複合材料、発光素子、及び発光装置
【課題】種々の電極に対してホール注入障壁が実質的にない材料を提供する。また、これらの特性を有する上に、高い耐熱性を有する材料を提供する。さらに、このような複合材料を用いることにより、駆動電圧の低い発光素子および発光装置を提供する。
【解決手段】有機化合物と無機化合物とを含む複合材料であって、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極で挟んで測定した前記複合材料からなる薄膜層の電流−電圧特性が、下記式（１）に従う複合材料を作製する。また、これを用いて発光素子および発光装置を作製する。
（Ｊは電流密度、Ｖは電圧、φａは前記複合材料におけるキャリア発生のための活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、ＡおよびＢはパラメータ、ｎは２以上１０以下の整数を表す。）
【解決手段】有機化合物と無機化合物とを含む複合材料であって、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極で挟んで測定した前記複合材料からなる薄膜層の電流−電圧特性が、下記式（１）に従う複合材料を作製する。また、これを用いて発光素子および発光装置を作製する。
（Ｊは電流密度、Ｖは電圧、φａは前記複合材料におけるキャリア発生のための活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、ＡおよびＢはパラメータ、ｎは２以上１０以下の整数を表す。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物と無機化合物とを複合した複合材料であって、各種電極と良好な接触をとれる複合材料に関する。また、前記複合材料を電極に接して設けた電流励起型の発光素子に関する。また、前記発光素子を用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光性の有機化合物を用いた発光素子の研究開発が盛んに行われている。これら発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の有機化合物を含む層（発光層）を挟んだものである。この素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子およびホールがそれぞれ発光層に輸送され、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子およびホール）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０００３】
なお、有機化合物が形成する励起状態の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であり、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼ばれている。
【０００４】
このような発光素子は通常、サブミクロン程度の薄膜で形成されるため、薄型軽量に作製できることが大きな利点である。また、キャリアが注入されてから発光に至るまでの時間はマイクロ秒程度あるいはそれ以下であるため、非常に応答速度が速いことも特長の一つである。これらの特性は、フラットパネルディスプレイ素子として好適であると考えられている。
【０００５】
また、これらの発光素子は膜状に形成されるため、大面積の素子を形成することにより、面状の発光を容易に得ることができる。このことは、白熱電球やＬＥＤに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
【０００６】
このように、発光性の有機化合物を用いた電流励起型の発光素子は、発光装置や照明等への応用が期待されているが、未だ課題も多い。その課題の一つとして、消費電力の低減が挙げられる。消費電力を低減するためには、発光素子の駆動電圧を低減することが重要な課題になる。電流励起型の発光素子は流れる電流量によって発光強度が決まるため、駆動電圧を低減するためには、低い電圧で多くの電流を流す必要がある。
【０００７】
これまで、駆動電圧を低減させるための手法として、バッファ層を電極に接して設けるという試みがなされている。具体的には、陽極との界面に芳香族アミン化合物を用いたバッファ層を設けることにより、駆動電圧を低減できることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１で用いられている芳香族アミン化合物は、ＨＯＭＯ準位の位置が高く、陽極を形成する電極材料の仕事関数に近い値を有するので、ホールの注入障壁を小さくすることができる。その結果、比較的低い電圧で電流を多く流すことができる。
【０００８】
また、電子受容性の分子をホール輸送性の高分子材料に添加し、導電性を高くした層を陽極との界面に用いるという方法も報告されている（例えば、非特許文献２参照）。このような構成とすることでも、駆動電圧を低減することができる。
【非特許文献１】Ｙ．Ｓｈｉｒｏｔａ、外７名、アプライド フィジクス レターズ、Ｖｏｌ．６５、８０７−８０９（１９９４）
【非特許文献２】Ａ．Ｙａｍａｍｏｒｉ、外３名、アプライド フィジクス レターズ、Ｖｏｌ．７２、２１４７−２１４９（１９９８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献１で述べられているようなホール注入障壁を小さくできる有機化合物は限られている上に、それらの材料は一般には耐熱性が高くないという問題がある。非特許文献２で述べられているような電子受容性の分子に関しても同様である。
【００１０】
また、従来では、ホール注入障壁を小さくできる有機化合物を用いたとしても、ホール注入障壁を実質的に消失させることはできず、発光素子の電流−電圧特性は注入律速（すなわち、ショットキー注入機構が支配的な電流−電圧特性）となるため、駆動電圧のさらなる低減には限界があった。
【００１１】
さらに、陽極として仕事関数の大きくない材料を用いた場合、そのホール注入障壁はより大きくなってしまうため、発光素子の駆動電圧の上昇を防ぐためには、陽極を形成する電極材料として仕事関数の高いものを用いなければならないという制限もあった。このことは即ち、仕事関数の大きくないアルミニウム等の汎用的な金属を陽極として用いることができないという問題に繋がる。
【００１２】
そこで本発明では、電極からのホール注入障壁が実質的にない材料を提供することを課題とする。また、種々の電極に対してホール注入障壁が実質的にない材料を提供することを課題とする。また、これらの特性を有する上に、高い耐熱性を有する材料を提供することを課題とする。
【００１３】
また、これらの材料を用いることにより、駆動電圧の低い発光素子および発光装置を提供することを課題とする。また、これらの材料と、汎用的な金属を組み合わせて用いることにより、安価な発光素子および発光装置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、有機化合物と無機化合物とを複合した複合材料を発光素子の電極に接して設けることにより、課題を解決できることを見出した。この複合材料の特徴は、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極を用いて測定した時の電流−電圧特性が、不純物半導体的な挙動を示す電流（すなわち、温度が上がると流れやすくなるオーム電流）とトラップ電荷制限電流との足し合わせにより表される点である。
【００１５】
このような電流−電圧特性を示す複合材料は、有機化合物のみからなる従来の材料とは異なり、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極に対してはホール注入障壁が実質的に存在しないことがわかった。また、無機化合物を複合しているため、高い耐熱性も有する。
【００１６】
したがって本発明の構成は、有機化合物と無機化合物とを含む複合材料であって、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極で挟んで測定した前記複合材料からなる薄膜層の電流−電圧特性が、下記式（１）に従う複合材料である。
【００１７】
【数２】
（Ｊは電流密度、Ｖは電圧、φａは前記複合材料におけるキャリア発生のための活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、ＡおよびＢはパラメータ、ｎは２以上１０以下の整数を表す。）
【００１８】
なお、この時、前記φａが０．０１ｅＶ以上０．５ｅＶ以下であることが好ましい。また、電流−電圧特性を測定する際の前記薄膜層の膜厚は、１０ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００１９】
また、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が好ましい。特に、遷移金属酸化物は電子受容性の高いものが多く、中でも酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、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、酸化レニウムが好適である。
【００２０】
一方、前記有機化合物は、ホール輸送性を有することが好ましい。特に、芳香族アミン化合物はホール輸送性の高いものが多く、好適である。また、芳香族アミン化合物は、電子受容性を示す前記無機化合物に対し、電子を与えやすいという点でも好ましい。
【００２１】
このような本発明の複合材料を発光素子の電極に接して設けることにより、駆動電圧の低い発光素子を得ることができる。また、先に述べた通り、本発明の複合材料は３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極に対してはホール注入障壁が実質的に存在しないため、仕事関数がこの範囲にある汎用的な金属を発光素子の電極として用いることができる。したがって、安価な発光素子を提供することができる。
【００２２】
したがって本発明の構成は、第１の電極と第２の電極との間に、第１の層と、発光物質を含む第２の層とを有し、前記第１の層は前記第１の電極に接して設けられており、前記第１の層が上述した本発明の複合材料からなる発光素子である。
【００２３】
また、本発明の発光素子は、電極と、電極に接する層（すなわち本発明の複合材料を用いた層）とがオーム接触を形成している点も特徴である。すなわち本発明の他の構成は、第１の電極と第２の電極との間に、有機化合物と無機化合物とを含む第１の層と、発光物質を含む第２の層とを有し、前記第１の層は前記第１の電極に接して設けられており、前記第１の層に対して前記第１の電極がオーム接触を形成している発光素子である。
【００２４】
この時、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が好ましい。特に、遷移金属酸化物は電子受容性の高いものが多く、中でも酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、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、酸化レニウムが好適である。
【００２５】
一方、前記有機化合物は、ホール輸送性を有することが好ましい。特に、芳香族アミン化合物はホール輸送性の高いものが多く、好適である。また、芳香族アミン化合物は、電子受容性を示す前記無機化合物に対し、電子を与えやすいという点でも好ましい。
【００２６】
なお、前記第１の電極は陽極であることが好ましい。また、前記第１の電極は、３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの仕事関数を有する材料を含むことが好ましい。
【００２７】
上述した本発明の発光素子は、駆動電圧を低減できるという特徴があるため、本発明の発光素子を有する発光装置も消費電力を低減できる。また、本発明の発光素子は、安価に作成することができるため、本発明の発光素子を有する発光装置も安価に作製することができる。したがって、本発明の発光素子を用いた発光装置も本発明に含むものとする。
【００２８】
なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子を用いた画像表示デバイスもしくは発光体を指す。また、発光素子にコネクター、例えば異方導電性フィルム（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。
【発明の効果】
【００２９】
本発明を実施することで、電極からのホール注入障壁が実質的にない材料を提供することができる。また、種々の電極に対してホール注入障壁が実質的にない材料を提供することができる。また、これらの特性を有する上に、高い耐熱性を有する材料を提供することができる。
【００３０】
また、これらの材料を用いることにより、駆動電圧の低い発光素子および発光装置を提供することができる。また、これらの材料と、汎用的な金属を組み合わせて用いることにより、安価な発光素子および発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
まず、本発明の複合材料の態様について説明する前に、従来の有機化合物の場合を例に挙げ、その問題点を説明する。
【００３２】
図２は、電極２００から有機化合物２１０へホール２３０が注入される場合を説明するためのエネルギー準位の模式図である。図中、２０１が電極２００のフェルミ準位、２１１が有機化合物２１０のＨＯＭＯ準位、２１２が有機化合物２１０のＬＵＭＯ準位である。通常、ホールはＨＯＭＯ準位に注入されるため、図中の２２０がホール２３０にとってのショットキー障壁となる。したがって、ショットキー障壁２２０を小さくするためには、電極のフェルミ準位２０１の位置を下げる（すなわち、仕事関数を大きくする）か、または有機化合物のＨＯＭＯ準位２１１の位置を上げる必要がある。しかしながら、ホールを受け取り輸送できる有機化合物のＨＯＭＯ準位を、−５ｅＶよりも上げることは比較的困難であり、５ｅＶよりも仕事関数が大きい電極を用いない限り、ショットキー障壁２２０を実質的になくすことは困難である。
【００３３】
この時、電極２００から有機化合物２１０へ注入されたホールが流れる際の電流量は、下記式（２）で表されるショットキー注入機構の電流密度Ｊｓの式で支配される。すなわち、このような電極２００と有機化合物２１０とを組み合わせたデバイスは、バルクの導電性に支配されるのではなく、注入律速のデバイスとなる。
【００３４】
【数３】
（Ｔは温度、φＢはショットキー障壁、ｑは素電荷量、Ｖは電圧、εｉは有機化合物の誘電率、ｄは電極間距離、ｋはボルツマン定数を表す。）
【００３５】
このように、従来の有機化合物では、流れる電流がショットキー障壁φＢに大きく依存するため、電極と有機化合物とを組み合わせたデバイスにおいては、電極や有機化合物の材料の種類に大きな制限があった。
【００３６】
この問題を克服したのが、本発明の複合材料である。以下ではまず、実施形態１として、本発明の複合材料の一態様について説明する。
【００３７】
［実施形態１］
本発明の複合材料の一態様は、有機化合物と、その有機化合物に対して電子受容性を示す無機化合物とを含む構成である。この時、電子受容性を示す無機化合物を多く混在させることにより、複合材料は不純物濃度の高い不純物半導体（ｐ型）の性質を有するようになる。すなわち、伝導機構はバンド伝導である。
【００３８】
不純物濃度の高い不純物半導体（ｐ型）の性質を有する場合、電極１００から本発明の複合材料１１０へホールが注入される際のエネルギー準位の模式図は、図１のようになる。図１（ａ）は、電極１００と本発明の複合材料１１０が接触する前の状態を模式的に表したものであり、１０１が電極１００のフェルミ準位、１１１が複合材料１１０の価電子帯の上端、１１２が複合材料１１０の伝導帯の下端、１１３が複合材料１１０のフェルミ準位である。
【００３９】
このような電極１００と複合材料１１０とを接触させた場合、フェルミ準位が一致するように電子が移動する。その結果、図１（ｂ）に示す通り、電子はトンネル効果により障壁を通過できるようになるため、ショットキー障壁（ここではホール注入障壁）は実質的に消失する。
【００４０】
ところで、ショットキー障壁が消失した不純物半導体には、オーム電流が流れることになり、その電流−電圧特性はオームの法則に従う。したがって、その電流密度Ｊｏｈは、下記式（３）で表される。
【００４１】
【数４】
（σは導電率、Ｅは電界強度、ｄは電極間距離、Ｖは電圧を表す。）
【００４２】
この時、不純物半導体の導電率σは、下記式（４）で表されるように、アレニウスプロットが線形になるような温度依存性を有する。
【００４３】
【数５】
（φａはキャリア発生のための活性化エネルギー、Ｔは温度、ｋはボルツマン定数、σ０は物質固有の定数である。）
【００４４】
したがって、式（３）（４）から、ショットキー障壁が消失した不純物半導体の電流密度Ｊｏｈは、下記式（５）で表されることになる。
【００４５】
【数６】
【００４６】
本発明の複合材料の場合、ショットキー障壁が実質的に消失した結果、上記式（５）で表されるバンド伝導的な電流が流れるようになる。この特性は、複合材料中の有機化合物のＨＯＭＯ準位の位置にほとんど依存せず得られるため、本発明の複合材料には様々な有機化合物を適用することができる。
【００４７】
そして、それだけではなく、本発明の複合材料に流れる電流はトラップ電荷制限電流の項が足し合わされていることを本発明者は見出した。トラップ電荷制限電流は空間電荷制限電流の一種で、外部から注入されたキャリアを流す際の薄膜特有の電流であり、有機化合物の分子間のホッピング伝導などがそれに当たる。その電流密度Ｊｔは、下記式（６）のように電圧のべき乗で表される。なお、Ｂは前記電極間距離ｄや素電荷量ｑ、前記複合材料の種類によって決まる移動度μ、誘電率ε、単位体積あたりのトラップの数Ｎｔ、及び複合材料中の有機化合物の体積あたりのＬＵＭＯ準位の数ＮＬＵＭＯなどにより決まるパラメータである。
【００４８】
【数７】
（Ｂは前記電極間距離ｄや素電荷量ｑ、前記複合材料の種類によって決まる移動度μ、誘電率ε、単位体積あたりのトラップの数Ｎｔ、及び複合材料中の有機化合物の体積あたりのＬＵＭＯ準位の数ＮＬＵＭＯなどにより決まるパラメータ、ｎは２以上１０以下の整数、Ｖは電圧を表す。）
【００４９】
つまり、本発明の複合材料に流れる電流の電流密度Ｊ＝Ｊｏｈ＋Ｊｔは、上記式（５）および（６）より、下記式（１）で表される（ただし、σ０／ｄ＝Ａとおいた）。
【００５０】
【数８】
（Ｊは電流密度、Ｖは電圧、φａは前記複合材料におけるキャリア発生のための活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、Ａは前記電極間距離と物質固有の値σ０により決まるパラメータ、Ｂは前記電極間距離ｄや素電荷量ｑ、前記複合材料の種類によって決まる移動度μ、誘電率ε、単位体積あたりのトラップの数Ｎｔ、及び複合材料中の有機化合物の体積あたりのＬＵＭＯ準位の数ＮＬＵＭＯなどにより決まるパラメータ、ｎは２以上１０以下の整数を表す。）
【００５１】
本発明の複合材料の電流−電圧特性が式（１）に従う要因は、本発明の複合材料は不純物濃度の高い不純物半導体の性質（電極とオーム接触を形成し、なおかつオームの法則に従う）を持っていると同時に、用いている有機化合物の性質（トラップ電荷制限電流が流れる）も有していることである。すなわち、式（１）で表されるような電流−電圧特性を示す本発明の複合材料は、有機化合物に電子受容性物質を添加することによるキャリア発生（ここではホール発生）を利用したバンド伝導と、有機化合物が外部から注入されたキャリアを輸送する際の有機化合物間のホッピング伝導を併せ持ち、大電流を流せるという特徴を有している。
【００５２】
さらに、上述したような電流−電圧特性が、３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの仕事関数を有する材料を電極に用いた場合に得られることもわかった。式（１）はオーム接触を仮定した式であるから、このことはすなわち、本発明の複合材料が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの仕事関数を有する材料とオーム接触を形成できることを示している。
【００５３】
以下では、本実施形態１における本発明の複合材料を形成するのに好適な材料を列挙するが、本発明はこれらに限定されることはない。
【００５４】
本実施形態１における本発明の複合材料は、有機化合物と無機化合物とを含んでいるが、無機化合物はその有機化合物に対して電子受容性を示す。無機化合物を用いることにより、耐熱性の向上という効果も得られる。無機化合物としては特に限定されることはないが、遷移金属酸化物が好ましく、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、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、酸化レニウムが好適である。
【００５５】
ここで、無機化合物が電子受容性を示すことから、有機化合物にはホールが発生するため、有機化合物としてはホール輸送性の有機化合物が好ましい。ホール輸送性の有機化合物としては、例えば、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）の他、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）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、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−［４−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）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ビフェニリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＢＰＢ）、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）などが挙げられるが、これらに限定されることはない。また、上述した化合物の中でも、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＢ、ＴＰＤ、ＮＰＢ、ＤＮＴＰＤ、ＢＢＰＢ、ＴＣＴＡなどに代表される芳香族アミン化合物は、ホールを発生しやすく、有機化合物として好適な化合物群である。
【００５６】
本発明の複合材料の作製方法としては、例えば、上述したような有機化合物と無機化合物の両方を抵抗加熱により蒸発させ、共蒸着する手法が挙げられる。その他、有機化合物を抵抗加熱により蒸発させる一方で、無機化合物をエレクトロンビーム（ＥＢ）により蒸発させ、共蒸着してもよい。また、有機化合物を抵抗加熱により蒸発させると同時に、無機化合物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よい。
【００５７】
［実施形態２］
本実施形態２では、実施形態１で述べたような本発明の複合材料を用いた電流励起型の発光素子について説明する。典型的な素子構造を図３に示す。本発明の発光素子は、第１の電極３０１と第２の電極３０２との間に、実施形態１で述べたような本発明の複合材料からなる第１の層３１１と、発光物質を含む第２の層３１２とを有し、第１の層３１１は第１の電極３０１に接して設けられている。
【００５８】
本実施形態２においては、第１の電極３０１の電位を第２の電極３０２よりも高くすることにより電流が流れ、第２の層３１２中でホール３２１と電子３２２が再結合して発光する素子を例示する。したがって、第１の電極３０１は陽極として作用する。
【００５９】
実施形態１で述べたように、第１の電極３０１を構成する材料の仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶ程度であれば、第１の層３１１は第１の電極３０１とオーム接触する。したがって、駆動電圧が低い発光素子を作製することができる。
【００６０】
また、第１の電極３０１としては、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの範囲にある材料を用いることができる。具体的には、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｚｉｄｅ、以下ＩＴＯとする）、珪素を添加したインジウム錫酸化物（以下ＩＴＳＯとする）などの透明電極の他、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル、金、白金、銀、アルミニウム、およびそれらの合金などを用いることができる。特に、チタン、モリブデン、アルミニウム、あるいはそれらの合金は、配線などにもよく用いられる汎用的な金属であり、これらを第１の電極３０１とすることで安価な発光素子を提供することができる。アルミニウム（仕事関数は４ｅＶ程度）のように、通常はホール注入が困難な金属を第１の電極３０１とすることができるのは、本発明の特徴の一つである。
【００６１】
第２の電極３０２は、第１の電極３０１と同様の材料で構成することができる。ただし、リチウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム等の仕事関数の小さい金属またはそれらの合金を用いてもよい。
【００６２】
なお、発光素子から光を取り出すため、第１の電極３０１および第２の電極３０２の少なくとも一方または両方を、透明電極とすればよい。また、発光素子を担持するための基板は、第１の電極３０１側、第２の電極３０２側のいずれに設けられていてもよい。
【００６３】
次に、第２の層３１２について説明する。第２の層３１２は発光機能を担う層であり、少なくとも発光性の有機化合物を含んでいればよい。その他、ホール輸送性材料、電子輸送性材料、電子注入材料を適宜組み合わせて用いることができる。また、第２の層３１２は、発光性の有機化合物を含む発光層のみの単層であってよいが、その他ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層などを組み合わせた多層であってもよい。
【００６４】
発光性の有機化合物としては、例えば、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、クマリン３０、クマリン６、クマリン５４５、クマリン５４５Ｔ、ペリレン、ルブレン、ペリフランテン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡ）、５，１２−ジフェニルテトラセン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ１）、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−［２−（ジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ２）、４−（ジシアノメチレン）−２，６−ビス［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＭ）等が挙げられる。また、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］（ピコリナト）イリジウム（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、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’｝（ピコリナト）イリジウム（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（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）、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２−（２’−チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（略称：Ｉｒ（ｔｈｐ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２−（２’−ベンゾチエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））などの燐光を放出できる化合物用いることもできる。
【００６５】
発光性の有機化合物と組み合わせて用いることができるホール輸送性材料としては、例えば、先に述べたＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＢ、ＴＰＤ、ＮＰＢ、ＤＮＴＰＤ、ＢＢＰＢ、ＴＣＴＡなどが挙げられる。また、電子輸送性材料としては、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：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）ベンズオキサゾラト］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）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）、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−（４−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）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ビフェニリル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）などが挙げられるが、これらに限定されることはない。また、電子注入材料としては、上述した電子輸送性材料の他に、ＬｉＦ、ＣｓＦなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、ＣａＦ２のようなアルカリ土類ハロゲン化物、Ｌｉ２Ｏなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート（略称：Ｌｉ（ａｃａｃ）や８−キノリノラト−リチウム（略称：Ｌｉｑ）などのアルカリ金属錯体も有効である。さらに、上述した電子輸送性材料と、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃｓ等の仕事関数の小さい金属とを共蒸着等により混合した材料を使用することもできる。
【００６６】
なお、発光性の有機化合物は、上述したホール輸送性材料や電子輸送性材料、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）などに分散させて用いてもよい。
【００６７】
なお、第１の層３１１は本発明の複合材料からなるため、実施形態１で述べたような手法で作成することができる。また、第２の層３１２は抵抗加熱による蒸着法や、スピンコート、インクジェット、印刷等の湿式法で形成することができる。また、第１の電極３０１および第２の電極３０２に関しても同様に、抵抗加熱による蒸着法、ＥＢ蒸着法、スパッタリング、湿式法などを用いて形成することができる。
【００６８】
［実施形態３］
本実施形態２においては、実施形態１とは異なる本発明の発光素子の一態様について説明する。素子構造を図４に示す。本実施形態３の発光素子は、第１の電極４０１と第２の電極４０２との間に、実施形態１で述べたような本発明の複合材料からなる第１の層４１１と、発光物質を含む第２の層４１２とを有し、第１の層４１１は第１の電極４０１に接して設けられている。また、第１の層４１１と第２の層４１２との間には、電子を発生する第３の層４１３が設けられている。
【００６９】
本実施形態３においては、第１の電極４０１の電位を第２の電極４０２よりも低くすることにより電流が流れるが、この時、第３の層４１３から第２の層４１２へ注入された電子４２２と、第２の電極４０２から注入されたホール４２３が第２の層４１２中で再結合して発光する。一方、本発明の複合材料を用いた第１の層４１１は、第１の層４１１と第３の層４１３との界面近傍で発生したホール４２１を第１の電極４０１の方へ受け渡す。
【００７０】
実施形態１で述べたように、第１の電極４０１を構成する材料の仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶ程度であれば、第１の層４１１は第１の電極４０１とオーム接触する。したがって、駆動電圧が低い発光素子を作製することができる。
【００７１】
また、第１の電極４０１としては、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの範囲にある材料を用いることができる。具体的には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、珪素を添加したインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）などの透明電極の他、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル、金、白金、銀、アルミニウム、およびそれらの合金などを用いることができる。特に、チタン、モリブデン、アルミニウム、あるいはそれらの合金は、配線などにもよく用いられる汎用的な金属であり、これらを第１の電極４０１とすることで安価な発光素子を提供することができる。第２の電極４０２も、第１の電極４０１と同様の材料で構成することができる。
【００７２】
なお、発光素子から光を取り出すため、第１の電極４０１および第２の電極４０２の少なくとも一方または両方を、透明電極とすればよい。また、発光素子を担持するための基板は、第１の電極４０１側、第２の電極４０２側のいずれに設けられていてもよい。
【００７３】
第２の層４１２は発光機能を担う層であり、少なくとも発光性の有機化合物を含んでいればよい。構成としては、実施形態２で述べた第２の層と同様の構成を適用することができる。
【００７４】
第３の層は、電子を発生できる層であれば特に限定はされないが、具体的には、電子輸送性の有機化合物と、その有機化合物に対して電子供与性を示す物質とを有する層を含んでいればよい。電子輸送性の有機化合物としては、先に述べたＡｌｑ３、Ａｌｍｑ３、ＢｅＢｑ２、ＢＡｌｑ、Ｚｎ（ＢＯＸ）２、Ｚｎ（ＢＴＺ）２、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰ、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７、ＴＰＢＩ、ＴＡＺ、ｐ−ＥｔＴＡＺなど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、リチウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属、あるいはそれらの合金が挙げられる。また、酸化リチウム、酸化バリウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウム等のアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物を用いることもできる。
【００７５】
なお、第２の層４１２と第２の電極４０２との間には、正孔注入層が設けられていてもよい。正孔注入層に用いることのできる材料としては、Ｈ２Ｐｃ、ＣｕＰｃ、ＶＯＰｃの他、実施形態１で述べたような本発明の複合材料を用いてもよい。
【００７６】
なお、第１の層４１１は本発明の複合材料からなるため、実施形態１で述べたような手法で作成することができる。また、第２の層４１２や第３の層４１３は抵抗加熱による蒸着法や、スピンコート、インクジェット、印刷等の湿式法で形成することができる。また、第１の電極４０１および第２の電極４０２に関しても同様に、抵抗加熱による蒸着法、ＥＢ蒸着法、スパッタリング、湿式法などを用いて形成することができる。
【００７７】
［実施形態４］
本発明の発光装置の構成について図５を参照して説明する。なお、図５（Ａ）は発光装置を示す上面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面詳細図、図５（Ｃ）は発光装置の断面構造図を示している。図５（Ａ）において、ソース側駆動回路５０１、画素部５０２、ゲート側駆動回路５０３を点線で示している。また、封止基板５０４はシール材５０５でＴＦＴ及び発光素子が形成された基板５１０と固定されている。ソース側駆動回路５０１、画素部５０２、ゲート側駆動回路５０３は基板５１０と封止基板５０４に挟まれて封止される。この場合、好ましくは封止材８０６を基板５１０と封止基板５０４の間に充填して固体化すると良い。シール材５０５、封止材８０６は水蒸気透過率が低い樹脂材料を用いることが好ましい。
【００７８】
接続配線５０７は、ソース側駆動回路５０１及びゲート側駆動回路５０３に入力される信号を伝送するものであり、基板５１０の端部に引き出されるように配設されている。接続配線５０７の端部において、外部回路と接続するフレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）５０８が接続されている。この接続部と重なるようにシール材５０５によるシールパターンを形成することにより、基板５１０において画素部５０２の占める割合を増やすことができる。すなわち、基板５１０において駆動回路やＦＰＣなどの接続領域が形成される所謂額縁領域の幅を小さくすることができる。
【００７９】
図５（Ｃ）は発光装置の断面構造図を示している。基板５１０におけるソース側駆動回路、画素部、ゲート側駆動回路などの素子形成領域８０８は、封止材８０６と封止基板５０４によって封止されている。フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）５０８は基板５１０若しくは封止基板５０４側に配設された回路基板８０７と接続している。回路基板８０７にはこの発光装置を制御するコントロール回路や電源回路などが設けられている。フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）５０８を湾曲させて基板５１０若しくは封止基板５０４側に配設された回路基板８０７と接続することにより、このモジュールの小型化を図ることができる。このようなモジュールの構成は、携帯電話器や電子手帳など小型の電子機器に適用する場合に、それらの機器の小型化を図ることができる。
【００８０】
次に、断面構造について図５（Ｂ）を用いて説明する。基板５１０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５０１と、画素部５０２が示されている。
【００８１】
なお、ソース側駆動回路５０１はｎチャネル型ＴＦＴ５２３とｐチャネル型ＴＦＴ５２４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回路で形成してもよい。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。
【００８２】
また、画素部５０２はスイッチング用ＴＦＴ５１１と、電流制御用ＴＦＴ５１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極５１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極５１３の端部を覆って絶縁物５１４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。
【００８３】
また、カバレッジを良好なものとするため、絶縁物５１４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５１４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５１４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５１４として、感光性の光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
【００８４】
第１の電極５１３上には、層５１５、および第２の電極５１６がそれぞれ形成され、発光素子５１７を構成している。発光素子５１７は、実施形態２や実施形態３で述べたような発光素子の構成を適用すればよい。したがって、層５１５は実施形態２や実施形態３で述べた第１の層および第２の層を少なくとも含んでおり、第１の層が第１の電極５１３に接して設けられている。また、第１の電極５１３、第２の電極５１６の構成も、先に述べた実施形態２や実施形態３の構成を適用すればよい。
【００８５】
また、本実施形態４では、接続配線５０７と第１の電極５１３を異なる材料で形成しているが、同じ材料で形成することもできる。すなわち、接続配線５０７をそのまま第１の電極５１３として用いることができるため、プロセス数を削減でき、コストの低減に繋がる。これは、本発明の複合材料を含む第１の層が、第１の電極５１３とオーム接触を形成できる特性を有することにより生まれる利点である。
【００８６】
さらにシール材５０５で封止基板５０４を基板５１０と貼り合わせることにより、基板５１０、封止基板５０４、およびシール材５０５で囲まれた領域５０６に発光素子５１７が備えられた構造になっている。なお、領域５０６には、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材５０５が充填される構成も含むものとする。
【００８７】
なお、シール材５０５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５０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【００８８】
以上のようにして、本発明の発光素子を用いた発光装置を得ることができる。
【００８９】
［実施形態５］
本実施例では、本発明の発光素子を用いた発光装置を利用して完成させた様々な電気器具について説明する。
【００９０】
本発明の発光素子を有する発光装置を利用して作製された電気器具として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、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）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電気器具の具体例を図６に示す。
【００９１】
図６（Ａ）は表示装置であり、筐体６１０１、支持台６１０２、表示部６１０３、スピーカー部６１０４、ビデオ入力端子６１０５等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部６１０３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パーソナルコンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
【００９２】
図６（Ｂ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体６２０１、筐体６２０２、表示部６２０３、キーボード６２０４、外部接続ポート６２０５、ポインティングマウス６２０６等を含む。本発明のＣＥＬ素子を有する発光装置をその表示部６２０３に用いることにより作製される。
【００９３】
図６（Ｃ）はモバイルコンピュータであり、本体６３０１、表示部６３０２、スイッチ６３０３、操作キー６３０４、赤外線ポート６３０５等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部６３０２に用いることにより作製される。
【００９４】
図６（Ｄ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体６４０１、筐体６４０２、表示部Ａ６４０３、表示部Ｂ６４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部６４０５、操作キー６４０６、スピーカー部６４０７等を含む。表示部Ａ６４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ６４０４は主として文字情報を表示するが、本発明の発光素子を有する発光装置をこれら表示部Ａ６４０３、Ｂ６４０４に用いることにより作製される。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
【００９５】
図６（Ｅ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体６５０１、表示部６５０２、アーム部６５０３を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部６５０２に用いることにより作製される。
【００９６】
図６（Ｆ）はビデオカメラであり、本体６６０１、表示部６６０２、筐体６６０３、外部接続ポート６６０４、リモコン受信部６６０５、受像部６６０６、バッテリー６６０７、音声入力部６６０８、操作キー６６０９、接眼部６６１０等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部６６０２に用いることにより作製される。
【００９７】
ここで、図６（Ｇ）は携帯電話であり、本体６７０１、筐体６７０２、表示部６７０３、音声入力部６７０４、音声出力部６７０５、操作キー６７０６、外部接続ポート６７０７、アンテナ６７０８等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部６７０３に用いることにより作製される。なお、表示部６７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【００９８】
以上の様に、本発明の発光素子を有する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気器具に適用することが可能である。
【実施例１】
【００９９】
本実施例１では、有機化合物と、有機化合物に対して電子受容性を示す無機化合物とを複合した本発明の複合材料を例示する。有機化合物としてはホール輸送性を有するＢＢＰＢを、無機化合物としては酸化モリブデンを用いた。
【０１００】
まず、ガラス基板を真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定する。そして、ＢＢＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）とをそれぞれ別の抵抗加熱式の蒸発源に入れ、真空に引いた状態で、共蒸着法によりＢＢＰＢと酸化モリブデンを複合した本発明の複合材料を成膜した。この時、ＢＢＰＢは０．４ｎｍ／ｓの成膜レートで蒸発させ、酸化モリブデンはＢＢＰＢに対して１／４の量（重量比）を蒸発させた。したがって、モル比では、ＮＰＢ：酸化モリブデン＝１：１となっている。なお、膜厚は５０ｎｍとした。
【０１０１】
このようにして成膜したＢＢＰＢ−酸化モリブデン複合材料の吸収スペクトルを測定した結果を、図７中のＡ．に示す。比較のため、ＢＢＰＢのみの膜（図中Ｂ．）および酸化モリブデンのみの膜（図中Ｃ．）の吸収スペクトルも合わせて図示した。
【０１０２】
図７からわかる通り、Ａ．の複合材料は、ＢＢＰＢあるいは酸化モリブデンそれぞれの単独の膜では見られなかった新たな吸収が、５００ｎｍ付近、８００ｎｍ付近および１５００ｎｍ付近に見られた。これは、ＢＢＰＢと酸化モリブデンが電子の授受を行っているためであり、酸化モリブデンがＢＢＰＢから電子を受容し、ＢＢＰＢにホールが発生しているものと考えられる。したがって、本発明の複合材料は、高濃度に不純物が添加された不純物半導体のように、各種の電極とオーム接触を形成することができ、またバンド伝導的なキャリア輸送を行うことが示唆される。
【０１０３】
一方で、ＢＢＰＢ単独（Ｂ．）にも見られる３５０ｎｍ付近の吸収は、複合材料（Ａ．）にも観察されている。このことから、本発明の複合材料は、ＢＢＰＢの性質も残存しており、ホッピング伝導（トラップ電荷制限電流）によるキャリア輸送も行うことが示唆される。
【実施例２】
【０１０４】
本実施例２では、本発明の複合材料の電流−電圧特性について例示する。まず、比較のため、上述したＢＢＰＢのみの膜の電流―電圧特性について例示する。
【０１０５】
［比較例］
まず、１１０ｎｍの膜厚でＩＴＳＯが成膜されたガラス基板を用意する。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺を絶縁膜で覆った。
【０１０６】
次に、そのガラス基板を、ＩＴＳＯが形成された面が下方になるように真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定する。そして、ＢＢＰＢを抵抗加熱式の蒸発源に入れ、真空に引いた状態で、真空蒸着法によりＢＢＰＢを成膜した。膜厚は２００ｎｍとした。さらにその上に、アルミニウム（Ａｌ）を２００ｎｍ成膜した。
【０１０７】
このようにして得られた、基板側からＩＴＳＯ、ＢＢＰＢ、Ａｌの順で積層された積層構造に関して、−３５℃、−２０℃、−５℃、１０℃、２５℃、４０℃、５５℃、７０℃、８５℃、および１００℃にて電圧−電流特性を調べた結果を図８（ａ）に示す。なお、ＩＴＳＯの電位をＡｌよりも高くした場合を順バイアスとしている。
【０１０８】
図８（ａ）に示す通り、順バイアスでは電流は流れるため、ＩＴＳＯからはホールが注入されていることがわかった。また、逆バイアスでは電流が流れず、整流性を示したため、Ａｌからホールは注入されていないことが示唆された。
【０１０９】
次に、図８（ａ）で得られた電流−電圧特性から、本比較例において流れている電流が本当にショットキー注入機構に支配されている（すなわち注入律速である）かどうかを解析した。先に述べた式（２）において、Ｖ＝０とおいた時のＪｓ（＝Ｊ０とする）は、下記式（７）で表される。
【０１１０】
【数９】
【０１１１】
この式を変形すると、下記式（８）が得られる。
【０１１２】
【数１０】
【０１１３】
したがって、もしショットキー注入機構が支配的であれば、Ｊ０／Ｔ２をアレニウスプロットすると、直線に乗るはずである。各温度におけるＪ０は、図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）で得られた電流−電圧特性の横軸を電圧Ｖの平方根に、縦軸を電流密度Ｊの対数におきかえ、各温度におけるプロットを外挿（図中の実線）することによって得られる。得られた各温度におけるＪ０の値を下記表１に示す。
【０１１４】
【表１】
【０１１５】
このようにして得られたＪ０の値を用い、式（８）に従ってアレニウスプロットを行った結果を図９に示す。図９に示す通り、アレニウスプロットは線形性を示したため、ＩＴＳＯからＢＢＰＢへのホール注入はショットキー注入機構であることが示唆された。また、そのショットキー注入が電流量を支配していることもわかった。なお、図９のプロットの傾きからショットキー障壁φＢを求めたところ、０．６２ｅＶであった。
【０１１６】
［実施例］
続いて、本発明の複合材料の電流−電圧特性について例示する。まず、１１０ｎｍの膜厚でＩＴＳＯが成膜されたガラス基板を用意する。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺を絶縁膜で覆った。
【０１１７】
次に、そのガラス基板を、ＩＴＳＯが形成された面が下方になるように真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定する。そして、ＢＢＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）とルブレンをそれぞれ別の抵抗加熱式の蒸発源に入れ、真空に引いた状態で、共蒸着法によりＢＢＰＢと酸化モリブデンとルブレンからなる本発明の複合材料を成膜した。この時、ＢＢＰＢを０．２ｎｍ／ｓの成膜レートで蒸発させ、ＢＢＰＢ：酸化モリブデン：ルブレン＝２：０．７５：０．０２（質量比）となるように調節した。膜厚は比較例と揃えるため、２００ｎｍとした。さらにその上に、アルミニウム（Ａｌ）を２００ｎｍ成膜した。なお、ルブレンは膜質の安定化剤として添加したものであり、必ずしも必要ではない。
【０１１８】
このようにして得られた、基板側からＩＴＳＯ、ＢＢＰＢと酸化モリブデンとルブレンとの混合膜、Ａｌの順で積層された積層構造に関して、−３５℃、−２０℃、−５℃、１０℃、２５℃、４０℃、５５℃、７０℃、８５℃、および１００℃にて電圧−電流特性を調べた結果を図１０（ａ）に示す。なお、ＩＴＳＯの電位をＡｌよりも高くした場合を順バイアスとしている。
【０１１９】
まず、先ほどの比較例（図８（ａ））とは異なり、順バイアスで・逆バイアスの両方でほぼ同等の電流が流れているため、ＩＴＳＯからでもＡｌからでも、同等の量のホールが注入されていることがわかった。また、先の比較例に比べて、低い電圧で多量の電流が流れることもわかった。
【０１２０】
次に、図１０（ａ）で得られた電流−電圧特性から、本実施例において流れている電流がショットキー注入機構に支配されている（すなわち注入律速である）かどうかを解析した。まずは、順バイアス時（つまり、ＩＴＳＯからのホール注入時）において、先の比較例と同様、図１０（ａ）で得られた電流−電圧特性の横軸を電圧Ｖの平方根に、縦軸を電流密度Ｊの対数におきかえ（図１０（ｂ）参照）、各温度におけるプロットを外挿（図中の実線）することによってＪ０を求めた。次いで、式（８）に従ってアレニウスプロットを行った。結果を図１１に示す。
【０１２１】
図１１に示す通り、本発明の複合材料の場合は、Ｊ０／Ｔ２のアレニウスプロットが直線に乗らないことがわかった。このことはすなわち、ＩＴＳＯから本発明の複合材料へのホール注入は、ショットキー注入機構が支配的ではないことを示唆している。
【０１２２】
そこで、次に、本発明の複合材料の電流−電圧特性が、先の実施形態１で述べた式（１）に従うかどうかを解析した。式（１）において、Ａｅｘｐ（−φａ／（２ｋＴ））＝Ａ’とおくと、式（１）は下記式（９）のように書くことができる。
【０１２３】
【数１１】
【０１２４】
ただし、Ａ’は下記式（１０）で示される。
【数１２】
【０１２５】
図１０（ａ）における順バイアス時のプロットを、式（９）でフィッティングした結果を図１２に示す。図中の破線は、式（９）においてｎ＝５とした場合のフィッティングである。図１２の通り、非常に精度よくフィッティングされていることがわかる。このフィッティングより求まった各温度におけるＡ’の値を下記表２に示す。
【０１２６】
【表２】
【０１２７】
ここで、式（１０）から下記式（１１）が得られるため、Ａ’をアレニウスプロットすると直線に乗るはずである。結果を図１３に示す。
【０１２８】
【数１３】
【０１２９】
図１３に示す通り、アレニウスプロットは線形性を示したため、ＩＴＳＯから本発明の複合材料へのホール注入はオーム接触を形成しており、なおかつその電流量は式（１）に従うことがわかった。なお、この時の活性化エネルギーφａは０．２６ｅＶであった。
【０１３０】
また、逆バイアスにおいても順バイアスとほぼ同じ電流量を流していることから、Ａｌから本発明の複合材料へのホール注入もオーム接触を形成しており、なおかつその電流量は式（１）に従うことがわかった。
【０１３１】
なお、ＩＴＳＯの仕事関数は４．８９ｅＶ、Ａｌの仕事関数は４ｅＶ前後である（いずれも、光電子分光装置ＡＣ−２（理研計器（株）製）を用いて測定した）。以上のことから、本発明の複合材料は、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極で挟んで測定した電流−電圧特性が式（１）に従っていることがわかった。
【０１３２】
また、式（１）に従うということは、本発明の複合材料は電極とオーム接触している上に大電流を流せるということに繋がるため、本発明の複合材料を電極に接して設けた発光素子は、駆動電圧を低減できる。また、アルミニウムのような汎用的な金属を陽極に用いることもできる。
【実施例３】
【０１３３】
本実施例３では、有機化合物と、有機化合物に対して電子受容性を示す無機化合物とを複合した本発明の複合材料を例示する。有機化合物としてはホール輸送性を有するＮＰＢを、無機化合物としては酸化モリブデンを用いた。
【０１３４】
まず、実施例１と同様に、共蒸着法によりＮＰＢと酸化モリブデンを複合した本発明の複合材料を成膜した。この時、ＮＰＢは０．４ｎｍ／ｓの成膜レートで蒸発させ、酸化モリブデンはＮＰＢに対して１／４の量（重量比）を蒸発させた。したがって、モル比では、ＮＰＢ：酸化モリブデン＝１：１となっている。なお、膜厚は５０ｎｍとした。
【０１３５】
このようにして成膜したＮＰＢと酸化モリブデンとの複合材料の吸収スペクトルを測定した結果を、図１４中のＡ．に示す。比較のため、ＮＰＢのみの膜（図中Ｂ．）の吸収スペクトルも合わせて図示した。酸化モリブデンのみの膜に関しては、実施例１の図７で図示したのでここでは省略する。
【０１３６】
図１４からわかる通り、Ａ．の複合材料は、ＮＰＢあるいは酸化モリブデンそれぞれの単独の膜では見られなかった新たな吸収が、５００ｎｍ付近、８００ｎｍ付近および１４００ｎｍ付近に見られた。これは、ＮＰＢと酸化モリブデンが電子の授受を行っているためであり、酸化モリブデンがＮＰＢから電子を受容し、ＮＰＢにホールが発生しているものと考えられる。したがって、本発明の複合材料は、高濃度に不純物が添加された不純物半導体のように、各種の電極とオーム接触を形成することができ、またバンド伝導的なキャリア輸送を行うことが示唆される。
【０１３７】
一方で、ＮＰＢ単独（Ｂ．）にも見られる３５０ｎｍ付近の吸収は、複合材料（Ａ．）にも観察されている。このことから、本発明の複合材料は、ＮＰＢの性質も残存しており、ホッピング伝導（トラップ電荷制限電流）によるキャリア輸送も行うことが示唆される。
【実施例４】
【０１３８】
本実施例４では、本発明の複合材料の電流−電圧特性について例示する。まず、比較のため、上述したＮＰＢのみの膜の電流−電圧特性について例示する。
【０１３９】
［比較例］
まず、１１０ｎｍの膜厚でＩＴＳＯが成膜されたガラス基板を用意する。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺を絶縁膜で覆った。
【０１４０】
次に、そのガラス基板を、ＩＴＳＯが形成された面が下方になるように真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定する。そして、ＮＰＢを抵抗加熱式の蒸発源に入れ、真空に引いた状態で、真空蒸着法によりＮＰＢを成膜した。膜厚は２００ｎｍとした。さらにその上に、アルミニウム（Ａｌ）を２００ｎｍ成膜した。
【０１４１】
このようにして得られた、基板側からＩＴＳＯ、ＮＰＢ、Ａｌの順で積層された積層構造に関して、−３５℃、−２０℃、−５℃、１０℃、２５℃、４０℃、５５℃、７０℃、および８５℃にて電流−電圧特性を調べた結果を図１５（ａ）に示す（ＮＰＢのガラス転移点は１００℃弱であるため、１００℃のデータは取得しなかった）。なお、ＩＴＳＯの電位をＡｌよりも高くした場合を順バイアスとしている。
【０１４２】
図１５（ａ）に示す通り、順バイアスでは電流は流れるため、ＩＴＳＯからはホールが注入されていることがわかった。また、逆バイアスでは電流が流れず、整流性を示したため、Ａｌからホールは注入されていないことが示唆された。
【０１４３】
次に、図１５（ａ）で得られた電流−電圧特性から、本比較例において流れている電流が本当にショットキー注入機構に支配されている（すなわち注入律速である）かどうかを解析した。解析方法は、実施例２で述べた手法と同様であり、図１５（ａ）の電流−電圧特性の横軸を電圧Ｖの平方根に、縦軸を電流密度Ｊの対数におきかえ（図１５（ｂ）参照）、各温度におけるプロットを外挿（図中の実線）することによってｙ切片（Ｊ０）を求め、各温度におけるＪ０が式（８）に従うかどうかを確認した。
【０１４４】
得られた各温度におけるＪ０の値を下記表３に示す。また、得られたＪ０の値を用い、式（８）に従ってアレニウスプロットを行った結果を図１６に示す。
【０１４５】
【表３】
【０１４６】
図１６に示す通り、アレニウスプロットは線形性を示したため、ＩＴＳＯからＮＰＢへのホール注入はショットキー注入機構であることが示唆された。また、そのショットキー注入が電流量を支配していることもわかった。なお、図１６の傾きからショットキー障壁φＢを求めたところ、０．４９ｅＶであった。
【０１４７】
［実施例］
続いて、本発明の複合材料の電流−電圧特性について例示する。まず、１１０ｎｍの膜厚でＩＴＳＯが成膜されたガラス基板を用意する。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺を絶縁膜で覆った。
【０１４８】
次に、そのガラス基板を、ＩＴＳＯが形成された面が下方になるように真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定した。そして、ＮＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）とルブレンをそれぞれ別の抵抗加熱式の蒸発源に入れ、真空に引いた状態で、共蒸着法によりＮＰＢと酸化モリブデンとルブレンからなる本発明の複合材料を成膜した。この時、ＮＰＢを０．２ｎｍ／ｓの成膜レートで蒸発させ、ＮＰＢ：酸化モリブデン：ルブレン＝２：０．７５：０．０４（質量比）となるように調節した。膜厚は比較例と揃えるため、２００ｎｍとした。さらにその上に、アルミニウム（Ａｌ）を２００ｎｍ成膜した。なお、ルブレンは膜質の安定化剤として添加したものであり、必ずしも必要ではない。
【０１４９】
このようにして得られた、基板側からＩＴＳＯ、ＮＰＢ：酸化モリブデン：ルブレン混合膜、Ａｌの順で積層された積層構造に関して、−３５℃、−２０℃、−５℃、１０℃、２５℃、４０℃、５５℃、７０℃、および８５℃にて電流−電圧特性を調べた結果を図１７（ａ）に示す。なお、ＩＴＳＯの電位をＡｌよりも高くした場合を順バイアスとしている。
【０１５０】
まず、先ほどの比較例（図１５（ａ））とは異なり、順バイアス・逆バイアスの両方でほぼ同等の電流が流れているため、ＩＴＳＯからでもＡｌからでも、同等の量のホールが注入されていることがわかった。また、先の比較例に比べて、低い電圧で多量の電流が流れることもわかった。
【０１５１】
次に、図１７（ａ）で得られた電流−電圧特性から、本実施例において流れている電流がショットキー注入機構に支配されている（すなわち注入律速である）かどうかを解析した。まずは、順バイアス時（つまり、ＩＴＳＯからのホール注入時）において、先の比較例と同様、図１７（ａ）で得られた電流−電圧特性の横軸を電圧Ｖの平方根に、縦軸を電流密度Ｊの対数におきかえ（図１７（ｂ）参照）、各温度におけるプロットを外挿（図中の実線）することによってＪ０を求めた。次いで、式（８）に従ってアレニウスプロットを行った。結果を図１８に示す。
【０１５２】
図１８に示す通り、本発明の複合材料の場合は、Ｊ０／Ｔ２のアレニウスプロットが直線に乗らないことがわかった。このことはすなわち、ＩＴＳＯから本発明の複合材料へのホール注入は、ショットキー注入機構が支配的ではないことを示唆している。
【０１５３】
そこで、次に、本発明の複合材料の電流−電圧特性が、先の実施形態１で述べた式（１）に従うかどうかを解析した。解析手法は、実施例２と同様であり、図１７（ａ）における順バイアス時のプロットを式（９）でフィッティングし、各温度におけるＡ’を求め、Ａ’が式（１１）に従うかどうかを確認した。
【０１５４】
まず、図１７（ａ）における順バイアス時のプロットを、式（９）でフィッティングした結果を図１９に示す。図中の破線は、式（９）においてｎ＝５とした場合のフィッティングである。図１９の通り、非常に精度よくフィッティングされていることがわかる。このフィッティングより求まった各温度におけるＡ’の値を下記表４に示す。
【０１５５】
【表４】
【０１５６】
また、Ａ’をアレニウスプロットした結果を図２０に示す。図２０に示す通り、アレニウスプロットは線形性を示したため、ＩＴＳＯから本発明の複合材料へのホール注入はオーム接触を形成しており、なおかつその電流量は式（１）に従うことがわかった。なお、この時の活性化エネルギーφａは０．３１ｅＶであった。
【０１５７】
また、逆バイアスにおいても順バイアスとほぼ同じ電流量を流していることから、Ａｌから本発明の複合材料へのホール注入もオーム接触を形成しており、なおかつその電流量は式（１）に従うことがわかった。
【０１５８】
なお、ＩＴＳＯの仕事関数は４．８９ｅＶ、Ａｌの仕事関数は４ｅＶ前後である（いずれも、光電子分光装置ＡＣ−２（理研計器（株）製）を用いて測定した）。以上のことから、本発明の複合材料は、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極で挟んで測定した電流−電圧特性が式（１）に従っていることがわかった。
【０１５９】
また、式（１）に従うということは、本発明の複合材料は電極とオーム接触している上に大電流を流せるということに繋がるため、本発明の複合材料を電極に接して設けた発光素子は、駆動電圧を低減できる。また、仕事関数の大きくないアルミニウムのような汎用的な金属を陽極に用いることもできる。
【実施例５】
【０１６０】
本実施例５では、有機化合物と、有機化合物に対して電子受容性を示す無機化合物とを複合した本発明の複合材料を例示する。有機化合物としてはホール輸送性を有するＤＮＴＰＤを、無機化合物としては酸化モリブデンを用いた。
【０１６１】
まず、実施例１と同様に、共蒸着法によりＤＮＴＰＤと酸化モリブデンを複合した本発明の複合材料を成膜した。この時、ＤＮＴＰＤは０．４ｎｍ／ｓの成膜レートで蒸発させ、酸化モリブデンはＮＰＢに対して１／４の量（重量比）を蒸発させた。したがって、モル比では、ＮＰＢ：酸化モリブデン＝１：１．５となっている。なお、膜厚は５０ｎｍとした。
【０１６２】
このようにして成膜したＤＮＴＰＤ−酸化モリブデン複合材料の吸収スペクトルを測定した結果を、図２１中のＡ．に示す。比較のため、ＤＮＴＰＤのみの膜（図中Ｂ．）の吸収スペクトルも合わせて図示した。酸化モリブデンのみの膜に関しては、実施例１の図７で図示したのでここでは省略する。
【０１６３】
図２１からわかる通り、Ａ．の複合材料は、ＤＮＴＰＤあるいは酸化モリブデンそれぞれの単独の膜では見られなかった新たな吸収が、９００ｎｍ付近に見られた。これは、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンが電子の授受を行っているためであり、酸化モリブデンがＤＮＴＰＤから電子を受容し、ＤＮＴＰＤにホールが発生しているものと考えられる。したがって、本発明の複合材料は、高濃度に不純物が添加された不純物半導体のように、各種の電極とオーム接触を形成することができ、またバンド伝導的なキャリア輸送を行うことが示唆される。
【０１６４】
一方で、ＤＮＴＰＤ単独（Ｂ．）にも見られる３５０ｎｍ付近の吸収は、複合材料（Ａ．）にも観察されている。このことから、本発明の複合材料は、ＤＮＴＰＤの性質も残存しており、ホッピング伝導（トラップ電荷制限電流）によるキャリア輸送も行うことが示唆される。
【実施例６】
【０１６５】
本実施例６では、本発明の複合材料の電流−電圧特性について例示する。まず、比較のため、上述したＤＮＴＰＤのみの膜の電流―電圧特性について例示する。
【０１６６】
［比較例］
まず、１１０ｎｍの膜厚でＩＴＳＯが成膜されたガラス基板を用意する。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺を絶縁膜で覆った。
【０１６７】
次に、そのガラス基板を、ＩＴＳＯが形成された面が下方になるように真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定する。そして、ＤＮＴＰＤを抵抗加熱式の蒸発源に入れ、真空に引いた状態で、真空蒸着法によりＤＮＴＰＤを成膜した。膜厚は２００ｎｍとした。さらにその上に、アルミニウム（Ａｌ）を２００ｎｍ成膜した。
【０１６８】
このようにして得られた、基板側からＩＴＳＯ、ＤＮＴＰＤ、Ａｌの順で積層された積層構造に関して、−３５℃、−２０℃、−５℃、１０℃、２５℃、４０℃、５５℃、７０℃、および８５℃にて電流−電圧特性を調べた結果を図２２（ａ）に示す（ＤＮＴＰＤのガラス転移点は１００℃弱であるため、１００℃のデータは取得しなかった）。なお、ＩＴＳＯの電位をＡｌよりも高くした場合を順バイアスとしている。
【０１６９】
図２２（ａ）に示す通り、順バイアスでは電流は流れるため、ＩＴＳＯからはホールが注入されていることがわかった。また、逆バイアスでは電流が流れず、整流性を示したため、Ａｌからホールは注入されていないことが示唆された。
【０１７０】
次に、図２２（ａ）で得られた電流−電圧特性から、本比較例において流れている電流が本当にショットキー注入機構に支配されている（すなわち注入律速である）かどうかを解析した。解析方法は、実施例２で述べた手法と同様であり、図２２（ａ）の電流−電圧特性の横軸を電圧Ｖの平方根に、縦軸を電流密度Ｊの対数におきかえ（図２２（ｂ）参照）、各温度におけるプロットを外挿（図中の実線）することによってｙ切片（Ｊ０）を求め、各温度におけるＪ０が式（８）に従うかどうかを確認した。
【０１７１】
得られた各温度におけるＪ０の値を下記表５に示す。また、得られたＪ０の値を用い、式（８）に従ってアレニウスプロットを行った結果を図２３に示す。
【０１７２】
【表５】
【０１７３】
図２３に示す通り、アレニウスプロットは線形性を示したため、ＩＴＳＯからＤＮＴＰＤへのホール注入はショットキー注入機構であることが示唆された。また、そのショットキー注入が電流量を支配していることもわかった。なお、図２３の傾きからショットキー障壁φＢを求めたところ、０．２０ｅＶであった。
【０１７４】
［実施例］
続いて、本発明の複合材料の電流−電圧特性について例示する。まず、１１０ｎｍの膜厚でＩＴＳＯが成膜されたガラス基板を用意する。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺を絶縁膜で覆った。
【０１７５】
次に、そのガラス基板を、ＩＴＳＯが形成された面が下方になるように真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定した。そして、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデン（ＶＩ）をそれぞれ別の抵抗加熱式の蒸発源に入れ、真空に引いた状態で、共蒸着法によりＤＮＴＰＤと酸化モリブデンからなる本発明の複合材料を成膜した。この時、ＤＮＴＰＤを０．２ｎｍ／ｓの成膜レートで蒸発させ、ＤＮＴＰＤ：酸化モリブデン＝２：１（質量比）となるように調節した。膜厚は比較例と揃えるため、２００ｎｍとした。さらにその上に、アルミニウム（Ａｌ）を２００ｎｍ成膜した。
【０１７６】
このようにして得られた、基板側からＩＴＳＯ、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとの混合膜、Ａｌの順で積層された積層構造に関して、−３５℃、−２０℃、−５℃、１０℃、２５℃、４０℃、５５℃、７０℃、および８５℃にて電流−電圧特性を調べた結果を図２４（ａ）に示す。なお、ＩＴＳＯの電位をＡｌよりも高くした場合を順バイアスとしている。
【０１７７】
まず、先ほどの比較例（図２２（ａ））とは異なり、順バイアスで・逆バイアスの両方でほぼ同等の電流が流れているため、ＩＴＳＯからでもＡｌからでも、同等の量のホールが注入されていることがわかった。また、先の比較例に比べて、低い電圧で多量の電流が流れることもわかった。
【０１７８】
次に、図２４（ａ）で得られた電流−電圧特性から、本実施例において流れている電流がショットキー注入機構に支配されている（すなわち注入律速である）かどうかを解析した。まずは、順バイアス時（つまり、ＩＴＳＯからのホール注入時）において、先の比較例と同様、図２４（ａ）で得られた電流−電圧特性の横軸を電圧Ｖの平方根に、縦軸を電流密度Ｊの対数におきかえ（図２４（ｂ）参照）、各温度におけるプロットを外挿（図中の実線）することによってＪ０を求めた。次いで、式（８）に従ってアレニウスプロットを行った。結果を図２５に示す。
【０１７９】
図２５に示す通り、本発明の複合材料の場合は、Ｊ０／Ｔ２のアレニウスプロットが直線に乗らないことがわかった。このことはすなわち、ＩＴＳＯから本発明の複合材料へのホール注入は、ショットキー注入機構が支配的ではないことを示唆している。
【０１８０】
そこで、次に、本発明の複合材料の電流−電圧特性が、先の実施形態１で述べた式（１）に従うかどうかを解析した。解析手法は、実施例２と同様であり、図２４（ａ）における順バイアス時のプロットを式（９）でフィッティングし、各温度におけるＡ’を求め、Ａ’が式（１１）に従うかどうかを確認した。
【０１８１】
まず、図２４（ａ）における順バイアス時のプロットを、式（９）でフィッティングした結果を図２６に示す。図中の破線は、式（９）においてｎ＝５とした場合のフィッティングである。図２６の通り、非常に精度よくフィッティングされていることがわかる。このフィッティングより求まった各温度におけるＡ’の値を下記表６に示す。
【０１８２】
【表６】
【０１８３】
また、Ａ’をアレニウスプロットした結果を図２７に示す。図２７に示す通り、アレニウスプロットは線形性を示したため、ＩＴＳＯから本発明の複合材料へのホール注入はオーム接触を形成しており、なおかつその電流量は式（１）に従うことがわかった。なお、この時の活性化エネルギーφａは０．３７ｅＶであった。
【０１８４】
また、逆バイアスにおいても順バイアスとほぼ同じ電流量を流していることから、Ａｌから本発明の複合材料へのホール注入もオーム接触を形成しており、なおかつその電流量は式（１）に従うことがわかった。
【０１８５】
なお、ＩＴＳＯの仕事関数は４．８９ｅＶ、Ａｌの仕事関数は４ｅＶ前後である（いずれも、光電子分光装置ＡＣ−２（理研計器（株）製）を用いて測定した）。以上のことから、本発明の複合材料は、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極で挟んで測定した電流−電圧特性が式（１）に従っていることがわかった。
【０１８６】
また、式（１）に従うということは、本発明の複合材料は電極とオーム接触を形成している上に大電流を流せるということに繋がるため、本発明の複合材料を電極に接して設けた発光素子は、駆動電圧を低減できる。また、アルミニウムのような汎用的な金属を陽極に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】本発明の複合材料と電極との接触を示す図。
【図２】従来の有機化合物と電極との接触を示す図。
【図３】本発明の発光素子の構成を示す図。
【図４】本発明の発光素子の構成を示す図。
【図５】本発明の発光装置の構成を示す図。
【図６】本発明の発光装置を用いた電気器具を示す図。
【図７】本発明の複合材料の吸収スペクトルを示す図。
【図８】比較例の電流−電圧特性を示す図。
【図９】比較例がショットキー注入機構であることを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図１０】本発明の複合材料の電流−電圧特性を示す図。
【図１１】本発明の複合材料の電流−電圧特性がショットキー注入機構であることを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図１２】本発明の複合材料の電流−電圧特性を式（１）でフィッティングした図。
【図１３】本発明の複合材料の電流−電圧特性が式（１）に従うことを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図１４】本発明の複合材料の吸収スペクトルを示す図。
【図１５】比較例の電流−電圧特性を示す図。
【図１６】比較例がショットキー注入機構であることを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図１７】本発明の複合材料の電流−電圧特性を示す図。
【図１８】本発明の複合材料の電流−電圧特性がショットキー注入機構であることを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図１９】本発明の複合材料の電流−電圧特性を式（１）でフィッティングした図。
【図２０】本発明の複合材料の電流−電圧特性が式（１）に従うことを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図２１】本発明の複合材料の吸収スペクトルを示す図。
【図２２】比較例の電流−電圧特性を示す図。
【図２３】比較例がショットキー注入機構であることを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図２４】本発明の複合材料の電流−電圧特性を示す図。
【図２５】本発明の複合材料の電流−電圧特性がショットキー注入機構であることを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図２６】本発明の複合材料の電流−電圧特性を式（１）でフィッティングした図。
【図２７】本発明の複合材料の電流−電圧特性が式（１）に従うことを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【符号の説明】
【０１８８】
１００ 電極
１０１ 電極１００のフェルミ準位
１１０ 複合材料
１１１ 複合材料１１０の価電子帯の上端
１１２ 複合材料１１０の伝導帯の下端
１１３ 複合材料１１０のフェルミ準位
２００ 電極
２０１ 電極２００のフェルミ準位
２１０ 有機化合物
２１１ 有機化合物２１０のＨＯＭＯ準位
２１２ 有機化合物２１０のＬＵＭＯ準位
２２０ ショットキー障壁
２３０ ホール
３０１ 第１の電極
３０２ 第２の電極
３１１ 第１の層
３１２ 第２の層
３２１ ホール
３２２ 電子
４０１ 第１の電極
４０２ 第２の電極
４１１ 第１の層
４１２ 第２の層
４１３ 第３の層
４２１ ホール
４２２ 電子
４２３ ホール
５０１ ソース側駆動回路
５０２ 画素部
５０３ ゲート側駆動回路
５０４ 封止基板
５０５ シール材
５０６ 領域
５０７ 接続配線
５０８ フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）
５１０ 基板
５１１ スイッチング用ＴＦＴ
５１２ 電流制御用ＴＦＴ
５１３ 第１の電極
５１４ 絶縁物
５１５ 層
５１６ 第２の電極
５１７ 発光素子
５２３ ｎチャネル型ＴＦＴ
５２４ ｐチャネル型ＴＦＴ
８０６ 封止材
８０７ 回路基板
８０８ 素子形成領域
６１０１ 筐体
６１０２ 支持台
６１０３ 表示部
６１０４ スピーカー部
６１０５ ビデオ入力端子
６２０１ 本体
６２０２ 筐体
６２０３ 表示部
６２０４ キーボード
６２０５ 外部接続ポート
６２０６ ポインティングマウス
６３０１ 本体
６３０２ 表示部
６３０３ スイッチ
６３０４ 操作キー
６３０５ 赤外線ポート
６４０１ 本体
６４０２ 筐体
６４０３ 表示部Ａ
６４０４ 表示部Ｂ
６４０５ 記憶媒体読み込み部
６４０６ 操作キー
６４０７ スピーカー部
６５０１ 本体
６５０２ 表示部
６５０３ アーム部
６６０１ 本体
６６０２ 表示部
６６０３ 筐体
６６０４ 外部接続ポート
６６０５ リモコン受信部
６６０６ 受像部
６６０７ バッテリー
６６０８ 音声入力部
６６０９ 操作キー
６６１０ 接眼部
６７０１ 本体
６７０２ 筐体
６７０３ 表示部
６７０４ 音声入力部
６７０５ 音声出力部
６７０６ 操作キー
６７０７ 外部接続ポート
６７０８ アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物と無機化合物とを複合した複合材料であって、各種電極と良好な接触をとれる複合材料に関する。また、前記複合材料を電極に接して設けた電流励起型の発光素子に関する。また、前記発光素子を用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光性の有機化合物を用いた発光素子の研究開発が盛んに行われている。これら発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の有機化合物を含む層（発光層）を挟んだものである。この素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子およびホールがそれぞれ発光層に輸送され、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子およびホール）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０００３】
なお、有機化合物が形成する励起状態の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であり、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼ばれている。
【０００４】
このような発光素子は通常、サブミクロン程度の薄膜で形成されるため、薄型軽量に作製できることが大きな利点である。また、キャリアが注入されてから発光に至るまでの時間はマイクロ秒程度あるいはそれ以下であるため、非常に応答速度が速いことも特長の一つである。これらの特性は、フラットパネルディスプレイ素子として好適であると考えられている。
【０００５】
また、これらの発光素子は膜状に形成されるため、大面積の素子を形成することにより、面状の発光を容易に得ることができる。このことは、白熱電球やＬＥＤに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
【０００６】
このように、発光性の有機化合物を用いた電流励起型の発光素子は、発光装置や照明等への応用が期待されているが、未だ課題も多い。その課題の一つとして、消費電力の低減が挙げられる。消費電力を低減するためには、発光素子の駆動電圧を低減することが重要な課題になる。電流励起型の発光素子は流れる電流量によって発光強度が決まるため、駆動電圧を低減するためには、低い電圧で多くの電流を流す必要がある。
【０００７】
これまで、駆動電圧を低減させるための手法として、バッファ層を電極に接して設けるという試みがなされている。具体的には、陽極との界面に芳香族アミン化合物を用いたバッファ層を設けることにより、駆動電圧を低減できることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１で用いられている芳香族アミン化合物は、ＨＯＭＯ準位の位置が高く、陽極を形成する電極材料の仕事関数に近い値を有するので、ホールの注入障壁を小さくすることができる。その結果、比較的低い電圧で電流を多く流すことができる。
【０００８】
また、電子受容性の分子をホール輸送性の高分子材料に添加し、導電性を高くした層を陽極との界面に用いるという方法も報告されている（例えば、非特許文献２参照）。このような構成とすることでも、駆動電圧を低減することができる。
【非特許文献１】Ｙ．Ｓｈｉｒｏｔａ、外７名、アプライド フィジクス レターズ、Ｖｏｌ．６５、８０７−８０９（１９９４）
【非特許文献２】Ａ．Ｙａｍａｍｏｒｉ、外３名、アプライド フィジクス レターズ、Ｖｏｌ．７２、２１４７−２１４９（１９９８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献１で述べられているようなホール注入障壁を小さくできる有機化合物は限られている上に、それらの材料は一般には耐熱性が高くないという問題がある。非特許文献２で述べられているような電子受容性の分子に関しても同様である。
【００１０】
また、従来では、ホール注入障壁を小さくできる有機化合物を用いたとしても、ホール注入障壁を実質的に消失させることはできず、発光素子の電流−電圧特性は注入律速（すなわち、ショットキー注入機構が支配的な電流−電圧特性）となるため、駆動電圧のさらなる低減には限界があった。
【００１１】
さらに、陽極として仕事関数の大きくない材料を用いた場合、そのホール注入障壁はより大きくなってしまうため、発光素子の駆動電圧の上昇を防ぐためには、陽極を形成する電極材料として仕事関数の高いものを用いなければならないという制限もあった。このことは即ち、仕事関数の大きくないアルミニウム等の汎用的な金属を陽極として用いることができないという問題に繋がる。
【００１２】
そこで本発明では、電極からのホール注入障壁が実質的にない材料を提供することを課題とする。また、種々の電極に対してホール注入障壁が実質的にない材料を提供することを課題とする。また、これらの特性を有する上に、高い耐熱性を有する材料を提供することを課題とする。
【００１３】
また、これらの材料を用いることにより、駆動電圧の低い発光素子および発光装置を提供することを課題とする。また、これらの材料と、汎用的な金属を組み合わせて用いることにより、安価な発光素子および発光装置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、有機化合物と無機化合物とを複合した複合材料を発光素子の電極に接して設けることにより、課題を解決できることを見出した。この複合材料の特徴は、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極を用いて測定した時の電流−電圧特性が、不純物半導体的な挙動を示す電流（すなわち、温度が上がると流れやすくなるオーム電流）とトラップ電荷制限電流との足し合わせにより表される点である。
【００１５】
このような電流−電圧特性を示す複合材料は、有機化合物のみからなる従来の材料とは異なり、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極に対してはホール注入障壁が実質的に存在しないことがわかった。また、無機化合物を複合しているため、高い耐熱性も有する。
【００１６】
したがって本発明の構成は、有機化合物と無機化合物とを含む複合材料であって、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極で挟んで測定した前記複合材料からなる薄膜層の電流−電圧特性が、下記式（１）に従う複合材料である。
【００１７】
【数２】
（Ｊは電流密度、Ｖは電圧、φａは前記複合材料におけるキャリア発生のための活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、ＡおよびＢはパラメータ、ｎは２以上１０以下の整数を表す。）
【００１８】
なお、この時、前記φａが０．０１ｅＶ以上０．５ｅＶ以下であることが好ましい。また、電流−電圧特性を測定する際の前記薄膜層の膜厚は、１０ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００１９】
また、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が好ましい。特に、遷移金属酸化物は電子受容性の高いものが多く、中でも酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、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、酸化レニウムが好適である。
【００２０】
一方、前記有機化合物は、ホール輸送性を有することが好ましい。特に、芳香族アミン化合物はホール輸送性の高いものが多く、好適である。また、芳香族アミン化合物は、電子受容性を示す前記無機化合物に対し、電子を与えやすいという点でも好ましい。
【００２１】
このような本発明の複合材料を発光素子の電極に接して設けることにより、駆動電圧の低い発光素子を得ることができる。また、先に述べた通り、本発明の複合材料は３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極に対してはホール注入障壁が実質的に存在しないため、仕事関数がこの範囲にある汎用的な金属を発光素子の電極として用いることができる。したがって、安価な発光素子を提供することができる。
【００２２】
したがって本発明の構成は、第１の電極と第２の電極との間に、第１の層と、発光物質を含む第２の層とを有し、前記第１の層は前記第１の電極に接して設けられており、前記第１の層が上述した本発明の複合材料からなる発光素子である。
【００２３】
また、本発明の発光素子は、電極と、電極に接する層（すなわち本発明の複合材料を用いた層）とがオーム接触を形成している点も特徴である。すなわち本発明の他の構成は、第１の電極と第２の電極との間に、有機化合物と無機化合物とを含む第１の層と、発光物質を含む第２の層とを有し、前記第１の層は前記第１の電極に接して設けられており、前記第１の層に対して前記第１の電極がオーム接触を形成している発光素子である。
【００２４】
この時、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が好ましい。特に、遷移金属酸化物は電子受容性の高いものが多く、中でも酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、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、酸化レニウムが好適である。
【００２５】
一方、前記有機化合物は、ホール輸送性を有することが好ましい。特に、芳香族アミン化合物はホール輸送性の高いものが多く、好適である。また、芳香族アミン化合物は、電子受容性を示す前記無機化合物に対し、電子を与えやすいという点でも好ましい。
【００２６】
なお、前記第１の電極は陽極であることが好ましい。また、前記第１の電極は、３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの仕事関数を有する材料を含むことが好ましい。
【００２７】
上述した本発明の発光素子は、駆動電圧を低減できるという特徴があるため、本発明の発光素子を有する発光装置も消費電力を低減できる。また、本発明の発光素子は、安価に作成することができるため、本発明の発光素子を有する発光装置も安価に作製することができる。したがって、本発明の発光素子を用いた発光装置も本発明に含むものとする。
【００２８】
なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子を用いた画像表示デバイスもしくは発光体を指す。また、発光素子にコネクター、例えば異方導電性フィルム（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。
【発明の効果】
【００２９】
本発明を実施することで、電極からのホール注入障壁が実質的にない材料を提供することができる。また、種々の電極に対してホール注入障壁が実質的にない材料を提供することができる。また、これらの特性を有する上に、高い耐熱性を有する材料を提供することができる。
【００３０】
また、これらの材料を用いることにより、駆動電圧の低い発光素子および発光装置を提供することができる。また、これらの材料と、汎用的な金属を組み合わせて用いることにより、安価な発光素子および発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
まず、本発明の複合材料の態様について説明する前に、従来の有機化合物の場合を例に挙げ、その問題点を説明する。
【００３２】
図２は、電極２００から有機化合物２１０へホール２３０が注入される場合を説明するためのエネルギー準位の模式図である。図中、２０１が電極２００のフェルミ準位、２１１が有機化合物２１０のＨＯＭＯ準位、２１２が有機化合物２１０のＬＵＭＯ準位である。通常、ホールはＨＯＭＯ準位に注入されるため、図中の２２０がホール２３０にとってのショットキー障壁となる。したがって、ショットキー障壁２２０を小さくするためには、電極のフェルミ準位２０１の位置を下げる（すなわち、仕事関数を大きくする）か、または有機化合物のＨＯＭＯ準位２１１の位置を上げる必要がある。しかしながら、ホールを受け取り輸送できる有機化合物のＨＯＭＯ準位を、−５ｅＶよりも上げることは比較的困難であり、５ｅＶよりも仕事関数が大きい電極を用いない限り、ショットキー障壁２２０を実質的になくすことは困難である。
【００３３】
この時、電極２００から有機化合物２１０へ注入されたホールが流れる際の電流量は、下記式（２）で表されるショットキー注入機構の電流密度Ｊｓの式で支配される。すなわち、このような電極２００と有機化合物２１０とを組み合わせたデバイスは、バルクの導電性に支配されるのではなく、注入律速のデバイスとなる。
【００３４】
【数３】
（Ｔは温度、φＢはショットキー障壁、ｑは素電荷量、Ｖは電圧、εｉは有機化合物の誘電率、ｄは電極間距離、ｋはボルツマン定数を表す。）
【００３５】
このように、従来の有機化合物では、流れる電流がショットキー障壁φＢに大きく依存するため、電極と有機化合物とを組み合わせたデバイスにおいては、電極や有機化合物の材料の種類に大きな制限があった。
【００３６】
この問題を克服したのが、本発明の複合材料である。以下ではまず、実施形態１として、本発明の複合材料の一態様について説明する。
【００３７】
［実施形態１］
本発明の複合材料の一態様は、有機化合物と、その有機化合物に対して電子受容性を示す無機化合物とを含む構成である。この時、電子受容性を示す無機化合物を多く混在させることにより、複合材料は不純物濃度の高い不純物半導体（ｐ型）の性質を有するようになる。すなわち、伝導機構はバンド伝導である。
【００３８】
不純物濃度の高い不純物半導体（ｐ型）の性質を有する場合、電極１００から本発明の複合材料１１０へホールが注入される際のエネルギー準位の模式図は、図１のようになる。図１（ａ）は、電極１００と本発明の複合材料１１０が接触する前の状態を模式的に表したものであり、１０１が電極１００のフェルミ準位、１１１が複合材料１１０の価電子帯の上端、１１２が複合材料１１０の伝導帯の下端、１１３が複合材料１１０のフェルミ準位である。
【００３９】
このような電極１００と複合材料１１０とを接触させた場合、フェルミ準位が一致するように電子が移動する。その結果、図１（ｂ）に示す通り、電子はトンネル効果により障壁を通過できるようになるため、ショットキー障壁（ここではホール注入障壁）は実質的に消失する。
【００４０】
ところで、ショットキー障壁が消失した不純物半導体には、オーム電流が流れることになり、その電流−電圧特性はオームの法則に従う。したがって、その電流密度Ｊｏｈは、下記式（３）で表される。
【００４１】
【数４】
（σは導電率、Ｅは電界強度、ｄは電極間距離、Ｖは電圧を表す。）
【００４２】
この時、不純物半導体の導電率σは、下記式（４）で表されるように、アレニウスプロットが線形になるような温度依存性を有する。
【００４３】
【数５】
（φａはキャリア発生のための活性化エネルギー、Ｔは温度、ｋはボルツマン定数、σ０は物質固有の定数である。）
【００４４】
したがって、式（３）（４）から、ショットキー障壁が消失した不純物半導体の電流密度Ｊｏｈは、下記式（５）で表されることになる。
【００４５】
【数６】
【００４６】
本発明の複合材料の場合、ショットキー障壁が実質的に消失した結果、上記式（５）で表されるバンド伝導的な電流が流れるようになる。この特性は、複合材料中の有機化合物のＨＯＭＯ準位の位置にほとんど依存せず得られるため、本発明の複合材料には様々な有機化合物を適用することができる。
【００４７】
そして、それだけではなく、本発明の複合材料に流れる電流はトラップ電荷制限電流の項が足し合わされていることを本発明者は見出した。トラップ電荷制限電流は空間電荷制限電流の一種で、外部から注入されたキャリアを流す際の薄膜特有の電流であり、有機化合物の分子間のホッピング伝導などがそれに当たる。その電流密度Ｊｔは、下記式（６）のように電圧のべき乗で表される。なお、Ｂは前記電極間距離ｄや素電荷量ｑ、前記複合材料の種類によって決まる移動度μ、誘電率ε、単位体積あたりのトラップの数Ｎｔ、及び複合材料中の有機化合物の体積あたりのＬＵＭＯ準位の数ＮＬＵＭＯなどにより決まるパラメータである。
【００４８】
【数７】
（Ｂは前記電極間距離ｄや素電荷量ｑ、前記複合材料の種類によって決まる移動度μ、誘電率ε、単位体積あたりのトラップの数Ｎｔ、及び複合材料中の有機化合物の体積あたりのＬＵＭＯ準位の数ＮＬＵＭＯなどにより決まるパラメータ、ｎは２以上１０以下の整数、Ｖは電圧を表す。）
【００４９】
つまり、本発明の複合材料に流れる電流の電流密度Ｊ＝Ｊｏｈ＋Ｊｔは、上記式（５）および（６）より、下記式（１）で表される（ただし、σ０／ｄ＝Ａとおいた）。
【００５０】
【数８】
（Ｊは電流密度、Ｖは電圧、φａは前記複合材料におけるキャリア発生のための活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、Ａは前記電極間距離と物質固有の値σ０により決まるパラメータ、Ｂは前記電極間距離ｄや素電荷量ｑ、前記複合材料の種類によって決まる移動度μ、誘電率ε、単位体積あたりのトラップの数Ｎｔ、及び複合材料中の有機化合物の体積あたりのＬＵＭＯ準位の数ＮＬＵＭＯなどにより決まるパラメータ、ｎは２以上１０以下の整数を表す。）
【００５１】
本発明の複合材料の電流−電圧特性が式（１）に従う要因は、本発明の複合材料は不純物濃度の高い不純物半導体の性質（電極とオーム接触を形成し、なおかつオームの法則に従う）を持っていると同時に、用いている有機化合物の性質（トラップ電荷制限電流が流れる）も有していることである。すなわち、式（１）で表されるような電流−電圧特性を示す本発明の複合材料は、有機化合物に電子受容性物質を添加することによるキャリア発生（ここではホール発生）を利用したバンド伝導と、有機化合物が外部から注入されたキャリアを輸送する際の有機化合物間のホッピング伝導を併せ持ち、大電流を流せるという特徴を有している。
【００５２】
さらに、上述したような電流−電圧特性が、３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの仕事関数を有する材料を電極に用いた場合に得られることもわかった。式（１）はオーム接触を仮定した式であるから、このことはすなわち、本発明の複合材料が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの仕事関数を有する材料とオーム接触を形成できることを示している。
【００５３】
以下では、本実施形態１における本発明の複合材料を形成するのに好適な材料を列挙するが、本発明はこれらに限定されることはない。
【００５４】
本実施形態１における本発明の複合材料は、有機化合物と無機化合物とを含んでいるが、無機化合物はその有機化合物に対して電子受容性を示す。無機化合物を用いることにより、耐熱性の向上という効果も得られる。無機化合物としては特に限定されることはないが、遷移金属酸化物が好ましく、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、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、酸化レニウムが好適である。
【００５５】
ここで、無機化合物が電子受容性を示すことから、有機化合物にはホールが発生するため、有機化合物としてはホール輸送性の有機化合物が好ましい。ホール輸送性の有機化合物としては、例えば、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）の他、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）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、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−［４−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）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ビフェニリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＢＰＢ）、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）などが挙げられるが、これらに限定されることはない。また、上述した化合物の中でも、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＢ、ＴＰＤ、ＮＰＢ、ＤＮＴＰＤ、ＢＢＰＢ、ＴＣＴＡなどに代表される芳香族アミン化合物は、ホールを発生しやすく、有機化合物として好適な化合物群である。
【００５６】
本発明の複合材料の作製方法としては、例えば、上述したような有機化合物と無機化合物の両方を抵抗加熱により蒸発させ、共蒸着する手法が挙げられる。その他、有機化合物を抵抗加熱により蒸発させる一方で、無機化合物をエレクトロンビーム（ＥＢ）により蒸発させ、共蒸着してもよい。また、有機化合物を抵抗加熱により蒸発させると同時に、無機化合物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よい。
【００５７】
［実施形態２］
本実施形態２では、実施形態１で述べたような本発明の複合材料を用いた電流励起型の発光素子について説明する。典型的な素子構造を図３に示す。本発明の発光素子は、第１の電極３０１と第２の電極３０２との間に、実施形態１で述べたような本発明の複合材料からなる第１の層３１１と、発光物質を含む第２の層３１２とを有し、第１の層３１１は第１の電極３０１に接して設けられている。
【００５８】
本実施形態２においては、第１の電極３０１の電位を第２の電極３０２よりも高くすることにより電流が流れ、第２の層３１２中でホール３２１と電子３２２が再結合して発光する素子を例示する。したがって、第１の電極３０１は陽極として作用する。
【００５９】
実施形態１で述べたように、第１の電極３０１を構成する材料の仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶ程度であれば、第１の層３１１は第１の電極３０１とオーム接触する。したがって、駆動電圧が低い発光素子を作製することができる。
【００６０】
また、第１の電極３０１としては、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの範囲にある材料を用いることができる。具体的には、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｚｉｄｅ、以下ＩＴＯとする）、珪素を添加したインジウム錫酸化物（以下ＩＴＳＯとする）などの透明電極の他、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル、金、白金、銀、アルミニウム、およびそれらの合金などを用いることができる。特に、チタン、モリブデン、アルミニウム、あるいはそれらの合金は、配線などにもよく用いられる汎用的な金属であり、これらを第１の電極３０１とすることで安価な発光素子を提供することができる。アルミニウム（仕事関数は４ｅＶ程度）のように、通常はホール注入が困難な金属を第１の電極３０１とすることができるのは、本発明の特徴の一つである。
【００６１】
第２の電極３０２は、第１の電極３０１と同様の材料で構成することができる。ただし、リチウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム等の仕事関数の小さい金属またはそれらの合金を用いてもよい。
【００６２】
なお、発光素子から光を取り出すため、第１の電極３０１および第２の電極３０２の少なくとも一方または両方を、透明電極とすればよい。また、発光素子を担持するための基板は、第１の電極３０１側、第２の電極３０２側のいずれに設けられていてもよい。
【００６３】
次に、第２の層３１２について説明する。第２の層３１２は発光機能を担う層であり、少なくとも発光性の有機化合物を含んでいればよい。その他、ホール輸送性材料、電子輸送性材料、電子注入材料を適宜組み合わせて用いることができる。また、第２の層３１２は、発光性の有機化合物を含む発光層のみの単層であってよいが、その他ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層などを組み合わせた多層であってもよい。
【００６４】
発光性の有機化合物としては、例えば、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、クマリン３０、クマリン６、クマリン５４５、クマリン５４５Ｔ、ペリレン、ルブレン、ペリフランテン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡ）、５，１２−ジフェニルテトラセン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ１）、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−［２−（ジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ２）、４−（ジシアノメチレン）−２，６−ビス［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＭ）等が挙げられる。また、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］（ピコリナト）イリジウム（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、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’｝（ピコリナト）イリジウム（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（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）、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２−（２’−チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（略称：Ｉｒ（ｔｈｐ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２−（２’−ベンゾチエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））などの燐光を放出できる化合物用いることもできる。
【００６５】
発光性の有機化合物と組み合わせて用いることができるホール輸送性材料としては、例えば、先に述べたＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＢ、ＴＰＤ、ＮＰＢ、ＤＮＴＰＤ、ＢＢＰＢ、ＴＣＴＡなどが挙げられる。また、電子輸送性材料としては、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：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）ベンズオキサゾラト］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）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）、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−（４−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）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ビフェニリル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）などが挙げられるが、これらに限定されることはない。また、電子注入材料としては、上述した電子輸送性材料の他に、ＬｉＦ、ＣｓＦなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、ＣａＦ２のようなアルカリ土類ハロゲン化物、Ｌｉ２Ｏなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート（略称：Ｌｉ（ａｃａｃ）や８−キノリノラト−リチウム（略称：Ｌｉｑ）などのアルカリ金属錯体も有効である。さらに、上述した電子輸送性材料と、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃｓ等の仕事関数の小さい金属とを共蒸着等により混合した材料を使用することもできる。
【００６６】
なお、発光性の有機化合物は、上述したホール輸送性材料や電子輸送性材料、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）などに分散させて用いてもよい。
【００６７】
なお、第１の層３１１は本発明の複合材料からなるため、実施形態１で述べたような手法で作成することができる。また、第２の層３１２は抵抗加熱による蒸着法や、スピンコート、インクジェット、印刷等の湿式法で形成することができる。また、第１の電極３０１および第２の電極３０２に関しても同様に、抵抗加熱による蒸着法、ＥＢ蒸着法、スパッタリング、湿式法などを用いて形成することができる。
【００６８】
［実施形態３］
本実施形態２においては、実施形態１とは異なる本発明の発光素子の一態様について説明する。素子構造を図４に示す。本実施形態３の発光素子は、第１の電極４０１と第２の電極４０２との間に、実施形態１で述べたような本発明の複合材料からなる第１の層４１１と、発光物質を含む第２の層４１２とを有し、第１の層４１１は第１の電極４０１に接して設けられている。また、第１の層４１１と第２の層４１２との間には、電子を発生する第３の層４１３が設けられている。
【００６９】
本実施形態３においては、第１の電極４０１の電位を第２の電極４０２よりも低くすることにより電流が流れるが、この時、第３の層４１３から第２の層４１２へ注入された電子４２２と、第２の電極４０２から注入されたホール４２３が第２の層４１２中で再結合して発光する。一方、本発明の複合材料を用いた第１の層４１１は、第１の層４１１と第３の層４１３との界面近傍で発生したホール４２１を第１の電極４０１の方へ受け渡す。
【００７０】
実施形態１で述べたように、第１の電極４０１を構成する材料の仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶ程度であれば、第１の層４１１は第１の電極４０１とオーム接触する。したがって、駆動電圧が低い発光素子を作製することができる。
【００７１】
また、第１の電極４０１としては、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの範囲にある材料を用いることができる。具体的には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、珪素を添加したインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）などの透明電極の他、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル、金、白金、銀、アルミニウム、およびそれらの合金などを用いることができる。特に、チタン、モリブデン、アルミニウム、あるいはそれらの合金は、配線などにもよく用いられる汎用的な金属であり、これらを第１の電極４０１とすることで安価な発光素子を提供することができる。第２の電極４０２も、第１の電極４０１と同様の材料で構成することができる。
【００７２】
なお、発光素子から光を取り出すため、第１の電極４０１および第２の電極４０２の少なくとも一方または両方を、透明電極とすればよい。また、発光素子を担持するための基板は、第１の電極４０１側、第２の電極４０２側のいずれに設けられていてもよい。
【００７３】
第２の層４１２は発光機能を担う層であり、少なくとも発光性の有機化合物を含んでいればよい。構成としては、実施形態２で述べた第２の層と同様の構成を適用することができる。
【００７４】
第３の層は、電子を発生できる層であれば特に限定はされないが、具体的には、電子輸送性の有機化合物と、その有機化合物に対して電子供与性を示す物質とを有する層を含んでいればよい。電子輸送性の有機化合物としては、先に述べたＡｌｑ３、Ａｌｍｑ３、ＢｅＢｑ２、ＢＡｌｑ、Ｚｎ（ＢＯＸ）２、Ｚｎ（ＢＴＺ）２、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰ、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７、ＴＰＢＩ、ＴＡＺ、ｐ−ＥｔＴＡＺなど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、リチウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属、あるいはそれらの合金が挙げられる。また、酸化リチウム、酸化バリウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウム等のアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物を用いることもできる。
【００７５】
なお、第２の層４１２と第２の電極４０２との間には、正孔注入層が設けられていてもよい。正孔注入層に用いることのできる材料としては、Ｈ２Ｐｃ、ＣｕＰｃ、ＶＯＰｃの他、実施形態１で述べたような本発明の複合材料を用いてもよい。
【００７６】
なお、第１の層４１１は本発明の複合材料からなるため、実施形態１で述べたような手法で作成することができる。また、第２の層４１２や第３の層４１３は抵抗加熱による蒸着法や、スピンコート、インクジェット、印刷等の湿式法で形成することができる。また、第１の電極４０１および第２の電極４０２に関しても同様に、抵抗加熱による蒸着法、ＥＢ蒸着法、スパッタリング、湿式法などを用いて形成することができる。
【００７７】
［実施形態４］
本発明の発光装置の構成について図５を参照して説明する。なお、図５（Ａ）は発光装置を示す上面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面詳細図、図５（Ｃ）は発光装置の断面構造図を示している。図５（Ａ）において、ソース側駆動回路５０１、画素部５０２、ゲート側駆動回路５０３を点線で示している。また、封止基板５０４はシール材５０５でＴＦＴ及び発光素子が形成された基板５１０と固定されている。ソース側駆動回路５０１、画素部５０２、ゲート側駆動回路５０３は基板５１０と封止基板５０４に挟まれて封止される。この場合、好ましくは封止材８０６を基板５１０と封止基板５０４の間に充填して固体化すると良い。シール材５０５、封止材８０６は水蒸気透過率が低い樹脂材料を用いることが好ましい。
【００７８】
接続配線５０７は、ソース側駆動回路５０１及びゲート側駆動回路５０３に入力される信号を伝送するものであり、基板５１０の端部に引き出されるように配設されている。接続配線５０７の端部において、外部回路と接続するフレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）５０８が接続されている。この接続部と重なるようにシール材５０５によるシールパターンを形成することにより、基板５１０において画素部５０２の占める割合を増やすことができる。すなわち、基板５１０において駆動回路やＦＰＣなどの接続領域が形成される所謂額縁領域の幅を小さくすることができる。
【００７９】
図５（Ｃ）は発光装置の断面構造図を示している。基板５１０におけるソース側駆動回路、画素部、ゲート側駆動回路などの素子形成領域８０８は、封止材８０６と封止基板５０４によって封止されている。フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）５０８は基板５１０若しくは封止基板５０４側に配設された回路基板８０７と接続している。回路基板８０７にはこの発光装置を制御するコントロール回路や電源回路などが設けられている。フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）５０８を湾曲させて基板５１０若しくは封止基板５０４側に配設された回路基板８０７と接続することにより、このモジュールの小型化を図ることができる。このようなモジュールの構成は、携帯電話器や電子手帳など小型の電子機器に適用する場合に、それらの機器の小型化を図ることができる。
【００８０】
次に、断面構造について図５（Ｂ）を用いて説明する。基板５１０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５０１と、画素部５０２が示されている。
【００８１】
なお、ソース側駆動回路５０１はｎチャネル型ＴＦＴ５２３とｐチャネル型ＴＦＴ５２４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回路で形成してもよい。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。
【００８２】
また、画素部５０２はスイッチング用ＴＦＴ５１１と、電流制御用ＴＦＴ５１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極５１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極５１３の端部を覆って絶縁物５１４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。
【００８３】
また、カバレッジを良好なものとするため、絶縁物５１４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５１４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５１４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５１４として、感光性の光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
【００８４】
第１の電極５１３上には、層５１５、および第２の電極５１６がそれぞれ形成され、発光素子５１７を構成している。発光素子５１７は、実施形態２や実施形態３で述べたような発光素子の構成を適用すればよい。したがって、層５１５は実施形態２や実施形態３で述べた第１の層および第２の層を少なくとも含んでおり、第１の層が第１の電極５１３に接して設けられている。また、第１の電極５１３、第２の電極５１６の構成も、先に述べた実施形態２や実施形態３の構成を適用すればよい。
【００８５】
また、本実施形態４では、接続配線５０７と第１の電極５１３を異なる材料で形成しているが、同じ材料で形成することもできる。すなわち、接続配線５０７をそのまま第１の電極５１３として用いることができるため、プロセス数を削減でき、コストの低減に繋がる。これは、本発明の複合材料を含む第１の層が、第１の電極５１３とオーム接触を形成できる特性を有することにより生まれる利点である。
【００８６】
さらにシール材５０５で封止基板５０４を基板５１０と貼り合わせることにより、基板５１０、封止基板５０４、およびシール材５０５で囲まれた領域５０６に発光素子５１７が備えられた構造になっている。なお、領域５０６には、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材５０５が充填される構成も含むものとする。
【００８７】
なお、シール材５０５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５０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【００８８】
以上のようにして、本発明の発光素子を用いた発光装置を得ることができる。
【００８９】
［実施形態５］
本実施例では、本発明の発光素子を用いた発光装置を利用して完成させた様々な電気器具について説明する。
【００９０】
本発明の発光素子を有する発光装置を利用して作製された電気器具として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、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）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電気器具の具体例を図６に示す。
【００９１】
図６（Ａ）は表示装置であり、筐体６１０１、支持台６１０２、表示部６１０３、スピーカー部６１０４、ビデオ入力端子６１０５等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部６１０３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パーソナルコンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
【００９２】
図６（Ｂ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体６２０１、筐体６２０２、表示部６２０３、キーボード６２０４、外部接続ポート６２０５、ポインティングマウス６２０６等を含む。本発明のＣＥＬ素子を有する発光装置をその表示部６２０３に用いることにより作製される。
【００９３】
図６（Ｃ）はモバイルコンピュータであり、本体６３０１、表示部６３０２、スイッチ６３０３、操作キー６３０４、赤外線ポート６３０５等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部６３０２に用いることにより作製される。
【００９４】
図６（Ｄ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体６４０１、筐体６４０２、表示部Ａ６４０３、表示部Ｂ６４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部６４０５、操作キー６４０６、スピーカー部６４０７等を含む。表示部Ａ６４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ６４０４は主として文字情報を表示するが、本発明の発光素子を有する発光装置をこれら表示部Ａ６４０３、Ｂ６４０４に用いることにより作製される。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
【００９５】
図６（Ｅ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体６５０１、表示部６５０２、アーム部６５０３を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部６５０２に用いることにより作製される。
【００９６】
図６（Ｆ）はビデオカメラであり、本体６６０１、表示部６６０２、筐体６６０３、外部接続ポート６６０４、リモコン受信部６６０５、受像部６６０６、バッテリー６６０７、音声入力部６６０８、操作キー６６０９、接眼部６６１０等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部６６０２に用いることにより作製される。
【００９７】
ここで、図６（Ｇ）は携帯電話であり、本体６７０１、筐体６７０２、表示部６７０３、音声入力部６７０４、音声出力部６７０５、操作キー６７０６、外部接続ポート６７０７、アンテナ６７０８等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部６７０３に用いることにより作製される。なお、表示部６７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【００９８】
以上の様に、本発明の発光素子を有する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気器具に適用することが可能である。
【実施例１】
【００９９】
本実施例１では、有機化合物と、有機化合物に対して電子受容性を示す無機化合物とを複合した本発明の複合材料を例示する。有機化合物としてはホール輸送性を有するＢＢＰＢを、無機化合物としては酸化モリブデンを用いた。
【０１００】
まず、ガラス基板を真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定する。そして、ＢＢＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）とをそれぞれ別の抵抗加熱式の蒸発源に入れ、真空に引いた状態で、共蒸着法によりＢＢＰＢと酸化モリブデンを複合した本発明の複合材料を成膜した。この時、ＢＢＰＢは０．４ｎｍ／ｓの成膜レートで蒸発させ、酸化モリブデンはＢＢＰＢに対して１／４の量（重量比）を蒸発させた。したがって、モル比では、ＮＰＢ：酸化モリブデン＝１：１となっている。なお、膜厚は５０ｎｍとした。
【０１０１】
このようにして成膜したＢＢＰＢ−酸化モリブデン複合材料の吸収スペクトルを測定した結果を、図７中のＡ．に示す。比較のため、ＢＢＰＢのみの膜（図中Ｂ．）および酸化モリブデンのみの膜（図中Ｃ．）の吸収スペクトルも合わせて図示した。
【０１０２】
図７からわかる通り、Ａ．の複合材料は、ＢＢＰＢあるいは酸化モリブデンそれぞれの単独の膜では見られなかった新たな吸収が、５００ｎｍ付近、８００ｎｍ付近および１５００ｎｍ付近に見られた。これは、ＢＢＰＢと酸化モリブデンが電子の授受を行っているためであり、酸化モリブデンがＢＢＰＢから電子を受容し、ＢＢＰＢにホールが発生しているものと考えられる。したがって、本発明の複合材料は、高濃度に不純物が添加された不純物半導体のように、各種の電極とオーム接触を形成することができ、またバンド伝導的なキャリア輸送を行うことが示唆される。
【０１０３】
一方で、ＢＢＰＢ単独（Ｂ．）にも見られる３５０ｎｍ付近の吸収は、複合材料（Ａ．）にも観察されている。このことから、本発明の複合材料は、ＢＢＰＢの性質も残存しており、ホッピング伝導（トラップ電荷制限電流）によるキャリア輸送も行うことが示唆される。
【実施例２】
【０１０４】
本実施例２では、本発明の複合材料の電流−電圧特性について例示する。まず、比較のため、上述したＢＢＰＢのみの膜の電流―電圧特性について例示する。
【０１０５】
［比較例］
まず、１１０ｎｍの膜厚でＩＴＳＯが成膜されたガラス基板を用意する。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺を絶縁膜で覆った。
【０１０６】
次に、そのガラス基板を、ＩＴＳＯが形成された面が下方になるように真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定する。そして、ＢＢＰＢを抵抗加熱式の蒸発源に入れ、真空に引いた状態で、真空蒸着法によりＢＢＰＢを成膜した。膜厚は２００ｎｍとした。さらにその上に、アルミニウム（Ａｌ）を２００ｎｍ成膜した。
【０１０７】
このようにして得られた、基板側からＩＴＳＯ、ＢＢＰＢ、Ａｌの順で積層された積層構造に関して、−３５℃、−２０℃、−５℃、１０℃、２５℃、４０℃、５５℃、７０℃、８５℃、および１００℃にて電圧−電流特性を調べた結果を図８（ａ）に示す。なお、ＩＴＳＯの電位をＡｌよりも高くした場合を順バイアスとしている。
【０１０８】
図８（ａ）に示す通り、順バイアスでは電流は流れるため、ＩＴＳＯからはホールが注入されていることがわかった。また、逆バイアスでは電流が流れず、整流性を示したため、Ａｌからホールは注入されていないことが示唆された。
【０１０９】
次に、図８（ａ）で得られた電流−電圧特性から、本比較例において流れている電流が本当にショットキー注入機構に支配されている（すなわち注入律速である）かどうかを解析した。先に述べた式（２）において、Ｖ＝０とおいた時のＪｓ（＝Ｊ０とする）は、下記式（７）で表される。
【０１１０】
【数９】
【０１１１】
この式を変形すると、下記式（８）が得られる。
【０１１２】
【数１０】
【０１１３】
したがって、もしショットキー注入機構が支配的であれば、Ｊ０／Ｔ２をアレニウスプロットすると、直線に乗るはずである。各温度におけるＪ０は、図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）で得られた電流−電圧特性の横軸を電圧Ｖの平方根に、縦軸を電流密度Ｊの対数におきかえ、各温度におけるプロットを外挿（図中の実線）することによって得られる。得られた各温度におけるＪ０の値を下記表１に示す。
【０１１４】
【表１】
【０１１５】
このようにして得られたＪ０の値を用い、式（８）に従ってアレニウスプロットを行った結果を図９に示す。図９に示す通り、アレニウスプロットは線形性を示したため、ＩＴＳＯからＢＢＰＢへのホール注入はショットキー注入機構であることが示唆された。また、そのショットキー注入が電流量を支配していることもわかった。なお、図９のプロットの傾きからショットキー障壁φＢを求めたところ、０．６２ｅＶであった。
【０１１６】
［実施例］
続いて、本発明の複合材料の電流−電圧特性について例示する。まず、１１０ｎｍの膜厚でＩＴＳＯが成膜されたガラス基板を用意する。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺を絶縁膜で覆った。
【０１１７】
次に、そのガラス基板を、ＩＴＳＯが形成された面が下方になるように真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定する。そして、ＢＢＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）とルブレンをそれぞれ別の抵抗加熱式の蒸発源に入れ、真空に引いた状態で、共蒸着法によりＢＢＰＢと酸化モリブデンとルブレンからなる本発明の複合材料を成膜した。この時、ＢＢＰＢを０．２ｎｍ／ｓの成膜レートで蒸発させ、ＢＢＰＢ：酸化モリブデン：ルブレン＝２：０．７５：０．０２（質量比）となるように調節した。膜厚は比較例と揃えるため、２００ｎｍとした。さらにその上に、アルミニウム（Ａｌ）を２００ｎｍ成膜した。なお、ルブレンは膜質の安定化剤として添加したものであり、必ずしも必要ではない。
【０１１８】
このようにして得られた、基板側からＩＴＳＯ、ＢＢＰＢと酸化モリブデンとルブレンとの混合膜、Ａｌの順で積層された積層構造に関して、−３５℃、−２０℃、−５℃、１０℃、２５℃、４０℃、５５℃、７０℃、８５℃、および１００℃にて電圧−電流特性を調べた結果を図１０（ａ）に示す。なお、ＩＴＳＯの電位をＡｌよりも高くした場合を順バイアスとしている。
【０１１９】
まず、先ほどの比較例（図８（ａ））とは異なり、順バイアスで・逆バイアスの両方でほぼ同等の電流が流れているため、ＩＴＳＯからでもＡｌからでも、同等の量のホールが注入されていることがわかった。また、先の比較例に比べて、低い電圧で多量の電流が流れることもわかった。
【０１２０】
次に、図１０（ａ）で得られた電流−電圧特性から、本実施例において流れている電流がショットキー注入機構に支配されている（すなわち注入律速である）かどうかを解析した。まずは、順バイアス時（つまり、ＩＴＳＯからのホール注入時）において、先の比較例と同様、図１０（ａ）で得られた電流−電圧特性の横軸を電圧Ｖの平方根に、縦軸を電流密度Ｊの対数におきかえ（図１０（ｂ）参照）、各温度におけるプロットを外挿（図中の実線）することによってＪ０を求めた。次いで、式（８）に従ってアレニウスプロットを行った。結果を図１１に示す。
【０１２１】
図１１に示す通り、本発明の複合材料の場合は、Ｊ０／Ｔ２のアレニウスプロットが直線に乗らないことがわかった。このことはすなわち、ＩＴＳＯから本発明の複合材料へのホール注入は、ショットキー注入機構が支配的ではないことを示唆している。
【０１２２】
そこで、次に、本発明の複合材料の電流−電圧特性が、先の実施形態１で述べた式（１）に従うかどうかを解析した。式（１）において、Ａｅｘｐ（−φａ／（２ｋＴ））＝Ａ’とおくと、式（１）は下記式（９）のように書くことができる。
【０１２３】
【数１１】
【０１２４】
ただし、Ａ’は下記式（１０）で示される。
【数１２】
【０１２５】
図１０（ａ）における順バイアス時のプロットを、式（９）でフィッティングした結果を図１２に示す。図中の破線は、式（９）においてｎ＝５とした場合のフィッティングである。図１２の通り、非常に精度よくフィッティングされていることがわかる。このフィッティングより求まった各温度におけるＡ’の値を下記表２に示す。
【０１２６】
【表２】
【０１２７】
ここで、式（１０）から下記式（１１）が得られるため、Ａ’をアレニウスプロットすると直線に乗るはずである。結果を図１３に示す。
【０１２８】
【数１３】
【０１２９】
図１３に示す通り、アレニウスプロットは線形性を示したため、ＩＴＳＯから本発明の複合材料へのホール注入はオーム接触を形成しており、なおかつその電流量は式（１）に従うことがわかった。なお、この時の活性化エネルギーφａは０．２６ｅＶであった。
【０１３０】
また、逆バイアスにおいても順バイアスとほぼ同じ電流量を流していることから、Ａｌから本発明の複合材料へのホール注入もオーム接触を形成しており、なおかつその電流量は式（１）に従うことがわかった。
【０１３１】
なお、ＩＴＳＯの仕事関数は４．８９ｅＶ、Ａｌの仕事関数は４ｅＶ前後である（いずれも、光電子分光装置ＡＣ−２（理研計器（株）製）を用いて測定した）。以上のことから、本発明の複合材料は、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極で挟んで測定した電流−電圧特性が式（１）に従っていることがわかった。
【０１３２】
また、式（１）に従うということは、本発明の複合材料は電極とオーム接触している上に大電流を流せるということに繋がるため、本発明の複合材料を電極に接して設けた発光素子は、駆動電圧を低減できる。また、アルミニウムのような汎用的な金属を陽極に用いることもできる。
【実施例３】
【０１３３】
本実施例３では、有機化合物と、有機化合物に対して電子受容性を示す無機化合物とを複合した本発明の複合材料を例示する。有機化合物としてはホール輸送性を有するＮＰＢを、無機化合物としては酸化モリブデンを用いた。
【０１３４】
まず、実施例１と同様に、共蒸着法によりＮＰＢと酸化モリブデンを複合した本発明の複合材料を成膜した。この時、ＮＰＢは０．４ｎｍ／ｓの成膜レートで蒸発させ、酸化モリブデンはＮＰＢに対して１／４の量（重量比）を蒸発させた。したがって、モル比では、ＮＰＢ：酸化モリブデン＝１：１となっている。なお、膜厚は５０ｎｍとした。
【０１３５】
このようにして成膜したＮＰＢと酸化モリブデンとの複合材料の吸収スペクトルを測定した結果を、図１４中のＡ．に示す。比較のため、ＮＰＢのみの膜（図中Ｂ．）の吸収スペクトルも合わせて図示した。酸化モリブデンのみの膜に関しては、実施例１の図７で図示したのでここでは省略する。
【０１３６】
図１４からわかる通り、Ａ．の複合材料は、ＮＰＢあるいは酸化モリブデンそれぞれの単独の膜では見られなかった新たな吸収が、５００ｎｍ付近、８００ｎｍ付近および１４００ｎｍ付近に見られた。これは、ＮＰＢと酸化モリブデンが電子の授受を行っているためであり、酸化モリブデンがＮＰＢから電子を受容し、ＮＰＢにホールが発生しているものと考えられる。したがって、本発明の複合材料は、高濃度に不純物が添加された不純物半導体のように、各種の電極とオーム接触を形成することができ、またバンド伝導的なキャリア輸送を行うことが示唆される。
【０１３７】
一方で、ＮＰＢ単独（Ｂ．）にも見られる３５０ｎｍ付近の吸収は、複合材料（Ａ．）にも観察されている。このことから、本発明の複合材料は、ＮＰＢの性質も残存しており、ホッピング伝導（トラップ電荷制限電流）によるキャリア輸送も行うことが示唆される。
【実施例４】
【０１３８】
本実施例４では、本発明の複合材料の電流−電圧特性について例示する。まず、比較のため、上述したＮＰＢのみの膜の電流−電圧特性について例示する。
【０１３９】
［比較例］
まず、１１０ｎｍの膜厚でＩＴＳＯが成膜されたガラス基板を用意する。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺を絶縁膜で覆った。
【０１４０】
次に、そのガラス基板を、ＩＴＳＯが形成された面が下方になるように真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定する。そして、ＮＰＢを抵抗加熱式の蒸発源に入れ、真空に引いた状態で、真空蒸着法によりＮＰＢを成膜した。膜厚は２００ｎｍとした。さらにその上に、アルミニウム（Ａｌ）を２００ｎｍ成膜した。
【０１４１】
このようにして得られた、基板側からＩＴＳＯ、ＮＰＢ、Ａｌの順で積層された積層構造に関して、−３５℃、−２０℃、−５℃、１０℃、２５℃、４０℃、５５℃、７０℃、および８５℃にて電流−電圧特性を調べた結果を図１５（ａ）に示す（ＮＰＢのガラス転移点は１００℃弱であるため、１００℃のデータは取得しなかった）。なお、ＩＴＳＯの電位をＡｌよりも高くした場合を順バイアスとしている。
【０１４２】
図１５（ａ）に示す通り、順バイアスでは電流は流れるため、ＩＴＳＯからはホールが注入されていることがわかった。また、逆バイアスでは電流が流れず、整流性を示したため、Ａｌからホールは注入されていないことが示唆された。
【０１４３】
次に、図１５（ａ）で得られた電流−電圧特性から、本比較例において流れている電流が本当にショットキー注入機構に支配されている（すなわち注入律速である）かどうかを解析した。解析方法は、実施例２で述べた手法と同様であり、図１５（ａ）の電流−電圧特性の横軸を電圧Ｖの平方根に、縦軸を電流密度Ｊの対数におきかえ（図１５（ｂ）参照）、各温度におけるプロットを外挿（図中の実線）することによってｙ切片（Ｊ０）を求め、各温度におけるＪ０が式（８）に従うかどうかを確認した。
【０１４４】
得られた各温度におけるＪ０の値を下記表３に示す。また、得られたＪ０の値を用い、式（８）に従ってアレニウスプロットを行った結果を図１６に示す。
【０１４５】
【表３】
【０１４６】
図１６に示す通り、アレニウスプロットは線形性を示したため、ＩＴＳＯからＮＰＢへのホール注入はショットキー注入機構であることが示唆された。また、そのショットキー注入が電流量を支配していることもわかった。なお、図１６の傾きからショットキー障壁φＢを求めたところ、０．４９ｅＶであった。
【０１４７】
［実施例］
続いて、本発明の複合材料の電流−電圧特性について例示する。まず、１１０ｎｍの膜厚でＩＴＳＯが成膜されたガラス基板を用意する。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺を絶縁膜で覆った。
【０１４８】
次に、そのガラス基板を、ＩＴＳＯが形成された面が下方になるように真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定した。そして、ＮＰＢと酸化モリブデン（ＶＩ）とルブレンをそれぞれ別の抵抗加熱式の蒸発源に入れ、真空に引いた状態で、共蒸着法によりＮＰＢと酸化モリブデンとルブレンからなる本発明の複合材料を成膜した。この時、ＮＰＢを０．２ｎｍ／ｓの成膜レートで蒸発させ、ＮＰＢ：酸化モリブデン：ルブレン＝２：０．７５：０．０４（質量比）となるように調節した。膜厚は比較例と揃えるため、２００ｎｍとした。さらにその上に、アルミニウム（Ａｌ）を２００ｎｍ成膜した。なお、ルブレンは膜質の安定化剤として添加したものであり、必ずしも必要ではない。
【０１４９】
このようにして得られた、基板側からＩＴＳＯ、ＮＰＢ：酸化モリブデン：ルブレン混合膜、Ａｌの順で積層された積層構造に関して、−３５℃、−２０℃、−５℃、１０℃、２５℃、４０℃、５５℃、７０℃、および８５℃にて電流−電圧特性を調べた結果を図１７（ａ）に示す。なお、ＩＴＳＯの電位をＡｌよりも高くした場合を順バイアスとしている。
【０１５０】
まず、先ほどの比較例（図１５（ａ））とは異なり、順バイアス・逆バイアスの両方でほぼ同等の電流が流れているため、ＩＴＳＯからでもＡｌからでも、同等の量のホールが注入されていることがわかった。また、先の比較例に比べて、低い電圧で多量の電流が流れることもわかった。
【０１５１】
次に、図１７（ａ）で得られた電流−電圧特性から、本実施例において流れている電流がショットキー注入機構に支配されている（すなわち注入律速である）かどうかを解析した。まずは、順バイアス時（つまり、ＩＴＳＯからのホール注入時）において、先の比較例と同様、図１７（ａ）で得られた電流−電圧特性の横軸を電圧Ｖの平方根に、縦軸を電流密度Ｊの対数におきかえ（図１７（ｂ）参照）、各温度におけるプロットを外挿（図中の実線）することによってＪ０を求めた。次いで、式（８）に従ってアレニウスプロットを行った。結果を図１８に示す。
【０１５２】
図１８に示す通り、本発明の複合材料の場合は、Ｊ０／Ｔ２のアレニウスプロットが直線に乗らないことがわかった。このことはすなわち、ＩＴＳＯから本発明の複合材料へのホール注入は、ショットキー注入機構が支配的ではないことを示唆している。
【０１５３】
そこで、次に、本発明の複合材料の電流−電圧特性が、先の実施形態１で述べた式（１）に従うかどうかを解析した。解析手法は、実施例２と同様であり、図１７（ａ）における順バイアス時のプロットを式（９）でフィッティングし、各温度におけるＡ’を求め、Ａ’が式（１１）に従うかどうかを確認した。
【０１５４】
まず、図１７（ａ）における順バイアス時のプロットを、式（９）でフィッティングした結果を図１９に示す。図中の破線は、式（９）においてｎ＝５とした場合のフィッティングである。図１９の通り、非常に精度よくフィッティングされていることがわかる。このフィッティングより求まった各温度におけるＡ’の値を下記表４に示す。
【０１５５】
【表４】
【０１５６】
また、Ａ’をアレニウスプロットした結果を図２０に示す。図２０に示す通り、アレニウスプロットは線形性を示したため、ＩＴＳＯから本発明の複合材料へのホール注入はオーム接触を形成しており、なおかつその電流量は式（１）に従うことがわかった。なお、この時の活性化エネルギーφａは０．３１ｅＶであった。
【０１５７】
また、逆バイアスにおいても順バイアスとほぼ同じ電流量を流していることから、Ａｌから本発明の複合材料へのホール注入もオーム接触を形成しており、なおかつその電流量は式（１）に従うことがわかった。
【０１５８】
なお、ＩＴＳＯの仕事関数は４．８９ｅＶ、Ａｌの仕事関数は４ｅＶ前後である（いずれも、光電子分光装置ＡＣ−２（理研計器（株）製）を用いて測定した）。以上のことから、本発明の複合材料は、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極で挟んで測定した電流−電圧特性が式（１）に従っていることがわかった。
【０１５９】
また、式（１）に従うということは、本発明の複合材料は電極とオーム接触している上に大電流を流せるということに繋がるため、本発明の複合材料を電極に接して設けた発光素子は、駆動電圧を低減できる。また、仕事関数の大きくないアルミニウムのような汎用的な金属を陽極に用いることもできる。
【実施例５】
【０１６０】
本実施例５では、有機化合物と、有機化合物に対して電子受容性を示す無機化合物とを複合した本発明の複合材料を例示する。有機化合物としてはホール輸送性を有するＤＮＴＰＤを、無機化合物としては酸化モリブデンを用いた。
【０１６１】
まず、実施例１と同様に、共蒸着法によりＤＮＴＰＤと酸化モリブデンを複合した本発明の複合材料を成膜した。この時、ＤＮＴＰＤは０．４ｎｍ／ｓの成膜レートで蒸発させ、酸化モリブデンはＮＰＢに対して１／４の量（重量比）を蒸発させた。したがって、モル比では、ＮＰＢ：酸化モリブデン＝１：１．５となっている。なお、膜厚は５０ｎｍとした。
【０１６２】
このようにして成膜したＤＮＴＰＤ−酸化モリブデン複合材料の吸収スペクトルを測定した結果を、図２１中のＡ．に示す。比較のため、ＤＮＴＰＤのみの膜（図中Ｂ．）の吸収スペクトルも合わせて図示した。酸化モリブデンのみの膜に関しては、実施例１の図７で図示したのでここでは省略する。
【０１６３】
図２１からわかる通り、Ａ．の複合材料は、ＤＮＴＰＤあるいは酸化モリブデンそれぞれの単独の膜では見られなかった新たな吸収が、９００ｎｍ付近に見られた。これは、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンが電子の授受を行っているためであり、酸化モリブデンがＤＮＴＰＤから電子を受容し、ＤＮＴＰＤにホールが発生しているものと考えられる。したがって、本発明の複合材料は、高濃度に不純物が添加された不純物半導体のように、各種の電極とオーム接触を形成することができ、またバンド伝導的なキャリア輸送を行うことが示唆される。
【０１６４】
一方で、ＤＮＴＰＤ単独（Ｂ．）にも見られる３５０ｎｍ付近の吸収は、複合材料（Ａ．）にも観察されている。このことから、本発明の複合材料は、ＤＮＴＰＤの性質も残存しており、ホッピング伝導（トラップ電荷制限電流）によるキャリア輸送も行うことが示唆される。
【実施例６】
【０１６５】
本実施例６では、本発明の複合材料の電流−電圧特性について例示する。まず、比較のため、上述したＤＮＴＰＤのみの膜の電流―電圧特性について例示する。
【０１６６】
［比較例］
まず、１１０ｎｍの膜厚でＩＴＳＯが成膜されたガラス基板を用意する。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺を絶縁膜で覆った。
【０１６７】
次に、そのガラス基板を、ＩＴＳＯが形成された面が下方になるように真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定する。そして、ＤＮＴＰＤを抵抗加熱式の蒸発源に入れ、真空に引いた状態で、真空蒸着法によりＤＮＴＰＤを成膜した。膜厚は２００ｎｍとした。さらにその上に、アルミニウム（Ａｌ）を２００ｎｍ成膜した。
【０１６８】
このようにして得られた、基板側からＩＴＳＯ、ＤＮＴＰＤ、Ａｌの順で積層された積層構造に関して、−３５℃、−２０℃、−５℃、１０℃、２５℃、４０℃、５５℃、７０℃、および８５℃にて電流−電圧特性を調べた結果を図２２（ａ）に示す（ＤＮＴＰＤのガラス転移点は１００℃弱であるため、１００℃のデータは取得しなかった）。なお、ＩＴＳＯの電位をＡｌよりも高くした場合を順バイアスとしている。
【０１６９】
図２２（ａ）に示す通り、順バイアスでは電流は流れるため、ＩＴＳＯからはホールが注入されていることがわかった。また、逆バイアスでは電流が流れず、整流性を示したため、Ａｌからホールは注入されていないことが示唆された。
【０１７０】
次に、図２２（ａ）で得られた電流−電圧特性から、本比較例において流れている電流が本当にショットキー注入機構に支配されている（すなわち注入律速である）かどうかを解析した。解析方法は、実施例２で述べた手法と同様であり、図２２（ａ）の電流−電圧特性の横軸を電圧Ｖの平方根に、縦軸を電流密度Ｊの対数におきかえ（図２２（ｂ）参照）、各温度におけるプロットを外挿（図中の実線）することによってｙ切片（Ｊ０）を求め、各温度におけるＪ０が式（８）に従うかどうかを確認した。
【０１７１】
得られた各温度におけるＪ０の値を下記表５に示す。また、得られたＪ０の値を用い、式（８）に従ってアレニウスプロットを行った結果を図２３に示す。
【０１７２】
【表５】
【０１７３】
図２３に示す通り、アレニウスプロットは線形性を示したため、ＩＴＳＯからＤＮＴＰＤへのホール注入はショットキー注入機構であることが示唆された。また、そのショットキー注入が電流量を支配していることもわかった。なお、図２３の傾きからショットキー障壁φＢを求めたところ、０．２０ｅＶであった。
【０１７４】
［実施例］
続いて、本発明の複合材料の電流−電圧特性について例示する。まず、１１０ｎｍの膜厚でＩＴＳＯが成膜されたガラス基板を用意する。ＩＴＳＯ表面は、２ｍｍ角の大きさで表面が露出するよう周辺を絶縁膜で覆った。
【０１７５】
次に、そのガラス基板を、ＩＴＳＯが形成された面が下方になるように真空蒸着装置内の基板ホルダーに固定した。そして、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデン（ＶＩ）をそれぞれ別の抵抗加熱式の蒸発源に入れ、真空に引いた状態で、共蒸着法によりＤＮＴＰＤと酸化モリブデンからなる本発明の複合材料を成膜した。この時、ＤＮＴＰＤを０．２ｎｍ／ｓの成膜レートで蒸発させ、ＤＮＴＰＤ：酸化モリブデン＝２：１（質量比）となるように調節した。膜厚は比較例と揃えるため、２００ｎｍとした。さらにその上に、アルミニウム（Ａｌ）を２００ｎｍ成膜した。
【０１７６】
このようにして得られた、基板側からＩＴＳＯ、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとの混合膜、Ａｌの順で積層された積層構造に関して、−３５℃、−２０℃、−５℃、１０℃、２５℃、４０℃、５５℃、７０℃、および８５℃にて電流−電圧特性を調べた結果を図２４（ａ）に示す。なお、ＩＴＳＯの電位をＡｌよりも高くした場合を順バイアスとしている。
【０１７７】
まず、先ほどの比較例（図２２（ａ））とは異なり、順バイアスで・逆バイアスの両方でほぼ同等の電流が流れているため、ＩＴＳＯからでもＡｌからでも、同等の量のホールが注入されていることがわかった。また、先の比較例に比べて、低い電圧で多量の電流が流れることもわかった。
【０１７８】
次に、図２４（ａ）で得られた電流−電圧特性から、本実施例において流れている電流がショットキー注入機構に支配されている（すなわち注入律速である）かどうかを解析した。まずは、順バイアス時（つまり、ＩＴＳＯからのホール注入時）において、先の比較例と同様、図２４（ａ）で得られた電流−電圧特性の横軸を電圧Ｖの平方根に、縦軸を電流密度Ｊの対数におきかえ（図２４（ｂ）参照）、各温度におけるプロットを外挿（図中の実線）することによってＪ０を求めた。次いで、式（８）に従ってアレニウスプロットを行った。結果を図２５に示す。
【０１７９】
図２５に示す通り、本発明の複合材料の場合は、Ｊ０／Ｔ２のアレニウスプロットが直線に乗らないことがわかった。このことはすなわち、ＩＴＳＯから本発明の複合材料へのホール注入は、ショットキー注入機構が支配的ではないことを示唆している。
【０１８０】
そこで、次に、本発明の複合材料の電流−電圧特性が、先の実施形態１で述べた式（１）に従うかどうかを解析した。解析手法は、実施例２と同様であり、図２４（ａ）における順バイアス時のプロットを式（９）でフィッティングし、各温度におけるＡ’を求め、Ａ’が式（１１）に従うかどうかを確認した。
【０１８１】
まず、図２４（ａ）における順バイアス時のプロットを、式（９）でフィッティングした結果を図２６に示す。図中の破線は、式（９）においてｎ＝５とした場合のフィッティングである。図２６の通り、非常に精度よくフィッティングされていることがわかる。このフィッティングより求まった各温度におけるＡ’の値を下記表６に示す。
【０１８２】
【表６】
【０１８３】
また、Ａ’をアレニウスプロットした結果を図２７に示す。図２７に示す通り、アレニウスプロットは線形性を示したため、ＩＴＳＯから本発明の複合材料へのホール注入はオーム接触を形成しており、なおかつその電流量は式（１）に従うことがわかった。なお、この時の活性化エネルギーφａは０．３７ｅＶであった。
【０１８４】
また、逆バイアスにおいても順バイアスとほぼ同じ電流量を流していることから、Ａｌから本発明の複合材料へのホール注入もオーム接触を形成しており、なおかつその電流量は式（１）に従うことがわかった。
【０１８５】
なお、ＩＴＳＯの仕事関数は４．８９ｅＶ、Ａｌの仕事関数は４ｅＶ前後である（いずれも、光電子分光装置ＡＣ−２（理研計器（株）製）を用いて測定した）。以上のことから、本発明の複合材料は、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの電極で挟んで測定した電流−電圧特性が式（１）に従っていることがわかった。
【０１８６】
また、式（１）に従うということは、本発明の複合材料は電極とオーム接触を形成している上に大電流を流せるということに繋がるため、本発明の複合材料を電極に接して設けた発光素子は、駆動電圧を低減できる。また、アルミニウムのような汎用的な金属を陽極に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】本発明の複合材料と電極との接触を示す図。
【図２】従来の有機化合物と電極との接触を示す図。
【図３】本発明の発光素子の構成を示す図。
【図４】本発明の発光素子の構成を示す図。
【図５】本発明の発光装置の構成を示す図。
【図６】本発明の発光装置を用いた電気器具を示す図。
【図７】本発明の複合材料の吸収スペクトルを示す図。
【図８】比較例の電流−電圧特性を示す図。
【図９】比較例がショットキー注入機構であることを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図１０】本発明の複合材料の電流−電圧特性を示す図。
【図１１】本発明の複合材料の電流−電圧特性がショットキー注入機構であることを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図１２】本発明の複合材料の電流−電圧特性を式（１）でフィッティングした図。
【図１３】本発明の複合材料の電流−電圧特性が式（１）に従うことを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図１４】本発明の複合材料の吸収スペクトルを示す図。
【図１５】比較例の電流−電圧特性を示す図。
【図１６】比較例がショットキー注入機構であることを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図１７】本発明の複合材料の電流−電圧特性を示す図。
【図１８】本発明の複合材料の電流−電圧特性がショットキー注入機構であることを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図１９】本発明の複合材料の電流−電圧特性を式（１）でフィッティングした図。
【図２０】本発明の複合材料の電流−電圧特性が式（１）に従うことを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図２１】本発明の複合材料の吸収スペクトルを示す図。
【図２２】比較例の電流−電圧特性を示す図。
【図２３】比較例がショットキー注入機構であることを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図２４】本発明の複合材料の電流−電圧特性を示す図。
【図２５】本発明の複合材料の電流−電圧特性がショットキー注入機構であることを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【図２６】本発明の複合材料の電流−電圧特性を式（１）でフィッティングした図。
【図２７】本発明の複合材料の電流−電圧特性が式（１）に従うことを仮定した場合のアレニウスプロットを示す図。
【符号の説明】
【０１８８】
１００ 電極
１０１ 電極１００のフェルミ準位
１１０ 複合材料
１１１ 複合材料１１０の価電子帯の上端
１１２ 複合材料１１０の伝導帯の下端
１１３ 複合材料１１０のフェルミ準位
２００ 電極
２０１ 電極２００のフェルミ準位
２１０ 有機化合物
２１１ 有機化合物２１０のＨＯＭＯ準位
２１２ 有機化合物２１０のＬＵＭＯ準位
２２０ ショットキー障壁
２３０ ホール
３０１ 第１の電極
３０２ 第２の電極
３１１ 第１の層
３１２ 第２の層
３２１ ホール
３２２ 電子
４０１ 第１の電極
４０２ 第２の電極
４１１ 第１の層
４１２ 第２の層
４１３ 第３の層
４２１ ホール
４２２ 電子
４２３ ホール
５０１ ソース側駆動回路
５０２ 画素部
５０３ ゲート側駆動回路
５０４ 封止基板
５０５ シール材
５０６ 領域
５０７ 接続配線
５０８ フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）
５１０ 基板
５１１ スイッチング用ＴＦＴ
５１２ 電流制御用ＴＦＴ
５１３ 第１の電極
５１４ 絶縁物
５１５ 層
５１６ 第２の電極
５１７ 発光素子
５２３ ｎチャネル型ＴＦＴ
５２４ ｐチャネル型ＴＦＴ
８０６ 封止材
８０７ 回路基板
８０８ 素子形成領域
６１０１ 筐体
６１０２ 支持台
６１０３ 表示部
６１０４ スピーカー部
６１０５ ビデオ入力端子
６２０１ 本体
６２０２ 筐体
６２０３ 表示部
６２０４ キーボード
６２０５ 外部接続ポート
６２０６ ポインティングマウス
６３０１ 本体
６３０２ 表示部
６３０３ スイッチ
６３０４ 操作キー
６３０５ 赤外線ポート
６４０１ 本体
６４０２ 筐体
６４０３ 表示部Ａ
６４０４ 表示部Ｂ
６４０５ 記憶媒体読み込み部
６４０６ 操作キー
６４０７ スピーカー部
６５０１ 本体
６５０２ 表示部
６５０３ アーム部
６６０１ 本体
６６０２ 表示部
６６０３ 筐体
６６０４ 外部接続ポート
６６０５ リモコン受信部
６６０６ 受像部
６６０７ バッテリー
６６０８ 音声入力部
６６０９ 操作キー
６６１０ 接眼部
６７０１ 本体
６７０２ 筐体
６７０３ 表示部
６７０４ 音声入力部
６７０５ 音声出力部
６７０６ 操作キー
６７０７ 外部接続ポート
６７０８ アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機化合物と無機化合物とを含む複合材料であって、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの一対の電極で挟んで測定した前記複合材料からなる薄膜層の電流−電圧特性が、下記式（１）に従うことを特徴とする複合材料。
【数１】
（Ｊは電流密度、Ｖは電圧、φａは前記複合材料におけるキャリア発生のための活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、ＡおよびＢはパラメータ、ｎは２以上１０以下の整数を表す。）
【請求項２】
前記φａが、０．０１ｅＶ以上０．５ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の複合材料において、前記薄膜層の膜厚が、１０ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする複合材料。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の複合材料において、前記無機化合物が、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複合材料。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の複合材料において、前記無機化合物が、遷移金属酸化物であることを特徴とする複合材料。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の複合材料において、前記無機化合物が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、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、および酸化レニウムからなる群より選ばれるいずれかまたは複数であることを特徴とする複合材料。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の複合材料において、前記有機化合物が、ホール輸送性を有することを特徴とする複合材料。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の複合材料において、前記有機化合物が、芳香族アミン化合物であることを特徴とする複合材料。
【請求項９】
第１の電極と第２の電極との間に、第１の層と、発光物質を含む第２の層とを有し、前記第１の層は前記第１の電極に接して設けられており、前記第１の層が請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の複合材料からなることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
第１の電極と第２の電極との間に、有機化合物と無機化合物とを含む第１の層と、発光物質を含む第２の層とを有し、前記第１の層は前記第１の電極に接して設けられており、前記第１の層に対して前記第１の電極がオーム接触を形成している発光素子。
【請求項１１】
前記無機化合物が、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請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記無機化合物が、遷移金属酸化物であることを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記無機化合物が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、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、および酸化レニウムからなる群より選ばれるいずれかまたは複数であることを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１４】
請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の発光素子において、前記有機化合物が、ホール輸送性を有することを特徴とする発光素子。
【請求項１５】
請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の発光素子において、前記有機化合物が、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１６】
請求項９乃至請求項１５のいずれか一項に記載の発光素子において、前記第１の電極が陽極であることを特徴とする発光素子。
【請求項１７】
請求項９乃至請求項１５のいずれか一項に記載の発光素子において、前記第１の電極が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの仕事関数を有する材料を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１７のいずれか一項に記載の発光素子を用いた発光装置。
【請求項１】
有機化合物と無機化合物とを含む複合材料であって、仕事関数が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの一対の電極で挟んで測定した前記複合材料からなる薄膜層の電流−電圧特性が、下記式（１）に従うことを特徴とする複合材料。
【数１】
（Ｊは電流密度、Ｖは電圧、φａは前記複合材料におけるキャリア発生のための活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、ＡおよびＢはパラメータ、ｎは２以上１０以下の整数を表す。）
【請求項２】
前記φａが、０．０１ｅＶ以上０．５ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の複合材料において、前記薄膜層の膜厚が、１０ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする複合材料。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の複合材料において、前記無機化合物が、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複合材料。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の複合材料において、前記無機化合物が、遷移金属酸化物であることを特徴とする複合材料。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の複合材料において、前記無機化合物が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、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、および酸化レニウムからなる群より選ばれるいずれかまたは複数であることを特徴とする複合材料。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の複合材料において、前記有機化合物が、ホール輸送性を有することを特徴とする複合材料。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の複合材料において、前記有機化合物が、芳香族アミン化合物であることを特徴とする複合材料。
【請求項９】
第１の電極と第２の電極との間に、第１の層と、発光物質を含む第２の層とを有し、前記第１の層は前記第１の電極に接して設けられており、前記第１の層が請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の複合材料からなることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
第１の電極と第２の電極との間に、有機化合物と無機化合物とを含む第１の層と、発光物質を含む第２の層とを有し、前記第１の層は前記第１の電極に接して設けられており、前記第１の層に対して前記第１の電極がオーム接触を形成している発光素子。
【請求項１１】
前記無機化合物が、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請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記無機化合物が、遷移金属酸化物であることを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記無機化合物が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、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、および酸化レニウムからなる群より選ばれるいずれかまたは複数であることを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１４】
請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の発光素子において、前記有機化合物が、ホール輸送性を有することを特徴とする発光素子。
【請求項１５】
請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の発光素子において、前記有機化合物が、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１６】
請求項９乃至請求項１５のいずれか一項に記載の発光素子において、前記第１の電極が陽極であることを特徴とする発光素子。
【請求項１７】
請求項９乃至請求項１５のいずれか一項に記載の発光素子において、前記第１の電極が３．５ｅＶ〜５．５ｅＶの仕事関数を有する材料を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１７のいずれか一項に記載の発光素子を用いた発光装置。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２００６−２１０９０２（Ｐ２００６−２１０９０２Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７５０５７（Ｐ２００５−３７５０５７）
【出願日】平成１７年１２月２７日（２００５．１２．２７）
【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８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２７日（２００５．１２．２７）
【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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