发光元件、发光器件以及电子器件转让专利
申请号 : CN200510127268.2
文献号 : CN1816229B
文献日 : 2010-06-09
发明人 : 池田寿雄 , 坂田淳一郎 , 岩城裕司
申请人 : 株式会社半导体能源研究所
摘要 :
本发明的目的是提供一种几乎没有因晶化导致的工作不良的发光元件。本发明的一种发光元件包括含有金属氧化物和对于所述金属氧化物具有电子给予性的化合物的层。该层中设有第一区域和第二区域。包含在所述第一区域中的金属氧化物浓度高于所述第二区域中所包含的金属氧化物浓度。而且，所述第一区域和第二区域被交替地提供。所述第一区域和第二区域分别沿所述混合层的厚度方向具有0.1nm至10nm，优选的是1nm至5nm的距离。在此，在上述层中优选包含所述对于所述金属氧化物具有电子给予性的化合物和所述金属氧化物，并所述对于所述金属氧化物具有电子给予性的化合物与所述金属氧化物的摩尔比(金属氧化物/第一化合物)在0.1至10的范围内。
权利要求 :
1.一种发光器件，包括：
形成在一对电极之间的空穴产生层；以及
形成在所述一对电极之间的发光层，
其中，所述空穴产生层包括第一区域和第二区域，并且，所述空穴产生层中的第一区域和第二区域中的每一个都含有金属氧化物和对于所述金属氧化物具有电子给予性的化合物，并且，所述第一区域和第二区域沿所述空穴产生层的厚度方向被交替地提供，并且，包含在所述第一区域中的金属氧化物浓度高于所述第二区域中所包含的金属氧化物浓度，而且，所述第一区域和第二区域分别沿所述空穴产生层的厚度方向以0.1nm至10nm的距离彼此分开。
2.根据权利要求1的发光器件，其中所述化合物是芳族胺基化合物。
3.根据权利要求1的发光器件，其中所述金属氧化物包含属于元素周期表的4族至8族的金属原子。
4.根据权利要求1的发光器件，其中所述发光器件被组合到选自个人计算机、电话和电视机的电子器件中。
5.根据权利要求3的发光器件，其中所述金属原子是选自钒、钼、铼和钌中的金属原子。
6.一种发光器件，包括：
形成在一对电极之间的空穴产生层，
其中，所述空穴产生层包括第一区域和第二区域，并且，所述空穴产生层中的第一区域和第二区域中的每一个都含有金属氧化物和对于所述金属氧化物具有电子给予性的化合物，并且，所述第一区域和第二区域沿所述空穴产生层的厚度方向被交替地提供，并且，包含在所述第一区域中的金属氧化物浓度高于所述第二区域中所包含的金属氧化物浓度，而且，所述第一区域和第二区域分别沿所述空穴产生层的厚度方向以0.1nm至10nm的距离彼此分开，并且，在所述空穴产生层中的所述金属氧化物与所述化合物的摩尔比为0.1至10。
7.根据权利要求6的发光器件，其中所述化合物是芳族胺基化合物。
8.根据权利要求6的发光器件，其中所述金属氧化物包含属于元素周期表的4族至8族的金属原子。
9.根据权利要求6的发光器件，其中所述发光器件被组合到选自个人计算机、电话和电视机的电子器件中。
10.根据权利要求8的发光器件，其中所述金属原子是选自钒、钼、铼和钌中的金属原子。
11.一种发光器件，包括：
形成在一对电极之间的空穴产生层，
其中，所述空穴产生层包括第一区域和第二区域，并且，所述空穴产生层中的第一区域和第二区域中的每一个都含有金属氧化物、对于所述金属氧化物具有电子给予性的第一化合物、以及比所述第一化合物LUMO能级低、HOMO能级高的第二化合物，并且，所述第一区域和第二区域沿所述空穴产生层的厚度方向被交替地提供，并且，包含在所述第一区域中的金属氧化物浓度高于所述第二区域中所包含的金属氧化物浓度，而且，所述第一区域和第二区域分别沿所述空穴产生层的厚度方向以0.1nm至10nm的距离彼此分开。
12.根据权利要求11的发光器件，其中所述第一化合物是芳族胺基化合物。
13.根据权利要求11的发光器件，其中所述金属氧化物包含属于元素周期表的4族至8族的金属原子。
14.根据权利要求11的发光器件，其中所述发光器件被组合到选自个人计算机、电话和电视机的电子器件中。
15.根据权利要求13的发光器件，其中所述金属原子是选自钒、钼、铼和钌中的金属原子。
16.一种发光器件，包括：
形成在一对电极之间的空穴产生层，
其中，所述空穴产生层包括第一区域和第二区域，并且，所述空穴产生层中的第一区域和第二区域中的每一个都含有金属氧化物、对于所述金属氧化物具有电子给予性的第一化合物、以及比所述第一化合物LUMO能级低、HOMO能级高的第二化合物，并且，所述第一区域和第二区域沿所述空穴产生层的厚度方向被交替地提供，并且，包含在所述第一区域中的金属氧化物浓度高于所述第二区域中所包含的金属氧化物浓度，而且，所述第一区域和第二区域分别沿所述空穴产生层的厚度方向以0.1nm至10nm的距离彼此分开，并且，在所述空穴产生层中的所述金属氧化物与所述第一化合物的摩尔比为0.1至10。
17.根据权利要求16的发光器件，其中所述第一化合物是芳族胺基化合物。
18.根据权利要求16的发光器件，其中所述金属氧化物包含属于元素周期表的4族至8族的金属原子。
19.根据权利要求16的发光器件，其中所述发光器件被组合到选自个人计算机、电话和电视机的电子器件中。
20.根据权利要求18的发光器件，其中所述金属原子是选自钒、钼、铼和钌中的金属原子。
说明书 :
技术领域
本发明涉及通过电流激发而发光的发光元件，尤其涉及其层的结构。而且，本发明涉及使用了所述发光元件的发光器件以及电子器件。
背景技术
在一对电极之间具有包含发光物质的层的发光元件用作像素或光源等，被安装到显示器件或照明器件等的发光器件。在这种发光器件中，发光元件的可靠性与发光器件的性能密切相关。例如，在发光元件的电极之间发生短路时，显示图像出现混乱，或者不能照射足够量的光。
因此，近年来，展开了对元件不良少并且能够长时间稳定发光的发光元件的开发。例如，在专利文件1中，公开了通过使用高功函数的金属氧化物如钼氧化物作为阳极，制造能够以低驱动电压工作的发光元件的技术。此外，还获得了长寿命的效果。
专利文件1专利公开Hei 9-63771号公报
因此，近年来，展开了对元件不良少并且能够长时间稳定发光的发光元件的开发。例如，在专利文件1中，公开了通过使用高功函数的金属氧化物如钼氧化物作为阳极，制造能够以低驱动电压工作的发光元件的技术。此外，还获得了长寿命的效果。
专利文件1专利公开Hei 9-63771号公报
发明内容
本发明的目的是提供一种几乎没有因提供在发光元件中的层的晶化导致的工作不良的发光元件，以及使用该发光元件的发光器件或电子器件。
本发明的一种发光元件包括含有金属氧化物和对于所述金属氧化物具有电子给予性的化合物的混合层。该混合层中设有第一区域和第二区域。包含在所述第一区域中的金属氧化物浓度高于所述第二区域中所包含的金属氧化物浓度。而且，所述第一区域和第二区域被交替地提供。所述第一区域和第二区域分别沿所述混合层的厚度方向以0.1nm至10nm，优选的是1nm至5nm的距离彼此分开。在此，在混合层中优选包含所述对于所述金属氧化物具有电子给予性的化合物和所述金属氧化物，并所述对于所述金属氧化物具有电子给予性的化合物与所述金属氧化物的摩尔比(金属氧化物/化合物)在0.1至10的范围内(整个混合层的平均值)。
本发明的一种发光元件包括含有金属氧化物、第一化合物和第二化合物的混合层。其中，第一化合物对于所述金属氧化物具有电子给予性。而且，所述第二化合物的LUMO能级低于第一化合物的LUMO能级。该层中设有第一区域和第二区域。包含在所述第一区域中的金属氧化物浓度高于所述第二区域中所包含的金属氧化物浓度。而且，所述第一区域和第二区域被交替地提供。所述第一区域和第二区域分别沿所述混合层的厚度方向以0.1nm至10nm，优选的是1nm至5nm的距离彼此分开。在此，在混合层中优选包含所述第一化合物和所述金属氧化物，并所述第一化合物与所述金属氧化物的摩尔比(金属氧化物/第一化合物)在0.1至10的范围内(整个混合层的平均值)。
本发明的一种发光元件包括复合层，其包括金属原子、氧原子、和对于所述金属原子具有电子给予性的化合物，其中，所述金属原子和所述氧原子结合。该复合层中设有第一区域和第二区域。所述第一区域和第二区域被交替地提供，并且，包含在所述第一区域中的金属原子浓度高于所述第二区域中所包含的金属原子浓度。所述第一区域和第二区域分别沿所述复合层的厚度方向以0.1nm至10nm，优选的是1nm至5nm的距离彼此分开。在此，在复合层中优选包含所述对于所述金属原子具有电子给予性的化合物和所述金属原子，并所述对于所述金属原子具有电子给予性的化合物与所述金属原子的摩尔比(金属原子/化合物)在0.1至10的范围内(整个复合层的平均值)。
本发明的一种发光元件包括复合层，其包括金属原子、氧原子、第一化合物、和第二化合物。在该复合层中，所述金属原子和所述氧原子结合。而且，第一化合物对于所述金属原子具有电子给予性。并且，所述第二化合物的LUMO能级低于第一化合物的LUMO能级。该复合层中设有第一区域和第二区域，包含在所述第一区域中的金属原子浓度高于所述第二区域中所包含的金属原子浓度。并且，所述第一区域和第二区域被交替地提供。所述第一区域和第二区域分别沿所述复合层的厚度方向以0.1nm至10nm，优选的是1nm至5nm的距离彼此分开。在此，在复合层中优选包含所述第一化合物和所述金属原子，并所述第一化合物与所述金属原子的摩尔比(金属原子/第一化合物)在0.1至10的范围内(整个复合层的平均值)。
通过实施本发明，可以获取很少有因提供在发光元件中的层的晶化所导致的工作不良的发光元件。另外，通过实施本发明可以获取有长寿命的发光元件。
由于当实施本发明时所使用的发光元件很少有起因于提供在发光元件中的层的结晶化的工作不良，所以通过实施本发明可以获得很少有因发光元件的缺陷而导致的显示不良等的发光器件。
由于在实施本发明时所使用的发光器件采用很少有起因于提供在发光元件中的层的结晶化的工作不良的发光元件，所以很少有显示不良等。因此，通过实施本发明可以获取很少有由于发光器件的显示不良引起的图像误认，从而通过显示图像将正确的信息传送到使用者的电子器件。
本发明的一种发光元件包括含有金属氧化物和对于所述金属氧化物具有电子给予性的化合物的混合层。该混合层中设有第一区域和第二区域。包含在所述第一区域中的金属氧化物浓度高于所述第二区域中所包含的金属氧化物浓度。而且，所述第一区域和第二区域被交替地提供。所述第一区域和第二区域分别沿所述混合层的厚度方向以0.1nm至10nm，优选的是1nm至5nm的距离彼此分开。在此，在混合层中优选包含所述对于所述金属氧化物具有电子给予性的化合物和所述金属氧化物，并所述对于所述金属氧化物具有电子给予性的化合物与所述金属氧化物的摩尔比(金属氧化物/化合物)在0.1至10的范围内(整个混合层的平均值)。
本发明的一种发光元件包括含有金属氧化物、第一化合物和第二化合物的混合层。其中，第一化合物对于所述金属氧化物具有电子给予性。而且，所述第二化合物的LUMO能级低于第一化合物的LUMO能级。该层中设有第一区域和第二区域。包含在所述第一区域中的金属氧化物浓度高于所述第二区域中所包含的金属氧化物浓度。而且，所述第一区域和第二区域被交替地提供。所述第一区域和第二区域分别沿所述混合层的厚度方向以0.1nm至10nm，优选的是1nm至5nm的距离彼此分开。在此，在混合层中优选包含所述第一化合物和所述金属氧化物，并所述第一化合物与所述金属氧化物的摩尔比(金属氧化物/第一化合物)在0.1至10的范围内(整个混合层的平均值)。
本发明的一种发光元件包括复合层，其包括金属原子、氧原子、和对于所述金属原子具有电子给予性的化合物，其中，所述金属原子和所述氧原子结合。该复合层中设有第一区域和第二区域。所述第一区域和第二区域被交替地提供，并且，包含在所述第一区域中的金属原子浓度高于所述第二区域中所包含的金属原子浓度。所述第一区域和第二区域分别沿所述复合层的厚度方向以0.1nm至10nm，优选的是1nm至5nm的距离彼此分开。在此，在复合层中优选包含所述对于所述金属原子具有电子给予性的化合物和所述金属原子，并所述对于所述金属原子具有电子给予性的化合物与所述金属原子的摩尔比(金属原子/化合物)在0.1至10的范围内(整个复合层的平均值)。
本发明的一种发光元件包括复合层，其包括金属原子、氧原子、第一化合物、和第二化合物。在该复合层中，所述金属原子和所述氧原子结合。而且，第一化合物对于所述金属原子具有电子给予性。并且，所述第二化合物的LUMO能级低于第一化合物的LUMO能级。该复合层中设有第一区域和第二区域，包含在所述第一区域中的金属原子浓度高于所述第二区域中所包含的金属原子浓度。并且，所述第一区域和第二区域被交替地提供。所述第一区域和第二区域分别沿所述复合层的厚度方向以0.1nm至10nm，优选的是1nm至5nm的距离彼此分开。在此，在复合层中优选包含所述第一化合物和所述金属原子，并所述第一化合物与所述金属原子的摩尔比(金属原子/第一化合物)在0.1至10的范围内(整个复合层的平均值)。
通过实施本发明，可以获取很少有因提供在发光元件中的层的晶化所导致的工作不良的发光元件。另外，通过实施本发明可以获取有长寿命的发光元件。
由于当实施本发明时所使用的发光元件很少有起因于提供在发光元件中的层的结晶化的工作不良，所以通过实施本发明可以获得很少有因发光元件的缺陷而导致的显示不良等的发光器件。
由于在实施本发明时所使用的发光器件采用很少有起因于提供在发光元件中的层的结晶化的工作不良的发光元件，所以很少有显示不良等。因此，通过实施本发明可以获取很少有由于发光器件的显示不良引起的图像误认，从而通过显示图像将正确的信息传送到使用者的电子器件。
附图说明
图1A和1B是说明本发明的发光元件的一种模式的图；
图2是说明本发明的发光元件的一种模式的图；
图3是说明本发明的发光器件的一种模式的俯视图；
图4是说明用于驱动提供在本发明发光器件中的像素的电路一种模式的图；
图5是说明本发明发光器件中所包括的像素部分的一种模式的图；
图6是说明用于驱动本发明发光器件中所包括的像素的驱动方法的帧图；
图7A至7C是说明本发明发光器件的截面的一种模式的图；
图8是说明本发明发光器件的一种模式的斜视图；
图9A至9C是说明适用本发明的电子器件的一种模式的图；
图10是说明适用了本发明的照明器件的图；
图11是说明实施例1的制作方法的图；
图12是通过用透射电子显微镜进行观测而取得的图像。
图2是说明本发明的发光元件的一种模式的图；
图3是说明本发明的发光器件的一种模式的俯视图；
图4是说明用于驱动提供在本发明发光器件中的像素的电路一种模式的图；
图5是说明本发明发光器件中所包括的像素部分的一种模式的图；
图6是说明用于驱动本发明发光器件中所包括的像素的驱动方法的帧图；
图7A至7C是说明本发明发光器件的截面的一种模式的图；
图8是说明本发明发光器件的一种模式的斜视图；
图9A至9C是说明适用本发明的电子器件的一种模式的图；
图10是说明适用了本发明的照明器件的图；
图11是说明实施例1的制作方法的图；
图12是通过用透射电子显微镜进行观测而取得的图像。
具体实施方式
在下文将描述根据本发明的实施方式。本发明可以用许多不同的模式来实现。对本领域技术人员容易知道的是，在不背离本发明的目的和范围的情况下，可用各种方法来修改在本文揭示的实施方式和细节。所以不应将本发明解释为受到将在下面给出的实施方式描述的限制。
实施方式1
下面将参考图1A和1B说明本发明的发光元件的一种模式。
图1A表示在第一电极101和第二电极102之间包括含有发光物质的层的发光元件。在本实施方式中，含有发光物质的层由多个层层叠而构成，其中除了发光层113之外，还提供有空穴产生层111、空穴传输层112、电子传输层114和电子注入层115。发光物质尤其包含在发光层113中。当对第一电极101和第二电极102施加电压，并第一电极101的电位高于第二电极102的电位时，从第一电极101一侧来的空穴以及从第二电极102一侧来的电子被注入到发光层113。接下来，注入到发光层113的空穴和电子重新结合。该发光层113包含有发光物质，从而通过由于重新结合而产生的激发能，发光物质变成为激发态。当激发态的发光物质返回到基态时产生发光。
空穴产生层111包括第一区域111a和第二区域111b(图1B)。包含在第一区域111a中的金属原子的数量多于在第二区域111b中所包含的金属原子的数量。而且，第一区域111a和第二区域111b被交替重复地提供。第一区域111a和第二区域111b优选分别沿厚度方向以0.1nm至10nm的距离彼此分开，更优选的是，以1nm至5nm的距离彼此分开(也就是说，在与第一区域111a相邻的两个第二区域111b中的一个第二区域111b和另一个第二区域111b的距离d1优选为0.1nm至10nm，更优选为1nm至5nm)。换言之，在空穴产生层111中的具有较高金属原子浓度的区域(第一区域111a)以0.1nm至10nm(优选为1nm至5nm)的间隔被周期性地提供。如此，在遍布有金属原子的空穴产生层111中，金属原子和氧原子结合在一起。应该注意，没有特别限定第一区域111a和第二区域111b的反复次数。
在此，作为金属原子优选使用钒、钼、铼、钌等属于元素周期表的4族到8族的金属原子。作为属于元素周期表的4族到8族的金属原子还可举出钛、锆、铪、钽、铬、钨、锰、锇等。
空穴产生层111包含第一化合物。该第一化合物对于含有金属原子和氧原子结合的结构的化合物(作为这样的化合物可举出属于原子周期表的4族到8族的金属的氧化物比如钼氧化物、钒氧化物、铼氧化物和钌氧化物)具有电子给予性。注意，由于具有电子给予性，有可能产生电荷转移络合物。
可用于实施本发明的第一化合物的实例包括包含三苯基胺结构的芳香族胺化合物。作为芳香族胺化合物的具体实例可以举出4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-联苯(简称NPB)、4，4’-双[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]-三苯基胺(简称MTDATA)、4，4’-双{N-[4-(N，N-二-间甲苯基氨基)苯基]-N-苯基氨基}联苯(简称DNTPD)、1，3，5-三[N，N-二(m-甲苯基)氨基]苯(简称m-MTDAB)、4，4’，4”-三(N-咔唑基)三苯胺(简称TCTA)。这些材料是所谓的单极性物质，亦即其空穴迁移率高于电子迁移率并且电子迁移率和空穴迁移率的比率(＝空穴迁移率/电子迁移率)为100或更大，在该单极性物质中具有高空穴传输性的物质尤其被使用。除了在此所示的单极性物质之外，也可以使用双极性物质比如2，3-双(4-联苯-氨基苯基)喹喔啉(简称TPAQn)。此处，双极性物质是指如下物质，即在比较电子或空穴中任何一方的载流子的迁移率与另一方的载流子的迁移率的情形中，所述一方的载流子的迁移率和另一载流子的迁移率的比率为100或更小，优选为10或更小。
另外，空穴产生层111优选进一步包含第二化合物。该第二化合物优选的是与第一化合物相比具有更低最低未占轨道(LUMO)能级的化合物。如此这样，通过进一步包含第二化合物，可以防止由于所产生的载流子而引起的第一化合物的退化，从而可以延长发光元件的元件寿命。作为第二化合物的具体实例可以举出红荧烯(rubrene)、酞菁铜、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)乙烯基]-4H-吡喃(简称为DCJTI)、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)乙烯基]-4H-吡喃(简称为DCJTB)、N’N-二甲基喹吖啶酮(简称为DMQd)、N’N-二苯基喹吖啶酮(简称为DPQd)、香豆素6等。
另外，空穴产生层111优选包含第一化合物和金属原子，并且该金属原子与第一化合物的摩尔比(＝金属原子/第一化合物)在0。1至10，更优选为0.5至5。而且，在空穴产生层111中，第二化合物与第一化合物的摩尔比(＝第二化合物/第一化合物)优选为0.005至0.1，更优选为0.01至0.08(在此处所述的摩尔比是整个空穴产生层111的平均值)。
具有上述结构的空穴产生层111能够产生空穴。从而，即使在难以将从第一电极101来的空穴注入的情况下，也可以通过提供空穴产生层111稳定地将空穴传输到发光层113中。而且，具有上述结构的空穴产生层111不容易晶化，从而稳定性较好。
发光层113包含发光物质。此处，发光物质是指具有良好的发光效率并且能够以所希望的波长进行发光的物质。发光层113可以是只由发光物质而形成的层，但在发生浓度猝灭的情形中，优选的是在由比发光物质具有更大的能隙的物质构成的层中分散混合发光物质来形成发光层。通过将发光物质分散包含在发光层113中，可以防止因浓度导致的发光猝灭。在此，能隙是指LUMO能级和HOMO能级之间的能源差。
对于发光物质没有具体限定，可以使用具有良好的发光效率并且能够以所希望的波长进行发光的物质。例如，在实现红光发射的情况中，作为发光物质可使用显示出具有600nm到680nm的发射光谱峰值的发光的物质，诸如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)乙烯基]-4H-吡喃(简称为DCJTI)、4-二氰基亚甲基-2-甲烷基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)乙烯基]-4H-吡喃(简称为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)乙烯基]-4H-吡喃(简称为DCJTB)、periflanthene、2，5-二氰基-1，4-双[2-(10-甲氧基-1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)乙烯基]苯。在实现绿光发射的情况中，作为发光物质可使用显示出具有500nm到550nm的发射光谱峰值的发光的物质，诸如N’N-二甲基喹吖啶酮(简称为DMQd)、香豆素6、香豆素545T、三(8-羟基喹啉)铝(简称Alq3)。在实现蓝光发射的情况中，作为发光物质可使用显示出具有420nm到500nm的发射光谱峰值的发光的物质，诸如9，10-双(2-萘基)-2-叔丁基蒽(简称t-BuDNA)、9，9’-二蒽基、9，10-二苯基蒽(简称DPA)、9，10-双(2-萘基)蒽(简称DNA)、双(2-甲烷基-8-羟基喹啉)-4-苯基酚-镓(简称BGaq)、双(2-甲烷基-8-羟基喹啉)-4-苯基酚-铝(简称BAlq)。除了上述发射荧光的物质之外，作为发光物质还可以利用能够发射磷光的物质，诸如双[2-(3，5-双(三氟甲基)苯基)吡啶合-N，C2’]铱(III)吡啶甲酸(简称Ir(CF3ppy)2(pic))、双[2-(4，6-二氟苯基)吡啶合-N，C2’]铱(III)乙酸丙酮(简称FIr(acac))、双[2-(4，6-二氟苯基)吡啶合-N，C2’]铱(III)吡啶甲酸(简称FIr(pic))、三(2-苯基吡啶-N，C2’)铱(简称Ir(ppy)3)。
另外，对于与发光物质一起包含在发光层113中的用于分散发光物质的材料没有特别限制，可以通过考虑用作发光物质的物质的能隙等适当地进行选择。除了例如9，10-双(2-萘基)-2-叔丁基蒽(简称t-BuDNA)的蒽衍生物、例如4，4’-二(N-咔唑基)-联苯(简称CBP)的咔唑衍生物以及例如2，3-双(4-联苯-氨基苯基)喹喔啉(简称TPAQn)、2，3-双{4-[N-(1-萘基)-N-苯胺基]苯基}-二苯并[f，h]喹恶啉(简称NPADiBzQn)的喹恶啉衍生物之外，可以跟发光物质一起使用金属络合物，诸如双[2-(2-羟苯基)-吡啶合]锌(缩写Znpp2)、[2-(2-羟苯基)-苯并噁唑合]锌(缩写ZnBOX)。
如图1所示，在发光层113和空穴产生层111之间优选提供空穴传输层112。空穴传输层112具有传送空穴的功能，并且具有将从第一电极101一侧注入的空穴传送到发光层113的功能。像这样，通过提供空穴传输层112，能够隔开空穴产生层111和发光层113的距离，从而，可以防止由于包含在空穴产生层111中的金属导致的发光猝灭。空穴传输层112优选由具有高空穴传输性的材料形成，更优选用具有1×10-6cm2/Vs或更高的空穴迁移率的材料而形成。作为具有高空穴传输性的材料，可以举出NPB、TPD、TDATA、MTDATA、DNTPD、m-MTDAB、TCTA等，但是也可以使用其他的材料。
在发光层113和第二电极102之间优选提供如图1所示那样的电子传输层114。电子传输层114具有传送电子的功能，在本实施方式中，具有将从第二电极102一侧注入的电子传送到发光层113的功能。通过提供电子传输层114，能够隔开第二电极102和发光层113的距离，从而，可以防止由于包含在第二电极102中的金属导致的发光猝灭。而且，同样地、在电子注入层115中含有金属的情况下，通过提供电子传输层114而隔开电子注入层115和发光层113的距离，可以防止由于金属导致的发光猝灭。电子传输层114优选由具有高电子传输性的材料形成，更优选用具有1×10-6cm2/Vs或更高的电子迁移率的材料而形成。在此，具有高电子传输性的材料指的是其电子迁移率高于空穴迁移率并且空穴迁移率和电子迁移率的比率(＝电子迁移率/空穴迁移率)为100或更大的物质。作为用于形成电子传输层114的物质的实例，除了金属络合物如三(8-喹啉醇合)铝(简称Alq3)、三(4-甲基-8-喹啉醇合)铝(简称Almq3)、双(10-羟基苯并[h]-喹啉醇合)铍(简称BeBq2)、双(2-甲基-8-喹啉醇合)-(4-羟基-联苯基)铝(简称BAlq)、双[2-(2-羟苯基)-苯并噁唑醇合]锌(简称Zn(BOX)2)、和双[2-(2-羟苯基)-苯并噻唑醇合]锌(以下称Zn(BTZ)2)之外，可以举出2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑(简称PBD)、以及1，3-双[5-(对叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基]苯(简称OXD-7)、3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(简称TAZ)、3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(简称p-EtTAZ)、红菲绕啉(简称BPhen)、浴铜灵(简称BCP)、以及4，4′-双(5-甲基苯并恶唑-2-基)芪(简称BzOs)等。
另外，除了以上提到的单极性物质之外，可以使用双极性物质如TPAQn以分别形成空穴传输层112和电子传输层114。在该双极性物质之中，尤其优选使用具有1×10-6cm2/Vs或更高的空穴迁移率或电子迁移率的材料。此外，还可以使用相同的双极性物质来形成空穴传输层112和电子传输层114。
另外，在电子传输层114和第二电极102之间可以提供电子注入层115。电子注入层115是具有帮助电子从第二电极102注入到电子传输层114的功能的层。通过提供电子注入层115，可以缓和第二电极102和电子传输层114之间的电子亲和力之差，从而变得容易输入电子。电子注入层115优选使用如下材料，即具有比形成电子传输层114的物质更高的电子亲和力并且具有比形成第二电极102的物质更低的电子亲和力的物质，或者当作为1-2nm的薄膜提供在电子传输层114和第二电极102之间的情况下，其能带发生弯曲的物质。作为用于形成电子注入层115的物质的实例，可以举出无机材料如碱金属、碱土金属、碱金属的氟化物、碱土金属的氟化物、碱金属的氧化物、碱土金属的氧化物。具体来说，包括氧化锂、氧化镁、氟化锂、氟化钙等。另外，除了无机材料之外，通过选择具有比电子传输层114更高的电子亲和力的物质，也可以使用用于形成电子传输层114的材料如BPhen、BCP、p-EtTAZ、TAZ、BzOs作为用于形成电子注入层115的材料。也就是，通过选择材料使电子注入层115的电子亲和力比电子传输层114的电子亲和力高，可以形成电子注入层115。
另外，可以提供电子产生层来代替电子注入层115。借助于混合具有高电子受体性质的物质与电子供给性质的物质如碱金属、碱土金属、碱金属的氟化物、碱土金属的氟化物、碱金属的氧化物、碱土金属的氧化物，可以形成电子产生层。
作为第一电极101，除了铟锡氧化物、含有氧化硅的铟锡氧化物、含有氧化锌的氧化铟之外，可以采用功函数大的物质如金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、氮化钽，也可以使用功函数小的物质如铝或镁。如此，在本实施方式的发光元件中可以不依赖于物质的功函数而形成第一电极101。这是由于在第一电极101和发光层113之间设有空穴产生层111的缘故。
另外，优选使用功函数小的材料如铝、镁、银和镁的合金来形成第二电极102，但是在提供电子产生层来代替电子注入层115的情形中，对于功函数没有特别的限制。例如，除了铟锡氧化物、含有氧化硅的铟锡氧化物、含有氧化锌的氧化铟之外，可以采用功函数大的物质如金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、氮化钽来形成电子产生层。
另外，如图2所示，在发光层113和电子传输层114之间可以提供空穴阻挡层117。通过提供空穴阻挡层117，可以防止空穴穿过发光层113中而流到第二电极102一侧，因此可以提高载流子的复合效率。此外，也可以防止在发光层113中所产生的激发能移动到其他的层比如电子传输层114。通过在用于形成电子传输层114的物质如BAlq、OXD-7、TAZ、BPhen中尤其选择与用于形成发光层113的物质相比具有更高电离电势的物质，可以形成空穴阻挡层117。同样，也可以在发光层113和空穴传输层112之间提供用于防止电子穿过发光层113而流到第一电极101一侧的层。
注意，对于是否提供空穴传输层112、电子传输层114、电子注入层115，可以由本发明的实践者适当地选择，例如，在尽管不提供空穴传输层112或电子传输层114等也不会产生由于金属导致的发光猝灭等的缺陷时，可省去这些层。
在上述本发明的发光元件中，很少有依赖于空穴产生层111的厚度而引起的驱动电压的变化。因此，通过改变空穴产生层111的厚度，可容易调节发光层113和第一电极101之间的距离。也就是，可容易地调节发光所经过的光路长度(光程长)以高效率地将发光取出到外部，或者将高色纯度发光取出到外部。另外，通过使空穴产生层111的厚度加厚，可以缓和在第一电极101表面上的凹凸形状，从而可以容易地防止电极之间的短路。
实施方式2
本发明的发光元件可以减少由于提供在发光元件中的层中所包含的化合物的结晶化导致的工作不良。而且，通过使空穴产生层的厚度加厚，可以防止电极之间的短路。另外，通过使空穴产生层的厚度加厚以调节光程长，以便提高将发光取出到外部的效率，或者获得具有高色纯度的发光。由此，通过使用本发明的发光元件作为像素，可以获取很少有因发光元件的工作不良导致的显示缺陷的优质发光器件。并且，通过使用本发明的发光元件作为像素，可以获得能够提供良好显示色的图像的发光器件。另外，通过使用本发明的发光元件作为光源，可以获得很少有由于发光元件的工作不良导致的缺陷，从而能够良好地进行照明的发光器件。
在本实施方式中，将用图3至图6说明具有显示功能的发光器件的电路结构及驱动方法。
图3是本发明所适用的发光器件的俯视图。在图3中，像素部分6511、源信号线驱动器电路6512、记录栅极信号线驱动器电路(用于记录的栅极信号线驱动电路)6513、以及擦除栅极信号线驱动器电路(用于擦除的栅极信号线驱动器电路)6514被设置在衬底6500上。每个源信号线驱动器电路6512、记录栅极信号线驱动器电路6513、以及擦除栅极信号线驱动器电路6514都通过一组布线与作为外部输入端的FPC(软性印刷电路)6503相连接。每个源信号线驱动器电路6512、记录栅极信号线驱动器电路6513、以及擦除栅极信号线驱动器电路6514可通过FPC6503接收视频信号、时钟信号、起始信号、复位信号等。印刷线路板(PWB)6504与FPC6503相连接。每个驱动器电路部分不一定必须如上述那样被设置在与像素部分6511同一个的衬底上，并且例如，可通过将IC芯片安装在形成有布线图案的FPC上(TCP)等，而将驱动电路设在衬底的外部。
在像素部分6511中，沿列方向延伸的多个源信号线沿排方向被布置。并且电流供应线路沿排方向被布置。在像素部分6511中，延伸到排方向的多个栅极信号线沿列方向被布置。此外，在像素部分6511中，布置有多个一组电路，其中每个一组电路都包括发光元件。
图4是示出了用于操作一个像素的电路。第一晶体管901、第二晶体管902以及发光元件903包含在图4中所示的电路中。
第一晶体管901和第二晶体管902每个都是包括栅电极、漏极区和源极区的三端子元件，并且在漏极区和源极区之间具有沟道区域。这里，由于是根据晶体管的结构、操作条件等确定漏极区和源极区的，因此难于限定哪个是源极区哪个是漏极区。因此，在本实施方式中，用作源极或是漏极的区域分别表示为晶体管的第一电极和晶体管的第二电极。
栅极信号线911和记录栅极信号线驱动器电路913被设置得通过开关918相互电连接或相互不电连接。栅极信号线911和擦除栅极信号线驱动器电路914被设置得通过开关919相互电连接或相互不电连接。源极信号线912被设置得通过开关920而与源极信号线驱动器电路915和电源916中的一个电连接。第一晶体管901的栅极与栅极信号线911电连接。第一晶体管901的第一电极与源极信号线912电连接而其第二电极与第二晶体管902的栅电极电连接。第二晶体管902的第一电极与电流供应线路917电连接，而其第二电极与包含在发光元件903中的一个电极电连接。此外，开关918可被包含在记录栅极信号线驱动器电路913中。开关919也可被包含在擦除栅极信号线驱动器电路914中。另外，开关920可被包含在源极信号线驱动器电路915中。
对于晶体管、发光元件等在像素部分中的布置没有具体限定；然而，例如，可如图5的俯视图中所示的那样布置晶体管、发光元件等。在图5中，第一晶体管1001的第一电极被连接于源极信号线1004、其第二电极被连接于第二晶体管1002的栅电极。第二晶体管1002的第一电极被连接于电源线路1005、而第二电极被连接于发光元件的电极1006。栅极信号线1003的一部分用作第一晶体管1001的栅电极。
接下来，将描述驱动方法。图6是说明随时间变化的帧操作的视图。在图6中，横坐标轴方向是指时间推移、而纵坐标轴方向是指栅极信号线的扫描阶段。
当通过本发明所涉及的发光器件显示图像时，在一个显示周期中重复执行重写操作和显示操作。对于重写操作的次数没有具体限定；然而，最好每秒执行大约六十次重写操作以使得观看图像的人不会发现闪烁。这里，一个图像(一个帧)的重写和显示的操作的周期被称作一个帧周期。
如图6中所示的，一个帧周期在时间上被分为包括记录周期501a、502a、503a、504a和保留周期501b、502b、503b、504b的四个子帧周期501、502、503、504。接收发光信号的发光元件在保留周期中成为发光状态。每个子帧的保留周期的长度比率为第一子帧周期501∶第二子帧周期502∶第三子帧周期503∶第四子帧周期504＝23∶22∶21∶20＝8∶4∶2∶1。因此，可获得4-比特灰度级显示。比特数或灰度级不局限于此。例如，可以通过提供八个子帧周期来执行8-比特灰度级显示。
下面将描述一个帧中的操作。首先，在第一子帧周期501中从第一排到最后一排顺序地执行记录操作。因此，记录周期的起始时间随排而不同。保留周期501b从记录周期501a完成的排处顺序地开始。在保留周期中，接收发光信号的发光元件进行发光。接下来的子帧周期502从保留周期501b完成的排处顺序地开始，并且与第一子帧周期501中的情况一样，从第一排到最后一排顺序地执行记录操作。重复地执行上述操作直到完成子帧周期504的保留周期504b。当子帧周期504中的操作完成时，开始接下来的帧周期中的操作。如此，每个子帧周期中的发光时间的总和是一个帧周期中每个发光元件的发光时间。在一个像素中，通过改变每个发光元件的发射时间并不同地组合所述发射时间，可显示出具有不同亮度和色度的各种颜色。
如在子帧周期504中一样，当在最后一行记录结束之前需要强制终止其中记录已经完成并进入保留周期的排的保留周期时，优选在保留周期504b之后提供一擦除周期504c，并对排进行控制，从而强制处于不发光状态。其中发光强制停止的排在固定周期中不发光(该周期被称作非发光周期504d)。在完成了最后一排的记录周期504a的基础上，立即从第一排按顺序开始接下来的子帧周期(或帧周期)的记录周期。因此，可防止子帧周期504的记录周期504a与接下来的子帧周期的记录周期重叠。
在本实施方式中，子帧周期501到504沿从最长保留周期开始的顺序布置；然而，本发明不局限于此。例如，子帧周期501到504可沿从最短保留周期开始的顺序布置。或者可以以随机组合短子帧周期和长子帧周期的方式布置子帧周期501到504。子帧周期可被进一步分成为多个帧周期。也就是说，在给出相同视频信号的周期期间可多次执行栅极信号线的扫描。
下面将描述在记录周期和擦除周期中图4中所示的电路的操作。
首先，将描述记录周期中的操作。在记录周期中，第n排(n为自然数)的栅极信号线911通过开关918与记录栅极信号线驱动器电路913电连接。栅极信号线911不与擦除栅极信号线驱动器电路914电连接。源极信号线912通过开关920与源极信号线驱动器电路915电连接。信号被输入到与第n排(n为自然数)的栅极信号线911电连接的第一晶体管901的栅极，因而第一晶体管901被导通。此时，视频信号被同时输入到从第一列到最后一列的源极信号线912中。每列的从源极信号线912输入的视频信号相互无关。从源极信号线912输入的视频信号通过连接于每个源极信号线的第一晶体管901被输入到第二晶体管902的栅电极。输入到第二晶体管902的信号决定从电流供应线路917输出到发光元件903的电流值。而且，该电流值确定发光元件903的发光状态或非发光状态。例如，在第二晶体管902为P沟道类型的情况下，当低电平信号被输入到第二晶体管902的栅电极时发光元件903发光。另一方面，在第二晶体管902为N沟道类型的情况下，当高电平信号被输入到第二晶体管902的栅电极时发光元件903发光。
接下来，将描述擦除周期中的操作。在擦除周期中，第n排(n为自然数)的栅极信号线911通过开关919与擦除栅极信号线驱动器电路914电连接。栅极信号线911不与记录栅极信号线驱动器电路913电连接。源极信号线912通过开关920与电源916电连接。信号被输入到与第n排的栅极信号线911电连接的第一晶体管901的栅极，因而第一晶体管901被导通。此时，用于擦除的信号被同时输入到从第一列到最后一列的源极信号线912中。从源极信号线912输入的用于擦除的信号通过连接于每个源极信号线的第一晶体管901被输入到第二晶体管902的栅电极。通过这时输入到第二晶体管902的信号，使得从电流供应线路917到发光元件903的电流供应被停止。发光元件903被强制性地处于不发光状态。例如，在第二晶体管902为P沟道类型的情况下，当高电平信号被输入到第二晶体管902的栅电极时发光元件903不发光。另一方面，在第二晶体管902为N沟道类型的情况下，当低电平信号被输入到第二晶体管902的栅电极时发光元件903不发光。
在擦除周期中，通过上述操作将用于擦除的信号输入到第n排(n为自然数)中。然而，如上所述，还存在第n排处于擦除周期中而另一排(第m排(m为自然数))处于记录周期中的情况。在此情况下，需要利用同一列的源极信号线将用于擦除的信号输入到第n排中而将用于记录的信号输入到第m排中。因此，最好执行如下所述的操作。
通过在上述擦除周期的操作使第n排发光元件903不发光之后，立即使栅极信号线911和用于擦除的栅极信号线驱动器电路914相互断开连接，同时转换开关920使源极信号线912和源极信号线驱动器电路915连接。然后，除了将源极信号线912和源极信号线驱动器电路915连接之外，还使栅极信号线911和用于记录的栅极信号线驱动器电路913连接起来。信号从记录栅极信号线驱动器电路913中被选择性地输入到第m排的栅极信号线911中，并且当第一晶体管901被导通时，用于记录的信号从源极信号线驱动器电路915中被输入到从第一列到最后一列的源极信号线912中。第m排的发光元件903根据所述信号发光或者不发光。
在如上所述完成了第m排的记录周期之后，立即开始第(n+1)排的擦除周期。因此，使得栅极信号线911与记录栅极信号线驱动器电路913断开，并且通过转换开关920使得源极信号线912与电源916相连接。并且，栅极信号线911与记录栅极信号线驱动器电路913断开，同时栅极信号线911与擦除栅极信号线驱动器电路914相连接。当信号从擦除栅极信号线驱动器电路914中被选择性地输入到第(n+1)排的栅极信号线911中，使第一晶体管901导通时，擦除信号从电源916中被输入。如此，在完成了第(n+1)排的擦除周期之后，立即开始第(m+1)排的记录周期。之后，可重复地执行擦除周期和记录周期，直到究成最后一排的擦除周期。
在本实施方式中，描述了第m排的记录周期被设在第n排的擦除周期与第(n+1)排的擦除周期之间的模式。然而，不局限于此，第m排的记录周期也可以被设在第(n-1)排的擦除周期与第n排的擦除周期之间。
在本实施方式中，当在子帧周期504中提供非发光周期504d时，重复执行将擦除栅极信号线驱动器电路914与某一栅极信号线911断开并且将记录栅极信号线驱动器电路913连接于另一个栅极信号线911的操作。可在不具有不发光周期的帧周期中执行所述操作。
实施方式3
以下将根据图7的横截面图描述包括本发明发光元件的发光器件的一个例子。
在图7中，被虚线包围的部分为用于驱动本发明的发光元件12的晶体管11。所述发光元件12为根据本发明的发光元件，其具有位于第一电极13和第二电极14之间的由空穴产生层、电子产生层和含有发光物质的层层叠而形成的层15。第一电极13和晶体管11的漏极区通过布线17相互电连接，所述布线17穿过第一层间绝缘膜16(16a、16b、16c)。另外，通过间隔层18将发光元件12与另一相邻的发光元件分隔开。在本实施方式中，具有所述结构的本发明的发光器件位于衬底10上。
图7中所示的晶体管11为顶栅型晶体管，其中以半导体层为中心在和衬底相反一侧设置有栅电极。然而，对于晶体管11的结构并没有特别限制。例如，可以采用底栅型晶体管。当采用底栅型晶体管时，可以使用在形成沟道的半导体层上形成保护膜的晶体管(沟道保护晶体管)，或者其中形成沟道的半导体层的一部分为凹陷的晶体管(沟道蚀刻晶体管)。本文中，附图标记21、22、23、24、25和26分别为栅电极、栅绝缘膜、半导体层、n型半导体层、电极和保护膜。
另外，形成晶体管11的半导体层可以是结晶或非晶的，或可选地可以是半非晶的。
以下将描述半非晶半导体。半非晶半导体是具有在非晶和结晶(例如单晶或多晶)结构之间的中间结构的半导体，且具有在自由能方面稳定的第三态，其包括有近程有序和晶格应变的结晶区。而且，0.5至20nm的晶粒包含于半非晶半导体膜中的至少一个区域中。半非晶半导体的拉曼光谱向比520cm-1更低的波数侧漂移。在X射线衍射中，观察到由于Si晶格所引起的(111)和(220)的衍射峰。在半非晶半导体中包括1原子％或更多的氢或卤素，以终止悬挂键(danglingbond)。因此，半非晶半导体也称作微晶半导体。通过辉光放电(等离子体CVD)分解SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4中的任何一个，来形成半非晶半导体。可以用H2或H2和选自He、Ar、Kr和Ne中一种或多种稀有气体元素来稀释该气体，其中稀释比在2∶1至1000∶1的范围内。在辉光放电期间压强大约在0.1Pa至133Pa的范围内，电源频率在1MHz至120MHz的范围内，优选13MHz至60MHz。衬底加热温度可以是300℃或更小，优选100℃至250℃。作为膜中的杂质元素，理想的是将诸如氧、氮或碳的大气杂质组分控制为1×1020/cm3或更小的浓度，特别地，将氧浓度控制为5×1019/cm3或更小，优选1×1019/cm3或更小。另外，使用半非晶半导体的TFT(薄膜晶体管)有大约1至10m2/Vsec的迁移率。
而且，用于半导体层的具体例子的结晶半导体包括单晶或多晶硅和硅-锗，其可以通过激光结晶化形成，或可以通过使用例如镍的元素的固相生长法的结晶化形成。
在使用非晶材料，例如非晶硅形成半导体层的情况下，优选的是发光器件具有由晶体管11和其它晶体管(形成用于驱动发光元件的电路的晶体管)都是N沟道晶体管构成的电路。除了该情况之外，发光器件可以具有由N沟道晶体管和P沟道晶体管中之一构成的电路，或者可以具有由N沟道晶体管和P沟道晶体管两者构成的电路。
进一步地，所述第一层间绝缘膜16可以为图7A、7C所示的多层结构，或者为单层结构。所述第一层间绝缘膜16a由无机材料构成，例如硅氧化物或硅氮化物，第一层间绝缘膜16b由丙烯酸、硅氧烷(通过硅(Si)和氧(O)之间的键形成构架结构，并且以氢或有机基比如烷基作为取代基的化合物)、或能够通过涂覆而形成膜的硅氧化物等具有自平坦性的材料构成。另外，第一层间绝缘膜16c由包含氩(Ar)的硅氮化物膜构成。然而，对于构成各个层中的材料没有特别限制，可以采用本文所提及材料之外的材料。进一步地，可以结合由上述材料以外的材料构成的层。像这样，无机材料和有机材料两者，或无机材料和有机材料中的一种可以用于形成第一层间绝缘膜16。
对于分隔层18，边缘部分优选具有在曲率半径上不断变化的形状。另外，采用例如丙烯酸、硅氧烷、抗蚀剂或硅氧化物的材料形成分隔层18。无机材料和有机材料之一或两者可以用于形成分隔层18。
在图7A和7C中，晶体管11和发光元件12之间仅仅提供第一层间绝缘膜16。然而，如图7B所示，除了第一层间绝缘膜16(16a和16b)之外，还可以提供第二层间绝缘膜19(19a和19b)。在图7B的发光器件中，第一电极13穿过第二层间绝缘膜19与布线17连接。
第二层间绝缘膜19可以如第一层间绝缘膜16一样为多层或单层。第二层间绝缘膜19a由丙烯酸、硅氧烷、或能够通过涂覆而形成膜的硅氧化物等具有自平坦性的材料构成。另外，第二层间绝缘膜19b由包含氩(Ar)的硅氮化物膜构成。对于构成各个层的材料没有特别限制，可以采用本文所提及材料之外的材料。进一步地，可以结合由上述材料以外的材料构成的层。像这样，无机材料和有机材料两者，或无机材料和有机材料中的一种可以用于形成第二层间绝缘膜19。
在发光元件12中，当第一电极13和第二电极14均由透光性材料形成时，如图7A的空心箭头所示，发出的光可以从第一电极13侧和第二电极14侧双方提取。当仅仅第二电极14由透光性材料形成时，如图7B的空心箭头所示，发出的光可以仅仅从第二电极14侧提取。在此情况下，第一电极13优选由具有高度反射性的材料构成，或者在第一电极13下方提供由具有高度反射性的材料构成的膜(反射膜)。另外，当仅仅第一电极13由透光性材料构成时，如图7C的空心箭头所示，发出的光可以仅仅从第一电极13侧提取。在此情况下，第二电极14优选由具有高度反射性的材料构成，或者在第二电极14上方提供反射膜。
另外，发光元件12可以由层15层叠来实现在施加电压而第二电极14的电位高于第一电极13的电位时开始工作，或者相反，即可以由层15层叠来实现在施加电压而第二电极14的电位低于第一电极13的电位时开始工作。在前一种情况下，所述晶体管11为P沟道型晶体管，在后一种情况下，所述晶体管11为N沟道型晶体管。
如上所述，在本实施方式中描述了借助于利用晶体管而控制发光元件的驱动的有源型发光器件，但是，也可以采用不特意提供晶体管等用于驱动的元件来驱动发光元件的无源型发光器件。图8表示应用本发明而制造的无源型发光器件的斜视图。在图8中，在衬底951上的电极952和电极956之间设有由包含发光物质的层、电子产生层、以及空穴产生层顺序地层叠而形成的层955。电极952的边缘部分被绝缘层953覆盖。而且，在绝缘层953之上形成有隔壁层954。该隔壁层954的侧面具有倾斜，即越靠近衬底表面，一个侧面和另一个侧面的距离就越窄。就是说，隔壁层954的短边方向的横截面是梯形，并且，其底边(朝向与绝缘层953的面方向相同的方向，且与绝缘层953接触的一边)的宽度短于其上边(朝向与绝缘层953的面方向相同的方向，且与绝缘层953不接触的一边)。如此，通过提供隔壁层954，可以防止由于静电导致的发光元件的不良。而且，在无源型发光器件的情况下，借助于包含能够以低驱动电压工作的本发明的发光元件，可以在低功耗下进行驱动。
实施方式4
使用本发明的发光元件作为像素的发光器件能够减少起因于发光元件的工作不良的显示缺陷，从而进行良好的显示工作。由此，通过将上述发光器件适用于显示部分，可以获得很少有由于显示缺陷导致的显示图像错认等的电子器件。另外，使用本发明的发光元件作为光源的发光器件由于很少有发光元件的工作不良导致的缺陷，从而能够良好地进行照明。因此，通过利用这样的发光器件作为照明部分比如背部照明，并且通过安装本发明的发光器件，可以减少因发光元件的问题所导致的工作不良如在局部产生暗部，从而能够良好地选行显示。
在图9中表示安装有适用了本发明的发光器件的电子器件的实例。
图9A表示根据本发明而制造的个人计算机，其包括主体5521、框体5522、显示部分5523以及键盘5524等。将以本发明发光元件用作像素的发光器件结合至显示部分中，可以得到所述个人计算机。另外，将以本发明发光元件用作光源的发光器件结合至背部照明中，也可以得到个人计算机。具体来说，如图10所示，在个人计算机的显示部分中，通过将液晶器件5512和至少具有一个本发明发光元件的发光器件5513夹在框体5511和框体5514之间，可以得到利用本发明的发光元件作为光源的个人计算机。液晶器件5512安装有外部输入端口5515，而且发光器件5513安装有外部输入端口5516。另外，在发光器件5513中可以配置多个本发明的发光元件，也可以通过使一个发光元件覆盖衬底的大部分而提供发光元件。对于从发光器件5513的发光元件发射出来的发光颜色没有具体限定，除了白色之外还可以是红色、蓝色、绿色等。
图9B表示根据本发明而制造的手机，其包括主体5552、显示部分5551、声音输出部分5554、声音输入部分5555、操作键5556和5557、以及天线5553。将具有本发明发光元件的发光器件结合至显示部分中，可以得到所述手机。
图9C表示根据本发明而制造的电视接收机，其包括显示部分5531、框体5532以及扬声器5533。将具有本发明发光元件的发光器件结合至显示部分中，可以得到所述电视接收机。
如上所述，本发明的发光器件适合用于各种电子器件的显示器部分。注意，电子器件不局限于本实施方式中所描述的器件，还可以是其他电子器件如汽车导航装置等。
实施例1
接下来，将说明用透射电子显微镜对在实施本发明时所使用的层进行观测的结果。
首先，在硅片700上以三氧化钼、DNTPD和红荧烯作为原料通过共同蒸发沉积法形成第一层701，从而制造用于观测的样品(图11)。第一层701的厚度为200nm。在此，共同蒸发沉积法是指设在一个处理室内的多个蒸发源分别蒸发原料，以将该原料淀积在被处理物上的沉积方法。注意，处理室内的压力设定为1×10-4Pa。另外，通过使用电阻加热法加热每个原料，从而执行蒸发。
另外，通过调整蒸发速度，将上述形成的第一层701的三氧化钼、DNTPD和红荧烯的含量设定为如下：钼原子与DNTPD的摩尔比(钼原子/DNTPD)为3，红荧烯与DNTPD的摩尔比(红荧烯/DNTPD)为0.01。
然后，借助于透射电子显微镜(TEM)对如上制造的样品的截面进行观测。注意，当实施观测时用由铂构成的第二层702覆盖第一层701。图12表示通过观测而取得的图像(倍率：100万倍)。从图12来看，可以得知在第一层701中交替地存在颜色深的第一区域711和颜色淡的第二区域。就是说，可以得知钼浓度高的区域和钼浓度低的区域交替地被提供。另外，从图12来看可以得知的是，钼浓度高的第一区域711沿层的厚度方向具有大约3nm的距离，而且钼浓度低的第二区域712沿层的厚度方向具有大约3nm的距离。
虽然上文所述的实施方案模式和实施例参考附图给出了本发明的全部说明，但只要是本领域的人员就很容易得知本发明的形式、实施模式的详情等可以被更改或修改。所以，除非上述更改或修改脱离了以下的本发明的权利要求范围，否则所有的更改和修改都将被认为在本发明的权利要求范围内。
实施方式1
下面将参考图1A和1B说明本发明的发光元件的一种模式。
图1A表示在第一电极101和第二电极102之间包括含有发光物质的层的发光元件。在本实施方式中，含有发光物质的层由多个层层叠而构成，其中除了发光层113之外，还提供有空穴产生层111、空穴传输层112、电子传输层114和电子注入层115。发光物质尤其包含在发光层113中。当对第一电极101和第二电极102施加电压，并第一电极101的电位高于第二电极102的电位时，从第一电极101一侧来的空穴以及从第二电极102一侧来的电子被注入到发光层113。接下来，注入到发光层113的空穴和电子重新结合。该发光层113包含有发光物质，从而通过由于重新结合而产生的激发能，发光物质变成为激发态。当激发态的发光物质返回到基态时产生发光。
空穴产生层111包括第一区域111a和第二区域111b(图1B)。包含在第一区域111a中的金属原子的数量多于在第二区域111b中所包含的金属原子的数量。而且，第一区域111a和第二区域111b被交替重复地提供。第一区域111a和第二区域111b优选分别沿厚度方向以0.1nm至10nm的距离彼此分开，更优选的是，以1nm至5nm的距离彼此分开(也就是说，在与第一区域111a相邻的两个第二区域111b中的一个第二区域111b和另一个第二区域111b的距离d1优选为0.1nm至10nm，更优选为1nm至5nm)。换言之，在空穴产生层111中的具有较高金属原子浓度的区域(第一区域111a)以0.1nm至10nm(优选为1nm至5nm)的间隔被周期性地提供。如此，在遍布有金属原子的空穴产生层111中，金属原子和氧原子结合在一起。应该注意，没有特别限定第一区域111a和第二区域111b的反复次数。
在此，作为金属原子优选使用钒、钼、铼、钌等属于元素周期表的4族到8族的金属原子。作为属于元素周期表的4族到8族的金属原子还可举出钛、锆、铪、钽、铬、钨、锰、锇等。
空穴产生层111包含第一化合物。该第一化合物对于含有金属原子和氧原子结合的结构的化合物(作为这样的化合物可举出属于原子周期表的4族到8族的金属的氧化物比如钼氧化物、钒氧化物、铼氧化物和钌氧化物)具有电子给予性。注意，由于具有电子给予性，有可能产生电荷转移络合物。
可用于实施本发明的第一化合物的实例包括包含三苯基胺结构的芳香族胺化合物。作为芳香族胺化合物的具体实例可以举出4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-联苯(简称NPB)、4，4’-双[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]-三苯基胺(简称MTDATA)、4，4’-双{N-[4-(N，N-二-间甲苯基氨基)苯基]-N-苯基氨基}联苯(简称DNTPD)、1，3，5-三[N，N-二(m-甲苯基)氨基]苯(简称m-MTDAB)、4，4’，4”-三(N-咔唑基)三苯胺(简称TCTA)。这些材料是所谓的单极性物质，亦即其空穴迁移率高于电子迁移率并且电子迁移率和空穴迁移率的比率(＝空穴迁移率/电子迁移率)为100或更大，在该单极性物质中具有高空穴传输性的物质尤其被使用。除了在此所示的单极性物质之外，也可以使用双极性物质比如2，3-双(4-联苯-氨基苯基)喹喔啉(简称TPAQn)。此处，双极性物质是指如下物质，即在比较电子或空穴中任何一方的载流子的迁移率与另一方的载流子的迁移率的情形中，所述一方的载流子的迁移率和另一载流子的迁移率的比率为100或更小，优选为10或更小。
另外，空穴产生层111优选进一步包含第二化合物。该第二化合物优选的是与第一化合物相比具有更低最低未占轨道(LUMO)能级的化合物。如此这样，通过进一步包含第二化合物，可以防止由于所产生的载流子而引起的第一化合物的退化，从而可以延长发光元件的元件寿命。作为第二化合物的具体实例可以举出红荧烯(rubrene)、酞菁铜、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)乙烯基]-4H-吡喃(简称为DCJTI)、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)乙烯基]-4H-吡喃(简称为DCJTB)、N’N-二甲基喹吖啶酮(简称为DMQd)、N’N-二苯基喹吖啶酮(简称为DPQd)、香豆素6等。
另外，空穴产生层111优选包含第一化合物和金属原子，并且该金属原子与第一化合物的摩尔比(＝金属原子/第一化合物)在0。1至10，更优选为0.5至5。而且，在空穴产生层111中，第二化合物与第一化合物的摩尔比(＝第二化合物/第一化合物)优选为0.005至0.1，更优选为0.01至0.08(在此处所述的摩尔比是整个空穴产生层111的平均值)。
具有上述结构的空穴产生层111能够产生空穴。从而，即使在难以将从第一电极101来的空穴注入的情况下，也可以通过提供空穴产生层111稳定地将空穴传输到发光层113中。而且，具有上述结构的空穴产生层111不容易晶化，从而稳定性较好。
发光层113包含发光物质。此处，发光物质是指具有良好的发光效率并且能够以所希望的波长进行发光的物质。发光层113可以是只由发光物质而形成的层，但在发生浓度猝灭的情形中，优选的是在由比发光物质具有更大的能隙的物质构成的层中分散混合发光物质来形成发光层。通过将发光物质分散包含在发光层113中，可以防止因浓度导致的发光猝灭。在此，能隙是指LUMO能级和HOMO能级之间的能源差。
对于发光物质没有具体限定，可以使用具有良好的发光效率并且能够以所希望的波长进行发光的物质。例如，在实现红光发射的情况中，作为发光物质可使用显示出具有600nm到680nm的发射光谱峰值的发光的物质，诸如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)乙烯基]-4H-吡喃(简称为DCJTI)、4-二氰基亚甲基-2-甲烷基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)乙烯基]-4H-吡喃(简称为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)乙烯基]-4H-吡喃(简称为DCJTB)、periflanthene、2，5-二氰基-1，4-双[2-(10-甲氧基-1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)乙烯基]苯。在实现绿光发射的情况中，作为发光物质可使用显示出具有500nm到550nm的发射光谱峰值的发光的物质，诸如N’N-二甲基喹吖啶酮(简称为DMQd)、香豆素6、香豆素545T、三(8-羟基喹啉)铝(简称Alq3)。在实现蓝光发射的情况中，作为发光物质可使用显示出具有420nm到500nm的发射光谱峰值的发光的物质，诸如9，10-双(2-萘基)-2-叔丁基蒽(简称t-BuDNA)、9，9’-二蒽基、9，10-二苯基蒽(简称DPA)、9，10-双(2-萘基)蒽(简称DNA)、双(2-甲烷基-8-羟基喹啉)-4-苯基酚-镓(简称BGaq)、双(2-甲烷基-8-羟基喹啉)-4-苯基酚-铝(简称BAlq)。除了上述发射荧光的物质之外，作为发光物质还可以利用能够发射磷光的物质，诸如双[2-(3，5-双(三氟甲基)苯基)吡啶合-N，C2’]铱(III)吡啶甲酸(简称Ir(CF3ppy)2(pic))、双[2-(4，6-二氟苯基)吡啶合-N，C2’]铱(III)乙酸丙酮(简称FIr(acac))、双[2-(4，6-二氟苯基)吡啶合-N，C2’]铱(III)吡啶甲酸(简称FIr(pic))、三(2-苯基吡啶-N，C2’)铱(简称Ir(ppy)3)。
另外，对于与发光物质一起包含在发光层113中的用于分散发光物质的材料没有特别限制，可以通过考虑用作发光物质的物质的能隙等适当地进行选择。除了例如9，10-双(2-萘基)-2-叔丁基蒽(简称t-BuDNA)的蒽衍生物、例如4，4’-二(N-咔唑基)-联苯(简称CBP)的咔唑衍生物以及例如2，3-双(4-联苯-氨基苯基)喹喔啉(简称TPAQn)、2，3-双{4-[N-(1-萘基)-N-苯胺基]苯基}-二苯并[f，h]喹恶啉(简称NPADiBzQn)的喹恶啉衍生物之外，可以跟发光物质一起使用金属络合物，诸如双[2-(2-羟苯基)-吡啶合]锌(缩写Znpp2)、[2-(2-羟苯基)-苯并噁唑合]锌(缩写ZnBOX)。
如图1所示，在发光层113和空穴产生层111之间优选提供空穴传输层112。空穴传输层112具有传送空穴的功能，并且具有将从第一电极101一侧注入的空穴传送到发光层113的功能。像这样，通过提供空穴传输层112，能够隔开空穴产生层111和发光层113的距离，从而，可以防止由于包含在空穴产生层111中的金属导致的发光猝灭。空穴传输层112优选由具有高空穴传输性的材料形成，更优选用具有1×10-6cm2/Vs或更高的空穴迁移率的材料而形成。作为具有高空穴传输性的材料，可以举出NPB、TPD、TDATA、MTDATA、DNTPD、m-MTDAB、TCTA等，但是也可以使用其他的材料。
在发光层113和第二电极102之间优选提供如图1所示那样的电子传输层114。电子传输层114具有传送电子的功能，在本实施方式中，具有将从第二电极102一侧注入的电子传送到发光层113的功能。通过提供电子传输层114，能够隔开第二电极102和发光层113的距离，从而，可以防止由于包含在第二电极102中的金属导致的发光猝灭。而且，同样地、在电子注入层115中含有金属的情况下，通过提供电子传输层114而隔开电子注入层115和发光层113的距离，可以防止由于金属导致的发光猝灭。电子传输层114优选由具有高电子传输性的材料形成，更优选用具有1×10-6cm2/Vs或更高的电子迁移率的材料而形成。在此，具有高电子传输性的材料指的是其电子迁移率高于空穴迁移率并且空穴迁移率和电子迁移率的比率(＝电子迁移率/空穴迁移率)为100或更大的物质。作为用于形成电子传输层114的物质的实例，除了金属络合物如三(8-喹啉醇合)铝(简称Alq3)、三(4-甲基-8-喹啉醇合)铝(简称Almq3)、双(10-羟基苯并[h]-喹啉醇合)铍(简称BeBq2)、双(2-甲基-8-喹啉醇合)-(4-羟基-联苯基)铝(简称BAlq)、双[2-(2-羟苯基)-苯并噁唑醇合]锌(简称Zn(BOX)2)、和双[2-(2-羟苯基)-苯并噻唑醇合]锌(以下称Zn(BTZ)2)之外，可以举出2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑(简称PBD)、以及1，3-双[5-(对叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基]苯(简称OXD-7)、3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(简称TAZ)、3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(简称p-EtTAZ)、红菲绕啉(简称BPhen)、浴铜灵(简称BCP)、以及4，4′-双(5-甲基苯并恶唑-2-基)芪(简称BzOs)等。
另外，除了以上提到的单极性物质之外，可以使用双极性物质如TPAQn以分别形成空穴传输层112和电子传输层114。在该双极性物质之中，尤其优选使用具有1×10-6cm2/Vs或更高的空穴迁移率或电子迁移率的材料。此外，还可以使用相同的双极性物质来形成空穴传输层112和电子传输层114。
另外，在电子传输层114和第二电极102之间可以提供电子注入层115。电子注入层115是具有帮助电子从第二电极102注入到电子传输层114的功能的层。通过提供电子注入层115，可以缓和第二电极102和电子传输层114之间的电子亲和力之差，从而变得容易输入电子。电子注入层115优选使用如下材料，即具有比形成电子传输层114的物质更高的电子亲和力并且具有比形成第二电极102的物质更低的电子亲和力的物质，或者当作为1-2nm的薄膜提供在电子传输层114和第二电极102之间的情况下，其能带发生弯曲的物质。作为用于形成电子注入层115的物质的实例，可以举出无机材料如碱金属、碱土金属、碱金属的氟化物、碱土金属的氟化物、碱金属的氧化物、碱土金属的氧化物。具体来说，包括氧化锂、氧化镁、氟化锂、氟化钙等。另外，除了无机材料之外，通过选择具有比电子传输层114更高的电子亲和力的物质，也可以使用用于形成电子传输层114的材料如BPhen、BCP、p-EtTAZ、TAZ、BzOs作为用于形成电子注入层115的材料。也就是，通过选择材料使电子注入层115的电子亲和力比电子传输层114的电子亲和力高，可以形成电子注入层115。
另外，可以提供电子产生层来代替电子注入层115。借助于混合具有高电子受体性质的物质与电子供给性质的物质如碱金属、碱土金属、碱金属的氟化物、碱土金属的氟化物、碱金属的氧化物、碱土金属的氧化物，可以形成电子产生层。
作为第一电极101，除了铟锡氧化物、含有氧化硅的铟锡氧化物、含有氧化锌的氧化铟之外，可以采用功函数大的物质如金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、氮化钽，也可以使用功函数小的物质如铝或镁。如此，在本实施方式的发光元件中可以不依赖于物质的功函数而形成第一电极101。这是由于在第一电极101和发光层113之间设有空穴产生层111的缘故。
另外，优选使用功函数小的材料如铝、镁、银和镁的合金来形成第二电极102，但是在提供电子产生层来代替电子注入层115的情形中，对于功函数没有特别的限制。例如，除了铟锡氧化物、含有氧化硅的铟锡氧化物、含有氧化锌的氧化铟之外，可以采用功函数大的物质如金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、氮化钽来形成电子产生层。
另外，如图2所示，在发光层113和电子传输层114之间可以提供空穴阻挡层117。通过提供空穴阻挡层117，可以防止空穴穿过发光层113中而流到第二电极102一侧，因此可以提高载流子的复合效率。此外，也可以防止在发光层113中所产生的激发能移动到其他的层比如电子传输层114。通过在用于形成电子传输层114的物质如BAlq、OXD-7、TAZ、BPhen中尤其选择与用于形成发光层113的物质相比具有更高电离电势的物质，可以形成空穴阻挡层117。同样，也可以在发光层113和空穴传输层112之间提供用于防止电子穿过发光层113而流到第一电极101一侧的层。
注意，对于是否提供空穴传输层112、电子传输层114、电子注入层115，可以由本发明的实践者适当地选择，例如，在尽管不提供空穴传输层112或电子传输层114等也不会产生由于金属导致的发光猝灭等的缺陷时，可省去这些层。
在上述本发明的发光元件中，很少有依赖于空穴产生层111的厚度而引起的驱动电压的变化。因此，通过改变空穴产生层111的厚度，可容易调节发光层113和第一电极101之间的距离。也就是，可容易地调节发光所经过的光路长度(光程长)以高效率地将发光取出到外部，或者将高色纯度发光取出到外部。另外，通过使空穴产生层111的厚度加厚，可以缓和在第一电极101表面上的凹凸形状，从而可以容易地防止电极之间的短路。
实施方式2
本发明的发光元件可以减少由于提供在发光元件中的层中所包含的化合物的结晶化导致的工作不良。而且，通过使空穴产生层的厚度加厚，可以防止电极之间的短路。另外，通过使空穴产生层的厚度加厚以调节光程长，以便提高将发光取出到外部的效率，或者获得具有高色纯度的发光。由此，通过使用本发明的发光元件作为像素，可以获取很少有因发光元件的工作不良导致的显示缺陷的优质发光器件。并且，通过使用本发明的发光元件作为像素，可以获得能够提供良好显示色的图像的发光器件。另外，通过使用本发明的发光元件作为光源，可以获得很少有由于发光元件的工作不良导致的缺陷，从而能够良好地进行照明的发光器件。
在本实施方式中，将用图3至图6说明具有显示功能的发光器件的电路结构及驱动方法。
图3是本发明所适用的发光器件的俯视图。在图3中，像素部分6511、源信号线驱动器电路6512、记录栅极信号线驱动器电路(用于记录的栅极信号线驱动电路)6513、以及擦除栅极信号线驱动器电路(用于擦除的栅极信号线驱动器电路)6514被设置在衬底6500上。每个源信号线驱动器电路6512、记录栅极信号线驱动器电路6513、以及擦除栅极信号线驱动器电路6514都通过一组布线与作为外部输入端的FPC(软性印刷电路)6503相连接。每个源信号线驱动器电路6512、记录栅极信号线驱动器电路6513、以及擦除栅极信号线驱动器电路6514可通过FPC6503接收视频信号、时钟信号、起始信号、复位信号等。印刷线路板(PWB)6504与FPC6503相连接。每个驱动器电路部分不一定必须如上述那样被设置在与像素部分6511同一个的衬底上，并且例如，可通过将IC芯片安装在形成有布线图案的FPC上(TCP)等，而将驱动电路设在衬底的外部。
在像素部分6511中，沿列方向延伸的多个源信号线沿排方向被布置。并且电流供应线路沿排方向被布置。在像素部分6511中，延伸到排方向的多个栅极信号线沿列方向被布置。此外，在像素部分6511中，布置有多个一组电路，其中每个一组电路都包括发光元件。
图4是示出了用于操作一个像素的电路。第一晶体管901、第二晶体管902以及发光元件903包含在图4中所示的电路中。
第一晶体管901和第二晶体管902每个都是包括栅电极、漏极区和源极区的三端子元件，并且在漏极区和源极区之间具有沟道区域。这里，由于是根据晶体管的结构、操作条件等确定漏极区和源极区的，因此难于限定哪个是源极区哪个是漏极区。因此，在本实施方式中，用作源极或是漏极的区域分别表示为晶体管的第一电极和晶体管的第二电极。
栅极信号线911和记录栅极信号线驱动器电路913被设置得通过开关918相互电连接或相互不电连接。栅极信号线911和擦除栅极信号线驱动器电路914被设置得通过开关919相互电连接或相互不电连接。源极信号线912被设置得通过开关920而与源极信号线驱动器电路915和电源916中的一个电连接。第一晶体管901的栅极与栅极信号线911电连接。第一晶体管901的第一电极与源极信号线912电连接而其第二电极与第二晶体管902的栅电极电连接。第二晶体管902的第一电极与电流供应线路917电连接，而其第二电极与包含在发光元件903中的一个电极电连接。此外，开关918可被包含在记录栅极信号线驱动器电路913中。开关919也可被包含在擦除栅极信号线驱动器电路914中。另外，开关920可被包含在源极信号线驱动器电路915中。
对于晶体管、发光元件等在像素部分中的布置没有具体限定；然而，例如，可如图5的俯视图中所示的那样布置晶体管、发光元件等。在图5中，第一晶体管1001的第一电极被连接于源极信号线1004、其第二电极被连接于第二晶体管1002的栅电极。第二晶体管1002的第一电极被连接于电源线路1005、而第二电极被连接于发光元件的电极1006。栅极信号线1003的一部分用作第一晶体管1001的栅电极。
接下来，将描述驱动方法。图6是说明随时间变化的帧操作的视图。在图6中，横坐标轴方向是指时间推移、而纵坐标轴方向是指栅极信号线的扫描阶段。
当通过本发明所涉及的发光器件显示图像时，在一个显示周期中重复执行重写操作和显示操作。对于重写操作的次数没有具体限定；然而，最好每秒执行大约六十次重写操作以使得观看图像的人不会发现闪烁。这里，一个图像(一个帧)的重写和显示的操作的周期被称作一个帧周期。
如图6中所示的，一个帧周期在时间上被分为包括记录周期501a、502a、503a、504a和保留周期501b、502b、503b、504b的四个子帧周期501、502、503、504。接收发光信号的发光元件在保留周期中成为发光状态。每个子帧的保留周期的长度比率为第一子帧周期501∶第二子帧周期502∶第三子帧周期503∶第四子帧周期504＝23∶22∶21∶20＝8∶4∶2∶1。因此，可获得4-比特灰度级显示。比特数或灰度级不局限于此。例如，可以通过提供八个子帧周期来执行8-比特灰度级显示。
下面将描述一个帧中的操作。首先，在第一子帧周期501中从第一排到最后一排顺序地执行记录操作。因此，记录周期的起始时间随排而不同。保留周期501b从记录周期501a完成的排处顺序地开始。在保留周期中，接收发光信号的发光元件进行发光。接下来的子帧周期502从保留周期501b完成的排处顺序地开始，并且与第一子帧周期501中的情况一样，从第一排到最后一排顺序地执行记录操作。重复地执行上述操作直到完成子帧周期504的保留周期504b。当子帧周期504中的操作完成时，开始接下来的帧周期中的操作。如此，每个子帧周期中的发光时间的总和是一个帧周期中每个发光元件的发光时间。在一个像素中，通过改变每个发光元件的发射时间并不同地组合所述发射时间，可显示出具有不同亮度和色度的各种颜色。
如在子帧周期504中一样，当在最后一行记录结束之前需要强制终止其中记录已经完成并进入保留周期的排的保留周期时，优选在保留周期504b之后提供一擦除周期504c，并对排进行控制，从而强制处于不发光状态。其中发光强制停止的排在固定周期中不发光(该周期被称作非发光周期504d)。在完成了最后一排的记录周期504a的基础上，立即从第一排按顺序开始接下来的子帧周期(或帧周期)的记录周期。因此，可防止子帧周期504的记录周期504a与接下来的子帧周期的记录周期重叠。
在本实施方式中，子帧周期501到504沿从最长保留周期开始的顺序布置；然而，本发明不局限于此。例如，子帧周期501到504可沿从最短保留周期开始的顺序布置。或者可以以随机组合短子帧周期和长子帧周期的方式布置子帧周期501到504。子帧周期可被进一步分成为多个帧周期。也就是说，在给出相同视频信号的周期期间可多次执行栅极信号线的扫描。
下面将描述在记录周期和擦除周期中图4中所示的电路的操作。
首先，将描述记录周期中的操作。在记录周期中，第n排(n为自然数)的栅极信号线911通过开关918与记录栅极信号线驱动器电路913电连接。栅极信号线911不与擦除栅极信号线驱动器电路914电连接。源极信号线912通过开关920与源极信号线驱动器电路915电连接。信号被输入到与第n排(n为自然数)的栅极信号线911电连接的第一晶体管901的栅极，因而第一晶体管901被导通。此时，视频信号被同时输入到从第一列到最后一列的源极信号线912中。每列的从源极信号线912输入的视频信号相互无关。从源极信号线912输入的视频信号通过连接于每个源极信号线的第一晶体管901被输入到第二晶体管902的栅电极。输入到第二晶体管902的信号决定从电流供应线路917输出到发光元件903的电流值。而且，该电流值确定发光元件903的发光状态或非发光状态。例如，在第二晶体管902为P沟道类型的情况下，当低电平信号被输入到第二晶体管902的栅电极时发光元件903发光。另一方面，在第二晶体管902为N沟道类型的情况下，当高电平信号被输入到第二晶体管902的栅电极时发光元件903发光。
接下来，将描述擦除周期中的操作。在擦除周期中，第n排(n为自然数)的栅极信号线911通过开关919与擦除栅极信号线驱动器电路914电连接。栅极信号线911不与记录栅极信号线驱动器电路913电连接。源极信号线912通过开关920与电源916电连接。信号被输入到与第n排的栅极信号线911电连接的第一晶体管901的栅极，因而第一晶体管901被导通。此时，用于擦除的信号被同时输入到从第一列到最后一列的源极信号线912中。从源极信号线912输入的用于擦除的信号通过连接于每个源极信号线的第一晶体管901被输入到第二晶体管902的栅电极。通过这时输入到第二晶体管902的信号，使得从电流供应线路917到发光元件903的电流供应被停止。发光元件903被强制性地处于不发光状态。例如，在第二晶体管902为P沟道类型的情况下，当高电平信号被输入到第二晶体管902的栅电极时发光元件903不发光。另一方面，在第二晶体管902为N沟道类型的情况下，当低电平信号被输入到第二晶体管902的栅电极时发光元件903不发光。
在擦除周期中，通过上述操作将用于擦除的信号输入到第n排(n为自然数)中。然而，如上所述，还存在第n排处于擦除周期中而另一排(第m排(m为自然数))处于记录周期中的情况。在此情况下，需要利用同一列的源极信号线将用于擦除的信号输入到第n排中而将用于记录的信号输入到第m排中。因此，最好执行如下所述的操作。
通过在上述擦除周期的操作使第n排发光元件903不发光之后，立即使栅极信号线911和用于擦除的栅极信号线驱动器电路914相互断开连接，同时转换开关920使源极信号线912和源极信号线驱动器电路915连接。然后，除了将源极信号线912和源极信号线驱动器电路915连接之外，还使栅极信号线911和用于记录的栅极信号线驱动器电路913连接起来。信号从记录栅极信号线驱动器电路913中被选择性地输入到第m排的栅极信号线911中，并且当第一晶体管901被导通时，用于记录的信号从源极信号线驱动器电路915中被输入到从第一列到最后一列的源极信号线912中。第m排的发光元件903根据所述信号发光或者不发光。
在如上所述完成了第m排的记录周期之后，立即开始第(n+1)排的擦除周期。因此，使得栅极信号线911与记录栅极信号线驱动器电路913断开，并且通过转换开关920使得源极信号线912与电源916相连接。并且，栅极信号线911与记录栅极信号线驱动器电路913断开，同时栅极信号线911与擦除栅极信号线驱动器电路914相连接。当信号从擦除栅极信号线驱动器电路914中被选择性地输入到第(n+1)排的栅极信号线911中，使第一晶体管901导通时，擦除信号从电源916中被输入。如此，在完成了第(n+1)排的擦除周期之后，立即开始第(m+1)排的记录周期。之后，可重复地执行擦除周期和记录周期，直到究成最后一排的擦除周期。
在本实施方式中，描述了第m排的记录周期被设在第n排的擦除周期与第(n+1)排的擦除周期之间的模式。然而，不局限于此，第m排的记录周期也可以被设在第(n-1)排的擦除周期与第n排的擦除周期之间。
在本实施方式中，当在子帧周期504中提供非发光周期504d时，重复执行将擦除栅极信号线驱动器电路914与某一栅极信号线911断开并且将记录栅极信号线驱动器电路913连接于另一个栅极信号线911的操作。可在不具有不发光周期的帧周期中执行所述操作。
实施方式3
以下将根据图7的横截面图描述包括本发明发光元件的发光器件的一个例子。
在图7中，被虚线包围的部分为用于驱动本发明的发光元件12的晶体管11。所述发光元件12为根据本发明的发光元件，其具有位于第一电极13和第二电极14之间的由空穴产生层、电子产生层和含有发光物质的层层叠而形成的层15。第一电极13和晶体管11的漏极区通过布线17相互电连接，所述布线17穿过第一层间绝缘膜16(16a、16b、16c)。另外，通过间隔层18将发光元件12与另一相邻的发光元件分隔开。在本实施方式中，具有所述结构的本发明的发光器件位于衬底10上。
图7中所示的晶体管11为顶栅型晶体管，其中以半导体层为中心在和衬底相反一侧设置有栅电极。然而，对于晶体管11的结构并没有特别限制。例如，可以采用底栅型晶体管。当采用底栅型晶体管时，可以使用在形成沟道的半导体层上形成保护膜的晶体管(沟道保护晶体管)，或者其中形成沟道的半导体层的一部分为凹陷的晶体管(沟道蚀刻晶体管)。本文中，附图标记21、22、23、24、25和26分别为栅电极、栅绝缘膜、半导体层、n型半导体层、电极和保护膜。
另外，形成晶体管11的半导体层可以是结晶或非晶的，或可选地可以是半非晶的。
以下将描述半非晶半导体。半非晶半导体是具有在非晶和结晶(例如单晶或多晶)结构之间的中间结构的半导体，且具有在自由能方面稳定的第三态，其包括有近程有序和晶格应变的结晶区。而且，0.5至20nm的晶粒包含于半非晶半导体膜中的至少一个区域中。半非晶半导体的拉曼光谱向比520cm-1更低的波数侧漂移。在X射线衍射中，观察到由于Si晶格所引起的(111)和(220)的衍射峰。在半非晶半导体中包括1原子％或更多的氢或卤素，以终止悬挂键(danglingbond)。因此，半非晶半导体也称作微晶半导体。通过辉光放电(等离子体CVD)分解SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4中的任何一个，来形成半非晶半导体。可以用H2或H2和选自He、Ar、Kr和Ne中一种或多种稀有气体元素来稀释该气体，其中稀释比在2∶1至1000∶1的范围内。在辉光放电期间压强大约在0.1Pa至133Pa的范围内，电源频率在1MHz至120MHz的范围内，优选13MHz至60MHz。衬底加热温度可以是300℃或更小，优选100℃至250℃。作为膜中的杂质元素，理想的是将诸如氧、氮或碳的大气杂质组分控制为1×1020/cm3或更小的浓度，特别地，将氧浓度控制为5×1019/cm3或更小，优选1×1019/cm3或更小。另外，使用半非晶半导体的TFT(薄膜晶体管)有大约1至10m2/Vsec的迁移率。
而且，用于半导体层的具体例子的结晶半导体包括单晶或多晶硅和硅-锗，其可以通过激光结晶化形成，或可以通过使用例如镍的元素的固相生长法的结晶化形成。
在使用非晶材料，例如非晶硅形成半导体层的情况下，优选的是发光器件具有由晶体管11和其它晶体管(形成用于驱动发光元件的电路的晶体管)都是N沟道晶体管构成的电路。除了该情况之外，发光器件可以具有由N沟道晶体管和P沟道晶体管中之一构成的电路，或者可以具有由N沟道晶体管和P沟道晶体管两者构成的电路。
进一步地，所述第一层间绝缘膜16可以为图7A、7C所示的多层结构，或者为单层结构。所述第一层间绝缘膜16a由无机材料构成，例如硅氧化物或硅氮化物，第一层间绝缘膜16b由丙烯酸、硅氧烷(通过硅(Si)和氧(O)之间的键形成构架结构，并且以氢或有机基比如烷基作为取代基的化合物)、或能够通过涂覆而形成膜的硅氧化物等具有自平坦性的材料构成。另外，第一层间绝缘膜16c由包含氩(Ar)的硅氮化物膜构成。然而，对于构成各个层中的材料没有特别限制，可以采用本文所提及材料之外的材料。进一步地，可以结合由上述材料以外的材料构成的层。像这样，无机材料和有机材料两者，或无机材料和有机材料中的一种可以用于形成第一层间绝缘膜16。
对于分隔层18，边缘部分优选具有在曲率半径上不断变化的形状。另外，采用例如丙烯酸、硅氧烷、抗蚀剂或硅氧化物的材料形成分隔层18。无机材料和有机材料之一或两者可以用于形成分隔层18。
在图7A和7C中，晶体管11和发光元件12之间仅仅提供第一层间绝缘膜16。然而，如图7B所示，除了第一层间绝缘膜16(16a和16b)之外，还可以提供第二层间绝缘膜19(19a和19b)。在图7B的发光器件中，第一电极13穿过第二层间绝缘膜19与布线17连接。
第二层间绝缘膜19可以如第一层间绝缘膜16一样为多层或单层。第二层间绝缘膜19a由丙烯酸、硅氧烷、或能够通过涂覆而形成膜的硅氧化物等具有自平坦性的材料构成。另外，第二层间绝缘膜19b由包含氩(Ar)的硅氮化物膜构成。对于构成各个层的材料没有特别限制，可以采用本文所提及材料之外的材料。进一步地，可以结合由上述材料以外的材料构成的层。像这样，无机材料和有机材料两者，或无机材料和有机材料中的一种可以用于形成第二层间绝缘膜19。
在发光元件12中，当第一电极13和第二电极14均由透光性材料形成时，如图7A的空心箭头所示，发出的光可以从第一电极13侧和第二电极14侧双方提取。当仅仅第二电极14由透光性材料形成时，如图7B的空心箭头所示，发出的光可以仅仅从第二电极14侧提取。在此情况下，第一电极13优选由具有高度反射性的材料构成，或者在第一电极13下方提供由具有高度反射性的材料构成的膜(反射膜)。另外，当仅仅第一电极13由透光性材料构成时，如图7C的空心箭头所示，发出的光可以仅仅从第一电极13侧提取。在此情况下，第二电极14优选由具有高度反射性的材料构成，或者在第二电极14上方提供反射膜。
另外，发光元件12可以由层15层叠来实现在施加电压而第二电极14的电位高于第一电极13的电位时开始工作，或者相反，即可以由层15层叠来实现在施加电压而第二电极14的电位低于第一电极13的电位时开始工作。在前一种情况下，所述晶体管11为P沟道型晶体管，在后一种情况下，所述晶体管11为N沟道型晶体管。
如上所述，在本实施方式中描述了借助于利用晶体管而控制发光元件的驱动的有源型发光器件，但是，也可以采用不特意提供晶体管等用于驱动的元件来驱动发光元件的无源型发光器件。图8表示应用本发明而制造的无源型发光器件的斜视图。在图8中，在衬底951上的电极952和电极956之间设有由包含发光物质的层、电子产生层、以及空穴产生层顺序地层叠而形成的层955。电极952的边缘部分被绝缘层953覆盖。而且，在绝缘层953之上形成有隔壁层954。该隔壁层954的侧面具有倾斜，即越靠近衬底表面，一个侧面和另一个侧面的距离就越窄。就是说，隔壁层954的短边方向的横截面是梯形，并且，其底边(朝向与绝缘层953的面方向相同的方向，且与绝缘层953接触的一边)的宽度短于其上边(朝向与绝缘层953的面方向相同的方向，且与绝缘层953不接触的一边)。如此，通过提供隔壁层954，可以防止由于静电导致的发光元件的不良。而且，在无源型发光器件的情况下，借助于包含能够以低驱动电压工作的本发明的发光元件，可以在低功耗下进行驱动。
实施方式4
使用本发明的发光元件作为像素的发光器件能够减少起因于发光元件的工作不良的显示缺陷，从而进行良好的显示工作。由此，通过将上述发光器件适用于显示部分，可以获得很少有由于显示缺陷导致的显示图像错认等的电子器件。另外，使用本发明的发光元件作为光源的发光器件由于很少有发光元件的工作不良导致的缺陷，从而能够良好地进行照明。因此，通过利用这样的发光器件作为照明部分比如背部照明，并且通过安装本发明的发光器件，可以减少因发光元件的问题所导致的工作不良如在局部产生暗部，从而能够良好地选行显示。
在图9中表示安装有适用了本发明的发光器件的电子器件的实例。
图9A表示根据本发明而制造的个人计算机，其包括主体5521、框体5522、显示部分5523以及键盘5524等。将以本发明发光元件用作像素的发光器件结合至显示部分中，可以得到所述个人计算机。另外，将以本发明发光元件用作光源的发光器件结合至背部照明中，也可以得到个人计算机。具体来说，如图10所示，在个人计算机的显示部分中，通过将液晶器件5512和至少具有一个本发明发光元件的发光器件5513夹在框体5511和框体5514之间，可以得到利用本发明的发光元件作为光源的个人计算机。液晶器件5512安装有外部输入端口5515，而且发光器件5513安装有外部输入端口5516。另外，在发光器件5513中可以配置多个本发明的发光元件，也可以通过使一个发光元件覆盖衬底的大部分而提供发光元件。对于从发光器件5513的发光元件发射出来的发光颜色没有具体限定，除了白色之外还可以是红色、蓝色、绿色等。
图9B表示根据本发明而制造的手机，其包括主体5552、显示部分5551、声音输出部分5554、声音输入部分5555、操作键5556和5557、以及天线5553。将具有本发明发光元件的发光器件结合至显示部分中，可以得到所述手机。
图9C表示根据本发明而制造的电视接收机，其包括显示部分5531、框体5532以及扬声器5533。将具有本发明发光元件的发光器件结合至显示部分中，可以得到所述电视接收机。
如上所述，本发明的发光器件适合用于各种电子器件的显示器部分。注意，电子器件不局限于本实施方式中所描述的器件，还可以是其他电子器件如汽车导航装置等。
实施例1
接下来，将说明用透射电子显微镜对在实施本发明时所使用的层进行观测的结果。
首先，在硅片700上以三氧化钼、DNTPD和红荧烯作为原料通过共同蒸发沉积法形成第一层701，从而制造用于观测的样品(图11)。第一层701的厚度为200nm。在此，共同蒸发沉积法是指设在一个处理室内的多个蒸发源分别蒸发原料，以将该原料淀积在被处理物上的沉积方法。注意，处理室内的压力设定为1×10-4Pa。另外，通过使用电阻加热法加热每个原料，从而执行蒸发。
另外，通过调整蒸发速度，将上述形成的第一层701的三氧化钼、DNTPD和红荧烯的含量设定为如下：钼原子与DNTPD的摩尔比(钼原子/DNTPD)为3，红荧烯与DNTPD的摩尔比(红荧烯/DNTPD)为0.01。
然后，借助于透射电子显微镜(TEM)对如上制造的样品的截面进行观测。注意，当实施观测时用由铂构成的第二层702覆盖第一层701。图12表示通过观测而取得的图像(倍率：100万倍)。从图12来看，可以得知在第一层701中交替地存在颜色深的第一区域711和颜色淡的第二区域。就是说，可以得知钼浓度高的区域和钼浓度低的区域交替地被提供。另外，从图12来看可以得知的是，钼浓度高的第一区域711沿层的厚度方向具有大约3nm的距离，而且钼浓度低的第二区域712沿层的厚度方向具有大约3nm的距离。
虽然上文所述的实施方案模式和实施例参考附图给出了本发明的全部说明，但只要是本领域的人员就很容易得知本发明的形式、实施模式的详情等可以被更改或修改。所以，除非上述更改或修改脱离了以下的本发明的权利要求范围，否则所有的更改和修改都将被认为在本发明的权利要求范围内。