发光元件、显示模块、照明模块、发光装置、显示装置、电子设备及照明装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及一种物品、方法或制造方法。此外，本发明设及一种工序(process )、机 器(machine)、产品（manufacture)或组合物（composition of matter)。尤其是，本发明的 一个实施方式设及一种半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、它们的驱动方法或它 们的制造方法。尤其是，本发明的一个实施方式设及一种包含有机化合物作为发光物质的 发光元件、显示模块、照明模块、显示装置、发光装置、电子设备及照明装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，对使用有机化合物并利用电致发光化L = Electroluminescence)的发光元 件(有机化元件）的研究开发日益火热。在运些发光元件的基本结构中，在一对电极之间夹 有包含发光物质的有机化合物层化L层）。通过对上述元件施加电压，可W获得来自发光物 质的发光。
[0003] 因为运种发光元件是自发光型发光元件，所W具有可见度高W及不需要背光等优 点，由此，运种发光元件被认为适合于平板显示器元件。另外，使用运种发光元件的显示器 可W被制造成薄且轻，运也是极大的优点，并具有非常快的应答速度。
[0004] 因为运种发光元件可W获得面发光，所W可W容易形成大面积的元件。该特征在 利用W白识灯或Lm)为代表的点光源或者W巧光灯为代表的线光源中难W得到。因此，上述 发光元件作为用于照明装置等的面光源还具有非常高的利用价值。
[000引在运种有机化元件中，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到化层，而使电流流过。 并且，被注入了的电子与空穴复合而使具有发光性的有机化合物激发，由此可W发光。
[0006] 作为有机化合物的激发态，可W举出单重激发态(S^和=重激发态(户），来自单重 激发态的发光被称为巧光，而来自=重激发态的发光被称为憐光。另外，在该发光元件中， 单重激发态与=重激发态的统计学上的产生比率被认为是S*: T*= 1: 3。
[0007] 在由单重激发态发光的化合物（W下称为巧光发光物质）中，在室溫下通常仅观察 到来自单重激发态的发光（巧光），而观察不到来自=重激发态的发光(憐光）。因此，基于 户=1:3的关系，使用巧光发光物质的发光元件中的内量子效率(相对于所注入的载流子 的所产生的光子的比率)的理论上的极限被认为是25%。
[0008] 另一方面，在由=重激发态发光的化合物（W下称为憐光化合物）中，观察到来自 =重激发态的发光(憐光）。此外，在憐光化合物中，由于容易产生系间窜越，因此理论上能 够使内量子效率上升到100%。换句话说，使用憐光发光物质的发光元件容易实现比使用巧 光发光物质的发光元件高的发光效率。基于上述理由，为了实现具有高效率的发光元件，近 年来对使用憐光发光物质的发光元件的开发日益火热。
[0009] 专利文献1公开了一种白色发光元件，该白色发光元件包括包含发射憐光的多种 发光渗杂剂的发光区域。另外，专利文献2公开了一种元件(所谓的串联元件），在该元件中 在巧光发光层与憐光发光层之间设置有中间层(电荷产生层）。
[0010] [专利文献I ]日本PCT国际申请翻译2004-522276号公报 [专利文献2]日本专利申请公开2006-024791号公报
【发明内容】
[0011] 作为W白色发光元件为代表的多色发光元件，如专利文献2所示，也已开发在巧光 发光层和憐光发光层之间设置有中间层（电荷产生层）的元件。并且，上述元件中的一些已 实现实用化。在具有运种结构的发光元件中，从巧光发光层发射短波长的光，从憐光发光层 发射长波长的光。
[0012] 在上述结构中，使用巧光作为使用寿命会有问题的短波长的光并且使用憐光作为 长波长的光。虽然与使用憐光作为短波长和长波长的光的元件相比效率降低，但是上述结 构可W获得具有稳定的特性的多色发光元件。
[0013] 具有可靠性优先于性能的上述结构的多色发光元件与使用寿命的方面常有问题 的通常的发光元件相比适合实用化，但是为了获得一个发光元件需要形成较多的膜，而不 利于实用化。
[0014] 具有该结构的多色元件在憐光发光层和巧光发光层之间设置中间层有几个理由， 其中之一就是为了抑制巧光发光层引起的憐光巧灭。
[0015] 通常，在巧光发光层中作为主体材料使用具有W蔥等为代表的稠合芳香环(尤其 是，稠合芳控环)骨架的物质，具有该稠合芳香环骨架的物质的=重态能级在很多情况下较 低。由此，当接触地设置巧光发光层和憐光发光层时，在憐光发光层中产生的=重态激发能 转移到巧光发光层的主体材料的=重态能级而使=重态激发能失活。由于=重态激子的使 用寿命长，所W激子的扩散距离长，不仅是在巧光发光层与憐光发光层之间的界面产生的 激发能，在憐光发光层的内部生成的激发能也因巧光发光层的主体材料失活。因此，发光效 率大幅度地下降。
[0016] 当对巧光发光层使用=重态激发能大的主体材料时，虽然可W解决上述问题，但 是此时的该主体材料的单重态激发能比=重态激发能大，所W从主体材料向巧光渗杂剂的 能量转移不够，从而导致巧光发光层中的发光效率不足。另外，主体材料的无福射衰变加速 元件特性(尤其是使用寿命)的降低。此外，当主体材料的单重态激发能过大时，该主体材料 的HOMO-LUMO能隙大，运导致驱动电压的过剩的上升。
[0017] 于是，本发明的一个实施方式的一个目的是提供一种使用巧光发光及憐光发光且 有利于实用化的发光元件。本发明的一个实施方式的另一目的是提供一种使用巧光发光及 憐光发光的发光元件，因形成该发光元件时的层的数量比较少而制造工序少并且有利于实 用化。
[0018] 本发明的一个实施方式的另一目的是提供一种使用巧光发光及憐光发光且具有 良好的发光效率的发光元件。
[0019] 本发明的一个实施方式的另一目的是提供一种使用巧光发光及憐光发光的发光 元件，形成该发光元件时的层的数量比较少，有利于实用化并且具有良好的发光效率。本发 明的一个实施方式的另一目的是提供一种新的发光元件。
[0020] 本发明的一个实施方式的另一目的是提供一种通过使用上述发光元件而W低成 本制造的显示模块、照明模块、发光装置、显示装置、电子设备及照明装置。
[0021] 本发明的一个实施方式的另一目的是提供一种通过使用上述发光元件而耗电量 被降低的显示模块、照明模块、发光装置、显示装置、电子设备及照明装置。
[0022] 本发明只要实现上述目的中的至少一个即可。
[0023] 能够实现上述目的的发光元件具备叠层结构，该叠层结构包括包含主体材料和巧 光发光物质的第一发光层113aW及包含形成激基复合物的两种有机化合物和能够将=重 态激发能转换为发光的物质的第二发光层113b。注意，来自第一发光层113a的发光的发射 光谱峰存在于比来自第二发光层113b的发光的发射光谱峰更短波长一侧的发光元件更有 效地实现上述目的。
[0024] 本发明的一个实施方式是一种发光元件，包括:一对电极；W及夹在一对电极之间 的化层，其中，化层包括第一发光层及第二发光层，来自第一发光层113a的发光的发射光谱 存在于比来自第二发光层的发光的发射光谱更短波长一侧，第一发光层至少包含巧光发光 物质和主体材料，第二发光层至少包含能够将=重态激发能转换为发光的物质、第一有机 化合物及第二有机化合物，并且，第一有机化合物和第二有机化合物形成激基复合物。
[0025] 本发明的另一个实施方式是一种发光元件，包括:一对电极；W及夹在一对电极之 间的化层，其中，EL层中的第一发光层与第二发光层W接触的方式层叠，来自第一发光层的 发光的发射光谱存在于比来自第二发光层的发光的发射光谱更短波长一侧，第一发光层至 少包含巧光发光物质和主体材料，第二发光层至少包含能够将=重态激发能转换为发光的 物质、第一有机化合物及第二有机化合物，并且，第一有机化合物和第二有机化合物形成激 基复合物。
[0026] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，能量从 激基复合物转移到能够将=重态激发能转换为发光的物质。
[0027] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，主体材 料的单重态激发能级大于巧光发光物质的单重态激发能级，并且，主体材料的=重态激发 能级小于巧光发光物质的=重态激发能级。
[0028] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，主体材 料的=重态激发能级小于第一有机化合物及第二有机化合物的=重态激发能级。
[0029] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，主体材 料具有稠合芳香环骨架。
[0030] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，主体材 料具有蔥骨架。
[0031] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，主体材 料是具有蔥骨架的有机化合物，并且，巧光发光物质是具有巧骨架的有机化合物。
[0032] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，第二发 光层包含发射光谱互相不同的n种(n为2W上的整数)物质作为能够将=重态激发能转换为 发光的物质。
[0033] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，第二发 光层包括n个层，并且，n个层包含互相不同的能够将=重态激发能转换为发光的物质。
[0034] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，第二发 光层包含发射光谱互相不同的第一憐光发光物质及第二憐光发光物质作为能够将=重态 激发能转换为发光的物质。
[0035] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，第一憐 光发光物质在红色区域发光，第二憐光发光物质在绿色区域发光，并且，巧光发光物质在蓝 色区域发光。
[0036] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，第一憐 光发光物质在580nm至680nm的范围中具有发射光谱峰，第二憐光发光物质在500nm至560nm 的范围中具有发射光谱峰，并且，巧光发光物质在400nm至480nm的范围中具有发射光谱峰。
[0037] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，第二发 光层包括第一憐光发光层和第二憐光发光层，第一憐光发光层包含第一憐光发光物质，并 且，第二憐光发光层包含第二憐光发光物质。
[0038] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，依次层 叠第一发光层、第一憐光发光层及第二憐光发光层。
[0039] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，第一发 光层形成在一对电极的阳极一侧，第二憐光发光层形成在一对电极的阴极一侧。
[0040] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，第一憐 光发光物质在第一憐光发光层内呈现载流子俘获性。
[0041] 本发明的另一个实施方式是一种具有上述结构的发光元件，在该结构中，载流子 俘获性为电子俘获性。
[0042] 本发明的另一个实施方式是一种包括上述记载中任一项所述的发光元件的显示 模块。
[0043] 本发明的另一个实施方式是一种包括上述记载中任一项所述的发光元件的照明 模块。
[0044] 本发明的另一个实施方式是一种发光装置，包括上述记载中任一项所述的发光元 件及用来控制发光元件的单元。
[004引本发明的另一个实施方式是一种显示装置，包括显示部中的上述记载中任一项所 述的发光元件及用来控制发光元件的单元。
[0046] 本发明的另一个实施方式是一种照明装置，包括照明部中的上述记载中任一项所 述的发光元件及用来控制发光元件的单元。
[0047] 本发明的另一个实施方式是一种包括上述记载中任一项所述的发光元件的电子 设备。
[0048] 另外，本说明书中的发光装置在其范畴中包括使用发光元件的图像显示装置。此 夕h本说明书中的发光装置的范畴包括如下模块:发光元件安装有连接器诸如各向异性导 电薄膜或TCP(化pe Carrier化Ckage:带载封装）的模块;在TCP的端部设置有印刷线路板 的模块;通过COG(化ip On Glass:玻璃上忍片）方式在发光元件上直接安装有IC(集成电 路)的模块。再者，该范畴还包括用于照明设备等的发光装置。
[0049] 本发明的一个实施方式可W提供一种使用巧光发光及憐光发光的多色发光元件， 形成该多色发光元件时的层的数量比较少并且有利于实用化。
[0050] 本发明的另一个实施方式可W提供一种使用巧光发光及憐光发光的多色发光元 件，该多色发光元件具有良好的发光效率。
[0051] 本发明的另一个实施方式可W提供一种使用巧光发光及憐光发光的多色发光元 件，形成该多色发光元件时的层的数量比较少，有利于实用化并且具有良好的发光效率。
[0052] 本发明的另一个实施方式可W提供一种通过使用上述发光元件中的任一个而W 低成本制造的显示模块、照明模块、发光装置、显示装置、电子设备及照明装置。
[0053] 本发明的另一个实施方式可W提供一种通过使用上述发光元件中的任一个而耗 电量被降低的显示模块、照明模块、发光装置、显示装置、电子设备及照明装置。
【附图说明】
[0054] 图IA和IB是发光元件的示意图； 图2A和2B是有源矩阵型发光装置的示意图； 图3A和3B是有源矩阵型发光装置的示意图； 图4是有源矩阵型发光装置的示意图； 图5A和5B是无源矩阵型发光装置的示意图； 图6A和6B是示出照明装置的图； 图7A、7B1和7B2、7CW及7D是示出电子设备的图； 图8是示出光源装置的图； 图9是示出照明装置的图； 图10是示出照明装置的图； 图11是示出车载显示装置及照明装置的图； 图12A至12C是示出电子设备的图； 图13是示出发光元件1的电流密度-亮度特性的图； 图14是示出发光元件1的亮度-电流效率特性的图； 图15是示出发光元件1的电压-亮度特性的图； 图16是示出发光元件1的亮度-外量子效率特性的图； 图17示出发光元件1的发射光谱； 图18是示出发光元件1的归一化亮度时间变化的图； 图19A和19B示出发光元件2及发光元件3的发射光谱； 图20示出发光元件4的发射光谱； 图21是本发明的一个实施方式的发光元件中的各物质及激基复合物的能级的关系图。
【具体实施方式】
[0055] W下，将参照【附图说明】本发明的实施方式。注意，本发明不局限于W下说明，而所 属技术领域的普通技术人员可W很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离 本发明的宗旨及其范围的情况下可W被变换及修改。因此，本发明不应该被解释为仅局限 在W下所示的实施方式所记载的内容中。
[0056] 实施方式1 图IA示出本发明的一个实施方式的发光元件的示意图。该发光元件至少包括一对电极 (第一电极101、第二电极102) W及具有发光层113的化层103。另外，发光层113包括第一发 光层113a和第二发光层113b。
[0057] 在图IA中，虽然还图示出化层103中的空穴注入层111、空穴传输层112、电子传输 层114W及电子注入层115,但是该叠层结构为一个例子，本发明的一个实施方式的发光元 件的化层103的结构不局限于此。注意，在图IA中，第一电极101用作阳极，第二电极102用作 阴极。
[0058] 第一发光层113a包含巧光发光物质和主体材料。另外，第二发光层113b包含第一 有机化合物、第二有机化合物及憐光发光物质。另外，在具有该结构的发光层中，第一有机 化合物和第二有机化合物的结合形成激基复合物。
[0059] 通过具有上述结构，可W使来源于巧光发光物质的光能够高效地从第一发光层 113a发射W及使来源于憐光发光物质的光能够高效地从第二发光层113b发射。注意，在该 发光元件中，即使在第一发光层113a与第二发光层113b之间不设置有电荷产生层（即使发 光元件不是串联元件），也可W高效率地获得巧光发光和憐光发光。
[0060] -般来说，当巧光发光层和憐光发光层包括在同一化层中W发光时，憐光发光层 的=重态激发能转移到占有巧光发光层中的大部分的主体材料，运导致发光效率大幅度地 降低。运是因为如下缘故:通常，因在巧光发光层中使用=重态能级低的具有W蔥等为代表 的稠合芳香环(尤其是，稠合芳控环)骨架的物质作为主体材料，所W在憐光发光层中产生 的=重态激发能转移到巧光发光层的主体材料中而导致=重态激发能的无福射衰变。现 在，在巧光发光层中，难W不使用具有稠合芳香环骨架的物质而得到所希望的发光波长及 良好的元件特性和可靠性，所W在巧光发光层和憐光发光层包括在同一化层中时难W获得 具有良好的特性的发光元件。
[0061] 另外，=重激发态的弛豫时间很长，激子的扩散距离长，由于扩散而使在憐光发光 层中生成的激子的大部分也转移到巧光发光层中，而导致激子的无福射衰变的发生，运进 一步降低憐光发光层的发光效率。
[0062] 在此，在本实施方式中，通过采用如下结构可W解决上述问题:第二发光层113b中 的第一有机化合物及第二有机化合物形成激基复合物，=重态激发能从该激基复合物转移 到憐光发光物质中而可W得到发光。
[0063] 激基复合物处于由两种物质构成的激发态。形成激基复合物的两种物质通过发射 光恢复成基态并用作原来的两种物质。就是说，激基复合物自身不具有基态，因此原则上不 容易发生激基复合物之间的能量转移或者从其他物质向激基复合物的能量转移。
[0064] 对于在发光元件中生成激基复合物来说时，通过使第一有机化合物和第二有机化 合物中的任一个作为阳离子与另一个作为阴离子而彼此相邻，直接形成激基复合物的过程 (电致激基复合物(electroplex)过程)可认为是占优势的。此外，即使第一有机化合物和第 二有机化合物中的一个处于激发态，也迅速地与第一有机化合物和第二有机化合物中的另 一个彼此相邻而形成激基复合物，因此第二发光层113b中的大部分激子W激基复合物存 在。
[0065] 此外，因为激基复合物的单重态激发能相当于第一有机化合物和第二有机化合物 中的一个的低HOMO能级与第一有机化合物和第二有机化合物中的另一个的高LUMO能级之 间的能量差，所W激基复合物的单重态激发能小于第一有机化合物和第二有机化合物的单 重态激发能，不发生从激基复合物向第一有机化合物或第二有机化合物的单重态激发能的 移动。再者，通过W使激基复合物的=重态激发能小于第一有机化合物或第二有机化合物 的=重态激发能的方式，优选W使激基复合物的=重态激发能小于第一有机化合物及第二 有机化合物的=重态激发能的方式选择第一有机化合物及第二有机化合物，可W几乎不发 生从激基复合物向第一有机化合物及第二有机化合物的能量转移。另外，如上所述，由于几 乎没有激基复合物之间的能量转移，几乎不发生第二发光层113b内的激子的扩散，结果，可 W解决上述问题。
[0066] 在此，在作为巧光发光层的第一发光层113a与第二发光层113b接触时，在其界面 有可能发生从激基复合物向第一发光层113a的主体材料的能量转移(尤其是，=重态能的 转移）。但是，如上所述，几乎不发生第二发光层113b内的激子的扩散，因此，从激基复合物 向第一发光层113a的主体材料的能量转移发生在限定的范围（即，第一发光层113a与第二 发光层113b之间的界面），不会发生激发能的较大的损失。因此，虽然第一发光层113a与第 二发光层113b不一定必须要接触，但是即使第一发光层113a与第二发光层113b接触也可W 得到高效率，运是本发明的一个实施方式的特征之一。就是说，第一发光层113a与第二发光 层113b接触的元件结构也是本发明的一个实施方式。
[0067] 如此，即使巧光发光层所包含的主体材料的=重态激发能小于憐光发光层所包含 的第一有机化合物及第二有机化合物的=重态激发能，通过应用本发明的一个实施方式也 可WW良好的发光效率得到巧光发光及憐光发光的发光元件。
[0068] 再者，在本发明的一个实施方式的发光元件中，即使在第一发光层113a与第二发 光层113b之间的界面发生从激基复合物向第一发光层113a的主体材料的能量转移(尤其是 =重态能的转移)或从憐光发光物质向第一发光层113a的主体材料的能量转移，也可W在 第一发光层113a中将能量转换为发光。就是说，通过使第一发光层113a具有因=重态重 态煙灭(ann化ilation)(T-T煙灭:TTA)而容易生成单重激发态的结构，可W将在上述界面 从激基复合物向主体材料转移的=重态激发能在第一发光层113a中转换为巧光发光。由 此，本发明的一个实施方式的发光元件可W进一步减少能量损失。为了使发光层113a具有 因 TTA而容易生成单重激发态的结构，优选W主体材料的单重态激发能级大于巧光发光物 质的单重态激发能级且主体材料的=重态激发能级小于巧光发光物质的=重态激发能级 的方式选择第一发光层113a中的主体材料和巧光发光物质。作为满足上述关系的主体材料 和巧光发光物质的组合，优选组合作为主体材料具有蔥骨架的材料与作为巧光发光物质具 有巧骨架的材料等。
[0069] 注意，当第一