発光素子及びそれを用いた電子機器
【課題】電界発光素子の光の取り出し効率を最適化したり、電極同士の短絡を防ぐためには、電界発光素子を構成する層を厚くする必要があった。しかし、従来の素子材料では厚くした分だけ、駆動電圧や消費電力が上昇してしまい、所望の光の取り出し効率を達成できなかった。
【解決手段】イオン化ポテンシャルが小さい共役分子と、その共役分子に対して電子受容性のある物質を混合し、複合体を形成する。複合体を素子材料として用い素子を構成する複合層を形成する。複合層は第１の電極と発光層との間、もしくは第２の電極と発光層との間に配置される。複合層は導電性が高いため膜厚を厚くしても駆動電圧が上昇しない。これにより電極の短絡を防止できる電界発光素子を提供することができる。
【解決手段】イオン化ポテンシャルが小さい共役分子と、その共役分子に対して電子受容性のある物質を混合し、複合体を形成する。複合体を素子材料として用い素子を構成する複合層を形成する。複合層は第１の電極と発光層との間、もしくは第２の電極と発光層との間に配置される。複合層は導電性が高いため膜厚を厚くしても駆動電圧が上昇しない。これにより電極の短絡を防止できる電界発光素子を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子に関する。特に、共役分子と共役分子に対して電子受容性を持つ物質との複合体により構成した層を有する発光素子に関する。また、発光素子を有する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイは、次世代のフラットパネルディスプレイ素子として最も注目されているものの一つであり、発光素子により構成される。発光素子は、電流を流すことにより陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔が発光層で再結合して分子励起子を形成する。そして、分子励起子が基底状態に戻る際に放出する光子を利用して、発光素子は発光する。従って、分子励起子の励起エネルギーの全てを発光に利用することが、発光効率の良い発光素子を作製するための条件の一つとなる。
【０００３】
上記条件を満たす一つの例としては発光素子の積層構造がある。例えば、陽極と陰極からなる一対の電極間に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等で積層を形成する。
【０００４】
また、発光層に効率良くキャリアである正孔と電子を注入することも、発光効率の良い発光素子を作製するための条件の一つとなる。そのために、正孔注入層にはイオン化ポテンシャルの小さい材料を用い、電子注入層には電子親和力の大きい材料を用いることが知られている。
【０００５】
以上のような発光素子の積層構造を構成する層は、無機化合物である金属酸化物、または有機化合物で形成されている。
【０００６】
また、有機化合物と無機化合物を混合した層を用い、発光素子を形成するという試みもなされている。例えば、下記特許文献１では、シリカマトリックス中に共有結合を介して有機化合物（ホール輸送性化合物、電子輸送性化合物、発光性化合物）を分散した材料でなる層を積層して形成した発光素子も開示されている。特許文献１では、素子の耐久性や耐熱性が向上すると報告されている。
【特許文献１】特開２０００−３０６６６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、発光素子を構成する層として金属酸化物を用いた場合は次のような問題があった。金属酸化物は結晶化しやすく、結晶化により金属酸化物表面に凹凸が形成される。この凸部分に電界が集中し、信頼性の高い発光素子は得られなかった。また、ゴミ等に起因する発光素子の電極同士の短絡を防ぐ目的や、発光層からの光を効率良く取り出すという光学設計の目的で、金属酸化物の膜厚を厚くすると、駆動電圧が上昇するという問題があった。
【０００８】
一方で、有機化合物を発光素子を構成する層として用いた場合は、陽極として仕事関数が小さいものを使うと、有機化合物にホールが入りにくくなり、駆動電圧が上昇する。したがって、陽極として仕事関数が小さい材料を使うことは好ましくなく、陽極材料に制限があった。また、上記金属酸化物材料と同様に、膜厚を厚くすると駆動電圧が高くなるという問題があった。
【０００９】
また、上記特許文献１で開示されているような発光素子は、絶縁性である金属酸化物中に有機化合物が単に分散されているだけであるため、従来の発光素子に比べて電流が流れにくくなってしまう（すなわち、ある電流を流すのに必要な電圧が高くなってしまう）。つまり低密度の電流しか流れないことになる。したがって、特許文献１の構成では、耐久性や耐熱性が得られたとしても、駆動電圧の上昇や、それに伴う消費電力の上昇を招いてしまう。
【００１０】
さらに、特許文献１で示されているような構成で膜厚を厚くすると、駆動電圧の上昇はさらに顕在化してしまう。つまり、特許文献１の構成では、膜厚を厚くすることは実用的には困難である。
【００１１】
図１４は上記特許文献１で開示されている従来の発光素子であり、第１の電極（陽極）１５０１と第２の電極（陰極）１５０２との間に、シリカマトリクスに有機化合物を分散した材料でなる層１５０３が挟持されている。すなわち、層１５０３は全てシリカマトリクスで構成されているが、１５１１はシリカマトリクスに正孔輸送性化合物を分散した材料でなる正孔輸送層であり、１５１３はシリカマトリクスに電子輸送性化合物を分散した材料でなる電子輸送層であり、１５１２はシリカマトリクスに発光性化合物を分散した材料でなる発光層である。この素子に電圧を印加すると、第１の電極（陽極）１５０１から正孔が、第２の電極（陰極）１５０２から電子がそれぞれ注入され、発光層１５１２で再結合し、発光性化合物が発光に至ると考えられる。
【００１２】
この素子におけるキャリア輸送は正孔輸送層１５１１や電子輸送層１５１３が担っているが、絶縁性のシリカマトリクスに有機化合物が分散されているため、電流が流れにくいという問題がある。例えば正孔輸送層１５１１においては、正孔は正孔輸送層１５１１中に存在する正孔輸送性化合物間をホッピングして移動するため、絶縁性であるシリカマトリクスは正孔の輸送に関与することはない。逆に、正孔のホッピングの妨げになってしまう。電子輸送層１５１３についても同様のことが言える。したがって当然、従来の発光素子と比較しても駆動電圧は上昇してしまう。
【００１３】
そこで本発明は、駆動電圧が低い発光素子を提供することを課題とする。また、信頼性が高い発光素子を提供することを課題とする。また、電極同士の短絡を防止しやすい発光素子を提供することを課題とする。また、光の取り出し効率の高い発光素子を提供することを課題とする。また、正孔注入性または正孔輸送性の高い発光素子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】
【００１４】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、一般式［化１］〜［化５］で示された共役分子のいずれか（以下、共役分子と言う）とこの共役分子に対し電子受容性を持つ物質（以下、電子受容性物質と言う）との複合体からなる層（以下、複合層と言う）を、一対の電極の少なくとも一方と、一対の電極間に位置する発光層との間に配置することで、課題を解決できることを見出した。
【００１５】
電子受容性物質としては、金属酸化物または金属窒化物が好ましく、さらに好ましくは周期表第４族乃至第１２族のいずれかの遷移金属酸化物がある。中でも、周期表第４族乃至第８族のいずれかの遷移金属酸化物は電子受容性の高いものが多く、特に酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化レニウム、酸化タングステン、酸化ルテニウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ニオブが好適である。
【００１６】
また、電子受容性物質として、電子受容性を持つ有機化合物でも良い。具体的には、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニルなどが挙げられる。さらに、電子受容性物質としてルイス酸を用いても良い。ルイス酸の例としては、ＦｅＣｌ３（塩化鉄（ＩＩＩ））、ＡｌＣｌ３（塩化アルミニウム）が挙げられる。
【００１７】
また、複合層における電子受容性物質と一般式［化１］〜［化５］で示された共役分子のいずれかとの最適な混合比は、モル比で電子受容性物質／共役分子＝０．１〜１０、好ましくは０．５〜２である。この混合比のときが、電子受容性物質と共役分子との間で電子の授受が効率よく行われ、最も複合層の導電性が高くなる。
【００１８】
【化０１】
（式中、ＸとＺは同一または異なっており、且つ、ＸとＺはそれぞれ硫黄原子、酸素原子、水素、アルキル基もしくはアリール基が結合した窒素原子、又は水素、アルキル基もしくはアリール基が結合した珪素原子のいずれかであり、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【００１９】
【化０２】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【００２０】
【化０３】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【００２１】
【化０４】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかであり、Ｒ７とＲ８は水素、アルキル基又はアリール基のいずれかである。）
【００２２】
【化０５】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかであり、Ｒ７からＲ１０はそれぞれ水素、アルキル基又はアリール基のいずれかである。）
【００２３】
上記一般式［化１］〜［化５］で示される共役分子において、式中Ｙはアリーレン基であり、且つ、炭素数６から２０の二価の芳香族炭化水素基、又は酸素、窒素、硫黄もしくは珪素を含む炭素数４から３０の二価の複素芳香環基である。
【００２４】
上記一般式［化１］〜［化５］で示す共役分子において、式中Ｒ１とＲ２とで環構造を形成し、且つＲ３とＲ４とで環構造を形成する。
【００２５】
本発明の構成の一つは、第１の電極と第２の電極でなる一対の電極と、その電極の間にある発光層と、第１の電極と発光層との間にある第１の層と、第２の電極と発光層との間にある第２の層とを有し、第１の層または第２の層は、電子受容性物質と一般式［化１］〜［化５］で示される共役分子いずれかとの複合層を含む。
【００２６】
上記構成において、複合層は第１の層において、第１の電極と接して配置されても良いし、発光層と接して配置されても良い。また、複合層は第２の層において、第２の電極と接して配置されても良いし、発光層と接して配置されても良い。
【００２７】
上記構成において、第１の層及び第２の層ともに複合層を含んでも良い。また、第１の電極の電位が第２の電極の電位よりも高くなるように電極に電圧が印加されたときに、発光層から発光する発光素子では、第２の層が複合層を含むときは、複合層に接して発光層側に電子発生層を設ける。
【００２８】
本明細書における複合層とは、上述した一般式［化１］〜［化５］で示す共役分子のいずれかと、この共役分子に対して電子受容性を持つ物質との複合体を用いて形成した層のことである。
【発明の効果】
【００２９】
一般式［化１］から［化５］で表される共役分子は、イオン化ポテンシャルの小さい電子過剰型芳香環であるチオフェン骨格、フラン骨格、ピロール骨格、シロール骨格のいずれかから二つの骨格をフェニレン環などの共役分子に導入したものである。したがって、共役分子はイオン化ポテンシャルが小さいことがわかっている。特にＲ１からＲ６がアルコキシ基などの電子供与性置換基の場合、共役分子はさらに小さなイオン化ポテンシャルを持つ。このような共役分子と電子受容性物質を混合させ複合層とすることで、共役分子と電子受容性物質との間で電子の授受が起こる。つまり、電圧が発光素子に印加される前に既に複合層において、共役分子が持つイオン化ポテンシャルに基づく正孔が発生している状態になる。
【００３０】
従って、単にイオン化ポテンシャルが小さい材料のみを用いた層よりも、本願の複合層を有したほうが、より正孔注入障壁が低減された発光素子が得られる。また、より正孔が移動しやすい発光素子が得られる。このような複合層の機能からみると、本願の複合層は正孔発生層、正孔輸送層のように機能することもある。
【００３１】
また、上述したように本願で用いる複合層では、電圧印加前でも電子の授受が行われるため、複合層は非常に導電性の高い膜となる。従って、駆動電圧及び消費電力の小さい発光素子を提供することができる。さらに、複合層の厚膜化に比例して駆動電圧が上昇することが少ない。よって、複合層を厚膜化して発光素子の電極同士の短絡を防止することができる。また、複合層の厚膜化により光の取り出し効率を最適化することが可能となる。さらに、信頼性が高い発光素子を提供することができる。加えて、発光効率の高い発光素子を提供することができる。
【００３２】
さらに、共役分子と電子受容性物質を混合させた複合層は結晶化し難いため、層の結晶化に起因した動作不良の少ない発光素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の一態様について説明する。但し、本発明は、実施可能な範囲において、多くの異なる態様で実施することが可能である。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、本形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、以下に示す実施の形態及び実施例は、適宜組み合わせることが可能である。
【００３４】
（実施の形態１）
本発明の発光素子の一態様について図１を用いて説明する。
【００３５】
図１（Ａ）〜（Ｃ）には、第１の電極１０１と第２の電極１０２との間に、第１の電極１０１と接する第１の層１１１、第１の層１１１と接する第２の層１１２、第２の層１１２と第２の電極１０２に接する第３の層１１３とを有する発光素子が示されている。図１では、第１の電極１０１の電位が、第２の電極１０２の電位よりも高くなるように電極に電圧が印加されるときに、発光する。第２の層１１２は発光層であり、第３の層１１３は、電子を第２の層である発光層に運ぶ又は注入する機能を持つ層である。
【００３６】
第２の層１１２は発光物質を含んでいる。第２の層１１２は、発光物質のみから形成された層であってもよい。しかし、濃度消光を生じる場合は、発光物質の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、発光物質が分散するように混合された層であることが好ましい。第２の層１１２に発光物質を分散して含ませることで、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。ここで、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いう。
【００３７】
発光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発光物質として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発光物質として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発光物質として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（略称：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物質として用いることができる。
【００３８】
また、発光物質と共に発光層に含まれ、発光物質を分散状態にするために用いられる物質について特に限定はなく、発光物質として用いる物質のエネルギーギャップ等を勘案して適宜選択すればよい。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、２，３−ビス（４−ジフェニルアミノフェニル）キノキサリン（略称：ＴＰＡＱｎ）、２，３−ビス｛４−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル｝−ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：ＮＰＡＤｉＢｚＱｎ）等のキノキサリン誘導体の他、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）等の金属錯体等を発光物質と共に用いることができる。
【００３９】
図１（Ａ）において、第１の層１１１は、共役分子と電子受容性物質でなる複合体で構成された複合層１１４と正孔輸送層１１５とを有する。複合層１１４は、第１の層において第１の電極１０１側に配置され、正孔輸送層１１５は第２の層１１２側に配置される。この構成では複合層１１４は正孔発生層として機能する。
【００４０】
また、一般的には、第１の電極１０１には仕事関数の大きい電極材料を用いるが、複合層１１４と第１の電極１０１が接している場合、第１の電極１０１に仕事関数が小さい電極（例えばアルミニウムやマグネシウム等）を用いることができる。これは、複合層１１４の構成因子である共役分子のイオン化ポテンシャルが非常に小さく、複合層１１４には正孔が発生しているため、仕事関数が小さい第１の電極１０１と複合層１１４との間でも正孔の授受が起こるからである。
【００４１】
図１（Ｂ）において、第１の層１１１は、共役分子と電子受容性物質でなる複合体で構成された複合層１１６と正孔注入層１１７とを有する。複合層１１６は、第１の層において第２の層側に配置され、正孔注入層１１７は第１の電極１０１側に配置される。この構成では複合層１１６は正孔輸送層として機能する。
【００４２】
図１（Ｃ）は、第１の層１１１が共役分子と電子受容性物質でなる複合体で構成された複合層１１８となっている。この構成では複合層１１８は正孔発生層、正孔輸送層、又は正孔発生層及び正孔輸送層として機能する。
【００４３】
図１（Ａ）〜（Ｃ）のどの構成においても、複合層が第１の電極１０１と発光層である第２の層１１２との間に位置するため、正孔注入性もしくは正孔輸送性が高い発光素子が得られる。また、複合層は導電性が高いため膜厚を厚くしても駆動電圧が上昇しない。従って、複合層を厚膜化し、光の取り出し効率を最適にしたり、発光素子の電極同士の短絡を抑えることができる。なお、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）のそれぞれにおいて、複合層が第１の電極や第２の層に接している例を示したが、必ずしも接している必要はない。図１（Ａ）では複合層１１４と第１の電極１０１との間に他の層があっても良いし、図１（Ｂ）では複合層１１６と第２の層１１２との間に他の層があっても良い。
【００４４】
図１（Ａ）において、正孔輸送層１１５は、正孔を輸送する機能を有する層であり、複合層１１４から第２の層１１２へ正孔を輸送する機能を有する。正孔輸送層１１５を設けることによって、複合層１１４と第２の層１１２との距離を離すことができ、その結果、複合層１１４に含まれている金属に起因して発光が消光することを防ぐことができる。正孔輸送層は、正孔輸送性の高い物質を用いて形成することが好ましく、特に１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質を用いて形成することが好ましい。なお、正孔輸送性の高い物質とは、電子よりも正孔の移動度が高く、電子の移動度に対する正孔の移動度の比の値（＝正孔移動度／電子移動度）が１００よりも大きい物質をいう。正孔輸送層１１５を形成するのに用いることができる物質の具体例としては、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。
【００４５】
図１（Ｂ）において、正孔注入層１１７は、第１の電極１０１から複合層１１６へ正孔の注入を補助する機能を有する層である。正孔注入層１１７を設けることによって、第１の電極１０１と複合層１１６との間のイオン化ポテンシャルの差が緩和され、正孔が注入され易くなる。正孔注入層１１７は、複合層１１６を形成している物質よりもイオン化ポテンシャルが小さく、第１の電極１０１を形成している物質よりもイオン化ポテンシャルが大きい物質、または複合層１１６と第１の電極１０１との間に１〜２ｎｍの薄膜として設けたときにエネルギーバンドが曲がるような物質を用いて形成することが好ましい。正孔注入層１１７を形成するのに用いることのできる物質の具体例として、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）や銅フタロシアニン（ＣｕＰＣ）等のフタロシアニン系の化合物、或いはポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）水溶液（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等の高分子等が挙げられる。正孔注入層１１７におけるイオン化ポテンシャルが複合層１１６におけるイオン化ポテンシャルよりも相対的に大きくなるように、正孔注入層１１７を形成することが好ましい。なお、正孔注入層１１７を設ける場合、第１の電極１０１は、インジウム錫酸化物等の仕事関数の高い物質を用いて形成することが好ましい。
【００４６】
第３の層１１３は、第２の電極１０２から注入される電子を第２の層である発光層に運ぶ又は注入する機能を持つ層であれば良く、その構成は限定されない。第３の層１１３が例えば電子輸送層を有する場合は、電子輸送層は一般的に電子を輸送する機能を有する層であれば何でもよい。電子輸送層を形成する材料としては、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−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）、４，４−ビス（５−メチルベンズオキサゾル−２−イル）スチルベン（略称：ＢｚＯｓ）等が挙げられる。
【００４７】
また、正孔輸送層１１５、第３の層１１３の電子輸送層はバイポーラ性の物質を用いて形成してもよい。バイポーラ性の物質とは、電子または正孔のいずれか一方のキャリアの移動度と他方のキャリアの移動度とを比較したときに、一方のキャリアの移動度に対する他方のキャリアの移動度の比の値が１００以下、好ましくは１０以下である物質をいう。バイポーラ性の物質として、例えば、２，３−ビス（４−ジフェニルアミノフェニル）キノキサリン（略称：ＴＰＡＱｎ）、２，３−ビス｛４−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル｝−ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：ＮＰＡＤｉＢｚＱｎ）等が挙げられる。バイポーラ性の物質の中でも特に、正孔及び電子の移動度が１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の物質を用いることが好ましい。また同一のバイポーラ性の物質を用いて、正孔輸送層１１５と電子輸送層とを形成しても構わない。
【００４８】
第３の層１１３が電子発生層を有する場合、電子発生層としては、一般的に電子を発生する機能を有する層であれば何でもよい。電子発生層は、電子輸送性の高い物質およびバイポーラ性の物質から選ばれる少なくとも一の物質と、これらの物質に対し電子供与性を示す物質とを混合して形成することができる。ここで、電子輸送性の高い物質およびバイポーラ性の物質の中でも特に１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質であることが好ましい。電子輸送性の高い物質およびバイポーラ性の物質については、それぞれ、上記したものを用いることができる。また、電子供与性を示す物質としては、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の中から選ばれた物質、具体的にはリチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、マグネシウム（Ｍｇ）等を用いることができる。また、アルカリ金属酸化物またはアルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属窒化物、アルカリ土類金属窒化物、アルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物等、具体的にはリチウム酸化物（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）、窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等から選ばれる少なくとも一の物質も電子供与性を示す物質として用いることができる。
【００４９】
第１の電極１０１はインジウム錫酸化物、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を含む酸化インジウムの他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、窒化タンタル等の仕事関数の高い物質を用いて形成することができる。
【００５０】
また、第２の電極１０２についても、インジウム錫酸化物、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を含む酸化インジウムの他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、窒化タンタル等の仕事関数の高い物質を用いて形成してもよいし、アルミニウム、またはマグネシウム等の仕事関数の低い物質を用いて形成してもよい。
【００５１】
本形態で示す発光素子は、第１の電極または第２の電極から順に、公知の成膜方法を用いて積層していくことが可能である。特に、複合層は、共役分子と電子受容性物質の両方を抵抗加熱により蒸発させ、共蒸着して形成することができる。その他、共役分子を抵抗加熱により蒸発させる一方で、電子受容性物質をエレクトロンビーム（ＥＢ）により蒸発させ、共蒸着しても良い。また、共役分子を抵抗加熱により蒸発させると同時に、電子受容性物質をスパッタリングし、両方を同時に堆積する手法も挙げられる。その他、湿式法により成膜しても良い。
【００５２】
また、第１の電極１０１及び第２の電極１０２も同様に、抵抗加熱による蒸着法、ＥＢ蒸着、スパッタリング、湿式法などを用いることができる。
【００５３】
第２の電極１０２から順に成膜し、第１の電極１０１をスパッタにより成膜する場合、第１の電極の下に位置する層へのスパッタダメージがあった。しかし複合層は有機膜よりも硬い性質を持つため、図１（Ａ）や図１（Ｃ）の構成の場合、スパッタダメージを受けにくく、スパッタダメージから発光層を保護する保護膜となる。これにより欠陥の少ない発光素子を得ることができる。
【００５４】
（実施の形態２）
本実施の形態を図２を用いて説明する。
【００５５】
図２において、第１の電極２０１と第２の電極２０２との間に、第１の電極２０１と接する第１の層２１１、第１の層２１１と接する第２の層２１２、第２の層２１２と第２の電極２０２に接する第３の層２１３とを有する発光素子が示されている。図２の発光素子は、第１の電極２０１の電位が第２の電極２０２の電位よりも高くなるように電圧が印加されたときに、発光する。第２の層２１２は発光層であり、第１の層２１１は、正孔を第２の層である発光層に運ぶまたは注入する機能を持つ層である。第１の層は、正孔注入層または正孔輸送層を有すれば良い。本形態の発光材料、第１及び第２の電極材料、電子輸送性材料、正孔輸送性材料、正孔注入性材料としては実施の形態１で示した材料を用いることができる。
【００５６】
第３の層２１３は、第２の電極２０２側に複合層２１４、第２の層２１２側に電子発生層２１５を有する。電子発生層２１５と第２の層２１２との間には、電子輸送層等の層が介在していても良いし、介在していなくとも良い。
【００５７】
電子発生層２１５は、電子輸送性の高い物質およびバイポーラ性の物質から選ばれる少なくとも一の物質と、これらの物質に対し電子供与性を示す物質とを混合して形成することができる。ここで、電子輸送性の高い物質およびバイポーラ性の物質の中でも特に１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質であることが好ましい。電子輸送性の高い物質およびバイポーラ性の物質については、それぞれ、上記したものを用いることができる。また、電子供与性を示す物質としては、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の中から選ばれた物質、具体的にはリチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、マグネシウム（Ｍｇ）等を用いることができる。また、アルカリ金属の酸化物またはアルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属の窒化物、アルカリ土類金属の窒化物、アルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物等、具体的にはリチウム酸化物（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）、窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等も電子供与性を示す物質として用いることができる。
【００５８】
本形態の構成により、発光層である第２の層２１２と第２の電極２０２との間に複合層２１４を設けることができる。複合層２１４は導電性が高い膜であるため、複合層を膜厚化することでき、これにより電極同士の短絡を防ぎ、光の取り出し効率の高い発光素子を得ることができる。また、複合層は結晶化し難いため、層の結晶化に起因した動作不良の少ない発光素子を得ることができる。
【００５９】
なお、第１の層２１１内に正孔輸送層や、電子発生層２１５と第２の層２１２と間に電子輸送層を設けるか否かについては実施者が適宜選択すればよい。例えば、正孔輸送層、電子輸送層を設けなくても金属に起因した消光等の不具合が生じない場合等は、必ずしもこれらの層を設ける必要がない。
【００６０】
本形態で示す発光素子は、実施の形態１で示した作製方法と同様に、公知の成膜方法で形成することができる。
【００６１】
第１の電極２０１から順に成膜し、第２の電極２０２をスパッタにより成膜する場合、第２の電極の下に位置する層へのスパッタダメージがあった。しかし複合層２１４は有機膜よりも硬い性質を持つため、スパッタダメージを受けにくく、スパッタダメージから発光層を保護する保護膜となる。これにより欠陥の少ない発光素子を得ることができる。
【００６２】
（実施の形態３）
本実施の形態は、実施の形態１で示した第２の層１１２と第１の電極１０１との間の積層構造と、実施の形態２で示した第２の層２１２と第２の電極２０２との間の積層構造を組み合わせたものである。
【００６３】
この場合、第１の電極と発光層との間、第２の電極と発光層との間それぞれに複合層を配置することになり、より導電性が高く、且つ正孔注入性または正孔輸送性が高い発光素子を提供することができる。つまり、第１の実施の形態の利点と第２の実施の形態の利点を合わせ持った発光素子が得られる。
【００６４】
本形態の一形態である発光素子を図３に示す。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、一対の電極である第１の電極３０１と第２の電極３０２の間に発光層である第２の層３１２が配置され、第１の電極３０１と第２の層３１２の間に第１の層３１１が配置され、第２の電極３０２と第２の層３１２の間に第３の層３１３が配置されている。第３の層は、第２の電極３０２側にある第１の複合層３２４と第２の層３１２側にある電子発生層３２５を有する。図３に示す素子は、第１の電極３０１の電位が第２の電極３０２の電位よりも高くなるように電極に電圧を印加すると発光する発光素子である。
【００６５】
図３（Ａ）は図１（Ａ）と図２を組み合わせた構造である。図３（Ａ）の第１の層３１１は、第２の層３１２側に正孔輸送層３２６を有し、第１の電極３０１側に第２の複合層３２７を有する。
【００６６】
図３（Ｂ）は図１（Ｂ）と図２を組み合わせた構造である。図３（Ｂ）の第１の層３１１は、第２の層側に第２の複合層３２８を有し、第１の電極３０１側に正孔注入層３２９を有する。
【００６７】
図３（Ｃ）は図１（Ｃ）と図２を組み合わせた構造である。図３（Ｃ）の第１の層３１１は第２の複合層３３０となっている。
【００６８】
本形態において、第１の複合層と第２の複合層を構成する共役分子と電子受容性物質との複合体は、同一でもよいし、異なっていても良い。本形態の発光素子は、第１の層３１１及び第３の層３１３の両方に複合層を設けることができるため、導電性が高く、光の取り出し効率が高い素子となる。また、第１の電極または第２の電極をスパッタにより形成するときに下層に位置する層へのスパッタダメージの問題があった。しかし図３（Ａ）や図３（Ｃ）の構成では、第１の電極及び第２の電極に接して複合層が形成されるため、第１の電極または第２の電極の形成にともなうスパッタダメージを防ぐことができる。
【００６９】
図３では、電子発生層３２５と第２の層３１２との間に電子輸送層を設けていないが、設けるか否かについては実施者が適宜選択すればよい。
【００７０】
（実施の形態４）
本発明の発光素子は、表示装置の画素にも使用できるし、光源としても使用できる。発光素子を画素に用いた場合は、動作不良がなく、表示色が良好な画像を表示できる。また、高信頼性な表示装置または発光装置を提供できる。また、発光素子を光源に用いた場合は、発光素子の動作不良に起因した不具合が少なく、明るい発光装置を得ることができる。
【００７１】
本形態では、本発明の発光素子を画素に有し、表示機能を有する発光装置について説明する。
【００７２】
図４は発光装置を上面からみた模式図である。図４において、基板６５００上には、本発明の発光素子を用いた画素部６５１１と、ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とが設けられている。ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とは、それぞれ、配線群を介して、外部入力端子であるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６５０３と接続している。そして、ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とは、それぞれ、ＦＰＣ６５０３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。またＦＰＣ６５０３にはプリント配線基盤（ＰＷＢ）６５０４が取り付けられている。なお、駆動回路部は、上記のように必ずしも画素部６５１１と同一基板上に設けられている必要はなく、例えば、配線パターンが形成されたＦＰＣ上にＩＣチップを実装したもの（ＴＣＰ）等を利用し、基板外部に設けられていてもよい。
【００７３】
画素部６５１１には、列方向に延びた複数のソース信号線が行方向に並んで配列している。また、電流供給線が行方向に並んで配列している。また、画素部６５１１には、行方向に延びた複数のゲート信号線が列方向に並んで配列している。また画素部６５１１には、実施の形態１〜３で示したような発光素子を含む画素回路が複数配列している。
【００７４】
図５は、一画素を動作するための回路を表した図である。図５に示す回路には、第１のトランジスタ９０１と第２のトランジスタ９０２と本発明の発光素子９０３とが含まれている。
【００７５】
第１のトランジスタ９０１と、第２のトランジスタ９０２とは、それぞれ、ゲート電極と、ドレイン領域と、ソース領域とを含む三端子の素子であり、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル領域を有する。ここで、ソース領域とドレイン領域とは、トランジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソース領域またはドレイン領域であるかを限定することが困難である。そこで、本形態においては、ソースまたはドレインとして機能する領域を、それぞれ第１電極、第２電極と表記する。
【００７６】
ゲート信号線９１１と、書込用ゲート信号線駆動回路９１３とはスイッチ９１８によって電気的に接続または非接続の状態になるように設けられている。また、ゲート信号線９１１と、消去用ゲート信号線駆動回路９１４とはスイッチ９１９によって電気的に接続または非接続の状態になるように設けられている。また、ソース信号線９１２は、スイッチ９２０によってソース信号線駆動回路９１５または電源９１６のいずれかに電気的に接続するように設けられている。そして、第１のトランジスタ９０１のゲートはゲート信号線９１１に電気的に接続している。また、第１のトランジスタ９０１の第１電極はソース信号線９１２に電気的に接続し、第２電極は第２のトランジスタ９０２のゲート電極と電気的に接続している。第２のトランジスタ９０２の第１電極は電流供給線９１７と電気的に接続し、第２電極は発光素子９０３に含まれる一の電極と電気的に接続している。なお、スイッチ９１８は、書込用ゲート信号線駆動回路９１３に含まれていてもよい。またスイッチ９１９についても消去用ゲート信号線駆動回路９１４の中に含まれていてもよい。また、スイッチ９２０についてもソース信号線駆動回路９１５の中に含まれていてもよい。
【００７７】
また画素部におけるトランジスタや発光素子等の配置について特に限定はないが、例えば図６の上面図に表すように配置することができる。図６において、第１のトランジスタ１００１の第１電極はソース信号線１００４に接続し、第２の電極は第２のトランジスタ１００２のゲート電極に接続している。また第２のトランジスタ１００２の第１電極は電流供給線１００５に接続し、第２電極は発光素子の電極１００６に接続している。ゲート信号線１００３の一部は第１のトランジスタ１００１のゲート電極として機能する。
【００７８】
（実施の形態５）
本発明の発光素子を含む発光装置の一態様について、図７及び図８を用いて説明する。
【００７９】
図７において、トランジスタ１１は、本発明の発光素子１２を駆動するために設けられている。発光素子１２は、第１の電極１３と第２の電極１４との間に少なくとも複合層と発光物質を含む層とが積層された層１５を有する本発明の発光素子である。トランジスタ１１のドレインと第１の電極１３とは、第１層間絶縁膜１６ａ、１６ｂ、１６ｃを貫通している配線１７によって電気的に接続されている。また、発光素子１２は、隔壁層１８によって、隣接して設けられている別の発光素子と分離されている。このような構成を有する本発明の発光装置は、本形態において、基板１０上に設けられている。
【００８０】
なお、図７に示されたトランジスタ１１は、半導体層を中心として基板と逆側にゲート電極が設けられたトップゲート型のものである。但し、トランジスタ１１の構造については、特に限定はなく、例えばボトムゲート型のものでもよい。またボトムゲートの場合には、チャネルを形成する半導体層の上に保護膜が形成されたもの（チャネル保護型）でもよいし、或いはチャネルを形成する半導体層の一部が凹状になったもの（チャネルエッチ型）でもよい。なお、２１はゲート電極、２２はゲート絶縁膜、２３は半導体層である。
【００８１】
また、トランジスタ１１を構成する半導体層は、結晶性、非結晶性のいずれのものでもよい。また、セミアモルファス等でもよい。
【００８２】
なお、セミアモルファス半導体とは、次のようなものである。非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち、格子歪みを有する結晶質な領域を含んでいるものである。また少なくとも膜中の一部の領域には、０．５〜２０ｎｍの結晶粒を含んでいる。ラマンスペクトルが５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしている。Ｘ線回折ではＳｉ結晶格子に由来するとされる（１１１）、（２２０）の回折ピークが観測される。未結合手（ダングリングボンド）を終端するために水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。所謂微結晶半導体（マイクロクリスタル半導体）とも言われている。珪化物でなる気体をグロー放電分解（プラズマＣＶＤ）して形成する。珪化物でなる気体としては、ＳｉＨ４、その他にもＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４などを用いることができる。この珪化物でなる気体をＨ２、又は、Ｈ２とＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅから選ばれた一種または複数種の希ガス元素とで希釈しても良い。希釈率は２〜１０００倍の範囲。圧力は概略０．１Ｐａ〜１３３Ｐａの範囲、電源周波数は１ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚ、好ましくは１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ。基板加熱温度は３００℃以下でよく、好ましくは１００〜２５０℃。膜中の不純物元素として、酸素、窒素、炭素などの大気成分の不純物は１×１０２０／ｃｍ３以下とすることが望ましく、特に、酸素濃度は５×１０１９／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１９／ｃｍ３以下とする。なお、セミアモルファス半導体を用いたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の移動度はおよそ１〜１０ｍ２／Ｖｓｅｃとなる。
【００８３】
また、半導体層が結晶性のものの具体例としては、単結晶または多結晶性の珪素、或いはシリコンゲルマニウム等から成るものが挙げられる。これらはレーザー結晶化によって形成されたものでもよいし、例えばニッケル等を用いた固相成長法による結晶化によって形成されたものでもよい。
【００８４】
なお、半導体層が非晶質材料、例えばアモルファスシリコンで形成される場合には、トランジスタ１１およびその他のトランジスタ（発光素子を駆動するための回路を構成するトランジスタ）は全てＮチャネル型トランジスタで構成された回路を有する発光装置であることが好ましい。それ以外については、Ｎチャネル型またはＰチャネル型のいずれか一のトランジスタで構成された回路を有する発光装置でもよいし、両方のトランジスタで構成された回路を有する発光装置でもよい。
【００８５】
さらに、１６ａ〜１６ｃでなる第１層間絶縁膜は、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように多層でもよいし、または単層でもよい。なお、１６ａは酸化珪素や窒化珪素のような無機物から成り、１６ｂはアクリルやシロキサン（シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。）、塗布成膜可能な酸化珪素等の自己平坦性を有する物質から成る。さらに、１６ｃはアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜から成る。なお、各層を構成する物質については、特に限定はなく、ここに述べたもの以外のものを用いてもよい。また、これら以外の物質から成る層をさらに組み合わせてもよい。このように、第１層間絶縁膜は、無機物または有機物の両方を用いて形成されたものでもよいし、または無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよい。
【００８６】
隔壁層１８は、エッジ部において、曲率半径が連続的に変化する形状であることが好ましい。また隔壁層１８は、アクリルやシロキサン、レジスト、酸化珪素等を用いて形成される。なお隔壁層１８は、無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよいし、または両方を用いて形成されたものでもよい。
【００８７】
なお、図７（Ａ）、（Ｃ）は、１６ａ〜１６ｃでなる第１層間絶縁膜のみがトランジスタ１１と発光素子１２の間に設けられた構成である。図７（Ｂ）は、第１層間絶縁膜である１６ａ、１６ｂの他、第２層間絶縁膜である１９ａ、１９ｂが設けられた構成である。図７（Ｂ）に示す発光装置においては、第１の電極１３は第２層間絶縁膜１９ａ、１９ｂを貫通し、配線１７と接続している。
【００８８】
１９ａ、１９ｂでなる第２層間絶縁膜は、第１層間絶縁膜１６ａ〜１６ｃと同様に、多層でもよいし、または単層でもよい。１９ａはアクリルやシロキサン、塗布成膜可能な酸化珪素等の自己平坦性を有する物質から成る。さらに、１９ｂはアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜から成る。なお、各層を構成する物質については、特に限定はなく、ここに述べたもの以外のものを用いてもよい。また、これら以外の物質から成る層をさらに組み合わせてもよい。このように、第２層間絶縁膜１９ａ、１９ｂは、無機物または有機物の両方を用いて形成されたものでもよいし、または無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよい。
【００８９】
発光素子１２において、第１の電極および第２の電極がいずれも透光性を有する物質で構成されている場合、図７（Ａ）の白抜きの矢印で表されるように、第１の電極１３側と第２の電極１４側の両方から発光を取り出すことができる。また、第２の電極１４のみが透光性を有する物質で構成されている場合、図７（Ｂ）の白抜きの矢印で表されるように、第２の電極１４側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第１の電極１３は反射率の高い材料で構成されているか、または反射率の高い材料から成る膜（反射膜）が第１の電極１３の下方に設けられていることが好ましい。また、第１の電極１３のみが透光性を有する物質で構成されている場合、図７（Ｃ）の白抜きの矢印で表されるように、第１の電極１３側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第２の電極１４は反射率の高い材料で構成されているか、または反射膜が第２の電極１４の上方に設けられていることが好ましい。
【００９０】
また、発光素子１２は、第１の電極１３の電位よりも第２の電極１４の電位が高くなるように電圧を印加したときに動作するように層１５が積層されたものであってもよいし、或いは、第１の電極１３の電位よりも第２の電極１４の電位が低くなるように電圧を印加したときに動作するように層１５が積層されたものであってもよい。前者の場合、トランジスタ１１はＮチャネル型トランジスタであり、後者の場合、トランジスタ１１はＰチャネル型トランジスタである。
【００９１】
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。
【００９２】
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、互いに交差する電極９５２と電極９５６との間に少なくとも発光物質を含む層と複合層を有する層９５５が設けられている。電極９５２の端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。隔壁層９５４の短辺方向の断面は、逆台形状であり底辺の方が上辺よりも短い。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。
【００９３】
（実施の形態６）
本発明の発光素子を画素として用いた発光装置は、発光素子の動作不良に起因した表示欠陥が少ないため、表示動作が良好である。また、表示欠陥に起因した表示画像の誤認等の少ない電子機器を得ることができる。また、本発明の発光素子を光源として用いた発光装置は、発光素子の動作不良に起因した不具合が少なく良好に照明することができる。このような発光装置をバックライト等の照明部として用いることによって、発光素子の不具合に起因して局所的に暗部が形成されるような動作不良が低減される。
【００９４】
本発明を適用した発光装置を実装した電子機器の一実施例を図９に示す。
【００９５】
図９（Ａ）は、本発明を適用して作製したパーソナルコンピュータであり、本体５５２１、筐体５５２２、表示部５５２３、キーボード５５２４などによって構成されている。図７に示したような発光装置を表示部として組み込むことでパーソナルコンピュータを完成できる。また、本発明の発光素子を光源として用いた発光装置を、バックライトとして組み込んでもパーソナルコンピュータを完成させることができる。具体的には、図１０に示すように、筐体５５１１と筐体５５１４との間に、液晶装置５５１２と光源として発光装置５５１３とを組み込めばよい。発光装置５５１３は本発明の発光素子で構成されるアレイ５５１８と導光板５５１７を有する。なお、図１０において、液晶装置５５１２には外部入力端子５５１５が装着されており、アレイ５５１８には外部入力端子５５１６が装着されている。
【００９６】
図９（Ｂ）は、本発明を適用して作製した電話機であり、本体５５５２には表示部５５５１と、音声出力部５５５４、音声入力部５５５５、操作スイッチ５５５６、操作スイッチ５５５７、アンテナ５５５３等によって構成されている。本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことで電話機を完成できる。
【００９７】
図９（Ｃ）は、本発明を適用して作製したテレビ受像機であり、表示部５５３１、筐体５５３２、スピーカー５５３３などによって構成されている。本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことでテレビ受像機を完成できる。
【００９８】
以上のように本発明の発光装置は、各種電子機器の表示部として用いるのに非常に適している。なお、電子機器は、本形態で述べたものに限定されるものではなく、ナビゲーション装置等、その他の電子機器であってもよい。
【００９９】
（実施の形態７）
本形態では、本発明の発光素子の材料として使われる複合体について述べる。複合体は、下記の一般式［化１］〜［化５］で示す共役分子のいずれかと、その共役分子に対して電子受容性を持つ物質とを混合したものである。
【０１００】
【化０１】
（式中、ＸとＺは同一または異なっており、且つ、ＸとＺはそれぞれ硫黄原子、酸素原子、水素、アルキル基もしくはアリール基が結合した窒素原子、又は水素、アルキル基もしくはアリール基が結合した珪素原子のいずれかであり、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【０１０１】
【化０２】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【０１０２】
【化０３】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【０１０３】
【化０４】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかであり、Ｒ７とＲ８は水素、アルキル基又はアリール基のいずれかである。）
【０１０４】
【化０５】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかであり、Ｒ７からＲ１０はそれぞれ、水素、アルキル基又はアリール基のいずれかである。）
【０１０５】
上記一般式［化１］〜［化５］で示される共役分子において、式中Ｙは、アリーレン基であり、且つ、炭素数６から２０の二価の芳香族炭化水素基、又は酸素、窒素、硫黄もしくは珪素を含む炭素数４から３０の二価の複素芳香環基である。
【０１０６】
これらの共役分子は非常にイオン化ポテンシャルが小さいため、電子受容性物質と複合体を形成することで、複合体内部で電子の授受が行われる。従って、複合体でできた複合層は、正孔が発生するもしくは正孔が移動しやすいという特徴を持つ。また、そのような特徴に起因して、複合層は導電性が高いという特徴をも持つ。従って、イオン化ポテンシャルの小さい材料で構成された層と複合層を比較すると、複合層は電子受容性物質を有しているためより正孔の流れが良好な層となる。
【０１０７】
電子受容性物質としては、金属酸化物または金属窒化物が好ましい。中でも周期表第４族乃至第１２族のいずれかの遷移金属酸化物は、電子の受容性が高い。また、周期表第４族乃至第８族のいずれかの遷移金属酸化物は電子受容性がさらに高いものが多い。特に酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化レニウム、酸化タングステン、酸化ルテニウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ニオブが好適である。
【０１０８】
また、電子受容性物質として、電子受容性を持つ有機化合物でも良い。具体的には、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニルなどが挙げられる。さらに、電子受容性物質としてルイス酸を用いても良い。ルイス酸の例としては、ＦｅＣｌ３（塩化鉄（ＩＩＩ））、ＡｌＣｌ３（塩化アルミニウム）が挙げられる。
【０１０９】
また、複合層における電子受容性物質と一般式［化１］〜［化５］で示される共役分子のいずれかとの最適な混合比は、モル比で電子受容性物質／共役分子＝０．１〜１０、好ましくは０．５〜２である。この混合比のときが、電子受容性物質と共役分子との間で電子の授受が効率よく行われ、最も複合層の導電性が高くなる。
【実施例１】
【０１１０】
本実施例では、一般式［化２］で示される化合物の代表として、下式［化６］である１，４−ジ（３，４−エチレンジオキシ−２−チエニル）ベンゼンと、下式［化７］で示される４，４’−ジ（３，４−エチレンジオキシ−２−チエニル）ビフェニルのそれぞれを合成した。
【化０６】
【化０７】
【０１１１】
化合物［化６］ならびに［化７］は非常にイオン化ポテンシャルが小さい。すなわち一般式［化１］から［化５］で表される化合物においては、Ｒ１とＲ２で環構造を形成し、Ｒ３とＲ４で環構造を形成することで分子全体の有効共役長が拡張することがわかった。
【０１１２】
図１１は１，４−ジ（３，４−エチレンジオキシ−２−チエニル）ベンゼン（［化６］）とその類縁体である、１，４−ビス（３，４−ジヘキシルオキシ−２−チエニル）ベンゼンの紫外−可視吸収スペクトルである。１，４−ビス（３，４−ジヘキシルオキシ−２−チエニル）ベンゼンの構造を［化８］に示す。図１１の（Ａ）に示すように前者の吸収極大は３８０ｎｍに見られるのに対し、図１１の（Ｂ）に示すように後者のそれは３００ｎｍに観測され、環構造を有する［化６］がより拡張された共役系を有していることが分かる。なお、図１１の（Ａ）で示すように、［化６］の可視光領域における吸収強度は非常に小さく、これは従来の正孔注入材料と比べて著しく異なる点である。
【化０８】
【０１１３】
さらに、［化６］と［化８］とでサイクリックボルタンメトリーの測定を行った。この測定結果からも、［化６］が、より拡張された共役系を有していることが示された。サイクリックボルタンメトリーの測定は、アセトニトリルを溶媒として用い、過塩素酸テトラブチルアンモニウムを支持電解質として用いて行った。作用電極、ならびに対極は白金である。また、参照電極は銀／塩化銀を用いた。
【０１１４】
結果、［化６］の酸化電位は１．２０Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋）であるのに対し、［化８］の酸化電位は１．６８Ｖであり、［化８］がより酸化しにくいことが分かった。
【０１１５】
つまり、一般式［化１］から［化５］で表される共役分子において、Ｒ１とＲ２で環構造を形成し、且つＲ３とＲ４で環構造を形成すると、分子全体の有効共役長が拡張する。有効共役長が拡張すると、バンドギャップが小さくなり、イオン化ポテンシャルが小さくなる。従って、より共役分子の電子供与性が上がることになる。そのため、有効共役長が拡張した共役分子と電子受容性物質を用いて複合層を形成することで、さらに正孔が発生しやすく、導電率の高い複合層が得られる。
【実施例２】
【０１１６】
本実施例では、一般式［化２］で示される化合物の代表として、下式［化９］で示される１，４−ジ（３，４−エチレンジオキシ−５−トリメチルシリル−２−チエニル）ベンゼンの合成について述べる。
【化０９】
【０１１７】
合成スキームを図１２に示す。３，４−エチレンジオキシチオフェン（図１２（Ａ）の化合物、１０．３０ｇ、７２．５ｍｍｏｌ）の乾燥ＴＨＦ溶液（１００ｍＬ）に１．５６Ｎのｎ−ブチルリチウムのヘキサン溶液（４８ｍＬ、７４．９ｍｍｏｌ）を−７８℃にて滴下した。滴下終了後、−７８℃にて１時間攪拌した。この溶液にクロロトリメチルシラン（８．９３ｇ、８２．３ｍｍｏｌ）を滴下し、この後反応溶液を室温まで徐々に昇温した。３時間攪拌した後、反応混合物を減圧下において濃縮し、この後ヘキサンで抽出した。ヘキサン層は硫酸マグネシウムで乾燥した後、ろ過した。ろ液を濃縮し、残渣を減圧蒸留（２００Ｐａ、９４−１００℃）することにより、図１２（Ｂ）で示される化合物、２−トリメチルシリル−３，４−エチレンジオキシチオフェンを得た。収率８４％。１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ ０．２８６（ｓ、９Ｈ）、４．１６（ｓ、２Ｈ）、４．１７（ｓ、２Ｈ）、６．５４（ｓ、１Ｈ）：１３Ｃ ＮＭＲ（７５ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ −０．７４、 ６４．４２、 ６４．５１、 １０４．６８、 １１１．２８、 １４２．６３、 １４７．２５。
【０１１８】
図１２（Ｂ）で示される化合物、２−トリメチルシリル−３，４−エチレンジオキシチオフェン（１８．６ｇ、８６．０ｍｍｏｌ）の乾燥ＴＨＦ溶液（１５０ｍＬ）に、−７８℃において１．５６Ｎのｎ−ブチルリチウムのヘキサン溶液（５５ｍＬ、８６．０ｍｍｏｌ）を滴下した。滴下終了後、−７８℃にて１時間、０℃において３０分攪拌した。この溶液を塩化亜鉛（１１．６９ｇ、８５．８ｍｍｏｌ）の乾燥ＴＨＦ懸濁液（１００ｍＬ）に室温にて滴下した。その後１時間攪拌して図１２（Ｃ）で表される化合物を系中で得た。この後、１，４−ジブロモベンゼン（６．７５９ｇ、２８．７ｍｍｏｌ）とテトラキストリフェニルフォスフィンパラジウム（０）（１．２８ｇ、１．１１ｍｍｏｌ）を加え、さらに１０時間加熱還流した。反応混合物を水約１Ｌへ投入し、沈殿物をろ過した。ろ過物を乾燥させた後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開液、ヘキサン／酢酸エチル １０／１から２／１）によって精製し、更にヘキサン／酢酸エチル（５／１）によって再結晶することにより、図１２（Ｄ）で表される化合物、１，４−ジ（３，４−エチレンジオキシ−５−トリメチルシリル−２−チエニル）ベンゼンを得た。収率４３％。１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ ０．３１１（ｓ、１８Ｈ）、４．２７（ｓ、４Ｈ）、４．２９（ｓ、４Ｈ）、７．６９（ｓ、４Ｈ）。
【０１１９】
合成した図１２（Ｄ）で表される化合物の紫外―可視吸収スペクトルを図１３に示す。図１３に示すように、可視光領域における吸収は極めて小さく、これに起因して素子の着色を大幅に低減できることが可能である。
【実施例３】
【０１２０】
本実施例では、一般式［化１］から［化５］で表される化合物において、Ｒ５とＲ６に水素以外の置換基を導入する効果について述べる。Ｒ５とＲ６が水素の場合、溶解性が極めて低い。例えば、実施例１で示した、式［化６］で表される化合物は、２５℃において、クロロホルムに対する溶解度は１ｗｔ％にも満たない。これに対し、図１２（Ｄ）で示されるようなＲ５とＲ６がトリメチルシリル基の場合、２５℃におけるクロロホルムへの溶解度は１５．４ｗｔ％である。このように、Ｒ５とＲ６に水素以外の置換基を導入することによって、溶解性を著しく向上させることができる。
【０１２１】
さらにＲ５とＲ６に水素を導入すると溶解性が低いが、水素以外の置換基を導入すると、高い溶解性を反映して膜質の良い蒸着膜が得られる。
【実施例４】
【０１２２】
本実施例では、一般式［化２］で示される化合物の代表として、下式［化１０］で示される４，４’−ビス（５−フェニル−３，４−エチレンジオキシ−２−チエニル）ビフェニル（以下、ＤＰＥＢＰと呼ぶ）の合成について述べる。
【化１０】
【０１２３】
まず、中間体である下式［化１１］（以下、中間体ａと呼ぶ）の合成について述べる。２，３−ジヒドロチエノ−［３，４−ｂ］−１，４−ジオキシン２２．４１ｇに乾燥ＴＨＦ２５０ｍｌを加え、−７８℃に冷却した。ｎ−ブチルリチウム（１．５８Ｍヘキサン溶液）１００ｍｌを滴下し、１時間撹拌した。得られた混合物を室温にて塩化亜鉛２５．８４ｇに加え、室温にてさらに１時間撹拌した。これに、ブロモベンゼン１８．３ｍｌとテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム１．８３ｇを添加し、加熱還流下５時間撹拌した。室温に冷却した溶液に酢酸エチル、１Ｍ塩酸、水を加え、有機層を分取した。硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を濃縮した。カラムクロマトグラフィー（ヘキサン／酢酸エチル）で精製した。ＮＭＲデータを以下に示す。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、δ）７．７２ｐｐｍ（ｄ、２Ｈ）、７．３６ｐｐｍ（ｔ、２Ｈ）、７．２１ｐｐｍ（ｔ、１Ｈ）、６．２９ｐｐｍ（ｓ、１Ｈ）、４．２９ｐｐｍ（ｍ、４Ｈ）。
【化１１】
【０１２４】
次に、上記で得られた中間体ａ１０．３６ｇにＴＨＦ１００ｍｌを加え、−７８℃に冷却した。ｎ−ブチルリチウム（１．５８Ｍヘキサン溶液）３３．１ｍｌを滴下し、１時間撹拌した。得られた混合物を室温にて塩化亜鉛７．７７ｇに加え、室温にてさらに１時間撹拌した。これに、４，４’−ジヨードビフェニル８．７７ｇとテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム５４９ｍｇを添加し、加熱還流下５時間撹拌した。これをろ過して得られた固体をエタノールにて洗浄した。クロロホルムにて再結晶を行い、本発明の有機化合物ＤＰＥＢＰを得た（黄色粉末）。ＮＭＲデータを以下に示す。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、δ）７．７７ｐｐｍ（ｍ、１２Ｈ）、７．４４ｐｐｍ（ｔ、４Ｈ）、７．２８ｐｐｍ（ｔ、２Ｈ）、４．４５ｐｐｍ（ｓ、８Ｈ）。
【実施例５】
【０１２５】
本実施例では、一般式［化２］で示される化合物の代表として、下式［化１２］で示される１，４−ビス（５−フェニル−３，４−エチレンジオキシ−２−チエニル）ベンゼン（以下、ＤＰＥＢＺと呼ぶ）の合成について述べる。
【化１２】
【０１２６】
実施例４で得られた中間体ａ６．０７ｇにＴＨＦ１００ｍｌを加え、−７８℃に冷却した。ｎ−ブチルリチウム（１．５８Ｍヘキサン溶液）１９．４ｍｌを滴下し、１時間撹拌した。得られた混合物を室温にて塩化亜鉛４．５０ｇに加え、室温にてさらに１時間撹拌した。これに、１，４−ジヨードベンゼン４．１２ｇとテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム３２１ｍｇを添加し、加熱還流下５時間撹拌した。これをろ過して得られた固体をエタノールにて洗浄した。クロロホルムにて再結晶を行い、本発明の有機化合物ＤＰＥＢＺを得た（橙色粉末）。ＮＭＲデータを以下に示す。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、δ）７．７７ｐｐｍ（ｍ、８Ｈ）、７．３８ｐｐｍ（ｔ、４Ｈ）、７．２３ｐｐｍ（ｔ、２Ｈ）、４．３８ｐｐｍ（ｓ、８Ｈ）。
【実施例６】
【０１２７】
本実施例では、一般式［化２］で示される化合物の代表として、下式［化１３］で示される４、４’−ビス［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−３，４−エチレンジオキシ−２−チエニル）ビフェニル（以下、ＤｔＢｕＰＥＢＰと呼ぶ）の合成について述べる。
【化１３】
【０１２８】
まず、中間体である下式［化１４］（以下、中間体ｂと呼ぶ）の合成について述べる。まず、２，３−ジヒドロチエノ−［３，４−ｂ］−１，４−ジオキシン１０．５７ｇにＴＨＦ１００ｍｌを加え、−７８℃に冷却した。ＬＤＡ（２．０Ｍ）３７．２ｍｌを滴下し、１時間撹拌した。塩化亜鉛１２．１４ｇを添加し、室温にてさらに１時間撹拌した。これに、１−ブロモ−４−ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン１４．３ｍｌとテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム８５９ｍｇを添加し、加熱還流下８時間撹拌した。室温に冷却した溶液に酢酸エチル、水を加え、有機層を分取した。硫酸マグネシウムで乾燥させた後、溶媒を濃縮した。その後カラムクロマトグラフィー（トルエン）で精製した。ＮＭＲデータを以下に示す。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、δ）７．６７ｐｐｍ（ｄ、２Ｈ）、７．４５ｐｐｍ（ｄ、２Ｈ）、６．３２ｐｐｍ（ｓ、１Ｈ）、１．４０ｐｐｍ（ｓ、９Ｈ）。
【化１４】
【０１２９】
次に、上記で得られた中間体ｂ２．５６ｇにＴＨＦ５０ｍｌを加え、−７８℃に冷却した。ＬＤＡ（２．０Ｍ）５．１２ｍｌを滴下し、１時間撹拌した。塩化亜鉛１．５３ｇを添加し、室温にてさらに１時間撹拌した。これに、４，４’−ジヨードビフェニル１．７１ｇとテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム１０７ｍｇを添加し、加熱還流下６時間撹拌した。室温に冷却した溶液に酢酸エチル、１Ｍ塩酸、水を加え、有機層を分取した。硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を濃縮した。クロロホルムにて再結晶を行い、本発明の有機化合物ＤｔＢｕＰＥＢＰを得た。ＮＭＲデータを以下に示す。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、δ）７．８０ｐｐｍ（ｄ、４Ｈ）、７．６６ｐｐｍ（ｍ、８Ｈ）、７．４１ｐｐｍ（ｄ、４Ｈ）、４．３６ｐｐｍ（ｓ、８Ｈ）、１．３２ｐｐｍ（ｓ、９Ｈ）。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の発光素子を示す図。
【図２】本発明の発光素子を示す図。
【図３】本発明の発光素子を示す図。
【図４】発光装置の上面図を示す図。
【図５】一画素を動作するための回路を表した図。
【図６】画素部における上面図。
【図７】本発明の発光素子を示す図。
【図８】本発明のパッシブ型の発光装置を示す図。
【図９】本発明の電子機器を示す図。
【図１０】本発明の発光素子をバックライトに組み込んだ電子機器を示す図。
【図１１】共役分子の紫外−可視スペクトルを示す図。
【図１２】合成スキーム図。
【図１３】共役分子の紫外−可視スペクトル（塩化メチレン中、２．５５×１０−５Ｍ）を示す図。
【図１４】従来例を示す図。
【符号の説明】
【０１３１】
１０１ 第１の電極
１０２ 第２の電極
１１１ 第１の層
１１２ 第２の層
１１３ 第３の層
１１４ 複合層
１１５ 正孔輸送層
１１６ 複合層
１１７ 正孔注入層
１１８ 複合層
２０１ 第１の電極
２０２ 第２の電極
２１１ 第１の層
２１２ 第２の層
２１３ 第３の層
２１４ 複合層
２１５ 電子発生層
３０１ 第１の電極
３０２ 第２の電極
３１１ 第１の層
３１２ 第２の層
３１３ 第３の層
３２４ 第１の複合層
３２５ 電子発生層
３２６ 正孔輸送層
３２７ 第２の複合層
３２８ 第２の複合層
３２９ 正孔注入層
３３０ 第２の複合層
６５００ 基板
６５０３ ＦＰＣ
６５０４ プリント配線基盤（ＰＷＢ）
６５１１ 画素部
６５１２ ソース信号線駆動回路
６５１３ 書込用ゲート信号線駆動回路
６５１４ 消去用ゲート信号線駆動回路
９０１ 第１のトランジスタ
９０２ 第２のトランジスタ
９０３ 発光素子
９１１ ゲート信号線
９１２ ソース信号線
９１３ 書込用ゲート信号線駆動回路
９１４ 消去用ゲート信号線駆動回路
９１５ ソース信号線駆動回路
９１６ 電源
９１７ 電流供給線
９１８ スイッチ
９１９ スイッチ
９２０ スイッチ
１００１ 第１のトランジスタ
１００２ 第２のトランジスタ
１００３ ゲート信号線
１００４ ソース信号線
１００５ 電流供給線
１００６ 電極
１０ 基板
１１ トランジスタ
１２ 発光素子
１３ 第１の電極
１４ 第２の電極
１５ 層
１６ａ 第１層間絶縁膜
１６ｂ 第１層間絶縁膜
１６ｃ 第１層間絶縁膜
１７ 配線
１８ 隔壁層
１９ａ 第２層間絶縁膜
１９ｂ 第２層間絶縁膜
２１ ゲート電極
２２ ゲート絶縁膜
２３ 半導体層
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ 層
９５６ 電極
５５２１ 本体
５５２２ 筐体
５５２３ 表示部
５５２４ キーボード
５５５１ 表示部
５５５２ 本体
５５５３ アンテナ
５５５４ 音声出力部
５５５５ 音声入力部
５５５６ 操作スイッチ
５５５７ 操作スイッチ
５５３１ 表示部
５５３２ 筐体
５５３３ スピーカー
５５１１ 筐体
５５１２ 液晶装置
５５１３ 発光装置
５５１４ 筐体
５５１５ 外部入力端子
５５１６ 外部入力端子
５５１７ 導光板
５５１８ アレイ
１５０１ 第１の電極
１５０２ 第２の電極
１５０３ 層
１５１１ 正孔輸送層
１５１２ 発光層
１５１３ 電子輸送層
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子に関する。特に、共役分子と共役分子に対して電子受容性を持つ物質との複合体により構成した層を有する発光素子に関する。また、発光素子を有する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイは、次世代のフラットパネルディスプレイ素子として最も注目されているものの一つであり、発光素子により構成される。発光素子は、電流を流すことにより陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔が発光層で再結合して分子励起子を形成する。そして、分子励起子が基底状態に戻る際に放出する光子を利用して、発光素子は発光する。従って、分子励起子の励起エネルギーの全てを発光に利用することが、発光効率の良い発光素子を作製するための条件の一つとなる。
【０００３】
上記条件を満たす一つの例としては発光素子の積層構造がある。例えば、陽極と陰極からなる一対の電極間に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等で積層を形成する。
【０００４】
また、発光層に効率良くキャリアである正孔と電子を注入することも、発光効率の良い発光素子を作製するための条件の一つとなる。そのために、正孔注入層にはイオン化ポテンシャルの小さい材料を用い、電子注入層には電子親和力の大きい材料を用いることが知られている。
【０００５】
以上のような発光素子の積層構造を構成する層は、無機化合物である金属酸化物、または有機化合物で形成されている。
【０００６】
また、有機化合物と無機化合物を混合した層を用い、発光素子を形成するという試みもなされている。例えば、下記特許文献１では、シリカマトリックス中に共有結合を介して有機化合物（ホール輸送性化合物、電子輸送性化合物、発光性化合物）を分散した材料でなる層を積層して形成した発光素子も開示されている。特許文献１では、素子の耐久性や耐熱性が向上すると報告されている。
【特許文献１】特開２０００−３０６６６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、発光素子を構成する層として金属酸化物を用いた場合は次のような問題があった。金属酸化物は結晶化しやすく、結晶化により金属酸化物表面に凹凸が形成される。この凸部分に電界が集中し、信頼性の高い発光素子は得られなかった。また、ゴミ等に起因する発光素子の電極同士の短絡を防ぐ目的や、発光層からの光を効率良く取り出すという光学設計の目的で、金属酸化物の膜厚を厚くすると、駆動電圧が上昇するという問題があった。
【０００８】
一方で、有機化合物を発光素子を構成する層として用いた場合は、陽極として仕事関数が小さいものを使うと、有機化合物にホールが入りにくくなり、駆動電圧が上昇する。したがって、陽極として仕事関数が小さい材料を使うことは好ましくなく、陽極材料に制限があった。また、上記金属酸化物材料と同様に、膜厚を厚くすると駆動電圧が高くなるという問題があった。
【０００９】
また、上記特許文献１で開示されているような発光素子は、絶縁性である金属酸化物中に有機化合物が単に分散されているだけであるため、従来の発光素子に比べて電流が流れにくくなってしまう（すなわち、ある電流を流すのに必要な電圧が高くなってしまう）。つまり低密度の電流しか流れないことになる。したがって、特許文献１の構成では、耐久性や耐熱性が得られたとしても、駆動電圧の上昇や、それに伴う消費電力の上昇を招いてしまう。
【００１０】
さらに、特許文献１で示されているような構成で膜厚を厚くすると、駆動電圧の上昇はさらに顕在化してしまう。つまり、特許文献１の構成では、膜厚を厚くすることは実用的には困難である。
【００１１】
図１４は上記特許文献１で開示されている従来の発光素子であり、第１の電極（陽極）１５０１と第２の電極（陰極）１５０２との間に、シリカマトリクスに有機化合物を分散した材料でなる層１５０３が挟持されている。すなわち、層１５０３は全てシリカマトリクスで構成されているが、１５１１はシリカマトリクスに正孔輸送性化合物を分散した材料でなる正孔輸送層であり、１５１３はシリカマトリクスに電子輸送性化合物を分散した材料でなる電子輸送層であり、１５１２はシリカマトリクスに発光性化合物を分散した材料でなる発光層である。この素子に電圧を印加すると、第１の電極（陽極）１５０１から正孔が、第２の電極（陰極）１５０２から電子がそれぞれ注入され、発光層１５１２で再結合し、発光性化合物が発光に至ると考えられる。
【００１２】
この素子におけるキャリア輸送は正孔輸送層１５１１や電子輸送層１５１３が担っているが、絶縁性のシリカマトリクスに有機化合物が分散されているため、電流が流れにくいという問題がある。例えば正孔輸送層１５１１においては、正孔は正孔輸送層１５１１中に存在する正孔輸送性化合物間をホッピングして移動するため、絶縁性であるシリカマトリクスは正孔の輸送に関与することはない。逆に、正孔のホッピングの妨げになってしまう。電子輸送層１５１３についても同様のことが言える。したがって当然、従来の発光素子と比較しても駆動電圧は上昇してしまう。
【００１３】
そこで本発明は、駆動電圧が低い発光素子を提供することを課題とする。また、信頼性が高い発光素子を提供することを課題とする。また、電極同士の短絡を防止しやすい発光素子を提供することを課題とする。また、光の取り出し効率の高い発光素子を提供することを課題とする。また、正孔注入性または正孔輸送性の高い発光素子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】
【００１４】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、一般式［化１］〜［化５］で示された共役分子のいずれか（以下、共役分子と言う）とこの共役分子に対し電子受容性を持つ物質（以下、電子受容性物質と言う）との複合体からなる層（以下、複合層と言う）を、一対の電極の少なくとも一方と、一対の電極間に位置する発光層との間に配置することで、課題を解決できることを見出した。
【００１５】
電子受容性物質としては、金属酸化物または金属窒化物が好ましく、さらに好ましくは周期表第４族乃至第１２族のいずれかの遷移金属酸化物がある。中でも、周期表第４族乃至第８族のいずれかの遷移金属酸化物は電子受容性の高いものが多く、特に酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化レニウム、酸化タングステン、酸化ルテニウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ニオブが好適である。
【００１６】
また、電子受容性物質として、電子受容性を持つ有機化合物でも良い。具体的には、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニルなどが挙げられる。さらに、電子受容性物質としてルイス酸を用いても良い。ルイス酸の例としては、ＦｅＣｌ３（塩化鉄（ＩＩＩ））、ＡｌＣｌ３（塩化アルミニウム）が挙げられる。
【００１７】
また、複合層における電子受容性物質と一般式［化１］〜［化５］で示された共役分子のいずれかとの最適な混合比は、モル比で電子受容性物質／共役分子＝０．１〜１０、好ましくは０．５〜２である。この混合比のときが、電子受容性物質と共役分子との間で電子の授受が効率よく行われ、最も複合層の導電性が高くなる。
【００１８】
【化０１】
（式中、ＸとＺは同一または異なっており、且つ、ＸとＺはそれぞれ硫黄原子、酸素原子、水素、アルキル基もしくはアリール基が結合した窒素原子、又は水素、アルキル基もしくはアリール基が結合した珪素原子のいずれかであり、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【００１９】
【化０２】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【００２０】
【化０３】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【００２１】
【化０４】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかであり、Ｒ７とＲ８は水素、アルキル基又はアリール基のいずれかである。）
【００２２】
【化０５】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかであり、Ｒ７からＲ１０はそれぞれ水素、アルキル基又はアリール基のいずれかである。）
【００２３】
上記一般式［化１］〜［化５］で示される共役分子において、式中Ｙはアリーレン基であり、且つ、炭素数６から２０の二価の芳香族炭化水素基、又は酸素、窒素、硫黄もしくは珪素を含む炭素数４から３０の二価の複素芳香環基である。
【００２４】
上記一般式［化１］〜［化５］で示す共役分子において、式中Ｒ１とＲ２とで環構造を形成し、且つＲ３とＲ４とで環構造を形成する。
【００２５】
本発明の構成の一つは、第１の電極と第２の電極でなる一対の電極と、その電極の間にある発光層と、第１の電極と発光層との間にある第１の層と、第２の電極と発光層との間にある第２の層とを有し、第１の層または第２の層は、電子受容性物質と一般式［化１］〜［化５］で示される共役分子いずれかとの複合層を含む。
【００２６】
上記構成において、複合層は第１の層において、第１の電極と接して配置されても良いし、発光層と接して配置されても良い。また、複合層は第２の層において、第２の電極と接して配置されても良いし、発光層と接して配置されても良い。
【００２７】
上記構成において、第１の層及び第２の層ともに複合層を含んでも良い。また、第１の電極の電位が第２の電極の電位よりも高くなるように電極に電圧が印加されたときに、発光層から発光する発光素子では、第２の層が複合層を含むときは、複合層に接して発光層側に電子発生層を設ける。
【００２８】
本明細書における複合層とは、上述した一般式［化１］〜［化５］で示す共役分子のいずれかと、この共役分子に対して電子受容性を持つ物質との複合体を用いて形成した層のことである。
【発明の効果】
【００２９】
一般式［化１］から［化５］で表される共役分子は、イオン化ポテンシャルの小さい電子過剰型芳香環であるチオフェン骨格、フラン骨格、ピロール骨格、シロール骨格のいずれかから二つの骨格をフェニレン環などの共役分子に導入したものである。したがって、共役分子はイオン化ポテンシャルが小さいことがわかっている。特にＲ１からＲ６がアルコキシ基などの電子供与性置換基の場合、共役分子はさらに小さなイオン化ポテンシャルを持つ。このような共役分子と電子受容性物質を混合させ複合層とすることで、共役分子と電子受容性物質との間で電子の授受が起こる。つまり、電圧が発光素子に印加される前に既に複合層において、共役分子が持つイオン化ポテンシャルに基づく正孔が発生している状態になる。
【００３０】
従って、単にイオン化ポテンシャルが小さい材料のみを用いた層よりも、本願の複合層を有したほうが、より正孔注入障壁が低減された発光素子が得られる。また、より正孔が移動しやすい発光素子が得られる。このような複合層の機能からみると、本願の複合層は正孔発生層、正孔輸送層のように機能することもある。
【００３１】
また、上述したように本願で用いる複合層では、電圧印加前でも電子の授受が行われるため、複合層は非常に導電性の高い膜となる。従って、駆動電圧及び消費電力の小さい発光素子を提供することができる。さらに、複合層の厚膜化に比例して駆動電圧が上昇することが少ない。よって、複合層を厚膜化して発光素子の電極同士の短絡を防止することができる。また、複合層の厚膜化により光の取り出し効率を最適化することが可能となる。さらに、信頼性が高い発光素子を提供することができる。加えて、発光効率の高い発光素子を提供することができる。
【００３２】
さらに、共役分子と電子受容性物質を混合させた複合層は結晶化し難いため、層の結晶化に起因した動作不良の少ない発光素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の一態様について説明する。但し、本発明は、実施可能な範囲において、多くの異なる態様で実施することが可能である。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、本形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、以下に示す実施の形態及び実施例は、適宜組み合わせることが可能である。
【００３４】
（実施の形態１）
本発明の発光素子の一態様について図１を用いて説明する。
【００３５】
図１（Ａ）〜（Ｃ）には、第１の電極１０１と第２の電極１０２との間に、第１の電極１０１と接する第１の層１１１、第１の層１１１と接する第２の層１１２、第２の層１１２と第２の電極１０２に接する第３の層１１３とを有する発光素子が示されている。図１では、第１の電極１０１の電位が、第２の電極１０２の電位よりも高くなるように電極に電圧が印加されるときに、発光する。第２の層１１２は発光層であり、第３の層１１３は、電子を第２の層である発光層に運ぶ又は注入する機能を持つ層である。
【００３６】
第２の層１１２は発光物質を含んでいる。第２の層１１２は、発光物質のみから形成された層であってもよい。しかし、濃度消光を生じる場合は、発光物質の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、発光物質が分散するように混合された層であることが好ましい。第２の層１１２に発光物質を分散して含ませることで、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。ここで、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いう。
【００３７】
発光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発光物質として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発光物質として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発光物質として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（略称：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物質として用いることができる。
【００３８】
また、発光物質と共に発光層に含まれ、発光物質を分散状態にするために用いられる物質について特に限定はなく、発光物質として用いる物質のエネルギーギャップ等を勘案して適宜選択すればよい。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、２，３−ビス（４−ジフェニルアミノフェニル）キノキサリン（略称：ＴＰＡＱｎ）、２，３−ビス｛４−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル｝−ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：ＮＰＡＤｉＢｚＱｎ）等のキノキサリン誘導体の他、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）等の金属錯体等を発光物質と共に用いることができる。
【００３９】
図１（Ａ）において、第１の層１１１は、共役分子と電子受容性物質でなる複合体で構成された複合層１１４と正孔輸送層１１５とを有する。複合層１１４は、第１の層において第１の電極１０１側に配置され、正孔輸送層１１５は第２の層１１２側に配置される。この構成では複合層１１４は正孔発生層として機能する。
【００４０】
また、一般的には、第１の電極１０１には仕事関数の大きい電極材料を用いるが、複合層１１４と第１の電極１０１が接している場合、第１の電極１０１に仕事関数が小さい電極（例えばアルミニウムやマグネシウム等）を用いることができる。これは、複合層１１４の構成因子である共役分子のイオン化ポテンシャルが非常に小さく、複合層１１４には正孔が発生しているため、仕事関数が小さい第１の電極１０１と複合層１１４との間でも正孔の授受が起こるからである。
【００４１】
図１（Ｂ）において、第１の層１１１は、共役分子と電子受容性物質でなる複合体で構成された複合層１１６と正孔注入層１１７とを有する。複合層１１６は、第１の層において第２の層側に配置され、正孔注入層１１７は第１の電極１０１側に配置される。この構成では複合層１１６は正孔輸送層として機能する。
【００４２】
図１（Ｃ）は、第１の層１１１が共役分子と電子受容性物質でなる複合体で構成された複合層１１８となっている。この構成では複合層１１８は正孔発生層、正孔輸送層、又は正孔発生層及び正孔輸送層として機能する。
【００４３】
図１（Ａ）〜（Ｃ）のどの構成においても、複合層が第１の電極１０１と発光層である第２の層１１２との間に位置するため、正孔注入性もしくは正孔輸送性が高い発光素子が得られる。また、複合層は導電性が高いため膜厚を厚くしても駆動電圧が上昇しない。従って、複合層を厚膜化し、光の取り出し効率を最適にしたり、発光素子の電極同士の短絡を抑えることができる。なお、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）のそれぞれにおいて、複合層が第１の電極や第２の層に接している例を示したが、必ずしも接している必要はない。図１（Ａ）では複合層１１４と第１の電極１０１との間に他の層があっても良いし、図１（Ｂ）では複合層１１６と第２の層１１２との間に他の層があっても良い。
【００４４】
図１（Ａ）において、正孔輸送層１１５は、正孔を輸送する機能を有する層であり、複合層１１４から第２の層１１２へ正孔を輸送する機能を有する。正孔輸送層１１５を設けることによって、複合層１１４と第２の層１１２との距離を離すことができ、その結果、複合層１１４に含まれている金属に起因して発光が消光することを防ぐことができる。正孔輸送層は、正孔輸送性の高い物質を用いて形成することが好ましく、特に１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質を用いて形成することが好ましい。なお、正孔輸送性の高い物質とは、電子よりも正孔の移動度が高く、電子の移動度に対する正孔の移動度の比の値（＝正孔移動度／電子移動度）が１００よりも大きい物質をいう。正孔輸送層１１５を形成するのに用いることができる物質の具体例としては、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。
【００４５】
図１（Ｂ）において、正孔注入層１１７は、第１の電極１０１から複合層１１６へ正孔の注入を補助する機能を有する層である。正孔注入層１１７を設けることによって、第１の電極１０１と複合層１１６との間のイオン化ポテンシャルの差が緩和され、正孔が注入され易くなる。正孔注入層１１７は、複合層１１６を形成している物質よりもイオン化ポテンシャルが小さく、第１の電極１０１を形成している物質よりもイオン化ポテンシャルが大きい物質、または複合層１１６と第１の電極１０１との間に１〜２ｎｍの薄膜として設けたときにエネルギーバンドが曲がるような物質を用いて形成することが好ましい。正孔注入層１１７を形成するのに用いることのできる物質の具体例として、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）や銅フタロシアニン（ＣｕＰＣ）等のフタロシアニン系の化合物、或いはポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）水溶液（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等の高分子等が挙げられる。正孔注入層１１７におけるイオン化ポテンシャルが複合層１１６におけるイオン化ポテンシャルよりも相対的に大きくなるように、正孔注入層１１７を形成することが好ましい。なお、正孔注入層１１７を設ける場合、第１の電極１０１は、インジウム錫酸化物等の仕事関数の高い物質を用いて形成することが好ましい。
【００４６】
第３の層１１３は、第２の電極１０２から注入される電子を第２の層である発光層に運ぶ又は注入する機能を持つ層であれば良く、その構成は限定されない。第３の層１１３が例えば電子輸送層を有する場合は、電子輸送層は一般的に電子を輸送する機能を有する層であれば何でもよい。電子輸送層を形成する材料としては、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−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）、４，４−ビス（５−メチルベンズオキサゾル−２−イル）スチルベン（略称：ＢｚＯｓ）等が挙げられる。
【００４７】
また、正孔輸送層１１５、第３の層１１３の電子輸送層はバイポーラ性の物質を用いて形成してもよい。バイポーラ性の物質とは、電子または正孔のいずれか一方のキャリアの移動度と他方のキャリアの移動度とを比較したときに、一方のキャリアの移動度に対する他方のキャリアの移動度の比の値が１００以下、好ましくは１０以下である物質をいう。バイポーラ性の物質として、例えば、２，３−ビス（４−ジフェニルアミノフェニル）キノキサリン（略称：ＴＰＡＱｎ）、２，３−ビス｛４−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル｝−ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：ＮＰＡＤｉＢｚＱｎ）等が挙げられる。バイポーラ性の物質の中でも特に、正孔及び電子の移動度が１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の物質を用いることが好ましい。また同一のバイポーラ性の物質を用いて、正孔輸送層１１５と電子輸送層とを形成しても構わない。
【００４８】
第３の層１１３が電子発生層を有する場合、電子発生層としては、一般的に電子を発生する機能を有する層であれば何でもよい。電子発生層は、電子輸送性の高い物質およびバイポーラ性の物質から選ばれる少なくとも一の物質と、これらの物質に対し電子供与性を示す物質とを混合して形成することができる。ここで、電子輸送性の高い物質およびバイポーラ性の物質の中でも特に１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質であることが好ましい。電子輸送性の高い物質およびバイポーラ性の物質については、それぞれ、上記したものを用いることができる。また、電子供与性を示す物質としては、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の中から選ばれた物質、具体的にはリチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、マグネシウム（Ｍｇ）等を用いることができる。また、アルカリ金属酸化物またはアルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属窒化物、アルカリ土類金属窒化物、アルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物等、具体的にはリチウム酸化物（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）、窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等から選ばれる少なくとも一の物質も電子供与性を示す物質として用いることができる。
【００４９】
第１の電極１０１はインジウム錫酸化物、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を含む酸化インジウムの他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、窒化タンタル等の仕事関数の高い物質を用いて形成することができる。
【００５０】
また、第２の電極１０２についても、インジウム錫酸化物、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を含む酸化インジウムの他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、窒化タンタル等の仕事関数の高い物質を用いて形成してもよいし、アルミニウム、またはマグネシウム等の仕事関数の低い物質を用いて形成してもよい。
【００５１】
本形態で示す発光素子は、第１の電極または第２の電極から順に、公知の成膜方法を用いて積層していくことが可能である。特に、複合層は、共役分子と電子受容性物質の両方を抵抗加熱により蒸発させ、共蒸着して形成することができる。その他、共役分子を抵抗加熱により蒸発させる一方で、電子受容性物質をエレクトロンビーム（ＥＢ）により蒸発させ、共蒸着しても良い。また、共役分子を抵抗加熱により蒸発させると同時に、電子受容性物質をスパッタリングし、両方を同時に堆積する手法も挙げられる。その他、湿式法により成膜しても良い。
【００５２】
また、第１の電極１０１及び第２の電極１０２も同様に、抵抗加熱による蒸着法、ＥＢ蒸着、スパッタリング、湿式法などを用いることができる。
【００５３】
第２の電極１０２から順に成膜し、第１の電極１０１をスパッタにより成膜する場合、第１の電極の下に位置する層へのスパッタダメージがあった。しかし複合層は有機膜よりも硬い性質を持つため、図１（Ａ）や図１（Ｃ）の構成の場合、スパッタダメージを受けにくく、スパッタダメージから発光層を保護する保護膜となる。これにより欠陥の少ない発光素子を得ることができる。
【００５４】
（実施の形態２）
本実施の形態を図２を用いて説明する。
【００５５】
図２において、第１の電極２０１と第２の電極２０２との間に、第１の電極２０１と接する第１の層２１１、第１の層２１１と接する第２の層２１２、第２の層２１２と第２の電極２０２に接する第３の層２１３とを有する発光素子が示されている。図２の発光素子は、第１の電極２０１の電位が第２の電極２０２の電位よりも高くなるように電圧が印加されたときに、発光する。第２の層２１２は発光層であり、第１の層２１１は、正孔を第２の層である発光層に運ぶまたは注入する機能を持つ層である。第１の層は、正孔注入層または正孔輸送層を有すれば良い。本形態の発光材料、第１及び第２の電極材料、電子輸送性材料、正孔輸送性材料、正孔注入性材料としては実施の形態１で示した材料を用いることができる。
【００５６】
第３の層２１３は、第２の電極２０２側に複合層２１４、第２の層２１２側に電子発生層２１５を有する。電子発生層２１５と第２の層２１２との間には、電子輸送層等の層が介在していても良いし、介在していなくとも良い。
【００５７】
電子発生層２１５は、電子輸送性の高い物質およびバイポーラ性の物質から選ばれる少なくとも一の物質と、これらの物質に対し電子供与性を示す物質とを混合して形成することができる。ここで、電子輸送性の高い物質およびバイポーラ性の物質の中でも特に１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質であることが好ましい。電子輸送性の高い物質およびバイポーラ性の物質については、それぞれ、上記したものを用いることができる。また、電子供与性を示す物質としては、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の中から選ばれた物質、具体的にはリチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、マグネシウム（Ｍｇ）等を用いることができる。また、アルカリ金属の酸化物またはアルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属の窒化物、アルカリ土類金属の窒化物、アルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物等、具体的にはリチウム酸化物（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）、窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等も電子供与性を示す物質として用いることができる。
【００５８】
本形態の構成により、発光層である第２の層２１２と第２の電極２０２との間に複合層２１４を設けることができる。複合層２１４は導電性が高い膜であるため、複合層を膜厚化することでき、これにより電極同士の短絡を防ぎ、光の取り出し効率の高い発光素子を得ることができる。また、複合層は結晶化し難いため、層の結晶化に起因した動作不良の少ない発光素子を得ることができる。
【００５９】
なお、第１の層２１１内に正孔輸送層や、電子発生層２１５と第２の層２１２と間に電子輸送層を設けるか否かについては実施者が適宜選択すればよい。例えば、正孔輸送層、電子輸送層を設けなくても金属に起因した消光等の不具合が生じない場合等は、必ずしもこれらの層を設ける必要がない。
【００６０】
本形態で示す発光素子は、実施の形態１で示した作製方法と同様に、公知の成膜方法で形成することができる。
【００６１】
第１の電極２０１から順に成膜し、第２の電極２０２をスパッタにより成膜する場合、第２の電極の下に位置する層へのスパッタダメージがあった。しかし複合層２１４は有機膜よりも硬い性質を持つため、スパッタダメージを受けにくく、スパッタダメージから発光層を保護する保護膜となる。これにより欠陥の少ない発光素子を得ることができる。
【００６２】
（実施の形態３）
本実施の形態は、実施の形態１で示した第２の層１１２と第１の電極１０１との間の積層構造と、実施の形態２で示した第２の層２１２と第２の電極２０２との間の積層構造を組み合わせたものである。
【００６３】
この場合、第１の電極と発光層との間、第２の電極と発光層との間それぞれに複合層を配置することになり、より導電性が高く、且つ正孔注入性または正孔輸送性が高い発光素子を提供することができる。つまり、第１の実施の形態の利点と第２の実施の形態の利点を合わせ持った発光素子が得られる。
【００６４】
本形態の一形態である発光素子を図３に示す。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、一対の電極である第１の電極３０１と第２の電極３０２の間に発光層である第２の層３１２が配置され、第１の電極３０１と第２の層３１２の間に第１の層３１１が配置され、第２の電極３０２と第２の層３１２の間に第３の層３１３が配置されている。第３の層は、第２の電極３０２側にある第１の複合層３２４と第２の層３１２側にある電子発生層３２５を有する。図３に示す素子は、第１の電極３０１の電位が第２の電極３０２の電位よりも高くなるように電極に電圧を印加すると発光する発光素子である。
【００６５】
図３（Ａ）は図１（Ａ）と図２を組み合わせた構造である。図３（Ａ）の第１の層３１１は、第２の層３１２側に正孔輸送層３２６を有し、第１の電極３０１側に第２の複合層３２７を有する。
【００６６】
図３（Ｂ）は図１（Ｂ）と図２を組み合わせた構造である。図３（Ｂ）の第１の層３１１は、第２の層側に第２の複合層３２８を有し、第１の電極３０１側に正孔注入層３２９を有する。
【００６７】
図３（Ｃ）は図１（Ｃ）と図２を組み合わせた構造である。図３（Ｃ）の第１の層３１１は第２の複合層３３０となっている。
【００６８】
本形態において、第１の複合層と第２の複合層を構成する共役分子と電子受容性物質との複合体は、同一でもよいし、異なっていても良い。本形態の発光素子は、第１の層３１１及び第３の層３１３の両方に複合層を設けることができるため、導電性が高く、光の取り出し効率が高い素子となる。また、第１の電極または第２の電極をスパッタにより形成するときに下層に位置する層へのスパッタダメージの問題があった。しかし図３（Ａ）や図３（Ｃ）の構成では、第１の電極及び第２の電極に接して複合層が形成されるため、第１の電極または第２の電極の形成にともなうスパッタダメージを防ぐことができる。
【００６９】
図３では、電子発生層３２５と第２の層３１２との間に電子輸送層を設けていないが、設けるか否かについては実施者が適宜選択すればよい。
【００７０】
（実施の形態４）
本発明の発光素子は、表示装置の画素にも使用できるし、光源としても使用できる。発光素子を画素に用いた場合は、動作不良がなく、表示色が良好な画像を表示できる。また、高信頼性な表示装置または発光装置を提供できる。また、発光素子を光源に用いた場合は、発光素子の動作不良に起因した不具合が少なく、明るい発光装置を得ることができる。
【００７１】
本形態では、本発明の発光素子を画素に有し、表示機能を有する発光装置について説明する。
【００７２】
図４は発光装置を上面からみた模式図である。図４において、基板６５００上には、本発明の発光素子を用いた画素部６５１１と、ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とが設けられている。ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とは、それぞれ、配線群を介して、外部入力端子であるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６５０３と接続している。そして、ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とは、それぞれ、ＦＰＣ６５０３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。またＦＰＣ６５０３にはプリント配線基盤（ＰＷＢ）６５０４が取り付けられている。なお、駆動回路部は、上記のように必ずしも画素部６５１１と同一基板上に設けられている必要はなく、例えば、配線パターンが形成されたＦＰＣ上にＩＣチップを実装したもの（ＴＣＰ）等を利用し、基板外部に設けられていてもよい。
【００７３】
画素部６５１１には、列方向に延びた複数のソース信号線が行方向に並んで配列している。また、電流供給線が行方向に並んで配列している。また、画素部６５１１には、行方向に延びた複数のゲート信号線が列方向に並んで配列している。また画素部６５１１には、実施の形態１〜３で示したような発光素子を含む画素回路が複数配列している。
【００７４】
図５は、一画素を動作するための回路を表した図である。図５に示す回路には、第１のトランジスタ９０１と第２のトランジスタ９０２と本発明の発光素子９０３とが含まれている。
【００７５】
第１のトランジスタ９０１と、第２のトランジスタ９０２とは、それぞれ、ゲート電極と、ドレイン領域と、ソース領域とを含む三端子の素子であり、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル領域を有する。ここで、ソース領域とドレイン領域とは、トランジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソース領域またはドレイン領域であるかを限定することが困難である。そこで、本形態においては、ソースまたはドレインとして機能する領域を、それぞれ第１電極、第２電極と表記する。
【００７６】
ゲート信号線９１１と、書込用ゲート信号線駆動回路９１３とはスイッチ９１８によって電気的に接続または非接続の状態になるように設けられている。また、ゲート信号線９１１と、消去用ゲート信号線駆動回路９１４とはスイッチ９１９によって電気的に接続または非接続の状態になるように設けられている。また、ソース信号線９１２は、スイッチ９２０によってソース信号線駆動回路９１５または電源９１６のいずれかに電気的に接続するように設けられている。そして、第１のトランジスタ９０１のゲートはゲート信号線９１１に電気的に接続している。また、第１のトランジスタ９０１の第１電極はソース信号線９１２に電気的に接続し、第２電極は第２のトランジスタ９０２のゲート電極と電気的に接続している。第２のトランジスタ９０２の第１電極は電流供給線９１７と電気的に接続し、第２電極は発光素子９０３に含まれる一の電極と電気的に接続している。なお、スイッチ９１８は、書込用ゲート信号線駆動回路９１３に含まれていてもよい。またスイッチ９１９についても消去用ゲート信号線駆動回路９１４の中に含まれていてもよい。また、スイッチ９２０についてもソース信号線駆動回路９１５の中に含まれていてもよい。
【００７７】
また画素部におけるトランジスタや発光素子等の配置について特に限定はないが、例えば図６の上面図に表すように配置することができる。図６において、第１のトランジスタ１００１の第１電極はソース信号線１００４に接続し、第２の電極は第２のトランジスタ１００２のゲート電極に接続している。また第２のトランジスタ１００２の第１電極は電流供給線１００５に接続し、第２電極は発光素子の電極１００６に接続している。ゲート信号線１００３の一部は第１のトランジスタ１００１のゲート電極として機能する。
【００７８】
（実施の形態５）
本発明の発光素子を含む発光装置の一態様について、図７及び図８を用いて説明する。
【００７９】
図７において、トランジスタ１１は、本発明の発光素子１２を駆動するために設けられている。発光素子１２は、第１の電極１３と第２の電極１４との間に少なくとも複合層と発光物質を含む層とが積層された層１５を有する本発明の発光素子である。トランジスタ１１のドレインと第１の電極１３とは、第１層間絶縁膜１６ａ、１６ｂ、１６ｃを貫通している配線１７によって電気的に接続されている。また、発光素子１２は、隔壁層１８によって、隣接して設けられている別の発光素子と分離されている。このような構成を有する本発明の発光装置は、本形態において、基板１０上に設けられている。
【００８０】
なお、図７に示されたトランジスタ１１は、半導体層を中心として基板と逆側にゲート電極が設けられたトップゲート型のものである。但し、トランジスタ１１の構造については、特に限定はなく、例えばボトムゲート型のものでもよい。またボトムゲートの場合には、チャネルを形成する半導体層の上に保護膜が形成されたもの（チャネル保護型）でもよいし、或いはチャネルを形成する半導体層の一部が凹状になったもの（チャネルエッチ型）でもよい。なお、２１はゲート電極、２２はゲート絶縁膜、２３は半導体層である。
【００８１】
また、トランジスタ１１を構成する半導体層は、結晶性、非結晶性のいずれのものでもよい。また、セミアモルファス等でもよい。
【００８２】
なお、セミアモルファス半導体とは、次のようなものである。非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち、格子歪みを有する結晶質な領域を含んでいるものである。また少なくとも膜中の一部の領域には、０．５〜２０ｎｍの結晶粒を含んでいる。ラマンスペクトルが５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしている。Ｘ線回折ではＳｉ結晶格子に由来するとされる（１１１）、（２２０）の回折ピークが観測される。未結合手（ダングリングボンド）を終端するために水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。所謂微結晶半導体（マイクロクリスタル半導体）とも言われている。珪化物でなる気体をグロー放電分解（プラズマＣＶＤ）して形成する。珪化物でなる気体としては、ＳｉＨ４、その他にもＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４などを用いることができる。この珪化物でなる気体をＨ２、又は、Ｈ２とＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅから選ばれた一種または複数種の希ガス元素とで希釈しても良い。希釈率は２〜１０００倍の範囲。圧力は概略０．１Ｐａ〜１３３Ｐａの範囲、電源周波数は１ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚ、好ましくは１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ。基板加熱温度は３００℃以下でよく、好ましくは１００〜２５０℃。膜中の不純物元素として、酸素、窒素、炭素などの大気成分の不純物は１×１０２０／ｃｍ３以下とすることが望ましく、特に、酸素濃度は５×１０１９／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１９／ｃｍ３以下とする。なお、セミアモルファス半導体を用いたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の移動度はおよそ１〜１０ｍ２／Ｖｓｅｃとなる。
【００８３】
また、半導体層が結晶性のものの具体例としては、単結晶または多結晶性の珪素、或いはシリコンゲルマニウム等から成るものが挙げられる。これらはレーザー結晶化によって形成されたものでもよいし、例えばニッケル等を用いた固相成長法による結晶化によって形成されたものでもよい。
【００８４】
なお、半導体層が非晶質材料、例えばアモルファスシリコンで形成される場合には、トランジスタ１１およびその他のトランジスタ（発光素子を駆動するための回路を構成するトランジスタ）は全てＮチャネル型トランジスタで構成された回路を有する発光装置であることが好ましい。それ以外については、Ｎチャネル型またはＰチャネル型のいずれか一のトランジスタで構成された回路を有する発光装置でもよいし、両方のトランジスタで構成された回路を有する発光装置でもよい。
【００８５】
さらに、１６ａ〜１６ｃでなる第１層間絶縁膜は、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように多層でもよいし、または単層でもよい。なお、１６ａは酸化珪素や窒化珪素のような無機物から成り、１６ｂはアクリルやシロキサン（シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。）、塗布成膜可能な酸化珪素等の自己平坦性を有する物質から成る。さらに、１６ｃはアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜から成る。なお、各層を構成する物質については、特に限定はなく、ここに述べたもの以外のものを用いてもよい。また、これら以外の物質から成る層をさらに組み合わせてもよい。このように、第１層間絶縁膜は、無機物または有機物の両方を用いて形成されたものでもよいし、または無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよい。
【００８６】
隔壁層１８は、エッジ部において、曲率半径が連続的に変化する形状であることが好ましい。また隔壁層１８は、アクリルやシロキサン、レジスト、酸化珪素等を用いて形成される。なお隔壁層１８は、無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよいし、または両方を用いて形成されたものでもよい。
【００８７】
なお、図７（Ａ）、（Ｃ）は、１６ａ〜１６ｃでなる第１層間絶縁膜のみがトランジスタ１１と発光素子１２の間に設けられた構成である。図７（Ｂ）は、第１層間絶縁膜である１６ａ、１６ｂの他、第２層間絶縁膜である１９ａ、１９ｂが設けられた構成である。図７（Ｂ）に示す発光装置においては、第１の電極１３は第２層間絶縁膜１９ａ、１９ｂを貫通し、配線１７と接続している。
【００８８】
１９ａ、１９ｂでなる第２層間絶縁膜は、第１層間絶縁膜１６ａ〜１６ｃと同様に、多層でもよいし、または単層でもよい。１９ａはアクリルやシロキサン、塗布成膜可能な酸化珪素等の自己平坦性を有する物質から成る。さらに、１９ｂはアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜から成る。なお、各層を構成する物質については、特に限定はなく、ここに述べたもの以外のものを用いてもよい。また、これら以外の物質から成る層をさらに組み合わせてもよい。このように、第２層間絶縁膜１９ａ、１９ｂは、無機物または有機物の両方を用いて形成されたものでもよいし、または無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよい。
【００８９】
発光素子１２において、第１の電極および第２の電極がいずれも透光性を有する物質で構成されている場合、図７（Ａ）の白抜きの矢印で表されるように、第１の電極１３側と第２の電極１４側の両方から発光を取り出すことができる。また、第２の電極１４のみが透光性を有する物質で構成されている場合、図７（Ｂ）の白抜きの矢印で表されるように、第２の電極１４側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第１の電極１３は反射率の高い材料で構成されているか、または反射率の高い材料から成る膜（反射膜）が第１の電極１３の下方に設けられていることが好ましい。また、第１の電極１３のみが透光性を有する物質で構成されている場合、図７（Ｃ）の白抜きの矢印で表されるように、第１の電極１３側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第２の電極１４は反射率の高い材料で構成されているか、または反射膜が第２の電極１４の上方に設けられていることが好ましい。
【００９０】
また、発光素子１２は、第１の電極１３の電位よりも第２の電極１４の電位が高くなるように電圧を印加したときに動作するように層１５が積層されたものであってもよいし、或いは、第１の電極１３の電位よりも第２の電極１４の電位が低くなるように電圧を印加したときに動作するように層１５が積層されたものであってもよい。前者の場合、トランジスタ１１はＮチャネル型トランジスタであり、後者の場合、トランジスタ１１はＰチャネル型トランジスタである。
【００９１】
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。
【００９２】
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、互いに交差する電極９５２と電極９５６との間に少なくとも発光物質を含む層と複合層を有する層９５５が設けられている。電極９５２の端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。隔壁層９５４の短辺方向の断面は、逆台形状であり底辺の方が上辺よりも短い。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。
【００９３】
（実施の形態６）
本発明の発光素子を画素として用いた発光装置は、発光素子の動作不良に起因した表示欠陥が少ないため、表示動作が良好である。また、表示欠陥に起因した表示画像の誤認等の少ない電子機器を得ることができる。また、本発明の発光素子を光源として用いた発光装置は、発光素子の動作不良に起因した不具合が少なく良好に照明することができる。このような発光装置をバックライト等の照明部として用いることによって、発光素子の不具合に起因して局所的に暗部が形成されるような動作不良が低減される。
【００９４】
本発明を適用した発光装置を実装した電子機器の一実施例を図９に示す。
【００９５】
図９（Ａ）は、本発明を適用して作製したパーソナルコンピュータであり、本体５５２１、筐体５５２２、表示部５５２３、キーボード５５２４などによって構成されている。図７に示したような発光装置を表示部として組み込むことでパーソナルコンピュータを完成できる。また、本発明の発光素子を光源として用いた発光装置を、バックライトとして組み込んでもパーソナルコンピュータを完成させることができる。具体的には、図１０に示すように、筐体５５１１と筐体５５１４との間に、液晶装置５５１２と光源として発光装置５５１３とを組み込めばよい。発光装置５５１３は本発明の発光素子で構成されるアレイ５５１８と導光板５５１７を有する。なお、図１０において、液晶装置５５１２には外部入力端子５５１５が装着されており、アレイ５５１８には外部入力端子５５１６が装着されている。
【００９６】
図９（Ｂ）は、本発明を適用して作製した電話機であり、本体５５５２には表示部５５５１と、音声出力部５５５４、音声入力部５５５５、操作スイッチ５５５６、操作スイッチ５５５７、アンテナ５５５３等によって構成されている。本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことで電話機を完成できる。
【００９７】
図９（Ｃ）は、本発明を適用して作製したテレビ受像機であり、表示部５５３１、筐体５５３２、スピーカー５５３３などによって構成されている。本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことでテレビ受像機を完成できる。
【００９８】
以上のように本発明の発光装置は、各種電子機器の表示部として用いるのに非常に適している。なお、電子機器は、本形態で述べたものに限定されるものではなく、ナビゲーション装置等、その他の電子機器であってもよい。
【００９９】
（実施の形態７）
本形態では、本発明の発光素子の材料として使われる複合体について述べる。複合体は、下記の一般式［化１］〜［化５］で示す共役分子のいずれかと、その共役分子に対して電子受容性を持つ物質とを混合したものである。
【０１００】
【化０１】
（式中、ＸとＺは同一または異なっており、且つ、ＸとＺはそれぞれ硫黄原子、酸素原子、水素、アルキル基もしくはアリール基が結合した窒素原子、又は水素、アルキル基もしくはアリール基が結合した珪素原子のいずれかであり、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【０１０１】
【化０２】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【０１０２】
【化０３】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【０１０３】
【化０４】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかであり、Ｒ７とＲ８は水素、アルキル基又はアリール基のいずれかである。）
【０１０４】
【化０５】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかであり、Ｒ７からＲ１０はそれぞれ、水素、アルキル基又はアリール基のいずれかである。）
【０１０５】
上記一般式［化１］〜［化５］で示される共役分子において、式中Ｙは、アリーレン基であり、且つ、炭素数６から２０の二価の芳香族炭化水素基、又は酸素、窒素、硫黄もしくは珪素を含む炭素数４から３０の二価の複素芳香環基である。
【０１０６】
これらの共役分子は非常にイオン化ポテンシャルが小さいため、電子受容性物質と複合体を形成することで、複合体内部で電子の授受が行われる。従って、複合体でできた複合層は、正孔が発生するもしくは正孔が移動しやすいという特徴を持つ。また、そのような特徴に起因して、複合層は導電性が高いという特徴をも持つ。従って、イオン化ポテンシャルの小さい材料で構成された層と複合層を比較すると、複合層は電子受容性物質を有しているためより正孔の流れが良好な層となる。
【０１０７】
電子受容性物質としては、金属酸化物または金属窒化物が好ましい。中でも周期表第４族乃至第１２族のいずれかの遷移金属酸化物は、電子の受容性が高い。また、周期表第４族乃至第８族のいずれかの遷移金属酸化物は電子受容性がさらに高いものが多い。特に酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化レニウム、酸化タングステン、酸化ルテニウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ニオブが好適である。
【０１０８】
また、電子受容性物質として、電子受容性を持つ有機化合物でも良い。具体的には、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニルなどが挙げられる。さらに、電子受容性物質としてルイス酸を用いても良い。ルイス酸の例としては、ＦｅＣｌ３（塩化鉄（ＩＩＩ））、ＡｌＣｌ３（塩化アルミニウム）が挙げられる。
【０１０９】
また、複合層における電子受容性物質と一般式［化１］〜［化５］で示される共役分子のいずれかとの最適な混合比は、モル比で電子受容性物質／共役分子＝０．１〜１０、好ましくは０．５〜２である。この混合比のときが、電子受容性物質と共役分子との間で電子の授受が効率よく行われ、最も複合層の導電性が高くなる。
【実施例１】
【０１１０】
本実施例では、一般式［化２］で示される化合物の代表として、下式［化６］である１，４−ジ（３，４−エチレンジオキシ−２−チエニル）ベンゼンと、下式［化７］で示される４，４’−ジ（３，４−エチレンジオキシ−２−チエニル）ビフェニルのそれぞれを合成した。
【化０６】
【化０７】
【０１１１】
化合物［化６］ならびに［化７］は非常にイオン化ポテンシャルが小さい。すなわち一般式［化１］から［化５］で表される化合物においては、Ｒ１とＲ２で環構造を形成し、Ｒ３とＲ４で環構造を形成することで分子全体の有効共役長が拡張することがわかった。
【０１１２】
図１１は１，４−ジ（３，４−エチレンジオキシ−２−チエニル）ベンゼン（［化６］）とその類縁体である、１，４−ビス（３，４−ジヘキシルオキシ−２−チエニル）ベンゼンの紫外−可視吸収スペクトルである。１，４−ビス（３，４−ジヘキシルオキシ−２−チエニル）ベンゼンの構造を［化８］に示す。図１１の（Ａ）に示すように前者の吸収極大は３８０ｎｍに見られるのに対し、図１１の（Ｂ）に示すように後者のそれは３００ｎｍに観測され、環構造を有する［化６］がより拡張された共役系を有していることが分かる。なお、図１１の（Ａ）で示すように、［化６］の可視光領域における吸収強度は非常に小さく、これは従来の正孔注入材料と比べて著しく異なる点である。
【化０８】
【０１１３】
さらに、［化６］と［化８］とでサイクリックボルタンメトリーの測定を行った。この測定結果からも、［化６］が、より拡張された共役系を有していることが示された。サイクリックボルタンメトリーの測定は、アセトニトリルを溶媒として用い、過塩素酸テトラブチルアンモニウムを支持電解質として用いて行った。作用電極、ならびに対極は白金である。また、参照電極は銀／塩化銀を用いた。
【０１１４】
結果、［化６］の酸化電位は１．２０Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／Ａｇ＋）であるのに対し、［化８］の酸化電位は１．６８Ｖであり、［化８］がより酸化しにくいことが分かった。
【０１１５】
つまり、一般式［化１］から［化５］で表される共役分子において、Ｒ１とＲ２で環構造を形成し、且つＲ３とＲ４で環構造を形成すると、分子全体の有効共役長が拡張する。有効共役長が拡張すると、バンドギャップが小さくなり、イオン化ポテンシャルが小さくなる。従って、より共役分子の電子供与性が上がることになる。そのため、有効共役長が拡張した共役分子と電子受容性物質を用いて複合層を形成することで、さらに正孔が発生しやすく、導電率の高い複合層が得られる。
【実施例２】
【０１１６】
本実施例では、一般式［化２］で示される化合物の代表として、下式［化９］で示される１，４−ジ（３，４−エチレンジオキシ−５−トリメチルシリル−２−チエニル）ベンゼンの合成について述べる。
【化０９】
【０１１７】
合成スキームを図１２に示す。３，４−エチレンジオキシチオフェン（図１２（Ａ）の化合物、１０．３０ｇ、７２．５ｍｍｏｌ）の乾燥ＴＨＦ溶液（１００ｍＬ）に１．５６Ｎのｎ−ブチルリチウムのヘキサン溶液（４８ｍＬ、７４．９ｍｍｏｌ）を−７８℃にて滴下した。滴下終了後、−７８℃にて１時間攪拌した。この溶液にクロロトリメチルシラン（８．９３ｇ、８２．３ｍｍｏｌ）を滴下し、この後反応溶液を室温まで徐々に昇温した。３時間攪拌した後、反応混合物を減圧下において濃縮し、この後ヘキサンで抽出した。ヘキサン層は硫酸マグネシウムで乾燥した後、ろ過した。ろ液を濃縮し、残渣を減圧蒸留（２００Ｐａ、９４−１００℃）することにより、図１２（Ｂ）で示される化合物、２−トリメチルシリル−３，４−エチレンジオキシチオフェンを得た。収率８４％。１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ ０．２８６（ｓ、９Ｈ）、４．１６（ｓ、２Ｈ）、４．１７（ｓ、２Ｈ）、６．５４（ｓ、１Ｈ）：１３Ｃ ＮＭＲ（７５ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ −０．７４、 ６４．４２、 ６４．５１、 １０４．６８、 １１１．２８、 １４２．６３、 １４７．２５。
【０１１８】
図１２（Ｂ）で示される化合物、２−トリメチルシリル−３，４−エチレンジオキシチオフェン（１８．６ｇ、８６．０ｍｍｏｌ）の乾燥ＴＨＦ溶液（１５０ｍＬ）に、−７８℃において１．５６Ｎのｎ−ブチルリチウムのヘキサン溶液（５５ｍＬ、８６．０ｍｍｏｌ）を滴下した。滴下終了後、−７８℃にて１時間、０℃において３０分攪拌した。この溶液を塩化亜鉛（１１．６９ｇ、８５．８ｍｍｏｌ）の乾燥ＴＨＦ懸濁液（１００ｍＬ）に室温にて滴下した。その後１時間攪拌して図１２（Ｃ）で表される化合物を系中で得た。この後、１，４−ジブロモベンゼン（６．７５９ｇ、２８．７ｍｍｏｌ）とテトラキストリフェニルフォスフィンパラジウム（０）（１．２８ｇ、１．１１ｍｍｏｌ）を加え、さらに１０時間加熱還流した。反応混合物を水約１Ｌへ投入し、沈殿物をろ過した。ろ過物を乾燥させた後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開液、ヘキサン／酢酸エチル １０／１から２／１）によって精製し、更にヘキサン／酢酸エチル（５／１）によって再結晶することにより、図１２（Ｄ）で表される化合物、１，４−ジ（３，４−エチレンジオキシ−５−トリメチルシリル−２−チエニル）ベンゼンを得た。収率４３％。１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δ ０．３１１（ｓ、１８Ｈ）、４．２７（ｓ、４Ｈ）、４．２９（ｓ、４Ｈ）、７．６９（ｓ、４Ｈ）。
【０１１９】
合成した図１２（Ｄ）で表される化合物の紫外―可視吸収スペクトルを図１３に示す。図１３に示すように、可視光領域における吸収は極めて小さく、これに起因して素子の着色を大幅に低減できることが可能である。
【実施例３】
【０１２０】
本実施例では、一般式［化１］から［化５］で表される化合物において、Ｒ５とＲ６に水素以外の置換基を導入する効果について述べる。Ｒ５とＲ６が水素の場合、溶解性が極めて低い。例えば、実施例１で示した、式［化６］で表される化合物は、２５℃において、クロロホルムに対する溶解度は１ｗｔ％にも満たない。これに対し、図１２（Ｄ）で示されるようなＲ５とＲ６がトリメチルシリル基の場合、２５℃におけるクロロホルムへの溶解度は１５．４ｗｔ％である。このように、Ｒ５とＲ６に水素以外の置換基を導入することによって、溶解性を著しく向上させることができる。
【０１２１】
さらにＲ５とＲ６に水素を導入すると溶解性が低いが、水素以外の置換基を導入すると、高い溶解性を反映して膜質の良い蒸着膜が得られる。
【実施例４】
【０１２２】
本実施例では、一般式［化２］で示される化合物の代表として、下式［化１０］で示される４，４’−ビス（５−フェニル−３，４−エチレンジオキシ−２−チエニル）ビフェニル（以下、ＤＰＥＢＰと呼ぶ）の合成について述べる。
【化１０】
【０１２３】
まず、中間体である下式［化１１］（以下、中間体ａと呼ぶ）の合成について述べる。２，３−ジヒドロチエノ−［３，４−ｂ］−１，４−ジオキシン２２．４１ｇに乾燥ＴＨＦ２５０ｍｌを加え、−７８℃に冷却した。ｎ−ブチルリチウム（１．５８Ｍヘキサン溶液）１００ｍｌを滴下し、１時間撹拌した。得られた混合物を室温にて塩化亜鉛２５．８４ｇに加え、室温にてさらに１時間撹拌した。これに、ブロモベンゼン１８．３ｍｌとテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム１．８３ｇを添加し、加熱還流下５時間撹拌した。室温に冷却した溶液に酢酸エチル、１Ｍ塩酸、水を加え、有機層を分取した。硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を濃縮した。カラムクロマトグラフィー（ヘキサン／酢酸エチル）で精製した。ＮＭＲデータを以下に示す。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、δ）７．７２ｐｐｍ（ｄ、２Ｈ）、７．３６ｐｐｍ（ｔ、２Ｈ）、７．２１ｐｐｍ（ｔ、１Ｈ）、６．２９ｐｐｍ（ｓ、１Ｈ）、４．２９ｐｐｍ（ｍ、４Ｈ）。
【化１１】
【０１２４】
次に、上記で得られた中間体ａ１０．３６ｇにＴＨＦ１００ｍｌを加え、−７８℃に冷却した。ｎ−ブチルリチウム（１．５８Ｍヘキサン溶液）３３．１ｍｌを滴下し、１時間撹拌した。得られた混合物を室温にて塩化亜鉛７．７７ｇに加え、室温にてさらに１時間撹拌した。これに、４，４’−ジヨードビフェニル８．７７ｇとテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム５４９ｍｇを添加し、加熱還流下５時間撹拌した。これをろ過して得られた固体をエタノールにて洗浄した。クロロホルムにて再結晶を行い、本発明の有機化合物ＤＰＥＢＰを得た（黄色粉末）。ＮＭＲデータを以下に示す。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、δ）７．７７ｐｐｍ（ｍ、１２Ｈ）、７．４４ｐｐｍ（ｔ、４Ｈ）、７．２８ｐｐｍ（ｔ、２Ｈ）、４．４５ｐｐｍ（ｓ、８Ｈ）。
【実施例５】
【０１２５】
本実施例では、一般式［化２］で示される化合物の代表として、下式［化１２］で示される１，４−ビス（５−フェニル−３，４−エチレンジオキシ−２−チエニル）ベンゼン（以下、ＤＰＥＢＺと呼ぶ）の合成について述べる。
【化１２】
【０１２６】
実施例４で得られた中間体ａ６．０７ｇにＴＨＦ１００ｍｌを加え、−７８℃に冷却した。ｎ−ブチルリチウム（１．５８Ｍヘキサン溶液）１９．４ｍｌを滴下し、１時間撹拌した。得られた混合物を室温にて塩化亜鉛４．５０ｇに加え、室温にてさらに１時間撹拌した。これに、１，４−ジヨードベンゼン４．１２ｇとテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム３２１ｍｇを添加し、加熱還流下５時間撹拌した。これをろ過して得られた固体をエタノールにて洗浄した。クロロホルムにて再結晶を行い、本発明の有機化合物ＤＰＥＢＺを得た（橙色粉末）。ＮＭＲデータを以下に示す。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、δ）７．７７ｐｐｍ（ｍ、８Ｈ）、７．３８ｐｐｍ（ｔ、４Ｈ）、７．２３ｐｐｍ（ｔ、２Ｈ）、４．３８ｐｐｍ（ｓ、８Ｈ）。
【実施例６】
【０１２７】
本実施例では、一般式［化２］で示される化合物の代表として、下式［化１３］で示される４、４’−ビス［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−３，４−エチレンジオキシ−２−チエニル）ビフェニル（以下、ＤｔＢｕＰＥＢＰと呼ぶ）の合成について述べる。
【化１３】
【０１２８】
まず、中間体である下式［化１４］（以下、中間体ｂと呼ぶ）の合成について述べる。まず、２，３−ジヒドロチエノ−［３，４−ｂ］−１，４−ジオキシン１０．５７ｇにＴＨＦ１００ｍｌを加え、−７８℃に冷却した。ＬＤＡ（２．０Ｍ）３７．２ｍｌを滴下し、１時間撹拌した。塩化亜鉛１２．１４ｇを添加し、室温にてさらに１時間撹拌した。これに、１−ブロモ−４−ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン１４．３ｍｌとテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム８５９ｍｇを添加し、加熱還流下８時間撹拌した。室温に冷却した溶液に酢酸エチル、水を加え、有機層を分取した。硫酸マグネシウムで乾燥させた後、溶媒を濃縮した。その後カラムクロマトグラフィー（トルエン）で精製した。ＮＭＲデータを以下に示す。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、δ）７．６７ｐｐｍ（ｄ、２Ｈ）、７．４５ｐｐｍ（ｄ、２Ｈ）、６．３２ｐｐｍ（ｓ、１Ｈ）、１．４０ｐｐｍ（ｓ、９Ｈ）。
【化１４】
【０１２９】
次に、上記で得られた中間体ｂ２．５６ｇにＴＨＦ５０ｍｌを加え、−７８℃に冷却した。ＬＤＡ（２．０Ｍ）５．１２ｍｌを滴下し、１時間撹拌した。塩化亜鉛１．５３ｇを添加し、室温にてさらに１時間撹拌した。これに、４，４’−ジヨードビフェニル１．７１ｇとテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム１０７ｍｇを添加し、加熱還流下６時間撹拌した。室温に冷却した溶液に酢酸エチル、１Ｍ塩酸、水を加え、有機層を分取した。硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を濃縮した。クロロホルムにて再結晶を行い、本発明の有機化合物ＤｔＢｕＰＥＢＰを得た。ＮＭＲデータを以下に示す。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、δ）７．８０ｐｐｍ（ｄ、４Ｈ）、７．６６ｐｐｍ（ｍ、８Ｈ）、７．４１ｐｐｍ（ｄ、４Ｈ）、４．３６ｐｐｍ（ｓ、８Ｈ）、１．３２ｐｐｍ（ｓ、９Ｈ）。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の発光素子を示す図。
【図２】本発明の発光素子を示す図。
【図３】本発明の発光素子を示す図。
【図４】発光装置の上面図を示す図。
【図５】一画素を動作するための回路を表した図。
【図６】画素部における上面図。
【図７】本発明の発光素子を示す図。
【図８】本発明のパッシブ型の発光装置を示す図。
【図９】本発明の電子機器を示す図。
【図１０】本発明の発光素子をバックライトに組み込んだ電子機器を示す図。
【図１１】共役分子の紫外−可視スペクトルを示す図。
【図１２】合成スキーム図。
【図１３】共役分子の紫外−可視スペクトル（塩化メチレン中、２．５５×１０−５Ｍ）を示す図。
【図１４】従来例を示す図。
【符号の説明】
【０１３１】
１０１ 第１の電極
１０２ 第２の電極
１１１ 第１の層
１１２ 第２の層
１１３ 第３の層
１１４ 複合層
１１５ 正孔輸送層
１１６ 複合層
１１７ 正孔注入層
１１８ 複合層
２０１ 第１の電極
２０２ 第２の電極
２１１ 第１の層
２１２ 第２の層
２１３ 第３の層
２１４ 複合層
２１５ 電子発生層
３０１ 第１の電極
３０２ 第２の電極
３１１ 第１の層
３１２ 第２の層
３１３ 第３の層
３２４ 第１の複合層
３２５ 電子発生層
３２６ 正孔輸送層
３２７ 第２の複合層
３２８ 第２の複合層
３２９ 正孔注入層
３３０ 第２の複合層
６５００ 基板
６５０３ ＦＰＣ
６５０４ プリント配線基盤（ＰＷＢ）
６５１１ 画素部
６５１２ ソース信号線駆動回路
６５１３ 書込用ゲート信号線駆動回路
６５１４ 消去用ゲート信号線駆動回路
９０１ 第１のトランジスタ
９０２ 第２のトランジスタ
９０３ 発光素子
９１１ ゲート信号線
９１２ ソース信号線
９１３ 書込用ゲート信号線駆動回路
９１４ 消去用ゲート信号線駆動回路
９１５ ソース信号線駆動回路
９１６ 電源
９１７ 電流供給線
９１８ スイッチ
９１９ スイッチ
９２０ スイッチ
１００１ 第１のトランジスタ
１００２ 第２のトランジスタ
１００３ ゲート信号線
１００４ ソース信号線
１００５ 電流供給線
１００６ 電極
１０ 基板
１１ トランジスタ
１２ 発光素子
１３ 第１の電極
１４ 第２の電極
１５ 層
１６ａ 第１層間絶縁膜
１６ｂ 第１層間絶縁膜
１６ｃ 第１層間絶縁膜
１７ 配線
１８ 隔壁層
１９ａ 第２層間絶縁膜
１９ｂ 第２層間絶縁膜
２１ ゲート電極
２２ ゲート絶縁膜
２３ 半導体層
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ 層
９５６ 電極
５５２１ 本体
５５２２ 筐体
５５２３ 表示部
５５２４ キーボード
５５５１ 表示部
５５５２ 本体
５５５３ アンテナ
５５５４ 音声出力部
５５５５ 音声入力部
５５５６ 操作スイッチ
５５５７ 操作スイッチ
５５３１ 表示部
５５３２ 筐体
５５３３ スピーカー
５５１１ 筐体
５５１２ 液晶装置
５５１３ 発光装置
５５１４ 筐体
５５１５ 外部入力端子
５５１６ 外部入力端子
５５１７ 導光板
５５１８ アレイ
１５０１ 第１の電極
１５０２ 第２の電極
１５０３ 層
１５１１ 正孔輸送層
１５１２ 発光層
１５１３ 電子輸送層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と第２の電極とでなる一対の電極と、
前記一対の電極間にある発光層と、
前記発光層と前記一対の電極の少なくとも一方との間に配置された複合層とを有し、
前記複合層は一般式［化１］乃至［化５］のいずれかの共役分子と、前記共役分子に対し電子受容性を持つ物質との複合体からなる層であることを特徴とする発光素子。
【化０１】
（式中、ＸとＺは同一または異なっており、且つ、ＸとＺはそれぞれ硫黄原子、酸素原子、水素、アルキル基もしくはアリール基が結合した窒素原子、又は水素、アルキル基もしくはアリール基が結合した珪素原子であり、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【化０２】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【化０３】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【化０４】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかであり、Ｒ７とＲ８はそれぞれ、水素、アルキル基又はアリール基のいずれかである。）
【化０５】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかであり、Ｒ７からＲ１０はそれぞれ水素、アルキル基又はアリール基のいずれかである。）
【請求項２】
請求項１において、前記第１の電極の電位が前記第２の電極の電位よりも高くなるように電圧が印加されたとき、前記発光素子は前記発光層から発光し、前記第１の電極と前記発光層との間に前記複合層は配置され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、前記第１の電極の電位が前記第２の電極の電位よりも高くなるように電圧が印加されたとき、前記発光素子は前記発光層から発光し、前記第２の電極と前記発光層との間に前記複合層は配置され、前記複合層と前記発光層側で接する電子発生層を有す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、前記第１の電極の電位が前記第２の電極の電位よりも高くなるように電圧が印加されたとき、前記発光素子は前記発光層から発光し、
前記第１の電極と前記発光層との間、及び前記第２の電極と前記発光層との間のそれぞれに、前記複合層は配置され、
前記第２の電極と前記発光層との間に配置された前記複合層と前記発光層側で接する電子発生層を有す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、前記共役分子に対し電子受容性を持つ前記物質は、金属酸化物、金属窒化物、有機化合物またはルイス酸である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５のいずれか一項において、前記共役分子の式中Ｙは、炭素数６から２０の二価の芳香族炭化水素基、又は酸素、窒素、硫黄もしくは珪素を含む炭素数４から３０の二価の複素芳香環基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６のいずれか一項において、前記共役分子のＲ１とＲ２とで環構造を形成し、且つＲ３とＲ４とで環構造を形成す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７のいずれか一項に記載の発光素子を画素として用いることを特徴とする電子機器。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の発光素子を光源として用いることを特徴とする電子機器。
【請求項１】
第１の電極と第２の電極とでなる一対の電極と、
前記一対の電極間にある発光層と、
前記発光層と前記一対の電極の少なくとも一方との間に配置された複合層とを有し、
前記複合層は一般式［化１］乃至［化５］のいずれかの共役分子と、前記共役分子に対し電子受容性を持つ物質との複合体からなる層であることを特徴とする発光素子。
【化０１】
（式中、ＸとＺは同一または異なっており、且つ、ＸとＺはそれぞれ硫黄原子、酸素原子、水素、アルキル基もしくはアリール基が結合した窒素原子、又は水素、アルキル基もしくはアリール基が結合した珪素原子であり、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【化０２】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【化０３】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかである。）
【化０４】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかであり、Ｒ７とＲ８はそれぞれ、水素、アルキル基又はアリール基のいずれかである。）
【化０５】
（式中、Ｙはアリーレン基であり、Ｒ１からＲ６はそれぞれ、水素、アリール基、アルキル基、シアノ基、ジアルキルアミノ基、チオアルコキシ基、又はアルコキシ基のいずれかであり、Ｒ７からＲ１０はそれぞれ水素、アルキル基又はアリール基のいずれかである。）
【請求項２】
請求項１において、前記第１の電極の電位が前記第２の電極の電位よりも高くなるように電圧が印加されたとき、前記発光素子は前記発光層から発光し、前記第１の電極と前記発光層との間に前記複合層は配置され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、前記第１の電極の電位が前記第２の電極の電位よりも高くなるように電圧が印加されたとき、前記発光素子は前記発光層から発光し、前記第２の電極と前記発光層との間に前記複合層は配置され、前記複合層と前記発光層側で接する電子発生層を有す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、前記第１の電極の電位が前記第２の電極の電位よりも高くなるように電圧が印加されたとき、前記発光素子は前記発光層から発光し、
前記第１の電極と前記発光層との間、及び前記第２の電極と前記発光層との間のそれぞれに、前記複合層は配置され、
前記第２の電極と前記発光層との間に配置された前記複合層と前記発光層側で接する電子発生層を有す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、前記共役分子に対し電子受容性を持つ前記物質は、金属酸化物、金属窒化物、有機化合物またはルイス酸である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５のいずれか一項において、前記共役分子の式中Ｙは、炭素数６から２０の二価の芳香族炭化水素基、又は酸素、窒素、硫黄もしくは珪素を含む炭素数４から３０の二価の複素芳香環基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６のいずれか一項において、前記共役分子のＲ１とＲ２とで環構造を形成し、且つＲ３とＲ４とで環構造を形成す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７のいずれか一項に記載の発光素子を画素として用いることを特徴とする電子機器。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の発光素子を光源として用いる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２００６−１８６３３７（Ｐ２００６−１８６３３７Ａ）
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４５０５７（Ｐ２００５−３４５０５７）
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【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１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【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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