発光素子および発光装置
【課題】駆動電圧が低い発光素子を提供する。また、素子寿命の長い発光素子を提供する。また、製造歩留まりの高い発光素子を提供する。
【解決手段】有機材料と無機材料とを含む層を有し、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．３ｅＶ未満である発光素子を提供する。より好ましくは、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることが好ましく、さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることが好ましい。
【解決手段】有機材料と無機材料とを含む層を有し、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．３ｅＶ未満である発光素子を提供する。より好ましくは、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることが好ましく、さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一対の電極間に複数の層が挟まれた構成を有する発光素子に関する。また、発光素子を有する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロルミネッセンス素子（発光素子）からの発光を利用した発光装置は、表示用または照明用の装置として注目されている。
【０００３】
発光装置に用いられる発光素子としては、一対の電極間に発光性化合物を含む層が挟まれた構成を有するものがよく知られている。
【０００４】
このような発光素子では、一方の電極は陽極として、他方の電極は陰極としてそれぞれ機能し、陽極側から注入された正孔と、陰極側から注入された電子とが再結合して励起状態の分子を形成し、それが基底状態に戻るときに光を放出する。
【０００５】
ところで、近年急速に開発が進んだ各種情報処理機器に組み込むための表示用装置においては特に低消費電力化への要求が高く、これを達成するために発光素子の低駆動電圧化が試みられている。また、商品化を踏まえれば、低駆動電圧化のみならず発光素子の長寿命化もまた重要であり、これを達成するための発光素子の開発が進められている。
【０００６】
例えば特許文献１では、モリブデン酸化物等の仕事関数の高い金属酸化物を陽極に用いることで発光素子の低駆動電圧化を達成している（特許文献１参照）。
【０００７】
しかし、特に長寿命化について述べれば、特許文献１に示された手段のみでは十分であるとは言えず、さらなる長寿命化を達成するための技術開発を必要としていた。
【０００８】
また、発光素子は例えば０．１μｍ程度の有機薄膜で形成されるため、上下の電極間で短絡しやすいという問題を抱えている。特に、発光素子の作製工程で発生するゴミによる歩留まりの低さが問題となっている。
【特許文献１】特開平９−６３７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記問題を鑑み、本発明では、駆動電圧が低い発光素子を提供する。また、素子寿命の長い発光素子を提供する。また、製造歩留まりの高い発光素子を提供する。また、該発光素子を有する発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を発光素子に用いることにより、上記課題を解決できることを見いだした。
【００１１】
よって、本発明の発光素子の一は、一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有し、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．３ｅＶ未満であることを特徴とする。より好ましくは、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることを特徴とする。さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の発光素子の一は、一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有し、上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層は、可視光領域に吸収ピークがなく、無機材料の濃度が３０〜９５ｗｔ％であることを特徴とする。
【００１３】
上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることを特徴とする。
【００１４】
有機材料と無機材料とを含む層が可視光領域に吸収ピークがもたない場合の有機材料としては、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）などが挙げられる。
【００１５】
また、本発明の発光素子の一は、一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有し、有機材料と無機材料とを含む層は、可視光領域に吸収ピークがあり、無機材料の濃度が５〜９５ｗｔ％であることを特徴とする。
【００１６】
上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．３ｅＶ未満であることを特徴とする。より好ましくは、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることを特徴とする。さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることを特徴とする。
【００１７】
有機材料と無機材料とを含む層が可視光領域に吸収ピークがもつ場合の有機材料としては、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ビフェニリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＢＰＢ）などが挙げられる。
【００１８】
また、上記構成において、無機材料は、金属酸化物であることを特徴とする。具体的には、無機材料として、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物のいずれか一種もしくは複数種であることを用いることができる。
【００１９】
また、上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層は、一対の電極間の一方の電極と接するように設けられていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、上述した発光素子を有する発光装置も範疇に含めるものである。なお、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を範疇に含むものとする。また、パネルにコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の発光素子は、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層が設けられていることにより、駆動電圧を低減することができる。また、素子寿命の長い発光素子を提供することが可能となる。
【００２２】
また、活性化エネルギーが小さい層は、厚膜化しても駆動電圧の上昇を抑制することができるため、活性化エネルギーが小さい層を厚膜化して上下の電極間の短絡を抑制することができる。よって、製造工程で発生するゴミによる歩留まりの低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリア（担体）の再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層を組み合わせて積層されたものである。
【００２５】
本発明の発光素子の一態様について図１（Ａ）を用いて以下に説明する。
【００２６】
本形態において、発光素子は、第１の電極１０２と、第１の電極１０２の上に順に積層した第１の層１０３、第２の層１０４、第３の層１０５、第４の層１０６と、さらにその上に設けられた第２の電極１０７とから構成されている。なお、本形態では第１の電極１０２は陽極として機能し、第２の電極１０７は陰極として機能するものとして以下説明をする。
【００２７】
基板１０１上は発光素子の支持体として用いられる。基板１０１としては、例えばガラス、またはプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子を作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。
【００２８】
第１の電極１０２としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物を用いることができる。例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタにより成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。この他にも、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウム−チタン（Ａｌ−Ｔｉ）、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）または金属材料の窒化物（ＴｉＮ）等、を用いることができるが、第１の電極を陽極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）材料で形成されていることが好ましい。
【００２９】
なお、本発明の発光素子において、第１の電極１０２は仕事関数の大きい材料に限定されず、仕事関数の小さい材料を用いることもできる。
【００３０】
第１の層１０３は、有機材料と無機材料とを含む層であり、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満である層である。より好ましくは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満である層である。さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満である層である。以下、本明細書では、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層と記載する。
【００３１】
本発明の発光素子は、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を有することにより、キャリア密度が高く、電極とオーム接触することができる。よって、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、キャリア密度が高いため、キャリア輸送性にも優れている。なお、十分なキャリア密度を得るためには、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満であることが好ましい。また、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であると、より好ましい。また、発光素子に用いた場合、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であると、高電圧側でも電流―電圧特性が変化しないので、より好ましい。
【００３２】
電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層である第１の層１０３に含まれる無機材料としては、金属酸化物であることが好ましい。具体例としては、モリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）、バナジウム酸化物（ＶＯｘ）、ルテニウム酸化物（ＲｕＯｘ）、タングステン酸化物（ＷＯｘ）等が挙げられる。この他、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）や亜鉛酸化物（ＺｎＯ）を用いることができる。但し、ここに示したものに限らず、その他の物質を用いてもよい。また、有機材料としては、アリールアミン骨格を有する有機材料であることが好ましく、例えば４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ビフェニリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＢＰＢ）、１，５−ビス（ジフェニルアミノ）ナフタレン（略称：ＤＰＡＮ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、などの芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する）の化合物を用いることができる。なお、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。
【００３３】
なお、第１の層１０３は、上記のような単層のものだけでなく、二層以上積層した構造としてもよい。
【００３４】
第２の層１０４は、正孔輸送性の高い物質、例えばα−ＮＰＤやＴＰＤ、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ＢＳＰＢなどの芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する）の化合物からなる層である。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、第２の層１０４は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものであってもよい。
【００３５】
第３の層１０５は、発光性の高い物質を含む層である。例えば、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）や３−（２−ベンゾチアゾイル）−７−ジエチルアミノクマリン（略称：クマリン６）等の発光性の高い物質とトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）や９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）等のキャリア輸送性が高く成膜したときに膜質がよい（つまり結晶化しにくい）物質とを自由に組み合わせて構成される。但し、Ａｌｑ３やＤＮＡは発光性も高い物質であるため、これらの物質を単独で用いた構成とし、第３の層１０５としても構わない。
【００３６】
第４の層１０６は、電子輸送性の高い物質、例えばトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる層である。また、この他ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）や、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）なども用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を第４の層１０６として用いても構わない。また、第４の層１０６は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【００３７】
第２の電極１０７を形成する物質としては、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の１族または２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）が挙げられる。しかしながら、第２の電極１０７と発光層との間に、電子注入を促す機能を有する層を、当該第２の電極と積層して設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素を含有したインジウム錫酸化物等様々な導電性材料を第２の電極１０７として用いることができる。
【００３８】
なお、電子注入を促す機能を有する層としては、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物を用いることができる。また、この他、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたもの、例えばＡｌｑ３中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いることができる。
【００３９】
また、第１の層１０３、第２の層１０４、第３の層１０５、第４の層１０６は蒸着法により形成されればよい。上記蒸着法以外にも、例えばインクジェット法またはスピンコート法など用いても構わない。また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
【００４０】
以上のような構成を有する本発明の発光素子は、第１の電極１０２と第２の電極１０７との間に生じた電位差により電流が流れ、発光性の高い物質を含む層である第３の層１０５において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。つまり第３の層１０５に発光領域が形成されるような構成となっている。但し、第３の層１０５の全てが発光領域として機能する必要はなく、例えば、第３の層１０５のうち第２の層１０４側または第４の層１０６側にのみ発光領域が形成されるようなものであってもよい。
【００４１】
発光は、第１の電極１０２または第２の電極１０７のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、第１の電極１０２または第２の電極１０７のいずれか一方または両方は、透光性を有する物質で成る。第１の電極１０２のみが透光性を有する物質からなるものである場合、図１（Ａ）に示すように、発光は第１の電極１０２を通って基板側から取り出される。また、第２の電極１０７のみが透光性を有する物質からなるものである場合、図１（Ｂ）に示すように、発光は第２の電極１０７を通って基板と逆側から取り出される。第１の電極１０２および第２の電極１０７がいずれも透光性を有する物質からなるものである場合、図１（Ｃ）に示すように、発光は第１の電極１０２および第２の電極１０７を通って、基板側および基板と逆側の両方から取り出される。
【００４２】
なお第１の電極１０２と第２の電極１０７との間に設けられる層の構成は、上記のものには限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光が抑制されるように、第１の電極１０２および第２の電極１０７から離れた部位に正孔と電子とが再結合する領域を設けた構成であり、且つ、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を有するものであれば、上記以外のものでもよい。
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質または正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質等から成る層を、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層と自由に組み合わせて構成すればよい。また、第１の電極１０２上には、酸化珪素膜等からなる層を設けることによってキャリアの再結合部位を制御したものであってもよい。
【００４３】
図２に示す発光素子は、陰極として機能する第１の電極３０２の上に電子輸送性の高い物質からなる第１の層３０３、発光性の高い物質を含む第２の層３０４、正孔輸送性の高い物質からなる第３の層３０５、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層である第４の層３０６、陽極として機能する第２の電極３０７とが順に積層された構成となっている。なお、３０１は基板である。
【００４４】
本実施の形態においては、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に発光素子を作製している。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、パッシブ型の発光装置を作製することができる。また、ガラス、プラスチックなどからなる基板以外に、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ基板上に発光素子を作製してもよい。これにより、ＴＦＴによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置を作製できる。なお、ＴＦＴの構造は、特に限定されない。スタガ型のＴＦＴでもよいし逆スタガ型のＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴアレイ基板に形成される駆動用回路についても、Ｎ型およびＰ型のＴＦＴからなるものでもよいし、若しくはＮ型またはＰ型のいずれか一方からのみなるものであってもよい。
【００４５】
本発明の発光素子は、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を有することにより、低駆動電圧化が実現する。つまり、本発明の電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、キャリア密度が高いため、電極とオーム接触することができる。よって、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、キャリア密度が高いため、キャリア輸送性にも優れている。なお、十分なキャリア密度を得るためには、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満であることが好ましい。また、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であると、より好ましい。また、発光素子に用いた場合、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であると、電流―電圧特性が変化しないので、より好ましい。
【００４６】
また、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、キャリア密度が高いため、厚膜化しても駆動電圧の上昇を抑制することができるため、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を厚膜化して上下の電極間の短絡を抑制することができる。よって、製造工程で発生するゴミによる欠陥を抑制し、歩留まりを向上させることができる。
【００４７】
また、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を厚膜化することにより、衝撃等による短絡を防止することができるため、信頼性の高い発光素子を得ることができる。例えば、通常の発光素子の電極間の膜厚が１００ｎｍ〜１５０ｎｍであるのに対し、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を用いた発光素子の電極間の膜厚は、１００〜５００ｎｍ、好ましくは、２００〜５００ｎｍとすることができる。
【００４８】
また、本発明の発光素子に用いる電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、キャリア密度が高いため、電極とオーム接触することが可能である。つまり、電極との接触抵抗が小さい。そのため、仕事関数等を考慮することなく、電極材料を選ぶことができる。つまり、電極材料の選択肢が広がる。
【００４９】
また、本発明の電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、真空蒸着で形成することができるため、発光物質を含む層を真空蒸着で形成する場合は、いずれの層も同一の真空装置内で成膜することが可能であり、大気解放する必要がない。つまり、真空一貫で成膜することができる。よって、製造工程におけるゴミの付着を防ぐことができ、歩留まりを向上させることができる。
【００５０】
また、本発明の電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、有機材料と無機材料とを含んでいるため、電極と、発光物質を含む層との間に生じる応力を緩和させることができる。
【００５１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層（有機材料と無機材料とを含む層であり、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満である層、より好ましくは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満である層、さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満である層）についてより詳しく説明する。
【００５２】
本実施の形態では、有機材料と無機材料とを含む層が、可視光領域に吸収ピークをもたない場合について説明する。本実施の形態では、可視光領域に吸収ピークをもたない、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を用いて説明する。ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを重量比が１：１となるよう共蒸着で成膜した層の吸収スペクトルを図１１に示す。図１１より、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層は、可視光領域に吸収ピークがないことがわかる。ＤＮＴＰＤ以外にも、ＤＰＡＢ等の有機材料と酸化モリブデンとを含む層は、可視光領域に吸収ピークをもたない。なお、本明細書中において、可視光領域とは４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域のことを示す。
【００５３】
第一のガラス基板上にＩＴＯを膜厚１１０ｎｍとなるように成膜し、面積４ｍｍ２の陽極を作製した。ＩＴＯ陽極を有する第一のガラス基板を水洗し、乾燥させた後、蒸着機の中に第一のガラス基板をセットして、圧力が１×１０−３Ｐａ以下となるまで真空チャンバーを排気した。
【００５４】
次に、有機材料であるＤＮＴＰＤと無機材料である酸化モリブデンを共蒸着により成膜した。ここで、酸化モリブデン濃度は、表１の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜厚は２００ｎｍとなるように成膜を行った。なお、素子１はＤＮＴＰＤのみで蒸着により膜厚が２００ｎｍとなるように成膜した。
【００５５】
【表１】
【００５６】
その後、陰極としてＡｌを２００ｎｍ蒸着し、Ｎ２雰囲気下で、乾燥剤を貼付してある第二のガラス基板をエポキシ系の接着剤で第一のガラス基板に貼り合わせて、素子１〜９を得た。
【００５７】
素子１〜９における２５℃での電流−電圧特性を図１３に示す。酸化モリブデンが含まれている素子２〜９は、酸化モリブデンが含まれていない素子１より低抵抗となっていることがわかる。なお、酸化モリブデン濃度が増加するにつれて、低抵抗化しているが、酸化モリブデン濃度が８０ｗｔ％を超えると、抵抗が高くなっていくことがわかる。
【００５８】
次に、電流−電圧特性を対数表示にしたグラフを図１４に示す。素子２〜９の低電圧領域における電流―電圧特性は、電圧の一乗から二乗の間で比例していることがわかる。一方、素子１は、それより大きなべき乗で電圧に比例していることがわかる。これは、素子１において、ＩＴＯ陽極との接触がショットキー接触であるのに対し、素子２〜９においては、オーム接触であることに起因するものである。そのため、素子２〜９ではオーム電流が支配的であると考えられる。
【００５９】
そこで、低電圧領域における素子２〜９で流れている電流をオーム電流とし、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンを含む層が半導体であるとすると、アレニウスの式で表される。
【００６０】
【数１】
【００６１】
この式から、ある一定の電圧の場合には、下式を導くことができる。
【００６２】
【数２】
【００６３】
そのため、ｌｎ（Ｉ）と１／Ｔをプロットしたアレニウスプロットより、活性化エネルギーを求めることができる。
【００６４】
素子２〜９における１Ｖでのアレニウスプロットを図１５に示す。いずれの素子も、ほぼ直線上に乗っていることがわかる。この直線の傾きより、活性化エネルギーを求め、酸化モリブデン濃度に対する活性化エネルギーの変化を図１６に示す。下に凸のグラフとなっていることがわかる。なお、ＩＴＯ陽極上に酸化モリブデンのみを５０ｎｍ蒸着し、Ａｌ陰極とした素子（以下、素子１０とする）において、同様の解析を行ったところ、活性化エネルギーは０．２６ｅＶと求められた。素子２は素子１０より活性化エネルギーが大きくなっている。これは、酸化モリブデン濃度が低すぎるためと考えられる。一方、素子３〜９は素子１０の活性化エネルギーの値より低くなっており、一定量の酸化モリブデンを含有することで、酸化モリブデン単膜では得られない活性化エネルギーを得ることができた。
【００６５】
なお、本実施の形態で示した可視光領域に吸収ピークをもたない層を発光素子に用いる場合には、活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満となるようにすることが好ましい。より好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることが好ましい。さらに好ましくは０．２０ｅＶ未満であることが好ましい。また、酸化モリブデンの濃度が３０ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下である層を用いることが好ましい。
【００６６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２とは異なり、有機材料と無機材料とを含む層が、可視光領域に吸収ピークをもつ場合について説明する。本実施の形態では、可視光領域に吸収ピークをもつ、ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層を用いて説明する。ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを重量比が１：１となるよう共蒸着で成膜した層の吸収スペクトルを図１２に示す。図１２より、ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層は、可視光領域に吸収ピークがあることがわかる。また、ＢＳＰＢ以外にも、ＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ＤＦＬＤＰＢｉ、ＢＢＰＢ等の有機材料と酸化モリブデンとを含む層は可視光領域に吸収ピークをもつ。
【００６７】
第一のガラス基板上にＩＴＯを膜厚１１０ｎｍとなるように成膜し、面積４ｍｍ２の陽極を作製した。前記ＩＴＯ陽極を有する第一のガラス基板を水洗し、乾燥させた後、蒸着機の中に第一のガラス基板をセットして、圧力が１×１０−３Ｐａ以下となるまで真空チャンバーを排気した。
【００６８】
次に、有機材料であるＢＳＰＢと無機材料である酸化モリブデンを共蒸着により成膜した。ここで、酸化モリブデン濃度は、下表の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜厚は２００ｎｍとなるように成膜を行った。なお、素子１１はＢＳＰＢのみで膜厚が２００ｎｍとなるように蒸着で成膜した。
【００６９】
【表２】
【００７０】
その後、陰極としてＡｌを２００ｎｍ蒸着し、Ｎ２雰囲気下で、乾燥剤を貼付してある第二のガラス基板をエポキシ系の接着剤で第一のガラス基板に貼り合わせて、素子１１〜１５を得た。
【００７１】
素子１１〜１５における２５℃での電流−電圧特性を図１７に示す。酸化モリブデンが含まれている素子１２〜１５は、酸化モリブデンが含まれていない素子１１より低抵抗となっていることがわかる。
【００７２】
次に、電流−電圧特性を対数表示にしたグラフを図１８に示す。素子１２〜１５の低電圧領域における電流―電圧特性は、電圧の一乗から二乗の間で比例していることがわかる。一方、素子１１は、それより大きなべき乗で電圧に比例していることがわかる。これは、素子１１において、ＩＴＯ陽極との接触がショットキー接触であるのに対し、素子１２〜１５においては、オーム接触であることに起因するものである。そのため、素子１２〜１５ではオーム電流が支配的であると考えられる。
【００７３】
そこで、実施の形態２と同様に、低電圧領域における素子１２〜１５で流れている電流がオーム電流とし、ＢＳＰＢと酸化モリブデンを含む層が半導体であるとして、アレニウスプロットから、活性化エネルギーを求めた。素子１２〜１５における１Ｖでのアレニウスプロットを図１９に示す。いずれの素子も、ほぼ直線上に乗っていることがわかる。この直線の傾きより、活性化エネルギーを求め、酸化モリブデン濃度に対する活性化エネルギーの変化を図２０に示す。なお、酸化モリブデンのみを蒸着した素子１０の活性化エネルギー０．２６ｅＶであることを考慮すると、図２０は下に凸のグラフとなっているといえる。また、素子１２は素子１０より活性化エネルギーが大きくなっている。これは、酸化モリブデン濃度が低すぎるためと考えられる。一方、素子１３〜１５は素子１０の活性化エネルギーの値より低くなっており、一定量の酸化モリブデンを含有することで、酸化モリブデン単膜では得られない活性化エネルギーを得ることができた。
【００７４】
なお、本実施の形態で示した可視光領域に吸収ピークをもつ層を発光素子に用いる場合には、活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満となるようにすることが好ましい。より好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることが好ましい。さらに好ましくは０．２０ｅＶ未満であることが好ましい。また、酸化モリブデンの濃度が５ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下である層を用いることが好ましい。
【００７５】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１に示した構成とは異なる構成を有する発光素子について、図３および図４を用いて説明する。
【００７６】
図３（ａ）に本発明の発光素子の構造の一例を示す。第１の電極２０１と、第２の電極２０２との間に、第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の層２１４が積層された構成となっている。本実施の形態では、第１の電極２０１が陽極として機能し、第２の電極２０２が陰極として機能する場合について説明する。
【００７７】
第１の電極２０１、第２の電極２０２は、実施の形態１と同じ構成を適用することができる。また、第１の層２１１は実施の形態２および実施の形態３で示した活性化エネルギーが小さい層であり、第２の層２１２は発光性の高い物質を含む層である。第３の層２１３は金属酸化物の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層であり、第４の層２１４は実施の形態２および実施の形態３で示した活性化エネルギーが小さい層である。第３の層２１３に含まれる金属酸化物としては、アルカリ金属酸化物またはアルカリ土類金属酸化物であることが好ましい。具体的には、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。
【００７８】
このような構成とすることにより、図３（ａ）に示した通り、発光素子に電圧を印加することにより第３の層２１３および第４の層２１４の界面近傍にて電子の授受が行われ、電子と正孔が発生し、第３の層２１３は電子を第２の層２１２に輸送すると同時に、第４の層２１４は正孔を第２の電極２０２に輸送する。すなわち、第３の層２１３と第４の層２１４とを合わせて、キャリア発生層としての役割を果たしている。また、第４の層２１４は、正孔を第２の電極２０２に輸送する機能を担っていると言える。なお、第４の層２１４と第２の電極２０２との間に、さらに第２の層および第３の層を再び積層することで、タンデム型の発光素子とすることも可能である。
【００７９】
また、第１の層２１１や第４の層２１４は、極めて高い正孔注入性、正孔輸送性を示す。したがって、本実施の形態の発光素子は、発光機能を担う第２の層の両側を非常に厚くすることが可能となり、さらに発光素子の短絡を効果的に防止できる。また、図３（ａ）を例に取ると、第２の電極２０２をスパッタリングにより成膜する場合などは、発光性の物質が存在する第２の層２１２へのダメージを低減することもできる。さらに、第１の層２１１と第４の層２１４を同じ材料で構成することにより、発光物質を含む層２０３の第１の電極側および発光物質を含む層２０３の第２の電極側が同じ材料で構成されることになるため、応力歪みを抑制する効果も期待できる。
【００８０】
なお、本実施の形態の発光素子においても、第１の電極２０１や第２の電極２０２の種類を変えることで、様々なバリエーションを有する。その模式図を図３（ｂ）、図３（ｃ）および図４に示す。なお、図３（ｂ）、図３（ｃ）および図４では、図３（ａ）の符号を引用する。また、２００は、本発明の発光素子を担持する基板である。
【００８１】
図３は、基板２００側から第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の層２１４の順で構成されている場合の例である。この時、第１の電極２０１を光透過性とし、第２の電極２０２を遮光性（特に反射性）とすることで、図３（ａ）のように基板２００側から光を射出する構成となる。また、第１の電極２０１を遮光性（特に反射性）とし、第２の電極２０２を光透過性とすることで、図３（ｂ）のように基板２００の逆側から光を射出する構成となる。さらに、第１の電極２０１、第２の電極２０２の両方を光透過性とすることで、図３（ｃ）に示すように、基板２００側と基板２００の逆側の両方に光を射出する構成も可能となる。
【００８２】
図４は、基板２００側から第４の層２１４、第３の層２１３、第２の層２１２、第１の層２１１の順で構成されている場合の例である。この時、第１の電極２０１を遮光性（特に反射性）とし、第２の電極２０２を光透過性とすることで、図４（ａ）のように基板２００側から光を取り出す構成となる。また、第１の電極２０１を光透過性とし、第２の電極２０２を遮光性（特に反射性）とすることで、図４（ｂ）のように基板２００と逆側から光を取り出す構成となる。さらに、第１の電極２０１、第２の電極２０２の両方を光透過性とすることで、図４（ｃ）に示すように、基板２００側と基板２００の逆側の両方に光を射出する構成も可能となる。
【００８３】
なお、第１の層２１１が、金属酸化物の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含み、第２の層２１２は発光性の物質を含み、第３の層２１３が実施の形態２および実施の形態３で示した活性化エネルギーが小さい層であり、第４の層２１４が、金属酸化物の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む構成にすることも可能である。
【００８４】
なお、本実施の形態における発光素子を作製する場合には、湿式法、乾式法を問わず、公知の方法を用いることができる。
【００８５】
また、第１の電極２０１を形成した後、第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の層２１４を順次積層し、第２の電極２０２を形成してもよいし、第２の電極２０２を形成した後、第４の層２１４、第３の層２１３、第２の層２１２、第１の層２１１を順次積層し、第１の電極を形成してもよい。
【００８６】
（実施の形態５）
本形態では、表示機能を有する発光装置の回路構成および駆動方法について図５〜８を用いて説明する。
【００８７】
図５は本発明を適用した発光装置を上面からみた模式図である。図５において、基板６５００上には、画素部６５１１と、ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とが設けられている。ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とは、それぞれ、配線群を介して、外部入力端子であるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６５０３と接続している。そして、ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とは、それぞれ、ＦＰＣ６５０３からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。またＦＰＣ６５０３にはプリント配線基盤（ＰＷＢ）６５０４が取り付けられている。なお、駆動回路部は、上記のように必ずしも画素部６５１１と同一基板上に設けられている必要はなく、例えば、配線パターンが形成されたＦＰＣ上にＩＣチップを実装したもの（ＴＣＰ）等を利用し、基板外部に設けられていてもよい。
【００８８】
画素部６５１１には、列方向に延びた複数のソース信号線が行方向に並んで配列している。また、電流供給線が行方向に並んで配列している。また、画素部６５１１には、行方向に延びた複数のゲート信号線が列方向に並んで配列している。また画素部６５１１には、発光素子を含む一組の回路が複数配列している。
【００８９】
図６は、一画素を動作するための回路を表した図である。図６に示す回路には、第１のトランジスタ９０１と第２のトランジスタ９０２と発光素子９０３とが含まれている。
【００９０】
第１のトランジスタ９０１と、第２のトランジスタ９０２とは、それぞれ、ゲート電極と、ドレイン領域と、ソース領域とを含む三端子の素子であり、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル領域を有する。ここで、ソース領域とドレイン領域とは、トランジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソース領域またはドレイン領域であるかを限定することが困難である。そこで、本形態においては、ソースまたはドレインとして機能する領域を、それぞれトランジスタの第１電極、トランジスタの第２電極と表記する。
【００９１】
ゲート信号線９１１と、書込用ゲート信号線駆動回路９１３とはスイッチ９１８によって電気的に接続または非接続の状態になるように設けられている。また、ゲート信号線９１１と、消去用ゲート信号線駆動回路９１４とはスイッチ９１９によって電気的に接続または非接続の状態になるように設けられている。また、ソース信号線９１２は、スイッチ９２０によってソース信号線駆動回路９１５または電源９１６のいずれかに電気的に接続するように設けられている。そして、第１のトランジスタ９０１のゲートはゲート信号線９１１に電気的に接続している。また、第１のトランジスタの第１電極はソース信号線９１２に電気的に接続し、第１のトランジスタの第２電極は第２のトランジスタ９０２のゲート電極と電気的に接続している。第２のトランジスタ９０２の第１電極は電流供給線９１７と電気的に接続し、第２のトランジスタの第２電極は発光素子９０３に含まれる一の電極と電気的に接続している。なお、スイッチ９１８は、書込用ゲート信号線駆動回路９１３に含まれていてもよい。またスイッチ９１９についても消去用ゲート信号線駆動回路９１４の中に含まれていてもよい。また、スイッチ９２０についてもソース信号線駆動回路９１５の中に含まれていてもよい。
【００９２】
また画素部におけるトランジスタや発光素子等の配置について特に限定はないが、例えば図７の上面図に表すように配置することができる。図７において、第１のトランジスタ１００１の第１電極はソース信号線１００４に接続し、第１のトランジスタの第２の電極は第２のトランジスタ１００２のゲート電極に接続している。また第２トランジスタの第１電極は電流供給線１００５に接続し、第２トランジスタの第２電極は発光素子の電極１００６に接続している。ゲート信号線１００３の一部は第１のトランジスタ１００１のゲート電極として機能する。
【００９３】
次に、駆動方法について説明する。図８は時間経過に伴った１フレームにおける動作について説明する図である。図８において、横方向は時間経過を表し、縦方向はゲート信号線の走査段数を表している。
【００９４】
本発明の発光装置を用いて画像表示を行うとき、表示期間においては、画面の書き換え動作と表示動作とが繰り返し行われる。この書き換え回数について特に限定はないが、画像をみる人がちらつき（フリッカ）を感じないように少なくとも１秒間に６０回程度とすることが好ましい。ここで、一画面（１フレーム）の書き換え動作と表示動作を行う期間を１フレーム期間という。
【００９５】
１フレームは、図８に示すように、書き込み期間５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ、５０４ａと保持期間５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｂ、５０４ｂとを含む４つのサブフレーム５０１、５０２、５０３、５０４に時分割されている。発光するための信号を与えられた発光素子は、保持期間において発光状態となっている。各々のサブフレームにおける保持期間の長さの比は、第１のサブフレーム５０１：第２のサブフレーム５０２：第３のサブフレーム５０３：第４のサブフレーム５０４＝２３：２２：２１：２０＝８：４：２：１となっている。これによって４ビット階調を表現することができる。但し、ビット数及び階調数はここに記すものに限定されず、例えば８つのサブフレームを設け８ビット階調を行えるようにしてもよい。
【００９６】
１フレームにおける動作について説明する。まず、サブフレーム５０１において、１行目から最終行まで順に書き込み動作が行われる。従って、行によって書き込み期間の開始時間が異なる。書き込み期間５０１ａが終了した行から順に保持期間５０１ｂへと移る。当該保持期間において、発光するための信号を与えられている発光素子は発光状態となっている。また、保持期間５０１ｂが終了した行から順に次のサブフレーム５０２へ移り、サブフレーム５０１の場合と同様に１行目から最終行まで順に書き込み動作が行われる。以上のような動作を繰り返し、サブフレーム５０４の保持期間５０４ｂ迄終了する。サブフレーム５０４における動作を終了したら次のフレームへ移る。このように、各サブフレームにおいて発光した時間の積算時間が、１フレームにおける各々の発光素子の発光時間となる。この発光時間を発光素子ごとに変えて画素部内で様々に組み合わせることによって、明度および色度の異なる様々な表示色を形成することができる。
【００９７】
サブフレーム５０４のように、最終行目までの書込が終了する前に、既に書込を終え、保持期間に移行した行における保持期間を強制的に終了させたいときは、保持期間５０４ｂの後に消去期間５０４ｃを設け、強制的に非発光の状態となるように制御することが好ましい。そして、強制的に非発光状態にした行については、一定期間、非発光の状態を保つ（この期間を非発光期間５０４ｄとする。）。そして、最終行目の書込期間が終了したら直ちに、一行目から順に次のサブフレーム（または次のフレーム）の書込期間に移行する。これによって、サブフレーム５０４の書き込み期間と、その次のサブフレームの書き込み期間とが重畳することを防ぐことができる。
【００９８】
なお、本形態では、サブフレーム５０１乃至５０４は保持期間の長いものから順に並んでいるが、必ずしも本実施例のような並びにする必要はなく、例えば保持期間の短いものから順に並べられていてもよいし、または保持期間の長いものと短いものとがランダムに並んでいてもよい。また、サブフレームは、さらに複数のフレームに分割されていてもよい。つまり、同じ映像信号を与えている期間、ゲート信号線の走査を複数回行ってもよい。
【００９９】
ここで、書込期間および消去期間における、図６で示す回路の動作について説明する。
【０１００】
まず書込期間における動作について説明する。書込期間において、ｎ行目（ｎは自然数）のゲート信号線９１１は、スイッチ９１８を介して書込用ゲート信号線駆動回路９１３と電気的に接続し、消去用ゲート信号線駆動回路９１４とは非接続である。また、ソース信号線９１２はスイッチ９２０を介してソース信号線駆動回路と電気的に接続している。ここで、ｎ行目（ｎは自然数）のゲート信号線９１１に接続した第１のトランジスタ９０１のゲートに信号が入力され、第１のトランジスタ９０１はオンとなる。そして、この時、１列目から最終列目迄のソース信号線に同時に映像信号が入力される。なお、各列のソース信号線９１２から入力される映像信号は互いに独立したものである。ソース信号線９１２から入力された映像信号は、各々のソース信号線に接続した第１のトランジスタ９０１を介して第２のトランジスタ９０２のゲート電極に入力される。この時第２のトランジスタ９０２に入力された信号によって、電流供給線９１７と発光素子９０３との導通又は非導通が決まり、発光素子９０３は発光または非発光が決まる。例えば、第２のトランジスタ９０２がＰチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＬｏｗ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３が発光する。一方、第２のトランジスタ９０２がＮチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＨｉｇｈ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３が発光する。
【０１０１】
次に消去期間における動作について説明する。消去期間において、ｎ行目（ｎは自然数）のゲート信号線９１１は、スイッチ９１９を介して消去用ゲート信号線駆動回路９１４と電気的に接続し、書込用ゲート信号線駆動回路９１３とは非接続である。また、ソース信号線９１２はスイッチ９２０を介して電源９１６と電気的に接続している。ここで、ｎ行目のゲート信号線９１１に接続した第１のトランジスタ９０１のゲートに信号が入力され、第１のトランジスタ９０１はオンとなる。そして、この時、１列目から最終列目迄のソース信号線に同時に消去信号が入力される。ソース信号線９１２から入力された消去信号は、各々のソース信号線に接続した第１のトランジスタ９０１を介して第２のトランジスタ９０２のゲート電極に入力される。この時第２のトランジスタ９０２に入力された信号によって、電流供給線９１７と発光素子９０３とが非導通状態になる。そして、発光素子９０３は強制的に非発光となる。例えば、第２のトランジスタ９０２がＰチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＨｉｇｈ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３は非発光となる。一方、第２のトランジスタ９０２がＮチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＬｏｗ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３は非発光となる。
【０１０２】
なお、消去期間では、ｎ行目（ｎは自然数）については、以上に説明したような動作によって消去する為の信号を入力する。しかし、前述のように、ｎ行目が消去期間であると共に、他の行（ｍ行目（ｍは自然数）とする。）については書込期間となる場合がある。このような場合、同じ列のソース信号線を利用してｎ行目には消去の為の信号を、ｍ行目には書込の為の信号を入力する必要があるため、以下に説明するような動作させることが好ましい。
【０１０３】
先に説明した消去期間における動作によって、ｎ行目の発光素子９０３が非発光となった後、直ちに、ゲート信号線と消去用ゲート信号線駆動回路９１４とを非接続の状態とすると共に、スイッチ９２０を切り替えてソース信号線とソース信号線駆動回路９１５と接続させる。そして、ソース信号線とソース信号線駆動回路９１５とを接続させる共に、ゲート信号線と書込用ゲート信号線駆動回路９１３とを接続させる。そして、書込用ゲート信号線駆動回路９１３からｍ行目の信号線に選択的に信号が入力され、第１のトランジスタがオンすると共に、ソース信号線駆動回路９１５からは、１列目から最終列目迄のソース信号線に書込の為の信号が入力される。この信号によって、ｍ行目の発光素子は、発光または非発光となる。
【０１０４】
以上のようにしてｍ行目について書込期間を終えたら、直ちに、ｎ＋１行目の消去期間に移行する。その為に、ゲート信号線と書込用ゲート信号線駆動回路９１３を非接続とすると共に、スイッチ９２０を切り替えてソース信号線を電源９１６と接続する。また、ゲート信号線と書込用ゲート信号線駆動回路９１３を非接続とすると共に、ゲート信号線については、消去用ゲート信号線駆動回路９１４と接続状態にする。そして、消去用ゲート信号線駆動回路９１４からｎ＋１行目のゲート信号線に選択的に信号を入力して第１のトランジスタに信号をオンする共に、電源９１６から消去信号が入力される。このようにして、ｎ＋１行目の消去期間を終えたら、直ちに、ｍ行目の書込期間に移行する。以下、同様に、消去期間と書込期間とを繰り返し、最終行目の消去期間まで動作させればよい。
【０１０５】
なお、本形態では、ｎ行目の消去期間とｎ＋１行目の消去期間との間にｍ行目の書込期間を設ける態様について説明したが、これに限らず、ｎ−１行目の消去期間とｎ行目の消去期間との間にｍ行目の書込期間を設けてもよい。
【０１０６】
また、本形態では、サブフレーム５０４のように非発光期間５０４ｄを設けるときおいて、消去用ゲート信号線駆動回路９１４と或る一のゲート信号線とを非接続状態にすると共に、書込用ゲート信号線駆動回路９１３と他のゲート信号線とを接続状態にする動作を繰り返している。このような動作は、特に非発光期間を設けないフレームにおいて行っても構わない。
【０１０７】
（実施の形態６）
本発明の発光素子を含む発光装置の断面図の一態様について、図９を用いて説明する。
【０１０８】
図９において、点線で囲まれているのは、本発明の発光素子１２を駆動するために設けられているトランジスタ１１である。発光素子１２は、第１の電極１３と第２の電極１４との間に発光物質を含む層と電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層が積層された層１５を有する本発明の発光素子である。トランジスタ１１のドレインと第１の電極１３とは、第１層間絶縁層１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を貫通している配線１７によって電気的に接続されている。また、発光素子１２は、隔壁層１８によって、隣接して設けられている別の発光素子と分離されている。このような構成を有する本発明の発光装置は、本形態において、基板１０上に設けられている。
【０１０９】
なお、図９に示されたトランジスタ１１は、半導体層を中心として基板と逆側にゲート電極が設けられたトップゲート型のものである。但し、トランジスタ１１の構造については、特に限定はなく、例えばボトムゲート型のものでもよい。またボトムゲートの場合には、チャネルを形成する半導体層の上に保護膜が形成されたもの（チャネル保護型）でもよいし、或いはチャネルを形成する半導体層の一部が凹状になったもの（チャネルエッチ型）でもよい。
【０１１０】
また、トランジスタ１１を構成する半導体層は、結晶性、非結晶性のいずれのものでもよい。また、セミアモルファス等でもよい。
【０１１１】
なお、セミアモルファスな半導体とは、次のようなものである。非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な領域を含んでいるものである。また少なくとも膜中の一部の領域には、０．５〜２０ｎｍの結晶粒を含んでいる。ラマンスペクトルが５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしている。Ｘ線回折ではＳｉ結晶格子に由来するとされる（１１１）、（２２０）の回折ピークが観測される。未結合手（ダングリングボンド）を終端化するために水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。所謂微結晶半導体（マイクロクリスタル半導体）とも言われている。珪素を含む気体をグロー放電分解（プラズマＣＶＤ）して形成する。珪素を含む気体としては、ＳｉＨ４、その他にもＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４などを用いることが可能である。この珪素を含む気体をＨ２、又は、Ｈ２とＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈しても良い。希釈率は２〜１０００倍の範囲。圧力は概略０．１Ｐａ〜１３３Ｐａの範囲、電源周波数は１ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚ、好ましくは１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ。基板加熱温度は３００℃以下でよく、好ましくは１００〜２５０℃。膜中の不純物元素として、酸素、窒素、炭素などの大気成分の不純物は１×１０２０／ｃｍ３以下とすることが望ましく、特に、酸素濃度は５×１０１９／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１９／ｃｍ３以下とする。なお、セミアモルファスなものを有する半導体を用いたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の移動度はおよそ１〜１０ｍ２／Ｖｓｅｃとなる。
【０１１２】
また、半導体層が結晶性のものの具体例としては、単結晶または多結晶性の珪素、或いはシリコンゲルマニウム等から成るものが挙げられる。これらはレーザー結晶化によって形成されたものでもよいし、例えばニッケル等を用いた固相成長法による結晶化によって形成されたものでもよい。
【０１１３】
なお、半導体層が非晶質の物質、例えばアモルファスシリコンで形成される場合には、トランジスタ１１およびその他のトランジスタ（発光素子を駆動するための回路を構成するトランジスタ）は全てＮチャネル型トランジスタで構成された回路を有する発光装置であることが好ましい。それ以外については、Ｎチャネル型またはＰチャネル型のいずれか一のトランジスタで構成された回路を有する発光装置でもよいし、両方のトランジスタで構成された回路を有する発光装置でもよい。
【０１１４】
さらに、第１層間絶縁膜１６は、図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように多層でもよいし、または単層でもよい。なお、第１層間絶縁層１６ａは酸化珪素や窒化珪素のような無機物から成り、第１層間絶縁膜１６ｂはアクリルやシロキサン（シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む物質）、塗布成膜可能な酸化珪素等の自己平坦性を有する物質から成る。さらに、第１層間絶縁膜１６ｃはアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜から成る。なお、各層を構成する物質については、特に限定はなく、ここに述べたもの以外のものを用いてもよい。また、これら以外の物質から成る層をさらに組み合わせてもよい。このように、第１層間絶縁膜１６は、無機物または有機物の両方を用いて形成されたものでもよいし、または無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよい。
【０１１５】
隔壁層１８は、エッジ部において、曲率半径が連続的に変化する形状であることが好ましい。また隔壁層１８は、アクリルやシロキサン、レジスト、酸化珪素等を用いて形成される。なお隔壁層１８は、無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよいし、または両方を用いて形成されたものでもよい。
【０１１６】
なお、図９（Ａ）、（Ｃ）では、第１層間絶縁膜１６のみがトランジスタ１１と発光素子１２の間に設けられた構成であるが、図９（Ｂ）のように、第１層間絶縁膜１６（第１層間絶縁膜１６ａ、１６ｂ）の他、第２層間絶縁膜１９（第２層間絶縁膜１９ａ、１９ｂ）が設けられた構成のものであってもよい。図９（Ｂ）に示す発光装置においては、第１の電極１３は第２層間絶縁膜１９を貫通し、配線１７と接続している。
【０１１７】
第２層間絶縁膜１９は、第１層間絶縁膜１６と同様に、多層でもよいし、または単層でもよい。１９ａはアクリルやシロキサン（シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む物質）、塗布成膜可能な酸化珪素等の自己平坦性を有する物質から成る。さらに、１９ｂはアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜から成る。なお、各層を構成する物質については、特に限定はなく、ここに述べたもの以外のものを用いてもよい。また、これら以外の物質から成る層をさらに組み合わせてもよい。このように、第２層間絶縁膜１９は、無機物または有機物の両方を用いて形成されたものでもよいし、または無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよい。
【０１１８】
発光素子１２において、第１の電極および第２の電極がいずれも透光性を有する物質で構成されている場合、図９（Ａ）の白抜きの矢印で表されるように、第１の電極１３側と第２の電極１４側の両方から発光を取り出すことができる。また、第２の電極１４のみが透光性を有する物質で構成されている場合、図９（Ｂ）の白抜きの矢印で表されるように、第２の電極１４側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第１の電極１３は反射率の高い材料で構成されているか、または反射率の高い材料から成る膜（反射膜）が第１の電極１３の下方に設けられていることが好ましい。また、第１の電極１３のみが透光性を有する物質で構成されている場合、図９（Ｃ）の白抜きの矢印で表されるように、第１の電極１３側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第２の電極１４は反射率の高い材料で構成されているか、または反射膜が第２の電極１４の上方に設けられていることが好ましい。
【０１１９】
また、発光素子１２は、第１の電極１３の電位よりも第２の電極１４の電位が高くなるように電圧を印加したときに動作するように層１５が積層されたものであってもよいし、或いは、第１の電極１３の電位よりも第２の電極１４の電位が低くなるように電圧を印加したときに動作するように層１５が積層されたものであってもよい。前者の場合、トランジスタ１１はＮチャネル型トランジスタであり、後者の場合、トランジスタ１１はＰチャネル型トランジスタである。
【０１２０】
以上のように、本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブ型の発光装置について説明したが、この他、トランジスタ等の駆動用の素子を特に設けずに発光素子を駆動させるパッシブ型の発光装置であってもよい。パッシブ型の発光装置においても、低駆動電圧で動作する本発明の発光素子を含むことによって、低消費電力で駆動させることができる。
【０１２１】
（実施の形態７）
本発明の発光素子を含む発光装置は良好な画像を表示することができるため、本発明の発光装置を電子機器の表示部に適用することによって、優れた映像を提供できる電子機器を得ることができる。また、本発明の発光素子を含む発光装置は低消費電力で駆動するため、本発明の発光装置を電子機器の表示部に適用することによって、消費電力の少ない電子機器を得ることができ、例えば、待受時間等の長い電話機等を得ることができる。
【０１２２】
本発明を適用した発光装置を実装した電子機器の一実施例を図１０に示す。
【０１２３】
図１０（Ａ）は、本発明を適用して作製したコンピュータであり、本体５５２１、筐体５５２２、表示部５５２３、キーボード５５２４などによって構成されている。本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことでコンピュータを完成できる。
【０１２４】
図１０（Ｂ）は、本発明を適用して作製した電話機であり、本体５５５２には表示部５５５１と、音声出力部５５５４、音声入力部５５５５、操作スイッチ５５５６、５５５７、アンテナ５５５３等によって構成されている。本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことで電話機を完成できる。
【０１２５】
図１０（Ｃ）は、本発明を適用して作製したテレビ受像機であり、表示部５５３１、筐体５５３２、スピーカー５５３３などによって構成されている。本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことでテレビ受像機を完成できる。
【０１２６】
以上のように本発明の発光装置は、各種電子機器の表示部として用いるのに非常に適している。
【０１２７】
なお、本形態では、コンピュータ、電話機、及びテレビ受像機について述べているが、この他に電話機、ナビゲイション装置、或いは照明機器等に本発明の発光素子を有する発光装置を実装しても構わない。
【実施例１】
【０１２８】
（合成例）
本実施例では、実施の形態３で用いた構造式（１）で表されるＮ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）の合成方法について説明する。
【０１２９】
【化１】
【０１３０】
［ステップ１］
２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレンの合成方法について説明する。
【０１３１】
１００ｍｌの三口フラスコに、マグネシウム１．２６ｇ（０．０５２ｍｏｌ）を入れ、系内を真空下にし、３０分加熱撹拌し、活性化した。室温にさましてから系内を窒素気流下にし、ジエチルエーテル５ｍｌ、ジブロモエタン数滴を加え、ジエチルエーテル１５ｍｌ中に溶かした２−ブロモビフェニル１１．６５ｇ（０．０５０ｍｏｌ）をゆっくり滴下し、滴下終了後３時間還流してグリニヤール試薬とした。２００ｍｌ三口フラスコに２−ブロモフルオレノン１１．７ｇ（０．０４５ｍｏｌ）、ジエチルエーテル４０ｍｌを入れた。この反応溶液に合成したグリニヤール試薬をゆっくり滴下し、滴下終了後２時間還流し、さらに室温で一晩撹拌した。反応終了後、反応溶液を飽和塩化アンモニア水溶液で２回洗浄し、水層を酢酸エチルで２回抽出し、有機層とあわせて飽和食塩水で洗浄した。硫酸マグネシウムにより乾燥後、吸引濾過、濃縮し、固体状の９−（２−ビフェニリル）−２−ブロモ−９−フルオレノールを１８．７６ｇ、収率９０％で得た。
【０１３２】
次に、２００ｍｌの三口フラスコに、合成した９−（２−ビフェニリル）−２−ブロモ−９−フルオレノール１８．７６ｇ（０．０４５ｍｏｌ）、氷酢酸１００ｍｌを入れ、濃塩酸数滴を加え２時間還流した。反応終了後、吸引濾過により析出物を回収し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および水で濾過洗浄した。得られた褐色固体をエタノールで再結晶したところ淡褐色粉末状固体を１０．２４ｇ、収率５７％で得た。核磁気共鳴法（１Ｈ−ＮＭＲ）によって、この淡褐色粉末状固体が２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレンであることを確認した。この化合物の１Ｈ−ＮＭＲは次のようであった。
【０１３３】
この化合物の１Ｈ−ＮＭＲを次に示す。
１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）δｐｐｍ：７．８６−７．７９（ｍ，３Ｈ），７．７０（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝８．４ Ｈｚ），７．４７−７．５０（ｍ，１Ｈ），７．４１−７．３４（ｍ，３Ｈ），７．１２（ｔ，３Ｈ，Ｊ＝７．７Ｈｚ），６．８５（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝２．１Ｈｚ），６．７４−６．７０（ｍ，３Ｈ）
【０１３４】
また、以上に説明した合成方法の合成スキーム（ｂ−１）を次に示す。
【０１３５】
【化２】
【０１３６】
［ステップ２］
Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）の合成方法について説明する。
【０１３７】
１００ｍｌの三口フラスコに、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン１．００ｇ （０．００３０ｍｏｌ）、ステップ１の合成方法によって合成した２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレン２．４９ｇ（０．００６２ｍｏｌ）、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム１７０ｍｇ（０．３０ｍｍｏｌ）、ｔｅｒｔ−ブトキシナトリウム １．０８ｇ（０．０１１ｍｏｌ）を入れ、系内を窒素気流下にした後、脱水トルエン２０ｍｌと、トリ−ｔｅｒｔ−ブチルホスフィン１０％ヘキサン溶液０．６ｍｌを加え、８０℃で６時間攪拌した。反応終了後、反応溶液を室温まで冷ましてから水を加え、析出した固体を吸引ろ過により回収し、ジクロロメタンで洗浄した。得られた白色固体をアルミナカラムクロマトグラフィー（クロロホルム）により精製し、ジクロロメタンで再結晶したところ、白色粉末状固体を２．６６ｇ、収率９３％得た。
【０１３８】
以上に説明した合成方法の合成スキーム（ｂ−２）を次に示す。このように、本発明の化合物は、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンと２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレンのカップリング反応によって合成することができる。
【０１３９】
【化３】
【０１４０】
また、得られた化合物のガラス転移温度、結晶化温度、融点について、示差走査熱量分析装置（ＤＳＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ、パーキンエルマー製、型番：Ｐｙｒｉｓ１ ＤＳＣ）を用いて調べた。ここでＤＳＣによる測定は、次のような手順で行った。先ず、４０℃／分の昇温速度で４５０℃まで試料（得られた化合物）を加熱した後、４０℃／分の降温速度で試料を冷却して試料ををガラス状態にした。そして、ガラス状態になった試料を、１０℃／分の昇温速度で加熱し、図２１に示すような測定結果を得た。図２１において、横軸は温度（℃）、縦軸は熱流（上向が吸熱）（ｍＷ）を表す。測定結果から、得られた化合物のガラス転移温度は１７２℃、結晶化温度は２６８℃であることが分かった。また、３１２℃における接線と、３２７℃〜３２８℃における接線との交点から、融点は３２３℃〜３２４℃であることが分かった。すなわち、本実施例で合成したＢＳＰＢは、ガラス転移温度が１５０℃以上、好ましくは１６０℃〜３００℃の範囲を満たし、融点が１８０℃〜４００℃の範囲にあるので高い耐熱性を有しており、好ましい。
【０１４１】
このように、得られた化合物は、１７２℃という高いガラス転移温度を示し、良好な耐熱性を有するものである。また、図２１において、得られた化合物の結晶化を表すピークはブロードなものであり、得られた化合物は結晶化し難い物質であることがわかった。
【実施例２】
【０１４２】
本実施例では、本発明の活性化エネルギーの小さい層を有する発光素子について説明する。
【０１４３】
まず、第１の電極として珪素を含有したインジウム錫酸化物を形成する。その上に、本発明の活性化エネルギーの小さい層を形成した。本実施例では、ＤＮＴＰＤと、酸化モリブデンと、ルブレンとを共蒸着することにより成膜した。ここで、酸化モリブデン濃度は、表３の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜厚は１２０ｎｍとなるように成膜を行った。
【０１４４】
【表３】
【０１４５】
この活性化エネルギーの小さい層の上に、正孔輸送層として４，４´―ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α―ＮＰＤ）を１０ｎｍの膜厚で真空蒸着法によって成膜した。
【０１４６】
このα―ＮＰＤ膜上に、Ａｌｑ３とクマリン６とを共蒸着によって成膜した。この膜は発光層であり、膜厚は４０ｎｍである。また、Ａｌｑ３とクマリン６とは、重量比で１：０．０１５となるよう共蒸着を制御した。
【０１４７】
この発光層上に電子輸送層としてＡｌｑ３を１５ｎｍ、さらに電子注入層としてフッ化リチウムを１ｎｍの膜厚で成膜し、最後に第２の電極として機能するＡｌを２００ｎｍ成膜して発光素子を作製した。
【０１４８】
作製した素子２１〜２４の電流―電圧特性を図２２に示す。図２２に示すように、酸化モリブデンの濃度が高くなるとともに、電流が流れやすくなっていることがわかる。
【０１４９】
また、素子２１〜２４の輝度―電圧特性を図２３に示す。図２３からも酸化モリブデンの濃度が高くなるとともに、高い輝度が得られていることがわかる。つまり、各素子の電流効率が一定の場合、電流が流れやすくなっていることがわかる。
【実施例３】
【０１５０】
本実施例では、本発明の活性化エネルギーの小さい層を有する発光素子について説明する。
【０１５１】
まず、第１の電極として珪素を含有したインジウム錫酸化物を形成する。その上に、本発明の活性化エネルギーの小さい層を形成した。本実施例では、ＤＮＴＰＤと、酸化モリブデンと、ルブレンとを共蒸着することにより成膜した。ここで、酸化モリブデン濃度は、表３の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜厚は１２０ｎｍとなるように成膜を行った。
【０１５２】
【表４】
【０１５３】
この活性化エネルギーの小さい層の上に、正孔輸送層としてα―ＮＰＤを１０ｎｍの膜厚で真空蒸着法によって成膜した。
【０１５４】
このα―ＮＰＤ膜上に、Ａｌｑ３とクマリン６とを共蒸着によって成膜した。この膜は発光層であり、膜厚は３７．５ｎｍである。また、Ａｌｑ３とクマリン６とは、重量比で１：０．００５となるよう共蒸着を制御した。
【０１５５】
この発光層上に電子輸送層としてＡｌｑ３を３７．５ｎｍ、さらに電子注入層としてフッ化リチウムを１ｎｍの膜厚で成膜し、最後に第２の電極として機能するＡｌを成膜して発光素子を作製した。
【０１５６】
作製した素子３１〜３４の電流―電圧特性を図２４に示す。図２４より、酸化モリブデンの濃度が高くなると、電流が流れやすくなる傾向にあるが、素子３２の酸化モリブデン濃度が４０ｗｔ％以上では、電流−電圧特性にほとんど変化を生じていないことがわかる。そのため、活性化エネルギーの小さい層として、ＤＮＴＰＤを用いる場合には、酸化モリブデン濃度が４０ｗｔ％であれば、発光素子の低電圧化として十分効果的であることがわかる。
【０１５７】
また、素子３１〜３４の輝度−電圧特性を図２５に示す。図２５より、いずれの素子においても輝度−電圧特性にほとんど差はないが、素子３１は若干高電圧側にシフトしていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本発明の発光素子を説明する図。
【図２】本発明の発光素子を説明する図。
【図３】本発明の発光素子を説明する図。
【図４】本発明の発光素子を説明する図。
【図５】本発明を適用した発光装置について説明する図。
【図６】本発明を適用した発光装置に含まれる回路について説明する図。
【図７】本発明を適用した発光装置の上面図。
【図８】本発明を適用した発光装置の１フレームにおける動作について説明する図。
【図９】本発明を適用した発光装置の断面図。
【図１０】本発明を適用した電子機器の図。
【図１１】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の吸収スペクトルを示す図。
【図１２】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の吸収スペクトルを示す図。
【図１３】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性を示す図。
【図１４】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性の対数表示を示す図。
【図１５】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の１Ｖでのアレニウスプロットを示す図。
【図１６】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の活性化エネルギーを示す図。
【図１７】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性を示す図。
【図１８】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性の対数表示を示す図。
【図１９】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の１Ｖでのアレニウスプロットを示す図。
【図２０】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の活性化エネルギーを示す図。
【図２１】Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンを示差走査熱量分析した測定結果の図。
【図２２】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子電流―電圧特性を示す図。
【図２３】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子輝度―電圧特性を示す図
【図２４】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子電流―電圧特性を示す図。
【図２５】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子輝度―電圧特性を示す図。
【符号の説明】
【０１５９】
１０１ 基板
１０２ 第１の電極
１０３ 第１の層
１０４ 第２の層
１０５ 第３の層
１０６ 第４の層
１０７ 第２の電極
２００ 基板
２０１ 第１の電極
２０２ 第２の電極
２０３ 発光物質を含む層
２１１ 第１の層
２１２ 第２の層
２１３ 第３の層
２１４ 第４の層
３０２ 第１の電極
３０３ 第１の層
３０４ 第２の層
３０５ 第３の層
３０６ 第４の層
３０７ 第２の電極
５０１ サブフレーム
５０２ サブフレーム
５０３ サブフレーム
５０４ サブフレーム
９０１ 第１のトランジスタ
９０２ 第２のトランジスタ
９０３ 発光素子
９１１ ゲート信号線
９１２ ソース信号線
９１３ 書込用ゲート信号線駆動回路
９１４ 消去用ゲート信号線駆動回路
９１５ ソース信号線駆動回路
９１６ 電源
９１７ 電流供給線
９１８ スイッチ
９１９ スイッチ
９２０ スイッチ
１００１ 第１のトランジスタ
１００２ 第２のトランジスタ
１００３ ゲート信号線
１００４ ソース信号線
１００５ 電流供給線
１００６ 電極
５０１ａ 期間
５０１ｂ 保持期間
５０４ｂ 保持期間
５０４ｃ 消去期間
５０４ｄ 非発光期間
５５２１ 本体
５５２２ 筐体
５５２３ 表示部
５５２４ キーボード
５５３１ 表示部
５５３２ 筐体
５５３３ スピーカー
５５５１ 表示部
５５５２ 本体
５５５３ アンテナ
５５５４ 音声出力部
５５５５ 音声入力部
５５５６ 操作スイッチ
６５００ 基板
６５０３ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６５０４ プリント配線基盤（ＰＷＢ）
６５１１ 画素部
６５１２ ソース信号線駆動回路
６５１３ 書込用ゲート信号線駆動回路
６５１４ 消去用ゲート信号線駆動回路
１０ 基板
１１ トランジスタ
１２ 発光素子
１３ 第１の電極
１４ 第２の電極
１５ 層
１６ａ 第１層間絶縁膜
１６ｂ 第１層間絶縁膜
１６ｃ 第１層間絶縁膜
１７ 配線
１８ 隔壁層
１９ａ 第２層間絶縁膜
１９ｂ 第２層間絶縁膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は一対の電極間に複数の層が挟まれた構成を有する発光素子に関する。また、発光素子を有する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロルミネッセンス素子（発光素子）からの発光を利用した発光装置は、表示用または照明用の装置として注目されている。
【０００３】
発光装置に用いられる発光素子としては、一対の電極間に発光性化合物を含む層が挟まれた構成を有するものがよく知られている。
【０００４】
このような発光素子では、一方の電極は陽極として、他方の電極は陰極としてそれぞれ機能し、陽極側から注入された正孔と、陰極側から注入された電子とが再結合して励起状態の分子を形成し、それが基底状態に戻るときに光を放出する。
【０００５】
ところで、近年急速に開発が進んだ各種情報処理機器に組み込むための表示用装置においては特に低消費電力化への要求が高く、これを達成するために発光素子の低駆動電圧化が試みられている。また、商品化を踏まえれば、低駆動電圧化のみならず発光素子の長寿命化もまた重要であり、これを達成するための発光素子の開発が進められている。
【０００６】
例えば特許文献１では、モリブデン酸化物等の仕事関数の高い金属酸化物を陽極に用いることで発光素子の低駆動電圧化を達成している（特許文献１参照）。
【０００７】
しかし、特に長寿命化について述べれば、特許文献１に示された手段のみでは十分であるとは言えず、さらなる長寿命化を達成するための技術開発を必要としていた。
【０００８】
また、発光素子は例えば０．１μｍ程度の有機薄膜で形成されるため、上下の電極間で短絡しやすいという問題を抱えている。特に、発光素子の作製工程で発生するゴミによる歩留まりの低さが問題となっている。
【特許文献１】特開平９−６３７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記問題を鑑み、本発明では、駆動電圧が低い発光素子を提供する。また、素子寿命の長い発光素子を提供する。また、製造歩留まりの高い発光素子を提供する。また、該発光素子を有する発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を発光素子に用いることにより、上記課題を解決できることを見いだした。
【００１１】
よって、本発明の発光素子の一は、一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有し、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．３ｅＶ未満であることを特徴とする。より好ましくは、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることを特徴とする。さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の発光素子の一は、一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有し、上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層は、可視光領域に吸収ピークがなく、無機材料の濃度が３０〜９５ｗｔ％であることを特徴とする。
【００１３】
上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることを特徴とする。
【００１４】
有機材料と無機材料とを含む層が可視光領域に吸収ピークがもたない場合の有機材料としては、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）などが挙げられる。
【００１５】
また、本発明の発光素子の一は、一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有し、有機材料と無機材料とを含む層は、可視光領域に吸収ピークがあり、無機材料の濃度が５〜９５ｗｔ％であることを特徴とする。
【００１６】
上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．３ｅＶ未満であることを特徴とする。より好ましくは、有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることを特徴とする。さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることを特徴とする。
【００１７】
有機材料と無機材料とを含む層が可視光領域に吸収ピークがもつ場合の有機材料としては、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ビフェニリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＢＰＢ）などが挙げられる。
【００１８】
また、上記構成において、無機材料は、金属酸化物であることを特徴とする。具体的には、無機材料として、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物のいずれか一種もしくは複数種であることを用いることができる。
【００１９】
また、上記構成において、有機材料と無機材料とを含む層は、一対の電極間の一方の電極と接するように設けられていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、上述した発光素子を有する発光装置も範疇に含めるものである。なお、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を範疇に含むものとする。また、パネルにコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の発光素子は、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層が設けられていることにより、駆動電圧を低減することができる。また、素子寿命の長い発光素子を提供することが可能となる。
【００２２】
また、活性化エネルギーが小さい層は、厚膜化しても駆動電圧の上昇を抑制することができるため、活性化エネルギーが小さい層を厚膜化して上下の電極間の短絡を抑制することができる。よって、製造工程で発生するゴミによる歩留まりの低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリア（担体）の再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層を組み合わせて積層されたものである。
【００２５】
本発明の発光素子の一態様について図１（Ａ）を用いて以下に説明する。
【００２６】
本形態において、発光素子は、第１の電極１０２と、第１の電極１０２の上に順に積層した第１の層１０３、第２の層１０４、第３の層１０５、第４の層１０６と、さらにその上に設けられた第２の電極１０７とから構成されている。なお、本形態では第１の電極１０２は陽極として機能し、第２の電極１０７は陰極として機能するものとして以下説明をする。
【００２７】
基板１０１上は発光素子の支持体として用いられる。基板１０１としては、例えばガラス、またはプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子を作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。
【００２８】
第１の電極１０２としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物を用いることができる。例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタにより成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。この他にも、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウム−チタン（Ａｌ−Ｔｉ）、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）または金属材料の窒化物（ＴｉＮ）等、を用いることができるが、第１の電極を陽極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）材料で形成されていることが好ましい。
【００２９】
なお、本発明の発光素子において、第１の電極１０２は仕事関数の大きい材料に限定されず、仕事関数の小さい材料を用いることもできる。
【００３０】
第１の層１０３は、有機材料と無機材料とを含む層であり、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満である層である。より好ましくは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満である層である。さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満である層である。以下、本明細書では、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層と記載する。
【００３１】
本発明の発光素子は、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を有することにより、キャリア密度が高く、電極とオーム接触することができる。よって、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、キャリア密度が高いため、キャリア輸送性にも優れている。なお、十分なキャリア密度を得るためには、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満であることが好ましい。また、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であると、より好ましい。また、発光素子に用いた場合、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であると、高電圧側でも電流―電圧特性が変化しないので、より好ましい。
【００３２】
電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層である第１の層１０３に含まれる無機材料としては、金属酸化物であることが好ましい。具体例としては、モリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）、バナジウム酸化物（ＶＯｘ）、ルテニウム酸化物（ＲｕＯｘ）、タングステン酸化物（ＷＯｘ）等が挙げられる。この他、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）や亜鉛酸化物（ＺｎＯ）を用いることができる。但し、ここに示したものに限らず、その他の物質を用いてもよい。また、有機材料としては、アリールアミン骨格を有する有機材料であることが好ましく、例えば４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ビフェニリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＢＰＢ）、１，５−ビス（ジフェニルアミノ）ナフタレン（略称：ＤＰＡＮ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、などの芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する）の化合物を用いることができる。なお、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。
【００３３】
なお、第１の層１０３は、上記のような単層のものだけでなく、二層以上積層した構造としてもよい。
【００３４】
第２の層１０４は、正孔輸送性の高い物質、例えばα−ＮＰＤやＴＰＤ、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ＢＳＰＢなどの芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する）の化合物からなる層である。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、第２の層１０４は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものであってもよい。
【００３５】
第３の層１０５は、発光性の高い物質を含む層である。例えば、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）や３−（２−ベンゾチアゾイル）−７−ジエチルアミノクマリン（略称：クマリン６）等の発光性の高い物質とトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）や９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）等のキャリア輸送性が高く成膜したときに膜質がよい（つまり結晶化しにくい）物質とを自由に組み合わせて構成される。但し、Ａｌｑ３やＤＮＡは発光性も高い物質であるため、これらの物質を単独で用いた構成とし、第３の層１０５としても構わない。
【００３６】
第４の層１０６は、電子輸送性の高い物質、例えばトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる層である。また、この他ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）や、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）なども用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を第４の層１０６として用いても構わない。また、第４の層１０６は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【００３７】
第２の電極１０７を形成する物質としては、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の１族または２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）が挙げられる。しかしながら、第２の電極１０７と発光層との間に、電子注入を促す機能を有する層を、当該第２の電極と積層して設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素を含有したインジウム錫酸化物等様々な導電性材料を第２の電極１０７として用いることができる。
【００３８】
なお、電子注入を促す機能を有する層としては、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物を用いることができる。また、この他、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたもの、例えばＡｌｑ３中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いることができる。
【００３９】
また、第１の層１０３、第２の層１０４、第３の層１０５、第４の層１０６は蒸着法により形成されればよい。上記蒸着法以外にも、例えばインクジェット法またはスピンコート法など用いても構わない。また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
【００４０】
以上のような構成を有する本発明の発光素子は、第１の電極１０２と第２の電極１０７との間に生じた電位差により電流が流れ、発光性の高い物質を含む層である第３の層１０５において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。つまり第３の層１０５に発光領域が形成されるような構成となっている。但し、第３の層１０５の全てが発光領域として機能する必要はなく、例えば、第３の層１０５のうち第２の層１０４側または第４の層１０６側にのみ発光領域が形成されるようなものであってもよい。
【００４１】
発光は、第１の電極１０２または第２の電極１０７のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、第１の電極１０２または第２の電極１０７のいずれか一方または両方は、透光性を有する物質で成る。第１の電極１０２のみが透光性を有する物質からなるものである場合、図１（Ａ）に示すように、発光は第１の電極１０２を通って基板側から取り出される。また、第２の電極１０７のみが透光性を有する物質からなるものである場合、図１（Ｂ）に示すように、発光は第２の電極１０７を通って基板と逆側から取り出される。第１の電極１０２および第２の電極１０７がいずれも透光性を有する物質からなるものである場合、図１（Ｃ）に示すように、発光は第１の電極１０２および第２の電極１０７を通って、基板側および基板と逆側の両方から取り出される。
【００４２】
なお第１の電極１０２と第２の電極１０７との間に設けられる層の構成は、上記のものには限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光が抑制されるように、第１の電極１０２および第２の電極１０７から離れた部位に正孔と電子とが再結合する領域を設けた構成であり、且つ、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を有するものであれば、上記以外のものでもよい。
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質または正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質等から成る層を、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層と自由に組み合わせて構成すればよい。また、第１の電極１０２上には、酸化珪素膜等からなる層を設けることによってキャリアの再結合部位を制御したものであってもよい。
【００４３】
図２に示す発光素子は、陰極として機能する第１の電極３０２の上に電子輸送性の高い物質からなる第１の層３０３、発光性の高い物質を含む第２の層３０４、正孔輸送性の高い物質からなる第３の層３０５、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層である第４の層３０６、陽極として機能する第２の電極３０７とが順に積層された構成となっている。なお、３０１は基板である。
【００４４】
本実施の形態においては、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に発光素子を作製している。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、パッシブ型の発光装置を作製することができる。また、ガラス、プラスチックなどからなる基板以外に、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ基板上に発光素子を作製してもよい。これにより、ＴＦＴによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置を作製できる。なお、ＴＦＴの構造は、特に限定されない。スタガ型のＴＦＴでもよいし逆スタガ型のＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴアレイ基板に形成される駆動用回路についても、Ｎ型およびＰ型のＴＦＴからなるものでもよいし、若しくはＮ型またはＰ型のいずれか一方からのみなるものであってもよい。
【００４５】
本発明の発光素子は、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を有することにより、低駆動電圧化が実現する。つまり、本発明の電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、キャリア密度が高いため、電極とオーム接触することができる。よって、発光素子の駆動電圧を低減することができる。また、キャリア密度が高いため、キャリア輸送性にも優れている。なお、十分なキャリア密度を得るためには、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満であることが好ましい。また、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であると、より好ましい。また、発光素子に用いた場合、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であると、電流―電圧特性が変化しないので、より好ましい。
【００４６】
また、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、キャリア密度が高いため、厚膜化しても駆動電圧の上昇を抑制することができるため、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を厚膜化して上下の電極間の短絡を抑制することができる。よって、製造工程で発生するゴミによる欠陥を抑制し、歩留まりを向上させることができる。
【００４７】
また、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を厚膜化することにより、衝撃等による短絡を防止することができるため、信頼性の高い発光素子を得ることができる。例えば、通常の発光素子の電極間の膜厚が１００ｎｍ〜１５０ｎｍであるのに対し、電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層を用いた発光素子の電極間の膜厚は、１００〜５００ｎｍ、好ましくは、２００〜５００ｎｍとすることができる。
【００４８】
また、本発明の発光素子に用いる電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、キャリア密度が高いため、電極とオーム接触することが可能である。つまり、電極との接触抵抗が小さい。そのため、仕事関数等を考慮することなく、電極材料を選ぶことができる。つまり、電極材料の選択肢が広がる。
【００４９】
また、本発明の電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、真空蒸着で形成することができるため、発光物質を含む層を真空蒸着で形成する場合は、いずれの層も同一の真空装置内で成膜することが可能であり、大気解放する必要がない。つまり、真空一貫で成膜することができる。よって、製造工程におけるゴミの付着を防ぐことができ、歩留まりを向上させることができる。
【００５０】
また、本発明の電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層は、有機材料と無機材料とを含んでいるため、電極と、発光物質を含む層との間に生じる応力を緩和させることができる。
【００５１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層（有機材料と無機材料とを含む層であり、電気伝導度の活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満である層、より好ましくは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満である層、さらに好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満である層）についてより詳しく説明する。
【００５２】
本実施の形態では、有機材料と無機材料とを含む層が、可視光領域に吸収ピークをもたない場合について説明する。本実施の形態では、可視光領域に吸収ピークをもたない、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を用いて説明する。ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを重量比が１：１となるよう共蒸着で成膜した層の吸収スペクトルを図１１に示す。図１１より、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層は、可視光領域に吸収ピークがないことがわかる。ＤＮＴＰＤ以外にも、ＤＰＡＢ等の有機材料と酸化モリブデンとを含む層は、可視光領域に吸収ピークをもたない。なお、本明細書中において、可視光領域とは４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域のことを示す。
【００５３】
第一のガラス基板上にＩＴＯを膜厚１１０ｎｍとなるように成膜し、面積４ｍｍ２の陽極を作製した。ＩＴＯ陽極を有する第一のガラス基板を水洗し、乾燥させた後、蒸着機の中に第一のガラス基板をセットして、圧力が１×１０−３Ｐａ以下となるまで真空チャンバーを排気した。
【００５４】
次に、有機材料であるＤＮＴＰＤと無機材料である酸化モリブデンを共蒸着により成膜した。ここで、酸化モリブデン濃度は、表１の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜厚は２００ｎｍとなるように成膜を行った。なお、素子１はＤＮＴＰＤのみで蒸着により膜厚が２００ｎｍとなるように成膜した。
【００５５】
【表１】
【００５６】
その後、陰極としてＡｌを２００ｎｍ蒸着し、Ｎ２雰囲気下で、乾燥剤を貼付してある第二のガラス基板をエポキシ系の接着剤で第一のガラス基板に貼り合わせて、素子１〜９を得た。
【００５７】
素子１〜９における２５℃での電流−電圧特性を図１３に示す。酸化モリブデンが含まれている素子２〜９は、酸化モリブデンが含まれていない素子１より低抵抗となっていることがわかる。なお、酸化モリブデン濃度が増加するにつれて、低抵抗化しているが、酸化モリブデン濃度が８０ｗｔ％を超えると、抵抗が高くなっていくことがわかる。
【００５８】
次に、電流−電圧特性を対数表示にしたグラフを図１４に示す。素子２〜９の低電圧領域における電流―電圧特性は、電圧の一乗から二乗の間で比例していることがわかる。一方、素子１は、それより大きなべき乗で電圧に比例していることがわかる。これは、素子１において、ＩＴＯ陽極との接触がショットキー接触であるのに対し、素子２〜９においては、オーム接触であることに起因するものである。そのため、素子２〜９ではオーム電流が支配的であると考えられる。
【００５９】
そこで、低電圧領域における素子２〜９で流れている電流をオーム電流とし、ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンを含む層が半導体であるとすると、アレニウスの式で表される。
【００６０】
【数１】
【００６１】
この式から、ある一定の電圧の場合には、下式を導くことができる。
【００６２】
【数２】
【００６３】
そのため、ｌｎ（Ｉ）と１／Ｔをプロットしたアレニウスプロットより、活性化エネルギーを求めることができる。
【００６４】
素子２〜９における１Ｖでのアレニウスプロットを図１５に示す。いずれの素子も、ほぼ直線上に乗っていることがわかる。この直線の傾きより、活性化エネルギーを求め、酸化モリブデン濃度に対する活性化エネルギーの変化を図１６に示す。下に凸のグラフとなっていることがわかる。なお、ＩＴＯ陽極上に酸化モリブデンのみを５０ｎｍ蒸着し、Ａｌ陰極とした素子（以下、素子１０とする）において、同様の解析を行ったところ、活性化エネルギーは０．２６ｅＶと求められた。素子２は素子１０より活性化エネルギーが大きくなっている。これは、酸化モリブデン濃度が低すぎるためと考えられる。一方、素子３〜９は素子１０の活性化エネルギーの値より低くなっており、一定量の酸化モリブデンを含有することで、酸化モリブデン単膜では得られない活性化エネルギーを得ることができた。
【００６５】
なお、本実施の形態で示した可視光領域に吸収ピークをもたない層を発光素子に用いる場合には、活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満となるようにすることが好ましい。より好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることが好ましい。さらに好ましくは０．２０ｅＶ未満であることが好ましい。また、酸化モリブデンの濃度が３０ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下である層を用いることが好ましい。
【００６６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２とは異なり、有機材料と無機材料とを含む層が、可視光領域に吸収ピークをもつ場合について説明する。本実施の形態では、可視光領域に吸収ピークをもつ、ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層を用いて説明する。ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを重量比が１：１となるよう共蒸着で成膜した層の吸収スペクトルを図１２に示す。図１２より、ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層は、可視光領域に吸収ピークがあることがわかる。また、ＢＳＰＢ以外にも、ＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ＤＦＬＤＰＢｉ、ＢＢＰＢ等の有機材料と酸化モリブデンとを含む層は可視光領域に吸収ピークをもつ。
【００６７】
第一のガラス基板上にＩＴＯを膜厚１１０ｎｍとなるように成膜し、面積４ｍｍ２の陽極を作製した。前記ＩＴＯ陽極を有する第一のガラス基板を水洗し、乾燥させた後、蒸着機の中に第一のガラス基板をセットして、圧力が１×１０−３Ｐａ以下となるまで真空チャンバーを排気した。
【００６８】
次に、有機材料であるＢＳＰＢと無機材料である酸化モリブデンを共蒸着により成膜した。ここで、酸化モリブデン濃度は、下表の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜厚は２００ｎｍとなるように成膜を行った。なお、素子１１はＢＳＰＢのみで膜厚が２００ｎｍとなるように蒸着で成膜した。
【００６９】
【表２】
【００７０】
その後、陰極としてＡｌを２００ｎｍ蒸着し、Ｎ２雰囲気下で、乾燥剤を貼付してある第二のガラス基板をエポキシ系の接着剤で第一のガラス基板に貼り合わせて、素子１１〜１５を得た。
【００７１】
素子１１〜１５における２５℃での電流−電圧特性を図１７に示す。酸化モリブデンが含まれている素子１２〜１５は、酸化モリブデンが含まれていない素子１１より低抵抗となっていることがわかる。
【００７２】
次に、電流−電圧特性を対数表示にしたグラフを図１８に示す。素子１２〜１５の低電圧領域における電流―電圧特性は、電圧の一乗から二乗の間で比例していることがわかる。一方、素子１１は、それより大きなべき乗で電圧に比例していることがわかる。これは、素子１１において、ＩＴＯ陽極との接触がショットキー接触であるのに対し、素子１２〜１５においては、オーム接触であることに起因するものである。そのため、素子１２〜１５ではオーム電流が支配的であると考えられる。
【００７３】
そこで、実施の形態２と同様に、低電圧領域における素子１２〜１５で流れている電流がオーム電流とし、ＢＳＰＢと酸化モリブデンを含む層が半導体であるとして、アレニウスプロットから、活性化エネルギーを求めた。素子１２〜１５における１Ｖでのアレニウスプロットを図１９に示す。いずれの素子も、ほぼ直線上に乗っていることがわかる。この直線の傾きより、活性化エネルギーを求め、酸化モリブデン濃度に対する活性化エネルギーの変化を図２０に示す。なお、酸化モリブデンのみを蒸着した素子１０の活性化エネルギー０．２６ｅＶであることを考慮すると、図２０は下に凸のグラフとなっているといえる。また、素子１２は素子１０より活性化エネルギーが大きくなっている。これは、酸化モリブデン濃度が低すぎるためと考えられる。一方、素子１３〜１５は素子１０の活性化エネルギーの値より低くなっており、一定量の酸化モリブデンを含有することで、酸化モリブデン単膜では得られない活性化エネルギーを得ることができた。
【００７４】
なお、本実施の形態で示した可視光領域に吸収ピークをもつ層を発光素子に用いる場合には、活性化エネルギーが０．０１ｅＶ以上０．３０ｅＶ未満となるようにすることが好ましい。より好ましくは、０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることが好ましい。さらに好ましくは０．２０ｅＶ未満であることが好ましい。また、酸化モリブデンの濃度が５ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下である層を用いることが好ましい。
【００７５】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１に示した構成とは異なる構成を有する発光素子について、図３および図４を用いて説明する。
【００７６】
図３（ａ）に本発明の発光素子の構造の一例を示す。第１の電極２０１と、第２の電極２０２との間に、第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の層２１４が積層された構成となっている。本実施の形態では、第１の電極２０１が陽極として機能し、第２の電極２０２が陰極として機能する場合について説明する。
【００７７】
第１の電極２０１、第２の電極２０２は、実施の形態１と同じ構成を適用することができる。また、第１の層２１１は実施の形態２および実施の形態３で示した活性化エネルギーが小さい層であり、第２の層２１２は発光性の高い物質を含む層である。第３の層２１３は金属酸化物の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層であり、第４の層２１４は実施の形態２および実施の形態３で示した活性化エネルギーが小さい層である。第３の層２１３に含まれる金属酸化物としては、アルカリ金属酸化物またはアルカリ土類金属酸化物であることが好ましい。具体的には、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。
【００７８】
このような構成とすることにより、図３（ａ）に示した通り、発光素子に電圧を印加することにより第３の層２１３および第４の層２１４の界面近傍にて電子の授受が行われ、電子と正孔が発生し、第３の層２１３は電子を第２の層２１２に輸送すると同時に、第４の層２１４は正孔を第２の電極２０２に輸送する。すなわち、第３の層２１３と第４の層２１４とを合わせて、キャリア発生層としての役割を果たしている。また、第４の層２１４は、正孔を第２の電極２０２に輸送する機能を担っていると言える。なお、第４の層２１４と第２の電極２０２との間に、さらに第２の層および第３の層を再び積層することで、タンデム型の発光素子とすることも可能である。
【００７９】
また、第１の層２１１や第４の層２１４は、極めて高い正孔注入性、正孔輸送性を示す。したがって、本実施の形態の発光素子は、発光機能を担う第２の層の両側を非常に厚くすることが可能となり、さらに発光素子の短絡を効果的に防止できる。また、図３（ａ）を例に取ると、第２の電極２０２をスパッタリングにより成膜する場合などは、発光性の物質が存在する第２の層２１２へのダメージを低減することもできる。さらに、第１の層２１１と第４の層２１４を同じ材料で構成することにより、発光物質を含む層２０３の第１の電極側および発光物質を含む層２０３の第２の電極側が同じ材料で構成されることになるため、応力歪みを抑制する効果も期待できる。
【００８０】
なお、本実施の形態の発光素子においても、第１の電極２０１や第２の電極２０２の種類を変えることで、様々なバリエーションを有する。その模式図を図３（ｂ）、図３（ｃ）および図４に示す。なお、図３（ｂ）、図３（ｃ）および図４では、図３（ａ）の符号を引用する。また、２００は、本発明の発光素子を担持する基板である。
【００８１】
図３は、基板２００側から第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の層２１４の順で構成されている場合の例である。この時、第１の電極２０１を光透過性とし、第２の電極２０２を遮光性（特に反射性）とすることで、図３（ａ）のように基板２００側から光を射出する構成となる。また、第１の電極２０１を遮光性（特に反射性）とし、第２の電極２０２を光透過性とすることで、図３（ｂ）のように基板２００の逆側から光を射出する構成となる。さらに、第１の電極２０１、第２の電極２０２の両方を光透過性とすることで、図３（ｃ）に示すように、基板２００側と基板２００の逆側の両方に光を射出する構成も可能となる。
【００８２】
図４は、基板２００側から第４の層２１４、第３の層２１３、第２の層２１２、第１の層２１１の順で構成されている場合の例である。この時、第１の電極２０１を遮光性（特に反射性）とし、第２の電極２０２を光透過性とすることで、図４（ａ）のように基板２００側から光を取り出す構成となる。また、第１の電極２０１を光透過性とし、第２の電極２０２を遮光性（特に反射性）とすることで、図４（ｂ）のように基板２００と逆側から光を取り出す構成となる。さらに、第１の電極２０１、第２の電極２０２の両方を光透過性とすることで、図４（ｃ）に示すように、基板２００側と基板２００の逆側の両方に光を射出する構成も可能となる。
【００８３】
なお、第１の層２１１が、金属酸化物の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含み、第２の層２１２は発光性の物質を含み、第３の層２１３が実施の形態２および実施の形態３で示した活性化エネルギーが小さい層であり、第４の層２１４が、金属酸化物の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む構成にすることも可能である。
【００８４】
なお、本実施の形態における発光素子を作製する場合には、湿式法、乾式法を問わず、公知の方法を用いることができる。
【００８５】
また、第１の電極２０１を形成した後、第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３、第４の層２１４を順次積層し、第２の電極２０２を形成してもよいし、第２の電極２０２を形成した後、第４の層２１４、第３の層２１３、第２の層２１２、第１の層２１１を順次積層し、第１の電極を形成してもよい。
【００８６】
（実施の形態５）
本形態では、表示機能を有する発光装置の回路構成および駆動方法について図５〜８を用いて説明する。
【００８７】
図５は本発明を適用した発光装置を上面からみた模式図である。図５において、基板６５００上には、画素部６５１１と、ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とが設けられている。ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とは、それぞれ、配線群を介して、外部入力端子であるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６５０３と接続している。そして、ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とは、それぞれ、ＦＰＣ６５０３からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。またＦＰＣ６５０３にはプリント配線基盤（ＰＷＢ）６５０４が取り付けられている。なお、駆動回路部は、上記のように必ずしも画素部６５１１と同一基板上に設けられている必要はなく、例えば、配線パターンが形成されたＦＰＣ上にＩＣチップを実装したもの（ＴＣＰ）等を利用し、基板外部に設けられていてもよい。
【００８８】
画素部６５１１には、列方向に延びた複数のソース信号線が行方向に並んで配列している。また、電流供給線が行方向に並んで配列している。また、画素部６５１１には、行方向に延びた複数のゲート信号線が列方向に並んで配列している。また画素部６５１１には、発光素子を含む一組の回路が複数配列している。
【００８９】
図６は、一画素を動作するための回路を表した図である。図６に示す回路には、第１のトランジスタ９０１と第２のトランジスタ９０２と発光素子９０３とが含まれている。
【００９０】
第１のトランジスタ９０１と、第２のトランジスタ９０２とは、それぞれ、ゲート電極と、ドレイン領域と、ソース領域とを含む三端子の素子であり、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル領域を有する。ここで、ソース領域とドレイン領域とは、トランジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソース領域またはドレイン領域であるかを限定することが困難である。そこで、本形態においては、ソースまたはドレインとして機能する領域を、それぞれトランジスタの第１電極、トランジスタの第２電極と表記する。
【００９１】
ゲート信号線９１１と、書込用ゲート信号線駆動回路９１３とはスイッチ９１８によって電気的に接続または非接続の状態になるように設けられている。また、ゲート信号線９１１と、消去用ゲート信号線駆動回路９１４とはスイッチ９１９によって電気的に接続または非接続の状態になるように設けられている。また、ソース信号線９１２は、スイッチ９２０によってソース信号線駆動回路９１５または電源９１６のいずれかに電気的に接続するように設けられている。そして、第１のトランジスタ９０１のゲートはゲート信号線９１１に電気的に接続している。また、第１のトランジスタの第１電極はソース信号線９１２に電気的に接続し、第１のトランジスタの第２電極は第２のトランジスタ９０２のゲート電極と電気的に接続している。第２のトランジスタ９０２の第１電極は電流供給線９１７と電気的に接続し、第２のトランジスタの第２電極は発光素子９０３に含まれる一の電極と電気的に接続している。なお、スイッチ９１８は、書込用ゲート信号線駆動回路９１３に含まれていてもよい。またスイッチ９１９についても消去用ゲート信号線駆動回路９１４の中に含まれていてもよい。また、スイッチ９２０についてもソース信号線駆動回路９１５の中に含まれていてもよい。
【００９２】
また画素部におけるトランジスタや発光素子等の配置について特に限定はないが、例えば図７の上面図に表すように配置することができる。図７において、第１のトランジスタ１００１の第１電極はソース信号線１００４に接続し、第１のトランジスタの第２の電極は第２のトランジスタ１００２のゲート電極に接続している。また第２トランジスタの第１電極は電流供給線１００５に接続し、第２トランジスタの第２電極は発光素子の電極１００６に接続している。ゲート信号線１００３の一部は第１のトランジスタ１００１のゲート電極として機能する。
【００９３】
次に、駆動方法について説明する。図８は時間経過に伴った１フレームにおける動作について説明する図である。図８において、横方向は時間経過を表し、縦方向はゲート信号線の走査段数を表している。
【００９４】
本発明の発光装置を用いて画像表示を行うとき、表示期間においては、画面の書き換え動作と表示動作とが繰り返し行われる。この書き換え回数について特に限定はないが、画像をみる人がちらつき（フリッカ）を感じないように少なくとも１秒間に６０回程度とすることが好ましい。ここで、一画面（１フレーム）の書き換え動作と表示動作を行う期間を１フレーム期間という。
【００９５】
１フレームは、図８に示すように、書き込み期間５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ、５０４ａと保持期間５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｂ、５０４ｂとを含む４つのサブフレーム５０１、５０２、５０３、５０４に時分割されている。発光するための信号を与えられた発光素子は、保持期間において発光状態となっている。各々のサブフレームにおける保持期間の長さの比は、第１のサブフレーム５０１：第２のサブフレーム５０２：第３のサブフレーム５０３：第４のサブフレーム５０４＝２３：２２：２１：２０＝８：４：２：１となっている。これによって４ビット階調を表現することができる。但し、ビット数及び階調数はここに記すものに限定されず、例えば８つのサブフレームを設け８ビット階調を行えるようにしてもよい。
【００９６】
１フレームにおける動作について説明する。まず、サブフレーム５０１において、１行目から最終行まで順に書き込み動作が行われる。従って、行によって書き込み期間の開始時間が異なる。書き込み期間５０１ａが終了した行から順に保持期間５０１ｂへと移る。当該保持期間において、発光するための信号を与えられている発光素子は発光状態となっている。また、保持期間５０１ｂが終了した行から順に次のサブフレーム５０２へ移り、サブフレーム５０１の場合と同様に１行目から最終行まで順に書き込み動作が行われる。以上のような動作を繰り返し、サブフレーム５０４の保持期間５０４ｂ迄終了する。サブフレーム５０４における動作を終了したら次のフレームへ移る。このように、各サブフレームにおいて発光した時間の積算時間が、１フレームにおける各々の発光素子の発光時間となる。この発光時間を発光素子ごとに変えて画素部内で様々に組み合わせることによって、明度および色度の異なる様々な表示色を形成することができる。
【００９７】
サブフレーム５０４のように、最終行目までの書込が終了する前に、既に書込を終え、保持期間に移行した行における保持期間を強制的に終了させたいときは、保持期間５０４ｂの後に消去期間５０４ｃを設け、強制的に非発光の状態となるように制御することが好ましい。そして、強制的に非発光状態にした行については、一定期間、非発光の状態を保つ（この期間を非発光期間５０４ｄとする。）。そして、最終行目の書込期間が終了したら直ちに、一行目から順に次のサブフレーム（または次のフレーム）の書込期間に移行する。これによって、サブフレーム５０４の書き込み期間と、その次のサブフレームの書き込み期間とが重畳することを防ぐことができる。
【００９８】
なお、本形態では、サブフレーム５０１乃至５０４は保持期間の長いものから順に並んでいるが、必ずしも本実施例のような並びにする必要はなく、例えば保持期間の短いものから順に並べられていてもよいし、または保持期間の長いものと短いものとがランダムに並んでいてもよい。また、サブフレームは、さらに複数のフレームに分割されていてもよい。つまり、同じ映像信号を与えている期間、ゲート信号線の走査を複数回行ってもよい。
【００９９】
ここで、書込期間および消去期間における、図６で示す回路の動作について説明する。
【０１００】
まず書込期間における動作について説明する。書込期間において、ｎ行目（ｎは自然数）のゲート信号線９１１は、スイッチ９１８を介して書込用ゲート信号線駆動回路９１３と電気的に接続し、消去用ゲート信号線駆動回路９１４とは非接続である。また、ソース信号線９１２はスイッチ９２０を介してソース信号線駆動回路と電気的に接続している。ここで、ｎ行目（ｎは自然数）のゲート信号線９１１に接続した第１のトランジスタ９０１のゲートに信号が入力され、第１のトランジスタ９０１はオンとなる。そして、この時、１列目から最終列目迄のソース信号線に同時に映像信号が入力される。なお、各列のソース信号線９１２から入力される映像信号は互いに独立したものである。ソース信号線９１２から入力された映像信号は、各々のソース信号線に接続した第１のトランジスタ９０１を介して第２のトランジスタ９０２のゲート電極に入力される。この時第２のトランジスタ９０２に入力された信号によって、電流供給線９１７と発光素子９０３との導通又は非導通が決まり、発光素子９０３は発光または非発光が決まる。例えば、第２のトランジスタ９０２がＰチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＬｏｗ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３が発光する。一方、第２のトランジスタ９０２がＮチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＨｉｇｈ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３が発光する。
【０１０１】
次に消去期間における動作について説明する。消去期間において、ｎ行目（ｎは自然数）のゲート信号線９１１は、スイッチ９１９を介して消去用ゲート信号線駆動回路９１４と電気的に接続し、書込用ゲート信号線駆動回路９１３とは非接続である。また、ソース信号線９１２はスイッチ９２０を介して電源９１６と電気的に接続している。ここで、ｎ行目のゲート信号線９１１に接続した第１のトランジスタ９０１のゲートに信号が入力され、第１のトランジスタ９０１はオンとなる。そして、この時、１列目から最終列目迄のソース信号線に同時に消去信号が入力される。ソース信号線９１２から入力された消去信号は、各々のソース信号線に接続した第１のトランジスタ９０１を介して第２のトランジスタ９０２のゲート電極に入力される。この時第２のトランジスタ９０２に入力された信号によって、電流供給線９１７と発光素子９０３とが非導通状態になる。そして、発光素子９０３は強制的に非発光となる。例えば、第２のトランジスタ９０２がＰチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＨｉｇｈ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３は非発光となる。一方、第２のトランジスタ９０２がＮチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＬｏｗ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３は非発光となる。
【０１０２】
なお、消去期間では、ｎ行目（ｎは自然数）については、以上に説明したような動作によって消去する為の信号を入力する。しかし、前述のように、ｎ行目が消去期間であると共に、他の行（ｍ行目（ｍは自然数）とする。）については書込期間となる場合がある。このような場合、同じ列のソース信号線を利用してｎ行目には消去の為の信号を、ｍ行目には書込の為の信号を入力する必要があるため、以下に説明するような動作させることが好ましい。
【０１０３】
先に説明した消去期間における動作によって、ｎ行目の発光素子９０３が非発光となった後、直ちに、ゲート信号線と消去用ゲート信号線駆動回路９１４とを非接続の状態とすると共に、スイッチ９２０を切り替えてソース信号線とソース信号線駆動回路９１５と接続させる。そして、ソース信号線とソース信号線駆動回路９１５とを接続させる共に、ゲート信号線と書込用ゲート信号線駆動回路９１３とを接続させる。そして、書込用ゲート信号線駆動回路９１３からｍ行目の信号線に選択的に信号が入力され、第１のトランジスタがオンすると共に、ソース信号線駆動回路９１５からは、１列目から最終列目迄のソース信号線に書込の為の信号が入力される。この信号によって、ｍ行目の発光素子は、発光または非発光となる。
【０１０４】
以上のようにしてｍ行目について書込期間を終えたら、直ちに、ｎ＋１行目の消去期間に移行する。その為に、ゲート信号線と書込用ゲート信号線駆動回路９１３を非接続とすると共に、スイッチ９２０を切り替えてソース信号線を電源９１６と接続する。また、ゲート信号線と書込用ゲート信号線駆動回路９１３を非接続とすると共に、ゲート信号線については、消去用ゲート信号線駆動回路９１４と接続状態にする。そして、消去用ゲート信号線駆動回路９１４からｎ＋１行目のゲート信号線に選択的に信号を入力して第１のトランジスタに信号をオンする共に、電源９１６から消去信号が入力される。このようにして、ｎ＋１行目の消去期間を終えたら、直ちに、ｍ行目の書込期間に移行する。以下、同様に、消去期間と書込期間とを繰り返し、最終行目の消去期間まで動作させればよい。
【０１０５】
なお、本形態では、ｎ行目の消去期間とｎ＋１行目の消去期間との間にｍ行目の書込期間を設ける態様について説明したが、これに限らず、ｎ−１行目の消去期間とｎ行目の消去期間との間にｍ行目の書込期間を設けてもよい。
【０１０６】
また、本形態では、サブフレーム５０４のように非発光期間５０４ｄを設けるときおいて、消去用ゲート信号線駆動回路９１４と或る一のゲート信号線とを非接続状態にすると共に、書込用ゲート信号線駆動回路９１３と他のゲート信号線とを接続状態にする動作を繰り返している。このような動作は、特に非発光期間を設けないフレームにおいて行っても構わない。
【０１０７】
（実施の形態６）
本発明の発光素子を含む発光装置の断面図の一態様について、図９を用いて説明する。
【０１０８】
図９において、点線で囲まれているのは、本発明の発光素子１２を駆動するために設けられているトランジスタ１１である。発光素子１２は、第１の電極１３と第２の電極１４との間に発光物質を含む層と電気伝導度の活性化エネルギーが小さい層が積層された層１５を有する本発明の発光素子である。トランジスタ１１のドレインと第１の電極１３とは、第１層間絶縁層１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を貫通している配線１７によって電気的に接続されている。また、発光素子１２は、隔壁層１８によって、隣接して設けられている別の発光素子と分離されている。このような構成を有する本発明の発光装置は、本形態において、基板１０上に設けられている。
【０１０９】
なお、図９に示されたトランジスタ１１は、半導体層を中心として基板と逆側にゲート電極が設けられたトップゲート型のものである。但し、トランジスタ１１の構造については、特に限定はなく、例えばボトムゲート型のものでもよい。またボトムゲートの場合には、チャネルを形成する半導体層の上に保護膜が形成されたもの（チャネル保護型）でもよいし、或いはチャネルを形成する半導体層の一部が凹状になったもの（チャネルエッチ型）でもよい。
【０１１０】
また、トランジスタ１１を構成する半導体層は、結晶性、非結晶性のいずれのものでもよい。また、セミアモルファス等でもよい。
【０１１１】
なお、セミアモルファスな半導体とは、次のようなものである。非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な領域を含んでいるものである。また少なくとも膜中の一部の領域には、０．５〜２０ｎｍの結晶粒を含んでいる。ラマンスペクトルが５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしている。Ｘ線回折ではＳｉ結晶格子に由来するとされる（１１１）、（２２０）の回折ピークが観測される。未結合手（ダングリングボンド）を終端化するために水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。所謂微結晶半導体（マイクロクリスタル半導体）とも言われている。珪素を含む気体をグロー放電分解（プラズマＣＶＤ）して形成する。珪素を含む気体としては、ＳｉＨ４、その他にもＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４などを用いることが可能である。この珪素を含む気体をＨ２、又は、Ｈ２とＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈しても良い。希釈率は２〜１０００倍の範囲。圧力は概略０．１Ｐａ〜１３３Ｐａの範囲、電源周波数は１ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚ、好ましくは１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ。基板加熱温度は３００℃以下でよく、好ましくは１００〜２５０℃。膜中の不純物元素として、酸素、窒素、炭素などの大気成分の不純物は１×１０２０／ｃｍ３以下とすることが望ましく、特に、酸素濃度は５×１０１９／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１９／ｃｍ３以下とする。なお、セミアモルファスなものを有する半導体を用いたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の移動度はおよそ１〜１０ｍ２／Ｖｓｅｃとなる。
【０１１２】
また、半導体層が結晶性のものの具体例としては、単結晶または多結晶性の珪素、或いはシリコンゲルマニウム等から成るものが挙げられる。これらはレーザー結晶化によって形成されたものでもよいし、例えばニッケル等を用いた固相成長法による結晶化によって形成されたものでもよい。
【０１１３】
なお、半導体層が非晶質の物質、例えばアモルファスシリコンで形成される場合には、トランジスタ１１およびその他のトランジスタ（発光素子を駆動するための回路を構成するトランジスタ）は全てＮチャネル型トランジスタで構成された回路を有する発光装置であることが好ましい。それ以外については、Ｎチャネル型またはＰチャネル型のいずれか一のトランジスタで構成された回路を有する発光装置でもよいし、両方のトランジスタで構成された回路を有する発光装置でもよい。
【０１１４】
さらに、第１層間絶縁膜１６は、図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように多層でもよいし、または単層でもよい。なお、第１層間絶縁層１６ａは酸化珪素や窒化珪素のような無機物から成り、第１層間絶縁膜１６ｂはアクリルやシロキサン（シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む物質）、塗布成膜可能な酸化珪素等の自己平坦性を有する物質から成る。さらに、第１層間絶縁膜１６ｃはアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜から成る。なお、各層を構成する物質については、特に限定はなく、ここに述べたもの以外のものを用いてもよい。また、これら以外の物質から成る層をさらに組み合わせてもよい。このように、第１層間絶縁膜１６は、無機物または有機物の両方を用いて形成されたものでもよいし、または無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよい。
【０１１５】
隔壁層１８は、エッジ部において、曲率半径が連続的に変化する形状であることが好ましい。また隔壁層１８は、アクリルやシロキサン、レジスト、酸化珪素等を用いて形成される。なお隔壁層１８は、無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよいし、または両方を用いて形成されたものでもよい。
【０１１６】
なお、図９（Ａ）、（Ｃ）では、第１層間絶縁膜１６のみがトランジスタ１１と発光素子１２の間に設けられた構成であるが、図９（Ｂ）のように、第１層間絶縁膜１６（第１層間絶縁膜１６ａ、１６ｂ）の他、第２層間絶縁膜１９（第２層間絶縁膜１９ａ、１９ｂ）が設けられた構成のものであってもよい。図９（Ｂ）に示す発光装置においては、第１の電極１３は第２層間絶縁膜１９を貫通し、配線１７と接続している。
【０１１７】
第２層間絶縁膜１９は、第１層間絶縁膜１６と同様に、多層でもよいし、または単層でもよい。１９ａはアクリルやシロキサン（シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む物質）、塗布成膜可能な酸化珪素等の自己平坦性を有する物質から成る。さらに、１９ｂはアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜から成る。なお、各層を構成する物質については、特に限定はなく、ここに述べたもの以外のものを用いてもよい。また、これら以外の物質から成る層をさらに組み合わせてもよい。このように、第２層間絶縁膜１９は、無機物または有機物の両方を用いて形成されたものでもよいし、または無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよい。
【０１１８】
発光素子１２において、第１の電極および第２の電極がいずれも透光性を有する物質で構成されている場合、図９（Ａ）の白抜きの矢印で表されるように、第１の電極１３側と第２の電極１４側の両方から発光を取り出すことができる。また、第２の電極１４のみが透光性を有する物質で構成されている場合、図９（Ｂ）の白抜きの矢印で表されるように、第２の電極１４側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第１の電極１３は反射率の高い材料で構成されているか、または反射率の高い材料から成る膜（反射膜）が第１の電極１３の下方に設けられていることが好ましい。また、第１の電極１３のみが透光性を有する物質で構成されている場合、図９（Ｃ）の白抜きの矢印で表されるように、第１の電極１３側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第２の電極１４は反射率の高い材料で構成されているか、または反射膜が第２の電極１４の上方に設けられていることが好ましい。
【０１１９】
また、発光素子１２は、第１の電極１３の電位よりも第２の電極１４の電位が高くなるように電圧を印加したときに動作するように層１５が積層されたものであってもよいし、或いは、第１の電極１３の電位よりも第２の電極１４の電位が低くなるように電圧を印加したときに動作するように層１５が積層されたものであってもよい。前者の場合、トランジスタ１１はＮチャネル型トランジスタであり、後者の場合、トランジスタ１１はＰチャネル型トランジスタである。
【０１２０】
以上のように、本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブ型の発光装置について説明したが、この他、トランジスタ等の駆動用の素子を特に設けずに発光素子を駆動させるパッシブ型の発光装置であってもよい。パッシブ型の発光装置においても、低駆動電圧で動作する本発明の発光素子を含むことによって、低消費電力で駆動させることができる。
【０１２１】
（実施の形態７）
本発明の発光素子を含む発光装置は良好な画像を表示することができるため、本発明の発光装置を電子機器の表示部に適用することによって、優れた映像を提供できる電子機器を得ることができる。また、本発明の発光素子を含む発光装置は低消費電力で駆動するため、本発明の発光装置を電子機器の表示部に適用することによって、消費電力の少ない電子機器を得ることができ、例えば、待受時間等の長い電話機等を得ることができる。
【０１２２】
本発明を適用した発光装置を実装した電子機器の一実施例を図１０に示す。
【０１２３】
図１０（Ａ）は、本発明を適用して作製したコンピュータであり、本体５５２１、筐体５５２２、表示部５５２３、キーボード５５２４などによって構成されている。本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことでコンピュータを完成できる。
【０１２４】
図１０（Ｂ）は、本発明を適用して作製した電話機であり、本体５５５２には表示部５５５１と、音声出力部５５５４、音声入力部５５５５、操作スイッチ５５５６、５５５７、アンテナ５５５３等によって構成されている。本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことで電話機を完成できる。
【０１２５】
図１０（Ｃ）は、本発明を適用して作製したテレビ受像機であり、表示部５５３１、筐体５５３２、スピーカー５５３３などによって構成されている。本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことでテレビ受像機を完成できる。
【０１２６】
以上のように本発明の発光装置は、各種電子機器の表示部として用いるのに非常に適している。
【０１２７】
なお、本形態では、コンピュータ、電話機、及びテレビ受像機について述べているが、この他に電話機、ナビゲイション装置、或いは照明機器等に本発明の発光素子を有する発光装置を実装しても構わない。
【実施例１】
【０１２８】
（合成例）
本実施例では、実施の形態３で用いた構造式（１）で表されるＮ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）の合成方法について説明する。
【０１２９】
【化１】
【０１３０】
［ステップ１］
２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレンの合成方法について説明する。
【０１３１】
１００ｍｌの三口フラスコに、マグネシウム１．２６ｇ（０．０５２ｍｏｌ）を入れ、系内を真空下にし、３０分加熱撹拌し、活性化した。室温にさましてから系内を窒素気流下にし、ジエチルエーテル５ｍｌ、ジブロモエタン数滴を加え、ジエチルエーテル１５ｍｌ中に溶かした２−ブロモビフェニル１１．６５ｇ（０．０５０ｍｏｌ）をゆっくり滴下し、滴下終了後３時間還流してグリニヤール試薬とした。２００ｍｌ三口フラスコに２−ブロモフルオレノン１１．７ｇ（０．０４５ｍｏｌ）、ジエチルエーテル４０ｍｌを入れた。この反応溶液に合成したグリニヤール試薬をゆっくり滴下し、滴下終了後２時間還流し、さらに室温で一晩撹拌した。反応終了後、反応溶液を飽和塩化アンモニア水溶液で２回洗浄し、水層を酢酸エチルで２回抽出し、有機層とあわせて飽和食塩水で洗浄した。硫酸マグネシウムにより乾燥後、吸引濾過、濃縮し、固体状の９−（２−ビフェニリル）−２−ブロモ−９−フルオレノールを１８．７６ｇ、収率９０％で得た。
【０１３２】
次に、２００ｍｌの三口フラスコに、合成した９−（２−ビフェニリル）−２−ブロモ−９−フルオレノール１８．７６ｇ（０．０４５ｍｏｌ）、氷酢酸１００ｍｌを入れ、濃塩酸数滴を加え２時間還流した。反応終了後、吸引濾過により析出物を回収し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および水で濾過洗浄した。得られた褐色固体をエタノールで再結晶したところ淡褐色粉末状固体を１０．２４ｇ、収率５７％で得た。核磁気共鳴法（１Ｈ−ＮＭＲ）によって、この淡褐色粉末状固体が２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレンであることを確認した。この化合物の１Ｈ−ＮＭＲは次のようであった。
【０１３３】
この化合物の１Ｈ−ＮＭＲを次に示す。
１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）δｐｐｍ：７．８６−７．７９（ｍ，３Ｈ），７．７０（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝８．４ Ｈｚ），７．４７−７．５０（ｍ，１Ｈ），７．４１−７．３４（ｍ，３Ｈ），７．１２（ｔ，３Ｈ，Ｊ＝７．７Ｈｚ），６．８５（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝２．１Ｈｚ），６．７４−６．７０（ｍ，３Ｈ）
【０１３４】
また、以上に説明した合成方法の合成スキーム（ｂ−１）を次に示す。
【０１３５】
【化２】
【０１３６】
［ステップ２］
Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）の合成方法について説明する。
【０１３７】
１００ｍｌの三口フラスコに、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン１．００ｇ （０．００３０ｍｏｌ）、ステップ１の合成方法によって合成した２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレン２．４９ｇ（０．００６２ｍｏｌ）、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム１７０ｍｇ（０．３０ｍｍｏｌ）、ｔｅｒｔ−ブトキシナトリウム １．０８ｇ（０．０１１ｍｏｌ）を入れ、系内を窒素気流下にした後、脱水トルエン２０ｍｌと、トリ−ｔｅｒｔ−ブチルホスフィン１０％ヘキサン溶液０．６ｍｌを加え、８０℃で６時間攪拌した。反応終了後、反応溶液を室温まで冷ましてから水を加え、析出した固体を吸引ろ過により回収し、ジクロロメタンで洗浄した。得られた白色固体をアルミナカラムクロマトグラフィー（クロロホルム）により精製し、ジクロロメタンで再結晶したところ、白色粉末状固体を２．６６ｇ、収率９３％得た。
【０１３８】
以上に説明した合成方法の合成スキーム（ｂ−２）を次に示す。このように、本発明の化合物は、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンと２−ブロモ−スピロ−９，９’−ビフルオレンのカップリング反応によって合成することができる。
【０１３９】
【化３】
【０１４０】
また、得られた化合物のガラス転移温度、結晶化温度、融点について、示差走査熱量分析装置（ＤＳＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ、パーキンエルマー製、型番：Ｐｙｒｉｓ１ ＤＳＣ）を用いて調べた。ここでＤＳＣによる測定は、次のような手順で行った。先ず、４０℃／分の昇温速度で４５０℃まで試料（得られた化合物）を加熱した後、４０℃／分の降温速度で試料を冷却して試料ををガラス状態にした。そして、ガラス状態になった試料を、１０℃／分の昇温速度で加熱し、図２１に示すような測定結果を得た。図２１において、横軸は温度（℃）、縦軸は熱流（上向が吸熱）（ｍＷ）を表す。測定結果から、得られた化合物のガラス転移温度は１７２℃、結晶化温度は２６８℃であることが分かった。また、３１２℃における接線と、３２７℃〜３２８℃における接線との交点から、融点は３２３℃〜３２４℃であることが分かった。すなわち、本実施例で合成したＢＳＰＢは、ガラス転移温度が１５０℃以上、好ましくは１６０℃〜３００℃の範囲を満たし、融点が１８０℃〜４００℃の範囲にあるので高い耐熱性を有しており、好ましい。
【０１４１】
このように、得られた化合物は、１７２℃という高いガラス転移温度を示し、良好な耐熱性を有するものである。また、図２１において、得られた化合物の結晶化を表すピークはブロードなものであり、得られた化合物は結晶化し難い物質であることがわかった。
【実施例２】
【０１４２】
本実施例では、本発明の活性化エネルギーの小さい層を有する発光素子について説明する。
【０１４３】
まず、第１の電極として珪素を含有したインジウム錫酸化物を形成する。その上に、本発明の活性化エネルギーの小さい層を形成した。本実施例では、ＤＮＴＰＤと、酸化モリブデンと、ルブレンとを共蒸着することにより成膜した。ここで、酸化モリブデン濃度は、表３の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜厚は１２０ｎｍとなるように成膜を行った。
【０１４４】
【表３】
【０１４５】
この活性化エネルギーの小さい層の上に、正孔輸送層として４，４´―ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α―ＮＰＤ）を１０ｎｍの膜厚で真空蒸着法によって成膜した。
【０１４６】
このα―ＮＰＤ膜上に、Ａｌｑ３とクマリン６とを共蒸着によって成膜した。この膜は発光層であり、膜厚は４０ｎｍである。また、Ａｌｑ３とクマリン６とは、重量比で１：０．０１５となるよう共蒸着を制御した。
【０１４７】
この発光層上に電子輸送層としてＡｌｑ３を１５ｎｍ、さらに電子注入層としてフッ化リチウムを１ｎｍの膜厚で成膜し、最後に第２の電極として機能するＡｌを２００ｎｍ成膜して発光素子を作製した。
【０１４８】
作製した素子２１〜２４の電流―電圧特性を図２２に示す。図２２に示すように、酸化モリブデンの濃度が高くなるとともに、電流が流れやすくなっていることがわかる。
【０１４９】
また、素子２１〜２４の輝度―電圧特性を図２３に示す。図２３からも酸化モリブデンの濃度が高くなるとともに、高い輝度が得られていることがわかる。つまり、各素子の電流効率が一定の場合、電流が流れやすくなっていることがわかる。
【実施例３】
【０１５０】
本実施例では、本発明の活性化エネルギーの小さい層を有する発光素子について説明する。
【０１５１】
まず、第１の電極として珪素を含有したインジウム錫酸化物を形成する。その上に、本発明の活性化エネルギーの小さい層を形成した。本実施例では、ＤＮＴＰＤと、酸化モリブデンと、ルブレンとを共蒸着することにより成膜した。ここで、酸化モリブデン濃度は、表３の水準となるよう共蒸着を制御した。なお、膜厚は１２０ｎｍとなるように成膜を行った。
【０１５２】
【表４】
【０１５３】
この活性化エネルギーの小さい層の上に、正孔輸送層としてα―ＮＰＤを１０ｎｍの膜厚で真空蒸着法によって成膜した。
【０１５４】
このα―ＮＰＤ膜上に、Ａｌｑ３とクマリン６とを共蒸着によって成膜した。この膜は発光層であり、膜厚は３７．５ｎｍである。また、Ａｌｑ３とクマリン６とは、重量比で１：０．００５となるよう共蒸着を制御した。
【０１５５】
この発光層上に電子輸送層としてＡｌｑ３を３７．５ｎｍ、さらに電子注入層としてフッ化リチウムを１ｎｍの膜厚で成膜し、最後に第２の電極として機能するＡｌを成膜して発光素子を作製した。
【０１５６】
作製した素子３１〜３４の電流―電圧特性を図２４に示す。図２４より、酸化モリブデンの濃度が高くなると、電流が流れやすくなる傾向にあるが、素子３２の酸化モリブデン濃度が４０ｗｔ％以上では、電流−電圧特性にほとんど変化を生じていないことがわかる。そのため、活性化エネルギーの小さい層として、ＤＮＴＰＤを用いる場合には、酸化モリブデン濃度が４０ｗｔ％であれば、発光素子の低電圧化として十分効果的であることがわかる。
【０１５７】
また、素子３１〜３４の輝度−電圧特性を図２５に示す。図２５より、いずれの素子においても輝度−電圧特性にほとんど差はないが、素子３１は若干高電圧側にシフトしていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本発明の発光素子を説明する図。
【図２】本発明の発光素子を説明する図。
【図３】本発明の発光素子を説明する図。
【図４】本発明の発光素子を説明する図。
【図５】本発明を適用した発光装置について説明する図。
【図６】本発明を適用した発光装置に含まれる回路について説明する図。
【図７】本発明を適用した発光装置の上面図。
【図８】本発明を適用した発光装置の１フレームにおける動作について説明する図。
【図９】本発明を適用した発光装置の断面図。
【図１０】本発明を適用した電子機器の図。
【図１１】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の吸収スペクトルを示す図。
【図１２】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の吸収スペクトルを示す図。
【図１３】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性を示す図。
【図１４】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性の対数表示を示す図。
【図１５】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の１Ｖでのアレニウスプロットを示す図。
【図１６】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層の活性化エネルギーを示す図。
【図１７】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性を示す図。
【図１８】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の電流―電圧特性の対数表示を示す図。
【図１９】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の１Ｖでのアレニウスプロットを示す図。
【図２０】ＢＳＰＢと酸化モリブデンとを含む層の活性化エネルギーを示す図。
【図２１】Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンを示差走査熱量分析した測定結果の図。
【図２２】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子電流―電圧特性を示す図。
【図２３】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子輝度―電圧特性を示す図
【図２４】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子電流―電圧特性を示す図。
【図２５】ＤＮＴＰＤと酸化モリブデンとを含む層を有する発光素子輝度―電圧特性を示す図。
【符号の説明】
【０１５９】
１０１ 基板
１０２ 第１の電極
１０３ 第１の層
１０４ 第２の層
１０５ 第３の層
１０６ 第４の層
１０７ 第２の電極
２００ 基板
２０１ 第１の電極
２０２ 第２の電極
２０３ 発光物質を含む層
２１１ 第１の層
２１２ 第２の層
２１３ 第３の層
２１４ 第４の層
３０２ 第１の電極
３０３ 第１の層
３０４ 第２の層
３０５ 第３の層
３０６ 第４の層
３０７ 第２の電極
５０１ サブフレーム
５０２ サブフレーム
５０３ サブフレーム
５０４ サブフレーム
９０１ 第１のトランジスタ
９０２ 第２のトランジスタ
９０３ 発光素子
９１１ ゲート信号線
９１２ ソース信号線
９１３ 書込用ゲート信号線駆動回路
９１４ 消去用ゲート信号線駆動回路
９１５ ソース信号線駆動回路
９１６ 電源
９１７ 電流供給線
９１８ スイッチ
９１９ スイッチ
９２０ スイッチ
１００１ 第１のトランジスタ
１００２ 第２のトランジスタ
１００３ ゲート信号線
１００４ ソース信号線
１００５ 電流供給線
１００６ 電極
５０１ａ 期間
５０１ｂ 保持期間
５０４ｂ 保持期間
５０４ｃ 消去期間
５０４ｄ 非発光期間
５５２１ 本体
５５２２ 筐体
５５２３ 表示部
５５２４ キーボード
５５３１ 表示部
５５３２ 筐体
５５３３ スピーカー
５５５１ 表示部
５５５２ 本体
５５５３ アンテナ
５５５４ 音声出力部
５５５５ 音声入力部
５５５６ 操作スイッチ
６５００ 基板
６５０３ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６５０４ プリント配線基盤（ＰＷＢ）
６５１１ 画素部
６５１２ ソース信号線駆動回路
６５１３ 書込用ゲート信号線駆動回路
６５１４ 消去用ゲート信号線駆動回路
１０ 基板
１１ トランジスタ
１２ 発光素子
１３ 第１の電極
１４ 第２の電極
１５ 層
１６ａ 第１層間絶縁膜
１６ｂ 第１層間絶縁膜
１６ｃ 第１層間絶縁膜
１７ 配線
１８ 隔壁層
１９ａ 第２層間絶縁膜
１９ｂ 第２層間絶縁膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有し、
前記有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．３ｅＶ未満であることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有し、
前記有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有し、
前記有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることを特徴とする発光素子。
【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、前記有機材料と無機材料とを含む層は、可視光領域に吸収ピークがなく、無機材料の濃度が３０〜９５ｗｔ％であることを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項４において、前記有機材料は、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニルのいずれかであることを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記有機材料と無機材料とを含む層は、可視光領域に吸収ピークがあり、無機材料の濃度が５〜９５ｗｔ％であることを特徴とする発光素子。
【請求項７】
請求項６において、前記有機材料は、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル、Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン、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、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ビフェニリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニルのいずれかであることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、前記無機材料は、金属酸化物であることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、前記無機材料は、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物のいずれか一種もしくは複数種であることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、前記有機材料と無機材料とを含む層は、前記一対の電極の一方の電極と接するように設けられていることを特徴とする発光素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の発光素子を有する発光装置。
【請求項１】
一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有し、
前記有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．３ｅＶ未満であることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有し、
前記有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２６ｅＶ未満であることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
一対の電極間に、有機材料と無機材料とを含む層を有し、
前記有機材料と無機材料とを含む層の電気伝導度の活性化エネルギーは０．０１ｅＶ以上０．２０ｅＶ未満であることを特徴とする発光素子。
【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、前記有機材料と無機材料とを含む層は、可視光領域に吸収ピークがなく、無機材料の濃度が３０〜９５ｗｔ％であることを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項４において、前記有機材料は、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニルのいずれかであることを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記有機材料と無機材料とを含む層は、可視光領域に吸収ピークがあり、無機材料の濃度が５〜９５ｗｔ％であることを特徴とする発光素子。
【請求項７】
請求項６において、前記有機材料は、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル、Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン、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、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ビフェニリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニルのいずれかであることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、前記無機材料は、金属酸化物であることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、前記無機材料は、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物のいずれか一種もしくは複数種であることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、前記有機材料と無機材料とを含む層は、前記一対の電極の一方の電極と接するように設けられていることを特徴とする発光素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の発光素子を有する発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００６−２６１６５３（Ｐ２００６−２６１６５３Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３６１９１（Ｐ２００６−３６１９１）
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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