(57)【要約】  発光素子は、基板上の面内方向に絶縁部を挟んで設けられた発光部と接続部とを含む発光素子であって、前記発光部は、ボトム電極と、前記ボトム電極の上に設けられた発光層と、前記発光層の上に設けられた第１電荷輸送層と、前記第１電荷輸送層の上に設けられた第１トップ電極と、を備え、前記接続部は、補助電極と、前記補助電極の上に設けられ、前記発光部の第１電荷輸送層と電気的に接続されている第２電荷輸送層と、前記第２電荷輸送層の上に設けられ、前記発光部の前記第１トップ電極と電気的に接続されている第２トップ電極と、を備え、前記絶縁部は、前記発光部のボトム電極及び前記発光層と、前記接続部の前記補助電極とを電気的に絶縁していると共に、前記第１及び第２電荷輸送層において同一のＨＯＭＯ（ｅＶ）及びＬＵＭＯ（ｅＶ）と、第１及び第２トップ電極において同一の仕事関数Ｉｐ（ｅＶ）とが、｜（｜ＨＯＭＯ｜−ｌｐ）−（ｌｐ−｜ＬＵＭＯ｜）｜≦０．１ｅＶの関係を満たす。
2009110186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の面内方向に絶縁部を挟んで設けられた発光部と接続部とを含む発光素子であって、
前記発光部は、
ボトム電極と、
前記ボトム電極の上に設けられた発光層と、
前記発光層の上に設けられた第１電荷輸送層と、
前記第１電荷輸送層の上に設けられた第１トップ電極と、
を備え、
前記接続部は、
補助電極と、
前記補助電極の上に設けられ、前記発光部の第１電荷輸送層と電気的に接続されている第２電荷輸送層と、
前記第２電荷輸送層の上に設けられ、前記発光部の前記第１トップ電極と電気的に接続されている第２トップ電極と、
を備え、
前記絶縁部は、前記発光部のボトム電極及び前記発光層と、前記接続部の前記補助電極とを電気的に絶縁していると共に、
前記第１及び第２電荷輸送層において同一のＨＯＭＯ（ｅＶ）及びＬＵＭＯ（ｅＶ）と、第１及び第２トップ電極において同一の仕事関数Ｉｐ（ｅＶ）とが、下記式
｜（｜ＨＯＭＯ｜−ｌｐ）−（ｌｐ−｜ＬＵＭＯ｜）｜≦０．１ｅＶ
の関係を満たすことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記第１トップ電極と前記第２トップ電極とは連続する層で構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３】
前記第１電荷輸送層と前記第２電荷輸送層とは連続する層で構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４】
前記電荷輸送層は、正孔および電子の両方を輸送できるバイポーラ性材料からな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】
前記電荷輸送層は、オキサジアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、カルバゾール誘導体、有機金属錯体の群から選ばれる一種以上の材料と、アルカリ金属又はアルカリ土類金属から選ばれる一種以上の金属材料と、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】
前記第１及び第２トップ電極は、インジウムスズ酸化物であって、前記電荷輸送層は、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル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】
前記電荷輸送層は、電子輸送層であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記第１及び第２トップ電極と前記補助電極とは、同一材料からなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
複数の発光部から一つの発光部を選択して発光させるＴＦＴをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の前記発光素子を２次元配列させて構成したことを特徴とするディスプレイデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンスを用いた発光素子に関し、さらに、上記有機エレクトロルミネッセンスを用いた発光素子を２次元配列させて構成したディスプレイデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物の薄膜を２つの電極で挟み、電圧印加により発光（エレクトロルミネッセンス）が得られる発光素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子ということがある）と呼ばれる。有機低分子材料を用いる有機ＥＬ素子は、１９６０年代に見出され（例えば、非特許文献１参照。）、その後、１９８０年代には実用的なプロセスと特性を有する素子構造が開発された（例えば、非特許文献２参照。）。低分子材料を用いる有機ＥＬ素子は、真空蒸着法によりその有機薄膜を形成することができ、真空プロセスでの不純物やダストの混入が少ない条件下での素子作成が可能であり、長寿命で画素欠陥が少ないという特徴がある。また、１９９０年代前半には、高分子材料を用いた有機ＥＬ素子が報告された（例えば、非特許文献３参照。）。高分子材料を用いる有機ＥＬ素子は、高分子を溶媒に溶解して得られる溶液あるいは分散液を湿式法により塗布することによってその有機薄膜を得ることが可能であり、大気圧下の簡便プロセスで材料ロスが少ないという特徴を有している。いずれの有機ＥＬ素子も、自発光で明るい、視野角依存性が小さい、大面積化や微細アレイ化が容易、などの特徴を有しており、ディスプレイの発光源や照明用光源として近年開発が進められている。【０００３】
非特許文献２に見られるような初期の有機ＥＬ素子は、透明基板を用い、その上に透明なボトム電極を積層し、有機層からの発光を基板側から取り出す構造のものであった。トップ電極としては金属電極などを用い、有機層からの発光を反射する。この構造の有機ＥＬ素子は、ボトムエミッション型有機ＥＬ素子と呼ばれる。一般的に、陽極として機能するボトム電極は仕事関数が大きい材料から選ばれ、陰極として機能するトップ電極は仕事関数が小さい材料から選ばれる。【０００４】
これに対して、基板上に不透明電極、有機発光層、透明なトップ電極を順に積層し、有機発光層からの発光を透明なトップ電極から取り出す構造の有機ＥＬがある。この構造の有機ＥＬ素子は、トップエミッション型有機ＥＬ素子と呼ばれる。【０００５】
トップエミッション型有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子とそれを駆動する薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと呼ぶ）からなるアクティブマトリックス有機ＥＬディスプレイへ応用する場合、ボトムエミッション型有機ＥＬ素子よりも適性に優れる。すなわち、ボトムエミッション型有機ＥＬ素子では、発光を基板側から取り出すので、画素面積に占める有機ＥＬ発光部の面積は、基板上の不透明なＴＦＴや電気配線以外に制限されてしまう。同時に画素内のＴＦＴや電気配線の面積は、有機ＥＬの占有面積を大きくするためになるべく小さくする必要があり、設計の自由度が低い。これに対して、トップエミッション型有機ＥＬ素子では、基板とは逆側、すなわち上方から発光を取り出すので、基板側のＴＦＴ部の面積を画素面積まで広げることが出来る。これによって、ＴＦＴのチャネル幅を広げて有機ＥＬ素子に供給する電流量を増やす、あるいは、ＴＦＴの数を増やして電流補償回路を形成し、ディスプレイの面内輝度分布を抑えることが出来る。加えて、画素面積に占める有機ＥＬ素子の面積を大きくすることができ、ディスプレイの寿命を向上させることが出来る。【０００６】
一方、トップエミッション型有機ＥＬ素子では、トップ電極から光を取り出す必要があるため、トップ電極には、光透過性の高い例えば透明電極であるインジウムスズ酸化物（以下、ＩＴＯと呼ぶ）や薄膜金属や薄膜合金を用いる。しかし、光透過性の高い電極は、抵抗値が大きいためトップ電極において電圧勾配が発生して電圧降下が生じ易く、輝度ムラが発生するという問題がある。そこで、各発光素子が設けられた画素間に、トップ電極に接続させる状態で補助電極を設け、この補助電極によって電圧降下を抑える方法が開示されている。【０００７】
しかし、有機層を各画素に共通のベタ膜として形成する構成では、補助電極上の全面が有機層で覆われる。このような場合、補助電極上の有機層によって、補助電極とトップ電極との電気的接続が十分ではない場合がある。この問題に対して、レーザによる有機層の除去（特許文献１）や突起構造による電気接続（例えば、特許文献２参照。）などが開示されている。【０００８】
しかし、上記特許文献１に記載のレーザ光線を照射する方法では、レーザ光の照射等のプロセスが増え生産効率が低下する。また、上記特許文献２に記載のトッキ構造を用いる方法では、デバイスの構造が複雑になり、微細な画素においては、補助電極とトッキ部の位置あわせが困難であるという問題がある。【０００９】
上記課題に対し、第１のバッファ層、発光層、および第２のバッファ層を少なくとも有し、画素部においてトップ電極と補助電極間に正孔輸送性を示す第１のバッファ層もしくは電子輸送性を示す第２のバッファ層もしくはその両方が挟まれ、電気的に接続されていることを特徴とする発光素子が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。この構成において、トップ電極は発光素子部の陰極とし、第２のバッファ層に電子が注入される。また、ボトム電極は発光素子部の陽極として機能し、第１のバッファ層に正孔が注入される。【００１０】
【非特許文献１】Ｍ．  Ｐｏｐｅ  ｅｔ  ａｌ、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ３８号  ２０４２〜２０４３ページ、１９６３年
【非特許文献２】Ｃ．Ｗ．  Ｔａｎｇ、Ｓ．Ａ．  Ｖａｎｓｌｙｋｅ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ５１号、９１３〜９１５ページ、１９８７年
【非特許文献３】Ｊ．Ｈ．  Ｂｕｒｒｏｕｇｈｅｓ  ｅｔ  ａｌ、Ｎａｔｕｒｅ  ３４７号、５３９〜５４１ページ、１９９０年
【特許文献１】特開２００７−５２９６６号公報
【特許文献２】特開２００７−９３３９７号公報
【特許文献３】特開２００７−７３４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記特許文献３の構成では、補助電極とトップ電極とバッファ層からなる接続部では、トップ電極が陽極として機能し、ボトム電極が陰極として機能する。例えば正孔輸送性である第１のバッファ層のみが接続部間に存在する場合、仕事関数の小さなトップ電極から正孔が注入されることになり、十分な正孔を注入できず電気接続が十分ではないという課題がある。【００１２】
そこで、本発明の目的は、電圧降下に起因する発光ムラを抑制したトップエミッション型有機ＥＬ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明に係る発光素子は、基板上の面内方向に絶縁部を挟んで設けられた発光部と接続部とを含む発光素子であって、
前記発光部は、
ボトム電極と、
前記ボトム電極の上に設けられた発光層と、
前記発光層の上に設けられた第１電荷輸送層と、
前記第１電荷輸送層の上に設けられた第１トップ電極と、
を備え、
前記接続部は、
補助電極と、
前記補助電極の上に設けられ、前記発光部の第１電荷輸送層と電気的に接続されている第２電荷輸送層と、
前記第２電荷輸送層の上に設けられ、前記発光部の前記第１トップ電極と電気的に接続されている第２トップ電極と、
を備え、
前記絶縁部は、前記発光部のボトム電極及び前記発光層と、前記接続部の前記補助電極とを電気的に絶縁していると共に、
前記第１及び第２電荷輸送層において同一のＨＯＭＯ（ｅＶ）及びＬＵＭＯ（ｅＶ）と、第１及び第２トップ電極において同一の仕事関数Ｉｐ（ｅＶ）とが、下記式
｜（｜ＨＯＭＯ｜−Ｉｐ）−（Ｉｐ−｜ＬＵＭＯ｜）｜≦０．１ｅＶ
の関係を満たすことを特徴とする。【００１４】
また、前記第１トップ電極と前記第２トップ電極とは連続する層で構成されていてもよい。さらに、前記第１電荷輸送層と前記第２電荷輸送層とは連続する層で構成されていてもよい。【００１５】
またさらに、前記電荷輸送層は、正孔および電子の両方を輸送できるバイポーラ性材料からなることが好ましい。前記電荷輸送層は、オキサジアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、カルバゾール誘導体、有機金属錯体の群から選ばれる一種以上の材料と、アルカリ金属又はアルカリ土類金属から選ばれる一種以上の金属材料と、を含んでもよい。【００１６】
また、前記第１及び第２トップ電極は、インジウムスズ酸化物であって、前記電荷輸送層は、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニルを含んでもよい。【００１７】
さらに、前記電荷輸送層は、電子輸送層であってもよい。【００１８】
またさらに、前記第１及び第２トップ電極と前記補助電極とは、同一材料からなるものであってもよい。【００１９】
また、複数の発光部から一つの発光部を選択して発光させるＴＦＴをさらに備えてもよい。【００２０】
さらに、本発明に係るディスプレイデバイスは、前記発光素子を２次元配列させて構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る発光素子によれば、トップ電極から発光部の有機発光層に電荷を注入するために、補助電極と、該補助電極とトップ電極との間に電荷輸送層を挟持する接続部を設けている。上記接続部を有することで、トップ電極から発光部側の電荷輸送層に電子が注入されると共に、トップ電極から接続部側の電荷輸送層には正孔が注入される。この接続部において、トップ電極の仕事関数と、電荷輸送層のＨＯＭＯ及びＬＵＭＯが所定の関係式を満たすように構成することによって、電圧降下に起因する発光ムラを抑制することができる。これにより、優れた発光特性のトップエミッション型有機ＥＬ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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方向からみた断面図である。
【図２】図１の発光素子の各層のエネルギーダイアグラムである。
【図３】（ａ）は、実施例１の発光素子のトップ電極から有機ＥＬ部側及び接続部側のそれぞれへの電荷注入障壁を示すエネルギーダイアグラムであり、（ｂ）は、比較例１の発光素子のトップ電極から有機ＥＬ部側及び接続部側のそれぞれへの電荷注入障壁を示すエネルギーダイアグラムである。
【符号の説明】
【００２３】
１０  発光素子
１１  基板
１２  ボトム電極
１３  有機発光層
１４  電荷輸送層
１５  トップ電極
１６  絶縁部
１７  電源
２０  有機ＥＬ部（発光部）
２２  補助電極
２６  平坦化層
３０  接続部
４０  ＴＦＴ部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態に係る発光素子について、添付図面を参照しながら説明する。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。【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る発光素子１０の発光面に垂直な方向についての断面図である。この発光素子１０では、基板１１上にＴＦＴ部４０及び平坦化層２６が順に設けられ、平坦化層２６の上に面内方向に、有機ＥＬ部（発光部）２０と接続部３０とが絶縁部１６を挟んで設けられている。有機ＥＬ部２０は、ボトム電極１２、有機発光層１３、第１電荷輸送層１４、第１トップ電極１５が順に積層されて構成されている。また、接続部３０は、補助電極２２、第２電荷輸送層１４、第２トップ電極１５の順に積層されて構成されている。なお、有機ＥＬ部２０と接続部３０とは、その間に設けられた絶縁部１６によって電気的に絶縁されている。本実施の形態１の発光素子１０では、第１トップ電極１５と第２トップ電極１５とは連続する同一の層で構成されている。また、第１電荷輸送層１４と第２電荷輸送層１４とは連続する同一の層で構成されている。そこで、有機ＥＬ部２０のボトム電極１２及び有機発光層１３と、接続部３０の補助電極２２とは、絶縁部１６によって絶縁されている。【００２６】
この発光素子１０では、図２のエネルギーダイアグラムに示すように、有機ＥＬ部２０のボトム電極１２を陽極とし、接続部３０の補助電極２２を陰極として、両者の間に直流電源１７を接続して電圧を印加して、発光させている。この場合、有機ＥＬ部２０では、正孔がボトム電極１２から有機発光層１３へ流入し、一方、電子がトップ電極１５から電荷輸送層１４を介して有機発光層１３へ流入して、有機発光層１３で発光する。【００２７】
この発光素子１０では、有機ＥＬ部２０及び接続部３０とで連続する電荷輸送層１４のＨＯＭＯ（ｅＶ）及びＬＵＭＯ（ｅＶ）と、トップ電極１５の仕事関数Ｉｐ（ｅＶ）とが、下記式
｜（｜ＨＯＭＯ｜−Ｉｐ）−（Ｉｐ−｜ＬＵＭＯ｜）｜≦０．１ｅＶ
の関係を満たしている。これは、トップ電極１５のエネルギー準位と電荷輸送層１４のＨＯＭＯとの差（｜ＨＯＭＯ｜−Ｉｐ）と、トップ電極１５のエネルギー準位と電荷輸送層１４のＬＵＭＯとの差（Ｉｐ−｜ＬＵＭＯ｜）の両者の差が０．１ｅＶ以内であることを意味している。つまり、図２のエネルギーダイアグラムにおいて、電荷輸送層１４のＨＯＭＯとＬＵＭＯとのほぼ中間に、トップ電極１５のエネルギー準位が位置していることを表している。
上記関係式を満たすような接続部３０を構成することによって、トップ電極１５から有機ＥＬ部２０側の電荷輸送層１４への電子の注入障壁と、トップ電極１５から接続層３０側の電荷輸送層１４への正孔の注入障壁、のそれぞれの電荷注入障壁の大きさがほぼ同程度となる。
したがって、トップ電極１５から有機ＥＬ部２０側及び接続部３０側へのそれぞれの電荷注入が容易に行うことができる。これにより、接続部３０によってトップ電極１５への電気的接続を十分に確保できるので、有機ＥＬ部２０において十分な電荷注入を行うことができ発光させやすくなる。【００２８】
なお、この発光素子１０では、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって複数の有機ＥＬ部２０の中から一つの有機ＥＬ部を選択している。ＴＦＴ部４０は、少なくとも一つのＴＦＴを有し、基板１１上に設けられている。また、ＴＦＴ部４０の上には、平坦化層２６が設けられ、その上に平面を画成している。有機ＥＬ部２０及び接続部３０は、平坦化層２６によって画成された平面上に面内方向にわたって配置されている。【００２９】
以下に、この発光素子１０を構成する各構成部材について以下に説明する。【００３０】
＜基板＞
基板１１としては特に限定されるものではないが、例えば、ガラス基板、石英基板などを用いることができる。また、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルホンなどのプラスチック基板を用いて、有機ＥＬに曲げ性を付与することもできる。本発明の発光素子における構造は、これまで述べたように、トップエミッション有機ＥＬ素子に対して効果が大きいので、不透明プラスチック基板や金属基板を用いることもできる。【００３１】
＜ＴＦＴ部＞
有機ＥＬ部２０は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によりアクティブマトリクス方式により駆動される。ＴＦＴ部４０は、有機ＥＬ部２０を選択し、駆動するための少なくとも一つのＴＦＴを備える。図１において、このＴＦＴは、トップゲート型である。このＴＦＴは、ソース領域、ドレイン領域、および、チャネル形成領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、ソース領域と電気的に接続されたソース電極、ドレイン領域と電気的に接続されたドレイン電極と、で構成されている。なお、ＴＦＴの構成は、特に限定されるものではなく、例えば、ボトムゲート型でもトップゲート型であってもよい。【００３２】
＜平坦化層＞
平坦化層２６は、ＴＦＴ部４０の上に設けられ、ＴＦＴ部４０の上部の凹凸を平坦化すると共に、ＴＦＴ部４０と、有機ＥＬ部２０及び接続部３０とを電気的に絶縁する。平坦化層２６には、ＴＦＴ部４０のソース電極と有機ＥＬ部２０のボトム電極１２とを接続する接続孔が設けられている。平坦化層２６の材料としては、特に限定されないが、ポリイミド等の有機材料、あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの無機材料を用いることができる。【００３３】
＜絶縁部＞
絶縁部１６は、平坦化層２６の上に設けられ、有機ＥＬ部２０を設ける領域と、接続部３０を設ける領域とを画成している。この絶縁部１６は、トップ電極１５とボトム電極１２との絶縁性を確保するとともに、発光素子１０の発光領域の形状を正確に所望の形状にすることができる。絶縁部１６の材料は、特に限定されないが、ポリイミド等の有機材料、あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの無機材料を用いることができる。【００３４】
＜有機ＥＬ部＞
有機ＥＬ部２０は、平坦化層２６上に、例えば陽極としてのボトム電極１２、有機発光層１３、電荷輸送層１４、および陰極としてのトップ電極１５がこの順に積層された構造を有する。本実施の形態では、電荷輸送層１４とトップ電極１５とが複数の画素にまたがり、全面に共通層して形成されている。
以下に有機ＥＬ部２０を構成する各層について説明する。【００３５】
＜ボトム電極＞
ボトム電極１２としては、特に限定されるものではないが、電気伝導性を有すると共に、反射性の金属を良好に用いることができる。たとえば、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、モリブデン、銅、鉄、白金、タングステン、鉛、錫、アンチモン、ストロンチウム、チタン、マンガン、インジウム、亜鉛、バナジウム、タンタル、ニオブ、ランタン、セリウム、ネオジウム、サマリウム、ユーロピウム、パラジウム、銅、ニッケル、コバルト、モリブデン、白金、シリコンのうちのいずれかの金属およびこれらの合金およびそれらを積層したものを用いることができる。また、上記反射性を有する金属と、例えばインジウムスズ酸化物やインジウム亜鉛酸化物などの透明電極とを積層して複数層からなるボトム電極として構成してもよい。【００３６】
＜有機発光層＞
有機発光層１３としては、特に限定されるものではないが、有機物材料からなる発光層一層でもよく、また、発光層を少なくとも１層含む多層積層されたものでもよい。また、発光層を少なくとも一層含んでいれば、無機材料を含む層をさらに含んでいても良い。また、用いる有機層は、低分子有機化合物でも、高分子有機化合物でも良い。低分子有機材料は、特に限定されるものではないが、好ましくは抵抗加熱蒸着法で形成される。高分子有機材料は、特に限定されるものではないが、好ましくは溶液からのスピンキャスト法などのキャスト法やディップコートなどのコート法、インクジェット法などの湿式印刷法により形成される。【００３７】
発光層に用いる有機物材料の具体例としては、例えば、特開平５−１６３４８８号公報に記載のオキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、アンスラセン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、８−ヒドロキシキノリン化合物の金属鎖体、２、２‘−ビピリジン化合物の金属鎖体、シッフ塩とＩＩＩ族金属との鎖体、オキシン金属鎖体、希土類鎖体などの蛍光物質を使用することができる。発光層は蒸着法、スピンコート法、キャスト法などにより形成できる。【００３８】
また、有機発光層１３は、発光層だけでなく、正孔輸送層、電子輸送層などの電荷輸送層と発光層との積層構造で構成してもよい。【００３９】
＜電荷輸送層＞
電荷輸送層１４は、電子及び正孔の両方を輸送可能なバイポーラ性を有するものであることが好ましい。この電荷輸送層１４としては、オキサジアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、カルバゾール誘導体、有機金属錯体の群から選ばれる一種以上の材料からなる有機材料と、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属等の金属材料と、から構成されていてもよい。
（ａ）オキサジアゾール誘導体の具体的な材料としては、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）（仕事関数：５．９ｅＶ、エネルギーギャップＥｇ：３．５ｅＶ、ＨＯＭＯ：−５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ：−２．４ｅＶ）、又は、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）（仕事関数：５．９ｅＶ、エネルギーギャップＥｇ：３．７ｅＶ、ＨＯＭＯ：−５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ：−２．２ｅＶ）を用いてもよい。
（ｂ）フェナントロリン誘導体の具体的な材料としては、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）（仕事関数：７．０ｅＶ、エネルギーギャップ：３．５ｅＶ、ＨＯＭＯ：−７．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：−３．５ｅＶ）を用いてもよい。
（ｃ）カルバゾール誘導体の具体的な材料としては、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）（仕事関数：６．３ｅＶ、エネルギーギャップ：３．２ｅＶ、ＨＯＭＯ：−６．３ｅＶ、ＬＵＭＯ：−３．１ｅＶ）、又は、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル ）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）（仕事関数：５．７ｅＶ、エネルギーギャップ：３．３ｅＶ、ＨＯＭＯ：−５．７ｅＶ、ＬＵＭＯ：−２．４ｅＶ）を用いてもよい。
（ｄ）金属錯体の具体的な材料としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）（仕事関数：６．０ｅＶ、エネルギーギャップＥｇ：２．７ｅＶ、ＨＯＭＯ：−６．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：−３．３ｅＶ）、又は、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）（仕事関数：５．９ｅＶ、エネルギーギャップＥｇ：２．９ｅＶ、ＨＯＭＯ−５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ：−３．０ｅＶ）を用いてもよい。【００４０】
電荷輸送層１４を構成する金属材料としては、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を用いることができる。特に限定されるものではないが、上記金属材料として、好ましくはリチウム、ルビジウム、セシウム、カルシウム、バリウムを用いることができる。【００４１】
＜トップ電極＞
トップ電極１５としては、特に限定されるものではないが、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）（仕事関数Ｉｐ：４．６ｅＶ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）を用いることができる。
このトップ電極１５は、特に限定されるものではないが、好ましくはＤＣスパッタ法、ＲＦスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、ＥＣＲスパッタ法、プラズマアシストの蒸着法等によって形成することができる。【００４２】
＜接続部＞
接続部３０は、基板１１上に上記発光部２０と同一平面内に絶縁部１６を挟んで設けられている。また、接続部３０は、補助電極２２、電荷輸送層１４、トップ電極１５が順に積層して構成されている。なお、電荷輸送層１４及びトップ電極１５は、有機ＥＬ部２０の電荷輸送層１４及びトップ電極とそれぞれ連続して構成されていることが好ましい。この接続部３０において、補助電極２２は、電荷輸送層１４を介してトップ電極１５と電気的に接続されている。これによって、トップ電極１５における電圧降下を抑制することができる。【００４３】
＜補助電極＞
補助電極２２は、平坦化層２６の上に設けられる。補助電極２２としては、特に限定されるものではないが、たとえば、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、モリブデン、銅、鉄、白金、タングステン、鉛、錫、アンチモン、ストロンチウム、チタン、マンガン、インジウム、亜鉛、バナジウム、タンタル、ニオブ、ランタン、セリウム、ネオジウム、サマリウム、ユーロピウム、パラジウム、銅、ニッケル、コバルト、モリブデン、白金、シリコンのうちのいずれかの金属およびこれらの合金およびそれらを積層したものを用いることができる。また、たとえばインジウムスズ酸化物やインジウム亜鉛酸化物などの透明電極でもよく、上記金属と積層して用いても良い。【００４４】
＜電荷輸送層＞
接続部３０における電荷輸送層１４は、有機ＥＬ部２０における電荷輸送層１４と同様のものを用いることができる。また、接続部３０における電荷輸送層１４は、有機ＥＬ部２０における電荷輸送層１４と連続して形成されていてもよい。【００４５】
＜トップ電極＞
接続部３０におけるトップ電極１５は、有機ＥＬ部２０におけるトップ電極１５と同様のものを用いることができる。また、接続部３０におけるトップ電極１５は、有機ＥＬ部２０におけるトップ電極１５と電気的に接続されている。さらに、接続部３０におけるトップ電極１５は、有機ＥＬ部２０におけるトップ電極１５と連続して形成されていてもよい。【００４６】
＜電荷輸送層のＨＯＭＯ（ｅＶ）及びＬＵＭＯ（ｅＶ）と、トップ電極の仕事関数Ｉｐ（ｅＶ）との間の関係式＞
実施の形態１に係る発光素子１０では、有機ＥＬ部２０の電荷輸送層１４及び接続部３０の電荷輸送層１４とで同一のＨＯＭＯ（最高被占準位）（ｅＶ）及びＬＵＭＯ（最低空準位）（ｅＶ）と、有機ＥＬ部２０のトップ電極１５及び接続部３０とで同一の仕事関数Ｉｐ（ｅＶ）とは、下記式、
｜（｜ＨＯＭＯ｜−Ｉｐ）−（Ｉｐ−｜ＬＵＭＯ｜）｜≦０．１ｅＶ
の関係を満たしていることを特徴とする。
これは、トップ電極１５のエネルギー準位（−Ｉｐ）と電荷輸送層１４のＨＯＭＯとの差（｜ＨＯＭＯ｜−Ｉｐ）と、トップ電極１５のエネルギー準位（−Ｉｐ）と電荷輸送層１４のＬＵＭＯとの差（Ｉｐ−｜ＬＵＭＯ｜）の両者の差が０．１ｅＶ以内であることを意味している。つまり、図２のエネルギーダイアグラムにおいて、電荷輸送層１４のＨＯＭＯとＬＵＭＯとのほぼ中間に、トップ電極１５のエネルギー準位が位置していることを表している。【００４７】
（実施例１）
実施例１の発光素子は、実施の形態１に係る発光素子について、具体的な構成を示すものである。この発光素子では、基板上の面内方向に有機ＥＬ部（発光部）と接続部とを絶縁部を挟んで別個に設けて構成した。なお、基板１１として、ガラス基板（松浪ガラス製平坦ガラス）を使用した。【００４８】
＜絶縁部＞
ガラス基板（松浪ガラス製平坦ガラス）上に絶縁層を成膜したのち、パターニングして形成された絶縁部１６によって、有機ＥＬ部２０を設ける領域と、接続部３０を設ける領域とを区画した。【００４９】
＜有機ＥＬ部（発光部）＞
（ａ）ガラス基板（松浪ガラス製平坦ガラス）上にモリブデン９７％、クロム３％からなる合金電極（ＭｏＣｒ）をスパッタ法により厚さ１００ｎｍに製膜し、所定の形状にフォトリソグラフィ法によりパターニングしてボトム電極１２の下層とした。
（ｂ）次に、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）をスパッタ法により製膜し、所定の陽極形状にフォトリソグラフィ法によりパターニングし、ボトム電極１２の上層とした。以上によって上下２層を有するボトム電極１２を形成した。
（ｃ）次いで、有機発光層１３として、次の３層を形成した。
１）まず、ＰＥＤＯＴ（商品名：Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ  ＡＩ  ４０８３、ティーエーケミカル製）をスピンコート法により６０ｎｍ形成した後、ホットプレート上で、温度２００℃で１０分間加熱して、正孔注入層として形成した。
２）次に、Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4’-(N-(4-sec-butylphenyl))diphenylamine)]（American Dye Source製）のトルエン溶液からスピンコート法により２０ｎｍ形成した後、窒素中ホットプレート上で、温度２００℃で３０分間加熱して正孔輸送層として形成した。
３）次に、Poly[(9,9-dihexylfluoren-2,7-diyl)-alt-co-(benzo[2,1,3]thiadiazole-4,7-diyl)] （American Dye Source製）のキシレン溶液からのスピンコート法により厚み７０ｎｍ形成した後、ホットプレート上で、温度１３０℃で１０分加熱して、発光層として形成した。
以上によって、３層構造を有する有機発光層１３を形成した。
（ｄ）次に、バリウムとＡｌｑ３とを体積比５：１００で共蒸着して、膜厚２０ｎｍの電荷輸送層１４を形成した。
（ｅ）最後に、プラズマアシストの蒸着法（製膜装置（住友重工業製）を使用）によりトップ電極１５としてインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を厚さ１００ｎｍで形成した。
以上によって、有機ＥＬ部２０を作製した。【００５０】
＜接続部＞
次に、接続部の作成方法について以下に説明する。
（１）上記ガラス基板上に、補助電極２２の下層として、モリブデン９７％、クロム３％からなる合金電極をスパッタ法により厚さ１００ｎｍに製膜し、所定の形状にフォトリソグラフィ法によりパターニングした。
（２）次に、補助電極２２の上層として、インジウムスズ酸化物をスパッタ法により製膜し、所定の陽極形状にフォトリソグラフィ法によりパターニングした。以上によって、上下２層構造の補助電極２２を形成した。
（３）次に、電荷輸送層１４とトップ電極１５とを、有機ＥＬ部２０の電荷輸送層１４とトップ電極１５とそれぞれ連続するように順に形成した。
なお、ここでは上記有機ＥＬ部の各層の作製とは別個に説明したが、上記有機ＥＬ部の各層と連続する層の作製については実質的に同時に積層して形成した。
以上によって、接続部３０を作製した。【００５１】
以上のようにして、有機ＥＬ部２０と接続部３０とを形成し、発光素子を作製した。【００５２】
＜評価＞
接続部３０の補助電極２２を陰極、有機ＥＬ部２０のボトム電極１２を陽極として、電圧を印加すると、トップ電極１５から有機ＥＬ部２０側の電荷輸送層１４へは電子が注入され、一方、トップ電極１５から接続部３０側の電荷輸送層１４には正孔が注入される。これによって有機発光層１３において発光し、その発光輝度と電流密度の測定を行った。その結果、発光効率１１ｃｄ／Ａ、駆動電圧６．３ｅＶ（１０ｍＡ／ｃｍ２時）と示されるように良好な発光が得られた。【００５３】
また、大気圧光電子分光器（理研計器）を使用して、ＩＴＯ電極、Ａｌｑ３膜、ＢＣＰ膜の仕事関数を測定した。その結果、ＩＴＯ電極の仕事関数は４．６ｅＶであり、Ａｌｑ３の仕事関数は６．０ｅＶであり、ＢＣＰ膜の仕事関数は、６．７ｅＶであった。【００５４】
また、光吸収スペクトルの吸収端を測定して、Ａｌｑ３膜、ＢＣＰ膜のエネルギーギャップＥｇを決定した。その結果、Ａｌｑ３膜のエネルギーギャップＥｇは、２．７ｅＶであり、ＢＣＰ膜のエネルギーギャップＥｇは、３．５ｅＶであった。【００５５】
図３（ａ）は、実施例１の発光素子１０の電圧印加前の各層におけるエネルギーダイアグラムである。図３の（ａ）のエネルギーダイアグラムに示すように、トップ電極１５から有機ＥＬ部２０側の電荷輸送層１４への電子注入障壁は１．３ｅＶである。一方、トップ電極（ＩＴＯ）１５から接続部３０側の電荷輸送層１４への正孔の注入障壁は１．４ｅＶである。このため、トップ電極１５から有機ＥＬ部２０の有機発光層１３へ十分な電子が注入でき、かつ、トップ電極１５と補助電極２２との十分な電気的接続を実現することができる。【００５６】
すなわち、トップ電極１５から有機ＥＬ部２０側の電荷輸送層１４へ電子を注入すると共に、トップ電極１５から接続部３０側の電荷輸送層１４へ正孔を注入する必要がある。このため、トップ電極１５のエネルギー準位（−仕事関数Ｉｐ）は、トップ電極１５と補助電極２２間の電荷輸送層１４のＨＯＭＯとＬＵＭＯとの中間に位置することが望ましい。なお、トップ電極１５と補助電極２２間に設けられる電荷輸送層１４は、正孔及び電子の両方の電荷を輸送できるバイポーラ性を有することが望ましい。【００５７】
（比較例１）
比較例１の発光素子では、有機ＥＬ部と接続部とで連続する電荷輸送層をフェナントロリン誘導体であるバソキュプロイン（ＢＣＰ）（仕事関数：７．０ｅＶ、エネルギーギャップ：３．５ｅＶ、ＨＯＭＯ：−７．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：−３．５ｅＶ）とバリウムとの共蒸着膜として形成した。この電荷輸送層の材料を変えた以外は、実施例１と同じ条件で発光素子を作製した。この発光素子について、実施例１と同様の測定を行った結果、発光効率２．６ｃｄ／Ａ、駆動電圧１２．３Ｖ（１０ｍＡ／ｃｍ２時）という測定結果のように、発光が弱かった。【００５８】
比較例１の発光素子では、図３の（ｂ）のエネルギーダイアグラムに示すように、トップ電極１５から有機ＥＬ部２０側の電荷輸送層１４への電子注入障壁は１．４ｅＶであるが、接続部３０側の電荷輸送層１４への正孔注入障壁は２．１ｅＶである。このため、トップ電極１５から接続部３０側への正孔注入が十分ではなく、トップ電極１５と補助電極２２との間の電気的接続が不十分となり、比較例１では発光が弱かったと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係る発光素子は、ムラのない均一発光が得られることから、ＴＦＴと組み合わせたアクティブマトリックス有機ＥＬディスプレイへの応用に適性がある。
【図１】
2009110186.tif 000003
【図２】
2009110186.tif 000004
【図３】
2009110186.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月26日(2009.10.26)
【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、有機エレクトロルミネッセンスを用いた発光素子に関し、さらに、上記有機エレクトロルミネッセンスを用いた発光素子を２次元配列させて構成したディスプレイデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物の薄膜を２つの電極で挟み、電圧印加により発光（エレクトロルミネッセンス）が得られる発光素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子ということがある）と呼ばれる。有機低分子材料を用いる有機ＥＬ素子は、１９６０年代に見出され（例えば、非特許文献１参照。）、その後、１９８０年代には実用的なプロセスと特性を有する素子構造が開発された（例えば、非特許文献２参照。）。低分子材料を用いる有機ＥＬ素子は、真空蒸着法によりその有機薄膜を形成することができ、真空プロセスでの不純物やダストの混入が少ない条件下での素子作成が可能であり、長寿命で画素欠陥が少ないという特徴がある。また、１９９０年代前半には、高分子材料を用いた有機ＥＬ素子が報告された（例えば、非特許文献３参照。）。高分子材料を用いる有機ＥＬ素子は、高分子を溶媒に溶解して得られる溶液あるいは分散液を湿式法により塗布することによってその有機薄膜を得ることが可能であり、大気圧下の簡便プロセスで材料ロスが少ないという特徴を有している。いずれの有機ＥＬ素子も、自発光で明るい、視野角依存性が小さい、大面積化や微細アレイ化が容易、などの特徴を有しており、ディスプレイの発光源や照明用光源として近年開発が進められている。
【０００３】
非特許文献２に見られるような初期の有機ＥＬ素子は、透明基板を用い、その上に透明なボトム電極を積層し、有機層からの発光を基板側から取り出す構造のものであった。トップ電極としては金属電極などを用い、有機層からの発光を反射する。この構造の有機ＥＬ素子は、ボトムエミッション型有機ＥＬ素子と呼ばれる。一般的に、陽極として機能するボトム電極は仕事関数が大きい材料から選ばれ、陰極として機能するトップ電極は仕事関数が小さい材料から選ばれる。
【０００４】
これに対して、基板上に不透明電極、有機発光層、透明なトップ電極を順に積層し、有機発光層からの発光を透明なトップ電極から取り出す構造の有機ＥＬがある。この構造の有機ＥＬ素子は、トップエミッション型有機ＥＬ素子と呼ばれる。
【０００５】
トップエミッション型有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子とそれを駆動する薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと呼ぶ）からなるアクティブマトリックス有機ＥＬディスプレイへ応用する場合、ボトムエミッション型有機ＥＬ素子よりも適性に優れる。すなわち、ボトムエミッション型有機ＥＬ素子では、発光を基板側から取り出すので、画素面積に占める有機ＥＬ発光部の面積は、基板上の不透明なＴＦＴや電気配線以外に制限されてしまう。同時に画素内のＴＦＴや電気配線の面積は、有機ＥＬの占有面積を大きくするためになるべく小さくする必要があり、設計の自由度が低い。これに対して、トップエミッション型有機ＥＬ素子では、基板とは逆側、すなわち上方から発光を取り出すので、基板側のＴＦＴ部の面積を画素面積まで広げることが出来る。これによって、ＴＦＴのチャネル幅を広げて有機ＥＬ素子に供給する電流量を増やす、あるいは、ＴＦＴの数を増やして電流補償回路を形成し、ディスプレイの面内輝度分布を抑えることが出来る。加えて、画素面積に占める有機ＥＬ素子の面積を大きくすることができ、ディスプレイの寿命を向上させることが出来る。
【０００６】
一方、トップエミッション型有機ＥＬ素子では、トップ電極から光を取り出す必要があるため、トップ電極には、光透過性の高い例えば透明電極であるインジウムスズ酸化物（以下、ＩＴＯと呼ぶ）や薄膜金属や薄膜合金を用いる。しかし、光透過性の高い電極は、抵抗値が大きいためトップ電極において電圧勾配が発生して電圧降下が生じ易く、輝度ムラが発生するという問題がある。そこで、各発光素子が設けられた画素間に、トップ電極に接続させる状態で補助電極を設け、この補助電極によって電圧降下を抑える方法が開示されている。
【０００７】
しかし、有機層を各画素に共通のベタ膜として形成する構成では、補助電極上の全面が有機層で覆われる。このような場合、補助電極上の有機層によって、補助電極とトップ電極との電気的接続が十分ではない場合がある。この問題に対して、レーザによる有機層の除去（特許文献１）や突起構造による電気接続（例えば、特許文献２参照。）などが開示されている。
【０００８】
しかし、上記特許文献１に記載のレーザ光線を照射する方法では、レーザ光の照射等のプロセスが増え生産効率が低下する。また、上記特許文献２に記載のトッキ構造を用いる方法では、デバイスの構造が複雑になり、微細な画素においては、補助電極とトッキ部の位置あわせが困難であるという問題がある。
【０００９】
上記課題に対し、第１のバッファ層、発光層、および第２のバッファ層を少なくとも有し、画素部においてトップ電極と補助電極間に正孔輸送性を示す第１のバッファ層もしくは電子輸送性を示す第２のバッファ層もしくはその両方が挟まれ、電気的に接続されていることを特徴とする発光素子が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。この構成において、トップ電極は発光素子部の陰極とし、第２のバッファ層に電子が注入される。また、ボトム電極は発光素子部の陽極として機能し、第１のバッファ層に正孔が注入される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｍ．  Ｐｏｐｅ  ｅｔ  ａｌ、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ３８号  ２０４２〜２０４３ページ、１９６３年
【非特許文献２】Ｃ．Ｗ．  Ｔａｎｇ、Ｓ．Ａ．  Ｖａｎｓｌｙｋｅ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ５１号、９１３〜９１５ページ、１９８７年
【非特許文献３】Ｊ．Ｈ．  Ｂｕｒｒｏｕｇｈｅｓ  ｅｔ  ａｌ、Ｎａｔｕｒｅ  ３４７号、５３９〜５４１ページ、１９９０年
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−５２９６６号公報
【特許文献２】特開２００７−９３３９７号公報
【特許文献３】特開２００７−７３４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、上記特許文献３の構成では、補助電極とトップ電極とバッファ層からなる接続部では、トップ電極が陽極として機能し、ボトム電極が陰極として機能する。例えば正孔輸送性である第１のバッファ層のみが接続部間に存在する場合、仕事関数の小さなトップ電極から正孔が注入されることになり、十分な正孔を注入できず電気接続が十分ではないという課題がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、電圧降下に起因する発光ムラを抑制したトップエミッション型有機ＥＬ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記従来の課題を解決するために、本発明に係る発光素子は、基板上の面内方向に絶縁部を挟んで設けられた発光部と接続部とを含む発光素子であって、
前記発光部は、
ボトム電極と、
前記ボトム電極の上に設けられた発光層と、
前記発光層の上に設けられた第１電荷輸送層と、
前記第１電荷輸送層の上に設けられた第１トップ電極と、
を備え、
前記接続部は、
補助電極と、
前記補助電極の上に設けられ、前記発光部の第１電荷輸送層と電気的に接続されている第２電荷輸送層と、
前記第２電荷輸送層の上に設けられ、前記発光部の前記第１トップ電極と電気的に接続されている第２トップ電極と、
を備え、
前記絶縁部は、前記発光部のボトム電極及び前記発光層と、前記接続部の前記補助電極とを電気的に絶縁していると共に、
前記第１及び第２電荷輸送層において同一のＨＯＭＯ（ｅＶ）及びＬＵＭＯ（ｅＶ）と、第１及び第２トップ電極において同一の仕事関数Ｉｐ（ｅＶ）とが、下記式
｜（｜ＨＯＭＯ｜−Ｉｐ）−（Ｉｐ−｜ＬＵＭＯ｜）｜≦０．１ｅＶ
の関係を満たすことを特徴とする。
【００１５】
また、前記第１トップ電極と前記第２トップ電極とは連続する層で構成されていてもよい。さらに、前記第１電荷輸送層と前記第２電荷輸送層とは連続する層で構成されていてもよい。
【００１６】
またさらに、前記電荷輸送層は、正孔および電子の両方を輸送できるバイポーラ性材料からなることが好ましい。前記電荷輸送層は、オキサジアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、カルバゾール誘導体、有機金属錯体の群から選ばれる一種以上の材料と、アルカリ金属又はアルカリ土類金属から選ばれる一種以上の金属材料と、を含んでもよい。
【００１７】
また、前記第１及び第２トップ電極は、インジウムスズ酸化物であって、前記電荷輸送層は、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニルを含んでもよい。
【００１８】
さらに、前記電荷輸送層は、電子輸送層であってもよい。
【００１９】
またさらに、前記第１及び第２トップ電極と前記補助電極とは、同一材料からなるものであってもよい。
【００２０】
また、複数の発光部から一つの発光部を選択して発光させるＴＦＴをさらに備えてもよい。
【００２１】
さらに、本発明に係るディスプレイデバイスは、前記発光素子を２次元配列させて構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る発光素子によれば、トップ電極から発光部の有機発光層に電荷を注入するために、補助電極と、該補助電極とトップ電極との間に電荷輸送層を挟持する接続部を設けている。上記接続部を有することで、トップ電極から発光部側の電荷輸送層に電子が注入されると共に、トップ電極から接続部側の電荷輸送層には正孔が注入される。この接続部において、トップ電極の仕事関数と、電荷輸送層のＨＯＭＯ及びＬＵＭＯが所定の関係式を満たすように構成することによって、電圧降下に起因する発光ムラを抑制することができる。これにより、優れた発光特性のトップエミッション型有機ＥＬ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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方向からみた断面図である。
【図２】図１の発光素子の各層のエネルギーダイアグラムである。
【図３】（ａ）は、実施例１の発光素子のトップ電極から有機ＥＬ部側及び接続部側のそれぞれへの電荷注入障壁を示すエネルギーダイアグラムであり、（ｂ）は、比較例１の発光素子のトップ電極から有機ＥＬ部側及び接続部側のそれぞれへの電荷注入障壁を示すエネルギーダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態に係る発光素子について、添付図面を参照しながら説明する。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。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る発光素子１０の発光面に垂直な方向についての断面図である。この発光素子１０では、基板１１上にＴＦＴ部４０及び平坦化層２６が順に設けられ、平坦化層２６の上に面内方向に、有機ＥＬ部（発光部）２０と接続部３０とが絶縁部１６を挟んで設けられている。有機ＥＬ部２０は、ボトム電極１２、有機発光層１３、第１電荷輸送層１４、第１トップ電極１５が順に積層されて構成されている。また、接続部３０は、補助電極２２、第２電荷輸送層１４、第２トップ電極１５の順に積層されて構成されている。なお、有機ＥＬ部２０と接続部３０とは、その間に設けられた絶縁部１６によって電気的に絶縁されている。本実施の形態１の発光素子１０では、第１トップ電極１５と第２トップ電極１５とは連続する同一の層で構成されている。また、第１電荷輸送層１４と第２電荷輸送層１４とは連続する同一の層で構成されている。そこで、有機ＥＬ部２０のボトム電極１２及び有機発光層１３と、接続部３０の補助電極２２とは、絶縁部１６によって絶縁されている。
【００２６】
この発光素子１０では、図２のエネルギーダイアグラムに示すように、有機ＥＬ部２０のボトム電極１２を陽極とし、接続部３０の補助電極２２を陰極として、両者の間に直流電源１７を接続して電圧を印加して、発光させている。この場合、有機ＥＬ部２０では、正孔がボトム電極１２から有機発光層１３へ流入し、一方、電子がトップ電極１５から電荷輸送層１４を介して有機発光層１３へ流入して、有機発光層１３で発光する。
【００２７】
この発光素子１０では、有機ＥＬ部２０及び接続部３０とで連続する電荷輸送層１４のＨＯＭＯ（ｅＶ）及びＬＵＭＯ（ｅＶ）と、トップ電極１５の仕事関数Ｉｐ（ｅＶ）とが、下記式
｜（｜ＨＯＭＯ｜−Ｉｐ）−（Ｉｐ−｜ＬＵＭＯ｜）｜≦０．１ｅＶ
の関係を満たしている。これは、トップ電極１５のエネルギー準位と電荷輸送層１４のＨＯＭＯとの差（｜ＨＯＭＯ｜−Ｉｐ）と、トップ電極１５のエネルギー準位と電荷輸送層１４のＬＵＭＯとの差（Ｉｐ−｜ＬＵＭＯ｜）の両者の差が０．１ｅＶ以内であることを意味している。つまり、図２のエネルギーダイアグラムにおいて、電荷輸送層１４のＨＯＭＯとＬＵＭＯとのほぼ中間に、トップ電極１５のエネルギー準位が位置していることを表している。
上記関係式を満たすような接続部３０を構成することによって、トップ電極１５から有機ＥＬ部２０側の電荷輸送層１４への電子の注入障壁と、トップ電極１５から接続層３０側の電荷輸送層１４への正孔の注入障壁、のそれぞれの電荷注入障壁の大きさがほぼ同程度となる。
したがって、トップ電極１５から有機ＥＬ部２０側及び接続部３０側へのそれぞれの電荷注入が容易に行うことができる。これにより、接続部３０によってトップ電極１５への電気的接続を十分に確保できるので、有機ＥＬ部２０において十分な電荷注入を行うことができ発光させやすくなる。
【００２８】
なお、この発光素子１０では、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって複数の有機ＥＬ部２０の中から一つの有機ＥＬ部を選択している。ＴＦＴ部４０は、少なくとも一つのＴＦＴを有し、基板１１上に設けられている。また、ＴＦＴ部４０の上には、平坦化層２６が設けられ、その上に平面を画成している。有機ＥＬ部２０及び接続部３０は、平坦化層２６によって画成された平面上に面内方向にわたって配置されている。
【００２９】
以下に、この発光素子１０を構成する各構成部材について以下に説明する。
【００３０】
＜基板＞
基板１１としては特に限定されるものではないが、例えば、ガラス基板、石英基板などを用いることができる。また、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルホンなどのプラスチック基板を用いて、有機ＥＬに曲げ性を付与することもできる。本発明の発光素子における構造は、これまで述べたように、トップエミッション有機ＥＬ素子に対して効果が大きいので、不透明プラスチック基板や金属基板を用いることもできる。
【００３１】
＜ＴＦＴ部＞
有機ＥＬ部２０は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によりアクティブマトリクス方式により駆動される。ＴＦＴ部４０は、有機ＥＬ部２０を選択し、駆動するための少なくとも一つのＴＦＴを備える。図１において、このＴＦＴは、トップゲート型である。このＴＦＴは、ソース領域、ドレイン領域、および、チャネル形成領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、ソース領域と電気的に接続されたソース電極、ドレイン領域と電気的に接続されたドレイン電極と、で構成されている。なお、ＴＦＴの構成は、特に限定されるものではなく、例えば、ボトムゲート型でもトップゲート型であってもよい。
【００３２】
＜平坦化層＞
平坦化層２６は、ＴＦＴ部４０の上に設けられ、ＴＦＴ部４０の上部の凹凸を平坦化すると共に、ＴＦＴ部４０と、有機ＥＬ部２０及び接続部３０とを電気的に絶縁する。平坦化層２６には、ＴＦＴ部４０のソース電極と有機ＥＬ部２０のボトム電極１２とを接続する接続孔が設けられている。平坦化層２６の材料としては、特に限定されないが、ポリイミド等の有機材料、あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの無機材料を用いることができる。
【００３３】
＜絶縁部＞
絶縁部１６は、平坦化層２６の上に設けられ、有機ＥＬ部２０を設ける領域と、接続部３０を設ける領域とを画成している。この絶縁部１６は、トップ電極１５とボトム電極１２との絶縁性を確保するとともに、発光素子１０の発光領域の形状を正確に所望の形状にすることができる。絶縁部１６の材料は、特に限定されないが、ポリイミド等の有機材料、あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの無機材料を用いることができる。
【００３４】
＜有機ＥＬ部＞
有機ＥＬ部２０は、平坦化層２６上に、例えば陽極としてのボトム電極１２、有機発光層１３、電荷輸送層１４、および陰極としてのトップ電極１５がこの順に積層された構造を有する。本実施の形態では、電荷輸送層１４とトップ電極１５とが複数の画素にまたがり、全面に共通層して形成されている。
以下に有機ＥＬ部２０を構成する各層について説明する。
【００３５】
＜ボトム電極＞
ボトム電極１２としては、特に限定されるものではないが、電気伝導性を有すると共に、反射性の金属を良好に用いることができる。たとえば、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、モリブデン、銅、鉄、白金、タングステン、鉛、錫、アンチモン、ストロンチウム、チタン、マンガン、インジウム、亜鉛、バナジウム、タンタル、ニオブ、ランタン、セリウム、ネオジウム、サマリウム、ユーロピウム、パラジウム、銅、ニッケル、コバルト、モリブデン、白金、シリコンのうちのいずれかの金属およびこれらの合金およびそれらを積層したものを用いることができる。また、上記反射性を有する金属と、例えばインジウムスズ酸化物やインジウム亜鉛酸化物などの透明電極とを積層して複数層からなるボトム電極として構成してもよい。
【００３６】
＜有機発光層＞
有機発光層１３としては、特に限定されるものではないが、有機物材料からなる発光層一層でもよく、また、発光層を少なくとも１層含む多層積層されたものでもよい。また、発光層を少なくとも一層含んでいれば、無機材料を含む層をさらに含んでいても良い。また、用いる有機層は、低分子有機化合物でも、高分子有機化合物でも良い。低分子有機材料は、特に限定されるものではないが、好ましくは抵抗加熱蒸着法で形成される。高分子有機材料は、特に限定されるものではないが、好ましくは溶液からのスピンキャスト法などのキャスト法やディップコートなどのコート法、インクジェット法などの湿式印刷法により形成される。
【００３７】
発光層に用いる有機物材料の具体例としては、例えば、特開平５−１６３４８８号公報に記載のオキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、アンスラセン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、８−ヒドロキシキノリン化合物の金属鎖体、２、２‘−ビピリジン化合物の金属鎖体、シッフ塩とＩＩＩ族金属との鎖体、オキシン金属鎖体、希土類鎖体などの蛍光物質を使用することができる。発光層は蒸着法、スピンコート法、キャスト法などにより形成できる。
【００３８】
また、有機発光層１３は、発光層だけでなく、正孔輸送層、電子輸送層などの電荷輸送層と発光層との積層構造で構成してもよい。
【００３９】
＜電荷輸送層＞
電荷輸送層１４は、電子及び正孔の両方を輸送可能なバイポーラ性を有するものであることが好ましい。この電荷輸送層１４としては、オキサジアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、カルバゾール誘導体、有機金属錯体の群から選ばれる一種以上の材料からなる有機材料と、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属等の金属材料と、から構成されていてもよい。
（ａ）オキサジアゾール誘導体の具体的な材料としては、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）（仕事関数：５．９ｅＶ、エネルギーギャップＥｇ：３．５ｅＶ、ＨＯＭＯ：−５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ：−２．４ｅＶ）、又は、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）（仕事関数：５．９ｅＶ、エネルギーギャップＥｇ：３．７ｅＶ、ＨＯＭＯ：−５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ：−２．２ｅＶ）を用いてもよい。
（ｂ）フェナントロリン誘導体の具体的な材料としては、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）（仕事関数：７．０ｅＶ、エネルギーギャップ：３．５ｅＶ、ＨＯＭＯ：−７．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：−３．５ｅＶ）を用いてもよい。
（ｃ）カルバゾール誘導体の具体的な材料としては、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）（仕事関数：６．３ｅＶ、エネルギーギャップ：３．２ｅＶ、ＨＯＭＯ：−６．３ｅＶ、ＬＵＭＯ：−３．１ｅＶ）、又は、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル ）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）（仕事関数：５．７ｅＶ、エネルギーギャップ：３．３ｅＶ、ＨＯＭＯ：−５．７ｅＶ、ＬＵＭＯ：−２．４ｅＶ）を用いてもよい。
（ｄ）金属錯体の具体的な材料としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）（仕事関数：６．０ｅＶ、エネルギーギャップＥｇ：２．７ｅＶ、ＨＯＭＯ：−６．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：−３．３ｅＶ）、又は、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）（仕事関数：５．９ｅＶ、エネルギーギャップＥｇ：２．９ｅＶ、ＨＯＭＯ−５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ：−３．０ｅＶ）を用いてもよい。
【００４０】
電荷輸送層１４を構成する金属材料としては、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を用いることができる。特に限定されるものではないが、上記金属材料として、好ましくはリチウム、ルビジウム、セシウム、カルシウム、バリウムを用いることができる。
【００４１】
＜トップ電極＞
トップ電極１５としては、特に限定されるものではないが、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）（仕事関数Ｉｐ：４．６ｅＶ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）を用いることができる。
このトップ電極１５は、特に限定されるものではないが、好ましくはＤＣスパッタ法、ＲＦスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、ＥＣＲスパッタ法、プラズマアシストの蒸着法等によって形成することができる。
【００４２】
＜接続部＞
接続部３０は、基板１１上に上記発光部２０と同一平面内に絶縁部１６を挟んで設けられている。また、接続部３０は、補助電極２２、電荷輸送層１４、トップ電極１５が順に積層して構成されている。なお、電荷輸送層１４及びトップ電極１５は、有機ＥＬ部２０の電荷輸送層１４及びトップ電極とそれぞれ連続して構成されていることが好ましい。この接続部３０において、補助電極２２は、電荷輸送層１４を介してトップ電極１５と電気的に接続されている。これによって、トップ電極１５における電圧降下を抑制することができる。
【００４３】
＜補助電極＞
補助電極２２は、平坦化層２６の上に設けられる。補助電極２２としては、特に限定されるものではないが、たとえば、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、モリブデン、銅、鉄、白金、タングステン、鉛、錫、アンチモン、ストロンチウム、チタン、マンガン、インジウム、亜鉛、バナジウム、タンタル、ニオブ、ランタン、セリウム、ネオジウム、サマリウム、ユーロピウム、パラジウム、銅、ニッケル、コバルト、モリブデン、白金、シリコンのうちのいずれかの金属およびこれらの合金およびそれらを積層したものを用いることができる。また、たとえばインジウムスズ酸化物やインジウム亜鉛酸化物などの透明電極でもよく、上記金属と積層して用いても良い。
【００４４】
＜電荷輸送層＞
接続部３０における電荷輸送層１４は、有機ＥＬ部２０における電荷輸送層１４と同様のものを用いることができる。また、接続部３０における電荷輸送層１４は、有機ＥＬ部２０における電荷輸送層１４と連続して形成されていてもよい。
【００４５】
＜トップ電極＞
接続部３０におけるトップ電極１５は、有機ＥＬ部２０におけるトップ電極１５と同様のものを用いることができる。また、接続部３０におけるトップ電極１５は、有機ＥＬ部２０におけるトップ電極１５と電気的に接続されている。さらに、接続部３０におけるトップ電極１５は、有機ＥＬ部２０におけるトップ電極１５と連続して形成されていてもよい。
【００４６】
＜電荷輸送層のＨＯＭＯ（ｅＶ）及びＬＵＭＯ（ｅＶ）と、トップ電極の仕事関数Ｉｐ（ｅＶ）との間の関係式＞
実施の形態１に係る発光素子１０では、有機ＥＬ部２０の電荷輸送層１４及び接続部３０の電荷輸送層１４とで同一のＨＯＭＯ（最高被占準位）（ｅＶ）及びＬＵＭＯ（最低空準位）（ｅＶ）と、有機ＥＬ部２０のトップ電極１５及び接続部３０とで同一の仕事関数Ｉｐ（ｅＶ）とは、下記式、
｜（｜ＨＯＭＯ｜−Ｉｐ）−（Ｉｐ−｜ＬＵＭＯ｜）｜≦０．１ｅＶ
の関係を満たしていることを特徴とする。
これは、トップ電極１５のエネルギー準位（−Ｉｐ）と電荷輸送層１４のＨＯＭＯとの差（｜ＨＯＭＯ｜−Ｉｐ）と、トップ電極１５のエネルギー準位（−Ｉｐ）と電荷輸送層１４のＬＵＭＯとの差（Ｉｐ−｜ＬＵＭＯ｜）の両者の差が０．１ｅＶ以内であることを意味している。つまり、図２のエネルギーダイアグラムにおいて、電荷輸送層１４のＨＯＭＯとＬＵＭＯとのほぼ中間に、トップ電極１５のエネルギー準位が位置していることを表している。
【００４７】
（実施例１）
実施例１の発光素子は、実施の形態１に係る発光素子について、具体的な構成を示すものである。この発光素子では、基板上の面内方向に有機ＥＬ部（発光部）と接続部とを絶縁部を挟んで別個に設けて構成した。なお、基板１１として、ガラス基板（松浪ガラス製平坦ガラス）を使用した。
【００４８】
＜絶縁部＞
ガラス基板（松浪ガラス製平坦ガラス）上に絶縁層を成膜したのち、パターニングして形成された絶縁部１６によって、有機ＥＬ部２０を設ける領域と、接続部３０を設ける領域とを区画した。
【００４９】
＜有機ＥＬ部（発光部）＞
（ａ）ガラス基板（松浪ガラス製平坦ガラス）上にモリブデン９７％、クロム３％からなる合金電極（ＭｏＣｒ）をスパッタ法により厚さ１００ｎｍに製膜し、所定の形状にフォトリソグラフィ法によりパターニングしてボトム電極１２の下層とした。
（ｂ）次に、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）をスパッタ法により製膜し、所定の陽極形状にフォトリソグラフィ法によりパターニングし、ボトム電極１２の上層とした。以上によって上下２層を有するボトム電極１２を形成した。
（ｃ）次いで、有機発光層１３として、次の３層を形成した。
１）まず、ＰＥＤＯＴ（商品名：Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ  ＡＩ  ４０８３、ティーエーケミカル製）をスピンコート法により６０ｎｍ形成した後、ホットプレート上で、温度２００℃で１０分間加熱して、正孔注入層として形成した。
２）次に、Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4’-(N-(4-sec-butylphenyl))diphenylamine)]（American Dye Source製）のトルエン溶液からスピンコート法により２０ｎｍ形成した後、窒素中ホットプレート上で、温度２００℃で３０分間加熱して正孔輸送層として形成した。
３）次に、Poly[(9,9-dihexylfluoren-2,7-diyl)-alt-co-(benzo[2,1,3]thiadiazole-4,7-diyl)] （American Dye Source製）のキシレン溶液からのスピンコート法により厚み７０ｎｍ形成した後、ホットプレート上で、温度１３０℃で１０分加熱して、発光層として形成した。
以上によって、３層構造を有する有機発光層１３を形成した。
（ｄ）次に、バリウムとＡｌｑ３とを体積比５：１００で共蒸着して、膜厚２０ｎｍの電荷輸送層１４を形成した。
（ｅ）最後に、プラズマアシストの蒸着法（製膜装置（住友重工業製）を使用）によりトップ電極１５としてインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を厚さ１００ｎｍで形成した。
以上によって、有機ＥＬ部２０を作製した。
【００５０】
＜接続部＞
次に、接続部の作成方法について以下に説明する。
（１）上記ガラス基板上に、補助電極２２の下層として、モリブデン９７％、クロム３％からなる合金電極をスパッタ法により厚さ１００ｎｍに製膜し、所定の形状にフォトリソグラフィ法によりパターニングした。
（２）次に、補助電極２２の上層として、インジウムスズ酸化物をスパッタ法により製膜し、所定の陽極形状にフォトリソグラフィ法によりパターニングした。以上によって、上下２層構造の補助電極２２を形成した。
（３）次に、電荷輸送層１４とトップ電極１５とを、有機ＥＬ部２０の電荷輸送層１４とトップ電極１５とそれぞれ連続するように順に形成した。
なお、ここでは上記有機ＥＬ部の各層の作製とは別個に説明したが、上記有機ＥＬ部の各層と連続する層の作製については実質的に同時に積層して形成した。
以上によって、接続部３０を作製した。
【００５１】
以上のようにして、有機ＥＬ部２０と接続部３０とを形成し、発光素子を作製した。
【００５２】
＜評価＞
接続部３０の補助電極２２を陰極、有機ＥＬ部２０のボトム電極１２を陽極として、電圧を印加すると、トップ電極１５から有機ＥＬ部２０側の電荷輸送層１４へは電子が注入され、一方、トップ電極１５から接続部３０側の電荷輸送層１４には正孔が注入される。これによって有機発光層１３において発光し、その発光輝度と電流密度の測定を行った。その結果、発光効率１１ｃｄ／Ａ、駆動電圧６．３ｅＶ（１０ｍＡ／ｃｍ２時）と示されるように良好な発光が得られた。
【００５３】
また、大気圧光電子分光器（理研計器）を使用して、ＩＴＯ電極、Ａｌｑ３膜、ＢＣＰ膜の仕事関数を測定した。その結果、ＩＴＯ電極の仕事関数は４．６ｅＶであり、Ａｌｑ３の仕事関数は６．０ｅＶであり、ＢＣＰ膜の仕事関数は、６．７ｅＶであった。
【００５４】
また、光吸収スペクトルの吸収端を測定して、Ａｌｑ３膜、ＢＣＰ膜のエネルギーギャップＥｇを決定した。その結果、Ａｌｑ３膜のエネルギーギャップＥｇは、２．７ｅＶであり、ＢＣＰ膜のエネルギーギャップＥｇは、３．５ｅＶであった。
【００５５】
図３（ａ）は、実施例１の発光素子１０の電圧印加前の各層におけるエネルギーダイアグラムである。図３の（ａ）のエネルギーダイアグラムに示すように、トップ電極１５から有機ＥＬ部２０側の電荷輸送層１４への電子注入障壁は１．３ｅＶである。一方、トップ電極（ＩＴＯ）１５から接続部３０側の電荷輸送層１４への正孔の注入障壁は１．４ｅＶである。このため、トップ電極１５から有機ＥＬ部２０の有機発光層１３へ十分な電子が注入でき、かつ、トップ電極１５と補助電極２２との十分な電気的接続を実現することができる。
【００５６】
すなわち、トップ電極１５から有機ＥＬ部２０側の電荷輸送層１４へ電子を注入すると共に、トップ電極１５から接続部３０側の電荷輸送層１４へ正孔を注入する必要がある。このため、トップ電極１５のエネルギー準位（−仕事関数Ｉｐ）は、トップ電極１５と補助電極２２間の電荷輸送層１４のＨＯＭＯとＬＵＭＯとの中間に位置することが望ましい。なお、トップ電極１５と補助電極２２間に設けられる電荷輸送層１４は、正孔及び電子の両方の電荷を輸送できるバイポーラ性を有することが望ましい。
【００５７】
（比較例１）
比較例１の発光素子では、有機ＥＬ部と接続部とで連続する電荷輸送層をフェナントロリン誘導体であるバソキュプロイン（ＢＣＰ）（仕事関数：７．０ｅＶ、エネルギーギャップ：３．５ｅＶ、ＨＯＭＯ：−７．０ｅＶ、ＬＵＭＯ：−３．５ｅＶ）とバリウムとの共蒸着膜として形成した。この電荷輸送層の材料を変えた以外は、実施例１と同じ条件で発光素子を作製した。この発光素子について、実施例１と同様の測定を行った結果、発光効率２．６ｃｄ／Ａ、駆動電圧１２．３Ｖ（１０ｍＡ／ｃｍ２時）という測定結果のように、発光が弱かった。
【００５８】
比較例１の発光素子では、図３の（ｂ）のエネルギーダイアグラムに示すように、トップ電極１５から有機ＥＬ部２０側の電荷輸送層１４への電子注入障壁は１．４ｅＶであるが、接続部３０側の電荷輸送層１４への正孔注入障壁は２．１ｅＶである。このため、トップ電極１５から接続部３０側への正孔注入が十分ではなく、トップ電極１５と補助電極２２との間の電気的接続が不十分となり、比較例１では発光が弱かったと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係る発光素子は、ムラのない均一発光が得られることから、ＴＦＴと組み合わせたアクティブマトリックス有機ＥＬディスプレイへの応用に適性がある。
【符号の説明】
【００６０】
１０  発光素子
１１  基板
１２  ボトム電極
１３  有機発光層
１４  電荷輸送層
１５  トップ電極
１６  絶縁部
１７  電源
２０  有機ＥＬ部（発光部）
２２  補助電極
２６  平坦化層
３０  接続部
４０  ＴＦＴ部
【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】
基板上の面内方向に絶縁部を挟んで設けられた発光部と接続部とを含む発光素子であって、
前記発光部は、
ボトム電極と、
前記ボトム電極の上に設けられた発光層と、
前記発光層の上に設けられた第１電荷輸送層と、
前記第１電荷輸送層の上に設けられた第１トップ電極と、
を備え、
前記接続部は、
補助電極と、
前記補助電極の上に設けられ、前記発光部の第１電荷輸送層と電気的に接続されている第２電荷輸送層と、
前記第２電荷輸送層の上に設けられ、前記発光部の前記第１トップ電極と電気的に接続されている第２トップ電極と、
を備え、
前記絶縁部は、前記発光部のボトム電極及び前記発光層と、前記接続部の前記補助電極とを電気的に絶縁していると共に、
前記第１及び第２電荷輸送層において同一のＨＯＭＯ（ｅＶ）及びＬＵＭＯ（ｅＶ）と、第１及び第２トップ電極において同一の仕事関数Ｉｐ（ｅＶ）とが、下記式
｜（｜ＨＯＭＯ｜−ｌｐ）−（ｌｐ−｜ＬＵＭＯ｜）｜≦０．１ｅＶ
の関係を満たすことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記第１トップ電極と前記第２トップ電極とは連続する層で構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３】
前記第１電荷輸送層と前記第２電荷輸送層とは連続する層で構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４】
前記電荷輸送層は、正孔および電子の両方を輸送できるバイポーラ性材料からな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】
前記電荷輸送層は、オキサジアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、カルバゾール誘導体、有機金属錯体の群から選ばれる一種以上の材料と、アルカリ金属又はアルカリ土類金属から選ばれる一種以上の金属材料と、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】
前記第１及び第２トップ電極は、インジウムスズ酸化物であって、前記電荷輸送層は、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル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】
前記電荷輸送層は、電子輸送層であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記第１及び第２トップ電極と前記補助電極とは、同一材料からなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
複数の発光部から一つの発光部を選択して発光させるＴＦＴをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の前記発光素子を２次元配列させて構成したことを特徴とするディスプレイデバイス。
【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】
2009110186.tif 000006
【図２】
2009110186.tif 000007
【図３】
2009110186.tif 000008
【国際調査報告】
2009110186.tif 000009
2009110186.tif 000010
2009110186.tif 000011
2009110186.tif 000012