電気器具
【課題】 低消費電力で、寿命の長い発光装置および電気器具を提供する。
【解決手段】 有機化合物膜403内に、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域405と
、電子輸送材料からなる電子輸送領域409と、正孔輸送材料および電子輸送材料
の両方が一定の比率にて混合された混合領域407と、を設け、かつ、混合領域407
とキャリア輸送領域405ないしは409との間に、前記一定の比率になるまで濃度勾
配が形成された領域406および408を設け、さらに混合領域407に発光材料410をド
ープして発光領域を形成することで、従来の積層構造に存在する各層間の界面を
排除し、なおかつ正孔輸送、電子輸送、発光の各機能は発現させる。この手法に
より、消費電力が低く寿命の長い有機発光素子を提供し、前記有機発光素子を用
いて発光装置および電気器具を作製する。
【解決手段】 有機化合物膜403内に、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域405と
、電子輸送材料からなる電子輸送領域409と、正孔輸送材料および電子輸送材料
の両方が一定の比率にて混合された混合領域407と、を設け、かつ、混合領域407
とキャリア輸送領域405ないしは409との間に、前記一定の比率になるまで濃度勾
配が形成された領域406および408を設け、さらに混合領域407に発光材料410をド
ープして発光領域を形成することで、従来の積層構造に存在する各層間の界面を
排除し、なおかつ正孔輸送、電子輸送、発光の各機能は発現させる。この手法に
より、消費電力が低く寿命の長い有機発光素子を提供し、前記有機発光素子を用
いて発光装置および電気器具を作製する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極と、陰極と、電界を加えることで発光が得られる有機化合物を
含む膜（以下、「有機化合物膜」と記す）と、を有する有機発光素子を用いた発
光装置に関する。本発明では特に、従来よりも駆動電圧が低く、なおかつ素子の
寿命が長い有機発光素子を用いた発光装置に関する。なお、本明細書中における
発光装置とは、発光素子として有機発光素子を用いた画像表示デバイスもしくは
発光デバイスを指す。また、有機発光素子にコネクター、例えば異方導電性フィ
ルム（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、T
AB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、または有機発光
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。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子は、電界を加えることにより発光する素子である。その発光機構
は、電極間に有機化合物膜を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入さ
れた電子および陽極から注入された正孔が有機化合物膜中で再結合して、励起状
態の分子（以下、「分子励起子」と記す）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言われている。
【０００３】
なお、有機化合物が形成する分子励起子の種類としては、一重項励起状態と三
重項励起状態が可能であると考えられるが、本明細書中ではどちらの励起状態が
発光に寄与する場合も含むこととする。
【０００４】
このような有機発光素子において、通常、有機化合物膜は1μmを下回るほどの
薄膜で形成される。また、有機発光素子は、有機化合物膜そのものが光を放出す
る自発光型の素子であるため、従来の液晶ディスプレイに用いられているような
バックライトも必要ない。したがって、有機発光素子は極めて薄型軽量に作製で
きることが大きな利点である。
【０００５】
また、例えば100〜200nm程度の有機化合物膜において、キャリアを注入してか
ら再結合に至るまでの時間は、有機化合物膜のキャリア移動度を考えると数十ナ
ノ秒程度であり、キャリアの再結合から発光までの過程を含めてもマイクロ秒以
内のオーダーで発光に至る。したがって、非常に応答速度が速いことも特長の一
つである。
【０００６】
さらに、有機発光素子はキャリア注入型の発光素子であるため、直流電圧での
駆動が可能であり、ノイズが生じにくい。駆動電圧に関しては、まず有機化合物
膜の厚みを100nm程度の均一な超薄膜とし、また、有機化合物膜に対するキャリ
ア注入障壁を小さくするような電極材料を選択し、さらにはヘテロ構造（二層構
造）を導入することによって、5.5Vで100cd/m2の十分な輝度が達成された（文献
１：C. W. Tang and S. A. VanSlyke, "Organic electroluminescent diodes",
Applied Physics Letters, vol. 51, No.12, 913-915 (1987)）。
【０００７】
こういった薄型軽量・高速応答性・直流低電圧駆動などの特性から、有機発光
素子は次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。また、
自発光型であり視野角が広いことから、視認性も比較的良好であり、携帯機器の
表示画面に用いる素子として有効と考えられている。
【０００８】
ところで、文献１において示された有機発光素子の構成であるが、まず、有機
化合物膜に対するキャリア注入障壁を小さくする方法として、仕事関数が低い上
に比較的安定なMg:Ag合金を陰極に用い、電子の注入性を高めている。このこと
により、有機化合物膜に大量のキャリアを注入することを可能としている。
【０００９】
さらに有機化合物膜として、芳香族ジアミン化合物からなる正孔輸送層とトリ
ス（８−キノリノラト）−アルミニウム（以下、「Alq3」と記す）からなる電子
輸送性発光層とを積層するという、シングルヘテロ構造を適用することにより、
キャリアの再結合効率を飛躍的に向上させている。このことは、以下のように説
明される。
【００１０】
例えば、Alq3単層のみを有する有機発光素子の場合では、Alq3が電子輸送性で
あるため、陰極から注入された電子のほとんどは正孔と再結合せずに陽極に達し
てしまい、発光の効率は極めて悪い。すなわち、単層の有機発光素子を効率よく
発光させる（あるいは低電圧で駆動する）ためには、電子および正孔の両方をバ
ランスよく輸送できる材料（以下、「バイポーラー材料」と記す）を用いる必要
があり、Alq3はその条件を満たしていない。
【００１１】
しかし、文献１のようなシングルへテロ構造を適用すれば、陰極から注入され
た電子は正孔輸送層と電子輸送性発光層との界面でブロックされ、電子輸送性発
光層中へ閉じこめられる。したがって、キャリアの再結合が効率よく電子輸送性
発光層で行われ、効率のよい発光に至るのである。
【００１２】
このようなキャリアのブロッキング機能の概念を発展させると、キャリアの再
結合領域を制御することも容易となる。その例として、正孔をブロックできる層
（正孔ブロッキング層）を正孔輸送層と電子輸送層との間に挿入することにより
、正孔を正孔輸送層内に閉じこめ、正孔輸送層の方を発光させることに成功した
報告がある。（文献２：Yasunori KIJIMA, Nobutoshi ASAI and Shin-ichiro TA
MURA, "A Blue Organic Light Emitting Diode", Japanese Journal of Applied
Physics, Vol. 38, 5274-5277(1999)）。
【００１３】
また、文献１における有機発光素子は、いわば正孔の輸送は正孔輸送層が行い
、電子の輸送および発光は電子輸送性発光層が行うという、機能分離が行われて
いると言える。この機能分離の概念はさらに、正孔輸送層と電子輸送層の間に発
光層を挟むというダブルへテロ構造（三層構造）の構想へと発展した（文献３：
Chihaya ADACHI, Shizuo TOKITO, Tetsuo TSUTSUI and Shogo SAITO, "Electrol
uminescence in Organic Films with Three-Layered Structure", Japanese Jou
rnal of Applied Physics, Vol. 27, No. 2, L269-L271(1988)）。
【００１４】
こういった機能分離の利点としては、機能分離することによって一種類の有機
材料に様々な機能（発光性、キャリア輸送性、電極からのキャリア注入性など）
を同時に持たせる必要がなくなり、分子設計等に幅広い自由度を持たせることが
できる点にある（例えば、無理にバイポーラー材料を探索する必要がなくなる）
。つまり、発光特性のいい材料、キャリア輸送性が優れる材料などを、各々組み
合わせることで、容易に高発光効率が達成できるということである。
【００１５】
これらの利点から、文献１で述べられた積層構造の概念（キャリアのブロッキ
ング機能あるいは機能分離）自体は、現在に至るまで広く利用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、以上で述べたような積層構造は異種物質間の接合であるため、
各層間に界面（以下、「有機界面」と記す）を生じることになる。有機界面を形
成することに起因する問題点として、以下に述べるような二つの問題点が提起さ
れる。
【００１７】
まず一つは、駆動電圧のさらなる低減へ向けての障害になるという点である。
実際、現在の有機発光素子において、駆動電圧に関しては共役ポリマーを用いた
単層構造の素子の方が優れており、パワー効率（単位：[lm/W]）でのトップデー
タを保持していると報告されている（文献４：筒井哲夫、「応用物理学会有機分
子・バイオエレクトロニクス分科会会誌」、Vol. 11、No. 1、P.8（2000））（
ただし文献４では、一重項励起状態からの発光を比較しており、三重項励起状態
からの発光は除いている）。
【００１８】
なお、文献４で述べられている共役ポリマーはバイポーラー材料であり、キャ
リアの再結合効率に関しては積層構造と同等なレベルが達成できる。したがって
、バイポーラー材料を用いるなどの方法で、積層構造を用いることなくキャリア
の再結合効率さえ同等にできるのであれば、有機界面の少ない単層構造の方が実
際は駆動電圧が低くなるのである。このことは、有機界面においてキャリアの移
動が妨げられていることを、結果的に示唆している。
【００１９】
さらに、有機界面に起因するもう一つの問題点として、有機発光素子の素子寿
命（素子劣化）に対する影響が考えられる。すなわち、有機界面においてキャリ
アの移動が妨げられ、チャージが蓄積することによる輝度の低下である。
【００２０】
この劣化機構に関してははっきりした理論は確立されていないが、陽極と正孔
輸送層との間に正孔注入層を挿入し、さらにdc駆動ではなく矩形波のac駆動にす
ることによって、輝度の低下を抑えることができるという報告がある（文献５：
S. A. VanSlyke, C. H. Chen, and C. W. Tang, "Organic electroluminescent
devices with improved stability", Applied Physics Letters, Vol. 69, No.
15, 2160-2162(1996)）。このことは、正孔注入層の挿入およびac駆動によって
、チャージの蓄積を排除することにより、輝度の低下を抑えることができたとい
う実験的な裏付けと言える。
【００２１】
以上のことから、積層構造は容易にキャリアの再結合効率を高めることができ
（キャリアのブロッキング機能）、なおかつ材料の選択幅を広くできる（機能分
離）というメリットを持つ一方で、有機界面、特にキャリアをブロッキングする
界面を作り出すことによって、キャリアの移動を妨げ、駆動電圧や輝度の低下に
影響を及ぼしていると言える。
【００２２】
そこで本発明では、従来用いられている積層構造とは異なる概念の素子を作製
することにより、有機化合物膜中に存在する有機界面を排除してキャリアの移動
性を高めると同時に、積層構造の機能分離と同様に各種複数の材料の機能は発現
させる（以下、「機能発現」と記す）ことを課題とする。それにより、従来より
も駆動電圧が低い上に素子の寿命が長い有機発光素子を提供することを課題とす
る。
【００２３】
また、このような有機発光素子を用いることにより、従来よりも駆動電圧が低
く、なおかつ寿命の長い発光装置を提供することを課題とする。さらに、前記発
光装置を用いて電気器具を作製することにより、従来よりも低消費電力で、なお
かつ長保ちする電気器具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】
【００２４】
有機界面の形成によりキャリアの移動が妨げられるモデルとして、本発明者は
以下に述べるような二つの機構を考えた。
【００２５】
まず一つの機構として、有機界面のモルフォロジーから生じるものが考えられ
る。有機発光素子における有機化合物膜は通常、アモルファス状態の膜であり、
これは有機化合物の分子同士が、双極子相互作用を主とした分子間力で凝集する
ことにより形成されている。ところが、このような分子の凝集体を用いてヘテロ
構造を形成すると、分子のサイズや形状の違いがヘテロ構造の界面（すなわち有
機界面）に大きな影響を及ぼす可能性がある。
【００２６】
特に、分子のサイズが大きく異なる材料を用いてヘテロ構造を形成した場合、
その有機界面における接合の整合性が悪くなると考えられる。その概念図を図１
に示す。図１では、小さい分子101からなる第一の層111と、大きい分子102から
なる第二の層112を積層している。この場合、形成される有機界面113において、
整合性の悪い領域114が発生してしまう。
【００２７】
図１で示した整合性の悪い領域114は、キャリアの移動を妨げるバリア（ある
いはエネルギー障壁）となる可能性があるため、駆動電圧のさらなる低減へ向け
ての障害になることが示唆される。また、エネルギー障壁を越えられないキャリ
アはチャージとして蓄積してしまい、先に述べたような輝度の低下を誘起してし
まう可能性がある。
【００２８】
もう一つの機構として、積層構造を形成する（すなわち有機界面を形成する）
工程から生じるものが考えられる。積層構造の有機発光素子は、各層を形成する
際のコンタミネーションを避けるため、通常、図２に示すようなマルチチャンバ
ー方式（インライン方式）の蒸着装置を用いて作製する。
【００２９】
図２に示した例は、正孔輸送層・発光層・電子輸送層の三層構造（ダブルへテ
ロ構造）を形成するための蒸着装置の概念図である。まず、搬入室に陽極（イン
ジウム錫酸化物（以下、「ITO」と記す）など）を有する基板を搬入し、まず紫
外線照射室において真空雰囲気中で紫外線を照射することにより、陽極表面をク
リーニングする。特に陽極がITOのような酸化物である場合、前処理室にて酸化
処理を行う。さらに、積層構造の各層を形成するため、蒸着室201で正孔輸送層
を、蒸着室202〜204で発光層（図２では、赤、緑、青の三色）を、蒸着室205で
電子輸送層を成膜し、蒸着室206で陰極を蒸着する。最後に、封止室にて封止を
行い、搬出室から取り出して有機発光素子を得る。
【００３０】
このようなインライン方式の蒸着装置の特色としては、各層の蒸着を、それぞ
れ異なる蒸着室201〜205において蒸着していることである。つまり、各層の材料
がほとんど互いに混入しないような装置構成となっている。
【００３１】
ところで、蒸着装置の内部は通常１０-4〜１０-5パスカル程度に減圧されてい
るものの、極微量の気体成分（酸素や水など）は存在している。そして、この程
度の真空度の場合、それら極微量の気体成分でも、数秒もあれば容易に単分子レ
イヤー程度の吸着層を形成してしまうと言われている。
【００３２】
したがって、図２のような装置を用いて積層構造の有機発光素子を作製する場
合、各層を形成する間に大きなインターバルが生じてしまうことが問題なのであ
る。つまり、各層を形成する間のインターバル、特に第二搬送室を経由して搬送
する際などに、極微量の気体成分による吸着層（以下、「不純物層」と記す）を
形成してしまう懸念がある。
【００３３】
その概念図を図３に示す。図３は、第一の有機化合物301からなる第一の層311
と、第二の有機化合物302からなる第二の層312とを積層する際に、その層間に微
量の不純物303（水や酸素など）からなる不純物層313が形成されている様子であ
る。
【００３４】
このようにして各層間（すなわち有機界面）に形成されてしまう不純物層は、
有機発光素子の完成後、キャリアをトラップする不純物領域となってキャリアの
移動を妨げるため、やはり駆動電圧を上昇させてしまう。さらに、キャリアをト
ラップする不純物領域が存在すると、そこにはチャージが蓄積することになるた
め、先に述べたような輝度の低下を誘起してしまう可能性がある。
【００３５】
このような機構から考えると、以上で述べたような有機界面で生じる問題点（
有機界面のモルフォロジー悪化および不純物層の形成）を克服するためには、素
子構造・作製工程共に、従来の積層構造素子から脱する必要がある。例えば、有
機界面を完全に排除した有機発光素子の例として、正孔輸送材料と電子輸送材料
とを混合しただけの単層（以下、「混合単層」と記す）のみを、両電極間に設け
た有機発光素子の報告がある（文献６：Shigeki NAKA, Kazuhisa SHINNO, Hiroy
uki OKADA, Hiroshi ONNAGAWA and Kazuo MIYASHITA, "Organic Electrolumines
cent Devices Using a Mixed Single Layer", Japanese Journal of Applied Ph
ysics, Vol. 33, No. 12B, L1772-L1774(1994)）。
【００３６】
文献６では、正孔輸送性である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（以下、「TPD」と記す）と、電子輸送性
であるAlq3とを、１：４の割合で混合することによって単層構造を形成している
。しかしながら、積層構造（すなわち、TPDおよびAlq3からなる有機界面を形成
するヘテロ構造）との比較をすると、発光効率の点では積層構造に比べて劣って
いることが示されている。発光材料をドープすることにより大幅に改善されるも
のの、それでもやはり、発光材料をドープした積層構造に比べると多少劣ってい
る。
【００３７】
その原因として、混合単層の場合、陽極から注入された正孔および陰極から注
入された電子が、再結合することなくそのまま対極へ抜けてしまうことが多くな
るためと考えられる。積層構造はキャリアのブロッキング機能があるため、その
ような問題は生じていない。
【００３８】
このことは、文献６の混合単層においては、機能発現が行われていないことが
原因と言い換えることができる。すなわち、有機化合物膜内において、陽極に近
い領域は正孔輸送という機能を示し、陰極に近い領域は電子輸送という機能を示
し、両電極から離れた部分に発光領域（すなわちキャリアが再結合する領域）を
設けるという、各機能を発現できる領域を設けなければ、たとえ有機界面をなく
したとしても効率のよい発光には至らないのである。
【００３９】
これらのことを考慮し、本発明者は、有機界面を排除し、なおかつ文献６とは
異なり機能発現が可能な有機発光素子を実現する手法を考案した。その概念図を
図４に示す。なお、ここでは基板401上に陽極402を設けてあるが、陰極404の方
を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。
【００４０】
図４の素子では、正孔輸送材料および電子輸送材料を含む有機化合物膜403に
おいて、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域405、電子輸送材料からなる電子輸
送領域409、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが一定の比率（以下、「ｘ：
ｙ」と記す）にて混合された混合領域407、を設けており、混合領域407には、発
光を呈する発光材料410を添加することにより発光領域を形成してある。
【００４１】
さらに、混合領域407と正孔輸送領域405との間、および混合領域407と電子輸
送領域409との間には、第一の濃度変化領域406および第二の濃度変化領域408を
形成している。これらの濃度変化領域においては、混合領域におけるｘ：ｙの比
率に徐々に近づけるために、濃度勾配が形成されている。その濃度プロファイル
の概略図を図５に示す。
【００４２】
このような素子を形成した場合、陽極側では正孔輸送材料が正孔を受け取り輸
送し、一方陰極側では電子輸送材料が電子を受け取り輸送することができる。ま
た、濃度変化領域406および408においては、急激な濃度変化（最も極端な例は従
来のヘテロ構造であり、濃度は０％から１００％、あるいは１００％から０％に
変化すると言える）を避けるように、なだらかな濃度勾配が形成されているため
、キャリアに対するエネルギー障壁をほぼ解消することができる。
【００４３】
したがって、有機化合物膜403に注入されたキャリアは、大きなエネルギー障
壁に遮られることなく、混合領域407まで潤滑に輸送される。このことが、濃度
変化領域406および408の重要な役割である。さらに、混合領域407はバイポーラ
ー性であるため、正孔および電子は双方とも混合領域407を移動することが可能
となる。
【００４４】
ここで重要なことは、混合領域407において、発光材料を含む発光領域が形成
されていることである。つまり、発光材料410を混合領域407に添加することで、
混合領域内をキャリアが再結合せずに素通りしてしまうことを防ぐと同時に、発
光領域を電極から遠ざけ、電極による消光（以下、「クエンチ」と記す）をも防
止しているのである。いわば、文献６の混合単層とは異なり、各機能（キャリア
輸送および発光）を発現できるそれぞれの領域が、有機化合物膜403内に存在し
ているのである。
【００４５】
さらに、このような素子であれば、従来の積層構造のような有機界面は存在し
ない。したがって、上述の有機界面で生じる問題点（有機界面のモルフォロジー
悪化および不純物層の形成）を解決することができる。
【００４６】
まず、有機界面のモルフォロジー悪化の解決について、図６を用いて説明する
。図６は、小さい分子601からなる領域611と、大きい分子602からなる領域612と
、小さい分子601および大きい分子602の両方を含む混合領域613と、からなる有
機化合物膜の断面である。ただしここでは、図の便宜上、濃度変化領域は省略し
た。図６から明らかなように、図１で存在していたような有機界面113は存在せ
ず、整合性の悪い領域114も存在しない。
【００４７】
また、不純物層の形成の解決であるが、これは単純明快である。図４のような
有機発光素子を作製する場合、陽極上に正孔輸送材料を蒸着し、途中からそれに
加えて電子輸送材料を共蒸着の形で蒸着することで混合領域を形成し、混合領域
を形成後は正孔輸送材料の蒸着を止めることで電子輸送材料を蒸着すればよい。
したがって、図２のような蒸着装置を用いて有機発光素子を作製する際に生じる
、インターバルが存在しない。つまり、不純物層を形成する隙を与えることがな
いのである。
【００４８】
このように、本発明の有機発光素子は、有機界面を形成することがないためキ
ャリアの移動が潤滑であり、駆動電圧および素子の寿命に悪影響を及ぼすことが
なくなる。さらに、積層構造と同様に機能分離されているため、発光効率の点で
も問題はない。
【００４９】
また、従来の積層構造が異種物質間の単なる接合（hetero-junction）である
のに対し、本発明の構造はいわば混合接合（mixed-junction）であり、新しい概
念に基づく有機発光素子であると言える。
【００５０】
したがって本発明では、陽極と、陰極と、正孔輸送材料および電子輸送材料を
含む有機化合物膜と、からなる有機発光素子を有する発光装置において、前記有
機化合物膜は、前記陽極から前記陰極への方向に関して順次、前記正孔輸送材料
からなる正孔輸送領域と、前記正孔輸送材料と前記電子輸送材料との比率がｘ：
ｙ（ただし、ｘおよびｙは正の定数）になるまで前記電子輸送材料の割合が徐々
に増加する第一の濃度変化領域と、前記ｘ：ｙの比率にて前記正孔輸送材料およ
び前記電子輸送材料を含む混合領域と、前記ｘ：ｙの比率よりもさらに前記電子
輸送材料の割合が徐々に増加する第二の濃度変化領域と、前記電子輸送材料から
なる電子輸送領域と、が接続された構造であり、かつ、前記混合領域内に、発光
を呈する発光材料が添加された発光領域を設けたことを特徴とする（請求項１）
。
【００５１】
なお、発光材料は、正孔輸送材料および電子輸送材料に比べて、最高被占分子
軌道（HOMO）と最低空分子軌道（LUMO）とのエネルギー差（以下、「励起エネル
ギーレベル」と記す）が小さいことが好ましい。これは、発光材料の分子励起子
のエネルギー移動を防ぐためである。
【００５２】
また、図４において、陽極と有機化合物膜との間に、正孔の注入性を高める材
料（以下、「正孔注入材料」と記す）からなる正孔注入領域を挿入してもよい（
請求項２）。また、陰極と有機化合物膜との間に、電子の注入性を高める材料（
以下、「電子注入材料」と記す）からなる電子注入領域を挿入してもよい（請求
項３）。さらに、正孔注入領域と電子注入領域の両方を組み込んでもよい（請求
項４）。
【００５３】
この場合、正孔注入材料または電子注入材料は、電極から有機化合物膜へのキ
ャリア注入障壁を小さくするための材料であるため、電極から有機化合物膜への
キャリアの移動を潤滑にし、チャージの蓄積を排除できる効果がある。ただし、
先に述べたような不純物層の形成を避ける観点から、各注入材料と有機化合物膜
との間は、インターバルをおかずに成膜することが好ましい。
【００５４】
また、混合領域においては、その混合比によってキャリアの再結合部はほぼ決
まってくる（バイポーラー性になればなるほど、ほぼ中央になる）。したがって
、発光材料を混合領域内の全域に添加してもよい（図７(a)）が、一部に添加し
てもよい（図７(b)）（請求項５）。
【００５５】
さらに、図８(a)に示すように、混合領域407に対し、ブロッキング材料411を
添加する構造も本発明に含むこととする（請求項６）。なお、ここでは基板401
上に陽極402を設けてあるが、陰極404の方を基板上に設ける逆の構造をとっても
よい。また、正孔注入領域や電子注入領域を、電極と有機化合物膜との間に設け
ていてもよい。
【００５６】
なお、本明細書におけるブロッキング材料とは、励起エネルギーレベルが混合
領域407に含まれる材料の中で最も大きく、キャリアをブロックする機能ないし
は分子励起子の拡散を防ぐ機能を有する材料のことである。ブロッキング材料41
1を混合領域407に添加すると、混合領域407におけるキャリアの再結合率が向上
し、分子励起子の拡散も防げるため、高い発光効率が期待できる。ただし、ブロ
ッキング材料は、正孔ないしは電子の片方をブロックする機能を有する場合が多
いため、混合領域内全域に添加してしまうと、混合領域内のキャリアバランスを
崩すこともある。したがって、ブロッキング材料を添加する領域は、混合領域内
の全域ではなく、一部とする。
【００５７】
また、ブロッキング材料は通常、HOMO準位が低い、すなわち正孔をブロッキン
グできる材料が有効である。したがって図８(b)に示すように、発光材料410を添
加している領域よりも陰極側にブロッキング材料411を添加する手法が有用であ
る（請求項７）。
【００５８】
ところで近年、発光効率の観点から、三重項励起状態から基底状態に戻る際に
放出されるエネルギー（以下、「三重項励起エネルギー」と記す）を発光に変換
できる有機発光素子が、その高い発光効率ゆえに注目されている（文献７：D. F
. O'Brien, M. A. Baldo, M. E. Thompson and S. R. Forrest, "Improved ener
gy transfer in electrophosphorescent devices", Applied Physics Letters,
vol. 74, No. 3, 442-444 (1999)）（文献８：Tetsuo TSUTSUI, Moon-Jae YANG,
Masayuki YAHIRO, Kenji NAKAMURA, Teruichi WATANABE, Taishi TSUJI, Yoshi
nori FUKUDA, Takeo WAKIMOTO and Satoshi MIYAGUCHI, "High Quantum Efficie
ncy in Organic Light-Emitting Devices with Iridium-Complex as a Triplet
Emissive Center", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, L1502-L1
504 (1999)）。
【００５９】
文献７では白金を中心金属とする金属錯体を、文献８ではイリジウムを中心金
属とする金属錯体を用いている。これらの三重項励起エネルギーを発光に変換で
きる有機発光素子（以下、「三重項発光素子」と記す）は、従来よりも高輝度発
光・高発光効率を達成することができる。
【００６０】
しかしながら、文献８の報告例によると、初期輝度を500cd/m2に設定した場合
の輝度の半減期は170時間程度であり、素子寿命に問題がある。三重項発光素子
は、発光材料に対する適切なホスト材料を用いた発光層、および分子励起子の拡
散を防ぐブロッキング材料を単独で用いるブロッキング層が必要であるため、多
層構造になっており、有機界面が多数生じてしまうことが素子寿命の短い原因と
考えられる。
【００６１】
そこで、本発明を三重項発光素子に適用することにより、三重項励起状態から
の発光による高輝度発光・高発光効率に加え、素子の寿命も長いという非常に高
機能な発光素子が可能となる（請求項８）。なお、三重項の分子励起子は、拡散
長が一重項の分子励起子に比べて大きいため、ブロッキング材料が混合領域に含
まれていることが好ましい。
【００６２】
ところで、混合領域はバイポーラー性である必要があるため、混合領域におい
て、正孔輸送材料と電子輸送材料との合計質量に対する正孔輸送材料の質量の百
分率は、１０パーセント以上９０パーセント以下であることが好ましい（請求項
９）。ただし、この比率は材料の組み合わせによって大きく変動すると考えられ
る。
【００６３】
また、本発明において、混合領域は発光領域、すなわちキャリアの再結合領域
を含んでいるため、キャリアが素通りしないようある程度の厚みが必要となる。
したがって混合領域は、10nm以上の厚みがあることが望ましい（請求項１０）。
【発明の効果】
【００６４】
本発明を実施することで、消費電力が少ない上に、寿命も優れた発光装置を得
ることができる。さらに、そのような発光装置を光源もしくは表示部に用いるこ
とで、明るく消費電力が少ない上に、長保ちする電気器具を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
以下では、本発明を実施する際の形態について述べる。なお、有機発光素子は
、発光を取り出すために少なくとも陽極または陰極の一方が透明であればよいが
、本実施の形態では、基板上に透明な陽極を形成し、陽極から光を取り出す素子
構造で記述する。実際は、陰極から光を取り出す構造や、基板とは逆側から光を
取り出す構造も本発明に適用可能である。
【００６６】
本発明を実施するに当たり、不純物層の形成を防ぐため、有機発光素子を作製
する製造工程が重要になる。そこでまず、本発明で開示する有機発光素子の製造
方法について述べる。
【００６７】
図９(a)は、蒸着装置の上面図であるが、蒸着室として一つの真空槽910を設置
し、その真空槽内に複数の蒸着源を設けてある、シングルチャンバー方式である
。そして、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、ブロッ
キング材料、発光材料、陰極の構成材料など、各種機能の異なる材料が、それぞ
れ前記複数の蒸着源に別々に収納されている。
【００６８】
このような蒸着室を有する蒸着装置においては、まず、搬入室に陽極（ITOな
ど）を有する基板を搬入し、陽極がITOのような酸化物である場合、前処理室に
て酸化処理を行う（なお、図９(a)では図示していないが、陽極表面をクリーニ
ングするために紫外線照射室を設置することも可能である）。さらに、有機発光
素子を形成する全ての材料は、真空槽910内において蒸着される。ただし陰極は
、この真空槽910内で形成してもよいし、別に蒸着室を設けてそこで陰極を形成
してもよい。要は、陰極を形成するまでの間を、一つの真空槽910内で蒸着すれ
ばよい。最後に、封止室にて封止を行い、搬出室から取り出して有機発光素子を
得る。
【００６９】
このようなシングルチャンバー方式の蒸着装置を用いて本発明の有機発光素子
を作製する手順を、図９(b)（真空槽910の断面図）を用いて説明する。図９(b)
では、最も簡単な例として、三つの蒸着源（有機化合物蒸着源a916、有機化合物
蒸着源b917および有機化合物蒸着源c918）を有する真空槽910を用い、正孔輸送
材料921、電子輸送材料922および発光材料923を含む有機化合物膜を形成する過
程を示す。
【００７０】
まず、真空槽910内に、陽極902を有する基板901を搬入し、固定台911にて固定
する（蒸着時には通常、基板は回転させる）。次に、真空槽910内を減圧（１０-
4パスカル以下が好ましい）した後、容器a912を加熱し、正孔輸送材料921を蒸発
させ、所定の蒸着レート（単位：[Å/s]）に達してからシャッターa914を開け、
蒸着を開始する。この時、シャッターb915を閉じたまま、容器b913も加熱してお
く。
【００７１】
正孔輸送領域903が所定の厚さに達したあと、シャッターb915を徐々に開いて
いき、電子輸送材料922の蒸着レートを上げていく。シャッターa914はそのまま
でもよいし、徐々に閉じて正孔輸送材料の蒸着レートを減らしていってもよい。
この時の開閉速度により、第一の濃度変化領域904の濃度勾配を形成する。
【００７２】
次に、正孔輸送材料921と電子輸送材料922との比率が所定の割合ｘ：ｙに達し
たところで、シャッターの開閉動作を中止し、一定の蒸着レートにて混合領域90
5を形成する。ここで、この混合領域905形成の際、微量の発光材料923も添加し
ておく（図９(b)で示した状態）。
【００７３】
混合領域905が所定の厚さに達したあと、シャッターa914を徐々に閉じていき
、正孔輸送材料921の蒸着レートを減らしていく。シャッターb915はそのままで
もよいし、徐々に開いて電子輸送材料922の蒸着レートを上げていってもよい。
この時の開閉速度により、第二の濃度変化領域の濃度勾配を形成する。さらに電
子輸送領域を形成するため、シャッターa914を完全に閉じ、容器a912の加熱を終
了する。
【００７４】
ここで、有機化合物蒸着源a916、有機化合物蒸着源b917、有機化合物蒸着源c9
18の具体的な形状を図２２に示す。蒸着源の形状としては、セルを用いるタイプ
や導電性の発熱体を用いるタイプなどがあるが、図２２では導電性の発熱体を用
いるタイプを示す。すなわち、容器a912、容器b913、および容器c2211を導電性
の発熱体とし、正孔輸送材料921が入った容器a912を電極a2201に、電子輸送材料
922が入った容器b913を電極b2202に、発光材料923が入った容器c2211を電極c220
3に、それぞれ挟み込み、通電することにより容器a912、容器b913、および容器c
2211を加熱して蒸着する。ここでは、有機化合物蒸着源c918に対するシャッター
c2212も図示した。
【００７５】
以上の操作は、全てインターバルをおかずに行っているため、いずれの領域に
おいても不純物層が混入しない。
【００７６】
この方法を応用すれば、課題を解決するための手段で述べた有機発光素子は、
全て作製可能である。例えば、混合領域905にブロッキング材料を添加する場合
は、図９(b)にそのブロッキング材料を蒸着するための蒸着源を設置し、混合領
域の形成中に蒸発させればよい。
【００７７】
また、正孔注入領域または電子注入領域を形成する場合でも、各注入材料の蒸
着源を同一の真空槽910内に設置すればよい。例えば図９(b)において、陽極902
と正孔輸送領域903との間に正孔注入領域を蒸着にて設ける場合は、陽極902上に
正孔注入材料を蒸着した後、インターバルをおかずにすぐ正孔輸送材料921を蒸
発させることで、不純物層の形成を避けることができる。
【００７８】
次に、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、ブロッキ
ング材料、発光材料などに好適な材料を以下に列挙する。ただし、本発明の有機
発光素子に用いる材料は、これらに限定されない。
【００７９】
正孔注入材料としては、有機化合物であればポルフィリン系の化合物が有効で
あり、フタロシアニン（以下、「H2Pc」と記す）、銅フタロシアニン（以下、「
CuPc」と記す）などがある。導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料
もあり、ポリスチレンスルホン酸（以下、「PSS」と記す）をドープしたポリエ
チレンジオキシチオフェン（以下、「PEDOT」と記す）や、ポリアニリンなどが
挙げられる。また、絶縁体の高分子化合物も陽極の平坦化の点で有効であり、ポ
リイミド（以下、「PI」と記す）がよく用いられる。さらに、無機化合物も用い
られ、金や白金などの金属薄膜の他、酸化アルミニウム（以下、「アルミナ」と
記す）の超薄膜などがある。
【００８０】
正孔輸送材料として最も広く用いられているのは、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）の化合物である。広く用いられている
材料として、先に述べた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（以下、「α−NPD」と記す
）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（以下、「TDATA」と記す）、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（以下、「MTDATA」
と記す）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。
【００８１】
電子輸送材料としては、金属錯体がよく用いられ、先に述べたAlq3、トリス（
４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（以下、「Almq3」と記す）、ビ
ス（１０−ヒドロキシベンゾ［h］−キノリナト）ベリリウム（以下、「BeBq2」
と記す）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、混
合配位子錯体であるビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（４−ヒドロキシ
−ビフェニリル）−アルミニウム（以下、「BAlq」と記す）などがある。また、
ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（以下、「
Zn(BOX)2」と記す）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラ
ト］亜鉛（以下、「Zn(BTZ)2」と記す）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もある。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（
以下、「PBD」と記す）、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（以下、「OXD−7」と記す）
などのオキサジアゾール誘導体、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（以下、「TAZ」
と記す）、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（以下、「p-EtTAZ」と
記す）などのトリアゾール誘導体、バソフェナントロリン（以下、「BPhen」と
記す）・バソキュプロイン（以下、「BCP」と記す）などのフェナントロリン誘
導体が電子輸送性を有する。
【００８２】
電子注入材料としては、上で述べた電子輸送材料を用いることができる。その
他に、フッ化リチウムなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、酸化リチウムなどの
アルカリ金属酸化物のような絶縁体の、超薄膜がよく用いられる。また、リチウ
ムアセチルアセトネート（以下、「Li(acac)」と記す）や８−キノリノラト−リ
チウム（以下、「Liq」と記す）などのアルカリ金属錯体も有効である。
【００８３】
ブロッキング材料としては、上で述べたBAlq、OXD−7、TAZ、p-EtTAZ、BPhen
、BCPなどが、励起エネルギーレベルが大きいため有効である。
【００８４】
発光材料としては、先に述べたAlq3、Almq3、BeBq2、BAlq、Zn(BOX)2、Zn(BTZ
)2などの金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。また、三重項発光材料も可
能であり、白金ないしはイリジウムを中心金属とする錯体が主体である。三重項
発光材料としては、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（以下、「Ir(p
py)3」と記す）、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２
１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン−白金（以下、「PtOEP」と記す）などが知られて
いる。
【００８５】
以上で述べたような各機能を有する材料を、各々組み合わせ、本発明の有機発
光素子に適用することにより、従来よりも駆動電圧が低い上に素子の寿命が長い
有機発光素子を作製することができる。
【実施例１】
【００８６】
本実施例では、図７(a)で示した有機発光素子において、陽極402と有機化合物
膜403との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を挿入した有機発光素子を、
具体的に例示する。
【００８７】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極402を形成したガ
ラス基板401を用意する。この陽極402を有するガラス基板401を、図９において
示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、５種類の材料（４種類は有機
化合物であり、１種類は陰極となる金属）を蒸着するため、５つの蒸着源が必要
となる。
【００８８】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を
終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるα−NPDの蒸着
を３Å/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べた
ように、不純物層の形成を防ぐためである。
【００８９】
α−NPDのみからなる正孔輸送領域405を20nm形成した後、α−NPDの蒸着レー
トは３Å/sに固定したまま、電子輸送材料であるAlq3の蒸着源のシャッターを徐
々に開けていくことにより、濃度勾配を有する第一の濃度変化領域406を10nm程
度形成する。第一の濃度変化領域406が10nmに達したときのAlq3の蒸着レートは
、３Å/sになるように調節する。
【００９０】
次に、Alq3の蒸着レートを３Å/sに固定し、α−NPDと Alq3の蒸着レート比率
が１：１となるような混合領域407を共蒸着にて形成する。同時に、蛍光色素で
あるＮ，Ｎ'−ジメチルキナクリドン（以下、「MQd」と記す）を、発光材料410
として添加しておく。割合は、 MQdが全体の1wt%程度となるように蒸着レートを
制御する。
【００９１】
混合領域407が30nmに達した後、MQdの蒸着は終了させ、Alq3の蒸着レートを３
Å/sに固定したままα−NPDの蒸着源のシャッターを徐々に閉じていくことによ
り、濃度勾配を有する第二の濃度変化領域408を10nm程度形成する。第二の濃度
変化領域408が10nmに達したときに、α−NPDの蒸着が終了するように調節する。
【００９２】
さらに、Alq3のみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域409を形成する
。厚さは40nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することに
より、MQdに由来する緑色発光の有機発光素子を得る。
【実施例２】
【００９３】
本実施例では、図８(b)で示した有機発光素子を、具体的に例示する。
【００９４】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極402を形成したガ
ラス基板401を用意する。この陽極402を有するガラス基板401を、図９において
示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、５種類の材料（４種類は有機
化合物であり、１種類は陰極となる金属）を蒸着するため、５つの蒸着源が必要
となる。
【００９５】
まず、正孔輸送材料であるMTDATAのみからなる正孔輸送領域405を30nm形成（
蒸着レートは３Å/s）した後、MTDATAの蒸着源のシャッターを徐々に閉じていく
と同時に、電子輸送材料であるPBDの蒸着源のシャッターを徐々に開けていくこ
とにより、濃度勾配を有する第一の濃度変化領域406を10nm程度形成する。第一
の濃度変化領域406が10nmに達したときの、MTDATAの蒸着レートは１Å/s 、PBD
の蒸着レートは４Å/sになるように調節する。
【００９６】
次に、MTDATAおよびPBDの蒸着レートをそれぞれ１Å/sおよび４Å/sに固定し
、MTDATAとPBDの蒸着レート比率が１：４となるような混合領域407を、共蒸着に
て30nm形成する。この時、混合領域407における中間の10nm（つまり、混合領域3
0nmのうち、10nm〜20nmの間）は、蛍光色素であるペリレンを発光材料410として
添加するが、その割合は、ペリレンが全体の5wt%程度となるように実施する。ま
た、混合領域407における最後の10nm（つまり、混合領域30nmのうち、20nm〜30n
mの間）は、ブロッキング材料411としてBCPを添加するが、その割合は、蒸着レ
ート比にしてMTDATA：PBD：BCP＝１：４：５とする（すなわち、BCPを５Å/sの
割合で蒸着する）。
【００９７】
混合領域407が30nmに達した後、BCPは蒸着を終了し、PBDの蒸着レートは４Å/
sに固定したまま、MTDATAの蒸着源のシャッターを徐々に閉じていくことにより
、濃度勾配を有する第二の濃度変化領域408を10nm程度形成する。第二の濃度変
化領域408が10nmに達したときに、MTDATAの蒸着が終了するように調節する。
【００９８】
さらに、PBDのみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域409を形成する。
厚さは30nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することによ
り、ペリレンに由来する青色発光の有機発光素子を得る。
【実施例３】
【００９９】
本実施例では、図７(b)で示した有機発光素子において、陽極402と有機化合物
膜403との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を、陰極404と有機化合物膜と
の間に電子注入材料からなる電子注入領域を、それぞれ挿入し、かつ、発光材料
として三重項発光材料を適用した有機発光素子の例を、具体的に例示する。その
素子構造を図１０に示す。
【０１００】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、ITO（陽極）を形成し
たガラス基板を用意する。このITOを有するガラス基板を、図９において示した
ような真空槽内に搬入する。本実施例では、７種類の材料（５種類は有機化合物
であり、２種類は陰極となる無機材料）を蒸着するため、７つの蒸着源が必要と
なる。
【０１０１】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を
終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるα−NPDの蒸着
を３Å/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べた
ように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０１０２】
α−NPDのみからなる正孔輸送領域を20nm形成した後、α−NPDの蒸着レートは
３Å/sに固定したまま、電子輸送材料であるBAlqの蒸着源のシャッターを徐々に
開けていくことにより、濃度勾配を有する第一の濃度変化領域を10nm程度形成す
る。第一の濃度変化領域が10nmに達したときのBAlqの蒸着レートは、３Å/sにな
るように調節する。
【０１０３】
次に、BAlqの蒸着レートを３Å/sに固定し、α−NPDと BAlqの蒸着レート比率
が１：１となるような混合領域を共蒸着にて20nm形成する。この時、混合領域に
おける中間の10nm（つまり、混合領域20nmのうち、5nm〜15nmの間）は、三重項
発光材料であるPtOEPを、発光材料として添加しておく。その割合は、PtOEPが全
体の6wt%程度となるようにする。
【０１０４】
混合領域が20nmに達した後、BAlqの蒸着レートは３Å/sに固定したまま、α−
NPDの蒸着源のシャッターを徐々に閉じていくことにより、濃度勾配を有する第
二の濃度変化領域を10nm程度形成する。第二の濃度変化領域が10nmに達したとき
に、α−NPDの蒸着が終了するように調節する。
【０１０５】
さらに、BAlqのみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域を形成する。厚
さは10nmとする。BAlqの蒸着を終了すると同時に、インターバルをおかずに、電
子注入材料であるAlq3の蒸着を開始して30nm程度蒸着する。インターバルをおか
ない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０１０６】
最後に、LiFを1nm程度、アルミニウムを150nm程度蒸着することにより、陰極
を形成し、PtOEPに由来する赤色発光の三重項発光素子を得る。
【実施例４】
【０１０７】
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置について説明す
る。図１１は、本発明の有機発光素子を用いたアクティブマトリクス型発光装置
の断面図である。
【０１０８】
なお、能動素子としてここでは薄膜トランジスタ（以下、「TFT」と記す）を
用いているが、MOSトランジスタを用いてもよい。また、TFTとしてトップゲート
型TFT（具体的にはプレーナ型TFT）を例示するが、ボトムゲート型TFT（典型的
には逆スタガ型TFT）を用いることもできる。
【０１０９】
図１１(a)において、1101は基板であり、ここでは基板側から光を取り出すた
め、可視光を透過する基板を用いる。具体的には、ガラス基板、石英基板、結晶
化ガラス基板もしくはプラスチック基板（プラスチックフィルムを含む）を用い
ればよい。なお、基板1101とは、表面に設けた絶縁膜も含めるものとする。
【０１１０】
基板1101の上には画素部1111および駆動回路1112が設けられている。まず、画
素部1111について説明する。
【０１１１】
画素部1111は画像表示を行う領域である。基板上には複数の画素が存在し、各
画素には有機発光素子に流れる電流を制御するためのTFT（以下、「電流制御TFT
」と記す）1102、画素電極（陽極）1103、有機化合物膜1104および陰極1105が設
けられている。なお、図１１(a)では電流制御TFTしか図示していないが、電流制
御TFTのゲートに加わる電圧を制御するためのTFT（以下、「スイッチングTFT」
と記す）を設けている。
【０１１２】
電流制御TFT1102は、ここではpチャネル型TFTを用いることが好ましい。nチャ
ネル型TFTとすることも可能であるが、図１１のように有機発光素子の陽極に電
流制御TFTを接続する場合は、pチャネル型TFTの方が消費電力を押さえることが
できる。ただし、スイッチングTFTはnチャネル型TFTでもpチャネル型TFTでもよ
い。
【０１１３】
また、電流制御TFT1102のドレインには画素電極1103が電気的に接続されてい
る。本実施例では、画素電極1103の材料として仕事関数が4.5〜5.5eVの導電性材
料を用いるため、画素電極1103は有機発光素子の陽極として機能する。画素電極
1103として代表的には、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛もしくはこれらの化
合物（ITOなど）のような、光透過性の材料を用いればよい。画素電極1103の上
には有機化合物膜1104が設けられている。
【０１１４】
さらに、有機化合物膜1104の上には陰極1105が設けられている。陰極1105の材
料としては、仕事関数が2.5〜3.5eVの導電性材料を用いることが望ましい。陰極
1105として代表的には、アルカリ金属元素もしくはアルカリ度類金属元素を含む
導電膜、アルミニウムを含む導電膜、あるいはその導電膜にアルミニウムや銀な
どを積層したもの、を用いればよい。
【０１１５】
また、画素電極1103、有機化合物膜1104、および陰極1105からなる層は、保護
膜1106で覆われている。保護膜1106は、有機発光素子を酸素および水から保護す
るために設けられている。保護膜1106の材料としては、窒化珪素、窒化酸化珪素
、酸化アルミニウム、酸化タンタル、もしくは炭素（具体的にはダイヤモンドラ
イクカーボン）を用いる。
【０１１６】
次に、駆動回路1112について説明する。駆動回路1112は画素部1111に伝送され
る信号（ゲート信号およびデータ信号）のタイミングを制御する領域であり、シ
フトレジスタ、バッファ、ラッチ、アナログスイッチ（トランスファゲート）も
しくはレベルシフタが設けられている。図１１(a)では、これらの回路の基本単
位としてnチャネル型TFT1107およびpチャネル型TFT1108からなるCMOS回路を示し
ている。
【０１１７】
なお、シフトレジスタ、バッファ、ラッチ、アナログスイッチ（トランスファ
ゲート）もしくはレベルシフタの回路構成は、公知のものでよい。また図１１で
は、同一の基板上に画素部1111および駆動回路1112を設けているが、駆動回路11
12を設けずにICやLSIを電気的に接続することもできる。
【０１１８】
また、図１１では電流制御TFT1102に画素電極（陽極）1103が電気的に接続さ
れているが、陰極が電流制御TFTに接続された構造をとることもできる。その場
合、画素電極を陰極1105と同様の材料で形成し、陰極を画素電極（陽極）1103と
同様の材料で形成すればよい。その場合、電流制御TFTはnチャネル型TFTとする
ことが好ましい。
【０１１９】
ところで、図１１(a)に示した発光装置は、画素電極1103を形成した後に配線1
109を形成する工程で作製されたものを示してあるが、この場合、画素電極1103
が表面荒れを起こす可能性がある。有機発光素子は電流駆動型の素子であるため
、画素電極1103の表面荒れにより、特性が悪くなることも考えられる。
【０１２０】
そこで、図１１(b)に示すように、配線1109を形成した後に画素電極1103を形
成する発光装置も考えられる。この場合、図１１(a)の構造に比べて、画素電極1
103からの電流の注入性が向上すると考えられる。
【０１２１】
また、図１１においては、正テーパー型の土手状構造1110によって、画素部11
11に設置されている各画素を分離している。この土手状構造を、例えば逆テーパ
ー型のような構造にすることにより、土手状構造が画素電極に接しない構造をと
ることもできる。その一例を図１２に示す。
【０１２２】
図１２では、配線を利用して分離部を兼ねた、配線および分離部1210を設けた
。図１２で示されるような配線および分離部1210の形状（ひさしのある構造）は
、配線を構成する金属と、前記金属よりもエッチレートの低い材料（例えば金属
窒化物）とを積層し、エッチングすることにより形成することができる。この形
状により、画素電極1203や配線と、陰極1205とが、ショートすることを防ぐこと
ができる。なお、図１２においては、通常のアクティブマトリクス型の発光装置
と異なり、画素上の陰極1205をストライプ状（パッシブマトリクスの陰極と同様
）にする構造になる。
【０１２３】
ここで、図１１(b)に示したアクティブマトリクス型発光装置の外観を図１３
に示す。なお、図１３(a)には上面図を示し、図１３(b)には図１３(a)をP−P'で
切断した時の断面図を示す。また、図１１の符号を引用する。
【０１２４】
図１３(a)において、1301は画素部、1302はゲート信号側駆動回路、1303はデ
ータ信号側駆動回路である。また、ゲート信号側駆動回路1302およびデータ信号
側駆動回路1303に伝送される信号は、入力配線1304を介してTAB（Tape Automate
d Bonding）テープ1305から入力される。なお、図示しないが、TABテープ1305の
代わりに、TABテープにIC（集積回路）を設けたTCP（Tape Carrier Package）を
接続してもよい。
【０１２５】
このとき、1306は図１１(b)に示した発光装置の上方に設けられるカバー材で
あり、樹脂からなるシール材1307により接着されている。カバー材1306は酸素お
よび水を透過しない材質であれば、いかなるものを用いてもよい。本実施例では
、カバー材1306は図１３(b)に示すように、プラスチック材1306aと、前記プラス
チック材1306aの表面および裏面に設けられた炭素膜（具体的にはダイヤモンド
ライクカーボン膜）1306b、1306cからなる。
【０１２６】
さらに、図１３(b)に示すように、シール材1307は樹脂からなる封止材1308で
覆われ、有機発光素子を完全に密閉空間1309に封入するようになっている。密閉
空間1309は不活性ガス（代表的には窒素ガスや希ガス）、樹脂または不活性液体
（例えばパーフルオロアルカンに代表される液状のフッ素化炭素）を充填してお
けばよい。さらに、吸湿剤や脱酸素剤を設けることも有効である。
【０１２７】
また、本実施例に示した発光装置の表示面（画像を観測する面）に偏光板をも
うけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表
示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている
。ただし、有機化合物膜から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ること
を防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【０１２８】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有
機発光素子のいずれを用いてもよい。
【実施例５】
【０１２９】
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置の例として、ア
クティブマトリクス型発光装置を例示するが、実施例４とは異なり、能動素子が
形成されている基板とは反対側から光を取り出す構造（以下、「上方出射」と記
す）の発光装置を示す。図１４にその断面図を示す。
【０１３０】
なお、能動素子としてここでは薄膜トランジスタ（以下、「TFT」と記す）を
用いているが、MOSトランジスタを用いてもよい。また、TFTとしてトップゲート
型TFT（具体的にはプレーナ型TFT）を例示するが、ボトムゲート型TFT（典型的
には逆スタガ型TFT）を用いることもできる。
【０１３１】
本実施例において、基板1401、画素部に形成された電流制御TFT1402、および
駆動回路1412に関しては、実施例４と同様の構成でよい。
【０１３２】
電流制御TFT1402のドレインに接続されている第一電極1403であるが、本実施
例では陽極として用いるため、仕事関数がより大きい導電性材料を用いることが
好ましい。その代表例として、ニッケル、パラジウム、タングステン、金、銀な
どの金属が挙げられる。本実施例では、第一電極1403は光を透過しないことが好
ましいが、それに加えて、光の反射性の高い材料を用いることがさらに好ましい
。
【０１３３】
第一電極1403の上には有機化合物膜1404が設けられている。さらに、有機化合
物膜1404の上には第二電極1405が設けられており、本実施例では陰極とする。そ
の場合、第二電極1405の材料としては、仕事関数が2.5〜3.5eVの導電性材料を用
いることが望ましい。代表的には、アルカリ金属元素もしくはアルカリ度類金属
元素を含む導電膜、アルミニウムを含む導電膜、あるいはその導電膜にアルミニ
ウムや銀などを積層したもの、を用いればよい。ただし、本実施例は上方出射で
あるため、第二電極1405が光透過性であることが大前提である。したがって、こ
れらの金属を用いる場合は、20nm程度の超薄膜であることが好ましい。
【０１３４】
また、第一電極1403、有機化合物膜1404、および第二電極1405からなる層は、
保護膜1406で覆われている。保護膜1406は、有機発光素子を酸素および水から保
護するために設けられている。本実施例では、光を透過するものであればいかな
るものを用いてもよい。
【０１３５】
なお、図１４では電流制御TFT1402に第一電極（陽極）1403が電気的に接続さ
れているが、陰極が電流制御TFTに接続された構造をとることもできる。その場
合、第一電極を陰極の材料で形成し、第二電極を陽極の材料で形成すればよい。
このとき、電流制御TFTはnチャネル型TFTとすることが好ましい。
【０１３６】
さらに、1407はカバー材であり、樹脂からなるシール材1408により接着されて
いる。カバー材1407は酸素および水を透過しない材質で、かつ、光を透過する材
質であればいかなるものを用いてもよい。本実施例ではガラスを用いる。密閉空
間1409は不活性ガス（代表的には窒素ガスや希ガス）、樹脂または不活性液体（
例えばパーフルオロアルカンに代表される液状のフッ素化炭素）を充填しておけ
ばよい。さらに、吸湿剤や脱酸素剤を設けることも有効である。
【０１３７】
なお、ゲート信号側駆動回路およびデータ信号側駆動回路に伝送される信号は
、入力配線1413を介してTAB（Tape Automated Bonding）テープ1414から入力さ
れる。なお、図示しないが、TABテープ1414の代わりに、TABテープにIC（集積回
路）を設けたTCP（Tape Carrier Package）を接続してもよい。
【０１３８】
また、本実施例に示した発光装置の表示面（画像を観測する面）に偏光板をも
うけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表
示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている
。ただし、有機化合物膜から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ること
を防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【０１３９】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有
機発光素子のいずれを用いてもよい。
【実施例６】
【０１４０】
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置の例として、パ
ッシブマトリクス型発光装置を例示する。図１５(a)にはその上面図を示し、図
１５(b)には図１５(a)をP−P'で切断した時の断面図を示す。
【０１４１】
図１５(a)において、1501は基板であり、ここではプラスチック材を用いる。
プラスチック材としては、ポリイミド、ポリアミド、アクリル樹脂、エポキシ樹
脂、PES（ポリエチレンサルファイル）、PC（ポリカーボネート）、PET（ポリエ
チレンテレフタレート）もしくはPEN（ポリエチレンナフタレート）を板状、も
しくはフィルム上にしたものが使用できる。
【０１４２】
1502は酸化導電膜からなる走査線（陽極）であり、本実施例では酸化亜鉛に酸
化ガリウムを添加した酸化物導電膜を用いる。また、1503は金属膜からなるデー
タ線（陰極）であり、本実施例ではビスマス膜を用いる。また、1504はアクリル
樹脂からなるバンクであり、データ線1503を分断するための隔壁として機能する
。走査線1502とデータ線1503は両方とも、ストライプ状に複数形成されており、
互いに直交するように設けられている。なお、図１５(a)では図示していないが
、走査線1502とデータ線1503の間には有機化合物膜が挟まれており、交差部1505
が画素となる。
【０１４３】
そして、走査線1502およびデータ線1503はTABテープ1507を介して外部の駆動
回路に接続される。なお、1508は走査線1502が集合してなる配線群を表しており
、1509はデータ線1503に接続された接続配線1506の集合からなる配線群を表す。
また、図示していないが、TABテープ1507の代わりに、TABテープにICを設けたTC
Pを接続してもよい。
【０１４４】
また、図１５(b)において、1510はシール材、1511はシール材1510によりプラ
スチック材1501に貼り合わされたカバー材である。シール材1510としては光硬化
樹脂を用いていればよく、脱ガスが少なく、吸湿性の低い材料が望ましい。カバ
ー材としては基板1501と同一の材料が好ましく、ガラス（石英ガラスを含む）も
しくはプラスチックを用いることができる。ここではプラスチック材を用いる。
【０１４５】
次に、画素領域の構造の拡大図を図１５(c)に示す。1513は有機化合物膜であ
る。なお、図１５(c)に示すように、バンク1504は下層の幅が上層の幅よりも狭
い形状になっており、データ線1503を物理的に分断できる。また、シール材1510
で囲まれた画素部1514は、樹脂からなる封止材1515により外気から遮断され、有
機化合物膜の劣化を防ぐ構造となっている。
【０１４６】
以上のような構成からなる本発明の発光装置は、画素部1514が走査線1502、デ
ータ線1503、バンク1504および有機化合物膜1513で形成されるため、非常に簡単
なプロセスで作製することができる。
【０１４７】
また、本実施例に示した発光装置の表示面（画像を観測する面）に偏光板をも
うけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表
示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている
。ただし、有機化合物膜から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ること
を防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【０１４８】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有
機発光素子のいずれを用いてもよい。
【実施例７】
【０１４９】
本実施例では、実施例６で示した発光装置にプリント配線板を設けてモジュー
ル化した例を示す。
【０１５０】
図１６(a)に示すモジュールは、基板1601（ここでは、画素部1602、配線1603a
、 1603bを含む）にTABテープ1604が取り付けられ、前記TABテープ1604を介して
プリント配線板1605が取り付けられている。
【０１５１】
ここで、プリント配線板1605の機能ブロック図を図１６(b)に示す。プリント
配線板1605の内部には少なくともI/Oポート（入力もしくは出力部）1606、 1609
、データ信号側駆動回路1607およびゲート信号側回路1608として機能するICが設
けられている。
【０１５２】
このように、基板面に画素部が形成された基板にTABテープが取り付けられ、
そのTABテープを介して駆動回路としての機能を有するプリント配線版が取り付
けられた構成のモジュールを、本明細書では特に駆動回路外付け型モジュールと
呼ぶことにする。
【０１５３】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有
機発光素子のいずれを用いてもよい。
【実施例８】
【０１５４】
本実施例では、実施例４、実施例５、もしくは実施例６に示した発光装置にプ
リント配線板を設けてモジュール化した例を示す。
【０１５５】
図１７(a)に示すモジュールは、基板1701（ここでは、画素部1702、データ信
号側駆動回路1703、ゲート信号側駆動回路1704、配線1703a、 1704aを含む）にT
ABテープ1705が取り付けられ、そのTABテープ1705を介してプリント配線板1706
が取り付けられている。プリント配線板1706の機能ブロック図を図１７(b)に示
す。
【０１５６】
図１７(b)に示すように、プリント配線板1706の内部には少なくともI/Oポート
1707、 1710、コントロール部1708として機能するICが設けられている。なお、
ここではメモリ部1709を設けてあるが、必ずしも必要ではない。またコントロー
ル部1708は、駆動回路の制御、映像データの補正などをコントロールするための
機能を有した部位である。
【０１５７】
このように、有機発光素子の形成された基板にコントローラーとしての機能を
有するプリント配線板が取り付けられた構成のモジュールを、本明細書では特に
コントローラー外付け型モジュールと呼ぶことにする。
【０１５８】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有
機発光素子のいずれを用いてもよい。
【実施例９】
【０１５９】
本実施例では、実施例３で示したような三重項発光素子を、デジタル時間階調
表示により駆動する発光装置の例を示す。本実施例の発光装置は、三重項励起状
態からの発光を利用することによって高い発光効率を達成できると同時に、デジ
タル時間階調表示により均一な像を得ることができ、非常に有用である。
【０１６０】
有機発光素子を用いた画素の、回路構成を図１８(a)に示す。Trはトランジス
タ、Csはストレージキャパシタを表す。図１８(a)中の回路構成では、ソース線
はトランジスタTr1のソース側に、ゲート線はトランジスタTr1のゲートに接続さ
れている。また、電源供給線はストレージキャパシタCs、およびトランジスタTr
2のソース側に接続されている。トランジスタTr2のドレイン側には本発明の有機
発光素子の陽極が接続されているため、有機発光素子を挟んでトランジスタTr2
の反対側は、陰極となっている。
【０１６１】
この回路においては、ゲート線が選択されると、電流がソース線からTr1に流
れ、その信号に対応する電圧がCsに蓄積される。そして、Tr2のゲートおよびソ
ース間の電圧（Vgs）により制御される電流が、Tr2および有機発光素子に流れる
ことになる。
【０１６２】
Tr1が選択されたあとは、Tr1はオフ状態となり、Csの電圧（Vgs）が保持され
る。したがって、Vgsに依存するだけの電流を流し続けることができる。
【０１６３】
このような回路を、デジタル時間階調表示により駆動するチャートを図１８(b
)に示す。すなわち、１フレームを複数のサブフレームに分割するわけだが、図
１８(b)では、１フレームを６つのサブフレーム（SF1〜SF6）に分割する６ビッ
ト階調とした。TAは書き込み時間である。この場合、それぞれのサブフレーム発
光期間の割合は、図に示したように３２：１６：８：４：２：１となる。
【０１６４】
本実施例におけるTFT基板の駆動回路の概要を図１８(c)に示す。図１８(c)中
の基板構成では、本発明の有機発光素子を各画素とした画素部に対し、図１８(a
)で示したような電源供給線および陰極が接続されている。また、シフトレジス
タは、シフトレジスタ→ラッチ１→ラッチ２→画素部の順で、画素部に接続され
ている。ラッチ１にはデジタル信号が入力され、ラッチ２に入力されるラッチパ
ルスによって画像データを画素部に送り込むことができる。
【０１６５】
ゲートドライバおよびソースドライバは同じ基板上に設けられている。本実施
例では、画素回路およびドライバは、デジタル駆動するように設計されているた
め、TFT特性のばらつきの影響を受けることなく、均一な像を得ることができる
。
【実施例１０】
【０１６６】
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子に一定の電流を流すことにより
駆動する、アクティブマトリクス型の定電流駆動回路の例を示す。その回路構成
を図２１に示す。
【０１６７】
図２１に示す画素２１１０は、信号線Ｓｉ、第１走査線Ｇｊ、第２走査線Ｐｊ
及び電源線Ｖｉを有している。また画素２１１０は、Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、
Ｔｒ４、混合接合型の有機発光素子２１１１及び保持容量２１１２を有している
。
【０１６８】
Ｔｒ３とＴｒ４のゲートは、共に第１走査線Ｇｊに接続されている。Ｔｒ３の
ソースとドレインは、一方は信号線Ｓｉに、もう一方はＴｒ２のソースに接続さ
れている。またＴｒ４のソースとドレインは、一方はＴｒ２のソースに、もう一
方はＴｒ１のゲートに接続されている。つまり、Ｔｒ３のソースとドレインのい
ずれか一方と、Ｔｒ４のソースとドレインのいずれか一方とは、接続されている
。
【０１６９】
Ｔｒ１のソースは電源線Ｖｉに、ドレインはＴｒ２のソースに接続されている
。Ｔｒ２のゲートは第２走査線Ｐｊに接続されている。そしてＴｒ２のドレイン
は有機発光素子２１１１が有する画素電極に接続されている。有機発光素子２１
１１は、画素電極と、対向電極と、画素電極と対向電極の間に設けられた有機発
光層とを有している。有機発光素子２１１１の対向電極は発光パネルの外部に設
けられた電源によって一定の電圧が与えられている。
【０１７０】
なお、Ｔｒ３とＴｒ４は、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴのどちら
でも良い。ただし、Ｔｒ３とＴｒ４の極性は同じである。また、Ｔｒ１はｎチャ
ネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴのどちらでも良い。Ｔｒ２は、ｎチャネル型
ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴのどちらでも良い。発光素子の画素電極と対向電極
は、一方が陽極であり、他方が陰極である。Ｔｒ２がｐチャネル型ＴＦＴの場合
、陽極を画素電極として用い、陰極を対向電極として用いるのが望ましい。逆に
、Ｔｒ２がｎチャネル型ＴＦＴの場合、陰極を画素電極として用い、陽極を対向
電極として用いるのが望ましい。
【０１７１】
保持容量２１１２はＴｒ１のゲートとソースとの間に形成されている。保持容
量２１１２はＴｒ１のゲートとソースの間の電圧（ＶGS）をより確実に維持する
ために設けられているが、必ずしも設ける必要はない。
【０１７２】
図２１に示した画素では、信号線Ｓｉに供給される電流を信号線駆動回路が有
する電流源において制御されている。
【０１７３】
以上のような回路構成を適用することにより、有機発光素子に一定の電流を流
して輝度を一定に保とうとする定電流駆動が可能となる。本発明で開示した混合
領域を有する有機発光素子は従来の有機発光素子に比べて寿命が長いが、上記の
ような定電流駆動を実施することでさらに長寿命化を図ることができるため、有
効である。
【実施例１１】
【０１７４】
上記実施例で述べた本発明の発光装置は、低消費電力で寿命が長いという利点
を有する。したがって、前記発光装置が表示部等として含まれる電気器具は、従
来よりも低い消費電力で動作可能であり、なおかつ長保ちする電気器具となる。
特に電源としてバッテリーを使用する携帯機器のような電気器具に関しては、低
消費電力化が便利さに直結する（電池切れが起こりにくい）ため、極めて有用で
ある。
【０１７５】
また、前記発光装置は、自発光型であることから液晶表示装置のようなバック
ライトは必要なく、有機化合物膜の厚みも１μmに満たないため、薄型軽量化が
可能である。したがって、前記発光装置が表示部等として含まれる電気器具は、
従来よりも薄型軽量な電気器具となる。このことも、特に携帯機器のような電気
器具に関して、便利さ（持ち運びの際の軽さやコンパクトさ）に直結するため、
極めて有用である。さらに、電気器具全般においても、薄型である（かさばらな
い）ことは運送面（大量輸送が可能）、設置面（部屋などのスペース確保）から
みても有用であることは疑いない。
【０１７６】
なお、前記発光装置は自発光型であるために、液晶表示装置に比べて明るい場
所での視認性に優れ、しかも視野角が広いという特徴を持つ。したがって、前記
発光装置を表示部として有する電気器具は、表示の見やすさの点でも大きなメリ
ットがある。
【０１７７】
すなわち、本発明の発光装置を用いた電気器具は、薄型軽量・高視認性といっ
た従来の有機発光素子の長所に加え、低消費電力・長寿命という特長も保有して
おり、極めて有用である。
【０１７８】
本実施例では、本発明の発光装置を表示部として含む電気器具を例示する。そ
の具体例を図１９および図２０に示す。なお、本実施例の電気器具に含まれる有
機発光素子には、本発明で開示した素子のいずれを用いてもよい。また、本実施
例の電気器具に含まれる発光装置の形態は、図１１〜図１８のいずれの形態を用
いても良い。
【０１７９】
図１９(a)は有機発光素子を用いたディスプレイであり、筐体1901a、支持台19
02a、表示部1903aを含む。本発明の発光装置を表示部1903aとして用いたディス
プレイを作製することにより、薄く軽量で、長保ちするディスプレイを実現でき
る。よって、輸送が簡便になり、設置の際の省スペースが可能となる上に、寿命
も長い。
【０１８０】
図１９(b)はビデオカメラであり、本体1901b、表示部1902b、音声入力部1903b
、操作スイッチ1904b、バッテリー1905b、受像部1906bを含む。本発明の発光装
置を表示部1902bとして用いたビデオカメラを作製することにより、消費電力が
少なく、軽量なビデオカメラを実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり
、持ち運びも簡便になる。
【０１８１】
図１９(c)はデジタルカメラであり、本体1901c、表示部1902c、接眼部1903c、
操作スイッチ1904cを含む。本発明の発光装置を表示部1902cとして用いたデジタ
ルカメラを作製することにより、消費電力が少なく、軽量なデジタルカメラを実
現できる。よって、電池の消費量が少なくなり、持ち運びも簡便になる。
【０１８２】
図１９(d)は記録媒体を備えた画像再生装置であり、本体1901d、記録媒体（CD
、LD、またはDVDなど）1902d、操作スイッチ1903d、表示部(A)1904d、表示部(B)
1905dを含む。表示部(A)1904dは主として画像情報を表示し、表示部(B)1905dは
主として文字情報を表示する。本発明の発光装置をこれら表示部(A)1904dや表示
部(B)1905dとして用いた前記画像再生装置を作製することにより、消費電力が少
なく軽量な上に、長保ちする前記画像再生装置を実現できる。なお、この記録媒
体を備えた画像再生装置には、CD再生装置、ゲーム機器なども含む。
【０１８３】
図１９(e)は携帯型（モバイル）コンピュータであり、本体1901e、表示部1902
e、受像部1903e、操作スイッチ1904e、メモリスロット1905eを含む。本発明の発
光装置を表示部1902eとして用いた携帯型コンピュータを作製することにより、
消費電力が少なく、薄型軽量な携帯型コンピュータを実現できる。よって、電池
の消費量が少なくなり、持ち運びも簡便になる。なお、この携帯型コンピュータ
はフラッシュメモリや不揮発性メモリを集積化した記録媒体に情報を記録したり
、それを再生したりすることができる。
【０１８４】
図１９(f)はパーソナルコンピュータであり、本体1901f、筐体1902f、表示部1
903f、キーボード1904fを含む。本発明の発光装置を表示部1903fとして用いたパ
ーソナルコンピュータを作製することにより、消費電力が少なく、薄型軽量なパ
ーソナルコンピュータを実現できる。特に、ノートパソコンのように持ち歩く用
途が必要な場合、電池の消費量や軽さの点で大きなメリットとなる。
【０１８５】
なお、上記電気器具はインターネットなどの電子通信回線や電波などの無線通
信を通じて配信される情報を表示することが多くなってきており、特に動画情報
を表示する機会が増えている。有機発光素子の応答速度は非常に速く、そのよう
な動画表示に好適である。
【０１８６】
次に、図２０(a)は携帯電話であり、本体2001a、音声出力部2002a、音声入力
部2003a、表示部2004a、操作スイッチ2005a、アンテナ2006aを含む。本発明の発
光装置を表示部2004aとして用いた携帯電話を作製することにより、消費電力が
少なく、薄型軽量な携帯電話を実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり
、持ち運びも楽になる上にコンパクトな本体にできる。
【０１８７】
図２０(b)は音響機器（具体的には車載用オーディオ）であり、本体2001b、表
示部2002b、操作スイッチ2003b、2004bを含む。本発明の発光装置を表示部2002b
として用いた音響機器を作製することにより、消費電力が少なく、軽量な音響機
器を実現できる。また、本実施例では車載用オーディオを例として示すが、家庭
用オーディオに用いても良い。
【０１８８】
なお、図１９〜図２０で示したような電気器具において、さらに光センサを内
蔵させ、使用環境の明るさを検知する手段を設けることで、使用環境の明るさに
応じて発光輝度を変調させるような機能を持たせることは有効である。使用者は
、使用環境の明るさに比べてコントラスト比で100〜150の明るさを確保できれば
、問題なく画像もしくは文字情報を認識できる。すなわち、使用環境が明るい場
合は画像の輝度を上げて見やすくし、使用環境が暗い場合は画像の輝度を抑えて
消費電力を抑えるといったことが可能となる。
【０１８９】
また、本発明の発光装置を光源として用いた様々な電気器具も、低消費電力で
の動作や薄型軽量化が可能であるため、非常に有用と言える。代表的には、液晶
表示装置のバックライトもしくはフロントライトといった光源、または照明機器
の光源として本発明の発光装置を含む電気器具は、低消費電力の実現や薄型軽量
化が可能である。
【０１９０】
したがって、本実施例に示した図１９〜図２０の電気器具の表示部を、全て液
晶ディスプレイにする場合においても、その液晶ディスプレイのバックライトも
しくはフロントライトとして本発明の発光装置を用いた電気器具を作製すること
により、消費電力が少なく、薄くて軽量な電気器具が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【０１９１】
【図１】有機界面の状態を表す図。
【図２】蒸着装置を示す図。
【図３】不純物層の形成を示す図。
【図４】有機発光素子の構造を示す図。
【図５】濃度プロファイルを示す図。
【図６】混合領域の状態を表す図。
【図７】有機発光素子の構造を示す図。
【図８】有機発光素子の構造を示す図。
【図９】蒸着装置を示す図。
【図１０】有機発光素子の構造を示す図。
【図１１】発光装置の断面構造を示す図。
【図１２】発光装置の断面構造を示す図。
【図１３】発光装置の上面構造および断面構造を示す図。
【図１４】発光装置の断面構造を示す図。
【図１５】発光装置の上面構造および断面構造を示す図。
【図１６】発光装置の構成を示す図。
【図１７】発光装置の構成を示す図。
【図１８】発光装置の構成を示す図。
【図１９】電気器具の具体例を示す図。
【図２０】電気器具の具体例を示す図。
【図２１】発光装置の構成を示す図。
【図２２】蒸着源の具体例を示す図
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極と、陰極と、電界を加えることで発光が得られる有機化合物を
含む膜（以下、「有機化合物膜」と記す）と、を有する有機発光素子を用いた発
光装置に関する。本発明では特に、従来よりも駆動電圧が低く、なおかつ素子の
寿命が長い有機発光素子を用いた発光装置に関する。なお、本明細書中における
発光装置とは、発光素子として有機発光素子を用いた画像表示デバイスもしくは
発光デバイスを指す。また、有機発光素子にコネクター、例えば異方導電性フィ
ルム（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、T
AB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、または有機発光
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。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子は、電界を加えることにより発光する素子である。その発光機構
は、電極間に有機化合物膜を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入さ
れた電子および陽極から注入された正孔が有機化合物膜中で再結合して、励起状
態の分子（以下、「分子励起子」と記す）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言われている。
【０００３】
なお、有機化合物が形成する分子励起子の種類としては、一重項励起状態と三
重項励起状態が可能であると考えられるが、本明細書中ではどちらの励起状態が
発光に寄与する場合も含むこととする。
【０００４】
このような有機発光素子において、通常、有機化合物膜は1μmを下回るほどの
薄膜で形成される。また、有機発光素子は、有機化合物膜そのものが光を放出す
る自発光型の素子であるため、従来の液晶ディスプレイに用いられているような
バックライトも必要ない。したがって、有機発光素子は極めて薄型軽量に作製で
きることが大きな利点である。
【０００５】
また、例えば100〜200nm程度の有機化合物膜において、キャリアを注入してか
ら再結合に至るまでの時間は、有機化合物膜のキャリア移動度を考えると数十ナ
ノ秒程度であり、キャリアの再結合から発光までの過程を含めてもマイクロ秒以
内のオーダーで発光に至る。したがって、非常に応答速度が速いことも特長の一
つである。
【０００６】
さらに、有機発光素子はキャリア注入型の発光素子であるため、直流電圧での
駆動が可能であり、ノイズが生じにくい。駆動電圧に関しては、まず有機化合物
膜の厚みを100nm程度の均一な超薄膜とし、また、有機化合物膜に対するキャリ
ア注入障壁を小さくするような電極材料を選択し、さらにはヘテロ構造（二層構
造）を導入することによって、5.5Vで100cd/m2の十分な輝度が達成された（文献
１：C. W. Tang and S. A. VanSlyke, "Organic electroluminescent diodes",
Applied Physics Letters, vol. 51, No.12, 913-915 (1987)）。
【０００７】
こういった薄型軽量・高速応答性・直流低電圧駆動などの特性から、有機発光
素子は次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。また、
自発光型であり視野角が広いことから、視認性も比較的良好であり、携帯機器の
表示画面に用いる素子として有効と考えられている。
【０００８】
ところで、文献１において示された有機発光素子の構成であるが、まず、有機
化合物膜に対するキャリア注入障壁を小さくする方法として、仕事関数が低い上
に比較的安定なMg:Ag合金を陰極に用い、電子の注入性を高めている。このこと
により、有機化合物膜に大量のキャリアを注入することを可能としている。
【０００９】
さらに有機化合物膜として、芳香族ジアミン化合物からなる正孔輸送層とトリ
ス（８−キノリノラト）−アルミニウム（以下、「Alq3」と記す）からなる電子
輸送性発光層とを積層するという、シングルヘテロ構造を適用することにより、
キャリアの再結合効率を飛躍的に向上させている。このことは、以下のように説
明される。
【００１０】
例えば、Alq3単層のみを有する有機発光素子の場合では、Alq3が電子輸送性で
あるため、陰極から注入された電子のほとんどは正孔と再結合せずに陽極に達し
てしまい、発光の効率は極めて悪い。すなわち、単層の有機発光素子を効率よく
発光させる（あるいは低電圧で駆動する）ためには、電子および正孔の両方をバ
ランスよく輸送できる材料（以下、「バイポーラー材料」と記す）を用いる必要
があり、Alq3はその条件を満たしていない。
【００１１】
しかし、文献１のようなシングルへテロ構造を適用すれば、陰極から注入され
た電子は正孔輸送層と電子輸送性発光層との界面でブロックされ、電子輸送性発
光層中へ閉じこめられる。したがって、キャリアの再結合が効率よく電子輸送性
発光層で行われ、効率のよい発光に至るのである。
【００１２】
このようなキャリアのブロッキング機能の概念を発展させると、キャリアの再
結合領域を制御することも容易となる。その例として、正孔をブロックできる層
（正孔ブロッキング層）を正孔輸送層と電子輸送層との間に挿入することにより
、正孔を正孔輸送層内に閉じこめ、正孔輸送層の方を発光させることに成功した
報告がある。（文献２：Yasunori KIJIMA, Nobutoshi ASAI and Shin-ichiro TA
MURA, "A Blue Organic Light Emitting Diode", Japanese Journal of Applied
Physics, Vol. 38, 5274-5277(1999)）。
【００１３】
また、文献１における有機発光素子は、いわば正孔の輸送は正孔輸送層が行い
、電子の輸送および発光は電子輸送性発光層が行うという、機能分離が行われて
いると言える。この機能分離の概念はさらに、正孔輸送層と電子輸送層の間に発
光層を挟むというダブルへテロ構造（三層構造）の構想へと発展した（文献３：
Chihaya ADACHI, Shizuo TOKITO, Tetsuo TSUTSUI and Shogo SAITO, "Electrol
uminescence in Organic Films with Three-Layered Structure", Japanese Jou
rnal of Applied Physics, Vol. 27, No. 2, L269-L271(1988)）。
【００１４】
こういった機能分離の利点としては、機能分離することによって一種類の有機
材料に様々な機能（発光性、キャリア輸送性、電極からのキャリア注入性など）
を同時に持たせる必要がなくなり、分子設計等に幅広い自由度を持たせることが
できる点にある（例えば、無理にバイポーラー材料を探索する必要がなくなる）
。つまり、発光特性のいい材料、キャリア輸送性が優れる材料などを、各々組み
合わせることで、容易に高発光効率が達成できるということである。
【００１５】
これらの利点から、文献１で述べられた積層構造の概念（キャリアのブロッキ
ング機能あるいは機能分離）自体は、現在に至るまで広く利用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、以上で述べたような積層構造は異種物質間の接合であるため、
各層間に界面（以下、「有機界面」と記す）を生じることになる。有機界面を形
成することに起因する問題点として、以下に述べるような二つの問題点が提起さ
れる。
【００１７】
まず一つは、駆動電圧のさらなる低減へ向けての障害になるという点である。
実際、現在の有機発光素子において、駆動電圧に関しては共役ポリマーを用いた
単層構造の素子の方が優れており、パワー効率（単位：[lm/W]）でのトップデー
タを保持していると報告されている（文献４：筒井哲夫、「応用物理学会有機分
子・バイオエレクトロニクス分科会会誌」、Vol. 11、No. 1、P.8（2000））（
ただし文献４では、一重項励起状態からの発光を比較しており、三重項励起状態
からの発光は除いている）。
【００１８】
なお、文献４で述べられている共役ポリマーはバイポーラー材料であり、キャ
リアの再結合効率に関しては積層構造と同等なレベルが達成できる。したがって
、バイポーラー材料を用いるなどの方法で、積層構造を用いることなくキャリア
の再結合効率さえ同等にできるのであれば、有機界面の少ない単層構造の方が実
際は駆動電圧が低くなるのである。このことは、有機界面においてキャリアの移
動が妨げられていることを、結果的に示唆している。
【００１９】
さらに、有機界面に起因するもう一つの問題点として、有機発光素子の素子寿
命（素子劣化）に対する影響が考えられる。すなわち、有機界面においてキャリ
アの移動が妨げられ、チャージが蓄積することによる輝度の低下である。
【００２０】
この劣化機構に関してははっきりした理論は確立されていないが、陽極と正孔
輸送層との間に正孔注入層を挿入し、さらにdc駆動ではなく矩形波のac駆動にす
ることによって、輝度の低下を抑えることができるという報告がある（文献５：
S. A. VanSlyke, C. H. Chen, and C. W. Tang, "Organic electroluminescent
devices with improved stability", Applied Physics Letters, Vol. 69, No.
15, 2160-2162(1996)）。このことは、正孔注入層の挿入およびac駆動によって
、チャージの蓄積を排除することにより、輝度の低下を抑えることができたとい
う実験的な裏付けと言える。
【００２１】
以上のことから、積層構造は容易にキャリアの再結合効率を高めることができ
（キャリアのブロッキング機能）、なおかつ材料の選択幅を広くできる（機能分
離）というメリットを持つ一方で、有機界面、特にキャリアをブロッキングする
界面を作り出すことによって、キャリアの移動を妨げ、駆動電圧や輝度の低下に
影響を及ぼしていると言える。
【００２２】
そこで本発明では、従来用いられている積層構造とは異なる概念の素子を作製
することにより、有機化合物膜中に存在する有機界面を排除してキャリアの移動
性を高めると同時に、積層構造の機能分離と同様に各種複数の材料の機能は発現
させる（以下、「機能発現」と記す）ことを課題とする。それにより、従来より
も駆動電圧が低い上に素子の寿命が長い有機発光素子を提供することを課題とす
る。
【００２３】
また、このような有機発光素子を用いることにより、従来よりも駆動電圧が低
く、なおかつ寿命の長い発光装置を提供することを課題とする。さらに、前記発
光装置を用いて電気器具を作製することにより、従来よりも低消費電力で、なお
かつ長保ちする電気器具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】
【００２４】
有機界面の形成によりキャリアの移動が妨げられるモデルとして、本発明者は
以下に述べるような二つの機構を考えた。
【００２５】
まず一つの機構として、有機界面のモルフォロジーから生じるものが考えられ
る。有機発光素子における有機化合物膜は通常、アモルファス状態の膜であり、
これは有機化合物の分子同士が、双極子相互作用を主とした分子間力で凝集する
ことにより形成されている。ところが、このような分子の凝集体を用いてヘテロ
構造を形成すると、分子のサイズや形状の違いがヘテロ構造の界面（すなわち有
機界面）に大きな影響を及ぼす可能性がある。
【００２６】
特に、分子のサイズが大きく異なる材料を用いてヘテロ構造を形成した場合、
その有機界面における接合の整合性が悪くなると考えられる。その概念図を図１
に示す。図１では、小さい分子101からなる第一の層111と、大きい分子102から
なる第二の層112を積層している。この場合、形成される有機界面113において、
整合性の悪い領域114が発生してしまう。
【００２７】
図１で示した整合性の悪い領域114は、キャリアの移動を妨げるバリア（ある
いはエネルギー障壁）となる可能性があるため、駆動電圧のさらなる低減へ向け
ての障害になることが示唆される。また、エネルギー障壁を越えられないキャリ
アはチャージとして蓄積してしまい、先に述べたような輝度の低下を誘起してし
まう可能性がある。
【００２８】
もう一つの機構として、積層構造を形成する（すなわち有機界面を形成する）
工程から生じるものが考えられる。積層構造の有機発光素子は、各層を形成する
際のコンタミネーションを避けるため、通常、図２に示すようなマルチチャンバ
ー方式（インライン方式）の蒸着装置を用いて作製する。
【００２９】
図２に示した例は、正孔輸送層・発光層・電子輸送層の三層構造（ダブルへテ
ロ構造）を形成するための蒸着装置の概念図である。まず、搬入室に陽極（イン
ジウム錫酸化物（以下、「ITO」と記す）など）を有する基板を搬入し、まず紫
外線照射室において真空雰囲気中で紫外線を照射することにより、陽極表面をク
リーニングする。特に陽極がITOのような酸化物である場合、前処理室にて酸化
処理を行う。さらに、積層構造の各層を形成するため、蒸着室201で正孔輸送層
を、蒸着室202〜204で発光層（図２では、赤、緑、青の三色）を、蒸着室205で
電子輸送層を成膜し、蒸着室206で陰極を蒸着する。最後に、封止室にて封止を
行い、搬出室から取り出して有機発光素子を得る。
【００３０】
このようなインライン方式の蒸着装置の特色としては、各層の蒸着を、それぞ
れ異なる蒸着室201〜205において蒸着していることである。つまり、各層の材料
がほとんど互いに混入しないような装置構成となっている。
【００３１】
ところで、蒸着装置の内部は通常１０-4〜１０-5パスカル程度に減圧されてい
るものの、極微量の気体成分（酸素や水など）は存在している。そして、この程
度の真空度の場合、それら極微量の気体成分でも、数秒もあれば容易に単分子レ
イヤー程度の吸着層を形成してしまうと言われている。
【００３２】
したがって、図２のような装置を用いて積層構造の有機発光素子を作製する場
合、各層を形成する間に大きなインターバルが生じてしまうことが問題なのであ
る。つまり、各層を形成する間のインターバル、特に第二搬送室を経由して搬送
する際などに、極微量の気体成分による吸着層（以下、「不純物層」と記す）を
形成してしまう懸念がある。
【００３３】
その概念図を図３に示す。図３は、第一の有機化合物301からなる第一の層311
と、第二の有機化合物302からなる第二の層312とを積層する際に、その層間に微
量の不純物303（水や酸素など）からなる不純物層313が形成されている様子であ
る。
【００３４】
このようにして各層間（すなわち有機界面）に形成されてしまう不純物層は、
有機発光素子の完成後、キャリアをトラップする不純物領域となってキャリアの
移動を妨げるため、やはり駆動電圧を上昇させてしまう。さらに、キャリアをト
ラップする不純物領域が存在すると、そこにはチャージが蓄積することになるた
め、先に述べたような輝度の低下を誘起してしまう可能性がある。
【００３５】
このような機構から考えると、以上で述べたような有機界面で生じる問題点（
有機界面のモルフォロジー悪化および不純物層の形成）を克服するためには、素
子構造・作製工程共に、従来の積層構造素子から脱する必要がある。例えば、有
機界面を完全に排除した有機発光素子の例として、正孔輸送材料と電子輸送材料
とを混合しただけの単層（以下、「混合単層」と記す）のみを、両電極間に設け
た有機発光素子の報告がある（文献６：Shigeki NAKA, Kazuhisa SHINNO, Hiroy
uki OKADA, Hiroshi ONNAGAWA and Kazuo MIYASHITA, "Organic Electrolumines
cent Devices Using a Mixed Single Layer", Japanese Journal of Applied Ph
ysics, Vol. 33, No. 12B, L1772-L1774(1994)）。
【００３６】
文献６では、正孔輸送性である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（以下、「TPD」と記す）と、電子輸送性
であるAlq3とを、１：４の割合で混合することによって単層構造を形成している
。しかしながら、積層構造（すなわち、TPDおよびAlq3からなる有機界面を形成
するヘテロ構造）との比較をすると、発光効率の点では積層構造に比べて劣って
いることが示されている。発光材料をドープすることにより大幅に改善されるも
のの、それでもやはり、発光材料をドープした積層構造に比べると多少劣ってい
る。
【００３７】
その原因として、混合単層の場合、陽極から注入された正孔および陰極から注
入された電子が、再結合することなくそのまま対極へ抜けてしまうことが多くな
るためと考えられる。積層構造はキャリアのブロッキング機能があるため、その
ような問題は生じていない。
【００３８】
このことは、文献６の混合単層においては、機能発現が行われていないことが
原因と言い換えることができる。すなわち、有機化合物膜内において、陽極に近
い領域は正孔輸送という機能を示し、陰極に近い領域は電子輸送という機能を示
し、両電極から離れた部分に発光領域（すなわちキャリアが再結合する領域）を
設けるという、各機能を発現できる領域を設けなければ、たとえ有機界面をなく
したとしても効率のよい発光には至らないのである。
【００３９】
これらのことを考慮し、本発明者は、有機界面を排除し、なおかつ文献６とは
異なり機能発現が可能な有機発光素子を実現する手法を考案した。その概念図を
図４に示す。なお、ここでは基板401上に陽極402を設けてあるが、陰極404の方
を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。
【００４０】
図４の素子では、正孔輸送材料および電子輸送材料を含む有機化合物膜403に
おいて、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域405、電子輸送材料からなる電子輸
送領域409、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが一定の比率（以下、「ｘ：
ｙ」と記す）にて混合された混合領域407、を設けており、混合領域407には、発
光を呈する発光材料410を添加することにより発光領域を形成してある。
【００４１】
さらに、混合領域407と正孔輸送領域405との間、および混合領域407と電子輸
送領域409との間には、第一の濃度変化領域406および第二の濃度変化領域408を
形成している。これらの濃度変化領域においては、混合領域におけるｘ：ｙの比
率に徐々に近づけるために、濃度勾配が形成されている。その濃度プロファイル
の概略図を図５に示す。
【００４２】
このような素子を形成した場合、陽極側では正孔輸送材料が正孔を受け取り輸
送し、一方陰極側では電子輸送材料が電子を受け取り輸送することができる。ま
た、濃度変化領域406および408においては、急激な濃度変化（最も極端な例は従
来のヘテロ構造であり、濃度は０％から１００％、あるいは１００％から０％に
変化すると言える）を避けるように、なだらかな濃度勾配が形成されているため
、キャリアに対するエネルギー障壁をほぼ解消することができる。
【００４３】
したがって、有機化合物膜403に注入されたキャリアは、大きなエネルギー障
壁に遮られることなく、混合領域407まで潤滑に輸送される。このことが、濃度
変化領域406および408の重要な役割である。さらに、混合領域407はバイポーラ
ー性であるため、正孔および電子は双方とも混合領域407を移動することが可能
となる。
【００４４】
ここで重要なことは、混合領域407において、発光材料を含む発光領域が形成
されていることである。つまり、発光材料410を混合領域407に添加することで、
混合領域内をキャリアが再結合せずに素通りしてしまうことを防ぐと同時に、発
光領域を電極から遠ざけ、電極による消光（以下、「クエンチ」と記す）をも防
止しているのである。いわば、文献６の混合単層とは異なり、各機能（キャリア
輸送および発光）を発現できるそれぞれの領域が、有機化合物膜403内に存在し
ているのである。
【００４５】
さらに、このような素子であれば、従来の積層構造のような有機界面は存在し
ない。したがって、上述の有機界面で生じる問題点（有機界面のモルフォロジー
悪化および不純物層の形成）を解決することができる。
【００４６】
まず、有機界面のモルフォロジー悪化の解決について、図６を用いて説明する
。図６は、小さい分子601からなる領域611と、大きい分子602からなる領域612と
、小さい分子601および大きい分子602の両方を含む混合領域613と、からなる有
機化合物膜の断面である。ただしここでは、図の便宜上、濃度変化領域は省略し
た。図６から明らかなように、図１で存在していたような有機界面113は存在せ
ず、整合性の悪い領域114も存在しない。
【００４７】
また、不純物層の形成の解決であるが、これは単純明快である。図４のような
有機発光素子を作製する場合、陽極上に正孔輸送材料を蒸着し、途中からそれに
加えて電子輸送材料を共蒸着の形で蒸着することで混合領域を形成し、混合領域
を形成後は正孔輸送材料の蒸着を止めることで電子輸送材料を蒸着すればよい。
したがって、図２のような蒸着装置を用いて有機発光素子を作製する際に生じる
、インターバルが存在しない。つまり、不純物層を形成する隙を与えることがな
いのである。
【００４８】
このように、本発明の有機発光素子は、有機界面を形成することがないためキ
ャリアの移動が潤滑であり、駆動電圧および素子の寿命に悪影響を及ぼすことが
なくなる。さらに、積層構造と同様に機能分離されているため、発光効率の点で
も問題はない。
【００４９】
また、従来の積層構造が異種物質間の単なる接合（hetero-junction）である
のに対し、本発明の構造はいわば混合接合（mixed-junction）であり、新しい概
念に基づく有機発光素子であると言える。
【００５０】
したがって本発明では、陽極と、陰極と、正孔輸送材料および電子輸送材料を
含む有機化合物膜と、からなる有機発光素子を有する発光装置において、前記有
機化合物膜は、前記陽極から前記陰極への方向に関して順次、前記正孔輸送材料
からなる正孔輸送領域と、前記正孔輸送材料と前記電子輸送材料との比率がｘ：
ｙ（ただし、ｘおよびｙは正の定数）になるまで前記電子輸送材料の割合が徐々
に増加する第一の濃度変化領域と、前記ｘ：ｙの比率にて前記正孔輸送材料およ
び前記電子輸送材料を含む混合領域と、前記ｘ：ｙの比率よりもさらに前記電子
輸送材料の割合が徐々に増加する第二の濃度変化領域と、前記電子輸送材料から
なる電子輸送領域と、が接続された構造であり、かつ、前記混合領域内に、発光
を呈する発光材料が添加された発光領域を設けたことを特徴とする（請求項１）
。
【００５１】
なお、発光材料は、正孔輸送材料および電子輸送材料に比べて、最高被占分子
軌道（HOMO）と最低空分子軌道（LUMO）とのエネルギー差（以下、「励起エネル
ギーレベル」と記す）が小さいことが好ましい。これは、発光材料の分子励起子
のエネルギー移動を防ぐためである。
【００５２】
また、図４において、陽極と有機化合物膜との間に、正孔の注入性を高める材
料（以下、「正孔注入材料」と記す）からなる正孔注入領域を挿入してもよい（
請求項２）。また、陰極と有機化合物膜との間に、電子の注入性を高める材料（
以下、「電子注入材料」と記す）からなる電子注入領域を挿入してもよい（請求
項３）。さらに、正孔注入領域と電子注入領域の両方を組み込んでもよい（請求
項４）。
【００５３】
この場合、正孔注入材料または電子注入材料は、電極から有機化合物膜へのキ
ャリア注入障壁を小さくするための材料であるため、電極から有機化合物膜への
キャリアの移動を潤滑にし、チャージの蓄積を排除できる効果がある。ただし、
先に述べたような不純物層の形成を避ける観点から、各注入材料と有機化合物膜
との間は、インターバルをおかずに成膜することが好ましい。
【００５４】
また、混合領域においては、その混合比によってキャリアの再結合部はほぼ決
まってくる（バイポーラー性になればなるほど、ほぼ中央になる）。したがって
、発光材料を混合領域内の全域に添加してもよい（図７(a)）が、一部に添加し
てもよい（図７(b)）（請求項５）。
【００５５】
さらに、図８(a)に示すように、混合領域407に対し、ブロッキング材料411を
添加する構造も本発明に含むこととする（請求項６）。なお、ここでは基板401
上に陽極402を設けてあるが、陰極404の方を基板上に設ける逆の構造をとっても
よい。また、正孔注入領域や電子注入領域を、電極と有機化合物膜との間に設け
ていてもよい。
【００５６】
なお、本明細書におけるブロッキング材料とは、励起エネルギーレベルが混合
領域407に含まれる材料の中で最も大きく、キャリアをブロックする機能ないし
は分子励起子の拡散を防ぐ機能を有する材料のことである。ブロッキング材料41
1を混合領域407に添加すると、混合領域407におけるキャリアの再結合率が向上
し、分子励起子の拡散も防げるため、高い発光効率が期待できる。ただし、ブロ
ッキング材料は、正孔ないしは電子の片方をブロックする機能を有する場合が多
いため、混合領域内全域に添加してしまうと、混合領域内のキャリアバランスを
崩すこともある。したがって、ブロッキング材料を添加する領域は、混合領域内
の全域ではなく、一部とする。
【００５７】
また、ブロッキング材料は通常、HOMO準位が低い、すなわち正孔をブロッキン
グできる材料が有効である。したがって図８(b)に示すように、発光材料410を添
加している領域よりも陰極側にブロッキング材料411を添加する手法が有用であ
る（請求項７）。
【００５８】
ところで近年、発光効率の観点から、三重項励起状態から基底状態に戻る際に
放出されるエネルギー（以下、「三重項励起エネルギー」と記す）を発光に変換
できる有機発光素子が、その高い発光効率ゆえに注目されている（文献７：D. F
. O'Brien, M. A. Baldo, M. E. Thompson and S. R. Forrest, "Improved ener
gy transfer in electrophosphorescent devices", Applied Physics Letters,
vol. 74, No. 3, 442-444 (1999)）（文献８：Tetsuo TSUTSUI, Moon-Jae YANG,
Masayuki YAHIRO, Kenji NAKAMURA, Teruichi WATANABE, Taishi TSUJI, Yoshi
nori FUKUDA, Takeo WAKIMOTO and Satoshi MIYAGUCHI, "High Quantum Efficie
ncy in Organic Light-Emitting Devices with Iridium-Complex as a Triplet
Emissive Center", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, L1502-L1
504 (1999)）。
【００５９】
文献７では白金を中心金属とする金属錯体を、文献８ではイリジウムを中心金
属とする金属錯体を用いている。これらの三重項励起エネルギーを発光に変換で
きる有機発光素子（以下、「三重項発光素子」と記す）は、従来よりも高輝度発
光・高発光効率を達成することができる。
【００６０】
しかしながら、文献８の報告例によると、初期輝度を500cd/m2に設定した場合
の輝度の半減期は170時間程度であり、素子寿命に問題がある。三重項発光素子
は、発光材料に対する適切なホスト材料を用いた発光層、および分子励起子の拡
散を防ぐブロッキング材料を単独で用いるブロッキング層が必要であるため、多
層構造になっており、有機界面が多数生じてしまうことが素子寿命の短い原因と
考えられる。
【００６１】
そこで、本発明を三重項発光素子に適用することにより、三重項励起状態から
の発光による高輝度発光・高発光効率に加え、素子の寿命も長いという非常に高
機能な発光素子が可能となる（請求項８）。なお、三重項の分子励起子は、拡散
長が一重項の分子励起子に比べて大きいため、ブロッキング材料が混合領域に含
まれていることが好ましい。
【００６２】
ところで、混合領域はバイポーラー性である必要があるため、混合領域におい
て、正孔輸送材料と電子輸送材料との合計質量に対する正孔輸送材料の質量の百
分率は、１０パーセント以上９０パーセント以下であることが好ましい（請求項
９）。ただし、この比率は材料の組み合わせによって大きく変動すると考えられ
る。
【００６３】
また、本発明において、混合領域は発光領域、すなわちキャリアの再結合領域
を含んでいるため、キャリアが素通りしないようある程度の厚みが必要となる。
したがって混合領域は、10nm以上の厚みがあることが望ましい（請求項１０）。
【発明の効果】
【００６４】
本発明を実施することで、消費電力が少ない上に、寿命も優れた発光装置を得
ることができる。さらに、そのような発光装置を光源もしくは表示部に用いるこ
とで、明るく消費電力が少ない上に、長保ちする電気器具を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
以下では、本発明を実施する際の形態について述べる。なお、有機発光素子は
、発光を取り出すために少なくとも陽極または陰極の一方が透明であればよいが
、本実施の形態では、基板上に透明な陽極を形成し、陽極から光を取り出す素子
構造で記述する。実際は、陰極から光を取り出す構造や、基板とは逆側から光を
取り出す構造も本発明に適用可能である。
【００６６】
本発明を実施するに当たり、不純物層の形成を防ぐため、有機発光素子を作製
する製造工程が重要になる。そこでまず、本発明で開示する有機発光素子の製造
方法について述べる。
【００６７】
図９(a)は、蒸着装置の上面図であるが、蒸着室として一つの真空槽910を設置
し、その真空槽内に複数の蒸着源を設けてある、シングルチャンバー方式である
。そして、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、ブロッ
キング材料、発光材料、陰極の構成材料など、各種機能の異なる材料が、それぞ
れ前記複数の蒸着源に別々に収納されている。
【００６８】
このような蒸着室を有する蒸着装置においては、まず、搬入室に陽極（ITOな
ど）を有する基板を搬入し、陽極がITOのような酸化物である場合、前処理室に
て酸化処理を行う（なお、図９(a)では図示していないが、陽極表面をクリーニ
ングするために紫外線照射室を設置することも可能である）。さらに、有機発光
素子を形成する全ての材料は、真空槽910内において蒸着される。ただし陰極は
、この真空槽910内で形成してもよいし、別に蒸着室を設けてそこで陰極を形成
してもよい。要は、陰極を形成するまでの間を、一つの真空槽910内で蒸着すれ
ばよい。最後に、封止室にて封止を行い、搬出室から取り出して有機発光素子を
得る。
【００６９】
このようなシングルチャンバー方式の蒸着装置を用いて本発明の有機発光素子
を作製する手順を、図９(b)（真空槽910の断面図）を用いて説明する。図９(b)
では、最も簡単な例として、三つの蒸着源（有機化合物蒸着源a916、有機化合物
蒸着源b917および有機化合物蒸着源c918）を有する真空槽910を用い、正孔輸送
材料921、電子輸送材料922および発光材料923を含む有機化合物膜を形成する過
程を示す。
【００７０】
まず、真空槽910内に、陽極902を有する基板901を搬入し、固定台911にて固定
する（蒸着時には通常、基板は回転させる）。次に、真空槽910内を減圧（１０-
4パスカル以下が好ましい）した後、容器a912を加熱し、正孔輸送材料921を蒸発
させ、所定の蒸着レート（単位：[Å/s]）に達してからシャッターa914を開け、
蒸着を開始する。この時、シャッターb915を閉じたまま、容器b913も加熱してお
く。
【００７１】
正孔輸送領域903が所定の厚さに達したあと、シャッターb915を徐々に開いて
いき、電子輸送材料922の蒸着レートを上げていく。シャッターa914はそのまま
でもよいし、徐々に閉じて正孔輸送材料の蒸着レートを減らしていってもよい。
この時の開閉速度により、第一の濃度変化領域904の濃度勾配を形成する。
【００７２】
次に、正孔輸送材料921と電子輸送材料922との比率が所定の割合ｘ：ｙに達し
たところで、シャッターの開閉動作を中止し、一定の蒸着レートにて混合領域90
5を形成する。ここで、この混合領域905形成の際、微量の発光材料923も添加し
ておく（図９(b)で示した状態）。
【００７３】
混合領域905が所定の厚さに達したあと、シャッターa914を徐々に閉じていき
、正孔輸送材料921の蒸着レートを減らしていく。シャッターb915はそのままで
もよいし、徐々に開いて電子輸送材料922の蒸着レートを上げていってもよい。
この時の開閉速度により、第二の濃度変化領域の濃度勾配を形成する。さらに電
子輸送領域を形成するため、シャッターa914を完全に閉じ、容器a912の加熱を終
了する。
【００７４】
ここで、有機化合物蒸着源a916、有機化合物蒸着源b917、有機化合物蒸着源c9
18の具体的な形状を図２２に示す。蒸着源の形状としては、セルを用いるタイプ
や導電性の発熱体を用いるタイプなどがあるが、図２２では導電性の発熱体を用
いるタイプを示す。すなわち、容器a912、容器b913、および容器c2211を導電性
の発熱体とし、正孔輸送材料921が入った容器a912を電極a2201に、電子輸送材料
922が入った容器b913を電極b2202に、発光材料923が入った容器c2211を電極c220
3に、それぞれ挟み込み、通電することにより容器a912、容器b913、および容器c
2211を加熱して蒸着する。ここでは、有機化合物蒸着源c918に対するシャッター
c2212も図示した。
【００７５】
以上の操作は、全てインターバルをおかずに行っているため、いずれの領域に
おいても不純物層が混入しない。
【００７６】
この方法を応用すれば、課題を解決するための手段で述べた有機発光素子は、
全て作製可能である。例えば、混合領域905にブロッキング材料を添加する場合
は、図９(b)にそのブロッキング材料を蒸着するための蒸着源を設置し、混合領
域の形成中に蒸発させればよい。
【００７７】
また、正孔注入領域または電子注入領域を形成する場合でも、各注入材料の蒸
着源を同一の真空槽910内に設置すればよい。例えば図９(b)において、陽極902
と正孔輸送領域903との間に正孔注入領域を蒸着にて設ける場合は、陽極902上に
正孔注入材料を蒸着した後、インターバルをおかずにすぐ正孔輸送材料921を蒸
発させることで、不純物層の形成を避けることができる。
【００７８】
次に、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、ブロッキ
ング材料、発光材料などに好適な材料を以下に列挙する。ただし、本発明の有機
発光素子に用いる材料は、これらに限定されない。
【００７９】
正孔注入材料としては、有機化合物であればポルフィリン系の化合物が有効で
あり、フタロシアニン（以下、「H2Pc」と記す）、銅フタロシアニン（以下、「
CuPc」と記す）などがある。導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料
もあり、ポリスチレンスルホン酸（以下、「PSS」と記す）をドープしたポリエ
チレンジオキシチオフェン（以下、「PEDOT」と記す）や、ポリアニリンなどが
挙げられる。また、絶縁体の高分子化合物も陽極の平坦化の点で有効であり、ポ
リイミド（以下、「PI」と記す）がよく用いられる。さらに、無機化合物も用い
られ、金や白金などの金属薄膜の他、酸化アルミニウム（以下、「アルミナ」と
記す）の超薄膜などがある。
【００８０】
正孔輸送材料として最も広く用いられているのは、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）の化合物である。広く用いられている
材料として、先に述べた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（以下、「α−NPD」と記す
）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（以下、「TDATA」と記す）、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（以下、「MTDATA」
と記す）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。
【００８１】
電子輸送材料としては、金属錯体がよく用いられ、先に述べたAlq3、トリス（
４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（以下、「Almq3」と記す）、ビ
ス（１０−ヒドロキシベンゾ［h］−キノリナト）ベリリウム（以下、「BeBq2」
と記す）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、混
合配位子錯体であるビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（４−ヒドロキシ
−ビフェニリル）−アルミニウム（以下、「BAlq」と記す）などがある。また、
ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（以下、「
Zn(BOX)2」と記す）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラ
ト］亜鉛（以下、「Zn(BTZ)2」と記す）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もある。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（
以下、「PBD」と記す）、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（以下、「OXD−7」と記す）
などのオキサジアゾール誘導体、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（以下、「TAZ」
と記す）、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（以下、「p-EtTAZ」と
記す）などのトリアゾール誘導体、バソフェナントロリン（以下、「BPhen」と
記す）・バソキュプロイン（以下、「BCP」と記す）などのフェナントロリン誘
導体が電子輸送性を有する。
【００８２】
電子注入材料としては、上で述べた電子輸送材料を用いることができる。その
他に、フッ化リチウムなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、酸化リチウムなどの
アルカリ金属酸化物のような絶縁体の、超薄膜がよく用いられる。また、リチウ
ムアセチルアセトネート（以下、「Li(acac)」と記す）や８−キノリノラト−リ
チウム（以下、「Liq」と記す）などのアルカリ金属錯体も有効である。
【００８３】
ブロッキング材料としては、上で述べたBAlq、OXD−7、TAZ、p-EtTAZ、BPhen
、BCPなどが、励起エネルギーレベルが大きいため有効である。
【００８４】
発光材料としては、先に述べたAlq3、Almq3、BeBq2、BAlq、Zn(BOX)2、Zn(BTZ
)2などの金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。また、三重項発光材料も可
能であり、白金ないしはイリジウムを中心金属とする錯体が主体である。三重項
発光材料としては、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（以下、「Ir(p
py)3」と記す）、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２
１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン−白金（以下、「PtOEP」と記す）などが知られて
いる。
【００８５】
以上で述べたような各機能を有する材料を、各々組み合わせ、本発明の有機発
光素子に適用することにより、従来よりも駆動電圧が低い上に素子の寿命が長い
有機発光素子を作製することができる。
【実施例１】
【００８６】
本実施例では、図７(a)で示した有機発光素子において、陽極402と有機化合物
膜403との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を挿入した有機発光素子を、
具体的に例示する。
【００８７】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極402を形成したガ
ラス基板401を用意する。この陽極402を有するガラス基板401を、図９において
示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、５種類の材料（４種類は有機
化合物であり、１種類は陰極となる金属）を蒸着するため、５つの蒸着源が必要
となる。
【００８８】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を
終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるα−NPDの蒸着
を３Å/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べた
ように、不純物層の形成を防ぐためである。
【００８９】
α−NPDのみからなる正孔輸送領域405を20nm形成した後、α−NPDの蒸着レー
トは３Å/sに固定したまま、電子輸送材料であるAlq3の蒸着源のシャッターを徐
々に開けていくことにより、濃度勾配を有する第一の濃度変化領域406を10nm程
度形成する。第一の濃度変化領域406が10nmに達したときのAlq3の蒸着レートは
、３Å/sになるように調節する。
【００９０】
次に、Alq3の蒸着レートを３Å/sに固定し、α−NPDと Alq3の蒸着レート比率
が１：１となるような混合領域407を共蒸着にて形成する。同時に、蛍光色素で
あるＮ，Ｎ'−ジメチルキナクリドン（以下、「MQd」と記す）を、発光材料410
として添加しておく。割合は、 MQdが全体の1wt%程度となるように蒸着レートを
制御する。
【００９１】
混合領域407が30nmに達した後、MQdの蒸着は終了させ、Alq3の蒸着レートを３
Å/sに固定したままα−NPDの蒸着源のシャッターを徐々に閉じていくことによ
り、濃度勾配を有する第二の濃度変化領域408を10nm程度形成する。第二の濃度
変化領域408が10nmに達したときに、α−NPDの蒸着が終了するように調節する。
【００９２】
さらに、Alq3のみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域409を形成する
。厚さは40nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することに
より、MQdに由来する緑色発光の有機発光素子を得る。
【実施例２】
【００９３】
本実施例では、図８(b)で示した有機発光素子を、具体的に例示する。
【００９４】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極402を形成したガ
ラス基板401を用意する。この陽極402を有するガラス基板401を、図９において
示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、５種類の材料（４種類は有機
化合物であり、１種類は陰極となる金属）を蒸着するため、５つの蒸着源が必要
となる。
【００９５】
まず、正孔輸送材料であるMTDATAのみからなる正孔輸送領域405を30nm形成（
蒸着レートは３Å/s）した後、MTDATAの蒸着源のシャッターを徐々に閉じていく
と同時に、電子輸送材料であるPBDの蒸着源のシャッターを徐々に開けていくこ
とにより、濃度勾配を有する第一の濃度変化領域406を10nm程度形成する。第一
の濃度変化領域406が10nmに達したときの、MTDATAの蒸着レートは１Å/s 、PBD
の蒸着レートは４Å/sになるように調節する。
【００９６】
次に、MTDATAおよびPBDの蒸着レートをそれぞれ１Å/sおよび４Å/sに固定し
、MTDATAとPBDの蒸着レート比率が１：４となるような混合領域407を、共蒸着に
て30nm形成する。この時、混合領域407における中間の10nm（つまり、混合領域3
0nmのうち、10nm〜20nmの間）は、蛍光色素であるペリレンを発光材料410として
添加するが、その割合は、ペリレンが全体の5wt%程度となるように実施する。ま
た、混合領域407における最後の10nm（つまり、混合領域30nmのうち、20nm〜30n
mの間）は、ブロッキング材料411としてBCPを添加するが、その割合は、蒸着レ
ート比にしてMTDATA：PBD：BCP＝１：４：５とする（すなわち、BCPを５Å/sの
割合で蒸着する）。
【００９７】
混合領域407が30nmに達した後、BCPは蒸着を終了し、PBDの蒸着レートは４Å/
sに固定したまま、MTDATAの蒸着源のシャッターを徐々に閉じていくことにより
、濃度勾配を有する第二の濃度変化領域408を10nm程度形成する。第二の濃度変
化領域408が10nmに達したときに、MTDATAの蒸着が終了するように調節する。
【００９８】
さらに、PBDのみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域409を形成する。
厚さは30nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することによ
り、ペリレンに由来する青色発光の有機発光素子を得る。
【実施例３】
【００９９】
本実施例では、図７(b)で示した有機発光素子において、陽極402と有機化合物
膜403との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を、陰極404と有機化合物膜と
の間に電子注入材料からなる電子注入領域を、それぞれ挿入し、かつ、発光材料
として三重項発光材料を適用した有機発光素子の例を、具体的に例示する。その
素子構造を図１０に示す。
【０１００】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、ITO（陽極）を形成し
たガラス基板を用意する。このITOを有するガラス基板を、図９において示した
ような真空槽内に搬入する。本実施例では、７種類の材料（５種類は有機化合物
であり、２種類は陰極となる無機材料）を蒸着するため、７つの蒸着源が必要と
なる。
【０１０１】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を
終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるα−NPDの蒸着
を３Å/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べた
ように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０１０２】
α−NPDのみからなる正孔輸送領域を20nm形成した後、α−NPDの蒸着レートは
３Å/sに固定したまま、電子輸送材料であるBAlqの蒸着源のシャッターを徐々に
開けていくことにより、濃度勾配を有する第一の濃度変化領域を10nm程度形成す
る。第一の濃度変化領域が10nmに達したときのBAlqの蒸着レートは、３Å/sにな
るように調節する。
【０１０３】
次に、BAlqの蒸着レートを３Å/sに固定し、α−NPDと BAlqの蒸着レート比率
が１：１となるような混合領域を共蒸着にて20nm形成する。この時、混合領域に
おける中間の10nm（つまり、混合領域20nmのうち、5nm〜15nmの間）は、三重項
発光材料であるPtOEPを、発光材料として添加しておく。その割合は、PtOEPが全
体の6wt%程度となるようにする。
【０１０４】
混合領域が20nmに達した後、BAlqの蒸着レートは３Å/sに固定したまま、α−
NPDの蒸着源のシャッターを徐々に閉じていくことにより、濃度勾配を有する第
二の濃度変化領域を10nm程度形成する。第二の濃度変化領域が10nmに達したとき
に、α−NPDの蒸着が終了するように調節する。
【０１０５】
さらに、BAlqのみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域を形成する。厚
さは10nmとする。BAlqの蒸着を終了すると同時に、インターバルをおかずに、電
子注入材料であるAlq3の蒸着を開始して30nm程度蒸着する。インターバルをおか
ない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０１０６】
最後に、LiFを1nm程度、アルミニウムを150nm程度蒸着することにより、陰極
を形成し、PtOEPに由来する赤色発光の三重項発光素子を得る。
【実施例４】
【０１０７】
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置について説明す
る。図１１は、本発明の有機発光素子を用いたアクティブマトリクス型発光装置
の断面図である。
【０１０８】
なお、能動素子としてここでは薄膜トランジスタ（以下、「TFT」と記す）を
用いているが、MOSトランジスタを用いてもよい。また、TFTとしてトップゲート
型TFT（具体的にはプレーナ型TFT）を例示するが、ボトムゲート型TFT（典型的
には逆スタガ型TFT）を用いることもできる。
【０１０９】
図１１(a)において、1101は基板であり、ここでは基板側から光を取り出すた
め、可視光を透過する基板を用いる。具体的には、ガラス基板、石英基板、結晶
化ガラス基板もしくはプラスチック基板（プラスチックフィルムを含む）を用い
ればよい。なお、基板1101とは、表面に設けた絶縁膜も含めるものとする。
【０１１０】
基板1101の上には画素部1111および駆動回路1112が設けられている。まず、画
素部1111について説明する。
【０１１１】
画素部1111は画像表示を行う領域である。基板上には複数の画素が存在し、各
画素には有機発光素子に流れる電流を制御するためのTFT（以下、「電流制御TFT
」と記す）1102、画素電極（陽極）1103、有機化合物膜1104および陰極1105が設
けられている。なお、図１１(a)では電流制御TFTしか図示していないが、電流制
御TFTのゲートに加わる電圧を制御するためのTFT（以下、「スイッチングTFT」
と記す）を設けている。
【０１１２】
電流制御TFT1102は、ここではpチャネル型TFTを用いることが好ましい。nチャ
ネル型TFTとすることも可能であるが、図１１のように有機発光素子の陽極に電
流制御TFTを接続する場合は、pチャネル型TFTの方が消費電力を押さえることが
できる。ただし、スイッチングTFTはnチャネル型TFTでもpチャネル型TFTでもよ
い。
【０１１３】
また、電流制御TFT1102のドレインには画素電極1103が電気的に接続されてい
る。本実施例では、画素電極1103の材料として仕事関数が4.5〜5.5eVの導電性材
料を用いるため、画素電極1103は有機発光素子の陽極として機能する。画素電極
1103として代表的には、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛もしくはこれらの化
合物（ITOなど）のような、光透過性の材料を用いればよい。画素電極1103の上
には有機化合物膜1104が設けられている。
【０１１４】
さらに、有機化合物膜1104の上には陰極1105が設けられている。陰極1105の材
料としては、仕事関数が2.5〜3.5eVの導電性材料を用いることが望ましい。陰極
1105として代表的には、アルカリ金属元素もしくはアルカリ度類金属元素を含む
導電膜、アルミニウムを含む導電膜、あるいはその導電膜にアルミニウムや銀な
どを積層したもの、を用いればよい。
【０１１５】
また、画素電極1103、有機化合物膜1104、および陰極1105からなる層は、保護
膜1106で覆われている。保護膜1106は、有機発光素子を酸素および水から保護す
るために設けられている。保護膜1106の材料としては、窒化珪素、窒化酸化珪素
、酸化アルミニウム、酸化タンタル、もしくは炭素（具体的にはダイヤモンドラ
イクカーボン）を用いる。
【０１１６】
次に、駆動回路1112について説明する。駆動回路1112は画素部1111に伝送され
る信号（ゲート信号およびデータ信号）のタイミングを制御する領域であり、シ
フトレジスタ、バッファ、ラッチ、アナログスイッチ（トランスファゲート）も
しくはレベルシフタが設けられている。図１１(a)では、これらの回路の基本単
位としてnチャネル型TFT1107およびpチャネル型TFT1108からなるCMOS回路を示し
ている。
【０１１７】
なお、シフトレジスタ、バッファ、ラッチ、アナログスイッチ（トランスファ
ゲート）もしくはレベルシフタの回路構成は、公知のものでよい。また図１１で
は、同一の基板上に画素部1111および駆動回路1112を設けているが、駆動回路11
12を設けずにICやLSIを電気的に接続することもできる。
【０１１８】
また、図１１では電流制御TFT1102に画素電極（陽極）1103が電気的に接続さ
れているが、陰極が電流制御TFTに接続された構造をとることもできる。その場
合、画素電極を陰極1105と同様の材料で形成し、陰極を画素電極（陽極）1103と
同様の材料で形成すればよい。その場合、電流制御TFTはnチャネル型TFTとする
ことが好ましい。
【０１１９】
ところで、図１１(a)に示した発光装置は、画素電極1103を形成した後に配線1
109を形成する工程で作製されたものを示してあるが、この場合、画素電極1103
が表面荒れを起こす可能性がある。有機発光素子は電流駆動型の素子であるため
、画素電極1103の表面荒れにより、特性が悪くなることも考えられる。
【０１２０】
そこで、図１１(b)に示すように、配線1109を形成した後に画素電極1103を形
成する発光装置も考えられる。この場合、図１１(a)の構造に比べて、画素電極1
103からの電流の注入性が向上すると考えられる。
【０１２１】
また、図１１においては、正テーパー型の土手状構造1110によって、画素部11
11に設置されている各画素を分離している。この土手状構造を、例えば逆テーパ
ー型のような構造にすることにより、土手状構造が画素電極に接しない構造をと
ることもできる。その一例を図１２に示す。
【０１２２】
図１２では、配線を利用して分離部を兼ねた、配線および分離部1210を設けた
。図１２で示されるような配線および分離部1210の形状（ひさしのある構造）は
、配線を構成する金属と、前記金属よりもエッチレートの低い材料（例えば金属
窒化物）とを積層し、エッチングすることにより形成することができる。この形
状により、画素電極1203や配線と、陰極1205とが、ショートすることを防ぐこと
ができる。なお、図１２においては、通常のアクティブマトリクス型の発光装置
と異なり、画素上の陰極1205をストライプ状（パッシブマトリクスの陰極と同様
）にする構造になる。
【０１２３】
ここで、図１１(b)に示したアクティブマトリクス型発光装置の外観を図１３
に示す。なお、図１３(a)には上面図を示し、図１３(b)には図１３(a)をP−P'で
切断した時の断面図を示す。また、図１１の符号を引用する。
【０１２４】
図１３(a)において、1301は画素部、1302はゲート信号側駆動回路、1303はデ
ータ信号側駆動回路である。また、ゲート信号側駆動回路1302およびデータ信号
側駆動回路1303に伝送される信号は、入力配線1304を介してTAB（Tape Automate
d Bonding）テープ1305から入力される。なお、図示しないが、TABテープ1305の
代わりに、TABテープにIC（集積回路）を設けたTCP（Tape Carrier Package）を
接続してもよい。
【０１２５】
このとき、1306は図１１(b)に示した発光装置の上方に設けられるカバー材で
あり、樹脂からなるシール材1307により接着されている。カバー材1306は酸素お
よび水を透過しない材質であれば、いかなるものを用いてもよい。本実施例では
、カバー材1306は図１３(b)に示すように、プラスチック材1306aと、前記プラス
チック材1306aの表面および裏面に設けられた炭素膜（具体的にはダイヤモンド
ライクカーボン膜）1306b、1306cからなる。
【０１２６】
さらに、図１３(b)に示すように、シール材1307は樹脂からなる封止材1308で
覆われ、有機発光素子を完全に密閉空間1309に封入するようになっている。密閉
空間1309は不活性ガス（代表的には窒素ガスや希ガス）、樹脂または不活性液体
（例えばパーフルオロアルカンに代表される液状のフッ素化炭素）を充填してお
けばよい。さらに、吸湿剤や脱酸素剤を設けることも有効である。
【０１２７】
また、本実施例に示した発光装置の表示面（画像を観測する面）に偏光板をも
うけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表
示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている
。ただし、有機化合物膜から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ること
を防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【０１２８】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有
機発光素子のいずれを用いてもよい。
【実施例５】
【０１２９】
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置の例として、ア
クティブマトリクス型発光装置を例示するが、実施例４とは異なり、能動素子が
形成されている基板とは反対側から光を取り出す構造（以下、「上方出射」と記
す）の発光装置を示す。図１４にその断面図を示す。
【０１３０】
なお、能動素子としてここでは薄膜トランジスタ（以下、「TFT」と記す）を
用いているが、MOSトランジスタを用いてもよい。また、TFTとしてトップゲート
型TFT（具体的にはプレーナ型TFT）を例示するが、ボトムゲート型TFT（典型的
には逆スタガ型TFT）を用いることもできる。
【０１３１】
本実施例において、基板1401、画素部に形成された電流制御TFT1402、および
駆動回路1412に関しては、実施例４と同様の構成でよい。
【０１３２】
電流制御TFT1402のドレインに接続されている第一電極1403であるが、本実施
例では陽極として用いるため、仕事関数がより大きい導電性材料を用いることが
好ましい。その代表例として、ニッケル、パラジウム、タングステン、金、銀な
どの金属が挙げられる。本実施例では、第一電極1403は光を透過しないことが好
ましいが、それに加えて、光の反射性の高い材料を用いることがさらに好ましい
。
【０１３３】
第一電極1403の上には有機化合物膜1404が設けられている。さらに、有機化合
物膜1404の上には第二電極1405が設けられており、本実施例では陰極とする。そ
の場合、第二電極1405の材料としては、仕事関数が2.5〜3.5eVの導電性材料を用
いることが望ましい。代表的には、アルカリ金属元素もしくはアルカリ度類金属
元素を含む導電膜、アルミニウムを含む導電膜、あるいはその導電膜にアルミニ
ウムや銀などを積層したもの、を用いればよい。ただし、本実施例は上方出射で
あるため、第二電極1405が光透過性であることが大前提である。したがって、こ
れらの金属を用いる場合は、20nm程度の超薄膜であることが好ましい。
【０１３４】
また、第一電極1403、有機化合物膜1404、および第二電極1405からなる層は、
保護膜1406で覆われている。保護膜1406は、有機発光素子を酸素および水から保
護するために設けられている。本実施例では、光を透過するものであればいかな
るものを用いてもよい。
【０１３５】
なお、図１４では電流制御TFT1402に第一電極（陽極）1403が電気的に接続さ
れているが、陰極が電流制御TFTに接続された構造をとることもできる。その場
合、第一電極を陰極の材料で形成し、第二電極を陽極の材料で形成すればよい。
このとき、電流制御TFTはnチャネル型TFTとすることが好ましい。
【０１３６】
さらに、1407はカバー材であり、樹脂からなるシール材1408により接着されて
いる。カバー材1407は酸素および水を透過しない材質で、かつ、光を透過する材
質であればいかなるものを用いてもよい。本実施例ではガラスを用いる。密閉空
間1409は不活性ガス（代表的には窒素ガスや希ガス）、樹脂または不活性液体（
例えばパーフルオロアルカンに代表される液状のフッ素化炭素）を充填しておけ
ばよい。さらに、吸湿剤や脱酸素剤を設けることも有効である。
【０１３７】
なお、ゲート信号側駆動回路およびデータ信号側駆動回路に伝送される信号は
、入力配線1413を介してTAB（Tape Automated Bonding）テープ1414から入力さ
れる。なお、図示しないが、TABテープ1414の代わりに、TABテープにIC（集積回
路）を設けたTCP（Tape Carrier Package）を接続してもよい。
【０１３８】
また、本実施例に示した発光装置の表示面（画像を観測する面）に偏光板をも
うけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表
示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている
。ただし、有機化合物膜から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ること
を防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【０１３９】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有
機発光素子のいずれを用いてもよい。
【実施例６】
【０１４０】
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置の例として、パ
ッシブマトリクス型発光装置を例示する。図１５(a)にはその上面図を示し、図
１５(b)には図１５(a)をP−P'で切断した時の断面図を示す。
【０１４１】
図１５(a)において、1501は基板であり、ここではプラスチック材を用いる。
プラスチック材としては、ポリイミド、ポリアミド、アクリル樹脂、エポキシ樹
脂、PES（ポリエチレンサルファイル）、PC（ポリカーボネート）、PET（ポリエ
チレンテレフタレート）もしくはPEN（ポリエチレンナフタレート）を板状、も
しくはフィルム上にしたものが使用できる。
【０１４２】
1502は酸化導電膜からなる走査線（陽極）であり、本実施例では酸化亜鉛に酸
化ガリウムを添加した酸化物導電膜を用いる。また、1503は金属膜からなるデー
タ線（陰極）であり、本実施例ではビスマス膜を用いる。また、1504はアクリル
樹脂からなるバンクであり、データ線1503を分断するための隔壁として機能する
。走査線1502とデータ線1503は両方とも、ストライプ状に複数形成されており、
互いに直交するように設けられている。なお、図１５(a)では図示していないが
、走査線1502とデータ線1503の間には有機化合物膜が挟まれており、交差部1505
が画素となる。
【０１４３】
そして、走査線1502およびデータ線1503はTABテープ1507を介して外部の駆動
回路に接続される。なお、1508は走査線1502が集合してなる配線群を表しており
、1509はデータ線1503に接続された接続配線1506の集合からなる配線群を表す。
また、図示していないが、TABテープ1507の代わりに、TABテープにICを設けたTC
Pを接続してもよい。
【０１４４】
また、図１５(b)において、1510はシール材、1511はシール材1510によりプラ
スチック材1501に貼り合わされたカバー材である。シール材1510としては光硬化
樹脂を用いていればよく、脱ガスが少なく、吸湿性の低い材料が望ましい。カバ
ー材としては基板1501と同一の材料が好ましく、ガラス（石英ガラスを含む）も
しくはプラスチックを用いることができる。ここではプラスチック材を用いる。
【０１４５】
次に、画素領域の構造の拡大図を図１５(c)に示す。1513は有機化合物膜であ
る。なお、図１５(c)に示すように、バンク1504は下層の幅が上層の幅よりも狭
い形状になっており、データ線1503を物理的に分断できる。また、シール材1510
で囲まれた画素部1514は、樹脂からなる封止材1515により外気から遮断され、有
機化合物膜の劣化を防ぐ構造となっている。
【０１４６】
以上のような構成からなる本発明の発光装置は、画素部1514が走査線1502、デ
ータ線1503、バンク1504および有機化合物膜1513で形成されるため、非常に簡単
なプロセスで作製することができる。
【０１４７】
また、本実施例に示した発光装置の表示面（画像を観測する面）に偏光板をも
うけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表
示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている
。ただし、有機化合物膜から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ること
を防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【０１４８】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有
機発光素子のいずれを用いてもよい。
【実施例７】
【０１４９】
本実施例では、実施例６で示した発光装置にプリント配線板を設けてモジュー
ル化した例を示す。
【０１５０】
図１６(a)に示すモジュールは、基板1601（ここでは、画素部1602、配線1603a
、 1603bを含む）にTABテープ1604が取り付けられ、前記TABテープ1604を介して
プリント配線板1605が取り付けられている。
【０１５１】
ここで、プリント配線板1605の機能ブロック図を図１６(b)に示す。プリント
配線板1605の内部には少なくともI/Oポート（入力もしくは出力部）1606、 1609
、データ信号側駆動回路1607およびゲート信号側回路1608として機能するICが設
けられている。
【０１５２】
このように、基板面に画素部が形成された基板にTABテープが取り付けられ、
そのTABテープを介して駆動回路としての機能を有するプリント配線版が取り付
けられた構成のモジュールを、本明細書では特に駆動回路外付け型モジュールと
呼ぶことにする。
【０１５３】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有
機発光素子のいずれを用いてもよい。
【実施例８】
【０１５４】
本実施例では、実施例４、実施例５、もしくは実施例６に示した発光装置にプ
リント配線板を設けてモジュール化した例を示す。
【０１５５】
図１７(a)に示すモジュールは、基板1701（ここでは、画素部1702、データ信
号側駆動回路1703、ゲート信号側駆動回路1704、配線1703a、 1704aを含む）にT
ABテープ1705が取り付けられ、そのTABテープ1705を介してプリント配線板1706
が取り付けられている。プリント配線板1706の機能ブロック図を図１７(b)に示
す。
【０１５６】
図１７(b)に示すように、プリント配線板1706の内部には少なくともI/Oポート
1707、 1710、コントロール部1708として機能するICが設けられている。なお、
ここではメモリ部1709を設けてあるが、必ずしも必要ではない。またコントロー
ル部1708は、駆動回路の制御、映像データの補正などをコントロールするための
機能を有した部位である。
【０１５７】
このように、有機発光素子の形成された基板にコントローラーとしての機能を
有するプリント配線板が取り付けられた構成のモジュールを、本明細書では特に
コントローラー外付け型モジュールと呼ぶことにする。
【０１５８】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有
機発光素子のいずれを用いてもよい。
【実施例９】
【０１５９】
本実施例では、実施例３で示したような三重項発光素子を、デジタル時間階調
表示により駆動する発光装置の例を示す。本実施例の発光装置は、三重項励起状
態からの発光を利用することによって高い発光効率を達成できると同時に、デジ
タル時間階調表示により均一な像を得ることができ、非常に有用である。
【０１６０】
有機発光素子を用いた画素の、回路構成を図１８(a)に示す。Trはトランジス
タ、Csはストレージキャパシタを表す。図１８(a)中の回路構成では、ソース線
はトランジスタTr1のソース側に、ゲート線はトランジスタTr1のゲートに接続さ
れている。また、電源供給線はストレージキャパシタCs、およびトランジスタTr
2のソース側に接続されている。トランジスタTr2のドレイン側には本発明の有機
発光素子の陽極が接続されているため、有機発光素子を挟んでトランジスタTr2
の反対側は、陰極となっている。
【０１６１】
この回路においては、ゲート線が選択されると、電流がソース線からTr1に流
れ、その信号に対応する電圧がCsに蓄積される。そして、Tr2のゲートおよびソ
ース間の電圧（Vgs）により制御される電流が、Tr2および有機発光素子に流れる
ことになる。
【０１６２】
Tr1が選択されたあとは、Tr1はオフ状態となり、Csの電圧（Vgs）が保持され
る。したがって、Vgsに依存するだけの電流を流し続けることができる。
【０１６３】
このような回路を、デジタル時間階調表示により駆動するチャートを図１８(b
)に示す。すなわち、１フレームを複数のサブフレームに分割するわけだが、図
１８(b)では、１フレームを６つのサブフレーム（SF1〜SF6）に分割する６ビッ
ト階調とした。TAは書き込み時間である。この場合、それぞれのサブフレーム発
光期間の割合は、図に示したように３２：１６：８：４：２：１となる。
【０１６４】
本実施例におけるTFT基板の駆動回路の概要を図１８(c)に示す。図１８(c)中
の基板構成では、本発明の有機発光素子を各画素とした画素部に対し、図１８(a
)で示したような電源供給線および陰極が接続されている。また、シフトレジス
タは、シフトレジスタ→ラッチ１→ラッチ２→画素部の順で、画素部に接続され
ている。ラッチ１にはデジタル信号が入力され、ラッチ２に入力されるラッチパ
ルスによって画像データを画素部に送り込むことができる。
【０１６５】
ゲートドライバおよびソースドライバは同じ基板上に設けられている。本実施
例では、画素回路およびドライバは、デジタル駆動するように設計されているた
め、TFT特性のばらつきの影響を受けることなく、均一な像を得ることができる
。
【実施例１０】
【０１６６】
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子に一定の電流を流すことにより
駆動する、アクティブマトリクス型の定電流駆動回路の例を示す。その回路構成
を図２１に示す。
【０１６７】
図２１に示す画素２１１０は、信号線Ｓｉ、第１走査線Ｇｊ、第２走査線Ｐｊ
及び電源線Ｖｉを有している。また画素２１１０は、Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、
Ｔｒ４、混合接合型の有機発光素子２１１１及び保持容量２１１２を有している
。
【０１６８】
Ｔｒ３とＴｒ４のゲートは、共に第１走査線Ｇｊに接続されている。Ｔｒ３の
ソースとドレインは、一方は信号線Ｓｉに、もう一方はＴｒ２のソースに接続さ
れている。またＴｒ４のソースとドレインは、一方はＴｒ２のソースに、もう一
方はＴｒ１のゲートに接続されている。つまり、Ｔｒ３のソースとドレインのい
ずれか一方と、Ｔｒ４のソースとドレインのいずれか一方とは、接続されている
。
【０１６９】
Ｔｒ１のソースは電源線Ｖｉに、ドレインはＴｒ２のソースに接続されている
。Ｔｒ２のゲートは第２走査線Ｐｊに接続されている。そしてＴｒ２のドレイン
は有機発光素子２１１１が有する画素電極に接続されている。有機発光素子２１
１１は、画素電極と、対向電極と、画素電極と対向電極の間に設けられた有機発
光層とを有している。有機発光素子２１１１の対向電極は発光パネルの外部に設
けられた電源によって一定の電圧が与えられている。
【０１７０】
なお、Ｔｒ３とＴｒ４は、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴのどちら
でも良い。ただし、Ｔｒ３とＴｒ４の極性は同じである。また、Ｔｒ１はｎチャ
ネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴのどちらでも良い。Ｔｒ２は、ｎチャネル型
ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴのどちらでも良い。発光素子の画素電極と対向電極
は、一方が陽極であり、他方が陰極である。Ｔｒ２がｐチャネル型ＴＦＴの場合
、陽極を画素電極として用い、陰極を対向電極として用いるのが望ましい。逆に
、Ｔｒ２がｎチャネル型ＴＦＴの場合、陰極を画素電極として用い、陽極を対向
電極として用いるのが望ましい。
【０１７１】
保持容量２１１２はＴｒ１のゲートとソースとの間に形成されている。保持容
量２１１２はＴｒ１のゲートとソースの間の電圧（ＶGS）をより確実に維持する
ために設けられているが、必ずしも設ける必要はない。
【０１７２】
図２１に示した画素では、信号線Ｓｉに供給される電流を信号線駆動回路が有
する電流源において制御されている。
【０１７３】
以上のような回路構成を適用することにより、有機発光素子に一定の電流を流
して輝度を一定に保とうとする定電流駆動が可能となる。本発明で開示した混合
領域を有する有機発光素子は従来の有機発光素子に比べて寿命が長いが、上記の
ような定電流駆動を実施することでさらに長寿命化を図ることができるため、有
効である。
【実施例１１】
【０１７４】
上記実施例で述べた本発明の発光装置は、低消費電力で寿命が長いという利点
を有する。したがって、前記発光装置が表示部等として含まれる電気器具は、従
来よりも低い消費電力で動作可能であり、なおかつ長保ちする電気器具となる。
特に電源としてバッテリーを使用する携帯機器のような電気器具に関しては、低
消費電力化が便利さに直結する（電池切れが起こりにくい）ため、極めて有用で
ある。
【０１７５】
また、前記発光装置は、自発光型であることから液晶表示装置のようなバック
ライトは必要なく、有機化合物膜の厚みも１μmに満たないため、薄型軽量化が
可能である。したがって、前記発光装置が表示部等として含まれる電気器具は、
従来よりも薄型軽量な電気器具となる。このことも、特に携帯機器のような電気
器具に関して、便利さ（持ち運びの際の軽さやコンパクトさ）に直結するため、
極めて有用である。さらに、電気器具全般においても、薄型である（かさばらな
い）ことは運送面（大量輸送が可能）、設置面（部屋などのスペース確保）から
みても有用であることは疑いない。
【０１７６】
なお、前記発光装置は自発光型であるために、液晶表示装置に比べて明るい場
所での視認性に優れ、しかも視野角が広いという特徴を持つ。したがって、前記
発光装置を表示部として有する電気器具は、表示の見やすさの点でも大きなメリ
ットがある。
【０１７７】
すなわち、本発明の発光装置を用いた電気器具は、薄型軽量・高視認性といっ
た従来の有機発光素子の長所に加え、低消費電力・長寿命という特長も保有して
おり、極めて有用である。
【０１７８】
本実施例では、本発明の発光装置を表示部として含む電気器具を例示する。そ
の具体例を図１９および図２０に示す。なお、本実施例の電気器具に含まれる有
機発光素子には、本発明で開示した素子のいずれを用いてもよい。また、本実施
例の電気器具に含まれる発光装置の形態は、図１１〜図１８のいずれの形態を用
いても良い。
【０１７９】
図１９(a)は有機発光素子を用いたディスプレイであり、筐体1901a、支持台19
02a、表示部1903aを含む。本発明の発光装置を表示部1903aとして用いたディス
プレイを作製することにより、薄く軽量で、長保ちするディスプレイを実現でき
る。よって、輸送が簡便になり、設置の際の省スペースが可能となる上に、寿命
も長い。
【０１８０】
図１９(b)はビデオカメラであり、本体1901b、表示部1902b、音声入力部1903b
、操作スイッチ1904b、バッテリー1905b、受像部1906bを含む。本発明の発光装
置を表示部1902bとして用いたビデオカメラを作製することにより、消費電力が
少なく、軽量なビデオカメラを実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり
、持ち運びも簡便になる。
【０１８１】
図１９(c)はデジタルカメラであり、本体1901c、表示部1902c、接眼部1903c、
操作スイッチ1904cを含む。本発明の発光装置を表示部1902cとして用いたデジタ
ルカメラを作製することにより、消費電力が少なく、軽量なデジタルカメラを実
現できる。よって、電池の消費量が少なくなり、持ち運びも簡便になる。
【０１８２】
図１９(d)は記録媒体を備えた画像再生装置であり、本体1901d、記録媒体（CD
、LD、またはDVDなど）1902d、操作スイッチ1903d、表示部(A)1904d、表示部(B)
1905dを含む。表示部(A)1904dは主として画像情報を表示し、表示部(B)1905dは
主として文字情報を表示する。本発明の発光装置をこれら表示部(A)1904dや表示
部(B)1905dとして用いた前記画像再生装置を作製することにより、消費電力が少
なく軽量な上に、長保ちする前記画像再生装置を実現できる。なお、この記録媒
体を備えた画像再生装置には、CD再生装置、ゲーム機器なども含む。
【０１８３】
図１９(e)は携帯型（モバイル）コンピュータであり、本体1901e、表示部1902
e、受像部1903e、操作スイッチ1904e、メモリスロット1905eを含む。本発明の発
光装置を表示部1902eとして用いた携帯型コンピュータを作製することにより、
消費電力が少なく、薄型軽量な携帯型コンピュータを実現できる。よって、電池
の消費量が少なくなり、持ち運びも簡便になる。なお、この携帯型コンピュータ
はフラッシュメモリや不揮発性メモリを集積化した記録媒体に情報を記録したり
、それを再生したりすることができる。
【０１８４】
図１９(f)はパーソナルコンピュータであり、本体1901f、筐体1902f、表示部1
903f、キーボード1904fを含む。本発明の発光装置を表示部1903fとして用いたパ
ーソナルコンピュータを作製することにより、消費電力が少なく、薄型軽量なパ
ーソナルコンピュータを実現できる。特に、ノートパソコンのように持ち歩く用
途が必要な場合、電池の消費量や軽さの点で大きなメリットとなる。
【０１８５】
なお、上記電気器具はインターネットなどの電子通信回線や電波などの無線通
信を通じて配信される情報を表示することが多くなってきており、特に動画情報
を表示する機会が増えている。有機発光素子の応答速度は非常に速く、そのよう
な動画表示に好適である。
【０１８６】
次に、図２０(a)は携帯電話であり、本体2001a、音声出力部2002a、音声入力
部2003a、表示部2004a、操作スイッチ2005a、アンテナ2006aを含む。本発明の発
光装置を表示部2004aとして用いた携帯電話を作製することにより、消費電力が
少なく、薄型軽量な携帯電話を実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり
、持ち運びも楽になる上にコンパクトな本体にできる。
【０１８７】
図２０(b)は音響機器（具体的には車載用オーディオ）であり、本体2001b、表
示部2002b、操作スイッチ2003b、2004bを含む。本発明の発光装置を表示部2002b
として用いた音響機器を作製することにより、消費電力が少なく、軽量な音響機
器を実現できる。また、本実施例では車載用オーディオを例として示すが、家庭
用オーディオに用いても良い。
【０１８８】
なお、図１９〜図２０で示したような電気器具において、さらに光センサを内
蔵させ、使用環境の明るさを検知する手段を設けることで、使用環境の明るさに
応じて発光輝度を変調させるような機能を持たせることは有効である。使用者は
、使用環境の明るさに比べてコントラスト比で100〜150の明るさを確保できれば
、問題なく画像もしくは文字情報を認識できる。すなわち、使用環境が明るい場
合は画像の輝度を上げて見やすくし、使用環境が暗い場合は画像の輝度を抑えて
消費電力を抑えるといったことが可能となる。
【０１８９】
また、本発明の発光装置を光源として用いた様々な電気器具も、低消費電力で
の動作や薄型軽量化が可能であるため、非常に有用と言える。代表的には、液晶
表示装置のバックライトもしくはフロントライトといった光源、または照明機器
の光源として本発明の発光装置を含む電気器具は、低消費電力の実現や薄型軽量
化が可能である。
【０１９０】
したがって、本実施例に示した図１９〜図２０の電気器具の表示部を、全て液
晶ディスプレイにする場合においても、その液晶ディスプレイのバックライトも
しくはフロントライトとして本発明の発光装置を用いた電気器具を作製すること
により、消費電力が少なく、薄くて軽量な電気器具が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【０１９１】
【図１】有機界面の状態を表す図。
【図２】蒸着装置を示す図。
【図３】不純物層の形成を示す図。
【図４】有機発光素子の構造を示す図。
【図５】濃度プロファイルを示す図。
【図６】混合領域の状態を表す図。
【図７】有機発光素子の構造を示す図。
【図８】有機発光素子の構造を示す図。
【図９】蒸着装置を示す図。
【図１０】有機発光素子の構造を示す図。
【図１１】発光装置の断面構造を示す図。
【図１２】発光装置の断面構造を示す図。
【図１３】発光装置の上面構造および断面構造を示す図。
【図１４】発光装置の断面構造を示す図。
【図１５】発光装置の上面構造および断面構造を示す図。
【図１６】発光装置の構成を示す図。
【図１７】発光装置の構成を示す図。
【図１８】発光装置の構成を示す図。
【図１９】電気器具の具体例を示す図。
【図２０】電気器具の具体例を示す図。
【図２１】発光装置の構成を示す図。
【図２２】蒸着源の具体例を示す図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、陰極と、正孔輸送材料および電子輸送材料を含む有機化合物膜と、か
らなる有機発光素子を有する発光装置において、前記有機化合物膜は、前記陽極
から前記陰極への方向に関して順次、前記正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と
、前記正孔輸送材料と前記電子輸送材料との比率がｘ：ｙ（ただし、ｘおよびｙ
は正の定数）になるまで前記電子輸送材料の割合が徐々に増加する第一の濃度変
化領域と、前記ｘ：ｙの比率にて前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料を含
む混合領域と、前記ｘ：ｙの比率よりもさらに前記電子輸送材料の割合が徐々に
増加する第二の濃度変化領域と、前記電子輸送材料からなる電子輸送領域と、が
接続された構造であり、かつ、前記混合領域内に、発光を呈する発光材料が添加
された発光領域を設けたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
陽極と、陰極と、前記陽極に接して設けられた正孔注入領域と、正孔輸送材料
および電子輸送材料を含む有機化合物膜と、からなる有機発光素子を有する発光
装置において、前記有機化合物膜は、前記陽極から前記陰極への方向に関して順
次、前記正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、前記正孔輸送材料と前記電子輸
送材料との比率がｘ：ｙ（ただし、ｘおよびｙは正の定数）になるまで前記電子
輸送材料の割合が徐々に増加する第一の濃度変化領域と、前記ｘ：ｙの比率にて
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料を含む混合領域と、前記ｘ：ｙの比率
よりもさらに前記電子輸送材料の割合が徐々に増加する第二の濃度変化領域と、
前記電子輸送材料からなる電子輸送領域と、が接続された構造であり、かつ、前
記混合領域内に、発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設けたことを特
徴とする発光装置。
【請求項３】
陽極と、陰極と、前記陰極に接して設けられた電子注入領域と、正孔輸送材料
および電子輸送材料を含む有機化合物膜と、からなる有機発光素子を有する発光
装置において、前記有機化合物膜は、前記陽極から前記陰極への方向に関して順
次、前記正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、前記正孔輸送材料と前記電子輸
送材料との比率がｘ：ｙ（ただし、ｘおよびｙは正の定数）になるまで前記電子
輸送材料の割合が徐々に増加する第一の濃度変化領域と、前記ｘ：ｙの比率にて
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料を含む混合領域と、前記ｘ：ｙの比率
よりもさらに前記電子輸送材料の割合が徐々に増加する第二の濃度変化領域と、
前記電子輸送材料からなる電子輸送領域と、が接続された構造であり、かつ、前
記混合領域内に、発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設けたことを特
徴とする発光装置。
【請求項４】
陽極と、陰極と、前記陽極に接して設けられた正孔注入領域と、前記陰極に接
して設けられた電子注入領域と、正孔輸送材料および電子輸送材料を含む有機化
合物膜と、からなる有機発光素子を有する発光装置において、前記有機化合物膜
は、前記陽極から前記陰極への方向に関して順次、前記正孔輸送材料からなる正
孔輸送領域と、前記正孔輸送材料と前記電子輸送材料との比率がｘ：ｙ（ただし
、ｘおよびｙは正の定数）になるまで前記電子輸送材料の割合が徐々に増加する
第一の濃度変化領域と、前記ｘ：ｙの比率にて前記正孔輸送材料および前記電子
輸送材料を含む混合領域と、前記ｘ：ｙの比率よりもさらに前記電子輸送材料の
割合が徐々に増加する第二の濃度変化領域と、前記電子輸送材料からなる電子輸
送領域と、が接続された構造であり、かつ、前記混合領域内に、発光を呈する発
光材料が添加された発光領域を設けたことを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発光装置において、前記発光材
料が添加された発光領域は、前記混合領域内の一部であることを特徴とする発光
装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の発光装置において、前記正孔輸
送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道との
エネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されて
いることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
請求項５に記載の発光装置において、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材
料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッ
キング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光材料が
添加された発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記
陽極側に位置することを特徴とする発光装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の発光装置において、前記発光材
料は、三重項励起状態からの発光を呈することを特徴とする発光装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の発光装置において、前記混合領
域内に関し、前記正孔輸送材料と前記電子輸送材料との合計質量に対する前記正
孔輸送材料の質量の百分率は、１０パーセント以上９０パーセント以下であるこ
とを特徴とする発光装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の発光装置において、前記混合領
域は、１０ナノメートル以上、１００ナノメートル以下の厚さであることを特徴
とする発光装置。
【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装置を用いたことを特徴
とする電気器具。
【請求項１】
陽極と、陰極と、正孔輸送材料および電子輸送材料を含む有機化合物膜と、か
らなる有機発光素子を有する発光装置において、前記有機化合物膜は、前記陽極
から前記陰極への方向に関して順次、前記正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と
、前記正孔輸送材料と前記電子輸送材料との比率がｘ：ｙ（ただし、ｘおよびｙ
は正の定数）になるまで前記電子輸送材料の割合が徐々に増加する第一の濃度変
化領域と、前記ｘ：ｙの比率にて前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料を含
む混合領域と、前記ｘ：ｙの比率よりもさらに前記電子輸送材料の割合が徐々に
増加する第二の濃度変化領域と、前記電子輸送材料からなる電子輸送領域と、が
接続された構造であり、かつ、前記混合領域内に、発光を呈する発光材料が添加
された発光領域を設けたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
陽極と、陰極と、前記陽極に接して設けられた正孔注入領域と、正孔輸送材料
および電子輸送材料を含む有機化合物膜と、からなる有機発光素子を有する発光
装置において、前記有機化合物膜は、前記陽極から前記陰極への方向に関して順
次、前記正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、前記正孔輸送材料と前記電子輸
送材料との比率がｘ：ｙ（ただし、ｘおよびｙは正の定数）になるまで前記電子
輸送材料の割合が徐々に増加する第一の濃度変化領域と、前記ｘ：ｙの比率にて
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料を含む混合領域と、前記ｘ：ｙの比率
よりもさらに前記電子輸送材料の割合が徐々に増加する第二の濃度変化領域と、
前記電子輸送材料からなる電子輸送領域と、が接続された構造であり、かつ、前
記混合領域内に、発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設けたことを特
徴とする発光装置。
【請求項３】
陽極と、陰極と、前記陰極に接して設けられた電子注入領域と、正孔輸送材料
および電子輸送材料を含む有機化合物膜と、からなる有機発光素子を有する発光
装置において、前記有機化合物膜は、前記陽極から前記陰極への方向に関して順
次、前記正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、前記正孔輸送材料と前記電子輸
送材料との比率がｘ：ｙ（ただし、ｘおよびｙは正の定数）になるまで前記電子
輸送材料の割合が徐々に増加する第一の濃度変化領域と、前記ｘ：ｙの比率にて
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料を含む混合領域と、前記ｘ：ｙの比率
よりもさらに前記電子輸送材料の割合が徐々に増加する第二の濃度変化領域と、
前記電子輸送材料からなる電子輸送領域と、が接続された構造であり、かつ、前
記混合領域内に、発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設けたことを特
徴とする発光装置。
【請求項４】
陽極と、陰極と、前記陽極に接して設けられた正孔注入領域と、前記陰極に接
して設けられた電子注入領域と、正孔輸送材料および電子輸送材料を含む有機化
合物膜と、からなる有機発光素子を有する発光装置において、前記有機化合物膜
は、前記陽極から前記陰極への方向に関して順次、前記正孔輸送材料からなる正
孔輸送領域と、前記正孔輸送材料と前記電子輸送材料との比率がｘ：ｙ（ただし
、ｘおよびｙは正の定数）になるまで前記電子輸送材料の割合が徐々に増加する
第一の濃度変化領域と、前記ｘ：ｙの比率にて前記正孔輸送材料および前記電子
輸送材料を含む混合領域と、前記ｘ：ｙの比率よりもさらに前記電子輸送材料の
割合が徐々に増加する第二の濃度変化領域と、前記電子輸送材料からなる電子輸
送領域と、が接続された構造であり、かつ、前記混合領域内に、発光を呈する発
光材料が添加された発光領域を設けたことを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発光装置において、前記発光材
料が添加された発光領域は、前記混合領域内の一部であることを特徴とする発光
装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の発光装置において、前記正孔輸
送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道との
エネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されて
いることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
請求項５に記載の発光装置において、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材
料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッ
キング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光材料が
添加された発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記
陽極側に位置することを特徴とする発光装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の発光装置において、前記発光材
料は、三重項励起状態からの発光を呈することを特徴とする発光装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の発光装置において、前記混合領
域内に関し、前記正孔輸送材料と前記電子輸送材料との合計質量に対する前記正
孔輸送材料の質量の百分率は、１０パーセント以上９０パーセント以下であるこ
とを特徴とする発光装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の発光装置において、前記混合領
域は、１０ナノメートル以上、１００ナノメートル以下の厚さであることを特徴
とする発光装置。
【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装置を用いたことを特徴
とする電気器具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００７−２５８７４５（Ｐ２００７−２５８７４５Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４６８１５（Ｐ２００７−１４６８１５）
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【分割の表示】特願２００２−３２３７５（Ｐ２００２−３２３７５）の分割
【原出願日】平成１４年２月８日（２００２．２．８）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【分割の表示】特願２００２−３２３７５（Ｐ２００２−３２３７５）の分割
【原出願日】平成１４年２月８日（２００２．２．８）
【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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