CN1700829B - 发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于提供一种驱动电压低的薄膜发光元件。此外，本发明的课题在于提供一种薄膜发光元件，即使对于具有驱动电压低的构成的发光元件，也不会引起色纯度和发光效率的降低。为了解决上述问题的薄膜发光元件的结构，其特征在于：电极间至少具有电子输送层、包含发光物质的发光层、第1区域和第2区域，上述电子输送层在上述发光层和上述第1区域之间具有上述第2区域，上述第1区城包含具有稠环的物质，上述第2区域不包含具有上述稠环的物质。

Description

发光元件
技术领域
本发明涉及发光元件，特别涉及采用较低的驱动电压驱动的发光元件的结构。
背景技术
使用了通过流过电流而使自身发光的自发光型薄膜发光元件的显示器的开发目前很盛行。
这些薄膜发光元件在使用有机、无机或这两者形成的单层、多层薄膜上连接电极，并通过流过电流来发光。这样的薄膜发光元件在低功耗、节省空间和可视性等方面很有发展前途，可以进一步扩大今后的市场。
具有多层结构的发光元件通过将其功能分配到每一层上，与过去相比，可以高效地制作发光元件。(例如，参照非专利文献1)
【非专利文献1】C.W.タンら，アプライドフイジクスレタ—ズ，Vol.51，No.12,913-915(1987)
具有多层结构的薄膜发光元件在阳极和阴极之间，夹着由空穴注入层、空穴输送层、发光层、电子输送层、电子注入层等构成的发光积层体，但其中空穴注入层、空穴输送层、电子输送层、电子注入层根据元件结构，也可以不用。此外，有时空穴输送层、电子输送层兼作发光层。这时，可以采用将发光效率高的色素掺杂在载流子输送性高的电子输送层或空穴输送层中的方法。通过使用该方法，可以将发光效率高但载流子输送性低的材料作为发光物质使用(例如，参照非专利文献2)
【非专利文献2】C.W.タンら，ジヤ—ナルオブアプライドフイジクス，Vol.65，No.9，3710-3716(1989)
通过使薄膜发光元件流过电流，可以得到发光，但是，该发光的亮度和流过的电流成比例。即，为了得到较大的亮度，必须流过相应的大电流。因此，尝试通过对积层在发光元件的电极之间的至少一部分薄膜掺杂添加物，来使电流容易流动，从而降低驱动电压。此外，这时，由于可以使用较小的电压而得到相同的亮度，故可以抑制薄膜发光元件的劣化(参照专利文献1)。
【专利文献1】特开2003-77676号公报
在专利文献1中，作为添加物，使用载流子输送性较好的二苯基蒽或红荧烯等具有稠环的物质，通过对电子输送层掺杂这些物质，可以得到降低驱动电压等效果。
但是，适用于这些添加物的具有稠环的物质大多本身发光。因此，当发光层中的发光物质的能隙比这些添加物大时，被激励的发光物质的能量向添加到电子输送层的添加物移动，添加物有可能被激励而发光。此外，即使不发光，也可能因能量的移动而引起发光效率的降低。
这样，当发光层中的发光物质之外的物质发光时，色纯度变差，所以，通常，在使用添加物时，使用能隙比发光层中发光物质所具有的能隙大的添加物。在专利文献1的实施例1中，使用能隙比作为发光物质掺杂在发光层中的红荧烯大的二苯基蒽作为添加物。
但是，因发红光的发光物质的能隙小，故容易选择满足条件的添加物，但现状是，当需要具有较大能隙的发光物质来发光时，可选择的范围便越来越窄。作为参考，上述红荧烯通过适量掺杂在电子注入层、电子输送层上，由此反映出良好的电子注入性和电子输送性。但是，因该发光是黄色，故对于具有使用了能隙比它更大的发光物质(可以考虑从发绿光到发紫光的发光物质等)之发光层的发光元件，使用起来不理想。
发明内容
因此，本发明的课题在于提供一种驱动电压低的薄膜发光元件。此外，本发明的课题在于提供一种薄膜发光元件，即使对于具有驱动电压低的结构的发光元件，也不会引起色纯度和发光效率的降低。
为了解决上述问题，本发明的薄膜发光元件的一种结构，其特征在于：在电极间至少具有电子输送层、包含发光物质的发光层、第1区域和第2区域，上述电子输送层在上述发光层和上述第1区域之间具有上述第2区域。而且，上述第1区域包含具有稠环的物质，上述第2区域不包含具有上述稠环的物质。
另一种结构的特征在于：电极间至少具有电子输送层、包含发光物质的发光层、第1区域和第2区域，上述电子输送层在上述发光层和上述第1区域之间具有上述第2区域。而且，上述第1区域的具有稠环的物质的浓度比上述第2区域高。
再另一种结构的特征在于：电极间至少具有电子输送层、包含发光物质的发光层、第1区域和第2区域，上述电子输送层在上述发光层和上述第1区域之间具有上述第2区域。而且，对上述第1区域有选择地添加具有稠环的物质。
通过采用本发明的结构，可以提供驱动电压低的薄膜发光元件。此外，提供一种薄膜发光元件，即使在具有驱动电压低的结构的薄膜发光元件中，也可以抑制色纯度和发光效率的降低。
附图说明
图1是表示本发明的薄膜发光元件的图。
图2是表示现有的薄膜发光元件结构的图。
图3是表示本发明的薄膜发光元件的制作工序图。
图4是表示本发明的薄膜发光元件的制作工序图。
图5是举例示出显示装置的结构的图。
图6是本发明的发光装置的顶视图和剖面图。
图7是举例示出可应用本发明的电子设备的图。
图8是举例示出显示装置的结构的图。
图9是表示本发明的薄膜发光元件结构的图。
图10是表示显示装置的像素电路之一例的图。
图11是表示显示装置的保护电路之一例的图。
图12是实施例1和比较例1、比较例2的光谱数据。
图13是实施例1和比较例1、比较例2的电压亮度曲线。
图14是实施例2和比较例3、比较例4的光谱数据。
图15是实施例2和比较例3、比较例4的电压亮度曲线。
图16是实施例3和比较例5的光谱数据。
图17是实施例3和比较例5的电压亮度曲线。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。但是，本发明可以有很多不同的实施方式，只要不脱离本发明的宗旨及其范围，对其方式和细节可以进行各种各样的变更，这对于本领域技术人员来说很容易理解。因此，不能认为本发明限定在本实施方式所记载的内容。
(实施方式1)
图1(A)示出本发明的一例薄膜发光元件的结构。本实施方式中的薄膜发光元件由形成在衬底100等绝缘表面上的阳极101、空穴输送层102、具有发光物质107的发光层103、电子输送层10、阴极106形成。电子输送层10分成层状的2个区域，2个区域使用了至少一种共同的电子输送性材料。在2个区域中，在更靠近阴极106的第1区域105上掺杂用来使上述电子输送性材料进一步提高电子输送性、电子注入性或这两者的添加物108，不向靠近发光层103的第2区域104掺杂添加物108。
再有，虽然可以按各种比例对第1区域105掺杂添加物108，但是，在本发明中，可以将第1区域和第2区域共同的电子输送性材料看作是第1区域中的基质(host)材料。第1区域105中的添加物108的比例只要大于等于1wt％即可，作为第1区域的结构，包括添加物108是100wt％、即第1区域只由添加物108形成的情况。此外，当第1区域只由添加物108形成时，基质材料是指构成第2区域的材料。
此外，发光层103的基质材料是指构成发光层103的物质的结构比最大的材料。发光层103的基质材料可以如图1(B)所示那样，是和电子输送层10的基质材料相同的材料，也可以如图1(A)所示那样，是不同的基质材料。进而，还可以如图1(C)所示那样，发光层103是发光层本身由发光物质107构成，并且发光层本身发光的结构。
作为可使用于电子输送层10的基质材料，可以使用三(8-羟基喹啉(キノリノラト))铝(简称：Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(简称：Almq3)、二(10-羟基苯并[h]-喹啉(キノリナト))铍(简称：BeBq2)、二(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚(フエニルフエノラト))铝(简称：BAlq)等具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架结构的金属络合物。作为发光层103的基质材料，最好是9，10-二苯基蒽、9，10-(2-萘基)蒽、2-t-叔丁基-9，10-二[2-(萘基)苯]蒽、2-t-叔丁基-9，10-二[2-(苯基)苯基]蒽、4，4’(2，2-二苯基乙烯基)联苯等芳香族化合物。或者，也可以使用二(2-甲基-8-羟基喹啉)-(4-羟基-联苯基(ビフエニリル))-铝等典型金属络合物。作为电子输送层10和发光层103能共同使用的材料，可以使用三(8-羟基喹啉)铝(简称：Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(简称：Almq3)、二(10-羟基苯并[h]-喹啉)铍(简称：BeBq2)、二(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(简称：BAlq)等具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属络合物。此外，作为可以对其进行添加而成为发光中心的发光物质107，可以列举4-二氰基亚甲基-2-甲基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定(ジユロリジン)-9-基))-乙烯基]-4H-吡喃(简称：DCJT)、4-二氰基亚甲基-2-t-叔丁基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)-乙烯基]-4H-吡喃(简称：DCJTB)、呋喃西林(プリフランテン)、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)-乙烯基]苯、N，N’-二甲基喹吖酮(简称：DMQd)、香豆素6、香豆素545T、三(8-羟基喹啉)铝(简称：Alq3)、9，9’-联蒽(ビアントリル)、9，10-二苯基蒽(简称：DPA)或9，10-二(2-萘基)蒽(简称：DNA)、2，5，8，11-四-t-叔丁基苝(简称：TBP)等。此外，作为只用发光物质107就能构成发光层103的材料，有三(8-羟基喹啉)铝(简称：Alq3)、9，10-二(2-萘基)蒽(简称：DNA)、二(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(简称：BAlq)等。
掺杂在电子输送层的第1区域的添加物108可以使用具有稠环的物质，其中，还从第1区域的基质材料中选择电子注入性或电子输送性高的物质。此外，最好是电子注入性和电子输送性都高的物质。再有，所谓电子注入性高的材料是指LUMO水平比第1区域的主要构成材料低的材料。具体地说，可以使用红荧烯、9、10-二苯基蒽、并五苯、苝及其电介质。
具有这样结构的本发明的薄膜发光元件通过掺杂在第1区域的添加物108，其电子注入性、电子输送性或两者都有所提高，故电流容易流动，结果，变成驱动电压低的薄膜发光元件。
此外，通过对电子输送层形成不掺杂添加物108的第2区域104，使发光层103内的发光物质107和添加物108之间的距离至少大于等于第2区域104的膜厚。激励材料间的能量移动效率按与距离的6次方成比例地变小，所以，可以大幅度抑制从被激励的发光物质107到添加物108的能量移动，并可以大大减小添加物108的发光。
此外，有时，即使添加物108不发光，但从被激励的发光物质107向添加物108产生能量移动，本来应发光的发光物质107因失去活性而不发光，从而电流效率下降。这时，通过采用具有本发明的结构的发光元件，因大幅度减小了从发光物质107向添加物108的能量移动，故可以抑制发光效率的下降。由此，由于能够大幅度减小来自目的发光物质107的发光之外的发光，故本发明的薄膜发光元件成为具有非常好的色纯度的薄膜发光元件。
再有，关于第2区域104的膜厚，能够充分抑制激励材料之间的能量移动的距离大于等于5nm，最好大于等于10nm。
此外，在本发明的薄膜发光元件的结构中，因能够大幅度减小激励材料之间的能量移动，故即使掺杂在电子输送层的第1区域的添加物108的能隙比发光物质107的能隙小，也不会导致色纯度和发光效率恶化。由此，不会因掺杂在发光层的发光物质具有的能隙大小的不同而致使添加到电子输送层的添加物的选择产生差别，作为添加物108，可以使用电子注入性、电子输送性或两者都良好的物质而与发光颜色无关。
此外，当发光物质107发出的光是磷光时，即使添加物108具有的能隙比发光物质107的能隙小，有时也产生添加物108的能量移动。这时，通过采用本发明的薄膜发光元件，可以抑制从发光物质107到添加物108的能量移动，并能够抑制色纯度和发光效率的下降。
再有，在图1(B)中，在阳极101上形成了空穴注入层109，但既可以象这样形成空穴注入层109，亦可象图1(A)、(C)那样不形成空穴注入层109。此外，也可以象图1(C)那样设置电子注入层113。进而，还可以设置空穴注入层和电子注入层两者。
本实施方式示出的发光元件的结构可以适当组合使用。
图2是现有的薄膜发光元件的例子。在图2的薄膜发光元件中，没有相当于本发明的第2区域的结构，电子输送层110中的添加物和发光层103中的发光物质的距离很近。因此，能量从被激励的发光物质112向电子输送层所包含的添加物111移动，并且其中的一部分发光。因此，向外部射出的光变成从发光物质107发出的光和从添加物111发出的光相混合后的光，并且色纯度变差。此外，即使能量从发光物质112移动过来的添加物111不发光，发光效率也会降低。
(实施方式2)
在本实施方式中，参照图3和图4说明本发明的显示装置的制作方法。再有，在本实施方式中，示出了制作有源矩阵型显示装置的例子，对于无源矩阵型显示装置，当然也可以使用本发明的薄膜发光元件。
首先，当在衬底50上形成第1基底绝缘层51a、第2基底绝缘层51b之后，进而在第2基底绝缘层51b上形成半导体层。(图3(A))。
作为衬底50的材料，可以使用具有透光性的玻璃、石英或塑料(聚酰亚胺、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚砜等)等。这些衬底必要时可以通过CMP等研磨后使用。本实施方式中使用玻璃衬底。
在第1基底绝缘层51a、第2基底绝缘层51b中，衬底50中的碱金属或碱土类金属等是为了防止对半导体膜的特性产生坏影响的元素向半导体层扩散而设置的。材料可以使用氧化硅、氮化硅、含氮的氧化硅、含氧的氮化硅等。在本实施方式中，第1基底绝缘层51a由氮化硅形成，第2基底绝缘层51b由氧化硅形成。在本实施方式中，基底绝缘层由第1基底绝缘层51a和第2基底绝缘层51b两层形成，但由单层形成也无妨，也可以由2层以上的多层形成。此外，若不用担心来自衬底的杂质扩散，则不必设置基底绝缘层。
接下来形成的半导体层在本实施方式中通过使用激光使非晶态硅膜结晶获得。在第2基底绝缘层51b上形成膜厚为25～100nm(最好是30～60nm)的非晶态硅膜。制作方法可以使用公认的方法，例如，溅射法、减压CVD法或等离子体CVD法等。然后，在500℃下进行1小时的加热处理，析出氢。
接下来，使用激光照射装置使非晶态硅膜结晶后形成结晶硅膜。在本实施方式的激光结晶中采用准分子激光器，使用光学系统将振荡的激光束加工成线状激光束光点并照射在非晶态硅膜上，由此形成结晶硅膜，并将其作为半导体层使用。
作为非晶态硅膜的其他结晶方法，另外还有仅利用热处理进行结晶的方法和使用促进结晶的催化剂元素进行加热处理的方法等。作为促进结晶的元素，可以举出镍、铁、钯、锡、铅、钴、铂、铜、金等，通过使用这样的元素，与单纯通过热处理进行结晶的情况相比，可以在低温下短时间内进行结晶，所以，不易损坏玻璃衬底等。当使用单纯的热处理进行结晶时，可以使用耐热性高的石英衬底等作为衬底50。
接下来，必要时，为了控制阈值，在半导体层上添加微量的杂质、即进行沟道掺杂。为了得到所要的阈值，利用离子掺杂等方法添加N型或P型杂质(磷、硼等)。
然后，如图3(A)所示，将半导体层制作成规定的形状，得到岛状半导体层52。半导体层图案的生成是通过在半导体层上涂敷光致抗蚀剂，对规定的掩膜形状进行暴光，烧制，然后在半导体层上形成抗蚀剂掩膜，使用该掩膜进行蚀刻来进行。
接下来，形成栅极绝缘层53将半导体层52覆盖。栅极绝缘层53利用等离子体CVD法或溅射法形成膜厚为40～150nm、含硅的绝缘层。在本实施方式中使用氧化硅形成。
接着，在栅极绝缘层53上形成栅极54。栅极54可以使用从Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Nd中选择的元素，或以这些元素为主要成分的合金材料或化合物材料来形成。此外，也可以使用以掺杂磷等杂质元素的多结晶硅膜为代表的半导体膜。此外，也可以使用AgPdCu合金。
此外，在本实施方式中，栅极54由单层形成，也可以是下层为钨、上层为钼等2层以上的积层结构。即使形成积层结构的栅极，也可以使用上述的材料。此外，也可以适当选择它们之间的组合。
栅极54的加工通过利用使用了光致抗蚀层的掩膜进行蚀刻来进行。
接下来，将栅极54作为掩膜对半导体层52添加高浓度的杂质。由此形成包含半导体层52、栅极绝缘层53和栅极54的薄膜晶体管70。
再有，对于薄膜晶体管的制作工序没有特别的限定，可以进行适当的变更，以制作出所要结构的晶体管。
在本实施方式中，采用使用了利用激光结晶的结晶硅膜的顶栅极的薄膜晶体管，但也可以在像素部采用使用了非晶态半导体膜的底栅极型的薄膜晶体管。非晶态半导体不仅可以使用硅，也可以使用硅锗，当使用硅锗时，锗的浓度最好是0.01～4.5atomic％左右。
此外，也可以使用在非晶态半导体中能观察到0.5nm～20nm的结晶的微结晶半导体膜(半非晶态(セミアモルフアス)半导体)。此外，能观察到0.5nm～20nm的结晶的微结晶又称作微晶(μC)。
半非晶态半导体的半非晶态硅(记作SAS)可以通过对硅化物气体进行辉光放电分解得到。典型的硅化物气体是SiH4，另外，还可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等。将该硅化物气体采用从氢、氢和氮、氩、氪、氖中选出一种或多种惰性气体元素稀释后再使用，从而可以容易形成SAS。稀释硅化物气体的稀释率最好在10倍～1000倍的范围内。利用辉光放电分解进行保护膜的反应生成可以在0.1Pa～133Pa的压力下进行。用来形成辉光放电的电源可以提供1MHz～120MHz、最好是13MHz～60MHz的高频电源。衬底的加热温度最好不超过300℃ ，100～250度的衬底加热温度最理想。
这样形成的SAS其拉曼光谱从520cm-1向低波数侧移动，在X线折射中可观测到来自Si晶格的(111)、(220)的衍射峰值。作为未结合键(悬空键)的终端化，至少包含1原子％或更多的氢或卤素。作为膜中的杂质元素，氧、氮、碳等大气成分的杂质最好小于等于1×1020/cm3。特别是，氧气浓度小于等于5×1019/cm3，最好小于等于1×1019/cm3。做成TFT时的μ＝1～10cm2/Vsec。
此外，该SAS也可以利用激光进一步结晶后再使用。
接下来，覆盖栅极54、栅极绝缘层53并由氮化硅形成绝缘膜(氢化膜)59。要形成绝缘膜(氢化膜)59，可以在480℃下加热1小时，再进行杂质元素的活性化和半导体层52的氢化。
继而，形成覆盖绝缘膜(氢化膜)59的第1层间绝缘层60。作为形成第1层间绝缘层60的材料，可以使用氧化硅、聚丙烯、聚酰亚胺或硅氧烷、Iow-k材料等。在本实施方式中，将氧化硅膜作为第1层间绝缘层形成。再有，硅氧烷由硅(Si)、和氧(O)结合的骨架结构构成，作为取代基，是至少具有含氢的有机基(例如，烷基、芳基)的材料。作为具有硅氧烷的取代基，可以有氟，也可以有含氢的基和氟两者。(图3(B))。
其次，开接触孔一直到半导体层52。接触孔可以通过使用抗蚀剂掩膜进行蚀刻直到露出半导体层52为止来形成，也可以使用湿法蚀刻或干法蚀刻形成。再有，根据条件，可以进行1次蚀刻，也可以分几次进行蚀刻。此外，在进行多次蚀刻时，也可以使用湿法蚀刻和干法蚀刻两者。(图3(C))
接着，形成将该接触孔或第1层间绝缘层60覆盖的导电层。将该导电层加工成所要的形状，形成连接部61a和引线61b等。该引线可以是铝、铜等单层引线，在本实施方式中，是从衬底侧依次为钼、铝、钼的积层结构。作为积层布线，采用从衬底侧依次为钛、铝、钛、氮化钛、铝、钛的结构。(图3(D))
然后，覆盖连接部61a、引线61b、第1层间绝缘层60形成第2层间绝缘层63。作为第2层间绝缘层63的材料，适合使用本身具有平坦性的聚丙烯、聚酰亚胺、硅氧烷等涂敷膜。在本实施方式中，将硅氧烷作为第2层间绝缘层63使用。(图3(E))
接下来，也可以用氮化硅等在第2层间绝缘层63上形成绝缘层。这是在蚀刻后面的像素电极时，为了防止过渡蚀刻第2层间绝缘层而形成的。因此，当像素电极和第2层间绝缘层的蚀刻速度之比很大时，也可以不特别设置。接下来，贯通第2层间绝缘层63形成至连接部61a的接触孔。
接着，覆盖该接触孔和第2层间绝缘层63(或绝缘层)形成具有透光性的导电层，然后，对该具有透光性的导电层进行加工，形成薄膜发光元件的阳极64(第1电极)。这里，阳极64(第1电极)与连接部61a电接触。作为阳极64(第1电极)的材料，可以使用氧化铟锡(ITO：Indium Tin Oxide)或含氧化硅的ITO(ITSO：Indium TinSilicon Oxide：氧化铟锡硅)、在氧化铟中含有2～20％的氧化锌的IZO(氧化铟锌)或氧化锌本身、含镓的氧化锌GZO(氧化镓锌)等。在本实施方式中，使用ITSO作为阳极64(第1电极)。
其次，覆盖第2层间绝缘层63(或绝缘层)和阳极64(第1电极)形成由有机材料或无机材料形成的绝缘层。接着，对该绝缘层进行加工，使一部分阳极64(第1电极)露出来，形成隔壁65。作为隔壁65的材料，适合使用具有感光性的有机材料(聚丙烯、聚酰亚胺等)，但采用不具有感光性的有机材料或无机材料形成也可以。隔壁65的面向第1电极端面具有曲率，最好该曲率是连续变化的锥形。
其次，形成覆盖从隔壁65露出的阳极64(第1电极)的发光积层体66。发光积层体66可以利用蒸镀法等形成，但在本发明中，至少具有电子输送层和发光层，该电子输送层包括包含添加物的第1区域和不包含该添加物的第2区域，其中，该添加物是具有用来使电流容易流动的稠环的物质的添加物。
再有，关于第2区域的膜厚，能够充分抑制激励材料之间的能量移动的距离大于等于5nm，最好大于等于10nm。
当对电子输送层的第1区域掺杂易使电流流动的添加物时，可以通过和电子输送层的基质材料一起蒸镀形成。再有，因不掺杂添加物的第2区域的材料和掺杂了添加物的第1区域的基质材料相同，故与利用其他材料在发光层和掺杂了添加物的电子输送层之间设置全封闭层等相比，本发明的结构简便，接触良好。(图4(C))
作为电子输送性高、能作为电子输送层的基质材料使用的物质，例如，可以举出三(8-羟基喹啉)铝(简称：Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(简称：Almq3)、二(10-羟基苯并[h]-喹啉)铍(简称：BeBq2)、二(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(简称：BAlq)等具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属络合物等。通过使用本发明的结构，可以进一步提高电子输送层的电子输送性，并能够降低薄膜发光元件的驱动电压。
作为对电子输送层添加的添加物，可以举出9，10-二苯基蒽、并五苯、苝等具有稠环的物质。其中，选择电子注入性或电子输送性比第1区域的基质材料高的物质。此外，最好是电子注入性和电子输送性都高的物质。再有，作为电子注入性高的材料，可以说是LUMO水平比第1区域的主要构成材料低的材料。通过使用本发明的结构，可以与发光层的发光物质的能隙无关地选择这些添加物。
发光物质有各种各样的材料，可以使用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))-乙烯基]-4H-吡喃(简称：DCJT)、4-二氰基亚甲基-2-t-叔丁基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)-乙烯基]-4H-吡喃(DCJTB)、呋喃西林、2，5-二氰基-1，4-二[2-(1 0-甲氧基-1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基))乙烯基]苯、N，N’-二甲基喹吖酮(简称：DMQd)、香豆素6、香豆素545T、三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)、9，9’-联蒽、9，10-二苯基蒽(简称：DPA)或9，10-二(2-萘基)蒽(简称：DNA)、2，5，8，11-四-t-叔丁基苝(简称：TBP)等。此外，也可以是其他物质。
除此之外，在发光积层体66上也可以设置电子注入层、空穴输送层和空穴注入层等。
作为空穴输送性高的物质，例如，可以举出4，4’-二[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-联苯(简称：NPB)、4，4’-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-联苯(简称：TPD)、4，4’，4”-三[N、N-二苯基-氨基]-三苯胺(简称：TDATA)、4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-三苯胺(简称：MTDATA)、4，4’-二(N-(4-(N，N-二间甲苯氨基)苯基)-N-苯基氨基)联苯(简称：DNTPD)等芳香族胺类(即，具有苯环-氮键)的化合物。
此外，作为电子注入性高的物质，例如，可以举出氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)、氟化钙(CaF2)等碱金属或碱土类金属的化合物。此外，也可以是像Alq3那样的电子输送性高的物质和像镁(Mg)那样的碱土类金属的混合物。
作为空穴注入性高的物质，例如，可以举出钼氧化物(MoOx)或钒氧化物(VOx)、铷氧化物(RuOx)、钨氧化物(WOx)、锰氧化物(MnOx)等金属氧化物。此外，其他，还可以举出酞菁(简称：H2PC)或铜酞菁(CuPc)等酞菁系化合物。
发光层可以是对每一个像素形成发光波长段不同的发光元件，并进行彩色显示的结构。典型地，形成与R(红)、G(绿)、B(蓝)各色对应的发光元件。这时，通过采用在像素的光放射侧设置透过该发光波长段的光的滤光片(着色层)，从而可以提高色纯度和防止像素部的镜面化(映射)。通过设置滤光片(着色层)，可以省略在过去是必需的圆偏振片，并可以消除从发光元件发出的光的损失。进而，可以减小从斜方向看像素部(显示画面)时产生的色调的变化。
此外，发光元件可以是呈单色或白色发光的结构。当使用白色发光材料时，作为在像素的光放射侧设置了透过特定波长的光之滤光片(着色层)的结构，可以进行彩色显示。
为了形成发白色光的发光层，例如，利用蒸镀法依次对Alq3、部分掺杂了作为红色发光色素的指甲红(ナイルレツド)的Alq3、Alq3、p-EtTAZ、TPD(芳香族二胺)进行积层，从而可以得到白色。
进而，发光层除了单线态激励发光材料之外，还可以使用包含金属络合物的三线态激励发光材料。例如，在红色发光像素、绿色发光像素和蓝色发光像素中，用三线态激励发光材料形成亮度减半时间较短的红色发光像素，其余采用单线态激励发光材料来形成。三线态激励发光材料具有因发光效率高，故得到相同的亮度需要的功耗小的特征。即，当使用于红色像素时，因流过发光元件的电流小，故可以提高可靠性。为了实现低功耗，可以用三线态激励发光材料形成红色发光像素和绿色发光像素，用单线态激励发光材料形成蓝色发光像素。人的视觉灵敏度高的绿色发光元件也由三线态激励发光材料形成，从而可以实现低功耗。
作为三线态激励发光材料的一个例子，可以列举将金属络合物作为掺杂剂使用的材料，已知的有以作为第3过渡系列元素的铂为中心金属的金属络合物和以铱为中心金属的金属络合物等。作为三线态激励发光材料，不限于这些化合物，也可以使用具有上述结构、且中心金属是周期表中第8～10族元素的化合物。
以上揭示的形成发光层的物质是一个例子，通过对空穴注入输送层、空穴输送层、电子注入输送层、电子输送层、发光层、电子阻塞层、空穴阻塞层等功能性的各层进行适当积层，可以形成发光元件。此外，也可以形成将这些层组合的混合层或混合接合。发光积层体的层结构可以改变，在不脱离本发明的宗旨的范围内，允许各种变形，例如，可以不具备特定的电子注入区域或发光区域，而具有专门用于实现该目的而设的电极，或者使发光材料分散。
由如上所述的材料形成的发光元件通过正向偏压而发光。使用发光元件形成的显示装置的像素可以采用单一矩阵方式、或有源矩阵方式驱动。无论哪种情况，都是在某特定的时间内施加正向偏压而使各像素发光，但是在一定期间内它处于非发光状态。通过在该非发光的期间施加反向偏压，从而可以提高发光元件的可靠性。在发光元件中，分为在一定的驱动条件下发光强度降低的劣化模式和非发光区在像素内扩大而使可视(見かけ上)亮度降低的劣化模式，但是，通过进行施加正向偏压和反向偏压的交流驱动，可以使劣化的进程减缓，并能够提高发光装置的可靠性。
接下来，形成覆盖发光积层体66的第2电极(阴极)67。由此，可以制作由阳极64(第1电极)、发光积层体66和第2电极(阴极)67构成的发光元件93。
然后，利用等离子体CVD法将含氮的氧化硅膜作为第2钝化膜形成。当使用含氮的氧化硅膜时，可以利用等离子体CVD法形成由SiH4、N2O、NH3制作的氧化氮化硅膜、或由SiH4、N2O制作的氧化氮化硅膜或由用Ar将SiH4、N2O稀释后的气体形成的氧化氮化硅膜。
此外，作为第1钝化膜，可以使用由SiH4、N2O、H2制作的氧化氮化氢化硅膜。当然，第2钝化膜905不限于单层结构，也可以使用其他含硅绝缘层的单层结构或积层结构。此外，也可以代替含氮氧化硅膜而形成氮化炭膜和氮化硅膜的多层膜、或苯乙烯聚合物的多层膜、氮化硅膜或类金刚石碳膜。
接下来，为了保护电致发光元件免受水等促进劣化的物质的影响，而进行显示部的密封。当使用对置衬底密封时，利用绝缘性的密封材料进行粘贴，使外部连接部露出来。也可以在对置衬底和元件衬底之间的空间内填充干燥的氮等非活性气体，也可以对整个像素部涂敷密封材料并由此形成对置衬底。密封材料最好使用紫外线固化树脂等。密封材料中也可以混入干燥剂或用来保持一定间隙的粒子。接着，在外部连接部上粘贴柔性引线衬底，由此完成显示装置。
参照图5说明像以上那样制作的一例显示装置的结构。再有，对于即使形状不同但功能相同的部分添加相同的符号并省略其说明。在本实施方式中，具有LDD结构的薄膜晶体管70经连接部61a与发光元件93连接。
图5(A)是阳极64(第1电极)由具有透光性的导电膜形成，发光积层体66发出的光取出到衬底50的结构。再有，94是对置电极，形成了发光元件93后，使用密封材料等固定在衬底50。在对置衬底94和元件之间填充具有透光性的树脂88等，通过密封，可以防止发光元件93因水分的浸入而劣化。此外，树脂88最好具有吸湿性。进而，最理想的方式是，如果在树脂88中散布透光性好的干燥剂89，则能够进一步抑制水份的影响。
图5(B)是阳极64(第1电极)和第2电极92两者都由具有透光性的导电膜形成，并能够将光取出到衬底50和对置衬底94两者的结构。此外，在该结构中，在衬底50和对置衬底94的外侧设置偏振片90，由此可以防止画面透光，从而提高可视性。可以在偏振片90的外侧设保护膜91。
再有，具有显示功能的本发明的显示装置既可以使用模拟视频信号，又可以使用数字视频信号。当使用数字视频信号时，可分成使用电压的视频信号和使用电流的视频信号。发光元件发光时，输入像素的视频信号有恒定电压和恒定电流两种情况。当视频信号是恒定电压信号时，有施加在发光元件上的电压恒定和流过发光元件的电流恒定两种情况。施加在发光元件上的电压恒定是恒压驱动，流过发光元件的电流恒定是恒流驱动。恒流驱动是发光元件流过恒定的电流而不受其电阻变化的影响。本发明的发光显示装置及其驱动方法可以采用上述任何一种驱动方法。
采用本实施方式的方法形成的本发明的显示装置是一种驱动电压低、色纯度和发光效率高的显示装置。
(实施方式3)
在本实施方式中，使用图6(A)和图6(B)说明相当于本发明一实施方式的发光装置的面板的外观。图6(A)是利用和对置衬底4006之间形成的密封材料将形成在衬底上的晶体管和发光元件密封后的面板的顶视图，图6(B)相当于图6(A)的剖面图。此外，该面板装载的发光元件的结构由阳极、空穴输入层、具有发光物质的发光层、电子输送层和阴极构成，电子输送层分成层状的2个区域，对更靠近阴极的第1区域掺杂由稠环形成的添加物，对靠近发光层的第2区域不掺杂由稠环形成的添加物。
设置密封材料4005，使其将设在衬底4001上的像素部4002、信号线驱动电路4003和扫描线驱动电路4004包围。此外，在像素部4002、信号线驱动电路4003和扫描线驱动电路4004的上面设置了对置衬底4006。因此，利用衬底4001、密封材料4005和对置衬底4006将像素部4002、信号线驱动电路4003和扫描线驱动电路4004和填充材料4007一起密封。
此外，设在衬底4001上的像素部4002、信号线驱动电路4003和扫描线驱动电路4004具有多个薄膜晶体管，在图6(B)中，示出包含在信号线驱动电路4003中的薄膜晶体管4008和包含在像素部4002中的薄膜晶体管4010。
此外，4011相当于发光元件，与薄膜晶体管4010电连接。
此外，迂回引线4014是向像素部4002、信号线驱动电路4003和扫描线驱动电路4004供给信号或电源电压的引线。迂回引线4014经迂回引线4015a和迂回引线4015b与连接端子4016连接。连接端子4016经各向异性导电膜4019与柔性印刷电路板(FPC)4018具有的端子电连接。
再有，作为填充材料4007，除了氮和氩等惰性气体之外，还可以使用紫外线固化树脂或热固化树脂，并可以使用聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、环氧树脂、硅树脂、聚乙烯醇缩丁醛或乙烯-己酸亚乙烯(エチレンビニレンアセテ—ト)。
再有，本发明的显示装置将形成了具有发光元件的像素部的面板和该面板上安装了IC的组件包含在其范畴内。
像本实施方式所述结构的面板和组件是驱动电压低、色纯度和发光效率较好的面板和组件。
(实施方式4)
作为搭载了实施方式3中已示出其一例的组件之本发明的电子设备，可以举出摄像机、数字照相机、护目镜(goggles)型显示器(顶部安装显示器)、导航系统、音响回放装置(汽车组合音响等)、计算机、游戏机、便携式信息终端(移动式计算机、便携式电话、便携式游戏机或电子书籍等)、具有记录媒体的图像回放装置(具体地说，回放数字化视频光盘(DVD)等记录媒体并具有能显示其图像的显示器的装置)等。图7(A)～(E)示出这些电子设备的具体例子。
图7(A)是发光显示装置，电视机的显像器和个人计算机的监视器等与其相当。包括壳体2001、显示部2003和扬声器部2004等。本发明的发光显示装置其显示部2003的驱动电压低，色纯度和发光效率高。为了提高对比度，像素部可以具有偏振片或圆偏振片。例如，可以按1/4λ片、1/2λ片、偏振片的顺序向密封衬底设置膜片。进而，可以在偏振片上设置防反射膜。
图7(B)是便携式电话，包括本体2101、壳体2102、显示部2103、声音输入部2104、声音输出部2105、操作键2106和天线2108等。本发明的便携式电话其显示部2103的驱动电压低、色纯度和发光效率高。
图7(C)是计算机，包括本体2201、壳体2202、显示部2203、键盘2204、外部接口2205和鼠标2206等。本发明的计算机其显示部2203的驱动电压低、色纯度和发光效率高。在图7(C)中，虽然举例示出了笔记本电脑，但将硬盘和显示器做成一体的桌上型电脑等也可以适用。
图7(D)是移动式计算机，包括本体2301、显示部2302、开关2303、操作键2304、红外线端口2305等。本发明的移动式计算机其显示部2302的驱动电压低、色纯度和发光效率高。
图7(E)是便携式游戏机，包括壳体2401、显示部2402、扬声器部2403、操作键2404和记录媒体插入部2405等。本发明的便携式游戏机其显示部2402的驱动电压低、色纯度和发光效率高。
像以上那样，本发明的适用范围极广，可以应用于所有领域的电子设备。
(实施方式5)
图8(A)～(C)示出下面发光、上面发光和两面发光的例子。在实施方式2中记载了制作工序的结构相当于图8(C)的结构。图8(A)、(B)是使用本身具有平坦性的材料形成图8(C)中的第1层间绝缘层，并在同一绝缘层上形成薄膜晶体管的引线和发光元件的第1电极的结构。图8(A)是使用具有透光性的材料只形成发光元件的第1电极，并向发光装置的下部射出光的下面发光的结构，图8(B)通过在第2电极的下面形成一层薄的(薄到具有透光性的程度)含有Li的材料并作为第2电极形成ITO、ITSO或IZO等具有透光性的材料，从而可以得到像图8(B)所示那样能从两面取出光的两面发光的发光显示装置。再有，若用铝或银等厚膜来形成，则不具有透光性，但薄膜化之后就具有透光性了，所以，可以使用铝或银的具有透光性的薄膜来形成第2电极，从而实现两面发光。
两面发光或上面发光时使用的作为透明电极的ITO或ITSO采用蒸镀法成膜很困难，故可以利用溅射法成膜。当利用溅射法形成第2电极904时，电子注入层的表面或电子注入层和电子输送层的交界面会因溅射而出现损伤，有可能给发光元件的特性带来坏的影响。为了防止这一现象的发生，可以在最靠近第2电极904的位置设置不易受溅射损伤的材料。作为这样的不易受到贱射损伤的材料且可使用于发光积层体903的材料，可以举出钼氧化物(MoOx)。但是，因MoOx很适合作为空穴注入层的物质，故，当与第2电极904相接设置时，有必要将第2电极904作为阳极。将像这样把阴极作为第1电极、阳极作为第2电极的元件暂时称作反向积层元件。
因此，该反向积层元件像图9那样，在衬底100或在衬底100上形成的绝缘膜等绝缘表面上，作为阴极106形成第1电极，然后依次形成电子注入层(略)、电子输送层10、发光层103、空穴输送层102、空穴注入层109(MoOx)和阳极101(第2电极)。此外，在有源矩阵型显示装置的情况下，像素驱动用薄膜晶体管必须是N沟道型。
MoOx利用蒸镀法形成，x＝3或其以上的MoOx最适用。此外，MoOx层可以是通过和铜酞菁(CuPc)等有机金属络合物或有机物共同蒸镀得到的有机、无机混合层。当使用反向积层元件时，若像素部的薄膜晶体管使用将原来是N型的a-Si：H作为半导体层的晶体管，则可以简化工序，这样很合适。当驱动电路部在同一衬底上形成时，可以在通过只对驱动电路部照射激光等来实现结晶之后再使用。
再有，假如不存在阳极形成时的溅射损伤的问题，也可以不使用MoOx而通过反向积层来形成元件。再有，图9(A)～(C)是与图1(A)～(C)分别对应的反向积层元件的例子。本发明可以提供这样一种发光元件，可用于上述反向积层元件，能有效地发挥其功能，可实现低电压驱动并不会导致色纯度和电流效率变差。
(实施方式6)
在本实施方式中，说明实施方式3所示的面板、组件所具有的像素电路和保护电路及其动作。再有，图3(A)～(E)、图4(A)～(C)所示的剖面图是驱动用TFT1403和发光元件1405的剖面图。
图10(A)所示的像素在列方向配置信号线1410和电源线1411、1412，在行方向配置扫描线1414。此外，具有开关用TFT1401、驱动用TFT1403、电流控制用TFT1404、电容元件1402和发光元件1405。
图10(C)所示的像素除了驱动用TFT1403的栅极与配置在行方向的电源线1412相连接这一点和图10(A)所示的像素不同之外，其余的结构与图10(A)所示像素相同。即，图10(A)(C)所示的两个像素具有相同的等效电路图。但是，在行方向配置电源线1412的情形(图10(A))和列方向配置电源线1412的情形(图10(C))中，各电源线使用不同层的导电膜形成。这里，注意与驱动用TFT1403的栅极连接的引线，为了表示制作这些引线的层不同，分成图10(A)和(C)来记载。
图10(A)(C)所示像素的特征是，在像素内，驱动用TFT1403和电流控制用TFT1404串联连接，驱动用TFT1403的沟道长度L(1403)、沟道宽度W(1403)、电流控制用TFT1404的沟道长度L(1404)、沟道宽度W(1404)可以设定成满足L(1403)/W(1403)∶L(1404)/W(1404)＝5～6000∶1。
再有，驱动用TFT1403工作在饱和区并具有控制流过发光元件1405的电流值的作用，电流控制用TFT1404工作在线性区并具有控制向发光元件1405供给电流的作用。若两个TFT具有相同的导电类型，则在制作工序上有利，在本实施方式中，形成为n沟道型的TFT。此外，对于驱动型TFT1403，不仅可以使用增强型的TFT，也可以使用耗尽型的TFT。具有上述结构的本发明因电流控制用TFT1404工作在线性区，故电流控制用TFT1404的Vgs的微小变动不会影响发光元件1405的电流值。即，发光元件1405的电流值可以由工作在饱和区的驱动用TFT1403来决定。通过上述结构，改善了因TFT的特性离散引起的发光元件的亮度不均匀，由此可以提供提高了画质的显示装置。
在图10(A)～(D)所示的像素中，开关用TFT1401是控制对像素的视频信号输入的晶体管，当开关用TFT1401导通时，向像素内输入视频信号。然后，该视频信号的电压保持在电容元件1402中。在图10(A)(C)中，示出了设有电容元件1402的结构，但本发明并不限于此，当可以由栅极电容来提供保持视频信号的电容时，也可以不设电容元件1402。
图10(B)所示的像素除追加了TFT1406和扫描线1414之外，其余和图10(A)所示的像素结构相同。同样，图10(D)所示的像素除追加了TFT1406和扫描线1414之外，其余和图10(C)所示的像素结构相同。
TFT1406利用新配置的扫描线1414控制其导通或截止。当TFT1406导通时，电容元件1402保持的电荷放电，电流控制用TFT1404截止。即，通过配置TFT1406，可以强制发光元件1405，使其处于不流过电流的状态。因此，可以将TFT1406称作擦除用TFT。因此，图10(B)(D)的结构可以不等到向所有的像素写入信号，便和写入期间的开始同时或之后便开始进入亮灯期间，因而，可以提高占空比。
图10(E)所示的像素在列方向配置信号线1410、电源线1411，在行方向配置扫描线1414。此外，具有开关用TFT1401、驱动用TFT1403、电容元件1402和发光元件1405。图10(F)所示的像素除追加了TFT1406和扫描线1415之外，其余和图10(E)所示的像素结构相同。图10(F)的结构也可以通过配置TFT1406来提高占空比。
可以像以上那样采用各种像素电路。特别是，当由非晶态半导体膜形成薄膜晶体管时，最好使驱动用TFT1403的半导体膜大一些。因此，在上述像素电路中，最好是来自电场发光层的光从密封衬底侧射出的上面发光型。
这样的有源矩阵型发光装置在像素密度增大时比较有利，因为各像素都设置了TFT，所以可以低电压驱动。
在本实施方式中，说明了对每一个像素设置各TFT的有源矩阵型发光装置，但也可以形成对每一列设置TFT的无源矩阵型发光装置。无源矩阵型的发光装置因各像素中不设置TFT，故开口率高。光线向电场发光层的两侧射出的发光装置的情形，使用无源型显示装置的透光率将得到提高。
还具有上述像素电路的本发明的显示装置是这样一种显示装置：驱动电压低，色纯度和发光效率高、还具有各自的特征。
接下来，使用图10(E)所示的等效电路，说明对扫描线和信号线设置二极管作为保护电路的情形。
图11中，在像素部1500设置了开关用TFT1401、1403、电容元件1402和发光元件1405。在信号线1410上设置了二极管1561和1562。二极管1561和1562与开关用TFT1401或1403一样，都是根据上述实施方式制作，并具有栅极、半导体层、源极和漏极等。二极管1561和1562通过使栅极和漏极或源极连接来作为二极管工作。
与二极管连接的公共电位线1554、1555和栅极在同一层形成。因此，为了与二极管的源极或漏极连接，有必要在栅极绝缘层上形成接触孔。
设在扫描线1414上的二极管也具有相同的结构。
这样，若按照本发明，可以同时形成设在输入级的保护二极管。形成保护二极管的位置不限于此，也可以设在驱动电路和像素之间。
在具有上述保护电路的本发明的显示装置中，驱动电压低、色纯度和发光效率高，可以提高作为显示装置的可靠性。
【实施例1】
在实施例1中，在图1(A)记载的发光层的基质材料和第1区域的基质材料不同的结构上，制作设有空穴注入层109和电子注入层的薄膜发光元件，并对其进行了测定。在本实施例中，作为阳极101(第1电极)形成ITSO，作为空穴注入层形成了50nm的DNTPD，作为空穴输送层形成了10nm的NPB，发光层103形成40nm的添加了TPB的t-BuDNA作为发光物质107，电子输送层10的第2区域104形成10nm的Alq3，第1区域105形成10nm的添加了红荧烯的Alq3并作为添加物108，在其上，还作为电子注入层积层CaF，作为阴极106(第2电极)积层铝，从而形成了发光元件。
作为发光层103中的发光物质107的TPB的量，若作为发光层103的基质材料的t-BuDNA是1，则按0.01的比例进行添加，作为电子输送层的第1区域中的添加物108之红荧烯的量，若作为电子输送层10的基质材料的Alq3是1，则按1的比例进行添加。
作为比较例1，不设第1区域和第2区域，而作为添加物形成20nm的添加了红荧烯的Alq3。该结构是在图2所示结构的基础上设置了空穴注入层和电子注入层的结构。其余的结构和实施例1完全相同。
此外，比较例2不设第1区域和第2区域，而形成20nm的不添加红荧烯的Alq3。其余的结构和实施例1完全相同。
对制作的薄膜发光元件进行测定的结果示于表1、图12和图13。表1记载的电流效率是300cd/m2时的效率。
【表1】
首先，因TBP是发蓝色光的发光物质，故能隙比发黄色光的红荧烯大。若是发荧光的物质，其能隙可以根据发光颜色进行预测，可以说，发波长较短的颜色的光的物质是具有更大能隙的物质。
因TBP具有比红荧烯大的能隙，故在比较例1中，能量从TBP向红荧烯移动，使红荧烯发光。在图12中的比较例1的光谱上，可以观测到560nm附近被认为是红荧烯的发光的光谱形状的变化。由表2可知，比较例1的电流效率变差。
比较例2因没有添加红荧烯，当然不会出现因红荧烯的发光而引起的光谱形状的变化，但在电子输送层的第2区域添加了红荧烯的实施例1也看不到因红荧烯的发光而引起的光谱形状的变化。
此外，关于表1中的色度，实施例1和比较例2的色度大致相同，若观察比较例1的色度，则可知变得有点发白。结果，证明了即使是添加在发光层的发光物质的能隙比添加到电子输送层的添加物的能隙大的物质，若是具有本发明所述结构的发光元件，则其色纯度也不会变差。
此外，从图13可知，实施例1的发光元件可以以较低的电压得到相同的亮度，实现了低电压驱动。
【实施例2】
在实施例2中，在图1(B)记载的结构上，制作了设有电子注入层的薄膜发光元件，并对其进行了测定。在本实施例中，作为阳极101(第1电极)形成了ITSO，作为空穴注入层109形成了50nm的DNTPD，作为空穴输送层形成了10nm的NPB，发光层103形成40nm的添加了香豆素6的Alq3并作为发光物质107，电子输送层10的第2区域104形成了10nm的Alq3，第1区域105形成10nm的添加了红荧烯的Alq3并作为添加物108，在其上，还作为电子注入层积层CaF，作为阴极106(第2电极)积层铝，从而形成了发光元件。
作为发光层103中的发光物质107之香豆素6的量，若作为发光层103的基质材料的Alq3是1，则按0.005的比例进行添加，作为电子输送层的第1区域中的添加物108之红荧烯的量，若作为电子输送层10的基质材料的Alq3是1，则按1的比例进行添加。
作为比较例3，电子输送层不设第1区域和第2区域，而作为添加物形成了20nm的添加了红荧烯的Alq3。该结构是在图2的结构上设置了空穴注入层和电子注入层的结构。其余的结构和实施例1完全相同。
此外，在比较例4中，形成了20nm的未添加作为添加物的红荧烯的Alq3并作为电子输送层。其余的结构和实施例1完全相同。
对这些制作出的薄膜发光元件进行测定的结果示于表2、图14和图15。此外，表2记载的电流效率是1000cd/m2时的效率。
【表2】
在实施例2、比较例3和比较例4中，因作为发光物质107使用的香豆素6是发绿色光的发光物质，作为添加物的红荧烯发黄色光，故可以推测香豆素6具有较大的能隙。这里，若观察图14的光谱数据，可知：实施例2、比较例3和比较例4的光谱大致一致，作为添加物的红荧烯不发光。
但是，若观察表2的电流效率，则可以认为，比较例3的电流效率比实施例2小，由于激励能量从香豆素6向作为添加物的红荧烯移动，香豆素6失去活性，所以，电流效率降低。
此外，当将没有进行红荧烯添加的比较例4和进行了添加的实施例2比较时，由图15的曲线可知，实施例2的发光元件可以以较低的电压得到相同的亮度，具有本发明所述结构的实施例2的发光元件实现了低电压驱动。
【实施例3】
在实施例3中，在图1(B)记载的发光层的基质材料、第1区域的基质材料和第2区域的材料共通的结构上，制作了设有电子注入层的薄膜发光元件，并对其进行了测定。在本实施例中，作为阳极101(第1电极)形成了ITSO，作为空穴注入层109形成了50nm的DNTPD，作为空穴输送层形成了10nm的NPB，发光层103形成30nm的添加了二[2，3-二(4-氟苯基)喹喔啉基(キノキサリナト)]铱(乙酰丙酮)(简称：Ir(Fdpq)2acac)的Alq3作为发光物质107，作为电子输送层10的第2区域104形成20nm的Alq3，第1区域105形成10nm的添加了红荧烯的Alq3并作为添加物108，在其上，还作为电子注入层积层CaF，作为阴极106(第2电极)积层铝，从而形成了发光元件。
作为发光层103中发光物质107的Ir(Fdpq)2acac的量，若作为发光层103的基质材料的Alq3是1，则按0.08的比例进行添加，作为电子输送层的第1区域中的添加物108之红荧烯的量，对作为电子输送层10的基质材料的Alq3按质量比为1∶1的比例进行了添加。
此外，比较例5不设实施例3中的第1区域和第2区域，代之以形成了20nm的未添加作为添加物的红荧烯的Alq3作为电子输送层。其余的结构和实施例1完全相同。
对这些制作出的薄膜发光元件进行测定的结果示于表3、图16和图17。再有，表3记载的电流效率是500cd/m2时的效率。
【表3】
在实施例3、比较例5中，因作为发光物质107使用的Ir(Fdpq)2acac是发红色光的发光物质，能隙比作为添加物的红荧烯小，而Ir(Fdpq)2acac发出的红色光是磷光，所以，当附近存在作为添加物的红荧烯时，因能量的移动而使光消失。但是，像实施例3那样，通过形成不添加红荧烯的第2区域，可以防止这样的光消失。从表3的实施例3的电流效率并不低于比较例5(还略微提高)这一事实可知，实施例3的结构不会产生因红荧烯而引起的光的消失的情况。
图16示出实施例3和比较例5的发光光谱数据。实施例3和比较例5的发光光谱大致一致，不会产生来自作为添加物的红荧烯的发光。
此外，图17示出实施例3和实施例5的电压一亮度曲线。实施例3的发光元件和比较例5比较，可以以较低的电压而得到相同的亮度，具有本发明的结构的实施例3的发光元件实现了低电压驱动。
由于本实施例中使用的Ir(Fdpq)2acac是一种新物质，故下面示出其合成例。
《合成例1》
本合成例是由下述结构式(1)表示的二[2，3-二(4-氟苯基)喹喔啉基]乙酰丙酮铱(III)(简称：Ir(Fdpq)2acac)的合成例。
【化1】
<步骤1：配位基(HFdpq)的合成>
首先，将3.71g的4，4-二氟苄基(ジフルオロベンジル)和1.71g的苯二胺放在200mL的氯仿溶剂中加热、搅拌6小时。使反应溶液回到室温，用1NHCl和饱和盐水洗净，用硫酸镁干燥。通过馏去溶剂，得到配位基HFdpq[2，3-二(4-氟苯基)喹喔啉基](淡黄色粉末，收获率99％)。合成图和配位基HFdpq的结构式如下述式(2)所示：
【化2】
<步骤2：双核络合物[Ir(Fdpq)2Cl]2的合成>
首先，将30ml的2-乙氧基乙醇和10ml的水的混合溶液作为溶剂，将3.61g的配位基HFdpq(2，3-二(4-氟苯基)喹喔啉基)和1.35g的氯化铱(IrCl3.HCl.H2O)混合，通过在氮气环境下回流17小时，得到双核络合物[Ir(Fdpq)2Cl]2(褐色粉末，收获率99％)。合成图和双核络合物[Ir(Fdpq)2Cl]2的结构式如下述式(3)所示：
【化3】
<步骤3：有机金属络合物[Ir(Fdpq)2(acac)的合成]
进而，将30ml的2-乙氧基乙醇作为溶媒，将在上述步骤2得到的2.00g的双核络合物[Ir(Fdpq)2Cl]2、0.44ml的乙酰丙酮(Hacac)和1.23g的碳酸钠混合，通过在氮气环境下回流20小时，得到由上述结构式(16)表示的本发明的有机金属络合物[Ir(Fdpq)2(acac)(红色粉末，收获率44％)。合成图如下述式(4)所示：
【化4】
通过上述步骤，可以合成Ir(Fdpq)2(acac)。
【化1】
Figure S05173907120050602D000261
【化2】
Figure S05173907120050602D000271
【化3】
Figure S05173907120050602D000272
Figure S05173907120050602D000281
【化4】
表1
  色度x   色度y   效率(cd/A)
  实施例1  比较例1  比较例2   0.1549  0.2052  0.1468   0.2521  0.2848  0.2476   4.0555  1.1965  3.0804
表2
  色度x   色度y   效率(cd/A)
  实施例2  比较例3  比较例4   0.2845  0.2852  0.2707   0.6483  0.6467  0.6566   12.0141  9.2819  11.4489
表3
  色度x   色度y   效率(cd/A)
  实施例3  比较例5   0.6702  0.6608   0.3199  0.3259   1.3205  0.9233

Claims (27)

1.一种发光元件，其特征在于：在阳极和阴极之间至少包含：具有第1区域和第2区域的电子输送层、和含有基质材料及发光物质的发光层，
所述第2区域比所述第1区域更靠近阳极，
所述第1区域包含电子输送物质和具有稠环的物质，
所述第2区域包含所述电子输送物质并且不包含所述具有稠环的物质，
所述具有稠环的物质的LUMO水平比所述电子输送材料的LUMO水平低，以及
所述具有稠环的物质是红荧烯、9，10-二苯基蒽、并五苯、苝中的1种物质。
2.权利要求1记载的发光元件，其特征在于：所述第2区域具有大于等于5nm的厚度。
3.权利要求1记载的发光元件，其特征在于：所述具有稠环的物质是红荧烯。
4.权利要求1记载的发光元件，其特征在于：所述电子输送材料和所述发光层的基质物质彼此相同。
5.权利要求1记载的发光元件，其特征在于：所述发光物质是发磷光的材料。
6.权利要求1记载的发光元件，其特征在于：所述具有稠环的物质的能隙比所述发光物质的能隙小。
7.权利要求1记载的发光元件，其特征在于：所述发光元件发白光。
8.一种显示装置，其特征在于：使用了权利要求1记载的发光元件。
9.一种电视显像器，其特征在于：使用了权利要求8记载的显示装置。
10.一种发光元件，其特征在于：在阳极和阴极之间至少包含：具有第1区域和第2区域的电子输送层、和含有基质材料及发光物质的发光层，
所述第2区域比所述第1区域更靠近阳极，
所述第1区域包含电子输送材料和具有稠环的物质，
所述第2区域包含所述电子输送材料，
所述具有稠环的物质的LUMO水平比所述电子输送材料的LUMO水平低，
所述具有稠环的物质不包含所述第2区域中，以及
所述具有稠环的物质是红荧烯、9，10-二苯基蒽、并五苯、苝中的1种物质。
11.权利要求10记载的发光元件，其特征在于：所述第2区域具有大于等于5nm的厚度。
12.权利要求10记载的发光元件，其特征在于：所述具有稠环的物质是红荧烯。
13.权利要求10记载的发光元件，其特征在于：所述电子输送材料和所述发光层的基质物质彼此相同。
14.权利要求10记载的发光元件，其特征在于：所述发光物质是发磷光的材料。
15.权利要求10记载的发光元件，其特征在于：所述具有稠环的物质的能隙比所述发光物质的能隙小。
16.权利要求10记载的发光元件，其特征在于：所述发光元件发白光。
17.一种显示装置，其特征在于：使用了权利要求10记载的发光元件。
18.一种电视显像器，其特征在于：使用了权利要求17记载的显示装置。
19.一种发光元件，其特征在于：在阳极和阴极之间至少包含：具有第1区域和第2区域的电子输送层、和含有基质物质及发光物质的发光层，
所述第2区域比所述第1区域更靠近阳极，
所述第一区域和第二区域包含常规电子输送材料，
有选择地对所述第1区域添加具有稠环的物质，
所述具有稠环的物质的LUMO水平比所述电子输送材料的LUMO水平低，以及
所述具有稠环的物质是红荧烯、9，10-二苯基蒽、并五苯、苝中的1种物质。
20.权利要求19记载的发光元件，其特征在于：所述第2区域具有大于等于5nm的厚度。
21.权利要求19记载的发光元件，其特征在于：所述具有稠环的物质是红荧烯。
22.权利要求19记载的发光元件，其特征在于：所述电子输送材料和所述发光层的基质材料彼此相同。
23.权利要求19记载的发光元件，其特征在于：所述发光物质是发磷光的材料。
24.权利要求19记载的发光元件，其特征在于：所述具有稠环的物质的能隙比所述发光物质的能隙小。
25.权利要求19记载的发光元件，其特征在于：所述发光元件发白光。
26.一种显示装置，其特征在于：使用了权利要求19记载的发光元件。
27.一种电视显像器，其特征在于：使用了权利要求26记载的显示装置。
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