JP5222988B2

JP5222988B2 - 発光素子、及びその発光素子を用いた発光装置、照明機器

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Publication number: JP5222988B2
Application number: JP2011227841A
Authority: JP
Inventors: 恵子斎藤; 寿雄池田
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: EP2276088A3; US7387904B2; EP2276088B1; JP2012039145A; JP4963329B2; JP2014045225A; US20110260206A1; US20150263307A1; EP2276088A2; US20080203385A1; US20160149160A1; JP2012156529A; TW200812428A; JP6250902B2; KR20050033433A; JP2011071145A; TW201216766A; KR101177854B1; US20050072977A1; CN1607874B

Description

本発明は一対の電極間に複数の層が挟まれた構成を有する発光素子に関し、特にその層
の構成に関する。

エレクトロルミネッセンス素子（発光素子）からの発光を利用した発光装置は、表示用
または照明用等の装置として注目されている。

発光装置に用いられる発光素子としては、一対の電極間に、発光性またはキャリア輸送
性等を有する物質からなる複数の層が挟まれた構成を有するものがよく知られている。

このような発光素子では、いずれか一方の電極は陽極として、他方の電極は陰極として
それぞれ機能し、陽極側から注入された正孔と、陰極側から注入された電子とが再結合し
て励起状態の分子を形成し、それが基底状態に戻るときに発光する。発光は、一対の電極
のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。

上記のような発光素子の作製工程は、一方の電極を形成した後、その上に複数の層を形
成し、さらにその上に他方の電極を形成するものが一般的である。

このような方法で発光素子を作製した場合、複数の層を形成した後の電極形成工程にお
いて、該層が損傷し、良好な素子特性を得ることができないことがある。このような現象
は、特にスパッタリング法を用いて前記電極を形成した場合に多くみられる。これは、ス
パッタリング法を用いた電極の形成過程では、高いエネルギーをもった原子が該層を損傷
するためと考えられている。

そのため、スパッタリング法を用いて前記電極を形成した場合でも損傷を受けにくい素
子構造を有する発光素子やその作製方法の開発が行われている。

例えば、特許文献１や特許文献２では、フタロシアニンからなる層を設けることでスパ
ッタリング法による成膜時に起こる有機層の損傷を抑制できることが示されている。また
、特許文献３においては、ＡｇＬｉから成る膜を設けることによって、スパッタリング法
による成膜時に起こる有機層の損傷を抑制できることも報告されている。

しかし、特許文献１や特許文献２に示されたような方法では、電子輸送層と電子注入電
極との間にフタロシアニンを含む層を設けるための工程が増加することや、フタロシアニ
ンが長波長領域の光を吸収し易いことに起因し、赤色発光における発光効率が低下してし
まう等の問題が考えられる。また特許文献３に示されたような方法では、ＡｇＬｉの膜厚
が厚くなると光の透過率が低くなり、発光の外部取り出し効率が悪くなるとの問題が考え
られる。

特開２００２−７５６５８号公報特開２００２−３５９０８６号公報特開２００３−２４９３５７号公報

本発明では、スパッタリング法による成膜時に有機物を含む層へ生じる損傷を抑制でき
る発光素子を提供することを課題とする。また、スパッタリング法による成膜時に有機物
を含む層へ生じる損傷を抑制できると共に、電極間のショート（短絡）等も抑制できる発
光素子を提供することを課題とする。

本発明の発光素子は、スパッタリング法による成膜時に生じ得る有機物を含む層への損
傷を抑制できるように、一対の電極間に金属酸化物を含む層を設けたものである。

本発明の発光素子は、第１の電極と第２の電極との間に有機物を含む層を有し、前記第
２の電極と前記有機物を含む層との間には、さらに金属酸化物を含む層を有し、これらの
電極および層は、第１の電極よりも第２の電極の方が後に形成されるように積層されてい
ることを特徴としている。金属酸化物を含む層は１０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さであること
が好ましい。

前記有機物を含む層は、単層でも多層でもよく、好ましくは発光領域が第１の電極およ
び第２の電極から離れた部位に形成されるように、キャリア（電子・正孔）輸送性の高い
物質やキャリア注入性の高い物質などを組み合わせて構成されたものである。なお、有機
物を含む層は、一部にリチウムやマグネシウム等の金属元素、またはこの他の金属元素を
含んでいてもよい。

また、前記金属酸化物の具体例としては、モリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）やバナジウム
酸化物（ＶＯｘ）、ルテニウム酸化物（ＲｕＯｘ）、タングステン酸化物（ＷＯｘ）、マ
ンガン酸化物（ＭｎＯｘ）等が挙げられ、これらは蒸着法によって形成されることが好ま
しい。

このように、第２の電極と有機物を含む層との間に金属酸化物からなる層が設けられて
いる構成を有する本発明の発光素子では、第２の電極をスパッタリング法によって形成す
ることが可能である。

従って、第２の電極として、蒸着法よりもスパッタリング法によって成膜する方が容易
な物質、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）や珪素を含有したインジウム錫酸化物、酸
化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉ
ｎｃＯｘｉｄｅ）等を用いることが用いることが容易となり、第２の電極を形成するた
めの物質の選択性が広がる。

また、第２の電極と金属酸化物とを含む層との間にスパッタリング法により形成された
膜を有する構成の発光素子であっても、上記と同様に、スパッタリング法による成膜に起
因した有機物を含む層への損傷を抑制できる。なお、この場合、第２の電極は必ずしもス
パッタリング法によって形成されている必要はない。有機物を含む層と金属酸化物を含む
層とスパッタリング法により形成された層とが順に積層されている構成を有する発光素子
であれば、本発明による効果を得ることができる。

本発明により、スパッタリング法による成膜に起因した不良が抑制された発光素子を得
ることができる。また、スパッタリング法による成膜に起因した不良が抑制されると共に
、電極間のショートが抑制された発光素子を得ることができる。

本発明の発光素子および比較例の発光素子の電圧−輝度特性を表す図。本発明の発光素子の層構成について説明する図。本発明の発光素子の層構成について説明する図。本発明の発光素子および比較例の発光素子の電圧−電流特性を表す図。本発明の発光素子の輝度−電流効率特性を表す図。本発明の発光素子の電圧−輝度特性を表す図。本発明の発光素子の電圧−電流特性を表す図。本発明の発光素子の輝度−電流効率特性を表す図。本発明を適用した発光装置の断面構造について説明する図。本発明を適用した発光装置の断面構造について説明する図。本発明を適用した発光装置の画素部における上面図。本発明を適用した発光装置の画素部における上面図。本発明を適用した発光装置の画素部の回路図。本発明を適用した発光装置の断面構造について説明する図。本発明を適用した発光装置の模式図。本発明を適用した発光装置を実装した電子機器の図。

本発明の発光素子は、一対の電極間に有機物を含む層を有するものである。当該有機物
を含む層は、単層または複数の層で構成され、好ましくは電極から離れたところに発光領
域が形成されるように、つまり電極から離れた部位でキャリア（担体）の再結合が行われ
るように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層を組み合わ
せて積層されたものである。

本発明の発光素子の一態様について図２を用いて以下に説明する。

本形態において、発光素子２１０は、これを支持するための基板２００上に設けられて
おり、第１の電極２０１と、第１の電極２０１の上に順に積層した第１の層２０２、第２
の層２０３、第３の層２０４、第４の層２０５、第５の層２０６と、さらにその上に設け
られた第２の電極２０７とから構成されている。なお、本形態では第１の電極２０１は陰
極として機能し、第２の電極２０７は陽極として機能するように構成されている。

基板２００としては、例えばガラス、またはプラスチックなどを用いることができる。
なお、発光素子を作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のも
のでもよい。

第１の電極２０１は、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気
伝導性化合物、およびこれらの混合物などで構成されていることが好ましい。具体的には
、元素周期表の１族または２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃ
ｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチ
ウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含むアルミニウムや銀等の合金（Ｍ
ｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）が挙げられる。但し、第１の電極２０１と第２の電極２０７との
間に、電子注入を促す機能を有する層を当該第１の電極２０１と接して設けることにより
、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、または珪素
（Ｓｉ）を含むＩＴＯ等様々な導電性材料を第１の電極２０１として用いることができる
。但し、本形態で記載したものに限らず、この他のものを用いてもよい。

第１の層２０２は、電子注入性の高い物質、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化
セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）等のようなアルカリ金属又はアルカ
リ土類金属の化合物からなる層である。また、この他、電子輸送性の高い物質とアルカリ
金属又はアルカリ土類金属とを含む構成の層であってもよい。例えばＡｌｑ₃とマグネシ
ウム（Ｍｇ）とを含む構成の層であってもよい。

第２の層２０３は、電子輸送性の高い物質、例えばトリス（８−キノリノラト）アルミ
ニウム（略称：Ａｌｑ₃）、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略
称：Ａｌｍｑ₃）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略
称：ＢｅＢｑ₂）、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）など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する
金属錯体等からなる層である。また、この他ビス［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）などのオキサゾール系、チ
アゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外に
も、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−
オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）や、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）なども用いることができる。但し、本形態で記載したものに限らず、この
他のものを用いてもよい。

第３の層２０４は、発光性の高い物質を含む層である。例えば、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキ
ナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）や２Ｈ−クロメン−２−オン（略称：クマリン）等の発光
性の高い物質とトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ₃）や９，１０
−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）等のキャリア輸送性の高い物質とを
自由に組み合わせて構成される。但し、Ａｌｑ₃やＤＮＡは発光性も高い物質であるため
、これらの物質を単独で用いた構成とし、第３の層２０４としても構わない。

第４の層２０５は、正孔輸送性の高い物質、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：α−ＮＰＤ）や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）や４
，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（略称：
ＴＤＡＴＡ）、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（略称：ＭＴＤＡＴＡ）などの芳香族アミン系（即ち、
ベンゼン環−窒素の結合を有する）の化合物からなる層である。但し、本形態で記載した
ものに限らず、この他の化合物を用いてもよい。

第５の層２０６は、モリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）やバナジウム酸化物（ＶＯｘ）、ル
テニウム酸化物（ＲｕＯｘ）、タングステン酸化物（ＷＯｘ）、マンガン酸化物（ＭｎＯ
ｘ）等の金属酸化物からなる層である。このように金属酸化物を含む層を設けることによ
り、第２の電極２０７の形成工程にスパッタリング法を用いた場合に生じる有機物を含む
層（本形態においては、第１の層から第４の層）の損傷を抑制することができる。なお、
本形態において、金属酸化物を含む層は蒸着法によって形成されることが好ましい。また
、金属酸化物を含む層は、１０ｎｍ以上の膜厚であることが好ましい。スパッタリング法
に起因した損傷を抑制するには、このような膜厚で形成することが有効である。また、金
属酸化物としては、本形態で記載したものに限らず、この他のものを用いてもよい。第５
の層２０６は、例えば、金属酸化物と、正孔輸送性の高い物質とを含む層であってもよい
。正孔輸送性の高い物質としては先に記載したα−ＮＰＤやＴＰＤ等が挙げられる。この
ように、正孔輸送性の高い物質を含むことによって、より正孔を注入し易くなる。また、
第５の層２０６の膜厚を変え、発光性の高い物質を含む層（本形態では第３の層２０４）
から第２の電極２０７迄の距離を調節し、良好なスペクトル特性を示す発光を外部に取り
出すことが、正孔輸送性の高い物質を含むことによって容易となる。これは、第５の層２
０６を厚くすることによって生じ得る駆動電圧の上昇を、正孔輸送性の高い物質を含むこ
とによって低減することができるためである。

さらに、金属酸化物を含む層を１００ｎｍ以上の膜厚で形成した場合には、第１の電極
２０１または第２の電極２０７の膜面に形成された突起或いはこれらの電極間に混入した
異物等に起因して生じる、第１の電極２０１と第２の電極２０７とのショート（短絡）を
抑制することができる。なお、上記金属酸化物は光の透過性が高く、膜厚が厚くなっても
十分に発光を取り出すことができる。

第２の電極２０７は、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気
伝導性化合物、およびこれらの混合物などで形成されていることが好ましい。具体的には
、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、珪素を含有した
インジウム錫酸化物、酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺ
Ｏ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）の他、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）、または金属の窒化物（ＴｉＮ）等を
用いることができる。このように、第２の電極２０７はスパッタリング法により成膜可能
な導電性材料を用いて形成される。但し、本形態で記載したものに限らず、この他のもの
を用いてもよい。

以上のような構成を有する本発明の発光素子は、第１の電極２０１と第２の電極２０７
との間に生じた電位差により電流が流れ、発光性の高い物質を含む層である第３の層２０
４において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。つまり第３の層２０４に発光
領域が形成されるような構成となっている。但し、第３の層２０４の全てが発光領域とし
て機能する必要はなく、例えば、第３の層２０４のうち第２の層２０３側または第４の層
２０５側にのみ発光領域が形成されるようなものであってもよい。

発光は、第１の電極２０１または第２の電極２０７のいずれか一方または両方を通って
外部に取り出される。従って、第１の電極２０１または第２の電極２０７のいずれか一方
または両方は、透光性のある物質で成る。

第１の電極２０１および第２の電極２０７がいずれも透光性を有する物質からなるもの
である場合、図２（Ａ）に示すように、発光は第１の電極２０１および第２の電極２０７
を通って、基板側および基板と逆側の両方から取り出される。また、第２の電極２０７の
みが透光性を有する物質からなるものである場合、および第１の電極２０１および第２の
電極２０７が透光性を有する物質から成り第１の電極２０１側に反射膜が設けられている
場合は、図２（Ｂ）に示すように、発光は第２の電極２０７を通って基板と逆側から取り
出される。第１の電極２０１のみが透光性を有する物質からなるものである場合、および
第１の電極２０１および第２の電極２０７が透光性を有する物質から成り第２の電極２０
７側に反射膜が設けられている場合は、図２（Ｃ）に示すように、発光は第１の電極２０
１を通って基板側から取り出される。

なお第１の電極２０１と第２の電極２０７との間に設けられる層の構成は、上記のもの
には限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光が抑制されるよ
うに、第１の電極２０１および第２の電極２０７から離れた部位に正孔と電子とが再結合
する領域を設けた構成であり、且つ金属酸化物を含む層を有するものであれば、上記以外
のものでもよい。つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物
質または正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポ
ーラ性（電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質等から成る層を、金属酸化物を含む層
と自由に組み合わせて構成すればよい。また、例えば極薄の酸化珪素膜等からなる層を設
けることによってキャリアの再結合部位を制御したものであってもよい。

なお、上記発光素子は、基板２００上に第１の電極２０１を形成した後、その上に第１
の層２０２、第２の層２０３、第３の層２０４、第４の層２０５、第５の層２０６を順に
積層し、さらにその上に第２の電極２０７を形成することによって作製される。また、各
層の形成方法について特に限定はないが、蒸着法、またはインクジェット法、またはスピ
ンコート法のいずれかで形成することが好ましい。

上記と異なる構成を有する本発明の発光素子の具体例を図３に示す。図３において、基
板３００上には、第１の電極３０１が設けられており、第１の電極３０１の上には、第１
の層３０２、第２の層３０３、第３の層３０４、第４の層３０５、第５の層３０６が順に
積層して設けられている。さらに第５の層３０６の上には、第２の電極３０７が設けられ
ている。

ここで、第１の層３０２は正孔注入性の高い物質から成り、第２の層３０３は正孔輸送
性の高い物質から成り、第３の層３０４は発光体を含むキャリア輸送性の高い物質から成
り、第４の層３０５は電子輸送性の高い物質から成る。なお第５の層３０６は、金属酸化
物を含む層であり、この他、リチウムやマグネシウム等のアルカリ金属およびアルカリ土
類金属等の電子注入性の高い物質を含んでいてもよい。このような構成の発光素子におい
ても、上述のようなスパッタリング法による成膜に起因した有機化合物を含む層の損傷を
抑制することができる。このうような構成を有するとき、第１の電極３０１は陽極として
、第２の電極３０７は陰極としてそれぞれ機能する。なお、図３で表される発光素子も本
発明の発光素子の一態様であり、本発明の発光素子の構成はこれに限定されるものではな
い。

以上に述べた本発明の発光素子は、スパッタリング法に起因した有機物を含む層の損傷
を抑制できるものである。また、金属酸化物を含む層の膜厚を調整することによって電極
間のショートも抑制できるものである。さらに、本発明の発光素子を適用した発光装置は
、スパッタリング法や電極間のショートに起因した発光素子の不良が抑制されたものとな
り、例えば表示装置においては、良好な表示画像を得ることができる。

また、本形態では、電極をスパッタリング法により形成する場合について述べたが、例
えば、電極と金属酸化物を含む層との間にスパッタリング法により成膜された層を有する
構成の発光素子であっても、本形態と同様にスパッタリング法に起因した有機物を含む層
の損傷を抑制できる効果を得ることができる。いずれにしても、有機物を含む層と金属酸
化物を含む層とスパッタリング法により形成した層とが順に積層した構成であって、有機
物を含む層を先に、スパッタリング法により形成した層が後に形成される構成の発光素子
であれば金属酸化物を含む層を設けることによる効果を得ることができる。

本発明の発光素子の作製方法、並びにその発光素子の特性について説明する。なお、本
発明の発光素子の構成および作製方法は、本実施例のものに限定されるものではなく、膜
厚や物質等については適宜変更すればよい。

ガラス基板上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）をスパッタリング法によって成膜して第
１の電極を形成する。なお、成膜時のＩＴＯは非晶質成分を主成分とするものである。
次に、ＩＴＯをエッチングして素子分離した後、２００℃、１時間加熱処理した。さらに
ポジ型のアクリルを塗布した後露光及び現像して隔壁層を形成した。その後、２２０℃、
１時間加熱処理をした。

次に湿式洗浄後、ＵＶオゾン処理後、１×１０^-6Ｐａの真空雰囲気中で１５０℃、３０
分間、ＩＴＯが成膜されたガラス基板を処理する。

次に、４，４’−ビス（５−メチルベンズオキサゾル−２−イル）スチルベン（略称：
ＢｚＯｓ）とリチウム（Ｌｉ）とを共蒸着し、第１の電極の上に、第１の層を形成した。
なお、ＢｚＯｓとＬｉの重量比は、１：０．０２となるようにした。また、膜厚は２０ｎ
ｍとなるようにした。

次に、Ａｌｑ₃を蒸着し、第１の層の上に第２の層を形成した。膜厚は２０ｎｍとなる
ようにした。

次に、Ａｌｑ₃とＤＭＱＤとを共蒸着し、第２の層の上に第３の層を形成した。なお、
Ａｌｑ₃とＤＭＱＤの重量比は、１：０．０１となるようにした。また、膜厚は４０ｎｍ
となるようにした。

次に、α−ＮＰＤを蒸着し、第３の層の上に第４の層を形成した。膜厚は４０ｎｍとな
るようにした。

以上のようにして、第１の電極の上に、有機物を含む層（第１の層〜第４の層）を形成
した。なお、各層を構成する物質については、本実施例に記載したものに限定されず、こ
の他のものを用いてもよい。

次に、金属酸化物であるモリブデン酸化物を蒸着し、第４の層の上に、第５の層を形成
した。膜厚は５０ｎｍとなるようにした。

次に、ＩＴＯをスパッタリング法により成膜し、第５の層の上に第２の電極を形成した
。成膜時（プラズマがたった時）の基板温度は４０〜５０℃である。成膜後のＩＴＯは非
晶質成分を主成分とするものである。膜厚は１１０ｎｍとなるようにした。

以上のようにして作製した本発明の発光素子の素子特性を図１に●で示す。図１は電圧
−輝度特性を表し、横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ²）を表している。図１よ
り、駆動電圧（１ｃｄ／ｍ²以上の発光が開始する電圧を駆動電圧とする。）は約５．５
Ｖであることが分かる。また、図４は電圧−電流特性を表し、横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は
電流（ｍＡ）を表している。また、図５は輝度（ｃｄ／ｍ²）−電流効率（ｃｄ／Ａ）特
性を表し、横軸は輝度、縦軸は電流効率を表している。

（比較例１）
実施例１に示した本発明の発光素子に対する比較例について説明する。

本比較例の発光素子は、ＩＴＯから成る第１の電極上に、ＢｚＯｓとＬｉとの混合層（
２０ｎｍ）、Ａｌｑ₃から成る層（２０ｎｍ）、ＤＭＱＤとＡｌｑ₃との混合層（４０ｎｍ
）、α−ＮＰＤから成る層（４０ｎｍ）、ＣｕＰＣから成る層（２０ｎｍ）が順に積層さ
れ、さらにその上にＩＴＯから成る第２の電極が積層された構成を有するものである。Ｉ
ＴＯはいずれも上記と同様にスパッタリング法によって形成されたものである。またＢｚ
ＯｓとＬｉとの重量比は、１：０．０２であり、Ａｌｑ₃とＤＭＱＤとの重量比は、１：
０．０１である。

本比較例の発光素子の素子特性を図１に▲で示す。図１は電圧−輝度特性を表し、横軸
は電圧（Ｖ）、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ²）を表している。図１より、駆動電圧（１ｃｄ／
ｍ²以上の発光が開始する電圧を駆動電圧とする。）は約１３Ｖであることが分かる。ま
た、図４は電圧−電流特性を表し、横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は電流（ｍＡ）を表している
。また、図５は輝度（ｃｄ／ｍ²）−電流効率（ｃｄ／Ａ）特性を表し、横軸は輝度、縦
軸は電流効率を表している。なお、素子特性は、第２の電極側から取り出した発光により
得られたものである。

以上に示した実施例１および比較例１の発光素子の素子特性から次のようなことが分か
る。ＣｕＰＣを用いた比較例の発光素子では、スパッタリング法によるＩＴＯの成膜工程
における素子の一部（有機物を含む層）の損傷に起因し、発光素子の駆動電圧が高く（１
３Ｖ）なっているが、本発明の発光素子ではそのような傾向はみられない。つまり、本発
明の発光素子では、比較例の発光素子よりも、スパッタリング法に起因した発光素子の不
良を抑制できていることが分かる。

本実施例では、実施例１とモリブデン酸化物からなる第５の層の膜厚が異なる発光素子
であって、その他の構成は実施例１に示すものと同様のものについて説明する。なお、本
実施例に示す発光素子の作製方法についても、実施例１と同様である。従って、作製方法
についての説明は省略する。

本実施例の発光素子において、モリブデン酸化物からなる第５の層の膜厚は、それぞれ
１０ｎｍ（実施例２−１）、１００ｎｍ（実施例２−２）、２００ｎｍ（実施例２−３）
である。

本実施例の発光素子の素子特性を図６に示す。図６は電圧−輝度特性を表し、横軸は電
圧（Ｖ）、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ²）を表している。図６より、駆動電圧（１ｃｄ／ｍ²以
上の発光が開始する電圧を駆動電圧とする。）は、実施例２−１、２−２、２−３で表さ
れるいずれの発光素子においても約５Ｖであることが分かる。また、図７は電圧−電流特
性を表し、横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は電流（ｍＡ）を表している。また、図８は輝度（ｃ
ｄ／ｍ²）−電流効率（ｃｄ／Ａ）特性を表し、横軸は輝度、縦軸は電流効率を表してい
る。図６〜８より、低電圧印加時は第５の層の膜厚によらず素子特性は同程度であり、ま
た高電圧印加時は膜厚の第５の層の膜厚が厚い発光素子の方が発光輝度が高い傾向を示す
ことが分かる。このことから、第５の層の膜厚が厚い発光素子の方が、スパッタリング法
に起因した損傷を抑制できていることが考えられる。なお、素子特性は、第２の電極側か
ら取り出した発光により得られたものである。

以上のように、本実施例に示す発光素子は、金属酸化物を含む層の膜厚を厚くしても、
良好な素子特性を得られるものであることが分かる。従って、金属酸化物を含む層の膜厚
を厚くすることで、電極間のショートを抑制することができる。さらに、本実施例に示す
発光素子は、金属酸化物を含む層の膜厚が厚くても、発光を十分に外部に取り出せるもの
であることが分かる。

本実施例では、本発明を適用した発光装置の構成について説明する。

図９において、点線で囲まれているのは、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は第１の電極１３と第２の電極１４とこれらの
電極に挟まれた発光層１５で構成されている。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、本実施例において、基板１０上に設けられている。

以上のような構成の発光装置において、発光素子１２は本発明の発光素子であり、特に
発光層１５は上述の金属酸化物を含む層を構成要素として含むものである。

なお、トランジスタ１１は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、例えば図１０（Ａ）に示すような逆スタガ型のものでも
よい。また逆スタガ型の場合には、図１０（Ｂ）のように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。なお、２１はゲート
電極、２２はゲート絶縁膜、２３は半導体層、２４はｎ型の半導体層、２５は電極、２６
は保護膜である。

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、セミアモルファスな半導体とは、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）を終端化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。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、Ｓｉ
Ｆ₄などを用いることができる。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２〜１００
０倍の範囲。圧力は概略０．１Ｐａ〜１３３Ｐａの範囲、電源周波数は１ＭＨｚ〜１２０
ＭＨｚ、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、セミアモルファスな半導体
を用いたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の移動度はおよそ１〜１０ｍ²／Ｖｓｅｃとなる。

また、半導体層が結晶性のも半導体の具体例としては、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９（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
、置換基に少なくとも水素を含む物質）、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９（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９（Ｂ）のように、第１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９（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（シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格
構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む物質）、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９（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１
４のみが透光性を有する物質で構成されている場合、図９（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９（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が陽極として機能し、第２の電極１４が陰極と
して機能する構成であってもよいし、或いは第１の電極１３が陰極として機能し、第２の
電極１４が陽極として機能する構成であってもよい。但し、前者の場合、トランジスタ１
１はＰ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Ｎチャネル型ト
ランジスタである。

なお、本実施例の発光装置において、発光素子は複数個設けられている（但し、図示し
ていない）。各発光素子の発光波長が発光素子１２の発光波長と同一である場合、発光装
置は単色発光のものとなる。また、各発光素子の発光波長が異なる場合、赤（Ｒ）、緑（
Ｇ）、青（Ｂ）等複数色の発光が可能な発光装置となる。

上述の発光装置は、各発光素子と電気的に接続されたトランジスタによって、発光・非
発光状態を制御するものである。各発光素子の発光・非発光状態を制御することによって
、画像表示等が可能である。なお、当該発光装置においては、本発明を適用することによ
って、発光素子の作製工程において生じ得るスパッタリング法や電極間のショートに起因
した素子不良が抑制されており、良好な画像を表示できるものである。

本実施例では、本発明を適用した発光装置について、図１１、１２の上面図および図１
３の回路図を用いて説明する。

図１１は、表示機能を有する発光装置の画素部の上面図である。画素部には、発光素子
と、映像信号によって前記発光素子の発光・非発光を決定する駆動用トランジスタ７００
１と、前記映像信号の入力を制御するスイッチング用トランジスタ７００２と、前記映像
信号に関わらず、前記発光素子を非発光状態にする消去用トランジスタ７００３と、ソー
ス信号線７００４と、第１の走査線７００５と、第２の走査線７００６と、電流供給線７
００７とが設けられている。なお本発明の発光素子は７００８において形成される。なお
、図１３（Ａ）は、図１１のような画素構成を有する発光装置の画素部の駆動回路図であ
る。

書き込み期間において第１の走査線７００５が選択されると、第１の走査線７００５に
ゲートが接続されているスイッチング用トランジスタ７００２がオンになる。そして、ソ
ース信号線７００４に入力されたビデオ信号が、スイッチング用トランジスタ７００２を
介して駆動用トランジスタ７００１のゲートに入力さることによって電流供給線７００７
から発光素子へ電流が流れ発光する。保持期間では、第１の走査線７００５の電位を制御
することでスイッチング用トランジスタ７００２をオフにし、書き込み期間において書き
込まれたビデオ信号の電位を保持する。消去期間では、第２の走査線７００６が選択され
て消去用トランジスタ７００３がオンになり、駆動用トランジスタ７００１がオフになる
ため、発光素子に電流が供給されない状態を強制的に作り出すことができる。

図１２は、表示機能を有する発光装置の画素部の上面図であり、図１１とは異なる回路
構成を有するものである。画素部には、ゲート電位を固定された駆動用トランジスタ７１
０１と、前記映像信号の入力を制御するスイッチング用トランジスタ７１０２と、前記映
像信号に関わらず前記発光素子を非発光状態にする消去用トランジスタ７１０３と、発光
素子への電流の供給を制御する電流制御用トランジスタ７１０４と、ソース信号線７１０
５と、第１の走査線７１０６と、第２の走査線７１０７と、電流供給線７１０８と、電源
線７１０９とが設けられている。なお本発明の発光素子は７１１０において形成される。
図１３（Ｂ）は、図１２のような画素構成を有する発光装置の画素部の駆動回路図である
。

書き込み期間において第１の走査線７１０６が選択されると、第１の走査線７１０６に
ゲートが接続されているスイッチング用トランジスタ７１０２がオンになる。そして、ソ
ース信号線７１０５に入力されたビデオ信号が、スイッチング用トランジスタ７１０２を
介して電流制御用トランジスタ７１０４のゲートに入力さることによって、駆動用トラン
ジスタ７１０１を介し電流供給線７１０８から発光素子へ電流が流れ発光する。なお、駆
動用トランジスタ７１０１のゲート電極は電源線７１０９に接続している。保持期間では
、第１の走査線７１０６の電位を制御することでスイッチング用トランジスタ７１０２を
オフにし、書き込み期間において書き込まれたビデオ信号の電位を保持する。消去期間で
は、第２の走査線７１０７が選択されて消去用トランジスタ７１０３がオンになり、電流
制御用トランジスタ７１０４がオフになるため、発光素子に電流が供給されない状態を強
制的に作り出すことができる。

上述した発光装置において、各トランジスタの構造については特に限定はない。シング
ルゲート構造でもよいし、マルチゲート構造でもよい。またＬＤＤ構造でもよいし、ＬＤ
Ｄ部とゲート電極とがオーバーラップしたゲートオーバーラップ型ＬＤＤ構造であっても
よい。

本実施例に示した発光装置は、本発明を適用することにより、スパッタリング法や電極
間のショート等に起因した発光素子の不良が抑制されることによって、良好な表示画像を
得ることができるようになったものである。

実施例３および実施例４で示したような、本発明を適用した発光装置は、外部入力端子
の装着および封止後、各種電子機器に実装される。

このような本発明を適用した電子機器は、発光素子の不良（損傷）に起因した表示不良
が抑制されたものであり、良好な表示画像を得ることができるものである。

本実施例では、本発明を適用した発光装置およびその発光装置を実装した電子機器につ
いて図１４、１５、１６を用いて説明する。但し、図１４、１５、１６に示したものは一
実施例であり、発光装置の構成はこれに限定されるものではない。

図１４は封止後の発光装置の断面図である。トランジスタおよび本発明の発光素子とを
間に挟むように基板６５００および封止基板６５０１とがシール剤６５０２によって貼り
合わされている。また基板６５００の端部には外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブル
プリントサーキット）６５０３が装着されている。なお、基板６５００と封止基板６５０
１とに挟まれた領域には、窒素などの不活性ガスまたは樹脂材料で充填された状態となっ
ている。

図１５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１５において、点
線で示された６５１０は駆動回路部（ソース側駆動回路）、６５１１は画素部、６５１２
は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。画素部６５１１には本発明の発光素子が設け
られている。駆動回路部６５１０および６５１２は外部入力端子であるＦＰＣ６５０３と
基板６５００上に形成された配線群を介して接続している。ＦＰＣ（フレキシブルプリン
トサーキット）６５０３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
を受け取ることによってソース側駆動回路６５１０及びゲート側駆動回路６５１２に信号
が入力される。またＦＰＣ６５０３にはプリント配線基盤（ＰＷＢ）６５１３が取り付け
られている。駆動回路部６５１０には、シフトレジスタ６５１５、スイッチ６５１６、メ
モリ（ラッチ）６５１７，６５１８が設けられており、駆動回路部６５１２にはシフトレ
ジスタ６５１９、バッファ６５２０が設けられている。なお、これら以外の機能を備えら
れていてもよい。

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１６に示す。

図１６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パーソナルコンピュータに組み込むことで表
示装置を完成できる。

なお、本実施例では、ノート型のパーソナルコンピュータについて述べているが、この
他に携帯電話やテレビ受像機、カーナビゲイション、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。

２００基板
２０１第１の電極
２０２第１の層
２０３第２の層
２０４第３の層
２０５第４の層
２０６第５の層
２０７第２の電極
２１０発光素子
３００基板
３０１第１の電極
３０２第１の層
３０３第２の層
３０４第３の層
３０５第４の層
３０６第５の層
３０７第２の電極
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発光層
１６絶縁膜
１７配線
１８隔壁層
１９層間絶縁膜
７００１駆動用トランジスタ
７００２スイッチング用トランジスタ
７００３消去用トランジスタ
７００４ソース信号線
７００５走査線
７００６走査線
７００７電流供給線
７１０１駆動用トランジスタ
７１０２スイッチング用トランジスタ
７１０３消去用トランジスタ
７１０４電流制御用トランジスタ
７１０５ソース信号線
７１０６走査線
７１０７走査線
７１０８電流供給線
７１０９電源線
６５００基板
６５０１封止基板
６５０２シール剤
６５０３ＦＰＣ
６５１１画素部
６５１０ソース側駆動回路
６５１２ゲート側駆動回路
６５１３プリント配線基盤（ＰＷＢ）
６５１５シフトレジスタ
６５１６スイッチ
６５１７メモリ（ラッチ）
６５１２駆動回路部
６５１９シフトレジスタ
６５２０バッファ
５５２１本体
５５２２筐体
５５２３表示部
５５２４キーボード

Claims

第１の電極の上に発光層を含む第１の層を有し、
前記第１の層の上に有機物を含む第２の層を有し、前記有機物は正孔輸送性の高い物質であり、
前記第２の層の上にモリブデン酸化物と正孔輸送性の高い物質とを含む層を有し、
前記モリブデン酸化物と正孔輸送性の高い物質とを含む層の上に第２の電極を有し、
前記第１の電極よりも前記第２の電極の方が後に形成されるように積層され、
前記モリブデン酸化物と正孔輸送性の高い物質とを含む層は、蒸着法により形成されたものであり、
前記モリブデン酸化物と正孔輸送性の高い物質とを含む層は、１００ｎｍ以上の厚さを有し、
前記第２の電極は、スパッタ法により形成されたものであることを特徴とする発光素子。
第１の電極の上に発光層を含む第１の層を有し、
前記第１の層の上に有機物を含む第２の層を有し、前記有機物は正孔輸送性の高い物質であり、
前記第２の層の上にモリブデン酸化物と正孔輸送性の高い物質とを含む層を有し、
前記モリブデン酸化物と正孔輸送性の高い物質とを含む層の上に第２の電極を有し、
前記第１の電極よりも前記第２の電極の方が後に形成されるように積層され、
前記モリブデン酸化物と正孔輸送性の高い物質とを含む層は、蒸着法により形成されたものであり、
前記モリブデン酸化物と正孔輸送性の高い物質とを含む層は、１００ｎｍ以上の厚さを有し、
前記第２の電極は、スパッタ法により形成されたものであり、
前記モリブデン酸化物と正孔輸送性の高い物質とを含む層の膜厚で、前記発光層を含む第１の層と、前記第２の電極との距離が決定していることを特徴とする発光素子。
請求項１又は請求項２に記載の発光素子において、
前記第２の電極は、インジウム錫酸化物、珪素を含有したインジウム錫酸化物または酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛を混合したＩＺＯであることを特徴とする発光素子。
請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の発光素子において、
前記有機物は芳香族アミン系の化合物であることを特徴とする発光素子。
請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の発光素子において、
前記有機物はベンゼン環−窒素の結合を有する化合物であることを特徴とする発光素子。
請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の発光素子において、
前記有機物は、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、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン、又は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であることを特徴とする発光素子。
請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の発光素子を有することを特徴とする発光装置。
請求項７に記載の発光装置を有することを特徴とする照明機器。