。
因為這種發光元件是自激勵型，其優點在於例如像素可見性比液晶顯示更高，以及不需要背光源。因而，這樣一種發光元件被認為是適合用作平板顯示元件的。另外，這樣一種發光元件的很大一個優點在於能被製造得薄而輕。而且，發光元件的特徵還在於回應速度非常快。
此外，因為這種發光元件能形成為膜狀，所以透過形成大面積元件就可以輕易得到平面型發光。該特性很難透過以白熾燈或LED為代表的點光源、或者以熒光燈為代表的線光源來獲得。因此，發光元件作為平面光源在照明等方面具有高利用價值。
電致發光的發光元件可以根據它們是否使用有機化合物或無機化合物作為具有發光特性的物質來進行粗略分類。在本發明中，具有發光特性的物質是有機化合物。
如果具有發光特性的物質是有機化合物，透過施加電壓到發光元件上，將電子和電洞從一對電極注入到含有具有發光特性的有機化合物的層中以產生電流。然後，透過這些載流子(電子和電洞)的複合，使得具有發光特性的有機化合物達到受激態，並且當受激態返回到基態時就會發射光。
由於這種機制，這種發光元件被稱為電流激勵型發光元件。需要注意的是透過有機化合物形成的受激態可以為單重受激態或者三重受激態。從單重受激態發射的光被稱為熒光，而從三重受激態發射的光被稱為磷光。
為了克服諸多源於這種發光元件材料的問題並且改進其元件結構，進行了改善元件結構、材料開發等。
例如，在非專利文獻1中，提供了電洞阻擋層使得使用磷光材料的發光元件有效地發射光。
[非專利文獻]Tetsuo TSUTSUI et al.,Japanese Journal of Applied Physics,vol.38,L1502－L1504(1999)
然而，如非專利文獻中所揭示的那樣，電洞阻擋層耐用性差，而發光元件使用壽命短。因此，發光元件需要具有長使用壽命。考慮到前述問題，本發明的一個目的就是提供一種具有長使用壽命的發光元件。此外，本發明的另一個目的是提供具有長使用壽命的發光裝置和電子裝置。
作為勤勉硏究的結果，本發明人已經發現當提供用於控制載流子運動的層時，可以抑制載流子平衡隨時間的變化。因此，本發明人也已經發現可以得到一種具有長使用壽命的發光元件。
因此，本發明的一個觀點是一種發光元件，其包括發光層和用於控制一對電極之間的載流子運動的層，其中用於控制一對電極之間的載流子運動的層包括具有載流子傳輸性質的第一有機化合物和用於減少第一有機化合物的載流子傳輸性質的第二有機化合物，並且第二有機化合物散佈在第一有機化合物中。
在上述結構中，當載流子為電子時，第一有機化合物的最低空分子軌道能級和第二有機化合物的最低空分子軌道能級之間的差較佳的小於0.3 eV。另外，在上述結構中，當載流子為電子時，第一有機化合物較佳的為金屬複合物，而第二有機化合物較佳的為芳香胺化合物。此外，在上述結構中，當載流子為電洞時，第一有機化合物的最高佔據分子軌道能級和第二有機化合物的最高佔據分子軌道能級之間的差別較佳的小於0.3 eV。另外，在上述結構中，當載流子為電洞時，第一有機化合物較佳的為芳香胺化合物，而第二有機化合物較佳的為一種金屬複合物。
本發明的另一方面是一種發光元件，其包括發光層和兩層用於在第一電極和第二電極之間控制載流子運動的層。用於控制載流子運動的層中的一層設在發光層與第二電極之間，用於控制載流子運動的層中的另一層設在發光層與第一電極之間。用於控制載流子運動的層中的一層包括具有載流子傳輸性質的第一有機化合物和用於降低第一有機化合物的載流子傳輸性質的第二有機化合物，並且第二有機化合物散佈在第一有機化合物中。而用於控制載流子運動的層的另一層則包括具有載流子傳輸性質的第三有機化合物和用於降低第三有機化合物的載流子傳輸性質的第四有機化合物，並且第四有機化合物散佈在第三有機化合物中。用於控制載流子運動的層中的一層的載流子傳輸性質不同於用於控制載流子運動的層的另一層。
本發明的另一觀點是一種發光元件，其包括發光層和用於控制一對電極之間的載流子運動的層，其中用於控制一對電極之間的載流子運動的層包括第一有機化合物和第二有機化合物，並且第一有機化合物和第二有機化合物具有相互不同極性的傳輸載流子。
本發明的另一觀點是一種發光元件，其包括發光層和用於控制一對電極之間載流子運動的層，其中用於控制一對電極間載流子運動的層包括第一有機化合物和第二有機化合物，第一有機化合物是具有電子傳輸性質的有機化合物，而第二有機化合物是具有電洞傳輸性質的有機化合物。
本發明的另一方面是一種發光元件，其包括發光層和用於控制第一電極和第二電極之間載流子運動的層，用於控制載流子運動的層處於發光層和第二電極之間，用於控制載流子運動的層包括第一有機化合物和第二有機化合物，第一有機化合物為具有電子傳輸性質的有機化合物，第二有機化合物為具有電洞傳輸性質的有機化合物，在用於控制載流子運動的層中，第一有機化合物的重量比例大於第二有機化合物的重量比例，而當施加電壓以使得第一電極的電位高於第二電極的電位時，就可以使發光層發射光。
在上述結構中，在第一有機化合物的最低空分子軌道能級和第二有機化合物的最低空分子軌道能級之間的差較佳的小於0.3 eV。另外，第一有機化合物較佳的為金屬複合物，而第二有機化合物較佳的為芳香胺化合物。此外，在上述結構中，發光層較佳的具有電子傳輸性質。更佳的是，發光層包含第三有機化合物和第四有機化合物，第三有機化合物的重量比例大於第四有機化合物的重量比例，而第三有機化合物具有電子傳輸性質。在這種情況下，第一有機化合物和第三有機化合物的結構較佳的彼此不同。
本發明的另一觀點是一種發光元件，其包括發光層和用於在第一電極和第二電極之間控制載流子運動的層，用於控制載流子運動的層處於發光層和第一電極之間，用於控制載流子運動的層包括第一有機化合物和第二有機化合物，第一有機化合物為具有電洞傳輸性質的有機化合物，第二有機化合物為具有電子傳輸性質的有機化合物，在用於控制載流子運動的層中，第一有機化合物的重量比例大於第二有機化合物的重量比例，而當施加電壓以使得第一電極的電位高於第二電極的電位時，就可以使發光層發射光。
在上述結構中，第一有機化合物的最高佔據分子軌道能級和第二有機化合物的最高佔據分子軌道能級之間的差較佳的小於0.3 eV。此外，第一有機化合物較佳的為芳香胺化合物，而第二有機化合物較佳的為金屬複合物。另外，在上述結構中，發光層較佳的具有電洞傳輸性質。另外，發光層較佳的包含第三有機化合物和第四有機化合物，第三有機化合物的重量比例大於第四有機化合物的重量比例，而第三有機化合物具有電洞傳輸性質。在這種情況下，第一有機化合物和第三有機化合物在結構上較佳的為彼此不同的化合物。
本發明的另一觀點是一種發光元件，其包括發光層和兩層用於控制第一電極和第二電極之間的載流子運動的層。用於控制載流子運動的層中的一層設在發光層和第二電極之間，而用於控制載流子運動的層的另一層設在發光層和第一電極之間。用於控制載流子運動的層中的一層包括具有電子傳輸性質的第一有機化合物和具有電洞傳輸性質的第二有機化合物，而在該用於控制載流子運動的層的一層中，第一有機化合物的重量比例大於第二有機化合物的重量比例。在用於控制載流子運動的層的另一層中包括具有電洞傳輸性質的第三有機化合物和具有電子傳輸性質的第四有機化合物，而在該用於控制載流子運動的層的另一層中，第三有機化合物的重量比例大於第四有機化合物的重量比例。當施加電壓以使得第一電極的電位高於第二電極的電位時，就可以使發光層發射光。
本發明的另一觀點是一種發光元件，其包括發光層和用於控制一對電極之間載流子運動的層，其中用於控制載流子運動的層包括第一有機化合物和第二有機化合物，並且當第一有機化合物的偶極距大小為P1 而第二有機化合物的偶極距大小為P2 時，滿足關係P1 /P2 3或P1 /P2 0.33。
本發明的另一觀點是一種發光元件，其包括發光層和用於控制第一電極和第二電極之間的載流子運動的層，用於控制載流子運動的層設在發光層和第二電極之間，用於控制載流子運動的層包括第一有機化合物和第二有機化合物，當第一有機化合物的偶極距大小為P1 而第二有機化合物的偶極距大小為P2 時，滿足關係P1 /P2 3；而在用於控制載流子運動的層中，第一有機化合物的重量比例大於第二有機化合物的重量比例，而當施加電壓以使得第一電極的電位高於第二電極的電位時，就可以使發光層發射光。
在上述結構中，第一有機化合物的最低空分子軌道能級和第二有機化合物的最低空分子軌道能級之間的差較佳的小於0.3 eV。另外，第一有機化合物較佳的為金屬複合物，而第二有機化合物較佳的為芳香胺化合物。此外，在上述結構中，發光層較佳的具有電子傳輸性質。另外，發光層較佳的包含第三有機化合物和第四有機化合物，第三有機化合物的重量比例大於第四有機化合物的重量比例，而第三有機化合物具有電子傳輸性質。在這種情況下，第一有機化合物和第三有機化合物的結構較佳的彼此不同的有機化合物。
本發明的另一觀點是一種發光元件，其包括發光層和用於控制第一電極和第二電極之間的載流子運動的層，用於控制載流子運動的層設在發光層和第一電極之間，用於控制載流子運動的層包括第一有機化合物和第二有機化合物，當第一有機化合物的偶極距大小為P1 而第二有機化合物的偶極距大小為P2 時，滿足關係P1 /P2 0.33，在用於控制載流子運動的層中，第一有機化合物的重量比例大於第二有機化合物的重量比例，而當施加電壓以使得第一電極的電位高於第二電極的電位時，就可以使發光層發射光。
在上述結構中，第一有機化合物的最高佔據分子軌道能級和第二有機化合物的最高佔據分子軌道能級之間的差較佳的小於0.3 eV。此外，第一有機化合物較佳的為芳香胺化合物，而第二有機化合物較佳的為金屬複合物。另外，在上述結構中，發光層較佳的具有電洞傳輸性質。另外，發光層較佳的包含第三有機化合物和第四有機化合物，第三有機化合物的重量比例大於第四有機化合物的重量比例，而第三有機化合物具有電洞傳輸性質。在這種情況下，第一有機化合物和第三有機化合物的結構較佳的彼此不同的有機化合物。
本發明的另一觀點是一種發光元件，其包括發光層和兩層用於控制第一電極和第二電極之間的載流子運動的層。用於控制載流子運動的層中的一層設在發光層和第二電極之間，而用於控制載流子運動的層的另一層設在發光層和第一電極之間。用於控制載流子運動的層中的一層包括第一有機化合物和第二有機化合物；當第一有機化合物的偶極距大小為P1 而第二有機化合物的偶極距大小為P2 時，滿足關係P1 /P2 3；而在該用於控制載流子運動的層一層中，第一有機化合物的重量比例大於第二有機化合物的重量比例。在用於控制載流子運動的層的另一層中包括第三有機化合物和第四有機化合物；當第三有機化合物的偶極距大小為P3 而第四有機化合物的偶極距大小為P4 時，滿足關係P3 /P4 0.33；而在該用於控制載流子運動的層的另一層中，第三有機化合物的重量比例大於第四有機化合物的重量比例。當施加電壓以使得第一電極的電位高於第二電極的電位時，就可以使發光層發射光。
在上述結構中，用於控制載流子運動的層的厚度較佳的大於或等於5 nm而小於或等於20 nm。另外，在上述結構中，用於控制載流子運動的層和發光層較佳的彼此相接觸。
此外，本發明包括一種發光裝置，其包括上述發光元件。本說明書中的發光裝置包括影像顯示裝置、發光裝置、或者光源(包括照明裝置)。另外，本發明中的發光裝置包括下列所有模組：其中連接器諸如FPC(撓性印刷電路)、TAB(卷帶式自動接合)載帶或TCP(卷帶式封裝)被連接到具有發光元件的面板上的模組；其中在TAB載帶或者TCP的末端處具有印刷佈線板的模組；以及其中IC(積體電路)透過COG(玻璃上晶片)技術直接安裝到其上形成了發光元件的基板上的模組。
此外，本發明包括一種電子裝置，其使用本發明的發光元件作為其顯示部分。因而，本發明的電子裝置的一個特徵就是包括具有上述發光元件的顯示部分和用於控制發光裝置發光的控制器。
在本發明的發光元件中，設有用於控制載流子運動的層，並且能夠抑制載流子平衡隨時間的變化。因此，就能得到具有長使用壽命的發光元件。此外，本發明的發光元件被應用於發光裝置和電子裝置，由此可以得到具有高發光效率和低功耗的發光裝置和電子裝置。另外，還可以得到具有長使用壽命的發光裝置和電子裝置。
首先，說明發光元件的亮度衰減因素。發光元件通常透過恒定電流驅動，而這種情況中，亮度衰減表示電流效率降低。因為電流效率是每單位電流值的光的亮度，電流效率顯著依賴於發光層中有多少流動的載流子對載流子複合(載流子平衡)有貢獻或者發光層中有多少被複合的載流子(即激子)對發光(量子產額)有貢獻。
因而，認為載流子平衡隨時間的變化或者量子產額的時間衰減是主要的亮度衰減因素。在本發明中，主要關注於載流子平衡隨時間的變化。
在下文中，會結合圖詳細解釋本發明的實施例模式。然而，本發明並不只限於以下的解釋，並且本發明很容易被本領域技術人員所理解而可以有諸多改變和修改，除非這樣的改變和修改不屬於本發明的內容和範圍。因此，本發明不被解釋為只限於以下實施例模式的描述。
(實施例模式1)
本發明的發光元件的實施例模式會結合圖1A在以下進行解釋。在該實施例模式中，會解釋一種發光元件，其具有用於控制電子運動的層作為用於控制載流子運動的層。即在本發明中，為了抑制載流子平衡隨時間的變化和使得發光元件具有長使用壽命，載流子使用控制載流子運動的層在遠離電極的部分被複合。
在本發明的發光元件中，在一對電極之間具有多個層。多個層是透過組合包含具有高載流子注入特性的物質或者具有高載流子傳輸特性的物質的層而被堆疊的，以使得發光區形成於遠離電極的部分中，換句話說，載流子在遠離電極的部分中被複合。
在本實施例模式中，發光元件包括第一電極202，第二電極204，和在第一電極202與第二電極204之間的EL層203。需要注意的是本實施例模式以下的解釋基於假設第一電極用作陽極而第二電極204用作陰極。即本實施例模式以下的解釋基於以下假設，電壓被施加到第一電極202和第二電極204上使得第一電極202的電位高於第二電極204的電位，從而能發射光。
基板201被用作發光元件的基體。諸如玻璃、塑膠等材料可以被用作基板201。在本發明的發光元件中，基板201可以被留在使用發光元件的發光裝置或電子裝置中。此外，基板201還可以用作發光元件製造過程中的基體。在這種情況下，基板201不會留在最終的製造成品中。
金屬、合金、導電化合物、它們的混合物等具有高功函數(確切地說，功函數大於或等於4.0 eV)的材料適合被用作第一電極202的材料。確切地說，可以使用例如氧化銦－氧化錫(ITO：氧化銦錫)、含矽或氧化矽的氧化銦－氧化錫、氧化銦－氧化鋅(IZO：氧化銦鋅)、含氧化鎢和氧化鋅的氧化銦(IWZO)等材料。
這樣的導電金屬氧化物膜一般透過濺射來形成，但是也可以透過應用溶膠凝膠法的噴墨、旋塗方法來形成。例如，氧化銦－氧化鋅(IZO)可以透過使用在氧化銦中摻入1到20 wt%氧化鋅的靶材進行濺射來形成。含氧化鎢和氧化鋅的氧化銦(IWZO)可以透過使用在氧化銦中摻入0.5到5 wt%氧化鎢和0.1到1 wt%氧化鋅的靶材的濺射來形成。除了這些以外，還可以使用金(Au)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鈀(Pd)、鈦(Ti)、金屬材料的氮化物(諸如氮化鈦：TiN)等。
當包含以下所述合成材料的層被用作與第一電極接觸的層時，那麽各種金屬、合金、導電化合物、和它們的混合物可以被用作第一電極而不考慮其功函數。例如，可以使用鋁(Al)、銀(Ag)、含有鋁的合金(AlSi等)等材料。需要注意的是術語“合成”並不只是簡單混合兩種材料，而是一種狀態，其中透過混合多種材料使得電荷在材料之間被施予和接受。
此外，屬於元素周期表中第一組或第二組元素的金屬是低功函數材料，即鹼金屬諸如鋰(Li)或銫(Cs)，鹼土金屬諸如鎂(Mg)、鈣(Ca)、或者鍶(Sr)，含這些金屬的合金(諸如MgAg合金或MgLi合金)，稀土金屬諸如銪(Eu)或鐿(Yb)，含這種稀土金屬的合金等材料都可以被使用。可以透過真空蒸鍍法形成由鹼金屬、鹼土金屬或含有這些金屬的合金製成的膜。另外，包含鹼金屬或鹼土金屬的合金可以透過濺射來形成。此外，銀膏等可以透過噴墨來形成。
EL層203具有第一層211，第二層212，第三層213，第四層214，第五層215，和第六層216。在這個EL層203中，第三層213是發光層，而第四層214是用於控制載流子運動的層。如本實施例模式中所示只要EL層203包括本實施例模式所示的用於控制載流子運動的層和發光層就可以，對其他層不做特別限制。例如，EL層203可以透過適當組合電洞注入層、電洞傳輸層、發光層、用於控制載流子運動的層、電子傳輸層、電子注入層等來形成。
第一層211是包括具有高電洞注入特性的物質的層。具有高電洞注入特性的物質可以使用氧化鉬(MoOx)、氧化釩(VOx)、氧化釕(RuOx)、氧化鎢(WOx)、氧化錳(MnOx)等作為材料。另外，作為低分子有機化合物，可以使用酞菁化合物諸如酞菁染料(縮寫：H2 Pc)、酞菁銅(II)(縮寫：CuPc)，或者釩氧酞菁(縮寫：VOPc)。
此外，還可以使用芳香胺化合物，諸如4,4’,4”－三(N,N－二苯基氨基)－三苯胺(縮寫：TDATA)、4,4’,4”－三[N－(3－甲基苯基)－N－苯基氨基]－三苯胺(縮寫：MTDATA)、4,4’－二[N－(4－二苯基氨基苯基)－N－苯基氨基]聯苯(縮寫：DPAB)、4,4’－二(N－{4－[N’－(3－甲基苯基)－N’－苯基氨基]苯基}－N－苯基氨基)聯苯(縮寫：DNTPD)、1,3,5－三[N－(4－二苯基氨基苯基)－N－苯基氨基]苯(縮寫：DPA3B)、3－[N－(9－苯基哢唑－3－基)－N－苯基氨基]－9－苯基哢唑(縮寫：PCzPCA1)、3,6－二[N－(9－苯基哢唑－3－基)－N－苯基氨基]－9－苯基哢唑(縮寫：PCzPCA2)、以及3－[N－(1－萘基)－N－(9－苯基哢唑－3－基)氨基]－9－苯基哢唑(縮寫：PCzPCN1)。另外，也可以使用其他化合物。
第一層211的材料可以使用其中受主物質被混合入具有高電洞傳輸特性的物質的合成材料。需要注意的是，透過使用這種其中受主物質被混合入具有高電洞傳輸特性的物質的合成材料，可以選擇用於形成電極的金屬而不考慮其功函數。換句話說，除了具有高功函數的金屬之外，還可以使用具有低功函數的金屬作為第一電極202。這樣的合成材料可以透過具有高電洞傳輸特性的物質和受主物質的共蒸鍍來形成。
可以使用各種化合物作為用於合成材料的有機化合物，諸如芳香胺化合物，哢唑衍生物，芳香烴，和高分子化合物(諸如低聚物、樹枝狀聚合物、以及高聚物)。較佳的使用具有高電洞傳輸特性的有機化合物作為用於合成材料的有機化合物。確切地說，較佳的用電洞遷移率大於或等於10－6 cm2 /Vs的物質。然而，也可以使用除此之外的其他電洞傳輸特性高於電子傳輸特性的物質。用於合成材料的有機化合物將在以下進行詳細說明。
可以使用下列材料作為用於合成材料的有機化合物，例如：芳香胺化合物諸如MTDATA、TDATA、DPAB、DNTPD、DPA3B、PCzPCA1、PCzPCA2、PCzPCN1、4,4’－二[N－(1－萘基)－N－苯基氨基]聯苯(縮寫：NPB或α－NPD)、以及N,N’－二(3－甲基苯基)－N,N’－二苯基－[1,1’－聯苯基]－4,4’－二胺(縮寫：TPD)；或者哢唑衍生物諸如4,4’－二(N－哢唑基)－聯苯(縮寫：CBP)、1,3,5－三[4－(N－哢唑基)苯基]苯(縮寫：TCPB)、9－[4－(10－苯基－9－蒽基)苯基]－9H－哢唑(縮寫：CzPA)、以及1,4－二[4－(哢唑基)苯基]－2,3,5,6－四苯基苯。
此外，還可以使用以下芳香烴化合物，諸如2－叔丁基－9,10－二(2－萘基)蒽(縮寫：t－BuDNA)、2－叔丁基－9,10－二(1－萘基)蒽、9,10－二(3,5－二苯基苯基)蒽(縮寫：DPPA)、2－叔丁基－9,10－二(4－苯基苯基)蒽(縮寫t－BuDBA)、9,10－二(2－萘基)蒽(縮寫：DNA)、9,10－二苯基蒽(縮寫：DPAnth)、2－叔丁基蒽(縮寫：t－BuAnth)、9,10－二(4－甲基－1－萘基)蒽(縮寫：DMNA)、9,10－二[2－(1－萘基)苯基]－2－叔丁基－蒽、9,10－二[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’－二蒽基、10,10’－二苯基－9,9’－二蒽基、10,10’－二(2－苯基苯基)－9,9’－二蒽基、10,10’－二[(2,3,4,5,6－五苯基)苯基]－9,9’－二蒽基、蒽、並四苯、紅熒烯、二萘嵌苯、2,5,8,11－四(叔丁基)二萘嵌苯、並五苯、六苯並苯、4,4’－二(2,2－二苯基乙烯基)聯苯(縮寫：DPVBi)、以及9,10－二[4－(2,2－二苯基乙烯基)苯基]蒽(縮寫：DPVPA)。
受主物質的材料可以使用有機化合物諸如7,7,8,8－四氰－2,3,5,6－四氟二甲基對苯醌(縮寫：F4 －TCNQ)以及氯醌。另外，還可以使用過渡金屬氧化物。另外，還可以使用屬於元素周期表第4組到第8組元素的金屬的氧化物。確切地說，較佳的使用氧化釩、氧化鈮、氧化鉭、氧化鉻、氧化鉬、氧化鎢、氧化錳以及氧化錸，因為它們的電子接受特性高。在它們之中，氧化鉬是尤其較佳的，因為其在空氣中化學性質穩定而且吸濕特性低所以最容易被處理。
第一層211的材料可以使用高分子化合物(諸如低聚物、樹枝狀聚合物、以及高聚物)。例如，可以使用以下高分子化合物：聚(N－乙烯哢唑)(縮寫：PVK)；聚(4－乙烯三苯胺)(縮寫：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](縮寫：PTPDMA)；以及聚[N,N’－二(4－丁基苯基)－N,N’－二(苯基)聯苯胺](縮寫：Poly－TPD)。另外，還可以使用摻雜了酸的高分子化合物諸如聚(3,4－乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)、以及聚苯胺/聚(苯乙烯磺酸)(PAni/PSS)。此外，第一層211的形成可以使用利用上述高分子化合物諸如PVK、PVTPA、PTPDMA、或Poly－TPD以及上述受主物質形成的合成材料。
第二層212是包含具有高電洞傳輸特性的物質的層。作為具有高電洞傳輸特性的物質的低分子有機化合物，可以使用芳香胺化合物諸如NPB(或α－NPD)、TPD、4,4’－二[N－(9,9－二甲基芴－2－基)－N－苯基氨基]聯苯(縮寫：DFLDPBi)、以及4,4’－二[N－(螺－9,9’－二芴－2－基)－N－苯基氨基]聯苯(縮寫：BSPB)。這些物質大體上是具有電洞遷移率大於或等於10－6 cm2 /Vs的物質。
然而，也可以使用除了這些物質之外的其他電洞傳輸特性高於電子傳輸特性的物質。包含具有高電洞傳輸特性的物質的層並不只限於單層，而是可以堆疊兩層或多層包含上述物質的層。此外，作為第二層212的材料，還可以使用高分子化合物諸如PVK、PVTPA、PTPDMA、以及Poly－TPD。
第三層213是包括具有高發光特性的物質的層，其相當於本發明的發光層，並且可以使用許多材料。確切地說，作為發射藍光的發光材料的低分子有機化合物，可以使用N,N’－二[4－(9H－哢唑－9－基)苯基]－N,N’－二苯基stylbene－4,4’－二胺(縮寫：YGA2S)、4－(9H－哢唑－9－基)－4’－(10－苯基－9－蒽基)三苯基胺(縮寫：YGAPA)等。作為發射綠光的發光材料，可以使用N－(9,10－二苯基－2－蒽基)－N,9－二苯基－9H－哢唑－3－胺(縮寫：2PCAPA)、N－[9,10－二(1,1’－聯苯－2－基)－2－蒽基]－N,9－二苯基－9H－哢唑－3－胺(縮寫：2PCABPhA)、N－(9,10－二苯基－2－蒽基)－N,N’,N’－三苯基－1,4－苯二胺(縮寫：2DPAPA)、N－[9,10－二(1,1’－聯苯－2－基)－2－蒽基]－N,N’,N’－三苯基－1,4－亞苯基二胺(縮寫：2DPABPhA)、N－9,10－二(1,1’－聯苯－2－基)－N－[4－(9H－哢唑－9－基)苯基]－N－苯基蒽－2－胺(縮寫：2YGABPhA)、N,N,9－三苯基蒽－9－胺(縮寫：DPhAPhA)等。作為發射黃光的發光材料，可以使用紅熒烯、5,12－二(1,1’－聯苯－4－基)－6,11－二苯基並四苯(縮寫：BPT)等。作為發射紅光的發光材料，可以使用N,N,N’,N’－四(4－甲基苯基)並四苯－5,11－二胺(縮寫：p－mPhTD)、7,13－二苯基－N,N,N’,N’－四(4－甲基苯基)苊並[1,2－a]熒蒽－3,10－二胺(縮寫：p－mPhAFD)等。
因為用於控制載流子運動的層設在發光層和用作本實施例模式中陰極的第二電極之間，所以發光層較佳的具有電子傳輸特性。如果發光層具有電子傳輸特性，那麽為了防止電子穿透發光層通常會在發光層和陽極之間提供電子阻擋層。然而，當電子阻擋功能隨時間退化的時候，複合區會延伸到電子阻擋層的內部(或者電洞傳輸層的內部)並且電流效率會顯著減小(也就是亮度衰減)。另一方面，在本發明中，在發光層之前(在陰極側)提供電子阻擋層以用來控制電子運動。因此，即使當電子平衡(例如，遷移率或者電子相對於電洞的數量)或多或少損失了的時候，也有發光層中的複合比率基本不改變而亮度基本不降低的優點。
需要注意的是發光層可以具有其中具有高發光特性的上述物質分佈於另一物質中的結構。作為其中分佈了具有發光特性的物質的材料，可以使用許多種材料，但較佳的使用一種物質，其最低空分子軌道能級(LUMO能級)高於具有發光特性的物質的最低空分子軌道能級而其最高佔據分子軌道能級(HOMO能級)低於具有發光特性的物質的最高佔據分子軌道能級。
因為用於控制載流子運動的層設在發光層和用作本實施例模式中陰極的第二電極之間，所以發光層較佳的具有電子傳輸特性。即較佳的電子傳輸特性高於電洞傳輸特性。因此，較佳的使用具有電子傳輸特性的有機化合物作為其中分佈了具有高發光特性的物質的材料。確切地說，可以使用下列材料：金屬複合物諸如三(8－羥基喹啉)鋁(III)(縮寫：Alq)、三(4－甲基－8－羥基喹啉)鋁(III)(縮寫：Almq3 )、二(10－羥基苯並[h]羥基喹啉)鈹(II)(縮寫：BeBq2 )、二(2－甲基－8－羥基喹啉)(4－苯基苯酚合)鋁(III)(縮寫：BAlq)、二(8－羥基喹啉)鋅(II)(縮寫：Znq)、二[2－(2－苯並噁唑基)苯酚]鋅(II)(縮寫：ZnPBO)、以及二[2－(2－苯並噻唑基)苯酚]鋅(II)(縮寫：ZnBTZ)；雜環化合物諸如2－(4－聯苯基)－5－(4－叔丁基苯基)－1,3,4－噁唑(縮寫：PBD)、1,3－二[5－(對－叔丁基苯基)－l,3,4－噁唑基－2－基]苯(縮寫：OXD－7)、3－(4－聯苯基)－4－苯基－5－(4－叔丁基苯基)－1,2,4－三唑(縮寫：TAZ)、2,2’,2”－(1,3,5－苯三基)三(1－苯基－1H－苯並咪唑)(縮寫：TPBI)、向紅菲咯啉(縮寫：BPhen)、以及浴銅靈(縮寫：BCP)；或者稠合芳烴諸如9－[4－(10－苯基－9－蒽基)苯基]－9H－哢唑(縮寫：CzPA)、3,6－二苯基－9－[4－(10－苯基－9－蒽基)苯基]－9H－哢唑(縮寫：DPCzPA)、9,10－二(3,5－二苯基苯基)蒽(縮寫：DPPA)、9,10－二(2－萘基)蒽(縮寫：DNA)、2叔丁基－9,10－二(4－苯基苯基)蒽(縮寫t－BuDBA)、9,9’－二蒽基(縮寫：BANT)、9,9’－(芪－3,3’－二基)二苯蒽(縮寫：DPNS)、9,9’－(芪－4,4’－二基)二苯蒽(縮寫：DPNS2)、以及3,3’,3”－(苯－1,3,5－三基)三芘(縮寫：TPB3)。
此外，可以使用多種材料作為其中分佈了具有發光特性的物質的材料。例如，為了抑制晶化，可以額外添加用於抑制紅熒烯等物質晶化的物質。此外，為了有效地給具有發光特性的物質傳輸能量，可以額外添加NPB、Alq等。當具有高發光特性的物質分佈於另一物質中的時候，可以抑制第三層213的晶化。另外，還可以抑制由於高濃度的具有高發光特性的物質引起的濃度淬滅。
作為第三層213，可以使用高分子化合物。確切地說，作為發射藍光的發光材料，可以使用聚(9,9－二辛基芴－2,7－二基)(縮寫：POF)、聚[(9,9－二辛基芴－2,7－二基)－co－(2,5－二甲氧基苯－1,4－二基)](縮寫：PF－DMOP)，聚{(9,9－二辛基芴－2,7－二基)－co－[N,N’－二－(對－丁基苯基)－1,4－二氨基苯]}(縮寫：TAB－PFH)等。作為發射綠光的發光材料，可以使用聚(對－苯撐乙烯)(縮寫：PPV)、聚[(9,9－二己基芴－2,7－二基)－alt－co－(苯並[2,1,3]噻二唑－4,7－二基)](縮寫：PFBT)、聚[(9,9－二辛基－2,7－二乙烯亞芴)－alt－co－(2－甲氧基－5－(2－乙基己氧基)－1,4－苯撐)]等。作為發射橙光到紅光的發光材料，可以使用聚[2－甲氧基－5－(2’－乙基己氧基)－1,4－苯撐乙烯](縮寫：MEH－PPV)、聚(3－丁基噻吩－2,5－二基)、聚{[9,9－二己基－2,7－二(1－氰基乙烯)亞芴]－alt－co－[2,5－二(N,N’－二苯基氨基)－1,4－苯撐]}、聚{[2－甲氧基－5－(2－乙基己氧基)－1,4－二(1－氰基乙烯苯撐)]－alt－co－[2,5－二(N,N’－二苯基氨基)－1,4－苯撐]}(縮寫：CN－PPV－DPD)等。
第四層214是用於控制載流子運動的層。第四層214包括兩種以上物質。在第四層214中，第一有機化合物的重量比例大於第二有機化合物的重量比例，並且第一有機化合物和第二有機化合物傳輸載流子的極性互不相同。在本實施例模式中，將解釋關於用於控制載流子運動的層處於具有發光功能的第三層213(發光層)和作為陰極的第二電極204之間的情況。
如果相比於與發光層之間的距離，用於控制載流子運動的層更靠近作為陰極的第二電極的話，那麽第一有機化合物較佳的為具有電子傳輸特性的有機化合物，而第二有機化合物較佳的為具有電洞傳輸特性的有機化合物。即，第一有機化合物較佳的為電子傳輸特性高於電洞傳輸特性的物質。第二有機化合物較佳的為電洞傳輸特性高於電子傳輸特性的物質。此外，第一有機化合物的最低空分子軌道能級(LUMO能級)和第二有機化合物的最低空分子軌道能級(LUMO能級)之間的差別較佳的小於0.3 eV，更佳的小於或等於0.2eV。即，從熱動力學角度來說，較佳的電子作為載流子容易在第一有機化合物和第二有機化合物之間運動。
圖4是顯示了本實施例模式中用於控制載流子運動的層的概念視圖。在圖4中，因為第一有機化合物221具有電子傳輸特性，所以電子可以輕易地被注入其中並移動到相鄰的其他第一有機化合物中。即，電子被注入第一有機化合物的速率以及電子從第一有機化合物中流出的速率都很高。
另一方面，因為第二有機化合物222為具有電洞傳輸特性的有機化合物，並且其LUMO能級靠近第一有機化合物的LUMO能級，所以從熱動力學上，電子可以被注入到第一有機化合物221中。然而，電子以速率(v1 )從具有電子傳輸特性的第一有機化合物221注入到具有電洞傳輸特性的第二有機化合物222中，或者電子以速率(v2 )從具有電洞傳輸特性的第二有機化合物222注入到具有電子傳輸特性的第一有機化合物221中，它們都小於電子從第一有機化合物221注入到另一第一有機化合物221的速率(v)。
因此，透過包含第二有機化合物，整個層的電子傳輸速率變得低於只包含第一有機化合物的層的電子傳輸速率。即，透過加入第二有機化合物，就可以控制載流子的運動。此外，透過控制第二有機化合物的濃度，就可以控制載流子的運動速率。
例如，在現有的發光元件中不提供用於控制載流子運動的第四層214，電子以電子運動速率不被降低的狀態被注入到第三層213中，並且電子到達了第三層213和第二層212之間的介面附近。因此，發光區形成於第二層212和第三層213之間的介面附近。在這種情況下，電子到達第二層212，並且可能使第二層212退化。由於到達第二層212的電子的數量隨時間增加，載流子複合概率相應隨時間減小，所以使得元件使用壽命減少(亮度隨時間衰減)。
在本發明的發光元件中，從第二電極204注入的電子經過包含高電子注入特性物質的第六層216和包含高電子傳輸特性物質的第五層215，並被注入到用於控制載流子運動的第四層214。被注入到第四層214的電子運動速率變慢，因而控制了向第三層213的電子注入。這樣，本發明的發光元件中從第三層213到第三層213和第四層214之間的介面附近的區域內還是形成了一個發光區，儘管現有的發光元件中在具有高電洞傳輸特性的第二層212和第三層213之間介面附近內形成了發光區。因而，電子到達第二層212並使具有高電洞傳輸特性的第二層212退化的可能性被降低了。此外，關於電洞，由於第四層214包括具有高電子傳輸特性的第一有機化合物，所以發生包含高電子傳輸特性物質的第五層215被到達第五層215的電洞所退化的情況的概率較低。
另外，本發明中重要的是具有電洞傳輸特性的有機化合物被添加到第四層214中的具有電子傳輸特性的有機化合物裏，而不是只添加低電子遷移率的物質。當採用這樣一種結構的時候，除了只控制電子注入到第三層213即發光層外，還可以抑制受控的電子注入數量隨時間的變化。因而，在本發明的發光元件中，可以防止一種現象即載流子平衡隨時間退化而降低複合概率；因此可以實現改善元件使用壽命(抑制亮度隨時間衰減)。
如上所述，在本發明的發光元件中，因為發光區難以在發光層和電洞傳輸層之間的介面上或者在發光層和電子傳輸層的介面上形成，所以由於發光區鄰近電洞傳輸層或電子傳輸層使得發光元件難以退化。另外，還可以抑制載流子平衡隨時間的變化(特別是電子注入量隨時間的變化)。因此，可以得到一種具有低退化和長使用壽命的發光元件。
如上所述，本實施例模式中第一有機化合物較佳的為具有電子傳輸特性的有機化合物。確切地說，可以使用金屬複合物諸如Alq、Almq3 、BeBq2 、Balq、Znq、ZnPBO和ZnBTZ；雜環化合物諸如PBD、OXD－7、TAZ、TPBI、Bphen和BCP；或者稠合芳烴諸如CzPA、DPCzPA、DPPA、DNA、t－BuDNA、BANT、DPNS、DPNS2和TPB3。此外，還可以使用高分子化合物，諸如聚[(9,9－二己基芴－2,7－二基)－co－(吡啶－3,5－二基)](縮寫PF－Py)和聚[(9,9－二辛基芴－2,7－基)－co－(2,2’－聯吡啶－6,6’－二基)](縮寫：PF－Bpy)。
作為第二有機化合物，較佳的使用具有電洞傳輸特性的有機化合物。確切地說，可以使用：稠合芳烴諸如9,10－二苯基蒽(縮寫：DPAnth)和6,12－二甲氧基－5,11－二苯基屈；芳香胺化合物諸如N,N－二苯基－9－[4－(10－苯基－9－蒽基)苯基]－9H－哢唑－3－胺(縮寫：CzA1PA)、4－(10－苯基－9－蒽基)三苯胺(縮寫：DphPA)、N,9－二苯基－N－[4－(10－苯基－9－蒽基)苯基]－9H－哢唑－3－胺(縮寫：PCAPA)、N,9－二苯基－N－{4－[4－(10－苯基－蒽基)苯基]苯基}－9H－哢唑－3－胺(縮寫：PCAPBA)、N－(9,10－二苯基－2－蒽基)－N,9－二苯基－9H－哢唑－3－胺(縮寫：2PCAPA)、NPB(或α－NPD)、TPD、DFLDPBi和BSPB；或者包含氨基基團的化合物諸如香豆素7或香豆素30。此外，也可以使用高分子化合物諸如PVK、PVTPA、PTPDMA和Poly－TPD。
透過上述組合，抑制了電子從第一有機化合物到第二有機化合物的運動或者電子從第二有機化合物到第一有機化合物的運動，這樣就可以抑制用於控制載流子運動的層中電子的運動速率。透過將第二有機化合物分散在第一有機化合物中來形成用於控制載流子運動的層；因此，很難隨時間引起晶化或凝聚。因而，上述對電子運動的抑制效果很難隨時間發生變化，這樣載流子平衡就難以隨時間變化。這就使發光元件的使用壽命得到了改善，換句話說，可靠性得到了改善。
需要注意的是，在上述組合中，較佳的合作為第一有機化合物的金屬複合物和作為第二有機化合物的芳香胺化合物。金屬複合物具有高的電子傳輸特性以及大的偶極距，而芳香胺化合物具有高的電洞傳輸特性以及相對小的偶極距。以這種方式，透過組合偶極距彼此相差很大的物質，使得上述對電子運動的抑制效果更加顯著。確切地說，當第一有機化合物的偶極距值為P1 而第二有機化合物的偶極距值為P2 的時候，較佳的滿足P1 /P2 3或者P1 /P2 0.33。例如金屬複合物Alq的偶極距為9.40 debye，而芳香胺化合物2PCAPA的偶極距為1.15 debye。因而，當一種具有電子傳輸特性的有機化合物例如金屬複合物被用作第一有機化合物而具有電洞傳輸特性的有機化合物例如芳香胺化合物被用作第二有機化合物的時候，較佳的滿足P1 /P2 3。
第四層214中包含的第二有機化合物的發光顏色與第三層213中包含的具有高發光特性的物質的發光顏色較佳的為近似顏色。確切地說，第二有機化合物的發射光譜最高峰值的波長與具有高發光特性的物質的發射光譜最高峰值的波長之間的差較佳的在30 nm以內。當差在30 nm以內的時候，第二有機化合物的發光顏色與具有高發光特性的物質的發光顏色就會為相似顏色。因而，即使當由於電壓等的變化使第二有機化合物發射光時，也能抑制發光顏色的改變。但是，第二有機化合物不一定發光。
此外，第四層214的厚度較佳的大於或等於5 nm而小於或等於20 nm。當第四層214太厚時，載流子的運動速率將過大地減少，並且增大了驅動電壓。另外，還可以增加第四層的發光強度。而當第四層太薄時，就無法實現控制載流子運動的功能了。因此，厚度較佳的大於或等於5 nm而小於或等於20 nm。
第五層215是包括具有高電子傳輸特性物質的層。例如，作為低分子有機化合物，可以使用金屬複合物諸如Alq、Almq3 、BeBq2 、Balq、Znq、ZnPBO和ZnBTZ。除了金屬複合物之外，還可以使用雜環化合物諸如PBD、OXD－7、TAZ、TPBI、Bphen和BCP。這裏提到的物質主要是電子遷移率大於或等於10－6 cm2 /Vs的物質。如果一種物質其電子傳輸特性高於電洞傳輸特性，那麽也可以使用除了上述物質之外的其他物質作為電子傳輸層。另外，除了單層結構之外，電子傳輸層還可以是由上述物質的兩層或多層構成的堆疊層。
作為第五層215，可以使用高分子化合物。例如，使用聚[(9,9－二己基芴－2,7－二基)－co－(吡啶－3,5－二基)](縮寫PF－Py)和聚[(9,9－二辛基芴－2,7－基)－co－(2,2’－聯吡啶－6,6’－二基)](縮寫：PF－Bpy)等。
第六層216是包含具有高電子注入特性物質的層。作為具有高電子注入特性的物質，可以使用鹼金屬、鹼土金屬、或它們的化合物諸如氟化鋰(LiF)、氟化銫(CsF)和氟化鈣(CaF2 )。此外，還可以使用具有電子傳輸特性的物質，其包含鹼金屬、鹼土金屬、或它們的化合物諸如含鎂(Mg)的Alq。當較佳的使用具有電子傳輸特性的物質例如鹼金屬或鹼土金屬的層作為電子注入層時，來自第二電極204的電子注入會更有效地進行。
作為用於形成第二電極204的物質，可以使用金屬、合金、導電化合物、或它們的混合物等具有低功函數的物質(確切地說，功函數低於或等於3.8 eV)。作為這樣一種特定的陰極材料的例子，可以使用屬於元素周期表第1組或第2組的元素，即鹼金屬諸如鋰(Li)和銫(Cs)，鹼土金屬諸如鎂(Mg)、鈣(Ca)和鍶(Sr)，含有這些元素的合金(MgAg、AlLi等)，稀土金屬諸如銪(Eu)和鐿(Yb)，含有這些元素的合金等。鹼金屬、鹼土金屬、含這些元素的合金的薄膜可以透過濺射法形成。此外，還可以透過濺射法形成含有鹼金屬或鹼土金屬的合金。可以透過噴墨法等形成銀膏等。
此外，透過將具有增進電子注入的功能的第六層216配備於第二電極204和第五層215之間，使得可以用各種導電材料諸如Al、Ag、ITO或含矽或氧化矽的氧化銦－氧化錫作為第二電極204而不用考慮它們的功函數。這些導電材料可以透過濺射、噴墨、旋塗等方法形成。
可以使用各種方法來形成EL層，不管是乾法還是濕法。例如，可以使用真空蒸鍍、噴墨、旋塗等。此外，可以用其他不同的成膜法形成電極或層。例如，EL層可以透過使用從上述材料中選擇的高分子化合物的濕法形成。此外，EL層也可以透過使用低分子化合物的濕法形成。另外，EL層還可以透過乾法諸如使用低分子化合物的真空蒸鍍來形成。
電極可以透過使用溶膠－凝膠法的濕法形成，或者透過使用金屬材料的膏的濕法形成。此外，電極還可以透過乾法諸如濺射或真空蒸鍍來形成。
以下將描述形成發光元件的特定方法。如果本發明的發光元件被用於顯示裝置而發光層透過單獨應用包含用於發光層的材料的混合物來形成，那麽發光層較佳的透過濕法形成。當發光層使用噴墨形成的時候，即使是在大尺寸的基板上也容易透過單獨應用包含用於發光層的材料的混合物來形成發光層。
例如，在圖1A和1B中所示的結構中，第一電極可以透過濺射來形成，其為一種乾法，第一層可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法，第二層可以透過真空蒸鍍來形成，其為一種乾法，第三層可以透過噴墨來形成，其為一種濕法，第四層可以透過共蒸鍍來形成，其為一種乾法，第五層和第六層可以透過真空蒸鍍來形成，其為一種乾法，而第二電極可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法。
另外，第一電極可以透過噴墨來形成，其為一種濕法，第一層可以透過真空蒸鍍來形成，其為一種乾法，第二層可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法，第三層可以透過噴墨來形成，其為一種濕法，第四層可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法，第五層和第六層可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法，而第二電極可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法。用於形成發光元件的方法並不特定局限於上述方法，可以適當地組合濕法和乾法。
例如，在圖1A和1B所示結構的情況中，第一電極可以透過濺射來形成，其為一種乾法，第一層和第二層可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法，作為發光層的第三層可以透過噴墨來形成，其為一種濕法，第四層可以透過共蒸鍍來形成，其為一種乾法，第五層和第六層可以透過真空蒸鍍來形成，其為一種乾法，而第二電極可以透過真空蒸鍍來形成，其為一種乾法。即，在其上形成了預定形狀的第一電極的基板上，第一層到第三層可以透過濕法來形成，而第四層到第二電極可以透過乾法來形成。透過這個方法，第一層到第三層可以在大氣壓下形成，並且很容易透過單獨地應用包含用於發光層的材料的混合物來形成第三層。此外，第四層到第二電極可以連續地在真空中形成。因此，簡化了步驟並提高了生產率。
下面列舉一個例子。PEDOT/PSS作為第一層形成於第一電極上。因為PEDOT/PSS具有水溶性，所以PEDOT/PSS可以作為水溶液透過旋塗法、噴墨法等來形成。第三層作為發光層被置於第一層上而不提供第二層。發光層可以透過使用溶液的噴墨法來形成，該溶液中具有發光特性的物質已經溶解於不會溶解先前形成的第一層(PEDOT/PSS)的溶劑(諸如甲苯、十二烷基苯、或十二烷基苯與萘滿的混合溶劑)中。接下來，第四層形成於第三層上。如果透過濕法形成第四層，那麽第四層需要使用不會溶解先前形成的第一層以及第三層的溶劑來形成。這樣，溶劑的可供選擇範圍變窄了，而第四層容易使用乾法形成。因此，當第四層到第二電極連續地在真空中透過真空蒸鍍這種乾法來形成的時候，可以簡化步驟。
在圖2A和2B所示結構的情況中，發光元件可以透過上述方法的倒序來形成：第二電極可以透過濺射法或真空蒸鍍法來形成，其為一種乾法；第六層和第五層可以透過真空蒸鍍法來形成，其為一種乾法；第四層可以透過共蒸鍍法來形成，其為一種乾法；第三層可以透過噴墨法來形成，其為一種濕法；第二層和第一層可以透過噴墨法和旋塗法來形成，其為一種濕法；而第一電極可以透過噴墨法或旋塗法來形成，其為一種濕法。透過這個方法，第二電極到第四層可以連續地在真空中透過乾法來形成，而第三層到第一電極可以在大氣壓下形成。因此，可以簡化步驟並改善生產率。
在具有本發明上述結構的發光元件中，透過第一電極202和第二電極204之間產生的電位差引起電流，而電洞和電子在EL層203中被複合，由此使得發光元件發光。光發射經過第一電極202或/和第二電極204被提取到外部。因而，第一電極202或/和第二電極204中為具有透光特性的電極。
當只有第一電極202具有透光特性時，如圖3A中所示光發射從基板側經過第一電極202被提取到外部。當只有第二電極204具有透光特性時，如圖3B中所示光發射從基板的相反一側經過第二電極204被提取到外部。當第一電極202和第二電極204都具有透光特性時，如圖3C中所示光發射從基板側和基板的相反一側經過第一電極202和第二電極204被提取到外部。
設在第一電極202和第二電極204之間的層的結構並不只限於上述結構。除了上述結構之外的任何結構都可以被採用，只要在遠離第一電極202和第二電極204的部分中提供電洞和電子在其中複合的發光區以防止由於發光區鄰近金屬引起的淬滅，以及提供用於控制載流子運動的層。
即EL層的堆疊結構並不受特定限制。EL層的形成可以透過適當組合包含具有高電子傳輸特性的物質、具有高電洞傳輸特性的物質、具有高電子注入特性的物質、具有高電洞注入特性的物質、具有雙極特性的物質(同時具有高電子和高電洞傳輸特性的物質)等的層；如本實施例模式中所示的用於控制載流子運動的層；以及發光層。
因為如本實施例模式中所示用於控制載流子運動的層為用於控制電子運動的層，所以較佳的在用作陰極的電極和發光層之間配備用於控制載流子運動的層。例如，如圖1B中所示，可以在具有發光功能的第三層213和用於控制載流子運動的第四層214之間配備包含具有高電子傳輸特性的物質的第七層217。
此外較佳的配備用於控制載流子運動的層以與發光層相接觸。當配備用於控制載流子運動的層以接觸發光層的時候，可以直接控制發光層的電子注入。因此，可以進一步抑制發光元件中載流子平衡隨時間的變化，並且進一步改善元件使用壽命。另外，不需要提供包含具有高電子傳輸特性物質的第七層217，由此簡化了處理步驟。
需要注意的是較佳的配備用於控制載流子運動的層以用於接觸發光層，在這種情況下，用於控制載流子運動的層中第一有機化合物的結構與佔據發光層大部分的有機化合物較佳的彼此不同。特別是如果發光層包含其中分散了具有高發光特性物質(第三有機化合物)的物質以及具有高發光特性的物質(第四有機化合物)，那麽第三有機化合物和第四有機化合物的結構較佳的彼此不同。在這種結構中，從用於控制載流子運動的層到發光層的載流子的運動(本實施例模式中為電子的運動)同樣也在第一有機化合物和第三有機化合物之間被抑制，配備用於控制載流子運動的層的效果進一步被增強。
此外，如圖2A中所示的發光元件具有一種結構，其中作為陰極的第二電極204、EL層203、以及作為陽極的第一電極202在基板201上被順序堆疊。EL層203具有第一層211、第二層212、第三層213、第四層214、第五層215、以及第六層216。第四層214被配備於作為陰極的第二電極和第三層之間。
在本實施例模式中，在由玻璃、塑膠等製成的基板上製造發光元件。當在基板上製造多個這種發光元件的時候，可以製造主動矩陣發光裝置。此外例如可以在由玻璃、塑膠等製成的基板上形成薄膜電晶體(TFT)使得發光元件被電連接到TFT。因此，可以製造主動矩陣發光裝置，其中發光元件的驅動受到TFT控制。
TFT的結構並不受特定限制。TFT可以為交錯型和逆交錯型。另外，形成於TFT基板上的驅動電路可以使用N通道TFT和P通道TFT中的全部或者一種。用於TFT的半導體膜的結晶度也不受特定限制。可以使用非晶態半導體薄膜或者使用晶態半導體薄膜。
本發明的發光元件具有用於控制載流子運動的層。因為用於控制載流子運動的層包括兩種以上的物質，透過控制物質的組合、混合物比例、厚度等可以精確的控制載流子平衡。因為可以透過控制物質的組合、混合物比例、厚度等來控制載流子平衡，所以與現有技術相比可以更容易控制載流子平衡。也就是說，即使材料自身的物理特性不改變，也可以透過控制混合物比例、厚度等來控制載流子運動。
當使用用於控制載流子運動的層來控制載流子平衡時，可以改善發光元件的發光效率。透過使用用於控制載流子運動的層，可以抑制過量注入電子到發光層中以及電子穿透發光層到達電洞傳輸層或電洞注入層。當電子到達電洞傳輸層或電洞注入層時，減小了發光層中載流子的複合概率(換句話說，載流子平衡變差)，其導致隨時間降低發光效率。即發光元件的使用壽命變短。
然而，如實施例模式中所示，當使用用於控制載流子的層時，可以抑制電子過量注入到發光層中以及電子穿透發光層到達電洞傳輸層或電洞注入層。即本發明中可以得到具有長使用壽命的發光元件。更確切地說，使用第二有機化合物控制載流子的運動，在用於控制載流子運動的層中包含的兩種以上物質中第二有機化合物的重量比例低於第一有機化合物的重量比例。因此，可以透過其重量比例低於用於控制載流子運動的層中包含的其他成分的成分來控制載流子的運動。這樣，實現了一種難以隨時間退化並且具有長使用壽命的發光元件。
即與透過單一物質控制載流子平衡的情況相比，在發光元件中難以引起載流子平衡的改變。例如，如果透過由單一物質形成的層來控制載流子運動，整個層的載流子平衡由於形態的部分改變或部分晶化而被改變。因此，這種情況下用於控制載流子運動的層容易隨時間退化。然而，如本實施例模式中所示，透過其重量比例低於用於控制載流子運動的層中包含的其他成分的成分來控制載流子的運動，由此減小了形態的改變或晶化作用、凝聚等，並且因此難以引起隨時間的退化。因此，得到了一種具有長使用壽命的發光元件其中很難引起發光效率隨時間的降低。
如本實施例模式中所示，當被應用於具有過量電子的發光層時，其中用於控制載流子運動的層被配備於發光層和作為陰極的第二電極之間的結構是特別有效的。例如，當發光層具有電子傳輸特性而電子從第二電極穿透發光層注入的概率可能隨時間增加時，應用本實施例模式中的結構將特別有效。
本實施例模式可以適當與其他實施例模式組合。
(實施例模式2)
在本實施例模式中，本發明的發光元件的不同於實施例模式1的方式，結合圖5A進行說明。在本實施例模式中，會說明一種發光元件，其配備了用於控制電洞運動的層作為控制載流子運動的層。本發明的發光元件在一對電極之間具有多個層。透過組合包含具有高載流子注入特性物質和高載流子傳輸特性物質的層來堆疊上述多個層從而使得發光區形成於遠離電極的部分中，換句話說，載流子在遠離電極的部分中被複合。
在本實施例模式中，發光元件包括第一電極402，第二電極404，以及在第一電極402和第二電極404之間配備的EL層403。本實施例模式的說明基於假設第一電極402作為陽極而第二電極404作為陰極。即本實施例模式以下的說明基於假設第一電極402和第二電極404之間施加電壓使得第一電極402的電位高於第二電極404的電位。作為基板401，可以使用與實施例模式1中類似的基板。
作為第一電極402，較佳的使用金屬、合金、導電化合物、它們的混合物、或其他具有高功函數(確切地說，功函數大於或等於4.0 eV)的材料，以及與實施例模式1中類似的材料。
EL層403具有第一層411，第二層412，第三層413，第四層414，第五層415，以及第六層416。需要注意的是任何堆疊結構都可以，只要EL層403具有本實施例模式中用於控制載流子運動的層和與實施例模式1中相似的發光層，並且除了上述之外的其他層堆疊結構不受特定限制。例如，可以適當組合電洞注入層，電洞傳輸層，發光層，用於控制載流子運動的層，電子傳輸層，電子注入層等。
第一層411為包含具有高電洞注入特性的物質的層，可以使用與實施例模式1中類似的物質。
第二層412為包含具有高電洞傳輸特性的物質的層，可以使用與實施例模式1中類似的物質。
第三層413為用於控制載流子運動的層。第三層413包含兩種以上的物質。在第三層413中，第一有機化合物的重量比例大於第二有機化合物，並且第一有機化合物和第二有機化合物傳輸的載流子極性互不相同。在本實施例模式中，將說明的一種情況是用於控制載流子運動的層被配備於作為陽極的第一電極和發光層之間。即說明的情況是用於控制載流子運動的層配備於具有發光功能的第四層414和第一電極402之間。
如果將用於控制載流子運動的層配備於作為陽極的第一電極和發光層之間，那麽第一有機化合物較佳的為具有電洞傳輸特性的有機化合物，而第二有機化合物較佳的為具有電子傳輸特性的有機化合物。即第一有機化合物較佳的為一種電洞傳輸特性高於電子傳輸特性的物質。第二有機化合物較佳的為一種電子傳輸特性高於電洞傳輸特性的物質。此外，第一有機化合物的最高佔據分子軌道能級(HOMO能級)與第二有機化合物的最高佔據分子軌道能級(HOMO能級)之間的差較佳的小於0.3 eV，如果小於0.2 eV更好。即從熱動力學的角度來說，較佳的電洞作為載流子在第一有機化合物和第二有機化合物之間容易運動。
圖8為本實施例模式中用於控制載流子運動的層的概念視圖。圖8中，因為第一有機化合物422具有電洞傳輸特性，所以電洞很容易被注入其中並且運動到相鄰的另一個第一有機化合物。即電洞被注入到第一有機化合物的速率和電洞從第一有機化合物中流出的速率(v)都很高。
另一方面，因為具有電子傳輸特性的第二有機化合物421具有的HOMO能級與第一有機化合物的HOMO能級相近，所以電洞可以被熱力學注入。然而，電洞從具有電洞傳輸特性的第一有機化合物422注入到具有電子傳輸特性的第二有機化合物421的速率(v1 )或者電洞從第二有機化合物421注入到第一有機化合物422的速率(v2 )低於電洞從第一有機化合物422注入到另一個第一有機化合物422的速率(v)。
因此，透過包含第二有機化合物，整個層的電洞傳輸速率變得低於只包含第一有機化合物的層的電洞傳輸速率。即透過添加第二有機化合物，可以控制載流子運動。此外，透過控制第二有機化合物的濃度可以控制載流子的運動速率。
例如，在現有的發光元件中，沒有配備第三層413，電洞被注入到第四層414時電洞率沒有減少，並且電洞到達了第五層415介面附近。因此發光區形成於第四層414和第五層415之間的介面附近。在這種情況中，電洞到達了第五層415，並且有可能使第五層415退化。由於到達第五層415的電洞數量隨時間增加，所以複合概率隨時間減少；因而減少了元件使用壽命(亮度隨時間衰減)。
在本發明的發光元件中，從第一電極注入的電洞被注入到用於控制載流子運動的第三層413，途經包含高電洞注入特性物質的第一層411和包含高電洞傳輸特性物質的第二層412。注入到第三層413的電洞運動速率減小了，並且控制了到第四層414的電洞注入。這樣，在本發明的發光元件中，發光區形成於第四層414中以及第四層414和第三層413之間的介面附近，元件區形成於包含高電子傳輸特性物質的第五層415和現有發光元件中的第四層414之間的介面附近。
因而，在本發明的發光元件中，由於到達第五層415的電洞而造成的包含高電子傳輸特性物質的第五層415的退化的可能性降低了。另外，關於電子，因為第三層413包含具有電洞傳輸特性的第一有機化合物，所以因電子到達第二層412而造成的包含高電洞傳輸特性物質的第二層412退化的可能性減小了。
另外，本發明中重要的是沒有只用低電洞遷移率的物質，而是將具有電子傳輸特性的物質添加到第三層413中具有電洞傳輸特性的物質裏。當採用這樣一種結構的時候，除了控制到第四層414的電洞注入外，還可以抑制受控電洞注入數量隨時間的變化。根據以上所述，在本發明的發光元件中，可以防止載流子平衡隨時間退化和複合概率降低的現象；因此，改善了元件使用壽命(抑制了亮度隨時間衰減)。
在本發明的發光元件中，因為發光區沒有形成於發光層和電洞傳輸層的介面處或者發光層和電子傳輸層的介面處，發光元件就不受由於發光區鄰近電洞傳輸層或電子傳輸層引起的退化的影響。另外，還能抑制載流子平衡隨時間的變化(確切地說，電子注入數量隨時間的變化)。因而，得到了一種具有低退化和長使用壽命的發光元件。
如上所述，本實施例模式中第一有機化合物較佳的為具有電洞傳輸特性的有機化合物。確切地說，可以使用如下材料：稠合芳烴諸如DPAnth和6,12－二甲氧基－5,11－二苯基屈；或者芳香胺化合物諸如CzA1PA、DphPA、PCAPA、PCABA、2PCAPA、NPB(或α－NPD)、TPD、DFLDPBi和BSPB。此外，還可以使用高分子化合物諸如PVK、PVTPA、PTPDMA和Poly－TPD。
第二有機化合物較佳的為一種具有電子傳輸特性的有機化合物。確切地說，可以使用如下材料：金屬複合物諸如Alq、Almq3 、BeBq2 、Balq、Znq、ZnPBO和ZnBTZ；雜環化合物諸如PBD、OXD－7、TAZ、Bphen和BCP；或者稠合芳烴諸如CzPA、DPCzPA、DPPA、DNA、t－BuDNA、BANT、DPNS、DPNS2和TPB3。此外，還可以使用高分子化合物，諸如聚[(9,9－二己基芴－2,7－二基)－co－(吡啶－3,5－二基)](縮寫PF－Py)和聚[(9,9－二辛基芴－2,7－基)－co－(2,2’－聯吡啶－6,6’－二基)](縮寫：PF－Bpy)。
透過上述組合，抑制了電洞從第一有機化合物運動到第二有機化合物或者電洞從第二有機化合物運動到第一有機化合物，於是可以抑制用於控制載流子運動的層中電洞的運動速率。形成了用於控制載流子運動的層，其中第二有機化合物分散在第一有機化合物中；因此，很難隨時間引起晶化或凝聚。因而，上述對電子運動的抑制效果很難隨時間發生變化，這樣載流子平衡就難以隨時間變化。這就使發光元件的使用壽命得到了改善，換句話說，可靠性得到了改善。
需要注意的是，在上述組合中，較佳的組合作為第一有機化合物的芳香胺化合物和作為第二有機化合物的金屬複合物。芳香胺化合物具有高的電洞傳輸特性以及相對小的偶極距，而金屬複合物具有高的電子傳輸特性以及大的偶極距。以這種方式，透過合成偶極距彼此相差很大的物質，使得上述對電洞運動的抑制效果更加顯著。確切地說，當第一有機化合物的偶極距值為P1 而第二有機化合物的偶極距值為P2 的時候，較佳的滿足P1 /P2 3或者P1 /P2 0.33。例如芳香胺化合物NPB的偶極距為0.86 debye，而金屬複合物Alq的偶極距為9.40 debye。因而，當具有電洞傳輸特性的有機化合物例如芳香胺化合物被用作第一有機化合物而具有電子傳輸特性的有機化合物例如金屬複合物被用作第二有機化合物的時候，較佳的滿足P1 /P2 0.33。
第三層413中包含的第二有機化合物的發光顏色與第四層414中包含的具有高發光特性物質的發光顏色較佳的為近似顏色。確切地說，第二有機化合物的發射光譜最高峰值的波長與具有高發光特性的物質的發射光譜最高峰值的波長之間的差較佳的在30 nm以內。當差別在30 nm以內的時候，第二有機化合物的發光顏色與具有高發光特性的物質的發光顏色就會為相似顏色。因而，即使當由於電壓等的變化使第二有機化合物發射光時，也能抑制發光顏色的改變。然而，第二有機化合物不需要發光。
此外，第三層413的厚度較佳的大於或等於5 nm而小於或等於20 nm。當第三層413太厚時，載流子的運動速率將極大減少，並且增大了驅動電壓。另外，還可以增加第三層的發光強度。而當第三層太薄時，就無法實現控制載流子運動的功能了。因此，厚度較佳的大於或等於5 nm而小於或等於20 nm。
第四層414為包含具有高發光特性物質的層，換句話說，為發光層，而且實施例模式1中所示的具有高發光特性的物質可以被用於第四層414。此外，如實施例模式1中所示發光層可以具有其中具有高發光特性的物質被分散在另一物質中的結構。
在本實施例模式中，因為用於控制載流子運動的層被配備於發光層和作為陽極的第一電極之間，所以發光層較佳的具有電洞傳輸特性。即較佳的其電洞傳輸特性高於電子傳輸特性。如果發光層具有電洞傳輸特性，那麽通常在陰極和發光層之間配備電洞阻擋層以用來防止電洞穿透發光層。然而，當電洞阻擋功能隨時間退化時，複合區延伸到電洞阻擋層內部(或者電子傳輸層內部)，並因此顯著降低了電流效率(換句話說，亮度衰減)。另一方面，在本發明中因為電洞在陽極和發光層(陽極側)之間的運動受到控制，所以即使電洞的平衡(例如，電子相對電洞的數量或遷移率)或多或少損失了，但發光層中載流子複合比也很難被改變，並且優點在於亮度很難被降低。
因此，作為如實施例模式1中所示分散具有高發光特性物質的材料，較佳的使用具有電洞傳輸特性的有機化合物。確切地說，可以使用如下材料：稠合芳烴諸如DPAnth和6,12－二甲氧基－5,11－二苯基屈；或者芳香胺化合物諸如CzA1PA、DphPA、PCAPA、PCABA、2PCAPA、NPB(或α－NPD)、TPD、DFLDPBi和BSPB。
第五層415為包含具有高電子傳輸特性物質的層，可以使用與實施例模式1中類似的物質。
第六層416為包含具有高電子注入特性物質的層，可以使用與實施例模式1中類似的物質。
可以使用各種方法來形成EL層，不管是乾法還是濕法。例如，可以使用真空蒸鍍、噴墨、旋塗等。此外，可以用其他不同的成膜法形成電極或層。例如，EL層可以透過使用從上述材料中選擇的高分子化合物的濕法形成。此外，EL層也可以透過使用低分子化合物的濕法形成。另外，EL層還可以透過使用低分子化合物的乾法諸如真空蒸鍍來形成。
電極可以透過使用溶膠－凝膠法的濕法形成，或者透過使用金屬材料的膏的濕法形成。此外，電極還可以透過乾法諸如濺射或真空蒸鍍來形成。
以下將描述形成發光元件的具體方法。如果本發明的發光元件被用於顯示裝置而發光層透過單獨地應用包含用於發光層的材料的混合物來形成，那麽發光層較佳的透過濕法形成。當發光層使用噴墨形成的時候，發光層容易透過單獨應用包含用於發光層的材料的混合物來形成，即使是在大尺寸的基板上。
例如，在圖5A和5B所示的結構中，第一電極可以透過濺射來形成，其為一種乾法，第一層可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法，第二層可以透過真空蒸鍍來形成，其為一種乾法，第三層可以透過噴墨來形成，其為一種濕法，第四層可以透過共蒸鍍來形成，其為一種乾法，第五層和第六層可以透過真空蒸鍍來形成，其為一種乾法，而第二電極可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法。作為選擇，第一電極可以透過噴墨來形成，其為一種濕法，第一層可以透過真空蒸鍍來形成，其為一種乾法，第二層可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法，第三層可以透過噴墨來形成，其為一種濕法，第四層可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法，第五層和第六層可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法，而第二電極可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法。用於形成發光元件的方法並不特定局限於上述方法，可以適當的組合濕法和乾法。
例如，在圖5A和5B所示結構的情況中，第一電極可以透過濺射來形成，其為一種乾法，第一層和第二層可以透過真空蒸鍍來形成，其為一種乾法，第三層可以透過共蒸鍍來形成，其為一種乾法，第四層發光層可以透過噴墨來形成，其為一種濕法，第五層可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法，而第二電極可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法。即第一層到第三層可以透過乾法來形成，而第四層到第二電極可以透過濕法來形成。透過這個方法，第一層到第三層可以真空中形成，而第四層到第二電極可以在大氣壓下形成。此外很容易透過單獨應用包含用於第四層的材料的混合物來形成第四層。因此，簡化了步驟並提高了生產率。
此外，在圖6A和6B所示結構的情況中，發光元件可以透過上述方法的倒序來形成：第二電極可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法；第六層和第五層可以透過噴墨或旋塗來形成，其為一種濕法；第四層可以透過噴墨來形成，其為一種濕法；第三層可以透過共蒸鍍來形成，其為一種乾法；第二層和第一層可以透過真空蒸鍍來形成，其為一種乾法；而第一電極可以透過真空蒸鍍來形成，其為一種乾法。透過這個方法，第二電極到第四層可以在大氣壓下形成，而第三層到第一電極可以連續地在真空中透過乾法來形成。因此，可以簡化步驟並改善生產率。
在具有本發明上述結構的發光元件中，由第一電極402和第二電極404之間電位差產生電流，而電洞和電子在EL層403中複合，由此使得發光元件發光。光發射經過第一電極402或/和第二電極404被提取到外部。因而，第一電極402或/和第二電極404具有透光特性的電極。
當只有第一電極402具有透光特性時，如圖7A中所示光發射從基板側經過第一電極402被提取到外部。當只有第二電極404具有透光特性時，如圖7B中所示光發射從基板相反一側經過第二電極404被提取到外部。當第一電極402和第二電極404都具有透光特性時，如圖7C中所示光發射從基板側和基板相反一側經過第一電極402和第二電極404被提取到外部。
配備於第一電極402和第二電極404之間的層的結構並不只限於上述結構。即在本發明和本實施例模式中，可以採用除了上述結構之外的其他結構，只要將其中電洞和電子被複合的發光區配備於遠離第一電極402和第二電極404之間的部分以用來防止因發光區與金屬鄰近引起的淬滅，並且配備用於控制載流子運動的層。
即EL層的堆疊結構不受特定限制。EL層可以透過適當組合包含具有高電子傳輸特性的物質、具有高電洞傳輸特性的物質、具有高電子注入特性的物質、具有高電洞注入特性的物質、具有雙極特性的物質(同時具有高電子和高電洞傳輸特性的物質)等的層；一層本實施例模式中用於控制載流子運動的層；以及發光層來形成。
需要注意的是，因為本實施例模式中用於控制載流子運動的層為用於控制電洞運動的層，所以用於控制載流子運動的層較佳的配備於作為陽極的電極和發光層之間。例如，如圖5B中所示，包含具有高電洞傳輸特性的物質的第七層417可以配備於具有發光功能的第四層414和用於控制載流子運動的第三層413之間。
較佳的配備用於控制載流子運動的層以接觸發光層。當配備用於控制載流子運動的層以接觸發光層時，可以直接控制到發光層的電洞注入。因而，可以進一步抑制發光元件中載流子平衡隨時間的變化，並且可以使元件使用壽命得到改善。這樣就不需要額外配備包含具有高電洞傳輸特性的物質的第七層417了，由此簡化了處理步驟。
如果配備用於控制載流子運動的層以接觸發光層，那麽用於控制載流子運動的層中的第一有機化合物與佔據大部分發光層的第二有機化合物的結構較佳的彼此不同。特別是如果發光層包含用於分散具有高發光特性物質的物質(第三有機化合物)和具有高發光特性的物質(第四有機化合物)，那麽第三有機化合物和第一有機化合物的結構較佳的彼此不同。在這樣一個結構中，從用於控制載流子運動的層到發光層之間的載流子運動(本實施例模式中為電洞的運動)也在第一有機化合物和第三有機化合物和之間被抑制了，並且配備用於控制載流子運動的層的效果進一步被增強。
如圖6A和6B中所示的發光元件包括在基板401上依次堆疊作為陰極的第二電極404，EL層403，以及作為陽極的第一電極402。EL層403具有第一層411、第二層412、第三層413、第四層414、第五層415、和第六層416。第三層413配備於作為陽極的第一電極和第四層414之間。
本發明的發光元件具有用於控制載流子運動的層。因為用於控制載流子運動的層包含兩種以上的物質，所以可以透過控制物質的組合、混合比、厚度等來精確的控制載流子平衡。因為可以透過控制物質的組合、混合比、厚度等來控制載流子平衡，所以與現有技術相比更容易控制載流子平衡。也就是說，即使材料自身的物理特性沒有發生改變，也可以透過控制物質的組合、混合比、厚度等來控制載流子的運動。使用用於控制載流子運動的層來改善載流子平衡，由此改善發光元件的發光效率。
使用用於控制載流子運動的層，可以抑制電洞的過量注入和電洞穿透發光層到達電子傳輸層或電子注入層。當電洞到達電子傳輸層或電子注入層時，發光層中複合概率被降低(換句話說，損失了載流子平衡)，這導致發光效率隨時間減少。即發光元件的使用壽命變短。然而，如本實施例模式中所示，當使用用於控制載流子運動的層時，可以抑制電洞的過量注入和電洞穿透發光層到達電子傳輸層或電子注入層，而且可以抑制發光效率隨時間的減少。即得到了一種具有長使用壽命的發光元件。
使用用於控制載流子運動的層中包含的兩種以上物質中重量比例低於第一有機化合物重量比例的第二有機化合物來控制載流子的運動。因此，由於透過用於控制載流子運動的層中包含的成分中重量比例低於其他成分的成分來控制載流子的運動，所以可以實現一種長使用壽命的很難隨時間退化的發光元件。即，與透過單一物質控制載流子平衡相比難以引起載流子平衡的變化。
例如，如果載流子的運動透過由單一物質形成的層來控制，那麽整個層的平衡會由於形態的部分變化或部分晶化而改變。因此，在這種情況中用於控制載流子運動的層容易隨時間退化。然而，如本實施例模式中所示，載流子的運動透過其重量比例低於用於控制載流子運動的層中包含的其他成分的成分來控制，由此減少了形態的變化或晶化作用、凝聚等，於是難以引起隨時間的變化。因此，得到了一種具有長使用壽命的發光元件，其中難以引起發光效率隨時間減小。
如本實施例模式中所示，當被應用於具有過量電洞的發光層時，將用於控制載流子運動的層配備於發光層和作為陽極的第一電極之間的結構是特別有效的。例如，當發光層具有電洞傳輸特性並且從第一電極穿透發光層注入的電洞比率有可能隨時間增加時，應用本實施例模式中的結構將特別有效。
本實施例模式可以適當結合另一實施例模式。例如，將用於控制電洞運動的層配備於發光層和作為陽極的第一電極之間，而將用於控制電子運動的層配備於發光層和作為陰極的第二電極之間。即透過這種結構，發光層的兩側可以都配備用於控制載流子運動的層。然後，載流子在與電極隔開的部分中被複合，較佳的在發光層全部兩側部分上被複合。這樣，透過控制發光層全部兩側上載流子的運動，可以進一步減少形態的改變或晶化作用、凝聚等。因而，可以得到一種具有長使用壽命的發光元件，其中很難引起隨時間的變化以及很難引起發光效率隨時間的減小。
(實施例模式3)
在本實施例模式中，會結合圖9說明一種發光元件的實施例模式，發光元件中堆疊了多個本發明的發光單元(以下這種發光元件被稱為堆疊型元件)。該發光元件為在第一電極和第二電極之間包含了多個發光單元的堆疊型發光元件。每個發光單元可以具有與實施例模式1和實施例模式2中所示EL層相似的結構。即實施例模式1和實施例模式2中所示的發光元件每個都為具有一個發光單元的發光元件，然而在本實施例模式中所說明的發光元件具有多個發光單元。
如圖9中所示，在第一電極501和第二電極502之間堆疊了第一發光單元511和第二發光單元512。第一電極501和第二電極502可以類似於實施例模式1中所示電極。第一發光單元511和第二發光單元512可以為相同結構也可以為不同結構，這些結構可以類似於實施例模式1和實施例模式2中所示的結構。
電荷產生層513包含由有機化合物和金屬氧化物組成的合成材料。由有機化合物和金屬氧化物組成的複合材料為實施例模式1中所示的合成材料，而且包含有機化合物和金屬氧化物諸如氧化釩、氧化鉬或氧化鎢。作為有機化合物，可以使用各種化合物諸如芳香胺化合物、哢唑衍生物、芳香烴、以及高分子化合物(諸如低聚物、樹枝狀聚合物、高聚物等)。作為有機化合物，較佳的使用具有電洞傳輸特性以及電洞遷移率大於或等於10－6 cm2 /Vs的有機化合物。然而，也可以使用除此之外的其他物質，只要其電洞傳輸特性高於電子傳輸特性。有機化合物和金屬氧化物的合成材料可以實現低驅動電壓和低驅動電流，因為其具有出衆的載流子注入特性和載流子傳輸特性。
作為選擇，電荷產生層513可以透過組合包含有機化合物和金屬氧化物的合成材料的層以及使用另一種材料形成的層。例如，包含有機化合物和金屬氧化物的合成材料的層可以組合包含具有供電子特性的化合物和具有高電子傳輸特性的化合物的層。此外，包含有機化合物和金屬氧化物的合成材料的層可以與透明導電薄膜相結合。
無論如何，只要當電壓施加到第一電極501和第二電極502時夾在第一發光單元511和第二發光單元512之間的電荷產生層513向這些發光單元中的一個注入電子而向其他單元注入電洞就行。例如，在圖9中，只要當施加電壓使得第一電極電位高於第二電極電位時電荷產生層513向第一發光單元511注入電子而向第二發光單元512注入電洞就行。
本實施例模式會說明具有兩個發光單元的發光元件。然而，本發明可以類似的應用到堆疊了三個以上發光單元的發光元件上。當電荷產生層配備於那對電極之間使得像本發明方式的發光元件那樣劃分多個發光單元時，可以在高亮度區中實現一種長使用壽命的元件同時保持低電流密度。當該發光元件被用於照明時，可以減少由於電極材料的電阻引起的電壓降，由此在大面積區域上實現了均勻發光。而且，還可以實現一種低功耗的發光裝置，其可被一個低電壓驅動。
當發光單元具有不同發光顏色時，作為整個發光元件可以得到所需的發光顏色。例如，在具有兩個發光單元的發光元件中，當第一發光單元的發光顏色和第二發光單元的發光顏色互為補色時，可以得到整體發白光的發光元件。需要注意的是“補色”為顏色間的一種關係，其透過混合變為無色。即可以透過混合從發射補色光的物質中得到的光來得到白色光。與此相似，在包含三個發光單元的發光元件中，例如如果第一發光單元發紅光、第二發光單元發綠光、而第三發光單元發藍光，整個發光元件的白色發光也可以透過類似方法得到。
本實施例模式可以適當與其他實施例模式組合。
(實施例模式4)
在本實施例模式中，會說明一種具有本發明的發光元件的發光裝置。在本實施例模式中，會結合圖10A和10B說明一種在像素部分中具有本發明的發光元件的發光裝置。圖10A為發光裝置的俯視圖，而圖10B為從圖10A中沿線A－A’和線B－B’剖開的橫截面視圖。
圖10A中，圖標記601表示驅動電路部分(源極驅動電路)，602表示像素部分，而603表示驅動電路部分(閘極驅動電路)，每個都用虛線標示出來。圖標記604表示密封基板、605表示密封構件、而607表示由密封構件605包圍的空間。引線608為用於傳輸信號到源極驅動電路601和閘極驅動電路603中的佈線，接收視頻信號、時鐘信號、重置信號等來自作為外部輸入端子的FPC(撓性印刷電路)609的信號。儘管這裏只顯示了FPC，但是也可以將印刷線路板(PWB)附加到FPC。本說明書中的發光裝置不僅包括發光裝置自身，而且還包括附加到發光裝置的FPC或PWB。
接下來，結合圖10B說明橫截面結構。驅動電路部分和像素部分形成於元件基板610上，但圖10B顯示了作為驅動電路部分的源極驅動電路601和像素部分602中的一個像素。源極驅動電路601包含透過組合N－通道TFT 623和P－通道TFT 624形成的CMOS電路。驅動電路還可以使用CMOS電路、PMOS電路或NMOS電路來形成。在本實施例模式中，顯示了形成於基板上的整合驅動電路；然而，驅動電路不需要形成於基板上而可以形成於基板外部。
像素部分602包括多個像素，其中每個都具有開關TFT 611、電流控制TFT 612、以及電連接到電流控制TFT 612的汲極的第一電極613。形成絕緣體614以覆蓋第一電極613的邊緣部分。這裏絕緣體614使用正型感光丙烯酸樹脂薄膜來形成。
為了改善覆蓋，形成絕緣體614的上部邊緣部分或下部邊緣部分使其具有包括一定曲率的曲面。例如，當正型感光丙烯酸用於絕緣體時614，較佳的只有絕緣體614的上部邊緣部分具有曲率範圍為0.2到3 μm的曲面。不管是透過光輻照變得不溶於蝕刻劑的負型還是透過光輻照變得溶於蝕刻劑的正型都可以被用作絕緣體614。
EL層616和第二電極617形成於第一電極613上。作為用於第一電極613的材料，可以使用各種金屬、合金、導電化合物、或它們的混合物。當第一電極被用作陽極時，較佳的使用這些材料中具有高功函數(功函數大於或等於4.0 eV)的金屬、合金、導電化合物、或它們的混合物等。例如，可以使用含矽的氧化銦－氧化錫單層膜、氧化銦－氧化鋅膜、氮化鈦膜、層鉻膜、鎢膜、鋅膜、鉑膜等。還可以使用堆疊薄膜，諸如堆疊了含氮化鈦的膜和主要含鋁的膜，或者堆疊了氮化鈦膜、主要含鋁的膜和氮化鈦膜的三層結構。用這種堆疊結構，可以實現具有低佈線電阻、良好歐姆接觸的電極作為陽極。
EL層616透過各種方法形成，諸如使用蒸鍍掩膜的蒸鍍法、一種噴墨法、以及旋塗法。EL層616包括實施例模式1和實施例模式2中所示的用於控制載流子運動的層和發光層。作為EL層616中包含的另一種材料，可以使用低分子化合物或高分子化合物(包括低聚物或樹枝狀聚合物)。作為EL層的材料，不僅可以使用有機化合物而且還可以使用無機化合物。
作為用於第二電極617的材料，可以使用各種金屬、合金、導電化合物、或它們的混合物。當第二電極用作陰極時，較佳的使用這些材料中具有低功函數(功函數小於或等於3.8 eV)的金屬、合金、導電化合物、或它們的混合物等。例如，屬於元素周期表第1組或第2組的元素，即鹼金屬諸如鋰(Li)或銫(Cs)，鹼土金屬諸如鎂(Mg)、鈣(Ca)或鍶(Sr)，或者含有這些元素的合金(鎂－銀、鋁－鋰)等。當EL層616中產生的光經過第二電極617發射出來時，可以用金屬膜和透明導電膜(氧化銦－氧化錫(ITO)、含矽或氧化矽的氧化銦－氧化錫、氧化銦－氧化鋅(IZO)、含氧化鎢和氧化鋅的氧化銦(IWZO)等)堆疊形成第二電極617。
當密封基板604和元件基板610被密封構件605附著起來時，發光元件618被配備於由元件基板610、密封基板604和密封構件605包圍形成的空間607中。空間607可以用填充物填充，也可以用惰性氣體(諸如氮氣和氬氣)、密封構件605等填充。
密封構件605較佳的使用環氧樹脂作材料。材料較佳的不允許濕氣和氧氣透過。作為密封基板604的材料，除了玻璃基板或石英基板外還可以使用由FRP(玻璃纖維強化塑膠)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯、丙烯酸等材料製成的塑膠基板。
如上所述，可以得到具有本發明發光元件的發光裝置。由此得到的本發明的發光裝置具有長使用壽命的發光元件；因此，發光裝置就具有長使用壽命。另外，本發明的發光裝置具有高發光效率的發光元件；因此，可以得到降低了功耗並可以發射高亮度光的發光裝置。
如上所述，本實施例模式中，說明了一種主動矩陣發光裝置，其中發光元件的操作受到電晶體的控制。作為選擇，也可以使用一種被動矩陣發光裝置，其中發光元件的操作不需要專門的元件例如電晶體，這種結構如圖11A和11B中所示。圖11A和11B分別顯示了應用本發明製造的被動矩陣發光裝置的透視圖和橫截面視圖。需要注意的是圖11A是發光裝置的透視圖，而圖11B是沿圖11A和11B中線X－Y剖開的橫截面視圖。在圖11A中，在基板951上，在電極952和電極956之間配備了EL層955。電極952的邊緣部分被絕緣層953覆蓋。此外，在絕緣層953上配備了隔離層954。隔離層954的側壁是傾斜的，使得側壁和其他側壁之間的距離向著基板方向縮小。換句話說，隔離層954沿短邊方向上的橫截面是梯形的，底面(平行於絕緣層953並與絕緣層953接觸的那側平面)短於上面(平行於絕緣層953並不與絕緣層953接觸的那側平面)。透過以這種方式提供的隔離層954，可以防止發光元件由於靜電或其他引起的缺陷。同樣在被動矩陣發光裝置中，透過包含本發明的長使用壽命的發光元件，可以得到一種長使用壽命的發光裝置。此外，透過包含本發明的具有高發光效率的發光元件，可以得到一種低功耗的發光裝置。
(實施例模式5)
在本實施例模式中，會說明本發明的電子裝置，其將實施例模式4中所示的發光裝置作為組成部分。本發明的電子裝置具有如實施例模式1到3所示的發光元件以及具有長使用壽命的顯示部分。此外，由於發光元件具有高發光效率，所以可以得到具有低功耗的顯示部分。
透過使用本發明的發光裝置製造的電子裝置示例如下：相機諸如視頻相機或數位相機，護目鏡式顯示器，導航系統，聲音再現系統(車載音響系統、音響部件等)，電腦、遊戲機、移動式資訊終端(手提電腦、手機、掌上遊戲機、電子書等)，配備了記錄媒體的影像顯示裝置(確切地說，一種用於重放記錄媒體諸如數位通用光碟(DVD)以及具有顯示裝置的裝置)等。圖12A到12D顯示了這些電子裝置的一些例子。
圖12A顯示了依照本發明的電視機，其包括機殼9101、支持座9102、顯示部分9103、揚聲器部分9104、視頻輸入端子9105等。在該電視機中，顯示部分9103包含排列成矩陣的發光元件，其類似於實施例模式1到3中所說的那些發光元件。這些發光元件具有長使用壽命的功能。因為包含發光元件的顯示部分9103也具有類似功能，所以電視機也具有長使用壽命。即可以實現一種能經受長時間使用的電視機。此外，由於發光元件具有高發光效率，所以可以得到一種具有低功耗顯示部分的電視機。
圖12B顯示了依照本發明的電腦，其包括主體9201、機殼9202、顯示部分9203、鍵盤9204、外部連接埠9205、定點裝置9206。在該電腦中，顯示部分9203包含排列成矩陣的發光元件，其類似於實施例模式1到3中所說的那些發光元件。這些發光元件具有長使用壽命的功能。因為包含發光元件的顯示部分9203也具有類似功能，所以電腦也具有長使用壽命。即可以實現一種能經受長時間使用的電腦。此外，由於發光元件具有高發光效率，所以可以得到一種具有低功耗顯示部分的電腦。
圖12C顯示了依照本發明的手機，其包括主體9401、機殼9402、顯示部分9403、音頻輸入部分9404、音頻輸出部分9405、操作鍵9406、外部連接埠9407、天線9408等。在該手機中，顯示部分9403包含排列成矩陣的發光元件，其類似於實施例模式1到3中所說的那些發光元件。這些發光元件具有長使用壽命的功能。因為包含發光元件的顯示部分9403也具有類似功能，所以手機也具有長使用壽命。即可以實現一種能經受長時間使用的手機。此外，由於發光元件具有高發光效率，所以可以得到一種具有低功耗顯示部分的手機。
圖12D顯示了依照本發明的相機，其包括主體9501、顯示部分9502、機殼9503、外部連接埠9504、遙控接收部分9505、影像接收部分9506、電池9507、音頻輸入部分9508、操作鍵9509、接目鏡部分9510等。在該相機中，顯示部分9502包含排列成矩陣的發光元件，其類似於實施例模式1到3中所說的那些發光元件。這些發光元件具有長使用壽命的功能。因為包含發光元件的顯示部分9502也具有類似功能，所以相機也具有長使用壽命。即可以實現一種能經受長時間使用的相機。此外，由於發光元件具有高發光效率，所以可以得到一種具有低功耗顯示部分的相機。
如上所述，本發明的發光裝置的應用範圍很廣，發光裝置可被用於許多領域的電子裝置。透過使用本發明的發光裝置，可以得到耐用的並具有長使用壽命顯示部分的電子裝置。此外還可以得到具有低功耗顯示部分的電子裝置。
作為選擇，本發明的發光裝置還可以用作照明裝置。使用本發明發光元件作為照明裝置的方式會結合圖13進行說明。圖13中顯示了使用本發明的發光裝置作為背光源的液晶顯示器。圖13中顯示的液晶顯示器包括機殼901、液晶層902、背光源903和機殼904，而且液晶層902連接到驅動IC 905上。本發明的發光裝置被用於背光源903，而電流透過端子906供應。
透過使用本發明發光元件作為液晶顯示器的背光源，可以得到長使用壽命的背光源。本發明的發光裝置是一種平面發光的照明裝置，可以為大面積。因此，背光源就可以具有大面積，並得到一種大面積的液晶顯示器。此外，本發明的發光裝置不僅薄而且功耗低；因此，可以實現一種薄而低功耗的顯示裝置。另外，由於發光元件具有高發光效率，所以可以得到一種發射高亮度光的發光裝置。此外，由於本發明的發光裝置具有長使用壽命，所以可以得到一種長使用壽命的液晶顯示器。
圖14顯示了使用依照本發明的發光裝置作為照明裝置的臺燈。如圖14中所示臺燈具有機殼2001和光源2002，而本發明的發光裝置被用作光源2002。由於本發明的發光裝置具有長使用壽命，所以桌燈的使用壽命也長。
圖15顯示了使用依照本發明的發光裝置作為室內照明裝置3001的例子。由於本發明的發光裝置可以為大面積，所以本發明的發光裝置可以被用作一種大面積照明裝置。此外，由於本發明的發光裝置具有長使用壽命，所以本發明的發光裝置也可以被用作長使用壽命的照明裝置。如圖12A中所示的依照本發明的電視機3002被放置於一個房間內，其中本發明的發光裝置被用作室內照明裝置3001。因此，可以觀看公共廣播和電影。在這種情況中，由於每個裝置都具有長使用壽命，所以可以減少更換照明裝置和電視機的次數，其可以降低環境負荷。
[實施例1]
在本實施例中，將結合圖16詳細說明本發明的發光元件。會在下面顯示方案1和方案2中使用的一種有機化合物的分子式。
(製造發光元件1)
首先，含氧化矽的氧化銦－氧化錫透過濺射法被沈積在玻璃基板2201上，由此形成第一電極2202。注意第一電極2202的厚度為110 nm，而電極面積為2 mm×2mm。
然後，具有第一電極2202的基板被固定到真空蒸鍍裝置中的基板支架上，使得第一電極2202的表面朝下，之後壓力被減小到大約10－4 Pa。然後，在第一電極2202上共蒸鍍4,4’－二[N－(1－萘基)－N－苯基氨基]聯苯(縮寫：NPB)和氧化鉬(VI)，由此形成了包含合成材料的層2211。控制蒸鍍速率使得層2211的厚度為50 nm而NPB和氧化鉬(VI)的重量比為4：1(＝NPB：氧化鉬)。注意共蒸鍍法為一種蒸鍍法，其中透過在處理裝置內同時蒸鍍多個蒸鍍源來執行蒸鍍。
然後，透過使用電阻加熱的蒸鍍法沈積4,4’－二[N－(1－萘基)－N－苯基氨基]聯苯(縮寫：NPB)來形成厚度為10nm的電洞傳輸層2212。之後，發光層2213形成於電洞傳輸層2212上。透過共蒸鍍9－[4－(10－苯基－9－蒽基)苯基]－9H－哢唑(縮寫：CzPA)和N－(9,10－二苯基－2－蒽基)－N,9－二苯基－9H－哢唑－3－胺(縮寫：2PCAPA)來形成厚度為30 nm的發光層2213。這裏，控制蒸鍍速率使得CzPA和2PCAPA的重量比為1：0.05(＝CzPA：2PCAPA)。
然後，透過共蒸鍍三(8－羥基喹啉)鋁(III)(縮寫：Alq)和2PCAPA在發光層2213上形成厚度為10 nm的用於控制載流子運動的層2214。這裏，控制蒸鍍速率使得Alq與2PCAPA的重量比為1：0.003(＝Alq：2PCAPA)。之後，在用於控制載流子運動的層2214上透過使用電阻加熱的蒸鍍法沈積向紅菲咯啉(縮寫：BPhen)來形成厚度為30 nm的電子傳輸層2215。
然後，在電子傳輸層2215上透過沈積氟化鋰(LiF)形成厚度為1 nm的電子注入層2216。最後，透過使用電阻加熱的蒸鍍法沈積鋁以形成厚度為200 nm的第二電極2204。從而形成了發光元件1。透過上述工藝得到的本發明的發光元件1被放進含有氮氣氣氛的手套式操作箱中以使發光元件與大氣隔離開。
然後，測量發光元件1的工作特性。注意測量要在室溫(保持為25℃的氣氛)下操作。圖17顯示了發光元件1的電流密度與亮度關係特性圖。圖18顯示了發光元件1的電壓與亮度關係特性圖。圖19顯示了發光元件1的亮度與電流效率關係特性圖。圖20顯示了發光元件1由1 mA電流驅動時的發射光譜。圖21顯示了發光元件1由恒定電流驅動並且初始亮度設為5000 cd/m2 (縱軸表示相對亮度，假設5000 cd/m2 為100%)時進行連續發光測試的結果。
發光元件1的發光顏色在亮度5000 cd/m2 下位於CIE色度座標(x＝0.28,y＝0.65)，並得到了源自2PCAPA的綠光。另外，在亮度5000 cd/m2 下發光元件1的電流效率和驅動電壓分別為18 cd/A和3.6 V。另外，當發光元件1由恒定電流驅動並且初始亮度設為5000 cd/m2 時，即使在260小時後仍然可以得到初始亮度的93%。因此，證明了發光元件1具有長使用壽命。
(製造參考發光元件2)
接下來，為了比較，形成了在上述發光元件1的用於控制載流子運動的層中不含2PCAPA的參考發光元件2。製造方法將在下面描述。含氧化矽的氧化銦－氧化錫透過濺射法被沈積在玻璃基板上，由此形成第一電極。注意第一電極的厚度為110 nm，而電極面積為2 mm×2mm。
然後，具有第一電極的基板被固定到真空蒸鍍裝置中的基板支架上並使得第一電極的表面朝下，之後壓力被減小到大約10－4 Pa。然後，在第一電極上共蒸鍍4,4’－二[N－(1－萘基)－N－苯基氨基]聯苯(縮寫：NPB)和氧化鉬(VI)，由此形成了包含合成材料的層2211。控制蒸鍍速率使得層的厚度為50 nm而NPB和氧化鉬(VI)的重量比為4：1(＝NPB：氧化鉬)。注意共蒸鍍法為一種蒸鍍法,其中透過在處理裝置內同時蒸鍍多個蒸鍍源來執行蒸鍍。然後，透過使用電阻加熱的蒸鍍法沈積4,4’－二[N－(1－萘基)－N－苯基氨基]聯苯(縮寫：NPB)來形成厚度為10nm的電洞傳輸層。
然後，發光層2213形成於電洞傳輸層上。透過共蒸鍍9－[4－(10－苯基－9－蒽基)苯基]－9H－哢唑(縮寫：CzPA)和N－(9,10－二苯基－2－蒽基)－N,9－二苯基－9H－哢唑－3－胺(縮寫：2PCAPA)來形成厚度為30 nm的發光層2213。這裏，控制蒸鍍速率使得CzPA和2PCAPA的重量比為1：0.05(＝CzPA：2PCAPA)。
然後，在發光層上沈積厚度為30 nm的三(8－羥基喹啉)鋁(III)(縮寫：Alq)。即與發光元件1不同，形成了不含2PCAPA只含Alq的層。此後，在只含Alq的層上透過使用電阻加熱的蒸鍍法沈積向紅菲咯啉(縮寫：BPhen)來形成厚度為30 nm的電子傳輸層。
然後，在電子傳輸層上透過沈積氟化鋰(LiF)形成厚度為1 nm的電子注入層。最後，透過使用電阻加熱的蒸鍍法沈積鋁來形成厚度為200 nm的第二電極。從而形成了發光元件2。透過上述工藝得到的參考發光元件2被放進含有氮氣氣氛的手套式操作箱中以使發光元件與大氣隔離開。
此後，測量參考發光元件2的工作特性。注意測量要在室溫(保持為25℃的氣氛)下操作。參考發光元件2的發光顏色在亮度5000 cd/m2 下位於CIE色度座標(x＝0.29,y＝0.64)；參考發光元件2的電流效率為18 cd/A；並且與發光元件1相似它也發出源自2PCAPA的綠光。然而，當在初始亮度設為5000 cd/m2 下進行連續發光測試時，如圖21中所示亮度在260小時後衰減到初始亮度的75%。因此，發現參考發光元件2的使用壽命比發光元件1短。因此，證明了應用本發明可以得到一種長使用壽命的發光元件。
[實施例2]
在本實施例中，將結合圖16詳細說明本發明的發光元件。
(製造發光元件)
首先，含氧化矽的氧化銦－氧化錫透過濺射法被沈積在玻璃基板2201上，由此形成第一電極2202。注意第一電極2202的厚度為110 nm，而電極面積為2 mm×2mm。
然後，具有第一電極2202的基板被固定到真空蒸鍍裝置中的基板支架上並使得第一電極2202的表面朝下，之後壓力被減小到大約10－4 Pa。然後，在第一電極2202上共蒸鍍4,4’－二[N－(1－萘基)－N－苯基氨基]聯苯(縮寫：NPB)和氧化鉬(VI)，由此形成了包含合成材料的層2211。控制蒸鍍速率使得層2211的厚度為50 nm而NPB和氧化鉬(VI)的重量比為4：1(＝NPB：氧化鉬)。注意共蒸鍍法為一種蒸鍍法，其中透過在處理裝置內同時蒸鍍多個蒸鍍源來執行蒸鍍。
然後，透過使用電阻加熱的蒸鍍法沈積4,4’－二[N－(1－萘基)－N－苯基氨基]聯苯(縮寫：NPB)來形成厚度為10nm的電洞傳輸層2212。之後，發光層2213形成於電洞傳輸層2212上。透過共蒸鍍9－[4－(10－苯基－9－蒽基)苯基]－9H－哢唑(縮寫：CzPA)和N－(9,10－二苯基－2－蒽基)－N,9－二苯基－9H－哢唑－3－胺(縮寫：2PCAPA)來形成厚度為30 nm的發光層2213。這裏，控制蒸鍍速率使得CzPA和2PCAPA的重量比為1：0.05(＝CzPA：2PCAPA)。
然後，透過共蒸鍍三(8－羥基喹啉)鋁(III)(縮寫：Alq)和香豆素30在發光層2213上形成厚度為10 nm的用於控制載流子運動的層2214。這裏，控制蒸鍍速率使得Alq與香豆素30的重量比為1：0.005(＝Alq：香豆素30)。之後，在用於控制載流子運動的層2214上透過使用電阻加熱的蒸鍍法沈積向紅菲咯啉(縮寫：BPhen)來形成厚度為30 nm的電子傳輸層2215。
然後，在電子傳輸層2215上透過沈積氟化鋰(LiF)形成厚度為1 nm的電子注入層2216。最後，透過使用電阻加熱的蒸鍍法沈積鋁以形成厚度為200 nm的第二電極2204。從而形成了一個發光元件3。透過上述工藝得到的本發明的發光元件3被放進含有氮氣氣氛的手套式操作箱中以使發光元件與大氣隔離開。此後，測量發光元件3的工作特性。注意測量要在室溫(保持為25℃的氣氛)下操作。
圖22顯示了發光元件3的電流密度與亮度關係特性圖。圖23顯示了發光元件3的電壓與亮度關係特性圖。圖24顯示了發光元件3的亮度與電流效率關係特性圖。圖25顯示了發光元件3由1 mA電流驅動時的發射光譜。發光元件3的發光顏色在亮度5000 cd/m2 下位於CIE色度座標(x＝0.28,y＝0.65)，並得到了源自2PCAPA的綠光。另外，亮度5000 cd/m2 下發光元件1的電流效率和驅動電壓分別為18 cd/A和3.5 V。
[特性測量舉例]
在本方案中，被用於實施例1和2製造的發光元件1和2中用於控制載流子運動的層的三(8－羥基喹啉)鋁(III)(縮寫：Alq)、N－(9,10－二苯基－2－蒽基)－N,9－二苯基－9H－哢唑基－3－胺(縮寫：2PCAPA)以及香豆素30的還原反應特性透過伏安法(CV)測量。此外，Alq、2PCAPA和香豆素的LUMO能級由測量結果測定。注意電化學分析儀(由BAS Inc.製造的ALS 600A或600C型)可被用於測量。
作為一種伏安法裏使用的溶液，使用脫水二甲基甲酰胺(DMF，由Sigma－Aldrich Inc.製造，99.8%，產品目錄號22705－6)作為溶劑，並用四正丁基高氯酸銨(n－Bu4 NClO4 ，由Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.製造，產品目錄號T0836)作為支援電解質溶解於溶劑中，使得四正丁基高氯酸銨的濃度為100 mmol/L。然後，要測量的物體也被溶解於溶劑中使其濃度為1 mmol/L。另外，鉑電極(PTE鉑電極，BAS Inc.的產品)被用作工作電極；鉑電極(VC－3 Pt對置電極(5cm)，由BAS Inc.製造)被用作輔助電極；而Ag/Ag＋ 電極(RE5非水溶劑參考電極，由BAS Inc.製造)被用作參考電極。注意測量在室溫下(20到25℃)進行操作。
(計算參考電極相對於真空能級的電位能)
首先，計算實施例2中使用的參考電極(Ag/Ag＋ 電極)相對於真空能級的電位能(eV)。即計算Ag/Ag＋ 電極的費米能級。已知甲醇中二茂鐵的氧化還原電位相對標準氫電極(參考：Christian R.Goldsmith et al.,J.Am.Chem.Soc.,Vol.124,No.1,pp.83－96,2002)為＋0.610 V[vs.SHE]。另一方面，當甲醇中二茂鐵的氧化還原電位使用實施例2中的參考電極計算時，結果為＋0.20 V[vs.Ag/Ag＋ ]。因此，發現實施例2中使用的參考電極的勢能比標準氫電極低0.41[eV]。
這裏，已知標準氫電極相對於真空能級為－4.44 eV(參考：Toshihiro Ohnishi and Tamami Koyama,High molecular EL material,Kyoritsu shuppan,pp.64－67)。因而，實施例2中使用的參考電極相對真空能級的電位能可確定為－4.44－0.41＝－4.85[eV]。
(測量示例1：Alq)
在測量示例1中，Alq的還原反應特性透過伏安法(CV)來觀察。掃描速率定為0.1V/sec。圖26顯示了測量結果。注意還原反應特性的測量操作步驟為：先在範圍(1)－0.69V到－2.40V內掃描工作電極的電位，然後是範圍(2)－2.40V到－0.69V。
如圖26中所示，可以看到還原峰值電位Epc 為－2.20V而氧化峰值電位Epa 為－2.12V。因此，半波電位(在Epc 和Epa 之間的中間電位)可確定為－2.16V。這表明Alq可以被－2.16V[vs.Ag/Ag＋ ]的電能還原，而這個能量相當於LUMO能級。這裏，本測量示例中使用的參考電極相對於真空能級的電位能為上述的－4.85[eV]。因此，Alq的LUMO能級可確定為－4.85－(－2.16)＝－2.69[eV]。
(測量示例2：2PCAPA)
在測量示例2中，2PCAPA的還原反應特性透過伏安法(CV)來觀察。掃描速率定為0.1V/sec。圖27顯示了測量結果。注意還原反應特性的測量操作步驟為：先在範圍(1)－0.41V到－2.50V掃描工作電極的電位，然後是範圍(2)－2.50V到－0.41V。如圖27中所示，可以看到還原峰值電位Epc 為－2.21V而氧化峰值電位Epa 為－2.14V。
因此，半波電位(在Epc 和Epa 之間的中間電位)可確定為－2.18V。這表明2PCAPA可以被一個－2.18V[vs.Ag/Ag＋ ]的電能還原，而這個能量相當於LUMO能級。這裏，本測量示例中使用的參考電極相對於真空能級的電位能為上述的－4.85[eV]。因此，2PCAPA的LUMO能級可確定為－4.85－(－2.18)＝－2.67[eV]。注意當比較由上述方法計算得出的Alq和2PCAPA的LUMO能級時，可以發現2PCAPA的LUMO能級比Alq的LUMO能級低0.02[eV]。因此，Alq和2PCAPA非常適合被用作用於控制載流子運動的層。
(測量示例3：香豆素30)
在測量示例3中，香豆素的還原反應特性透過伏安法(CV)來觀察。掃描速率定為0.1V/sec。圖28顯示了測量結果。注意還原反應特性的測量操作步驟為：先在範圍(1)－0.21V到－2.30V掃描工作電極的電位，然後是範圍(2)－2.30V到－0.21V。如圖28中所示，可以看到還原峰值電位Epc 為－2.07V而氧化峰值電位Epa 為－1.99V。
因此，半波電位(在Epc 和Epa 之間的中間電位)可確定為－2.03V。這表明香豆素30可以被－2.03V[vs.Ag/Ag＋ ]的電能還原，而這個能量相當於LUMO能級。這裏，本測量示例中使用的參考電極相對於真空能級的電位能為上述的－4.85[eV]。因此，香豆素30的LUMO能級可確定為－4.85－(－2.03)＝－2.82[eV]。注意當比較由上述方法計算得出的Alq和香豆素30的LUMO能級時，可以發現香豆素30的LUMO能級比Alq的LUMO能級低0.13[eV]。因此，Alq和香豆素30非常適合被用作用於控制載流子運動的層。
202．．．第一電極
203．．．EL層
204．．．第二電極
201．．．基板
211．．．第一層
212．．．第二層
213．．．第三層
214．．．第四層
215．．．第五層
216．．．第六層
221．．．第一有機化合物
222．．．第二有機化合物
217．．．第七層
401．．．基板
402．．．第一電極
403．．．EL層
404．．．第二電極
411．．．第一層
412．．．第二層
413．．．第三層
414．．．第四層
415．．．第五層
416．．．第六層
421．．．第二有機化合物
422．．．第一有機化合物
501．．．第一電極
502．．．第二電極
511．．．第一發光元件
512．．．第二發光元件
513．．．電荷產生層
601．．．源極驅動電路
602．．．像素部份
603．．．閘極驅動電路
604．．．密封基板
605．．．密封構件
607．．．空間
608．．．引線
609．．．FPC
610．．．元件基板
624．．．P通道TFT
611．．．開關TFT
612．．．電流控制TFT
613．．．第一電極
614．．．絕緣體
616．．．EL層
617．．．第二電極
618．．．發光元件
951．．．基板
952．．．電極
953．．．絕緣層
954．．．隔離層
955．．．EL層
956．．．電極
9101．．．機殼
9102．．．支撐座
9103．．．顯示部份
9104．．．揚聲器部份
9105．．．視頻輸入端子
9201．．．主體
9202．．．機殼
9203．．．顯示部份
9204．．．鍵盤
9205．．．外部連接埠
9206．．．定點裝置
9401．．．主體
9402．．．機殼
9403．．．顯示部份
9404．．．音頻輸入部份
9405．．．音頻輸出部份
9406．．．操作鍵
9407．．．外部連接埠
9408．．．天線
9501．．．主體
9502．．．顯示部份
9503．．．機殼
9504．．．外部連接埠
9505．．．遙控接收部份
9506．．．影像接收部份
9507．．．電池
9508．．．音頻輸入部份
9509．．．操作鍵
9510．．．接目鏡部份
901．．．機殼
902．．．液晶層
903．．．背光源
904．．．機殼
905．．．驅動IC
906．．．端子
2001．．．機殼
2002．．．光源
3001．．．室內照明裝置
3002．．．電視機
2201．．．玻璃基板
2202．．．第一電極
2211．．．包含合成材料的層
2212．．．電洞傳輸層
2213．．．發光層
2214．．．用於控制載流子運動的層
2215．．．電子傳輸層
2216．．．電子注入層
2204．．．第二電極
圖1A和1B顯示了本發明實施例模式1中的發光元件。
圖2A和2B顯示了本發明實施例模式1中的發光元件，其具有與圖1A和1B的發光元件不同的堆疊結構。
圖3A到3C顯示了本發明實施例模式1中發光元件的發光方式。
圖4顯示了本發明實施例模式1中發光元件的用於控制載流子運動的層的概念。
圖5A和5B顯示了本發明實施例模式2中發光元件。
圖6A和6B顯示了本發明實施例模式2中發光元件，其具有與圖5A和5B的發光元件不同的堆疊結構。
圖7A到7C顯示了本發明實施例模式2中發光元件的發光方式。
圖8顯示了本發明實施例模式2中發光元件的用於控制載流子運動的層的一個概念。
圖9顯示了本發明實施例模式3中，其中堆疊了多個發光單元的發光元件。
圖10A和10B顯示了本發明實施例模式4中的主動矩陣發光裝置。
圖11A和11B顯示了本發明實施例模式4中的被動矩陣發光裝置。
圖12A至12D是本發明的電子裝置。
圖13顯示了電子裝置，其中使用本發明的發光裝置作為背光源。
圖14顯示了作為本發明的照明裝置的臺燈。
圖15顯示了使用作為本發明照明裝置的室內照明裝置。
圖16顯示了一個實施例的發光元件。
圖17顯示了發光元件1的電流密度與亮度的關係特性圖。
圖18顯示了發光元件1的電壓與亮度的關係特性圖。
圖19顯示了發光元件1的亮度與電流效率的關係特性圖。
圖20顯示了發光元件1的發射光譜圖。
圖21顯示了由恒定電流驅動的發光元件1和參考發光元件2的連續發光測試結果對比圖。
圖22顯示了發光元件3的電流密度與亮度的關係特性圖。
圖23顯示了發光元件3的電壓與亮度的關係特性圖。
圖24顯示了發光元件3的亮度與電流效率的關係特性圖。
圖25顯示了發光元件3的發射光譜圖。
圖26顯示了Alq的還原反應特性圖。
圖27顯示了2PCAPA的還原反應特性圖。
圖28顯示了香豆素30的還原反應特性圖。
201．．．基板
202．．．第一電極
203．．．EL層
204．．．第二電極
211．．．第一層
212．．．第二層
213．．．第三層
214．．．第四層
215．．．第五層
216．．．第六層

Claims (39)

  1. 一種發光元件，包含：第一電極；第二電極；介於該第一電極和該第二電極的電荷產生層；介於該第一電極和該電荷產生層的第一發光單元；介於該第二電極和該電荷產生層的第二發光單元，其中該第一發光單元的發光顏色與該第二發光單元的發光顏色不同，其中該第一發光單元包含：包含具有發光特性的第一物質的發光層；介於該電荷產生層和該發光層之間的第一層，該第一層包含具有載流子傳輸特性的第一有機化合物及用以 減少該第一有機化合物的載流子傳輸特性的第二有機化合物；以及介於該電荷產生層和該第一層之間的第二層，該第二層包含具有載流子傳輸特性的第二物質，其中該第一有機化合物與該第二物質不同。
  2. 如申請專利範圍第1項的發光元件，其中該發光層更包含具有載流子傳輸特性的第三有機化合物，其中該第一有機化合物與該第三有機化合物不同。
  3. 如申請專利範圍第1項的發光元件，其中在該第一層中的該第一有機化合物的重量百分比 大於該第二有機化合物的重量百分比。
  4. 如申請專利範圍第3項的發光元件，其中該載流子是電子，以及其中該第一有機化合物的最低未佔據分子軌道能級和該第二有機化合物的最低未佔據分子軌道能級間的差小於0.3eV。
  5. 如申請專利範圍第3項的發光元件，其中該載流子是電子，其中該第一有機化合物是金屬複合物，以及其中該第二有機化合物是芳香胺化合物。
  6. 如申請專利範圍第3項的發光元件，其中該載流子是電洞，以及其中該第一有機化合物的最高佔據分子軌道能級和該第二有機化合物的最高佔據分子軌道能級間的差小於0.3eV。
  7. 如申請專利範圍第3項的發光元件，其中該載流子是電洞，其中該第一有機化合物是芳香胺化合物，以及其中該第二有機化合物是金屬複合物。
  8. 如申請專利範圍第2項的發光元件，其中在該發光層中的該第三有機化合物的重量百分比大於該第一物質的重量百分比。
  9. 如申請專利範圍第1項的發光元件，更包含介於該第一電極和該發光層間的第三層，該第三層包含： 具有載流子傳輸特性的第四有機化合物；以及用以降低該第四有機化合物的載流子傳輸特性的第五有機化合物，其中在該第三層中的該第四有機化合物的重量百分比大於該第五有機化合物的重量百分比。
  10. 如申請專利範圍第1項的發光元件，更包含介於該第一層和該發光層之間的第三層，該第三層包含具有載流子傳輸特性的第三物質。
  11. 一種發光元件，包含：陽極；陰極；介於該陽極和該陰極間的電荷產生層；介於該陽極和該電荷產生層間的第一發光單元；介於該陰極和該電荷產生層間的第二發光單元，其中該第一發光單元的發光顏色與該第二發光單元的發光顏色不同，其中該第一發光單元包含：包含具有發光特性的第一物質的發光層；介於該電荷產生層和該發光層之間的第一層，該第一層包含具有電子傳輸特性的第一有機化合物及具有電洞傳輸特性的第二有機化合物；以及介於該電荷產生層和該第一層之間的第二層，該第二層包含具有電子傳輸特性的第二物質，其中該第一有機化合物與該第二物質不同。
  12. 如申請專利範圍第11項的發光元件，其中該發光層更包含具有電子傳輸特性的第三有機化合物，其中該第一有機化合物與該第三有機化合物不同。
  13. 如申請專利範圍第11項的發光元件，其中在該第一層中的該第一有機化合物的重量百分比大於該第二有機化合物的重量百分比。
  14. 如申請專利範圍第13項的發光元件，其中該第一有機化合物的最低未佔據分子軌道能級和該第二有機化合物的最低未佔據分子軌道能級間的差小於0.3eV。
  15. 如申請專利範圍第13項的發光元件，其中該第一有機化合物是金屬複合物，以及其中該第二有機化合物是芳香胺化合物。
  16. 如申請專利範圍第13項的發光元件，其中該發光層具有電子傳輸特性。
  17. 如申請專利範圍第13項的發光元件，其中，當該第一有機化合物的偶極矩大小為P1 ，而該第二有機化合物的偶極矩大小為P2 時，滿足關係P1 /P2 ≧3。
  18. 如申請專利範圍第12項發光元件，其中在該發光層中的該第三有機化合物的重量百分比大於該第一物質的重量百分比。
  19. 如申請專利範圍第11項的發光元件，更包含介於該陽極和該發光層間的第三層，該第三層包含： 具有電洞傳輸特性的第四有機化合物；以及具有電子傳輸特性的第五有機化合物，其中在該第三層中的該第四有機化合物的重量百分比大於該第五有機化合物的重量百分比。
  20. 如申請專利範圍第11項的發光元件，更包含介於該第一層和該發光層之間的第三層，該第三層包含具有電子傳輸特性的第三物質。
  21. 一種發光元件，包含：陽極；陰極；介於該陽極和該陰極間的電荷產生層；介於該陰極和該電荷產生層間的第一發光單元；介於該陽極和該電荷產生層間的第二發光單元，其中該第一發光單元的發光顏色與該第二發光單元的發光顏色不同，其中該第一發光單元包含：包含具有發光特性的第一物質的發光層；介於該電荷產生層和該發光層之間的第一層，該第一層包含具有電洞傳輸特性的第一有機化合物及具有電子傳輸特性的第二有機化合物；以及介於該電荷產生層和該第一層之間的第二層，該第二層包含具有電洞傳輸特性的第二物質，其中該第一有機化合物與該第二物質不同。
  22. 如申請專利範圍第21項的發光元件， 其中該發光層更包含具有電洞傳輸特性的第三有機化合物，其中該第一有機化合物與該第三有機化合物不同。
  23. 如申請專利範圍第21項的發光元件，其中在該第一層中的該第一有機化合物的重量百分比大於該第二有機化合物的重量百分比。
  24. 如申請專利範圍第23項的發光元件，其中該第一有機化合物的最高佔據分子軌道能級和該第二有機化合物的最高佔據分子軌道能級間的差小於0.3eV。
  25. 如申請專利範圍第23項的發光元件，其中該第一有機化合物是芳香胺化合物，以及其中該第二有機化合物是金屬複合物。
  26. 如申請專利範圍第23項的發光元件，其中該發光層具有電洞傳輸特性。
  27. 如申請專利範圍第23項的發光元件，其中，當該第一有機化合物的偶極矩大小為P1 ，而該第二有機化合物的偶極矩大小為P2 時，滿足關係P1 /P2 ≦0.33。
  28. 如申請專利範圍第22項發光元件，其中在該發光層中的該第三有機化合物的重量百分比大於該第一物質的重量百分比。
  29. 如申請專利範圍第21項的發光元件，更包含介於該第一層和該發光層間的第三層，該第三層包含具有電洞傳輸特性的第三物質。
  30. 如申請專利範圍第29項的發光元件，其中該第三層與該發光層和該第一層接觸。
  31. 如申請專利範圍第21項的發光元件，更包含介於該陰極和該發光層間的第三層，該第三層包含：具有電子傳輸特性的第四有機化合物；以及具有電洞傳輸特性的第五有機化合物，其中在該第三層中的該第四有機化合物的重量百分比大於該第五有機化合物的重量百分比。
  32. 如申請專利範圍第31項的發光元件，其中該第三層與該發光層接觸。
  33. 如申請專利範圍第1、11和21項中任一項的發光元件，其中介於該第二有機化合物的發射光譜的最高峰值的波長和該第一物質的發射光譜的最高峰值的波長間的差在30nm內。
  34. 如申請專利範圍第1、11和21項中任一項的發光元件，其中該第二有機化合物的發光顏色和該第一物質的發光顏色為相似顏色。
  35. 如申請專利範圍第1、11和21項中任一項的發光元件，其中該第一層與該發光層接觸。
  36. 如申請專利範圍第1、11和21項中任一項的發光元件， 其中該第一層的厚度大於或等於5nm且小於或等於20nm。
  37. 一種發光裝置，包含如申請專利範圍第1、11和21項中任一項的發光元件。
  38. 一種電子裝置，包含顯示部份，該顯示部份包含如申請專利範圍第1、11和21項中任一項的發光元件，其中該電子裝置係由相機、護目鏡式顯示器、導航系統、聲音再現系統、電腦、遊戲機、移動式資訊終端、配備了記錄媒體的影像顯示裝置中所組成之群組選出之一者。
  39. 一種照明裝置，包含如申請專利範圍第1、11和21項中任一項的發光元件。
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