JP2014123129A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
おけるトランジスタ特性のばらつきを低減した発光装置を提供することを課題とする。又
は、発光素子の劣化等に伴う輝度の低下を抑制する発光装置を提供することを課題とする
。
【解決手段】基板上に設けられたトランジスタと、発光素子とを具備する画素を有し、ト
ランジスタは、チャネル形成領域を形成する単結晶半導体層を有し、基板と単結晶半導体
層との間に、酸化シリコン層が設けられており、トランジスタのソース又はドレインと発
光素子の電極とが電気的に接続され、発光素子の発光時にトランジスタが飽和領域で動作
させる。また、発光素子の階調表示を、トランジスタのゲートに印加する電位を変化させ
ることによって行う。
【選択図】図1
Description
ャネル形成領域として利用する発光装置に関する。
ブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。特に、ポリシリコン膜を用いた
TFTは、従来のアモルファスシリコン膜を用いたTFTよりも電界効果移動度(モビリ
ティともいう)が高いので、高速動作が可能である。そのため、ポリシリコン膜を用いた
TFTからなる駆動回路を画素と同一の基板上に設け、各画素の制御を行うための開発が
盛んに行われている。同一基板上に画素と駆動回路とを組み込んだアクティブマトリクス
型表示装置は、製造コストの低減、表示装置の小型化、歩留まりの上昇、スループットの
低減など、様々な利点が得られると予想される。
その電気的特性にばらつきが生じやすいといった問題点を有している。従って、画素を構
成するTFTの移動度やしきい値等の特性が画素ごとにばらつくと、同じ映像信号を入力
した場合にも、それに応じてTFTのドレイン電流の大きさが異なってくるため、発光素
子の輝度がばらつき発光装置に表示むらが生じる。
の大きさを制御することが出来る駆動方法が提案されている。例えば、特許文献1では、
表示内容により定電流駆動と定電圧駆動を切り換える駆動方法が提案されている。
合にはTFTの特性のばらつきが発光装置の表示に影響される問題がある。また、定電圧
駆動では、温度変化や発光素子の劣化に伴う発光素子の電気抵抗の変化により、発光素子
に流れる電流が変化してしまう。発光素子の輝度は電流に比例するため、電流の変化と共
に輝度も変化する問題がある。
素におけるトランジスタ特性のばらつきを低減した発光装置を提供することを課題とする
。又は、発光素子の劣化等に伴う輝度の低下を抑制する発光装置を提供することを課題と
する。
画素を有し、トランジスタは、チャネル形成領域を形成する単結晶半導体層を有し、基板
と単結晶半導体層との間に、酸化シリコン層が設けられており、トランジスタのソース又
はドレインと発光素子の電極とが電気的に接続され、発光素子の発光時にトランジスタが
飽和領域で動作することを特徴とする。また、発光素子の階調表示を、トランジスタのゲ
ートに印加する電位を変化させることによって行う。
画素は、基板上に設けられた第1のトランジスタ及び第2のトランジスタと、発光素子と
を有し、第1のトランジスタは、ゲート電極が走査線に電気的に接続され、ソース又はド
レインの一方が信号線に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が第2のトランジ
スタのゲートに電気的に接続されており、第2のトランジスタは、ゲート電極が第1のト
ランジスタのソース又はドレインの他方に電気的に接続され、ソース又はドレインの一方
が電源供給線に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が発光素子の電極に接続さ
れており、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタは、チャネル形成領域を形成する
単結晶半導体層を有し、基板と単結晶半導体層との間に、酸化シリコン層が設けられてお
り、発光素子の発光時に第2のトランジスタが飽和領域で動作することを特徴とする。ま
た、発光素子の階調表示を、第2のトランジスタのゲートに印加する電位を変化させるこ
とによって行うことを特徴とする発光装置。
との間に窒素含有層が設けられていることを特徴とする。
原料ガスとして化学気相成長法により成膜されたものであることを特徴とする。
より、異なる画素間におけるトランジスタ特性のばらつきを低減し、表示むらを抑制した
発光装置を提供することができる。画素において発光素子と接続されたトランジスタのチ
ャネル形成領域を単結晶半導体層で形成し、発光素子の発光時に当該トランジスタを飽和
領域で動作させることによって、発光素子の劣化等に伴う輝度の変化を抑制することがで
きる。
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。し
たがって、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。なお、本明細書
中の図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その
説明は省略する場合がある。
本実施の形態では、発光装置の構成及び作製方法の一例に関し図面を参照して説明する
。本実施の形態で示す発光装置は、SOI(Silicon on Insulator
)基板を用いる。SOI基板は、貼り合わせSOI技術により形成することができる。以
下に、ガラス等の絶縁表面を有する基板に単結晶半導体層を接合させたSOI基板を用い
て作製された発光装置に関して図面を参照して説明する。
図1では、発光装置の画素部と、当該画素部の動作を制御する駆動回路部に関して示して
いる。
21と駆動回路部130を構成するトランジスタ131が設けられている。また、画素部
120には、画素電極106、有機化合物を含む層107(有機薄膜、有機EL層ともい
う)及び対向電極108から構成される発光素子109が設けられている。画素電極10
6は、トランジスタ121のソース又はドレインと電気的に接続するように設けられてお
り、画素電極106と対向電極108の間に有機化合物を含む層107が設けられている
。
21はチャネル形成領域を形成する単結晶半導体層122を有しており、駆動回路部13
0に設けられたトランジスタ131はチャネル形成領域を形成する単結晶半導体層132
を有している。つまり、本実施の形態で示す発光装置は、単結晶半導体層をチャネル形成
領域として用いるトランジスタにより駆動が行われる。
を接合するために絶縁層(以下、「接合層101」と記す)が少なくとも設けられている
。また、基板100と単結晶半導体層132との間にも、基板100と単結晶半導体層1
32とを接合するために接合層101が少なくとも設けられている。
ス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われ
る各種ガラス基板、石英基板、セラミック基板、サファイア基板を基板100として用い
ることができる。基板110としてガラス基板を用いるのが好ましく、例えば、第6世代
(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代
(2200mm×2400mm)といわれる大面積のマザーガラス基板を用いることによ
って量産性を向上させることができる。
(以下、「接合面」とも記す)が平滑面を有し親水性表面となる絶縁層を用いることが好
ましい。平滑面を有し親水性表面を形成できる絶縁層としては、酸化シリコン層が適して
いる。特に、有機シランを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコン層が好ま
しい。有機シランを用いて形成された酸化シリコン層を用いることによって、基板100
上に単結晶半導体層122、単結晶半導体層132との接合を強固にすることができるた
め、基板100と単結晶半導体層122、単結晶半導体層132との剥離を抑制すること
ができるためである。
5)4)、テトラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH3)4)、トリメチルシラン
((CH3)3SiH)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタ
メチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、
トリエトキシシラン(SiH(OC2H5)3)、トリスジメチルアミノシラン(SiH
(N(CH3)2)3)等のシリコン含有化合物を用いることができる。
ることができる。その他、ゲルマニウムや、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物
半導体である結晶性半導体層を適用することもできる。
晶半導体層122、単結晶半導体層132との間に窒素を含有する絶縁層(以下、「窒素
含有層102」と記す)を設けた構成とすることが好ましい。窒素含有層102は、基板
100に含まれる可動イオンや水分等の不純物がトランジスタ121、トランジスタ13
1を構成する単結晶半導体層に拡散することを防ぐためのバリア層として機能しうる。例
えば、基板100としてガラス基板を用いた場合には、ガラスに含まれるナトリウム等の
アルカリ金属やアルカリ土類金属が単結晶半導体層122、単結晶半導体層132に混入
することによりトランジスタ121、トランジスタ131の特性に悪影響を及ぼすおそれ
があるが、窒素含有層102を設けることによりそれを防止することができる。
合層101を積層させて形成し、接合層101と基板100を貼り合わせた後に、単結晶
半導体基板から単結晶半導体層を分離することにより設けることができる。
用いて単層構造又は積層構造で形成する。例えば、接合層101側から窒化酸化シリコン
層、酸化窒化シリコン層を積層させて窒素含有層102とすることができる。接合層10
1は基板100と単結晶半導体層122、単結晶半導体層132との接合を形成するため
に設けるのに対し、窒素含有層102は基板100に含まれる可動イオンや水分等の不純
物が単結晶半導体層122、単結晶半導体層132に拡散することを防ぐために設ける。
であって、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscat
tering Spectrometry)及び水素前方散乱法(HFS:Hydrog
en Forward Scattering)を用いて測定した場合に、濃度範囲とし
て酸素が50〜70原子%、窒素が0.5〜15原子%、Siが25〜35原子%、水素
が0.1〜10原子%の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン層とは、そ
の組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、RBS及びHFSを用いて
測定した場合に、濃度範囲として酸素が5〜30原子%、窒素が20〜55原子%、Si
が25〜35原子%、水素が10〜30原子%の範囲で含まれるものをいう。但し、酸化
窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を100原子%としたとき、
窒素、酸素、Si及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
の間に、窒素含有層151、接合層152及び接合層101の積層構造を設けた構成を示
している。この場合、単結晶半導体基板の表面にあらかじめ接合層101を形成し、基板
100の表面にあらかじめ窒素含有層151と接合層152を形成し、接合層101と接
合層152を貼り合わせた後に、単結晶半導体基板から単結晶半導体層を分離した後、基
板100上に形成された単結晶半導体層を用いて発光装置を作製する。
された酸化シリコン層を用いてもよい。他にも、接合層101として、ケミカルオキサイ
ドを適用して形成された酸化シリコン層を用いてもよい。ケミカルオキサイドは、例えば
、オゾン含有水で単結晶半導体基板の表面を処理すればよい。ケミカルオキサイドを適用
して得られる酸化シリコン層は単結晶半導体基板の平坦性を反映して形成されるため、表
面が平坦である単結晶半導体基板を用いることによって平坦な酸化シリコン層を形成する
ことができる。
合わせることによって、基板100と単結晶半導体層の結合をより強固なものとすること
ができる。
リコン層、窒化酸化シリコン層又は酸化窒化シリコン層を用いて単層構造又は積層構造で
形成する。
学気相成長法により作製される酸化シリコン層で設けることが好ましい。
1の構成は、様々な形態をとることができる。特定の構成に限定されない。例えば、ゲー
ト電極が2個以上のマルチゲート構造を用いてもよい。マルチゲート構造にすると、チャ
ネル形成領域が直列に接続されるため、複数のトランジスタが直列に接続された構成とな
る。マルチゲート構造により、オフ電流の低減、トランジスタの耐圧向上による信頼性の
向上を図ることができる。あるいは、マルチゲート構造により、飽和領域で動作する時に
、ドレインとソース間電圧が変化しても、ドレインとソース間電流があまり変化せず、電
圧・電流特性の傾きがフラットな特性にすることができる。電圧・電流特性の傾きがフラ
ットである特性を利用すると、理想的な電流源回路や、非常に高い抵抗値をもつ能動負荷
を実現することが出来る。その結果、特性のよい差動回路やカレントミラー回路を実現す
ることが出来る。また、チャネルの上下にゲート電極が配置されている構造でもよい。チ
ャネルの上下にゲート電極が配置されている構造にすることにより、チャネル領域が増え
るため、電流値の増加、又は空乏層ができやすくなることによるS値の低減を図ることが
できる。チャネルの上下にゲート電極が配置されると、複数のトランジスタが並列に接続
されたような構成となる。
いてもよい。チャネル形成領域(もしくはその一部)にソース電極やドレイン電極が重な
る構造にすることにより、チャネル形成領域の一部に電荷がたまって、動作が不安定にな
ることを防ぐことができる。また、LDD領域を設けても良い。LDD領域を設けること
により、オフ電流の低減、又はトランジスタの耐圧向上による信頼性の向上を図ることが
できる。あるいは、LDD領域を設けることにより、飽和領域で動作する時に、ドレイン
・ソース間電圧が変化しても、ドレイン・ソース間電流があまり変化せず、電圧・電流特
性の傾きがフラットな特性にすることができる。
て単結晶半導体層を用いる。従って、多結晶シリコン(ポリシリコン(p−Si))を用
いてトランジスタを設けた場合と比較して、画素を構成するトランジスタの移動度やしき
い値等の特性が画素ごとにばらつくことを防止できる。その結果、後述するように定電流
駆動で発光装置を駆動させた場合であっても、トランジスタの特性に伴う発光装置の表示
むらを抑制することが可能となる。
図1(B)で示した構成に関して図3〜図7を参照して説明する。
形成する(図3(A)参照)。
ン基板やゲルマニウム基板、ガリウムヒ素やインジウムリン等の化合物半導体基板が挙げ
られる。市販のシリコン基板としては、直径5インチ(125mm)、直径6インチ(1
50mm)、直径8インチ(200mm)、直径12インチ(300mm)サイズのもの
が代表的であり、その形状は円形のものがほとんどである。また、膜厚は1.5mm程度
まで適宜選択できる。
化シリコン層又は酸化窒化シリコン層を単層構造又は積層構造で形成する。窒素含有層1
02は、50nm乃至200nmの範囲で設けることが好ましい。例えば、単結晶半導体
基板161側から酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層を積層させて窒素含有層10
2とすることができる。
に照射し、分離層163を形成する(図3(B)参照)。イオン162の照射は、後に半
導体基板161から分離されて他の基板に転置される単結晶半導体層の膜厚を考慮して行
う。好ましくは、単結晶半導体層の膜厚が5nm乃至500nm、より好ましくは10n
m乃至200nmの厚さとなるようにする。イオンを照射する際の加速電圧及びイオンの
ドーズ量は、転置する単結晶半導体層の膜厚を考慮して適宜選択する。
、水素、ヘリウム又はハロゲン元素から選ばれたソースガスをプラズマ励起して生成され
た一の原子又は複数の同一の原子からなるイオン種を半導体基板161に照射することが
好ましい。水素イオンを照射する場合には、ソースガスをプラズマ化して生成された複数
のイオン種を質量分離しないで照射するイオンドーピング方式を用いることが好ましい。
この場合、H+、H2 +、H3 +イオンを含ませると共に、H3 +イオンの割合を高めて
おくとイオンの照射効率を高めることができ、照射時間を短縮することができる。また、
このような構成とすることで、半導体基板161から単結晶半導体層の剥離を容易に行う
ことができる。
結晶半導体基板に対して照射している。より具体的には、水素ガス又は水素を組成に含む
ガスを原材料として用い、水素プラズマを発生させ、該水素プラズマ中の水素イオン種を
単結晶半導体基板に対して照射している。
上記のような水素プラズマ中には、H+、H2 +、H3 +といった水素イオン種が存在
する。ここで、各水素イオン種の反応過程(生成過程、消滅過程)について、以下に反応
式を列挙する。
e+H→e+H++e ・・・・・ (1)
e+H2→e+H2 ++e ・・・・・ (2)
e+H2→e+(H2)*→e+H+H ・・・・・ (3)
e+H2 +→e+(H2 +)*→e+H++H ・・・・・ (4)
H2 ++H2→H3 ++H ・・・・・ (5)
H2 ++H2→H++H+H2 ・・・・・ (6)
e+H3 +→e+H++H+H ・・・・・ (7)
e+H3 +→H2+H ・・・・・ (8)
e+H3 +→H+H+H ・・・・・ (9)
図33に示すエネルギーダイアグラムは模式図に過ぎず、反応に係るエネルギーの関係を
厳密に規定するものではない点に留意されたい。
上記のように、H3 +は、主として反応式(5)により表される反応過程により生成さ
れる。一方で、反応式(5)と競合する反応として、反応式(6)により表される反応過
程が存在する。H3 +が増加するためには、少なくとも、反応式(5)の反応が、反応式
(6)の反応より多く起こる必要がある(なお、H3 +が減少する反応としては他にも(
7)、(8)、(9)が存在するため、(5)の反応が(6)の反応より多いからといっ
て、必ずしもH3 +が増加するとは限らない。)。反対に、反応式(5)の反応が、反応
式(6)の反応より少ない場合には、プラズマ中におけるH3 +の割合は減少する。
す原料の密度や、その反応に係る速度係数などに依存している。ここで、H2 +の運動エ
ネルギーが約11eVより小さい場合には(5)の反応が主要となり(すなわち、反応式
(5)に係る速度係数が、反応式(6)に係る速度係数と比較して十分に大きくなり)、
H2 +の運動エネルギーが約11eVより大きい場合には(6)の反応が主要となること
が実験的に確認されている。
るポテンシャルエネルギーの減少量に対応している。例えば、ある荷電粒子が他の粒子と
衝突するまでの間に得る運動エネルギーは、その間に通過した電位差分のポテンシャルエ
ネルギーに等しい。つまり、電場中において、他の粒子と衝突することなく長い距離を移
動できる状況では、そうではない状況と比較して、荷電粒子の運動エネルギー(の平均)
は大きくなる傾向にある。このような、荷電粒子に係る運動エネルギーの増大傾向は、粒
子の平均自由行程が大きい状況、すなわち、圧力が低い状況で生じ得る。
状況であれば、荷電粒子の運動エネルギーは大きくなる。すなわち、平均自由行程が小さ
くとも、電位差が大きい状況であれば、荷電粒子の持つ運動エネルギーは大きくなると言
える。
を前提とすれば、該チャンバー内の圧力が低い状況ではH2 +の運動エネルギーは大きく
なり、該チャンバー内の圧力が高い状況ではH2 +の運動エネルギーは小さくなる。つま
り、チャンバー内の圧力が低い状況では(6)の反応が主要となるため、H3 +は減少す
る傾向となり、チャンバー内の圧力が高い状況では(5)の反応が主要となるため、H3
+は増加する傾向となる。また、プラズマ生成領域における電場(又は電界)が強い状況
、すなわち、ある二点間の電位差が大きい状況ではH2 +の運動エネルギーは大きくなり
、反対の状況では、H2 +の運動エネルギーは小さくなる。つまり、電場が強い状況では
(6)の反応が主要となるためH3 +は減少する傾向となり、電場が弱い状況では(5)
の反応が主要となるため、H3 +は増加する傾向となる。
ここで、イオン種の割合(特にH3 +の割合)が異なる例を示す。図34は、100%
水素ガス(イオン源の圧力:4.7×10−2Pa)から生成されるイオンの質量分析結
果を示すグラフである。なお、上記質量分析は、イオン源から引き出されたイオンを測定
することにより行った。横軸はイオンの質量である。スペクトル中、質量1、2、3のピ
ークは、それぞれ、H+、H2 +、H3 +に対応する。縦軸は、スペクトルの強度であり
、イオンの数に対応する。図34では、質量が異なるイオンの数量を、質量3のイオンを
100とした場合の相対比で表している。図34から、上記イオン源により生成されるイ
オンの割合は、H+:H2 +:H3 +=1:1:8程度となることが分かる。なお、この
ような割合のイオンは、プラズマを生成するプラズマソース部(イオン源)と、当該プラ
ズマからイオンビームを引き出すための引出電極などから構成されるイオンドーピング装
置によっても得ることが出来る。
そ3×10−3Paの時に、PH3から生成したイオンの質量分析結果を示すグラフであ
る。上記質量分析結果は、水素イオン種に着目したものである。また、質量分析は、イオ
ン源から引き出されたイオンを測定することにより行った。図34と同様、横軸はイオン
の質量を示し、質量1、2、3のピークは、それぞれH+、H2 +、H3 +に対応する。
縦軸はイオンの数量に対応するスペクトルの強度である。図35から、プラズマ中のイオ
ンの割合はH+:H2 +:H3 +=37:56:7程度であることが分かる。なお、図3
5はソースガスがPH3の場合のデータであるが、ソースガスとして100%水素ガスを
用いたときも、水素イオン種の割合は同程度になる。
7%程度しか生成されていない。他方、図34のデータを得たイオン源の場合には、H3
+の割合を50%以上(上記の条件では80%程度)とすることが可能である。これは、
上記考察において明らかになったチャンバー内の圧力及び電場に起因するものと考えられ
る。
図34のような複数のイオン種を含むプラズマを生成し、生成されたイオン種を質量分
離しないで単結晶半導体基板に照射する場合、単結晶半導体基板の表面には、H+、H2
+、H3 +の各イオンが照射される。イオンの照射からイオン導入領域形成にかけてのメ
カニズムを再現するために、以下の5種類のモデルを考える。
1.照射されるイオン種がH+で、照射後もH+(H)である場合
2.照射されるイオン種がH2 +で、照射後もH2 +(H2)のままである場合
3.照射されるイオン種がH2 +で、照射後に2個のH(H+)に***する場合
4.照射されるイオン種がH3 +で、照射後もH3 +(H3)のままである場合
5.照射されるイオン種がH3 +で、照射後に3個のH(H+)に***する場合。
上記のモデルを基にして、水素イオン種をSi基板に照射する場合のシミュレーション
を行った。シミュレーション用のソフトウェアとしては、SRIM(the Stopp
ing and Range of Ions in Matter:モンテカルロ法に
よるイオン導入過程のシミュレーションソフトウェア、TRIM(the Transp
ort of Ions in Matter)の改良版)を用いている。なお、計算の
関係上、モデル2ではH2 +を質量2倍のH+に置き換えて計算した。また、モデル4で
はH3 +を質量3倍のH+に置き換えて計算した。さらに、モデル3ではH2 +を運動エ
ネルギー1/2のH+に置き換え、モデル5ではH3 +を運動エネルギー1/3のH+に
置き換えて計算を行った。
ドーズの条件で水素イオン種を照射する場合には、SRIMを適用可能である。水素イオ
ン種とSi原子の衝突により、Si基板の結晶構造が非単結晶構造に変化するためである
。
万個照射時)の計算結果を示す。また、図34の水素イオン種を照射したSi基板中の水
素濃度(SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy
)のデータ)をあわせて示す。モデル1乃至モデル5を用いて行った計算の結果について
は、縦軸を水素原子の数で表しており(右軸)、SIMSデータについては、縦軸を水素
原子の密度で表している(左軸)。横軸はSi基板表面からの深さである。実測値である
SIMSデータと、計算結果とを比較した場合、モデル2及びモデル4は明らかにSIM
Sデータのピークから外れており、また、SIMSデータ中にはモデル3に対応するピー
クも見られない。このことから、モデル2乃至モデル4の寄与は、相対的に小さいことが
分かる。イオンの運動エネルギーがkeV台であるのに対して、H−Hの結合エネルギー
は数eV程度に過ぎないことを考えれば、モデル2及びモデル4の寄与が小さいのは、S
i元素との衝突により、大部分のH2 +やH3 +が、H+やHに分離しているためと思わ
れる。
に、モデル1及びモデル5を用いて水素イオン種を照射した場合(H換算で10万個照射
時)の計算結果を示す。また、図34の水素イオン種を照射したSi基板中の水素濃度(
SIMSデータ)及び、上記シミュレーション結果をSIMSデータにフィッティングさ
せたもの(以下フィッティング関数と呼ぶ)を合わせて示す。ここで、図37は加速電圧
を80kVとした場合を示し、図38は加速電圧を60kVとした場合を示し、図39は
加速電圧を40kVとした場合を示している。なお、モデル1及びモデル5を用いて行っ
た計算の結果については、縦軸を水素原子の数で表しており(右軸)、SIMSデータ及
びフィッティング関数については、縦軸を水素原子の密度で表している(左軸)。横軸は
Si基板表面からの深さである。
とした。なお、計算式中、X、Yはフィッティングに係るパラメータであり、Vは体積で
ある。
[フィッティング関数]
=X/V×[モデル1のデータ]+Y/V×[モデル5のデータ]
ばH2 +の寄与(すなわち、モデル3)についても考慮すべきであるが、以下に示す理由
により、ここでは除外して考えた。
・モデル3に示される照射過程により導入される水素は、モデル5の照射過程と比較して
僅かであるため、除外して考えても大きな影響はない(SIMSデータにおいても、ピー
クが現れていない)。
・モデル5とピーク位置の近いモデル3は、モデル5において生じるチャネリング(結晶
の格子構造に起因する元素の移動)により隠れてしまう可能性が高い。すなわち、モデル
3のフィッティングパラメータを見積もるのは困難である。これは、本シミュレーション
が非晶質Siを前提としており、結晶性に起因する影響を考慮していないことによるもの
である。
、導入されるHの数の比は、[モデル1]:[モデル5]=1:42〜1:45程度(モ
デル1におけるHの数を1とした場合、モデル5におけるHの数は42以上45以下程度
)であり、照射されるイオン種の数の比は、[H+(モデル1)]:[H3 +(モデル5
)]=1:14〜1:15程度(モデル1におけるH+の数を1とした場合、モデル5に
おけるH3 +の数は14以上15以下程度)である。モデル3を考慮していないことや非
晶質Siと仮定して計算していることなどを考えれば、実際の照射に係るイオン種の比(
H+:H2 +:H3 +=1:1:8程度)に近い値が得られていると言える。
図34に示すようなH3 +の割合を高めた水素イオン種を基板に照射することで、H3
+に起因する複数のメリットを享受することができる。例えば、H3 +はH+やHなどに
分離して基板内に導入されるため、主にH+やH2 +を照射する場合と比較して、イオン
の導入効率を向上させることができる。これにより、半導体基板の生産性向上を図ること
ができる。また、同様に、H3 +が分離した後のH+やHの運動エネルギーは小さくなる
傾向にあるから、薄い半導体層の製造に向いている。
ン種を照射可能なイオンドーピング装置を用いる方法について説明している。イオンドー
ピング装置は廉価で、大面積処理に優れているため、このようなイオンドーピング装置を
用いてH3 +を照射することで、半導体特性の向上、大面積化、低コスト化、生産性向上
などの顕著な効果を得ることができる。一方で、H3 +の照射を第一に考えるのであれば
、イオンドーピング装置を用いることに限定して解釈する必要はない。
(C)参照)。
する接合層101としては、有機シランを原料ガスに用いた化学気相成長法により成膜さ
れる酸化シリコン層が好ましい。その他に、シランを原料ガスに用いた化学気相成長法に
より成膜される酸化シリコン層を適用することもできる。化学気相成長法による成膜では
、半導体基板161に形成した分離層163から脱ガスが起こらない程度の温度を適用す
る。例えば、成膜温度を350℃以下とすることが好ましい。なお、半導体基板から単結
晶半導体層を剥離する加熱処理は、化学気相成長法による成膜温度よりも高い加熱処理温
度が適用される。
)。半導体基板161上に形成された接合層101の表面と基板100の表面とを密着さ
せることにより接合が形成される。この接合は、ファンデルワールス力が作用しており、
基板100と半導体基板161を圧接することにより水素結合による強固な接合を形成す
ることが可能となる。
ス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われ
る各種ガラス基板、石英基板、セラミック基板、サファイア基板が挙げられる。好ましく
は基板100としてガラス基板を用いるのがよく、例えば第6世代(1500mm×18
50mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(2200mm×24
00mm)といわれる大面積のマザーガラス基板を用いる。大面積のマザーガラス基板を
ベース基板100として用いてSOI基板を製造することで、SOI基板の大面積化が実
現できる。その結果、1枚の基板から製造できる表示パネルの数(面取り数)を増大させ
ることが可能となり、発光装置の生産性を向上させることができる。
いてもよい。例えば、接合を形成する面の一方又は双方に原子ビーム若しくはイオンビー
ムを照射する。原子ビーム若しくはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活
性ガス中性原子ビーム若しくは不活性ガスイオンビームを用いることができる。その他に
、プラズマ照射若しくはラジカル処理を行うことで接合面を活性化することもできる。こ
のような表面処理により、400℃以下の温度であっても異種材料間の接合を形成するこ
とが容易となる。
A)参照)は、加熱処理と加圧処理の一方又は両方を行うことが好ましい。加熱処理や加
圧処理を行うことにより基板100と半導体基板161の接合強度を向上させることが可
能となる。加熱処理の温度は、基板100の耐熱温度以下で行う。加圧処理は、接合面に
垂直な方向に圧力が加わるように行い、基板100及び半導体基板の耐圧性を考慮して行
う。
0から剥離する(図4(B)参照)。加熱処理の温度は接合層101の成膜温度以上、基
板100の耐熱温度以下で行うことが好ましい。例えば、400℃乃至600℃の加熱処
理を行うことにより、分離層163に形成された微小な空洞の堆積変化が起こり、当該分
離層163に沿って劈開する。接合層101は基板100と接合しているので、基板10
0上には半導体基板161と同じ結晶性の単結晶半導体層164が残存することとなる。
られたSOI基板165が得られる。
的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP
)を行うことが好ましい。また、CMP等の物理的研磨手段を用いず、単結晶半導体層1
64の表面にレーザビームを照射して平坦化を行ってもよい。なお、レーザビームを照射
する際は、酸素濃度が10ppm以下の窒素雰囲気下で行うことが好ましい。これは、酸
素雰囲気下でレーザビームの照射を行うと単結晶半導体層164の表面が荒れる恐れがあ
るからである。また、得られた単結晶半導体層164の薄膜化を目的として、CMP等を
行ってもよい。
晶半導体層164を設けることも可能である。この場合、半導体基板161の大きさに依
存せず大型の発光装置を作製することが可能となる。
よい。基板100上にパネルサイズの単結晶半導体層164を複数設けることにより、基
板100から複数のパネルを作製することが可能となる。また、1つの単結晶半導体層で
1つの表示パネルを形成することができるため、表示パネルを構成する素子のばらつきを
抑制することが可能である。
基板等を基板100として用いた場合であっても、基板100と単結晶半導体層164の
接合部の接着が強固なSOI基板165を得ることができる。従って、基板100として
、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスの
如き無アルカリガラスと呼ばれる電子工業用に使われる各種ガラス基板を適用することが
可能となる。もちろん、セラミック基板、サファイア基板、石英基板等を適用することも
可能である。すなわち、一辺が1メートルを超える基板上に単結晶半導体層を形成するこ
とができる。このような大面積基板を使ってEL表示装置等の発光装置を製造することが
できる。
照して説明する。
、単結晶半導体層132を形成する(図5(A)参照)。
を形成する(図5(B)参照)。
コン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン等の絶縁膜を用いて単層又は積層構造で設けるこ
とができる。
ラズマ処理を行うことにより、表面を酸化又は窒化することで形成してもよい。例えば、
He、Ar、Kr、Xeなどの希ガスと、酸素、酸化窒素(NO2)、アンモニア、窒素
、水素などの混合ガスを導入したプラズマ処理で形成する。この場合のプラズマの励起は
、マイクロ波の導入により行うと、低電子温度で高密度のプラズマを生成することができ
る。この高密度プラズマで生成された酸素ラジカル(OHラジカルを含む場合もある)や
窒素ラジカル(NHラジカルを含む場合もある)によって、単結晶半導体層の表面を酸化
または窒化することができる。
は5nm以上10nm以下の絶縁膜が単結晶半導体層に形成される。この場合の反応は、
固相反応であるため、当該絶縁膜と単結晶半導体層との界面準位密度をきわめて低くする
ことができる。このような高密度プラズマ処理は、単結晶半導体層を直接酸化(または窒
化)するため、形成される絶縁膜の厚さのばらつきを極めて小さくすることができる。こ
のような高密度プラズマ処理により単結晶半導体層の表面を固相酸化することにより、均
一性が良く、界面準位密度が低い絶縁膜を形成することができる。
いても良いし、それにCVD法やスパッタリング法等で酸化シリコン、酸化窒化シリコン
又は窒化シリコンの絶縁膜のいずれか一つ又は複数を堆積し、積層させても良い。いずれ
にしても、高密度プラズマで形成した絶縁膜をゲート絶縁膜の一部または全部に含んで形
成されるトランジスタは、特性のばらつきを小さくすることができる。
して形成する(図5(C)参照)。第1の導電層172、第2の導電層173は、タンタ
ル(Ta)、窒化タンタル、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)
、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等から選択され
た元素、またはこれらの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する。又
は、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成
する。なお、第1の導電層172及び第2の導電層173は同一の導電材料を用いても良
いし、異なる導電材料を用いても良い。
膜とタングステン膜、窒化タングステン膜とタングステン膜、窒化モリブデン膜とモリブ
デン膜等が挙げられる。ここでは、第1の導電層は、CVD法やスパッタリング法等によ
り、20nm以上100nm以下の厚さで形成する。第2の導電層は、100nm以上4
00nm以下の厚さで形成する。また、本実施の形態では2層の導電層の積層構造とした
が、1層としても良いし、もしくは3層以上の積層構造としても良い。3層構造の場合は
、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜の積層構造を採用するとよい。
マスク174を用いて、第1のエッチング処理及び第2のエッチング処理を行う。
導電層172及び第2の導電層173を選択的に除去し、単結晶半導体層122の上方に
ゲート電極として機能しうる第1の導電層123及び第2の導電層124の積層構造を残
存させ、単結晶半導体層132の上方にゲート電極として機能しうる第1の導電層133
及び第2の導電層134の積層構造を残存させる(図5(D)参照)。
部を選択的にエッチングする(図5(E)参照)。その結果、第2の導電層124、13
4の幅が第1の導電層123、133の幅より小さい構造を得ることができる。
ば良いが、エッチング速度を向上するにはECR(Electron Cyclotro
n Resonance)やICP(Inductively Coupled Pla
sma:誘導結合プラズマ)などの高密度プラズマ源を用いたドライエッチング装置を用
いればよい。第1のエッチング処理および第2のエッチング処理のエッチング条件を適宜
調節することで、第1の導電層123、133及び第2の導電層124、134の端部を
所望のテーパー形状となるように形成することができる。
単結晶半導体層122、単結晶半導体層132に不純物元素を導入し、単結晶半導体層1
22に低濃度の不純物領域125を形成し、単結晶半導体層132に低濃度の不純物領域
135を形成する(図6(A)参照)。
法等により行うことができる。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As
)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウ
ム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。
重ならない領域に形成されている例を示しているが、不純物元素を導入する条件によって
は第1の導電層123と重なる領域にも不純物領域125が形成されうる。また、単結晶
半導体層132において、不純物領域135は第1の導電層133と重ならない領域に形
成されている例を示しているが、不純物元素を導入する条件によっては第1の導電層13
3と重なる領域にも不純物領域135が形成されうる。
ストマスク175を選択的に形成し、当該レジストマスク175、第1の導電層133及
び第2の導電層134をマスクとして、単結晶半導体層122、単結晶半導体層132に
不純物元素を導入する。その結果、単結晶半導体層122に不純物領域126、127が
形成され、単結晶半導体層132に不純物領域136、137が形成される(図6(B)
参照)。なお、不純物元素は、第1の導電層133を突き抜けて単結晶半導体層132に
導入される。
法等により行うことができる。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As
)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウ
ム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。
れた高濃度の不純物領域127はトランジスタのソース領域又はドレイン領域として機能
し、レジストマスク175で覆われ第1の導電層123と重ならない領域に形成された低
濃度の不純物領域126はトランジスタのLDD領域として機能する。また、単結晶半導
体層132において、第1の導電層133と重ならない領域に形成された高濃度の不純物
領域137はトランジスタのソース領域又はドレイン領域として機能し、第1の導電層1
33と重なり第2の導電層134と重ならない領域に形成された低濃度の不純物領域13
6はトランジスタのLDD領域として機能する。
領域またはドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した領域のことであり、LD
D領域を設けると、ドレイン領域近傍の電界を緩和してホットキャリア注入による劣化を
防ぐという効果がある。また、ホットキャリアによるトランジスタの劣化を防ぐため、ゲ
ート絶縁膜を介してLDD領域をゲート電極と重ねて配置させた構造(「GOLD(Ga
te−drain Overlapped LDD)構造」とも呼ぶ)としてもよい。本
実施の形態では、画素部120を構成するトランジスタにLDD領域を設け、駆動回路部
130を構成するトランジスタにGOLD構造とした例を示しているが、これに限られな
い。画素部120を構成するトランジスタにGOLD構造を設けてもよい。
けてもよいし、駆動回路部130を構成するトランジスタはn型のみ、p型のみ、n型及
びp型で設けてもよい。
77を積層して形成する。続いて、ゲート絶縁膜171、絶縁層176、絶縁層177に
選択的に開口部を形成し、ソース電極又はドレイン電極として機能する導電層128、1
38を形成する(図6(C)参照)。
化シリコン、窒化シリコン等の絶縁層を用いることができる。また、ポリイミド、ポリア
ミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ等の有機材料、
またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料、オキサゾール樹脂などからなる単層または積
層構造で設けることができる。なお、シロキサン材料とは、Si−O−Si結合を含む材
料に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成
される。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、芳香族炭化水
素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いることもできる。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。オキサゾール樹脂は
、例えば、感光性ポリベンゾオキサゾール等である。感光性ポリベンゾオキサゾールは、
誘電率が低く(常温1MHzで誘電率2.9)、耐熱性が高く(示差熱天秤(TG/DT
A:Thermogravimetry−Differential Thermal
Analysis)で昇温5℃/minで熱分解温度550℃)、吸水率が低い(常温2
4時間で0.3%)材料である。オキサゾール樹脂は、ポリイミド等の比誘電率(3.2
〜3.4程度)と比較すると、比誘電率が低いため(2.9程度)、寄生容量の発生を抑
制し、高速動作を行うことができる。ここでは、絶縁層176については、CVD法によ
り酸化シリコン、酸化窒化シリコン又は窒化シリコンを用いて形成し、絶縁層177につ
いては、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリ
ル、エポキシ等の有機材料、シロキサン樹脂等のシロキサン材料、又はオキサゾール樹脂
を用いて形成する。
ン、ニッケル、ネオジム(Nd)から選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金
からなる単層構造または積層構造を用いることができる。例えば、当該元素を複数含む合
金からなる導電層として、チタンを含有したアルミニウム合金、ネオジムを含有したアル
ミニウム合金などで形成することができる。また、積層構造で設ける場合、例えば、アル
ミニウム層若しくは上述したようなアルミニウム合金層を、チタン層で挟んで積層させた
構造としても良い。なお、導電層128、138は、トランジスタのソース電極又はドレ
イン電極として機能する。
参照)。ここでは、導電層128上に設けられた絶縁層178上に画素電極106が形成
されている例を示しているが、これに限られない。例えば、絶縁層177上に画素電極1
06を設けた構成としてもよい。画素電極106は、発光装置において、陽極、又は陰極
として機能する。
ン、窒化シリコン等の絶縁層を用いることができる。また、ポリイミド、ポリアミド、ポ
リビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ等の有機材料、またはシ
ロキサン樹脂等のシロキサン材料、オキサゾール樹脂などからなる単層または積層構造で
設けることができる。
化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物
、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを用い
ることができる。勿論、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO
)、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物(ITSO)なども用いることができる。
また、仕事関数の大きい材料、例えば、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム
(Cr)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)、スズ(Sn)、インジウム(In)またはモリ
ブデン(Mo)から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料、例えば窒化
チタン、窒化珪素チタン、珪化タングステン、窒化タングステン、窒化珪化タングステン
、窒化ニオブを用いて、単層膜またはそれらの積層膜で設けてもよい。
ニングして、画素電極106の端部を覆う絶縁層179を形成する。続いて、有機化合物
を含む層107を蒸着法、塗布法とにより形成した後、対向電極108(発光装置の陰極
、又は陽極)を形成する(図7(A)参照)。
てバッファ層を用いてもよい。バッファ層は、有機化合物と無機化合物とを含む複合材料
層であり、前記無機化合物は、前記有機化合物に対して電子受容性を示す。バッファ層は
、有機化合物と無機化合物とを含む複合材料であり、前記無機化合物は、酸化チタン、酸
化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ク
ロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、および酸化レニウムからなる
群より選ばれるいずれか一または複数である。バッファ層は、ホール輸送性を有する有機
化合物と、無機化合物とを含む複合材料層である。
と有機化合物層の積層)を設けることが好ましい。バッファ層は、金属酸化物(酸化モリ
ブデン、酸化タングステン、酸化レニウムなど)と有機化合物(ホール輸送性を有する材
料(例えば4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェ
ニル(略称:TPD)、4,4’−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))
とを含む複合層である。また、有機化合物を含む層107は、例えば、トリス(8−キノ
リノラト)アルミニウム(略称:Alq3)や、トリス(4−メチル−8−キノリノラト
)アルミニウム(略称:Almq3)や、α−NPDなどを用いることができる。また、
有機化合物を含む層107は、ドーパント材料を含ませてもよく、例えば、N,N’−ジ
メチルキナクリドン(略称:DMQd)や、クマリン6や、ルブレンなどを用いることが
できる。画素電極106と対向電極108の間に設けられる有機化合物を含む層107は
、抵抗加熱法などの蒸着法によって形成すればよい。
およびこれらの混合物などを用いる。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、これらを含む合金(Mg:Ag、Al:Li、
Mg:Inなど)、およびこれらの化合物(CaF2、CaN)の他、YbやEr等の希
土類金属を用いることができる。また、有機化合物を含む層107に電子注入層を設ける
場合、Alなどの他の導電層を用いることも可能である。また陰極側から光を取り出す場
合は、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZ
O)、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)などその他の透光性酸化物導電材料を用い
ることが可能である。
向基板181と対向電極103との間には、充填剤180を設けてもよいし、不活性ガス
を充填させた構成としてもよい。なお、対向電極108を覆うように保護膜を形成しても
よい。
装置の駆動回路部と画素部を構成するトランジスタは、チャネル形成領域を単結晶半導体
層で形成する。従って、多結晶半導体層(ポリシリコン)を画素部のトランジスタのチャ
ネル形成領域として利用する発光装置と比較して、画素ごとにおけるトランジスタ特性の
バラツキを低減することができるため、発光装置における表示むらを抑制することができ
る。
ることにより、多結晶半導体層を駆動回路部のトランジスタのチャネル形成領域として利
用する発光装置と比較して、トランジスタのチャネル長Lを小さくすることができる。そ
の結果、低消費電力化及び高速駆動化が可能となる。また、駆動回路部を構成するトラン
ジスタ等の素子の微細化が可能となるため、画素部と駆動回路部とを同一基板上に設けた
場合に画素部の占有面積を拡大することが可能となる。なお、チャネル長とは、チャネル
形成領域におけるキャリアが流れる方向の長さをいう。
合わせることができる。
本実施の形態では、上記実施の形態と異なるSOI基板の作製方法に関して図面を参照
して説明する。
(HPM)、希フッ酸(DHF)などを適宜使って洗浄した後、半導体基板161の熱酸
化を行うことにより酸化膜190を形成する(図31(A)参照)。熱酸化はドライ酸化
で行っても良いが、酸化雰囲気中にハロゲンを添加した酸化を行うことが好ましい。ハロ
ゲンを含むものとしてはHClが代表例であり、その他にもHF、NF3、HBr、Cl
2、ClF3、BCl3、F2、Br2などから選ばれた一種又は複数種を適用すること
ができる。このような熱酸化の例としては、酸素に対しHClを0.5〜10体積%(好
ましくは3体積%)の割合で含む雰囲気中で、900℃〜1150℃の温度(代表的には
1000℃)で熱酸化を行うと良い。処理時間は0.1〜6時間、好ましくは0.5〜1
時間とすれば良い。形成される酸化膜の膜厚としては、10nm〜1000nm(好まし
くは50nm〜200nm)、例えば100nmの厚さとする。
によるゲッタリング効果を得ることができる。ゲッタリング効果としては、特に金属不純
物を除去する効果が得られる。すなわち、塩素の作用により、金属などの不純物が揮発性
の塩化物となって気相中へ離脱して除去される。半導体基板161の表面を化学的機械研
磨(CMP)処理したものに対しては有効である。また、水素は半導体基板161と酸化
膜190の界面の欠陥を補償して界面の局在準位密度を低減する作用を奏する。
単結晶半導体層が汚染されることを防止する効果を奏する。代表的な重金属としてはFe
、Cr、NiでありMoがさらに含まれる場合があり、これらは単結晶半導体層に対し、
質量分離されないイオンをドーピングして分離層を形成する過程で導入される。すなわち
酸化膜190はHCl酸化などによって膜中にハロゲンを含ませることにより、重金属な
ど単結晶半導体層に悪影響を与える不純物をゲッタリングする作用がある。酸化膜190
を形成した後に行われる加熱処理により、単結晶半導体層に含まれる不純物としての金属
は酸化膜190に析出し、ハロゲン(例えば塩素)と反応して捕獲されることとなる。そ
れにより酸化膜190中に捕集した当該不純物を固定して半導体基板161の汚染を防ぐ
ことができる。すなわち、酸化膜190は、半導体のライフタイムキラーとなる金属元素
を捕獲して再拡散させないことにより、トランジスタの高性能化を図ることができる。
17/cm3〜5×1020/cm3の濃度で含まれることにより金属などの不純物を捕
獲して半導体基板161の汚染を防止する保護膜としての機能を発現させることができる
。
31(B)参照)。分離層163は半導体基板161の表面から電界で加速されたイオン
を所定の深さに添加することで形成される。半導体基板161に形成される分離層163
の深さは、イオンの加速エネルギーとイオンの入射角によって制御することができる。
す。半導体基板161に添加されたハロゲン元素はガウス分布することとなる。半導体基
板161の表面からイオンの平均進入深さに近い深さ領域に分離層163が形成される。
勿論、イオンを電界で加速して半導体に照射する場合には、イオンはある深さをピークに
してほぼガウス分布することとなり、ここで分離層163の深さとして示されるものは、
そのピーク位置を目安としている。
ガスをプラズマ化して生成された複数のイオン種を質量分離しないで照射するドーピング
方式を用いる。本形態の場合、一又は複数の同一の原子から成る質量の異なるイオンを照
射することが好ましい。イオンドーピングは、加速電圧10kV〜100kV、好ましく
は30kV〜80kV、ドーズ量は1×1016/cm2〜4×1016/cm2、ビー
ム電流密度が2μA/cm2以上、好ましくは5μA/cm2以上、より好ましくは10
μA/cm2以上とすれば良く、照射によって半導体基板161に生成される欠陥を低減
することができる。
めにドーピング装置に供給するガスとして、HF、NF3、HBr、Cl2、ClF3、
BCl3、F2、Br2などが適用される。ハロゲンイオンとして、特にフッ素は質量数
が小さいので、半導体基板161に照射しても結晶に与えるダメージが少なくて済む。ハ
ロゲンイオンを照射することにより半導体基板161に形成される分離層163にハロゲ
ンが1×1020/cm3(好ましくは5×1020/cm3)以上の濃度で含まれるよ
うにする。半導体基板161において、局所的に高濃度のハロゲン添加領域を形成すると
、結晶構造が乱されて微小な空孔が形成され、分離層163を多孔質構造とすることがで
きる。この場合、比較的低温の加熱処理によって分離層163に形成された微小な空洞の
体積変化が起こり、分離層に沿って劈開することにより薄い単結晶半導体層を形成するこ
とができる。
はその前後に水素イオンを照射しても良い。水素イオンを照射する場合には、H+、H2
+、H3 +イオンを含ませると共に、H3 +イオンの割合を高めておくことが好ましい。
水素イオンを照射する場合には、H+、H2 +、H3 +イオンを含ませると共に、H3 +
イオンの割合を高めておくと照射効率を高めることができ、照射時間を短縮することがで
きる。
しくは水素イオンの他に金属イオンも同時に半導体基板161に照射される。金属イオン
は質量数が大きいので、イオンが照射される側の極表面に多く分布する。本形態では半導
体基板161の表面に酸化膜190が形成されている。この酸化膜190の膜厚を金属イ
オンが添加される深さよりも厚く形成することで、当該金属の分布を酸化膜190中に止
めておくことができる。酸化膜190はHCl酸化などによって膜中にハロゲンを含ませ
ることにより、重金属など半導体基板161に悪影響を与える不純物をゲッタリングする
作用がある。それにより酸化膜190中に捕集した当該不純物を固定して半導体基板16
1の汚染を防ぐことができる。
とができる。この場合にも、質量の大きいイオン(例えばH3 +イオン)を選択的に照射
することは上記と同様な効果を奏することとなり好ましい。
な不活性ガスを選択することも可能である。原料ガスにヘリウムを用い、質量分離機能を
有さないイオンドーピング装置を用いることにより、He+イオンの割合が高いイオンビ
ームが得ることができる。このようなイオンを半導体基板161に照射することで、微小
な空孔を形成することができ上記と同様な分離層163を半導体基板161中に設けるこ
とができる。
101を形成する(図31(C)参照)。窒素含有層102、接合層101は、上記実施
の形態1で示した作製方法や材料を用いて形成すればよい。
素含有層102、酸化膜190を介して単結晶半導体層164が設けられたSOI基板1
65が得られる(図31(D)参照)。
置の構成と適宜組み合わせることができる。
本実施の形態では、発光装置の一例に関して図面を参照して説明する。
査線駆動回路251、信号線駆動回路252等から構成される駆動回路部と、画素253
が複数配置された画素部120とを有している。
53に伝達される。また、走査線駆動回路251から出力される信号は、走査線G1〜G
yに入力され、各画素253に伝達される。また、信号線に並行に電源供給線V1〜Vx
が配置され、各画素253に電流を供給する。
52等の駆動回路部と画素部120を1つの基板上に設けた構成とすることができる。さ
らに、走査線駆動回路251、信号線駆動回路252、画素253は、上記実施の形態で
示したように単結晶半導体層をチャネル形成領域として利用するトランジスタで構成され
る。従って、多結晶半導体層を用いて駆動回路部や画素のトランジスタを構成するEL表
示装置と比較して、トランジスタ等の素子のサイズの微細化や高速動作が可能となる。
3及び発光素子264を有している。なお、ここでは、第1のトランジスタ261をnチ
ャネル型トランジスタで設け、第2のトランジスタ262をpチャネル型のトランジスタ
で設けている例を示しているが、これに限られない。第1のトランジスタ261及び第2
のトランジスタ262の双方をnチャネル型のトランジスタ又はpチャネル型のトランジ
スタとしてもよいし、第1のトランジスタ261をpチャネル型トランジスタで設け、第
2のトランジスタ262をnチャネル型のトランジスタで設けてもよい。
こでは、「走査線G」とする)に電気的に接続され、ソース又はドレインの一方が信号線
S1〜Sxのうちいずれかの信号線(ここでは、「信号線S」とする)に電気的に接続さ
れ、ソース又はドレインの他方が容量素子263の一方の電極及び第2のトランジスタ2
62のゲートに電気的に接続されている。なお、第1のトランジスタ261は、スイッチ
ングトランジスタ又はスイッチ用トランジスタと呼ばれることがある。
ンの他方及び容量素子263の一方の電極に電気的に接続され、ソース又はドレインの一
方が電源供給線V1〜Vxのうちいずれかの電源供給線(ここでは、「電源供給線V」と
する)に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が発光素子264の一方の電極に
電気的に接続されている。発光素子264の他方の電極は、低電源電位が設定されていて
もよい。なお、第2のトランジスタ262は、駆動トランジスタと呼ばれることがある。
<高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては、例えば、GND、0V等を設定
することができる。
ここでは、「電源供給線V」とする)に電気的に接続されている。なお、容量素子263
は、第2のトランジスタ262のゲート容量を代用して省略した構成とすることも可能で
ある。第2のトランジスタ262のゲート容量は、ソース領域、ドレイン領域又はLDD
領域等とゲート電極とが重畳してオーバーラップしている領域で容量が形成されていても
よいし、チャネル形成領域とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
は、定電流駆動で動作させる場合について説明する。なお定電流駆動とは、1フレーム期
間等映像を保持する期間において、一定の電流で駆動させることであり、常時同じ電流で
駆動させるという意味でない。
第1のトランジスタ261を介して、容量素子263の一方の電極に入力される。そして
、ビデオ信号に相当する電圧分の電荷が容量素子263に蓄積され、容量素子263はそ
の電圧を保持する。この電圧は第2のトランジスタ262のゲートとソース間電圧Vgs
に相当する。
れ、この印加電圧に応じて第2のトランジスタ262を介して電源供給線Vから発光素子
264に電流が流れ、発光素子264が発光する。
発光素子264に流れる電流を変化させることによって画素の階調を表現することが可能
となる。
ジスタ262のゲートに印加される電圧に応じて電源供給線Vより入力される。ここで一
般にトランジスタのドレインとソース間電圧Vdsと、そのドレイン電流Idとは、図1
0に示す様な関係を持っている。
フを示している。ゲート電圧Vgsと第2のトランジスタ262のしきい値電圧Vthと
の差の絶対値|Vgs−Vth|が大きくなるほど、言い換えればゲート電圧Vgsの絶
対値|Vgs|が大きくなるほど、ドレイン電流Idは大きくなる。
Vgs−Vth|が、ドレインとソース間電圧Vdsの絶対値|Vds|よりも大きい場
合は、トランジスタは線形領域で動作し、ドレインとソース間電圧Vdsの絶対値|Vd
s|以下の場合は、トランジスタは飽和領域で動作する。飽和領域で動作する場合には、
ドレインとソース間電圧Vdsが変化しても電流値はほとんど変化せず、Vgsの大きさ
だけによって電流値が決まる。
ンジスタ262を、ドレインとソース間電圧Vdsの絶対値|Vds|がゲート電圧Vg
sと第2のトランジスタ262のしきい値電圧Vthとの差の絶対値|Vgs−Vth|
以上の飽和領域で動作させる。なお、発光素子264を非発光とする場合には、第2のト
ランジスタ262をオフさせればよい。
される電圧を変化させて(信号線Sに入力する電位を変化させて)、発光素子264に流
れる電流を変化させること(定電流アナログ階調方式)によって行う。つまり、定電流ア
ナログ階調方式では、信号線Sに入力されるアナログ映像信号を変化させること(信号線
Sの電位を変化させること)で階調表示が行われる。
る場合、画素間でトランジスタの移動度やしきい値がばらつくとそれがそのままドレイン
電流のばらつきとなりEL表示装置の表示むらとして現れる問題がある。特に、多結晶半
導体層を用いてトランジスタを形成する場合には、画素ごとのトランジスタの移動度やし
きい値のばらつきが大きく、EL表示装置を定電流駆動で動作させることは困難であった
。これは、半導体層の結晶化(レーザー結晶化等)において、画素部を構成する全領域に
おいて均一な結晶粒界を有する多結晶半導体層を得ることが難しいためである。
構成するトランジスタ等を単結晶半導体層で形成するため、画素ごとによりトランジスタ
の移動度やしきい値がばらつくことを低減することができる。その結果、第2のトランジ
スタ262を飽和領域で動作させた場合であっても、トランジスタの特性の変化が小さい
ため、定電流アナログ階調方式で動作させる場合であっても、EL表示装置の表示むらを
防止することが可能となる。
光を電流で制御するため、発光素子264の発光を電圧で制御する定電圧駆動で動作させ
る場合と比較して、温度変化や発光素子の劣化により発光素子のV−I特性が変動した場
合であっても一定の輝度を保持することが可能となる。
ンジスタ)を有する画素の上面図(レイアウト図)の一例である。図11(B)は、図1
1(A)に示すX−X’の部分の断面図の一例である。
第2のトランジスタ262、第3の配線273、対向電極268、容量素子263、画素
電極265、隔壁269、有機薄膜267及び基板100を示している。なお、第1のト
ランジスタ261はスイッチング用トランジスタとして、第1の配線271は走査線Gと
して、第2の配線272は信号線Sとして、第2のトランジスタ262は駆動用トランジ
スタとして、第3の配線273は電源供給線Vとして、それぞれ用いられる。
て作製することができる。従って、ガラス等の基板100上に設けられた第1のトランジ
スタ261、第2のトランジスタ262のチャネル形成領域を単結晶半導体層で作製する
ことができる。ここでは、第1のトランジスタ261、第2のトランジスタ262を構成
する単結晶半導体層と基板100との間に、基板100側から接合層101と窒素含有層
102とが積層して設けられた構成を示している。
は、ガラスに含まれるナトリウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属が第1のトランジ
スタ261、第2のトランジスタ262を構成する単結晶半導体層に混入することを防止
することができる。
1(A)に示したように、第1のトランジスタ261、第2のトランジスタ262を構成
する単結晶半導体層と基板100との間に窒素含有層を設けない構成としてもよい。また
、上記図2に示したように、第1のトランジスタ261、第2のトランジスタ262を構
成する単結晶半導体層と基板100との間に、基板100側から窒素含有層151、接合
層152及び接合層101とが積層した構造を設けてもよい。
1のトランジスタ261のソース電極及びドレイン電極の一方は、第2の配線272と電
気的に接続され、第1のトランジスタ261のソース電極及びドレイン電極の他方は、第
2のトランジスタ262のゲート電極及び容量素子263の一方の電極と電気的に接続さ
れている。なお、第1のトランジスタ261のゲート電極は、複数のゲート電極によって
構成されている。こうすることで、第1のトランジスタ261のオフ状態におけるリーク
電流を低減することができる。
と電気的に接続され、第2のトランジスタ262のソース電極及びドレイン電極の他方は
、画素電極265と電気的に接続されている。こうすることで、画素電極265に流れる
電流を、第2のトランジスタ262によって制御することができる。
267(有機化合物層)上には、対向電極268が設けられている。なお、対向電極26
8は、全ての画素で共通に接続されるように形成されていてもよく、シャドーマスクなど
を用いてパターン形成されていてもよい。
68のうちいずれかを透過して発せられる。
が発せられる場合を下面放射、対向電極側に光が発せられる場合を上面放射と呼ぶ。
に、上面放射の場合、対向電極268は透明導電層によって形成されるのが好適である。
分けても良いし、単色のEL素子を塗り、カラーフィルタによってR、G、Bの発光を得
るようにしても良い。
子の電極の積層順等に関して、図11に示した構成以外にも、様々な構成をとることがで
きる。また、発光素子は、図示した有機薄膜で構成される素子の他に、LEDのような結
晶性の素子、無機薄膜で構成される素子など、様々な素子を用いることができる。
合わせることができる。
本実施の形態では、上記実施の形態と異なる発光装置に関して図面を参照して説明する
。具体的には、EL表示装置の動作を定電流デジタル階調方式で行う場合に関して図面を
参照して説明する。
トランジスタ262を飽和領域で動作させる点においては、上記実施の形態2と同様であ
る。しかし、発光素子264の階調表示を当該発光素子264の発光又は非発光を組み合
わせることにより行う。従って、第2のトランジスタ262のゲートには2種類の電位を
印加して発光素子264の発光又は非発光を制御する。
電位を信号線Sから第1のトランジスタ261を介して第2のトランジスタ262のゲー
ト電極に供給する。また、発光素子264を発光状態とする場合には、第2のトランジス
タ262がオンとなる一定の電位を第2のトランジスタ262のゲート電極に供給する。
れる輝度を一定にする。そして、1フレーム期間内に複数のサブフレーム期間を設け、サ
ブフレーム期間毎に画素へのビデオ信号の書き込みを行い、サブフレーム期間毎に画素の
点灯又は非点灯を制御し、その点灯しているサブフレーム期間の合計によって、階調を表
現する。
る。図12(A)のタイミングチャートは、画素への信号書き込み期間(アドレス期間)
と発光期間(サステイン期間)とが分離されている場合の駆動方法を示す。
レーム期間は複数のサブフレーム期間を有し、1サブフレーム期間はアドレス期間とサス
テイン期間とを有する。アドレス期間Ta1〜Ta4は、全行分の画素への信号書き込み
にかかる時間を示し、期間Tb1〜Tb4は一行分の画素(又は一画素分)への信号書き
込みにかかる時間を示している。サステイン期間Ts1〜Ts4は、画素へ書き込まれた
ビデオ信号にしたがって点灯又は非点灯状態を維持する時間を示し、その長さの比をTs
1:Ts2:Ts3:Ts4=23:22:21:20=8:4:2:1としている。ど
のサステイン期間で発光するかによって階調を表現している。
、画素が選択される。そして、画素が選択されているときに、信号線から画素へビデオ信
号が入力される。そして、画素にビデオ信号が書き込まれると、画素は再び信号が入力さ
れるまでその信号を保持する。この書き込まれたビデオ信号によってサステイン期間Ts
1における各画素の点灯、非点灯が制御される。同様に、アドレス期間Ta2、Ta3、
Ta4において画素へビデオ信号が入力され、そのビデオ信号によってサステイン期間T
s2、Ts3、Ts4における各画素の点灯、非点灯が制御される。そして、それぞれの
サブフレーム期間において、アドレス期間中は点灯せず、アドレス期間が終了した後、サ
ステイン期間が始まり、点灯させるための信号が書き込まれている画素が点灯する。
ス期間Ta1において、1行目から順に走査線に画素選択信号が入力され、アドレス期間
Ta1のうち期間Tb1(i)においてi行目の画素が選択される。そして、i行目の画
素が選択されているときに、信号線からi行目の画素へビデオ信号が入力される。そして
、i行目の画素にビデオ信号が書き込まれると、i行目の画素は再び信号が入力されるま
でその信号を保持する。この書き込まれたビデオ信号によってサステイン期間Ts1にお
けるi行目の画素の点灯、非点灯が制御される。同様に、アドレス期間Ta2、Ta3、
Ta4においてi行目の画素へビデオ信号が入力され、そのビデオ信号によってサステイ
ン期間Ts2、Ts3、Ts4におけるi行目の画素の点灯、非点灯が制御される。そし
て、それぞれのサブフレーム期間において、アドレス期間中は点灯せず、アドレス期間が
終了した後、サステイン期間が始まり、点灯させるための信号が書き込まれている画素が
点灯する。
はこれに限定されない。なお、点灯の順番はTs1、Ts2、Ts3、Ts4である必要
はなく、ランダムでもよいし、複数に分割して発光をさせてもよい。なお、Ts1、Ts
2、Ts3、Ts4の点灯時間は、2のべき乗にする必要はなく、同じ長さの点灯時間に
してもよいし、2のべき乗からすこしだけずらしてもよい。
が分離されていない場合の駆動方法について説明する。つまり、ビデオ信号の書き込み動
作が完了した行の画素は、次に画素へ信号の書き込み(又は消去)が行われるまで、信号
を保持する。書き込み動作から次にこの画素へ信号の書き込みが行われるまでの期間をデ
ータ保持時間という。そして、このデータ保持時間中は画素に書き込まれたビデオ信号に
従って、画素が点灯又は非点灯となる。同じ動作が、最終行まで行われ、アドレス期間が
終了する。そして、データ保持時間が終了した行から順に次のサブフレーム期間の信号書
き込み動作へ移る。
まれたビデオ信号に従って画素が点灯又は非点灯となる駆動方法の場合には、データ保持
時間をアドレス期間より短くしようとしても、同時に2行に信号を入力できないため、ア
ドレス期間を重ならないようにしなければならないので、データ保持時間を短くすること
ができない。よって、その結果、高階調表示を行うことが困難になる。
する。消去期間を設けアドレス期間より短いデータ保持時間を設定する場合の駆動方法に
ついて図13(A)を用いて説明する。
、画素が選択される。そして、画素が選択されているときに、信号線から画素へビデオ信
号が入力される。そして、画素にビデオ信号が書き込まれると、画素は再び信号が入力さ
れるまでその信号を保持する。この書き込まれたビデオ信号によってサステイン期間Ts
1における各画素の点灯、非点灯が制御される。ビデオ信号の書き込み動作が完了した行
においては、直ちに書き込まれたビデオ信号にしたがって、画素が点灯又は非点灯の状態
となる。同じ動作が、最終行まで行われ、アドレス期間Ta1が終了する。そして、デー
タ保持時間が終了した行から順に次のサブフレーム期間の信号書き込み動作へ移る。同様
に、アドレス期間Ta2、Ta3、Ta4において画素へビデオ信号が入力され、そのビ
デオ信号によってサステイン期間Ts2、Ts3、Ts4における各画素の点灯、非点灯
が制御される。そして、サステイン期間TS4はその終期を消去動作の開始によって設定
される。なぜなら、各行の消去時間Teに画素に書き込まれた信号の消去が行われると、
次の画素への信号の書き込みが行われるまでは、アドレス期間に画素に書き込まれたビデ
オ信号に関わらず、強制的に非点灯となるからである。つまり、消去時間Teが始まった
行の画素からデータ保持時間が終了する。
行において、アドレス期間Ta1において、1行目から順に走査線に画素走査信号が入力
され、画素が選択される。そして、期間Tb1(i)においてi行目の画素が選択されて
いるときに、i行目の画素にビデオ信号が入力される。そして、i行目の画素にビデオ信
号が書き込まれると、i行目の画素は再び信号が入力されるまでその信号を保持する。こ
の書き込まれたビデオ信号によって、サステイン期間Ts1(i)におけるi行目の画素
の点灯、非点灯が制御される。つまり、i行目にビデオ信号の書き込み動作が完了したら
、直ちに書き込まれたビデオ信号にしたがって、i行目の画素が点灯又は非点灯の状態と
なる。同様に、アドレス期間Ta2、Ta3、Ta4においてi行目の画素へビデオ信号
が入力され、そのビデオ信号によってサステイン期間Ts2、Ts3、Ts4におけるi
行目の画素の点灯、非点灯が制御される。そして、サステイン期間Ts4(i)はその終
期を消去動作の開始によって設定される。なぜなら、i行目の消去時間Ts(i)にi行
目の画素に書き込まれたビデオ信号に関わらず、強制的に非点灯となるからである。つま
り、消去時間Te(i)が始まるとi行目の画素のデータ保持時間が終了する。
灯期間を設けることができるため、高階調且つデューティー比(1フレーム期間中の点灯
期間の割合)の高い表示装置を提供することができる。瞬間輝度を低くすることが可能で
あるため表示素子の信頼性の向上を図ることが可能である。
はこれに限定されない。また、点灯の順番はTs1、Ts2、Ts3、Ts4である必要
はなく、ランダムでもよいし、複数に分割して発光をしてもよい。また、Ts1、Ts2
、Ts3、Ts4の点灯時間は、2のべき乗にする必要はなく、同じ長さの点灯時間にし
てもよいし、2のべき乗からすこしだけずらしてもよい。
について図14、図15を参照して説明する。
スタ262、容量素子263、発光素子264及び整流素子275を有している。第1の
トランジスタ261はゲートが第1の走査線G1に接続され、第1電極(ソース電極及び
ドレイン電極の一方)が信号線Sに接続され、第2電極(ソース電極及びドレイン電極の
他方)が第2のトランジスタ262のゲートに接続されている。第2のトランジスタ26
2は、ゲートが容量素子263を介して電源供給線Vに接続され、ゲートが整流素子27
5を介して第2の走査線G2に接続され、第1電極が電源供給線Vに接続され、第2電極
が発光素子264の第1電極(画素電極)に接続されている。発光素子264の第2電極
は共通電極に相当する。
、低電源電位とは、電源供給線Vに設定される高電源電位を基準にして低電源電位<高電
源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばGND、0Vなどが設定すること
ができる。
とも可能である。第2のトランジスタ262のゲート容量については、ソース領域、ドレ
イン領域又はLDD領域などとゲート電極とが重なってオーバーラップしているような領
域で容量が形成されていてもよいし、チャネル領域とゲート電極との間で容量が形成され
ていてもよい。
ある。ダイオード接続したトランジスタの他にも、PN接合のダイオード、PIN接合の
ダイオード、ショットキー型のダイオード又はカーボンナノチューブで形成されたダイオ
ードなどを用いてもよい。ダイオード接続されたトランジスタの極性は、Nチャネル型で
もよいし、Pチャネル型でもよい。
たものである。
入力する。すると、整流素子275に電流が流れ、容量素子263によって保持されてい
た第2のトランジスタ262のゲート電位をある電位に設定することができる。つまり、
第2のトランジスタ262のゲートの電位を、ある電位に設定し、画素へ書き込まれたビ
デオ信号に関わらず、第2のトランジスタ262を強制的にオフすることができる。
号が書き込まれているときに整流素子275に電流が流れないような電位とする。第2の
走査線G2に入力するハイレベルの信号は、画素に書き込まれたビデオ信号に関わらず、
第2のトランジスタ262がオフするような電位をゲートに設定することができるような
電位とする。
ある。さらに、ダイオード接続したトランジスタの他にも、PN接合のダイオード、PI
N接合のダイオード、ショットキー型のダイオード又はカーボンナノチューブで形成され
たダイオードなどを用いてもよい。ダイオード接続されたトランジスタの極性は、Nチャ
ネル型でもよいし、Pチャネル型でもよい。
262、容量素子263、発光素子264及び消去用トランジスタ276を有している。
第1のトランジスタ261はゲートが第1の走査線G1に接続され、第1電極(ソース電
極及びドレイン電極の一方)が信号線Sに接続され、第2電極(ソース電極及びドレイン
電極の他方)が第2のトランジスタ262のゲートに接続されている。第2のトランジス
タ262は、ゲートが容量素子263を介して電源供給線Vに接続され、ゲートが消去用
トランジスタ276の第1電極に接続され、第1電極が電源供給線Vに接続され、第2電
極が発光素子264の第1電極(画素電極)に接続されている。消去用トランジスタ27
6は、ゲートが第2の走査線G2に接続され、第2電極が電源供給線Vに接続されている
。発光素子264の第2電極は共通電極に相当する。
とも可能である。第2のトランジスタ262のゲート容量については、ソース領域、ドレ
イン領域又はLDD領域などとゲート電極とが重なってオーバーラップしているような領
域で容量が形成されていてもよいし、チャネル領域とゲート電極との間で容量が形成され
ていてもよい。
たものである。
入力する。すると、消去用トランジスタ276がオンして、第2のトランジスタ262の
ゲートと第1電極を同電位にすることができる。つまり、第2のトランジスタ262のV
gsを0Vにすることができる。こうして、第2のトランジスタ262を強制的にオフす
ることができる。
合わせることができる。
本実施の形態では、発光装置の駆動方法の一例について説明する。
の一例を示す。
期間を示す。1フレーム期間は特に限定はしないが、画像を見る人がちらつき(フリッカ
ー)を感じないように少なくとも1/60秒以下とすることが好ましい。
1乃至Gyのうちいずれか一)、i+1行目の走査線Gi+1及びy行目の走査線Gyが
それぞれ選択されるタイミングを示している。
れる。例えば、i行目の走査線Giが選択されていると、i行目の走査線Giに接続され
ている画素253も選択される。
まで順に選択される(以下、走査するともいう)。例えば、i行目の走査線Giが選択さ
れている期間は、i行目の走査線Gi以外の走査線(G1乃至Gi−1、Gi+1乃至G
y)は選択されない。そして、次の期間に、i+1行目の走査線Gi+1が選択される。
なお、1つの走査線が選択されている期間を1ゲート選択期間と呼ぶ。
、信号線S1乃至信号線Sxそれぞれからビデオ信号が入力される。例えば、i行目の走
査線Giが選択されている間、i行目の走査線Giに接続されている複数の画素253は
、各々の信号線S1乃至Sxから任意のビデオ信号をそれぞれ入力する。こうして、個々
の複数の画素253を走査信号及びビデオ信号によって、独立して制御することができる
。
。
及び第2のサブゲート選択期間)に分割した場合のタイミングチャートを示す。
期間を示す。1フレーム期間は特に限定はしないが、画像を見る人がちらつき(フリッカ
ー)を感じないように少なくとも1/60秒以下とすることが好ましい。
)に分割されている。
j行目の走査線Gj(走査線Gi+1乃至Gyのうちいずれか一)、及びj+1行目の走
査線Gj+1がそれぞれ選択されるタイミングを示している。
れる。例えば、i行目の走査線Giが選択されていると、i行目の走査線Giに接続され
ている画素253も選択される。
れる。例えば、ある1ゲート選択期間において、第1のサブゲート選択期間ではi行目の
走査線Giが選択され、第2のサブゲート選択期間ではj行目の走査線Gjが選択される
。すると、1ゲート選択期間において、あたかも同時に2行分の走査信号を選択したかの
ように動作させることが可能となる。このとき、第1のサブゲート選択期間と第2のサブ
ゲート選択期間とで、別々のビデオ信号が信号線S1乃至Sxに入力される。したがって
、i行目に接続されている複数の画素253とj行目に接続されている複数の画素253
とには、別々のビデオ信号を入力することができる。
きの図である。401は当該フレームの画像、402は当該フレームの中間画像、403
は次フレームの画像、404は次フレームの中間画像である。
に作成された画像であってもよい。また、当該フレームの中間画像402は、当該フレー
ムの画像401から作成された画像であってもよい。また、当該フレームの中間画像40
2は、黒画像であってもよい。こうすることで、ホールド型表示装置の動画像の画質を向
上できる。また、1フレーム期間400に1つの画像及び1つの中間画像を表示する場合
は、映像信号のフレームレートと整合性が取り易く、画像処理回路が複雑にならないとい
う利点がある。
の画像及び2つの中間画像を表示するときの図である。411は当該フレームの画像、4
12は当該フレームの中間画像、413は次フレームの中間画像、414は次々フレーム
の画像である。
ム、次フレーム、次々フレームの映像信号を元に作成された画像であってもよい。また、
当該フレームの中間画像412及び次フレームの中間画像413は、黒画像であってもよ
い。2フレーム期間に1つの画像及び2つの中間画像を表示する場合は、周辺駆動回路の
動作周波数をそれほど高速化することなく、効果的に動画像の画質を向上できるという利
点がある。
適用することができる。例えば、60Hz、90Hz、120Hz、150Hz、240
Hz等のフレーム周波数やそれ以上のフレーム周波数を適用してもよい。また、本実施の
形態のEL表示装置は、上記実施の形態で示したように、走査線駆動回路部、信号線駆動
回路部等の駆動回路部や画素部を構成するトランジスタを単結晶半導体層を用いて形成す
ることができるため、高速に動作させることが可能である。また、高速に動作させた場合
であっても、多結晶半導体層を用いて形成されたトランジスタに比べて低消費電力化を図
ることができる。
合わせることができる。
本実施形態においては、発光装置の駆動方法の一例について説明する。具体的にはオー
バードライブ駆動について図面を参照して説明する。
上述したEL表示装置において、信号線Sからスイッチ用の第1のトランジスタを介して
駆動用の第2のトランジスタのゲートに入力する電圧を示している。通常、目的の出力輝
度を得るための入力電圧30121はViであるが、入力する電圧としてViをそのまま
入力した場合には、目的の出力輝度に達するまで一定の時間を要する場合がある。
光させることができる。具体的には、まず、電圧Viよりも大きい電圧であるVoを第2
のトランジスタのゲートに一定時間与えることで応答速度を高めた後に、第2のトランジ
スタへの入力電圧をViに戻す、という方法である。このときの入力電圧は図19におけ
る入力電圧30122に表したようになる。一般的に、発光素子は液晶素子と比較して応
答速度が速いが、配線抵抗等の配線材料に起因する遅延等がある場合にオーバードライブ
駆動を適用することが有効となる。
て述べたが、入力電圧に対し出力輝度が負の変化をする場合も、本実施の形態は含んでい
る。
して説明する。まず、図19(B)を参照して、入力映像信号30131がアナログ値(
離散値でもよい)をとる信号であり、出力映像信号30132もアナログ値をとる信号で
ある場合について説明する。図19(B)に示すオーバードライブ回路は、符号化回路3
0101、フレームメモリ30102、補正回路30103、DA変換回路30104、
を備える。
つまり、アナログ信号から、適切なビット数のデジタル信号に変換される。その後、変換
されたデジタル信号は、フレームメモリ30102と、補正回路30103と、にそれぞ
れ入力される。補正回路30103には、フレームメモリ30102に保持されていた前
フレームの映像信号も、同時に入力される。そして、補正回路30103において、当該
フレームの映像信号と、前フレームの映像信号から、あらかじめ用意された数値テーブル
にしたがって、補正された映像信号を出力する。このとき、補正回路30103に出力切
替信号30133を入力し、補正された映像信号と、当該フレームの映像信号を切替えて
出力できるようにしてもよい。次に、補正された映像信号又は当該フレームの映像信号は
、DA変換回路30104に入力される。そして、補正された映像信号又は当該フレーム
の映像信号にしたがった値のアナログ信号である出力映像信号30132が出力される。
このようにして、オーバードライブ駆動が実現できる。
り、出力映像信号30132もデジタル値をとる信号である場合について説明する。図1
9(C)に示すオーバードライブ回路は、フレームメモリ30112、補正回路3011
3、を備える。
、補正回路30113と、にそれぞれ入力される。補正回路30113には、フレームメ
モリ30112に保持されていた前フレームの映像信号も、同時に入力される。そして、
補正回路30113において、当該フレームの映像信号と、前フレームの映像信号から、
あらかじめ用意された数値テーブルにしたがって、補正された映像信号を出力する。この
とき、補正回路30113に出力切替信号30133を入力し、補正された映像信号と、
当該フレームの映像信号を切替えて出力できるようにしてもよい。このようにして、オー
バードライブ駆動が実現できる。
ログ信号であり、出力映像信号30132がデジタル信号である場合も含む。このときは
、図19(B)に示した回路から、DA変換回路30104を省略すればよい。また、本
実施の形態におけるオーバードライブ回路は、入力映像信号30131がデジタル信号で
あり、出力映像信号30132がアナログ信号である場合も含む。このときは、図19(
B)に示した回路から、符号化回路30101を省略すればよい。
合わせることができる。
本実施形態では、上記実施の形態1で示したSOI基板を用いて作製した表示パネルに
ついて図20などを用いて説明する。なお、図20(A)は、表示パネルを示す上面図、
図20(B)は図20(A)をA−A’で切断した断面図である。点線で示された信号線
駆動回路4401、画素部4402、第1の走査線駆動回路4403、第2の走査線駆動
回路4406を有する。また、封止基板4404、シール材4405を有し、シール材4
405で囲まれた内側は、空間4407になっている。
及び信号線駆動回路4401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FPC4409からビデオ信号、クロック信号、スタート信号等を受け取る。F
PC4409と表示パネルとの接合部上にはICチップ(メモリ回路や、バッファ回路な
どが形成された半導体チップ)4422、4423がCOG(Chip On Glas
s)等で実装されている。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(PWB)が取り付けられていてもよい。また、メモリ回路、バッフ
ァ回路等を半導体チップで設けずに、基板上に単結晶半導体層を用いたトランジスタで設
けてもよい。
02とその周辺駆動回路(第1の走査線駆動回路4403、第2の走査線駆動回路440
6及び信号線駆動回路4401)が形成されているが、ここでは、信号線駆動回路440
1と、画素部4402が示されている。
多数のトランジスタで構成されている。また、トランジスタ4420、トランジスタ44
21は、チャネル形成領域となる半導体層として単結晶半導体層を適用した構成とするこ
とができる。また、ここでは、基板100側から接合層101と窒素含有層102とが積
層して設けられた構成を示している。
は、ガラスに含まれるナトリウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属が第1のトランジ
スタ261、第2のトランジスタ262を構成する単結晶半導体層に混入することを防止
することができる。
(A)に示したように、トランジスタを構成する単結晶半導体層と基板100との間に窒
素含有層を設けない構成としてもよい。また、上記図2に示したように、トランジスタを
構成する単結晶半導体層と基板100との間に、基板100側から窒素含有層151、接
合層152及び接合層101とが積層した構造を設けてもよい。
)と、駆動用トランジスタ4412(第2のトランジスタ)とを含む画素を構成する複数
の回路を有している。なお、駆動用トランジスタ4412のソース電極は第1の電極44
13と接続されている。また、第1の電極4413の端部を覆って絶縁物4414が形成
されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。な
お、トランジスタ4411、トランジスタ4412は、チャネル形成領域となる半導体層
として単結晶半導体層を適用した構成とすることができる。
率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物4414の材料としてポジ型の
感光性アクリルを用いた場合、絶縁物4414の上端部のみに曲率半径(0.2μm〜3
μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物4414として、感光性の
光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、あるいは光によってエッチャントに溶
解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
それぞれ形成されている。ここで、陽極として機能する第1の電極4413に用いる材料
としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ITO(インジウム
錫酸化物)膜、インジウム亜鉛酸化物(IZO)膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングス
テン膜、Zn膜、Pt膜などの単層膜の他、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3層構造等
を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオー
ミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。
ット法によって形成される。有機化合物を含む層4416には、周期表第4族金属錯体を
その一部に用いることとし、その他、組み合わせて用いることのできる材料としては、低
分子系材料であっても高分子系材料であってもよい。また、有機化合物を含む層に用いる
材料としては、通常、有機化合物を単層もしくは積層で用いる場合が多いが、本実施形態
においては、有機化合物からなる膜の一部に無機化合物を用いる構成も含めることとする
。さらに、三重項材料を用いることも可能である。
に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料(Al、Ag、Li、Ca、またはこれら
の合金MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、または窒化カルシウム)を用いればよ
い。なお、有機化合物を含む層4416で生じた光が第2の電極4417を透過させる場
合には、第2の電極4417として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電層(ITO(
インジウム錫酸化物))、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)、酸化亜
鉛等)との積層を用いるのがよい。
、基板100、封止基板4404、及びシール材4405で囲まれた空間4407に発光
素子4418が備えられた構造になっている。なお、空間4407には、不活性気体(窒
素やアルゴン等)が充填される場合の他、シール材4405で充填される構成も含むもの
とする。
料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板44
04に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−R
einforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、ポリエス
テルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
とができる。
路4403及び第2の走査線駆動回路4406を同一基板100上に形成することで、表
示装置の低コスト化が図れる。なお、信号線駆動回路4401、画素部4402、第1の
走査線駆動回路4403及び第2の走査線駆動回路4406に用いられるトランジスタを
単極性とすることで作製工程の簡略化が図れるためさらなる低コスト化が図れる。また、
信号線駆動回路4401、画素部4402、第1の走査線駆動回路4403及び第2の走
査線駆動回路4406に用いられるトランジスタの半導体層に単結晶半導体層を適用する
ことで表示装置の小型化、高速動作を図ることができる。
限定されない。
に正孔輸送材料からなる正孔輸送層4504、発光層4505、電子輸送材料からなる電
子輸送層4506、電子注入材料からなる電子注入層4507、そして陰極4508を積
層させた素子構造である。ここで、発光層4505は、一種類の発光材料のみから形成さ
れることもあるが、2種類以上の材料から形成されてもよい。また本発明の素子の構造は
、この構造に限定されない。
発光層に三重項励起状態から発光する三重項発光材料を利用した高効率素子など、バリエ
ーションは多岐にわたる。ホールブロック層によってキャリヤの再結合領域を制御し、発
光領域を2つの領域に分けることによって得られる白色発光素子などにも応用可能である
。
インジウム錫酸化物))を有する基板4501に正孔注入材料、正孔輸送材料、発光材料
を順に蒸着する。次に電子輸送材料、電子注入材料を蒸着し、最後に陰極4508を蒸着
で形成する。
好適な材料を以下に列挙する。
(以下「H2Pc」と記す)、銅フタロシアニン(以下「CuPc」と記す)などが有効
である。また、使用する正孔輸送材料よりもイオン化ポテンシャルの値が小さく、かつ、
正孔輸送機能をもつ材料であれば、これも正孔注入材料として使用できる。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(以下「PSS」
と記す)をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン(以下「PEDOT」と記す)や
、ポリアニリンなどが挙げられる。また、絶縁体の高分子化合物も陽極の平坦化の点で有
効であり、ポリイミド(以下「PI」と記す)がよく用いられる。さらに、無機化合物も
用いられ、金や白金などの金属薄膜の他、酸化アルミニウム(以下「アルミナ」と記す)
の超薄膜などがある。
ン環−窒素の結合を有するもの)の化合物である。広く用いられている材料として、4,
4’−ビス(ジフェニルアミノ)−ビフェニル(以下、「TAD」と記す)や、その誘導
体である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(以下、「TPD」と記す)、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェ
ニル−アミノ]−ビフェニル(以下、「α−NPD」と記す)がある。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(以下、「TDATA」
と記す)、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(以下、「MTDATA」と記す)などのスターバースト型
芳香族アミン化合物が挙げられる。
ニウム(以下、「Alq3」と記す)、BAlq、トリス(4−メチル−8−キノリノラ
ト)アルミニウム(以下、「Almq」と記す)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]
−キノリナト)ベリリウム(以下、「Bebq」と記す)などの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などがある。また、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニ
ル)−ベンゾオキサゾラト]亜鉛(以下、「Zn(BOX)2」と記す)、ビス[2−(
2−ヒドロキシフェニル)−ベンゾチアゾラト]亜鉛(以下、「Zn(BTZ)2」と記
す)などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体もある。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(以下、「PBD」と記す)、OXD−7などのオキサジア
ゾール誘導体、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(以下、「p−EtTA
Z」と記す)などのトリアゾール誘導体、バソフェナントロリン(以下、「BPhen」
と記す)、BCPなどのフェナントロリン誘導体が電子輸送性を有する。
ッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化セシウムなどの金属ハロゲン化物や、酸化リチ
ウム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(以下、「Li(acac)」と記す)や8−キノリノラト−
リチウム(以下、「Liq」と記す)などのアルカリ金属錯体も有効である。
X)2、Zn(BTZ)2などの金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。蛍光色素と
しては、青色の4,4’−ビス(2,2 − ジフェニル−ビニル)−ビフェニルや、赤
橙色の4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−
4H−ピランなどがある。また、三重項発光材料も可能であり、白金ないしはイリジウム
を中心金属とする錯体が主体である。三重項発光材料として、トリス(2−フェニルピリ
ジン)イリジウム、ビス(2−(4’−トリル)ピリジナト−N,C2’)アセチルアセ
トナトイリジウム(以下「acacIr(tpy)2」と記す)、 2,3,7,8,1
2,13,17,18−オクタエチル−21H,23Hポルフィリン−白金などが知られ
ている。
製することができる。
板4501の上に陰極4508、電子注入材料からなる電子注入層4507、その上に電
子輸送材料からなる電子輸送層4506、発光層4505、正孔輸送材料からなる正孔輸
送層4504、正孔注入材料からなる正孔注入層4503、そして陽極4502を積層さ
せた素子構造である。
よい。そして、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光
を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは
反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、画素構成はどの射出構造
の発光素子にも適用することができる。
のソース電極に接して第1の電極4602が形成され、その上に有機化合物を含む層46
03と第2の電極4604が形成されている。
光素子の陰極である。つまり、第1の電極4602と第2の電極4604とで有機化合物
を含む層4603が挟まれているところが発光素子となる。
数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、窒化チタン膜、クロム膜、タングステ
ン膜、Zn膜、Pt膜などの単層膜の他、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3層構造等を
用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミ
ックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。光を反射する金属膜
を用いることで光を透過させない陽極を形成することができる。
い材料(Al、Ag、Li、Ca、またはこれらの合金MgAg、MgIn、AlLi、
CaF2、または窒化カルシウム)からなる金属薄膜と、透明導電層(ITO(インジウ
ム錫酸化物)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)等)との積層を用
いるのがよい。こうして薄い金属薄膜と、透明性を有する透明導電層を用いることで光を
透過させることが可能な陰極を形成することができる。
可能になる。つまり、図20の表示パネルに適用した場合には、封止基板4404側に光
が射出することになる。従って、上面射出構造の発光素子を表示装置に用いる場合には、
封止基板4404は光透過性を有する基板を用いる。
い。
仕事関数の小さい材料からなる金属膜を用いて形成することもできる。この場合には、第
2の電極4604にはITO(インジウム錫酸化物)膜、インジウム亜鉛酸化物(IZO
)などの透明導電層を用いることができる。よって、この構成によれば、上面射出の透過
率を高くすることができる。
外は図22(A)と同じ構造の発光素子であるため同じ符号を用いて説明する。
きい材料を用いることが望ましい。例えば、ITO(インジウム錫酸化物)膜、インジウ
ム亜鉛酸化物(IZO)膜などの透明導電層を用いることができる。透明性を有する透明
導電層を用いることで光を透過させることが可能な陽極を形成することができる。
い材料(Al、Ag、Li、Ca、またはこれらの合金MgAg、MgIn、AlLi、
CaF2、または窒化カルシウム)からなる金属膜を用いることができる。こうして、光
を反射する金属膜を用いることで光が透過しない陰極を形成することができる。
可能になる。つまり、図20の表示パネルに適用した場合には、基板100側に光が射出
することになる。従って、下面射出構造の発光素子を表示装置に用いる場合には、基板1
00は光透過性を有する基板を用いる。
外は図22(A)と同じ構造の発光素子であるため同じ符号を用いて説明する。
きい材料を用いることが望ましい。例えば、ITO(インジウム錫酸化物)膜、インジウ
ム亜鉛酸化物(IZO)膜などの透明導電層を用いることができる。透明性を有する透明
導電層を用いることで光を透過させることが可能な陽極を形成することができる。
い材料(Al、Ag、Li、Ca、またはこれらの合金MgAg、MgIn、AlLi、
CaF2、または窒化カルシウム)からなる金属薄膜と、透明導電層(ITO(インジウ
ム錫酸化物)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)、酸化亜鉛(ZnO
)等)との積層を用いるのがよい。こうして薄い金属薄膜と、透明性を有する透明導電層
を用いることで光を透過させることが可能な陰極を形成することができる。
可能になる。つまり、図20の表示パネルに適用した場合には、基板100側と封止基板
4404側に光が射出することになる。従って、両面射出構造の発光素子を表示装置に用
いる場合には、基板100及び封止基板4404は、ともに光透過性を有する基板を用い
る。
フィルムを設ければよい。
にも本発明を適用することが可能である。
用トランジスタ4701が形成され、駆動用トランジスタ4701のソース電極に接して
第1の電極4703が形成され、その上に有機化合物を含む層4704と第2の電極47
05が形成されている。
光素子の陰極である。つまり、第1の電極4703と第2の電極4705とで有機化合物
を含む層4704が挟まれているところが発光素子となる。図23の構成では白色光を発
光する。そして、発光素子の上部に赤色のカラーフィルター4706R、緑色のカラーフ
ィルター4706G、青色のカラーフィルター4706Bを設けられており、フルカラー
表示を行うことができる。また、これらのカラーフィルターを隔離するブラックマトリク
ス(BMともいう)4707が設けられている。
合わせることができる。
本実施形態においては、本発明の発光装置の一例に関して図面を参照して説明する。具
体的には、上記実施の形態で示した発光装置における発光素子の構成について図面を参照
して説明する。
は、一対の電極間に有機化合物層を含む複数の層を有する。以下の説明において、一対の
電極間に設けられた複数の層をまとめて、EL層という。
は、例えばガラス、またはプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子の支
持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。
と第2の電極との間に設けられたEL層とから構成されている。なお、本実施の形態では
、第1の電極は陽極として機能し、第2の電極は陰極として機能するものとして、以下説
明をする。つまり、第1の電極の電位の方が、第2の電極の電子よりも高くなるように、
第1の電極と第2の電極に電圧を印加したときに発光が得られるものとして、以下説明を
する。
導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、例えば
、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素若し
くは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛(IZO
:Indium Zinc Oxide)、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸
化インジウム(IWZO)等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッ
タにより成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して作製しても構わない。例えば、酸化
インジウム−酸化亜鉛(IZO)は、酸化インジウムに対し1〜20wt%の酸化亜鉛を
加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タ
ングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム(IWZO)は、酸化インジウムに対
し酸化タングステンを0.5〜5wt%、酸化亜鉛を0.1〜1wt%含有したターゲッ
トを用いてスパッタリング法により形成することができる。この他、金(Au)、白金(
Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)
、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、または金属材料の
窒化物(例えば、窒化チタン)等が挙げられる。
陽極801Bとして、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物
、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム(Al)、銀
(Ag)、アルミニウムを含む合金(AlSi)等を用いることができる。また、仕事関
数の小さい材料である、元素周期表の第1族または第2族に属する元素、すなわちリチウ
ム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびマグネシウム(Mg)、カルシ
ウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金
(MgAg、AlLi)、ユーロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)等の希土類金
属およびこれらを含む合金等を用いることもできる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、
これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金
属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能であ
る。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
たは正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ
性(電子及び正孔の輸送性の高い物質)の物質等を含む層と、本実施の形態で示す発光層
とを適宜組み合わせて構成すればよい。例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子
輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて構成することができる。各層を構成する材料に
ついて以下に具体的に示す。
としては、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化
物、マンガン酸化物等を用いることができる。この他、フタロシアニン(略称:H2Pc
)や銅フタロシアニン(略称:CuPc)等のフタロシアニン系の化合物、或いはポリ(
3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/P
SS)等の高分子等によっても正孔注入層を形成することができる。
合材料を用いることができる。なお、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有
させたものを用いることにより、電極の仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶこと
ができる。つまり、陽極801として仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さ
い材料を用いることができる。アクセプター性物質としては、7,7,8,8−テトラシ
アノ−2,3,5,6−テトラフルオロキノジメタン(略称:F4−TCNQ)、クロラ
ニル等を挙げることができる。また、遷移金属酸化物を挙げることができる。また元素周
期表における第4族乃至第8族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には
、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タン
グステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、
酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)など
、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる正孔輸送性の高い物質と
しては、10−6cm2/Vs以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但
し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以
下では、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
(4−メチルフェニル)(p−トリル)−N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミ
ン(略称:DTDPPA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−
N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、4,4’−ビス(N−{4−[N
’−(3−メチルフェニル)−N’−フェニルアミノ]フェニル}−N−フェニルアミノ
)ビフェニル(略称:DNTPD)、1,3,5−トリス[N−(4−ジフェニルアミノ
フェニル)−N−フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)等を挙げることができ
る。
(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバ
ゾール(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3
−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)
、3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]
−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等を挙げることができる。
−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、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)、9−[4−(10−フェニル−9−ア
ントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、1,4−ビス[4−(
N−カルバゾリル)フェニル]−2,3,5,6−テトラフェニルベンゼン等を用いるこ
とができる。
−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、2−
tert−ブチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、9,10−ビス(3,
5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、2−tert−ブチル−9
,10−ビス(4−フェニルフェニル)アントラセン(略称:t−BuDBA)、9,1
0−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、9,10−ジフェニルアントラ
セン(略称:DPAnth)、2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuAn
th)、9,10−ビス(4−メチル−1−ナフチル)アントラセン(略称:DMNA)
、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]−2−tert−ブチル−アントラ
セン、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]アントラセン、2,3,6,7
−テトラメチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、2,3,6,7−テトラ
メチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン、9,9’−ビアントリル、10,
10’−ジフェニル−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス(2−フェニルフェ
ニル)−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス[(2,3,4,5,6−ペンタ
フェニル)フェニル]−9,9’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン
、ペリレン、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン等が挙げられる。
また、この他、ペンタセン、コロネン等も用いることができる。このように、1×10−
6cm2/Vs以上の正孔移動度を有し、炭素数14〜42である芳香族炭化水素を用い
ることがより好ましい。
い。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、4,4’−ビス(2,2−
ジフェニルビニル)ビフェニル(略称:DPVBi)、9,10−ビス[4−(2,2−
ジフェニルビニル)フェニル]アントラセン(略称:DPVPA)等が挙げられる。
マー等)を用いることができる。例えば、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PV
K)、ポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)、ポリ[N−(4−
{N’−[4−(4−ジフェニルアミノ)フェニル]フェニル−N’−フェニルアミノ}
フェニル)メタクリルアミド](略称:PTPDMA)ポリ[N,N’−ビス(4−ブチ
ルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン](略称:Poly−TPD)な
どの高分子化合物が挙げられる。また、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/
ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)、ポリアニリン/ポリ(スチレンス
ルホン酸)(PAni/PSS)等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
物と、上述したアクセプター性物質を用いて複合材料を形成し、正孔注入層811Bとし
て用いてもよい。
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またはα−NPD)や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’,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)、4,4’−ビス[N−(スピロ−
9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSP
B)などの芳香族アミン化合物等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10
−6cm2/Vs以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性
の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、正孔輸送性の高い物質を
含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしても
よい。
PDなどの高分子化合物を用いることもできる。
おいて、発光層は、第1の発光層821と第2の発光層822を有する。第1の発光層8
21は、発光性の高い物質である第1の有機化合物と正孔輸送性の有機化合物とを有し、
第2の発光層822は、発光性の高い物質である第1の有機化合物と電子輸送性の有機化
合物を有する。第1の発光層は、第2の発光層の陽極側、つまり、陽極側に接して設けら
れている。
体的には、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(10−フェニル−9−アン
トリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)、4,4’−(2−tert−ブチル
アントラセン−9,10−ジイル)ビス{N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)
フェニル]−N−フェニルアニリン}(略称:YGABPA)、N,9−ジフェニル−N
−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−ア
ミン(略称:PCAPA)、N,N’’−(2−tert−ブチルアントラセン−9,1
0−ジイルジ−4,1−フェニレン)ビス[N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フ
ェニレンジアミン](略称:DPABPA)、N,N’−ビス[4−(9H−カルバゾー
ル−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニルスチルベン−4,4’−ジアミン(略
称:YGA2S)、N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N−フェ
ニルスチルベン−4−アミン(略称:YGAS)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビ
ス(9−フェニルカルバゾール−3−イル)スチルベン−4,4’−ジアミン(略称:P
CA2S)、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(略称:DPVB
i)、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン(略称:TBP)、ペリ
レン、ルブレン、1,3,6,8−テトラフェニルピレン等を用いることができる。
性の方が高い物質である。第2の発光層822に含まれる電子輸送性の有機化合物は、正
孔輸送性よりも電子輸送性の方が高い物質である。
て、陽極801Bから注入された正孔は、正孔注入層811Bおよび正孔輸送層812B
を輸送され、第1の発光層821に注入される。第1の発光層821に注入された正孔は
、第1の発光層821を輸送されるが、さらに第2の発光層822にも注入される。ここ
で、第2の発光層822に含まれる電子輸送性の有機化合物は正孔輸送性よりも電子輸送
性の方が高い物質であるため、第2の発光層822に注入された正孔は移動しにくくなる
。その結果、正孔は第1の発光層821と第2の発光層822の界面付近に多く存在する
ようになる。また、正孔が電子と再結合することなく電子輸送層814Bにまで達してし
まう現象が抑制される。
Bを輸送され、第2の発光層822に注入される。第2の発光層822に注入された電子
は、第2の発光層822を輸送されるが、さらに第1の発光層821にも注入される。こ
こで、第1の発光層821に含まれる正孔輸送性の有機化合物は、電子輸送性よりも正孔
輸送性の方が高い物質であるため、第1の発光層821に注入された電子は移動しにくく
なる。その結果、電子は第1の発光層821と第2の発光層822の界面付近に多く存在
するようになる。また、電子が正孔と再結合することなく正孔輸送層812Bにまで達し
てしまう現象が抑制される。
電子が多く存在するようになり、その界面付近の領域における再結合確率が高くなる。す
なわち、発光層813Bの中央付近に発光領域831Bが形成される。またその結果、正
孔が再結合することなく電子輸送層814Bに達してしまうことや、あるいは電子が再結
合することなく正孔輸送層812Bに達してしまうことが抑制されるため、再結合確率の
低下を防ぐことができる。これにより、経時的なキャリアバランスの低下が防げるため、
信頼性の向上に繋がる。
有機化合物は酸化反応および還元反応が可能な有機化合物である必要がある。よって、正
孔輸送性の有機化合物の最高被占軌道準位(HOMO準位)は−6.0eV以上−5.0
eV以下であることが好ましい。また、正孔輸送性の有機化合物の最低空軌道準位(LU
MO準位)は、−3.0eV以上−2.0eV以下であることが好ましい。
輸送性の有機化合物は酸化反応および還元反応が可能な有機化合物である必要がある。よ
って、正電子輸送性の有機化合物の最高被占軌道準位(HOMO準位)は−6.0eV以
上−5.0eV以下であることが好ましい。また、電子輸送性の有機化合物の最低空軌道
準位(LUMO準位)は、−3.0eV以上−2.0eV以下であることが好ましい。
としては、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定から算出する方法がある。また、薄
膜状態におけるイオン化ポテンシャルを光電子分光装置により測定し、HOMO準位を算
出することができる。また、その結果と、薄膜状態における吸収スペクトルから求めるこ
とができるエネルギーギャップとからLUMO準位を算出することができる。
縮合芳香族化合物が挙げられる。具体的には、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導
体、ピレン誘導体、クリセン誘導体、ジベンゾ[g,p]クリセン誘導体等が挙げられる
。例えば、第1の層に用いることのできる正孔輸送性の化合物としては、9,10−ジフ
ェニルアントラセン(略称:DPAnth)、N,N−ジフェニル−9−[4−(10−
フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:Cz
A1PA)、4−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:DP
hPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニ
ル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCAPA)、N,9−ジフェニル−N
−{4−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]フェニル}−9H−カル
バゾール−3−アミン(略称:PCAPBA)、6,12−ジメトキシ−5,11−ジフ
ェニルクリセン、N,N,N’,N’,N’’,N’’,N’’’,N’’’−オクタフ
ェニルジベンゾ[g,p]クリセン−2,7,10,15−テトラアミンなどが挙げられ
る。また、第2の層に用いることのできる電子輸送性の化合物としては、9−[4−(1
0−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、
3,6−ジフェニル−9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H
−カルバゾール(略称:DPCzPA)、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル
)アントラセン(略称:DPPA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称
:DNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称
:t−BuDNA)、9,9’−ビアントリル(略称:BANT)、9,9’−(スチル
ベン−3,3’−ジイル)ジフェナントレン(略称:DPNS)、9,9’−(スチルベ
ン−4,4’−ジイル)ジフェナントレン(略称:DPNS2)、3,3’,3’’−(
ベンゼン−1,3,5−トリイル)トリピレン(略称:TPB3)などが挙げられる。
1の発光層821から第2の発光層822に正孔が注入されるように素子を構成するため
、正孔輸送性の有機化合物の最高被占軌道準位(HOMO準位)と電子輸送性の有機化合
物の最高被占軌道準位(HOMO準位)との差は小さい方が好ましい。また、第2の発光
層822から第1の発光層821に電子が注入されるように素子を構成するため、正孔輸
送性の有機化合物の最低空軌道準位(LUMO準位)と電子輸送性の有機化合物の最低空
軌道準位(LUMO準位)との差は小さい方が好ましい。正孔輸送性の有機化合物のHO
MO準位と電子輸送性の有機化合物のHOMO準位との差が大きいと、発光領域が第1の
層もしくは第2の層のどちらかに偏ってしまう。同様に、正孔輸送性の有機化合物のLU
MO準位と電子輸送性の有機化合物のLUMO準位との差が大きい場合も、発光領域が第
1の発光層もしくは第2の発光層のどちらかに偏ってしまう。よって、正孔輸送性の有機
化合物の最高被占軌道準位(HOMO準位)と電子輸送性の有機化合物の最高被占軌道準
位(HOMO準位)との差は、0.3eV以下であることが好ましい。より好ましくは、
0.1eVであることが望ましい。また、正孔輸送性の有機化合物の最低空軌道準位(L
UMO準位)と電子輸送性の有機化合物の最低空軌道準位(LUMO準位)との差は、0
.3eV以下であることが好ましい。より好ましくは、0.1eV以下であることが好ま
しい。
3Bに用いられる有機化合物は、酸化反応および還元反応を繰り返しても安定であること
が好ましい。つまり、酸化反応および還元反応に対して可逆的であることが好ましい。特
に、正孔輸送性の有機化合物および電子輸送性の有機化合物は、酸化反応および還元反応
を繰り返しても安定であることが好ましい。酸化反応および還元反応を繰り返しても安定
であるかどうかは、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって、確認することが
できる。
化反応の酸化ピーク電位(Epa)の値や還元反応の還元ピーク電位(Epc)の値の変
化、ピークの形状の変化等を観測することにより、酸化反応および還元反応を繰り返して
も安定であるかどうか確認することができる。酸化反応および還元反応の繰り返し数は多
い方が好ましいが、50回〜200回の繰り返しで、概ね安定性を見積もることができる
。このような測定において、発光層813Bに用いる正孔輸送性の有機化合物および電子
輸送性の有機化合物は、酸化ピーク電位の強度および還元ピーク電位の強度の変化が50
%よりも小さいことが好ましい。より好ましくは、30%よりも小さいことが好ましい。
つまり、例えば、酸化ピークが減少しても50%以上のピークの強度を保っていることが
好ましい。より好ましくは、70%以上のピークの強度を保っていることが好ましい。ま
た、酸化ピーク電位および還元ピーク電位の値の変化は、0.05V以下であることが好
ましい。より好ましくは、0.02V以下であることが好ましい。
て可逆的である有機化合物としては、上述した3環以上6環以下の縮合芳香族化合物のう
ち、特に、アントラセン誘導体が好適である。第1の発光層821に含まれる正孔輸送性
の有機化合物としては、具体的には、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPA
nth)、N,N−ジフェニル−9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニ
ル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:CzA1PA)、4−(10−フェニル
−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:DPhPA)、N,9−ジフェニル−N
−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−ア
ミン(略称:PCAPA)、N,9−ジフェニル−N−{4−[4−(10−フェニル−
9−アントリル)フェニル]フェニル}−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PC
APBA)等が挙げられる。第2の発光層822に含まれる電子輸送性の有機化合物とし
ては、具体的には、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−
カルバゾール(略称:CzPA)、3,6−ジフェニル−9−[4−(10−フェニル−
9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:DPCzPA)、9,10−
ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、9,10−ジ(
2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(
2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、9,9’−ビアントリル(略称
:BANT)等が挙げられる。これらのアントラセン誘導体は、酸化反応および還元反応
を繰り返しても安定であり好ましい。
とを同じ物質とすることにより、発光層の中央付近で発光させることが可能となる。一方
、第1の発光層と第2の発光層とで異なる発光性の高い物質を含む構成とすると、どちら
か一方の層でのみ発光してしまう可能性がある。どちらか一方の層でのみ発光してしまう
と、発光層の中央付近で発光させることが困難となってしまう。また、第1の発光層と第
2の発光層とで異なる発光性の高い物質を含む構成とすると、両方の発光性の高い物質が
発光してしまい、色純度の良い発光が得られなくなってしまう。また、発光色が変化して
しまう可能性がある。よって、第1の発光層に含まれる発光性の高い物質と第2の発光層
に含まれる発光性の高い物質とを同じ物質とすることが好ましい。
し、組み合わせることが可能である。
キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、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からなる層である。また、この他ビス[2−(2−ヒドロキ
シフェニル)ベンズオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX)2)、ビス[2−(2−
ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ)2)などのオキサ
ゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金
属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−
1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)や、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:OX
D−7)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェ
ニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、バソフェナントロリン(略称:B
Phen)、バソキュプロイン(略称:BCP)なども用いることができる。ここに述べ
た物質は、主に10−6cm2/Vs以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔
よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いても構
わない。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積
層したものとしてもよい。
[(9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(ピリジン−3,5−ジ
イル)](略称:PF−Py)、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイ
ル)−co−(2,2’−ビピリジン−6,6’−ジイル)](略称:PF−BPy)な
どを用いることができる。
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
アルカリ金属化合物、又はアルカリ土類金属化合物を用いることができる。さらに、電子
輸送性を有する物質とアルカリ金属又はアルカリ土類金属が組み合わされた層も使用でき
る。例えばAlq中にマグネシウム(Mg)を含有させたものを用いることができる。な
お、電子注入層として、電子輸送性を有する物質とアルカリ金属又はアルカリ土類金属を
組み合わせた層を用いることは、陰極802Bからの電子注入が効率良く起こるためより
好ましい。
)金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。こ
のような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第1族または第2族に属する元素、す
なわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびマグネシウム(M
g)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、およびこれ
らを含む合金(MgAg、AlLi)、ユ−ロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)
等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金
属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカ
リ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能
である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である
。
により、仕事関数の大小に関わらず、Al、Ag、ITO、珪素若しくは酸化珪素を含有
した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を陰極802Bとして用いることがで
きる。これら導電性材料は、スパッタリング法やインクジェット法、スピンコート法等を
用いて成膜することが可能である。
層との界面に発光領域が形成されているのではなく、発光層の中央付近に発光領域が形成
されている。よって、正孔輸送層や電子輸送層に発光領域が近接することによる劣化の影
響を受けることがない。したがって、劣化が少なく、寿命の長い発光素子を得ることがで
きる。また、以上で述べた発光素子の発光層は、酸化反応および還元反応を繰り返しても
安定な化合物で形成されているため、電子と正孔の再結合による発光を繰り返しても劣化
しにくい。よって、より長寿命の発光素子を得ることができる。
Bと同じ材料を用いて陽極801Gを形成してもよいし、異なる材料を用いて陽極801
Gを形成してもよい。陽極801Bと同じ材料を用いて陽極801Gを形成した場合、工
程数を増やすことなく発光装置を作製することができるため、好ましい。
たは正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ
性(電子及び正孔の輸送性の高い物質)の物質等を含む層と、本実施の形態で示すキャリ
アの移動を制御する層および発光層とを適宜組み合わせて構成すればよい。例えば、正孔
注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて構成するこ
とができる。各層を構成する材料について以下に具体的に示す。
。正孔注入層811Bと同じ材料を用いて正孔注入層811Gを形成してもよいし、異な
る材料を用いて正孔注入層811Gを形成してもよい。正孔注入層811Bと同じ材料を
用いて正孔注入層811Gを形成した場合、工程数を増やすことなく発光装置を作製する
ことができるため、好ましい。
。正孔輸送層812Bと同じ材料を用いて正孔輸送層812Gを形成してもよいし、異な
る材料を用いて正孔輸送層812Gを形成してもよい。正孔輸送層812Bと同じ材料を
用いて正孔輸送層812Gを形成した場合、工程数を増やすことなく発光装置を作製する
ことができるため、好ましい。
る。具体的には、緑色系の発光材料として、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリ
ル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)、
N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,9
−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCABPhA)、N−(9
,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェ
ニレンジアミン(略称:2DPAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル
−2−イル)−2−アントリル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレン
ジアミン(略称:2DPABPhA)、9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イ
ル)−N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N−フェニルアントラ
セン−2−アミン(略称:2YGABPhA)、N,N,9−トリフェニルアントラセン
−9−アミン(略称:DPhAPhA)などが挙げられる。
、陰極として機能する陰極802Gとの間に設けるため、発光層813Gは、電子輸送性
であることが好ましい。発光層が電子輸送性の場合、従来では発光層内からの電子の突き
抜けを防ぐため、電子ブロック層を発光層の陽極側に設けていた。しかしながら、その電
子ブロック機能が経時的に劣化すると、再結合領域が電子ブロック層内(あるいは正孔輸
送層内)にまで及んでしまい、電流効率の低下(すなわち輝度劣化)が顕著となる。一方
本実施の形態の場合は、逆に、発光層の手前(陰極側)において電子の移動を制御してい
るため、多少電子側のバランスが崩れたとしても、発光層内における再結合の割合は変化
しにくく、輝度が低下しにくいというメリットがある。
成としてもよい。発光性の物質を分散させるための材料としては、各種のものを用いるこ
とができ、発光性の物質よりも最低空軌道準位(LUMO準位)が高く、最高被占有軌道
準位(HOMO準位)が低い物質を用いることが好ましい。
、陰極として機能する陰極802Gとの間に設けるため、発光層813Gは、電子輸送性
であることが好ましい。つまり、正孔輸送性よりも電子輸送性の方が高いことが好ましい
。よって、上述した発光性の高い物質を分散させるための材料としては、電子輸送性の有
機化合物であることが好ましい。具体的には、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム
(III)(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(
III)(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(II)(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(III)(略称:BAlq)、ビス(8−キノリノラ
ト)亜鉛(II)(略称:Znq)、ビス[2−(2−ベンゾオキサゾリル)フェノラト
]亜鉛(II)(略称:ZnPBO)、ビス[2−(2−ベンゾチアゾリル)フェノラト
]亜鉛(II)(略称:ZnBTZ)などの金属錯体、2−(4−ビフェニリル)−5−
(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、
1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール
−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル
−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)
、2,2’,2’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリス(1−フェニル−1H−
ベンゾイミダゾール)(略称:TPBI)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)
、バソキュプロイン(略称:BCP)などの複素環化合物や、9−[4−(10−フェニ
ル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、3,6−ジ
フェニル−9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾ
ール(略称:DPCzPA)、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラ
セン(略称:DPPA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)
、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−Bu
DNA)、9,9’−ビアントリル(略称:BANT)、9,9’−(スチルベン−3,
3’−ジイル)ジフェナントレン(略称:DPNS)、9,9’−(スチルベン−4,4
’−ジイル)ジフェナントレン(略称:DPNS2)、3,3’,3’’−(ベンゼン−
1,3,5−トリイル)トリピレン(略称:TPB3)などの縮合芳香族化合物を用いる
ことができる。
晶化を抑制するためにルブレン等の結晶化を抑制する物質をさらに添加してもよい。また
、発光性の物質へのエネルギー移動をより効率良く行うためにNPB、あるいはAlq等
をさらに添加してもよい。
晶化を抑制することができる。また、発光性の高い物質の濃度が高いことによる濃度消光
を抑制することができる。
の発光材料として、ポリ(p−フェニレンビニレン)(略称:PPV)、ポリ[(9,9
−ジヘキシルフルオレン−2,7−ジイル)−alt−co−(ベンゾ[2,1,3]チ
アジアゾール−4,7−ジイル)](略称:PFBT)、ポリ[(9,9−ジオクチル−
2,7−ジビニレンフルオレニレン)−alt−co−(2−メトキシ−5−(2−エチ
ルヘキシロキシ)−1,4−フェニレン)]などが挙げられる。
、第3の有機化合物と第4の有機化合物とを含むものとして説明する。キャリアの移動を
制御する層816Gにおいて、第3の有機化合物は、第4の有機化合物よりも多く含まれ
ている。
極802G側に設ける場合、第3の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物である
ことが好ましい。つまり、第3の有機化合物は、正孔輸送性よりも電子輸送性の方が高い
物質であることが好ましい。具体的には、Alq、Almq3、BeBq2、BAlq、
Znq、BAlq、ZnPBO、ZnBTZなどの金属錯体、PBD、OXD−7、TA
Z、TPBI、BPhen、BCPなどの複素環化合物、CzPA、DPCzPA、DP
PA、DNA、t−BuDNA、BANT、DPNS、DPNS2、TPB3などの縮合
芳香族化合物を用いることができる。また、ポリ[(9,9−ジヘキシルフルオレン−2
,7−ジイル)−co−(ピリジン−3,5−ジイル)](略称:PF−Py)、ポリ[
(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(2,2’−ビピリジン−
6,6’−ジイル)](略称:PF−BPy)などの高分子化合物を用いることができる
。中でも電子に対して安定な金属錯体であることが好ましい。また、第4の有機化合物の
LUMO準位は、第3の有機化合物のLUMO準位より0.3eV以上低いことが好まし
い。したがって、用いる第4の有機化合物の種類に応じて、そのような条件を満たすよう
に適宜第3の有機化合物を選択すればよい。例えば、第4の有機化合物としてDPQdや
クマリン6を用いる場合、第3の有機化合物としてAlqを用いることで、上述の条件を
満たすようになる。
好ましい。つまり、第4の有機化合物は、第3の有機化合物の最低空軌道準位(LUMO
準位)より0.3eV以上低い最低空軌道準位(LUMO準位)を有する有機化合物であ
ることが好ましい。第4の有機化合物が含まれることにより、層全体としては、第3の有
機化合物のみからなる層よりも電子輸送速度が小さくなる。つまり、第4の有機化合物を
添加することにより、キャリアの移動を制御することが可能となる。また、第4の有機化
合物の濃度を制御することにより、キャリアの移動速度を制御することが可能となる。
光色とが同系色の発光色であることが好ましい。すなわち、発光性の高い物質の発光スペ
クトルのピーク値と第4の有機化合物の発光スペクトルのピーク値との差は、30nm以
内であることが好ましい。30nm以内であることにより、発光性の高い物質の発光色と
第4の有機化合物の発光色は、同系色の発光色となる。よって、電圧等の変化により、第
4の有機化合物が発光した場合にも、発光色の変化を抑制することができる。ただし、必
ずしも第4の有機化合物が発光する必要はない。例えば、発光性の高い物質の方が発光効
率が高い場合は、実質的に発光性の高い物質の発光のみが得られるように、キャリアの移
動を制御する層816Gにおける第4の有機化合物の濃度を調節する(第4の有機化合物
の発光が抑制されるように、その濃度を若干低くする)ことが好ましい。この場合、発光
性の高い物質の発光色と第4の有機化合物の発光色は同系統の発光色である(すなわち、
同程度のエネルギーギャップを持つ)ため、発光性の高い物質から第4の有機化合物への
エネルギー移動は生じにくく、高い発光効率が得られる。
DPAPA、2DPABPhA、2YGABPhA、DPhAPhAのような緑色系の発
光色を示す有機化合物である場合、第4の有機化合物はN,N’−ジメチルキナクリドン
(略称:DMQd)、N,N’−ジフェニルキナクリドン(略称:DPQd)、9,18
−ジヒドロベンゾ[h]ベンゾ[7,8]キノ[2,3−b]アクリジン−7,16−ジ
オン(略称:DMNQd−1)、9,18−ジメチル−9,18−ジヒドロベンゾ[h]
ベンゾ[7,8]キノ[2,3−b]アクリジン−7,16−ジオン(略称:DMNQd
−2)、クマリン30、クマリン6、クマリン545T、クマリン153などの青緑色〜
黄緑色の発光を示す物質であることが好ましい。なお、上述した化合物は、発光素子に用
いられる化合物の中でもLUMO準位が低い化合物であり、後述する第3の有機化合物に
添加することで良好な電子トラップ性を示す。
、DMNQd−1、DMNQd2のようなキナクリドン誘導体が化学的に安定であるため
好ましい。すなわち、キナクリドン誘導体を適用することにより、特に発光素子を長寿命
化することができる。また、キナクリドン誘導体は緑色系の発光を示すため、上述した発
光素子の素子構造は、緑色系の発光素子に対して特に有効である。緑色は、フルカラーデ
ィスプレイを作製する際には最も輝度が必要な色であるため、劣化が他の色に比して大き
くなってしまう場合があるが、本実施の形態を適用することによりそれを改善することが
できる。
、クマリン30、クマリン6、クマリン545T、クマリン153などのクマリン誘導体
であることが好ましい。クマリン誘導体は、電子トラップ性が弱いため、第3の有機化合
物に添加する濃度が比較的高くでもよい。つまり、濃度の調節がしやすく、所望の性質を
有するキャリアの移動を制御する層を得ることができる。また、クマリン誘導体は発光効
率が高いため、第4の有機化合物が発光した場合、発光素子全体の効率の低下を抑制する
ことができる。
第4の有機化合物のエネルギーギャップが、発光層813Gに含まれる発光性の高い物質
のエネルギーギャップよりも大きい構成にすることも可能である。
第4の有機化合物のエネルギーギャップが、発光層813Gに含まれる発光性の高い物質
のエネルギーギャップよりも大きいことにより、第4の有機化合物の発光色が混色するこ
となく、発光性の高い物質からの発光が得られるため、色純度の良い発光素子が得られる
。
ルギーギャップであることが好ましい。したがって、第4の有機化合物のエネルギーギャ
ップは、3.0eV以上であることが好ましい。特に、緑色よりも大きなエネルギーギャ
プであることが好ましい。また、第4の有機化合物の発光が紫外〜紫色の領域であれば、
第4の有機化合物が励起された場合であっても発光層813Gに含まれる発光性の高い物
質にエネルギー移動できるため、色純度の良い発光素子が得られる。したがって、第4の
有機化合物の発光ピーク波長が350nm以上450nm以下であることが好ましい。
キサリン誘導体が好ましい。キノキサリン誘導体としては、化学的安定性を考慮すると2
,3−ジフェニルキノキサリン誘導体が好ましく、例えば、2,3−ジフェニルキノキサ
リン(略称:DPQ)、2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリン(略称:F
DPQ)、2,3−ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)キノキサリン(略称:CF
3−DPQ)などが挙げられる。
高い、2,3,2’3’−テトラフェニル−6,6’−ビキノキサリン誘導体が特に好ま
しい。
MO準位より0.3eV以上低いことが好ましい。したがって、用いる第4の有機化合物
の種類に応じて、そのような条件を満たすように適宜第5の有機化合物を選択すればよい
。
極801Gから注入された正孔は、正孔注入層811G、正孔輸送層812Gを通り、発
光層813Gに注入される。一方、陰極802Gから注入された電子は、電子注入層81
5G、電子輸送層814Gを通り、キャリアの移動を制御する層816Gに注入される。
キャリアの移動を制御する層816Gに注入された電子は、電子トラップ性を有する第4
の有機化合物により、電子の移動が遅くなる。遅くなった電子は、発光層813Gに注入
され、正孔と再結合し、発光する。
13Gに注入された正孔は移動が遅くなる。また、キャリアの移動を制御する層816G
から発光層813Gに注入された電子は、キャリアの移動を制御する層816Gで移動が
遅くなっているため、発光層813Gでも移動が遅い。よって、移動の遅い正孔と移動の
遅い電子が発光層813Gで再結合するため、再結合確率が高くなり、発光効率が向上す
る。
移動は遅くならないまま発光層813Gに注入され、正孔輸送層812Gの界面付近まで
達する。そのため、発光領域は正孔輸送層812Gと発光層813Gとの界面近傍に形成
される。その場合、電子が正孔輸送層812Gにまで達してしまい、正孔輸送層812G
を劣化させる恐れがある。また、経時的に正孔輸送層812Gにまで達してしまう電子の
量が増えていくと、経時的に発光層内での再結合確率が低下していくことになるため、素
子寿命の低下(輝度の経時劣化)に繋がってしまう。
注入層815G、電子輸送層814Gを通り、キャリアの移動を制御する層816Gに注
入される。ここで、キャリアの移動を制御する層816Gは、電子輸送性を有する第3の
有機化合物に、電子をトラップする機能を有する第4の有機化合物を添加した構成となっ
ている。したがって、キャリアの移動を制御する層816Gに注入された電子は、その移
動が遅くなり、発光層813Gへの電子注入が制御される。その結果、従来では正孔輸送
性の高い物質が含まれる正孔輸送層812Gと発光層813Gとの界面近傍で形成された
はずの発光領域が、本実施の形態で示す発光素子においては、発光層813から、発光層
813とキャリアの移動を制御する層816Gとの界面付近にかけて発光領域831G形
成されることになる。したがって、電子が正孔輸送層812Gにまで達してしまい、正孔
輸送性の高い物質が含まれる正孔輸送層812Gを劣化させる可能性が低くなる。また正
孔に関しても、キャリアの移動を制御する層816Gが電子輸送性を有する第3の有機化
合物を有しているため、正孔が電子輸送層814Gにまで達して電子輸送性の高い物質が
含まれる電子輸送層814Gを劣化させる可能性は低い。
適用するのではなく、電子輸送性を有する有機化合物に電子をトラップする機能を有する
有機化合物を添加している点が重要である。つまり、単一物質によりキャリアバランスを
制御する場合に比べ、キャリアバランスの変化が起きにくい。例えば、単一物質により形
成された層で電子の移動を制御する場合には、部分的にモルフォロジーが変化することや
、部分的に結晶化することにより、層全体のバランスが変化してしまう。そのため、経時
変化に弱い。しかし、本実施の形態で示すように、キャリアの移動を制御する層816G
に含まれている成分のうち少ない成分で電子の移動を制御することにより、モルフォロジ
ーの変化や結晶化、凝集等の影響が小さくなり、経時変化が起きにくい。よって、経時的
な発光効率の低下が起こりにくい長寿命の発光素子を得ることができる。
輸送層との界面に発光領域が形成されていないため、正孔輸送層や電子輸送層に発光領域
が近接することによる劣化の影響を受けることがない。また、キャリアバランスの経時的
な変化(特に電子注入量の経時的変化)を抑制することができる。したがって、劣化が少
なく、寿命の長い発光素子を得ることができる。
ことが好ましい。厚すぎる膜厚だと、キャリアの移動速度を低下させすぎてしまい、駆動
電圧が高くなってしまう。また、薄すぎる膜厚だと、キャリアの移動を制御する機能を実
現しなくなってしまう。よって、5nm以上20nm以下の膜厚であることが好ましい。
。電子輸送層814Bと同じ材料を用いて電子輸送層814Gを形成してもよいし、異な
る材料を用いて電子輸送層814Gを形成してもよい。電子輸送層814Bと同じ材料を
用いて電子輸送層814Gを形成した場合、工程数を増やすことなく発光装置を作製する
ことができるため、好ましい。
。電子注入層815Bと同じ材料を用いて電子注入層815Gを形成してもよいし、異な
る材料を用いて電子注入層815Gを形成してもよい。電子注入層815Bと同じ材料を
用いて電子注入層815Gを形成した場合、工程数を増やすことなく発光装置を作製する
ことができるため、好ましい。
Bと同じ材料を用いて陰極802Gを形成してもよいし、異なる材料を用いて陰極802
Gを形成してもよい。陰極802Bと同じ材料を用いて陰極802Gを形成した場合、工
程数を増やすことなく発光装置を作製することができるため、好ましい。
の移動を制御する層は、2種類以上の物質を含むため、物質の組み合わせや混合比、膜厚
などを制御することにより、キャリアバランスを精密に制御することが可能である。
が可能であるので、従来よりも容易にキャリアバランスの制御が可能となる。つまり、用
いる材料そのものの物性を変化させなくても、混合比や膜厚等により、キャリアの移動を
制御することができる。
入層へ電子が達することを抑制し、経時的な発光効率の低下を抑制することができる。つ
まり、長寿命の発光素子を得ることができる。
合物よりも少なく含まれている第4の有機化合物を用いて電子の移動を制御している。よ
って、キャリアの移動を制御する層に含まれている成分のうち少ない成分で電子の移動を
制御することが可能であるので、経時変化に強く、発光素子の長寿命化を実現することが
できる。つまり、単一物質によりキャリアバランスを制御する場合に比べ、キャリアバラ
ンスの変化が起きにくい。例えば、単一物質により形成された層で電子の移動を制御する
場合には、部分的にモルフォロジーが変化することや、部分的に結晶化することにより、
層全体のバランスが変化してしまう。そのため、経時変化に弱い。しかし、本実施の形態
で示すように、キャリアの移動を制御する層に含まれている成分のうち少ない成分で電子
の移動を制御することにより、モルフォロジーの変化や結晶化、凝集等の影響が小さくな
り、経時変化が起きにくい。よって、経時的な発光効率の低下が起こりにくい長寿命の発
光素子を得ることができる。
Bと同じ材料を用いて陽極801Rを形成してもよいし、異なる材料を用いて陽極801
Rを形成してもよい。陽極801Bと同じ材料を用いて陽極801Rを形成した場合、工
程数を増やすことなく発光装置を作製することができるため、好ましい。
たは正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ
性(電子及び正孔の輸送性の高い物質)の物質等を含む層と、本実施の形態で示す発光層
とを適宜組み合わせて構成すればよい。例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子
輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて構成することができる。各層を構成する材料に
ついて以下に具体的に示す。
含む。
体的には、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(
略称:NPB)、4,4’−ビス[N−(9−フェナントリル)−N−フェニルアミノ]
ビフェニル(略称:PPB)、4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェ
ニルアミノ]ビフェニル(略称:TPD)、4,4’−ビス[N−(9,9−ジメチルフ
ルオレン−2−イル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DFLDPBi)、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:TD
ATA)、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:m−MTDATA)、4,4’,4’’−トリ(N−カ
ルバゾリル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、1,1−ビス[4−(ジフェニル
アミノ)フェニル]シクロヘキサン(略称:TPAC)、9,9−ビス[4−(ジフェニ
ルアミノ)フェニル]フルオレン(略称:TPAF)、4−(9−カルバゾリル)−4’
−(5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル)トリフェニルアミン(略
称:YGAO11)、N−[4−(9−カルバゾリル)フェニル]−N−フェニル−9,
9−ジメチルフルオレン−2−アミン(略称:YGAF)などの芳香族アミン化合物や、
4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、1,3−ビス(N−カ
ルバゾリル)ベンゼン(略称:mCP)、1,3,5−トリス(N−カルバゾリル)ベン
ゼン(略称:TCzB)などのカルバゾール誘導体を用いることができる。芳香族アミン
化合物としては、ポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)などの高
分子化合物を用いることもできる。また、カルバゾール誘導体としては、ポリ(N−ビニ
ルカルバゾール)(略称:PVK)などの高分子化合物を用いることもできる。なお、上
述した第5の有機化合物の三重項励起エネルギーは、ピラジン系有機金属錯体の三重項励
起エネルギーよりも大きいことが好ましい。
−(5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル)フェニル]カルバゾール
(略称:CO11)、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)、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)、2,2’,2’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリス(1−フェニ
ル−1H−ベンゾイミダゾール)(略称:TPBI)、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)、9,9’
,9’’−[1,3,5−トリアジン−2,4,6−トリイル]トリカルバゾール(略称
:TCzTRZ)、2,2’,2’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリス(6,
7−ジメチル−3−フェニルキノキサリン)(略称:TriMeQn)、9,9’−(キ
ノキサリン−2,3−ジイルジ−4,1−フェニレン)ジ(9H−カルバゾール)(略称
:CzQn)、3,3’,6,6’−テトラフェニル−9,9’−(キノキサリン−2,
3−ジイルジ−4,1−フェニレン)ジ(9H−カルバゾール)(略称:DCzPQ)、
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
複素芳香族化合物や、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(III)(略称:BAlq)、トリス[2−(2−ヒドロキシフェニル
)−5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾラト]アルミニウム(III)(略称:A
l(OXD)3)、トリス(2−ヒドロキシフェニル−1−フェニル−1H−ベンズイミ
ダゾラト)アルミニウム(III)(略称:Al(BIZ)3)、ビス[2−(2−ヒド
ロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(II)(略称:Zn(BTZ)2)、ビス[
2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンズオキサゾラト]亜鉛(II)(略称:Zn(PB
O)2)などの金属錯体を用いることができる。複素芳香族化合物としては、ポリ(2,
5−ピリジン−ジイル)(略称:PPy)のような高分子化合物を用いることもできる。
なお、上述した第6の有機化合物の三重項励起エネルギーは、ピラジン系有機金属錯体の
三重項励起エネルギーよりも大きいことが好ましい。
とができる。例えば、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジナト−
N,C3’]イリジウム(アセチルアセトナート)(略称:Ir(btp)2(acac
))、ビス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチル
アセトナート(略称:Ir(piq)2(acac))、トリス(1−フェニルイソキノ
リナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:Ir(piq)3)などが挙げられ
る。特に、配位子がピラジン骨格を有し、中心金属が第9族または第10族である有機金
属錯体(以下、「ピラジン系有機金属錯体」と記す)が、これまでに報告されてきた燐光
性の有機金属錯体に比べても、非常に高効率で燐光を発するという点で好ましい。
層813Rは、正孔輸送性の第5の有機化合物と、電子輸送性の第6の有機化合物と、ピ
ラジン系有機金属錯体を含んでいる。該ピラジン系有機金属錯体のLUMO準位872は
、第5の有機化合物のLUMO準位852および第6の有機化合物のLUMO準位862
よりも低いため、電子はピラジン系有機金属錯体のLUMO準位872にトラップされる
。ただし、第6の有機化合物は電子輸送性であるため、電子はピラジン系有機金属錯体の
LUMO準位872にトラップされながらも、少しずつ正孔輸送層812R側へ移動する
ことができる。一方、第5の有機化合物が正孔輸送性であり、また正孔を受け取りやすい
性質もあるため、正孔はまず第5の有機化合物のHOMO準位851に注入される。第6
の有機化合物のHOMO準位861には注入されにくい。この時、第5の有機化合物の量
を調節することによって、注入された正孔の移動速度を調節することができるため、電子
輸送層814R側からやってくる電子の移動速度と合わせることができる。つまり、発光
層813R内において、正孔と電子のバランスをうまく取ることができるのである。そし
て、正孔はピラジン系有機金属錯体のHOMO準位871に注入され、トラップされてい
る電子と再結合して発光が得られる。このような構成の発光素子において、発光層813
Rに含まれる第5の有機化合物、第6の有機化合物、ピラジン系有機金属錯体の量を調整
することにより、発光領域831Rの位置を調整することが可能である。
錯体を適宜組み合わせることにより、発光層は構成される。
か一方がホスト材料となり、ピラジン系有機金属錯体がゲスト材料となる構成が好ましい
。これは、ピラジン系有機金属錯体の濃度消光を防止するためである。また、発光層にお
けるキャリアバランスを、第5の有機化合物と第6の有機化合物で調節するためである。
6の有機化合物の量は、ピラジン系有機金属錯体よりも多いことが好ましい。具体的には
、体積分率または質量分率が多いことが好ましい。また、濃度消光防止の観点からは、ピ
ラジン系有機金属錯体の発光層における割合が、1質量%以上10質量%以下であること
が好ましい。
機化合物:第6の有機化合物=1:20〜20:1の範囲が好ましい。つまり、第5の有
機化合物に対する第6の有機化合物の質量比が、1/20以上20以下となっていること
が好ましい。この範囲外の場合、第5の有機化合物とピラジン系有機金属錯体のみが含ま
れている状態、もしくは、第6の有機化合物とピラジン系有機金属錯体のみが含まれてい
る状態と実質的に同一になってしまう可能性があるためである。
ことがさらに好ましい。特に寿命に対する効果が著しいのは、5以上20以下である。
的には、第5の有機化合物のLUMO準位および第6の有機化合物のLUMO準位に比べ
、0.2eV以上深い場合が多い。そして、そのような場合に寿命改善効果および効率改
善効果が著しいため、第5の有機化合物のLUMO準位および第6の有機化合物のLUM
O準位に比べ、ピラジン系有機金属錯体のLUMO準位が0.2eV以上深いことも特徴
である。
層811Rは、必ずしも必要ではなく、適宜設ければよい。これらの層を構成する具体的
な材料としては、正孔輸送性化合物が好ましく、上述したNPB、PPB、TPD、DF
LDPBi、TDATA、m−MTDATA、TCTA、TPAC、TPAF、YGAO
11、YGAF、CBP、mCP、TCzB、PVTPA、PVKなどを用いることがで
きる。また、9,10−ビス[4−(ジフェニルアミノ)フェニル]アントラセン(略称
:TPA2A)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(
略称:t−BuDNA)のように、三重項励起エネルギーの低いアントラセン誘導体も用
いることができる。
ランスがよいため、発光領域が発光層813Rと正孔輸送層812Rとの界面に偏ること
がない。したがって、正孔輸送層812Rに、ピラジン系有機金属錯体223よりも三重
項励起エネルギーが低い物質を適用したとしても、それがピラジン系有機金属錯体223
に対するクエンチャ(消光剤)になりにくいためである。
がる。よって、正孔輸送層812Rとしては、正孔輸送層812Bと同様な構成を用いる
ことができる。正孔輸送層812Bと同じ材料を用いて正孔輸送層812Rを形成しても
よいし、異なる材料を用いて正孔輸送層812Rを形成してもよいが、正孔輸送層812
Bと同じ材料を用いて正孔輸送層812Rを形成した場合、工程数を増やすことなく発光
装置を作製することができるため、好ましい。
ができる。正孔注入層811Bと同じ材料を用いて正孔注入層811Rを形成してもよい
し、異なる材料を用いて正孔注入層811Rを形成してもよいが、正孔注入層811Bと
同じ材料を用いて正孔注入層811Rを形成した場合、工程数を増やすことなく発光装置
を作製することができるため、好ましい。
よい。これらの層を構成する具体的な材料としては、電子輸送性化合物が好ましく、上述
したCO11、OXD−7、PBD、TPBI、TAZ、p−EtTAZ、TCzTRZ
、TriMeQn、CzQn、DCzPQ、BPhen、BCP、BAlq、Al(OX
D)3、Al(BIZ)3、Zn(BTZ)2、Zn(PBO)2、PPyなどを用いる
ことができる。また、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Al
q)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alm
q3)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(II)(略称:
BeBq2)のように、三重項励起エネルギーの低い物質も用いることができる(例えば
、Alqの燐光スペクトルは、深赤色の650〜700nm程度であることが報告されて
いる)。
ランスがよいため、発光領域が発光層813Rと電子輸送層814Rとの界面に偏ること
がない。したがって、電子輸送層814Rに、ピラジン系有機金属錯体223よりも三重
項励起エネルギーが低い物質を適用したとしても、それがピラジン系有機金属錯体223
に対するクエンチャ(消光剤)になりにくいためである。
がる。よって、電子輸送層814Rとしては、電子輸送層814Bと同様な構成を用いる
ことができる。電子輸送層814Bと同じ材料を用いて電子輸送層814Rを形成しても
よいし、異なる材料を用いて電子輸送層814Rを形成してもよいが、電子輸送層814
Bと同じ材料を用いて電子輸送層814Rを形成した場合、工程数を増やすことなく発光
装置を作製することができるため、好ましい。
ができる。電子注入層815Bと同じ材料を用いて電子注入層815Rを形成してもよい
し、異なる材料を用いて電子注入層815Rを形成してもよいが、電子注入層815Bと
同じ材料を用いて電子注入層815Rを形成した場合、工程数を増やすことなく発光装置
を作製することができるため、好ましい。
Bと同じ材料を用いて陰極802Rを形成してもよいし、異なる材料を用いて陰極802
Rを形成してもよい。陰極802Bと同じ材料を用いて陰極802Rを形成した場合、工
程数を増やすことなく発光装置を作製することができるため、好ましい。
ことで、特性に優れた発光装置を得ることができる。
作製することが可能である。つまり、発光層以外の層の構成を同一構成とすることが可能
である。図29には、発光層以外の層を共通して作製した発光装置の一例を示す。まず、
各発光素子に共通して、基板1100上に、陽極1101、正孔注入層1111、正孔輸
送層1112を形成する。その後、発光色ごとに、発光層1113B、発光層1113G
およびキャリアの移動を制御する層1116G、発光層1113Rを形成する。そして、
再び、各発光素子に共通して、電子輸送層1114、電子注入層1115、陰極1802
を形成する。図29に示すように、発光層以外の層の構成を同一構成とすることで、発光
装置の作製工程の簡略化が可能となる。
よって異なっている。具体的には、青色発光素子、緑色発光素子、赤色発光素子の順に、
陽極として機能する電極に近くなるようにすることが可能である。上述したように、青色
発光素子では、第1の発光層1121Bと第2の発光層1122Bの界面付近が発光領域
1131Bとなる。また、緑色発光素子では、発光層1113Gから、発光層1113G
とキャリアの移動を制御する層1116Gとの界面付近にかけて発光領域1131G形成
されることになる。また、赤色発光素子では、発光層1113Rに含まれる第5の有機化
合物、第6の有機化合物、ピラジン系有機金属錯体の量を調整することにより、発光領域
1131Rの位置を調整することが可能である。よって、陰極を反射電極とした場合、発
光波長の短い青色発光素子の発光領域が陰極側になり、発光波長が長くなるにつれ、緑色
発光素子、赤色発光素子の順で陰極から遠くなるように設計することができる。つまり、
発光素子の光学設計に適した構成となっている。したがって、反射電極までの距離を発光
波長に最適な光学距離とすることが可能となり、光取り出し効率を向上させることができ
る。
ができる。例えば、真空蒸着法、インクジェット法またはスピンコート法など用いても構
わない。また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
。または、低分子の有機化合物を用いて湿式法で形成することもできる。また、低分子の
有機化合物を用いて真空蒸着法などの乾式法を用いてEL層を形成してもよい。
ペーストを用いて湿式法で形成してもよい。また、スパッタリング法や真空蒸着法などの
乾式法を用いて形成しても良い。
光層は湿式法により形成することが好ましい。発光層をインクジェット法を用いて形成す
ることにより、大型基板であっても発光層の塗り分けが容易となる。
との間に電圧を加えることにより電流が流れる。そして、発光性の高い物質を含む層であ
る発光層813において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。つまり発光層8
13に発光領域が形成されるような構成となっている。
される。従って、陽極801または陰極802のいずれか一方または両方は、透光性を有
する物質で成る。陽極801のみが透光性を有する電極である場合、光は陽極801を通
って基板側から取り出される。また、陰極802のみが透光性を有する電極である場合、
光は陰極802を通って基板と逆側から取り出される。陽極801および陰極802がい
ずれも透光性を有する電極である場合、光は陽極801および陰極802を通って、基板
側および基板側と逆側の両方から取り出される。
02を基板800側に設けてもよい。図30では、基板800上に、陰極802、EL層
803、陽極801が順に積層された構成となっている。EL層803は、図25に示す
構成とは逆の順序に積層されている。
合わせることができる。
本実施の形態では、本発明を適用して作製された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24を用いて説明する。
カメラ、デジタルカメラ等のカメラ、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
)、ノート型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、携帯型ゲーム機又は電子書籍等)、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)、照明器具等が挙げられる。これらの電気器具の具体例を図24
に示す。
ー部904、ビデオ入力端子905等を含む。本発明を用いて形成される発光装置を表示
部903等に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パーソナルコンピュータ
用、TV放送受信用、広告表示用等の全ての情報表示用装置が含まれる。上記実施の形態
1で示したSOI基板を用いて表示部903等を作製することにより表示むらを抑制した
表示装置を提供することができる。
示部913、キーボード914、外部接続ポート915、ポインティングデバイス916
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913に用いることにより作
製される。上記実施の形態1で示したSOI基板を用いて作製することにより表示部91
3の表示むらを抑制したノート型パーソナルコンピュータを提供することができる。
続ポート924、リモコン受信部925、受像部926、バッテリー927、音声入力部
928、操作キー929、接眼部920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922に用いることにより作製される。上記実施の形態1で示したSOI基板
を用いて作製することにより表示部922の表示むらを抑制したビデオカメラを提供する
ことができる。
柱934、台935、電源936を含む。本発明を用いて形成される発光装置を照明部9
31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又は壁掛
け型の照明器具等も含まれる。
944、音声出力部945、操作キー946、外部接続ポート947、アンテナ948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943に用いることにより作製
される。上記実施の形態1で示したSOI基板を用いて作製することにより表示部943
の表示むらを抑制した携帯電話を提供することができる。
は照明器具等)を得ることができる。本発明を用いて形成された発光装置の適用範囲は極
めて広く、この発光装置をここに示した以外のあらゆる分野の電気器具に適用することが
可能である。
101 接合層
102 窒素含有層
103 対向電極
104 導電層
105 導電層
106 画素電極
107 層
108 対向電極
109 発光素子
110 基板
120 画素部
121 トランジスタ
122 単結晶半導体層
123 導電層
124 導電層
125 不純物領域
126 不純物領域
127 不純物領域
128 導電層
130 駆動回路部
131 トランジスタ
132 単結晶半導体層
133 導電層
134 導電層
135 不純物領域
136 不純物領域
137 不純物領域
151 窒素含有層
152 接合層
153 画素
161 半導体基板
162 イオン
163 分離層
164 単結晶半導体層
165 SOI基板
171 ゲート絶縁膜
172 導電層
173 導電層
174 レジストマスク
175 レジストマスク
176 絶縁層
177 絶縁層
178 絶縁層
179 絶縁層
180 充填剤
181 対向基板
190 酸化膜
251 走査線駆動回路
252 信号線駆動回路
253 画素
261 トランジスタ
262 トランジスタ
263 容量素子
264 発光素子
265 画素電極
266 有機導電体膜
267 有機薄膜
268 対向電極
269 隔壁
271 配線
272 配線
273 配線
275 整流素子
276 消去用トランジスタ
400 フレーム期間
401 画像
402 中間画像
412 中間画像
413 中間画像
543 層
550 熱分解温度
800 基板
801 陽極
802 陰極
803 EL層
813 発光層
821 発光層
822 発光層
851 HOMO準位
852 LUMO準位
861 HOMO準位
862 LUMO準位
871 HOMO準位
872 LUMO準位
901 筐体
902 支持台
903 表示部
904 スピーカー部
905 ビデオ入力端子
911 本体
912 筐体
913 表示部
914 キーボード
915 外部接続ポート
916 ポインティングデバイス
920 接眼部
921 本体
922 表示部
923 筐体
924 外部接続ポート
925 リモコン受信部
926 受像部
927 バッテリー
928 音声入力部
929 操作キー
931 照明部
932 傘
933 可変アーム
934 支柱
935 台
936 電源
941 本体
942 筐体
943 表示部
944 音声入力部
945 音声出力部
946 操作キー
947 外部接続ポート
948 アンテナ
1100 基板
1101 陽極
1111 正孔注入層
1112 正孔輸送層
1114 電子輸送層
1115 電子注入層
1802 陰極
4401 信号線駆動回路
4402 画素部
4403 走査線駆動回路
4404 封止基板
4405 シール材
4406 走査線駆動回路
4407 空間
4408 配線
4409 FPC
4411 トランジスタ
4412 トランジスタ
4413 電極
4414 絶縁物
4416 層
4417 電極
4418 発光素子
4420 トランジスタ
4421 トランジスタ
4501 基板
4502 陽極
4503 正孔注入層
4504 正孔輸送層
4505 発光層
4506 電子輸送層
4507 電子注入層
4508 陰極
4601 駆動用トランジスタ
4602 電極
4603 層
4604 電極
4701 駆動用トランジスタ
4703 電極
4704 層
4705 電極
Claims (1)
- 基板上に設けられたトランジスタと、発光素子とを具備する画素を有し、
前記トランジスタは、チャネル形成領域を形成する単結晶半導体層を有し、
前記基板と前記単結晶半導体層との間に、酸化シリコン層が設けられており、
前記トランジスタのソース又はドレインと前記発光素子の電極とが電気的に接続され、前記発光素子の発光時に前記トランジスタが飽和領域で動作することを特徴とする発光装置。
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