JP2009117035A - 発光素子及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低電圧で駆動し、発光輝度が高く、寿命が長い発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子は、互いに対向して設けられ、少なくとも一方が透明又は半透明である、第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された発光層であって、発光体粒子の表面が正孔輸送材料で被覆され、該正孔輸送材料の表面に導電性ナノ粒子が担持された発光体粒子を含む発光体粒子粉末で構成された、発光層と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレクトロルミネセンス用発光素子に関する。さらに、該発光素子を用いた表示装置に関する。

近年、多くの種類の平面型の表示装置の中でも、エレクトロルミネセンス素子を用いた表示装置に期待が集まっている。このＥＬ素子を用いた表示装置は、自発光性を有し、視認性に優れ、視野角が広く、応答性が速いなどの特徴を持つ。ＥＬ素子は大別すると、有機材料からなる蛍光体に直流電圧を印加し、電子と正孔とを再結合させて発光させる有機ＥＬ素子と、無機材料からなる蛍光体に交流電圧を印加し、およそ１０^６Ｖ／ｃｍもの高電界で加速された電子を無機蛍光体の発光中心に衝突させて励起させ、その緩和過程で無機蛍光体を発光させる無機ＥＬ素子とがある。

有機ＥＬ素子は、１９８７年にＴａｎｇらによって提案された正孔輸送層と有機発光層とを順次積層した２層構成の素子（例えば、非特許文献１参照。）により、１０Ｖ以下の駆動電圧で、輝度が１０００ｃｄ／ｍ^２以上の発光が得られるとされており、これがきっかけとなって、今日に至るまで、活発な研究開発が進められてきた。しかしながら、有機ＥＬ素子は、未だ輝度等の発光特性と長期信頼性の両立という面で不十分であり、その利用は限られている。有機ＥＬ素子では、輝度を上げようとすると駆動素子に流れる電流密度が増え、ジュール熱発生による有機材料の変質、凝集、結晶化等が生じ、輝度の低下や駆動電圧の上昇、非発光部位（ダークスポット）の増加といった長期信頼性を損ねるといった課題がある。

一方、無機ＥＬ素子は、１９７４年に猪口らによって提案された二重絶縁構造の素子が高い輝度と長寿命を持つことを示し、車載用ディスプレイ等への実用化がなされた（例えば、特許文献１参照。）。無機蛍光体は一般に、化学的に安定な母体結晶に発光中心となるイオン等をドープしたものであり、長期信頼性に優れている。反面、駆動に高い交流電圧を必要とすることから、アクティブ駆動ができない、輝度、効率が不十分等、高品位の表示装置として用いるためには多くの課題があり、以降の実用化は進んでいない。

近年、両者の利点を活かした複合型発光素子の提案がなされている。例えば、発光体として無機系の半導体超微粒子を使用し、且つ、有機系の正孔輸送性材料等を使用した発光素子が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。図６に、この発光素子１１０の概略構成図を示す。この発光素子１１０は、基板１１１の上に、陽極１１２、正孔輸送層１１３、発光層１１４、陰極１１８が順に積層されて構成される。発光層１１４は、直径０．５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の半導体超微粒子１１５及び有機系の正孔輸送材料１１６が高分子ホスト１１７中に分散されて構成される。陽極１１２と陰極１１８とは、電源１２９を介して電気的に接続されている。電源１２９に電圧を印加すると、陽極１１２からは正孔輸送層１１３を介して正孔が、陰極１１８からは電子が、それぞれ発光層１１４に注入され、発光層１１４内の高分子ホスト１１７を介したエネルギー移動により半導体超微粒子が発光している。この発光は陽極１１２側から発光素子１１０の外部へ取り出される。

一般に、有機ＥＬ素子や発光素子１１０等の陽極及び陰極を有する電流励起型の素子の場合、高効率の発光を得るには、発光材料（発光素子１１０の場合、半導体超微粒子１１５）へ、キャリアである正孔と電子を効率よく注入する必要がある。しかしながら、前述の従来例では、大面積化が容易な利点を備えている一方で、発光物質が非常に微小なため、結晶粒界や表面欠陥の影響を大きく受け、前述のようなジュール熱発生による劣化や酸化が生じ、発光輝度、発光効率が著しく損なわれる。また、発光体粒子として用いる半導体超微粒子には、キャリア、特に正孔を効率的に注入することが困難であった。このように上記の従来例では、無機系の発光材料の利点を十分に活かすことができず、発光輝度や発光効率という点で、表示装置として実用上満足できるような水準には至ってない。

Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，５１，１９８７，Ｐ９１３ 特公昭５２−３３４９１号公報 特開２００４−２５３１７５号公報

本発明の目的は、前述の課題に鑑み、比較的容易に面状を形成することが可能であり、且つ、粒子状の発光体に対して、キャリア、特に正孔を効率的に供給することにより、高輝度、高効率の発光素子を提供することである。

また、本発明の他の目的は、発光体粒子の耐酸化、耐腐食性に優れた長寿命、高信頼性の発光素子を提供することである。

またさらに、本発明の他の目的は、前述の発光素子を用いた表示装置を提供することである。

本発明に係る発光素子は、互いに対向して設けられ、少なくとも一方が透明又は半透明である、第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された発光層であって、正孔輸送材料からなる媒体中に、表面に導電性ナノ粒子が担持された発光体粒子が分散して構成された発光層と、
を備えたことを特徴とする。

本発明に係る発光素子は、互いに対向して設けられ、少なくとも一方が透明又は半透明である、第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された発光層であって、発光体粒子の表面に導電性ナノ粒子が担持され、前記導電性ナノ粒子が担持された表面の少なくとも一部が正孔輸送材料で被覆された発光体粒子を含む発光体粒子粉末で構成された発光層と、
を備えたことを特徴とする。

前記発光層は、前記発光体粒子の間にバインダを含んでもよい。

前記正孔輸送材料は、有機物からなる有機正孔輸送材料を含んでもよい。前記有機正孔輸送材料は、下記の化学式１及び化学式２の構成要素を含有してもよい。

前記有機正孔輸送材料は、さらに下記の化学式３、化学式４、化学式５からなる群の少なくとも一つの構成要素を含んでもよい。

前記正孔輸送材料は、無機物からなる無機正孔輸送材料を含んでもよい。

前記導電性ナノ粒子は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕからなる群から選ばれる少なくとも一の金属微粒子を含んでもよい。前記導電性ナノ粒子は、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ、ＩｎＺｎＯからなる群から選ばれる少なくとも一の酸化物微粒子を含んでもよい。前記導電性ナノ粒子は、フラーレン、カーボンナノチューブの群から選ばれる少なくとも一の炭素物質の微粒子を含んでもよい。

前記導電性ナノ粒子の平均粒子径は、１〜２００ｎｍの範囲内にあってもよい。

前記発光体粒子は、第１３族−第１５族化合物半導体からなる粒子を含んでもよい。前記発光体粒子は、窒化物、硫化物、セレン化物、酸化物の群から選ばれる少なくとも一種の発光材料を含んでもよい。前記発光体粒子は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎのうち少なくとも一種類の元素を含む窒化物半導体粒子であってもよい。前記発光体粒子は、ＧａＮからなる発光体粒子であってもよい。

前記発光体粒子は、粒子の平均粒径が０．１μｍ〜１０００μｍの範囲にあってもよい。

前記第１電極と前記発光層との間に挟まれている正孔注入層をさらに備えてもよい。

前記第１電極又は前記第２電極に面して支持する支持体基板をさらに備えてもよい。前記支持体基板は、ガラス基板又は樹脂基板であってもよい。

前記第１電極又は前記第２電極に接続された１以上の薄膜トランジスタをさらに備えてもよい。

本発明に係る表示装置は、複数の前記発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの発光面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの発光面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と、
を備えることを特徴とする。

本発明に係る表示装置は、複数の前記発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの発光面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの発光面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と
を備え、
前記発光素子アレイの前記薄膜トランジスタに接続されている一方の電極が、前記信号配線と前記走査配線との各交点に対応した画素電極であって、他方の電極が複数の発光素子において共通に設けられていることを特徴とする。

発光取出し方向の前方に色変換層をさらに備えてもよい。

本発明によれば、直流、低電圧で発光させることができ、また発光輝度が高く、寿命も長い高い発光素子及び表示装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に係る発光素子について、添付図面を用いて説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。

（実施の形態１）
＜ＥＬ素子の概略構成＞
図１は、本実施の形態１に係る発光素子１０の構成を示す概略断面図である。この発光素子１０は、第１の電極である背面電極１２と、第２の電極である透明電極１６と、上記一対の電極１２、１６の間に挟持された発光層１３とを備える。発光層１３は、発光体粒子１４の表面に正孔輸送性材料１５が被覆され、さらにその表面に導電性ナノ粒子１８が担持された発光体複合体粒子（図２）を含む発光体粒子粉末がバインダ４１中に分散して構成されている。また、第１の電極である背面電極１２と、第２の電極である透明電極１６との間には直流電源１７が接続され、電圧が印加される。電極１２、１６間に電力が供給されると、背面電極１２および透明電極１６の間に電位差が生じ、電圧が印加される。そして、背面電極１２および透明電極１６から導電性ナノ粒子１８と正孔輸送材料１５を介して、キャリアである正孔と電子とが発光体粒子１４に注入され、それらが再結合して発光する。発光は透明電極１６の側から外部に取り出される。

なお、上述の構成に限られず、背面電極１２と透明電極１６とを互いに入れ替える、電極１２および電極１６を両方とも透明電極にする、または、電源を交流電源にする等、適宜変更が可能である。さらに、背面電極１２を黒色電極とする、発光素子１０の全部又は一部を樹脂やセラミックスで封止する構造をさらに備える等、適宜変更が可能である。さらに、図１に示す発光素子１０に比べて、電極の極性及び配置が正負逆となっている変形例も可能である。またさらに、図１に示す発光素子１０に比べて、透明電極１６と発光層１３との間に正孔注入層をさらに備える変形例も可能である。これにより、発光素子３０の駆動電圧を低くするのと同時に電極からの正孔注入の安定性が向上する。

以下、発光素子の各構成部材について図１及び図２を用いて詳述する。
＜基板＞
図１において、基板１１は、その上に形成する各層を支持できるものを用いる。具体的には、シリコン、Ａｌ_２Ｏ_３，ＡｌＮなどのセラミック等を用いることができる。さらに、ポリエステル、ポリイミド等のプラスチック基板を用いてもよい。また、基板１１側から光を取り出す場合、発光体から発せられる光の波長に対し光透過性を有する材料であることが求められる。このような材料としては、例えば、コーニング１７３７等のガラス、石英等を用いることができる。通常のガラスに含まれるアルカリイオン等が発光素子へ影響しないように、無アルカリガラスや、ガラス表面にイオンバリア層としてアルミナ等をコートしたソーダライムガラスであってもよい。これらは例示であって、基板１１の材料は特にこれらに限定されるものではない。
また、基板側から光を取り出さない構成の場合は、上述の光透過性は不要であり、透光性を有していない材料も用いることができる。

＜電極＞
電極には、背面電極１２と透明電極１６とがある。これらは２つの電極のうち、光を取り出す側の電極を透明電極１６とし、他方を背面電極１２としているものである。
光を取り出す側の透明電極１６の材料は、発光層１３内で生じた発光を取り出せるように光透過性を有するものであればよく、特に可視光領域において高い透過率を有することが好ましい。また、低抵抗であることが好ましく、さらには発光層１３との密着性に優れていることが好ましい。またさらに、発光層１３上に成膜する際に、発光層１３が熱劣化等を生じないよう、低温成膜できるものがより好ましい。透明電極１６の材料として、特に好適なものは、ＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３にＳｎＯ_２をドープしたものであり、インジウム錫酸化物ともいう。）やＩｎＺｎＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２等を主体とする金属酸化物、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ等の金属薄膜、あるいはポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、ポリチオフェンなどの導電性高分子等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。また、透明電極１６の体積抵抗率は１×１０^−３Ω・ｃｍ以下であって、透過率は３８０〜７８０ｎｍの波長において７５％以上、さらには屈折率が、１．８５〜１．９５であることが望ましい。例えばＩＴＯは、その透明性を向上させ、あるいは抵抗率を低下させる目的で、スパッタリング法、エレクトロンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等の成膜方法で成膜できる。また成膜後に、抵抗率制御の目的でプラズマ処理などの表面処理を施してもよい。透明電極１６の膜厚は、必要とされるシート抵抗値と可視光透過率から決定される。

ＩＴＯはその透明性を向上させ、あるいは抵抗率を低下させる目的で、スパッタリング法、エレクトロンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等の成膜方法で成膜できる。また成膜後に、抵抗率制御の目的でプラズマ処理などの表面処理を施してもよい。透明電極の膜厚は、必要とされるシート抵抗値と可視光透過率から決定される。透明電極１６は、
発光層１３に直接形成しても良いが、ガラス基板上に透明導電膜を形成し、透明導電膜と発光層１３とが直接接するように貼り合わせても良い。

光を取り出さない側の背面電極１２には、導電性を有しており、且つ基板１１及び発光層１３との密着性に優れたものであればよい。好適な例としては、例えばＩＴＯやＩｎＺｎＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２等の金属酸化物、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ等の金属、これらの積層構造体、あるいは、ポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ〔ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）〕／ＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）等の導電性高分子、あるいは導電性カーボンなどを用いることができる。

背面電極１２は、層内を全面覆うように構成されてもよく、また、層内に複数の電極をストライプ状に構成されてもよい。さらに、背面電極１２、透明電極１６は、複数の電極をストライプ状に構成し、背面電極１２の各ストライプ状の電極と透明電極１６のすべてのストライプ状の電極とが、それぞれねじれの位置の関係であり、かつ、背面電極１２の各ストライプ状の電極を発光面に投影したものと透明電極１６のすべてのストライプ状の電極を発光面に投影したものとがそれぞれ交わるように構成してもよい。この場合、背面電極１２の各ストライプ状の電極、および、透明電極１６の各ストライプ状の電極からそれぞれ選択した電極に電圧を印加することにより、所定位置を発光されるディスプレイを構成することが可能となる。

＜発光層＞
発光層１３は、発光体粒子１４の粒子表面を正孔輸送正材料１５で被覆し、正孔輸送材料１５の表面に導電性ナノ粒子１８が担持された発光体複合粒子（図２）を含む発光体粒子粉末で構成されている（図１）。なお、この実施の形態１では、各発光体複合粒子は、バインダ４１中に分散させているが、バインダ４１は必須のものではなく、バインダ４１を用いることなく発光体粒子粉末を電極間１２、１６に保持してもよい。

＜発光体粒子＞
発光体粒子１４としては、光学バンドギャップが可視光の大きさを有する材料であれば、いずれも使用できる。具体的には第１３族−第１５族化合物半導体であるＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＰ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＳｂ等を用いることができる。特に、ＧａＮに代表される第１３族窒化物半導体が好ましい。また、これらの混晶（例えばＧａＩｎＮ等）であってもよい。さらに、伝導性を制御するために、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｍｎからなる群より選択される１又は複数種の元素をドーパントとして含んでいてもよい。

また、ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮなどの窒化物やＺｎＳｅやＺｎＳ、更にＺｎＳ、ＺｎＳｅ，ＧａＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＳｒＳ、ＣａＳ、ＺｎＯを母体とし、母体のまま使用するか、あるいは添加剤として，Ａｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｌ、Ｔｂ，Ｌｉから一種以上選択される元素を添加した発光体粒子を用いることができる。また、ＺｎＳＳｅのような多元化合物やチオガレート系蛍光体も使用できる。

またさらに、発光体粒子１４内において、上記複数の組成が層状構造や偏析構造をなしていてもよい。発光体粒子１４の粒径は０．１μｍ〜１０００μｍの範囲内であればよく、０．５μｍ〜５００μｍの範囲内がより好ましい。

＜正孔輸送材料＞
次に、発光体粒子１４の表面を被覆する正孔輸送材料１５について説明する。正孔輸送材料１５は、正孔を生成、輸送する機能を備えた有機物材料であれば、いずれも使用できる。また、正孔輸送材料１５としては、有機正孔輸送材料と、無機正孔輸送材料とがある。正孔輸送材料１５にはホール移動度の高い材料が好ましい。

＜有機正孔輸送材料＞
この有機正孔輸送材料としては、下記の化学式６及び化学式７の構成要素を含むことが好ましい。

有機正孔輸送材料が上記の化学式６及び化学式７の構成要素を含むことによる効果は、発光体粒子１４に対して効率よく正孔を注入することであると考えられる。

さらに、この有機正孔輸送材料としては、下記の化学式８、化学式９、化学式１０のいずれかを構成要素として含んでもよい。

また、有機正孔輸送材料としては、大きく分けて、低分子系材料と高分子系材料とがある。正孔輸送性を備える低分子系材料としては、Ｎ，Ｎ'−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ'−ビス（α−ナフチル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）等、Ｔａｎｇらの用いたジアミン誘導体、特に日本国特許第２０３７４７５号に開示されたＱ１−Ｇ−Ｑ２構造のジアミン誘導体等が挙げられる。なお、Ｑ１及びＱ２は、別個に窒素原子及び少なくとも３個の炭素鎖（それらの少なくとも１個は芳香族のもの）を有する基である。Ｇは、シクロアルキレン基、アリーレン基、アルキレン基又は炭素−炭素結合からなる連結基である。また、これらの構造単位を含む多量体（オリゴマー）であってもよい。これらにはスピロ構造やデンドリマー構造を持つものが挙げられる。またさらに、非導電性ポリマーに低分子系の正孔輸送材料を分子分散させた形態も同様に可能である。分子分散系での具体例としては、ＴＰＤをポリカーボネート中に高濃度で分子分散させた例があり、そのホール移動度は１０^−４から１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ程度である。

また、正孔輸送材料の他の例としては、テトラフェニルブタジエン系の材料や、4-（ビス（4-メチルフェニル）アミノ）ベンズアルデヒドジフェニルヒドラジンのようなヒドラジン系材料、４−メトキシ−４’−（２，２−ジフェニルビニル）トリフェニルアミンのようなスチルベン系材料、ＰＥＤＯＴ（ポリ（２，３−ジハイドロシアノ−１，４ダイオキシン））、α−ＮＰＤ、ＤＮＴＰＤ、Ｃｕフタロシアニンなどである。

一方、正孔輸送性を備える高分子系材料としては、π共役ポリマーやσ共役ポリマー等があり、例えばアリールアミン系化合物等が組み込まれたものがある。具体的には、ポリ−パラ−フェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ誘導体）、ポリチオフェン誘導体（ＰＡＴ誘導体）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ誘導体）、ポリアルキルフェニレン（ＰＤＡＦ）、ポリアセチレン誘導体（ＰＡ誘導体）、ポリシラン誘導体（ＰＳ誘導体）等が挙げられるが、これらに限定されない。さらに、低分子系で正孔輸送性を示す分子構造を分子鎖中に組み込んだポリマーでもよく、これらの具体的な例としては、芳香族アミンを側鎖に有するポリメタクリルアミド（ＰＴＰＡＭＭＡ、ＰＴＰＤＭＡ）、芳香族アミンを主鎖に有するポリエーテル（ＴＰＤＰＥＳ，ＴＰＤＰＥＫ）等が挙げられる。中でも特に好適な例として、中でもポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）は、１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓと極めて高いホール移動度を示す。他の具体例としては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳやポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）等がある。
またさらに、前述した正孔輸送材料を複数種混合して用いてもよい。また、光又は熱で架橋又は重合する架橋性又は重合性材料を含んでいてもよい。

＜無機正孔輸送性材料＞
無機正孔輸送性材料について説明する。無機正孔輸送性材料としては、透明または半透明であって、ｐ型伝導性を示す材料であればよい。好適なものとしては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、Ｓｅ、ＳｅＴｅ、Ａｓ_２Ｓｅ_３等の半金属系半導体、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯ、ＣｕＩ等の２元化合物半導体、ＣｕＧａＳ_２、ＣｕＧａＳｅ_２、ＣｕＩｎＳｅ_２等のカルコパイライト型半導体、さらにこれらの混晶、ＣｕＡｌＯ_２、ＣｕＧａＯ_２等の酸化物半導体さらにこれらの混晶等が挙げられる。またさらに、伝導性を制御するために、これらの材料にドーパントを添加してもよい。

＜導電性ナノ粒子＞
本発明の発光素子に使用される導電性ナノ粒子１８は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕなどの金属材料粒子や、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ，ＩｎＺｎＯなどの酸化物粒子、カーボンナノチューブなどの炭素材料粒子などを用いることができる。導電性ナノ粒子１８の形状は、粒状、球状、柱状、針状、あるいは不定形等のいずれの形状であってもよい。導電性ナノ粒子１８の平均粒子径または平均長は、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。１ｎｍより小さいと、導電性が悪くなり、発光輝度が低下する。一方、２００ｎｍより大きいと、電極間の電気的導通が大きくなるが、導電経路に含まれない発光体粒子１４が多くなり、発光輝度、効率が大きく低下する。

カーボンナノチューブの生成は、気相合成法、プラズマ法などの方法で行われ、作製条件によって、カーボンナノチューブの電気特性や直径、長さなどを任意の変化させることが可能である。また、正孔輸送材料１５を被覆する発光体粒子１４の表面に担持する導電性ナノ粒子としては、ｐ型のカーボンナノチューブを使用しても良い。ｐ型のカーボンナノチューブは、Ｋ、Ｃｓなどの元素をドーパントとしてカーボンナノチューブに添加することによって得られる。

＜実施例＞
本発明の実施例として、塗布による方法を説明する。実施例として図１とは透明電極１６と背面電極１２との配置が逆となる発光素子を作製した。
（ａ）基板は、ガラス１１上に透明導電膜であるＩＴＯ１６をスパッタ法で成膜したものを使用した。ＩＴＯの膜厚は約３００ｎｍであった。
（ｂ）次いで、樹脂ペーストに導電性ナノ粒子１８として平均粒子径が２０〜３０ｎｍのＩＴＯナノ粒子を１０重量％添加し、十分に混合分散させた。
（ｃ）次に、樹脂溶液に溶かした正孔輸送材料１５であるテトラフェニルブタジエン系Ｔ７７０に、発光体粒子１４としての平均粒子径が５００〜１０００ｎｍのＧａＮ粒子を混合させて、発光体粒子１４の表面に正孔輸送材料１５を被覆、乾燥させた。
（ｄ）その後、発光体粒子１４の表面に正孔輸送材料１５を被覆した発光体複合粒子を含む発光体粒子粉末を、導電性ナノ粒子１８であるＩＴＯナノ粒子を分散させた樹脂ペーストに十分に混合させ、発光体ペーストとした。
（ｅ）次に、ＩＴＯ膜１６を成膜したガラス基板１１上に発光体ペーストを塗布した。塗布膜の厚さは約３０μｍであった。
（ｆ）更に、その上に背面電極１２となるＰｔ電極を形成したシリコン基板をＰｔ電極面を発光体ペーストに接するように貼り付けた。
以上によって発光素子を作成した。

発光素子の評価は、電極１２と透明電極１６との間に電源１７から直流電圧を印加して発光開始電圧の確認及び輝度測定を行った。輝度測定は、携帯型輝度計を用いて行った。その結果、直流電圧５Ｖでオレンジ色発光を開始し、印加電圧１５Ｖで発光輝度約３５００ｃｄ／ｍ^２が得られた。
尚、本実施例では、電極１２に正電圧を、透明電極１６に負電圧を印加したが、極性を変えても同様に発光した。

＜効果＞
本実施の形態に係る発光素子は、従来の発光素子よりも低電圧で駆動して、高輝度が得られるため、長寿命を得ることができた。

（実施の形態２）
＜発光素子の概略構成＞
本発明の実施の形態２に係る発光素子について、図３を用いて説明する。図３は、この発光素子８０の電極構成を示す斜視図である。この発光素子８０は、画素電極８４に接続された薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略記。図３ではスイッチング用ＴＦＴと駆動用ＴＦＴの２個構成。）８５をさらに備える。ＴＦＴ８５には、走査ライン８１と、データライン８２と、電流供給ライン８３とが接続されている。この発光素子８０では、発光は透明な共通電極８６の側から取り出すので、基板１１上のＴＦＴ８５の配置によらず開口率を大きくとることができる。また、ＴＦＴ８５を用いることによって、発光素子８０にメモリ機能を持たせることができる。このＴＦＴ８５としては、低温ポリシリコンやアモルファスシリコンＴＦＴ、ペンタセン等の有機材料より構成される有機ＴＦＴを用いることができる。また、ＴＦＴ８５は、ＺｎＯやＩｎＧａＺｎＯ_４等より構成される無機ＴＦＴであってもよい。

（実施の形態３）
＜表示装置の概略構成＞
図４は、本発明の実施の形態３に係るアクティブマトリクス型表示装置９０の構成を示す概略平面図である。この表示装置９０は、画素電極８４と、共通電極８６と、走査ライン８１とデータライン８２と電流供給ライン８３と、ＴＦＴ（図では省略。）によって構成される。このアクティブマトリクス型表示装置９０は、図３に示した複数個の発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、該発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数の走査ライン８１と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のデータライン８２と、第２方向に平行に延在している複数の電流供給ライン８３とをさらに備える。この発光素子アレイ上のＴＦＴは、走査ライン８１と、データライン８２と電流供給ライン８３とに電気的に接続されている。一対の走査ライン８１とデータライン８２によって特定される発光素子が１つの画素となる。さらに、このアクティブマトリクス型表示装置９０では、走査ラインとデータラインにより選択された１つの画素に対し、ＴＦＴを介して電流供給ライン８３から電流が供給され、選択した発光素子を駆動し、得られた発光を透明な共通電極８６側から取り出す。

また、カラーの表示装置の場合、発光層をＲＧＢの各色の発光体粒子で色分けして成膜すればよい。あるいは、電極／発光層／電極といった発光ユニットをＲＧＢの色毎に積層してもよい。また更に、別例のカラー表示装置の場合、単一色又は２色の発光層による表示装置を作成した後、カラーフィルター及び／又は色変換フィルターを用いて、ＲＧＢの各色を表示することもできる。例えば、青色の発光層に、青色から緑色へ、青色乃至緑色から赤色へ、各々色変換するフィルターをさらに備えることによって、ＲＧＢ表示が可能となる。

＜効果＞
このアクティブマトリクス型表示装置９０によれば、前述のように、各画素の発光素子を構成する発光層１３は、有機正孔輸送材料１５を媒体として、表面に導電性ナノ粒子１８が担持された発光体粒子１４が分散して構成されているか、あるいは、発光体粒子１４の表面に導電性ナノ粒子１８が担持され、さらにその上を有機正孔輸送材料１５で被覆された発光体粒子１４を含む発光体粒子粉末で構成されている。これにより、高発光輝度、高発光効率、高信頼性の表示装置を実現できる。

（実施の形態４）
＜表示装置の概略構成＞
本発明の実施の形態４に係る表示装置について、図５を用いて説明する。図５は、互いに直交する背面電極１２と透明電極１６とによって構成されるパッシブマトリクス型表示装置１００を示す概略平面図である。このパッシブマトリクス型表示装置１００は、複数個の発光素子が２次元配列されている発光素子アレイを備える。また、該発光素子アレイの面に平行な第１方向に平行に延在している複数の背面電極１２と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向と直交する第２方向に平行に延在している複数の透明電極１６とを備える。さらに、このパッシブマトリクス型表示装置１００では、一対の背面電極１２と透明電極１６との間に外部電圧を印加して１つの発光素子を駆動し、得られた発光を透明電極１６側から取り出す。また、前述の実施の形態４の表示装置同様にカラーの表示装置とすることも可能である。

＜効果＞
このパッシブマトリクス型表示装置１００によれば、前述の実施の形態４の表示装置と同様に、高発光輝度、高発光効率、高信頼性の表示装置を実現できる。

本発明に係る発光素子及び表示装置は、高発光輝度、高発光効率の発光と長期信頼性が得られる。特にテレビ等のディスプレイデバイスや、通信、照明などに用いられる各種光源として有用である。
本発明の発光素子は、高い発光輝度を有するので、ＬＣＤのバックライト、照明、ディスプレイ等に利用可能である。

本発明の実施の形態１に係る発光素子の発光面に垂直な断面図である。 本発明の実施の形態１に係る発光素子に用いられる発光体複合粒子の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る発光素子の概略斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る表示装置の概略斜視図である。 本発明の実施の形態４に係る表示装置の概略斜視図である。 従来の発光素子の発光面に垂直な断面図である。

符号の説明

１０、８０ 発光素子、１１ 基板、１２ 背面電極、１３ 発光層、１４ 発光体粒子、１５ 正孔輸送材料、１６ 透明電極、１７ 電源、１８ 導電性ナノ粒子、４１ 有機バインダ、５０ 発光体複合粒子、８１ 走査ライン、８２ データライン、８３ 電流供給ライン、８４ 画素電極、８５ 薄膜トランジスタ、８６ 共通電極、９０ 表示装置、１００ 表示装置、１０１ 画素、１１０ 発光素子、１１１ 基板、１１２ 陽極、１１３ 正孔輸送層、１１４ 発光層、１１５ 半導電性超微粒子、１１６ 正孔輸送材料、１１７ 高分子バインダ、１１８ 陰極、１１９ 電源

Claims (22)

1. 互いに対向して設けられ、少なくとも一方が透明又は半透明である、第１電極及び第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された発光層であって、発光体粒子の表面が正孔輸送材料で被覆され、該正孔輸送材料の表面に導電性ナノ粒子が担持された発光体粒子を含む発光体粒子粉末で構成された、発光層と、
   を備えたことを特徴とする発光素子。
2. 前記発光層は、前記発光体粒子の間にバインダを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 前記正孔輸送材料は、有機物からなる有機正孔輸送材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
4. 前記有機正孔輸送材料は、下記の化学式１及び化学式２の構成要素を含有することを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
   

   

   
5. 前記有機正孔輸送材料は、さらに下記の化学式３、化学式４、化学式５からなる群の少なくとも一つの構成要素を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
   

   

   

   
6. 前記正孔輸送材料は、無機物からなる無機正孔輸送材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
7. 前記導電性ナノ粒子は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕからなる群から選ばれる少なくとも一の金属微粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
8. 前記導電性ナノ粒子は、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ、ＩｎＺｎＯからなる群から選ばれる少なくとも一の酸化物微粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
9. 前記導電性ナノ粒子は、フラーレン、カーボンナノチューブの群から選ばれる少なくとも一の炭素物質の微粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
10. 前記導電性ナノ粒子の平均粒子径は、１〜２００ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
11. 前記発光体粒子は、第１３族−第１５族化合物半導体からなる粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
12. 前記発光体粒子は、窒化物、硫化物、セレン化物、酸化物の群から選ばれる少なくとも一種の発光材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
13. 前記発光体粒子は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎのうち少なくとも一種類の元素を含む窒化物半導体粒子であることを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
14. 前記発光体粒子は、ＧａＮからなる発光体粒子であることを特徴とする請求項１３に記載の発光素子。
15. 前記発光体粒子は、粒子の平均粒径が０．１μｍ〜１０００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
16. 前記第１電極と前記発光層との間に挟まれている正孔注入層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
17. 前記第１電極又は前記第２電極に面して支持する支持体基板をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
18. 前記支持体基板は、ガラス基板又は樹脂基板であることを特徴とする請求項１７に記載の発光素子。
19. 前記第１電極又は前記第２電極に接続された１以上の薄膜トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の発光素子。
20. 請求項１から１８のいずれか一項に記載の複数の前記発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、
    前記発光素子アレイの発光面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
    前記発光素子アレイの発光面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と、
    を備えることを特徴とする表示装置。
21. 請求項１９に記載の複数の前記発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、
    前記発光素子アレイの発光面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数の信号配線と、
    前記発光素子アレイの発光面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数の走査配線と
    を備え、
    前記発光素子アレイの前記薄膜トランジスタに接続されている一方の電極が、前記信号配線と前記走査配線との各交点に対応した画素電極であって、他方の電極が複数の発光素子において共通に設けられていることを特徴とする表示装置。
22. 発光取出し方向の前方に色変換層をさらに備えることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の表示装置。

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