TW201711240A - 發光元件、發光裝置、顯示裝置、電子裝置以及照明裝置 - Google Patents

發光元件、發光裝置、顯示裝置、電子裝置以及照明裝置 Download PDF

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Abstract

提供一種發光效率高的發光元件。提供一種不使用稀少金屬作為發光材料而發光效率高的發光元件。一種發光元件，該發光元件包括第一電極、第二電極、第一電極和第二電極之間的層，層包含第一有機化合物及第二有機化合物，第二有機化合物具有咔唑骨架、取代或未取代的二價芳香烴基團，第二有機化合物還具有苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架，芳香烴基團與咔唑骨架鍵合，芳香烴基團與苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架鍵合，第一有機化合物和第二有機化合物能夠形成激態錯合物。

Description

發光元件、發光裝置、顯示裝置、電子裝置以及 照明設備
本發明的一個實施方式係關於一種具有苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架、咔唑骨架的化合物。另外，本發明的一個實施方式係關於一種將藉由施加電場來獲得發光的發光層夾在一對電極之間而成的發光元件或者包括該發光元件的顯示裝置、電子裝置、半導體裝置以及照明設備。
注意，本發明的一個實施方式不侷限於上述技術領域。本發明的一個實施方式係關於一種物體、方法或製造方法。本發明的一個實施方式係關於一種製程(process)、機器(machine)、產品(manufacture)或者組合物(composition of matter)。尤其是，本發明的一個實施方式係關於一種半導體裝置、顯示裝置、發光裝置、照明設備、其驅動方法或製造方法。
使用有機化合物作為發光物質的電流激發型發光元件，所謂的有機EL元件被應用於光源、照明或顯示器等。
已知有機EL元件中的單重態激子與三重態激子的生成比例為1：3。因此，將單重激發態轉換為發光的螢光發光的內部量子效率的極限為25%，而當考慮到藉由系間竄躍能量由單重激發態轉移時，將三重激發態轉換為發光的磷光發光的內部量子效率可達100%。因此，為了獲得高效率的發光，大多情況選擇使用磷光發光材料作為發光物質的有機EL元件(也稱為磷光發光元件)。
但是，能夠將三重激發態高效率地轉換為發光的物質大多是有機金屬錯合物，而其中心金屬幾乎都是產量少的稀有金屬。這樣的稀有金屬當然是昂貴的，並且其價格變動快，其供給也因國際形勢而不穩定。因此，磷光發光元件在成本或供給的穩定性上仍有懸念。
將三重激發態轉換為發光的其他方法有利用延遲螢光的方法。這是利用從三重激發態轉移至單重激發態的反系間竄躍的方法，由於發光起因於單重激發態，所以獲得的是螢光而不是磷光。這在單重激發態與三重激發態之間的能量差小的情況下容易發生，實際上也有獲得了超過螢光發光的理論極限的發光效率的報告。
此外，也有如下報告：藉由利用由兩種物質構成的激態錯合物(exciplex)獲得單重激發態與三重激發態之間的能量差小的狀態，來實現效率高的發光元件。
[非專利文獻1] K.Goushi et al., Applied Physics Letters, 101, pp.023306/1-023306/4 (2012).
另一方面，在使用上述激態錯合物的發光元件中，在很多情況下，根據所使用的物質，不能獲得高效率的發光。實際上，在有機EL元件的開發歷史上，因為激態錯合物會降低效率，一般以不形成激態錯合物的方式設計有機EL元件。
於是，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種發光效率高的發光元件。此外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種不將稀有金屬用於發光材料也具有高發光效率的發光元件。此外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種利用激態錯合物的發光效率高的發光元件。此外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種從激態錯合物發射的光的發光效率高的發光元件。
此外，本發明的一個實施方式的目的之一是藉由使用上述發光元件來提供發光效率高的發光裝置、顯示裝置、電子裝置以及照明設備。
注意，這些目的的記載不妨礙其他目的的存在。此外，本發明的一個實施方式並不需要實現所有上述目的。另外，可以從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載得知並抽取上述以外的目的。
本發明的一個實施方式是一種發光元件，該發光元件包括第一電極、第二電極、第一電極和第二電極之間的層，層包含第一有機化合物及第二有機化合物，第二有機化合物具有咔唑骨架、取代或未取代的二價芳香烴基團，第二有機化合物還具有苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架，芳香烴基團與咔唑骨架鍵合，並與苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架鍵合，第一有機化合物和第二有機化合物能夠形成激態錯合物。
本發明的另一個實施方式是一種發光元件，該發光元件包括第一電極、第二電極、第一電極和第二電極之間的層，層包含第一有機化合物及第二有機化合物，第二有機化合物具有咔唑骨架、取代或未取代的二價芳香烴基團，第二有機化合物還具有苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架，芳香烴基團與咔唑骨架鍵合，並與苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架鍵合，第一有機化合物和第二有機化合物能夠形成激態錯合物。
另外，在本發明的一個實施方式的發光元件中，苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架的4位或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架的4位可以與芳香烴基團鍵合。另外，在本發明的一個實施方式的發光元件中，苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架的4位或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架的4位可以與芳香烴基團鍵合，其他的位置是未取代的。另外，在本發明的一個實施方式的發光元件中，咔唑骨架的9位可以與芳香烴基團鍵合。另外，在本發明的一個實施方式的發光元件中，芳香烴基團可以具有6至60個碳原子。另外，在本發明的一個實施方式的發光元件中，芳香烴基團可以具有6至13個碳原子。另外，在本發明的一個實施方式的發光元件中，芳香烴基團可以具有聯苯二基。另外，在本發明的一個實施方式的發光元件中，聯苯二基可以是3,3'-聯苯二基。
另外，在本發明的一個實施方式的發光元件中，第二有機化合物可以為以結構式(100)表示的有機化合物。
另外，在本發明的一個實施方式的發光元件中，第二有機化合物可以為以結構式(200)表示的有機化合物。
另外，在本發明的一個實施方式的發光元件中，第二有機化合物可以是具有電子傳輸性的物質，第一有機化合物可以是具有電洞傳輸性的物質。另外，在本發明的一個實施方式的發光元件中，第一有機化合物可以是芳香胺。另外，在本發明的一個實施方式的發光元件中，第一有機化合物及第二有機化合物的三重激發能階可以高於激態錯合物的三重激發能階。另外，在本發明的一個實施方式的發光元件中，發光可以包含延遲螢光成分。
另外，本發明的另一個實施方式是一種包括本發明的一個實施方式的發光元件以及開關的照明設備。另外，本發明的另一個實施方式是一種包 括本發明的一個實施方式的發光元件以及控制該發光元件的單元的發光裝置。另外，本發明的另一個實施方式是一種包括顯示部中的本發明的一個實施方式的發光元件以及控制該發光元件的單元的顯示裝置。另外，本發明的另一個實施方式是一種包括本發明的一個實施方式的發光元件以及開關的電子裝置。
本發明的一個實施方式能夠提供一種發光效率高的發光元件。此外，本發明的一個實施方式能夠提供一種不將稀有金屬用於發光材料也具有高的發光效率的發光元件。本發明的一個實施方式能夠提供一種利用激態錯合物的效率高的發光元件。本發明的一個實施方式能夠提供一種來自激態錯合物的發光的效率高的發光元件。
注意，這些效果的記載不妨礙其他效果的存在。此外，本發明的一個實施方式並不需要具有所有上述效果。從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載看來除這些效果外的效果是顯然的，從而可以從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載中衍生除這些效果外的效果。
101‧‧‧第一電極
102‧‧‧第二電極
103‧‧‧包含有機化合物的層
111‧‧‧電洞注入層
112‧‧‧電洞傳輸層
113‧‧‧發光層
114‧‧‧電子傳輸層
115‧‧‧電子注入層
400‧‧‧基板
401‧‧‧第一電極
402‧‧‧黑色層(黑矩陣)
403‧‧‧包含有機化合物的層
404‧‧‧第二電極
405‧‧‧密封材料
407‧‧‧密封基板
408‧‧‧空間
412‧‧‧焊盤
420‧‧‧IC晶片
501‧‧‧第一電極
502‧‧‧第二電極
511‧‧‧第一發光單元
512‧‧‧第二發光單元
513‧‧‧電荷產生層
601‧‧‧驅動電路部(源極線驅動電路)
602‧‧‧像素部
603‧‧‧驅動電路部(閘極線驅動電路)
604‧‧‧密封基板
605‧‧‧密封材料
607‧‧‧空間
608‧‧‧佈線
609‧‧‧FPC(軟性印刷電路板)
610‧‧‧元件基板
611‧‧‧切換電晶體
612‧‧‧電流控制電晶體
613‧‧‧第一電極
614‧‧‧絕緣物
616‧‧‧包含有機化合物的層
617‧‧‧第二電極
618‧‧‧發光元件
623‧‧‧n通道型電晶體
624‧‧‧p通道型電晶體
625‧‧‧乾燥劑
901‧‧‧外殼
902‧‧‧液晶層
903‧‧‧背光單元
904‧‧‧外殼
905‧‧‧驅動器IC
906‧‧‧端子
951‧‧‧基板
952‧‧‧電極
953‧‧‧絕緣層
954‧‧‧隔離層
955‧‧‧包含有機化合物的層
956‧‧‧電極
1001‧‧‧基板
1002‧‧‧基底絕緣膜
1003‧‧‧閘極絕緣膜
1006‧‧‧閘極電極
1007‧‧‧閘極電極
1008‧‧‧閘極電極
1020‧‧‧第一層間絕緣膜
1021‧‧‧第二層間絕緣膜
1022‧‧‧電極
1024W‧‧‧發光元件的第一電極
1024R‧‧‧發光元件的第一電極
1024G‧‧‧發光元件的第一電極
1024B‧‧‧發光元件的第一電極
1025‧‧‧分隔壁
1028‧‧‧包含有機化合物的層
1029‧‧‧發光元件的第二電極
1031‧‧‧密封基板
1032‧‧‧密封材料
1033‧‧‧透明基材
1036‧‧‧覆蓋層
1034R‧‧‧紅色彩色層
1034G‧‧‧綠色彩色層
1034B‧‧‧藍色彩色層
1035‧‧‧黑色層(黑矩陣)
1037‧‧‧第三層間絕緣膜
1040‧‧‧像素部
1041‧‧‧驅動電路部
1042‧‧‧周邊部
2001‧‧‧外殼
2002‧‧‧光源
3001‧‧‧照明設備
5000‧‧‧顯示區域
5001‧‧‧顯示區域
5002‧‧‧顯示區域
5003‧‧‧顯示區域
5004‧‧‧顯示區域
5005‧‧‧顯示區域
7101‧‧‧外殼
7103‧‧‧顯示部
7105‧‧‧支架
7107‧‧‧顯示部
7109‧‧‧操作鍵
7110‧‧‧遙控器
7201‧‧‧主體
7202‧‧‧外殼
7203‧‧‧顯示部
7204‧‧‧鍵盤
7205‧‧‧外部連接埠
7206‧‧‧指向裝置
7210‧‧‧第二顯示部
7301‧‧‧外殼
7302‧‧‧外殼
7303‧‧‧連接部
7304‧‧‧顯示部
7305‧‧‧顯示部
7306‧‧‧揚聲器部
7307‧‧‧記錄介質***部
7308‧‧‧LED燈
7309‧‧‧操作鍵
7310‧‧‧連接端子
7311‧‧‧感測器
7401‧‧‧外殼
7402‧‧‧顯示部
7403‧‧‧操作按鈕
7404‧‧‧外部連接埠
7405‧‧‧揚聲器
7406‧‧‧麥克風
9033‧‧‧夾子
9034‧‧‧開關
9035‧‧‧電源開關
9036‧‧‧開關
9038‧‧‧操作開關
9501‧‧‧照明部
9503‧‧‧支柱
9505‧‧‧支架
9630‧‧‧外殼
9631‧‧‧顯示部
9631a‧‧‧顯示部
9631b‧‧‧顯示部
9632a‧‧‧觸控面板區域
9632b‧‧‧觸控面板區域
9633‧‧‧太陽能電池
9634‧‧‧充放電控制電路
9635‧‧‧電池
9636‧‧‧DCDC轉換器
9637‧‧‧操作鍵
9638‧‧‧轉換器
9639‧‧‧按鈕
在圖式中：圖1A和圖1B是發光元件的示意圖；圖2A和圖2B是主動矩陣型發光裝置的示意圖；圖3A和圖3B是主動矩陣型發光裝置的示意圖；圖4是主動矩陣型發光裝置的示意圖；圖5A和圖5B是被動矩陣型發光裝置的示意圖；圖6A和圖6B是照明設備的示意圖；圖7A、圖7B1、圖7B2、圖7C以及圖7D是示出電子裝置的圖；圖8是示出電子裝置的圖；圖9A和圖9B是示出照明設備的圖； 圖10是示出照明設備的圖；圖11是示出車載顯示裝置及照明設備的圖；圖12A至圖12C是示出電子裝置的圖；圖13示出發光元件1及對比發光元件1的電流密度-亮度特性；圖14示出發光元件1及對比發光元件1的亮度-電流效率特性；圖15示出發光元件1及對比發光元件1的亮度-功率效率特性；圖16示出發光元件1及對比發光元件1的亮度-外部量子效率特性；圖17示出發光元件1及對比發光元件1的發射光譜。
下面，對本發明的實施方式進行說明。但是，本發明可以藉由多個不同方式而實施，所屬技術領域的通常知識者可以很容易地理解一個事實就是其方式和詳細內容在不脫離本發明的精神及其範圍下可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在本實施方式所記載的內容中。
另外，在本說明書所說明的每一個圖式中，有時為了便於說明，誇大表示陽極、包含有機化合物的層、電荷產生層、陰極等的尺寸或厚度。因此，各組件不侷限於圖式所示的大小，並不侷限於各組件之間的相對大小。
注意，在本說明書等中，為了方便起見，附加了第一、第二、第三等序數詞，而其並不表示製程順序或上下的位置關係等。因此，例如可以將“第 一”適當地替換為“第二”或“第三”等來進行說明。此外，有時本說明書等所記載的序數詞與用來指定本發明的一個實施方式的序數詞不一致。
另外，在本說明書等所說明的本發明的構成中，在不同圖式之間共同使用同一符號表示同一部分或具有相同功能的部分而省略其重複說明。另外，有時使用同一陰影線表示具有相同功能的部分，而不特別附加元件符號。
注意，在本說明書中，顏色是由色相(相當於單色光的波長)、色度(彩度，亦即，沒有帶點白色的程度)及明度(亮度，亦即，光的強度)的三個要素規定的。在本說明書中，顏色也可以由只上述三個要素中的任一個或只任兩個規定。另外，在本說明書中，“兩個光的顏色不同”的情況是指上述三個要素中至少一個不同的情況，也包括兩個光的光譜的形狀或各峰值的相對強度比的分佈不同的情況。
另外，根據情況或狀態，可以互相調換“膜”和“層”。例如，有時可以將“導電層”調換為“導電膜”。或者，有時可以將“絕緣膜”調換為“絕緣層”。
實施方式1
作為將三重激發態轉換為發光的方法有利用起因於三重激發態的直接發光的磷光的方法、利用在藉由反系間竄躍由三重激發態轉移至單重激發態之後發光的延遲螢光的方法等。
實際上也有關於使用磷光發光材料且以非常高的效率發光的發光元件的結構的報告，該報告證明了利用三重激發態獲得發光的優點。但是，由於磷光發光材料的中心金屬幾乎都是稀有金屬，所以存在量產時的成本或 供給的穩定性的問題。
另一方面，近年來，報告了利用延遲螢光材料的發光元件達到一定程度的成果。然而，以較高的效率呈現延遲螢光的物質需要具有單重激發態與三重激發態接近的非常罕見的狀態，因此，具有特殊的分子結構，可應用的物質種類也有限制。
報告了如下事實：激態錯合物是藉由兩種分子的電荷轉移相互作用形成的激發狀態的錯合物，其單重激發態與三重激發態很接近。
因此，激態錯合物在室溫下也容易呈現延遲螢光，有獲得效率高的螢光發光元件的可能性。再者，激態錯合物的發光波長根據形成該錯合物的兩個物質中較淺的HOMO能階與較深的LUMO能階之間的差異而發生變化。因此，藉由選擇形成激態錯合物的物質，比較容易獲得所希望的波長的發光。
然而，積極地利用來自激態錯合物的發光的研究還在開發中，為了獲得高發光效率而使用的物質的指南也很少，在沒有任何指南的情況下製造元件也不會獲得良好的發光。
針對於此，在本實施方式中，說明以激態錯合物為發光中心的高效率地發光的發光元件的結構。
本實施方式中的發光元件具有一對電極間夾有包含有機化合物的層(也可以包含無機化合物)的結構，該包含有機化合物的層至少具有發光層。發光層包含具有電洞傳輸性的第一有機化合物以及具有電子傳輸性的第二有機化合物。
第一有機化合物和第二有機化合物為在由電流激發或者電流流過時形成激態錯合物的組合。為了形成激態錯合物，第一有機化合物的HOMO能階及LUMO能階都分別較佳為比第二有機化合物的HOMO能階及LUMO能階淺。
激態錯合物的形成過程有以下兩種。
一種形成過程為處於具有載子的狀態(陽離子或者陰離子)的具有電洞傳輸性的第一有機化合物和具有電子傳輸性的第二有機化合物形成激態錯合物的過程。
另一種形成過程為在具有電洞傳輸性的第一有機化合物和具有電子傳輸性的第二有機化合物中的一個形成單重態激子之後，其與基態下的另一個相互作用而形成激態錯合物的過程。
本實施方式中的激態錯合物可以藉由上述哪一種過程生成。
在此，當具有電子傳輸性的第二有機化合物具有咔唑骨架與苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架藉由取代或未取代的二價芳香烴基團鍵合的結構時，可以高效地從激態錯合物得到發光。尤其是，藉由使用苯并呋喃并嘧啶骨架，可以得到發光效率更好的發光元件，所以是較佳的。苯并呋喃并嘧啶骨架的LUMO能階比苯并噻吩并嘧啶骨架的LUMO能階稍微深，因此更適合於激態錯合物的形成。
苯并呋喃并嘧啶骨架較佳為苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架，苯并噻吩并嘧啶骨架較佳為苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架。這是因為：在嘧啶的6位引入苯環，而電子傳輸性得到提高。另外，這些骨架的LUMO能階比嘧啶骨架的LUMO能階深，而適合於激態錯合物的形成。
另外，苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架的4位或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架的4位較佳為與芳香烴基團鍵合。由此，嘧啶的4位及6位被取代，電子傳輸性得到提高。另外，LUMO能階變深，而更適合於激態錯合物的形成。
並且，較佳的是，苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架的4位或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架的4位與芳香烴基團鍵合，其他位置未取代。當4位以外的位置未取代時，苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架容易與第一有機化合物發生相互作用，因此容易形成激態錯合物。
另一方面，咔唑骨架的9位較佳為與芳香烴基團鍵合。由此，可以得到一種在電化學上穩定的化合物。
在此，由於咔唑骨架與苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架藉由二價芳香烴基團鍵合，與第二有機化合物中的電荷轉移激發態的形成相比，使用第二有機化合物和第一有機化合物的激態錯合物的形成佔優勢。換言之，藉由在物理上離開第一骨架與第二骨架，不是分子中的HOMO-LUMO遷移，而是分子間的HOMO-LUMO遷移(例如，從第一有機化合物的HOMO到第二有機化合物的LUMO的遷移)佔優勢。
二價芳香烴基團較佳為具有6至60個碳原子。具有6至13個碳原子的二價芳香烴基團具有良好的昇華性，所以是更佳的。在考慮利用二價芳香烴基團的咔唑骨架與苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架的離開、以及昇華性時，作為這些芳香烴基團，較佳為使用聯苯二基。尤其是，從提高三重激發能階的觀點來看，更佳為使用3,3'-聯苯二基。二價芳香烴基團較佳為與咔唑骨架中的氮原子鍵合。當這些基具有取代基時，作為該取代基可以舉出具有1至6個碳原子的烷基、具有6至12個碳原子的芳基(苯基或聯苯二基)。
另外，第二有機化合物可以以下述通式(G1)表示。
在上述通式(G1)中，R1至R5分別獨立地表示氫、具有1至6個碳原子的烷基、取代或未取代的具有5至7個碳原子的單環飽和烴、取代或未取代的具有7至10個碳原子的多環飽和烴和取代或未取代的具有6至13 個碳原子的芳基中的任一個。α表示取代或未取代的芳香烴基團，n表示1至4的整數。Cz表示咔唑骨架。X表示氧原子或硫原子。
另外，第二有機化合物可以以下述通式(G2)表示。
在上述通式(G2)中，R1至R13分別獨立地表示氫、具有1至6個碳原子的烷基、取代或未取代的具有5至7個碳原子的單環飽和烴、取代或未取代的具有7至10個碳原子的多環飽和烴和取代或未取代的具有6至13個碳原子的芳基中的任一個。α表示取代或未取代的芳香烴基團。n表示1至4的整數。X表示氧原子或硫原子。
注意，尤其是，將以下述結構式(100)表示的4-{3-[3’-(9H-咔唑-9-基)]聯苯-3-基}苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶(簡稱：4mCzBPBfpm)用作第二有機化合物的發光元件呈現非常高的發光效率。由此，可以說4mCzBPBfpm是作為使用激態錯合物的發光元件用材料非常有益的材料。另外，將以下述結構式(200)表示的4-{3-[3’-(9H-咔唑-9-基)]聯苯-3-基}苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶(簡稱：4mCzBPBtpm)用作第二有機化合物的發光元件也是同樣的。
[化學式5]
在上述各取代基的說明中，在記載有“取代或未取代的”且該取代基具有取代基的情況下，作為該取代基的取代基可以使用具有1至6個碳原子的烷基、苯基及聯苯基。
作為上述第二有機化合物，具體可以舉出如下結構式(100)至(112)、結構式(200)至(212)那樣的化合物。但是，在本實施方式中能夠使用的第二有機化合物不侷限於以下的例子。
[化學式7]
[化學式8]
[化學式9]
[化學式10]
注意，第一有機化合物及第二有機化合物的三重激發能量(相當於三重激發能階與單重激發能階之間的差的能量)較佳為高於激態錯合物的三重激發能量。這是因為：當第一有機化合物和第二有機化合物的三重激發能量比激態錯合物的三重激發能量小時，發生激態錯合物的三重激發能量的轉移，難以獲得效率高的發光。
為了避免這種問題，第一有機化合物及第二有機化合物較佳為不具有萘骨架。
另外，可以認為單重激發態與三重激發態之間的能量差小的激態錯合物的三重激發能量是相當於激態錯合物所呈現的發光的波長的能量。
作為具有電洞傳輸性的第一有機化合物，例如較佳為使用包含吡咯環、噻吩環或呋喃環的化合物、咔唑衍生物、吲哚衍生物等富π電子型雜芳族化合物或者芳香胺化合物，尤其是，芳香胺化合物可以提高激態錯合物的產生效率，所以是較佳的。明確而言，可以舉出：2-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基胺基]螺-9,9'-聯茀(簡稱：PCASF)、4,4',4"-三[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]三苯胺(簡稱：1'-TNATA)、2,7-雙[N-(4-二苯基胺基苯基)-N-苯基胺基]-螺-9,9'-二茀(簡稱：DPA2SF)、N,N'-雙(9-苯基咔唑-3-基)-N,N'-二苯基苯-1,3-二胺(簡稱：PCA2B)、N-(9,9-二甲基-2-二苯基胺基-9H-茀-7-基)二苯基胺(簡稱：DPNF)、N,N',N"-三苯基-N,N',N"-三(9-苯基咔唑-3-基)苯-1,3,5-三胺(簡稱：PCA3B)、2-[N-(4-二苯基胺基苯基)-N-苯基胺基]螺-9,9'-二茀(簡稱：DPASF)、N,N'-雙[4-(咔唑-9-基)苯基]-N,N'-二苯基-9,9-二甲基茀-2,7-二胺(簡稱：YGA2F)、4,4'-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(簡稱：NPB)、N,N'-雙(3-甲基苯基)-N,N'-二苯基-[1,1'-聯苯]-4,4'-二胺(簡稱：TPD)、4,4'-雙[N-(4-二苯基胺基苯基)-N-苯基胺基]聯苯(簡稱：DPAB)、4,4'-雙[N-(螺-9,9'-聯茀-2-基)-N-苯基胺基]聯苯(簡稱：BSPB)、4-苯基-4'-(9-苯基茀-9-基)三苯胺(簡稱：BPAFLP)、4-苯基-3'-(9-苯基茀-9-基)三苯基胺(簡稱：mBPAFLP)、N-(9,9-二甲基-9H-茀-2-基)-N-{9,9-二甲基-2-[N'-苯基-N'-(9,9-二甲基-9H-茀-2-基)胺基]-9H-茀-7-基}苯基胺(簡稱：DFLADFL)、3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基胺基]-9-苯基咔唑(簡稱：PCzPCA1)、3-[N-(4-二苯基胺基苯基)-N-苯基胺基]-9-苯基咔唑(簡稱：PCzDPA1)、3,6-雙[N-(4-二苯基胺基苯基)-N-苯基胺基]-9-苯基咔唑(簡稱：PCzDPA2)、N,N'-雙{4-[雙(3-甲基苯基)胺基]苯基}-N,N'-二苯基-(1,1'-聯苯)-4,4'-二胺(簡稱：DNTPD)、3,6-雙[N-(4-二苯基胺基苯基)-N-(1-萘基)胺基]-9-苯基咔唑(簡稱：PCzTPN2)、3,6-雙[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基胺基]-9-苯基咔唑(簡稱：PCzPCA2)、4-苯基-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(簡稱：PCBA1BP)、4,4’-二苯 基-4”-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(簡稱：PCBBi1BP)、4-(1-萘基)-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(簡稱：PCBANB)、4,4’-二(1-萘基)-4”-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(簡稱：PCBNBB)、3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)胺基]-9-苯基咔唑(簡稱：PCzPCN1)、9,9-二甲基-N-苯基-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]茀-2-胺(簡稱：PCBAF)、N-苯基-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]-螺-9,9'-聯茀-2-胺(簡稱：PCBASF)、N-(4-聯苯)-N-(9,9-二甲基-9H-茀-2-基)-9-苯基-9H-咔唑-3-胺(簡稱：PCBiF)、N-(1,1’-聯苯-4-基)-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]-9,9-二甲基-9H-茀-2-胺(簡稱：PCBBiF)等具有芳香胺骨架的化合物；1,3-雙(N-咔唑基)苯(簡稱：mCP)、4,4’-二(N-咔唑基)聯苯(簡稱：CBP)、3,6-雙(3,5-二苯基苯基)-9-苯基咔唑(簡稱：CzTP)、9-苯基-9H-3-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)咔唑(簡稱：PCCP)等具有咔唑骨架的化合物；4,4',4"-(苯-1,3,5-三基)三(二苯并噻吩)(簡稱：DBT3P-II)、2,8-二苯基-4-[4-(9-苯基-9H-茀-9-基)苯基]二苯并噻吩(簡稱：DBTFLP-III)、4-[4-(9-苯基-9H-茀-9-基)苯基]-6-苯基二苯并噻吩(簡稱：DBTFLP-IV)等具有噻吩骨架的化合物；以及4,4',4"-(苯-1,3,5-三基)三(二苯并呋喃)(簡稱：DBF3P-II)、4-{3-[3-(9-苯基-9H-茀-9-基)苯基]苯基}二苯并呋喃(簡稱：mmDBFFLBi-II)等具有呋喃骨架的化合物。其中，具有芳香胺骨架的化合物、具有咔唑骨架的化合物具有高可靠性和高電洞傳輸性並有助於降低驅動電壓，所以是較佳的。
由如上所述的第一有機化合物和第二有機化合物形成的激態錯合物可以以非常高的效率獲得發光，本實施方式中的發光元件可以以高效率發光。不採取提高提取效率的措施的螢光發光元件的外部量子效率的理論極限一般被認為是大約5%至7%，但是藉由採用本實施方式的發光元件的結構，容易實現呈現超過理論極限的外部量子效率的發光元件。
另外，如上所述，激態錯合物的發光波長相當於第一有機化合物和第二有機化合物中較淺的HOMO能階與較深的LUMO能階之間的差異，因此，藉由選擇適當的能階組合，容易獲得具有所希望的波長的發光的元件。
如此，藉由採用本實施方式的結構，可以簡單地獲得能夠將三重激發態轉換為發光的高效率的發光元件，而不使用具有稀有金屬的供給問題的 材料。另外，可以提供具有這種特徵的發光元件，而對其發光波長沒有嚴格限制。
在本實施方式中，描述本發明的一個實施方式。或者，在其他實施方式中，將描述本發明的一個實施方式。但是，本發明的一個實施方式不侷限於此。例如，作為本發明的一個實施方式，例示出了咔唑骨架與苯并呋喃并吡啶基或苯并噻吩并吡啶基藉由芳香烴基團鍵合的情況，但是本發明的一個實施方式不侷限於此。根據情況或狀況，本發明的一個實施方式也可以具有咔唑骨架與苯并呋喃并吡啶基或苯并噻吩并吡啶基藉由芳香烴基團鍵合的結構以外的骨架。例如，根據情況，本發明的一個實施方式也可以不具有咔唑骨架與苯并呋喃并吡啶基或苯并噻吩并吡啶基藉由芳香烴基團鍵合的結構。
本實施方式可以與其他實施方式適當地組合。
實施方式2
在本實施方式中，參照圖1A和圖1B說明在實施方式1中說明的發光元件的詳細結構的例子。
在圖1A中，發光元件由第一電極101、第二電極102、設置在第一電極101與第二電極102之間的包含有機化合物的層103構成。注意，在本實施方式中，以下假設第一電極101被用作陽極且第二電極102被用作陰極而進行說明。就是說，當以使第一電極101的電位高於第二電極102的電位的方式對第一電極101和第二電極102之間施加電壓時，可以得到發光。包含有機化合物的層103至少具有發光層113即可。圖1A所示的電洞注入層111、電洞傳輸層112、電子傳輸層114以及電子注入層115只是例子而已，可以不設置這些層。另外，也可以設置具有其他的功能的層。
將第一電極101用作陽極，較佳為使用功函數大(具體為4.0eV以上)的金屬、合金、導電化合物、以及它們的混合物等形成第一電極101。具體地，例如可以舉出氧化銦-氧化錫(ITO：Indium Tin Oxide，銦錫氧化物)、包含矽或氧化矽的氧化銦-氧化錫、氧化銦-氧化鋅、包含氧化鎢及氧化鋅的氧化銦(IWZO)等。雖然通常藉由濺射法形成這些導電金屬氧化物膜，但是也可以應用溶膠-凝膠法等來製造。作為製造方法的例子，可以舉出如下方法：使用相對於氧化銦添加有1wt%以上且20wt%以下的氧化鋅的靶材藉由濺射法形成氧化銦-氧化鋅的方法。另外，可以使用相對於氧化銦添加有0.5wt%以上且5wt%以下的氧化鎢和0.1wt%以上且1wt%以下的氧化鋅的靶材藉由濺射法形成包含氧化鎢及氧化鋅的氧化銦(IWZO)。另外，可以舉出金(Au)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鈀(Pd)或金屬材料的氮化物(例如，氮化鈦)等。可以使用石墨烯。另外，藉由將後面說明的複合材料用於包含有機化合物的層103中的接觸於第一電極101的層，可以選擇電極材料而與功函數無關。
只要發光層113具有在實施方式1中示出的結構的疊層結構，就對包含有機化合物的層103的疊層結構沒有特別的限制。在圖1A中，例如，可以適當地組合電洞注入層、電洞傳輸層、發光層、電子傳輸層、電子注入層、載子障壁層、電荷產生層等來構成包含有機化合物的層103的疊層結構。在本實施方式中，說明如下結構：包含有機化合物的層103包括在第一電極101上依次層疊的電洞注入層111、電洞傳輸層112、發光層113、 電子傳輸層114、電子注入層115。以下，示出構成各層的具體材料。
電洞注入層111是包含電洞注入性較高的物質的層。並且，可以使用鉬氧化物、釩氧化物、釕氧化物、鎢氧化物、錳氧化物等。另外，也可以使用如下材料形成電洞注入層111：酞青類化合物如酞青(簡稱：H2Pc)、銅酞青(簡稱：CuPc)等；芳香胺化合物如4,4’-雙[N-(4-二苯基胺基苯基)-N-苯基胺基]聯苯(簡稱：DPAB)、N,N'-雙{4-[雙(3-甲基苯基)胺基]苯基}-N,N'-二苯基-(1,1'-聯苯)-4,4'-二胺(簡稱：DNTPD)等；或者高分子如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)等。
另外，作為電洞注入層111，可以使用在具有電洞傳輸性的材料中含有受體物質的複合材料。注意，藉由使用在具有電洞傳輸性的材料中含有受體物質的複合材料，可以選擇形成電極的材料而不顧及電極的功函數。就是說，作為第一電極101，除了功函數大的材料以外，還可以使用功函數小的材料。作為受體物質，可以舉出7,7,8,8-四氰基-2,3,5,6-四氟醌二甲烷(簡稱：F4-TCNQ)、氯醌等。另外，還可以舉出過渡金屬氧化物。另外，可以舉出屬於元素週期表中的第4族至第8族的金屬的氧化物。明確而言，較佳為使用氧化釩、氧化鈮、氧化鉭、氧化鉻、氧化鉬、氧化鎢、氧化錳、氧化錸，因為其電子接收性高。特別較佳為使用氧化鉬，因為其在大氣中也穩定，吸濕性低，並且容易處理。
作為用於複合材料的具有電洞傳輸性的材料，可以使用各種有機化合物如芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳香烴基團、高分子化合物(低聚物、 樹枝狀聚合物、聚合物等)等。作為用於複合材料的有機化合物，較佳為使用電洞傳輸性較高的有機化合物。明確而言，較佳為使用電洞移動率為10-6cm2/Vs以上的物質。以下，具體地列舉可以用作複合材料中的電洞傳輸材料的有機化合物。
例如，作為芳香胺化合物，可以舉出N,N’-二(對甲苯基)-N,N’-二苯基-p-伸苯基二胺(簡稱：DTDPPA)、4,4’-雙[N-(4-二苯基胺基苯基)-N-苯基胺基]聯苯(簡稱：DPAB)、N,N'-雙{4-[雙(3-甲基苯基)胺基]苯基}-N,N'-二苯基-(1,1'-聯苯)-4,4'-二胺(簡稱：DNTPD)、1,3,5-三[N-(4-二苯基胺基苯基)-N-苯基胺基]苯(簡稱：DPA3B)等。
作為可以用於複合材料的咔唑衍生物，可以具體地舉出PCzPCA1、PCzPCA2、3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)胺基]-9-苯基咔唑(簡稱：PCzPCN1)等。
另外，作為可以用於複合材料的咔唑衍生物，還可以舉出CBP、1,3,5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(簡稱：TCPB)、9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(簡稱：CzPA)、1,4-雙[4-(N-咔唑基)苯基]-2,3,5,6-四苯基苯等。
另外，作為可以用於複合材料的芳香烴基團，例如可以舉出2-三級丁基-9,10-二(2-萘基)蒽(簡稱：t-BuDNA)、2-三級丁基-9,10-二(1-萘基)蒽、9,10-雙(3,5-二苯基苯基)蒽(簡稱：DPPA)、2-三級丁基-9,10-雙(4-苯基苯基)蒽(簡稱：t-BuDBA)、9,10-二(2-萘基)蒽(簡稱：DNA)、9,10-二苯基蒽(簡稱：DPAnth)、2-三級丁基蒽(簡稱：t-BuAnth)、9,10- 雙(4-甲基-1-萘基)蒽(簡稱：DMNA)、2-三級丁基-9,10-雙[2-(1-萘基)苯基]蒽、9,10-雙[2-(1-萘基)苯基]蒽、2,3,6,7-四甲基-9,10-二(1-萘基)蒽、2,3,6,7-四甲基-9,10-二(2-萘基)蒽、9,9’-聯蒽、10,10’-二苯基-9,9’-聯蒽、10,10’-雙(2-苯基苯基)-9,9’-聯蒽、10,10’-雙[(2,3,4,5,6-五苯基)苯基]-9,9’-聯蒽、蒽、稠四苯、紅螢烯、苝、2,5,8,11-四(三級丁基)苝等。除此之外，還可以使用稠五苯、蔻等。像這樣，較佳為使用具有1×10-6cm2/Vs以上的電洞移動率的具有14以上且42以下個碳原子的芳香烴基團。
注意，可以用於複合材料的芳香烴基團也可以具有乙烯基骨架。作為具有乙烯基的芳香烴基團，例如可以舉出4,4’-雙(2,2-二苯基乙烯基)聯苯(簡稱：DPVBi)、9,10-雙[4-(2,2-二苯基乙烯基)苯基]蒽(簡稱：DPVPA)等。
另外，也可以使用聚(N-乙烯基咔唑)(簡稱：PVK)、聚(4-乙烯基三苯胺)(簡稱：PVTPA)、聚[N-(4-{N'-[4-(4-二苯基胺基)苯基]苯基-N'-苯基胺基}苯基)甲基丙烯醯胺](簡稱：PTPDMA)、聚[N,N'-雙(4-丁基苯基)-N,N'-雙(苯基)聯苯胺](簡稱：Poly-TPD)等高分子化合物。
藉由形成電洞注入層，使電洞注入性變好，從而可以獲得驅動電壓低的發光元件。
電洞傳輸層是包含具有電洞傳輸性的材料的層。作為具有電洞傳輸性的材料，例如可以使用芳香胺化合物等，諸如NPB、TPD、4,4',4"-三(N,N-二苯基胺基)三苯胺(簡稱：TDATA)、4,4',4"-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯 基胺基]三苯胺(簡稱：MTDATA)、BSPB、BPAFLP等。在此所述的物質具有高電洞傳輸性，主要是電洞移動率為10-6cm2/Vs以上的物質。另外，也可以將作為上述複合材料中的具有電洞傳輸性的材料舉出的有機化合物用於電洞傳輸層。另外，也可以使用諸如PVK或PVTPA等的高分子化合物。另外，包含具有電洞傳輸性的材料的層不限於單層，也可以為由上述物質構成的兩個以上的層的疊層。
發光層113是包含具有電洞傳輸性的第一有機化合物、具有電子傳輸性的第二有機化合物的層。或者，也可以還包含螢光發光物質。在實施方式1中，已記載各物質的材料或結構等。藉由採用這種結構，本實施方式的發光元件雖然是不使用稀有金屬等的螢光發光元件但可以具有非常良好的外部量子效率。由於容易調節發光波長，所以可以在維持高效率的狀態下獲得所希望的波長帶的發光。
電子傳輸層114是包含具有電子傳輸性的材料的層。例如，電子傳輸層114是由如下具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金屬錯合物等構成的層：三(8-羥基喹啉)鋁(簡稱：Alq)、三(4-甲基-8-羥基喹啉)鋁(簡稱：Almq3)、雙(10-羥基苯并[h]喹啉)鈹(簡稱：BeBq2)、雙(2-甲基-8-羥基喹啉)(4-苯基苯酚鹽)鋁(簡稱：BAlq)等。除此之外，還可以使用雙[2-(2-羥基苯基)苯并唑]鋅(簡稱：Zn(BOX)2)、雙[2-(2-羥基苯基)苯并噻唑]鋅(簡稱：Zn(BTZ)2)等具有唑類、噻唑類配體的金屬錯合物等。再者，除了金屬錯合物之外，還可以使用2-(4-聯苯基)-5-(4-三級丁基苯基)-1,3,4-二唑(簡稱：PBD)、1,3-雙[5-(對三級丁基苯基)-1,3,4- 二唑-2-基]苯(簡稱：OXD-7)、3-(4-聯苯基)-4-苯基-5-(4-三級丁基苯基)-1,2,4-***(簡稱：TAZ)、紅啡啉(簡稱：BPhen)、浴銅靈(簡稱：BCP)等。這裡所述的物質具有高電子傳輸性，並主要是具有10-6cm2/Vs以上的電子移動率的物質。注意，也可以將上述具有電子傳輸性的第二有機化合物用於電子傳輸層114。
另外，電子傳輸層114可以是單層，也可以是由上述物質構成的層的兩層以上的疊層。
另外，也可以在電子傳輸層114和發光層113之間設置控制電子載子的移動的層。這是對如上所述的電子傳輸性較高的物質添加了少量的電子俘獲性高的物質而成的層，並且藉由抑制電子載子的移動，可以調節載子平衡。這種結構對抑制由於電子穿過發光層而發生的問題(例如，元件的使用壽命的降低)發揮很大的效果。
另外，也可以在電子傳輸層114和第二電極102之間以接觸於第二電極102的方式設置電子注入層115。作為電子注入層115，可以使用氟化鋰(LiF)、氟化銫(CsF)、氟化鈣(CaF2)等鹼金屬、鹼土金屬或它們的化合物。例如，可以使用在由具有電子傳輸性的物質構成的層中包含鹼金屬、鹼土金屬或它們的化合物的層。藉由作為電子注入層115使用在由具有電子傳輸性的物質構成的層中包含鹼金屬或鹼土金屬的層，可以從第二電極102高效率地注入電子，因此是較佳的。
作為形成第二電極102的物質，可以使用功函數小(具體為3.8eV以 下)的金屬、合金、導電化合物以及它們的混合物等。作為這種陰極材料的具體例子，可以舉出鋰(Li)或銫(Cs)等鹼金屬、鎂(Mg)、鈣(Ca)或者鍶(Sr)等屬於元素週期表中的第1族或第2族的元素、包含它們的合金(MgAg、AlLi)、銪(Eu)、鐿(Yb)等稀土金屬、以及包含它們的合金等。然而，藉由在第二電極102和電子傳輸層之間設置電子注入層，可以不顧及功函率的大小而將各種導電材料諸如Al、Ag、ITO、包含矽或氧化矽的氧化銦-氧化錫等用作第二電極102。可以藉由濺射法、噴墨法、旋塗法等進行這些導電材料的成膜。
另外，作為包含有機化合物的層103的形成方法，不論乾處理或濕處理，都可以使用各種方法。例如，也可以使用真空蒸鍍法、噴墨法或旋塗法等。另外，也可以根據各電極或各層使用不同的成膜方法。
電極既可以藉由利用溶膠-凝膠法等濕處理形成，又可以藉由利用金屬材料的膏劑的濕處理形成。另外，也可以藉由濺射法、真空蒸鍍法等乾處理形成電極。
在具有上述結構的發光元件中，電流因在第一電極101與第二電極102之間產生的電位差而流動，並且電洞和電子在為包含發光性高的物質的層的發光層113中再結合，以進行發光。亦即，在發光層113中形成發光區域。
發光經過第一電極101和第二電極102中的一個或兩個被提取到外部。因此，第一電極101和第二電極102中的一個或兩個是具有透光性的 電極。當只第一電極101具有透過性時，發光經過第一電極101被取出。當只第二電極102具有透過性時，發光經過第二電極102被取出。當第一電極101及第二電極102都具有透過性時，光經過第一電極101和第二電極102被取出。
注意，設置在第一電極101與第二電極102之間的層的結構不侷限於上述結構。但是，較佳為採用在離第一電極101及第二電極102遠的部分設置電洞與電子再結合的發光區域的結構，以便抑制由於發光區域與用於電極或載子注入層的金屬接近而發生的淬滅。
另外，為了抑制從在發光層中產生的激子的能量轉移，接觸於發光層113的電洞傳輸層和電子傳輸層，尤其是接觸於發光層113中的離發光區域近的一側的載子傳輸層較佳為使用如下物質構成：該物質具有比包含在發光層中的激態錯合物所具有的能帶間隙大的能帶間隙。
圖1B示出具有與圖1A不同的結構的發光元件。參照圖1B說明具有層疊有多個發光單元的結構的發光元件(以下也稱為疊層型元件)的方式。該發光元件是在第一電極與第二電極之間具有多個發光單元的發光元件。一個發光單元具有與圖1A所示的包含有機化合物的層103同樣的結構。亦即，可以說圖1A所示的發光元件是具有一個發光單元的發光元件，而圖1B所示的發光元件是具有多個發光單元的發光元件。
在圖1B中，在第一電極501與第二電極502之間層疊有第一發光單元511和第二發光單元512，並且在第一發光單元511與第二發光單元512之間設置有電荷產生層513。第一電極501和第二電極502分別相當於圖1A中的第一電極101和第二電極102，並且可以應用與在圖1A的說明中記載的材料同樣的材料。另外，第一發光單元511和第二發光單元512的結構 既可以相同也可以不同。
電荷產生層513包含有機化合物和金屬氧化物的複合材料。作為該由有機化合物和金屬氧化物構成的複合材料，可以使用圖1A所示的可用於電洞注入層的複合材料。作為有機化合物，可以使用芳香胺化合物、咔唑化合物、芳香烴基團、高分子化合物(低聚物、樹枝狀聚合物、聚合物等)等各種化合物。另外，作為有機化合物，較佳為使用其電洞移動率為1×10-6cm2/Vs以上的有機化合物。但是，只要是其電洞傳輸性高於電子傳輸性的物質，就可以使用這些以外的物質。因為由有機化合物和金屬氧化物構成的複合材料具有良好的載子注入性以及載子傳輸性，所以可以實現低電壓驅動以及低電流驅動。注意，當發光單元的陽極一側的介面接觸於電荷產生層時，該電荷產生層還可以被用作電洞傳輸層，所以也可以不設置電洞傳輸層。
注意，電荷產生層513也可以具有包含有機化合物和金屬氧化物的複合材料的層與由其他材料構成的層的疊層結構。例如，也可以具有包含由有機化合物和金屬氧化物構成的複合材料的層與包含選自電子給予性物質中的一個化合物和具有高電子傳輸性的化合物的層的層疊結構。另外，也可以具有包含由有機化合物和金屬氧化物構成的複合材料的層與透明導電膜的疊層結構。
總之，夾在第一發光單元511與第二發光單元512之間的電荷產生層513只要具有在將電壓施加到第一電極501和第二電極502時，將電子注入到一個發光單元且將電洞注入到另一個發光單元的結構即可。例如，在圖1B中，電荷產生層513具有在以使第一電極501的電位高於第二電極502的電位的方式施加電壓時，將電子注入到第一發光單元511且將電洞注入到第二發光單元512的結構即可。
雖然在圖1B中示出具有兩個發光單元的發光元件，但是可以將本發明的一個方式同樣地應用於層疊有三個以上的發光單元的發光元件。如圖1B所示的發光元件那樣，藉由在一對電極之間將多個發光單元隔著電荷產生層配置，該發光元件在保持低電流密度的同時還可以進行高亮度發光，並且可以實現使用壽命更長的發光元件。另外，還可以實現能夠進行低電壓 驅動且耗電量低的發光裝置。
此外，藉由使各發光單元的發光顏色不同，可以在發光元件整體中得到所希望的顏色的發光。例如，藉由在具有兩個發光單元的發光元件中，由第一發光單元獲得紅色和綠色的發光，並由第二發光單元獲得藍色的發光，可以實現在發光元件整體中獲得白色光的發光元件。
另外，本發明的實施方式的發光元件可以在由玻璃、塑膠等構成的基板上製造。作為在基板上層疊的順序，既可以從第一電極101一側依次層疊又可以從第二電極102一側依次層疊。發光裝置既可以在一個基板上形成有一個發光元件，又可以在一個基板上形成有多個發光元件。藉由在一個基板上製造多個這種發光元件，可以製造元件被分割了的照明設備或被動矩陣型發光裝置。另外，也可以在由玻璃、塑膠等構成的基板上例如形成電晶體，並且在與電晶體電連接的電極上製造發光元件。由此，可以製造藉由電晶體控制發光元件的驅動的主動矩陣型發光裝置。注意，電晶體的結構既可以是頂閘極結構，又可以是底閘極結構，對電晶體的結構沒有特別的限制。例如，既可以是交錯型電晶體，又可以是反交錯型電晶體。另外，對用於電晶體的半導體的結晶性也沒有特別的限制，而可以使用非晶半導體或結晶半導體。另外，形成在元件基板上的驅動電路既可以由N型及P型電晶體構成，又可以只由N型和P型電晶體中的任一個構成。
本實施方式可以與其他實施方式適當地組合。
實施方式3
在本實施方式中，說明使用實施方式1或實施方式2所示的發光元件 的發光裝置。
在本實施方式中，參照圖2A和圖2B說明使用實施方式1或實施方式2所示的發光元件製成的發光裝置。注意，圖2A是示出發光裝置的俯視圖，並且圖2B是沿圖2A中的線A-B及線C-D切斷的剖面圖。該發光裝置作為用來控制發光元件的發光的單元包括由虛線表示的驅動電路部(源極線驅動電路)601、像素部602、驅動電路部(閘極線驅動電路)603。另外，元件符號604是密封基板，元件符號605是密封材料，由密封材料605圍繞的內側是空間607。
注意，引線配線608是用來傳送輸入到源極線驅動電路601及閘極線驅動電路603的信號的佈線，並且從用作外部輸入端子的FPC(軟性印刷電路板)609接收視訊信號、時脈信號、啟動信號、重設信號等。注意，雖然在此只圖示出FPC，但是該FPC還可以安裝有印刷線路板(PWB)。本說明書中的發光裝置不僅包括發光裝置主體，而且還包括安裝有FPC或PWB的發光裝置。
下面，參照圖2B說明剖面結構。雖然在元件基板610上形成有驅動電路部及像素部，但是在此示出作為驅動電路部的源極線驅動電路601和像素部602中的一個像素。
作為源極線驅動電路601，形成組合n通道型電晶體623和p通道型電晶體624的CMOS電路。另外，驅動電路也可以利用由TFT形成的各種CMOS電路、PMOS電路或NMOS電路形成。另外，雖然在本實施方式中 示出在基板上形成有驅動電路的驅動器一體型，但是不需要必須採用該結構，驅動電路也可以形成在外部，而不形成在基板上。
另外，像素部602由多個像素形成，該多個像素都包括切換電晶體611、電流控制電晶體612以及與該電流控制電晶體612的汲極電連接的第一電極613。注意，以覆蓋第一電極613的端部的方式形成有絕緣物614。在此，使用正型感光丙烯酸樹脂膜形成絕緣物614。
另外，將絕緣物614的上端部或下端部形成為具有曲率的曲面，以獲得良好的覆蓋性。例如，在使用正型感光丙烯酸樹脂作為絕緣物614的材料的情況下，較佳為只使絕緣物614的上端部包括具有曲率半徑(0.2μm以上且3μm以下)的曲面。作為絕緣物614，可以使用負型感光樹脂或者正型感光樹脂。
在第一電極613上形成有包含有機化合物的層616及第二電極617。在此，較佳為使用功函數大的材料作為用於用作陽極的第一電極613的材料。例如，除了可以使用諸如ITO膜、包含矽的銦錫氧化物膜、包含2wt%至20wt%的氧化鋅的氧化銦膜、氮化鈦膜、鉻膜、鎢膜、Zn膜、Pt膜等的單層膜以外，還可以使用由氮化鈦膜和以鋁為主要成分的膜構成的疊層膜以及由氮化鈦膜、以鋁為主要成分的膜和氮化鈦膜構成的三層結構膜等。注意，當採用疊層結構時，作為佈線的電阻也低，可以得到良好的歐姆接觸，並且可以被用作陽極。
另外，包含有機化合物的層616藉由使用蒸鍍遮罩的蒸鍍法、噴墨法、 旋轉塗佈法等各種方法形成。包含有機化合物的層616具有實施方式1或實施方式2所示的結構。另外，作為構成包含有機化合物的層616的其他材料，也可以使用低分子化合物或高分子化合物(包含低聚物、樹枝狀聚合物)。
另外，作為用於形成在包含有機化合物的層616上並用作陰極的第二電極617的材料，較佳為使用功函數小的材料(Al、Mg、Li、Ca、或它們的合金及MgAg、MgIn、AlLi等化合物)。注意，當使產生在包含有機化合物的層616中的光透過第二電極617時，作為第二電極617較佳為使用由厚度減薄了的金屬薄膜和透明導電膜(ITO、包含2wt%至20wt%的氧化鋅的氧化銦、包含矽的銦錫氧化物、氧化鋅(ZnO)等)的疊層結構。
此外，發光元件由第一電極613、包含有機化合物的層616、第二電極617形成。該發光元件具有實施方式1或實施方式2所示的結構。另外，像素部由多個發光元件構成，本實施方式的發光裝置也可以包括具有實施方式1或實施方式2所記載的結構的發光元件和具有其他結構的發光元件的兩個。
並且，藉由使用密封材料605將密封基板604貼合到元件基板610，形成如下結構，亦即發光元件618安裝在由元件基板610、密封基板604以及密封材料605圍繞的空間607中。注意，空間607中填充有填料，作為該填料，除了惰性氣體(氮或氬等)以外，還可以使用密封材料605。藉由在密封基板中形成凹部且在其中設置乾燥劑625，可以抑制水分所導致的劣 化，所以是較佳的。
另外，較佳為使用環氧類樹脂或玻璃粉作為密封材料605。另外，這些材料較佳為儘可能地不使水或氧透過的材料。另外，作為用於密封基板604的材料，除了玻璃基板或石英基板以外，還可以使用由FRP(Fiber Reinforced Plastics；玻璃纖維強化塑膠)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯、丙烯酸樹脂等構成的塑膠基板。
如上所述，可以得到使用實施方式1或實施方式2所記載的發光元件製造的發光裝置。
因為本實施方式的發光裝置使用實施方式1或實施方式2所示的發光元件，所以可以具有良好的特性。明確而言，實施方式1或實施方式2所示的發光元件具有高發光效率，因此可以提供耗電量低的發光裝置。另外，實施方式1或實施方式2所示的發光元件可以提供容易獲得所希望的波長帶的發光且多用途的發光裝置。
圖3A和圖3B示出藉由形成呈現白色發光的發光元件設置彩色層(濾色片)等來實現全彩色化的發光裝置的例子。圖3A示出基板1001、基底絕緣膜1002、閘極絕緣膜1003、閘極電極1006、1007、1008、第一層間絕緣膜1020、第二層間絕緣膜1021、周邊部1042、像素部1040、驅動電路部1041、發光元件的第一電極1024W、1024R、1024G、1024B、分隔壁1025、包含有機化合物的層1028、發光元件的第二電極1029、密封基板1031、密封材料1032等。
另外，在圖3A中，將彩色層(紅色彩色層1034R、綠色彩色層1034G、藍色彩色層1034B)設置在透明基材1033上。另外，還可以設置黑色層(黑矩陣)1035。對設置有彩色層及黑色層的透明基材1033進行對準而將其固定到基板1001上。另外，彩色層及黑色層也可以被覆蓋層1036覆蓋。另外，圖3A示出具有光不透過彩色層而透射到外部的發光層及光透過各顏色的彩色層而透射到外部的發光層，不透過彩色層的光成為白色光且透過彩色層的光成為紅色光、藍色光、綠色光，因此能夠以四個顏色的像素呈現影像。
圖3B示出將彩色層(紅色彩色層1034R、綠色彩色層1034G、藍色彩色層1034B)形成在閘極絕緣膜1003和第一層間絕緣膜1020之間的例子。如上述那樣，也可以將彩色層設置在基板1001和密封基板1031之間。
另外，雖然以上說明了具有從形成有電晶體的基板1001一側取出光的結構(底部發射型)的發光裝置，但是也可以採用具有從密封基板1031一側取出發光的結構(頂部發射型)的發光裝置。圖4示出頂部發射型發光裝置的剖面圖。在此情況下，基板1001可以使用不使光透過的基板。到製造連接TFT與發光元件的陽極的連接電極為止的製程與底部發射型發光裝置同樣地進行。然後，以覆蓋電極1022的方式形成第三層間絕緣膜1037。該第三層間絕緣膜1037也可以具有平坦化的功能。第三層間絕緣膜1037可以使用與第二層間絕緣膜相同的材料或其他已知的材料形成。
雖然在此發光元件的第一電極1024W、1024R、1024G、1024B都是陽 極，但是也可以是陰極。另外，在採用如圖4所示那樣的頂部發射型發光裝置的情況下，第一電極較佳為反射電極。作為包含有機化合物的層1028的結構，採用實施方式1或實施方式2所示的包含有機化合物的層103的結構，並且採用能夠獲得白色發光的元件結構。
在採用圖4所示的頂部發射結構的情況下，可以使用設置有彩色層(紅色彩色層1034R、綠色彩色層1034G、藍色彩色層1034B)的密封基板1031進行密封。密封基板1031也可以設置有位於像素和像素之間的黑色層(黑矩陣)1035。彩色層(紅色彩色層1034R、綠色彩色層1034G、藍色彩色層1034B)、黑色層(黑矩陣)1035也可以被覆蓋層覆蓋。另外，作為密封基板1031，使用具有透光性的基板。
另外，雖然在此示出了以紅色、綠色、藍色、白色的四個顏色進行全彩色顯示的例子，但是並不侷限於此，也可以以紅色、綠色、藍色的三個顏色進行全彩色顯示。
因為本實施方式的發光裝置使用實施方式1或實施方式2所示的發光元件，所以可以得到具有優良特性的發光裝置。明確而言，實施方式1或實施方式2所示的發光元件是發光效率高的發光元件，從而可以實現降低了耗電量的發光裝置。另外，實施方式1或實施方式2所示的發光元件能夠提供一種容易獲得所希望的波長帶的發光且多用途的發光裝置。
雖然到這裡說明了主動矩陣型發光裝置，但是下面說明被動矩陣型的發光裝置。圖5A和圖5B示出藉由使用本發明製造的被動矩陣型發光裝置。 注意，圖5A是示出發光裝置的透視圖，並且圖5B是沿圖5A的線X-Y切斷而獲得的剖面圖。在圖5A和圖5B中，在基板951上的電極952與電極956之間設置有包含有機化合物的層955。電極952的端部被絕緣層953覆蓋。在絕緣層953上設置有隔離層954。隔離層954的側壁具有如下傾斜，亦即越接近基板表面，兩個側壁之間的間隔越窄。換句話說，隔離層954的短邊方向的剖面是梯形，底邊(朝向與絕緣層953的面方向相同的方向並與絕緣層953接觸的邊)比上邊(朝向與絕緣層953的面方向相同的方向並與絕緣層953不接觸的邊)短。如此，藉由設置隔離層954，可以防止起因於靜電等的發光元件的不良。另外，在被動矩陣型發光裝置中，藉由使用實施方式1或實施方式2所示的發光效率高的發光元件，也可以得到耗電量被降低的發光裝置。另外，實施方式1或實施方式2所示的發光元件能夠提供一種容易獲得所希望的波長帶的發光且多用途的發光裝置。
以上說明的發光裝置能夠控制配置為矩陣狀的微小的各多個發光元件中，所以作為進行影像的顯示的顯示裝置可以適當地利用。
另外，本實施方式可以與其他實施方式自由地組合。
實施方式4
在本實施方式中，參照圖6A和圖6B對將實施方式1或實施方式2所示的發光元件用於照明設備的例子進行說明。圖6B是照明設備的俯視圖，圖6A是沿著圖6B的線e-f切斷的剖面圖。
在本實施方式的照明設備中，在用作支撐體的具有透光性的基板400上形成有第一電極401。第一電極401相當於實施方式2所示的第一電極101。當從第一電極401一側取出發光時，第一電極401使用具有透光性的材料形成。
在基板400上形成用來對第二電極404供應電壓的焊盤412。
在第一電極401上形成有包含有機化合物的層403。包含有機化合物的層403相當於實施方式2中的包含有機化合物的層103的結構或組合發光單元511、512以及電荷產生層513的結構等。注意，作為這些結構，參照實施方式2中的記載。另外，形成有黑色層(黑矩陣)402。
以覆蓋包含有機化合物的層403的方式形成第二電極404。第二電極404相當於實施方式2中的第二電極102。當從第一電極401一側取出發光時，第二電極404使用反射率高的材料形成。藉由使第二電極404與焊盤412連接，將電壓供應到第二電極404。
如上所述，本實施方式所示的照明設備具備包括第一電極401、包含有機化合物的層403以及第二電極404的發光元件。由於該發光元件為耐久性高且廉價的發光元件，所以本實施方式的照明設備可以具有高發光效率。
使用密封材料405貼合形成有具有上述結構的發光元件的基板400和密封基板407，進行發光元件的密封。空間408較佳為減壓氛圍。
另外，藉由以延伸到密封材料405的外部的方式設置焊盤412和第一 電極401的一部分，可以將其用作外部輸入端子。另外，也可以在外部輸入端子上設置安裝有轉換器等的IC晶片420等。
由於本實施方式所記載的照明設備包括實施方式1或實施方式2所示的發光元件，所以可以實現發光效率高的照明設備。
實施方式5
在本實施方式中，說明在其一部分包括實施方式1或實施方式2所示的發光元件的電子裝置的例子。實施方式1或實施方式2所示的發光元件具有高發光效率，所以包括該發光元件的本實施方式的電子裝置可以具有低耗電量。
作為採用上述發光元件的電子裝置，可以例如舉出電視機(也稱為電視機或電視接收機)、用於電腦等的顯示器、數位相機、數位攝影機、數位相框、行動電話機(也稱為行動電話、行動電話裝置)、可攜式遊戲機、可攜式資訊終端、音頻再生裝置、彈珠機等大型遊戲機等。以下，示出這些電子裝置的具體例子。
圖7A示出電視機的一個例子。在電視機中，在外殼7101中組裝有顯示部7103。另外，在此示出利用支架7105支撐外殼7101的結構。可以利用顯示部7103顯示影像，並且將實施方式1或實施方式2所示的發光元件排列為矩陣狀而構成顯示部7103。上述發光元件可以具有高發光效率。因此，包括由該發光元件構成的顯示部7103的電視機可以具有低耗電量。
可以藉由利用外殼7101所具備的操作開關或另行提供的遙控器7110進行電視機的操作。藉由利用遙控器7110所具備的操作鍵7109，可以控制頻道及音量，由此可以控制顯示在顯示部7103中的影像。另外，也可以在遙控器7110中設置用來顯示從該遙控器7110輸出的資訊的顯示部7107。
另外，電視機採用具備接收機、數據機等的結構。可以藉由接收機接收一般的電視廣播。再者，藉由數據機連接到有線或無線方式的通訊網路，能夠進行單向(從發送者到接收者)或雙向(發送者和接收者之間或接收者之間等)的資訊通訊。
圖7B1示出電腦，該電腦包括主體7201、外殼7202、顯示部7203、鍵盤7204、外部連接埠7205、指向裝置7206等。另外，該電腦藉由將與實施方式1或實施方式2所示的發光元件相同的發光元件排列為矩陣狀並用於顯示部7203而製造。圖7B1中的電腦也可以為如圖7B2所示的方式。圖7B2所示的電腦設置有第二顯示部7210代替鍵盤7204及指向裝置7206。第二顯示部7210是觸控面板，藉由利用手指或專用筆操作顯示在第二顯示部7210上的輸入用顯示，能夠進行輸入。另外，第二顯示部7210不僅能夠顯示輸入用顯示，而且可以顯示其他影像。另外，顯示部7203也可以是觸控面板。因為兩個螢幕藉由鉸鏈部連接，所以可以防止當收納或搬運時發生問題如螢幕受傷、破壞等。另外，該電腦藉由將實施方式1或實施方式2所示的發光元件排列為矩陣狀並用於顯示部7203而製造。因此，包括由該發光元件構成的顯示部7203的電腦可以具有低耗電量。
圖7C示出可攜式遊戲機，該可攜式遊戲機由外殼7301和外殼7302的兩個外殼構成，並且藉由連接部7303可以開閉地連接。在外殼7301中組裝有將實施方式1或實施方式2所示的發光元件排列為矩陣狀而製造的顯示部7304，並且在外殼7302中組裝有顯示部7305。另外，圖7C所示的可攜式遊戲機還具備揚聲器部7306、記錄介質***部7307、LED燈7308、輸入單元(操作鍵7309、連接端子7310、感測器7311(包括測量如下因素的功能：力量、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉動數、距離、光、液、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電力、輻射線、流量、濕度、斜率、振動、氣味或紅外線)、麥克風7312)等。當然，可攜式遊戲機的結構不侷限於上述結構，只要在顯示部7304和顯示部7305中的至少一個或兩個中使用將實施方式1或實施方式2所示的發光元件排列為矩陣狀製造的顯示部即可，而可以採用適當地設置有其他附屬設備的結構。圖7C所示的可攜式遊戲機具有如下功能：讀出儲存在記錄介質中的程式或資料並將其顯示在顯示部上；以及藉由與其他可攜式遊戲機之間進行無線通訊而實現資訊共用。另外，圖7C所示的可攜式遊戲機的功能不侷限於此，可以具有各種各樣的功能。由於具有上述顯示部7304的可攜式遊戲機在該顯示部7304中使用實施方式1或實施方式2所示的發光元件，因此可以具有低耗電量。
圖7D示出行動電話機的一個例子。行動電話機具備組裝在外殼7401中的顯示部7402、操作按鈕7403、外部連接埠7404、揚聲器7405、麥克風7406等。另外，行動電話機包括將實施方式1或實施方式2所示的發光 元件排列為矩陣狀而製造的顯示部7402。因此，可以提供一種低耗電量的行動電話機。
圖7D所示的行動電話機也可以具有用手指等觸摸顯示部7402來輸入資訊的結構。在此情況下，能夠用手指等觸摸顯示部7402來進行打電話或編寫電子郵件等的操作。
顯示部7402主要有三種螢幕模式。第一是以影像的顯示為主的顯示模式，第二是以文字等的資訊的輸入為主的輸入模式，第三是混合顯示模式和輸入模式的兩個模式的顯示輸入模式。
例如，在打電話或編寫電子郵件的情況下，可以採用將顯示部7402主要用於輸入文字的文字輸入模式而輸入在螢幕上顯示的文字。在此情況下，較佳為在顯示部7402的螢幕的大多部分中顯示鍵盤或號碼按鈕。
另外，藉由在行動電話機內部設置具有陀螺儀和加速度感測器等檢測傾斜度的感測器的檢測裝置，可以判斷行動電話機的方向(縱或橫)而自動進行顯示部7402的螢幕顯示的切換。
另外，藉由觸摸顯示部7402或操作外殼7401的操作按鈕7403，來進行螢幕模式的切換。或者，也可以根據顯示在顯示部7402上的影像的種類切換螢幕模式。例如，當顯示在顯示部上的影像信號為動態影像的資料時，將螢幕模式切換成顯示模式，而當該影像信號為文字資料時，將螢幕模式切換成輸入模式。
另外，當在輸入模式下藉由檢測出顯示部7402的光感測器所檢測的信號而得知在一定期間內沒有顯示部7402的觸摸操作輸入時，也可以進行控制以將螢幕模式從輸入模式切換成顯示模式。
可以將顯示部7402用作影像感測器。例如，藉由用手掌或手指觸摸顯示部7402來拍攝掌紋、指紋等，由此能夠進行個人識別。另外，藉由在顯示部中使用發射近紅外光的背光源或發射近紅外光的感測用光源，也能夠拍攝手指靜脈、手掌靜脈等。
另外，本實施方式所示的結構可以適當地與實施方式1及實施方式2所示的結構組合而使用。
如上所述，具備實施方式1或實施方式2所示的發光元件的發光裝置的應用範圍極為廣泛，而能夠將該發光裝置用於各種領域的電子裝置。藉由使用實施方式1或實施方式2所示的發光元件，可以得到耗電量低的電子裝置。
圖8示出將實施方式1或實施方式2所示的發光元件用於背光源的液晶顯示裝置的一個例子。圖8所示的液晶顯示裝置包括外殼901、液晶層902、背光單元903以及外殼904，液晶層902與驅動器IC905連接。另外，在背光單元903中使用實施方式1或實施方式2所示的發光元件，並且藉由端子906將電流供應到背光源單元903。
藉由將實施方式1或實施方式2所示的發光元件用於液晶顯示裝置的背光源，可以得到耗電量被降低了的背光源。另外，藉由使用實施方式1 或實施方式2所示的發光元件，能夠製造面發射的照明設備，還能夠實現大面積化。由此能夠實現背光源的大面積化及液晶顯示裝置的大面積化。再者，使用實施方式1或實施方式2所示的發光元件的發光裝置可以使厚度比習知的發光裝置小，所以還能夠實現顯示裝置的薄型化。
圖9A示出將實施方式1或實施方式2所示的發光元件用於作為照明設備的檯燈的例子。圖9A所示的檯燈包括外殼2001和光源2002，並且作為光源2002使用實施方式4所示的照明設備。
圖10示出將實施方式1或實施方式2所示的發光元件用於室內的照明設備3001的例子。因為實施方式1或實施方式2所示的發光元件是低耗電量的發光元件，所以能夠實現低耗電量的照明設備。另外，因為實施方式1或實施方式2所示的發光元件能夠實現大面積化，所以能夠用於大面積的照明設備。另外，因為實施方式1或實施方式2所示的發光元件的厚度小，所以能夠製造實現薄型化的照明設備。
還可以將實施方式1或實施方式2所示的發光元件安裝在汽車的擋風玻璃或儀表板上。圖11示出將實施方式1或實施方式2所示的發光元件用於汽車的擋風玻璃或儀表板的一個實施方式。顯示區域5000至顯示區域5005使用實施方式1或實施方式2所示的發光元件設置。
顯示區域5000和顯示區域5001是設置在汽車的擋風玻璃上的安裝有實施方式1或實施方式2所示的發光元件的顯示裝置。藉由使用具有透光性的電極形成第一電極和第二電極，可以將實施方式1或實施方式2所示 的發光元件形成為能看到對面的景色的所謂的透視式顯示裝置。若採用透視式顯示裝置，即使設置在汽車的擋風玻璃上，也不妨礙視界。另外，在設置用來驅動的電晶體等的情況下，較佳為使用具有透光性的電晶體，諸如使用有機半導體材料的有機電晶體或使用氧化物半導體的電晶體等。
顯示區域5002是設置在支柱部分的安裝有實施方式1或實施方式2所示的發光元件的顯示裝置。藉由在顯示區域5002上顯示來自設置在車廂上的成像單元的影像，可以補充被支柱遮擋的視界。另外，同樣地，設置在儀表板部分上的顯示區域5003藉由顯示來自設置在汽車外側的成像單元的影像，能夠補充被車廂遮擋的視界的死角，而提高安全性。藉由顯示影像以補充不看到的部分，更自然且簡單地確認安全。
顯示區域5004和顯示區域5005可以提供導航資訊、速度表、轉速表、行車距離、加油量、排檔狀態、空調的設定以及其他各種資訊。使用者可以適當地改變顯示內容及佈置。另外，這些資訊也可以顯示在顯示區域5000至顯示區域5003上。另外，也可以將顯示區域5000至顯示區域5005用作照明設備。
實施方式1或實施方式2所示的發光元件可以實現耗電量的減小。
由此，即使設置如多個顯示區域5000至顯示區域5005那樣的大面積螢幕，也可以減少電池的負載而舒適地使用。由此，使用實施方式1或實施方式2所示的發光元件的發光裝置或照明設備可以適用於車載用發光裝置或照明設備。
圖12A及圖12B是折疊式平板終端的一個例子。圖12A是打開的狀態，並且平板終端包括外殼9630、顯示部9631a、顯示部9631b、顯示模式切換開關9034、電源開關9035、省電模式切換開關9036、夾子9033以及操作開關9038。該平板終端藉由將具備實施方式1或實施方式2所示的發光元件的發光裝置用於顯示部9631a和顯示部9631b的一個或兩個來製造。
在顯示部9631a中，可以將其一部分用作觸控面板區域9632a，可以藉由接觸所顯示的操作鍵9637來輸入資料。另外，作為一個例子示出顯示部9631a的一半只具有顯示的功能，並且另一半具有觸控面板的功能的結構，但是不侷限於該結構。可以採用顯示部9631a的整個區域具有觸控面板的功能的結構。例如，可以使顯示部9631a的整個面顯示鍵盤按鈕來將其用作觸控面板，並且將顯示部9631b用作顯示畫面。
此外，在顯示部9631b中與顯示部9631a同樣，也可以將其一部分用作觸控面板區域9632b。此外，藉由使用手指或觸控筆等接觸觸控面板上的鍵盤顯示切換按鈕9639的位置，可以在顯示部9631b上顯示鍵盤按鈕。
此外，也可以對觸控面板區域9632a和觸控面板區域9632b同時進行觸摸輸入。
另外，顯示模式切換開關9034能夠切換豎屏顯示和橫屏顯示等顯示的方向並選擇黑白顯示或彩色顯示等的切換。根據藉由平板終端所內置的光感測器所檢測的使用時的外光的光量，省電模式切換開關9036可以將顯示 的亮度設定為最適合的亮度。平板終端也可以內置光感測器、陀螺儀和加速度感測器等檢測傾斜度的感測器等的其他檢測裝置。
此外，圖12A示出顯示部9631b的顯示面積與顯示部9631a的顯示面積相等的例子，但是不侷限於此，可以使一個顯示部的尺寸和另一個顯示部的尺寸不相等。另外，可以使它們的顯示品質有差異。例如顯示部9631a和顯示部9631b中的一個與另一個相比可以進行高精細的顯示。
圖12B是合上的狀態，本實施方式中的平板終端示出包括外殼9630、太陽能電池9633、充放電控制電路9634、電池9635以及DCDC轉換器9636的例子。此外，在圖12B中，作為充放電控制電路9634的一個例子示出包括電池9635和DCDC轉換器9636的結構。
此外，折疊式平板終端在不使用時可以合上外殼9630。因此，可以保護顯示部9631a和顯示部9631b，而可以提供一種耐久性高且從長期使用的觀點來看可靠性高的平板終端。
此外，圖12A及圖12B所示的平板終端還可以具有如下功能：顯示各種各樣的資訊(靜態影像、動態影像、文字影像等)；將日曆、日期或時刻等顯示在顯示部上；對顯示在顯示部上的資訊進行觸摸輸入操作或編輯的觸摸輸入；藉由各種各樣的軟體(程式)控制處理等。
藉由利用安裝在平板終端的表面上的太陽能電池9633，可以將電力供應到觸控面板、顯示部或影像信號處理部等。注意，當太陽能電池9633設 置在外殼9630的一個面或兩個面上時，可以高效率地對電池9635充電，所以是較佳的。
另外，參照圖12C所示的方塊圖對圖12B所示的充放電控制電路9634的結構和工作進行說明。圖12C示出太陽能電池9633、電池9635、DCDC轉換器9636、轉換器9638、開關SW1至開關SW3以及顯示部9631，電池9635、DCDC轉換器9636、轉換器9638、開關SW1至開關SW3對應於圖12B所示的充放電控制電路9634。
首先，說明在利用外光使太陽能電池9633發電時的工作的例子。使用DCDC轉換器9636對太陽能電池所產生的電力進行升壓或降壓以使它成為用來對電池9635進行充電的電壓。並且，當利用來自太陽能電池9633的電力使顯示部9631工作時使開關SW1導通，並且，利用轉換器9638將來自太陽能電池9633的電力升壓或降壓到顯示部9631所需要的電壓。另外，可以採用在不進行顯示部9631中的顯示時，使SW1關閉且使SW2導通來對電池9635進行充電的結構。
注意，作為發電單元的一個例子示出太陽能電池9633，但是發電單元不侷限於此，也可以使用壓電元件(piezoelectric element)或熱電轉換元件(珀耳帖元件(peltier element))等其他發電單元進行電池9635的充電。可以使用以無線(不接觸)的方式收發電力來進行充電的無線電力傳輸模組或組合其他充電單元進行充電，並且也可以不包括發電單元。
另外，只要具備上述顯示部9631，就不侷限於圖12A和12B所示的形 狀的平板終端。
圖9B示出其他照明設備的例子。圖9B所示的檯燈包括照明部9501、支柱9503、支架9505等。照明部9501包括本發明的一個實施方式的發光元件。藉由在具有撓性的基板上製造本發明的一個實施方式發光元件，可以實現具有曲面或具有撓性照明部的照明設備。如此，藉由使用具有撓性的發光裝置作為照明設備，不但提高照明設備的設計的彈性，而且可以將照明設備設置在例如汽車的天花板上和儀表板上等具有曲面的地方。
如上所述，藉由應用本發明的一個實施方式的發光元件，照明設備可以實現高發光效率。藉由應用本發明的一個實施方式，可以提供高可靠性的照明設備。藉由應用本發明的一個實施方式，可以提供低耗電量的照明設備。
如上所述，藉由應用發光元件，可以得到電子裝置或照明設備。發光元件的應用範圍很廣，可以將發光元件應用於各種領域的電子裝置。
本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而實施。
實施例1
《參考例》
在本參考例中，具體地示出實施方式1所說明的具有苯并呋喃并嘧啶骨架的化合物的4-{3-[3’-(9H-咔唑-9-基)]聯苯-3-基}苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶(簡稱：4mCzBPBfpm)(結構式(100))的合成例子。下面示出 4mCzBPBfpm的結構式。
〈步驟1：9-[3-(3-溴苯基)苯基]-9H-咔唑的合成〉
首先，將16g(56mmol)的3-(9H-咔唑-9-基)苯基硼酸、19g(67mmol)的3-碘溴苯、0.68g(2.2mmol)的三(鄰甲苯基)膦、56mL的2M碳酸鉀水溶液、250mL的甲苯以及30mL的乙醇放入到1L三頸燒瓶中，對燒瓶內進行氮氣置換。在該混合物中添加0.13g(0.56mmol)的醋酸鈀，並以80℃加熱並攪拌14小時。使用甲苯對得到的反應混合物的水層進行萃取，混合得到的萃取溶液和有機層而使用水和飽和食鹽水對其進行洗滌。對該有機層添加硫酸鎂並進行乾燥，對得到的混合物進行重力過濾，來得到濾液。濃縮該濾液來得到油狀物。使用循環製備高效液相層析(recycling preparative HPLC)的LC-SakuraNEXT對得到的油狀物進行精煉。藉由濃縮得到的餾分，並使用甲苯和甲醇對其進行洗滌，來得到9-[3-(3-溴苯基)苯基]-9H-咔唑(13g的白色固體，產率為58%)。下面，(a-2)示出步驟1的合成方案。
〈步驟2：3-[3'-(9H-咔唑-9-基)]聯苯硼酸的合成〉
首先，將13g(33mmol)的9-[3-(3-溴苯基)苯基]-9H-咔唑放入到500mL三頸燒瓶中，在使燒瓶脫氣且對該燒瓶內進行氮氣置換之後添加160mL的四氫呋喃，並以-78℃攪拌。在上述混合溶劑中滴加24mL(40mmol)的正丁基鋰(1.65mol/L己烷溶液)，並以-78℃攪拌1小時。在經過指定的時間之後，在該混合溶液中添加4.7mL(43mmol)的硼酸三甲酯，在將該混合溶液的溫度上升到20℃的同時攪拌18小時。在經過指定的時間之後，在反應溶液中添加100mL的1mol/L鹽酸，在室溫下攪拌30分鐘。使用乙酸乙酯對該混合物的水層進行萃取，使用飽和食鹽水對得到的萃取溶液進行洗滌。對有機層添加無水硫酸鎂並進行乾燥，對得到的混合物進行重力過濾，濃縮濾液來得到固體。使用甲苯對該固體進行洗滌，來得到3-[3'-(9H-咔唑-9-基)]聯苯硼酸(6.0g的白色固體，產率為51%)。下面，(b-2)示出步驟2的合成方案。
〈步驟3：4-{3-[3’-(9H-咔唑-9-基)]聯苯-3-基}苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶(簡稱：4mCzBPBfpm)的合成〉
首先，將3.0g(8.3mmol)的3-[3'-(9H-咔唑-9-基)]聯苯硼酸、1.7g(8.3mmol)的4-氯苯并呋喃[3,2-d]嘧啶、8.3mL的2M碳酸鉀水溶液、40mL的甲苯以及4mL的乙醇放入到200mL三頸燒瓶中，對燒瓶內進行氮氣置換。在該混合物中添加68.3mg(0.059mmol)的雙(三苯基膦)二氯化鈀(II)(Pd(PPh3)2Cl2)，並以80℃加熱並攪拌6小時。使用甲苯對得到的反應溶液的水層進行萃取，混合得到的萃取溶液和有機層而使用飽和食鹽水對其進行洗滌。對有機層添加無水硫酸鎂並進行乾燥，對得到的混合物進行重力過濾來得到濾液。將藉由濃縮該濾液得到的固體溶解於甲苯，並且使該溶液經過矽藻土(日本和光純藥工業公司製造，目錄號碼：531-16855)、礬土、矽藻土來過濾。使用甲苯對藉由濃縮該濾液得到的固體進行再結晶， 來得到白色固體(收量為2.0g，產率為50%)。藉由利用梯度昇華方法對該2.0g的白色固體進行昇華精煉。該昇華精煉在壓力為2.3Pa且氬流量為10mL/min的條件下進行，並且以250℃對固體進行加熱。在昇華精煉之後，以65%的收集率得到1.3g的目的物的白色固體。下面，(c-2)示出步驟3的合成方案。
另外，下面示出利用核磁共振法(1H-NMR)來分析藉由上述步驟3得到的白色固體的結果。由測定結果可知：得到了目的物的4mCzBPBfpm。
1H-NMR.δ(CDCl3)：7.32(m，2H)，7.44(m，2H)，7.52-7.55(m，3H)，7.63-7.64(m，1H)，7.69-7.77(m，4H)，7.85-7.88(m，2H)，7.97(t，1H)，8.18(d，2H)，8.31(d，1H)，8.65(m，1H)，8.92(t，1H)，9.27(s，1H)。
發光元件1及對比發光元件1
接著，說明本發明的一個實施方式的發光元件(發光元件1)及對比發光元件(對比發光元件1)。作為發光元件1的發光層113中的第二有機化合物使用4mCzBPBfpm(結構式(100))。另一方面，作為對比發光元件1的發光層113中的第二有機化合物使用4-[3’-(二苯并噻吩-4-基)聯苯-3-基]苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶(簡稱：4mDBTBPBfpm-II)(結構式(v))。
另外，以下述結構式(i)至(v)、(100)示出在本實施例中使用的化合物的分子結構。作為元件結構採用圖1A所示的結構。
《發光元件1的製造》
首先，準備作為第一電極101形成有厚度為70nm的包含矽的銦錫氧化物(ITSO)的玻璃基板。利用聚醯亞胺膜以使該ITSO表面以2mm平方的尺寸露出的方式來覆蓋ITSO表面的周邊，將電極面積設定為2mm×2mm。 作為用來在該基板上形成發光元件的預處理，利用水洗滌基板表面，並以200℃焙燒1小時，然後進行370秒的UV臭氧處理。此後，將基板引入到其內部被減壓到10-4Pa左右的真空蒸鍍裝置中，並且在真空蒸鍍裝置內的加熱室中以170℃進行30分鐘的真空焙燒，然後冷卻基板30分鐘左右。
接著，以使形成有第一電極101的表面朝下方的方式將基板固定於設置在真空蒸鍍裝置內的支架上。在本實施例中，說明藉由真空蒸鍍法依次形成構成包含有機化合物的層103的電洞注入層111、電洞傳輸層112、發光層113、電子傳輸層114及電子注入層115的情況。
在將真空蒸鍍裝置內減壓到10-4Pa後，將4,4’,4”-(苯-1,3,5-三基)三(二苯并噻吩)(簡稱：DBT3P-II)(結構式(i))和氧化鉬以DBT3P-II：氧化鉬=2：1(質量比)的比例共蒸鍍，由此在第一電極101上形成電洞注入層111。將其膜厚度設定為60nm。注意，共蒸鍍是指使多個不同的物質分別從不同的蒸發源同時蒸發的蒸鍍法。
接著，以厚度為20nm的方式蒸鍍4-苯基-4’-(9-苯基茀-9-基)三苯胺(簡稱：BPAFLP)(結構式(ii))來形成電洞傳輸層112。
接著，在電洞傳輸層112上形成發光層113。
將4-{3-[3’-(9H-咔唑-9-基)]聯苯-3-基}苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶(簡稱：4mCzBPBfpm)(結構式(100))、N-(1,1’-聯苯-4-基)-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]-9,9-二甲基-9H-茀-2-胺(簡稱：PCBBiF)(結構式(iii))以4mCzBPBfpm：PCBBiF=0.8：0.2(質量比)共蒸鍍，由此形成發光層113，其厚度為40nm。接著，以20nm的厚度形成4-{3-[3’-(9H-咔唑-9-基)]聯苯-3-基}苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶(簡稱：4mCzBPBfpm)(結構式(100))。
接著，在發光層113上形成電子傳輸層114。藉由蒸鍍厚度為10nm的紅啡啉(簡稱：BPhen)(結構式(iv))，形成電子傳輸層114。
再者，在電子傳輸層114上蒸鍍厚度為1nm的氟化鋰，由此形成電子注入層115。
最後，在電子注入層115上以厚度為200nm的方式蒸鍍鋁，形成被用作陰極的第二電極102，由此得到發光元件1。在上述蒸鍍過程中，蒸鍍都使用電阻加熱法。
藉由上述製程，得到發光元件1。
對比發光元件1的製造
接著，說明對比發光元件1的製造方法。
對比發光元件1是作為發光層113以外的層使用與發光元件1相同材料的膜，所以參照發光元件1的製造方法的記載。作為對比發光元件1的第一電極101，形成厚度為110nm的ITSO。將DBT3P-II和氧化鉬以DBT3P-II：氧化鉬=2：1(質量比)的比例共蒸鍍，由此形成厚度為20nm的電洞注入層111。作為電洞傳輸層112，形成厚度為20nm的BPAFLP。將4-[3’-(二苯并噻吩-4-基)聯苯-3-基]苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶(簡稱：4mDBTBPBfpm-II)(結構式(v))、PCBBiF以4mDBTBPBfpm-II：PCBBiF=0.8：0.2(質量比)的比例共蒸鍍，由此形成厚度為40nm的發光層113。接著，形成厚度為10nm的4-[3’-(二苯并噻吩-4-基)聯苯-3-基]苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶(簡稱：4mDBTBPBfpm-II)。接著，蒸鍍厚度為15nm的BPhen，由此形成電子傳輸層114。以與發光元件1相同的材料及厚度形成電子注入層115及第二電極102。
表1示出藉由上述步驟得到的發光元件1及對比發光元件1的元件結構。
*1 4mCzBPBfpm：PCBBiF(0.8：0.2 40nm)\4mCzBPBfpm(20nm)
*2 4mDBTBPBfpm-II：PCBBiF(0.8：0.2 40nm)\4mDBTBPBfpm-II(10nm)
《發光元件1及對比發光元件1的工作特性》
在此，表2示出900cd/m2附近的各發光元件的發光特性。圖13示出各發光元件的電流密度-亮度特性，圖14示出各發光元件的亮度-電流效率特性，圖15示出亮度-功率效率特性，圖16示出亮度-外部量子效率特性。圖17示出發射光譜。
根據圖14及圖16可知：與對比發光元件1相比，發光元件1具有良好的亮度-電流效率特性、良好的亮度-外部量子效率特性因而具有較高的發光效率(高電流效率及高外部量子效率)。並且，發光元件1的驅動電壓也低，其結果是，如圖15所示，發光元件1具有非常良好的功率效率。注意，用於發光元件1的4mCzBPBfpm與用於對比發光元件1的4mDBTBPBfpm-II之間的不同之處在於：使用咔唑骨架還是二苯并噻吩骨架。就是說，為了實現高效率，除了只具有苯并呋喃并嘧啶骨架以外，具有咔唑骨架和苯并呋喃并嘧啶骨架這兩個是不可缺少的，所以可以說一體不可分的效果。
根據10K下的磷光光譜的峰值，4mCzBPBfpm的三重激發能階(T1能階)被估計為2.68eV(462nm)。根據相同的測量，PCBBiF的T1能階被估計為2.44eV(509nm)，這些都大於激態錯合物的發光能量(單重激發能階；S1能階)的2.26eV(549nm)。激態錯合物的S1能階與T1能階大致相同，根據上述結果可知，第一有機化合物及第二有機化合物的三重激發能階(T1能階)高於激態錯合物的三重激發能階(T1能階)。
本實施例所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而實施。
101‧‧‧第一電極
102‧‧‧第二電極
103‧‧‧包含有機化合物的層
111‧‧‧電洞注入層
112‧‧‧電洞傳輸層
113‧‧‧發光層
114‧‧‧電子傳輸層
115‧‧‧電子注入層

Claims (32)

  1. 一種發光元件，包括：第一電極；第二電極；以及該第一電極和該第二電極之間的層，其中，該層包含第一有機化合物及第二有機化合物，該第二有機化合物具有咔唑骨架、取代或未取代的二價芳香烴基團，該第二有機化合物還具有苯并呋喃并嘧啶骨架或苯并噻吩并嘧啶骨架，該芳香烴基團與該咔唑骨架鍵合，該芳香烴基團與該苯并呋喃并嘧啶骨架或該苯并噻吩并嘧啶骨架鍵合，並且，該第一有機化合物和該第二有機化合物形成激態錯合物。
  2. 根據申請專利範圍第1項之發光元件，其中該咔唑骨架的9位與該芳香烴基團鍵合。
  3. 根據申請專利範圍第1項之發光元件，其中該芳香烴基團具有6至60個碳原子。
  4. 根據申請專利範圍第1項之發光元件，其中該芳香烴基團具有6至13個碳原子。
  5. 根據申請專利範圍第1項之發光元件，其中該芳香烴基團具有聯苯二基。
  6. 根據申請專利範圍第5項之發光元件，其中該聯苯二基是3,3'-聯苯二基。
  7. 根據申請專利範圍第1項之發光元件，其中該第二有機化合物為以結構式(100)表示的有機化合物，
  8. 根據申請專利範圍第1項之發光元件，其中該第二有機化合物為以結構式(200)表示的有機化合物，
  9. 根據申請專利範圍第1項之發光元件，其中該第二有機化合物具有電子傳輸性，該第一有機化合物具有電洞傳輸性。
  10. 根據申請專利範圍第1項之發光元件，其中該第一有機化合物是芳香胺。
  11. 根據申請專利範圍第1項之發光元件，其中該第一有機化合物及該第二有機化合物的三重激發能階高於該激態錯合物的三重激發能階。
  12. 根據申請專利範圍第1項之發光元件，其中發光包含延遲螢光成分。
  13. 一種照明設備，包括：申請專利範圍第1項之發光元件；以及開關。
  14. 一種發光裝置，包括：申請專利範圍第1項之發光元件；以及控制該發光元件的單元。
  15. 一種顯示裝置，包括：顯示部中的申請專利範圍第1項之發光元件；以及控制該發光元件的單元。
  16. 一種電子裝置，包括：申請專利範圍第1項之發光元件；以及開關。
  17. 一種發光元件，包括：第一電極；第二電極；以及該第一電極和該第二電極之間的層，其中，該層包含第一有機化合物及第二有機化合物， 該第二有機化合物具有咔唑骨架、取代或未取代的二價芳香烴基團，該第二有機化合物還具有苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架或苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架，該芳香烴基團與該咔唑骨架鍵合，該芳香烴基團與該苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架或該苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架鍵合，並且，該第一有機化合物和該第二有機化合物形成激態錯合物。
  18. 根據申請專利範圍第17項之發光元件，其中該苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架的4位或該苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架的4位與該芳香烴基團鍵合。
  19. 根據申請專利範圍第17項之發光元件，其中該苯并呋喃并[3,2-d]嘧啶骨架的4位或該苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶骨架的4位與該芳香烴基團鍵合，而其他的位置是未取代的。
  20. 根據申請專利範圍第17項之發光元件，其中該咔唑骨架的9位與該芳香烴基團鍵合。
  21. 根據申請專利範圍第17項之發光元件，其中該芳香烴基團具有6至60個碳原子。
  22. 根據申請專利範圍第17項之發光元件，其中該芳香烴基團具有6至13個碳原子。
  23. 根據申請專利範圍第17項之發光元件，其中該芳香烴基團具有聯苯二基。
  24. 根據申請專利範圍第23項之發光元件，其中該聯苯二基是3,3'-聯苯二基。
  25. 根據申請專利範圍第17項之發光元件，其中該第二有機化合物具有電子傳輸性，該第一有機化合物具有電洞傳輸性。
  26. 根據申請專利範圍第17項之發光元件，其中該第一有機化合物是芳香胺。
  27. 根據申請專利範圍第17項之發光元件，其中該第一有機化合物及該第二有機化合物的三重激發能階高於該激態錯合物的三重激發能階。
  28. 根據申請專利範圍第17項之發光元件，其中發光包含延遲螢光成分。
  29. 一種照明設備，包括：申請專利範圍第17項之發光元件；以及開關。
  30. 一種發光裝置，包括：申請專利範圍第17項之發光元件；以及控制該發光元件的單元。
  31. 一種顯示裝置，包括：顯示部中的申請專利範圍第17項之發光元件；以及控制該發光元件的單元。
  32. 一種電子裝置，包括：申請專利範圍第17項之發光元件；以及開關。
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