JP2002151269A

JP2002151269A - 発光装置

Info

Publication number: JP2002151269A
Application number: JP2001256687A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Takeshi Nishi; 毅西; Mayumi Mizukami; 真由美水上; Toshio Ikeda; 寿雄池田
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2002-05-24

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】発光装置の画素部において、発光色の異なる
ＥＬ素子の発光輝度をそろえ、さらにＥＬ素子の発光輝
度を上げることを目的とする。【解決手段】発光装置の画素部にトリプレット化合物
を含むＥＬ層を有するＥＬ素子とシングレット化合物を
含むＥＬ層を有するＥＬ素子とを組み合わせて形成する
ことにより、複数形成されたＥＬ素子の発光輝度をそろ
えることができる。さらに正孔輸送層を積層構造にする
ことでより発光輝度の高いＥＬ素子を形成することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電極間に発光性材
料を挟んだ素子（以下、発光素子という）を有する装置
（以下、発光装置という）に関する。特に発光性材料と
してＥＬ（Electro Luminescence）が得られる有機化合
物を用いた発光素子（以下、ＥＬ素子という）を有する
発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、陽極と陰極との間にＥＬが得られ
る有機化合物からなる薄膜（ＥＬ層）を挟んだ構造を有
するＥＬ素子の研究が進み、ＥＬ素子の発光特性を利用
した発光装置の開発が進められている。

【０００３】なお、ＥＬ層は通常、積層構造となってお
り、代表的には、コダック・イーストマン・カンパニー
のTangらが提案した「正孔輸送層／発光層／電子輸送
層」という積層構造が挙げられる。この構造は非常に発
光効率が高く、現在、研究開発が進められているＥＬデ
ィスプレイは殆どこの構造を採用している。

【０００４】また他にも、陽極上に正孔注入層／正孔輸
送層／発光層／電子輸送層、または正孔注入層／正孔輸
送層／発光層／電子輸送層／電子注入層の順に積層する
構造でも良い。発光層に対して蛍光性色素等をドーピン
グしても良い。

【０００５】本明細書において陰極と陽極の間に設けら
れる全ての層を総称してＥＬ層と呼ぶ。よって上述した
正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注
入層等は、全てＥＬ層に含まれる。

【０００６】そして、上記構造でなるＥＬ層に一対の電
極から所定の電圧をかけると、発光層においてキャリヤ
の再結合が起こり、発光が得られる。なお本明細書中で
は、陽極、ＥＬ層及び陰極で形成される発光素子をＥＬ
素子と呼ぶ。

【０００７】ＥＬ素子においては、駆動電圧が高くなる
とＥＬ層の劣化が促進されることから、通常の発光材料
である、一重項励起子（シングレット）により発光する
有機化合物（以下、シングレット化合物という）の他
に、低い駆動電圧で高い発光輝度が得られる三重項励起
子（トリプレット）により発光する有機化合物（以下、
トリプレット化合物という）が知られている。

【０００８】なお、本明細書中において、シングレット
化合物とは一重項励起のみを経由して発光する化合物を
指し、トリプレット化合物とは三重項励起を経由して発
光する化合物を指す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ＥＬ素子における発光
輝度は、ＥＬ層に印加される電圧によって制御されてい
るが、ＥＬ層中の発光層を形成する発光材料によって、
電圧に対する発光輝度は異なる。つまり、発光輝度の低
い発光材料を用いた場合には、より高い輝度を得るため
に高電圧をかける必要が生じる。しかし、高電圧をかけ
ると発光材料が劣化するという問題がある。さらに、同
一基板上に形成されるＥＬ素子が電圧ごとに異なる発光
輝度を示す場合には、輝度をそろえるために異なる電圧
をかけることになり、結果的にＥＬ素子の寿命に差が出
るなどの問題が生じる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであり、低い電圧で所望の発
光輝度が得られる寿命の長いＥＬ素子を形成する。

【００１１】本発明は、同一基板上の画素部に複数形成
されるＥＬ素子のうちで、発光輝度の低い発光材料（シ
ングレット化合物）を含むＥＬ層を有するＥＬ素子だけ
でなく、低い電圧で高い発光輝度が得られるトリプレッ
ト化合物を含むＥＬ層を有するＥＬ素子をうまく組み合
わせて用いることで、ＥＬ素子の低消費電力化だけでな
く、複数のＥＬ素子の発光輝度を制御し、そろえること
を可能にする。

【００１２】図１（Ａ）に本発明で利用することのでき
る画素部の回路構成を示す。１０１は、ゲート配線であ
り、１０２ａ〜１０２ｃは、ソース配線、１０３ａ〜１
０３ｃは、電流供給線である。そして、これらの配線に
囲まれた領域に３つの画素ａ（１０４ａ）、画素ｂ（１
０４ｂ）及び画素ｃ（１０４ｃ）がそれぞれ形成されて
いる。

【００１３】また、１０５はスイッチングトランジスタ
であり、３つの画素にそれぞれ形成されている。なお、
ここではソース領域とドレイン領域との間に二つのチャ
ネル形成領域を有した構造を例示しているが、二つ以上
もしくは一つであっても構わない。

【００１４】また、１０６は電流制御トランジスタであ
り、各画素においてゲートはスイッチングトランジスタ
に、ソースは電流供給線に、ドレインはＥＬ素子に接続
される。なお、１０７はコンデンサであり、電流制御ト
ランジスタ１０６のゲートに印加される電圧を保持す
る。但し、コンデンサ１０７は省略することも可能であ
る。

【００１５】また、画素ａ（１０４ａ）、画素ｂ（１０
４ｂ）及び画素ｃ（１０４ｃ）は、ＥＬ素子ａ（１０８
ａ）、ＥＬ素子ｂ（１０８ｂ）及びＥＬ素子ｃ（１０８
ｃ）をそれぞれ有している。

【００１６】なお、これらのＥＬ素子は、図１（Ｂ）に
示すような素子構造を有している。ＥＬ素子１１１は、
陰極１１２、陽極１１３及びＥＬ層１１４から形成さ
れ、陰極１１２又は、陽極１１３に電圧がかけられるこ
とにより、ＥＬ層１１４が発光する。

【００１７】ＥＬ層１１４は複数の層からなり、発光材
料からなる発光層１１５、陰極１１２と発光層１１５に
挟まれて、陰極からの電子の注入性を良くするための電
子注入層１１６、さらに注入された電子を発光層１１５
に輸送する役割を持つ電子輸送層１１７が形成される。

【００１８】また、陽極１１３と発光層１１５に挟まれ
て、陽極からの正孔（ホール）の注入性を良くするため
の正孔注入層１１８、さらに注入された正孔を発光層１
１５に輸送する役割を持つ正孔輸送層１１９が形成され
る。

【００１９】なお、通常、陰極１１２から注入された電
子と陽極１１３から注入された正孔が発光層１１５で再
結合することにより発光が得られるが、本発明は、より
発光輝度を高めるために正孔輸送層を設ける構造であ
る。つまり、陰極１１２、陽極１１３、発光層１１５及
び正孔輸送層以外の層は必要に応じて設ければよい。

【００２０】本発明においては、図１（Ｂ）に示すＥＬ
層１１４のうち、発光層１１５にトリプレット化合物を
用いたＥＬ素子または、シングレット化合物を用いたＥ
Ｌ素子を形成する。そして、図１（Ａ）に示す画素ａ〜
画素ｃ（１０４ａ〜１０４ｃ）にこれらのＥＬ素子を組
み合わせて形成することにより、複数のＥＬ素子の発光
輝度をそろえたり、特定のＥＬ素子のみの劣化を防いだ
りすることができる。

【００２１】例えば、３色の画素表示を行う場合に、画
素ａ（１０４ａ）を表示する色の発光材料の発光輝度が
他の２色を表示する画素ｂ（１０４ｂ）や画素ｃ（１０
４ｃ）に比べて低かった場合には、ＥＬ素子ａ（１０８
ａ）の発光層にトリプレット化合物を用い、その他のＥ
Ｌ素子の発光層には、シングレット化合物を用いる。

【００２２】又、２種類の画素ａ（１０４ａ）及び画素
ｂ（１０４ｂ）を表示する色の発光輝度が、１種類の画
素ｃ（１０４ｃ）を表示する色の発光輝度に比べて低か
った場合には、２種類のＥＬ素子ａ（１０８ａ）及びＥ
Ｌ素子ｂ（１０８ｂ）の発光層にトリプレット化合物を
用い、ＥＬ素子ｃ（１０８ｃ）の発光層にはシングレッ
ト化合物を用いる。

【００２３】さらに、３種類の画素ａ（１０４ａ）、画
素ｂ（１０４ｂ）及び画素ｃ（１０４ｃ）のいずれとも
発光輝度が低く、より低電圧で高い発光輝度を得たい場
合には、３種類のＥＬ素子ａ（１０８ａ）、ＥＬ素子ｂ
（１０８ｂ）及びＥＬ素子ｃ（１０８ｃ）の全ての発光
層にトリプレット化合物を用いればよい。

【００２４】なお、トリプレット化合物としては、以下
の論文に記載の有機化合物が代表的な材料として挙げら
れる。（１）T.Tsutsui, C.Adachi, S.Saito, Photochemical
Processes in Organized Molecular Systems, ed.K.Hon
da, (Elsevier Sci.Pub., Tokyo,1991) p.437. （２）M.A.Baldo, D.F.O'Brien, Y.You, A.Shoustikov,
S.Sibley, M.E.Thompson, S.R.Forrest, Nature 395
(1998) p.151. （３）M.A.Baldo, S.Lamansky, P.E.Burrrows, M.E.Tho
mpson, S.R.Forrest,Appl.Phys.Lett.,75 (1999) p.4. （４）T.Tsutsui, M.J.Yang, M.Yahiro, K.Nakamura,
T.Watanabe, T.tsuji,Y.Fukuda, T.Wakimoto, S.Mayagu
chi, Jpn.Appl.Phys., 38 (12B) (1999) L1502.

【００２５】また、上記論文に記載された発光性材料だ
けでなく、次の分子式で表される発光性材料（具体的に
は金属錯体もしくは有機化合物）を用いることが可能で
あると考えられる。

【００２６】

【化１】

【００２７】

【化２】

【００２８】上記化学式において、Ｍは周期表の８〜１
０族に属する元素であり、ｎは２または３である。上記
論文では、白金、イリジウムが用いられている。さらに
ニッケル、コバルトもしくはパラジウムは、白金やイリ
ジウムとその物理的特性が類似しているために好まし
い。特に、ニッケルは錯体を形成しやすいことから中心
金属として好ましい。

【００２９】その他にもユーロピウムや、テルビウム、
セリウムといった希土類元素のイオンが、配位子と構成
する希土類錯体もトリプレット化合物として用いること
が可能である。

【００３０】上記トリプレット化合物は、シングレット
化合物よりも発光効率が高いことから、同じ発光輝度を
得るにも動作電圧（ＥＬ素子を発光させるに要する電
圧）を低くすることが可能である。

【００３１】さらに、本発明では、図２に示すように陽
極と発光層１２５との間に複数の正孔輸送層を設けるこ
とで、陽極から注入されたキャリヤ（電子及び正孔）の
移動性を高めることを可能とした。なお、本明細書中で
は、正孔輸送層を積層にする場合についてのみ示してい
るが、電子輸送層についても正孔輸送層と同様に、陰極
と電子輸送層の間にさらにエネルギー準位（ＬＵＭＯ準
位）の差を小さくするような化合物を用いることで本発
明を実施することができる。

【００３２】図２（Ａ）には、図１（Ｂ）と同様のＥＬ
素子の構造を示す。陰極１２３と陽極１２４との間に発
光層１２５を有し、さらに、陰極１２３と発光層１２５
の間に電子注入層１２６および電子輸送層１２７を有
し、陽極１２４と発光層１２５との間に正孔注入層１２
８及び正孔輸送層１（１２９）を有している。

【００３３】これに対して、図２（Ｂ）は、正孔輸送層
１（１２９）と正孔注入層１２８との間に正孔輸送層２
（１３０）をもう１層挟んだ積層構造になっている。

【００３４】また、これらの積層構造は、図２（Ｃ）の
バンド構造で示すことができる。なおここでは、図２
（Ａ）及び図２（Ｂ）で用いたのと同様の符号を用い
る。つまり、正孔輸送層１（１２９）と正孔注入層１２
８との間に、正孔輸送層２（１３０）を形成した積層構
造とすることで、正孔注入層と正孔輸送層との間のＨＯ
ＭＯ準位の差を小さくすることができる。これにより正
孔注入層と正孔輸送層との間での正孔の移動が容易にな
り、結果として、低電圧でのＥＬ素子の高輝度化が達成
される。

【００３５】なお、ここでは、例として正孔輸送層１
（１２９）及び正孔輸送層２（１３０）からなる積層構
造で形成されている様子を示すが、これらの積層構造
は、先に述べたように正孔注入層と正孔輸送層との間の
ＨＯＭＯ準位の差を小さくすることができるのであれ
ば、正孔輸送層は２層以上の異なる材料から形成されて
いても良いが、２層〜５層の積層構造であることが好ま
しい。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、以
下に示す実施例を用いて詳細な説明を行うこととする。

【００３７】

【実施例】〔実施例１〕本実施例では、画素部とその周
辺に設けられる駆動回路を同一の絶縁体上に製造する方
法について説明する。但し、説明を簡単にするために、
駆動回路に関してはｎチャネル型トランジスタとｐチャ
ネル型トランジスタを組み合わせたＣＭＯＳ回路を図示
することとする。

【００３８】まず、図３（Ａ）に示すように、絶縁体と
してガラス基板２０１を用意する。本実施例ではガラス
基板２０１の両面（表面および裏面）に図示しない保護
膜（炭素膜、具体的にはダイヤモンドライクカーボン
膜）を設けている。また、可視光を透過する材料であれ
ばガラス以外の材料（例えばプラスチック）を用いても
良い。

【００３９】次にガラス基板２０１上に下地膜２０２を
３００ｎｍの厚さに形成する。本実施例では下地膜２０
２として窒化酸化珪素膜を積層して用いる。この時、ガ
ラス基板２０１に接する層の窒素濃度を１０〜２５ｗｔ
％としておき、他の層よりも高めに窒素を含有させると
良い。

【００４０】次に下地膜２０２の上に５０ｎｍの厚さの
非晶質珪素膜（図示せず）をスパッタ法で形成する。な
お、非晶質珪素膜に限定する必要はなく、非晶質構造を
含む半導体膜（微結晶半導体膜を含む）であれば良い。
非晶質半導体膜としては非晶質珪素膜もしくは非晶質シ
リコンゲルマニウム膜（ゲルマニウムを１×１０¹⁸〜１
×１０²¹atoms/cm³の濃度で含むシリコン膜）を用いる
ことができる。また、膜厚は２０〜１００ｎｍの厚さで
あれば良い。

【００４１】そして、公知のレーザー結晶化法を用いて
非晶質珪素膜の結晶化を行い、結晶質珪素膜２０３を形
成する。なお、本実施例では固体レーザー（具体的には
Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波）を用いるが、エキ
シマレーザーを用いても良い。また、結晶化方法はファ
ーネスアニール法を用いても良い。

【００４２】次に、図３（Ｂ）に示すように、結晶質珪
素膜２０３を１回目のフォトリソグラフィ工程によりエ
ッチングして島状の結晶質珪素膜２０４〜２０７を形成
する。これらは後にトランジスタの活性層となる結晶質
珪素膜である。

【００４３】なお、本実施例ではトランジスタの活性層
として結晶質珪素膜を用いているが、非晶質珪素膜を活
性層として用いることも可能である。

【００４４】ここで本実施例では、島状の結晶質珪素膜
２０４〜２０７上に酸化珪素膜からなる保護膜（図示せ
ず）を１３０ｎｍの厚さにスパッタ法で形成し、半導体
をｐ型半導体とする不純物元素（以下、ｐ型不純物元素
という）を島状の結晶質珪素膜２０４〜２０７に添加す
る。ｐ型不純物元素としては周期表の１３族に属する元
素（典型的にはボロンもしくはガリウム）を用いること
ができる。なお、この保護膜は不純物を添加する際に結
晶質珪素膜が直接プラズマに曝されないようにするため
と、微妙な濃度制御を可能にするために設ける。

【００４５】また、このとき添加されるｐ型不純物元素
の濃度は、１×１０¹⁵〜５×１０¹⁷atoms/cm³（代表的
には１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷atoms/cm³）とすれば良
い。この濃度で添加されたｐ型不純物元素はｎチャネル
型トランジスタのしきい値電圧の調節に用いられる。

【００４６】次に、島状の結晶質珪素膜２０４〜２０７
の表面を洗浄する。まず、オゾンを含む純水を用いて表
面を洗浄する。その際、表面に薄い酸化膜が形成される
ため、さらに１％に希釈したフッ酸水溶液を用いて薄い
酸化膜を除去する。この処理により島状の結晶質珪素膜
２０４〜２０７の表面に付着した汚染物を除去できる。
このときオゾンの濃度は６ｍｇ／Ｌ以上とすることが好
ましい。これら一連の処理は大気開放することなく行わ
れる。

【００４７】そして、島状の結晶質珪素膜２０４〜２０
７を覆ってゲート絶縁膜２０８を形成する。ゲート絶縁
膜２０８としては、１０〜１５０ｎｍ、好ましくは５０
〜１００ｎｍの厚さの珪素を含む絶縁膜を用いれば良
い。これは単層構造でも積層構造でも良い。本実施例で
は８０ｎｍ厚の窒化酸化珪素膜を用いる。

【００４８】本実施例では、島状の結晶質珪素膜２０４
〜２０７の表面洗浄からゲート絶縁膜２０８の形成まで
を大気開放することなく行い、半導体膜とゲート絶縁膜
の界面における汚染物および界面準位の低減を図ってい
る。この場合、洗浄室とスパッタ室とを少なくとも有し
たマルチチャンバー方式（もしくはインライン方式）の
装置を用いれば良い。

【００４９】次に、第１の導電膜２０９として３０ｎｍ
厚の窒化タンタル膜を形成し、さらに第２の導電膜２１
０として３７０ｎｍのタングステン膜を形成する。他に
も第１の導電膜としてタングステン膜、第２の導電膜と
してアルミニウム合金膜を用いる組み合わせ、または第
１の導電膜としてチタン膜、第２の導電膜としてタング
ステン膜を用いる組み合わせを用いても良い。

【００５０】これらの金属膜はスパッタ法で形成すれば
良い。また、スパッタガスとしてＸｅ、Ｎｅ等の不活性
ガスを添加すると応力による膜はがれを防止することが
できる。また、タングステンターゲットの純度を９９．
９９９９％とすることで、抵抗率が２０ｍΩｃｍ以下の
低抵抗なタングステン膜を形成することができる。

【００５１】また、前述の半導体２０４〜２０７の表面
洗浄から第２の導電膜２１０の形成までを大気開放する
ことなく行うことも可能である。この場合、洗浄室、絶
縁膜を形成するスパッタ室および導電膜を形成するスパ
ッタ室を少なくとも有したマルチチャンバー方式（もし
くはインライン方式）の装置を用いれば良い。

【００５２】次に、レジスト２１１a〜２１１eを形成
し、第２の導電膜２１０をエッチングする。このエッチ
ング条件は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘
導結合型プラズマ）を用いたドライエッチングにより行
うことが好ましい。エッチングガスとしては四フッ化炭
素（ＣＦ₄）ガスと塩素（Ｃｌ₂）ガスと酸素（Ｏ₂）と
の混合ガスを用いる。

【００５３】典型的なエッチング条件としては、ガス圧
力を１Ｐａとし、この状態でコイル型の電極に５００Ｗ
のＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加してプラズマを
生成する。また、基板を乗せたステージには自己バイア
ス電圧として１５０ＷのＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）
を印加して、負の自己バイアスが基板に加わるようにす
る。また、このとき各ガスの流量は、四フッ化炭素ガス
を２．５×１０^-5ｍ³/ｍｉｎ、塩素ガスを２．５×１０
^-5ｍ³/ｍｉｎ、酸素ガスを１．０×１０^-5ｍ³/ｍｉｎと
すると良い（図３（Ｃ））。

【００５４】これにより第２の導電膜（タングステン
膜）２１０が選択的にエッチングされ、第２の導電膜か
らなる電極２１２〜２１６が形成される。第２の導電膜
２１０が選択的にエッチングされる理由は、エッチング
ガスに酸素が加わることで第１の導電膜（窒化タンタル
膜）のエッチングの進行が極端に遅くなるためである。

【００５５】なお、ここで第１の導電膜２０９を残して
おくには理由がある。このとき第１の導電膜をも一緒に
エッチングすることは可能であるが、第１の導電膜をエ
ッチングしてしまうと、同工程でゲート絶縁膜２０８も
エッチングされて膜減りしてしまう。このときゲート絶
縁膜２０８の膜厚が１００ｎｍ以上ならば問題とならな
いが、それ以下の厚さではその後の工程中にゲート絶縁
膜２０８の一部が除去され、その下の半導体膜が露呈
し、トランジスタのソース領域もしくはドレイン領域と
なる半導体膜まで除去されてしまうことが起こりうるか
らである。

【００５６】しかしながら、本実施例のように第１の導
電膜２０９を残しておくことで上記問題を解決すること
ができる。

【００５７】次に、レジスト２１１a〜２１１eおよび電
極２１２〜２１６をマスクとして自己整合的にｎ型不純
物元素（本実施例ではリン）を添加する。このときリン
は第１の導電膜２０９を貫通して添加される。こうして
形成される不純物領域２１７〜２２５にはｎ型不純物元
素が１×１０²⁰〜１×１０²¹atoms/cm³（代表的には２
×１０²⁰〜５×１０²¹atoms/cm³）の濃度で含む。

【００５８】次に、レジスト２１１a〜２１１eをマスク
として、第１の導電膜２０９のエッチングを行う。この
エッチングは、ＩＣＰを用いたドライエッチング法によ
り行い、エッチングガスとしては四フッ化炭素（Ｃ
Ｆ₄）ガスと塩素（Ｃｌ₂）ガスとの混合ガスを用いる。
典型的なエッチング条件は、ガス圧力を１Ｐａとし、こ
の状態でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ電力（１３．
５６ＭＨｚ）を印加してプラズマを生成する。また、基
板を乗せたステージには自己バイアス電圧として２０Ｗ
のＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加して、負の自己
バイアスが基板に加わるようにする。また、このとき各
ガスの流量は、四フッ化炭素ガスを３．０×１０^-5ｍ³/
ｍｉｎ、塩素ガスを３．０×１０^-5ｍ³/ｍｉｎとすると
良い。こうして、第１の導電膜からなる電極２２６〜２
３０が形成される（図３（Ｄ））。

【００５９】次に、図３（Ｅ）に示すように、レジスト
２１１a〜２１１gをそのまま用いて第２の導電膜からな
る電極２１２〜２１６を選択的にエッチングする。この
エッチングは、ＩＣＰを用いたドライエッチング法で行
い、エッチングガスとしては四フッ化炭素（ＣＦ₄）ガ
スと塩素（Ｃｌ₂）ガスと酸素（Ｏ₂）との混合ガスを用
いる。典型的なエッチング条件は、ガス圧力を１Ｐａと
し、この状態でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ電力
（１３．５６ＭＨｚ）を印加してプラズマを生成する。
また、基板を乗せたステージには自己バイアス電圧とし
て２０ＷのＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加して、
負の自己バイアスが基板に加わるようにする。また、こ
のとき各ガスの流量は、四フッ化炭素ガスを２．５×１
０^-5ｍ³/ｍｉｎ、塩素ガスを２．５×１０^-5ｍ³/ｍｉ
ｎ、酸素ガスを１．０×１０^-5ｍ³/ｍｉｎとすると良
い。この酸素の存在により窒化タンタル膜のエッチング
レートが抑制される。こうして第２のゲート電極２３１
〜２３５が形成される。

【００６０】次に、ｎ型不純物元素（本実施例ではリ
ン）を添加する。この工程では第２のゲート電極２３１
〜２３５がマスクとして機能し、第１の導電膜からなる
電極２２６〜２３０の一部を貫通してリンが添加され、
リンを２×１０¹⁶〜５×１０¹⁹atoms/cm³（代表的には
５×１０¹⁷〜５×１０¹⁸atoms/cm³）の濃度で含むｎ型
不純物領域２３６〜２４５が形成される。

【００６１】また、ここでの添加条件は、リンが第１の
導電膜およびゲート絶縁膜を貫通して島状の結晶質珪素
膜に到達するよう加速電圧を７０〜１２０ｋＶ（本実施
例では９０ｋＶ）と高めに設定する。

【００６２】次に、図４（Ａ）に示すように、第１の導
電膜からなる電極２２６〜２３０をエッチングして第１
のゲート電極２４６〜２５０を形成する。このエッチン
グは、ＩＣＰを用いたドライエッチング法もしくはＲＩ
Ｅ（Reactive Ion Etching）モードによるドライエッチ
ング法により行い、エッチングガスとしては四フッ化炭
素（ＣＦ₄）ガスと塩素（Ｃｌ₂）ガスとの混合ガスを用
いる。典型的なエッチング条件は、ガス圧力を１Ｐａと
し、この状態でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ電力
（１３．５６ＭＨｚ）を印加してプラズマを生成する。
また、基板を乗せたステージには自己バイアス電圧とし
て２０ＷのＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加して、
負の自己バイアスが基板に加わるようにする。また、こ
のとき各ガスの流量は、四フッ化炭素ガスを２．５×１
０^-5ｍ³/ｍｉｎ、塩素ガスを２．５×１０^-5ｍ³/ｍｉ
ｎ、酸素ガスを１．０×１０^-5ｍ³/ｍｉｎとすると良
い。

【００６３】このとき、第１のゲート電極２４６〜２５
０はｎ型不純物領域（ｂ）２３６〜２４５とゲート絶縁
膜２０８を介して一部重なるようにエッチングされる。
例えば、ｎ型不純物領域（ｂ）２３６は、ゲート絶縁膜
２０８を介して第１のゲート電極２４６に重ならない領
域２３６aおよび重なる領域２３６bに分けられ、ｎ型不
純物領域（ｂ）２３７は、ゲート絶縁膜２０８を介して
第１のゲート電極２４６に重ならない領域２３７aおよ
び重なる領域２３７bに分けられる。

【００６４】次に、レジスト２５１a、２５１bを形成
し、半導体をｐ型半導体にする不純物元素（以下、ｐ型
不純物元素という）を添加する。ｐ型不純物元素として
は周期表の１３族に属する元素（代表的にはボロン）を
添加すれば良い。ここではボロンが第１のゲート電極２
４７、２５０およびゲート絶縁膜２０８を貫通して半導
体膜に到達するよう加速電圧を設定する。こうしてｐ型
不純物領域２５２〜２５５が形成される（図４
（Ｂ））。

【００６５】次に、図４（Ｃ）に示すように、第１の無
機絶縁膜２５６として３０〜１００ｎｍの厚さの窒化珪
素膜もしくは窒化酸化珪素膜を形成する。その後、添加
されたｎ型不純物元素およびｐ型不純物元素を活性化す
る。活性化手段としては、ファーネスアニール、レーザ
ーアニール、ランプアニールもしくはそれらを併用する
ことができる。

【００６６】次に、図４（Ｄ）に示すように、窒化珪素
膜もしくは窒化酸化珪素膜からなる第２の無機絶縁膜２
５７を５０〜２００ｎｍの厚さに形成する。この第２の
無機絶縁膜２５７を形成したら、３５０〜４５０℃の温
度範囲で加熱処理を行う。なお、第２の無機絶縁膜２５
７を形成する前に、水素（Ｈ₂）ガスもしくはアンモニ
ア（ＮＨ₃）ガスを用いたプラズマ処理を行うことは有
効である。

【００６７】次に、有機絶縁膜２５８として可視光を透
過する樹脂膜を１〜２μmの厚さに形成する。樹脂膜と
しては、ポリイミド膜、ポリアミド膜、アクリル樹脂膜
もしくはＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）膜を用いれば良
い。また、感光性樹脂膜を用いることも可能である。

【００６８】なお、本実施例では第１の無機絶縁膜２５
６、第２の無機絶縁膜２５７および有機絶縁膜２５８の
積層膜を総称して層間絶縁膜と呼ぶ。

【００６９】次に、図５（Ａ）に示すように、有機絶縁
膜２５８の上に仕事関数が大きく、可視光に対して透明
な酸化物導電膜からなる画素電極（陽極）２５９を８０
〜１２０ｎｍの厚さに形成する。本実施例では、酸化亜
鉛に酸化ガリウムを添加した酸化物導電膜を形成する。
また、他の酸化物導電膜として、酸化インジウム、酸化
亜鉛、酸化スズ、もしくはそれらを組み合わせた化合物
からなる酸化物導電膜を用いることも可能である。

【００７０】なお、酸化物導電膜を成膜した後、パター
ニングを行って画素電極２５９を形成するが、パターニ
ング前に酸化物導電膜の表面の平坦化処理を行うことも
できる。平坦化処理は、プラズマ処理でも良いし、ＣＭ
Ｐ（ケミカルメカニカルポリッシング）処理でも良い。

【００７１】次に、層間絶縁膜に対してコンタクトホー
ルを形成し、配線２６０〜２６６を形成する。また、こ
のとき配線２６６は画素電極２５９と接続されるように
形成する。なお、本実施例ではこの配線を、下層側から
１５０ｎｍのチタン膜、３００ｎｍのチタンを含むアル
ミニウム膜、１００ｎｍのチタン膜をスパッタ法で連続
形成した三層構造の積層膜とする。

【００７２】このとき、配線２６０、２６２はＣＭＯＳ
回路のソース配線、２６１はドレイン配線として機能す
る。また、配線２６３はスイッチングトランジスタのソ
ース配線、配線２６４はスイッチングトランジスタのド
レイン配線である。また、２６５は電流制御トランジス
タのソース配線（電流供給線に相当する）、２６６は電
流制御トランジスタのドレイン配線であり、画素電極２
５９に接続される。

【００７３】次に、図５（Ｂ）に示すようにバンク２６
７を形成する。バンク２６７は１００〜４００ｎｍの珪
素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして
形成すれば良い。このバンク２６７は画素と画素との間
（画素電極と画素電極との間）を埋めるように形成され
る。また、次に形成する発光層等の有機ＥＬ膜が画素電
極２５９の端部に直接触れないようにする目的もある。

【００７４】なお、バンク２６７は絶縁膜であるため、
成膜時における素子の静電破壊には注意が必要である。
バンク２６７の材料となる絶縁膜中にカーボン粒子や金
属粒子を添加して抵抗率を下げると、成膜時の静電気の
発生を抑制することができる。その場合、バンク２６７
の材料となる絶縁膜の抵抗率が１×１０⁶〜１×１０¹ ²
Ωｍ（好ましくは１×１０⁸〜１×１０¹⁰Ωｍ）となる
ようにカーボン粒子や金属粒子の添加量を調節すれば良
い。

【００７５】また、バンク２６７にカーボン粒子や金属
粒子を添加すると光吸収性が高まり、透過率が低下す
る。即ち、発光装置の外部からの光が吸収されるのでＥ
Ｌ素子の陰極面に外部の景色が映り込むといった不具合
を避けることができる。

【００７６】次に、ＥＬ層２６８を蒸着法により形成す
る。なお、本実施例では、正孔注入層および発光層の積
層体をＥＬ層と呼んでいる。即ち、発光層に対して正孔
注入層、正孔輸送層、正孔阻止層（もしくは、ホールブ
ロッキング層という）、電子輸送層もしくは電子注入層
を組み合わせた積層体であるが、本明細書中では、これ
らのうち少なくとも発光層と正孔輸送層を含む積層体で
あれば、ＥＬ層と呼ぶことにする。

【００７７】なお、ここでは、ＥＬ層として発光層にト
リプレット化合物を用い、緑色の発光を示す層を形成さ
せる方法について説明する。

【００７８】本実施例では、まず正孔注入層として銅フ
タロシアニン（ＣｕＰｃ）膜を２０ｎｍの厚さに成膜す
る。次に、正孔輸送層として、スターバーストアミンと
呼ばれる芳香族アミンのＭＴＤＡＴＡを２０ｎｍ、同じ
く芳香族アミン系の化合物であるα−ＮＰＤを１０ｎｍ
の厚さに成膜する。つまり、本実施例では、正孔輸送層
をＭＴＤＡＴＡとα−ＮＰＤとの２層で形成される構造
の場合について説明している。

【００７９】正孔輸送層を形成する材料には、大きく分
けて正孔輸送性低分子化合物と正孔輸送性高分子化合物
があるが、これらを複数用いて積層構造の正孔輸送層を
形成することができる。具体的には、正孔輸送性低分子
化合物としては、ＴＰＡＣやＰＤＡ及びＴＰＤといった
化合物を用いることができる。又、正孔輸送性高分子化
合物としては、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）やＴ
ＰＤを高分子の主鎖や側鎖に組み込んだ種々の高分子化
合物を用いることができる。

【００８０】なお、正孔輸送層は、複数の材料を積層さ
せて形成することができるが、正孔輸送層全体の膜厚
は、２０〜１００ｎｍ程度が好ましく、積層する層の数
が増えると一層あたりの膜厚は薄くする必要がある。そ
のため、積層数は、２〜４層程度が好ましい。

【００８１】さらに発光層としてＣＢＰとＩｒ（ｐｐ
ｙ）₃を共蒸着法により２０ｎｍの厚さに成膜する。発
光層を形成した後で、ホールブロッキング層としてＢＣ
Ｐを１０ｎｍ、電子輸送層としてアルミキノリラト錯体
（Ａｌｑ₃）を４０ｎｍの厚さに形成する。

【００８２】なお、ここでは、緑色の発光を示すＥＬ層
を形成する場合について説明したが、緑色の発光材料と
しては、先に電子輸送層を形成する材料として挙げたア
ルミキノリラト錯体（Ａｌｑ₃）、ベンゾキノリノラト
ベリリウム錯体（ＢｅＢｑ）を用いることもできる。さ
らには、アルミキノリラト錯体（Ａｌｑ₃）にクマリン
６やキナクリドンといった材料をドーパントとして用い
たものを発光材料として用いることもできる。

【００８３】さらに、赤色の発光を示すＥＬ層を形成す
る場合には、Ｅｕ錯体（Ｅｕ（ＤＣＭ）₃（Ｐｈｅｎ）
の他にアルミキノリラト錯体（Ａｌｑ₃）にＤＣＭ−１
をドーパントとして用いたもの等を発光材料として用い
ることができる。

【００８４】また、青色の発光を示すＥＬ層を形成する
場合には、ジスチリル誘導体であるＤＰＶＢｉの他に、
アゾメチン化合物を配位子に持つ亜鉛錯体及びＤＰＶＢ
ｉにペリレンをドーピングしたものを発光材料に用いる
ことができる。

【００８５】本発明を実施する上で、例えば、赤色、青
色及び緑色のＥＬ層を形成させる場合には、以上に示し
たような発光材料を用いることができる。又、発光材料
としては、必要に応じてシングレット化合物とトリプレ
ット化合物とを自由に組み合わせて用いることができ
る。なお、トリプレット化合物には、発明を解決する手
段のところで紹介した材料を用いることもできる。

【００８６】しかし、赤色、青色及び緑色のＥＬ層を形
成させるのは、実施例の一つであるためこれに限定され
ることはなく、その他の色を複数組み合わせて形成する
ことも可能である。

【００８７】ＥＬ層２６８を形成したら、仕事関数の小
さい導電膜からなる陰極２６９を３００ｎｍの厚さに形
成する。仕事関数の小さい導電膜としては、長周期型周
期律表の１族もしくは２族に属する元素や３〜１１族に
属する遷移元素を含む導電膜を用いれば良い。本実施例
では、イッテルビウム（Ｙｂ）からなる導電膜を用いる
が、その他にリチウムとアルミニウムとの化合物からな
る導電膜を用いることもできる。こうして画素電極（陽
極）２５９、ＥＬ層２６８および陰極２６９を含むＥＬ
素子２７０が形成される。

【００８８】なお、陰極２６９を形成した後、ＥＬ素子
２７０を完全に覆うようにしてパッシベーション膜２７
１を設けることは有効である。パッシベーション膜２７
１としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素
膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み
合わせた積層で用いる。

【００８９】この際、カバレッジの良い膜をパッシベー
ション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にＤ
ＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を用いることは
有効である。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範
囲で成膜可能であるため、耐熱性の低いＥＬ層２６８の
上方にも容易に成膜することができる。また、ＤＬＣ膜
は酸素に対するブロッキング効果が高く、ＥＬ層２６８
の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後
に続く封止工程を行う間にＥＬ層２６８が酸化するとい
った問題を防止することができる。

【００９０】さらに、少なくとも画素部を囲むように基
板２０１（もしくは下地膜２０２）上に、シール材（図
示せず）を設け、カバー材２７２を貼り合わせる。シー
ル材としては脱ガスが少なく水や酸素を透過しにくい紫
外線硬化樹脂を用いれば良い。また、空隙２７３は不活
性ガス（窒素ガスもしくは希ガス）、樹脂（紫外線硬化
樹脂もしくはエポキシ樹脂）または不活性気体で充填す
れば良い。

【００９１】また、空隙２７３に吸湿効果を有する物質
もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効
である。また、カバー材２７２はガラス基板、金属基板
（好ましくはステンレス基板）、セラミックス基板もし
くはプラスチック基板（プラスチックフィルムを含む）
を用いれば良い。なお、プラスチック基板を用いる場
合、表面および裏面に炭素膜（好ましくはダイヤモンド
ライクカーボン膜）を設けて酸素や水の透過を防ぐこと
が好ましい。

【００９２】こうして図５（Ｂ）に示すような構造の発
光装置が完成する。なお、バンク２６７を形成した後、
パッシベーション膜２７１を形成するまでの工程をマル
チチャンバー方式（またはインライン方式）の成膜装置
を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効
である。また、さらに発展させてカバー材２７２を貼り
合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理するこ
とも可能である。

【００９３】こうして、基板２０１上にｎチャネル型ト
ランジスタ６０１、ｐチャネル型トランジスタ６０２、
スイッチングトランジスタ（映像データ信号を画素内に
伝送するスイッチング素子として機能するトランジス
タ）６０３および電流制御トランジスタ（ＥＬ素子に流
れる電流を制御する電流制御素子として機能するトラン
ジスタ）６０４が形成される。

【００９４】このとき駆動回路は基本回路としてｎチャ
ネル型トランジスタ６０１とｐチャネル型トランジスタ
６０２とを相補的に組み合わせたＣＭＯＳ回路を含む。
また、画素部はスイッチングトランジスタ６０３および
電流制御トランジスタ６０４を含む複数の画素により形
成されている。

【００９５】ここまでの製造工程で必要としたフォトリ
ソグラフィ工程は７回であり、一般的なアクティブマト
リクス型発光装置よりも少ない。即ち、トランジスタの
製造工程が大幅に簡略化されており、歩留まりの向上お
よび製造コストの低減が実現できる。

【００９６】さらに、図４（Ａ）を用いて説明したよう
に、第１のゲート電極にゲート絶縁膜を介して重なる不
純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因
する劣化に強いｎチャネル型トランジスタを形成するこ
とができる。そのため、信頼性の高い発光装置を実現で
きる。

【００９７】さらに、ＥＬ素子を保護するための封止
（または封入）工程まで行った本実施例の発光装置につ
いて図６（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。なお、必要
に応じて図３〜図５で用いた符号を引用する。

【００９８】図６（Ａ）は、ＥＬ素子の封止までを行っ
た状態を示す上面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）をＡ−
Ａ’で切断した断面図である。点線で示された５０１は
画素部、５０２はソース側駆動回路、５０３はゲート側
駆動回路である。また、５０４はカバー材、５０５は第
１シール材、５０６は第２シール材である。

【００９９】なお、５０７はソース側駆動回路５０２及
びゲート側駆動回路５０３に入力される信号を伝送する
ための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキ
シブルプリントサーキット）５０８からビデオ信号やク
ロック信号を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示
されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（Ｐ
ＷＢ）が取り付けられていても良い。

【０１００】次に、断面構造について図６（Ｂ）を用い
て説明する。基板２０１の上方には画素部５０１、ソー
ス側駆動回路５０２が形成されており、画素部５０１は
電流制御用トランジスタ６０４とそのドレインに電気的
に接続された画素電極２５９を含む複数の画素により形
成される。また、ソース側駆動回路５０２はｎチャネル
型トランジスタ６０１とｐチャネル型トランジスタ６０
２とを組み合わせたＣＭＯＳ回路（図５（Ｂ）参照）を
用いて形成される。なお、基板２０１に偏光板（代表的
には円偏光板）を貼り付けても良い。

【０１０１】画素電極２５９はＥＬ素子の陽極として機
能する。また、画素電極２５９の両端にはバンク２６７
が形成され、画素電極２５９上にはＥＬ層２６８および
ＥＬ素子の陰極２６９が形成される。陰極２６９は全画
素に共通の配線としても機能し、接続配線５０７を経由
してＦＰＣ５０８に電気的に接続されている。さらに、
画素部５０１及びソース側駆動回路５０２に含まれる素
子は全てパッシベーション膜２７１で覆われている。

【０１０２】また、第１シール材５０５によりカバー材
５０４が貼り合わされている。なお、カバー材５０４と
ＥＬ素子との間隔を確保するためにスペーサを設けても
良い。そして、第１シール材５０５の内側には空隙２７
３が形成されている。なお、第１シール材５０５は水分
や酸素を透過しない材料であることが望ましい。さら
に、空隙２７３の内部に吸湿効果をもつ物質や酸化防止
効果をもつ物質を設けることは有効である。

【０１０３】なお、カバー材５０４の表面および裏面に
は保護膜として炭素膜（具体的にはダイヤモンドライク
カーボン膜）５０９a、５０９bを２〜３０ｎｍの厚さに
設けると良い。このような炭素膜は、酸素および水の侵
入を防ぐとともにカバー材５０４の表面を機械的に保護
する役割をもつ。

【０１０４】また、カバー材５０４を接着した後、第１
シール材５０５の露呈面を覆うように第２シール材５０
６を設けている。第２シール材５０６は第１シール材５
０５と同じ材料を用いることができる。

【０１０５】以上のような構造でＥＬ素子を封入するこ
とにより、ＥＬ素子を外部から完全に遮断することがで
き、外部から水分や酸素等のＥＬ層の酸化による劣化を
促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、
信頼性の高い発光装置が得られる。

【０１０６】なお、図６（Ａ）、（Ｂ）に示したよう
に、同一の基板上に画素部および駆動回路を有しＦＰＣ
まで取り付けられた発光装置を、本明細書中では特に駆
動回路内蔵型発光装置と呼ぶ。

【０１０７】また、本実施例を実施して作製された発光
装置は、デジタル信号により動作させることもアナログ
信号により動作させることも可能である。

【０１０８】〔実施例２〕本実施例では、本発明を実施
する上で用いることができる複数のＥＬ層を形成し、こ
れらを用いたＥＬ素子の特性を示す。なお、本実施例に
おいて作製したＥＬ層の構成を図７に示す。

【０１０９】図７（Ａ）は、ＥＬ素子ａの構成を示す。
まず、酸化インジウムと酸化スズを組み合わせた化合物
からなる陽極上に正孔輸送層としてα−ＮＰＤを蒸着法
により、４０ｎｍの膜厚で形成する。その上に発光層を
形成する発光材料としてトリプレット化合物であるＩｒ
（ｐｐｙ）₃とＣＢＰを共蒸着法により２０ｎｍに成膜
する。さらに発光層上に電子輸送層としてＢＣＰを１０
ｎｍ、Ａｌｑ₃を４０ｎｍ、それぞれ蒸着法により形成
した後、陰極としてＹｂを４００ｎｍの膜厚に蒸着する
ことによりＥＬ素子ａが形成される。なお、ＥＬ素子ａ
により得られる発光は、トリプレット化合物による三重
項励起エネルギーを利用したものである。

【０１１０】図７（Ｂ）は、ＥＬ素子ｂの構成を示す。
まず、酸化インジウムと酸化スズを組み合わせた化合物
からなる陽極上に正孔注入層として、銅フタロシアニン
を２０ｎｍ、正孔輸送層としてＭＴＤＡＴＡを２０ｎ
ｍ、α−ＮＰＤを１０ｎｍ、それぞれ蒸着法により形成
する。その上に発光層を形成する発光材料としてシング
レット化合物であるＡｌｑ₃を蒸着法により５０ｎｍに
成膜する。そして、陰極としてＹｂを４００ｎｍの膜厚
に蒸着することによりＥＬ素子ｂが形成される。なお、
ＥＬ素子ｂにより得られる発光は、シングレット化合物
による一重項励起エネルギーを利用したものである。

【０１１１】図７（Ｃ）は、ＥＬ素子ｃの構成を示す。
まず、酸化インジウムと酸化スズを組み合わせた化合物
からなる陽極上に正孔輸送層として、α−ＮＰＤを５０
ｎｍ蒸着法により形成する。その上に発光層を形成する
発光材料としてシングレット化合物であるＡｌｑ₃を蒸
着法により５０ｎｍに成膜する。そして、陰極としてＹ
ｂを４００ｎｍの膜厚に蒸着することによりＥＬ素子ｃ
を形成する。なお、ＥＬ素子ｃにより得られる発光は、
シングレット化合物による一重項励起エネルギーを利用
したものである。また、ＥＬ素子ｃは、発光層と正孔輸
送層のみでＥＬ層が形成されている。

【０１１２】図７（Ｄ）は、ＥＬ素子ｄの構成を示す。
まず、酸化インジウムと酸化スズを組み合わせた化合物
からなる陽極上に正孔注入層として、ポリチオフェン誘
導体であるＰＥＤＯＴをスピンコート法により３０ｎｍ
の膜厚で成膜する。さらに、発光材料としてポリパラフ
ェニレンビニレン（以下ＰＰＶで示す）をその上にスピ
ンコート法により８０ｎｍの膜厚で形成する。そして、
陰極としてＹｂを４００ｎｍの膜厚に蒸着法を用いて形
成することによりＥＬ素子ｄを形成する。なお、ＥＬ素
子ｄにより得られる発光は、シングレット化合物による
一重項励起エネルギーを利用したものである。また、Ｅ
Ｌ素子ｄは、発光層に高分子材料を用いている点におい
て、これまで示した他のＥＬ素子と異なる。

【０１１３】次に、図７において説明したＥＬ素子を用
いて電気的な特性評価を行った。この結果を図８に示
す。まず、図８（Ａ）に電流密度に対する輝度特性を示
す。大きく分けると、トリプレット化合物を用いたＥＬ
素子とシングレット化合物を用いたＥＬ素子で、電流密
度に対する特性に違いが見られた。すなわち、トリプレ
ット化合物を用いたＥＬ素子ａについては、６０mA/cm²
の電流密度に対して６０００cd/m²位の輝度が得られた
が、シングレット化合物を用いたＥＬ素子ｂ、ＥＬ素子
ｃ及びＥＬ素子ｄに関しては、約３分の１である２００
０cd/m²位の輝度しか得られなかった。

【０１１４】さらに、図８（Ｂ）には、電流密度に対す
る外部量子効率を測定した結果を示す。外部量子効率に
関しても輝度特性と同様にトリプレット化合物をＥＬ素
子に用いたＥＬ素子ａが圧倒的に良い特性を示した。最
も差の大きいところでは、７倍程度の高量子効率が得ら
れている。

【０１１５】図８の結果で示されたように、ＥＬ素子に
トリプレット化合物を用いることでより効率よく発光を
得ることができる。

【０１１６】そこで、トリプレット化合物を用いた図７
（Ａ）のＥＬ素子ａにより得られる発光をさらに改善す
るために、さらに別の層を設けた。

【０１１７】図９（Ａ）には、図７（Ａ）で示したのと
同じＥＬ素子ａを示す。そして、図９（Ｂ）には、ＥＬ
素子ａの陽極上に銅フタロシアニンを蒸着法により２０
ｎｍの膜厚で形成させたものである。この時の電気特性
に関して図１０に示したが、図１０（Ａ）で示されるよ
うに、銅フタロシアニンを陽極上に設けることでＥＬ素
子の輝度自体はそれほど変化しなかったが、輝度が保持
される時間が長くなった。

【０１１８】また、図１０（Ｂ）からは、膜が一層増え
ることにより初期に流れる電流の値に差が生じるが、時
間の経過とともにほぼ同じになることから、図１０
（Ａ）及び図１０（Ｂ）により同じ電流量を流した時の
ＥＬ素子の耐久性は向上することが明らかになった。通
常、銅フタロシアニンは、陽極からの正孔の注入性を良
くする正孔注入材料として知られているが、ここでは、
ＥＬ素子の耐久性を向上させる材料であることが言え
る。なお、この結果は、６．５Ｖの低電圧下で、連続的
にＥＬ素子を点灯させて、時間の経過に伴うＥＬ素子の
輝度およびＥＬ素子に流れる電流量を測定したものであ
る。また、本実施例で示した銅フタロシアニンの代わり
にポリチオフェン系の材料、例えばＰＥＤＯＴ（poly
(3,4‐ethylene dioxythiophene)）を用いることも可能
である。

【０１１９】そこで、図９（Ｃ）で示すようなＥＬ素子
を作製した。図９（Ｂ）の正孔輸送層であるα−ＮＰＤ
（４０ｎｍ）の代わりにＭＴＤＡＴＡを２０ｎｍ、α−
ＮＰＤを１０ｎｍ、蒸着法によりそれぞれ形成した。つ
まり、これまでの銅フタロシアニンと正孔輸送層との２
層間にもう１層の正孔輸送層を設けて、２層間のＨＯＭ
Ｏ準位におけるエネルギー差を小さくしている。なお、
本明細書中では、図９（Ｃ）の素子をＥＬ素子ａ’と呼
ぶことにする。

【０１２０】図９（Ｃ）で示すＥＬ素子の電気特性につ
いて、図１１に示す。図１１（Ａ）は、図９（Ａ）に示
すＥＬ素子ａとＥＬ素子ａに銅フタロシアニンからなる
正孔注入層とＭＴＤＡＴＡからなる正孔輸送層を形成さ
せたＥＬ素子ａ’について、その電流密度に対する発光
輝度を測定した結果である。これにより、銅フタロシア
ニン及びＭＴＤＡＴＡを積層することによるＥＬ素子の
発光輝度に影響がないことが分かる。

【０１２１】また、図１１（Ｂ）は、ＥＬ素子に電圧を
印加したときの発光輝度について測定した結果である
が、銅フタロシアニン及びＭＴＤＡＴＡを積層すること
による輝度の向上が見られる。同じ電圧を印加したとき
の輝度が向上したことから、同じ発光輝度をより低電圧
で行えることになる。

【０１２２】さらに、図１１（Ｃ）には、ＥＬ素子に電
圧を印加したときの電流量について測定した結果を示
す。ここでは、印加電圧に対する電流量は、同じ電圧で
見たときにＥＬ素子ａよりもＥＬ素子ａ’において増加
している。

【０１２３】以上の結果は、ＥＬ素子ａに銅フタロシア
ニン及びＭＴＤＡＴＡを積層してＥＬ素子ａ’を形成す
ることにより、ＥＬ素子の低電圧化が実現されたことを
示している。

【０１２４】さらにＥＬ素子ａ’における応答速度につ
いて、測定を行った。測定は、任意の電源により、ＤＣ
（直流電流）を印加して、これをＯＮ、ＯＦＦにより切
り替える。なお、ＯＮは、選択期間であり、電圧を印加
する期間のことをいう。また、ＯＦＦは、非選択期間で
あり、電圧は０Ｖである。又、これらの期間は、いずれ
も２５０μsである。

【０１２５】なお、具体的には、顕微鏡に光電子増倍管
（Photomultiplier）を設置し、光電子増倍管の出力を
オシロスコープで読みとった値で、評価を行った。ま
た、本測定においては、ＯＦＦからＯＮへの切り替えを
立ち上がり、ＯＮからＯＦＦへの切り替えを立ち下がり
と定義する。そして、電源の電圧がＯＦＦからＯＮに切
り替わった瞬間から、それに追従する光学応答が１００
％の発光輝度に対して９０％まで増加した発光輝度を示
すのに要する時間を立ち上がりの応答時間とした。ま
た、電源の電圧がＯＮからＯＦＦに切り替わった瞬間か
ら、それに追従する光学応答が、それまでの１００％の
発光輝度に対して１０％まで減少した発光輝度を示すの
に要する時間を立ち下がりの応答時間とした。

【０１２６】この時の測定の様子を図２５に示す。な
お、図２５において矢印ａで示されるのが電源の出力
（電圧）であり、矢印ｂで示されるのが出力に対する光
学応答である。また、光電子増倍管は、マイナス出力タ
イプを用いたため、ＯＦＦ（０Ｖ）からＯＮ（ここでは
６Ｖの例を示す）に切り替わったときに、負電位が出力
されている。

【０１２７】図２５に９０％の輝度が得られた点を矢印
ｃで示したが、この時の立ち上がりの応答時間は２８μ
ｓであった。なお、本実施例において、電源の出力が６
Ｖであるとき、ＥＬ素子により多少のバラツキはあるも
のの、立ち上がり及び立ち下がりの応答時間は、いずれ
も１〜１００μｓ、好ましくは１〜５０μｓの範囲で実
施することができる。さらにＯＮにおける電圧を６Ｖか
ら１０Ｖまで１Ｖずつ変えて測定した結果（立ち上がり
時間及び立ち下がり時間）を表１に示す。

【０１２８】

【表１】

【０１２９】表１からこれらの電圧の範囲における応答
速度は非常に速いため、通常のデジタル駆動においても
問題なく使用できることが示された。

【０１３０】〔実施例３〕本実施例のアクティブマトリ
クス型発光装置における画素部の断面構造を図１２に示
す。図１２において、１０は絶縁体、１１は図５（Ｂ）
の電流制御トランジスタ（ＴＦＴ）６０４、１２は画素
電極（陽極）、１３はバンク、１４は公知の正孔注入
層、１５は赤色に発光する発光層、１６は緑色に発光す
る発光層、１７は青色に発光する発光層、１８は公知の
電子輸送層、１９は陰極である。

【０１３１】このとき本実施例では、赤色に発光する発
光層１５および青色に発光する発光層１７としてトリプ
レット化合物を用い、緑色に発光する発光層１６として
シングレット化合物を用いる。即ち、シングレット化合
物を用いたＥＬ素子は緑色に発光するＥＬ素子であり、
前記トリプレット化合物を用いたＥＬ素子は赤色に発光
するＥＬ素子および青色に発光するＥＬ素子である。

【０１３２】低分子の有機化合物を発光層として用いる
場合、現状では赤色に発光する発光層と青色に発光する
発光層の寿命が緑色に発光する発光層よりも短い。これ
は発光効率が劣るため、緑色と同じ発光輝度を得るため
には動作電圧を高く設定しなければならず、その分劣化
の進行が早まるためである。

【０１３３】しかしながら、本実施例では赤色に発光す
る発光層１５と青色に発光する発光層１７として発光効
率の高いトリプレット化合物を用いているため、緑色に
発光する発光層１６と同じ発光輝度を得ながらも動作電
圧を揃えることが可能である。従って、赤色に発光する
発光層１５及び青色に発光する発光層１７の劣化が極端
に早まることはなく、色ずれ等の問題を起こさずにカラ
ー表示を行うことが可能となる。また、動作電圧を低く
抑えることができることは、トランジスタの耐圧のマー
ジンを低く設定できる点からも好ましいことである。

【０１３４】なお、本実施例では、赤色に発光する発光
層１５及び青色に発光する発光層１７としてトリプレッ
ト化合物を用いた例を示しているが、さらに緑色に発光
する発光層１６にトリプレット化合物を用いることも可
能である。

【０１３５】次に、本実施例を実施した場合における画
素部の回路構成を図１３に示す。なお、ここでは赤色に
発光するＥＬ素子を含む画素（画素（赤））２０a、緑
色に発光するＥＬ素子を含む画素（画素（緑））２０b
および青色に発光するＥＬ素子を含む画素（画素
（青））２０cの三つを図示しているが、いずれも回路
構成は同一である。

【０１３６】図１３（Ａ）において、２１はゲート配
線、２２a〜２２cはソース配線（データ配線）、２３a
〜２３cは電流供給線である。電流供給線２３はＥＬ素
子の動作電圧を決定する配線であり、赤色発光の画素２
０a、緑色発光の画素２０bおよび青色発光の画素２０c
のいずれの画素においても同じ電圧が印加される。従っ
て、配線の線幅（太さ）も全て同一設計で良い。

【０１３７】また、２４a〜２４cはスイッチングトラン
ジスタであり、ここではｎチャネル型トランジスタで形
成されている。なお、ここではソース領域とドレイン領
域との間に二つのチャネル形成領域を有した構造を例示
しているが、二つ以上もしくは一つであっても構わな
い。

【０１３８】また、２５a〜２５cは電流制御トランジス
タであり、ゲートはスイッチングトランジスタ２４a〜
２４cのいずれかに、ソースは電流供給線２３a〜２３c
のいずれかに、ドレインはＥＬ素子２６a〜２６cのいず
れかに接続される。なお、２７a〜２７cはコンデンサで
あり、各々電流供給線２５a〜２５cのゲートに印加され
る電圧を保持する。但し、コンデンサ２７a〜２７cは省
略することも可能である。

【０１３９】なお、図１３（Ａ）ではｎチャネル型トラ
ンジスタからなるスイッチングトランジスタ２４a〜２
４cおよびｐチャネル型トランジスタからなる電流制御
トランジスタ２５a〜２５cを設けた例を示しているが、
図１３（Ｂ）に示すように、画素（赤）３０a、画素
（緑）３０bおよび画素（青）３０cの各々に、ｐチャネ
ル型トランジスタからなるスイッチングトランジスタ２
８a〜２８cおよびｎチャネル型トランジスタからなる電
流制御トランジスタ２９a〜２９cを設けることも可能で
ある。

【０１４０】さらに、図１３（Ａ）、（Ｂ）では一つの
画素内に二つのトランジスタを設けた例を示している
が、トランジスタの個数は二つ以上（代表的には三つ〜
六つ）であっても良い。その場合においても、ｎチャネ
ル型トランジスタとｐチャネル型トランジスタとをどの
ように組み合わせて設けても構わない。

【０１４１】本実施例では、ＥＬ素子２６aが赤色発光
のＥＬ素子であり、ＥＬ素子２６cが青色発光のＥＬ素
子であり、いずれも発光層としてトリプレット化合物を
用いている。また、ＥＬ素子２６bが緑色発光のＥＬ素
子であり、発光層としてシングレット化合物を用いてい
る。

【０１４２】こうしてトリプレット化合物とシングレッ
ト化合物を使い分けることでＥＬ素子２６a〜２６cの動
作電圧をすべて同一（１０Ｖ以下、好ましくは３〜１０
Ｖ）とすることが可能となる。従って、発光装置に必要
な電源を例えば３Ｖもしくは５Ｖで統一することができ
るため、回路設計が容易となる利点がある。

【０１４３】なお、本実施例の構成は、実施例１また
は、実施例２のいずれの構成とも組み合わせて実施する
ことが可能である。

【０１４４】〔実施例４〕本実施例では、画素部および
駆動回路をすべてｎチャネル型トランジスタで形成した
場合について説明する。なお、ｎチャネル型トランジス
タの製造工程は実施例１に従えば良いので説明は省略す
る。

【０１４５】本実施例の発光装置の断面構造を図１４に
示す。なお、基本的な構造は実施例１に示した図５
（Ｂ）の断面構造と同じであるため、ここでは相違点の
みを説明することとする。

【０１４６】本実施例では、図５（Ｂ）のｐチャネル型
トランジスタ６０２の代わりにｎチャネル型トランジス
タ１２０１が設けられ、電流制御トランジスタ６０４の
代わりにｎチャネル型トランジスタからなる電流制御ト
ランジスタ１２０２が設けられている。

【０１４７】また、電流制御トランジスタ１２０２のド
レインに接続された配線２６６はＥＬ素子の陰極として
機能し、その上にＥＬ層１２０３、酸化物導電膜からな
る陽極１２０４、パッシベーション膜１２０５が設けら
れている。このとき配線２６６は周期表の１族もしくは
２族に属する元素を含む金属膜で形成されるか、少なく
ともＥＬ層１２０３と接する面が、周期表の１族もしく
は２族に属する元素を含む金属膜で形成されることが望
ましい。

【０１４８】また、本実施例で用いるｎチャネル型トラ
ンジスタはすべてエンハンスメント型トランジスタであ
っても良いし、すべてデプレッション型トランジスタで
あっても良い。勿論、両者を作り分けて組み合わせて用
いることも可能である。

【０１４９】ここで画素の回路構成を図１５に示す。な
お、図１３と同一の符号を付した部分については図１３
の説明を参照すれば良い。

【０１５０】図１５に示すように、画素（赤）３５a、
画素（緑）３５b、画素（青）３５cの各々に設けられた
スイッチングトランジスタ２４a〜２４cおよび電流制御
トランジスタ３６a〜３６cは、すべてｎチャネル型トラ
ンジスタで形成されている。

【０１５１】本実施例の構成によれば、実施例１の発光
装置の製造工程においてｐチャネル型トランジスタを形
成するためのフォトリソグラフィ工程、及び実施例１に
おける画素電極（陽極）を形成するためのフォトリソグ
ラフィ工程を省略することができるため、さらに製造工
程を簡略化することが可能である。

【０１５２】なお、本実施例の構成は実施例１〜実施例
３のいずれの構成とも組み合わせて実施することが可能
である。

【０１５３】〔実施例５〕本実施例では、画素部および
駆動回路をすべてｐチャネル型トランジスタで形成した
場合について説明する。本実施例の発光装置の断面構造
を図１６に示す。なお、実施例１に示した図５（Ｂ）と
同一の符号を付してある部分は実施例１の説明を参照す
れば良い。

【０１５４】本実施例では、駆動回路がｐチャネル型ト
ランジスタ１４０１およびｐチャネル型トランジスタ１
４０２で形成されるＰＭＯＳ回路で形成され、画素部が
ｐチャネル型トランジスタからなるスイッチングトラン
ジスタ１４０３およびｐチャネル型トランジスタからな
る電流制御トランジスタ１４０４を有している。なお、
ｐチャネル型トランジスタ１４０１の活性層は、ソース
領域４１、ドレイン領域４２、ＬＤＤ領域４３a、４３b
およびチャネル形成領域４４を含む。活性層の構成は、
ｐチャネル型トランジスタ１４０２、スイッチングトラ
ンジスタ１４０３、電流制御トランジスタ１４０４も同
様である。

【０１５５】ここで本実施例のｐチャネル型トランジス
タの製造工程について図１７を用いて説明する。まず、
実施例１の製造工程に従って図３（Ｂ）の工程まで行
う。

【０１５６】次に、レジスト２１１a〜２１１eを用いて
第２の導電膜からなる電極２１２〜２１６を形成する。
そして、レジスト２１１a〜２１１eおよび第２の導電膜
からなる電極２１２〜２１６をマスクとして周期表の１
３族に属する元素（本実施例ではボロン）を半導体膜に
添加し、１×１０²⁰〜１×１０²¹atoms/cm³の濃度でボ
ロンを含む領域（以下、ｐ型不純物領域（ａ）という）
３０１〜３０９を形成する（図１７（Ａ））。

【０１５７】次に、レジスト２１１a〜２１１eを用いて
第２の導電膜からなる電極２１２〜２１６を図３（Ｅ）
と同様のエッチング条件でエッチングし、第２のゲート
電極３１０〜３１４を形成する（図１７（Ｂ））。

【０１５８】次に、レジスト２１１a〜２１１eおよび第
２のゲート電極３１０〜３１４をマスクとして第１の導
電膜２０９を図３（Ｄ）と同様のエッチング条件でエッ
チングし、第１のゲート電極３１５〜３１９を形成す
る。

【０１５９】そして、レジスト２１１a〜２１１eおよび
第２のゲート電極３１０〜３１４をマスクとして周期表
の１３族に属する元素（本実施例ではボロン）を半導体
膜に添加し、１×１０¹⁶〜１×１０¹⁹atoms/cm³（代表
的には１×１０¹⁷〜１×１０¹ ⁸atoms/cm³）の濃度でボ
ロンを含む領域（以下、ｐ型不純物領域（ｂ）という）
３２０〜３２９を形成する（図１７（Ｃ））。

【０１６０】この後の工程は実施例１の図４（Ｃ）以降
の工程に従えば良い。以上のような工程により図１６に
示す構造の発光装置を形成することができる。

【０１６１】また、本実施例で用いるｐチャネル型トラ
ンジスタはすべてエンハンスメント型トランジスタであ
っても良いし、すべてデプレッション型トランジスタで
あっても良い。勿論、両者を作り分けて組み合わせて用
いることも可能である。

【０１６２】ここで画素の回路構成を図１８に示す。な
お、図１３と同一の符号を付した部分については図１３
の説明を参照すれば良い。

【０１６３】図１８に示すように、画素（赤）５０a、
画素（緑）５０b、画素（青）５０cの各々に設けられた
スイッチングトランジスタ５１a〜５１cおよび電流制御
トランジスタ５２a〜５２cはすべてｐチャネル型トラン
ジスタで形成される。

【０１６４】本実施例の構成によれば、実施例１の発光
装置の製造工程において１回のフォトリソグラフィ工程
を省略することができるため、実施例１よりも製造工程
を簡略化することが可能である。

【０１６５】なお、本実施例の構成は実施例１〜実施例
４のいずれの構成とも組み合わせて実施することが可能
である。

【０１６６】〔実施例６〕本発明のアクティブマトリク
ス型の発光装置は、半導体素子としてＭＯＳ（Metal Ox
ide Semiconductor）トランジスタを用いることもでき
る。その場合、半導体基板（典型的にはシリコンウエ
ハ）に公知の方法で形成されたＭＯＳトランジスタを用
いれば良い。

【０１６７】なお、本実施例における半導体素子以外の
構成は、実施例１〜５の構成と組み合わせて実施するこ
とが可能である。

【０１６８】〔実施例７〕実施例１において、図６に示
した駆動回路内蔵型発光装置は、同一の絶縁体上に画素
部および駆動回路が一体形成された例であるが、駆動回
路を外付けＩＣ（集積回路）で設けることも可能であ
る。このような場合、構造は図１９（Ａ）のようにな
る。

【０１６９】図１９（Ａ）に示すモジュールは、アクテ
ィブマトリクス基板６０（画素部６１、配線６２a、６
２bを含む）にＦＰＣ６３が取り付けられ、そのＦＰＣ
６３を介してプリント配線板６４が取り付けられてい
る。ここでプリント配線板６４の機能ブロック図を図１
９（Ｂ）に示す。

【０１７０】図１９（Ｂ）に示すように、プリント配線
板６４の内部には少なくともＩ／Ｏポート（入力もしく
は出力部ともいう）６５、６８、ソース側駆動回路６６
およびゲート側駆動回路６７として機能するＩＣが設け
られている。

【０１７１】このように、基板面に画素部が形成された
アクティブマトリクス基板にＦＰＣが取り付けられ、そ
のＦＰＣを介して駆動回路としての機能を有するプリン
ト配線板が取り付けられた構成のモジュールを、本明細
書では特に駆動回路外付け型発光モジュールと呼ぶこと
にする。

【０１７２】また、図２０（Ａ）に示すモジュールは、
駆動回路内蔵型発光装置７０（画素部７１、ソース側駆
動回路７２、ゲート側駆動回路７３、配線７２a、７３a
を含む）にＦＰＣ７４が取り付けられ、そのＦＰＣ７４
を介してプリント配線板７５が取り付けられている。こ
こでプリント配線板７５の機能ブロック図を図２０
（Ｂ）に示す。

【０１７３】図２０（Ｂ）に示すように、プリント配線
板７５の内部には少なくともＩ／Ｏポート７６、７９、
コントロール部７７として機能するＩＣが設けられてい
る。なお、ここではメモリ部７８が設けられているが、
必ずしも必要ではない。また、コントロール部７７は、
駆動回路の制御、映像データの補正などをコントロール
するための機能を有した部位である。

【０１７４】このように、基板面に画素部および駆動回
路が形成された駆動回路内蔵型発光装置にコントローラ
ーとしての機能を有するプリント配線板が取り付けられ
た構成のモジュールを、本明細書では特にコントローラ
ー外付け型発光モジュールと呼ぶことにする。

【０１７５】〔実施例８〕本発明を実施して形成された
発光装置（実施例９に示した形態のモジュールも含む）
は様々な電気器具に内蔵され、画素部は映像表示部とし
て用いられる。本発明の電気器具としては、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
響機器、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機
器、携帯機器（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）、記録媒体を備えた画像再
生装置などが挙げられる。それら電気器具の具体例を図
２１、図２２に示す。

【０１７６】図２１（Ａ）は表示装置であり、筐体２０
０１、支持台２００２、表示部２００３を含む。本発明
の発光装置は表示部２００３に用いることができる。表
示部２００３にＥＬ素子を有した発光装置を用いる場
合、ＥＬ素子が自発光型であるためバックライトが必要
なく薄い表示部とすることができる。

【０１７７】図２１（Ｂ）はビデオカメラであり、本体
２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作
スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０
６を含む。本発明の発光装置は表示部２１０２に用いる
ことができる。

【０１７８】図２１（Ｃ）はデジタルカメラであり、本
体２２０１、表示部２２０２、接眼部２２０３、操作ス
イッチ２２０４を含む。本発明の発光装置もしくは液晶
表示装置は表示部２２０２に用いることができる。

【０１７９】図２１（Ｄ）は記録媒体を備えた画像再生
装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２３０
１、記録媒体（ＣＤ、ＬＤまたはＤＶＤ等）２３０２、
操作スイッチ２３０３、表示部（ａ）２３０４、表示部
（ｂ）２３０５を含む。表示部（ａ）は主として画像情
報を表示し、表示部（ｂ）は主として文字情報を表示す
るが、本発明の発光装置はこれら表示部（ａ）、（ｂ）
に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再
生装置には、ＣＤ再生装置、ゲーム機器なども含まれう
る。

【０１８０】図２１（Ｅ）は携帯型（モバイル）コンピ
ュータであり、本体２４０１、表示部２４０２、受像部
２４０３、操作スイッチ２４０４、メモリスロット２４
０５を含む。本発明の発光装置は表示部２４０２に用い
ることができる。この携帯型コンピュータはフラッシュ
メモリや不揮発性メモリを集積化した記録媒体に情報を
記録したり、それを再生したりすることができる。

【０１８１】図２１（Ｆ）はパーソナルコンピュータで
あり、本体２５０１、筐体２５０２、表示部２５０３、
キーボード２５０４を含む。本発明の発光装置は表示部
２５０３に用いることができる。

【０１８２】また、上記電気器具はインターネットやＣ
ＡＴＶ（ケーブルテレビ）などの電子通信回線を通じて
配信された情報を表示することが多くなり、特に動画情
報を表示する機会が増してきている。表示部にＥＬ素子
を有した発光装置を用いた場合、ＥＬ素子の応答速度が
非常に高いため遅れのない動画表示が可能となる。

【０１８３】また、発光装置は発光している部分が電力
を消費するため、発光部分が極力少なくなるように情報
を表示することが望ましい。従って、携帯情報端末、特
に携帯電話や音響機器のような文字情報を主とする表示
部に発光装置を用いる場合には、非発光部分を背景とし
て文字情報を発光部分で形成するように駆動することが
望ましい。

【０１８４】図２２（Ａ）は携帯電話であり、本体２６
０１、音声出力部２６０２、音声入力部２６０３、表示
部２６０４、操作スイッチ２６０５、アンテナ２６０６
を含む。本発明の発光装置は表示部２６０４にて用いる
ことが出来る。なお、表示部２６０４は黒色の背景に白
色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑える
ことができる。

【０１８５】図２２（Ｂ）も携帯電話であるが、図２２
（Ａ）とは異なり、二つ折りのタイプである。本体２６
１１、音声出力部２６１２、音声入力部２６１３、表示
部ａ２６１４、表示部ｂ２６１５、アンテナ２６１６を
含む。なお、このタイプの携帯電話には、操作スイッチ
が付いていないが、表示部ａ又は、表示部ｂのうち、一
方の表示部に図２２（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）で示すよう
な文字情報を表示をさせてその機能をもたせている。ま
た、もう一方の表示部には、主として画像情報を表示す
ることになる。なお、本発明の発光装置は表示部ａ２６
１４又は、表示部ｂ２６１５にて用いることができる。

【０１８６】図２２（Ｂ）に示した携帯電話の場合、表
示部に用いた発光装置にＣＭＯＳ回路でセンサ（ＣＭＯ
Ｓセンサ）を内蔵させ、指紋もしくは手相を読みとるこ
とで使用者を認証する認証システム用端末として用いる
こともできる。また、外部の明るさ（照度）を読みと
り、設定されたコントラストで情報表示が可能となるよ
うに発光させることもできる。

【０１８７】さらに、操作スイッチ２６０５を使用して
いる時に輝度を下げ、操作スイッチの使用が終わったら
輝度を上げることで低消費電力化することができる。ま
た、着信した時に表示部２６０４の輝度を上げ、通話中
は輝度を下げることによっても低消費電力化することが
できる。また、継続的に使用している場合に、リセット
しない限り時間制御で表示がオフになるような機能を持
たせることで低消費電力化を図ることもできる。なお、
これらはマニュアル制御であっても良い。

【０１８８】図２２（Ｆ）は音響再生装置、具体的には
車載用オーディオであり、本体２６２１、表示部２６２
２、操作スイッチ２６２３、２６２４を含む。本発明の
発光装置は表示部２６２２にて用いることが出来る。ま
た、本実施例では車載用オーディオを示すが、携帯型や
家庭用の音響再生装置に用いても良い。なお、表示部２
６２２は黒色の背景に白色の文字を表示することで消費
電力を抑えられる。これは携帯型の音響再生装置におい
て特に有効である。

【０１８９】また、本実施例で示した携帯型電気器具に
おいて、消費電力を低減するための方法として、外部の
明るさを感知するセンサ部を設け、暗い場所で使用する
際には、表示部の輝度を落とすなどの機能を付加すると
いった方法が挙げられる。

【０１９０】以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広
く、あらゆる分野の電気器具に用いることが可能であ
る。また、本実施例の電気器具は実施例１〜実施例８に
示したいずれの構成を適用しても良い。

【０１９１】〔実施例９〕実施例１では、トランジスタ
（以下、ＴＦＴと示す）がトップゲート型の構造を有す
る場合について説明したが、本発明はＴＦＴ構造に限定
されるものではないので、図２３に示すようにボトムゲ
ート型ＴＦＴ（代表的には逆スタガ型ＴＦＴ）を用いて
実施しても構わない。また、逆スタガ型ＴＦＴは如何な
る手段で形成されたものでも良い。

【０１９２】なお、図２３（Ａ）は、ボトムゲート型Ｔ
ＦＴを用いた発光装置の作製において、形成されたＥＬ
モジュールの上面図である。ソース側駆動回路３００
１、ゲート側駆動回路３００２及び画素部３００３が形
成されている。また、図２３（Ａ）において、ｘ−ｘ’
で発光装置を切ったときの画素部３００３の領域ａ３０
０４の断面図を図２３（Ｂ）に示す。

【０１９３】図２３（Ｂ）では、画素ＴＦＴのうち電流
制御ＴＦＴについてのみ説明する。３０１１は基板であ
り、３０１２は下地となる絶縁膜（以下、下地膜とい
う）である。基板３０１１としては透光性基板、代表的
にはガラス基板、石英基板、ガラスセラミックス基板、
又は結晶化ガラス基板を用いることができる。但し、作
製プロセス中の最高処理温度に耐えるものでなくてはな
らない。

【０１９４】また、下地膜３０１２は特に可動イオンを
含む基板や導電性を有する基板を用いる場合に有効であ
るが、石英基板には設けなくても構わない。下地膜３０
１２としては、珪素（シリコン）を含む絶縁膜を用いれ
ば良い。なお、本明細書において「珪素を含む絶縁膜」
とは、具体的には酸化珪素膜、窒化珪素膜若しくは窒化
酸化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙ：ｘ、ｙは任意の整数、で示
される）など珪素に対して酸素若しくは窒素を所定の割
合で含ませた絶縁膜を指す。

【０１９５】３０１３は電流制御ＴＦＴであり、ｐチャ
ネル型ＴＦＴで形成されている。本実施例に示すよう
に、ＥＬの発光方向が基板の上面（ＴＦＴ及びＥＬ層が
設けられている面）の場合、スイッチングＴＦＴがｎチ
ャネル型ＴＦＴで形成され、電流制御ＴＦＴもｎチャネ
ル型ＴＦＴで形成される構成であることが好ましい。し
かし本発明はこの構成に限定されない。スイッチングＴ
ＦＴと電流制御ＴＦＴは、ｎチャネル型ＴＦＴでもｐチ
ャネル型ＴＦＴでも、どちらでも構わない。

【０１９６】電流制御ＴＦＴ３０１３は、ソース領域３
０１４、ドレイン領域３０１５及びチャネル形成領域３
０１６を含む活性層と、ゲート絶縁膜３０１７と、ゲー
ト電極３０１８と、第１層間絶縁膜３０１９と、ソース
配線３０２０並びにドレイン配線３０２１を有して形成
される。本実施例において電流制御ＴＦＴ３０１３はｎ
チャネル型ＴＦＴである。

【０１９７】また、スイッチングＴＦＴのドレイン領域
は電流制御ＴＦＴ３０１３のゲート電極３０１８に接続
されている。図示してはいないが、具体的には電流制御
ＴＦＴ３０１３のゲート電極３０１８はスイッチングＴ
ＦＴのドレイン領域（図示せず）とドレイン配線（図示
せず）を介して電気的に接続されている。なお、ゲート
電極３０１８はシングルゲート構造となっているが、マ
ルチゲート構造であっても良い。また、電流制御ＴＦＴ
３０１３のソース配線３０２０は電流供給線（図示せ
ず）に接続される。

【０１９８】電流制御ＴＦＴ３０１３はＥＬ素子に注入
される電流量を制御するための素子であり、比較的多く
の電流が流れる。そのため、チャネル幅（Ｗ）はスイッ
チングＴＦＴのチャネル幅よりも大きく設計することが
好ましい。また、電流制御ＴＦＴ３０１３に過剰な電流
が流れないように、チャネル長（Ｌ）は長めに設計する
ことが好ましい。望ましくは一画素あたり０．５〜２μ
Ａ（好ましくは１〜１．５μＡ）となるようにする。

【０１９９】さらに、電流制御ＴＦＴ３０１３の活性層
（特にチャネル形成領域）の膜厚を厚くする（好ましく
は５０〜１００ｎｍ、さらに好ましくは６０〜８０ｎ
ｍ）ことによって、ＴＦＴの劣化を抑えてもよい。

【０２００】そして、電流制御ＴＦＴ３０１３の形成
後、第１層間絶縁膜３０１９及び第２層間絶縁膜（図示
せず）が形成され、電流制御ＴＦＴ３０１３と電気的に
接続された画素電極３０２３が形成される。本実施例で
は、導電膜からなる画素電極３０２３がＥＬ素子の陰極
として機能する。

【０２０１】具体的には、アルミニウムとリチウムの合
金膜を用いるが、周期表の１族もしくは２族に属する元
素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電
膜を用いればよい。

【０２０２】そして、画素電極３０１３が形成された後
に、第３層間絶縁膜３０２４が形成される。なお、この
第３層間絶縁膜３０２４は、いわゆるバンクの役割を果
たす。

【０２０３】つぎにＥＬ層３０２５が形成される。な
お、図２３（Ｂ）には、同じＥＬ層が形成される画素列
が並ぶ断面図を示している。

【０２０４】本実施例におけるＥＬ層は、電子注入層と
してＡｌｑ３、電子輸送層としてＢＣＰを用い、発光層
としてＣＢＰにＩｒ（ｐｐｙ）３をドープさせたものを
用いた。さらに正孔輸送層としてα−ＮＰＤを用いて形
成させた。

【０２０５】次にＥＬ層の上には、透明導電膜からなる
陽極３０２６が形成される。これにより、ＥＬ素子３０
２７が形成される。なお、本実施例の場合、透明導電膜
として酸化インジウムと酸化スズとの化合物もしくは、
酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物からなる導電膜を
用いる。

【０２０６】さらに陽極上に絶縁材料からなるパッシベ
ーション膜を形成することにより、逆スタガ型のＴＦＴ
構造を有するＥＬモジュールを形成することができる。
なお、本実施例により作製した発光装置は、図２３
（Ｂ）の矢印の方向（上面）に光を出射させることがで
きる。

【０２０７】逆スタガ型ＴＦＴは工程数がトップゲート
型ＴＦＴよりも少なくし易い構造であるため、本発明の
課題である製造コストの低減には非常に有利である。

【０２０８】なお、本実施例の構成は、実施例１〜実施
例８のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施するこ
とが可能である。

【０２０９】〔実施例１０〕次に本実施例では、画素部
にＳＲＡＭを導入する場合について説明する。図２４に
画素３１０４の拡大図を示す。図２４において、３１０
５はスイッチングＴＦＴである。スイッチングＴＦＴ３
１０５のゲート電極は、ゲート信号を入力するゲート信
号線（Ｇ１〜Ｇｎ）のうちの１つであるゲート信号線３
１０６に接続されている。スイッチングＴＦＴ３１０５
のソース領域とドレイン領域は、一方が信号を入力する
ソース信号線（Ｓ１〜Ｓｎ）のうちの１つであるソース
信号線３１０７に、もう一方がＳＲＡＭ３１０８の入力
側に接続されている。ＳＲＡＭ３１０８の出力側は電流
制御ＴＦＴ３１０９のゲート電極に接続されている。

【０２１０】また、電流制御ＴＦＴ３１０９のソース領
域とドレイン領域は、一方が電流供給線（Ｖ１〜Ｖｎ）
の１つである電流供給線３１１０に接続され、もう一方
はＥＬ素子３１１１に接続される。

【０２１１】ＥＬ素子３１１１は陽極と陰極と、陽極と
陰極との間に設けられたＥＬ層とからなる。陽極が電流
制御ＴＦＴ３１０９のソース領域またはドレイン領域と
接続している場合、言い換えると陽極が画素電極の場
合、陰極は対向電極となる。逆に陰極が電流制御ＴＦＴ
３１０９のソース領域またはドレイン領域と接続してい
る場合、言い換えると陰極が画素電極の場合、陽極は対
向電極となる。

【０２１２】ＳＲＡＭ３１０８はｐチャネル型ＴＦＴと
ｎチャネル型ＴＦＴを２つずつ有しており、ｐチャネル
型ＴＦＴのソース領域は高電圧側のＶｄｄｈに、ｎチャ
ネル型ＴＦＴのソース領域は低電圧側のＶｓｓに、それ
ぞれ接続されている。１つのｐチャネル型ＴＦＴと１つ
のｎチャネル型ＴＦＴとが対になっており、１つのＳＲ
ＡＭの中にｐチャネル型ＴＦＴとｎチャネル型ＴＦＴと
の対が２組存在することになる。

【０２１３】また、対になったｐチャネル型ＴＦＴとｎ
チャネル型ＴＦＴは、そのドレイン領域が互いに接続さ
れている。また対になったｐチャネル型ＴＦＴとｎチャ
ネル型ＴＦＴは、そのゲート電極が互いに接続されてい
る。そして互いに、一方の対になっているｐチャネル型
ＴＦＴ及びｎチャネル型ＴＦＴのドレイン領域が、他の
一方の対になっているｐチャネル型ＴＦＴ及びｎチャネ
ル型ＴＦＴのゲート電極と同じ電位に保たれている。

【０２１４】そして、一方の対になっているｐチャネル
型及びｎチャネル型ＴＦＴのドレイン領域は入力の信号
（Ｖｉｎ）が入る入力側であり、もう一方の対になって
いるｐチャネル型及びｎチャネル型ＴＦＴのドレイン領
域は出力の信号（Ｖｏｕｔ）が出力される出力側であ
る。

【０２１５】ＳＲＡＭはＶｉｎを保持し、Ｖｉｎを反転
させた信号であるＶｏｕｔを出力するように設計されて
いる。つまり、ＶｉｎがＨｉだとＶｏｕｔはＶｓｓ相当
のＬｏの信号となり、ＶｉｎがＬｏだとＶｏｕｔはＶｄ
ｄｈ相当のＨｉの信号となる。

【０２１６】なお、本実施例で示すように、ＳＲＡＭが
画素３１０４に一つ設けられている場合には、画素中の
メモリーデータが保持されているため外部回路の大半を
止めた状態で静止画を表示することが可能である。これ
により、低消費電力化を実現することができる。また、
画素に複数のＳＲＡＭを設けることも可能であり、ＳＲ
ＡＭを複数設けた場合には、複数のデータを保持するこ
とができるので、時間階調による階調表示を可能にな
る。

【０２１７】なお、本実施例の構成は、実施例１〜実施
例９のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施するこ
とが可能である。

【０２１８】

【発明の効果】本発明を実施することにより、同一基板
上に形成されたＥＬ素子の発光輝度をそろえることが容
易になり、さらに低電圧で輝度の高い発光が得られる低
消費電力の発光装置を製造することができる。また、こ
れらの発光装置を表示部に用いることで低消費電力化を
実現した電気器具を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発光装置を説明する図。

【図２】ＥＬ素子の積層構造を説明する図。

【図３】発光装置の製造工程を示す図。

【図４】発光装置の製造工程を示す図。

【図５】発光装置の製造工程を示す図。

【図６】発光装置の上面構造および断面構造を示す
図。

【図７】ＥＬ素子の積層構造を示す図。

【図８】ＥＬ素子の素子特性を示す図。

【図９】ＥＬ素子の積層構造を示す図。

【図１０】ＥＬ素子の素子特性を示す図。

【図１１】ＥＬ素子の素子特性を示す図。

【図１２】発光装置の断面構造を示す図。

【図１３】発光装置の画素の回路構成を示す図。

【図１４】発光装置の断面構造を示す図。

【図１５】発光装置の画素の回路構成を示す図。

【図１６】発光装置の断面構造を示す図。

【図１７】発光装置の製造工程を示す図。

【図１８】発光装置の画素の回路構成を示す図。

【図１９】駆動回路外付け型発光装置の構造を示す
図。

【図２０】コントローラー外付け型発光装置の構造を
示す図。

【図２１】電気器具の具体例を示す図。

【図２２】電気器具の具体例を示す図。

【図２３】発光装置の上面および断面構造を示す図。

【図２４】発光装置の画素の回路構成を示す図。

【図２５】ＥＬ素子の素子特性を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 33/22 Ｈ０５Ｂ 33/22 ＤＺ (72)発明者池田寿雄神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内Ｆターム(参考） 3K007 AB02 AB04 AB06 AB11 AB17 BA06 BB01 BB05 CB01 DA01 DB03 EB00 GA04 5C094 AA07 AA08 AA22 AA24 BA03 BA12 BA27 CA19 CA24 CA25 DA09 DA13 DB01 DB02 DB04 EA04 EA05 EA07 EA10 FA01 FB01 FB12 FB14 FB15 FB20 GA10 GB10 HA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の画素部に複数のＥＬ素子を有する
発光装置において、前記複数のＥＬ素子は、トリプレッ
ト化合物を含むＥＬ層を有するＥＬ素子を少なくとも一
つ有し、前記ＥＬ層は、複数の正孔輸送層を有すること
を特徴とする発光装置。
【請求項２】基板上の画素部に複数のＥＬ素子を有する
発光装置において、前記複数のＥＬ素子は、トリプレッ
ト化合物を含む第１のＥＬ層を有する第１のＥＬ素子、
及びシングレット化合物を含む第２のＥＬ層を有する第
２のＥＬ素子とをそれぞれ少なくとも一つ有し、前記第
１及び前記第２のＥＬ層は、複数の正孔輸送層を有する
ことを特徴とする発光装置。
【請求項３】基板上の画素部に複数のＥＬ素子を有する
発光装置において、前記複数のＥＬ素子は、トリプレッ
ト化合物を含む第１のＥＬ層を有する第１のＥＬ素子、
及びシングレット化合物を含む第２のＥＬ層を有する第
２のＥＬ素子とを有し、前記第１のＥＬ素子は、陽極と
接して形成された正孔注入層と、前記正孔注入層と接し
て形成された正孔輸送層と、前記正孔輸送層と接して形
成された発光層と、前記発光層と接して形成された正孔
阻止層と、前記正孔阻止層と接して形成された電子輸送
層と、前記電子輸送層と接して形成された陰極を有する
発光装置であって、前記正孔輸送層を複数有することを
特徴とする発光装置。
【請求項４】請求項３において、前記正孔注入層は銅フ
タロシアニンを含む層からなり、前記正孔輸送層はＭＴ
ＤＡＴＡを含む層及びα−ＮＰＤを含む層からなり、前
記発光層はＣＢＰ及びＩｒ（ｐｐｙ）₃を含む層からな
り、前記正孔阻止層はＢＣＰを含む層からなり、前記電
子輸送層はＡｌｑ₃を含む層からなることを特徴とする
発光装置。
【請求項５】請求項２または請求項３において、前記第
１のＥＬ素子は、赤色に発光し、前記第２のＥＬ素子
は、青色または緑色に発光することを特徴とする発光装
置。
【請求項６】請求項２または請求項３において、前記第
１のＥＬ素子は、青色に発光し、前記第２のＥＬ素子
は、赤色または緑色に発光することを特徴とする発光装
置。
【請求項７】請求項２または請求項３において、前記第
１のＥＬ素子は、緑色に発光し、前記第２のＥＬ素子
は、赤色または青色に発光することを特徴とする発光装
置。
【請求項８】請求項２または請求項３において、前記第
１のＥＬ素子は、赤色または青色に発光し、前記第２の
ＥＬ素子は、緑色に発光することを特徴とする発光装
置。
【請求項９】請求項２または請求項３において、前記第
１のＥＬ素子は、赤色または緑色に発光し、前記第２の
ＥＬ素子は、青色に発光することを特徴とする発光装
置。
【請求項１０】請求項２または請求項３において、前記
第１のＥＬ素子は、青色または緑色に発光し、前記第２
のＥＬ素子は、赤色に発光することを特徴とする発光装
置。
【請求項１１】請求項１乃至請求項３のいずれか一にお
いて、前記正孔輸送層は、２〜４層の積層構造を有する
ことを特徴とする発光装置。
【請求項１２】請求項１乃至請求項１１のいずれか一に
おいて、前記正孔輸送層は、ＭＴＤＡＴＡを含む層とα
−ＮＰＤを含む層とを有することを特徴とする発光装
置。
【請求項１３】請求項１２において、前記α−ＮＰＤを
含む層は、発光層と前記ＭＴＤＡＴＡを含む層とに挟ま
れて形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項１４】請求項１乃至請求項１３のいずれか一に
記載の発光装置を用いたことを特徴とする電気器具。
【請求項１５】請求項１乃至請求項１４のいずれか一に
おいて、前記発光装置は、表示装置、ビデオカメラ、ヘ
ッドマウントディスプレイ、記録媒体を備えた画像再生
装置、ゴーグル型ディスプレイ、パーソナルコンピュー
タ、携帯電話、音響再生装置、デジタルカメラ、から選
ばれた一種であることを特徴とする発光装置。