(57)【要約】【課題】発光体粒子に対して、キャリア、特に正孔を効率的に供給することにより、高輝度、高効率の発光素子を提供する。【解決手段】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発光体粒子が分散して構成された発光層と、を備える。【選択図】図１
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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マトリクス中に発光体粒子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、粒子表面の少なくとも一部分を正孔輸送材料で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５】
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４に記載の発光素子
【化１】
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【化２】
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【請求項６】
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５に記載の発光素子。
【化３】
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【化４】
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【化５】
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【請求項７】
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８】
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９】
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８に記載の発光素子。
【請求項１０】
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８に記載の発光素子。
【請求項１１】
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１２】
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１３】
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１２に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記第１電極又は前記第２電極に接続された１つ以上の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１３に記載の発光素子。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の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表示装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の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信号配線と、
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走査配線と
を備え、
前記発光素子アレイの前記薄膜トランジスタに接続されている一方の電極が、前記信号配線と前記走査配線との各交点に対応した画素電極であって、他方の電極が複数の発光素子において共通に設けられている表示装置。
【請求項１７】
前記第１電極に対向し、且つ、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１５又は１６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、エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと略記）素子を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多くの種類の平面型の表示装置の中でも、エレクトロルミネッセンス素子を用いた表示装置に期待が集まっている。このＥＬ素子を用いた表示装置は、自発光性を有し、視認性に優れ、視野角が広く、応答性が速いなどの特徴を持つ。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、電子と正孔と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素子とがある。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、１９８７年にＴａｎｇらによって提案された正孔輸送層と有機発光層とを順次積層した２層構成の素子（例えば、非特許文献１参照。）により、１０Ｖ以下の駆動電圧で、輝度が１０００ｃｄ／ｍ２以上の発光が得られるとされており、これがきっかけとなって、今日に至るまで、活発な研究開発が進められてきた。しかしながら、有機ＥＬ素子は、未だ輝度等の発光特性と長期信頼性の両立という面で不十分であり、その利用は限られている。有機ＥＬ素子では、輝度を上げようとすると駆動素子に流れる電流密度が増え、ジュール熱発生による有機材料の変質、凝集、結晶化等が生じ、輝度の低下や駆動電圧の上昇、非発光部位（ダークスポット）の増加といった長期信頼性を損ねるといった課題がある。
【０００４】
一方、無機ＥＬ素子は、１９７４年に猪口らによって提案された二重絶縁構造の素子が高い輝度と長寿命を持つことを示し、車載用ディスプレイ等への実用化がなされた（例えば、特許文献１参照。）。無機蛍光体は一般に、化学的に安定な母体結晶に発光中心となるイオン等をドープしたものであり、長期信頼性に優れている。反面、駆動に高い交流電圧を必要とすることから、アクティブ駆動ができない、輝度、効率が不十分等、高品位の表示装置として用いるためには多くの課題があり、以降の実用化は進んでいない。
【０００５】
近年、両者の利点を活かした複合型発光素子の提案がなされている。例えば、発光体として無機系の半導体超微粒子を使用し、且つ、有機系の正孔輸送性材料等を使用した発光素子が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。図１２に、この発光素子１１０の概略構成図を示す。この発光素子１１０は、基板１１１の上に、陽極１１２、正孔輸送層１１３、発光層１１４、陰極１１８が順に積層されて構成される。発光層１１４は、直径０．５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の半導体超微粒子１１５及び有機系の正孔輸送材料１１６が高分子ホスト１１７中に分散されて構成される。陽極１１２と陰極１１８とは、電源１２９を介して電気的に接続されている。電源１２９に電圧を印加すると、陽極１１２からは正孔輸送層１１３を介して正孔が、陰極１１８からは電子が、それぞれ発光層１１４に注入され、発光層１１４内の高分子ホスト１１７を介したエネルギー移動により半導体超微粒子が発光している。この発光は陽極１１２側から発光素子１１０の外部へ取り出される。
【０００６】
一般に、有機ＥＬ素子や発光素子１１０等の陽極及び陰極を有する電流励起型の素子の場合、高効率の発光を得るには、発光材料（発光素子１１０の場合、半導体超微粒子１１５）へ、キャリアである正孔と電子を効率よく注入する必要がある。しかしながら、前述の従来例では、大面積化が容易な利点を備えている一方で、発光物質が非常に微小なため、結晶粒界や表面欠陥の影響を大きく受け、前述のようなジュール熱発生による劣化や酸化が生じ、発光輝度、発光効率が著しく損なわれる。また、発光体粒子として用いる半導体超微粒子には、キャリア、特に正孔を効率的に注入することが困難であった。このように上記の従来例では、無機系の発光材料の利点を十分に活かすことができず、発光輝度や発光効率という点で、表示装置として実用上満足できるような水準には至ってない。
【０００７】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，５１，１９８７，Ｐ９１３
【特許文献１】特公昭５２−３３４９１号公報
【特許文献２】特開２００４−２５３１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、前述の課題に鑑み、比較的容易に面状を形成することが可能であり、且つ、粒子状の発光体に対して、キャリア、特に正孔を効率的に供給することにより、高輝度、高効率の発光素子を提供することである。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、発光体粒子の耐酸化、耐腐食性に優れた長寿命、高信頼性の発光素子を提供することである。
【００１０】
またさらに、本発明の他の目的は、前述の発光素子を用いた表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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発光体粒子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。
【００１２】
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、粒子表面の少なくとも一部分を正孔輸送材料で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。
【００１３】
さらに、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。
【００１４】
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】
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【化２】
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さらに、前記有機正孔輸送材料は、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】
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【化４】
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【化５】
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【００１５】
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。
【００１６】
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。また、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
また、前記第１電極又は前記第２電極に接続された１つ以上の薄膜トランジスタをさらに備えてもよい。
【００２１】
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。
【００２２】
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信号配線と、
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走査配線と
を備え、
前記発光素子アレイの前記薄膜トランジスタに接続されている一方の電極が、前記信号配線と前記走査配線との各交点に対応した画素電極であって、他方の電極が複数の発光素子において共通に設けられていることを特徴とする。
【００２３】
また、前記第１電極に対向し、且つ、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】
【００２４】
本発明の発光素子によれば、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及びその発光素子を用いた表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態に係る発光素子及び該発光素子を用いた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。
【００２６】
（実施の形態１）
＜発光素子の概略構成＞
本発明の実施の形態１に係る発光素子１０について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態１の発光素子１０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電極である背面電極１２と、第２電極である透明電極１６との間に挟持されている。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、発光体粒子１４が正孔輸送材料１５中に埋設されてなる。さらに、背面電極１２と透明電極１６とは、電源１７を介して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。その際、背面電極１２からは電子が発光層１３中の発光体粒子１４に注入され、一方の透明電極１６からは正孔が発光層１３中の発光体粒子１４に注入される。発光体粒子１４に注入された正孔と電子とが再結合し、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。本実施の形態においては、電源１７として直流電源を用いている。
【００２７】
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。
【００２８】
次に、この発光素子を構成する各部材について説明する。
＜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を用いることができる。さらに、ポリエステル、ポリイミド等のプラスチック基板を用いてもよい。また、基板１１側から光を取り出す場合、発光体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。
【００２９】
＜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。
【００３０】
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。
【００３１】
＜発光層＞
発光層１３は、マトリクスとしての正孔輸送材料１５内に発光体粒子１４が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。
【００３２】
＜発光体粒子＞
発光体粒子１４としては、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。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。
【００３３】
＜正孔輸送材料＞
次に、発光体粒子１４の表面を被覆、若しくは粒子同士の間隙を埋め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。
【００３４】
＜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６及び化学式７の構成要素を含むことが好ましい。
【化６】
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【化７】
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【００３５】
有機正孔輸送材料が上記の化学式６及び化学式７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。
【００３６】
さらに、この有機正孔輸送材料としては、下記の化学式８、化学式９、化学式１０のいずれかを構成要素として含んでもよい。
【化８】
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【化９】
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【化１０】
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【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
＜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。
【００４０】
＜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）粒径を揃えた発光体粒子１４を用意する。
（ｂ）発光体粒子１４と、有機正孔輸送材料１５とを混合、攪拌する。
（ｃ）その後、発光体粒子１４を含む有機正孔輸送材料１５を背面電極１２上に塗布成膜して、有機正孔輸送材料１５をマトリクスとして発光体粒子１４が分散して構成された発光層１３を形成する。
こ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、発光体粒子と有機正孔輸送材料とを同時スプレーするスプレーコーティング法、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を用いてもよい。
なお、発光体粒子１４を背面電極１２上に固着させた後、上記有機正孔輸送材料１５を塗布して、発光層１３を形成してもよい。
【００４１】
＜正孔注入層＞
なお、図３に示すように、発光層１３と第１電極１２との間に正孔注入層３１をさらに備えてもよい。この正孔注入層３１としては、フタロシアニン、オリゴアミン、デンドリマーアミン、ポリチオフェン、酸化バナジウム、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＳｉＯ２、アモルファスカーボン等を主体として用いることができる。
【００４２】
＜特徴＞
本発明に係る発光素子の特徴を、図４を用いて説明する。図４は、発光素子１０のバンドラインナップを示す概略図である。透明電極（例えばＩＴＯ）１６からは、有機正孔輸送材料のＨＯＭＯレベルを通して、正孔が発光体粒子に供給される。一方、背面電極（例えばＡｕ）１２からは、有機正孔輸送材料のＬＵＭＯレベルを通して、電子が発光体粒子１４に供給される。本発明に使用される発光体粒子１４は、ＧａＮに代表されるように、一般的に有機ＥＬで使用される有機発光材料に比べて、イオン化ポテンシャルが大きく、透明電極１６からの障壁が大きい。従って、発光体粒子１４への正孔注入は困難、且つ、重要な技術課題となる。本発明では、発光体粒子１４を有機正孔輸送材料１５中に埋設することで正孔注入性を改善することができる。加えて、一定の粒径に成長させた発光体粒子１４は、結晶粒の大粒径化や結晶性が改善されており、非発光過程での再結合は抑制され、発光効率において、有機発光材料より優位にある。一方、電子の供給についても、一般的に有機ＥＬで使用される有機発光材料に比べて、本発明に使用される発光体粒子１４の電子親和力が大きいため、相対的に障壁は小さくなる。そこで、電子は、背面電極１６と有機正孔輸送材料１５との障壁を越えて発光体粒子１４に供給される。さらに、発光体粒子１４の表面に被覆された有機正孔輸送材料１５の層厚は薄く、発光体粒子１４に比べて抵抗の高い有機正孔輸送材料からなるこの層には大きな電界強度が加わるため、部分的にはトンネリングによる電子供給もなされる。従って、有機ＥＬのように電子輸送層を特に必要とせず、十分な発光輝度、発光効率が実現できる。
【００４３】
＜効果＞
本実施の形態１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、キャリア、特に正孔を効率的に発光体粒子１４に供給することができるので、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。
【００４４】
（実施例１）
ＧａＮを主体とする発光体粒子と有機正孔輸送材料（テトラフェニルブタジエン系誘導体）を混合、攪拌した後、ＩＴＯ電極付ガラス基板でスペーサとともに挟持し、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、１８Ｖで発光輝度が２２０ｃｄ／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。
【００４５】
（比較例）
ホットソープ法（例えば、特表２００１−５２３７５８号公報に記載。）により合成したＣｄＳｅコア／ＺｎＳシェル発光体粒子（平均粒径５ｎｍ）を使用し、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに分子分散した後、ＩＴＯ電極付ガラス基板でスペーサとともに挟持し、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、発光に５０Ｖ以上を要し、発光輝度も数１０ｃｄ／ｍ２と低かった。
【００４６】
（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している点にある。
【００４７】
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。
【００４８】
＜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。
【００４９】
（実施例２）
ＧａＮを主体とする発光体粒子と有機正孔輸送材料（テトラフェニルブタジエン系誘導体）を混合、攪拌して、発光体粒子の表面に有機正孔輸送材料を被覆した後、有機バインダとさらに混合し、ペースト化する。このペーストを、ＩＴＯ電極付ガラス基板でスペーサとともに挟持し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、１６Ｖで発光輝度が２５０ｃｄ／ｍ２を示した。この結果は、前述の比較例に比べて良好であった。
【００５０】
（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。
【００５１】
（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走査ライン８１と、該発光素子アレイの発光面に平行であって、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。
【００５２】
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。
【００５３】
＜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は、発光体粒子が有機正孔輸送材料に埋設乃至発光体粒子表面が有機正孔輸送材料に被覆されている。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。
【００５４】
（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発光面に平行な第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発光面に平行であって、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。
【００５５】
＜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。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【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】本発明の実施の形態１に係る発光素子におけるエネルギー準位を示す図である。
【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】従来の発光素子の発光面に垂直な断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  発光素子、１１  基板、１２  背面電極、１３  発光層、１４  発光体粒子、
１５  有機正孔輸送材料、１６  透明電極、１７  電源、２０  発光素子、
２１  透明基板、３０  発光素子、３１  正孔注入層、４０  発光素子、
４１  有機バインダ、５０  発光体複合粒子、６０  発光素子、７０  発光素子、
８０  発光素子、８１  走査ライン、８２  データライン、８３  電流供給ライン、
８４  画素電極、８５  薄膜トランジスタ、８６  共通電極、９０  表示装置、
１００  表示装置、１０１  画素、１１０  発光素子、１１１  基板、１１２  陽極、
１１３  正孔輸送層、１１４  発光層、１１５  半導電性超微粒子、
１１６  正孔輸送材料、１１７  高分子バインダ、１１８  陰極、１１９  電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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