JP2011254094A

JP2011254094A - 発光素子、発光装置、照明機器および電子機器

Info

Publication number: JP2011254094A
Application number: JP2011168033A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Kumaki; 大介熊木; Tetsushi Seo; 哲史瀬尾
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2011-12-15
Also published as: KR20110013513A; KR101204289B1; WO2006009262A1; US20110101380A1; US8368060B2; US7893427B2; JP2014075616A; KR20070061800A; KR101164441B1; US20150035000A1; JP2006295104A; JP2012160756A; US20130119425A1; JP5779675B2; EP1800357A1; JP5659187B2; KR101164436B1; KR101164440B1; KR20110013514A; TW201127186A

Abstract

【課題】発光時間の蓄積に伴った駆動電圧の増加の少ない発光素子を提供する。膜厚の増加に伴った抵抗値の増加の少ない発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子の一は、対向するように設けられた第１の電極１０１と第２の電極１０２との間に、第１の層１１１と、第２の層１１２と、第３の層１１３とを有する。第１の層と第２の層と第３の層とは、第２の層を間に挟むように順に積層されており、第１の層は第１の電極に接し、第３の層は第２の電極に接する。第１の層は正孔を発生する層であり、第２の層は電子を発生する層である。また、第３の層は、発光物質を含む層である。そして、第１の電極の電位よりも第２の電極の電位が高くなるように電圧を印加したときに、第２の層で発生した電子が第３の層へ注入されるように、第２の層と第３の層とは接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対の電極間に発光物質を含む層を有する発光素子に関し、特に発光素子の
層構造に関する。

近年、ディスプレイ等に利用されている発光素子の多くは、一対の電極間に発光物質を
含む層が挟まれた構造を有する。このような発光素子では、一方の電極から注入された電
子と他方の電極から注入された正孔とが再結合することによって形成された励起子が、基
底状態に戻るときに発光する。

このような発光素子の多くは、発光時間が蓄積するに伴って、駆動電圧が増加するとい
う問題を抱えている。

このような問題を解決する技術の一例として、例えば特許文献１では、或特定の構造を
有する化合物を適用した有機ＥＬ素子とすることで、素子の駆動時の駆動電圧の上昇等を
抑えた有機ＥＬ素子について開示している。

ＷＯ９８／３００７１号公報

本発明は、発光時間の蓄積に伴った駆動電圧の増加の少ない発光素子を提供することを
課題とする。また、本発明は、膜厚の増加に伴った抵抗値の増加の少ない発光素子を提供
することを課題とする。

本発明の発光素子の一は、対向するように設けられた第１の電極と第２の電極との間に
、第１の層と、第２の層と、第３の層とを有する。第１の層と第２の層と第３の層とは、
第２の層を間に挟むように順に積層されており、第１の層は第１の電極に接し、第３の層
は第２の電極に接する。第１の層は正孔を発生する層であり、第２の層は電子を発生する
層である。また、第３の層は、発光物質を含む層である。そして、第１の電極の電位より
も第２の電極の電位が高くなるように電圧を印加したときに、第２の層で発生した電子が
第３の層へ注入されるように、第２の層と第３の層とは接合されている。このように接合
されることによって、発光素子は、第１の電極の電位よりも第２の電極の電位が高くなる
ように電圧を印加したときに発光する。

本発明の発光素子の一は、対向するように設けられた第１の電極と第２の電極との間に
、第１の層と、第２の層と、第３の層とを有する。第１の層と第２の層と第３の層とは、
第２の層を間に挟むように順に積層されており、第１の層は第１の電極に接し、第３の層
は第２の電極に接する。第１の層は電子よりも正孔の輸送性が高い物質と、その物質に対
して電子受容性を示す物質とを含む層である。また、第２の層は正孔よりも電子の輸送性
が高い物質と、その物質に対して電子供与性を示す物質とを含む層である。また、第３の
層は、発光物質を含む層である。そして、第１の電極の電位よりも第２の電極の電位が高
くなるように電圧を印加したときに、第２の層で発生した電子が第３の層へ注入されるよ
うに、第２の層と第３の層とは接合されている。このように接合されることによって、発
光素子は、第１の電極の電位よりも第２の電極の電位が高くなるように電圧を印加したと
きに発光する。

本発明の発光素子の一は、対向するように設けられた第１の電極と第２の電極との間に
、第１の層と、第２の層と、第３の層とを有する。第１の層と第２の層と第３の層とは、
第２の層を間に挟むように順に積層されており、第１の層は第１の電極に接し、第３の層
は第２の電極に接する。第１の層はｐ型の半導体から成る層であり、第２の層はｎ型の半
導体から成る層である。また、第３の層は、発光物質を含む層である。そして、第１の電
極の電位よりも第２の電極の電位が高くなるように電圧を印加したときに、第２の層で発
生した電子が第３の層へ注入されるように、第２の層と第３の層とは接合されている。こ
のように接合されることによって、発光素子は、第１の電極の電位よりも第２の電極の電
位が高くなるように電圧を印加したときに発光する。

以上に述べた本発明の発光素子において、発光物質を含む層は、単層であっても多層で
あっても構わない。多層である場合、少なくとも一つの層に発光物質が含まれていれば良
い。

本発明の発光素子の一は、対向するように設けられた第１の電極と第２の電極との間に
第１の層と、第２の層と、第３の層とを有する。第１の層と第２の層と第３の層とは、第
２の層を間に挟むように順に積層されている。第１の層は電子よりも正孔の輸送性が高い
物質と、その物質に対して電子受容性を示す物質とを含む層である。また、第２の層は正
孔よりも電子の輸送性が高い物質と、その物質に対して電子供与性を示す物質とを含む層
である。また、第３の層は、発光層を含み、ｘ層（ｘは任意の正の整数）からなる層であ
る。第３の層に含まれる層の中で、第１層目の層は、第２の層と接し、第ｘ層目の層は第
２の電極と接する。ここで、第１の電極は、反射率の高い導電物から成る。第３の層のう
ち、発光層と第２の層との間には、ｙ層（ｙ＜ｘ、ｙは正の整数）の層を有する。また、
第１の電極の電位よりも第２の電極の電位が高くなるように電圧を印加したときに、第２
の層で発生した電子が第１番目の層へ注入されるように、第２の層と第１層目の層とは接
合されている。このように接合されることによって、発光素子は、第１の電極の電位より
も第２の電極の電位が高くなるように電圧を印加したときに発光する。そして、第１の層
と第２の層とは、数式（１）、（２）、（３）を満たすように膜厚を調節されていること
を特徴とする。

数式（１）、（２）、（３）において、ｎ_iは第１の層の屈折率、ｄ_iは第１の層の膜厚
、ｎ_iiは第２の層の屈折率、ｄ_iiは第２の層の膜厚、ｎ_kは発光層と第２の層との間に含
まれる層の中の第ｋ番目の層の屈折率、ｄ_kは発光層と第２の層との間に含まれる層の中
の第ｋ番目の層の膜厚、ｎ_jは発光層の屈折率、ｄ_jは発光層における第１の電極側の膜面
から発光領域までの距離、λは発光素子からの発光の波長、ｍは任意の正の整数を表す。
ｄ_emiは発光層の膜厚である。

本発明によって、発光時間の蓄積に伴った駆動電圧の増加が少なく、信頼性の高い発光
素子が得られる。

また、本発明によって、正孔を発生する層の膜厚に依存した、抵抗値の増加が少ない発
光素子が得られる。その結果、電極間の距離を容易に変えられる発光素子が得られる。そ
して、電極間の距離を長くすることによって、電極表面の凹凸に起因した電極間の短絡を
防ぐことができる。また、電極間の距離を調節することで、発光の取り出し効率が最大と
なるように、光学距離を調節することが容易となる。また、電極間の距離を調節すること
で、採光面を見る角度に依存した発光スペクトルの変化が少なくなるように、光学距離を
調節することが容易となる。

また、本発明によって得られた発光素子を、発光装置に適用することによって、長時間
の使用に耐える信頼性のよい発光装置を得ることができる。また、本発明によって得られ
た発光素子を、表示機能を有する発光装置に適用することによって、発光を効率よく外部
に取り出すことができ、また採光面を見る角度に依存した発光スペクトルの変化が少ない
良好な画像を表示できる発光装置を得ることができる。

本発明の発光素子の積層構造を表した図。本発明の発光素子の積層構造を表した図。本発明を適用した発光装置について説明する図。本発明を適用した発光装置に含まれる回路について説明する図。本発明を適用した発光装置の上面図。本発明を適用した発光装置のフレーム動作について説明する図。本発明を適用した発光装置の断面図。本発明を適用した電子機器の図。本発明の発光素子の電圧−輝度特性の図。本発明の発光素子の電流密度−輝度特性の図。本発明の発光素子の電圧−電流特性の図。本発明の発光素子について経時変化に伴った電圧の変化を測定した結果の図。本発明の発光素子について経時変化に伴った輝度の変化を測定した結果の図。本発明の発光素子の積層構造を表した図。本発明の発光素子の積層構造を表した図。本発明の発光素子及び比較例の発光素子の電圧−輝度特性の図。本発明の発光素子及び比較例の発光素子の電圧−電流特性の図。本発明の発光素子の積層構造を表した図。本発明の発光素子の電圧−輝度特性の図。本発明の発光素子の電圧−電流特性の図。本発明の発光素子の輝度−電流効率特性の図。第１３の層７７５から第１の電極７７８までの距離（ｎｍ）に対する電流効率（ｃｄ／Ａ）の変化について調べた図。採光面を観察する角度に依存した発光スペクトルの形状の変化について調べた図。本発明の発光素子の積層構造を表した図。本発明の発光素子の電圧−輝度特性の図。本発明の発光素子の電圧−輝度特性の図。

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）
本発明の一態様について図１の発光素子の断面図を用いて説明する。

第１の電極１０１と第２の電極１０２との間に第１の層１１１と第２の層１１２と第３
の層１１３とを有する。第１の層１１１と第２の層１１２と第３の層１１３とは、順に積
層している。そして、第１の層１１１は第１の電極１０１と接し、第３の層１１３は第２
の電極１０２と接する。

また、本形態の発光素子は、次の様に動作する。先ず、第１の電極１０１よりも第２の
電極１０２の電位の方が高くなるように電圧を印加すると、第１の層１１１から第１の電
極１０１へは正孔が注入され、第２の層１１２から第３の層１１３へは、電子が注入され
る。また、第２の電極１０２から第３の層１１３へは正孔が注入される。第２の電極１０
２から注入された正孔と、第２の層１１２から注入された電子とは、第３の層１１３にお
いて再結合し、発光物質を励起状態にする。そして、励起状態の発光物質は基底状態に戻
るときに発光する。

以下、各層、電極等について具体的に説明する。

第１の層１１１は、正孔を発生する層である。このような層としては、例えば、正孔輸
送性物質と、その物質に対して電子受容性を示す物質とを含む層が挙げられる。ここで、
正孔輸送性物質とは、電子よりも正孔の輸送性が高い物質である。正孔輸送性物質につい
て特に限定はなく、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミ
ノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−
フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＴＰＤ）、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：ＭＴ
ＤＡＴＡ）、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）等の芳香族アミン化合物や、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、
正孔輸送性物質に対して電子受容性を示す物質について特に限定はなく、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：Ｔ
ＣＮＱ）、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）等を用いることができる。ここで、正孔輸送性物質に対して
電子受容性を示す物質は、正孔輸送性物質に対して、モル比が０．５〜２（＝正孔輸送性
物質に対して電子受容性を示す物質／正孔輸送性物質）と成るように含まれていることが
好ましい。この他、第１の層１１１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、銅酸化物のようなｐ型の半導体から成る層であってもよい。

第２の層１１２は、電子を発生する層である。このような層としては、例えば、電子輸
送性物質と、その物質に対して電子供与性を示す物質とを含む層が挙げられる。ここで、
電子輸送性物質とは、正孔よりも電子の輸送性が高い物質である。電子輸送性物質につい
て特に限定はなく、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：Ｂ
Ａｌｑ）、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：Ｚ
ｎ（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−ｔｅ
ｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビ
ス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル
］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニ
ル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４
−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル
）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称
：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）等を用いることができる。また、電
子輸送性物質に対して電子供与性を示す物質について特に限定はなく、例えば、リチウム
、セシウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属、エルビ
ウム、イッテルビウム等の希土類金属等を用いることができる。ここで、電子輸送性物質
に対して電子供与性を示す物質は、電子輸送性物質に対して、モル比が０．５〜２（＝電
子輸送性物質に対して電子供与性を示す物質／電子輸送性物質）と成るように含まれてい
ることが好ましい。また、第２の層１１２は、酸化亜鉛、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、酸化
スズ、酸化チタンのようなｎ型の半導体から成る層であってもよい。

第３の層１１３は、発光層を含む層である。第３の層１１３の層構造について特に限定
はなく、単層でも多層でも構わない。例えば、図１に示すように、第３の層１１３は、発
光層１２２の他、電子輸送層１２１、正孔輸送層１２３、正孔注入層１２４を含んでいて
もよいし、或いは発光層のみから成る単層であってもよい。

発光層１２２には発光物質が含まれている。ここで、発光物質とは、発光効率が良好で
、所望の発光波長の発光をし得る物質である。第３の層１１３について特に限定はないが
、発光物質が、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、分散して含まれた層であることが好ましい。これによって、
発光物質からの発光が、発光物質自体の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。なお、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
ギャップを言う。

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−テトラメチルジュロリジン−９−イル
）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−テトラメチルジュロリジン−９−イル）エテニル］−４
Ｈ−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−テトラメチルジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラ
ン（略称：ＤＣＪＴＢ）やペリフランテン、２，５−ジシアノ−１，４−ビス［２−（１
０−メトキシ−１，１，７，７−テトラメチルジュロリジン−９−イル）エテニル］ベン
ゼン等、６００ｎｍから６８０ｎｍ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：Ａｌｑ₃）等、５００ｎｍから５５０ｎｍ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−ＢｕＤ
ＮＡ）、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：ＢＡｌ
ｑ）等、４２０ｎｍから５００ｎｍに発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質
を用いることができる。

また、発光物質を分散状態にするために用いる物質について特に限定はなく、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−ＢｕＤ
ＮＡ）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の他、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）
ピリジナト］亜鉛（略称：Ｚｎｐｐ₂）、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）等の金属錯体等を用いることができる。

以上のような、発光素子において、第２の層１１２に含まれる電子輸送性物質の電子親
和力と、第３の層１１３に含まれる層のうち第２の層１１２と接する層に含まれる物質の
電子親和力との差は、好ましくは２ｅＶ以下、より好ましくは１．５ｅＶ以下である。ま
た、第２の層１１２がｎ型の半導体から成るとき、ｎ型の半導体の仕事関数と、第３の層
１１３に含まれる層のうち第２の層１１２と接する層に含まれる物質の電子親和力との差
は、好ましくは２ｅＶ以下、より好ましくは１．５ｅＶ以下である。

なお、第３の層１１３に含まれる層のうち第２の層１１２と接する層とは、第３の層１
１３が本形態のような層構造を有するときは電子輸送層１２１がこれに該当する。そして
、第３の層１１３が発光層のみから成るとき、または、電子輸送層１２１等を有しないと
きは発光層がこれに該当する。発光層が第２の層１１２と接する場合において、第３の層
１１３に含まれる層のうち第２の層１１２と接する層に含まれる物質とは、発光物質を分
散状態とするための物質、または発光物質そのものである。これは、Ａｌｑ₃等のように
特に分散状態としなくても発光することができ、且つキャリアの輸送性の良い発光物質で
は、分散状態とすることなく発光物質それ自体のみから成る層そのものを発光層として機
能させることができるためである。このように、第３の層１１３が第２の層１１２と第３
の層１１３とを接合することによって、第２の層１１２から第３の層１１３への電子の注
入が容易になる。

ここで、第１の電極１０１と第２の電極１０２とは、いずれか一若しくは両方が可視光
を透過でき、導電性を有する物質で形成されていることが好ましい。これによって、第１
の電極１０１と第２の電極１０２の少なくとも一方の電極を介して発光を外部に取り出す
ことができる。

第１の電極１０１について特に限定はなく、アルミニウムの他、インジウム錫酸化物（
ＩＴＯ）、または酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、２〜２０％の酸化亜鉛を含む酸化
インジウムの他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、
クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パ
ラジウム（Ｐｄ）等を用いることができる。

また、第２の電極１０２についても特に限定はないが、本形態の発光素子のように第３
の層１１３へ正孔を注入する機能を担うときは、仕事関数の大きい物質で形成されている
ことが好ましい。具体的には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、または酸化珪素を含むイ
ンジウム錫酸化物、２〜２０％の酸化亜鉛を含む酸化インジウムの他、金（Ａｕ）、白金
（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ
）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）等を用いることが
できる。なお、第２の電極１０２は、例えばスパッタ法や蒸着法等を用いて形成すること
ができる。

なお、前述のように、本形態では、第２の層１１２と発光層１２２との間に電子輸送層
１２１を有する。ここで、電子輸送層１２１とは、注入された電子を発光層１２２へ輸送
する機能を有する層である。このように、電子輸送層１２１を設け、第１の電極１０１お
よび金属が含まれた第２の層１１２と、発光層１２２とを離すことによって、発光が金属
に起因して消光することを防ぐことができる。

電子輸送層１２１について特に限定はなく、上述したＡｌｑ₃、Ａｌｍｑ₃、ＢｅＢｑ₂
、ＢＡｌｑ、Ｚｎ（ＢＯＸ）₂、Ｚｎ（ＢＴＺ）₂、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ｐ−Ｅ
ｔＴＡＺ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰ等を用いて形成すればよい。電子輸送層１２１は、前述の
ような正孔の移動度よりも電子の移動度が高い電子輸送性物質を用いて形成することが好
ましい。また、電子輸送層１２１は、１０^-6ｃｍ²／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質
を用いて形成することがより好ましい。また、電子輸送層１２１は、以上に述べた物質か
ら成る層を二以上組み合わせて形成した多層構造の層であってもよい。

また、本形態では、第２の電極１０２と発光層１２２との間には、図１に示すように、
正孔輸送層１２３を有する。ここで、正孔輸送層１２３とは、第２の電極１０２から注入
された正孔を発光層１２２へ輸送する機能を有する層である。このように、正孔輸送層１
２３を設け、第２の電極１０２と発光層１２２とを離すことによって、発光が金属に起因
して消光することを防ぐことができる。

正孔輸送層１２３について、特に限定はなく、上述したＮＰＢ、ＴＰＤ、ＴＤＡＴＡ、
ＭＴＤＡＴＡ、ＤＮＴＰＤなどを用いることができる。正孔輸送層１２３は、前述のよう
な電子の移動度よりも正孔の移動度が高い正孔輸送性物質を用いて形成することが好まし
い。また、正孔輸送層１２３は、１０^-6ｃｍ²／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質を用
いて形成することがより好ましい。また、正孔輸送層１２３は、以上に述べた物質から成
る層を二以上組み合わせて形成した多層構造の層であってもよい。

さらに、第２の電極１０２と正孔輸送層１２３との間には、図１に示すように、正孔注
入層１２４を有していてもよい。ここで、正孔注入層１２４とは、第２の電極１０２から
正孔輸送層１２３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１２４について特に限定はなく、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ル
テニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物によって形成され
たものを用いることができる。この他、上述したＨ₂Ｐｃ、ＣｕＰｃ、ＶＯＰｃ等のフタ
ロシアニン系の化合物、ＤＮＴＰＤ等の芳香族アミン系の化合物、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）混合物（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等の
高分子によっても正孔注入層１２４を形成することができる。また、上述した正孔輸送性
物質と、その物質に対して電子受容性を示す物質とを含む層により、正孔注入層１２４を
形成してもよい。

以上に述べた本発明の発光素子は、発光時間の蓄積に伴った駆動電圧の増加が少なく、
信頼性の高い素子である。なお、ここでは、任意の輝度を得るために印加する電圧を駆動
電圧という。

また、本発明の発光素子においては、正孔を発生する層（第１の層１１１）の膜厚に依
存した、任意の電流を流すために印加する電圧の変化が少ない。その為、例えば、第１の
層１１１の膜厚を厚くし、電極間の距離を長くすることによって、第１の電極１０１と第
２の電極１０２との短絡を防ぐことが容易である。

（実施の形態２）
本形態では、正孔を発生する層の膜厚を調節することによって、発光の外部取り出し効
率が高く、また採光面を見る角度に依存した発光スペクトルの変化が少なくなるように反
射面から採光面（若しくは発光領域）までの光学距離を調節した発光素子の態様について
図２４を用いて説明する。

図２４の発光素子は、第１の電極２０１と第２の電極２０２との間に、正孔を発生する
第１の層２１１と、電子を発生する第２の層２１２と、発光物質を含む第３の層２１３と
を有する。第１の層２１１と第２の層２１２と第３の層２１３とは、第２の層２１２を間
に挟むように順に積層し、第１の層２１１は第１の電極２０１と接し、第３の層２１３は
第２の電極２０２と接する。

ここで、第１の電極２０１は、反射率の高い導電物から成る電極、所謂反射電極である
。反射率の高い導電物としては、アルミニウム、銀の他、これら金属の合金（Ａｌ：Ｌｉ
合金、Ｍｇ：Ａｇ合金など）等も用いることができる。また、反射率は、５０％〜１００
％が好ましい。また、第２の電極２０２は、可視光を透過できる導電物から成る電極であ
る。可視光を透過できる導電物について特に限定はなく、インジウム錫酸化物の他、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等を用いる
ことができる。

第１の電極２０１の電位よりも第２の電極２０２の電位の方が高くなるように電圧を印
加したとき、第１の層２１１から第１の電極２０１へは正孔が注入され、第２の層２１２
から第３の層２１３へは電子が注入される。また第２の電極２０２から第３の層２１３へ
は正孔が注入される。

第３の層２１３において電子と正孔とは再結合し、これによって発光物質が励起状態と
なる。そして、励起状態になった発光物質が基底状態に戻るときに発光する。このように
して発光が生じる領域を特に発光領域という。そして、発光領域が形成されるように、発
光物質を含んだ層を発光層という。なお、発光領域は、発光層の少なくとも一部において
形成される。

本形態の発光素子において、第３の層２１３は、発光層２２２の他、電子輸送層２２１
、正孔輸送層２２３、正孔注入層２２４とを含む。但し、第３の層２１３の層構造は、図
２４に示したものに限定されるものではなく、例えば発光層のみから成る単層構造のもの
であってもよい。

また、第１の層２１１、第２の層２１２、第３の層２１３は、それぞれ、実施の形態１
に記載の第１の層１１１、第２の層１１２、第３の層１１３と同様の物質を用いて形成す
ればよい。また、電子輸送層２２１、発光層２２２、正孔輸送層２２３、正孔注入層２２
４についても、それぞれ、実施の形態１に記載の電子輸送層１２１、発光層１２２、正孔
輸送層１２３、正孔注入層１２４と同様の物質を用いて形成すればよい。

反射電極に光が入射した場合、反射光には位相の反転が生じる。これによって生じる光
の干渉効果により、発光領域と反射電極との光学距離（即ち、屈折率×距離）が、発光波
長の（２ｍ−１）／４倍（ｍは任意の正の整数）、即ち、１／４、３／４、５／４・・・
倍の時には発光の外部取り出し効率が高くなり、ｍ／２倍（ｍは任意の正の整数）即ち、
１／２、１、３／２・・・倍の時には発光の外部取り出し効率が低くなる。

したがって、本形態の発光素子において、発光領域が発光層２２２と正孔輸送層２２３
との界面近傍である場合は、下記数式（４）を満たすように第１の層２１１、第２の層２
１２、電子輸送層２２１、発光層２２２の各膜厚を調節することが好ましい。これによっ
て、発光を効率よく外部に取り出すことができる。また、ｄ_i、ｄ_iiの膜厚増加に伴う抵
抗値の増加を低く抑えることができる。ここで、抵抗値とは、印加した電圧値（Ｖ）を、
印加した電圧に応じて発光素子に流れる電流（ｍＡ）で割ることによって得られる値であ
る。

数式（４）において、ｎ_iは第１の層２１１の屈折率、ｄ_iは第１の層２１１の膜厚、ｎ
_iiは第２の層２１２の屈折率、ｄ_iiは第２の層２１２の膜厚、ｎ₁は電子輸送層２２１の
屈折率、ｄ₁は電子輸送層２２１の膜厚、ｎ_pは発光層２２２の屈折率、ｄ_pは発光層２２
２の膜厚、λは発光素子からの発光の波長、ｍは任意の正の整数を表す。

一方、本形態の発光素子において、発光領域が発光層２２２と電子輸送層２２１との界
面近傍である場合は、数式（５）を満たすように第１の層２１１、第２の層２１２、電子
輸送層２２１の各膜厚を調節することが好ましい。これによって、発光を効率よく外部に
取り出すことができる。また、ｄ_i、ｄ_iiの膜厚増加に伴う抵抗値の増加を低く抑えるこ
とができる。

数式（５）において、ｎ_iは第１の層２１１の屈折率、ｄ_iは第１の層２１１の膜厚、ｎ
_iiは第２の層２１２の屈折率、ｄ_iiは第２の層２１２の膜厚、ｎ₁は電子輸送層２２１の
屈折率、ｄ₁は電子輸送層２２１の膜厚、λは発光素子からの発光の波長、ｍは任意の正
の整数を表す。

また、本形態の発光素子において、発光層２２２の全域に渡り発光領域が形成される場
合は、数式（６）を満たすように第１の層２１１、第２の層２１２、電子輸送層２２１の
各膜厚を調節することが好ましい。これによって、発光を効率よく外部に取り出すことが
できる。

数式（６）において、ｎ_iは第１の層２１１の屈折率、ｄ_iは第１の層２１１の膜厚、ｎ
_iiは第２の層２１２の屈折率、ｄ_iiは第２の層２１２の膜厚、ｎ₁は電子輸送層２２１の
屈折率、ｄ₁は電子輸送層２２１の膜厚、ｎ_pは発光層２２２の屈折率、ｄ_pは発光層２２
２の膜厚、λは発光素子からの発光の波長、ｍは任意の正の整数を表す。

数式（４）、（５）、（６）において、ｍは１≦ｍ≦１０であることが好ましい。また
、発光素子からの発光とは、発光素子外部に放射される、発光物質に由来した発光のこと
である。また、発光の波長とは、発光スペクトルにおいて極大値を示す波長についての理
論値である。

また、特に、第１の層２１１を正孔輸送性物質を用いて形成し、第２の層２１２を電子
輸送性物質を用いて形成するときは、上記数式（４）、（５）、（６）において、特にｄ
_i≧ｄ_iiであることが好ましい。これによって、膜厚の増加に伴う抵抗値の増加をさらに
少なくすることができる。これは、特に有機物については、電子輸送性物質よりも正孔輸
送性物質の方が多く存在し、また、より高い電子移動度を有する電子輸送性物質よりも、
より高い正孔移動度を有する正孔輸送性物質を得る方が容易である為である。このように
、本発明の発光素子は、正孔輸送性物質を有効に活用することが出来るものである。そし
て、正孔輸送性物質を有効に活用することが出来ることに依って、発光素子を作製する為
に用いる物質の選択性が拡がり、発光素子の作製が容易になる。

なお、本形態では、第２の層２１２と発光層２２２との間に、電子輸送層２２１を有す
る構造の発光素子について説明したが、電子輸送層２２１と異なる層を他に有していても
よい。その場合、数式（６）におけるｎ₁ｄ₁は、ｎ₁ｄ₁＋ｎ₂ｄ₂・・・・＋ｎ_kｄ_k＋・・
・のように表される。

（実施の形態３）
本発明の発光素子は、発光時間の蓄積に伴った駆動電圧の増加が少なく信頼性の高い素
子であるため、本発明の発光素子を例えば画素部に適用することで、消費電力の増加の少
ない発光装置を得ることができる。また、本発明の発光素子は、電極間の短絡を防ぐこと
が容易なため、本発明の発光素子を画素部に適用することで、短絡に起因した欠陥の少な
い良好な画像を表示できる発光装置を得ることができる。また、本発明の発光素子は、発
光の外部取り出し効率を高くすることが容易なため、本発明の発光素子を画素部に適用す
ることで、低消費電力で表示動作を行うことができる発光装置を得ることができる。

本形態では、表示機能を有する発光装置の回路構成および駆動方法について図３〜６を
用いて説明する。

図３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３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、それぞれの駆動回路部は、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４は、一画素を動作するための回路を表した図である。図４に示す回路には、第１の
トランジスタ９０１と第２のトランジスタ９０２と発光素子９０３とが含まれている。

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

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

また画素部におけるトランジスタや発光素子等の配置について特に限定はないが、例え
ば図５の上面図に表すように配置することができる。図５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のトランジスタ１００２の第１電極は電
流供給線１００５に接続し、第２電極は発光素子の電極１００６に接続している。ゲート
信号線１００３の一部は第１のトランジスタ１００１のゲート電極として機能する。

次に、駆動方法について説明する。図６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６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６に示すように、書き込み期間５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ、５０
４ａと保持期間５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｂ、５０４ｂとを含む４つのサブフレーム５
０１、５０２、５０３、５０４に時分割されている。発光するための信号を与えられた発
光素子は、保持期間において発光状態となっている。各々のサブフレームにおける保持期
間の長さの比は、第１のサブフレーム５０１：第２のサブフレーム５０２：第３のサブフ
レーム５０３：第４のサブフレーム５０４＝２³：２²：２¹：２⁰＝８：４：２：１となっ
ている。これによって４ビット階調を表現することができる。但し、ビット数及び階調数
はここに記すものに限定されず、例えば８つのサブフレームを設け８ビット階調を行える
ようにしてもよい。

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

サブフレーム５０４のように、最終行目までの書込が終了する前に、既に書込を終え、
保持期間に移行した行における保持期間を強制的に終了させたいときは、保持期間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サブフレーム（または次のフレーム）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４で示す回路の動作について説明する。

まず書込期間における動作について説明する。書込期間において、ｎ行目（ｎは自然数
）のゲート信号線９１１は、スイッチ９１８を介して書込用ゲート信号線駆動回路９１３
と電気的に接続し、消去用ゲート信号線駆動回路９１４とは非接続である。また、ソース
信号線９１２はスイッチ９２０を介してソース信号線駆動回路９１５と電気的に接続して
いる。ここで、ｎ行目（ｎは自然数）のゲート信号線９１１に接続した第１のトランジス
タ９０１のゲートに信号が入力され、第１のトランジスタ９０１はオンとなる。そして、
この時、１列目から最終列目迄のソース信号線に同時に映像信号が入力される。なお、各
列のソース信号線９１２から入力される映像信号は互いに独立したものである。ソース信
号線９１２から入力された映像信号は、各々のソース信号線に接続した第１のトランジス
タ９０１を介して第２のトランジスタ９０２のゲート電極に入力される。この時第２のト
ランジスタ９０２に入力された信号によって、発光素子９０３は発光または非発光が決ま
る。例えば、第２のトランジスタ９０２がＰチャネル型である場合は、第２のトランジス
タ９０２のゲート電極にＬｏｗＬｅｖｅｌの信号が入力されることによって発光素子９
０３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ＨｉｇｈＬｅｖｅｌ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ＨｉｇｈＬｅｖｅｌ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９１１と消去用ゲート信号線駆動回路９１４とを非接続の状
態とすると共に、スイッチ９２０を切り替えてソース信号線９１２とソース信号線駆動回
路９１５と接続させる。そして、ソース信号線とソース信号線駆動回路９１５とを接続さ
せる共に、ゲート信号線９１１と書込用ゲート信号線駆動回路９１３とを接続させる。そ
して、書込用ゲート信号線駆動回路９１３からｍ行目の信号線に選択的に信号が入力され
、第１のトランジスタがオンすると共に、ソース信号線駆動回路９１５からは、１列目か
ら最終列目迄のソース信号線に書込の為の信号が入力される。この信号によって、ｍ行目
の発光素子は、発光または非発光となる。

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

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

また、本形態では、サブフレーム５０４のように非発光期間５０４ｄを設けるときおい
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４）
本発明の発光素子を含む発光装置の断面図の一態様について、図７を用いて説明する。

図７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、第１の電極１３と第２の電極１４
との間に正孔を発生する層と電子を発生する層と発光物質を含む層とが積層された層１５
を有する本発明の発光素子である。トランジスタ１１のドレインと第１の電極１３とは、
第１層間絶縁膜１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を貫通している配線１７によって電気的
に接続されている。また、発光素子１２は、隔壁層１８によって、隣接して設けられてい
る別の発光素子と分離されている。このような構成を有する本発明の発光装置は、本形態
において、基板１０上に設けられている。

なお、図７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、セミアモルファス半導体等でもよい。

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。珪化物気体をグロー放電分解（プラズマＣＶＤ）して形成する。珪化物気体として
は、ＳｉＨ₄、その他にもＳｉ₂Ｈ₆、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＦ₄な
どを用いることができる。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２〜１０００倍の
範囲。圧力は概略０．１Ｐａ〜１３３Ｐａの範囲、電源周波数は１ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚ
、好ましくは１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ。基板加熱温度は３００℃以下でよく、好ましくは
１００〜２５０℃。膜中の不純物元素として、酸素、窒素、炭素などの大気成分の不純物
は１×１０²⁰／ｃｍ³以下とすることが望ましく、特に、酸素濃度は５×１０¹⁹／ｃｍ³以
下、好ましくは１×１０¹⁹／ｃｍ³以下とする。

また、半導体層が結晶性を有する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（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）は、図７（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、第１層間絶縁膜１６ａは酸化珪素
や窒化珪素のような無機物から成り、第１層間絶縁膜１６ｂはアクリルやシロキサン（シ
リコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、アルキル基等の有機基を置
換基として有する化合物）、塗布成膜可能な酸化珪素等の自己平坦性を有する物質から成
る。さらに、第１層間絶縁膜１６ｃはアルゴン（Ａｒ）を含む窒化珪素膜から成る。なお
、各層を構成する物質については、特に限定はなく、ここに述べたもの以外のものを用い
てもよい。また、これら以外の物質から成る層をさらに組み合わせてもよい。このように
、第１層間絶縁膜１６は、無機物または有機物の両方を用いて形成されたものでもよいし
、または無機膜と有機膜のいずれか一で形成されたものでもよい。

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

なお、図７（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７（Ｂ）のように、第１層間絶縁膜１６（１６
ａ、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７（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１
９を貫通し、配線１７と接続している。

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

発光素子１２において、第１の電極および第２の電極がいずれも透光性を有する物質で
構成されている場合、図７（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７（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７（Ｃ）の白抜きの矢印で表されるように、
第１の電極１３側のみから発光を取り出すことができる。この場合、第２の電極１４は反
射率の高い材料で構成されているか、または反射膜が第２の電極１４の上方に設けられて
いることが好ましい。

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

以上のように、本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するア
クティブ型の発光装置について説明したが、この他、トランジスタ等の駆動用の素子を特
に設けずに発光素子を駆動させるパッシブ型の発光装置であってもよい。パッシブ型の発
光装置においても、低駆動電圧で動作する本発明の発光素子を含むことによって、低消費
電力で駆動させることができる。

（実施の形態５）
本発明の発光装置を実装することによって、表示部等に関する消費電力の増加が少ない
電子機器を得ることができる。また、本発明の発光装置を実装することによって、画素の
欠陥等が少なく良好な画像を表示できる表示装置等の電子機器を得ることができる。また
、本発明の発光装置を実装することによって、消費電力の少ない電子機器を得ることが出
来る。

本発明を適用した発光装置を実装した電子機器の一実施例を図８に示す。

図８（Ａ）は、本発明を適用して作製したノート型のパーソナルコンピュータであり、
本体５５２１、筐体５５２２、表示部５５２３、キーボード５５２４などによって構成さ
れている。本発明の発光素子を有する発光装置を表示部５５２３として組み込むことでパ
ーソナルコンピュータを完成できる。

図８（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５５
５１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５５５１として組み込むことで電話機を完成できる。

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

以上のように本発明の発光装置は、各種電子機器の表示部として用いるのに非常に適し
ている。

なお、本形態では、パーソナルコンピュータ等について述べているが、この他にナビゲ
イション装置、或いは照明機器等に本発明の発光素子を有する発光装置を実装しても構わ
ない。

本実施例では、正孔を発生する機能を有する層において、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
いて図２を用いて説明する。

基板７０１上に、シリコンを含有したインジウム錫酸化物を、スパッタリング法によっ
て成膜し、第２の電極７０２を形成した。ここで、膜厚は１１０ｎｍとなるようにした。
なお、基板７０１はガラスから成るものを用いた。

次に、第２の電極７０２の上に、モリブデン酸化物を、真空蒸着法によって成膜し、モ
リブデン酸化物から成る第１１の層７０３を形成した。ここで、膜厚は５ｎｍとなるよう
にした。

次に、第１１の層７０３上に、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）を、真空蒸着法によって成膜し、ＮＰＢから成る第
１２の層７０４を形成した。ここで、膜厚は５５ｎｍとなるようにした。

次に第１２の層７０４の上に、Ａｌｑ₃とクマリン６とを、共蒸着法によって成膜し、
トリス（８−キノリノラート）アルミニウム（略称：Ａｌｑ₃）とクマリン６とを含む第
１３の層７０５を形成した。ここで、Ａｌｑ₃とクマリン６との重量比は１対０．００５
となるように調節した。これによって、クマリン６はＡｌｑ₃の中に分散された状態とな
る。また、膜厚は、３５ｎｍとなるようにした。なお、共蒸着法とは、複数の蒸発源から
同時に蒸着を行う蒸着法である。

次に第１３の層７０５の上に、Ａｌｑ₃を、真空蒸着法によって成膜し、Ａｌｑ₃から成
る第１４の層７０６を形成した。ここで、膜厚は１０ｎｍと成るようにした。

次に、第１４の層７０６の上に、Ａｌｑ₃とリチウムとを、共蒸着法によって成膜し、
Ａｌｑ₃とリチウム（Ｌｉ）とを含む第２の層７０７を形成した。ここで、Ａｌｑ₃とリチ
ウムとの重量比は１対０．０１となるように調節した。これによって、リチウムはＡｌｑ
₃の中に分散された状態となる。また、膜厚は１０ｎｍとなるようにした。

次に、第２の層７０７の上に、ＮＰＢとモリブデン酸化物とを、共蒸着法によって成膜
し、ＮＰＢとモリブデン酸化物とを含む第１の層７０８を形成した。ここで、発光素子（
１）については、ＮＰＢとモリブデン酸化物とのモル比は０．５（＝モリブデン酸化物／
ＮＰＢ）となるように調節した。また、発光素子（２）については、ＮＰＢとモリブデン
酸化物とのモル比は１．０（＝モリブデン酸化物／ＮＰＢ）となるように調節した。また
、発光素子（３）については、ＮＰＢとモリブデン酸化物とのモル比は１．５（＝モリブ
デン酸化物／ＮＰＢ）となるように調節した。また、発光素子（４）については、ＮＰＢ
とモリブデン酸化物とのモル比は２．０（＝モリブデン酸化物／ＮＰＢ）となるように調
節した。また、膜厚は、それぞれ、２０ｎｍとなるようにした。

次に、第１の層７０８の上に、アルミニウムを、真空蒸着法によって成膜し、第１の電
極７０９を形成した。膜厚は、１００ｎｍとなるようにした。

以上のようにして作製した発光素子において、第１の電極７０９の電位よりも第２の電
極７０２の電位が高くなるように電圧を印加して電流を流すと、第１の層７０８において
発生した正孔は第１の電極７０９へ注入され、第２の層７０７において発生した電子は第
１４の層７０６へ注入され、第２の電極７０２から第１１の層７０３へは正孔が注入され
る。そして、第２の電極７０２から注入された正孔と、第２の層７０７から注入された電
子とは、第１３の層７０５において再結合し、クマリン６が発光する。このように、第１
３の層７０５は発光層として機能する。なお、第１１の層７０３は、正孔注入層として機
能し、第１２の層７０４は正孔輸送層として機能し、第１４の層７０６は電子輸送層とし
て機能する。また、本実施例の発光素子では、第１４の層７０６を形成している物質と第
２の層７０７に含まれる電子輸送性物質は、いずれもＡｌｑ₃であり、電子親和力は同等
である。

本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図９に、電流密度−輝度特性を図１０に、電圧
−電流特性を図１１に示す。図９において、横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ²
）を表す。また、図１０において、横軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）、縦軸は輝度（ｃｄ
／ｍ²）を表す。また、図１１において、横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は電流（ｍＡ）を表す
。図９〜１１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９〜１１、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、第１の層７０８におけるＮＰＢとモリブデン酸化物とのモル比（＝モリブデ
ン酸化物／ＮＰＢ）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、ＮＰＢとモ
リブデン酸化物とのモル比（＝モリブデン酸化物／ＮＰＢ）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１０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
２、１３に示す。図１２において、横軸は経過した時間（ｈｏｕｒ）、縦軸は２６．７５
ｍＡ／ｃｍ²の電流を流すのに必要な電圧（Ｖ）を表す。また、図１３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１２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。

本発明の発光素子の作製方法について図１４を用いて説明する。

基板７３１上に、シリコンを含有したインジウム錫酸化物を、スパッタリング法によっ
て成膜し、第２の電極７３２を形成した。ここで、膜厚は１１０ｎｍとなるようにした。
なお、基板７３１はガラスから成るものを用いた。

次に、第２の電極７３２の上に、モリブデン酸化物とＮＰＢとを、共蒸着法によって成
膜し、モリブデン酸化物とＮＰＢとを含む第１１の層７３３を形成した。ここで、膜厚は
５０ｎｍとなるようにした。

次に、第１１の層７３３上に、ＮＰＢを、真空蒸着法によって成膜し、ＮＰＢから成る
第１２の層７３４を形成した。ここで、膜厚は１０ｎｍとなるようにした。

次に第１２の層７３４の上に、Ａｌｑ₃とクマリン６とを、共蒸着法によって成膜し、
トリス（８−キノリノラート）アルミニウム（略称：Ａｌｑ₃）とクマリン６とを含む第
１３の層７３５を形成した。ここで、Ａｌｑ₃とクマリン６との重量比は１対０．００５
となるように調節した。これによって、クマリン６はＡｌｑ₃の中に分散された状態とな
る。また、膜厚は、３５ｎｍとなるようにした。なお、共蒸着法とは、複数の蒸発源から
同時に蒸着を行う蒸着法である。

次に第１３の層７３５の上に、Ａｌｑ₃を、真空蒸着法によって成膜し、Ａｌｑ₃から成
る第１４の層７３６を形成した。ここで、膜厚は１０ｎｍと成るようにした。

次に、第１４の層７３６の上に、Ａｌｑ₃とリチウムとを、共蒸着法によって成膜し、
Ａｌｑ₃とリチウム（Ｌｉ）とを含む第２の層７３７を形成した。ここで、Ａｌｑ₃とリチ
ウムとの重量比は１対０．０１となるように調節した。これによって、リチウムはＡｌｑ
₃の中に分散された状態となる。また、膜厚は１０ｎｍとなるようにした。

次に、第２の層７３７の上に、ＮＰＢとモリブデン酸化物とを、共蒸着法によって成膜
し、ＮＰＢとモリブデン酸化物とを含む第１の層７３８を形成した。
ここで、ＮＰＢとモリブデン酸化物とのモル比は１．０（＝モリブデン酸化物／ＮＰＢ
）となるように調節した。また、膜厚は、２０ｎｍとなるようにした。

次に、第１の層７３８の上に、アルミニウムを、真空蒸着法によって成膜し、第１の電
極７３９を形成した。膜厚は、１００ｎｍとなるようにした。

以上のようにして作製した発光素子において第１の電極７３９の電位よりも第２の電極
７３２の電位が高くなるように電圧を印加して電流を流すと、第１の層７３８において発
生した正孔は第１の電極７３９へ注入され、第２の層７３７において発生した電子は第１
４の層７３６へ注入され、第２の電極７３２から第１１の層７３３へは正孔が注入される
。そして、第２の電極７３２から注入された正孔と、第２の層７３７から注入された電子
とは、第１３の層７３５において再結合し、クマリン６が発光する。このように、第１３
の層７３５は発光層として機能する。なお、第１１の層７３３は、正孔注入層として機能
し、第１２の層７３４は正孔輸送層として機能し、第１４の層７３６は電子輸送層として
機能する。また、本実施例の発光素子では、第１４の層７３６を形成している物質と第２
の層７３７に含まれる電子輸送性物質は、いずれもＡｌｑ₃であり、電子親和力は同等で
ある。

（比較例）
次に比較例の発光素子の作製方法について図１５を用いて説明する。

基板７５１上に、シリコンを含有したインジウム錫酸化物を、スパッタリング法によ
って成膜し、第２の電極７５２を形成した。ここで、膜厚は１１０ｎｍとなるようにした
。なお、基板７５１はガラスから成るものを用いた。

次に、第２の電極７５２の上に、モリブデン酸化物とＮＰＢとを、共蒸着法によって成
膜し、モリブデン酸化物とＮＰＢとを含む第１１の層７５３を形成した。ここで、膜厚は
５０ｎｍとなるようにした。

次に、第１１の層７５３上に、ＮＰＢを、真空蒸着法によって成膜し、ＮＰＢから成る
第１２の層７５４を形成した。ここで、膜厚は１０ｎｍとなるようにした。

次に第１２の層７５４の上に、Ａｌｑ₃とクマリン６とを、共蒸着法によって成膜し、
Ａｌｑ₃とクマリン６とを含む第１３の層７５５を形成した。ここで、Ａｌｑ₃とクマリン
６との重量比は１対０．００５となるように調節した。これによって、クマリン６はＡｌ
ｑ₃の中に分散された状態となる。また、膜厚は、３５ｎｍとなるようにした。

次に第１３の層７５５の上に、Ａｌｑ₃を、真空蒸着法によって成膜し、Ａｌｑ₃から成
る第１４の層７５６を形成した。ここで、膜厚は１０ｎｍと成るようにした。

次に、第１４の層７５６の上に、Ａｌｑ₃とリチウムとを、共蒸着法によって成膜し、
Ａｌｑ₃とリチウム（Ｌｉ）とを含む第２の層７５７を形成した。ここで、Ａｌｑ₃とリチ
ウムとの重量比は１対０．０１となるように調節した。これによって、リチウムはＡｌｑ
₃の中に分散された状態となる。また、膜厚は１０ｎｍとなるようにした。

次に、第２の層７５７の上に、アルミニウムを、真空蒸着法によって成膜し、第１の電
極７５８を形成した。膜厚は、１００ｎｍとなるようにした。

以上のようにして、実施例２の本発明の発光素子に対する比較例の発光素子を作製した
。以上のことから分かるように、比較例の発光素子においては、実施例２の第１の層７３
８に相当する層が含まれていない。

実施例２の発光素子と、比較例の発光素子の電圧−輝度特性を図１６に電圧−電流特性
を図１７に示す。図１６おいて横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は輝度（ｃｄ／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１６、１７におい
て、●印は実施例２（本発明）の発光素子の特性を表し、▲印は比較例の発光素子の特性
を表す。

図１６から、任意の電圧を印加したときに得られる輝度は、本発明の発光素子の方が比
較例の発光素子よりも高いことが分かる。また、図１７から、任意の電圧を印加したとき
に発光素子に流れる電流は、本発明の発光素子の方が比較例の発光素子よりも多いことが
分かる。以上のことから、本発明の発光素子は、低い駆動電圧で動作することができる良
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、正孔を発生する層の膜厚が異なる六つの発光素子、発光素子（５）、発
光素子（６）、発光素子（７）、発光素子（８）、発光素子（９）発光素子（１０）、発
光素子（１１）の作製方法と、それらの素子の特性について図１８を用いて説明する。

基板７７１上に、インジウム錫酸化物を、スパッタリング法によって成膜し、第２の電
極７７２を形成した。ここで、膜厚は１１０ｎｍとなるようにした。なお、基板７７１は
ガラスから成るものを用いた。

次に、第２の電極７７２の上に、ＣｕＰｃを、真空蒸着法によって成膜し、ＣｕＰｃか
ら成る第１１の層７７３を形成した。ここで、膜厚は２０ｎｍとなるようにした。

次に、第１１の層７７３上に、ＮＰＢを、真空蒸着法によって成膜し、ＮＰＢから成る
第１２の層７７４を形成した。ここで、膜厚は４０ｎｍとなるようにした。

次に第１２の層７７４の上に、Ａｌｑ₃とクマリン６とを、共蒸着法によって成膜し、
Ａｌｑ₃とクマリン６とを含む第１３の層７７５を形成した。ここで、Ａｌｑ₃とクマリン
６との重量比は１対０．００３となるように調節した。これによって、クマリン６はＡｌ
ｑ₃の中に分散された状態となる。また、膜厚は、４０ｎｍとなるようにした。

次に、第１３の層７７５の上に、Ａｌｑ₃とリチウムとを、共蒸着法によって成膜し、
Ａｌｑ₃とリチウム（Ｌｉ）とを含む第２の層７７６を形成した。ここで、Ａｌｑ₃とリチ
ウムとの重量比は１対０．０１となるように調節した。これによって、リチウムはＡｌｑ
₃の中に分散された状態となる。また、膜厚は３０ｎｍとなるようにした。

次に、第２の層７７６の上に、ＮＰＢとモリブデン酸化物とを、共蒸着法によって成膜
し、ＮＰＢとモリブデン酸化物とを含む第１の層７７７を形成した。ＮＰＢとモリブデン
酸化物とのモル比（＝モリブデン酸化物／ＮＰＢ）は１．２５となるようにした。ここで
、発光素子（５）については、膜厚は０ｎｍとなるようにした。つまり発光素子（５）に
ついては第１の層７７７は形成していない。また、発光素子（６）については、膜厚は１
００ｎｍとなるようにした。また、発光素子（７）については、膜厚は１２０ｎｍとなる
ようにした。また、発光素子（８）については、膜厚は１４０ｎｍとなるようにした。ま
た、発光素子（９）については、膜厚は１６０ｎｍとなるようにした。また、発光素子（
１０）については、膜厚は１８０ｎｍとなるようにした。また、発光素子（１１）につい
ては、膜厚は２００ｎｍとなるようにした。

次に、第１の層７７７の上に、アルミニウムを、真空蒸着法によって成膜し、第１の電
極７７８を形成した。膜厚は、１００ｎｍとなるようにした。

以上のようにして作製した発光素子において第１の電極７７８の電位よりも第２の電極
７７２の電位の方が高くなるように電圧を印加して電流を流すと、第１の層７７７におい
て発生した正孔は第１の電極７７８へ注入され、第２の層７７６において発生した電子は
第１３の層７７５へ注入され、第２の電極７７２から第１１の層７７３へは正孔が注入さ
れる。そして、第２の電極７７２から注入された正孔と、第２の層７７６から注入された
電子とは、第１３の層７７５において再結合し、クマリン６が発光する。このように、第
１３の層７７５は発光層として機能する。なお、第１１の層７７３は、正孔注入層として
機能し、第１２の層７７４は正孔輸送層として機能する。また、本実施例の発光素子では
、第１３の層７７５を形成している物質と第２の層７７６に含まれる電子輸送性物質とは
、いずれもＡｌｑ₃であり、電子親和力は同等である。

本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図１９に、電圧−電流特性を図２０に、輝度−
電流効率特性を図２１に示す。図１９において、横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は輝度（ｃｄ／
ｍ²）を表す。また、図２０において、横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は電流（ｍＡ）を表す。
図２１において、横軸は輝度（ｃｄ／ｍ²）、縦軸は電流効率（ｃｄ／Ａ）を表す。図１
９、２０、２１において、●印は発光素子（５）、▲印は発光素子（６）、△印は発光素
子（７）、■印は発光素子（８）、□印は発光素子（９）、◇印は発光素子（１０）、○
印は発光素子（１１）の特性を表す。

図２０より、任意の電圧を印加したときに流れる電流の大きさは、正孔を発生する機能
を有する第１の層７７７の膜厚を変えても、殆ど変化しないことが分かる。一方、図１９
より、任意の電圧を印加したときの輝度の大きさは、第１の層７７７の膜厚によって大き
く異なることが分かる。

また、図２２は、第１３の層７７５から第１の電極７７８までの距離（ｎｍ）に対し、
電流効率（ｃｄ／Ａ）をプロット（●印）した図である。曲線は、電流効率の変化を表す
近似曲線である。なお、電流効率は、１０００ｃｄ／ｍ²の輝度で発光させたときの値で
ある。図２２において、横軸は距離（ｎｍ）、縦軸は電流効率（ｃｄ／Ａ）を表す。図２
２より、電流効率は、第１３の層７７５から第１の電極７７８までの距離（第１３の層７
７５と第２の層７７６と第１の層７７７のそれぞれの膜厚の和）に依存して変化し、第１
３の層７７５から第１の電極７７８までの距離が２００ｎｍを超えると徐々に増加するこ
とが分かる。これは、発光領域と第１の電極との光学距離（即ち、屈折率×距離）が、発
光波長の（２ｍ−１）／４倍（すなわち１／４、３／４、５／４・・・倍）の時には発光
の外部取り出し効率が高くなり、ｍ／２倍（即ち１／２、１、３／２・・・倍）の時には
発光の外部取り出し効率が低くなる干渉効果のためと考えられる。このように、本実施例
では、第１の層７７７の膜厚を１６０ｎｍよりも大きくとすることで、効率よく発光を外
部に取り出せると共に、電極間の短絡を防ぐことができ、また、膜厚の増加による抵抗値
の増加が殆どみられない発光素子を得ることができた。

また、発光素子（５）、発光素子（７）、発光素子（１１）について、採光面を見る角
度に依存した発光スペクトルの変化を調べた結果を図２３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す
。図２３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は発光強度（任意
単位）を表す。

測定は、採光面を観察する角度、つまり、採光面の法線と測定面の法線とのなす角度を
０〜７０度の範囲で１０度毎に変えて発光スペクトルを測定することによって行った。

図２３（Ａ）は発光素子（５）の発光スペクトルの変化を調べた結果であり、図２３（
Ｂ）は発光素子（７）の発光スペクトルの変化を調べた結果であり、図２３（Ｃ）は発光
素子（１１）の発光スペクトルの変化を調べた結果である。

図２３（Ｂ）において、発光スペクトルは、角度が３０度よりも小さいときは約５０７
ｎｍにおいて発光強度の最大値を有するのに対し、角度が４０度よりも大きいときに約５
５５ｎｍにおいて発光強度の最大値を有するように、角度に依存して変化している。この
ように、発光素子（７）は、角度が変わると共に発光スペクトルの形状も大きく変化し、
採光面を見る角度に依存した発光スペクトルの変化が大きいことが分かる。一方、図２３
（Ａ）、（Ｃ）では、角度が大きくなるに伴って発光強度は小さくなるものの、発光強度
の最大値を示す波長は変わらない。このように、発光素子（５）、発光素子（１１）につ
いては、角度の変化に伴った発光スペクトルの形状の変化が少なく、採光面を見る角度に
依存した発光スペクトルの変化が少ないことが分かる。

本発明の発光素子の一実施例について説明する。なお、本実施例の発光素子は、第２の
層に含まれるＮＰＢとモリブデン酸化物とのモル比が実施例２で説明した発光素子と異な
るが、その他の事項については実施例２で説明した本発明の発光素子と同様である。従っ
て、図１４の図面を引用して、本実施例の発光素子について説明する。

次に、第２の電極７３２の上に、モリブデン酸化物とＮＰＢとを、共蒸着法によって成
膜し、モリブデン酸化物とＮＰＢとを含む第１１の層７３３を形成した。ここで、膜厚は
５０ｎｍとなるようにした。ＮＰＢとモリブデン酸化物とのモル比は１．０（＝モリブデ
ン酸化物／ＮＰＢ）となるように調節した。

次に第１２の層７３４の上に、Ａｌｑ₃とクマリン６とを、共蒸着法によって成膜し、
トリス（８−キノリノラート）アルミニウム（略称：Ａｌｑ₃）とクマリン６とを含む第
１３の層７３５を形成した。ここで、Ａｌｑ₃とクマリン６との重量比は１対０．０１（
＝Ａｌｑ₃：クマリン６）となるように調節した。これによって、クマリン６はＡｌｑ₃の
中に分散された状態となる。また、膜厚は、４０ｎｍとなるようにした。なお、共蒸着法
とは、複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。

次に、第１４の層７３６の上に、Ａｌｑ₃とリチウムとを、共蒸着法によって成膜し、
Ａｌｑ₃とリチウム（Ｌｉ）とを含む第２の層７３７を形成した。ここで、Ａｌｑ₃とリチ
ウムとの重量比は１対０．０１（＝Ａｌｑ₃：リチウム）となるように調節した。これに
よって、リチウムはＡｌｑ₃の中に分散された状態となる。また、膜厚は１０ｎｍとなる
ようにした。

次に、第２の層７３７の上に、ＮＰＢとモリブデン酸化物とを、共蒸着法によって成膜
し、ＮＰＢとモリブデン酸化物とを含む第１の層７３８を形成した。
ここで、ＮＰＢとモリブデン酸化物とのモル比は２．０（＝モリブデン酸化物／ＮＰＢ
）となるように調節した。また、膜厚は、２０ｎｍとなるようにした。

以上のようにして作製した発光素子において第１の電極７３９の電位よりも第２の電極
７３２の電位が高くなるように電圧を印加して電流を流すと、第１の層７３８において発
生した正孔は第１の電極７３９へ注入され、第２の層７３７において発生した電子は第１
４の層７３６へ注入され、第２の電極７３２から第１１の層７３３へは正孔が注入される
。そして、第２の電極７３２から注入された正孔と、第２の層７３７から注入された電子
とは、第１３の層７３５において再結合し、クマリン６が発光する。このように、第１３
の層７３５は発光層として機能する。なお、第１１の層７３３は、正孔注入層として機能
し、第１２の層７３４は正孔輸送層として機能し、第１４の層７３６は電子輸送層として
機能する。

本実施例において作製した発光素子の電圧−輝度特性を図２５に示す。図２５おいて横
軸は電圧（Ｖ）、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ²）を表す。図２５から、本実施例に示した構成
であっても、良好に動作することが分かる。

本発明の発光素子の一実施例について説明する。なお、本実施例の発光素子は、第２の
層に含まれる物質がＮＰＢではなくＤＮＴＰＤである点、および第２の層に含まれる物質
のモル比について実施例２で説明した発光素子と異なるが、その他の事項については実施
例２で説明した本発明の発光素子と同様である。従って、図１４の図面を引用して、本実
施例の発光素子について説明する。

次に、第２の層７３７の上に、ＤＮＴＰＤとモリブデン酸化物とを、共蒸着法によって
成膜し、ＮＰＢとモリブデン酸化物とを含む第１の層７３８を形成した。
ここで、ＤＮＴＰＤとモリブデン酸化物とのモル比は３．１（＝モリブデン酸化物／Ｄ
ＮＴＰＤ）となるように調節した。また、膜厚は、２０ｎｍとなるようにした。

本実施例において作製した発光素子の電圧−輝度特性を図２６に示す。図２６おいて横
軸は電圧（Ｖ）、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ²）を表す。図２６から、本実施例に示した構成
であっても、良好に動作することが分かる。

１０１第１の電極
１０２第２の電極
１１１第１の層
１１２第２の層
１１３第３の層
１２１電子輸送層
１２２発光層
１２３正孔輸送層
１２４正孔注入層
２０１第１の電極
２０２第２の電極
２１１第１の層
２１２第２の層
２１３第３の層
２２２発光層
２２１電子輸送層
２２３正孔輸送層
２２４正孔注入層
６５００基板
６５０３ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６５０４プリント配線基盤（ＰＷＢ）
６５１１画素部
６５１２ソース信号線駆動回路
６５１３書込用ゲート信号線駆動回路
６５１４消去用ゲート信号線駆動回路
９０１第１のトランジスタ
９０２第２のトランジスタ
９０３発光素子
９１１ゲート信号線
９１２ソース信号線
９１３書込用ゲート信号線駆動回路
９１４消去用ゲート信号線駆動回路
９１５ソース信号線駆動回路
９１６電源
９１７電流供給線
９１８スイッチ
９１９スイッチ
９２０スイッチ
１００１第１のトランジスタ
１００２第２のトランジスタ
１００３ゲート信号線
１００４ソース信号線
１００５電流供給線
１００６電極
５０１サブフレーム
５０２サブフレーム
５０３サブフレーム
５０４サブフレーム
５０１ａ期間
５０１ｂ保持期間
５０２ａ期間
５０２ｂ保持期間
５０３ａ期間
５０３ｂ保持期間
５０４ａ期間
５０４ｂ保持期間
５０４ｃ消去期間
５０４ｄ非発光期間
１０基板
１１トランジスタ
１２発光素子
１３第１の電極
１４第２の電極
１５層
１６層間絶縁膜
１７配線
１８隔壁層
１９層間絶縁膜
５５２１本体
５５２２筐体
５５２３表示部
５５２４キーボード
５５５１表示部
５５５２本体
５５５３アンテナ
５５５４音声出力部
５５５５音声入力部
５５５６操作スイッチ
５５３１表示部
５５３２筐体
５５３３スピーカー
７０１基板
７０２第２の電極
７０３第１１の層
７０４第１２の層
７０５第１３の層
７０６第１４の層
７０７第２の層
７０８第１の層
７０９第１の電極
７３１基板
７３２第２の電極
７３３第１１の層
７３４第１２の層
７３５第１３の層
７３６第１４の層
７３７第２の層
７３８第１の層
７３９第１の電極
７５１基板
７５２第２の電極
７５３第１１の層
７５４第１２の層
７５５第１３の層
７５６第１４の層
７５７第２の層
７５８第１の電極
７７１基板
７７２第２の電極
７７３第１１の層
７７４第１２の層
７７５第１３の層
７７６第２の層
７７７第１の層
７７８第１の電極

Claims

第１の電極上に設けられた第１の層と、
前記第１の層上に設けられた第２の層と、
前記第２の層上に設けられた第３の層と、
前記第３の層上に設けられた第４の層と、
前記第４の層上に設けられた第２の電極と、を有し、
前記第１の層は、発光物質を含み、
前記第２の層は、正孔よりも電子の輸送性が高い物質を含み、
前記第３の層は、電子を発生し、
前記第４の層は、正孔を発生し、
前記第２の電極は透光性を有し、
前記第２の電極の電位よりも前記第１の電極の電位の方が高くなるように前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加したときに発光することを特徴とする発光素子。
第１の電極上に設けられた第１の層と、
前記第１の層上に設けられた第２の層と、
前記第２の層上に設けられた第３の層と、
前記第３の層上に設けられた第４の層と、
前記第４の層上に設けられた第２の電極と、を有し、
前記第１の層は、発光物質を含み、
前記第２の層は、正孔よりも電子の輸送性が高い物質を含み、
前記第３の層は、正孔よりも電子の輸送性が高い第１の物質と、前記第１の物質に対して電子供与性を示す第２の物質とを含み、
前記第４の層は、電子よりも正孔の輸送性が高い第３の物質と、前記第３の物質に対して電子受容性を示す第４の物質とを含み、
前記第２の電極は透光性を有し、
前記第２の電極の電位よりも前記第１の電極の電位の方が高くなるように前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加したときに発光することを特徴とする発光素子。
第１の電極上に設けられた第１の層と、
前記第１の層上に設けられた第２の層と、
前記第２の層上に設けられた第３の層と、
前記第３の層上に設けられた第４の層と、
前記第４の層上に設けられた第２の電極と、を有し、
前記第１の層は、発光物質を含み、
前記第２の層は、正孔よりも電子の輸送性が高い物質を含み、
前記第３の層は、ｎ型の半導体からなり、
前記第４の層は、ｐ型の半導体からなり、
前記第２の電極は透光性を有し、
前記第２の電極の電位よりも前記第１の電極の電位の方が高くなるように前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加したときに発光することを特徴とする発光素子。
第１の電極上に設けられた第１の層と、
前記第１の層上に設けられた第２の層と、
前記第２の層上に設けられた第３の層と、
前記第３の層上に設けられた第４の層と、
前記第４の層上に設けられた第２の電極と、を有し、
前記第１の層は、発光物質を含み、
前記第２の層は、正孔よりも電子の輸送性が高い物質を含み、
前記第３の層は、トリス（８−キノリノラート）アルミニウムと、リチウムとを含み、
前記第４の層は、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニルと、モリブデン酸化物とを含み、
前記第２の電極は透光性を有し、
前記第２の電極の電位よりも前記第１の電極の電位の方が高くなるように前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加したときに発光することを特徴とする発光素子。
請求項４において、
前記モリブデン酸化物は、前記４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニルに対し、０．５〜２のモル比となるように含まれていることを特徴とする発光素子。
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記第１の電極は、トランジスタに電気的に接続されていることを特徴とする発光素子。
請求項１乃至請求項６のいずれか一項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１乃至請求項６のいずれか一項に記載の発光素子を有することを特徴とする照明機器。
請求項７に記載の発光装置を表示部に用いることを特徴とする電子機器。