JP2007180526A - 発光素子、発光装置並びに電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】消費電力の低減と欠陥の発生の抑制を同時に実現する、新規な発光素子を提供する。また、消費電力の低減と欠陥の発生の抑制を同時に実現する発光装置、電子機器を提供する。
【解決手段】有機化合物中の原子のｐ軌道から、金属酸化物の金属原子のｄ軌道に電荷が移動している複合体を用いた新規な発光素子、発光装置、及び電子機器を提供する。複合体は高い導電性を有しているため、厚いバッファー層として用いても駆動電圧を低減することができる。よって、発光素子の消費電力を低減でき、欠陥の発生を抑制することができる。
【選択図】なし
【解決手段】有機化合物中の原子のｐ軌道から、金属酸化物の金属原子のｄ軌道に電荷が移動している複合体を用いた新規な発光素子、発光装置、及び電子機器を提供する。複合体は高い導電性を有しているため、厚いバッファー層として用いても駆動電圧を低減することができる。よって、発光素子の消費電力を低減でき、欠陥の発生を抑制することができる。
【選択図】なし
Description
本発明は、電流励起型の発光素子に関する。また、発光素子を有する発光装置、電子機器に関する。
近年、発光性の有機化合物を用いた発光素子の研究開発が盛んに行われている。これら発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の有機化合物を含む層を挟んだものである。この素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子およびホールがそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子およびホール）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
なお、有機化合物が形成する励起状態の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であり、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼ばれている。
このような発光素子は、例えば０．１μｍ程度の有機薄膜で形成されるため、薄型軽量に作製できることが大きな利点である。また、キャリアが注入されてから発光に至るまでの時間は１μ秒程度あるいはそれ以下であるため、非常に応答速度が速いことも特長の一つである。これらの特性は、フラットパネルディスプレイ素子として好適であると考えられている。
また、これらの発光素子は膜状に形成されるため、大面積の素子を形成することにより、面状の発光を容易に得ることができる。このことは、白熱電球やＬＥＤに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
しかし、発光素子の実用化に向けての課題として、消費電力の低減がある。消費電力を低減するためには、電流効率を向上させる方法、駆動電圧を低減する方法の二種類が挙げられる。駆動電圧を低減する方法としては、ＰＩＮ構造を使用する方法が報告されている（非特許文献１参照）。
ＰＩＮ素子はＰ−ドープされた層とＮ−ドープされた層により構成されており、多くの研究者が最適なドナーやアクセプターおよびホストの探索を行っている。
発光素子の実用化に向けてのもう一つの課題は、電極間ショートである。電極間ショートは基板上に残った微粒子等に起因する。発光素子の薄膜の膜厚は、通常０．１μｍ程度であるため、０．１μｍ程度の微粒子でさえ、簡単に電極間のショートを引き起こす。電極間ショートが生じた発光素子は発光することができないため、これらは暗点として認識される。このような欠陥は、例えば発光素子をフラットパネルディスプレイ素子として用いる場合、ディスプレイパネルの商品価値を大きく下げてしまい、結果としてパネルコストの増大を引き起こす。
これらの電極間ショートを防止する方法の一つは、バッファー層の厚膜化である。しかし、多くの有機化合物は導電性が低いため、厚膜化することにより発光素子の消費電力は増大してしまう。
Ｊａｎ Ｂｉｒｎｓｔｏｃｋ ， ｅｔ ａｌ．， "Ｆｕｌｌｙ Ｏｒｇａｎｉｃ ＰＩＮ ＯＬＥＤｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ， Ｌｉｆｅ ｔｉｍｅ， ａｎｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ"， ＥｕｒｏＤｉｓｐｌａｙ ２００５， １９５（２００５）
Ｊａｎ Ｂｉｒｎｓｔｏｃｋ ， ｅｔ ａｌ．， "Ｆｕｌｌｙ Ｏｒｇａｎｉｃ ＰＩＮ ＯＬＥＤｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ， Ｌｉｆｅ ｔｉｍｅ， ａｎｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ"， ＥｕｒｏＤｉｓｐｌａｙ ２００５， １９５（２００５）
そこで本発明では、消費電力の低減と欠陥の発生の抑制を同時に実現する、新規な発光素子を提供する。また、消費電力の低減と欠陥の発生の抑制を同時に実現する発光装置、電子機器を提供する。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、有機化合物と金属酸化物から形成される有機化合物と金属酸化物の複合体を用いることにより、課題を解決できることを見出した。
すなわち、本発明の一は、有機化合物と金属酸化物を用いた複合体を有し、前記有機化合物中の原子のｐ軌道から、前記金属酸化物の金属原子のｄ軌道に電荷が移動していることを特徴とする発光素子である。
上記構成において、金属原子は、遷移金属であることが好ましい。また、元素周期表における４乃至８族に属する金属であることが好ましい。特に、モリブデンであることが好ましい。
また、上記構成において、有機化合物は、芳香族アミン化合物であることが好ましい。有機化合物が芳香族アミン化合物である場合、芳香族アミン化合物の窒素原子のｐ軌道から、電荷が移動している。
また、上記構成において、前記有機化合物は、芳香族炭化水素であることが好ましい。
本発明は、上述した発光素子を有する発光装置も範疇に含めるものである。
また、本発明の一は、有機化合物と金属酸化物を用いた複合体を有する画素を有し、８５℃で６６０時間駆動した後の画素欠陥の増加数が、総画素数の０．０８７％以下であることを特徴とする発光装置である。
また、本発明の一は、有機化合物と金属酸化物を用いた複合体を有する画素を有し、−４０℃で６６０時間駆動した後の画素欠陥の増加数が、総画素数の０．０８７％以下であることを特徴とする発光装置である。
また、本発明の一は、有機化合物と金属酸化物を用いた複合体を有する画素を有し、８５℃で４時間駆動、−４０℃で４時間駆動を繰り返し、６６０時間駆動した後の画素欠陥の増加数が、総画素数の０．０８７％以下であることを特徴とする発光装置である。
また、本発明の一は、有機化合物と金属酸化物を用いた複合体を有する画素を有し、８５℃で４時間駆動、−４０℃で４時間駆動を繰り返し、６０時間駆動した後の画素欠陥の増加数が、表示面積１０００ｍｍ２あたり３個以下であることを特徴とする発光装置である。
また、本発明の一は、有機化合物と金属酸化物を用いた複合体を含む層を有し、各画素の発光色に応じて、前記有機化合物と金属酸化物を用いた複合体を含む層の膜厚が異なることを特徴とする発光装置である。
なお、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を含むものとする。また、発光素子にコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
また、本発明の発光素子を表示部に用いた電子機器も本発明の範疇に含めるものとする。したがって、本発明の電子機器は、表示部を有し、表示部は、上述した発光素子と発光素子の発光を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
本発明の発光素子に用いる有機化合物と金属酸化物の複合体は高い導電性を有しているため、厚いバッファー層として用いても駆動電圧を低減することができる。よって、発光素子の消費電力を低減することができる。
また、有機化合物と金属酸化物の複合体を用いて厚いバッファー層を形成することにより、欠陥の発生を抑制することができる。
よって、消費電力が低減され、欠陥の発生が抑制された発光素子、発光装置、並びに電子機器を提供することができる。
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の発光素子に用いる有機化合物と金属酸化物の複合体について説明する。なお、本明細書中において、複合とは、単に２つの材料を混合させるだけでなく、分子レベルで混合し、これによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う。
本実施の形態では、本発明の発光素子に用いる有機化合物と金属酸化物の複合体について説明する。なお、本明細書中において、複合とは、単に２つの材料を混合させるだけでなく、分子レベルで混合し、これによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う。
本発明の発光素子に用いる有機化合物と金属酸化物の複合体は、有機化合物と金属酸化物から構成される。有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。なお、有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、有機化合物と金属酸化物の複合体に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
例えば、芳香族アミン化合物としては、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス［Ｎ―フェニル−Ｎ−（スピロフルオレン−２−イル）］ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）などを挙げることができる。
また、以下に示す有機化合物を用いることにより、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない有機化合物と金属酸化物の複合体を得ることができる。
４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない有機化合物と金属酸化物の複合体に含まれる芳香族アミンとしては、Ｎ，Ｎ’−ジ（ｐ−トリル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミン（略称：ＤＴＤＰＰＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）等を挙げることができる。
また、有機化合物と金属酸化物の複合体に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、具体的には、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）等を挙げることができる。
また、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）、２，３，５，６−トリフェニル−１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン等を用いることができる。
また、有機化合物と金属酸化物の複合体に用いることのできる芳香族炭化水素としては、例えば、９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，１０−ジ（ナフタレン−１−イル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、９，１０−ジ（４−フェニルフェニル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ジ（４−メチルナフタレン−１−イル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス［２−（ナフタレン−１−イル）フェニル］アントラセン、９，１０−ビス［２−（ナフタレン−１−イル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（ナフタレン−１−イル）アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジ（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン等が挙げられる。また、この他、ペンタセン、コロネン等も用いることができる。このように、１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有し、炭素数１４〜４２である芳香族炭化水素を用いることがより好ましい。
なお、有機化合物と金属酸化物の複合体に用いることのできる芳香族炭化水素は、ビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等が挙げられる。
また、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）やポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）等の高分子化合物を用いることもできる。
また、有機化合物と金属酸化物の複合体に用いる金属酸化物としては、遷移金属酸化物が好ましい。また元素周期表における４乃至８族に属する金属の酸化物であることが好ましい。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすく好ましい。
有機化合物と金属酸化物の複合体を形成する方法としては、湿式法、乾式法を問わず、どのような手法を用いても良い。例えば、上述した有機化合物と金属酸化物とを共蒸着することにより、有機化合物と金属酸化物の複合体を作製することができる。また、上述した有機化合物と金属アルコキシドを含む溶液を塗布し、焼成することによって、有機化合物と金属酸化物の複合体を作製することができる。なお、有機化合物と金属酸化物の複合体を共蒸着法により形成する場合、酸化モリブデンは真空中で蒸発しやすいため、作製プロセスの面から好ましい。
本発明の発光素子に用いる有機化合物と金属酸化物の複合体は高い導電性を示すことを確かめるため、抵抗率を測定した。
ＮＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜を形成し、その抵抗率について測定した。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜の膜厚は２００ｎｍとし、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜に含まれるＮＰＢと酸化モリブデンとの比率は、重量比でＮＰＢ：酸化モリブデン＝１：０．２５となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
ＮＰＢと酸化モリブデンとを用いた有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜の抵抗率は、３×１０５Ω・ｃｍであった。つまり、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜の抵抗率は、他の有機層に比べて非常に小さい。この特徴が素子の厚膜化を可能にし、素子のショートを防止できる。また干渉等を利用した光学設計をする際にも適した膜厚を得ることが容易である。
また、有機化合物と金属酸化物の複合体として、ＮＰＢと酸化モリブデンを混合させた有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜を用いた素子１を作製し、素子１の電圧−電流密度特性を測定した。図１２に素子１の電圧―電流密度特性を示す。比較としてＮＰＢ膜を用いた比較素子２及び酸化モリブデン膜を用いた比較素子３のＩ−Ｖ特性も測定した。
素子１は、以下の方法で作製した。ガラス基板上に、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を成膜し、ＩＴＯ上に、ＮＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜を成膜した。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚は２００ｎｍとし、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜に含まれるＮＰＢと酸化モリブデンとの比率は、重量比では、ＮＰＢ：酸化モリブデン＝１：０．３７５となるように調節した。そして、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜上に、アルミニウム（Ａｌ）を成膜し、素子１を作製した。
比較素子２は、素子１の有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜の代わりにＮＰＢ膜を２００ｎｍの膜厚で形成した。
比較素子３は、素子１の有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜の代わりに酸化モリブデン膜を７０ｎｍの膜厚で形成した。
素子１および比較素子２、比較素子３の電圧−電流密度特性を図１２に示す。ＮＰＢ膜を用いた比較素子２と有機化合物と金属酸化物の複合体を用いた素子１を比べると、酸化モリブデンを混入することで極めて低抵抗になっているのがわかる。１０ｍＡ／ｃｍ２時で抵抗が約１００分の１になった。
また、図１２からわかるように、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜ではほぼオーミックな電極コンタクトが可能である。
また、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜は順バイアス及び逆バイアスでも特性が変わらないことがわかった。また、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜はＮＰＢ膜だけでなく酸化モリブデン膜と比べても低抵抗化していた。
また、図１３に、ＮＰＢと酸化モリブデンを混合させた有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜、およびＮＰＢ膜、酸化モリブデン膜の吸収スペクトルを示す。
ＮＰＢと酸化モリブデンを用いた複合体を含む膜は、以下の方法で作製した。石英基板上に、ＮＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜を成膜した。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜に含まれるＮＰＢと酸化モリブデンとの比率は、重量比では、ＮＰＢ：酸化モリブデン＝１：１となるように調節した。
比較素子５は、有機化合物と金属酸化物の複合体の膜の代わりにＮＰＢ膜を形成した。
比較素子６は、有機化合物と金属酸化物の複合体の膜の代わりに酸化モリブデン膜を形成した。
図１３に示すように、ＮＰＢと酸化モリブデンから構成される有機化合物と金属酸化物の複合体の吸収スペクトルでは、５００ｎｍ近辺、および１３００ｎｍ近辺に吸収が観測される。これらの吸収は個々の材料には見られない吸収である。このことは、ＮＰＢから酸化モリブデンへの電荷の移動が起こっていることを示唆している。
また、有機化合物と金属酸化物の複合体のＥＳＲスペクトルを図３０に示す。
石英基板上に、共蒸着法により、芳香族アミン化合物である４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）と酸化モリブデンとを含む層を２００ｎｍの膜厚となるように形成した。この時、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンの比率が重量比で１：０．５となるように共蒸着した。このＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層のＥＳＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｉｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：電子スピン共鳴）測定を行った。ＥＳＲ測定とは、不対電子を有する試料に強い磁場をかけて、不対電子のエネルギー準位がゼーマン分裂を起こし、その準位間のエネルギー差であるマイクロ波の共鳴吸収遷移を利用した測定方法である。このＥＳＲ測定では、吸収が起きるときの周波数、および磁場の強さを測定することで、不対電子の有無、スピン状態がわかる。さらに、吸収強度から、電子スピンの濃度を求めることもできる。今回の測定は、電子スピン共鳴分析装置、ＪＥＳ−ＴＥ２００（日本電子製）を使用し、共振周波数９．３ＧＨｚ、変調周波数１００ｋＨｚ、変調幅０．６３ｍＴ、増幅度５０、時定数０．１ｓｅｃ、マイクロ波入力１ｍＷ、掃引時間４ｍｉｎ、測定温度は室温、の条件で行った。なお、磁場校正用試料として、酸化マグネシウムに担持されたマンガンを用いた。そのＥＳＲ測定結果を図３０に示す。また、比較例として、ＤＮＴＰＤ単膜（膜厚２００ｎｍ）、酸化モリブデン単膜（膜厚２００ｎｍ）についてもＥＳＲ測定を行った。ＤＮＴＰＤ単膜のＥＳＲ測定結果を図３１に、酸化モリブデン単膜のＥＳＲ測定結果を図３２に示す。
図３０〜図３２より、ＤＮＴＰＤ単膜および酸化モリブデン単膜ではＥＳＲシグナルが検出されなかったが、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層ではＥＳＲシグナルが検出された。このことから、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層は、不対電子を有することがわかった。つまり、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層は、ＤＮＴＰＤ単膜および酸化モリブデン単膜とは異なる電子状態にあるということがわかった。なお、図３０より、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層のｇ値は２．００２５と求まり、自由電子のｇ値である２．００２３と非常に近い値であることがわかった。一方、線幅は０．７７ｍＴと非常に狭いことがわかった。
図３０から分かるように、有機化合物と金属酸化物の複合体はＥＳＲシグナルが観測されている。従って、これらの現象は、上記電荷移動の証拠となる。つまり、ＮＰＢと酸化モリブデンは電荷移動錯体を形成していると考えられる。電荷移動錯体が形成すると膜中のキャリア濃度が高まり低抵抗になる。そのため、有機化合物と金属酸化物の複合体は優れた導電性を与えると考えられる。
また、有機化合物と金属酸化物の複合体を用いた素子３の順バイアスと逆バイアスで電流―電圧特性が同じであることも、キャリア密度濃度が高くなったことで説明できる。上記の素子構造では順方向と逆方向では陽極がＩＴＯとＡｌで異なる。ＩＴＯよりＡｌの仕事関数の方が小さいので、ＮＰＢ膜では順バイアスで電流が流れても逆バイアスでは電流が流れなかった。しかしながら有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜の場合はキャリア密度濃度が高いために、陽極と有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜の間でキャリアの移動が起こり、陽極をＡｌとした場合でも注入障壁が小さくなる。そのために効率よくホールを注入できる。すなわち、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜の場合は陽極の仕事関数依存性が小さいために多種の材料が陽極として採用できる。つまり、仕事関数に依存せずに電極材料を選択することが可能となり、電極材料の選択肢の幅が広がる。
有機化合物と金属酸化物の複合体の電荷移動の詳細を解明することを目的として、スーパーコンピュータを用いた計算を行った。初期モデルとして、ＮＰＢ分子３つと、Ｍｏ５Ｏ１５の組成からなるＭｏクラスター二つを採用し、これをＴｉｇｈｔ−Ｂｉｎｄｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎによって最適化を行った。各ステップの時間は０．０５ｆｓ（フェムト秒）であり、一定温度、一定圧力のもと、合計５００００ステップの計算を行った。図１４に、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜の最適化した構造を示す。ＮＰＢ分子とモリブデンクラスターが互いに凝集していることが分かる。このことが、スムースな電子移動に寄与していると考えられる。
同様の計算を単一のＮＰＢ分子、および単一のクラスターについても行った。図１５に計算結果を示す。図１５は、モリブデン（Ｍｏ）のｓ−軌道、ｐ−軌道、ｄ−軌道、および酸素（Ｏ）のｐ−軌道の状態密度（Ｔｈｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｔａｔｅｓ：ＤＯＳ）を示している。
電子のアクセプターレベルはフェルミ準位に最も近く、かつフェルミ準位よりも高いエネルギー軌道である必要がある。モリブデンのｓ、ｐ、ｄ軌道、ならびに、酸素のｐ軌道がこの要求を満足することが図１５から分かる。しかし、図１５に示すように、モリブデンのｄ軌道が最も状態密度が大きいことが分かる。
また、ＮＰＢ分子の原子電荷を計算した。半経験的分子軌道計算プログラムＭＯＰＡＣ２０００を用い、ＥＦ ＰＭ５ ＰＲＥＣＩＳＥ ＥＳＰをキーワードとし、分子表面の静電ポテンシャルより原子電荷を計算した。その結果を図２４に示す。ＮＰＢ分子中、窒素原子が最もマイナスの電荷が大きいことがわかった、具体的には、二つの窒素原子はそれぞれ−０．６５８４、−０．６３２３という原子電荷を有することがわかった。
これらの結果は、ＮＰＢの窒素原子からモリブデンのｄ軌道に電荷が移動することを意味している。つまり、有機化合物中の原子のｐ軌道から、金属酸化物の金属原子のｄ軌道に電荷が移動していることを意味している。この電荷移動の結果、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む膜中のキャリア数が増大し、その結果高い導電性を実現していると考えられる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
（実施の形態２）
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリア（担体）の再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質を含む層を組み合わせて積層されたものである。
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリア（担体）の再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質を含む層を組み合わせて積層されたものである。
本発明の発光素子の一態様について図１（ａ）を用いて以下に説明する。
本形態において、発光素子は、第１の電極１０２と、第１の電極１０２の上に順に積層した第１の層１０３、第２の層１０４、第３の層１０５、第４の層１０６と、さらにその上に設けられた第２の電極１０７とから構成されている。なお、本形態では第１の電極１０２は陽極として機能し、第２の電極１０７は陰極として機能するものとして以下説明をする。
基板１０１上は発光素子の支持体として用いられる。基板１０１としては、例えばガラス、またはプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子を作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。
第１の電極１０２としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物を用いることができる。例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタにより成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。この他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウム−チタン（Ａｌ−Ｔｉ）、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）または金属材料の窒化物（ＴｉＮ）等、を用いることができるが、第１の電極を陽極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）などで形成されていることが好ましい。
なお、本発明の発光素子において、第１の電極１０２は仕事関数の大きい材料に限定されず、仕事関数の小さい材料を用いることもできる。
第１の層１０３は、バッファー層である。すなわち、実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層である。
第２の層１０４は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送性の高い物質としては、例えば４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）やＮ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）などの芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する）の化合物等が挙げられる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。つまり、実施の形態１で示した、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。なお、第２の層１０４は、単層のものだけでなく、上記物質を含む層が二層以上積層したものであってもよい。
第３の層１０５は、発光性の高い物質を含む層である。種々の材料を用いることができる。例えば、発光性の高い物質と、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ）や９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）等のキャリア輸送性が高く膜質がよい（つまり結晶化しにくい）物質とを自由に組み合わせて構成される。発光性の高い物質としては、具体的には、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルキナクリドン（略称：ＤＰＱｄ）や３−（２−ベンソチアゾイル）−７−ジエチルアミノクマリン（略称：クマリン６）、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ１）、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ジュロリジン−４−イル−ビニル）−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ２）、Ｎ，Ｎ−ジメチルキナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）、９，１０−ジフェニルアントラセン、５，１２−ジフェニルテトラセン（略称：ＤＰＴ）、クマリン６、ペリレン、ルブレンなどの一重項発光材料（蛍光材料）や、ビス（２−（２’−ベンゾチエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’）（アセチルアセトナト）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））などの三重項発光材料（燐光材料）などを用いることができる。但し、ＡｌｑやＤＮＡは発光性も高い物質であるため、これらの物質を単独で用いた構成とし、第３の層１０５としても構わない。
第４の層１０６は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送性の高い物質としては、例えばトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等が挙げられる。また、この他ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）や、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）なども用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を第４の層１０６として用いても構わない。また、第４の層１０６は、単層のものだけでなく、上記物質を含む層が二層以上積層したものとしてもよい。
第２の電極１０７を形成する物質としては、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の１族または２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）が挙げられる。しかしながら、第２の電極１０７と発光層との間に、電子注入を促す機能を有する層を、当該第２の電極と積層して設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等様々な導電性材料を第２の電極１０７として用いることができる。
なお、電子注入を促す機能を有する層としては、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物を用いることができる。また、この他、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたもの、例えばＡｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いることができる。
また、第１の層１０３、第２の層１０４、第３の層１０５、第４の層１０６の形成方法は、上記のような蒸着法以外の方法でもよい。例えばインクジェット法またはスピンコート法など用いても構わない。また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
以上のような構成を有する本発明の発光素子は、第１の電極１０２と第２の電極１０７との間に生じた電位差により電流が流れ、発光性の高い物質を含む層である第３の層１０５において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。つまり第３の層１０５に発光領域が形成されるような構成となっている。但し、第３の層１０５の全てが発光領域として機能する必要はなく、例えば、第３の層１０５のうち第２の層１０４側または第４の層１０６側にのみ発光領域が形成されるようなものであってもよい。
発光は、第１の電極１０２または第２の電極１０７のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、第１の電極１０２または第２の電極１０７のいずれか一方または両方は、透光性を有する物質で成る。第１の電極１０２のみが透光性を有する物質からなるものである場合、図１（ａ）に示すように、発光は第１の電極１０２を通って基板側から取り出される。また、第２の電極１０７のみが透光性を有する物質からなるものである場合、図１（ｂ）に示すように、発光は第２の電極１０７を通って基板と逆側から取り出される。第１の電極１０２および第２の電極１０７がいずれも透光性を有する物質からなるものである場合、図１（ｃ）に示すように、発光は第１の電極１０２および第２の電極１０７を通って、基板側および基板と逆側の両方から取り出される。
なお、第１の電極１０２と第２の電極１０７との間に設けられる層の構成は、上記のものには限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光が抑制されるように、第１の電極１０２および第２の電極１０７から離れた部位に正孔と電子とが再結合する領域を設けた構成であり、且つ、実施の形態１で示した複合材料を含む層を有するものであれば、上記以外のものでもよい。
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質または正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質等から成る層を、本発明の複合材料を含む層と自由に組み合わせて構成すればよい。また、第１の電極１０２上には、酸化珪素膜等からなる層を設けることによってキャリアの再結合部位を制御したものであってもよい。
図２に示す発光素子は、陰極として機能する第１の電極３０２の上に電子輸送性の高い物質を含む第１の層３０３、発光性の高い物質を含む第２の層３０４、正孔輸送性の高い物質を含む第３の層３０５、実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む第４の層３０６、陽極として機能する第２の電極３０７とが順に積層された構成となっている。なお、３０１は基板である。
本実施の形態においては、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に発光素子を作製している。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、パッシブ型の発光装置を作製することができる。また、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、ＴＦＴと電気的に接続された電極上に発光素子を作製してもよい。これにより、ＴＦＴによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置を作製できる。なお、ＴＦＴの構造は、特に限定されない。スタガ型のＴＦＴでもよいし、逆スタガ型のＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴアレイ基板に形成される駆動用回路についても、Ｎ型およびＰ型のＴＦＴからなるものでもよいし、若しくはＮ型またはＰ型のいずれか一方からのみなるものであってもよい。また、ＴＦＴに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。
本発明の発光素子は、実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を有する。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層は、キャリアが内在的に発生していることにより導電性が高く、そのため発光素子の低電圧駆動を実現することができる。
また、本発明の発光素子に用いる有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層は厚く形成しても駆動電圧や消費電力の上昇が伴わないため、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚を調整することによってマイクロキャビティ効果や干渉効果を利用した光学設計を行うことができる。よって、色純度が良く、見る角度に依存する色の変化などが小さい表示品質の良い発光素子を作製することが出来るようになる。
また、本発明の発光素子に用いる有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層は、キャリア密度が高いため、電極とオーム接触することが可能である。つまり、電極との接触抵抗が小さい。そのため、仕事関数等を考慮することなく、電極材料を選ぶことができ電極材料の選択肢が広がる。
また、本発明を適用することにより、従来はャリア注入層として使用できなかった有機化合物でも金属酸化物と混合し、有機化合物と金属酸化物の複合体にすることで注入性の高いキャリア注入層として利用できる。つまり、有機化合物の選択の幅も広がる。例えば、ガラス転移点（Ｔｇ）が高いが導電性が低い材料も発光素子に使用することができるようになり、耐熱性の高い素子も作製が可能になる。
また、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を厚膜化することにより、微小な異物や衝撃等によるショートを防止することができるため、信頼性の高い発光素子を得ることができる。例えば、通常の発光素子の電極間の膜厚が１００ｎｍ〜１５０ｎｍであるのに対し、複合材料を含む層を用いた発光素子の電極間の膜厚は、１００〜５００ｎｍ、好ましくは、２００〜５００ｎｍとすることができる。
また、本発明の発光素子に用いる有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層は、真空蒸着で形成することができるため、発光物質を含む層を真空蒸着で形成する場合は、いずれの層も同一の真空装置内で成膜することが可能であり、発光素子を真空一貫で形成することができる。よって、製造工程における微小な異物の付着を防ぐことができ、歩止まりを向上させることができる。
また、本発明の発光素子に用いる有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層は、有機化合物と金属酸化物とを含んでいるため、電極と、発光物質を含む層との間に生じる応力を緩和させることができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２に示した構成とは異なる構成を有する発光素子について、図５および図６を用いて説明する。本実施の形態で示す構成では、陰極として機能する電極に接するように有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を設けることができる。
本実施の形態では、実施の形態２に示した構成とは異なる構成を有する発光素子について、図５および図６を用いて説明する。本実施の形態で示す構成では、陰極として機能する電極に接するように有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を設けることができる。
図５（ａ）に本発明の発光素子の構造の一例を示す。第１の電極４０１と、第２の電極４０２との間に、第１の層４１１、第２の層４１２、第３の層４１３が積層された構成となっている。本実施の形態では、第１の電極４０１が陽極として機能し、第２の電極４０２が陰極として機能する場合について説明する。
第１の電極４０１、第２の電極４０２は、実施の形態２と同じ構成を適用することができる。また、第１の層４１１は発光性の高い物質を含む層である。第２の層４１２は電子供与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層であり、第３の層４１３は実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層である。第２の層４１２に含まれる電子供与性物質としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属およびそれらの酸化物や塩であることが好ましい。具体的には、リチウム、セシウム、カルシウム、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物、炭酸セシウム等が挙げられる。
このような構成とすることにより、図５（ａ）に示した通り、電圧を印加することにより第２の層４１２および第３の層４１３の界面近傍にて電子の授受が行われ、電子と正孔が発生し、第２の層４１２は電子を第１の層４１１に輸送すると同時に、第３の層４１３は正孔を第２の電極４０２に輸送する。すなわち、第２の層４１２と第３の層４１３とを合わせて、キャリア発生層としての役割を果たしている。また、第３の層４１３は、正孔を第２の電極４０２に輸送する機能を担っていると言える。
また、第３の層４１３は、極めて高い正孔注入性、正孔輸送性を示す。そのため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、第３の層４１３を厚膜化した場合、駆動電圧の上昇を抑制することができる。
また、第３の層４１３を厚膜化しても、駆動電圧の上昇を抑制することができるため、第３の層４１３の膜厚の自由に設定でき、第１の層４１１からの発光の取り出し効率を向上させることができる。また、第１の層４１１からの発光の色純度が向上するように、第３の層４１３の膜厚を設定することも可能である。
また、図５（ａ）を例に取ると、第２の電極４０２をスパッタリングにより成膜する場合などは、発光性の物質が存在する第１の層４１１へのダメージを低減することもできる。
なお、本実施の形態の発光素子においても、第１の電極４０１や第２の電極４０２の材料を変えることで、様々なバリエーションを有する。その模式図を図５（ｂ）、図５（ｃ）および図６に示す。なお、図５（ｂ）、図５（ｃ）および図６では、図５（ａ）の符号を引用する。また、４００は、本発明の発光素子を担持する基板である。
図５は、基板４００側から第１の層４１１、第２の層４１２、第３の層４１３の順で構成されている場合の例である。この時、第１の電極４０１を光透過性とし、第２の電極４０２を遮光性（特に反射性）とすることで、図５（ａ）のように基板４００側から光を射出する構成となる。また、第１の電極４０１を遮光性（特に反射性）とし、第２の電極４０２を光透過性とすることで、図５（ｂ）のように基板４００の逆側から光を射出する構成となる。さらに、第１の電極４０１、第２の電極４０２の両方を光透過性とすることで、図５（ｃ）に示すように、基板４００側と基板４００の逆側の両方に光を射出する構成も可能となる。
図６は、基板４００側から第３の層４１３、第２の層４１２、第１の層４１１の順で構成されている場合の例である。この時、第１の電極４０１を遮光性（特に反射性）とし、第２の電極４０２を光透過性とすることで、図６（ａ）のように基板４００側から光を取り出す構成となる。また、第１の電極４０１を光透過性とし、第２の電極４０２を遮光性（特に反射性）とすることで、図６（ｂ）のように基板４００と逆側から光を取り出す構成となる。さらに、第１の電極４０１、第２の電極４０２の両方を光透過性とすることで、図６（ｃ）に示すように、基板４００側と基板４００の逆側の両方に光を射出する構成も可能となる。
なお、本実施の形態における発光素子を作製する場合には、湿式法、乾式法を問わず、種々の方法を用いることができる。
また、図５に示すように、第１の電極４０１を形成した後、第１の層４１１、第２の層４１２、第３の層４１３を順次積層し、第２の電極４０２を形成してもよいし、図６に示すように、第２の電極４０２を形成した後、第３の層４１３、第２の層４１２、第１の層４１１を順次積層し、第１の電極４０１を形成してもよい。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態２および実施の形態３に示した構成とは異なる構成を有する発光素子について、図３および図４を用いて説明する。本実施の形態で示す構成は、発光素子の２つの電極に接するように有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を設けることができる。
本実施の形態では、実施の形態２および実施の形態３に示した構成とは異なる構成を有する発光素子について、図３および図４を用いて説明する。本実施の形態で示す構成は、発光素子の２つの電極に接するように有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を設けることができる。
図３（ａ）に本発明の発光素子の構造の一例を示す。第１の電極２０１と、第２の電極２０２との間に、第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の層２１４が積層された構成となっている。本実施の形態では、第１の電極２０１が陽極として機能し、第２の電極２０２が陰極として機能する場合について説明する。
第１の電極２０１、第２の電極２０２は、実施の形態２と同じ構成を適用することができる。また、第１の層２１１は実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層であり、第２の層２１２は発光性の高い物質を含む層である。第３の層２１３は電子供与性物質と電子輸送性の高い化合物とを含む層であり、第４の層２１４は実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層である。第３の層２１３に含まれる電子供与性物質としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属およびそれらの酸化物や塩であることが好ましい。具体的には、リチウム、セシウム、カルシウム、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物、炭酸セシウム等が挙げられる。
このような構成とすることにより、図３（ａ）に示した通り、電圧を印加することにより第３の層２１３および第４の層２１４の界面近傍にて電子の授受が行われ、電子と正孔が発生し、第３の層２１３は電子を第２の層２１２に輸送すると同時に、第４の層２１４は正孔を第２の電極２０２に輸送する。すなわち、第３の層２１３と第４の層２１４とを合わせて、キャリア発生層としての役割を果たしている。また、第４の層２１４は、正孔を第２の電極２０２に輸送する機能を担っていると言える。なお、第４の層２１４と第２の電極２０２との間に、さらに第２の層および第３の層を再び積層することで、タンデム型の発光素子とすることも可能である。
また、第１の層２１１や第４の層２１４は、極めて高い正孔注入性、正孔輸送性を示す。そのため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。
また、第１の層２１１や第４の層２１４を厚膜化した場合、駆動電圧の上昇を抑制することができる。
また、第１の層２１１や第４の層２１４を厚膜化した場合、駆動電圧の上昇を抑制することができる。
また、第１の層２１１や第４の層２１４を厚膜化しても、発光素子の駆動電圧の上昇を抑制することができるため、第１の層２１１や第４の層２１４の膜厚の自由に設定でき、第２の層２１２からの発光の取り出し効率を向上させることができる。また、第２の層２１２からの発光の色純度が向上するように、第１の層２１１や第４の層２１４の膜厚を設定することも可能である。
また、本実施の形態の発光素子は、発光機能を担う第２の層の陽極側および陰極側を非常に厚くすることが可能となり、さらに発光素子のショートを効果的に防止できる。また、図３（ａ）を例に取ると、第２の電極２０２をスパッタリングにより成膜する場合などは、発光性の物質が存在する第２の層２１２へのダメージを低減することもできる。さらに、第１の層２１１と第４の層２１４を同じ材料で構成することにより、発光機能を担う層を挟んで両側に同じ材料で構成された層を設けることができるため、応力歪みを抑制する効果もある。
なお、本実施の形態の発光素子においても、第１の電極２０１や第２の電極２０２の材料を変えることで、様々なバリエーションを有する。その模式図を図３（ｂ）、図３（ｃ）および図４に示す。なお、図３（ｂ）、図３（ｃ）および図４では、図３（ａ）の符号を引用する。また、２００は、本発明の発光素子を担持する基板である。
図３は、基板２００側から第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の層２１４の順で構成されている場合の例である。この時、第１の電極２０１を光透過性とし、第２の電極２０２を遮光性（特に反射性）とすることで、図３（ａ）のように基板２００側から光を射出する構成となる。また、第１の電極２０１を遮光性（特に反射性）とし、第２の電極２０２を光透過性とすることで、図３（ｂ）のように基板２００の逆側から光を射出する構成となる。さらに、第１の電極２０１、第２の電極２０２の両方を光透過性とすることで、図３（ｃ）に示すように、基板２００側と基板２００の逆側の両方に光を射出する構成も可能となる。
図４は、基板２００側から第４の層２１４、第３の層２１３、第２の層２１２、第１の層２１１の順で構成されている場合の例である。この時、第１の電極２０１を遮光性（特に反射性）とし、第２の電極２０２を光透過性とすることで、図４（ａ）のように基板２００側から光を取り出す構成となる。また、第１の電極２０１を光透過性とし、第２の電極２０２を遮光性（特に反射性）とすることで、図４（ｂ）のように基板２００と逆側から光を取り出す構成となる。さらに、第１の電極２０１、第２の電極２０２の両方を光透過性とすることで、図４（ｃ）に示すように、基板２００側と基板２００の逆側の両方に光を射出する構成も可能となる。
なお、図２３に示すように、第１の層７１１が、電子供与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含み、第２の層７１２が発光性の物質を含み、第３の層７１３が実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層であり、第４の層７１４が、電子供与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む構成にすることも可能である。
なお、本実施の形態における発光素子を作製する場合には、湿式法、乾式法を問わず、種々の方法を用いることができる。
また、図３に示すように、第１の電極２０１を形成した後、第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の層２１４を順次積層し、第２の電極２０２を形成してもよいし、図４に図示するように、第２の電極２０２を形成した後、第４の層２１４、第３の層２１３、第２の層２１２、第１の層２１１を順次積層し、第１の電極を形成してもよい。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態２〜実施の形態４に示した構成とは異なる構成を有する発光素子について説明する。本実施の形態で示す構成は、複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子の電荷発生層として、本発明の複合材料を適用した構成である。
本実施の形態では、実施の形態２〜実施の形態４に示した構成とは異なる構成を有する発光素子について説明する。本実施の形態で示す構成は、複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子の電荷発生層として、本発明の複合材料を適用した構成である。
本実施の形態では、複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子（以下、積層型素子という）について説明する。つまり、第１の電極と第２の電極との間に、複数の発光ユニットを有する発光素子である。図１１に２つの発光ユニットを積層した積層型素子を示す。
図１１において、第１の電極５０１と第２の電極５０２との間には、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２が積層されている。第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２との間には、電荷発生層５１３が形成されている。
第１の電極５０１と第２の電極５０２は、種々の材料を用いることができる。
第１の発光ユニット５１１および第２の発光ユニット５１２は、それぞれ種々の構成を用いることができる。
電荷発生層５１３には、実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体が含まれている。有機化合物と金属酸化物の複合体は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。
なお、電荷発生層５１３は、有機化合物と金属酸化物の複合体と他の材料とを組み合わせて形成してもよい。例えば、実施の形態３で示したように、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層と、電子供与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層とを組み合わせて形成してもよい。また、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層と、透明導電膜とを組み合わせて形成してもよい。
本実施の形態では、２つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、同様に、３つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、実施の形１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を適用することが可能である。例えば、３つの発光ユニットを積層した発光素子は、第１の発光ユニット、第１の電荷発生層、第２の発光ユニット、第２の電荷発生層、第３の発光ユニット、の順に積層されるが、有機化合物と金属酸化物の複合体は、いずれか一つの電荷発生層のみに含まれていてもよいし、全ての電荷発生層に含まれていてもよい。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
（実施の形態６）
本実施の形態では、発光素子の光学設計について説明する。
本実施の形態では、発光素子の光学設計について説明する。
実施の形態２〜実施の形態５に示した発光素子において、各発光色を発する発光素子ごとに、少なくとも第１の電極及び第２の電極を除く各層のいずれか一つの膜厚を異ならせることにより、発光色毎の光の取り出し効率を高めることができる。
例えば、図１０に示すように、赤系色（Ｒ）、緑系色（Ｇ）、青系色（Ｂ）を発光する発光素子は、反射電極である第１の電極１１０１、及び透光性を有する第２の電極１１０２を共有しており、それぞれ第１の層１１１１Ｒ、１１１１Ｇ、１１１１Ｂ、第２の層１１１２Ｒ、１１１２Ｇ、１１１２Ｂ、第３の層１１１３Ｒ、１１１３Ｇ、１１１３Ｂ、第４の層１１１４Ｒ、１１１４Ｇ、１１１４Ｂを有する。そして、第１の層１１１１Ｒ、１１１１Ｇ、１１１１Ｂを発光色毎に異ならせる。
なお、図１０に示す発光素子において、第２の電極１１０２の電位よりも第１の電極１１０１の電位が高くなるように電圧を印加すると、第１の層１１１１から第２の層１１１２へ正孔が注入される。第３の層１１１３および第４の層１１１４の界面近傍にて電子の授受が行われ、電子と正孔が発生し、第３の層１１１３は電子を第２の層１１１２に輸送すると同時に、第４の層１１１４は正孔を第２の電極１１０２に輸送する。正孔と、電子とが、第２の層１１１２において再結合し、発光物質を励起状態にする。そして、励起状態の発光物質は、基底状態に戻るときに発光する。
図１０に示すように、第１の層１１１１Ｒ、１１１１Ｇ、１１１１Ｂを発光色毎に異ならせることにより、直接第２の電極を介して認識する場合と、第１の電極で反射して第２の電極を介して認識する場合とで光路が異なることによる、光の取り出し効率の低下を防止することができる。
具体的には、第１の電極に光が入射した場合、反射光には位相の反転が生じ、これによって生じる光の干渉効果が生じる。その結果、発光領域と反射電極との光学距離、つまり屈折率×距離が、発光波長の（２ｍ−１）／４倍（ｍは任意の正の整数）、即ち、ｍ＝１／４、３／４、５／４・・・倍の時には、発光の外部取り出し効率が高くなる。一方、ｍ／２倍（ｍは任意の正の整数）即ち、ｍ＝１／２、１、３／２・・・倍の時には発光の外部取り出し効率が低くなってしまう。
したがって、本発明の発光素子において、発光領域と反射電極との光学距離、つまり屈折率×距離が、発光波長の（２ｍ−１）／４倍（ｍは任意の正の整数）となるように、第１の層から第４の層のいずれかの膜厚を各発光素子で異ならせる。
特に、第１の層から第４の層において、電子と正孔が再結合する層から反射電極との間の層の膜厚を異ならせるとよいが、電子と正孔が再結合する層から透光性を有する電極との間の膜厚を異ならせてもよい。さらに両者の膜厚を異ならせても構わない。その結果、発光を効率よく外部に取り出すことができる。
第１の層から第４の層のいずれかの膜厚を異ならせるためには、層を厚膜化する必要がある。本発明の発光素子は、厚膜化する層に、実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を用いることを特徴とする。
一般に、発光素子の層を膜厚化すると、駆動電圧が増加してしまうため、好ましくなかった。しかし、厚膜化する層に、実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を用いると、駆動電圧を低くでき、厚膜化することによる駆動電圧の上昇を抑制することができる。
なお、図１０では、赤系色（Ｒ）の発光素子の発光領域と反射電極との光学距離が発光波長の１／４倍、緑系色（Ｇ）の発光素子の発光領域と反射電極との光学距離が発光波長の３／４倍、青系色（Ｂ）の発光素子の発光領域と反射電極との光学距離が発光波長の５／４倍のものを示した。なお、本発明はこの値に限られず、適宜ｍの値を設定することが可能である。また、図１０に示すように、発光波長の（２ｍ−１）／４倍のｍの値は各発光素子で異なっていてもよい。
また、第１の層から第４の層のいずれかを厚膜化することにより、第１の電極と第２の電極とがショートすることを防止でき、歩留まりを高めることもでき、非常に好ましい。
このように本発明の発光素子は、少なくとも第１の層から第４の層の膜厚を、各発光色で異ならせることができる。このとき、電子と正孔が再結合する層から反射電極との間となる層の膜厚を、各発光色で異ならせることが好ましい。さらに厚膜化する必要のある層には、実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層とすると、駆動電圧が高くならず好ましい。
なお、本実施の形態では、実施の形態４に示した構成の発光素子を用いて説明したが、他の実施の形態と適宜組み合わせることも可能である。
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する発光装置について説明する。
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する発光装置について説明する。
本実施の形態では、画素部に本発明の発光素子を有する発光装置について図７を用いて説明する。なお、図７（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）をＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’で切断した断面図である。点線で示された６０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、６０２は画素部、６０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、６０４は封止基板、６０５はシール材であり、シール材６０５で囲まれた内側は、空間６０７になっている。
なお、引き回し配線６０８はソース側駆動回路６０１及びゲート側駆動回路６０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
次に、断面構造について図７（Ｂ）を用いて説明する。素子基板６１０上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路６０１と、画素部６０２中の一つの画素が示されている。
なお、ソース側駆動回路６０１はｎチャネル型ＴＦＴ６２３とｐチャネル型ＴＦＴ６２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、種々のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。
また、画素部６０２はスイッチング用ＴＦＴ６１１と、電流制御用ＴＦＴ６１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極６１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極６１３の端部を覆って絶縁物６１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物６１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物６１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物６１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物６１４として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
第１の電極６１３上には、発光物質を含む層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されている。ここで、陽極として機能する第１の電極６１３に用いる材料としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物金属、化合物、合金を用いることができる。第１の電極を陽極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）などで形成されていることが好ましい。例えば、珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との３層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。
また、発光物質を含む層６１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート法等の種々の方法によって形成される。発光物質を含む層６１６は、実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を有している。また、発光物質を含む層６１６を構成する他の材料としては、低分子系材料、中分子材料（オリゴマー、デンドリマーを含む）、または高分子系材料であっても良い。また、発光物質を含む層に用いる材料としては、有機化合物だけでなく、無機化合物を用いてもよい。
さらに、発光物質を含む層６１６上に形成され、陰極として機能する第２の電極６１７に用いる材料としては、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の１族または２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）等が挙げられる。なお、発光物質を含む層６１６で生じた光が第２の電極６１７を透過させる場合には、第２の電極６１７として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等）との積層を用いることも可能である。
さらにシール材６０５で封止基板６０４を素子基板６１０と貼り合わせることにより、素子基板６１０、封止基板６０４、およびシール材６０５で囲まれた空間６０７に発光素子６１８が備えられた構造になっている。なお、空間６０７には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材６０５で充填される場合もある。
なお、シール材６０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板６０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
以上のようにして、本発明の発光素子を有する発光装置を得ることができる。
本発明の発光装置は、実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を有する。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層は、キャリアが内在的に発生していることにより導電性が高く、そのため発光素子の低電圧駆動を実現することができる。よって、発光装置の消費電力を低減することができる。
また、本発明の発光装置に用いる有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層は厚く形成しても駆動電圧や消費電力の上昇が伴わないため、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚を調整することによってマイクロキャビティ効果や干渉効果を利用した光学設計を行うことができる。よって、色純度が良く、見る角度に依存する色の変化などが小さい表示品質の良い発光装置を作製することが出来るようになる。
また、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を厚膜化することにより、微小な異物や衝撃等によるショートを防止することができるため、信頼性の高い発光装置を得ることができる。
以上のように、本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブ型の発光装置について説明したが、この他、トランジスタ等の駆動用の素子を特に設けずに発光素子を駆動させるパッシブ型の発光装置であってもよい。図８には本発明を適用して作製したパッシブ型の発光装置の斜視図を示す。図８において、基板９５１上には、電極９５２と電極９５６との間には発光物質を含む層９５５が設けられている。電極９５２の端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。隔壁層９５４の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層９５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。また、パッシブ型の発光装置においても、低駆動電圧で動作する本発明の発光素子を含むことによって、低消費電力で駆動させることができる。
（実施の形態８）
本実施の形態では、実施の形態７に示す発光装置をその一部に含む本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、実施の形態１に示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を含み、低消費電力の表示部を有する。また、実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を厚膜化することにより、微小な異物や外部からの衝撃等によるショートが抑制された信頼性の高い表示部を有する電子機器を提供することも可能である。
本実施の形態では、実施の形態７に示す発光装置をその一部に含む本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、実施の形態１に示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を含み、低消費電力の表示部を有する。また、実施の形態１で示した有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を厚膜化することにより、微小な異物や外部からの衝撃等によるショートが抑制された信頼性の高い表示部を有する電子機器を提供することも可能である。
本発明の発光装置を用いて作製された電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図９に示す。
図９（Ａ）は本発明に係るテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、実施の形態２〜６で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、微小な異物や外部からの衝撃等によるショートを防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体９１０１や支持台９１０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るテレビ装置は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
図９（Ａ）は本発明に係るテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、実施の形態２〜６で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、微小な異物や外部からの衝撃等によるショートを防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体９１０１や支持台９１０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るテレビ装置は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
図９（Ｂ）は本発明に係るコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングマウス９２０６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部９２０３は、実施の形態２〜６で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、微小な異物や外部からの衝撃等によるショートを防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９２０３も同様の特徴を有するため、このコンピュータは画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、コンピュータにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９２０１や筐体９２０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るコンピュータは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。また、持ち運ぶことも可能となり、持ち運ぶときの外部からの衝撃にも強い表示部を有しているコンピュータを提供することができる。
図９（Ｃ）は本発明に係る携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９４０３、音声入力部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート９４０７、アンテナ９４０８等を含む。この携帯電話において、表示部９４０３は、実施の形態２〜６で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、微小な異物や外部からの衝撃等によるショートを防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９４０３も同様の特徴を有するため、この携帯電話は画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、携帯電話において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９４０１や筐体９４０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係る携帯電話は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯したときの衝撃にも強い表示部を有している製品を提供することができる。
図９（Ｄ）は本発明の係るカメラであり、本体９５０１、表示部９５０２、筐体９５０３、外部接続ポート９５０４、リモコン受信部９５０５、受像部９５０６、バッテリー９５０７、音声入力部９５０８、操作キー９５０９、接眼部９５１０等を含む。このカメラにおいて、表示部９５０２は、実施の形態２〜６で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低く、微小な異物や外部からの衝撃等によるショートを防止することができるという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９５０２も同様の特徴を有するため、このカメラは画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、カメラにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９５０１の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るカメラは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯したときの衝撃にも強い表示部を有している製品を提供することができる。
以上の様に、本発明の発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明の発光装置を用いることにより、低消費電力で、信頼性の高い表示部を有する電子機器を提供することが可能となる。
本発明の発光素子に用いる有機化合物と金属酸化物の複合体は、厚膜化しても駆動電圧の上昇を抑制することができる。図１６に有機化合物と金属酸化物の複合体を用いた発光素子の構造を示す。
まず、ガラス基板２１０１上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第１の電極２１０２を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
次に、第１の電極が形成された面が下方となるように、第１の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定した。その後真空装置内を排気し、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極２１０２上に、ＮＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層２１０３を形成した。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚は６０ｎｍ、９０ｎｍ、１２０ｎｍ、１５０ｎｍと変化させた。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層に含まれるＮＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、体積比で酸化モリブデン（ＶＩ）が１０％となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、ＮＰＢを１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層２１０４を形成した。
さらに、Ａｌｑとクマリン６とを共蒸着することにより、正孔輸送層２１０４上に４０ｎｍの膜厚の発光層２１０５を形成した。ここで、Ａｌｑとクマリン６との重量比は、１：０．０１（＝Ａｌｑ：クマリン６）となるように調節した。これによって、クマリン６はＡｌｑから成る層中に分散した状態となる。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層２１０５上にＡｌｑを３０ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子輸送層２１０６を形成した。
さらに、電子輸送層２１０６上に、抵抗加熱による蒸着法によりフッ化カルシウムを１ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子注入層２１０７を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層２１０７上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、第２の電極２１０８を形成し、本発明の発光素子を作製した。
図１７に本発明の発光素子の電圧―電流密度特性を示す。また、図２５に本発明の発光素子の電流密度―輝度特性を示す。有機化合物と金属酸化物の複合体と発光層を直接接合させると、酸化モリブデンがクエンチャーとなり発光効率が減少してしまう。そのため有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層と発光層の間にＮＰＢを導入した。図１７および図２５に示すように、本発明の発光素子において、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚を変化させても駆動電圧と電流効率がほぼ変わらなかった。具体的には、１０００ｃｄ／ｍ２における駆動電圧が、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層が５０ｎｍの時は５．５Ｖであるが、１５０ｎｍにおいても５．５Ｖであった。これは、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の抵抗率が他の有機層に比べて非常に小さいためである。この特徴が素子の厚膜化を可能にし、素子のショートを防止できる。また干渉等を利用した光学設計をする際にも適した膜厚を得ることが容易である。
本発明の発光素子について図１８を用いて説明する。
まず、ガラス基板２２０１上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第１の電極２２０２を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
次に、第１の電極が形成された面が下方となるように、第１の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定した。その後真空装置内を排気し、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極２２０２上に、４，４’−ビス［Ｎ―フェニル−Ｎ−（スピロフルオレン−２−イル）］ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）と酸化モリブデン（ＶＩ）とルブレンとを共蒸着することにより、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層２２０３を形成した。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚は１２０ｎｍとした。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層に含まれるＢＳＰＢ、酸化モリブデン（ＶＩ）、ルブレンの比率は、重量比でＢＳＰＢ：酸化モリブデン：ルブレン＝２：０．７５：０．０４となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、ＮＰＢを１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層２２０４を形成した。
さらに、Ａｌｑとクマリン６とを共蒸着することにより、正孔輸送層２２０４上に３７．５ｎｍの膜厚の発光層２２０５を形成した。ここで、Ａｌｑとクマリン６との重量比は、１：０．０１（＝Ａｌｑ：クマリン６）となるように調節した。これによって、クマリン６はＡｌｑから成る層中に分散した状態となる。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層２２０５上にＡｌｑを３７．５ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子輸送層２２０６を形成した。
さらに、電子輸送層２２０６上に、抵抗加熱による蒸着法によりフッ化カルシウムを１ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子注入層２２０７を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層２２０７上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、第２の電極２２０８を形成し、本発明の発光素子１を作製した。
（比較例１）
まず、ガラス基板上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第１の電極を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
まず、ガラス基板上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第１の電極を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
次に、第１の電極が形成された面が下方となるように、第１の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定した。その後第１の電極上に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、ＢＳＰＢを５０ｎｍの膜厚となるように成膜した。
その後、抵抗加熱を用いた蒸着法により、ＢＳＰＢ上に、ＮＰＢを１０ｎｍの膜厚で形成した。
さらに、Ａｌｑとクマリン６とを共蒸着することにより、ＮＰＢ上に３７．５ｎｍの膜厚の発光層を形成した。ここで、Ａｌｑとクマリン６との重量比は、１：０．０１（＝Ａｌｑ：クマリン６）となるように調節した。これによって、クマリン６はＡｌｑから成る層中に分散した状態となる。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層上にＡｌｑを３７．５ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子輸送層を形成した。
さらに、電子輸送層上に、抵抗加熱による蒸着法によりフッ化カルシウムを１ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子注入層を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、第２の電極を形成することで、比較発光素子１を作製した。
発光素子１および比較発光素子１の電圧―輝度特性を図１９に示す。比較発光素子１は、発光素子の駆動電圧が非常に高くなってしまい実用的ではないが、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を用いた本発明の発光素子１は、駆動電圧が低減されていることがわかる。つまり、ＢＳＰＢを酸化モリブデンと混合させ、有機化合物と金属酸化物の複合体とすることで低電圧化している。
また、図２０に発光素子１および比較発光素子１の初期輝度３０００ｃｄ／ｍ２における定電流駆動試験の結果を示す。発光素子１は、比較発光素子１に比べ、長寿命であり、信頼性が向上していることがわかる。
以上の結果から、有機化合物と金属酸化物の複合体を発光素子に用いることにより、駆動電圧を低減できることがわかった。また、信頼性が向上することがわかった。
すなわち、酸化モリブデンと混合し、有機化合物と金属酸化物の複合体にすることで、多種の陽極が使えるようになるだけではなく、有機化合物の選択の幅も広がる。例えば、ＢＳＰＢの様にガラス転移点（Ｔｇ）が高いが導電性が低い材料も発光素子に使用することができるようになり、耐熱性の高い素子も作製が可能になる。
本発明の発光素子について図１８を用いて説明する。
まず、ガラス基板２２０１上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第１の電極２２０２を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
次に、第１の電極が形成された面が下方となるように、第１の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定した。その後真空装置内を排気し、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極２２０２上に、ｔ−ＢｕＤＮＡと酸化モリブデン（ＶＩ）とを共蒸着することにより、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層２２０３を形成した。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚は１２０ｎｍとした。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層に含まれるｔ−ＢｕＤＮＡと酸化モリブデン（ＶＩ）の比率は、重量比でｔ−ＢｕＤＮＡ：酸化モリブデン＝１：０．５となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、ＮＰＢを１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層２２０４を形成した。
さらに、Ａｌｑとクマリン６とを共蒸着することにより、正孔輸送層２２０４上に３７．５ｎｍの膜厚の発光層２２０５を形成した。ここで、Ａｌｑとクマリン６との重量比は、１：０．０１（＝Ａｌｑ：クマリン６）となるように調節した。これによって、クマリン６はＡｌｑから成る層中に分散した状態となる。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層２２０５上にＡｌｑを３７．５ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子輸送層２２０６を形成した。
さらに、電子輸送層２２０６上に、抵抗加熱による蒸着法によりフッ化カルシウムを１ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子注入層２２０７を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層２２０７上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、第２の電極２２０８を形成し、本発明の発光素子２を作製した。
（比較例２）
まず、ガラス基板上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第１の電極を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
まず、ガラス基板上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第１の電極を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
次に、第１の電極が形成された面が下方となるように、第１の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定した。その後第１の電極上に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、ｔ−ＢｕＤＮＡを５０ｎｍの膜厚となるように成膜した。
その後、抵抗加熱を用いた蒸着法により、ｔ−ＢｕＤＮＡ上に、ＮＰＢを１０ｎｍの膜厚で形成した。
さらに、Ａｌｑとクマリン６とを共蒸着することにより、ＮＰＢ上に３７．５ｎｍの膜厚の発光層を形成した。ここで、Ａｌｑとクマリン６との重量比は、１：０．０１（＝Ａｌｑ：クマリン６）となるように調節した。これによって、クマリン６はＡｌｑから成る層中に分散した状態となる。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層上にＡｌｑを３７．５ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子輸送層を形成した。
さらに、電子輸送層上に、抵抗加熱による蒸着法によりフッ化カルシウムを１ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子注入層を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、第２の電極を形成することで、比較発光素子２を作製した。
発光素子２および比較発光素子２の電圧―輝度特性を図２１に示す。比較発光素子２は、発光素子の駆動電圧が非常に高くなってしまい実用的ではないが、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を用いた本発明の発光素子２は、駆動電圧が低減されていることがわかる。つまり、ｔ−ＢｕＤＮＡを酸化モリブデンと混合させ、有機化合物と金属酸化物の複合体とすることで低電圧化している。
また、図２２に発光素子２および比較発光素子２の初期輝度３０００ｃｄ／ｍ２における定電流駆動試験の結果を示す。発光素子２は、比較発光素子２に比べ、長寿命であり、信頼性が向上していることがわかる。
以上の結果から、有機化合物と金属酸化物の複合体を発光素子に用いることにより、駆動電圧を低減できることがわかった。また、信頼性が向上することがわかった。
すなわち、酸化モリブデンと混合し、有機化合物と金属酸化物の複合体にすることで、多種の陽極が使えるようになるだけではなく、有機化合物の選択の幅も広がる。例えば、ｔ−ＢｕＤＮＡの様にガラス転移点（Ｔｇ）が高いが導電性が低い材料も発光素子に使用することができるようになり、耐熱性の高い素子も作製が可能になる。
本実施例では、本発明の発光素子について、図１８を用いて説明する。
まず、ガラス基板２２０１上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第１の電極２２０２を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
次に、第１の電極が形成された面が下方となるように、第１の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定した。その後真空装置内を排気し、１０−４Ｐａ程度まで減圧した後、第１の電極２２０２上に、ＮＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）とルブレンとを共蒸着することにより、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層２２０３を形成した。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚は１２０ｎｍとした。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層に含まれるＮＰＢ、酸化モリブデン（ＶＩ）、ルブレンの比率は、重量比でＮＰＢ：酸化モリブデン：ルブレン＝１：０．２５：０．０２となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、ＮＰＢを１０ｎｍの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層２２０４を形成した。
さらに、Ａｌｑとクマリン６とを共蒸着することにより、正孔輸送層２２０４上に３７．５ｎｍの膜厚の発光層２２０５を形成した。ここで、Ａｌｑとクマリン６との重量比は、１：０．０１（＝Ａｌｑ：クマリン６）となるように調節した。これによって、クマリン６はＡｌｑから成る層中に分散した状態となる。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層２２０５上にＡｌｑを３７．５ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子輸送層２２０６を形成した。
さらに、電子輸送層２２０６上に、抵抗加熱による蒸着法によりフッ化カルシウムを１ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子注入層２２０７を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層２２０７上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、第２の電極２２０８を形成し、本発明の発光素子３を作製した。
（比較例３）
まず、ガラス基板上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第１の電極を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
まず、ガラス基板上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第１の電極を形成した。なお、その膜厚は１１０ｎｍとし、電極面積は２ｍｍ×２ｍｍとした。
次に、第１の電極が形成された面が下方となるように、第１の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定した。その後第１の電極上に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）を２０ｎｍの膜厚となるように成膜した。
その後、抵抗加熱を用いた蒸着法により、ＣｕＰｃ上に、ＮＰＢを４０ｎｍの膜厚で形成した。
さらに、Ａｌｑとクマリン６とを共蒸着することにより、ＮＰＢ上に３７．５ｎｍの膜厚の発光層を形成した。ここで、Ａｌｑとクマリン６との重量比は、１：０．０１（＝Ａｌｑ：クマリン６）となるように調節した。これによって、クマリン６はＡｌｑから成る層中に分散した状態となる。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層上にＡｌｑを３７．５ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子輸送層を形成した。
さらに、電子輸送層上に、抵抗加熱による蒸着法によりフッ化カルシウムを１ｎｍの膜厚となるように成膜し、電子注入層を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層上にアルミニウムを２００ｎｍの膜厚となるように成膜することにより、第２の電極を形成することで、比較発光素子３を作製した。
発光素子３および比較発光素子３の電圧―輝度特性を図２３に示す。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を用いた発光素子３は、比較発光素子３に比べ、駆動電圧が低い。
以上の結果から、有機化合物と金属酸化物の複合体を発光素子に用いることにより、駆動電圧を低減できることがわかった。
本実施例では、有機化合物と金属酸化物の複合体を用いた発光装置について説明する。
表１に本実施例で作製したアクティブマトリクスディスプレイの基本仕様を、表２にその素子構造を示す。なお本実施例で用いているディスプレイはＲＧＢ塗り分けによるカラー表示が可能なものであるが、塗り分け時の影響による点欠陥の発生を排除するため、全面緑単色にて蒸着を行っている。表２には、有機化合物と金属酸化物の複合体の代わりに銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を用いた比較ディスプレイの構造も記載した。
ＮＰＢと酸化モリブデンとを用いた有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚を変化させた場合の輝度及び電流効率を図２６に示す。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚により、光取り出し効率が影響を受けるため、パネルの輝度は周期的に変化する。しかし、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚を３０ｎｍから１５０ｎｍと厚くした程度では、輝度の低下は１割程度に抑えることができる。
図２７に増加型点欠陥の有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚依存性を示す。なお、測定に用いたパネルは、室温で１時間駆動させた後、温度サイクル動作を行った。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚が４０ｎｍの場合は、温度サイクル動作を６０時間行った後に１パネルあたり２０コ近い点欠陥の増加が見られた。しかし、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚を７５ｎｍ以上に厚くすることで、同じ温度サイクル動作を行った後でも、点欠陥が約２個以下にまで低減された。図２７の測定に用いたパネルの表示領域は３６ｍｍ×４８ｍｍであり、開口率は３９％である。よって、表示面積３６ｍ×４８ｍｍ×０．３９＝６７３．９２ｍｍ２あたり点欠陥の増加数を２個以下（１０００ｍｍ２あたり３個以下）に低減することができた。よって、増加型暗点抑制効果が十分に発揮されると共に、光取りだし効率が比較的良好な有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の膜厚：１５０ｎｍをこの後の環境動作試験における有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層の標準条件として採用することとした。
図２８に各種環境動作試験における増加型点欠陥数を示す。各動作試験の条件を表３に示す。
有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層による厚膜化を行わない場合、低温動作や温度サイクル動作では、試験開始から６０時間後で数十〜数百個の増加型暗点が発生している。本パネルでは、表１の仕様の画素部に加え、一定電流が流れるモニター素子を有している。画素部における発光素子の駆動電圧は、モニター素子の電圧を反映させたものとなっており、温度や経時変化に対して輝度が一定となるように補正されている（Ｈｉｒｏｙｕｋｉ Ｍｉｙａｋｅ ｅｔ ａｌ．， ＳＩＤ’０５ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ， Ｖｏｌ． ＸＸＸＶＩ， ｐ２４０−２４３参照）。よって、高温動作時よりも低温動作時の方が、陰極−陽極間に高電圧が印加されるため、欠陥を促進したと考えられる。さらに、温度サイクル時は、温度変化によって微小パーティクルに対する発光物質を含む層のカバレッジの弱い部分に応力が集中することなどが原因で、陰極−陽極間ショートが促進されると考えられる。しかし、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層により発光物質を含む層の厚膜化を行ったディスプレイの場合は、これらの過酷な環境動作試験においても増加型暗点は１パネルあたり２個程度以下と大幅に低減される。本実施例で使用しているパネルは画素数が２４０×ＲＧＢ×３２０＝２３０４００であるＱＶＧＡパネルである。よって、２３０４００画素に対して増加型暗点は２個以下（０．０８７％以下）とすることができる。
図２９に点欠陥要因である代表的な微小パーティクル部分の断面ＴＥＭ写真を示す。ＣｕＰｃのように薄い正孔注入層を用いた場合には、良好なカバレッジを得ることは困難であることが分かる。発光素子の薄膜の膜厚は、非常に小さいため、良好なカバレッジを得ることができないと、簡単に電極間のショートに結びつく。特に（ａ），（ｂ）の様な球状のパーティクルが存在する場合、パーティクル下側が逆テーパー形状となるため、有機化合物と金属酸化物の複合体を用い厚膜化することにより、比較的良好なカバレッジを得ることができる。
つまり、高い導電性を示す有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を用いてアクティブマトリクスディスプレイを作製したところ、特性を大きく損なうことなく発光物質を含む層の厚膜化が可能であることが確認できた。また、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を厚膜化することにより、微小パーティクル起因の点欠陥の抑制に効果があった。特に温度サイクル動作ストレスの様な過酷な環境下で発生しやすい増加型の点欠陥に対し、大幅な抑制効果を示すことが分かった。
有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層を用いて６．５−ｉｎｃｈ、ＷＱＶＧＡ アクティブマトリクスパネルを作製した。有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層、有機層の膜厚を調整することによってＮＴＳＣ比８３％を得ることができた。またこのパネルは電極間のショートによる暗点が非常に少なかった。
以下では、構造式（１）で表されるＮ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）の合成方法について説明する。
［ステップ１］
まず、２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレンの合成法について説明する。２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレンの合成スキーム（ｊ−１）を以下に示す。
まず、２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレンの合成法について説明する。２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレンの合成スキーム（ｊ−１）を以下に示す。
１００ｍＬの三口フラスコに、マグネシウム１．２６ｇ（０．０５２ｍｏｌ）を入れ、系内を真空下にし、３０分加熱撹拌し、活性化した。室温にさましてから系内を窒素気流下にし、ジエチルエーテル５ｍＬ、ジブロモエタン数滴を加え、ジエチルエーテル１５ｍＬ中に溶かした２−ブロモビフェニル１１．６５ｇ（０．０５０ｍｏｌ）をゆっくり滴下し、滴下終了後３時間還流してグリニヤール試薬とした。２００ｍＬ三口フラスコに２−ブロモフルオレノン１１．７ｇ（０．０４５ｍｏｌ）、ジエチルエーテル４０ｍＬを入れた。この反応溶液に合成したグリニヤール試薬をゆっくり滴下し、滴下終了後２時間還流し、さらに室温で約１２時間撹拌した。反応終了後、反応溶液を飽和塩化アンモニア水溶液で２回洗浄し、水層を酢酸エチルで２回抽出し、有機層とあわせて飽和食塩水で洗浄した。硫酸マグネシウムにより乾燥後、吸引濾過、濃縮し、固体状の９−（２−ビフェニリル）−２−ブロモ−９−フルオレノールを１８．７６ｇ、収率９０％で得た。
次に、２００ｍＬの三口フラスコに、合成した９−（２−ビフェニリル）−２−ブロモ−９−フルオレノールを１８．７６ｇ（０．０４５ｍｏｌ）、氷酢酸を１００ｍＬ入れ、濃塩酸数滴を加え２時間還流した。反応終了後、吸引濾過により析出物を回収し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および水で濾過洗浄した。得られた褐色固体をエタノールで再結晶したところ淡褐色粉末状固体を１０．２４ｇ、収率５７％で得た。プロトン核磁気共鳴法（１Ｈ−ＮＭＲ）によって、この淡褐色粉末状固体が２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレンであることを確認した。
この化合物の１Ｈ−ＮＭＲを次に示す。１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）δ＝７．８６−７．７９（ｍ，３Ｈ），７．７０（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝８．４Ｈｚ），７．４７−７．５０（ｍ，１Ｈ），７．４１−７．３４（ｍ，３Ｈ），７．１２（ｔ，３Ｈ，Ｊ＝７．７Ｈｚ），６．８５（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝２．１Ｈｚ），６．７４−６．７０（ｍ，３Ｈ）。
［ステップ２］
次に、Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）の合成法について説明する。ＢＳＰＢの合成スキーム（ｊ−２）を以下に示す。
次に、Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）の合成法について説明する。ＢＳＰＢの合成スキーム（ｊ−２）を以下に示す。
１００ｍＬの三口フラスコに、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンを１．００ｇ ０．００３０ｍｏｌ）、ステップ１で合成した２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレンを２．４９ｇ（０．００６２ｍｏｌ）、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム（０）を１７０ｍｇ（０．３０ｍｍｏｌ）、ｔｅｒｔ−ブトキシナトリウムを１．０８ｇ（０．０１１ｍｏｌ）入れ、系内を窒素気流下にした後、脱水トルエン２０ｍＬと、トリ（ｔｅｒｔ−ブチル）ホスフィンの１０ｗｔ％ヘキサン溶液０．６ｍＬを加え、８０℃で６時間攪拌した。反応終了後、反応溶液を室温まで冷ましてから水を加え、析出した固体を吸引ろ過により回収し、ジクロロメタンで洗浄した。得られた白色固体をアルミナカラムクロマトグラフィー（クロロホルム）により精製し、ジクロロメタンで再結晶したところ、白色粉末状固体を２．６６ｇ、収率９３％で得た。
得られた白色粉末状固体をプロトン核磁気共鳴法（１Ｈ−ＮＭＲ）によって分析したところ、次のような結果が得られ、構造式（１）で表されるＮ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）であることが確認できた。また、１Ｈ−ＮＭＲのチャートを図３３に示す。１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＤＭＳＯ−ｄ６）δ＝７．９３−７．８９（ｍ，８Ｈ），７．３９−７．３３（ｍ，１０Ｈ），７．１９−７．１４（ｍ，８Ｈ），７．０９−６．９６（ｍ，６Ｈ），６．８９−６．８４（ｍ，８Ｈ），６．６９（ｄ，４Ｈ，Ｊ＝７．５Ｈｚ），６．５４（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝７．８Ｈｚ），６．２５（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝２．４Ｈｚ）。
なお、得られた化合物４．７４ｇを１４Ｐａ、３５０℃の条件で２４時間昇華精製したところ、３．４９ｇを回収でき、回収率は７４％であった。
また、得られた化合物のガラス転移温度、結晶化温度、融点について、示差走査熱量分析装置（ＤＳＣ：ＤｉｆｆｅｒｅｎｃｉＡｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ ＣＡｌｏｒｉｍｅｔｒｙ、パーキンエルマー製、型番：Ｐｙｒｉｓ１ ＤＳＣ）を用いて調べた。ここでＤＳＣによる測定は、次のような手順で行った。先ず、４０℃／分の昇温速度で４５０℃まで試料（得られた化合物）を加熱した後、４０℃／分の昇温速度で試料を冷却して試料をガラス状態にした。そして、ガラス状態になった試料を、１０℃／分の昇温速度で加熱し、図３４に示すような測定結果を得た。図３４において、横軸は温度（℃）、縦軸は熱流（上向が吸熱）（ｍＷ）を表す。測定結果から、得られた化合物のガラス転移温度は１７２℃、結晶化温度は２６８℃であることが分かった。また、３１２℃における接線と、３２７℃〜３２８℃における接線との交点から、融点は３２３℃〜３２４℃であることが分かった。すなわち、本実施例のように合成したＢＳＰＢは、ガラス転移温度が１５０℃以上、好ましくは１６０℃〜３００℃の範囲を満たし、融点が１８０℃〜４００℃の範囲にあることがわかる。
このように、得られた化合物は、１７２℃という高いガラス転移温度を示し、良好な耐熱性を有するものである。また、図３４において、得られた化合物の結晶化を表すピークはブロードなものであり、得られた化合物は結晶化し難い物質であることがわかった。
１０１ 基板
１０２ 第１の電極
１０３ 第１の層
１０４ 第２の層
１０５ 第３の層
１０６ 第４の層
１０７ 第２の電極
２００ 基板
２０１ 第１の電極
２０２ 第２の電極
２１１ 第１の層
２１２ 第２の層
２１３ 第３の層
２１４ 第４の層
３０２ 第１の電極
３０３ 第１の層
３０４ 第２の層
３０５ 第３の層
３０６ 第４の層
３０７ 第２の電極
４００ 基板
４０１ 第１の電極
４０２ 第２の電極
４１１ 第１の層
４１２ 第２の層
４１３ 第３の層
５０１ 第１の電極
５０２ 第２の電極
５１１ 第１の発光ユニット
５１２ 第２の発光ユニット
５１３ 電荷発生層
６０１ ソース側駆動回路
６０２ 画素部
６０３ ゲート側駆動回路
６０４ 封止基板
６０５ シール材
６０７ 空間
６０８ 配線
６０９ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６１０ 素子基板
６１１ スイッチング用ＴＦＴ
６１２ 電流制御用ＴＦＴ
６１３ 第１の電極
６１４ 絶縁物
６１６ 発光物質を含む層
６１７ 第２の電極
６１８ 発光素子
６２３ ｎチャネル型ＴＦＴ
６２４ ｐチャネル型ＴＦＴ
７１１ 第１の層
７１２ 第２の層
７１３ 第３の層
７１４ 第４の層
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ 発光物質を含む層
９５６ 電極
１１０１ 第１の電極
１１０２ 第２の電極
１１１１ 第１の層
１１１２ 第２の層
１１１３ 第３の層
１１１４ 第４の層
２１０１ ガラス基板
２１０２ 第１の電極
２１０３ 有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層
２１０４ 正孔輸送層
２１０５ 発光層
２１０６ 電子輸送層
２１０７ 電子注入層
２１０８ 第２の電極
２２０１ ガラス基板
２２０２ 第１の電極
２２０３ 有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層
２２０４ 正孔輸送層
２２０５ 発光層
２２０６ 電子輸送層
２２０７ 電子注入層
２２０８ 第２の電極
９１０１ 筐体
９１０２ 支持台
９１０３ 表示部
９１０４ スピーカー部
９１０５ ビデオ入力端子
９２０１ 本体
９２０２ 筐体
９２０３ 表示部
９２０４ キーボード
９２０５ 外部接続ポート
９２０６ ポインティングマウス
９４０１ 本体
９４０２ 筐体
９４０３ 表示部
９４０４ 音声入力部
９４０５ 音声出力部
９４０６ 操作キー
９４０７ 外部接続ポート
９４０８ アンテナ
９５０１ 本体
９５０２ 表示部
９５０３ 筐体
９５０４ 外部接続ポート
９５０５ リモコン受信部
９５０６ 受像部
９５０７ バッテリー
９５０８ 音声入力部
９５０９ 操作キー
９５１０ 接眼部
１０２ 第１の電極
１０３ 第１の層
１０４ 第２の層
１０５ 第３の層
１０６ 第４の層
１０７ 第２の電極
２００ 基板
２０１ 第１の電極
２０２ 第２の電極
２１１ 第１の層
２１２ 第２の層
２１３ 第３の層
２１４ 第４の層
３０２ 第１の電極
３０３ 第１の層
３０４ 第２の層
３０５ 第３の層
３０６ 第４の層
３０７ 第２の電極
４００ 基板
４０１ 第１の電極
４０２ 第２の電極
４１１ 第１の層
４１２ 第２の層
４１３ 第３の層
５０１ 第１の電極
５０２ 第２の電極
５１１ 第１の発光ユニット
５１２ 第２の発光ユニット
５１３ 電荷発生層
６０１ ソース側駆動回路
６０２ 画素部
６０３ ゲート側駆動回路
６０４ 封止基板
６０５ シール材
６０７ 空間
６０８ 配線
６０９ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６１０ 素子基板
６１１ スイッチング用ＴＦＴ
６１２ 電流制御用ＴＦＴ
６１３ 第１の電極
６１４ 絶縁物
６１６ 発光物質を含む層
６１７ 第２の電極
６１８ 発光素子
６２３ ｎチャネル型ＴＦＴ
６２４ ｐチャネル型ＴＦＴ
７１１ 第１の層
７１２ 第２の層
７１３ 第３の層
７１４ 第４の層
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ 発光物質を含む層
９５６ 電極
１１０１ 第１の電極
１１０２ 第２の電極
１１１１ 第１の層
１１１２ 第２の層
１１１３ 第３の層
１１１４ 第４の層
２１０１ ガラス基板
２１０２ 第１の電極
２１０３ 有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層
２１０４ 正孔輸送層
２１０５ 発光層
２１０６ 電子輸送層
２１０７ 電子注入層
２１０８ 第２の電極
２２０１ ガラス基板
２２０２ 第１の電極
２２０３ 有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層
２２０４ 正孔輸送層
２２０５ 発光層
２２０６ 電子輸送層
２２０７ 電子注入層
２２０８ 第２の電極
９１０１ 筐体
９１０２ 支持台
９１０３ 表示部
９１０４ スピーカー部
９１０５ ビデオ入力端子
９２０１ 本体
９２０２ 筐体
９２０３ 表示部
９２０４ キーボード
９２０５ 外部接続ポート
９２０６ ポインティングマウス
９４０１ 本体
９４０２ 筐体
９４０３ 表示部
９４０４ 音声入力部
９４０５ 音声出力部
９４０６ 操作キー
９４０７ 外部接続ポート
９４０８ アンテナ
９５０１ 本体
９５０２ 表示部
９５０３ 筐体
９５０４ 外部接続ポート
９５０５ リモコン受信部
９５０６ 受像部
９５０７ バッテリー
９５０８ 音声入力部
９５０９ 操作キー
９５１０ 接眼部
Claims (14)
- 有機化合物と金属酸化物の複合体を有し、前記有機化合物中の原子のｐ軌道から前記金属酸化物の金属原子のｄ軌道に電荷が移動していることを特徴とする発光素子。
- 請求項１において、前記金属原子は、遷移金属であることを特徴とする発光素子。
- 請求項１または請求項２において、前記金属原子は、モリブデンであることを特徴とする発光素子。
- 請求項１乃至請求項３において、前記有機化合物は、芳香族アミン化合物であることを特徴とする発光素子。
- 請求項４において、前記芳香族アミン化合物の窒素原子のｐ軌道から、電荷が移動していることを特徴とする発光素子。
- 請求項１乃至請求項３において、前記有機化合物は、芳香族炭化水素であることを特徴とする発光素子。
- 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の発光素子を有する発光装置。
- 有機化合物と金属酸化物を用いた複合体を有する画素を複数有し、
６６０時間駆動した後の画素欠陥の増加数が、総画素数の０．０８７％以下であることを特徴とする発光装置。 - 有機化合物と金属酸化物を用いた複合体を有する画素を複数有し、
８５℃で６６０時間駆動した後の画素欠陥の増加数が、総画素数の０．０８７％以下であることを特徴とする発光装置。 - 有機化合物と金属酸化物を用いた複合体を有する画素を複数有し、
−４０℃で６６０時間駆動した後の画素欠陥の増加数が、総画素数の０．０８７％以下であることを特徴とする発光装置。 - 有機化合物と金属酸化物を用いた複合体を有する画素を複数有し、
８５℃で４時間駆動、−４０℃で４時間駆動を繰り返し、６６０時間駆動した後の画素欠陥の増加数が、総画素数の０．０８７％以下であることを特徴とする発光装置。 - 有機化合物と金属酸化物を用いた複合体を有する画素を有し、
８５℃で４時間駆動、−４０℃で４時間駆動を繰り返し、６０時間駆動した後の画素欠陥の増加数が、表示面積１０００ｍｍ２あたり３個以下であることを特徴とする発光装置。 - 有機化合物と金属酸化物を用いた複合体を含む層を有し、
各画素の発光色に応じて、前記有機化合物と前記金属酸化物を用いた複合体を含む層の膜厚が異なることを特徴とする発光装置。 - 請求項７乃至請求項１３のいずれか一項に記載の発光装置を有する電子機器。
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