(57)【要約】  発光素子は、互いに対向して設けられ、少なくとも一方が透明又は半透明である、第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟持され、正孔輸送材料からなるマトリクス中に導電性ナノ粒子と、発光体粒子とが分散して構成された発光層と、を備える。また、別例の発光素子は、互いに対向して設けられ、少なくとも一方が透明又は半透明である、第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟持され、正孔輸送材料中に導電性ナノ粒子が分散した被覆層で粒子表面の少なくとも一部分が被覆された発光体粒子を含む発光体粒子粉末で構成された発光層と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して設けられ、少なくとも一方が透明又は半透明である、第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持され、正孔輸送材料からなる媒体中に導電性ナノ粒子と、発光体粒子とが分散して構成された発光層と、
を備えたことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
互いに対向して設けられ、少なくとも一方が透明又は半透明である、第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持され、正孔輸送材料中に導電性ナノ粒子が分散した被覆層で粒子表面の少なくとも一部分が被覆された発光体粒子を含む発光体粒子粉末で構成された発光層と、
を備えたことを特徴とする発光素子。
【請求項３】
前記発光層は、前記発光体粒子の間にバインダを含むことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記各発光体粒子の間には、前記導電性ナノ粒子が介在しており、前記各発光体粒子は、前記導電性ナノ粒子を介して電気的な接続が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記導電性ナノ粒子は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕからなる群から選ばれる少なくとも一の金属微粒子を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記導電性ナノ粒子は、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ、ＩｎＺｎＯからなる群から選ばれる少なくとも一の酸化物微粒子を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項７】
前記導電性ナノ粒子は、フラーレン、カーボンナノチューブの群から選ばれる少なくとも一の炭素物質の微粒子を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項８】
前記導電性ナノ粒子の平均粒子径は、１〜２００ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項９】
前記正孔輸送材料は、有機物からなる有機正孔輸送材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記有機正孔輸送材料は、下記の化学式１及び化学式２の構成要素を含有することを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
【化１】
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【化２】
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【請求項１１】
前記有機正孔輸送材料は、さらに下記の化学式３、化学式４、化学式５からなる群の少なくとも一つの構成要素を含むことを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【化３】
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【化４】
2009057317.tif 000024
【化５】
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【請求項１２】
前記有機正孔輸送材料は、さらに下記の化学式６、化学式７、化学式８からなる群の少なくとも一つの構成要素を含むことを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【化６】
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【化７】
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【化８】
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【請求項１３】
前記正孔輸送材料は、無機物からなる無機正孔輸送材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記発光体粒子は、第１３族−第１５族化合物半導体からなる粒子を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記発光体粒子は、窒化物、硫化物、セレン化物、酸化物の群から選ばれる少なくとも一種の発光材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記発光体粒子は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎのうち少なくとも一種類の元素を含む窒化物半導体粒子であることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記発光体粒子は、ＧａＮからなる発光体粒子であることを特徴とする請求項１６に記載の発光素子。
【請求項１８】
前記発光体粒子は、粒子の平均粒径が０．１μｍ〜１０００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項１９】
前記導電性ナノ粒子は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕ等の金属材料粒子の群から選ばれることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項２０】
前記導電性ナノ粒子は、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ，ＩｎＺｎＯ等の酸化物粒子から選ばれることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項２１】
前記導電性ナノ粒子は、カーボンナノチューブ等の炭素材料粒子の群から選ばれることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項２２】
前記導電性ナノ粒子の平均粒子径又は平均長は、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項２３】
前記第１電極と前記発光層との間に挟まれている正孔注入層をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項２４】
前記第１電極又は前記第２電極に面して支持する支持体基板をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項２５】
前記支持体基板は、ガラス基板又は樹脂基板であることを特徴とする請求項２４に記載の発光素子。
【請求項２６】
前記第１電極又は前記第２電極に接続された薄膜トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載の発光素子。
【請求項２７】
請求項２６に記載の複数の発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と
を備え、
前記発光素子アレイの前記薄膜トランジスタは、前記ｘ電極及び前記ｙ電極とそれぞれ接続されていることを特徴とする表示装置。
【請求項２８】
請求項２６に記載の複数の発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの発光面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの発光面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と、
を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項２９】
発光取出し方向の前方に色変換層をさらに備えることを特徴とする請求項２７又は２８に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネセンス用発光素子、及び、該発光素子を用いた表示装置に関する。また、この発光素子は、通信、照明などに用いられる各種光源として利用可能である。
【背景技術】
【０００２】
近年、軽量・薄型の面発光型素子としてエレクトロルミネセンス素子（以下、ＥＬ素子という）が注目されている。ＥＬ素子は大別すると、有機材料からなる蛍光体に直流電圧を印加し、電子とホールを再結合させて発光させる有機ＥＬ素子と、無機材料からなる蛍光体に交流電圧を印加し、およそ１０６Ｖ／ｃｍもの高電界で加速された電子を無機蛍光体の発光中心に衝突させて励起させ、その緩和過程で無機蛍光体を発光させる無機ＥＬ素子がある。【０００３】
さらに、この無機ＥＬ素子には、無機蛍光体粒子を高分子有機材料からなるバインダ中に分散させ発光層とする分散型ＥＬ素子と、厚さが１μｍ程度の薄膜発光層の両側あるいは片側に絶縁層を設けた薄膜型ＥＬ素子とがある。これらのうち分散型ＥＬ素子は、消費電力が少なく、しかも製造が簡単なため製造コストが安くなる利点があるとして注目されている。【０００４】
分散型ＥＬ素子と呼ばれているＥＬ素子について説明する。従来のＥＬ素子は層状の構造であり、基板側から順に、基板、第１電極、発光層、絶縁体層、第２電極からなる。発光層はＺｎＳ：Ｍｎ等の無機蛍光体粒子を有機バインダに分散させた構成を有し、絶縁体層はＢａＴｉＯ３などの強誘電体を有機バインダにて分散させた構成を有する。第１電極と第２電極の間には交流電源が設置されており、交流電源から第１電極、第２電極間へ電圧を印加することでＥＬ素子は発光する。【０００５】
分散型ＥＬ素子の構造において発光層は分散型ＥＬ素子の輝度と効率を決定付ける層であるが、この発光層の無機蛍光体粒子には、粒径１５〜３５μｍの大きさのものが用いられている。また、分散型ＥＬ素子の発光層の発光色は発光層に用いられる無機蛍光体粒子によって決まり、例えば無機蛍光体粒子にＺｎＳ：Ｍｎを用いた場合には橙色の発光を示し、例えば無機蛍光体粒子にＺｎＳ：Ｃｕを用いた場合には青緑色の発光を示す。このように発光色は無機蛍光体粒子によって決まるため、それ以外の、例えば白色の発光色を発光させる場合、有機色素を有機バインダに混合させることで発光色を変換し、目的の発光色を得ている。【０００６】
しかしながら、ＥＬ素子に用いられる発光体は、発光輝度が低く、また、寿命が短いという問題があった。【０００７】
発光輝度を上昇させる方法として、発光層への印加電圧を上げる方法が考えられる。この場合、発光体の光の出力の半減期が印加電圧に比例して減少しまうという課題がある。一方、半減期を長くする、つまり寿命を長くする方法として、発光層への印加電圧を下げる方法が考えられるが、発光輝度が低下してしまうという課題がある。このように、発光輝度と半減期は、発光層への印加電圧の増減によって一方を改善しようとするともう一方が悪化する関係にある。したがって、発光輝度か半減期の何れかを選択しなければならなくなる。なお、本明細書における半減期とは、発光体の光出力が元の輝度の半分の出力に減少するまでの時間である。【０００８】
そこで、低電圧で発光素子を駆動させる提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。この提案では、分散型ＥＬ素子において、透明電極と背面電極との間に発光層と誘電体とが介在し、発光層が有機バインダ中に蛍光体よりも高導電率の針状物質を分散させている。針状物質を分散させているため、蛍光体に効率良く高エネルギーの電子を衝突させることができ、長寿命、高効率化が図れる。【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１２０３２８号公報
【特許文献２】特開２００６−１２７７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の提案では、分散型ＥＬ素子を構成するために誘電体層を設けることが必須であり、さらに、発光層から発光させるためには電極間に交流の高電圧を印加する必要がある。その結果、長寿命や高効率が得られにくいという課題がある。【００１１】
本発明の目的は、以上課題を解決し、低電圧で駆動し発光輝度が高く、長寿命の発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る発光素子は、互いに対向して設けられ、少なくとも一方が透明又は半透明である、第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持され、正孔輸送材料からなるマトリクス中に導電性ナノ粒子と、発光体粒子とが分散して構成された発光層と、
を備えたことを特徴とする。【００１３】
また、本発明に係る発光素子は、互いに対向して設けられ、少なくとも一方が透明又は半透明である、第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持され、正孔輸送材料中に導電性ナノ粒子が分散した被覆層で粒子表面の少なくとも一部分が被覆された発光体粒子を含む発光体粒子粉末で構成された発光層と、
を備えたことを特徴とする。【００１４】
前記発光層は、前記発光体粒子の間にバインダを含んでもよい。【００１５】
前記各発光体粒子の間には、前記導電性ナノ粒子が介在しており、前記各発光体粒子は、前記導電性ナノ粒子を介して電気的な接続が形成されていてもよい。【００１６】
前記導電性ナノ粒子は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕからなる群から選ばれる少なくとも一の金属微粒子を含んでいてもよい。また、前記導電性ナノ粒子は、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ、ＩｎＺｎＯからなる群から選ばれる少なくとも一の酸化物微粒子を含んでいてもよい。前記導電性ナノ粒子は、フラーレン、カーボンナノチューブの群から選ばれる少なくとも一の炭素物質の微粒子を含んでいてもよい。【００１７】
また、前記導電性ナノ粒子の平均粒子径は、１〜２００ｎｍの範囲内にあればよい。【００１８】
前記正孔輸送材料は、有機物からなる有機正孔輸送材料を含んでもよい。また、前記有機正孔輸送材料は、下記の化学式１及び化学式２の構成要素を含有してもよい。
【化１】
2009057317.tif 000003
【化２】
2009057317.tif 000004
【００１９】
さらに、前記有機正孔輸送材料は、さらに下記の化学式３、化学式４、化学式５からなる群の少なくとも一つの構成要素を含んでもよい。
【化３】
2009057317.tif 000005
【化４】
2009057317.tif 000006
【化５】
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【００２０】
前記有機正孔輸送材料は、さらに下記の化学式６、化学式７、化学式８からなる群の少なくとも一つの構成要素を含んでもよい。
【化６】
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【化７】
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【化８】
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【００２１】
前記正孔輸送材料は、無機物からなる無機正孔輸送材料を含んでもよい。【００２２】
また、前記発光体粒子は、第１３族−第１５族化合物半導体からなる粒子を含んでもよい。前記発光体粒子は、窒化物、硫化物、セレン化物、酸化物の群から選ばれる少なくとも一種の発光材料を含んでもよい。前記発光体粒子は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎのうち少なくとも一種類の元素を含む窒化物半導体粒子であってもよい。前記発光体粒子は、ＧａＮからなる発光体粒子であってもよい。【００２３】
前記発光体粒子は、粒子の平均粒径が０．１μｍ〜１０００μｍの範囲にあってもよい。【００２４】
前記導電性ナノ粒子は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕ等の金属材料粒子の群から選ばれるものであってもよい。前記導電性ナノ粒子は、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ，ＩｎＺｎＯ等の酸化物粒子から選ばれるものであってもよい。前記導電性ナノ粒子は、カーボンナノチューブ等の炭素材料粒子の群から選ばれるものであってもよい。【００２５】
前記導電性ナノ粒子の平均粒子径又は平均長は、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にあってもよい。【００２６】
前記第１電極と前記発光層との間に挟まれている正孔注入層をさらに備えてもよい。【００２７】
前記第１電極又は前記第２電極に面して支持する支持体基板をさらに備えてもよい。前記支持体基板は、ガラス基板又は樹脂基板であってもよい。【００２８】
前記第１電極又は前記第２電極に接続された薄膜トランジスタをさらに備えてもよい。【００２９】
本発明に係る表示装置は、複数の前記発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と
を備え、
前記発光素子アレイの前記薄膜トランジスタは、前記ｘ電極及び前記ｙ電極とそれぞれ接続されていることを特徴とする。【００３０】
本発明に係る表示装置は、複数の前記発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの発光面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの発光面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と、
を備えることを特徴とする。【００３１】
発光取出し方向の前方に色変換層をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、直流、低電圧で発光させることができ、また発光輝度が高く、寿命も長い高い発光体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発光素子の発光面に垂直な断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る発光素子の変形例の発光面に垂直な断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る発光素子の変形例の発光面に垂直な断面図である。
【図４】本発明の実施例の発光素子の印加電圧と輝度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る発光素子の発光面に垂直な断面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る発光素子に用いられる発光体複合粒子の概略構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る発光素子の変形例の発光面に垂直な断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る発光素子の変形例の発光面に垂直な断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る発光素子の概略斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る表示装置の概略斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態５に係る表示装置の概略斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態６に係る発光素子の発光面に垂直な断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態に係る発光素子及び表示装置について添付図面を用いて説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。【００３５】
（実施の形態１）
＜ＥＬ素子の概略構成＞
図１は、本実施の形態の発光素子の構成を示す概略断面図である。この発光素子１０は、第１の電極である背面電極１２と、第２の電極である透明電極１６と、上記一対の電極１２、１６の間に挟持された発光層１３とを備える。発光層１３は、有機物からなる正孔輸送材料１５をマトリクスとして、発光体粒子１４と導電性ナノ粒子１８とがそれぞれ分散して構成されている。また、第１の電極である背面電極１２と、第２の電極である透明電極１６との間には直流電源が接続され、電圧が印加される。電極１２、１６間に電力が供給されると、背面電極１２および透明電極１６の間に電位差が生じ、電圧が印加される。そして、背面電極１２および透明電極１６から導電性ナノ粒子１８と正孔輸送材料１５を介して、キャリアである正孔と電子とが発光体粒子１４に注入され、それらが再結合して発光する。発光は透明電極１６の側から外部に取り出される。【００３６】
なお、上述の構成に限られず、背面電極１２と透明電極１６とを互いに入れ替える、電極１２および電極１６を両方とも透明電極にする、または、電源を交流電源にする等、適宜変更が可能である。さらに、背面電極１２を黒色電極とする、発光素子１０の全部又は一部を樹脂やセラミックスで封止する構造をさらに備える等、適宜変更が可能である。さらに、図２に示すような変形例もまた可能である。図２に示す発光素子２０では、図１に示す発光素子１０に比べて、電極の極性及び配置が正負逆になっている点で相違する。発光層１３からの発光は透明電極１６、透明基板２１を通して素子外部に取り出される。またさらに、図３に示すような変形例も可能である。図３に示す発光素子３０では、図１に示す発光素子１０に比べて、透明電極１６と発光層１３との間に正孔注入層３１をさらに備える点で相違する。これにより、発光素子３０の駆動電圧を低くするのと同時に電極からの正孔注入の安定性が向上する。【００３７】
以下、発光素子の各構成部材について図１を用いて詳述する。
＜基板＞
図１において、基板１１は、その上に形成する各層を支持できるものを用いる。具体的には、シリコン、Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮなどのセラミック等、更にポリエステル、ポリイミド等のプラスチック基板を用いることができる。また、基板１１側から光を取り出す場合、発光体粒子から発せられる光の波長に対し光透過性を有する材料であることが求められる。このような材料としては、例えば、コーニング１７３７等のガラス、石英等を用いることができる。通常のガラスに含まれるアルカリイオン等が発光素子へ影響しないように、無アルカリガラスや、ガラス表面にイオンバリア層としてアルミナ等をコートしたソーダライムガラスであってもよい。これらは例示であって、基板１１の材料は特にこれらに限定されるものではない。
また、基板側から光を取り出さない構成の場合は、上述の光透過性は不要であり、透光性を有していない材料も用いることができる。【００３８】
＜電極＞
電極には、背面電極１２と透明電極１６とがある。これらは２つの電極のうち、光を取り出す側の電極を透明電極１６とし、他方を背面電極１２としているものである。
光を取り出さない側の背面電極１２は、一般に良く知られている導電材料であればいずれでも適用できる。例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｐｔなどの薄膜金属を、あるいは一種以上積層させたものなどを用いることができる。
光を取り出す側の透明電極１６の材料は、光透過性を有するものであればよく、低抵抗であることが好ましい。透明電極１６の材料として、特に好適なものは、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３にＳｎＯ２をドープしたものであり、インジウム錫酸化物ともいう。）やＺｎＯ、ＡｌＺｎＯ、ＧａＺｎＯなどの金属酸化物、あるいはポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、ポリチオフェンなどの導電性高分子等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。【００３９】
ＩＴＯはその透明性を向上させ、あるいは抵抗率を低下させる目的で、スパッタリング法、エレクトロンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等の成膜方法で成膜できる。また成膜後に、抵抗率制御の目的でプラズマ処理などの表面処理を施してもよい。透明電極の膜厚は、必要とされるシート抵抗値と可視光透過率から決定される。透明電極１６は、発光層１３に直接形成しても良いが、ガラス基板上に透明電極を形成し、透明電極と発光層１３とが直接接するように貼り合わせても良い。【００４０】
なお、背面電極１２は、層内を全面覆うように構成されてもよく、また、層内に複数の電極をストライプ状に構成されてもよい。さらに、背面電極１２、透明電極１６は、複数の電極をストライプ状に構成し、背面電極１２の各ストライプ状の電極と透明電極１６のすべてのストライプ状の電極とが、それぞれねじれの位置の関係であり、かつ、背面電極１２の各ストライプ状の電極を発光面に投影したものと透明電極１６のすべてのストライプ状の電極を発光面に投影したものとがそれぞれ交わるように構成してもよい。この場合、背面電極１２の各ストライプ状の電極、および、透明電極１６の各ストライプ状の電極からそれぞれ選択した電極に電圧を印加することにより、所定位置を発光されるディスプレイを構成することが可能となる。【００４１】
＜発光層＞
発光層１３は、正孔輸送材料１５をマトリクスとして、発光体粒子１４と導電性ナノ粒子１８とがそれぞれ分散して構成されている（図１、図２、図３）。なお、この例に限られず、実施の形態２に係る発光素子における発光層のように、発光層１３は、発光体粒子１４の粒子表面の全面が導電性ナノ粒子１８が分散した正孔輸送材料１５で覆われた発光体複合粒子５０（図６（ａ））を含む発光体粒子粉末で構成された場合や、発光体粒子１４の粒子表面の少なくとも一部分を導電性ナノ粒子１８が分散した正孔輸送材料１５で被覆された発光体複合粒子５０（図６（ｂ））を含む発光体粒子粉末で構成された場合であってもよい。【００４２】
＜正孔輸送材料＞
次に、発光体粒子１４の表面を被覆、若しくは、発光体粒子１４間に存在するマトリクス材料としての正孔輸送材料１５について説明する。正孔輸送材料１５は、正孔を生成、輸送する機能を備えた有機物材料であれば、いずれも使用できる。また、正孔輸送材料１５としては、有機正孔輸送材料と、無機正孔輸送材料とがある。正孔輸送材料１５にはホール移動度の高い材料が好ましい。【００４３】
＜有機正孔輸送材料＞
この有機正孔輸送材料としては、下記の化学式９及び化学式１０の構成要素を含むことが好ましい。
【化９】
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【化１０】
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【００４４】
有機正孔輸送材料が上記の化学式９及び化学式１０の構成要素を含むことによる効果は、発光体粒子１４に対して効率よく正孔を注入することであると考えられる。【００４５】
さらに、この有機正孔輸送材料としては、下記の化学式１１、化学式１２、化学式１３のいずれかを構成要素として含んでもよい。
【化１１】
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【化１２】
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【化１３】
2009057317.tif 000015
【００４６】
また、有機正孔輸送材料としては、大きく分けて、低分子系材料と高分子系材料とがある。正孔輸送性を備える低分子系材料としては、Ｎ，Ｎ'−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ'−ビス（α−ナフチル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）等、Ｔａｎｇらの用いたジアミン誘導体、特に日本国特許第２０３７４７５号に開示されたＱ１−Ｇ−Ｑ２構造のジアミン誘導体等が挙げられる。なお、Ｑ１及びＱ２は、別個に窒素原子及び少なくとも３個の炭素鎖（それらの少なくとも１個は芳香族のもの）を有する基である。Ｇは、シクロアルキレン基、アリーレン基、アルキレン基又は炭素−炭素結合からなる連結基である。また、これらの構造単位を含む多量体（オリゴマー）であってもよい。これらにはスピロ構造やデンドリマー構造を持つものが挙げられる。またさらに、非導電性ポリマーに低分子系の正孔輸送材料を分子分散させた形態も同様に可能である。分子分散系での具体例としては、ＴＰＤをポリカーボネート中に高濃度で分子分散させた例があり、そのホール移動度は１０−４から１０−５ｃｍ２／Ｖｓ程度である。【００４７】
また、正孔輸送材料の他の例としては、テトラフェニルブタジエン系の材料や、4-（ビス（4-メチルフェニル）アミノ）ベンズアルデヒドジフェニルヒドラジンのようなヒドラジン系材料、４−メトキシ−４’−（２，２−ジフェニルビニル）トリフェニルアミンのようなスチルベン系材料、ＰＥＤＯＴ（ポリ（２，３−ジハイドロシアノ−１，４ダイオキシン））、α−ＮＰＤ、ＤＮＴＰＤ、Ｃｕフタロシアニンなどである。【００４８】
一方、正孔輸送性を備える高分子系材料としては、π共役ポリマーやσ共役ポリマー等があり、例えばアリールアミン系化合物等が組み込まれたものがある。具体的には、ポリ−パラ−フェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ誘導体）、ポリチオフェン誘導体（ＰＡＴ誘導体）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ誘導体）、ポリアルキルフェニレン（ＰＤＡＦ）、ポリアセチレン誘導体（ＰＡ誘導体）、ポリシラン誘導体（ＰＳ誘導体）等が挙げられるが、これらに限定されない。さらに、低分子系で正孔輸送性を示す分子構造を分子鎖中に組み込んだポリマーでもよく、これらの具体的な例としては、芳香族アミンを側鎖に有するポリメタクリルアミド（ＰＴＰＡＭＭＡ、ＰＴＰＤＭＡ）、芳香族アミンを主鎖に有するポリエーテル（ＴＰＤＰＥＳ，ＴＰＤＰＥＫ）等が挙げられる。中でも特に好適な例として、中でもポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）は、１０−６ｃｍ２／Ｖｓと極めて高いホール移動度を示す。他の具体例としては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳやポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）等がある。
またさらに、前述した正孔輸送材料を複数種混合して用いてもよい。また、光又は熱で架橋又は重合する架橋性又は重合性材料を含んでいてもよい。【００４９】
＜無機正孔輸送性材料＞
無機正孔輸送性材料について説明する。無機正孔輸送性材料としては、透明または半透明であって、ｐ型伝導性を示す材料であればよい。好適なものとしては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、Ｓｅ、ＳｅＴｅ、Ａｓ２Ｓｅ３等の半金属系半導体、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯ、ＣｕＩ等の２元化合物半導体、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２等のカルコパイライト型半導体、さらにこれらの混晶、ＣｕＡｌＯ２、ＣｕＧａＯ２等の酸化物半導体さらにこれらの混晶等が挙げられる。またさらに、伝導性を制御するために、これらの材料にドーパントを添加してもよい。【００５０】
＜発光体粒子＞
本発明の発光体粒子１４は、光学バンドギャップが可視光の大きさを有する材料であれば、いずれも使用できるが、具体的にはＧａＮ、ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮなどの窒化物やＺｎＳｅやＺｎＳ、更にＺｎＳ、ＺｎＳｅ，ＧａＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＳｒＳ、ＣａＳ、ＺｎＯを母体とし、母体のまま使用するか、あるいは添加剤として，Ａｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｌ、Ｔｂ，Ｌｉ、Ｚｎ、Ｏ、Ｓｉから一種以上選択される元素を添加した発光体粒子を用いる。また、ＺｎＳＳｅのような多元化合物やチオガレート系蛍光体も使用できる。【００５１】
＜導電性ナノ粒子＞
本発明の発光体素子に使用される導電性ナノ粒子１８は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕなどの金属材料粒子や、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ，ＩｎＺｎＯなどの酸化物粒子、カーボンナノチューブなどの炭素材料粒子などを用いることができる。導電性ナノ粒子１８の平均粒子径または平均長は、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。１ｎｍより小さいと、導電性が悪くなり、発光輝度が低下する。一方、２００ｎｍより大きいと、電極間の電気的導通が大きくなるが、導電経路に含まれない発光体粒子１４が多くなり、発光輝度、効率が大きく低下する。
カーボンナノチューブの生成は、気相合成法、プラズマ法などの方法で行われ、作製条件によって、カーボンナノチューブの電気特性や直径、長さなどを任意の変化させることが可能である。また、正孔輸送材料１５を被覆した発光体粒子１４には、ｐ型のカーボンナノチューブを使用しても良い。ｐ型のカーボンナノチューブは、Ｋ、Ｃｓなどの元素をドーパントとしてカーボンナノチューブに添加することによって得られる。【００５２】
＜実施例１＞
本発明の実施例として、各層を塗布法によって形成する方法を説明する。実施例として図１に示すような発光素子１０を作製した。
（ａ）基板は、Ｐｔ電極を形成したシリコン基板１１を用いた。
（ｂ）次に、導電性ナノ粒子１７として、平均粒子径が２０〜３０ｎｍのＩＴＯナノ粒子を用い、樹脂ペーストに１０重量％添加して、十分に混合分散させた。
（ｃ）次いで、正孔輸送材料１５として、樹脂溶液に溶かしたテトラフェニルブタジエン系Ｔ７７０を用いた。この溶液中に、発光体粒子１４として平均粒子径が５００〜１０００ｎｍのＧａＮ粒子を混合させて被覆、乾燥させた後、前記ＩＴＯナノ粒子１７を分散させた樹脂ペーストに十分に混合させ、発光体ペーストとした。
（ｄ）次に、ＩＴＯ膜を成膜したガラス基板上に上記発光体ペーストを塗布した。塗布膜の厚さは約３０μｍであった。
（ｅ）更に、その上にガラス上に透明導電膜であるＩＴＯをスパッタ法で成膜した基板を、ＩＴＯ面が発光層１３に接するように貼り付けた。なお、ＩＴＯ膜の膜厚は約３００ｎｍであった。
以上によって発光素子を得た。【００５３】
発光素子の評価は、背面電極１２と透明電極１６との間に電源１７から直流電圧を印加して行った。また、輝度測定は、携帯型輝度計を用いて行った。なお、参考例として、導電性なの粒子１８を用いないで発光素子を作成した。
図４は、本発明の実施例及び参考例の発光素子の印加電圧と輝度との関係を示すグラフである。図４から、実施例のようにマトリクスである正孔輸送材料１５中に導電性ナノ粒子１８としてＩＴＯナノ粒子を分散させた場合、参考例のように導電性ナノ粒子を用いない場合と比較して、発光開始電圧が低く高輝度であることがわかる。その結果、直流電圧５Ｖでオレンジ色発光を開始し、１８Ｖで発光輝度約８００ｃｄ／ｍ２が得られた。
尚、本実施例では、電極１１に正電圧を、透明電極１６に負電圧を印加したが、極性を変えても同様に発光する。【００５４】
＜効果＞
本実施の形態に係る発光素子によれば、従来の発光素子よりも低電圧で動作するため、耐食性、耐酸化性に優れ、高い輝度、長寿命を得ることができる。【００５５】
（実施の形態２）
＜発光素子の概略構成＞
本発明の実施の形態２に係る発光素子について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、本実施の形態２の発光素子４０の概略構成を示す発光層に垂直な断面図である。発光素子４０は、図１に示す発光素子１０に比べて、発光層１３が、図６（ａ）又は（ｂ）に示す発光体複合粒子５０を含む発光体粒子粉末で構成されている点で相違する。図６（ａ）は、発光体粒子１４の粒子表面の全面に、導電性ナノ粒子１８が分散した正孔輸送材料１５が被覆された発光体複合粒子５０の断面構造を示す断面図であり、図６（ｂ）は、発光体粒子１４の粒子表面の少なくとも一部に、導電性ナノ粒子１８が分散した正孔輸送材料１５が被覆された発光体複合粒子５０の断面構造を示す断面図である。この正孔輸送材料の被覆層の厚さは１μｍ〜１０μｍの範囲、好ましくは２μｍ〜３μｍの範囲である。また、この発光素子は、実施の形態１に係る発光素子と比較すると、上記の発光体複合粒子５０が、有機バインダ４１を結着剤として背面電極１２と透明電極１６との間に配置されている点で相違する。本実施の形態２に係る発光素子４０の特徴は、発光体粒子１４の表面を導電性ナノ粒子が分散した有機正孔輸送材料１５で被覆することで、正孔注入性を改善するとともに電子注入性も改善している点にある。【００５６】
なお、上記構成に限られず、背面電極１２を黒色電極とする、発光素子４０の全部又は一部を樹脂やセラミックスで封止する構造をさらに備える等、適宜変更が可能である。さらに、図７に示すような変形例もまた可能である。図７に示す発光素子６０では、図５に示す発光素子４０に比べて、電極の極性及び配置が正負逆になっている点で相違する。発光層１３からの発光は、透明電極１６、透明基板２１を通して素子外部に取り出される。またさらに、図８に示すような変形例もまた可能である。図８に示す発光素子７０では、図５に示す発光素子４０に比べて、透明電極１６と発光層１３との間に正孔注入層３１をさらに備える点で相違する。これにより、発光素子７０の駆動電圧を低くすると同時に電極からの正孔注入の安定性が向上する。【００５７】
＜効果＞
本実施の形態に係る発光素子では、比較的容易に面状を形成することが可能であって、且つ高輝度、高効率、高信頼性の発光素子を実現することができる。【００５８】
（実施の形態３）
＜発光素子の概略構成＞
本発明の実施の形態３に係る発光素子について、図９を用いて説明する。図９は、この発光素子８０の電極構成を示す斜視図である。この発光素子８０は、画素電極８４に接続された薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略記。図９ではスイッチング用ＴＦＴと駆動用ＴＦＴの２個構成。）８５をさらに備える。ＴＦＴ８５には、走査ライン８１と、データライン８２と、電流供給ライン８３とが接続されている。この発光素子８０では、発光は透明な共通電極８６の側から取り出すので、基板１１上のＴＦＴ８５の配置によらず開口率を大きくとることができる。また、ＴＦＴ８５を用いることによって、発光素子８０にメモリ機能を持たせることができる。このＴＦＴ８５としては、低温ポリシリコンやアモルファスシリコンＴＦＴ、ペンタセン等の有機材料より構成される有機ＴＦＴを用いることができる。また、ＴＦＴ８５は、ＺｎＯやＩｎＧａＺｎＯ４等より構成される無機ＴＦＴであってもよい。【００５９】
（実施の形態４）
＜表示装置の概略構成＞
図１０は、本発明の実施の形態４に係るアクティブマトリクス型表示装置９０の構成を示す概略平面図である。この表示装置９０は、画素電極８４と、共通電極８６と、走査ライン８１とデータライン８２と電流供給ライン８３と、ＴＦＴ（図では省略。）によって構成される。このアクティブマトリクス型表示装置９０は、図９に示した複数個の発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、該発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数の走査ライン８１と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のデータライン８２と、第２方向に平行に延在している複数の電流供給ライン８３とをさらに備える。この発光素子アレイ上のＴＦＴは、走査ライン８１と、データライン８２と電流供給ライン８３とに電気的に接続されている。一対の走査ライン８１とデータライン８２によって特定される発光素子が１つの画素となる。さらに、このアクティブマトリクス型表示装置９０では、走査ラインとデータラインにより選択された１つの画素に対し、ＴＦＴを介して電流供給ライン８３から電流が供給され、選択した発光素子を駆動し、得られた発光を透明な共通電極８６側から取り出す。【００６０】
また、カラーの表示装置の場合、発光層をＲＧＢの各色の発光体粒子で色分けして成膜すればよい。あるいは、電極／発光層／電極といった発光ユニットをＲＧＢの色毎に積層してもよい。また更に、別例のカラー表示装置の場合、単一色又は２色の発光層による表示装置を作成した後、カラーフィルター及び／又は色変換フィルターを用いて、ＲＧＢの各色を表示することもできる。例えば、青色の発光層に、青色から緑色へ、青色乃至緑色から赤色へ、各々色変換するフィルターをさらに備えることによって、ＲＧＢ表示が可能となる。【００６１】
＜効果＞
このアクティブマトリクス型表示装置９０によれば、前述のように、各画素の発光素子を構成する発光層１３は、有機正孔輸送材料１５をマトリクスとして発光体粒子１４及び導電性ナノ粒子１８が分散されて構成されているか、あるいは、粒子の表面を導電性ナノ粒子１８が分散した有機正孔輸送材料１５で被覆された発光体粒子１４を含む発光体粒子粉末で構成されている。これにより、高発光輝度、高発光効率、高信頼性の表示装置を実現できる。【００６２】
（実施の形態５）
＜表示装置の概略構成＞
本発明の実施の形態５に係る表示装置について、図１１を用いて説明する。図１１は、互いに直交する背面電極１２と透明電極１６とによって構成されるパッシブマトリクス型表示装置１００を示す概略平面図である。このパッシブマトリクス型表示装置１００は、複数個の図９に示した発光素子が２次元配列されている発光素子アレイを備える。また、該発光素子アレイの面に平行な第１方向に平行に延在している複数の背面電極１２と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向と直交する第２方向に平行に延在している複数の透明電極１６とを備える。さらに、このパッシブマトリクス型表示装置１００では、一対の背面電極１２と透明電極１６との間に外部電圧を印加して１つの発光素子を駆動し、得られた発光を透明電極１６側から取り出す。また、前述の実施の形態４の表示装置同様にカラーの表示装置とすることも可能である。【００６３】
＜効果＞
このパッシブマトリクス型表示装置１００によれば、前述の実施の形態４の表示装置と同様に、高発光輝度、高発光効率、高信頼性の表示装置を実現できる。【００６４】
（実施の形態６）
＜発光素子の概略構成＞
図１２は、本実施の形態６に係る発光素子の概略構成を示す発光層１３に垂直な断面図である。発光体粒子１４を含有する発光層１３は、第１の電極である背面電極１２と、第２の電極である透明電極１６とに挟持されている。これらを支持するものとして、基板１１が背面電極１２に隣接して構成されている。また、発光層１３は、正孔輸送性材料１５を媒体として、発光体粒子１４と導電性ナノ粒子２３とが分散して構成されている。さらに、発光体粒子１４間には、導電性ナノ粒子２３が介在し、各発光体粒子１４は導電性ナノ粒子２３を介して電気的接続を形成している。背面電極１２と透明電極１６とは、電源１７に電気的に接続されている。電源１７から電力が供給されると、背面電極１２と透明電極１６との間に電圧が印加される。背面電極１２からは正孔が発光層１３中の導電性ナノ粒子２３を介して発光体粒子１４に注入され、一方の透明電極１６からは電子が発光層１３中の導電性ナノ粒子２３を介して発光体粒子１４に注入される。発光体粒子１４内に注入された正孔と電子は再結合し、バンドギャップに相応する波長の発光を示す。発光は透明電極１６を透過して発光素子１０の外部に取り出される。本実施の形態６においては、電源１７として直流電源を用いている。
なお、前記構成に限られず、背面電極１２を黒色電極とする、発光素子１０の全部又は一部を樹脂やセラミックスで封止する構造をさらに備える、透明電極１６と発光層１３との間に正孔注入層をさらに備える等、適宜変更が可能である。【００６５】
以下、この発光素子１０を構成する各構成部材について説明する。
なお、基板については実施の形態１に係る発光素子における基板と実質的に同様であるので説明を省略する。【００６６】
＜電極＞
電極には、背面電極１２と透明電極１６とがある。これらは２つの電極のうち、光を取り出す側の電極を透明電極１６とし、他方を背面電極１２としているものである。
光を取り出す側の透明電極１６の材料は、発光層１３内で生じた発光を取り出せるように光透過性を有するものであればよく、特に可視光領域において高い透過率を有することが好ましい。また、低抵抗であることが好ましく、さらには発光層１３との密着性に優れていることが好ましい。またさらに、発光層１３上に成膜する際に、発光層１３が熱劣化等を生じないよう、低温成膜できるものがより好ましい。透明電極１６の材料として、特に好適なものは、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３にＳｎＯ２をドープしたものであり、インジウム錫酸化物ともいう。）やＩｎＺｎＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等を主体とする金属酸化物、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ等の金属薄膜、あるいはポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、ポリチオフェンなどの導電性高分子等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。また、透明電極１６の体積抵抗率は１×１０−３Ω・ｃｍ以下であって、透過率は３８０〜７８０ｎｍの波長において７５％以上、さらには屈折率が、１．８５〜１．９５であることが望ましい。例えばＩＴＯは、その透明性を向上させ、あるいは抵抗率を低下させる目的で、スパッタリング法、エレクトロンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等の成膜方法で成膜できる。また成膜後に、抵抗率制御の目的でプラズマ処理などの表面処理を施してもよい。透明電極１６の膜厚は、必要とされるシート抵抗値と可視光透過率から決定される。透明電極１６は、発光層１３の上に直接形成しても良いが、ガラス基板上に透明導電膜からなる透明電極１６を形成し、透明導電膜と発光層１３とが直接接するように貼り合わせても良い。【００６７】
光を取り出さない側の背面電極１２には、導電性を有しており、且つ基板１１及び発光層１３との密着性に優れたものであればよい。好適な例としては、例えばＩＴＯやＩｎＺｎＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等の金属酸化物、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ等の金属、これらの積層構造体、あるいは、ポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ〔ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）〕／ＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）等の導電性高分子、あるいは導電性カーボンなどを用いることができる。【００６８】
背面電極１２は、層内を全面覆うように構成されてもよく、また、層内に複数の電極をストライプ状に構成されてもよい。さらに、背面電極１２、透明電極１６は、複数の電極をストライプ状に構成し、背面電極１２の各ストライプ状の電極と透明電極１６のすべてのストライプ状の電極とが、それぞれねじれの位置の関係であり、かつ、背面電極１２の各ストライプ状の電極を発光面に投影したものと透明電極１６のすべてのストライプ状の電極を発光面に投影したものとがそれぞれ交わるように構成してもよい。この場合、背面電極１２の各ストライプ状の電極、および、透明電極１６の各ストライプ状の電極からそれぞれ選択した電極に電圧を印加することにより、所定位置を発光されるディスプレイを構成することが可能となる。【００６９】
＜発光層＞
発光層１３は、正孔輸送材料１５を媒体として、発光体粒子１４と導電性ナノ粒子２３とが分散して構成されている（図１２）。また、発光体粒子１４間には導電性ナノ粒子２３が介在し、各発光体粒子１４は導電性ナノ粒子２３を介して電気的な接続を形成している。背面電極１２からは導電性ナノ粒子２３を介して正孔が発光体粒子１４に注入され、透明電極１６からは導電性ナノ粒子２３を介して電子が発光体粒子１４に注入される。発光体粒子１４内に注入された正孔と電子とは再結合し、バンドギャップに相応する波長の発光を示す。【００７０】
＜発光体粒子＞
発光体粒子１４としては、光学バンドギャップが可視光の大きさを有する材料であれば、いずれも使用できる。具体的には第１３族−第１５族化合物半導体であるＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＰ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＳｂ等を用いることができる。特に、ＧａＮに代表される第１３族窒化物半導体が好ましい。また、これらの混晶（例えばＧａＩｎＮ等）であってもよい。さらに、伝導性を制御するために、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｍｎからなる群より選択される１又は複数種の元素をドーパントとして含んでいてもよい。【００７１】
また、ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮなどの窒化物やＺｎＳｅやＺｎＳ、更にＺｎＳ、ＺｎＳｅ，ＧａＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＳｒＳ、ＣａＳ、ＺｎＯを母体とし、母体のまま使用するか、あるいは添加剤として，Ａｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｌ、Ｔｂ，Ｌｉから一種以上選択される元素を添加した発光体粒子を用いることができる。また、ＺｎＳＳｅのような多元化合物やチオガレート系蛍光体も使用できる。【００７２】
またさらに、発光体粒子１４内において、上記複数の組成が層状構造や偏析構造をなしていてもよい。発光体粒子１４の粒径は０．１μｍ〜１０００μｍの範囲内であればよく、０．５μｍ〜５００μｍの範囲内がより好ましい。【００７３】
＜導電性ナノ粒子＞
この導電性ナノ粒子２３は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕなどの金属材料粒子や、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ，ＩｎＺｎＯなどの酸化物粒子、カーボンナノチューブなどの炭素材料粒子などを用いることができる。導電性ナノ粒子２３の形状は、粒状、球状、柱状、針状、あるいは不定形等のいずれの形状であってもよい。導電性ナノ粒子２３の平均粒子径は、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にあることが好ましく、さらに、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲がより好ましい。１ｎｍより小さいと、導電性が悪くなり、発光輝度が低下する。一方、２００ｎｍより大きいと、電極間の電気的導通が大きくなるが、導電経路に含まれない発光体粒子１４が多くなり、発光輝度、効率が大きく低下する。【００７４】
カーボンナノチューブの生成は、気相合成法、プラズマ法などの方法で行われ、作製条件によって、カーボンナノチューブの電気特性や直径、長さなどを任意に変化させることが可能である。カーボンナノチューブは、正極側の電極界面に担持する場合は、ｐ型を使用することが好ましい。負極側の電極界面に担持する場合はｎ型を使用することが好ましい。ｐ型は、カーボンナノチューブにリンなどの５族元素を添加することで得られる。一方、ｎ型は、窒素などの３族元素を添加することで得られる。【００７５】
＜正孔輸送材料＞
次に、発光体粒子１４及び導電性ナノ粒子２３を分散させる媒体としての正孔輸送材料１５について説明する。正孔輸送材料１５としては、有機正孔輸送材料と、無機正孔輸送材料とがある。正孔輸送材料１５にはホール移動度の高い材料が好ましい。【００７６】
＜有機正孔輸送材料＞
この有機正孔輸送材料としては、下記の化学式１４及び化学式１５の構成要素を含むことが好ましい。
【化１４】
2009057317.tif 000016
【化１５】
2009057317.tif 000017
【００７７】
有機正孔輸送材料が上記の化学式１４及び化学式１５の構成要素を含むことによる効果は、発光体粒子１４に対して効率よく正孔を注入することであると考えられる。【００７８】
さらに、この有機正孔輸送材料としては、下記の化学式１６、化学式１７、化学式１８のいずれかを構成要素として含んでもよい。
【化１６】
2009057317.tif 000018
【化１７】
2009057317.tif 000019
【化１８】
2009057317.tif 000020
【００７９】
また、有機正孔輸送材料としては、大きく分けて、低分子系材料と高分子系材料とがある。正孔輸送性を備える低分子系材料としては、Ｎ，Ｎ'−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ'−ビス（α−ナフチル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）等、Ｔａｎｇらの用いたジアミン誘導体、特に日本国特許第２０３７４７５号に開示されたＱ１−Ｇ−Ｑ２構造のジアミン誘導体等が挙げられる。なお、Ｑ１及びＱ２は、別個に窒素原子及び少なくとも３個の炭素鎖（それらの少なくとも１個は芳香族のもの）を有する基である。Ｇは、シクロアルキレン基、アリーレン基、アルキレン基又は炭素−炭素結合からなる連結基である。また、これらの構造単位を含む多量体（オリゴマー）であってもよい。これらにはスピロ構造やデンドリマー構造を持つものが挙げられる。またさらに、非導電性ポリマーに低分子系の正孔輸送材料を分子分散させた形態も同様に可能である。分子分散系での具体例としては、ＴＰＤをポリカーボネート中に高濃度で分子分散させた例があり、そのホール移動度は１０−４から１０−５ｃｍ２／Ｖｓ程度である。【００８０】
一方、正孔輸送性を備える高分子系材料としては、π共役ポリマーやσ共役ポリマー等があり、例えばアリールアミン系化合物等が組み込まれたものがある。具体的には、ポリ−パラ−フェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ誘導体）、ポリチオフェン誘導体（ＰＡＴ誘導体）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ誘導体）、ポリアルキルフェニレン（ＰＤＡＦ）、ポリアセチレン誘導体（ＰＡ誘導体）、ポリシラン誘導体（ＰＳ誘導体）等が挙げられるが、これらに限定されない。さらに、低分子系で正孔輸送性を示す分子構造を分子鎖中に組み込んだポリマーでもよく、これらの具体的な例としては、芳香族アミンを側鎖に有するポリメタクリルアミド（ＰＴＰＡＭＭＡ、ＰＴＰＤＭＡ）、芳香族アミンを主鎖に有するポリエーテル（ＴＰＤＰＥＳ，ＴＰＤＰＥＫ）等が挙げられる。中でも特に好適な例として、中でもポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）は、１０−６ｃｍ２／Ｖｓと極めて高いホール移動度を示す。他の具体例としては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳやポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）等がある。
またさらに、前述した正孔輸送材料を複数種混合して用いてもよい。また、光又は熱で架橋又は重合する架橋性又は重合性材料を含んでいてもよい。【００８１】
＜無機正孔輸送性材料＞
無機正孔輸送性材料について説明する。無機正孔輸送性材料としては、透明または半透明であって、ｐ型伝導性を示す材料であればよい。好適なものとしては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、Ｓｅ、ＳｅＴｅ、Ａｓ２Ｓｅ３等の半金属系半導体、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯ、ＣｕＩ等の２元化合物半導体、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２等のカルコパイライト型半導体、さらにこれらの混晶、ＣｕＡｌＯ２、ＣｕＧａＯ２等の酸化物半導体さらにこれらの混晶等が挙げられる。またさらに、伝導性を制御するために、これらの材料にドーパントを添加してもよい。【００８２】
＜発光層の製造方法＞
次に、発光層１３の製造方法について説明する。
（ａ）発光体粒子１４と導電性ナノ粒子２３とを、任意の溶剤等を加えた正孔輸送材料１５中に混合、攪拌して、発光ペーストを作成する。
（ｂ）次いで、基板１１上に設けた背面電極１２上に、上記発光ペーストを成膜塗布し、乾燥により溶剤等を揮発させて発光層１３を形成する。この場合の塗布方法としては、インクジェット法、ディッピング法、スピンコート法、スクリーン印刷法、バーコート法、その他各種の塗布方法を使用することができる。また、スプレーコーティング法、溶剤を使用せず粉体材料を用いた静電塗装法、流動浸漬法、エアロゾルデポジション法など、適宜変更が可能である。またさらに、有機正孔輸送材料の他の成膜方法としては真空蒸着法などがあり、これらを組み合わせることで発光層を形成することも可能である。【００８３】
本発明の実施の形態６に係る発光素子の特徴は、発光層１３として、正孔輸送材料１５を媒体として発光体粒子１４と導電性ナノ粒子２３とを分散させて構成し、発光体粒子１４間に導電性ナノ粒子２３を介在させていることである。さらに、該発光体粒子１４間に介在する導電性ナノ粒子２３によって発光体粒子１４間の接触抵抗を低減させ、正孔注入性を改善できる点にある。加えて、発光層１３の媒体として有機正孔輸送材料１５を用いる構成とすることで、大面積化が容易で、且つ、粒子間をパスとする電極間のリークを減らすことが可能である。従って、高輝度、高効率で信頼性の高い発光素子が実現できる。
＜効果＞
本実施の形態に係る発光素子では、従来の化合物半導体粒子等を利用した発光素子よりも高輝度、高効率の発光を得ることができた。【００８４】
＜実施例２＞
ＧａＮを主体とする発光体粒子と無機導電性ナノ微粒子（Ｃｕ２Ｓ微粒子）とを有機正孔輸送性材料（テトラフェニルブタジエン系誘導体）中に混合攪拌して分散させた。次いで得られたペーストを一対のＩＴＯ電極付ガラス基板間にスペーサーとともに挟持してＥＬ確認用素子を作成した。このＥＬ確認用素子に直流電圧を印加して評価したところ、１２Ｖで発光輝度が１８０ｃｄ／ｍ２を示した。この結果は、以下の比較例に比べて良好であった。【００８５】
＜比較例１＞
ＧａＮを主体とする発光体粒子を絶縁性シリコーンオイル中に分散してＩＴＯ電極付ガラス基板でスペーサーとともに挟持しＥＬ確認用素子を作成した。この素子に直流電圧を印加して評価したところ、５０Ｖで発光を示した（発光輝度は１ｃｄ／ｍ２未満）。【００８６】
＜比較例２＞
ＧａＮを主体とする発光体粒子を有機正孔輸送性材料（テトラフェニルブタジエン系誘導体）中に分散してＩＴＯ電極付ガラス基板でスペーサーとともに挟持してＥＬ確認用素子を作成した。この素子に直流電圧を印加して評価したところ、２０Ｖで発光輝度が１５ｃｄ／ｍ２を示した。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係る発光素子及び表示装置は、高発光輝度、高発光効率の発光と長期信頼性が得られる。特にテレビ等のディスプレイデバイスや、通信、照明などに用いられる各種光源として有用である。
【図１】
2009057317.tif 000029
【図２】
2009057317.tif 000030
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009057317.tif 000034
【図７】
2009057317.tif 000035
【図８】
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【図９】
2009057317.tif 000037
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2009057317.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月26日(2010.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネセンス用発光素子、及び、該発光素子を用いた表示装置に関する。また、この発光素子は、通信、照明などに用いられる各種光源として利用可能である。
【背景技術】
【０００２】
近年、軽量・薄型の面発光型素子としてエレクトロルミネセンス素子（以下、ＥＬ素子という）が注目されている。ＥＬ素子は大別すると、有機材料からなる蛍光体に直流電圧を印加し、電子とホールを再結合させて発光させる有機ＥＬ素子と、無機材料からなる蛍光体に交流電圧を印加し、およそ１０６Ｖ／ｃｍもの高電界で加速された電子を無機蛍光体の発光中心に衝突させて励起させ、その緩和過程で無機蛍光体を発光させる無機ＥＬ素子がある。
【０００３】
さらに、この無機ＥＬ素子には、無機蛍光体粒子を高分子有機材料からなるバインダ中に分散させ発光層とする分散型ＥＬ素子と、厚さが１μｍ程度の薄膜発光層の両側あるいは片側に絶縁層を設けた薄膜型ＥＬ素子とがある。これらのうち分散型ＥＬ素子は、消費電力が少なく、しかも製造が簡単なため製造コストが安くなる利点があるとして注目されている。
【０００４】
分散型ＥＬ素子と呼ばれているＥＬ素子について説明する。従来のＥＬ素子は層状の構造であり、基板側から順に、基板、第１電極、発光層、絶縁体層、第２電極からなる。発光層はＺｎＳ：Ｍｎ等の無機蛍光体粒子を有機バインダに分散させた構成を有し、絶縁体層はＢａＴｉＯ３などの強誘電体を有機バインダにて分散させた構成を有する。第１電極と第２電極の間には交流電源が設置されており、交流電源から第１電極、第２電極間へ電圧を印加することでＥＬ素子は発光する。
【０００５】
分散型ＥＬ素子の構造において発光層は分散型ＥＬ素子の輝度と効率を決定付ける層であるが、この発光層の無機蛍光体粒子には、粒径１５〜３５μｍの大きさのものが用いられている。また、分散型ＥＬ素子の発光層の発光色は発光層に用いられる無機蛍光体粒子によって決まり、例えば無機蛍光体粒子にＺｎＳ：Ｍｎを用いた場合には橙色の発光を示し、例えば無機蛍光体粒子にＺｎＳ：Ｃｕを用いた場合には青緑色の発光を示す。このように発光色は無機蛍光体粒子によって決まるため、それ以外の、例えば白色の発光色を発光させる場合、有機色素を有機バインダに混合させることで発光色を変換し、目的の発光色を得ている。
【０００６】
しかしながら、ＥＬ素子に用いられる発光体は、発光輝度が低く、また、寿命が短いという問題があった。
【０００７】
発光輝度を上昇させる方法として、発光層への印加電圧を上げる方法が考えられる。この場合、発光体の光の出力の半減期が印加電圧に比例して減少しまうという課題がある。一方、半減期を長くする、つまり寿命を長くする方法として、発光層への印加電圧を下げる方法が考えられるが、発光輝度が低下してしまうという課題がある。このように、発光輝度と半減期は、発光層への印加電圧の増減によって一方を改善しようとするともう一方が悪化する関係にある。したがって、発光輝度か半減期の何れかを選択しなければならなくなる。なお、本明細書における半減期とは、発光体の光出力が元の輝度の半分の出力に減少するまでの時間である。
【０００８】
そこで、低電圧で発光素子を駆動させる提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。この提案では、分散型ＥＬ素子において、透明電極と背面電極との間に発光層と誘電体とが介在し、発光層が有機バインダ中に蛍光体よりも高導電率の針状物質を分散させている。針状物質を分散させているため、蛍光体に効率良く高エネルギーの電子を衝突させることができ、長寿命、高効率化が図れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１２０３２８号公報
【特許文献２】特開２００６−１２７７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の提案では、分散型ＥＬ素子を構成するために誘電体層を設けることが必須であり、さらに、発光層から発光させるためには電極間に交流の高電圧を印加する必要がある。その結果、長寿命や高効率が得られにくいという課題がある。
【００１１】
本発明の目的は、以上課題を解決し、低電圧で駆動し発光輝度が高く、長寿命の発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る発光素子は、互いに対向して設けられ、少なくとも一方が透明又は半透明である、第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持され、正孔輸送材料からなるマトリクス中に導電性ナノ粒子と、発光体粒子とが分散して構成された発光層と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る発光素子は、互いに対向して設けられ、少なくとも一方が透明又は半透明である、第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持され、正孔輸送材料中に導電性ナノ粒子が分散した被覆層で粒子表面の少なくとも一部分が被覆された発光体粒子を含む発光体粒子粉末で構成された発光層と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
前記発光層は、前記発光体粒子の間にバインダを含んでもよい。
【００１５】
前記各発光体粒子の間には、前記導電性ナノ粒子が介在しており、前記各発光体粒子は、前記導電性ナノ粒子を介して電気的な接続が形成されていてもよい。
【００１６】
前記導電性ナノ粒子は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕからなる群から選ばれる少なくとも一の金属微粒子を含んでいてもよい。また、前記導電性ナノ粒子は、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ、ＩｎＺｎＯからなる群から選ばれる少なくとも一の酸化物微粒子を含んでいてもよい。前記導電性ナノ粒子は、フラーレン、カーボンナノチューブの群から選ばれる少なくとも一の炭素物質の微粒子を含んでいてもよい。
【００１７】
また、前記導電性ナノ粒子の平均粒子径は、１〜２００ｎｍの範囲内にあればよい。
【００１８】
前記正孔輸送材料は、有機物からなる有機正孔輸送材料を含んでもよい。また、前記有機正孔輸送材料は、下記の化学式１及び化学式２の構成要素を含有してもよい。
【化１】
2009057317.tif 000041
【化２】
2009057317.tif 000042
【００１９】
さらに、前記有機正孔輸送材料は、さらに下記の化学式３、化学式４、化学式５からなる群の少なくとも一つの構成要素を含んでもよい。
【化３】
2009057317.tif 000043
【化４】
2009057317.tif 000044
【化５】
2009057317.tif 000045
【００２０】
前記有機正孔輸送材料は、さらに下記の化学式６、化学式７、化学式８からなる群の少なくとも一つの構成要素を含んでもよい。
【化６】
2009057317.tif 000046
【化７】
2009057317.tif 000047
【化８】
2009057317.tif 000048
【００２１】
前記正孔輸送材料は、無機物からなる無機正孔輸送材料を含んでもよい。
【００２２】
また、前記発光体粒子は、第１３族−第１５族化合物半導体からなる粒子を含んでもよい。前記発光体粒子は、窒化物、硫化物、セレン化物、酸化物の群から選ばれる少なくとも一種の発光材料を含んでもよい。前記発光体粒子は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎのうち少なくとも一種類の元素を含む窒化物半導体粒子であってもよい。前記発光体粒子は、ＧａＮからなる発光体粒子であってもよい。
【００２３】
前記発光体粒子は、粒子の平均粒径が０．１μｍ〜１０００μｍの範囲にあってもよい。
【００２４】
前記導電性ナノ粒子は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕ等の金属材料粒子の群から選ばれるものであってもよい。前記導電性ナノ粒子は、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ，ＩｎＺｎＯ等の酸化物粒子から選ばれるものであってもよい。前記導電性ナノ粒子は、カーボンナノチューブ等の炭素材料粒子の群から選ばれるものであってもよい。
【００２５】
前記導電性ナノ粒子の平均粒子径又は平均長は、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にあってもよい。
【００２６】
前記第１電極と前記発光層との間に挟まれている正孔注入層をさらに備えてもよい。
【００２７】
前記第１電極又は前記第２電極に面して支持する支持体基板をさらに備えてもよい。前記支持体基板は、ガラス基板又は樹脂基板であってもよい。
【００２８】
前記第１電極又は前記第２電極に接続された薄膜トランジスタをさらに備えてもよい。
【００２９】
本発明に係る表示装置は、複数の前記発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と
を備え、
前記発光素子アレイの前記薄膜トランジスタは、前記ｘ電極及び前記ｙ電極とそれぞれ接続されていることを特徴とする。
【００３０】
本発明に係る表示装置は、複数の前記発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの発光面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの発光面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と、
を備えることを特徴とする。
【００３１】
発光取出し方向の前方に色変換層をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、直流、低電圧で発光させることができ、また発光輝度が高く、寿命も長い高い発光体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発光素子の発光面に垂直な断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る発光素子の変形例の発光面に垂直な断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る発光素子の変形例の発光面に垂直な断面図である。
【図４】本発明の実施例の発光素子の印加電圧と輝度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る発光素子の発光面に垂直な断面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る発光素子に用いられる発光体複合粒子の概略構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る発光素子の変形例の発光面に垂直な断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る発光素子の変形例の発光面に垂直な断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る発光素子の概略斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る表示装置の概略斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態５に係る表示装置の概略斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態６に係る発光素子の発光面に垂直な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態に係る発光素子及び表示装置について添付図面を用いて説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００３５】
（実施の形態１）
＜ＥＬ素子の概略構成＞
図１は、本実施の形態の発光素子の構成を示す概略断面図である。この発光素子１０は、第１の電極である背面電極１２と、第２の電極である透明電極１６と、上記一対の電極１２、１６の間に挟持された発光層１３とを備える。発光層１３は、有機物からなる正孔輸送材料１５をマトリクスとして、発光体粒子１４と導電性ナノ粒子１８とがそれぞれ分散して構成されている。また、第１の電極である背面電極１２と、第２の電極である透明電極１６との間には直流電源が接続され、電圧が印加される。電極１２、１６間に電力が供給されると、背面電極１２および透明電極１６の間に電位差が生じ、電圧が印加される。そして、背面電極１２および透明電極１６から導電性ナノ粒子１８と正孔輸送材料１５を介して、キャリアである正孔と電子とが発光体粒子１４に注入され、それらが再結合して発光する。発光は透明電極１６の側から外部に取り出される。
【００３６】
なお、上述の構成に限られず、背面電極１２と透明電極１６とを互いに入れ替える、電極１２および電極１６を両方とも透明電極にする、または、電源を交流電源にする等、適宜変更が可能である。さらに、背面電極１２を黒色電極とする、発光素子１０の全部又は一部を樹脂やセラミックスで封止する構造をさらに備える等、適宜変更が可能である。さらに、図２に示すような変形例もまた可能である。図２に示す発光素子２０では、図１に示す発光素子１０に比べて、電極の極性及び配置が正負逆になっている点で相違する。発光層１３からの発光は透明電極１６、透明基板２１を通して素子外部に取り出される。またさらに、図３に示すような変形例も可能である。図３に示す発光素子３０では、図１に示す発光素子１０に比べて、透明電極１６と発光層１３との間に正孔注入層３１をさらに備える点で相違する。これにより、発光素子３０の駆動電圧を低くするのと同時に電極からの正孔注入の安定性が向上する。
【００３７】
以下、発光素子の各構成部材について図１を用いて詳述する。
＜基板＞
図１において、基板１１は、その上に形成する各層を支持できるものを用いる。具体的には、シリコン、Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮなどのセラミック等、更にポリエステル、ポリイミド等のプラスチック基板を用いることができる。また、基板１１側から光を取り出す場合、発光体粒子から発せられる光の波長に対し光透過性を有する材料であることが求められる。このような材料としては、例えば、コーニング１７３７等のガラス、石英等を用いることができる。通常のガラスに含まれるアルカリイオン等が発光素子へ影響しないように、無アルカリガラスや、ガラス表面にイオンバリア層としてアルミナ等をコートしたソーダライムガラスであってもよい。これらは例示であって、基板１１の材料は特にこれらに限定されるものではない。
また、基板側から光を取り出さない構成の場合は、上述の光透過性は不要であり、透光性を有していない材料も用いることができる。
【００３８】
＜電極＞
電極には、背面電極１２と透明電極１６とがある。これらは２つの電極のうち、光を取り出す側の電極を透明電極１６とし、他方を背面電極１２としているものである。
光を取り出さない側の背面電極１２は、一般に良く知られている導電材料であればいずれでも適用できる。例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｐｔなどの薄膜金属を、あるいは一種以上積層させたものなどを用いることができる。
光を取り出す側の透明電極１６の材料は、光透過性を有するものであればよく、低抵抗であることが好ましい。透明電極１６の材料として、特に好適なものは、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３にＳｎＯ２をドープしたものであり、インジウム錫酸化物ともいう。）やＺｎＯ、ＡｌＺｎＯ、ＧａＺｎＯなどの金属酸化物、あるいはポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、ポリチオフェンなどの導電性高分子等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００３９】
ＩＴＯはその透明性を向上させ、あるいは抵抗率を低下させる目的で、スパッタリング法、エレクトロンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等の成膜方法で成膜できる。また成膜後に、抵抗率制御の目的でプラズマ処理などの表面処理を施してもよい。透明電極の膜厚は、必要とされるシート抵抗値と可視光透過率から決定される。透明電極１６は、発光層１３に直接形成しても良いが、ガラス基板上に透明電極を形成し、透明電極と発光層１３とが直接接するように貼り合わせても良い。
【００４０】
なお、背面電極１２は、層内を全面覆うように構成されてもよく、また、層内に複数の電極をストライプ状に構成されてもよい。さらに、背面電極１２、透明電極１６は、複数の電極をストライプ状に構成し、背面電極１２の各ストライプ状の電極と透明電極１６のすべてのストライプ状の電極とが、それぞれねじれの位置の関係であり、かつ、背面電極１２の各ストライプ状の電極を発光面に投影したものと透明電極１６のすべてのストライプ状の電極を発光面に投影したものとがそれぞれ交わるように構成してもよい。この場合、背面電極１２の各ストライプ状の電極、および、透明電極１６の各ストライプ状の電極からそれぞれ選択した電極に電圧を印加することにより、所定位置を発光されるディスプレイを構成することが可能となる。
【００４１】
＜発光層＞
発光層１３は、正孔輸送材料１５をマトリクスとして、発光体粒子１４と導電性ナノ粒子１８とがそれぞれ分散して構成されている（図１、図２、図３）。なお、この例に限られず、実施の形態２に係る発光素子における発光層のように、発光層１３は、発光体粒子１４の粒子表面の全面が導電性ナノ粒子１８が分散した正孔輸送材料１５で覆われた発光体複合粒子５０（図６（ａ））を含む発光体粒子粉末で構成された場合や、発光体粒子１４の粒子表面の少なくとも一部分を導電性ナノ粒子１８が分散した正孔輸送材料１５で被覆された発光体複合粒子５０（図６（ｂ））を含む発光体粒子粉末で構成された場合であってもよい。
【００４２】
＜正孔輸送材料＞
次に、発光体粒子１４の表面を被覆、若しくは、発光体粒子１４間に存在するマトリクス材料としての正孔輸送材料１５について説明する。正孔輸送材料１５は、正孔を生成、輸送する機能を備えた有機物材料であれば、いずれも使用できる。また、正孔輸送材料１５としては、有機正孔輸送材料と、無機正孔輸送材料とがある。正孔輸送材料１５にはホール移動度の高い材料が好ましい。
【００４３】
＜有機正孔輸送材料＞
この有機正孔輸送材料としては、下記の化学式９及び化学式１０の構成要素を含むことが好ましい。
【化９】
2009057317.tif 000049
【化１０】
2009057317.tif 000050
【００４４】
有機正孔輸送材料が上記の化学式９及び化学式１０の構成要素を含むことによる効果は、発光体粒子１４に対して効率よく正孔を注入することであると考えられる。
【００４５】
さらに、この有機正孔輸送材料としては、下記の化学式１１、化学式１２、化学式１３のいずれかを構成要素として含んでもよい。
【化１１】
2009057317.tif 000051
【化１２】
2009057317.tif 000052
【化１３】
2009057317.tif 000053
【００４６】
また、有機正孔輸送材料としては、大きく分けて、低分子系材料と高分子系材料とがある。正孔輸送性を備える低分子系材料としては、Ｎ，Ｎ'−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ'−ビス（α−ナフチル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）等、Ｔａｎｇらの用いたジアミン誘導体、特に日本国特許第２０３７４７５号に開示されたＱ１−Ｇ−Ｑ２構造のジアミン誘導体等が挙げられる。なお、Ｑ１及びＱ２は、別個に窒素原子及び少なくとも３個の炭素鎖（それらの少なくとも１個は芳香族のもの）を有する基である。Ｇは、シクロアルキレン基、アリーレン基、アルキレン基又は炭素−炭素結合からなる連結基である。また、これらの構造単位を含む多量体（オリゴマー）であってもよい。これらにはスピロ構造やデンドリマー構造を持つものが挙げられる。またさらに、非導電性ポリマーに低分子系の正孔輸送材料を分子分散させた形態も同様に可能である。分子分散系での具体例としては、ＴＰＤをポリカーボネート中に高濃度で分子分散させた例があり、そのホール移動度は１０−４から１０−５ｃｍ２／Ｖｓ程度である。
【００４７】
また、正孔輸送材料の他の例としては、テトラフェニルブタジエン系の材料や、4-（ビス（4-メチルフェニル）アミノ）ベンズアルデヒドジフェニルヒドラジンのようなヒドラジン系材料、４−メトキシ−４’−（２，２−ジフェニルビニル）トリフェニルアミンのようなスチルベン系材料、ＰＥＤＯＴ（ポリ（２，３−ジハイドロシアノ−１，４ダイオキシン））、α−ＮＰＤ、ＤＮＴＰＤ、Ｃｕフタロシアニンなどである。
【００４８】
一方、正孔輸送性を備える高分子系材料としては、π共役ポリマーやσ共役ポリマー等があり、例えばアリールアミン系化合物等が組み込まれたものがある。具体的には、ポリ−パラ−フェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ誘導体）、ポリチオフェン誘導体（ＰＡＴ誘導体）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ誘導体）、ポリアルキルフェニレン（ＰＤＡＦ）、ポリアセチレン誘導体（ＰＡ誘導体）、ポリシラン誘導体（ＰＳ誘導体）等が挙げられるが、これらに限定されない。さらに、低分子系で正孔輸送性を示す分子構造を分子鎖中に組み込んだポリマーでもよく、これらの具体的な例としては、芳香族アミンを側鎖に有するポリメタクリルアミド（ＰＴＰＡＭＭＡ、ＰＴＰＤＭＡ）、芳香族アミンを主鎖に有するポリエーテル（ＴＰＤＰＥＳ，ＴＰＤＰＥＫ）等が挙げられる。中でも特に好適な例として、中でもポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）は、１０−６ｃｍ２／Ｖｓと極めて高いホール移動度を示す。他の具体例としては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳやポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）等がある。
またさらに、前述した正孔輸送材料を複数種混合して用いてもよい。また、光又は熱で架橋又は重合する架橋性又は重合性材料を含んでいてもよい。
【００４９】
＜無機正孔輸送性材料＞
無機正孔輸送性材料について説明する。無機正孔輸送性材料としては、透明または半透明であって、ｐ型伝導性を示す材料であればよい。好適なものとしては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、Ｓｅ、ＳｅＴｅ、Ａｓ２Ｓｅ３等の半金属系半導体、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯ、ＣｕＩ等の２元化合物半導体、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２等のカルコパイライト型半導体、さらにこれらの混晶、ＣｕＡｌＯ２、ＣｕＧａＯ２等の酸化物半導体さらにこれらの混晶等が挙げられる。またさらに、伝導性を制御するために、これらの材料にドーパントを添加してもよい。
【００５０】
＜発光体粒子＞
本発明の発光体粒子１４は、光学バンドギャップが可視光の大きさを有する材料であれば、いずれも使用できるが、具体的にはＧａＮ、ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮなどの窒化物やＺｎＳｅやＺｎＳ、更にＺｎＳ、ＺｎＳｅ，ＧａＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＳｒＳ、ＣａＳ、ＺｎＯを母体とし、母体のまま使用するか、あるいは添加剤として，Ａｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｌ、Ｔｂ，Ｌｉ、Ｚｎ、Ｏ、Ｓｉから一種以上選択される元素を添加した発光体粒子を用いる。また、ＺｎＳＳｅのような多元化合物やチオガレート系蛍光体も使用できる。
【００５１】
＜導電性ナノ粒子＞
本発明の発光体素子に使用される導電性ナノ粒子１８は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕなどの金属材料粒子や、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ，ＩｎＺｎＯなどの酸化物粒子、カーボンナノチューブなどの炭素材料粒子などを用いることができる。導電性ナノ粒子１８の平均粒子径または平均長は、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。１ｎｍより小さいと、導電性が悪くなり、発光輝度が低下する。一方、２００ｎｍより大きいと、電極間の電気的導通が大きくなるが、導電経路に含まれない発光体粒子１４が多くなり、発光輝度、効率が大きく低下する。
カーボンナノチューブの生成は、気相合成法、プラズマ法などの方法で行われ、作製条件によって、カーボンナノチューブの電気特性や直径、長さなどを任意の変化させることが可能である。また、正孔輸送材料１５を被覆した発光体粒子１４には、ｐ型のカーボンナノチューブを使用しても良い。ｐ型のカーボンナノチューブは、Ｋ、Ｃｓなどの元素をドーパントとしてカーボンナノチューブに添加することによって得られる。
【００５２】
＜実施例１＞
本発明の実施例として、各層を塗布法によって形成する方法を説明する。実施例として図１に示すような発光素子１０を作製した。
（ａ）基板は、Ｐｔ電極を形成したシリコン基板１１を用いた。
（ｂ）次に、導電性ナノ粒子１７として、平均粒子径が２０〜３０ｎｍのＩＴＯナノ粒子を用い、樹脂ペーストに１０重量％添加して、十分に混合分散させた。
（ｃ）次いで、正孔輸送材料１５として、樹脂溶液に溶かしたテトラフェニルブタジエン系Ｔ７７０を用いた。この溶液中に、発光体粒子１４として平均粒子径が５００〜１０００ｎｍのＧａＮ粒子を混合させて被覆、乾燥させた後、前記ＩＴＯナノ粒子１７を分散させた樹脂ペーストに十分に混合させ、発光体ペーストとした。
（ｄ）次に、ＩＴＯ膜を成膜したガラス基板上に上記発光体ペーストを塗布した。塗布膜の厚さは約３０μｍであった。
（ｅ）更に、その上にガラス上に透明導電膜であるＩＴＯをスパッタ法で成膜した基板を、ＩＴＯ面が発光層１３に接するように貼り付けた。なお、ＩＴＯ膜の膜厚は約３００ｎｍであった。
以上によって発光素子を得た。
【００５３】
発光素子の評価は、背面電極１２と透明電極１６との間に電源１７から直流電圧を印加して行った。また、輝度測定は、携帯型輝度計を用いて行った。なお、参考例として、導電性なの粒子１８を用いないで発光素子を作成した。
図４は、本発明の実施例及び参考例の発光素子の印加電圧と輝度との関係を示すグラフである。図４から、実施例のようにマトリクスである正孔輸送材料１５中に導電性ナノ粒子１８としてＩＴＯナノ粒子を分散させた場合、参考例のように導電性ナノ粒子を用いない場合と比較して、発光開始電圧が低く高輝度であることがわかる。その結果、直流電圧５Ｖでオレンジ色発光を開始し、１８Ｖで発光輝度約８００ｃｄ／ｍ２が得られた。
尚、本実施例では、電極１１に正電圧を、透明電極１６に負電圧を印加したが、極性を変えても同様に発光する。
【００５４】
＜効果＞
本実施の形態に係る発光素子によれば、従来の発光素子よりも低電圧で動作するため、耐食性、耐酸化性に優れ、高い輝度、長寿命を得ることができる。
【００５５】
（実施の形態２）
＜発光素子の概略構成＞
本発明の実施の形態２に係る発光素子について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、本実施の形態２の発光素子４０の概略構成を示す発光層に垂直な断面図である。発光素子４０は、図１に示す発光素子１０に比べて、発光層１３が、図６（ａ）又は（ｂ）に示す発光体複合粒子５０を含む発光体粒子粉末で構成されている点で相違する。図６（ａ）は、発光体粒子１４の粒子表面の全面に、導電性ナノ粒子１８が分散した正孔輸送材料１５が被覆された発光体複合粒子５０の断面構造を示す断面図であり、図６（ｂ）は、発光体粒子１４の粒子表面の少なくとも一部に、導電性ナノ粒子１８が分散した正孔輸送材料１５が被覆された発光体複合粒子５０の断面構造を示す断面図である。この正孔輸送材料の被覆層の厚さは１μｍ〜１０μｍの範囲、好ましくは２μｍ〜３μｍの範囲である。また、この発光素子は、実施の形態１に係る発光素子と比較すると、上記の発光体複合粒子５０が、有機バインダ４１を結着剤として背面電極１２と透明電極１６との間に配置されている点で相違する。本実施の形態２に係る発光素子４０の特徴は、発光体粒子１４の表面を導電性ナノ粒子が分散した有機正孔輸送材料１５で被覆することで、正孔注入性を改善するとともに電子注入性も改善している点にある。
【００５６】
なお、上記構成に限られず、背面電極１２を黒色電極とする、発光素子４０の全部又は一部を樹脂やセラミックスで封止する構造をさらに備える等、適宜変更が可能である。さらに、図７に示すような変形例もまた可能である。図７に示す発光素子６０では、図５に示す発光素子４０に比べて、電極の極性及び配置が正負逆になっている点で相違する。発光層１３からの発光は、透明電極１６、透明基板２１を通して素子外部に取り出される。またさらに、図８に示すような変形例もまた可能である。図８に示す発光素子７０では、図５に示す発光素子４０に比べて、透明電極１６と発光層１３との間に正孔注入層３１をさらに備える点で相違する。これにより、発光素子７０の駆動電圧を低くすると同時に電極からの正孔注入の安定性が向上する。
【００５７】
＜効果＞
本実施の形態に係る発光素子では、比較的容易に面状を形成することが可能であって、且つ高輝度、高効率、高信頼性の発光素子を実現することができる。
【００５８】
（実施の形態３）
＜発光素子の概略構成＞
本発明の実施の形態３に係る発光素子について、図９を用いて説明する。図９は、この発光素子８０の電極構成を示す斜視図である。この発光素子８０は、画素電極８４に接続された薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略記。図９ではスイッチング用ＴＦＴと駆動用ＴＦＴの２個構成。）８５をさらに備える。ＴＦＴ８５には、走査ライン８１と、データライン８２と、電流供給ライン８３とが接続されている。この発光素子８０では、発光は透明な共通電極８６の側から取り出すので、基板１１上のＴＦＴ８５の配置によらず開口率を大きくとることができる。また、ＴＦＴ８５を用いることによって、発光素子８０にメモリ機能を持たせることができる。このＴＦＴ８５としては、低温ポリシリコンやアモルファスシリコンＴＦＴ、ペンタセン等の有機材料より構成される有機ＴＦＴを用いることができる。また、ＴＦＴ８５は、ＺｎＯやＩｎＧａＺｎＯ４等より構成される無機ＴＦＴであってもよい。
【００５９】
（実施の形態４）
＜表示装置の概略構成＞
図１０は、本発明の実施の形態４に係るアクティブマトリクス型表示装置９０の構成を示す概略平面図である。この表示装置９０は、画素電極８４と、共通電極８６と、走査ライン８１とデータライン８２と電流供給ライン８３と、ＴＦＴ（図では省略。）によって構成される。このアクティブマトリクス型表示装置９０は、図９に示した複数個の発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、該発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数の走査ライン８１と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のデータライン８２と、第２方向に平行に延在している複数の電流供給ライン８３とをさらに備える。この発光素子アレイ上のＴＦＴは、走査ライン８１と、データライン８２と電流供給ライン８３とに電気的に接続されている。一対の走査ライン８１とデータライン８２によって特定される発光素子が１つの画素となる。さらに、このアクティブマトリクス型表示装置９０では、走査ラインとデータラインにより選択された１つの画素に対し、ＴＦＴを介して電流供給ライン８３から電流が供給され、選択した発光素子を駆動し、得られた発光を透明な共通電極８６側から取り出す。
【００６０】
また、カラーの表示装置の場合、発光層をＲＧＢの各色の発光体粒子で色分けして成膜すればよい。あるいは、電極／発光層／電極といった発光ユニットをＲＧＢの色毎に積層してもよい。また更に、別例のカラー表示装置の場合、単一色又は２色の発光層による表示装置を作成した後、カラーフィルター及び／又は色変換フィルターを用いて、ＲＧＢの各色を表示することもできる。例えば、青色の発光層に、青色から緑色へ、青色乃至緑色から赤色へ、各々色変換するフィルターをさらに備えることによって、ＲＧＢ表示が可能となる。
【００６１】
＜効果＞
このアクティブマトリクス型表示装置９０によれば、前述のように、各画素の発光素子を構成する発光層１３は、有機正孔輸送材料１５をマトリクスとして発光体粒子１４及び導電性ナノ粒子１８が分散されて構成されているか、あるいは、粒子の表面を導電性ナノ粒子１８が分散した有機正孔輸送材料１５で被覆された発光体粒子１４を含む発光体粒子粉末で構成されている。これにより、高発光輝度、高発光効率、高信頼性の表示装置を実現できる。
【００６２】
（実施の形態５）
＜表示装置の概略構成＞
本発明の実施の形態５に係る表示装置について、図１１を用いて説明する。図１１は、互いに直交する背面電極１２と透明電極１６とによって構成されるパッシブマトリクス型表示装置１００を示す概略平面図である。このパッシブマトリクス型表示装置１００は、複数個の図９に示した発光素子が２次元配列されている発光素子アレイを備える。また、該発光素子アレイの面に平行な第１方向に平行に延在している複数の背面電極１２と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向と直交する第２方向に平行に延在している複数の透明電極１６とを備える。さらに、このパッシブマトリクス型表示装置１００では、一対の背面電極１２と透明電極１６との間に外部電圧を印加して１つの発光素子を駆動し、得られた発光を透明電極１６側から取り出す。また、前述の実施の形態４の表示装置同様にカラーの表示装置とすることも可能である。
【００６３】
＜効果＞
このパッシブマトリクス型表示装置１００によれば、前述の実施の形態４の表示装置と同様に、高発光輝度、高発光効率、高信頼性の表示装置を実現できる。
【００６４】
（実施の形態６）
＜発光素子の概略構成＞
図１２は、本実施の形態６に係る発光素子の概略構成を示す発光層１３に垂直な断面図である。発光体粒子１４を含有する発光層１３は、第１の電極である背面電極１２と、第２の電極である透明電極１６とに挟持されている。これらを支持するものとして、基板１１が背面電極１２に隣接して構成されている。また、発光層１３は、正孔輸送性材料１５を媒体として、発光体粒子１４と導電性ナノ粒子２３とが分散して構成されている。さらに、発光体粒子１４間には、導電性ナノ粒子２３が介在し、各発光体粒子１４は導電性ナノ粒子２３を介して電気的接続を形成している。背面電極１２と透明電極１６とは、電源１７に電気的に接続されている。電源１７から電力が供給されると、背面電極１２と透明電極１６との間に電圧が印加される。背面電極１２からは正孔が発光層１３中の導電性ナノ粒子２３を介して発光体粒子１４に注入され、一方の透明電極１６からは電子が発光層１３中の導電性ナノ粒子２３を介して発光体粒子１４に注入される。発光体粒子１４内に注入された正孔と電子は再結合し、バンドギャップに相応する波長の発光を示す。発光は透明電極１６を透過して発光素子１０の外部に取り出される。本実施の形態６においては、電源１７として直流電源を用いている。
なお、前記構成に限られず、背面電極１２を黒色電極とする、発光素子１０の全部又は一部を樹脂やセラミックスで封止する構造をさらに備える、透明電極１６と発光層１３との間に正孔注入層をさらに備える等、適宜変更が可能である。
【００６５】
以下、この発光素子１０を構成する各構成部材について説明する。
なお、基板については実施の形態１に係る発光素子における基板と実質的に同様であるので説明を省略する。
【００６６】
＜電極＞
電極には、背面電極１２と透明電極１６とがある。これらは２つの電極のうち、光を取り出す側の電極を透明電極１６とし、他方を背面電極１２としているものである。
光を取り出す側の透明電極１６の材料は、発光層１３内で生じた発光を取り出せるように光透過性を有するものであればよく、特に可視光領域において高い透過率を有することが好ましい。また、低抵抗であることが好ましく、さらには発光層１３との密着性に優れていることが好ましい。またさらに、発光層１３上に成膜する際に、発光層１３が熱劣化等を生じないよう、低温成膜できるものがより好ましい。透明電極１６の材料として、特に好適なものは、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３にＳｎＯ２をドープしたものであり、インジウム錫酸化物ともいう。）やＩｎＺｎＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等を主体とする金属酸化物、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ等の金属薄膜、あるいはポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、ポリチオフェンなどの導電性高分子等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。また、透明電極１６の体積抵抗率は１×１０−３Ω・ｃｍ以下であって、透過率は３８０〜７８０ｎｍの波長において７５％以上、さらには屈折率が、１．８５〜１．９５であることが望ましい。例えばＩＴＯは、その透明性を向上させ、あるいは抵抗率を低下させる目的で、スパッタリング法、エレクトロンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等の成膜方法で成膜できる。また成膜後に、抵抗率制御の目的でプラズマ処理などの表面処理を施してもよい。透明電極１６の膜厚は、必要とされるシート抵抗値と可視光透過率から決定される。透明電極１６は、発光層１３の上に直接形成しても良いが、ガラス基板上に透明導電膜からなる透明電極１６を形成し、透明導電膜と発光層１３とが直接接するように貼り合わせても良い。
【００６７】
光を取り出さない側の背面電極１２には、導電性を有しており、且つ基板１１及び発光層１３との密着性に優れたものであればよい。好適な例としては、例えばＩＴＯやＩｎＺｎＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等の金属酸化物、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ等の金属、これらの積層構造体、あるいは、ポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ〔ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）〕／ＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）等の導電性高分子、あるいは導電性カーボンなどを用いることができる。
【００６８】
背面電極１２は、層内を全面覆うように構成されてもよく、また、層内に複数の電極をストライプ状に構成されてもよい。さらに、背面電極１２、透明電極１６は、複数の電極をストライプ状に構成し、背面電極１２の各ストライプ状の電極と透明電極１６のすべてのストライプ状の電極とが、それぞれねじれの位置の関係であり、かつ、背面電極１２の各ストライプ状の電極を発光面に投影したものと透明電極１６のすべてのストライプ状の電極を発光面に投影したものとがそれぞれ交わるように構成してもよい。この場合、背面電極１２の各ストライプ状の電極、および、透明電極１６の各ストライプ状の電極からそれぞれ選択した電極に電圧を印加することにより、所定位置を発光されるディスプレイを構成することが可能となる。
【００６９】
＜発光層＞
発光層１３は、正孔輸送材料１５を媒体として、発光体粒子１４と導電性ナノ粒子２３とが分散して構成されている（図１２）。また、発光体粒子１４間には導電性ナノ粒子２３が介在し、各発光体粒子１４は導電性ナノ粒子２３を介して電気的な接続を形成している。背面電極１２からは導電性ナノ粒子２３を介して正孔が発光体粒子１４に注入され、透明電極１６からは導電性ナノ粒子２３を介して電子が発光体粒子１４に注入される。発光体粒子１４内に注入された正孔と電子とは再結合し、バンドギャップに相応する波長の発光を示す。
【００７０】
＜発光体粒子＞
発光体粒子１４としては、光学バンドギャップが可視光の大きさを有する材料であれば、いずれも使用できる。具体的には第１３族−第１５族化合物半導体であるＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＰ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＳｂ等を用いることができる。特に、ＧａＮに代表される第１３族窒化物半導体が好ましい。また、これらの混晶（例えばＧａＩｎＮ等）であってもよい。さらに、伝導性を制御するために、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｍｎからなる群より選択される１又は複数種の元素をドーパントとして含んでいてもよい。
【００７１】
また、ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮなどの窒化物やＺｎＳｅやＺｎＳ、更にＺｎＳ、ＺｎＳｅ，ＧａＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＳｒＳ、ＣａＳ、ＺｎＯを母体とし、母体のまま使用するか、あるいは添加剤として，Ａｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｌ、Ｔｂ，Ｌｉから一種以上選択される元素を添加した発光体粒子を用いることができる。また、ＺｎＳＳｅのような多元化合物やチオガレート系蛍光体も使用できる。
【００７２】
またさらに、発光体粒子１４内において、上記複数の組成が層状構造や偏析構造をなしていてもよい。発光体粒子１４の粒径は０．１μｍ〜１０００μｍの範囲内であればよく、０．５μｍ〜５００μｍの範囲内がより好ましい。
【００７３】
＜導電性ナノ粒子＞
この導電性ナノ粒子２３は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕなどの金属材料粒子や、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ，ＩｎＺｎＯなどの酸化物粒子、カーボンナノチューブなどの炭素材料粒子などを用いることができる。導電性ナノ粒子２３の形状は、粒状、球状、柱状、針状、あるいは不定形等のいずれの形状であってもよい。導電性ナノ粒子２３の平均粒子径は、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にあることが好ましく、さらに、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲がより好ましい。１ｎｍより小さいと、導電性が悪くなり、発光輝度が低下する。一方、２００ｎｍより大きいと、電極間の電気的導通が大きくなるが、導電経路に含まれない発光体粒子１４が多くなり、発光輝度、効率が大きく低下する。
【００７４】
カーボンナノチューブの生成は、気相合成法、プラズマ法などの方法で行われ、作製条件によって、カーボンナノチューブの電気特性や直径、長さなどを任意に変化させることが可能である。カーボンナノチューブは、正極側の電極界面に担持する場合は、ｐ型を使用することが好ましい。負極側の電極界面に担持する場合はｎ型を使用することが好ましい。ｐ型は、カーボンナノチューブにリンなどの５族元素を添加することで得られる。一方、ｎ型は、窒素などの３族元素を添加することで得られる。
【００７５】
＜正孔輸送材料＞
次に、発光体粒子１４及び導電性ナノ粒子２３を分散させる媒体としての正孔輸送材料１５について説明する。正孔輸送材料１５としては、有機正孔輸送材料と、無機正孔輸送材料とがある。正孔輸送材料１５にはホール移動度の高い材料が好ましい。
【００７６】
＜有機正孔輸送材料＞
この有機正孔輸送材料としては、下記の化学式１４及び化学式１５の構成要素を含むことが好ましい。
【化１４】
2009057317.tif 000054
【化１５】
2009057317.tif 000055
【００７７】
有機正孔輸送材料が上記の化学式１４及び化学式１５の構成要素を含むことによる効果は、発光体粒子１４に対して効率よく正孔を注入することであると考えられる。
【００７８】
さらに、この有機正孔輸送材料としては、下記の化学式１６、化学式１７、化学式１８のいずれかを構成要素として含んでもよい。
【化１６】
2009057317.tif 000056
【化１７】
2009057317.tif 000057
【化１８】
2009057317.tif 000058
【００７９】
また、有機正孔輸送材料としては、大きく分けて、低分子系材料と高分子系材料とがある。正孔輸送性を備える低分子系材料としては、Ｎ，Ｎ'−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ'−ビス（α−ナフチル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）等、Ｔａｎｇらの用いたジアミン誘導体、特に日本国特許第２０３７４７５号に開示されたＱ１−Ｇ−Ｑ２構造のジアミン誘導体等が挙げられる。なお、Ｑ１及びＱ２は、別個に窒素原子及び少なくとも３個の炭素鎖（それらの少なくとも１個は芳香族のもの）を有する基である。Ｇは、シクロアルキレン基、アリーレン基、アルキレン基又は炭素−炭素結合からなる連結基である。また、これらの構造単位を含む多量体（オリゴマー）であってもよい。これらにはスピロ構造やデンドリマー構造を持つものが挙げられる。またさらに、非導電性ポリマーに低分子系の正孔輸送材料を分子分散させた形態も同様に可能である。分子分散系での具体例としては、ＴＰＤをポリカーボネート中に高濃度で分子分散させた例があり、そのホール移動度は１０−４から１０−５ｃｍ２／Ｖｓ程度である。
【００８０】
一方、正孔輸送性を備える高分子系材料としては、π共役ポリマーやσ共役ポリマー等があり、例えばアリールアミン系化合物等が組み込まれたものがある。具体的には、ポリ−パラ−フェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ誘導体）、ポリチオフェン誘導体（ＰＡＴ誘導体）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ誘導体）、ポリアルキルフェニレン（ＰＤＡＦ）、ポリアセチレン誘導体（ＰＡ誘導体）、ポリシラン誘導体（ＰＳ誘導体）等が挙げられるが、これらに限定されない。さらに、低分子系で正孔輸送性を示す分子構造を分子鎖中に組み込んだポリマーでもよく、これらの具体的な例としては、芳香族アミンを側鎖に有するポリメタクリルアミド（ＰＴＰＡＭＭＡ、ＰＴＰＤＭＡ）、芳香族アミンを主鎖に有するポリエーテル（ＴＰＤＰＥＳ，ＴＰＤＰＥＫ）等が挙げられる。中でも特に好適な例として、中でもポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）は、１０−６ｃｍ２／Ｖｓと極めて高いホール移動度を示す。他の具体例としては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳやポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）等がある。
またさらに、前述した正孔輸送材料を複数種混合して用いてもよい。また、光又は熱で架橋又は重合する架橋性又は重合性材料を含んでいてもよい。
【００８１】
＜無機正孔輸送性材料＞
無機正孔輸送性材料について説明する。無機正孔輸送性材料としては、透明または半透明であって、ｐ型伝導性を示す材料であればよい。好適なものとしては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、Ｓｅ、ＳｅＴｅ、Ａｓ２Ｓｅ３等の半金属系半導体、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯ、ＣｕＩ等の２元化合物半導体、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２等のカルコパイライト型半導体、さらにこれらの混晶、ＣｕＡｌＯ２、ＣｕＧａＯ２等の酸化物半導体さらにこれらの混晶等が挙げられる。またさらに、伝導性を制御するために、これらの材料にドーパントを添加してもよい。
【００８２】
＜発光層の製造方法＞
次に、発光層１３の製造方法について説明する。
（ａ）発光体粒子１４と導電性ナノ粒子２３とを、任意の溶剤等を加えた正孔輸送材料１５中に混合、攪拌して、発光ペーストを作成する。
（ｂ）次いで、基板１１上に設けた背面電極１２上に、上記発光ペーストを成膜塗布し、乾燥により溶剤等を揮発させて発光層１３を形成する。この場合の塗布方法としては、インクジェット法、ディッピング法、スピンコート法、スクリーン印刷法、バーコート法、その他各種の塗布方法を使用することができる。また、スプレーコーティング法、溶剤を使用せず粉体材料を用いた静電塗装法、流動浸漬法、エアロゾルデポジション法など、適宜変更が可能である。またさらに、有機正孔輸送材料の他の成膜方法としては真空蒸着法などがあり、これらを組み合わせることで発光層を形成することも可能である。
【００８３】
本発明の実施の形態６に係る発光素子の特徴は、発光層１３として、正孔輸送材料１５を媒体として発光体粒子１４と導電性ナノ粒子２３とを分散させて構成し、発光体粒子１４間に導電性ナノ粒子２３を介在させていることである。さらに、該発光体粒子１４間に介在する導電性ナノ粒子２３によって発光体粒子１４間の接触抵抗を低減させ、正孔注入性を改善できる点にある。加えて、発光層１３の媒体として有機正孔輸送材料１５を用いる構成とすることで、大面積化が容易で、且つ、粒子間をパスとする電極間のリークを減らすことが可能である。従って、高輝度、高効率で信頼性の高い発光素子が実現できる。
＜効果＞
本実施の形態に係る発光素子では、従来の化合物半導体粒子等を利用した発光素子よりも高輝度、高効率の発光を得ることができた。
【００８４】
＜実施例２＞
ＧａＮを主体とする発光体粒子と無機導電性ナノ微粒子（Ｃｕ２Ｓ微粒子）とを有機正孔輸送性材料（テトラフェニルブタジエン系誘導体）中に混合攪拌して分散させた。次いで得られたペーストを一対のＩＴＯ電極付ガラス基板間にスペーサーとともに挟持してＥＬ確認用素子を作成した。このＥＬ確認用素子に直流電圧を印加して評価したところ、１２Ｖで発光輝度が１８０ｃｄ／ｍ２を示した。この結果は、以下の比較例に比べて良好であった。
【００８５】
＜比較例１＞
ＧａＮを主体とする発光体粒子を絶縁性シリコーンオイル中に分散してＩＴＯ電極付ガラス基板でスペーサーとともに挟持しＥＬ確認用素子を作成した。この素子に直流電圧を印加して評価したところ、５０Ｖで発光を示した（発光輝度は１ｃｄ／ｍ２未満）。
【００８６】
＜比較例２＞
ＧａＮを主体とする発光体粒子を有機正孔輸送性材料（テトラフェニルブタジエン系誘導体）中に分散してＩＴＯ電極付ガラス基板でスペーサーとともに挟持してＥＬ確認用素子を作成した。この素子に直流電圧を印加して評価したところ、２０Ｖで発光輝度が１５ｃｄ／ｍ２を示した。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係る発光素子及び表示装置は、高発光輝度、高発光効率の発光と長期信頼性が得られる。特にテレビ等のディスプレイデバイスや、通信、照明などに用いられる各種光源として有用である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して設けられ、少なくとも一方が透明又は半透明である、第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持され、正孔輸送材料からなる媒体中に導電性ナノ粒子と、発光体粒子とが分散して構成された発光層と、
を備えたことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
互いに対向して設けられ、少なくとも一方が透明又は半透明である、第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持され、正孔輸送材料中に導電性ナノ粒子が分散した被覆層で粒子表面の少なくとも一部分が被覆された発光体粒子を含む発光体粒子粉末で構成された発光層と、
を備えたことを特徴とする発光素子。
【請求項３】
前記発光層は、前記発光体粒子の間にバインダを含むことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記各発光体粒子の間には、前記導電性ナノ粒子が介在しており、前記各発光体粒子は、前記導電性ナノ粒子を介して電気的な接続が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記導電性ナノ粒子は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕからなる群から選ばれる少なくとも一の金属微粒子を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記導電性ナノ粒子は、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ、ＩｎＺｎＯからなる群から選ばれる少なくとも一の酸化物微粒子を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項７】
前記導電性ナノ粒子は、フラーレン、カーボンナノチューブの群から選ばれる少なくとも一の炭素物質の微粒子を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項８】
前記導電性ナノ粒子の平均粒子径は、１〜２００ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項９】
前記正孔輸送材料は、有機物からなる有機正孔輸送材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記有機正孔輸送材料は、下記の化学式１及び化学式２の構成要素を含有することを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
【化１】
2009057317.tif 000059
【化２】
2009057317.tif 000060
【請求項１１】
前記有機正孔輸送材料は、さらに下記の化学式３、化学式４、化学式５からなる群の少なくとも一つの構成要素を含むことを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【化３】
2009057317.tif 000061
【化４】
2009057317.tif 000062
【化５】
2009057317.tif 000063
【請求項１２】
前記有機正孔輸送材料は、さらに下記の化学式６、化学式７、化学式８からなる群の少なくとも一つの構成要素を含むことを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【化６】
2009057317.tif 000064
【化７】
2009057317.tif 000065
【化８】
2009057317.tif 000066
【請求項１３】
前記正孔輸送材料は、無機物からなる無機正孔輸送材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記発光体粒子は、第１３族−第１５族化合物半導体からなる粒子を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記発光体粒子は、窒化物、硫化物、セレン化物、酸化物の群から選ばれる少なくとも一種の発光材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記発光体粒子は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎのうち少なくとも一種類の元素を含む窒化物半導体粒子であることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記発光体粒子は、ＧａＮからなる発光体粒子であることを特徴とする請求項１６に記載の発光素子。
【請求項１８】
前記発光体粒子は、粒子の平均粒径が０．１μｍ〜１０００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項１９】
前記導電性ナノ粒子は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕ等の金属材料粒子の群から選ばれることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項２０】
前記導電性ナノ粒子は、酸化インジウムスズ、ＺｎＯ，ＩｎＺｎＯ等の酸化物粒子から選ばれることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項２１】
前記導電性ナノ粒子は、カーボンナノチューブ等の炭素材料粒子の群から選ばれることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項２２】
前記導電性ナノ粒子の平均粒子径又は平均長は、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項２３】
前記第１電極と前記発光層との間に挟まれている正孔注入層をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項２４】
前記第１電極又は前記第２電極に面して支持する支持体基板をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項２５】
前記支持体基板は、ガラス基板又は樹脂基板であることを特徴とする請求項２４に記載の発光素子。
【請求項２６】
前記第１電極又は前記第２電極に接続された薄膜トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載の発光素子。
【請求項２７】
請求項２６に記載の複数の発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と
を備え、
前記発光素子アレイの前記薄膜トランジスタは、前記ｘ電極及び前記ｙ電極とそれぞれ接続されていることを特徴とする表示装置。
【請求項２８】
請求項２６に記載の複数の発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの発光面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの発光面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と、
を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項２９】
発光取出し方向の前方に色変換層をさらに備えることを特徴とする請求項２７又は２８に記載の表示装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009057317.tif 000067
【図２】
2009057317.tif 000068
【図３】
2009057317.tif 000069
【図４】
2009057317.tif 000070
【図５】
2009057317.tif 000071
【図６】
2009057317.tif 000072
【図７】
2009057317.tif 000073
【図８】
2009057317.tif 000074
【図９】
2009057317.tif 000075
【図１０】
2009057317.tif 000076
【図１１】
2009057317.tif 000077
【図１２】
2009057317.tif 000078
【国際調査報告】
2009057317.tif 000079
2009057317.tif 000080
2009057317.tif 000081
2009057317.tif 000082
2009057317.tif 000083