説明

発光素子

【課題】 駆動電圧を比較的低くすることが可能な構造を有する発光素子を提供すること
を課題とする。また、駆動電圧の経時上昇が小さい構造を有する発光素子を提供すること
を課題とする。また、駆動電圧や駆動電圧の経時上昇が小さい長期の使用にも耐えうる表
示装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 発光素子における電極に接する層をP型の半導体を含む層又は電子受容性
の物質を含む有機化合物層等の正孔を発生する層とし、発光層を正孔を発生する層で挟み
込むような構成とし且つ陰極側の前記正孔を発生する層と発光層との間に電子を発生する
層を形成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は電極間に発光物質を含む薄膜を挟んでなり、電流を流すことで発光する発光素
子及び当該発光素子を用いた表示装置、ひいては当該発光素子を用いた電子機器に関する

【背景技術】
【0002】
電流を流すことで自身が発光する自発光型の薄膜発光素子を用いたディスプレイの開発
が盛んに進められている。
【0003】
これらの薄膜発光素子は有機、無機もしくはその両方を用いて形成された単層、多層薄
膜に電極を接続し、電流を流すことで発光する。このような薄膜発光素子は、低消費電力
化、省スペース化、視認性などが有望視されており、今後市場のさらなる拡大も期待され
ている。
【0004】
このうち、多層構造を有する発光素子は層毎にその機能を分けることで、それ以前と比
較して高効率に発光する素子を作成することができようになった(例えば非特許文献1参
照)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】C.W.タンら、アプライド フィジクス レターズ、Vol.51,No.12,913−915(1987)
【0006】
多層構造を有する薄膜発光素子は、陽極と陰極の間に、正孔注入層、正孔輸送層、発光
層、電子輸送層、電子注入層などにより構成される発光積層体をはさんでなっている。こ
のうち正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層は素子構成によっては用いない
層があっても良い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記したような発光積層体は正孔注入層には金属の電極から有機物を主成分とする層へ
ホールの注入が比較的容易な材料、電子輸送層には電子輸送性の優れた材料と各々の機能
に優れた材料を選択することにより形成される。
【0008】
しかし、電極から有機物を主成分とする材料へ電子の注入を比較的容易に行うことがで
きる材料、もしくは電子をある一定以上の移動度で輸送することができる有機物を主成分
とする材料は非常に限られている。また、材料が非常に限られていることからもわかるよ
うに電極からの有機物を主成分とする層への電子の注入は本来起こりにくい。このため、
駆動電圧の経時上昇が大きいという問題があった。
【0009】
そこで本発明では、駆動電圧の経時上昇を小さくすることが可能な構造を有する発光素
子を提供することを課題とする。
【0010】
また、駆動電圧や駆動電圧の経時上昇が小さく長期の使用にも耐えうる表示装置を提供
することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明では、発光素子における電極に接する層をP型の半導体を含む層又は電子受容性
の物質を含む有機化合物層等の正孔を発生する層とし、発光層を正孔を発生する層で挟み
込むような構成とし且つ陰極側の前記正孔を発生する層と発光層との間に電子を発生する
層を形成する。これにより駆動電圧の経時上昇を抑えることが可能となる。
【0012】
本発明の構成の一つを有する発光素子は、陽極と陰極よりなる一対の電極と、正孔を発
生する第1の層及び第2の層と、発光物質を含む第3の層と、電子を発生する第4の層を
有し、前記第3の層は前記電極間において、前記第1の層と前記第2の層とに挟まれてお
り、前記第4の層は前記第3の層と第2の層との間に設けられ、前記第2の層は前記陰極
と接していることを特徴とする。
【0013】
本発明の構成の一つを有する発光素子は、陽極と陰極よりなる一対の電極と、P型半導
体を含む第1の層及び第2の層と、発光物質を含む第3の層と、N型の半導体を含む第4
の層を有し、前記第3の層は前記電極間において、前記第1の層と前記第2の層とに挟ま
れており、前記第4の層は前記第3の層と第2の層との間に設けられ、前記第2の層は前
記陰極と接していることを特徴とする。
【0014】
本発明の他の構成を有する発光素子は、陽極と陰極よりなる一対の電極と、第1の有機
化合物と、前記第1の有機化合物に対して電子受容性を示す物質を含む第1の層及び第2
の層と、発光物質を含む第3の層と、第2の有機化合物と、前記第2の有機化合物に対し
て電子供与性を示す物質を含む第4の層とを有し、記第3の層は前記電極間において、前
記第1の層と前記第2の層とに挟まれており、前記第4の層は前記第3の層と第2の層と
の間に設けられ、前記第2の層は前記陰極と接していることを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明の構成を適用した発光素子は駆動電圧の経時上昇も低く抑えられるようになる。
【0016】
また、駆動電圧の経時上昇が小さい長期の使用にも耐えうる表示装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の発光素子を表す図。
【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】本発明の発光素子を表す図。
【図5】本発明の薄膜発光素子の作成工程を表す図。
【図6】本発明の薄膜発光素子の作成工程を表す図。
【図7】本発明の表示装置の構成を例示した図。
【図8】本発明の発光装置の上面図及び断面図。
【図9】本発明が適用可能な電子機器の例示した図。
【図10】本発明の表示装置の構成を例示した図。
【図11】本発明の表示装置の画素回路一例を示す図。
【図12】本発明の表示装置の保護回路の一例を示す図。
【図13】実施例1の素子の電圧−輝度特性を示すグラフ。
【図14】実施例1の素子の電圧−電流特性を示すグラフ。
【図15】実施例2の素子の電圧−輝度特性を示すグラフ。
【図16】実施例2の素子の電流密度−輝度特性を示すグラフ。
【図17】実施例2の素子の電圧−電流特性を示すグラフ。
【図18】実施例2の素子の経時電圧変化を示すグラフ。
【図19】実施例2の素子の経時輝度変化を示すグラフ。
【図20】実施例3の素子の電圧−輝度特性を示すグラフ。
【図21】実施例3の素子の電圧−電流特性を示すグラフ。
【図22】α―NPDとモリブデン酸化物よりなる複合材料の吸収スペクトル。
【図23】DNTPDとモリブデン酸化物よりなる複合材料の吸収スペクトル。
【図24】光学的距離と電流効率の関係を示すグラフ。
【図25】光学的距離と発光のスペクトル形状を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0018】
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。
【0019】
(実施の形態1)
本実施の形態では、図1、図2を参照しながら本発明の発光素子の構成について説明す
る。本発明の発光素子は発光物質を含む発光層104と電子を発生する層105が積層さ
れており、当該発光層104と電子を発生する層105が第1の正孔を発生する層102
と第2の正孔を発生する層103とに挟まれている。第1の正孔を発生する層102と第
2の正孔を発生する層103はさらに陽極101と陰極106に挟まれており、基板や絶
縁膜など絶縁物100の上に積層されている。基板や絶縁膜など絶縁物100の上に積層
される順番は順に陽極101、第1の正孔を発生する層102、発光層104、電子を発
生する層105、第2の正孔を発生する層103、陰極106の順(図1)か、もしくは
順に陰極106、第2の正孔を発生する層103、電子を発生する層105、発光層10
4、第1の正孔を発生する層102、陽極101の順(図2)となる。
【0020】
第1の正孔を発生する層102と第2の正孔を発生する層103は異なる材料で形成し
ても良いが同じ材料で形成しても良く、正孔輸送性の材料と当該正孔輸送性の材料から電
子を受け取ることができる電子受容性の材料の両方を含む層やP型半導体の層、もしくは
P型半導体を含む層により形成する。上記正孔輸送性の材料としては例えば、
4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル−アミノ]−ビフェニル(略称:
α−NPD)や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)や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:MTDAT
A)や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)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)の化合物やフタロシアニン(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)等のフ
タロシアニン化合物、を用いることができる。また、これら正孔輸送性の材料から電子を
受け取ることができる電子受容性の材料としては、例えば、バナジウム酸化物、モリブデ
ン酸化物、7,7,8,8,−テトラシアノキノジメタン(略称:TCNQ)、2,3−
ジシアノナフトキノン(略称:DCNNQ)、2,3,5,6−テトラフルオロ−7,7
,8,8,−テトラシアノキノジメタン(略称:F4−TCNQ)等が挙げられるが、正
孔輸送性の材料との組み合わせによってそれぞれ電子受容が可能な電子受容性の材料を選
択する。また、P型半導体として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、コバルト酸化物、ニッケル酸化物及び銅酸化物などの金属酸化物を用いることがで
きる。
【0021】
電子を発生する層105は電子輸送性の材料と当該電子輸送性の材料に電子を供与する
ことができる電子供与性の材料の両方を含む層やN型半導体の層、もしくはN型半導体を
含む層により形成する。上記電子輸送性の材料としては例えば、トリス(8−キノリノラ
ト)アルミニウム(略称:Alq3)、トリス(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)等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材料を用いることができる。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の材料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)、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:BPhe
n)、バソキュプロイン(略称:BCP)等を用いることができる。また、これら電子輸
送性の材料に電子を与えることができる電子供与性の材料としては、例えば、リチウム、
セシウムなどのアルカリ金属、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、エル
ビウム、イッテルビウムなどの希土類金属などを用いることができるが、電子輸送性の材
料との組み合わせによってそれぞれ電子供与が可能な電子供与性の材料を選択する。また
、N型半導体としては金属酸化物などの金属化合物も用いることができ、亜鉛酸化物、亜
鉛硫化物、亜鉛セレン化物、チタン酸化物などを用いることができる。
【0022】
発光物質を含む発光層104には大きく分けて2つの種類ある。一つは発光物質の有す
るエネルギーギャップよりも大きいエネルギーギャップを有する材料からなる層に発光中
心となる発光物質を分散して含む層と、もう一つは発光物質のみで発光層を構成する層で
あるが、前者は濃度消光が起こりにくく、好ましい構成である。発光中心となる発光物質
としては、4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−(1,1,7,7−テトラメチルジ
ュロリジル−9−エニル)−4H−ピラン(略称:DCJT)、4−ジシアノメチレン−
2−t−ブチル−6−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジル−9−エニル)−4
H−ピラン、ペリフランテン、2,5−ジシアノ−1,4−ビス(10−メトキシ−1,
1,7,7−テトラメチルジュロリジル−9−エニル)ベンゼン、N,N’−ジメチルキ
ナクリドン(略称:DMQd)、クマリン6、クマリン545T、トリス(8−キノリノ
ラト)アルミニウム(略称:Alq3)、9,9’−ビアントリル、9,10−ジフェニ
ルアントラセン(略称:DPA)や9,10−ビス(2−ナフチル)アントラセン(略称
:DNA)、2,5,8,11−テトラ−t−ブチルペリレン(略称:TBP)等が挙げ
られる。また、上記発光物質を分散してなる層を形成する場合に母体となる材料としては
、9,10−ジ(2−ナフチル)−2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−Bu
DNA)等のアントラセン誘導体、4,4’−ビス(N−カルバゾリル)ビフェニル(略
称:CBP)等のカルバゾール誘導体、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)ピリジナト]亜鉛(略称:Z
npp2)、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)などの金属錯体等を用いることができる。また、発光物質のみで発光層10
4を構成することのできる材料としては、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略
称:Alq3)、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−アルミニウム(略称:B
Alq)などがある。
【0023】
また、発光層104は単層で形成しても複数層で形成しても構わず、発光層104にお
ける発光物質が分散された層と第1の正孔を発生する層102との間に正孔輸送層、発光
層104における発光物質が分散された層と電子を発生する層105との間に電子輸送層
を設けても良い。これらの層は設けられていても設けられていなくても良く、そのどちら
かのみが設けられていても良い。また、正孔輸送層、電子輸送層の材料としては、それぞ
れ上記正孔を発生する層における正孔輸送性の層、上記電子を発生する層における電子輸
送性の層に準じるため、ここでは説明を省略する。各々の記載を参照されたい。
【0024】
陽極101は仕事関数の大きい(仕事関数4.0eV以上)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好ましい。なお、陽極材料の具体例とし
ては、ITO(indium tin oxide)、珪素を含有するITO、酸化イン
ジウムに2〜20[%]の酸化亜鉛(ZnO)を混合したIZO(indium zin
c oxide)の他、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(
W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu
)、パラジウム(Pd)、または金属材料の窒化物(TiN)等を用いることができる。
一方、陰極106の形成に用いられる陰極材料としては、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
が好ましい。なお、陰極材料の具体例としては、元素周期律の1族または2族に属する元
素、すなわちLiやCs等のアルカリ金属、およびMg、Ca、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)や化合物(LiF、CsF、C
aF2)の他、希土類金属を含む遷移金属を用いて形成することができるが、Al、Ag
、ITO等の金属(合金を含む)との積層により形成することもできる。
【0025】
また、発光素子には陽極101、第1の正孔を発生する層102、発光層104、電子
を発生する層105、第2の正孔を発生する層103、陰極106の他に、陽極101と
、第1の正孔を発生する層102との間に正孔注入層107(図3、図4)を設けても良
い。正孔注入層107はフタロシアニン系の化合物が有効であり、例えば、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。
【0026】
なお、上に例示した材料に関してはあくまで例示にすぎず、本発明の効果を維持できる
範囲内において実施者が適宜選択できるものである。
【0027】
上記構成を有する本発明の発光素子は、電圧をかけると、第2の正孔を発生する層10
3より第2の電極に正孔が注入される。また、電子を発生する層105より電子が発光層
104に注入される。さらに、第1の正孔を発生する層102より発光層104に正孔が
注入され、発光層において注入された電子と正孔が再結合し、励起状態となった発光物質
が基底状態と戻る際に発光が得られる。ここで、本発明の発光素子では電極から有機物を
主成分とする層への電子の注入が無く、電子の注入は有機物を主成分とする層から有機物
を主成分とする層へ行われる。電極から有機物を主成分とする層への電子の注入は起こり
にくく、従来の発光素子では電極から有機物を主成分とする層への電子の注入過程におい
て駆動電圧が上昇してしまっていたが、本発明の発光素子はその過程が無い為、駆動電圧
の低い発光素子とすることができる。また、実験上、駆動電圧の高い発光素子は駆動電圧
の経時上昇も大きいことがわかっていることから、駆動電圧の低い本発明の発光素子は駆
動電圧の経時上昇も低い発光素子とすることが可能となる。
【0028】
(実施の形態2)
本発明の他の実施の形態について説明する。本実施の形態では第1の正孔を発生する層
102及び第2の正孔を発生する層103の膜厚を適当に調整することによって発光素子
及び表示装置の視野角特性を改善する例について説明する。本実施の形態において、発光
素子の積層構造、材料については実施の形態1と同様であるので説明を割愛する。実施の
形態1を参照されたい。
【0029】
発光素子より射出する光には、発光層104で発光し直接出てくる光と、一度、もしく
は複数度反射されて出てくる光とがある。この直接射出される光と反射されて出てくる光
とは位相の関係により干渉し強めあったり弱めあったりし、発光素子より射出される光は
当該干渉の結果として合成された光である。
【0030】
屈折率の小さな媒体から大きな媒体へ入射する際に反射した光はその位相が反転するた
め、実施の形態1に示した構成を有する発光素子において陽極101や陰極106等の電
極と当該電極と接する層の界面における反射では反射光の位相は反転する。この電極にお
いて反射した光と発光層で発光した光とが干渉する際、発光層と当該電極との間の光学的
距離(屈折率×物理的距離)が(2m−1)λ/4(mは1以上の自然数、λは当該発光
層から発する光の中心波長)を満たす場合、発光取り出し面を見る角度に依存して発生す
るスペクトル形状の変化を低減することができ且つ発光素子の電流効率も向上する。電流
効率とは流した電流に対して輝度がどれだけ得られたかを表すものであり、この効率が良
いほど小さい電流であっても規定の輝度を得ることができる。また素子の劣化も少ない傾
向にある。
【0031】
反射は屈折率の差が小さい膜間では小さいことから、電極と電極に接する膜との界面で
起こる反射以外は無視できるため、本実施の形態では電極と、当該電極に接する膜との間
で起こる反射にのみ注目する。
【0032】
陽極101側から発光を取り出す発光素子の場合、反射は陰極106で起こる。そのた
め、当該発光素子の電流効率を向上させ、発光取り出し面を見る角度に依存して発生する
スペクトル形状の変化を低減させる為には発光が起こった位置から陰極106表面までの
光学的距離(屈折率×物理的距離)を(2m−1)λ/4(mは1以上の自然数、λは当
該発光層から発する光の中心波長)とすればよい。
【0033】
発光層104は発光物質を含む層の単層で形成されていてもよいが、電子輸送層、正孔
輸送層などの層と発光物質を含む層との複数構造であっても良い。発光物質を含む層は発
光中心となる発光物質が分散された層であっても良いし、発光物質のみで形成された層で
あっても良い。
【0034】
さて、当該発光が起こった位置から陰極106までにはいくつかの異なる材料による層
が設けられている。本実施の形態においては電子を発生する層105及び第2の正孔を発
生する層103である。また、発光物質を含む層もその膜厚の半分は発光がおこった位置
から陰極106までの間に位置する層と言うことができる。また、発光層が複数層で形成
される場合にはさらに異なる層が含まれる場合もある。このような構成において発光が起
こった位置から陰極106までの光学的距離を求めるには各々の膜の屈折率と膜厚を掛け
合わせたものを合計すればよく、その合計が(2m−1)λ/4(mは1以上の自然数、
λは当該発光層から発する光の中心波長)となるようにする。すなわち、発光物質を含む
層を1、陰極106をj(jは4以上の整数)として発光物質を含む層から陰極106の
間に存在する層に発光物質を含む層側から順に番号をつけ、ある番号を付した屈折率n、
膜厚dを同じ番号が振られた層の屈折率、膜厚とした場合(すなわちn1と言ったら発光
物質を含む層の屈折率、djと言ったら陰極の膜厚となる)、以下の式(1)を満たすも
のとする。
【0035】
【数1】

【0036】
ここで、上記式(1)を満足させる為に膜厚を調整する必要が出てくる。有機物を主成
分とする層は電子の移動度が小さく、キャリアが電子である電子輸送性の材料及び電子を
発生する層105の膜厚を厚くすると駆動電圧が上昇してしまう。そこで本実施の形態で
は有機物を主成分とする層において比較的移動度の高い第2の正孔を発生する層103の
膜厚を調節することで駆動電圧を大きく上昇させることなく上記式(1)を満足させるこ
とが可能となる。
【0037】
陰極106側から発光を取り出す発光素子の場合、反射は陽極101で起こる。そのた
め、当該発光素子の電流効率を向上させ、発光取り出し面を見る角度に依存して発生する
スペクトル形状の変化を低減させる為には発光が起こった位置から陽極101表面までの
光学的距離(屈折率×物理的距離)を(2m−1)λ/4(mは1以上の自然数、λは当
該発光層から発する光の中心波長)とすればよい。
【0038】
発光層104は発光物質を含む層の単層で形成されていてもよいが、電子輸送層、正孔
輸送層などの層と発光物質を含む層との複数構造であっても良い。発光物質を含む層は発
光中心となる発光物質が分散された層であっても良いし、発光物質のみで形成された層で
あっても良い。しかし、ここに例示したどの構成であっても、発光物質を含む層はある程
度の厚みを有しており、さらに発光中心は無数に存在しているため厳密に発光が起こった
位置を決定することはできないため、本実施の形態では発光が起こった位置は発光物質を
含む層の膜厚の半分に当たる位置とみなすこととする。
【0039】
さて、当該発光が起こった位置から陽極101までにはいくつかの異なる材料による層
が設けられている。本実施の形態においては第1の正孔を発生する層102である。また
、発光物質を含む層もその膜厚の半分は発光がおこった位置から陽極101までの間に位
置する層と言うことができる。また、発光層が複数層で形成される場合にはさらに異なる
層が含まれる場合もある。このような構成において発光が起こった位置から陽極101ま
での光学的距離を求めるには各々の膜の屈折率と膜厚を掛け合わせたものを合計すればよ
い。すなわち、発光物質を含む層を1、陽極101をj(jは4以上の整数)として発光
物質を含む層から陽極101の間に存在する層に発光物質を含む層側から順に番号をつけ
、ある番号を付した屈折率n、膜厚dを同じ番号が振られた層の屈折率、膜厚とした場合
(すなわちn1と言ったら発光物質を含む層の屈折率、djと言ったら陽極の膜厚となる)
、以下の式(2)を満たすものとする。
【0040】
【数2】

【0041】
ここで、上記式(2)を満足させる為に膜厚を調整する必要が出てくる。本実施の形態
では有機物を主成分とする層において比較的移動度の高い第1の正孔を発生する層102
の膜厚を調節することで駆動電圧を大きく上昇させることなく上記式(2)を満足させる
ことが可能となる。
【0042】
また、陽極101及び陰極106の両方から光を取り出す構造である場合には上記式(
1)、(2)を同時に満たす様にすればよい。
【0043】
発光素子を本実施の形態のような構造とすることで、発光取り出し面を見る角度に依存
して発光のスペクトルが変化してしまうことを低減した発光素子を提供することが可能と
なる。
【0044】
本実施の形態は実施の形態1と組み合わせて用いることが可能である。
【0045】
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1もしくは実施の形態2に記載の本発明の表示装置につ
いて図5、図6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表示装置を作成する例を示したが、パッシブマトリクス型の表示装
置であっても本発明の発光素子を適用することができるのはもちろんである。
【0046】
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。(図5(A))
【0047】
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。
【0048】
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。材料としては酸化珪素、窒化珪素、窒素を含む酸化珪素、酸素を含
む窒化珪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
珪素で、第2の下地絶縁層51bを酸化珪素で形成する。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。
【0049】
続いて形成される半導体層は本実施の形態では非晶質珪素膜をレーザ結晶化して得る。
第2の下地絶縁層51b上に非晶質珪素膜を25〜100nm(好ましくは30〜60n
m)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。
【0050】
続いてレーザ照射装置を用いて非晶質珪素膜を結晶化して結晶質珪素膜を形成する。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珪素膜に照射することで結晶質珪素膜と
し、半導体層として用いる。
【0051】
非晶質珪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。
【0052】
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。
【0053】
その後、図5(A)に示すように半導体層を所定の形状にパターニングし、島状の半導
体層52を得る。パターニングは半導体層にフォトレジストを塗布し、所定のマスク形状
を露光し、焼成して、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。
【0054】
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として珪素を含む絶縁層
で形成する。本実施の形態では酸化珪素を用いて形成する。
【0055】
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珪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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。非晶質半導体は珪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。
【0060】
また非晶質半導体中に0.5nm〜20nmの結晶粒を観察することができる微結晶半
導体膜(セミアモルファス半導体)を用いてもよい。また0.5nm〜20nmの結晶を
粒観察することができる微結晶はいわゆるマイクロクリスタル(μc)とも呼ばれている

【0061】
セミアモルファス半導体であるセミアモルファスシリコン(SASとも表記する)は、
珪化物気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的な珪化物気体とし
ては、SiH4であり、その他にもSi26、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4
SiF4などを用いることができる。この珪化物気体を水素、水素とヘリウム、アルゴン
、クリプトン、ネオン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用いること
でSASの形成を容易なものとすることができる。希釈率は10倍〜1000倍の範囲で
珪化物気体を希釈することが好ましい。グロー放電分解による被膜の反応生成は0.1P
a〜133Paの範囲の圧力で行えば良い。グロー放電を形成するための電力は1MHz
〜120MHz、好ましくは13MHz〜60MHzの高周波電力を供給すれば良い。基
板加熱温度は300度以下が好ましく、100〜250度の基板加熱温度が好適である。
【0062】
このようにして形成されたSASはラマンスペクトルが520cm-1よりも低波数側に
シフトしており、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。また、SASには未結合手(ダングリングボンド)を終端す
る為に水素またはハロゲンを少なくとも1原子%含ませている。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1×1020cm-1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
。TFTにしたときのμ=1〜10cm2/Vsecとなる。
【0063】
また、このSASをレーザでさらに結晶化して用いても良い。
【0064】
続いて、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を窒化珪
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。
【0065】
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珪素、アクリル、ポリイミドやシロキサン、Io
w−k材料等をもちいるとよい。本実施の形態では酸化珪素膜を第1の層間絶縁層として
形成した。なお、本明細書中においてシロキサンとは、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のことを指
す。(図5(B))
【0066】
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5(C))
【0067】
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、銅等の単層でも良いが、本実施の形態では下からモリブデン/アルミニウム
/モリブデンの積層構造とする。積層配線としてはチタン/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5(D))
【0068】
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5(E))
【0069】
続いて第2の層間絶縁層63上に窒化珪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。
【0070】
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
の陽極101を形成する。ここで陽極101は接続部61aと電気的に接触している。陽
極101の材料としては仕事関数の大きい(仕事関数4.0eV以上)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好ましい。例えばITO(in
dium tin oxide)、珪素を含有するITO(ITSO)、酸化インジウム
に2〜20[%]の酸化亜鉛(ZnO)を混合したIZO(indium zinc o
xide)、酸化亜鉛、酸化亜鉛にガリウムを含有したGZO(Galium Zinc
Oxide)の他、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W
)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)
、パラジウム(Pd)、または金属材料の窒化物(TiN)等を用いることができる。本
実施の形態ではITSOを陽極101として用いた(図6(A))。
【0071】
次に第2の層間絶縁層63(もしくは絶縁層)及び陽極101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陽極101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6(B))。
【0072】
次に、隔壁65から露出した陽極101を覆う発光積層体66を形成する。本実施の形
態では発光積層体66は蒸着法等により形成すればよく、第1の正孔を発生する層102
、発光層104、電子を発生する層105、第2の正孔を発生する層103の順に積層す
ることにより形成する。
【0073】
第1の正孔を発生する層102と第2の正孔を発生する層103は異なる材料で形成し
ても良いが同じ材料で形成しても良く、正孔輸送性の材料と当該正孔輸送性の材料から電
子を受け取ることができる電子受容性の材料の両方を含む層やP型半導体の層、もしくは
P型半導体を含む層により形成する。上記正孔輸送性の材料としては例えば、4,4’−
ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル−アミノ]−ビフェニル(略称:α−NPD
)や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)や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)や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)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)の化合物やフタロシアニン(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)等のフタロシアニン化合物
を用いることができる。また、これら正孔輸送性の材料から電子を受け取ることができる
電子受容性の材料としては、例えば、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、7,7,8
,8,−テトラシアノキノジメタン(略称:TCNQ)、2,3−ジシアノナフトキノン
(略称:DCNNQ)、2,3,5,6−テトラフルオロ−7,7,8,8,−テトラシ
アノキノジメタン(略称:F4−TCNQ)等が挙げられるが、正孔輸送性の材料との組
み合わせによってそれぞれ電子受容が可能な電子受容性の材料を選択する。また、P型半
導体として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、コバルト酸化物
、ニッケル酸化物及び銅酸化物などを用いることができる。なお、これに挙げた材料に関
してはあくまで例示にすぎず、実施者が適宜選択できるものである。正孔輸送性を有する
材料と当該正孔輸送性を有する材料から電子受容可能な材料の正孔輸送性の材料に対する
電子受容可能な材料の混合比はモル比で0.5以上であれば良く、好ましくは0.5〜2
であることが望ましい。本実施の形態における第1の正孔を発生する層、及び第2の正孔
を発生する層では電子輸送性を有する材料としてα−NPD、α−NPDから電子を受容
することが可能な電子受容性の材料として酸化モリブデン(MoO3)を使用し、質量比
でα−NPD:MoO3=4:1(モル比で1に相当)となるように共蒸着法により蒸着
を行う。なお、本実施の形態における膜厚は第1の正孔を発生する層が50nm、第2の
正孔を発生する層が20nmとする。
【0074】
発光層104は、発光物質の有するエネルギーギャップよりも大きいエネルギーギャッ
プを有する材料からなる層に発光中心となる発光物質を分散して含む層として発光層10
4を形成する場合には、発光中心となる発光物質に、4−ジシアノメチレン−2−メチル
−6−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジル−9−エニル)−4H−ピラン(略
称:DCJT)、4−ジシアノメチレン−2−t−ブチル−6−(1,1,7,7−テト
ラメチルジュロリジル−9−エニル)−4H−ピラン、ペリフランテン、2,5−ジシア
ノ−1,4−ビス(10−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチルジュロリジル−9−
エニル)ベンゼン、N,N’−ジメチルキナクリドン(略称:DMQd)、クマリン6、
クマリン545T、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)、9,
9’−ビアントリル、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPA)や9,10−
ビス(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、2,5,8,11−テトラ−t−
ブチルペリレン(略称:TBP)、上記発光物質を分散する母体となる材料として、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、4,4’−ビス(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:C
BP)等のカルバゾール誘導体、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Al
3)、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)ピリジナト]亜鉛(略称:Znpp
2)、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:ZnB
OX)などの金属錯体等を用いて作製することができる。また、発光物質のみで発光層1
04を構成する場合は、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)、
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−アルミニウム(略称:BAlq)などの材
料を用いる。
【0075】
また、発光層104は単層で形成しても複数層で形成しても構わず、発光層104にお
ける発光物質が分散された層(もしくは発光物質よりなる層)と第1の正孔を発生する層
102との間に正孔輸送層、発光層104における発光物質が分散された層(もしくは発
光物質よりなる層)と電子を発生する層105との間に電子輸送層を設けても良い。これ
らの層は設けられていても設けられていなくても良く、そのどちらかのみが設けられてい
ても良い。また、正孔輸送層、電子輸送層の材料としては、それぞれ上記正孔を発生する
層における正孔輸送性の層、上記電子を発生する層における電子輸送性の層に準じるため
、ここでは説明を省略する。各々の記載を参照されたい。
【0076】
本実施の形態では、正孔を発生する層102上に発光層104として、順に正孔輸送層
、発光物質が分散された層、電子輸送層を形成する。正孔輸送層としてはα−NPDを膜
厚10nm、発光物質が分散された層としてはAlqにクマリン6を質量比1:0.00
5、膜厚35nm、電子輸送層としてはAlqを膜厚10nmとなるように蒸着する。
【0077】
電子を発生する層105は、電子輸送性の材料と当該電子輸送性の材料に電子を供与す
ることができる電子供与性の材料の両方を含む層やN型半導体の層、もしくはN型半導体
を含む層により形成する。上記電子輸送性の材料としては例えば、トリス(8−キノリノ
ラト)アルミニウム(略称:Alq3)、トリス(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)等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材料を用いることができる。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の材料も用いることがで
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)、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−ter
t−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:BPh
en)、バソキュプロイン(略称:BCP)等を用いることができる。また、これら電子
輸送性の材料に電子を与えることができる電子供与性の材料としては、例えば、リチウム
、セシウムなどのアルカリ金属、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、エ
ルビウム、イッテルビウムなどの希土類金属などを用いることができるが、電子輸送性の
材料との組み合わせによってそれぞれ電子供与が可能な電子供与性の材料を選択する。ま
た、N型半導体としては酸化亜鉛、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、酸化チタンなどを用いるこ
とができる。
【0078】
電子輸送性を有する材料と当該電子輸送性を有する材料に電子供与可能な材料の混合比
はモル比で1:0.5〜1:2程度、好ましくは1:1であれば良い。本実施の形態にお
ける電子を発生する層では電子輸送性を有する材料としてAlq、Alqに電子を供与す
ることが可能な電子供与性の材料としてリチウム(Li)を使用し、質量比でAlq:L
i=1:0.01となるように共蒸着法により蒸着を行う。なお、膜厚は10nmとする

【0079】
発光波長帯の異なる発光素子を画素毎に形成して、カラー表示を行う構成としても良い
。典型的には、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色に対応した発光素子を形成する。こ
の場合にも、画素の光放射側にその発光波長帯の光を透過するフィルター(着色層)を設
けた構成とすることで、色純度の向上や、画素部の鏡面化(映り込み)の防止を図ること
ができる。フィルター(着色層)を設けることで、従来必要であるとされていた円偏光板
などを省略することが可能となり、発光素子から放射される光の損失を無くすことができ
る。さらに、斜方から画素部(表示画面)を見た場合に起こる色調の変化を低減すことが
できる。
【0080】
また、発光素子は単色又は白色の発光を呈する構成とすることができる。白色発光素子
を用いる場合には、画素の光放射側に特定の波長の光を透過するフィルター(着色層)を
設けた構成としてカラー表示を可能にすることができる。
【0081】
白色に発光する発光層を形成するには、例えば、Alq3、部分的に赤色発光色素であ
るナイルレッドをドープしたAlq3、Alq3、p−EtTAZ、TPD(芳香族ジアミ
ン)を蒸着法により順次積層することで白色を得ることができる。
【0082】
さらに、発光層は、一重項励起発光物質の他、金属錯体などを含む三重項励起材料を用
いても良い。例えば、赤色の発光性の画素、緑色の発光性の画素及び青色の発光性の画素
のうち、輝度半減時間が比較的短い赤色の発光性の画素を三重項励起発光物質で形成し、
他を一重項励起発光物質で形成する。三重項励起発光物質は発光効率が良いので、同じ輝
度を得るのに消費電力が少なくて済むという特徴がある。すなわち、三重項励起発光物質
を赤色画素に適用した場合、発光素子に流す電流量が少なくて済むので、信頼性を向上さ
せることができる。低消費電力化として、赤色の発光性の画素と緑色の発光性の画素とを
三重項励起発光物質で形成し、青色の発光性の画素を一重項励起発光物質で形成しても良
い。人間の視感度が高い緑色の発光素子も三重項励起発光物質で形成することで、より低
消費電力化を図ることができる。
【0083】
三重項励起発光物質の一例としては、金属錯体をドーパントとして用いたものがあり、
第三遷移系列元素である白金を中心金属とする金属錯体、イリジウムを中心金属とする金
属錯体などが知られている。三重項励起発光物質としては、これらの化合物に限られるこ
とはなく、上記構造を有し、且つ中心金属に周期表の8〜10属に属する元素を有する化
合物を用いることも可能である。
【0084】
上記のような材料で形成した発光素子は、順方向にバイアスすることで発光する。発光
素子を用いて形成する表示装置の画素は、単純マトリクス方式、若しくはアクティブマト
リクス方式で駆動することができる。いずれにしても、個々の画素は、ある特定のタイミ
ングで順方向バイアスを印加して発光させることとなるが、ある一定期間は非発光状態と
なっている。この非発光時間に逆方向のバイアスを印加することで発光素子の信頼性を向
上させることができる。発光素子では、一定駆動条件下で発光強度が低下する劣化や、画
素内で非発光領域が拡大して見かけ上輝度が低下する劣化モードがあるが、順方向及び逆
方向にバイアスを印加する交流的な駆動を行うことで、劣化の進行を遅くすることができ
、発光装置の信頼性を向上させることができる。
【0085】
続いて発光積層体66を覆う陰極106を形成する。これによって陽極101と発光積
層体66と陰極106とからなる発光素子93を作製することができる。陰極106の形
成に用いられる陰極材料としては、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好ましい。なお、陰
極材料の具体例としては、元素周期律の1族または2族に属する元素、すなわちLiやC
s等のアルカリ金属、およびMg、Ca、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)や化合物(LiF、CsF、CaF2)の他、希土類
金属を含む遷移金属を用いて形成することができるが、Al、Ag、ITO等の金属(合
金を含む)との積層により形成することもできる。本実施の形態ではアルミニウムを陰極
として用いた。
【0086】
上記のような構成を有する発光素子は、駆動電圧が低くさらに駆動電圧の経時上昇の小
さい発光素子とすることができる。
【0087】
なお、本実施の形態では、接続部61aに電気的に接触している電極は陽極101であ
ったが、接続部61aに電気的に接触している電極は陰極106であっても良い。この場
合は発光積層体66の積層順を第2の正孔を発生する層103、電子を発生する層105
、発光層104、第1の正孔を発生する層102の順に積層することにより形成し、発光
積層体66の上に陽極101を形成すればよい。
【0088】
その後、プラズマCVD法により酸化窒化ケイ素膜を第2のパッシベーション膜として
形成する。酸化窒化ケイ素膜を用いる場合には、プラズマCVD法でSiH4、N2O、N
3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。
【0089】
また、第1の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、第1の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珪素膜の代わりに形成して
もよい。
【0090】
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、表示装置が完成する。
【0091】
以上のように作製した表示装置の構成の1例を図7参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。
【0092】
図7(A)は陽極101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。
【0093】
図7(B)は陽極101と陰極106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。
【0094】
なお、表示機能を有する本発明の表示装置には、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
明の発光表示装置及びその駆動方法は、上記したいずれの方法を用いても良い。
【0095】
本実施の形態のような方法で形成された本発明の表示装置は駆動電圧が小さく、駆動電
圧の経時上昇も小さい表示装置である。
【0096】
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一形態に相当する発光装置のパネルの外観について図8を
用いて説明する。図8(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基板と
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
8(B)は図8(A)の断面図に相応する。また、このパネルに搭載されている発光素子
の有する構造は、電極に接する層が正孔を発生する層であり、発光層が正孔を発生する層
で挟まれた構造となっている。さらに、発光素子における陰極側の正孔を発生する層と発
光層との間には電子を発生する層が設けられている。
【0097】
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40
02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40
04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。
【0098】
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8(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。
【0099】
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。
【0100】
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4015a及び引き回し配線4015b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(FP
C)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。
【0101】
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。
【0102】
なお、本発明の表示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。
【0103】
本実施の形態のような構成のパネル及びモジュールは、駆動電圧が小さく、駆動電圧の
経時上昇も小さいパネル及びモジュールである。
【0104】
(実施の形態5)
実施の形態4にその一例を示したような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 Vers
atile 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9に示す。
【0105】
図9(A)は発光表示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
発明の発光表示装置は表示部2003の駆動電圧が小さく、駆動電圧の経時上昇も小さい
発光表示装置である。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。
【0106】
図9(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の駆動電圧が小さく、駆動電圧の経時上昇も小さい携帯
電話である。
【0107】
図9(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の駆動電圧が小さく、駆動電圧の経時上昇も小さ
いコンピュータである。図9(C)ではノート型のコンピュータを例示したが、ハードデ
ィスクと表示部が一体化した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。
【0108】
図9(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の駆動電圧が小さく、駆動電圧の経時上昇も小さいモバイルコン
ピュータである。
【0109】
図9(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の駆動電圧が小さく、駆動電圧の経時上昇も小さい携帯型ゲーム機で
ある。
【0110】
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。
(実施の形態6)
【0111】
図10には下面発光、両面発光、上面発光の例を示した。実施の形態2に作成工程を記
載した構造は図10(C)の構造に相当する。図10(A)、(B)は図10(C)にお
ける第1の層間絶縁層900を自己平坦性を有する材料で形成し、薄膜トランジスタ90
1に接続する配線と発光素子の陽極101を同じ層間絶縁層上に形成した場合の構成であ
る。図10(A)は発光素子の陽極101のみを透光性を有する材料で形成し、発光装置
の下部に向かって光が射出する下面発光の構成、図10(B)はITOやITSO、IZ
Oなど透光性を有する材料を陰極106として形成することで図10(B)のように両面
より光を取り出すことのできる両面発光の発光表示装置を得ることが可能となる。なお、
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透光性を有する程度の薄膜で陰極106を形成して
も両面発光とすることができる。
【0112】
(実施の形態7)
【0113】
本実施の形態では、実施の形態4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5、図6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。
【0114】
図11(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T
FT1403、電流制御用TFT1404、容量素子1402及び発光素子1405を有
する。
【0115】
図11(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11(A)に示す画素と
同じ構成である。つまり、図11(A)(C)に示す両画素は、同じ等価回路図を示す。
しかしながら、列方向に電源線1412が配置される場合(図11(A))と、行方向に
電源線1412が配置される場合(図11(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11(A)(C)とし
て分けて記載する。
【0116】
図11(A)(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(1
403)、チャネル幅W(1403)、電流制御用TFT1404のチャネル長L(14
04)、チャネル幅W(1404)は、L(1403)/W(1403):L(1404
)/W(1404)=5〜6000:1を満たすように設定するとよい。
【0117】
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TFT
1403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TF
T1403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、画質を向上させた表示装置を提供することができる

【0118】
図11(A)〜(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11(A)(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。
【0119】
図11(B)に示す画素は、TFT1406と走査線1414を追加している以外は、
図11(A)に示す画素構成と同じである。同様に、図11(D)に示す画素は、TFT
1406と走査線1414を追加している以外は、図11(C)に示す画素構成と同じで
ある。
【0120】
TFT1406は、新たに配置された走査線1414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11(B)(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。
【0121】
図11(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11(F)に示す画素は、TFT
1406と走査線1415を追加している以外は、図7(E)に示す画素構成と同じであ
る。なお、図11(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。
【0122】
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、電界発光層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。
【0123】
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T
FT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。
【0124】
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、一列毎にTFTが設けられる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。発光が電界発光層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表示装置を用いる透過率が高まる。
【0125】
これらのような画素回路をさらに有する本発明の表示装置は、駆動電圧が小さく、駆動
電圧の経時上昇も小さい上、各々の特徴を有する表示装置とすることができる。
【0126】
続いて、図11(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。
【0127】
図12には、画素部1500にスイッチング用TFT1401、1403、容量素子1
402、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TFT
1401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。
【0128】
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。
【0129】
走査線1414に設けられるダイオードも同様な構成である。
【0130】
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。
【0131】
このような保護回路を有する本発明の表示装置は、駆動電圧の経時上昇も小さい上、表示
装置としての信頼性も高めることが可能となる。
【実施例1】
【0132】
本実施例では本発明の発光素子の測定データを示す。
【0133】
まず、本実施例における発光素子の作製方法について説明する。本実施例における発光
素子は実施の形態1に示した発光素子の構造に準拠する。本実施例では絶縁物100とし
てガラス基板を使用した。当該ガラス基板上にケイ素を含有するITOをスパッタリング
法により成膜し、陽極101を形成した。陽極101の膜厚は110nmとなるように成
膜した。
【0134】
続いて、陽極101の上にモリブデン酸化物とα−NPDを共蒸着することによって、
モリブデン酸化物とα−NPDよりなる第1の正孔を発生する層102を形成した。ここ
で第1の正孔を発生する層102の膜厚は50nmとなるようにした。
【0135】
次に第1の正孔を発生する層102の上に発光層104を形成した。発光層104は3
層構造とし、第1の正孔を発生する層102側から正孔輸送層、発光物質が分散された層
、電子輸送層の順で形成した。正孔輸送層は、α−NPDを真空蒸着法により膜厚10n
mとなるように形成し、発光物質が分散された層はAlq3とクマリン6を共蒸着法によ
り成膜することでAlq3とクマリン6を含む層を膜厚35nmとなるように形成し、電
子輸送層はAlq3のみを真空蒸着法により膜厚10nmとなるように形成した。尚、発
光物質が分散された層はAlq3とクマリン6の割合が、質量比で1:0.005となる
ように調節した。
【0136】
続いて、発光層104上にAlq3とリチウムとを共蒸着することによって、Alq3
リチウムとよりなる電子を発生する層105を膜厚10nmとなるように形成した。なお
、Alq3とリチウムとの質量比は1:0.01となるように調節した。
【0137】
次に、電子を発生する層105上に、モリブデン酸化物とα−NPDを共蒸着すること
によって、モリブデン酸化物とα−NPDよりなる第2の正孔を発生する層103を形成
した。ここで第1の正孔を発生する層102の膜厚は20nmとなるようにした。また、
α−NPDとモリブデン酸化物のモル比は1:1となるようにした。
【0138】
第2の正孔を発生する層105上にはアルミニウムによる陰極106を形成した。膜厚
は100nmとした。
【0139】
記構成を有する本発明の発光素子は、電圧をかけると、第2の正孔を発生する層103
より第2の電極に正孔が注入される。また、電子を発生する層105より電子が発光層1
04に注入される。さらに、第1の正孔を発生する層102より発光層104に正孔が注
入され、発光層において注入された電子と正孔が再結合し、クマリン6から発光が得られ
る。
【0140】
このように作製した本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図13に、電圧−電流特性
を図14に示す。図13おいて横軸は電圧(V)、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。ま
た、図14において横軸は電圧(V)、縦軸は電流(mA)を表す。
【0141】
このように、本実施例における発光素子は、良好な特性を示す。
【0142】
なお、本実施例において正孔を発生する層として用いたα―NPDとモリブデン酸化物
よりなる複合材料の吸収スペクトルを図22(A)に示す。なお、図22(B)はα―N
PDのみの吸収スペクトル、図22(C)はモリブデン酸化物のみの吸収スペクトルであ
る。図から分かるように、α―NPDとモリブデン酸化物よりなる複合材料の吸収スペク
トルには、α―NPDのみ、及びモリブデン酸化物のみでは現れないピークが現れている
ことが分かる。これはα―NPDとモリブデン酸化物が相互作用することによって正孔が
発生していることを示すものと考えられる。
【実施例2】
【0143】
本実施例では、正孔を発生する層において、正孔輸送性物質と、その物質に対し電子受
容性を示す物質との混合割合が異なる四つの発光素子、発光素子(1)、発光素子(2)
、発光素子(3)、発光素子(4)の作製方法と、それらの素子の特性について説明する

【0144】
まず、本実施例における発光素子の作製方法について説明する。本実施例における発光
素子は実施の形態1に示した発光素子の構造に準拠する。本実施例では絶縁物100とし
てガラス基板を使用した。当該ガラス基板上にケイ素を含有するITOをスパッタリング
法により成膜し、陽極101を形成した。陽極101の膜厚は110nmとなるように成
膜した。
【0145】
続いて、陽極101の上にモリブデン酸化膜を真空蒸着法によって成膜し、モリブデン
酸化膜からなる第1の正孔を発生する層102を形成した。ここで膜厚は5nmとなるよ
うにした。
【0146】
次に第1の正孔を発生する層102の上に発光層104を形成した。発光層104は3
層構造とし、第1の正孔を発生する層102側から正孔輸送層、発光物質が分散された層
、電子輸送層の順で形成した。正孔輸送層は、α−NPDを真空蒸着法により膜厚55n
mとなるように形成し、発光物質が分散された層はAlq3とクマリン6を共蒸着法によ
り成膜することでAlq3とクマリン6を含む層を膜厚35nmとなるように形成し、電
子輸送層はAlq3のみを真空蒸着法により膜厚10nmとなるように形成した。尚、発
光物質が分散された層はAlq3とクマリン6の割合が、質量比で1:0.005となる
ように調節した。
【0147】
続いて、発光層104上にAlq3とリチウムとを共蒸着することによって、Alq3
リチウムとよりなる電子を発生する層105を膜厚10nmとなるように形成した。なお
、Alq3とリチウムとの質量比は1:0.01となるように調節した。
【0148】
次に、電子を発生する層105上に、モリブデン酸化物とα−NPDを共蒸着すること
によって、モリブデン酸化物とα−NPDよりなる第2の正孔を発生する層103を形成
した。ここで、発光素子(1)については、α−NPDとモリブデン酸化物とのモル比は
0.5(=α−NPD/モリブデン酸化物)となるように調節した。また、発光素子(2
)については、α−NPDとモリブデン酸化物とのモル比は1.0(=α−NPD/モリ
ブデン酸化物)となるように調節した。また、発光素子(3)については、α−NPDと
モリブデン酸化物とのモル比は1.5(=α−NPD/モリブデン酸化物)となるように
調節した。また、発光素子(4)については、α−NPDとモリブデン酸化物とのモル比
は2.0(=α−NPD/モリブデン酸化物)となるように調節した。また、第2の正孔
を発生する層102の膜厚は20nmとなるようにした。
【0149】
第2の正孔を発生する層103上にはアルミニウムによる陰極106を形成した。膜厚
は100nmとした。
【0150】
記構成を有する本発明の発光素子は、電圧をかけると、第2の正孔を発生する層103
より第2の電極に正孔が注入される。また、電子を発生する層105より電子が発光層1
04に注入される。さらに、第1の正孔を発生する層102より発光層104に正孔が注
入され、発光層において注入された電子と正孔が再結合し、クマリン6から発光が得られ
る。
【0151】
本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図15に、電流密度−輝度特性を図16に、電
圧−電流特性を図17に示す。図15において、横軸は電圧(V)、縦軸は輝度(cd/
2)を表す。また、図16において、横軸は電流密度(mA/cm2)、縦軸は輝度(c
d/m2)を表す。また、図17において、横軸は電圧(V)、縦軸は電流(mA)を表
す。図15〜図17において、▲印は発光素子(1)、●印は発光素子(2)、○印は発
光素子(3)、■印は発光素子(4)の特性を表す。
【0152】
図15〜図17、から、いずれの発光素子についても、良好に動作していることが分か
る。また、特に、正孔を発生する層におけるα−NPDとモリブデン酸化物とのモル比(
=α−NPD/モリブデン酸化物)が1〜2である発光素子(2)〜(4)では、任意の
電圧を印加したときに得られる輝度が高く、また電流値も大きいことが分かる。このよう
に、α−NPDとモリブデン酸化物とのモル比(=α−NPD/モリブデン酸化物)が1
〜2になるように調節することで、低い駆動電圧で動作する発光素子を得られる。
【0153】
次に、本実施例の発光素子について、連続点灯試験を行った結果について説明する。連
続点灯試験は、上記のようにして作製した発光素子を、窒素雰囲気で封止した後、常温下
で、次のようにして行った。
【0154】
図16からも分かるように、初期状態の本発明の発光素子において、3000cd/m
2の輝度で発光するために必要な電流密度は26.75mA/cm2である。本実施例では
、26.75mA/cm2の電流を一定時間を流し続け、26.75mA/cm2の電流を
流すのに必要な電圧の経時変化、並びに輝度の経時変化について調べた。測定結果を図1
8、図19に示す。図18において、横軸は経過した時間(hour)、縦軸は26.7
5mA/cm2の電流を流すのに必要な電圧(V)を表す。また、図19において、横軸
は経過した時間(hour)、縦軸は輝度(任意単位)を表す。なお、輝度(任意単位)
は、初期状態の輝度を100として表した、初期輝度に対する相対値(任意時間における
輝度を初期輝度で割り、さらに100倍して求めた値。)である。
【0155】
図18より、いずれの発光素子においても26.75mA/cm2の電流密度の電流を
流すのに必要な電圧は、100時間経過後において、初期状態よりも約1Vしか高くなっ
ていないことが分かる。このことから、本発明の発光素子が、経時変化に伴った電圧の上
昇の少ない良好な素子であることが分かる。
【0156】
なお、実施例1および実施例2のいずれの発光素子についても、発光層として機能する
層の他、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層等として機能する層を形成しているが、必
ずしもこれらの層を設けなくてもよい。また、実施例1、実施例2では、共に、発光層と
して機能する層を形成した後、電子を発生する層を形成し、さらにその後正孔を発生する
層を形成しているが、本発明の発光素子の作製方法はこれに限定されるものではない。例
えば、正孔を発生する層を形成した後、電子を発生する層を形成し、さらにその後発光層
として機能する層を含む層を形成しても構わない。
【実施例3】
【0157】
本実施例では実施例1とは異なる材料を用いた本発明の発光素子の測定データを示す。
【0158】
まず、本実施例における発光素子の作製方法について説明する。本実施例における発光
素子は実施の形態1に示した発光素子の構造に準拠する。本実施例では絶縁物100とし
てガラス基板を使用した。当該ガラス基板上にケイ素を含有するITOをスパッタリング
法により成膜し、陽極101を形成した。陽極101の膜厚は110nmとなるように成
膜した。
【0159】
続いて、陽極101の上にモリブデン酸化物とDNTPDを共蒸着することによって、
モリブデン酸化物とDNTPDよりなる第1の正孔を発生する層102を形成した。ここ
で第1の正孔を発生する層102の膜厚は50nmとなるようにした。DNTPDとモリ
ブデン酸化物の質量比は4:2となるように蒸着した。
【0160】
次に第1の正孔を発生する層102の上に発光層104を形成した。発光層104は3
層構造とし、第1の正孔を発生する層102側から正孔輸送層、発光物質が分散された層
、電子輸送層の順で形成した。正孔輸送層は、α−NPDを真空蒸着法により膜厚10n
mとなるように形成し、発光物質が分散された層はAlq3とクマリン6を共蒸着法によ
り成膜することでAlq3とクマリン6を含む層を膜厚35nmとなるように形成し、電
子輸送層はAlq3のみを真空蒸着法により膜厚10nmとなるように形成した。尚、発
光物質が分散された層はAlq3とクマリン6の割合が、質量比で1:0.005となる
ように調節した。
【0161】
続いて、発光層104上にAlq3とリチウムとを共蒸着することによって、Alq3
リチウムとよりなる電子を発生する層105を膜厚10nmとなるように形成した。なお
、Alq3とリチウムとの質量比は1:0.01となるように調節した。
【0162】
次に、電子を発生する層105上に、モリブデン酸化物とDNTPDを共蒸着すること
によって、モリブデン酸化物とDNTPDよりなる第2の正孔を発生する層103を形成
した。ここで第1の正孔を発生する層102の膜厚は20nmとなるようにした。また、
DNTPDとモリブデン酸化物の質量比は4:2となるようにした。
【0163】
第2の正孔を発生する層103上にはアルミニウムによる陰極106を形成した。膜厚
は100nmとした。
【0164】
記構成を有する本発明の発光素子は、電圧をかけると、第2の正孔を発生する層103
より第2の電極に正孔が注入される。また、電子を発生する層105より電子が発光層1
04に注入される。さらに、第1の正孔を発生する層102より発光層104に正孔が注
入され、発光層において注入された電子と正孔が再結合し、クマリン6から発光が得られ
る。
【0165】
このように作製した本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図20に、電圧−電流特性
を図21に示す。図20おいて横軸は電圧(V)、縦軸は輝度(cd/m2)を表す。ま
た、図21において横軸は電圧(V)、縦軸は電流(mA)を表す。
【0166】
このように、本実施例における発光素子は、良好な特性を示す。
【0167】
なお、本実施例において正孔を発生する層として用いたDNTPDとモリブデン酸化物
よりなる複合材料の吸収スペクトルを図23(A)に示す。なお、図23(B)はDNT
PDのみの吸収スペクトル、図23(C)はモリブデン酸化物のみの吸収スペクトルであ
る。図から分かるように、DNTPDとモリブデン酸化物よりなる複合材料の吸収スペク
トルには、DNTPDのみ、及びモリブデン酸化物のみでは現れないピークが現れている
ことが分かる。これはDNTPDとモリブデン酸化物が相互作用することによって正孔が
発生していることを示すものと考えられる。
【実施例4】
【0168】
本実施例では、正孔を発生する層の膜厚を変化させることによって、発光の視野角依存
性や発光スペクトルを制御する、いわゆる発光素子の光学設計について図24、図25を
参照しながら説明する。
【0169】
まず、本実施例における発光素子の作製方法について説明する。本実施例における発光
素子は実施の形態1に示した発光素子の構造に準拠する。本実施例では絶縁物100とし
てガラス基板を使用した。当該ガラス基板上にケイ素を含有するITOをスパッタリング
法により成膜し、陽極101を形成した。陽極101の膜厚は110nmとなるように成
膜した。
【0170】
続いて、陽極101の上にモリブデン酸化物とα―NPDを共蒸着することによって、
モリブデン酸化物とα―NPDよりなる第1の正孔を発生する層102を形成した。ここ
で第1の正孔を発生する層102の膜厚は50nmとなるようにした。α―NPDとモリ
ブデン酸化物の質量比は4:1となるように蒸着した。
【0171】
次に第1の正孔を発生する層102の上に発光層104を形成した。発光層104は3
層構造とし、第1の正孔を発生する層102側から正孔輸送層、発光物質が分散された層
、電子輸送層の順で形成した。正孔輸送層は、α−NPDを真空蒸着法により膜厚10n
mとなるように形成し、発光物質が分散された層はAlq3とクマリン6を共蒸着法によ
り成膜することでAlq3とクマリン6を含む層を膜厚40nmとなるように形成し、電
子輸送層はAlq3のみを真空蒸着法により膜厚10nmとなるように形成した。尚、発
光物質が分散された層はAlq3とクマリン6の割合が、質量比で1:0.01となるよ
うに調節した。
【0172】
続いて、発光層104上にAlq3とリチウムとを共蒸着することによって、Alq3
リチウムとよりなる電子を発生する層105を膜厚10nmとなるように形成した。なお
、Alq3とリチウムとの質量比は1:0.01となるように調節した。
【0173】
次に、電子を発生する層105上に、モリブデン酸化物とα―NPDを共蒸着すること
によって、モリブデン酸化物とα―NPDよりなる第2の正孔を発生する層103を形成
した。また、α―NPDとモリブデン酸化物の質量比は4:2となるようにした。
【0174】
第2の正孔を発生する層103上にはアルミニウムによる陰極106を形成した。膜厚
は100nmとした。
【0175】
記構成を有する本発明の発光素子は、電圧をかけると、第2の正孔を発生する層103
より第2の電極に正孔が注入される。また、電子を発生する層105より電子が発光層1
04に注入される。さらに、第1の正孔を発生する層102より発光層104に正孔が注
入され、発光層において注入された電子と正孔が再結合し、クマリン6から発光が得られ
る。
【0176】
本実施例では、発光素子を形成したガラス基板側に、発光素子からの発光を取り出す構
造とし、陰極106は反射電極として機能する。また、第2の正孔を発生する層103の
膜厚を変化させることによって反射電極で反射されて戻ってくる光の光路長を調節した。
これにより、反射電極で反射されてからガラス基板方向に射出する光と、発光素子から直
接射出する光との干渉状態が変化する。
【0177】
図24は発光物質が分散された層から反射電極までの光学的距離を、第2の正孔を発生
する層105の膜厚を変化させることによって変化させた場合の当該光学的距離と電流効
率との関係を表すグラフである。このように、発光物質が分散された層から反射電極まで
の光学的距離が変化することによって発光効率が周期的に変化することが分かり、当該光
学的距離を調節することによって発光効率を高めたり、逆に抑えたりすることが可能であ
る。
【0178】
図25は、第2の正孔を発生する層105の膜厚を140nmから280nmの間で変
化させた場合の発光スペクトルの変化を表したグラフである。なお、第2の正孔を発生す
る層105の膜厚は素子1が140nm、素子2が160nm、素子3が180nm、素
子4が200nm、素子5が220nm、素子6が240nm、素子7が260nm、素
子8が280nmである。グラフから、第2の正孔を発生する層105の膜厚を変化させ
ることで発光物質が分散された層から反射電極までの光学的距離を変化させることによっ
て、発光の最大波長も、スペクトル形状も変化することがわかる。このことから、当該光
学的距離を調節することによって発光素子から射出する光の色や色純度を都合のよいよう
に制御することができるようになる。
【符号の説明】
【0179】
100 絶縁物
101 陽極
102 層
103 層
104 発光層
105 層
106 陰極
107 正孔注入層
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
65 隔壁
66 発光積層体
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
900 層間絶縁層
901 薄膜トランジスタ
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
4015a 配線
4015b 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
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
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
1500 画素部
1561 ダイオード
1554 共通電位線

【特許請求の範囲】
【請求項1】
陽極および陰極と、
第1の有機化合物と前記第1の有機化合物に対して電子受容性を示す物質とが混合されている第1の層及び第2の層と、
発光物質を含む第3の層と、
第2の有機化合物と前記第2の有機化合物に対して電子供与性を示す物質とを1:0.5乃至1:2の割合で有する第4の層と、を有し、
前記第1乃至前記第4の層は、前記陽極と前記陰極との間に設けられ、
前記第2の層は前記陰極に接しており、
前記第3の層は前記第2の層と前記第1の層との間に設けられ、
前記第4の層は前記第2の層と前記第3の層との間に設けられていることを特徴とする発光素子。
【請求項2】
陽極および陰極と、
第1の有機化合物と前記第1の有機化合物に対して電子受容性を示す物質とが混合されている第1の層及び第2の層と、
発光物質を含む第3の層と、
第2の有機化合物と前記第2の有機化合物に対して電子供与性を示す物質とを1:0.5乃至1:2の割合で有する第4の層と、を有し、
前記第1乃至前記第4の層は、前記陽極と前記陰極との間に設けられ、
前記第2の層は前記陰極に接しており、
前記第3の層は前記第2の層と前記第1の層との間に設けられ、
前記第4の層は前記第2の層と前記第3の層との間に設けられ、
前記第4の層は前記第2の層に接して設けられていることを特徴とする発光素子。
【請求項3】
前記電子受容性を示す物質は金属酸化物であることを特徴とする発光素子。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【図22】
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【図23】
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【図24】
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【図25】
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【公開番号】特開2012−119724(P2012−119724A)
【公開日】平成24年6月21日(2012.6.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−30449(P2012−30449)
【出願日】平成24年2月15日(2012.2.15)
【分割の表示】特願2010−234176(P2010−234176)の分割
【原出願日】平成17年8月3日(2005.8.3)
【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)】