発光素子、発光装置並びに電子機器
【課題】低電圧駆動が可能な発光素子を提供する。また、発光効率が高い発光素子を提供する。また、発光輝度が高い発光素子を提供する。また、発光寿命が長い発光素子を提供することを課題とする。また、消費電力の低減された発光装置および電子機器を提供する。また、低コストで作製可能な発光装置及び電子機器を提供する。
【解決手段】第１の電極と第２の電極との間に、発光層と、複合材料を含む層とを有し、発光層は、母体材料と不純物元素とを含み、複合材料を含む層は、有機化合物と無機化合物を含み、複合材料を含む層は、第２の電極と接するように設けられ、第１の電極の電位よりも第２の電極の電位の方が高くなるように電圧を印加したときに発光が得られる発光素子を提供する。
【解決手段】第１の電極と第２の電極との間に、発光層と、複合材料を含む層とを有し、発光層は、母体材料と不純物元素とを含み、複合材料を含む層は、有機化合物と無機化合物を含み、複合材料を含む層は、第２の電極と接するように設けられ、第１の電極の電位よりも第２の電極の電位の方が高くなるように電圧を印加したときに発光が得られる発光素子を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子に関する。また、発光素子を有する発光装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ、携帯電話、デジタルカメラ等における表示装置は、平面的で薄型の表示装置が求められており、この要求を満たすための表示装置として、自発光型である発光素子を利用した表示装置が注目されている。自発光型の発光素子の一つとして、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を利用する発光素子があり、この発光素子は、発光材料を一対の電極で挟み、電圧を印加することにより、発光材料からの発光を得ることができるものである。
【０００３】
このような自発光型の発光素子は、液晶ディスプレイに比べ画素の視認性が高く、バックライトが不要である等の利点があり、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、このような発光素子は、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。また、非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
【０００４】
さらに、このような自発光型の発光素子は膜状に形成することが可能であるため、大面積の素子を形成することにより、面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。
【０００５】
エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０００６】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有し、後者は、蛍光材料の薄膜からなる発光層を有している点に違いがある。しかし、そのメカニズムは共通しており、高電界で加速された電子による母体材料又は発光中心の衝突励起により発光が得られる。このような理由のため、一般的な無機ＥＬ素子で発光を得るためには高い電界が必要であり、発光素子に数百Ｖの電圧を印加する必要がある。例えば、近年フルカラーディスプレイに必要とされる高輝度の青色発光の無機ＥＬ素子が開発されたが、１００〜２００Ｖの駆動電圧が必要である（例えば、非特許文献１）。そのため、無機ＥＬ素子は消費電力が大きく、中小型サイズのディスプレイ、例えば、携帯電話等のディスプレイには採用することが難しかった。
【非特許文献１】ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）、１９９９年、Ｖｏｌ．３８、ｐ．Ｌ１２９１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題に鑑み、本発明は、低電圧駆動が可能な発光素子を提供することを課題とする。また、発光効率が高い発光素子を提供することを課題とする。また、発光輝度が高い発光素子を提供することを課題とする。また、発光寿命が長い発光素子を提供することを課題とする。また、消費電力の低減された発光装置および電子機器を提供することを課題とする。また、低コストで作製可能な発光装置及び電子機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、複合材料を含む層を電極との間に設けることにより、課題が解決できることを見いだした。
【０００９】
よって、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層と、複合材料を含む層とを有し、発光層は、母体材料と不純物元素とを含み、複合材料を含む層は、有機化合物と無機化合物を含み、複合材料を含む層は、第２の電極と接するように設けられ、第１の電極の電位よりも第２の電極の電位の方が高くなるように電圧を印加したときに発光が得られる発光素子である。
【００１０】
また、上記構成において、有機化合物としては、芳香族アミン化合物、またはカルバゾール誘導体、または芳香族炭化水素を用いることが好ましい。
【００１１】
また、上記構成において、無機化合物は、有機化合物に対して電子受容性を示すことが好ましい。具体的には、遷移金属酸化物であることが好ましい。特に、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物であることが好ましい。さらに好ましくは、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、酸化レニウムのいずれかであることが好ましい。
【００１２】
また、上記構成において、母体材料は、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化カルシウム、硫化イットリウム、硫化ガリウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、硫化バリウム−ガリウム等を用いることができる。
【００１３】
上記構成において、不純物元素は、発光中心となる金属元素であることが好ましい。または、不純物元素は複数種含まれており、発光中心となる金属元素と、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）のいずれか一と、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）のいずれか一であることが好ましい。発光中心となる金属元素は、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍ％の濃度で含まれていることが好ましい。金属元素としては、マンガン、銅、サマリウム、テルビウム、エルビウム、ツリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジウム等を挙げることができる。
【００１４】
または、上記構成において、不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、ケイ素のいずれか一と、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのいずれか一であることが好ましい。
【００１５】
または、上記構成において、不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、ケイ素のいずれか一と、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれか一であることが好ましい。
【００１６】
または、上記構成において、不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、ケイ素のいずれか一と、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのいずれか一と、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれか一であることが好ましい。
【００１７】
また、上記構成において、発光層と第１の電極との間に、バリア層が設けられていることが好ましい。バリア層を設けることにより、キャリアが通り抜けることを抑制し、発光効率を向上させることができる。バリア層の膜厚は、１〜１０ｎｍであることが好ましい。また、バリア層は、金属酸化物または金属窒化物であることが好ましい。例えば、第１の電極を構成している金属の酸化物でバリア層を形成する場合、第１の電極と連続してバリア層を形成することが可能であるので好ましい。
【００１８】
また、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。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。また、発光素子が形成されたパネルにコネクター、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。
【００１９】
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。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の発光素子は、複合材料を含む層を有している。複合材料を含む層は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、発光効率を向上させることができる。また、発光輝度を向上させることができる。また、発光寿命の長い発光素子を得ることができる。
【００２１】
また、本発明の発光装置は、低電圧駆動が可能な発光素子を有しているため、消費電力が低減することができる。また、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、低コストで発光装置を作製することができる。
【００２２】
また、本発明の電子機器は、低電圧駆動が可能な発光素子を有しているため、消費電力を低減することができる。また、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。ただし、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うることは当業者であれば容易に理解される。したがって、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。
【００２４】
（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複合材料について説明する。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。
【００２５】
本発明で用いる複合材料は、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料である。複合材料に用い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、複合材料に用いる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、１×１０−６ｃｍ２／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、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
【００２６】
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）などを挙げることができる。
【００２７】
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複合材料を得ることができる。
【００２８】
４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない複合材料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。
【００２９】
また、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない複合材料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。
【００３０】
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。
【００３１】
また、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない複合材料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。
【００３２】
なお、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない複合材料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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、複合材料に用いる無機化合物としては、遷移金属酸化物が好ましい。また元素周期表における第４族乃至第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。
【００３５】
本実施の形態で示す複合材料は、正孔注入性、正孔輸送性に優れている。また導電性が高い。よって、電極からキャリアを注入しやすく、発光層へ効率よくキャリアを輸送することができる。
【００３６】
また、電極とオーム接触をすることが可能となるため、仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶことができる。
【００３７】
なお、複合材料に含まれる有機化合物の種類を選択することにより、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない複合材料を得ることができる。よって、発光領域からの発光を吸収することなく効率良く透過し、外部取り出し効率を向上させることができる。
【００３８】
また、有機化合物と無機化合物とを複合した複合材料を含む層は導電性が高いため、複合材料を含む層を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、駆動電圧の上昇を抑制しつつ、外部への光の取り出し効率が高くなるように複合材料を含む層の膜厚を最適化することが可能となる。また、駆動電圧を上昇させることなく、光学設計による色純度の向上を実現することができる。
【００３９】
なお、複合材料を含む層の製造方法は、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、複合材料を含む層は、上述した有機化合物と無機化合物との共蒸着で作製することができる。なお、酸化モリブデンは真空中で蒸発しやすく、作製プロセスの面からも好ましい。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得ることもできる。
【００４０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の発光素子に用いる発光材料およびその形成方法について説明する。本発明で用いる発光材料としては、母体材料及び発光中心となる少なくとも１種類以上の不純物元素で構成される材料を挙げることができる。なお、これら不純物元素は母体材料を構成する元素を含まない。
【００４１】
発光材料に用いる母体材料としては、硫化物、酸化物、窒化物を用いることができる。すなわち、周期表における、第２族の元素と第１６族の元素を含む化合物または第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物を用いることができる。また、第３族の元素と第１６族の元素を含む化合物または第１３族の元素と第１６族の元素を含む化合物を用いることができる。また、第３族の元素と第１５族の元素を含む化合物または第１３族の元素と第１５族の元素を含む化合物を用いることができる。硫化物としては、例えば、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、硫化イットリウム（Ｙ２Ｓ３）、硫化ガリウム（Ｇａ２Ｓ３）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、硫化バリウム（ＢａＳ）等を用いることができる。また、酸化物としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等を用いることができる。また、窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等を用いることができる。さらに、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）等も用いることができ、硫化カルシウム−ガリウム（ＣａＧａ２Ｓ４）、硫化ストロンチウム−ガリウム（ＳｒＧａ２Ｓ４）、硫化バリウム−ガリウム（ＢａＧａ２Ｓ４）、等の３元系の混晶であってもよい。
【００４２】
金属イオンの内殻電子遷移を利用した発光中心として、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）などを用いることができる。なお、電荷補償として、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）などのハロゲン元素が添加されていてもよい。
【００４３】
また、ドナー−アクセプター再結合を利用した発光中心として、第一の不純物元素及び第二の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。
【００４４】
第一の不純物元素としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ケイ素（Ｓｉ）等を用いることができる。
【００４５】
第二の不純物元素は、例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）等を用いることができる。
【００４６】
本発明に係る発光材料は固相反応、すなわち、母体材料及び不純物元素を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱して反応させる方法により、母体材料に不純物元素を含有させる。例えば、母体材料と、第一の不純物元素又は第一の不純物元素を含む化合物と、第二の不純物元素又は第二の不純物元素を含む化合物をそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱、焼成を行う。焼成温度は、７００〜１５００℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。
【００４７】
また、固相反応を利用する場合の不純物元素として、第一の不純物元素と第二の不純物元素で構成される化合物を組み合わせて用いてもよい。この場合、不純物元素が拡散されやすく、固相反応が進みやすくなるため、均一な発光材料を得ることができる。さらに、余分な不純物元素が入らないため、純度の高い発光材料が得ることができる。第一の不純物元素と第二の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、フッ化銅（ＣｕＦ２）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、ヨウ化銅（ＣｕＩ）、臭化銅（ＣｕＢｒ）、窒化銅（Ｃｕ３Ｎ）、リン化銅（Ｃｕ３Ｐ）、フッ化銀（ＡｇＦ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、ヨウ化銀（ＡｇＩ）、臭化銀（ＡｇＢｒ）、塩化金（ＡｕＣｌ３）、臭化金（ＡｕＢｒ３）、塩化白金（ＰｔＣｌ２）等を用いることができる。
【００４８】
また、第二の不純物元素の代わりに第三の不純物元素を含んだ発光材料を用いてもよい。
【００４９】
第三の不純物元素は、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等を用いることができる。
【００５０】
これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ｍｏｌ％であればよく、好ましくは０．１〜５ｍｏｌ％の範囲である。
【００５１】
また、高い電気導電性を有する発光材料としては、母体材料として、上述した材料を用い、上述した第一の不純物元素及び第二の不純物元素及び第三の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ｍｏｌ％であればよく、好ましくは０．１〜５ｍｏｌ％の範囲である。
【００５２】
第二の不純物元素と第三の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）等のハロゲン化アルカリ、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）等を用いることができる。
【００５３】
母体材料として、上述した材料を用い、上述した第一の不純物元素及び第二の不純物元素及び第三の不純物元素を含む発光材料を用いた発光層は、高電界により加速されたホットエレクトロンを必要とすることなく、発光することが可能である。つまり、発光素子に高電圧を印加する必要がなくなるため、低駆動電圧で動作可能な発光素子を得ることができる。また、低駆動電圧で発光可能であるため、消費電力も低減された発光素子を得ることができる。また、さらに他の発光中心となる元素が含まれていてもよい。
【００５４】
また、母体材料として上述した材料を用い、第二の不純物元素および第三の不純物元素及び上述した金属イオンの内殻電子遷移を利用した発光中心を含む発光材料を用いることができる。この場合、発光中心となる金属イオンは、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍ％であることが好ましい。また、第二の不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍ％であることが好ましい。また、第三の不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍ％であることが好ましい。このような構成の発光材料は、低電圧で発光可能である。よって、低駆動電圧で発光可能な発光素子を得ることができるため、消費電力が低減された発光素子を得ることができる。また、さらに他の発光中心となる元素が含まれていてもよい。
【００５５】
例えば、母体材料としてＺｎＳ、第１の不純物元素としてＣｕ、第２の不純物元素としてＣｌおよびＧａ、第３の不純物元素としてＡｓを含み、さらに他の発光中心としてＭｎを含む発光材料を用いることも可能である。このような発光材料を形成するには、以下に示す方法を用いることができる。ＺｎＳに、硫酸銅（ＣｕＳ）、硫黄、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を配合した発光体（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ）にＭｎを加え、真空中で２〜４時間程度焼成する。焼成温度は７００〜１５００℃であることが好ましい。この焼成したものを粉砕して粒径５〜２０μｍにし、粒径１〜３μｍのＧａＡｓを加え撹拌する。この混合物を硫黄ガスを含む窒素気流中で約５００〜８００℃で２〜４時間焼成することにより、発光材料を得ることができる。この発光材料を用いて、蒸着法などにより薄膜を形成することにより、発光素子の発光層として用いることができる。
【００５６】
また、上記の発光材料に対して、さらに、不純物元素を添加することにより、発光材料の結晶系を制御することができる。結晶系を制御できる不純物としては、立方晶系のものとして、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ等を挙げることができる。また、六方晶系のものとして、ＧａＮ、ＩｎＮを挙げることができる。他にもＡｌＰ、ＡｌＮ、ＡｌＳｂ等を挙げることができる。発光材料の結晶系を制御することにより、発光効率を向上させることができる。
【００５７】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の発光素子の一態様ついて図１を用いて説明する。本明細書において、ＥＬ層とは、第１の電極と第２の電極との間に設けられた層を示す。
【００５８】
本実施の形態で示す発光素子は、基板１００の上に、第１の電極１０１及び第２の電極１０４と、第２の電極１０４に接する複合材料を含む層１０３と、第１の電極１０１と複合材料を含む層１０３との間に発光層１０２を有する素子構成である。本実施の形態で示す発光素子は、第１の電極１０１と、第２の電極１０４の間に電圧を印加することで発光が得られるが、本実施の形態では、第１の電極の電位よりも第２の電極の電位の方を高くしたときに発光が得られる場合について説明する。
【００５９】
基板１００は発光素子の支持体として用いられる。基板１００としては、例えば、ガラス、又はプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子の作製工程において発光素子の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用いることができる。
【００６０】
第１の電極１０１としては、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、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、通常スパッタリングにより成膜される。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たスパッタリング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たスパッタリングにより形成することができる。この他、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）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等を用いることができる。なお、第１の電極１０１または第２の電極１０４を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００６１】
発光層１０２は、実施の形態２で示した発光材料を含む層であり、種々の方法を用いて形成することができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。
【００６２】
複合材料を含む層１０３は、実施の形態１に示した複合材料を用いることができる。なお、発光層１０２と複合材料を含む層１０３とを蒸着法によって形成する場合、真空一貫で連続形成できるため、層の界面の汚染を防ぐことができ、好ましい。
【００６３】
第２の電極１０４としては、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、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、通常スパッタリングにより成膜される。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たスパッタリング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たスパッタリングにより形成することができる。この他、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）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等を用いることができる。なお、第１の電極１０１または第２の電極１０４を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００６４】
ただし、発光は、第１の電極１０１もしくは第２の電極１０４を通って外部に取り出されるため、第１の電極１０１および第２の電極１０４のうち、少なくとも一方は透光性を有する電極である必要がある。
【００６５】
なお、図示しないが、発光層と複合材料を含む層、又は発光層と電極の間にバッファー層を設けても良い。このバッファー層はキャリアの注入を容易にする役割や、両層の混合を抑制する役割をもつ。バッファー層としては、特に限定されることはないが、例えば、発光層の母体材料であるＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＳｒＳ、ＢａＳ等、又はＣｕＳ、Ｃｕ２Ｓ、又はハロゲン化アルカリであるＬｉＦ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＭｇＦ２等を用いることができる。
【００６６】
なお、図１（Ａ）では、基板１００側に第１の電極１０１を設けた構成を示したが、図１（Ａ）とは逆の順序で層を積層し、図１（Ｂ）に示すように基板１００側に第２の電極１０４を設ける構成としてもよい。
【００６７】
本発明の発光素子は、複合材料を含む層を有している。複合材料を含む層は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、発光効率を向上させることができる。
【００６８】
また、発光材料の母体材料は、ｎ型半導体としての性質を示すものが多い。よって、ｐ型半導体として機能する複合材料を用いることにより、キャリアの注入性が向上する。また、発光効率が向上する。また、電子とホールに起因した発光を得ることができる。
【００６９】
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３とは異なる本発明の発光素子の一態様について図２を用いて説明する。
【００７０】
本実施の形態で示す発光素子は、基板２００の上に、第１の電極２０１及び第２の電極２０５と、第２の電極２０５に接する複合材料を含む層２０４と、第１の電極２０１と複合材料を含む層２０４との間に発光層２０３とバリア層２０２を有する素子構成である。本実施の形態で示す発光素子は、第１の電極２０１と、第２の電極２０５の間に電圧を印加することで発光が得られるが、本実施の形態では、第１の電極の電位よりも第２の電極の電位の方を高くしたときに発光が得られる場合について説明する。
【００７１】
基板２００は発光素子の支持体として用いられる。基板２００としては、例えば、ガラス、又はプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子の作製工程において発光素子を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用いることができる。
【００７２】
第１の電極２０１としては、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、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、通常スパッタリングにより成膜される。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たスパッタリング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たスパッタリングにより形成することができる。この他、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）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等を用いることができる。なお、第１の電極２０１または第２の電極２０５を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００７３】
バリア層２０２は、絶縁性物質の薄膜である。バリア層２０２としては、絶縁性の金属酸化物または窒化物を用いることができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）等の酸化物または窒化物を用いることができる。
【００７４】
また、第１の電極２０１を形成した後、バリア層２０２を形成する場合、第１の電極２０１を陽極酸化可能な材料により形成し、第１の電極２０１の表面を陽極酸化することにより、バリア層２０２を形成することができる。例えば、第１の電極としてＡｌを用い、陽極酸化することによりバリア層として酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）を形成することができる。また、第１の電極としてＴｉを用い、陽極酸化することにより、バリア層として酸化チタン（ＴｉＯｘ）を形成することができる。陽極酸化によりバリア層を形成する場合、陽極酸化の条件により、膜質（緻密な陽極酸化膜、多孔質の陽極酸化膜等）を変化させたバリア層を形成することができる。また、バリア層の膜厚を制御することが可能である。
【００７５】
例えば、電解溶液として、３％の酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和して、ＰＨ＝６．９２に調整したものを使用する。この電解溶液中において、白金を陰極、第１の電極であるアルミニウムを陽極として、化成電流５〜６ｍＡ、到達電圧４０〜１００Ｖとして、両電極間に電流を流すことにより、アルミニウム膜の表面に緻密な強固な膜質の陽極酸化膜を形成することができる。この陽極酸化膜の膜厚は、印加電圧によって概略制御することができる。
【００７６】
なお、上述した陽極酸化以外にもスパッタリング法、ゾル−ゲル法等を用いてバリア層２０２を形成することができる。
【００７７】
バリア層２０２の膜厚は、駆動電圧の上昇を抑制するために、１〜１０ｎｍであることが好ましい。バリア層２０２を設けることにより、発光層に注入されたキャリアが発光に寄与せず発光層を通り過ぎ、電極に流れこんでしまうのを防ぐことができる。よって、発光効率を向上させることができる。
【００７８】
発光層２０３は、実施の形態２で示した発光材料を含む層であり、種々の方法を用いて形成することができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。
【００７９】
複合材料を含む層２０４は、実施の形態１に示した複合材料を用いることができる。なお、発光層２０３と複合材料を含む層２０４とを蒸着法によって形成する場合、真空一貫で連続形成できるため、層の界面の汚染を防ぐことができ、好ましい。
【００８０】
第２の電極２０５としては、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、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、通常スパッタリングにより成膜される。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たスパッタリング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たスパッタリングにより形成することができる。この他、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）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等を用いることができる。なお、第１の電極２０１または第２の電極２０５を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００８１】
ただし、発光は、第１の電極２０１もしくは第２の電極２０５を通って外部に取り出されるため、第１の電極２０１および第２の電極２０５のうち、少なくとも一方は透光性を有する電極である必要がある。
【００８２】
なお、図２（Ａ）では、基板２００側に第１の電極２０１を設けた構成を示したが、図２（Ａ）とは逆の順序で層を積層し、図２（Ｂ）に示すように基板２００側に第２の電極２０５を設ける構成としてもよい。図２（Ｂ）に示す構成の場合、バリア層２０２は、スパッタリング法やゾル−ゲル法を用いて形成することが好ましい。
【００８３】
本発明の発光素子は、複合材料を含む層を有している。複合材料を含む層は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、発光効率を向上させることができる。
【００８４】
また、発光材料の母体材料は、ｎ型半導体としての性質を示すものが多い。よって、ｐ型半導体として機能する複合材料を用いることにより、キャリアの注入性が向上する。また、発光効率が向上する。また、電子とホールに起因した発光を得ることができる。
【００８５】
また、実施の形態で示した発光素子は、絶縁性の物質の薄膜であるバリア層を有している。バリア層を設けることにより、発光層に注入されたキャリアが発光に寄与せず発光層を通り過ぎ、電極に流れこんでしまうのを防ぐことができる。よって、発光効率を向上させることができる。
【００８６】
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。
【００８７】
（実施の形態５）
本実施の形態は、本発明に係る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）の態様について、図１４を参照して説明する。この発光素子は、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。
【００８８】
図１４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の電極５０１と第２の電極５０２は実施の形態３〜４と同様なものを適用することができる。また、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２は同じ構成を有し、その構成は実施の形態３〜４と同様なものを適用することができる。すなわち、発光層と複合材料を含む層が積層された構成を有している。また、実施の形態４と同様にバリア層、発光層及び複合材料を含む層を積層した構成を適用することもできる。
【００８９】
電荷発生層５１３には、有機化合物と金属酸化物の複合体が含まれている。この有機化合物と金属酸化物の複合体は、有機化合物とＶ２Ｏ５やＭｏＯ３やＷＯ３等の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、正孔輸送性有機化合物として正孔移動度が１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。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。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。
【００９０】
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、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。
【００９１】
いずれにしても、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２に挟まれる電荷発生層５１３は、第１の電極５０１と第２の電極５０２に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットに正孔を注入するものであれば良い。
【００９２】
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、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、同様に適用することが可能である。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電気絶縁性の電荷発生層で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での長寿命素子を実現できる。また、照明を応用例とした場合は、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。また、表示装置に適用する場合には、低電圧駆動が可能で消費電力が低く、コントラストの高い表示装置を実現することができる。
【００９３】
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。
【００９４】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置について説明する。
【００９５】
本実施の形態では、発光装置の一態様として表示装置について、図６〜図１０を参照して説明する。図６は表示装置の主要部を示す概略構成図である。
【００９６】
基板４１０には、第１の電極４１６と、その電極と交差する方向に伸びる第２の電極４１８が設けられている。少なくとも、第１の電極４１６と第２の電極４１８との交差部には、実施の形態３〜５で説明したものと同様なＥＬ層が設けられ、発光素子を形成している。図６の表示装置は、第１の電極４１６と第２の電極４１８を複数本配置して、画素となる発光素子をマトリクス状に配列させ、表示部４１４を形成している。この表示部４１４において、外部回路が第１の電極４１６と第２の電極４１８の電位を制御して個々の発光素子の発光及び非発光を制御して、動画及び静止画を表示することができる。
【００９７】
この表示装置は、基板４１０の一方向に延設される第１の電極４１６と、それと交差する第２の電極４１８のそれぞれに映像を表示する信号を印加して発光素子の発光及び非発光を選択する。すなわち、画素の駆動は、もっぱら外部回路から与えられる信号で行う単純マトリクス型の表示装置である。このような表示装置は、構成が簡単であるので、大面積化をしても容易に製造をすることができる。
【００９８】
なお、対向基板４１２は必要に応じて設ければ良く、表示部４１４の位置に合わせて設けることで保護部材とすることもできる。これは、板状の硬材としなくても、樹脂フィルム若しくは樹脂材料を塗布して代用することもできる。第１の電極４１６及び第２の電極４１８は基板４１０の端部に引き出され、外部回路と接続する端子を形成している。すなわち第１の電極４１６及び第２の電極４１８は基板４１０の端部でフレキシブル配線基板４２０、４２２とコンタクトを形成する。外部回路としては、映像信号を制御するコントローラ回路の他、電源回路、チューナ回路などが含まれる。
【００９９】
図７は表示部４１４の構成を示す部分拡大図を示す。基板４１０に形成された第１の電極４１６の側端部は隔壁層４２４が形成されている。そして、少なくとも第１の電極４１６の露出面上にはＥＬ層４２６が形成されている。第２の電極４１８は、ＥＬ層４２６上に設けられている。第２の電極４１８は第１の電極４１６と交差するので、隔壁層４２４上に延設されている。隔壁層４２４は、第１の電極４１６と第２の電極４１８の間で短絡が起こらないように絶縁材料で形成されている。隔壁層４２４が第１の電極４１６の端部を覆う部位では、段差が急峻とならないように隔壁層４２４の側端部に勾配を持たせ、所謂テーパー形状としている。隔壁層４２４をこのような形状とすることで、ＥＬ層４２６や第２の電極４１８の被覆性が向上し、ひび割れや断裂などの不良を無くすことができる。
【０１００】
図８は表示部４１４の平面図であり、基板４１０、第１の電極４１６、第２の電極４１８、隔壁層４２４、ＥＬ層４２６の配置を示している。補助電極４２８は第２の電極４１８を酸化インジウムスズ、酸化亜鉛などの酸化物透明導電膜で形成する場合に、抵抗損失を低減するために設けると好ましいものである。この場合、補助電極４２８はチタン、タングステン、クロム、タンタルなどの高融点金属、若しくは高融点金属とアルミニウム、銀などの低抵抗金属とを組み合わせて形成すると良い。
【０１０１】
図８において、Ａ−Ｂ線及びＣ−Ｄ線に沿った断面図を図９（Ａ）（Ｂ）に示す。図９（Ａ）は第１の電極４１６が配列する断面図であり、図９（Ｂ）は第２の電極４１８が配列する断面図を示す。第１の電極４１６と第２の電極４１８の交差部にはＥＬ層４２６が形成され、その部位に発光素子が形成される。図９（Ｂ）で示す補助電極４２８は隔壁層４２４上にあって、第２の電極４１８と接触するように設けている。補助電極４２８を隔壁層４２４上に設けることにより、第１の電極４１６と第２の電極４１８の交差部に形成される発光素子を遮光することがないので、発光した光を有効に利用することができる。また、補助電極４２８が第１の電極４１６と短絡してしまうことを防ぐことができる。
【０１０２】
図９では、対向基板４１２に色変換層４３０を配設した一例を示している。色変換層４３０は、ＥＬ層４２６で発光した光を波長変換して発光色を異ならせるためのものである。この場合、ＥＬ層４２６で発光する光は、エネルギーの高い青色若しくは紫外光であることが好ましい。色変換層４３０として、赤色、緑色、青色に変換するものを配列させれば、ＲＧＢカラー表示を行う表示装置とすることができる。また、色変換層４３０を着色層（カラーフィルタ）に置き換えることもできる。その場合は、ＥＬ層４２６は白色発光するように構成すれば良い。充填材４３２は基板４１０と対向基板４１２を固定するものであり適宜設ければ良い。
【０１０３】
また、表示部４１４の他の構成を図１０に示す。図１０の構造は、第１の電極９５２の端部が絶縁層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、ＥＬ層９５５及び第２の電極９５６を、隔壁層９５４を使って自己整合的に形成することができる。
【０１０４】
上記において、第１の電極４１６としてアルミニウム、チタン、タンタルなどを用い、第２の電極４１８として酸化インジウム、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム酸化亜鉛、酸化亜鉛を用いれば、対向基板４１２側に表示部４１４が形成される表示装置とすることができる。この場合、第１の電極４１６の表面に薄い酸化膜を形成しておくとバリア層が形成され、キャリアブロッキング効果により発光効率を高めることができる。第１の電極４１６として酸化インジウム、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム酸化亜鉛、酸化亜鉛を用い、第２の電極４１８としてアルミニウム、チタン、タンタルなどを用いれば、基板４１０側に表示部４１４が形成される表示装置とすることができる。また、第１の電極４１６と第２の電極４１８を共に透光性を有する電極で形成すれば、両面表示型の表示装置とすることができる。
【０１０５】
本実施の形態の表示装置は低電圧で発光素子が発光するので、昇圧回路などが不要となり、装置の構成を簡略化することができる。また、発光素子におけるＥＬ層を厚膜化する必要がないので、より薄型の表示装置を実現することができる。
【０１０６】
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置について説明する。
【０１０７】
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する。本実施の形態では、画素部に本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置について図３を用いて説明する。なお、図３（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図３（Ｂ）は図３（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。
【０１０８】
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板（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。
【０１０９】
次に、断面構造について図３（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。
【０１１０】
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。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。また、半導体材料についても特に限定されず、無機化合物を用いてもよいし、有機化合物を用いてもよい。
【０１１１】
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。なお、駆動回路、スイッチング用ＴＦＴ、及び電流制御用ＴＦＴによって、発光素子の発光は制御される。
【０１１２】
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。
【０１１３】
第１の電極６１３上には、ＥＬ層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されている。第１の電極６１３および第２の電極６１７の少なくとも一方は透光性を有しており、ＥＬ層６１６からの発光を外部へ取り出すことが可能である。
【０１１４】
ＥＬ層６１６は、実施の形態１で示した複合材料を含む層および実施の形態２で示した発光層を有している。
【０１１５】
なお、第１の電極６１３、ＥＬ層６１６、第２の電極６１７の形成方法としては、種々の方法を用いることができる。具体的には、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）法等の真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、インクジェット法、スピンコート法等を用いることができる。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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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）、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。
【０１１８】
以上のようにして、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置を得ることができる。
【０１１９】
本実施の形態で示す発光装置は、実施の形態３〜５で示した発光素子を有する。実施の形態３〜５で示した発光素子は、低駆動電圧で動作が可能である。また、高い発光効率を実現することができる。よって、消費電力を低減された発光装置を得ることができる。
【０１２０】
また、本実施の形態で示す発光装置は、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。また、発光装置の軽量化、駆動回路部分の小型化が可能である。
【０１２１】
（実施の形態８）
本実施の形態では、実施の形態６〜７に示す発光装置をその一部に含む電子機器について説明する。本実施の形態で示す電子機器は、実施の形態３〜５で示した発光素子を有する。よって、駆動電圧の低減された発光素子を有するため、消費電力の低減された電子機器を提供することが可能である。
【０１２２】
本発明を適用して作製された電子機器として、ビデオカメラや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）、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４に示す。
【０１２３】
図４（Ａ）は本実施の形態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３〜５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、外部からの衝撃等による短絡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、劣化補償機能回路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。本実施の形態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。
【０１２４】
図４（Ｂ）は本実施の形態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３〜５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、外部からの衝撃等による短絡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、劣化補償機能回路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。本実施の形態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。
【０１２５】
図４（Ｃ）は本実施の形態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３〜５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、外部からの衝撃等による短絡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、劣化補償機能回路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。本実施の形態に係る携帯電話は、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、携帯したときの外部から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。
【０１２６】
図４（Ｄ）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。このカメラにおいて、表示部９５０２は、実施の形態３〜５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、外部からの衝撃等による短絡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、劣化補償機能回路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。本実施の形態に係るカメラは、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、携帯したときの外部から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。
【０１２７】
以上の様に、本発明を適用して作製した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。本発明を適用することにより、低消費電力で、信頼性の高い表示部を有する電子機器を作製することが可能となる。
【０１２８】
また、本発明を適用した発光装置は、発光効率の高い発光素子を有しており、照明装置として用いることもできる。本発明を適用した発光素子を照明装置として用いる一態様を、図５を用いて説明する。
【０１２９】
図５は、本発明を適用した発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図５に示した液晶表示装置は、筐体９０１、液晶層９０２、バックライト９０３、筐体９０４を有し、液晶層９０２は、ドライバＩＣ９０５と接続されている。また、バックライト９０３は、本発明の発光装置が用いられおり、端子９０６により、電圧が印加されている。
【０１３０】
本発明の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、高輝度で長寿命のバックライトが得られるので、表示装置としての品質が向上する。また、本発明の発光装置は、面発光の発光装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、発光素子は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。
【０１３１】
また、本発明を適用した発光装置は高輝度の発光が可能であるため、自動車、自転車、船などのヘッドライトとして用いることが可能である。図１１は、本発明を適用した発光装置を自動車のヘッドライトとして用いた例である。図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のヘッドライト１０００の部分を拡大した断面図である。図１１（Ｂ）において、光源１０１１として本発明の発光装置が用いられている。光源１０１１から出た光は、反射板１０１２により反射され、外部へ取り出される。図１１（Ｂ）に示すように、複数の光源を用いることで、より高輝度の光を得ることができる。また、図１１（Ｃ）は、円筒形状に作製した本発明の発光装置を光源として用いた例である。光源１０２１からの発光は反射板１０２２により反射され、外部へ取り出される。
【０１３２】
図１２は、本発明を適用した発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図１２に示す電気スタンドは、筐体２００１と、光源２００２を有し、光源２００２として、本発明の発光装置が用いられている。本発明の発光装置は、高輝度の発光が可能であるため、細かい作業をする場合など、手元を明るく照らすことが可能である。
【０１３３】
図１３は、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた例である。本発明の発光装置は大面積化が可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、本発明の発光装置は、薄型で低消費電力であるため、薄型化、低消費電力化の照明装置として用いることが可能となる。このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた部屋に、図４（Ａ）で説明したような、本発明に係るテレビ装置を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。このような場合、両装置は低消費電力であるので、電気料金を心配せずに、明るい部屋で迫力のある映像を鑑賞することができる。
【０１３４】
照明装置としては、図１１、図１２、図１３で例示したものに限られず、住宅や公共施設の照明をはじめ、様々な形態の照明装置として応用することができる。このような場合において、本発明に係る照明装置は、発光媒体が薄膜状であるので、デザインの自由度が高いので、様々な意匠を凝らした商品を市場に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明の発光素子を説明する図。
【図２】本発明の発光素子を説明する図。
【図３】本発明の発光装置を説明する図。
【図４】本発明の電子機器を説明する図。
【図５】本発明の電子機器を説明する図。
【図６】本発明の発光装置を説明する図。
【図７】本発明の発光装置を説明する図。
【図８】本発明の発光装置を説明する図。
【図９】本発明の発光装置を説明する図。
【図１０】本発明の発光装置を説明する図。
【図１１】本発明の発光装置を説明する図。
【図１２】本発明の発光装置を説明する図。
【図１３】本発明の発光装置を説明する図。
【図１４】本発明の発光素子を説明する図。
【符号の説明】
【０１３６】
１００ 基板
１０１ 第１の電極
１０２ 発光層
１０３ 複合材料を含む層
１０４ 第２の電極
２００ 基板
２０１ 第１の電極
２０２ バリア層
２０３ 発光層
２０４ 複合材料を含む層
２０５ 第２の電極
４１０ 基板
４１２ 対向基板
４１４ 表示部
４１６ 第１の電極
４１８ 第２の電極
４２０ フレキシブル配線基板
４２４ 隔壁層
４２６ ＥＬ層
４２８ 補助電極
４３０ 色変換層
４３２ 充填材
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 ＥＬ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
９０１ 筐体
９０２ 液晶層
９０３ バックライト
９０４ 筐体
９０５ ドライバＩＣ
９０６ 端子
９５２ 第１の電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ ＥＬ層
９５６ 第２の電極
１０００ ヘッドライト
１０１１ 光源
１０１２ 反射板
１０２１ 光源
１０２２ 反射板
２００１ 筐体
２００２ 光源
３００１ 照明装置
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子に関する。また、発光素子を有する発光装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ、携帯電話、デジタルカメラ等における表示装置は、平面的で薄型の表示装置が求められており、この要求を満たすための表示装置として、自発光型である発光素子を利用した表示装置が注目されている。自発光型の発光素子の一つとして、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を利用する発光素子があり、この発光素子は、発光材料を一対の電極で挟み、電圧を印加することにより、発光材料からの発光を得ることができるものである。
【０００３】
このような自発光型の発光素子は、液晶ディスプレイに比べ画素の視認性が高く、バックライトが不要である等の利点があり、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、このような発光素子は、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。また、非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
【０００４】
さらに、このような自発光型の発光素子は膜状に形成することが可能であるため、大面積の素子を形成することにより、面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。
【０００５】
エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０００６】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有し、後者は、蛍光材料の薄膜からなる発光層を有している点に違いがある。しかし、そのメカニズムは共通しており、高電界で加速された電子による母体材料又は発光中心の衝突励起により発光が得られる。このような理由のため、一般的な無機ＥＬ素子で発光を得るためには高い電界が必要であり、発光素子に数百Ｖの電圧を印加する必要がある。例えば、近年フルカラーディスプレイに必要とされる高輝度の青色発光の無機ＥＬ素子が開発されたが、１００〜２００Ｖの駆動電圧が必要である（例えば、非特許文献１）。そのため、無機ＥＬ素子は消費電力が大きく、中小型サイズのディスプレイ、例えば、携帯電話等のディスプレイには採用することが難しかった。
【非特許文献１】ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）、１９９９年、Ｖｏｌ．３８、ｐ．Ｌ１２９１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題に鑑み、本発明は、低電圧駆動が可能な発光素子を提供することを課題とする。また、発光効率が高い発光素子を提供することを課題とする。また、発光輝度が高い発光素子を提供することを課題とする。また、発光寿命が長い発光素子を提供することを課題とする。また、消費電力の低減された発光装置および電子機器を提供することを課題とする。また、低コストで作製可能な発光装置及び電子機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、複合材料を含む層を電極との間に設けることにより、課題が解決できることを見いだした。
【０００９】
よって、本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に、発光層と、複合材料を含む層とを有し、発光層は、母体材料と不純物元素とを含み、複合材料を含む層は、有機化合物と無機化合物を含み、複合材料を含む層は、第２の電極と接するように設けられ、第１の電極の電位よりも第２の電極の電位の方が高くなるように電圧を印加したときに発光が得られる発光素子である。
【００１０】
また、上記構成において、有機化合物としては、芳香族アミン化合物、またはカルバゾール誘導体、または芳香族炭化水素を用いることが好ましい。
【００１１】
また、上記構成において、無機化合物は、有機化合物に対して電子受容性を示すことが好ましい。具体的には、遷移金属酸化物であることが好ましい。特に、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物であることが好ましい。さらに好ましくは、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、酸化レニウムのいずれかであることが好ましい。
【００１２】
また、上記構成において、母体材料は、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化カルシウム、硫化イットリウム、硫化ガリウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、硫化バリウム−ガリウム等を用いることができる。
【００１３】
上記構成において、不純物元素は、発光中心となる金属元素であることが好ましい。または、不純物元素は複数種含まれており、発光中心となる金属元素と、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）のいずれか一と、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）のいずれか一であることが好ましい。発光中心となる金属元素は、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍ％の濃度で含まれていることが好ましい。金属元素としては、マンガン、銅、サマリウム、テルビウム、エルビウム、ツリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジウム等を挙げることができる。
【００１４】
または、上記構成において、不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、ケイ素のいずれか一と、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのいずれか一であることが好ましい。
【００１５】
または、上記構成において、不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、ケイ素のいずれか一と、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれか一であることが好ましい。
【００１６】
または、上記構成において、不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、ケイ素のいずれか一と、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのいずれか一と、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれか一であることが好ましい。
【００１７】
また、上記構成において、発光層と第１の電極との間に、バリア層が設けられていることが好ましい。バリア層を設けることにより、キャリアが通り抜けることを抑制し、発光効率を向上させることができる。バリア層の膜厚は、１〜１０ｎｍであることが好ましい。また、バリア層は、金属酸化物または金属窒化物であることが好ましい。例えば、第１の電極を構成している金属の酸化物でバリア層を形成する場合、第１の電極と連続してバリア層を形成することが可能であるので好ましい。
【００１８】
また、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。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。また、発光素子が形成されたパネルにコネクター、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。
【００１９】
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。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の発光素子は、複合材料を含む層を有している。複合材料を含む層は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、発光効率を向上させることができる。また、発光輝度を向上させることができる。また、発光寿命の長い発光素子を得ることができる。
【００２１】
また、本発明の発光装置は、低電圧駆動が可能な発光素子を有しているため、消費電力が低減することができる。また、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、低コストで発光装置を作製することができる。
【００２２】
また、本発明の電子機器は、低電圧駆動が可能な発光素子を有しているため、消費電力を低減することができる。また、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。ただし、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うることは当業者であれば容易に理解される。したがって、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。
【００２４】
（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複合材料について説明する。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。
【００２５】
本発明で用いる複合材料は、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料である。複合材料に用い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、複合材料に用いる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、１×１０−６ｃｍ２／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、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
【００２６】
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）などを挙げることができる。
【００２７】
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複合材料を得ることができる。
【００２８】
４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない複合材料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。
【００２９】
また、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない複合材料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。
【００３０】
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。
【００３１】
また、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない複合材料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。
【００３２】
なお、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない複合材料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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、複合材料に用いる無機化合物としては、遷移金属酸化物が好ましい。また元素周期表における第４族乃至第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。
【００３５】
本実施の形態で示す複合材料は、正孔注入性、正孔輸送性に優れている。また導電性が高い。よって、電極からキャリアを注入しやすく、発光層へ効率よくキャリアを輸送することができる。
【００３６】
また、電極とオーム接触をすることが可能となるため、仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶことができる。
【００３７】
なお、複合材料に含まれる有機化合物の種類を選択することにより、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない複合材料を得ることができる。よって、発光領域からの発光を吸収することなく効率良く透過し、外部取り出し効率を向上させることができる。
【００３８】
また、有機化合物と無機化合物とを複合した複合材料を含む層は導電性が高いため、複合材料を含む層を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、駆動電圧の上昇を抑制しつつ、外部への光の取り出し効率が高くなるように複合材料を含む層の膜厚を最適化することが可能となる。また、駆動電圧を上昇させることなく、光学設計による色純度の向上を実現することができる。
【００３９】
なお、複合材料を含む層の製造方法は、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、複合材料を含む層は、上述した有機化合物と無機化合物との共蒸着で作製することができる。なお、酸化モリブデンは真空中で蒸発しやすく、作製プロセスの面からも好ましい。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得ることもできる。
【００４０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の発光素子に用いる発光材料およびその形成方法について説明する。本発明で用いる発光材料としては、母体材料及び発光中心となる少なくとも１種類以上の不純物元素で構成される材料を挙げることができる。なお、これら不純物元素は母体材料を構成する元素を含まない。
【００４１】
発光材料に用いる母体材料としては、硫化物、酸化物、窒化物を用いることができる。すなわち、周期表における、第２族の元素と第１６族の元素を含む化合物または第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物を用いることができる。また、第３族の元素と第１６族の元素を含む化合物または第１３族の元素と第１６族の元素を含む化合物を用いることができる。また、第３族の元素と第１５族の元素を含む化合物または第１３族の元素と第１５族の元素を含む化合物を用いることができる。硫化物としては、例えば、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、硫化イットリウム（Ｙ２Ｓ３）、硫化ガリウム（Ｇａ２Ｓ３）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、硫化バリウム（ＢａＳ）等を用いることができる。また、酸化物としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等を用いることができる。また、窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等を用いることができる。さらに、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）等も用いることができ、硫化カルシウム−ガリウム（ＣａＧａ２Ｓ４）、硫化ストロンチウム−ガリウム（ＳｒＧａ２Ｓ４）、硫化バリウム−ガリウム（ＢａＧａ２Ｓ４）、等の３元系の混晶であってもよい。
【００４２】
金属イオンの内殻電子遷移を利用した発光中心として、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）などを用いることができる。なお、電荷補償として、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）などのハロゲン元素が添加されていてもよい。
【００４３】
また、ドナー−アクセプター再結合を利用した発光中心として、第一の不純物元素及び第二の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。
【００４４】
第一の不純物元素としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ケイ素（Ｓｉ）等を用いることができる。
【００４５】
第二の不純物元素は、例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）等を用いることができる。
【００４６】
本発明に係る発光材料は固相反応、すなわち、母体材料及び不純物元素を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱して反応させる方法により、母体材料に不純物元素を含有させる。例えば、母体材料と、第一の不純物元素又は第一の不純物元素を含む化合物と、第二の不純物元素又は第二の不純物元素を含む化合物をそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱、焼成を行う。焼成温度は、７００〜１５００℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。
【００４７】
また、固相反応を利用する場合の不純物元素として、第一の不純物元素と第二の不純物元素で構成される化合物を組み合わせて用いてもよい。この場合、不純物元素が拡散されやすく、固相反応が進みやすくなるため、均一な発光材料を得ることができる。さらに、余分な不純物元素が入らないため、純度の高い発光材料が得ることができる。第一の不純物元素と第二の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、フッ化銅（ＣｕＦ２）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、ヨウ化銅（ＣｕＩ）、臭化銅（ＣｕＢｒ）、窒化銅（Ｃｕ３Ｎ）、リン化銅（Ｃｕ３Ｐ）、フッ化銀（ＡｇＦ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、ヨウ化銀（ＡｇＩ）、臭化銀（ＡｇＢｒ）、塩化金（ＡｕＣｌ３）、臭化金（ＡｕＢｒ３）、塩化白金（ＰｔＣｌ２）等を用いることができる。
【００４８】
また、第二の不純物元素の代わりに第三の不純物元素を含んだ発光材料を用いてもよい。
【００４９】
第三の不純物元素は、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等を用いることができる。
【００５０】
これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ｍｏｌ％であればよく、好ましくは０．１〜５ｍｏｌ％の範囲である。
【００５１】
また、高い電気導電性を有する発光材料としては、母体材料として、上述した材料を用い、上述した第一の不純物元素及び第二の不純物元素及び第三の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ｍｏｌ％であればよく、好ましくは０．１〜５ｍｏｌ％の範囲である。
【００５２】
第二の不純物元素と第三の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）等のハロゲン化アルカリ、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）等を用いることができる。
【００５３】
母体材料として、上述した材料を用い、上述した第一の不純物元素及び第二の不純物元素及び第三の不純物元素を含む発光材料を用いた発光層は、高電界により加速されたホットエレクトロンを必要とすることなく、発光することが可能である。つまり、発光素子に高電圧を印加する必要がなくなるため、低駆動電圧で動作可能な発光素子を得ることができる。また、低駆動電圧で発光可能であるため、消費電力も低減された発光素子を得ることができる。また、さらに他の発光中心となる元素が含まれていてもよい。
【００５４】
また、母体材料として上述した材料を用い、第二の不純物元素および第三の不純物元素及び上述した金属イオンの内殻電子遷移を利用した発光中心を含む発光材料を用いることができる。この場合、発光中心となる金属イオンは、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍ％であることが好ましい。また、第二の不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍ％であることが好ましい。また、第三の不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍ％であることが好ましい。このような構成の発光材料は、低電圧で発光可能である。よって、低駆動電圧で発光可能な発光素子を得ることができるため、消費電力が低減された発光素子を得ることができる。また、さらに他の発光中心となる元素が含まれていてもよい。
【００５５】
例えば、母体材料としてＺｎＳ、第１の不純物元素としてＣｕ、第２の不純物元素としてＣｌおよびＧａ、第３の不純物元素としてＡｓを含み、さらに他の発光中心としてＭｎを含む発光材料を用いることも可能である。このような発光材料を形成するには、以下に示す方法を用いることができる。ＺｎＳに、硫酸銅（ＣｕＳ）、硫黄、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を配合した発光体（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ）にＭｎを加え、真空中で２〜４時間程度焼成する。焼成温度は７００〜１５００℃であることが好ましい。この焼成したものを粉砕して粒径５〜２０μｍにし、粒径１〜３μｍのＧａＡｓを加え撹拌する。この混合物を硫黄ガスを含む窒素気流中で約５００〜８００℃で２〜４時間焼成することにより、発光材料を得ることができる。この発光材料を用いて、蒸着法などにより薄膜を形成することにより、発光素子の発光層として用いることができる。
【００５６】
また、上記の発光材料に対して、さらに、不純物元素を添加することにより、発光材料の結晶系を制御することができる。結晶系を制御できる不純物としては、立方晶系のものとして、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ等を挙げることができる。また、六方晶系のものとして、ＧａＮ、ＩｎＮを挙げることができる。他にもＡｌＰ、ＡｌＮ、ＡｌＳｂ等を挙げることができる。発光材料の結晶系を制御することにより、発光効率を向上させることができる。
【００５７】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の発光素子の一態様ついて図１を用いて説明する。本明細書において、ＥＬ層とは、第１の電極と第２の電極との間に設けられた層を示す。
【００５８】
本実施の形態で示す発光素子は、基板１００の上に、第１の電極１０１及び第２の電極１０４と、第２の電極１０４に接する複合材料を含む層１０３と、第１の電極１０１と複合材料を含む層１０３との間に発光層１０２を有する素子構成である。本実施の形態で示す発光素子は、第１の電極１０１と、第２の電極１０４の間に電圧を印加することで発光が得られるが、本実施の形態では、第１の電極の電位よりも第２の電極の電位の方を高くしたときに発光が得られる場合について説明する。
【００５９】
基板１００は発光素子の支持体として用いられる。基板１００としては、例えば、ガラス、又はプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子の作製工程において発光素子の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用いることができる。
【００６０】
第１の電極１０１としては、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、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、通常スパッタリングにより成膜される。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たスパッタリング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たスパッタリングにより形成することができる。この他、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）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等を用いることができる。なお、第１の電極１０１または第２の電極１０４を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００６１】
発光層１０２は、実施の形態２で示した発光材料を含む層であり、種々の方法を用いて形成することができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。
【００６２】
複合材料を含む層１０３は、実施の形態１に示した複合材料を用いることができる。なお、発光層１０２と複合材料を含む層１０３とを蒸着法によって形成する場合、真空一貫で連続形成できるため、層の界面の汚染を防ぐことができ、好ましい。
【００６３】
第２の電極１０４としては、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、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、通常スパッタリングにより成膜される。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たスパッタリング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たスパッタリングにより形成することができる。この他、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）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等を用いることができる。なお、第１の電極１０１または第２の電極１０４を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００６４】
ただし、発光は、第１の電極１０１もしくは第２の電極１０４を通って外部に取り出されるため、第１の電極１０１および第２の電極１０４のうち、少なくとも一方は透光性を有する電極である必要がある。
【００６５】
なお、図示しないが、発光層と複合材料を含む層、又は発光層と電極の間にバッファー層を設けても良い。このバッファー層はキャリアの注入を容易にする役割や、両層の混合を抑制する役割をもつ。バッファー層としては、特に限定されることはないが、例えば、発光層の母体材料であるＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＳｒＳ、ＢａＳ等、又はＣｕＳ、Ｃｕ２Ｓ、又はハロゲン化アルカリであるＬｉＦ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＭｇＦ２等を用いることができる。
【００６６】
なお、図１（Ａ）では、基板１００側に第１の電極１０１を設けた構成を示したが、図１（Ａ）とは逆の順序で層を積層し、図１（Ｂ）に示すように基板１００側に第２の電極１０４を設ける構成としてもよい。
【００６７】
本発明の発光素子は、複合材料を含む層を有している。複合材料を含む層は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、発光効率を向上させることができる。
【００６８】
また、発光材料の母体材料は、ｎ型半導体としての性質を示すものが多い。よって、ｐ型半導体として機能する複合材料を用いることにより、キャリアの注入性が向上する。また、発光効率が向上する。また、電子とホールに起因した発光を得ることができる。
【００６９】
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３とは異なる本発明の発光素子の一態様について図２を用いて説明する。
【００７０】
本実施の形態で示す発光素子は、基板２００の上に、第１の電極２０１及び第２の電極２０５と、第２の電極２０５に接する複合材料を含む層２０４と、第１の電極２０１と複合材料を含む層２０４との間に発光層２０３とバリア層２０２を有する素子構成である。本実施の形態で示す発光素子は、第１の電極２０１と、第２の電極２０５の間に電圧を印加することで発光が得られるが、本実施の形態では、第１の電極の電位よりも第２の電極の電位の方を高くしたときに発光が得られる場合について説明する。
【００７１】
基板２００は発光素子の支持体として用いられる。基板２００としては、例えば、ガラス、又はプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子の作製工程において発光素子を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用いることができる。
【００７２】
第１の電極２０１としては、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、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、通常スパッタリングにより成膜される。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たスパッタリング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たスパッタリングにより形成することができる。この他、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）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等を用いることができる。なお、第１の電極２０１または第２の電極２０５を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００７３】
バリア層２０２は、絶縁性物質の薄膜である。バリア層２０２としては、絶縁性の金属酸化物または窒化物を用いることができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）等の酸化物または窒化物を用いることができる。
【００７４】
また、第１の電極２０１を形成した後、バリア層２０２を形成する場合、第１の電極２０１を陽極酸化可能な材料により形成し、第１の電極２０１の表面を陽極酸化することにより、バリア層２０２を形成することができる。例えば、第１の電極としてＡｌを用い、陽極酸化することによりバリア層として酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）を形成することができる。また、第１の電極としてＴｉを用い、陽極酸化することにより、バリア層として酸化チタン（ＴｉＯｘ）を形成することができる。陽極酸化によりバリア層を形成する場合、陽極酸化の条件により、膜質（緻密な陽極酸化膜、多孔質の陽極酸化膜等）を変化させたバリア層を形成することができる。また、バリア層の膜厚を制御することが可能である。
【００７５】
例えば、電解溶液として、３％の酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和して、ＰＨ＝６．９２に調整したものを使用する。この電解溶液中において、白金を陰極、第１の電極であるアルミニウムを陽極として、化成電流５〜６ｍＡ、到達電圧４０〜１００Ｖとして、両電極間に電流を流すことにより、アルミニウム膜の表面に緻密な強固な膜質の陽極酸化膜を形成することができる。この陽極酸化膜の膜厚は、印加電圧によって概略制御することができる。
【００７６】
なお、上述した陽極酸化以外にもスパッタリング法、ゾル−ゲル法等を用いてバリア層２０２を形成することができる。
【００７７】
バリア層２０２の膜厚は、駆動電圧の上昇を抑制するために、１〜１０ｎｍであることが好ましい。バリア層２０２を設けることにより、発光層に注入されたキャリアが発光に寄与せず発光層を通り過ぎ、電極に流れこんでしまうのを防ぐことができる。よって、発光効率を向上させることができる。
【００７８】
発光層２０３は、実施の形態２で示した発光材料を含む層であり、種々の方法を用いて形成することができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。
【００７９】
複合材料を含む層２０４は、実施の形態１に示した複合材料を用いることができる。なお、発光層２０３と複合材料を含む層２０４とを蒸着法によって形成する場合、真空一貫で連続形成できるため、層の界面の汚染を防ぐことができ、好ましい。
【００８０】
第２の電極２０５としては、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、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、通常スパッタリングにより成膜される。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たスパッタリング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たスパッタリングにより形成することができる。この他、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）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等を用いることができる。なお、第１の電極２０１または第２の電極２０５を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００８１】
ただし、発光は、第１の電極２０１もしくは第２の電極２０５を通って外部に取り出されるため、第１の電極２０１および第２の電極２０５のうち、少なくとも一方は透光性を有する電極である必要がある。
【００８２】
なお、図２（Ａ）では、基板２００側に第１の電極２０１を設けた構成を示したが、図２（Ａ）とは逆の順序で層を積層し、図２（Ｂ）に示すように基板２００側に第２の電極２０５を設ける構成としてもよい。図２（Ｂ）に示す構成の場合、バリア層２０２は、スパッタリング法やゾル−ゲル法を用いて形成することが好ましい。
【００８３】
本発明の発光素子は、複合材料を含む層を有している。複合材料を含む層は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、発光効率を向上させることができる。
【００８４】
また、発光材料の母体材料は、ｎ型半導体としての性質を示すものが多い。よって、ｐ型半導体として機能する複合材料を用いることにより、キャリアの注入性が向上する。また、発光効率が向上する。また、電子とホールに起因した発光を得ることができる。
【００８５】
また、実施の形態で示した発光素子は、絶縁性の物質の薄膜であるバリア層を有している。バリア層を設けることにより、発光層に注入されたキャリアが発光に寄与せず発光層を通り過ぎ、電極に流れこんでしまうのを防ぐことができる。よって、発光効率を向上させることができる。
【００８６】
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。
【００８７】
（実施の形態５）
本実施の形態は、本発明に係る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）の態様について、図１４を参照して説明する。この発光素子は、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。
【００８８】
図１４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の電極５０１と第２の電極５０２は実施の形態３〜４と同様なものを適用することができる。また、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２は同じ構成を有し、その構成は実施の形態３〜４と同様なものを適用することができる。すなわち、発光層と複合材料を含む層が積層された構成を有している。また、実施の形態４と同様にバリア層、発光層及び複合材料を含む層を積層した構成を適用することもできる。
【００８９】
電荷発生層５１３には、有機化合物と金属酸化物の複合体が含まれている。この有機化合物と金属酸化物の複合体は、有機化合物とＶ２Ｏ５やＭｏＯ３やＷＯ３等の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、正孔輸送性有機化合物として正孔移動度が１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。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。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。
【００９０】
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、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。
【００９１】
いずれにしても、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２に挟まれる電荷発生層５１３は、第１の電極５０１と第２の電極５０２に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットに正孔を注入するものであれば良い。
【００９２】
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、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、同様に適用することが可能である。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電気絶縁性の電荷発生層で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での長寿命素子を実現できる。また、照明を応用例とした場合は、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。また、表示装置に適用する場合には、低電圧駆動が可能で消費電力が低く、コントラストの高い表示装置を実現することができる。
【００９３】
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。
【００９４】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置について説明する。
【００９５】
本実施の形態では、発光装置の一態様として表示装置について、図６〜図１０を参照して説明する。図６は表示装置の主要部を示す概略構成図である。
【００９６】
基板４１０には、第１の電極４１６と、その電極と交差する方向に伸びる第２の電極４１８が設けられている。少なくとも、第１の電極４１６と第２の電極４１８との交差部には、実施の形態３〜５で説明したものと同様なＥＬ層が設けられ、発光素子を形成している。図６の表示装置は、第１の電極４１６と第２の電極４１８を複数本配置して、画素となる発光素子をマトリクス状に配列させ、表示部４１４を形成している。この表示部４１４において、外部回路が第１の電極４１６と第２の電極４１８の電位を制御して個々の発光素子の発光及び非発光を制御して、動画及び静止画を表示することができる。
【００９７】
この表示装置は、基板４１０の一方向に延設される第１の電極４１６と、それと交差する第２の電極４１８のそれぞれに映像を表示する信号を印加して発光素子の発光及び非発光を選択する。すなわち、画素の駆動は、もっぱら外部回路から与えられる信号で行う単純マトリクス型の表示装置である。このような表示装置は、構成が簡単であるので、大面積化をしても容易に製造をすることができる。
【００９８】
なお、対向基板４１２は必要に応じて設ければ良く、表示部４１４の位置に合わせて設けることで保護部材とすることもできる。これは、板状の硬材としなくても、樹脂フィルム若しくは樹脂材料を塗布して代用することもできる。第１の電極４１６及び第２の電極４１８は基板４１０の端部に引き出され、外部回路と接続する端子を形成している。すなわち第１の電極４１６及び第２の電極４１８は基板４１０の端部でフレキシブル配線基板４２０、４２２とコンタクトを形成する。外部回路としては、映像信号を制御するコントローラ回路の他、電源回路、チューナ回路などが含まれる。
【００９９】
図７は表示部４１４の構成を示す部分拡大図を示す。基板４１０に形成された第１の電極４１６の側端部は隔壁層４２４が形成されている。そして、少なくとも第１の電極４１６の露出面上にはＥＬ層４２６が形成されている。第２の電極４１８は、ＥＬ層４２６上に設けられている。第２の電極４１８は第１の電極４１６と交差するので、隔壁層４２４上に延設されている。隔壁層４２４は、第１の電極４１６と第２の電極４１８の間で短絡が起こらないように絶縁材料で形成されている。隔壁層４２４が第１の電極４１６の端部を覆う部位では、段差が急峻とならないように隔壁層４２４の側端部に勾配を持たせ、所謂テーパー形状としている。隔壁層４２４をこのような形状とすることで、ＥＬ層４２６や第２の電極４１８の被覆性が向上し、ひび割れや断裂などの不良を無くすことができる。
【０１００】
図８は表示部４１４の平面図であり、基板４１０、第１の電極４１６、第２の電極４１８、隔壁層４２４、ＥＬ層４２６の配置を示している。補助電極４２８は第２の電極４１８を酸化インジウムスズ、酸化亜鉛などの酸化物透明導電膜で形成する場合に、抵抗損失を低減するために設けると好ましいものである。この場合、補助電極４２８はチタン、タングステン、クロム、タンタルなどの高融点金属、若しくは高融点金属とアルミニウム、銀などの低抵抗金属とを組み合わせて形成すると良い。
【０１０１】
図８において、Ａ−Ｂ線及びＣ−Ｄ線に沿った断面図を図９（Ａ）（Ｂ）に示す。図９（Ａ）は第１の電極４１６が配列する断面図であり、図９（Ｂ）は第２の電極４１８が配列する断面図を示す。第１の電極４１６と第２の電極４１８の交差部にはＥＬ層４２６が形成され、その部位に発光素子が形成される。図９（Ｂ）で示す補助電極４２８は隔壁層４２４上にあって、第２の電極４１８と接触するように設けている。補助電極４２８を隔壁層４２４上に設けることにより、第１の電極４１６と第２の電極４１８の交差部に形成される発光素子を遮光することがないので、発光した光を有効に利用することができる。また、補助電極４２８が第１の電極４１６と短絡してしまうことを防ぐことができる。
【０１０２】
図９では、対向基板４１２に色変換層４３０を配設した一例を示している。色変換層４３０は、ＥＬ層４２６で発光した光を波長変換して発光色を異ならせるためのものである。この場合、ＥＬ層４２６で発光する光は、エネルギーの高い青色若しくは紫外光であることが好ましい。色変換層４３０として、赤色、緑色、青色に変換するものを配列させれば、ＲＧＢカラー表示を行う表示装置とすることができる。また、色変換層４３０を着色層（カラーフィルタ）に置き換えることもできる。その場合は、ＥＬ層４２６は白色発光するように構成すれば良い。充填材４３２は基板４１０と対向基板４１２を固定するものであり適宜設ければ良い。
【０１０３】
また、表示部４１４の他の構成を図１０に示す。図１０の構造は、第１の電極９５２の端部が絶縁層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、ＥＬ層９５５及び第２の電極９５６を、隔壁層９５４を使って自己整合的に形成することができる。
【０１０４】
上記において、第１の電極４１６としてアルミニウム、チタン、タンタルなどを用い、第２の電極４１８として酸化インジウム、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム酸化亜鉛、酸化亜鉛を用いれば、対向基板４１２側に表示部４１４が形成される表示装置とすることができる。この場合、第１の電極４１６の表面に薄い酸化膜を形成しておくとバリア層が形成され、キャリアブロッキング効果により発光効率を高めることができる。第１の電極４１６として酸化インジウム、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム酸化亜鉛、酸化亜鉛を用い、第２の電極４１８としてアルミニウム、チタン、タンタルなどを用いれば、基板４１０側に表示部４１４が形成される表示装置とすることができる。また、第１の電極４１６と第２の電極４１８を共に透光性を有する電極で形成すれば、両面表示型の表示装置とすることができる。
【０１０５】
本実施の形態の表示装置は低電圧で発光素子が発光するので、昇圧回路などが不要となり、装置の構成を簡略化することができる。また、発光素子におけるＥＬ層を厚膜化する必要がないので、より薄型の表示装置を実現することができる。
【０１０６】
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置について説明する。
【０１０７】
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する。本実施の形態では、画素部に本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置について図３を用いて説明する。なお、図３（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図３（Ｂ）は図３（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。
【０１０８】
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板（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。
【０１０９】
次に、断面構造について図３（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。
【０１１０】
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。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。また、半導体材料についても特に限定されず、無機化合物を用いてもよいし、有機化合物を用いてもよい。
【０１１１】
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。なお、駆動回路、スイッチング用ＴＦＴ、及び電流制御用ＴＦＴによって、発光素子の発光は制御される。
【０１１２】
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。
【０１１３】
第１の電極６１３上には、ＥＬ層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されている。第１の電極６１３および第２の電極６１７の少なくとも一方は透光性を有しており、ＥＬ層６１６からの発光を外部へ取り出すことが可能である。
【０１１４】
ＥＬ層６１６は、実施の形態１で示した複合材料を含む層および実施の形態２で示した発光層を有している。
【０１１５】
なお、第１の電極６１３、ＥＬ層６１６、第２の電極６１７の形成方法としては、種々の方法を用いることができる。具体的には、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）法等の真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、インクジェット法、スピンコート法等を用いることができる。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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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）、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。
【０１１８】
以上のようにして、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置を得ることができる。
【０１１９】
本実施の形態で示す発光装置は、実施の形態３〜５で示した発光素子を有する。実施の形態３〜５で示した発光素子は、低駆動電圧で動作が可能である。また、高い発光効率を実現することができる。よって、消費電力を低減された発光装置を得ることができる。
【０１２０】
また、本実施の形態で示す発光装置は、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。また、発光装置の軽量化、駆動回路部分の小型化が可能である。
【０１２１】
（実施の形態８）
本実施の形態では、実施の形態６〜７に示す発光装置をその一部に含む電子機器について説明する。本実施の形態で示す電子機器は、実施の形態３〜５で示した発光素子を有する。よって、駆動電圧の低減された発光素子を有するため、消費電力の低減された電子機器を提供することが可能である。
【０１２２】
本発明を適用して作製された電子機器として、ビデオカメラや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）、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４に示す。
【０１２３】
図４（Ａ）は本実施の形態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３〜５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、外部からの衝撃等による短絡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、劣化補償機能回路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。本実施の形態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。
【０１２４】
図４（Ｂ）は本実施の形態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３〜５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、外部からの衝撃等による短絡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、劣化補償機能回路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。本実施の形態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。
【０１２５】
図４（Ｃ）は本実施の形態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３〜５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、外部からの衝撃等による短絡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、劣化補償機能回路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。本実施の形態に係る携帯電話は、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、携帯したときの外部から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。
【０１２６】
図４（Ｄ）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。このカメラにおいて、表示部９５０２は、実施の形態３〜５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、外部からの衝撃等による短絡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、劣化補償機能回路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。本実施の形態に係るカメラは、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、携帯したときの外部から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。
【０１２７】
以上の様に、本発明を適用して作製した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。本発明を適用することにより、低消費電力で、信頼性の高い表示部を有する電子機器を作製することが可能となる。
【０１２８】
また、本発明を適用した発光装置は、発光効率の高い発光素子を有しており、照明装置として用いることもできる。本発明を適用した発光素子を照明装置として用いる一態様を、図５を用いて説明する。
【０１２９】
図５は、本発明を適用した発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図５に示した液晶表示装置は、筐体９０１、液晶層９０２、バックライト９０３、筐体９０４を有し、液晶層９０２は、ドライバＩＣ９０５と接続されている。また、バックライト９０３は、本発明の発光装置が用いられおり、端子９０６により、電圧が印加されている。
【０１３０】
本発明の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、高輝度で長寿命のバックライトが得られるので、表示装置としての品質が向上する。また、本発明の発光装置は、面発光の発光装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、発光素子は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。
【０１３１】
また、本発明を適用した発光装置は高輝度の発光が可能であるため、自動車、自転車、船などのヘッドライトとして用いることが可能である。図１１は、本発明を適用した発光装置を自動車のヘッドライトとして用いた例である。図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のヘッドライト１０００の部分を拡大した断面図である。図１１（Ｂ）において、光源１０１１として本発明の発光装置が用いられている。光源１０１１から出た光は、反射板１０１２により反射され、外部へ取り出される。図１１（Ｂ）に示すように、複数の光源を用いることで、より高輝度の光を得ることができる。また、図１１（Ｃ）は、円筒形状に作製した本発明の発光装置を光源として用いた例である。光源１０２１からの発光は反射板１０２２により反射され、外部へ取り出される。
【０１３２】
図１２は、本発明を適用した発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図１２に示す電気スタンドは、筐体２００１と、光源２００２を有し、光源２００２として、本発明の発光装置が用いられている。本発明の発光装置は、高輝度の発光が可能であるため、細かい作業をする場合など、手元を明るく照らすことが可能である。
【０１３３】
図１３は、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた例である。本発明の発光装置は大面積化が可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、本発明の発光装置は、薄型で低消費電力であるため、薄型化、低消費電力化の照明装置として用いることが可能となる。このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた部屋に、図４（Ａ）で説明したような、本発明に係るテレビ装置を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。このような場合、両装置は低消費電力であるので、電気料金を心配せずに、明るい部屋で迫力のある映像を鑑賞することができる。
【０１３４】
照明装置としては、図１１、図１２、図１３で例示したものに限られず、住宅や公共施設の照明をはじめ、様々な形態の照明装置として応用することができる。このような場合において、本発明に係る照明装置は、発光媒体が薄膜状であるので、デザインの自由度が高いので、様々な意匠を凝らした商品を市場に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明の発光素子を説明する図。
【図２】本発明の発光素子を説明する図。
【図３】本発明の発光装置を説明する図。
【図４】本発明の電子機器を説明する図。
【図５】本発明の電子機器を説明する図。
【図６】本発明の発光装置を説明する図。
【図７】本発明の発光装置を説明する図。
【図８】本発明の発光装置を説明する図。
【図９】本発明の発光装置を説明する図。
【図１０】本発明の発光装置を説明する図。
【図１１】本発明の発光装置を説明する図。
【図１２】本発明の発光装置を説明する図。
【図１３】本発明の発光装置を説明する図。
【図１４】本発明の発光素子を説明する図。
【符号の説明】
【０１３６】
１００ 基板
１０１ 第１の電極
１０２ 発光層
１０３ 複合材料を含む層
１０４ 第２の電極
２００ 基板
２０１ 第１の電極
２０２ バリア層
２０３ 発光層
２０４ 複合材料を含む層
２０５ 第２の電極
４１０ 基板
４１２ 対向基板
４１４ 表示部
４１６ 第１の電極
４１８ 第２の電極
４２０ フレキシブル配線基板
４２４ 隔壁層
４２６ ＥＬ層
４２８ 補助電極
４３０ 色変換層
４３２ 充填材
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 ＥＬ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
９０１ 筐体
９０２ 液晶層
９０３ バックライト
９０４ 筐体
９０５ ドライバＩＣ
９０６ 端子
９５２ 第１の電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ ＥＬ層
９５６ 第２の電極
１０００ ヘッドライト
１０１１ 光源
１０１２ 反射板
１０２１ 光源
１０２２ 反射板
２００１ 筐体
２００２ 光源
３００１ 照明装置
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と第２の電極との間に、発光層と、複合材料を含む層とを有し、
前記発光層は、母体材料と発光中心を形成する不純物元素とを含み、
前記複合材料を含む層は、有機化合物と無機化合物を含み、
前記複合材料を含む層は、前記第２の電極と接するように設けられ、
前記第１の電極の電位よりも前記第２の電極の電位の方が高くなるように電圧を印加したときに発光が得られることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
請求項１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３】
請求項１において、
前記有機化合物は、カルバゾール誘導体であることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
請求項１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５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記無機化合物は、前記有機化合物に対して電子受容性を示すことを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記無機化合物は、遷移金属酸化物であることを特徴とする発光素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記無機化合物は、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物であることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記無機化合物は、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、酸化レニウムのいずれかであることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記母体材料は、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化カルシウム、硫化イットリウム、硫化ガリウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、硫化バリウム−ガリウムのいずれかであることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記不純物元素は、発光中心となる金属元素であることを特徴とする発光素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記不純物元素は複数種含まれており、
発光中心となる金属元素と、
フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）のいずれか一と、
リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）のいずれか一であることを特徴とする発光素子。
【請求項１２】
請求項９または請求項１０において、
前記金属元素は、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍ％の濃度で含まれていることを特徴とする発光素子。
【請求項１３】
請求項９乃至請求項１２のいずれか一項において、
前記金属元素は、マンガン、銅、サマリウム、テルビウム、エルビウム、ツリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジウムのいずれかであることを特徴とする発光素子。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記不純物元素は複数種含まれており、
銅、銀、金、白金、ケイ素のいずれか一と、
フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのいずれか一であることを特徴とする発光素子。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記不純物元素は複数種含まれており、
銅、銀、金、白金、ケイ素のいずれか一と、
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれか一であることを特徴とする発光素子。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記不純物元素は複数種含まれており、
銅、銀、金、白金、ケイ素のいずれか一と、
フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのいずれか一と、
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれか一であることを特徴とする発光素子。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６のいずれか一項において、
前記発光層と前記第１の電極との間に、バリア層が設けられていることを特徴とする発光素子。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記バリア層の膜厚は、１〜１０ｎｍであることを特徴とする発光素子。
【請求項１９】
請求項１７または請求項１８において、
前記バリア層は、金属酸化物または金属窒化物であることを特徴とする発光素子。
【請求項２０】
請求項１７または請求項１８において、
前記バリア層は、前記第１の電極を構成している金属の酸化物であることを特徴とする発光素子。
【請求項２１】
請求項１乃至請求項２０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制御手段とを有する発光装置。
【請求項２２】
表示部を有し、
前記表示部は、請求項１乃至請求項２０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制御手段とを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
第１の電極と第２の電極との間に、発光層と、複合材料を含む層とを有し、
前記発光層は、母体材料と発光中心を形成する不純物元素とを含み、
前記複合材料を含む層は、有機化合物と無機化合物を含み、
前記複合材料を含む層は、前記第２の電極と接するように設けられ、
前記第１の電極の電位よりも前記第２の電極の電位の方が高くなるように電圧を印加したときに発光が得られることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
請求項１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３】
請求項１において、
前記有機化合物は、カルバゾール誘導体であることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
請求項１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５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記無機化合物は、前記有機化合物に対して電子受容性を示すことを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記無機化合物は、遷移金属酸化物であることを特徴とする発光素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記無機化合物は、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物であることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記無機化合物は、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、酸化レニウムのいずれかであることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記母体材料は、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化カルシウム、硫化イットリウム、硫化ガリウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、硫化バリウム−ガリウムのいずれかであることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記不純物元素は、発光中心となる金属元素であることを特徴とする発光素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記不純物元素は複数種含まれており、
発光中心となる金属元素と、
フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）のいずれか一と、
リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）のいずれか一であることを特徴とする発光素子。
【請求項１２】
請求項９または請求項１０において、
前記金属元素は、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍ％の濃度で含まれていることを特徴とする発光素子。
【請求項１３】
請求項９乃至請求項１２のいずれか一項において、
前記金属元素は、マンガン、銅、サマリウム、テルビウム、エルビウム、ツリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジウムのいずれかであることを特徴とする発光素子。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記不純物元素は複数種含まれており、
銅、銀、金、白金、ケイ素のいずれか一と、
フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのいずれか一であることを特徴とする発光素子。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記不純物元素は複数種含まれており、
銅、銀、金、白金、ケイ素のいずれか一と、
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれか一であることを特徴とする発光素子。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記不純物元素は複数種含まれており、
銅、銀、金、白金、ケイ素のいずれか一と、
フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのいずれか一と、
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれか一であることを特徴とする発光素子。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６のいずれか一項において、
前記発光層と前記第１の電極との間に、バリア層が設けられていることを特徴とする発光素子。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記バリア層の膜厚は、１〜１０ｎｍであることを特徴とする発光素子。
【請求項１９】
請求項１７または請求項１８において、
前記バリア層は、金属酸化物または金属窒化物であることを特徴とする発光素子。
【請求項２０】
請求項１７または請求項１８において、
前記バリア層は、前記第１の電極を構成している金属の酸化物であることを特徴とする発光素子。
【請求項２１】
請求項１乃至請求項２０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制御手段とを有する発光装置。
【請求項２２】
表示部を有し、
前記表示部は、請求項１乃至請求項２０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制御手段とを備えたことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−２５１１４８（Ｐ２００７−２５１１４８Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３４２１６（Ｐ２００７−３４２１６）
【出願日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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