JP5600766B2 - 発光素子、発光装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は電極間に発光物質を含む薄膜を挟んでなり、電流を流すことで発光する発光素
子及び当該発光素子を用いた表示装置、ひいては当該発光素子を用いた電子機器に関する
。

電流を流すことで自身が発光する自発光型の薄膜発光素子を用いたディスプレイの開発
が盛んに進められている。

これらの薄膜発光素子は有機、無機もしくはその両方を用いて形成された単層、多層薄
膜に電極を接続し、電流を流すことで発光する。このような薄膜発光素子は、低消費電力
化、省スペース化、視認性などが有望視されており、今後市場のさらなる拡大も期待され
ている。

このうち、多層構造を有する発光素子は層毎にその機能を分けることで、それ以前と比
較して高効率に発光する素子を作成することができようになった（例えば非特許文献１参
照）。

Ｃ．Ｗ．タンら、アプライド フィジクス レターズ、Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．１２，９１３−９１５（１９８７）

多層構造を有する薄膜発光素子は、陽極と陰極の間に、正孔注入層、正孔輸送層、発光
層、電子輸送層、電子注入層などにより構成される発光積層体をはさんでなっている。こ
のうち正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層は素子構成によっては用いない
層があっても良い。

上記したような発光積層体は正孔注入層には金属の電極から有機物を主成分とする層へ
ホールの注入が比較的容易な材料、電子輸送層には電子輸送性の優れた材料と各々の機能
に優れた材料を選択することにより形成される。

しかし、電極から有機物を主成分とする材料へ電子の注入を比較的容易に行うことがで
きる材料、もしくは電子をある一定以上の移動度で輸送することができる有機物を主成分
とする材料は非常に限られている。また、材料が非常に限られていることからもわかるよ
うに電極からの有機物を主成分とする層への電子の注入は本来起こりにくい。このため、
駆動電圧の経時上昇が大きいという問題があった。

そこで本発明では、駆動電圧の経時上昇を小さくすることが可能な構造を有する発光素
子を提供することを課題とする。

また、駆動電圧や駆動電圧の経時上昇が小さく長期の使用にも耐えうる表示装置を提供
することを課題とする。

本発明では、発光素子における電極に接する層をＰ型の半導体を含む層又は電子受容性
の物質を含む有機化合物層等の正孔を発生する層とし、発光層を正孔を発生する層で挟み
込むような構成とし且つ陰極側の前記正孔を発生する層と発光層との間に電子を発生する
層を形成する。これにより駆動電圧の経時上昇を抑えることが可能となる。

本発明の構成の一つを有する発光素子は、陽極と陰極よりなる一対の電極と、正孔を発
生する第１の層及び第２の層と、発光物質を含む第３の層と、電子を発生する第４の層を
有し、前記第３の層は前記電極間において、前記第１の層と前記第２の層とに挟まれてお
り、前記第４の層は前記第３の層と第２の層との間に設けられ、前記第２の層は前記陰極
と接していることを特徴とする。

本発明の構成の一つを有する発光素子は、陽極と陰極よりなる一対の電極と、Ｐ型半導
体を含む第１の層及び第２の層と、発光物質を含む第３の層と、Ｎ型の半導体を含む第４
の層を有し、前記第３の層は前記電極間において、前記第１の層と前記第２の層とに挟ま
れており、前記第４の層は前記第３の層と第２の層との間に設けられ、前記第２の層は前
記陰極と接していることを特徴とする。

本発明の他の構成を有する発光素子は、陽極と陰極よりなる一対の電極と、第１の有機
化合物と、前記第１の有機化合物に対して電子受容性を示す物質を含む第１の層及び第２
の層と、発光物質を含む第３の層と、第２の有機化合物と、前記第２の有機化合物に対し
て電子供与性を示す物質を含む第４の層とを有し、記第３の層は前記電極間において、前
記第１の層と前記第２の層とに挟まれており、前記第４の層は前記第３の層と第２の層と
の間に設けられ、前記第２の層は前記陰極と接していることを特徴とする。

本発明の構成を適用した発光素子は駆動電圧の経時上昇も低く抑えられるようになる。

また、駆動電圧の経時上昇が小さい長期の使用にも耐えうる表示装置を提供することが
できる。

本発明の発光素子を表す図。 本発明の発光素子を表す図。 本発明の発光素子を表す図。 本発明の発光素子を表す図。 本発明の薄膜発光素子の作成工程を表す図。 本発明の薄膜発光素子の作成工程を表す図。 本発明の表示装置の構成を例示した図。 本発明の発光装置の上面図及び断面図。 本発明が適用可能な電子機器の例示した図。 本発明の表示装置の構成を例示した図。 本発明の表示装置の画素回路一例を示す図。 本発明の表示装置の保護回路の一例を示す図。 実施例１の素子の電圧−輝度特性を示すグラフ。 実施例１の素子の電圧−電流特性を示すグラフ。 実施例２の素子の電圧−輝度特性を示すグラフ。 実施例２の素子の電流密度−輝度特性を示すグラフ。 実施例２の素子の電圧−電流特性を示すグラフ。 実施例２の素子の経時電圧変化を示すグラフ。 実施例２の素子の経時輝度変化を示すグラフ。 実施例３の素子の電圧−輝度特性を示すグラフ。 実施例３の素子の電圧−電流特性を示すグラフ。 α―ＮＰＤとモリブデン酸化物よりなる複合材料の吸収スペクトル。 ＤＮＴＰＤとモリブデン酸化物よりなる複合材料の吸収スペクトル。 光学的距離と電流効率の関係を示すグラフ。 光学的距離と発光のスペクトル形状を示すグラフ。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。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、本実施の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）
本実施の形態では、図１、図２を参照しながら本発明の発光素子の構成について説明す
る。本発明の発光素子は発光物質を含む発光層１０４と電子を発生する層１０５が積層さ
れており、当該発光層１０４と電子を発生する層１０５が第１の正孔を発生する層１０２
と第２の正孔を発生する層１０３とに挟まれている。第１の正孔を発生する層１０２と第
２の正孔を発生する層１０３はさらに陽極１０１と陰極１０６に挟まれており、基板や絶
縁膜など絶縁物１００の上に積層されている。基板や絶縁膜など絶縁物１００の上に積層
される順番は順に陽極１０１、第１の正孔を発生する層１０２、発光層１０４、電子を発
生する層１０５、第２の正孔を発生する層１０３、陰極１０６の順（図１）か、もしくは
順に陰極１０６、第２の正孔を発生する層１０３、電子を発生する層１０５、発光層１０
４、第１の正孔を発生する層１０２、陽極１０１の順（図２）となる。

第１の正孔を発生する層１０２と第２の正孔を発生する層１０３は異なる材料で形成し
ても良いが同じ材料で形成しても良く、正孔輸送性の材料と当該正孔輸送性の材料から電
子を受け取ることができる電子受容性の材料の両方を含む層やＰ型半導体の層、もしくは
Ｐ型半導体を含む層により形成する。上記正孔輸送性の材料としては例えば、
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：ＭＴＤＡＴ
Ａ）や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）、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）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）の化合物やフタロシアニン（略称：Ｈ₂Ｐｃ）、銅
フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等のフ
タロシアニン化合物、を用いることができる。また、これら正孔輸送性の材料から電子を
受け取ることができる電子受容性の材料としては、例えば、バナジウム酸化物、モリブデ
ン酸化物、７，７，８，８，−テトラシアノキノジメタン（略称：ＴＣＮＱ）、２，３−
ジシアノナフトキノン（略称：ＤＣＮＮＱ）、２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７
，８，８，−テトラシアノキノジメタン（略称：Ｆ₄−ＴＣＮＱ）等が挙げられるが、正
孔輸送性の材料との組み合わせによってそれぞれ電子受容が可能な電子受容性の材料を選
択する。また、Ｐ型半導体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、コバルト酸化物、ニッケル酸化物及び銅酸化物などの金属酸化物を用いることがで
きる。

電子を発生する層１０５は電子輸送性の材料と当該電子輸送性の材料に電子を供与する
ことができる電子供与性の材料の両方を含む層やＮ型半導体の層、もしくはＮ型半導体を
含む層により形成する。上記電子輸送性の材料としては例えば、トリス（８−キノリノラ
ト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ₃）、トリス（４−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）等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材料を用いることができる。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の材料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）、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：ＢＰｈｅ
ｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）等を用いることができる。また、これら電子輸
送性の材料に電子を与えることができる電子供与性の材料としては、例えば、リチウム、
セシウムなどのアルカリ金属、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、エル
ビウム、イッテルビウムなどの希土類金属などを用いることができるが、電子輸送性の材
料との組み合わせによってそれぞれ電子供与が可能な電子供与性の材料を選択する。また
、Ｎ型半導体としては金属酸化物などの金属化合物も用いることができ、亜鉛酸化物、亜
鉛硫化物、亜鉛セレン化物、チタン酸化物などを用いることができる。

発光物質を含む発光層１０４には大きく分けて２つの種類ある。一つは発光物質の有す
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材料からなる層に発光中
心となる発光物質を分散して含む層と、もう一つは発光物質のみで発光層を構成する層で
あるが、前者は濃度消光が起こりにくく、好ましい構成である。発光中心となる発光物質
としては、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジ
ュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＪＴ）、４−ジシアノメチレン−
２−ｔ−ブチル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４
Ｈ−ピラン、ペリフランテン、２，５−ジシアノ−１，４−ビス（１０−メトキシ−１，
１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）ベンゼン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキ
ナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）、クマリン６、クマリン５４５Ｔ、トリス（８−キノリノ
ラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ₃）、９，９’−ビアントリル、９，１０−ジフェニ
ルアントラセン（略称：ＤＰＡ）や９，１０−ビス（２−ナフチル）アントラセン（略称
：ＤＮＡ）、２，５，８，１１−テトラ−ｔ−ブチルペリレン（略称：ＴＢＰ）等が挙げ
られる。また、上記発光物質を分散してなる層を形成する場合に母体となる材料としては
、９，１０−ジ（２−ナフチル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−Ｂｕ
ＤＮＡ）等のアントラセン誘導体、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、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称
：Ａｌｑ₃）、トリス（４−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）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ピリジナト］亜鉛（略称：Ｚ
ｎｐｐ₂）、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）などの金属錯体等を用いることができる。また、発光物質のみで発光層１０
４を構成することのできる材料としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略
称：Ａｌｑ₃）、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−アルミニウム（略称：Ｂ
Ａｌｑ）などがある。

また、発光層１０４は単層で形成しても複数層で形成しても構わず、発光層１０４にお
ける発光物質が分散された層と第１の正孔を発生する層１０２との間に正孔輸送層、発光
層１０４における発光物質が分散された層と電子を発生する層１０５との間に電子輸送層
を設けても良い。これらの層は設けられていても設けられていなくても良く、そのどちら
かのみが設けられていても良い。また、正孔輸送層、電子輸送層の材料としては、それぞ
れ上記正孔を発生する層における正孔輸送性の層、上記電子を発生する層における電子輸
送性の層に準じるため、ここでは説明を省略する。各々の記載を参照されたい。

陽極１０１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を用いることが好ましい。なお、陽極材料の具体例とし
ては、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、珪素を含有するＩＴＯ、酸化イン
ジウムに２〜２０［％］の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎ
ｃ ｏｘｉｄｅ）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）、または金属材料の窒化物（ＴｉＮ）等を用いることができる。
一方、陰極１０６の形成に用いられる陰極材料としては、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を用いること
が好ましい。なお、陰極材料の具体例としては、元素周期律の１族または２族に属する元
素、すなわちＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金
属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）や化合物（ＬｉＦ、ＣｓＦ、Ｃ
ａＦ₂）の他、希土類金属を含む遷移金属を用いて形成することができるが、Ａｌ、Ａｇ
、ＩＴＯ等の金属（合金を含む）との積層により形成することもできる。

また、発光素子には陽極１０１、第１の正孔を発生する層１０２、発光層１０４、電子
を発生する層１０５、第２の正孔を発生する層１０３、陰極１０６の他に、陽極１０１と
、第１の正孔を発生する層１０２との間に正孔注入層１０７（図３、図４）を設けても良
い。正孔注入層１０７はフタロシアニン系の化合物が有効であり、例えば、フタロシアニ
ン（略称：Ｈ₂−Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：Ｃｕ−Ｐｃ）等を用いることができ
る。

なお、上に例示した材料に関してはあくまで例示にすぎず、本発明の効果を維持できる
範囲内において実施者が適宜選択できるものである。

上記構成を有する本発明の発光素子は、電圧をかけると、第２の正孔を発生する層１０
３より第２の電極に正孔が注入される。また、電子を発生する層１０５より電子が発光層
１０４に注入される。さらに、第１の正孔を発生する層１０２より発光層１０４に正孔が
注入され、発光層において注入された電子と正孔が再結合し、励起状態となった発光物質
が基底状態と戻る際に発光が得られる。ここで、本発明の発光素子では電極から有機物を
主成分とする層への電子の注入が無く、電子の注入は有機物を主成分とする層から有機物
を主成分とする層へ行われる。電極から有機物を主成分とする層への電子の注入は起こり
にくく、従来の発光素子では電極から有機物を主成分とする層への電子の注入過程におい
て駆動電圧が上昇してしまっていたが、本発明の発光素子はその過程が無い為、駆動電圧
の低い発光素子とすることができる。また、実験上、駆動電圧の高い発光素子は駆動電圧
の経時上昇も大きいことがわかっていることから、駆動電圧の低い本発明の発光素子は駆
動電圧の経時上昇も低い発光素子とすることが可能となる。

（実施の形態２）
本発明の他の実施の形態について説明する。本実施の形態では第１の正孔を発生する層
１０２及び第２の正孔を発生する層１０３の膜厚を適当に調整することによって発光素子
及び表示装置の視野角特性を改善する例について説明する。本実施の形態において、発光
素子の積層構造、材料については実施の形態１と同様であるので説明を割愛する。実施の
形態１を参照されたい。

発光素子より射出する光には、発光層１０４で発光し直接出てくる光と、一度、もしく
は複数度反射されて出てくる光とがある。この直接射出される光と反射されて出てくる光
とは位相の関係により干渉し強めあったり弱めあったりし、発光素子より射出される光は
当該干渉の結果として合成された光である。

屈折率の小さな媒体から大きな媒体へ入射する際に反射した光はその位相が反転するた
め、実施の形態１に示した構成を有する発光素子において陽極１０１や陰極１０６等の電
極と当該電極と接する層の界面における反射では反射光の位相は反転する。この電極にお
いて反射した光と発光層で発光した光とが干渉する際、発光層と当該電極との間の光学的
距離（屈折率×物理的距離）が（２ｍ−１）λ／４（ｍは１以上の自然数、λは当該発光
層から発する光の中心波長）を満たす場合、発光取り出し面を見る角度に依存して発生す
るスペクトル形状の変化を低減することができ且つ発光素子の電流効率も向上する。電流
効率とは流した電流に対して輝度がどれだけ得られたかを表すものであり、この効率が良
いほど小さい電流であっても規定の輝度を得ることができる。また素子の劣化も少ない傾
向にある。

反射は屈折率の差が小さい膜間では小さいことから、電極と電極に接する膜との界面で
起こる反射以外は無視できるため、本実施の形態では電極と、当該電極に接する膜との間
で起こる反射にのみ注目する。

陽極１０１側から発光を取り出す発光素子の場合、反射は陰極１０６で起こる。そのた
め、当該発光素子の電流効率を向上させ、発光取り出し面を見る角度に依存して発生する
スペクトル形状の変化を低減させる為には発光が起こった位置から陰極１０６表面までの
光学的距離（屈折率×物理的距離）を（２ｍ−１）λ／４（ｍは１以上の自然数、λは当
該発光層から発する光の中心波長）とすればよい。

発光層１０４は発光物質を含む層の単層で形成されていてもよいが、電子輸送層、正孔
輸送層などの層と発光物質を含む層との複数構造であっても良い。発光物質を含む層は発
光中心となる発光物質が分散された層であっても良いし、発光物質のみで形成された層で
あっても良い。

さて、当該発光が起こった位置から陰極１０６までにはいくつかの異なる材料による層
が設けられている。本実施の形態においては電子を発生する層１０５及び第２の正孔を発
生する層１０３である。また、発光物質を含む層もその膜厚の半分は発光がおこった位置
から陰極１０６までの間に位置する層と言うことができる。また、発光層が複数層で形成
される場合にはさらに異なる層が含まれる場合もある。このような構成において発光が起
こった位置から陰極１０６までの光学的距離を求めるには各々の膜の屈折率と膜厚を掛け
合わせたものを合計すればよく、その合計が（２ｍ−１）λ／４（ｍは１以上の自然数、
λは当該発光層から発する光の中心波長）となるようにする。すなわち、発光物質を含む
層を１、陰極１０６をｊ（ｊは４以上の整数）として発光物質を含む層から陰極１０６の
間に存在する層に発光物質を含む層側から順に番号をつけ、ある番号を付した屈折率ｎ、
膜厚ｄを同じ番号が振られた層の屈折率、膜厚とした場合（すなわちｎ₁と言ったら発光
物質を含む層の屈折率、ｄ_jと言ったら陰極の膜厚となる）、以下の式（１）を満たすも
のとする。

ここで、上記式（１）を満足させる為に膜厚を調整する必要が出てくる。有機物を主成
分とする層は電子の移動度が小さく、キャリアが電子である電子輸送性の材料及び電子を
発生する層１０５の膜厚を厚くすると駆動電圧が上昇してしまう。そこで本実施の形態で
は有機物を主成分とする層において比較的移動度の高い第２の正孔を発生する層１０３の
膜厚を調節することで駆動電圧を大きく上昇させることなく上記式（１）を満足させるこ
とが可能となる。

陰極１０６側から発光を取り出す発光素子の場合、反射は陽極１０１で起こる。そのた
め、当該発光素子の電流効率を向上させ、発光取り出し面を見る角度に依存して発生する
スペクトル形状の変化を低減させる為には発光が起こった位置から陽極１０１表面までの
光学的距離（屈折率×物理的距離）を（２ｍ−１）λ／４（ｍは１以上の自然数、λは当
該発光層から発する光の中心波長）とすればよい。

発光層１０４は発光物質を含む層の単層で形成されていてもよいが、電子輸送層、正孔
輸送層などの層と発光物質を含む層との複数構造であっても良い。発光物質を含む層は発
光中心となる発光物質が分散された層であっても良いし、発光物質のみで形成された層で
あっても良い。しかし、ここに例示したどの構成であっても、発光物質を含む層はある程
度の厚みを有しており、さらに発光中心は無数に存在しているため厳密に発光が起こった
位置を決定することはできないため、本実施の形態では発光が起こった位置は発光物質を
含む層の膜厚の半分に当たる位置とみなすこととする。

さて、当該発光が起こった位置から陽極１０１までにはいくつかの異なる材料による層
が設けられている。本実施の形態においては第１の正孔を発生する層１０２である。また
、発光物質を含む層もその膜厚の半分は発光がおこった位置から陽極１０１までの間に位
置する層と言うことができる。また、発光層が複数層で形成される場合にはさらに異なる
層が含まれる場合もある。このような構成において発光が起こった位置から陽極１０１ま
での光学的距離を求めるには各々の膜の屈折率と膜厚を掛け合わせたものを合計すればよ
い。すなわち、発光物質を含む層を１、陽極１０１をｊ（ｊは４以上の整数）として発光
物質を含む層から陽極１０１の間に存在する層に発光物質を含む層側から順に番号をつけ
、ある番号を付した屈折率ｎ、膜厚ｄを同じ番号が振られた層の屈折率、膜厚とした場合
（すなわちｎ₁と言ったら発光物質を含む層の屈折率、ｄ_jと言ったら陽極の膜厚となる）
、以下の式（２）を満たすものとする。

ここで、上記式（２）を満足させる為に膜厚を調整する必要が出てくる。本実施の形態
では有機物を主成分とする層において比較的移動度の高い第１の正孔を発生する層１０２
の膜厚を調節することで駆動電圧を大きく上昇させることなく上記式（２）を満足させる
ことが可能となる。

また、陽極１０１及び陰極１０６の両方から光を取り出す構造である場合には上記式（
１）、（２）を同時に満たす様にすればよい。

発光素子を本実施の形態のような構造とすることで、発光取り出し面を見る角度に依存
して発光のスペクトルが変化してしまうことを低減した発光素子を提供することが可能と
なる。

本実施の形態は実施の形態１と組み合わせて用いることが可能である。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１もしくは実施の形態２に記載の本発明の表示装置につ
いて図５、図６を参照し、作製方法を示しながら説明する。なお、本実施の形態ではアク
ティブマトリクス型の表示装置を作成する例を示したが、パッシブマトリクス型の表示装
置であっても本発明の発光素子を適用することができるのはもちろんである。

まず、基板５０上に第１の下地絶縁層５１ａ、第２の下地絶縁層５１ｂを形成した後、
さらに半導体層を第２の下地絶縁層５１ｂ上に形成する。（図５（Ａ））

基板５０の材料としてはガラス、石英やプラスチック（ポリイミド、アクリル、ポリエ
チレンテレフタラート、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリエーテルスルホンな
ど）等を用いることができる。これら基板は必要に応じてＣＭＰ等により研磨してから使
用しても良い。本実施の形態においてはガラス基板を用いる。

第１の下地絶縁層５１ａ、第２の下地絶縁層５１ｂは基板５０中のアルカリ金属やアル
カリ土類金属など、半導体膜の特性に悪影響を及ぼすような元素が半導体層中に拡散する
のを防ぐ為に設ける。材料としては酸化珪素、窒化珪素、窒素を含む酸化珪素、酸素を含
む窒化珪素などを用いることができる。本実施の形態では第１の下地絶縁層５１ａを窒化
珪素で、第２の下地絶縁層５１ｂを酸化珪素で形成する。本実施の形態では、下地絶縁層
を第１の下地絶縁層５１ａ、第２の下地絶縁層５１ｂの２層で形成したが、単層で形成し
てもかまわないし、２層以上の多層であってもかまわない。また、基板からの不純物の拡
散が気にならないようであれば下地絶縁層は設ける必要がない。

続いて形成される半導体層は本実施の形態では非晶質珪素膜をレーザ結晶化して得る。
第２の下地絶縁層５１ｂ上に非晶質珪素膜を２５〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎ
ｍ）の膜厚で形成する。作製方法としては公知の方法、例えばスパッタ法、減圧ＣＶＤ法
またはプラズマＣＶＤ法などが使用できる。その後、５００℃で１時間の加熱処理を行い
水素出しをする。

続いてレーザ照射装置を用いて非晶質珪素膜を結晶化して結晶質珪素膜を形成する。本
実施の形態のレーザ結晶化ではエキシマレーザを使用し、発振されたレーザビームを光学
系を用いて線状のビームスポットに加工し非晶質珪素膜に照射することで結晶質珪素膜と
し、半導体層として用いる。

非晶質珪素膜の他の結晶化の方法としては、他に、熱処理のみにより結晶化を行う方法
や結晶化を促進する触媒元素を用い加熱処理を行う事によって行う方法もある。結晶化を
促進する元素としてはニッケル、鉄、パラジウム、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金な
どが挙げられ、このような元素を用いることによって熱処理のみで結晶化を行った場合に
比べ、低温、短時間で結晶化が行われるため、ガラス基板などへのダメージが少ない。熱
処理のみにより結晶化をする場合は、基板５０を熱に強い石英基板などにすればよい。

続いて、必要に応じて半導体層にしきい値をコントロールする為に微量の不純物添加、
いわゆるチャネルドーピングを行う。要求されるしきい値を得る為にＮ型もしくはＰ型を
呈する不純物（リン、ボロンなど）をイオンドーピング法などにより添加する。

その後、図５（Ａ）に示すように半導体層を所定の形状にパターニングし、島状の半導
体層５２を得る。パターニングは半導体層にフォトレジストを塗布し、所定のマスク形状
を露光し、焼成して、半導体層上にレジストマスクを形成し、このマスクを用いてエッチ
ングをすることにより行われる。

続いて半導体層５２を覆うようにゲート絶縁層５３を形成する。ゲート絶縁層５３はプラ
ズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて膜厚を４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁層
で形成する。本実施の形態では酸化珪素を用いて形成する。

次いで、ゲート絶縁層５３上にゲート電極５４を形成する。ゲート電極５４はタンタル
、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、クロム、ニオブから選ばれた
元素、または元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、
リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい
。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。

また、本実施の形態ではゲート電極５４は単層で形成されているが、下層にタングステ
ン、上層にモリブデンなどの２層以上の積層構造でもかまわない。積層構造としてゲート
電極を形成する場合であっても前段で述べた材料を使用するとよい。また、その組み合わ
せも適宜選択すればよい。ゲート電極５４の加工はフォトレジストを用いたマスクを利用
し、エッチングをして行う。

続いて、ゲート電極５４をマスクとして半導体層５２に高濃度の不純物を添加する。こ
れによって半導体層５２、ゲート絶縁層５３、及びゲート電極５４を含む薄膜トランジス
タ７０が形成される。

なお、薄膜トランジスタの作製工程については特に限定されず、所望の構造のトランジ
スタを作製できるように適宜変更すればよい。

本実施の形態では、レーザ結晶化を使用して結晶化した結晶性シリコン膜を用いたトッ
プゲートの薄膜トランジスタを用いたが、非晶質半導体膜を用いたボトムゲート型の薄膜
トランジスタを画素部に用いることも可能である。非晶質半導体は珪素だけではなくシリ
コンゲルマニウムも用いることができ、シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウ
ムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。

また非晶質半導体中に０．５ｎｍ〜２０ｎｍの結晶粒を観察することができる微結晶半
導体膜（セミアモルファス半導体）を用いてもよい。また０．５ｎｍ〜２０ｎｍの結晶を
粒観察することができる微結晶はいわゆるマイクロクリスタル（μｃ）とも呼ばれている
。

セミアモルファス半導体であるセミアモルファスシリコン（ＳＡＳとも表記する）は、
珪化物気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的な珪化物気体とし
ては、ＳｉＨ₄であり、その他にもＳｉ₂Ｈ₆、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄、
ＳｉＦ₄などを用いることができる。この珪化物気体を水素、水素とヘリウム、アルゴン
、クリプトン、ネオン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用いること
でＳＡＳの形成を容易なものとすることができる。希釈率は１０倍〜１０００倍の範囲で
珪化物気体を希釈することが好ましい。グロー放電分解による被膜の反応生成は０．１Ｐ
ａ〜１３３Ｐａの範囲の圧力で行えば良い。グロー放電を形成するための電力は１ＭＨｚ
〜１２０ＭＨｚ、好ましくは１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの高周波電力を供給すれば良い。基
板加熱温度は３００度以下が好ましく、１００〜２５０度の基板加熱温度が好適である。

このようにして形成されたＳＡＳはラマンスペクトルが５２０ｃｍ^-1よりも低波数側に
シフトしており、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。また、ＳＡＳには未結合手（ダングリングボンド）を終端す
る為に水素またはハロゲンを少なくとも１原子％含ませている。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１×１０²⁰ｃｍ^-1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
。ＴＦＴにしたときのμ＝１〜１０ｃｍ²／Ｖｓｅｃとなる。

また、このＳＡＳをレーザでさらに結晶化して用いても良い。

続いて、ゲート電極５４、ゲート絶縁層５３を覆って絶縁膜（水素化膜）５９を窒化珪
素により形成する。絶縁膜（水素化膜）５９を形成したら４８０℃で１時間程度加熱を行
って、不純物元素の活性化及び半導体層５２の水素化を行う。

続いて、絶縁膜（水素化膜）５９を覆う第１の層間絶縁層６０を形成する。第１の層間
絶縁層６０を形成する材料としては酸化珪素、アクリル、ポリイミドやシロキサン、Ｉｏ
ｗ−ｋ材料等をもちいるとよい。本実施の形態では酸化珪素膜を第１の層間絶縁層として
形成した。なお、本明細書中においてシロキサンとは、珪素と酸素との結合で骨格構造が
構成され、置換基として少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、アリール基）
、フルオロ基、又は少なくとも水素を含む有機基及びフロオロ基を有する材料のことを指
す。（図５（Ｂ））

次に、半導体層５２に至るコンタクトホールを開口する。コンタクトホールはレジスト
マスクを用いて、半導体層５２が露出するまでエッチングを行うことで形成することがで
き、ウエットエッチング、ドライエッチングどちらでも形成することができる。なお、条
件によって一回でエッチングを行ってしまっても良いし、複数回に分けてエッチングを行
っても良い。また、複数回でエッチングする際は、ウエットエッチングとドライエッチン
グの両方を用いても良い。（図５（Ｃ））

そして、当該コンタクトホールや第１の層間絶縁層６０を覆う導電層を形成する。当該導
電層を所望の形状に加工し、接続部６１ａ、配線６１ｂなどが形成される。この配線はア
ルミニウム、銅等の単層でも良いが、本実施の形態では下からモリブデン／アルミニウム
／モリブデンの積層構造とする。積層配線としてはチタン／アルミニウム／チタンやチタ
ン／窒化チタン／アルミニウム／チタンといった構造でも良い。（図５（Ｄ））

その後、接続部６１ａ、配線６１ｂ、第１の層間絶縁層６０を覆って第２の層間絶縁層
６３を形成する。第２の層間絶縁層６３の材料としては自己平坦性を有するアクリル、ポ
リイミド、シロキサンなどの塗布膜が好適に利用できる。本実施の形態ではシロキサンを
第２の層間絶縁層６３として用いる。（図５（Ｅ））

続いて第２の層間絶縁層６３上に窒化珪素などで絶縁層を形成してもよい。これは後の
画素電極のエッチングにおいて、第２の層間絶縁層６３が必要以上にエッチングされてし
まうのを防ぐ為に形成する。そのため、画素電極と第２の層間絶縁層のエッチングレート
の比が大きい場合には特に設けなくとも良い。続いて、第２の層間絶縁層６３を貫通して
接続部６１ａに至るコンタクトホールを形成する。

そして当該コンタクトホールと第２の層間絶縁層６３（もしくは絶縁層）を覆って、透
光性を有する導電層を形成したのち、当該透光性を有する導電層を加工して薄膜発光素子
の陽極１０１を形成する。ここで陽極１０１は接続部６１ａと電気的に接触している。陽
極１０１の材料として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を用いることが好ましい。例えばＩＴＯ（ｉｎ
ｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、珪素を含有するＩＴＯ（ＩＴＳＯ）、酸化インジウム
に２〜２０［％］の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏ
ｘｉｄｅ）、酸化亜鉛、酸化亜鉛にガリウムを含有したＧＺＯ（Ｇａｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ
Ｏｘｉｄｅ）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）、または金属材料の窒化物（ＴｉＮ）等を用いることができる。本
実施の形態ではＩＴＳＯを陽極１０１として用いた（図６（Ａ））。

次に第２の層間絶縁層６３（もしくは絶縁層）及び陽極１０１を覆って有機材料もしく
は無機材料からなる絶縁層を形成する。続いて当該絶縁層を陽極１０１の一部が露出する
ように加工し、隔壁６５を形成する。隔壁６５の材料としては、感光性を有する有機材料
（アクリル、ポリイミドなど）が好適に用いられるが、感光性を有さない有機材料や無機
材料で形成してもかまわない。また、隔壁６５の材料にチタンブラックやカーボンナイト
ライドなどの黒色顔料や染料を分散材などを用いて分散し、隔壁６５を黒くすることでブ
ラックマトリクス様に用いても良い。隔壁６５の第１の電極に向かう端面は曲率を有し、
当該曲率が連続的に変化するテーパー形状をしていることが望ましい（図６（Ｂ））。

次に、隔壁６５から露出した陽極１０１を覆う発光積層体６６を形成する。本実施の形
態では発光積層体６６は蒸着法等により形成すればよく、第１の正孔を発生する層１０２
、発光層１０４、電子を発生する層１０５、第２の正孔を発生する層１０３の順に積層す
ることにより形成する。

第１の正孔を発生する層１０２と第２の正孔を発生する層１０３は異なる材料で形成し
ても良いが同じ材料で形成しても良く、正孔輸送性の材料と当該正孔輸送性の材料から電
子を受け取ることができる電子受容性の材料の両方を含む層やＰ型半導体の層、もしくは
Ｐ型半導体を含む層により形成する。上記正孔輸送性の材料としては例えば、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）や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）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）の化合物やフタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略
称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等のフタロシアニン化合物
を用いることができる。また、これら正孔輸送性の材料から電子を受け取ることができる
電子受容性の材料としては、例えば、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、７，７，８
，８，−テトラシアノキノジメタン（略称：ＴＣＮＱ）、２，３−ジシアノナフトキノン
（略称：ＤＣＮＮＱ）、２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８，−テトラシ
アノキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）等が挙げられるが、正孔輸送性の材料との組
み合わせによってそれぞれ電子受容が可能な電子受容性の材料を選択する。また、Ｐ型半
導体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、コバルト酸化物
、ニッケル酸化物及び銅酸化物などを用いることができる。なお、これに挙げた材料に関
してはあくまで例示にすぎず、実施者が適宜選択できるものである。正孔輸送性を有する
材料と当該正孔輸送性を有する材料から電子受容可能な材料の正孔輸送性の材料に対する
電子受容可能な材料の混合比はモル比で０．５以上であれば良く、好ましくは０．５〜２
であることが望ましい。本実施の形態における第１の正孔を発生する層、及び第２の正孔
を発生する層では電子輸送性を有する材料としてα−ＮＰＤ、α−ＮＰＤから電子を受容
することが可能な電子受容性の材料として酸化モリブデン（ＭｏＯ₃）を使用し、質量比
でα−ＮＰＤ：ＭｏＯ₃＝４：１（モル比で１に相当）となるように共蒸着法により蒸着
を行う。なお、本実施の形態における膜厚は第１の正孔を発生する層が５０ｎｍ、第２の
正孔を発生する層が２０ｎｍとする。

発光層１０４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
プを有する材料からなる層に発光中心となる発光物質を分散して含む層として発光層１０
４を形成する場合には、発光中心となる発光物質に、４−ジシアノメチレン−２−メチル
−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン（略
称：ＤＣＪＴ）、４−ジシアノメチレン−２−ｔ−ブチル−６−（１，１，７，７−テト
ラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン、ペリフランテン、２，５−ジシア
ノ−１，４−ビス（１０−メトキシ−１，１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−
エニル）ベンゼン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）、クマリン６、
クマリン５４５Ｔ、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ₃）、９，
９’−ビアントリル、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡ）や９，１０−
ビス（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２，５，８，１１−テトラ−ｔ−
ブチルペリレン（略称：ＴＢＰ）、上記発光物質を分散する母体となる材料として、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、４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：Ｃ
ＢＰ）等のカルバゾール誘導体、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌ
ｑ₃）、トリス（４−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）、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：ＺｎＢ
ＯＸ）などの金属錯体等を用いて作製することができる。また、発光物質のみで発光層１
０４を構成する場合は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ₃）、
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−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）などの材
料を用いる。

また、発光層１０４は単層で形成しても複数層で形成しても構わず、発光層１０４にお
ける発光物質が分散された層（もしくは発光物質よりなる層）と第１の正孔を発生する層
１０２との間に正孔輸送層、発光層１０４における発光物質が分散された層（もしくは発
光物質よりなる層）と電子を発生する層１０５との間に電子輸送層を設けても良い。これ
らの層は設けられていても設けられていなくても良く、そのどちらかのみが設けられてい
ても良い。また、正孔輸送層、電子輸送層の材料としては、それぞれ上記正孔を発生する
層における正孔輸送性の層、上記電子を発生する層における電子輸送性の層に準じるため
、ここでは説明を省略する。各々の記載を参照されたい。

本実施の形態では、正孔を発生する層１０２上に発光層１０４として、順に正孔輸送層
、発光物質が分散された層、電子輸送層を形成する。正孔輸送層としてはα−ＮＰＤを膜
厚１０ｎｍ、発光物質が分散された層としてはＡｌｑにクマリン６を質量比１：０．００
５、膜厚３５ｎｍ、電子輸送層としてはＡｌｑを膜厚１０ｎｍとなるように蒸着する。

電子を発生する層１０５は、電子輸送性の材料と当該電子輸送性の材料に電子を供与す
ることができる電子供与性の材料の両方を含む層やＮ型半導体の層、もしくはＮ型半導体
を含む層により形成する。上記電子輸送性の材料としては例えば、トリス（８−キノリノ
ラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ₃）、トリス（４−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）等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材料を用いることができる。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の材料も用いることがで
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）、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−ｔｅｒ
ｔ−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：ＢＰｈ
ｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）等を用いることができる。また、これら電子
輸送性の材料に電子を与えることができる電子供与性の材料としては、例えば、リチウム
、セシウムなどのアルカリ金属、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、エ
ルビウム、イッテルビウムなどの希土類金属などを用いることができるが、電子輸送性の
材料との組み合わせによってそれぞれ電子供与が可能な電子供与性の材料を選択する。ま
た、Ｎ型半導体としては酸化亜鉛、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、酸化チタンなどを用いるこ
とができる。

電子輸送性を有する材料と当該電子輸送性を有する材料に電子供与可能な材料の混合比
はモル比で１：０．５〜１：２程度、好ましくは１：１であれば良い。本実施の形態にお
ける電子を発生する層では電子輸送性を有する材料としてＡｌｑ、Ａｌｑに電子を供与す
ることが可能な電子供与性の材料としてリチウム（Ｌｉ）を使用し、質量比でＡｌｑ：Ｌ
ｉ＝１：０．０１となるように共蒸着法により蒸着を行う。なお、膜厚は１０ｎｍとする
。

発光波長帯の異なる発光素子を画素毎に形成して、カラー表示を行う構成としても良い
。典型的には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光素子を形成する。こ
の場合にも、画素の光放射側にその発光波長帯の光を透過するフィルター（着色層）を設
けた構成とすることで、色純度の向上や、画素部の鏡面化（映り込み）の防止を図ること
ができる。フィルター（着色層）を設けることで、従来必要であるとされていた円偏光板
などを省略することが可能となり、発光素子から放射される光の損失を無くすことができ
る。さらに、斜方から画素部（表示画面）を見た場合に起こる色調の変化を低減すことが
できる。

また、発光素子は単色又は白色の発光を呈する構成とすることができる。白色発光素子
を用いる場合には、画素の光放射側に特定の波長の光を透過するフィルター（着色層）を
設けた構成としてカラー表示を可能にすることができる。

白色に発光する発光層を形成するには、例えば、Ａｌｑ₃、部分的に赤色発光色素であ
るナイルレッドをドープしたＡｌｑ₃、Ａｌｑ₃、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＴＰＤ（芳香族ジアミ
ン）を蒸着法により順次積層することで白色を得ることができる。

さらに、発光層は、一重項励起発光物質の他、金属錯体などを含む三重項励起材料を用
いても良い。例えば、赤色の発光性の画素、緑色の発光性の画素及び青色の発光性の画素
のうち、輝度半減時間が比較的短い赤色の発光性の画素を三重項励起発光物質で形成し、
他を一重項励起発光物質で形成する。三重項励起発光物質は発光効率が良いので、同じ輝
度を得るのに消費電力が少なくて済むという特徴がある。すなわち、三重項励起発光物質
を赤色画素に適用した場合、発光素子に流す電流量が少なくて済むので、信頼性を向上さ
せることができる。低消費電力化として、赤色の発光性の画素と緑色の発光性の画素とを
三重項励起発光物質で形成し、青色の発光性の画素を一重項励起発光物質で形成しても良
い。人間の視感度が高い緑色の発光素子も三重項励起発光物質で形成することで、より低
消費電力化を図ることができる。

三重項励起発光物質の一例としては、金属錯体をドーパントとして用いたものがあり、
第三遷移系列元素である白金を中心金属とする金属錯体、イリジウムを中心金属とする金
属錯体などが知られている。三重項励起発光物質としては、これらの化合物に限られるこ
とはなく、上記構造を有し、且つ中心金属に周期表の８〜１０属に属する元素を有する化
合物を用いることも可能である。

上記のような材料で形成した発光素子は、順方向にバイアスすることで発光する。発光
素子を用いて形成する表示装置の画素は、単純マトリクス方式、若しくはアクティブマト
リクス方式で駆動することができる。いずれにしても、個々の画素は、ある特定のタイミ
ングで順方向バイアスを印加して発光させることとなるが、ある一定期間は非発光状態と
なっている。この非発光時間に逆方向のバイアスを印加することで発光素子の信頼性を向
上させることができる。発光素子では、一定駆動条件下で発光強度が低下する劣化や、画
素内で非発光領域が拡大して見かけ上輝度が低下する劣化モードがあるが、順方向及び逆
方向にバイアスを印加する交流的な駆動を行うことで、劣化の進行を遅くすることができ
、発光装置の信頼性を向上させることができる。

続いて発光積層体６６を覆う陰極１０６を形成する。これによって陽極１０１と発光積
層体６６と陰極１０６とからなる発光素子９３を作製することができる。陰極１０６の形
成に用いられる陰極材料としては、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を用いることが好ましい。なお、陰
極材料の具体例としては、元素周期律の１族または２族に属する元素、すなわちＬｉやＣ
ｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、およびこれらを含
む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）や化合物（ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＣａＦ₂）の他、希土類
金属を含む遷移金属を用いて形成することができるが、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ等の金属（合
金を含む）との積層により形成することもできる。本実施の形態ではアルミニウムを陰極
として用いた。

上記のような構成を有する発光素子は、駆動電圧が低くさらに駆動電圧の経時上昇の小
さい発光素子とすることができる。

なお、本実施の形態では、接続部６１ａに電気的に接触している電極は陽極１０１であ
ったが、接続部６１ａに電気的に接触している電極は陰極１０６であっても良い。この場
合は発光積層体６６の積層順を第２の正孔を発生する層１０３、電子を発生する層１０５
、発光層１０４、第１の正孔を発生する層１０２の順に積層することにより形成し、発光
積層体６６の上に陽極１０１を形成すればよい。

その後、プラズマＣＶＤ法により酸化窒化ケイ素膜を第２のパッシベーション膜として
形成する。酸化窒化ケイ素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ、Ｎ
Ｈ₃から作製される酸化窒化ケイ素膜、またはＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏから作製される酸化窒化ケ
イ素膜、あるいはＳｉＨ₄、Ｎ₂ＯをＡｒで希釈したガスから形成される酸化窒化ケイ素膜
を形成すれば良い。

また、第１のパッシベーション膜としてＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂から作製される酸化窒化
水素化ケイ素膜を適用しても良い。もちろん、第１のパッシベーション膜は単層構造に限
定されるものではなく、他のケイ素を含む絶縁層を単層構造、もしくは積層構造として用
いても良い。また、窒化炭素膜と窒化ケイ素膜の多層膜やスチレンポリマーの多層膜、窒
化ケイ素膜やダイヤモンドライクカーボン膜を窒素を含む酸化珪素膜の代わりに形成して
もよい。

続いて発光素子を水などの劣化を促進する物質から保護するために、表示部の封止を行
う。対向基板を封止に用いる場合は、絶縁性のシール材により、外部接続部が露出するよ
うに貼り合わせる。対向基板と素子基板との間の空間には乾燥した窒素などの不活性気体
を充填しても良いし、シール材を画素部全面に塗布しそれにより対向基板を貼り合わせて
も良い。シール材には紫外線硬化樹脂などを用いると好適である。シール材には乾燥剤や
基板間のギャップを一定に保つための粒子を混入しておいても良い。続いて外部接続部に
フレキシブル配線基板を貼り付けることによって、表示装置が完成する。

以上のように作製した表示装置の構成の１例を図７参照しながら説明する。なお、形が
異なっていても同様の機能を示す部分には同じ符号を付し、その説明を省略する部分もあ
る。本実施の形態では、ＬＤＤ構造を有する薄膜トランジスタ７０が接続部６１ａを介し
て発光素子９３に接続している。

図７（Ａ）は陽極１０１が透光性を有する導電膜により形成されており、基板５０側に
発光積層体６６より発せられた光が取り出される構造である。なお９４は対向基板であり
、発光素子９３が形成された後、シール材などを用い、基板５０に固着される。対向基板
９４と素子との間に透光性を有する樹脂８８等を充填し、封止することによって発光素子
９３が水分により劣化することを防ぐ事ができる。また、樹脂８８が吸湿性を有している
ことが望ましい。さらに樹脂８８中に透光性の高い乾燥剤８９を分散させるとさらに水分
の影響を抑えることが可能になるためさらに望ましい形態である。

図７（Ｂ）は陽極１０１と陰極１０６両方が透光性を有する導電膜により形成されてお
り、基板５０及び対向基板９４の両方に光を取り出すことが可能な構成となっている。ま
た、この構成では基板５０と対向基板９４の外側に偏光板９０を設けることによって画面
が透けてしまうことを防ぐことができ、視認性が向上する。偏光板９０の外側には保護フ
ィルム９１を設けると良い。

なお、表示機能を有する本発明の表示装置には、アナログのビデオ信号、デジタルのビ
デオ信号のどちらを用いてもよい。デジタルのビデオ信号を用いる場合はそのビデオ信号
が電圧を用いているものと、電流を用いているものとに分けられる。発光素子の発光時に
おいて、画素に入力されるビデオ信号は、定電圧のものと、定電流のものがあり、ビデオ
信号が定電圧のものには、発光素子に印加される電圧が一定のものと、発光素子に流れる
電流が一定のものとがある。またビデオ信号が定電流のものには、発光素子に印加される
電圧が一定のものと、発光素子に流れる電流が一定のものとがある。この発光素子に印加
される電圧が一定のものは定電圧駆動であり、発光素子に流れる電流が一定のものは定電
流駆動である。定電流駆動は、発光素子の抵抗変化によらず、一定の電流が流れる。本発
明の発光表示装置及びその駆動方法は、上記したいずれの方法を用いても良い。

本実施の形態のような方法で形成された本発明の表示装置は駆動電圧が小さく、駆動電
圧の経時上昇も小さい表示装置である。

（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一形態に相当する発光装置のパネルの外観について図８を
用いて説明する。図８（Ａ）は基板上に形成されたトランジスタおよび発光素子を基板と
対向基板４００６との間に形成したシール材によって封止したパネルの上面図であり、図
８（Ｂ）は図８（Ａ）の断面図に相応する。また、このパネルに搭載されている発光素子
の有する構造は、電極に接する層が正孔を発生する層であり、発光層が正孔を発生する層
で挟まれた構造となっている。さらに、発光素子における陰極側の正孔を発生する層と発
光層との間には電子を発生する層が設けられている。

基板４００１上に設けられた画素部４００２と信号線駆動回路４００３と走査線駆動回
路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また、画素部４０
０２と信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４の上に対向基板４００６が設
けられている。よって画素部４００２と信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４０
０４とは基板４００１とシール材４００５と対向基板４００６とによって充填材４００７
と共に密封されている。

また、基板４００１上に設けられた画素部４００２と信号線駆動回路４００３と走査線
駆動回路４００４とは薄膜トランジスタを複数有しており、図８（Ｂ）では信号線駆動回
路４００３に含まれる薄膜トランジスタ４００８と、画素部４００２に含まれる薄膜トラ
ンジスタ４０１０とを示す。

また、発光素子４０１１は、薄膜トランジスタ４０１０と電気的に接続されている。

また、引き回し配線４０１４は画素部４００２と信号線駆動回路４００３と、走査線駆
動回路４００４とに、信号、または電源電圧を層供給する為の配線に相当する。引き回し
配線４０１４は、引き回し配線４０１５ａ及び引き回し配線４０１５ｂを介して接続端子
４０１６と接続されている。接続端子４０１６はフレキシブルプリントサーキット（ＦＰ
Ｃ）４０１８が有する端子と異方性導電膜４０１９を介して電気的に接続されている。

なお、充填材４００７としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化
樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ポリビニルクロライド、アクリル、ポリイミ
ド、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリビニルブチラル、またはエチレンビニレンアセテ
ートを用いる事ができる。

なお、本発明の表示装置は発光素子を有する画素部が形成されたパネルと、該パネルに
ＩＣが実装されたモジュールとをその範疇に含む。

本実施の形態のような構成のパネル及びモジュールは、駆動電圧が小さく、駆動電圧の
経時上昇も小さいパネル及びモジュールである。

（実施の形態５）
実施の形態４にその一例を示したようなモジュールを搭載した本発明の電子機器として
、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレ
イ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオコンポ等）、コンピュー
タ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機また
は電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓ
ａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプ
レイを備えた装置）などが挙げられる。それらの電子機器の具体例を図９に示す。

図９（Ａ）は発光表示装置でありテレビ受像器やパーソナルコンピュータのモニターな
どがこれに当たる。筐体２００１、表示部２００３、スピーカー部２００４等を含む。本
発明の発光表示装置は表示部２００３の駆動電圧が小さく、駆動電圧の経時上昇も小さい
発光表示装置である。画素部にはコントランスを高めるため、偏光板、又は円偏光板を備
えるとよい。例えば、封止基板へ１／４λ板、１／２λ板、偏光板の順にフィルムを設け
るとよい。さらに偏光板上に反射防止膜を設けてもよい。

図９（Ｂ）は携帯電話であり、本体２１０１、筐体２１０２、表示部２１０３、音声入
力部２１０４、音声出力部２１０５、操作キー２１０６、アンテナ２１０８等を含む。本
発明の携帯電話は表示部２１０３の駆動電圧が小さく、駆動電圧の経時上昇も小さい携帯
電話である。

図９（Ｃ）はコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キ
ーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。
本発明のコンピュータは表示部２２０３の駆動電圧が小さく、駆動電圧の経時上昇も小さ
いコンピュータである。図９（Ｃ）ではノート型のコンピュータを例示したが、ハードデ
ィスクと表示部が一体化したデスクトップ型のコンピュータなどにも適用することが可能
である。

図９（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ
２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明のモバイルコンピ
ュータは表示部２３０２の駆動電圧が小さく、駆動電圧の経時上昇も小さいモバイルコン
ピュータである。

図９（Ｅ）は携帯型のゲーム機であり、筐体２４０１、表示部２４０２、スピーカー部
２４０３、操作キー２４０４、記録媒体挿入部２４０５等を含む。本発明の携帯型ゲーム
機は表示部２４０２の駆動電圧が小さく、駆動電圧の経時上昇も小さい携帯型ゲーム機で
ある。

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが
可能である。
（実施の形態６）

図１０には下面発光、両面発光、上面発光の例を示した。実施の形態２に作成工程を記
載した構造は図１０（Ｃ）の構造に相当する。図１０（Ａ）、（Ｂ）は図１０（Ｃ）にお
ける第１の層間絶縁層９００を自己平坦性を有する材料で形成し、薄膜トランジスタ９０
１に接続する配線と発光素子の陽極１０１を同じ層間絶縁層上に形成した場合の構成であ
る。図１０（Ａ）は発光素子の陽極１０１のみを透光性を有する材料で形成し、発光装置
の下部に向かって光が射出する下面発光の構成、図１０（Ｂ）はＩＴＯやＩＴＳＯ、ＩＺ
Ｏなど透光性を有する材料を陰極１０６として形成することで図１０（Ｂ）のように両面
より光を取り出すことのできる両面発光の発光表示装置を得ることが可能となる。なお、
アルミニウムや銀など厚膜で形成すると非透光性であるが、薄膜化すると透光性を有する
ようになるため、アルミニウムや銀の透光性を有する程度の薄膜で陰極１０６を形成して
も両面発光とすることができる。

（実施の形態７）

本実施の形態では、実施の形態４で示したパネル、モジュールが有する画素回路、保護
回路及びそれらの動作について説明する。なお、図５、図６に示してきた断面図は駆動用
ＴＦＴ１４０３と発光素子１４０５の断面図となっている。

図１１（Ａ）に示す画素は、列方向に信号線１４１０及び電源線１４１１、１４１２、
行方向に走査線１４１４が配置される。また、スイッチング用ＴＦＴ１４０１、駆動用Ｔ
ＦＴ１４０３、電流制御用ＴＦＴ１４０４、容量素子１４０２及び発光素子１４０５を有
する。

図１１（Ｃ）に示す画素は、駆動用ＴＦＴ１４０３のゲート電極が、行方向に配置され
た電源線１４１２に接続される点が異なっており、それ以外は図１１（Ａ）に示す画素と
同じ構成である。つまり、図１１（Ａ）（Ｃ）に示す両画素は、同じ等価回路図を示す。
しかしながら、列方向に電源線１４１２が配置される場合（図１１（Ａ））と、行方向に
電源線１４１２が配置される場合（図１１（Ｃ））とでは、各電源線は異なるレイヤーの
導電膜で形成される。ここでは、駆動用ＴＦＴ１４０３のゲート電極が接続される配線に
注目し、これらを作製するレイヤーが異なることを表すために、図１１（Ａ）（Ｃ）とし
て分けて記載する。

図１１（Ａ）（Ｃ）に示す画素の特徴として、画素内に駆動用ＴＦＴ１４０３と電流制
御用ＴＦＴ１４０４が直列に接続されており、駆動用ＴＦＴ１４０３のチャネル長Ｌ（１
４０３）、チャネル幅Ｗ（１４０３）、電流制御用ＴＦＴ１４０４のチャネル長Ｌ（１４
０４）、チャネル幅Ｗ（１４０４）は、Ｌ（１４０３）／Ｗ（１４０３）：Ｌ（１４０４
）／Ｗ（１４０４）＝５〜６０００：１を満たすように設定するとよい。

なお、駆動用ＴＦＴ１４０３は、飽和領域で動作し発光素子１４０５に流れる電流値を
制御する役目を有し、電流制御用ＴＦＴ１４０４は線形領域で動作し発光素子１４０５に
対する電流の供給を制御する役目を有する。両ＴＦＴは同じ導電型を有していると作製工
程上好ましく、本実施の形態ではｎチャネル型ＴＦＴとして形成する。また駆動用ＴＦＴ
１４０３には、エンハンスメント型だけでなく、ディプリーション型のＴＦＴを用いても
よい。上記構成を有する本発明は、電流制御用ＴＦＴ１４０４が線形領域で動作するため
に、電流制御用ＴＦＴ１４０４のＶｇｓの僅かな変動は、発光素子１４０５の電流値に影
響を及ぼさない。つまり、発光素子１４０５の電流値は、飽和領域で動作する駆動用ＴＦ
Ｔ１４０３により決定することができる。上記構成により、ＴＦＴの特性バラツキに起因
した発光素子の輝度ムラを改善して、画質を向上させた表示装置を提供することができる
。

図１１（Ａ）〜（Ｄ）に示す画素において、スイッチング用ＴＦＴ１４０１は、画素に
対するビデオ信号の入力を制御するものであり、スイッチング用ＴＦＴ１４０１がオンと
なると、画素内にビデオ信号が入力される。すると、容量素子１４０２にそのビデオ信号
の電圧が保持される。なお図１１（Ａ）（Ｃ）には、容量素子１４０２を設けた構成を示
したが、本発明はこれに限定されず、ビデオ信号を保持する容量がゲート容量などでまか
なうことが可能な場合には、容量素子１４０２を設けなくてもよい。

図１１（Ｂ）に示す画素は、ＴＦＴ１４０６と走査線１４１４を追加している以外は、
図１１（Ａ）に示す画素構成と同じである。同様に、図１１（Ｄ）に示す画素は、ＴＦＴ
１４０６と走査線１４１４を追加している以外は、図１１（Ｃ）に示す画素構成と同じで
ある。

ＴＦＴ１４０６は、新たに配置された走査線１４１４によりオン又はオフが制御される
。ＴＦＴ１４０６がオンとなると、容量素子１４０２に保持された電荷は放電し、電流制
御用ＴＦＴ１４０４がオフとなる。つまり、ＴＦＴ１４０６の配置により、強制的に発光
素子１４０５に電流が流れない状態を作ることができる。そのためＴＦＴ１４０６を消去
用ＴＦＴと呼ぶことができる。従って、図１１（Ｂ）（Ｄ）の構成は、全ての画素に対す
る信号の書き込みを待つことなく、書き込み期間の開始と同時又は直後に点灯期間を開始
することができるため、デューティ比を向上することが可能となる。

図１１（Ｅ）に示す画素は、列方向に信号線１４１０、電源線１４１１、行方向に走査
線１４１４が配置される。また、スイッチング用ＴＦＴ１４０１、駆動用ＴＦＴ１４０３
、容量素子１４０２及び発光素子１４０５を有する。図１１（Ｆ）に示す画素は、ＴＦＴ
１４０６と走査線１４１５を追加している以外は、図７（Ｅ）に示す画素構成と同じであ
る。なお、図１１（Ｆ）の構成も、ＴＦＴ１４０６の配置により、デューティ比を向上す
ることが可能となる。

以上のように、多様な画素回路を採用することができる。特に、非晶質半導体膜から薄
膜トランジスタを形成する場合、駆動用ＴＦＴ１４０３の半導体膜を大きくすると好まし
い。そのため、上記画素回路において、電界発光層からの光が封止基板側から射出する上
面発光型とすると好ましい。

このようなアクティブマトリクス型の発光装置は、画素密度が増えた場合、各画素にＴ
ＦＴが設けられているため低電圧駆動でき、有利であると考えられている。

本実施の形態では、一画素に各ＴＦＴが設けられるアクティブマトリクス型の発光装置
について説明したが、一列毎にＴＦＴが設けられるパッシブマトリクス型の発光装置を形
成することもできる。パッシブマトリクス型の発光装置は、各画素にＴＦＴが設けられて
いないため、高開口率となる。発光が電界発光層の両側へ射出する発光装置の場合、パッ
シブマトリクス型の表示装置を用いる透過率が高まる。

これらのような画素回路をさらに有する本発明の表示装置は、駆動電圧が小さく、駆動
電圧の経時上昇も小さい上、各々の特徴を有する表示装置とすることができる。

続いて、図１１（Ｅ）に示す等価回路を用い、走査線及び信号線に保護回路としてダイ
オードを設ける場合について説明する。

図１２には、画素部１５００にスイッチング用ＴＦＴ１４０１、１４０３、容量素子１
４０２、発光素子１４０５が設けられている。信号線１４１０には、ダイオード１５６１
と１５６２が設けられている。ダイオード１５６１と１５６２は、スイッチング用ＴＦＴ
１４０１又は１４０３と同様に、上記実施の形態に基づき作製され、ゲート電極、半導体
層、ソース電極及びドレイン電極等を有する。ダイオード１５６１と１５６２は、ゲート
電極と、ドレイン電極又はソース電極とを接続することによりダイオードとして動作させ
ている。

ダイオードと接続する共通電位線１５５４、１５５５はゲート電極と同じレイヤーで形
成している。従って、ダイオードのソース電極又はドレイン電極と接続するには、ゲート
絶縁層にコンタクトホールを形成する必要がある。

走査線１４１４に設けられるダイオードも同様な構成である。

このように、本発明によれば、入力段に設けられる保護ダイオードを同時に形成するこ
とができる。なお、保護ダイオードを形成する位置は、これに限定されず、駆動回路と画
素との間に設けることもできる。

このような保護回路を有する本発明の表示装置は、駆動電圧の経時上昇も小さい上、表示
装置としての信頼性も高めることが可能となる。

本実施例では本発明の発光素子の測定データを示す。

まず、本実施例における発光素子の作製方法について説明する。本実施例における発光
素子は実施の形態１に示した発光素子の構造に準拠する。本実施例では絶縁物１００とし
てガラス基板を使用した。当該ガラス基板上にケイ素を含有するＩＴＯをスパッタリング
法により成膜し、陽極１０１を形成した。陽極１０１の膜厚は１１０ｎｍとなるように成
膜した。

続いて、陽極１０１の上にモリブデン酸化物とα−ＮＰＤを共蒸着することによって、
モリブデン酸化物とα−ＮＰＤよりなる第１の正孔を発生する層１０２を形成した。ここ
で第１の正孔を発生する層１０２の膜厚は５０ｎｍとなるようにした。

次に第１の正孔を発生する層１０２の上に発光層１０４を形成した。発光層１０４は３
層構造とし、第１の正孔を発生する層１０２側から正孔輸送層、発光物質が分散された層
、電子輸送層の順で形成した。正孔輸送層は、α−ＮＰＤを真空蒸着法により膜厚１０ｎ
ｍとなるように形成し、発光物質が分散された層はＡｌｑ₃とクマリン６を共蒸着法によ
り成膜することでＡｌｑ₃とクマリン６を含む層を膜厚３５ｎｍとなるように形成し、電
子輸送層はＡｌｑ₃のみを真空蒸着法により膜厚１０ｎｍとなるように形成した。尚、発
光物質が分散された層はＡｌｑ₃とクマリン６の割合が、質量比で１：０．００５となる
ように調節した。

続いて、発光層１０４上にＡｌｑ₃とリチウムとを共蒸着することによって、Ａｌｑ₃と
リチウムとよりなる電子を発生する層１０５を膜厚１０ｎｍとなるように形成した。なお
、Ａｌｑ₃とリチウムとの質量比は１：０．０１となるように調節した。

次に、電子を発生する層１０５上に、モリブデン酸化物とα−ＮＰＤを共蒸着すること
によって、モリブデン酸化物とα−ＮＰＤよりなる第２の正孔を発生する層１０３を形成
した。ここで第１の正孔を発生する層１０２の膜厚は２０ｎｍとなるようにした。また、
α−ＮＰＤとモリブデン酸化物のモル比は１：１となるようにした。

第２の正孔を発生する層１０５上にはアルミニウムによる陰極１０６を形成した。膜厚
は１００ｎｍとした。

記構成を有する本発明の発光素子は、電圧をかけると、第２の正孔を発生する層１０３
より第２の電極に正孔が注入される。また、電子を発生する層１０５より電子が発光層１
０４に注入される。さらに、第１の正孔を発生する層１０２より発光層１０４に正孔が注
入され、発光層において注入された電子と正孔が再結合し、クマリン６から発光が得られ
る。

このように作製した本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図１３に、電圧−電流特性
を図１４に示す。図１３おいて横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ²）を表す。ま
た、図１４において横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は電流（ｍＡ）を表す。

このように、本実施例における発光素子は、良好な特性を示す。

なお、本実施例において正孔を発生する層として用いたα―ＮＰＤとモリブデン酸化物
よりなる複合材料の吸収スペクトルを図２２（Ａ）に示す。なお、図２２（Ｂ）はα―Ｎ
ＰＤのみの吸収スペクトル、図２２（Ｃ）はモリブデン酸化物のみの吸収スペクトルであ
る。図から分かるように、α―ＮＰＤとモリブデン酸化物よりなる複合材料の吸収スペク
トルには、α―ＮＰＤのみ、及びモリブデン酸化物のみでは現れないピークが現れている
ことが分かる。これはα―ＮＰＤとモリブデン酸化物が相互作用することによって正孔が
発生していることを示すものと考えられる。

本実施例では、正孔を発生する層において、正孔輸送性物質と、その物質に対し電子受
容性を示す物質との混合割合が異なる四つの発光素子、発光素子（１）、発光素子（２）
、発光素子（３）、発光素子（４）の作製方法と、それらの素子の特性について説明する
。

まず、本実施例における発光素子の作製方法について説明する。本実施例における発光
素子は実施の形態１に示した発光素子の構造に準拠する。本実施例では絶縁物１００とし
てガラス基板を使用した。当該ガラス基板上にケイ素を含有するＩＴＯをスパッタリング
法により成膜し、陽極１０１を形成した。陽極１０１の膜厚は１１０ｎｍとなるように成
膜した。

続いて、陽極１０１の上にモリブデン酸化膜を真空蒸着法によって成膜し、モリブデン
酸化膜からなる第1の正孔を発生する層１０２を形成した。ここで膜厚は５ｎｍとなるよ
うにした。

次に第１の正孔を発生する層１０２の上に発光層１０４を形成した。発光層１０４は３
層構造とし、第１の正孔を発生する層１０２側から正孔輸送層、発光物質が分散された層
、電子輸送層の順で形成した。正孔輸送層は、α−ＮＰＤを真空蒸着法により膜厚５５ｎ
ｍとなるように形成し、発光物質が分散された層はＡｌｑ₃とクマリン６を共蒸着法によ
り成膜することでＡｌｑ₃とクマリン６を含む層を膜厚３５ｎｍとなるように形成し、電
子輸送層はＡｌｑ₃のみを真空蒸着法により膜厚１０ｎｍとなるように形成した。尚、発
光物質が分散された層はＡｌｑ₃とクマリン６の割合が、質量比で１：０．００５となる
ように調節した。

続いて、発光層１０４上にＡｌｑ₃とリチウムとを共蒸着することによって、Ａｌｑ₃と
リチウムとよりなる電子を発生する層１０５を膜厚１０ｎｍとなるように形成した。なお
、Ａｌｑ₃とリチウムとの質量比は１：０．０１となるように調節した。

次に、電子を発生する層１０５上に、モリブデン酸化物とα−ＮＰＤを共蒸着すること
によって、モリブデン酸化物とα−ＮＰＤよりなる第２の正孔を発生する層１０３を形成
した。ここで、発光素子（１）については、α−ＮＰＤとモリブデン酸化物とのモル比は
０．５（＝α−ＮＰＤ／モリブデン酸化物）となるように調節した。また、発光素子（２
）については、α−ＮＰＤとモリブデン酸化物とのモル比は１．０（＝α−ＮＰＤ／モリ
ブデン酸化物）となるように調節した。また、発光素子（３）については、α−ＮＰＤと
モリブデン酸化物とのモル比は１．５（＝α−ＮＰＤ／モリブデン酸化物）となるように
調節した。また、発光素子（４）については、α−ＮＰＤとモリブデン酸化物とのモル比
は２．０（＝α−ＮＰＤ／モリブデン酸化物）となるように調節した。また、第２の正孔
を発生する層１０２の膜厚は２０ｎｍとなるようにした。

第２の正孔を発生する層１０３上にはアルミニウムによる陰極１０６を形成した。膜厚
は１００ｎｍとした。

記構成を有する本発明の発光素子は、電圧をかけると、第２の正孔を発生する層１０３
より第２の電極に正孔が注入される。また、電子を発生する層１０５より電子が発光層１
０４に注入される。さらに、第１の正孔を発生する層１０２より発光層１０４に正孔が注
入され、発光層において注入された電子と正孔が再結合し、クマリン６から発光が得られ
る。

本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図１５に、電流密度−輝度特性を図１６に、電
圧−電流特性を図１７に示す。図１５において、横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は輝度（ｃｄ／
ｍ²）を表す。また、図１６において、横軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）、縦軸は輝度（ｃ
ｄ／ｍ²）を表す。また、図１７において、横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は電流（ｍＡ）を表
す。図１５〜図１７において、▲印は発光素子（１）、●印は発光素子（２）、○印は発
光素子（３）、■印は発光素子（４）の特性を表す。

図１５〜図１７、から、いずれの発光素子についても、良好に動作していることが分か
る。また、特に、正孔を発生する層におけるα−ＮＰＤとモリブデン酸化物とのモル比（
＝α−ＮＰＤ／モリブデン酸化物）が１〜２である発光素子（２）〜（４）では、任意の
電圧を印加したときに得られる輝度が高く、また電流値も大きいことが分かる。このよう
に、α−ＮＰＤとモリブデン酸化物とのモル比（＝α−ＮＰＤ／モリブデン酸化物）が１
〜２になるように調節することで、低い駆動電圧で動作する発光素子を得られる。

次に、本実施例の発光素子について、連続点灯試験を行った結果について説明する。連
続点灯試験は、上記のようにして作製した発光素子を、窒素雰囲気で封止した後、常温下
で、次のようにして行った。

図１６からも分かるように、初期状態の本発明の発光素子において、３０００ｃｄ／ｍ
²の輝度で発光するために必要な電流密度は２６．７５ｍＡ／ｃｍ²である。本実施例では
、２６．７５ｍＡ／ｃｍ²の電流を一定時間を流し続け、２６．７５ｍＡ／ｃｍ²の電流を
流すのに必要な電圧の経時変化、並びに輝度の経時変化について調べた。測定結果を図１
８、図１９に示す。図１８において、横軸は経過した時間（ｈｏｕｒ）、縦軸は２６．７
５ｍＡ／ｃｍ²の電流を流すのに必要な電圧（Ｖ）を表す。また、図１９において、横軸
は経過した時間（ｈｏｕｒ）、縦軸は輝度（任意単位）を表す。なお、輝度（任意単位）
は、初期状態の輝度を１００として表した、初期輝度に対する相対値（任意時間における
輝度を初期輝度で割り、さらに１００倍して求めた値。）である。

図１８より、いずれの発光素子においても２６．７５ｍＡ／ｃｍ²の電流密度の電流を
流すのに必要な電圧は、１００時間経過後において、初期状態よりも約１Ｖしか高くなっ
ていないことが分かる。このことから、本発明の発光素子が、経時変化に伴った電圧の上
昇の少ない良好な素子であることが分かる。

なお、実施例１および実施例２のいずれの発光素子についても、発光層として機能する
層の他、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層等として機能する層を形成しているが、必
ずしもこれらの層を設けなくてもよい。また、実施例１、実施例２では、共に、発光層と
して機能する層を形成した後、電子を発生する層を形成し、さらにその後正孔を発生する
層を形成しているが、本発明の発光素子の作製方法はこれに限定されるものではない。例
えば、正孔を発生する層を形成した後、電子を発生する層を形成し、さらにその後発光層
として機能する層を含む層を形成しても構わない。

本実施例では実施例１とは異なる材料を用いた本発明の発光素子の測定データを示す。

まず、本実施例における発光素子の作製方法について説明する。本実施例における発光
素子は実施の形態１に示した発光素子の構造に準拠する。本実施例では絶縁物１００とし
てガラス基板を使用した。当該ガラス基板上にケイ素を含有するＩＴＯをスパッタリング
法により成膜し、陽極１０１を形成した。陽極１０１の膜厚は１１０ｎｍとなるように成
膜した。

続いて、陽極１０１の上にモリブデン酸化物とＤＮＴＰＤを共蒸着することによって、
モリブデン酸化物とＤＮＴＰＤよりなる第１の正孔を発生する層１０２を形成した。ここ
で第１の正孔を発生する層１０２の膜厚は５０ｎｍとなるようにした。ＤＮＴＰＤとモリ
ブデン酸化物の質量比は４：２となるように蒸着した。

次に第１の正孔を発生する層１０２の上に発光層１０４を形成した。発光層１０４は３
層構造とし、第１の正孔を発生する層１０２側から正孔輸送層、発光物質が分散された層
、電子輸送層の順で形成した。正孔輸送層は、α−ＮＰＤを真空蒸着法により膜厚１０ｎ
ｍとなるように形成し、発光物質が分散された層はＡｌｑ₃とクマリン６を共蒸着法によ
り成膜することでＡｌｑ₃とクマリン６を含む層を膜厚３５ｎｍとなるように形成し、電
子輸送層はＡｌｑ₃のみを真空蒸着法により膜厚１０ｎｍとなるように形成した。尚、発
光物質が分散された層はＡｌｑ₃とクマリン６の割合が、質量比で１：０．００５となる
ように調節した。

続いて、発光層１０４上にＡｌｑ₃とリチウムとを共蒸着することによって、Ａｌｑ₃と
リチウムとよりなる電子を発生する層１０５を膜厚１０ｎｍとなるように形成した。なお
、Ａｌｑ₃とリチウムとの質量比は１：０．０１となるように調節した。

次に、電子を発生する層１０５上に、モリブデン酸化物とＤＮＴＰＤを共蒸着すること
によって、モリブデン酸化物とＤＮＴＰＤよりなる第２の正孔を発生する層１０３を形成
した。ここで第１の正孔を発生する層１０２の膜厚は２０ｎｍとなるようにした。また、
ＤＮＴＰＤとモリブデン酸化物の質量比は４：２となるようにした。

第２の正孔を発生する層１０３上にはアルミニウムによる陰極１０６を形成した。膜厚
は１００ｎｍとした。

記構成を有する本発明の発光素子は、電圧をかけると、第２の正孔を発生する層１０３
より第２の電極に正孔が注入される。また、電子を発生する層１０５より電子が発光層１
０４に注入される。さらに、第１の正孔を発生する層１０２より発光層１０４に正孔が注
入され、発光層において注入された電子と正孔が再結合し、クマリン６から発光が得られ
る。

このように作製した本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図２０に、電圧−電流特性
を図２１に示す。図２０おいて横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ²）を表す。ま
た、図２１において横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は電流（ｍＡ）を表す。

このように、本実施例における発光素子は、良好な特性を示す。

なお、本実施例において正孔を発生する層として用いたＤＮＴＰＤとモリブデン酸化物
よりなる複合材料の吸収スペクトルを図２３（Ａ）に示す。なお、図２３（Ｂ）はＤＮＴ
ＰＤのみの吸収スペクトル、図２３（Ｃ）はモリブデン酸化物のみの吸収スペクトルであ
る。図から分かるように、ＤＮＴＰＤとモリブデン酸化物よりなる複合材料の吸収スペク
トルには、ＤＮＴＰＤのみ、及びモリブデン酸化物のみでは現れないピークが現れている
ことが分かる。これはＤＮＴＰＤとモリブデン酸化物が相互作用することによって正孔が
発生していることを示すものと考えられる。

本実施例では、正孔を発生する層の膜厚を変化させることによって、発光の視野角依存
性や発光スペクトルを制御する、いわゆる発光素子の光学設計について図２４、図２５を
参照しながら説明する。

まず、本実施例における発光素子の作製方法について説明する。本実施例における発光
素子は実施の形態１に示した発光素子の構造に準拠する。本実施例では絶縁物１００とし
てガラス基板を使用した。当該ガラス基板上にケイ素を含有するＩＴＯをスパッタリング
法により成膜し、陽極１０１を形成した。陽極１０１の膜厚は１１０ｎｍとなるように成
膜した。

続いて、陽極１０１の上にモリブデン酸化物とα―ＮＰＤを共蒸着することによって、
モリブデン酸化物とα―ＮＰＤよりなる第１の正孔を発生する層１０２を形成した。ここ
で第１の正孔を発生する層１０２の膜厚は５０ｎｍとなるようにした。α―ＮＰＤとモリ
ブデン酸化物の質量比は４：１となるように蒸着した。

次に第１の正孔を発生する層１０２の上に発光層１０４を形成した。発光層１０４は３
層構造とし、第１の正孔を発生する層１０２側から正孔輸送層、発光物質が分散された層
、電子輸送層の順で形成した。正孔輸送層は、α−ＮＰＤを真空蒸着法により膜厚１０ｎ
ｍとなるように形成し、発光物質が分散された層はＡｌｑ₃とクマリン６を共蒸着法によ
り成膜することでＡｌｑ₃とクマリン６を含む層を膜厚４０ｎｍとなるように形成し、電
子輸送層はＡｌｑ₃のみを真空蒸着法により膜厚１０ｎｍとなるように形成した。尚、発
光物質が分散された層はＡｌｑ₃とクマリン６の割合が、質量比で１：０．０１となるよ
うに調節した。

続いて、発光層１０４上にＡｌｑ₃とリチウムとを共蒸着することによって、Ａｌｑ₃と
リチウムとよりなる電子を発生する層１０５を膜厚１０ｎｍとなるように形成した。なお
、Ａｌｑ₃とリチウムとの質量比は１：０．０１となるように調節した。

次に、電子を発生する層１０５上に、モリブデン酸化物とα―ＮＰＤを共蒸着すること
によって、モリブデン酸化物とα―ＮＰＤよりなる第２の正孔を発生する層１０３を形成
した。また、α―ＮＰＤとモリブデン酸化物の質量比は４：２となるようにした。

第２の正孔を発生する層１０３上にはアルミニウムによる陰極１０６を形成した。膜厚
は１００ｎｍとした。

記構成を有する本発明の発光素子は、電圧をかけると、第２の正孔を発生する層１０３
より第２の電極に正孔が注入される。また、電子を発生する層１０５より電子が発光層１
０４に注入される。さらに、第１の正孔を発生する層１０２より発光層１０４に正孔が注
入され、発光層において注入された電子と正孔が再結合し、クマリン６から発光が得られ
る。

本実施例では、発光素子を形成したガラス基板側に、発光素子からの発光を取り出す構
造とし、陰極１０６は反射電極として機能する。また、第２の正孔を発生する層１０３の
膜厚を変化させることによって反射電極で反射されて戻ってくる光の光路長を調節した。
これにより、反射電極で反射されてからガラス基板方向に射出する光と、発光素子から直
接射出する光との干渉状態が変化する。

図２４は発光物質が分散された層から反射電極までの光学的距離を、第２の正孔を発生
する層１０５の膜厚を変化させることによって変化させた場合の当該光学的距離と電流効
率との関係を表すグラフである。このように、発光物質が分散された層から反射電極まで
の光学的距離が変化することによって発光効率が周期的に変化することが分かり、当該光
学的距離を調節することによって発光効率を高めたり、逆に抑えたりすることが可能であ
る。

図２５は、第２の正孔を発生する層１０５の膜厚を１４０ｎｍから２８０ｎｍの間で変
化させた場合の発光スペクトルの変化を表したグラフである。なお、第２の正孔を発生す
る層１０５の膜厚は素子１が１４０ｎｍ、素子２が１６０ｎｍ、素子３が１８０ｎｍ、素
子４が２００ｎｍ、素子５が２２０ｎｍ、素子６が２４０ｎｍ、素子７が２６０ｎｍ、素
子８が２８０ｎｍである。グラフから、第２の正孔を発生する層１０５の膜厚を変化させ
ることで発光物質が分散された層から反射電極までの光学的距離を変化させることによっ
て、発光の最大波長も、スペクトル形状も変化することがわかる。このことから、当該光
学的距離を調節することによって発光素子から射出する光の色や色純度を都合のよいよう
に制御することができるようになる。

１００ 絶縁物
１０１ 陽極
１０２ 層
１０３ 層
１０４ 発光層
１０５ 層
１０６ 陰極
１０７ 正孔注入層
５０ 基板
５１ａ 下地絶縁層
５１ｂ 下地絶縁層
５２ 半導体層
５３ ゲート絶縁層
５４ ゲート電極
５９ 絶縁膜（水素化膜）
６０ 層間絶縁層
６１ａ 接続部
６１ｂ 配線
６３ 層間絶縁層
６５ 隔壁
６６ 発光積層体
７０ 薄膜トランジスタ
８８ 樹脂
８９ 乾燥剤
９０ 偏光板
９１ 保護フィルム
９３ 発光素子
９４ 対向基板
９００ 層間絶縁層
９０１ 薄膜トランジスタ
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 対向基板
４００７ 充填材
４００８ 薄膜トランジスタ
４０１０ 薄膜トランジスタ
４０１１ 発光素子
４０１４ 配線
４０１５ａ 配線
４０１５ｂ 配線
４０１６ 接続端子
４０１８ フレキシブルプリントサーキット（ＦＰＣ）
４０１９ 異方性導電膜
２００１ 筐体
２００３ 表示部
２００４ スピーカー部
２１０１ 本体
２１０２ 筐体
２１０３ 表示部
２１０４ 音声入力部
２１０５ 音声出力部
２１０６ 操作キー
２１０８ アンテナ
２２０１ 本体
２２０２ 筐体
２２０３ 表示部
２２０４ キーボード
２２０５ 外部接続ポート
２２０６ ポインティングマウス
２３０１ 本体
２３０２ 表示部
２３０３ スイッチ
２３０４ 操作キー
２３０５ 赤外線ポート
２４０１ 筐体
２４０２ 表示部
２４０３ スピーカー部
２４０４ 操作キー
２４０５ 記録媒体挿入部
１４０１ スイッチング用ＴＦＴ
１４０２ 容量素子
１４０３ 駆動用ＴＦＴ
１４０４ 電流制御用ＴＦＴ
１４０５ 発光素子
１４０６ ＴＦＴ
１４１０ 信号線
１４１１ 電源線
１４１２ 電源線
１４１４ 走査線
１４１５ 走査線
１５００ 画素部
１５６１ ダイオード
１５５４ 共通電位線

Claims (6)

1. 陽極および陰極と、
   正孔輸送性の有機化合物と前記正孔輸送性の有機化合物に対して電子受容性を示す物質とが混合されている第１の層及び第２の層と、
   発光物質を含む第３の層と、
   電子輸送性の有機化合物と前記電子輸送性の有機化合物に対して電子供与性を示す物質とが混合されている第４の層と、を有し、
   前記第１乃至前記第４の層は、前記陽極と前記陰極との間に設けられ、
   前記第２の層は前記陰極に接しており、
   前記第３の層は前記第２の層と前記第１の層との間に設けられ、
   前記第４の層は前記第２の層と前記第３の層との間に設けられ、
   前記陽極と前記陰極との間には、８−キノリノラトリチウム（略称：Ｌｉｑ）を含まないことを特徴とする発光素子。
2. 陽極および陰極と、
   正孔輸送性の有機化合物と前記正孔輸送性の有機化合物に対して電子受容性を示す物質とが混合されている第１の層及び第２の層と、
   発光物質を含む第３の層と、
   電子輸送性の有機化合物と前記電子輸送性の有機化合物に対して電子供与性を示す物質とが混合されている第４の層と、を有し、
   前記第１乃至前記第４の層は、前記陽極と前記陰極との間に設けられ、
   前記第２の層は前記陰極に接しており、
   前記第３の層は前記第２の層と前記第１の層との間に設けられ、
   前記第４の層は前記第２の層と前記第３の層との間に設けられ、
   前記第４の層は前記第２の層に接して設けられ、
   前記陽極と前記陰極との間には、８−キノリノラトリチウム（略称：Ｌｉｑ）を含まないことを特徴とする発光素子。
3. 請求項１または請求項２において、前記電子受容性を示す物質は金属酸化物であることを特徴とする発光素子。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記電子供与性を示す物質はアルカリ金属、アルカリ土類金属、または希土類金属を含む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含む発光装置。
6. 請求項５に記載の発光装置を有する電子機器。

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