JP2002050484A

JP2002050484A - 発光装置および電気器具

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Publication number: JP2002050484A
Application number: JP2001153113A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Kazutaka Inukai; 和隆犬飼
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2002-02-15
Anticipated expiration: 2021-05-22
Also published as: JP4683766B2

Abstract

(57)【要約】【課題】明るく低消費電力で信頼性の高い発光装置を
提供する。【解決手段】画素部２０１には電流制御ＴＦＴ１０２
に電気的に接続された三重項ＥＬ素子２０３が設けられ
ている。三重項ＥＬ素子２０３に用いた発光性材料は三
重項励起によりＥＬが得られる点に特徴があり、従来に
比べて低い動作電圧で高い発光効率を示す。従って、低
い動作電圧で動作させることで明るく、消費電力が低
く、且つ、信頼性の高い発光装置とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電極間にエレクト
ロルミネッセンス（Electro Luminescence、以下略して
ＥＬと記す）が得られる発光性材料からなる薄膜（以
下、ＥＬ膜という）を一対の電極間に挟んだ素子（以
下、ＥＬ素子という）を有する発光装置に関する。な
お、本明細書中において、一重項励起によりＥＬが得ら
れる発光性材料を用いたＥＬ素子を一重項ＥＬ素子と呼
び、三重項励起によりＥＬが得られる発光性材料を用い
たＥＬ素子を三重項ＥＬ素子と呼ぶ。

【０００２】

【従来の技術】近年、有機ＥＬ膜を発光層として用いた
ＥＬ素子の開発が進み、様々な有機ＥＬ膜を用いたＥＬ
素子が提案されている。そして、そのようなＥＬ素子を
発光素子として用いた発光装置を使ってフラットパネル
ディスプレイを実現する試みがなされている。

【０００３】ＥＬ素子を用いた発光装置には、パッシブ
マトリクス型とアクティブマトリクス型が知られてい
る。パッシブマトリクス型は、ストライプ状の陽極およ
び陰極を互いに直交するように設け、その間にＥＬ膜を
挟んだ構造からなるＥＬ素子を用いた発光装置である。
また、アクティブマトリクス型は画素ごとに半導体素子
を設け、ＥＬ素子の陽極もしくは陰極の片方を半導体素
子に接続することでＥＬ素子に流れる電流を半導体素子
で制御する方式である。

【０００４】しかしながら、パッシブマトリクス型発光
装置にしてもアクティブマトリクス型発光装置にしても
ＥＬ素子の発光性能はＥＬ膜そのものの物性に大きく影
響されるため、明るく信頼性の高いＥＬ素子の開発は、
そのまま発光性材料の開発でもあった。

【０００５】また、発光性材料としては低分子材料から
高分子材料に至るまで様々な種類のものが開発されてい
るが、常に発光効率の理論上の上限が問題となってい
た。特に内部量子効率は、一重項励起子の生成効率と三
重項励起子の生成効率が１：３で、且つ、一重項励起子
のみが発光（蛍光発光）に寄与すると考えられていた。

【０００６】そのため、例え全てのキャリア（電子と正
孔）が再結合したとしても、それが発光に寄与するのは
全体の２５％であり、素子外部への取り出し効率を２０
％と考えると全体として外部量子効率は５％となる。即
ち、消費するエネルギーのうち５％しか光として取り出
せない計算になる。

【０００７】しかし、最近になって三重項励起子を用い
た発光（燐光発光）が得られる材料が提案され、その発
光効率の高さが注目されている。三重項励起子を利用
し、外部量子効率を向上させた例として以下の報告があ
る。

【０００８】（１）T.Tsutsui, C.Adachi, S.Saito, Ph
otochemical Processes in OrganizedMolecular System
s, ed.K.Honda, (Elsevier Sci.Pub., Tokyo,1991) p.4
37. （２）M.A.Baldo, D.F.O'Brien, Y.You, A.Shoustikov,
S.Sibley, M.E.Thompson, S.R.Forrest, Nature 395
(1998) p.151. 上記論文に報告されたＥＬ材料（Ｐｔ錯体）の分子式を
以下に示す。（３）M.A.Baldo, S.Lamansky, P.E.Burrrows, M.E.Tho
mpson, S.R.Forrest, Appl.Phys.Lett.,75 (1999) p.4. （４）T.Tsutsui, M.-J.Yang, M.Yahiro, K.Nakamura,
T.Watanabe, T.tsuji, Y.Fukuda, T.Wakimoto, S.Mayag
uchi, Jpn.Appl.Phys., 38 (12B) (1999) L1502.

【０００９】上記論文に記載された発光性材料は、三重
項励起子から燐光を得ることで外部量子効率を向上させ
た例である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明では発光効率の
高いＥＬ素子を用いることにより明るく消費電力の低い
発光装置を提供することを課題とする。また、その発光
装置を用いることで明るい表示部を有し消費電力の低い
電気器具を提供することを課題とする。

【００１１】さらに、本発明の発光装置を光源（典型的
にはバックライト）として用いることで消費電力の低い
電気器具を提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の発光装置は、三
重項ＥＬ素子を半導体素子に電気的に接続して制御する
ことを特徴とする。即ち、アクティブマトリクス型の発
光装置において発光素子として三重項ＥＬ素子を用いる
点に特徴がある。なお、半導体素子としては電界効果ト
ランジスタ（Field Effect Transistor：ＦＥＴ）、好
ましくは薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：Ｔ
ＦＴ）を用いることができる。

【００１３】本発明に至るまでの過程について説明す
る。ＥＬ素子の陽極および陰極の間に電圧を加えるとＥ
Ｌ膜に対してキャリア（電子および正孔）が注入され、
再結合により発光が生じる。そのため、ＥＬ素子に流れ
た電流密度と発光輝度との間には比例関係が成り立つ。
なお、本明細書ではＥＬ素子に加える電圧をＥＬ素子の
動作電圧と呼ぶ。

【００１４】この関係を模式的に示したグラフが図３で
ある。図３はＥＬ素子に流れた電流密度とその発光輝度
との関係を示しており、３０１は従来の一重項励起を用
いたＥＬ素子（一重項ＥＬ素子）の特性、３０２は三重
項励起を用いたＥＬ素子（三重項ＥＬ素子）の特性を示
している。

【００１５】３０１に示す一重項ＥＬ素子の特性は、電
流密度の小さいうちは比例関係（直線関係）が成り立っ
ているが、電流密度が増加するにつれ傾きが小さくな
る。即ち、電流密度を増加させても、あるところから発
光輝度が増加しにくくなることがわかっている。この傾
向は３０２に示す三重項ＥＬ素子の特性の場合に顕著で
あり、電流密度の小さいうちは一重項ＥＬ素子よりも大
きい傾きで発光輝度と比例関係にあるが、電流密度が増
加すると傾きが極端に小さくなり、電流密度の増加に対
して殆ど発光輝度が変化しないといった状態となる。

【００１６】図３のグラフからは、三重項ＥＬ素子は電
流密度の小さい動作領域で発光させる分には一重項ＥＬ
素子よりも数倍大きい発光輝度を示すが、電流密度の大
きい動作領域では一重項ＥＬ素子の発光輝度と大差なく
なることがわかる。

【００１７】また、図４はＥＬ素子の動作電圧とその発
光効率との関係を示しており、４０１は一重項ＥＬ素子
の特性、４０２は三重項ＥＬ素子の特性を示している。
なお、動作電圧ａは一重項ＥＬ素子の発光効率が最も高
くなる動作電圧（８〜１２Ｖ）であり、動作電圧ｂは三
重項ＥＬ素子の発光効率が最も高くなる動作電圧（３〜
５Ｖ）である。

【００１８】このとき、図４のグラフに示されるよう
に、三重項ＥＬ素子は一重項ＥＬ素子よりも低い動作電
圧の時に最も発光効率が高くなるという特徴を有する。
即ち、三重項ＥＬ素子は、電流密度の小さい動作領域で
一重項ＥＬ素子よりも高い発光効率を示す。このことは
三重項ＥＬ素子が電流密度の小さい動作領域で一重項Ｅ
Ｌ素子よりも大きい発光輝度を示すという図３のグラフ
に矛盾しない。

【００１９】ここで図３、図４のグラフに示した三重項
ＥＬ素子の特性より図５、図６の関係を模式的に導くこ
とができる。図５に示したグラフは三重項ＥＬ素子にお
ける消費電力と発光効率の関係を示すグラフであり、消
費電力の高い動作領域（では発光効率が小さくなってし
まうことがわかる。また、図６に示したグラフは三重項
ＥＬ素子における消費電力と発光輝度の関係を示すグラ
フであり、消費電力の高い動作領域では発光輝度の増加
率が小さいことがわかる。

【００２０】以上のことから、本発明者は、三重項ＥＬ
素子は電流密度の小さい動作領域、即ち動作電圧の低い
動作領域で発光させることが望ましいと考えた。

【００２１】ここで問題となるのは、パッシブマトリク
ス型発光装置の駆動原理である。パッシブマトリクス型
発光装置の場合、選択された一画素しか発光しないた
め、１フレーム期間（通常は１／６０秒）を画素数で割
った時間が発光時間となる。即ち、画素数が多く高精細
になるほど一画素あたりの発光時間は短くなる。そのた
め、明るく高精細な画像表示を可能とするためには一画
素あたりの発光輝度を高めることになり、瞬間的に大量
の電流密度で流さなければならない。

【００２２】従って、パッシブマトリクス型発光装置に
三重項ＥＬ素子を用いた場合、図３において電流密度の
大きい動作領域、即ち図４において動作電圧ｂよりも大
きい動作電圧で発光させることになり、発光効率の小さ
い動作領域で発光させることになる。従って、明るい発
光輝度を得るためにはより多くの電流を流す必要があ
り、結果的に消費電力の増加やＥＬ膜の劣化を招くこと
になってしまう。

【００２３】以上のことから、本発明者は三重項ＥＬ素
子を発光させるにはパッシブマトリクス型発光装置は不
利であると考え、三重項ＥＬ素子に最も適しているのは
アクティブマトリクス型発光装置であることを見いだし
た。アクティブマトリクス型発光装置であれば発光時間
を半導体素子で制御できるため、三重項ＥＬ素子に流す
電流密度を大幅に抑えることができるからである。

【００２４】このように、三重項ＥＬ素子の電気的な特
性を考慮した上で、最も好適な発光装置としてアクティ
ブマトリクス型発光装置と組み合わせた点に本発明の進
歩性があると考える。

【００２５】本発明の三重項ＥＬ素子を用いたアクティ
ブマトリクス型発光装置は、ＥＬ素子の動作電圧が低い
時に高い発光効率が得られるため、発光輝度も高く明る
い画像表示が可能となる。従って、動作電圧は１０Ｖ以
下、好ましくは７．５Ｖ以下、さらに好ましくは５Ｖ以
下とすれば良い。また、材料の開発は今後もさらに発展
すると予想されるため、動作電圧は２．５〜１０Ｖにな
ると考えられる。

【００２６】また、アクティブマトリクス型発光装置で
はＥＬ素子の発光時間を長くすることができるため、パ
ッシブマトリクス型発光装置と同じ輝度（照度）を確保
するにもＥＬ素子の動作電圧を低く設定することができ
る。即ち、パッシブマトリクス型発光装置に比べて消費
電力を抑えることができる。

【００２７】一方、三重項ＥＬ素子を駆動するＴＦＴに
おいては、駆動電圧が１０Ｖ以下に低下することで、ホ
ットキャリア効果に起因する劣化が低減されるという利
点が得られる。具体的には、オン電流の劣化が少なくな
り、長期に渡って安定的にＴＦＴを動作させることが出
来るる。また、必ずしもＬＤＤなどを設けた複雑な構造
を採用する必要がなく、シングルドレイン構造としても
良いので、ＴＦＴの作製工程を簡素化することができ
る。

【００２８】この点について図７（Ａ）、（Ｂ）に模式
的に示す。図７（Ａ）において、横軸は画素部に含まれ
る画素数、縦軸は任意の画素における発光時間である。
なお、任意の画素における発光時間とは、任意の一つの
画素が発光し続ける時間であり、ここではアクティブマ
トリクス型の場合（７０１で示される）とパッシブマト
リクス型の場合（７０２で示される）とについて、同じ
発光輝度を確保するのに必要な時間を発光時間としてい
る。

【００２９】図７（Ａ）のグラフは、画素数が多くなる
（高精細になる）と同じ発光輝度を確保するために必要
な発光時間がパッシブマトリクス型とアクティブマトリ
クス型とで異なることを示している。即ち、アクティブ
マトリクス型は半導体素子により発光時間を制御できる
ため、画素数によらずほぼ同じ発光時間を確保すること
ができる。しかし、パッシブマトリクス型は画素数が増
えると発光時間が減少してしまう。

【００３０】そのため、同じ発光輝度を確保しようとす
ると、画素数と電流密度の関係は図７（Ｂ）に示すよう
になる。即ち、アクティブマトリクス型の場合（７０３
で示される）は画素数が多くなってもほぼ一定の小さい
電流密度で済むが、パッシブマトリクス型の場合（７０
４で示される）は画素数が多くなると、発光輝度を確保
するのに必要な電流密度が大幅に増加してしまう。

【００３１】このように、画素数が増えて高精細になる
と、電流密度が小さくて済むアクティブマトリクス型発
光装置の方が消費電力を抑える上で、パッシブマトリク
ス型発光装置に比べて有利となる。

【００３２】このように、三重項ＥＬ素子は動作電圧が
低い領域で最も効率の良い発光が得られるため、アクテ
ィブマトリクス型発光装置と組み合わせることで、消費
電力が小さく、且つ、明るい画像表示が可能な発光装置
を実現することができる。さらに、ＥＬ素子の動作電圧
が低いということはＥＬ素子に流す電流密度が小さくて
済むため寿命の長い（信頼性の高い）発光装置が得られ
る。

【００３３】

【発明の実施の形態】〔発明の実施の形態１〕本発明の
実施の形態について図１を用いて説明する。図１は本発
明の三重項ＥＬ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。なお、半導体素子としてここで
はＴＦＴを用いているが、一画素に含まれるＴＦＴの個
数に制限はない。

【００３４】図１において、１０１は基板であり、ここ
では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）を用いれば良
い。なお、基板１０１には、基板の表面に設けた絶縁膜
も含めるものとする。

【００３５】基板１０１の上には画素部２０１および駆
動回路２０２が設けられている。ここでまず、画素部２
０１について説明する。

【００３６】画素部部２０１は画像表示を行う領域であ
り、複数の画素を有し、各画素にはＥＬ素子に流れる電
流を制御するためのＴＦＴ（以下、電流制御ＴＦＴとい
う）１０２および三重項ＥＬ素子２０３が設けられてい
る。なお、ここでは電流制御ＴＦＴ１０２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という）
を設けている。

【００３７】また、電流制御ＴＦＴ１０２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１の構造のよ
うにＥＬ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にした方が消費電力を抑えるこ
とができる。但し、スイッチングＴＦＴ（図示せず）は
ｎチャネル型ＴＦＴでもｐチャネル型ＴＦＴでも良い。

【００３８】また、電流制御ＴＦＴ１０２のドレインに
は画素電極１０３が電気的に接続されている。ここで
は、画素電極１０３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１０３
は三重項ＥＬ素子２０３の陽極として機能する。画素電
極１０３として代表的には、酸化インジウム、酸化ス
ズ、酸化亜鉛もしくはこれらの化合物を用いれば良い。

【００３９】また、画素電極１０３の上にはＥＬ層１０
４が設けられている。なお、本明細書においてＥＬ層と
は、ＥＬ膜（発光層）に正孔注入層、正孔輸送層、正孔
阻止層、電子注入層、電子輸送層もしくは電子阻止層と
して機能する有機材料を積層した層の総称を指す。但
し、ＥＬ層にはＥＬ膜を単層で用いた場合も含むものと
する。

【００４０】本発明は発光層として三重項励起により発
光する発光性材料からなる薄膜を用いる点に特徴があ
る。そのような発光性材料としては、従来例に挙げた論
文に記載された発光性材料を用いることが可能である。
また、ＥＬ層１０４の層構造も従来例に挙げた論文に記
載された層構造を用いることができる。

【００４１】また、本発明者は、上記論文に記載された
発光性材料だけでなく、次の分子式で表される発光性材
料（具体的には金属錯体もしくは金属有機化合物）を用
いることが可能であると考えている。

【００４２】

【化３】

【００４３】

【化４】

【００４４】上記分子式において、Ｍは周期表の８〜１
０族に属する元素である。上記論文では、白金、イリジ
ウムが用いられている。しかしながら、本発明者は鉄、
ニッケル、コバルトもしくはパラジウムが好ましいと考
えている。鉄、ニッケル、コバルトおよびパラジウム
は、白金やイリジウムに比べて安価であるため、発光装
置の製造コストを低減する上で有効である。特に、ニッ
ケルは錯体を形成しやすいため、生産性も高く好まし
い。

【００４５】次、ＥＬ層１０４の上には陰極１０５が設
けられる。陰極１０５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。陰極１０５として
代表的には周期表の１族もしくは２族に属する元素を含
む導電膜を用いれば良い。

【００４６】また、画素電極１０３、ＥＬ層１０４およ
び陰極１０５からなる三重項ＥＬ素子２０３は、保護膜
１０６で覆われている。保護膜１０６は三重項ＥＬ素子
２０３を酸素および水から保護するために設けられる。
保護膜１０６の材料としては、窒化珪素膜、窒化酸化珪
素膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜もしくは炭
素膜（具体的にはダイヤモンドライクカーボン膜）を用
いる。

【００４７】次に、駆動回路２０２について説明する。
駆動回路２０２は画素部２０１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。ここでは、これらの回路の基本単位
としてｎチャネル型ＴＦＴ１０７およびｐチャネル型Ｔ
ＦＴ１０８からなるＣＭＯＳ回路を示している。

【００４８】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良い。また、図
１では同一の基板上に画素部２０１および駆動回路２０
２を設けているが、駆動回路２０２を設けずにＩＣやＬ
ＳＩを電気的に接続することも可能である。

【００４９】また、図１に示したアクティブマトリクス
発光装置では、ＴＦＴの例としてトップゲート型ＴＦＴ
（具体的にはプレーナ型ＴＦＴ）を挙げているが、ボト
ムゲート型ＴＦＴ（典型的には逆スタガ型ＴＦＴ）を用
いても良い。

【００５０】また、ここでは電流制御ＴＦＴ１０２に三
重項ＥＬ素子２０３の陽極が電気的に接続されている
が、三重項ＥＬ素子の陰極が電流制御ＴＦＴに電気的に
接続された構造とすることもできる。その場合、画素電
極を陰極１０５で用いた材料で形成し、陰極を画素電極
１０３で用いた材料で形成すれば良い。また、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。

【００５１】ここで、図１に示したアクティブマトリク
ス型発光装置の全体の構造を図２に示す。なお、図２
（Ａ）には上面図を示し、図２（Ｂ）には図２（Ａ）を
Ａ−Ａ’で切断した時の断面図を示す。また、図１の符
号を引用する。

【００５２】図２（Ａ）において、２１１は画素部、２
１２はゲート側駆動回路、２１３はデータ側駆動回路で
ある。また、ゲート側駆動回路２１２およびデータ側駆
動回路２１３に伝送される信号は入力配線２１４を介し
てＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）２１５か
ら入力される。

【００５３】このとき、２１６は図１に示した三重項Ｅ
Ｌ素子２０３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２１７により接着されている。カバー
材２１６は酸素および水を透過しない材質であれば如何
なるものを用いても良い。ここではカバー材２１６は、
図２（Ｂ）に示すようにプラスチック材２１６a、該プ
ラスチック材２１６a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）２１
６b、２１６cからなる。

【００５４】さらに、図２（Ｂ）に示すように、シール
材２１７は樹脂からなる封止材２１８で覆われ、三重項
ＥＬ素子２０３を完全に密閉空間２１９に封入するよう
になっている。このとき、密閉空間２１９は不活性ガス
（代表的には窒素ガスもしくは希ガス）、樹脂または不
活性液体（代表的には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）を充填しておけば良い。さら
に、吸湿剤もしくは脱酸素剤を設けることも有効であ
る。

【００５５】本発明の実施の形態に示したアクティブマ
トリクス型発光装置は、発光素子として三重項ＥＬ素子
を用いることで、消費電力が小さく明るい画像表示が可
能であるという特徴を持つ。また、三重項ＥＬ素子は必
要な動作電圧が低いため、ＥＬ膜の寿命が長く、信頼性
が高いという特徴も持つ。

【００５６】〔発明の実施の形態２〕本発明の実施の形
態では、本発明の三重項ＥＬ素子を用いたアクティブマ
トリクス型発光装置をデジタル駆動により動作させる場
合について説明する。なお、デジタル駆動とは、デジタ
ル信号を用いて画像表示を行う駆動方法である。

【００５７】また、ここでは階調表示を行う手法として
時分割法（時間分割法）を用いた例を示す。時分割法と
は、発光時間の組み合わせにより視覚的に複数の階調表
示を可能とする手法である。

【００５８】ここでデジタル駆動を行うにあたって、本
発明の実施の形態では図８（Ａ）に示す回路構成のアク
ティブマトリクス型発光装置とする。図８（Ａ）におい
て、８０１は画素部、８０２はデータ側駆動回路、８０
３はゲート側駆動回路であり、データ側駆動回路８０２
にはシフトレジスタ８０２a、１段目のラッチ８０２b、
２段目のラッチ８０２cが含まれる。

【００５９】また、画素部８０１には複数の画素８０４
が形成されている。図８（Ｂ）は画素８０４の拡大図で
あり、８０５はゲート配線、８０６はデータ配線、８０
７はスイッチングＴＦＴ、８０８は電流制御ＴＦＴ、８
０９は三重項ＥＬ素子、８１０はコンデンサ、８１１は
電流供給線である。なお、スイッチングＴＦＴ８０７お
よび電流制御ＴＦＴ８０８は、ソース領域とドレイン領
域との間に複数のチャネル形成領域を有したマルチゲー
ト構造としても良い。特に、オフ電流（ＴＦＴがオフ状
態の時に流れるドレイン電流）を抑制する上で、スイッ
チングＴＦＴ８０７をマルチゲート構造とすることは有
効である。

【００６０】上記構造の画素においては、データ配線８
０６に伝送されたデータ信号は、スイッチングＴＦＴ８
０７のゲートが開いた時にコンデンサ８１０にチャージ
される。また、このデータ信号は電流制御ＴＦＴ８０８
のゲートに加わり、電流制御ＴＦＴ８０８のゲートが開
くと電流供給線８１１に伝送された信号がＥＬ素子８０
９に加わる。こうしてＥＬ素子８０９に所定の電圧が加
わり発光する。

【００６１】次に、時分割法により階調表示を行う例に
ついて説明する。なお、ここでは８ビットのデジタル駆
動方式により２５６階調（１６７７万色）のフルカラー
表示を行う場合について説明する。

【００６２】まず、画像１フレームを８つのフィールド
に分割する。なお、表示領域の全画素にデータを入力す
る１周期を１フレームと呼び、通常のＥＬディスプレイ
では発振周波数は６０Ｈｚ、即ち１秒間に６０フレーム
が形成される。また、１フレームをさらに複数に分割し
たフレームをフィールドと呼ぶ。

【００６３】１つのフィールドはアドレス期間（Ｔa）
とサステイン期間（Ｔs）とに分けられる。アドレス期
間とは、１フィールド期間中、全画素にデータを入力す
るのに要する時間全体であり、サステイン期間（点灯期
間と言っても良い）とは、ＥＬ素子を発光させている期
間を示している。

【００６４】ここで１つ目のフィールドをＦ１と呼び、
以下２つ目のフィールドから８つ目のフィールドまでを
Ｆ２〜Ｆ８と呼ぶ。また、アドレス期間（Ｔa）はＦ１
〜Ｆ８まで一定である。一方、Ｆ１〜Ｆ８のサステイン
期間（Ｔs）をそれぞれＴs1〜Ｔs8とする。

【００６５】この時、Ｔs1：Ｔs2：Ｔs3：Ｔs4：Ｔs5：
Ｔs6：Ｔs7：Ｔs8＝１：１／２：１／４：１／８：１／
１６：１／３２：１／６４：１／１２８となるようにサ
ステイン期間を設定する。但し、Ｆ１〜Ｆ８を出現させ
る順序はどのようにしても良い。このサステイン期間の
組み合わせで２５６階調のうち所望の階調表示を行うこ
とができる。

【００６６】まず、ＥＬ素子のＴＦＴに接続されていな
い側の電極に電圧を加えない（選択しない）状態として
おき、ＥＬ素子を発光させずに各画素にデータ信号を入
力していく。この期間がアドレス期間となる。そして、
全ての画素にデータが入力されてアドレス期間が終了し
たら、上記電極に電圧を加えて（選択して）一斉にＥＬ
素子を発光させる。この期間がサステイン期間となる。
また、発光させる（画素を点灯させる）期間はＴs1〜Ｔ
s8までのいずれかの期間である。ここではＴs8の期間、
所定の画素を点灯させたとする。

【００６７】次に、再びアドレス期間に入り、全画素に
データ信号を入力したらサステイン期間に入る。このと
きはＴs1〜Ｔs7のいずれかの期間がサステイン期間とな
る。ここではＴs7の期間、所定の画素を点灯させたとす
る。

【００６８】以下、残りの６つのフィールドについて同
様の動作を繰り返し、順次Ｔs6、Ｔs5…Ｔs1とサステイ
ン期間を設定し、それぞれのフィールドで所定の画素を
点灯させたとする。

【００６９】８つのフィールドが出現したら１フレーム
を終えたことになる。このとき、サステイン期間の積算
によってその画素の階調を制御する。例えば、Ｔs1とＴ
s2を選択した場合には全灯を１００％としたうちの７５
％の輝度を表現でき、Ｔs3とＴs5とＴs8を選択した場合
には１６％の輝度を表現できる。

【００７０】なお、以上は２５６階調の場合について説
明したが、他の階調表示を行うことも可能である。次
に、ｎビットの階調表示を行う場合について図９を参照
して説明する。

【００７１】ｎビット（ｎは２以上の整数）の階調（２
ⁿ階調）の表示を行う場合には、まず１フレームをｎビ
ットの階調に対応させてｎ個のフィールド（Ｆ1、Ｆ2、
Ｆ3…Ｆ(n-1)、Ｆ(n)と表す）に分割する。階調が多く
なるにつれて１フレームの分割数も増え、駆動回路を高
い周波数で駆動しなければならない。

【００７２】さらに、これらｎ個の各フィールドはアド
レス期間（Ｔa）及びサステイン期間（Ｔs）に分離され
る。即ち、全てのＥＬ素子に共通な電極（ＴＦＴに接続
されていない側の電極）に対して電圧を加えるか加えな
いかを選択することによってアドレス期間とサステイン
期間を選択する。

【００７３】そして、ｎ個の各フィールドのサステイン
期間（但し、Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3…Ｆ(n-1)、Ｆ(n)に対応す
るサステイン期間を各々Ｔs1、Ｔs2、Ｔs3…Ｔs(n-1)、
Ｔs(n)と表す）をＴs1：Ｔs2：Ｔs3：…：Ｔs(n-1)：Ｔ
s(n)＝２⁰：２^-1：２^-2：…：２^-(n-2)：２^-(n-1)とな
るように処理する。

【００７４】この状態で、任意の１フィールドでは順次
画素が選択され（厳密には各画素のスイッチング用ＴＦ
Ｔが選択され）、電流制御用ＴＦＴのゲートに所定のゲ
ート電圧（データ信号に対応する）が加わる。このと
き、電流制御用ＴＦＴが導通状態になるようなデータ信
号が入力された画素のＥＬ素子は、アドレス期間終了
後、そのフィールドに割り当てられたサステイン期間だ
け発光する、即ち所定の画素が点灯する。

【００７５】この動作をｎ個のフィールド全てにおいて
繰り返し、そのサステイン期間の積算によって各画素の
階調が制御される。従って、任意の一画素に注目する
と、その画素が各フィールドでどれだけの期間点灯した
か（どれだけのサステイン期間を経由したか）によっ
て、その一画素の階調が制御される。

【００７６】以上のような手法により時分割階調表示が
可能となる。時分割法により階調表示を行うにはデジタ
ル駆動が望ましい。また、ＥＬ素子は電気信号に対する
応答性が高いため、時分割法を用いる上で有利である。

【００７７】但し、本発明は上記駆動方法に限定される
ものではなく、アナログ駆動（アナログ信号を用いた駆
動方法）を用いても良いし、時分割法だけなく、面積分
割法（面積階調とも呼ばれる）を用いて階調表示を行っ
ても良い。アナログ駆動の場合は、アナログ信号による
電圧階調法を用いても良い。

【００７８】また、本発明の実施の形態に示す駆動方法
を、「発明の実施の形態１」に示した発光装置の駆動方
法として用いることは可能である。

【００７９】〔発明の実施の形態３〕本発明の実施の形
態では、一画素に三つの半導体素子を設けた画素構造を
有するアクティブマトリクス型発光装置に本発明を用い
た例を図１０に示す。

【００８０】図１０において、１００１はスイッチング
ＴＦＴ１００２のソース配線、１００３はスイッチング
ＴＦＴ１００２のゲート配線、１００４は電流制御ＴＦ
Ｔ、１００５はコンデンサ（省略することも可能）、１
００６は電流供給線、１００７は消去ＴＦＴ、１００８
は消去ゲート配線、１００９は三重項ＥＬ素子である。
なお、消去ＴＦＴ１００７の動作や画素構成については
特願平１１−３３８７８６号を引用することができる。

【００８１】消去ＴＦＴ１００７のドレインは電流制御
ＴＦＴ１００４のゲートに接続され、電流制御ＴＦＴ１
００４のゲート電圧を強制的に変化させることができる
ようになっている。なお、消去ＴＦＴ１００７はｎチャ
ネル型ＴＦＴとしてもｐチャネル型ＴＦＴとしても良い
が、オフ電流を小さくできるようにスイッチングＴＦＴ
１００２と同一構造とすることが好ましい。

【００８２】また、図１０は、二つの画素間で電流供給
線１００６を共通としている点にも特徴がある。即ち、
二つの画素が電流供給線１００６を中心に線対称となる
ように形成されている。この場合、電流供給線の本数を
減らすことができるため、画素部をさらに高精細化する
ことができる。

【００８３】なお、本発明の実施の形態は、「発明の実
施の形態１」もしくは「発明の実施の形態２」と組み合
わせて実施することが可能である。

【００８４】〔発明の実施の形態４〕本発明の実施の形
態では、一画素に四つの半導体素子を設けた画素構造を
有するアクティブマトリクス型発光装置に本発明を用い
た例を図１１に示す。

【００８５】図１１において、１１０１は第１スイッチ
ングＴＦＴ１１０２のソース配線、１１０３は第１スイ
ッチングＴＦＴ１１０２に直列に接続された（ドレイン
に接続された）第２スイッチング用ＴＦＴである。ま
た、１１０４はスイッチングＴＦＴ１１０２のゲートに
接続された（ｉ＋１）番目のゲート配線、１１０５はス
イッチングＴＦＴ１１０３のゲートに接続されたｉ番目
のゲート配線である。

【００８６】また、１１０６は消去ＴＦＴであり、消去
ＴＦＴ１１０６のソースは電流供給線１１０７に接続さ
れ、電流制御ＴＦＴ１１０８のゲートおよび第２スイッ
チングＴＦＴ１１０３のドレインに接続されている。な
お、消去ＴＦＴ１１０６のゲートは（ｉ−１）番目のゲ
ート配線１１０９に接続されている。また、電流制御Ｔ
ＦＴ１１０８のソースは電流供給線１１０７に接続さ
れ、ドレインは三重項ＥＬ素子１１１０に接続されてい
る。

【００８７】このとき、消去ＴＦＴ１１０６のドレイン
は電流制御ＴＦＴ１１０８のゲートに接続され、電流制
御ＴＦＴ１１０８のゲート電圧を強制的に変化させるこ
とができるようになっている。なお、消去ＴＦＴ１１０
６はｎチャネル型ＴＦＴとしてもｐチャネル型ＴＦＴと
しても良い。

【００８８】「発明の実施の形態３」に示した特願平１
１−３３８７８６号の画素構造と異なる点は、スイッチ
ングＴＦＴが第１スイッチングＴＦＴ１１０２と第２ス
イッチングＴＦＴ１１０３の二つに分けられ、第１スイ
ッチングＴＦＴ１１０２のゲートが隣接する次の行のゲ
ート配線、即ち（ｉ＋１）番目のゲート配線に接続され
ている点と、消去ＴＦＴ１１０６のゲートが隣接する前
の行のゲート配線、即ち（ｉ−１）番目のゲート配線に
接続されている点である。

【００８９】図１１の画素構造とした場合、（ｉ−１）
番目のゲート配線、ｉ番目のゲート配線および（ｉ＋
１）番目のゲート配線に入力するゲート信号の工夫によ
り特願平１１−３３８７８６号に記載された画素構造と
同様の効果が得られる。ここで画素にデータ信号を書き
込む際のゲート信号のタイミングチャートを図１２
（Ａ）に、画素からデータ信号を消去する際のゲート信
号のタイミングチャートを図１２（Ｂ）に示す。

【００９０】本発明の実施の形態によれば、図１０に示
した消去ゲート配線１１０８を省略することができるた
め、画素の有効発光領域が増やせる点と、消去ゲート配
線１００８を駆動するための駆動回路を省略することが
できるため、製造歩留まりが向上する点が効果として期
待できる。

【００９１】なお、本発明の実施の形態は、「発明の実
施の形態１」もしくは「発明の実施の形態２」と組み合
わせて実施することが可能である。

【００９２】〔発明の実施の形態５〕本発明の発光装置
は画素内にいくつのＴＦＴを設けた構造としても良い。
「発明の実施の形態３」では三つ、「発明の実施の形態
４」では四つのＴＦＴを設けた例を示しているが、さら
に複数のＴＦＴを設けた画素構造としても構わない。

【００９３】なお、本発明の実施の形態は、「発明の実
施の形態１」もしくは「発明の実施の形態２」と組み合
わせて実施することが可能である。

【００９４】〔発明の実施の形態６〕本発明の発光装置
は、明るく低消費電力であり、さらに信頼性が高いとい
う利点を有するため、様々な電気器具の光源として用い
ることが可能である。

【００９５】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して用いる光源または照明機
器の光源として用いることができる。

【００９６】なお、本発明の実施の形態は、「発明の実
施の形態１」〜「発明の実施の形態５」のいずれの構成
と組み合わせても実施することが可能である。

【００９７】

【実施例】〔実施例１〕本実施例において、三重項ＥＬ
素子を用いたアクティブマトリクス型発光装置の一例を
図１５を用いて説明する。図１５において示すアクティ
ブマトリクス型発光装置は、同一基板上に画素部５８５
と当該画素部に信号を出力する駆動回路５８４が形成さ
れている。画素部５８５にはスイッチング用ＴＦＴ５８
２と駆動用ＴＦＴ５８３が設けられ、駆動回路５８４に
はｐチャネル型ＴＦＴ５８０、ｎチャネル型ＴＦＴ５８
１が設けられている。

【００９８】画素部５８５において、スイッチング用Ｔ
ＦＴ５８２の半導体層にはｎ型不純物領域としてソース
領域５６０及びドレイン領域５６１、５６８とＬＤＤ領
域５６２〜５６５を有している。このＴＦＴはマルチゲ
ート構造であり、ゲート絶縁膜５１０上のゲート電極５
１３により、チャネル形成領域５６６、５６７が形成さ
れる。また、ＬＤＤ領域５６２〜５６５はゲート電極５
１３と重ならない位置に設けられ、このＴＦＴのオフ電
流を低減させることを目的とした構造としている。

【００９９】駆動回路５８４のｎチャネル型ＴＦＴ５８
１にはソース領域５９１、ドレイン領域５９２、チャネ
ル形成領域５９４及びドレイン領域５９２側にＬＤＤ領
域５９３が形成されている。ＬＤＤ領域５９３はゲート
電極５１２と重なる位置に設け、ホットキャリア効果に
よる劣化を抑制する構成としている。このｎチャネル型
ＴＦＴ５８１はオフ電流をあまり気にする必要はなく、
むしろ動作速度を重視した設計としている。また、電流
駆動能力を高めるため、ＬＤＤ領域５９３はゲート電極
５１２と完全に重ねてしまい、極力直列抵抗損失を抑え
る配慮がなされている。一方、ｐチャネル型ＴＦＴ５８
０はホットキャリア効果による劣化は殆ど無視できるの
で、ＬＤＤ領域は特別に設ける必要はなくシングルドレ
イン構造としている。

【０１００】三重項ＥＬ素子は、５０ｎｍの窒化シリコ
ン膜５６１と、１０００ｎｍのアクリル５６２の積層構
造から成る層間絶縁膜上に形成する。窒化シリコン膜は
外部から半導体層にイオン性不純物が混入するのを防止
するために用いている。アクリルは平坦化するために用
い、その他、ポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾ
シクロブテン）などの熱硬化型又は光硬化型の有機樹脂
材料でも代用できる。アクリルなどの有機樹脂膜は吸湿
性があるので、その表面をプラズマ処理により改質して
緻密化させておくことが望ましい。また、この処理によ
りＥＬ素子の陰極材料として用いるリチウムなどのアル
カリ金属材料が半導体層に拡散するのを防ぐ効果を期待
できる。

【０１０１】三重項ＥＬ素子の陽極５５５は酸化インジ
ウム・スズ（ＩＴＯ）で形成する。陽極５５５は駆動用
ＴＦＴ５８３のドレイン配線５４４と接続する。隣接す
る画素間を分離するバンク５５６は、感光性アクリルを
陽極５５５及びアクリル５６２上に形成し、陽極５５５
の位置に合わせて開口を形成することにより形成する。
このバンク５５６は陽極５５５の端部を覆い、側面の傾
斜角を３０度以上、好ましくは４５度の角度をもって形
成する。また、バンク５５６は、陽極５５５と駆動用Ｔ
ＦＴ５８３のドレイン配線５４４とが接続されている部
分の上に設けることで、コンタクトホールの部分におい
て生じる段差によるＥＬ層５５７の発光不良を防ぐこと
ができる。なおバンク５５６を形成している樹脂材料に
顔料等を混ぜ、バンク５５６を光遮蔽膜として併用する
こともできる。

【０１０２】そして、「発明の実施の形態１」で示すよ
うな三重項励起により発光する発光性材料を含むＥＬ層
５５７及び陰極（ＭｇＡｇまたはＡｌＬｉ電極）５５８
を、真空蒸着法を用いて形成する。この二つの層は大気
開放せずに連続して形成することが望ましい。なお、Ｅ
Ｌ層５５７の膜厚は８００〜２００ｎｍ（典型的には１
００〜１２０ｎｍ）、陰極５５８の厚さは１８０〜３０
０ｎｍ（典型的には２００〜２５０ｎｍ）とすれば良
い。なお、本実施例では一画素分しか図示しないが、こ
のとき同時に赤色に発光するＥＬ層、緑色に発光するＥ
Ｌ層及び青色に発光するＥＬ層が形成される。

【０１０３】なお、本実施例ではＥＬ層５５７を発光層
のみからなる単層構造としても良いし、発光層の他に正
孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層等を設
けても良い。このように組み合わせは既に様々な例が報
告されており、そのいずれの構成を用いても構わない。

【０１０４】さらに、陰極５５７を形成した後、パッシ
ベーション膜５５９としてＤＬＣ（ダイヤモンドライク
カーボン）や窒化シリコン膜を形成する。

【０１０５】図１５で示すアクティブマトリクス型発光
装置は、さらに外気に曝されないように気密性が高く、
脱ガスの少ない保護フィルム（ラミネートフィルム、紫
外線硬化樹脂フィルム等）や透光性のシーリング材でパ
ッケージング（封入）する。その際、シーリング材の内
部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料（例えば
酸化バリウム）を配置したりするとＥＬ素子の信頼性が
向上する。

【０１０６】また、パッケージング等の処理により気密
性を高めたら、基板上に形成された素子又は回路から引
き回された端子と外部信号端子とを接続するためのコネ
クター（フレキシブルプリントサーキット：ＦＰＣ）を
取り付けて製品として完成する。このような出荷できる
までした状態を本明細書中ではＥＬディスプレイ（ＥＬ
モジュール）という。

【０１０７】〔実施例２〕図１６はアクティブマトリク
ス型発光装置の画素の回路図の一例を示す。１１０７は
スイッチング用ＴＦＴ、１１０８は駆動用ＴＦＴ、１１
０９は消去用ＴＦＴ、１１１０はＥＬ素子、１１１１は
対向電源、１１１２はコンデンサである。駆動用ＴＦＴ
１１０８は２つの駆動用ＴＦＴ（第１のＥＬ駆動用ＴＦ
Ｔと第２のＥＬ駆動用ＴＦＴ）が並列に接続されたもの
である。本明細書において、第１の駆動用ＴＦＴと第２
の駆動用ＴＦＴとを合わせて駆動用ＴＦＴと呼ぶ。

【０１０８】スイッチング用ＴＦＴ１１１０７のゲート
電極は、書き込み用ゲート信号線Ｇａ（Ｇａ１〜Ｇａｙ
のいずれか１つ）に接続されている。スイッチング用Ｔ
ＦＴ１１０７のソース領域とドレイン領域は、一方がソ
ース信号線Ｓ（Ｓ１〜Ｓｘのいずれか１つ）に接続され
ており、もう一方が駆動用ＴＦＴ１１０８のゲート電
極、各画素が有するコンデンサ１１１２及び消去用ＴＦ
Ｔ１１０９のソース領域又はドレイン領域に接続されて
いる。

【０１０９】コンデンサ１１１２はスイッチング用ＴＦ
Ｔ１１０７が非選択状態（オフの状態）にある時、駆動
用ＴＦＴ１１０８のゲート電圧を保持するために設けら
れている。なお本実施例ではコンデンサ１１１２を設け
る構成を示したが、本発明はこの構成に限定されず、コ
ンデンサ１１１２を設けない構成にしても良い。

【０１１０】また、駆動用ＴＦＴ１０８のソース領域
は、一方が電源供給線Ｖ（Ｖ１〜Ｖｘのいずれか１つ）
に接続され、ドレイン領域はＥＬ素子１１０に接続され
る。電源供給線Ｖはコンデンサ１１２に接続されてい
る。

【０１１１】また消去用ＴＦＴ１０９のソース領域とド
レイン領域のうち、駆動用ＴＦＴ１０８のゲート電極に
接続されていない方は、電源供給線Ｖに接続されてい
る。そして消去用ＴＦＴ１０９のゲート電極は、消去用
ゲート信号線Ｇｅ（Ｇｅ１〜Ｇｅｙのいずれか１つ）に
接続されている。

【０１１２】ＥＬ素子１１０は陽極と陰極と、陽極と陰
極との間に設けられたＥＬ層とからなる。陽極が駆動用
ＴＦＴ１０８のドレイン領域と接続している場合、陽極
が画素電極、陰極が対向電極となる。逆に陰極が駆動用
ＴＦＴ１０８のドレイン領域と接続している場合、陰極
が画素電極、陽極が対向電極となる。

【０１１３】ＥＬ素子１１０の対向電極は、画素部１０
１を有する基板の外部に設けられた対向電源１１１に接
続されており、常に対向電位が与えられている。また電
源供給線Ｖは画素部１０１を有する基板の外部に設けら
れた電源（図示せず）に接続されており、常に電源電位
が与えられている。そして対向電位と電源電位は、電源
電位が画素電極に与えられたときにＥＬ素子が発光する
程度の電位差に常に保たれている。

【０１１４】三重項ＥＬ素子を用いたＥＬディスプレイ
は、画素部の面積あたりの発光量が２００ｃｄ／ｍ²の
場合、画素部の面積あたりの電流が０．５〜１ｍＡ／ｃ
ｍ²か程度で済む。そのため画素部のサイズが大きくな
っても、ＩＣ等に設けられた電源から電源供給線に与え
られる電位をスイッチで制御することができる。また、
本発明においては、電源電位と対向電位は常に一定に保
たれており、ＩＣに設けられた電源から与えられる電位
の高さをスイッチで制御する必要がないので、より大き
な画面サイズのパネルの実現に有用である。

【０１１５】スイッチング用ＴＦＴ１０７、駆動用ＴＦ
Ｔ１０８、消去用ＴＦＴ１０９は、ｎチャネル型ＴＦＴ
でもｐチャネル型ＴＦＴでもどちらでも用いることがで
きる。ただし、第１の駆動用ＴＦＴと第２の駆動用ＴＦ
Ｔは同じ極性を有していることが必要である。そして、
ＥＬ素子１１０の陽極が画素電極で陰極が対向電極の場
合、駆動用ＴＦＴ１０８はｐチャネル型ＴＦＴであるこ
とが好ましい。また逆にＥＬ素子１１０の陽極が対向電
極で陰極が画素電極の場合、駆動用ＴＦＴ１０８はｎチ
ャネル型ＴＦＴであることが好ましい。

【０１１６】またスイッチング用ＴＦＴ１０７、駆動用
ＴＦＴ１０８、消去用ＴＦＴ１０９は、シングルゲート
構造ではなく、ダブルゲート又はトリプルゲート構造な
どのマルチゲート構造を有していても良い。

【０１１７】図１６に示したＥＬディスプレイの画素の
上面図を図１６を用いて説明する。図１６と図１７では
共通の符号を用いている。

【０１１８】図１６において、ソース信号線（Ｓ）と、
電源供給線（Ｖ）と、書き込み用ゲート信号線（Ｇａ）
と、消去用ゲート信号線（Ｇｅ）とをそれぞれ１つづつ
有する領域１１０５が画素である。画素１１０５はスイ
ッチング用ＴＦＴ１１０７と、駆動用ＴＦＴ１１０８
と、消去用ＴＦＴ１１０９とを有している。駆動用ＴＦ
Ｔ１１０８は第１及び第２の駆動用ＴＦＴを有してお
り、第１及び第２のＥＬ駆動用ＴＦＴは並列に接続して
いる。

【０１１９】スイッチング用ＴＦＴ１１０７は、半導体
層１１０７ａと、書き込み用ゲート信号線（Ｇａ）の一
部であるゲート電極１１０７ｂとを有している。駆動用
ＴＦＴ１１０８は、半導体層１１０８ａと、ゲート配線
１１２１の一部であるゲート電極１１０８ｂとを有して
いる。消去用ＴＦＴ１１０９は、半導体層１１０９ａ
と、書き込み用ゲート信号線（Ｇｅ）の一部であるゲー
ト電極１１０９ｂとを有している。

【０１２０】スイッチング用ＴＦＴ１１０７の半導体層
１１０７ａが有するソース領域とドレイン領域は、いず
れか一方はソース信号線に、もう一方は接続配線１１１
３を介してゲート配線１１２１に接続されている。な
お、１１１３はソース信号線（Ｓ）に入力される信号の
電位によってソース配線又はドレイン配線と呼ぶ。

【０１２１】消去用ＴＦＴ１１０９の半導体層１１０９
ａが有するソース領域とドレイン領域は、いずれか一方
はソース信号線に、もう一方は接続配線１１１５を介し
てゲート配線１２１に接続されている。なお１１１３は
電源供給線（Ｖ）の電源電位によって、ソース配線又は
ドレイン配線と呼ぶ。

【０１２２】駆動用ＴＦＴ１１０８の半導体層１１０８
ａが有するソース領域とドレイン領域は、それぞれ電源
供給線（Ｖ）とドレイン配線１１１４に接続されてい
る。ドレイン配線１１１４は陽極１１１７に接続されて
いる。

【０１２３】容量配線１１１６は半導体膜で形成されて
いる。コンデンサ１１１２は、電源供給線（Ｖ）と電気
的に接続された容量配線１１１６、ゲート絶縁膜と同一
層の絶縁膜（図示せず）及びゲート配線１１２１との間
で形成される。また、ゲート配線１１２１、第１層間絶
縁膜と同一の層（図示せず）及び電源供給線（Ｖ）で形
成される容量もコンデンサとして用いることが可能であ
る。

【０１２４】なお陽極１１１７上には有機樹脂膜をエッ
チングすることで開口部１１３１を設けたバンクが形成
されている。そして図示しないが、画素電極１１１７上
にＥＬ層と対向電極が順に積層される。陽極１１０５と
ＥＬ層とはバンクの開口部１１３１において接してお
り、ＥＬ層は対向電極と画素電極とに接して挟まれてい
る部分のみ発光する。

【０１２５】なお、本発明のＥＬディスプレイの画素部
の構成は、図１６に示した構成に限定されない。

【０１２６】〔実施例３〕一重項ＥＬ素子に対する三重
項ＥＬ素子の優位性は、低電圧で高い輝度が得られる点
にある。ここでは、アクティブマトリクス型発光装置に
適用することのできるＥＬ素子の一試作例をしめす。

【０１２７】三重項ＥＬ素子として陽極としてＩＴＯ上
に銅フタロシアニン（以下、ＣｕＰｃと記す）、芳香族
アミン系材料である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）、４，４'−ビス−
［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニ
ル（以下、α−ＮＰＤと記す）、４，４'−Ｎ，Ｎ'−ジ
カルバゾ−ル−ビフェニル（以下、ＣＢＰと記す）にト
リス−（２−フェニルピジリン）にイリジウム（以下、
Ｉｒ(ｐｐｙ)₃と記す）を添加したもの、バソキュプロ
イン（以下、ＢＣＰと記す）、オキシンのアルミニウム
錯体（以下、Ａｌｑ₃と記す）を順次積層した試料を作
製した。Ｉｒ（ｐｐｙ）₃を添加したＣＢＰは三重項励
起状態からの発光（燐光）が得られる有機化合物であ
る。

【０１２８】比較例として、ＩＴＯで形成される陽極上
に、ＣｕＰｃで形成される正孔注入層、ｍＴＤＡＴＡ及
びα−ＮＰＤで形成される正孔輸送層、Ａｌｑ₃で形成
される電子注入層兼発光層を形成した一重項ＥＬ素子を
形成した。

【０１２９】図１８は電流密度対発光輝度の特性を示す
グラフである。三重項ＥＬ素子は、低電流密度から高い
発光輝度が得られ、同じ電流密度で比較すると５〜１０
倍高い輝度が得られている。特にこの傾向は、電流密度
の低い領域で顕著である。また、ここで測定した範囲で
は、電流密度の増加に対してほぼ直線的に輝度が増加し
ている傾向を示している。

【０１３０】図１９は印加電圧対発光効率の関係を示す
グラフであり、三重項ＥＬ素子は４〜６Ｖの範囲におい
て９％の発光効率を得ている。それに対し、一重項ＥＬ
素子は４〜９Ｖの範囲において１〜２％の発光効率しか
得られておらず、三重項ＥＬ素子の方が明るく発光する
ということができる。

【０１３１】なお、発光効率η（ｅｘｔ）は以下の計算
式により導出した値を用いた。

【０１３２】

【数１】

【０１３３】ここで、πＬは全光束（ｌｍ／ｍ²）、ｅ
は素電荷、Ｋｍは最大視感度（６８０ｌｍ／Ｗ）、Ｊは
電流密度（Ａ／ｍ²）、Ｆ（λ）は実測の発光スペクト
ル、ｙ（λ）は標準視感度曲線である。

【０１３４】図２０は消費電力対発光効率の特性を示し
ている。発光効率は消費電力と共に増加するのではな
く、消費電力の高い動作領域ではむしろ発光効率は低下
している。しかしながら、三重項ＥＬ素子の方がはるか
に高い発光効率を実現していて、消費電力の観点からも
三重項ＥＬ素子の方が一重項ＥＬ素子よりも優れている
ことが示されている。

【０１３５】一方、図２２はシングルドレイン構造のＴ
ＦＴ（ｎチャネル型）の寿命時間に関するデータを示し
ている。グラフは、ゲート電圧を２Ｖ一定とし、ドレイ
ン電圧を定常的に印加してドレイン電流が１０％劣化す
るまでの時間を求めプロットしたものである。ドレイン
電圧を変化させてその時間を調べ、そのプロットをもっ
て引くことができる直線を外挿して、３．１５×１０⁸
秒（１０年）と交差する電圧を１０年保証電圧と定義す
る。

【０１３６】図２３はチャネル長（Ｌｉ）を２．８〜
９．８μmまで変化させたときの１０年保証電圧を示し
ている。例えば、チャネル長３μmのシングルドレイン
構造のＴＦＴは、１０年保証電圧が約７Ｖであることが
示されている。つまり、それ以下のドレイン電圧で駆動
する限りにおいては、実用上何ら問題ないこということ
を示している。

【０１３７】以上のデータより、アクティブマトリクス
型発光装置では、ＴＦＴの駆動電圧が三重項ＥＬ素子を
用いた方が低くすることができる。図１９で示すよう
に、本実施例で示す三重項ＥＬ素子を用いれば、駆動電
圧を４〜６Ｖの範囲に設定することができる。この程度
の電圧で駆動するＴＦＴは、ホットキャリア効果による
劣化を殆ど無視することができる。従って、ＬＤＤなど
を特段設ける必要がなく、製造工程の短縮や製造コスト
の低減を図ることができる。

【０１３８】以上、本発明をもって示すように、三重項
ＥＬ素子を用いることでＴＦＴの駆動電圧を低下させ、
消費電力を低減させると同時に明るい表示装置を得るこ
とができる。

【０１３９】〔実施例４〕本発明をの発光装置は、自発
光型であるため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。従って、様々な電気
器具の表示部として用いることができる。

【０１４０】本発明の電気器具としては、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
響機器、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機
器、無線携帯機器（モバイルコンピュータ、携帯電話、
携帯型ゲーム機器または電子書籍）、記録媒体を備えた
画像再生装置などが挙げられる。それらの具体例を図１
３、図１４に示す。

【０１４１】図１３（Ａ）はＥＬディスプレイであり、
筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３を含
む。本発明の発光装置は表示部２００３に用いることが
できる。ＥＬディスプレイは自発光型であるためバック
ライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部
とすることができる。

【０１４２】図１３（Ｂ）はビデオカメラであり、本体
２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作
スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０
６を含む。本発明の発光装置は表示部２１０２に用いる
ことができる。

【０１４３】図１３（Ｃ）はデジタルカメラであり、本
体２２０１、表示部２２０２、接眼部部２２０３、操作
スイッチ２２０４を含む。本発明の発光装置は表示部２
２０２に用いることができる。

【０１４４】図１３（Ｄ）は記録媒体を備えた画像再生
装置であり、本体２３０１、記録媒体（ＣＤ、ＬＤまた
はＤＶＤ等）２３０２、操作スイッチ２３０３、表示部
（ａ）２３０４、表示部（ｂ）２３０５を含む。表示部
（ａ）は主として画像情報を表示し、表示部（ｂ）は主
として文字情報を表示するが、本発明の発光装置はこれ
ら表示部（ａ）、（ｂ）に用いることができる。なお、
記録媒体を備えた画像再生装置には、ＣＤ再生装置、ゲ
ーム機器なども含まれる。

【０１４５】図１３（Ｅ）は携帯型（モバイル）コンピ
ュータであり、本体２４０１、表示部２４０２、受像部
２４０３、操作スイッチ２４０４、メモリスロット２４
０５を含む。本発明の電気光学装置は表示部２４０２に
用いることができる。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。

【０１４６】図１３（Ｆ）はパーソナルコンピュータで
あり、本体２５０１、筐体２５０２、表示部２５０３、
キーボード２５０４を含む。本発明の発光装置は表示部
２５０３に用いることができる。

【０１４７】なお、将来的にＥＬ材料の発光輝度が高く
なれば、出力した画像情報を含む光をレンズ等で拡大投
影してフロント型若しくはリア型のプロジェクターに用
いることも可能となる。

【０１４８】また、上記電気器具はインターネットやＣ
ＡＴＶ（ケーブルテレビ）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た情報を表示することが
多くなり、特に動画情報を表示する機会が増してきてい
る。ＥＬ材料の応答速度は非常に高いため、そのような
動画表示を行うに適している。

【０１４９】また、発光装置は発光している部分が電力
を消費するため、発光部分が極力少なくなるように情報
を表示することが望ましい。従って、携帯情報端末、特
に携帯電話や車載用オーディオのような文字情報を主と
する表示部に発光装置を用いる場合には、非発光部分を
背景として文字情報を発光部分で形成するように駆動す
ることが望ましい。

【０１５０】ここで図１４（Ａ）は携帯電話であり、本
体２６０１、音声出力部２６０２、音声入力部２６０
３、表示部２６０４、操作スイッチ２６０５、アンテナ
２６０６を含む。本発明の発光装置は表示部２６０４に
用いることができる。なお、表示部２６０４は黒色の背
景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を
抑えることができる。

【０１５１】また、図１４（Ｂ）は音響機器（具体的に
は車載用オーディオ）であり、本体２７０１、表示部２
７０２、操作スイッチ２７０３、２７０４を含む。本発
明の発光装置は表示部２７０２に用いることができる。
また、本実施例では車載用オーディオを示すが、家庭用
オーディオに用いても良い。なお、表示部２７０４は黒
色の背景に白色の文字を表示することで消費電力を抑え
られる。

【０１５２】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。即ち、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である。

【０１５３】なお、本発明の実施の形態は、「発明の実
施の形態１」〜「発明の実施の形態５」及び「実施例
１」〜「実施例３」のいずれの構成と組み合わせても実
施することが可能である。

【０１５４】

【発明の効果】本発明を実施することにより明るく低消
費電力で、信頼性の高いアクティブマトリクス型発光装
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い表示部を有し
消費電力の低い電気器具を得ることができる。

【０１５５】このように、三重項ＥＬ素子は動作電圧が
低い領域で最も効率の良い発光が得られるため、アクテ
ィブマトリクス型発光装置と組み合わせることで、消費
電力が小さく、且つ、明るい画像表示が可能な発光装置
を実現することができる。また、三重項ＥＬ素子を駆動
するＴＦＴにおいて、駆動電圧が１０Ｖ以下に低下する
ことによりホットキャリア効果に起因する劣化が低減さ
れ、長期に渡って安定的にＴＦＴを動作させることが出
来るる。また、必ずしもＬＤＤなどを設けた複雑な構造
を採用する必要がなく、シングルドレイン構造としても
良いので、ＴＦＴの作製工程を簡素化することができ
る。さらに、ＥＬ素子の動作電圧が低いということはＥ
Ｌ素子に流す電流密度が小さくて済むため寿命の長い
（信頼性の高い）発光装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発光装置の断面構造を示す図。

【図２】発光装置の上面構造および断面構造を示す
図。

【図３】電流密度と発光輝度の関係を示す図。

【図４】動作電圧と発光効率の関係を示す図。

【図５】消費電力と発光効率の関係を示す図。

【図６】消費電力と発光輝度の関係を示す図。

【図７】画素数と発光時間もしくは電流密度の関係
を示す図。

【図８】発光装置の回路構成および画素構造を示す
図。

【図９】時分割法による階調表示の動作を説明する
ための図。

【図１０】発光装置の画素構造を示す図。

【図１１】発光装置の画素構造を示す図。

【図１２】ゲート配線に入力される信号のタイミング
チャートを示す図。

【図１３】電気器具の具体例を示す図。

【図１４】電気器具の具体例を示す図。

【図１５】アクティブマトリクス型発光装置の一例を
示す断面図。

【図１６】アクティブマトリクス型発光装置の画素部
の構造を示す上面図。

【図１７】アクティブマトリクス型発光装置の画素部
の等価回路図。

【図１８】三重項ＥＬ素子と一重項ＥＬ素子の電流密
度対輝度の特性を示すグラフ。

【図１９】三重項ＥＬ素子と一重項ＥＬ素子の電圧対
発光効率の特性を示すグラフ。

【図２０】三重項ＥＬ素子と一重項ＥＬ素子の消費電
力対輝度の特性を示すグラフ。

【図２１】シングルドレインＴＦＴのドレイン電圧と
寿命時間の関係を示すグラフ。

【図２２】シングルドレインＴＦＴのチャネル長と１
０年保証電圧の関係を示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｇ 3/20 ６８０Ｇ０９Ｇ 3/20 ６８０Ｓ６８０Ｔ６８０Ｖ 3/30 3/30 ＪＦターム(参考） 3K007 AB02 AB03 AB06 AB11 AB18 BA06 CA01 CB01 DA01 DB03 EA01 EB00 GA04 5C080 AA06 BB05 CC03 DD26 DD30 FF09 HH05 JJ02 JJ03 JJ04 JJ05 JJ06 KK02 KK43 5C094 AA10 AA24 AA31 AA43 AA44 BA03 BA27 CA19 DA09 DA13 DB01 DB04 EA04 EA05 EA10 EB02 FA01 FA02 FB01 FB12 FB14 FB15 GA10 GB10 JA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】三重項励起によりＥＬが得られる発光性材
料を用いたＥＬ素子および該ＥＬ素子に電気的に接続さ
れた半導体素子を含むことを特徴とする発光装置。
【請求項２】半導体素子および該半導体素子に電気的に
接続されたＥＬ素子を含む発光装置において、前記ＥＬ
素子は、下記一般式（１）【化１】で示される発光性材料からなる薄膜を含むことを特徴と
する発光装置。
【請求項３】半導体素子および該半導体素子に電気的に
接続されたＥＬ素子を含む発光装置において、前記ＥＬ
素子は、下記一般式（２）【化２】で示される発光性材料からなる薄膜を含むことを特徴と
する発光装置。
【請求項４】請求項２または請求項３において、前記周
期表の８〜１０族に属する元素は、ニッケル、コバルト
もしくはパラジウムであることを特徴とする発光装置。
【請求項５】請求項２または請求項３において、前記発
光性材料は、ニッケル、コバルトもしくはパラジウムを
含む金属錯体であることを特徴とする発光装置。
【請求項６】請求項２または請求項３において、前記発
光性材料は、ニッケル、コバルトもしくはパラジウムを
含む有機化合物であることを特徴とする発光装置。
【請求項７】請求項１乃至請求項５のいずれか一におい
て、前記半導体素子はＴＦＴであることを特徴とする発
光装置。
【請求項８】三重項励起によりエレクトロルミネッセン
スが得られる発光性材料を用いたＥＬ素子および該ＥＬ
素子に電気的に接続された薄膜トランジスタとが備えら
れ、前記薄膜トランジスタを介して前記ＥＬ素子に印加
される電圧は４Ｖ乃至６Ｖであることを特徴とする発光
装置。
【請求項９】三重項励起によりエレクトロルミネッセン
スが得られる発光性材料を用いたＥＬ素子および該ＥＬ
素子に電気的に接続された薄膜トランジスタと、ソース
信号線及び前記薄膜トランジスタのソース側に接続する
電源供給線とが備えられ、前記電源供給線の電圧は４Ｖ
乃至６Ｖ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９のいずれか一に記
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１１】請求項１乃至請求項９のいずれか一に記
載の発光装置を用いたことを特徴とする携帯電話。
【請求項１２】請求項１乃至請求項９のいずれか一に記
載の発光装置を用いたことを特徴とするデジタルカメ
ラ。
【請求項１３】請求項１乃至請求項９のいずれか一に記
載の発光装置を用いたことを特徴とする音響機器。
【請求項１４】請求項１乃至請求項９のいずれか一に記
載の発光装置を用いたことを特徴とする無線携帯機器。