CN101053093A - 发光元件以及采用该发光元件的发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一个目的是提供一种驱动电压随发光时间的累积具有微小的增加的发光元件。本发明的另一个目的是提供一种电阻随膜厚的增加具有微小的增加的发光元件。在本发明的一个方面中，一种发光元件包括在互相面对的第一电极和第二电极之间的第一层、第二层以及第三层。第一层被设置成比第二层更接近第一电极。第三层被设置成比第二层更接近第二电极。第一层包含双极物质和相对于该双极物质表现出电子接受能力的物质。第二层包含双极物质和相对于该双极物质表现出电子施予能力的物质。第三层包含发光物质。

Description

发光元件以及采用该发光元件的发光装置

技术领域

本发明涉及在一对电极之间包括发光物质的发光元件，尤其涉及该发光元件的结构。

背景技术

在最近几年中，用于显示装置等的多种发光元件具有发光物质置于一对电极之间的结构。在具有这一结构的发光元件中，当使通过将从一个电极注入的电子与从另一个电极注入的空穴重新组合而形成的激发态返回基态时，发出光。

这些发光元件中有许多具有驱动电压根据发光时间的累积而增加的问题。

作为解决该问题的一个示例，例如，专利文献1公开了一种有机EL元件，其中驱动有机EL元件等的驱动电压的增加通过利用具有用于有机EL元件的某种结构的化合物来抑制。

[专利文献1]：日本专利公开第98-30071号

发明公开

本发明的一个目的是提供一种驱动电压随发光时间的累积具有微小增加的发光元件。本发明的另一个目的是提供一种电阻随膜厚的增加具有微小增加的发光元件。

在本发明的一个方面中，一种发光元件包括在互相面对的第一电极和第二电极之间的第一层、第二层以及第三层。顺序地层叠第一层、第二层和第三层，使得第二层***在第一层和第三层之间。第一层与第一电极接触而第三层与第二电极接触。第一层生成空穴。第二层生成电子。第三层包含发光物质。第二层和第三层互相连接以在将电压施加到发光元件使得第二电极的电位高于第一电极时将第二层中生成的电子注入到第三层。这使得发光元件发光。

在本发明的另一方面中，一种发光元件包括在互相面对的第一电极和第二电极之间的第一层、第二层以及第三层。顺序地层叠第一层、第二层和第三层，使得第二层***在第一层和第三层之间。第一层与第一电极接触而第三层与第二电极接触。第一层包含双极物质和相对于于该双极物质表现出电子接受能力的物质。第二层包含双极物质和相对于于该双极物质表现出电子施予能力的物质。第三层包含发光物质。第二层和第三层互相连接以在将电压施加到发光元件使得第二电极的电位高于第一电极时将第二层中生成的电子注入到第三层。这使得发光元件发光。

在本发明的另一方面中，一种发光元件包括在互相面对的第一电极和第二电极之间的第一层、第二层以及第三层。第一层被设置成比第二层更接近第一电极，而第三层被设置成比第二层更接近第二电极。第一层生成空穴。第二层生成电子。第三层包含发光物质。第二层和第三层互相连接以在将电压施加到发光元件使得第二电极的电位高于第一电极时将第二层中生成的电子注入到第三层。这使得发光元件发光。

在本发明的另一方面中，一种发光元件包括在互相面对的第一电极和第二电极之间的第一层、第二层以及第三层。第一层被设置成比第二层更接近第一电极，而第三层被设置成比第二层更接近第二电极。第一层包含双极物质和相对于该双极物质表现出电子接受能力的物质。第二层包含双极物质和相对于该双极物质表现出电子施予能力的物质。第三层包含发光物质。第二层和第三层互相连接以在将电压施加到发光元件使得第二电极的电位高于第一电极时将第二层中生成的电子注入到第三层。这使得发光元件发光。

在本发明的另一方面中，一种发光元件包括在互相面对的第一电极和第二电极之间的包含双极物质的层和包含发光物质的层。包含双极物质的层与第一电极接触，而包含发光物质的层与第二电极接触。包含双极物质的层具有第一区和第二区，其中第一区包括包含双极物质和相对于该双极物质表现出电子接受能力的物质的层，而第二区包括包含双极物质和相对于该双极物质表现出电子施予能力的物质的层。第一区被设置成比第二区更接近第一电极。包含双极物质的层和包含发光物质的层互相连接以在将电压施加到发光元件使得第二电极的电位高于第一电极时将第二区中生成的电子注入到包含发光物质的层。这使得发光元件发光。

在本发明的另一方面中，一种发光元件包括在互相面对的第一电极和第二电极之间的包含双极物质的层和包含发光物质的层。包含双极物质的层被设置成比包含发光物质的层更接近第一电极。包含双极物质的层具有第一区和第二区，其中第一区包括包含双极物质和相对于该双极物质表现出电子接受能力的物质的层，而第二区包括包含双极物质和相对于该双极物质表现出电子施予能力的物质的层。第一区被设置成比第二区更接近第一电极。包含双极物质的层和包含发光物质的层互相连接以在将电压施加到发光元件使得第二电极的电位高于第一电极时将第二区中生成的电子注入到包含发光物质的层。这使得发光元件发光。

在本发明的另一方面中，一种发光元件包括在互相面对的第一电极和第二电极之间的第一层、第二层以及第三层。顺序地层叠第一层、第二层和第三层，使得第二层***在第一层和第三层之间。第一层包含双极物质和相对于该双极物质表现出电子给予能力的物质。第二层包含双极物质和相对于该双极物质表现出电子给予能力的物质。第三层具有包括发光层的x层(x是给定的正整数)。包括在第三层中的一层与第二层接触而包括在第三层中的第x层与第二电极接触。第一电极包括具有高反射率的导电材料。在第三层的发光层和第二层之间有y层(y＜x，其中y是正整数)。第二层和第三层中的一层互相连接以在将电压施加到发光元件使得第二电极的电位高于第一电极时将第二层中生成的电子注入到第三层中的一层。这使得发光元件发光。调节第一层和第二层的厚度以满足以下表达式1、2和3：

$n_i{d}_i+n_{\mathrm{ii}}{d}_{\mathrm{ii}}+\underset{k=1}{\overset{y}{\mathrm{\Σ}}}{n}_k{d}_k+n_j{d}_j=\frac{(2m-1)\mathrm{\λ}}{4}---1$

0≤d_j≤d_emi…2

d_i≥d_ii…3

在表达式1、2和3中，n_i表示第一层的折射率；d_i是第一层的厚度；n_ii是第二层的折射率；d_ii是第二层的厚度；n_k是发光层和第二层之间的层中的第k层的折射率；d_k是发光层和第二层之间的层中的第k层的厚度；n_j是发光层的折射率；d_j是从发光层和第一电极之间的界面到发光区的距离；λ是从发光元件发出的光的波长；m是给定正整数；d_emi是发光层的厚度。

根据本发明可获得驱动电压随着发光时间的累积具有微小增加的高度可靠的发光元件。

此外，可获得电阻取决于生成空穴的层的厚度具有微小增加的发光元件。结果，可获得可容易地改变电极之间的距离的发光元件。通过增加电极之间的距离，可防止由于电极表面上的不平坦导致的电极之间的短路。同样，通过调节电极之间的距离，可容易地调节光程以容易地使光提取效率最大化。因此，通过调节电极之间的距离，可容易地控制光程，使得取决于观看发光表面的角度的发射光谱的变化减小。

此外，通过将根据本发明获得的发光元件应用于发光装置，可获得可承受长时间使用的高度可靠的发光装置。此外，通过将根据本发明的获得的发光元件应用于具有显示功能的发光装置，可获得能够显示高清晰度图像、且具有取决于观看发光表面的角度的发射光谱的微小变化的发光装置，其中光可有效地向外发射。

附图简述

图1是示出根据本发明的发光元件的层叠结构的示例的横截面图；

图2是示出根据本发明的发光元件的层叠结构的横截面图；

图3是示出应用了本发明的发光装置的示例的图；

图4是解释包括在应用了本发明的发光装置中的电路的示例的图；

图5是应用了本发明的发光装置的俯视图；

图6是解释应用了本发明的发光装置的帧工作的图；

图7A到7C是应用了本发明的发光装置的横截面图；

图8A到8C是示出应用了本发明的电子装置的图；

图9是示出本发明的发光元件的电压-亮度特性的图；

图10是示出本发明的发光元件的电流密度-亮度特性的图；

图11是示出本发明的发光元件的电压-电流特性的图；

图12是示出根据本发明的发光元件的层叠结构的示例的图；以及

图13是应用了本发明的发光装置的立体图。

实现本发明的最佳方式

下文中将描述根据本发明的实施方式。本领域的技术人员易于理解本文中公开的实施方式和细节可在不背离本发明的目的和范围的情况下以各种方式来修改。不应将本发明解释为限于以下给出的实施方式的描述。

[实施方式1]

将参考如图1所示的发光元件的横截面图来描述本发明的一个实施方式。

第一层811、第二层812和第三层813***在第一电极801和第二电极802之间。顺序地层叠第一层811、第二层812和第三层813。第一层811与第一电极801接触，而第三层813与第二电极802接触。

本实施方式的发光元件如下工作。在将电压施加到发光元件使得第二电极802的电位高于第一电极801后，空穴从第一层811注入到第一电极801，而电子从第二层812注入到第三层813。同样，空穴从第二电极802注入到第三层813。从第二电极802注入的空穴和从第二层812注入的电子在第三层813中重新组合，使得发光物质被激发。发光物质在从激发态返回基态时发光。

上述结构使得可获得为使预定量的电流流动而施加的、取决于生成空穴的层(即，第一层811)的厚度的电压具有微小的变化的发光元件。

以下将详细描述各层、电极等。

第一层811生成空穴。作为用于生成空穴的层，例如可采用包含双极物质和相对于该双极物质表现出电子接受能力的物质的层。双极物质是当将双极物质的电子迁移率和空穴迁移率进行比较时，电子迁移率与空穴迁移率之比是100或更小(较佳的是10或更小)，或者空穴迁移率与电子迁移率之比是100或更小(较佳的是10或更小)的物质。即，双极物质是当将电子和空穴中的任一个的载流子迁移率与另一个的载流子迁移率进行比较时，电子和空穴中的任一个的载流子迁移率与另一个的载流子迁移率之比是100或更小，较佳的是10或更小的物质。作为双极物质，例如，可给出由结构式1表示的2，3-二(4-二苯基氨基苯基)喹喔啉(缩写：TPAQn)；由结构式2表示的2，3-二{4-[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]苯基}-二苯并[f，h]喹喔啉(缩写：NPADiBzQn)；由结构式3表示的2，2’，3，3’-四(4-二苯基氨基苯基)-6，6’-二喹喔啉(缩写：D-TriPhAQn)等。可采用其它物质。

[结构式1]

[结构式2]

[结构式3]

同样，在双极物质中，较佳地采用在其骨架中包含三苯胺的物质。这允许容易地生成空穴。更佳的是，采用具有1×10^-6cm²/Vs或更高的空穴迁移率和电子迁移率的物质。同时，相对于该双极物质表现出电子接受能力的物质没有特别限制。例如，可采用氧化钼、氧化钒、氧化铼、7，7，8，8-四氰基喹啉并二甲烷(缩写：TCNQ)、2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰基喹啉并二甲烷(缩写：F4-TCQN)等。生成空穴的层较佳地包含相对于该双极物质表现出电子接受能力的物质，使得相对于该双极物质表现出电子接受能力的物质的摩尔比(即，相对于该双极物质表现出电子接受能力的物质/双极物质)是大于或等于0.5且小于或等于2。

第二层812生成电子。作为生成电子的层，例如，可采用包含双极物质和相对于该双极物质表现出电子接受能力的物质的层。作为双极物质，可采用上述的TPAQn、NPADiBzQn、D-TriPhAQn等。此外，可采用其它物质。同样，在双极物质中，较佳地采用在其骨架中包含杂环的物质。更佳的是，采用具有1×10^-6cm²/Vs或更高的空穴迁移率和电子迁移率的双极物质。向对于该双极物质表现出电子施予能力的物质没有特别限制。例如，可采用诸如锂和铯之类的碱金属、诸如镁和钙之类的碱土金属、诸如铒和镱之类的稀土金属等。此外，可将诸如氧化锂(LiO₂)、氧化钙(CaO)、氧化纳(Na₂O)、氧化钾(K₂O)和氧化镁(MgO)等碱金属氧化物或碱土金属氧化物用作向于双极物质表现出电子施予能力的物质。此外，因为碱金属氧化物和碱土金属氧化物等具有低的反应性，所以它们可被容易地使用。生成电子的层较佳地包含相对于双极物质表现出电子施予能力的物质，使得相对于双极物质表现出电子施予能力的物质的摩尔比(即，相对于双极物质表现出电子施予能力的物质/双极物质)是大于或等于0.5且小于或等于2。

此外，包含在第一层811中的双极物质和包含在第二层812中的双极物质可以彼此不同或彼此相同。当第一层811和第二层812利用相同的双极物质形成时，较佳地采用如由通式1或通式2表示的在其骨架中具有三苯胺和杂环的喹喔啉衍生物。作为喹喔啉衍生物的具体示例，可给出TPAQn、NPADiBzQn、D-TriPhAQn等。当第一层811和第二层812包含相同的双极物质时，可连续地形成第一层811和第二层812，使得可节省制造工作。

[通式1]

在通式1中，R¹到R⁴各自独立地表示氢和烷基中的任一个。R¹和R²、R²和R³或R³和R⁴可各自相互连接，以形成芳香环。此外，Ar¹到Ar⁴各自独立地表示具有6至14个碳原子的芳基。

[通式05]

在通式2中，Ar¹¹到Ar¹⁴各自独立地表示具有6至14个碳原子的芳基。

第三层813包括发光层。第三层813的结构没有特别限制，且第三层可包括单层或多层。例如，如图1所示，第三层813可包括电子输运层821、空穴输运层823和空穴注入层824以及发光层822。或者，第三层可仅包括发光层。

发光层822包含发光物质。本文中的发光物质指可发出具有预定发射波长的光的具有极好的发光效率的物质。尽管第三层813没有特别限制，但第三层较佳的是其中发光物质分散在由具有比发光物质的能隙大的能隙的物质形成的层中的层。该层可防止由于发光物质的浓度引起的从发光物质发出的光熄灭。此外，能隙指LUMO级和HOMO级之间的能隙。

发光物质没有特别限制。可采用可发出具有预定发射波长的具有极好的发光效率的物质。为了发出红光，例如，可采用以下表现出具有600至680nm的峰值的发射光谱的物质：4-二氰基亚甲基-2-异丙基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)次乙基(ethenyl)]-4H-吡喃(缩写：DCJTI)；4-二氰基亚甲基-2-甲基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)次乙基]-4H-吡喃(缩写：DCJT)；4-二氰基亚甲基-2-叔丁基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)次乙基]-4H-吡喃(缩写：DCJTB)；periflanthene；2，5-二氰基-1，4-二[2-(10-甲氧基-1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)次乙基]苯等。为了获得绿光发射，可采用诸如N，N′-二甲基喹吖啶酮(缩写：DMQd)、香豆素6、香豆素545T和三(8-羟基喹啉合)铝(缩写：Alq₃)等表现出具有500至550nm的峰值的发射光谱的物质。为了获得蓝光发射，可采用以下表现出具有420至500nm的峰值的发射光谱的物质：9，10-二(2-萘基)-叔丁基蒽(缩写：t-BuDNA)；9，9′-联蒽；9，10-二苯基蒽(缩写：DPA)；9，10-二(2-萘基)蒽(缩写：DNA)；二(2-甲基-8-羟基喹啉合)-4-苯基酚镓(缩写：BGaq)；二(2-甲基-8-羟基喹啉合)-4-苯基酚铝(缩写：BAlq)等。除上述荧光物质外，可将以下磷光物质用作发光物质：吡啶甲酸二[2-(3，5-二(三氟甲基)苯基)吡啶合(pyridinato)-N，C^2，]铱(III)(缩写：Ir(CF₃ppy)₂(pic))；乙酰丙酮二[2-(4，6-二氟苯基)吡啶根合-N，C^2，]铱(III)(缩写：FIr(acac))；吡啶甲酸二[2-(4，6-二氟苯基)吡啶合-N，C^2，]铱(III)(FIr(pic))；三(2-苯基吡啶合-N，C^2’)铱(缩写：Ir(ppy)₃)等。

用于分散发光物质的物质没有特别限制。例如，可采用9，10-二(2-萘基)-叔丁基蒽(缩写：t-BuDNA)、诸如4，4’-二(N-咔唑基)联苯(缩写：CBP)之类的咔唑衍生物、诸如二[2-(2-羟苯基)-吡啶根合]锌(缩写：Znpp₂)、二[2-(2-羟苯基)-苯并唑合(benzoxazolato)]锌(缩写：ZnBOX)之类的金属络合物。

在上述的发光元件中，包含在第二层812中的具有电子输运性质的物质和包含在第三层813所包含的层中与第二层812接触的一层中的物质之间的电子亲和力的差较佳地设为2eV或更小，更加的是1.5eV或更小。当第二层812通过利用n型半导体形成时，n型半导体的功函和包含在第三层813所包含的层中与第二层812接触的一层中的物质的电子亲和力之差较佳地设为2eV或更小，更佳的是1.5eV或更小。

此外，在第三层813包括本实施方式的结构的情况下，包含在第三层813中的层中接触第二层812的一层对应于电子输运层821。当第三层813仅包括发光层时，或者当第三层813不包括电子输运层821等时，发光层对应于接触第二层812的该层。在发光层与第二层812接触的情况下，包含在第三层813所包含的层中与第二层812接触的层中的物质对应于用于分散发光物质的物质或发光物质本身。这是因为对于类似于Alq₃之类的可在不分散在基质材料中的情况下发光并具有极好的载流子输运能力的发光物质，仅由Alq₃形成的层可用作发光层，而不用将Alq₃分散在基质材料中。因此，通过以此方式使第三层813与第二层812接触，可容易地将电子从第二层812注入到第三层813。

较佳地，第一电极801和第二电极802中的一个或两者利用可透过可见光的导电物质形成。因此，可将发光层中生成的光通过第一电极801和第二电极802中的至少一个向外发射。

第一电极801没有特别限制。例如，第一电极可利用铝、氧化铟锡(ITO)、包含氧化硅的氧化铟锡或包含2到20wt％氧化锌的氧化铟。另外，可采用金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pa)等。

同样，第二电极802没有特别限制。当第二电极802如同本实施方式的发光元件那样具有将空穴注入第三层813中的功能时，第二电极802较佳地利用具有大功函的物质来形成。具体地，可采用氧化铟锡(ITO)、包含氧化硅的氧化铟锡或包含2到20wt％氧化锌的氧化铟、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pa)等。此外，例如，第二电极802可通过溅射、蒸镀等来形成。

如上所述，在本实施方式中，电子输运层821被***在第二层812和发光层822之间。电子输运层821具有将注入到其中的电子输运到发光层822的功能。通过在其间设置电子输运层821以将第一电极801和含有金属的第二层812与发光层822隔离，可防止由于金属引起的发光层中生成的光熄灭。

电子输运层821没有特别限制，且可利用具有电子输运能力的物质或双极物质来形成。作为双极物质，例如，可给出TPAQn、NPADiBzQn、D-TriPhAQn等。具有电子输运能力的物质是电子迁移率高于空穴迁移率且电子迁移率与空穴迁移率之比是100或更高的物质。作为具有电子输运能力的物质，例如，可给出诸如三(8-羟基喹啉合)铝(缩写：Alq₃)；三(4-甲基-8-羟基喹啉合)铝(缩写：Almq₃)；二(10-羟基苯并[h]-羟基喹啉合)铍(缩写：BeBq₂)；二(2-甲基-8-羟基喹啉合)-4-苯基酚-铝(缩写：BAlq)；二[2-(2-羟基苯基)苯并唑合]锌(Zn(BOX)₂)和二[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑合(benzothiazolate)]锌(Zn(BTZ)₂)等金属络合物。此外，以下物质可用作具有电子输运能力的物质：2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-二唑(缩写：PBD)；1，3-二[5-(p-叔丁基苯基)-1，3，4-二唑-2-基]苯(缩写：OXD-7)；3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-***(缩写：TAZ)；3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-***(缩写：p-EtTAZ)；红菲绕啉(缩写：BPhen)；浴铜灵(缩写：BCP)等。具体地，电子输运层821更佳地利用具有电子输运能力的物质和双极物质中具有电子输运能力的物质或具有1×10^-6cm²/Vs或更高的电子迁移率的双极物质来形成。这可减小发光元件的驱动电压。此外，电子输运层821可具有包括利用上述物质形成的两层或更多层的多层结构。

如图1所示，在该实施方式中，空穴输运层823被***在第二电极802和发光层822之间。空穴输运层823具有将从第二电极802注入的空穴输运到发光层822的功能。通过在第二电极802和发光层822之间设置空穴输运层823以将第二电极802与发光层822隔离，可防止由于金属引起的发光层中生成的光的熄灭。

空穴输运层823没有特别限制，并可利用具有空穴输运能力的物质或双极物质来形成。空穴输运物质是空穴迁移率高于电子迁移率且空穴迁移率与电子迁移率之比是100或更高的物质。作为具有空穴输运能力的物质，例如，可给出4，4’-二[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：NPB)；4，4’-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：TPD)；4，4’，4”-三(N，N-二苯基氨基)三苯胺(缩写：TDATA)；4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯胺(缩写：MTDATA)；4，4’-二[N-{4-(N，N-二-间-甲苯基氨基)苯基}-N-苯基氨基]联苯(缩写：DNTPD)；1，3，5-三[N，N-二(间-甲苯基)氨基]苯(缩写：m-MTDAB)；4，4’，4”-三(N-咔唑基)三苯胺(缩写：TCTA)；酞菁(缩写：H₂Pc)；铜酞菁(缩写：CuPc)；氧钒酞菁(缩写：VOPc)等。作为双极物质，可给出TPAQn、NPADiBzQn、D-TriPhAQn等。具体地，空穴输运层823更佳地利用具有空穴输运能力的物质和双极物质中具有空穴输运能力的物质或具有1×10^-6cm²/Vs或更高的空穴迁移率的双极物质来形成。这可减小发光元件的驱动电压。此外，空穴输运层823可具有包括利用上述物质形成的两层或更多层的多层结构。

此外，如图1所示空穴注入层824可被***在第二电极802和空穴输运层823之间。空穴注入层824具有帮助将空穴从第二电极802注入到空穴输运层823中的功能。

空穴注入层824没有特别限制。空穴注入层可利用诸如氧化钼、氧化钒、氧化钌、氧化钨和氧化锰等金属氧化物来形成。此外，空穴注入层824可利用上述的诸如H₂Pc、CuPC和VOPc之类的酞菁化合物、上述的诸如DNTPD之类的芳族胺化合物、或诸如聚(亚乙二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸酯)混合物(PEDOT/PSS)之类的高分子量材料。此外，空穴注入层824可通过将双极物质和相对于该双极物质表现出电子接受能力的物质混和来形成。

本发明的上述的发光元件具有高可靠性，其中驱动电压随发光时间的累积微小地增加。这是因为第一层或第二层难以通过将双极物质和相对于该双极物质表现出电子接受能力和电子施予能力的物质混和来结晶。此外，为获得预定亮度而施加的电压称为驱动电压。

本发明的发光元件在为使预定的电流流过发光元件而施加到发光元件的、取决于生成空穴的层(即，第一层811)的厚度的电压上具有微小的变化。因此，例如，通过增加第一层811的厚度以增加第一电极和第二电极之间的距离，可容易地防止第一电极801与第二电极802的短路。

[实施方式2]

本实施方式将参考图12描述一种发光元件，其中光提取效率通过控制生成空穴的层的厚度而提高，并且控制反射面和发光面(或发光区)之间的光程以减小取决于观看发光表面的角度的发射光谱的变化。

图12的发光元件包括在第一电极201和第二电极202之间的生成空穴的第一层211、生成电子的第二层212和包含发光物质的第三层213。顺序地层叠第一层211、第二层212和第三层213，同时将第二层212夹在第一层和第三层之间。第一层211与第一电极接触而第三层213与第二电极202接触。

第一电极201是利用具有高反射率的导电材料形成电极，即反射电极。作为具有高反射率的导电材料，可采用铝、银、和金属的合金(例如，Al:Li合金、Mg:Ag合金等)等。导电材料较佳地具有大于或等于50％且小于或等于100％的反射率。第二电极202利用可透过可见光的导电材料来形成。可透过可见光的导电材料没有特别限制，且可采用氧化铟锡、包含氧化硅的氧化铟锡、包含2至20wt％氧化锌的氧化铟等。

当将电压施加到发光元件使得第二电极202的电位高于第一电极201时，空穴从第一层211注入到第一电极201中，同时电子从第二层212注入到第三层213中。同样，空穴从第二电极202注入到第三层213中。

电子和空穴在第三层213中重新组合使得发光物质被激发。发光物质在从激发态返回基态后发出光。其中以此方式生成光的区域特别地称为发光区。同样，包括用于形成发光区的发光物质的层称为发光层。此外，发光区至少在发光层的一部分中形成。

在本实施方式的发光元件中，第三层213包括电子输运层221、空穴输运层223和空穴注入层224以及发光层222。此外，第三层213的结构不限于图12所示的结构。例如，第三层213可具有仅包括发光层的单层结构。

第一层211、第二层212和第三层213可分别利用与如实施方式1所述的第一层811、第二层812和第三层813相同的材料来形成。类似地，电子输运层221、发光层222、空穴输运层223和空穴注入层224可分别利用与如实施方式1所述的电子输运层821、发光层822、空穴输运层823和空穴注入层824相同的材料来形成。

当光进入反射电极时，在反射光中引起倒相。通过由于倒相引起的光的干涉效应，当发光区和反射电极之间的光程(即，反射率×距离)是发射波长乘以(2m-1)/4(m是给定的正整数)，或乘以1/4、3/4、5/4…时，光提取效率提高。同时，当其间的光程是发射波长乘以m/2(m是给定的正整数)或1/2、1、3/2…时，光提取效率降低。

因此，在本实施方式的发光元件中发光区位于发光层222和空穴输运层223之间的界面的附近的情况下，较佳地调节第一层211、第二层212、电子输运层221和发光层222各自的厚度以满足以下表达式4。因此，光可有效地向外发射。同样，可抑制随着膜厚d_i和d_ii的增加电阻的增加。这里电阻指将施加的电压值(V)除以根据施加的电压流过发光元件的电流(mA)获得的值。

[表达式4]

$n_i{d}_i+n_{\mathrm{ii}}{d}_{\mathrm{ii}}+n_1{d}_1+n_p{d}_p=\frac{(2m-1)\mathrm{\λ}}{4}$

在表达式4中，n_i表示第一层211的折射率；d_i是第一层211的厚度；n_ii是第二层212的折射率；d_ii是第二层212的厚度；n₁是电子输运层221的折射率；d₁是电子输运层221的厚度；n_p是发光层222的折射率；d_p是发光层222的厚度；λ是发光元件中生成的光的波长；m是给定的正整数。

另一方面，在本实施方式的发光元件中发光区位于发光层222和电子输运层221之间的界面的附近的情况下，较佳地调节第一层211、第二层212和电子输运层221各自的厚度以满足以下表达式5。因此，光可有效地向外发射。此外，可抑制随着膜厚d_i和d_ii的增加电阻的增加。

[表达式5]

$n_i{d}_i+n_{\mathrm{ii}}{d}_{\mathrm{ii}}+n_1{d}_1=\frac{(2m-1)\mathrm{\λ}}{4}$

在表达式5中，n_i表示第一层211的折射率；d_i是第一层211的厚度；n_ii是第二层212的折射率；d_ii是第二层212的厚度；n₁是电子输运层221的折射率；d₁是电子输运层221的厚度；λ是发光元件中生成的光的波长；m是给定的正整数。

此外，当本实施方式的发光元件中发光区在发光层222的整个表面中形成时，较佳地调节第一层211、第二层212和电子输运层221各自的厚度以满足以下表达式6。通过控制这些厚度，光可有效地向外发射。

[表达式6]

$\frac{(2m-1)\mathrm{\λ}}{4}-n_{\mathrm{ii}}{d}_{\mathrm{ii}}-n_1{d}_1-n_p{d}_p\≤n_i{d}_i\≤\frac{(2m-1)\mathrm{\λ}}{4}-n_{\mathrm{ii}}{d}_{\mathrm{ii}}-n_1{d}_1$

在表达式6中，n_i表示第一层211的折射率；d_i是第一层211的厚度；n_ii是第二层212的折射率；d_ii是第二层212的厚度；n₁是电子输运层221的折射率；d₁是电子输运层221的厚度；n_p是发光层222的折射率；d_p是发光层222的厚度；λ是发光元件中生成的光的波长；m是给定的正整数。

在表达式4、5和6中，m较佳地满足1≤m≤10的关系。具体地，发光元件中生成的光指向从发光物质得到的发光元件的外部发射的光。同样，光发射的波长指关于示出发射光谱中的最大值的波长的理论值。

此外，在本实施方式中解释了具有其中电子输运层221夹在第二层212和发光层222之间的结构的发光元件。或者，发光元件可在第二层212和发光层222之间包括不同的层，而不是电子输运层221。在该情况下，表达式6中的n₁d₁可如下表示：n₁d₁+n₂d₂...+n_kd_k+...。

[实施方式3]

根据本发明的发光元件是驱动电压随着发光时间的累积具有微小的增加的高度可靠的元件。通过将本发明的发光元件应用于例如像素部分，可获得具有低功耗的发光装置。同样，本发明的发光元件可容易地防止电极之间的短路。因此，通过将本发明的发光元件应用于像素部分，可获得能够显示良好的图像并具有较少的由于短路引起的缺陷的发光装置。此外，根据本发明的发光元件可容易地向外发光。通过将本发明的发光元件应用于像素部分，可获得以低功耗执行显示操作的发光装置。

在本实施方式中，将参考图3、4、5和6描述具有显示功能的发光装置的电路结构和驱动方法。

图3是应用本发明的发光装置的示意性俯视图。在图3中，像素部分6511、源信号线驱动电路6512、写入门信号线驱动电路6513和擦除门信号线驱动电路6514被设置在衬底6500上。源信号线驱动电路6512、写入门信号线驱动电路6513和擦除门信号线驱动电路6514分别通过配线组连接到作为外部输入端子的FPC(柔性印刷电路)6503。源信号线驱动电路6512、写入门信号线驱动电路6513和擦除门信号线驱动电路6514分别从FPC 6503接收视频信号、时钟信号、起始信号、复位信号等。FPC 6503与印刷线路板(PWB)6504附连。此外，驱动电路部分不需要与像素部分6511形成于同一衬底上。例如，驱动电路部分可通过利用其中IC芯片安装在具有配线图等的FPC上的TCP而被设置在衬底的外部等等。

以列延伸的多条源信号线在像素部分6511中排列成行。同样，电源线排列成行。以行延伸的多条门信号线在像素部分6511中排列成列。此外，各自包括发光元件的多个电路排列在像素部分6511中。

图4是示出用于操作一个像素的电路的图。如图4所示的电路包括第一晶体管901、第二晶体管902发光元件903。

第一晶体管901和第二晶体管902中的每一个是包括栅电极、漏区和源区的三端子元件。沟道区置于漏区和源区之间。取决于晶体管的结构、工作条件等改变用作源区的区域和用作漏区的区域，使得难以确定哪个区域用作源区或漏区。因此，用作源或漏的区域在本实施方式中分别被表示为晶体管的第一电极和晶体管的第二电极。

门信号线911和写入门信号线驱动电路913被设置成通过开关918彼此电连接或断开。门信号线911和擦除门信号线驱动电路914被设置成通过开关919彼此电连接或断开。源信号线912被设置成通过开关920电连接到源信号线驱动电路915或电源916。第一晶体管901的栅极电连接到门信号线911。第一晶体管的第一电极电连接到源信号线912而其第二电极电连接到第二晶体管902的栅电极。第二晶体管902的第一电极电连接到电流源线917而其第二电极电连接到包含在发光元件903中的一个电极。此外，开关918可包括在写入门信号线驱动电路913中。开关919也可包括在擦除门信号线驱动电路914中。此外，开关920可包括在源信号线驱动电路915中。

像素部分中晶体管、发光元件等的排列没有特别限制。例如，可采用如图5的俯视图中所示的排列。在图5中，第一晶体管1001的第一电极连接到源信号线1004，而第一晶体管的第二电极连接到第二晶体管1002的栅电极。第二晶体管的第一电极连接到电流源线1005，而第二晶体管的第二电极连接到发光元件的电极1006。门信号线1003的一部分用作第一晶体管1001的栅电极。

接着，以下将描述该发光装置的驱动方法。图6是解释帧随时间的操作的图。在图6中，水平方向指示时间通道，而纵向指示门信号线的扫描阶段的数量。

当图像被显示在本发明的发光装置上时，在显示周期中重复地进行重写操作和显示操作。重写操作的数量没有特别限制。然而，重写操作较佳地每秒执行约60次，使得观看显示图像的人不会发觉图像的闪烁。操作一个图像(一帧)的重写操作或显示操作的周期在本文中称为一帧周期。

如图6所示，将一帧分为包括写入周期501a、502a、503a和504a以及保持周期501b、502b、503b和504b的四个子帧501、502、503和504。施加了用于发光的信号的发光元件在保持周期期间发光。第一子帧501、第二子帧502、第三子帧503和第四子帧504中保持周期的长度比满足2³∶2²∶2¹∶2⁰＝8∶4∶2∶1。这使得发光装置表现出4位灰度级。此外，位的数量和灰度级的数量不限于如本实施方式中所示的数量。例如，可将一帧分为8子帧以获得8位灰度级。

将描述一帧中的操作。在子帧501中，首先按顺序在第一行到最后一行中执行写入操作。因此，写入周期的起始时间对于每一行是不同的。保持周期501b按顺序在写入周期501a终止的行中开始。在保持周期501b中，施加了用于发光的信号的发光元件保持发光状态。在终止保持周期501b后，将子帧501顺序地按行改变为下一子帧502。在子帧502中，写入操作以与子帧501相同的方式按顺序在第一行到最后一行中执行。重复地执行上述操作直到子帧504的保持周期，然后终止。在终止子帧504的操作后，下一子帧中的操作开始。因此，各个子帧中的发光时间之和对应于一个帧中的每一个发光元件的发光时间。通过改变对于每一个发光元件的发光时间并在一个像素中以不同方式组合这些发光元件，可获得具有不同的亮度和不同的色度的显示颜色。

当如子帧504所示在终止直到最后一行的写入操作前想要在写入周期已经终止而保持周期已经开始的行中强制终止保持周期时，较佳的是在保持周期504b之后设置一个擦除周期504c，以便强制停止发光。强制停止发光的行对于某一周期不会发光(该周期称为非发光周期504d)。在终止最后一行的写入周期后，下一子帧(或下一帧)的写入周期按顺序从第一行开始。这可防止子帧504中的写入周期与下一子帧中的写入周期重叠。

尽管在本实施方式中子帧501到504按增加保持周期的长度的顺序排列，但它们不一定要按该顺序排列。例如，可将子帧按保持周期的长度的升序排列。或者，子帧可以按随机顺序排列。此外，可进一步将这些子帧分为多个帧。即，在提供相同的视频信号的周期中可多次执行门信号线的扫描。

以下将描述如图4所示的电路的配线周期和擦除周期的操作。

首先将描述写入周期的操作。在写入周期中，第n行(n是自然数)中的门信号线911经由开关918电连接到写入门信号线驱动电路913。第n行中的门信号线911没有电连接到擦除门信号线驱动电路914。源信号线912经由开关920电连接到源信号线驱动电路915。在该情况下，将信号输入到连接到第n行(n是自然数)中的门信号线911的晶体管901的栅极中，从而使第一晶体管901导通。此时，将视频信号同时输入到第一列到最后一列中的源信号线中。此外，从每一列中的源信号线912输入的视频信号彼此独立。从源信号线912输入的视频信号经由连接到各个源信号线的第一晶体管901输入到第二晶体管902的栅电极。此时，从电流源线917提供给发光元件903的电流量由输入到第二晶体管902的信号决定。同样，根据电流量决定发光元件903是否发光。例如，当第二晶体管902是P沟道型时，发光元件903通过将低电平信号输入到第二晶体管902的栅电极来发光。另一方面，当第二晶体管902是N沟道型时，发光元件903通过将高电平信号输入到第二晶体管902的栅电极来发光。

接着，描述擦除周期的操作。在擦除周期中，第n行(n是自然数)中的门信号线911经由开关919电连接到擦除门信号线驱动电路914。第n行中的门信号线911没有电连接到写入门信号线驱动电路913。源信号线912经由开关920电连接到电源916。在该情况下，在将信号输入到连接到第n行中的门信号线911的晶体管901的栅极中后，第一晶体管901导通。此时，将擦除信号同时输入到源信号线的第一列到最后一列中。从源信号线912输入的擦除信号经由连接到每一源信号线的第一晶体管901输入到第二晶体管902的栅电极。流过发光元件903的电流从电流源线917的提供通过输入到第二晶体管902的信号强制停止。这强制发光元件903不发光。例如，当第二晶体管902是P沟道型时，发光元件903通过将高电平信号输入到第二晶体管902的栅电极来不发光。另一方面，当第二晶体管902是N沟道型时，发光元件903通过将低电平信号输入到第二晶体管902的栅电极来不发光。

此外，在擦除周期中，将用于擦除的信号通过上述操作输入到第n行(n是自然数)中。然而，如上所述，第n行有时维持在擦除周期中，而另一行(例如，第m行(m是自然数))维持在写入周期中。在该情况下，因为通过利用同一列中的源信号线必须将用于擦除的信号输入到第n行且必须将用于写入的信号输入到第m行，所以较佳地执行下述操作。

在第n行中的发光元件903通过上述擦除周期中的操作变成不发光状态后，门信号线911和擦除门信号线驱动电路914彼此立即断开，并将源信号线912通过闭合/断开开关920连接到源信号线驱动电路915。门信号线911和写入门信号线驱动电路913互相连接，同时源信号线和源信号线驱动电路915互相连接。将信号从写入门信号线驱动电路913选择性地输入到第m行中的信号线中，并使第一晶体管导通，同时将用于写入的信号从源信号线驱动电路915输入到第一列到最后一列中的源信号线。通过输入这些信号，第m行的发光元件发光或不发光。

在如上所述地终止第m行中的写入周期后，擦除周期在第(n+1)行立即开始。因此，门信号线911和写入门信号线驱动电路913彼此断开，同时通过闭合/断开开关920将源信号线连接到电源916。同样，门信号线911和写入门信号线驱动电路913彼此断开，同时门信号线911连接到擦除门信号线驱动电路914。将信号从擦除门信号线驱动电路914选择性地输入到第(n+1)行中的门信号线中，以将信号输入到第一晶体管中，同时将擦除信号从电源916输入到其中。在以此方式终止第(n+1)行中的擦除周期后，写入周期立即在第(m+1)行中开始。可以此方式交替地重复擦除周期和写入周期，直到最后一行的擦除周期。

尽管在本实施方式中第m行的写入周期被设置在第n行的擦除周期和第(n+1)行的擦除周期之间，但本发明不限于此。第m行的写入周期可被设置在第(n-1)行的擦除周期和第n行的擦除周期之间。

此外，在本实施方式中，当类似于子帧504设置不发光周期504d时，重复地执行将擦除门信号线驱动电路914与一条门信号线断开，同时将写入门信号线驱动电路913连接到另一条门信号线的操作。该操作可在不特别设置不发光周期的帧中进行。

[实施方式4]

将参考图7A到7C描述包括本发明的发光元件的发光装置的横截面图。

在图7A到7C中的每一幅图中，由虚线围绕的区域表示为驱动本发明的发光元件12而设置的晶体管11。本发明的发光元件12包括层15，其中生成空穴的层、生成电子的层和包括发光物质的层被***在第一电极13和第二电极14之间。晶体管11的漏极和第一电极13通过穿过第一层间绝缘膜16(16a、16b和16c)的配线17互相连接。发光元件12通过隔壁层18与邻近发光元件12设置的另一个发光元件隔离。在本实施方式中，具有该结构的本发明的发光装置被设置在衬底10上。

如图7A到7C每一个所示的晶体管11是其中栅电极被设置在半导体层与衬底相对的一侧上的顶栅型晶体管。此外，晶体管11的结构没有特别限制。例如，可采用底栅型晶体管。在利用底栅型晶体管的情况下，可采用其中保护膜形成于沟道的半导体层上的晶体管(沟道保护型晶体管)或其中蚀刻沟道的半导体层的一部分的晶体管(沟道蚀刻型晶体管)。

包含在晶体管11中的半导体层可以是结晶半导体、非晶半导体、半非晶半导体等中的任一种。

具体地，半非晶半导体具有非晶结构和结晶结构(包括单晶结构和多晶结构)之间的中间结构和在自由能方面稳定的第三状态。半非晶半导体还包括具有短程有序以及点阵畸变的结晶区。具有0.5至20nm大小的晶粒包含在半非晶半导体膜的至少一部分中。Raman光谱向比520cm^-1低的波数偏移。在半非晶半导体中通过X射线衍射观察到认为是源自Si晶格的(111)和(222)衍射峰。半非晶半导体中包含至少1原子％或更多的氢或卤素用于将自由键封端。半非晶半导体也被称为微晶半导体。半非晶半导体通过用硅化物气体的辉光放电分解(等离子体CVD)来形成。关于硅化物气体，可采用SiH₄、Si₂H₆、SiH₂Cl₂、SiHCl₃、SiCl₄、SiF₄等。也可用H₂或H₂和选自He、Ar、Kr和Ne的稀有气体中的一种或多种的混和物来稀释硅化物气体。将稀释比设置成1∶2至1∶1000的范围。将压力设置成约0.1至133Pa的范围。电源频率设置成1至120MHz，且较佳的是13至60MHz。可将衬底加热温度设置成300℃或更低，更佳的是100至250℃。关于包含在膜中的杂质元素，诸如氧、氮和碳之类的用于气氛组成的各杂质的浓度较佳地设置成1×10²⁰/cm³或更低。具体地，将氧浓度设置成5×10¹⁹/cm³或更低，且较佳的是1×10¹⁹/cm³或更低。此外，利用半非晶半导体的TFT(薄膜晶体管)的迁移率约是1至10m²/Vsec。

作为结晶半导体层的具体示例，可采用由单晶硅、多晶硅、硅锗等形成的半导体层。利用这种材料形成的半导体层可通过激光结晶来形成。例如，这些材料可通过使用利用镍等的固相生长法的结晶来形成。

当半导体层利用如非晶硅之类的非晶物质来形成时，较佳的是采用具有仅包括作为晶体管11的N沟道晶体管和其它晶体管(包含在电路中用于驱动发光元件的晶体管)的电路的发光装置。或者，可采用具有包括N沟道晶体管或P沟道晶体管中的任一种的电路的发光装置。同样，可采用具有既包括N沟道晶体管又包括P沟道晶体管的电路的发光装置。

第一层间绝缘膜16可包括如图7A和7C所示的多个层(例如，第一层间绝缘层16a、16b和16c)或单层。具体地，层间绝缘层16a利用诸如氧化硅和氮化硅之类的无机材料来形成。层间绝缘层16b利用丙烯酸、硅氧烷(它是一种具有通过硅(Si)-氧(O)键形成的骨架结构并包括氢或诸如烷基之类的有机基作为其取代基的化合物)或诸如氧化硅之类的可通过涂液体形成的具有自平坦化性质的物质来形成。层间绝缘层16c由含有氩(Ar)的氮化硅膜形成。组成各层的物质不特别限于此。因此，可采用除上述物质以外的物质。或者，可结合上述各层设置利用除上述物质外的物质形成的层。因此，第一层间绝缘膜16可通过同时利用无机材料和有机材料两者来形成，或利用无机材料或有机材料中的任一种来形成。

隔壁层18的边缘部分较佳地具有其中曲率半径连续改变的形状。该隔壁层18利用丙烯酸、硅氧烷、抗蚀剂、氧化硅等来形成。此外，隔壁层18可利用无机膜和有机膜中的任一种或两者来形成。

图7A和7C示出其中仅第一层间绝缘膜16夹在晶体管11和发光元件12之间的结构。或者，如图7B所示，可将第一层间绝缘膜16(16a和16b)和第二层间绝缘膜19(19a和19b)设置在晶体管11和发光元件12之间。在如图7B所示的发光装置中，第一电极13穿过第二层间绝缘膜19以连接到配线17。

第二层间绝缘膜19像第一层间绝缘膜16一样可包括多层或单层结构。层间绝缘层19a利用丙烯酸、硅氧烷或诸如氧化硅之类的可通过涂液体形成的具有自平坦化性质的物质来形成。层间绝缘层19b利用含有氩(Ar)的氮化硅膜形成。组成第二层间绝缘膜的各层的物质不特别限于此。因此，可采用除上述物质以外的物质。或者，可结合层19a和19b设置利用除上述物质外的物质形成的层。因此，第二层间绝缘膜19可通过同时利用无机材料和有机材料两者来形成，或利用无机材料或有机材料中的任一种来形成。

当发光元件12中第一电极和第二电极都利用具有透光性质的物质来形成时，发光元件中生成的光可如图7A中箭头所示地同时穿过第一电极13和第二电极14两者发射。当仅第二电极14利用具有透光性质的物质来形成时，发光元件12中生成的光如图7B的箭头所示地仅穿过第二电极14发射。在该情况下，第一电极13较佳地利用具有高反射率的材料来形成。或者，将利用具有高反射率的材料形成的膜(反射膜)设置在第一电极13下。当仅第一电极13利用具有透光性质的物质来形成时，发光元件12中生成的光如图7C的箭头所示地仅穿过第一电极13发射。在该情况下，第二电极14较佳地利用具有高反射率的材料来形成，或者较佳地将反射膜设置在第二电极14上。

此外，发光元件可通过层叠在将电压施加到发光元件使得第二电极14的电位高于第一电极13的电位的过程中工作的层15来形成。或者，发光元件12可通过层叠在将电压施加到发光元件使得第二电极14的电位低于第一电极13的电位的过程中工作的层15来形成。在前一情况下，晶体管11是N沟道晶体管。在后一情况下，晶体管11是P沟道晶体管。

如上所述，在本实施方式中描述了利用晶体管控制发光元件的驱动的有源发光装置。此外，可采用在不提供诸如晶体管之类的驱动元件的情况下驱动发光元件的无源发光装置。图13示出根据本发明制造的无源发光装置的立体图。在图13中，其中顺序地层叠了含有发光物质的层、生成电子的层和生成空穴的层的层955被设置在电极952和电极956之间。电极952的边缘用绝缘层903覆盖。隔壁层954设置在绝缘层903上。隔壁层954的侧壁是倾斜的，使得两侧壁之间的距离朝向衬底的表面逐渐变窄。即，隔壁层954的窄侧中的横截面是梯形，且下侧(它面向绝缘层903的表面并与绝缘层903接触)比上侧(它面向绝缘层903的表面且不与绝缘层903接触)短。通过以此方式设置隔壁层954，可防止由于静电荷等引起的发光元件的缺陷。此外，通过利用本发明的在低驱动电压下工作的发光元件形成无源发光装置，可以用低功耗来驱动该无源发光装置。

[实施方式5]

通过安装根据本发明的发光装置，可获得在显示部分等中具有低功耗的电子装置。同样，通过安装本发明的发光装置，可获得诸如能够显示良好的图像且在像素等方面几乎没有缺陷的显示装置之类的电子装置。此外，通过利用本发明的发光装置，可获得具有低功耗的电子装置。

在图8A到8C中示出安装有本发明的发光装置的电子装置的示例。

图8A是根据本发明制造的膝上型个人计算机，包括主体5521、外壳5522、显示部分5523、键盘5524等。该膝上型个人计算机可通过将包括本发明的发光元件的发光装置结合到其中来实现。

图8B是根据本发明制造的电话机，它包括主体5552、显示部分5551、音频输出部分5554、音频输入部分5555、操作开关5556和5557、天线5553等。该电话机可通过将包括本发明的发光元件的发光装置结合到其中来实现。

图8C是根据本发明制造的电视机，它包括显示部分5531、外壳5532、扬声器5533等。该电视机可通过将包括本发明的发光元件的发光装置结合到其中来实现。

如上所述，本发明的发光装置适于用作各种电子装置的显示部分。

此外，除如上所述的电子装置外，可将具有本发明的发光元件的发光装置安装到导航装置、照明装置等中。

[实施方式6]

将描述由通式1表达的喹喔啉衍生物的合成方法的实施方式。

在其骨架中包含邻苯二胺的化合物与4，4’-二溴苄基反应以合成在其骨架中包含2，3-二(4-溴苯基)喹喔啉的化合物。之后，诸如二苯胺和N-(1-萘基)-N-苯胺之类的二芳基胺与化合物A反应以用溴基取代二芳基胺基。因此，可获得由通式1表达的喹喔啉衍生物。

[实施方式7]

将描述由通式2表达的喹喔啉衍生物的合成方法的实施方式。

首先，3，3’-二氨基苯等与4，4’-二溴苄基反应以合成在其骨架中包含2，3-二(4-溴苯基)喹喔啉的2，2’，3，3’-四(4-溴苯基)-6，6’-二喹喔啉(化合物B)。之后，二芳基胺与化合物B反应以用溴基取代二芳基胺基。因此，可获得由通式2表达的喹喔啉衍生物。

[实施例]

[实施例1]

在本实施例中将参考图2描述三种发光元件(即，发光元件1、发光元件2和发光元件3)的制造方法以及这些元件的特性。

通过溅射在衬底551上形成包含硅的氧化铟锡以形成第二电极552。将第二电极552形成为具有110nm的厚度。此外，由玻璃制成的衬底用作衬底551。

接着，包含氧化钼和TPAQn的层553通过氧化钼和TPAQn的共同蒸镀形成于第二电极552上。关于发光元件1，将氧化钼-TPAQn的质量比(即，氧化钼∶TPAQn)调节成满足0.5∶4。关于发光元件2，将氧化钼-TPAQn的质量比(即，氧化钼∶TPAQn)调节成满足1∶4。关于发光元件3，将氧化钼-TPAQn的质量比(即，氧化钼∶TPAQn)调节成满足2∶4。将用于每一个发光元件的层553的厚度设置成50nm。

接着，包含4，4’-二[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：NPB或α-NPD)通过NPB的真空蒸镀来形成于层553上。将层554形成为具有10nm的厚度。

包含三(8-羟基喹啉合)铝(缩写：Alq₃)和香豆素6的层555通过Alq₃和香豆素6的共同蒸镀来形成于层554上。将Alq₃-香豆素6质量比调节为满足1∶0.01。因此，香豆素6分散在Alq₃中。将层555的厚度设置成40nm。此外，共同蒸镀是从设置在一个处理室中的多个蒸发源同时进行的蒸镀法。

接着，包含Alq₃的层556通过Alq₃的真空蒸镀来形成于层555上。将层556的厚度设置成10nm。

接着，包含TPAQn和锂(Li)的第二层557通过TPAQn和锂的共同蒸镀来形成于层556上。将TPAQn-锂的质量比(即，TPAQn∶Li)调节为满足1∶0.01使得TPAQn和锂之间的摩尔比(即，TPAQn/Li)是1。将第二层557的厚度设置为10nm。

随后，包含TPAQn和氧化钼(VI)的第一层558通过TPAQn和氧化钼的共同蒸镀来形成于第二层557上。将TPAQn-氧化钼的质量比(即，TPAQn∶氧化钼)设置成4∶2，使得TPAQn和氧化钼之间的摩尔比(即，TPAQn/氧化钼)是0.5。将第一层558的厚度设置为10nm。

接着，第一电极559通过铝蒸镀来形成于第一层558上。将第一电极的厚度设置成200nm。

如上所述，制造了本发明的发光元件。在每一个发光元件中，在本实施例中，第一层558在形成第二层557后形成。当包含在第一层558中的双极物质和包含在第二层557中的双极物质相同时，用于该双极物质的蒸发源、相对于该双极物质表现出电极接受能力的物质和相对于该双极物质表现出电子施予能力的物质分别设置在一个处理室中，且了连续地形成第一层558和第二层557。具体地，用于TPAQn的蒸发源和用于锂的蒸发源以及用于氧化钼的蒸发源被设置在一个处理室中，且TPAQn和锂一起蒸镀。在维持TPAQn可被蒸发的条件的同时，终止锂的蒸发然后开始氧化钼的蒸发。可以此方式按顺序形成第一层558和第二层557。此外，连续形成的包含双极物质的层等价于包括含有相对于该双极物质表现出电子接受能力的物质的第一区和含有相对于该双极物质表现出电子施予能力的物质的第二区的一层。此外，第一区生成空穴，而第二区生成电子。

当通过向其施加电压使得第二电极552的电位高于第一电极559来使电流流过以上制造的每一个发光元件时，第一层558中生成的空穴注入到第一电极559中，同时第二层557中生成的电子注入到层556中。空穴从第二电极552注入到层553中。从第二电极552注入的空穴和从第二层557注入的电子在层555中重新组合，从而使得香豆素6发光。因此，层555用作发光层。此外，层553用作空穴注入层。层554用作空穴输运层。层556用作电子输运层。此外，包含在层556中的Alq₃的电子亲和力是2.62eV，包含在第二层557中的TPAQn的电子亲和力是2.78eV。Alq₃和TPAQn之间的电子亲和力的差是0.16eV。

图9示出本发明的发光元件的电压-亮度特性，图10示出其电流密度-亮度特性，而图11示出其电压电流特性。在图9中，水平轴表示电压(V)，而垂直轴表示亮度(cd/m²)。在图10中，水平轴表示电流密度(mA/cm²)，而垂直轴表示亮度(cd/m²)。在图11中，水平轴表示电压(V)，而垂直轴表示电流(mA)。在图9、10和11中，由实心三角形(▲)标记的曲线指示发光元件1的特性，由空心圆(○)标记的曲线指示发光元件2的特性，而由实心圆(●)标记的曲线指示发光元件3的特性。

从图9、10和11已知各个发光元件良好地工作。

[实施例2]

将描述用于实施例1的TPAQn的制造方法。

[步骤1]

首先，将10g(27.4mmol)4，4’-二溴苄基和3.5g(33.5mmol)邻苯二胺投入茄形瓶中，然后在氯仿中进行搅拌和回流8小时。接着，将混合物冷却至室温后，通过柱层析除去残留的邻苯二胺，获得2，3-二(4-溴苯基)喹喔啉。

[步骤2]

此外，在氮气流下，在一个三口烧瓶中投入由此获得的4.40g(10.0mmol)2，3-二(4-溴苯基)喹喔啉，并溶解于75mL甲苯中。接着，向烧瓶中的溶液中加入0.22g(0.2mmol)Pd(dba)₂、2.88g(30mmol)NaO-t-Bu和3.46g(20.4mmol)二苯胺。此外，向混合物加入1.8mL包含10重量％的三(叔丁基膦)的己烷溶液，并将该混合物在80℃加热搅拌8小时。

接下来，混合物冷却至室温后，向混和物加入水以终止该反应。之后，用氯仿进行萃取产物。此外，在用饱和盐水洗涤产物后，用MgSO₄进行干燥。此后，从氯仿重结晶，获得2，3-二(4-二苯基氨基苯基)喹喔啉(缩写：TPAQn)(黄绿色晶体，产量：2.7g(产率：44％))。

上述合成的合成方案如下。

此外，由此获得的TPAQn的降解温度为411℃。此外，利用热-重/差热分析器(型号TG/DTA-320，Seiko Instruments Inc.)来进行测定。

在衬底上形成包括氧化铟锡的层以具有110nm的厚度，并在其上形成包括TPAQn的800nm厚的层。同样，在包括TPAQn的层上形成200nm厚的包括铝的层。之后，利用渡越时间(TOF)技术分别测量TPAQn的空穴迁移率和电子迁移率。结果，已知了空穴迁移率是1×10^-6cm²/Vs是而电子迁移率是1×10^-5cm²/Vs。

Claims (12)

1.一种发光元件，包括：

第一层；

第二层；以及

第三层，其中

所述第一层、第二层和第三层被***在相互面对的第一电极和第二电极之间，

所述第一层包含其电子迁移率和空穴迁移率中的任一个与另外一个之比是100或更小的第一物质，以及相对于所述第一物质表现出电子接受能力的第二物质，

所述第二层包含其电子迁移率和空穴迁移率中的任一个与另外一个之比是100或更小的第三物质，以及相对于所述第三物质表现出电子施予能力的第四物质，

所述第三层包含发光物质，

顺序地层叠所述第一层、第二层和第三层，

所述第一层与所述第一电极接触，

所述第三层与所述第二电极接触，以及

当将电压施加到所述发光元件使得所述第二电极的电位高于所述第一电极的电位时，所述发光元件发光。

2.一种发光元件，包括：

第一层；

第二层；以及

第三层，其中

所述第一层、第二层和第三层被***在相互面对的第一电极和第二电极之间，

所述第一层包含其电子迁移率和空穴迁移率中的任一个与另外一个之比是100或更小的第一物质，以及相对于所述第一物质表现出电子接受能力的第二物质，

所述第二层包含其电子迁移率和空穴迁移率中的任一个与另外一个之比是100或更小的第三物质，以及相对于所述第三物质表现出电子施予能力的第四物质，

所述第三层包含发光物质，

将所述第一层设置成比所述第二层更接近所述第一电极，

将所述第三层设置成比所述第二层更接近所述第二电极，以及

当将电压施加到所述发光元件使得所述第二电极的电位高于所述第一电极的电位时，所述发光元件发光。

3.如权利要求1或2所述的发光元件，其特征在于，所述第一层包含所述第二物质，使得所述第二物质与第一物质的摩尔比是大于等于0.5且小于等于2。

4.一种发光元件，包括：

第一层；

第二层；以及

第三层，其中

所述第一层、第二层和第三层被***在相互面对的第一电极和第二电极之间，

所述第一层包含由通式1或通式2中的任一个表达的第一物质，以及相对于所述第一物质表现出电子接受能力的第二物质，

所述第二层包含由通式1或通式2中的任一个表达的第三物质，以及相对于所述第三物质表现出电子施予能力的第四物质，

所述第三层包含发光物质，

顺序地层叠所述第一层、第二层和第三层，

所述第一层与所述第一电极接触，

所述第三层与所述第二电极接触，以及

当将电压施加到所述发光元件使得所述第二电极的电位高于所述第一电极的电位时，所述发光元件发光。

[通式1]

(在通式1中，R¹到R⁴各自独立地表示氢或烷基。或者，R¹和R²的键、R²和R³的键以及R³和R⁴的键分别表示芳香环。Ar¹到Ar⁴各自独立地表示具有6至14个碳原子的芳基。)

[通式2]

(在通式2中，Ar¹¹到Ar¹⁴各自独立地表示具有6至14个碳原子的芳基。)

5.一种发光元件，包括：

第一层；

第二层；以及

第三层，其中

所述第一层、第二层和第三层被***在相互面对的第一电极和第二电极之间，

所述第一层包含由通式1或通式2中的任一个表达的第一物质，以及相对于所述第一物质表现出电子接受能力的第二物质，

所述第二层包含由通式1或通式2中的任一个表达的第三物质，以及相对于所述第三物质表现出电子施予能力的第四物质，

所述第三层包含发光物质，

将所述第一层设置成比所述第二层更接近所述第一电极，

将所述第三层设置成比所述第二层更接近所述第二电极，以及

当将电压施加到所述发光元件使得所述第二电极的电位高于所述第一电极的电位时，所述发光元件发光。

[通式1]

(在通式1中，R¹到R⁴各自独立地表示氢或烷基。或者，R¹和R²的键、R²和R³的键以及R³和R⁴的键分别表示芳香环。Ar¹到Ar⁴各自独立地表示具有6至14个碳原子的芳基。)

[通式2]

(在通式2中，Ar¹¹到Ar¹⁴各自独立地表示具有6至14个碳原子的芳基。)

6.如权利要求4或5所述的发光元件，其特征在于，所述第一物质与所述第三物质相同。

7.一种发光元件，包括：

第一层，它包含其电子迁移率和空穴迁移率中的任一个与另外一个之比是100或更小的第一物质；以及

第二层，它包含发光物质，其中

所述第一层和所述第二层被***在相互面对的第一电极和第二电极之间，

所述第一层包括含有相对于所述第一物质表现出电子接受能力的第二物质的第一区、和含有相对于所述第一物质表现出电子施予能力的第三物质的第二区，

将所述第一区设置成比所述第二区更接近所述第一电极，以及

当将电压施加到所述发光元件使得所述第二电极的电位高于所述第一电极的电位时，所述发光元件发光。

8.一种发光元件，包括：

第一层，它包含由通式1或通式2中的任一个表达的第一物质；以及

第二层，它包含发光物质，其中

所述第一层和所述第二层被***在相互面对的第一电极和第二电极之间，

所述第一层包括含有相对于所述第一物质表现出电子接受能力的第二物质的第一区、和含有相对于所述第一物质表现出电子施予能力的第三物质的第二区，

将所述第一区设置成比所述第二区更接近所述第一电极，以及

当将电压施加到所述发光元件使得所述第二电极的电位高于所述第一电极的电位时，所述发光元件发光。

[通式1]

(在通式1中，R¹到R⁴各自独立地表示氢或烷基。或者，R¹和R²的键、R²和R³的键以及R³和R⁴的键分别表示芳香环。Ar¹到Ar⁴各自独立地表示具有6至14个碳原子的芳基。)

[通式2]

(在通式2中，Ar¹¹到Ar¹⁴各自独立地表示具有6至14个碳原子的芳基。)

9.如权利要求7或8所述的发光元件，其特征在于，所述第一层包含所述第二物质或所述第三物质，使得所述第二物质或所述第三物质与所述第一物质的摩尔比是0.5至2。

10.一种发光元件，包括：

第一层；

第二层；以及

第三层，其中

所述第一层、第二层和第三层被***在相互面对的第一电极和第二电极之间，

所述第一电极利用具有大于或等于50％且小于或等于100％的反射率的导电材料来形成，

所述第二电极利用可透过可见光的导电材料来形成，

所述第一层包含其电子迁移率和空穴迁移率中的任一个与另外一个之比是100或更小的第一物质、以及相对于所述第一物质表现出电子接受能力的第二物质，

所述第二层包含其电子迁移率和空穴迁移率中的任一个与另外一个之比是100或更小的第三物质、以及相对于所述第三物质表现出电子施予能力的第四物质，

所述第三层包含发光层，并包括x层(x是任意的正整数)，

顺序地层叠所述第一层、第二层和第三层，

所述第一层与所述第一电极接触，

包括在所述第三层中的一层与所述第二层接触，

包括在所述第三层中的第x层与所述第二电极接触，

y层(y＜x，y是正整数)被***在所述发光层和所述第二层之间，

当将电压施加到所述发光元件使得所述第二电极的电位高于所述第一电极的电位时，所述发光元件发光，以及

调节所述第一层的厚度和所述第二层的厚度以满足表达式1、表达式2和表达式3：

[表达式1]

$n_i{d}_i+n_{\mathrm{ii}}{d}_{\mathrm{ii}}+\underset{k=1}{\overset{y}{\mathrm{\Σ}}}{n}_k{d}_k+n_j{d}_j=\frac{(2m-1)\mathrm{\λ}}{4}$

[表达式2]

0≤d_j≤d_emi

[表达式3]

d_i≥d_ii

其中，n_i表x示所述第一层的折射率；d_i表示所述第一层的厚度；n_ii表示述第二层的折射率；d_ii表示所述第二层的厚度；n_k表示所述发光层和所述第二层之间的诸层中的第k层(k是自然数)的折射率；d_k表示所述发光层和所述第二层之间的诸层中的第k层的厚度；n_j表示所述发光层的折射率；d_j表示从所述发光层和所述第一电极之间的界面到发光区的距离；λ表示从所述发光元件发出的光的波长；m表示任意的正整数；d_emi表示所述发光层的厚度。

11.一种发光装置，其特征在于，像素部分包括如权利要求1至10中的任一项所述的发光元件。

12.一种电子装置，其特征在于，显示部分包括如权利要求11所述的发光元件。

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