JP4836513B2 - 発光素子、発光装置、照明機器、電子機器および半導体素子 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子、半導体素子等の電子デバイスに関し、特に、電子デバイスに含まれ、電圧を印加したときに電流が流れる層の構造およびその作製方法に関する。

これまでに印字装置等として用いられてきたインクジェット装置は、近年、配線形成或いは膜形成用の装置としても利用されるようになってきている。このような用途の拡大と共に、それぞれの用途に適合した性能を有する材料を開発することが求められてきている。

例えば、エレクトロルミネセンス素子や、有機トランジスタの開発分野では、インクジェット法、塗布法などの湿式法を用いて発光層、輸送層、或いは半導体層等を形成している。そして、これらの層を形成するための材料として、主に高分子化合物が用いられている。

しかし、高分子化合物だけでなく低分子化合物についてもインクジェット法等の湿式法を用いた膜形成が容易になれば、より多様な素子を作製することができる。

その為、高分子化合物だけでなく、低分子化合物を用いて素子を作製する技術の開発が行われており、例えば特許文献１では、自己組織化膜を形成する工程を設けることによって、低分子化合物を材料として用いたインクジェット法による薄膜形成をする方法について開示されている。

また、特許文献２では、高分子発光材料を溶解した有機溶媒の溶液を用いて塗布法により発光層を形成するとき、有機溶媒によってホール注入層が侵されるという不具合が生じることについて記載されている。そして、その不具合を解消するために有機溶剤不溶性高分子を主成分として含むホール注入層を設けた発光素子について開示している。特許文献２によれば、このようなホール注入層は、反応開始剤を含む溶液を塗布して形成した膜に水銀ランプを照射する方法によって形成される。しかし、このような方法では反応開始剤が不純物として膜中に残存してしまう場合がある。

特開２００３−２３４５２２号公報 特開２００３−１６３０８６号公報

本発明は、湿式法を用いて容易に作製できる電子デバイスを提供することを課題とする。

本発明の電子デバイスの一は、［２＋２］環化付加反応（［２＋２］ｃｙｃｌｏａｄｄｉｔｉｏｎ）によって生成された化合物を含む層を有する電子デバイスである。ここで、電子デバイスとしては、発光素子、トランジスタ等の半導体素子が挙げられる。

本発明の電子デバイスの一は、第１の層と第２の層とを有する。第１の層は、共役二重結合を含む第１の化合物を含む。ここで、第１の化合物の分子量は１００〜１０００であることが好ましい。第２の層は、前記第１の化合物が二分子、付加反応により環状の構造を形成することによって生成された第２の化合物を含む。ここで、電子デバイスとしては、発光素子、トランジスタ等の半導体素子が挙げられる。

本発明の電子デバイスの作製方法の一は、第１の工程と第２の工程とを有する。第１の工程は、共役二重結合を含む化合物を含む第１の層を形成する工程である。ここで該化合物の分子量は１００〜１０００であることが好ましい。第２の工程は、第１の層に含まれる化合物について［２＋２］環化付加反応が生じるように第１の層に光を照射する工程である。ここで、電子デバイスとしては、発光素子、トランジスタ等の半導体素子が挙げられる。

本発明の発光素子の一は、第１の電極と第２の電極との間に、［２＋２］環化付加反応（［２＋２］ｃｙｃｌｏａｄｄｉｔｉｏｎ）によって生成された化合物を含む層を有する発光素子である。

本発明の発光素子の一は、第１の電極と第２の電極との間に、第１の層と第２の層とを有する発光素子である。第１の層は、第１の化合物を含む。第２の層は、第２の化合物を含む。ここで、第１の化合物は共役二重結合を含む化合物である。第１の化合物の分子量は１００〜１０００であることが好ましい。そして、第２の化合物は、第１の化合物が二分子、付加反応により環状の構造を形成することによって生成された化合物である。

本発明の発光素子の作製方法の一は、共役二重結合を含む化合物を含む層を形成する工程と、［２＋２］環化付加反応が生じるようにその層に光を照射する工程とを含む作製方法である。共役二重結合を含む化合物の分子量は１００〜１０００であることが好ましい。

本発明の半導体素子の一は、第１の半導体層と第２の半導体層との間に、［２＋２］環化付加反応（［２＋２］ｃｙｃｌｏａｄｄｉｔｉｏｎ）によって生成された化合物を含む層を有するトランジスタである。

本発明の半導体素子の一は、第１の半導体層と、第２の半導体層と、第３の半導体層とを有するトランジスタである。第１の半導体層は、第１の化合物を含む。第２の半導体層は、第２の化合物を含む。ここで、第１の化合物は共役二重結合を含む化合物である。第１の化合物の分子量は１００〜１０００であることが好ましい。そして、第２の化合物は、第１の化合物が二分子、付加反応により環状の構造を形成することによって生成された化合物である。また、第１の半導体層と第３の半導体層とは優先的に輸送されるキャリアの極性が異なる。

本発明の半導体素子の作製方法の一は、共役二重結合を含む化合物を含む層を形成する工程と、［２＋２］環化付加反応が生じるようにその層に光を照射する工程とを含む作製方法である。共役二重結合を含む化合物の分子量は１００〜１０００であることが好ましい。

本発明によって、湿式法を用いて形成した複数の層を積層させた構造を有する、発光素子、半導体素子等の電子デバイスを容易に作製することができる。また、湿式法の中でも特に描画法を用いることで、低コストな電子デバイスの作製が容易となる。また、本発明によって、不純物の含有量の少ない電子デバイスを容易に作製することができる。

また本発明によって、低コストで安価な発光装置、半導体装置、及びそれらを実装することによって低コストで安価となった電子機器を得ることができる。

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）
本形態では、図１で表されるように、第１の電極１０１と第２の電極１０２との間に複数の層を有する本発明の発光素子の作製方法について、図２（Ａ）〜（Ｄ）、図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明する。なお、図１では、第１の層１１１、第２の層１１２、第３の層１１３、第４の層１１４、第５の層１１５の５層が積層されているが、積層する層の数について特に限定はない。

第１の電極１０１の上に、第１の電極１０１の一部が露出するように開口部が設けられた隔壁層１２１を形成する。

ここで、第１の電極１０１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、２〜２０％の酸化亜鉛を含む酸化インジウムの他、アルミニウム（Ａｌ）、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）等の導電性を有する物質を用いて形成すればよい。また、隔壁層１２１についても特に限定はなく、酸化珪素等の無機物またはアクリル、ポリイミド、レジスト等有機物等を用いて形成すればよい。また、シロキサン等を用いて隔壁層１２１を形成してもよい。

次に、第１の電極１０１の上に、共役二重結合を含む化合物（第１の化合物）を含む第１の層１１１を形成する。第１の化合物は、［２＋２］環化付加反応（［２＋２］ｃｙｃｌｏａｄｄｉｔｉｏｎ）によって化合物を生成することが容易な低分子化合物であることが好ましい。ここで低分子化合物とは、分子量が１００〜１０００である化合物をいう。このような化合物として、例えば、アントラセン、アントラセン誘導体、ケイ皮酸、ケイ皮酸誘導体、クマリン誘導体等が挙げられる。

第１の層１１１の形成方法について特に限定はなく、蒸着法、塗布法、または描画法等の何れの方法を用いて形成してもよい。ここで、描画法とは、材料となる溶液を滴下するタイミング、位置を制御しながら所望の部位に選択的に膜を形成する方法である。なお、描画法を用いることによって、層を形成するための材料となる物質を無駄なく使用でき、材料の使用効率の高い発光素子を作製することができる。

次に、第１の層１１１に光を照射し、第１の化合物を［２＋２］環化付加反応させる。ここで、［２＋２］環化付加反応とは、光反応のひとつであり、共役二重結合を含む化合物が付加により環状の構造を形成する反応をいう。

第１の化合物を［２＋２］環化付加反応させることによって、第１の化合物の光二量体である第２の化合物が生成される。例えば、第１の化合物がアントラセンである場合には、光照射によってアントラセンの光二量体が第２の化合物として生成される。このようにして、第２の化合物を含む第２の層１１２が形成される。

光の照射方法等について特に限定はなく、照射する光の波長、照射時間、照射強度等は、［２＋２］環化付加反応が起こるように、第１の化合物の特性に合わせて調節すればよい。また、第１の層１１１において表面（光が入射する側の面）から膜厚方向にいずれの深さまでの領域を第２の層１１２へと変化させるかについて特に限定はない。

以上のようにして形成された第２の層１１２は、第１の層１１１よりも溶媒、特に有機溶媒に対する溶解性が低い層である。

次に、第２の層１１２の上に、共役二重結合を含む化合物（第３の化合物）を含む第３の層１１３を形成する。第３の化合物は、［２＋２］環化付加反応によって化合物を生成することが容易な低分子化合物であることが好ましく、前述の第１の化合物と同様のものを用いることができる。

第３の層１１３の形成方法について特に限定はなく、蒸着法、塗布法、または描画法等の何れの方法を用いて形成してもよい。第２の層１１２は溶媒、特に有機溶媒に対し溶解し難い層であるため、第２の層１１２の層の上には、蒸着法のような乾式法だけでなく、溶媒、特に有機溶媒を含む溶液を材料とした塗布法、描画法等の湿式法によっても層を形成することが容易にできる。また、描画法を用いることによって、層を形成するための材料となる物質を無駄なく使用でき、材料の使用効率の高い発光素子を作製することができる。

次に、第３の層１１３に光を照射し、第３の化合物を［２＋２］環化付加反応させる。第３の化合物を［２＋２］環化付加反応させることによって、第３の化合物の二量体である第４の化合物が生成される。このようにして、第４の化合物を含む第４の層１１４が形成される。

光の照射方法等について特に限定はなく、照射する光の波長、照射時間、照射強度等は、［２＋２］環化付加反応が起こるように、第３の化合物の特性に合わせて調節すればよい。また、第３の層１１３において表面（光が入射する側の面）から膜厚方向にいずれの深さまでの領域を第４の層１１４へと変化させるかについて特に限定はない。

次に、第４の層１１４の上に第５の層１１５を形成する。第５の層１１５の形成方法について特に限定はなく、蒸着法、塗布法、または描画法等、何れの方法を用いて形成してもよい。第４の層１１４は、［２＋２］環化付加反応によって生成された第４の化合物から成る層であるため、第４の層１１４の層の上には、蒸着法のような乾式法だけでなく、塗布法、描画法等の湿式法によっても層を形成することが容易にできる。また、描画法を用いることによって、層を形成するための材料となる物質を無駄なく使用でき、材料の使用効率良く発光素子を作製することができる。また、第５の層１１５は低分子化合物だけでなく高分子化合物を用いて形成してもよい。ここで、高分子化合物とは、分子内に同期構造を有し、分子量に分布を有する化合物である。このように、特に［２＋２］環化付加反応によって生成された物質を含む層を設ける必要がない場合は、低分子化合物だけでなく高分子化合物を用いて形成してもよい。但し、低分子化合物を用いた場合には、重合開始剤等の不純物を含まない発光素子を得ることができる。

以上のように、［２＋２］環化付加反応によって生成された化合物を含む第２の層１１２や第４の層１１４を設けることによって、第３の層１１３や第５の層１１５を湿式法によって形成することが容易となる。このように本発明の発光素子は、湿式法によって作製することが容易であり、その為、特に描画法を用いて膜形成することにより低コストで製造できるというものである。なお、描画法の具体例としては、インクジェット法等が挙げられる。

次に、第５の層１１５の上に第２の電極１０２を形成する。ここで、第２の電極１０２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、２〜２０％の酸化亜鉛を含む酸化インジウムの他、アルミニウム（Ａｌ）、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）等の導電性を有する物質を用いて形成すればよい。なお、第１の電極１０１と第２の電極１０２とのいずれか一または両方は、可視光を透過できる導電物で形成されていることが好ましい。これによって、発光した光をいずれか一または両方の電極を介して取り出すことができる。

なお、本形態では、第１の層１１１と第３の層１１３の２層に対し、［２＋２］環化付加反応を起こさせるための処理をしたが、蒸着法、塗布法、描画法等の成膜方法によって形成した全ての層に対しそのような処理を行う必要はない。例えば、第５の層１１５に含まれる溶媒に対し第３の化合物が不溶であるといった場合には、第４の層１１４は必ずしも形成する必要はないため、第１の層１１１に対してのみ［２＋２］環化付加反応を起こさせるための処理を行ってもよい。

第１の電極１０１と第２の電極１０２とに電圧を印加し、電流を流したときに、電子と正孔とが再結合して発光物質を励起し、励起された発光物質が基底状態に戻るときに発光する。何れの層に発光物質を含ませるかについて特に限定はないが、図１に表されるような発光素子においては、両電極から離れている第３の層１１３に含ませることが好ましい。これによって、金属に起因した消光が起こることを防止できる。ここで、発光物質とは、発光効率が良好で、所望の発光波長の発光を呈し得る物質である。従って、前述の第３の化合物が、［２＋２］環化付加反応を起こすことができ、また発光効率も良好である場合は、第３の化合物を発光物質として用いてもよい。また、第３の化合物と異なる物質を発光させたい場合は、第３の化合物と共に、所望の発光波長の発光を呈し得る物質を混合させればよい。発光物質用いる物質について特に限定はなく、蛍光を発光する物質の他、燐光を発光する物質等を用いることができる。また、第３の層１１３において電子と正孔とが再結合するように、第１の層１１１、第２の層１１２、第４の層１１４、第５の層１１５の膜厚、キャリア輸送性等を調節してやればよい。また、二つの電極のうち陰極として機能する方の電極と接するようにフッ化リチウム、フッ化カルシウム、リチウム、カルシウム等、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属を含む層等を設け、電子の注入を補助してもよい。また、陽極として機能する方の電極と接するようにモリブデン酸化物、バナジウム酸化物等の金属酸化物等を含む層を設け、正孔の注入を補助してもよい。

以上に説明した本発明の発光素子の作製方法を実施することによって、湿式法を用いて形成した複数の層を積層させた発光素子を容易に作製することができる。また、湿式法のなかでも特に描画法を用いて作製することによって、低コストで作製することができる。また、本発明の発光素子の作製方法を実施することによって、重合開始剤等の不純物を含まない発光素子を作製することができる。

（実施の形態２）
本形態では本発明を適用した半導体素子について図１０を用いて説明する。

図１０において、支持体２００上にはゲート電極２０１を覆うように、ゲート絶縁層２０２が設けられている。ゲート電極２０１について特に限定はなく、アルミニウム、銅、金、銀等の導電性を有する材料を用いて形成されたものを用いることができる。また、ゲート絶縁層２０２についても特に限定はなく、酸化珪素または窒化珪素等の無機物の他、有機物を用いて形成されたものであってもよい。また、支持体２００についても特に限定はなく、ガラス基板、石英基板等の他、プラスチック基板等の可撓性を有する基板を用いることができる。

ゲート絶縁層２０２上には、ゲート電極２０１及びゲート絶縁層２０２と重畳するように第１の半導体層２０３が設けられている。第１の半導体層２０３は、共役二重結合を含む化合物（第５の化合物）を含む層である。第５の化合物は、［２＋２］環化付加反応（［２＋２］ｃｙｃｌｏａｄｄｉｔｉｏｎ）によって化合物を生成することが容易な低分子化合物であることが好ましい。ここで低分子化合物とは、分子量が１００〜１０００である化合物をいう。このような化合物として、例えば、アントラセン、アントラセン誘導体、ケイ皮酸、ケイ皮酸誘導体、クマリン誘導体、ペンタセン誘導体等が挙げられる。

第１の半導体層２０３の形成方法について特に限定はなく、蒸着法、塗布法、または描画法等の何れの方法を用いて形成してもよい。但し、描画法を用いることによって、層を形成するための材料となる物質を無駄なく使用でき、材料の使用効率良くトランジスタを作製することができる。

また図１０のトランジスタは、第１の半導体層２０３と接して第２の半導体層２０４を有する。第２の半導体層２０４は、第１の半導体層２０３に光を照射し、［２＋２］環化付加反応を起こさせることによって生成された第５の化合物の二量体（第６の化合物）を含む層である。このようにして形成された第２の半導体層２０４は、溶媒、特に有機溶媒に溶解し難いという性質を有する。

第２の半導体層２０４の上にはさらに第３の半導体層２０５を有する。第３の半導体層２０５の形成方法について特に限定はなく、蒸着法、塗布法、または描画法等の何れの方法を用いて形成してもよい。第２の半導体層２０４は溶媒、特に有機溶媒溶解し難い層であるため、第２の半導体層２０４の層の上には、蒸着法のような乾式法だけでなく、溶媒、特に有機溶媒を含む溶液を材料とした塗布法、描画法等の湿式法によっても層を形成することが容易にできる。また、描画法を用いることによって、層を形成するための材料となる物質を無駄なく使用でき、材料の使用効率良くトランジスタを作製することができる。

また、第１の半導体層２０３、第３の半導体層２０５としては、それぞれ、ペンタセン、ポリチオフェン等の低分子化合物または高分子化合物を用いて形成された層を用いることができる。

ここで、第１の半導体層２０３と第３の半導体層２０５のいずれか一方はｎ型の半導体（正孔よりも電子の移動度が高く、電子が優先的に輸送される半導体）で形成された層であり、他方はｐ型の半導体（電子よりも正孔の移動度が高く、正孔が優先的に輸送される半導体）で形成された層である。つまり第１の半導体層２０３と第３の半導体層２０５とは優先的に輸送されるキャリアの極性が異なる。

第３の半導体層２０５の上には、ソース電極２０６、ドレイン電極２０７を有する。ソース電極２０６、ドレイン電極２０７について特に限定はなく、アルミニウム、銅、金、銀等の他、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）水溶液（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等を用いて形成された導電性を有する有機物を用いて形成されたものを用いることができる。また、ソース電極２０６、ドレイン電極２０７の形成方法についても特に限定はなく、蒸着法、塗布法、または描画法等の何れの方法を用いて形成してもよい。また、塗布法や描画法等の湿式法を用いる場合は、第３の半導体層２０５に光を照射して［２＋２］環化付加反応を起こさせ、溶媒、特に有機溶媒に溶解し難い層を形成してもよい。

以上に説明し本発明のトランジスタおいて、ソース電極２０６とドレイン電極２０７との間に電位差が生じるように電圧を印加すると共に、ゲート電極２０１に正の電圧を印加したとき、ｎ型の半導体を含む側の層においてチャネルが形成され、電流が流れる。また、ソース電極２０６とドレイン電極２０７との間に電位差が生じるように電圧を印加すると共に、ゲート電極２０１に負の電圧を印加したとき、ｐ型の半導体を含む側の層においてチャネルが形成され、電流が流れる。具体的には、第１の半導体層２０３がｎ型の半導体で形成された層であり第３の半導体層２０５がｐ型の半導体で形成された層であるとき、ゲート電極２０１に正の電圧を印加すると第１の半導体層２０３にチャネルが形成される。また、ゲート電極２０１に負の電圧を印加すると第３の半導体層２０５にチャネルが形成される。

以上に説明した本発明の半導体素子の作製方法を実施することによって、湿式法を用いて形成した複数の層を積層させた半導体素子を容易に作製することができる。また、湿式法のなかでも特に描画法を用いて作製することによって、低コストで作製することができる。なお、半導体素子の構造は、図１０に示したものに限定されるものではなく、図１０と異なる構造を有するものであってもよい。

（実施の形態３）
本発明の発光素子は低コストで作製することができるため、本発明の発光素子を画素等として用いることで、安価な発光装置、半導体装置等を製造することができる。また、本発明を実施することで、重合開始剤等の不純物に起因した発光素子の不具合が少ない発光装置を得ることができる。

本形態では、本発明の発光素子を含み、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４〜７を用いて説明する。

図４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４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）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５は、一画素を動作するための回路を表した図である。図５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、それぞれ第１電極、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６の上面図に表すように配置することができる。図６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７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７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フレームは、図７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＝２³：２²：２¹：２⁰＝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、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５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へ供給される電流値が決まる。そして、その電流値に依存して発光素子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な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を電源９１６と接続する。また、ゲート信号線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、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４）
本発明の電子デバイスを含む発光装置の断面図の一態様について、図８を用いて説明する。

図８において、点線で囲まれているのは、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おにおいて述べたように第１の電極１３と第２の電極１４との間に複数の層が積層された層１５を有する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８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。また、無機物から成る半導体の他、有機物から成る半導体を含む半導体層であってもよい。

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）を終端させる為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。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。珪化物気体をグロー放電分解（プラズマＣＶＤ）して形成する。珪化物気体としては、ＳｉＨ₄、その他にもＳｉ₂Ｈ₆、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＦ₄などを用いることが可。この珪化物気体をＨ₂、又は、Ｈ₂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１×１０²⁰／ｃｍ³以下とすることが望ましく、特に、酸素濃度は５×１０¹⁹／ｃｍ³以下、好ましくは１×１０¹⁹／ｃｍ³以下とする。なお、セミアモルファス半導体を用いたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の移動度はおよそ１〜１０ｃｍ²／Ｖｓｅｃとなる。

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８（Ａ）〜（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はアクリルやシロキサン（シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、アルキル基等の置換基を有する化合物）、塗布成膜可能な酸化珪素等の自己平坦性を有する物質から成る。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、または無機物と有機物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、無機物と有機物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８（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８（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８（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。１９ａはアクリルやシロキサン、塗布成膜可能な酸化珪素等の自己平坦性を有する物質から成る。さらに、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、または無機物と有機物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１３および第２の電極１４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８（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８（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８（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。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５）
本発明の発光装置は低コストで作製できるものであるため、本発明の発光装置を実装することによって低コストな電子機器を得ることができる。

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９に示す。

図９（Ａ）は、本発明を適用して作製したノート型の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。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パーソナルコンピュータを完成できる。

図９（Ｂ）は、本発明を適用して作製した電話機であり、本体５５５２には表示部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電話機を完成できる。

図９（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、上記に述べた電子機器の他、ナビゲイション装置、或いは照明機器等に本発明の発光素子を有する発光装置を実装しても構わない。

本発明の発光装置の構造について説明する図。 本発明の発光装置の作製方法について説明する図。 本発明の発光装置の作製方法について説明する図。 本発明を適用した発光装置について説明する図。 本発明を適用した発光装置に含まれる回路について説明する図。 本発明を適用した発光装置の上面図。 本発明を適用した発光装置のフレーム動作について説明する図。 本発明を適用した発光装置の断面図。 本発明を適用した電子機器の図。 本発明の半導体装置について説明する図。

符号の説明

１０１ 第１の電極
１０２ 第２の電極
１１１ 第１の層
１１２ 第２の層
１１３ 第３の層
１１４ 第４の層
１１５ 第５の層
１２１ 隔壁層
２００ 支持体
２０１ ゲート電極
２０２ ゲート絶縁層
２０３ 第１の半導体層
２０４ 第２の半導体層
２０５ 第３の半導体層
２０６ ソース電極
２０７ ドレイン電極
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
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
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
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
５０１ａ 期間
５０１ｂ 保持期間
５０２ａ 期間
５０２ｂ 保持期間
５０３ａ 期間
５０３ｂ 保持期間
５０４ａ 期間
５０４ｂ 保持期間
５０４ｃ 消去期間
５０４ｄ 非発光期間
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
５５２１ 本体
５５２２ 筐体
５５２３ 表示部
５５２４ キーボード
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
５５３１ 表示部
５５３２ 筐体
５５３３ スピーカー

Claims (12)

1. 第１の電極上の第１の層と、前記第１の層上の第２の層と、前記第２の層上の第３の層と、前記第３の層上の第２の電極と、を有し、
   前記第１の層は、分子量１００〜１０００である第１の化合物を含み、
   前記第２の層は、光環化付加反応により生成された前記第１の化合物の二量体である第２の化合物からなり、
   前記第３の層は、湿式法により形成された発光層であり、
   前記第１の化合物は、アントラセン誘導体、ケイ皮酸誘導体またはクマリン誘導体であることを特徴とする発光素子。
2. 請求項１において、
   前記第３の層上の第４の層と、前記第４の層上の第５の層と、を有し、
   前記第５の層上に前記第２の電極を有することを特徴とする発光素子。
3. 請求項２において、
   前記第３の層は、分子量１００〜１０００である第３の化合物を含み
   前記第４の層は、光環化付加反応により生成された前記第３の化合物の二量体である第４の化合物からなり、
   前記第５の層は、湿式法により形成されることを特徴とする発光素子。
4. 請求項３において、
   前記第３の化合物は、アントラセン誘導体、ケイ皮酸誘導体またはクマリン誘導体であることを特徴とする発光素子。
5. 請求項３または請求項４において、
   前記第３の化合物は、発光物質であることを特徴とする発光素子。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の発光素子は、重合開始剤を含まないことを特徴とする発光素子。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項において、
   前記第１の電極上に隔壁層を有することを特徴とする発光素子。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の発光素子を複数有することを特徴とする発光装置。
9. 請求項８に記載の発光装置を用いることを特徴とする照明機器。
10. 請求項８に記載の発光装置を表示部に用いることを特徴とする電子機器。
11. ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、第１の半導体層と、前記第１の半導体層上の第２の半導体層と、前記第２の半導体層上の第３の半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、を有し、
    前記第１の半導体層は、分子量１００〜１０００である第１の化合物を含み、
    前記第２の半導体層は、光環化付加反応により生成された前記第１の化合物の二量体である第２の化合物からなり、
    前記第３の半導体層は、湿式法で形成され、前記第１の半導体層と優先的に輸送されるキャリアの極性が異なり、
    前記第１の化合物は、アントラセン誘導体、ケイ皮酸誘導体、クマリン誘導体またはペンタセン誘導体であることを特徴とする半導体素子。
12. 請求項１１において、
    前記第１の半導体層または前記第３の半導体層にチャネルが形成されることを特徴とする半導体素子。

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