JP5499073B2 - 発光素子、発光装置、照明装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、発光物質を含む層を電極間に有する発光素子、その発光素子を有する発光装
置、電子機器に関する。

近年、表示装置の画素、或いは照明装置の光源として注目されるようになってきている
発光素子は、電極間に発光層を有し、電極間に電流が流れたときに、発光層に含まれた発
光物質が発光するものである。

このような発光素子の開発分野において、発光素子の長寿命化は重要な課題のひとつで
ある。表示装置または照明装置等の発光装置を長期間に渡って良好な状態で使用できるよ
うにするには、発光装置に設けられた発光素子を長期間に渡って良好に動作させることが
必要な為である。

発光素子の長寿命化を実現する為の技術の一つとして、例えば、特許文献１に記載され
ているような、モリブデン酸化物等を陽極に用いた発光素子に関するものが挙げられる。

特許文献１のような技術も有効であるとは考えられるが、しかし、モリブデン酸化物は
結晶化し易く、特許文献１に記載の技術では、結晶化に起因した発光素子の動作不良が発
生し易いという問題点がある。また、モリブデン酸化物は導電性が低い為、モリブデン酸
化物からなる層の厚さを厚くし過ぎると、電流が流れにくくなってしまう場合もある。

特開平９−６３７７１号公報

本発明は、電極間に設けられた層に含まれる化合物の結晶化に起因した動作不良を低減
できる発光素子を提供することを課題とする。

本発明の一は、電極間に、芳香族炭化水素と金属酸化物とを含む層を有する発光素子で
ある。芳香族炭化水素について特に限定はないが、１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔
移動度を有するものが好ましい。このような芳香族炭化水素として、例えば、２−ｔｅｒ
ｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、アントラセン、９，１０−ジ
フェニルアントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（
ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン等が挙げられる。また、金属酸化物としては、芳香族炭化水
素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。

本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間に発光層を有し、発光層と第１の電極と
の間に、芳香族炭化水素と金属酸化物とを含む層を有することを特徴とする発光素子であ
る。そして、第１の電極の電位の方が第２の電極の電位よりも高くなるように、それぞれ
の電極に電圧を印加したときに、発光層に含まれた発光物質が発光する。芳香族炭化水素
について特に限定はないが、１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有するものが
好ましい。このような芳香族炭化水素として、例えば、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０
−ジ（２−ナフチル）アントラセン、アントラセン、９，１０−ジフェニルアントラセン
、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペ
リレン等が挙げられる。また、金属酸化物としては、芳香族炭化水素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。

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の混合層と、第２の
混合層とを有し、第１の電極の電位の方が第２の電極の電位よりも高くなるように、それ
ぞれの電極に電圧を印加したときに、発光層に含まれた発光物質が発光する発光素子であ
る。このような発光素子において、発光層は第１の混合層よりも第１の電極側に設けられ
、第２の混合層は第１の混合層よりも第２の電極側に設けられている。第１の混合層は、
アルカリ金属、及びアルカリ土類金属、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、
アルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物の中から選ばれた物質と、電子輸送性
物質とを含む層である。ここで、アルカリ金属としては、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナ
トリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）等が挙げられる。また、アルカリ土類金属としては、
例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）等が挙げられる。また、アルカリ金
属酸化物としては、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）等が挙げられる。また、アルカリ土類金属酸化物としては、マグネ
シウム酸化物（ＭｇＯ）、カルシウム酸化物（ＣａＯ）等が挙げられる。また、アルカリ
金属フッ化物としては、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）等が挙げ
られる。また、アルカリ土類金属フッ化物としては、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、
フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）等が挙げられる。また、第２の混合層は、芳香族炭化水素
と金属酸化物とを含む層である。ここで、芳香族炭化水素について特に限定はないが、１
×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有するものが好ましい。このような芳香族炭
化水素として、例えば、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラ
セン、アントラセン、９，１０−ジフェニルアントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリ
レン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン等が挙げられる。また、
金属酸化物としては、芳香族炭化水素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。

本発明の一は、第１の電極と第２の電極との間にｎ（ｎは２以上の任意の自然数）層の
発光層を有し、ｍ（ｍは任意の自然数であり、１≦ｍ≦ｎ−１である）層目の発光層とｍ
＋１層目の発光層との間に、第１の混合層と、第２の混合層とを有し、第１の電極の電位
の方が第２の電極の電位よりも高くなるように、それぞれの電極に電圧を印加したときに
、発光層に含まれた発光物質が発光する発光素子である。ここで、第１の混合層は、第２
の混合層よりも、第１の電極側に設けられている。第１の混合層は、アルカリ金属、及び
アルカリ土類金属、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属フッ化
物、アルカリ土類金属フッ化物の中から選ばれた物質と、電子輸送性物質とを含む層であ
る。ここで、アルカリ金属としては、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、
カリウム（Ｋ）等が挙げられる。また、アルカリ土類金属としては、例えば、マグネシウ
ム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）等が挙げられる。また、アルカリ金属酸化物としては、
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
）等が挙げられる。また、アルカリ土類金属酸化物としては、マグネシウム酸化物（Ｍｇ
Ｏ）、カルシウム酸化物（ＣａＯ）等が挙げられる。また、アルカリ金属フッ化物として
は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）等が挙げられる。また、アル
カリ土類金属フッ化物としては、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化カルシウム（
ＣａＦ_２）等が挙げられる。また、第２の混合層は、芳香族炭化水素と金属酸化物とを含
む層である。ここで、芳香族炭化水素について特に限定はないが、１×１０^−６ｃｍ^２／
Ｖｓ以上の正孔移動度を有するものが好ましい。このような芳香族炭化水素として、例え
ば、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、アントラセン
、９，１０−ジフェニルアントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，
１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン等が挙げられる。また、金属酸化物としては
、芳香族炭化水素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。

本発明の一は、上記に述べた発光素子のいずれかを画素もしくは光源として用いた発光
装置である。

本発明の一は、上記に述べた発光素子のいずれかを画素として用いた発光装置を表示部
に用いた電子機器である。

本発明の一は、上記に述べた発光素子のいずれかを光源として用いた発光装置を照明部
に用いた電子機器である。

本発明の実施によって、電極間に設けられた層に含まれる化合物の結晶化に起因した発
光素子の動作不良が低減された発光素子を得ることができる。これは、芳香族炭化水素と
金属酸化物とを混合することによって、芳香族炭化水素と金属酸化物とが互いに結晶化を
阻害し合う結果、結晶化し難い層を形成することができる為である。

本発明の実施によって、発光した光が通る光路の長さを容易に変えることのできる発光
素子を得ることができる。これは、電極間に、芳香族炭化水素と金属酸化物とを含む混合
層を設けることによって、混合層の厚さの増加に依存した駆動電圧の増加が非常に少ない
発光素子を得られ、その結果、発光層から電極までの距離を容易に変えられる為である。

本発明の実施によって、電極間の短絡が生じにくい発光素子を得ることができる。これ
は、電極間に、芳香族炭化水素と金属酸化物とを含む混合層を設けることによって、混合
層の厚さの増加に依存した駆動電圧の増加が非常に少ない発光素子を得られ、その結果、
混合層の厚さを厚くする方法で電極の凹凸を緩和することが容易となる為である。

本発明の実施によって、高い色純度で発光する発光素子を得ることができ、その結果、
色彩の優れた画像を提供できる発光装置を得られる。これは、本発明の発光素子は、駆動
電圧の増加を憂慮することなく、発光した光が通る光路の長さを変え、発光する光の波長
に適した光路長を容易に調整することができる為である。

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。 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。 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上面図。 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。 実施例１の発光素子の作製方法について説明する図。 実施例１の発光素子の電圧−輝度特性を表す図。 実施例１の発光素子の電圧−電流特性を表す図。 実施例１の発光素子の輝度−電流効率特性を表す図。 実施例２の素子の電圧−電流特性について表す図。 本発明の発光装置の一態様について説明する図。

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１
１４、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と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。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１０
２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、２〜２０％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
〜２０％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、芳香族炭化水素と、金属酸化物とを含む層である。芳香族炭化水素に
ついて特に限定はないが、１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上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。１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔移動度を
有する芳香族炭化水素として、例えば、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフ
チル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、アントラセン、９，１０−ジフェニルア
ントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−
ブチル）ペリレン等が挙げられる。また、この他、ペンタセン、コロネン等も用いること
ができる。このように、１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有し、炭素数１４
〜４２である芳香族炭化水素を用いることがより好ましい。また、金属酸化物としては、
芳香族炭化水素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。混合層１１１において、金属酸化物は、芳香族炭化水素に対して質量比が０
．５〜２若しくはモル比が１〜４（＝金属酸化物／芳香族炭化水素）となるように含まれ
ていることが好ましい。芳香族炭化水素は、一般的に、結晶化し易いという性質を有する
が、本形態のように、金属酸化物と混合することによって、結晶化し難くなる。また、金
属酸化物の中でも特にモリブデン酸化物は、それのみからなる層にしたときに結晶化し易
いが、本形態のように、芳香族炭化水素と混合することによって、結晶化し難くなる。こ
のように、芳香族炭化水素と金属酸化物とを混合することによって、芳香族炭化水素と金
属酸化物とは互いに結晶化を阻害し、結晶化し難い層を形成することができる。また、芳
香族炭化水素はガラス転移温度が高い為、混合層１１１のような芳香族炭化水素を含む構
成とすることによって、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）、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）等を用いて形成された正孔注入層よりも耐熱性に優れ、
さらに正孔輸送層１１２へも良好に正孔を注入する機能を有する層を得ることができる。

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以上の正孔移動度を有する正孔輸送性物質または１×１０^−６ｃｍ^２／
Ｖｓ以上の正孔移動度を有するバイポーラ性物質を用いて形成することが好ましい。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以上の物質を用いることが好ましい
。

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準位とＨＯＭＯ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：Ｄ
ＣＪＴＢ）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、６００ｎ
ｍ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、電子注入層１１５から発光層１１３へ電子を輸送する機能を有する。電子輸送層１
１４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以上の電子移動度を有する電子輸送性物質または１×１０^−６ｃ
ｍ^２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する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）、ＴＡＺ、ｐ−ＥｔＴＡ
Ｚ、ＢＰｈｅｎ、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。

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１０
２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１１
４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）等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−ｔ
ｅｒｔ−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に含まれる芳香族炭化水素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
性物質と芳香族炭化水素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３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、アルカリ金属フッ化物、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_２
Ｏ）、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（Ｌ
ｉＦ）、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４に示すように、正孔阻止層１
１７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１１
３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２の電極１０２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１１
４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。

以上のように芳香族炭化水素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、芳香族炭化水素または金属酸化物のみからなる層が設けられた発光素子
よりも層の結晶化に起因した不良、例えば結晶化による凹凸の発生等の結果生じる電極間
の短絡等が低減できる。また、混合層１１１は正孔を発生することができる為、芳香族炭
化水素と金属酸化物とを含む混合層１１１を設けることによって、混合層１１１の厚さに
依存した駆動電圧の変化が少ない発光素子を得ることができる。その為、混合層１１１の
厚さを変えることによって発光層１１３と第１の電極１０１との間の距離を調整すること
が容易にできる。つまり、効率よく外部に発光を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、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、混合層１１１の厚さを厚くす
ることによって第１の電極１０１の表面の凹凸を緩和し、電極間の短絡を低減することが
できる。

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。後者の方法のように
、発光層１１３を形成後に混合層１１１を形成することで、第１の電極１０１をスパッタ
リング法を用いて形成した場合でも、混合層１１１が保護層として機能し、発光層１１３
等の有機化合物を用いて形成された層のスパッタリングに因る損傷されることが生じ難く
良好な発光素子を作製できる。

（実施の形態２）
本発明の発光素子の一態様について図２を用いて説明する。

図２には、第１の電極２０１と第２の電極２０２との間に、発光層２１３と、第１の混
合層２１５と、第２の混合層２１６とを有し、発光層２１３は第１の混合層２１５よりも
第１の電極２０１側に設けられ、第２の混合層２１６は第１の混合層２１５よりも第２の
電極２０２側に設けられた発光素子が示されている。この発光素子において、発光層と第
１の電極２０１との間には正孔注入層２１１と正孔輸送層２１２とが設けられ、また、発
光層２１３と第１の混合層２１５との間には、電子輸送層２１４が設けられている。第１
の混合層２１５は、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属、アルカリ金属酸化物、アルカ
リ土類金属酸化物、アルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物の中から選ばれた
物質と、電子輸送性物質とを含む層である。第２の混合層２１６は、芳香族炭化水素と金
属酸化物とを含む層である。発光層２１３には発光物質が含まれており、第１の電極２０
１の電位が第２の電極２０２の電位よりも高くなるように、それぞれの電極に電圧を印加
したときに、第１の混合層２１５から電子輸送層２１４へ電子が注入され、第２の混合層
２１６から第２の電極２０２へ正孔が注入され、さらに、第１の電極２０１から正孔注入
層２１１へは正孔が注入される。そして、第１の電極２０１側から発光層２１３へ注入さ
れた正孔と、第２の電極２０２側から発光層２１３へ注入された電子とは再結合し、再結
合によって生成された励起エネルギーによって、発光層２１３に含まれた発光物質は励起
される。励起された発光物質は、基底状態に戻るときに発光する。

以下、第１の電極２０１、第２の電極２０２、及び第１の電極２０１と第２の電極２０
２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２０１を形成する物質は、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、２〜２０％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
高い物質であることが好ましい。

第２の電極２０２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２０２と発光層２１３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
〜２０％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２０２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２０２と発光層２１３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２０１と第２の電極２０２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。

正孔注入層２１１は、本形態の発光素子においては、第１の電極２０１から正孔輸送層
２１２へ正孔の注入を補助する機能を有する層である。正孔注入層２１１を設けることに
よって、第１の電極２０１と正孔輸送層２１２との間のイオン化ポテンシャルの差が緩和
され、正孔が注入され易くなる。正孔注入層２１１は、正孔輸送層２１２を形成している
物質よりもイオン化ポテンシャルが小さく、第１の電極２０１を形成している物質よりも
イオン化ポテンシャルが大きい物質を用いて形成することが好ましい。正孔注入層２１１
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、フタロシアニン（略称：Ｈ_２Ｐ
ｃ）や銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰＣ）等の低分子、或いはポリ（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（略称：ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等の高
分子等が挙げられる。

正孔輸送層２１２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、正孔注入層２１１から発光層２１３へ正孔を輸送する機能を有する。正孔輸送層２
１２を設けることによって、第１の電極２０１と発光層２１３との距離を離すことができ
、その結果、第１の電極２０１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２１２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以上の正孔移動度を有する正孔輸送性物質または１×１０
^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有するバイポーラ性物質を用いて形成することが好
ましい。なお、正孔輸送性物質及びバイポーラ性物質については実施の形態１における正
孔輸送性物質及びバイポーラ性物質に関する記載を準用し、本形態では説明を省略する。

発光層２１３は、発光物質を含んでいる層である。発光層２１３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２１３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準位とＨＯＭＯ準位との間のエネルギーギャップをいう。
発光物質及び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は、実施の形態１
における発光物質及び発光物質を分散状態にするために用いられる物質に関する記載を準
用し、本形態では説明を省略する。

電子輸送層２１４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１の混合層２１５から注入された電子を発光層２１３へ電子を輸送する機能を有
する。電子輸送層２１４を設けることによって、第２の混合層２１６と発光層２１３との
距離を離すことができ、その結果、第２の混合層２１６に含まれている金属に起因して（
第１の混合層２１５に金属が含まれている場合はその金属に起因して）発光が消光するこ
とを防ぐことができる。電子輸送層２１４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以上の電子移動度を有する電子輸送性物質または
１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の電子移動度を有するバイポーラ性物質を用いて形成する
ことが好ましい。なお、電子輸送性物質及びバイポーラ性物質については実施の形態１に
おける電子輸送性物質及びバイポーラ性物質に関する記載を準用し、本形態では説明を省
略する。

第１の混合層２１５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、実施の形態１における電
子輸送性物質およびバイポーラ性物質に関する記載を準用し、ここでは説明を省略する。
また、電子輸送性物質およびバイポーラ性物質に対し電子供与性を示す物質についても、
実施の形態１における電子供与性を示す物質に関する記載を準用するものとし、ここでは
説明を省略する。

第２の混合層２１６は、芳香族炭化水素と、金属酸化物とを含む層である。芳香族炭化
水素について特に限定はないが、１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上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。１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔移
動度を有する芳香族炭化水素として、例えば、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２
−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、アントラセン、９，１０−ジフェ
ニルアントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅ
ｒｔ−ブチル）ペリレン等が挙げられる。また、この他、ペンタセン、コロネン等も用い
ることができる。このように、１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有し、炭素
数１４〜４２である芳香族炭化水素を用いることがより好ましい。また、金属酸化物とし
ては、芳香族炭化水素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。第２の混合層２１６において、金属酸化物は、芳香族炭化水素に対し
て質量比が０．５〜２若しくはモル比が１〜４（＝金属酸化物／芳香族炭化水素）となる
ように含まれていることが好ましい。芳香族炭化水素は、一般的に、結晶化し易いという
性質を有するが、本形態のように、金属酸化物と混合することによって、結晶化し難くな
る。また、金属酸化物の中でも特にモリブデン酸化物は、それのみからなる層にしたとき
に結晶化し易いが、本形態のように、芳香族炭化水素と混合することによって、結晶化し
難くなる。このように、芳香族炭化水素と金属酸化物とを混合することによって、芳香族
炭化水素と金属酸化物とは互いに結晶化を阻害し、結晶化し難い層を形成することができ
る。

なお、本形態では、発光層２１３及び第１の混合層２１５、第２の混合層２１６の他に
、正孔注入層２１１、正孔輸送層２１２、電子輸送層２１４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５に示
すように、正孔注入層２１１に換えて、第２の混合層と同じ芳香族炭化水素と金属酸化物
とを含む層２１７等を設けられた構成であってもよい。芳香族炭化水素と金属酸化物とを
含む層２１７を設けることによって、アルミニウム、マグネシウム等の仕事関数の小さい
物質を用いて第１の電極２０１を形成した場合でも、発光素子を良好に動作させることが
できる。また、図６に示すように、電子輸送層２１４と発光層２１３との間に、正孔阻止
層２１８が設けられていてもよい。正孔阻止層２１８は、実施の形態１に記載の正孔阻止
層１１７と同様であり、ここでは説明を省略する。

なお、正孔注入層２１１、正孔輸送層２１２、電子輸送層２１４、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２１２、電子輸送層２１
４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、正孔注入層２１１を
設けなくても電極からの正孔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。

以上のように芳香族炭化水素と金属酸化物とを含む第２の混合層２１６を有する発光素
子とすることによって、芳香族炭化水素または金属酸化物のみからなる層が設けられた発
光素子よりも層の結晶化に起因した不良、例えば結晶化による凹凸の発生等の結果生じる
電極間の短絡等が低減できる。また、第２の混合層２１６は正孔を発生することができる
為、芳香族炭化水素と金属酸化物とを含む第２の混合層２１６を設けることによって、第
２の混合層２１６の厚さに依存した駆動電圧の変化が少ない発光素子を得ることができる
。その為、第２の混合層２１６の厚さを変えることによって発光層２１３と第２の電極２
０２との間の距離を調整することが容易にできる。つまり、効率よく外部に発光を取り出
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、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、第２の混合層２１６の厚さを厚くすることによって第２の電極２０２の表面の凹凸を
緩和し、電極間の短絡を低減することができる。

さらに、正孔注入層２１１に換えて第１の電極２０１側にも芳香族炭化水素と金属酸化
物とを含む層を設けることによって、第１の電極２０１と発光層２１３との距離を調整す
ることも容易になり、また、第１の電極２０１の表面の凹凸を緩和し、電極間の短絡を低
減することができる。

また、以上に説明した発光素子は、第１の電極２０１を先ず形成し、発光層２１３等の
各層を形成した後、第２の電極２０２を形成する方法で作製してもよいし、または、第２
の電極２０２を先ず形成し、発光層２１３等の各層を形成した後、第１の電極２０１を形
成する方法で作製してもよい。いずれの方法においても発光層２１３を形成後に、芳香族
炭化水素と金属酸化物とを含む層を形成することで、電極（第１の電極２０１または第２
の電極２０２）をスパッタリング法を用いて形成した場合でも、芳香族炭化水素と金属酸
化物とを含む層が保護層として機能し、発光層２１３等の有機化合物を用いて形成された
層のスパッタリングに因る損傷が生じ難く良好な発光素子を作製できる。

（実施の形態３）
本発明の発光素子の一態様について、図２０を用いて説明する。
図２０には、第１の電極４０１と第２の電極４０２との間に、複数の発光層、具体的に
は第１発光層４１３ａと第２発光層４１３ｂと第３発光層４１３ｃとを有する発光素子が
示されている。この発光素子は、第１発光層４１３ａと第２発光層４１３ｂとの間には第
１の混合層４２１ａと第２の混合層４２２ａとを有し、第２発光層４１３ｂと第３発光層
４１３ｃとの間には第１の混合層４２１ｂと第２の混合層４２２ｂとを有する。第１の混
合層４２１ａ、４２１ｂは、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属、アルカリ金属酸化物
、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物の中から
選ばれた物質と、電子輸送性物質とを含む層である。第２の混合層４２２ａ、４２２ｂは
、芳香族炭化水素と金属酸化物とを含む層である。なお、第１の混合層４２１ａは第２の
混合層４２２ａよりも第１の電極４０１側に設けられ、第１の混合層４２１ｂは第２の混
合層４２２ｂよりも第１の電極４０１側に設けられている。第１の電極４０１と第１発光
層４１３ａとの間、第２の混合層４２２ａと第２発光層４１３ｂとの間、第２の混合層４
２２ｂと第３発光層４１３ｃとの間には、それぞれ、正孔輸送層４１２ａ、４１２ｂ、４
１２ｃが設けられている。また第１発光層４１３ａと第１の混合層４２１ａとの間、第２
発光層４１３ｂと第１の混合層４２１ｂとの間、第３発光層４１３ｃと第２の電極４０２
との間には、それぞれ、電子輸送層４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃが設けられている。そ
して、第１の電極４０１と正孔輸送層４１２ａとの間には正孔注入層４１１が、第２の電
極４０２と電子輸送層４１４ｃとの間には電子注入層４１５が、それぞれ設けられている
。第１発光層４１３ａ及び第２発光層４１３ｂ、第３発光層４１３ｃには発光物質が含ま
れており、第１の電極４０１の電位が第２の電極４０２の電位よりも高くなるように、そ
れぞれの電極に電圧を印加したときに、それぞれの発光層において、正孔と電子とが再結
合し、再結合によって生成された励起エネルギーによって、それぞれの発光層に含まれた
発光物質は励起される。励起された発光物質は、基底状態に戻るときに発光する。なお、
それぞれの発光層に含まれる発光物質は、同じでもよいし、または異なっていてもよい。

第１の電極４０１を形成する物質は、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、２〜２０％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
高い物質であることが好ましい。なお、正孔注入層４１１に換えて、芳香族炭化水素と金
属酸化物とを含む層を設けた場合、アルミニウム、及びマグネシウム等の仕事関数の低い
物質を用いて第１の電極４０１を形成することもできる。

第２の電極４０２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４０２と第３発光層４１３ｃ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、２〜２０％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４０２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４０２と第３発光層４１３ｃ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。

以上のような本形態の発光素子において、第１の混合層４２１ａ、４２１ｂは実施の形
態２に記載の第１の混合層２１５と同様である。また、第２の混合層４２２ａ、４２２ｂ
は、実施の形態２に記載の第２の混合層２１６と同様である。また、第１発光層４１３ａ
、第２発光層４１３ｂ、第３発光層４１３ｃは、それぞれ、実施の形態２における発光層
２１３と同様である。正孔注入層４１１、正孔輸送層４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ、電
子輸送層４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃ、電子注入層４１５についても、それぞれ、実施
の形態２において同一の名称で記載されている各層と同様である。

以上のように芳香族炭化水素と金属酸化物とを含む第２の混合層４２２ａ、４２２ｂを
有する発光素子とすることによって、芳香族炭化水素または金属酸化物のみからなる層が
設けられた発光素子よりも層の結晶化に起因した不良、例えば結晶化による凹凸の発生等
の結果生じる電極間の短絡等が低減できる。また、以上のように芳香族炭化水素と金属酸
化物とを含む第２の混合層４２２ａ、４２２ｂを設けた構成とすることによって、インジ
ウム錫酸化物からなる層のようなスパッタリング法を用いて形成された層が各発光層間に
設けられている構成の発光素子よりも、発光層等の有機化合物を用いて形成された層のス
パッタリングに因る損傷が生じ難い発光素子を得ることができる。

（実施の形態４）
本発明の発光素子は、電極間に設けられた層の結晶化に起因した動作不良を低減できる
ものである。また、電極間に設けられ、芳香族炭化水素と金属酸化物を含む混合層の厚さ
を厚くすることによって電極間の短絡を防ぐことができるものである。また、混合層の厚
さを変えることで光路長を調整し、発光の外部取り出し効率を高めたり、色純度の良い発
光を得ることができるものである。その為、本発明の発光素子を画素として用いることで
、発光素子の動作不良に起因した表示欠陥の少ない良好な発光装置を得ることができる。
また、本発明の発光素子を画素として用いることで、表示色が良好な画像を提供できる発
光装置を得ることができる。また、本発明の発光素子を光源として用いることで、発光素
子の動作不良に起因した不具合が少なく良好に照明する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７〜１１
を用いて説明する。

図７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７において、基板６
５００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６
５１４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）６５０
４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８は、一画素を動作するための回路を表した図である。図８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９
１１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９
１２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９
１９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９の上面図に表すように配置することができる。図９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１
００５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１０
０３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１０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１０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１０に示すように、書き込み期間５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ、５
０４ａ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５０４
ｂ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８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９０
１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９
１２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９０
１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９０
２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９１８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９１８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５）
本発明の発光素子を含む発光装置の一態様について、図１１の断面図を用いて説明する
。

図１１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１〜３で説明したよ
うな、第１の電極１３と第２の電極１４との間に、芳香族炭化水素と金属酸化物とを含む
層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１１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。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。ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４
の中から選ばれた気体をグロー放電分解（プラズマＣＶＤ）して形成する。これらの気体
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〜１３３Ｐ
ａ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／ｃ
ｍ^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１１（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はアクリルやシロキサン（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る。置換基として、フルオロ基または水素または有機基（例え
ばアルキル基、芳香族炭化水素）等を有する）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、無機物および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１１（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１１（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１１（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、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、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、無機物および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１１（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１１（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１
３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１１（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１
４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。図１２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１２において、基板９５
１上には、電極９５２と電極９５６との間に、芳香族炭化水素と金属酸化物とを含む層お
よび発光層等を含む多層構造の層９５５が設けられている。電極９５２の端部は絶縁層９
５３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６）
電極間に設けられ、芳香族炭化水素と金属酸化物とを有する層が設けられた発光素子は
、電極間に設けられた層の結晶化によって形成された凹凸、或いは電極表面の凹凸に起因
した電極間の短絡に因る動作不良が低減されたものである為、このような発光素子を画素
として用いた発光装置は表示欠陥が少なく良好に表示動作する。その為、このような発光
装置を表示部に適用することによって、表示欠陥に起因した表示画像の誤認等の少ない電
子機器を得ることができる。また、本発明の発光素子を光源として用いた発光装置は、発
光素子の動作不良に起因した不具合が少なく良好に照明することができる。その為、この
ような発光装置をバックライト等の照明部として用いることによって、このように本発明
の発光装置を実装することによって、発光素子の不具合に起因して局所的に暗部が形成さ
れるような動作不良が低減され、良好に表示することができる。また、発光層と電極との
間の距離を、芳香族炭化水素と金属酸化物とを有する層の厚さを変えて調整した発光素子
は、層の厚さに起因した駆動電圧の変化が少なく、低駆動電圧で動作させると共に、色純
度の良い色を発する発光装置を得ることができる。その為、このような発光装置を表示部
に適用することで、消費電力が少なく、また色彩の優れた画像を提供できる電子機器を得
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１３に示す。

図１３（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５５
２１、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、２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、表示部における欠陥が少なく表示画像の誤認がなく、また色彩の優れた表示画像を提
供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１４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１４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１３（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５
５５１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、表示部における欠陥が少なく表示画像の誤認がなく、また色
彩の優れた表示画像を提供できる電話機を完成できる。

図１３（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、表示部における欠陥が少なく表示画像の誤認
がなく、また色彩の優れた表示画像を提供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。

電極間に、芳香族炭化水素と金属酸化物とを含む層を有する発光素子の作製方法と、そ
の動作特性について、以下に説明する。なお、本実施例では、芳香族炭化水素と金属酸化
物とのモル比がそれぞれ異なり、その他の構成については同じである二つの発光素子（発
光素子（１）、発光素子（２））を作製した。

図１５に表すように基板３００上に、酸化珪素を含む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、ｔ−ＢｕＤＮＡとモリブデン酸化
物（ＶＩ）とを含む第１の層３１１を形成した。第１の層３１１の厚さは１２０ｎｍとな
るようにした。また、発光素子（１）に含まれるｔ−ＢｕＤＮＡとモリブデン酸化物との
重量比は１：０．５（モル比は、１：１．７）（＝ｔ−ＢｕＤＮＡ：モリブデン酸化物）
となるようにし、発光素子（２）に含まれるｔ−ＢｕＤＮＡとモリブデン酸化物との重量
比は１：０．７５（モル比は、１：２．５）（＝ｔ−ＢｕＤＮＡ：モリブデン酸化物）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３７．５ｎｍ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）（＝Ａｌ
ｑ_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３７．５ｎｍ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３１
５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３
０１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１６〜１８に示す。図１６は発光素子の電圧−輝度特性を表す図であり、横軸は電
圧（Ｖ）、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ^２）を表す。また、図１７は発光素子の電圧−電流特性
を表す図であり、横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は電流（ｍＡ）を表す。図１８は発光素子の輝
度−電流効率特性を表す図であり、横軸は輝度（ｃｄ／ｍ^２）、縦軸は電流効率（ｃｄ／
Ａ）を表す。図１６〜１８において、●で表されるプロットは発光素子（１）について、
○で表されるプロットは発光素子（２）についてのものである。

（比較例）
実施例１で作製した発光素子に対する比較例として、電極間に、ｔ−ＢｕＤＮＡのみか
らなる層を設けた発光素子について説明する。なお、比較例の発光素子は、混合層１１１
の代わりにｔ−ＢｕＤＮＡのみからなる層を設けた点で、実施例１に記載の発光素子（１
）、（２）と異なるが、その他の構成については、実施例１に記載の発光素子（１）、（
２）と同じである。従って、比較例の発光素子の作製方法については、記載を省略する。
比較例の発光素子を動作させたところ、図１６〜１８において、△でプロットされたよう
な結果が得られた。

実施例１と比較例とから、電極間に、芳香族炭化水素と金属酸化物とを含む層を設ける
ことによって、発光開始電圧（１ｃｄ／ｍ^２の輝度で発光し始めたときを発光開始とし、
その時に印加された電圧を発光開始電圧という。）が低く、また、任意の輝度で発光させ
るのに必要な印加電圧も低く、低駆動電圧で動作する良好な発光素子を得られることが分
かる。また、電極間に、芳香族炭化水素と金属酸化物とを含む層を設けることによって、
任意の輝度で発光させたときの電流効率が高く、良好な発光素子が得られることも分かる
。

電極間に芳香族炭化水素と金属酸化物とを含む層を有する三つの試料（１）〜（３）と
、電極間に芳香族炭化水素のみからなる層を有する試料（４）とについて、電圧−電流特
性を調べた。その結果、芳香族炭化水素と金属酸化物とが混合された層の方が、芳香族炭
化水素のみからなる層よりも、電極からキャリアを注入され易く、導電率が高いというこ
とが分かった。

図１９に、電圧−電流特性について調べた結果を示す。図１９において横軸は電圧（Ｖ
）、縦軸は電流（ｍＡ）を示す。また、図１９において、●は試料（１）、■は試料（２
）、□は試料（３）、△は試料（４）についてのプロットである。

なお、測定に用いた試料（１）〜（３）は、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物からな
る電極（１１０ｎｍ）と、アルミニウムからなる電極（２００ｎｍ）との間に、芳香族炭
化水素と金属酸化物とを含む層（２００ｎｍ）を有する構造であり、試料（４）は、酸化
珪素を含むインジウム錫酸化物からなる電極（１１０ｎｍ）と、アルミニウムからなる電
極（２００ｎｍ）との間に、芳香族炭化水素のみからなる層（２００ｎｍ）を有する構造
である。試料（１）〜（３）は、それぞれ、電極間に設けられた層に含まれる芳香族炭化
水素と金属酸化物の重量比が異なる。試料（１）では、重量比は１：０．５（＝ｔ−Ｂｕ
ＤＮＡ：モリブデン酸化物）、試料（２）では、重量比は２：０．７５（＝ｔ−ＢｕＤＮ
Ａ：モリブデン酸化物）、試料（３）では、重量比は１：１（＝ｔ−ＢｕＤＮＡ：モリブ
デン酸化物）である。

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
２０１ 第１の電極
２０２ 第２の電極
２１１ 正孔注入層
２１２ 正孔輸送層
２１３ 発光層
２１４ 電子輸送層
２１５ 第１の混合層
２１６ 第２の混合層
２１７ 層
２１８ 正孔阻止層
２２３ 正孔輸送層
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
４０１ 第１の電極
４０２ 第２の電極
４１１ 正孔注入層
４１２ａ 正孔輸送層
４１２ｂ 正孔輸送層
４１２ｃ 正孔輸送層
４１３ａ 第１発光層
４１３ｂ 第２発光層
４１３ｃ 第３発光層
４１４ａ 電子輸送層
４１４ｂ 電子輸送層
４１４ｃ 電子輸送層
４１５ 電子注入層
４２１ａ 第１の混合層
４２１ｂ 第１の混合層
４２２ａ 第２の混合層
４２２ｂ 第２の混合層
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 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 書き込み期間
５０１ｂ 保持期間
５０２ａ 書き込み期間
５０２ｂ 保持期間
５０３ａ 書き込み期間
５０３ｂ 保持期間
５０４ａ 書き込み期間
５０４ｂ 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
６５００ 基板
６５０３ ＦＰＣ
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 (7)

1. 陽極と陰極との間に、発光層と、混合層と、を有し、
   前記混合層は、芳香族炭化水素を含み、
   前記混合層は、前記芳香族炭化水素に対し電子受容性を示す物質を含み、
   前記陽極と前記発光層との間に、前記混合層を有し、
   前記発光層と前記陰極との間に、電子輸送層を有することを特徴とする発光素子。
2. 陽極と陰極との間に、発光層と、混合層と、を有し、
   前記混合層は、アントラセン誘導体またはテトラセン誘導体を含み、
   前記混合層は、前記アントラセン誘導体に対し電子受容性を示す物質または前記テトラセン誘導体に対し電子受容性を示す物質を含み、
   前記陽極と前記発光層との間に、前記混合層を有し、
   前記発光層と前記陰極との間に、電子輸送層を有することを特徴とする発光素子。
3. 陽極と陰極との間に、発光層と、混合層と、を有し、
   前記混合層は、芳香族炭化水素を含み、
   前記混合層は、前記芳香族炭化水素に対し電子受容性を示す物質を含み、
   前記混合層は、前記陽極に接し、
   前記発光層と前記陰極との間に、電子輸送層を有することを特徴とする発光素子。
4. 陽極と陰極との間に、発光層と、混合層と、を有し、
   前記混合層は、アントラセン誘導体またはテトラセン誘導体を含み、
   前記混合層は、前記アントラセン誘導体に対し電子受容性を示す物質または前記テトラセン誘導体に対し電子受容性を示す物質を含み、
   前記混合層は、前記陽極に接し、
   前記発光層と前記陰極との間に、電子輸送層を有することを特徴とする発光素子。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発光素子を有する発光装置。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発光素子を有する照明装置。
7. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発光素子を有する電子機器。

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