发光元件和发光器件以及发光元件的制备方法

专利名称：发光元件和发光器件以及发光元件的制备方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及一种场致发光元件和一种配有该发光元件的发光器件。本发明还涉及一种制造发光元件的方法。
2.相关技术的描述近年来，对于使用发光有机化合物的发光元件的研究和开发活跃。在该发光元件的基本结构中，包含发光有机化合物的层夹在一对电极之间。通过对该元件施加电压，来自该电极对的电子和空穴被分别地注入包含发光有机化合物的层中，由此电流流通了。然后，这些载流子(电子和空穴)重新结合导致该发光有机化合物形成激发态并且从激发态回到基态时发光。由于这样的机理，这样的发光元件被认为是电流激发的发光元件。注意，有机化合物的激发态可以是单线激发态或三重激发态。从单线激发态发射的光被称为荧光，并且从三重激发态发射的光被称为磷光。由于该发光元件是由有机薄膜制成的，例如，具有大约0.1μm的厚度，因此能够将该发光元件制得又薄又轻是该发光元件的一个很大的优点。另外，由于载流子注入和光发射之间的时间间隔是大约1μsec或更少，所以极快的响应速度是另一个优点。这些特征被认为适合于平板显示器元件。这样的发光元件被制成薄膜状。这样，通过形成大面积的元件可以容易地实现表面发射。该特性几乎不能在使用白炽灯为代表的点光源或LED或以日光灯为代表的线光源的情况下获得。因此，上述发光元件作为用于照明等用途的面光源也具有很高的利用价值。如上所述，使用发光有机化合物的电流激发发光元件被期望应用于发光器件和照明等。然而，还存在很多问题。其中一个问题是减少电力消耗。为了减少功耗，重要的是减少发光元件的激励电压。由于电流激发发光元件的发射强度取决于其中流过的电流的量，因此为了减小激励电压，有必要使大量的电流在低电压下流动。同时，作为发光元件的一种结构，多量子阱结构已经被报导(参考文献1Jingsong H，Kaixia Y，Shiyong L，and Hongjin J，Applied Physics Letters，第77卷，第12期，1750-1752，2000)。根据参考文献1，认为当发光层具有多量子阱结构时，则载流子能有效地重组并且发光效率提高了。一般地，发光元件形成于配有薄膜晶体管(以下简称为TFT)等的基质之上。然而，制备TFT的工艺流程非常复杂，并且容易产生细微的外来杂质；因此，很难除去产生的杂质。当在电极上残留了细微外来杂质的情况下，元件的膜厚度变得不均匀并且无法获得好的发光性。此外，如参考文献1所述，具有多量子阱结构的层的厚度近似地为3nm厚。因此，在多量子阱结构层含有细微外来杂质的情况下，在多量子阱结构中可能会有缺陷。换句话说，多量子阱结构本身变得难以形成，并且可能无法获得多量子阱结构效应。此外，就形成多量子阱结构来说，主要使用汽相淀积法。通过控制蒸发源和基质之间闸门的开/关，可以形成多量子阱结构。然而，当通过控制闸门的开/关形成多量子阱结构时，需要花费更多的时间形成膜，从而生产率会降低。
发明概述考虑到上述问题，本发明的目的之一是提供一种具有高发光效率、较少缺陷并且激励电压较低的发光元件以及含有该发光元件的发光器件。本发明的另一个目的是提供一种比传统方式更简单的制备这种发光元件的方法。本发明人尽其所能地对此进行了研究，并且由此发现可以通过制造一种含有复合材料的层和一种具有多量子阱结构的发光区域的发光元件来解决该问题。本发明的一个方面的发光元件包括含有复合材料的层和置于一对电极之间的发光区域；其中含有复合材料的层包含有机化合物和无机化合物；发光区域包含高发光性材料和高载流子传输性材料，并且其中所含高发光性材料的浓度高于所含高载流子传输性材料的浓度的发光区域和所含高载流子传输性材料的浓度高于所含高发光性材料的浓度的区域交替地层叠。此外，本发明的另一个方面的发光元件包括第一电极，在第一电极之上的含有机化合物和无机化合物的第一层，在第一层之上的包括第一、第二和第三区域的第二层，其中第二区域形成于第一区域和第三区域之间，其中第二层包含高发光性材料和高载流子传输性材料，其中高载流子传输性材料的浓度要高于在第一和第三区域中的高载流子传输性材料的浓度，并且在第二区域中高发光性材料的浓度要高于高载流子传输性材料的浓度。这里，“高发光性”意味着具有比高载流子传输性材料更高的量子产额，而“高载流子传输性”意味着具有比高发光性材料更高的迁移率。高发光性材料优选具有高于30％的量子产额。在上述结构中，高发光性材料的最高被占分子轨道能级要高于高载流子传输性材料的最高被占分子轨道能级，并且高发光性材料的最低空分子轨道能级低于高载流子传输性材料的最低空分子轨道能级。在上述结构中，高发光性材料浓度高于高载流子传输性材料浓度的区域的厚度是20nm或更小，优选是5nm或更小。此外，在上述结构中，高载流子传输性材料浓度高的区域的厚度是20nm或更小，优选是5nm或更小。发光元件包括含有复合材料的层和置于一对电极之间的发光区域；其中含有复合材料的层包含有机化合物和无机化合物；发光区域包含高发光性材料和高载流子传输性材料，并且在该发光区域中，其中高发光性材料分散在高载流子传输性材料中的区域和其中所含高载流子传输性材料的浓度高于所含高发光性材料的浓度的区域是交替层叠的。在上述结构中，高发光性材料的最高被占分子轨道能级要高于高载流子传输性材料的最高被占有分子轨道能级，并且高发光性材料的最低空分子轨道能级低于高载流子传输性材料的最低空分子轨道能级。在上述结构中，其中高发光性材料分散于高载流子传输性材料中的区域的厚度是20nm或更小，优选地是5nm或更小。此外，在上述结构中，高载流子传输性材料的浓度高于高发光性材料的浓度的区域的厚度是20nm或更小，优选地是5nm或更小。在上述结构中，其中高发光性材料分散于高载流子传输性材料中的区域含有0.001wt％到50wt％，优选0.03wt％到30wt％的高发光性材料。在上述结构中，高发光性材料可以是任何一种发荧光的材料或发磷光的材料。注意，就发荧光的材料来说，高发光性材料的三重态能级优选地低于高载流子传输性材料的三重态能级。在上述结构中，高载流子传输性材料可以具有比空穴传输性更高的电子传输性；可供选择地，高载流子传输性材料可以具有比电子传输性更高的空穴传输性。在上述结构中，优选使含有复合材料的层与一对电极相接触。可供选择地，可以提供两个含有复合材料的层以使其分别地和一对电极中的任何一个相接触。
此外，在上述结构中，无机化合物是过渡金属氧化物。具体讲，可以使用二氧化钛、氧化锆、二氧化铪、氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰、或氧化铼之一、或其混合物。在上述结构中，有机化合物具有空穴传输性。具体讲，有机化合物包含芳基胺骨架或咔唑骨架。此外，本发明包括一种具有上述发光元件的发光器件。在本说明书中的发光器件具有发光元件和用于控制发光元件发光的控制装置。具体地，该发光器件包括图像显示器和光源(包括发光系统)。另外，该发光器件包括所有的其中配备了诸如FPC(软性印刷电路)(Flexible Printed Circuit)、TAB(带状自动连接)带(Tape Automated Bonding Tape)或TCP(带式载体封装)(Tape CarrierPackage)之类的连接器的发光器件的组件；其中TAB带或TCP的端部配备了印刷电路板的组件；以及其中用COG(Chip On Glass)法将IC(集成电路)直接装配到发光元件上的组件。此外，本发明将提供一种制造如上所述的发光元件的方法。因此，在一种根据本发明制造发光元件的方法中，使用一种汽相淀积仪，其具有用于固定基质的转板(rotating plate)和用于固定与基质相对的多个蒸发源的座；高发光性材料由第一蒸发源所容纳；高载流子传输性材料由第二蒸发源所容纳；通过旋转转板来改变基质和第一蒸发源之间的距离以及基质和第二蒸发源之间的距离；并且在材料从第一蒸发源和第二蒸发源升华的同时，旋转转板以便在基质上形成含高发光性材料和高载流子传输性材料的层。此外，在一种制造发光元件的方法中，使用一种汽相淀积仪，其具有用于保持基质的座和用于保持与基质相对的多个蒸发源的转板；高发光性材料由第一蒸发源所容纳；高载流子传输性材料由第二蒸发源所容纳；通过旋转转板来改变基质和第一蒸发源之间的距离以及基质和第二蒸发源之间的距离；并且在材料从第一蒸发源和第二蒸发源升华的同时，旋转转板以便在基质上形成包含高发光性材料和高载流子传输性材料的层。在一种根据本发明制造发光元件的方法中，使用一种汽相淀积仪，其具有一个用于保持基质的座，另一个用于保持多个蒸发源的座，和一个具有开口的转板；第一材料由第一蒸发源所容纳；高载流子传输性材料由第二蒸发源所容纳，通过旋转具有开口的转板来改变从第一蒸发源到达基质的材料的量和从第二蒸发源到达基质的材料的量；并且在材料从第一蒸发源和第二蒸发源升华的同时旋转有开口的转板，以使包含第一材料和高载流子传输性材料的层在基质上形成。在一种根据本发明制造发光元件的方法中，使用一种汽相淀积仪，其具有用于保持基质的转板和用于保持多个蒸发源的座；第一材料由第一蒸发源所容纳；第二材料由第二蒸发源所容纳；并且旋转转板，由此当第一蒸发源和基质之间的距离短于第二蒸发源和基质之间的距离时，在基质上形成所含高发光性的第一材料的浓度高于高载流子传输性的第二材料的区域，以及由此当第二蒸发源和基质之间的距离短于第一蒸发源和基质之间的距离时，在基质上形成所含第二材料的浓度高于第一材料的浓度的区域；并且所含第一材料的浓度高于第二材料的浓度的区域和所含第二材料的浓度高于第一材料的浓度的区域是交替形成的。在一种根据本发明制造发光元件的方法中，使用一种汽相淀积仪，其具有用于保持基质的座和用于保持与基质相对的多个蒸发源的转板；第一材料由第一蒸发源所容纳；第二材料由第二蒸发源所容纳；并且旋转转板由此当第一蒸发源和基质之间的距离比第二蒸发源和基质之间的距离更短时，其中含较高浓度的高发光性的第一材料的区域在基质上形成，以及由此当第二蒸发源和基质之间的距离比第一蒸发源和基质之间的距离更短时，其中第二材料的浓度高于第一材料的浓度的区域在基质上形成；并且所含第一材料的浓度高于第二材料的浓度的区域和所含第二材料的浓度高于第一材料的浓度的区域是交替形成的。在一种根据本发明制造发光元件的方法中，使用一种汽相淀积仪，其具有一个用于保持基质的座，另一个用于保持多个蒸发源的座，和一个具有开口的转板；第一材料由第一蒸发源所容纳；第二材料由第二蒸发源所容纳；并且旋转有开口的转板，由此当开口位置距离第一蒸发源比第二蒸发源更近时，其中具有高发光性的第一材料的浓度高于具有高载流子传输性的第二材料的浓度的区域在基质上形成，以及由此当开口位置距离第二蒸发源近比第一蒸发源更近时，其中第二材料的浓度高于第一材料浓度的区域在基质上形成；并且所含第一材料的浓度高于第二材料的浓度的区域与所含第二材料的浓度高于第一材料的浓度的区域是交替形成的。本发明的发光元件包括具有多量子阱结构的发光区域；因此，其发光效率高。此外，增加非发光区域的层的厚度。特别是，增加其中形成TFT等的基质面上的层厚度；从而，具有多量子阱结构的发光区域能够在层上形成，在该层中由电极表面上的微小外界杂质引起的不匀度减小。从而，能够更充分地实现多量子阱结构效应；这样，能够得到具有高发光效率的发光元件。此外，增加非发光区域的层的厚度，从而能够得到其中如电极之间短路等缺陷减少的发光元件。此外，随着抑制激励电压的增加，可以增加非发光区域的层的厚度。因为本发明的发光器件具有高发光效率、较少缺陷和低激励电压的发光元件，所以能够获得低功率耗和较少缺陷的发光器件。此外，因为同传统方法相比，本发明制造发光元件的方法更容易形成多量子阱结构；因而，可以通过使用根据本发明制造发光元件的方法来提高通量。
附图简述

图1A到1C是用于说明本发明的一种发光元件的图。
图2是用于说明本发明的一种发光元件的图。
图3A到3C是用于说明本发明的一种发光元件的图。
图4A到4C是用于说明本发明的一种发光元件的图。
图5A到5C是用于说明本发明的一种发光元件的图。
图6A到6C是用于说明本发明的一种发光元件的图。
图7A和7B是用于说明本发明的一种发光器件的图。
图8是用于说明本发明的一种发光器件的图。
图9A到9E是用于说明使用了本发明发光器件的电子器件的图。
图10是用于说明本发明的一种发光元件的图。
图11A和11B是用于说明本发明的一种发光元件的图。
图12是用于说明本发明的一种制造发光元件的方法的图。
图13是用于说明本发明的一种制造发光元件的方法的图。
图14是用于说明本发明的一种制造发光元件的方法的图。
图15是用于说明本发明制造发光元件的方法的图。
图16A和16B是用于说明本发明的一种发光元件的图。
发明详述将在下面参考附图对根据本发明的实施方案进行描述。本发明不限于下列描述。本发明可以用许多不同的方式来实施，并且本领域技术人员容易理解本文公开的方式和细节可以在不脱离本发明的精神和范围内用多种方式进行变换。应当注意的是本发明不应当被理解为局限于下面实施方案的描述。
实施方案1在该实施方案中，将描述一种用于本发明发光元件的含有复合材料的层。用于本发明发光元件的含有复合材料的层包含有机化合物和无机化合物。含有复合材料的层中所包含的有机化合物优选具有优异的空穴传输性的物质。特别是，可以使用具有芳基胺骨架的有机材料，如芳香族胺化合物(即含有苯环-氮键)，例如4，4′-二(N-{4-[N，N′-二(3-甲基苯基)氨基]苯基}N-苯基氨基)联苯(缩写为DNTPD)、4，4′-二[N-(4-二苯基氨基苯基)--N-苯基氨基]联苯(缩写为DPAB)、N，N′-二(3-甲基苯基)-N，N′-二苯基-[1，1′-联苯]-4，4′-二胺(缩写为TPD)、4，4′-二[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(缩写为a-NPD)、4，4′-二[N-(9，9-二甲基芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(缩写为DFLDPBi)、4，4′-二[N-(4-联苯基)-N-苯基氨基]联苯(缩写为BBPB)、1，5-二(二苯基氨基)萘(缩写为DPAN)、4，4′，4″-三(N，N-二苯基氨基)三苯胺(缩写为TDATA)和4，4′，4″-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯胺(缩写为MTDATA)。可选择地，优选使用具有咔唑骨架的有机材料，例如，可以使用的化合物有N-(2-萘基)咔唑(缩写为NCz)、4，4′-二(N-咔唑基)联苯(缩写为CBP)、9，10-二[4-(N-咔唑基)苯基]蒽(缩写为BCPA)、3，5-二[4-(N-咔唑基)苯基]联苯(缩写为BCPB)或1，3，5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(缩写为TCPB)。注意，也可以使用其他材料，只要其传输空穴比电子容易。此外，作为在含有复合材料的层中所包含的无机化合物，优选过渡金属氧化物，具体而言，可以使用氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰或氧化铼等。特别优选氧化钒、氧化钼、氧化钨和氧化铼，因为其具有高电子接受能力。在所有这些中，优选氧化钼，因为其在环境大气下是稳定的并且其容易处理。注意，在本发明的发光元件中的含有复合材料的层可以通过汽相淀积法制造。注意，氧化钼很容易在真空中蒸发，所以就制造方法而言其是优选的。用于本发明的复合材料有很高的传导性，因为其中已经产生了载流子；从而，发光元件能够被低电压驱动。此外，即使在含有复合材料的层的厚度增加的情况下，也能够抑制发光元件的激励电压的增加。因此，通过增加含有复合材料的层的膜厚度，可以减少在基质上由于细微外来杂质而引起的不匀度，因此可以在不匀度减少的平坦层上形成具有多量子阱结构的发光区域。这样，可以形成具有较少缺陷的多量子阱结构，可以更有效地发挥多量子阱结构效应，并且可以得到具有高发光效率的发光元件。
此外，即使在含有复合材料的层的膜厚度增加的情况下，也能够抑制发光元件的激励电压的增加。从而，即使在多量子阱结构发光区域之上形成含有复合材料的层，也能够抑制激励电压的增加。此外，当在发光区域上部位置提供一层含有复合材料的层的情况下，即使另一电极由溅射等形成时，也能够减小对发光区域的破坏。从而，即使在形成多量子阱结构发光区域后，也可以减少在后续的制造步骤中的损害，因此可以保护多量子阱结构。另外，用于本发明发光元件的含有复合材料的层可以同电极形成欧姆接触，并和电极有低接触电阻。因此，可以在不考虑功函等的情况下来选择电极材料。换句话说，电极材料可以从较宽范围的材料中挑选。
实施方案2在该实施方案中，将描述在本发明发光元件中具有多量子阱结构的发光区域。本发明发光元件的发光区域具有多量子阱结构。具体讲，将几乎不结晶的高载流子传输材料(以下简称为主材料)和高发光性材料(以下简称为客材料)复合形成该结构。作为高载流子传输性材料，可以使用，例如，硅化合物如四苯基硅烷或四(3-甲基苯基)硅烷，蒽衍生物如9，10-二苯基蒽或9，10-二(2-萘基)蒽，二蒽基衍生物如10，10′-二苯基9，9′-双蒽，芘衍生物如1，3，6，8-四苯基芘，咔唑衍生物如4，4′-二(N-咔唑基)联苯，唑衍生物如4，4′-二(5-甲基苯并恶唑-2-基)芪，芪衍生物如4，4′-二(2，2-二苯基乙基)联苯。可选择地，可以使用高电子传输性材料，例如，典型的金属配合物如三(8-羟基喹啉根)合铝(缩写为Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉根)合铝(缩写为Almq3)、二(10-羟基苯并[h]-羟基喹啉根)合铍(缩写为BeBq2)、二(2-甲基-8-羟基喹啉根)·(4-羟基-联苯基)合铝(缩写为BAlq)、二[2-(2’-羟基苯基)苯并唑基]合锌(缩写为Zn(BOX)2)和二[2-(2’-羟基苯基)-苯并噻唑基]合锌(缩写为(Zn(BTZ)2)。此外，可以使用三唑衍生物如3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑，菲咯啉衍生物如红菲绕啉或10-菲罗啉。作为一种选择，可以使用聚合材料如聚(N-乙烯基咔唑)或聚(亚苯基亚乙烯基)。注意，高载流子传输性材料的HOMO(最高被占分子轨道)能级优选低于高发光性材料的HOMO能级，并且高载流子传输性材料的LUMO(最低空分子轨道)能级优选高于高发光性材料的LUMO能级。例如，高载流子传输性材料的HOMO能级优选为从-5.3eV到-6.0eV，并且LUMO能级优选为从-2.0eV到-2.6eV。作为高发光性材料，可以使用发荧光材料或发磷光材料。作为发光材料，具体讲，可以使用香豆素衍生物如香豆素6或香豆素545T，喹吖啶酮衍生物如N，N′-二甲基喹吖啶酮，或吖啶酮衍生物如N，N′-二苯基喹吖啶酮、N-苯基吖啶酮或N-甲基吖啶酮，稠合的芳族化合物如红荧烯、9，10-二苯基蒽或2，5，8，11-四-叔丁基苝，吡喃衍生物如4-二氰基亚甲基2-[对-(二甲基氨基)苯乙烯基]6-甲基-4H-吡喃，胺衍生物如4-(2，2-二苯基乙烯基)三苯基胺。作为发磷光物质，可以使用铱配合物如双{2-(4-甲苯基)吡啶}·乙酰丙酮酸根合铱(III)或双{2(2′-苯并噻吩基)吡啶}·乙酰丙酮酸根合铱(III)。注意，高发光性材料的HOMO(最高被占分子轨道)能级优选高于高载流子传输性材料的HOMO能级，并且高发光材料的LUMO(最低空分子轨道)能级优选低于高载流子传输性材料的LUMO能级。将高发光性材料加入高载流子传输性材料中从而形成发光区域。本发明发光元件的发光区域具有多量子阱结构，其中高载流子传输性材料浓度高于高发光性材料浓度的区域和高发光性材料分散在高载流子传输性材料中的区域是交替层叠的。换句话说，高发光性材料的浓度在该结构中呈现周期性变化。具体讲，在高发光性材料分散于高载流子传输性材料中的区域，将高发光性材料按0.001wt％到50wt％，优选0.03wt％到30wt％的比例加入。注意，高载流子传输性材料浓度高于高发光性材料浓度的区域和高发光性材料分散在高载流子传输性材料中的区域是交替层叠的。各区域厚度优选为20nm或更小，更优选为5nm或更小。可选择地，尽管将高发光性材料分散在高载流子传输性材料中，但是可以形成高发光性材料浓度高于高载流子传输性材料浓度的区域。具体讲，可以使用这样一种结构，其中高发光性材料浓度高于高载流子传输性材料浓度的区域，与高载流子传输性材料浓度高于高发光性材料浓度的区域交替层叠。同样在这种情况下，高发光性材料的浓度在该结构中也呈周期性的变化。所含高载流子传输性材料的浓度高于高发光性材料的浓度的区域和所含高发光性材料的浓度高于高载流子传输性材料的浓度的区域交替层叠。每一区域的厚度优选为20nm或更小，更优选为5nm或更小。本文中，作为高载流子传输性材料和高发光性材料的结合使用，高发光性材料的HOMO(最高被占分子轨道)能级优选高于高载流子传输性材料的HOMO能级，并且高发光材料的LUMO(最低空分子轨道)能级优选低于高载流子传输性材料的LUMO能级是必要的。当满足这种条件时，可以形成多量子阱结构。此外，当发磷光材料作为高发光性材料使用时，发磷光材料的三重态能级需要低于高载流子传输性材料的三重态能级。此外，优选高载流子传输性材料的发射光波长区域同高发光性材料的吸收波长区域相重叠。尤其当高载流子传输性材料的发射光波长区域同高发光性材料的吸收波长区域重叠大时，从高载流子传输性材料向高发光性材料传递能量更有效率，其是优选的。
实施方案3参考图12到15，用于实现本发明的一种汽相淀积仪和用该汽相淀积仪制造具有多量子阱结构的发光区域的方法。
在该实施方案使用的汽相淀积仪中，具有一个处理室1001，在其中物体被汽相淀积，和一个转运室1002。使物体穿过转运室1002而被转运到处理室1001。转运室1002配有一个臂1003用于运送物体(图15)。如图12所示，在处理室1001中，提供了一个用于固定物体的座，一个充满了第一材料的蒸发源1011a，和一个充满了第二材料的蒸发源1011b。在图12中，承载物体的座包括第一转板1012，其绕轴1013旋转，和配备在第一转板1012上的多个第二转板1014a到1014d。第二转板1014a到1014d独立地绕轴旋转，所述轴是与轴1013分开来为每个第二转板提供的。将物体1015a到1015d配置于第二转板1014a到1014d上。在图12中，物体1015a被承放在第二转板1014a上，物体1015b被承放在第二转板1014b上，物体1015c被承放在转板1014c上，物体1015d被承放在第二转板1014d上。如下形成发光区域。首先，通过加热使装在蒸发源1011a和1011b中的材料升华。然后，使承放物体的第一转板1012和第二转板1014a到1014d旋转。如图12所示，当物体1015a和蒸发源1011a之间的距离小于物体1015a和蒸发源1011b之间的距离时，每种材料沉积在物体1015a上以使第一材料的浓度高于第二材料的浓度。另一方面，当物体1015c和蒸发源1011b之间的距离小于物体1015c和蒸发源1011a之间的距离时，每种材料沉积在物体1015c上以使第二材料的浓度高于第一材料的浓度。接着，如果通过转动第一转板1012来改变第二转板1014a在处理室1001内的位置，则将物体1015a置于图12的第二转板1014c的位置，并且物体1015a和蒸发源1011b之间的距离变得小于物体1015a和蒸发源1011a之间的距离。在这种情况下，每种材料沉积在物体1015a上以使第二材料的浓度高于第一材料的浓度。用这样的方式，通过改变物体1015a至1015d相对于蒸发源1011a和1011b的位置，可以在物体1015a至1015d上形成发光区域，该发光区域含有多个分别具有不同浓度比的材料的区域。在本文中，含有复合材料的层所包括的各区域在层叠方向(例如，厚度方向)上的厚度(浓度比变化的一个周期性长度)可以通过控制第一转板1012等的转速进行适当改变。例如，当第一转板1012的转速增加时，第一材料和第二材料的浓度比周期性变化的一个循环周期变短。另外，通过固定第一转板102的转速，同时加大从蒸发源1011a和蒸发源1011b的沉积率时，能够使第一材料相对于第二材料的浓度比周期性变化的一个循环周期变长。从而，通过使用该实施方案所描述的汽相淀积仪，以及例如，通过使用高发光性材料作为第一材料和使用高载流子传输性材料作为第二材料，能够形成具有多量子阱结构的发光区域，其含有高发光性材料和高载流子传输性材料。此外，就形成多量子阱结构来说，构思了一种方法，在该方法中打开或关闭在蒸发源和物体之间的闸门以形成各区域。然而，通过使用本发明的方法可以更容易地形成多量子阱结构。从而，可以高效率地制造具有多量子阱结构的发光元件。注意，在图12所示的结构中，第一转板和第二转板每个都可以独立地旋转。例如，可以仅在旋转第一转板时进行汽相淀积。对第一转板1012和第二转板1014a至1014d的形状没有特别的限定，除了如图12所示的圆形以外，还可以使用如四边形这样的多边形。另外，虽然第二转板1014a至1014d不是必要的，但是提供第二转板1014a至1014d将减少在物体上所形成的层等的厚度变化等。处理室1001的结构不局限于图12所示的一种，例如，可以使用如图13所示的结构，其中可以改变蒸发源的位置。在图13中，安装了蒸发源1021a和1021b，并且以轴1027为中心旋转的转板1026面对用来承放物体的座1022。座1022承放物体1025a至1025d。蒸发源1021a承放第一材料，而蒸发源1021b承放第二材料。当各蒸发源处于使蒸发源1021a比蒸发源1021b离物体1025a更近的位置时，每种材料沉积在物体1025a上，用这样的方式使第一材料的浓度高于第二材料。当转板1026旋转到使蒸发源1021b比蒸发源1021a离物体1025a更近的位置时，每种材料沉积在物体1025a上，用这样的方式使第二材料的浓度高于第一材料。用这样的方式，汽相淀积仪可以具有一种结构，其中通过改变蒸发源的位置来改变各蒸发源相对于物体的位置。也就是说，可以提供蒸发源和物体从而改变相互之间的位置。在图13的结构中，当蒸发源1021a和蒸发源1021b的转速增加时，第一材料和第二材料的浓度比周期性变化的一个循环周期变短。换句话说，高发光性材料和高载流子传输性材料的浓度比周期性变化的一个循环周期变短。可以使用一种如图14所示结构代替图12和图13所示结构，其中在蒸发源和座之间提供一个具有开口的转板，并且转板的开口位置是变化的。在图14中，将用于承放第一材料的蒸发源1031a和用于承放第二材料的蒸发源1031b配置成与座1032相对，并且转板1038具有一个夹在其间的开口1040。转板1038以轴1039为中心旋转从而开口1040的位置通过旋转而改变。当开口1040位于离蒸发源1031a比离蒸发源1031b更近时，在第一材料比第二材料浓度高的状态下，气体沿着从座1032到开口1040的方向扩散，从而各材料沉积到承放在座1032上的物体1035上，致使第一材料的浓度比第二材料高。当转板1038旋转到开口1040离蒸发源1031b比离蒸发源1031a更近的位置时(例如，假设开口处于如虚线1041所指位置)，各材料沉积在物体1035上，用这样的方式使第二材料的浓度比第一材料高。
在图22所示结构中，当转板1038的转速增加时，第一材料和第二材料的浓度比周期性变化的一个循环周期变短。换句话说，高发光性材料和高载流子传输性材料的浓度比周期性变化的一个循环周期变短。按照这样的方式，通过改变蒸发源和物体相互之间的位置，可以形成含有复合材料的层。除了蒸发源，还通过改变物体和位于起掩模作用的转板上的开口相对位置，可以形成含有复合材料的层。注意，汽相淀积仪的结构不限于图15所示的一种，例如可以使用一种具有用于密封发光元件的密封室的结构。此外，用于施行汽相淀积的处理室的数目不限于一个，可以提供两个或更多个处理室。注意，在使用第一材料和第二材料的情况下蒸发源的沉积速率可以相同或不同。例如，使高载流子传输性材料的沉积速率和高发光性材料的沉积速率大致相同。在这种情况下，如图16A所示，所含高载流子传输性材料浓度高于高发光性材料浓度的区域和所含高发光性材料高于高载流子传输性材料浓度的区域是交替层叠的。作为替换，可以增加高载流子传输性材料的沉积速率，并且减小高发光性材料的沉积速率。在这种情况下，如图16B所示，所含高载流子传输性材料浓度高于高发光性材料浓度的区域和高发光性材料分散于高载流子传输性材料中的区域是交替层叠的。注意，不同浓度比周期性变化的一个循环周期取决于基质和蒸发源之间的距离、蒸发源之间的距离、基质和旋转轴之间的距离等，以及基质的转速和沉积速率；因此，对于每个仪器可以适当地设置最优值。注意，根据基质的大小，蒸发源之间的距离优选是基质中心和旋转轴之间距离的两倍。例如，就使用12厘米×12厘米的基质来说，当基质和蒸发源之间的距离设置在20厘米到40厘米时，蒸发源和蒸发源之间的距离为15厘米到30厘米，基质旋转轴中心之间的距离为8厘米到15厘米，沉积速率为0.2到2.0纳米/秒，和转速为4rpm到12rpm，从而形成多量子阱结构。实施方案4在这个实施方案中，将描述本发明的发光元件。本发明的发光元件在一对电极之间具有多个层。该多个层是由高载流子注入性或高载流子传输性材料形成的各层层叠形成的，因此发光区域远离电极，也就是说，载流子在远离电极的部位重新结合。此外，本发明的发光元件在发光区域中具有多量子阱结构。将参考图1A描述本发明的发光元件的一种方式。在该实施方案中，通过依次层叠第一电极102、第一层103、第二层104、第三层105、第四层106和第二电极107而形成发光元件。注意，在该实施方案中，以下将描述第一电极102作为阳极而第二电极107作为阴极。基质101用做发光元件的载体。基质101可以使用例如玻璃、塑料等形成。注意，也可以使用其它材料，只要其能够在该制造方法中用作发光元件的载体。可以通过使用多种金属、合金、导电化合物或这些材料的混合物来形成第一电极102。例如，可以通过使用铟锡氧化物(ITO)、含硅铟锡氧化物、由氧化铟与2到20wt％的氧化锌(ZnO)混合而得到的IZO(铟锌氧化物)、含0.5到5wt％的氧化钨和0.1到1wt％的氧化锌的氧化铟(IWZO)等形成第一电极102。虽然这些导电的金属氧化物膜通常通过溅射形成，但也可以应用溶胶-凝胶法等方法形成。作为一种选择，可以通过使用金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、钛(Ti)、铜(Cu)、钯(Pd)、铝(Al)、铝-硅(Al-Si)、铝-钛(Al-Ti)、铝-硅-铜(Al-Si-Cu)、金属氮化物材料如TiN等形成第一电极102。注意，就将第一电极作为反射电极使用，和从第二电极抽取光的情况来说，第一电极优选由高反射率材料形成，例如，优选使用铝(Al)、铝-硅(Al-Si)或铝-钛(Al-Ti)。第一层103是实施方案1所述的含有复合材料的层。特别是，第一层103是含有有机化合物和无机化合物的层。第二层104是由高空穴传导特性材料形成的层，特别是，优选芳香族胺化合物(即，含有苯环-氮键)。例如，可以使用星爆式(starburst)芳香族胺化合物如4，4′-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-联苯、其衍生物4，4′-二[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]-联苯(缩写为NPB)、4，4′，4″-三(N，N-二苯基-氨基的)-三苯胺、或4，4′，4″-三[N-(3-甲苯基)-N-苯基-氨基]-三苯基胺。本文所述的每种物质大部分具有10-6m2/Vs或更高的空穴迁移率。注意，可以使用其它材料，只要其空穴传输性高于电子传输性。注意，第二层104不限于单层，而可以是一种含有两个或更多的由上述材料所形成的层的叠层。第三层105是实施方案2中描述的具有多量子阱结构的发光区域。具体讲，将几乎不结晶的高载流子传输材料和高发光性材料复合形成该结构。第四层106是高电子传输性层，例如，含有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属配合物如三(8-羟基喹啉)合铝(缩写为Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)合铝(缩写为Almq3)、二(10-羟基苯并[h]羟基喹啉)合铍(缩写为BeBq2)、或二(2-甲基-8-羟基喹啉)·(4-羟基-联苯基)合铝(缩写为BAlq)，可以使用一般的含有唑配位体或噻唑配位体的金属配合物如二[2-(2’-羟基苯基)-苯并唑基]合锌(缩写为Zn(BOX)2)或二[2-(2’-羟基苯基)-苯并噻唑基]合锌(缩写为(Zn(BTZ)2)。碳氢化合物如9，10-二苯基蒽或4，4′-二(2，2-二苯基乙基)联苯也是优选的。可选择地，除了这样的金属配合物，可以使用下列2-(4-联苯)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-二唑(缩写为PBD)；1，3-二[5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-二唑-2-基]苯(缩写为OXD-7)；3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1，2，4-三唑(缩写为TAZ)；3-(4-联苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，2，4-三唑(缩写为p-EtTAZ)；红菲绕啉(缩写为BPhen)；10-菲罗啉(缩写为BCP)；等等。本文所述的每种材料大部分具有10-6cm2/Vs或更高的电子迁移率。注意，可以使用其它材料，只要其电子传输性高于空穴传输性。注意，第四层106不限于单层，而可以是一种含有两个或更多的由上述材料所形成的层的叠层。第二电极107可以由低功函(3.8eV或更低)材料形成，如由金属、合金、导电化合物或它们的混合物形成。作为这样阴极材料的具体的例子，有属于周期表第1或2族的金属，即碱金属如锂(Li)或铯(Cs)，碱土金属如镁(Mg)、钙(Ca)、或锶(Sr)，合金包括这样的金属(MgAg或AlLi)，稀土金属如铕(Eu)或镱(Yb)或合金或含有这些的类似物。然而，通过提供能促进电子注入到第二电极107上的层，使得其位于第二电极107和第四层106之间，如铝、银、ITO或含硅ITO等多种导电性材料可以被用于第二电极107而不考虑功函的值。注意，具有促进电子注入的功能的层包括碱金属化合物如氟化锂(LiF)或氟化铯(CsF)或碱土金属化合物如氟化钙(CaF2)。作为一种选择，第二电极107可以由其中混入了碱金属或碱土金属的电子传输性材料形成的层形成，例如，可以使用其中混入了镁(Mg)的Alq3。第二层104和第四层106可以由已知的方法形成，如由汽相淀积、喷墨法或旋涂法形成。另外，各电极或层可以由不同的汽相淀积法形成。注意，第三层105优选用实施方案3中描述的方法形成。在具有上述结构的本发明发光元件中，电流按照第一电极102和第二电极107之间产生的电势差流动，从而空穴和电子在第三层105中重新结合，该层是含有高发光性材料的层；由此实现发光。换句话说，在第三层105中形成了发光区域。将更详细地描述本发明发光元件的能级。图11展示了图1所示的本发明发光元件的能级示意图。在图11中，从第一电极102注入的空穴如实施方案1所示，穿过含第一层103的复合材料和含高空穴传输性材料的第二层104而被传输到第三层105的发光区域。从第二电极107注入的电子穿过含高电子传输性材料的第四层106而被传输到第三层105的发光区域。在第三层105中，空穴和电子重新结合而发出光。第三层105具有多量子阱结构，并含有高发光性材料和高载流子传输性材料，如实施方案2所示。图11A展示了一种结构，其中所含高载流子传输性材料的浓度高于所含高发光性材料的浓度的区域和高发光性材料分散在高载流子传输性材料中的区域是交替层叠的。在图11A中，所含高载流子传输性材料浓度高于所含高发光性材料浓度的区域作为分隔墙111，并且高发光性材料分散其中的区域充当阱112。空穴注入到第三层105即发光区域，进入含有高浓度发光性材料的区域(阱)，并和电子重新结合。穿过第一个阱的空穴进入第二个阱，并和电子重新结合。当大量的阱形成时，空穴被截留在阱中，从而同电子的重新结合率得到提高。这也适合于电子，电子进入含有高浓度高发光性材料的区域(阱)，并同空穴相结合。穿过第一个阱的电子进入第二个阱，并同空穴重新结合。当大量的阱形成时，空穴被截留在阱中，并且同空穴的重新结合率得到提高。这样，空穴和电子的重新结合率得到提高，从而发光效率得到提高。图11B展示了一种结构，其中所含高载流子传输性材料浓度高于高发光性材料浓度的区域和所含高发光性材料浓度高于高载流子传输性材料浓度的区域是交替层叠的。如图11A中，高载流子传输性材料浓度高于高发光性材料浓度的区域作为分隔墙121，并且所含高发光性材料浓度高于高载流子传输性材料浓度的区域作为阱122。从而，注入到第三层105即发光区域的空穴进入发光性材料浓度高的区域(阱)，并和电子重新结合。穿过第一个阱的空穴进入第二个阱，并和电子重新结合。当大量的阱形成时，空穴被截留在阱中，并且同电子的重新结合率得到提高。这也适合于电子，电子进入含有高浓度高发光性材料的区域(阱)，并同空穴相结合。穿过第一个阱的电子进入第二个阱，并同空穴重新结合。当大量的阱形成时，空穴被截留在阱中，并且同空穴的重新结合率得到提高。这样，空穴和电子的重新结合率得以提高，从而发光效率得以提高。光穿过第一电极102和第二电极107中的一个或两个向外发射。从而，第一电极102和第二电极107中的一个或两个由透射光的物质形成。在仅第一电极102是由透射光的物质形成的情况下，光穿过第一电极102从基质面发出，如图1A所示。可替换的使，在仅第二电极107是由透射光的物质形成的情况下，光穿过第二电极107从基质的相对面发出，如图1B所示。此外作为替换，在第一个电极102和第二电极107两者均是由发光物质形成的情况下，光穿过第一电极102和第二电极107而从基质面和基质的相对面发出，如图1C所示。注意，位于第一电极102和第二电极107之间的层的结构不限于上述。可以使用其它任何结构，只要其在具有多量子阱的结构中空穴和电子重新结合的发光区域远离第一电极102和第二电极107，以免由于发光区域位于接近金属的位置而光猝灭，并且在电极和发光区域之间提供本发明的含有复合材料的层。换句话说，对层的叠层结构无特别的限定，并且本发明的含有复合材料的层可以自由地与高电子传输性物质、高空穴传输性材料、高电子注入性材料、高空穴注入性材料、双极性物质(兼备高电子传输性和高空穴传输性的材料)等形成的层相结合。另外，可以在第一电极102上提供一层由氧化硅膜等形成的层来控制载流子重新结合的部位。图2所示的发光元件具有一种结构，其中用作阴极的第一电极302、由高电子传输性材料形成的第一层303、含高发光性材料的第二层304、具有高空穴传输性的第三层305、作为本发明含有复合材料的层的第四层306和用作阳极的第二电极307依次层叠。注意参考数字301表示基质。在该实施方案中，发光元件是在玻璃、塑造等制成的基质上形成的。通过在一个基质上形成多个这样的发光元件，可以制造一种无源矩阵发光器件。作为替换，该发光元件可以在具有薄膜晶体管(TFT)阵列上而不是上述的玻璃、塑造等制成的基质上形成。从而，可以制造一种有源矩阵发光器件，其发光元件的驱动是由TFTs控制的。注意对每个TFT的结构无特别的限定。其可以是交错型TFT或反转交错型TFT。至于形成于TFT阵列基质之上的激励电路，可以使用N通道晶体管和p通道晶体管的一种或两种。由于本发明的含有复合材料的层在层叠方向具有高导电性，即使含有复合材料的层形成一定的厚度，也可以抑制激励电压的增加。此外，关于本发明的发光元件，在含有复合材料的层的厚度增加的情况下，可以抑制发光元件的激励电压的增大。因此，通过增加含有复合材料的层的膜厚度，可以减少由于基质上细微外来杂质引起的不匀度，因此具有多量子阱结构的发光区域可以在一种减少了不匀度的层上形成。这样，可以形成具有较少缺陷的多量子阱结构，可以发挥出多量子阱结构效应并且可以得到高发光效率的发光元件。此外，即使在膜厚度增厚的情况下，用于本发明的复合材料也可以抑制激励电压的增大，这样，可以将含有复合材料的层的膜厚度最优化以便在抑制激励电压增大的同时，提高向外发射的光的提取率。此外，通过控制含有复合材料的层的膜厚度而不增加激励电压可以比较容易地进行光学设计；这样，可以提高发射光的色纯度。此外，由于增加含有复合材料的层的厚度可以防止由于细微外来杂质、外部震动等引起的短路，因而可以获得高可靠性的发光元件。例如，一般的发光元件中电极对之间的层具有100到150纳米的厚度；同时，在本发明的发光元件中电极对之间的层(包括含有复合材料的层)可以形成100到500纳米，优选200到500纳米的厚度。用于本发明发光元件的含有复合材料的层能够形成与电极的欧姆接触；因此，与电极的接触电阻是低的。这样，可以不考虑功函等来选择电极材料。从而，可以增宽电极材料的选择范围。
实施方案5
在该实施方案中，将参照图5A至5C和图6A至6C来描述不同于实施方案4中所示结构的发光元件。在该实施方案所示的结构中，可以使本发明的含有复合材料的层与用作阴极的电极相接触。图5A展示了本发明发光元件的一种结构。第一层411、第二层412和第三层413依次层叠，其夹在第一电极401和第二电极402之间。该实施方案将描述其中第一电极401用作阳极而第二电极402用作阴极的情况。第一电极401和第二电极402可以具有同实施方案4相同的结构。另外，第一层411是含有高发光性材料和高载流子传输性材料的层。特别地，可以应用实施方案2中所描述的结构。此外，第一层411可以同时含有高空穴注入性材料、高空穴传输性材料、高电子传输性材料等。第二层412是含有选自电子给体物质的化合物和含有高电子传输性材料的层，而第三层413是实施方案1所示的含有复合材料的层。第二层412所包含的电子给体物质优选碱金属、碱土金属、或其氧化物或盐。特别地，可以使用锂、铯、钙、氧化锂、氧化钙、氧化钡或碳酸铯等。对于这样的结构，如图5A所示通过施加电压，电子在第二层412和第三层413之间的分界面附近被给予/接受；这样，产生电子和空穴。此时，第二层412传输电子至第一层411，而第三层413传输空穴至第二电极402。从而，第二层412和第三层413共同起载流子生成层的作用。另外，第三层413也具有传输空穴到第二电极402的作用。因为即使第三层413形成得厚，也可以防止激励电压增加，所以可以自由地设置第三层413的厚度并可以提高从第一层411发射的光的提取效率。另外，可以设置第三层413的厚度从而提高从第一层411发出的光的色纯度。此外，增厚的第三层413可以防止由于细微的外来杂质、外部震动等引起的短路。
以图5A为例，如果第二电极402是由溅射沉积的，可以减少对第一层411即具有多量子阱结构的发光区域的损害。注意，通过改变第一电极401和第二电极402的材料，该实施方案的发光元件也可以含有多种结构。图5B和5C和图6A至6C展示了其示意图。注意，在图5A中同样的参考数字被用于图5B和5C和图6A至6C中。参考数字400表示用于支撑本发明的发光元件的基质。图5A至5C展示了实例，其中第一层411、第二层412和第三层413是在基质400上依次形成的。当形成第一电极401来传输光和形成第二电极402来遮蔽光(尤其是反射光)时，光可以从如图5A所示的基质400面射出。当形成第一电极401来遮蔽光(尤其是反射光)和形成第二电极402来传输光时，光可以从如图5B所示的基质400的相对面射出。此外，当形成第一电极401和第二电极402两者来传输光时，光可以从如图5C所示的基质400面和其相对面射出。图6A至6C展示了实例，其中第三层413、第二层412和第一层411是在基质400上依次形成的。当形成第一电极401来遮蔽光(尤其是反射光)和形成第二电极402来传输光时，光可以从如图6A所示的基质400面射出。当形成第一电极401来传输光和形成第二电极402来遮蔽光(尤其是反射光)时，光可以从如图6B所示的基质400的相对面射出。此外，当形成第一电极401和第二电极402两者来传输光时，光可以从如图6C所示的基质400面和其相对面射出。注意，在该实施方案中，发光元件可以是通过已知方法制造的而不限于湿法工艺或干法工艺。然而，包含高发光性材料和高载流子传输性材料的层优选用实施方案3所示的方法形成。另外，可以或者用图5A至5C所示的方式形成发光元件，其中第一电极401、第一层411、第二层412、第三层413和第二电极402依次层叠，或者用图6A至6C所示的方式形成发光元件，其中第二电极402、第三层413、第二层412、第一层411和第一电极401依次层叠。注意该实施方案可以适当地与其他实施方案结合。实施方案6在该实施方案中，发光元件所具有的结构不同于在实施方案4和实施方案5中参照图3A至3C和图4A至4C所描述的结构。在该实施方案所示的结构中，可以提供各个含有复合材料的层使其分别同发光元件的两个电极相接触。图3A展示了本发明发光元件的一种结构。第一层211、第二层212、第三层213和第四层214依次层叠，其夹在第一电极201和第二电极202之间。该实施方案图示了第一电极201用作阳极，而第二电极202用作阴极的情况。第一电极201和第二电极202可以具有同实施方案4相同的结构。另外，第一层211是实施方案1所示的含有复合材料的层，并且第二层212是含有高发光性和高载流子传输性材料的层。特别是，可以使用实施方案2中描述的一种结构。此外，第二层212可以是包含高空穴注入性材料、高空穴传输性材料和高电子传输性材料等的层。第三层213是含有高给电子性的材料和高电子传输性材料的层，而214是实施方案1中所示的含有复合材料的层。包含于第三层213中的电子给体材料优选是碱金属、碱土金属、其氧化物或盐。具体地，有锂、铯、钙、氧化锂、氧化钙、氧化钡或碳酸铯等。对于这样的结构，如图3A所示通过施加电压，电子在第三层213和第四层214之间的分界面附近被给予/接受，并且产生电子和空穴。此时，第三层213将电子传输至第二层212，而第四层214将空穴传输至第二电极202。也就是说，第三层213和第四层214共同地起载流子生成层的作用。另外，第四层214也有将空穴传输到第二电极202的作用。注意通过在第四层214和第二电极202之间提供另一套的第二层和第三层，可以形成一个串联的发光元件。
因为即使第一层211和第四层214形成得厚，也可以阻止激励电压增加，第一层211和第四层214的厚度可以自由设定，并且可以提高从第二层212发出的光的提取率。另外，可以设置第一层211和第四层214的厚度从而提高从第二层212发出的光的色纯度。在该实施方案的发光元件中，在具有发光功能的第二层和阳极之间的层，以及在第二层和阴极之间的层能够形成得相当厚；因此，可以有效地防止发光元件的短路。以图3A为例时，如果第二电极202是通过溅射法沉积的，可以减少对第二层212即具有多量子阱结构的发光区域的损害。此外，通过使用相同的材料来形成第一层211和第四层214，可以在发光功能层的相对面上提供由相同材料形成的层；因此，可以抑制由于应力而导致的变形。注意，通过改变第一电极201和第二电极202的材料，该实施方案的发光元件还可以含有多种结构。图3B和3C和图4A至4C展示了其示意图。注意，在图3A中同样的参考数字被用于图3B和3C和图4A至4C中。参考数字200表示用于支撑本发明的发光元件的基质。在图3A至3C展示的实例中，在基质200上依次形成第一层211、第二层212、第三层213和第四层214。当形成第一电极201来传输光，并形成第二电极202来遮蔽光(尤其是反射光)时，光可以从如图3A所示的基质200面射出。当形成第一电极201来遮蔽光(尤其是反射光)，并形成第二电极202来传输光时，光可以从如图3B所示的基质200的相对面射出。此外，当形成第一电极201和第二电极202两者来传输光时，光可以从如图3C所示的基质200面和其相对面射出。在图4A至4C展示的实例中，在基质200上依次形成第四层214、第三层213、第二212和第一层211。当形成第一电极201来遮蔽光(尤其是反射光)，并形成第二电极202来传输光时，光可以从如图4A所示的基质200面射出。当形成第一电极201来传输光，以及形成第二电极202来遮蔽光(尤其是反射光)时，光可以从如图4B所示的基质200的相对面射出。此外，当形成第一电极201和第二电极202两者来传输光时，光可以从如图4C所示的基质200面和其相对面射出。注意，还可以使用这样一种结构第一层211是含有从电子给体物质中选出的材料并且也含有高电子传输性化合物的层，第二层212是含有发光物质的层，第三层213是含有实施方案1中所示的复合材料的层，以及第四层214是含有从电子给体物质中选出的材料并且也含有高电子传输性化合物的层。注意该实施方案的发光元件可以通过已知方法制造，而不论是湿法工艺或干法工艺。然而，含高发光性和高载流子传输性材料的层优选用实施方案3所示的方法形成。另外，可以按图3A至3C所示的方式，其中第一电极201、第一层211、第二层212、第三层213、第四层214和第二电极202依次层叠，或者按图4A至4C所示的方式，其中第二电极202、第四层214、第三层213、第二层212、第一层211和第一电极依次层叠，来形成发光元件。注意，该实施方案可以适当地与其他的任何实施方案结合。
实施方案7在该实施方案中，将解释发光元件的光学设计。在实施方案4至6中所描述的各个发光元件中，可以通过使在发射各种颜色光的发光元件中除第一电极和第二电极以外的至少一层的厚度不同来提高各种颜色光的光提取率。例如，如图10所示，分别发红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)光的发光元件共享作为反射电极的第一电极1101和具有光传输性的第二电极1102，并分别具有第一层1111R、1111G和1111B，第二层1112R、1112G和1112B，第三层1113R、1113G和1113B，以及第四层1114R、1114G和1114B。这样，对于发出的每种颜色，第一层1111R、1111G和1111B的厚度存在差异。注意，在图10所示的每个发光元件中，当施加电压使得第一电极1101的电势变得高于第二电极1102的电势时，空穴从第一层1111注入到第二层1112。电子在第三层1113和第四层1114之间的分界面附近被给予和接受；产生电子和空穴；并且第四层1114传输空穴至第二电极1102而第三层1113传输电子至第二层1112。空穴和电子在第二层1112中重新结合而激发各种发光材料。然后，被激发的发光材料返回到基态时发出光。如图10所示，通过使第一层1111R、1111G和111B的厚度对每种发出的颜色有差异，可以防止由在识别直接穿过第二电极的光和识别由第一电极反射后穿过第二电极的光之间的光程的差异所引起的光提取率下降。特别是，当光进入第一电极时，在反射光中发生相位反转，从而导致光干涉效应。从而，在发光区域和反射电极之间的光学距离(即，折射率×距离)为发射波长乘以(2m-1)/4(m是一正整数)的情况下，也就是，发射波长的1/4、3/4、5/4...，光的外部提取率增加。同时，在光学距离为发射波长乘以m/2(m是一正整数)或发射波长的1/2，1，3/2...的情况下，光的外部提取效率下降。因此，在本发明的发光元件中，任何第一至第四层的厚度是有差异的，使得在发光区域和反射电极之间的光学距离为发射波长乘以(2m-1)/4(m是一正整数)。尤其在第一至第四层中，在电子和空穴重新结合的层和反射电极之间的层的厚度优选是有差异的。可选择地，在电子和空穴重新结合的层和透光电极之间的层的厚度是有差异的。此外，可选择地，两种层的厚度可以有差异。从而，可以有效地从外部提取光。为了使第一至第四任何一层的厚度有差异，需要加厚该层。本发明的发光元件的一个特征是在实施方案1中描述的含有复合材料的层用来使层增厚。通常，不优选当发光元件的层增厚时，激励电压增加。然而，通过使用在实施方案1中描述的复合材料来使层增厚，激励电压本身下降，其可以抑制由于增厚而导致的激励电压的增加。注意，图10展示了红色(R)发光元件的发光区域和反射电极之间的光学距离是发射波长的1/4；绿色(G)发光元件的发光区域和反射电极之间的光学距离是发射波长的3/4；蓝色(B)发光元件的发光区域和反射电极之间的光学距离是发射波长的5/4的情况。注意，本发明不限于这些值，并且可以适当地设置m的值。如图10所示，在发光元件中发射波长的(2m-1)/4中的m值可以不同。通过增厚第一至第四任何一层，可以防止在第一和第二电极之间的短路，并且可以提高总体生产率(mass productivity)，这是非常优选的。如上所述，在本发明的发光元件中第一至第四至少一层的厚度对每种发出的颜色是有差异的。此时，在电子和空穴重新结合的层和反射电极之间的层的厚度对于每种发出的颜色是有差异的。如果实施方案1中描述的含有复合材料的层作为需要增厚的层，激励电压不会增加，这是优选的。注意，该实施方案是说明具有实施方案6中描述的结构的发光元件，但是其可以适当地同另一个实施方案相结合。
实施方案8在该实施方案中，将说明具有本发明发光元件的一种发光器件。在该实施方案中将参照图7A和7B对位于像素部位的含有本发明发光元件的发光器件进行说明。图7A是所示发光器件的俯视图，并且图7B是图7A沿着线A-A′和线B-B′的剖视图。由虚线表示的参考数字601表示激励电路区域(源激励电路)；602，像素部位；和603，激励电路区域(门激励电路)。参考数字604表示密封基质；605，密封剂；和由密封剂605围绕的部分是空间607。注意，铅电线608是一种电线，其用于传输输入到源激励电路601和门激励电路603的信号，以及接收来自外部输入终端FPC(软性印刷电路)609的视频信号、时钟信号、起始信号、复位信号等。注意，这里仅展示了FPC；然而，FPC可以配有印刷线路板(PWB)。在该说明书中发光器件不仅包含发光器件本身，还包含装配了附加的FPC或PWB的发光器件。接着，将参照图7B说明剖面结构。激励电路区域和像素部分是在元件基质610上形成的。这里，展示了激励电路区的源激励电路601和像素部分602的一个像素。注意，作为N通道TFT623和p通道TFT624的组合的CMOS电路是作为源激励电路601而形成的。用于形成激励电路的TFT可以使用已知的CMOS电路、PMOS电路或NMOS电路来形成。在该实施方案中描述了一种集成型激励器，其中激励电路是在基质上形成的，但是这不是必要的并且激励电路可以在基质之外形成。像素部分602具有许多像素，其中每个包含开关TFT611、电流控制器TFT612、和与电流控制器TFT612的排泄器(drain)电联接的第一电极613。注意，形成绝缘体614来覆盖第一电极613的末端。这里，使用阳性感光性丙烯酸树脂薄膜。为了得到良好的覆盖度，使绝缘体614在其上端或下端形成一曲面。例如，在使用阳性感光性丙烯酸作为绝缘体614的材料的情况下，绝缘体614优选形成一曲面，其仅在上端具有曲率半径(0.2微米至3微米)。可以使用经过光照射变得不溶解在蚀刻剂中的阴型或者经过光照射变得可溶于蚀刻剂中的阳型作为绝缘体614。包含发光材料的层616和第二电极617形成于第一电极613之上。这里，优选将具有高功函的材料作为用于起阳极作用的第一电极613的材料使用。例如，第一电极613可以通过使用单层膜如ITO膜、含硅铟锡氧化物膜、含2wt％到20wt％氧化锌的氧化铟膜、氮化钛膜、铬膜、钨膜、锌膜或铂膜；氮化钛膜和铝为主要成分的膜的层叠；氮化钛膜，铝为主要成分的膜，和另一个氮化钛膜的三层结构；等来形成。当第一电极613具有分层结构时，作为电线其可以具有低电阻并形成好的欧姆接触。此外，第一电极可以充当阳极。含发光物质的层616具有包括实施方案1所示的含有复合材料的层和高发光性材料的发光区域，和具有高载流子传输性的发光区域。作为组成含发光物质的层616的其他材料，可以使用低分子量材料、中分子量材料(包括低聚物和树状物dendrimer)或高分子量材料。用于含发光物质的层的材料通常是在单层或叠层的有机化合物中形成的。在本发明中，还可以使用这样的结构，使得由有机化合物形成的膜部分地包含无机化合物。另外，含发光物质的层616可以由已知的方法形成，如使用蒸汽镀敷掩模的汽相淀积、喷墨沉淀法或旋涂法。注意，该区域优选用实施方案3所示的方法形成。作为用于在含发光材料的层616之上形成的并起阴极作用的第二电极617的材料，优选使用具有低功函数的材料(铝、银、锂、钙、或其合金或化合物，如MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、LiF或氮化钙)。在含发光材料的层616中产生的光透过第二电极617的情况下，优选具有薄厚度的金属薄膜和透明的导电薄膜(ITO、含2wt％到20wt％的氧化锌的氧化铟或含硅的铟锡氧化物、氧化锌(ZnO)等的导电薄膜)的层叠，用作第二电极617。通过用密封剂605将密封基质604附加到元件基质610上，将发光元件618位于由元件基质610、密封基质604和密封剂605围绕的空间607中。注意，空间607充满了填充物，但是空间607可以填充密封剂605以及惰性气体(氮、氩等)。注意，优选环氧基树脂作为密封剂605使用。材料优选允许尽可能少的湿气和氧气穿过。作为密封基质604，除了玻璃基质或石英基质外，可以使用由FRP(玻璃纤维增强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯膜(Myler)、聚酯、丙烯酸树脂等形成的塑料基质。如上所述，可以得到一种含有本发明发光元件的发光器件。因为本发明的发光器件包括实施方案1中描述的含有复合材料的层，所以可以减少激励电压并且可以减少功耗。此外，即使在含有复合材料的层的厚度增加的情况下，也可以抑制本发明发光器件的激励电压的增大。从而，通过增加含有复合材料的层的膜厚度，可以减少由于细微外来杂质引起的不匀度，并且具有多量子阱结构的发光区域可以在平坦的层上形成。这样，可以形成缺陷较少的多量子阱结构，可以更进一步地发挥多量子阱结构效应并且可以获得具有高发光效率的发光元件。此外，通过增加含有复合材料的层的厚度，可以防止发光元件中的短路。此外，通过光学设计，可以提高色纯度并且可以提高对外部光的提取率。从而，可以得到可靠性高、功耗低的发光器件。如此前描述的，虽然该实施方案图示了一种有源矩阵发光器件，其发光元件的激励是由TFTs控制的，但是也可以形成一种无源矩阵发光器件，其发光元件没有用特别提供的驱动元件如晶体管来激励。图8展示了按照本发明制造的一种无源矩阵发光器件的透视图。在图8中，含发光物质的层955位于电极952和电极956之间、基质951之上。电极952的端部被绝缘层953覆盖。绝缘层953之上具有间隔层954。间隔层954具有锥形侧面，其具有这样的斜度相对的侧面之间的距离朝向基质表面的方向变小。也就是说，间隔层954在短侧向的横截面为不等边四边形，其底部(和绝缘层953的表面方向相同方向的侧面，其与绝缘层953相接触)短于上部(和绝缘层953的表面方向相同方向的侧面，其与绝缘层953不相接触)。通过用这样的方式提供绝缘层954，可以防止由静电等引起的发光元件的缺陷。此外，通过包含可以在低激励电压下运行的具有高发光效率的本发明的发光元件，可以用低功耗来激励无源矩阵发光器件。
实施方案9在该实施方案中，对各个含有实施方案8所示的发光器件作为部件的本发明的电子设备加以说明。本发明的电子设备包括实施方案1中所示的含有复合材料的层和低功耗的显示区。本发明的电子设备还有高可靠度的显示区，其中由细微外来杂质、外部震动等引起的短路得到了抑制。作为用本发明发光器件制造的电子设备、包括相机如摄像机或数码相机、护目镜型显示器(goggle type display)、导航系统、声频再现器件(例如，汽车音频、音频成分立体声等)、电脑、游戏机、携带式信息终端(例如，便携式电脑、移动式电话、携带式游戏机、电子图书等)、具有记录介质的图像复制器件(具体的，用于再现记录介质的器件如数字化视频光盘(DVD)和用于显示重显图像的显示器)等。这样的电子设备的具体的实例如图9A至图9E中所示。
图9A展示了一种根据本发明的电视机，其包括外壳9101、支撑基座9102、显示区9103、扬声器部分9104、视频输入终端9105等。在该电视机中，显示区9103具有一种类似于在实施方案4至7中所描述的发光元件的矩阵电路。该发光元件具有诸如发光效率高、激励电压低以及可以防止由于细微外来杂质、外部震动等引起的短路等优点。因为由这样的发光元件构成的显示区9103具有类似的特性，该电视机没有在图像质量方面下降并且功耗低。有着这样的特性，该电视机可以显著地减少退化校正功能和电源电路的数量或尺寸。因此，外壳9101和支撑基座9102可以降低尺寸和重量。因为本发明的电视机可以实现功耗低、图像质量高并且尺寸和重量降低，所以可以提供适合于任何居住环境的产品。图9B展示了一种根据本发明的电脑，其包括机身9201、外壳9202、显示区9203、键盘9204、外部连接口9205、触摸鼠标9206等。在该电脑中，显示区9203具有一种类似于在实施方案4至7中所描述的发光元件的矩阵电路。该发光元件具有诸如发光效率高、激励电压低以及可以防止由于细微外来杂质、外部震动等引起的短路等优点。因为由这样的发光元件构成的显示区9203具有类似的特性，该电脑没有在图像质量方面下降并且功耗低。有着这样的特性，计算机可以显著地减少退化校正功能和电源电路的数量或尺寸。因此，机身9201和外壳9202可以减少尺寸和重量。因为本发明的计算机可以实现功耗低、图像质量高并且尺寸和重量降低，所以可以提供适合于任何居住环境和便携式的产品。此外，本发明可以提供一种电脑，即使携带外出时其显示区也能够抵抗震动。图9C展示了一种根据本发明的护目镜显示器，其包括主体9301、显示区9302、支架部分9303等。在该护目镜显示器中，显示区9302具有一种类似于在实施方案4至7中所描述的发光元件的矩阵电路。该发光元件具有诸如发光效率高、激励电压低、以及可以防止由于细微外来杂质、外部震动等引起的短路等优点。因为由这样的发光元件构成的显示区9302具有类似的特性，该护目镜显示器没有在图像质量方面下降并且功耗低。具有着这样的特性，护目镜显示器可以显著地减少退化校正功能和电源电路的数量或尺寸。因此，主体9301可以减少尺寸和重量。因为根据本发明的护目镜显示器可以实现功耗低、图像质量高并且尺寸和重量降低，用户经受较少不舒服的感觉，并且可以提供这样舒适的产品。此外，该发明可以提供一种护目镜显示器，即使用户戴着他/她的护目镜显示器移动时，其显示区也能够抵抗震动。图9D展示了一种根据本发明的移动式电话，其包括主体9401、外壳9402、显示区9403、声频输入部分9404、声频输出部分9405、操作键9406、外部连接区9407、天线9408等。在该移动式电话中，显示区9403具有一种类似于在实施方案4至7中所描述的发光元件的矩阵电路。该发光元件具有诸如发光效率高、激励电压低、以及可以防止由于细微外来杂质、外部震动等引起的短路等优点。因为由这样的发光元件构成的显示区9403具有类似的特性，该移动式电话没有在图像质量方面下降并且功耗低。具有着这样的特性，移动式电话可以显著地退化校正功能和电源电路的数量或尺寸。因此，机身9401和外壳9402可以减少尺寸和重量。因为本发明的移动式电话可以实现功耗低，图像质量高并且尺寸和重量降低，可以提供适合于携带的产品。此外，本发明可以提供即使携带外出时，其显示区也能够抵抗震动的产品。图9E展示了一种根据本发明的摄像机，其包括主体9501、显示区9502、外壳9503、外部连接口9504、远距离控制器接收部分9505、图像接收部分9506、电池9507、声频输入部分9508、操作键9509、目镜部分9510等。在该摄像机中，显示区9502具有一种类似于在实施方案3至7中所描述的发光元件的矩阵电路。该发光元件具有诸如对外部光提取率高、激励电压低、并且可以防止由于细微的外来杂质、外部震动等引起的短路等优点。另外，可以抑制在相邻的发光元件之间产生的色度亮度干扰。因为由这样的发光元件构成的显示区9502具有类似的特性，该摄像机没有在图像质量方面下降并且功耗低。具有着这样的特性，摄像机可以显著地减少退化校正功能和电源电路的数量或尺寸。因此，主体9501可以减少尺寸和重量。因为本发明的摄像机可以实现功耗低、图像质量高并且尺寸和重量降低，可以提供适合于携带的产品。此外，本发明可以提供即使携带外出时，其显示区也能够抵抗震动的产品。如上所述，本发明的发光器件的适用范围很广，所以该发光器件可以被用于不同领域的电子设备。通过使用本发明的发光器件，可以提供具有低功耗和高可靠性的显示区的电子设备。
权利要求
1.一种含有发光元件的发光器件，其中发光元件包含第一电极；在第一电极之上的含有有机化合物和无机化合物的第一层；在第一层之上的含有第一、第二和第三区域的第二层，其中第二区域形成于第一个区域和第三区域之间，其中第二层含有高发光性材料和高载流子传输性材料，其中高载流子传输性材料的浓度高于在第一和第三区域中的高载流子传输性材料的浓度，和其中在第二区域中，高发光性材料的浓度高于高载流子传输性材料的浓度。
2.一种含有发光元件的发光器件，其中发光元件包含第一电极；在第一电极之上的含有有机化合物和无机化合物的第一层；含有第一、第二和第三区域的第二层，其中第二层含有高发光性材料和高载流子传输性材料，其中高载流子传输性材料的浓度高于在第一和第三区域中的高载流子传输性材料的浓度，和其中高发光性材料分散在第二区域中的高载流子传输性材料中。
3.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中高发光性材料的最高被占分子轨道能级要高于高载流子传输性材料的最高被占分子轨道能级，并且高发光性材料的最低空分子轨道能级低于高载流子传输性材料的最低空分子轨道能级。
4.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中第二区域具有20nm或更小的厚度。
5.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中第二区域具有5nm或更小的厚度。
6.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中第一和第三区域具有20nm或更小的厚度。
7.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中第一和第三区域具有5nm或更小的厚度。
8.一种根据权利要求2的发光器件，其中第二区域包括0.001wt％至50wt％的高发光性材料。
9.一种根据权利要求2的发光器件，其中第二区域包括0.03wt％至30wt％的高发光性材料。
10.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中高发光性材料发荧光。
11.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中高发光性材料发磷光。
12.一种根据权利要求11的发光器件，其中高发光性材料的三重态能级低于高载流子传输性材料的三重态能级。
13.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中高载流子传输性材料具有的电子传输性高于空穴传输性。
14.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中高载流子传输性材料具有的空穴传输性高于电子传输性。
15.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中将第一层配置成与电极对中的一个电极相接触。
16.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中将第一层配置成具有两层，每层分别与电极对中的任何一个电极接触。
17.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中无机化合物是过渡金属氧化物。
18.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中无机化合物是选自由二氧化钛、氧化锆、二氧化铪、氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰和氧化铼及其混合物组成的组中的一种。
19.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中有机化合物具有空穴传输性。
20.一种根据权利要求1和2的发光器件，其中有机化合物是具有芳基胺骨架的有机化合物和具有咔唑骨架的有机化合物中的一种。
全文摘要
本发明的一个目的是提供一种具有高发光效率、较少缺陷并和低电压的发光元件，以及含有这样的发光元件的发光器件。本发明的另一个目的是提供一种与传统的方式相比更简单的制备这样发光元件的方法。本发明的一种发光元件包括一对电极、含有复合材料的层和发光区域；其中含有复合材料的层含有有机化合物和无机化合物；发光区域包含高发光性材料和高载流子传输性材料，高发光性材料的高浓度区域和高载流子传输性材料的高浓度区域在该发光区域中交替层叠。
文档编号H01L51/50GK1855579SQ200610082089
公开日2006年11月1日 申请日期2006年4月28日 优先权日2005年4月28日
发明者野村亮二, 荒井康行, 加藤薰, 山崎舜平 申请人:株式会社半导体能源研究所