JP5078241B2 - 発光素子を用いた発光装置および発光素子の駆動方法並びに照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、電流を流すことにより発光する発光素子を有する発光装置に関する。特に、輝度劣化の小さい発光素子を有する発光装置に関する。また、輝度劣化を小さくするための発光素子の駆動方法に関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）や、発光性の有機化合物を用いた発光素子（有機発光ダイオード；ＯＬＥＤ）のように、電流を流すことにより高輝度が得られる発光素子が注目を浴びている。

発光性の有機化合物を用いた発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の有機化合物を含む層を挟んだものである。この素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子およびホールがそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に輸送され、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子およびホール）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。

なお、有機化合物が形成する励起状態の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であり、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼ばれている。

このような発光素子は通常、サブミクロン〜数ミクロン程度の薄膜で形成されるため、薄型軽量に作製できることが大きな利点である。また、キャリアが注入されてから発光に至るまでの時間はマイクロ秒程度あるいはそれ以下であるため、非常に応答速度が速いことも特長の一つである。また、数ボルト〜数十ボルト程度の直流電圧で十分な発光が得られるため、消費電力も比較的少ない。これらの利点から、上述した発光素子は、次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。

また、このような発光素子は、一対の電極および発光層を膜状に形成するため、大面積の素子を形成することにより、面状の発光を容易に得ることができる。このことは、白熱電球やＬＥＤに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。

ところで、上述したような電流を流すことにより発光する発光素子は、流す電流量によってその出力（輝度）が決まる。したがって、発光素子を発光させる際には、電流量を適切な値に設定することで、用途に適した輝度を設定することができる。なお、この時、電流密度に対する輝度の割合のことを電流効率と呼ぶ。

この電流効率が変化しなければ、ある一定の電流を流すことである一定の輝度が得られることになるが、現実的にはそうではない。通常の発光素子は、電流を流す（あるいは発光させる）ことで徐々に電流効率が低下していくため、ある一定の電流を流していても輝度は徐々に低下していくのである。特に、発光性の有機化合物を用いた発光素子においては、この輝度劣化は顕著に見られ、発光素子の発展の大きな妨げとなっている。

そのため、この分野の研究開発においては、一定電流を流し続けた時の輝度劣化（すなわち定電流駆動時の電流効率の低下）をなるべく抑制するために、材料やデバイス構造の改善が数多くなされてきた。その結果、現在では、輝度の半減期で数万時間に達する発光素子も開発されており、実用化レベルという見方も多い。なお、定電流駆動とは、発光素子の電極にある一定の電流密度で電流を流し続けることをいう。なお、電流密度とは、発光素子の電極の単位面積当たりの電流の強さを表す。

しかしながら、輝度の違い（あるいは輝度ムラ）は数％程度であっても認識されてしまうため、パーソナルコンピュータやテレビ等に用いるディスプレイ用途、あるいは照明用途のように、輝度劣化の小ささが要求される応用分野に対しては、まだ十分な信頼性を有しているとは言えない。特に照明などは高輝度が要求されるが、設定輝度を上げれば上げるほど輝度劣化も速くなってしまうという発光素子の現状を考えると、未だ実用化レベルには達していない。

この輝度劣化のメカニズムに関しては、未だ十分な議論はなされていないが、例えば、一定電流を流し続けた時の輝度劣化曲線（時間−輝度曲線）を拡張指数関数と呼ばれる関数でフィッティングし、輝度劣化のメカニズムについて考察しているものがある（非特許文献１参照。）。輝度劣化には複数の要因が複雑に混在しており、残念ながら根本的な解明には繋がっていないが、この関数自体はかなり精度よく輝度劣化曲線をフィッティングできる。

いずれにしても、上述したような輝度劣化、すなわち電流効率の低下は、基本的に有機材料の低い耐久性や有機薄膜の脆弱さに起因している部分が大きいと考えられ、材料やデバイス構造の改善だけでは不十分と言える。そこで、駆動方法の観点から輝度劣化を抑制する試みもなされている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１においては、逆バイアスを印加することにより輝度半減期を２倍程度にまで向上させているが、輝度劣化の発生自体を大きく抑制するには至っていない。
Ｍａｓａｈｉｋｏ Ｉｓｈｉｉ、外１名、アプライド フィジクス レターズ、ｖｏｌ．８０（１８）、３４３０−３４３２（２００２） 特開２００３−３２３９８８号公報

そこで本発明では、駆動手段を工夫することにより、輝度劣化の小さい発光素子を有する発光装置を提供することを課題とする。また、発光素子の輝度劣化を小さくするための駆動方法を提供することを課題とする。

発光素子は上述したように、電流を流す（あるいは発光させる）ことで電流効率の低下を示すが、これは材料や素子構造に由来する回避しがたい現象である。したがって、輝度劣化を小さくするためには、電流効率が経時的に低下してしまう分を補正する形で経時的に電流量を増やしていけばよい。

しかしながら、電流量を増やしすぎてしまうと、輝度劣化を小さくするというよりもむしろ、逆に輝度の上昇を招いてしまう恐れがある。かといって、電流量の増加が小さすぎれば、輝度劣化を抑制することはできない。また、輝度劣化を抑制するための適切な電流量の増やし方は、発光素子の構成材料・構造によって大きく変わってくる。

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、これらの困難を以下に示す手法により克服できることを見出した。すなわち本発明の構成は、陽極と陰極との間に発光層を有する発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度Ｊを下記式（１）に従って経時的に増加させる手段と、を有する発光装置である。

Ｊ ＝ Ｊ₀・ｅｘｐ［（ｋ・ｔ）^β］ ・・・（１）
（Ｊ₀は前記発光素子における初期設定の電流密度、ｔは発光時間、ｋおよびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。）

また、本発明の他の構成は、陽極と陰極との間に発光層を有する発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度Ｊを下記式（２）に従って経時的に増加させる手段と、を有する発光装置である。

Ｊ ＝ Ｊ₀・ｅｘｐ［（ｋ’・∫Ｊｄｔ）^β］ ・・・（２）
（Ｊ₀は前記発光素子における初期設定の電流密度、ｔは発光時間、ｋ’およびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、∫は０からｔまでの積分を表す。）

また、本発明の他の構成は、陽極と陰極との間に発光層を有する発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度の増加率γを下記式（３）に従って制御する手段と、を有する発光装置である。

γ ＝ ｅｘｐ［｛（γ＋１）・ｋ・ｔ／２｝^β］ ・・・（３）
（ｔは発光時間、ｋおよびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、前記発光素子における初期設定の電流密度をＪ₀、前記発光素子に流れる電流密度をＪとすると、γ＝Ｊ／Ｊ₀である。）

さらに本発明者は、０＜ｎ＜１００なるデューティー比ｎで駆動する発光素子に対し、下記式（４）で表される式に従って電圧上昇させていくことによって、電流量を経時的に適度に増加させ、輝度劣化を抑制できることを見出した。すなわち本発明の他の構成は、陽極と陰極との間に発光層を有する発光素子と、前記発光素子を０＜ｎ＜１００なるデューティー比ｎで駆動するための第１の手段と、前記発光素子の電圧Ｖを下記式（４）に従って増加させる第２の手段と、を有する発光装置である。なお、この時の前記発光素子に流れる電流量の増加率は、適切なデューティー比を選ぶことによって適切な率に設定することができる。

Ｖ ＝ ｛Ｊ₀／ｇ（Ｑ₁₀₀）｝^1/f(t') ・・・（４）
（Ｊ₀は前記発光素子における初期設定の電流密度を表す。また、ｆ（ｔ’）は保存時間ｔ’を変数とする単調減少の関数である。また、ｇ（Ｑ）は前記発光素子に流れる単位面積あたりの総電荷量Ｑを変数とする単調減少の関数である。また、Ｑ₁₀₀は、デューティー比１００、電流密度Ｊ₀で前記発光素子を定電流駆動した場合に流れる単位面積あたりの総電荷量であり、前記発光素子の駆動時間をｔ’’とすると、Ｑ₁₀₀＝Ｊ₀・ｔ’’で表される。）

この時、前記発光素子に対して、式（４）で表される電圧を印加する手法としては、前記発光素子と同一構造であるモニター素子をデューティー比＝１００、電流密度＝Ｊ₀で定電流駆動し、そのモニター素子の電圧をオペアンプにより前記発光素子に印加する手法が考えられる。したがって、前記第２の手段が、前記発光素子と同一構造であるモニター素子と、電流密度がＪ₀である一定電流を前記モニター素子に供給するための定電流源と、前記モニター素子に印加される電圧を前記発光素子に印加するためのオペアンプと、を有する発光装置も本発明に含むものとする。なお、モニター素子は、発光素子に対応して、当該発光素子の電圧Ｖを式（４）に従って増加させることができるのであれば、発光素子と同一構造でなくてもよい。

なお、発光性の有機化合物を用いた発光素子は、電流効率の低下が比較的顕著であるため、本発明の構成は特に、発光性の有機化合物を用いた発光素子に対して有用である。発光性の有機化合物としては、燐光物質が好ましい。

さらに、本発明の発光装置は、高輝度・長寿命が要求される照明器具などの用途に好適である。

以上で述べた本発明の主旨によれば、本発明は、発光素子の輝度劣化を小さくするための駆動方法も提供することができる。すなわち本発明では、上記式（１）〜（３）のいずれかに従って、発光素子に流す電流の電流密度を経時的に増加させる発光素子の駆動方法も含むものとする。あるいはまた、発光素子を０＜ｎ＜１００なるデューティー比ｎで駆動し、かつ、上記式（４）に従って、前記発光素子の電圧を増加させる発光素子の駆動方法も含むものとする。

なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子を用いた発光体や画像表示デバイスなどを指す。また、発光素子にコネクター、例えばフレキシブルプリント基盤（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。

本発明を実施することで、輝度劣化の小さい発光素子を有する発光装置を得ることができる。

以下では、本発明の実施形態について、動作原理および具体的な構成例を挙げて詳細に説明する。まず、本発明の動作原理について説明する。

連続点灯させる前の発光素子が、ある電流密度Ｊ₀の電流を流すことにより、輝度Ｌ₀で発光したとする（以下、Ｊ₀を初期設定の電流密度、Ｌ₀を初期輝度と呼ぶ）。この発光素子に対し、Ｊ₀の電流密度で電流を流し続ける（すなわち定電流駆動する）場合、初期輝度Ｌ₀で発光していた発光素子の輝度は徐々に低下するわけだが、上記非特許文献１によれば、下記式（５）で表される「拡張された指数関数」に従って輝度が低下していくことが知られている。

Ｌ（ｔ） ＝ ｅｘｐ［−（ｔ／τ）^β］ ・・・（５）
（ｔは発光時間、Ｌ（ｔ）は相対輝度（初期輝度Ｌ₀に対する輝度Ｌの割合）を表す。すなわち、Ｌ（ｔ）＝Ｌ／Ｌ₀であり、また、Ｌ（０）＝１である。さらに、τおよびβは発光素子によって決まる正のパラメータであり、τは減衰時間（単位；時間）、βは分散因子（単位なし）と呼ばれている。）

ここで、ｋ＝１／τとおくと、上記式（５）は下記式（６）のように書き換えることができる。

Ｌ／Ｌ₀ ＝ ｅｘｐ［−（ｋ・ｔ）^β］ ・・・（６）

なお、β＝１の時、式（６）はＬ＝Ｌ₀・ｅｘｐ［−（ｋ・ｔ）］と書くことができる。この式は、一次反応の反応速度則と酷似しているため、その類似性から、ｋは「発光に寄与する分子が一次反応的に発光に寄与しなくなる」場合の速度定数と見ることができる（実際に、ｋの単位も［時間^-1］である）。また、βは指数曲線の形を変形させるパラメータであり、具体的には、０＜β≦１の範囲において、βが小さくなるほど式（６）は初期劣化が大きい曲線となる。

ところで、発光素子の輝度Ｌは、電流効率をη、電流密度をＪとして、一般に下記式（７）で表される。また、定電流駆動する場合であれば、Ｊ＝Ｊ₀とおくことで、式（７）は式（８）のように書くことができる（Ｊ₀は初期設定の電流密度であり、なおかつ一定の値である）。

Ｌ ＝ η・Ｊ ・・・（７）
Ｌ ＝ η・Ｊ₀ ・・・（８）

したがって、定電流駆動する場合においては、式（６）および式（８）から下記式（９）を導くことができる。

η ＝ Ｌ₀／Ｊ₀・ｅｘｐ［−（ｋ・ｔ）^β］ ・・・（９）

ここで、Ｌ₀／Ｊ₀は、「初期輝度／初期設定の電流密度」であるから、連続点灯させる前、つまり初期状態の電流効率η₀のことを指す。したがって、この式（９）は、「ある一定の電流密度Ｊ₀で電流を流し続けた場合、電流効率ηがη₀（＝Ｌ₀／Ｊ₀）から経時的に低下していく」現象を示している。つまり、式（６）で表される定電流駆動時における輝度劣化曲線は、式（９）で表される電流効率の低下の曲線と同義であることがわかる。

電流効率ηが式（９）に従って低下していく以上、一定の電流を流し続ける手法では、輝度も低下していくことになる。そこで、適切な割合で電流量を増やしていくことで、輝度劣化を抑えることができると本発明者は考えた。

ここで重要なのは、その電流量の増やし方が小さすぎると輝度劣化の抑制効果も小さくなってしまうし、一方で、電流量の増やし方が大きすぎると、逆に輝度が大きく上昇してしまうという別の不良が発生してしまうことである。つまり、輝度が大きく上昇もせず、また劣化も小さく抑えられるような電流量の増やし方を確立することが重要であり、本発明の主旨となるものである。

また本発明においては、その電流量の増やし方を、発光時間を変数とする関数（数式）で表す点が主旨の一つでもある。なぜならば、そのような数式で発光素子を駆動するようプログラムしておき、なおかつ発光時間を記憶できるメモリ回路を併設するだけで、容易に輝度劣化の小さい発光素子が得られるためである。

［実施形態１］
まず、一般的な電流効率を表す式である式（７）に式（９）を代入すると、下記式（１０）が得られる。

Ｌ ＝ Ｌ₀／Ｊ₀・ｅｘｐ［−（ｋ・ｔ）^β］・Ｊ ・・・（１０）

ここで、式（１０）において、輝度Ｌを初期輝度Ｌ₀のまま保つ（すなわち、輝度の経時劣化がない）と仮定する。その場合、Ｌ＝Ｌ₀を式（１０）に代入し、変形することで下記式（１）が得られる。

Ｊ ＝ Ｊ₀・ｅｘｐ［（ｋ・ｔ）^β］ ・・・（１）
（Ｊ₀は発光素子における初期設定の電流密度、ｔは発光時間、ｋおよびβはそれぞれ発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。）

なお、発光時間とは、発光素子が発光している時間のことをさす。

式（１）は、式（９）が成り立つ場合に、電流密度Ｊを初期設定の電流密度Ｊ₀からどのように経時的に増やしていけば、輝度Ｌが初期輝度Ｌ₀に保たれるかを理論的に表す式である。したがって、式（１）に従って発光素子の電流量を経時的に増加させていくことにより、輝度劣化の小さい発光素子が得られる。また、発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度Ｊを式（１）に従って経時的に増加させる手段（具体的には、発光時間を記憶できるメモリ回路と、式（１）に従って発光素子を駆動するプログラムである）と、を有する発光装置を作製することにより、輝度劣化の小さい発光装置が得られる。

なお、発光素子によって決まるパラメータｋおよびβは、あらかじめ発光素子を初期輝度Ｌ₀で定電流駆動（すなわち初期設定の電流密度Ｊ₀（＝一定）で駆動）し、その結果得られる輝度劣化曲線（時間−輝度曲線）を式（６）でフィッティングすることにより求めることができる。

したがって、
実用に供したい輝度を決定し、
その輝度を得るのに必要な電流密度を測定し、
その電流密度で駆動することにより輝度劣化曲線を測定し、
その輝度劣化曲線からパラメータｋおよびβを求め、
求めたパラメータｋおよびβを式（１）に代入し、
パラメータｋおよびβを代入した式（１）に従って電流密度Ｊが増えるようプログラムし、
そのプログラムに従って発光素子を駆動する
ことにより、輝度劣化の小さい発光素子、およびその発光素子を用いた発光装置が得られる。

ただし、パラメータｋおよびβは加速試験から求めてもよい。すなわち、パラメータｋおよびβの輝度に対する加速係数が求まっていれば、実用に供したい輝度が１０００ｃｄ／ｍ²であっても、実際には初期輝度５０００ｃｄ／ｍ²で定電流駆動してパラメータｋおよびβを求め、それを初期輝度１０００ｃｄ／ｍ²で定電流駆動した時のパラメータｋおよびβに換算してもよい。

このように、本実施形態１では、式（１）の如き極めて単純な数式を適用することにより、容易に輝度劣化の小さい発光素子が得られるという利点がある。

［実施形態２］
上述した式（９）は、定電流駆動時における電流効率の低下を表す式である。したがって、定電流駆動ではなく、経時的に電流量を増やしていった場合、電流効率の低下は実際には式（９）よりも加速される場合がある（つまり、電流効率の低下は、式（９）からずれてくる可能性がある）。

そこで本実施形態２では、やや煩雑にはなるものの、電流効率の低下のずれを補正し、理論上一定輝度が得られるような電流量の増やし方を表す理論式を提供する。

まず、式（９）において、ｋ＝ｋ’・Ｊ₀とおくと、下記式（１１）が得られる。

η ＝ Ｌ₀／Ｊ₀・ｅｘｐ［−（ｋ’・Ｊ₀・ｔ）^β］ ・・・（１１）

ここで、式（１１）中の右辺において、「Ｊ₀・ｔ」は発光時間ｔの時点で発光素子に流れた単位面積あたりの総電荷量Ｑを表す。つまり、電流効率ηの低下は、定電流駆動かそうでないかに関わらず、発光素子に流れる単位面積あたりの総電荷量Ｑを用いて、実際は下記式（１２）で表されると考えられる。

η ＝ Ｌ₀／Ｊ₀・ｅｘｐ［−（ｋ’・Ｑ）^β］ ・・・（１２）

また、単位面積あたりの総電荷量Ｑは、発光素子に流れる電流の電流密度Ｊを用いて、下記式（１３）の積分式で表される。

Ｑ ＝ ∫Ｊｄｔ ・・・（１３）
（∫は０からｔまでの積分を表す。）

したがって、式（１２）および式（１３）から、下記式（１４）が得られる。

η ＝ Ｌ₀／Ｊ₀・ｅｘｐ［−（ｋ’・∫Ｊｄｔ）^β］ ・・・（１４）

この式（１４）は、定電流駆動に限らず、電流量が変化する駆動であっても、発光素子に流れた総電荷量（すなわち積分項）に依存して電流効率がどの程度低下するかを表せる式である。つまり、図１（ａ）の時間−電流密度曲線に示すように、電流密度が経時的に一定でなく変化する場合であっても、流れた単位面積あたりの総電荷量Ｑ（図１（ａ）中の斜線部の面積に相当する）を求めることで、ある時間において電流効率がどの程度低下するかを知ることができる。

この式（１４）を、一般的な電流効率を表す式である式（７）に代入すると、下記式（１５）が得られる。

Ｌ ＝ Ｌ₀／Ｊ₀・ｅｘｐ［−（ｋ’・∫Ｊｄｔ）^β］・Ｊ ・・・（１５）

ここで、式（１５）において、輝度Ｌを初期輝度Ｌ₀のまま保つ（すなわち、輝度の経時劣化がない）と仮定する。その場合、Ｌ＝Ｌ₀を式（１５）に代入し、変形することで下記式（２）が得られる。

Ｊ ＝ Ｊ₀・ｅｘｐ［（ｋ’・∫Ｊｄｔ）^β］ ・・・（２）
（Ｊ₀は前記発光素子における初期設定の電流密度、ｔは発光時間、ｋ’およびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、∫は０からｔまでの積分を表す。）

式（２）は、電流密度Ｊを初期設定の電流密度Ｊ₀からどのように経時的に増やしていけば、輝度Ｌを初期輝度Ｌ₀に保てるかを理論的に表す式である。したがって、式（２）に従って発光素子の電流量を経時的に増加させていくことにより、輝度劣化の極めて小さい発光素子が得られる。また、発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度Ｊを式（２）に従って経時的に増加させる手段（具体的には、電流密度をモニターする電流計と、発光時間および流れた電流密度を記憶できるメモリ回路と、式（２）に従って発光素子を駆動するプログラムである）と、を有する発光装置を作製することにより、輝度劣化の小さい発光装置が得られる。

なお、発光素子によって決まるパラメータｋ’およびβは、あらかじめ発光素子を初期輝度Ｌ₀で定電流駆動（すなわち初期設定の電流密度Ｊ₀（＝一定）で駆動）し、その結果得られる輝度劣化曲線（時間−輝度曲線）を式（６）でフィッティングすることにより求めることができる（フィッティングから求まるのはｋとβであるが、ｋ’はｋ＝ｋ’・Ｊ₀の定義から求めることができる）。

したがって、
実用に供したい輝度を決定し、
その輝度を得るのに必要な電流密度を測定し、
その電流密度で定電流駆動することにより輝度劣化曲線を測定し、
その輝度劣化曲線からパラメータｋ’およびβを求め、
求めたパラメータｋ’およびβを式（１）に代入し、
パラメータｋ’およびβを代入した式（１）に従って電流密度Ｊが増えるようプログラムし、
そのプログラムに従って発光素子を駆動する
ことにより、輝度劣化の小さい発光素子、およびその発光素子を用いた発光装置が得られる。

ただし、パラメータｋ’およびβは加速試験から求めてもよい。すなわち、パラメータｋ’およびβの輝度に対する加速係数が求まっていれば、実用に供したい輝度が１０００ｃｄ／ｍ²であっても、実際には初期輝度５０００ｃｄ／ｍ²で定電流駆動してパラメータｋ’およびβを求め、それを初期輝度１０００ｃｄ／ｍ²で定電流駆動した時のパラメータｋ’およびβに換算してもよい。

このように、本実施形態２では、輝度劣化のほとんどない、理論上は一定輝度の発光素子が得られるという利点がある。

［実施形態３］
本実施形態３では、実施形態２で述べた式（２）の積分項を近似し、より簡略な理論式を提供する。

発光素子に流れる単位面積あたりの総電荷量Ｑは、先にも述べた通り式（１３）の積分で表される。このＱの値を正確に求めるためには、常にある時間における電流密度をモニターし、図１（ａ）のように積分する必要があり、煩雑となる。そこで本発明者は、以下に述べる近似を適用することを考案した。

本発明においては、発光素子の輝度劣化を小さくするために、電流量を徐々に増加させていくことが主眼である。したがって、発光素子に流れる電流密度は、時間に対して基本的に単調増加の関数となる。図１（ｂ）は時間−電流密度曲線であるが、図１（ｂ）中の実線は、このことを模式的に表したものである。

ここで、この単調増加の関数を直線で近似すると、図１（ｂ）中の破線のようになる。この破線を電流密度の経時変化と見なす（直線で電流密度の経時変化を近似する）と、単位面積あたりの総電荷量Ｑは下記式（１６）のように表すことができる。

Ｑ ＝ （Ｊ₀＋Ｊ）・ｔ／２ ・・・（１６）

式（１６）を式（１２）に代入することにより、下記式（１７）が得られる。

η ＝ Ｌ₀／Ｊ₀・ｅｘｐ［−｛（Ｊ₀＋Ｊ）・ｋ’・ｔ／２｝^β］ ・・・（１７）

この式（１７）は、電流量を単調増加させる駆動を行った場合、電流効率が経時的にどの程度低下するかを近似的に表せる式である。この式（１７）を、一般的な電流効率を表す式である式（７）に代入すると、下記式（１８）が得られる。

Ｌ ＝ Ｌ₀／Ｊ₀・ｅｘｐ［−｛（Ｊ₀＋Ｊ）・ｋ’・ｔ／２｝^β］・Ｊ ・・・（１８）

ここで、式（１８）において、輝度Ｌを初期輝度Ｌ₀のまま保つ（すなわち、輝度の経時劣化がない）と仮定する。その場合、Ｌ＝Ｌ₀を式（１８）に代入し、変形することで下記式（１９）が得られる。

Ｊ ＝ Ｊ₀・ｅｘｐ［｛（Ｊ₀＋Ｊ）・ｋ’・ｔ／２｝^β］ ・・・（１９）

そして式（１９）は、下記式（２０）のように変形することができる。

Ｊ／Ｊ₀ ＝ ｅｘｐ［｛（Ｊ／Ｊ₀＋１）・Ｊ₀・ｋ’・ｔ／２｝^β］ ・・・（２０）

ここで、実施形態２で述べた定義からＪ₀・ｋ’＝ｋである。また、Ｊ／Ｊ₀は、初期設定の電流密度に対して実際に流れている電流密度の割合のことであるから、いわば電流密度の増加率を表す。この電流密度の増加率Ｊ／Ｊ₀をγで表すと、下記式（３）が得られる。

γ ＝ ｅｘｐ［｛（γ＋１）・ｋ・ｔ／２｝^β］ ・・・（３）
（ｔは発光時間、ｋおよびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、前記発光素子における初期設定の電流密度をＪ₀、前記発光素子に流れる電流密度をＪとすると、γ＝Ｊ／Ｊ₀である。）

式（３）は、電流密度の増加率γが発光時間に対してどのように変化すれば、近似的に輝度Ｌを初期輝度Ｌ₀に保てるかを近似的に表す式である。したがって、式（３）に従って発光素子の電流量を経時的に増加させていくことにより、輝度劣化の極めて小さい発光素子が得られる。また、発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度の増加率γを式（３）に従って経時的に増加させる手段（具体的には、発光時間を記憶できるメモリ回路と、式（３）に従って発光素子を駆動するプログラムである）と、を有する発光装置を作製することにより、輝度劣化の小さい発光装置が得られる。

なお、発光素子によって決まるパラメータｋおよびβは、あらかじめ発光素子を初期輝度Ｌ₀で定電流駆動（すなわち初期設定の電流密度Ｊ₀（＝一定）で駆動）し、その結果得られる輝度劣化曲線（時間−輝度曲線）を式（６）でフィッティングすることにより求めることができる。

したがって、
実用に供したい輝度を決定し、
その輝度を得るのに必要な電流密度を測定し、
その電流密度で定電流駆動することにより輝度劣化曲線を測定し、
その輝度劣化曲線からパラメータｋおよびβを求め、
求めたパラメータｋおよびβを式（３）に代入し、
パラメータｋおよびβを代入した式（３）に従って電流密度Ｊが増えるようプログラムし、
そのプログラムに従って発光素子を駆動する
ことにより、輝度劣化の小さい発光素子、およびその発光素子を用いた発光装置が得られる。

ただし、パラメータｋおよびβは加速試験から求めてもよい。すなわち、パラメータｋおよびβの輝度に対する加速係数が求まっていれば、実用に供したい輝度が１０００ｃｄ／ｍ²であっても、実際には初期輝度５０００ｃｄ／ｍ²で定電流駆動してパラメータｋおよびβを求め、それを初期輝度１０００ｃｄ／ｍ²で定電流駆動した時のパラメータｋおよびβに換算してもよい。

このように、本実施形態３では、流れた総電荷量をモニターすることなく、なおかつ輝度劣化の極めて小さい発光素子が得られるという利点がある。

［実施形態４］
本実施形態４では、発光素子の電圧−電流特性に着目し、電圧を制御することによって輝度劣化の小さい発光素子を得る形態を開示する。

電流を流すことによって発光する発光素子の電圧−電流特性は一般に、いわゆるダイオード特性を示す。したがって、順バイアス時の電圧−電流特性は、オームの法則（Ｊ∝Ｖ）よりも急峻な曲線となる。この時、流れる電流の電流密度をＪ、電圧をＶとすると、実用的な輝度の領域（具体的には１００ｃｄ／ｍ²〜１００００ｃｄ／ｍ²）においては、そのダイオード特性は下記式（２１）で近似することができる。

Ｊ ＝ Ｓ・Ｖⁿ ・・・（２１）
（Ｓ、ｎはそれぞれ、発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、ｎ＞１である。）

発光素子に電流を流し続ける（すなわち発光させ続ける）と、そのダイオード特性は、図２（ａ）に示すように経時的に電流が流れにくくなる。実線が駆動前、破線が駆動後のダイオード特性である。この時、上述した式（２１）において、Ｓは単位面積あたりの総電荷量に依存して低下するパラメータであり、ｎは電流を流す、流さないに関わらず、保存時間のみで低下するパラメータであることを本発明者は見出した。すなわち、Ｓやｎが低下することにより、図２（ａ）に示したような変化が発生するのである。

なお、式（２１）の両対数をとると、下記式（２２）が得られる。したがって、式（２２）において、ｙ切片（ｌｏｇＳ）は流れた単位面積あたりの総電荷量に依存して低下し、傾き（ｎ）は保存時間に依存して低下することになる。言い換えれば、ダイオード特性の閾値は総電荷量に依存して高電圧側にシフトする性質があり、傾きは保存時間に依存して寝てくる性質がある。

ｌｏｇＪ ＝ ｎ・ｌｏｇＶ＋ｌｏｇＳ ・・・（２２）

ここで、Ｓは流れた単位面積あたりの総電荷量に依存して低下するパラメータであり、ｎは保存時間のみで低下するパラメータであるから、それぞれ単位面積あたりの総電荷量Ｑ、保存時間ｔ’の関数で表すことができる。すなわち、下記式（２３）が得られる。

Ｊ ＝ ｇ（Ｑ）・Ｖ^f(t') ・・・（２３）
（ｆ（ｔ’）およびｇ（Ｑ）はいずれも、単調減少の関数である）

ここで、式（２３）において、ｇ（Ｑ）は単位面積あたりの総電荷量Ｑに依存して変化するわけであるから、例えば、デューティー比が１００の発光素子とデューティー比がｎ（０＜ｎ＜１００）の発光素子とでは、当然ｇ（Ｑ）の変化の仕方が異なってくる。

この現象を模式的に表したのが図２（ｂ）である。Ａが駆動前のダイオード特性、Ｂがデューティー比１００である時間駆動した時のダイオード特性、Ｃがデューティー比ｎで同じ時間駆動した時のダイオード特性である。概念的には、図２（ｂ）に示した通り、単位面積あたりの総電荷量が少ないＣの方が電流は流れやすくなるわけだが、これは式（２３）におけるｇ（Ｑ）の差に起因する。すなわち、Ｂにおいては下記式（２４）が成り立ち、Ｃにおいては下記式（２５）が成り立つ。Ｊ₁₀₀はデューティー比１００の素子に流れる電流の電流密度、Ｊ_nはデューティー比ｎの素子に流れる電流の電流密度である。また、Ｑ₁₀₀はデューティー比１００の素子に流れた単位面積あたりの総電荷量であり、Ｑ_nはデューティー比ｎの素子に流れた単位面積あたりの総電荷量である。

Ｊ₁₀₀ ＝ ｇ（Ｑ₁₀₀）・Ｖ^f(t') ・・・（２４）
Ｊ_n ＝ ｇ（Ｑ_n）・Ｖ^f(t') ・・・（２５）

ここで、デューティー比１００の発光素子を定電流駆動するならば、Ｊは一定の電流密度Ｊ₀となる。したがって式（２４）は、式（２６）のようになる。

Ｊ₀ ＝ ｇ（Ｑ₁₀₀）・Ｖ^f(t') ・・・（２６）

ｆ（ｔ’）、ｇ（Ｑ₁₀₀）共に単調減少の関数であるから、式（２６）における電圧Ｖは、図２（ｂ）中に示したように初期の電圧Ｖ₀からＶ_t（Ｖ₀＜Ｖ_t）へシフトしていく。

ここで、デューティー比１００の素子にかかる電圧Ｖ_tを、バッファーアンプ等を介してデューティー比ｎの素子に印加する場合、式（２５）と式（２６）の電圧Ｖは共通のものとなる。したがって式（２５）および式（２６）から、下記式（２７）が得られる。

Ｊ_n ＝ ｛ｇ（Ｑ_n）／ｇ（Ｑ₁₀₀）｝・Ｊ₀ ・・・（２７）

式（２７）において、ｇ（Ｑ）は単調減少の関数であり、かつ、Ｑ₁₀₀＞Ｑ_nであるから、常にｇ（Ｑ_n）＞ｇ（Ｑ₁₀₀）が成り立つ。また、駆動時間が長くなるにつれて、ｇ（Ｑ_n）とｇ（Ｑ₁₀₀）の差は次第に大きくなっていく。したがって、式（２７）から、Ｊ_nは駆動時間が長くなるにつれて、徐々に増加する。

図２（ｂ）中に、Ｊ_nが増加する様子を模式的に示した。また、曲線ＢとＣは駆動する時間が長くなれば長くなるほど離れていくため、Ｊ_nも徐々に増加していく。

この増加率は、デューティー比ｎ、すなわちＱ_nを制御することで制御できるため、電流量を徐々に増やして輝度劣化を小さくするという本発明の主旨を達成することができる。したがって、デューティー比１００で定電流駆動している時に発光素子に加わる電圧を表す下記式（４）（上述の式（２６）を変形して得られる）を、０＜ｎ＜１００なるデューティー比ｎで駆動している発光素子に印加することにより、電流量を徐々に増やし、輝度劣化を小さくすることができる。

Ｖ ＝ ｛Ｊ₀／ｇ（Ｑ₁₀₀）｝^1/f(t') ・・・（４）
（Ｊ₀は前記発光素子における初期設定の電流密度を表す。また、ｆ（ｔ’）は保存時間ｔ’を変数とする単調減少の関数である。また、ｇ（Ｑ）は前記発光素子に流れる単位面積あたりの総電荷量Ｑを変数とする単調減少の関数である。また、Ｑ₁₀₀は、デューティー比１００、電流密度Ｊ₀で前記発光素子を定電流駆動した場合に流れる単位面積あたりの総電荷量であり、前記発光素子の駆動時間をｔ’’とすると、Ｑ₁₀₀＝Ｊ₀・ｔ’’で表される。）

なお、保存時間（経過時間ともいう。）ｔ’とは、ある任意の点からの経過時間のことであり、例えば発光素子を駆動させてから、経過した時間のことをさす。また、駆動時間ｔ’’とは、デューティー比１００の発光素子の発光時間をｔとした時、ｔ’’＝ｔ・ｎ／１００で表される時間のことである。

この時、前記発光素子に対して、式（４）で表される電圧を印加する手法としては、例えば、前記発光素子と同一構造であるモニター素子をデューティー比＝１００、電流密度＝Ｊ₀で定電流駆動し、そのモニター素子の電圧をオペアンプにより前記発光素子に印加する手法がある。ただし、本発明はこの手法に限定されることはない。

［実施形態５］
本実施形態５では、発光素子の一態様について説明する。本発明は、電流を流すことにより発光する発光素子であればいかなるものにも適用することができるが、本実施形態５では、発光性の有機化合物を用いた発光素子について説明する。

なお、発光素子は、発光を取り出すために少なくともどちらか一方の電極が透明であれば良い。従って、基板上に透明な電極を形成し、基板側から光を取り出す従来の素子構造だけではなく、実際は、基板とは逆側から光を取りだす構造や、電極の両側から光を取り出す構造も適用可能である。

以下では、本発明の発光素子の構成に関し、用いることのできる材料や素子構造を説明する。図３は代表的な発光素子の構造であり、基板３００の上に陽極３０１、発光層３０２、陰極３０３が積層されている。発光層３０２は、少なくとも発光性の有機化合物を含んでいればよく、低分子化合物、高分子化合物（ポリマー）の他、それらに類さないオリゴマーやデンドリマー等の中分子化合物、あるいは無機化合物を用いて形成することができる。発光性の有機化合物に関しても、低分子化合物、高分子化合物（ポリマー）の他、それらに類さないオリゴマーやデンドリマー等の中分子化合物を用いることができる。

本実施形態５の図３においては、発光層３０２はホール注入層３１１、ホール輸送層３１２、発光性の有機化合物を含む層３１３、電子輸送層３１４、電子注入層３１５から構成されているが、必ずしもこの構成に限定されることはない。なお、ホール注入層は陽極からホールを受け取る機能を示す層であり、ホール輸送層は発光性の有機化合物を含む層にホールを受け渡す機能を示す層である。また、電子注入層は陰極から電子を受け取る機能を示す層であり、電子輸送層は発光性の有機化合物を含む層に電子を受け渡す機能を示す層である。

まず、それら各層に用いることのできる材料を具体的に例示する。ただし、本発明に適用できる材料は、これらに限定されるものではない。

ホール注入層に用いることができるホール注入材料としては、フタロシアニン系の化合物が有効であり、フタロシアニン（略称：Ｈ₂−Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：Ｃｕ−Ｐｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等を用いることができる。また、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸（略称：ＰＳＳ）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称：ＰＥＤＯＴ）やポリアニリン（略称：ＰＡｎｉ）などを用いることもできる。また、酸化モリブデン（ＭｏＯ_x）、酸化バナジウム（ＶＯ_x）、酸化ニッケル（ＮｉＯ_x）などの無機半導体の薄膜や、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）などの無機絶縁体の超薄膜も有効である。また、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）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、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）、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化合物も用いることができる。さらに、それら芳香族アミン系化合物に対してアクセプタ性を示す物質を添加してもよく、具体的にはＶＯＰｃにアクセプタである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）を添加したものや、α−ＮＰＤにアクセプタであるＭｏＯ_xを添加したものを用いてもよい。

ホール輸送層に用いることができるホール輸送材料としては、芳香族アミン系化合物が好適であり、上述したＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ＤＮＴＰＤなどを用いることができる。

電子輸送層に用いることができる電子輸送材料としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ₃）、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）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）などの金属錯体が挙げられる。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）などのオキサジアゾール誘導体、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）などのトリアゾール誘導体、２，２’，２”−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス［１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾール］（略称：ＴＰＢＩ）のようなイミダゾール誘導体、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などのフェナントロリン誘導体を用いることができる。

電子注入層に用いることができる電子注入材料としては、上述したＡｌｑ₃、Ａｌｍｑ₃、ＢｅＢｑ₂、ＢＡｌｑ、Ｚｎ（ＢＯＸ）₂、Ｚｎ（ＢＴＺ）₂、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＴＰＢＩ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなどの電子輸送材料を用いることができる。その他に、ＬｉＦ、ＣｓＦなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、ＣａＦ₂のようなアルカリ土類ハロゲン化物、Ｌｉ₂Ｏなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート（略称：Ｌｉ（ａｃａｃ））や８−キノリノラト−リチウム（略称：Ｌｉｑ）などのアルカリ金属錯体も有効である。また、これら電子注入材料に対してドナー性を示す物質を添加してもよく、ドナーとしてはアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属などを用いることができる。具体的にはＢＣＰにドナーであるリチウムを添加したものや、Ａｌｑ₃にドナーであるリチウムを添加したものを用いることができる。

次に、発光性の有機化合物として用いることのできる材料を列挙するが、本発明においてはこれらに限定されず、いかなる発光性の有機化合物を用いても良い。

例えば青色〜青緑色の発光は、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ−ｔ−ブチルペリレン（略称：ＴＢＰ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡ）などをゲスト材料として用い、適当なホスト材料に分散させることによって得られる。また、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）などのスチリルアリーレン誘導体や、９，１０−ジ−２−ナフチルアントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ビス（２−ナフチル）−２−ｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）などのアントラセン誘導体から得ることができる。また、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）等のポリマーを用いても良い。

例えば青緑色〜緑色の発光は、クマリン３０、クマリン６などのクマリン系色素や、ビス［２−（４，６−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ、Ｃ^2'］（ピコリナト）イリジウム（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ^2'）（アセチルアセトナト）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）₂（ａｃａｃ））などをゲスト材料として用い、適当なホスト材料に分散させることによって得られる。また、上述のペリレンやＴＢＰを５ｗｔ％以上の高濃度で適当なホスト材料に分散させることによっても得られる。また、ＢＡｌｑ、Ｚｎ（ＢＴＺ）₂、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）クロロガリウム（Ｇａ（ｍｑ）₂Ｃｌ）などの金属錯体からも得ることができる。また、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）等のポリマーを用いても良い。

例えば黄色〜橙色の発光は、ルブレン、４−（ジシアノメチレン）−２−［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−６−メチル−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ１）、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（９−ジュロリジル）エチニル−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ２）、ビス［２−（２−チエニル）ピリジナト］アセチルアセトナトイリジウム（Ｉｒ（ｔｈｐ）₂（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルキノリナト）アセチルアセトナトイリジウム（Ｉｒ（ｐｑ）₂（ａｃａｃ））などをゲスト材料として用い、適当なホスト材料に分散させることによって得られる。ビス（８−キノキリノラト）亜鉛（略称：Ｚｎｑ₂）やビス［２−シンナモイル−８−キノリノラト］亜鉛（略称：Ｚｎｓｑ₂）などの金属錯体からも得ることができる。また、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレンビニレン）等のポリマーを用いても良い。

例えば橙色〜赤色の発光は、４−（ジシアノメチレン）−２，６−ビス［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＭ）、４−（ジシアノメチレン）−２，６−ビス［２−（ジュロリジン−９−イル）エチニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ１）、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（９−ジュロリジル）エチニル−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ２）、ビス［２−（２−チエニル）ピリジナト］アセチルアセトナトイリジウム（Ｉｒ（ｔｈｐ）₂（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルキノリナト）アセチルアセトナトイリジウム（Ｉｒ（ｐｑ）₂（ａｃａｃ））、ビス［２−（２’−ベンゾチエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ^3'］（アセチルアセトナト）イリジウム（Ｉｒ（ｂｔｐ）₂（ａｃａｃ））などをゲスト材料として用い、適当なホスト材料に分散させることによって得られる。ビス（８−キノキリノラト）亜鉛（略称：Ｚｎｑ₂）やビス［２−シンナモイル−８−キノリノラト］亜鉛（略称：Ｚｎｓｑ₂）などの金属錯体からも得ることができる。また、ポリ（３−アルキルチオフェン）等のポリマーを用いても良い。

また、上述した発光性の有機化合物の中でも特に、ＦＩｒｐｉｃ、Ｉｒ（ｐｐｙ）₂（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｔｈｐ）₂（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｐｑ）₂（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｂｔｐ）₂（ａｃａｃ）などの燐光物質を用いることが好ましい。本発明を適用した発光素子は、経時的に電流量が増えていくため消費電力の上昇が大きいが、これら燐光物質を用いれば、一般に消費電力を小さくできるためである。

なお、上記の構成において、適当なホスト材料としては、発光性の有機化合物よりも発光色が短波長のものであるか、またはエネルギーギャップの大きいものであればよい。具体的には、上述した例に代表されるホール輸送材料や電子輸送材料から適宜選択することができる。また、４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、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）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）などを使用しても良い。

一方、発光素子における陽極３０１を構成する材料としては、仕事関数の大きい導電性材料を用いることが好ましい。また、陽極３０１側から光を取り出す場合は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物等の透明導電性材料を用いればよい。また、陽極３０１を遮光性とするのであれば、陽極３０１はＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ等の単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を用いることができる。あるいは、Ｔｉ、Ａｌ等の反射性電極の上に上述した透明導電性材料を積層する方法でもよい。

また、陰極３０３を構成する材料としては、仕事関数の小さい導電性材料を用いることが好ましく、具体的には、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など）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属を用いて形成することもできる。また、これらの導電性材料の上に、他の導電性材料（例えばアルミニウムなど）を積層しても良い。また、ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＣａＦ₂、Ｌｉ₂Ｏ等の電子注入層を用いる場合は、アルミニウム等の通常の導電性薄膜を用いることができる。また、陰極３０３側を光の取り出し方向とする場合は、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を含む超薄膜と、透明導電膜（ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等）との積層構造を用いればよい。あるいは、上述した電子輸送材料に対してドナー性を示す物質（アルカリ金属またはアルカリ土類金属など）を添加した層と、透明導電膜（ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等）を積層した構成としてもよい。具体的にはＢＣＰにドナーであるリチウムを添加した層や、Ａｌｑ₃にドナーであるリチウムを添加した層の上に、ＩＴＯを積層すればよい。

なお、以上で述べた本発明の発光素子を作製するに当たっては、発光素子中の各層の積層法を限定されるものではない。積層が可能ならば、真空蒸着法やスピンコート法、インクジェット法、ディップコート法など、どの様な手法を選んでも良いものとする。

［実施形態６］

発光素子とモニター素子を備えた表示装置の一態様を図９を参照して説明する。

この表示装置は走査線駆動回路１０８、データ線駆動回路１０９、画素部１１１を備えている。画素部１１１には、スイッチング用トランジスタ１０６、駆動用トランジスタ１０４、容量素子１０７、発光素子１０５を含む画素１１０が配列されている。

データ線駆動回路１０９はパルス出力回路１１２、第１ラッチ回路１１３、第２ラッチ回路１１４を有する。このデータ線駆動回路１０９において、第１ラッチ回路１１３にデータを入力しているとき、第２ラッチ回路１１４は出力を行うことができる。

画素部１１１は、走査線駆動回路１０８につながる走査線Ｇ１〜Ｇｎと、データ線駆動回路１０９につながるデータ線Ｄ１〜Ｄｍを含んでいる。走査線駆動回路１０８から信号が入力される走査線Ｇ１は、画素１１０のスイッチング用トランジスタ１０６のゲートに信号を送る。走査線Ｇ１によって選択されたスイッチング用トランジスタ１０６はオンとなり、第２ラッチ回路１１４によりデータ信号線Ｄ１に出力されたデータ信号を容量素子１０７に書き込む動作を行う。この容量素子１０７に書き込まれたデータ信号によって、駆動用トランジスタ１０４が動作して、発光素子１０５の発光状態又は非発光状態を制御する。つまり、電源線Ｖ１〜Ｖｍの電位が、オンにある駆動用トランジスタ１０４を介して発光素子１０５に与えられると、発光状態にする動作を行う。

モニター素子１０２の数は適宜選択することができる。モニター素子は一つでも構わないし、複数個を配置しても良い。図９で示す表示装置は、ｎ（ｎ＞１）個のモニター素子１０２を備え、それ画素一列分と等しい数で設けられている。モニター素子１０２をｎ個配置することで、個々のモニター素子における特性ばらつきを平均化することができる。

図９において示すｎ個のモニター素子１０２は、電流源１０１と並列に接続されている。発光素子１０５がデータ信号によって発光又は非発光の状態をとるのに対し、ｎ個のモニター素子１０２は、定電流駆動され常時点灯している。これらｎ個のモニター素子１０２の、電流源１０１に接続する電極の電位を検出し、電圧発生回路１０３により電源線Ｖ１〜Ｖｍに電位を設定する。電圧発生回路１０３はボルテージフォロワ回路で構成されている。

この構成によれば、ｎ個のモニター素子１０２が定電流駆動している状態で表示装置の温度が変化すると、ｎ個のモニター素子１０２の抵抗値が変化する。その抵抗値が変化により、ｎ個のモニター素子１０２の両電極間における電位が変化するので、その電位を電圧発生回路１０３で検出することができる。それにより、表示装置の温度が変化を発光素子１０５の駆動条件に反映させることができる。また、ｎ個のモニター素子１０２の発光特性が経時変化により変化する場合にも、ｎ個のモニター素子１０２の抵抗値が変化するので、同様に発光素子１０５の駆動条件に反映させることができる。

画素部１１１は異なる発光色を呈する発光素子を複数組み合わせて画素部１１１を構成することができる。例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）若しくはそれに近い発光色を呈する発光素子を組み合わせて画素部を構成しても良い。そのとき、ｎ個のモニター素子１０２は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）若しくはそれに近い発光色を呈する一種の発光素子で形成すれば良い。モニター素子も同様に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）若しくはそれに近い発光色を呈する各発光素子で構成する。また、白色を発光する発光素子１０５で構成することができる。そのとき、ｎ個のモニター素子１０２も同様に白色発光素子で構成する。

図１０は、図９の表示装置の画素１１０に適用することのできる他の一例を示している。図１０（Ａ）の画素１１０は、スイッチング用トランジスタ１０６と駆動用トランジスタ１０４に、消去用トランジスタ１１５と消去用のゲート線Ｒｙを設けている。発光素子１０５の一方は駆動用トランジスタ１０４と接続し、他方は対向電源１１６に接続している。消去用トランジスタ１１５により、強制的に発光素子１０５に電流が流れない状態を作ることができるため、画素１１０に対する信号の書き込みを待つことなく、データ信号の書き込み期間の開始と同時又は直後に発光期間を設けることができる。これによりデューティー比を向上させることが出来、発光と非発光の期間を強制的に制御するので、特に動画の表示に適している。

図１０（Ｂ）は、トランジスタ１１８とトランジスタ１１９を直列に接続して駆動用トランジスタとして機能させている。さらにトランジスタ１１８のゲートに接続する電源線Ｖａｘ（ｘは自然数、１≦ｘ≦ｌ）とを設けた画素１１０の構成を示している。電源線Ｖａｘは電源１１７に接続する。この画素１１０は、トランジスタ１１８のゲートを一定電位の電源線Ｖａｘに接続することにより、トランジスタ１１８のゲート電位を飽和領域で動作する電位に固定する。トランジスタ１１９は線形領域で動作させるので、そのゲートには画素１１０の発光又は非発光の情報を含むビデオ信号を入力する。線形領域で動作するトランジスタ１１９のソースとドレイン間電圧は小さいため、トランジスタ１１９のゲート及びソース間電圧の僅かな変動は、発光素子１０５に流れる電流値に影響を及ぼさない。従って、発光素子１０５に流れる電流値は、飽和領域で動作するトランジスタ１１９により決定される。上記構成は、トランジスタ１１９の特性バラツキに起因した発光素子１０５の輝度ムラを改善して画質を高めることができる。

以上に説明したように、この表示装置は電流源、モニター素子、電圧発生回路によって、温度及び輝度劣化の補償回路を構成している。すなわち、発光素子とそれと同等のモニター素子の両者を、異なる駆動条件で動作させ、表示部に設けた発光素子とモニター素子に流れる総電荷量の比が、輝度の劣化を考慮した一定の関係を満たすように制御することができる。

［実施形態７］
実施形態６で説明した発光素子を用いた表示装置の一構成例について図面を参照して説明する。

図１１で示す画素１１０は、二つのトランジスタを備えた構成を例示している。この画素１１０はデータ線Ｄｘ（ｘは自然数、１≦ｘ≦ｍ）と、走査線Ｇｙ（ｙは自然数、１≦ｙ≦ｎ）が絶縁層を介して交差して設けられている。画素１１０は、発光素子１０５、容量素子１０７、スイッチング用トランジスタ１０６及び駆動用トランジスタ１０４を有している。スイッチング用トランジスタ１０６は、ビデオ信号の入力を制御し、駆動用トランジスタ１０４は発光素子１０５の発光と非発光を制御する。これらのトランジスタは電界効果トランジスタであり、例えば、薄膜トランジスタを利用することができる。

スイッチング用トランジスタ１０６のゲートは走査線Ｇｙに接続し、ソース及びドレインの一方はデータ線Ｄｘに接続し、さらに駆動用トランジスタ１０４のゲートに接続する。駆動用トランジスタ１０４のソース及びドレインの一方は電源線Ｖｘ（ｘは自然数、１≦ｘ≦ｍ）を介して第２電源線１２１に接続し、他方は発光素子１０５に接続する。発光素子１０５において、第１電源線１２０に接続しない他方の端子は第２電源線１２１に接続する。

容量素子１０７は駆動用トランジスタ１０４のゲートとソースの間に設けられる。スイッチング用トランジスタ１０６と駆動用トランジスタ１０４は、ｎチャネル型又はｐチャネル型を選択することができる。図１１で示す画素１１０は、スイッチング用トランジスタ１０６をｎチャネル型、駆動用トランジスタ１０４をｐチャネル型とした場合を示している。第１電源線１２０の電位と第２電源線１２１の電位も特に制約されない。発光素子１０５に順方向電圧又は逆方向電圧が印加されるように、互いに異なる電位に設定する。

このような画素１１０の平面図を図１２に示す。スイッチング用トランジスタ１０６、駆動用トランジスタ１０４及び容量素子１０７が配置されている。第１電極２１１は、発光素子１０５の一方の電極であり、この上に発光層を積層することにより駆動用トランジスタ１０４に接続する発光素子１０５を形成する。開口率を大きくするために、容量素子１０７は電源線Ｖｘと重畳して設けられている。

また、図１２に示すＡ−Ｂ−Ｃの切断線に対応する断面構造を図１３に示す。ガラスや石英などの絶縁表面を有する基板２００上にスイッチング用トランジスタ１０６、駆動用トランジスタ１０４、発光素子１０５、容量素子１０７が設けられている。スイッチング用トランジスタ１０６はオフ電流を低減するためにマルチゲートとすることが好ましい。スイッチング用トランジスタ１０６と駆動用トランジスタ１０４のチャネル部を形成する半導体は、さまざまなものが適用できる。例えば、シリコンを主成分とする非晶質半導体、セミアモルファス半導体（微結晶半導体ともいう）又は多結晶半導体を用いることができる。その他に、有機半導体を用いることもできる。セミアモルファス半導体は、シランガス（ＳｉＨ₄）とフッ素ガス（Ｆ₂）を用いて形成するか、シランガスと水素ガスを用いて形成する。また、スパッタリング法などの物理的成膜法又は気相成長法など化学的成膜法で形成した非晶質半導体を、レーザビームなど電磁エネルギーの照射により結晶化させた多結晶半導体を用いることができる。スイッチング用トランジスタ１０６及び駆動用トランジスタ１０４のゲートは、基板側から窒化タングステン（ＷＮ）、タングステン（Ｗ）の順に積層した構造や、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、あるいは、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、モリブデン（Ｍｏ）の順に積層した構造を採用するとよい。

スイッチング用トランジスタ１０６と駆動用トランジスタ１０４のソース又はドレインに接続する配線２０４、２０５、２０６、２０７は、導電性材料により単層又は積層で形成する。例えば、基板側からチタン（Ｔｉ）、アルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、又は、Ｍｏ、Ａｌ−Ｓｉ、Ｍｏ、又は、ＭｏＮ、Ａｌ−Ｓｉ、ＭｏＮの順に積層した構造である。これらの配線２０４、２０５、２０６、２０７は第１絶縁層２０３上に形成される。

発光素子１０５は、画素電極に相当する第１電極２１１、発光層２１２、対向電極に相当する第２電極２１３の積層構造を有している。第１電極２１１の端部は隔壁層２１０で囲まれている。発光層２１２と第２電極２１３は、隔壁層２１０の開口部で第１電極２１１と重畳するように積層されている。この重畳する部位が発光素子１０５となる。第１電極２１１、第２電極２１３の両者が透光性を有する場合、発光素子１０５は、第１電極２１１に向かう方向と、第２電極２１３に向かう方向に光を発する。つまり発光素子１０５は双方向に光を放射する構成となる。また、第１電極２１１と第２電極２１３の一方が透光性を有し、他方が遮光性を有する場合、発光素子１０５は第１電極２１１に向かう方向か、第２電極２１３に向かう方向に光を発する。つまり発光素子１０５は上面出射又は下面出射を行う。

図１３は、発光素子１０５が下面出射を行う場合の断面構造を例示している。容量素子１０７は、駆動用トランジスタ１０４のゲートとソースの間に配置され、そのゲート及びソース間電圧を保持する。容量素子１０７は、スイッチング用トランジスタ１０６と駆動用トランジスタ１０４を形成する半導体層と同じ層に設けられた半導体層２０１と、スイッチング用トランジスタ１０６と駆動用トランジスタ１０４のゲートと同じ層に設けられた導電層２０２ａ、２０２ｂ（以下総称して導電層２０２と表記）と、その間の絶縁層により容量を形成する。

また、容量素子１０７は、スイッチング用トランジスタ１０６と駆動用トランジスタ１０４のゲートと同じ層に設けられた導電層２０２と、スイッチング用トランジスタ１０６と駆動用トランジスタ１０４のソース及びドレインに接続する配線２０４、２０５、２０６、２０７と同じ層に設けられた配線２０８と、その間の絶縁層により容量を形成する。これにより、容量素子１０７は駆動用トランジスタ１０４のゲートとソース間電圧を保持するのに十分な容量を得ることができる。また、容量素子１０７は、電源線を構成する導電層に重畳させて形成することで、容量素子１０７の配置による開口率の減少を抑えている。

スイッチング用トランジスタ１０６と駆動用トランジスタ１０４のソース又はドレインに接続する配線２０４、２０５、２０６、２０７、２０８の厚さは、５００〜２０００ｎｍ、好ましくは５００〜１３００ｎｍである。配線２０４、２０５、２０６、２０７、２０８は、データ線Ｄｘや電源線Ｖｘを構成しているため、上記特徴のように、配線２０４、２０５、２０６、２０７、２０８の膜厚を厚くすることで、電圧降下による影響を抑制することができる。

第１絶縁層２０３と第２絶縁層２０９は、酸化珪素や窒化珪素等の無機材料、ポリイミド、アクリル等の有機材料等を用いて形成する。第１絶縁層２０３と第２絶縁層２０９を同じ材料で形成してもよいし、互いに異なる材料で形成してもよい。有機材料としては、シロキサン系の材料を用いればよく、例えば、シリコンと酸素との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。

［実施の形態８］
実施形態６１１の表示装置の一形態である、画素部１１１と、走査線駆動回路１０８と、データ線駆動回路１０９とを搭載したパネルについて説明する。基板２００上には、発光素子１０５を含む画素を複数有する画素部１１１、走査線駆動回路１０８、データ線駆動回路１０９及び接続フィルム２１７が設けられる（図１４（Ａ）参照）。接続フィルム２１７は外部回路と接続する。

図１４（Ｂ）はパネルのＡ−Ｂにおける断面図を示し、画素部１１１に設けられた駆動用トランジスタ１０４と発光素子１０５と容量素子１０７と、データ線駆動回路１０９に設けられたトランジスタを示す。画素部１１１と走査線駆動回路１０８、データ線駆動回路１０９の周囲にはシール材２１４が設けられ、発光素子１０５は、シール材２１４と対向基板２１６により封止される。この封止処理は、発光素子１０５を水分から保護するための処理であり、ここではカバー材（ガラス、セラミックス、プラスチック、金属等）により封止する方法を用いるが、熱硬化性樹脂や紫外光硬化性樹脂を用いて封止する方法、金属酸化物や窒化物等のバリア能力が高い薄膜により封止する方法を用いてもよい。基板２００上に形成される素子は、非晶質半導体に比べて移動度等の特性が良好な結晶質半導体（ポリシリコン）により形成することが好適であり、そうすると、同一表面上におけるモノリシック化が実現される。上記構成を有するパネルは、接続する外部ＩＣの個数が減少するため、小型、軽量、薄型が実現される。

なお上記の図１４（Ｂ）に示す構成では、発光素子１０５の第１電極２１１は透光性を有し第２電極２１３は遮光性を有する。従って、発光素子１０５は基板２００側に光を放射する。図１５（Ａ）で示すように、上記とは異なる構成として、発光素子１０５の第１電極２１１は遮光性を有し第２電極２１３は透光性を有する構成とすることもできる。この場合、発光素子１０５は上面出射を行う。また、図１５（Ｂ）に示すように、上記とは異なる構成として、発光素子１０５の第１電極２１１と第２電極２１３の両者を透光性電極として、両面から光を放射する構成とすることも出来る。これらの態様において、モニター素子は発光素子と同じ構成で設ければ良い。

なお、画素部１１１は絶縁表面上に形成された非晶質半導体（アモルファスシリコン）をチャネル部としたトランジスタにより構成し、走査線駆動回路１０８及びデータ線駆動回路１０９はドライバＩＣにより構成してもよい。ドライバＩＣは、ＣＯＧ方式により基板２００上に実装する、又は基板２００に接続する接続フィルム２１７に実装してもよい。非晶質半導体は、ＣＶＤ法を用いることで、大面積の基板に簡単に形成することができ、かつ結晶化の工程が不要であることから、安価なパネルの提供を可能とする。また、この際、インクジェット法に代表される液滴吐出法により導電層を形成すると、より安価なパネルの提供を可能とする。

［実施形態９］
本実施形態では、本発明の発光装置を用いて完成させた様々な電気器具について、図１６を用いて説明する。

本発明の発光装置を用いて作製された電気器具として、テレビジョン、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、オーディオコンポ等）、パーソナルコンピュータ、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（具体的にはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）、照明器具などが挙げられる。これらの電気器具の具体例を図１６に示す。

図１６（Ａ）は表示装置であり、筐体９００１、支持台９００２、表示部９００３、スピーカー部９００４、ビデオ入力端子９００５等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部９００３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、コンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。

図１６（Ｂ）はパーソナルコンピュータであり、本体９１０１、筐体９１０２、表示部９１０３、キーボード９１０４、外部接続ポート９１０５、ポインティングマウス９１０６等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部９１０３に用いることにより作製される。

図１６（Ｃ）はビデオカメラであり、本体９２０１、表示部９２０２、筐体９２０３、外部接続ポート９２０４、リモコン受信部９２０５、受像部９２０６、バッテリー９２０７、音声入力部９２０８、操作キー９２０９、接眼部９２１０等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部９２０２に用いることにより作製される。

図１６（Ｄ）は卓上照明器具であり、照明部９３０１、傘９３０２、可変アーム９３０３、支柱９３０４、台９３０５、電源９３０６を含む。本発明の発光素子を用いて形成される発光装置を照明部９３０１に用いることにより作製される。なお、照明器具には天井固定型の照明器具または壁掛け型の照明器具なども含まれる。このような照明器具は高輝度が必要とされているため、特に本発明の発光装置の適用例として好ましい形態である。また、照明器具はディスプレイと異なり、少なくとも一つの発光素子で構成することができるため、式（１）〜（３）のような数式のプログラムで発光素子の電流密度を制御することや、式（４）のような数式のプログラムで発光素子の電圧を制御することが、極めて容易に行えるというメリットもある。

ここで、図１６（Ｅ）は携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９４０３、音声入力部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート９４０７、アンテナ９４０８等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部９４０３に用いることにより作製される。

以上のようにして、本発明の発光素子を用いた電気器具や照明器具を得ることができる。本発明の発光素子を有する発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。

本実施例では、実施形態１で述べた式（１）を用いることにより、輝度劣化の小さい発光素子を作製する例を具体的に例示する。

まず、発光性の有機化合物を用いた発光素子を作製した。素子構造は図３の通りであるので、図３の符号を引用して説明する。

まず、絶縁表面を有する基板３００上に、陽極３０１が形成される。材料として透明導電膜であるＩＴＯを用い、スパッタリング法により１１０ｎｍの膜厚で形成した。陽極３０１の形状は、２ｍｍ×２ｍｍの大きさとした。

このように陽極３０１が形成された基板を洗浄、乾燥した後、陽極３０１上に発光層３０２を形成する。まず、陽極３０１が形成された基板を、真空蒸着装置の基板ホルダーに陽極３０１が形成された面を下方にして固定し、抵抗加熱法を用いた真空蒸着法により、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍの膜厚で成膜した。これが、ホール注入層３１１となる。次に、ホール輸送性材料であるα―ＮＰＤを同様の方法により、１０ｎｍの膜厚で形成し、ホール輸送層３１２とした。

さらに、Ａｌｑ₃とクマリン６を共蒸着することにより、発光性の有機化合物を含む層３１３を３７．５ｎｍの膜厚で形成した。なお、共蒸着の際には、Ａｌｑ₃とクマリン６の比率が質量比で１：０．００５となるように調節した。したがってＡｌｑ₃がホスト材料、クマリン６が発光性の有機化合物として作用する。

次に、電子輸送性材料であるＡｌｑ₃を真空蒸着法により３７．５ｎｍ形成し、電子輸送層３１４とした。さらに、電子注入層３１５として、ＣａＦ₂を真空蒸着法により１ｎｍ形成した。以上が発光層３０２となる。

最後に、陰極３０３を形成する。本実施例では、アルミニウム（Ａｌ）を抵抗加熱による真空蒸着法により１５０ｎｍ形成し、陰極３０３とした。

本実施例においては、まず、実用に供する輝度を１０００ｃｄ／ｍ²と設定した。また、本実施例により作製した発光素子に電流を流して発光させたところ、１０００ｃｄ／ｍ²の輝度で光らせるのに必要な電流密度は、９．２５ｍＡ／ｃｍ²であった。

そこでまず、９．２５ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で一定の電流を発光素子に流し続けることにより、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ²の定電流駆動試験を行った。その時の輝度劣化曲線を図４に示す。図中の実線が実際のデータであり、横軸が時間、縦軸が相対輝度（初期輝度をＬ₀、輝度をＬとすると、Ｌ／Ｌ₀に相当する）を表す。

次に、得られたデータを式（６）によりフィッティングした。その結果が図４中の点線であり、非常に精度よくフィッティングされていることがわかる。このフィッティングから、式（６）におけるパラメータｋおよびβの値が得られた。その結果を下記表１に示す。

したがって式（１）から、本実施例の発光素子を初期輝度１０００ｃｄ／ｍ²で発光させる場合、下記式（１’）に従って、発光時間ｔに対して電流密度Ｊを上昇させることにより、輝度劣化の小さい発光素子を得ることができる。なお、式（１’）をグラフ化すると図５のようになる（横軸が発光時間ｔ［ｈ］、縦軸が電流密度Ｊ［ｍＡ／ｃｍ²］である）。

Ｊ ＝ ９．２５・ｅｘｐ［（０．０００１８４１４・ｔ）^0.6531］ ・・・（１’）
（Ｊは電流密度［ｍＡ／ｃｍ²］、ｔは発光時間［ｈ］を表す）

本実施例では、実施形態２で述べた式（２）を用いることにより、輝度劣化の小さい発光素子を作製する例を具体的に例示する。

発光素子としては、実施例１と同一のものを用いた。したがって、パラメータｋおよびβの値は表１と同一である。また、ｋ＝ｋ’・Ｊ₀であるから、式（２）におけるパラメータｋ’およびβは下記表２の通りになる。

したがって式（２）から、本実施例の発光素子を初期輝度１０００ｃｄ／ｍ²で発光させる場合、下記式（２’）に従って、発光時間ｔに対して電流密度Ｊを上昇させることにより、輝度劣化の小さい発光素子を得ることができる。

Ｊ ＝ ９．２５・ｅｘｐ［（０．００００１９９・∫Ｊｄｔ）^0.6531］ ・・・（２’）
（Ｊは電流密度［ｍＡ／ｃｍ²］、ｔは発光時間［ｈ］を表す）

本実施例では、実施形態３で述べた式（３）を用いることにより、輝度劣化の小さい発光素子を作製する例を具体的に例示する。

発光素子としては、実施例１、２と同一のものを用いた。したがって、パラメータｋおよびβは実施例１の表１の値を用いればよい。

したがって式（３）から、本実施例の発光素子を初期輝度１０００ｃｄ／ｍ²で発光させる場合、下記式（３’）に従って、発光時間ｔに対して電流密度の増加率γが上昇することにより、輝度劣化の小さい発光素子を得ることができる。なお、式（３’）をグラフ化すると図６のようになる（横軸が発光時間ｔ［ｈ］、縦軸が電流密度の増加率γ（＝Ｊ／Ｊ₀）［−］である）。

γ ＝ ｅｘｐ［｛０．００００９２０７・（γ＋１）・ｔ｝^0.6531］ ・・・（３’）
（γは電流密度の増加率［−］、ｔは発光時間［ｈ］を表す。）

本実施例では、実施形態４で述べた式（４）を用いることにより、輝度劣化の小さい発光素子を作製する例を具体的に例示する。発光素子としては、実施例１〜３と同一のものを用いた。

まず、この発光素子において、Ａ．連続点灯させる前、Ｂ．１０００時間点灯せずに保存した後、Ｃ．９．２５ｍＡ／ｃｍ²の一定の電流密度で電流を流し続けて１０００時間点灯させた後、のそれぞれに関し、電圧−電流特性を測定した。その結果を図７（ａ）に示す。横軸が電圧、縦軸が電流密度である。図７（ａ）の通り、点灯させた後（Ｃ．）のみならず、点灯せずに保存した後（Ｂ．）に関しても、電流が流れにくくなっていた。

次に、実用的な輝度領域（１００〜１００００ｃｄ／ｍ²；電流密度にして１〜１００ｍＡ／ｃｍ²）において、図７（ａ）のデータを式（２２）を用いてフィッティングした。その結果を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）から、発光素子の電圧−電流密度特性は、式（２２）によって非常に精度よく直線でそれぞれフィッティングされることがわかる。

さらに、図７（ｂ）のフィッティングから、Ａ．、Ｂ．、Ｃ．、それぞれについて、式（２２）におけるＳおよびｎの値が得られた。その結果を下記表３に示す。また、表３をグラフ化したのが図８である。

まずｎは、図８からもわかるように、１０００時間電流を流さず保存するだけでも減少しており、しかもその減少率は、１０００時間電流を流して点灯した場合とほとんど変わらない。すなわち、電流を流す、流さないにかかわらず、ほぼ時間経過のみで減少していくパラメータである。つまりｎは、保存時間ｔ’の関数で表すことができる（ｎ＝ｆ（ｔ’））。したがって、１０００時間以外の他の保存時間についても同様の実験を行い、保存時間ｔ’に対するｎの値をプロットすることで、ｆ（ｔ’）を求めることができる。

一方Ｓは、図８からわかるように、１０００時間保存するだけではほとんど変化せず、電流を流すことで初めて減少するパラメータである。時間に依らず、電流を流すことに依存するということは、流れた単位面積あたりの総電荷量Ｑの関数であることが予想される（Ｓ＝ｇ（Ｑ））。本実施例では、９．２５ｍＡ／ｃｍ²の一定の電流密度で１０００時間駆動しているので、Ｑ＝３３３００［Ｃ／ｃｍ²］である。したがって、３３３００［Ｃ／ｃｍ²］以外の単位面積あたりの総電荷量を流した場合についても同様の実験を行い、単位面積あたりの総電荷量Ｑに対するＳの値をプロットすることで、ｇ（Ｑ）を求めることができる。

以上のようにして得られるｆ（ｔ’）およびｇ（Ｑ）を式（４）に代入し、式（４）に従って０＜ｎ＜１００なるデューティー比ｎで駆動している発光素子に電圧を印加することにより、０＜ｎ＜１００なるデューティー比ｎで駆動している発光素子に流れる電流密度は徐々に大きくなり、その結果輝度劣化を小さくすることができる。

単位面積あたりの総電荷量の求め方を示す図。 発光素子の電圧−電流密度曲線を示す図。 発光素子の素子構造を示す図。 発光素子の輝度劣化曲線を示す図。 実施例１における電流密度の経時変化を示す図。 実施例３における電流密度の増加率の経時変化を示す図。 実施例４における電圧−電流密度曲線を示す図。 実施例４におけるＳおよびｎの変化を示す図。 本発明のモニター素子と発光素子を備えた表示装置の構成を示す図。 本発明の表示装置に適用できる画素回路の構成を示す図。 本発明の表示装置における画素の回路の一例を示す図。 本発明の表示装置における画素の一例を示す図。 本発明の表示装置における表示部の一構成例を示す縦断面図。 本発明の表示装置であって、表示部と走査線駆動回路とデータ線駆動回路との一構成例を示す図。 本発明の表示装置であって、表示部と走査線駆動回路とデータ線駆動回路との一構成例を示す図。 本発明の発光装置を適用した電気器具。

符号の説明

１０１ 電流源
１０２ モニター素子
１０３ 電圧発生回路
１０４ 駆動用トランジスタ
１０５ 発光素子
１０６ スイッチング用トランジスタ
１０７ 容量素子
１０８ 走査線駆動回路
１０９ データ線駆動回路
１１０ 画素
１１１ 画素部
１１２ パルス出力回路
１１３ 第１ラッチ回路
１１４ 第２ラッチ回路
１１５ 消去用トランジスタ
１１６ 対向電源
１１７ 電源
１１８ トランジスタ
１１９ トランジスタ
１２０ 第１電源線
１２１ 第２電源線

Claims (11)

1. 陽極と陰極との間に発光層を有する発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度Ｊを下記式（１）に従って経時的に増加させる手段と、を有する発光装置。
   Ｊ ＝ Ｊ_０・ｅｘｐ［（ｋ・ｔ）^β］ ・・・（１）
   （Ｊ_０は前記発光素子における初期設定の電流密度、ｔは発光時間、減衰時間の逆数であるｋおよび分散因子であるβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。）
2. 陽極と陰極との間に発光層を有する発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度Ｊを下記式（２）に従って経時的に増加させる手段と、を有する発光装置。
   Ｊ ＝ Ｊ_０・ｅｘｐ［（ｋ’・∫Ｊｄｔ）^β］ ・・・（２）
   （Ｊ_０は前記発光素子における初期設定の電流密度、ｔは発光時間、減衰時間の逆数であるｋとの間にｋ＝ｋ’・Ｊ_０との関係を有するｋ’および分散因子であるβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、∫は０からｔまでの積分を表す。）
3. 陽極と陰極との間に発光層を有する発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度の増加率γを下記式（３）に従って制御する手段と、を有する発光装置。
   γ ＝ ｅｘｐ［｛（γ＋１）・ｋ・ｔ／２｝^β］ ・・・（３）
   （ｔは発光時間、減衰時間の逆数であるｋおよび分散因子であるβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、前記発光素子における初期設定の電流密度をＪ_０、前記発光素子に流れる電流密度をＪとすると、γ＝Ｊ／Ｊ_０である。）
4. 陽極と陰極との間に発光層を有する発光素子と、前記発光素子を０＜ｎ＜１００なるデューティー比ｎで駆動するための第１の手段と、前記発光素子の電圧Ｖを下記式（４）に従って増加させる第２の手段と、を有する発光装置。
   Ｖ ＝ ｛Ｊ_０／ｇ（Ｑ_１００）｝^{１／ｆ（ｔ’）} ・・・（４）
   （Ｊ_０は前記発光素子における初期設定の電流密度を表す。また、ｆ（ｔ’）は保存時間ｔ’を変数とする単調減少の関数である。また、ｇ（Ｑ）は前記発光素子に流れる単位面積あたりの総電荷量Ｑを変数とする単調減少の関数である。また、Ｑ_１００は、デューティー比１００、電流密度Ｊ_０で前記発光素子を定電流駆動した場合に流れる単位面積あたりの総電荷量であり、前記発光素子の駆動時間をｔ’’とすると、Ｑ_１００＝Ｊ_０・ｔ’’で表される。）
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発光装置において、前記発光層は、発光性の有機化合物を含むことを特徴とする発光装置。
6. 前記発光性の有機化合物が燐光物質である請求項５に記載の発光装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の発光装置を用いた照明器具。
8. 下記式（１）に従って、発光素子に流す電流の電流密度Ｊを経時的に増加させる発光素子の駆動方法。
   Ｊ ＝ Ｊ_０・ｅｘｐ［（ｋ・ｔ）^β］ ・・・（１）
   （Ｊ_０は前記発光素子における初期設定の電流密度、ｔは発光時間、減衰時間の逆数であるｋおよび分散因子であるβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。）
9. 下記式（２）に従って、発光素子に流す電流の電流密度Ｊを経時的に増加させる発光素子の駆動方法。
   Ｊ ＝ Ｊ_０・ｅｘｐ［（ｋ’・∫Ｊｄｔ）^β］ ・・・（２）
   （Ｊ_０は前記発光素子における初期設定の電流密度、ｔは発光時間、減衰時間の逆数であるｋとの間にｋ＝ｋ’・Ｊ_０との関係を有するｋ’および分散因子であるβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、∫は０からｔまでの積分を表す。）
10. 下記式（３）に従って、発光素子に流す電流の電流密度の増加率γを制御する発光素子の駆動方法。
    γ ＝ ｅｘｐ［｛（γ＋１）・ｋ・ｔ／２｝^β］ ・・・（３）
    （ｔは発光時間、減衰時間の逆数であるｋおよび分散因子であるβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、前記発光素子における初期設定の電流密度をＪ_０、前記発光素子に流れる電流密度をＪとすると、γ＝Ｊ／Ｊ_０である。）
11. 発光素子を０＜ｎ＜１００なるデューティー比ｎで駆動し、かつ、下記式（４）に従って、前記発光素子の電圧Ｖを増加させる発光素子の駆動方法。
    Ｖ ＝ ｛Ｊ_０／ｇ（Ｑ_１００）｝^{１／ｆ（ｔ’）} ・・・（４）
    （Ｊ_０は前記発光素子における初期設定の電流密度を表す。また、ｆ（ｔ’）は保存時間ｔ’を変数とする単調減少の関数である。また、ｇ（Ｑ）は前記発光素子に流れる単位面積あたりの総電荷量Ｑを変数とする単調減少の関数である。また、Ｑ_１００は、デューティー比１００、電流密度Ｊ_０で前記発光素子を定電流駆動した場合に流れる単位面積あたりの総電荷量であり、前記発光素子の駆動時間をｔ’’とすると、Ｑ_１００＝Ｊ_０・ｔ’’で表される。）

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