JP5878272B2 - 複合材料、発光素子、発光装置及び電気機器 - Google Patents
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Description
本発明は、有機化合物と無機化合物とを有する複合材料に関する。また、本発明は前記複合材料を用いた電流励起型の発光素子に関する。
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。このような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通常、サブミクロン程度の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マイクロ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に用いられる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。
このように、発光性の有機化合物を用いた電流励起型の発光素子は、発光装置や照明等への応用が期待されているが、未だ課題も多い。その課題の一つとして、消費電力の低減が挙げられる。消費電力を低減するためには、発光素子の駆動電圧を低減することが重要である。そして、電流励起型の発光素子は流れる電流量によって発光強度が決まるため、駆動電圧を低減するためには、低い電圧で多くの電流を流すことが必要となってくる。
これまで、駆動電圧を低減させるための手法として、バッファ層を電極と発光性の有機化合物を含む層との間に設けるという試みがなされている。例えば、カンファースルホン酸をドープしたポリアニリン（ＰＡｎｉ）からなるバッファ層をインジウム錫酸化物（ＩＴＯ：ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）と発光層との間に設けることにより、駆動電圧を低減できることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。これは、ＰＡｎｉの発光層へのキャリア注入性が優れているためと説明されている。なお、非特許文献１では、バッファ層であるＰＡｎｉも電極の一部と見なしている。
しかしながら、非特許文献１に記載してある通り、ＰＡｎｉは膜厚を厚くすると透過率が悪くなるという問題点がある。具体的には、２５０ｎｍ程度の膜厚で、透過率は７０％を切ると報告されている。すなわち、バッファ層に用いている材料自体の透明性に問題があるため、素子内部で発生した光を効率良く取り出すことができない。
また、特許文献１によれば、発光素子（特許文献１では発光ユニットと記載されている）を直列に接続することにより、ある電流密度当たりの輝度、すなわち電流効率を高めようという試みがなされている。特許文献１においては、発光素子を直列に接続する際の接続部分に、有機化合物と金属酸化物（具体的には酸化バナジウムおよび酸化レニウム、）とを混合した層を適用しており、この層はホールや電子を発光ユニットへ注入できるとされている。
しかしながら、特許文献１で開示されている有機化合物と金属酸化物との混合層は、実施例を見てもわかる通り、赤外領域だけでなく可視光領域（５００ｎｍ付近）にも大きな吸収ピークが見られ、やはり透明性に問題が生じている。したがって、やはり素子内部で発生した光を効率良く取り出すことができず、素子の発光効率が低下する。
Ｙ．Ｙａｎｇ、他１名、アプライド フィジクス レターズ、Ｖｏｌ．６４（１０）、１２４５−１２４７（１９９４） 特開２００３−２７２８６０号公報
Ｙ．Ｙａｎｇ、他１名、アプライド フィジクス レターズ、Ｖｏｌ．６４（１０）、１２４５−１２４７（１９９４）
そこで本発明では、有機化合物と無機化合物とを有する複合材料であって、キャリア輸送性および有機化合物へのキャリア注入性に優れ、かつ透明性にも優れた複合材料を提供することを課題とする。
また、本発明は前記複合材料を電流励起型の発光素子に適用することにより、駆動電圧および発光効率の双方に優れた発光素子を提供することを課題とする。さらに、前記発光素子を用いて発光装置を作製することにより、消費電力の小さい発光装置を提供することを課題とする。
本発明の複合材料は特定の骨格を有する有機化合物と無機化合物との複合材料であり、特定の骨格を有する有機化合物とはアリールアミン骨格を有さないアリールカルバゾールである。無機化合物は遷移金属の酸化物を用いることができ、好ましくは周期表における４〜８族に属する金属の酸化物が望ましい。特にバナジウム酸化物、タンタル酸化物、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、レニウム酸化物及びルテニウム酸化物を好適に用いることができる。
本発明の発光素子は上記した複合材料よりなる層をその一部に含む。特に陽極として機能する電極と発光層の間に形成することが望ましい。また、その際、本発明の複合材料よりなる層を陽極として機能する電極に接して設けるとなお良い。また、この場合は本発明の複合材料よりなる層を６０ｎｍ以上の厚さとしても良い。
本発明の発光装置は上記した発光素子を備えてなる発光装置である。
本発明を実施することで、有機化合物と無機化合物とを含む複合材料であって、キャリア輸送性および有機化合物へのキャリア注入性に優れ、かつ透明性にも優れた複合材料を提供することができる。
また、前記複合材料を電流励起型の発光素子に適用することにより、駆動電圧および発光効率の双方に優れた発光素子を提供することができる。さらに、前記発光素子を用いて発光装置を作製することにより、消費電力の小さい発光装置を提供することができる。
また、前記複合材料よりなる層は厚膜化しても駆動電圧が上昇しないことから光学設計を容易に行うことができ、また、発光素子の信頼性を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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）
本発明の複合材料の構成について説明する。本発明の複合材料は特定の骨格を有する有機化合物と無機化合物との複合材料である。本発明の複合材料の作製方法には限定はないが、当該有機化合物と無機化合物を同時に蒸着する共蒸着法により形成することができる。本発明の有機化合物と無機化合物の混合比はモル比で１：０．１〜１：１０程度が好ましく、さらに望ましくは１：０．５〜１：２である。混合比は複合材料を共蒸着法により形成する場合は有機化合物と無機化合物各々の蒸着レートを調節することによって制御することができる。
本発明の複合材料の構成について説明する。本発明の複合材料は特定の骨格を有する有機化合物と無機化合物との複合材料である。本発明の複合材料の作製方法には限定はないが、当該有機化合物と無機化合物を同時に蒸着する共蒸着法により形成することができる。本発明の有機化合物と無機化合物の混合比はモル比で１：０．１〜１：１０程度が好ましく、さらに望ましくは１：０．５〜１：２である。混合比は複合材料を共蒸着法により形成する場合は有機化合物と無機化合物各々の蒸着レートを調節することによって制御することができる。
本発明の複合材料に用いることが可能な有機化合物は下記一般式（１）〜（４）で表される有機化合物である。
また、本発明の複合材料に用いることが可能な有機化合物としてより好ましくは、下記一般式（２）〜（４）で表される有機化合物である。
ただし、式中Ａｒは構造式（２−１）〜（２−３）に示した芳香族炭化水素基のいずれかを表し、Ｒ１、Ｒ２は水素、または炭素数１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。
なお、上述した一般式において、アルキル基として好ましくはメチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基であり、アリール基として好ましくは、フェニル基、トリル基、２−ビフェニリル基、４−ビフェニリル基である。
なお、上記した一般式で表される有機化合物のうち、特に１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓの正孔移動度を有する有機化合物を用いることが好ましい。
以下の構造式（５）〜（２３）に上記一般式で表される有機化合物の一部を具体例として示す。
続いて、本発明の複合材料に用いることが可能な無機化合物について説明する。本発明の複合材料には遷移金属の酸化物を無機化合物として用いることができる。好ましくは元素周期表における４〜８族に属する金属の酸化物が望ましい。特にバナジウム酸化物、タンタル酸化物、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、レニウム酸化物及びルテニウム酸化物が好ましい。この中でもモリブデンの酸化物は蒸着がしやすく、安定であることから特に扱いやすい材料である。
以上に述べた有機化合物と無機化合物とを含む本発明の複合材料は、キャリア輸送性および有機化合物へのキャリア注入性に優れ、かつ透明性にも優れた複合材料である。
また、本発明の複合材料はキャリア輸送性および有機化合物へのキャリア注入性に優れることから、発光素子や、光電変換素子、薄膜トランジスタ等の半導体素子に用いることが可能である。
また、本発明の複合材料を用いた発光素子は本発明の複合材料がキャリア輸送性および有機化合物へのキャリア注入性に優れることから、駆動電圧を低下させることが可能となる。
また、本発明の複合材料を用いた発光素子及び光電変換素子は本発明の複合材料が透明性に優れることから、効率の良い素子とすることができる。
（実施の形態２）
本発明の発光素子について説明する。本発明の発光素子は、一対の電極間に発光物質を含む層と複合材料でなる層とを含んでいる。なお、複合材料とは、実施の形態１で説明した本発明の複合材料である。
本発明の発光素子について説明する。本発明の発光素子は、一対の電極間に発光物質を含む層と複合材料でなる層とを含んでいる。なお、複合材料とは、実施の形態１で説明した本発明の複合材料である。
図１に本発明の発光素子の構造の一例を示す。第１の電極１０１と、第２の電極１０２との間に、発光積層体１０３は狭持されている構成となっている。本実施の形態では、第１の電極１０１は陽極として機能する電極であり、第２の電極１０２は陰極として機能する電極である場合について説明する。第１の電極１０１及び第２の電極１０２は金属、合金、電気伝導性化合物を用いることができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、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）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）などの導電性を有する金属、又はアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウムとチタンの合金（Ａｌ−Ｔｉ）、アルミニウムとシリコンと銅の合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）等の合金、または窒化チタン（ＴｉＮ）等の金属材料の窒化物、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ケイ素を含有するＩＴＯ（ＩＴＳＯ）、酸化インジウムに酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）等の金属化合物などを用いることができるが、陽極として機能する電極には、その中でも、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）材料用いることが望ましく、また陰極として機能する電極にはその中でも、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）材料を用いることが望ましい。
発光積層体１０３は、第１の層１１１、第２の層１１２が積層された構成となっている。
第１の層１１１は、第２の層１１２に正孔を輸送する機能を担う層であり、実施の形態１に記載した本発明の複合材料よりなる層である。本発明の複合材料は優れた正孔注入性、正孔輸送性を示すため発光素子の駆動電圧を低減することができる。なお、本発明の複合材料を含む第１の層１１１は正孔輸送性、正孔注入性に優れているため、発光機能を担う層と陽極の間に設けることが好ましい。本実施の形態では、陽極として機能する第１の電極１０１に接するように第１の層１１１を設けた場合について説明する。
複合材料に含まれる有機化合物、無機化合物は、実施の形態１で述べたものを用いればよい。
また、上記の複合材料は、導電性が高いため、厚膜化した場合でも駆動電圧の上昇を抑制することができる。よって、駆動電圧の上昇を招くことなく第１の層１１１を厚くすることができるため、ゴミ等に起因する素子の短絡を抑制することができる。このような効果は第１の層１１１を６０ｎｍ以上とすると効果的である。
また、上記の複合材料は、無機化合物を含んでいるため、発光素子の耐熱性を向上させることができる。
第２の層１１２は、発光機能を担う層である。第２の層１１２は、単層で構成されていてもよいし、複数の層から構成されていてもよい。例えば、発光層以外に、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロッキング層、正孔輸送層、正孔注入層等の機能性の層を自由に組み合わせて設けてもよい。また、第２の層１１２には、公知の材料を用いることができ、低分子系材料および高分子系材料のいずれを用いることもできる。なお、第２の層１１２を形成する材料の構成としては、有機化合物材料のみから成るものだけでなく、無機化合物材料を一部に含む構成も含めるものとする。第２の層１１２にも無機化合物を含む構成とすることより、より耐熱性が向上するという効果を得ることができる。
正孔注入層を形成する正孔注入性材料は、イオン化ポテンシャルが、正孔注入層に陽極として機能する電極の反対側に接して形成されている機能層のイオン化ポテンシャルよりも相対的に小さい正孔輸送性を有する物質を用いることができる。正孔注入性材料はイオン化ポテンシャルによって相対的に決定されるが、正孔注入層として良く用いられる物質の例としては、酸化バナジウムや酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウムなどの金属酸化物などが挙げられる。あるいは、有機化合物を用いる場合はポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）等を用いることができる。また、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸（略称：ＰＳＳ）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称：ＰＥＤＯＴ）や、ポリアニリン（略称：ＰＡｎｉ）などを用いることができる。
正孔輸送層を形成する正孔輸送性材料には特に限定は無く、具体例としては、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−［４−（Ｎ，Ｎ−ジ−ｍ−トリルアミノ）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，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＢ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等が挙げられる。芳香族アミン系（すなわち、ベンゼン環−窒素の結合を有するもの）が特に好ましい化合物である。
発光層は発光性の物質を含んでおり、ここで、発光性の物質とは、光効率が良好で、所望の発光波長の発光をし得る物質である。発光層について特に限定はないが、発光性の物質が、発光性の物質が有するエネルギーギャップよりも大きいエネルギーギャップを有する物質からなる層中に分散して含まれた層であることが好ましい。これによって、発光性の物質からの発光が、濃度に起因して消光してしまうことを防ぐことができる。なお、エネルギーギャップとはＬＵＭＯ準位とＨＯＭＯ準位との間のエネルギーギャップを言う。
発光層を形成する発光性の物質について特に限定はなく、発光効率が良好で、所望の発光波長の発光をし得る物質を用いればよい。例えば、赤色系の発光を得たいときには、４−ジシアノメチレン−２−イソプロピル−６−［２−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＪＴＩ）、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−［２−（１，１，７，７−テトラメチル−９−ジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＪＴ）、４−ジシアノメチレン−２−ｔｅｒｔ−ブチル−６−［２−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＪＴＢ）やペリフランテン、２，５−ジシアノ−１，４−ビス［２−（１０−メトキシ−１，１，７，７−テトラメチルジュロリジン−９−イル）エテニル］ベンゼン等、６００ｎｍから６８０ｎｍに発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を用いることができる。また緑色系の発光を得たいときは、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）、クマリン６やクマリン５４５Ｔ、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）等、５００ｎｍから５５０ｎｍに発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を用いることができる。また、青色系の発光を得たいときは、９，１０−ビス（２−ナフチル）−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，９’−ビアントリル、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡ）、９，１０−ビス（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−ガリウム（略称：ＢＧａｑ）、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）等、４２０ｎｍから５００ｎｍに発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を用いることができる。以上のように、蛍光を発光する物質の他、ビス［２−（３，５−ビス（トリフルオロメチル）フェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（ｐｉｃ））、ビス［２−（４，６−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：ＦＩｒ（ａｃａｃ））、ビス［２−（４，６−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（ＦＩｒ（ｐｉｃ））、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）等の燐光を発光する物質も発光性の物質として用いることができる。
また、発光性の物質を分散状態にするために用いる物質について特に限定はなく、例えば、９，１０−ジ（２−ナフチル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）等のアントラセン誘導体、または４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）等のカルバゾール誘導体の他、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ピリジナト］亜鉛（略称：Ｚｎｐｐ２）、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：ＺｎＢＯＸ）等の金属錯体等を用いることができる。
電子輸送層を形成する電子輸送性材料としては、公知の材料を用いることができる。具体的には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）、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−ヒドロキシ−ビフェニリル）−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）、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）などの典型金属錯体が挙げられる。あるいは９，１０−ジフェニルアントラセンや４，４’−ビス（２，２−ジフェニルエテニル）ビフェニルなどの炭化水素系化合物なども好適である。あるいは、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−トリアゾールなどのトリアゾール誘導体、バソフェナントロリンやバソキュプロインなどのフェナントロリン誘導体を用いても良い。
電子注入層を形成する電子注入性材料としては、公知の材料を用いることができる。具体的には、フッ化カルシウムやフッ化リチウム、酸化リチウムや塩化リチウムなどのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などが好適である。あるいは、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）やバソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの、いわゆる電子輸送性の材料にリチウムなどのドナー性化合物を添加した層も用いることができる。
なお、本実施の形態では、第１の層１１１が正孔注入層としての機能を担うため、第２の層１１２に正孔注入層を設けなくてもよい。
また、本実施の形態では、発光層のみに発光に預かるドーパントが添加され、このドーパントからの発光だけが観測されるが、他の層、例えば電子輸送層や正孔輸送層に異なる発光を示すドーパントを添加しても構わない。発光層から得られる発光と、他の層に添加されたドーパントの発光が互いに補色の関係にある場合、白色の発光が得られる。
なお、第１の電極１０１や第２の電極１０２の少なくとも一方の種類を変えることで、本実施の形態の発光素子は様々なバリエーションを有する。その模式図を図３および図４に示す。なお、図３および図４では、図１の符号を引用する。また、１００は、本発明の発光素子を担持する基板である。
図３は、発光積層体１０３が、基板１００側から第１の層１１１、第２の層１１２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１０１を光透過性、第２の電極を遮光性とすることで、図３（ａ）のように基板１００側から光を射出する構成となる。また、第１の電極１０１に遮光性材料（特に反射性も有する材料）を用い、第２の電極１０２に光透過性材料を用いることで、図３（ｂ）のように基板１００の逆側から光を射出する構成となる。さらに、第１の電極１０１、第２の電極１０２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１００側と基板１００の逆側の両方に光を射出する構成も可能となる。
図４は、発光積層体１０３が、基板１００側から第２の層１１２、第１の層１１１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１０１に遮光性材料（特に反射性も有する材料）を用い、第２の電極１０２に光透過性材料を用いることで、図４（ａ）のように基板１００側から光を取り出す構成となる。また、第１の電極１０１に光透過性材料を用い、第２の電極１０２に遮光性材料（特に反射性も有する材料）を用いることで、図４（ｂ）のように基板１００と逆側から光を取り出す構成となる。さらに、第１の電極１０１、第２の電極１０２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１００側と基板１００の逆側の両方に光を射出する構成も可能となる。
本実施の形態の発光素子において、第１の層１１１は、実施の形態１に記載の複合材料により形成されているため、極めて高い正孔注入性、正孔輸送性を示す。したがって、第１の層１１１を厚くしても駆動電圧の上昇を抑制することができる。よって、駆動電圧の上昇を抑制し、かつ、発光素子の短絡を防止することができる。また、光学設計による色純度の向上のため、第１の層１１１の膜厚を自由に設定することが可能となる。また、本発明の発光素子は第１の層１１１が透明性の高い実施の形態１に記載の複合材料により形成されていることから、効率の良い発光素子とすることができる。また、本発明の複合材料による膜は厚膜化して形成したとしても透明性に優れているため、厚膜化したことによる当該膜の吸収の影響が小さく、短絡防止対策や光学設計を行った上で効率の良い発光素子とすることができる。短絡防止対策は第１の層１１１を６０ｎｍ以上とすると効果的である。
また、図３の構成のように、第２の電極１０２を形成し、第２の層１１２、第１の層１１１を順次形成し、第１の電極１０１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１１２へのダメージを低減することもできる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２で示した発光素子の作製方法について説明する。
本実施の形態では、実施の形態２で示した発光素子の作製方法について説明する。
まず第１の電極１０１を形成する。第１の電極１０１は実施の形態２に示したような材料を用いてスパッタリング法や蒸着法など公知の方法により適宜形成すればよい。
次に、第１の層１１１を形成する。第１の層１１１の形成方法について特に限定は無いが、実施の形態１に記載された複合材料に用いることができる有機化合物と無機化合物を共蒸着することにより形成することができる。
次に、第２の層１１２を形成する。第２の層１１２は、公知の材料を用いることができ、公知の方法により形成することができるが、蒸着法による形成が一般的である。
第２の電極１０２は公知の材料を用いることができ、公知の方法により形成することができる。具体的には、実施の形態２に第１の電極１０１や第２の電極１０２の材料として列挙した材料を用いることができ、スパッタリング法や蒸着法など公知の方法により形成すればよい。蒸着法は特に第２の層へのダメージが少ないので好ましい方法である。第１の電極１０１および第２の電極１０２はそのいずれか一方、もしくは両方が透光性を有していればよい。
上記の方法に従い、本発明の発光素子を作製することができる。なお、本実施の形態では、第１の電極１０１から形成する方法について説明したが、第２の電極１０２から順次形成して発光素子を作製してもよい。
（実施の形態４）
本実施の形態では、複合材料よりなる層を、陽極と発光層の間、かつ、陽極と接しないように設ける場合について説明する。
本実施の形態では、複合材料よりなる層を、陽極と発光層の間、かつ、陽極と接しないように設ける場合について説明する。
図２に本発明の発光素子の構造の一例を示す。第１の電極３０１と、第２の電極３０２との間に、発光積層体３０３が狭持されている構成となっている。発光積層体３０３は、第１の層３１１、第２の層３１２、第３の層３１３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３０１が陽極として機能し、第２の電極３０２が陰極として機能する場合について説明する。
第１の層３１１は正孔を注入する機能を有する層である。正孔注入層を形成する正孔注入性材料としては公知の材料を用いることができる。具体的には、実施の形態２で示した正孔注入性材料を用いることができる。
第２の層３１２は、実施の形態１に記載の複合材料よりなる層である。実施の形態２で示した第１の層１１１と同様の構成を適用することができる。
第３の層３１３は、発光機能を担う層であり、実施の形態２で示した第２の層１１２と同様の構成を適用することができる。
本実施の形態の発光素子において、第２の層３１２は、実施の形態１に記載の複合材料により形成されているため、極めて高い正孔注入性、正孔輸送性を示す。したがって、第２の層３１２を厚くしても駆動電圧の上昇を抑制することができる。よって、駆動電圧の上昇を抑制し、かつ、発光素子の短絡を防止することができる。また、光学設計による色純度の向上のため、第２の層３１２の膜厚を自由に設定することが可能となる。また、本発明の発光素子は第２の層３１２が透明性の高い実施の形態１に記載の複合材料により形成されていることから、効率の良い発光素子とすることができる。また、本発明の複合材料による膜は厚膜化して形成したとしても透明性に優れているため、厚膜化したことによる当該膜の吸収の影響が小さく、短絡防止や光学設計を行った上で効率の良い発光素子とすることができる。短絡防止効果は第２の層３１２を６０ｎｍ以上とすると効果的である。
（実施の形態５）
本実施の形態では、他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を用いて説明する。
本実施の形態では、他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を用いて説明する。
図５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、発光積層体２０３は狭持されている構成となっている。発光積層体２０３は、第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の層２１４が順次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。
本実施の形態の発光素子は、次の様に動作する。まず、第２の電極２０２よりも第１の電極２０１の電位の方が高くなるように電圧を印加すると、第４の層２１４から第２の電極２０２へは正孔が注入され、第３の層２１３から第２の層２１２へは、電子が注入される。また、第１の電極２０１から第１の層２１１へは正孔が注入され、第１の層２１１から第２の層２１２へ正孔が注入される。第１の層２１１から注入された正孔と、第３の層２１３から注入された電子とは、第２の層２１２において再結合し、発光性の物質を励起状態にする。そして、励起状態の発光性の物質は基底状態に戻るときに発光する。
第１の電極２０１、第２の電極２０２、第１の層２１１、第２の層２１２は、実施の形態２における第１の電極１０１、第２の電極１０２、第１の層１１１、第２の層１１２とそれぞれと同じ構成を適用することができる。つまり、第１の電極は公知の材料を用いることができ、第１の層２１１は、実施の形態１に記載の複合材料よりなる層であり、第２の層２１２は発光機能を担う層である。
第３の層２１３は、電子を発生するドナー準位を有する材料を含む層である。このような層としては、例えば、電子輸送性物質と、その物質に対して電子供与性を示す物質とを含む層が挙げられる。ここで、電子輸送性物質とは、正孔よりも電子の輸送性が高い物質である。電子輸送性物質について特に限定はなく、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）、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）、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）等の金属錯体の他、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）、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）等を用いることができる。また、電子輸送性物質に対して電子供与性を示す物質について特に限定はなく、例えば、リチウム、セシウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属、エルビウム、イッテルビウム等の希土類金属等を用いることができる。また、リチウム酸化物（Ｌｉ２Ｏ）、カルシウム酸化物（ＣａＯ）、ナトリウム酸化物（Ｎａ２Ｏ）、カリウム酸化物（Ｋ２Ｏ）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）等、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物の中から選ばれた物質を、電子輸送性物質に対して電子供与性を示す物質として用いても構わない。なお、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物等は、反応性が低く、取り扱いが容易である。また、第２の層３１２は、酸化亜鉛、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、酸化スズ、酸化チタンのようなｎ型の半導体から成る層であってもよい。
第４の層２１４は、有機化合物と、有機化合物に対して電子受容性を示す無機化合物とを含む構成である。したがって、第４の層に含まれる無機化合物としては実施の形態１にて列挙した無機化合物と同様のものを用いることができる。ただし、第４の層２１４に含まれる無機化合物は、第１の層２１１に含まれる無機化合物と同じものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。
また、第１の層２１１や第４の層２１４は、本発明の複合材料を用いて形成されている為高い正孔注入性、正孔輸送性を示す。したがって、第１の層２１１を厚くしても駆動電圧の上昇を抑制することができる。よって、本実施の形態の発光素子は、発光機能を担う第２の層２１２の両側の層を非常に厚くすることが可能となり、さらに発光素子の短絡を効果的に防止できる。また、光学設計による色純度の向上のため、第２の層２１２の両側の層の膜厚を自由に設定することが可能となる。また、発光積層体２０３を形成した後に、第１の電極２０１または第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、発光積層体２０３の両側が同じ材料で構成されることになるため、応力歪みを抑制する効果も期待できる。また、第１の層２１１や第４の層２１４に透明性の高い本発明の複合材料を用いていることから、本実施の形態における本発明の発光素子は効率のよい発光素子である。
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の種類を変えることで、様々なバリエーションを有する。その模式図を図６および図７に示す。なお、図６および図７では、図５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６は、発光積層体２０３が、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に光透過性材料を用い、第２の電極２０２に遮光性材料（特に反射性も有する材料）を用いることで、図６（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に遮光性材料（特に反射性も有する材料）を用い、第２の電極２０２に光透過性材料を用いることで、図６（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６（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７は、発光積層体２０３が、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に遮光性材料（特に反射性も有する材料）を用い、第２の電極２０２に光透過性材料を用いることで、図７（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に光透過性材料を用い、第２の電極２０２に遮光性材料（特に反射性も有する材料）を用いることで、図７（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７（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、本実施の形態における発光素子を作製する場合には、実施の形態３に示した方法に準じて作製することが可能である。
また、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、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２０１を形成してもよい。
なお、電子を発生するドナー準位を有する材料を用いて第１の層２１１を形成し、本発明の複合材料を用いて第３の層２１３を形成し、電子を発生するドナー準位を有する材料を含む材料を用いて第４の層２１４を形成する構成にすることも可能である。この場合、第３の層２１３は、本発明の複合材料を用いて形成されているので、正孔輸送性に優れている。したがって、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、光学設計による色純度の向上のため、第３の層２１３の膜厚を自由に設定することができる。また、第３の層２１３は透明性の高い本発明の複合材料を用いていることから、効率のよい発光素子とすることができる。また、本発明の複合材料による膜は厚膜化して形成したとしても透明性に優れているため、厚膜化したことによる当該膜の吸収の影響が小さく、短絡防止対策や光学設計を行った上で効率の良い発光素子とすることができる。短絡防止効果は第３の層２１３を６０ｎｍ以上とすると効果的である。
（実施の形態６）
本実施の形態では、発光機能を担う層を複合材料よりなる層を挟んで複数有する発光素子の構成について説明する。
本実施の形態では、発光機能を担う層を複合材料よりなる層を挟んで複数有する発光素子の構成について説明する。
図１１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との間に発光積層体４０３が挟まれている構造となっている。発光積層体４０３は、第１の層４１１、第２の層４１２、第３の層４１３、第４の層４１４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。
本実施の形態の発光素子は、次の様に動作する。まず、第２の電極４０２よりも第１の電極４０１の電位の方が高くなるように電圧を印加すると、第１の電極４０１から第１の層４１１へ正孔が注入され、第２の層４１２から第１の層４１１へ電子が注入され、第３の層４１３から第４の層４１４へ正孔が注入され、第２の電極４０２から第４の層４１４へ電子が注入される。第１の電極４０１から注入された正孔と第２の層４１２より注入された電子は第１の層４１１において再結合し、発光性の物質を励起状態にする。そして、励起状態の発光性物質が基底状態に戻るときに発光が得られる。また、第３の層４１３から注入された正孔と第２の電極４０２から注入された電子も第４の層４１４において再結合し、第４の層４１４における発光性の物質励起状態にし、発光を得ることができる。
第１の層４１１は第１の発光機能を担う層であり、第４の層４１４は第２の発光機能を担う層である。第１の発光機能を担う層と第２の発光機能を担う層は実施の形態２で示した第２の層１１２と同様の構成を適用することができる。第１の発光機能を担う層と第２の発光機能を担う層における各々の層構造については、同じであっても良いし、異なっても良い。また、第１の発光機能を担う層における発光層の発光色と第２の発光機能を担う層における発光層の発光色は同じであっても良いし、異なっていても良い。２層の発光色が同じであれば同じ電流密度において約２倍の輝度を得ることができる。また、２層の発光色を異ならせることで当該２色を混合した色の発光を得ることができる。
第２の層４１２は、電子を発生するドナー準位を有する材料を含む層であり、実施の形態５で示した第３の層２１３と同様の構成を適用することができる。第３の層４１３は実施の形態１に記載の複合材料を用いて形成された層である。第３の層４１３は本発明の複合材料を用いて形成された層であるため透明性に優れ、第一の発光機能を担う層と第二の発光機能を担う層との間に挟まれていても発光の損失が少なく、より効率の良い発光素子とすることができる。
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、実施の形態３に示した方法に準じて作製することが可能である。
尚、本実施の形態は実施の形態１乃至実施の形態５と適宜自由に組み合わせて用いることが可能である。
（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９を用いて説明する。なお、図９（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図９（Ｂ）は図９（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９（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、公知の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、必ずしもその構造の必要はなく、基板上ではなく駆動回路を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絶縁物を形成する。
また、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樹脂を用いた場合、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、感光性の光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型の感光性アクリル樹脂膜、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型の感光性アクリル性樹脂膜のいずれも使用することができる。
第１の電極６１３上には、発光積層体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、本実施の形態において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、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ＩＴＯ膜、ＩＴＳＯ膜、ＩＺＯ膜、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る。
また、発光積層体６１６は、実施の形態１で示した正孔を発生する複合材料よりなる層を含んでいる。実施の形態１に示した複合材料は、優れたキャリア注入性、キャリア輸送性を有している。そのため、発光素子や発光装置の駆動電圧を低減することができる。
さらに、発光積層体６１６上に形成される第２の電極６１７（陰極）に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＣａＦ２、またはＣａ３Ｎ４）を用いることが好ましい。なお、発光積層体６１６（陰極）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（ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＳＯ、ＺｎＯ等）との積層を用いるのが良い。
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、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で充填される構成も含むものとする。
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に記載の複合材料を用いているため、駆動電圧を低減することができる。よって、消費電力を低減することが可能である。
また、本発明の発光素子に含まれる実施の形態１に記載の複合材料は、導電性が高いため、駆動電圧の上昇を招くことなく発光積層体６１６を厚くすることができる。そのため、ゴミ等に起因する素子の短絡も抑制することができる。よって、より欠陥の少ない発光装置を提供することが可能となる。
また、本発明の発光素子に含まれる実施の形態１に記載の複合材料は、透明性に優れていることから当該材料による膜を形成したことによる発光の損失が少なく効率の良い発光装置とすることが出来る。また、本発明の複合材料による膜は厚膜化して形成したとしても透明性に優れているため、厚膜化したことによる当該膜の吸収の影響が小さく、短絡防止対策や光学設計を行った上で効率の良い発光素子とすることができる。短絡防止効果は本発明の複合材料による層を６０ｎｍ以上とすると効果的である。
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との間には発光積層体層９５５が設けられている。電極９５２の端部は絶縁層９０３で覆われている。そして、絶縁層９０３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９０３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９０３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９０３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９０３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。また、ゴミ等に起因する素子の短絡も抑制することができ、より欠陥の少ない発光装置を提供することが可能となる。また、効率の良い発光装置とすることが出来る。また、短絡防止対策や光学設計を行った上で効率の良い発光素子とすることができる。
（実施の形態８）
本実施の形態では、本発明の電気機器について説明する。
本実施の形態では、本発明の電気機器について説明する。
本発明の電気機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラ、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）、パーソナルコンピュータ、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。これらの電気機器の具体例を図１０に示す。
図１０（Ａ）はテレビ受像機であり、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。実施の形態２乃至６いずれかに記載の発光素子を有する発光装置をその表示部９１０３に用いることにより作製される。これにより、低消費電力で、欠陥の少ない表示部を有するテレビ受像機を得ることができる。なお、テレビ受像機は、コンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
図１０（Ｂ）は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。実施の形態２乃至６いずれかに記載の発光素子を有する発光装置をその表示部９２０３に用いることにより作製される。これにより、低消費電力で、欠陥の少ない表示部を有するコンピュータを得ることができる。
図１０（Ｃ）はゴーグル型ディスプレイ、本体９３０１、表示部９３０２、アーム部９３０３を含む。実施の形態２乃至６いずれかに記載の発光素子を有する発光装置をその表示部９３０２に用いることにより作製される。これにより、低消費電力で、欠陥の少ない表示部を有するゴーグル型ディスプレイを得ることができる。
図１０（Ｄ）は携帯電話であり、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。実施の形態２乃至６いずれかに記載の発光素子を有する発光装置をその表示部９４０３に用いることにより作製される。これにより、低消費電力で、欠陥の少ない表示部を有する携帯電話を得ることができる。なお、表示部９４０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
図１０（Ｅ）はカメラであり、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。実施の形態２乃至６いずれかに記載の発光素子を有する発光装置をその表示部９５０２に用いることにより作製される。これにより、低消費電力で、欠陥の少ない表示部を有するカメラを得ることができる。
以上の様に、本発明適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気機器に適用することが可能である。本発明の電気機器は、低消費電力で、欠陥の少ない電気機器である。
本実施例では本発明の複合材料の吸収スペクトルについて説明する。図１２に上記構造式（８）で表される有機化合物（４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ））単独の膜及びＣＢＰと酸化モリブデンからなる本発明の複合材料（重量比でＣＢＰ：酸化モリブデン＝１：０．２５、モル比ではＣＢＰ：酸化モリブデン＝１：０．８）からなる膜の吸収スペクトルを示した。ＣＢＰ単独の膜、ＣＢＰと酸化モリブデンからなる本発明の複合材料からなる膜はどちらも蒸着法により形成し、特にＣＢＰと酸化モリブデンからなる本発明の複合材料からなる膜は共蒸着法により形成した。なお、ＣＢＰは同仁化学社製の「ＤＣＢＰ（昇華精製品）」、酸化モリブデンは高純度化学株式会社製、三酸化モリブデン、純度９９．９９９％のものを用いた。
図１２より、ＣＢＰと酸化モリブデンからなる本発明の複合材料の吸収スペクトルは可視光領域に大きな吸収が無く、透明性に優れた材料であることが分かる。また、ＣＢＰと酸化モリブデンからなる本発明の複合材料の吸収スペクトルがＣＢＰのスペクトルと異なる形状を有していることからＣＢＰとは異なる材料であることが示唆される。
本実施例では本発明の複合材料を用いた本発明の発光素子の特性について説明する。
測定に用いた本発明の発光素子の作製方法について説明する。まず、基板上に発光素子の陽極として機能する電極としてＩＴＳＯをスパッタ法で１１０ｎｍ成膜した。
続いて、ＩＴＳＯ上に本発明の複合材料を蒸着法により５０ｎｍの厚みで形成した。本実施例の複合材料は有機化合物としてＣＢＰ、無機化合物として酸化モリブデンを含み、質量比でＣＢＰ：酸化モリブデンが４：２となるようにした。なお、ＣＢＰは同仁化学社製の「ＤＣＢＰ（昇華精製品）」、酸化モリブデンは高純度化学株式会社製の三酸化モリブデン、純度９９．９９９％を用いた。なお、ＣＢＰは、上述の一般式（３）で表されるように、２つのカルバゾリル基を有するアリールカルバゾールの一種である。
次に、正孔輸送層としてＮＰＢを蒸着法により１０ｎｍ形成し、その上にＡｌｑ３をホスト材料、クマリン６をゲスト材料に用いて発光層を４０ｎｍの厚みで形成した。Ａｌｑ３とクマリン６は共蒸着法により形成し、重量比で１：０．０１となるように成膜した。
その後、Ａｌｑ３を電子輸送層として蒸着法により１０ｎｍ、正孔注入層としてＡｌｑ３とＬｉを共蒸着法によって３０ｎｍの厚みで形成した。正孔注入層のＡｌｑ３とＬｉは重量比で１：０．０１となるように形成した。
最後に発光素子の陰極として機能する電極としてＡｌを２００ｎｍ形成し、本発明の発光素子を形成した。
比較例として、実施例２における本発明の発光素子の本発明の複合材料でなる層の有機化合物をＣＢＰとした場合の素子を測定したので、当該素子の作製方法について説明する。まず、基板上に発光素子の陽極として機能する電極としてＩＴＳＯをスパッタ法で１１０ｎｍ成膜した。
続いて、ＩＴＳＯ上にＣＢＰを蒸着法により５０ｎｍの厚みで形成した。なお、ＣＢＰは同仁化学社製の「ＤＣＢＰ（昇華精製品）」を用いた。
次に、正孔輸送層としてＮＰＢを蒸着法により１０ｎｍ形成し、その上にＡｌｑ３をホスト材料、クマリン６をゲスト材料に用いて発光層を４０ｎｍの厚みで形成した。Ａｌｑ３とクマリン６は共蒸着法により形成し、重量比で１：０．０１となるように成膜した。
その後、Ａｌｑ３を電子輸送層として蒸着法により１０ｎｍ、正孔注入層としてＡｌｑ３とＬｉを共蒸着法によって３０ｎｍの厚みで形成した。正孔注入層のＡｌｑ３とＬｉは重量比で１：０．０１となるように形成した。
最後に発光素子の陰極として機能する電極としてＡｌを２００ｎｍ形成し、比較例の発光素子を形成した。
本実施例における発光素子の構造と比較例の発光素子の構造を以下の表にまとめる。
以上のように形成した本発明の発光素子と比較例の発光素子の電流−電圧特性と輝度―電圧特性を図１４及び図１３に示す。
図１４では、有機化合物としてＣＢＰを用いた本発明の発光素子の方が、代わりにＣＢＰのみを用いた発光素子より低い電圧でより多くの電流を流すことができることが示され、図１３では、有機化合物としてＣＢＰを用いた本発明の発光素子の方が、代わりにＣＢＰのみを用いた発光素子より低い電圧でより高い発光輝度を得ることが出来ることが示されている。これにより本発明の複合材料を用いることによって発光素子を低電圧化することができることが分かる。また本発明の発光素子は、低電圧化された素子であることが分かる。
本実施例では、実施の形態５（図５）で示したように、本発明の複合材料を用いた層を、発光機能を担う層の両側に設けた発光素子について例示する。以下では、図５の符号を引用する。
まず基板上に、発光素子の陽極として機能する第１の電極２０１として、ＩＴＳＯをスパッタ法で１１０ｎｍ成膜した。
続いてＩＴＳＯ上に、第１の層２１１として、本発明の複合材料を蒸着法により５０ｎｍの厚みで成膜した。該複合材料は、実施例２と同様、有機化合物としてＣＢＰ、無機化合物として酸化モリブデンを含み、質量比でＣＢＰ：酸化モリブデンが４：２となるようにＣＢＰと三酸化モリブデンを共蒸着することにより形成した。
次に、正孔輸送層、発光層、および電子輸送層を順次積層した発光機能を担う層２１２を形成した。なお、正孔輸送層は、ＮＰＢを１０ｎｍ蒸着することにより形成した。また発光層は、Ａｌｑ３とクマリン６を質量比で１：０．０１となるように共蒸着することにより形成した（すなわち、Ａｌｑ３がホスト材料、クマリン６がゲスト材料となる。）。膜厚は４０ｎｍとした。また電子輸送層は、Ａｌｑ３を１０ｎｍ蒸着することにより形成した。
さらに、Ａｌｑ３とＬｉとを共蒸着することにより、Ａｌｑ３とＬｉからなる層を第３の層２１３として１０ｎｍ形成した。この時、Ａｌｑ３とＬｉの割合は、質量比でＡｌｑ３：Ｌｉ＝１：０．０１となるように調節した。なお、Ａｌｑ３は電子輸送性物質として、Ｌｉは該電子輸送性物質に対して電子供与性を示す物質として、それぞれ機能する。
次に、第４の層２１４として、本発明の複合材料を蒸着法により２０ｎｍの厚みで成膜した。該複合材料は、第１の層２１１と同様、有機化合物としてＣＢＰ、無機化合物として酸化モリブデンを含み、質量比でＣＢＰ：酸化モリブデンが４：２となるようにＣＢＰと三酸化モリブデンを共蒸着することにより形成した。
最後に、陰極として機能する第２の電極２０２としてＡｌを２００ｎｍ形成し、本実施例の発光素子を得た。
以上のように形成した本発明の発光素子の電流−電圧特性および輝度−電圧特性を図１６および図１７にそれぞれ示す。このことから、本発明の複合材料を用いた層を、発光機能を担う層の両側に設けた図５のような発光素子に関しても、低い駆動電圧で動作することがわかった。
本実施例では、ＣＢＰに換えて下記構造式（２４）で表されるＣｚＰＡを用いた以外は実施例２と同様にして、発光素子を作製した。なおＣｚＰＡは、上述した一般式（２）で表されるように、１つのカルバゾリル基を有するアリールカルバゾールの一種である。
作製した本発明の発光素子の電流−電圧特性および輝度−電圧特性を図１８および図１９にそれぞれ示す。このことから、本発明の複合材料を用いた発光素子は、低い駆動電圧で動作することがわかった。
本実施例では、ＣＢＰに換えてＣｚＰＡを用いた以外は実施例３と同様にして、発光素子を作製した。
作製した本発明の発光素子の電流−電圧特性および輝度−電圧特性を図２０および図２１にそれぞれ示す。このことから、本発明の複合材料を用いた層を、発光機能を担う層の両側に設けた図５のような発光素子に関しても、低い駆動電圧で動作することがわかった。
本実施例では、本発明の複合材料を用いた本発明の発光素子の特性について説明する。本実施例における本発明の複合材料の有機化合物としては、下記構造式（２５）で表されるＴＣｚＢを用いた。なおＴＣｚＢは、上述した一般式（４）で表されるように、３つのカルバゾリル基を有するアリールカルバゾールの一種である。
まず基板上に、発光素子の陽極として機能する電極として、ＩＴＳＯをスパッタ法で１１０ｎｍ成膜した。
続いてＩＴＳＯ上に、本発明の複合材料を蒸着法により５０ｎｍの厚みで成膜した。該複合材料は、有機化合物としてＴＣｚＢ、無機化合物として酸化モリブデンを含み、質量比でＣＢＰ：酸化モリブデンが４：２となるようにＴＣｚＢと三酸化モリブデンを共蒸着することにより形成した。
次に、正孔輸送層としてＴＣｚＢを１０ｎｍ蒸着した。その上に、青色に発光する発光層としてｔ−ＢｕＤＮＡを４０ｎｍ蒸着した。さらに電子輸送層として、Ａｌｑ３を２０ｎｍ蒸着した。最後に陰極として機能する電極としてＡｌを２００ｎｍ蒸着し、本発明の発光素子を得た。
以上のように形成した本発明の発光素子の電流−電圧特性および輝度−電圧特性を図２２および図２３にそれぞれ示す。このことから、本発明の複合材料を用いた発光素子は、低い駆動電圧で動作することがわかった。
本実施例では、本発明の複合材料からなる層を形成するための蒸着装置について説明する。蒸着装置の一例として、斜視図を図１５（Ａ）に示す。以下に蒸着装置の機構を簡略に示す。
基板７０１は、予め蒸着マスク７０２と位置合わせされており、蒸着マスクと位置合わせされたままの状態で矢印７０６の方向に基板が搬送される。基板は搬送されて、防着シールド７０３ａの上方を通過する。防着シールド７０３ａは開口部７０３ｂを有しており、蒸着源７０４からの蒸着材料が開口部７０３ｂから昇華するようになっている。開口部７０３ｂから蒸着材料の昇華方向７１６を維持するために防着シールド７０３ａは、防着シールド自体には蒸着材料が付着しないように加熱されている。
蒸着源７０４は複数のルツボが設置できるようになっており、さらに蒸着源７０４は矢印７０５の方向に移動することが可能である。蒸着方法は、抵抗加熱法を用いる。また、蒸着源が移動する範囲は基板の幅Ｗａよりも広いことが望ましい。また、防着シールドの幅Ｗｂも基板の幅Ｗａよりも広くすることが蒸着膜の膜厚均一性を向上させる。
つまり、図１５（Ａ）に示す蒸着装置は、成膜室に蒸着材料の昇華方向を維持するために防着シールドが設けられており、開口部が複数設けられ、それらの開口部から蒸着材料が昇華する機構となっている。防着シールドの下方には、基板の移動方向（搬送方向とも呼ぶ）とは垂直な方向に移動可能な蒸着源を有している。また、防着シールドの幅Ｗｂは、基板の幅Ｗａよりも広くさせて、蒸着膜の膜厚均一性を向上させている。
なお、図１５（Ａ）の蒸着装置において、開口部７０３ｂの形状や数は特に限定されない。
また、蒸着源のルツボに蒸着材料を補給するため、成膜室にゲートを介して連結する設置室を設けてもよい。また、一つの成膜室に複数の蒸着源と防着シールドを設けてもよい。複数の蒸着源を設け、設置室を設けた場合の蒸着装置の上面図を図１５（Ｂ）に示す。蒸着源の移動方向（矢印７０５の方向）に設置室７０７を設置し、蒸着材料を補給する際には、蒸着源を設置室まで移動させて補給を行えばよい。蒸着源が成膜室に固定されている場合には、蒸着源に蒸着材料を補給するためには成膜室内を大気圧としなければならず、再度蒸着するためには成膜室内を再度真空にするのに時間を要してしまう。設置室７０７を設ければ、成膜室７００の真空度を維持したまま、設置室内のみを大気圧と真空とに切り替えればよいため、短時間で蒸着材料の補給が可能となる。
また、防着シールド７０３ａと平行に別の防着シールド７０９を設け、基板の搬送方向と垂直方向に移動する２つ目の蒸着源７０８を設けてもよい。複数の蒸着源を一つの成膜室に設けることによって、連続的な積層成膜が可能となる。ここでは一つの成膜室に２つの蒸着源を設けた例を示したが、一つの成膜室にそれ以上の数の蒸着源を設けてもよい。
つまり、一つの成膜室内に対して、基板の搬送方向とは垂直な方向に２つの防着シールドを設け、それぞれに蒸着源を設けて同じ蒸着材料を連続的に成膜してもよい。このような蒸着装置とすることで成膜速度を上げることができる。なお、２つの防着シールド同士は平行に設けられ、十分な間隔を有している。
また、異なる蒸着材料を２つの蒸着源にセットして連続的に積層成膜してもよい。例えば、蒸着源７０４の２つのルツボに有機化合物と無機化合物とを別々にセットし、蒸着源７０４の上方に基板を通過させることで基板に本発明の複合材料からなる層を蒸着する。次いで、基板を移動させて別の蒸着源７０８のルツボに発光機能を担う層の材料となる有機化合物をセットし、別の蒸着源７０８の上方に基板を通過させることで本発明の複合材料からなる層上に発光層を蒸着することができる。
１００ 基板
１０１ 第１の電極
１０２ 第２の電極
１０３ 発光積層体
１１１ 第１の層
１１２ 第２の層
２００ 基板
２０１ 第１の電極
２０２ 第２の電極
２０３ 発光積層体
２１１ 第１の層
２１２ 第２の層
２１３ 第３の層
２１４ 第４の層
３０１ 第１の電極
３０２ 第２の電極
３０３ 発光積層体
３１１ 第１の層
３１２ 第２の層
３１３ 第３の層
４０１ 第１の電極
４０２ 第２の電極
４０３ 発光積層体
４１１ 第１の層
４１２ 第２の層
４１３ 第３の層
４１４ 第４の層
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 発光積層体
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
７００ 成膜室
７０１ 基板
７０２ 蒸着マスク
７０３ａ 防着シールド
７０３ｂ 開口部
７０４ 蒸着源
７０５ 矢印
７０６ 矢印
７０７ 設置室
７０８ 蒸着源
７０９ 防着シールド
７１６ 昇華方向
９５１ 基板
９５２ 電極
９０３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ 発光積層体層
９５６ 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
９３０１ 本体
９３０２ 表示部
９３０３ アーム部
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
１０１ 第１の電極
１０２ 第２の電極
１０３ 発光積層体
１１１ 第１の層
１１２ 第２の層
２００ 基板
２０１ 第１の電極
２０２ 第２の電極
２０３ 発光積層体
２１１ 第１の層
２１２ 第２の層
２１３ 第３の層
２１４ 第４の層
３０１ 第１の電極
３０２ 第２の電極
３０３ 発光積層体
３１１ 第１の層
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３１３ 第３の層
４０１ 第１の電極
４０２ 第２の電極
４０３ 発光積層体
４１１ 第１の層
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７０１ 基板
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７０５ 矢印
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９５０８ 音声入力部
９５０９ 操作キー
９５１０ 接眼部
Claims (8)
- 一般式（１）で表される有機化合物及びモリブデン酸化物を含むことを特徴とする複合材料。
- 一般式（２）乃至（４）で表されるいずれか１つの有機化合物及びモリブデン酸化物を含むことを特徴とする複合材料。
- 一般式（２）乃至（４）で表されるいずれか１つの有機化合物及びモリブデン酸化物を含むことを特徴とする複合材料。
- 第１の電極と第２の電極との間に、
一般式（１）で表される有機化合物及びモリブデン酸化物を含む層と、
発光物質を含む層と、
を有することを特徴とする発光素子。
- 第１の電極と第２の電極との間に、
一般式（２）乃至（４）で表される有機化合物のいずれか１つ及びモリブデン酸化物を含む層と、
発光物質を含む層と、
を有することを特徴とする発光素子。
- 第１の電極と第２の電極との間に、
一般式（２）乃至（４）で表されるいずれか１つの有機化合物及びモリブデン酸化物を含む層と、
発光物質を含む層と、
を有することを特徴とする発光素子。
- 請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の発光素子と、
前記発光素子の発光を制御する手段を有することを特徴とする発光装置。 - 表示部を有し、
前記表示部は請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の発光素子を有し、
前記発光素子の発光を制御する手段を備えたことを特徴とする電気機器。
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