説明

発光素子、発光装置、電子機器及び照明機器

【課題】発光時間の蓄積に伴った駆動電圧の増加の少ない発光素子、及び、膜厚の増加に伴った抵抗値の増加の少ない発光素子を提供する。
【解決手段】対向するように設けられた第1の電極301と第2の電極302との間に、第1の層311と、第2の層312と、第3の層313とを有する発光素子を提供する。第1の層は第2の層よりも第1の電極側に設けられ、第3の層は第2の層よりも第2の電極側に設けられている。第1の層は芳香族アミン化合物と、その化合物に対して電子受容性を示す物質とを含む層である。
また、第2の層は正孔よりも電子の輸送性が高い物質と、その物質に対して電子供与性を示す物質とを含む層である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一対の電極間に発光物質を含む層を有する発光素子に関し、特に発光素子の
層構造に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ディスプレイ等に利用されている発光素子の多くは、一対の電極間に発光物質を
含む層が挟まれた構造を有する。このような発光素子では、一方の電極から注入された電
子と他方の電極から注入された正孔とが再結合することによって形成された励起子が、基
底状態に戻るときに発光する。
【0003】
このような発光素子の多くは、発光時間が蓄積するに伴って、駆動電圧が増加するとい
う問題を抱えている。
【0004】
このような問題を解決する技術の一例として、例えば特許文献1では、或特定の構造を
有する化合物を適用した有機EL素子とすることで、素子の駆動時の駆動電圧の上昇等を
抑えた有機EL素子について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】国際公開第98/30071号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、発光時間の蓄積に伴った駆動電圧の増加の少ない発光素子を提供することを
課題とする。また、本発明は、膜厚の増加に伴った抵抗値の増加の少ない発光素子を提供
することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の発光素子の一は、対向するように設けられた第1の電極と第2の電極との間に
、第1の層と、第2の層と、第3の層とを有する。第1の層と第2の層と第3の層とは、
第2の層を間に挟むように順に積層されており、第1の層は第1の電極に接し、第3の層
は第2の電極に接する。第1の層は正孔を発生する層であり、第2の層は電子を発生する
層である。また、第3の層は、発光物質を含む層である。そして、第1の電極の電位より
も第2の電極の電位が高くなるように電圧を印加したときに、第2の層で発生した電子が
第3の層へ注入されるように、第2の層と第3の層とは接合されており、発光に到る。
【0008】
本発明の発光素子の一は、対向するように設けられた第1の電極と第2の電極との間に
、第1の層と、第2の層と、第3の層とを有する。第1の層と第2の層と第3の層とは、
第2の層を間に挟むように順に積層されており、第1の層は第1の電極に接し、第3の層
は第2の電極に接する。第1の層は芳香族アミン化合物と、その物質に対して電子受容性
を示す物質とを含む層である。また、第2の層は正孔よりも電子の輸送性が高い物質と、
その物質に対して電子供与性を示す物質とを含む層である。また、第3の層は、発光物質
を含む層である。そして、第1の電極の電位よりも第2の電極の電位が高くなるように電
圧を印加したときに、第2の層で発生した電子が第3の層へ注入されるように、第2の層
と第3の層とは接合されており、発光に到る。
【0009】
本発明の発光素子の一は、対向するように設けられた第1の電極と第2の電極との間に
、第1の層と、第2の層と、第3の層とを有する。第1の層は第2の層よりも第1の電極
側に設けられ、第3の層は第2の層よりも第2の電極側に設けられている。第1の層は正
孔を発生する層であり、第2の層は電子を発生する層である。また、第3の層は、発光物
質を含む層である。そして、第1の電極の電位よりも第2の電極の電位が高くなるように
電圧を印加したときに、第2の層で発生した電子が第3の層へ注入されるように、第2の
層と第3の層とは接合されており、発光に到る。
【0010】
本発明の発光素子の一は、対向するように設けられた第1の電極と第2の電極との間に
、第1の層と、第2の層と、第3の層とを有する。第1の層は第2の層よりも第1の電極
側に設けられ、第3の層は第2の層よりも第2の電極側に設けられている。第1の層は芳
香族アミン化合物と、その化合物に対して電子受容性を示す物質とを含む層である。また
、第2の層は正孔よりも電子の輸送性が高い物質と、その物質に対して電子供与性を示す
物質とを含む層である。また、第3の層は、発光物質を含む層である。そして、第1の電
極の電位よりも第2の電極の電位が高くなるように電圧を印加したときに、第2の層で発
生した電子が第3の層へ注入されるように、第2の層と第3の層とは接合されており、発
光に到る。
【0011】
本発明の発光素子の一は、対向するように設けられた第1の電極と第2の電極との間に
第1の層と、第2の層と、第3の層とを有する。第1の層と第2の層と第3の層とは、第
2の層を間に挟むように順に積層されている。第1の層は芳香族アミン化合物と、その物
質に対して電子受容性を示す物質とを含む層である。また、第2の層は正孔よりも電子の
輸送性が高い物質と、その物質に対して電子供与性を示す物質とを含む層である。また、
第3の層は、発光層を含み、x層(xは2以上の任意の正の整数)からなる層である。第
3の層に含まれる層の中で、第1層目の層は、第2の層と接し、第x層目の層は第2の電
極と接する。ここで、第1の電極は、反射率の高い導電物から成る。第3の層のうち、発
光層と第2の層との間には、y層(y<x、yは正の整数)の層を有する。また、第1の
電極の電位よりも第2の電極の電位が高くなるように電圧を印加したときに、第2の層で
発生した電子が第1番目の層へ注入されるように、第2の層と第1層目の層とは接合され
ており、発光に到る。ここで、第1の層と第2の層とは、数式(1)、(2)、(3)を
満たすように膜厚を調節されていることを特徴とする。
【0012】
【数01】

【0013】
数式(1)、(2)、(3)において、nは第1の層の屈折率、dは第1の層の膜
厚、niiは第2の層の屈折率、diiは第2の層の膜厚、nは発光層と第2の層との
間に含まれる層の中の第k番目の層の屈折率、dは発光層と第2の層との間に含まれる
層の中の第k番目(kは自然数)の層の膜厚、nは発光層の屈折率、dは発光層にお
ける第1の電極側の界面から発光領域までの距離、λは発光素子からの発光の波長、mは
任意の正の整数を表す。demiは発光層の膜厚である。
【発明の効果】
【0014】
本発明によって、発光時間の蓄積に伴った駆動電圧の増加が少なく、信頼性の高い発光
素子が得られる。
【0015】
また、本発明によって、正孔を発生する層の膜厚に依存した、抵抗値の増加が少ない発
光素子が得られる。その結果、電極間の距離を容易に変えられる発光素子が得られる。そ
して、電極間の距離を長くすることによって、電極表面の凹凸に起因した電極間の短絡を
防ぐことができる。また、電極間の距離を調節することで、発光の取り出し効率が最大と
なるように、光学距離を調節することが容易となる。また、電極間の距離を調節すること
で、採光面(発光素子から光が射出される面)と見る人の視線がなす角度に依存した発光
スペクトルの変化が少なくなるように、光学距離を調節することが容易となる。
【0016】
また、本発明によって得られた発光素子を、発光装置に適用することによって、長時間
の使用に耐える信頼性のよい発光装置を得ることができる。また、本発明によって得られ
た発光素子を、表示機能を有する発光装置に適用することによって、発光を効率よく外部
に取り出すことができ、また光面を見る角度に依存した発光スペクトルの変化が少ない良
好な画像を表示できる発光装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の発光素子の積層構造の一態様を表した図。
【図2】本発明の発光素子の積層構造の一態様を表した図。
【図3】本発明を適用した発光装置の一態様について説明する図。
【図4】本発明を適用した発光装置に含まれる回路の一態様について説明する図。
【図5】本発明を適用した発光装置の上面図。
【図6】本発明を適用した発光装置のフレーム動作の一態様について説明する図。
【図7】本発明を適用した発光装置の断面図。
【図8】本発明を適用した電子機器の図。
【図9】本発明の発光素子の電圧−輝度特性の図。
【図10】本発明の発光素子の電流密度−輝度特性の図。
【図11】本発明の発光素子の電圧−電流特性の図。
【図12】本発明の発光素子について経時変化に伴った電圧の変化を測定した結果の図。
【図13】本発明の発光素子について経時変化に伴った輝度の変化を測定した結果の図。
【図14】本発明の発光素子の積層構造を表した図。
【図15】比較例の発光素子の積層構造を表した図。
【図16】本発明の発光素子及び比較例の発光素子の電圧−輝度特性の図。
【図17】本発明の発光素子及び比較例の発光素子の電圧−電流特性の図。
【図18】本発明の発光素子の積層構造を表した図。
【図19】本発明の発光素子の電圧−輝度特性の図。
【図20】本発明の発光素子の電流−電圧特性の図。
【図21】本発明の発光素子の輝度−電流効率特性の図。
【図22】第13の層775から第1の電極778までの距離(nm)に対する電流効率(cd/A)の変化について調べた図。
【図23】採光面を観察する角度に依存した発光スペクトルの形状の変化について調べた図。
【図24】本発明の発光素子の積層構造の一態様を表した図。
【図25】本発明の発光素子の積層構造を表した図。
【図26】本発明の発光素子の電圧−輝度特性の図。
【図27】本発明の発光素子の電流密度−輝度特性の図。
【図28】本発明の発光素子の輝度−電流特性の図。
【図29】試料1〜試料7の透過スペクトルを表す図。
【図30】本発明を適用した発光装置の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の一態様について説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施する
ことが可能であり、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、本形態の記載内容に
限定して解釈されるものではない。
【0019】
(実施の形態1)
本発明の一態様について図1の発光素子の断面図を用いて説明する。
【0020】
第1の電極301と第2の電極302との間に第1の層311と第2の層312と第3
の層313とを有する。第1の層311と第2の層312と第3の層313とは、順に積
層している。そして、第1の層311は第1の電極301と接し、第3の層313は第2
の電極302と接する。
【0021】
また、本形態の発光素子は、次の様に動作する。先ず、第1の電極301よりも第2の
電極302の電位の方が高くなるように電圧を印加すると、第1の層311から第1の電
極301へは正孔が注入され、第2の層312から第3の層313へは、電子が注入され
る。また、第2の電極302から第3の層313へは正孔が注入される。第2の電極30
2から注入された正孔と、第2の層312から注入された電子とは、第3の層313にお
いて再結合し、発光物質を励起状態にする。そして、励起状態の発光物質は基底状態に戻
るときに発光する。
【0022】
以下、各層、電極等について具体的に説明する。
【0023】
第1の層311は、正孔を発生する層である。正孔を発生する層としては、例えば、芳
香族アミン化合物と、その化合物に対して電子受容性を示す物質とを含む層を用いること
が好ましい。ここで、芳香族アミン化合物とは、アリールアミン骨格を有する物質である
。芳香族アミン化合物の中でも特に、トリフェニルアミンを骨格に含み、400以上の分
子量を有するものが好ましい。また、トリフェニルアミンを骨格に有する芳香族アミン化
合物の中でも特にナフチル基のような縮合芳香環を骨格に含むものが好ましい。トリフェ
ニルアミンと縮合芳香環とを骨格に含む芳香族アミン化合物を用いることによって、発光
素子の耐熱性が良くなる。芳香族アミン化合物の具体例としては、例えば、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)、4
,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:
TPD)、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)、4,4’−ビス[N−{
4−(N,N−ジ−m−トリルアミノ)フェニル}−N−フェニルアミノ]ビフェニル(
略称:DNTPD)、1,3,5−トリス[N,N−ジ(m−トリル)アミノ]ベンゼン
(略称:m−MTDAB)、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)、2,3−ビス(4−ジフェニルアミノフェニル)キノキサ
リン(略称:TPAQn)、2,2’,3,3’−テトラキス(4−ジフェニルアミノフ
ェニル)−6,6’−ビスキノキサリン(略称:D−TriPhAQn)、2,3−ビス
{4−[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]フェニル}−ジベンゾ[f,h]
キノキサリン(略称:NPADiBzQn)等が挙げられる。また、芳香族アミン化合物
に対して電子受容性を示す物質について特に限定はなく、例えば、モリブデン酸化物、バ
ナジウム酸化物、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(略称:TCNQ)、2,
3,5,6−テトラフルオロ−7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(略称:F4
−TCNQ)等を用いることができる。ここで、芳香族アミン化合物に対して電子受容性
を示す物質は、芳香族アミン化合物に対して、モル比の値が0.5以上2以下(=芳香族
アミン化合物に対して電子受容性を示す物質/芳香族アミン化合物)と成るように第1の
層311含まれていることが好ましい。
【0024】
第2の層312は、電子を発生する層である。このような層としては、例えば、電子輸
送性物質と、その物質に対して電子供与性を示す物質とを含む層が挙げられる。ここで、
電子輸送性物質とは、正孔よりも電子の輸送性が高い物質である。電子輸送性物質につい
て特に限定はなく、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq
)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス
(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、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:B
Alq)、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:Z
n(BOX))、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))等の金属錯体の他、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−te
rt−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビ
ス[5−(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)等を用いることができる。また、電
子輸送性物質に対して電子供与性を示す物質について特に限定はなく、例えば、リチウム
、セシウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属、エルビ
ウム、イッテルビウム等の希土類金属等を用いることができる。また、リチウム酸化物(
LiO)、カルシウム酸化物(CaO)、ナトリウム酸化物(NaO)、カリウム酸
化物(KO)、マグネシウム酸化物(MgO)等、アルカリ金属酸化物およびアルカリ
土類金属酸化物の中から選ばれた物質を、電子輸送性物質に対して電子供与性を示す物質
として用いても構わない。なお、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物等は、反
応性が低く、取り扱いが容易である。ここで、電子輸送性物質に対して電子供与性を示す
物質は、電子輸送性物質に対して、モル比の値が0.5以上2以下(=電子輸送性物質に
対して電子供与性を示す物質/電子輸送性物質)と成るように含まれていることが好まし
い。また、第2の層312は、酸化亜鉛、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、酸化スズ、酸化チタ
ンのようなn型の半導体から成る層であってもよい。
【0025】
第3の層313は、発光層を含む層である。第3の層313の層構造について特に限定
はなく、単層でも多層でも構わない。例えば、図1に示すように、第3の層313は、発
光層322の他、電子輸送層321、正孔輸送層323、正孔注入層324を含んでいて
もよいし、或いは発光層のみから成る単層であってもよい。
【0026】
発光層322は発光物質を含む層である。ここで、発光物質とは、発光効率が良好で、
所望の発光波長の発光をし得る物質である。第3の層313について特に限定はないが、
発光物質が、発光物質の有するエネルギーギャップよりも大きいエネルギーギャップを有
する物質からなる層中に、分散して含まれた層であることが好ましい。これによって、発
光物質からの発光が、発光物質自体の濃度に起因して消光してしまうことを防ぐことがで
きる。なお、エネルギーギャップとはLUMO準位とHOMO準位との間のエネルギーギ
ャップを言う。
【0027】
発光物質について特に限定はなく、発光効率が良好で、所望の発光波長の発光をし得る
物質を用いればよい。例えば、赤色系の発光を得たいときには、4−ジシアノメチレン−
2−イソプロピル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル
)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJTI)、4−ジシアノメチレン−2−メチル
−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4
H−ピラン(略称:DCJT)、4−ジシアノメチレン−2−tert−ブチル−6−[
2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラ
ン(略称:DCJTB)やペリフランテン、2,5−ジシアノ−1,4−ビス[2−(1
0−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]ベン
ゼン等、600nmから680nmに発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質
を用いることができる。また緑色系の発光を得たいときは、N,N’−ジメチルキナクリ
ドン(略称:DMQd)、クマリン6やクマリン545T、トリス(8−キノリノラト)
アルミニウム(略称:Alq)等、500nmから550nmに発光スペクトルのピー
クを有する発光を呈する物質を用いることができる。また、青色系の発光を得たいときは
、9,10−ビス(2−ナフチル)−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuD
NA)、9,9’−ビアントリル、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPA)
、9,10−ビス(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、ビス(2−メチル−
8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−ガリウム(略称:BGaq)、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:BAl
q)等、420nmから500nmに発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質
を用いることができる。以上のように、蛍光を発光する物質の他、ビス[2−(3,5−
ビス(トリフルオロメチル)フェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)
ピコリナート(略称:Ir(CFppy)(pic))、ビス[2−(4,6−ジフ
ルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)アセチルアセトナート
(略称:FIr(acac))、ビス[2−(4,6−ジフルオロフェニル)ピリジナト
−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(FIr(pic))、トリス(2−
フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(略称:Ir(ppy))等の燐光を発
光する物質も発光物質として用いることができる。
【0028】
また、発光物質を分散状態にするために用いる物質について特に限定はなく、例えば、
9,10−ジ(2−ナフチル)−2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuD
NA)等のアントラセン誘導体、または4,4’−ビス(N−カルバゾリル)ビフェニル
(略称:CBP)等のカルバゾール誘導体の他、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)
ピリジナト]亜鉛(略称:Znpp)、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))等の金属錯体等を用いることができる。
【0029】
以上のような、発光素子において、第2の層312に含まれる電子輸送性物質の電子親
和力と、第3の層313に含まれる層のうち第2の層312と接する層に含まれる物質の
電子親和力との差は、好ましくは2eV以下、より好ましくは1.5eV以下である。ま
た、第2の層312がn型の半導体から成るとき、n型の半導体の仕事関数と、第3の層
313に含まれる層のうち第2の層312と接する層に含まれる物質の電子親和力との差
は、好ましくは2eV以下、より好ましくは1.5eV以下である。
【0030】
なお、第3の層313に含まれる層のうち第2の層312と接する層とは、第3の層3
13が本形態のような層構造を有するときは電子輸送層321がこれに該当する。そして
、第3の層313が発光層のみから成るとき、または、電子輸送層321等を有しないと
きは発光層がこれに該当する。発光層が第2の層312と接する場合において、第3の層
313に含まれる層のうち第2の層312と接する層に含まれる物質とは、発光物質を分
散状態とするための物質、または発光物質そのものである。これは、Alq等のように
特に分散状態としなくても発光することができ、且つキャリアの輸送性の良い発光物質を
用いる場合には、分散状態とすることなく発光物質それ自体から成る層そのものを発光層
として機能させることができるためである。このように、第3の層313が第2の層31
2と第3の層313とを接合することによって、第2の層312から第3の層313への
電子の注入が容易になる。
【0031】
ここで、第1の電極301と第2の電極302とは、いずれか一若しくは両方が可視光
を透過でき、導電性を有する物質で形成されていることが好ましい。これによって、第1
の電極301と第2の電極302の少なくとも一方の電極を介して発光を外部に取り出す
ことができる。
【0032】
第1の電極301について特に限定はなく、アルミニウムの他、インジウム錫酸化物(
ITO)、または酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、2〜20wt%の酸化亜鉛を含む
酸化インジウムの他、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)、銅(Cu)
、パラジウム(Pd)等を用いることができる。
【0033】
また、第2の電極302についても特に限定はないが、本形態の発光素子のように第3
の層313へ正孔を注入する機能を担うときは、仕事関数の大きい物質で形成されている
ことが好ましい。具体的には、インジウム錫酸化物(ITO)、または酸化珪素を含むイ
ンジウム錫酸化物、2〜20wt%の酸化亜鉛を含む酸化インジウムの他、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)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)等を用いるこ
とができる。なお、第2の電極302は、例えばスパッタリング法や蒸着法等を用いて形
成することができる。
【0034】
なお、前述のように、本形態では、第2の層312と発光層322との間に電子輸送層
321を有する。ここで、電子輸送層321とは、注入された電子を発光層322へ輸送
する機能を有する層である。このように、電子輸送層321を設け、第1の電極301お
よび金属が含まれた第2の層312と、発光層322とを離すことによって、発光が金属
に起因して消光することを防ぐことができる。
【0035】
電子輸送層321について特に限定はなく、電子輸送性物質を用いて形成することがで
きる。電子輸送性物質としては、Alq、Almq、BeBq、BAlq、Zn(
BOX)、Zn(BTZ)、PBD、OXD−7、TAZ、p−EtTAZ、BPh
en、BCP等が挙げられる。また、電子輸送性物質の中でも特に、1×10−6cm
/Vs以上の電子移動度を有する電子輸送性物質を用いて電子輸送層321を形成するこ
とがより好ましい。これによって、発光素子の駆動電圧を下げることができる。また、電
子輸送層321は、以上に述べた物質から成る層を二以上組み合わせて形成した多層構造
の層であってもよい。
【0036】
また、本形態では、第2の電極302と発光層322との間には、図1に示すように、
正孔輸送層323を有する。ここで、正孔輸送層323とは、第2の電極302から注入
された正孔を発光層322へ輸送する機能を有する層である。このように、正孔輸送層3
23を設け、第2の電極302と発光層322とを離すことによって、発光が金属に起因
して消光することを防ぐことができる。
【0037】
正孔輸送層323について、特に限定はなく、正孔輸送性物質を用いて形成することが
できる。ここで正孔輸送性物質とは電子よりも正孔の移動度が高い物質である。正孔輸送
性物質としては、TPD、TDATA、MTDATA、DNTPD、m−MTDAB、T
CTA、フタロシアニン(略称:HPc)、銅フタロシアニン(略称:CuPc)、バ
ナジルフタロシアニン(略称:VOPc)等が挙げられる。また、正孔輸送性物質の中で
も特に、1×10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する正孔輸送性物質を用いて正
孔輸送層323を形成することがより好ましい。これによって、発光素子の駆動電圧を下
げることができる。また、正孔輸送層323は、以上に述べた物質から成る層を二以上組
み合わせて形成した多層構造の層であってもよい。
【0038】
さらに、第2の電極302と正孔輸送層323との間には、図1に示すように、正孔注
入層324を有していてもよい。ここで、正孔注入層324とは、第2の電極302から
正孔輸送層323へ正孔の注入を補助する機能を有する層である。
【0039】
正孔注入層324について特に限定はなく、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ル
テニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物によって形成され
たものを用いることができる。この他、上述したHPc、CuPC、VOPc等のフタ
ロシアニン系の化合物、DNTPD等の芳香族アミン系の化合物、或いはポリ(エチレン
ジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)混合物(PEDOT/PSS)等の
高分子によっても正孔注入層324を形成することができる。また、芳香族アミン化合物
および正孔輸送性物質の中から選ばれる少なくとも一以上の物質と、その物質に対して電
子受容性を示す物質とを混合させて、正孔注入層324を形成してもよい。
【0040】
以上に述べた本発明の発光素子は、発光時間の蓄積に伴った駆動電圧の増加が少なく、
信頼性の高い素子である。なお、ここでは、任意の輝度を得るために印加する電圧を駆動
電圧という。
【0041】
また、本発明の発光素子は、正孔を発生する層(第1の層311)の膜厚に依存した、
任意の電流を流すために印加する電圧の変化が少ない。その為、例えば、第1の層311
の膜厚を厚くし、電極間の距離を長くすることによって、第1の電極301と第2の電極
302との短絡を防ぐことが容易である。
【0042】
(実施の形態2)
本形態では、正孔を発生する層の膜厚を調節することによって、発光の外部取り出し効
率が高く、また採光面を見る角度(採光面とそれを見る人の視線とがなす角度)に依存し
た発光スペクトルの変化が少なくなるように反射面から採光面(若しくは発光領域)まで
の光学距離を調節した発光素子の態様について図24を用いて説明する。
【0043】
図24の発光素子は、第1の電極201と第2の電極202との間に、正孔を発生する
第1の層211と、電子を発生する第2の層212と、発光物質を含む第3の層213と
を有する。第1の層211と第2の層212と第3の層213とは、第2の層212を間
に挟むように順に積層し、第1の層211は第1の電極201と接し、第3の層213は
第2の電極202と接する。
【0044】
ここで、第1の電極201は、反射率の高い導電物から成る電極、所謂反射電極である
。反射率の高い導電物としては、アルミニウム、銀の他、これら金属の合金(Al:Li
合金、Mg:Ag合金など)等も用いることができる。また、反射率は、50%以上10
0%以下が好ましい。また、第2の電極202は、可視光を透過できる導電物から成る電
極である。可視光を透過できる導電物について特に限定はなく、インジウム錫酸化物の他
、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、2〜20wt%酸化亜鉛を含む酸化インジウム等
を用いることができる。
【0045】
第1の電極201の電位よりも第2の電極202の電位の方が高くなるように電圧を印
加したとき、第1の層211から第1の電極201へは正孔が注入され、第2の層212
から第3の層213へは電子が注入される。また第2の電極202から第3の層213へ
は正孔が注入される。
【0046】
第3の層213において電子と正孔とは再結合し、これによって発光物質が励起状態と
なる。そして、励起状態になった発光物質が基底状態に戻るときに発光する。このように
して発光が生じる領域を特に発光領域という。そして、発光領域が形成されるように、発
光物質を含んだ層を発光層という。なお、発光領域は、発光層の少なくとも一部において
形成される。
【0047】
本形態の発光素子において、第3の層213は、発光層222の他、電子輸送層221
、正孔輸送層223、正孔注入層224を含む。但し、第3の層213の層構造は、図2
4に示したものに限定されるものではなく、例えば発光層のみから成る単層構造のもので
あってもよい。
【0048】
また、第1の層211、第2の層212、第3の層213は、それぞれ、実施の形態1
に記載の第1の層311、第2の層312、第3の層313と同様の物質を用いて形成す
ればよい。また、電子輸送層221、発光層222、正孔輸送層223、正孔注入層22
4についても、それぞれ、実施の形態1に記載の電子輸送層321、発光層322、正孔
輸送層323、正孔注入層324と同様の物質を用いて形成すればよい。
【0049】
反射電極に光が入射した場合、反射光には位相の反転が生じる。これによって生じる光
の干渉効果により、発光領域と反射電極との光学距離(即ち、屈折率×距離)が、発光波
長の(2m−1)/4倍(mは任意の正の整数)、即ち、1/4、3/4、5/4・・・
倍の時には発光の外部取り出し効率が高くなり、m/2倍(mは任意の正の整数)即ち、
m=1/2、1、3/2・・・倍の時には発光の外部取り出し効率が低くなる。
【0050】
したがって、本形態の発光素子において、発光領域が発光層222と正孔輸送層223
との界面近傍である場合は、下記数式(4)を満たすように第1の層211、第2の層2
12、電子輸送層221、発光層222の各層の厚さを調節することが好ましい。これに
よって、発光を効率よく外部に取り出すことができる。また、d、diiの増加に伴う
抵抗値の増加を低く抑えることができる。ここで、抵抗値とは、印加した電圧値(V)を
、印加した電圧に応じて発光素子に流れる電流(mA)で割ることによって得られる値で
ある。
【0051】
【数02】

【0052】
数式(4)において、nは第1の層211の屈折率、dは第1の層211の厚さ、
iiは第2の層212の屈折率、diiは第2の層212の厚さ、nは電子輸送層2
21の屈折率、dは電子輸送層221の厚さ、nは発光層222の屈折率、dは発
光層222の厚さ、λは発光素子からの発光の波長、mは任意の正の整数を表す。
【0053】
一方、本形態の発光素子において、発光領域が発光層222と電子輸送層221との界
面近傍である場合は、数式(5)を満たすように第1の層211、第2の層212、電子
輸送層221の各層の厚さを調節することが好ましい。これによって、発光を効率よく外
部に取り出すことができる。また、d、diiの増加に伴う抵抗値の増加を低く抑える
ことができる。
【0054】
【数03】

【0055】
数式(5)において、nは第1の層211の屈折率、dは第1の層211の厚さ、
iiは第2の層212の屈折率、diiは第2の層212の厚さ、nは電子輸送層2
21の屈折率、dは電子輸送層221の厚さ、λは発光素子からの発光の波長、mは任
意の正の整数を表す。
【0056】
また、本形態の発光素子において、発光層222の全域に渡り発光領域が形成される場
合は、数式(6)を満たすように第1の層211、第2の層212、電子輸送層221の
各層の厚さを調節することが好ましい。これによって、発光を効率よく外部に取り出すこ
とができる。
【数04】

【0057】
数式(6)において、nは第1の層211の屈折率、dは第1の層211の厚さ、
iiは第2の層212の屈折率、diiは第2の層212の厚さ、nは電子輸送層2
21の屈折率、dは電子輸送層221の厚さ、nは発光層222の屈折率、dは発
光層222の厚さ、λは発光素子からの発光の波長、mは任意の正の整数を表す。
【0058】
数式(4)、(5)、(6)において、mは1≦m≦10であることが好ましい。また
、発光素子からの発光とは、発光素子外部に放射される、発光物質に由来した発光のこと
である。また、発光の波長とは、発光スペクトルにおいて極大値を示す波長についての理
論値である。
【0059】
また、特に、第1の層211を芳香族アミン化合物を用いて形成し、第2の層212を
正孔移動度よりも電子移動度の方が高い物質を用いて形成するときは、上記数式(4)、
(5)、(6)において、特にd≧diiであることが好ましい。これによって、層の
厚さの増加に伴う抵抗値の増加をさらに少なくすることができる。これは、電子よりも正
孔を移動し易い芳香族アミン化合物の方が多く存在し、また、より高い電子移動度を有す
る芳香族アミン化合物よりも、より高い正孔移動度を有する芳香族アミン化合物を得る方
が容易である為である。このように、本発明の発光素子は、芳香族アミン化合物を有効に
活用することが出来るものである。そして、芳香族アミン化合物を有効に活用することが
出来ることに依って、発光素子を作製する為に用いる物質の選択性が拡がり、発光素子の
作製が容易になる。
【0060】
なお、本形態では、第2の層212と発光層222との間に、電子輸送層221を有す
る構造の発光素子について説明したが、電子輸送層221と異なる層を他に有していても
よい。その場合、数式(6)におけるnは、n+n・・・・+n
+・・・のように表される。
【0061】
(実施の形態3)
本発明の発光素子は、発光時間の蓄積に伴った駆動電圧の増加が少なく信頼性の高い素
子であるため、本発明の発光素子を例えば画素部に適用することで、消費電力の増加の少
ない発光装置を得ることができる。また、本発明の発光素子は、電極間の短絡を防ぐこと
が容易なため、本発明の発光素子を画素部に適用することで、短絡に起因した欠陥の少な
い良好な画像を表示できる発光装置を得ることができる。また、本発明の発光素子は、発
光の外部取り出し効率を高くすることが容易なため、本発明の発光素子を画素部に適用す
ることで、低消費電力で表示動作を行うことができる発光装置を得ることができる。
【0062】
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3〜6を
用いて説明する。
【0063】
図3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3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、それぞれの駆動回路部は、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。
【0064】
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。
【0065】
図4は、一画素を動作するための回路を表した図である。図4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。
【0066】
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。
【0067】
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917と電気的に接続し
、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913に含まれていてもよい。またスイッチ9
19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。
【0068】
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5の上面図に表すように配置することができる。図5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1
005に接続し、第2電極は発光素子の電極1006に接続している。ゲート信号線10
03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。
【0069】
次に、駆動方法について説明する。図6は時間経過に伴ったフレームの動作について説
明する図である。図6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。
【0070】
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。
【0071】
1フレームは、図6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=2:2:2:2=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。
【0072】
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一画素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。
【0073】
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。
【0074】
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

【0075】
ここで、書込期間および消去期間における、図4で示す回路の動作について説明する。
【0076】
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915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912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、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Low Levelの信号が入力されることによって発光素子9
03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。
【0077】
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から発光素子903への電流の供給が阻止される。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
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。
【0078】
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。
【0079】
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911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912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912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911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。
【0080】
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911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911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911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+1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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
(実施の形態4)
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7を用いて説明する。
【0084】
図7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
との間に正孔を発生する層と電子を発生する層と発光物質を含む層とが積層された層15
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層間絶縁膜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。
【0085】
なお、図7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。なお、21はゲート電極、22はゲート絶縁膜、23は半導体層、24は
n型の半導体層、25は電極、26は保護膜である。
【0086】
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。
【0087】
なお、セミアモルファス半導体とは、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Si
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)を終端する為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。珪化物気体をグロー放電分解(プラズマCVD)して形成する。珪化物気体として
は、SiH、その他にもSi、SiHCl、SiHCl、SiCl、S
iFなどを用いることができる。この珪化物気体をH、又は、HとHe、Ar、K
r、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2〜1
000倍の範囲、圧力は概略0.1Pa〜133Paの範囲、電源周波数は1MHz〜1
20MHz、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/cm以下とすることが望ましく、特に、酸素濃度は5×1
19/cm以下、好ましくは1×1019/cm以下とする。なお、セミアモルフ
ァス半導体を用いたTFT(薄膜トランジスタ)の移動度はおよそ1〜10m/Vse
cとなる。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
さらに、第1層間絶縁膜16は、図7(A)、(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、16aは酸化珪素や窒化珪素のような無機物から成り、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
、水素、若しくはアルキル基等の有機基を置換基として有する化合物。)、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、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。
【0091】
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。
【0092】
なお、図7(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7(B)のように、第1層間絶縁膜16(16
a、16b)の他、第2層間絶縁膜19(19a、19b)が設けられた構成のものであ
ってもよい。図7(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1
9を貫通し、配線17と接続している。
【0093】
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、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。
【0094】
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7(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7(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7(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。
【0095】
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。
【0096】
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。図30には本発
明を適用して作製したパッシブ型の発光装置の斜視図を示す。図30において、基板95
1上の電極952と電極956との間には発光物質を含む層及び電子を発生する層、正孔
を発生する層が順に積層した層955が設けられている。電極952の端部は絶縁層95
3で覆われている。そして、絶縁層953上には隔壁層954が設けられている。隔壁層
954の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くな
っていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層954の短辺方向の断面は、台形状であり
、底辺(絶縁層953と接する辺)の方が上辺(絶縁層953と接しない辺)よりも短い
。このように、隔壁層954を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐ
ことが出来る。また、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。
【0097】
(実施の形態5)
本発明の発光装置を実装することによって、表示部等に関する消費電力の増加が少ない
電子機器を得ることができる。また、本発明の発光装置を実装することによって、画素の
欠陥等が少なく良好な画像を表示できる表示装置等の電子機器を得ることができる。また
、本発明の発光装置を実装することによって、消費電力の少ない電子機器を得ることが出
来る。
【0098】
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8に示す。
【0099】
図8(A)は、本発明を適用して作製したノート型のパーソナル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パーソナル
コンピュータを完成できる。
【0100】
図8(B)は、本発明を適用して作製した電話機であり、本体5552、表示部555
1、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5
551として組み込むことで電話機を完成できる。
【0101】
図8(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。
【0102】
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。
【0103】
なお、本形態に記載した電子機器の他、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】
【0104】
本実施例では、正孔を発生する機能を有する層において、芳香族アミン化合物と、その
物質に対し電子受容性を示す物質との混合割合が異なる四つの発光素子、発光素子(1)
、発光素子(2)、発光素子(3)、発光素子(4)の作製方法と、それらの素子の特性
について図2を用いて説明する。
【0105】
基板701上に、シリコンを含有したインジウム錫酸化物を、スパッタリング法によっ
て成膜し、第2の電極702を形成した。ここで、膜厚は110nmとなるようにした。
なお、基板701はガラスから成るものを用いた。
【0106】
次に、第2の電極702の上に、モリブデン酸化物(VI)を、真空蒸着法によって成
膜し、モリブデン酸化物から成る第11の層703を形成した。ここで、膜厚は5nmと
なるようにした。
【0107】
次に、第11の層703上に、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またはNPB)を、真空蒸着法によって成膜し、
NPBから成る第12の層704を形成した。ここで、膜厚は55nmとなるようにした

【0108】
次に第12の層704の上に、Alqとクマリン6とを、共蒸着法によって成膜し、
トリス(8−キノリノラート)アルミニウム(略称:Alq)とクマリン6とを含む第
13の層705を形成した。ここで、Alqとクマリン6との重量比は1対0.005
(=Alq:クマリン6)となるように調節した。これによって、クマリン6はAlq
の中に分散された状態となる。また、膜厚は、35nmとなるようにした。なお、共蒸
着法とは、複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
【0109】
次に第13の層705の上に、Alqを、真空蒸着法によって成膜し、Alqから
成る第14の層706を形成した。ここで、膜厚は10nmと成るようにした。
【0110】
次に、第14の層706の上に、Alqとリチウムとを、共蒸着法によって成膜し、
Alqとリチウム(Li)とを含む第2の層707を形成した。ここで、Alqとリ
チウムとの重量比は1対0.01(=Alq:Li)、モル比に換算すると1.5(=
Alq/Li)となるように調節した。また、膜厚は10nmとなるようにした。
【0111】
次に、第2の層707の上に、NPBとモリブデン酸化物(VI)とを原料として、共
蒸着法によって、NPBとモリブデン酸化物とを含む第1の層708を形成した。ここで
、発光素子(1)については、NPBとモリブデン酸化物とのモル比は0.5(=NPB
/モリブデン酸化物)となるように調節した。また、発光素子(2)については、NPB
とモリブデン酸化物とのモル比は1.0(=NPB/モリブデン酸化物)となるように調
節した。また、発光素子(3)については、NPBとモリブデン酸化物とのモル比は1.
5(=NPB/モリブデン酸化物)となるように調節した。また、発光素子(4)につい
ては、NPBとモリブデン酸化物とのモル比は2.0(=NPB/モリブデン酸化物)と
なるように調節した。また、膜厚は、それぞれ、20nmとなるようにした。
【0112】
次に、第1の層708の上に、アルミニウムを、真空蒸着法によって成膜し、第1の電
極709を形成した。膜厚は、100nmとなるようにした。
【0113】
以上のようにして作製した発光素子において、第1の電極709の電位よりも第2の電
極702の電位が高くなるように電圧を印加して電流を流すと、第1の層708において
発生した正孔は第1の電極709へ注入され、第2の層707において発生した電子は第
14の層706へ注入され、第2の電極702から第11の層703へは正孔が注入され
る。そして、第2の電極702から注入された正孔と、第2の層707から注入された電
子とは、第13の層705において再結合し、クマリン6が発光する。このように、第1
3の層705は発光層として機能する。なお、第11の層703は、正孔注入層として機
能し、第12の層704は正孔輸送層として機能し、第14の層706は電子輸送層とし
て機能する。また、本実施例の発光素子では、第14の層706を形成している物質と第
2の層707に含まれる電子輸送性物質は、いずれもAlqであり、電子親和力は同等
である。
【0114】
本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図9に、電流密度−輝度特性を図10に、電圧
−電流特性を図11に示す。図9において、横軸は電圧(V)、縦軸は輝度(cd/m
)を表す。また、図10において、横軸は電流密度(mA/cm)、縦軸は輝度(cd
/m)を表す。また、図11において、横軸は電圧(V)、縦軸は電流(mA)を表す
。図9〜11において、▲印は発光素子(1)、●印は発光素子(2)、○印は発光素子
(3)、■印は発光素子(4)の特性を表す。
【0115】
図9〜11、から、いずれの発光素子についても、良好に動作していることが分かる。
また、特に、第1の層708におけるNPBとモリブデン酸化物とのモル比(=NPB/
モリブデン酸化物)が1〜2である発光素子(2)〜(4)では、任意の電圧を印加した
ときに得られる輝度が高く、また電流値も大きいことが分かる。このように、NPBとモ
リブデン酸化物とのモル比(=NPB/モリブデン酸化物)が1〜2になるように調節す
ることで、低い駆動電圧で動作する発光素子を得られる。
【0116】
次に、本実施例の発光素子について、連続点灯試験を行った結果について説明する。連
続点灯試験は、上記のようにして作製した発光素子を、窒素雰囲気で封止した後、常温下
で、次のようにして行った。
【0117】
図10からも分かるように、初期状態の本発明の発光素子において、3000cd/m
の輝度で発光するために必要な電流密度は26.75mA/cmである。本実施例で
は、26.75mA/cmの電流を一定時間を流し続け、26.75mA/cmの電
流を流すのに必要な電圧の経時変化、並びに輝度の経時変化について調べた。測定結果を
図12、13に示す。図12において、横軸は経過した時間(hour)、縦軸は26.
75mA/cmの電流を流すのに必要な電圧(V)を表す。また、図13において、横
軸は経過した時間(hour)、縦軸は輝度(任意単位)を表す。なお、輝度(任意単位
)は、初期状態の輝度を100として表した、初期輝度に対する相対値(任意時間におけ
る輝度を初期輝度で割り、さらに100倍して求めた値。)である。
【0118】
図12より、いずれの発光素子においても26.75mA/cmの電流密度の電流を
流すのに必要な電圧は、100時間経過後において、初期状態よりも約1Vしか高くなっ
ていないことが分かる。このことから、本発明の発光素子が、経時変化に伴った電圧の上
昇の少ない良好な素子であることが分かる。
【実施例2】
【0119】
本発明の発光素子の作製方法について図14を用いて説明する。
【0120】
基板731上に、シリコンを含有したインジウム錫酸化物を、スパッタリング法によっ
て成膜し、第2の電極732を形成した。ここで、膜厚は110nmとなるようにした。
なお、基板731はガラスから成るものを用いた。
【0121】
次に、第2の電極732の上に、モリブデン酸化物(VI)とNPBとを原料として、
共蒸着法によって、モリブデン酸化物とNPBとを含む第11の層733を形成した。こ
こで、膜厚は50nmとなるようにした。なお、モリブデン酸化物とNPBとの重量比は
0.2対1(=モリブデン酸化物:NPB)となるように調節した。
【0122】
次に、第11の層733上に、NPBを、真空蒸着法によって成膜し、NPBから成る
第12の層734を形成した。ここで、膜厚は10nmとなるようにした。
【0123】
次に第12の層734の上に、Alqとクマリン6とを、共蒸着法によって成膜し、
トリス(8−キノリノラート)アルミニウム(略称:Alq)とクマリン6とを含む第
13の層735を形成した。ここで、Alqとクマリン6との重量比は1対0.005
(=Alq:クマリン6)となるように調節した。これによって、クマリン6はAlq
の中に分散された状態となる。また、膜厚は、35nmとなるようにした。なお、共蒸
着法とは、複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
【0124】
次に第13の層735の上に、Alqを、真空蒸着法によって成膜し、Alqから
成る第14の層736を形成した。ここで、膜厚は10nmと成るようにした。
【0125】
次に、第14の層736の上に、Alqとリチウムとを、共蒸着法によって成膜し、
Alqとリチウム(Li)とを含む第2の層737を形成した。ここで、Alqとリ
チウムとの重量比は1対0.01(=Alq:Li)、モル比に換算すると1.5(=
Alq/Li)となるように調節した。また、膜厚は10nmとなるようにした。
【0126】
次に、第2の層737の上に、NPBとモリブデン酸化物(VI)とを原料として、共
蒸着法によって、NPBとモリブデン酸化物とを含む第1の層738を形成した。
ここで、NPBとモリブデン酸化物とのモル比は1.0(=NPB/モリブデン酸化物
)となるように調節した。また、膜厚は、20nmとなるようにした。
【0127】
次に、第1の層738の上に、アルミニウムを、真空蒸着法によって成膜し、第1の電
極739を形成した。膜厚は、100nmとなるようにした。
【0128】
以上のようにして作製した発光素子において第1の電極739の電位よりも第2の電極
732の電位が高くなるように電圧を印加して電流を流すと、第1の層738において発
生した正孔は第1の電極739へ注入され、第2の層737において発生した電子は第1
4の層736へ注入され、第2の電極732から第11の層733へは正孔が注入される
。そして、第2の電極732から注入された正孔と、第2の層737から注入された電子
とは、第13の層735において再結合し、クマリン6が発光する。このように、第13
の層735は発光層として機能する。なお、第11の層733は、正孔注入層として機能
し、第12の層734は正孔輸送層として機能し、第14の層736は電子輸送層として
機能する。また、本実施例の発光素子では、第14の層736を形成している物質と第2
の層737に含まれる電子輸送性物質は、いずれもAlqであり、電子親和力は同等で
ある。
【0129】
(比較例)
次に比較例の発光素子の作製方法について図15を用いて説明する。
【0130】
基板751上に、シリコンを含有したインジウム錫酸化物を、スパッタリング法によ
って成膜し、第2の電極752を形成した。ここで、膜厚は110nmとなるようにした
。なお、基板751はガラスから成るものを用いた。
【0131】
次に、第2の電極752の上に、モリブデン酸化物(VI)とNPBとを原料として、
共蒸着法によって、モリブデン酸化物とNPBとを含む第11の層753を形成した。こ
こで、膜厚は50nmとなるようにした。なお、モリブデン酸化物とNPBとの重量比は
0.2対1(=モリブデン酸化物:NPB)となるように調節した。
【0132】
次に、第11の層753上に、NPBを、真空蒸着法によって成膜し、NPBから成る
第12の層754を形成した。ここで、膜厚は10nmとなるようにした。
【0133】
次に第12の層754の上に、Alqとクマリン6とを、共蒸着法によって成膜し、
Alqとクマリン6とを含む第13の層755を形成した。ここで、Alqとクマリ
ン6との重量比は1対0.005(=Alq:クマリン6)となるように調節した。こ
れによって、クマリン6はAlqの中に分散された状態となる。また、膜厚は、35n
mとなるようにした。
【0134】
次に第13の層755の上に、Alqを、真空蒸着法によって成膜し、Alqから
成る第14の層756を形成した。ここで、膜厚は10nmと成るようにした。
【0135】
次に、第14の層756の上に、Alqとリチウムとを、共蒸着法によって成膜し、
Alqとリチウム(Li)とを含む第2の層757を形成した。ここで、Alqとリ
チウムとの重量比は1対0.01(=Alq:Li)、モル比に換算すると1.5(=
Alq/Li)となるように調節した。また、膜厚は10nmとなるようにした。
【0136】
次に、第2の層757の上に、アルミニウムを、真空蒸着法によって成膜し、第1の電
極758を形成した。膜厚は、100nmとなるようにした。
【0137】
以上のようにして、実施例2の本発明の発光素子に対する比較例の発光素子を作製した
。以上のことから分かるように、比較例の発光素子においては、実施例2の第1の層73
8に相当する層が含まれていない。
【0138】
実施例2の発光素子と、比較例の発光素子の電圧−輝度特性を図16に電圧−電流特性
を図17に示す。図16おいて横軸は電圧(V)、縦軸は輝度(cd/m)を表す。ま
た、図17において横軸は電圧(V)、縦軸は電流(mA)を表す。図16、17におい
て、●印は実施例2(本発明)の発光素子の特性を表し、▲印は比較例の発光素子の特性
を表す。
【0139】
図16から、任意の電圧を印加したときに得られる輝度は、本発明の発光素子の方が比
較例の発光素子よりも高いことが分かる。また、図17から、任意の電圧を印加したとき
に発光素子に流れる電流は、本発明の発光素子の方が比較例の発光素子よりも多いことが
分かる。以上のことから、本発明の発光素子は、低い駆動電圧で動作することができる良
好な素子であることが分かる。
【0140】
なお、実施例1および実施例2のいずれの発光素子についても、発光層として機能する
層の他、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層等として機能する層を形成しているが、必
ずしもこれらの層を設けなくてもよい。また、実施例1、実施例2では、共に、発光層と
して機能する層を形成した後、電子を発生する層を形成し、さらにその後正孔を発生する
層を形成しているが、本発明の発光素子の作製方法はこれに限定されるものではない。例
えば、正孔を発生する層を形成した後、電子を発生する層を形成し、さらにその後発光層
として機能する層を含む層を形成しても構わない。
【実施例3】
【0141】
本実施例では、正孔を発生する層の膜厚が異なる七つの発光素子、発光素子(5)、発
光素子(6)、発光素子(7)、発光素子(8)、発光素子(9)発光素子(10)、発
光素子(11)の作製方法と、それらの素子の特性について図18を用いて説明する。
【0142】
基板771上に、インジウム錫酸化物を、スパッタリング法によって成膜し、第2の電
極772を形成した。ここで、膜厚は110nmとなるようにした。なお、基板771は
ガラスから成るものを用いた。
【0143】
次に、第2の電極772の上に、CuPCを、真空蒸着法によって成膜し、CuPCか
ら成る第11の層773を形成した。ここで、膜厚は20nmとなるようにした。
【0144】
次に、第11の層773上に、NPBを、真空蒸着法によって成膜し、NPBから成る
第12の層774を形成した。ここで、膜厚は40nmとなるようにした。
【0145】
次に第12の層774の上に、Alqとクマリン6とを、共蒸着法によって成膜し、
Alqとクマリン6とを含む第13の層775を形成した。ここで、Alqとクマリ
ン6との重量比は1対0.003(=Alq:クマリン6)となるように調節した。こ
れによって、クマリン6はAlqの中に分散された状態となる。また、膜厚は、40n
mとなるようにした。
【0146】
次に、第13の層775の上に、Alqとリチウムとを、共蒸着法によって成膜し、
Alqとリチウム(Li)とを含む第2の層776を形成した。ここで、Alqとリ
チウムとの重量比は1対0.01、モル比に換算すると1.5(=Alq/Li)とな
るように調節した。また、膜厚は30nmとなるようにした。
【0147】
次に、第2の層776の上に、NPBとモリブデン酸化物(VI)とを原料とし、共蒸
着法によって、NPBとモリブデン酸化物とを含む第1の層777を形成した。NPBと
モリブデン酸化物とのモル比(=NPB/モリブデン酸化物)は1.25となるようにし
た。ここで、発光素子(5)については、膜厚は0nmとなるようにした。つまり発光素
子(5)については第1の層777は形成していない。また、発光素子(6)については
、膜厚は100nmとなるようにした。また、発光素子(7)については、膜厚は120
nmとなるようにした。また、発光素子(8)については、膜厚は140nmとなるよう
にした。また、発光素子(9)については、膜厚は160nmとなるようにした。また、
発光素子(10)については、膜厚は180nmとなるようにした。また、発光素子(1
1)については、膜厚は200nmとなるようにした。
【0148】
次に、第1の層777の上に、アルミニウムを、真空蒸着法によって成膜し、第1の電
極778を形成した。膜厚は、100nmとなるようにした。
【0149】
以上のようにして作製した発光素子において第1の電極778の電位よりも第2の電極
772の電位の方が高くなるように電圧を印加して電流を流すと、第1の層777におい
て発生した正孔は第1の電極778へ注入され、第2の層776において発生した電子は
第13の層775へ注入され、第2の電極772から第11の層773へは正孔が注入さ
れる。そして、第2の電極772から注入された正孔と、第2の層776から注入された
電子とは、第13の層775において再結合し、クマリン6が発光する。このように、第
13の層775は発光層として機能する。なお、第11の層773は、正孔注入層として
機能し、第12の層774は正孔輸送層として機能する。また、本実施例の発光素子では
、第13の層775を形成している物質と第2の層776に含まれる電子輸送性物質とは
、いずれもAlqであり、電子親和力は同等である。
【0150】
本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図19に、電圧−電流特性を図20に、輝度−
電流効率特性を図21に示す。図19において、横軸は電圧(V)、縦軸は輝度(cd/
)を表す。また、図20において、横軸は電圧(V)、縦軸は電流(mA)を表す。
図21において、横軸は輝度(cd/m)、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。図1
9、20、21において、●印は発光素子(5)、▲印は発光素子(6)、△印は発光素
子(7)、■印は発光素子(8)、□印は発光素子(9)、◇印は発光素子(10)、○
印は発光素子(11)の特性を表す。
【0151】
図20より、任意の電圧を印加したときに発光素子に流れる電流の大きさは、正孔を発
生する機能を有する第1の層777の膜厚を変えても、殆ど変化しないことが分かる。一
方、図19より、任意の電圧を印加したときの輝度の大きさは、第1の層777の膜厚に
よって大きく異なることが分かる。
【0152】
また、図22は、発光素子(5)〜(11)における第13の層775から第1の電極
778までの距離(nm)に対し、電流効率(cd/A)をプロット(●印)した図であ
る。曲線は、発光効率の変化を表す近似曲線である。なお、電流効率は、1000cd/
の輝度で発光させたときの値である。図22において、横軸は距離(nm)、縦軸は
電流効率(cd/A)を表す。図22より、電流効率は、第13の層775から第1の電
極778までの距離(第13の層775と第2の層776と第1の層777のそれぞれの
膜厚の和)に依存して変化し、第13の層775から第1の電極778までの距離が20
0nmを超えると徐々に増加することが分かる。これは、発光領域と第1の電極との光学
距離(即ち、屈折率×距離)が、発光波長の(2m−1)/4倍(すなわち1/4、3/
4、5/4・・・倍)の時には発光の外部取り出し効率が高くなり、m/2倍(即ち1/
2、1、3/2・・・倍)の時には発光の外部取り出し効率が低くなる干渉効果のためと
考えられる。このように、本実施例では、第1の層777の膜厚を160nmよりも大き
くとすることで、効率よく発光を外部に取り出せると共に、電極間の短絡を防ぐことがで
き、また、膜厚の増加による抵抗値の増加が殆どみられない発光素子を得ることができた

【0153】
また、発光素子(5)、発光素子(7)、発光素子(11)について、採光面を見る角
度(採光面と、測定面の法線(採光面を見る人の視線に相当)とがなす角度に依存した発
光スペクトルの変化を調べた結果を図23(A)、(B)、(C)に示す。図23(A)
、(B)、(C)において、横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。
【0154】
測定は、採光面を観察する角度、つまり、採光面の法線と測定面の法線とのなす角度を
0〜70度の範囲で10度毎に変えて発光スペクトルを測定することによって行った。
【0155】
図23(A)は発光素子(5)の発光スペクトルの変化を調べた結果であり、図23(
B)は発光素子(7)の発光スペクトルの変化を調べた結果であり、図23(C)は発光
素子(11)の発光スペクトルの変化を調べた結果である。
【0156】
図23(B)において、発光スペクトルは、角度が30度よりも小さいときは約507
nmにおいて発光強度の最大値を有するのに対し、角度が40度よりも大きいときに約5
55nmにおいて発光強度の最大値を有するように、角度に依存して変化している。この
ように、発光素子(7)は、角度が変わると共に発光スペクトルの形状も大きく変化し、
採光面を見る角度に依存した発光スペクトルの変化が大きいことが分かる。一方、図23
(A)、(C)では、角度が大きくなるに伴って発光強度は小さくなるものの、発光強度
の最大値を示す波長は変わらない。このように、発光素子(5)、発光素子(11)につ
いては、角度の変化に伴った発光スペクトルの形状の変化が少なく、採光面を見る角度に
依存した発光スペクトルの変化が少ないことが分かる。
【実施例4】
【0157】
本実施例では、リチウム酸化物を用いて作製した二つの本発明の発光素子、発光素子(
12)、発光素子(13)の作製方法と、それらの素子の特性について図25〜28を用
いて説明する。
【0158】
基板551上に、シリコンを含有したインジウム錫酸化物を、スパッタリング法によっ
て成膜し、第2の電極552を形成した。ここで、膜厚は110nmとなるようにした。
なお、基板551はガラスから成るものを用いた。
【0159】
次に、第2の電極552の上に、モリブデン酸化物(VI)とNPBとを原料とし、共
蒸着法によって、モリブデン酸化物とNPBとを含む第11の層553を形成した。ここ
で、第11の層553におけるモリブデン酸化物とTPAQnとの重量比は、1対4(=
モリブデン酸化物:NPB)となるように調節した。ここで、膜厚は、それぞれの発光素
子につき、50nmとなるようにした。なお、共蒸着法とは、真空蒸着法のひとつであり
、ひとつの処理室内に設けられた複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
【0160】
次に、第11の層553上に、NPBを、真空蒸着法によって成膜し、NPBから成る
第12の層554を形成した。ここで、膜厚は10nmとなるようにした。
【0161】
次に第12の層554の上に、Alqとクマリン6とを、共蒸着法によって成膜し、
トリス(8−キノリノラート)アルミニウム(略称:Alq)とクマリン6とを含む第
13の層555を形成した。ここで、Alqとクマリン6との重量比は1対0.01(
Alq:クマリン6)となるように調節した。これによって、クマリン6はAlq
中に分散された状態となる。また、膜厚は、40nmとなるようにした。
【0162】
次に第13の層555の上に、Alqを、真空蒸着法によって成膜し、Alqから
成る第14の層556を形成した。ここで、膜厚は20nmと成るようにした。
【0163】
次に、第14の層556の上に、Alqとリチウム酸化物(LiO)とを原料とし
、共蒸着法によって、Alqとリチウム酸化物とを含む第2の層557を形成した。こ
こで、発光素子(12)においては、Alqとリチウム酸化物との重量比は1対0.0
1(=Alq:リチウム酸化物)となるように調節した。また、発光素子(13)にお
いては、Alqとリチウム酸化物との重量比は1対0.05(=Alq:リチウム酸
化物)、モル比に換算すると1.3(=Alq/リチウム酸化物)となるように調節し
た。また、膜厚は10nmとなるようにした。
【0164】
次に、第2の層557の上に、NPBとモリブデン酸化物(VI)とを原料とし、共蒸
着法によって、NPBとモリブデン酸化物とを含む第1の層558を形成した。ここで、
NPBとモリブデン酸化物とのモル比は1(=NPB/モリブデン酸化物)、重量比では
4:1(=NPB:モリブデン酸化物)となるように調節した。また、膜厚は、10nm
となるようにした。
【0165】
次に、第1の層558の上に、アルミニウムを、真空蒸着法によって成膜し、第1の電
極559を形成した。膜厚は、100nmとなるようにした。
【0166】
以上のようにして作製した発光素子において、第1の電極559の電位よりも第2の電
極552の電位が高くなるように電圧を印加して電流を流すと、第1の層558において
発生した正孔は第1の電極559へ注入され、第2の層557において発生した電子は第
14の層556へ注入され、第2の電極552から第11の層553へは正孔が注入され
る。そして、第2の電極552から注入された正孔と、第2の層557から注入された電
子とは、第13の層555において再結合し、クマリン6が発光する。このように、第1
3の層555は発光層として機能する。なお、第11の層553は、正孔注入層として機
能し、第12の層554は正孔輸送層として機能し、第14の層556は電子輸送層とし
て機能する。また、本実施例の発光素子では、第14の層556を形成している物質と第
2の層557に含まれる電子輸送性物質とは、いずれもAlqであり、電子親和力は同
等である。
【0167】
本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図26に、電流密度−輝度特性を図27に、電
圧−電流特性を図28に示す。図26において、横軸は電圧(V)、縦軸は輝度(cd/
)を表す。また、図27において、横軸は電流密度(mA/cm)、縦軸は輝度(
cd/m)を表す。また、図28において、横軸は電圧(V)、縦軸は電流(mA)を
表す。図26〜28において、●印は発光素子(12)、○印は発光素子(13)の特性
を表す。
【0168】
図26〜28から、いずれの発光素子についても、良好に動作していることが分かる。
本実施例のようにリチウム酸化物を用いて第2の層557を用いても本発明の発光素子を
作製できることが分かる。
【実施例5】
【0169】
本実施例では、芳香族アミン化合物と、その化合物に対し電子受容性を示す物質とを含
む層が正孔を発生していることを確認した実験、及びその結果について説明する。
【0170】
本実施例では、芳香族アミン化合物のみを用いて作製した三つの試料、試料1、試料2
、試料3と、芳香族アミン化合物と、芳香族アミン化合物に対し電子受容性を示す物質と
を用いて作製した三つの試料、試料4、試料5、試料6と、芳香族アミン化合物に対し電
子受容性を示す物質のみを用いて作製した試料7との合計7つの試料を用意した。
【0171】
試料1〜試料3は、ガラス基板上に、芳香族アミン化合物を含む層を、真空蒸着法を用
いて、50nmの厚さとなるように形成することによって作製した。また、試料4〜試料
6は、ガラス基板上に、芳香族アミン化合物と、芳香族アミン化合物に対して電子受容性
を示す物質とを含む層を、共蒸着法を用いて、50nmの厚さとなるように形成すること
によって作製した。試料4〜試料6において、芳香族アミン化合物と、芳香族アミン化合
物に対し電子受容性を示す物質とのモル比は、芳香族アミン化合物:芳香族アミン化合物
に対し電子受容性を示す物質=1:1となるようにした。試料7は、ガラス基板上に、芳
香族アミン化合物に対して電子受容性を示す物質を含む層を、真空蒸着法を用いて、50
nmの厚さとなるように形成することによって作製した。
【0172】
各試料に含まれる、芳香族アミン化合物(A)、芳香族アミン化合物に対し電子受容性
を示す物質(B)とを表1に示す。
【0173】
【表01】

【0174】
試料1〜試料7のそれぞれに対し、300nmから800nm迄波長を変えながら光を
照射し、それぞれの波長において各試料に設けられた層を透過する光の透過率(%)を調
べた。これによって得られた透過スペクトルを図29(A)〜(C)に示す。
【0175】
図29(A)〜(C)において、横軸は照射した光の波長(nm)、縦軸は透過率(%
)を表す。図29(A)は試料1、試料4、試料7についての透過スペクトルを示した図
であり、図29(B)は試料2、試料5、試料7についての透過スペクトルを示した図で
あり、図29(C)は試料3、試料6、試料7についての透過スペクトルを示した図であ
る。図29(A)〜(C)から、試料4〜試料6の透過スペクトルと、試料1〜試料3及
び試料7の透過スペクトルとを比較すると、400nm〜600nmの波長域において、
試料4〜試料6では透過率が下がった後再び上がるような傾向を示すのに対し(破線で囲
んだ部分)、試料1〜試料3及び試料7では透過率が下がる若しくは上がるのみで、極大
値を有しないことが分かる。この結果は、試料4〜試料6では、芳香族アミン化合物と、
その化合物に対し電子受容性を示す物質との間で電子の授受が行われていることを表す。
従って、芳香族アミン化合物に対し電子受容性を示す物質は芳香族アミン化合物から電子
を受け取り、芳香族アミン化合物は正に帯電している、つまり試料4〜試料6には正孔が
発生していると考えられる。
【符号の説明】
【0176】
301 第1の電極
302 第2の電極
311 第1の層
312 第2の層
313 第3の層
321 電子輸送層
322 発光層
323 正孔輸送層
324 正孔注入層
201 第1の電極
202 第2の電極
211 第1の層
212 第2の層
213 第3の層
222 発光層
221 電子輸送層
223 正孔輸送層
224 正孔注入層
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
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
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
501a 期間
501b 保持期間
502a 期間
502b 保持期間
503a 期間
503b 保持期間
504a 期間
504b 保持期間
504c 消去期間
504d 非発光期間
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
16 層間絶縁膜
17 配線
18 隔壁層
19 層間絶縁膜
5521 本体
5522 筐体
5523 表示部
5524 キーボード
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
5531 表示部
5532 筐体
5533 スピーカー
701 基板
702 第2の電極
703 第11の層
704 第12の層
705 第13の層
706 第14の層
707 第2の層
708 第1の層
709 第1の電極
731 基板
732 第2の電極
733 第11の層
734 第12の層
735 第13の層
736 第14の層
737 第2の層
738 第1の層
739 第1の電極
751 基板
752 第2の電極
753 第11の層
754 第12の層
755 第13の層
756 第14の層
757 第2の層
758 第1の電極
771 基板
772 第2の電極
773 第11の層
774 第12の層
775 第13の層
776 第2の層
777 第1の層
778 第1の電極
551 基板
552 第2の電極
553 第11の層
554 第12の層
555 第13の層
556 第14の層
557 第2の層
558 第1の層
559 第1の電極
951 基板
952 電極
953 絶縁層
954 隔壁層
955 層
956 電極

【特許請求の範囲】
【請求項1】
対向するように設けられた第1の電極と第2の電極との間に、第1の層と、第2の層と、第3の層と、を有し、
前記第1の電極は、50%以上100%以下の反射率を有する導電物を有し、
前記第2の電極は、可視光を透過できる導電物を有し、
前記第1の層は、芳香族アミン化合物と、前記芳香族アミン化合物に対して電子受容性を示す第1の物質とを含み、
前記第2の層は、正孔よりも電子の輸送性が高い第2の物質と、前記第2の物質に対して電子供与性を示す第3の物質とを含み、
前記第3の層は、発光層を含みx層(xは2以上の任意の正の整数)から成る層であり、
前記第1の層と前記第2の層と前記第3の層とは順に積層され、
前記第1の層は、前記第1の電極と接し、
前記第3の層における第1層目の層は、前記第2の層と接し、
前記発光層と前記第2の層との間には、y層(y≦x、yは正の整数)の層を有し、
前記第1の層の膜厚と前記第2の層の膜厚は、数式(1)、数式(2)、数式(3)を満たすように調節されていることを特徴とする発光素子。
【数01】


(数式(1)、数式(2)、数式(3)において、nは第1の層の屈折率、dは第1の層の膜厚、niiは第2の層の屈折率、diiは第2の層の膜厚、nは発光層と第2の層との間に含まれる層の中の第k番目(kは自然数)の層の屈折率、dは発光層と第2の層との間に含まれる層の中の第k番目の層の膜厚、nは発光層の屈折率、dは発光層における第1の電極側の膜面から発光領域までの距離、λは発光素子からの発光の波長、mは任意の正の整数、demiは発光層の膜厚を表す。)
【請求項2】
請求項1において、
前記第1の物質は、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン及び2,3,5,6−テトラフルオロ−7,7,8,8−テトラシアノキノジメタンの中から選ばれる一の物質であることを特徴とする発光素子。
【請求項3】
請求項1において、
前記第1の物質は、モリブデン酸化物であることを特徴とする発光素子。
【請求項4】
請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記第3の物質は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物の中から選ばれる一の物質であることを特徴とする発光素子。
【請求項5】
請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記第3の物質は、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物の中から選ばれる一の物質であることを特徴とする発光素子。
【請求項6】
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記第3の層における第x層目の層は、金属酸化物を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項7】
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記第3の層における第x層目の層は、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及びマンガン酸化物の中から選ばれる一の物質を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項8】
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記第3の層における第x層目の層は、モリブデン酸化物を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項9】
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記第3の層における第x層目の層は、芳香族アミン化合物と、前記芳香族アミン化合物に対して電子受容性を示す第4の物質とを含むことを特徴とする発光素子。
【請求項10】
請求項9において、
前記第4の物質は、モリブデン酸化物であることを特徴とする発光素子。
【請求項11】
請求項1乃至請求項10のいずれか一に記載の発光素子を含むことを特徴とする発光装置。
【請求項12】
請求項11に記載の発光装置を表示部として用いることを特徴とする電子機器。
【請求項13】
請求項11に記載の発光装置を用いることを特徴とする照明機器。

【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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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【図22】
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【図23】
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【図24】
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【図25】
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【図26】
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【図27】
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【図28】
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【図29】
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【図30】
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【公開番号】特開2011−176355(P2011−176355A)
【公開日】平成23年9月8日(2011.9.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−103583(P2011−103583)
【出願日】平成23年5月6日(2011.5.6)
【分割の表示】特願2005−321041(P2005−321041)の分割
【原出願日】平成17年11月4日(2005.11.4)
【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)】