JP4823566B2 - 発光素子、表示装置及びテレビ受像器 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子に関し、特に比較的低い駆動電圧で駆動する発光素子の構造に関する。

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るようになった（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が、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。また、正孔輸送層、電子輸送層は発光層を兼ねることもある。この場合、キャリア輸送性の高い電子輸送層もしくは正孔輸送層に発光効率の高い色素をドーピングする手法が用いられる。この手法を用いることによって、発光効率は高いがキャリア輸送性の低い材料を発光物質として用いることが可能になる（例えば非特許文献２参照）。
Ｃ．Ｗ．タンら、ジャーナル オブ アプライド フィジクス、Ｖｏｌ．６５，Ｎｏ．９，３７１０−３７１６（１９８９）

ところで、薄膜発光素子には電流を流すことで発光が得られるが、この発光の輝度と流す電流には比例関係が成立している。すなわち、大きな輝度を得るにはそれだけ大きい電流を流さなければいけない。そのため、発光素子の電極間に積層される薄膜の少なくとも一部に添加物をドープすることで電流を流れやすくし、駆動電圧を下げる試みがなされている。また、この場合、同じ輝度を得るために比較的小さな電圧で済むため、薄膜発光素子の劣化も抑制される（特許文献１参照）。
特開２００３−７７６７６号公報

特許文献１では添加物として、キャリア輸送性の比較的良好なジフェニルアントラセンやルブレンなどの多環縮合環を有する物質が用いられ、それらを電子輸送層にドープすることによって、駆動電圧の低下等の効果が得られている。

しかし、これらの添加物として好適に用いられる多環縮合環を有する物質にはそれ自体が光を発するものが多い。その為、発光層における発光物質のエネルギーギャップが、それら添加物よりも大きい場合、励起された発光物質のエネルギーが電子輸送層に添加された添加物に移動してしまい、添加物の方も励起されて発光してしまう可能性がある。また、発光しなくともエネルギーが移動してしまうことによって発光効率の低下が引き起こされる可能性がある。

このように、発光層中の発光物質以外に発光してしまうものがあると色純度が悪くなり好ましくない為、通常、添加物を用いる際は発光層中の発光物質が有するエネルギーギャップより大きいエネルギーギャップを有する添加物を用いる。特許文献１の実施例１でも、発光層において発光物質としてドーピングされたルブレンよりエネルギーギャップの大きいジフェニルアントラセンを添加物として用いている。

しかし、赤の光を発する発光物質であるならエネルギーギャップが小さい為、条件を満たす添加物の選択は容易であるが、より大きいエネルギーギャップを有する発光物質からの発光が求められる場合、その選択肢はどんどん狭まってゆくのが現状である。参考までに上記したルブレンは、電子注入層、電子輸送層に適量ドーピングすることによって良好な電子注入性、電子輸送性を示すが、その発光が黄色であるため、それ以上のエネルギーギャップを有する発光物質（緑から紫の発光を呈する物質などが考えられ得る）を用いた発光層を有する発光素子には用いることが好ましくないことがわかる。

そこで本発明では、駆動電圧の小さい薄膜発光素子を提供することを課題とする。また、本発明は、駆動電圧の小さい構成を有する薄膜発光素子においても、色純度や発光効率の低下が起こらない薄膜発光素子を提供することを課題とする。

上記課題を解決する為の薄膜発光素子の一つの構成は、電極間に少なくとも電子輸送層及び発光物質を含む発光層を有しており、電子輸送層は、より電極に近い第１の領域と、より発光層に近い第２の領域を有している。そして、第１の領域は多環縮合環を有する物質が含まれており、第２の領域には前記多環縮合環を有する物質が含まれていないことを特徴とする。

上記課題を解決する為の薄膜発光素子の一つの構成は、電極間に少なくとも電子輸送層、発光物質を含む発光層、第１の領域、及び第２の領域を有しており、前記電子輸送層は、前記発光層と前記第１の領域との間に前記第２の領域を有している。そして、前記第１の領域は多環縮合環を有する物質が含まれており、前記第２の領域には前記多環縮合環を有する物質が含まれていないことを特徴とする。
その他の構成として、電極間に少なくとも電子輸送層、発光物質を含む発光層、第１の領域、及び第２の領域を有しており、前記電子輸送層は、前記発光層と前記第１の領域との間に前記第２の領域を有している。そして、前記第１の領域の多環縮合環を有する物質の濃度は前記第２の領域よりも高いことを特徴とする。
その他の構成として、電極間に少なくとも電子輸送層、発光物質を含む発光層、第１の領域、及び第２の領域を有しており、前記電子輸送層は、前記発光層と前記第１の領域との間に前記第２の領域を有している。そして、前記第１の領域に選択的に多環縮合環を有する物質を添加することを特徴とする。

本発明の構成を用いることにより、駆動電圧の小さい薄膜発光素子を提供することができる。また、駆動電圧の小さい構成を有する薄膜発光素子においても、色純度や発光効率の低下を抑制することができる薄膜発光素子を提供することができる。

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）
図１（Ａ）は本発明の薄膜発光素子の構成一例を示したものである。本実施の形態における薄膜発光素子は基板１００などの絶縁表面上に形成された陽極電極１０１、正孔輸送層１０２、発光物質１０７を有する発光層１０３、電子輸送層１０、陰極電極１０６よりなっている。電子輸送層１０は層状の二つの領域に分けられるが、二つの領域には少なくとも一種類の共通する電子輸送性材料が用いられている。二つの領域のうち、より陰極電極１０６に近い第１の領域１０５には、前記した電子輸送性材料にさらに電子輸送性、電子注入性もしくはその両方を高める為の添加物１０８がドーピングされており、より発光層１０３に近い第２の領域１０４には添加物１０８はドーピングされていない。

なお、第１の領域１０５には様々な割合で添加物１０８がドーピングされるが、本発明では第１の領域におけるホスト材料は、第１の領域と第２の領域とに共通する電子輸送性材料を第１の領域のホスト材料とみなす。第１の領域１０５における添加物１０８の割合は１ｗｔ％以上であれば良く、第1の領域の構成として添加物１０８が１００ｗｔ％、すなわち第１の領域が添加物１０８のみで形成される場合も含むこととする。また、第１の領域が添加物１０８のみで形成されている場合、ホスト材料は第２の領域を構成する材料を指すこととする。

また、発光層１０３のホスト材料に関しては、発光層１０３を構成する物質の構成比が最も大きいものを言う。発光層１０３のホスト材料は、図１（Ｂ）のように電子輸送層１０のホスト材料と同じ材料としても良いし、図１（Ａ）のように異なるホスト材料であっても良い。さらに、図１（Ｃ）のように発光層１０３は発光層自体が発光物質１０７で構成され、発光層１０３自体が発光する構成であっても良い。

電子輸送層１０に用いることのできるホスト材料としては、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）など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等を用いることができる。発光層１０３のホスト材料としては９，１０−ジフェニルアントラセン、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、２−ｔ−ブチル−９，１０−ビス［２−（ナフチル）フェニル］アントラセン、２−ｔ−ブチル−９，１０−ビス［２−（フェニル）フェニル］アントラセン、４，４’（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニルなどの芳香族化合物が好ましい。あるいはビス（２−メチル−８−キノリノナト）−（４−ヒドロキシ−ビフェニリル）−アルミニウムなど典型金属錯体を用いても良い。電子輸送層１０、発光層１０３に共通して用い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）、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）など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等を用いることができる。等を用いることができる。また、これらに添加され、発光中心となる発光物質１０７としては、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〕−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＪＴ）、４−ジシアノメチレン−２−ｔ−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）、ペリフランテン、２，５−ジシアノ−１，４−ビス〔２−（１０−メトキシ−１，１，７，７−テトラメチルジュロリジン−９−イル）エテニル〕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。また発光物質１０７のみで発光層１０３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：ＢＡｌｑ）などがある。

電子輸送層の第１の領域にドーピングされている添加物１０８は、多環縮合環を有する物質を用いれば良く、その中でも第１の領域のホスト材料より電子注入性又は電子輸送性の高い物質を選択する。また、好ましくは電子注入性と電子輸送性のどちらも高い物質であることが望ましい。なお、電子注入性の高い材料とは、第１の領域の主構成材料よりＬＵＭＯ準位の低い材料であると言える。具体的にはルブレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、ペンタセン、ペリレン及びこれらの誘導体を用いることが可能である。

このような構成を有する本発明の薄膜発光素子は、第１の領域にドーピングされた添加物１０８により電子注入性又は電子輸送性もしくはその両方が向上するため、電流を流しやすくなり、結果として駆動電圧の小さい薄膜発光素子となる。

また、電子輸送層に添加物１０８がドーピングされていない第２の領域１０４が形成されていることで、発光層１０３内の発光物質１０７と添加物１０８の距離が少なくとも第２の領域１０４の膜厚分以上離れることとなる。励起種間のエネルギー移動の効率は距離の６乗に比例して小さくなってゆくとされていることから、励起された発光物質１０７から添加物１０８へのエネルギー移動が大幅に抑制されると考えられ、添加物１０８からの発光を大きく減少させることが可能となる。

また、添加物１０８からの発光がおこらない場合であっても、励起した発光物質１０７から添加物１０８へエネルギー移動が起こり、本来ならば発光していたはずの発光物質１０７が失活し、発光しなくなってしまい電流効率が低下している場合もある。この場合も、本発明の構成を有する発光素子とすることで、発光物質１０７から添加物１０８へのエネルギー移動が大幅に減少するため発光効率の低下を抑制することが可能となる。これにより、本発明の薄膜発光素子は、目的の発光物質１０７からの発光以外の発光を大幅に減少させることができる為、非常に良好な色純度を有する薄膜発光素子となる。

なお、第２の領域１０４の膜厚に関しては充分に励起種間のエネルギー移動を抑制することができる距離として５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上であることが望ましい。

また、本発明の薄膜発光素子の構成は、励起種間のエネルギー移動を大幅に減少させることが可能である為、電子輸送層の第１の領域にドーピングされている添加物１０８のエネルギーギャップが発光物質１０７のエネルギーギャップより小さかったとしても、色純度や発光効率の悪化を招くこと無く用いることが可能となる。またこのことから、発光層にドーピングされた発光物質が有するエネルギーギャップの大小によって、電子輸送層に添加する添加物の選択に差が生じることがなくなり、より電子注入性、電子輸送性もしくはその両方が良好な物質を添加物１０８として発光色に関係なく用いることが可能となる。

また、発光物質１０７が発する光が燐光である時、添加物１０８の有するエネルギーギャップが発光物質１０７のエネルギーギャップより小さい場合であっても、添加物１０８へのエネルギー移動が起こってしまう場合がある。このような際も、本発明の薄膜発光素子の構成をとることによって発光物質１０７から添加物１０８へのエネルギー移動が抑制され、色純度の低下や発光効率の低下を抑制することが可能となる。

なお、図１（Ｂ）には陽極電極１０１の上に正孔注入層１０９が形成されているが、このように正孔注入層１０９を形成しても良いし、図１（Ａ）、（Ｃ）のように形成しなくとも良い。また、図１（Ｃ）の用に電子注入層１１３を設けても良い。さらに正孔注入層、電子注入層の両方が設けられていても良い。

本実施の形態に示した発光素子の構成は適宜組み合わせて用いることが可能である。

図２は従来の薄膜発光素子の例である。図２の薄膜発光素子には本発明における第２の領域に相当する構成を有しておらず、電子輸送層１１０中の添加物と発光層１０３中の発光物質との距離が近い。このため、励起された発光物質１１２からエネルギーが電子輸送層に含まれる添加物１１１に移動し、その一部が発光してしまう。そのため、外部に射出する光は発光物質１０７から発する光と添加物１１１から発する光とが混ざった光となり、色純度が悪化してしまう。また、発光物質１１２からエネルギーが移動した添加物１１１が発光しなかったとしても発光効率が低下してしまう構成であった。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の表示装置の作製方法について図３、図４を参照しながら説明する。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薄膜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３（Ａ））

基板５０の材料としては透光性を有するガラス、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。材料としては酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒素を含む酸化ケイ素、酸素を含む窒化ケイ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を窒化ケイ素で、第２の下地絶縁層５１ｂを酸化ケイ素で形成する。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ケイ素膜をレーザ結晶化して得る。第２の下地絶縁層５１ｂ上に非晶質ケイ素膜を２５〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）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ケイ素膜を結晶化して結晶質ケイ素膜を形成する。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ケイ素膜に照射することで結晶質ケイ素膜とし、半導体層として用いる。

非晶質ケイ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、錫、鉛、コバルト、白金、どう、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３（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としてケイ素を含む絶縁層で形成する。本実施の形態では酸化ケイ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Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄ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ケイ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。非晶質半導体はケイ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の結晶を粒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０．１Ｐａ〜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。未結合手（ダングリングボンド）の終端化として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。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を窒化ケイ素により形成する。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ケイ素、アクリル、ポリイミドやシロキサン、Ｉｏｗ−ｋ材料等をもちいるとよい。本実施の形態では酸化ケイ素膜を第１の層間絶縁層として形成した。なお、シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造で構成され、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）を有する材料である。シロキサンが有する置換基としては、フッ素を有していてもよく、水素を含む基とフッ素の両方を有していてもよい。（図３（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３（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、本実施の形態では基板側からモリブデン、アルミニウム、モリブデンの積層構造とする。積層配線としては基板側からチタン、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３（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３（Ｅ））

続いて第２の層間絶縁層６３上に窒化ケイ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電極６４（第１の電極）を形成する。ここで陽極電極６４（第１の電極）は接続部６１ａと電気的に接触している。陽極電極６４（第１の電極）の材料としてはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）や酸化ケイ素を含有するＩＴＯ（ＩＴＳＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛を含有したＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）もしくは酸化亜鉛そのもの、そして酸化亜鉛にガリウムを含有したＧＺＯ（Ｇａｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）等を用いるとよい。本実施の形態ではＩＴＳＯを陽極電極６４（第１の電極）として用いた。（図４（Ａ））

次に第２の層間絶縁層６３（もしくは絶縁層）及び陽極電極６４（第１の電極）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。続いて当該絶縁層は陽極電極６４（第１の電極）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。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４（Ｂ））

次に、隔壁６５から露出した陽極電極６４（第１の電極）を覆う発光積層体６６を形成する。発光積層体６６は蒸着法等により形成すればよいが、本発明では少なくとも電子輸送層と発光層を有し、当該電子輸送層は電流を流しやすくする為の多環縮合環を有する物質による添加物を含む第１の領域と、当該添加物が含まれていない第２の領域を有する。

なお、第２の領域の膜厚に関しては充分に励起種間のエネルギー移動を抑制することができる距離として５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上形成する。

電子輸送層の第１の領域に電流を流しやすくする為の添加物をドーピングする際には電子輸送層のホスト材料と共蒸着することにより形成することができる。なお、添加物がドーピングされていない第２の領域の材料と添加物がドーピングされている第１の領域のホスト材料は同一であるため、発光層と添加物がドーピングされた電子輸送層との間に他の材料によりホールブロッキング層などを設けるよりは、本発明の構成は簡便にタクト良く得ることが可能である。（図４（Ｃ））

電子輸送性が比較的高く、電子輸送層のホスト材料として用いることのできる物質としては、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）など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等が挙げられる。本発明の構成を適用することで、電子輸送層にさらに大きな電子輸送性を持たせることが可能となり、薄膜発光素子の駆動電圧を低下させることができる。

電子輸送層に添加する添加物としては、ルブレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、ペンタセン、ペリレンなど多環縮合環を有する物質が挙げられる。その中でも第１の領域のホスト材料より電子注入性又は電子輸送性の高い物質を選択する。また、好ましくは電子注入性と電子輸送性のどちらも高い物質であることが望ましい。なお、電子注入性の高い材料とは、第１の領域の主構成材料よりＬＵＭＯ準位の低い材料であると言える。本発明の構成を適用することで、発光層の発光物質のエネルギーギャップに関わらずこれら添加物を選択することが可能となる。

発光物質には様々な材料があり、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〕 −４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＪＴ）、４−ジシアノメチレン−２−ｔ−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（ＤＣＪＴＢ）、ペリフランテン、２，５−ジシアノ−１，４−ビス〔２−（１０−メトキシ−１，１，７，７−テトラメチルジュロリジン−９−イル）エテニル〕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）等を用いることができる。また、この他の物質でもよい。

発光積層体６６にはこのほかに電子注入層、正孔輸送層、正孔注入層などの層を設けても良い。

正孔輸送性の高い物質としては、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：ＮＰＢ）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）の化合物が挙げられる。

また、電子注入性の高い物質としては、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物が挙げられる。また、この他、Ａｌｑ₃のような電子輸送性の高い物質とマグネシウム（Ｍｇ）のようなアルカリ土類金属との混合物であってもよい。

正孔注入性の高い物質としては、例えば、モリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）やバナジウム酸化物（ＶＯｘ）、ルテニウム酸化物（ＲｕＯｘ）、タングステン酸化物（ＷＯｘ）、マンガン酸化物（ＭｎＯｘ）等の金属酸化物が挙げられる。また、この他、フタロシアニン（略称：Ｈ₂Ｐｃ）や銅フタロシアニン（ＣｕＰＣ）等のフタロシアニン系の化合物が挙げられる。

発光層は、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。白色発光材料を用いる場合には、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、一重項励起発光材料の他、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材料で形成し、他を一重項励起発光材料で形成する。三重項励起発光材料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、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材料で形成し、青色の発光性の画素を一重項励起発光材料で形成しても良い。人間の視感度が高い緑色の発光素子も三重項励起発光材料で形成することで、より低消費電力化を図ることができる。

三重項励起発光材料の一例としては、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。三重項励起発光材料としては、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。

以上に掲げる発光層を形成する物質は一例であり、正孔注入輸送層、正孔輸送層、電子注入輸送層、電子輸送層、発光層、電子ブロック層、正孔ブロック層などの機能性の各層を適宜積層することで発光素子を形成することができる。また、これらの各層を合わせた混合層又は混合接合を形成しても良い。発光積層体の層構造は変化しうるものであり、特定の電子注入領域や発光領域を備えていない代わりに、もっぱらこの目的用の電極を備えたり、発光性の材料を分散させて備えたりする変形は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において許容されうるものである。

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を覆う第２の電極（陰極）６７を形成する。これによって陽極電極６４（第１の電極）と発光積層体６６と第２の電極（陰極）６７とからなる発光素子９３を作製することができる。

その後、プラズマＣＶＤ法により窒素を含む酸化ケイ素膜を第２のパッシベーション膜として形成する。窒素を含む酸化ケイ素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ、ＮＨ₃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２のパッシベーション膜９０５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ケイ素膜の代わりに形成してもよい。

続いて電界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形成しても良い。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５参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５（Ａ）は陽極電極６４（第１の電極）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５（Ｂ）は陽極電極６４（第１の電極）と第２の電極９２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、上記した駆動方法のうちどれを用いてもよい。

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、また、色純度や発光効率の良い表示装置である。

（実施の形態３）
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６を用いて説明する。図６は基板上に形成されたトランジスタおよび発光素子を対向基板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６（Ｂ）は図６（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構造は陽極電極、正孔輸送層、発光物質を有する発光層、電子輸送層、陰極電極よりなっており、電子輸送層は層状の二つの領域に分けられ、より陰極に近い第１の領域には多環縮合環よりなる添加物がドーピングされており、より発光層に近い第２の領域には多環縮合環よりなる添加物はドーピングされていない構成となっている。

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４００２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４００４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６（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、４０１１は発光素子に相当し、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と目の配線に相当する。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（ＦＰＣ）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、また、色純度や発光効率の良いパネル及びモジュールである。

（実施の形態４）
実施の形態３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 Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ 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７に示す。

図７（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、また、色純度や発光効率が良い。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７（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、また、色純度や発光効率が良い。

図７（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、また、色純度や発光効率が良い。図７（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７（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、また、色純度や発光効率が良い。

図７（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、また、色純度や発光効率が良い。

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５）

図８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８（Ｃ）の構造に相当する。図８（Ａ）、（Ｂ）は図８（Ｃ）における第１の層間絶縁層を自己平坦性を有する材料で形成し、薄膜トランジスタの配線と発光素子の第１の電極を同じ絶縁層上に形成した場合の構成である。図８（Ａ）は発光素子の第１の電極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８（Ｂ）は第２の電極の下にＬｉを含む材料を薄く（透光性を有する程度に）形成し、ＩＴＯやＩＴＳＯ、ＩＺＯなど透光性を有する材料を第２の電極として形成することで図８（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第２の電極を形成すると両面発光とすることができる。

ところで、両面発光や上面発光の場合に用いられる透明電極であるＩＴＯやＩＴＳＯは蒸着による成膜が難しいため、スパッタ法による成膜が行われる。第２の電極９０４をスパッタリング法により形成する場合、電子注入層の表面もしくは電子注入層と電子輸送層の界面にスパッタリングによるダメージが入ってしまうことがあり、発光素子の特性に悪影響を及ぼす可能性がある。これを防ぐためには、スパッタリングによるダメージを受けにくい材料を第２の電極９０４に最も近い位置に設けるとよい。このようなスパッタダメージを受けにくい材料で、発光積層体９０３に用いることができる材料としては酸化モリブデン（ＭｏＯｘ）が挙げられる。しかし、ＭｏＯｘは正孔注入層として好適な物質であるため、第２の電極９０４に接して設けるには第２の電極９０４を陽極とする必要がある。このように陰極を第１の電極、陽極を第２の電極とする素子を仮に逆積みの素子を呼んでいる。

そこで、この逆積み素子場合は図９のように基板１００上や基板１００上に形成された絶縁膜上などの絶縁表面上に第１の電極を陰極電極１０６として形成し、その後順に、電子注入層（略）、電子輸送層１０、発光層１０３、正孔輸送層１０２、正孔注入層１０９（ＭｏＯｘ）、陽極電極１０１（第２の電極）と形成する。また、アクティブマトリクス型の表示装置の場合、画素の駆動用薄膜トランジスタはＮチャネル型とする必要がある。

ＭｏＯｘは蒸着法により形成し、ｘ＝３以上のものが好適に使用できる。また、ＭｏＯｘ層は銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などの有機金属錯体や有機物と共蒸着することで有機、無機の混合層としても良い。逆積み素子を用いた場合、画素部の薄膜トランジスタはもともとＮ型であるａ−Ｓｉ：Ｈを半導体層としたトランジスタを用いると工程が簡略化されて好適である。駆動回路部が同一基板上に形成されている場合は駆動回路部のみレーザ等を照射することで結晶化して用いるとよい。

なお、陽極形成時のスパッタダメージが問題にならないようであったらＭｏＯｘを使わずに逆積みで素子を形成してもかまわない。なお、図９（Ａ）〜（Ｃ）は図１（Ａ）〜（Ｃ）それぞれに対応する逆積み素子の例である。本発明はこのような逆積み素子にも用いることができ、有効に機能し、低駆動電圧化を実現した上で色純度と電流効率の悪化を招かない発光素子を提供することができる。
（実施の形態６）

本実施の形態では、実施の形態３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３、図４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１０（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ＴＦＴ１４０３、電流制御用ＴＦＴ１４０４、容量素子１４０２及び発光素子１４０５を有する。

図１０（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１０（Ａ）に示す画素と同じ構成である。つまり、図１０（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、行方向に電源線１４１２が配置される場合（図１０（Ａ））と、列方向に電源線１４１２が配置される場合（図１０（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１０（Ａ）（Ｃ）として分けて記載する。

図１０（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（１４０３）、チャネル幅Ｗ（１４０３）、電流制御用ＴＦＴ１４０４のチャネル長Ｌ（１４０４）、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ＴＦＴ１４０３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ＴＦＴ１４０３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１０（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１０（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１０（Ｂ）に示す画素は、ＴＦＴ１４０６と走査線１４１４を追加している以外は、図１０（Ａ）に示す画素構成と同じである。同様に、図１０（Ｄ）に示す画素は、ＴＦＴ１４０６と走査線１４１４を追加している以外は、図１０（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１０（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１０（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１０（Ｆ）に示す画素は、ＴＦＴ１４０６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１０（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ＴＦＴ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、また、色純度や発光効率の良い上、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１０（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１１には、画素部１５００にスイッチング用ＴＦＴ１４０１、１４０３、容量素子１４０２、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ＴＦＴ１４０１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、駆動電圧が小さく、また、色純度や発光効率の良い上、表示装置としての信頼性も高めることが可能となる。

実施例１では、図１（Ａ）に記載されている発光層のホスト材料と第１の領域のホスト材料が異なる構成に正孔注入層１０９と電子注入層を設けた薄膜発光素子を作製し、測定を行った。本実施例では陽極電極１０１（第１の電極）としてＩＴＳＯ、正孔注入層としてＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、正孔輸送層としてＮＰＢを１０ｎｍ、発光層１０３は発光物質１０７としてＴＢＰが添加されたｔ−ＢｕＤＮＡを４０ｎｍ、電子輸送層１０の第２の領域１０４はＡｌｑ₃を１０ｎｍ、第１の領域１０５は添加物１０８としてルブレンが添加されたＡｌｑ₃を１０ｎｍ形成し、その上にさらに電子注入層としてＣａＦ、陰極電極１０６（第２の電極）としてアルミニウムを積層して発光素子を形成した。

発光層１０３中の発光物質１０７であるＴＢＰの量は発光層１０３のホスト材料であるｔ−ＢｕＤＮＡが１に対し、０．０１の割合で添加し、電子輸送層の第１の領域中の添加物１０８であるルブレンの量は電子輸送層１０のホスト材料であるＡｌｑ₃が１に対し１の割合で添加した。

比較例１としては、第１の領域と第２の領域を設けず、代わりに添加物としてルブレンが添加されたＡｌｑ₃を２０ｎｍ形成した。この構成は、図２の構成に正孔注入層と電子注入層を設けた構成となっている。その他の構成は全て実施例１と同様である。

また、比較例２は第１の領域と第２の領域を設けず、代わりにルブレンを添加していないＡｌｑ₃を２０ｎｍ形成した。その他の構成は全て実施例１と同様である。

これら、作製した薄膜発光素子を測定した結果を表１、図１２及び図１３に示す。尚、表１に記載の電流効率は３００ｃｄ／ｍ²の場合の効率である。

まず、ＴＢＰは青色の発光を発する発光物質であるため、黄色の光を発するルブレンよりエネルギーギャップが大きい物質である。なお、蛍光を発する物質の場合、エネルギーギャップは発光色から見積もることが出来、より波長の短い色の発光を呈する物質がより大きなエネルギーギャップを有する物質であると言うことができる。

ＴＢＰがルブレンより大きなエネルギーギャップを有していることから、比較例１ではＴＢＰからルブレンにエネルギー移動してしまい、ルブレンが発光してしまっていると考えられる。図１２における比較例１のスペクトルには５６０ｎｍ付近にルブレンによる発光と考えられるスペクトル形状の変化が観測されている。また、表２から、比較例１は電流効率も悪化してしまっていることがわかる。

比較例２はルブレンが添加されていない為、ルブレンの発光によるスペクトル形状の変化が現れないことはもちろんだが、電子輸送層における第２の領域にルブレンが添加されている実施例１もルブレンの発光起因のスペクトル変化は見受けられない。

また、表１における色度に関しても、実施例１、比較例２の色度はほぼ同じであるが、比較例１の色度を見ると白っぽく変化してしまっていることがわかる。この結果から、発光層に添加された発光物質のエネルギーギャップが電子輸送層に添加された添加物のエネルギーギャップより大きい物質であっても、本発明の構成を有するこのような発光素子であれば色純度の悪化がおきないことが証明された。

また、図１３から、実施例１の発光素子は同じ輝度がより低い電圧で得られており、低駆動電圧化もなされていることがわかる。

実施例２では、図１（Ｂ）に記載されている構成に電子注入層を設けた薄膜発光素子を作製し、測定を行った。本実施例では陽極電極１０１（第１の電極）としてＩＴＳＯ、正孔注入層１０９としてＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、正孔輸送層としてＮＰＢを１０ｎｍ、発光層１０３は発光物質１０７としてクマリン６が添加されたＡｌｑ₃を４０ｎｍ、電子輸送層１０の第２の領域１０４はＡｌｑ₃を１０ｎｍ、第１の領域１０５は添加物１０８としてルブレンが添加されたＡｌｑ₃を１０ｎｍ形成し、その上にさらに電子注入層としてＣａＦ、陰極電極１０６（第２の電極）としてアルミニウムを積層して発光素子を形成した。

発光層１０３中の発光物質１０７であるクマリン６の量は発光層１０３のホスト材料であるＡｌｑ₃が１に対し、０．００５の割合で添加し、電子輸送層の第１の領域中の添加物１０８であるルブレンの量は電子輸送層１０のホスト材料であるＡｌｑ₃が１に対し１の割合で添加した。

比較例３としては、電子輸送層として、第１の領域と第２の領域を設けず、添加物としてルブレンが添加されたＡｌｑ₃を２０ｎｍ形成した。この構成は、図２の構成に正孔注入層と電子注入層を設けた構成となっている。その他の構成は全て実施例１と同様である。

また、比較例４は電子輸送層として、添加物であるルブレンを添加していないＡｌｑ₃を２０ｎｍ形成した。その他の構成は全て実施例１と同様である。

これら、作製した薄膜発光素子を測定した結果を表２、図１４及び図１５に示す。尚、表２に記載の電流効率は１０００ｃｄ／ｍ²の場合の効率である。

実施例２、比較例３及び比較例４に発光物質１０７として用いたクマリン６は緑色の発光を呈する発光物質であり、添加物であるルブレンが黄色の発光を呈することからクマリン６の方が大きなエネルギーギャップを有していることが推測できる。ここで、図１４のスペクトルデータを見ると、実施例２、比較例３、比較例４の発光スペクトルはほぼ一致しており、添加物であるルブレンからの発光は起きていないことがわかる。

しかし、表２の電流効率を見ると、比較例３の電流効率は実施例２と比較して小さくなっており、クマリン６から添加物であるルブレンに励起エネルギーが移動したことでクマリン６が失活し、電流効率が低下したと考えられる。

また、ルブレンの添加を行っていない比較例４と添加を行った実施例２との比較を行った場合、図１５のグラフより、実施例２の発光素子は同じ輝度がより低い電圧で得られており、本発明の構成を有する実施例２の発光素子は低駆動電圧化もなされていることがわかる。

実施例３では、図１（Ｂ）に記載されている発光層のホスト材料と、第1の領域のホスト材料及び第２の領域の材料が共通である構成に電子注入層を設けた薄膜発光素子を作製し、測定を行った。本実施例では陽極電極１０１（第１の電極）としてＩＴＳＯ、正孔注入層１０９としてＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、正孔輸送層としてＮＰＢを１０ｎｍ、発光層１０３は発光物質１０７としてビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（アセチルアセトナート）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）₂（ａｃａｃ））が添加されたＡｌｑ₃を３０ｎｍ、電子輸送層１０である第２の領域１０４はＡｌｑ₃を２０ｎｍ、第１の領域１０５は添加物１０８としてルブレンが添加されたＡｌｑ₃を１０ｎｍ形成し、その上にさらに電子注入層としてＣａＦ、陰極電極１０６（第２の電極）としてアルミニウムを積層して発光素子を形成した。

発光層１０３中の発光物質１０７であるＩｒ（Ｆｄｐｑ）₂（ａｃａｃ）の量は発光層１０３のホスト材料であるＡｌｑ₃が１に対し、０．０８の割合で添加し、電子輸送層の第１の領域中の添加物１０８であるルブレンの量は電子輸送層１０のホスト材料であるＡｌｑ₃に対し質量比で１：１の割合で添加した。

また、比較例５は実施例３における第１の領域、第２の領域の代わりに電子輸送層として、添加物であるルブレンを添加していないＡｌｑ₃を２０ｎｍ形成した。その他の構成は全て実施例１と同様である。

これら、作製した薄膜発光素子を測定した結果を表３、図１６及び図１７に示す。尚、表３に記載の電流効率は５００ｃｄ／ｍ²の場合の効率である。

実施例３、比較例５に発光物質１０７として用いたＩｒ（Ｆｄｐｑ）₂（ａｃａｃ）は赤色の発光を呈する発光物質であり添加物であるルブレンよりエネルギーギャップは小さいが、Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）₂（ａｃａｃ）の赤色発光は燐光であるため、添加物であるルブレンが近くに存在するとエネルギー移動により消光してしまう。しかし、実施例３のようにルブレンを添加していない第２の領域を形成することによってそのような消光を防止することができる。表３において実施例３の電流効率が比較例５より減少していない（むしろ微増している）ことからも実施例３の構成ではルブレン起因の消光が起きないことが分かる。

図１６に実施例３と比較例５の発光スペクトルデータを示す。実施例３と比較例５の発光スペクトルはほぼ一致しており、添加物であるルブレンからの発光は起きていないことがわかる。

また図１７に実施例３と実施例５の電圧―輝度曲線を示した。実施例３の発光素子は比較例５と比較して同じ輝度がより低い電圧で得られており、本発明の構成を有する実施例３の発光素子は低電圧化がなされている。

本実施例で使用した、Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）₂（ａｃａｃ）は新規物質であるので以下に合成例を示す。

《合成例１》
本合成例は、下記構造式（１）で表されるビス｛２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト｝アセチルアセトネート イリジウム（III）〔略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）₂（ａｃａｃ）〕の合成例である。

〈ステップ１：配位子（ＨＦｄｐｑ）の合成〉
まず、４，４’―ジフルオロベンジル３．７１ｇとｏ―フェニレンジアミン１．７１ｇを溶媒クロロホルム２００ｍＬ中で６時間、加熱攪拌した。反応溶液を室温に戻し、１ＮＨＣｌと飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去することにより、配位子ＨＦｄｐｑ〔２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリン〕を得た（淡黄色粉末、収率９９％）。合成スキームおよび配位子ＨＦｄｐｑの構造式を下記式（２）に示す。

〈ステップ２：複核錯体〔Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）₂Ｃｌ〕₂の合成〉
まず、２−エトキシエタノール３０ｍｌと水１０ｍｌとの混合液を溶媒として、配位子ＨＦｄｐｑ（２，３−ビス−（４−フルオロフェニル）キノキサリン）を３．６１ｇ、塩化イリジウム（ＩｒＣｌ₃・ＨＣｌ・Ｈ₂Ｏ）を１．３５ｇ混合し、窒素雰囲気下１７時間還流することにより、複核錯体〔Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）₂Ｃｌ〕₂ を得た（褐色粉末、収率９９％）。合成スキームおよび複核錯体〔Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）₂Ｃｌ〕₂の構造式を下記式（３）に示す。

〈ステップ３：有機金属錯体Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）₂（ａｃａｃ）の合成〉
さらに、２−エトキシエタノール３０ｍｌを溶媒として、上記ステップ２で得られた複核錯体〔Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）₂Ｃｌ〕₂ を２．００ｇ、アセチルアセトン（Ｈａｃａｃ）を０．４４ｍｌ、炭酸ナトリウムを１．２３ｇ混合し、窒素雰囲気下にて２０時間還流することにより、前記構造式（１６）で表される本発明の有機金属錯体Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）₂（ａｃａｃ）を得た（赤色粉末、収率４４％）。合成スキームを下記式（４）に示す。

以上によりＩｒ（Ｆｄｐｑ）₂（ａｃａｃ）を合成することができる。

本発明の薄膜発光素子の構成を表す図。 従来の薄膜発光素子の構成を表す図。 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。 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。 表示装置の構成を例示した図。 本発明の薄膜発光素子の構成を表す図。 表示装置の画素回路一例を示す図。 表示装置の保護回路の一例を示す図。 実施例１と比較例１、比較例２のスペクトルデータ。 実施例１と比較例１、比較例２の電圧輝度曲線。 実施例２と比較例３、比較例４のスペクトルデータ。 実施例２と比較例３、比較例４の電圧輝度曲線。 実施例３と比較例５のスペクトルデータ。 実施例３と比較例５の電圧輝度曲線。

Claims (7)

1. 陰極と、
   前記陰極上に接して形成された電子輸送層と、
   前記電子輸送層上に形成された発光物質を含む発光層と、
   前記発光層上に形成された陽極と、
   を有する発光素子において、
   前記電子輸送層は、前記陰極に接する第１の領域と、前記発光層に近い第２の領域を有し、
   前記第２の領域は１０ｎｍ以上（１０ｎｍを除く）の厚さを有し、
   前記第１の領域はルブレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、ペンタセン、ペリレンのうちの一つが含まれており、
   前記第２の領域には前記ルブレン、前記９，１０−ジフェニルアントラセン、前記ペンタセン及び前記ペリレンが含まれていないことを特徴とする発光素子。
2. 陽極と、
   前記陽極上に形成された発光物質を含む発光層と、
   前記発光層上に形成された電子輸送層と、
   前記電子輸送層上に接して形成された陰極と、
   を有する発光素子において、
   前記電子輸送層は、前記陰極に接する第１の領域と、前記発光層に近い第２の領域を有し、
   前記第２の領域は１０ｎｍ以上（１０ｎｍを除く）の厚さを有し、
   前記第１の領域はルブレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、ペンタセン、ペリレンのうちの一つが含まれており、
   前記第２の領域には前記ルブレン、前記９，１０−ジフェニルアントラセン、前記ペンタセン及び前記ペリレンが含まれてい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、
   前記第１の領域と前記第２の領域は同じ電子輸送性の材料が含まれていることを特徴とする発光素子。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   前記第１の領域、前記第２の領域及び前記発光層は同じ電子輸送性の材料が含まれていることを特徴とする発光素子。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
   前記発光物質は燐光を発する材料であること特徴とする発光素子。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の発光素子を用いたことを特徴とする表示装置。
7. 請求項６に記載の表示装置を用いたことを特徴とするテレビ受像器。

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