発光素子、照明装置、発光装置および電子機器
【課題】駆動電圧が低い発光素子を提供する。また、素子寿命の長い発光素子を提供する。また、製造歩留まりの高い発光素子を提供する。
【解決手段】有機材料と無機材料とを含む層を有し、有機材料と無機材料とを含む層の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．３ｅＶ未満である発光素子を提供する。より好ましくは、有機材料と無機材料とを含む層の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることが好ましく、さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることが好ましい。
【解決手段】有機材料と無機材料とを含む層を有し、有機材料と無機材料とを含む層の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．３ｅＶ未満である発光素子を提供する。より好ましくは、有機材料と無機材料とを含む層の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることが好ましく、さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一対の電極間に複数の層が挟まれた構成を有する発光素子に関する。また、発
光素子を有する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロルミネッセンス素子（発光素子）からの発光を利用した発光装置は、表示用
または照明用の装置として注目されている。
【０００３】
発光装置に用いられる発光素子としては、一対の電極間に発光性化合物を含む層が挟ま
れた構成を有するものがよく知られている。
【０００４】
このような発光素子では、一方の電極は陽極として、他方の電極は陰極としてそれぞれ
機能し、陽極側から注入された正孔と、陰極側から注入された電子とが再結合して励起状
態の分子を形成し、それが基底状態に戻るときに光を放出する。
【０００５】
ところで、近年急速に開発が進んだ各種情報処理機器に組み込むための表示用装置にお
いては特に低消費電力化への要求が高く、これを達成するために発光素子の低駆動電圧化
が試みられている。また、商品化を踏まえれば、低駆動電圧化のみならず発光素子の長寿
命化もまた重要であり、これを達成するための発光素子の開発が進められている。
【０００６】
例えば特許文献１では、モリブデン酸化物等の仕事関数の高い金属酸化物を陽極に用い
ることで発光素子の低駆動電圧化を達成している（特許文献１参照）。
【０００７】
しかし、特に長寿命化について述べれば、特許文献１に示された手段のみでは十分であ
るとは言えず、さらなる長寿命化を達成するための技術開発を必要としていた。
【０００８】
また、発光素子は例えば０．１μｍ程度の有機薄膜で形成されるため、上下の電極間で
短絡しやすいという問題を抱えている。特に、発光素子の作製工程で発生するゴミによる
歩留まりの低さが問題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−６３７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記問題を鑑み、本発明では、駆動電圧が低い発光素子を提供する。また、素子寿命の
長い発光素子を提供する。また、製造歩留まりの高い発光素子を提供する。また、該発光
素子を有する発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を発光素子に用いることによ
り、上記課題を解決できることを見いだした。
【００１２】
よって、本発明の発光素子の一は、一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を
有し、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以
上０．３ｅＶ未満であることを特徴とする。より好ましくは、有機材料と無機材料とを含
む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることを
特徴とする。さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることを特徴と
する。
【００１３】
また、本発明の発光素子の一は、一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有
し、上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層は、可視光領域に吸収ピークがな
く、無機材料の濃度が３０〜９５ｗｔ％であることを特徴とする。
【００１４】
上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは
０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることを特徴とする。
【００１５】
有機材料と無機材料とを含む層が可視光領域に吸収ピークがもたない場合の有機材料と
しては、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）アミノ］
フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’−ビス［
Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰ
ＡＢ）などが挙げられる。
【００１６】
また、本発明の発光素子の一は、一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有
し、有機材料と無機材料とを含む層は、可視光領域に吸収ピークがあり、無機材料の濃度
が５〜９５ｗｔ％であることを特徴とする。
【００１７】
上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは
０．０１ｅＶ以上０．３ｅＶ未満であることを特徴とする。より好ましくは、有機材料と
無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未
満であることを特徴とする。さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であ
ることを特徴とする。
【００１８】
有機材料と無機材料とを含む層が可視光領域に吸収ピークがもつ場合の有機材料として
は、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフ
ェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル
）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−
９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰ
Ｂ）、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニル
アミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ビフェニリ
ル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＢＰＢ）などが挙げられる。
【００１９】
また、上記構成において、無機材料は、金属酸化物であることを特徴とする。具体的に
は、無機材料として、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タング
ステン酸化物のいずれか一種もしくは複数種であることを用いることができる。
【００２０】
また、上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層は、一対の電極間の一方の電
極と接するように設けられていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、上述した発光素子を有する発光装置も範疇に含めるものである。なお
、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（
照明装置含む）を範疇に含むものとする。また、パネルにコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆ
ｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔ
ｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐ
ａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線
板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方
式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする
。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の発光素子は、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層が設けられていること
により、駆動電圧を低減することができる。また、素子寿命の長い発光素子を提供するこ
とが可能となる。
【００２３】
また、活性化エネルギーが小さい層は、厚膜化しても駆動電圧の上昇を抑制することが
できるため、活性化エネルギーが小さい層を厚膜化して上下の電極間の短絡を抑制するこ
とができる。よって、製造工程で発生するゴミによる歩留まりの低下を抑制することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の発光素子を説明する図。
【図２】本発明の発光素子を説明する図。
【図３】本発明の発光素子を説明する図。
【図４】本発明の発光素子を説明する図。
【図５】本発明を適用した発光装置について説明する図。
【図６】本発明を適用した発光装置に含まれる回路について説明する図。
【図７】本発明を適用した発光装置の上面図。
【図８】本発明を適用した発光装置の１フレームにおける動作について説明する図。
【図９】本発明を適用した発光装置の断面図。
【図１０】本発明を適用した電子機器の図。
【図１１】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の吸収スペクトルを示す図。
【図１２】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の吸収スペクトルを示す図。
【図１３】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性を示す図。
【図１４】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性の対数表示を示す図。
【図１５】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の１Ｖでのアレニウスプロットを示す図。
【図１６】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の活性化エネルギーを示す図。
【図１７】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性を示す図。
【図１８】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性の対数表示を示す図。
【図１９】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の１Ｖでのアレニウスプロットを示す図。
【図２０】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の活性化エネルギーを示す図。
【図２１】Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンを示差走査熱量分析した測定結果の図。
【図２２】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子電流―電圧特性を示す図。
【図２３】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子輝度―電圧特性を示す図
【図２４】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子電流―電圧特性を示す図。
【図２５】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子輝度―電圧特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下
の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細
を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示
す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離
れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリア（担体
）の再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質か
らなる層を組み合わせて積層されたものである。
【００２７】
本発明の発光素子の一態様について図１（Ａ）を用いて以下に説明する。
【００２８】
本形態において、発光素子は、第１の電極１０２と、第１の電極１０２の上に順に積層
した第１の層１０３、第２の層１０４、第３の層１０５、第４の層１０６と、さらにその
上に設けられた第２の電極１０７とから構成されている。なお、本形態では第１の電極１
０２は陽極として機能し、第２の電極１０７は陰極として機能するものとして以下説明を
する。
【００２９】
基板１０１上は発光素子の支持体として用いられる。基板１０１としては、例えばガラ
ス、またはプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子を作製工程において
支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。
【００３０】
第１の電極１０２としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物を用いることが
できる。例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、
珪素若しくは酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺ
Ｏ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した
酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は
、通常スパッタにより成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸
化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリン
グ法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化
インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５
〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いてスパッタリング法
により形成することができる。この他にも、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ
）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト
（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、
アルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウム−チタン（Ａｌ−Ｔｉ）、アルミ
ニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）または金属材料の窒化物（ＴｉＮ）等、を用
いることができるが、第１の電極を陽極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の
大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）材料で形成されていることが好ましい。
【００３１】
なお、本発明の発光素子において、第１の電極１０２は仕事関数の大きい材料に限定さ
れず、仕事関数の小さい材料を用いることもできる。
【００３２】
第１の層１０３は、有機材料と無機材料とを含む層であり、電気伝導度の活性化エネル
ギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満である層である。より好ましくは０．０１ｅＶ
以上０．２６ｅＶ未満である層である。さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅ
Ｖ未満である層である。以下、本明細書では、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層
と記載する。
【００３３】
本発明の発光素子は、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を有することにより、
キャリア密度が高く、電極とオーム接触することができる。よって、発光素子の駆動電圧
を低減することができる。また、キャリア密度が高いため、キャリア輸送性にも優れてい
る。なお、十分なキャリア密度を得るためには、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０
１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満であることが好ましい。また、電気伝導度の活性化エネルギ
ーが０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であると、より好ましい。また、発光素子に用い
た場合、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であると、
高電圧側でも電流―電圧特性が変化しないので、より好ましい。
【００３４】
電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層である第１の層１０３に含まれる無機材料と
しては、金属酸化物であることが好ましい。具体例としては、モリブデン酸化物（ＭｏＯ
ｘ）、バナジウム酸化物（ＶＯｘ）、ルテニウム酸化物（ＲｕＯｘ）、タングステン酸化
物（ＷＯｘ）等が挙げられる。この他、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）や亜鉛酸化物（Ｚ
ｎＯ）を用いることができる。但し、ここに示したものに限らず、その他の物質を用いて
もよい。また、有機材料としては、アリールアミン骨格を有する有機材料であることが好
ましく、例えば４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）ア
ミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’−
ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称
：ＤＰＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，
１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１
−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス
（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略
称：ＢＳＰＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ
−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−
ビフェニリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＢＰＢ）、１，５−ビス（
ジフェニルアミノ）ナフタレン（略称：ＤＰＡＮ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ
−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−ト
リス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：
ＭＴＤＡＴＡ）、などの芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する）の化
合物を用いることができる。なお、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら
以外のものを用いてもよい。
【００３５】
なお、第１の層１０３は、上記のような単層のものだけでなく、二層以上積層した構造と
してもよい。
【００３６】
第２の層１０４は、正孔輸送性の高い物質、例えばα−ＮＰＤやＴＰＤ、ＴＤＡＴＡ、
ＭＴＤＡＴＡ、ＢＳＰＢなどの芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する
）の化合物からなる層である。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正
孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これ
ら以外のものを用いてもよい。なお、第２の層１０４は、単層のものだけでなく、上記物
質からなる層が二層以上積層したものであってもよい。
【００３７】
第３の層１０５は、発光性の高い物質を含む層である。例えば、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキ
ナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）や３−（２−ベンゾチアゾイル）−７−ジエチルアミノク
マリン（略称：クマリン６）等の発光性の高い物質とトリス（８−キノリノラト）アルミ
ニウム（略称：Ａｌｑ３）や９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ
）等のキャリア輸送性が高く成膜したときに膜質がよい（つまり結晶化しにくい）物質と
を自由に組み合わせて構成される。但し、Ａｌｑ３やＤＮＡは発光性も高い物質であるた
め、これらの物質を単独で用いた構成とし、第３の層１０５としても構わない。
【００３８】
第４の層１０６は、電子輸送性の高い物質、例えばトリス（８−キノリノラト）アルミ
ニウム（略称：Ａｌｑ３）、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略
称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略
称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−
アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する
金属錯体等からなる層である。また、この他ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベ
ンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェ
ニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）などのオキサゾール系、チ
アゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外に
も、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）や、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェ
ニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３
−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，
２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−
（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称
：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（
略称：ＢＣＰ）なども用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／
Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質で
あれば、上記以外の物質を第４の層１０６として用いても構わない。また、第４の層１０
６は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい
。
【００３９】
第２の電極１０７を形成する物質としては、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以
下）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。
このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の１族または２族に属する元素、すな
わちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ
）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれら
を含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）が挙げられる。しかしながら、第２の電極１０７
と発光層との間に、電子注入を促す機能を有する層を、当該第２の電極と積層して設ける
ことにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素を含有したインジウ
ム錫酸化物等様々な導電性材料を第２の電極１０７として用いることができる。
【００４０】
なお、電子注入を促す機能を有する層としては、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セ
シウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ
土類金属の化合物を用いることができる。また、この他、電子輸送性を有する物質からな
る層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたもの、例えばＡｌｑ３中にマグ
ネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いることができる。
【００４１】
また、第１の層１０３、第２の層１０４、第３の層１０５、第４の層１０６は蒸着法に
より形成されればよい。上記蒸着法以外にも、例えばインクジェット法またはスピンコー
ト法など用いても構わない。また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成し
ても構わない。
【００４２】
以上のような構成を有する本発明の発光素子は、第１の電極１０２と第２の電極１０７
との間に生じた電位差により電流が流れ、発光性の高い物質を含む層である第３の層１０
５において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。つまり第３の層１０５に発光
領域が形成されるような構成となっている。但し、第３の層１０５の全てが発光領域とし
て機能する必要はなく、例えば、第３の層１０５のうち第２の層１０４側または第４の層
１０６側にのみ発光領域が形成されるようなものであってもよい。
【００４３】
発光は、第１の電極１０２または第２の電極１０７のいずれか一方または両方を通って
外部に取り出される。従って、第１の電極１０２または第２の電極１０７のいずれか一方
または両方は、透光性を有する物質で成る。第１の電極１０２のみが透光性を有する物質
からなるものである場合、図１（Ａ）に示すように、発光は第１の電極１０２を通って基
板側から取り出される。また、第２の電極１０７のみが透光性を有する物質からなるもの
である場合、図１（Ｂ）に示すように、発光は第２の電極１０７を通って基板と逆側から
取り出される。第１の電極１０２および第２の電極１０７がいずれも透光性を有する物質
からなるものである場合、図１（Ｃ）に示すように、発光は第１の電極１０２および第２
の電極１０７を通って、基板側および基板と逆側の両方から取り出される。
【００４４】
なお第１の電極１０２と第２の電極１０７との間に設けられる層の構成は、上記のもの
には限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光が抑制されるよ
うに、第１の電極１０２および第２の電極１０７から離れた部位に正孔と電子とが再結合
する領域を設けた構成であり、且つ、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を有する
ものであれば、上記以外のものでもよい。
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質または正孔輸送
性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及び
正孔の輸送性の高い物質）の物質等から成る層を、電気伝導度の活性化エネルギーが小さ
い層と自由に組み合わせて構成すればよい。また、第１の電極１０２上には、酸化珪素膜
等からなる層を設けることによってキャリアの再結合部位を制御したものであってもよい
。
【００４５】
図２に示す発光素子は、陰極として機能する第１の電極３０２の上に電子輸送性の高い
物質からなる第１の層３０３、発光性の高い物質を含む第２の層３０４、正孔輸送性の高
い物質からなる第３の層３０５、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層である第４の
層３０６、陽極として機能する第２の電極３０７とが順に積層された構成となっている。
なお、３０１は基板である。
【００４６】
本実施の形態においては、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に発光素子を作製
している。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、パッシブ型の発光装置
を作製することができる。また、ガラス、プラスチックなどからなる基板以外に、例えば
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ基板上に発光素子を作製してもよい。これにより、Ｔ
ＦＴによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置を作製できる
。なお、ＴＦＴの構造は、特に限定されない。スタガ型のＴＦＴでもよいし逆スタガ型の
ＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴアレイ基板に形成される駆動用回路についても、Ｎ型およ
びＰ型のＴＦＴからなるものでもよいし、若しくはＮ型またはＰ型のいずれか一方からの
みなるものであってもよい。
【００４７】
本発明の発光素子は、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を有することにより、
低駆動電圧化が実現する。つまり、本発明の電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は
、キャリア密度が高いため、電極とオーム接触することができる。よって、発光素子の駆
動電圧を低減することができる。また、キャリア密度が高いため、キャリア輸送性にも優
れている。なお、十分なキャリア密度を得るためには、電気伝導度の活性化エネルギーが
０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満であることが好ましい。また、電気伝導度の活性化エ
ネルギーが０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であると、より好ましい。また、発光素子
に用いた場合、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であ
ると、電流―電圧特性が変化しないので、より好ましい。
【００４８】
また、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、キャリア密度が高いため、厚膜化
しても駆動電圧の上昇を抑制することができるため、電気伝導度の活性化エネルギーが小
さい層を厚膜化して上下の電極間の短絡を抑制することができる。よって、製造工程で発
生するゴミによる欠陥を抑制し、歩留まりを向上させることができる。
【００４９】
また、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を厚膜化することにより、衝撃等によ
る短絡を防止することができるため、信頼性の高い発光素子を得ることができる。例えば
、通常の発光素子の電極間の膜厚が１００ｎｍ〜１５０ｎｍであるのに対し、電気伝導度
の活性化エネルギーが小さい層を用いた発光素子の電極間の膜厚は、１００〜５００ｎｍ
、好ましくは、２００〜５００ｎｍとすることができる。
【００５０】
また、本発明の発光素子に用いる電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、キャリ
ア密度が高いため、電極とオーム接触することが可能である。つまり、電極との接触抵抗
が小さい。そのため、仕事関数等を考慮することなく、電極材料を選ぶことができる。つ
まり、電極材料の選択肢が広がる。
【００５１】
また、本発明の電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、真空蒸着で形成すること
ができるため、発光物質を含む層を真空蒸着で形成する場合は、いずれの層も同一の真空
装置内で成膜することが可能であり、大気解放する必要がない。つまり、真空一貫で成膜
することができる。よって、製造工程におけるゴミの付着を防ぐことができ、歩留まりを
向上させることができる。
【００５２】
また、本発明の電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、有機材料と無機材料とを
含んでいるため、電極と、発光物質を含む層との間に生じる応力を緩和させることができ
る。
【００５３】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層（
有機材料と無機材料とを含む層であり、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以
上０．３０ｅＶ未満である層、より好ましくは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満である
層、さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満である層）についてより詳し
く説明する。
【００５４】
本実施の形態では、有機材料と無機材料とを含む層が、可視光領域に吸収ピークをもた
ない場合について説明する。本実施の形態では、可視光領域に吸収ピークをもたない、Ｄ
ＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を用いて説明する。ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンと
を重量比が１：１となるよう共蒸着で成膜した層の吸収スペクトルを図１１に示す。図１
１より、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層は、可視光領域に吸収ピークがないこと
がわかる。ＤＮＴＰＤ以外にも、ＤＰＡＢ等の有機材料と酸化モリブデンとを含む層は、
可視光領域に吸収ピークをもたない。なお、本明細書中において、可視光領域とは４００
ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域のことを示す。
【００５５】
第一のガラス基板上にＩＴＯを膜厚１１０ｎｍとなるように成膜し、面積４ｍｍ２の陽
極を作製した。ＩＴＯ陽極を有する第一のガラス基板を水洗し、乾燥させた後、蒸着機の
中に第一のガラス基板をセットして、圧力が１×１０−３Ｐａ以下となるまで真空チャン
バーを排気した。
【００５６】
次に、有機材料であるＤＮＴＰＤと無機材料である酸化モリブデンを共蒸着により成膜し
た。ここで、酸化モリブデン濃度は、表１の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜
厚は２００ｎｍとなるように成膜を行った。なお、素子１はＤＮＴＰＤのみで蒸着により
膜厚が２００ｎｍとなるように成膜した。
【００５７】
【表１】
【００５８】
その後、陰極としてＡｌを２００ｎｍ蒸着し、Ｎ２雰囲気下で、乾燥剤を貼付してある第
二のガラス基板をエポキシ系の接着剤で第一のガラス基板に貼り合わせて、素子１〜９を
得た。
【００５９】
素子１〜９における２５℃での電流−電圧特性を図１３に示す。酸化モリブデンが含ま
れている素子２〜９は、酸化モリブデンが含まれていない素子１より低抵抗となっている
ことがわかる。なお、酸化モリブデン濃度が増加するにつれて、低抵抗化しているが、酸
化モリブデン濃度が８０ｗｔ％を超えると、抵抗が高くなっていくことがわかる。
【００６０】
次に、電流−電圧特性を対数表示にしたグラフを図１４に示す。素子２〜９の低電圧領
域における電流―電圧特性は、電圧の一乗から二乗の間で比例していることがわかる。一
方、素子１は、それより大きなべき乗で電圧に比例していることがわかる。これは、素子
１において、ＩＴＯ陽極との接触がショットキー接触であるのに対し、素子２〜９におい
ては、オーム接触であることに起因するものである。そのため、素子２〜９ではオーム電
流が支配的であると考えられる。
【００６１】
そこで、低電圧領域における素子２〜９で流れている電流をオーム電流とし、ＤＮＴＰ
Ｄと酸化モリブデンを含む層が半導体であるとすると、アレニウスの式で表される。
【００６２】
【数１】
【００６３】
この式から、ある一定の電圧の場合には、下式を導くことができる。
【００６４】
【数２】
【００６５】
そのため、ｌｎ（Ｉ）と１／Ｔをプロットしたアレニウスプロットより、活性化エネル
ギーを求めることができる。
【００６６】
素子２〜９における１Ｖでのアレニウスプロットを図１５に示す。いずれの素子も、ほ
ぼ直線上に乗っていることがわかる。この直線の傾きより、活性化エネルギーを求め、酸
化モリブデン濃度に対する活性化エネルギーの変化を図１６に示す。下に凸のグラフとな
っていることがわかる。なお、ＩＴＯ陽極上に酸化モリブデンのみを５０ｎｍ蒸着し、Ａ
ｌ陰極とした素子（以下、素子１０とする）において、同様の解析を行ったところ、活性
化エネルギーは０．２６ｅＶと求められた。素子２は素子１０より活性化エネルギーが大
きくなっている。これは、酸化モリブデン濃度が低すぎるためと考えられる。一方、素子
３〜９は素子１０の活性化エネルギーの値より低くなっており、一定量の酸化モリブデン
を含有することで、酸化モリブデン単膜では得られない活性化エネルギーを得ることがで
きた。
【００６７】
なお、本実施の形態で示した可視光領域に吸収ピークをもたない層を発光素子に用いる
場合には、活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満となるようにすること
が好ましい。より好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることが好ましい
。さらに好ましくは０．２０ｅＶ未満であることが好ましい。また、酸化モリブデンの濃
度が３０ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下である層を用いることが好ましい。
【００６８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２とは異なり、有機材料と無機材料とを含む層が、可視
光領域に吸収ピークをもつ場合について説明する。本実施の形態では、可視光領域に吸収
ピークをもつ、ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層を用いて説明する。ＢＳＰＢと酸化
モリブデンとを重量比が１：１となるよう共蒸着で成膜した層の吸収スペクトルを図１２
に示す。図１２より、ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層は、可視光領域に吸収ピーク
があることがわかる。また、ＢＳＰＢ以外にも、ＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ＤＦＬＤＰＢｉ、
ＢＢＰＢ等の有機材料と酸化モリブデンとを含む層は可視光領域に吸収ピークをもつ。
【００６９】
第一のガラス基板上にＩＴＯを膜厚１１０ｎｍとなるように成膜し、面積４ｍｍ２の陽
極を作製した。前記ＩＴＯ陽極を有する第一のガラス基板を水洗し、乾燥させた後、蒸着
機の中に第一のガラス基板をセットして、圧力が１×１０−３Ｐａ以下となるまで真空チ
ャンバーを排気した。
【００７０】
次に、有機材料であるＢＳＰＢと無機材料である酸化モリブデンを共蒸着により成膜した
。ここで、酸化モリブデン濃度は、下表の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜厚
は２００ｎｍとなるように成膜を行った。なお、素子１１はＢＳＰＢのみで膜厚が２００
ｎｍとなるように蒸着で成膜した。
【００７１】
【表２】
【００７２】
その後、陰極としてＡｌを２００ｎｍ蒸着し、Ｎ２雰囲気下で、乾燥剤を貼付してある
第二のガラス基板をエポキシ系の接着剤で第一のガラス基板に貼り合わせて、素子１１〜
１５を得た。
【００７３】
素子１１〜１５における２５℃での電流−電圧特性を図１７に示す。酸化モリブデンが
含まれている素子１２〜１５は、酸化モリブデンが含まれていない素子１１より低抵抗と
なっていることがわかる。
【００７４】
次に、電流−電圧特性を対数表示にしたグラフを図１８に示す。素子１２〜１５の低電
圧領域における電流―電圧特性は、電圧の一乗から二乗の間で比例していることがわかる
。一方、素子１１は、それより大きなべき乗で電圧に比例していることがわかる。これは
、素子１１において、ＩＴＯ陽極との接触がショットキー接触であるのに対し、素子１２
〜１５においては、オーム接触であることに起因するものである。そのため、素子１２〜
１５ではオーム電流が支配的であると考えられる。
【００７５】
そこで、実施の形態２と同様に、低電圧領域における素子１２〜１５で流れている電流
がオーム電流とし、ＢＳＰＢと酸化モリブデンを含む層が半導体であるとして、アレニウ
スプロットから、活性化エネルギーを求めた。素子１２〜１５における１Ｖでのアレニウ
スプロットを図１９に示す。いずれの素子も、ほぼ直線上に乗っていることがわかる。こ
の直線の傾きより、活性化エネルギーを求め、酸化モリブデン濃度に対する活性化エネル
ギーの変化を図２０に示す。なお、酸化モリブデンのみを蒸着した素子１０の活性化エネ
ルギー０．２６ｅＶであることを考慮すると、図２０は下に凸のグラフとなっているとい
える。また、素子１２は素子１０より活性化エネルギーが大きくなっている。これは、酸
化モリブデン濃度が低すぎるためと考えられる。一方、素子１３〜１５は素子１０の活性
化エネルギーの値より低くなっており、一定量の酸化モリブデンを含有することで、酸化
モリブデン単膜では得られない活性化エネルギーを得ることができた。
【００７６】
なお、本実施の形態で示した可視光領域に吸収ピークをもつ層を発光素子に用いる場合
には、活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満となるようにすることが好
ましい。より好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることが好ましい。さ
らに好ましくは０．２０ｅＶ未満であることが好ましい。また、酸化モリブデンの濃度が
５ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下である層を用いることが好ましい。
【００７７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１に示した構成とは異なる構成を有する発光素子につい
て、図３および図４を用いて説明する。
【００７８】
図３（ａ）に本発明の発光素子の構造の一例を示す。第１の電極２０１と、第２の電極
２０２との間に、第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の層２１４が
積層された構成となっている。本実施の形態では、第１の電極２０１が陽極として機能し
、第２の電極２０２が陰極として機能する場合について説明する。
【００７９】
第１の電極２０１、第２の電極２０２は、実施の形態１と同じ構成を適用することがで
きる。また、第１の層２１１は実施の形態２および実施の形態３で示した活性化エネルギ
ーが小さい層であり、第２の層２１２は発光性の高い物質を含む層である。第３の層２１
３は金属酸化物の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層であり
、第４の層２１４は実施の形態２および実施の形態３で示した活性化エネルギーが小さい
層である。第３の層２１３に含まれる金属酸化物としては、アルカリ金属酸化物またはア
ルカリ土類金属酸化物であることが好ましい。具体的には、リチウム酸化物、カルシウム
酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。
【００８０】
このような構成とすることにより、図３（ａ）に示した通り、発光素子に電圧を印加す
ることにより第３の層２１３および第４の層２１４の界面近傍にて電子の授受が行われ、
電子と正孔が発生し、第３の層２１３は電子を第２の層２１２に輸送すると同時に、第４
の層２１４は正孔を第２の電極２０２に輸送する。すなわち、第３の層２１３と第４の層
２１４とを合わせて、キャリア発生層としての役割を果たしている。また、第４の層２１
４は、正孔を第２の電極２０２に輸送する機能を担っていると言える。なお、第４の層２
１４と第２の電極２０２との間に、さらに第２の層および第３の層を再び積層することで
、タンデム型の発光素子とすることも可能である。
【００８１】
また、第１の層２１１や第４の層２１４は、極めて高い正孔注入性、正孔輸送性を示す
。したがって、本実施の形態の発光素子は、発光機能を担う第２の層の両側を非常に厚く
することが可能となり、さらに発光素子の短絡を効果的に防止できる。また、図３（ａ）
を例に取ると、第２の電極２０２をスパッタリングにより成膜する場合などは、発光性の
物質が存在する第２の層２１２へのダメージを低減することもできる。さらに、第１の層
２１１と第４の層２１４を同じ材料で構成することにより、発光物質を含む層２０３の第
１の電極側および発光物質を含む層２０３の第２の電極側が同じ材料で構成されることに
なるため、応力歪みを抑制する効果も期待できる。
【００８２】
なお、本実施の形態の発光素子においても、第１の電極２０１や第２の電極２０２の種
類を変えることで、様々なバリエーションを有する。その模式図を図３（ｂ）、図３（ｃ
）および図４に示す。なお、図３（ｂ）、図３（ｃ）および図４では、図３（ａ）の符号
を引用する。また、２００は、本発明の発光素子を担持する基板である。
【００８３】
図３は、基板２００側から第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の
層２１４の順で構成されている場合の例である。この時、第１の電極２０１を光透過性と
し、第２の電極２０２を遮光性（特に反射性）とすることで、図３（ａ）のように基板２
００側から光を射出する構成となる。また、第１の電極２０１を遮光性（特に反射性）と
し、第２の電極２０２を光透過性とすることで、図３（ｂ）のように基板２００の逆側か
ら光を射出する構成となる。さらに、第１の電極２０１、第２の電極２０２の両方を光透
過性とすることで、図３（ｃ）に示すように、基板２００側と基板２００の逆側の両方に
光を射出する構成も可能となる。
【００８４】
図４は、基板２００側から第４の層２１４、第３の層２１３、第２の層２１２、第１の
層２１１の順で構成されている場合の例である。この時、第１の電極２０１を遮光性（特
に反射性）とし、第２の電極２０２を光透過性とすることで、図４（ａ）のように基板２
００側から光を取り出す構成となる。また、第１の電極２０１を光透過性とし、第２の電
極２０２を遮光性（特に反射性）とすることで、図４（ｂ）のように基板２００と逆側か
ら光を取り出す構成となる。さらに、第１の電極２０１、第２の電極２０２の両方を光透
過性とすることで、図４（ｃ）に示すように、基板２００側と基板２００の逆側の両方に
光を射出する構成も可能となる。
【００８５】
なお、第１の層２１１が、金属酸化物の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い
化合物とを含み、第２の層２１２は発光性の物質を含み、第３の層２１３が実施の形態２
および実施の形態３で示した活性化エネルギーが小さい層であり、第４の層２１４が、金
属酸化物の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む構成にすること
も可能である。
【００８６】
なお、本実施の形態における発光素子を作製する場合には、湿式法、乾式法を問わず、
公知の方法を用いることができる。
【００８７】
また、第１の電極２０１を形成した後、第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２
１３、第４の層２１４を順次積層し、第２の電極２０２を形成してもよいし、第２の電極
２０２を形成した後、第４の層２１４、第３の層２１３、第２の層２１２、第１の層２１
１を順次積層し、第１の電極を形成してもよい。
【００８８】
（実施の形態５）
本形態では、表示機能を有する発光装置の回路構成および駆動方法について図５〜８を
用いて説明する。
【００８９】
図５は本発明を適用した発光装置を上面からみた模式図である。図５において、基板６
５００上には、画素部６５１１と、ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号
線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とが設けられている。ソー
ス信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信
号線駆動回路６５１４とは、それぞれ、配線群を介して、外部入力端子であるＦＰＣ（フ
レキシブルプリントサーキット）６５０３と接続している。そして、ソース信号線駆動回
路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６
５１４とは、それぞれ、ＦＰＣ６５０３からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、
リセット信号等を受け取る。またＦＰＣ６５０３にはプリント配線基盤（ＰＷＢ）６５０
４が取り付けられている。なお、駆動回路部は、上記のように必ずしも画素部６５１１と
同一基板上に設けられている必要はなく、例えば、配線パターンが形成されたＦＰＣ上に
ＩＣチップを実装したもの（ＴＣＰ）等を利用し、基板外部に設けられていてもよい。
【００９０】
画素部６５１１には、列方向に延びた複数のソース信号線が行方向に並んで配列してい
る。また、電流供給線が行方向に並んで配列している。また、画素部６５１１には、行方
向に延びた複数のゲート信号線が列方向に並んで配列している。また画素部６５１１には
、発光素子を含む一組の回路が複数配列している。
【００９１】
図６は、一画素を動作するための回路を表した図である。図６に示す回路には、第１の
トランジスタ９０１と第２のトランジスタ９０２と発光素子９０３とが含まれている。
【００９２】
第１のトランジスタ９０１と、第２のトランジスタ９０２とは、それぞれ、ゲート電極
と、ドレイン領域と、ソース領域とを含む三端子の素子であり、ドレイン領域とソース領
域の間にチャネル領域を有する。ここで、ソース領域とドレイン領域とは、トランジスタ
の構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソース領域またはドレイン領域である
かを限定することが困難である。そこで、本形態においては、ソースまたはドレインとし
て機能する領域を、それぞれトランジスタの第１電極、トランジスタの第２電極と表記す
る。
【００９３】
ゲート信号線９１１と、書込用ゲート信号線駆動回路９１３とはスイッチ９１８によっ
て電気的に接続または非接続の状態になるように設けられている。また、ゲート信号線９
１１と、消去用ゲート信号線駆動回路９１４とはスイッチ９１９によって電気的に接続ま
たは非接続の状態になるように設けられている。また、ソース信号線９１２は、スイッチ
９２０によってソース信号線駆動回路９１５または電源９１６のいずれかに電気的に接続
するように設けられている。そして、第１のトランジスタ９０１のゲートはゲート信号線
９１１に電気的に接続している。また、第１のトランジスタの第１電極はソース信号線９
１２に電気的に接続し、第１のトランジスタの第２電極は第２のトランジスタ９０２のゲ
ート電極と電気的に接続している。第２のトランジスタ９０２の第１電極は電流供給線９
１７と電気的に接続し、第２のトランジスタの第２電極は発光素子９０３に含まれる一の
電極と電気的に接続している。なお、スイッチ９１８は、書込用ゲート信号線駆動回路９
１３に含まれていてもよい。またスイッチ９１９についても消去用ゲート信号線駆動回路
９１４の中に含まれていてもよい。また、スイッチ９２０についてもソース信号線駆動回
路９１５の中に含まれていてもよい。
【００９４】
また画素部におけるトランジスタや発光素子等の配置について特に限定はないが、例え
ば図７の上面図に表すように配置することができる。図７において、第１のトランジスタ
１００１の第１電極はソース信号線１００４に接続し、第１のトランジスタの第２の電極
は第２のトランジスタ１００２のゲート電極に接続している。また第２トランジスタの第
１電極は電流供給線１００５に接続し、第２トランジスタの第２電極は発光素子の電極１
００６に接続している。ゲート信号線１００３の一部は第１のトランジスタ１００１のゲ
ート電極として機能する。
【００９５】
次に、駆動方法について説明する。図８は時間経過に伴った１フレームにおける動作に
ついて説明する図である。図８において、横方向は時間経過を表し、縦方向はゲート信号
線の走査段数を表している。
【００９６】
本発明の発光装置を用いて画像表示を行うとき、表示期間においては、画面の書き換え
動作と表示動作とが繰り返し行われる。この書き換え回数について特に限定はないが、画
像をみる人がちらつき（フリッカ）を感じないように少なくとも１秒間に６０回程度とす
ることが好ましい。ここで、一画面（１フレーム）の書き換え動作と表示動作を行う期間
を１フレーム期間という。
【００９７】
１フレームは、図８に示すように、書き込み期間５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ、５０
４ａと保持期間５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｂ、５０４ｂとを含む４つのサブフレーム５
０１、５０２、５０３、５０４に時分割されている。発光するための信号を与えられた発
光素子は、保持期間において発光状態となっている。各々のサブフレームにおける保持期
間の長さの比は、第１のサブフレーム５０１：第２のサブフレーム５０２：第３のサブフ
レーム５０３：第４のサブフレーム５０４＝２３：２２：２１：２０＝８：４：２：１と
なっている。これによって４ビット階調を表現することができる。但し、ビット数及び階
調数はここに記すものに限定されず、例えば８つのサブフレームを設け８ビット階調を行
えるようにしてもよい。
【００９８】
１フレームにおける動作について説明する。まず、サブフレーム５０１において、１行
目から最終行まで順に書き込み動作が行われる。従って、行によって書き込み期間の開始
時間が異なる。書き込み期間５０１ａが終了した行から順に保持期間５０１ｂへと移る。
当該保持期間において、発光するための信号を与えられている発光素子は発光状態となっ
ている。また、保持期間５０１ｂが終了した行から順に次のサブフレーム５０２へ移り、
サブフレーム５０１の場合と同様に１行目から最終行まで順に書き込み動作が行われる。
以上のような動作を繰り返し、サブフレーム５０４の保持期間５０４ｂ迄終了する。サブ
フレーム５０４における動作を終了したら次のフレームへ移る。このように、各サブフレ
ームにおいて発光した時間の積算時間が、１フレームにおける各々の発光素子の発光時間
となる。この発光時間を発光素子ごとに変えて画素部内で様々に組み合わせることによっ
て、明度および色度の異なる様々な表示色を形成することができる。
【００９９】
サブフレーム５０４のように、最終行目までの書込が終了する前に、既に書込を終え、
保持期間に移行した行における保持期間を強制的に終了させたいときは、保持期間５０４
ｂの後に消去期間５０４ｃを設け、強制的に非発光の状態となるように制御することが好
ましい。そして、強制的に非発光状態にした行については、一定期間、非発光の状態を保
つ（この期間を非発光期間５０４ｄとする。）。そして、最終行目の書込期間が終了した
ら直ちに、一行目から順に次のサブフレーム（または次のフレーム）の書込期間に移行す
る。これによって、サブフレーム５０４の書き込み期間と、その次のサブフレームの書き
込み期間とが重畳することを防ぐことができる。
【０１００】
なお、本形態では、サブフレーム５０１乃至５０４は保持期間の長いものから順に並ん
でいるが、必ずしも本実施例のような並びにする必要はなく、例えば保持期間の短いもの
から順に並べられていてもよいし、または保持期間の長いものと短いものとがランダムに
並んでいてもよい。また、サブフレームは、さらに複数のフレームに分割されていてもよ
い。つまり、同じ映像信号を与えている期間、ゲート信号線の走査を複数回行ってもよい
。
【０１０１】
ここで、書込期間および消去期間における、図６で示す回路の動作について説明する。
【０１０２】
まず書込期間における動作について説明する。書込期間において、ｎ行目（ｎは自然数
）のゲート信号線９１１は、スイッチ９１８を介して書込用ゲート信号線駆動回路９１３
と電気的に接続し、消去用ゲート信号線駆動回路９１４とは非接続である。また、ソース
信号線９１２はスイッチ９２０を介してソース信号線駆動回路と電気的に接続している。
ここで、ｎ行目（ｎは自然数）のゲート信号線９１１に接続した第１のトランジスタ９０
１のゲートに信号が入力され、第１のトランジスタ９０１はオンとなる。そして、この時
、１列目から最終列目迄のソース信号線に同時に映像信号が入力される。なお、各列のソ
ース信号線９１２から入力される映像信号は互いに独立したものである。ソース信号線９
１２から入力された映像信号は、各々のソース信号線に接続した第１のトランジスタ９０
１を介して第２のトランジスタ９０２のゲート電極に入力される。この時第２のトランジ
スタ９０２に入力された信号によって、電流供給線９１７と発光素子９０３との導通又は
非導通が決まり、発光素子９０３は発光または非発光が決まる。例えば、第２のトランジ
スタ９０２がＰチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＬｏ
ｗ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３が発光する。一方、第２
のトランジスタ９０２がＮチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート
電極にＨｉｇｈ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３が発光する
。
【０１０３】
次に消去期間における動作について説明する。消去期間において、ｎ行目（ｎは自然数
）のゲート信号線９１１は、スイッチ９１９を介して消去用ゲート信号線駆動回路９１４
と電気的に接続し、書込用ゲート信号線駆動回路９１３とは非接続である。また、ソース
信号線９１２はスイッチ９２０を介して電源９１６と電気的に接続している。ここで、ｎ
行目のゲート信号線９１１に接続した第１のトランジスタ９０１のゲートに信号が入力さ
れ、第１のトランジスタ９０１はオンとなる。そして、この時、１列目から最終列目迄の
ソース信号線に同時に消去信号が入力される。ソース信号線９１２から入力された消去信
号は、各々のソース信号線に接続した第１のトランジスタ９０１を介して第２のトランジ
スタ９０２のゲート電極に入力される。この時第２のトランジスタ９０２に入力された信
号によって、電流供給線９１７と発光素子９０３とが非導通状態になる。そして、発光素
子９０３は強制的に非発光となる。例えば、第２のトランジスタ９０２がＰチャネル型で
ある場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＨｉｇｈ Ｌｅｖｅｌの信号が入
力されることによって発光素子９０３は非発光となる。一方、第２のトランジスタ９０２
がＮチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＬｏｗ Ｌｅｖ
ｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３は非発光となる。
【０１０４】
なお、消去期間では、ｎ行目（ｎは自然数）については、以上に説明したような動作に
よって消去する為の信号を入力する。しかし、前述のように、ｎ行目が消去期間であると
共に、他の行（ｍ行目（ｍは自然数）とする。）については書込期間となる場合がある。
このような場合、同じ列のソース信号線を利用してｎ行目には消去の為の信号を、ｍ行目
には書込の為の信号を入力する必要があるため、以下に説明するような動作させることが
好ましい。
【０１０５】
先に説明した消去期間における動作によって、ｎ行目の発光素子９０３が非発光となっ
た後、直ちに、ゲート信号線と消去用ゲート信号線駆動回路９１４とを非接続の状態とす
ると共に、スイッチ９２０を切り替えてソース信号線とソース信号線駆動回路９１５と接
続させる。そして、ソース信号線とソース信号線駆動回路９１５とを接続させる共に、ゲ
ート信号線と書込用ゲート信号線駆動回路９１３とを接続させる。そして、書込用ゲート
信号線駆動回路９１３からｍ行目の信号線に選択的に信号が入力され、第１のトランジス
タがオンすると共に、ソース信号線駆動回路９１５からは、１列目から最終列目迄のソー
ス信号線に書込の為の信号が入力される。この信号によって、ｍ行目の発光素子は、発光
または非発光となる。
【０１０６】
以上のようにしてｍ行目について書込期間を終えたら、直ちに、ｎ＋１行目の消去期間
に移行する。その為に、ゲート信号線と書込用ゲート信号線駆動回路９１３を非接続とす
ると共に、スイッチ９２０を切り替えてソース信号線を電源９１６と接続する。また、ゲ
ート信号線と書込用ゲート信号線駆動回路９１３を非接続とすると共に、ゲート信号線に
ついては、消去用ゲート信号線駆動回路９１４と接続状態にする。そして、消去用ゲート
信号線駆動回路９１４からｎ＋１行目のゲート信号線に選択的に信号を入力して第１のト
ランジスタに信号をオンする共に、電源９１６から消去信号が入力される。このようにし
て、ｎ＋１行目の消去期間を終えたら、直ちに、ｍ行目の書込期間に移行する。以下、同
様に、消去期間と書込期間とを繰り返し、最終行目の消去期間まで動作させればよい。
【０１０７】
なお、本形態では、ｎ行目の消去期間とｎ＋１行目の消去期間との間にｍ行目の書込期
間を設ける態様について説明したが、これに限らず、ｎ−１行目の消去期間とｎ行目の消
去期間との間にｍ行目の書込期間を設けてもよい。
【０１０８】
また、本形態では、サブフレーム５０４のように非発光期間５０４ｄを設けるときおい
て、消去用ゲート信号線駆動回路９１４と或る一のゲート信号線とを非接続状態にすると
共に、書込用ゲート信号線駆動回路９１３と他のゲート信号線とを接続状態にする動作を
繰り返している。このような動作は、特に非発光期間を設けないフレームにおいて行って
も構わない。
【０１０９】
（実施の形態６）
本発明の発光素子を含む発光装置の断面図の一態様について、図９を用いて説明する。
【０１１０】
図９において、点線で囲まれているのは、本発明の発光素子１２を駆動するために設け
られているトランジスタ１１である。発光素子１２は、第１の電極１３と第２の電極１４
との間に発光物質を含む層と電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層が積層された層１
５を有する本発明の発光素子である。トランジスタ１１のドレインと第１の電極１３とは
、第１層間絶縁層１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を貫通している配線１７によって電気
的に接続されている。また、発光素子１２は、隔壁層１８によって、隣接して設けられて
いる別の発光素子と分離されている。このような構成を有する本発明の発光装置は、本形
態において、基板１０上に設けられている。
【０１１１】
なお、図９に示されたトランジスタ１１は、半導体層を中心として基板と逆側にゲート
電極が設けられたトップゲート型のものである。但し、トランジスタ１１の構造について
は、特に限定はなく、例えばボトムゲート型のものでもよい。またボトムゲートの場合に
は、チャネルを形成する半導体層の上に保護膜が形成されたもの（チャネル保護型）でも
よいし、或いはチャネルを形成する半導体層の一部が凹状になったもの（チャネルエッチ
型）でもよい。
【０１１２】
また、トランジスタ１１を構成する半導体層は、結晶性、非結晶性のいずれのものでも
よい。また、セミアモルファス等でもよい。
【０１１３】
なお、セミアモルファスな半導体とは、次のようなものである。非晶質と結晶構造（単
結晶、多結晶を含む）の中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有
する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な領域を含んでいるもの
である。また少なくとも膜中の一部の領域には、０．５〜２０ｎｍの結晶粒を含んでいる
。ラマンスペクトルが５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしている。Ｘ線回折ではＳ
ｉ結晶格子に由来するとされる（１１１）、（２２０）の回折ピークが観測される。未結
合手（ダングリングボンド）を終端化するために水素またはハロゲンを少なくとも１原子
％またはそれ以上含ませている。所謂微結晶半導体（マイクロクリスタル半導体）とも言
われている。珪素を含む気体をグロー放電分解（プラズマＣＶＤ）して形成する。珪素を
含む気体としては、ＳｉＨ４、その他にもＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、
ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４などを用いることが可能である。この珪素を含む気体をＨ２、又は
、Ｈ２とＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈して
も良い。希釈率は２〜１０００倍の範囲。圧力は概略０．１Ｐａ〜１３３Ｐａの範囲、電
源周波数は１ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚ、好ましくは１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ。基板加熱温度
は３００℃以下でよく、好ましくは１００〜２５０℃。膜中の不純物元素として、酸素、
窒素、炭素などの大気成分の不純物は１×１０２０／ｃｍ３以下とすることが望ましく、
特に、酸素濃度は５×１０１９／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１９／ｃｍ３以下とす
る。なお、セミアモルファスなものを有する半導体を用いたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
の移動度はおよそ１〜１０ｍ２／Ｖｓｅｃとなる。
【０１１４】
また、半導体層が結晶性のものの具体例としては、単結晶または多結晶性の珪素、或い
はシリコンゲルマニウム等から成るものが挙げられる。これらはレーザー結晶化によって
形成されたものでもよいし、例えばニッケル等を用いた固相成長法による結晶化によって
形成されたものでもよい。
【０１１５】
なお、半導体層が非晶質の物質、例えばアモルファスシリコンで形成される場合には、
トランジスタ１１およびその他のトランジスタ（発光素子を駆動するための回路を構成す
るトランジスタ）は全てＮチャネル型トランジスタで構成された回路を有する発光装置で
あることが好ましい。それ以外については、Ｎチャネル型またはＰチャネル型のいずれか
一のトランジスタで構成された回路を有する発光装置でもよいし、両方のトランジスタで
構成された回路を有する発光装置でもよい。
【０１１６】
さらに、第１層間絶縁膜１６は、図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように多層でもよ
いし、または単層でもよい。なお、第１層間絶縁層１６ａは酸化珪素や窒化珪素のような
無機物から成り、第１層間絶縁膜１６ｂはアクリルやシロキサン（シリコン（Ｓｉ）と酸
素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む物質）、塗布成
膜可能な酸化珪素等の自己平坦性を有する物質から成る。さらに、第１層間絶縁膜１６ｃ
はアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜から成る。なお、各層を構成する物質については、
特に限定はなく、ここに述べたもの以外のものを用いてもよい。また、これら以外の物質
から成る層をさらに組み合わせてもよい。このように、第１層間絶縁膜１６は、無機物ま
たは有機物の両方を用いて形成されたものでもよいし、または無機膜と有機膜のいずれか
一で形成されたものでもよい。
【０１１７】
隔壁層１８は、エッジ部において、曲率半径が連続的に変化する形状であることが好ま
しい。また隔壁層１８は、アクリルやシロキサン、レジスト、酸化珪素等を用いて形成さ
れる。なお隔壁層１８は、無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよいし、ま
たは両方を用いて形成されたものでもよい。
【０１１８】
なお、図９（Ａ）、（Ｃ）では、第１層間絶縁膜１６のみがトランジスタ１１と発光素
子１２の間に設けられた構成であるが、図９（Ｂ）のように、第１層間絶縁膜１６（第１
層間絶縁膜１６ａ、１６ｂ）の他、第２層間絶縁膜１９（第２層間絶縁膜１９ａ、１９ｂ
）が設けられた構成のものであってもよい。図９（Ｂ）に示す発光装置においては、第１
の電極１３は第２層間絶縁膜１９を貫通し、配線１７と接続している。
【０１１９】
第２層間絶縁膜１９は、第１層間絶縁膜１６と同様に、多層でもよいし、または単層で
もよい。１９ａはアクリルやシロキサン（シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格
構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む物質）、塗布成膜可能な酸化珪素等の自
己平坦性を有する物質から成る。さらに、１９ｂはアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜か
ら成る。なお、各層を構成する物質については、特に限定はなく、ここに述べたもの以外
のものを用いてもよい。また、これら以外の物質から成る層をさらに組み合わせてもよい
。このように、第２層間絶縁膜１９は、無機物または有機物の両方を用いて形成されたも
のでもよいし、または無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよい。
【０１２０】
発光素子１２において、第１の電極および第２の電極がいずれも透光性を有する物質で
構成されている場合、図９（Ａ）の白抜きの矢印で表されるように、第１の電極１３側と
第２の電極１４側の両方から発光を取り出すことができる。また、第２の電極１４のみが
透光性を有する物質で構成されている場合、図９（Ｂ）の白抜きの矢印で表されるように
、第２の電極１４側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第１の電極１３は
反射率の高い材料で構成されているか、または反射率の高い材料から成る膜（反射膜）が
第１の電極１３の下方に設けられていることが好ましい。また、第１の電極１３のみが透
光性を有する物質で構成されている場合、図９（Ｃ）の白抜きの矢印で表されるように、
第１の電極１３側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第２の電極１４は反
射率の高い材料で構成されているか、または反射膜が第２の電極１４の上方に設けられて
いることが好ましい。
【０１２１】
また、発光素子１２は、第１の電極１３の電位よりも第２の電極１４の電位が高くなる
ように電圧を印加したときに動作するように層１５が積層されたものであってもよいし、
或いは、第１の電極１３の電位よりも第２の電極１４の電位が低くなるように電圧を印加
したときに動作するように層１５が積層されたものであってもよい。前者の場合、トラン
ジスタ１１はＮチャネル型トランジスタであり、後者の場合、トランジスタ１１はＰチャ
ネル型トランジスタである。
【０１２２】
以上のように、本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するア
クティブ型の発光装置について説明したが、この他、トランジスタ等の駆動用の素子を特
に設けずに発光素子を駆動させるパッシブ型の発光装置であってもよい。パッシブ型の発
光装置においても、低駆動電圧で動作する本発明の発光素子を含むことによって、低消費
電力で駆動させることができる。
【０１２３】
（実施の形態７）
本発明の発光素子を含む発光装置は良好な画像を表示することができるため、本発明の
発光装置を電子機器の表示部に適用することによって、優れた映像を提供できる電子機器
を得ることができる。また、本発明の発光素子を含む発光装置は低消費電力で駆動するた
め、本発明の発光装置を電子機器の表示部に適用することによって、消費電力の少ない電
子機器を得ることができ、例えば、待受時間等の長い電話機等を得ることができる。
【０１２４】
本発明を適用した発光装置を実装した電子機器の一実施例を図１０に示す。
【０１２５】
図１０（Ａ）は、本発明を適用して作製したコンピュータであり、本体５５２１、筐体
５５２２、表示部５５２３、キーボード５５２４などによって構成されている。本発明の
発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことでコンピュータを完成できる。
【０１２６】
図１０（Ｂ）は、本発明を適用して作製した電話機であり、本体５５５２には表示部５
５５１と、音声出力部５５５４、音声入力部５５５５、操作スイッチ５５５６、５５５７
、アンテナ５５５３等によって構成されている。本発明の発光素子を有する発光装置を表
示部として組み込むことで電話機を完成できる。
【０１２７】
図１０（Ｃ）は、本発明を適用して作製したテレビ受像機であり、表示部５５３１、筐
体５５３２、スピーカー５５３３などによって構成されている。本発明の発光素子を有す
る発光装置を表示部として組み込むことでテレビ受像機を完成できる。
【０１２８】
以上のように本発明の発光装置は、各種電子機器の表示部として用いるのに非常に適し
ている。
【０１２９】
なお、本形態では、コンピュータ、電話機、及びテレビ受像機について述べているが、
この他に電話機、ナビゲイション装置、或いは照明機器等に本発明の発光素子を有する発
光装置を実装しても構わない。
【実施例１】
【０１３０】
（合成例）
本実施例では、実施の形態３で用いた構造式（１）で表されるＮ，Ｎ’−ビス（スピロ
−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳ
ＰＢ）の合成方法について説明する。
【０１３１】
【化１】
【０１３２】
［ステップ１］
２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレンの合成方法について説明する。
【０１３３】
１００ｍｌの三口フラスコに、マグネシウム１．２６ｇ（０．０５２ｍｏｌ）を入れ、
系内を真空下にし、３０分加熱撹拌し、活性化した。室温にさましてから系内を窒素気流
下にし、ジエチルエーテル５ｍｌ、ジブロモエタン数滴を加え、ジエチルエーテル１５ｍ
ｌ中に溶かした２−ブロモビフェニル１１．６５ｇ（０．０５０ｍｏｌ）をゆっくり滴下
し、滴下終了後３時間還流してグリニヤール試薬とした。２００ｍｌ三口フラスコに２−
ブロモフルオレノン１１．７ｇ（０．０４５ｍｏｌ）、ジエチルエーテル４０ｍｌを入れ
た。この反応溶液に合成したグリニヤール試薬をゆっくり滴下し、滴下終了後２時間還流
し、さらに室温で一晩撹拌した。反応終了後、反応溶液を飽和塩化アンモニア水溶液で２
回洗浄し、水層を酢酸エチルで２回抽出し、有機層とあわせて飽和食塩水で洗浄した。硫
酸マグネシウムにより乾燥後、吸引濾過、濃縮し、固体状の９−（２−ビフェニリル）−
２−ブロモ−９−フルオレノールを１８．７６ｇ、収率９０％で得た。
【０１３４】
次に、２００ｍｌの三口フラスコに、合成した９−（２−ビフェニリル）−２−ブロモ
−９−フルオレノール１８．７６ｇ（０．０４５ｍｏｌ）、氷酢酸１００ｍｌを入れ、濃
塩酸数滴を加え２時間還流した。反応終了後、吸引濾過により析出物を回収し、飽和炭酸
水素ナトリウム水溶液および水で濾過洗浄した。得られた褐色固体をエタノールで再結晶
したところ淡褐色粉末状固体を１０．２４ｇ、収率５７％で得た。核磁気共鳴法（１Ｈ−
ＮＭＲ）によって、この淡褐色粉末状固体が２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレ
ンであることを確認した。この化合物の１Ｈ−ＮＭＲは次のようであった。
【０１３５】
この化合物の１Ｈ−ＮＭＲを次に示す。
１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）δｐｐｍ：７．８６−７．７９（ｍ，３Ｈ
），７．７０（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝８．４ Ｈｚ），７．４７−７．５０（ｍ，１Ｈ），７．
４１−７．３４（ｍ，３Ｈ），７．１２（ｔ，３Ｈ，Ｊ＝７．７Ｈｚ），６．８５（ｄ，
１Ｈ，Ｊ＝２．１Ｈｚ），６．７４−６．７０（ｍ，３Ｈ）
【０１３６】
また、以上に説明した合成方法の合成スキーム（ｂ−１）を次に示す。
【０１３７】
【化２】
【０１３８】
［ステップ２］
Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニ
ルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）の合成方法について説明する。
【０１３９】
１００ｍｌの三口フラスコに、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン１．００ｇ （０．０
０３０ｍｏｌ）、ステップ１の合成方法によって合成した２−ブロモ−スピロ−９，９’
−ビフルオレン２．４９ｇ（０．００６２ｍｏｌ）、ビス（ジベンジリデンアセトン）パ
ラジウム１７０ｍｇ（０．３０ｍｍｏｌ）、ｔｅｒｔ−ブトキシナトリウム １．０８ｇ
（０．０１１ｍｏｌ）を入れ、系内を窒素気流下にした後、脱水トルエン２０ｍｌと、ト
リ−ｔｅｒｔ−ブチルホスフィン１０％ヘキサン溶液０．６ｍｌを加え、８０℃で６時間
攪拌した。反応終了後、反応溶液を室温まで冷ましてから水を加え、析出した固体を吸引
ろ過により回収し、ジクロロメタンで洗浄した。得られた白色固体をアルミナカラムクロ
マトグラフィー（クロロホルム）により精製し、ジクロロメタンで再結晶したところ、白
色粉末状固体を２．６６ｇ、収率９３％得た。
【０１４０】
以上に説明した合成方法の合成スキーム（ｂ−２）を次に示す。このように、本発明の
化合物は、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンと２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオ
レンのカップリング反応によって合成することができる。
【０１４１】
【化３】
【０１４２】
また、得られた化合物のガラス転移温度、結晶化温度、融点について、示差走査熱量分
析装置（ＤＳＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒ
ｙ、パーキンエルマー製、型番：Ｐｙｒｉｓ１ ＤＳＣ）を用いて調べた。ここでＤＳＣ
による測定は、次のような手順で行った。先ず、４０℃／分の昇温速度で４５０℃まで試
料（得られた化合物）を加熱した後、４０℃／分の降温速度で試料を冷却して試料ををガ
ラス状態にした。そして、ガラス状態になった試料を、１０℃／分の昇温速度で加熱し、
図２１に示すような測定結果を得た。図２１において、横軸は温度（℃）、縦軸は熱流（
上向が吸熱）（ｍＷ）を表す。測定結果から、得られた化合物のガラス転移温度は１７２
℃、結晶化温度は２６８℃であることが分かった。また、３１２℃における接線と、３２
７℃〜３２８℃における接線との交点から、融点は３２３℃〜３２４℃であることが分か
った。すなわち、本実施例で合成したＢＳＰＢは、ガラス転移温度が１５０℃以上、好ま
しくは１６０℃〜３００℃の範囲を満たし、融点が１８０℃〜４００℃の範囲にあるので
高い耐熱性を有しており、好ましい。
【０１４３】
このように、得られた化合物は、１７２℃という高いガラス転移温度を示し、良好な耐熱
性を有するものである。また、図２１において、得られた化合物の結晶化を表すピークは
ブロードなものであり、得られた化合物は結晶化し難い物質であることがわかった。
【実施例２】
【０１４４】
本実施例では、本発明の活性化エネルギーの小さい層を有する発光素子について説明す
る。
【０１４５】
まず、第１の電極として珪素を含有したインジウム錫酸化物を形成する。その上に、本
発明の活性化エネルギーの小さい層を形成した。本実施例では、ＤＮＴＰＤと、酸化モリ
ブデンと、ルブレンとを共蒸着することにより成膜した。ここで、酸化モリブデン濃度は
、表３の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜厚は１２０ｎｍとなるように成膜を
行った。
【０１４６】
【表３】
【０１４７】
この活性化エネルギーの小さい層の上に、正孔輸送層として４，４´―ビス［Ｎ−（１
−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α―ＮＰＤ）を１０ｎｍの膜厚
で真空蒸着法によって成膜した。
【０１４８】
このα―ＮＰＤ膜上に、Ａｌｑ３とクマリン６とを共蒸着によって成膜した。この膜は
発光層であり、膜厚は４０ｎｍである。また、Ａｌｑ３とクマリン６とは、重量比で１：
０．０１５となるよう共蒸着を制御した。
【０１４９】
この発光層上に電子輸送層としてＡｌｑ３を１５ｎｍ、さらに電子注入層としてフッ化
リチウムを１ｎｍの膜厚で成膜し、最後に第２の電極として機能するＡｌを２００ｎｍ成
膜して発光素子を作製した。
【０１５０】
作製した素子２１〜２４の電流―電圧特性を図２２に示す。図２２に示すように、酸化
モリブデンの濃度が高くなるとともに、電流が流れやすくなっていることがわかる。
【０１５１】
また、素子２１〜２４の輝度―電圧特性を図２３に示す。図２３からも酸化モリブデン
の濃度が高くなるとともに、高い輝度が得られていることがわかる。つまり、各素子の電
流効率が一定の場合、電流が流れやすくなっていることがわかる。
【実施例３】
【０１５２】
本実施例では、本発明の活性化エネルギーの小さい層を有する発光素子について説明す
る。
【０１５３】
まず、第１の電極として珪素を含有したインジウム錫酸化物を形成する。その上に、本
発明の活性化エネルギーの小さい層を形成した。本実施例では、ＤＮＴＰＤと、酸化モリ
ブデンと、ルブレンとを共蒸着することにより成膜した。ここで、酸化モリブデン濃度は
、表３の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜厚は１２０ｎｍとなるように成膜を
行った。
【０１５４】
【表４】
【０１５５】
この活性化エネルギーの小さい層の上に、正孔輸送層としてα―ＮＰＤを１０ｎｍの膜
厚で真空蒸着法によって成膜した。
【０１５６】
このα―ＮＰＤ膜上に、Ａｌｑ３とクマリン６とを共蒸着によって成膜した。この膜は
発光層であり、膜厚は３７．５ｎｍである。また、Ａｌｑ３とクマリン６とは、重量比で
１：０．００５となるよう共蒸着を制御した。
【０１５７】
この発光層上に電子輸送層としてＡｌｑ３を３７．５ｎｍ、さらに電子注入層としてフ
ッ化リチウムを１ｎｍの膜厚で成膜し、最後に第２の電極として機能するＡｌを成膜して
発光素子を作製した。
【０１５８】
作製した素子３１〜３４の電流―電圧特性を図２４に示す。図２４より、酸化モリブデ
ンの濃度が高くなると、電流が流れやすくなる傾向にあるが、素子３２の酸化モリブデン
濃度が４０ｗｔ％以上では、電流−電圧特性にほとんど変化を生じていないことがわかる
。そのため、活性化エネルギーの小さい層として、ＤＮＴＰＤを用いる場合には、酸化モ
リブデン濃度が４０ｗｔ％であれば、発光素子の低電圧化として十分効果的であることが
わかる。
【０１５９】
また、素子３１〜３４の輝度−電圧特性を図２５に示す。図２５より、いずれの素子に
おいても輝度−電圧特性にほとんど差はないが、素子３１は若干高電圧側にシフトしてい
ることがわかる。
【符号の説明】
【０１６０】
１０１ 基板
１０２ 第１の電極
１０３ 第１の層
１０４ 第２の層
１０５ 第３の層
１０６ 第４の層
１０７ 第２の電極
２００ 基板
２０１ 第１の電極
２０２ 第２の電極
２０３ 発光物質を含む層
２１１ 第１の層
２１２ 第２の層
２１３ 第３の層
２１４ 第４の層
３０２ 第１の電極
３０３ 第１の層
３０４ 第２の層
３０５ 第３の層
３０６ 第４の層
３０７ 第２の電極
５０１ サブフレーム
５０２ サブフレーム
５０３ サブフレーム
５０４ サブフレーム
９０１ 第１のトランジスタ
９０２ 第２のトランジスタ
９０３ 発光素子
９１１ ゲート信号線
９１２ ソース信号線
９１３ 書込用ゲート信号線駆動回路
９１４ 消去用ゲート信号線駆動回路
９１５ ソース信号線駆動回路
９１６ 電源
９１７ 電流供給線
９１８ スイッチ
９１９ スイッチ
９２０ スイッチ
１００１ 第１のトランジスタ
１００２ 第２のトランジスタ
１００３ ゲート信号線
１００４ ソース信号線
１００５ 電流供給線
１００６ 電極
５０１ａ 期間
５０１ｂ 保持期間
５０４ｂ 保持期間
５０４ｃ 消去期間
５０４ｄ 非発光期間
５５２１ 本体
５５２２ 筐体
５５２３ 表示部
５５２４ キーボード
５５３１ 表示部
５５３２ 筐体
５５３３ スピーカー
５５５１ 表示部
５５５２ 本体
５５５３ アンテナ
５５５４ 音声出力部
５５５５ 音声入力部
５５５６ 操作スイッチ
６５００ 基板
６５０３ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６５０４ プリント配線基盤（ＰＷＢ）
６５１１ 画素部
６５１２ ソース信号線駆動回路
６５１３ 書込用ゲート信号線駆動回路
６５１４ 消去用ゲート信号線駆動回路
１０ 基板
１１ トランジスタ
１２ 発光素子
１３ 第１の電極
１４ 第２の電極
１５ 層
１６ａ 第１層間絶縁膜
１６ｂ 第１層間絶縁膜
１６ｃ 第１層間絶縁膜
１７ 配線
１８ 隔壁層
１９ａ 第２層間絶縁膜
１９ｂ 第２層間絶縁膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は一対の電極間に複数の層が挟まれた構成を有する発光素子に関する。また、発
光素子を有する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロルミネッセンス素子（発光素子）からの発光を利用した発光装置は、表示用
または照明用の装置として注目されている。
【０００３】
発光装置に用いられる発光素子としては、一対の電極間に発光性化合物を含む層が挟ま
れた構成を有するものがよく知られている。
【０００４】
このような発光素子では、一方の電極は陽極として、他方の電極は陰極としてそれぞれ
機能し、陽極側から注入された正孔と、陰極側から注入された電子とが再結合して励起状
態の分子を形成し、それが基底状態に戻るときに光を放出する。
【０００５】
ところで、近年急速に開発が進んだ各種情報処理機器に組み込むための表示用装置にお
いては特に低消費電力化への要求が高く、これを達成するために発光素子の低駆動電圧化
が試みられている。また、商品化を踏まえれば、低駆動電圧化のみならず発光素子の長寿
命化もまた重要であり、これを達成するための発光素子の開発が進められている。
【０００６】
例えば特許文献１では、モリブデン酸化物等の仕事関数の高い金属酸化物を陽極に用い
ることで発光素子の低駆動電圧化を達成している（特許文献１参照）。
【０００７】
しかし、特に長寿命化について述べれば、特許文献１に示された手段のみでは十分であ
るとは言えず、さらなる長寿命化を達成するための技術開発を必要としていた。
【０００８】
また、発光素子は例えば０．１μｍ程度の有機薄膜で形成されるため、上下の電極間で
短絡しやすいという問題を抱えている。特に、発光素子の作製工程で発生するゴミによる
歩留まりの低さが問題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−６３７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記問題を鑑み、本発明では、駆動電圧が低い発光素子を提供する。また、素子寿命の
長い発光素子を提供する。また、製造歩留まりの高い発光素子を提供する。また、該発光
素子を有する発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を発光素子に用いることによ
り、上記課題を解決できることを見いだした。
【００１２】
よって、本発明の発光素子の一は、一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を
有し、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以
上０．３ｅＶ未満であることを特徴とする。より好ましくは、有機材料と無機材料とを含
む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることを
特徴とする。さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることを特徴と
する。
【００１３】
また、本発明の発光素子の一は、一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有
し、上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層は、可視光領域に吸収ピークがな
く、無機材料の濃度が３０〜９５ｗｔ％であることを特徴とする。
【００１４】
上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは
０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることを特徴とする。
【００１５】
有機材料と無機材料とを含む層が可視光領域に吸収ピークがもたない場合の有機材料と
しては、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）アミノ］
フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’−ビス［
Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰ
ＡＢ）などが挙げられる。
【００１６】
また、本発明の発光素子の一は、一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有
し、有機材料と無機材料とを含む層は、可視光領域に吸収ピークがあり、無機材料の濃度
が５〜９５ｗｔ％であることを特徴とする。
【００１７】
上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは
０．０１ｅＶ以上０．３ｅＶ未満であることを特徴とする。より好ましくは、有機材料と
無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未
満であることを特徴とする。さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であ
ることを特徴とする。
【００１８】
有機材料と無機材料とを含む層が可視光領域に吸収ピークがもつ場合の有機材料として
は、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフ
ェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル
）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−
９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰ
Ｂ）、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニル
アミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ビフェニリ
ル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＢＰＢ）などが挙げられる。
【００１９】
また、上記構成において、無機材料は、金属酸化物であることを特徴とする。具体的に
は、無機材料として、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タング
ステン酸化物のいずれか一種もしくは複数種であることを用いることができる。
【００２０】
また、上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層は、一対の電極間の一方の電
極と接するように設けられていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、上述した発光素子を有する発光装置も範疇に含めるものである。なお
、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（
照明装置含む）を範疇に含むものとする。また、パネルにコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆ
ｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔ
ｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐ
ａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線
板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方
式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする
。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の発光素子は、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層が設けられていること
により、駆動電圧を低減することができる。また、素子寿命の長い発光素子を提供するこ
とが可能となる。
【００２３】
また、活性化エネルギーが小さい層は、厚膜化しても駆動電圧の上昇を抑制することが
できるため、活性化エネルギーが小さい層を厚膜化して上下の電極間の短絡を抑制するこ
とができる。よって、製造工程で発生するゴミによる歩留まりの低下を抑制することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の発光素子を説明する図。
【図２】本発明の発光素子を説明する図。
【図３】本発明の発光素子を説明する図。
【図４】本発明の発光素子を説明する図。
【図５】本発明を適用した発光装置について説明する図。
【図６】本発明を適用した発光装置に含まれる回路について説明する図。
【図７】本発明を適用した発光装置の上面図。
【図８】本発明を適用した発光装置の１フレームにおける動作について説明する図。
【図９】本発明を適用した発光装置の断面図。
【図１０】本発明を適用した電子機器の図。
【図１１】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の吸収スペクトルを示す図。
【図１２】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の吸収スペクトルを示す図。
【図１３】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性を示す図。
【図１４】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性の対数表示を示す図。
【図１５】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の１Ｖでのアレニウスプロットを示す図。
【図１６】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の活性化エネルギーを示す図。
【図１７】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性を示す図。
【図１８】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性の対数表示を示す図。
【図１９】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の１Ｖでのアレニウスプロットを示す図。
【図２０】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の活性化エネルギーを示す図。
【図２１】Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンを示差走査熱量分析した測定結果の図。
【図２２】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子電流―電圧特性を示す図。
【図２３】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子輝度―電圧特性を示す図
【図２４】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子電流―電圧特性を示す図。
【図２５】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子輝度―電圧特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下
の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細
を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示
す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離
れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリア（担体
）の再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質か
らなる層を組み合わせて積層されたものである。
【００２７】
本発明の発光素子の一態様について図１（Ａ）を用いて以下に説明する。
【００２８】
本形態において、発光素子は、第１の電極１０２と、第１の電極１０２の上に順に積層
した第１の層１０３、第２の層１０４、第３の層１０５、第４の層１０６と、さらにその
上に設けられた第２の電極１０７とから構成されている。なお、本形態では第１の電極１
０２は陽極として機能し、第２の電極１０７は陰極として機能するものとして以下説明を
する。
【００２９】
基板１０１上は発光素子の支持体として用いられる。基板１０１としては、例えばガラ
ス、またはプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子を作製工程において
支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。
【００３０】
第１の電極１０２としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物を用いることが
できる。例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、
珪素若しくは酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺ
Ｏ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した
酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は
、通常スパッタにより成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸
化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリン
グ法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化
インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５
〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いてスパッタリング法
により形成することができる。この他にも、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ
）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト
（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、
アルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウム−チタン（Ａｌ−Ｔｉ）、アルミ
ニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）または金属材料の窒化物（ＴｉＮ）等、を用
いることができるが、第１の電極を陽極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の
大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）材料で形成されていることが好ましい。
【００３１】
なお、本発明の発光素子において、第１の電極１０２は仕事関数の大きい材料に限定さ
れず、仕事関数の小さい材料を用いることもできる。
【００３２】
第１の層１０３は、有機材料と無機材料とを含む層であり、電気伝導度の活性化エネル
ギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満である層である。より好ましくは０．０１ｅＶ
以上０．２６ｅＶ未満である層である。さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅ
Ｖ未満である層である。以下、本明細書では、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層
と記載する。
【００３３】
本発明の発光素子は、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を有することにより、
キャリア密度が高く、電極とオーム接触することができる。よって、発光素子の駆動電圧
を低減することができる。また、キャリア密度が高いため、キャリア輸送性にも優れてい
る。なお、十分なキャリア密度を得るためには、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０
１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満であることが好ましい。また、電気伝導度の活性化エネルギ
ーが０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であると、より好ましい。また、発光素子に用い
た場合、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であると、
高電圧側でも電流―電圧特性が変化しないので、より好ましい。
【００３４】
電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層である第１の層１０３に含まれる無機材料と
しては、金属酸化物であることが好ましい。具体例としては、モリブデン酸化物（ＭｏＯ
ｘ）、バナジウム酸化物（ＶＯｘ）、ルテニウム酸化物（ＲｕＯｘ）、タングステン酸化
物（ＷＯｘ）等が挙げられる。この他、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）や亜鉛酸化物（Ｚ
ｎＯ）を用いることができる。但し、ここに示したものに限らず、その他の物質を用いて
もよい。また、有機材料としては、アリールアミン骨格を有する有機材料であることが好
ましく、例えば４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）ア
ミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’−
ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称
：ＤＰＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，
１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１
−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス
（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略
称：ＢＳＰＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ
−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−
ビフェニリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＢＰＢ）、１，５−ビス（
ジフェニルアミノ）ナフタレン（略称：ＤＰＡＮ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ
−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−ト
リス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：
ＭＴＤＡＴＡ）、などの芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する）の化
合物を用いることができる。なお、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら
以外のものを用いてもよい。
【００３５】
なお、第１の層１０３は、上記のような単層のものだけでなく、二層以上積層した構造と
してもよい。
【００３６】
第２の層１０４は、正孔輸送性の高い物質、例えばα−ＮＰＤやＴＰＤ、ＴＤＡＴＡ、
ＭＴＤＡＴＡ、ＢＳＰＢなどの芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する
）の化合物からなる層である。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正
孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これ
ら以外のものを用いてもよい。なお、第２の層１０４は、単層のものだけでなく、上記物
質からなる層が二層以上積層したものであってもよい。
【００３７】
第３の層１０５は、発光性の高い物質を含む層である。例えば、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキ
ナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）や３−（２−ベンゾチアゾイル）−７−ジエチルアミノク
マリン（略称：クマリン６）等の発光性の高い物質とトリス（８−キノリノラト）アルミ
ニウム（略称：Ａｌｑ３）や９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ
）等のキャリア輸送性が高く成膜したときに膜質がよい（つまり結晶化しにくい）物質と
を自由に組み合わせて構成される。但し、Ａｌｑ３やＤＮＡは発光性も高い物質であるた
め、これらの物質を単独で用いた構成とし、第３の層１０５としても構わない。
【００３８】
第４の層１０６は、電子輸送性の高い物質、例えばトリス（８−キノリノラト）アルミ
ニウム（略称：Ａｌｑ３）、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略
称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略
称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−
アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する
金属錯体等からなる層である。また、この他ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベ
ンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェ
ニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）などのオキサゾール系、チ
アゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外に
も、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）や、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェ
ニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３
−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，
２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−
（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称
：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（
略称：ＢＣＰ）なども用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／
Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質で
あれば、上記以外の物質を第４の層１０６として用いても構わない。また、第４の層１０
６は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい
。
【００３９】
第２の電極１０７を形成する物質としては、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以
下）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。
このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の１族または２族に属する元素、すな
わちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ
）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれら
を含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）が挙げられる。しかしながら、第２の電極１０７
と発光層との間に、電子注入を促す機能を有する層を、当該第２の電極と積層して設ける
ことにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素を含有したインジウ
ム錫酸化物等様々な導電性材料を第２の電極１０７として用いることができる。
【００４０】
なお、電子注入を促す機能を有する層としては、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セ
シウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ
土類金属の化合物を用いることができる。また、この他、電子輸送性を有する物質からな
る層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたもの、例えばＡｌｑ３中にマグ
ネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いることができる。
【００４１】
また、第１の層１０３、第２の層１０４、第３の層１０５、第４の層１０６は蒸着法に
より形成されればよい。上記蒸着法以外にも、例えばインクジェット法またはスピンコー
ト法など用いても構わない。また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成し
ても構わない。
【００４２】
以上のような構成を有する本発明の発光素子は、第１の電極１０２と第２の電極１０７
との間に生じた電位差により電流が流れ、発光性の高い物質を含む層である第３の層１０
５において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。つまり第３の層１０５に発光
領域が形成されるような構成となっている。但し、第３の層１０５の全てが発光領域とし
て機能する必要はなく、例えば、第３の層１０５のうち第２の層１０４側または第４の層
１０６側にのみ発光領域が形成されるようなものであってもよい。
【００４３】
発光は、第１の電極１０２または第２の電極１０７のいずれか一方または両方を通って
外部に取り出される。従って、第１の電極１０２または第２の電極１０７のいずれか一方
または両方は、透光性を有する物質で成る。第１の電極１０２のみが透光性を有する物質
からなるものである場合、図１（Ａ）に示すように、発光は第１の電極１０２を通って基
板側から取り出される。また、第２の電極１０７のみが透光性を有する物質からなるもの
である場合、図１（Ｂ）に示すように、発光は第２の電極１０７を通って基板と逆側から
取り出される。第１の電極１０２および第２の電極１０７がいずれも透光性を有する物質
からなるものである場合、図１（Ｃ）に示すように、発光は第１の電極１０２および第２
の電極１０７を通って、基板側および基板と逆側の両方から取り出される。
【００４４】
なお第１の電極１０２と第２の電極１０７との間に設けられる層の構成は、上記のもの
には限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光が抑制されるよ
うに、第１の電極１０２および第２の電極１０７から離れた部位に正孔と電子とが再結合
する領域を設けた構成であり、且つ、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を有する
ものであれば、上記以外のものでもよい。
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質または正孔輸送
性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及び
正孔の輸送性の高い物質）の物質等から成る層を、電気伝導度の活性化エネルギーが小さ
い層と自由に組み合わせて構成すればよい。また、第１の電極１０２上には、酸化珪素膜
等からなる層を設けることによってキャリアの再結合部位を制御したものであってもよい
。
【００４５】
図２に示す発光素子は、陰極として機能する第１の電極３０２の上に電子輸送性の高い
物質からなる第１の層３０３、発光性の高い物質を含む第２の層３０４、正孔輸送性の高
い物質からなる第３の層３０５、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層である第４の
層３０６、陽極として機能する第２の電極３０７とが順に積層された構成となっている。
なお、３０１は基板である。
【００４６】
本実施の形態においては、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に発光素子を作製
している。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、パッシブ型の発光装置
を作製することができる。また、ガラス、プラスチックなどからなる基板以外に、例えば
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ基板上に発光素子を作製してもよい。これにより、Ｔ
ＦＴによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置を作製できる
。なお、ＴＦＴの構造は、特に限定されない。スタガ型のＴＦＴでもよいし逆スタガ型の
ＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴアレイ基板に形成される駆動用回路についても、Ｎ型およ
びＰ型のＴＦＴからなるものでもよいし、若しくはＮ型またはＰ型のいずれか一方からの
みなるものであってもよい。
【００４７】
本発明の発光素子は、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を有することにより、
低駆動電圧化が実現する。つまり、本発明の電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は
、キャリア密度が高いため、電極とオーム接触することができる。よって、発光素子の駆
動電圧を低減することができる。また、キャリア密度が高いため、キャリア輸送性にも優
れている。なお、十分なキャリア密度を得るためには、電気伝導度の活性化エネルギーが
０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満であることが好ましい。また、電気伝導度の活性化エ
ネルギーが０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であると、より好ましい。また、発光素子
に用いた場合、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であ
ると、電流―電圧特性が変化しないので、より好ましい。
【００４８】
また、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、キャリア密度が高いため、厚膜化
しても駆動電圧の上昇を抑制することができるため、電気伝導度の活性化エネルギーが小
さい層を厚膜化して上下の電極間の短絡を抑制することができる。よって、製造工程で発
生するゴミによる欠陥を抑制し、歩留まりを向上させることができる。
【００４９】
また、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を厚膜化することにより、衝撃等によ
る短絡を防止することができるため、信頼性の高い発光素子を得ることができる。例えば
、通常の発光素子の電極間の膜厚が１００ｎｍ〜１５０ｎｍであるのに対し、電気伝導度
の活性化エネルギーが小さい層を用いた発光素子の電極間の膜厚は、１００〜５００ｎｍ
、好ましくは、２００〜５００ｎｍとすることができる。
【００５０】
また、本発明の発光素子に用いる電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、キャリ
ア密度が高いため、電極とオーム接触することが可能である。つまり、電極との接触抵抗
が小さい。そのため、仕事関数等を考慮することなく、電極材料を選ぶことができる。つ
まり、電極材料の選択肢が広がる。
【００５１】
また、本発明の電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、真空蒸着で形成すること
ができるため、発光物質を含む層を真空蒸着で形成する場合は、いずれの層も同一の真空
装置内で成膜することが可能であり、大気解放する必要がない。つまり、真空一貫で成膜
することができる。よって、製造工程におけるゴミの付着を防ぐことができ、歩留まりを
向上させることができる。
【００５２】
また、本発明の電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、有機材料と無機材料とを
含んでいるため、電極と、発光物質を含む層との間に生じる応力を緩和させることができ
る。
【００５３】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層（
有機材料と無機材料とを含む層であり、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以
上０．３０ｅＶ未満である層、より好ましくは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満である
層、さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満である層）についてより詳し
く説明する。
【００５４】
本実施の形態では、有機材料と無機材料とを含む層が、可視光領域に吸収ピークをもた
ない場合について説明する。本実施の形態では、可視光領域に吸収ピークをもたない、Ｄ
ＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を用いて説明する。ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンと
を重量比が１：１となるよう共蒸着で成膜した層の吸収スペクトルを図１１に示す。図１
１より、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層は、可視光領域に吸収ピークがないこと
がわかる。ＤＮＴＰＤ以外にも、ＤＰＡＢ等の有機材料と酸化モリブデンとを含む層は、
可視光領域に吸収ピークをもたない。なお、本明細書中において、可視光領域とは４００
ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域のことを示す。
【００５５】
第一のガラス基板上にＩＴＯを膜厚１１０ｎｍとなるように成膜し、面積４ｍｍ２の陽
極を作製した。ＩＴＯ陽極を有する第一のガラス基板を水洗し、乾燥させた後、蒸着機の
中に第一のガラス基板をセットして、圧力が１×１０−３Ｐａ以下となるまで真空チャン
バーを排気した。
【００５６】
次に、有機材料であるＤＮＴＰＤと無機材料である酸化モリブデンを共蒸着により成膜し
た。ここで、酸化モリブデン濃度は、表１の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜
厚は２００ｎｍとなるように成膜を行った。なお、素子１はＤＮＴＰＤのみで蒸着により
膜厚が２００ｎｍとなるように成膜した。
【００５７】
【表１】
【００５８】
その後、陰極としてＡｌを２００ｎｍ蒸着し、Ｎ２雰囲気下で、乾燥剤を貼付してある第
二のガラス基板をエポキシ系の接着剤で第一のガラス基板に貼り合わせて、素子１〜９を
得た。
【００５９】
素子１〜９における２５℃での電流−電圧特性を図１３に示す。酸化モリブデンが含ま
れている素子２〜９は、酸化モリブデンが含まれていない素子１より低抵抗となっている
ことがわかる。なお、酸化モリブデン濃度が増加するにつれて、低抵抗化しているが、酸
化モリブデン濃度が８０ｗｔ％を超えると、抵抗が高くなっていくことがわかる。
【００６０】
次に、電流−電圧特性を対数表示にしたグラフを図１４に示す。素子２〜９の低電圧領
域における電流―電圧特性は、電圧の一乗から二乗の間で比例していることがわかる。一
方、素子１は、それより大きなべき乗で電圧に比例していることがわかる。これは、素子
１において、ＩＴＯ陽極との接触がショットキー接触であるのに対し、素子２〜９におい
ては、オーム接触であることに起因するものである。そのため、素子２〜９ではオーム電
流が支配的であると考えられる。
【００６１】
そこで、低電圧領域における素子２〜９で流れている電流をオーム電流とし、ＤＮＴＰ
Ｄと酸化モリブデンを含む層が半導体であるとすると、アレニウスの式で表される。
【００６２】
【数１】
【００６３】
この式から、ある一定の電圧の場合には、下式を導くことができる。
【００６４】
【数２】
【００６５】
そのため、ｌｎ（Ｉ）と１／Ｔをプロットしたアレニウスプロットより、活性化エネル
ギーを求めることができる。
【００６６】
素子２〜９における１Ｖでのアレニウスプロットを図１５に示す。いずれの素子も、ほ
ぼ直線上に乗っていることがわかる。この直線の傾きより、活性化エネルギーを求め、酸
化モリブデン濃度に対する活性化エネルギーの変化を図１６に示す。下に凸のグラフとな
っていることがわかる。なお、ＩＴＯ陽極上に酸化モリブデンのみを５０ｎｍ蒸着し、Ａ
ｌ陰極とした素子（以下、素子１０とする）において、同様の解析を行ったところ、活性
化エネルギーは０．２６ｅＶと求められた。素子２は素子１０より活性化エネルギーが大
きくなっている。これは、酸化モリブデン濃度が低すぎるためと考えられる。一方、素子
３〜９は素子１０の活性化エネルギーの値より低くなっており、一定量の酸化モリブデン
を含有することで、酸化モリブデン単膜では得られない活性化エネルギーを得ることがで
きた。
【００６７】
なお、本実施の形態で示した可視光領域に吸収ピークをもたない層を発光素子に用いる
場合には、活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満となるようにすること
が好ましい。より好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることが好ましい
。さらに好ましくは０．２０ｅＶ未満であることが好ましい。また、酸化モリブデンの濃
度が３０ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下である層を用いることが好ましい。
【００６８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２とは異なり、有機材料と無機材料とを含む層が、可視
光領域に吸収ピークをもつ場合について説明する。本実施の形態では、可視光領域に吸収
ピークをもつ、ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層を用いて説明する。ＢＳＰＢと酸化
モリブデンとを重量比が１：１となるよう共蒸着で成膜した層の吸収スペクトルを図１２
に示す。図１２より、ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層は、可視光領域に吸収ピーク
があることがわかる。また、ＢＳＰＢ以外にも、ＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ＤＦＬＤＰＢｉ、
ＢＢＰＢ等の有機材料と酸化モリブデンとを含む層は可視光領域に吸収ピークをもつ。
【００６９】
第一のガラス基板上にＩＴＯを膜厚１１０ｎｍとなるように成膜し、面積４ｍｍ２の陽
極を作製した。前記ＩＴＯ陽極を有する第一のガラス基板を水洗し、乾燥させた後、蒸着
機の中に第一のガラス基板をセットして、圧力が１×１０−３Ｐａ以下となるまで真空チ
ャンバーを排気した。
【００７０】
次に、有機材料であるＢＳＰＢと無機材料である酸化モリブデンを共蒸着により成膜した
。ここで、酸化モリブデン濃度は、下表の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜厚
は２００ｎｍとなるように成膜を行った。なお、素子１１はＢＳＰＢのみで膜厚が２００
ｎｍとなるように蒸着で成膜した。
【００７１】
【表２】
【００７２】
その後、陰極としてＡｌを２００ｎｍ蒸着し、Ｎ２雰囲気下で、乾燥剤を貼付してある
第二のガラス基板をエポキシ系の接着剤で第一のガラス基板に貼り合わせて、素子１１〜
１５を得た。
【００７３】
素子１１〜１５における２５℃での電流−電圧特性を図１７に示す。酸化モリブデンが
含まれている素子１２〜１５は、酸化モリブデンが含まれていない素子１１より低抵抗と
なっていることがわかる。
【００７４】
次に、電流−電圧特性を対数表示にしたグラフを図１８に示す。素子１２〜１５の低電
圧領域における電流―電圧特性は、電圧の一乗から二乗の間で比例していることがわかる
。一方、素子１１は、それより大きなべき乗で電圧に比例していることがわかる。これは
、素子１１において、ＩＴＯ陽極との接触がショットキー接触であるのに対し、素子１２
〜１５においては、オーム接触であることに起因するものである。そのため、素子１２〜
１５ではオーム電流が支配的であると考えられる。
【００７５】
そこで、実施の形態２と同様に、低電圧領域における素子１２〜１５で流れている電流
がオーム電流とし、ＢＳＰＢと酸化モリブデンを含む層が半導体であるとして、アレニウ
スプロットから、活性化エネルギーを求めた。素子１２〜１５における１Ｖでのアレニウ
スプロットを図１９に示す。いずれの素子も、ほぼ直線上に乗っていることがわかる。こ
の直線の傾きより、活性化エネルギーを求め、酸化モリブデン濃度に対する活性化エネル
ギーの変化を図２０に示す。なお、酸化モリブデンのみを蒸着した素子１０の活性化エネ
ルギー０．２６ｅＶであることを考慮すると、図２０は下に凸のグラフとなっているとい
える。また、素子１２は素子１０より活性化エネルギーが大きくなっている。これは、酸
化モリブデン濃度が低すぎるためと考えられる。一方、素子１３〜１５は素子１０の活性
化エネルギーの値より低くなっており、一定量の酸化モリブデンを含有することで、酸化
モリブデン単膜では得られない活性化エネルギーを得ることができた。
【００７６】
なお、本実施の形態で示した可視光領域に吸収ピークをもつ層を発光素子に用いる場合
には、活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満となるようにすることが好
ましい。より好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることが好ましい。さ
らに好ましくは０．２０ｅＶ未満であることが好ましい。また、酸化モリブデンの濃度が
５ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下である層を用いることが好ましい。
【００７７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１に示した構成とは異なる構成を有する発光素子につい
て、図３および図４を用いて説明する。
【００７８】
図３（ａ）に本発明の発光素子の構造の一例を示す。第１の電極２０１と、第２の電極
２０２との間に、第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の層２１４が
積層された構成となっている。本実施の形態では、第１の電極２０１が陽極として機能し
、第２の電極２０２が陰極として機能する場合について説明する。
【００７９】
第１の電極２０１、第２の電極２０２は、実施の形態１と同じ構成を適用することがで
きる。また、第１の層２１１は実施の形態２および実施の形態３で示した活性化エネルギ
ーが小さい層であり、第２の層２１２は発光性の高い物質を含む層である。第３の層２１
３は金属酸化物の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層であり
、第４の層２１４は実施の形態２および実施の形態３で示した活性化エネルギーが小さい
層である。第３の層２１３に含まれる金属酸化物としては、アルカリ金属酸化物またはア
ルカリ土類金属酸化物であることが好ましい。具体的には、リチウム酸化物、カルシウム
酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。
【００８０】
このような構成とすることにより、図３（ａ）に示した通り、発光素子に電圧を印加す
ることにより第３の層２１３および第４の層２１４の界面近傍にて電子の授受が行われ、
電子と正孔が発生し、第３の層２１３は電子を第２の層２１２に輸送すると同時に、第４
の層２１４は正孔を第２の電極２０２に輸送する。すなわち、第３の層２１３と第４の層
２１４とを合わせて、キャリア発生層としての役割を果たしている。また、第４の層２１
４は、正孔を第２の電極２０２に輸送する機能を担っていると言える。なお、第４の層２
１４と第２の電極２０２との間に、さらに第２の層および第３の層を再び積層することで
、タンデム型の発光素子とすることも可能である。
【００８１】
また、第１の層２１１や第４の層２１４は、極めて高い正孔注入性、正孔輸送性を示す
。したがって、本実施の形態の発光素子は、発光機能を担う第２の層の両側を非常に厚く
することが可能となり、さらに発光素子の短絡を効果的に防止できる。また、図３（ａ）
を例に取ると、第２の電極２０２をスパッタリングにより成膜する場合などは、発光性の
物質が存在する第２の層２１２へのダメージを低減することもできる。さらに、第１の層
２１１と第４の層２１４を同じ材料で構成することにより、発光物質を含む層２０３の第
１の電極側および発光物質を含む層２０３の第２の電極側が同じ材料で構成されることに
なるため、応力歪みを抑制する効果も期待できる。
【００８２】
なお、本実施の形態の発光素子においても、第１の電極２０１や第２の電極２０２の種
類を変えることで、様々なバリエーションを有する。その模式図を図３（ｂ）、図３（ｃ
）および図４に示す。なお、図３（ｂ）、図３（ｃ）および図４では、図３（ａ）の符号
を引用する。また、２００は、本発明の発光素子を担持する基板である。
【００８３】
図３は、基板２００側から第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の
層２１４の順で構成されている場合の例である。この時、第１の電極２０１を光透過性と
し、第２の電極２０２を遮光性（特に反射性）とすることで、図３（ａ）のように基板２
００側から光を射出する構成となる。また、第１の電極２０１を遮光性（特に反射性）と
し、第２の電極２０２を光透過性とすることで、図３（ｂ）のように基板２００の逆側か
ら光を射出する構成となる。さらに、第１の電極２０１、第２の電極２０２の両方を光透
過性とすることで、図３（ｃ）に示すように、基板２００側と基板２００の逆側の両方に
光を射出する構成も可能となる。
【００８４】
図４は、基板２００側から第４の層２１４、第３の層２１３、第２の層２１２、第１の
層２１１の順で構成されている場合の例である。この時、第１の電極２０１を遮光性（特
に反射性）とし、第２の電極２０２を光透過性とすることで、図４（ａ）のように基板２
００側から光を取り出す構成となる。また、第１の電極２０１を光透過性とし、第２の電
極２０２を遮光性（特に反射性）とすることで、図４（ｂ）のように基板２００と逆側か
ら光を取り出す構成となる。さらに、第１の電極２０１、第２の電極２０２の両方を光透
過性とすることで、図４（ｃ）に示すように、基板２００側と基板２００の逆側の両方に
光を射出する構成も可能となる。
【００８５】
なお、第１の層２１１が、金属酸化物の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い
化合物とを含み、第２の層２１２は発光性の物質を含み、第３の層２１３が実施の形態２
および実施の形態３で示した活性化エネルギーが小さい層であり、第４の層２１４が、金
属酸化物の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む構成にすること
も可能である。
【００８６】
なお、本実施の形態における発光素子を作製する場合には、湿式法、乾式法を問わず、
公知の方法を用いることができる。
【００８７】
また、第１の電極２０１を形成した後、第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２
１３、第４の層２１４を順次積層し、第２の電極２０２を形成してもよいし、第２の電極
２０２を形成した後、第４の層２１４、第３の層２１３、第２の層２１２、第１の層２１
１を順次積層し、第１の電極を形成してもよい。
【００８８】
（実施の形態５）
本形態では、表示機能を有する発光装置の回路構成および駆動方法について図５〜８を
用いて説明する。
【００８９】
図５は本発明を適用した発光装置を上面からみた模式図である。図５において、基板６
５００上には、画素部６５１１と、ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号
線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とが設けられている。ソー
ス信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信
号線駆動回路６５１４とは、それぞれ、配線群を介して、外部入力端子であるＦＰＣ（フ
レキシブルプリントサーキット）６５０３と接続している。そして、ソース信号線駆動回
路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６
５１４とは、それぞれ、ＦＰＣ６５０３からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、
リセット信号等を受け取る。またＦＰＣ６５０３にはプリント配線基盤（ＰＷＢ）６５０
４が取り付けられている。なお、駆動回路部は、上記のように必ずしも画素部６５１１と
同一基板上に設けられている必要はなく、例えば、配線パターンが形成されたＦＰＣ上に
ＩＣチップを実装したもの（ＴＣＰ）等を利用し、基板外部に設けられていてもよい。
【００９０】
画素部６５１１には、列方向に延びた複数のソース信号線が行方向に並んで配列してい
る。また、電流供給線が行方向に並んで配列している。また、画素部６５１１には、行方
向に延びた複数のゲート信号線が列方向に並んで配列している。また画素部６５１１には
、発光素子を含む一組の回路が複数配列している。
【００９１】
図６は、一画素を動作するための回路を表した図である。図６に示す回路には、第１の
トランジスタ９０１と第２のトランジスタ９０２と発光素子９０３とが含まれている。
【００９２】
第１のトランジスタ９０１と、第２のトランジスタ９０２とは、それぞれ、ゲート電極
と、ドレイン領域と、ソース領域とを含む三端子の素子であり、ドレイン領域とソース領
域の間にチャネル領域を有する。ここで、ソース領域とドレイン領域とは、トランジスタ
の構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソース領域またはドレイン領域である
かを限定することが困難である。そこで、本形態においては、ソースまたはドレインとし
て機能する領域を、それぞれトランジスタの第１電極、トランジスタの第２電極と表記す
る。
【００９３】
ゲート信号線９１１と、書込用ゲート信号線駆動回路９１３とはスイッチ９１８によっ
て電気的に接続または非接続の状態になるように設けられている。また、ゲート信号線９
１１と、消去用ゲート信号線駆動回路９１４とはスイッチ９１９によって電気的に接続ま
たは非接続の状態になるように設けられている。また、ソース信号線９１２は、スイッチ
９２０によってソース信号線駆動回路９１５または電源９１６のいずれかに電気的に接続
するように設けられている。そして、第１のトランジスタ９０１のゲートはゲート信号線
９１１に電気的に接続している。また、第１のトランジスタの第１電極はソース信号線９
１２に電気的に接続し、第１のトランジスタの第２電極は第２のトランジスタ９０２のゲ
ート電極と電気的に接続している。第２のトランジスタ９０２の第１電極は電流供給線９
１７と電気的に接続し、第２のトランジスタの第２電極は発光素子９０３に含まれる一の
電極と電気的に接続している。なお、スイッチ９１８は、書込用ゲート信号線駆動回路９
１３に含まれていてもよい。またスイッチ９１９についても消去用ゲート信号線駆動回路
９１４の中に含まれていてもよい。また、スイッチ９２０についてもソース信号線駆動回
路９１５の中に含まれていてもよい。
【００９４】
また画素部におけるトランジスタや発光素子等の配置について特に限定はないが、例え
ば図７の上面図に表すように配置することができる。図７において、第１のトランジスタ
１００１の第１電極はソース信号線１００４に接続し、第１のトランジスタの第２の電極
は第２のトランジスタ１００２のゲート電極に接続している。また第２トランジスタの第
１電極は電流供給線１００５に接続し、第２トランジスタの第２電極は発光素子の電極１
００６に接続している。ゲート信号線１００３の一部は第１のトランジスタ１００１のゲ
ート電極として機能する。
【００９５】
次に、駆動方法について説明する。図８は時間経過に伴った１フレームにおける動作に
ついて説明する図である。図８において、横方向は時間経過を表し、縦方向はゲート信号
線の走査段数を表している。
【００９６】
本発明の発光装置を用いて画像表示を行うとき、表示期間においては、画面の書き換え
動作と表示動作とが繰り返し行われる。この書き換え回数について特に限定はないが、画
像をみる人がちらつき（フリッカ）を感じないように少なくとも１秒間に６０回程度とす
ることが好ましい。ここで、一画面（１フレーム）の書き換え動作と表示動作を行う期間
を１フレーム期間という。
【００９７】
１フレームは、図８に示すように、書き込み期間５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ、５０
４ａと保持期間５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｂ、５０４ｂとを含む４つのサブフレーム５
０１、５０２、５０３、５０４に時分割されている。発光するための信号を与えられた発
光素子は、保持期間において発光状態となっている。各々のサブフレームにおける保持期
間の長さの比は、第１のサブフレーム５０１：第２のサブフレーム５０２：第３のサブフ
レーム５０３：第４のサブフレーム５０４＝２３：２２：２１：２０＝８：４：２：１と
なっている。これによって４ビット階調を表現することができる。但し、ビット数及び階
調数はここに記すものに限定されず、例えば８つのサブフレームを設け８ビット階調を行
えるようにしてもよい。
【００９８】
１フレームにおける動作について説明する。まず、サブフレーム５０１において、１行
目から最終行まで順に書き込み動作が行われる。従って、行によって書き込み期間の開始
時間が異なる。書き込み期間５０１ａが終了した行から順に保持期間５０１ｂへと移る。
当該保持期間において、発光するための信号を与えられている発光素子は発光状態となっ
ている。また、保持期間５０１ｂが終了した行から順に次のサブフレーム５０２へ移り、
サブフレーム５０１の場合と同様に１行目から最終行まで順に書き込み動作が行われる。
以上のような動作を繰り返し、サブフレーム５０４の保持期間５０４ｂ迄終了する。サブ
フレーム５０４における動作を終了したら次のフレームへ移る。このように、各サブフレ
ームにおいて発光した時間の積算時間が、１フレームにおける各々の発光素子の発光時間
となる。この発光時間を発光素子ごとに変えて画素部内で様々に組み合わせることによっ
て、明度および色度の異なる様々な表示色を形成することができる。
【００９９】
サブフレーム５０４のように、最終行目までの書込が終了する前に、既に書込を終え、
保持期間に移行した行における保持期間を強制的に終了させたいときは、保持期間５０４
ｂの後に消去期間５０４ｃを設け、強制的に非発光の状態となるように制御することが好
ましい。そして、強制的に非発光状態にした行については、一定期間、非発光の状態を保
つ（この期間を非発光期間５０４ｄとする。）。そして、最終行目の書込期間が終了した
ら直ちに、一行目から順に次のサブフレーム（または次のフレーム）の書込期間に移行す
る。これによって、サブフレーム５０４の書き込み期間と、その次のサブフレームの書き
込み期間とが重畳することを防ぐことができる。
【０１００】
なお、本形態では、サブフレーム５０１乃至５０４は保持期間の長いものから順に並ん
でいるが、必ずしも本実施例のような並びにする必要はなく、例えば保持期間の短いもの
から順に並べられていてもよいし、または保持期間の長いものと短いものとがランダムに
並んでいてもよい。また、サブフレームは、さらに複数のフレームに分割されていてもよ
い。つまり、同じ映像信号を与えている期間、ゲート信号線の走査を複数回行ってもよい
。
【０１０１】
ここで、書込期間および消去期間における、図６で示す回路の動作について説明する。
【０１０２】
まず書込期間における動作について説明する。書込期間において、ｎ行目（ｎは自然数
）のゲート信号線９１１は、スイッチ９１８を介して書込用ゲート信号線駆動回路９１３
と電気的に接続し、消去用ゲート信号線駆動回路９１４とは非接続である。また、ソース
信号線９１２はスイッチ９２０を介してソース信号線駆動回路と電気的に接続している。
ここで、ｎ行目（ｎは自然数）のゲート信号線９１１に接続した第１のトランジスタ９０
１のゲートに信号が入力され、第１のトランジスタ９０１はオンとなる。そして、この時
、１列目から最終列目迄のソース信号線に同時に映像信号が入力される。なお、各列のソ
ース信号線９１２から入力される映像信号は互いに独立したものである。ソース信号線９
１２から入力された映像信号は、各々のソース信号線に接続した第１のトランジスタ９０
１を介して第２のトランジスタ９０２のゲート電極に入力される。この時第２のトランジ
スタ９０２に入力された信号によって、電流供給線９１７と発光素子９０３との導通又は
非導通が決まり、発光素子９０３は発光または非発光が決まる。例えば、第２のトランジ
スタ９０２がＰチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＬｏ
ｗ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３が発光する。一方、第２
のトランジスタ９０２がＮチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート
電極にＨｉｇｈ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３が発光する
。
【０１０３】
次に消去期間における動作について説明する。消去期間において、ｎ行目（ｎは自然数
）のゲート信号線９１１は、スイッチ９１９を介して消去用ゲート信号線駆動回路９１４
と電気的に接続し、書込用ゲート信号線駆動回路９１３とは非接続である。また、ソース
信号線９１２はスイッチ９２０を介して電源９１６と電気的に接続している。ここで、ｎ
行目のゲート信号線９１１に接続した第１のトランジスタ９０１のゲートに信号が入力さ
れ、第１のトランジスタ９０１はオンとなる。そして、この時、１列目から最終列目迄の
ソース信号線に同時に消去信号が入力される。ソース信号線９１２から入力された消去信
号は、各々のソース信号線に接続した第１のトランジスタ９０１を介して第２のトランジ
スタ９０２のゲート電極に入力される。この時第２のトランジスタ９０２に入力された信
号によって、電流供給線９１７と発光素子９０３とが非導通状態になる。そして、発光素
子９０３は強制的に非発光となる。例えば、第２のトランジスタ９０２がＰチャネル型で
ある場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＨｉｇｈ Ｌｅｖｅｌの信号が入
力されることによって発光素子９０３は非発光となる。一方、第２のトランジスタ９０２
がＮチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＬｏｗ Ｌｅｖ
ｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３は非発光となる。
【０１０４】
なお、消去期間では、ｎ行目（ｎは自然数）については、以上に説明したような動作に
よって消去する為の信号を入力する。しかし、前述のように、ｎ行目が消去期間であると
共に、他の行（ｍ行目（ｍは自然数）とする。）については書込期間となる場合がある。
このような場合、同じ列のソース信号線を利用してｎ行目には消去の為の信号を、ｍ行目
には書込の為の信号を入力する必要があるため、以下に説明するような動作させることが
好ましい。
【０１０５】
先に説明した消去期間における動作によって、ｎ行目の発光素子９０３が非発光となっ
た後、直ちに、ゲート信号線と消去用ゲート信号線駆動回路９１４とを非接続の状態とす
ると共に、スイッチ９２０を切り替えてソース信号線とソース信号線駆動回路９１５と接
続させる。そして、ソース信号線とソース信号線駆動回路９１５とを接続させる共に、ゲ
ート信号線と書込用ゲート信号線駆動回路９１３とを接続させる。そして、書込用ゲート
信号線駆動回路９１３からｍ行目の信号線に選択的に信号が入力され、第１のトランジス
タがオンすると共に、ソース信号線駆動回路９１５からは、１列目から最終列目迄のソー
ス信号線に書込の為の信号が入力される。この信号によって、ｍ行目の発光素子は、発光
または非発光となる。
【０１０６】
以上のようにしてｍ行目について書込期間を終えたら、直ちに、ｎ＋１行目の消去期間
に移行する。その為に、ゲート信号線と書込用ゲート信号線駆動回路９１３を非接続とす
ると共に、スイッチ９２０を切り替えてソース信号線を電源９１６と接続する。また、ゲ
ート信号線と書込用ゲート信号線駆動回路９１３を非接続とすると共に、ゲート信号線に
ついては、消去用ゲート信号線駆動回路９１４と接続状態にする。そして、消去用ゲート
信号線駆動回路９１４からｎ＋１行目のゲート信号線に選択的に信号を入力して第１のト
ランジスタに信号をオンする共に、電源９１６から消去信号が入力される。このようにし
て、ｎ＋１行目の消去期間を終えたら、直ちに、ｍ行目の書込期間に移行する。以下、同
様に、消去期間と書込期間とを繰り返し、最終行目の消去期間まで動作させればよい。
【０１０７】
なお、本形態では、ｎ行目の消去期間とｎ＋１行目の消去期間との間にｍ行目の書込期
間を設ける態様について説明したが、これに限らず、ｎ−１行目の消去期間とｎ行目の消
去期間との間にｍ行目の書込期間を設けてもよい。
【０１０８】
また、本形態では、サブフレーム５０４のように非発光期間５０４ｄを設けるときおい
て、消去用ゲート信号線駆動回路９１４と或る一のゲート信号線とを非接続状態にすると
共に、書込用ゲート信号線駆動回路９１３と他のゲート信号線とを接続状態にする動作を
繰り返している。このような動作は、特に非発光期間を設けないフレームにおいて行って
も構わない。
【０１０９】
（実施の形態６）
本発明の発光素子を含む発光装置の断面図の一態様について、図９を用いて説明する。
【０１１０】
図９において、点線で囲まれているのは、本発明の発光素子１２を駆動するために設け
られているトランジスタ１１である。発光素子１２は、第１の電極１３と第２の電極１４
との間に発光物質を含む層と電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層が積層された層１
５を有する本発明の発光素子である。トランジスタ１１のドレインと第１の電極１３とは
、第１層間絶縁層１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を貫通している配線１７によって電気
的に接続されている。また、発光素子１２は、隔壁層１８によって、隣接して設けられて
いる別の発光素子と分離されている。このような構成を有する本発明の発光装置は、本形
態において、基板１０上に設けられている。
【０１１１】
なお、図９に示されたトランジスタ１１は、半導体層を中心として基板と逆側にゲート
電極が設けられたトップゲート型のものである。但し、トランジスタ１１の構造について
は、特に限定はなく、例えばボトムゲート型のものでもよい。またボトムゲートの場合に
は、チャネルを形成する半導体層の上に保護膜が形成されたもの（チャネル保護型）でも
よいし、或いはチャネルを形成する半導体層の一部が凹状になったもの（チャネルエッチ
型）でもよい。
【０１１２】
また、トランジスタ１１を構成する半導体層は、結晶性、非結晶性のいずれのものでも
よい。また、セミアモルファス等でもよい。
【０１１３】
なお、セミアモルファスな半導体とは、次のようなものである。非晶質と結晶構造（単
結晶、多結晶を含む）の中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有
する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な領域を含んでいるもの
である。また少なくとも膜中の一部の領域には、０．５〜２０ｎｍの結晶粒を含んでいる
。ラマンスペクトルが５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしている。Ｘ線回折ではＳ
ｉ結晶格子に由来するとされる（１１１）、（２２０）の回折ピークが観測される。未結
合手（ダングリングボンド）を終端化するために水素またはハロゲンを少なくとも１原子
％またはそれ以上含ませている。所謂微結晶半導体（マイクロクリスタル半導体）とも言
われている。珪素を含む気体をグロー放電分解（プラズマＣＶＤ）して形成する。珪素を
含む気体としては、ＳｉＨ４、その他にもＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、
ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４などを用いることが可能である。この珪素を含む気体をＨ２、又は
、Ｈ２とＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈して
も良い。希釈率は２〜１０００倍の範囲。圧力は概略０．１Ｐａ〜１３３Ｐａの範囲、電
源周波数は１ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚ、好ましくは１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ。基板加熱温度
は３００℃以下でよく、好ましくは１００〜２５０℃。膜中の不純物元素として、酸素、
窒素、炭素などの大気成分の不純物は１×１０２０／ｃｍ３以下とすることが望ましく、
特に、酸素濃度は５×１０１９／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１９／ｃｍ３以下とす
る。なお、セミアモルファスなものを有する半導体を用いたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
の移動度はおよそ１〜１０ｍ２／Ｖｓｅｃとなる。
【０１１４】
また、半導体層が結晶性のものの具体例としては、単結晶または多結晶性の珪素、或い
はシリコンゲルマニウム等から成るものが挙げられる。これらはレーザー結晶化によって
形成されたものでもよいし、例えばニッケル等を用いた固相成長法による結晶化によって
形成されたものでもよい。
【０１１５】
なお、半導体層が非晶質の物質、例えばアモルファスシリコンで形成される場合には、
トランジスタ１１およびその他のトランジスタ（発光素子を駆動するための回路を構成す
るトランジスタ）は全てＮチャネル型トランジスタで構成された回路を有する発光装置で
あることが好ましい。それ以外については、Ｎチャネル型またはＰチャネル型のいずれか
一のトランジスタで構成された回路を有する発光装置でもよいし、両方のトランジスタで
構成された回路を有する発光装置でもよい。
【０１１６】
さらに、第１層間絶縁膜１６は、図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように多層でもよ
いし、または単層でもよい。なお、第１層間絶縁層１６ａは酸化珪素や窒化珪素のような
無機物から成り、第１層間絶縁膜１６ｂはアクリルやシロキサン（シリコン（Ｓｉ）と酸
素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む物質）、塗布成
膜可能な酸化珪素等の自己平坦性を有する物質から成る。さらに、第１層間絶縁膜１６ｃ
はアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜から成る。なお、各層を構成する物質については、
特に限定はなく、ここに述べたもの以外のものを用いてもよい。また、これら以外の物質
から成る層をさらに組み合わせてもよい。このように、第１層間絶縁膜１６は、無機物ま
たは有機物の両方を用いて形成されたものでもよいし、または無機膜と有機膜のいずれか
一で形成されたものでもよい。
【０１１７】
隔壁層１８は、エッジ部において、曲率半径が連続的に変化する形状であることが好ま
しい。また隔壁層１８は、アクリルやシロキサン、レジスト、酸化珪素等を用いて形成さ
れる。なお隔壁層１８は、無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよいし、ま
たは両方を用いて形成されたものでもよい。
【０１１８】
なお、図９（Ａ）、（Ｃ）では、第１層間絶縁膜１６のみがトランジスタ１１と発光素
子１２の間に設けられた構成であるが、図９（Ｂ）のように、第１層間絶縁膜１６（第１
層間絶縁膜１６ａ、１６ｂ）の他、第２層間絶縁膜１９（第２層間絶縁膜１９ａ、１９ｂ
）が設けられた構成のものであってもよい。図９（Ｂ）に示す発光装置においては、第１
の電極１３は第２層間絶縁膜１９を貫通し、配線１７と接続している。
【０１１９】
第２層間絶縁膜１９は、第１層間絶縁膜１６と同様に、多層でもよいし、または単層で
もよい。１９ａはアクリルやシロキサン（シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格
構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む物質）、塗布成膜可能な酸化珪素等の自
己平坦性を有する物質から成る。さらに、１９ｂはアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜か
ら成る。なお、各層を構成する物質については、特に限定はなく、ここに述べたもの以外
のものを用いてもよい。また、これら以外の物質から成る層をさらに組み合わせてもよい
。このように、第２層間絶縁膜１９は、無機物または有機物の両方を用いて形成されたも
のでもよいし、または無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよい。
【０１２０】
発光素子１２において、第１の電極および第２の電極がいずれも透光性を有する物質で
構成されている場合、図９（Ａ）の白抜きの矢印で表されるように、第１の電極１３側と
第２の電極１４側の両方から発光を取り出すことができる。また、第２の電極１４のみが
透光性を有する物質で構成されている場合、図９（Ｂ）の白抜きの矢印で表されるように
、第２の電極１４側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第１の電極１３は
反射率の高い材料で構成されているか、または反射率の高い材料から成る膜（反射膜）が
第１の電極１３の下方に設けられていることが好ましい。また、第１の電極１３のみが透
光性を有する物質で構成されている場合、図９（Ｃ）の白抜きの矢印で表されるように、
第１の電極１３側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第２の電極１４は反
射率の高い材料で構成されているか、または反射膜が第２の電極１４の上方に設けられて
いることが好ましい。
【０１２１】
また、発光素子１２は、第１の電極１３の電位よりも第２の電極１４の電位が高くなる
ように電圧を印加したときに動作するように層１５が積層されたものであってもよいし、
或いは、第１の電極１３の電位よりも第２の電極１４の電位が低くなるように電圧を印加
したときに動作するように層１５が積層されたものであってもよい。前者の場合、トラン
ジスタ１１はＮチャネル型トランジスタであり、後者の場合、トランジスタ１１はＰチャ
ネル型トランジスタである。
【０１２２】
以上のように、本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するア
クティブ型の発光装置について説明したが、この他、トランジスタ等の駆動用の素子を特
に設けずに発光素子を駆動させるパッシブ型の発光装置であってもよい。パッシブ型の発
光装置においても、低駆動電圧で動作する本発明の発光素子を含むことによって、低消費
電力で駆動させることができる。
【０１２３】
（実施の形態７）
本発明の発光素子を含む発光装置は良好な画像を表示することができるため、本発明の
発光装置を電子機器の表示部に適用することによって、優れた映像を提供できる電子機器
を得ることができる。また、本発明の発光素子を含む発光装置は低消費電力で駆動するた
め、本発明の発光装置を電子機器の表示部に適用することによって、消費電力の少ない電
子機器を得ることができ、例えば、待受時間等の長い電話機等を得ることができる。
【０１２４】
本発明を適用した発光装置を実装した電子機器の一実施例を図１０に示す。
【０１２５】
図１０（Ａ）は、本発明を適用して作製したコンピュータであり、本体５５２１、筐体
５５２２、表示部５５２３、キーボード５５２４などによって構成されている。本発明の
発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことでコンピュータを完成できる。
【０１２６】
図１０（Ｂ）は、本発明を適用して作製した電話機であり、本体５５５２には表示部５
５５１と、音声出力部５５５４、音声入力部５５５５、操作スイッチ５５５６、５５５７
、アンテナ５５５３等によって構成されている。本発明の発光素子を有する発光装置を表
示部として組み込むことで電話機を完成できる。
【０１２７】
図１０（Ｃ）は、本発明を適用して作製したテレビ受像機であり、表示部５５３１、筐
体５５３２、スピーカー５５３３などによって構成されている。本発明の発光素子を有す
る発光装置を表示部として組み込むことでテレビ受像機を完成できる。
【０１２８】
以上のように本発明の発光装置は、各種電子機器の表示部として用いるのに非常に適し
ている。
【０１２９】
なお、本形態では、コンピュータ、電話機、及びテレビ受像機について述べているが、
この他に電話機、ナビゲイション装置、或いは照明機器等に本発明の発光素子を有する発
光装置を実装しても構わない。
【実施例１】
【０１３０】
（合成例）
本実施例では、実施の形態３で用いた構造式（１）で表されるＮ，Ｎ’−ビス（スピロ
−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳ
ＰＢ）の合成方法について説明する。
【０１３１】
【化１】
【０１３２】
［ステップ１］
２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレンの合成方法について説明する。
【０１３３】
１００ｍｌの三口フラスコに、マグネシウム１．２６ｇ（０．０５２ｍｏｌ）を入れ、
系内を真空下にし、３０分加熱撹拌し、活性化した。室温にさましてから系内を窒素気流
下にし、ジエチルエーテル５ｍｌ、ジブロモエタン数滴を加え、ジエチルエーテル１５ｍ
ｌ中に溶かした２−ブロモビフェニル１１．６５ｇ（０．０５０ｍｏｌ）をゆっくり滴下
し、滴下終了後３時間還流してグリニヤール試薬とした。２００ｍｌ三口フラスコに２−
ブロモフルオレノン１１．７ｇ（０．０４５ｍｏｌ）、ジエチルエーテル４０ｍｌを入れ
た。この反応溶液に合成したグリニヤール試薬をゆっくり滴下し、滴下終了後２時間還流
し、さらに室温で一晩撹拌した。反応終了後、反応溶液を飽和塩化アンモニア水溶液で２
回洗浄し、水層を酢酸エチルで２回抽出し、有機層とあわせて飽和食塩水で洗浄した。硫
酸マグネシウムにより乾燥後、吸引濾過、濃縮し、固体状の９−（２−ビフェニリル）−
２−ブロモ−９−フルオレノールを１８．７６ｇ、収率９０％で得た。
【０１３４】
次に、２００ｍｌの三口フラスコに、合成した９−（２−ビフェニリル）−２−ブロモ
−９−フルオレノール１８．７６ｇ（０．０４５ｍｏｌ）、氷酢酸１００ｍｌを入れ、濃
塩酸数滴を加え２時間還流した。反応終了後、吸引濾過により析出物を回収し、飽和炭酸
水素ナトリウム水溶液および水で濾過洗浄した。得られた褐色固体をエタノールで再結晶
したところ淡褐色粉末状固体を１０．２４ｇ、収率５７％で得た。核磁気共鳴法（１Ｈ−
ＮＭＲ）によって、この淡褐色粉末状固体が２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレ
ンであることを確認した。この化合物の１Ｈ−ＮＭＲは次のようであった。
【０１３５】
この化合物の１Ｈ−ＮＭＲを次に示す。
１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）δｐｐｍ：７．８６−７．７９（ｍ，３Ｈ
），７．７０（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝８．４ Ｈｚ），７．４７−７．５０（ｍ，１Ｈ），７．
４１−７．３４（ｍ，３Ｈ），７．１２（ｔ，３Ｈ，Ｊ＝７．７Ｈｚ），６．８５（ｄ，
１Ｈ，Ｊ＝２．１Ｈｚ），６．７４−６．７０（ｍ，３Ｈ）
【０１３６】
また、以上に説明した合成方法の合成スキーム（ｂ−１）を次に示す。
【０１３７】
【化２】
【０１３８】
［ステップ２］
Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニ
ルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）の合成方法について説明する。
【０１３９】
１００ｍｌの三口フラスコに、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン１．００ｇ （０．０
０３０ｍｏｌ）、ステップ１の合成方法によって合成した２−ブロモ−スピロ−９，９’
−ビフルオレン２．４９ｇ（０．００６２ｍｏｌ）、ビス（ジベンジリデンアセトン）パ
ラジウム１７０ｍｇ（０．３０ｍｍｏｌ）、ｔｅｒｔ−ブトキシナトリウム １．０８ｇ
（０．０１１ｍｏｌ）を入れ、系内を窒素気流下にした後、脱水トルエン２０ｍｌと、ト
リ−ｔｅｒｔ−ブチルホスフィン１０％ヘキサン溶液０．６ｍｌを加え、８０℃で６時間
攪拌した。反応終了後、反応溶液を室温まで冷ましてから水を加え、析出した固体を吸引
ろ過により回収し、ジクロロメタンで洗浄した。得られた白色固体をアルミナカラムクロ
マトグラフィー（クロロホルム）により精製し、ジクロロメタンで再結晶したところ、白
色粉末状固体を２．６６ｇ、収率９３％得た。
【０１４０】
以上に説明した合成方法の合成スキーム（ｂ−２）を次に示す。このように、本発明の
化合物は、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンと２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオ
レンのカップリング反応によって合成することができる。
【０１４１】
【化３】
【０１４２】
また、得られた化合物のガラス転移温度、結晶化温度、融点について、示差走査熱量分
析装置（ＤＳＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒ
ｙ、パーキンエルマー製、型番：Ｐｙｒｉｓ１ ＤＳＣ）を用いて調べた。ここでＤＳＣ
による測定は、次のような手順で行った。先ず、４０℃／分の昇温速度で４５０℃まで試
料（得られた化合物）を加熱した後、４０℃／分の降温速度で試料を冷却して試料ををガ
ラス状態にした。そして、ガラス状態になった試料を、１０℃／分の昇温速度で加熱し、
図２１に示すような測定結果を得た。図２１において、横軸は温度（℃）、縦軸は熱流（
上向が吸熱）（ｍＷ）を表す。測定結果から、得られた化合物のガラス転移温度は１７２
℃、結晶化温度は２６８℃であることが分かった。また、３１２℃における接線と、３２
７℃〜３２８℃における接線との交点から、融点は３２３℃〜３２４℃であることが分か
った。すなわち、本実施例で合成したＢＳＰＢは、ガラス転移温度が１５０℃以上、好ま
しくは１６０℃〜３００℃の範囲を満たし、融点が１８０℃〜４００℃の範囲にあるので
高い耐熱性を有しており、好ましい。
【０１４３】
このように、得られた化合物は、１７２℃という高いガラス転移温度を示し、良好な耐熱
性を有するものである。また、図２１において、得られた化合物の結晶化を表すピークは
ブロードなものであり、得られた化合物は結晶化し難い物質であることがわかった。
【実施例２】
【０１４４】
本実施例では、本発明の活性化エネルギーの小さい層を有する発光素子について説明す
る。
【０１４５】
まず、第１の電極として珪素を含有したインジウム錫酸化物を形成する。その上に、本
発明の活性化エネルギーの小さい層を形成した。本実施例では、ＤＮＴＰＤと、酸化モリ
ブデンと、ルブレンとを共蒸着することにより成膜した。ここで、酸化モリブデン濃度は
、表３の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜厚は１２０ｎｍとなるように成膜を
行った。
【０１４６】
【表３】
【０１４７】
この活性化エネルギーの小さい層の上に、正孔輸送層として４，４´―ビス［Ｎ−（１
−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α―ＮＰＤ）を１０ｎｍの膜厚
で真空蒸着法によって成膜した。
【０１４８】
このα―ＮＰＤ膜上に、Ａｌｑ３とクマリン６とを共蒸着によって成膜した。この膜は
発光層であり、膜厚は４０ｎｍである。また、Ａｌｑ３とクマリン６とは、重量比で１：
０．０１５となるよう共蒸着を制御した。
【０１４９】
この発光層上に電子輸送層としてＡｌｑ３を１５ｎｍ、さらに電子注入層としてフッ化
リチウムを１ｎｍの膜厚で成膜し、最後に第２の電極として機能するＡｌを２００ｎｍ成
膜して発光素子を作製した。
【０１５０】
作製した素子２１〜２４の電流―電圧特性を図２２に示す。図２２に示すように、酸化
モリブデンの濃度が高くなるとともに、電流が流れやすくなっていることがわかる。
【０１５１】
また、素子２１〜２４の輝度―電圧特性を図２３に示す。図２３からも酸化モリブデン
の濃度が高くなるとともに、高い輝度が得られていることがわかる。つまり、各素子の電
流効率が一定の場合、電流が流れやすくなっていることがわかる。
【実施例３】
【０１５２】
本実施例では、本発明の活性化エネルギーの小さい層を有する発光素子について説明す
る。
【０１５３】
まず、第１の電極として珪素を含有したインジウム錫酸化物を形成する。その上に、本
発明の活性化エネルギーの小さい層を形成した。本実施例では、ＤＮＴＰＤと、酸化モリ
ブデンと、ルブレンとを共蒸着することにより成膜した。ここで、酸化モリブデン濃度は
、表３の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜厚は１２０ｎｍとなるように成膜を
行った。
【０１５４】
【表４】
【０１５５】
この活性化エネルギーの小さい層の上に、正孔輸送層としてα―ＮＰＤを１０ｎｍの膜
厚で真空蒸着法によって成膜した。
【０１５６】
このα―ＮＰＤ膜上に、Ａｌｑ３とクマリン６とを共蒸着によって成膜した。この膜は
発光層であり、膜厚は３７．５ｎｍである。また、Ａｌｑ３とクマリン６とは、重量比で
１：０．００５となるよう共蒸着を制御した。
【０１５７】
この発光層上に電子輸送層としてＡｌｑ３を３７．５ｎｍ、さらに電子注入層としてフ
ッ化リチウムを１ｎｍの膜厚で成膜し、最後に第２の電極として機能するＡｌを成膜して
発光素子を作製した。
【０１５８】
作製した素子３１〜３４の電流―電圧特性を図２４に示す。図２４より、酸化モリブデ
ンの濃度が高くなると、電流が流れやすくなる傾向にあるが、素子３２の酸化モリブデン
濃度が４０ｗｔ％以上では、電流−電圧特性にほとんど変化を生じていないことがわかる
。そのため、活性化エネルギーの小さい層として、ＤＮＴＰＤを用いる場合には、酸化モ
リブデン濃度が４０ｗｔ％であれば、発光素子の低電圧化として十分効果的であることが
わかる。
【０１５９】
また、素子３１〜３４の輝度−電圧特性を図２５に示す。図２５より、いずれの素子に
おいても輝度−電圧特性にほとんど差はないが、素子３１は若干高電圧側にシフトしてい
ることがわかる。
【符号の説明】
【０１６０】
１０１ 基板
１０２ 第１の電極
１０３ 第１の層
１０４ 第２の層
１０５ 第３の層
１０６ 第４の層
１０７ 第２の電極
２００ 基板
２０１ 第１の電極
２０２ 第２の電極
２０３ 発光物質を含む層
２１１ 第１の層
２１２ 第２の層
２１３ 第３の層
２１４ 第４の層
３０２ 第１の電極
３０３ 第１の層
３０４ 第２の層
３０５ 第３の層
３０６ 第４の層
３０７ 第２の電極
５０１ サブフレーム
５０２ サブフレーム
５０３ サブフレーム
５０４ サブフレーム
９０１ 第１のトランジスタ
９０２ 第２のトランジスタ
９０３ 発光素子
９１１ ゲート信号線
９１２ ソース信号線
９１３ 書込用ゲート信号線駆動回路
９１４ 消去用ゲート信号線駆動回路
９１５ ソース信号線駆動回路
９１６ 電源
９１７ 電流供給線
９１８ スイッチ
９１９ スイッチ
９２０ スイッチ
１００１ 第１のトランジスタ
１００２ 第２のトランジスタ
１００３ ゲート信号線
１００４ ソース信号線
１００５ 電流供給線
１００６ 電極
５０１ａ 期間
５０１ｂ 保持期間
５０４ｂ 保持期間
５０４ｃ 消去期間
５０４ｄ 非発光期間
５５２１ 本体
５５２２ 筐体
５５２３ 表示部
５５２４ キーボード
５５３１ 表示部
５５３２ 筐体
５５３３ スピーカー
５５５１ 表示部
５５５２ 本体
５５５３ アンテナ
５５５４ 音声出力部
５５５５ 音声入力部
５５５６ 操作スイッチ
６５００ 基板
６５０３ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６５０４ プリント配線基盤（ＰＷＢ）
６５１１ 画素部
６５１２ ソース信号線駆動回路
６５１３ 書込用ゲート信号線駆動回路
６５１４ 消去用ゲート信号線駆動回路
１０ 基板
１１ トランジスタ
１２ 発光素子
１３ 第１の電極
１４ 第２の電極
１５ 層
１６ａ 第１層間絶縁膜
１６ｂ 第１層間絶縁膜
１６ｃ 第１層間絶縁膜
１７ 配線
１８ 隔壁層
１９ａ 第２層間絶縁膜
１９ｂ 第２層間絶縁膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と第２の電極との間に、第１の層、第２の層、第３の層および第４の層を有し、
前記第４の層は第３の層と接して設けられ、
前記第４の層は第２の電極と接して設けられ、
前記第１の層は第１の有機材料とモリブデン酸化物とを含む層であり、
前記第２の層は発光性の物質を含む層であり、
前記第３の層は正孔輸送性よりも電子輸送性の高い化合物と金属酸化物とを含む層であり、
前記第４の層は第２の有機材料とモリブデン酸化物とを含む層であり、
前記第１の層における前記モリブデン酸化物の濃度は３０ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下であり、
前記第４の層における前記モリブデン酸化物の濃度は３０ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下であり、
前記第１の有機材料および前記第２の有機材料は４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニルであることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の発光素子を有する照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発光素子を有する発光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の発光装置を表示部として用いた電子機器。
【請求項１】
第１の電極と第２の電極との間に、第１の層、第２の層、第３の層および第４の層を有し、
前記第４の層は第３の層と接して設けられ、
前記第４の層は第２の電極と接して設けられ、
前記第１の層は第１の有機材料とモリブデン酸化物とを含む層であり、
前記第２の層は発光性の物質を含む層であり、
前記第３の層は正孔輸送性よりも電子輸送性の高い化合物と金属酸化物とを含む層であり、
前記第４の層は第２の有機材料とモリブデン酸化物とを含む層であり、
前記第１の層における前記モリブデン酸化物の濃度は３０ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下であり、
前記第４の層における前記モリブデン酸化物の濃度は３０ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下であり、
前記第１の有機材料および前記第２の有機材料は４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニルであることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の発光素子を有する照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発光素子を有する発光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の発光装置を表示部として用いた電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１２−６９９９０（Ｐ２０１２−６９９９０Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３３３４（Ｐ２０１１−２６３３３４）
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【分割の表示】特願２００６−３６１９１（Ｐ２００６−３６１９１）の分割
【原出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【分割の表示】特願２００６−３６１９１（Ｐ２００６−３６１９１）の分割
【原出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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