JP4789706B2 - 発光素子、発光装置、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電流励起によって発光する発光素子、それを用いた発光装置、電子機器に関する。

近年商品化されるようになってきたＥＬデスプレイでは、通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）青（Ｂ）の三色の発光を、輝度、発光時間等を変えながら組み合わせて映像を表示する。Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの発光は、一対の電極間に発光層が設けられた構造を有する発光素子を駆動させることによって得られる。このような発光素子において発光は、少なくとも一方の電極は、可視光を透過できるように、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電膜で形成されている。

ところで、発光素子において、発光層と、発光が取り出される側の電極との距離が適切でないと（つまり光路長を適切に制御されていないと）、色味がずれたり、発光の取り出し効率が低下したりしてしまう。このような問題を解決する為に、例えば特許文献１のような技術が提案されている。

特許文献１のように陰極と接して設けられた金属ドーピング層を設けることは有効であると考えられる。しかし、特許文献１のような技術では、発光層と陽極との距離を調節することができないという問題が残っている。また、特許文献１に記載されたようなＭｇ、Ｌｉ等の金属は、透光性を低下させる要因ともなり得る。

特開２００１−１０２１７５号公報

発光した光が通る光路長を容易に変えることのできる発光素子、発光装置、及び電子機器を提供することを課題とする。

本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に発光層と、第１の電極と接する混合層とを有する発光素子である。混合層は、正孔輸送性物質と、その正孔輸送性物質に対し電子受容性を示す金属酸化物とを含んでいる。発光層と第１の電極との間に設けられる層の積算膜厚は５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下になるように形成されていることが好ましく、その為、混合層は１０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下（より好ましくは１２０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下）の厚さとなるように形成されていることが好ましい。混合層がこのような厚さで形成されていることによって、特に緑色の発光を呈する発光物質を発光させたときに、発光を効率良く発光素子外部へ取り出すことができる。また、混合層において、金属酸化物は、正孔輸送性物質と金属酸化物とをあわせた体積に対し、３体積％（ｖｏｌ％）以上２４体積％（ｖｏｌ％）以下の割合で含まれていることが好ましく、より好ましくは７体積％（ｖｏｌ％）以上１６体積％（ｖｏｌ％）以下、最も好ましくは８体積％（ｖｏｌ％）以上１２体積％（ｖｏｌ％）以下である。これによって、より効率良く発光素子を動作させることができると共に、混合層の厚さに依存した駆動電圧の変化の少ない発光素子を作製することができる。

なお、金属酸化物としては、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、レニウム酸化物等を用いることができるが、中でもモリブデン酸化物を用いることが好ましい。モリブデン酸化物は、材料自体の吸湿性が低く、真空中で加熱した際に水分が出ることがないため、水分による劣化の少ない発光素子を作製することが可能である。さらに、モリブデン酸化物は、材料の保管、取扱いが容易であることから、量産時の材料として適している。また、金属酸化物として三酸化モリブデンは蒸着安定性に優れている為好ましい。また、正孔輸送性物質としては、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル、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、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン、４，４’−ビス｛Ｎ−［４−（Ｎ，Ｎ−ジ−ｍ−トリルアミノ）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝ビフェニル等を用いることができる。

本発明の実施によって、陽極として機能する電極と発光層との間に設けられた層の厚さに依存した駆動電圧の変化が少なく、光路長を容易に変えることのできる発光素子、その発光素子が設けられることによって低消費電力で動作させることのできる発光装置、電子機器を得ることができる。また、本発明の実施によって、光路長を調整する為に設けられる層に含まれる物質に起因した外部取り出し効率の低下が少なく、良好な発光素子、その発光素子が設けられることによって低消費電力で動作させることのできる発光装置、電子機器を得ることができる。

また、フルカラーディスプレイにおいて、青、緑、赤の三原色の発光で白色発光を得るためには、青、緑、赤の三原色の発光がＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）の頂点にあるものとすると、それぞれの色の発光を、約１：６：３（＝青：緑：赤）の割合で混合することが必要である。つまり、緑色の発光が最も高い輝度である必要があり、電力の多くを消費する。よって、本発明の実施により、緑色の発光素子の消費電力を低減することができ、フルカラーディスプレイの消費電力を低減することができる。

以下、本発明の一態様について説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の発光素子の一態様について図１を用いて説明する。

図１には、第１の電極１０１と第２の電極１０２との間に発光層１１３を有する発光素子が示されている。図１に示す発光素子において、発光層１１３と第１の電極１０１との間には、混合層１１１が設けられている。また、発光層１１３と混合層１１１の間には正孔輸送層１１２が設けられ、発光層１１３と第２の電極１０２との間には、電子輸送層１１４、及び電子注入層１１５が設けられている。このような発光素子において、第１の電極１０１の電位が第２の電極１０２の電位よりも高くなるように第１の電極１０１と第２の電極１０２間に電圧を印加したとき、発光層１１３には、第１の電極１０１側から正孔が注入され、第２の電極１０２側から電子が注入される。つまり第１の電極１０１は陽極としての機能を有し、第２の電極１０２は陰極としての機能を有する。そして、発光層１１３に注入された正孔と電子とは再結合する。発光層１１３には発光物質が含まれており、再結合によって生成された励起エネルギーによって発光物質は励起状態となる。励起状態となった発光物質は、基底状態に戻るときに発光する。

以下、第１の電極１０１、第２の電極１０２、及び第１の電極１０１と第２の電極１０２との間に設けられた各層について具体的に説明する。

第１の電極１０１を形成する物質について特に限定はなく、インジウム錫酸化物、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を含む酸化インジウム、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、窒化タンタル等の仕事関数の高い物質の他、アルミニウム、またはマグネシウム等の仕事関数の低い物質を用いることができる。これは、本発明の発光素子では、電極間に電圧を印加したときに、混合層１１１から正孔が発生される為である。

第２の電極１０２を形成する物質は、アルミニウム、及びマグネシウム等の仕事関数の低い物質であることが好ましいが、第２の電極１０２と発光層１１３との間に、電子を発生する層を設けた場合は、インジウム錫酸化物、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を含む酸化インジウム、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、窒化タンタル等の仕事関数の高い物質等も用いることができる。従って、第２の電極１０２を形成する物質として、いずれの物質を用いるかは、第２の電極１０２と発光層１１３との間に設けられる層の性質に合わせて適宜選択すればよい。

なお、第１の電極１０１と第２の電極１０２とは、いずれか一方または両方の電極が発光した光を透過できるように形成されていることが好ましい。

混合層１１１は、正孔輸送性物質と金属酸化物とを含む層である。正孔輸送性物質について特に限定はないが、１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上（より好ましくは、１×１０^−６〜１×１０^０ｃｍ^２／Ｖｓ）の正孔移動度を有するものが好ましい。１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有することによって金属酸化物から注入された正孔を効率よく輸送できる。なお、正孔輸送性物質とは、電子よりも正孔の移動度が高い物質であり、好ましくは電子の移動度に対する正孔の移動度の比の値（＝正孔移動度／電子移動度）が１００よりも大きい物質をいう。正孔輸送性物質として、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＢ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）、４，４’−ビス｛Ｎ−［４−（Ｎ，Ｎ−ジ−ｍ−トリルアミノ）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）等が挙げられる。また、金属酸化物としては、正孔輸送性物質に対し電子受容性を示すものが好ましい。このような金属酸化物として、例えば、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、レニウム酸化物等が挙げられる。また、この他、チタン酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、タングステン酸化物、銀酸化物等の金属酸化物を用いることもできる。このように金属酸化物と正孔輸送性物質とを混合させることによって、混合層１１１の厚さに依存した駆動電圧の増加が非常に少なく、発光層１１３から第１の電極１０１迄の距離を自由に変えることができる発光素子を得ることができる。また、ここに記載したような金属酸化物はＬｉ、Ｍｇ等の金属よりも透光性に優れている為、発光した光が発光素子外部へ射出されるのを妨げ難く、外部取り出し効率の低下を防ぐことができる。なお、混合層１１１において、金属酸化物は、正孔輸送性物質に対して質量比が０．１〜１（＝金属酸化物／正孔輸送性物質）若しくはモル比が０．４〜４（＝金属酸化物／正孔輸送性物質）、若しくは正孔輸送性物質と金属酸化物とをあわせた体積に対する金属酸化物の体積率（混合率）が３〜２４ｖｏｌ％となるように含まれていることが好ましく、より好ましくは７〜１６ｖｏｌ％、最も好ましくは８〜１２ｖｏｌ％である。例えば、正孔輸送性物質としてＮＰＢ、金属酸化物としてモリブデン酸化物を用いると、正孔輸送性物質と金属酸化物とをあわせた体積に対する金属酸化物の体積率（混合率）が３〜２４ｖｏｌ％の場合、質量比はおよそ０．１〜１（＝金属酸化物／正孔輸送性物質）であり、モル比はおよそ０．４〜４（＝金属酸化物／正孔輸送性物質）である。また、正孔輸送性物質と金属酸化物とをあわせた体積に対する金属酸化物の体積率（混合率）が７〜１６ｖｏｌ％の場合、質量比はおよそ０．２〜０．６（＝金属酸化物／正孔輸送性物質）であり、モル比はおよそ１〜３（＝金属酸化物／正孔輸送性物質）である。また、正孔輸送性物質と金属酸化物とをあわせた体積に対する金属酸化物の体積率（混合率）が８〜１２ｖｏｌ％の場合、質量比はおよそ０．３〜０．４（＝金属酸化物／正孔輸送性物質）であり、モル比はおよそ１〜２（＝金属酸化物／正孔輸送性物質）である。また、発光層１１３と第１の電極１０１との間に設けられる層の積算膜厚は５０〜３００ｎｍになるように形成されていることが好ましく、その為、混合層１１１は１０〜２５０ｎｍ（より好ましくは１２０〜１８０ｎｍ）の厚さとなるように形成されていることが好ましい。

正孔輸送層１１２は、正孔を輸送する機能を有する層であり、本形態の発光素子においては、混合層１１１から発光層１１３へ正孔を輸送する機能を有する。正孔輸送層１１２を設けることによって、混合層１１１と発光層１１３との距離を離すことができ、その結果、混合層１１１に含まれている金属に起因して発光が消光することを防ぐことができる。正孔輸送層１１２は、正孔輸送性物質を用いて形成することが好ましく、特に１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上（より好ましくは、１×１０^−６〜１×１０^０ｃｍ^２／Ｖｓ）の正孔移動度を有する正孔輸送性物質またはバイポーラ性物質を用いて形成することが好ましい。正孔輸送層１１２の形成に用いることのできる正孔輸送性物質の具体例としては、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＢ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）、等が挙げられる。また、バイポーラ性物質とは、電子の移動度と正孔の移動度とを比較したときに、一方のキャリアの移動度に対する他方のキャリアの移動度の比の値が１００以下、好ましくは１０以下である物質をいう。バイポーラ性の物質として、例えば、２，３−ビス（４−ジフェニルアミノフェニル）キノキサリン（略称：ＴＰＡＱｎ）、２，３−ビス｛４−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル｝−ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：ＮＰＡＤｉＢｚＱｎ）等が挙げられる。バイポーラ性の物質の中でも特に、正孔及び電子の移動度が１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上（より好ましくは、１×１０^−６〜１×１０^０ｃｍ^２／Ｖｓ）の物質を用いることが好ましい。なお、正孔輸送層１１２は、５〜５０ｎｍの厚さであることが好ましい。このような厚さとすることによって正孔輸送層１１２の厚さに起因した駆動電圧の増加も抑えることができる。

発光層１１３は、発光物質を含んでいる層である。ここで、発光物質とは、発光効率が良好で、所望の波長の発光をし得る物質である。発光層１１３は、発光物質のみから形成された層であってもよいが、濃度消光を生じる場合は、発光物質の有するエネルギーギャップよりも大きいエネルギーギャップを有する物質からなる層中に、発光物質が分散するように混合された層であることが好ましい。発光層１１３に発光物質を分散して含ませることで、発光が濃度に起因して消光してしまうことを防ぐことができる。ここで、エネルギーギャップとはＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）準位とＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）準位との間のエネルギーギャップをいう。

発光物質について特に限定はなく、発光効率が良好で、所望の発光波長の発光をし得る物質を用いればよい。例えば、赤色系の発光を得たいときには、４−ジシアノメチレン−２−イソプロピル−６−［２−（１，１，７，７−テトラメチル−９−ジュロリジル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＪＴＩ）、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−［２−（１，１，７，７−テトラメチル−９−ジュロリジル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＪＴ）、４−ジシアノメチレン−２−ｔｅｒｔ−ブチル−６−［２−（１，１，７，７−テトラメチル−９−ジュロリジル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＪＴＢ）やペリフランテン、２，５−ジシアノ−１，４−ビス［２−（１０−メトキシ−１，１，７，７−テトラメチル−９−ジュロリジル）エテニル］ベンゼン等、６００ｎｍから６８０ｎｍの波長帯域に発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を発光物質として用いることができる。また緑色系の発光を得たいときは、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）、クマリン６やクマリン５４５Ｔ、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ_３）等、５００ｎｍから５５０ｎｍの波長帯域に発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を発光物質として用いることができる。また、青色系の発光を得たいときは、９，１０−ビス（２−ナフチル）−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，９’−ビアントリル、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡ）、９，１０−ビス（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−ガリウム（略称：ＢＧａｑ）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等、４２０ｎｍから５００ｎｍの波長帯域に発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を発光物質として用いることができる。以上のように、蛍光を発光する物質の他、ビス［２−（３，５−ビス（トリフルオロメチル）フェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ^２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：Ｉｒ（ＣＦ_３ｐｐｙ）_２（ｐｉｃ））、ビス［２−（４，６−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ^２’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：ＦＩｒ（ａｃａｃ））、ビス［２−（４，６−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ^２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：ＦＩｒ（ｐｉｃ））、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ^２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）_３）等の燐光を発光する物質も発光物質として用いることができる。

また、発光物質と共に発光層１１３に含まれ、発光物質を分散状態にするために用いられる物質について特に限定はなく、発光物質として用いる物質のエネルギーギャップ等を勘案して適宜選択すればよい。例えば、９，１０−ジ（２−ナフチル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）等のアントラセン誘導体、または４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）等のカルバゾール誘導体、２，３−ビス（４−ジフェニルアミノフェニル）キノキサリン（略称：ＴＰＡＱｎ）、２，３−ビス｛４−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル｝−ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：ＮＰＡＤｉＢｚＱｎ）等のキノキサリン誘導体の他、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ピリジナト］亜鉛（略称：Ｚｎｐｐ_２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：ＺｎＢＯＸ）等の金属錯体等を発光物質と共に用いることができる。

電子輸送層１１４は、電子を輸送する機能を有する層であり、本形態の発光素子においては、第２の電極１０２側から注入された電子を発光層１１３へ輸送する機能を有する。電子輸送層１１４を設けることによって、第２の電極１０２と発光層１１３との距離を離すことができ、その結果、第２の電極１０２に含まれている金属に起因して発光が消光することを防ぐことができる。電子輸送層は、電子輸送性物質を用いて形成することが好ましく、特に１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上（より好ましくは、１×１０^−６〜１×１０^０ｃｍ^２／Ｖｓ）の電子移動度を有する電子輸送性物質またはバイポーラ性物質を用いて形成することが好ましい。ここで、電子輸送性物質とは、正孔よりも電子の移動度が高い物質であり、好ましくは、正孔の移動度に対する電子の移動度の比の値（＝電子移動度／正孔移動度）が１００よりも大きい物質をいう。電子輸送性物質の具体例としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ_３）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ_３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ_２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）_２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）_２）等の金属錯体の他、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）、４，４−ビス（５−メチルベンズオキサゾリル−２−イル）スチルベン（略称：ＢｚＯｓ）等が挙げられる。また、バイポーラ性物質については、先に説明したとおりである。なお、電子輸送層１１４と正孔輸送層１１２とを同じバイポーラ性物質を用いて形成してもよい。なお、電子輸送層１１４は、５〜３０ｎｍの厚さであることが好ましい。このような厚さとすることによって電子輸送層１１４の厚さに起因した駆動電圧の増加も抑えることができる。

電子注入層１１５は第２の電極１０２から電子輸送層１１４へ電子が注入されるのを補助する機能を有する層である。電子注入層１１５を設けることによって、第２の電極１０２と電子輸送層１１４との間の電子親和力の差が緩和され、電子が注入され易くなる。電子注入層１１５は、電子輸送層１１４を形成している物質よりも電子親和力が大きく第２の電極１０２を形成している物質よりも電子親和力が小さい物質、または電子輸送層１１４と第２の電極１０２との間に約１〜２ｎｍの薄膜として設けたときにエネルギーバンドが曲がるような性質を有する物質を用いて形成することが好ましい。電子注入層１１５を形成するのに用いることのできる物質の具体例として、リチウム（Ｌｉ）等のアルカリ金属、またはマグネシウム（Ｍｇ）等のアルカリ土類金属、フッ化セシウム（ＣｓＦ）等のアルカリ金属のフッ化物、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）等のアルカリ土類金属のフッ化物、リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）、ナトリウム酸化物（Ｎａ_２Ｏ）、カリウム酸化物（Ｋ_２Ｏ）、のアルカリ金属の酸化物、カルシウム酸化物（ＣａＯ）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）等のアルカリ土類金属の酸化物等の無機物が挙げられる。これらの物質は薄膜として設けたときにエネルギーバンドが曲がるため好ましい。また、無機物の他、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）等の電子輸送層１１４を形成するのに用いることのできる有機物も、これらの物質の中から、電子輸送層１１４の形成に用いる物質よりも電子親和力が大きい物質を選択することによって、電子注入層１１５を形成する物質として用いることができる。つまり、電子注入層１１５における電子親和力が電子輸送層１１４における電子親和力よりも相対的に大きくなるように物質を選択し、電子注入層１１５を形成すればよい。なお、電子注入層１１５を設ける場合、第２の電極１０２は、アルミニウム等の仕事関数の低い物質を用いて形成することが好ましい。

以上に説明した発光素子において、電子輸送層１１４の形成に用いられる電子輸送性物質の移動度と、混合層１１１に含まれる正孔輸送性物質の移動度とを比較したときに一方の物質の移動度に対する他方の物質の移動度の比が１０００以下となるように、電子輸送性物質と正孔輸送性物質のそれぞれを選択することが好ましい。このようにそれぞれの物質を選択することで、発光層における再結合効率を高めることができる。

なお、本形態では、混合層１１１及び発光層１１３の他に、正孔輸送層１１２、電子輸送層１１４、電子注入層１１５等を有する発光素子について示したが、発光素子の態様は必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図１６に示すように、電子注入層１１５に換えて電子発生層１１６等を設けられた構成であってもよい。電子発生層１１６は、電子を発生する層であり、電子輸送性物質およびバイポーラ性物質から選ばれる少なくとも一の物質と、これらの物質に対し電子供与性を示す物質とを混合して形成することができる。ここで、電子輸送性物質およびバイポーラ性物質の中でも特に１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上（より好ましくは、１×１０^−６〜１×１０^０ｃｍ^２／Ｖｓ）の電子移動度を有する物質であることが好ましい。電子輸送性物質およびバイポーラ性物質については、それぞれ、上記したものを用いることができる。また、電子供与性を示す物質としては、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の中から選ばれた物質、具体的にはリチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、マグネシウム（Ｍｇ）等を用いることができる。また、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属窒化物、アルカリ土類金属窒化物、アルカリ金属フッ化物およびアルカリ土類金属フッ化物等、具体的にはリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）、カルシウム酸化物（ＣａＯ）、ナトリウム酸化物（Ｎａ_２Ｏ）、カリウム酸化物（Ｋ_２Ｏ）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）等から選ばれる少なくとも一の物質も電子供与性を示す物質として用いることができる。

また、発光層１１３と電子輸送層１１４との間には、図１７に示すように、正孔阻止層１１７が設けられてもよい。正孔阻止層１１７を設けることによって、正孔が、発光層１１３を突き抜けて第２の電極１０２の方に流れていくのを防ぐことができ、キャリアの再結合効率を高めることができる。また、発光層１１３で生成された励起エネルギーが電子輸送層１１４等、他の層へ移動してしまうことを防ぐことができる。正孔阻止層１１７は、ＢＡｌｑ、ＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ＢＰｈｅｎ等の電子輸送層１１４を形成するのに用いることのできる物質の中から、特に、発光層１１３を形成するのに用いる物質よりもイオン化ポテンシャル及び励起エネルギーが大きい物質を選択することによって、形成することができる。つまり、正孔阻止層１１７は、正孔阻止層１１７におけるイオン化ポテンシャルが電子輸送層１１４におけるイオン化ポテンシャルよりも相対的に大きくなるように物質を選択して形成されていればよい。同様に、発光層１１３と正孔輸送層１１２との間にも、発光層１１３を突き抜けて第１の電極１０１の方に電子が流れていくのを阻止するための層を設けても構わない。

なお、電子注入層１１５、電子輸送層１１４、正孔輸送層１１２、を設けるか否かについては発明の実施者が適宜選択すればよく、例えば、正孔輸送層１１２、電子輸送層１１４等を設けなくても金属に起因した消光等の不具合が生じない場合、電子注入層１１５を設けなくても電極からの電子注入が良好に行える場合等は、必ずしもこれらの層を設ける必要がない。

以上のように正孔輸送性物質と金属酸化物とを含む混合層１１１を有する発光素子とすることによって、外部に発光を効率良く取り出せるような長さとなるように、あるいは外部に取り出された発光の色純度が良くなる長さとなるように、第１の電極１０１と発光層１１３との距離を調整する（つまり、発光した光が通る光路の長さ（光路長）を調節する）ことが容易である。

また、以上に説明した発光素子は、第１の電極１０１上に、混合層１１１、正孔輸送層１１２、発光層１１３、電子輸送層１１４、電子注入層１１５等を順に積層した後、第２の電極１０２を形成する方法で作製してもよいし、または、第２の電極１０２上に、電子注入層１１５、電子輸送層１１４、発光層１１３、正孔輸送層１１２、混合層１１１を順に積層した後、第１の電極１０１を形成する方法で作製してもよい。

（実施の形態２）
本発明の発光素子は光路長を容易に調整して、発光を効率良く発光素子外部へ取り出すことができる為、実施の形態１で説明した本発明の発光素子を画素として用いることによって、低消費電力で表示動作を行うことができる発光装置を得ることができる。

本形態では、表示機能を有する発光装置の回路構成および駆動方法について図２〜６を用いて説明する。

図２は本発明を適用した発光装置を上面からみた模式図である。図２において、基板６５００上には、画素部６５１１と、ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とが設けられている。ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とは、それぞれ、配線群を介して、外部入力端子であるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６５０３と接続している。そして、ソース信号線駆動回路６５１２と、書込用ゲート信号線駆動回路６５１３と、消去用ゲート信号線駆動回路６５１４とは、それぞれ、ＦＰＣ６５０３からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。またＦＰＣ６５０３にはプリント配線基盤（ＰＷＢ）６５０４が取り付けられている。なお、駆動回路部は、上記のように必ずしも画素部６５１１と同一基板上に設けられている必要はなく、例えば、配線パターンが形成されたＦＰＣ上にＩＣチップを実装したもの（ＴＣＰ）（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）等を利用し、基板外部に設けられていてもよい。

画素部６５１１には、列方向に延びた複数のソース信号線が行方向に並んで配列している。また、電流供給線が行方向に並んで配列している。また、画素部６５１１には、行方向に延びた複数のゲート信号線が列方向に並んで配列している。また画素部６５１１には、発光素子を含む一組の回路が複数配列している。

図３は、一画素を動作するための回路を表した図である。図３に示す回路には、第１のトランジスタ９０１と第２のトランジスタ９０２と発光素子９０３とが含まれている。

第１のトランジスタ９０１と、第２のトランジスタ９０２とは、それぞれ、ゲート電極と、ドレイン領域と、ソース領域とを含む三端子の素子であり、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル領域を有する。ここで、ソース領域とドレイン領域とは、トランジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソース領域またはドレイン領域であるかを限定することが困難である。そこで、本形態においては、ソースまたはドレインとして機能する領域を、それぞれトランジスタの第１電極、トランジスタの第２電極と表記する。

ゲート信号線９１１と、書込用ゲート信号線駆動回路９１３とはスイッチ９１８によって電気的に接続または非接続の状態になるように設けられている。また、ゲート信号線９１１と、消去用ゲート信号線駆動回路９１４とはスイッチ９１９によって電気的に接続または非接続の状態になるように設けられている。また、ソース信号線９１２は、スイッチ９２０によってソース信号線駆動回路９１５または電源９１６のいずれかに電気的に接続するように設けられている。そして、第１のトランジスタ９０１のゲートはゲート信号線９１１に電気的に接続している。また、第１のトランジスタの第１電極はソース信号線９１２に電気的に接続し、第２電極は第２のトランジスタ９０２のゲート電極と電気的に接続している。第２のトランジスタ９０２の第１電極は電流供給線９１７と電気的に接続し、第２電極は発光素子９０３に含まれる一の電極と電気的に接続している。なお、スイッチ９１８は、書込用ゲート信号線駆動回路９１３に含まれていてもよい。またスイッチ９１９についても消去用ゲート信号線駆動回路９１４の中に含まれていてもよい。また、スイッチ９２０についてもソース信号線駆動回路９１５の中に含まれていてもよい。

また画素部におけるトランジスタや発光素子等の配置について特に限定はないが、例えば図４の上面図に表すように配置することができる。図４において、第１のトランジスタ１００１の第１電極はソース信号線１００４に接続し、第２の電極は第２のトランジスタ１００２のゲート電極に接続している。また第２トランジスタの第１電極は電流供給線１００５に接続し、第２電極は発光素子の電極１００６に接続している。ゲート信号線１００３の一部は第１のトランジスタ１００１のゲート電極として機能する。

次に、駆動方法について説明する。図５は時間経過に伴ったフレームの動作について説明する図である。図５において、横方向は時間経過を表し、縦方向はゲート信号線の走査段数を表している。

本発明の発光装置を用いて画像表示を行うとき、表示期間においては、画面の書き換え動作と表示動作とが繰り返し行われる。この書き換え回数について特に限定はないが、画像をみる人がちらつき（フリッカ）を感じないように少なくとも１秒間に６０回程度とすることが好ましい。ここで、一画面（１フレーム）の書き換え動作と表示動作を行う期間を１フレーム期間という。

１フレーム期間、図５に示すように、書き込み期間５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ、５０４ａと保持期間５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｂ、５０４ｂとを含む４つのサブフレーム５０１、５０２、５０３、５０４に時分割されている。発光するための信号を与えられた発光素子は、保持期間において発光状態となっている。各々のサブフレームにおける保持期間の長さの比は、第１のサブフレーム５０１：第２のサブフレーム５０２：第３のサブフレーム５０３：第４のサブフレーム５０４＝２^３：２^２：２^１：２^０＝８：４：２：１となっている。これによって４ビット階調を表現することができる。但し、ビット数及び階調数はここに記すものに限定されず、例えば８つのサブフレームを設け８ビット階調を行えるようにしてもよい。

１フレーム期間における動作について説明する。まず、サブフレーム５０１において、１行目から最終行まで順に書き込み動作が行われる。従って、行によって書き込み期間の開始時間が異なる。書き込み期間５０１ａが終了した行から順に状態が保持期間５０１ｂへと移る。当該保持期間において、発光するための信号を与えられている発光素子は発光状態となっている。また、保持期間５０１ｂが終了した行から順に状態が次のサブフレーム５０２へ移り、サブフレーム５０１の場合と同様に１行目から最終行まで順に書き込み動作が行われる。以上のような動作を繰り返し、サブフレーム５０４の保持期間５０４ｂ迄終了する。サブフレーム５０４における動作を終了したら次のフレームへ移る。このように、各サブフレームにおいて発光した時間の積算時間が、１フレームにおける各々の発光素子の発光時間となる。この発光時間を発光素子ごとに変えて一画素内で様々に組み合わせることによって、明度および色度の異なる様々な表示色を形成することができる。

サブフレーム５０４のように、最終行目までの書込が終了する前に、既に書込を終え、保持期間に移行した行における保持期間を強制的に終了させたいときは、保持期間５０４ｂの後に消去期間５０４ｃを設け、強制的に非発光の状態となるように制御することが好ましい。そして、強制的に非発光状態にした行については、一定期間、非発光の状態を保つ（この期間を非発光期間５０４ｄとする。）。そして、最終行目の書込期間が終了したら直ちに、状態が一行目から順に次の（またはフレーム）の書込期間に移行する。これによって、サブフレーム５０４の書き込み期間と、その次のサブフレームの書き込み期間とが重畳することを防ぐことができる。

なお、本形態では、サブフレーム５０１乃至５０４は保持期間の長いものから順に並んでいるが、必ずしも本実施例のような並びにする必要はなく、例えば保持期間の短いものから順に並べられていてもよいし、または保持期間の長いものと短いものとがランダムに並んでいてもよい。また、サブフレームは、さらに複数のフレームに分割されていてもよい。つまり、同じ映像信号を与えている期間、ゲート信号線の走査を複数回行ってもよい。

ここで、書込期間および消去期間における、図３で示す回路の動作について説明する。

まず書込期間における動作について説明する。書込期間において、ｎ行目（ｎは自然数）のゲート信号線９１１は、スイッチ９１８を介して書込用ゲート信号線駆動回路９１３と電気的に接続し、消去用ゲート信号線駆動回路９１４とは非接続である。また、ソース信号線９１２はスイッチ９２０を介してソース信号線駆動回路９１５と電気的に接続している。ここで、ｎ行目（ｎは自然数）のゲート信号線９１１に接続した第１のトランジスタ９０１のゲートに信号が入力され、第１のトランジスタ９０１はオンとなる。そして、この時、１列目から最終列目迄のソース信号線に同時に映像信号が入力される。なお、各列のソース信号線９１２から入力される映像信号は互いに独立したものである。ソース信号線９１２から入力された映像信号は、各々のソース信号線９１２に接続した第１のトランジスタ９０１を介して第２のトランジスタ９０２のゲート電極に入力される。この時第２のトランジスタ９０２に入力された信号によって、発光素子９０３は発光または非発光が決まる。例えば、第２のトランジスタ９０２がＰチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＬｏｗ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３が発光する。一方、第２のトランジスタ９０２がＮチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＨｉｇｈ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３が発光する。

次に消去期間における動作について説明する。消去期間において、ｎ行目（ｎは自然数）のゲート信号線９１１は、スイッチ９１９を介して消去用ゲート信号線駆動回路９１４と電気的に接続し、書込用ゲート信号線駆動回路９１３とは非接続である。また、ソース信号線９１２はスイッチ９２０を介して電源９１６と電気的に接続している。ここで、ｎ行目のゲート信号線９１１に接続した第１のトランジスタ９０１のゲートに信号が入力され、第１のトランジスタ９０１はオンとなる。そして、この時、１列目から最終列目迄のソース信号線に同時に消去信号が入力される。ソース信号線９１２から入力された消去信号は、各々のソース信号線に接続した第１のトランジスタ９０１を介して第２のトランジスタ９０２のゲート電極に入力される。この時第２のトランジスタ９０２に入力された信号によって、電流供給線９１７から発光素子９０３への電流の供給が阻止される。そして、発光素子９０３は強制的に非発光となる。例えば、第２のトランジスタ９０２がＰチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＨｉｇｈ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３は非発光となる。一方、第２のトランジスタ９０２がＮチャネル型である場合は、第２のトランジスタ９０２のゲート電極にＬｏｗ Ｌｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９０３は非発光となる。

なお、消去期間では、ｎ行目（ｎは自然数）については、以上に説明したような動作によって消去する為の信号を入力する。しかし、前述のように、ｎ行目が消去期間であると共に、他の行（ｍ行目（ｍは自然数）とする。）については書込期間となる場合がある。このような場合、同じ列のソース信号線を利用してｎ行目には消去の為の信号を、ｍ行目には書込の為の信号を入力する必要があるため、以下に説明するように動作させることが好ましい。

先に説明した消去期間における動作によって、ｎ行目の発光素子９０３が非発光となった後、直ちに、ゲート信号線９１１と消去用ゲート信号線駆動回路９１４とを非接続の状態とすると共に、スイッチ９２０を切り替えてソース信号線９１２とソース信号線駆動回路９１５と接続させる。そして、ソース信号線９１２とソース信号線駆動回路９１５とを接続させる共に、ゲート信号線９１１と書込用ゲート信号線駆動回路９１３とを接続させる。そして、書込用ゲート信号線駆動回路９１３からｍ行目の信号線に選択的に信号が入力され、第１のトランジスタがオンすると共に、ソース信号線駆動回路９１５からは、１列目から最終列目迄のソース信号線９１２に書込の為の信号が入力される。この信号によって、ｍ行目の発光素子は、発光または非発光となる。

以上のようにしてｍ行目について書込期間を終えたら、直ちに、ｎ＋１行目の消去期間に移行する。その為に、ゲート信号線９１１と書込用ゲート信号線駆動回路９１３を非接続とすると共に、スイッチ９２０を切り替えてソース信号線９１２を電源９１６と接続する。また、ゲート信号線９１１と書込用ゲート信号線駆動回路９１３を非接続とすると共に、ゲート信号線９１１については、消去用ゲート信号線駆動回路９１４と接続状態にする。そして、消去用ゲート信号線駆動回路９１４からｎ＋１行目のゲート信号線に選択的に信号を入力して第１のトランジスタに信号をオンする共に、電源９１６から消去信号が入力される。このようにして、ｎ＋１行目の消去期間を終えたら、直ちに、ｍ＋１行目の書込期間に移行する。以下、同様に、消去期間と書込期間とを繰り返し、最終行目の消去期間まで動作させればよい。

なお、本形態では、ｎ行目の消去期間とｎ＋１行目の消去期間との間にｍ行目の書込期間を設ける態様について説明したが、これに限らず、ｎ−１行目の消去期間とｎ行目の消去期間との間にｍ行目の書込期間を設けてもよい。

また、本形態では、サブフレーム５０４のように非発光期間５０４ｄを設けるときにおいて、消去用ゲート信号線駆動回路９１４と或る一のゲート信号線とを非接続状態にすると共に、書込用ゲート信号線駆動回路９１３と他のゲート信号線とを接続状態にする動作を繰り返している。このような動作は、特に非発光期間を設けないフレームにおいて行っても構わない。

（実施の形態３）
本発明の発光素子を含む発光装置の一態様について、図６の断面図を用いて説明する。

図６において、点線で囲まれている四角の部分は、本発明の発光素子１２を駆動するために設けられているトランジスタ１１である。発光素子１２は、実施の形態１で説明した本発明の発光素子である。トランジスタ１１のドレインと第１の電極１３とは、第１層間絶縁膜１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を貫通している配線１７によって電気的に接続されている。また、発光素子１２は、隔壁層１８によって、隣接して設けられている別の発光素子と分離されている。このような構成を有する本発明の発光装置は、本形態において、基板１０上に設けられている。

なお、図６に示されたトランジスタ１１は、半導体層を中心として基板と逆側にゲート電極が設けられたトップゲート型のものである。但し、トランジスタ１１の構造については、特に限定はなく、例えばボトムゲート型のものでもよい。またボトムゲートの場合には、チャネルを形成する半導体層の上に保護膜が形成されたもの（チャネル保護型）でもよいし、或いはチャネルを形成する半導体層の一部が凹状になったもの（チャネルエッチ型）でもよい。

また、トランジスタ１１を構成する半導体層は、結晶性、非結晶性のいずれのものでもよい。また、セミアモルファス等でもよい。

なお、セミアモルファス半導体とは、次のようなものである。非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な領域を含んでいるものである。また少なくとも膜中の一部の領域には、０．５〜２０ｎｍの結晶粒を含んでいる。ラマンスペクトルが５２０ｃｍ^−１よりも低波数側にシフトしている。Ｘ線回折ではＳｉ結晶格子に由来するとされる（１１１）、（２２０）の回折ピークが観測される。未結合手（ダングリングボンド）を終端するために水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。セミアモルファス半導体は所謂微結晶半導体（マイクロクリスタル半導体）とも言われている。珪化物を含む気体をグロー放電分解（プラズマＣＶＤ）して形成する。珪化物を含む気体としては、ＳｉＨ_４、その他にもＳｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４などを用いることができる。この珪化物を含む気体をＨ_２、又は、Ｈ_２とＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈しても良い。希釈率は２〜１０００倍の範囲。圧力は概略０．１Ｐａ〜１３３Ｐａの範囲、電源周波数は１ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚ、好ましくは１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ。基板加熱温度は３００℃以下でよく、好ましくは１００〜２５０℃。膜中の不純物元素として、酸素、窒素、炭素などの大気成分の不純物は１×１０^２０／ｃｍ^３以下とすることが望ましく、特に、酸素濃度は５×１０^１９／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１９／ｃｍ^３以下とする。

また、半導体層が結晶性のものの具体例としては、単結晶または多結晶性の珪素、或いはシリコンゲルマニウム等から成るものが挙げられる。これらはレーザー結晶化によって形成されたものでもよいし、例えばニッケル等を用いた固相成長法による結晶化によって形成されたものでもよい。

なお、半導体層が非晶質の物質、例えばアモルファスシリコンで形成される場合には、トランジスタ１１およびその他のトランジスタ（発光素子を駆動するための回路を構成するトランジスタ）は全てＮチャネル型トランジスタで構成された回路を有する発光装置であることが好ましい。それ以外については、Ｎチャネル型またはＰチャネル型のいずれか一のトランジスタで構成された回路を有する発光装置でもよいし、両方のトランジスタで構成された回路を有する発光装置でもよい。

さらに、第１層間絶縁膜１６は、図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように多層でもよいし、または単層でもよい。なお、１６ａは酸化珪素や窒化珪素のような無機物から成り、１６ｂはアクリル、シロキサン（シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基として、フルオロ基またはアルキル基等の有機基を含む化合物である。）、または塗布成膜可能な酸化珪素等物質から成る。さらに、１６ｃはアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜から成る。なお、各層を構成する物質については、特に限定はなく、ここに述べたもの以外のものを用いてもよい。また、これら以外の物質から成る層をさらに組み合わせてもよい。このように、第１層間絶縁膜１６は、無機物または有機物の両方を用いて形成されたものでもよいし、または無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよい。

隔壁層１８は、エッジ部において、曲率半径が連続的に変化する形状であることが好ましい。また隔壁層１８は、アクリルやシロキサン、レジスト、酸化珪素等を用いて形成される。なお隔壁層１８は、無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよいし、または両方を用いて形成されたものでもよい。

なお、図６（Ａ）、（Ｃ）では、第１層間絶縁膜１６のみがトランジスタ１１と発光素子１２の間に設けられた構成であるが、図６（Ｂ）のように、第１層間絶縁膜１６（１６ａ、１６ｂ）の他、第２層間絶縁膜１９（１９ａ、１９ｂ）が設けられた構成のものであってもよい。図６（Ｂ）に示す発光装置においては、第１の電極１３は第２層間絶縁膜１９を貫通し、配線１７と接続している。

第２層間絶縁膜１９は、第１層間絶縁膜１６と同様に、多層でもよいし、または単層でもよい。第２層間絶縁膜１９ａはアクリル、シロキサン、または塗布成膜可能な酸化珪素等の物質から成る。さらに、第２層間絶縁膜１９ｂはアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜から成る。なお、各層を構成する物質については、特に限定はなく、ここに述べたもの以外のものを用いてもよい。また、これら以外の物質から成る層をさらに組み合わせてもよい。このように、第２層間絶縁膜１９は、無機物または有機物の両方を用いて形成されたものでもよいし、または無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよい。

発光素子１２において、第１の電極および第２の電極がいずれも透光性を有する物質で構成されている場合、図６（Ａ）の白抜きの矢印で表されるように、第１の電極１３側と第２の電極１４側の両方から発光を取り出すことができる。また、第２の電極１４のみが透光性を有する物質で構成されている場合、図６（Ｂ）の白抜きの矢印で表されるように、第２の電極１４側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第１の電極１３は反射率の高い材料で構成されているか、または反射率の高い材料から成る膜（反射膜）が第１の電極１３の下方に設けられていることが好ましい。また、第１の電極１３のみが透光性を有する物質で構成されている場合、図６（Ｃ）の白抜きの矢印で表されるように、第１の電極１３側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第２の電極１４は反射率の高い材料で構成されているか、または反射膜が第２の電極１４の上方に設けられていることが好ましい。

また、発光素子１２は、第１の電極１３の電位よりも第２の電極１４の電位が高くなるように電圧を印加したときに動作するように層１５が積層されたものであってもよいし、或いは、第１の電極１３の電位よりも第２の電極１４の電位が低くなるように電圧を印加したときに発光素子１２が動作するように層１５が積層されたものであってもよい。前者の場合、トランジスタ１１はＮチャネル型トランジスタであり、後者の場合、トランジスタ１１はＰチャネル型トランジスタである。

以上のように、本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブ型の発光装置について説明したが、この他、トランジスタ等の駆動用の素子を特に設けずに発光素子を駆動させるパッシブ型の発光装置であってもよい。図７には本発明を適用して作製したパッシブ型の発光装置の斜視図を示す。図７において、基板９５１上には、電極９５２と電極９５６との間に、発光層等を含む層９５５が設けられた構成を有する本発明の発光素子を有する。電極９５２の端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。隔壁層９５４の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層９５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。また、パッシブ型の発光装置においても、低駆動電圧で動作する本発明の発光素子を含むことによって、低消費電力で駆動させることができる。

（実施の形態４）
本発明の発光素子を画素または光源として用いた発光装置は低消費電力で動作させることができる為、このような発光装置を表示部に用いることで低消費電力で動作させることができる電子機器を得られる。

本発明を適用した発光装置を実装した電子機器の一実施例を図８に示す。

図８（Ａ）は、本発明を適用して作製したパーソナルコンピュータであり、本体５５２１、筐体５５２２、表示部５５２３、キーボード５５２４などによって構成されている。実施の形態１で説明したような本発明の発光素子を画素として用いた発光装置（例えば実施の形態３、４で説明したよう構成を含む発光装置）を表示部として組み込むことで、低い消費電力で動作させることのできるパーソナルコンピュータを完成できる。また、本発明の発光素子を光源として用いた発光装置を、バックライトとして組み込んでもパーソナルコンピュータを完成させることができる。具体的には、図９に示すように、筐体５５１１と筐体５５１４とに液晶装置５５１２と発光装置５５１３とが嵌め込まれた照明装置を表示部として組み込めばよい。なお、図９において、液晶装置５５１２には外部入力端子５５１５が装着されており、発光装置５５１３には、外部入力端子５５１６が装着されている。

図８（Ｂ）は、本発明を適用して作製した電話機であり、本体５５５２、表示部５５５１と、音声出力部５５５４、音声入力部５５５５、操作スイッチ５５５６、５５５７、アンテナ５５５３等によって構成されている。本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことで、低い消費電力で駆動させることができる電話機を完成できる。

図８（Ｃ）は、本発明を適用して作製したテレビ受像機であり、表示部５５３１、筐体５５３２、スピーカー５５３３などによって構成されている。本発明の発光素子を有する発光装置を表示部として組み込むことで、低い消費電力で動作させることのできるテレビ受像機を完成できる。

以上のように本発明の発光装置は、各種電子機器の表示部として用いるのに非常に適している。なお、電子機器は、本形態で述べたものに限定されるものではなく、ナビゲーション装置等、その他の電子機器であってもよい。

本発明の一実施例について図１０を用いて説明する。

本実施例では、正孔輸送性物質と金属酸化物とを混合した混合層の厚さ、各物質の体積率が異なる２１個の発光素子を作製し、それぞれの発光素子における電流効率（ｃｄ／Ａ）および電力効率（ｌｍ／Ｗ）を調べた。なお、各発光素子における混合層の厚さ、正孔輸送性物質と金属酸化物とをあわせた体積に対する金属酸化物の体積率（混合率）［ｖｏｌ％］を表１に示す。また、質量比（＝金属酸化物／正孔輸送性物質）およびモル比（＝金属酸化物／正孔輸送性物質）もあわせて表１に示した。質量比は、と各物質の蒸着膜の密度比から算出した。また、モル比は、算出した質量比と各物質の分子量から算出した。また、本実施例では正孔輸送性物質としてＮＰＢを、金属酸化物としてモリブデン酸化物とを用いた。

先ず、発光素子の作製方法について説明する。なお、それぞれの発光素子は、混合層の厚さ、および正孔輸送性物質と金属酸化物とをあわせた体積に対する金属酸化物の体積率の他は、同じ構成である。

図１０に表すように基板３００上に、インジウム錫酸化物を１１０ｎｍの厚さとなるように成膜し、第１の電極３０１を形成した。なお、成膜にはスパッタリング法を用いた。

次に、第１の電極３０１の上に、共蒸着法によって、ＮＰＢとモリブデン酸化物とを含む第１の層３１１を形成した。なお、本実施例では、モリブデン酸化物の中で特に三酸化モリブデンを蒸着材料として用いて第１の層３１１を形成した。それぞれの発光素子における第１の層３１１の厚さは表１に記載した値となるようにした。また、モリブデン酸化物の体積率についても表１に記載した値となるようにした。なお、共蒸着とは、一つの処理室内に設けられた複数の蒸着源からそれぞれ原料を気化させ、気化した原料を被処理物上に堆積させて複数の物質が混合された層を形成する蒸着法をいう。

次に、第１の層３１１の上に、蒸着法によって、ＮＰＢからなる第２の層３１２を形成した。第２の層３１２の厚さは１０ｎｍとなるようにした。この第２の層３１２は、発光素子を駆動させたときに、正孔輸送層として機能する。

次に、第２の層３１２の上に、共蒸着法によって、Ａｌｑ_３とクマリン６とを含む第３の層３１３を形成した。第３の層３１３の厚さは４０ｎｍとなるようにした。また、Ａｌｑ_３とクマリン６との重量比は１：０．０１（モル比は、１：０．０１３）（＝Ａｌｑ_３：クマリン６）となるようにした。これによって、クマリン６はＡｌｑ_３からなる層の中に分散して含まれた状態となる。このようにして形成された第３の層３１３は、発光素子を駆動させたときに、発光層として機能する。

次に、第３の層３１３の上に、蒸着法によって、Ａｌｑ_３からなる第４の層３１４を形成した。第４の層３１４の厚さは３０ｎｍとなるようにした。この第４の層３１４は、発光素子を駆動させたときに、電子輸送層として機能する。

次に、第４の層３１４の上に、蒸着法によって、フッ化リチウムからなる第５の層３１５を形成した。第５の層３１５の厚さは１ｎｍとなるようにした。この第５の層３１５は、発光素子を駆動させたときに、電子注入層として機能する。

次に、第５の層３１５の上に、蒸着法によって、アルミニウムを２００ｎｍの厚さとなるように成膜し、第２の電極３０２を形成した。

以上のようにして、作製した発光素子に、第２の電極３０２の電位よりも第１の電極３０１の電位の方が大きくなるように電圧を印加し、発光素子の動作特性について調べた結果を図１１〜１４に示す。図１１は、発光素子（１）〜（２１）を１０００ｃｄ／ｍ^２で発光させて電流効率を調べた後、第１の層３１１の厚さ［ｎｍ］（横軸）に対して、１０００ｃｄ／ｍ^２で発光させたときの電流効率［ｃｄ／Ａ］（縦軸）をプロットした図である。図１２は、発光素子（１）〜（２１）を１０００ｃｄ／ｍ^２で発光させて電力効率を調べた後、第１の層３１１の厚さ［ｎｍ］（横軸）に対して、１０００ｃｄ／ｍ^２で発光させたときの電力効率［ｌｍ／Ｗ］（縦軸）をプロットした図である。なお、本実施例で作製した発光素子では、クマリン６に由来した緑色の発光が得られた。

図１１および図１２において黒丸印は、第１の層３１１におけるモリブデン酸化物の体積率が７ｖｏｌ％の発光素子（１）〜（７）についてのプロット、黒四角印は、第１の層３１１におけるモリブデン酸化物の体積率が１０ｖｏｌ％の発光素子（８）〜（１４）についてのプロット、黒三角印は、第１の層３１１におけるモリブデン酸化物の体積率が１３ｖｏｌ％の発光素子（１５）〜（２１）についてのプロットである。

図１１、１２より、体積率が異なるいずれの発光素子においても第１の層３１１が１２０〜１８０ｎｍの厚さ（つまり、発光層として機能する第３の層３１３から第１の電極３０１迄の距離が１３０〜１９０ｎｍ）となるように形成されているときの電流効率および電力効率が最も高いことが分かる。

また、発光素子（１）〜（２１）を１０ｍＡ／ｃｍ^２で発光させて電流効率を調べた後、第１の層３１１［ｎｍ］（横軸）の厚さに対して、１０ｍＡ／ｃｍ^２で発光させたときの電流効率［ｃｄ／Ａ］（縦軸）をプロットした図を図１３に示す。さらに、発光素子（１）〜（２１）を１０ｍＡ／ｃｍ^２で発光させて電力効率を調べた後、第１の層３１１の厚さ［ｎｍ］（横軸）に対して、１０ｍＡ／ｃｍ^２で発光させたときの電力効率［ｌｍ／Ｗ］（縦軸）をプロットした図を図１４に示す。

図１３、１４から１０ｍＡ／ｃｍ^２の輝度で発光素子を発光させた場合も第１の層３１１が１５０ｎｍの厚さとなるように形成されているときの電流効率および電力効率が最も高いことが分かる。

以上のような第１の層３１１の厚さに依存した電流効率の変化は、主に、第１の層３１１の厚さが変わることによって発光層として機能する第３の層３１３と電極との距離（つまり光路長）が変わったことに因って、発光素子内部から外部に射出される発光の光量が変わった為生じた現象であると考えられる。

本実施例では、実施例１で作製した発光素子（１）〜（２１）に加えてさらに、正孔輸送性物質と金属酸化物とを混合した混合層における体積率（正孔輸送性物質と金属酸化物とをあわせた体積に対する金属酸化物の体積率）が４ｖｏｌ％であり、混合層（第１の層３１１）の厚さがそれぞれ６０ｎｍ、９０ｎｍ、１２０ｎｍ、１５０ｎｍである４つの発光素子（２２）、（２３）、（２４）（２５）を作製した。

なお、混合層の構成の他は、発光素子（１）〜（２１）と同様に作製した為、本実施例では、発光素子（２２）〜（２５）の作製方法についての説明は実施例１の記載を準用する。

発光素子（１）〜（４）、（８）〜（１１）、（１５）〜（１８）、（２２）〜（２５）を発光させて得られた電流−電圧特性の図を図１５（Ａ）〜（Ｄ）に示す。図１５（Ａ）は、体積率が４ｖｏｌ％の発光素子（２２）〜（２５）についての電流−電圧特性を表す。また、図１５（Ｂ）は、体積率が７ｖｏｌ％の発光素子（１）〜（４）についての電流−電圧特性を表す。また、図１５（Ｃ）は、体積率が１０ｖｏｌ％の発光素子（８）〜（１１）についての電流−電圧特性を表す。また、図１５（Ｄ）は、体積率が１３ｖｏｌ％の発光素子（２２）〜（２５）についての電流−電圧特性を表す。なお、図１５（Ａ）〜（Ｄ）において縦軸は電流（ｍＡ）、横軸は電圧（Ｖ）である。

図１５（Ａ）〜（Ｄ）より、体積率が大きくなる程（つまり、金属酸化物の一つであるモリブデン酸化物の濃度が高くなる程）、混合層の厚さに依存した電流−電圧特性の特性差が少なくなっていることが分かる。このように、一定の電流が流れるように駆動させる為に印加する電圧が、混合層の厚さに依存して殆ど変化しない発光素子を作製する為には、正孔輸送性物質と金属酸化物とをあわせた体積に対するモリブデン酸化物の体積率を特に４ｖｏｌ％よりも大きくすることが好ましいことが分かる。

本発明の発光素子の一態様について説明する図。 本発明の発光装置の一態様について説明する図。 本発明の発光装置に設けられた画素を駆動する為の回路の一態様について説明する図。 本発明の発光装置に含まれる画素部の一態様について説明する図。 本発明の発光装置に含まれる画素を駆動するための駆動方法について説明するフレーム図。 本発明の発光装置の断面の一態様について説明する図。 本発明の発光装置の一態様について説明する図。 本発明を適用した電子機器の一態様について説明する図。 本発明を適用した照明装置について説明する図。 本発明の発光素子の一実施例について説明する図。 混合層（第１の層３１１）の厚さに対する電流効率の変化を示す図。 混合層（第１の層３１１）の厚さに対する電力効率の変化を示す図。 混合層（第１の層３１１）の厚さに対する電流効率の変化を示す図。 混合層（第１の層３１１）の厚さに対する電力効率の変化を示す図。 実施例１、２で作製した発光素子の電流−電圧特性を示す図。 本発明の発光素子の一態様について説明する図。 本発明の発光素子の一態様について説明する図。

符号の説明

１０ 基板
１１ トランジスタ
１２ 発光素子
１３ 第１の電極
１４ 第２の電極
１５ 層
１６ 層間絶縁膜
１７ 配線
１８ 隔壁層
１９ 層間絶縁膜
１０１ 第１の電極
１０２ 第２の電極
１１１ 混合層
１１２ 正孔輸送層
１１３ 発光層
１１４ 電子輸送層
１１５ 電子注入層
１１６ 電子発生層
１１７ 正孔阻止層
３００ 基板
３０１ 第１の電極
３０２ 第２の電極
３１１ 第１の層
３１２ 第２の層
３１３ 第３の層
３１４ 第４の層
３１５ 第５の層
５０１ サブフレーム
５０２ サブフレーム
５０３ サブフレーム
５０４ サブフレーム
９０１ 第１のトランジスタ
９０２ 第２のトランジスタ
９０３ 発光素子
９１１ ゲート信号線
９１２ ソース信号線
９１３ 書込用ゲート信号線駆動回路
９１４ 消去用ゲート信号線駆動回路
９１５ ソース信号線駆動回路
９１６ 電源
９１７ 電流供給線
９１８ スイッチ
９１９ スイッチ
９２０ スイッチ
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ 発光層等を含む層
９５６ 電極
１００１ 第１のトランジスタ
１００２ 第２のトランジスタ
１００３ ゲート信号線
１００４ ソース信号線
１００５ 電流供給線
１００６ 電極
５０１ａ 期間
５０１ｂ 保持期間
５０４ｂ 保持期間
５０４ｃ 消去期間
５０４ｄ 非発光期間
５５１１ 筐体
５５１２ 液晶装置
５５１３ 発光装置
５５１４ 筐体
５５１５ 外部入力端子
５５１６ 外部入力端子
５５２１ 本体
５５２２ 筐体
５５２３ 表示部
５５２４ キーボード
５５３１ 表示部
５５３２ 筐体
５５３３ スピーカー
５５５１ 表示部
５５５２ 本体
５５５３ アンテナ
５５５４ 音声出力部
５５５５ 音声入力部
５５５６ 操作スイッチ
５５５７ 操作スイッチ
６５００ 基板
６５０３ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６５０４ プリント配線基盤（ＰＷＢ）
６５１１ 画素部
６５１２ ソース信号線駆動回路
６５１３ 書込用ゲート信号線駆動回路
６５１４ 消去用ゲート信号線駆動回路

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板上の第１の電極と、
   前記第１の電極上の混合層と、
   前記混合層上の正孔輸送層と、
   前記正孔輸送層上の発光層と、
   前記発光層上の電子輸送層と、
   前記電子輸送層上の第２の電極と、を有し、
   前記第１の電極は透光性を有し、
   前記正孔輸送層の膜厚は、５ｎｍ〜５０ｎｍであり、
   前記発光層は緑色に発光する発光物質を含み、
   前記混合層は、正孔輸送性物質とモリブデン酸化物とを含み、
   前記モリブデン酸化物は、前記正孔輸送性物質と前記モリブデン酸化物とをあわせた体積に対して７体積％以上１３体積％以下の濃度で前記混合層に含まれており、
   前記混合層は、前記第１の電極と前記発光層との光路の長さを調整するため、１２０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下の厚さとなることを特徴とする発光素子。
2. 請求項１において、
   前記電子輸送層は電子輸送性物質を含み、
   前記電子輸送性物質の移動度と、前記混合層に含まれる前記正孔輸送性物質の移動度とは、一方の物質の移動度に対する他方の物質の移動度の比が１０００以下であることを特徴とする発光素子。
3. 基板と、
   前記基板上の第１の電極と、
   前記第１の電極上の混合層と、
   前記混合層上の正孔輸送層と、
   前記正孔輸送層上の発光層と、
   前記発光層上の電子輸送層と、
   前記電子輸送層上の電子注入層と、
   前記電子注入層上の第２の電極と、を有し、
   前記第１の電極は、インジウム錫酸化物膜であり、
   前記正孔輸送層は、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニルからなり、
   前記発光層は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ _３ ）とクマリン６とを含み、
   前記電子輸送層は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ _３ ）からなり、
   前記電子注入層は、フッ化リチウムからなり、
   前記第２の電極は、アルミニウムであり、
   前記正孔輸送層の膜厚は、１０ｎｍであり、
   前記混合層は、正孔輸送性物質とモリブデン酸化物とを含み、
   前記混合層は、正孔輸送性物質として４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニルを含み、
   前記モリブデン酸化物は、前記正孔輸送性物質と前記モリブデン酸化物とをあわせた体積に対して７体積％以上１３体積％以下の濃度で前記混合層に含まれており、
   前記混合層は、前記第１の電極と前記発光層との光路の長さを調整するため、１５０ｎｍの厚さとなることを特徴とする発光素子。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発光素子を含むことを特徴とする発光装置。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発光素子を含み、
   前記基板上にトランジスタを有し、
   前記トランジスタは、前記発光素子が有する前記第１の電極と電気的に接続していることを特徴とする発光装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の発光装置を表示部に用いていることを特徴とする電子機器。

Images