发光元件、发光设备和电子设备的制作方法

专利名称：发光元件、发光设备和电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种其中发光物质被插入在一对电极之间的电流激励(current excitation)型发光元件、一种具有该发光元件的发光设备、以及一种电子设备。
背景技术：
近年来，对使用电致发光的发光元件进行了广泛的研究和开发。在该发光元件的 基本结构中，包含具有发光属性的物质的层被插入在一对电极之间。通过将电压施加到该 元件，可以获得来自具有发光属性的物质的发光。由于该发光元件具有自发光类型，因此其具有优于液晶显示器的优点，诸如像素 的高可见性以及不需要背光，并且其被认为适于用作平板显示器元件。此外，该发光元件可 被制造为是薄且轻的，这是极大的优点。而且，该发光元件还具有响应速度特别快的特征。而且，由于该发光元件可被形成为膜的形式，因此通过形成大面积的元件可以容 易地获得平面发光。而通过以白炽灯或LED为代表的点光源，或者通过以荧光灯为代表的 线光源，不能容易地实现这一特征。因此，该发光元件具有作为可应用于照明等的平面光源 的高的利用价值。根据具有发光属性的物质是有机化合物还是无机化合物，对利用电致发光的发光 元件进行大致的分类。在本发明中，有机化合物用作具有发光属性的物质。在该情况中，通 过将电压施加到发光元件，电子和空穴被从一对电极注入到包含具有发光属性的有机化合 物的层中，从而使得电流流动。随后，通过这些载流子(电子和空穴)复合，具有发光属性 的有机化合物形成激发态，并且当激发态返回基态时发射光。基于该机制，该发光元件被称为电流激励型发光元件。应当注意，作为有机化合物 形成的激发态的类型，可以存在单重激发态和三重激发态，并且单重激发态的情况中发射 的光被称为荧光，而三重激发态的情况中发射的光被称为磷光。在改进该发光元件的元件特性时存在取决于物质的许多问题。因此，已经进行了 元件结构、物质开发等改进以解决这些问题。例如，在非专利文献1 ( :Tetsuo TSUTSUI和其他八位作者，Japanese Journal of Applied physics (日本应用物理杂志)，Vol. 38，L1502_L1504(1999))中，通过提供空穴阻 挡层，使用磷光物质的发光元件高效地发光。然而，如非专利文献1中所描述的，存在如下 问题，即，该空穴阻挡层不具有耐久性(durability)并且发光元件的寿命是特别短的。

发明内容
考虑到前述问题，本发明的一个目的在于通过形成元件结构不同于传统结构的 发光元件，提供一种具有高的发光效率和比传统发光元件更长的寿命的发光元件。另一目 的在于提供一种具有高的发光效率的发光设备和电子设备。本发明的一个特征是这样的发光元件，其包括在一对电极之间的EL层，其中该EL 层至少包括具有空穴注入属性的第一层(空穴注入层)和具有空穴输运属性的第二层(空穴输运层)，该第一层和第二层在具有发光属性的第三层(发光层)和用作该对电极的阳极的电极之间；并且第二层的最高被占用分子轨道能级(HOMO能级)的绝对值大于第一层的 最高被占用分子轨道能级(HOMO能级)。应当注意，在上述结构中第二层的HOMO能级的绝对值比第一层的HOMO能级的绝 对值大出大于或等于0. lev。在本发明中，具有上述结构的发光元件的形成使得可以形成第一层(空穴注入 层)和第二层(空穴输运层)之间的能隙，并且可以抑制从第一层(空穴注入层)到第二 层(空穴输运层)中的空穴注入量，该空穴是从用作阳极的电极侧注入的。因此，可以使发 光元件的发光效率增加。本发明的另一特征在于，除了上述结构之外，在用作阴极的电极和第三层(发光 层)之间包括控制电子输运的第四层(载流子控制层)；第四层由具有电子输运属性的第 一有机化合物和具有空穴输运属性的第二有机化合物形成；并且第二有机化合物的含量在 质量比上小于总量的50 %。应当注意，优选的是，控制第二有机化合物的浓度以使得第二有 机化合物的含量变为总量的1衬％至20wt%。本发明的另一特征在于，在上述结构中，在使第四层(载流子控制层)发挥动力学 作用的情况中，第二有机化合物的最低被占用分子轨道能级(LUM0能级)的绝对值相对于 第一有机化合物的最低被占用分子轨道能级(LUM0能级)的绝对值具有小于或等于0.3eV 的差，并且当第一有机化合物的偶极矩是P1并且第二有机化合物的偶极矩是P2时，满足关 系 P1A32 彡 3。优选的是，在上述结构中，金属络合物被用于第一有机化合物并且芳族胺化合物 被用于第二有机化合物。本发明的另一特征在于，除了上述结构之外，在使第四层(载流子控制层)发挥热 力学作用时，第四层由具有电子输运属性的第一有机化合物和具有电子俘获属性的第二有 机化合物形成；并且第二有机化合物的含量在质量比上小于总量的50%。应当注意，更优 选的是，控制第二有机化合物的浓度以使得第二有机化合物的含量变为总量的0. 1衬％至 5wt%。本发明的另一特征在于，第二有机化合物的LUMO能级的绝对值比第一有机化合物 的LUMO能级的绝对值高出大于或等于0. 3eV。此外，优选的是，金属络合物用于第一有机化 合物并且香豆素衍生物或喹吖啶酮衍生物用于第二有机化合物。优选的是，在上述结构中，第四层的厚度大于或等于5nm并且小于或等于20nm。优选的是，在每个上述结构中，第三层(发光层)包含具有电子输运属性的材料。本发明在其范畴中包括一种具有上述发光元件的发光设备和具有该发光设备的 电子设备。本说明书中的发光设备意指图像显示设备、发光设备或者光源(包括照明系 统)。此外，该发光设备在其范畴中包括任何如下模块其中诸如柔性印刷电路(FPC)、带式 自动接合(TAB)带、或者带式载体封装(TCP)的连接器附连到发光设备的模块；具有在末端 处配备有印刷布线板的TAB带或TCP的模块；和具有通过玻璃上芯片(COG)方法直接安装 在发光元件上面的集成电路(IC)的模块。本发明使得可以抑制从第一层(空穴注入层)到第二层(空穴输运层)中的作为 发光元件的载流子的空穴的注入量；因此，可以增加发光层中的复合概率并且可以增加发 光元件的发光效率。而且，通过组合能够减小电子输运率(transport rate)的结构，可以获得具有高效率和长寿命的发光元件。而且，通过将本发明的发光元件应用于发光设备和电子设备，可以获得具有减小的功耗的发光设备和电子设备。


在附图中图1是示出实施模式1中的发光元件的能带结构的视图；图2A和2B是均示出实施模式1中的发光元件的堆叠结构的视图；图3A至3C是均示出实施模式1中的发光元件的发射模式的视图；图4是示出实施模式2中的发光元件的能带结构的视图；图5A和5B是均示出实施模式2中的发光元件的堆叠结构的视图；图6A和6B均示出实施模式2中的发光元件的发射模式的视图；图7是示出实施模式2中的发光元件的能带结构的视图；图8是示出实施模式3中的发光元件的堆叠结构的视图；图9A和9B是示出实施模式4中的有源矩阵发光设备的视图；图IOA和IOB是示出实施模式4中的无源矩阵发光设备的视图；图IlA至IlD是示出实施模式5中的电子设备的视图；图12是示出使用本发明的发光设备作为背光的液晶显示设备的视图；图13是示出使用本发明的发光设备的台灯的视图；图14是示出本发明的发光设备的室内照明设备的视图；图15是示出实施例1中的发光元件的元件结构的视图；图16A和16B是均示出实施例2中的发光元件的元件结构的视图；图17是示出发光元件1至5的电流密度对亮度特性的曲线图；图18是示出发光元件1至5的电压对亮度特性的曲线图；图19是示出发光元件1至5的亮度对电流效率特性的曲线图；图20是示出发光元件1至4的发射谱的曲线图；图21是示出发光元件6至9的电流密度对亮度特性的曲线图；图22是示出发光元件6至9的电压对亮度特性的曲线图；图23是示出发光元件6至9的亮度对电流效率特性的曲线图；图24是示出发光元件6至8的发射谱的曲线图；图25是示出通过恒流驱动使发光元件6至9持续点亮的连续照明测试的结果的 曲线图；图26是示出YGASF的CV特性的曲线图；图27是示出YGABP的CV特性的曲线图；图28是示出O-YGAlBP的CV特性的曲线图；图29是示出m-YGAlBP的CV特性的曲线图；
图30是示出NPB的CV特性的曲线图；图31是示出Alq的CV特性的曲线图；图32是示出DPQd的CV特性的曲线图；并且图33是示出2PCAPA的CV特性的曲线图。
具体实施例方式下面将参照附图详细描述本发明的实施模式。应当注意，本发明不限于下文的描 述并且可以用多种方式修改本发明的模式和细节而不偏离本发明的目的和范围。因此，本 发明不应被理解为限于下面的实施方式的描述。[实施模式1]在实施模式1中，将描述具有能够抑制从发光元件的第一层(空穴注入层)到第二层(空穴输运层)的空穴注入量的结构的本发明的发光元件。实施模式1中的发光元件包括作为阳极的第一电极、作为阴极的第二电极和设置 在第一电极和第二电极之间的EL层。对于EL层，只要从第一电极侧顺序至少堆叠空穴注 入层、空穴输运层和发光层；空穴注入层由使得不管第一电极的功函数都易于注入空穴的 复合材料(composite material)形成；并且空穴输运层和空穴注入层被提供为使得空穴 输运层的HOMO能级(绝对值)变得比空穴注入层的HOMO能级(绝对值)深(大)，即是可 接受的。对其他层不存在特别限制。在将电压施加到第一电极102和第二电极104，从而使 第一电极102的电位变得高于第二电极104的电位时，实施模式1中的发光元件发光。将描述如图1中所示的情况，其中EL层103具有这样的结构从第一电极102侧 起，包括第一层(空穴注入层)111、第二层(空穴输运层)112、第三层(发光层)113、第四 层(电子输运层)114、和第五层(电子注入层)115。在图1中示出的发光元件的EL层103中，第一层(空穴注入层)111是使用复合材 料形成的，在该复合材料中在具有高的空穴输运属性的物质中包含具有受主属性的物质； 因此，费米能级被移位并且在第一层(空穴注入层)111和第一电极102之间的界面附近出 现能带成头(band heading)。因此，第一电极102和第一层(空穴注入层)111之间的界面 附近的注入势垒变小(或者实际上消失)，并且因此从第一电极102到第一层(空穴注入 层)111中的空穴的隧穿注入变为可能，如同形成了欧姆接触。第二层(空穴输运层)112和第一层(空穴注入层)111被提供为使得第二层(空 穴输运层)112的最高被占用分子轨道能级(HOMO能级)(绝对值)变得比第一层(空穴注 入层)111的深(大)。该结构使得可以抑制从第一层(空穴注入层)111到第二层(空穴 输运层)112中的空穴注入量。因此，相比于其中未提供第二层(空穴输运层)112的能隙 的情况，在该结构的情况中可以更加抑制到第三层(发光层)113中的空穴注入量。应当注 意，具体地，第二层112的HOMO能级的绝对值优选地比第一层111的HOMO能级大出大于或 等于0. IeV0应当注意，图1中示出的结构的形成使得可以抑制到第三层(发光层)113中的空 穴注入量；因此，可以实现更高效率的发光元件。因此，在本发明中，如上文所述，通过使用其中在具有高的空穴输运属性的物质中 包含具有受主属性的物质的复合材料来形成第一层(空穴注入层)111，相比于使用其中第 二层(空穴输运层)112的最高被占用分子轨道能级(HOMO能级)(绝对值)比第一层(空 穴注入层)111的深(大)的简单结构来尝试增加元件效率的情况，可以使驱动电压的增加
保持最小。图1中示出的本发明的该结构在第三层(发光层)113包含具有电子输运属性的物质的情况中是特别有效的。在第三层(发光层)113包含具有电子输运属性的物质的情 况中，发光区域位于第三层(发光层)113和第二层(空穴输运层)112之间的界面附近。 这样，如果因过多的空穴而在该界面附近生成阳离子，则由于阳离子用作淬灭剂，因此发光 效率显著下降。然而，由于本发明的结构抑制了空穴的注入量，因此可以抑制第三层(发光 层)113周围的阳离子生成和发光效率的下降。因此，可以形成具有高的发光效率的发光元 件。
将参照图2A和2B描述实施模式1中的发光元件的结构。基板101用作发光元件 的支撑物。例如，玻璃、石英、塑料等可用于基板101。基板101可以保留在作为利用本发明的发光元件的产品的发光设备或电子设备 中。替代的，基板101可以仅用作发光元件的制造工艺中的支撑物，不保留在最终产品中。在基板101上方形成的第一电极102优选地由均具有高的功函数(具体地，大于 或等于4. OeV的功函数)的金属、合金、导电化合物、或其混合物等形成。具体地，给出如下 示例氧化铟锡(ITO)、包含硅或氧化硅的氧化铟锡、氧化铟锌(IZO)、包含氧化钨和氧化锌 的氧化铟(IWZO)等。此外，金(Au)、钼(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴 (Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、钛(Ti)、金属材料的氮化物(例如，氮化钛)等。然而，在本发明中， 由于被形成为与第一电极102接触的EL层103中的第一层111是使用使得不管第一电极 102的功函数都易于注入空穴的复合材料形成的，因此可以使用每种已知的材料，只要该材 料可以用作电极材料(例如，金属、合金、导电化合物、其混合物，以及属于元素周期表的族 1或族2的元素)。这些材料通常通过溅射方法形成。例如，可以通过使用其中1衬％至20衬％的 氧化锌混合到氧化铟中的靶的溅射方法，来形成氧化铟锌(IZO)，或者，可以通过使用其中 0. 5衬％至5wt%的氧化钨和0. 1衬％至氧化锌混合到氧化铟中的靶的溅射方法， 来形成包含氧化钨和氧化锌的氧化铟(IWZO)。替代的，可以使用真空蒸发方法、涂覆方法、 喷墨方法、或旋涂方法等。在第一电极102上方形成的EL层103可以使用已知的材料形成，并且可以使用低 分子化合物或高分子化合物。应当注意，用于形成EL层103的材料不仅包括有机化合物而 且还部分地包括无机化合物。EL层103通过如下方式形成，即适当地组合和堆叠包含具有高的空穴注入属性的 物质的空穴注入层、包含具有高的空穴输运属性的物质的空穴输运层、由发光物质形成的 发光层、包含具有高的电子输运属性的物质的电子输运层、包含具有高的电子注入属性的 物质的电子注入层等。应当注意，在实施模式1中，对于EL层103，需要从第一电极102侧起至少顺序堆 叠空穴注入层、空穴输运层和发光层，空穴注入层是使用复合材料形成的，并且空穴输运层 和空穴注入层被提供为使得空穴输运层的最高被占用分子轨道能级(HOMO能级)(绝对值) 变得比空穴注入层的HOMO能级深(大)。参照图2A和2B，将描述如下情况，其中EL层103包括通过与图1相似的方式从第 一电极102侧起顺序堆叠的第一层(空穴注入层)111、第二层(空穴输运层)112、第三层 (发光层)113、第四层(电子输运层)114和第五层(电子注入层)115。在具有高的空穴输运属性的物质中包含受主物质的复合材料被用于本发明中的第一层(空穴注入层)111。使用在具有高的空穴输运属性的物质中包含受主物质的复合材料，从而可以不管电极的功函数来选择用于形成电极的材料。即，不仅具有高的功函数的材 料，而且具有低的功函数的材料，也可用于第一电极102。该复合材料可以通过具有高的空 穴输运属性的物质和受主物质的共同蒸发形成。应当注意，在本说明书中，术语“复合”不 仅意指其中两种材料简单地混合的状态，而且还意指其中多种材料混合并且因此电荷在多 种材料之间转移的状态。可以使用诸如芳族胺化合物、咔唑衍生物、芳烃和高分子化合物(低聚物、树状化 合物、聚合物等)的多种化合物，作为用于该复合材料的有机化合物。用于该复合材料的有 机化合物优选地是具有高的空穴输运属性的有机化合物。具体地，优选地使用具有大于或 等于10_6Cm2/Vs的空穴迁移率的物质。应当注意，可以使用其他材料，只要这些材料具有高 于电子输运属性的空穴输运属性。下文将具体描述可用于该复合材料的有机化合物。可以给出如下示例作为可用于该复合材料的有机化合物诸如4，4'，4"-三 [N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯胺(MTDATA)、4，4'，4〃 -三(N，N-二苯基氨基)三 苯胺(TDATA)、4，4' -二 [N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]联苯(DPBA)、4，4' -二 (N-{4-[N' -(3-甲基苯基)-N'-苯基氨基]苯基}-N-苯基氨基)联苯(DNTPD)、1，3，5-三 [N-(4- 二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]苯(DPA3B)、3_[N_(9_苯基咔唑-3-基)-N-苯基 氨基]-9-苯基咔唑(PCZPCAI)、3，6-二 [N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基 咔唑(PCzPCA2)、3-[N-(l-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(PCzPCNI)、 4,4' -二 [N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(NPB或α-NPD)和N，N' -二(3-甲基苯 基)-N，N' - 二苯基-[1，1'-联苯基]-4，4' -二胺(TPD)等芳族胺化合物；和诸如4， 4' -二(N-咔唑基)联苯(CBP)、1，3，5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(TCPB)、9-[4-(N-咔 唑基)]苯基-10-苯基蒽(CzPA)和1，4_ 二 [4-(Ν-咔唑基)苯基]-2，3，5，6-四苯基苯等 咔唑衍生物。而且，可以给出诸如2-叔丁基-9，10- 二(2-萘基)蒽(t-BuDNA)、2_叔丁基_9， 10-二(1-萘基)蒽、9，10-二(3，5-二苯基苯基)蒽(DPPA)、2-叔丁基-9，10-二(4-苯基 苯基)蒽(t-BuDBA)、9，10-二 (2-萘基)蒽(DNA) ；9，10-二苯基蒽(DPAnth)、2-叔丁基蒽 (t-BuAnth) ；9，10-二(4-甲基-1-萘基)蒽(DMNA)、9，10-二 [2_(1_ 萘基)苯基]2-叔 丁基蒽、9，10-二 [2-(1_萘基)苯基]蒽和2，3，6，7-四甲基-9，10-二(1_萘基)蒽等芳 烃化合物。而且，可以给出诸如2，3，6，7_四甲基-9，10-二(1-萘基)蒽、9，9'-联蒽、10， 10' - 二苯基-9，9'-联蒽、10，10' -二(2-苯基苯基)-9，9'-联蒽、10，10' -二 [(2， 3，4，5，6_五苯基)苯基]-9，9'-联蒽、蒽、并四苯、红荧烯、二萘嵌苯、2，5，8，11_四(叔 丁基)二萘嵌苯、并五苯、六苯并苯、4，4' -二(2，2_ 二苯基乙烯基)联苯(DPVBi)；和9， 10-二 [4-(2，2-二苯基乙烯基)苯基]蒽(DPVPA)等芳烃化合物。作为受主物质，可以给出诸如7，7，8，8，-四氰基-2，3，5，6_四氟1，6_ 二亚甲基环 己 2, 5-二烯(7,7,8,8, -tetracyano-2, 3, 5,6-tetraf luoroquinodimethane, F4-TCNQ)禾口 四氯代苯对醌(chloranil)等有机化合物、过渡金属氧化物。此外，可以给出属于元素周期 表的族4至组8的金属的氧化物。具体地，由于氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧 化钨、氧化锰和氧化铼具有高的电子接受属性，因此它们是优选的。在它们中间，由于氧化钼在空气中是稳定的、具有低的吸湿属性、并且易于加工，因此是特别优选的。应当注意，可以使用上述受主物质和用于第一层111的诸如聚(N-乙烯基咔唑) (PVK)、聚(4-乙烯基三苯胺)(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](PTPDMA)或聚[N，N' - 二(4- 丁基苯基)-N， N' -二(苯基)联苯胺](聚-TPD)等高分子化合物形成所述复合材料。作为空穴输运层的第二层112包含具有高的空穴输运属性的物质。可以使用如 下示例作为具有高的空穴输运属性的物质诸如NPB (或α-NPD)、TPD、4，4' -二 [N-(9， 9_ 二 甲基芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(DFLDPBi)或 4，4' -二 [N-(螺 _9，9' -二 芴-2-基)-N-苯基氨基]-联苯(BSPB) ；4,4' -二(N-咔唑基)联苯(CBP) ；2，7-二(N-咔 唑基)_螺_9，9'-联芴(SFDCz) ;4，4'，4〃 -三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯 胺(MTDATA) ；N-[4- (9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基-螺-9,9'-联芴-2-胺(YGASF)、 N, N' -二 [4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N，N' - 二苯基乙烯基-4，4'-联胺(YGABP)； 4- (9H-咔唑-9-基)-2 ‘-苯基三苯胺(o-YGAlBP) ；4- (9H-咔唑-9-基)-3 ‘-苯基三苯 胺(m-YGAlBP) ；4_(9H_ 咔唑-9-基)_4'-苯基三苯胺(p-YGAlBP) ；1，3，5-三(N-咔唑基) 苯(TCzB)等芳族胺化合物；或者作为低分子有机化合物的4，4'，4"-三(N-咔唑基)三 苯胺(TCTA)；或者作为高分子化合物的PVK、PVTPA、PTPDMA或聚-TPD。应当注意，上述材料均主要具有大于或等于l(T6Cm7Vs的空穴迁移率。应当注意， 可以使用不同于上述材料的已知材料，只要该材料具有高于电子输运属性的空穴输运属 性。在实施模式1中，尽管上述物质可以用于第一层111和第二层112，但是需要对物 质进行选择使得用于第二层112的材料的最高被占用分子轨道能级(HOMO能级)(绝对值) 变得比用于第一层111的材料的深(大)。应当注意，在上述材料中，NPB的HOMO能级是-5. 27 [eV]，YGASF的HOMO能级 是-5. 44 [eV]，YGABP 的 HOMO 能级是-5. 40 [eV]，o-YGAlBP 的 HOMO 能级是-5. 43 [eV]，并且 m-YGAlBP的HOMO能级是-5. 50[eV]。因此，在图IA中示出的结构中，例如，可以采用如下 组合，其中HOMO能级是-5. 27的NPB和氧化钼的复合材料用于第一层111并且HOMO能级 是-5. 44的YGASF用于第二层112。通过上述结构，可以抑制从第一层(空穴注入层)111到第二层(空穴输运层)112 中的空穴注入量，而且，可以抑制到第三层(发光层)113中的空穴注入量。因此，可以实现 元件效率的增加。第三层113是包含具有高的发光属性的物质的发光层。下文描述的低分子有机化 合物可用于第三层113。可以给出如下物质作为呈现淡蓝色发光的发光物质N，N ‘ -二 [4- (9H-咔唑-9-基)苯基]-N，N ‘ -二 苯基芪-4，4 ‘-联胺(YGA2S)、4_ (9H-咔 唑-9-基)-4' -(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(YGAPA)等。可以给出如下物质作为呈现淡绿色发光的发光物质N-(9，10- 二苯基-2-蒽 基)-N，9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(2PCAPA)、N_[9，10_ 二 (1,1'-联苯 _2_ 基)_2_ 蒽 基]-队9-二苯基-9!1-咔唑-3-胺(2 048 1^)力-(9，10-二苯基-2-蒽基)-队& ,N'-三 苯基-1，4-苯二胺(2DPAPA)、N-[9，10-二(1，1'-联苯-2-基)-2-蒽基]-N，N'，N'-三苯基-1，4-苯二胺(2DPABPhA)、9，10-二 (1,1'-联苯 _2_ 基)-Ν_[4_(9Η-咔唑-9-基) 苯基]-N-苯基蒽-2-胺(2YGABPhA)、N, N, 9-三苯基蒽 _9_ 胺(DPhAPhA)等。可以给出如下物质作为呈现淡黄色发光的发光物质红荧烯、5，12-二(1，1'-联 苯-4-基)-6，11_ 二苯基并四苯(BPT)等。可以给出如下物质作为呈现淡红色发光的发光 物质=N, N, N' ,N'-四(4-甲基苯基)并四苯-5，11-联胺(p-mPhTD)、7，13- 二苯基-N， N, N' , N'-四(4-甲基苯基)苊并[1，2-￡1]荧蒽-3，10-联胺(7，13-乜？1^耶1-队队 N ‘ , N ‘ -tetrakis (4-methylphenyl)acenaphtho[1,2~a]fluoranthene-3,10-diamine, p-mPhAFD)等。第三层113可以具有如下结构，其中具有高的发光属性的上述物质分散在另一物 质中。应当注意，在使上述物质分散的情况中，该物质优选地被分散为使得该物质的浓度在 质量比上变得小于或等于总量的20%。尽管可以使用已知的物质作为分散具有发光属性的 物质的物质，但是优选的是，使用最低被占用分子轨道能级(LUM0能级)(绝对值)比具有 发光属性的物质的深(大)并且最高被占用分子轨道能级(HOMO能级)(绝对值)比具有 发光属性的物质的浅(小)的物质。具体地，可以使用如下金属络合物三(8-羟基喹啉)铝(III) (Alq)、三(4_甲 基-8-羟基喹啉)铝(III) (Almq3)、二(10_羟基苯并[h]羟基喹啉)铍(II) (BeBq2)、或二 (2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(III) (BAlq)、二(8_羟基喹啉)锌(II) (Znq)、 二 [2-(2_苯并噁唑基)苯酚]锌(II) (ZnPBO)、或二 [2_(2_苯并噻唑基)苯酚]锌(II) (ZnBTZ)。替代的，可以使用如下杂环化合物2-(4_联苯基)-5-(4_叔丁基苯基)_1，3， 4-噁二唑(PBD)、1，3_ 二 [5-(ρ-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基]苯(0XD-7)、3_ (4-联 苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1，2，4-三唑(TAZ)、2，2'，2〃 -(1，3，5-苯三基)三 (1-苯基-IH-苯并咪唑)(TPBI)、向红菲咯啉(BPhen)或浴铜灵(BCP)。替代的，也可以使用如下稠合芳族化合物9-[4-(10_苯基-9-蒽基)苯 基]-9H-咔唑(CzPA)、3，6-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(DPCzPA)、 9，10- 二(3，5- 二苯基苯基)蒽(DPPA)、9，10- 二 (2-萘基)蒽(DNA)、2_ 叔丁基-9，10- 二 (2-萘基)蒽(t-BuDNA)、9.9'-联蒽(BANT)、9，9‘-(芪 _3，3' - 二基)联菲(DPNS)、9， 9' _(芪 _4，4' _二基)联菲(0卩赂2)或3，3'，3〃 -(苯-1，3，5-三基)三芘(TPB3)。替代的，可以使用多种物质作为用于分散具有发光属性的物质的物质。例如，为了 控制结晶，可以进一步添加诸如红荧烯的控制结晶的物质。而且，可以添加NPB或ALq等以 便于高效地向具有发光属性的物质转移能量。利用其中具有高的发光属性的物质如此分散 在另一物质中的结构，可以抑制第三层113的结晶。而且，还可以抑制具有高的发光属性的 物质的高浓度所引起的浓度淬灭。而且，特别地，在上述物质当中，优选使用具有电子输运属性的物质，以使得具有 发光属性的物质分散在其中以形成第三层113。具体地，上述稠合芳族化合物中的CzPA、 DNA和t-BuDNA，而且，后面将给出的作为用于第四层114的物质的高分子化合物。替代的，对于第三层113，可以使用下文给出的高分子化合物。可以给出如下物质作为呈现淡蓝色发光的发光物质聚(9，9-二辛基芴-2，7-二 基)(PFO)、聚[(9，9-二辛基芴-2，7-二基)-共聚-(2，5-二甲氧基苯-1，4-二基)](PF-DMOP)、聚{(9，9-二辛基芴-2，7-二基)-共聚-[N，N' -二-(ρ-丁基苯基)-1，4-二 氨基苯]} (TAB-PFH)等。可以给出如下物质作为呈现淡绿色发光的发光物质聚(ρ-亚苯基亚乙烯基)(PPV)、聚[(9，9_ 二己基芴-2，7-二基)-交替-共聚-(苯并[2，1，3]噻二唑_4，7_ 二基)] (PFBT)、聚[(9，9- 二辛基-2，7- 二亚乙烯亚芴基)_交替-共聚-(2-甲氧基-5- (2-乙基 己氧基)-1，4_亚苯基)]等。可以给出如下物质作为呈现淡橙色至淡红色发光范围中的发光的发光材料聚 [2-甲氧基-5-(2'-乙基己氧基)_1，4-亚苯基亚乙烯基](MEH-PPV)、聚(3-丁基噻吩-2， 5-二基)(R4-PAT)、聚{[9，9_ 二己基-2，7-二(1_氰基亚乙烯基)亚芴基]-交替-共 聚-[2，5_二(Ν，Ν' -二苯基氨基)-1，4-亚苯基]}、聚{[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1， 4_ 二(1-氰基亚乙烯基亚苯基)]_交替-共聚-[2，5-二(N，N' -二苯基氨基)-1，4_亚 苯基]} (CN-PPV-DPD)等。第四层114是包含具有高的电子输运属性的物质的电子输运层。对于第四层114， 例如，可以使用诸如Alq、Almq3、BeBq2, BAlq、Znq、ZnPBO或ZnBTZ等的金属络合物作为低 分子有机化合物。替代的，作为金属络合物的替代，可以使用诸如PBD、0XD-7、TAZ、TPBI, BPhen或BCP的杂环化合物。这里给出的物质主要是具有大于或等于10_6cm2/Vs的电子迁 移率的物质。应当注意，对于电子输运层可以使用不同于上述物质的任何物质，只要该物质 是电子输运属性高于空穴输运属性的物质。而且，电子输运层不限于单个层，而是可以具有 由上述物质形成的两个或更多个层的堆叠结构。对于第四层114，还可以使用高分子化合物。例如，可以使用聚[(9，9_ 二己基 芴-2，7- 二基)-共聚-(吡啶-3，5- 二基)](PF-Py)、聚[(9，9- 二辛基芴-2，7- 二基)-共 聚 _(2，2'-吡啶 _6，6' -二基)](PF-BPy)等。第五层115是包含具有高的电子注入属性的物质的电子注入层。对于第五层 115，可以使用碱金属、碱土金属、或者其化合物，诸如氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)或氟化钙 (CaF2)。替代的，可以使用由包含碱金属、碱土金属或其化合物的具有高的电子输运属性的 物质形成的层，具体地，由包含镁(Mg)的Alq形成的层等。应当注意，在该情况中，可以从 第二电极104更加高效地注入电子。对于第二电极104，可以使用具有低的功函数(具体地大于或等于3. SeV的功函 数)的金属、合金、导电化合物、或其混合物等。作为该阴极材料的特定示例，给出了属于元 素周期表的族1和2的元素，即，诸如锂(Li)和铯(Cs)的碱金属，诸如镁(Mg)、钙(Ca)和 锶(Sr)的碱土金属，包含这些金属的合金(MgAg或AlLi)，诸如铕(Eu)和镱(Yb)的稀土金 属，包含这些金属的合金等。应当注意，在使用碱金属、碱土金属或其合金形成第二电极104的情况中，可以使 用真空蒸发方法或溅射方法。替代的，在使用银浆等的情况中，可以使用涂覆方法或喷墨方 法等。应当注意，通过提供第五层115，可以使用诸如Al、Ag、IT0和包含硅或氧化硅的氧 化铟锡的多种导电材料中的任何导电材料形成第二电极104，而不管功函数是高还是低。这 些导电材料可以通过溅射方法、喷墨方法、或旋涂方法等淀积。作为EL层103其中第一层111、第二层112、第三层113、第四层114和第五层115以此顺序堆叠的形成方法，可以使用多种方法中的任何方法，而不管该方法是干法工艺还 是湿法工艺。例如，可以使用真空蒸发方法、喷墨方法、或旋涂方法等。应当注意，对于每个 层可以使用不同的形成方法。第二电极104不仅可以通过诸如溅射方法或真空蒸发方法的干法工艺形成，而且 还可以通过使用金属材料浆的溶胶_凝胶方法的湿法工艺形成。在本发明的上述发光元件中，电流因在第一电极102和第二电极104之间生成的 电位差而流动，并且空穴和电子在EL层103中复合，从而发射光。然后，通过第一电极102 和第二电极104之一或两者提取该发射的光。因此，第一电极102和第二电极104之一或 两者是具有光透射属性的电极。应当注意，在仅有第一电极102是具有光 透射属性的电极的情况中，如图3A中所 示，通过第一电极102从基板101侧提取从EL层103发射的光。替代的，在仅有第二电极 104是具有光透射属性的电极的情况中，如图3B中所示，通过第二电极104从基板101侧的 相反侧提取从EL层103发射的光。另外替代的，当第一电极102和第二电极104均为具有 光透射属性的电极时，如图3C中所示，通过第一电极102和第二电极104从基板101侧和 相反侧提取从EL层103发射的光。应当注意，第一电极102和第二电极104之间提供的层的结构不限于上述结构。应 当注意，可以使用不同于上述结构的任何结构，只要该结构至少包括作为空穴注入层的第 一层111、作为空穴输运层的第二层112和作为发光层的第三层113，并且第一层111由复 合材料形成，并且对物质进行选择使得用于第二层112的物质的最高被占用分子轨道能级 (HOMO能级)(绝对值)比用于第一层111的物质的深(大)。替代的，如图2B中所示，可以使用如下结构，其中用作阴极的第二电极104、EL层 103和用作阳极的第一电极102以此顺序堆叠在基板101上方。应当注意，在该情况中EL 层103具有如下结构，其中第五层115、第四层114、第三层113、第二层112、第一层111和 第一电极102以此顺序堆叠在第二电极104上方。应当注意，通过使用本发明的发光元件，可以制造无源矩阵发光设备或其中通过 薄膜晶体管(TFT)控制发光元件的驱动的有源矩阵发光设备。应当注意，在制造有源矩阵发光设备的情况中对TFT的结构不存在特别的限制。 例如，适当时可以使用交错(Staggered)TFT或者反向交错(inverted staggered)TFT。而 且，在TFT基板上方形成的驱动器电路可以由η型TFT和ρ型TFT两者形成或者仅由η型 TFT或ρ型TFT形成。而且，对用于TFT的半导体膜的结晶性不存在特别的限制。可以使用 非晶半导体膜，或者可以使用晶体半导体膜。在该实施模式中描述的发光元件中，可以通过将第一层(空穴注入层)111和第二 层(空穴输运层)112提供为使得第二层112的最高被占用分子轨道能级(HOMO能级)(绝 对值)比第一层(空穴注入层)111的深(大)，可以控制从第一层(空穴注入层)111到第 二层(空穴输运层)112中的空穴注入量。因此，可以抑制到第三层(发光层)113的空穴 注入量；从而，可以实现元件效率的增加。而且，第一层(空穴注入层)111是使用这样的复 合材料形成的，其中受主物质被包含在具有高的空穴输运属性的物质中，由此不仅可以增 加元件效率，而且还可以使驱动电压的增加保持最小。[实施模式2]
在实施模式2中，将描述本发明的这样的发光元件，其除了控制空穴注入量的实 施模式1中描述的结构之外还具有减小电子输运率的结构。实施模式2中的发光元件包括第一电极、第二电极和设置在第一电极和第二电极 之间的EL层。在该EL层中，从第一电极侧起顺序堆叠空穴注入层、空穴输运层、发光层和 载流子控制层；并且只要空穴注入层由复合材料形成，并且空穴输运层和空穴注入层被提 供为使得空穴输运层的HOMO能级(绝对值)变得比空穴注入层的深(高)，即是可接受的。 对其他层不存在特别的限制。
将描述如下情况，其中如图4中所示，EL层103具有如下结构，其中从第一电极 102侧起堆叠第一层(空穴注入层)111、第二层(空穴输运层)112、第三层(发光层)113、 第六层(载流子控制层)116、第四层(电子输运层)114和第五层(电子注入层)115。在图4中示出的发光元件的EL层103中，第一层(空穴注入层)111由复合材料 形成，在该复合材料中受主物质被包含在具有高的空穴输运属性的物质中；因此，费米能级 被移位并且在第一层(空穴注入层)111和第一电极102之间的界面附近出现能带成头。 因此，第一电极102和第一层(空穴注入层)111之间的界面附近的注入势垒变小(或者实 际上消失)，并因此从第一电极102到第一层(空穴注入层)111的空穴的隧穿注入变为可 能，如同形成了欧姆接触。第二层(空穴输运层)112和第一层(空穴注入层)111被提供为使得第二层(空 穴输运层)112的最高被占用分子轨道能级(HOMO能级)(绝对值)变得比第一层(空穴注 入层)111的高(大)。该结构使得可以抑制从第一层(空穴注入层)111到第二层(空穴 输运层)112中的空穴注入量。因此，相比于其中未提供第二层(空穴输运层)112的能隙 的情况，在该结构的情况中可以更加抑制到第三层(发光层)113中的空穴注入量。应当注 意，具体地，第二层112的HOMO能级的绝对值优选地比第一层111的HOMO能级的绝对值大 出大于或等于0. IeV0应当注意，通过图4中示出的结构，可以抑制到第三层(发光层)113中的空穴注 入量。而且，通过在第二电极104和第三层(发光层)113之间提供第六层(载流子控制 层)116，可以减小从第二电极104到达第三层(发光层)113之前的电子输运率；因此，可 以改善第三层(发光层)113中复合的载流子(电子和空穴)的平衡并且可以实现更高的 元件效率。图4中示出的本发明的结构在第三层(发光层)113包含具有电子输运属性的物 质的情况中是特别有效的。在第三层(发光层)113包含具有电子输运属性的物质的情况 中，发光区域位于第三层(发光层)113和第二层(空穴输运层)112之间的界面附近。于 是，如果因过多的空穴而在该界面附近生成阳离子，则由于阳离子作为淬灭剂，因此发光效 率显著下降。然而，由于本发明的结构抑制了空穴的注入量，因此可以抑制第三层(发光 层)113周围阳离子的生成和发光效率的下降。因此，可以形成具有高的发光效率的发光元 件。在实施模式2中，第一电极102用作阳极并且第二电极104用作阴极。换言之，在 将电压施加到每个电极从而使第一电极102的电位高于第二电极104的电位时，可以发射光。下面将参照图5A和5B描述实施模式2中的发光元件的结构。基板101用作发光元件的支撑物。应当注意，对于基板101，可以使用实施模式1中描述的任何基板。对于在基板101上方形成的第一电极102，优选地使用具有高的功函数(具体地， 大于或等于4. OeV的功函数)的金属、合金、导电化合物、或其混合物等，并且可以使用与实 施模式1中描述的类似的物质。在第一电极102上方形成的EL层103中，从第一电极102侧起第一层(空穴注入层)111、第二层(空穴输运层)112和第三层(发光层)113以此顺序堆叠的结构，以及对于 每个层可以使用的形成方法和材料，与实施模式1中的类似。因此，在实施模式2中省略其 描述。除了实施模式1中描述的结构之外，实施模式2还具有如下特征在第三层(发光 层)113和第二电极104之间提供减小载流子(电子)输运率的第六层(在下文中该层被 称为“载流子控制层”)116 ；然而，对于载流子控制层的结构，可以使用两种方法(用于动力 学地控制载流子输运率的方法和用于热力学地控制载流子输运率的方法)。对于第一方法，将描述通过第六层(载流子控制层)116动力学地减小载流子(电 子)输运率的情况。图6A和6B是其概念示图。EL层103形成在第一电极102和第二电极104之间。作为EL层103中包括的多 个层，从第一电极102侧起，第一层(空穴注入层)111、第二层(空穴输运层)112、第三层 (发光层)113、第六层(载流子控制层)116、第四层(电子输运层)114和第五层(电子注 入层)115被以此顺序形成。第六层(载流子控制层)116由两种或更多种有机化合物形成。这里，描述了如图 6B中所示的第六层(载流子控制层)116由两种有机化合物(即第一有机化合物201和第 二有机化合物202)形成的情况。应当注意，具有高的电子输运属性的有机化合物(电子输 运有机化合物)用作第一有机化合物201，并且具有高的空穴输运属性的有机化合物(空穴 输运有机化合物)用作第二有机化合物202。用于第二有机化合物202和第一有机化合物201的有机化合物具有相互接近的 LUMO能级。具体地，第二有机化合物202的最低被占用分子轨道能级(LUM0能级)的绝对 值和第一有机化合物201的LUMO能级的绝对值之间的差优选小于或等于0. 3eV，更优选小 于或等于0. 2eV。即，优选的是，使作为载流子的电子容易地在第一有机化合物201和第二 有机化合物202之间输运。在该情况中，由于第二有机化合物202具有与第一有机化合物201接近的LUMO能 级，因此可以注入电子。从具有电子输运属性的第一有机化合物201到具有空穴输运属性 的第二有机化合物202中的电子注入的速率(V1)或者从第二有机化合物202到第一有机化 合物201中的电子注入的速率(V2)小于第一有机化合物201之间的电子注入的速率(ν)。因此，通过利用具有电子输运属性的第一有机化合物201和具有空穴输运属性的 第二有机化合物202形成第六层116，相比于其中第六层116仅由第一有机化合物201形成 的情况，可以减小第六层116中的电子输运率。即，通过使用第一有机化合物201和第二有 机化合物202形成第六层116，可以减小第六层116的载流子(电子)输运率。应当注意，在第六层116由第一有机化合物201和第二有机化合物202形成的情 况中，浓度被优选地控制为使得第二有机化合物202的含量在质量比上小于总量的50%。 更优选地，浓度被控制为使得第二有机化合物202的含量大于或等于总量的并且小于或等于总量的20wt%。应当注意，具体地，可以使用如下物质作为第七层117中包含的第一有机化合物 201 诸如 Alq、Almq3、BeBq2, BAlq、Znq、ZnPBO 或 ZnBTZ 等金属络合物；诸如 PBD、0XD-7、 TAZ、TPBI、BPhen 或 BCP 等杂环化合物；和诸如 CzPA、DPCzPA、DPPA, DNA, t-BuDNA、BANT、 DPNS、DPNS2或TPB3等稠合芳族化合物。替代的，可以使用诸如聚[(9，9- 二己基芴-2，7- 二 基)_共聚-(吡啶-3，5- 二基)](PF-Py)或聚[(9，9- 二辛基芴_2，7- 二基)-共聚-(2， 2'-吡啶_6，6' -二基)](PF-BPy)等高分子化合物。
而且，对于第六层116中包含的第二有机化合物202，具体地，可以使用如下物质 诸如9，10-二苯基蒽(DPAnth)或6，12-二甲氧基-5，11-二苯基-1，2-苯并菲等稠合芳 族烃；诸如N，N- 二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(CzAlPA)、 4-(10_苯基-9-蒽基)三苯胺(DPhPA)、N，9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯 基]-9H-咔唑-3-胺(PCAPA)、N，9- 二苯基-N-{4-[4_(10-苯基-9-蒽基)苯基]苯 基} 9H-咔唑-3-胺(PCAPBA)、N- (9，10- 二苯基-2-蒽基)-N, 9- 二苯基-9H-咔唑-3-胺 (2PCAPA)、NPB (或α -NPD) ,TPD,DFLDPBi或BSPB等芳族胺化合物；诸如香豆素7或香豆素 30等具有氨基的化合物可被使用。替代的，可以使用诸如PVK、PVTPA、PTPDMA或聚-TPD的 高分子化合物。上述材料可以相互组合以形成第六层116，并且因此抑制从第一有机化合物201 到第二有机化合物202或者从第二有机化合物202到第一有机化合物201的电子输运，从 而可以抑制第六层116的电子输运率。而且，由于第六层116具有其中第二有机化合物202 分散在第一有机化合物201中的结构，因此不易引发随时间的结晶和聚集。因此，上述抑制 电子输运的效果不易随时间改变。结果，载流子平衡也不易随时间改变。这导致增加了发 光元件的寿命，即，提高了可靠性。应当注意，在上述组合当中，作为第一有机化合物201的金属络合物和作为第二 有机化合物202的芳族胺化合物的组合是优选的。金属络合物具有大的偶极矩以及高的电 子输运属性，而芳族胺化合物具有相对小的偶极矩以及高的空穴输运属性。因此，通过组合 偶极矩彼此极大不同的物质，可以进一步增加上述抑制电子输运的效果。具体地，在第一有 机化合物201的偶极矩是P1并且第二有机化合物202的偶极矩是P2的情况下，则满足P1/ P2彡3是优选的。例如，作为金属络合物的Alq的偶极矩是9. 40德拜(debye)，并且作为芳族胺化合 物的2PCAPA的偶极矩是1. 15德拜。因此，在诸如金属络合物的具有电子输运属性的有机 化合物用作第一有机化合物201并且诸如芳族胺化合物的具有空穴输运属性的有机化合 物用作第二有机化合物202的情况下，优选获得Ρ/Ρ2 ^ 3。第六层116中包含的第二有机化合物的发射颜色和第三层(发光层)113中包 含的具有高的发光属性的物质的发射颜色优选是类似的颜色。具体地，第二有机化合物 202的发射谱的峰值和具有高的发光属性的物质的发射谱的峰值之间的差优选在30nm内。 30nm内的差允许第二有机化合物202的发射颜色和具有高的发光属性的物质的发射颜色 是类似的颜色。因此，即使第二有机化合物202因电压改变等而发射光，仍可以抑制发射颜 色的改变。对于第二方法，将描述通过第六层(载流子控制层)116热力学地减小载流子(电子)输运率的情况。图7是其概念示图(能带图)。EL层103被包括在第一电极102和第二电极104之间。作为EL层103中包括的 多个层，从第一电极102侧起，第一层(空穴注入层)111、第二层(空穴输运层)112、第三 层(发光层)113、第六层(载流子控制层)116、第四层(电子输运层)114和第五层(电子 注入层)115被以此顺序形成。第六层(载流子控制层)116由两种或更多种有机化合物形成。这里，描述了这样 的情况，其中第六层(载流子控制层)116由两种有机化合物(即第一有机化合物203和第 二有机化合物204)形成。应当注意，具有高的电子输运属性的有机化合物(电子输运有机 化合物)用作第一有机化合物203，并且具有电子俘获功能的有机化合物(电子俘获有机化 合物)用作第二有机化合物204。用作第一有机化合物203和第二有机化合物204的有机化合物具有相互远离的 LUMO能级。具体地，第二有机化合物204的最低被占用分子轨道能级(LUM0能级)的绝对 值优选地比第一有机化合物203的LUMO能级的绝对值大出大于或等于0. 3eV。如图7中所示，空穴通过第一层111和第二层112从第一电极102注入到第三层 (发光层)114。另一方面，电子通过第五层115和第四层114从第二电极104注入到第六 层(载流子控制层)116中。由于第六层116由具有电子输运属性的第一有机化合物203 和具有电子俘获属性的第二有机化合物204形成，因此注入到第六层116中的电子进入第 二有机化合物204的LUMO能级，而非第一有机化合物203的LUMO能级。因此，可以减小电 子输运率。因此，通过利用具有电子输运属性的第一有机化合物203和具有电子俘获属性的 第二有机化合物204形成第六层116，相比于第六层116仅由第一有机化合物203形成的情 况，可以减小第六层116中的电子输运率。即，通过使用第一有机化合物203和第二有机化 合物204形成第六层116，可以减小第六层116的载流子(电子)输运率。应当注意，在第六层116由第一有机化合物203和第二有机化合物204形成的情况中，浓度被控制为使得第二有机化合物204的含量在质量比上小于总量的50%。更优选 地，浓度被控制为使得第二有机化合物204的含量大于或等于总量的0. Iwt %并且小于或 等于总量的5wt%。应当注意，对于第六层116中包含的第一有机化合物203，具体地，可以使用金属 络合物，诸如 Alq、Almq3、BeBq2, BAlq、Znq、BAlq、ZnPBO 或 ZnBTZ ；杂环化合物，诸如 PBD、 0XD-7、TAZ、TPBI、BPhen 或 BCP ；或稠合芳族化合物，诸如 CzPA、DPCzPA、DPPA、DNA、t_BuDNA、 BANT、DPNS、DPNS2 或 TPB3。替代的，可以使用诸如聚[(9，9_ 二己基芴-2，7_ 二基)_共聚_(吡啶-3，5_ 二 基)](PF_Py)、聚[(9，9_ 二辛基芴-2，7-二基)-共聚 _(2，2'-吡啶 _6，6' -二基)] (PF-BPy)等高分子化合物。特别地，优选金属络合物相对于电子是稳定的。对于第六层116中包含的第二有机化合物204，可以使用下文给出的任何物质。应 当注意，尽管第二有机化合物204自身可以发射光，但是在该情况中，第三层(发光层)113 的发射颜色和第二有机化合物204的发射颜色优选是类似的颜色以便于保持发光元件的 色纯。例如，在第三层113中包含的有机化合物是诸如YGA2S或YGAPA的呈现淡蓝色发光的有机化合物的情况中，第二有机化合物204优选是诸如吖啶酮、香豆素102、香豆素6H、 香豆素480D或香豆素30的呈现在蓝光到蓝绿光范围中的发射的化合物。 而且，在第三层(发光层)113中包含的有机化合物是诸如2PCAPA、2PCABPhA、 2DPAPA、2DPABPhA、2YGABPhA或DPhAPhA的呈现淡绿色发光的有机化合物的情况中，第二有 机化合物204优选是诸如N，N' -二甲基喹吖啶酮(DMQd)、N，N' -二苯基喹吖啶酮(DPQd)、 9，18-二氢苯并[h]苯并[7，8]喹[2，3-b]吖啶-7，16-二酮(DMNQd-I)、9，18-二氢-9， 18-二氢苯并[h]苯并[7,8]喹[2,3-b]吖啶-7，16-二酮(DMNQd_2)、香豆素30、香豆素 6、香豆素545T或香豆素153等呈现蓝绿色到黄绿色范围中的发光的化合物。替代的，当第三层(发光层)113中包含的有机化合物是诸如红荧烯或BPT 的呈现淡黄色发光的有机化合物的情况中，第二有机化合物204优选是诸如DMQd或 (2- {2- [4- (9H-咔唑-9-基)苯基]乙烯基} -6-甲基-4H-吡喃-4-亚基)丙二腈(DCMCz) 等呈现黄绿色到黄橙色范围中的发光的化合物。替代的，当第三层(发光层)113中包含的有机化合物是诸如p-mPhTD或p-mPhAFD 的呈现淡红色发光的有机化合物的情况中，第二有机化合物204优选是诸如2-{2-[4-( 二 甲基氨基)苯基]乙烯基} -6-甲基-4H-吡喃-4-亚基)丙二腈(DCMl)、{2-甲基-6- [2- (2， 3，6，7-四氢-1礼5!1-苯并[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(DCM2)、 {2-(1，1-二甲基乙基)-6-[2-(2，3，6，7_ 四氢 _1，1，7，7_ 四甲基-1H，5H_ 苯并[ij]喹 嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亚基}丙二腈(DCJTB)或尼罗红(Nile red)的呈现橙 色到红色范围中的发光的化合物。在第三层(发光层)113中包含的发光材料是磷光材料的情况中，第二有机化合物 204优选也是磷光化合物。例如，当发光材料是呈现红色发光的上文给出的Ir (btp)2 (acac) 时，第二有机化合物204可以是诸如(乙酰丙酮)二 [2，3-二(4-氟苯基)喹喔啉]铱 (Ir(Fdpq)2(acac))的红色磷光材料。应当注意，这些化合物是用于发光元件的化合物当中 的具有低的LUMO能级的化合物。因此，通过将该化合物添加到上述第一有机化合物203，可 以呈现优秀的电子俘获属性。对于第二有机化合物204，在上文给出的化合物当中，优选地使用诸如DMQd、 DPQcUDMNQd-I或DMNQd-2的喹吖啶酮衍生物因为其是化学稳定的。即，通过应用喹吖啶酮 衍生物，特别地可以延长发光元件的寿命。而且，由于喹吖啶酮衍生物呈现淡绿色发光，因 此本发明的发光元件的元件结构对于淡绿色发光元件是特别有效的。由于在制造全彩色显 示器时绿色是需要最高亮度的颜色，因此存在淡绿色发光元件在一些情况中比其他颜色的 发光元件更快劣化的情形。然而，通过应用本发明可以抑制该问题。应当注意，如上文所述，第二有机化合物204的LUMO能级的绝对值优选比第一有 机化合物203的LUMO能级的绝对值大出大于或等于0. 3eV。因此，依赖于用于第二有机化 合物204的物质的种类，可以适当地选择第一有机化合物203以便于满足上述条件。 而且，第三层113中包含的具有高的发光属性的物质的发射颜色和第六层116中 包含的第二有机化合物204的发射颜色优选是类似的颜色。因此，具有高的发光属性的物 质的发射谱的峰值和第二有机化合物204的发射谱的峰值之间的差优选在30nm内。30nm 内的差允许具有高的发光属性的物质的发射颜色和第二有机化合物204的发射颜色是类 似的颜色。因此，即使第二有机化合物因电压改变等而发射光，仍可以抑制发射颜色的改变。 应当注意，第二有机化合物204并非必需发射光。例如，在具有高的发光属性的物 质具有较高的发光效率时，优选的是将第六层116中的第二有机化合物204的浓度控制为 使得仅基本上获得具有高的发光属性的物质的发光(以将第二有机化合物204的浓度设定 为略微低于具有高的发光属性的物质的浓度，从而可以抑制第二有机化合物204的发光)。 在该情况中，具有高的发光属性的物质的发射颜色和第二有机化合物204的发射颜色是类 似的颜色(即，它们具有基本上相同的能隙的能级)。因此，能量不易于从具有高的发光属 性的物质传输到第二有机化合物204，并且因此可以获得高的发光效率。应当注意，在该情况中，第二有机化合物204优选是香豆素衍生物，诸如香豆素 102、香豆素6H、香豆素480D、香豆素30、香豆素6、香豆素545T或香豆素153。由于香豆素 衍生物具有相对低的电子俘获属性，因此添加到第一有机化合物203的香豆素衍生物的浓 度可以是相对高的。即，可以容易地控制浓度，并且可以形成具有用于控制载流子输运的所 需属性的层。而且，由于香豆素衍生物具有高的发光效率，因此即使第二有机化合物204发 射光，仍可以抑制整个发光元件的效率下降。应当注意，本发明中的第六层116可以通过上述两种方法(用于动力学地控制载 流子输运的方法和用于热力学地控制载流子输运的方法)形成，并且在任一结构中第六层 116的厚度优选大于或等于5nm并且小于或等于20nm。这是因为，如果该厚度是更大的，则 电子输运率的过度下降导致驱动电压的增加，而如果该厚度是更小的，则可能削弱控制载 流子输运的功能。由于本发明中的第六层116是用于控制电子输运率的层，因此第六层116可以形 成在第二电极104和第三层(发光层)113之间。更优选地，第六层116被形成为与第三层 (发光层)113接触。第六层116被提供为与第三层(发光层)113接触，可以直接控制到第 三层(发光层)113中的电子注入；因此可以进一步抑制第三层(发光层)113中的载流子 平衡随时间的改变，并且在提高元件寿命方面可以获得大的效果。应当注意，在第六层116被形成为与第三层(发光层)113接触的情况中，第六层 116中包含的第一有机化合物(201和203)和第三层(发光层)113中大量包含的有机化合 物优选是不同的有机化合物。特别地，在第三层(发光层)113包含具有高的发光属性的物 质被分散在其中的物质(第三有机化合物)和所述具有高的发光属性的物质(第四有机化 合物)的情况中，第三有机化合物和第一有机化合物(201和203)优选是不同的有机化合 物。通过该结构，也抑制了第一有机化合物(201和203)和第三有机化合物之间的从第六 层116到第三层(发光层)113的载流子(电子)输运，并且可以进一步增强通过提供第六 层116获得的效果。而且，由于第六层116包含两种或更多种物质，因此通过控制物质的组合、其混合 比、或层的厚度等，可以精确地控制载流子平衡。因此，相比于传统方式可以更加容易地控 制载流子平衡。而且，由于使用有机化合物控制载流子输运，在第六层116中其混合比是较 小的，因此相比于使用一种物质进行控制的情况，载流子平衡不易改变。因此，可以实现不 易随时间改变并且具有长的寿命的发光元件。 在EL层103中，尽管第四层(电子输运层)114和第五层(电子注入层)115以此 顺序堆叠在上述第六层(载流子控制层)116上方，但是其结构、形成方法和可用于每个层的材料与实施模式ι中描述的类似。因此，实施模式2中省略了相关描述。接着，在第五层(电子注入层)115上方形成第二电极104。应当注意，可用于第二电极104的形成方法和材料也与实施模式1中描述的类似。因此，实施模式2中省略了相 关描述。而且，在实施模式2中，在仅有第一电极102是具有光透射属性的电极的情况中， 如图3A中所示，通过第一电极102从基板101侧提取从EL层103发射的光。替代的，在仅 有第二电极104是具有光透射属性的电极的情况中，如图3B中所示，通过第二电极104从 基板101侧的相反侧提取从EL层103发射的光。另外替代的，当第一电极102和第二电极 104均为具有光透射属性的电极时，如图3C中所示，通过第一电极102和第二电极104从基 板101侧和相反侧提取从EL层103发射的光。应当注意，在第一电极102和第二电极104之间提供的层的结构不限于上述结构。 应当注意，可以使用不同于上述结构的任何结构，只要该结构至少包括作为空穴注入层的 第一层111、作为空穴输运层的第二层112、作为发光层的第三层113和作为载流子控制层 的第六层116，并且对物质进行选择使得用于第二层112的物质的最高被占用分子轨道能 级(HOMO能级)(绝对值)比用于第一层111的物质的深(大)。替代的，如图5B中所示，可以使用如下结构，其中用作阴极的第二电极104、EL层 103和用作阳极的第一电极102以此顺序堆叠在基板101上方。应当注意，在该情况中EL 层103具有如下结构，其中第五层115、第四层114、第六层116、第三层113、第二层112、第 一层111和第一电极102以此顺序堆叠在第二电极104上方。应当注意，通过使用本发明的发光元件，可以制造无源矩阵发光设备或其中通过 薄膜晶体管(TFT)控制发光元件的驱动的有源矩阵发光设备。应当注意，在制造有源矩阵发光设备的情况中对TFT结构不存在特别的限制。例 如，可以适当地使用交错TFT或者反向交错TFT。而且，在TFT基板上方形成的驱动器电路 可由η型TFT和ρ型TFT两者形成或者仅由η型TFT或ρ型TFT形成。而且，对用于TFT 的半导体膜的结晶性不存在特别的限制。可以使用非晶半导体膜，或者可以使用晶体半导 体膜。在实施模式2中描述的发光元件中，通过将第一层(空穴注入层)111和第二层 (空穴输运层)112提供为使得第二层112的最高被占用分子轨道能级(HOMO能级)(绝对 值)比第一层(空穴注入层)111的深(大)，可以抑制从第一层(空穴注入层)111到第二 层(空穴输运层)112中的空穴注入量。因此，可以抑制到第三层(发光层)113中的空穴 注入量；因此，可以增加元件效率。而且，第一层(空穴注入层)111是使用这样的复合材料 形成的，其中受主物质被包含在具有高的空穴输运属性的物质中，从而不仅可以增加元件 效率，而且还可以使驱动电压的增加保持最小。另一方面，在第二电极104和第三层(发光层)113之间提供第六层116以减小 载流子(电子)的输运率；因此，相比于传统方式，因快的输运率目前形成在第三层(发光 层)113和第四层(空穴输运层)114之间的界面附近的发射区域可以更加集中地形成在第 三层(发光层)113中。而且，提供第六层116以减小载流子(电子)输运率；因此，可以防止因从第三层 (发光层)113到达第二层(空穴输运层)112的对发光没有贡献的载流子(电子)所引起的第二层(空穴输运层)112的劣化。而且，通过减小载流子(电子)输运率，不仅可以控制到第三层(发光层)113中的载流子(电子)注入量，还可以阻止被抑制的载流子(电子) 注入量随时间改变。因此，由于可以防止因平衡随时间的劣化而导致的复合概率的下降，因 此还可以实现元件寿命的提高(抑制亮度随时间的劣化)。在该实施模式中描述的结构的情况中，由于注入到第三层113中的载流子(空穴 或电子)被抑制，因此改进了第三层113中的载流子平衡并且同时增加了复合的概率；因 此，可以增加发光效率。应当注意，实施模式2可以适当地与实施模式1中描述的任何结构组合。[实施模式3]在实施模式3中，将参照图8描述具有实施模式1和2中描述的发光元件的多个 EL层的发光元件(在下文中，该发光元件被称为“堆叠型发光元件”)。该发光元件是在第 一电极801和第二电极802之间具有多个EL层(第一 EL层803和第二 EL层804)的堆叠 型发光元件。应当注意，尽管实施模式3中描述了两个EL层的结构，但是可以使用具有三 个或更多个EL层的结构。在实施模式3中，第一电极801用作阳极并且第二电极802用作阴极。应当注意， 可以使第一电极801和第二电极802具有与实施模式1中描述的类似的结构。而且，对于 多个EL层(第一 EL层803和第二 EL层804)，可以使用与实施模式1和2中描述的类似的 结构。应当注意，第一 EL层803和第二 EL层804的结构可以彼此相同或不同，并且可以与 实施模式1或2中描述的类似。而且，在多个EL层(第一 EL层803和第二 EL层804)之间提供了电荷生成层805。 电荷生成层805具有在电压被施加到第一电极801和第二电极802时将电子注入到一个EL 层中并且将空穴注入到另一 EL层中的功能。在实施模式3中，当施加电压从而使第一电极 801的电位高于第二电极802的电位时，电荷生成层805将电子注入到第一 EL层803中并 且将空穴注入到第二 EL层804中。应当注意，就光提取效率而言，电荷生成层805优选具有光透射属性。而且，即使在电荷生成层805具有比第一电极801和第二电极802低的导电率时，电荷生成层805仍 起作用。电荷生成层805可以具有其中受主物质被添加到具有高的空穴输运属性的物质的结构或者其中施主物质被添加到具有高的电子输运属性的物质的结构。替代的，可以堆 叠这两种结构。
在受主物质被添加到具有高的空穴输运属性的物质的结构的情况中，可以使用诸如4，4' -二 [N-(l-萘基)-N-苯基氨基]联苯(NPB或a-NPD)、N，N' -二(3-甲基 苯基)-N，N' - 二苯基-[1，1'-联苯基]-4，4'-联胺(TPD)、4，4'，4〃 -三(N，N_ 二苯 基氨基)三苯胺(TDATA) ,4,4'，4〃 -三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯胺(MTDATA) 或4，4' -二 [N-(螺_9，9'-联芴-2-基)-N-苯基氨基]-1，Γ -联苯(BSPB)等的芳 族胺化合物作为具有高的空穴输运属性的物质。这里给出的物质主要是具有大于或等于 10-6cm2/Vs的空穴迁移率的物质。然而，可以使用不同于上述物质的任何物质，只要该物质 是空穴输运属性高于电子输运属性的物质。而且，可以给出7，7，8，8，-四氰基_2，3，5，6_四氟1，6_ 二亚甲基环己2，5_ 二烯(F4-TCNQ)、四氯代苯对醌等作为受主物质。此外，可以给出过渡金属氧化物。此外，可以给 出属于元素周期表中的族4至族8的金属的氧化物。具体地，由于氧化钒、氧化铌、氧化钽、 氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰和氧化铼的电子接受属性是高的，因此它们是优选的。由于 氧化钼即使在空气中也是稳定的、具有低的吸湿属性并且易于加工，因此是特别优选的。另一方面，在施主物质被添加到具有高的电子输运属性的物质的结构的情况中， 可以使用具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属络合物作为具有高的电子输运属性的物质， 诸如三(8-羟基喹啉)铝(III) (Alq)、三(4-甲基_8_羟基喹啉)铝(III) (Almq3)、二 (10-羟基苯并[h]_羟基喹啉)铍(II) (BeBq2)、或二(2_甲基_8_羟基喹啉)(4_苯基苯 酚)铝(III) (BAlq)等。替代的，可以使用具有基于噁唑的或基于噻唑的配位体的金属络合 物，诸如二 [2-(2_苯并噁唑基)苯酚]锌(Zn(BOX)2)、或二 [2_(2_苯并噻唑基)苯酚]锌 (Zn(BTZ)2)等。而且，替代的，还可以使用2-(4_联苯基)-5-(4_叔丁基苯基)-1，3，4_噁 二唑(PBD)、1，3-二 [5-(ρ-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基]苯(0XD-7)、3_ (4-联苯 基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1，2，4-三唑(TAZ)、向红菲咯啉(BPhen)或浴铜灵(BCP) 等，而不是金属络合物。这里给出的物质主要是具有10_6cm2/Vs或更大的电子迁移率的物 质。然而，可以使用不同于上述物质的任何物质，只要该物质是电子输运属性高于空穴输运 属性的物质。而且，对于施主物质，可以使用碱金属、碱土金属、稀土金属、属于元素周期表的族 13的金属、或者其氧化物或碳酸盐。具体地，优选使用锂(Li)、铯(Cs)、镁(Mg)、钙(Ca)、 镱(Yb)、铟(In)、氧化锂、或碳酸铯等。替代的，对于施主物质可以使用诸如四硫杂并四苯 (tetrathianaphthacene) WWlZl^n*iItl。应当注意，通过利用任何上述材料形成电荷生成层805，可以抑制堆叠EL层的情 况中的驱动电压的增加。尽管实施模式3中描述了具有两个EL层的发光元件，但是本发明可以类似地应用 于堆叠三个或更多个EL层的发光元件。如实施模式3的发光元件那般，多个EL层被配置 为通过在一对电极之间的电荷生成层相互分隔，从而可以在高亮度的区域中实现具有长寿 命的元件，同时电流密度保持为低的。而且，作为应用实例，在将发光元件应用于照明时，可 以抑制因电极材料的电阻引起的电压下降，并且因此可以实现大面积的均勻发射。而且，可 以实现可以在低电压下驱动并且具有低功耗的发光设备。而且，当EL层具有不同的发射颜色时，可以从整个发光元件获得所需的发射颜 色。例如，在具有两个EL层的发光元件中，在使第一 EL层的发射颜色和第二 EL层的发射 颜色是互补色时，可以获得如下发光元件，从整个该发光元件发射白色光。应当注意，互补 色意指在被混合时可以产生消色差颜色的颜色。即，通过混合来自其发射颜色是互补色的 物质的光，可以获得白色发光。而且在例如具有三个EL层的发光元件中，当第一 EL层的发射颜色是红色，第二 EL 层的发射颜色是绿色并且第三EL层的发射颜色是蓝色时，可以类似地从整个发光元件获 得白色光。应当注意，实施模式3可以适当地与实施模式1或2中描述的任何结构组合。[实施模式4]在实施模式4中，将参照图9A和9B描述在像素部分中具有本发明的发光元件的发光设备。应当注意，图9A是示出发光设备的顶视图，而图9B是沿图9A的线A-A'和B-B' 截取的截面视图。在图9A中，虚线指示的部分901是驱动器电路部分(源极侧驱动器电路)；虚线指示的部分902是像素部分；并且虚线指示的部分903是驱动器电路部分(栅极侧驱动器 电路)。而且，参考数字904表示密封基板；参考数字905表示密封剂；并且密封剂905包 围的部分是空间907。应当注意，引线908是用于传送待输入到源极侧驱动器电路901和栅极侧驱动器 电路903的信号的布线，并且从将成为外部输入端子的柔性印刷电路(FPC)909接收诸如 视频信号、时钟信号、启动信号和重置信号的信号。应当注意，尽管这里仅示出了 FPC，但是 FPC可以配备有印刷布线板(PWB)。而且，本说明书中的发光设备不仅包括发光设备自身而 且还包括配备有FPC或PWB的发光设备。接着，将参照图9B描述截面结构。尽管驱动器电路部分和像素部分是在元件基板 910上方形成的，但是这里示出了像素部分902中的一个像素和作为驱动器电路部分的源 极侧驱动器电路901。应当注意，作为η沟道TFT 923和ρ沟道TFT 924的组合的CMOS电 路被形成为源极侧驱动器电路901。而且，每个驱动器电路部分可以是多种电路中的任何电 路，诸如CMOS电路、PMOS电路和NMOS电路。在该实施模式中，尽管描述了驱动器电路形成 在基板上方的驱动器集成型结构，但是驱动器电路并不必需要形成在基板上方，而是可以 形成在基板外部。而且，像素部分902由多个像素形成，每个像素包括开关TFT911、电流控制TFT 912和第一电极913，第一电极913电气连接到电流控制TFT 912的漏极。应当注意，绝缘 体914被形成为覆盖第一电极913的端部。而且，绝缘体914优选被形成为具有弯曲表面，该弯曲表面具有在其上端部和下 端部处的弯曲，以便于实现有利的覆盖。例如，正性光敏丙烯酸用作绝缘体914的材料，从 而使绝缘体914可被形成为具有弯曲表面，该弯曲表面仅在上端部处具有曲率半径(大于 或等于0. 2 μ m并且小于或等于3 μ m)。而且，通过光照射变得不溶于蚀刻剂的负性材料或 者通过光照射变得可溶于蚀刻剂的正性材料可以用作绝缘体914。EL层916和第二电极917在第一电极913上方形成。这里，可以使用多种金属、 合金和导电化合物或者它们的混合物中的任何材料作为用于第一电极913的材料。应当注 意，作为具体材料，可以使用实施模式1中描述的材料作为用于第一层的材料。而且，通过诸如使用蒸发掩模的蒸发方法、喷墨方法和旋涂方法的多种方法中的 任何方法，来形成EL层916。EL层916具有实施模式1或2中描述的结构。而且，可以使 用低分子化合物或高分子化合物(包括低聚物和树形化合物)作为用于EL层916的材料。 而且，对于用于EL层的材料，不仅可以使用有机化合物，而且还可以使用无机化合物。而且，可以使用多种金属、合金和导电化合物或者它们的混合物中的任何材料作 为用于第二电极917的材料。当第二电极917用作阴极时，优选的是，使用这些材料当中 的具有低的功函数(小于或等于3. SeV的功函数)的任何金属、合金和导电化合物或者它 们的混合物。例如，可以给出属于元素周期表的族1或2的元素，即诸如锂(Li)和铯(Cs) 的碱金属和诸如镁(Mg)、钙(Ca)和锶(Sr)的碱土金属；或包含这些金属的合金(MgAg或 AlLi)等。
应当注意，在EL层916中生成的光透射通过第二电极917的情况中，对于第二电极917，还可以使用堆叠的具有减小的厚度的金属薄膜和透明导电膜(氧化铟锡(ITO)、包 含硅或氧化硅的氧化铟锡、氧化铟锌(IZO)、或者包含氧化钨和氧化锌的氧化铟(IWZO))。而且，提供了如下结构，其中使用密封剂905使密封基板904附着到元件基板910， 从而在元件基板910、密封基板904和密封剂905所围绕的空间907中提供发光元件918。 应当注意，空间907填充有填料。存在如下情况空间907填充有惰性气体(氮或氩等)， 以及空间907填充有密封剂905。应当注意，基于环氧的树脂优选用于密封剂905。而且，优选的是，这些材料几乎不 传送水或氧。而且，可以使用由玻璃纤维强化塑料(FRP)、聚氟乙烯(PVF)、聚酯、或丙烯酸 等形成的塑料基板，而不是玻璃基板或石英基板，来作为密封基板904。如上文所述，可以获得具有本发明的发光元件的有源矩阵发光设备。而且，本发明的发光元件可以用于无源矩阵发光设备而非上述有源矩阵发光设 备。图IOA和IOB是使用本发明的发光元件的无源矩阵发光设备的透视图和截面视图。应 当注意，图IOA是发光设备的透视图，而图IOB是沿图IOA的线X-Y截取的截面视图。在图IOA和IOB中，在基板1001上方在第一电极1002和第二电极1003之间提供 EL层1004。并且第一电极的端部被绝缘层1005覆盖。此外，在绝缘层1005上方提供分隔 层1006。分隔层1006的侧壁具有倾斜，以使得一个侧壁和另一侧壁之间的距离随着侧壁 接近于基板表面而变窄。换言之，在分隔层1006的较短边的方向中截取的截面具有梯形形 状，并且该梯形的底边(与绝缘层1005的表面平行并且与绝缘层1005接触的梯形的边) 比该梯形的顶边(与绝缘层1005的表面平行并且未与绝缘层1005接触的梯形的边)短。 以该方式提供分隔层1006可以防止发光元件因静电等而有缺陷。因此，可以获得利用本发明的发光元件的无源矩阵发光设备。应当注意，该实施模式中描述的任何发光设备(有源矩阵发光设备和无源矩阵发 光设备)是使用具有高的发光效率的本发明的发光元件形成的，并且因此可以获得具有减 小的功耗的发光设备。应当注意，实施模式4可以适当地与实施模式1至3中描述的任何结构组合。[实施模式5]在实施模式5中，将描述包括实施模式4中描述的本发明的发光设备作为其一部 分的电子设备。电子设备的示例包括相机(诸如摄像机或数字照相机)、护目镜型显示器、 导航系统、音频重放设备(例如，汽车音频系统和音频系统)、计算机、游戏机、便携式信息 终端(例如，移动计算机、蜂窝电话、便携式游戏机和电子书)、其中提供记录介质的图像重 放设备(具体地，能够重放诸如数字多用途光盘(DVD)的记录媒体并且配备有可以显示图 像的显示单元的设备)等。图IlA至IlD中示出了这些电子设备的具体示例。图IlA示出了根据本发明的电视机，其包括壳体9101、支撑底座9102、显示部分 9103、扬声器部分9104、视频输入端子9105等。在该电视机中，本发明的发光设备可以应用 于显示部分9103。由于本发明的发光设备具有高发光效率的特征，因此通过应用本发明的 发光设备可以获得具有减小的功耗的电视机。图IlB示出了根据本发明的计算机，其包括主体9201、壳体9202、显示部分9203、 键盘9204、外部连接端口 9205、指向设备9206等。在该计算机中，本发明的发光设备可以应用于显示部分9203。由于本发明的发光设备具有高发光效率的特征，因此通过应用本发 明的发光设备可以获得具有减小的功耗的计算机。图IlC示出了根据本发明的蜂窝电话，其包括主体9401、壳体9402、显示部分 9403、音频输入部分9404、音频输出部分9405、操作键9406、外部连接端口 9407、天线9408 等。在该蜂窝电话中，本发明的发光设备可以应用于显示部分9403。由于本发明的发光设 备具有高发光效率的特征，因此通过应用本发明的发光设备可以获得具有减小的功耗的蜂 窝电话。图IlD示出了根据本发明的相机，其包括主体9501、显示部分9502、壳体9503、夕卜 部连接端口 9504、远程控制接收器9505、图像接收器9506、电池9507、音频输入部分9508、 操作键9509、目镜部分9510等。在该相机中，本发明的发光设备可以应用于显示部分9502。 由于本发明的发光设备具有高发光效率的特征，因此通过应用本发明的发光设备可以获得 具有减小的功耗的相机。
如上文所述，本发明的发光设备的可应用范围是广的，从而使该发光设备可以应 用到多种领域的电子设备。通过使用本发明的发光设备，可以获得具有减小的功耗的电子 设备。而且，本发明的发光设备还可以用作照明装置。图12示出了使用本发明的发光设 备作为背光的液晶显示设备的示例。图12中示出的液晶显示设备包括壳体1201、液晶层 1202、背光1203和壳体1204。液晶层1202连接到驱动器IC 1205。而且，本发明的发光设 备用作背光1203，通过端子1206向背光1203提供电流。使用本发明的发光设备作为如上文所述的液晶显示设备的背光，可以获得具有低 功耗的背光。而且，由于本发明的发光显示设备是表面发射照明装置并且可被形成为具有 大的面积，因此还可以获得较大面积的背光。因此，可以获得具有低功耗的较大面积的液晶 显不设备。图13示出了应用本发明的发光设备被用作作为照明装置的台灯的示例。图13中 示出的台灯包括壳体1301和光源1302，并且本发明的发光设备被用作光源1302。本发明 的发光设备具有高发光效率的发光元件并且因此可以用作具有低功耗的台灯。图14示出了应用本发明的发光设备被用作室内照明装置3001的示例。本发明的 发光设备可被形成为具有大的面积并且因此可以用作大面积照明设备。而且，本发明的发 光设备具有高发光效率的发光元件并且因此可以用作具有低功耗的照明装置。如上文所 述，在应用本发明的发光设备被用作室内照明设备1401的房间中，安放如使用图IlA描述 的本发明的电视机1402，并且因此可以观看公共广播和电影。应当注意，实施模式5可以适当地与实施模式1至4中描述的任何结构组合。[实施例1]在实施例1中，将描述作为本发明的发光元件的具有实施模式1中描述的结构的 发光元件的制造方法，以及其元件特性的测量结果。应当注意，图15中示出了该实施例中 所描述的发光元件(发光元件1至4)的元件结构和将与这些发光元件比较的发光元件5 的元件结构。而且，下文示出了实施例1中使用的有机化合物的结构式。[化学式1]<formula>formula see original document page 26</formula>[化学式2]<formula>formula see original document page 27</formula>(发光元件1的制造)发光元件1是具有实施模式1中参照图1描述的结构的发光元件。具体地，发光元 件1是图15的第二层1512的HOMO能级(绝对值)比第一层1511和第三层1513的HOMO 能级深(大)的情况中的发光元件。首先，通过溅射方法将包含氧化硅的氧化铟锡淀积在作为玻璃基板的基板1501 上方，以形成第一电极1502。应当注意，第一电极1502的厚度被设定为IlOnm并且其面积 被设定为2mm X 2mm。接着，在第一电极1502上方形成其中堆叠多个层的EL层1503。EL层1503具有 如下结构，其中作为空穴注入层的第一层1511、作为空穴输运层的第二层1512、作为发光 层的第三层1513、作为电子输运层的第四层1514和作为电子注入层的第五层1515被以此
顺序堆叠。配备有第一电极1502的基板被固定到设置在真空蒸发装置中的基板固持器，从 而使配备有第一电极1502的表面面向下。真空蒸发装置中的压力减小到约10_4Pa。然后， 在第一电极1502上方，4，4' -二 [N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(NPB) (NPB)和氧化钼 (VI)被共蒸发(co-evaporate)以形成作为空穴注入层的第一层1511。第一层1511的厚 度被设定为50nm，并且蒸发速率被调节为使得NPB对氧化钼(VI)的重量比变为4 1(= NPB 氧化钼)。应当注意，共蒸发方法是在一个处理腔室中同时使用多个蒸发源进行蒸发 的蒸发方法。接着，通过使用电阻加热的蒸发方法在第一层1511上方淀积N-[4_(9H-咔 唑-9-基)苯基]-N-苯基-螺-9，9 ‘-联芴-2-胺(YGASF)到IOnm的厚度，以形成作为 空穴输运层的第二层1512。
接着，通过使用电阻加热的蒸发方法在第二层1512上方形成作为发光层的第三 层 1513。通过 9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(CzPA)和 N，N' -二 [4_(9H_ 咔 唑-9-基)苯基]-N，N' -二苯基芪-4，4'-联胺(YGA2S)的共蒸发，形成具有30nm厚度 的第三层1513。这里，蒸发速率被调节为使得CzPA对YGA2S的重量比变为1 0.04(= CzPA YGA2S)ο 而且，在第三层1513上方淀积三(8-羟基喹啉)铝(III) (Alq)到20nm的厚度， 并且在其上方通过使用电阻加热的蒸发方法将向红菲咯啉(BPhen)淀积到IOnm的厚度，以 形成作为电子输运层的第四层1514。在第四层1514上方淀积氟化锂(LiF)到Inm的厚度以形成作为电子注入层的第 五层1515。最后，通过使用电阻加热的蒸发方法淀积铝到200nm的厚度，以形成第二电极 1504。因此，制造了发光元件1。在氮气氛下在手套箱中执行密封，从而使得如上文所述获得的发光元件1未暴露 于大气，并且随后测量该发光元件的工作特性。应当注意，在室温下(在保持于25°C的大气 中)执行测量。图17中示出了发光元件1的电流密度对亮度特性。图18中示出了电压对亮度特 性。图19中示出了亮度对电流效率特性。图20中示出了 ImA电流下的发射谱。1000cd/m2亮度下的发光元件1的CIE色度坐标是(χ = 0. 16，y = 0. 16)，并且发 射得自YGA2S的蓝色光。此外，在lOOOcd/m2亮度下，电流效率是5. 6cd/A ；因此，发光元件 1具有高的效率。在lOOOcd/m2亮度下，驱动电压是5. 2V。(发光元件2的制造)发光元件2是通过与发光元件1类似的方式具有实施模式1中参照图1描述的结 构的发光元件。具体地，发光元件2是在图15的第二层1512的Η0Μ0能级(绝对值)比第 一层1511的Η0Μ0能级深(大)的情况中的发光元件。发光元件2是通过与发光元件1类似的方式制造的，不同之处在于4-(9H_咔 唑-9-基)-2'-苯基三苯胺(O-YGAlBP)而非YGASF被用于发光元件1的第二层1512。在氮气氛下在手套箱中执行密封，从而使得所获得的发光元件2未暴露于大气， 并且随后测量该发光元件的工作特性。应当注意，在室温下(在保持于25°C的大气中)执 行测量。图17中示出了发光元件2的电流密度对亮度特性。图18中示出了电压对亮度特 性。图19中示出了亮度对电流效率特性。图20中示出了 ImA电流下的发射谱。1000cd/m2亮度下的发光元件2的CIE色度坐标是(χ = 0. 16，y = 0. 16)，并且发 射得自YGA2S的蓝色光。此外，在lOOOcd/m2亮度下，电流效率是6. 6cd/A ；因此，发光元件 2具有高的效率。在lOOOcd/m2亮度下，驱动电压是5. 2V。(发光元件3的制造)与发光元件1和发光元件2类似，发光元件3是具有实施模式1中参照图1描述 的结构的发光元件。具体地，发光元件3是在图15的第二层1512的Η0Μ0能级(绝对值) 比第一层1511的Η0Μ0能级深(大)的情况中的发光元件。通过与发光元件1类似的方式，使用4-(9H_咔唑-9-基)_3’ -苯基三苯胺(m-YGAlBP)代替用于发光元件1的第二层1512的YGASF来制造发光元件3。在氮气氛下在手套箱中执行密封，从而使得所获得的发光元件3未暴露于大气， 并且随后测量该发光元件的工作特性。应当注意，在室温下(在保持于25°C的大气中)执 行测量。图17中示出了发光元件3的电流密度对亮度特性。图18中示出了电压对亮度特性。图19中示出了亮度对电流效率特性。图20中示出了 ImA电流下的发射谱。1000cd/m2亮度下的发光元件3的CIE色度坐标是(x = 0. 16，y = 0. 16)，并且发 射得自YGA2S的蓝色光。此外，在lOOOcd/m2亮度下，电流效率是6. 2cd/A ；因此，发光元件 3具有高的效率。在lOOOcd/m2亮度下，驱动电压是5. 4V。(发光元件4的制造)与发光元件1至3类似，发光元件4是具有实施模式1中参照图1描述的结构的 发光元件。具体地，发光元件4是在图15的第二层1512的Η0Μ0能级(绝对值)比第一层 1511的Η0Μ0能级深(大)的情况中的发光元件。通过与发光元件1类似的方式，使用N，N' -二 [4-(9H_咔唑_9_基)苯基]-N， N' - 二苯基乙烯基_4，4'-联胺(YGABP)代替用于发光元件1的第二层1512的YGASF来 制造发光元件4。在氮气氛下在手套箱中执行密封，从而使得所获得的发光元件4未暴露于大气， 并且随后测量该发光元件的工作特性。应当注意，在室温下(在保持于25°C的大气中)执 行测量。图17中示出了发光元件4的电流密度对亮度特性。图18中示出了电压对亮度特 性。图19中示出了亮度对电流效率特性。图20中示出了 ImA电流下的发射谱。1000cd/m2亮度下的发光元件4的CIE色度坐标是(χ = 0. 16，y = 0. 16)，并且发 射得自YGA2S的蓝色光。此外，在lOOOcd/m2亮度下，电流效率是4. 9cd/A ；因此，发光元件 4具有高的效率。在lOOOcd/m2亮度下，驱动电压是5. 2V。(发光元件5的制造)下面，制造发光元件5 (这样的结构其中使用NPB形成上述发光元件1至4的第二 层1512)作为用于比较的发光元件。具体地，发光元件5是在图15的第二层1512的Η0Μ0 能级与第一层1511的Η0Μ0能级相同的情况中的发光元件。下面将描述发光元件5的制造方法。首先，通过溅射方法将包含氧化硅的氧化铟锡淀积在玻璃基板1501上方，以形成 第一电极1502。应当注意，其厚度被设定为IlOnm并且其面积被设定为2mmX2mm。配备有第一电极1502的基板被固定到设置在真空蒸发装置中的基板固持器，从 而使配备有第一电极1502的表面面向下。真空蒸发装置中的压力减小到约10_4Pa。然后， 在第一电极1502上方，4，4' -二 [N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(NPB)和氧化钼(VI) 被共蒸发以形成作为空穴注入层的第一层1511。第一层1511的厚度被设定为30nm，并且 蒸发速率被调节为使得NPB对氧化钼(VI)的重量比变为4 1( = NPB 氧化钼)。应当 注意，共蒸发方法意指在一个处理腔室中同时使用多个蒸发源执行蒸发的蒸发方法。接着，通过使用电阻加热的蒸发方法淀积4，4' -二 [N-(1-萘基)-N-苯基氨基] 联苯(NPB)到IOnm的厚度，以形成作为空穴输运层的第二层1512。
接着，在第二层1512上方形成作为发光层的第三层1513。通过9-[4_(N_咔唑基)苯基]-10-苯基蒽(CzPA)和N，N' -二 [4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N，N' - 二苯基 芪_4，4'-联胺(YGA2S)的共蒸发，形成具有30nm厚度的第四层1514。这里，蒸发速率被 调节为使得CzPA对YGA2S的重量比变为1 0. 04( = CzPA YGA2S)。然后，在第三层1513上方淀积三(8-羟基喹啉)铝(III) (Alq)到20nm的厚度， 并且在其上方通过使用电阻加热的蒸发方法淀积向红菲咯啉(BPhen)到IOnm的厚度，以形 成作为电子输运层的第四层1514。接着，在第四层1514上方淀积氟化锂(LiF)到Inm的厚度，以形成作为电子注入 层的第五层1515。最后，通过使用电阻加热的蒸发方法淀积铝到200nm的厚度，以形成第二电极 1504。因此，制造了发光元件5。在氮气氛下在手套箱中执行密封，从而使得如上文所述获得的发光元件5未暴露 于大气，并且随后测量发光元件5的工作特性。应当注意，在室温下(在保持于25°C的大气 中)执行测量。图17中示出了发光元件5的电流密度对亮度特性。图18中示出了电压对亮度特 性。图19中示出了亮度对电流效率特性。1000cd/m2亮度下的发光元件5的CIE色度坐标是(χ = 0. 16，y = 0. 16)，并且如 发光元件1至4中那样，发射得自YGA2S的蓝色光。而且，发光元件5的电流效率是3. Ocd/ A。通过与发光元件1至4的电流效率比较发现，发光元件5的电流效率低于发光元件1至 4的电流效率。如上文所述，发现发光元件1至4具有高于发光元件5的效率。从而，发现通过应 用本发明可以获得具有高的效率的发光元件。[实施例2]在实施例2中，将描述作为本发明的发光元件的具有实施模式2中描述的结构的 发光元件的制造方法以及其元件特性的测量结果。应当注意，图16A中示出了该示例中描 述的发光元件(发光元件1至4)的元件结构并且图16B示出了将与这些发光元件比较的 发光元件9的元件结构。而且，下文示出了实施例2中使用的有机化合物的结构式。应当 注意，实施例1中描述的有机化合物可以参考实施例1并且这里省略了对其的描述。[化学式3]
9 P 。Q
οΟχο
O 0 0
2PCAPADPQd(发光元件6的制造)发光元件6是具有实施模式2中参照图4描述的结构的发光元件。具体地，发光 元件6是在图16Α的第二层1612的Η0Μ0能级比第一层1611的Η0Μ0能级深(绝对值大)的情况中的发光元件。而且，发光元件6是如图6A和6B的概念图中示出的第六层动力学 地控制载流子(电子)的情况中的发光元件。首先，通过溅射方法将包含氧化硅的氧化铟锡淀积在作为玻璃基板的基板1601上方，以形成第一电极1602。应当注意，第一电极1602的厚度被设定为IlOnm并且其面积 被设定为2mm X 2mm。接着，在第一电极1602上方形成其中堆叠多个层的EL层1603。在该实施例中， EL层1603具有如下结构，其中作为空穴注入层的第一层1611、作为空穴输运层的第二层 1612、作为发光层的第三层1613、作为用于控制电子载流子的输运的载流子控制层的第六 层1616、作为电子输运层的第四层1614和作为电子注入层的第五层1615被以此顺序堆叠。配备有第一电极1602的基板被固定到设置在真空蒸发装置中的基板固持器，从 而使配备有第一电极1602的表面面向下。真空蒸发装置中的压力减小到约10_4Pa。然后， 在第一电极1602上方，4，4' -二 [N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(NPB)和氧化钼(VI) 被共蒸发以形成作为空穴注入层的第一层1611。第一层1611的厚度被设定为50nm，并且 蒸发速率被调节为使得NPB与氧化钼(VI)的重量比变为4 1( = NPB 氧化钼)。应当 注意，共蒸发方法意指在一个处理腔室中同时使用多个蒸发源进行蒸发的蒸发方法。接着，通过使用电阻加热的蒸发方法在第一层1611上方淀积N-[4_(9H-咔 唑-9-基)苯基]-N-苯基-螺-9，9 ‘-联芴-2-胺(YGASF)到IOnm的厚度，以形成作为 空穴输运层的第二层1612。接着，在第二层1612上方形成作为发光层的第三层1613。通过9-[4_(10_苯 基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(CzPA)和N- (9，10- 二苯基-2-蒽基)-N, 9- 二苯基-9H-咔 唑-3-胺(2PCAPA)的共蒸发，形成具有30nm厚度的第三层1613。这里，蒸发速率被调节为 使得 CzPA 对 2PCAPA 的重量比变为 1 0. 05 ( = CzPA 2PCAPA)。而且，在第三层1613上方，使三(8-羟基喹啉)铝(III)(Alq)和N-(9，10-二苯 基-2-蒽基)-N，9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(2PCAPA)共蒸发，以使作为用于控制电子载流 子的载流子控制层的第六层1616形成为IOnm的厚度。这里，蒸发速率被调节为使得Alq 对 2PCAPA 的重量比变为 1 0. 1 ( = Alq 2PCAPA)。然后，在第六层1616上方通过使用电阻加热的蒸发方法淀积向红菲咯啉(BPhen) 到30nm的厚度，以形成作为电子输运层的第四层1614。在第四层1614上方淀积氟化锂(LiF)到Inm的厚度，以形成作为电子注入层的第 五层1615。最后，通过使用电阻加热的蒸发方法淀积铝到200nm的厚度，以形成第二电极 1604。因此，制造了发光元件6。在氮气氛下在手套箱中执行密封，从而使得如上文所述获得的本发明的发光元件 6未暴露于大气，并且随后测量该发光元件的工作特性。应当注意，在室温下(在保持于 25°C的大气中)执行测量。图21中示出了发光元件6的电流密度对亮度特性。图22中示出了电压对亮度特 性。图23中示出了亮度对电流效率特性。图24中示出了 ImA电流下的发射谱。而且，图 25示出了连续照明测试的结果，其中以被设定为5000cd/m2的初始亮度，通过恒定电流驱 动，使发光元件6持续点亮(垂直轴指示了相对亮度，假设5000cd/m2是100% )。
5000cd/m2亮度下的发光元件6的CIE色度坐标是(χ = 0. 30，y = 0. 61)，并且发 射得自2PCAPA的绿色光。此外，在5000cd/m2亮度下，电流效率是19cd/A ；因此，发光元件 6具有高的效率。在5000cd/m2亮度下，驱动电压是4. 8V。而且，进行连续照明测试，其中以被设定为5000cd/m2的初始亮度，通过恒定电流 驱动，使发光元件6持续点亮。结果，即使在100小时后也仍保持79%的初始亮度。从而， 发现发光元件6具有长的寿命。(发光元件7的制造)发光元件7是具有实施模式2中参照图4描述的结构的发光元件。具体地，发光元件7是在图16A的第二层1612的HOMO能级(绝对值)比第一层1611的HOMO能级深 (大)的情况中的发光元件。而且，发光元件7是如图7的概念图中示出的在第六层热力学 地控制载流子(电子)的情况中的发光元件。发光元件7是通过与发光元件6类似的方式制造的，不同之处在于使用Alq和N， N' -二苯基喹吖啶酮(DPQd)的共蒸发膜代替用于发光元件6的第六层1616的Alq和 2PCAPA的共蒸发膜。这里，蒸发速率被调节为使得Alq对DPQd的重量比变为1 0. 005 (= Alq DPQd)。在氮气氛下在手套箱中执行密封，从而使得所获得的本发明的发光元件7未暴露 于大气，并且随后测量该发光元件的工作特性。应当注意，在室温下(在保持于25°C的大气 中)执行测量。图21中示出了发光元件7的电流密度对亮度特性。图22中示出了电压对亮度特 性。图23中示出了亮度对电流效率特性。图24中示出了 ImA电流下的发射谱。而且，图 25示出了连续照明测试的结果，其中以被设定为5000cd/m2的初始亮度，通过恒定电流驱 动，使发光元件7持续点亮(垂直轴指示了相对亮度，假设5000cd/m2是100% )。5000cd/m2亮度下的发光元件7的CIE色度坐标是(χ = 0. 30，y = 0. 61)，并且发 射得自2PCAPA的绿色光。此外，在5000cd/m2亮度下，电流效率是17cd/A ；因此，发光元件 7具有特别高的效率。在5000cd/m2亮度下，驱动电压是6. IV。而且，进行连续照明测试，其中以被设定为5000cd/m2的初始亮度，通过恒定电流 驱动，使发光元件7持续点亮。结果，即使在100小时后也仍保持82%的初始亮度。从而， 发现发光元件7具有长的寿命。(发光元件8的制造)发光元件8是具有实施模式2中参照图4描述的结构的发光元件。具体地，发光 元件8是在图16A的第二层1612的HOMO能级(绝对值)比第一层1611的HOMO能级深 (大)的情况中的发光元件。而且，发光元件8是如图6A和6B的概念图中示出在第六层动 力学地控制载流子(电子)的情况中的发光元件。发光元件8是通过与发光元件6类似的方式制造的，不同之处在于使用N，N' -二 [4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N，N' - 二苯基乙烯基-4，4'-联胺(YGABP)代替用于发光 元件5的第二层1612的YGASF。在氮气氛下在手套箱中执行密封，从而使得所获得的本发明的发光元件8未暴露 于大气，并且随后测量该发光元件的工作特性。应当注意，在室温下(在保持于25°C的大气 中)执行测量。
图21中示出了发光元件8的电流密度对亮度特性。图22中示出了电压对亮度特 性。图23中示出了亮度对电流效率特性。图24中示出了 ImA电流下的发射谱。而且，图 25示出了连续照明测试的结果，其中以被设定为5000cd/m2的初始亮度，通过恒定电流驱 动，使发光元件8持续点亮(垂直轴指示了相对亮度，假设5000cd/m2是100% )。5000cd/m2亮度下的发光元件8的CIE色度坐标是(χ = 0. 29，y = 0. 63)，并且发 射得自2PCAPA的绿色光。此外，在5000cd/m2亮度下，电流效率是20cd/A ；因此，发光元件 8具有高的效率。在5000cd/m2亮度下，驱动电压是4. 6V。而且，进行连续照明测试，其中以被设定为5000cd/m2的初始亮度，通过恒定电流 驱动，使发光元件8持续。结果，即使在100小时后也仍保持87%的初始亮度。因此，证明 发光元件8具有长的寿命(发光元件9的制造)接着，制造具有图16B中示出的结构(这样的结构其中使用NPB形成上述发光元 件6至8的第二层1612并且未提供第六层1616)的发光元件9，作为用于比较的发光元件。 下面将描述发光元件9的制造方法。首先，通过溅射方法将包含氧化硅的氧化铟锡淀积在玻璃基板1601上方，以形 成第一电极1602。应当注意，第一电极1602的厚度被设定为IlOnm并且其面积被设定为 2mmX 2mm。接着，配备有第一电极1602的基板被固定到设置在真空蒸发装置中的基板固持 器，从而使配备有第一电极1602的表面面向下。真空蒸发装置中的压力减小到约10_4Pa。 然后，在第一电极1602上方，4，4' -二 [N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(NPB)和氧化钼 (VI)被共蒸发，以形成作为空穴注入层的第一层1611。第一层1611的厚度被设定为50nm， 并且蒸发速率被调节为使得NPB对氧化钼(VI)的重量比变为4 1( = NPB 氧化钼)。 应当注意，共蒸发方法是在一个处理腔室中同时使用多个蒸发源执行蒸发的蒸发方法。接着，通过使用电阻加热的蒸发方法将4，4' -二 [N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联 苯(NPB)淀积到IOnm的厚度，以形成作为空穴输运层的第二层1612。接着，在第二层1612上方形成作为发光层的第三层1613。通过9-[4_(10_苯 基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(CzPA)和N- (9，10- 二苯基-2-蒽基)-N, 9- 二苯基-9H-咔 唑-3-胺(2PCAPA)的共蒸发，形成具有40nm厚度的第三层1613。这里，蒸发速率被调节为 使得 CzPA 对 2PCAPA 的重量比变为 1 0. 05 ( = CzPA 2PCAPA)。然后，在第三层1613上方通过使用电阻加热的蒸发方法淀积向红菲咯啉(BPhen) 到30nm的厚度，以形成作为电子输运层的第四层1614。接着，在第四层1614上方淀积氟化锂(LiF)到Inm的厚度以形成作为电子注入层 的第五层1615。最后，通过使用电阻加热的蒸发方法淀积铝到200nm的厚度，以形成第二电极 1604。因此，制造了发光元件9。在氮气氛下在手套箱中执行密封，从而使如上文所述获得的发光元件9未暴露于 大气，并且随后测量发光元件9的工作特性。应当注意，在室温下(在保持于25°C的大气 中)执行测量。图21中示出了发光元件9的电流密度对亮度特性。图22中示出了电压对亮度特性。图23中示出了亮度对电流效率特性。而且，图25示出了连续照明测试的结果，其中以 被设定为5000cd/m2的初始亮度，通过恒定电流驱动使发光元件9持续点亮(垂直轴指示 了相对亮度，假设5000cd/m2是100% )。5000cd/m2亮度下的发光元件9的CIE色度坐标是(χ = 0. 30，y = 0. 62)，电流效 率是16cd/A，并且如发光元件6至8中那样，发射得自2PCAPA的绿色光。通过与发光元件6 至8的电流效率比较发现，发光元件9的电流效率低于发光元件6至8的电流效率。而且， 进行连续照明测试，其中以被设定为5000cd/m2的初始亮度，通过恒定电流驱动使发光元件 8持续点亮。结果，如图25中所示，在100小时后亮度降低到初始亮度的76%。因此，发光 元件9呈现出比发光元件6至8短的寿命。如上文所述，发现发光元件6至8具有高于发光元件9的效率。因此，发现通过应 用本发明可以获得具有高效率和长寿命的发光元件。[实施例3]在实施例3中，通过循环伏安法(CV)测量用于作为实施例1和实施例2中制造 的发光元件(发光元件1至4和发光元件6至8)的空穴输运层的第二层(图15A的第 二层1512和图16A的第二层1612)的N-[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N-苯基-螺-9， 9 ‘-联芴-2-胺(YGASF)、4- (9H-咔唑-9-基)-2 ‘-苯基三苯胺(o-YGAlBP)、4_ (9H-咔 唑-9-基)-3'-苯基三苯胺(m-YGAlBP)、N，N' -二 [4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N， N' - 二苯基乙烯基-4，4'-联胺(YGABP)和4，4' -二 [N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联 苯(NPB)的氧化反应特性。而且，通过测量，计算YGASF、YGABP、o-YGAlBP、m-YGAlBPm 和 NPB 的 HOMO 能级。应 当注意，对于该测量，使用电化学分析仪(BAS Inc.制造的ALS型号600A或600C)。对于用于CV测量的溶液，使用脱水二甲基甲酰胺(DMF) (Aldrich Inc.制造， 99.8%, Catalog No. 22705-6)作为溶剂，并且将作为支持电解质的高氯酸四-η-丁基铵 (n-Bu4NC104, Tokyo ChemicalIndustry Co.，Ltd.制造，Catalog No. T0836)溶解在该溶剂 中，以使得高氯酸四-η- 丁基铵的浓度是lOOmmol/L。而且，将测量对象也溶解在该溶剂中 并且将其调节为使得其浓度变为lmmol/L。而且，使用钼电极(BAS Inc.制造的PTE钼电 极)作为工作电极；使用钼电极(BASInc.制造的VC-3 Pt对电极(5cm))作为辅助电极；并 且使用Ag/Ag+电极(BAS Inc.制造的RE5非水性溶剂参考电极)作为参考电极。应当注 意，在室温下(20°C至25°C)进行CV测量。(参考电极相对于真空能级的势能的计算)首先，计算实施例3中使用的参考电极(Ag/Ag+电极)相对于真空能级的势能 (eV)。即，计算Ag/Ag+电极的费米能级。已知相对于标准氢电极，甲醇中的二茂铁的氧化 还原电势是+0. 610 [V 相对(vs.) SHE](参考文献Christian R. Goldsmith et al.，J. Am. Chem. Soc.，Vol. 124，No. 1，pp. 83-96,2002)。另一方面，在使用实施例3中使用的参考电 极计算甲醇中的二茂铁的氧化还原电势时，结果是+0.20V[相对Ag/Ag+]。因此，发现实施 例3中使用的参考电极的势能比标准氢电极的势能低0. 41 [eV]。这里，已知标准氢电极相对于真空能级的势能是-4. 44eV(参考文献=Toshihiro Ohnishi和Tamami Koyama,High Molecular EL Material,Kyoritsu Shuppan,pp.64-67)。 因此，实施例3中使用的参考电极相对于真空能级的势能可被计算为-4. 44-0.41=-4. 85 [eV]。(测量示例1 :YGASF)在测量示例1中，通过循环伏安法(CV)测量YGASF的氧化反应特性。扫描速率被设定为0. ν/sec。图26示出了测量结果。应当注意，通过如下方式执行氧化反应特性的测 量，即相对于参考电极，利用范围从-0. 18V到+0. 80V的电位，并且随后利用范围从+0. 80V 到-0. 18V的电位，扫描工作电极。如图26所示，可以看到，氧化峰电位Epa是+0. 63V并且还原峰电位Epe是+0. 55V。 因此，半波电位(Ep。和Epa之间的中间电位)可被计算为+0.59V。这表明通过+0.59[V相 对Ag/Ag+]的电能使YGASF氧化，并且该能量对应于HOMO能级。这里，如上文所述，实施例 3中使用的参考电极相对于真空能级的势能是-4. 85[eV]。因此，YGASF的HOMO能级被计 算为-4. 85-(+0. 59) = -5. 44 [eV]。(测量示例 2 =YGABP)在测量示例2中，通过循环伏安法(CV)测量YGABP的氧化反应特性。扫描速率被 设定为0. ν/sec。图27示出了测量结果。应当注意，通过如下方式执行氧化反应特性的测 量，即相对于参考电极，利用范围从-0. 20V到+1. OOV的电位，并且随后利用范围从+1. OOV 到-0. 20V的电位，扫描工作电极。如图27所示，可以看到，氧化峰电位Epa是+0. 66V并且还原峰电位Epe是+0. 50V。 因此，半波电位(Ep。和Epa之间的中间电位)可被计算为+0.58V。这表明通过+0.58[V相 对Ag/Ag+]的电能可以使YGABP氧化，并且该能量对应于HOMO能级。这里，如上文所述，实 施例3中使用的参考电极相对于真空能级的势能是-4. 85 [eV]。因此，YGABP的HOMO能级 被计算为"4. 85-(+0. 58) = -5. 43 [eV]。(测量示例 3 =O-YGAlBP)在测量示例3中，通过循环伏安法(CV)测量O-YGAlBP的氧化反应特性。扫描速 率被设定为0. ν/sec。图28示出了测量结果。应当注意，通过如下方式执行氧化反应特 性的测量，即相对于参考电极，利用范围从-1. OOV到+1. OOV的电位，并且随后利用范围从 +1. OOV到-1. OOV的电位，扫描工作电极。如图28所示，可以看到，氧化峰电位Epa是+0. 67V并且还原峰电位Epe是+0. 51V。 因此，半波电位(Ep。和Epa之间的中间电位)可被计算为+0.58V。这表明通过+0.58[V相 对Ag/Ag+]的电能可以使o-YGAlBP氧化，并且该能量对应于HOMO能级。这里，如上文所述， 实施例3中使用的参考电极相对于真空能级的势能是-4. 85 [eV]。因此，o-YGAlBP的Η0Μ0 能级被计算为-4. 85-(+0. 58) = -5. 43 [eV]。(测量示例 4 :m-YGAlBP)在测量示例4中，通过循环伏安法(CV)测量m-YGAlBP的氧化反应特性。扫描速 率被设定为0. ν/sec。图29示出了测量结果。应当注意，通过如下方式执行氧化反应特 性的测量，即相对于参考电极，利用范围从-0. 50V到+1. 00V的电位，并且随后利用范围从 +1. 00V到-0. 50V的电位，扫描工作电极。如图29所示，可以看到，氧化峰电位Epa是+0. 86V并且还原峰电位Epe是+0. 44V。 因此，半波电位(Ep。和Epa之间的中间电位)可被计算为+0.65V。这表明通过+0.65[V相 对Ag/Ag+]的电能可以使m-YGAlBP氧化，并且该能量对应于HOMO能级。这里，如上文所述，实施例3中使用的参考电极相对于真空能级的势能是-4. 85 [eV]。因此，m_YGAlBP的HOMO能级被计算为-4. 85-(+0. 65) = -5. 50 [eV]。(测量示例5 =NPB)在测量示例5中，通过循环伏安法(CV)测量评估NPB的氧化反应特性。扫描速 率被设定为0. ν/sec。图30示出了测量结果。应当注意，通过如下方式执行氧化反应特 性的测量，即相对于参考电极，利用范围从-0. 20V到+0. 80V的电位，并且随后利用范围从 +0. 80V到-0. 20V的电位，扫描工作电极。如图30所示，可以看到，氧化峰电位Epa是+0. 45V并且还原峰电位Epe是+0. 39V。 因此，半波电位(Ep。和Epa之间的中间电位)可被计算为+0.42V。这表明通过+0.42[V相 对Ag/Ag+]的电能可以使NPB氧化，并且该能量对应于HOMO能级。这里，如上文所述，实施 例3中使用的参考电极相对于真空能级的势能是-4. 85[eV]。因此，NPB的HOMO能级被计 算为-4. 85-(+0. 42) = -5. 27 [eV]。应当注意，通过比较以上述方式计算的YGASF、YGABP, o_YGAlBP、m-YGAlBP和NPB 的HOMO能级，可以发现，YGASF的HOMO能级比NPB的低0. 17 [eV]，YGABP的HOMO能级比 NPB 的低 0. 16 [eV]，o-YGAlBP 的 HOMO 能级比 NPB 的低 0. 16 [eV]，并且 m-YGAlBP 的 HOMO 能 级比NPB的低0. 23[eV]。S卩，通过使用YGASF、YGABP、o-YGAlBP或m-YGAlBP形成作为空穴输运层的第二层 (图15的第二层1512以及图16A和16B的第二层1612)，可以抑制从作为空穴注入层的第 一层(图15的第一层1511以及图16A和16B的第一层1611)到作为空穴输运层的第二层 (图15的第二层1512以及图16A和16B的第二层1612)的空穴注入量。因此，可以抑制到 作为发光层的第三层(图15的第三层1513以及图16A和16B的第三层1613)的空穴注入 量；因此，可以实现元件效率的增加。因此，可以认为，其中YGASF、YGABP、o-YGAlBP或m-YGAlBP用于本发明的发光元件 的作为空穴输运层的第二层的实施例1和2的元件结构适用于本发明。[实施例4]在该实施例中，通过循环伏安法(CV)测量用于实施例2中制造的发光元件(发光 元件6至8)中的作为用于控制电子载流子的输运的载流子控制层的第六层(图16A的第 六层1616)的三(8-羟基喹啉)铝(III) (Alq)、N，N' - 二苯基喹吖啶酮(DPQd)和N-(9， 10- 二苯基-2-蒽基)-N, 9- 二苯基-9H-咔唑-3-胺(2PCAPA)的还原反应特性。而且，通 过测量，计算Alq、DPQd和2PCAPA的LUMO能级。应当注意，对于该测量，使用电化学分析仪 (BAS Inc.制造的 ALS 型号 600A 或 600C)。对于用于CV测量的溶液，将脱水二甲基甲酰胺(DMF) (Aldrichlnc.制造， 99.8%, Catalog No. 22705-6)用作溶剂，并且将作为支持电解质的高氯酸四_n_ 丁基铵 (n-Bu4NC104, Tokyo Chemical Industry Co.，Ltd.制造，Catalog No. T0836)溶解在该溶 剂中，使得高氯酸四-η- 丁基铵的浓度是lOOmmol/L。而且，测量对象也溶解在该溶剂中并 且被调节为使得其浓度是lOmmol/L。而且，使用钼电极(BAS Inc.制造的PTE钼电极)作 为工作电极；使用钼电极(BAS Inc.制造的VC-3Pt对电极(5cm))作为辅助电极；并且使用 Ag/Ag+电极(BAS Inc.制造的RE5非水性溶剂参考电极)作为参考电极。应当注意，在室 温下(20°C至25°C )进行CV测量。
(参考电极相对于真空能级的势能的计算)首先，计算实施例4中使用的参考电极(Ag/Ag+电极)相对于真空能级的势能 (eV)。即，计算Ag/Ag+电极的费米能级。已知相对于标准氢电极，甲醇中的二茂铁的氧化 还原电势是 +0. 610 [V 相对 SHE](参考文献=Christian R. Goldsmith et al.，J. Am. Chem. Soc. ,Vol. 124, No. 1，pp. 83-96，2002)。另一方面，在使用实施例4中使用的参考电极计算 甲醇中的二茂铁的氧化还原电势时，结果是+0. 20V[相对Ag/Ag+]。因此，发现实施例4中 使用的参考电极的势能比标准氢电极的势能低0. 41 [eV]。这里，已知标准氢电极相对于真空能级的势能是-4. 44eV(参考文献=Toshihiro Ohnishi 禾口Tamami Koyama,High Molecular EL Material,Kyoritsu Shuppan,pp.64-67)。 因此，实施例3中使用的参考电极相对于真空能级的势能可被计算为-4. 44-0.41 =-4. 85 [eV]。(测量示例6 =Alq)在测量示例6中，通过循环伏安法(CV)测量Alq的还原反应特性。扫描速率被设 定为0. ν/sec。图31示出了测量结果。应当注意，通过如下方式执行还原反应特性的测 量，即相对于参考电极，利用范围从-0. 69V到-2. 40V的电位，并且随后利用范围从-2. 40V 到-0. 69V的电位，扫描工作电极。如图31所示，可以看到，氧化峰电位Epa是-2. 12V并且还原峰电位Ep。是-2.20V。 因此，半波电位(Ep。和Epa之间的中间电位)可被计算为-2. 16V。这表明通过-2. 16[V相 对Ag/Ag+]的电能使Alq还原，并且该能量对应于LUMO能级。这里，如上文所述，实施例 4中使用的参考电极相对于真空能级的势能是-4. 85 [eV]。因此，Alq的LUMO能级被计算 为-4. 85-(-2. 16) = -2. 69 [eV]。(测量示例7 =DPQd)在测量示例7中，通过循环伏安法(CV)测量DPQd的还原反应特性。扫描速率被设定为0. ν/sec。图32示出了测量结果。应当注意，通过如下方式执行还原反应特性的测 量，即相对于参考电极，利用范围从-0. 40V到-2. IOV的电位，并且随后利用范围从-2. IOV 到-0. 40V的电位，扫描工作电极。而且，由于DPQd具有低的可溶性并且即使在溶液被调节 为包含浓度为lmmol/L的DPQd时仍不能完全溶解在溶剂中，因此提取上清液而未溶解残留 物被沉淀，并且使用该上清液用于测量。如图32所示，可以看到，氧化峰电位Epa是-1. 63V并且还原峰电位Epe是-1. 69V。 因此，半波电位(Ep。和Epa之间的中间电位)可被计算为-1.66V。这表明通过-1.66[V相 对Ag/Ag+]的电能使DPQd还原，并且该能量对应于LUMO能级。这里，如上文所述，实施例 4中使用的参考电极相对于真空能级的势能是-4. 85[eV]。因此，DPQd的LUMO能级被计算 为-4. 85-(-1. 66) = -3. 19 [eV]。(测量示例 8 :2PCAPA)在测量示例8中，通过循环伏安法(CV)测量2PCAPA的还原反应特性。扫描速率被 设定为0. ν/sec。图33示出了测量结果。应当注意，通过如下方式执行还原反应特性的测 量，即相对于参考电极，利用范围从-0. 41V到-2. 50V的电位，并且随后利用范围从-2. 50V 到-0. 41V的电位，扫描工作电极。如图33所示，可以看到，氧化峰电位Epa是-2. 14V并且还原峰电位Ep。是-2. 21V。因此，半波电位(Ep。和Epa之间的中间电位)可被计算为-2. ISV0这表明通过-2. 18[V相 对Ag/Ag+]的电能使2PCAPA还原，并且该能量对应于LUMO能级。这里，如上文所述，实施例 4中使用的参考电极相对于真空能级的势能是-4. 85 [eV]。因此，2PCAPA的LUMO能级被计 算为-4. 85-(-2. 18) = -2. 67 [eV]。应当注意，通过比较以上述方式计算的Alq和DPQd的LUMO能级，可以发现DPQd 的LUMO能级比Alq的LUMO能级低0. 50 [eV]。这意味着通过向Alq添加DPQd, DPQd用作 电子陷阱。这是实施模式2中描述的情况，其中第六层热力学地控制载流子(电子)的输 运，并且由作为具有电子输运属性的材料的金属络合物(Alq)和具有电子俘获属性的喹吖 啶酮衍生物(DPQd)形成。而且，通过比较以上述方式计算的Alq和2PCAPA的LUMO能级，可以发现2PCAPA 和Alq的LUMO能级之间的差仅为0. 02 [eV]。这意味着通过向Alq添加2PCAPA，电子可以 容易地输运到2PCAPA并且整个层的电子输运率降低。这是实施模式2中描述的情况，其中 第六层动力学地控制载流子(电子)的输运，并且由作为具有电子输运属性的材料的金属络合物(Alq)和具有空穴输运属性的芳族胺化合物(2PCAPA)形成。因此，发现包括由Alq和DPQd的组合或者Alq和2PCAPA的组合形成的载流子控 制层的元件结构适用于本发明。本申请基于在2007年10月19日提交日本专利局的日本专利申请 No. 2007-272003，通过引用将其整体内容并入在此处。
权利要求
一种发光元件，包括一对电极之间的EL层，其中所述EL层包括具有空穴注入属性的第一层、具有空穴输运属性的第二层和具有发光属性的第三层，其中所述第一层和所述第二层插入在用作阳极的电极和所述第三层之间，其中所述第一层包括复合材料，在该复合材料中受主物质被包含在具有高的空穴输运属性的物质中，并且其中所述第二层的最高被占用分子轨道能级的绝对值大于所述第一层的最高被占用分子轨道能级的绝对值。
2.如权利要求1所述的发光元件，其中所述第二层的最高被占用分子轨道能级的绝对 值比所述第一层的最高被占用分子轨道能级大出大于或等于0. IeV0
3.如权利要求1所述的发光元件，其中所述第三层包含具有电子输运属性的物质。
4.使用如权利要求1所述的发光元件制造的发光设备。
5.使用如权利要求4所述的发光设备制造的电子设备。
6. 一种发光元件，包括 一对电极之间的EL层，其中所述EL层包括具有空穴注入属性的第一层、具有空穴输运属性的第二层、具有发 光属性的第三层和控制电子输运的第四层，其中所述第一层和所述第二层插入在用作阳极的电极和所述第三层之间， 其中所述第四层插入在用作阴极的电极和所述第三层之间，其中所述第二层的最高被占用分子轨道能级HOMO能级的绝对值大于所述第一层的最 高被占用分子轨道能级的绝对值，其中所述第四层包括具有电子输运属性的第一有机化合物和具有空穴输运属性的第 二有机化合物，并且其中所述第二有机化合物的含量在质量比上小于总量的50%。
7.如权利要求6所述的发光元件，其中所述第二有机化合物的最高被占用分子轨道能级的绝对值和所述第一有机化合 物的最高被占用分子轨道能级的绝对值之间的差小于或等于0. 3eV，并且其中当所述第一有机化合物的偶极矩是P1并且所述第二有机化合物的偶极矩是P2时， 满足关系P1A32 ^ 3。
8.如权利要求6所述的发光元件，其中所述第二有机化合物的最高被占用分子轨道能级的绝对值和所述第一有机化合 物的最高被占用分子轨道能级的绝对值之间的差小于或等于0. 3eV, 其中所述第一有机化合物是金属络合物，并且 其中所述第二有机化合物是芳族胺化合物。
9.如权利要求6所述的发光元件，其中所述第二层的最高被占用分子轨道能级的绝对 值比所述第一层的最高被占用分子轨道能级大出大于或等于0. IeV0
10.如权利要求6所述的发光元件，其中所述第三层包含具有电子输运属性的物质。
11.使用如权利要求6所述的发光元件制造的发光设备。
12.使用如权利要求11所述的发光设备制造的电子设备。
13. 一种发光元件，包括 一对电极之间的EL层，其中所述EL层包括具有空穴注入属性的第一层、具有空穴输运属性的第二层、具有发 光属性的第三层和控制电子输运的第四层，其中所述第一层和所述第二层插入在用作阳极的电极和所述第三层之间， 其中所述第四层插入在用作阴极的电极和所述第三层之间，其中所述第二层的最高被占用分子轨道能级的绝对值大于所述第一层的最高被占用 分子轨道能级的绝对值和所述第三层的最高被占用分子轨道能级的绝对值，其中所述第四层包括具有电子输运属性的第一有机化合物和具有电子俘获属性的第 二有机化合物，并且其中所述第二有机化合物的含量在质量比上小于总量的50%。
14.如权利要求13所述的发光元件，其中所述第二有机化合物的最高被占用分子轨道 能级的绝对值比所述第一有机化合物的最高被占用分子轨道能级的绝对值大出大于或等 于 0. 3eV0
15.如权利要求13所述的发光元件， 其中所述第一有机化合物是金属络合物，并且 其中所述第二有机化合物是香豆素衍生物。
16.如权利要求13所述的发光元件， 其中所述第一有机化合物是金属络合物，并且 其中所述第二有机化合物是喹吖啶酮衍生物。
17.如权利要求13所述的发光元件，其中所述第三层包含具有电子输运属性的物质。
18.如权利要求13所述的发光元件，其中所述第四层的厚度大于或等于5nm并且小于 或等于20nm。
19.使用如权利要求13所述的发光元件制造的发光设备。
20.使用如权利要求19所述的发光设备制造的电子设备。
全文摘要
在包括处在一对电极之间的EL层的发光元件中，形成如下结构，其中该EL层至少包括在用作阳极的电极和具有发光属性的第三层(发光层)之间的具有空穴注入属性的第一层(空穴注入层)和具有空穴输运属性的第二层(空穴输运层)；并且第二层的最高被占用分子轨道能级(HOMO能级)的绝对值大于第一层的最高被占用分子轨道能级(HOMO能级)的绝对值，从而使从用作阳极的电极侧注入的空穴量被抑制，并且因此增加了发光元件的发光效率。
文档编号H01L51/50GK101803058SQ20088010736
公开日2010年8月11日 申请日期2008年10月10日 优先权日2007年10月19日
发明者下垣智子, 濑尾哲史, 铃木恒德 申请人:株式会社半导体能源研究所