発光素子
【課題】容易に膜厚を厚くでき、低駆動電圧で動作できる発光素子を提供する。またそれにより、消費電力が低く、なおかつ色純度の高い発光素子を提供する。また同時に、消費電力が低く、なおかつ歩留まりの高い発光素子を提供する。
【解決手段】陽極１０１と陰極１０５との間に、発光物質を含む第１の層１０２、第２の層１０３、第３の層１０４が、陽極１０１から陰極１０５の方向に対して順に設けられ、第３の層１０４が陰極１０５に接する構成の発光素子を作製する。第２の層１０３は、ｎ型半導体若しくはそれを含む混合物、又はキャリア輸送性を有する有機化合物と電子供与性の高い物質との混合物を用いて形成する。また第３の層１０４は、ｐ型半導体若しくはそれを含む混合物、又はキャリア輸送性を有する有機化合物と電子受容性の高い物質との混合物を用いて形成する。
【解決手段】陽極１０１と陰極１０５との間に、発光物質を含む第１の層１０２、第２の層１０３、第３の層１０４が、陽極１０１から陰極１０５の方向に対して順に設けられ、第３の層１０４が陰極１０５に接する構成の発光素子を作製する。第２の層１０３は、ｎ型半導体若しくはそれを含む混合物、又はキャリア輸送性を有する有機化合物と電子供与性の高い物質との混合物を用いて形成する。また第３の層１０４は、ｐ型半導体若しくはそれを含む混合物、又はキャリア輸送性を有する有機化合物と電子受容性の高い物質との混合物を用いて形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極と陰極との間に発光物質を含む層を有し、電界を印加することによって
発光が得られる発光素子の層構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体材料を機能性有機材料として用いたフォトエレクトロニクスデバイスの例とし
て、発光素子や太陽電池が挙げられ、これらは有機半導体材料の電気物性（キャリア輸送
性）および光物性（光吸収あるいは発光）を活かしたデバイスであり、中でも、発光素子
はめざましい発展を見せている。
【０００３】
発光素子は、一対の電極（陽極と陰極）間に発光物質を含む層を挟んでなり、その発光機
構は、両電極間に電圧を印加した際に陽極から注入される正孔（正孔）と、陰極から注入
される電子が、発光物質を含む層中の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分
子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光するといわれている。なお、励
起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、発光はどちらの励起状態を経ても可能であ
ると考えられている。
【０００４】
最近では、駆動電圧を低下させることに成功しており（例えば、特許文献１参照）、アル
カリ金属やアルカリ土類金属、もしくは希土類金属等の低仕事関数の金属（電子供与性を
示す金属）を有機化合物にドープし、電子注入層とすることで、陰極から有機化合物への
電子注入におけるエネルギー障壁を低下させている。また、この手法によれば、陰極には
Ａｌのような安定した金属を用いても、駆動電圧を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０―２７０１７１号公報
【特許文献２】特開２００１−１０２１７５号公報
【０００６】
さらに、この技術を応用することで、発光素子の発光スペクトルの制御にも成功している
（例えば、特許文献２参照）。特許文献２においても、電子注入層として有機化合物に電
子供与性を示す金属をドープしているが、この層の膜厚を厚くすることで、陰極と発光層
との光学的距離を変化させ、光の干渉効果により外部に出射される発光スペクトルを制御
することを実現している。
【０００７】
特許文献２によれば、上述のような電子注入層を適用することにより、発光スペクトルを
制御するために電子注入層の膜厚を厚くしても、駆動電圧の上昇は小さいとされている。
しかしながら実際は、バソキュプロイン（ＢＣＰ）等の配位子として機能する特殊な有機
化合物を用いなければ、駆動電圧は大きく上昇してしまう。
【０００８】
すなわち、特許文献１および２で示された電子注入層の技術では、膜厚を厚くすることで
、発光スペクトルを制御して色純度を向上させたり、あるいは歩留まりを向上させたりし
たとしても、配位子として機能する有機化合物を選ばない限り駆動電圧が上昇し、消費電
力が大きくなってしまうという問題点があった。
【０００９】
ここで、特許文献１や特許文献２に示された発光素子の動作原理について図２を用いて
説明する。
【００１０】
図２は、上述した特許文献１や２で述べられている電子注入層を用いた従来の発光素子の
基本的な素子構造である。
【００１１】
従来の発光素子（図２）では、順バイアスを印加すると、陽極２０１から注入された正孔
と陰極２０４から注入された電子が発光物質を含む層２０２中で再結合し、発光に至る。
この時、電子注入層２０３は、有機化合物に電子供与性の高い金属（アルカリ金属やアル
カリ土類金属）をドープした構成である。
【００１２】
この電子注入層２０３は、電子を流して発光物質を含む層２０２に電子注入する役割を持
つ。しかしながら、有機化合物の電子移動度は正孔移動度に比べて２桁程度小さいため、
発光スペクトルを制御するなどの目的で可視光の波長程度（サブミクロンオーダー）の膜
厚にすると、駆動電圧が高くなってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上のような問題に鑑み、本発明では、従来技術のように配位子として機能するような物
質を用いる発光素子とは異なる新たな手段によって、容易に膜厚を厚くでき、低駆動電圧
で動作できる発光素子を提供することを課題とする。またそれにより、消費電力が低く、
なおかつ色純度の高い発光素子を提供することを課題とする。また同時に、消費電力が低
く、なおかつ歩留まりの高い発光素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、以下の構成を有する発光素子を提供することにより
、課題を解決できることを見出した。
【００１５】
本発明は、陽極と陰極の間に、発光物質を含む第１の層と、ｎ型半導体を含む第２の層
と、ｐ型半導体を含む第３の層と、を有し、前記陽極から前記陰極の方向に対し、前記第
１の層と前記第２の層と前記第３の層とが順に設けられ、前記第３の層が陰極に接して設
けられている発光素子である。
【００１６】
ここで、ｎ型半導体は、金属酸化物であることが好ましく、特に、酸化亜鉛、酸化錫、
および酸化チタンからなる群より選ばれるいずれかの一または二以上の化合物であること
が好ましい。また、ｐ型半導体は金属酸化物であることが好ましく、特に、酸化バナジウ
ム、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化コバルト、および酸化ニッケルからなる群より選
ばれるいずれか一または二以上の化合物であることが好ましい。
【００１７】
本発明は、陽極と陰極との間に、発光物質を含む第１の層と、有機化合物および電子供
与性を示す物質を含む第２の層と、ｐ型半導体を含む第３の層と、を有し、陽極から陰極
の方向に対し、第１の層と第２の層と第３の層とが順に設けられ、第３の層が陰極に接す
るように設けられている発光素子である。
【００１８】
ここで、ｐ型半導体は、金属酸化物であることが好ましく、特に、酸化バナジウム、酸化
クロム、酸化モリブデン、酸化コバルト、および酸化ニッケルからなる群より選ばれるい
ずれか一または二以上の化合物であることが好ましい。また、第２の層の有機化合物は、
電子輸送性を示す有機化合物であることが好ましく、特に、π共役骨格を含む配位子を有
する金属錯体が好ましい。また、電子供与性を示す物質はアルカリ金属またはアルカリ土
類金属または希土類金属であることが好ましい。
【００１９】
本発明は、陽極と陰極との間に、発光物質を含む第１の層と、ｎ型半導体を含む第２の
層と、有機化合物および電子受容性を示す物質を含む第３の層と、を有し、陽極から陰極
の方向に対し、第１の層と第２の層と第３の層とが順に設けられ、第３の層が陰極に接す
るように設けられている発光素子である。
【００２０】
ここで、ｎ型半導体は、金属酸化物であることが好ましく、特に、酸化亜鉛、酸化錫、お
よび酸化チタンからなる群より選ばれるいずれか一または二以上の化合物であることが好
ましい。また、第３の層の有機化合物は、正孔輸送性の有機化合物であることが好ましく
、特に芳香族アミン骨格を有する有機化合物であることが好ましい。また、電子受容性を
示す物質は、金属酸化物であることが好ましい。
【００２１】
本発明は、陽極と陰極との間に、発光物質を含む第１の層と、第１の有機化合物および電
子供与性を示す物質を含む第２の層と、第２の有機化合物および電子受容性を示す物質を
含む第３の層と、を有し、陽極から陰極の方向に対し、第１の層と第２の層と第３の層と
が順に設けられ、第３の層が陰極に接するように設けられている発光素子である。
【００２２】
ここで、第１の有機化合物は電子輸送性を示す有機化合物であることが好ましく、特に、
π共役骨格を含む配位子を有する金属錯体であることが好ましい。また、電子供与性を示
す物質は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属であることが好ましい
。また、第２の有機化合物は、正孔輸送性の有機化合物であることが好ましく、特に、芳
香族アミン骨格を有する有機化合物であることが好ましい。また、電子受容性を示す物質
は、金属酸化物であることが好ましい。
【００２３】
本発明は、陽極と陰極との間に、発光物質を含む第１の層と、有機化合物および金属を
含む第２の層と、金属酸化物からなる第３の層と、を有し、陽極から陰極の方向に対し、
第１の層と第２の層と第３の層とが順に設けられ、第３の層が陰極に接するように設けら
れている発光素子である。あるいはまた、陽極と陰極との間に、発光物質を含む第１の層
と、有機化合物および金属を含む第２の層と、第２の層に含まれる有機化合物と異なる有
機化合物および金属酸化物を含む第３の層と、を有し、陽極から陰極の方向に対し、第１
の層と第２の層と第３の層とが順に設けられ、第３の層が陰極に接するように設けられて
いる発光素子である。
【００２４】
ここで、第２の層に含まれる有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であることが好まし
く、特に、π共役骨格を含む配位子を有する金属錯体であることが好ましい。また、第３
の層に含まれる第２の有機化合物は、正孔輸送性の有機化合物が好ましく、特に、芳香族
アミン骨格を有する有機化合物であることが好ましい。また、金属は、アルカリ金属また
はアルカリ土類金属または希土類金属であることが好ましい。また、金属酸化物は、酸化
バナジウム、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化コバルト、および酸化ニッケルからなる
群より選ばれるいずれか一または二以上の化合物であることが好ましい。
【００２５】
なお、本発明の発光素子では、陰極の形成にスパッタリング法を用いた場合であっても、
スパッタリングによる発光素子の損傷が少なく良好な特性を示す発光素子を得ることがで
きる。このため、主にスパッタリング法によって形成されるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ
：ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の可視光を透過できる導電物を用いて陰極を形
成することができる。このような、可視光を透過できる導電物から成る透明電極を用いた
場合、陰極側からも発光を取り出すことのできる発光素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によって、従来技術のように配位子として機能するような物質を用いる発光素子と
は異なる新たな手段によって、容易に膜厚を厚くでき、低駆動電圧で動作できる発光素子
を得ることができる。またそれにより、消費電力が低く、なおかつ色純度の高い発光素子
を得ることができる。また同時に、消費電力が低く、なおかつ歩留まりの高い発光素子を
得ることができる。
【００２７】
さらに、前記発光素子を用いて発光装置を作製することにより、色純度が高く歩留まりも
良好で、消費電力の低い発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の発光素子の素子構造を説明する図。
【図２】従来の発光素子の素子構造を説明する図。
【図３】本発明の発光素子の素子構造を説明する図。
【図４】本発明の発光素子の素子構造を説明する図。
【図５】発光装置について説明する図。
【図６】本発明の発光素子の素子構造を説明する図。
【図７】本発明の発光素子に対する比較例の素子構造を説明する図。
【図８】本発明の発光素子に対する比較例の素子構造を説明する図。
【図９】発光装置について説明する図。
【図１０】電気機具について説明する図。
【図１１】発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図１２】発光素子の電流−電圧特性を示す図。
【図１３】発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図１４】本発明の発光素子の素子構造を説明する図。
【図１５】本発明の発光素子に対する比較例の素子構造を説明する図。
【図１６】発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図１７】発光素子の発光スペクトルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下では、本発明の実施形態について、動作原理および具体的な構成例を挙げて詳細に説
明する。
【００３０】
まず、本発明の発光素子の動作原理について、図１を用いて説明する。図１は本発明の発
光素子の基本的な素子構造である。
【００３１】
本発明の発光素子は（図１）は、陽極１０１と陰極１０５との間に、第１の層１０２、第
２の層１０３、第３の層１０４が、陽極１０１から陰極１０５の方向に対して順に設けら
れた構成となっている。なお、本発明における陽極とは、ホールを注入する電極のことを
さす。また、本発明における陰極とは、電子を注入する電極として作用してもよいし、ホ
ールを受け取る電極として作用してもよい。
【００３２】
第２の層１０３は、電子を生成し且つ電子を輸送する層であり、ｎ型半導体若しくはそれ
を含む混合物、又はキャリア輸送性を有する有機化合物と電子供与性の高い物質との混合
物から成る。また、第３の層１０４は、正孔を生成し且つ正孔を輸送する層であり、ｐ型
半導体若しくはそれを含む混合物、又はキャリア輸送性を有する有機化合物と電子受容性
の高い物質との混合物から成る。さらに、第１の層１０２は、発光物質を含む層であり、
単層または複数の層から成る。
【００３３】
なお、第１の層１０２、第２の層１０３、第３の層１０４は、第１の層１０２において発
光領域が形成されるように、各層の膜厚および各層を構成する物質を選んで積層されてい
る。
【００３４】
このような構成の発光素子に順バイアスを印加すると、図１に示す通り、第２の層１０３
と第３の層１０４との界面近傍から、電子と正孔がそれぞれ逆方向に流れ出す。このよう
にして発生したキャリアのうち、電子の方は陽極１０１から注入された正孔と再結合し、
第１の層１０２中にて発光に至る。一方、正孔はそのまま陰極１０５の方へ抜けていくこ
とになる。なおこの時、第２の層１０３と第３の層１０４に着目すると、ｐ−ｎ接合に対
して逆バイアスが印加されている状態であり、発生するキャリアの量は際だって多いもの
ではないが、発光素子を駆動するには十分な量である。
【００３５】
以上のような、本発明の発光素子では、正孔を発生し、その正孔を移動することのできる
第３の層の膜厚を厚くすることで、光学距離を調節できる。この点で、ＢＣＰを含んだ電
子注入層２０３、つまり電子を発生し、その電子を輸送する層の膜厚を厚くすることで光
学距離を調節している従来型の発光素子（図２）と異なる。
【００３６】
通常、正孔輸送材料として用いられている有機化合物の正孔移動度は、電子輸送材料と
して用いられている有機化合物の電子移動度よりも高移動度である。従って、本発明のよ
うに、正孔を移動することのできる層（第３の層）を厚くすることによって、光学距離を
調整した方が、膜厚増加に伴う駆動電圧の増加を抑制できる。
【００３７】
以下、本発明の一態様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。
【００３８】
（実施の形態１）
本実施の形態１では、本発明の発光素子について図３を用いて説明する。
【００３９】
図３では、基板３００上に陽極３０１が形成され、陽極３０１上に発光物質が含まれる第
１の層３０２が形成され、第１の層３０２上に第２の層３０３が形成され、第２の層３０
３上に第３の層３０４が形成され、その上に陰極３０５が形成された構造を有する。
【００４０】
なお、ここで基板３００に用いる材料としては、従来の発光素子に用いられているもので
あれば良く、例えば、ガラス、石英、透明プラスチック、可撓性を有する基板などからな
るものを用いることができる。
【００４１】
陽極３０１として用いることのできる陽極材料としては、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。なお、陽極材料の具体例としては、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉ
ｄｅ）、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 ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）の他、金（Ａｕ）、白金（Ｐ
ｔ）、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。
【００４２】
一方、陰極３０５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。
【００４３】
なお、上述した陽極材料及び陰極材料は、蒸着法、スパッタリング法等により薄膜を形成
することにより、それぞれ陽極３０１及び陰極３０５を形成する。膜厚は、１０〜５００
ｎｍとするのが好ましい。最後にＳｉＮ等の無機材料やテフロン（登録商標）、スチレン
ポリマー等の有機材料からなる保護層（バリア層）を形成してもよい。バリア層は、透明
であっても不透明であってもよく、上記無機材料または有機材料は、蒸着法、スパッタリ
ング法等により形成する。
【００４４】
さらに、発光素子の有機層や電極の酸化や湿気から防ぐためにＳｒＯｘやＳｉＯｘ等の乾
燥剤を電子ビーム照射法、蒸着法、スパッタリング法、ゾル・ゲル法等により形成しても
よい。
【００４５】
また、本発明の発光素子において、第１の層である発光物質を含む層におけるキャリアの
再結合により生じる光は、図３に示すとおり、陽極３０１または陰極３０５の一方、また
は両方から外部に出射される構成となる（図中の矢印が発光方向である）。すなわち、陽
極３０１から光を出射させる場合（図３（Ａ））には、陽極３０１を透光性の材料で形成
することとし、陰極３０５側から光を出射させる場合（図３（Ｂ））には、陰極３０５を
透光性の材料で形成することとし、陽極３０１および陰極３０５の両側から光を出射させ
る場合（図３（Ｃ））には、陽極３０１と陰極３０５を透光性の材料で形成する。
【００４６】
また、第１の層３０２は複数の層を積層することにより形成されるが、本実施の形態１で
は、第４の層３１１、第５の層３１２、第６の層３１３を積層することにより形成される
。なお、第４の層３１１は正孔注入性材料を含む正孔注入層であり、第５の層３１２は正
孔輸送性材料を含む正孔輸送層である。第６の層３１３は、発光物質を含み、電界を印加
したときに発光領域が形成される発光層である。
【００４７】
また、第１の層である発光物質を含む層には公知の材料を用いることができ、低分子系材
料および高分子系材料のいずれを用いることもできる。
【００４８】
第４の層３１１を形成する正孔注入性材料としては、フタロシアニン系の化合物が有効で
ある。例えば、フタロシアニン（略称：Ｈ2−Ｐｃと示す）、銅フタロシアニン（略称：
Ｃｕ−Ｐｃと示す）等を用いることができる。
【００４９】
第５の層３１２を形成する正孔輸送性材料としては、芳香族アミン系（すなわち、ベンゼ
ン環−窒素の結合を有するもの）の化合物が好適である。広く用いられている材料として
、例えば、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）の他、その誘導体である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）、あるいは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）などのスターバースト型芳香族アミン化合
物が挙げられる。また、酸化モリブデン等の導電性無機化合物を単独、又は上記有機化合
物と混合した複合材料等も用いることができる。
【００５０】
第６の層３１３に含まれる発光物質としては、例えば、キナクリドン、クマリン、ルブレ
ン、スチリル系色素、テトラフェニルブタジエン、アントラセン、ペリレン、コロネン、
１２―フタロペリノン誘導体などの有機化合物の他、トリス（８−キノリノラト）アルミ
ニウム（以下、Ａｌｑ3と示す）等の金属錯体が挙げられる。
【００５１】
第２の層３０３は、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、テルル化
亜鉛などのｎ型半導体からなる構成であるか、またはそれらｎ型半導体を含む構成であれ
ばよい。あるいはまた、有機化合物に電子供与性を示す物質をドープした構成であっても
よい。この時の有機化合物としては電子輸送性材料が好ましく、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：Ｐ
ＢＤ）や、先に述べたＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰが挙げ
ら、この他に従来では駆動電圧の上昇が見られた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）などの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や、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）が挙げられる。一方、電子供与性を示す物質とし
ては、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、ま
たはＥｒ、Ｙｂ等の希土類金属が挙げられる。この他に、例えばＡｌｑ3に対して電子供
与性を示すテトラチアフルバレンやテトラメチルチアフルバレンのような有機化合物であ
ってもよい。
【００５２】
第３の層３０４は、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化コバルト、酸化
ニッケルなどのｐ型半導体からなる構成であるか、またはそれらｐ型半導体を含む構成で
あればよい。あるいはまた、有機化合物に電子受容性を示す物質をドープした構成であっ
てもよい。この時の有機化合物としては正孔輸送性材料が好ましく、芳香族アミン系の化
合物が好適である。例えば、ＴＰＤの他、その誘導体であるα−ＮＰＤ、あるいはＴＤＡ
ＴＡ、ＭＴＤＡＴＡなどのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。一方、電
子受容性を示す物質としては、例えばα−ＮＰＤに対して電子受容性を示す酸化モリブデ
ンや酸化バナジウムのような金属酸化物が挙げられる。また、α−ＮＰＤに対して電子受
容性を示すテトラシアノキノジメタン（略称：ＴＣＮＱ）や２，３―ジシアノナフトキノ
ン（略称：ＤＣＮＮＱ）のような有機化合物であってもよい。
【００５３】
以上により、本発明の発光素子を形成することができる。なお、本形態では、図示してい
ないが、第１の層３０２の一部に、第２の層３０３と接するように電子輸送性に優れた材
料から成る層を設けた構造にしてもよい。電子輸送性に優れた材料の具体例としては、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（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−ｔｅ
ｒｔ−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
【００５４】
上記の本発明の発光素子において、可視光を透過する導電物で陰極を形成した場合、図
３（Ｂ）のように、陰極側から発光を取り出すことができる。また、可視光を透過する導
電物で陽極を形成した場合、図３（Ａ）のように、陽極側から発光を取り出すことができ
る。さらに、陰極及び陽極をいずれも可視光を透過する導電物で形成した場合は、図３（
Ｃ）のように、両側から発光を取り出すことができる。
【００５５】
可視光を透過でき、また導電性も比較的高い導電物としては、先に記載したような、Ｉ
ＴＯやＩＺＯ等が挙げられる。これらは仕事関数が高いため、通常、陰極を形成する材料
としては不適とされている。
【００５６】
しかし、本発明の発光素子では、正孔を生成し且つ正孔を輸送する層及び電子を生成し
電子を輸送する層を設けた構成となっていることによって、ＩＴＯやＩＺＯのような仕事
関数の高い材料を用いても、駆動電圧が上がることがない。従って、本発明の発光素子で
は、陰極を形成するための材料として、ＩＴＯやＩＺＯ等を用いることができる。
【００５７】
さらに、本発明の発光素子では、陰極の形成にスパッタリング法を用いた場合であって
も、スパッタリングによる発光素子の損傷が少なく良好な特性を示す発光素子を得ること
ができる。このことは、主にスパッタリング法によって形成されるＩＴＯ等の可視光を透
過できる導電物を用いて陰極を形成する際に有利である。
【００５８】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、本発明の発光素子の構成について図４を用いて説明する。
【００５９】
なお、基板４００、陽極４０１、第１の層４０２、第２の層４０３、第３の層４０４、陰
極４０５については、実施の形態１と同様の材料を用いて、同様にして形成することがで
きるため説明を省略する。
【００６０】
また、図４では、基板４００上に陰極４０５が形成され、陰極４０５上に第３の層４０４
が形成され、第３の層４０４上に第２の層４０３が形成され、第２の層４０３上に発光物
質を含む第１の層４０２が形成され、その上に陽極４０１が形成された構造を有する。
【００６１】
また、本発明の発光素子において、第１の層である発光物質を含む層におけるキャリアの
再結合により生じる光は、陽極４０１または陰極４０５の一方、または両方から外部に出
射される構成となる。すなわち、陽極４０１から光を出射させる場合（図４（Ａ））には
、陽極４０１を透光性の材料で形成することとし、陰極４０５側から光を出射させる場合
（図４（Ｂ））には、陰極４０５を透光性の材料で形成することとし、陽極４０１および
陰極４０５の両側から光を出射させる場合（図４（Ｃ））には、陽極４０１と陰極４０５
を透光性の材料で形成する。
【００６２】
以上により、本発明の発光素子を作製することができる。
【００６３】
上記の本発明の発光素子において、可視光を透過する導電物で陽極を形成した場合、図
４（Ａ）のように、陽極側から発光を取り出すことができる。また、可視光を透過する導
電物で陰極を形成した場合、図４（Ｂ）のように、陰極側から発光を取り出すことができ
る。さらに、陰極及び陽極をいずれも可視光を透過する導電物で形成した場合は、図４（
Ｃ）のように、両側から発光を取り出すことができる。
【００６４】
なお、実施の形態２でも述べたように、可視光を透過でき、また導電性も比較的高い導
電物としては、先に記載したような、ＩＴＯやＩＺＯ等が挙げられる。これらは仕事関数
が高いため、通常、陰極を形成する材料としては不適とされている。
【００６５】
しかし、本発明の発光素子では、正孔を生成し且つ正孔を輸送する層及び電子を生成し
電子を輸送する層を設けた構成となっていることによって、ＩＴＯやＩＺＯのような仕事
関数の高い材料を用いても、駆動電圧が上がることがない。従って、本発明の発光素子で
は、陰極を形成するための材料として、ＩＴＯやＩＺＯ等を用いることができる。
【００６６】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、ガラス、石英、金属、バルク半導体、透明プラスチック、可撓
性基板などからなる基板５００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、石英、透明プラスチック、可撓性基板などからなる基板以外に、例えば図５に示すよ
うに、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイと接する発光素子を作製してもよい。ここでは
、５１１と５１２をＴＦＴとし、５１３を本発明の発光素子とする。発光素子５１３は陽
極５１４、第１の層、第２の層および第３の層を５１５と、陰極５１６から成り、配線５
１７を介してＴＦＴ５１１と電気的に接続されている。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。例えば、スタガ型でもよいし、逆スタガ型でもよい。またＴ
ＦＴを構成している半導体層の結晶性についても特に限定されず、結晶質のものでもよい
し非晶質のものでもよい。
【実施例１】
【００６７】
本実施例では、本発明の発光素子の一態様について具体的に例示する。素子構造を図６を
用いて説明する。
【００６８】
まず、基板６００上に発光素子の陽極６０１が形成される。材料として透明導電膜である
ＩＴＯを用い、スパッタリング法により１１０ｎｍの膜厚で形成した。陽極６０１の形状
は２ｍｍ角とした。
【００６９】
次に、陽極６０１上に発光物質を含む第１の層６０２が形成される。なお、本実施例にお
ける発光物質を含む第１の層６０２は、３つの層、すなわち正孔注入層６１１、正孔輸送
層６１２、発光層６１３からなる積層構造を有している。
【００７０】
まず、陽極６０１が形成された基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに陽極６０１が形成さ
れた面を下方にして固定し、真空蒸着装置の内部に備えられた蒸発源に銅フタロシアニン
（以下、Ｃｕ−Ｐｃと示す）を入れ、抵抗加熱法を用いた蒸着法により２０ｎｍの膜厚で
正孔注入層６１１を形成した。なお、６１１を形成する材料としては、公知の正孔注入性
材料を用いることができる。
【００７１】
次に、正孔輸送性に優れた材料により正孔輸送層６１２を形成する。６１２を形成する材
料としては、公知の正孔輸送性材料を用いることができるが、本実施例では、α−ＮＰＤ
を用い、同様の方法により４０ｎｍの膜厚で形成した。
【００７２】
次に、発光層６１３を形成する。６１３を形成する材料としては、公知の発光物質を用い
ることができるが、本実施例では、Ａｌｑ3を同様の方法により、４０ｎｍの膜厚で形成
した。ここでは、Ａｌｑ3が発光物質として作用する。
【００７３】
このようにして、３つの層６１１、６１２、６１３を積層して形成したあと、第２の層６
０３が形成される。本実施例では、電子輸送性材料としてＡｌｑ3を、Ａｌｑ3に対して電
子供与性を示す物質としてＭｇを用い、３０ｎｍの膜厚で共蒸着法により第２の層６０３
を形成した。Ｍｇの割合は１ｗｔ％とした。
【００７４】
次に、第３の層６０４が形成される。本実施例では、正孔輸送性材料としてα−ＮＰＤを
、α−ＮＰＤに対して電子受容性を示す物質として酸化モリブデンを用い、１５０ｎｍの
膜厚で共蒸着法により第３の層を形成した。酸化モリブデンの割合は２５ｗｔ％とした。
なお、酸化モリブデンの原料としては、酸化モリブデン（ＶＩ）を用いた。
【００７５】
次に、陰極６０５をスパッタリング法または蒸着法により形成する。なお、本実施例では
、第３の層６０４上にアルミニウム（１５０ｎｍ）を蒸着法により形成することにより陰
極６０５を得た。
【００７６】
以上のようにして、本発明の発光素子を形成した。得られた素子の輝度−電圧特性を図１
１に、電流−電圧特性を図１２に、電流を１ｍＡ流した時の発光スペクトルを図１３にそ
れぞれ示す。
【００７７】
形成された発光素子に電圧を印加すると、発光開始電圧（ここでは、輝度が１ｃｄ／ｍ2
となる時の電圧）は６．０Ｖであった。また、電流を１ｍＡ流した時の輝度は１１３０ｃ
ｄ／ｍ2であった。また、この時のＣＩＥ色度座標は（Ｘ，Ｙ）＝（０．２９，０．６３
）であり、色純度のよい緑色となっていた。
【００７８】
（比較例１）
本比較例１では、本発明の第２の層および第３の層を用いず、代わりに電子注入層７０３
を設けた従来の発光素子について具体的に例示する。素子構造を図７を用いて説明する。
電子注入層７０３としては、実施例１の第２の層６０３と同様に、電子輸送性材料Ａｌｑ
3に電子供与性を示す物質であるＭｇを１％ドープした構成を適用した。電子注入層７０
３の膜厚は、実施例１における第２の層と同様、３０ｎｍとした。また、他の基板７００
、陽極７０１、正孔注入層７１１と正孔輸送層７１２と発光層７１３からなる発光物質を
含む層７０２、陰極７０４は全て実施例１と同様の構成とした。したがって、実施例１は
本比較例１に比べて、第３の層６０４の膜厚（１５０ｎｍ）だけ厚いことになる。
【００７９】
得られた素子の輝度−電圧特性を図１１に、電流−電圧特性を図１２に、電流を１ｍＡ流
した時の発光スペクトルを図１３にそれぞれ示す。形成された発光素子に電圧を印加する
と、発光開始電圧は５．４Ｖであった。また、電流を１ｍＡ流した時の輝度は１３６０ｃ
ｄ／ｍ2であった。また、この時のＣＩＥ色度座標は（Ｘ，Ｙ）＝（０．３４，０．５８
）であり、色純度が余りよくない黄緑色であった。
【００８０】
以上の結果から、本発明の実施例１は、本比較例１に比べてトータル膜厚が１５０ｎｍも
厚いにもかかわらず、その駆動電圧（６．０Ｖ）は本比較例１（５．４Ｖ）とほとんど変
わらないことがわかった。また、図１３中の発光スペクトルを比較すると、実施例１は比
較例１の発光スペクトルに比べてスペクトル幅が狭く、このことが色純度の向上に繋がっ
ていると考えられる。
【００８１】
（比較例２）
本比較例２では、基板８００、陽極８０１、正孔注入層８１１と正孔輸送層８１２と発光
層８１３からなる発光物質を含む層８０２、陰極８０４は全て実施例１と同様の構成とし
、電子注入層８０３を設けた従来の発光素子について具体的に例示する。素子構造を図８
を用いて説明する。ここでは、電子注入層８０３の構成は比較例１と同様であるが、膜厚
を１８０ｎｍとすることで、トータル膜厚を実施例１と揃えた。
【００８２】
得られた素子の輝度−電圧特性を図１１に、電流−電圧特性を図１２に、電流を１ｍＡ流
した時の発光スペクトルを図１３にそれぞれ示す。形成された発光素子に電圧を印加する
と、発光開始電圧は１４．０Ｖであった。また、電流を１ｍＡ流した時の輝度は１０５０
ｃｄ／ｍ2であった。また、この時のＣＩＥ色度座標は（Ｘ，Ｙ）＝（０．２５，０．６
３）であり、色純度の良い緑色であった。
【００８３】
以上の結果から、比較例２の構成では、図１３を見てわかるとおりスペクトル幅が狭く、
色純度はよいものの、同膜厚である本発明の実施例１に比べて駆動電圧が著しく上昇して
しまったことがわかる。
【００８４】
したがって、一対の電極（陽極６０１および陰極６０５）の間に、第１の層６０２と第２
の層６０３と第３の層６０４とを順に設けるという本発明の構成を実施することで、膜厚
を厚くすることで色純度を向上させることができると同時に、膜厚を厚くしても駆動電圧
の上昇を抑えることができることがわかった。
【実施例２】
【００８５】
本実施例２では、本発明の発光素子の一態様について具体的に例示する。素子構造を図１
４を用いて説明する。
【００８６】
まず、基板２４００上に発光素子の陽極２４０１が形成される。材料として透明導電膜で
あるＩＴＯを用い、スパッタリング法により１１０ｎｍの膜厚で形成した。陽極２４０１
の形状は２ｍｍ角とした。
【００８７】
次に、陽極２４０１上に発光物質を含む第１の層２４０２が形成される。なお、本実施例
における発光物質を含む第１の層２４０２は、３つの層、すなわち正孔注入層２４１１、
正孔輸送層２４１２、発光層２４１３からなる積層構造を有している。
【００８８】
まず、陽極２４０１が形成された基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに陽極２４０１が形
成された面を下方にして固定し、真空蒸着装置の内部に備えられた蒸発源にＣｕ−Ｐｃを
入れ、抵抗加熱法を用いた蒸着法により２０ｎｍの膜厚で正孔注入層２４１１を形成した
。なお、２４１１を形成する材料としては、公知の正孔注入性材料を用いることができる
。
【００８９】
次に、正孔輸送性に優れた材料により正孔輸送層２４１２を形成する。２４１２を形成す
る材料としては、公知の正孔輸送性材料を用いることができるが、本実施例では、α−Ｎ
ＰＤを用い、同様の方法により４０ｎｍの膜厚で形成した。
【００９０】
次に、発光層２４１３を形成する。２４１３には公知の発光物質を用いることができるが
、本実施例では、Ａｌｑ3およびクマリン６を共蒸着することにより、Ａｌｑ3およびクマ
リン６からなる層を４０ｎｍの膜厚で形成した。ここでは、クマリン６が発光物質として
作用する。なお、共蒸着の際には、Ａｌｑ3とクマリン６の質量比が、Ａｌｑ3：クマリン
６＝１：０．００３となるように調節した。
【００９１】
このようにして、３つの層２４１１、２４１２、２４１３を積層して形成したあと、第２
の層２４０３が形成される。本実施例では、電子輸送性材料としてＡｌｑ3を、Ａｌｑ3に
対して電子供与性を示す物質としてＬｉを用い、３０ｎｍの膜厚で共蒸着法により第２の
層２４０３を形成した。Ｌｉの割合は１ｗｔ％とした。
【００９２】
次に、第３の層２４０４が形成される。本実施例では、正孔輸送性材料としてα−ＮＰＤ
を、α−ＮＰＤに対して電子受容性を示す物質として酸化モリブデンを用い、１８０ｎｍ
の膜厚で共蒸着法により第３の層２４０４を形成した。酸化モリブデンの割合は２５ｗｔ
％とした。なお、酸化モリブデンの原料としては、酸化モリブデン（ＶＩ）を用いた。
【００９３】
次に、陰極２４０５をスパッタリング法または蒸着法により形成する。なお、本実施例で
は、第３の層２４０４上にアルミニウム（２００ｎｍ）を蒸着法により形成することによ
り陰極２４０５を得た。
【００９４】
以上のようにして形成された発光素子に電圧を印加すると、発光開始電圧（ここでは、輝
度が１ｃｄ／ｍ2となる時の電圧）は３．４Ｖであった。また、電流を１ｍＡ流した時の
輝度は２７００ｃｄ／ｍ2であり、発光スペクトルは図１６に示すようにシャープな形状
を示した。また、この時のＣＩＥ色度座標は（Ｘ，Ｙ）＝（０．２１，０．６９）であり
、極めて色純度のよい緑色となっていた。
【００９５】
（比較例３）
本比較例３では、本発明の第２の層および第３の層を用いず、代わりに電子注入層２５０
３を設けた従来の発光素子について図１５を用いて説明する。電子注入層２５０３として
は、実施例２の第２の層２４０３と同様に、電子輸送性材料Ａｌｑ3に電子供与性を示す
物質であるＬｉを１ｗｔ％ドープした構成を適用した。電子注入層２５０３の膜厚は、実
施例２における第２の層と同様、３０ｎｍとした。また、他の基板２５００、陽極２５０
１、正孔注入層２５１１と正孔輸送層２５１２と発光層２５１３からなる発光物質を含む
層２５０２、陰極２５０４は全て実施例２と同様の構成とした。したがって、実施例２は
本比較例３に比べて、第３の層２４０４の膜厚（１８０ｎｍ）だけ厚いことになる。
【００９６】
得られた本比較例３の素子に電圧を印加すると、発光開始電圧は３．２Ｖであった。また
、電流を１ｍＡ流した時の輝度は３３００ｃｄ／ｍ2であったが、発光スペクトルは図１
６に示すようにブロードな形状を示した。また、この時のＣＩＥ色度座標は（Ｘ，Ｙ）＝
（０．３０，０．６４）であり、色純度が余りよくない緑色であった。
【００９７】
以上の結果から、本発明の実施例２は、本比較例３に比べてトータル膜厚が１８０ｎｍも
厚いにもかかわらず、その駆動電圧（３．４Ｖ）は本比較例３（３．２Ｖ）とほとんど変
わらないことがわかった。また、図１６中の発光スペクトルを比較すると、実施例２は本
比較例３の発光スペクトルに比べてスペクトル幅が狭く、このことが色純度の向上に繋が
っていると考えられる。
【実施例３】
【００９８】
本実施例３では、本発明の発光素子の一態様について例示する。素子構造を図１４を用い
て説明する。本実施例３では、第３の層２４０４以外は実施例２と同様にして形成した。
また、第３の層２４０４は、酸化モリブデンのみを２６０ｎｍ蒸着することにより形成し
た。なお、酸化モリブデンの原料は、酸化モリブデン（ＶＩ）を用いた。
【００９９】
以上のようにして形成された発光素子に電圧を印加すると、発光開始電圧（ここでは、輝
度が１ｃｄ／ｍ2となる時の電圧）は４．６Ｖであった。また、電流を１ｍＡ流した時の
輝度は２８００ｃｄ／ｍ2であり、発光スペクトルは図１７に示すようにシャープな形状
を示した。また、この時のＣＩＥ色度座標は（Ｘ，Ｙ）＝（０．２３，０．７１）であり
、極めて色純度のよい緑色となっていた。比較のため、先に述べた比較例３の発光スペク
トルも図１７中に合わせて載せた。
【０１００】
以上の結果から、本発明の実施例３は、比較例３に比べてトータル膜厚が２６０ｎｍも厚
いにもかかわらず、その駆動電圧（４．６Ｖ）は比較例３（３．２Ｖ）に比べて顕著な上
昇は見られなかった。また、図１７中の発光スペクトルを比較すると、実施例３は比較例
３の発光スペクトルに比べてスペクトル幅が狭く、このことが色純度の向上に繋がってい
ると考えられる。
【実施例４】
【０１０１】
本実施例では、画素部に本発明の発光素子を有する発光装置について図９を用いて説明す
る。なお、図９（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）をＡ−Ａ’で
切断した断面図である。点線で示された９０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、９０
２は画素部、９０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、９０４は封止基板
、９０５はシール剤であり、シール剤９０５で囲まれた内側９０７は、空間になっている
。
【０１０２】
なお、９０８はソース側駆動回路９０１及びゲート側駆動回路９０３に入力される信号を
伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキッ
ト）９０９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。
なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷ
Ｂ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけで
なく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
【０１０３】
次に、断面構造について図９（Ｂ）を用いて説明する。基板９１０上には駆動回路部及び
画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路９０１と、画
素部９０２が示されている。
【０１０４】
なお、ソース側駆動回路９０１はｎチャネル型ＴＦＴ９２３とｐチャネル型ＴＦＴ９２４
とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公知
のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施例
では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく
、基板上ではなく外部に形成することもできる。
【０１０５】
また、画素部９０２はスイッチング用ＴＦＴ９１１と、電流制御用ＴＦＴ９１２とそのド
レインに電気的に接続された陽極９１３とを含む複数の画素により形成される。なお、陽
極９１３の端部を覆って絶縁物９１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アク
リル樹脂膜を用いることにより形成する。
【０１０６】
また、成膜性を良好なものとするため、絶縁物９１４の上端部または下端部に曲率を有す
る曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物９１４の材料としてポジ型の感光性アク
リルを用いた場合、絶縁物９１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有す
る曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物９１４として、感光性の光によってエッ
チャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型
のいずれも使用することができ、有機化合物に限らず無機化合物、例えば、酸化珪素、酸
窒化珪素、シロキサン系等、の両者を使用することができる。
【０１０７】
陽極９１３上には、第１から第３の層９１６、および陰極９１７がそれぞれ形成されてい
る。ここで、陽極９１３に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望
ましい。例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）膜、ＩＴＳＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ
ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）膜、窒化チタン膜、
クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウ
ムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタ
ン膜との３層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗
も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる
。
【０１０８】
また、第１から第３の層９１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法
によって形成される。第１から第３の層９１６には、発光物質を含む第１の層、ｎ型半導
体を含む第２の層と、ｐ型半導体を含む第３の層と、を有し、陽極から陰極の方向に対し
、第１の層と第２の層と第３の層とが順次積層され、第３の層が陰極に接するように形成
される。また、発光物質を含む層に用いる材料としては、通常、有機化合物を単層、積層
もしくは混合層で用いる場合が多いが、本発明においては、有機化合物からなる膜の一部
に無機化合物を用いる構成も含めることとする。
【０１０９】
さらに、第１から第３の層９１６上に形成される陰極９１７に用いる材料としては、仕事
関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、
ＡｌＬｉ、ＣａＦ2、またはＣａＮ）を用いればよい。なお、第１から第３の層９１６で
生じた光が陰極９１７を透過させる場合には、陰極９１７として、膜厚を薄くした金属薄
膜と、透明導電膜ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、ＩＴＳＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔ
ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ
）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）との積層を用いるのが良い。
【０１１０】
さらにシール剤９０５で封止基板９０４を素子基板９１０と貼り合わせることにより、素
子基板９１０、封止基板９０４、およびシール剤９０５で囲まれた空間９０７に発光素子
９１８が備えられた構造になっている。なお、空間９０７には、不活性気体（窒素やアル
ゴン等）が充填される場合の他、シール剤９０５で充填される構成も含むものとする。
【０１１１】
なお、シール剤９０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料は
できるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板９０４に
用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎ
ｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリ
エステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【０１１２】
以上のようにして、本発明の発光素子を有する発光装置を得ることができる。
【０１１３】
なお、本実施例に示す発光装置は、実施例１〜実施例３に示した発光素子の構成を自由に
組み合わせて実施することが可能である。さらに本実施例に示す発光装置は、必要に応じ
てカラーフィルター等の色度変換膜を用いてもよい。
【実施例５】
【０１１４】
本実施例では、本発明で発光素子を有する発光装置を用いて完成させた様々な電気器具に
ついて図１０を用いて説明する。
【０１１５】
本発明を用いて形成される発光装置を用いて作製された電気器具として、テレビジョン、
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、オーディオコンポ等）、
ノート型パーソナルコンピュータ、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
にはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表
示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電気器具の具体例を図１０に示す。
【０１１６】
図１０（Ａ）は表示装置であり、筐体１００１、支持台１００２、表示部１００３、スピ
ーカー部１００４、ビデオ入力端子１００５等を含む。本発明を用いて形成される発光装
置をその表示部１００３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パソコン用
、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
【０１１７】
図１０（Ｂ）はビデオカメラであり、本体１３０１、表示部１３０２、筐体１３０３、外
部接続ポート１３０４、リモコン受信部１３０５、受像部１３０６、バッテリー１３０７
、音声入力部１３０８、操作キー１３０９、接眼部１３１０等を含む。本発明の発光素子
を有する発光装置をその表示部１３０２に用いることにより作製される。
【０１１８】
図１０（Ｃ）は携帯電話であり、本体１５０１、筐体１５０２、表示部１５０３、音声入
力部１５０４、音声出力部１５０５、操作キー１５０６、外部接続ポート１５０７、アン
テナ１５０８等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部１５０３に用い
ることにより作製される。
【０１１９】
以上の様に、本発明の発光素子を有する発光装置の適用範囲は極めて広く、また発光装置
に用いる発光素子は、本発明の発光素子を用いて形成されるため、駆動電圧が低く、長寿
命であるという特徴を有している。従って、この発光装置をあらゆる分野の電気器具に適
用することにより、低消費電力化、長寿命化を実現することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極と陰極との間に発光物質を含む層を有し、電界を印加することによって
発光が得られる発光素子の層構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体材料を機能性有機材料として用いたフォトエレクトロニクスデバイスの例とし
て、発光素子や太陽電池が挙げられ、これらは有機半導体材料の電気物性（キャリア輸送
性）および光物性（光吸収あるいは発光）を活かしたデバイスであり、中でも、発光素子
はめざましい発展を見せている。
【０００３】
発光素子は、一対の電極（陽極と陰極）間に発光物質を含む層を挟んでなり、その発光機
構は、両電極間に電圧を印加した際に陽極から注入される正孔（正孔）と、陰極から注入
される電子が、発光物質を含む層中の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分
子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光するといわれている。なお、励
起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、発光はどちらの励起状態を経ても可能であ
ると考えられている。
【０００４】
最近では、駆動電圧を低下させることに成功しており（例えば、特許文献１参照）、アル
カリ金属やアルカリ土類金属、もしくは希土類金属等の低仕事関数の金属（電子供与性を
示す金属）を有機化合物にドープし、電子注入層とすることで、陰極から有機化合物への
電子注入におけるエネルギー障壁を低下させている。また、この手法によれば、陰極には
Ａｌのような安定した金属を用いても、駆動電圧を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０―２７０１７１号公報
【特許文献２】特開２００１−１０２１７５号公報
【０００６】
さらに、この技術を応用することで、発光素子の発光スペクトルの制御にも成功している
（例えば、特許文献２参照）。特許文献２においても、電子注入層として有機化合物に電
子供与性を示す金属をドープしているが、この層の膜厚を厚くすることで、陰極と発光層
との光学的距離を変化させ、光の干渉効果により外部に出射される発光スペクトルを制御
することを実現している。
【０００７】
特許文献２によれば、上述のような電子注入層を適用することにより、発光スペクトルを
制御するために電子注入層の膜厚を厚くしても、駆動電圧の上昇は小さいとされている。
しかしながら実際は、バソキュプロイン（ＢＣＰ）等の配位子として機能する特殊な有機
化合物を用いなければ、駆動電圧は大きく上昇してしまう。
【０００８】
すなわち、特許文献１および２で示された電子注入層の技術では、膜厚を厚くすることで
、発光スペクトルを制御して色純度を向上させたり、あるいは歩留まりを向上させたりし
たとしても、配位子として機能する有機化合物を選ばない限り駆動電圧が上昇し、消費電
力が大きくなってしまうという問題点があった。
【０００９】
ここで、特許文献１や特許文献２に示された発光素子の動作原理について図２を用いて
説明する。
【００１０】
図２は、上述した特許文献１や２で述べられている電子注入層を用いた従来の発光素子の
基本的な素子構造である。
【００１１】
従来の発光素子（図２）では、順バイアスを印加すると、陽極２０１から注入された正孔
と陰極２０４から注入された電子が発光物質を含む層２０２中で再結合し、発光に至る。
この時、電子注入層２０３は、有機化合物に電子供与性の高い金属（アルカリ金属やアル
カリ土類金属）をドープした構成である。
【００１２】
この電子注入層２０３は、電子を流して発光物質を含む層２０２に電子注入する役割を持
つ。しかしながら、有機化合物の電子移動度は正孔移動度に比べて２桁程度小さいため、
発光スペクトルを制御するなどの目的で可視光の波長程度（サブミクロンオーダー）の膜
厚にすると、駆動電圧が高くなってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上のような問題に鑑み、本発明では、従来技術のように配位子として機能するような物
質を用いる発光素子とは異なる新たな手段によって、容易に膜厚を厚くでき、低駆動電圧
で動作できる発光素子を提供することを課題とする。またそれにより、消費電力が低く、
なおかつ色純度の高い発光素子を提供することを課題とする。また同時に、消費電力が低
く、なおかつ歩留まりの高い発光素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、以下の構成を有する発光素子を提供することにより
、課題を解決できることを見出した。
【００１５】
本発明は、陽極と陰極の間に、発光物質を含む第１の層と、ｎ型半導体を含む第２の層
と、ｐ型半導体を含む第３の層と、を有し、前記陽極から前記陰極の方向に対し、前記第
１の層と前記第２の層と前記第３の層とが順に設けられ、前記第３の層が陰極に接して設
けられている発光素子である。
【００１６】
ここで、ｎ型半導体は、金属酸化物であることが好ましく、特に、酸化亜鉛、酸化錫、
および酸化チタンからなる群より選ばれるいずれかの一または二以上の化合物であること
が好ましい。また、ｐ型半導体は金属酸化物であることが好ましく、特に、酸化バナジウ
ム、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化コバルト、および酸化ニッケルからなる群より選
ばれるいずれか一または二以上の化合物であることが好ましい。
【００１７】
本発明は、陽極と陰極との間に、発光物質を含む第１の層と、有機化合物および電子供
与性を示す物質を含む第２の層と、ｐ型半導体を含む第３の層と、を有し、陽極から陰極
の方向に対し、第１の層と第２の層と第３の層とが順に設けられ、第３の層が陰極に接す
るように設けられている発光素子である。
【００１８】
ここで、ｐ型半導体は、金属酸化物であることが好ましく、特に、酸化バナジウム、酸化
クロム、酸化モリブデン、酸化コバルト、および酸化ニッケルからなる群より選ばれるい
ずれか一または二以上の化合物であることが好ましい。また、第２の層の有機化合物は、
電子輸送性を示す有機化合物であることが好ましく、特に、π共役骨格を含む配位子を有
する金属錯体が好ましい。また、電子供与性を示す物質はアルカリ金属またはアルカリ土
類金属または希土類金属であることが好ましい。
【００１９】
本発明は、陽極と陰極との間に、発光物質を含む第１の層と、ｎ型半導体を含む第２の
層と、有機化合物および電子受容性を示す物質を含む第３の層と、を有し、陽極から陰極
の方向に対し、第１の層と第２の層と第３の層とが順に設けられ、第３の層が陰極に接す
るように設けられている発光素子である。
【００２０】
ここで、ｎ型半導体は、金属酸化物であることが好ましく、特に、酸化亜鉛、酸化錫、お
よび酸化チタンからなる群より選ばれるいずれか一または二以上の化合物であることが好
ましい。また、第３の層の有機化合物は、正孔輸送性の有機化合物であることが好ましく
、特に芳香族アミン骨格を有する有機化合物であることが好ましい。また、電子受容性を
示す物質は、金属酸化物であることが好ましい。
【００２１】
本発明は、陽極と陰極との間に、発光物質を含む第１の層と、第１の有機化合物および電
子供与性を示す物質を含む第２の層と、第２の有機化合物および電子受容性を示す物質を
含む第３の層と、を有し、陽極から陰極の方向に対し、第１の層と第２の層と第３の層と
が順に設けられ、第３の層が陰極に接するように設けられている発光素子である。
【００２２】
ここで、第１の有機化合物は電子輸送性を示す有機化合物であることが好ましく、特に、
π共役骨格を含む配位子を有する金属錯体であることが好ましい。また、電子供与性を示
す物質は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属であることが好ましい
。また、第２の有機化合物は、正孔輸送性の有機化合物であることが好ましく、特に、芳
香族アミン骨格を有する有機化合物であることが好ましい。また、電子受容性を示す物質
は、金属酸化物であることが好ましい。
【００２３】
本発明は、陽極と陰極との間に、発光物質を含む第１の層と、有機化合物および金属を
含む第２の層と、金属酸化物からなる第３の層と、を有し、陽極から陰極の方向に対し、
第１の層と第２の層と第３の層とが順に設けられ、第３の層が陰極に接するように設けら
れている発光素子である。あるいはまた、陽極と陰極との間に、発光物質を含む第１の層
と、有機化合物および金属を含む第２の層と、第２の層に含まれる有機化合物と異なる有
機化合物および金属酸化物を含む第３の層と、を有し、陽極から陰極の方向に対し、第１
の層と第２の層と第３の層とが順に設けられ、第３の層が陰極に接するように設けられて
いる発光素子である。
【００２４】
ここで、第２の層に含まれる有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であることが好まし
く、特に、π共役骨格を含む配位子を有する金属錯体であることが好ましい。また、第３
の層に含まれる第２の有機化合物は、正孔輸送性の有機化合物が好ましく、特に、芳香族
アミン骨格を有する有機化合物であることが好ましい。また、金属は、アルカリ金属また
はアルカリ土類金属または希土類金属であることが好ましい。また、金属酸化物は、酸化
バナジウム、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化コバルト、および酸化ニッケルからなる
群より選ばれるいずれか一または二以上の化合物であることが好ましい。
【００２５】
なお、本発明の発光素子では、陰極の形成にスパッタリング法を用いた場合であっても、
スパッタリングによる発光素子の損傷が少なく良好な特性を示す発光素子を得ることがで
きる。このため、主にスパッタリング法によって形成されるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ
：ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の可視光を透過できる導電物を用いて陰極を形
成することができる。このような、可視光を透過できる導電物から成る透明電極を用いた
場合、陰極側からも発光を取り出すことのできる発光素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によって、従来技術のように配位子として機能するような物質を用いる発光素子と
は異なる新たな手段によって、容易に膜厚を厚くでき、低駆動電圧で動作できる発光素子
を得ることができる。またそれにより、消費電力が低く、なおかつ色純度の高い発光素子
を得ることができる。また同時に、消費電力が低く、なおかつ歩留まりの高い発光素子を
得ることができる。
【００２７】
さらに、前記発光素子を用いて発光装置を作製することにより、色純度が高く歩留まりも
良好で、消費電力の低い発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の発光素子の素子構造を説明する図。
【図２】従来の発光素子の素子構造を説明する図。
【図３】本発明の発光素子の素子構造を説明する図。
【図４】本発明の発光素子の素子構造を説明する図。
【図５】発光装置について説明する図。
【図６】本発明の発光素子の素子構造を説明する図。
【図７】本発明の発光素子に対する比較例の素子構造を説明する図。
【図８】本発明の発光素子に対する比較例の素子構造を説明する図。
【図９】発光装置について説明する図。
【図１０】電気機具について説明する図。
【図１１】発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図１２】発光素子の電流−電圧特性を示す図。
【図１３】発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図１４】本発明の発光素子の素子構造を説明する図。
【図１５】本発明の発光素子に対する比較例の素子構造を説明する図。
【図１６】発光素子の発光スペクトルを示す図。
【図１７】発光素子の発光スペクトルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下では、本発明の実施形態について、動作原理および具体的な構成例を挙げて詳細に説
明する。
【００３０】
まず、本発明の発光素子の動作原理について、図１を用いて説明する。図１は本発明の発
光素子の基本的な素子構造である。
【００３１】
本発明の発光素子は（図１）は、陽極１０１と陰極１０５との間に、第１の層１０２、第
２の層１０３、第３の層１０４が、陽極１０１から陰極１０５の方向に対して順に設けら
れた構成となっている。なお、本発明における陽極とは、ホールを注入する電極のことを
さす。また、本発明における陰極とは、電子を注入する電極として作用してもよいし、ホ
ールを受け取る電極として作用してもよい。
【００３２】
第２の層１０３は、電子を生成し且つ電子を輸送する層であり、ｎ型半導体若しくはそれ
を含む混合物、又はキャリア輸送性を有する有機化合物と電子供与性の高い物質との混合
物から成る。また、第３の層１０４は、正孔を生成し且つ正孔を輸送する層であり、ｐ型
半導体若しくはそれを含む混合物、又はキャリア輸送性を有する有機化合物と電子受容性
の高い物質との混合物から成る。さらに、第１の層１０２は、発光物質を含む層であり、
単層または複数の層から成る。
【００３３】
なお、第１の層１０２、第２の層１０３、第３の層１０４は、第１の層１０２において発
光領域が形成されるように、各層の膜厚および各層を構成する物質を選んで積層されてい
る。
【００３４】
このような構成の発光素子に順バイアスを印加すると、図１に示す通り、第２の層１０３
と第３の層１０４との界面近傍から、電子と正孔がそれぞれ逆方向に流れ出す。このよう
にして発生したキャリアのうち、電子の方は陽極１０１から注入された正孔と再結合し、
第１の層１０２中にて発光に至る。一方、正孔はそのまま陰極１０５の方へ抜けていくこ
とになる。なおこの時、第２の層１０３と第３の層１０４に着目すると、ｐ−ｎ接合に対
して逆バイアスが印加されている状態であり、発生するキャリアの量は際だって多いもの
ではないが、発光素子を駆動するには十分な量である。
【００３５】
以上のような、本発明の発光素子では、正孔を発生し、その正孔を移動することのできる
第３の層の膜厚を厚くすることで、光学距離を調節できる。この点で、ＢＣＰを含んだ電
子注入層２０３、つまり電子を発生し、その電子を輸送する層の膜厚を厚くすることで光
学距離を調節している従来型の発光素子（図２）と異なる。
【００３６】
通常、正孔輸送材料として用いられている有機化合物の正孔移動度は、電子輸送材料と
して用いられている有機化合物の電子移動度よりも高移動度である。従って、本発明のよ
うに、正孔を移動することのできる層（第３の層）を厚くすることによって、光学距離を
調整した方が、膜厚増加に伴う駆動電圧の増加を抑制できる。
【００３７】
以下、本発明の一態様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。
【００３８】
（実施の形態１）
本実施の形態１では、本発明の発光素子について図３を用いて説明する。
【００３９】
図３では、基板３００上に陽極３０１が形成され、陽極３０１上に発光物質が含まれる第
１の層３０２が形成され、第１の層３０２上に第２の層３０３が形成され、第２の層３０
３上に第３の層３０４が形成され、その上に陰極３０５が形成された構造を有する。
【００４０】
なお、ここで基板３００に用いる材料としては、従来の発光素子に用いられているもので
あれば良く、例えば、ガラス、石英、透明プラスチック、可撓性を有する基板などからな
るものを用いることができる。
【００４１】
陽極３０１として用いることのできる陽極材料としては、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。なお、陽極材料の具体例としては、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉ
ｄｅ）、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 ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）の他、金（Ａｕ）、白金（Ｐ
ｔ）、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。
【００４２】
一方、陰極３０５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。
【００４３】
なお、上述した陽極材料及び陰極材料は、蒸着法、スパッタリング法等により薄膜を形成
することにより、それぞれ陽極３０１及び陰極３０５を形成する。膜厚は、１０〜５００
ｎｍとするのが好ましい。最後にＳｉＮ等の無機材料やテフロン（登録商標）、スチレン
ポリマー等の有機材料からなる保護層（バリア層）を形成してもよい。バリア層は、透明
であっても不透明であってもよく、上記無機材料または有機材料は、蒸着法、スパッタリ
ング法等により形成する。
【００４４】
さらに、発光素子の有機層や電極の酸化や湿気から防ぐためにＳｒＯｘやＳｉＯｘ等の乾
燥剤を電子ビーム照射法、蒸着法、スパッタリング法、ゾル・ゲル法等により形成しても
よい。
【００４５】
また、本発明の発光素子において、第１の層である発光物質を含む層におけるキャリアの
再結合により生じる光は、図３に示すとおり、陽極３０１または陰極３０５の一方、また
は両方から外部に出射される構成となる（図中の矢印が発光方向である）。すなわち、陽
極３０１から光を出射させる場合（図３（Ａ））には、陽極３０１を透光性の材料で形成
することとし、陰極３０５側から光を出射させる場合（図３（Ｂ））には、陰極３０５を
透光性の材料で形成することとし、陽極３０１および陰極３０５の両側から光を出射させ
る場合（図３（Ｃ））には、陽極３０１と陰極３０５を透光性の材料で形成する。
【００４６】
また、第１の層３０２は複数の層を積層することにより形成されるが、本実施の形態１で
は、第４の層３１１、第５の層３１２、第６の層３１３を積層することにより形成される
。なお、第４の層３１１は正孔注入性材料を含む正孔注入層であり、第５の層３１２は正
孔輸送性材料を含む正孔輸送層である。第６の層３１３は、発光物質を含み、電界を印加
したときに発光領域が形成される発光層である。
【００４７】
また、第１の層である発光物質を含む層には公知の材料を用いることができ、低分子系材
料および高分子系材料のいずれを用いることもできる。
【００４８】
第４の層３１１を形成する正孔注入性材料としては、フタロシアニン系の化合物が有効で
ある。例えば、フタロシアニン（略称：Ｈ2−Ｐｃと示す）、銅フタロシアニン（略称：
Ｃｕ−Ｐｃと示す）等を用いることができる。
【００４９】
第５の層３１２を形成する正孔輸送性材料としては、芳香族アミン系（すなわち、ベンゼ
ン環−窒素の結合を有するもの）の化合物が好適である。広く用いられている材料として
、例えば、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）の他、その誘導体である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）、あるいは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）などのスターバースト型芳香族アミン化合
物が挙げられる。また、酸化モリブデン等の導電性無機化合物を単独、又は上記有機化合
物と混合した複合材料等も用いることができる。
【００５０】
第６の層３１３に含まれる発光物質としては、例えば、キナクリドン、クマリン、ルブレ
ン、スチリル系色素、テトラフェニルブタジエン、アントラセン、ペリレン、コロネン、
１２―フタロペリノン誘導体などの有機化合物の他、トリス（８−キノリノラト）アルミ
ニウム（以下、Ａｌｑ3と示す）等の金属錯体が挙げられる。
【００５１】
第２の層３０３は、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、テルル化
亜鉛などのｎ型半導体からなる構成であるか、またはそれらｎ型半導体を含む構成であれ
ばよい。あるいはまた、有機化合物に電子供与性を示す物質をドープした構成であっても
よい。この時の有機化合物としては電子輸送性材料が好ましく、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：Ｐ
ＢＤ）や、先に述べたＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰが挙げ
ら、この他に従来では駆動電圧の上昇が見られた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）などの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や、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）が挙げられる。一方、電子供与性を示す物質とし
ては、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、ま
たはＥｒ、Ｙｂ等の希土類金属が挙げられる。この他に、例えばＡｌｑ3に対して電子供
与性を示すテトラチアフルバレンやテトラメチルチアフルバレンのような有機化合物であ
ってもよい。
【００５２】
第３の層３０４は、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化コバルト、酸化
ニッケルなどのｐ型半導体からなる構成であるか、またはそれらｐ型半導体を含む構成で
あればよい。あるいはまた、有機化合物に電子受容性を示す物質をドープした構成であっ
てもよい。この時の有機化合物としては正孔輸送性材料が好ましく、芳香族アミン系の化
合物が好適である。例えば、ＴＰＤの他、その誘導体であるα−ＮＰＤ、あるいはＴＤＡ
ＴＡ、ＭＴＤＡＴＡなどのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。一方、電
子受容性を示す物質としては、例えばα−ＮＰＤに対して電子受容性を示す酸化モリブデ
ンや酸化バナジウムのような金属酸化物が挙げられる。また、α−ＮＰＤに対して電子受
容性を示すテトラシアノキノジメタン（略称：ＴＣＮＱ）や２，３―ジシアノナフトキノ
ン（略称：ＤＣＮＮＱ）のような有機化合物であってもよい。
【００５３】
以上により、本発明の発光素子を形成することができる。なお、本形態では、図示してい
ないが、第１の層３０２の一部に、第２の層３０３と接するように電子輸送性に優れた材
料から成る層を設けた構造にしてもよい。電子輸送性に優れた材料の具体例としては、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（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−ｔｅ
ｒｔ−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
【００５４】
上記の本発明の発光素子において、可視光を透過する導電物で陰極を形成した場合、図
３（Ｂ）のように、陰極側から発光を取り出すことができる。また、可視光を透過する導
電物で陽極を形成した場合、図３（Ａ）のように、陽極側から発光を取り出すことができ
る。さらに、陰極及び陽極をいずれも可視光を透過する導電物で形成した場合は、図３（
Ｃ）のように、両側から発光を取り出すことができる。
【００５５】
可視光を透過でき、また導電性も比較的高い導電物としては、先に記載したような、Ｉ
ＴＯやＩＺＯ等が挙げられる。これらは仕事関数が高いため、通常、陰極を形成する材料
としては不適とされている。
【００５６】
しかし、本発明の発光素子では、正孔を生成し且つ正孔を輸送する層及び電子を生成し
電子を輸送する層を設けた構成となっていることによって、ＩＴＯやＩＺＯのような仕事
関数の高い材料を用いても、駆動電圧が上がることがない。従って、本発明の発光素子で
は、陰極を形成するための材料として、ＩＴＯやＩＺＯ等を用いることができる。
【００５７】
さらに、本発明の発光素子では、陰極の形成にスパッタリング法を用いた場合であって
も、スパッタリングによる発光素子の損傷が少なく良好な特性を示す発光素子を得ること
ができる。このことは、主にスパッタリング法によって形成されるＩＴＯ等の可視光を透
過できる導電物を用いて陰極を形成する際に有利である。
【００５８】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、本発明の発光素子の構成について図４を用いて説明する。
【００５９】
なお、基板４００、陽極４０１、第１の層４０２、第２の層４０３、第３の層４０４、陰
極４０５については、実施の形態１と同様の材料を用いて、同様にして形成することがで
きるため説明を省略する。
【００６０】
また、図４では、基板４００上に陰極４０５が形成され、陰極４０５上に第３の層４０４
が形成され、第３の層４０４上に第２の層４０３が形成され、第２の層４０３上に発光物
質を含む第１の層４０２が形成され、その上に陽極４０１が形成された構造を有する。
【００６１】
また、本発明の発光素子において、第１の層である発光物質を含む層におけるキャリアの
再結合により生じる光は、陽極４０１または陰極４０５の一方、または両方から外部に出
射される構成となる。すなわち、陽極４０１から光を出射させる場合（図４（Ａ））には
、陽極４０１を透光性の材料で形成することとし、陰極４０５側から光を出射させる場合
（図４（Ｂ））には、陰極４０５を透光性の材料で形成することとし、陽極４０１および
陰極４０５の両側から光を出射させる場合（図４（Ｃ））には、陽極４０１と陰極４０５
を透光性の材料で形成する。
【００６２】
以上により、本発明の発光素子を作製することができる。
【００６３】
上記の本発明の発光素子において、可視光を透過する導電物で陽極を形成した場合、図
４（Ａ）のように、陽極側から発光を取り出すことができる。また、可視光を透過する導
電物で陰極を形成した場合、図４（Ｂ）のように、陰極側から発光を取り出すことができ
る。さらに、陰極及び陽極をいずれも可視光を透過する導電物で形成した場合は、図４（
Ｃ）のように、両側から発光を取り出すことができる。
【００６４】
なお、実施の形態２でも述べたように、可視光を透過でき、また導電性も比較的高い導
電物としては、先に記載したような、ＩＴＯやＩＺＯ等が挙げられる。これらは仕事関数
が高いため、通常、陰極を形成する材料としては不適とされている。
【００６５】
しかし、本発明の発光素子では、正孔を生成し且つ正孔を輸送する層及び電子を生成し
電子を輸送する層を設けた構成となっていることによって、ＩＴＯやＩＺＯのような仕事
関数の高い材料を用いても、駆動電圧が上がることがない。従って、本発明の発光素子で
は、陰極を形成するための材料として、ＩＴＯやＩＺＯ等を用いることができる。
【００６６】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、ガラス、石英、金属、バルク半導体、透明プラスチック、可撓
性基板などからなる基板５００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、石英、透明プラスチック、可撓性基板などからなる基板以外に、例えば図５に示すよ
うに、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイと接する発光素子を作製してもよい。ここでは
、５１１と５１２をＴＦＴとし、５１３を本発明の発光素子とする。発光素子５１３は陽
極５１４、第１の層、第２の層および第３の層を５１５と、陰極５１６から成り、配線５
１７を介してＴＦＴ５１１と電気的に接続されている。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。例えば、スタガ型でもよいし、逆スタガ型でもよい。またＴ
ＦＴを構成している半導体層の結晶性についても特に限定されず、結晶質のものでもよい
し非晶質のものでもよい。
【実施例１】
【００６７】
本実施例では、本発明の発光素子の一態様について具体的に例示する。素子構造を図６を
用いて説明する。
【００６８】
まず、基板６００上に発光素子の陽極６０１が形成される。材料として透明導電膜である
ＩＴＯを用い、スパッタリング法により１１０ｎｍの膜厚で形成した。陽極６０１の形状
は２ｍｍ角とした。
【００６９】
次に、陽極６０１上に発光物質を含む第１の層６０２が形成される。なお、本実施例にお
ける発光物質を含む第１の層６０２は、３つの層、すなわち正孔注入層６１１、正孔輸送
層６１２、発光層６１３からなる積層構造を有している。
【００７０】
まず、陽極６０１が形成された基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに陽極６０１が形成さ
れた面を下方にして固定し、真空蒸着装置の内部に備えられた蒸発源に銅フタロシアニン
（以下、Ｃｕ−Ｐｃと示す）を入れ、抵抗加熱法を用いた蒸着法により２０ｎｍの膜厚で
正孔注入層６１１を形成した。なお、６１１を形成する材料としては、公知の正孔注入性
材料を用いることができる。
【００７１】
次に、正孔輸送性に優れた材料により正孔輸送層６１２を形成する。６１２を形成する材
料としては、公知の正孔輸送性材料を用いることができるが、本実施例では、α−ＮＰＤ
を用い、同様の方法により４０ｎｍの膜厚で形成した。
【００７２】
次に、発光層６１３を形成する。６１３を形成する材料としては、公知の発光物質を用い
ることができるが、本実施例では、Ａｌｑ3を同様の方法により、４０ｎｍの膜厚で形成
した。ここでは、Ａｌｑ3が発光物質として作用する。
【００７３】
このようにして、３つの層６１１、６１２、６１３を積層して形成したあと、第２の層６
０３が形成される。本実施例では、電子輸送性材料としてＡｌｑ3を、Ａｌｑ3に対して電
子供与性を示す物質としてＭｇを用い、３０ｎｍの膜厚で共蒸着法により第２の層６０３
を形成した。Ｍｇの割合は１ｗｔ％とした。
【００７４】
次に、第３の層６０４が形成される。本実施例では、正孔輸送性材料としてα−ＮＰＤを
、α−ＮＰＤに対して電子受容性を示す物質として酸化モリブデンを用い、１５０ｎｍの
膜厚で共蒸着法により第３の層を形成した。酸化モリブデンの割合は２５ｗｔ％とした。
なお、酸化モリブデンの原料としては、酸化モリブデン（ＶＩ）を用いた。
【００７５】
次に、陰極６０５をスパッタリング法または蒸着法により形成する。なお、本実施例では
、第３の層６０４上にアルミニウム（１５０ｎｍ）を蒸着法により形成することにより陰
極６０５を得た。
【００７６】
以上のようにして、本発明の発光素子を形成した。得られた素子の輝度−電圧特性を図１
１に、電流−電圧特性を図１２に、電流を１ｍＡ流した時の発光スペクトルを図１３にそ
れぞれ示す。
【００７７】
形成された発光素子に電圧を印加すると、発光開始電圧（ここでは、輝度が１ｃｄ／ｍ2
となる時の電圧）は６．０Ｖであった。また、電流を１ｍＡ流した時の輝度は１１３０ｃ
ｄ／ｍ2であった。また、この時のＣＩＥ色度座標は（Ｘ，Ｙ）＝（０．２９，０．６３
）であり、色純度のよい緑色となっていた。
【００７８】
（比較例１）
本比較例１では、本発明の第２の層および第３の層を用いず、代わりに電子注入層７０３
を設けた従来の発光素子について具体的に例示する。素子構造を図７を用いて説明する。
電子注入層７０３としては、実施例１の第２の層６０３と同様に、電子輸送性材料Ａｌｑ
3に電子供与性を示す物質であるＭｇを１％ドープした構成を適用した。電子注入層７０
３の膜厚は、実施例１における第２の層と同様、３０ｎｍとした。また、他の基板７００
、陽極７０１、正孔注入層７１１と正孔輸送層７１２と発光層７１３からなる発光物質を
含む層７０２、陰極７０４は全て実施例１と同様の構成とした。したがって、実施例１は
本比較例１に比べて、第３の層６０４の膜厚（１５０ｎｍ）だけ厚いことになる。
【００７９】
得られた素子の輝度−電圧特性を図１１に、電流−電圧特性を図１２に、電流を１ｍＡ流
した時の発光スペクトルを図１３にそれぞれ示す。形成された発光素子に電圧を印加する
と、発光開始電圧は５．４Ｖであった。また、電流を１ｍＡ流した時の輝度は１３６０ｃ
ｄ／ｍ2であった。また、この時のＣＩＥ色度座標は（Ｘ，Ｙ）＝（０．３４，０．５８
）であり、色純度が余りよくない黄緑色であった。
【００８０】
以上の結果から、本発明の実施例１は、本比較例１に比べてトータル膜厚が１５０ｎｍも
厚いにもかかわらず、その駆動電圧（６．０Ｖ）は本比較例１（５．４Ｖ）とほとんど変
わらないことがわかった。また、図１３中の発光スペクトルを比較すると、実施例１は比
較例１の発光スペクトルに比べてスペクトル幅が狭く、このことが色純度の向上に繋がっ
ていると考えられる。
【００８１】
（比較例２）
本比較例２では、基板８００、陽極８０１、正孔注入層８１１と正孔輸送層８１２と発光
層８１３からなる発光物質を含む層８０２、陰極８０４は全て実施例１と同様の構成とし
、電子注入層８０３を設けた従来の発光素子について具体的に例示する。素子構造を図８
を用いて説明する。ここでは、電子注入層８０３の構成は比較例１と同様であるが、膜厚
を１８０ｎｍとすることで、トータル膜厚を実施例１と揃えた。
【００８２】
得られた素子の輝度−電圧特性を図１１に、電流−電圧特性を図１２に、電流を１ｍＡ流
した時の発光スペクトルを図１３にそれぞれ示す。形成された発光素子に電圧を印加する
と、発光開始電圧は１４．０Ｖであった。また、電流を１ｍＡ流した時の輝度は１０５０
ｃｄ／ｍ2であった。また、この時のＣＩＥ色度座標は（Ｘ，Ｙ）＝（０．２５，０．６
３）であり、色純度の良い緑色であった。
【００８３】
以上の結果から、比較例２の構成では、図１３を見てわかるとおりスペクトル幅が狭く、
色純度はよいものの、同膜厚である本発明の実施例１に比べて駆動電圧が著しく上昇して
しまったことがわかる。
【００８４】
したがって、一対の電極（陽極６０１および陰極６０５）の間に、第１の層６０２と第２
の層６０３と第３の層６０４とを順に設けるという本発明の構成を実施することで、膜厚
を厚くすることで色純度を向上させることができると同時に、膜厚を厚くしても駆動電圧
の上昇を抑えることができることがわかった。
【実施例２】
【００８５】
本実施例２では、本発明の発光素子の一態様について具体的に例示する。素子構造を図１
４を用いて説明する。
【００８６】
まず、基板２４００上に発光素子の陽極２４０１が形成される。材料として透明導電膜で
あるＩＴＯを用い、スパッタリング法により１１０ｎｍの膜厚で形成した。陽極２４０１
の形状は２ｍｍ角とした。
【００８７】
次に、陽極２４０１上に発光物質を含む第１の層２４０２が形成される。なお、本実施例
における発光物質を含む第１の層２４０２は、３つの層、すなわち正孔注入層２４１１、
正孔輸送層２４１２、発光層２４１３からなる積層構造を有している。
【００８８】
まず、陽極２４０１が形成された基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに陽極２４０１が形
成された面を下方にして固定し、真空蒸着装置の内部に備えられた蒸発源にＣｕ−Ｐｃを
入れ、抵抗加熱法を用いた蒸着法により２０ｎｍの膜厚で正孔注入層２４１１を形成した
。なお、２４１１を形成する材料としては、公知の正孔注入性材料を用いることができる
。
【００８９】
次に、正孔輸送性に優れた材料により正孔輸送層２４１２を形成する。２４１２を形成す
る材料としては、公知の正孔輸送性材料を用いることができるが、本実施例では、α−Ｎ
ＰＤを用い、同様の方法により４０ｎｍの膜厚で形成した。
【００９０】
次に、発光層２４１３を形成する。２４１３には公知の発光物質を用いることができるが
、本実施例では、Ａｌｑ3およびクマリン６を共蒸着することにより、Ａｌｑ3およびクマ
リン６からなる層を４０ｎｍの膜厚で形成した。ここでは、クマリン６が発光物質として
作用する。なお、共蒸着の際には、Ａｌｑ3とクマリン６の質量比が、Ａｌｑ3：クマリン
６＝１：０．００３となるように調節した。
【００９１】
このようにして、３つの層２４１１、２４１２、２４１３を積層して形成したあと、第２
の層２４０３が形成される。本実施例では、電子輸送性材料としてＡｌｑ3を、Ａｌｑ3に
対して電子供与性を示す物質としてＬｉを用い、３０ｎｍの膜厚で共蒸着法により第２の
層２４０３を形成した。Ｌｉの割合は１ｗｔ％とした。
【００９２】
次に、第３の層２４０４が形成される。本実施例では、正孔輸送性材料としてα−ＮＰＤ
を、α−ＮＰＤに対して電子受容性を示す物質として酸化モリブデンを用い、１８０ｎｍ
の膜厚で共蒸着法により第３の層２４０４を形成した。酸化モリブデンの割合は２５ｗｔ
％とした。なお、酸化モリブデンの原料としては、酸化モリブデン（ＶＩ）を用いた。
【００９３】
次に、陰極２４０５をスパッタリング法または蒸着法により形成する。なお、本実施例で
は、第３の層２４０４上にアルミニウム（２００ｎｍ）を蒸着法により形成することによ
り陰極２４０５を得た。
【００９４】
以上のようにして形成された発光素子に電圧を印加すると、発光開始電圧（ここでは、輝
度が１ｃｄ／ｍ2となる時の電圧）は３．４Ｖであった。また、電流を１ｍＡ流した時の
輝度は２７００ｃｄ／ｍ2であり、発光スペクトルは図１６に示すようにシャープな形状
を示した。また、この時のＣＩＥ色度座標は（Ｘ，Ｙ）＝（０．２１，０．６９）であり
、極めて色純度のよい緑色となっていた。
【００９５】
（比較例３）
本比較例３では、本発明の第２の層および第３の層を用いず、代わりに電子注入層２５０
３を設けた従来の発光素子について図１５を用いて説明する。電子注入層２５０３として
は、実施例２の第２の層２４０３と同様に、電子輸送性材料Ａｌｑ3に電子供与性を示す
物質であるＬｉを１ｗｔ％ドープした構成を適用した。電子注入層２５０３の膜厚は、実
施例２における第２の層と同様、３０ｎｍとした。また、他の基板２５００、陽極２５０
１、正孔注入層２５１１と正孔輸送層２５１２と発光層２５１３からなる発光物質を含む
層２５０２、陰極２５０４は全て実施例２と同様の構成とした。したがって、実施例２は
本比較例３に比べて、第３の層２４０４の膜厚（１８０ｎｍ）だけ厚いことになる。
【００９６】
得られた本比較例３の素子に電圧を印加すると、発光開始電圧は３．２Ｖであった。また
、電流を１ｍＡ流した時の輝度は３３００ｃｄ／ｍ2であったが、発光スペクトルは図１
６に示すようにブロードな形状を示した。また、この時のＣＩＥ色度座標は（Ｘ，Ｙ）＝
（０．３０，０．６４）であり、色純度が余りよくない緑色であった。
【００９７】
以上の結果から、本発明の実施例２は、本比較例３に比べてトータル膜厚が１８０ｎｍも
厚いにもかかわらず、その駆動電圧（３．４Ｖ）は本比較例３（３．２Ｖ）とほとんど変
わらないことがわかった。また、図１６中の発光スペクトルを比較すると、実施例２は本
比較例３の発光スペクトルに比べてスペクトル幅が狭く、このことが色純度の向上に繋が
っていると考えられる。
【実施例３】
【００９８】
本実施例３では、本発明の発光素子の一態様について例示する。素子構造を図１４を用い
て説明する。本実施例３では、第３の層２４０４以外は実施例２と同様にして形成した。
また、第３の層２４０４は、酸化モリブデンのみを２６０ｎｍ蒸着することにより形成し
た。なお、酸化モリブデンの原料は、酸化モリブデン（ＶＩ）を用いた。
【００９９】
以上のようにして形成された発光素子に電圧を印加すると、発光開始電圧（ここでは、輝
度が１ｃｄ／ｍ2となる時の電圧）は４．６Ｖであった。また、電流を１ｍＡ流した時の
輝度は２８００ｃｄ／ｍ2であり、発光スペクトルは図１７に示すようにシャープな形状
を示した。また、この時のＣＩＥ色度座標は（Ｘ，Ｙ）＝（０．２３，０．７１）であり
、極めて色純度のよい緑色となっていた。比較のため、先に述べた比較例３の発光スペク
トルも図１７中に合わせて載せた。
【０１００】
以上の結果から、本発明の実施例３は、比較例３に比べてトータル膜厚が２６０ｎｍも厚
いにもかかわらず、その駆動電圧（４．６Ｖ）は比較例３（３．２Ｖ）に比べて顕著な上
昇は見られなかった。また、図１７中の発光スペクトルを比較すると、実施例３は比較例
３の発光スペクトルに比べてスペクトル幅が狭く、このことが色純度の向上に繋がってい
ると考えられる。
【実施例４】
【０１０１】
本実施例では、画素部に本発明の発光素子を有する発光装置について図９を用いて説明す
る。なお、図９（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）をＡ−Ａ’で
切断した断面図である。点線で示された９０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、９０
２は画素部、９０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、９０４は封止基板
、９０５はシール剤であり、シール剤９０５で囲まれた内側９０７は、空間になっている
。
【０１０２】
なお、９０８はソース側駆動回路９０１及びゲート側駆動回路９０３に入力される信号を
伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキッ
ト）９０９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。
なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷ
Ｂ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけで
なく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
【０１０３】
次に、断面構造について図９（Ｂ）を用いて説明する。基板９１０上には駆動回路部及び
画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路９０１と、画
素部９０２が示されている。
【０１０４】
なお、ソース側駆動回路９０１はｎチャネル型ＴＦＴ９２３とｐチャネル型ＴＦＴ９２４
とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公知
のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施例
では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく
、基板上ではなく外部に形成することもできる。
【０１０５】
また、画素部９０２はスイッチング用ＴＦＴ９１１と、電流制御用ＴＦＴ９１２とそのド
レインに電気的に接続された陽極９１３とを含む複数の画素により形成される。なお、陽
極９１３の端部を覆って絶縁物９１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アク
リル樹脂膜を用いることにより形成する。
【０１０６】
また、成膜性を良好なものとするため、絶縁物９１４の上端部または下端部に曲率を有す
る曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物９１４の材料としてポジ型の感光性アク
リルを用いた場合、絶縁物９１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有す
る曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物９１４として、感光性の光によってエッ
チャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型
のいずれも使用することができ、有機化合物に限らず無機化合物、例えば、酸化珪素、酸
窒化珪素、シロキサン系等、の両者を使用することができる。
【０１０７】
陽極９１３上には、第１から第３の層９１６、および陰極９１７がそれぞれ形成されてい
る。ここで、陽極９１３に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望
ましい。例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）膜、ＩＴＳＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ
ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）膜、窒化チタン膜、
クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウ
ムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタ
ン膜との３層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗
も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる
。
【０１０８】
また、第１から第３の層９１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法
によって形成される。第１から第３の層９１６には、発光物質を含む第１の層、ｎ型半導
体を含む第２の層と、ｐ型半導体を含む第３の層と、を有し、陽極から陰極の方向に対し
、第１の層と第２の層と第３の層とが順次積層され、第３の層が陰極に接するように形成
される。また、発光物質を含む層に用いる材料としては、通常、有機化合物を単層、積層
もしくは混合層で用いる場合が多いが、本発明においては、有機化合物からなる膜の一部
に無機化合物を用いる構成も含めることとする。
【０１０９】
さらに、第１から第３の層９１６上に形成される陰極９１７に用いる材料としては、仕事
関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、
ＡｌＬｉ、ＣａＦ2、またはＣａＮ）を用いればよい。なお、第１から第３の層９１６で
生じた光が陰極９１７を透過させる場合には、陰極９１７として、膜厚を薄くした金属薄
膜と、透明導電膜ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、ＩＴＳＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔ
ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ
）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）との積層を用いるのが良い。
【０１１０】
さらにシール剤９０５で封止基板９０４を素子基板９１０と貼り合わせることにより、素
子基板９１０、封止基板９０４、およびシール剤９０５で囲まれた空間９０７に発光素子
９１８が備えられた構造になっている。なお、空間９０７には、不活性気体（窒素やアル
ゴン等）が充填される場合の他、シール剤９０５で充填される構成も含むものとする。
【０１１１】
なお、シール剤９０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料は
できるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板９０４に
用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎ
ｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリ
エステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【０１１２】
以上のようにして、本発明の発光素子を有する発光装置を得ることができる。
【０１１３】
なお、本実施例に示す発光装置は、実施例１〜実施例３に示した発光素子の構成を自由に
組み合わせて実施することが可能である。さらに本実施例に示す発光装置は、必要に応じ
てカラーフィルター等の色度変換膜を用いてもよい。
【実施例５】
【０１１４】
本実施例では、本発明で発光素子を有する発光装置を用いて完成させた様々な電気器具に
ついて図１０を用いて説明する。
【０１１５】
本発明を用いて形成される発光装置を用いて作製された電気器具として、テレビジョン、
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、オーディオコンポ等）、
ノート型パーソナルコンピュータ、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
にはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表
示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電気器具の具体例を図１０に示す。
【０１１６】
図１０（Ａ）は表示装置であり、筐体１００１、支持台１００２、表示部１００３、スピ
ーカー部１００４、ビデオ入力端子１００５等を含む。本発明を用いて形成される発光装
置をその表示部１００３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パソコン用
、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
【０１１７】
図１０（Ｂ）はビデオカメラであり、本体１３０１、表示部１３０２、筐体１３０３、外
部接続ポート１３０４、リモコン受信部１３０５、受像部１３０６、バッテリー１３０７
、音声入力部１３０８、操作キー１３０９、接眼部１３１０等を含む。本発明の発光素子
を有する発光装置をその表示部１３０２に用いることにより作製される。
【０１１８】
図１０（Ｃ）は携帯電話であり、本体１５０１、筐体１５０２、表示部１５０３、音声入
力部１５０４、音声出力部１５０５、操作キー１５０６、外部接続ポート１５０７、アン
テナ１５０８等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部１５０３に用い
ることにより作製される。
【０１１９】
以上の様に、本発明の発光素子を有する発光装置の適用範囲は極めて広く、また発光装置
に用いる発光素子は、本発明の発光素子を用いて形成されるため、駆動電圧が低く、長寿
命であるという特徴を有している。従って、この発光装置をあらゆる分野の電気器具に適
用することにより、低消費電力化、長寿命化を実現することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に、発光物質を含む第１の層と、ｎ型半導体を含む第２の層と、ｐ型半導体を含む第３の層と、を有し、
前記第１の層と前記第２の層と前記第３の層とが順次積層されていることを特徴とする発光素子。
【請求項１】
一対の電極間に、発光物質を含む第１の層と、ｎ型半導体を含む第２の層と、ｐ型半導体を含む第３の層と、を有し、
前記第１の層と前記第２の層と前記第３の層とが順次積層されていることを特徴とする発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図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】
【公開番号】特開２０１２−１７８５９７（Ｐ２０１２−１７８５９７Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１１０２４２（Ｐ２０１２−１１０２４２）
【出願日】平成２４年５月１４日（２０１２．５．１４）
【分割の表示】特願２００４−３７３５８９（Ｐ２００４−３７３５８９）の分割
【原出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月１４日（２０１２．５．１４）
【分割の表示】特願２００４−３７３５８９（Ｐ２００４−３７３５８９）の分割
【原出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【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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