発光素子、発光装置及び電子機器
【課題】発光効率の改善、駆動電圧の低減及び駆動時間に対する劣化の度合いが改善された発光素子を提供することを課題とする。
【解決手段】第１の電極と、第２の電極と、それらの間に形成された発光積層体とを有する発光素子において、発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とをこの順に有し、第１の層はキャリア輸送性を有する層であり、第３の層は発光中心材料とそれを分散するホスト材料とを含む層であり、第２の層は第１の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第２の層の膜厚は０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満である。
【解決手段】第１の電極と、第２の電極と、それらの間に形成された発光積層体とを有する発光素子において、発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とをこの順に有し、第１の層はキャリア輸送性を有する層であり、第３の層は発光中心材料とそれを分散するホスト材料とを含む層であり、第２の層は第１の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第２の層の膜厚は０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一部に有機化合物を用いた発光素子に関する。また、当該発光素子を備えた発光装置、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機材料を含む層を一対の電極間に有し、当該電極間に電流を流すことで発光する発光素子を用いた発光装置の開発が進められている。このような発光装置は他の薄型表示装置と呼ばれる表示装置と比較して薄型軽量化に有利であり、自発光であるため視認性も良く、応答速度も速い。そのため、次世代の表示装置として盛んに開発が進められ、現在、一部実用化もなされている。
【０００３】
薄型軽量化に有利であるこのような発光装置は、特にモバイル機器用途に適している。バッテリーに限りのあるモバイル機器に搭載する発光装置の消費電力は、低ければ低いほど良く、常に省電力化が求められている。また、テレビやディスプレイなどモバイル用途以外においても、消費エネルギーの低減は環境問題、エネルギー問題などに関連し要求がますます高まっている。
【０００４】
ところで、現在、このような発光装置が一部の実用化にとどまっている理由の一つに発光素子の劣化の問題がある。発光素子は同じ電流量を流していたとしても、駆動時間の蓄積に伴いその輝度が低下してゆく劣化を起こす。実製品としてこの劣化の度合いが許容されうる程度である発光素子を作製する為の材料及び構造が未だ多くないことがその原因の一つである。
【０００５】
発光素子の劣化を低減させる為の方法は様々考えられるが、その一つに発光効率の改善がある。発光効率が改善されることによって、発光素子に流す電流が小さくても同等の輝度を得ることができるようになり、結果として発光素子の劣化が低減される。
【０００６】
また、発光効率が改善されれば、より小さな電力で同じ輝度の発光を得ることも可能となり、駆動電圧の低下、ひいては消費電力の低下にも繋がる。
【０００７】
例えば、特許文献１では発光層におけるドーパントの濃度を発光層の厚み方向において制御することによって発光効率の改善が図られている。
【特許文献１】特開２００５−１０８７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明では、発光効率の改善された発光素子を提供することを課題とする。
【０００９】
また、本発明では駆動電圧が低減された発光素子を提供することを課題とする。
【００１０】
また、本発明では駆動時間に対する劣化の度合いが改善された発光素子を提供することを課題とする。
【００１１】
また、本発明では消費電力の低減された発光装置または電子機器を提供することを課題とする。
【００１２】
また、本発明では表示部における信頼性の高い発光装置または電子機器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】
【００１３】
本発明の発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、それらの間に形成された発光積層体とを有し、発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とをこの順に有し、第１の層はキャリア輸送性を有する層であり、第３の層は発光中心材料とそれが分散されたホスト材料とを含む層であり、第２の層は第１の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第２の層の膜厚は０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、それらの間に形成された発光積層体とを有し、発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とをこの順に有し、第１の層はキャリア輸送性を有する層であり、第３の層は発光中心材料とそれが分散されたホスト材料とを含む層であり、第２の層は第１の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第２の層の膜厚は０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、それらの間に形成された発光積層体とを有し、発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とをこの順に有し、第１の層はキャリア輸送性を有する層であり、第３の層は発光中心材料とそれが分散されたホスト材料とを含む層であり、第２の層は第１の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第２の層の膜厚は１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
図１８に発光積層体に含まれる第１の層と第２の層と第３の層のホスト材料のエネルギーギャップの大小を比較した図を示す。第１の層のバンドギャップをＥｇ１、第２の層のバンドギャップをＥｇ２、第３の層におけるホスト材料のバンドギャップをＥｇ３とすると、Ｅｇ２はＥｇ３より大きくかつＥｇ２はＥｇ１より大きくする。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いう。
【００１７】
また図１８第２の層のＬＵＭＯ準位は、第１の層及び第３の層のＬＵＭＯ準位より高く、第１の層のＬＵＭＯ準位は、第３の層のＬＵＭＯ準位より高く、また第２の層のＨＯＭＯ準位は、第１の層及び第３の層のＨＯＭＯ準位より低く、第３の層のＨＯＭＯ準位は第１の層のＨＯＭＯ準位よりも低くなっているが、必ずしもこの限りではない。
【００１８】
第２の層を形成することより第３の層に含まれる発光中心材料やホスト材料の励起エネルギーがエネルギーギャップの小さい層に移動してしまうことを防ぐことができる。そのため発光が減少してしまったり、発光の色純度の低下してしまったりすることを抑制することが可能となる。
【００１９】
本発明の発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、それらの間に形成された発光積層体とを有し、発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層と第４の層と第５の層とをこの順に有し、第１の層及び第５の層はキャリア輸送性を有する層であり、第３の層は発光中心材料とそれが分散されたホスト材料とを含む層であり、第２の層は第１の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第４の層は第５の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第２の層及び第４の層との膜厚は０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、それらの間に形成された発光積層体とを有し、発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層と第４の層と第５の層とをこの順に有し、第１の層及び第５の層はキャリア輸送性を有する層であり、第３の層は発光中心材料とそれが分散されたホスト材料とを含む層であり、第２の層は第１の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第４の層は第５の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第２の層及び第４の層との膜厚は０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、それらの間に形成された発光積層体とを有し、発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層と第４の層と第５の層とをこの順に有し、第１の層及び第５の層はキャリア輸送性を有する層であり、第３の層は発光中心材料とそれが分散されたホスト材料とを含む層であり、第２の層は第１の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第４の層は第５の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第２の層及び第４の層との膜厚は１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２２】
図２２に発光積層体に含まれる第１の層、第２の層、第３の層のホスト材料、第４の層及び第５の層のエネルギーギャップの大小を比較した図を示す。第１の層のバンドギャップをＥｇ１、第２の層のバンドギャップをＥｇ２、第３の層におけるホスト材料のバンドギャップをＥｇ３、第４の層のバンドギャップをＥｇ４、第５の層のバンドギャップをＥｇ５とすると、Ｅｇ２はＥｇ３より大きくかつＥｇ２はＥｇ１より大きく、Ｅｇ４はＥｇ３より大きくかつＥｇ４はＥｇ５より大きい。またＥｇ２とＥｇ４、並びにＥｇ１とＥｇ５は同じであっても違っていても構わない。
【００２３】
また図２２では第２の層のＬＵＭＯ準位は、第１の層及び第３の層のホスト材料のＬＵＭＯ準位より高く、第１の層のＬＵＭＯ準位は、第３の層のホスト材料のＬＵＭＯ準位より高く、また第２の層のＨＯＭＯ準位は、第１の層及び第３の層のホスト材料のＨＯＭＯ準位より低く、第３の層のホスト材料のＨＯＭＯ準位は第１の層のＨＯＭＯ準位よりも低いが、必ずしもこの限りではない。
【００２４】
また図２２では第４の層のＬＵＭＯ準位は、第３の層のホスト材料及び第５の層のＬＵＭＯ準位より高く、第５の層のＬＵＭＯ準位は、第３の層のホスト材料のＬＵＭＯ準位より高く、また第４の層のＨＯＭＯ準位は、第３の層のホスト材料及び第５の層のＨＯＭＯ準位より低く、第３の層のホスト材料のＨＯＭＯ準位は、第５の層のＨＯＭＯ準位よりも低いが、必ずしもこの限りではない。
【００２５】
ただし第２の層のＬＵＭＯ準位と第４の層のＬＵＭＯ準位、第２の層のＨＯＭＯ準位と第４の層のＨＯＭＯ準位、第１の層のＬＵＭＯ準位と第５の層のＬＵＭＯ準位、第１の層のＨＯＭＯ準位と第５の層のＨＯＭＯ準位は、それぞれ同じであっても違っていても構わない。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、発光層に含まれる発光中心材料やホスト材料の励起エネルギーがエネルギーギャップの小さい層に移動してしまうことを防ぐことができる。そのため発光が減少してしまったり、発光の色純度の低下してしまったりすることを抑制することが可能となる。
【００２７】
本発明によって、発光効率の改善された発光素子を提供することができるようになる。
【００２８】
また、本発明によって、駆動電圧が低減された発光素子を提供することができるようになる。
【００２９】
また、本発明によって、駆動時間に対する劣化の度合いが改善された発光素子を提供することができるようになる。
【００３０】
また、本発明によって消費電力の低減された発光装置または電子機器を提供することができるようになる。
【００３１】
また、本発明によって、表示部における信頼性の高い発光装置または電子機器を提供することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。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。
【００３３】
（実施の形態１）
図１（Ａ）は本発明の発光素子の構成の一つを表す模式図である。図１（Ａ）で表された本発明の発光素子は第１の電極１００、第２の電極１０４との間に第１の層１０１、第２の層１０２及び第３の層１０３からなる発光積層体を有している。また、第１の層１０１、第２の層１０２及び第３の層１０３は第１の電極１００側から順に積層されている。
【００３４】
第１の層１０１は第１の電極１００から注入されたキャリアの輸送性が高い層であり（キャリア輸送層）、第３の層１０３は所望の発光を得るための発光層である。発光層である第３の層１０３は発光中心となる材料（発光中心材料）がホスト材料中に分散された構成を有する。
【００３５】
第２の層１０２は第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。また、第２の層１０２は第１の電極１００から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。また、第２の層１０２はその膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であれば良く、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが望ましい。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い、薄膜状態における各材料の吸収スペクトルをＵＶ・可視光分光光度計を用いて測定し、吸収スペクトルの長波長側の吸収端の波長から求めることとする。
【００３６】
このような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは正孔であり、第２の層１０２は正孔を輸送することが可能な材料で形成する。
【００３７】
第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは電子であり、第２の層１０２は電子を輸送することが可能な材料で形成する。
【００３８】
なお、本明細書では第２の層１０２を膜として表現しているが、非常に薄いことから完全な膜状にはなっておらず、第２の層１０２は島状に形成されている可能性がある。このような場合であっても本発明の構成は有効に機能する。また、本発明においては第２の層１０２を形成する場合は、実際に第２の層を形成する際と同じ蒸着条件で蒸着時間対蒸着膜厚の検量線を作製し、当該検量線上において所望の膜厚となる時間だけ蒸着することによって規定の膜厚の第２の層１０２が形成されたとみなす。
【００３９】
このような発光素子は電極から注入された電子及び正孔が発光層で再結合することによって発光中心材料が励起され、励起された発光中心材料が基底状態へ戻る際に発光を得ることができる。再結合による励起は、再結合によって直接発光中心材料が励起される場合と、まず再結合によってホスト材料が励起され、その励起エネルギーが移動することによって発光中心材料が励起される場合とがある。
【００４０】
このとき、発光層に接して、発光層を構成する材料よりエネルギーギャップの小さい層が形成されていると、発光層の発光中心材料やホスト材料の励起エネルギーが当該エネルギーギャップの小さい層に移動してしまう。隣接するエネルギーギャップの小さい層に発光層から励起エネルギーが移動してしまうと、その分発光層から得られる発光が減少してしまう上、もし、当該エネルギーギャップの小さい層が発光性であった場合、当該発光素子から得られる光の色純度の低下も招いてしまう。
【００４１】
そのため、発光層に接して形成される層はホスト材料のエネルギーギャップより大きいエネルギーギャップを有することが望ましい。実際の素子において発光層に接して形成される層はキャリアの輸送層、もしくはキャリアの注入及び輸送の両方を担う層であるが、キャリアの輸送性もしくは注入性とエネルギーギャップの関係とを満足するような材料の選択の幅はあまり広くない。特に大きいエネルギーギャップを必要とする青色発光素子においては特にその幅はさらに狭い。
【００４２】
ここで、本発明の発光素子である図１（Ａ）に記載の発光素子では、発光層である第３の層１０３とキャリア輸送層である第１の層１０１との間に第２の層１０２が形成されている。第２の層１０２は上述したように、第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、その膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下で形成される。
【００４３】
このような第２の層１０２を設けることによって、第３の層１０３のエネルギーギャップが第１の層１０１のエネルギーギャップより小さくても第３の層１０３から第１の層１０１への励起エネルギーの移動を有効に抑制することが可能となった結果、発光効率が向上された発光素子を得ることができるようになる。
【００４４】
その上、第２の層１０２が形成さていない通常の素子と比較して駆動電圧の上昇がほとんど無い発光素子を得ることができるようになる。また、第２の層１０２が存在することでキャリア輸送層である第１の層１０１に用いることができる材料の選択の幅を大幅に広げることができる。
【００４５】
なお、第２の層１０２はエネルギーギャップの関係さえ満たしていればキャリア輸送性が低くとも良く、キャリアを流すことができさえすれば良い。また、第２の層１０２の膜厚が非常に薄いことから、従来では材料自身の信頼性が悪く、他の層として使用すると発光素子自体の信頼性が低くなってしまっていたような材料であっても、発光素子の信頼性を低下させることなく第２の層１０２の材料として用いることができることも本発明の大きな特徴である。
【００４６】
本発明の発光素子はこのような第２の層１０２を有することによって、第３の層１０３から第１の層１０１への、励起エネルギーの移動が抑制され、発光層で発光中心材料が効率よく発光することができるようになることから、発光効率が向上する。発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子を得ることができるようになる。また、駆動電圧も低減させることができる。なお、本発明の発光素子において、第２の層１０２はその膜厚が非常に薄いことから、第２の層１０２を形成したことが原因となる駆動電圧の上昇を招かないため、発光効率の向上に伴う駆動電圧の低減効果がより顕著となる。
【００４７】
本発明のような発光素子では、発光層である第３の層１０３の層における発光領域は一部のケースで第３の層１０３の膜厚方向に均一もしくは膜厚の中央に存在することがあるが、ほとんどのケースにおいて膜厚方向のどちらかの表面近傍に偏って存在する。このことから、第２の層１０２は当該発光領域が偏っている側に設けられることが好ましい。
【００４８】
第１の電極１００、第２の電極１０４は光を取り出す方の電極を透光性を有する導電材料によって形成する。この際、他方の電極を反射率の高い材料で形成することによって効率よく発光を取り出すことができる。また、両方の電極を透光性を有する導電材料で形成すれば、発光素子の両側から光を取り出すこともできる。なお、発光層である第３の層１０３からの発光を得る際に高い電圧をかける方の電極には仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）導電材料を用いることが望ましく、また、発光を得る際に低い電圧をかける方の電極には仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）導電材料を用いることが望ましいが、キャリアの注入性に有利な材料を低い電圧をかける方の電極に接して設けることによって仕事関数に関わらず導電材料を電極として用いることもできる。
【００４９】
これら電極の材料としては金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物金属、化合物、合金を用いることができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、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）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）などの導電性を有する金属、又はアルミニウムとシリコンからなる合金（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウムとチタンからなる合金（Ａｌ−Ｔｉ）、アルミニウム、シリコン、銅からなる合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）等の合金、または窒化チタン（ＴｉＮ）等の金属材料の窒化物、インジウム錫酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（本明細書ではＩＴＳＯという）、酸化インジウムに、さらに２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したターゲットを用いて形成されたもの（本明細書ではＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）という）等の金属酸化物などを用いることができる。
【００５０】
なお、ＩＴＯ、ＩＴＳＯ、ＩＺＯ等は透光性を有する導電材料であるため、発光を取り出す方の電極材料として好適に用いることができる。また、アルミニウムや銀など厚膜で形成すると非透光性であるが、薄膜化すると透光性を有するようになるため、アルミニウムや銀の薄膜を、透光性を有する電極として用いることもできる。なお、アルミニウムや銀等は反射率が高いため、ある程度以上の膜厚で形成することによって反射電極として用いることもできる。これらの電極はスパッタ法、蒸着法など公知の方法によって形成することができる。
【００５１】
第１の層１０１は、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、正孔輸送性の高い材料で形成する。逆に第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１は電子輸送性の高い材料で形成する。
【００５２】
正孔輸送性の高い材料としては具体的には、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：ＮＰＢ）、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）、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、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、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。
【００５３】
電子輸送性の高い材料としては具体的にはトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）、トリス（４−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）、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）等の他、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）、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−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ビフェニリル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−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）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、４，４−ビス（５−メチルベンズオキサゾル−２−イル）スチルベン（略称：ＢｚＯｓ）等が挙げられる。また、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。第１の層１０１は蒸着法など公知の方法によって形成すれば良い。
【００５４】
第２の層１０２は第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、正孔を流すことが可能な材料で形成する。逆に第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第２の層１０２は電子を流すことが可能な材料で形成する。
【００５５】
正孔、もしくは電子を流すことが可能な材料とは、ブロッキング材料のようにそのキャリアの流れを妨げてしまう材料以外の材料のことを言い、移動度は非常に低くともかまわない。このような材料のうち第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく、ホスト材料のエネルギーギャップ以上である材料を第２の層１０２として用いればよい。
【００５６】
第１の層１０１、ホスト材料によっても異なってくるが、正孔を流すことが可能な材料としては例えば４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、２，７−ジ（Ｎ−カルバゾリル）−スピロ−９，９’−ビフルオレン（略称：ＳＦＤＣｚ）、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：ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、２，７−ビス｛Ｎ−［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝−スピロ−９，９’−ビフルオレン（略称：ＹＧＡＳＦ）、１，３，５−トリ（Ｎ−カルバゾリル）ベンゼン（略称：ＴＣｚＢ）、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）等をあげることができる。
【００５７】
また電子を流すことが可能な材料としてはビス［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）ピリジナト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ｐｐ）２）、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）、１，３−ビス［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ０１）、３−（４−ビフェニリル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−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）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）等を挙げることができる。
【００５８】
もちろんこれらは例示であり本発明に用いることができる材料はこれらに限られない。なお、発光中心材料のＨＯＭＯ準位と第２の層１０２のＬＵＭＯ準位、もしくは発光中心材料のＬＵＭＯ準位と第２の層１０２のＨＯＭＯ準位が近いとエキサイプレックスが形成されてしまい、発光効率が低下してしまう恐れがある。エキサイプレックス形成による発光効率の低下を防ぐ為には、エキサイプレックスが形成されない程度に発光中心材料のＨＯＭＯ準位と第２の層１０２のＬＵＭＯ準位、もしくは発光中心材料のＬＵＭＯ準位と第２の層１０２のＨＯＭＯ準位が離れている材料を選択することが好ましい。第２の層１０２は蒸着法など公知の方法によって形成すればよい。
【００５９】
第３の層１０３はホスト材料中に、当該ホスト材料よりエネルギーギャップの小さい発光中心物質を分散して形成されており、発光中心物質とホスト材料とを共蒸着して形成することができる。
【００６０】
発光中心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。具体的には、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−９−ジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−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−（１０−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。
【００６１】
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：Ａｌｑ３）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。
【００６２】
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−ＢｕＤＮＡ）、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：ＢＡｌｑ）、９−（４−｛Ｎ−［４−（９−カルバゾリル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝フェニル）−１０−フェニルアントラセン（略称：ＹＧＡＰＡ）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。
【００６３】
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（ＣＦ３ｐｐｙ）２（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）３）等の燐光を発光する物質も発光性の物質として用いることができる。
【００６４】
また、ホスト材料については、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−ＢｕＤＮＡ）等のアントラセン誘導体、または４，４’−ジ（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：Ｚｎｐｐ２）、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：ＺｎＢＯＸ）、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）等の金属錯体等を用いることができる。
【００６５】
（実施の形態２）
図１（Ｂ）は本発明の発光素子の構成の一つを表す模式図である。図１（Ｂ）で表された本発明の発光素子は第１の電極１００、第２の電極１０４との間に第１の層１０１、第２の層１０２及び第３の層１０３からなる発光積層体を有している。図１（Ｂ）と図１（Ａ）との違いは、図１（Ｂ）においては第１の電極１００側から第３の層１０３、第２の層１０２及び第１の層１０１がこの順に積層されている構造である点である。本発明はこのような構造であっても良い。
【００６６】
第１の層１０１は第２の電極１０４から注入されたキャリアの輸送性が高い層であり（キャリア輸送層）、第３の層１０３は所望の発光を得るための発光層である。発光層である第３の層１０３は発光中心となる材料（発光中心材料）がホスト材料中に分散された構成を有する。
【００６７】
第２の層１０２は第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。また、第２の層１０２は第２の電極１０４から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。また、第２の層１０２はその膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であれば良く、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが望ましい。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。
【００６８】
このような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは電子であり、第１の層１０１は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は電子を輸送することが可能な材料で形成する。
【００６９】
逆に第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは正孔であり、第１の層１０１は正孔輸送層となり、正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は正孔を輸送することが可能な材料で形成する。
【００７０】
第２の層１０２に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。また、第１の層１０１としてもちいられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料についても具体例は実施の形態１と同じである。
【００７１】
なお、本明細書では第２の層１０２を膜として表現しているが、非常に薄いことから完全な膜状にはなっておらず、第２の層１０２は島状に形成されている可能性がある。このような場合であっても本発明の構成は有効に機能する。また、本発明においては第２の層１０２を形成する場合は、実際に第２の層を形成する際と同じ蒸着条件で蒸着時間対蒸着膜厚の検量線を作製し、当該検量線上において所望の膜厚となる時間だけ蒸着することによって規定の膜厚の第２の層１０２が形成されたとみなす。
【００７２】
ここで、本発明の発光素子である図１（Ｂ）に記載の発光素子では、発光層である第３の層１０３とキャリア輸送層である第１の層１０１との間に第２の層１０２が形成されている。第２の層１０２は上述したように、第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、その膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下で形成される。
【００７３】
このような第２の層１０２を設けることによって、第３の層１０３のエネルギーギャップが第１の層１０１のエネルギーギャップより小さくても第３の層１０３から第１の層１０１への励起エネルギーの移動を有効に抑制することが可能となった結果、発光効率が向上された発光素子を得ることができるようになる。
【００７４】
その上、第２の層１０２が形成さていない通常の素子と比較して駆動電圧の上昇がほとんど無い発光素子を得ることができるようになる。また、第２の層１０２が存在することでキャリア輸送層である第１の層１０１に用いることができる材料の選択の幅を大幅に広げることができる。
【００７５】
なお、第２の層１０２はエネルギーギャップの関係さえ満たしていればキャリア輸送性が低くとも良く、キャリアを流すことができさえすれば良い。また、第２の層１０２の膜厚が非常に薄いことから、従来では材料自身の信頼性が悪く、他の層として使用すると発光素子自体の信頼性が低くなってしまっていたような材料であっても、発光素子の信頼性を低下させることなく第２の層１０２の材料として用いることができることも本発明の大きな特徴の一つである。
【００７６】
本発明の発光素子はこのような第２の層１０２を有することによって、第３の層１０３から第１の層１０１への、励起エネルギーの移動が抑制され、発光層で発光中心材料が効率よく発光することができるようになることから、発光効率が向上する。発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子を得ることができるようになる。また、駆動電圧も低減させることができる。
【００７７】
なお、本発明の発光素子において、第２の層１０２はその膜厚が非常に薄いことから、第２の層１０２を形成したことが原因となる駆動電圧の上昇を招かないため、発光効率の向上に伴う駆動電圧の低減効果がより顕著となる。
【００７８】
第１の電極１００、第２の電極１０４は光を取り出す方の電極を透光性を有する導電材料によって形成する。この際、他方の電極を反射率の高い材料で形成することによって効率よく発光を取り出すことができる。また、両方の電極を透光性を有する導電材料で形成すれば、発光素子の両側から光を取り出すこともできる。
【００７９】
なお、発光層である第３の層１０３からの発光を得る際に高い電圧をかける方の電極には仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）導電材料を用いることが望ましく、また、発光を得る際に低い電圧をかける方の電極には仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）導電材料を用いることが望ましいが、キャリアの注入性に有利な材料を低い電圧をかける方の電極に接して設けることによって仕事関数に関わらず導電材料を電極として用いることもできる。これら電極の具体的な材料としては実施の形態１で述べたものと同様であるため、繰り返しとなる説明を省略する。
【００８０】
また、発光中心物質、ホスト材料についても実施の形態１で述べたものと同様である。
【００８１】
なお、本実施の形態において説明した以外の事項については、実施の形態１と同じであるので、実施の形態１の説明を参照されたい。
【００８２】
（実施の形態３）
図２（Ａ）は本発明の発光素子の構成の一つを表す模式図である。図２（Ａ）で表された本発明の発光素子は第１の電極１００、第２の電極１０４との間に第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３及び第４の層１０５からなる発光積層体を有している。図２（Ａ）と図１（Ａ）との違いは第３の層１０３と第２の電極１０４との間に第４の層１０５が設けられている点である。本発明はこのような構造であっても良い。
【００８３】
第１の層１０１は第１の電極１００から注入されたキャリアの輸送性が高い層、もしくは注入性及び輸送性がどちらも高い層であり、第４の層１０５は第２の電極１０４から注入されたキャリアの輸送性が高い層である（キャリア輸送層）。第３の層１０３は所望の発光を得るための発光層である。発光層である第３の層１０３は発光中心となる材料（発光中心材料）がホスト材料中に分散された構成を有する。
【００８４】
第２の層１０２は第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。また、第２の層１０２は第１の電極１００から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。また、第２の層１０２はその膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であれば良く、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが望ましい。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。
【００８５】
第４の層１０５が設けられることによって、第２の電極１０４からよりスムーズにキャリアを注入及び輸送することができる。
【００８６】
このような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは正孔であり、第１の層１０１は正孔輸送層となり、正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第４の層１０５が輸送するキャリアは電子であり、第４の層は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は正孔を輸送することが可能な材料で形成する。
【００８７】
第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは電子であり、第１の層１０１は電子輸送層となり電子輸送性の高い材料で形成する。また、第４の層１０５が輸送するキャリアは正孔であり、第４の層１０５は正孔輸送層となり、正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は電子を輸送することが可能な材料で形成する。
【００８８】
第２の層１０２に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。また、第１の層１０１としてもちいられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料についても具体例は実施の形態１と同じである。なお、第４の層１０５に用いられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料については実施の形態１の第１の層１０１の材料として挙げた正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料と同じであるので該当する記載を参照されたい。
【００８９】
なお、本明細書では第２の層１０２を膜として表現しているが、非常に薄いことから完全な膜状にはなっておらず、第２の層１０２は島状に形成されている可能性がある。このような場合であっても本発明の構成は有効に機能する。また、本発明においては第２の層１０２を形成する場合は、実際に第２の層を形成する際と同じ蒸着条件で蒸着時間対蒸着膜厚の検量線を作製し、当該検量線上において所望の膜厚となる時間だけ蒸着することによって規定の膜厚の第２の層１０２が形成されたとみなす。
【００９０】
ここで、本発明の発光素子である図２（Ａ）に記載の発光素子では、発光層である第３の層１０３とキャリア輸送層である第１の層１０１との間に第２の層１０２が形成されている。第２の層１０２は上述したように、第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、その膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下で形成される。
【００９１】
このような第２の層１０２を設けることによって、第３の層１０３のエネルギーギャップが第１の層１０１のエネルギーギャップより小さくても第３の層１０３から第１の層１０１への励起エネルギーの移動を有効に抑制することが可能となった結果、発光効率が向上された発光素子を得ることができるようになる。
【００９２】
その上、第２の層１０２が形成さていない通常の素子と比較して駆動電圧の上昇がほとんど無い発光素子を得ることができるようになる。また、第２の層１０２が存在することでキャリア輸送層である第１の層１０１に用いることができる材料の選択の幅を大幅に広げることができる。
【００９３】
なお、第２の層１０２はエネルギーギャップの関係さえ満たしていればキャリア輸送性が低くとも良く、キャリアを流すことができさえすれば良い。また、第２の層１０２の膜厚が非常に薄いことから、従来では材料自身の信頼性が悪く、他の層として使用すると発光素子自体の信頼性が低くなってしまっていたような材料であっても、発光素子の信頼性を低下させることなく第２の層１０２の材料として用いることができることも本発明の大きな特徴の一つである。
【００９４】
本発明の発光素子はこのような第２の層１０２を有することによって、第３の層１０３から第１の層１０１への、励起エネルギーの移動が抑制され、発光層で発光中心材料が効率よく発光することができるようになることから、発光効率が向上する。発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子を得ることができるようになる。また、駆動電圧も低減させることができる。なお、本発明の発光素子において、第２の層１０２はその膜厚が非常に薄いことから、第２の層１０２を形成したことが原因となる駆動電圧の上昇を招かないため、発光効率の向上に伴う駆動電圧の低減効果がより顕著となる。
【００９５】
第１の電極１００、第２の電極１０４は光を取り出す方の電極を透光性を有する導電材料によって形成する。この際、他方の電極を反射率の高い材料で形成することによって効率よく発光を取り出すことができる。また、両方の電極を透光性を有する導電材料で形成すれば、発光素子の両側から光を取り出すこともできる。なお、発光層である第３の層１０３からの発光を得る際に高い電圧をかける方の電極には仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）導電材料を用いることが望ましく、また、発光を得る際に低い電圧をかける方の電極には仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）導電材料を用いることが望ましいが、キャリアの注入性に有利な材料を低い電圧をかける方の電極に接して設けることによって仕事関数に関わらず導電材料を電極として用いることもできる。これら電極の具体的な材料としては実施の形態１で述べたものと同様であるため、繰り返しとなる説明を省略する。
【００９６】
また、発光中心物質、ホスト材料についても実施の形態１で述べたものと同様である。
【００９７】
なお、本実施の形態において説明した以外の事項については、実施の形態１と同じであるので、実施の形態１の説明を参照されたい。
【００９８】
（実施の形態４）
図２（Ｂ）は本発明の発光素子の構成の一つを表す模式図である。図２（Ｂ）で表された本発明の発光素子は第１の電極１００、第２の電極１０４との間に第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３及び第４の層１０５からなる発光積層体を有している。図２（Ａ）と図２（Ｂ）との違いは、図２（Ｂ）においては第１の電極１００側から第４の層１０５、第３の層１０３、第２の層１０２及び第１の層１０１がこの順に積層されている構造である点である。本発明はこのような構造であっても良い。
【００９９】
第１の層１０１は第２の電極１０４から注入されたキャリアの輸送性が高い層であり、第４の層１０５は第１の電極１００から注入されたキャリアの輸送性が高い層である（キャリア輸送層）。第３の層１０３は所望の発光を得るための発光層である。発光層である第３の層１０３は発光中心となる材料（発光中心材料）がホスト材料中に分散された構成を有する。
【０１００】
第２の層１０２は第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。また、第２の層１０２は第２の電極１０４から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。また、第２の層１０２はその膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であれば良く、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが望ましい。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。
【０１０１】
第４の層１０５が設けられることによって、第１の電極１００からよりスムーズにキャリアを注入及び輸送することができる。
【０１０２】
このような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは電子であり、第１の層１０１は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。また、第４の層１０５が輸送するキャリアは正孔であり、第４の層１０５は正孔輸送層となり、正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は電子を輸送することが可能な材料で形成する。
【０１０３】
逆に第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは正孔であり、第１の層１０１は正孔輸送層となり、正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第４の層１０５が輸送するキャリアは電子であり、第４の層１０５は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は正孔を輸送することが可能な材料で形成する。
【０１０４】
なお、第２の層１０２に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。また、第１の層１０１としてもちいられる電子輸送性の高い材料又は正孔輸送性の高い材料についても具体例は実施の形態１と同じである。なお、第４の層１０５に用いられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料については実施の形態１の第１の層１０１の材料として挙げた正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料と同じであるので該当する記載を参照されたい。
【０１０５】
なお、本明細書では第２の層１０２を膜として表現しているが、非常に薄いことから完全な膜状にはなっておらず、第２の層１０２は島状に形成されている可能性がある。このような場合であっても本発明の構成は有効に機能する。また、本発明においては第２の層１０２を形成する場合は、実際に第２の層を形成する際と同じ蒸着条件で蒸着時間対蒸着膜厚の検量線を作製し、当該検量線上において所望の膜厚となる時間だけ蒸着することによって規定の膜厚の第２の層１０２が形成されたとみなす。
【０１０６】
ここで、本発明の発光素子である図２（Ｂ）に記載の発光素子では、発光層である第３の層１０３とキャリア輸送層である第１の層１０１との間に第２の層１０２が形成されている。第２の層１０２は上述したように、第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、その膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下で形成される。
【０１０７】
このような第２の層１０２を設けることによって、第３の層１０３のエネルギーギャップが第１の層１０１のエネルギーギャップより大きくても第３の層１０３から第１の層１０１への励起エネルギーの移動を有効に抑制することが可能となった結果、発光効率が向上された発光素子を得ることができるようになる。
【０１０８】
その上、第２の層１０２が形成さていない通常の素子と比較して駆動電圧の上昇がほとんど無い発光素子を得ることができるようになる。また、第２の層１０２が存在することでキャリア輸送層である第１の層１０１に用いることができる材料の選択の幅を大幅に広げることができる。
【０１０９】
なお、第２の層１０２はエネルギーギャップの関係さえ満たしていればキャリア輸送性が低くとも良く、キャリアを流すことができさえすれば良い。また、第２の層１０２の膜厚が非常に薄いことから、従来では材料自身の信頼性が悪く、他の層として使用すると発光素子自体の信頼性が低くなってしまっていたような材料であっても、発光素子の信頼性を低下させることなく第２の層１０２の材料として用いることができることも本発明の大きな特徴の一つである。
【０１１０】
本発明の発光素子はこのような第２の層１０２を有することによって、第３の層１０３から第１の層１０１への、励起エネルギーの移動が抑制され、発光層で発光中心材料が効率よく発光することができるようになることから、発光効率が向上する。発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子を得ることができるようになる。また、駆動電圧も低減させることができる。なお、本発明の発光素子において、第２の層１０２はその膜厚が非常に薄いことから、第２の層１０２を形成したことが原因となる駆動電圧の上昇を招かないため、発光効率の向上に伴う駆動電圧の低減効果がより顕著となる。
【０１１１】
第１の電極１００、第２の電極１０４は光を取り出す方の電極を透光性を有する導電材料によって形成する。この際、他方の電極を反射率の高い材料で形成することによって効率よく発光を取り出すことができる。また、両方の電極を透光性を有する導電材料で形成すれば、発光素子の両側から光を取り出すこともできる。
【０１１２】
なお、発光層である第３の層１０３からの発光を得る際に高い電圧をかける方の電極には仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）導電材料を用いることが望ましく、また、発光を得る際に低い電圧をかける方の電極には仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）導電材料を用いることが望ましいが、キャリアの注入性に有利な材料を低い電圧をかける方の電極に接して設けることによって仕事関数に関わらず導電材料を電極として用いることもできる。これら電極の具体的な材料としては実施の形態１で述べたものと同様であるため、繰り返しとなる説明を省略する。
【０１１３】
また、発光中心物質、ホスト材料についても実施の形態１で述べたものと同様である。
【０１１４】
なお、本実施の形態において説明した以外の事項については、実施の形態１と同じであるので、実施の形態１の説明を参照されたい。
【０１１５】
（実施の形態５）
図２（Ｃ）は本発明の発光素子の構成の一つを表す模式図である。図２（Ｃ）で表された本発明の発光素子は第１の電極１００、第２の電極１０４との間に第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３、第５の層１０６及び第４の層１０５からなる発光積層体を有している。図２（Ｃ）と図２（Ａ）との違いは第３の層１０３と第４の層１０５との間に第５の層１０６が設けられている点である。本発明はこのような構造であっても良い。
【０１１６】
第１の層１０１は第１の電極１００から注入されたキャリアの輸送性が高い層であり、第４の層１０５は第２の電極１０４から注入されたキャリアの輸送性が高い層である（キャリア輸送層）。第３の層１０３は所望の発光を得るための発光層である。発光層である第３の層１０３は発光中心となる材料（発光中心材料）がホスト材料中に分散された構成を有する。
【０１１７】
第２の層１０２は第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。また、第２の層１０２は第１の電極１００から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。
【０１１８】
第５の層１０６は第４の層１０５のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。また、第５の層１０６は第２の電極１０４から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。
【０１１９】
また、第２の層１０２及び第５の層１０６はその膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であれば良く、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが望ましい。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。
【０１２０】
第５の層１０６が設けられることによって、第３の層１０３から第４の層１０５への励起エネルギーの移動を抑制することができるようになり、発光効率がさらに向上する。このような構成は発光領域が発光層である第３の層１０３の厚さ方向全てにわたって形成される場合に特に有効である。また、発光領域が発光層のどの部分に形成されているか不明な場合も簡便に本発明を適用することができる構成である。
【０１２１】
このような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは正孔であり、第１の層１０１は正孔輸送層となり、正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第４の層１０５が輸送するキャリアは電子であり、第４の層は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は正孔を輸送することが可能な材料、第５の層１０６は電子を輸送することが可能な材料で形成する。
【０１２２】
逆に第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは電子であり、第１の層１０１は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。また、第４の層１０５が輸送するキャリアは正孔であり、第４の層１０５は正孔輸送層となり、正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は電子を輸送することが可能な材料、第５の層１０６は正孔を輸送することが可能な材料で形成する。
【０１２３】
なお、第２の層１０２に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。第５の層１０６に用いることが可能な材料は第２の層１０２に用いることが可能な材料と同様であるので説明を省略する。
【０１２４】
また、第１の層１０１としてもちいられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料についても具体例は実施の形態１と同じである。なお、第４の層１０５に用いられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料については実施の形態１の第１の層１０１の材料として挙げた正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料と同じであるので該当する記載を参照されたい。
【０１２５】
本明細書では第２の層１０２及び第５の層１０６を膜として表現しているが、非常に薄いことから完全な膜状にはなっておらず、第２の層１０２及び第５の層１０６は島状に形成されている可能性がある。このような場合であっても本発明の構成は有効に機能する。また、本発明においては第２の層１０２及び第５の層１０６を形成する場合は、実際に第２の層１０２及び第５の層１０６を形成する際と同じ蒸着条件で蒸着時間対蒸着膜厚の検量線を作製し、当該検量線上において所望の膜厚となる時間だけ蒸着することによって規定の膜厚の第２の層１０２及び第５の層１０６が形成されたとみなす。
【０１２６】
ここで、本発明の発光素子である図２（Ｃ）に記載の発光素子では、発光層である第３の層１０３とキャリア輸送層である第１の層１０１との間に第２の層１０２が、第３の層１０３と第４の層１０５の間に第５の層１０６が形成されている。上述したように、第２の層１０２は第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第５の層１０６は第４の層１０５のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下で形成される。
【０１２７】
このような第２の層１０２及び第５の層１０６を設けることによって、第３の層１０３のエネルギーギャップが第１の層１０１又は第４の層１０５のエネルギーギャップより大きくても、第３の層１０３から第１の層１０１や第４の層１０５への励起エネルギーの移動を有効に抑制することが可能となった結果、発光効率が向上された発光素子を得ることができるようになる。
【０１２８】
その上、第２の層１０２及び第５の層１０６が形成さていない通常の素子と比較して駆動電圧の上昇がほとんど無い発光素子を得ることができるようになる。また、第２の層１０２又は第５の層１０６が存在することでキャリア輸送層である第１の層１０１や第４の層１０５に用いることができる材料の選択の幅を大幅に広げることができる。
【０１２９】
なお、第２の層１０２及び第５の層１０６はエネルギーギャップの関係さえ満たしていればキャリア輸送性が低くとも良く、キャリアを流すことができさえすれば良い。また、第２の層１０２や第５の層１０６はその膜厚が非常に薄いことから、従来では材料自身の信頼性が悪く、他の層として使用すると発光素子自体の信頼性が低くなってしまっていたような材料であっても、発光素子の信頼性を低下させることなく用いることができることも本発明の大きな特徴の一つである。
【０１３０】
本発明の発光素子はこのような第２の層１０２及び第５の層１０６を有することによって、第３の層１０３から第１の層１０１及び第４の層１０５への、励起エネルギーの移動が抑制され、発光層で発光中心材料が効率よく発光することができるようになることから、発光効率が向上する。発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子を得ることができるようになる。また、駆動電圧も低減させることができる。なお、本発明の発光素子において、第２の層１０２及び第５の層１０６はその膜厚が非常に薄いことから、これらの層を形成したことが原因となる駆動電圧の上昇を招かないため、発光効率の向上に伴う駆動電圧の低減効果がより顕著となる。
【０１３１】
第１の電極１００、第２の電極１０４は光を取り出す方の電極を透光性を有する導電材料によって形成する。この際、他方の電極を反射率の高い材料で形成することによって効率よく発光を取り出すことができる。また、両方の電極を透光性を有する導電材料で形成すれば、発光素子の両側から光を取り出すこともできる。
【０１３２】
なお、発光層である第３の層１０３からの発光を得る際に高い電圧をかける方の電極には仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）導電材料を用いることが望ましく、また、発光を得る際に低い電圧をかける方の電極には仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）導電材料を用いることが望ましいが、キャリアの注入性に有利な材料を低い電圧をかける方の電極に接して設けることによって仕事関数に関わらず導電材料を電極として用いることもできる。これら電極の具体的な材料としては実施の形態１で述べたものと同様であるため、繰り返しとなる説明を省略する。
【０１３３】
また、発光中心物質、ホスト材料についても実施の形態１で述べたものと同様である。
【０１３４】
なお、本実施の形態において説明した以外の事項については、実施の形態１と同じであるので、実施の形態１の説明を参照されたい。
【０１３５】
（実施の形態６）
図３は本発明の発光素子の構成の一つを表す模式図である。図３（Ａ）で表された本発明の発光素子は第１の電極１００、第２の電極１０４との間に第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３、第４の層１０５、第６の層１０７及び第７の層１０８からなる発光積層体を有している。図３（Ａ）と図２（Ａ）との違いは第１の層１０１と第１の電極１００との間に第６の層１０７が、第４の層１０５と第２の電極１０４との間に第７の層１０８が設けられている点である。本発明はこのような構造であっても良い。
【０１３６】
さらに図３（Ｂ）と図２（Ｃ）の違いは、第１の層１０１と第１の電極１００との間に第６の層１０７が、第４の層１０５と第２の電極１０４との間に第７の層１０８が設けられている点である。
【０１３７】
図３において、第１の層１０１は第１の電極１００から注入されたキャリアの輸送性が高い層であり、第４の層１０５は第２の電極１０４から注入されたキャリアの輸送性が高い層である（キャリア輸送層）。第３の層１０３は所望の発光を得るための発光層であり、発光層である第３の層１０３は発光中心となる材料（発光中心材料）がホスト材料中に分散された構成を有する。また、第６の層１０７は第１の電極１００からのキャリアの注入に有利な層であり、第７の層１０８は第２の電極１０４からのキャリアの注入に有利な層（キャリア注入層）である。
【０１３８】
図３（Ａ）において、第２の層１０２は第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。
【０１３９】
また図３（Ｂ）において、第２の層１０２は第１の電極１００から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。第５の層１０６は第４の層１０５のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。また、第５の層１０６は第２の電極１０４から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。
【０１４０】
また、第２の層１０２及び第５の層１０６はその膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であれば良く、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが望ましい。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。
【０１４１】
キャリア注入層である第６の層１０７及び第７の層１０８はどちらか一方のみもしくは両方形成されていても構わず、これらの層が形成されていることによって電極から発光積層体にキャリアが注入されやすくなり、駆動電圧をより低下させることができる。
【０１４２】
図３（Ａ）のような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の電極１００から注入されるキャリアは正孔であり、第６の層１０７は正孔注入層となり正孔の注入に有利な材料で形成される。また、第１の層１０１は正孔輸送層となり正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第２の電極１０４から注入されるキャリアは電子であり、第７の層１０８は電子注入層となり、電子の注入に有利な材料で形成される。また、第４の層は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。
【０１４３】
また、第２の層１０２は正孔を輸送することが可能な材料で形成する。なお、第２の層１０２に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。
【０１４４】
第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の電極１００から注入されるキャリアは電子であり、第６の層１０７は電子注入層となり、電子の注入に有利な材料で形成される。また、第１の層１０１は電子輸送層となり電子輸送性の高い材料で形成する。この際、第２の電極１０４から注入されるキャリアは正孔であり、第７の層１０８は正孔注入層となり、正孔の注入に有利な材料で形成される。また、第４の層１０５は正孔輸送層となり正孔輸送性の高い材料で形成する。
【０１４５】
また、第２の層１０２は電子を輸送することが可能な材料で形成する。なお、第２の層１０２に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。
【０１４６】
また図３（Ｂ）のような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の電極１００から注入されるキャリアは正孔であり、第６の層１０７は正孔注入層となり正孔の注入に有利な材料で形成される。また、第１の層１０１は正孔輸送層となり正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第２の電極１０４から注入されるキャリアは電子であり、第７の層１０８は電子注入層となり、電子の注入に有利な材料で形成される。また、第４の層は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。
【０１４７】
また、第２の層１０２は正孔を輸送することが可能な材料、第５の層１０６は電子を輸送することが可能な材料で形成する。なお、第２の層１０２及び第５の層１０６に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。
【０１４８】
また図３（Ｂ）のような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の電極１００から注入されるキャリアは電子であり、第６の層１０７は電子注入層となり、電子の注入に有利な材料で形成される。また、第１の層１０１は電子輸送層となり電子輸送性の高い材料で形成する。この際、第２の電極１０４から注入されるキャリアは正孔であり、第７の層１０８は正孔注入層となり、正孔の注入に有利な材料で形成される。また、第４の層１０５は正孔輸送層となり正孔輸送性の高い材料で形成する。
【０１４９】
また、第２の層１０２は電子を輸送することが可能な材料、第５の層１０６は正孔を輸送することが可能な材料で形成する。なお、第２の層１０２及び第５の層１０６に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。
【０１５０】
また、第１の層１０１として用いられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料についても具体例は実施の形態１と同じである。なお、第４の層１０５に用いられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料については実施の形態１の第１の層１０１の材料として挙げた正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料と同じであるので該当する記載を参照されたい。第６の層１０７及び第７の層１０８として用いることができる正孔注入に有利な材料及び電子注入に有利な材料は、各々第１の層１０１として挙げた正孔輸送性の高い材料及び電子輸送性の高い材料を用いることができるが、第１の層１０１、第４の層１０５より相対的にキャリアの注入性が高い材料を用いることが好ましい。
【０１５１】
また、正孔注入に有利な材料としては他に酸化バナジウムや酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウムなどの金属酸化物などでも良い。これらの酸化物に適当な有機化合物を混合しても良い。あるいは、有機化合物であればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン（略称：Ｈ２−Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：Ｃｕ−Ｐｃ）等を用いることができる。また、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸（略称：ＰＳＳ）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称：ＰＥＤＯＴ）や、ポリアニリン（略称：ＰＡｎｉ）などを用いることができる。
【０１５２】
電子注入に有利な材料としては他にフッ化カルシウムなどのアルカリ土類金属塩、フッ化リチウム、酸化リチウムや塩化リチウムなどのアルカリ金属塩などが好適である。あるいは、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）やバソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などにリチウムなどのドナー性化合物を添加した層も用いることができる。
【０１５３】
なお、本明細書では第２の層１０２及び第５の層１０６を膜として表現しているが、非常に薄いことから完全な膜状にはなっておらず、第２の層１０２及び第５の層１０６は島状に形成されている可能性がある。このような場合であっても本発明の構成は有効に機能する。また、本発明においては第２の層１０２及び第５の層１０６を形成する場合は、実際に第２の層及び第５の層１０６を形成する際と同じ蒸着条件で蒸着時間対蒸着膜厚の検量線を作製し、当該検量線上において所望の膜厚となる時間だけ蒸着することによって規定の膜厚の第２の層１０２及び第５の層１０６が形成されたとみなす。
【０１５４】
ここで、本発明の発光素子である図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に記載の発光素子では、発光層である第３の層１０３とキャリア輸送層である第１の層１０１との間に第２の層１０２が形成されている。第２の層１０２は上述したように、第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、その膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下で形成される。
【０１５５】
このような第２の層１０２を設けることによって、第３の層１０３のエネルギーギャップが第１の層１０１のエネルギーギャップより大きくても、第３の層１０３から第１の層１０１への励起エネルギーの移動を有効に抑制することが可能となった結果、発光効率が向上された発光素子を得ることができるようになる。
【０１５６】
また第５の層１０６を設けることによって、第３の層１０３のエネルギーギャップが第４の層１０５のエネルギーギャップより大きくても、第３の層１０３から第４の層１０５への励起エネルギーの移動を有効に抑制することが可能となった結果、発光効率が向上された発光素子を得ることができるようになる。
【０１５７】
またさらに、第２の層１０２または第５の層１０６の一方、もしくはその両方が形成さていない通常の素子と比較して駆動電圧の上昇がほとんど無い発光素子を得ることができるようになる。また、第２の層１０２及び第５の層１０６が存在することでキャリア輸送層である第１の層１０１及び第４の層１０５に用いることができる材料の選択の幅を大幅に広げることができる。
【０１５８】
なお、第２の層１０２及び第５の層１０６はエネルギーギャップの関係さえ満たしていればキャリア輸送性が低くとも良く、キャリアを流すことができさえすれば良い。また、第２の層１０２及び第５の層１０６の膜厚が非常に薄いことから、従来では材料自身の信頼性が悪く、他の層として使用すると発光素子自体の信頼性が低くなってしまっていたような材料であっても、発光素子の信頼性を低下させることなく第２の層１０２及び第５の層１０６の材料として用いることができることも本発明の大きな特徴の一つである。
【０１５９】
本発明の発光素子はこのような第２の層１０２または第５の層１０６、もしくはその両方を有することによって、第３の層１０３から第１の層１０１への、または第３の層１０３から第４の層１０５への、もしくはその両方への励起エネルギーの移動が抑制され、発光層で発光中心材料が効率よく発光することができるようになることから、発光効率が向上する。発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子を得ることができるようになる。
【０１６０】
また、駆動電圧も低減させることができる。なお、本発明の発光素子において、第２の層１０２及び第５の層１０６はその膜厚が非常に薄いことから、第２の層１０２または第５の層１０６、もしくはその両方を形成したことが原因となる駆動電圧の上昇を招かないため、発光効率の向上に伴う駆動電圧の低減効果がより顕著となる。
【０１６１】
第１の電極１００、第２の電極１０４は光を取り出す方の電極を透光性を有する導電材料によって形成する。この際、他方の電極を反射率の高い材料で形成することによって効率よく発光を取り出すことができる。また、両方の電極を透光性を有する導電材料で形成すれば、発光素子の両側から光を取り出すこともできる。
【０１６２】
なお、発光層である第３の層１０３からの発光を得る際に高い電圧をかける方の電極には仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）導電材料を用いることが望ましく、また、発光を得る際に低い電圧をかける方の電極には仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）導電材料を用いることが望ましいが、キャリアの注入性に有利な材料を低い電圧をかける方の電極に接して設けることによって仕事関数に関わらず導電材料を電極として用いることもできる。これら電極の具体的な材料としては実施の形態１で述べたものと同様であるため、繰り返しとなる説明を省略する。
【０１６３】
また、発光中心物質、ホスト材料についても実施の形態１で述べたものと同様である。
【０１６４】
なお、本実施の形態において説明した以外の事項については、実施の形態１と同じであるので、実施の形態１の説明を参照されたい。
【０１６５】
また、第６の層１０７、第７の層１０８は、実施の形態１乃至実施の形態５と組み合わせて本発明の他の構成に適用することもできる。
【０１６６】
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の発光装置について図４、図５を参照し、作製方法を示しながら説明する。なお、本実施の形態ではアクティブマトリクス型の発光装置を作製する例を示したが、本発明はパッシブ型の発光装置についてももちろん適用することが可能である。
【０１６７】
まず、基板５０上に第１の下地絶縁層５１ａ、第２の下地絶縁層５１ｂを形成した後、さらに半導体層を第２の下地絶縁層５１ｂ上に形成する。
【０１６８】
基板５０の材料としてはガラス、石英やプラスチック（ポリイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリエーテルスルホンなど）等を用いることができる。これら基板は必要に応じてＣＭＰ等により研磨してから使用しても良い。本実施の形態においてはガラス基板を用いる。
【０１６９】
第１の下地絶縁層５１ａ、第２の下地絶縁層５１ｂは基板５０中のアルカリ金属やアルカリ土類金属など、半導体膜の特性に悪影響を及ぼすような元素が半導体層中に拡散するのを防ぐ為に設ける。材料としては酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒素を含む酸化ケイ素、酸素を含む窒化ケイ素などを用いることができる。本実施の形態では第１の下地絶縁層５１ａを窒化ケイ素で、第２の下地絶縁層５１ｂを酸化ケイ素で形成する。本実施の形態では、下地絶縁層を第１の下地絶縁層５１ａ、第２の下地絶縁層５１ｂの２層で形成したが、単層で形成してもかまわないし、２層以上の多層であってもかまわない。また、基板からの不純物の拡散が気にならないようであれば下地絶縁層は設ける必要がない。
【０１７０】
続いて形成される半導体層は本実施の形態では非晶質ケイ素膜をレーザ結晶化して得る。第２の下地絶縁層５１ｂ上に非晶質ケイ素膜を２５〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の膜厚で形成する。作製方法としては公知の方法、例えばスパッタ法、減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法などが使用できる。その後、５００℃で１時間の加熱処理を行い、水素出しをする。
【０１７１】
続いてレーザ照射装置を用いて非晶質ケイ素膜を結晶化して結晶質ケイ素膜を形成する。本実施の形態のレーザ結晶化ではエキシマレーザを使用し、発振されたレーザビームを光学系を用いて線状のビームスポットに加工し非晶質ケイ素膜に照射することで結晶質ケイ素膜とし、半導体層として用いる。
【０１７２】
非晶質ケイ素膜の他の結晶化の方法としては、他に、熱処理のみにより結晶化を行う方法や結晶化を促進する触媒元素を用い加熱処理を行う事によって行う方法もある。結晶化を促進する元素としてはニッケル、鉄、パラジウム、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金などが挙げられ、このような元素を用いることによって熱処理のみで結晶化を行った場合に比べ、低温、短時間で結晶化が行われるため、ガラス基板などへのダメージが少ない。熱処理のみにより結晶化をする場合は、基板５０を熱に強い石英基板などにすればよい。
【０１７３】
続いて、必要に応じて半導体層にしきい値をコントロールする為に微量の不純物添加、いわゆるチャネルドーピングを行う。要求されるしきい値を得る為にＮ型もしくはＰ型を呈する不純物（リン、ボロンなど）をイオンドーピング法などにより添加する。
【０１７４】
その後、半導体層を所定の形状に成形し、島状の半導体層５２を得る。半導体層の成形は半導体層にフォトレジストを塗布し、所定の形状を露光し、焼成及び現像することで半導体層上にレジストマスクを形成し、このマスクを用いてエッチングをすることにより行われる。
【０１７５】
続いて半導体層５２を覆うようにゲート絶縁層５３を形成する。ゲート絶縁層５３はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて膜厚を４０〜１５０ｎｍとしてケイ素を含む絶縁層で形成する。本実施の形態では酸化ケイ素を用いて形成する。
【０１７６】
次いで、ゲート絶縁層５３上にゲート電極５４を形成する。ゲート電極５４はタンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、クロム、ニオブから選ばれた元素、または元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶ケイ素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。
【０１７７】
また、本実施の形態ではゲート電極５４は単層で形成されているが、下層にタングステン、上層にモリブデンなどの２層以上の積層構造でもかまわない。積層構造としてゲート電極を形成する場合であっても前段で述べた材料を使用するとよい。また、その組み合わせも適宜選択すればよい。ゲート電極５４の加工はフォトレジストを用いたマスクを利用し、エッチングをして行う。
【０１７８】
続いて、ゲート電極５４をマスクとして半導体層５２に高濃度の不純物を添加する。これによって半導体層５２、ゲート絶縁層５３、及びゲート電極５４を含む薄膜トランジスタ７０が形成される。
【０１７９】
なお、薄膜トランジスタの作製工程については特に限定されず、所望の構造のトランジスタを作製できるように適宜変更すればよい。
【０１８０】
本実施の形態では、レーザ結晶化を使用して結晶化した結晶性シリコン膜を用いたトップゲートの薄膜トランジスタを用いたが、非晶質半導体膜を用いたボトムゲート型の薄膜トランジスタを画素部に用いることも可能である。非晶質半導体はケイ素だけではなくシリコンゲルマニウムも用いることができ、シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。
【０１８１】
続いて、ゲート電極５４をマスクとして半導体層５２に不純物元素の添加を行う。不純物元素は半導体層５２に一導電型を付与することができる元素であり、ｎ型の導電型を付与する不純物元素としてはリン、ｐ型の導電型を付与する不純物元素としてはボロンなど代表的に挙げられるが、発光素子の第１の電極を陽極として機能させる場合にはｐ型、陰極として機能させる場合にはｎ型となるように不純物元素を選択することが望ましい。
【０１８２】
その後、ゲート電極５４、ゲート絶縁層５３を覆って絶縁膜（水素化膜）５９を窒化ケイ素により形成する。絶縁膜（水素化膜）５９を形成したら４８０℃で１時間程度加熱を行って、不純物元素の活性化及び半導体層５２の水素化を行う。（図４（Ａ））
【０１８３】
続いて、絶縁膜（水素化膜）５９を覆う第１の層間絶縁層６０を形成する。第１の層間絶縁層６０を形成する材料としては酸化ケイ素、アクリル、ポリイミド、Ｌｏｗ−ｋ材料等をもちいるとよい。また、珪素と酸素との結合で骨格構造が構成され、置換基として少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、アリール基）、フルオロ基、又は少なくとも水素を含む有機基及びフロオロ基を有する材料、いわゆるシロキサンを用いることもできる。本実施の形態では酸化ケイ素膜を第１の層間絶縁層として形成した。（図４（Ｂ））
【０１８４】
次に、半導体層５２に至るコンタクトホールを開口する。コンタクトホールはレジストマスクを用いて、半導体層５２が露出するまでエッチングを行うことで形成することができ、ウエットエッチング、ドライエッチングどちらでも形成することができる。なお、条件によって一回でエッチングを行ってしまっても良いし、複数回に分けてエッチングを行っても良い。また、複数回でエッチングする際は、ウエットエッチングとドライエッチングの両方を用いても良い。（図４（Ｃ））
【０１８５】
そして、当該コンタクトホールや第１の層間絶縁層６０を覆う導電層を形成する。当該導電層を所望の形状に加工し、接続部６１ａ、配線６１ｂなどが形成される。この配線はアルミニウム、銅、アルミニウムと炭素とニッケルの合金、アルミニウムと炭素とモリブデンの合金等の単層でも良いが、基板側からモリブデン、アルミニウム、モリブデンの積層構造やチタン、アルミニウム。チタンやチタン、窒化チタン、アルミニウム、チタンといった構造でも良い。（図４（Ｄ））
【０１８６】
その後、接続部６１ａ、配線６１ｂ、第１の層間絶縁層６０を覆って第２の層間絶縁層６３を形成する。第２の層間絶縁層６３の材料としては自己平坦性を有するアクリル、ポリイミド、シロキサンなどの塗布により成膜した膜が好適に利用できる。本実施の形態ではシロキサンを第２の層間絶縁層６３として用いる。（図４（Ｅ））
【０１８７】
続いて第２の層間絶縁層６３上に窒化ケイ素などで絶縁層を形成してもよい。これは後の画素電極のエッチングにおいて、第２の層間絶縁層６３が必要以上にエッチングされてしまうのを防ぐ為に形成する。そのため、画素電極と第２の層間絶縁層のエッチングレートの比が大きい場合には特に設けなくとも良い。続いて、第２の層間絶縁層６３を貫通して接続部６１ａに至るコンタクトホールを形成する。
【０１８８】
そして当該コンタクトホールと第２の層間絶縁層６３（もしくは絶縁層）を覆って、透光性を有する導電層を形成したのち、当該透光性を有する導電層を加工して薄膜発光素子の第１の電極６４を形成する。ここで第１の電極６４は接続部６１ａと電気的に接触している。
【０１８９】
第１の電極６４の材料としてはアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、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）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）などの導電性を有する金属、又はアルミニウムとシリコンからなる合金（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウムとチタンからなる合金（Ａｌ−Ｔｉ）、アルミニウム、シリコン及び銅からなる合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）等それらの合金、または窒化チタン（ＴｉＮ）等の金属材料の窒化物、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ケイ素を含有するＩＴＯ、酸化インジウムに２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したターゲットを用いて形成されたもの（本明細書ではＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）という）等の金属化合物などにより形成することができる。
【０１９０】
また、発光を取り出す方の電極は透明性を有する導電膜により形成すれば良く、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（本明細書ではＩＴＳＯという）、酸化インジウムに、さらに２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したターゲットを用いて形成されたもの（本明細書ではＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）という）などの金属化合物の他、Ａｌ、Ａｇ等金属の極薄膜を用いる。また、第２の電極の方から発光を取り出す場合は第１の電極は反射率の高い材料（Ａｌ、Ａｇ等）を用いることができる。本実施の形態ではＩＴＳＯを第１の電極６４として用いた（図５（Ａ））。
【０１９１】
次に第２の層間絶縁層６３（もしくは絶縁層）及び第１の電極６４を覆って有機材料もしくは無機材料からなる絶縁層を形成する。続いて当該絶縁層を第１の電極６４の一部が露出するように加工し、隔壁６５を形成する。隔壁６５の材料としては、感光性を有する有機材料（アクリル、ポリイミドなど）が好適に用いられるが、感光性を有さない有機材料や無機材料で形成してもかまわない。また、隔壁６５の材料にチタンブラックやカーボンナイトライドなどの黒色顔料や染料を分散材などを用いて分散し、隔壁６５を黒くすることでブラックマトリクス様に用いても良い。隔壁６５の第１の電極に向かう端面は曲率を有し、当該曲率が連続的に変化するテーパー形状をしていることが望ましい（図５（Ｂ））。
【０１９２】
次に、発光積層体６６を形成し、続いて発光積層体６６を覆う第２の電極６７を形成する。これによって第１の電極６４と第２の電極６７との間に発光積層体６６を挟んでなる発光素子９３を作製することができ、第１の電極に第２の電極より高い電圧をかけることによって発光を得ることができる。第２の電極６７の形成に用いられる電極材料としては第１の電極の材料と同様の材料を用いることができる。本実施の形態ではアルミニウムを第２の電極として用いた。
【０１９３】
また、発光積層体６６は、蒸着法、インクジェット法、スピンコート法、ディップコート法など公知の方法によって形成されればよい。発光積層体６６は実施の形態１乃至実施の形態６で述べたような構成を有する。また、発光積層体に用いる材料としては、通常、有機化合物を単層もしくは積層で用いる場合が多いが、本発明においては、有機化合物からなる膜の一部に無機化合物を用いる構成も含めることとする。
【０１９４】
その後、プラズマＣＶＤ法により窒素を含む酸化ケイ素膜をパッシベーション膜として形成する。窒素を含む酸化ケイ素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３から作製される酸化窒化ケイ素膜、またはＳｉＨ４、Ｎ２Ｏから作製される酸化窒化ケイ素膜、あるいはＳｉＨ４、Ｎ２ＯをＡｒで希釈したガスから形成される酸化窒化ケイ素膜を形成すれば良い。
【０１９５】
また、パッシベーション膜としてＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、Ｈ２から作製される酸化窒化水素化ケイ素膜を適用しても良い。もちろん、パッシベーション膜は単層構造に限定されるものではなく、他のケイ素を含む絶縁層を単層構造、もしくは積層構造として用いても良い。また、窒化炭素膜と窒化ケイ素膜の多層膜やスチレンポリマーの多層膜、窒化ケイ素膜やダイヤモンドライクカーボン膜を窒素を含む酸化ケイ素膜の代わりに形成してもよい。
【０１９６】
続いて発光素子を水などの劣化を促進する物質から保護するために、表示部の封止を行う。対向基板を封止に用いる場合は、絶縁性のシール材により、外部接続部が露出するように貼り合わせる。対向基板と素子基板との間の空間には乾燥した窒素などの不活性気体を充填しても良いし、シール材を画素部全面に塗布しそれにより対向基板を貼り合わせても良い。シール材には紫外線硬化樹脂などを用いると好適である。シール材には乾燥剤や基板間のギャップを一定に保つための粒子を混入しておいても良い。続いて外部接続部にフレキシブル配線基板を貼り付けることによって、発光装置が完成する。
【０１９７】
以上のように作製した発光装置の構成の１例を図６を参照しながら説明する。なお、形が異なっていても同様の機能を示す部分には同じ符号を付し、その説明を省略する部分もある。本実施の形態では、ＬＤＤ構造を有する薄膜トランジスタ７０が接続部６１ａを介して発光素子９３に接続している。
【０１９８】
図６（Ａ）は第１の電極６４が透光性を有する導電膜により形成されており、基板５０側に発光積層体６６より発せられた光が取り出される構造である。なお９４は対向基板であり、発光素子９３が形成された後、シール材などを用い、基板５０に固着される。対向基板９４と素子との間に透光性を有する樹脂８８等を充填し、封止することによって発光素子９３が水分により劣化することを防ぐ事ができる。また、樹脂８８が吸湿性を有していることが望ましい。さらに樹脂８８中に透光性の高い乾燥剤８９を分散させるとさらに水分の影響を抑えることが可能になるためさらに望ましい形態である。
【０１９９】
図６（Ｂ）は第１の電極６４と第２の電極６７両方が透光性を有する導電膜により形成されており、基板５０及び対向基板９４の両方に光を取り出すことが可能な構成となっている。また、この構成では基板５０と対向基板９４の外側に偏光板９０を設けることによって画面が透けてしまうことを防ぐことができ、視認性が向上する。偏光板９０の外側には保護フィルム９１を設けると良い。
【０２００】
なお、表示機能を有する本発明の発光装置には、アナログのビデオ信号、デジタルのビデオ信号のどちらを用いてもよい。デジタルのビデオ信号を用いる場合はそのビデオ信号が電圧を用いているものと、電流を用いているものとに分けられる。発光素子の発光時において、画素に入力されるビデオ信号は、定電圧のものと、定電流のものがあり、ビデオ信号が定電圧のものには、発光素子に印加される電圧が一定のものと、発光素子に流れる電流が一定のものとがある。またビデオ信号が定電流のものには、発光素子に印加される電圧が一定のものと、発光素子に流れる電流が一定のものとがある。この発光素子に印加される電圧が一定のものは定電圧駆動であり、発光素子に流れる電流が一定のものは定電流駆動である。定電流駆動は、発光素子の抵抗変化によらず、一定の電流が流れる。本発明の発光装置及びその駆動方法には、上記したどの駆動方法を用いてもよい。
【０２０１】
このような構成を有する本発明の発光装置は信頼性が高い発光装置である。また、このような構成を有する本発明の発光装置は消費電力の小さい発光装置である。
【０２０２】
（実施の形態８）
本実施の形態では、本発明の発光装置であるパネルの外観について図７を用いて説明する。図７（Ａ）は基板上に形成されたトランジスタおよび発光素子を対向基板４００６との間に形成したシール材によって封止したパネルの上面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図に相応する。また、このパネルに搭載されている発光素子の有する構成は、実施の形態２に示したような構成である。
【０２０３】
基板４００１上に設けられた画素部４００２と信号線駆動回路４００３と走査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また、画素部４００２と信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４の上に対向基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４とは基板４００１とシール材４００５と対向基板４００６とによって充填材４００７と共に密封されている。
【０２０４】
また、基板４００１上に設けられた画素部４００２と信号線駆動回路４００３と走査線駆動回路４００４とは薄膜トランジスタを複数有しており、図７（Ｂ）では信号線駆動回路４００３に含まれる薄膜トランジスタ４００８と、画素部４００２に含まれる薄膜トランジスタ４０１０とを示す。
【０２０５】
また、発光素子４０１１は、薄膜トランジスタ４０１０と電気的に接続されている。
【０２０６】
また、引き回し配線４０１４は画素部４００２と信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４とに、信号、または電源電圧を層供給する為の配線に相当する。引き回し配線４０１４は、引き回し配線４０１５を介して接続端子４０１６と接続されている。接続端子４０１６はフレキシブルプリントサーキット（ＦＰＣ）４０１８が有する端子と異方性導電膜４０１９を介して電気的に接続されている。
【０２０７】
なお、充填材４００７としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ポリビニルクロライド、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリビニルブチラル、またはエチレンビニレンアセテートを用いる事ができる。
【０２０８】
なお、本発明の発光装置は発光素子を有する画素部が形成されたパネルと、該パネルにＩＣが実装されたモジュールとをその範疇に含む。
【０２０９】
以上のような本発明の発光装置は、画素部を構成する発光素子として実施の形態１乃至実施の形態６のいずれかに記載の発光素子を有している為、画素部の信頼性が高い発光装置である。また、本発明の発光装置は画素部を構成する発光素子として実施の形態１乃至実施の形態６のいずれかに記載の発光素子を有している為、消費電力の小さい発光装置である。
【０２１０】
本実施の形態は実施の形態１乃至と実施の形態７の適当な構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０２１１】
（実施の形態９）
本実施の形態では、実施の形態８で示したパネル、モジュールが有する画素回路、保護回路及びそれらの動作について説明する。なお、図４、図５に示してきた断面図は駆動用ＴＦＴ１４０３と発光素子１４０５の断面図となっている。
【０２１２】
図８（Ａ）に示す画素は、列方向に信号線１４１０及び電源線１４１１、１４１２、行方向に走査線１４１４が配置される。また、スイッチング用ＴＦＴ１４０１、駆動用ＴＦＴ１４０３、電流制御用ＴＦＴ１４０４、容量素子１４０２及び発光素子１４０５を有する。
【０２１３】
図８（Ｃ）に示す画素は、駆動用ＴＦＴ１４０３のゲート電極が、行方向に配置された電源線１４１２に接続される点が異なっており、それ以外は図８（Ａ）に示す画素と同じ構成である。つまり、図８（Ａ）及び図８（Ｃ）に示す両画素は、同じ等価回路図を示す。しかしながら、行方向に電源線１４１２が配置される場合（図８（Ａ））と、列方向に電源線１４１２が配置される場合（図８（Ｃ））とでは、各電源線は異なるレイヤーの導電膜で形成される。ここでは、駆動用ＴＦＴ１４０３のゲート電極が接続される配線に注目し、これらを作製するレイヤーが異なることを表すために、図８（Ａ）及び図８（Ｃ）として分けて記載する。
【０２１４】
図８（Ａ）及び図８（Ｃ）に示す画素の特徴として、画素内に駆動用ＴＦＴ１４０３と電流制御用ＴＦＴ１４０４が直列に接続されており、駆動用ＴＦＴ１４０３のチャネル長Ｌ（１４０３）、チャネル幅Ｗ（１４０３）、電流制御用ＴＦＴ１４０４のチャネル長Ｌ（１４０４）、チャネル幅Ｗ（１４０４）は、Ｌ（１４０３）／Ｗ（１４０３）：Ｌ（１４０４）／Ｗ（１４０４）＝５０００：１〜６０００：１を満たすように設定するとよい。
【０２１５】
なお、駆動用ＴＦＴ１４０３は、飽和領域で動作し発光素子１４０５に流れる電流値を制御する役目を有し、電流制御用ＴＦＴ１４０４は線形領域で動作し発光素子１４０５に対する電流の供給を制御する役目を有する。両ＴＦＴは同じ導電型を有していると作製工程上好ましく、本実施の形態ではｎチャネル型ＴＦＴとして形成する。また駆動用ＴＦＴ１４０３には、エンハンスメント型だけでなく、ディプリーション型のＴＦＴを用いてもよい。上記構成を有する本発明の発光装置は、電流制御用ＴＦＴ１４０４が線形領域で動作するために、電流制御用ＴＦＴ１４０４のＶｇｓの僅かな変動は、発光素子１４０５の電流値に影響を及ぼさない。つまり、発光素子１４０５の電流値は、飽和領域で動作する駆動用ＴＦＴ１４０３により決定することができる。上記構成により、ＴＦＴの特性バラツキに起因した発光素子の輝度ムラを改善して、画質を向上させた発光装置を提供することができる。
【０２１６】
図８（Ａ）〜図８（Ｄ）に示す画素において、スイッチング用ＴＦＴ１４０１は、画素に対するビデオ信号の入力を制御するものであり、スイッチング用ＴＦＴ１４０１がオンとなると、画素内にビデオ信号が入力される。すると、容量素子１４０２にそのビデオ信号の電圧が保持される。なお図８（Ａ）及び図８（Ｃ）には、容量素子１４０２を設けた構成を示したが、本発明はこれに限定されず、ビデオ信号を保持する容量がゲート容量などでまかなうことが可能な場合には、容量素子１４０２を設けなくてもよい。
【０２１７】
図８（Ｂ）に示す画素は、ＴＦＴ１４０６と走査線１４１５を追加している以外は、図８（Ａ）に示す画素構成と同じである。同様に、図８（Ｄ）に示す画素は、ＴＦＴ１４０６と走査線１４１５を追加している以外は、図８（Ｃ）に示す画素構成と同じである。
【０２１８】
ＴＦＴ１４０６は、新たに配置された走査線１４１５によりオン又はオフが制御される。ＴＦＴ１４０６がオンとなると、容量素子１４０２に保持された電荷は放電し、電流制御用ＴＦＴ１４０４がオフとなる。つまり、ＴＦＴ１４０６の配置により、強制的に発光素子１４０５に電流が流れない状態を作ることができる。そのためＴＦＴ１４０６を消去用ＴＦＴと呼ぶことができる。従って、図８（Ｂ）及び図８（Ｄ）の構成は、全ての画素に対する信号の書き込みを待つことなく、書き込み期間の開始と同時又は直後に点灯期間を開始することができるため、デューティ比を向上することが可能となる。
【０２１９】
図８（Ｅ）に示す画素は、列方向に信号線１４１０、電源線１４１１、行方向に走査線１４１４が配置される。また、スイッチング用ＴＦＴ１４０１、駆動用ＴＦＴ１４０３、容量素子１４０２及び発光素子１４０５を有する。図８（Ｆ）に示す画素は、ＴＦＴ１４０６と走査線１４１５を追加している以外は、図８（Ｅ）に示す画素構成と同じである。なお、図８（Ｆ）の構成も、ＴＦＴ１４０６の配置により、デューティ比を向上することが可能となる。
【０２２０】
駆動用ＴＦＴ１４０３を強制的にオフにする場合の画素構成の例を図９に示す。選択ＴＦＴ１４５１、駆動用ＴＦＴ１４５３、消去ダイオード１４６１、発光素子１４５４が配置されている。選択ＴＦＴ１４５１のソースとドレインは各々、信号線１４５５と駆動用ＴＦＴ１４５３のゲートに接続されている。選択ＴＦＴ１４５１のゲートは、第１ゲート線１４５７に接続されている。駆動用ＴＦＴ１４５３のソースとドレインは各々、第１電源線１４５６と発光素子１４５４に接続されている。消去ダイオード１４６１は、駆動用ＴＦＴ１４５３のゲートと第２ゲート線１４６７に接続されている。
【０２２１】
容量素子１４５２は、駆動用ＴＦＴ１４５３のゲート電位を保持する役目をしている。よって、駆動用ＴＦＴ１４５３のゲートと電源線１４５６の間に接続されているが、これに限定されない。駆動用ＴＦＴ１４５３のゲート電位を保持できるように配置されていればよい。また、駆動用ＴＦＴ１４５３のゲート容量などを用いて、駆動用ＴＦＴ１４５３のゲート電位を保持できる場合は、容量素子１４５２を省いても良い。
【０２２２】
動作方法としては、第１ゲート線１４５７を選択して、選択ＴＦＴ１４５１をオン状態にして、信号線１４５５から信号を容量素子１４５２に入力する。すると、その信号に応じて、駆動用ＴＦＴ１４５３の電流が制御され、第１電源線１４５６から、発光素子１４５４を通って、第２電源線１４５８に電流が流れる。
【０２２３】
信号を消去したい場合は、第２ゲート線１４６７を選択（ここでは、高い電位にする）して、消去ダイオード１４６１がオンして、第２ゲート線１４６７から駆動用ＴＦＴ１４５３のゲートへ電流が流れるようにする。その結果、駆動用ＴＦＴ１４５３がオフ状態になる。すると、第１電源線１４５６から、発光素子１４５４を通って、第２電源線１４５８には、電流が流れないようになる。その結果、非点灯期間を作ることができ、点灯期間の長さを自由に制御できるようになる。
【０２２４】
信号を保持しておきたい場合は、第２ゲート線１４６７を非選択（ここでは、低い電位にする）しておく。すると、消去ダイオード１４６１がオフするので、駆動用ＴＦＴ１４５３のゲート電位は保持される。
【０２２５】
なお、消去ダイオード１４６１は、整流性がある素子であれば、なんでもよい。ＰＮ型ダイオードでもよいし、ＰＩＮ型ダイオードでもよいし、ショットキー型ダイオードでもよいし、ツェナー型ダイオードでもよい。
【０２２６】
以上のように、多様な画素回路を採用することができる。特に、非晶質半導体膜から薄膜トランジスタを形成する場合、駆動用ＴＦＴ１４０３の半導体膜を大きくすると好ましい。そのため、上記画素回路において、発光積層体からの光が封止基板側から射出する上面発光型とすると好ましい。
【０２２７】
このようなアクティブマトリクス型の発光装置は、画素密度が増えた場合、各画素にＴＦＴが設けられているため低電圧駆動でき、有利であると考えられている。
【０２２８】
本実施の形態では、一画素に各ＴＦＴが設けられるアクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、パッシブマトリクス型の発光装置を形成することもできる。パッシブマトリクス型の発光装置は、各画素にＴＦＴが設けられていないため、高開口率となる。発光が発光積層体の両側へ射出する発光装置の場合、パッシブマトリクス型の発光装置を用いる透過率が高まる。
【０２２９】
続いて、図８（Ｅ）に示す等価回路を用い、走査線及び信号線に保護回路としてダイオードを設ける場合について説明する。
【０２３０】
図１０には、画素部１５００にスイッチング用ＴＦＴ１４０１、１４０３、容量素子１４０２、発光素子１４０５が設けられている。信号線１４１０には、ダイオード１５６１と１５６２が設けられている。ダイオード１５６１と１５６２は、スイッチング用ＴＦＴ１４０１又は１４０３と同様に、上記実施の形態に基づき作製され、ゲート電極、半導体層、ソース電極及びドレイン電極等を有する。ダイオード１５６１と１５６２は、ゲート電極と、ドレイン電極又はソース電極とを接続することによりダイオードとして動作させている。
【０２３１】
ダイオードと接続する共通電位線１５５４、１５５５はゲート電極と同じレイヤーで形成している。従って、ダイオードのソース電極又はドレイン電極と接続するには、ゲート絶縁層にコンタクトホールを形成する必要がある。
【０２３２】
走査線１４１４に設けられるダイオードも同様な構成である。
【０２３３】
このように、本発明によれば、入力段に設けられる保護ダイオードを同時に形成することができる。なお、保護ダイオードを形成する位置は、これに限定されず、駆動回路と画素との間に設けることもできる。
【０２３４】
本実施の形態は実施の形態１乃至実施の形態８の適当な構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０２３５】
このような保護回路を有する本発明の発光装置は、当該発光装置は信頼性が高く、消費電力が小さい上、上記構成を有することで、発光装置としての信頼性をさらに高めることが可能となる。
【０２３６】
（実施の形態１０）
図１７（Ａ）に本発明の発光装置の構成の一例を示す。図１７（Ａ）は順テーパー構造を有するパッシブマトリクス型の発光装置の画素部における断面図の一部である。図１７（Ａ）に示した本発明の発光装置は基板２００、発光素子の第１の電極２０１、隔壁２０２、発光積層体２０３、発光素子の第２の電極２０４、対向基板２０７の構成を含む。
【０２３７】
発光素子は、発光素子の第１の電極２０１と第２の電極２０４とに発光積層体２０３が挟まれている部分に形成される。第１の電極２０１と第２の電極２０４とは互いに直交するストライプ状に形成され、交差部分に発光素子が形成される。隔壁２０２は第２の電極２０４と平行に形成され、発光素子は第１の電極２０１を同一とする他の発光素子と隔壁２０２によって絶縁されている。
【０２３８】
本実施の形態において、第１の電極２０１、第２の電極２０４、発光積層体２０３の具体的な材料及び構成については実施の形態１乃至実施の形態６のいずれかを参照すればよい。
【０２３９】
その他、図１７（Ａ）における基板２００、隔壁２０２、対向基板２０７は各々実施の形態７における基板５０、隔壁６５、対向基板９４に対応し、それらの構成、材料及び効果については実施の形態１と同様であるので繰り返しとなる説明を省略する。実施の形態７の記載を参照されたい。
【０２４０】
発光装置は水分などの侵入を防ぐ為に保護膜２１０が形成され、ガラス、石英、アルミナなどのセラミック材料又は合成材料などの対向基板２０７をシール用の接着剤２１１で固着する。また外部入力端子部には外部回路と接続する際に、異方性導電膜２１２を介してフレキシブルプリント配線基板２１３を用い接続をとる。保護膜２１０は、窒化ケイ素で形成するものの他、応力を低減しつつガスバリア性を高める構成として、窒化炭素と窒化ケイ素の積層体で形成しても良い。
【０２４１】
図１７（Ｂ）に、図１７（Ａ）に示すパネルに外部回路を接続して形成された、モジュールの様子を示す。モジュールは外部入力端子部１８、１９にフレキシブルプリント配線基板２５を固着して、電源回路や信号処理回路が形成された外部回路基板と電気的に接続する。また、外部回路の一つであるドライバＩＣ２８の実装方法は、ＣＯＧ法、ＴＡＢ法のどちらでも良く、図１７（Ｂ）に、外部回路の一つであるドライバＩＣ２８を、ＣＯＧ法を用いて実装している様子を示す。
【０２４２】
なおパネルとモジュールは、本発明の発光装置の一形態に相当し、共に本発明の範疇に含まれることとする。
【０２４３】
（実施の形態１１）
本発明の発光装置（モジュール）を搭載した本発明の電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それらの電子機器の具体例を図１１に示す。
【０２４４】
図１１（Ａ）は発光装置でありテレビ受像器やパーソナルコンピュータのモニターなどがこれに当たる。筐体２００１、表示部２００３、スピーカー部２００４等を含む。本発明の発光装置は表示部２００３の信頼性が高く、消費電力の小さい発光装置である。画素部にはコントランスを高めるため、偏光板、又は円偏光板を備えるとよい。例えば、封止基板へ１／４λ板、１／２λ板、偏光板の順にフィルムを設けるとよい。さらに偏光板上に反射防止膜を設けてもよい。
【０２４５】
図１１（Ｂ）は携帯電話であり、本体２１０１、筐体２１０２、表示部２１０３、音声入力部２１０４、音声出力部２１０５、操作キー２１０６、アンテナ２１０８等を含む。本発明の携帯電話は表示部２１０３の信頼性が高く、消費電力の小さい携帯電話である。
【０２４６】
図１１（Ｃ）はコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明のコンピュータは表示部２２０３の信頼性が高く、消費電力の小さいコンピュータである。図１１（Ｃ）ではノート型のコンピュータを例示したが、本発明はハードディスクと表示部が一緒に形成されているデスクトップ型のコンピュータなどにも適用することが可能である。
【０２４７】
図１１（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明のモバイルコンピュータは表示部２３０２の信頼性が高く、消費電力の小さいモバイルコンピュータである。
【０２４８】
図１１（Ｅ）は携帯型のゲーム機であり、筐体２４０１、表示部２４０２、スピーカー部２４０３、操作キー２４０４、記録媒体挿入部２４０５等を含む。本発明の携帯型ゲーム機は表示部２４０２の信頼性が高く、消費電力の小さい携帯型ゲーム機である。
【０２４９】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。
【０２５０】
本実施の形態は実施の形態１乃至実施の形態１０の適当な構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例１】
【０２５１】
本実施例では実施の形態６の図３（Ａ）で示した構造を有する本発明の発光素子を用い、第２の層１０２のエネルギーギャップについて検討した結果を示す。
【０２５２】
発光素子は、ガラス基板上に形成され、ガラス基板側から順に第１の電極１００、第６の層１０７、第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３、第４の層１０５、第７の層１０８、第２の電極１０４を形成した。第１の電極１００として酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（本実施例ではＩＴＳＯという）を１１０ｎｍの膜厚で形成した。ＩＴＳＯはスパッタリング法によって成膜し、エッチングによって第１の電極１００の形状を２ｍｍ×２ｍｍとした。次に発光素子を形成するための前処理として、多孔質の樹脂（代表的にはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製、ナイロン製など）で基板表面を洗浄し、２００℃で１時間熱処理を行い、ＵＶオゾン処理を３７０秒行った。
【０２５３】
次に、正孔注入層である第６の層１０７として、ＮＰＢ（４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル）と酸化モリブデンの共蒸着膜を５０ｎｍとなるように形成した。なお、ＮＰＢと酸化モリブデンは質量比で４：１となるように成膜した。続いて第１の層１０１である正孔輸送層としてＮＰＢを１０ｎｍとなるように成膜した。これらの積層膜上に、第２の層１０２を２ｎｍで形成し、第３の層１０３である発光層としてＣｚＰＡ（９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン）とＹＧＡＰＡ（９−（４−｛Ｎ−［４−（９−カルバゾリル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝フェニル）−１０−フェニルアントラセン）を質量比で１：０．０４となるように成膜した。このうち、ＣｚＰＡがホスト材料、ＹＧＡＰＡが発光中心材料として機能する。発光層の膜厚は３０ｎｍとなるようにした。さらに第４の層１０５である電子輸送層としてＡｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）を３０ｎｍとなるように、第７の層１０８である電子注入層としてフッ化リチウムを１ｎｍとなるように形成した。続いて第２の電極１０４としてＡｌを２００ｎｍの膜厚で成膜し、素子を完成させ、最後に当該素子が大気に曝されることが無いように窒素雰囲気下、封止を行った。なお、正孔注入層から第２の電極に至る膜形成は、いずれも抵抗加熱による真空蒸着法によって行った。
【０２５４】
第２の層１０２の材料として、エネルギーギャップが３．４３ｅＶのＣＢＰ（４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル）を用いた素子を素子１、３．２８ｅＶのＳＦＤＣｚ（２，７−ジ（Ｎ−カルバゾリル）−スピロ−９，９’−ビフルオレン）を用いた素子を素子２、３．５２ｅＶのｍ−ＭＴＤＡＴＡ（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）を用いた素子を素子３、３．１７ｅＶのＹＧＡＳＦ（２，７−ビス｛Ｎ−［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝−スピロ−９，９’−ビフルオレン）を用いた素子を素子４、３．５５ｅＶのＴＣｚＢ（１，３，５−トリ（Ｎ−カルバゾリル）ベンゼン）を用いた素子を素子５、３．３１ｅＶのＴＣＴＡ（４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン）を用いた素子を素子６とした。
【０２５５】
なお、正孔輸送層である第１の層１０１のＮＰＢが有するエネルギーギャップは２．９７ｅＶ、ホスト材料であるＣｚＰＡのバンドギャップは２．９３ｅＶであることから、素子１乃至素子６は本発明の発光素子である。
【０２５６】
比較例として、実施例である素子１乃至素子６と同じ構成で第２の層１０２としてエネルギーギャップが２．９７ｅＶの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）を用いた素子（素子７）と、実施例である素子１乃至素子６と第２の層１０２の有無のみ異ならせた素子も作製した（素子８乃至素子１０）。素子８乃至素子１０は同じ構造をしている。
【０２５７】
表１に素子１乃至素子１０の電流効率、パワー効率などをまとめた表を示す。また、図１２に横軸を第２の層１０２のエネルギーギャップ、縦軸を約１０００ｃｄ／ｍ２の時の電流効率としてグラフを示す。ただし素子８乃至素子１０は第２の層１０２が形成されていないので、エネルギーギャップの値は、第１の層１０１である正孔輸送層として機能するＮＰＢの値（２．９７ｅＶ）を用いる。
【０２５８】
【表１】
【０２５９】
図１２、表１から、キャリア輸送層と発光層との間に第２の層を有し、当該第２の層のエネルギーギャップがキャリア輸送層より大きくホスト材料以上である素子１乃至素子６は、第２の層のエネルギーギャップがホスト材料より小さく、キャリア輸送層と同じである素子７及び第２の層が形成されていない素子８乃至素子１０より電流効率、パワー効率とも良好な値を示すことがわかる。
【０２６０】
このように本発明の発光素子は発光効率の高い発光素子である。また、発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子となる。また、パワー効率も改善されていることから、消費電力の小さい発光素子であると言える。
【実施例２】
【０２６１】
本実施例では実施の形態６の図３（Ａ）で示した構造を有する本発明の発光素子を用い、第２の層１０２の膜厚について検討した結果を示す。
【０２６２】
発光素子は、ガラス基板上に形成され、ガラス基板側から順に第１の電極１００、第６の層１０７、第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３、第４の層１０５、第７の層１０８、第２の電極１０４を形成した。第１の電極１００としてＩＴＳＯを１１０ｎｍの膜厚で形成した。ＩＴＳＯはスパッタリング法によって成膜し、エッチングによって第１の電極１００の形状を２ｍｍ×２ｍｍとした。次に発光素子を形成するための前処理として、多孔質の樹脂（代表的にはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製、ナイロン製など）で基板表面を洗浄し、２００℃で１時間熱処理を行い、ＵＶオゾン処理を３７０秒行った。
【０２６３】
次に、正孔注入層である第６の層１０７として、ＮＰＢと酸化モリブデンの共蒸着膜を５０ｎｍとなるように形成した。なお、ＮＰＢと酸化モリブデンは質量比で４：１となるように成膜した。続いて第１の層１０１である正孔輸送層としてＮＰＢを１０ｎｍとなるように成膜した。これらの積層膜上に、第２の層１０２をＣＢＰで、第３の層１０３である発光層としてＣｚＰＡとＹＧＡＰＡを質量比で１：０．０４となるように成膜した。このうち、ＣｚＰＡがホスト材料、ＹＧＡＰＡが発光中心材料として機能する。発光層の膜厚は３０ｎｍとなるようにした。さらに第４の層１０５である電子輸送層としてＡｌｑ３を３０ｎｍとなるように、第７の層１０８である電子注入層としてフッ化リチウムを１ｎｍとなるように形成した。続いて第２の電極１０４としてＡｌを２００ｎｍの膜厚で成膜し、素子を完成させ、最後に当該素子が大気に曝されることが無いように窒素雰囲気下、封止を行った。なお、正孔注入層から第２の電極に至る膜形成は、いずれも抵抗加熱による真空蒸着法によって行った。
【０２６４】
本実施例では本発明の発光素子を上記したように２種類作製し、第２の層１０２を１ｎｍで形成した素子を素子１１、２ｎｍで形成した素子を素子１２とした。比較例として、第２の層１０２の膜厚が０ｎｍ（第２の層１０２を形成しない通常の素子）及び第２の層の膜厚が５ｎｍである素子も形成し、それぞれ素子１３、素子１４とした。
【０２６５】
素子１１乃至素子１４の輝度―電流効率特性を図１３に、電圧―電流特性を図１４に、電圧―輝度特性を図１５に示す。これら図中、素子１１の特性は◆で、素子１２の特性は▲で、素子１３の特性は●で、素子１４の特性は×で表されている。また、素子１１乃至素子１４を約１０００ｃｄ／ｍ２で発光させた際の素子特性をまとめた表を表２に示す。
【０２６６】
【表２】
【０２６７】
本発明の発光素子である素子１１及び素子１２は電流効率、パワー効率共に比較例である素子１３、素子１４と比較して大幅に向上していることがわかる。
【０２６８】
すなわち、本発明の発光素子は発光効率の高い発光素子である。また、発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子となる。また、パワー効率も改善されていることから、消費電力の小さい発光素子であることが分かる。
【実施例３】
【０２６９】
本実施例では、実施例１、実施例２とは発光層の構成が異なる発光素子について本発明を適用した結果を示す。素子構造は実施例１、実施例２と同様、実施の形態６の図３（Ａ）の構成を用いている。
【０２７０】
発光素子は、ガラス基板上に形成され、ガラス基板側から順に第１の電極１００、第６の層１０７、第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３、第４の層１０５、第７の層１０８、第２の電極１０４を形成した。第１の電極１００としてＩＴＳＯを１１０ｎｍの膜厚で形成した。ＩＴＳＯはスパッタリング法によって成膜し、エッチングによって第１の電極１００の形状を２ｍｍ×２ｍｍとした。次に発光素子を形成するための前処理として、多孔質の樹脂（代表的にはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製、ナイロン製など）で基板表面を洗浄し、２００℃で１時間熱処理を行い、ＵＶオゾン処理を３７０秒行った。
【０２７１】
次に、正孔注入層である第６の層１０７として、ＤＮＴＰＤ（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）を５０ｎｍとなるように形成した。続いて第１の層１０１である正孔輸送層としてＮＰＢ（４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル）を１０ｎｍとなるように成膜した。これらの積層膜上に、第２の層１０２をＣＢＰ（４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル）で２ｎｍ、第３の層１０３である発光層としてＡｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）とクマリン６を質量比で１：０．０１となるように成膜した。このうち、Ａｌｑ３がホスト材料、クマリン６が発光中心材料として機能する。発光層の膜厚は４０ｎｍとなるようにした。さらに第４の層１０５である電子輸送層としてＡｌｑ３を１０ｎｍとなるように、第７の層１０８である電子注入層としてＡｌｑ３とリチウムの共蒸着膜を３０ｎｍとなるように形成した。なお、Ａｌｑ３とリチウムは質量比で１：０．０１となるように成膜した。続いて、第２の電極１０４としてＡｌを２００ｎｍの膜厚で成膜し、素子を完成させ、最後に当該素子が大気に曝されることが無いように窒素雰囲気下、封止を行った。なお、正孔注入層から第２の電極に至る膜形成は、いずれも抵抗加熱による真空蒸着法によって行った。このようにして作製した素子を素子１５とする。
【０２７２】
なお、Ａｌｑ３のエネルギーギャップは２．７１ｅＶである。
【０２７３】
また、比較例として、素子１５とほぼ同じ構成を有し、第２の層のみ有していない発光素子を作製し、素子１６とした。
【０２７４】
表３に素子１５及び素子１６の約１０００ｃｄ／ｍ２時の素子特性をまとめた表を示す。
【０２７５】
【表３】
【０２７６】
実施例である素子１５が、比較例である素子１６より電流効率、パワー効率共に良好な値を示した。
【０２７７】
この結果より、本発明の発光素子は発光効率の高い発光素子である。また、発光効率が向上することによって、従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子となる。また、パワー効率も改善されていることから、消費電力の小さい発光素子であることが分かる。
【実施例４】
【０２７８】
本実施例では実施例３で記載した素子１５及び素子１６について、初期輝度３０００ｃｄ／ｍ２、電流密度一定の条件において、駆動時間に対する輝度の変化を表したグラフを図１６に示す。
【０２７９】
図１６から、ＣＢＰによる第２の層を有する本発明の発光素子である素子１５と第２の層を有さない素子１６とではほぼ変わらない、むしろ素子１５の方が若干良い特性を示すことがわかる。すなわち、素子１５と素子１６はほぼ同等、もしくは素子１５の方が素子１６より若干良い信頼性を有する素子であると言える。
【０２８０】
ＣＢＰは発光層材料としての信頼性があまり良くなく、第２の層としても、発光素子中にある程度の膜厚でもって形成すると、発光素子自体の信頼性も下げてしまう恐れがあった。しかし、ＣＢＰを用いた素子１５がＣＢＰを用いない素子１６と同等、もしくはそれ以上の信頼性を有するというこの結果より、本発明における第２の層には信頼性に不安のある材料であっても、発光素子の信頼性を低下させることなく用いることができることがわかる。これはＣＢＰを第２の層として用いる場合は、膜厚が薄くてもよいので、信頼性に悪影響を及ぼす度合いよりも、第２の層としての効果の度合いの方が勝っているからであると推測できる。
【実施例５】
【０２８１】
本実施例では、実施例１〜実施例３とは発光層の構成が異なる発光素子について本発明を適用した結果を示す。素子構造は実施例１〜実施例３と同様、実施の形態６の図３（Ａ）で示した構成を用いている。
【０２８２】
発光素子は、ガラス基板上に形成され、ガラス基板側から順に第１の電極１００、第６の層１０７、第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３、第４の層１０５、第７の層１０８、第２の電極１０４を形成した。第１の電極１００として酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（本実施例ではＩＴＳＯという）を１１０ｎｍの膜厚で形成した。ＩＴＳＯはスパッタリング法によって成膜し、エッチングによって第１の電極１００の形状を２ｍｍ×２ｍｍとした。次に発光素子を形成するための前処理として、多孔質の樹脂（代表的にはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製、ナイロン製など）で基板表面を洗浄し、２００℃で１時間熱処理を行い、ＵＶオゾン処理を３７０秒行った。
【０２８３】
次に、正孔注入層である第６の層１０７として、ＮＰＢ（４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル）と酸化モリブデンの共蒸着膜を５０ｎｍとなるように形成した。なお、ＮＰＢと酸化モリブデンは質量比で４：１となるように成膜した。続いて第１の層１０１である正孔輸送層としてＮＰＢを１０ｎｍとなるように成膜した。
【０２８４】
これらの積層膜上に、第２の層１０２を２ｎｍで形成した。第２の層１０２として、ＹＧＡＳＦ（２，７−ビス｛Ｎ−［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝−スピロ−９，９’−ビフルオレン）を用いた。ＹＧＡＳＦのエネルギーギャップは３．１７ｅＶである。
【０２８５】
第３の層１０３である発光層としてＺｎＢＯＸ（ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛）及びビス（２−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：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））を質量比で１：０．０５となるように成膜した。このうち、ＺｎＢＯＸがホスト材料、Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）が発光中心材料として機能する。発光層の膜厚は３０ｎｍとなるようにした。またＺｎＢＯＸのエネルギーギャップは２．９６ｅＶである。なおＩｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）は燐光発光の発光中心として機能する。
【０２８６】
さらに第４の層１０５である電子輸送層としてＢＡｌｑ（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）を１０ｎｍとなるように形成し、第７の層１０８である電子注入層として、Ａｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）とリチウム（Ｌｉ）の質量比で１：０．０１となるように成膜した。なお、Ａｌｑ３とリチウムの共蒸着膜は２０ｎｍとなるように形成した。
【０２８７】
続いて第２の電極１０４としてＡｌを２００ｎｍの膜厚で成膜し、素子を完成させ、最後に当該素子が大気に曝されることが無いように窒素雰囲気下、封止を行った。なお、正孔注入層から第２の電極に至る膜形成は、いずれも抵抗加熱による真空蒸着法によって行った。このようにして作製した素子を素子１８とする。
【０２８８】
また比較例として、素子１８とほぼ同じ構成を有し、第２の層１０２のみ有していない発光素子を作製し、素子１７とした。
【０２８９】
図１９に素子１７及び素子１８の電流密度−輝度特性、図２０に電圧−輝度特性、図２１に輝度−電流効率特性を示す。なお□は素子１７（比較例）、◇は素子１８（本実施例）を示している。
【０２９０】
また表４に素子１７及び素子１８の約１０００ｃｄ／ｍ２時の素子特性をまとめた表を示す。
【０２９１】
【表４】
【０２９２】
素子１８と素子１７を比べると、素子１８（本実施例）の方が電流効率、パワー効率共に大幅に上昇しており、素子１７に比べて素子１８の方が良好な値を示すことがわかる。
【０２９３】
図１９〜図２１及び表４から、本実施例の素子１８は発光効率の高い発光素子であることが分かる。発光効率が向上することによって、従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになる。そのため発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子となる。また、パワー効率も改善されていることから、消費電力の小さい発光素子であることが分かる。
【０２９４】
（参考例）
実施例１及び実施例２で使用したＹＧＡＰＡ（９−（４−｛Ｎ−［４−（９−カルバゾリル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝フェニル）−１０−フェニルアントラセン）、ＣｚＰＡ（９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン）は新規物質であるため、以下に合成方法を記載する。
【０２９５】
まず、下記構造式（１）で表されるＹＧＡＰＡの合成方法を説明する。
【０２９６】
【化１】
【０２９７】
［ステップ１：９−［４−（Ｎ−フェニルアミノ）フェニル］カルバゾールの合成］
（ｉ）Ｎ−（４−ブロモフェニル）カルバゾールの合成。
１，４−ジブロモベンゼンを５６．３ｇ（０．２４ｍｏｌ）、カルバゾールを３１．３ｇ（０．１８ｍｏｌ）、ヨウ化銅を４．６ｇ（０．０２４ｍｏｌ）、炭酸カリウムを６６．３ｇ（０．４８ｍｏｌ）、１８−クラウン−６−エーテルを２．１ｇ（０．００８ｍｏｌ）、３００ｍｌの三口フラスコに入れ窒素置換し、１，３−ジメチル−３，４，５，６−テトラヒドロ−２（１Ｈ）−ピリミジノン（１，３−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３，４，５，６−ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏ−２（１Ｈ）−ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｏｎｅ（ＤＭＰＵとも呼ぶ））を８ｍｌ加え、１８０℃で６時間撹拌した。反応混合物を室温まで冷ましてから、吸引ろ過により沈殿物を除去し、ろ液を希塩酸、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄し、硫酸マグネシウムにより乾燥した。乾燥後、反応混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して、得られた油状物質をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン：酢酸エチル＝９：１）により精製し、クロロホルム、ヘキサンにより再結晶したところ、目的物の淡褐色プレート状結晶を２０．７ｇ、収率３５％で得た。
【０２９８】
また、Ｎ−（４−ブロモフェニル）カルバゾールの合成スキーム（ｂ−１）を次に示す。
【０２９９】
【化２】
【０３００】
（ｉｉ）９−［４−（Ｎ−フェニルアミノ）フェニル］カルバゾールの合成。
Ｎ−（４−ブロモフェニル）カルバゾールを５．４ ｇ（１７．０ｍｍｏｌ）、アニリンを１．８ ｍｌ（２０．０ｍｍｏｌ）、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム（０）（略称：Ｐｄ（ｄｂａ）２）を１００ｍｇ（０．１７ｍｍｏｌ）、ナトリウム−ｔｅｒｔ−ブトキシド（略称：ｔｅｒｔ−ＢｕＯＮａ）３．９ｇ（４０ｍｍｏｌ）を２００ｍｌの三口フラスコに入れ窒素置換し、トリ−ｔｅｒｔ−ブチルホスフィン（略称：Ｐ（ｔｅｒｔ−Ｂｕ）３）を０．１ｍｌ、トルエン５０ｍｌを加えて、８０℃、６時間撹拌した。反応混合物を、フロリジール、セライト、アルミナを通してろ過し、ろ液を水、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。反応混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して得られた油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン：酢酸エチル＝９：１）により精製したところ目的物を４．１ｇ、収率７３％で得た。核磁気共鳴法（１Ｈ−ＮＭＲ）によって、この化合物が９−［４−（Ｎ−フェニルアミノ）フェニル］カルバゾールであることを確認した。
【０３０１】
また、９−［４−（Ｎ−フェニルアミノ）フェニル］カルバゾールの合成スキーム（ｂ−２）を次に示す。
【０３０２】
【化３】
【０３０３】
［ステップ２：９−（４−ブロモフェニル）−１０−フェニルアントラセン（略称：ＰＡ）の合成］
（ｉ） ９−フェニルアントラセンの合成
９−ブロモアントラセンを５．４ｇ（２１．１ｍｍｏｌ）、フェニルボロン酸を２．６ｇ （２１．１ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＯＡｃ）２を６０ｍｇ（０．２１ｍｍｏｌ）、２ｍｏｌ／ｌの炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）水溶液を１０ｍｌ（２０ｍｍｏｌ）、トリ（オルトトリル）ホスフィン（Ｐ（ｏ−ｔｏｌｙｌ）３）を２６３ｍｇ（０．８４ｍｍｏｌ）、１，２−ジメトキシエタン（略称：ＤＭＥ）を２０ｍｌ混合し、８０℃、９時間撹拌した。反応後、析出した固体を吸引ろ過で回収してから、トルエンに溶かしフロリジール、セライト、アルミナを通してろ過をした。ろ液を水、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。自然ろ過後、ろ液を濃縮したところ目的物である９−フェニルアントラセンの淡褐色固体を２１．５ｇ収率８５％で得た（合成スキーム（ｂ−３））。
【０３０４】
【化４】
【０３０５】
（ｉｉ） ９−ブロモ−１０−フェニルアントラセンの合成
９−フェニルアントラセン６．０ｇ（２３．７ｍｍｏｌ）を四塩化炭素８０ｍｌに溶かし、その反応溶液へ、滴下ロートにより、臭素３．８０ｇ（２１．１ｍｍｏｌ）を四塩化炭素１０ｍｌに溶かした溶液を滴下した。滴下終了後室温で１時間攪拌した。反応後チオ硫酸ナトリウム水溶液を加えて反応をストップさせた。有機層をＮａＯＨ水溶液、飽和食塩水で洗浄し硫酸マグネシウムで乾燥した。自然ろ過後、濃縮しトルエンに溶かしフロリジール、セライト、アルミナを通してろ過を行った。ろ液を濃縮し、ジクロロメタン、ヘキサンにより再結晶を行ったところ、目的物である９−ブロモ−１０−フェニルアントラセンの淡黄色固体を７．０ｇ、収率８９％で得た（合成スキーム（ｂ−４））。
【０３０６】
【化５】
【０３０７】
（ｉｉｉ） ９−ヨード−１０−フェニルアントラセンの合成
９−ブロモ−１０−フェニルアントラセン３．３３ｇ（１０ｍｍｏｌ）をテトラヒドロフラン（略称：ＴＨＦ）８０ｍｌに溶かし、−７８℃にしてから、その反応溶液へ滴下ロートにより、ｎ−ＢｕＬｉ（１．６Ｍ）７．５ｍｌ（１２．０ｍｍｏｌ）を滴下し１時間攪拌した。ヨウ素５ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）をＴＨＦ２０ｍｌに溶かした溶液を滴下し−７８℃でさらに２時間攪拌した。反応後チオ硫酸ナトリウム水溶液を加えて反応をストップした。有機層をチオ硫酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水で洗浄し硫酸マグネシウムで乾燥した。自然濾過後ろ液を濃縮して、得られた固体をエタノールにより再結晶したところ目的物である９−ヨード−１０−フェニルアントラセンの淡黄色固体を３．１ｇ、収率８３％で得た（合成スキーム（ｂ−５））。
【０３０８】
【化６】
【０３０９】
（ｉｖ） ９−（４−ブロモフェニル）−１０−フェニルアントラセン（略称：ＰＡ）の合成
９−ヨード−１０−フェニルアントラセン１．０ｇ （２．６３ ｍｍｏｌ）、ｐ−ブロモフェニルボロン酸５４２ ｍｇ （２．７０ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＰＰｈ３）４ ４６ｍｇ（０．０３ｍｍｏｌ）、２ｍｏｌ／Ｌの炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）水溶液３ｍｌ（６ｍｍｏｌ）、トルエン １０ｍｌを８０℃、９時間撹拌した。反応後、トルエンを加えてからフロリジール、セライト、アルミナを通してろ過をした。ろ液を水、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。自然ろ過後、ろ液を濃縮し、クロロホルム、ヘキサンにより再結晶したところ目的物である９−（４−ブロモフェニル）−１０−フェニルアントラセンの淡褐色固体を５６２ｍｇ、収率４５％で得た（合成スキーム（ｂ−６））。
【０３１０】
【化７】
【０３１１】
［ステップ３：ＹＧＡＰＡの合成］
９−（４−ブロモフェニル）−１０−フェニルアントラセン４０９ｍｇ（１．０ｍｍｏｌ）、９−［４−（Ｎ−フェニルアミノ）フェニル］カルバゾール ３３９ ｍｇ（１．０ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ｄｂａ）２ ６ｍｇ（０．０１ｍｍｏｌ）、ｔｅｒｔ−ＢｕＯＮａ ５００ｍｇ（５．２ｍｏｌ）、Ｐ（ｔｅｒｔ−Ｂｕ）３ ０．１ｍｌ、トルエン１０ｍｌ、８０℃で４時間攪拌した。反応後、溶液を水で洗浄し、水層をトルエンで抽出し、有機層と併せて飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。自然ろ過後、濃縮し得られた油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン：トルエン＝７：３）により精製し、ジクロロメタン、ヘキサンにより再結晶したところ目的物であるＹＧＡＰＡの黄色粉末状固体を５３４ｍｇ収率８１％で得た（合成スキーム（ｂ−７））。この化合物を核磁気共鳴法（１Ｈ−ＮＭＲ）によって測定したところ、ＹＧＡＰＡであることが確認できた。
【０３１２】
【化８】
【０３１３】
続いて下記構造式（２）で表されるＣｚＰＡの合成方法を説明する。
【０３１４】
【化９】
【０３１５】
ＹＧＡＰＡを合成する際のステップ２で得られる９−（４−ブロモフェニル）−１０−フェニルアントラセンを出発原料とするＣｚＰＡの合成法を示す。９−（４−ブロモフェニル）−１０−フェニルアントラセン１．３ｇ（３．２ｍｍｏｌ）、カルバゾール５７８ｍｇ（３．５ｍｍｏｌ）、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム（０）５０ｍｇ（０．０１７ｍｍｏｌ）、ｔ−ブトキシナトリウム１．０ｍｇ（０．０１０ｍｍｏｌ）、トリ（ｔ−ブチル）ホスフィン０．１ｍＬ、トルエン３０ｍＬの混合物を１１０℃で１０時間加熱還流した。反応後、反応溶液を水で洗浄し、水層をトルエンで抽出し、有機層と併せて飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。自然ろ過後、ろ液を濃縮し得られた油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン：トルエン＝７：３）により精製し、ジクロロメタン、ヘキサンにより再結晶したところ目的物のＣｚＰＡを１．５ｇ、収率９３％で得た。得られたＣｚＰＡ５．５０ｇを２７０℃、アルゴン気流下（流速３．０ｍｌ／ｍｉｎ）、圧力６．７Ｐａの条件下で２０時間昇華精製を行ったところ、３．９８ｇを回収し回収率は７２％であった。９−フェニル−１０−（４−ブロモフェニル）アントラセンからのＣｚＰＡの合成スキームを以下に示す。この化合物を核磁気共鳴法（１Ｈ−ＮＭＲ）によって測定したところ、ＣｚＰＡであることが確認できた。
【０３１６】
【化１０】
【図面の簡単な説明】
【０３１７】
【図１】本発明の発光素子を表す図。
【図２】本発明の発光素子を表す図。
【図３】本発明の発光素子を表す図。
【図４】本発明のアクティブマトリクス型発光装置の作製方法を説明する断面図。
【図５】本発明のアクティブマトリクス型発光装置の作製方法を説明する断面図。
【図６】本発明の発光装置の断面図。
【図７】本発明の発光装置の上面図及び断面図。
【図８】本発明の発光装置の画素回路一例を示す図。
【図９】本発明の発光装置の画素回路一例を示す図。
【図１０】本発明の発光装置の保護回路の一例を示す図。
【図１１】本発明を適用可能な電子機器を例示した図。
【図１２】素子１乃至素子１０における第２の層のエネルギーギャップと電流効率との関係を示す図。
【図１３】素子１１乃至素子１４の輝度―電流効率特性を示す図。
【図１４】素子１１乃至素子１４の電圧―電流特性を示す図。
【図１５】素子１１乃至素子１４の電圧―輝度特性を示す図。
【図１６】素子１５及び素子１６の電流密度一定における駆動時間と輝度との関係を示す図。
【図１７】本発明の発光装置の上面図及び断面図。
【図１８】本発明のエネルギーギャップの大小を示す図。
【図１９】素子１７及び素子１８の電流密度−輝度特性を示す図。
【図２０】素子１７及び素子１８の電圧−輝度特性を示す図。
【図２１】素子１７及び素子１８の輝度−電流効率特性を示す図。
【図２２】本発明のエネルギーギャップの大小を示す図。
【符号の説明】
【０３１８】
１８ 外部入力端子部
１９ 外部入力端子部
２５ フレキシブルプリント配線基板
２８ ドライバＩＣ
５０ 基板
５１ａ 下地絶縁層
５１ｂ 下地絶縁層
５２ 半導体層
５３ ゲート絶縁層
５４ ゲート電極
５９ 絶縁膜（水素化膜）
６０ 層間絶縁層
６１ａ 接続部
６１ｂ 配線
６３ 層間絶縁層
６４ 電極
６５ 隔壁
６６ 発光積層体
６７ 電極
７０ 薄膜トランジスタ
８８ 樹脂
８９ 乾燥剤
９０ 偏光板
９１ 保護フィルム
９３ 発光素子
９４ 対向基板
１００ 電極
１０１ 層
１０２ 層
１０３ 層
１０４ 電極
１０５ 層
１０６ 層
１０７ 層
１０８ 層
２００ 基板
２０１ 電極
２０２ 隔壁
２０３ 発光積層体
２０４ 電極
２０７ 対向基板
２１０ 保護膜
２１１ 接着剤
２１２ 異方性導電膜
２１３ フレキシブルプリント配線基板
１４０１ スイッチング用ＴＦＴ
１４０２ 容量素子
１４０３ 駆動用ＴＦＴ
１４０４ 電流制御用ＴＦＴ
１４０５ 発光素子
１４０６ ＴＦＴ
１４１０ 信号線
１４１１ 電源線
１４１２ 電源線
１４１４ 走査線
１４１５ 走査線
１４５１ 選択ＴＦＴ
１４５２ 容量素子
１４５３ 駆動用ＴＦＴ
１４５４ 発光素子
１４５５ 信号線
１４５６ 電源線
１４５７ ゲート線
１４５８ 電源線
１４６１ 消去ダイオード
１４６７ ゲート線
１５００ 画素部
１５５４ 共通電位線
１５６１ ダイオード
２００１ 筐体
２００３ 表示部
２００４ スピーカー部
２１０１ 本体
２１０２ 筐体
２１０３ 表示部
２１０４ 音声入力部
２１０５ 音声出力部
２１０６ 操作キー
２１０８ アンテナ
２２０１ 本体
２２０２ 筐体
２２０３ 表示部
２２０４ キーボード
２２０５ 外部接続ポート
２２０６ ポインティングマウス
２３０１ 本体
２３０２ 表示部
２３０３ スイッチ
２３０４ 操作キー
２３０５ 赤外線ポート
２４０１ 筐体
２４０２ 表示部
２４０３ スピーカー部
２４０４ 操作キー
２４０５ 記録媒体挿入部
４００１ 基板
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 対向基板
４００７ 充填材
４００８ 薄膜トランジスタ
４０１０ 薄膜トランジスタ
４０１１ 発光素子
４０１４ 配線
４０１５ 配線
４０１６ 接続端子
４０１８ フレキシブルプリントサーキット（ＦＰＣ）
４０１９ 異方性導電膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一部に有機化合物を用いた発光素子に関する。また、当該発光素子を備えた発光装置、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機材料を含む層を一対の電極間に有し、当該電極間に電流を流すことで発光する発光素子を用いた発光装置の開発が進められている。このような発光装置は他の薄型表示装置と呼ばれる表示装置と比較して薄型軽量化に有利であり、自発光であるため視認性も良く、応答速度も速い。そのため、次世代の表示装置として盛んに開発が進められ、現在、一部実用化もなされている。
【０００３】
薄型軽量化に有利であるこのような発光装置は、特にモバイル機器用途に適している。バッテリーに限りのあるモバイル機器に搭載する発光装置の消費電力は、低ければ低いほど良く、常に省電力化が求められている。また、テレビやディスプレイなどモバイル用途以外においても、消費エネルギーの低減は環境問題、エネルギー問題などに関連し要求がますます高まっている。
【０００４】
ところで、現在、このような発光装置が一部の実用化にとどまっている理由の一つに発光素子の劣化の問題がある。発光素子は同じ電流量を流していたとしても、駆動時間の蓄積に伴いその輝度が低下してゆく劣化を起こす。実製品としてこの劣化の度合いが許容されうる程度である発光素子を作製する為の材料及び構造が未だ多くないことがその原因の一つである。
【０００５】
発光素子の劣化を低減させる為の方法は様々考えられるが、その一つに発光効率の改善がある。発光効率が改善されることによって、発光素子に流す電流が小さくても同等の輝度を得ることができるようになり、結果として発光素子の劣化が低減される。
【０００６】
また、発光効率が改善されれば、より小さな電力で同じ輝度の発光を得ることも可能となり、駆動電圧の低下、ひいては消費電力の低下にも繋がる。
【０００７】
例えば、特許文献１では発光層におけるドーパントの濃度を発光層の厚み方向において制御することによって発光効率の改善が図られている。
【特許文献１】特開２００５−１０８７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明では、発光効率の改善された発光素子を提供することを課題とする。
【０００９】
また、本発明では駆動電圧が低減された発光素子を提供することを課題とする。
【００１０】
また、本発明では駆動時間に対する劣化の度合いが改善された発光素子を提供することを課題とする。
【００１１】
また、本発明では消費電力の低減された発光装置または電子機器を提供することを課題とする。
【００１２】
また、本発明では表示部における信頼性の高い発光装置または電子機器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】
【００１３】
本発明の発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、それらの間に形成された発光積層体とを有し、発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とをこの順に有し、第１の層はキャリア輸送性を有する層であり、第３の層は発光中心材料とそれが分散されたホスト材料とを含む層であり、第２の層は第１の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第２の層の膜厚は０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、それらの間に形成された発光積層体とを有し、発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とをこの順に有し、第１の層はキャリア輸送性を有する層であり、第３の層は発光中心材料とそれが分散されたホスト材料とを含む層であり、第２の層は第１の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第２の層の膜厚は０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、それらの間に形成された発光積層体とを有し、発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とをこの順に有し、第１の層はキャリア輸送性を有する層であり、第３の層は発光中心材料とそれが分散されたホスト材料とを含む層であり、第２の層は第１の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第２の層の膜厚は１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
図１８に発光積層体に含まれる第１の層と第２の層と第３の層のホスト材料のエネルギーギャップの大小を比較した図を示す。第１の層のバンドギャップをＥｇ１、第２の層のバンドギャップをＥｇ２、第３の層におけるホスト材料のバンドギャップをＥｇ３とすると、Ｅｇ２はＥｇ３より大きくかつＥｇ２はＥｇ１より大きくする。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いう。
【００１７】
また図１８第２の層のＬＵＭＯ準位は、第１の層及び第３の層のＬＵＭＯ準位より高く、第１の層のＬＵＭＯ準位は、第３の層のＬＵＭＯ準位より高く、また第２の層のＨＯＭＯ準位は、第１の層及び第３の層のＨＯＭＯ準位より低く、第３の層のＨＯＭＯ準位は第１の層のＨＯＭＯ準位よりも低くなっているが、必ずしもこの限りではない。
【００１８】
第２の層を形成することより第３の層に含まれる発光中心材料やホスト材料の励起エネルギーがエネルギーギャップの小さい層に移動してしまうことを防ぐことができる。そのため発光が減少してしまったり、発光の色純度の低下してしまったりすることを抑制することが可能となる。
【００１９】
本発明の発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、それらの間に形成された発光積層体とを有し、発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層と第４の層と第５の層とをこの順に有し、第１の層及び第５の層はキャリア輸送性を有する層であり、第３の層は発光中心材料とそれが分散されたホスト材料とを含む層であり、第２の層は第１の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第４の層は第５の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第２の層及び第４の層との膜厚は０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、それらの間に形成された発光積層体とを有し、発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層と第４の層と第５の層とをこの順に有し、第１の層及び第５の層はキャリア輸送性を有する層であり、第３の層は発光中心材料とそれが分散されたホスト材料とを含む層であり、第２の層は第１の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第４の層は第５の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第２の層及び第４の層との膜厚は０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、それらの間に形成された発光積層体とを有し、発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層と第４の層と第５の層とをこの順に有し、第１の層及び第５の層はキャリア輸送性を有する層であり、第３の層は発光中心材料とそれが分散されたホスト材料とを含む層であり、第２の層は第１の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第４の層は第５の層のエネルギーギャップより大きく、且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第２の層及び第４の層との膜厚は１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２２】
図２２に発光積層体に含まれる第１の層、第２の層、第３の層のホスト材料、第４の層及び第５の層のエネルギーギャップの大小を比較した図を示す。第１の層のバンドギャップをＥｇ１、第２の層のバンドギャップをＥｇ２、第３の層におけるホスト材料のバンドギャップをＥｇ３、第４の層のバンドギャップをＥｇ４、第５の層のバンドギャップをＥｇ５とすると、Ｅｇ２はＥｇ３より大きくかつＥｇ２はＥｇ１より大きく、Ｅｇ４はＥｇ３より大きくかつＥｇ４はＥｇ５より大きい。またＥｇ２とＥｇ４、並びにＥｇ１とＥｇ５は同じであっても違っていても構わない。
【００２３】
また図２２では第２の層のＬＵＭＯ準位は、第１の層及び第３の層のホスト材料のＬＵＭＯ準位より高く、第１の層のＬＵＭＯ準位は、第３の層のホスト材料のＬＵＭＯ準位より高く、また第２の層のＨＯＭＯ準位は、第１の層及び第３の層のホスト材料のＨＯＭＯ準位より低く、第３の層のホスト材料のＨＯＭＯ準位は第１の層のＨＯＭＯ準位よりも低いが、必ずしもこの限りではない。
【００２４】
また図２２では第４の層のＬＵＭＯ準位は、第３の層のホスト材料及び第５の層のＬＵＭＯ準位より高く、第５の層のＬＵＭＯ準位は、第３の層のホスト材料のＬＵＭＯ準位より高く、また第４の層のＨＯＭＯ準位は、第３の層のホスト材料及び第５の層のＨＯＭＯ準位より低く、第３の層のホスト材料のＨＯＭＯ準位は、第５の層のＨＯＭＯ準位よりも低いが、必ずしもこの限りではない。
【００２５】
ただし第２の層のＬＵＭＯ準位と第４の層のＬＵＭＯ準位、第２の層のＨＯＭＯ準位と第４の層のＨＯＭＯ準位、第１の層のＬＵＭＯ準位と第５の層のＬＵＭＯ準位、第１の層のＨＯＭＯ準位と第５の層のＨＯＭＯ準位は、それぞれ同じであっても違っていても構わない。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、発光層に含まれる発光中心材料やホスト材料の励起エネルギーがエネルギーギャップの小さい層に移動してしまうことを防ぐことができる。そのため発光が減少してしまったり、発光の色純度の低下してしまったりすることを抑制することが可能となる。
【００２７】
本発明によって、発光効率の改善された発光素子を提供することができるようになる。
【００２８】
また、本発明によって、駆動電圧が低減された発光素子を提供することができるようになる。
【００２９】
また、本発明によって、駆動時間に対する劣化の度合いが改善された発光素子を提供することができるようになる。
【００３０】
また、本発明によって消費電力の低減された発光装置または電子機器を提供することができるようになる。
【００３１】
また、本発明によって、表示部における信頼性の高い発光装置または電子機器を提供することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。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。
【００３３】
（実施の形態１）
図１（Ａ）は本発明の発光素子の構成の一つを表す模式図である。図１（Ａ）で表された本発明の発光素子は第１の電極１００、第２の電極１０４との間に第１の層１０１、第２の層１０２及び第３の層１０３からなる発光積層体を有している。また、第１の層１０１、第２の層１０２及び第３の層１０３は第１の電極１００側から順に積層されている。
【００３４】
第１の層１０１は第１の電極１００から注入されたキャリアの輸送性が高い層であり（キャリア輸送層）、第３の層１０３は所望の発光を得るための発光層である。発光層である第３の層１０３は発光中心となる材料（発光中心材料）がホスト材料中に分散された構成を有する。
【００３５】
第２の層１０２は第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。また、第２の層１０２は第１の電極１００から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。また、第２の層１０２はその膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であれば良く、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが望ましい。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い、薄膜状態における各材料の吸収スペクトルをＵＶ・可視光分光光度計を用いて測定し、吸収スペクトルの長波長側の吸収端の波長から求めることとする。
【００３６】
このような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは正孔であり、第２の層１０２は正孔を輸送することが可能な材料で形成する。
【００３７】
第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは電子であり、第２の層１０２は電子を輸送することが可能な材料で形成する。
【００３８】
なお、本明細書では第２の層１０２を膜として表現しているが、非常に薄いことから完全な膜状にはなっておらず、第２の層１０２は島状に形成されている可能性がある。このような場合であっても本発明の構成は有効に機能する。また、本発明においては第２の層１０２を形成する場合は、実際に第２の層を形成する際と同じ蒸着条件で蒸着時間対蒸着膜厚の検量線を作製し、当該検量線上において所望の膜厚となる時間だけ蒸着することによって規定の膜厚の第２の層１０２が形成されたとみなす。
【００３９】
このような発光素子は電極から注入された電子及び正孔が発光層で再結合することによって発光中心材料が励起され、励起された発光中心材料が基底状態へ戻る際に発光を得ることができる。再結合による励起は、再結合によって直接発光中心材料が励起される場合と、まず再結合によってホスト材料が励起され、その励起エネルギーが移動することによって発光中心材料が励起される場合とがある。
【００４０】
このとき、発光層に接して、発光層を構成する材料よりエネルギーギャップの小さい層が形成されていると、発光層の発光中心材料やホスト材料の励起エネルギーが当該エネルギーギャップの小さい層に移動してしまう。隣接するエネルギーギャップの小さい層に発光層から励起エネルギーが移動してしまうと、その分発光層から得られる発光が減少してしまう上、もし、当該エネルギーギャップの小さい層が発光性であった場合、当該発光素子から得られる光の色純度の低下も招いてしまう。
【００４１】
そのため、発光層に接して形成される層はホスト材料のエネルギーギャップより大きいエネルギーギャップを有することが望ましい。実際の素子において発光層に接して形成される層はキャリアの輸送層、もしくはキャリアの注入及び輸送の両方を担う層であるが、キャリアの輸送性もしくは注入性とエネルギーギャップの関係とを満足するような材料の選択の幅はあまり広くない。特に大きいエネルギーギャップを必要とする青色発光素子においては特にその幅はさらに狭い。
【００４２】
ここで、本発明の発光素子である図１（Ａ）に記載の発光素子では、発光層である第３の層１０３とキャリア輸送層である第１の層１０１との間に第２の層１０２が形成されている。第２の層１０２は上述したように、第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、その膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下で形成される。
【００４３】
このような第２の層１０２を設けることによって、第３の層１０３のエネルギーギャップが第１の層１０１のエネルギーギャップより小さくても第３の層１０３から第１の層１０１への励起エネルギーの移動を有効に抑制することが可能となった結果、発光効率が向上された発光素子を得ることができるようになる。
【００４４】
その上、第２の層１０２が形成さていない通常の素子と比較して駆動電圧の上昇がほとんど無い発光素子を得ることができるようになる。また、第２の層１０２が存在することでキャリア輸送層である第１の層１０１に用いることができる材料の選択の幅を大幅に広げることができる。
【００４５】
なお、第２の層１０２はエネルギーギャップの関係さえ満たしていればキャリア輸送性が低くとも良く、キャリアを流すことができさえすれば良い。また、第２の層１０２の膜厚が非常に薄いことから、従来では材料自身の信頼性が悪く、他の層として使用すると発光素子自体の信頼性が低くなってしまっていたような材料であっても、発光素子の信頼性を低下させることなく第２の層１０２の材料として用いることができることも本発明の大きな特徴である。
【００４６】
本発明の発光素子はこのような第２の層１０２を有することによって、第３の層１０３から第１の層１０１への、励起エネルギーの移動が抑制され、発光層で発光中心材料が効率よく発光することができるようになることから、発光効率が向上する。発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子を得ることができるようになる。また、駆動電圧も低減させることができる。なお、本発明の発光素子において、第２の層１０２はその膜厚が非常に薄いことから、第２の層１０２を形成したことが原因となる駆動電圧の上昇を招かないため、発光効率の向上に伴う駆動電圧の低減効果がより顕著となる。
【００４７】
本発明のような発光素子では、発光層である第３の層１０３の層における発光領域は一部のケースで第３の層１０３の膜厚方向に均一もしくは膜厚の中央に存在することがあるが、ほとんどのケースにおいて膜厚方向のどちらかの表面近傍に偏って存在する。このことから、第２の層１０２は当該発光領域が偏っている側に設けられることが好ましい。
【００４８】
第１の電極１００、第２の電極１０４は光を取り出す方の電極を透光性を有する導電材料によって形成する。この際、他方の電極を反射率の高い材料で形成することによって効率よく発光を取り出すことができる。また、両方の電極を透光性を有する導電材料で形成すれば、発光素子の両側から光を取り出すこともできる。なお、発光層である第３の層１０３からの発光を得る際に高い電圧をかける方の電極には仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）導電材料を用いることが望ましく、また、発光を得る際に低い電圧をかける方の電極には仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）導電材料を用いることが望ましいが、キャリアの注入性に有利な材料を低い電圧をかける方の電極に接して設けることによって仕事関数に関わらず導電材料を電極として用いることもできる。
【００４９】
これら電極の材料としては金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物金属、化合物、合金を用いることができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、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）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）などの導電性を有する金属、又はアルミニウムとシリコンからなる合金（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウムとチタンからなる合金（Ａｌ−Ｔｉ）、アルミニウム、シリコン、銅からなる合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）等の合金、または窒化チタン（ＴｉＮ）等の金属材料の窒化物、インジウム錫酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（本明細書ではＩＴＳＯという）、酸化インジウムに、さらに２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したターゲットを用いて形成されたもの（本明細書ではＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）という）等の金属酸化物などを用いることができる。
【００５０】
なお、ＩＴＯ、ＩＴＳＯ、ＩＺＯ等は透光性を有する導電材料であるため、発光を取り出す方の電極材料として好適に用いることができる。また、アルミニウムや銀など厚膜で形成すると非透光性であるが、薄膜化すると透光性を有するようになるため、アルミニウムや銀の薄膜を、透光性を有する電極として用いることもできる。なお、アルミニウムや銀等は反射率が高いため、ある程度以上の膜厚で形成することによって反射電極として用いることもできる。これらの電極はスパッタ法、蒸着法など公知の方法によって形成することができる。
【００５１】
第１の層１０１は、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、正孔輸送性の高い材料で形成する。逆に第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１は電子輸送性の高い材料で形成する。
【００５２】
正孔輸送性の高い材料としては具体的には、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：ＮＰＢ）、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）、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、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、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。
【００５３】
電子輸送性の高い材料としては具体的にはトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）、トリス（４−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）、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）等の他、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）、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−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ビフェニリル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−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）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、４，４−ビス（５−メチルベンズオキサゾル−２−イル）スチルベン（略称：ＢｚＯｓ）等が挙げられる。また、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。第１の層１０１は蒸着法など公知の方法によって形成すれば良い。
【００５４】
第２の層１０２は第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、正孔を流すことが可能な材料で形成する。逆に第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第２の層１０２は電子を流すことが可能な材料で形成する。
【００５５】
正孔、もしくは電子を流すことが可能な材料とは、ブロッキング材料のようにそのキャリアの流れを妨げてしまう材料以外の材料のことを言い、移動度は非常に低くともかまわない。このような材料のうち第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく、ホスト材料のエネルギーギャップ以上である材料を第２の層１０２として用いればよい。
【００５６】
第１の層１０１、ホスト材料によっても異なってくるが、正孔を流すことが可能な材料としては例えば４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、２，７−ジ（Ｎ−カルバゾリル）−スピロ−９，９’−ビフルオレン（略称：ＳＦＤＣｚ）、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：ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、２，７−ビス｛Ｎ−［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝−スピロ−９，９’−ビフルオレン（略称：ＹＧＡＳＦ）、１，３，５−トリ（Ｎ−カルバゾリル）ベンゼン（略称：ＴＣｚＢ）、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）等をあげることができる。
【００５７】
また電子を流すことが可能な材料としてはビス［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）ピリジナト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ｐｐ）２）、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）、１，３−ビス［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ０１）、３−（４−ビフェニリル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−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）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）等を挙げることができる。
【００５８】
もちろんこれらは例示であり本発明に用いることができる材料はこれらに限られない。なお、発光中心材料のＨＯＭＯ準位と第２の層１０２のＬＵＭＯ準位、もしくは発光中心材料のＬＵＭＯ準位と第２の層１０２のＨＯＭＯ準位が近いとエキサイプレックスが形成されてしまい、発光効率が低下してしまう恐れがある。エキサイプレックス形成による発光効率の低下を防ぐ為には、エキサイプレックスが形成されない程度に発光中心材料のＨＯＭＯ準位と第２の層１０２のＬＵＭＯ準位、もしくは発光中心材料のＬＵＭＯ準位と第２の層１０２のＨＯＭＯ準位が離れている材料を選択することが好ましい。第２の層１０２は蒸着法など公知の方法によって形成すればよい。
【００５９】
第３の層１０３はホスト材料中に、当該ホスト材料よりエネルギーギャップの小さい発光中心物質を分散して形成されており、発光中心物質とホスト材料とを共蒸着して形成することができる。
【００６０】
発光中心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。具体的には、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−９−ジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−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−（１０−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。
【００６１】
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：Ａｌｑ３）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。
【００６２】
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−ＢｕＤＮＡ）、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：ＢＡｌｑ）、９−（４−｛Ｎ−［４−（９−カルバゾリル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝フェニル）−１０−フェニルアントラセン（略称：ＹＧＡＰＡ）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。
【００６３】
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（ＣＦ３ｐｐｙ）２（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）３）等の燐光を発光する物質も発光性の物質として用いることができる。
【００６４】
また、ホスト材料については、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−ＢｕＤＮＡ）等のアントラセン誘導体、または４，４’−ジ（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：Ｚｎｐｐ２）、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：ＺｎＢＯＸ）、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）等の金属錯体等を用いることができる。
【００６５】
（実施の形態２）
図１（Ｂ）は本発明の発光素子の構成の一つを表す模式図である。図１（Ｂ）で表された本発明の発光素子は第１の電極１００、第２の電極１０４との間に第１の層１０１、第２の層１０２及び第３の層１０３からなる発光積層体を有している。図１（Ｂ）と図１（Ａ）との違いは、図１（Ｂ）においては第１の電極１００側から第３の層１０３、第２の層１０２及び第１の層１０１がこの順に積層されている構造である点である。本発明はこのような構造であっても良い。
【００６６】
第１の層１０１は第２の電極１０４から注入されたキャリアの輸送性が高い層であり（キャリア輸送層）、第３の層１０３は所望の発光を得るための発光層である。発光層である第３の層１０３は発光中心となる材料（発光中心材料）がホスト材料中に分散された構成を有する。
【００６７】
第２の層１０２は第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。また、第２の層１０２は第２の電極１０４から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。また、第２の層１０２はその膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であれば良く、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが望ましい。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。
【００６８】
このような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは電子であり、第１の層１０１は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は電子を輸送することが可能な材料で形成する。
【００６９】
逆に第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは正孔であり、第１の層１０１は正孔輸送層となり、正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は正孔を輸送することが可能な材料で形成する。
【００７０】
第２の層１０２に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。また、第１の層１０１としてもちいられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料についても具体例は実施の形態１と同じである。
【００７１】
なお、本明細書では第２の層１０２を膜として表現しているが、非常に薄いことから完全な膜状にはなっておらず、第２の層１０２は島状に形成されている可能性がある。このような場合であっても本発明の構成は有効に機能する。また、本発明においては第２の層１０２を形成する場合は、実際に第２の層を形成する際と同じ蒸着条件で蒸着時間対蒸着膜厚の検量線を作製し、当該検量線上において所望の膜厚となる時間だけ蒸着することによって規定の膜厚の第２の層１０２が形成されたとみなす。
【００７２】
ここで、本発明の発光素子である図１（Ｂ）に記載の発光素子では、発光層である第３の層１０３とキャリア輸送層である第１の層１０１との間に第２の層１０２が形成されている。第２の層１０２は上述したように、第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、その膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下で形成される。
【００７３】
このような第２の層１０２を設けることによって、第３の層１０３のエネルギーギャップが第１の層１０１のエネルギーギャップより小さくても第３の層１０３から第１の層１０１への励起エネルギーの移動を有効に抑制することが可能となった結果、発光効率が向上された発光素子を得ることができるようになる。
【００７４】
その上、第２の層１０２が形成さていない通常の素子と比較して駆動電圧の上昇がほとんど無い発光素子を得ることができるようになる。また、第２の層１０２が存在することでキャリア輸送層である第１の層１０１に用いることができる材料の選択の幅を大幅に広げることができる。
【００７５】
なお、第２の層１０２はエネルギーギャップの関係さえ満たしていればキャリア輸送性が低くとも良く、キャリアを流すことができさえすれば良い。また、第２の層１０２の膜厚が非常に薄いことから、従来では材料自身の信頼性が悪く、他の層として使用すると発光素子自体の信頼性が低くなってしまっていたような材料であっても、発光素子の信頼性を低下させることなく第２の層１０２の材料として用いることができることも本発明の大きな特徴の一つである。
【００７６】
本発明の発光素子はこのような第２の層１０２を有することによって、第３の層１０３から第１の層１０１への、励起エネルギーの移動が抑制され、発光層で発光中心材料が効率よく発光することができるようになることから、発光効率が向上する。発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子を得ることができるようになる。また、駆動電圧も低減させることができる。
【００７７】
なお、本発明の発光素子において、第２の層１０２はその膜厚が非常に薄いことから、第２の層１０２を形成したことが原因となる駆動電圧の上昇を招かないため、発光効率の向上に伴う駆動電圧の低減効果がより顕著となる。
【００７８】
第１の電極１００、第２の電極１０４は光を取り出す方の電極を透光性を有する導電材料によって形成する。この際、他方の電極を反射率の高い材料で形成することによって効率よく発光を取り出すことができる。また、両方の電極を透光性を有する導電材料で形成すれば、発光素子の両側から光を取り出すこともできる。
【００７９】
なお、発光層である第３の層１０３からの発光を得る際に高い電圧をかける方の電極には仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）導電材料を用いることが望ましく、また、発光を得る際に低い電圧をかける方の電極には仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）導電材料を用いることが望ましいが、キャリアの注入性に有利な材料を低い電圧をかける方の電極に接して設けることによって仕事関数に関わらず導電材料を電極として用いることもできる。これら電極の具体的な材料としては実施の形態１で述べたものと同様であるため、繰り返しとなる説明を省略する。
【００８０】
また、発光中心物質、ホスト材料についても実施の形態１で述べたものと同様である。
【００８１】
なお、本実施の形態において説明した以外の事項については、実施の形態１と同じであるので、実施の形態１の説明を参照されたい。
【００８２】
（実施の形態３）
図２（Ａ）は本発明の発光素子の構成の一つを表す模式図である。図２（Ａ）で表された本発明の発光素子は第１の電極１００、第２の電極１０４との間に第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３及び第４の層１０５からなる発光積層体を有している。図２（Ａ）と図１（Ａ）との違いは第３の層１０３と第２の電極１０４との間に第４の層１０５が設けられている点である。本発明はこのような構造であっても良い。
【００８３】
第１の層１０１は第１の電極１００から注入されたキャリアの輸送性が高い層、もしくは注入性及び輸送性がどちらも高い層であり、第４の層１０５は第２の電極１０４から注入されたキャリアの輸送性が高い層である（キャリア輸送層）。第３の層１０３は所望の発光を得るための発光層である。発光層である第３の層１０３は発光中心となる材料（発光中心材料）がホスト材料中に分散された構成を有する。
【００８４】
第２の層１０２は第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。また、第２の層１０２は第１の電極１００から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。また、第２の層１０２はその膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であれば良く、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが望ましい。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。
【００８５】
第４の層１０５が設けられることによって、第２の電極１０４からよりスムーズにキャリアを注入及び輸送することができる。
【００８６】
このような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは正孔であり、第１の層１０１は正孔輸送層となり、正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第４の層１０５が輸送するキャリアは電子であり、第４の層は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は正孔を輸送することが可能な材料で形成する。
【００８７】
第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは電子であり、第１の層１０１は電子輸送層となり電子輸送性の高い材料で形成する。また、第４の層１０５が輸送するキャリアは正孔であり、第４の層１０５は正孔輸送層となり、正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は電子を輸送することが可能な材料で形成する。
【００８８】
第２の層１０２に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。また、第１の層１０１としてもちいられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料についても具体例は実施の形態１と同じである。なお、第４の層１０５に用いられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料については実施の形態１の第１の層１０１の材料として挙げた正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料と同じであるので該当する記載を参照されたい。
【００８９】
なお、本明細書では第２の層１０２を膜として表現しているが、非常に薄いことから完全な膜状にはなっておらず、第２の層１０２は島状に形成されている可能性がある。このような場合であっても本発明の構成は有効に機能する。また、本発明においては第２の層１０２を形成する場合は、実際に第２の層を形成する際と同じ蒸着条件で蒸着時間対蒸着膜厚の検量線を作製し、当該検量線上において所望の膜厚となる時間だけ蒸着することによって規定の膜厚の第２の層１０２が形成されたとみなす。
【００９０】
ここで、本発明の発光素子である図２（Ａ）に記載の発光素子では、発光層である第３の層１０３とキャリア輸送層である第１の層１０１との間に第２の層１０２が形成されている。第２の層１０２は上述したように、第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、その膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下で形成される。
【００９１】
このような第２の層１０２を設けることによって、第３の層１０３のエネルギーギャップが第１の層１０１のエネルギーギャップより小さくても第３の層１０３から第１の層１０１への励起エネルギーの移動を有効に抑制することが可能となった結果、発光効率が向上された発光素子を得ることができるようになる。
【００９２】
その上、第２の層１０２が形成さていない通常の素子と比較して駆動電圧の上昇がほとんど無い発光素子を得ることができるようになる。また、第２の層１０２が存在することでキャリア輸送層である第１の層１０１に用いることができる材料の選択の幅を大幅に広げることができる。
【００９３】
なお、第２の層１０２はエネルギーギャップの関係さえ満たしていればキャリア輸送性が低くとも良く、キャリアを流すことができさえすれば良い。また、第２の層１０２の膜厚が非常に薄いことから、従来では材料自身の信頼性が悪く、他の層として使用すると発光素子自体の信頼性が低くなってしまっていたような材料であっても、発光素子の信頼性を低下させることなく第２の層１０２の材料として用いることができることも本発明の大きな特徴の一つである。
【００９４】
本発明の発光素子はこのような第２の層１０２を有することによって、第３の層１０３から第１の層１０１への、励起エネルギーの移動が抑制され、発光層で発光中心材料が効率よく発光することができるようになることから、発光効率が向上する。発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子を得ることができるようになる。また、駆動電圧も低減させることができる。なお、本発明の発光素子において、第２の層１０２はその膜厚が非常に薄いことから、第２の層１０２を形成したことが原因となる駆動電圧の上昇を招かないため、発光効率の向上に伴う駆動電圧の低減効果がより顕著となる。
【００９５】
第１の電極１００、第２の電極１０４は光を取り出す方の電極を透光性を有する導電材料によって形成する。この際、他方の電極を反射率の高い材料で形成することによって効率よく発光を取り出すことができる。また、両方の電極を透光性を有する導電材料で形成すれば、発光素子の両側から光を取り出すこともできる。なお、発光層である第３の層１０３からの発光を得る際に高い電圧をかける方の電極には仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）導電材料を用いることが望ましく、また、発光を得る際に低い電圧をかける方の電極には仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）導電材料を用いることが望ましいが、キャリアの注入性に有利な材料を低い電圧をかける方の電極に接して設けることによって仕事関数に関わらず導電材料を電極として用いることもできる。これら電極の具体的な材料としては実施の形態１で述べたものと同様であるため、繰り返しとなる説明を省略する。
【００９６】
また、発光中心物質、ホスト材料についても実施の形態１で述べたものと同様である。
【００９７】
なお、本実施の形態において説明した以外の事項については、実施の形態１と同じであるので、実施の形態１の説明を参照されたい。
【００９８】
（実施の形態４）
図２（Ｂ）は本発明の発光素子の構成の一つを表す模式図である。図２（Ｂ）で表された本発明の発光素子は第１の電極１００、第２の電極１０４との間に第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３及び第４の層１０５からなる発光積層体を有している。図２（Ａ）と図２（Ｂ）との違いは、図２（Ｂ）においては第１の電極１００側から第４の層１０５、第３の層１０３、第２の層１０２及び第１の層１０１がこの順に積層されている構造である点である。本発明はこのような構造であっても良い。
【００９９】
第１の層１０１は第２の電極１０４から注入されたキャリアの輸送性が高い層であり、第４の層１０５は第１の電極１００から注入されたキャリアの輸送性が高い層である（キャリア輸送層）。第３の層１０３は所望の発光を得るための発光層である。発光層である第３の層１０３は発光中心となる材料（発光中心材料）がホスト材料中に分散された構成を有する。
【０１００】
第２の層１０２は第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。また、第２の層１０２は第２の電極１０４から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。また、第２の層１０２はその膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であれば良く、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが望ましい。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。
【０１０１】
第４の層１０５が設けられることによって、第１の電極１００からよりスムーズにキャリアを注入及び輸送することができる。
【０１０２】
このような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは電子であり、第１の層１０１は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。また、第４の層１０５が輸送するキャリアは正孔であり、第４の層１０５は正孔輸送層となり、正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は電子を輸送することが可能な材料で形成する。
【０１０３】
逆に第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは正孔であり、第１の層１０１は正孔輸送層となり、正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第４の層１０５が輸送するキャリアは電子であり、第４の層１０５は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は正孔を輸送することが可能な材料で形成する。
【０１０４】
なお、第２の層１０２に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。また、第１の層１０１としてもちいられる電子輸送性の高い材料又は正孔輸送性の高い材料についても具体例は実施の形態１と同じである。なお、第４の層１０５に用いられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料については実施の形態１の第１の層１０１の材料として挙げた正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料と同じであるので該当する記載を参照されたい。
【０１０５】
なお、本明細書では第２の層１０２を膜として表現しているが、非常に薄いことから完全な膜状にはなっておらず、第２の層１０２は島状に形成されている可能性がある。このような場合であっても本発明の構成は有効に機能する。また、本発明においては第２の層１０２を形成する場合は、実際に第２の層を形成する際と同じ蒸着条件で蒸着時間対蒸着膜厚の検量線を作製し、当該検量線上において所望の膜厚となる時間だけ蒸着することによって規定の膜厚の第２の層１０２が形成されたとみなす。
【０１０６】
ここで、本発明の発光素子である図２（Ｂ）に記載の発光素子では、発光層である第３の層１０３とキャリア輸送層である第１の層１０１との間に第２の層１０２が形成されている。第２の層１０２は上述したように、第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、その膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下で形成される。
【０１０７】
このような第２の層１０２を設けることによって、第３の層１０３のエネルギーギャップが第１の層１０１のエネルギーギャップより大きくても第３の層１０３から第１の層１０１への励起エネルギーの移動を有効に抑制することが可能となった結果、発光効率が向上された発光素子を得ることができるようになる。
【０１０８】
その上、第２の層１０２が形成さていない通常の素子と比較して駆動電圧の上昇がほとんど無い発光素子を得ることができるようになる。また、第２の層１０２が存在することでキャリア輸送層である第１の層１０１に用いることができる材料の選択の幅を大幅に広げることができる。
【０１０９】
なお、第２の層１０２はエネルギーギャップの関係さえ満たしていればキャリア輸送性が低くとも良く、キャリアを流すことができさえすれば良い。また、第２の層１０２の膜厚が非常に薄いことから、従来では材料自身の信頼性が悪く、他の層として使用すると発光素子自体の信頼性が低くなってしまっていたような材料であっても、発光素子の信頼性を低下させることなく第２の層１０２の材料として用いることができることも本発明の大きな特徴の一つである。
【０１１０】
本発明の発光素子はこのような第２の層１０２を有することによって、第３の層１０３から第１の層１０１への、励起エネルギーの移動が抑制され、発光層で発光中心材料が効率よく発光することができるようになることから、発光効率が向上する。発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子を得ることができるようになる。また、駆動電圧も低減させることができる。なお、本発明の発光素子において、第２の層１０２はその膜厚が非常に薄いことから、第２の層１０２を形成したことが原因となる駆動電圧の上昇を招かないため、発光効率の向上に伴う駆動電圧の低減効果がより顕著となる。
【０１１１】
第１の電極１００、第２の電極１０４は光を取り出す方の電極を透光性を有する導電材料によって形成する。この際、他方の電極を反射率の高い材料で形成することによって効率よく発光を取り出すことができる。また、両方の電極を透光性を有する導電材料で形成すれば、発光素子の両側から光を取り出すこともできる。
【０１１２】
なお、発光層である第３の層１０３からの発光を得る際に高い電圧をかける方の電極には仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）導電材料を用いることが望ましく、また、発光を得る際に低い電圧をかける方の電極には仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）導電材料を用いることが望ましいが、キャリアの注入性に有利な材料を低い電圧をかける方の電極に接して設けることによって仕事関数に関わらず導電材料を電極として用いることもできる。これら電極の具体的な材料としては実施の形態１で述べたものと同様であるため、繰り返しとなる説明を省略する。
【０１１３】
また、発光中心物質、ホスト材料についても実施の形態１で述べたものと同様である。
【０１１４】
なお、本実施の形態において説明した以外の事項については、実施の形態１と同じであるので、実施の形態１の説明を参照されたい。
【０１１５】
（実施の形態５）
図２（Ｃ）は本発明の発光素子の構成の一つを表す模式図である。図２（Ｃ）で表された本発明の発光素子は第１の電極１００、第２の電極１０４との間に第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３、第５の層１０６及び第４の層１０５からなる発光積層体を有している。図２（Ｃ）と図２（Ａ）との違いは第３の層１０３と第４の層１０５との間に第５の層１０６が設けられている点である。本発明はこのような構造であっても良い。
【０１１６】
第１の層１０１は第１の電極１００から注入されたキャリアの輸送性が高い層であり、第４の層１０５は第２の電極１０４から注入されたキャリアの輸送性が高い層である（キャリア輸送層）。第３の層１０３は所望の発光を得るための発光層である。発光層である第３の層１０３は発光中心となる材料（発光中心材料）がホスト材料中に分散された構成を有する。
【０１１７】
第２の層１０２は第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。また、第２の層１０２は第１の電極１００から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。
【０１１８】
第５の層１０６は第４の層１０５のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。また、第５の層１０６は第２の電極１０４から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。
【０１１９】
また、第２の層１０２及び第５の層１０６はその膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であれば良く、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが望ましい。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。
【０１２０】
第５の層１０６が設けられることによって、第３の層１０３から第４の層１０５への励起エネルギーの移動を抑制することができるようになり、発光効率がさらに向上する。このような構成は発光領域が発光層である第３の層１０３の厚さ方向全てにわたって形成される場合に特に有効である。また、発光領域が発光層のどの部分に形成されているか不明な場合も簡便に本発明を適用することができる構成である。
【０１２１】
このような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは正孔であり、第１の層１０１は正孔輸送層となり、正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第４の層１０５が輸送するキャリアは電子であり、第４の層は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は正孔を輸送することが可能な材料、第５の層１０６は電子を輸送することが可能な材料で形成する。
【０１２２】
逆に第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の層１０１が輸送するキャリアは電子であり、第１の層１０１は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。また、第４の層１０５が輸送するキャリアは正孔であり、第４の層１０５は正孔輸送層となり、正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第２の層１０２は電子を輸送することが可能な材料、第５の層１０６は正孔を輸送することが可能な材料で形成する。
【０１２３】
なお、第２の層１０２に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。第５の層１０６に用いることが可能な材料は第２の層１０２に用いることが可能な材料と同様であるので説明を省略する。
【０１２４】
また、第１の層１０１としてもちいられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料についても具体例は実施の形態１と同じである。なお、第４の層１０５に用いられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料については実施の形態１の第１の層１０１の材料として挙げた正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料と同じであるので該当する記載を参照されたい。
【０１２５】
本明細書では第２の層１０２及び第５の層１０６を膜として表現しているが、非常に薄いことから完全な膜状にはなっておらず、第２の層１０２及び第５の層１０６は島状に形成されている可能性がある。このような場合であっても本発明の構成は有効に機能する。また、本発明においては第２の層１０２及び第５の層１０６を形成する場合は、実際に第２の層１０２及び第５の層１０６を形成する際と同じ蒸着条件で蒸着時間対蒸着膜厚の検量線を作製し、当該検量線上において所望の膜厚となる時間だけ蒸着することによって規定の膜厚の第２の層１０２及び第５の層１０６が形成されたとみなす。
【０１２６】
ここで、本発明の発光素子である図２（Ｃ）に記載の発光素子では、発光層である第３の層１０３とキャリア輸送層である第１の層１０１との間に第２の層１０２が、第３の層１０３と第４の層１０５の間に第５の層１０６が形成されている。上述したように、第２の層１０２は第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、第５の層１０６は第４の層１０５のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下で形成される。
【０１２７】
このような第２の層１０２及び第５の層１０６を設けることによって、第３の層１０３のエネルギーギャップが第１の層１０１又は第４の層１０５のエネルギーギャップより大きくても、第３の層１０３から第１の層１０１や第４の層１０５への励起エネルギーの移動を有効に抑制することが可能となった結果、発光効率が向上された発光素子を得ることができるようになる。
【０１２８】
その上、第２の層１０２及び第５の層１０６が形成さていない通常の素子と比較して駆動電圧の上昇がほとんど無い発光素子を得ることができるようになる。また、第２の層１０２又は第５の層１０６が存在することでキャリア輸送層である第１の層１０１や第４の層１０５に用いることができる材料の選択の幅を大幅に広げることができる。
【０１２９】
なお、第２の層１０２及び第５の層１０６はエネルギーギャップの関係さえ満たしていればキャリア輸送性が低くとも良く、キャリアを流すことができさえすれば良い。また、第２の層１０２や第５の層１０６はその膜厚が非常に薄いことから、従来では材料自身の信頼性が悪く、他の層として使用すると発光素子自体の信頼性が低くなってしまっていたような材料であっても、発光素子の信頼性を低下させることなく用いることができることも本発明の大きな特徴の一つである。
【０１３０】
本発明の発光素子はこのような第２の層１０２及び第５の層１０６を有することによって、第３の層１０３から第１の層１０１及び第４の層１０５への、励起エネルギーの移動が抑制され、発光層で発光中心材料が効率よく発光することができるようになることから、発光効率が向上する。発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子を得ることができるようになる。また、駆動電圧も低減させることができる。なお、本発明の発光素子において、第２の層１０２及び第５の層１０６はその膜厚が非常に薄いことから、これらの層を形成したことが原因となる駆動電圧の上昇を招かないため、発光効率の向上に伴う駆動電圧の低減効果がより顕著となる。
【０１３１】
第１の電極１００、第２の電極１０４は光を取り出す方の電極を透光性を有する導電材料によって形成する。この際、他方の電極を反射率の高い材料で形成することによって効率よく発光を取り出すことができる。また、両方の電極を透光性を有する導電材料で形成すれば、発光素子の両側から光を取り出すこともできる。
【０１３２】
なお、発光層である第３の層１０３からの発光を得る際に高い電圧をかける方の電極には仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）導電材料を用いることが望ましく、また、発光を得る際に低い電圧をかける方の電極には仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）導電材料を用いることが望ましいが、キャリアの注入性に有利な材料を低い電圧をかける方の電極に接して設けることによって仕事関数に関わらず導電材料を電極として用いることもできる。これら電極の具体的な材料としては実施の形態１で述べたものと同様であるため、繰り返しとなる説明を省略する。
【０１３３】
また、発光中心物質、ホスト材料についても実施の形態１で述べたものと同様である。
【０１３４】
なお、本実施の形態において説明した以外の事項については、実施の形態１と同じであるので、実施の形態１の説明を参照されたい。
【０１３５】
（実施の形態６）
図３は本発明の発光素子の構成の一つを表す模式図である。図３（Ａ）で表された本発明の発光素子は第１の電極１００、第２の電極１０４との間に第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３、第４の層１０５、第６の層１０７及び第７の層１０８からなる発光積層体を有している。図３（Ａ）と図２（Ａ）との違いは第１の層１０１と第１の電極１００との間に第６の層１０７が、第４の層１０５と第２の電極１０４との間に第７の層１０８が設けられている点である。本発明はこのような構造であっても良い。
【０１３６】
さらに図３（Ｂ）と図２（Ｃ）の違いは、第１の層１０１と第１の電極１００との間に第６の層１０７が、第４の層１０５と第２の電極１０４との間に第７の層１０８が設けられている点である。
【０１３７】
図３において、第１の層１０１は第１の電極１００から注入されたキャリアの輸送性が高い層であり、第４の層１０５は第２の電極１０４から注入されたキャリアの輸送性が高い層である（キャリア輸送層）。第３の層１０３は所望の発光を得るための発光層であり、発光層である第３の層１０３は発光中心となる材料（発光中心材料）がホスト材料中に分散された構成を有する。また、第６の層１０７は第１の電極１００からのキャリアの注入に有利な層であり、第７の層１０８は第２の電極１０４からのキャリアの注入に有利な層（キャリア注入層）である。
【０１３８】
図３（Ａ）において、第２の層１０２は第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。
【０１３９】
また図３（Ｂ）において、第２の層１０２は第１の電極１００から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。第５の層１０６は第４の層１０５のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有する。また、第５の層１０６は第２の電極１０４から注入されるキャリアを輸送することが可能な材料で形成する。
【０１４０】
また、第２の層１０２及び第５の層１０６はその膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であれば良く、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが望ましい。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。
【０１４１】
キャリア注入層である第６の層１０７及び第７の層１０８はどちらか一方のみもしくは両方形成されていても構わず、これらの層が形成されていることによって電極から発光積層体にキャリアが注入されやすくなり、駆動電圧をより低下させることができる。
【０１４２】
図３（Ａ）のような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の電極１００から注入されるキャリアは正孔であり、第６の層１０７は正孔注入層となり正孔の注入に有利な材料で形成される。また、第１の層１０１は正孔輸送層となり正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第２の電極１０４から注入されるキャリアは電子であり、第７の層１０８は電子注入層となり、電子の注入に有利な材料で形成される。また、第４の層は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。
【０１４３】
また、第２の層１０２は正孔を輸送することが可能な材料で形成する。なお、第２の層１０２に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。
【０１４４】
第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の電極１００から注入されるキャリアは電子であり、第６の層１０７は電子注入層となり、電子の注入に有利な材料で形成される。また、第１の層１０１は電子輸送層となり電子輸送性の高い材料で形成する。この際、第２の電極１０４から注入されるキャリアは正孔であり、第７の層１０８は正孔注入層となり、正孔の注入に有利な材料で形成される。また、第４の層１０５は正孔輸送層となり正孔輸送性の高い材料で形成する。
【０１４５】
また、第２の層１０２は電子を輸送することが可能な材料で形成する。なお、第２の層１０２に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。
【０１４６】
また図３（Ｂ）のような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が高くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の電極１００から注入されるキャリアは正孔であり、第６の層１０７は正孔注入層となり正孔の注入に有利な材料で形成される。また、第１の層１０１は正孔輸送層となり正孔輸送性の高い材料で形成する。また、第２の電極１０４から注入されるキャリアは電子であり、第７の層１０８は電子注入層となり、電子の注入に有利な材料で形成される。また、第４の層は電子輸送層となり、電子輸送性の高い材料で形成する。
【０１４７】
また、第２の層１０２は正孔を輸送することが可能な材料、第５の層１０６は電子を輸送することが可能な材料で形成する。なお、第２の層１０２及び第５の層１０６に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。
【０１４８】
また図３（Ｂ）のような構成を有する本発明の発光素子に、第１の電極１００の方に第２の電極１０４より電位が低くなるように、一定以上の電圧をかけた際に発光を得られる場合、第１の電極１００から注入されるキャリアは電子であり、第６の層１０７は電子注入層となり、電子の注入に有利な材料で形成される。また、第１の層１０１は電子輸送層となり電子輸送性の高い材料で形成する。この際、第２の電極１０４から注入されるキャリアは正孔であり、第７の層１０８は正孔注入層となり、正孔の注入に有利な材料で形成される。また、第４の層１０５は正孔輸送層となり正孔輸送性の高い材料で形成する。
【０１４９】
また、第２の層１０２は電子を輸送することが可能な材料、第５の層１０６は正孔を輸送することが可能な材料で形成する。なお、第２の層１０２及び第５の層１０６に用いることが可能な材料の具体例は実施の形態１と同様であるため繰り返しとなる説明を省略する。
【０１５０】
また、第１の層１０１として用いられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料についても具体例は実施の形態１と同じである。なお、第４の層１０５に用いられる正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料については実施の形態１の第１の層１０１の材料として挙げた正孔輸送性の高い材料又は電子輸送性の高い材料と同じであるので該当する記載を参照されたい。第６の層１０７及び第７の層１０８として用いることができる正孔注入に有利な材料及び電子注入に有利な材料は、各々第１の層１０１として挙げた正孔輸送性の高い材料及び電子輸送性の高い材料を用いることができるが、第１の層１０１、第４の層１０５より相対的にキャリアの注入性が高い材料を用いることが好ましい。
【０１５１】
また、正孔注入に有利な材料としては他に酸化バナジウムや酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウムなどの金属酸化物などでも良い。これらの酸化物に適当な有機化合物を混合しても良い。あるいは、有機化合物であればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン（略称：Ｈ２−Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：Ｃｕ−Ｐｃ）等を用いることができる。また、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸（略称：ＰＳＳ）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称：ＰＥＤＯＴ）や、ポリアニリン（略称：ＰＡｎｉ）などを用いることができる。
【０１５２】
電子注入に有利な材料としては他にフッ化カルシウムなどのアルカリ土類金属塩、フッ化リチウム、酸化リチウムや塩化リチウムなどのアルカリ金属塩などが好適である。あるいは、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）やバソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などにリチウムなどのドナー性化合物を添加した層も用いることができる。
【０１５３】
なお、本明細書では第２の層１０２及び第５の層１０６を膜として表現しているが、非常に薄いことから完全な膜状にはなっておらず、第２の層１０２及び第５の層１０６は島状に形成されている可能性がある。このような場合であっても本発明の構成は有効に機能する。また、本発明においては第２の層１０２及び第５の層１０６を形成する場合は、実際に第２の層及び第５の層１０６を形成する際と同じ蒸着条件で蒸着時間対蒸着膜厚の検量線を作製し、当該検量線上において所望の膜厚となる時間だけ蒸着することによって規定の膜厚の第２の層１０２及び第５の層１０６が形成されたとみなす。
【０１５４】
ここで、本発明の発光素子である図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に記載の発光素子では、発光層である第３の層１０３とキャリア輸送層である第１の層１０１との間に第２の層１０２が形成されている。第２の層１０２は上述したように、第１の層１０１のエネルギーギャップより大きく且つホスト材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーギャップを有し、その膜厚が０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満、好ましくはその膜厚が０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下で形成される。
【０１５５】
このような第２の層１０２を設けることによって、第３の層１０３のエネルギーギャップが第１の層１０１のエネルギーギャップより大きくても、第３の層１０３から第１の層１０１への励起エネルギーの移動を有効に抑制することが可能となった結果、発光効率が向上された発光素子を得ることができるようになる。
【０１５６】
また第５の層１０６を設けることによって、第３の層１０３のエネルギーギャップが第４の層１０５のエネルギーギャップより大きくても、第３の層１０３から第４の層１０５への励起エネルギーの移動を有効に抑制することが可能となった結果、発光効率が向上された発光素子を得ることができるようになる。
【０１５７】
またさらに、第２の層１０２または第５の層１０６の一方、もしくはその両方が形成さていない通常の素子と比較して駆動電圧の上昇がほとんど無い発光素子を得ることができるようになる。また、第２の層１０２及び第５の層１０６が存在することでキャリア輸送層である第１の層１０１及び第４の層１０５に用いることができる材料の選択の幅を大幅に広げることができる。
【０１５８】
なお、第２の層１０２及び第５の層１０６はエネルギーギャップの関係さえ満たしていればキャリア輸送性が低くとも良く、キャリアを流すことができさえすれば良い。また、第２の層１０２及び第５の層１０６の膜厚が非常に薄いことから、従来では材料自身の信頼性が悪く、他の層として使用すると発光素子自体の信頼性が低くなってしまっていたような材料であっても、発光素子の信頼性を低下させることなく第２の層１０２及び第５の層１０６の材料として用いることができることも本発明の大きな特徴の一つである。
【０１５９】
本発明の発光素子はこのような第２の層１０２または第５の層１０６、もしくはその両方を有することによって、第３の層１０３から第１の層１０１への、または第３の層１０３から第４の層１０５への、もしくはその両方への励起エネルギーの移動が抑制され、発光層で発光中心材料が効率よく発光することができるようになることから、発光効率が向上する。発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子を得ることができるようになる。
【０１６０】
また、駆動電圧も低減させることができる。なお、本発明の発光素子において、第２の層１０２及び第５の層１０６はその膜厚が非常に薄いことから、第２の層１０２または第５の層１０６、もしくはその両方を形成したことが原因となる駆動電圧の上昇を招かないため、発光効率の向上に伴う駆動電圧の低減効果がより顕著となる。
【０１６１】
第１の電極１００、第２の電極１０４は光を取り出す方の電極を透光性を有する導電材料によって形成する。この際、他方の電極を反射率の高い材料で形成することによって効率よく発光を取り出すことができる。また、両方の電極を透光性を有する導電材料で形成すれば、発光素子の両側から光を取り出すこともできる。
【０１６２】
なお、発光層である第３の層１０３からの発光を得る際に高い電圧をかける方の電極には仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）導電材料を用いることが望ましく、また、発光を得る際に低い電圧をかける方の電極には仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）導電材料を用いることが望ましいが、キャリアの注入性に有利な材料を低い電圧をかける方の電極に接して設けることによって仕事関数に関わらず導電材料を電極として用いることもできる。これら電極の具体的な材料としては実施の形態１で述べたものと同様であるため、繰り返しとなる説明を省略する。
【０１６３】
また、発光中心物質、ホスト材料についても実施の形態１で述べたものと同様である。
【０１６４】
なお、本実施の形態において説明した以外の事項については、実施の形態１と同じであるので、実施の形態１の説明を参照されたい。
【０１６５】
また、第６の層１０７、第７の層１０８は、実施の形態１乃至実施の形態５と組み合わせて本発明の他の構成に適用することもできる。
【０１６６】
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の発光装置について図４、図５を参照し、作製方法を示しながら説明する。なお、本実施の形態ではアクティブマトリクス型の発光装置を作製する例を示したが、本発明はパッシブ型の発光装置についてももちろん適用することが可能である。
【０１６７】
まず、基板５０上に第１の下地絶縁層５１ａ、第２の下地絶縁層５１ｂを形成した後、さらに半導体層を第２の下地絶縁層５１ｂ上に形成する。
【０１６８】
基板５０の材料としてはガラス、石英やプラスチック（ポリイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリエーテルスルホンなど）等を用いることができる。これら基板は必要に応じてＣＭＰ等により研磨してから使用しても良い。本実施の形態においてはガラス基板を用いる。
【０１６９】
第１の下地絶縁層５１ａ、第２の下地絶縁層５１ｂは基板５０中のアルカリ金属やアルカリ土類金属など、半導体膜の特性に悪影響を及ぼすような元素が半導体層中に拡散するのを防ぐ為に設ける。材料としては酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒素を含む酸化ケイ素、酸素を含む窒化ケイ素などを用いることができる。本実施の形態では第１の下地絶縁層５１ａを窒化ケイ素で、第２の下地絶縁層５１ｂを酸化ケイ素で形成する。本実施の形態では、下地絶縁層を第１の下地絶縁層５１ａ、第２の下地絶縁層５１ｂの２層で形成したが、単層で形成してもかまわないし、２層以上の多層であってもかまわない。また、基板からの不純物の拡散が気にならないようであれば下地絶縁層は設ける必要がない。
【０１７０】
続いて形成される半導体層は本実施の形態では非晶質ケイ素膜をレーザ結晶化して得る。第２の下地絶縁層５１ｂ上に非晶質ケイ素膜を２５〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の膜厚で形成する。作製方法としては公知の方法、例えばスパッタ法、減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法などが使用できる。その後、５００℃で１時間の加熱処理を行い、水素出しをする。
【０１７１】
続いてレーザ照射装置を用いて非晶質ケイ素膜を結晶化して結晶質ケイ素膜を形成する。本実施の形態のレーザ結晶化ではエキシマレーザを使用し、発振されたレーザビームを光学系を用いて線状のビームスポットに加工し非晶質ケイ素膜に照射することで結晶質ケイ素膜とし、半導体層として用いる。
【０１７２】
非晶質ケイ素膜の他の結晶化の方法としては、他に、熱処理のみにより結晶化を行う方法や結晶化を促進する触媒元素を用い加熱処理を行う事によって行う方法もある。結晶化を促進する元素としてはニッケル、鉄、パラジウム、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金などが挙げられ、このような元素を用いることによって熱処理のみで結晶化を行った場合に比べ、低温、短時間で結晶化が行われるため、ガラス基板などへのダメージが少ない。熱処理のみにより結晶化をする場合は、基板５０を熱に強い石英基板などにすればよい。
【０１７３】
続いて、必要に応じて半導体層にしきい値をコントロールする為に微量の不純物添加、いわゆるチャネルドーピングを行う。要求されるしきい値を得る為にＮ型もしくはＰ型を呈する不純物（リン、ボロンなど）をイオンドーピング法などにより添加する。
【０１７４】
その後、半導体層を所定の形状に成形し、島状の半導体層５２を得る。半導体層の成形は半導体層にフォトレジストを塗布し、所定の形状を露光し、焼成及び現像することで半導体層上にレジストマスクを形成し、このマスクを用いてエッチングをすることにより行われる。
【０１７５】
続いて半導体層５２を覆うようにゲート絶縁層５３を形成する。ゲート絶縁層５３はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて膜厚を４０〜１５０ｎｍとしてケイ素を含む絶縁層で形成する。本実施の形態では酸化ケイ素を用いて形成する。
【０１７６】
次いで、ゲート絶縁層５３上にゲート電極５４を形成する。ゲート電極５４はタンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、クロム、ニオブから選ばれた元素、または元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶ケイ素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。
【０１７７】
また、本実施の形態ではゲート電極５４は単層で形成されているが、下層にタングステン、上層にモリブデンなどの２層以上の積層構造でもかまわない。積層構造としてゲート電極を形成する場合であっても前段で述べた材料を使用するとよい。また、その組み合わせも適宜選択すればよい。ゲート電極５４の加工はフォトレジストを用いたマスクを利用し、エッチングをして行う。
【０１７８】
続いて、ゲート電極５４をマスクとして半導体層５２に高濃度の不純物を添加する。これによって半導体層５２、ゲート絶縁層５３、及びゲート電極５４を含む薄膜トランジスタ７０が形成される。
【０１７９】
なお、薄膜トランジスタの作製工程については特に限定されず、所望の構造のトランジスタを作製できるように適宜変更すればよい。
【０１８０】
本実施の形態では、レーザ結晶化を使用して結晶化した結晶性シリコン膜を用いたトップゲートの薄膜トランジスタを用いたが、非晶質半導体膜を用いたボトムゲート型の薄膜トランジスタを画素部に用いることも可能である。非晶質半導体はケイ素だけではなくシリコンゲルマニウムも用いることができ、シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。
【０１８１】
続いて、ゲート電極５４をマスクとして半導体層５２に不純物元素の添加を行う。不純物元素は半導体層５２に一導電型を付与することができる元素であり、ｎ型の導電型を付与する不純物元素としてはリン、ｐ型の導電型を付与する不純物元素としてはボロンなど代表的に挙げられるが、発光素子の第１の電極を陽極として機能させる場合にはｐ型、陰極として機能させる場合にはｎ型となるように不純物元素を選択することが望ましい。
【０１８２】
その後、ゲート電極５４、ゲート絶縁層５３を覆って絶縁膜（水素化膜）５９を窒化ケイ素により形成する。絶縁膜（水素化膜）５９を形成したら４８０℃で１時間程度加熱を行って、不純物元素の活性化及び半導体層５２の水素化を行う。（図４（Ａ））
【０１８３】
続いて、絶縁膜（水素化膜）５９を覆う第１の層間絶縁層６０を形成する。第１の層間絶縁層６０を形成する材料としては酸化ケイ素、アクリル、ポリイミド、Ｌｏｗ−ｋ材料等をもちいるとよい。また、珪素と酸素との結合で骨格構造が構成され、置換基として少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、アリール基）、フルオロ基、又は少なくとも水素を含む有機基及びフロオロ基を有する材料、いわゆるシロキサンを用いることもできる。本実施の形態では酸化ケイ素膜を第１の層間絶縁層として形成した。（図４（Ｂ））
【０１８４】
次に、半導体層５２に至るコンタクトホールを開口する。コンタクトホールはレジストマスクを用いて、半導体層５２が露出するまでエッチングを行うことで形成することができ、ウエットエッチング、ドライエッチングどちらでも形成することができる。なお、条件によって一回でエッチングを行ってしまっても良いし、複数回に分けてエッチングを行っても良い。また、複数回でエッチングする際は、ウエットエッチングとドライエッチングの両方を用いても良い。（図４（Ｃ））
【０１８５】
そして、当該コンタクトホールや第１の層間絶縁層６０を覆う導電層を形成する。当該導電層を所望の形状に加工し、接続部６１ａ、配線６１ｂなどが形成される。この配線はアルミニウム、銅、アルミニウムと炭素とニッケルの合金、アルミニウムと炭素とモリブデンの合金等の単層でも良いが、基板側からモリブデン、アルミニウム、モリブデンの積層構造やチタン、アルミニウム。チタンやチタン、窒化チタン、アルミニウム、チタンといった構造でも良い。（図４（Ｄ））
【０１８６】
その後、接続部６１ａ、配線６１ｂ、第１の層間絶縁層６０を覆って第２の層間絶縁層６３を形成する。第２の層間絶縁層６３の材料としては自己平坦性を有するアクリル、ポリイミド、シロキサンなどの塗布により成膜した膜が好適に利用できる。本実施の形態ではシロキサンを第２の層間絶縁層６３として用いる。（図４（Ｅ））
【０１８７】
続いて第２の層間絶縁層６３上に窒化ケイ素などで絶縁層を形成してもよい。これは後の画素電極のエッチングにおいて、第２の層間絶縁層６３が必要以上にエッチングされてしまうのを防ぐ為に形成する。そのため、画素電極と第２の層間絶縁層のエッチングレートの比が大きい場合には特に設けなくとも良い。続いて、第２の層間絶縁層６３を貫通して接続部６１ａに至るコンタクトホールを形成する。
【０１８８】
そして当該コンタクトホールと第２の層間絶縁層６３（もしくは絶縁層）を覆って、透光性を有する導電層を形成したのち、当該透光性を有する導電層を加工して薄膜発光素子の第１の電極６４を形成する。ここで第１の電極６４は接続部６１ａと電気的に接触している。
【０１８９】
第１の電極６４の材料としてはアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、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）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）などの導電性を有する金属、又はアルミニウムとシリコンからなる合金（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウムとチタンからなる合金（Ａｌ−Ｔｉ）、アルミニウム、シリコン及び銅からなる合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）等それらの合金、または窒化チタン（ＴｉＮ）等の金属材料の窒化物、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ケイ素を含有するＩＴＯ、酸化インジウムに２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したターゲットを用いて形成されたもの（本明細書ではＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）という）等の金属化合物などにより形成することができる。
【０１９０】
また、発光を取り出す方の電極は透明性を有する導電膜により形成すれば良く、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（本明細書ではＩＴＳＯという）、酸化インジウムに、さらに２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したターゲットを用いて形成されたもの（本明細書ではＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）という）などの金属化合物の他、Ａｌ、Ａｇ等金属の極薄膜を用いる。また、第２の電極の方から発光を取り出す場合は第１の電極は反射率の高い材料（Ａｌ、Ａｇ等）を用いることができる。本実施の形態ではＩＴＳＯを第１の電極６４として用いた（図５（Ａ））。
【０１９１】
次に第２の層間絶縁層６３（もしくは絶縁層）及び第１の電極６４を覆って有機材料もしくは無機材料からなる絶縁層を形成する。続いて当該絶縁層を第１の電極６４の一部が露出するように加工し、隔壁６５を形成する。隔壁６５の材料としては、感光性を有する有機材料（アクリル、ポリイミドなど）が好適に用いられるが、感光性を有さない有機材料や無機材料で形成してもかまわない。また、隔壁６５の材料にチタンブラックやカーボンナイトライドなどの黒色顔料や染料を分散材などを用いて分散し、隔壁６５を黒くすることでブラックマトリクス様に用いても良い。隔壁６５の第１の電極に向かう端面は曲率を有し、当該曲率が連続的に変化するテーパー形状をしていることが望ましい（図５（Ｂ））。
【０１９２】
次に、発光積層体６６を形成し、続いて発光積層体６６を覆う第２の電極６７を形成する。これによって第１の電極６４と第２の電極６７との間に発光積層体６６を挟んでなる発光素子９３を作製することができ、第１の電極に第２の電極より高い電圧をかけることによって発光を得ることができる。第２の電極６７の形成に用いられる電極材料としては第１の電極の材料と同様の材料を用いることができる。本実施の形態ではアルミニウムを第２の電極として用いた。
【０１９３】
また、発光積層体６６は、蒸着法、インクジェット法、スピンコート法、ディップコート法など公知の方法によって形成されればよい。発光積層体６６は実施の形態１乃至実施の形態６で述べたような構成を有する。また、発光積層体に用いる材料としては、通常、有機化合物を単層もしくは積層で用いる場合が多いが、本発明においては、有機化合物からなる膜の一部に無機化合物を用いる構成も含めることとする。
【０１９４】
その後、プラズマＣＶＤ法により窒素を含む酸化ケイ素膜をパッシベーション膜として形成する。窒素を含む酸化ケイ素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３から作製される酸化窒化ケイ素膜、またはＳｉＨ４、Ｎ２Ｏから作製される酸化窒化ケイ素膜、あるいはＳｉＨ４、Ｎ２ＯをＡｒで希釈したガスから形成される酸化窒化ケイ素膜を形成すれば良い。
【０１９５】
また、パッシベーション膜としてＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、Ｈ２から作製される酸化窒化水素化ケイ素膜を適用しても良い。もちろん、パッシベーション膜は単層構造に限定されるものではなく、他のケイ素を含む絶縁層を単層構造、もしくは積層構造として用いても良い。また、窒化炭素膜と窒化ケイ素膜の多層膜やスチレンポリマーの多層膜、窒化ケイ素膜やダイヤモンドライクカーボン膜を窒素を含む酸化ケイ素膜の代わりに形成してもよい。
【０１９６】
続いて発光素子を水などの劣化を促進する物質から保護するために、表示部の封止を行う。対向基板を封止に用いる場合は、絶縁性のシール材により、外部接続部が露出するように貼り合わせる。対向基板と素子基板との間の空間には乾燥した窒素などの不活性気体を充填しても良いし、シール材を画素部全面に塗布しそれにより対向基板を貼り合わせても良い。シール材には紫外線硬化樹脂などを用いると好適である。シール材には乾燥剤や基板間のギャップを一定に保つための粒子を混入しておいても良い。続いて外部接続部にフレキシブル配線基板を貼り付けることによって、発光装置が完成する。
【０１９７】
以上のように作製した発光装置の構成の１例を図６を参照しながら説明する。なお、形が異なっていても同様の機能を示す部分には同じ符号を付し、その説明を省略する部分もある。本実施の形態では、ＬＤＤ構造を有する薄膜トランジスタ７０が接続部６１ａを介して発光素子９３に接続している。
【０１９８】
図６（Ａ）は第１の電極６４が透光性を有する導電膜により形成されており、基板５０側に発光積層体６６より発せられた光が取り出される構造である。なお９４は対向基板であり、発光素子９３が形成された後、シール材などを用い、基板５０に固着される。対向基板９４と素子との間に透光性を有する樹脂８８等を充填し、封止することによって発光素子９３が水分により劣化することを防ぐ事ができる。また、樹脂８８が吸湿性を有していることが望ましい。さらに樹脂８８中に透光性の高い乾燥剤８９を分散させるとさらに水分の影響を抑えることが可能になるためさらに望ましい形態である。
【０１９９】
図６（Ｂ）は第１の電極６４と第２の電極６７両方が透光性を有する導電膜により形成されており、基板５０及び対向基板９４の両方に光を取り出すことが可能な構成となっている。また、この構成では基板５０と対向基板９４の外側に偏光板９０を設けることによって画面が透けてしまうことを防ぐことができ、視認性が向上する。偏光板９０の外側には保護フィルム９１を設けると良い。
【０２００】
なお、表示機能を有する本発明の発光装置には、アナログのビデオ信号、デジタルのビデオ信号のどちらを用いてもよい。デジタルのビデオ信号を用いる場合はそのビデオ信号が電圧を用いているものと、電流を用いているものとに分けられる。発光素子の発光時において、画素に入力されるビデオ信号は、定電圧のものと、定電流のものがあり、ビデオ信号が定電圧のものには、発光素子に印加される電圧が一定のものと、発光素子に流れる電流が一定のものとがある。またビデオ信号が定電流のものには、発光素子に印加される電圧が一定のものと、発光素子に流れる電流が一定のものとがある。この発光素子に印加される電圧が一定のものは定電圧駆動であり、発光素子に流れる電流が一定のものは定電流駆動である。定電流駆動は、発光素子の抵抗変化によらず、一定の電流が流れる。本発明の発光装置及びその駆動方法には、上記したどの駆動方法を用いてもよい。
【０２０１】
このような構成を有する本発明の発光装置は信頼性が高い発光装置である。また、このような構成を有する本発明の発光装置は消費電力の小さい発光装置である。
【０２０２】
（実施の形態８）
本実施の形態では、本発明の発光装置であるパネルの外観について図７を用いて説明する。図７（Ａ）は基板上に形成されたトランジスタおよび発光素子を対向基板４００６との間に形成したシール材によって封止したパネルの上面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図に相応する。また、このパネルに搭載されている発光素子の有する構成は、実施の形態２に示したような構成である。
【０２０３】
基板４００１上に設けられた画素部４００２と信号線駆動回路４００３と走査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また、画素部４００２と信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４の上に対向基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４とは基板４００１とシール材４００５と対向基板４００６とによって充填材４００７と共に密封されている。
【０２０４】
また、基板４００１上に設けられた画素部４００２と信号線駆動回路４００３と走査線駆動回路４００４とは薄膜トランジスタを複数有しており、図７（Ｂ）では信号線駆動回路４００３に含まれる薄膜トランジスタ４００８と、画素部４００２に含まれる薄膜トランジスタ４０１０とを示す。
【０２０５】
また、発光素子４０１１は、薄膜トランジスタ４０１０と電気的に接続されている。
【０２０６】
また、引き回し配線４０１４は画素部４００２と信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４とに、信号、または電源電圧を層供給する為の配線に相当する。引き回し配線４０１４は、引き回し配線４０１５を介して接続端子４０１６と接続されている。接続端子４０１６はフレキシブルプリントサーキット（ＦＰＣ）４０１８が有する端子と異方性導電膜４０１９を介して電気的に接続されている。
【０２０７】
なお、充填材４００７としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ポリビニルクロライド、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリビニルブチラル、またはエチレンビニレンアセテートを用いる事ができる。
【０２０８】
なお、本発明の発光装置は発光素子を有する画素部が形成されたパネルと、該パネルにＩＣが実装されたモジュールとをその範疇に含む。
【０２０９】
以上のような本発明の発光装置は、画素部を構成する発光素子として実施の形態１乃至実施の形態６のいずれかに記載の発光素子を有している為、画素部の信頼性が高い発光装置である。また、本発明の発光装置は画素部を構成する発光素子として実施の形態１乃至実施の形態６のいずれかに記載の発光素子を有している為、消費電力の小さい発光装置である。
【０２１０】
本実施の形態は実施の形態１乃至と実施の形態７の適当な構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０２１１】
（実施の形態９）
本実施の形態では、実施の形態８で示したパネル、モジュールが有する画素回路、保護回路及びそれらの動作について説明する。なお、図４、図５に示してきた断面図は駆動用ＴＦＴ１４０３と発光素子１４０５の断面図となっている。
【０２１２】
図８（Ａ）に示す画素は、列方向に信号線１４１０及び電源線１４１１、１４１２、行方向に走査線１４１４が配置される。また、スイッチング用ＴＦＴ１４０１、駆動用ＴＦＴ１４０３、電流制御用ＴＦＴ１４０４、容量素子１４０２及び発光素子１４０５を有する。
【０２１３】
図８（Ｃ）に示す画素は、駆動用ＴＦＴ１４０３のゲート電極が、行方向に配置された電源線１４１２に接続される点が異なっており、それ以外は図８（Ａ）に示す画素と同じ構成である。つまり、図８（Ａ）及び図８（Ｃ）に示す両画素は、同じ等価回路図を示す。しかしながら、行方向に電源線１４１２が配置される場合（図８（Ａ））と、列方向に電源線１４１２が配置される場合（図８（Ｃ））とでは、各電源線は異なるレイヤーの導電膜で形成される。ここでは、駆動用ＴＦＴ１４０３のゲート電極が接続される配線に注目し、これらを作製するレイヤーが異なることを表すために、図８（Ａ）及び図８（Ｃ）として分けて記載する。
【０２１４】
図８（Ａ）及び図８（Ｃ）に示す画素の特徴として、画素内に駆動用ＴＦＴ１４０３と電流制御用ＴＦＴ１４０４が直列に接続されており、駆動用ＴＦＴ１４０３のチャネル長Ｌ（１４０３）、チャネル幅Ｗ（１４０３）、電流制御用ＴＦＴ１４０４のチャネル長Ｌ（１４０４）、チャネル幅Ｗ（１４０４）は、Ｌ（１４０３）／Ｗ（１４０３）：Ｌ（１４０４）／Ｗ（１４０４）＝５０００：１〜６０００：１を満たすように設定するとよい。
【０２１５】
なお、駆動用ＴＦＴ１４０３は、飽和領域で動作し発光素子１４０５に流れる電流値を制御する役目を有し、電流制御用ＴＦＴ１４０４は線形領域で動作し発光素子１４０５に対する電流の供給を制御する役目を有する。両ＴＦＴは同じ導電型を有していると作製工程上好ましく、本実施の形態ではｎチャネル型ＴＦＴとして形成する。また駆動用ＴＦＴ１４０３には、エンハンスメント型だけでなく、ディプリーション型のＴＦＴを用いてもよい。上記構成を有する本発明の発光装置は、電流制御用ＴＦＴ１４０４が線形領域で動作するために、電流制御用ＴＦＴ１４０４のＶｇｓの僅かな変動は、発光素子１４０５の電流値に影響を及ぼさない。つまり、発光素子１４０５の電流値は、飽和領域で動作する駆動用ＴＦＴ１４０３により決定することができる。上記構成により、ＴＦＴの特性バラツキに起因した発光素子の輝度ムラを改善して、画質を向上させた発光装置を提供することができる。
【０２１６】
図８（Ａ）〜図８（Ｄ）に示す画素において、スイッチング用ＴＦＴ１４０１は、画素に対するビデオ信号の入力を制御するものであり、スイッチング用ＴＦＴ１４０１がオンとなると、画素内にビデオ信号が入力される。すると、容量素子１４０２にそのビデオ信号の電圧が保持される。なお図８（Ａ）及び図８（Ｃ）には、容量素子１４０２を設けた構成を示したが、本発明はこれに限定されず、ビデオ信号を保持する容量がゲート容量などでまかなうことが可能な場合には、容量素子１４０２を設けなくてもよい。
【０２１７】
図８（Ｂ）に示す画素は、ＴＦＴ１４０６と走査線１４１５を追加している以外は、図８（Ａ）に示す画素構成と同じである。同様に、図８（Ｄ）に示す画素は、ＴＦＴ１４０６と走査線１４１５を追加している以外は、図８（Ｃ）に示す画素構成と同じである。
【０２１８】
ＴＦＴ１４０６は、新たに配置された走査線１４１５によりオン又はオフが制御される。ＴＦＴ１４０６がオンとなると、容量素子１４０２に保持された電荷は放電し、電流制御用ＴＦＴ１４０４がオフとなる。つまり、ＴＦＴ１４０６の配置により、強制的に発光素子１４０５に電流が流れない状態を作ることができる。そのためＴＦＴ１４０６を消去用ＴＦＴと呼ぶことができる。従って、図８（Ｂ）及び図８（Ｄ）の構成は、全ての画素に対する信号の書き込みを待つことなく、書き込み期間の開始と同時又は直後に点灯期間を開始することができるため、デューティ比を向上することが可能となる。
【０２１９】
図８（Ｅ）に示す画素は、列方向に信号線１４１０、電源線１４１１、行方向に走査線１４１４が配置される。また、スイッチング用ＴＦＴ１４０１、駆動用ＴＦＴ１４０３、容量素子１４０２及び発光素子１４０５を有する。図８（Ｆ）に示す画素は、ＴＦＴ１４０６と走査線１４１５を追加している以外は、図８（Ｅ）に示す画素構成と同じである。なお、図８（Ｆ）の構成も、ＴＦＴ１４０６の配置により、デューティ比を向上することが可能となる。
【０２２０】
駆動用ＴＦＴ１４０３を強制的にオフにする場合の画素構成の例を図９に示す。選択ＴＦＴ１４５１、駆動用ＴＦＴ１４５３、消去ダイオード１４６１、発光素子１４５４が配置されている。選択ＴＦＴ１４５１のソースとドレインは各々、信号線１４５５と駆動用ＴＦＴ１４５３のゲートに接続されている。選択ＴＦＴ１４５１のゲートは、第１ゲート線１４５７に接続されている。駆動用ＴＦＴ１４５３のソースとドレインは各々、第１電源線１４５６と発光素子１４５４に接続されている。消去ダイオード１４６１は、駆動用ＴＦＴ１４５３のゲートと第２ゲート線１４６７に接続されている。
【０２２１】
容量素子１４５２は、駆動用ＴＦＴ１４５３のゲート電位を保持する役目をしている。よって、駆動用ＴＦＴ１４５３のゲートと電源線１４５６の間に接続されているが、これに限定されない。駆動用ＴＦＴ１４５３のゲート電位を保持できるように配置されていればよい。また、駆動用ＴＦＴ１４５３のゲート容量などを用いて、駆動用ＴＦＴ１４５３のゲート電位を保持できる場合は、容量素子１４５２を省いても良い。
【０２２２】
動作方法としては、第１ゲート線１４５７を選択して、選択ＴＦＴ１４５１をオン状態にして、信号線１４５５から信号を容量素子１４５２に入力する。すると、その信号に応じて、駆動用ＴＦＴ１４５３の電流が制御され、第１電源線１４５６から、発光素子１４５４を通って、第２電源線１４５８に電流が流れる。
【０２２３】
信号を消去したい場合は、第２ゲート線１４６７を選択（ここでは、高い電位にする）して、消去ダイオード１４６１がオンして、第２ゲート線１４６７から駆動用ＴＦＴ１４５３のゲートへ電流が流れるようにする。その結果、駆動用ＴＦＴ１４５３がオフ状態になる。すると、第１電源線１４５６から、発光素子１４５４を通って、第２電源線１４５８には、電流が流れないようになる。その結果、非点灯期間を作ることができ、点灯期間の長さを自由に制御できるようになる。
【０２２４】
信号を保持しておきたい場合は、第２ゲート線１４６７を非選択（ここでは、低い電位にする）しておく。すると、消去ダイオード１４６１がオフするので、駆動用ＴＦＴ１４５３のゲート電位は保持される。
【０２２５】
なお、消去ダイオード１４６１は、整流性がある素子であれば、なんでもよい。ＰＮ型ダイオードでもよいし、ＰＩＮ型ダイオードでもよいし、ショットキー型ダイオードでもよいし、ツェナー型ダイオードでもよい。
【０２２６】
以上のように、多様な画素回路を採用することができる。特に、非晶質半導体膜から薄膜トランジスタを形成する場合、駆動用ＴＦＴ１４０３の半導体膜を大きくすると好ましい。そのため、上記画素回路において、発光積層体からの光が封止基板側から射出する上面発光型とすると好ましい。
【０２２７】
このようなアクティブマトリクス型の発光装置は、画素密度が増えた場合、各画素にＴＦＴが設けられているため低電圧駆動でき、有利であると考えられている。
【０２２８】
本実施の形態では、一画素に各ＴＦＴが設けられるアクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、パッシブマトリクス型の発光装置を形成することもできる。パッシブマトリクス型の発光装置は、各画素にＴＦＴが設けられていないため、高開口率となる。発光が発光積層体の両側へ射出する発光装置の場合、パッシブマトリクス型の発光装置を用いる透過率が高まる。
【０２２９】
続いて、図８（Ｅ）に示す等価回路を用い、走査線及び信号線に保護回路としてダイオードを設ける場合について説明する。
【０２３０】
図１０には、画素部１５００にスイッチング用ＴＦＴ１４０１、１４０３、容量素子１４０２、発光素子１４０５が設けられている。信号線１４１０には、ダイオード１５６１と１５６２が設けられている。ダイオード１５６１と１５６２は、スイッチング用ＴＦＴ１４０１又は１４０３と同様に、上記実施の形態に基づき作製され、ゲート電極、半導体層、ソース電極及びドレイン電極等を有する。ダイオード１５６１と１５６２は、ゲート電極と、ドレイン電極又はソース電極とを接続することによりダイオードとして動作させている。
【０２３１】
ダイオードと接続する共通電位線１５５４、１５５５はゲート電極と同じレイヤーで形成している。従って、ダイオードのソース電極又はドレイン電極と接続するには、ゲート絶縁層にコンタクトホールを形成する必要がある。
【０２３２】
走査線１４１４に設けられるダイオードも同様な構成である。
【０２３３】
このように、本発明によれば、入力段に設けられる保護ダイオードを同時に形成することができる。なお、保護ダイオードを形成する位置は、これに限定されず、駆動回路と画素との間に設けることもできる。
【０２３４】
本実施の形態は実施の形態１乃至実施の形態８の適当な構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０２３５】
このような保護回路を有する本発明の発光装置は、当該発光装置は信頼性が高く、消費電力が小さい上、上記構成を有することで、発光装置としての信頼性をさらに高めることが可能となる。
【０２３６】
（実施の形態１０）
図１７（Ａ）に本発明の発光装置の構成の一例を示す。図１７（Ａ）は順テーパー構造を有するパッシブマトリクス型の発光装置の画素部における断面図の一部である。図１７（Ａ）に示した本発明の発光装置は基板２００、発光素子の第１の電極２０１、隔壁２０２、発光積層体２０３、発光素子の第２の電極２０４、対向基板２０７の構成を含む。
【０２３７】
発光素子は、発光素子の第１の電極２０１と第２の電極２０４とに発光積層体２０３が挟まれている部分に形成される。第１の電極２０１と第２の電極２０４とは互いに直交するストライプ状に形成され、交差部分に発光素子が形成される。隔壁２０２は第２の電極２０４と平行に形成され、発光素子は第１の電極２０１を同一とする他の発光素子と隔壁２０２によって絶縁されている。
【０２３８】
本実施の形態において、第１の電極２０１、第２の電極２０４、発光積層体２０３の具体的な材料及び構成については実施の形態１乃至実施の形態６のいずれかを参照すればよい。
【０２３９】
その他、図１７（Ａ）における基板２００、隔壁２０２、対向基板２０７は各々実施の形態７における基板５０、隔壁６５、対向基板９４に対応し、それらの構成、材料及び効果については実施の形態１と同様であるので繰り返しとなる説明を省略する。実施の形態７の記載を参照されたい。
【０２４０】
発光装置は水分などの侵入を防ぐ為に保護膜２１０が形成され、ガラス、石英、アルミナなどのセラミック材料又は合成材料などの対向基板２０７をシール用の接着剤２１１で固着する。また外部入力端子部には外部回路と接続する際に、異方性導電膜２１２を介してフレキシブルプリント配線基板２１３を用い接続をとる。保護膜２１０は、窒化ケイ素で形成するものの他、応力を低減しつつガスバリア性を高める構成として、窒化炭素と窒化ケイ素の積層体で形成しても良い。
【０２４１】
図１７（Ｂ）に、図１７（Ａ）に示すパネルに外部回路を接続して形成された、モジュールの様子を示す。モジュールは外部入力端子部１８、１９にフレキシブルプリント配線基板２５を固着して、電源回路や信号処理回路が形成された外部回路基板と電気的に接続する。また、外部回路の一つであるドライバＩＣ２８の実装方法は、ＣＯＧ法、ＴＡＢ法のどちらでも良く、図１７（Ｂ）に、外部回路の一つであるドライバＩＣ２８を、ＣＯＧ法を用いて実装している様子を示す。
【０２４２】
なおパネルとモジュールは、本発明の発光装置の一形態に相当し、共に本発明の範疇に含まれることとする。
【０２４３】
（実施の形態１１）
本発明の発光装置（モジュール）を搭載した本発明の電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それらの電子機器の具体例を図１１に示す。
【０２４４】
図１１（Ａ）は発光装置でありテレビ受像器やパーソナルコンピュータのモニターなどがこれに当たる。筐体２００１、表示部２００３、スピーカー部２００４等を含む。本発明の発光装置は表示部２００３の信頼性が高く、消費電力の小さい発光装置である。画素部にはコントランスを高めるため、偏光板、又は円偏光板を備えるとよい。例えば、封止基板へ１／４λ板、１／２λ板、偏光板の順にフィルムを設けるとよい。さらに偏光板上に反射防止膜を設けてもよい。
【０２４５】
図１１（Ｂ）は携帯電話であり、本体２１０１、筐体２１０２、表示部２１０３、音声入力部２１０４、音声出力部２１０５、操作キー２１０６、アンテナ２１０８等を含む。本発明の携帯電話は表示部２１０３の信頼性が高く、消費電力の小さい携帯電話である。
【０２４６】
図１１（Ｃ）はコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明のコンピュータは表示部２２０３の信頼性が高く、消費電力の小さいコンピュータである。図１１（Ｃ）ではノート型のコンピュータを例示したが、本発明はハードディスクと表示部が一緒に形成されているデスクトップ型のコンピュータなどにも適用することが可能である。
【０２４７】
図１１（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明のモバイルコンピュータは表示部２３０２の信頼性が高く、消費電力の小さいモバイルコンピュータである。
【０２４８】
図１１（Ｅ）は携帯型のゲーム機であり、筐体２４０１、表示部２４０２、スピーカー部２４０３、操作キー２４０４、記録媒体挿入部２４０５等を含む。本発明の携帯型ゲーム機は表示部２４０２の信頼性が高く、消費電力の小さい携帯型ゲーム機である。
【０２４９】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。
【０２５０】
本実施の形態は実施の形態１乃至実施の形態１０の適当な構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例１】
【０２５１】
本実施例では実施の形態６の図３（Ａ）で示した構造を有する本発明の発光素子を用い、第２の層１０２のエネルギーギャップについて検討した結果を示す。
【０２５２】
発光素子は、ガラス基板上に形成され、ガラス基板側から順に第１の電極１００、第６の層１０７、第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３、第４の層１０５、第７の層１０８、第２の電極１０４を形成した。第１の電極１００として酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（本実施例ではＩＴＳＯという）を１１０ｎｍの膜厚で形成した。ＩＴＳＯはスパッタリング法によって成膜し、エッチングによって第１の電極１００の形状を２ｍｍ×２ｍｍとした。次に発光素子を形成するための前処理として、多孔質の樹脂（代表的にはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製、ナイロン製など）で基板表面を洗浄し、２００℃で１時間熱処理を行い、ＵＶオゾン処理を３７０秒行った。
【０２５３】
次に、正孔注入層である第６の層１０７として、ＮＰＢ（４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル）と酸化モリブデンの共蒸着膜を５０ｎｍとなるように形成した。なお、ＮＰＢと酸化モリブデンは質量比で４：１となるように成膜した。続いて第１の層１０１である正孔輸送層としてＮＰＢを１０ｎｍとなるように成膜した。これらの積層膜上に、第２の層１０２を２ｎｍで形成し、第３の層１０３である発光層としてＣｚＰＡ（９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン）とＹＧＡＰＡ（９−（４−｛Ｎ−［４−（９−カルバゾリル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝フェニル）−１０−フェニルアントラセン）を質量比で１：０．０４となるように成膜した。このうち、ＣｚＰＡがホスト材料、ＹＧＡＰＡが発光中心材料として機能する。発光層の膜厚は３０ｎｍとなるようにした。さらに第４の層１０５である電子輸送層としてＡｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）を３０ｎｍとなるように、第７の層１０８である電子注入層としてフッ化リチウムを１ｎｍとなるように形成した。続いて第２の電極１０４としてＡｌを２００ｎｍの膜厚で成膜し、素子を完成させ、最後に当該素子が大気に曝されることが無いように窒素雰囲気下、封止を行った。なお、正孔注入層から第２の電極に至る膜形成は、いずれも抵抗加熱による真空蒸着法によって行った。
【０２５４】
第２の層１０２の材料として、エネルギーギャップが３．４３ｅＶのＣＢＰ（４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル）を用いた素子を素子１、３．２８ｅＶのＳＦＤＣｚ（２，７−ジ（Ｎ−カルバゾリル）−スピロ−９，９’−ビフルオレン）を用いた素子を素子２、３．５２ｅＶのｍ−ＭＴＤＡＴＡ（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）を用いた素子を素子３、３．１７ｅＶのＹＧＡＳＦ（２，７−ビス｛Ｎ−［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝−スピロ−９，９’−ビフルオレン）を用いた素子を素子４、３．５５ｅＶのＴＣｚＢ（１，３，５−トリ（Ｎ−カルバゾリル）ベンゼン）を用いた素子を素子５、３．３１ｅＶのＴＣＴＡ（４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン）を用いた素子を素子６とした。
【０２５５】
なお、正孔輸送層である第１の層１０１のＮＰＢが有するエネルギーギャップは２．９７ｅＶ、ホスト材料であるＣｚＰＡのバンドギャップは２．９３ｅＶであることから、素子１乃至素子６は本発明の発光素子である。
【０２５６】
比較例として、実施例である素子１乃至素子６と同じ構成で第２の層１０２としてエネルギーギャップが２．９７ｅＶの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）を用いた素子（素子７）と、実施例である素子１乃至素子６と第２の層１０２の有無のみ異ならせた素子も作製した（素子８乃至素子１０）。素子８乃至素子１０は同じ構造をしている。
【０２５７】
表１に素子１乃至素子１０の電流効率、パワー効率などをまとめた表を示す。また、図１２に横軸を第２の層１０２のエネルギーギャップ、縦軸を約１０００ｃｄ／ｍ２の時の電流効率としてグラフを示す。ただし素子８乃至素子１０は第２の層１０２が形成されていないので、エネルギーギャップの値は、第１の層１０１である正孔輸送層として機能するＮＰＢの値（２．９７ｅＶ）を用いる。
【０２５８】
【表１】
【０２５９】
図１２、表１から、キャリア輸送層と発光層との間に第２の層を有し、当該第２の層のエネルギーギャップがキャリア輸送層より大きくホスト材料以上である素子１乃至素子６は、第２の層のエネルギーギャップがホスト材料より小さく、キャリア輸送層と同じである素子７及び第２の層が形成されていない素子８乃至素子１０より電流効率、パワー効率とも良好な値を示すことがわかる。
【０２６０】
このように本発明の発光素子は発光効率の高い発光素子である。また、発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子となる。また、パワー効率も改善されていることから、消費電力の小さい発光素子であると言える。
【実施例２】
【０２６１】
本実施例では実施の形態６の図３（Ａ）で示した構造を有する本発明の発光素子を用い、第２の層１０２の膜厚について検討した結果を示す。
【０２６２】
発光素子は、ガラス基板上に形成され、ガラス基板側から順に第１の電極１００、第６の層１０７、第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３、第４の層１０５、第７の層１０８、第２の電極１０４を形成した。第１の電極１００としてＩＴＳＯを１１０ｎｍの膜厚で形成した。ＩＴＳＯはスパッタリング法によって成膜し、エッチングによって第１の電極１００の形状を２ｍｍ×２ｍｍとした。次に発光素子を形成するための前処理として、多孔質の樹脂（代表的にはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製、ナイロン製など）で基板表面を洗浄し、２００℃で１時間熱処理を行い、ＵＶオゾン処理を３７０秒行った。
【０２６３】
次に、正孔注入層である第６の層１０７として、ＮＰＢと酸化モリブデンの共蒸着膜を５０ｎｍとなるように形成した。なお、ＮＰＢと酸化モリブデンは質量比で４：１となるように成膜した。続いて第１の層１０１である正孔輸送層としてＮＰＢを１０ｎｍとなるように成膜した。これらの積層膜上に、第２の層１０２をＣＢＰで、第３の層１０３である発光層としてＣｚＰＡとＹＧＡＰＡを質量比で１：０．０４となるように成膜した。このうち、ＣｚＰＡがホスト材料、ＹＧＡＰＡが発光中心材料として機能する。発光層の膜厚は３０ｎｍとなるようにした。さらに第４の層１０５である電子輸送層としてＡｌｑ３を３０ｎｍとなるように、第７の層１０８である電子注入層としてフッ化リチウムを１ｎｍとなるように形成した。続いて第２の電極１０４としてＡｌを２００ｎｍの膜厚で成膜し、素子を完成させ、最後に当該素子が大気に曝されることが無いように窒素雰囲気下、封止を行った。なお、正孔注入層から第２の電極に至る膜形成は、いずれも抵抗加熱による真空蒸着法によって行った。
【０２６４】
本実施例では本発明の発光素子を上記したように２種類作製し、第２の層１０２を１ｎｍで形成した素子を素子１１、２ｎｍで形成した素子を素子１２とした。比較例として、第２の層１０２の膜厚が０ｎｍ（第２の層１０２を形成しない通常の素子）及び第２の層の膜厚が５ｎｍである素子も形成し、それぞれ素子１３、素子１４とした。
【０２６５】
素子１１乃至素子１４の輝度―電流効率特性を図１３に、電圧―電流特性を図１４に、電圧―輝度特性を図１５に示す。これら図中、素子１１の特性は◆で、素子１２の特性は▲で、素子１３の特性は●で、素子１４の特性は×で表されている。また、素子１１乃至素子１４を約１０００ｃｄ／ｍ２で発光させた際の素子特性をまとめた表を表２に示す。
【０２６６】
【表２】
【０２６７】
本発明の発光素子である素子１１及び素子１２は電流効率、パワー効率共に比較例である素子１３、素子１４と比較して大幅に向上していることがわかる。
【０２６８】
すなわち、本発明の発光素子は発光効率の高い発光素子である。また、発光効率が向上することによって従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子となる。また、パワー効率も改善されていることから、消費電力の小さい発光素子であることが分かる。
【実施例３】
【０２６９】
本実施例では、実施例１、実施例２とは発光層の構成が異なる発光素子について本発明を適用した結果を示す。素子構造は実施例１、実施例２と同様、実施の形態６の図３（Ａ）の構成を用いている。
【０２７０】
発光素子は、ガラス基板上に形成され、ガラス基板側から順に第１の電極１００、第６の層１０７、第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３、第４の層１０５、第７の層１０８、第２の電極１０４を形成した。第１の電極１００としてＩＴＳＯを１１０ｎｍの膜厚で形成した。ＩＴＳＯはスパッタリング法によって成膜し、エッチングによって第１の電極１００の形状を２ｍｍ×２ｍｍとした。次に発光素子を形成するための前処理として、多孔質の樹脂（代表的にはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製、ナイロン製など）で基板表面を洗浄し、２００℃で１時間熱処理を行い、ＵＶオゾン処理を３７０秒行った。
【０２７１】
次に、正孔注入層である第６の層１０７として、ＤＮＴＰＤ（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）を５０ｎｍとなるように形成した。続いて第１の層１０１である正孔輸送層としてＮＰＢ（４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル）を１０ｎｍとなるように成膜した。これらの積層膜上に、第２の層１０２をＣＢＰ（４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル）で２ｎｍ、第３の層１０３である発光層としてＡｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）とクマリン６を質量比で１：０．０１となるように成膜した。このうち、Ａｌｑ３がホスト材料、クマリン６が発光中心材料として機能する。発光層の膜厚は４０ｎｍとなるようにした。さらに第４の層１０５である電子輸送層としてＡｌｑ３を１０ｎｍとなるように、第７の層１０８である電子注入層としてＡｌｑ３とリチウムの共蒸着膜を３０ｎｍとなるように形成した。なお、Ａｌｑ３とリチウムは質量比で１：０．０１となるように成膜した。続いて、第２の電極１０４としてＡｌを２００ｎｍの膜厚で成膜し、素子を完成させ、最後に当該素子が大気に曝されることが無いように窒素雰囲気下、封止を行った。なお、正孔注入層から第２の電極に至る膜形成は、いずれも抵抗加熱による真空蒸着法によって行った。このようにして作製した素子を素子１５とする。
【０２７２】
なお、Ａｌｑ３のエネルギーギャップは２．７１ｅＶである。
【０２７３】
また、比較例として、素子１５とほぼ同じ構成を有し、第２の層のみ有していない発光素子を作製し、素子１６とした。
【０２７４】
表３に素子１５及び素子１６の約１０００ｃｄ／ｍ２時の素子特性をまとめた表を示す。
【０２７５】
【表３】
【０２７６】
実施例である素子１５が、比較例である素子１６より電流効率、パワー効率共に良好な値を示した。
【０２７７】
この結果より、本発明の発光素子は発光効率の高い発光素子である。また、発光効率が向上することによって、従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになり、発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子となる。また、パワー効率も改善されていることから、消費電力の小さい発光素子であることが分かる。
【実施例４】
【０２７８】
本実施例では実施例３で記載した素子１５及び素子１６について、初期輝度３０００ｃｄ／ｍ２、電流密度一定の条件において、駆動時間に対する輝度の変化を表したグラフを図１６に示す。
【０２７９】
図１６から、ＣＢＰによる第２の層を有する本発明の発光素子である素子１５と第２の層を有さない素子１６とではほぼ変わらない、むしろ素子１５の方が若干良い特性を示すことがわかる。すなわち、素子１５と素子１６はほぼ同等、もしくは素子１５の方が素子１６より若干良い信頼性を有する素子であると言える。
【０２８０】
ＣＢＰは発光層材料としての信頼性があまり良くなく、第２の層としても、発光素子中にある程度の膜厚でもって形成すると、発光素子自体の信頼性も下げてしまう恐れがあった。しかし、ＣＢＰを用いた素子１５がＣＢＰを用いない素子１６と同等、もしくはそれ以上の信頼性を有するというこの結果より、本発明における第２の層には信頼性に不安のある材料であっても、発光素子の信頼性を低下させることなく用いることができることがわかる。これはＣＢＰを第２の層として用いる場合は、膜厚が薄くてもよいので、信頼性に悪影響を及ぼす度合いよりも、第２の層としての効果の度合いの方が勝っているからであると推測できる。
【実施例５】
【０２８１】
本実施例では、実施例１〜実施例３とは発光層の構成が異なる発光素子について本発明を適用した結果を示す。素子構造は実施例１〜実施例３と同様、実施の形態６の図３（Ａ）で示した構成を用いている。
【０２８２】
発光素子は、ガラス基板上に形成され、ガラス基板側から順に第１の電極１００、第６の層１０７、第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３、第４の層１０５、第７の層１０８、第２の電極１０４を形成した。第１の電極１００として酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（本実施例ではＩＴＳＯという）を１１０ｎｍの膜厚で形成した。ＩＴＳＯはスパッタリング法によって成膜し、エッチングによって第１の電極１００の形状を２ｍｍ×２ｍｍとした。次に発光素子を形成するための前処理として、多孔質の樹脂（代表的にはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）製、ナイロン製など）で基板表面を洗浄し、２００℃で１時間熱処理を行い、ＵＶオゾン処理を３７０秒行った。
【０２８３】
次に、正孔注入層である第６の層１０７として、ＮＰＢ（４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル）と酸化モリブデンの共蒸着膜を５０ｎｍとなるように形成した。なお、ＮＰＢと酸化モリブデンは質量比で４：１となるように成膜した。続いて第１の層１０１である正孔輸送層としてＮＰＢを１０ｎｍとなるように成膜した。
【０２８４】
これらの積層膜上に、第２の層１０２を２ｎｍで形成した。第２の層１０２として、ＹＧＡＳＦ（２，７−ビス｛Ｎ−［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝−スピロ−９，９’−ビフルオレン）を用いた。ＹＧＡＳＦのエネルギーギャップは３．１７ｅＶである。
【０２８５】
第３の層１０３である発光層としてＺｎＢＯＸ（ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛）及びビス（２−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：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））を質量比で１：０．０５となるように成膜した。このうち、ＺｎＢＯＸがホスト材料、Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）が発光中心材料として機能する。発光層の膜厚は３０ｎｍとなるようにした。またＺｎＢＯＸのエネルギーギャップは２．９６ｅＶである。なおＩｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）は燐光発光の発光中心として機能する。
【０２８６】
さらに第４の層１０５である電子輸送層としてＢＡｌｑ（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）を１０ｎｍとなるように形成し、第７の層１０８である電子注入層として、Ａｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）とリチウム（Ｌｉ）の質量比で１：０．０１となるように成膜した。なお、Ａｌｑ３とリチウムの共蒸着膜は２０ｎｍとなるように形成した。
【０２８７】
続いて第２の電極１０４としてＡｌを２００ｎｍの膜厚で成膜し、素子を完成させ、最後に当該素子が大気に曝されることが無いように窒素雰囲気下、封止を行った。なお、正孔注入層から第２の電極に至る膜形成は、いずれも抵抗加熱による真空蒸着法によって行った。このようにして作製した素子を素子１８とする。
【０２８８】
また比較例として、素子１８とほぼ同じ構成を有し、第２の層１０２のみ有していない発光素子を作製し、素子１７とした。
【０２８９】
図１９に素子１７及び素子１８の電流密度−輝度特性、図２０に電圧−輝度特性、図２１に輝度−電流効率特性を示す。なお□は素子１７（比較例）、◇は素子１８（本実施例）を示している。
【０２９０】
また表４に素子１７及び素子１８の約１０００ｃｄ／ｍ２時の素子特性をまとめた表を示す。
【０２９１】
【表４】
【０２９２】
素子１８と素子１７を比べると、素子１８（本実施例）の方が電流効率、パワー効率共に大幅に上昇しており、素子１７に比べて素子１８の方が良好な値を示すことがわかる。
【０２９３】
図１９〜図２１及び表４から、本実施例の素子１８は発光効率の高い発光素子であることが分かる。発光効率が向上することによって、従来より小さい電流で同じ輝度を得ることができるようになる。そのため発光素子の劣化が抑制され、信頼性の改善された発光素子となる。また、パワー効率も改善されていることから、消費電力の小さい発光素子であることが分かる。
【０２９４】
（参考例）
実施例１及び実施例２で使用したＹＧＡＰＡ（９−（４−｛Ｎ−［４−（９−カルバゾリル）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝フェニル）−１０−フェニルアントラセン）、ＣｚＰＡ（９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン）は新規物質であるため、以下に合成方法を記載する。
【０２９５】
まず、下記構造式（１）で表されるＹＧＡＰＡの合成方法を説明する。
【０２９６】
【化１】
【０２９７】
［ステップ１：９−［４−（Ｎ−フェニルアミノ）フェニル］カルバゾールの合成］
（ｉ）Ｎ−（４−ブロモフェニル）カルバゾールの合成。
１，４−ジブロモベンゼンを５６．３ｇ（０．２４ｍｏｌ）、カルバゾールを３１．３ｇ（０．１８ｍｏｌ）、ヨウ化銅を４．６ｇ（０．０２４ｍｏｌ）、炭酸カリウムを６６．３ｇ（０．４８ｍｏｌ）、１８−クラウン−６−エーテルを２．１ｇ（０．００８ｍｏｌ）、３００ｍｌの三口フラスコに入れ窒素置換し、１，３−ジメチル−３，４，５，６−テトラヒドロ−２（１Ｈ）−ピリミジノン（１，３−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３，４，５，６−ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏ−２（１Ｈ）−ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｏｎｅ（ＤＭＰＵとも呼ぶ））を８ｍｌ加え、１８０℃で６時間撹拌した。反応混合物を室温まで冷ましてから、吸引ろ過により沈殿物を除去し、ろ液を希塩酸、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄し、硫酸マグネシウムにより乾燥した。乾燥後、反応混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して、得られた油状物質をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン：酢酸エチル＝９：１）により精製し、クロロホルム、ヘキサンにより再結晶したところ、目的物の淡褐色プレート状結晶を２０．７ｇ、収率３５％で得た。
【０２９８】
また、Ｎ−（４−ブロモフェニル）カルバゾールの合成スキーム（ｂ−１）を次に示す。
【０２９９】
【化２】
【０３００】
（ｉｉ）９−［４−（Ｎ−フェニルアミノ）フェニル］カルバゾールの合成。
Ｎ−（４−ブロモフェニル）カルバゾールを５．４ ｇ（１７．０ｍｍｏｌ）、アニリンを１．８ ｍｌ（２０．０ｍｍｏｌ）、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム（０）（略称：Ｐｄ（ｄｂａ）２）を１００ｍｇ（０．１７ｍｍｏｌ）、ナトリウム−ｔｅｒｔ−ブトキシド（略称：ｔｅｒｔ−ＢｕＯＮａ）３．９ｇ（４０ｍｍｏｌ）を２００ｍｌの三口フラスコに入れ窒素置換し、トリ−ｔｅｒｔ−ブチルホスフィン（略称：Ｐ（ｔｅｒｔ−Ｂｕ）３）を０．１ｍｌ、トルエン５０ｍｌを加えて、８０℃、６時間撹拌した。反応混合物を、フロリジール、セライト、アルミナを通してろ過し、ろ液を水、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。反応混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して得られた油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン：酢酸エチル＝９：１）により精製したところ目的物を４．１ｇ、収率７３％で得た。核磁気共鳴法（１Ｈ−ＮＭＲ）によって、この化合物が９−［４−（Ｎ−フェニルアミノ）フェニル］カルバゾールであることを確認した。
【０３０１】
また、９−［４−（Ｎ−フェニルアミノ）フェニル］カルバゾールの合成スキーム（ｂ−２）を次に示す。
【０３０２】
【化３】
【０３０３】
［ステップ２：９−（４−ブロモフェニル）−１０−フェニルアントラセン（略称：ＰＡ）の合成］
（ｉ） ９−フェニルアントラセンの合成
９−ブロモアントラセンを５．４ｇ（２１．１ｍｍｏｌ）、フェニルボロン酸を２．６ｇ （２１．１ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＯＡｃ）２を６０ｍｇ（０．２１ｍｍｏｌ）、２ｍｏｌ／ｌの炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）水溶液を１０ｍｌ（２０ｍｍｏｌ）、トリ（オルトトリル）ホスフィン（Ｐ（ｏ−ｔｏｌｙｌ）３）を２６３ｍｇ（０．８４ｍｍｏｌ）、１，２−ジメトキシエタン（略称：ＤＭＥ）を２０ｍｌ混合し、８０℃、９時間撹拌した。反応後、析出した固体を吸引ろ過で回収してから、トルエンに溶かしフロリジール、セライト、アルミナを通してろ過をした。ろ液を水、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。自然ろ過後、ろ液を濃縮したところ目的物である９−フェニルアントラセンの淡褐色固体を２１．５ｇ収率８５％で得た（合成スキーム（ｂ−３））。
【０３０４】
【化４】
【０３０５】
（ｉｉ） ９−ブロモ−１０−フェニルアントラセンの合成
９−フェニルアントラセン６．０ｇ（２３．７ｍｍｏｌ）を四塩化炭素８０ｍｌに溶かし、その反応溶液へ、滴下ロートにより、臭素３．８０ｇ（２１．１ｍｍｏｌ）を四塩化炭素１０ｍｌに溶かした溶液を滴下した。滴下終了後室温で１時間攪拌した。反応後チオ硫酸ナトリウム水溶液を加えて反応をストップさせた。有機層をＮａＯＨ水溶液、飽和食塩水で洗浄し硫酸マグネシウムで乾燥した。自然ろ過後、濃縮しトルエンに溶かしフロリジール、セライト、アルミナを通してろ過を行った。ろ液を濃縮し、ジクロロメタン、ヘキサンにより再結晶を行ったところ、目的物である９−ブロモ−１０−フェニルアントラセンの淡黄色固体を７．０ｇ、収率８９％で得た（合成スキーム（ｂ−４））。
【０３０６】
【化５】
【０３０７】
（ｉｉｉ） ９−ヨード−１０−フェニルアントラセンの合成
９−ブロモ−１０−フェニルアントラセン３．３３ｇ（１０ｍｍｏｌ）をテトラヒドロフラン（略称：ＴＨＦ）８０ｍｌに溶かし、−７８℃にしてから、その反応溶液へ滴下ロートにより、ｎ−ＢｕＬｉ（１．６Ｍ）７．５ｍｌ（１２．０ｍｍｏｌ）を滴下し１時間攪拌した。ヨウ素５ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）をＴＨＦ２０ｍｌに溶かした溶液を滴下し−７８℃でさらに２時間攪拌した。反応後チオ硫酸ナトリウム水溶液を加えて反応をストップした。有機層をチオ硫酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水で洗浄し硫酸マグネシウムで乾燥した。自然濾過後ろ液を濃縮して、得られた固体をエタノールにより再結晶したところ目的物である９−ヨード−１０−フェニルアントラセンの淡黄色固体を３．１ｇ、収率８３％で得た（合成スキーム（ｂ−５））。
【０３０８】
【化６】
【０３０９】
（ｉｖ） ９−（４−ブロモフェニル）−１０−フェニルアントラセン（略称：ＰＡ）の合成
９−ヨード−１０−フェニルアントラセン１．０ｇ （２．６３ ｍｍｏｌ）、ｐ−ブロモフェニルボロン酸５４２ ｍｇ （２．７０ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＰＰｈ３）４ ４６ｍｇ（０．０３ｍｍｏｌ）、２ｍｏｌ／Ｌの炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）水溶液３ｍｌ（６ｍｍｏｌ）、トルエン １０ｍｌを８０℃、９時間撹拌した。反応後、トルエンを加えてからフロリジール、セライト、アルミナを通してろ過をした。ろ液を水、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。自然ろ過後、ろ液を濃縮し、クロロホルム、ヘキサンにより再結晶したところ目的物である９−（４−ブロモフェニル）−１０−フェニルアントラセンの淡褐色固体を５６２ｍｇ、収率４５％で得た（合成スキーム（ｂ−６））。
【０３１０】
【化７】
【０３１１】
［ステップ３：ＹＧＡＰＡの合成］
９−（４−ブロモフェニル）−１０−フェニルアントラセン４０９ｍｇ（１．０ｍｍｏｌ）、９−［４−（Ｎ−フェニルアミノ）フェニル］カルバゾール ３３９ ｍｇ（１．０ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ｄｂａ）２ ６ｍｇ（０．０１ｍｍｏｌ）、ｔｅｒｔ−ＢｕＯＮａ ５００ｍｇ（５．２ｍｏｌ）、Ｐ（ｔｅｒｔ−Ｂｕ）３ ０．１ｍｌ、トルエン１０ｍｌ、８０℃で４時間攪拌した。反応後、溶液を水で洗浄し、水層をトルエンで抽出し、有機層と併せて飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。自然ろ過後、濃縮し得られた油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン：トルエン＝７：３）により精製し、ジクロロメタン、ヘキサンにより再結晶したところ目的物であるＹＧＡＰＡの黄色粉末状固体を５３４ｍｇ収率８１％で得た（合成スキーム（ｂ−７））。この化合物を核磁気共鳴法（１Ｈ−ＮＭＲ）によって測定したところ、ＹＧＡＰＡであることが確認できた。
【０３１２】
【化８】
【０３１３】
続いて下記構造式（２）で表されるＣｚＰＡの合成方法を説明する。
【０３１４】
【化９】
【０３１５】
ＹＧＡＰＡを合成する際のステップ２で得られる９−（４−ブロモフェニル）−１０−フェニルアントラセンを出発原料とするＣｚＰＡの合成法を示す。９−（４−ブロモフェニル）−１０−フェニルアントラセン１．３ｇ（３．２ｍｍｏｌ）、カルバゾール５７８ｍｇ（３．５ｍｍｏｌ）、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム（０）５０ｍｇ（０．０１７ｍｍｏｌ）、ｔ−ブトキシナトリウム１．０ｍｇ（０．０１０ｍｍｏｌ）、トリ（ｔ−ブチル）ホスフィン０．１ｍＬ、トルエン３０ｍＬの混合物を１１０℃で１０時間加熱還流した。反応後、反応溶液を水で洗浄し、水層をトルエンで抽出し、有機層と併せて飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。自然ろ過後、ろ液を濃縮し得られた油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン：トルエン＝７：３）により精製し、ジクロロメタン、ヘキサンにより再結晶したところ目的物のＣｚＰＡを１．５ｇ、収率９３％で得た。得られたＣｚＰＡ５．５０ｇを２７０℃、アルゴン気流下（流速３．０ｍｌ／ｍｉｎ）、圧力６．７Ｐａの条件下で２０時間昇華精製を行ったところ、３．９８ｇを回収し回収率は７２％であった。９−フェニル−１０−（４−ブロモフェニル）アントラセンからのＣｚＰＡの合成スキームを以下に示す。この化合物を核磁気共鳴法（１Ｈ−ＮＭＲ）によって測定したところ、ＣｚＰＡであることが確認できた。
【０３１６】
【化１０】
【図面の簡単な説明】
【０３１７】
【図１】本発明の発光素子を表す図。
【図２】本発明の発光素子を表す図。
【図３】本発明の発光素子を表す図。
【図４】本発明のアクティブマトリクス型発光装置の作製方法を説明する断面図。
【図５】本発明のアクティブマトリクス型発光装置の作製方法を説明する断面図。
【図６】本発明の発光装置の断面図。
【図７】本発明の発光装置の上面図及び断面図。
【図８】本発明の発光装置の画素回路一例を示す図。
【図９】本発明の発光装置の画素回路一例を示す図。
【図１０】本発明の発光装置の保護回路の一例を示す図。
【図１１】本発明を適用可能な電子機器を例示した図。
【図１２】素子１乃至素子１０における第２の層のエネルギーギャップと電流効率との関係を示す図。
【図１３】素子１１乃至素子１４の輝度―電流効率特性を示す図。
【図１４】素子１１乃至素子１４の電圧―電流特性を示す図。
【図１５】素子１１乃至素子１４の電圧―輝度特性を示す図。
【図１６】素子１５及び素子１６の電流密度一定における駆動時間と輝度との関係を示す図。
【図１７】本発明の発光装置の上面図及び断面図。
【図１８】本発明のエネルギーギャップの大小を示す図。
【図１９】素子１７及び素子１８の電流密度−輝度特性を示す図。
【図２０】素子１７及び素子１８の電圧−輝度特性を示す図。
【図２１】素子１７及び素子１８の輝度−電流効率特性を示す図。
【図２２】本発明のエネルギーギャップの大小を示す図。
【符号の説明】
【０３１８】
１８ 外部入力端子部
１９ 外部入力端子部
２５ フレキシブルプリント配線基板
２８ ドライバＩＣ
５０ 基板
５１ａ 下地絶縁層
５１ｂ 下地絶縁層
５２ 半導体層
５３ ゲート絶縁層
５４ ゲート電極
５９ 絶縁膜（水素化膜）
６０ 層間絶縁層
６１ａ 接続部
６１ｂ 配線
６３ 層間絶縁層
６４ 電極
６５ 隔壁
６６ 発光積層体
６７ 電極
７０ 薄膜トランジスタ
８８ 樹脂
８９ 乾燥剤
９０ 偏光板
９１ 保護フィルム
９３ 発光素子
９４ 対向基板
１００ 電極
１０１ 層
１０２ 層
１０３ 層
１０４ 電極
１０５ 層
１０６ 層
１０７ 層
１０８ 層
２００ 基板
２０１ 電極
２０２ 隔壁
２０３ 発光積層体
２０４ 電極
２０７ 対向基板
２１０ 保護膜
２１１ 接着剤
２１２ 異方性導電膜
２１３ フレキシブルプリント配線基板
１４０１ スイッチング用ＴＦＴ
１４０２ 容量素子
１４０３ 駆動用ＴＦＴ
１４０４ 電流制御用ＴＦＴ
１４０５ 発光素子
１４０６ ＴＦＴ
１４１０ 信号線
１４１１ 電源線
１４１２ 電源線
１４１４ 走査線
１４１５ 走査線
１４５１ 選択ＴＦＴ
１４５２ 容量素子
１４５３ 駆動用ＴＦＴ
１４５４ 発光素子
１４５５ 信号線
１４５６ 電源線
１４５７ ゲート線
１４５８ 電源線
１４６１ 消去ダイオード
１４６７ ゲート線
１５００ 画素部
１５５４ 共通電位線
１５６１ ダイオード
２００１ 筐体
２００３ 表示部
２００４ スピーカー部
２１０１ 本体
２１０２ 筐体
２１０３ 表示部
２１０４ 音声入力部
２１０５ 音声出力部
２１０６ 操作キー
２１０８ アンテナ
２２０１ 本体
２２０２ 筐体
２２０３ 表示部
２２０４ キーボード
２２０５ 外部接続ポート
２２０６ ポインティングマウス
２３０１ 本体
２３０２ 表示部
２３０３ スイッチ
２３０４ 操作キー
２３０５ 赤外線ポート
２４０１ 筐体
２４０２ 表示部
２４０３ スピーカー部
２４０４ 操作キー
２４０５ 記録媒体挿入部
４００１ 基板
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 対向基板
４００７ 充填材
４００８ 薄膜トランジスタ
４０１０ 薄膜トランジスタ
４０１１ 発光素子
４０１４ 配線
４０１５ 配線
４０１６ 接続端子
４０１８ フレキシブルプリントサーキット（ＦＰＣ）
４０１９ 異方性導電膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された発光積層体とを有し、
前記発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とをこの順に有し、
前記第１の層はキャリア輸送性を有する層であり、
前記第３の層は発光中心材料と前記発光中心材料が分散されたホスト材料とを含む層であり、
前記第２の層は前記第１の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第２の層の膜厚は０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された発光積層体とを有し、
前記発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とをこの順に有し、
前記第１の層はキャリア輸送性を有する層であり、
前記第３の層は発光中心材料と前記発光中心材料が分散されたホスト材料とを含む層であり、
前記第２の層は前記第１の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第２の層の膜厚は０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された発光積層体とを有し、
前記発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とをこの順に有し、
前記第１の層はキャリア輸送性を有する層であり、
前記第３の層は発光中心材料と前記発光中心材料が分散されたホスト材料とを含む層であり、
前記第２の層は前記第１の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第２の層の膜厚は１ｎｍ以上２ｎｍ以下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のいずれか一項において、
前記第１の層は正孔輸送性を有する層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のいずれか一項において、
前記第１の層は電子輸送性を有する層であることを特徴とする発光素子。
【請求項６】
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された発光積層体とを有し、
前記発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層と第４の層と第５の層とをこの順に有し、
前記第１の層及び前記第５の層はキャリア輸送性を有する層であり、
前記第３の層は発光中心材料と前記発光中心材料が分散されたホスト材料とを含む層であり、
前記第２の層は前記第１の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第４の層は前記第５の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第２の層及び前記第４の層との膜厚は０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であることを特徴とする発光素子。
【請求項７】
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された発光積層体とを有し、
前記発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層と第４の層と第５の層とをこの順に有し、
前記第１の層及び前記第５の層はキャリア輸送性を有する層であり、
前記第３の層は発光中心材料と前記発光中心材料が分散されたホスト材料とを含む層であり、
前記第２の層は前記第１の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第４の層は前記第５の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第２の層及び前記第４の層との膜厚は０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された発光積層体とを有し、
前記発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層と第４の層と第５の層とをこの順に有し、
前記第１の層及び前記第５の層はキャリア輸送性を有する層であり、
前記第３の層は発光中心材料と前記発光中心材料が分散されたホスト材料とを含む層であり、
前記第２の層は前記第１の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第４の層は前記第５の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第２の層及び前記第４の層との膜厚は１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれか一項において、
前記第１の層は正孔輸送性を有する層であり、
前記第５の層は電子輸送性を有する層であることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項６乃至請求項８のいずれか一項において、
前記第１の層は電子輸送性を有する層であり、
前記第５の層は正孔輸送性を有する層であることを特徴とする発光素子。
【請求項１】
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された発光積層体とを有し、
前記発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とをこの順に有し、
前記第１の層はキャリア輸送性を有する層であり、
前記第３の層は発光中心材料と前記発光中心材料が分散されたホスト材料とを含む層であり、
前記第２の層は前記第１の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第２の層の膜厚は０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された発光積層体とを有し、
前記発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とをこの順に有し、
前記第１の層はキャリア輸送性を有する層であり、
前記第３の層は発光中心材料と前記発光中心材料が分散されたホスト材料とを含む層であり、
前記第２の層は前記第１の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第２の層の膜厚は０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された発光積層体とを有し、
前記発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とをこの順に有し、
前記第１の層はキャリア輸送性を有する層であり、
前記第３の層は発光中心材料と前記発光中心材料が分散されたホスト材料とを含む層であり、
前記第２の層は前記第１の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第２の層の膜厚は１ｎｍ以上２ｎｍ以下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のいずれか一項において、
前記第１の層は正孔輸送性を有する層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のいずれか一項において、
前記第１の層は電子輸送性を有する層であることを特徴とする発光素子。
【請求項６】
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された発光積層体とを有し、
前記発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層と第４の層と第５の層とをこの順に有し、
前記第１の層及び前記第５の層はキャリア輸送性を有する層であり、
前記第３の層は発光中心材料と前記発光中心材料が分散されたホスト材料とを含む層であり、
前記第２の層は前記第１の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第４の層は前記第５の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第２の層及び前記第４の層との膜厚は０．１ｎｍ以上５ｎｍ未満であることを特徴とする発光素子。
【請求項７】
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された発光積層体とを有し、
前記発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層と第４の層と第５の層とをこの順に有し、
前記第１の層及び前記第５の層はキャリア輸送性を有する層であり、
前記第３の層は発光中心材料と前記発光中心材料が分散されたホスト材料とを含む層であり、
前記第２の層は前記第１の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第４の層は前記第５の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第２の層及び前記第４の層との膜厚は０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された発光積層体とを有し、
前記発光積層体は少なくとも第１の層と第２の層と第３の層と第４の層と第５の層とをこの順に有し、
前記第１の層及び前記第５の層はキャリア輸送性を有する層であり、
前記第３の層は発光中心材料と前記発光中心材料が分散されたホスト材料とを含む層であり、
前記第２の層は前記第１の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第４の層は前記第５の層のバンドギャップより大きく、且つ前記ホスト材料のバンドギャップ以上のバンドギャップを有し、
前記第２の層及び前記第４の層との膜厚は１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれか一項において、
前記第１の層は正孔輸送性を有する層であり、
前記第５の層は電子輸送性を有する層であることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項６乃至請求項８のいずれか一項において、
前記第１の層は電子輸送性を有する層であり、
前記第５の層は正孔輸送性を有する層であることを特徴とする発光素子。
【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】
【公開番号】特開２００７−７３５００（Ｐ２００７−７３５００Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０１４８３（Ｐ２００６−２０１４８３）
【出願日】平成１８年７月２５日（２００６．７．２５）
【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１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２５日（２００６．７．２５）
【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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