JP4683766B2

JP4683766B2 - アクティブマトリクス型発光装置

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Publication number: JP4683766B2
Application number: JP2001153113A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 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: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2021-05-22
Also published as: JP2002050484A

Description

【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, Photochemical Processes in Organized Molecular Systems, ed.K.Honda, (Elsevier Sci.Pub., Tokyo,1991) p.437.
（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.Thompson, 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.Mayaguchi, 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：ＴＦＴ）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ＥＬ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ＥＬ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（７０４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２０１について説明する。
【００３６】
画素部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１０４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８〜１０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ＴＦＴ１０８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２０２を設けているが、駆動回路２０２を設けずにＩＣやＬＳＩ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、２１２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ＥＬ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）２１６b、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、８０３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、８０７はスイッチングＴＦＴ、８０８は電流制御ＴＦＴ、８０９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８０６に伝送されたデータ信号は、スイッチングＴＦＴ８０７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８０９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〜Ｔs8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Ｔs2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（２ⁿ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)：Ｔs(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ＴＦＴ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ＴＦＴ、１００５はコンデンサ（省略することも可能）、１００６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ＴＦＴ１００４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ＴＦＴ１００２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ＴＦＴ１１０８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ＴＦＴ１１０６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１１−３３８７８６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ＴＦＴ５８２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ＴＦＴ５８１が設けられている。
【００９８】
画素部５８５において、スイッチング用ＴＦＴ５８２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５１３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５１３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ＴＦＴ５８１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ＴＦＴ５８０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ＴＦＴ５８３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、ＥＬ層５５７の膜厚は８００〜２００ｎｍ（典型的には１００〜１２０ｎｍ）、陰極５５８の厚さは１８０〜３００ｎｍ（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ＥＬ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、１１０９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ＴＦＴ１１０８は２つの駆動用ＴＦＴ（第１のＥＬ駆動用ＴＦＴ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ＴＦＴ１１０７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ＴＦＴ１１０９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ＴＦＴ１１０７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１０１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／ｃｍ²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ＴＦＴ１０８、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ＴＦＴ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ＴＦＴ１１０８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１１１３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１１０９ａ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１１０８ａ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’−ジカルバゾール−ビフェニル（以下、ＣＢＰと記す）にトリス−（２−フェニルピリジン）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、Ａｌｑ_３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ＴＦＴ（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２１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１３、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２１０６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２２０２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２４０５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ＣＡＴＶ（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２６０３、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２７０２、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。
【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１０年保証電圧の関係を示すグラフ。

Claims

陽極と陰極との間に、前記陽極側から、銅フタロシアニン、ｍＴＤＡＴＡ、α−ＮＰＤ、Ｉｒ（ｐｐｙ） _３を添加したＣＢＰ、バソキュプロイン、及びＡｌｑ _３を順次積層した三重項ＥＬ素子と、
前記ＥＬ素子と電気的に接続された薄膜トランジスタと、を有し、
前記薄膜トランジスタの駆動電圧は４Ｖ乃至６Ｖであることを特徴とするアクティブマトリクス型発光装置。
請求項１において、前記陽極は酸化インジウムスズであることを特徴とするアクティブマトリクス型発光装置。
請求項１または請求項２において、前記薄膜トランジスタはＰチャネル型であることを特徴とするアクティブマトリクス型発光装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記薄膜トランジスタは、ＬＤＤ領域を有さないシングルドレイン構造であることを特徴とするアクティブマトリクス型発光装置。