(57)【要約】【課題】ＥＬ素子を用いた表示装置の信頼性のさらなる向上を目的とする。【解決手段】ＥＬ表示装置は、選択トランジスタと、駆動トランジスタとＥＬ素子とを含む画素と、選択トランジスタのゲートと電気的に接続される走査信号線と、選択トランジスタのソースと電気的に接続されるデータ信号線と、ＥＬ素子に電圧を印加するキャリア注入量制御信号線とを含む。ＥＬ素子は、第１電極と、第１電極と対向する領域を有する第３電極と、第１電極と第３電極との間の第１絶縁層と、第１絶縁層と第３電極との間の電子輸送層と、電子輸送層と第３電極との間のＥＬ材料を含む発光層と、第１電極、第１絶縁層、電子輸送層及び第３電極が重なる領域の外側に配置され、電子輸送層と接触する第２電極とを有する。第１電極はキャリア注入量制御信号線と電気的に接続され、第２電極は駆動トランジスタのドレインと接続され、第３電極は一定電圧が印加される。【選択図】図１０
2020134782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択トランジスタと、駆動トランジスタと、ＥＬ素子と、を含む画素と、
前記選択トランジスタのゲートと電気的に接続される走査信号線と、
前記選択トランジスタのソースと電気的に接続されるデータ信号線と、
前記ＥＬ素子に電圧を印加するキャリア注入量制御信号線と、
を含み、
前記ＥＬ素子は、
第１電極と、
前記第１電極と対向する領域を有する第３電極と、
前記第１電極と前記第３電極との間の第１絶縁層と、
前記第１絶縁層と前記第３電極との間の電子輸送層と、
前記電子輸送層と前記第３電極との間のエレクトロルミネセンス材料を含む発光層と、
前記第１電極、前記第１絶縁層、前記電子輸送層、及び前記第３電極が重なる領域の外側に配置され、前記電子輸送層と接触する第２電極と、を有し、
前記第１電極は、前記キャリア注入量制御信号線と電気的に接続され、
前記第２電極は、前記駆動トランジスタのドレインと接続され、
前記第３電極は、一定電圧が印加される
ことを特徴とするエレクトロルミネセンス表示装置。
【請求項２】
前記ＥＬ素子は、前記キャリア注入量制御信号線の電圧により、前記発光層における発光位置が制御される、請求項１に記載のエレクトロルミネセンス表示装置。
【請求項３】
前記ＥＬ素子は、発光期間と非発光期間とを有し、
前記キャリア注入量制御信号線は、発光期間において、前記第１電極に一定電圧を印加する、請求項１に記載のエレクトロルミネセンス表示装置。
【請求項４】
前記ＥＬ素子は、発光期間と非発光期間とを有し、
前記キャリア注入量制御信号線は、発光期間において、前記第１電極に階段状波形又は正弦波状波形の電圧を印加する、請求項１に記載のエレクトロルミネセンス表示装置。
【請求項５】
前記電子輸送層は、金属酸化物半導体材料を含む、請求項１に記載のエレクトロルミネセンス表示装置。
【請求項６】
前記駆動トランジスタは、チャネル領域を形成する金属酸化物半導体層を含み、前記金属酸化物半導体層は、前記電子輸送層と連続する、請求項５に記載のエレクトロルミネセンス表示装置。
【請求項７】
選択トランジスタと、駆動トランジスタと、ＥＬ素子と、を含み、第１方向及び前記第１方向と交差する第２方向に配列された複数の画素と、
前記選択トランジスタのゲートと電気的に接続され、前記第１方向に配線され前記第２方向に配列された複数の走査信号線と、
前記選択トランジスタのソースと電気的に接続され、前記第２方向に配線され前記第１方向に配列された複数のデータ信号線と、
前記ＥＬ素子と接続され、前記第１方向又は前記第２方向に配線され、前記第２方向又は前記第１方向に配列された複数のキャリア注入量制御信号線と、
を含み、
前記ＥＬ素子は、
第１電極と、
前記第１電極と対向する領域を有する第３電極と、
前記第１電極と前記第３電極との間の第１絶縁層と、
前記第１絶縁層と前記第３電極との間の電子輸送層と、
前記電子輸送層と前記第３電極との間のエレクトロルミネセンス材料を含む発光層と、
前記第１電極、前記第１絶縁層、前記電子輸送層、及び前記第３電極が重なる領域の外側に配置され、前記電子輸送層と接触する第２電極と、を有し、
前記第１電極は、前記複数のキャリア注入量制御信号線の１つと電気的に接続され、
前記第２電極は、前記駆動トランジスタのドレインと接続され、
前記第３電極は、一定電圧が印加される
ことを特徴とするエレクトロルミネセンス表示装置。
【請求項８】
前記複数のデータ信号線のうち、少なくとも第１のデータ信号線と第２のデータ信号線とは、同じ列に属するように配線され、
前記複数の画素のうち、前記第２方向に配列する第ｎ番目の画素の前記選択トランジスタは前記第１のデータ信号線と電気的に接続され、
前記複数の画素のうち、前記第２方向に配列する第ｎ＋１番目の画素の前記選択トランジスタは前記第２のデータ信号線と電気的に接続されている、請求項７に記載のエレクトロルミネセンス表示装置。
【請求項９】
前記第１のデータ信号線と前記第２のデータ信号線とは、絶縁層を挟んで重ねて配置されている、請求項８に記載のエレクトロルミネセンス表示装置。
【請求項１０】
前記複数の画素のうち、前記第１方向に配列する第ｎ行目の複数の画素と、前記第１方向に配列する第ｎ＋１行目の複数の画素のそれぞれは、前記複数の走査信号線のうち１つの走査信号線を共有する、請求項７に記載のエレクトロルミネセンス表示装置。
【請求項１１】
前記第１方向に配列する第ｎ行目の複数の画素と、前記第１方向に配列する第ｎ＋１行目の複数の画素のそれぞれは、前記複数のキャリア注入量制御信号線のうち、１つのキャリア注入量制御信号線をさらに共有する、請求項１０に記載のエレクトロルミネセンス表示装置。
【請求項１２】
前記複数の画素は、前記第１方向に配列する第ｎ行目の赤色に対応する複数の画素と、前記第１方向に配列する第ｎ＋１行目の緑色に対応する複数の画素と、前記第１方向に配列する第ｎ＋２行目の青色に対応する複数の画素とを含み、前記複数のキャリア注入量制御信号線は、前記第ｎ行目の赤色に対応する複数の画素に対応する第ｎのキャリア注入量制御信号線、第ｎ＋１行目の緑色に対応する複数の画素に対応する第ｎ＋１のキャリア注入量制御信号線、及び第ｎ＋２行目の青色に対応する複数の画素に対応する第ｎ＋２のキャリア注入量制御信号線、を含む、請求項１１に記載のエレクトロルミネセンス表示装置。
【請求項１３】
前記第ｎのキャリア注入量制御信号線、第ｎ＋１のキャリア注入量制御信号線、及び前記第ｎ＋２のキャリア注入量制御信号線は、それぞれ電圧レベルが異なるキャリア注入量制御信号を印加する、請求項１２に記載のエレクトロルミネセンス表示装置。
【請求項１４】
前記複数の画素のそれぞれは、発光期間と非発光期間とを有し、
前記複数のキャリア注入量制御信号線のそれぞれは、発光期間において、前記複数の画素のそれぞれの前記第１電極に階段状波形の電圧を印加する、請求項７に記載のエレクトロルミネセンス表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一実施形態は、エレクトロルミネセンス素子（以下、「ＥＬ素子」ともいう。）で画素が形成される表示装置の構成と駆動方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子）は、陽極及び陰極と呼ばれる一対の電極を有し、この一対の電極間に発光層が配置された構造を有する。有機ＥＬ素子は２端子型の素子を基本構造とするが、さらに、第３の電極が付加された３端子型の有機ＥＬ素子が開示されている。
【０００３】
例えば、陽極と、発光材料層と呼ばれる有機エレクトロルミネセンス材料で形成される層と、陰極と、陰極及び発光材料層に対して絶縁層を介して補助電極が設けられた有機ＥＬ素子が開示されている（特許文献１参照）。また、陽極と陰極との間に、陽極側から正孔注入層、キャリア分散層、正孔輸送層、発光層が積層された構造を有し、陽極に対し絶縁膜を介して補助電極が設けられた発光型トランジスタが開示されている（特許文献２参照）。
【０００４】
また、補助電極と、補助電極上に設けられた絶縁膜と、絶縁膜上に所定の大きさで設けられた第１電極と、第１電極上の電荷注入抑制層と、第１電極が設けられていない絶縁膜上に設けられた電荷注入層と、電荷注入抑制層及び電荷注入層上又は電荷注入層上に設けられた発光層と、発光層上に設けられた第２電極とを有するように構成された有機発光トランジスタ素子が開示されている（特許文献３、４参照）。
【０００５】
有機ＥＬ素子の用途の一つとして表示装置が知られている。有機エレクトロルミネセンス表示装置は、複数の画素を配列して表示部が形成される。各画素には、有機ＥＬ素子と、有機ＥＬ素子を駆動する駆動トランジスタ、走査信号が入力される選択トランジスタ等が設けられる。駆動トランジスタ及び選択トランジスタは、非晶質シリコン半導体、多結晶シリコン半導体、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタによって形成されている（特許文献５、６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３４３５７８号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／０４３６９７号
【特許文献３】特開２００７−１４９９２２号公報
【特許文献４】特開２００７−１５７８７１号公報
【特許文献５】特開２００７−０５３２８６号公報
【特許文献６】特開２０１４−１５４３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、エレクトロルミネセンス素子（以下、「ＥＬ素子」ともいう。）を用いた表示装置は、スマートフォンと呼ばれる多機能携帯電話機で実用化されている。さらに、ＥＬ素子を用いた表示装置はテレビジョンへ応用され、実用化が進められている。ＥＬ素子を用いた表示装置の普及を図るためには、信頼性のさらなる向上が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置は、選択トランジスタと、駆動トランジスタとＥＬ素子とを含む画素と、選択トランジスタのゲートと電気的に接続される走査信号線と、選択トランジスタのソースと電気的に接続されるデータ信号線と、ＥＬ素子に電圧を印加するキャリア注入量制御信号線とを含む。ＥＬ素子は、第１電極と、第１電極と対向する領域を有する第３電極と、第１電極と第３電極との間の第１絶縁層と、第１絶縁層と第３電極との間の電子輸送層と、電子輸送層と第３電極との間のエレクトロルミネセンス材料を含む発光層と、第１電極、第１絶縁層、電子輸送層及び第３電極が重なる領域の外側に配置され、電子輸送層と接触する第２電極とを有する。第１電極はキャリア注入量制御信号線と電気的に接続され、第２電極は駆動トランジスタのドレインと接続され、第３電極は一定電圧が印加される。
【０００９】
本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置は、選択トランジスタと駆動トランジスタとＥＬ素子とを含み、第１方向及び第１方向と交差する第２方向に配列された複数の画素と、選択トランジスタのゲートと電気的に接続され第１方向に配線され第２方向に配列された複数の走査信号線と、選択トランジスタのソースと電気的に接続され第２方向に配線され第１方向に配列された複数のデータ信号線と、ＥＬ素子と接続され第１方向又は第２方向に配線され第２方向又は第１方向に配列された複数のキャリア注入量制御信号線とを含む。ＥＬ素子は、第１電極と、第１電極と対向する領域を有する第３電極と、第１電極と第３電極との間の第１絶縁層と、第１絶縁層と第３電極との間の電子輸送層と、電子輸送層と第３電極との間のエレクトロルミネセンス材料を含む発光層と、第１電極、第１絶縁層、電子輸送層及び第３電極が重なる領域の外側に配置され電子輸送層と接触する第２電極とを有する。第１電極は複数のキャリア注入量制御信号線の１つと電気的に接続され、第２電極は駆動トランジスタのドレインと接続され、第３電極は一定電圧が印加される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、キャリア注入量制御信号線により、各画素に設けられるＥＬ素子の発光層へのキャリア注入量を制御することで、輝度劣化を抑制し、ＥＬ表示装置の信頼性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置に用いられるＥＬ素子の断面構造を示す。
【図２】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置に用いられるＥＬ素子の断面構造を示す。
【図３】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置に用いられるＥＬ素子において、キャリア注入量制御電極がフローティングのときの動作状態を示す。
【図４】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置に用いられるＥＬ素子において、キャリア注入量制御電極に低電圧が印加されたときの動作状態を示す。
【図５】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置に用いられるＥＬ素子において、キャリア注入量制御電極に高電圧が印加されたときの動作状態を示す。
【図６】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置に用いられるＥＬ素子のエネルギーバンド構造を示す。
【図７】ＥＬ素子の発光層と電子ブロック層及び正孔ブロック層のエネルギーバンド構造を示す。
【図８】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置に用いられるＥＬ素子の電流対電圧特性を模式的に示す。
【図９】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の構成を示す。
【図１０】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の画素の等価回路を示す。
【図１１】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の画素の等価回路を示す。
【図１２】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の走査信号線とキャリア注入量制御信号線とに印加される信号の波形と、そのタイミングを示す。
【図１３】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の信号波形を示し、（Ａ）及び（Ｂ）はキャリア注入量制御信号線に印加される信号の波形が階段状に変化する一例を示す。
【図１４】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の信号波形を示し、（Ａ）及び（Ｂ）はキャリア注入量制御信号線に印加される信号の波形が正弦波状に変化する一例を示す。
【図１５】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の信号波形を示し、（Ａ）及び（Ｂ）はキャリア注入量制御信号線に印加される信号の波形を示す。
【図１６】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の信号波形を示し、（Ａ）及び（Ｂ）はキャリア注入量制御信号線に印加される信号の波形が正弦波状に変化する一例を示す。
【図１７】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の表示部の回路構成を示す。
【図１８】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の走査信号線とキャリア注入量制御信号線とに印加される信号の波形を示す。
【図１９】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の表示部の回路構成を示す。
【図２０】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の走査信号線とキャリア注入量制御信号線とに印加される信号の波形を示す。
【図２１】ＥＬ表示装置の駆動方法を説明する模式図を示す。
【図２２】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の走査信号線とキャリア注入量制御信号線とに印加される信号の波形を示す。
【図２３】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の表示部の回路構成を示す。
【図２４】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の表示部の回路構成を示す。
【図２５】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の画素の平面構造を示す。
【図２６】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の画素の断面構造を示し、（Ａ）は図２５に示すＡ１−Ａ２線に対応する構造を示し、（Ｂ）はＢ１−Ｂ２に対応する構造を示す。
【図２７】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の画素の平面構造を示す。
【図２８】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の画素の断面構造を示し、（Ａ）は図２７に示すＡ３−Ａ４線に対応する構造を示し、（Ｂ）はＢ３−Ｂ４に対応する構造を示す。
【図２９】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の第ｎ行目及び第ｎ＋１行目の画素の部分構造の平面図を示す。
【図３０】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の断面構造を示し、（Ａ）第１データ信号線とｎ行目の選択トランジスタとの接続部の構造を示し、（Ｂ）は第２データ信号線とｎ＋１行目の選択トランジスタとの接続部の構造を示す。
【図３１】本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置の断面構造を示し、（Ａ）第１データ信号線とｎ行目の選択トランジスタとの接続部の構造を示し、（Ｂ）は第２データ信号線とｎ＋１行目の選択トランジスタとの接続部の構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様を含み、以下に例示する実施形態に限定して解釈されるものではない。本明細書に添付される図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、それはあくまで一例であって、本発明の内容を必ずしも限定するものではない。また、本発明において、ある図面に記載された特定の要素と、他の図面に記載された特定の要素とが同一又は対応する関係にあるときは、同一の符号（又は符号として記載された数字の後にａ、ｂなどを付した符号）を付して、繰り返しの説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第１」、「第２」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有さない。
【００１３】
本明細書において、ある部材又は領域が他の部材又は領域の「上に（又は下に）」あるとする場合、特段の限定がない限りこれは他の部材又は領域の直上（又は直下）にある場合のみでなく他の部材又は領域の上方（又は下方）にある場合を含む。すなわち、他の部材又は領域の上方（又は下方）においてある部材又は領域との間に別の構成要素が含まれている場合も含む。
【００１４】
１  ＥＬ素子の構造
ＥＬ素子は、基板上に陽極（又は陰極）と、有機層と、陰極（又は陽極）とが積層された構造を有する。有機層には、ＥＬ材料を含む発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層、電子ブロック層といった機能的分類で呼ばれる各層が適宜積層された構造を有する。有機層は、これら機能的分類で呼ばれる各層のうち、一つ又は複数の層が省略されることもある。ＥＬ素子が発光するために、陰極は有機層に電子を注入する電極として機能し、陽極は有機層に正孔を注入する電極として機能する。
【００１５】
ＥＬ素子は、発光層で発光した光が陽極又は陰極の一方の側から出射される構造を有する。ＥＬ素子は光の出射方向に基づいて、基板を通して光を出射するボトムエミッション型と、基板とは反対側に光を出射するトップエミッション型に分類される。また、ＥＬ素子の構造は製造工程における電極及び有機層の積層順に基づいて分類されることもある。例えば、基板側から陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極の順に積層された所謂順積み構造と、その逆の順に積層された逆積み構造に分類される。
【００１６】
１−１−１  ボトムエミッション型ＥＬ素子
図１は、ＥＬ素子１０２ａの断面構造の一例を示す。図１に示すＥＬ素子１０２ａは、基板１１０側から、第１電極１２４、第１絶縁層１２６、第２電極１２８、電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ、第２電子輸送層１３０ｂ）、電子注入層１３２、発光層１３４、正孔輸送層１３６、正孔注入層１３８、及び第３電極１４０が積層された構造を有する。第２電極１２８は陰極に相当する電極であり、電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ）と接するように設けられる。第３電極１４０は陽極に相当する電極である。
【００１７】
また、図１には示されないが、電子注入層１３２と発光層１３４との間に正孔ブロック層が配置されていてもよいし、発光層１３４と正孔輸送層１３６との間に電子ブロック層が配置されていてもよい。有機層の中で、正孔輸送層１３６及び正孔注入層１３８の一方は適宜省略されてもよいし、又は正孔注入性と正孔輸送性を代え備える正孔注入輸送層に置換えられてもよい。
【００１８】
ＥＬ素子１０２ａは、第１電極１２４、第１絶縁層１２６、電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ、第２電子輸送層１３０ｂ）、電子注入層１３２、発光層１３４、正孔輸送層１３６、正孔注入層１３８、及び第３電極１４０が縦方向（厚さ方向）に重なった領域（重畳領域）を有する。ＥＬ素子１０２ａは、この重畳領域が発光領域１４８となる。ＥＬ素子１０２ａは、ボトムエミッション型であるため、発光層１３４から放射される光は、第１電極１２４を通して出射される。そのため、第１電極１２４は透光性を有する導電性材料で形成される。一方、第３電極１４０は、発光層１３４から放射された光が反射されるように金属膜又は透明導電膜と金属膜の積層構造により形成される。
【００１９】
一方、第２電極１２８は、発光領域１４８の外側に配置され、かつ電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ）と電気的に接続されるように配置される。第２電極１２８は、電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ）の少なくとも一部と接するように設けられる。例えば、第２電極１２８は、電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ）と第１絶
縁層１２６との間に配置され、第２電極１２８の上面部が電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ）の下面と接するように設けられる。
【００２０】
図１は、第２電極１２８が、導電性を有する金属酸化物導電層１２８ａと金属層１２８ｂとが積層された態様を示す。第２電極１２８は、金属酸化物導電層１２８ａが電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ）と接触することで、接触抵抗を低減している。金属層１２８ｂは、金属酸化物導電層１２８ａのシート抵抗（面抵抗率）を低減する補助電極として設けられる。金属酸化物導電層１２８ａに接して設けられる金属層１２８ｂは、第２電極１２８の低抵抗化に寄与し、ＥＬ素子１０２ａにおける直列抵抗成分を低減することに寄与する。
【００２１】
ＥＬ素子１０２ａにおいて、第２電極１２８は、電子輸送層１３０に電子を注入する機能を有し、「陰極」又は「カソード」と呼ばれる電極である。一方、第３電極１４０は、正孔注入層１３８に正孔を注入する機能を有し、「陽極」又は「アノード」とも呼ばれる電極である。ＥＬ素子１０２ａは、第２電極１２８から電子輸送層１３０に電子が注入され、第３電極１４０から正孔注入層１３８に正孔が注入されることで発光する。第１電極１２４は、電子輸送層１３０と絶縁されており直接キャリアを注入する電極とはならない。しかし、第１電極１２４は、電圧が印加されることにより発生する電界が電子輸送層１３０に作用するように配置される。第１電極１２４によって形成される電界は、電子輸送層１３０のキャリアの分布に影響を与え、また発光層１３４に流れ込むキャリアの注入量を制御する機能を有する。このような機能から、第１電極１２４は、「キャリア注入量制御電極」とも呼ばれ、ＥＬ素子１０２ａの発光状態を制御する電極として用いられる。
【００２２】
図１は、電子輸送層１３０が、第１電子輸送層１３０ａと第２電子輸送層１３０ｂとの区別された２つの層で構成される態様を示す。第１電子輸送層１３０ａは第２電極と接触するように配置され、第２電子輸送層１３０ｂは発光層１３４に近い側に配置される。第１電子輸送層１３０ａ及び第２電子輸送層１３０ｂは、第２電極１２８から注入されたキャリア（電子）を発光層１３４へ輸送するという機能において共通する。第２電極１２８と接する第１電子輸送層１３０ａと、発光層１３４に近い側に配置される第２電子輸送層１３０ｂとではキャリア（電子）濃度及びキャリア（電子）移動度が異なっている。具体的には、第２電子輸送層１３０ｂのキャリア（電子）濃度は、エキシトンの失活を防ぐために第１電子輸送層１３０ａのキャリア（電子）濃度に対して低い値を有する。
【００２３】
なお、ＥＬ素子１０２ａは、第２電子輸送層１３０ｂが省略されてもよい。すなわち、第１電子輸送層１３０ａが電子注入層１３２と接する構造を有していてもよい。また、第１電子輸送層１３０ａ及び第２電子輸送層１３０ｂは、第２電極１２８から注入された電子を発光層１３４へ輸送するという共通する機能を有するので、機能的に一つの層とみなすこともできる。
【００２４】
ＥＬ素子１０２ａは、発光領域１４８を画定するために、開口部を有する絶縁層が設けられてもよい。図１は、第１電子輸送層１３０ａと第２電子輸送層１３０ｂとの間に、第１開口部１４６ａを有する第２絶縁層１４２が設けられる態様を示す。第２絶縁層１４２は、第１電子輸送層１３０ａの上層側（基板１１０とは反対側）に設けられる。第２絶縁層１４２は、第１電子輸送層１３０ａの上面の一部を露出させる第１開口部１４６ａを有する。第２電子輸送層１３０ｂは、第２絶縁層１４２の上層側（基板１１０とは反対側）に設けられ、第１開口部１４６ａおいて第１電子輸送層１３０ａと接するように設けられる。
【００２５】
第１開口部１４６ａでは、第１電子輸送層１３０ａ、第２電子輸送層１３０ｂ、電子注入層１３２、発光層１３４、正孔輸送層１３６、正孔注入層１３８、及び第３電極１４０
が、キャリア（電子、正孔）の流れを阻害しないように直列的に積層される。これらの層が直列的に積層された領域は発光領域１４８となる。すなわち、第１開口部１４６ａによって、ＥＬ素子１０２ａの発光領域１４８が画定される。
【００２６】
図１は、第２絶縁層１４２の上層側（基板１１０とは反対側）に第３絶縁層１４４が設けられる態様を示す。積層順から見ると、第３絶縁層１４４は、第２絶縁層１４２と第２電子輸送層１３０ｂとの間に設けられる。第３絶縁層１４４は、第１開口部１４６ａと重なる第２開口部１４６ｂを有する。第３絶縁層１４４は、第２開口部１４６ｂを有することで、ＥＬ素子１０２ａの発光領域１４８を画定する。第２電極１２８は、第２絶縁層１４２に覆われることで第３電極１４０から絶縁される。第２絶縁層１４２の上に第３絶縁層１４４が設けられることで、第２電極１２８と第３電極１４０との間隔が広げられる。このような構造により、第２電極１２８と第３電極１４０とが重なる領域に形成される寄生容量を低減することができる。なお、ＥＬ素子１０２ａにおいて、第３絶縁層１４４は省略されてもよい。
【００２７】
第３絶縁層１４４の第２開口部１４６ｂの口径は、第２絶縁層１４２の第１開口部１４６ａの口径と同じか、それより広いことが好ましい。第１開口部１４６ａの口径に対し、第２開口部１４６ｂの口径を大きくすることで、階段状の段差を形成することができる。また、第２絶縁層１４２及び第３絶縁層１４４は、第１開口部１４６ａ及び第２開口部１４６ｂのそれぞれの側面が、上方（基板１１０とは反対側）に開くように傾斜していることが好ましい。第１開口部１４６ａ及び第２開口部１４６ｂの開口端が傾斜面を有することにより、段差の急峻性を緩和することができる。このような構造により、第１開口部１４６ａ及び第２開口部１４６ｂの段差によって、第２電子輸送層１３０ｂ、電子注入層１３２、発光層１３４、正孔輸送層１３６、正孔注入層１３８及び第３電極１４０に、クラックが形成されることを防ぐことができる。
【００２８】
第２電極１２８は、第２絶縁層１４２の第１開口部１４６ａより外側に配置され、第１開口部１４６ａの中に露出しないように設けられる。図１に示すように、第２電極１２８の端部は、第２絶縁層１４２の開口端から離れて配置されている。別言すれば、第２電極１２８は、発光領域１４８から離れて配置されている。第２電極１２８の端部と発光領域１４８との間は第１電子輸送層１３０ａで繋がっている。第２電極１２８の端部と発光領域１４８との間の領域はオフセット領域１５０と呼ばれる。オフセット領域１５０は、第１電子輸送層１３０ａが、第１絶縁層１２６と第２絶縁層１４２とで挟まれた領域であり、かつ第１電極１２４と重なる構造を有する。オフセット領域１５０の長さは、電界集中を防ぐという目的において、電子輸送層１３０、電子注入層１３２、発光層１３４、正孔輸送層１３６、正孔注入層１３８の合計膜厚が１００ｎｍ〜１０００ｎｍであるとすると、その合計膜厚の１０倍以上の長さとして、１μｍ〜２０μｍ程度、例えば、２μｍ〜５μｍであることが好ましい。ＥＬ素子１０２ａは、このようなオフセット領域１５０を有することで、耐圧を高められる。
【００２９】
電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ、第２電子輸送層１３０ｂ）から発光層１３４に輸送されるキャリア（電子）の量は、第１電極１２４によって制御される。第１電極１２４に印加される電圧が大きくなると、電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ、第２電子輸送層１３０ｂ）に作用する電界が大きくなる。第１電極１２４に正電圧が印加されることで生成された電界は、第２電極１２８から第１電子輸送層１３０ａにキャリア（電子）を引き込むように作用するので、発光層１３４へ輸送されるキャリア（電子）の量を増加させることが可能となる。すなわち、第１電極１２４に印加する電圧の大きさにより、第１電子輸送層１３０ａから発光層１３４へ輸送されるキャリア（電子）の量を制御することができる。第１電極１２４は、発光層１３４に注入されるキャリア（電子）の量を直接的に制御することができるので、この特性を利用して第３電極１４０から発光
層１３４に注入されるキャリア（正孔）の量とのバランス（これを「キャリアバランス」ともいう。）をとることができる。すなわち、ＥＬ素子１０２ａは、キャリアバランスを調整することが可能な素子構造を有する。
【００３０】
第１電極１２４により形成される電界は、オフセット領域１５０にも作用する。第１電極１２４に正電圧を印加すると、オフセット領域１５０の第１電子輸送層１３０ａにはキャリア（電子）が誘起される。このような作用により、オフセット領域１５０の高抵抗化が防止される。一方、オフセット領域１５０の長さが１μｍ〜５μｍ程度であれば、第１電極１２４の電位が接地電位のとき、第２電極１２８から第１電子輸送層１３０ａに電子が流れ込むことを防止することができる。
【００３１】
電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ、第２電子輸送層１３０ｂ）は、透光性を有する酸化物半導体で形成される。透光性を有する酸化物半導体は無機材料であり、しかも酸化物であるため、有機材料に比べて高い熱的安定を有する。電子輸送層１３０が酸化物半導体で形成されることにより、ＥＬ素子１０２ａは逆積み構造であっても特性劣化のない安定した構造を実現することができる。
【００３２】
１−１−２  トップエミッション型ＥＬ素子
図２は、トップエミッション型のＥＬ素子１０２ｂを示す。トップエミッション型のＥＬ素子１０２ｂは、第３電極１４０と第１電極１２４の構成が異なる他は、図１に示すボトムエミッション型のＥＬ素子１０２ａと同じ構成を有する。ＥＬ素子１０２ｂがトップエミッション型である場合、第１電極１２４は、光反射面が形成されるように金属膜で形成され、第３電極１４０は発光層１３４から放射される光が透過するように透明導電膜で形成される。第２電極１２８は発光領域１４８の外側に配置されるため、ボトムエミッション型のＥＬ素子１０２ａと同じ構成を有する。有機層は、基板１１０側から、電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ、第２電子輸送層１３０ｂ）、電子注入層１３２、発光層１３４、正孔輸送層１３６、正孔注入層１３８が積層された構造を有する。
【００３３】
このように、第１電極１２４と第３電極１４０の構成を変更することで、トップエミッション型のＥＬ素子１０２ｂが実現される。すなわち、本実施形態に係るＥＬ素子１０２は、逆積み型の構造を共通としつつ、電極の構成を変更することで、ボトムエミッション型及びトップエミッション型の双方の構成を実現することができる。
【００３４】
１−２  ＥＬ素子の動作
図３、図４、及び図５を参照して、ＥＬ素子１０２の動作を説明する。図３、図４、及び図５は、ＥＬ素子１０２を構成する、第１電極１２４、第１絶縁層１２６、第２電極１２８、電子輸送層１３０、電子注入層１３２、発光層１３４、正孔輸送層１３６、正孔注入層１３８、及び第３電極１４０の配置を模式的に示す。
【００３５】
１−２−１  ＥＬ素子の発光及び非発光の動作
ＥＬ素子１０２は、第３電極（陽極）１４０と、第２電極（陰極）１２８との間に順方向電流が流れることで発光する。図３は、第１電極（キャリア注入量制御電極）１２４がキャリア注入量制御信号線Ｇｎと接続され、第２電極１２８が駆動トランジスタ１０６のドレインと接続され、第３電極１４０が電源線ＰＬと接続された態様を示す。
【００３６】
図３は、駆動トランジスタ１０６のゲートにデータ信号に基づく電圧（Ｖｄａｔａ）が印加され、ＥＬ素子１０２が順方向にバイアス（第２電極１２８に対して第３電極１４０が高電位となるようにバイアスされた状態）され、第１電極１２４がフローティングの状態を示す。ＥＬ素子１０２に印加される順方向電圧が、ＥＬ素子１０２の発光開始電圧以上であれば、第３電極１４０から正孔が注入され、第２電極１２８から電子が注入される
。ＥＬ素子１０２の発光強度は順方向電流の大きさで制御される。ＥＬ素子１０２に流れる電流は、駆動トランジスタ１０６のドレイン電流によって制御される。駆動トランジスタ１０６のドレイン電流は、容量素子１０８で保持されるゲート電圧（Ｖｄａｔａ）で制御される。
【００３７】
ＥＬ素子１０２は、第１絶縁層１２６の上で電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ、第２電子輸送層１３０ｂ）と第３電極１４０とが発光層１３４を挟んで対向配置され、第２電極１２８は第３電極１４０と重なって配置されず第１電子輸送層１３０ａの周縁部で接続された構造を有する。ＥＬ素子１０２は、第２電極１２８から第１電子輸送層１３０ａに電子が注入され、第３電極１４０から正孔注入層１３８に正孔が注入される。第１電極１２４はフローティング電位となっているので、第１電子輸送層１３０ａに注入された電子は、第３電極１４０と第２電極１２８との間に生じる電界によってのみドリフトされる。この場合、ＥＬ素子１０２の構造上、第２電極１２８と第３電極１４０との間に生じる電界分布が発光領域１４８で均一とならない。
【００３８】
この状態では、ＥＬ素子１０２に発光開始電圧以上の順方向電圧が印加された状態であっても、第２電極１２８から第１電子輸送層１３０ａに注入されたキャリア（電子）は発光領域１４８内を均一な濃度分布で流れない。したがって、ＥＬ素子１０２は発光領域１４８の中央部が暗く、周縁部が明るく発光する状態となる。また、オフセット領域１５０の影響によりＥＬ素子１０２に流れる電流量は小さく、発光強度は大きくならない。
【００３９】
図４は、駆動トランジスタ１０６のゲートにデータ信号Ｖｄａｔａが印加され、ＥＬ素子１０２が順方向にバイアスされた状態において、第１電極１２４にキャリア注入量制御信号線Ｇｎから第１レベルのキャリア注入量制御電圧ＶＬが入力された状態を示す。キャリア注入量制御電圧ＶＬは接地電位と同電位であるものとする。この状態では、第１電子輸送層１３０ａには電子が存在せず絶縁状態となる。その結果、ＥＬ素子１０２は、順方向電流が流れないため非発光状態となる。
【００４０】
図５は、ＥＬ素子１０２が順方向にバイアスされた状態において、第１電極１２４に第１レベルよりも高電位である第２レベルのキャリア注入量制御電圧ＶＨが印加された状態を示す。第２レベルのキャリア注入量制御電圧ＶＨは正電圧であり、第１電極１２４によって形成される電界は、電子が第１電子輸送層１３０ａから発光層１３４の方向にドリフトされるように作用する。第１電極１２４により発生する電界が第１電子輸送層１３０ａに作用することにより、第２電極１２８から第１電子輸送層１３０ａに注入された電子は、第１電子輸送層１３０ａの周縁部から発光領域１４８の中央領域へドリフトされる。
【００４１】
ＥＬ素子１０２は順方向にバイアスされていることから、発光領域１４８の中央領域に向けて輸送されたキャリア（電子）は、第１電子輸送層１３０ａから発光層１３４の方向に輸送される。第３電極１４０から注入された正孔と、第２電極１２８から注入された電子とは、発光層１３４で再結合することにより励起子が生成される。発光層１３４では、励起状態の励起子が基底状態に遷移するときにフォトンが放出され発光する（発光状態）。
【００４２】
ＥＬ素子１０２が順方向にバイアスされ、第１電極１２４に第２レベルのキャリア注入量制御電圧ＶＨが印加された状態において、第１電子輸送層１３０ａに注入される電子の量は、第２電極１２８の電圧によって制御される。第２電極１２８の電圧を大きくすると、第１電子輸送層１３０ａへの電子注入量を増加させることができる。第１電子輸送層１３０ａから発光層１３４に注入される電子の量は、第１電極１２４の電圧によって制御することができる。第１電極１２４の電圧を大きくすることで、第２電極１２８から注入された電子を発光領域１４８に多く引き込み、発光層１３４へのキャリア注入量を増加させ
ることが可能となる。
【００４３】
このように、ＥＬ素子１０２は、陰極としての第２電極１２８及び陽極としての第３電極１４０に加え、これらの電極から独立して電圧を印加する第１電極１２４を備えることで、発光層１３４に注入されるキャリアの濃度を制御することができる。
【００４４】
なお、発光領域１４８が均一な強度で発光するためには、第２電子輸送層１３０ｂを流れる電子によって空間電荷制限電流が形成されるようにすることが好ましい。第２電子輸送層１３０ｂに空間電荷制限電流が流れるようにするためには、第２電子輸送層１３０ｂを形成する酸化物半導体層がアモルファス状態、ナノサイズの微結晶状態、又はこれらの混合状態を有していることが好ましい。また、第１電子輸送層１３０ａは、ナノサイズの微結晶を含み、密度の高い膜であることが好ましい。
【００４５】
１−２−２．ＥＬ素子のバンドダイアグラム
図６は、ＥＬ素子１０２のエネルギーバンド構造の一例を示す。図６に示すエネルギーバンド図は左側から、第１電極１２４、第１絶縁層１２６、第１電子輸送層１３０ａ、第２電子輸送層１３０ｂ、電子注入層１３２、正孔ブロック層１３３、発光層１３４、電子ブロック層１３５、正孔輸送層１３６、正孔注入層１３８、第３電極１４０が積層された構造に対応する。なお、図６に示すエネルギーバンド図において、第２電極１２８は省略されている。
【００４６】
図６に示すエネルギーバンド図は、第１電極１２４が酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の透明導電膜で形成され、第３電極１４０がアルミニウム等の金属膜で形成され、第１電子輸送層１３０ａ及び第２電子輸送層１３０ｂは酸化物半導体で形成されている場合を示す。第１電子輸送層１３０ａを形成する酸化物半導体の組成と、第２電子輸送層１３０ｂを形成する酸化物半導体の組成とは異なるものとし、第２電子輸送層１３０ｂのバンドギャップ（Ｅｇ２）は第１電子輸送層１３０ａのバンドギャップ（Ｅｇ１）に比べて大きい値を有するものとしている。第２電子輸送層１３０ｂの膜厚は、第１電子輸送層１３０ａの膜厚よりも厚くなっている。真空準位を基準として見ると、第２電子輸送層１３０ｂの最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）は、第１電子輸送層１３０ａの最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）よりも浅くなっている。
【００４７】
ＥＬ素子１０２が順方向にバイアスされているとき、図示されない第２電極１２８から第１電子輸送層１３０ａに注入された電子は発光層１３４に向かってドリフトされ、第３電極１４０から正孔注入層１３８に注入された正孔は発光層１３４に向かってドリフトされる。発光層１３４に隣接して設けられる電子ブロック層１３５の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギー準位は、発光層１３４の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギー準位よりも浅く、発光層１３４に注入された電子は正孔輸送層１３６へ突き抜けてしまうことが防止される。また、発光層１３４に隣接して設けられる正孔ブロック層１３３の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位は、発光層１３４の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位より深いため、発光層１３４に注入された正孔は電子注入層１３２へ突き抜けてしまうことが防止される。
【００４８】
１−２−３．ＥＬ素子の発光領域
図７は、発光層９０２と、発光層９０２の陰極側に設けられる正孔ブロック層９０４と、陽極側に設けられる電子ブロック層９０６のエネルギーバンド構造の一例を示す。ＥＬ素子は、発光層９０２で電子と正孔が再結合することで発光する。具体的には、電子と正孔が発光層９０２で再結合すると励起子が生成され、生成された励起子が放射失活することで発光する。電流効率（発光効率）を高めるには、発光層９０２では、全域に電子と正孔が均一に分布して発光することが理想的である。発光層９０２の全域で発光することに
より、電流効率（発光効率）の向上が期待されるためである。実際には、発光層９０２において実際に発光する領域の厚みは１０ｎｍ程度であると解析されている。しかし、発光層９０２の厚みを１０ｎｍにすると電流効率（発光効率）が低下するため、実用的には発光層は３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚みで形成されている。
【００４９】
図７に示すように、発光層９０２を電子ブロック層９０６と正孔ブロック層９０４で挟み、発光層９０２に電子及び正孔を閉じ込めることで、再結合の確率を高めることが期待される。しかし、発光層９０２における電子及び正孔の移動度は小さく、１０−５ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ〜１０−２ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ程度しかない。さらに、電子の移動度に対して正孔の移動度が数倍から数十倍大きいため、発光層９０２で電子と正孔の分布が不均一になる。このため、発光層９０２におけるキャリアバランス（電子と正孔のバランス）が崩れ、電流効率（発光効率）が低下する。キャリアバランスが崩れて発光層９０２で正孔の数が過剰になると、発光層９０２の陰極側に正孔が蓄積され、電流効率（発光効率）が低下する。一方、発光層９０２に電子を過剰に注入して、正孔が過剰に蓄積されないようにすることも考えられる。しかし、発光層９０２に電子が残留した状態で発光を停止させると、発光層９０２が酸化され、劣化が促進されることとなる。
【００５０】
ＥＬ素子の劣化を防止するには、発光層に注入する電子と正孔のバランス、すなわちキャリア注入量のバランスを適切に制御することができれば、電流効率（発光効率）の劣化を抑制することができるはずである。しかし、ＥＬ素子の素子構造を調整して一時的にキャリアバランスを図ることが出来ても、素子構造が固定化されるとＥＬ素子の劣化や温度変化に追従できないという問題が生じる。したがって、従来のＥＬ素子は、素子構造を最適化しても発光層の全領域を使って発光させることは原理的に難しいとされている。
【００５１】
青色の波長帯域の光を発光するＥＬ素子は、発光層のホスト材料として電子移動度が正孔移動度より高い材料を選択し、発光層への電子注入量が正孔注入量よりも上回るように素子構造を設計している。そのため、図７に示すように、発光層９０２における発光位置（厚み方向の位置）は、電子ブロック層９０６との界面近傍に偏っている。この場合、ＥＬ素子に流れる電流値が小さい場合でも、エキシトン形成濃度を発光層９０２の電子ブロック層９０６との界面近傍で高めることができる。それにより、２つの三重項励起子の融合により一重項励起子が生成するＴＴＦ（Triplet-Triplet Fusion）現象を発現させることが可能となり、発光効率を高めることができる。図７に示すように、従来の２端子ダイオード型ＥＬ素子の構造では、発光層９０２の発光位置（厚み方向の位置）は、小電流領域、中電流領域、大電流領域のいずれの電流領域においても電子ブロック層９０６側の界面近傍に偏ったままである。この場合、発光層９０２で生成されたエキシトンが電子ブロック層９０６側にも拡散し、電子ブロック層９０６の劣化が促進されることとなる。すなわち、従来のＥＬ素子の構造では、発光層９０２における発光位置（厚み方向の位置）が固定されてしまい、発光位置を制御できないという問題を有している。
【００５２】
１−２−４．キャリアバランスの制御と発光位置のコントロール
ＥＬ素子の電流効率（発光効率）を高め、また輝度劣化を抑制するには、発光層に注入される電子と正孔の量を制御してバランスをとることが好ましい。本実施形態に係るＥＬ素子１０２は、第１電極１２４によって発光層１３４に注入される電子の量を直接的に制御することができる。ＥＬ素子１０２は、第３電極１４０から発光層１３４に輸送される正孔の量に対して、第２電極１２８から発光層１３４に輸送される電子の量が不足しないように、第１電極１２４によって電子の輸送量を制御することで、発光層１３４において正孔が過剰とならないように、又は発光層１３４において電子が不足しないように制御することができる。別言すれば、ＥＬ素子１０２は、第３電極１４０から発光層１３４に流れる正孔電流に対し、第２電極１２８から発光層１３４に流れる電子電流の大きさが同じになるように、第１電極１２４によって電子電流を制御することで、発光層におけるキャ
リアバランスの制御を行っている。
【００５３】
図８は、ＥＬ素子１０２の第３電極１４０と第２電極１２８との間に印加する電圧（Ｖａｃ）を一定とし、第１電極１２４に印加する電圧（Ｖｇ）と、第３電極１４０と第２電極１２８との間に流れる電流（Ｉｅ）との関係を模式的に示すグラフである。図８に示すように、第１電極１２４に印加する電圧（Ｖｇ）が０Ｖである場合、電流（Ｉｅ）は小さく、ＥＬ素子１０２の発光は観測されない状態にある。この状態から第１電極１２４の電圧を正の方向に大きくすると、第２電極１２８から電子輸送層１３０に注入されたキャリア（電子）は、発光層１３４に向かって流れる電流を形成する。このとき電流（Ｉｅ）は、ダイオードの順方向電流のように指数関数的に増加する（図８に示す「第Ｉ領域」）。
【００５４】
第１電極１２４に印加する電圧（Ｖｇ）をさらに大きくすると、電圧（Ｖｇ）の変化量に対する電流（Ｉｅ）の増加量が飽和する傾向となり、Ｉｅ対Ｖｇ特性の曲線の勾配は緩やかになる（図８に示す「第ＩＩ領域」）。第ＩＩ領域で第１電極１２４に印加する電圧（Ｖｇ）の大きさを、第１電圧（Ｖｇ１）と第２電圧（Ｖｇ２）の間で変動させると電流（Ｉｅ）は、第１電流（Ｉｅ１）と第２電流（Ｉｅ２）の間で変化する。第１電極１２４の電圧（Ｖｇ）が、第１電圧（Ｖｇ１）から第２電圧（Ｖｇ２）の範囲で変化する領域は電流（Ｉｅ）が急激に変化しない領域であり、ＥＬ素子１０２の発光強度は飽和しつつある領域となる。
【００５５】
ＥＬ素子１０２に流れる電流（Ｉｅ）の変化は、発光層１３４に注入される電子の量の増減を意味する。第１電極１２４の電圧（Ｖｇ）を、第１電圧（Ｖｇ１）と第２電圧（Ｖｇ２）の間で変動させると発光層１３４に注入される電子の量が変化する。すなわち、第１電極１２４の電圧（Ｖｇ）を変化させることで、発光層１３４における電子と正孔のキャリアバランスを制御することができる。発光層１３４に注入される電子の量を変化させると、電子と正孔が再結合する領域の中心位置（発光層１３４の厚さ方向における発光領域の位置）をシフトさせることができる。例えば、第１電極１２４が第１電圧（Ｖｇ１）であるとき、電子電流が正孔電流に比べて相対的に小さくなり、発光層１３４における発光位置は、陰極側（図８に示す「Ａ」側）となる。一方、第１電極１２４が第２電圧（Ｖｇ２）であるとき、電子電流が正孔電流に比べて相対的に大きくなり、発光層１３４における発光位置は陽極側（図８に示す「Ｂ」側）にシフトする。
【００５６】
このようにＥＬ素子１０２は、第１電極１２４の電圧により、発光層１３４における発光位置を、厚さ方向に亘って制御することが可能となる。例えば、第１電極１２４の電圧を第１電圧（Ｖｇ１）と第２電圧（Ｖｇ２）の間で変化させると、発光層１３４における発光位置を、陰極側Ａと陽極側Ｂとの間で移動させることができる。第１電極１２４の電圧を制御することにより、発光層１３４の全体を発光領域として利用することができる。そうすると、発光層１３４の全域を発光領域としてまんべんなく使用することができるので、輝度劣化の寿命時間（例えば、初期輝度が７０％まで低下する時間）を延ばすことができる。第１電極１２４の電圧は、図８に示すＶｇ１とＶｇ２との間で変動するようにし、輝度の強さは第２電極１２８と第３電極１４０との電位差（電圧）で制御することができる。
【００５７】
このように、本実施形態に係るＥＬ素子１０２は、電子輸送層１３０に対し第１絶縁層１２６を挟んでキャリア注入量を制御する第１電極１２４が配置され、第１電極１２４を陽極である第３電極１４０と対向配置することで、発光層１３４への電子注入量を制御することができる。本実施形態に係るＥＬ素子１０２は、キャリア注入量を制御する第１電極１２４の作用により。発光層１３４における電子と正孔のキャリアバランスを制御することができる。それにより、ＥＬ素子１０２の電流効率を高め、寿命時間を延ばすことができる。
【００５８】
これに対し、特許文献１に開示されたＥＬ素子は、発光材料層における電子移動度が低いため、陰極からの電子注入量は陽極と陰極との間の電位差でほぼ決まってしまい、補助電極から印加されるバイアス電圧はキャリア注入にほとんど影響を与えない。したがって、特許文献１に開示されたＥＬ素子を表示装置の画素に用いても、画素面内で均一に発光することができない。また、特許文献２に開示された発光型トランジスタは、補助電極が発光／非発光の状態を制御するため、発光層に注入される電子と正孔の量を、それぞれ独立して制御することができない。さらに、特許文献２に開示された発光型トランジスタは、発光層内で電子と正孔が再結合する領域、すなわち発光領域の位置を制御することができない。また、特許文献３、４に開示された有機発光トランジスタは、有機材料で形成される電子輸送層のキャリア（電子）移動度が低いため、表示画面の大画面化と高精細化を実現することはできない。特許文献３、４に記載されるような有機材料で形成される電子輸送層は、キャリア（電子）移動度が２．５ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以下であるため、表示パネルの大画面化と高精細化を実現することは難しいと考えられる。
【００５９】
さらに、従来のＥＬ素子の構造では、発光層の厚さ方向全体が均一に劣化することはなく、発光層が不均一に劣化するため輝度劣化を抑制することが困難で、ＥＬ素子の寿命時間を延ばすことができない。しかしながら、本実施形態に係るＥＬ素子１０２は、第１電極１２４の電圧を制御することにより、発光層１３４の全体を発光領域とすることができるので、従来の有機ＥＬ素子に比べて輝度劣化に対する寿命時間を延ばすことが可能となる。これにより、発光層１３４の厚さを、従来の厚さ（例えば、３０ｎｍ）から１．５倍〜３．０倍である４５ｎｍ〜９０ｎｍに増加させても発光層１３４の厚さ方向全領域を発光させることができ、ＥＬ素子１０２の寿命を長くするこができる。
【００６０】
２．ＥＬ素子を有する表示装置
ＥＬ素子が用いられた表示装置は、テレビジョン、携帯型情報端末（例えば、スマートフォンと呼ばれるインターネット接続可能なＯＳ（オペレーティングシステム）を備えた携帯電話機）等の用途を有する。以下に、図１に示すボトムエミッション型のＥＬ素子１０２ａ及び図２に示すトップエミッション型のＥＬ素子１０２ｂが用いられる表示装置の一例を示す。
【００６１】
２−１．ＥＬ素子を有する表示装置（ＥＬ表示装置）の回路構成
図９は、本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置１００の構成を示す。ＥＬ表示装置１００は、基板１１０上に、複数の画素１１４が配列された表示部１１２、走査信号線Ｓｎに走査信号を出力する走査信号線駆動回路ブロック１１６、データ信号線Ｄｍにデータ信号を出力するデータドライバＩＣ１１８、キャリア注入量制御信号線Ｇｎに制御信号を出力するキャリア注入量制御信号線駆動回路ブロック１２０を含む。
【００６２】
表示部１１２は、走査信号線Ｓｎ、データ信号線Ｄｍ、キャリア注入量制御信号線Ｇｎ、コモン配線Ｃｎが配設される。複数の画素１１４のそれぞれは、走査信号線Ｓｎ、データ信号線Ｄｍ、キャリア注入量制御信号線Ｇｎ、及びコモン配線Ｃｎと電気的に接続される。図９では詳細に示されないが、複数の画素１１４のそれぞれにはＥＬ素子と、ＥＬ素子の発光を制御するトランジスタが設けられる。ＥＬ素子は、図１及び図２に示すように、第１電極（キャリア注入量制御電極）１２４、第２電極（陰極）１２８、及び第３電極（陽極）１４０を有する３端子型の素子である。
【００６３】
２−１−１．画素の等価回路
図１０は、画素１１４の等価回路の一例を示す。画素１１４は、ＥＬ素子１０２、選択トランジスタ１０４、駆動トランジスタ１０６、及び容量素子１０８を含む。図１０は、ＥＬ素子１０２の接続構造を示すため、回路記号に代えて電極の配置を示す模式的な構造
図で示す。図１０は、ＥＬ素子１０２を、第１電極１２４、第２電極１２８、及び第３電極１４０、並びに第１電極１２４と第３電極１４０との間の第１絶縁層１２６、電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ、第２電子輸送層１３０ｂ）、及び発光層１３４が積層された模式的な構造図で示す。
【００６４】
選択トランジスタ１０４は、ゲートが走査信号線Ｓｎと電気的に接続され、ソースがデータ信号線Ｄｍと電気的に接続され、ドレインが駆動トランジスタ１０６のゲートと電気的に接続される。駆動トランジスタ１０６は、ソースがコモン配線Ｃｎと電気的に接続され、ドレインがＥＬ素子１０２の第２電極１２８と電気的に接続される。容量素子１０８は、駆動トランジスタ１０６のゲートとコモン配線Ｃｎとの間に電気的に接続される。ＥＬ素子１０２は、第１電極１２４がキャリア注入量制御信号線Ｇｎと接続され、第２電極１２８が駆動トランジスタ１０６のドレインと接続され、第３電極１４０が電源線ＰＬと接続される。なお、図１０において点線で示すように、選択トランジスタ１０４及び駆動トランジスタ１０６はデュアルゲート構造を有していてもよい。キャリア注入量制御信号線Ｇｎ及び走査信号線Ｓｎと平行に配設されるコモン配線Ｃｎは、データ信号線Ｄｍと平行に配設されるコモン配線Ｃｍと交差する領域で電気的に接続されていてもよい。
【００６５】
走査信号線Ｓｎには、選択トランジスタ１０４のオンオフを制御する走査信号が与えられ、データ信号線Ｄｍにはデータ信号（映像信号）が与えられる。コモン配線Ｃｍ、Ｃｎは一定電位（例えば接地電位）に保持される。電源線ＰＬには電源電圧（ＶＤＤ）が与えられる。キャリア注入量制御信号線Ｇｎには、キャリア注入量を制御するためのキャリア注入量制御信号が印加される。後述されるように、キャリア注入量制御信号は一定電圧ではなく、電圧の大きさが時間と共に変化する電圧が印加される。
【００６６】
図１１は、ＥＬ素子１０２を回路記号で表記した等価回路図を示し、回路構成は図１０に示す等価回路と同様である。ＥＬ素子１０２は３端子素子であり、第２電極（陰極）１２８が駆動トランジスタ１０６のドレインと接続され、第３電極（陽極）１４０が電源線ＰＬと接続され、第１電極（キャリア注入量制御電極）１２４がキャリア注入量制御信号線Ｇｎと接続される。なお、図１１に示す回路記号は、ＥＬ素子１０２が、第１電極１２４、第２電極１２８、及び第３電極１４０を有する３端子型の素子であることを示す。
【００６７】
図１及び図２に示すように、ＥＬ素子１０２はオフセット領域１５０を有する。オフセット領域１５０は、第１絶縁層１２６を挟んで第１電極１２４と重なっている。オフセット領域１５０を流れるキャリア（電子）の量は、第１電極１２４によって制御される。このような構造から、ＥＬ素子１０２は寄生トランジスタを含むとみなすことができ、又はダイオードとトランジスタとが複合化された素子であるとみなすこともできる。図１１に示すＥＬ素子１０２の回路記号は、ＥＬ素子１０２にトランジスタと同様の構造が含まれることを示している。
【００６８】
図１１、図１０に示す等価回路において、選択トランジスタ１０４のゲートに走査信号線Ｓｎから走査信号が与えられると、選択トランジスタ１０４がオンになり、データ信号線Ｄｍからデータ信号に基づく電圧が駆動トランジスタ１０６のゲートに印加される。容量素子１０８は、データ信号線Ｄｍの電圧で充電され、データ信号を一時的に保持する。駆動トランジスタ１０６が導通状態となると、電源線ＰＬからＥＬ素子１０２に電流が流れ込む。ＥＬ素子１０２に流れる電流は、駆動トランジスタ１０６のゲート電圧によって制御される。さらに、ＥＬ素子１０２に流れる電流は、第１電極１２４によっても制御される。ＥＬ素子１０２に流れる電流は、駆動トランジスタ１０６及び第１電極１２４によってそれぞれ独立して制御される。
【００６９】
２−１−２．キャリア注入量制御信号の波形
図１２は、走査信号線Ｓｎ、キャリア注入量制御信号線Ｇｎ、及びデータ信号線Ｄｍに印加される信号波形と容量素子１０８の電圧Ｖｓｔの波形の一例を示す。図１２は、１フレーム期間Ｆにおいて、走査信号線Ｓｎに走査信号が印加される水平期間１Ｈと、ＥＬ素子１０２が発光する発光期間Ｔが含まれることを示す。水平期間１Ｈにおいて、走査信号線Ｓｎに走査信号（Ｖｓｃｎ）が印加されると、選択トランジスタ１０４がオンになり、データ信号線Ｄｍからデータ信号（データ電圧Ｖｄａｔａ）が駆動トランジスタ１０６のゲートに印加され、同時に容量素子１０８がデータ電圧Ｖｄａｔａで充電される。容量素子１０８に充電される電圧Ｖｓｔはデータ電圧Ｖｄａｔａに応じて変化する。選択トランジスタ１０４がオフになった後も容量素子１０８にデータ電圧Ｖｄａｔａが充電されているので、駆動トランジスタ１０６のゲート電圧は保持される。
【００７０】
水平期間１Ｈの間、キャリア注入量制御信号線Ｇｎには、第１レベルのキャリア注入量制御信号Ｖｇ（Ｖｇ＝ＶＬ＝０Ｖ）が印加される。そのため、駆動トランジスタ１０６のゲートにデータ信号（駆動トランジスタ１０６の閾値電圧より高い電圧レベルの信号）が印加され、ＥＬ素子１０２の第２電極（陰極）１２８と第３電極（陽極）１４０との間に順方向電圧が印加されたとしても、非発光の状態が維持される。
【００７１】
水平期間１Ｈが終了すると、発光期間Ｔに移行する。発光期間Ｔでは、キャリア注入量制御信号線Ｇｎに、第１レベルより高い電圧を有するキャリア注入量制御信号Ｖｇが印加される。第１電極（キャリア注入量制御電極）１２４にキャリア注入量制御信号Ｖｇが印加されることで、ＥＬ素子１０２は発光する。キャリア注入量制御信号Ｖｇは一定の電圧が維持されてもよいし、図１２に示すように時間の経過と共に電圧の大きさが変化する変調電圧が印加されてもよい。
【００７２】
図１２では、キャリア注入量制御信号Ｖｇの電圧が、期間ｔ１、ｔ２、ｔ３の経過に従って、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３と変化する波形を示す。なお、キャリア注入量制御信号Ｖｇは、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３の関係を有し、かつ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）＞ＶＬの関係を有する。すなわち、キャリア注入量制御信号Ｖｇが、発光期間Ｔにおいて第１電圧Ｖ１から、第２電圧Ｖ２、第３電圧Ｖ３へと段階的に低下する波形を示す。このようにキャリア注入量制御信号Ｖｇの電圧を変化させることで、発光層１３４へのキャリア注入量を制御すると共に、発光層内の発光位置を制御することが可能となる。キャリア注入量制御信号Ｖｇは、発光期間Ｔの終了と共に第１レベルの電圧ＶＬに変化する。これにより、ＥＬ素子１０２の発光は停止する。このように、キャリア注入量制御信号線Ｇｎに印加するキャリア注入量制御信号Ｖｇの電圧レベルを制御することで、ＥＬ素子１０２の発光又は非発光の制御、及び発光層内の発光位置を制御することができる。
【００７３】
キャリア注入量制御信号Ｖｇの電圧は、ＥＬ素子１０２の発光位置（発光層の厚み方向の位置）が、陽極側発光領域ＥＬ（ｔ）になるように電圧Ｖ１を設定し、中央発光領域ＥＬ（ｍ）になるように電圧Ｖ２を設定し、陰極側発光領域ＥＬ（ｂ）になるように電圧Ｖ３を設定することが好ましい。なお、それぞれの電圧値は一例であり、キャリア注入量制御信号の電圧値は、ＥＬ素子の構造に応じて適宜設定することができる。
【００７４】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ａ）、及び図１４（Ｂ）は、キャリア注入量制御信号Ｖｇの波形の他の一例を示す。図１３（Ａ）に示すように、キャリア注入量制御信号Ｖｇは、発光期間Ｔにおいて、期間ｔ１、ｔ２、ｔ３の経過と共に、電圧がＶ３、Ｖ２、Ｖ１と階段状に高くなる波形を有していてもよい。また、図１３（Ｂ）に示すように、キャリア注入量制御信号Ｖｇは、発光期間Ｔ内の期間ｔ１において、電圧がＶ１からＶ２へ連続的に変化し、期間ｔ２で電圧がＶ２に維持され、期間ｔ３において電圧がＶ２からＶ３に連続的に変化する波形であってもよい（Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３であるものとする）。また、図示されないが、キャリア注入量制御信号Ｖｇは、図１３（Ｂ）の変形例として、発
光期間Ｔの時間の経過と共に電圧がＶ３からＶ１に増加する波形であってもよい。図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、キャリア注入量制御信号Ｖｇの電圧波形が正弦波状に変化する一例を示す。図１４（Ａ）は、発光期間Ｔにおいてキャリア注入量制御信号の電圧ＶｇがＶ３からＶ２を経て、そしてＶ１へと連続的に増加し、その後電圧ＶｇがＶ２を経て、Ｖ３へと連続的に減少する波形を示す。図１４（Ｂ）は、発光期間Ｔにおいてキャリア注入量制御信号の電圧ＶｇがＶ１からＶ２を経て、そしてＶ３へと連続的に減少し、その後電圧ＶｇがＶ２を経て、Ｖ１へと連続的に増加する波形を示す。このように、キャリア注入量制御信号の波形を変化させることによっても、発光層内の発光位置を制御して、発光層の劣化の状態を層内で均一化することができる。
【００７５】
ＥＬ素子は、燐光材料や熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ：Thermally Activated Delayed Fluorescence）材料を用いる場合には、発光層に隣接する層の界面近傍でなく、発光層の中央領域で発光させることで発光効率を向上することができ、輝度劣化に対する寿命時間を延ばすことができる。したがって、キャリア注入量制御信号において、中間電圧を印加する時間を長くするようにしてもよい。例えば、図１２に示す例に従えば、期間ｔ２の時間を長くするようにしてもよい（ｔ２≧ｔ１、ｔ３）。
【００７６】
青色発光層は、発光材料として蛍光材料が用いられている。そのため、ＥＬ素子の発光効率を向上させ寿命を延ばすためには、発光層における発光領域を陽極側界面近傍か、又は陰極側界面近傍に集中させてＴＴＦ現象を発現させることが必要となる。このため、青色発光層単独であれば、期間ｔ１の時間を長くするか、期間ｔ３の時間を長くすることが好ましい。一般的には、発光層の陽極側界面近傍に発光位置（厚み方向の位置）を集中させた方が、発光効率の面と長寿命化の面で優れているので、電子注入量を最大に増加できる電圧Ｖ１を印加する期間ｔ１を長くすることが好ましい。
【００７７】
しかし、発光層の陽極側界面近傍だけに発光位置を集中させ続けると、発光層に隣接する電子ブロック層（又は正孔輸送層）の劣化が促進されてしまう。このような劣化を防止するために、本発明の一実施形態に係るＥＬ素子１０２は、第１電極（キャリア注入量制御電極）１２４に印加するキャリア注入量制御信号Ｖｇの電圧を変化させて発光層１３４における発光位置を移動させることができる。また、発光層１３４の陰極側界面に正孔ブロック層を設けておくことにより、キャリア注入量制御信号Ｖｇの電圧を低下させることで、発光層１３４における発光位置を陰極側（電子輸送層側）界面近傍に移動させることができる。これにより、発光層１３４の陰極側（電子輸送層側）界面近傍においても、ＴＴＦ現象を発現させることができ、青色発光のＥＬ素子の発光効率を、小電流領域、中電流領域、大電流領域の全ての電流領域で高めることが可能となる。図１２、図１３では、１フレーム期間Ｆに一組の制御電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加される態様を示すが、本発明の一実施形態はこれに限定されず、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すように１フレーム期間Ｆに一組の階段状の制御電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の印加を複数回繰り返してもよいし、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すように正弦波状の制御電圧を複数回繰り返してもよい。例えば、フレーム周波数が６０Ｈｚの場合には、最大繰り返し回数は約１０００回程度までとすることができる。
【００７８】
なお、キャリア注入量制御信号Ｖｇの電圧値を変化させる割合は任意に設定することができる。例えば、図１２は、電圧値を３段階で変化させることを示すが、さらに多段化してもよい。キャリア注入量制御信号の多段化することで、発光層における発光位置をより精密に制御することができる。また、キャリア注入量制御信号の電圧値は２段階で変化するようにしてもよい。それにより、発光層における発光位置を変化させることができ、キャリア注入量制御信号線駆動回路の消費電力を低減することができる。
【００７９】
２−１−３．表示部の回路構成
ＥＬ表示装置１００における表示部１１２の回路構成について示す。なお、表示部１１２の各画素１１４における回路構成は、図１１に示す等価回路と同等なものである。
【００８０】
２−１−３−１．表示部の回路構成（１）
図１７は、ＥＬ表示装置１００における表示部１１２ａの回路構成を示す。図１７は、マトリクス状に画素が配列された表示部１１２ａにおいて、ある列のｎ行目に配置された第１画素１１４（ｎ）と、ｎ＋１行目に配置された第２画素１１４（ｎ＋１）を示す。第１画素１１４（ｎ）及び第２画素１１４（ｎ＋１）は、図１１を参照して説明される画素１１４と同様の回路構成を有する。
【００８１】
図１７は、また、表示部１１２ａに、走査信号線Ｓｎ−１、Ｓｎ、Ｓｎ＋１、データ信号線Ｄ１ｍ、Ｄ１ｍ＋１、Ｄ２ｍ、Ｄ２ｍ＋１、コモン配線Ｃｍ、Ｃｍ＋１、Ｃｎ、Ｃｎ＋１、キャリア注入量制御信号線Ｇｎ、Ｇｎ＋１が配設された形態を示す。コモン配線Ｃｍ、Ｃｍ＋１とコモン配線Ｃｎ、Ｃｎ＋１とは、相互に交差する方向に配設され、交差する箇所で適宜電気的に接続されている。なお、画素１１４は、ｋ行ｊ列に配列されているものとし、ｍ＝１〜ｊ（ｍ１＝１〜０．５×ｊ、ｍ２＝１〜０．５×ｊ）、ｎ＝１〜ｋであるものとする。
【００８２】
第１画素１１４（ｎ）は、選択トランジスタ１０４（ｎ）、駆動トランジスタ１０６（ｎ）、容量素子１０８（ｎ）、及びＥＬ素子１０２（ｎ）を含む。第２画素１１４（ｎ＋１）も同様に、選択トランジスタ１０４（ｎ＋１）、駆動トランジスタ１０６（ｎ＋１）、容量素子１０８（ｎ＋１）、及びＥＬ素子１０２（ｎ＋１）を含む。
【００８３】
第１画素１１４（ｎ）において、選択トランジスタ１０４（ｎ）は、ゲートが走査信号線Ｓｎと電気的に接続され、ソースがデータ信号線Ｄ１ｍと電気的に接続され、ドレインが駆動トランジスタ１０６（ｎ）のゲートと電気的に接続される。駆動トランジスタ１０６（ｎ）は、ソースがコモン配線Ｃｎと電気的に接続され、ドレインがＥＬ素子１０２（ｎ）の第２電極（陰極）１２８と電気的に接続される。容量素子１０８（ｎ）は、駆動トランジスタ１０６（ｎ）のゲートとコモン配線Ｃｎとの間に接続される。ＥＬ素子１０２（ｎ）は、第１電極（キャリア注入量制御電極）１２４がキャリア注入量制御信号線Ｇｎと電気的に接続され、第３電極（陽極）１４０が電源線ＰＬと電気的に接続される。
【００８４】
第２画素１１４（ｎ＋１）は、選択トランジスタ１０４（ｎ＋１）のゲートが走査信号線Ｓｎ＋１と電気的に接続され、ソースがデータ信号線Ｄ２ｍと電気的に接続され、駆動トランジスタ１０６（ｎ＋１）のソースがコモン配線Ｃｎ＋１と電気的に接続され、容量素子１０８（ｎ＋１）が駆動トランジスタ１０６（ｎ＋１）のゲートとコモン配線Ｃｎ＋１との間に接続され、ＥＬ素子１０２（ｎ＋１）の第１電極（キャリア注入量制御電極）１２４がキャリア注入量制御信号線Ｇｎ＋１と電気的に接続され、第３電極（陽極）１４０が電源線ＰＬと電気的に接続される。
【００８５】
表示部１１２ａには、一つの例に２つのデータ信号線Ｄ１ｍ、Ｄ２ｍが配設され、ｎ行目の選択トランジスタ１０４（ｎ）がデータ信号線Ｄ１ｍと接続され、ｎ＋１行目の選択トランジスタ１０４（ｎ＋１）がデータ信号線Ｄ２ｍと接続されている。このような回路構成により、２行同時に画素を選択してデータ信号を書き込むことが可能となる。
【００８６】
２−１−３−２．表示部の駆動方式（１）
図１８は、図１７に示す第１画素１１４（ｎ）及び第２画素１１４（ｎ＋１）の動作を示す。あるフレーム期間Ｆ１において、第１画素１１４（ｎ）は、走査信号線Ｓｎに走査信号Ｖｓｃｎが印加される水平期間Ｈ１１において、データ信号線Ｄ１ｍからデータ信号が書き込まれる。第１画素１１４（ｎ）は、水平期間Ｈ１１が終了した後、発光期間Ｔ１
１に遷移する。第１画素１１４（ｎ）は、発光期間Ｔ１１において、キャリア注入量制御信号線Ｇｎからキャリア注入量制御信号Ｖｇが印加されて発光する。
【００８７】
第２画素１１４（ｎ＋１）は、第１画素１１４（ｎ）と同時に選択されて、データ信号線Ｄ２ｍからデータ信号が書き込まれ、同時に発光期間Ｔ２１が開始する。すなわち、第２画素１１４（ｎ＋１）は、走査信号線Ｓｎ＋１に走査信号Ｖｓｃｎが印加される選択期間Ｈ２１においてデータ信号線Ｄ２ｍからデータ信号が書き込まれる。第２画素１１４（ｎ＋１）は、選択期間Ｈ２１が終了した後、発光期間Ｔ２１に遷移する。第２画素１１４（ｎ＋１）は、発光期間Ｔ２１において、キャリア注入量制御信号線Ｇｎ＋１からキャリア注入量制御信号が印加されて発光する。
【００８８】
ある１フレーム期間Ｆ１における第１画素１１４（ｎ）及び第２画素１１４（ｎ＋１）の動作は概略以上であり、次の１フレーム期間Ｆ２においても、同様の動作が行われる。すなわち、第１画素１１４（ｎ）は、選択期間Ｈ１２の後、発光期間Ｔ１２に遷移し、第２画素１１４（ｎ＋１）は、選択期間Ｈ２２の後、発光期間Ｔ２２に遷移する動作が繰り返される。このような動作は、走査信号線Ｓｎ、Ｓｎ＋１に沿った、行方向に配列される画素において同時に行われる。図１８において、キャリア注入量制御信号線Ｇｎ、Ｇｎ＋１に印加されるキャリア注入量制御信号Ｖｇの波形は、図１２に示すものと同様である。また、キャリア注入量制御信号Ｖｇの波形は、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示す波形に置き換えることもできる。
【００８９】
図１７に示すように、１つの列に対してデータ信号線Ｄ１ｍとデータ信号線Ｄ２ｍを配設することにより、２行の画素を同時に選択してデータ信号を書き込むことができる。それにより、水平線の本数（走査信号線の本数）が増えた場合でも、１画素当たりのデータ信号書き込み時間を十分確保することができる。また、画素の配列に応じてキャリア注入量制御信号線Ｇｎ、Ｇｎ＋１を配設することで、表示部を構成する全ての画素において、ＥＬ素子の発光状態を制御することができる。
【００９０】
なお、図１８は、１水平期間１Ｈに同時に２つの走査信号線Ｓｎ、Ｓｎ＋１に同時にデータ信号Ｖｄａｔａを書き込む態様を示すが、２本の走査信号線を同時に選択可能であることから、書き込み期間を２水平期間２Ｈに増加させてもよい。これにより、１画素当たりのデータ信号書き込み時間を十分確保することができる。
【００９１】
２−１−３−３．表示部の回路構成（２）
図１９は、ＥＬ表示装置１００における表示部１１２ｂの回路構成を示す。図１９に示す表示部１１２ｂにおいて、第１画素１１４（ｎ）及び第２画素１１４（ｎ＋１）の構成は、図１７に示す構成と同様である。図１９に示す表示部１１２ｂは、図１７に示す表示部１１２ａに対し、走査信号線Ｓｎ、コモン配線Ｃｎ、キャリア注入量制御信号線Ｇｎの構成が異なっている。以下、相違する部分について説明する。
【００９２】
走査信号線Ｓｎは、第１画素１１４（ｎ）と第２画素（ｎ＋１）とで共通化されている。すなわち、第１画素（ｎ）の選択トランジスタ１０４（ｎ）のゲート及び第２画素１１４（ｎ＋１）の選択トランジスタ１０４（ｎ＋１）のゲートは、共に走査信号線Ｓｎと接続される。また、キャリア注入量制御信号線Ｇｎは、第１画素１１４（ｎ）と第２画素１１４（ｎ＋１）とで共通化されている。すなわち、第１画素１１４（ｎ）のＥＬ素子１０２（ｎ）の第１電極１２４はキャリア注入量制御信号線Ｇｎと接続され、第２画素１１４（ｎ＋１）のＥＬ素子１０２（ｎ＋１）の第１電極１２４はキャリア注入量制御信号線Ｇｎと接続される。
【００９３】
コモン配線Ｃｎは、第ｎ行に属すする画素と第ｎ−１行に属する画素とで共通化されて
いる。第１画素１１４（ｎ）の駆動トランジスタ１０６（ｎ）及び容量素子１０８（ｎ）はコモン配線Ｃｎと接続され、第２画素１１４（ｎ＋１）の駆動トランジスタ１０６（ｎ＋１）及び容量素子１０８（ｎ＋１）はコモン配線Ｃｎ＋１と接続される。
【００９４】
このように、走査信号線Ｓｎ、キャリア注入量制御信号線Ｇｎ、コモン配線Ｃｎを、隣接する画素行と共通化することで表示部１１２ｂに配設する配線の数を減らすことができる。それにより、表示部１１２ｂに配設される配線の本数のみならず、走査信号線駆動回路ブロック１１６、キャリア注入量制御信号線駆動回路ブロック１２０の回路構成を簡略化することができる。また、画素１１４にボトムエミッション型のＥＬ素子１０２ａが設けられる場合は、画素の開口率を高めることができる。
【００９５】
２−１−３−４．表示部の駆動方式（２）
図２０は、図１９に示す第１画素１１４（ｎ）及び第２画素１１４（ｎ＋１）の動作を示す。あるフレーム期間Ｆ１において、第１画素１１４（ｎ）及び第２画素１１４（ｎ＋１）は、走査信号線Ｓｎに走査信号Ｖｓｃｎが印加される２水平期間Ｈ１１において、データ信号線Ｄ１ｍ、Ｄ２ｍからそれぞれデータ信号が書き込まれる。そして、第１画素１１４（ｎ）及び第２画素１１４（ｎ＋１）は、２水平期間Ｈ１１が終了した後、発光期間Ｔ１１に遷移する。第１画素１１４（ｎ）及び第２画素１１４（ｎ＋１）は、発光期間Ｔ１１において、キャリア注入量制御信号線Ｇｎからキャリア注入量制御信号Ｖｇが印加されて発光する。
【００９６】
このように、第１画素１１４（ｎ）及び第２画素１１４（ｎ＋１）は、走査信号線Ｓｎにより同時に選択されて、データ信号線Ｄ１ｍ、Ｄ２ｍからそれぞれデータ信号が書き込まれ、同時に発光期間Ｔ１１が開始する。図１９に示すように、一つの走査信号線Ｓｎで２行分の画素を選択し、２行分の画素に同時にデータ信号Ｖｄａｔａを書き込むことにより、水平線の本数（走査信号線の本数）が増えた場合でも、１画素当たりのデータ信号書き込み時間を十分確保することができる。また、データ信号Ｖｄａｔａの書き込み期間を２水平期間に設定することができる。それにより、１画素当たりのデータ信号書き込み時間を十分確保することができる。
【００９７】
２−１−３−５．表示部の駆動方式（３）
ところで、国際標準化された映像の規格によれば、４Ｋとは約８００万画素（３，８４０×２，１６０画素）、８Ｋとは約３，３００万画素（７，６８０×４，３２０画素）とされている。映像の高精細化に対応するために、表示パネルの画素数もそれに応じて高密度化する必要に迫られている。しかし、表示パネルにおいて水平線（走査信号線）の数が増加すると、フレーム周波数が一定の場合、１水平線当たりの信号書込時間が短くなることが問題となる。一方、フレーム周波数を下げると動画の画質が低下することが問題となる。
【００９８】
表示装置では、１フレームに１回画像を書き換えることで画像を表示する。動画を表示する場合には、原理的にフレーム周波数が高い方が滑らかな画像を表示できると考えられる。具体的には、フレーム周波数が６０Ｈｚの場合に比べ、１２０Ｈｚ、さらには２４０Ｈｚの方が動画の再生に適していると考えられる。
【００９９】
一方、フレーム周波数が６０Ｈｚの場合であっても、図２１に示すように、表示画面９０８の垂直方向の長さＬ１に対し、画像表示領域９１０の長さＬ２が二分の一であり（Ｌ２＝０．５×Ｌ１）、１フレーム期間内に画像表示領域９１０が表示装置画面の上から下まで１回スキャンされる駆動方式であれば、フレーム周波数が１２０Ｈｚ駆動の場合と同程度の動画特性が得られる。また、画像表示領域９１０の長さＬ２が垂直方向の長さＬ１に対し四分の一程度であれば（Ｌ２＝０．２５×Ｌ１）、フレーム周波数が２４０Ｈｚ駆
動と同程度の動画特性を得ることができる。すなわち、フレーム周波数が１２０Ｈｚ駆動のときと同じ動画特性を６０Ｈｚ駆動で得ようとすれば、１フレーム期間を１６．６ｎｓｅｃとし、発光期間を８．３ｍｓｅｃとすればよいこととなる。また、フレーム周波数が２４０Ｈｚ駆動のときと同じ動画特性を６０Ｈｚ駆動で得ようとすれば、１フレーム期間を１６．６ｍｓｅｃとし、発光期間を４．１６ｍｓｅｃとすればよいこととなる。
【０１００】
図２２は、上述のように画像表示領域９１０が表示画面９０８をスキャンする駆動方式が採用される場合における、キャリア注入量制御信号Ｖｇの波形を示す。１水平期間１Ｈにおいて、走査信号線Ｓｎに走査信号Ｖｓｃｎが印加され、選択トランジスタ１０４がオンとなりデータ信号Ｖｄａｔａが駆動トランジスタ１０６のゲートに書き込まれる。画素１１４は、１水平期間１Ｈが終了した後、発光期間Ｔに遷移する。発光期間Ｔは、１フレーム期間Ｆより短く設定される。例えば、フレーム周波数が６０Ｈｚであり、１フレーム期間Ｆが１６．６ｍｓｅｃの場合、発光期間Ｔは８．３ｍｓｅｃに設定される。これにより、フレーム周波数が１２０Ｈｚのときと同等の動画特性を得ることができる。また、発光期間Ｔを４．１６ｍｓｅｃにすれば２４０Ｈｚ駆動と同等の動画特性を得ることができる。
【０１０１】
この場合においても、図２２に示すように、キャリア注入量制御信号Ｖｇを発光期間Ｔの中で期間ｔ１、ｔ２、ｔ３の経過に従って電圧をＶ１、Ｖ２、Ｖ３と段階的に変化させることで、前述のように発光層における発光位置を制御することができる。そして、発光期間Ｔの終了時に、キャリア注入量制御信号Ｖｇの電圧を第１レベルの電圧ＶＬ（ＶＬ＝０Ｖ）にすれば、１フレーム期間Ｆが終了する前にＥＬ素子１０２の発光を停止することができる。また、キャリア注入量制御信号Ｖｇの波形は、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示す波形と同様の波形を適用することもできる。
【０１０２】
このように、表示画面９０８を画像表示領域９１０がスキャンする駆動方式を採用する場合においても、キャリア注入量制御信号Ｖｇの波形を制御することで、発光層１３４の発光位置を制御して、ＥＬ素子１０２の輝度劣化を抑制することができる。このように、１フレーム期間Ｆにおける発光期間Ｔの時間が短くなるように設定し、さらにキャリア注入量制御信号の波形を制御することで、フレーム周波数が６０Ｈｚの場合であっても、動画特性に優れた画像を表示するとともに、信頼性の高い表示装置を提供することが可能となる。
【０１０３】
２−１−３−６．表示部の回路構成（３）
図２３は、ＥＬ表示装置１００における表示部１１２ｃの回路構成を示す。図２３は、行方向に同一色に対応する画素が配置された構成を示す。図２３は、具体的に、第ｎ行に赤色に対応する第１Ｒ画素１１４ｒ（ｍ）、第２Ｒ画素１１４ｒ（ｍ＋１）が配置され、第ｎ＋１行に緑色に対応する第１Ｇ画素１１４ｇ（ｍ）、第２Ｇ画素１１４ｇ（ｍ＋１）が配置され、第ｎ＋２行に青色に対応する第１Ｂ画素１１４ｂ（ｍ）、第２Ｂ画素１１４ｂ（ｍ＋１）が配置された態様を示す。
【０１０４】
各画素の構成は図１７と同様である。例えば、第１Ｒ画素１１４ｒ（ｍ）は、ＥＬ素子１０２ｒ（ｍ）、選択トランジスタ１０４ｒ（ｍ）、駆動トランジスタ１０６ｒ（ｍ）、容量素子１０８ｒ（ｍ）を含んで構成される。ここで、第１Ｒ画素１１４ｒ（ｍ）のＥＬ素子１０２ｒ（ｍ）は、第１電極（キャリア注入量制御電極）がキャリア注入量制御信号線Ｇｎ＿ｒと接続され、第２Ｒ画素１１４ｒ（ｍ＋１）のＥＬ素子１０２ｒ（ｍ＋１）は、第１電極（キャリア注入量制御電極）がキャリア注入量制御信号線Ｇｎ＿ｒと接続される。第１Ｇ画素１１４ｇ（ｍ）のＥＬ素子１０２ｇ（ｍ）は、第１電極（キャリア注入量制御電極）がキャリア注入量制御信号線Ｇｎ＋１＿ｇと接続され、第２Ｇ画素１１４ｇ（ｍ＋１）のＥＬ素子１０２ｇ（ｍ＋１）は、第１電極（キャリア注入量制御電極）がキャ
リア注入量制御信号線Ｇｎ＋１＿ｇと接続される。また、第１Ｂ画素１１４ｂ（ｍ）のＥＬ素子１０２ｂ（ｍ）は、第１電極（キャリア注入量制御電極）がキャリア注入量制御信号線Ｇｎ＋２＿ｂと接続され、第２Ｂ画素１１４ｂ（ｍ＋１）のＥＬ素子１０２ｂ（ｍ＋１）は、第１電極（キャリア注入量制御電極）がキャリア注入量制御信号線Ｇｎ＋２＿ｂと接続される。
【０１０５】
第ｍ列目に配置される第１Ｒ画素１１４ｒ（ｍ）、第１Ｇ画素１１４ｇ（ｍ）、及び第１Ｂ画素１１４ｂ（ｍ）は、それぞれ発光色が異なるＥＬ素子が設けられる。例えば、ＥＬ素子１０２ｒ（ｍ）は、赤色を発光する発光材料で発光層が形成され、ＥＬ素子１０２ｇ（ｍ）は緑色を発光する発光材料で発光層が形成され、ＥＬ素子１０２ｂ（ｍ）は青色を発光する発光材料で発光層が形成される。第ｍ＋１列目に配置される第２Ｒ画素１１４ｒ（ｍ＋１）、第２Ｇ画素１１４ｇ（ｍ＋１）、及び第２Ｂ画素１１４ｂ（ｍ＋１）についても同様である。
【０１０６】
ＥＬ素子は、発光層を形成する材料が異なることにより、電流−電圧特性及び電流効率の経時変化（劣化）が異なる。そこで、図２４に示すように、表示部１１２ｄは、各色に発光するＥＬ素子に対応してキャリア注入量制御信号線Ｇｎが設けられることで、ＥＬ素子の発光色毎にキャリア注入量制御制御電圧を印加することが可能となる。図２４は、第ｎ行目に配置される第１Ｒ画素１１４ｒ（ｎ）に対してキャリア注入量制御信号線Ｇｎ＿ｒが配設され、第１Ｇ画素１１４ｇ（ｎ）に対してキャリア注入量制御信号線Ｇｎ＿ｇが配設され、第１Ｂ画素１１４ｂ（ｎ）に対してキャリア注入量制御信号線Ｇｎ＿ｂが配設される態様を示す。このように、発光色に対応してキャリア注入量制御信号線を１行当たり複数本設けることで、各色で発光するＥＬ素子のキャリア注入量を個別に制御することができる。例えば、青色を発光するＥＬ素子１０２ｂ（ｎ）は、赤色を発光するＥＬ素子１０２ｒ（ｎ）より電流効率の劣化率が高い場合、電流効率の劣化を考慮して青色を発光するＥＬ素子１０２ｂ（ｎ）に接続されるキャリア注入量制御信号線Ｇｎ＿ｂに印加するキャリア注入量制御電圧を、赤色を発光するＥＬ素子１０２ｒ（ｎ）に接続されるキャリア注入量制御信号線Ｇｎ＿ｒに印加するキャリア注入量制御電圧よりも高くすることができる。このように、発光効率を高めることのできる最適発光位置を制御することで、画質の劣化を防ぎ、表示装置の長寿命化を図ることができる。
【０１０７】
図２３は、各行に同色の画素が配置されることにより、１行当たりに配設されるキャリア注入量制御信号線Ｇｎの本数を削減することができる。例えば、図２４に示す表示部１１２ｄでは、１行当たり３本のキャリア注入量制御信号線Ｇｎ＿ｒ、Ｇｎ＿ｇ、Ｇｎ＿ｂが配設されるが、図２３に示す表示部１１２ｄでは、第ｎ行にＧｎ＿ｒが配設され、第ｎ＋１行にＧｎ＋１＿ｇが配設され、第ｎ＋２行にＧｎ＋２＿ｂが配設されている。このように、図２３に示す表示部１１２ｄは、発光色毎にＥＬ素子の発光層へのキャリア注入量を制御することを可能とし、配設されるキャリア注入量制御信号線Ｇｎの本数を削減することができる。
【０１０８】
２−２．ＥＬ素子を有する表示装置の構造
本発明の一実施形態に係るＥＬ素子で画素が構成される表示装置の構造について説明する。以下に示す実施形態は、画素に設けられるＥＬ素子、選択トランジスタ、駆動トランジスタ、容量素子の構造について示す。
【０１０９】
２−２−１．表示装置の構造（１）
図１１に示す等価回路に対応する画素のレイアウトの一例を図２５に示す。図２５は、画素１１４ａの平面図を示す。また、図２５中に示すＡ１−Ａ２線に対応する断面構造を図２６（Ａ）に示し、Ｂ１−Ｂ２線に対応する断面構造を図２６（Ｂ）に示す。図２６（Ａ）は、ＥＬ素子１０２及び駆動トランジスタ１０６の断面構造を示し、図２６（Ｂ）は
選択トランジスタ１０４及び容量素子１０８の断面構造を示す。以下の説明では、図２５、図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）を適宜参照して説明する。なお、図２５において、ＥＬ素子１０２の積層構造は省略されている。
【０１１０】
図２５に示すように、画素１１４ａが設けられる領域には、走査信号線Ｓｎ、データ信号線Ｄｍ、コモン配線Ｃｎ、キャリア注入量制御信号線Ｇｎが設けられる。図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）に示すように、走査信号線Ｓｎ、コモン配線Ｃｎ、キャリア注入量制御信号線Ｇｎは、基板１１０と第１絶縁層１２６との間に設けられ、データ信号線Ｄｍ、コモン配線Ｃｍは、第１絶縁層１２６と第２絶縁層１４２との間に設けられる。走査信号線Ｓｎ、コモン配線Ｃｎ、キャリア注入量制御信号線Ｇｎは、同じ層構造を有する。具体的に、走査信号線Ｓｎ、コモン配線Ｃｎ、キャリア注入量制御信号線Ｇｎは、透明導電層１２１と、低抵抗金属材料で形成される導電層１２３が積層された構造を有する。また、データ信号線Ｄｍ及びコモン配線Ｃｍは、金属層１２７で形成される。金属層１２７は、金属酸化物導電層１２５と酸化物半導体層１３１とで挟まれていてもよい。
【０１１１】
キャリア注入量制御信号線Ｇｎは、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等で形成される第１透明導電層１２１ａと、アルミニウム（Ａｌ）等の低抵抗金属材料で形成される第１導電層１２３ａが積層された構造を有する。キャリア注入量制御信号線Ｇｎは、ＥＬ素子１０２の第１電極１２４と電気的に接続される。具体的には、第１電極１２４が、第１透明導電層１２１ａと同一層で形成されることで、キャリア注入量制御信号線Ｇｎと第１電極１２４とが電気的に接続される。キャリア注入量制御電極１２４を第１透明導電層１２１ａと第１導電層１２３ａとの積層構造で形成することで、下地面との密着性を高め、第１電極１２４とコンタクトホールを介することなく電気的に接続された構造を形成することができる。以下に、画素１１４ａの要素となるそれぞれの素子の構成を詳細に説明する。
【０１１２】
２−２−１−１．駆動トランジスタ
駆動トランジスタ１０６は、第１ゲート電極１５２ａ、第１絶縁層１２６、第１酸化物半導体層１３１ａ、第２絶縁層１４２、第２ゲート電極１５４ａが積層された構造を有する。第１ゲート電極１５２ａは、基板１１０と第１絶縁層１２６との間に設けられる。第２ゲート電極１５４ａは、第２絶縁層１４２の上層側（基板１１０と反対側の面）に設けられる。
【０１１３】
第１絶縁層１２６と第１酸化物半導体層１３１ａとの間には、第１金属酸化物導電層１２５ａ及び第２金属酸化物導電層１２５ｂが設けられる。第１金属酸化物導電層１２５ａと第２金属酸化物導電層１２５ｂとは、第１酸化物半導体層１３１ａの第１絶縁層１２６側の面と接触する。第１金属酸化物導電層１２５ａと第２金属酸化物導電層１２５ｂとは、平面視において、第１ゲート電極１５２ａ及び第２ゲート電極１５４ａを両側から挟むように設けられる。第１ゲート電極１５２ａは、走査信号線Ｓｎと同じ層構造を有する。すなわち、第１ゲート電極１５２ａは、第２透明導電層１２１ｄと第２導電層１２３ｄとが積層された構造を有する。一方、第２ゲート電極１５４ａはアルミニウム等の金属の単層で形成されていてもよい。
【０１１４】
駆動トランジスタ１０６は、第１酸化物半導体層１３１ａを挟んで第１ゲート電極１５２ａ及び第２ゲート電極１５４ａが重なるように配置された、デュアルゲート型の構造を示す。第１ゲート電極１５２ａと第１酸化物半導体層１３１ａとの間の第１絶縁層１２６、及び第２ゲート電極１５４ａと第１酸化物半導体層１３１ａとの間の第２絶縁層１４２は、ゲート絶縁膜として機能する。第１絶縁層１２６及び第２絶縁層１４２は、第１酸化物半導体層１３１ａの酸素欠損に基づく欠陥生成を抑制するために酸化シリコン等の酸化物絶縁材料で形成されていることが好ましい。なお、駆動トランジスタ１０６はデュアルゲート型に限定されず、第１ゲート電極１５２ａ及び第２ゲート電極１５４ａの一方のみ
が設けられた構造を有していてもよい。
【０１１５】
駆動トランジスタ１０６は、第１酸化物半導体層１３１ａが第１金属酸化物導電層１２５ａと接触する領域がドレイン領域となり、第２金属酸化物導電層１２５ｂと接触する領域がソース領域となる。このことから、実質的に第１金属酸化物導電層１２５ａ及び第１金属層１２７ａはドレイン電極１５８ａとなり、第２金属酸化物導電層１２５ｂ及び第２金属層１２７ｂはソース電極１５６ａとなる。
【０１１６】
第１金属層１２７ａは、第１金属酸化物導電層１２５ａと接触し、第２金属層１２７ｂは第２金属酸化物導電層１２５ｂと接触する。第１金属層１２７ａ及び第２金属層１２７ｂは、それぞれ第１金属酸化物導電層１２５ａ及び第２金属酸化物導電層１２５ｂのシート抵抗を低減するために設けられる。第１金属酸化物導電層１２５ａ及び第１金属層１２７ａは、ＥＬ素子１０２の領域に延び、第１開口部１４６ａ、第２開口部１４６ｂを囲むように設けられる。また、第２金属酸化物導電層１２５ｂ及び第２金属層１２７ｂは、第１絶縁層１２６に形成されたコンタクトホールを介してコモン配線Ｃｎと電気的に接続される。コモン配線Ｃｎは、第３透明導電層１２１ｃと第３導電層１２３ｃとが積層された構造を有する。
【０１１７】
駆動トランジスタ１０６は、第３絶縁層１４４及びパッシベーション層１４３で覆われる。第３絶縁層１４４は、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂などの有機樹脂材料によって形成される。第３絶縁層１４４は、製造段階において、有機樹脂材料の前駆体を含む組成物を塗布した際に、塗膜のレベリング作用により表面が平坦化される。第３絶縁層１４４は、他の形態として、酸化シリコン膜などの無機絶縁膜をプラズマＣＶＤ法等で成膜した後、化学的機械研摩（ＣＭＰ）により表面が平坦化されたものであってもよい。また、パッシベーション層１４３は、窒化シリコン膜で形成されることが好ましい。
【０１１８】
２−２−１−２．選択トランジスタ
選択トランジスタ１０４は、駆動トランジスタ１０６と同様の構成を有する。すなわち、選択トランジスタ１０４は、第１ゲート電極１５２ｂ、第１絶縁層１２６、第２酸化物半導体層１３１ｂ、第２絶縁層１４２、第２ゲート電極１５４ｂが積層された構造を有する。選択トランジスタ１０４は、第２酸化物半導体層１３１ｂが第１ゲート電極１５２ｂ及び第２ゲート電極１５４ｂと重畳する領域にチャネルが形成される。第１絶縁層１２６と第２酸化物半導体層１３１ｂとの間に、第３金属酸化物導電層１２５ｃ及び第４金属酸化物導電層１２５ｄが設けられる。第２酸化物半導体層１３１ｂは、第３金属酸化物導電層１２５ｃと接触する領域がソース領域となり、第４金属酸化物導電層１２５ｄと接触する領域がドレイン領域となる。このことから、実質的に第３金属酸化物導電層１２５ｃ及び第３金属層１２７ｃはソース電極１５６ｂとなり、第４金属酸化物導電層１２５ｄ及び第４金属層１２７ｄはドレイン電極１５８ｂとなる。第３金属酸化物導電層１２５ｃと第４金属酸化物導電層１２５ｄとは、平面視において第１ゲート電極１５２ｂ及び第２ゲート電極１５４ｂを両側から挟むように設けられる。
【０１１９】
第３金属酸化物導電層１２５ｃは第３金属層１２７ｃと積層される。第３金属酸化物導電層１２５ｃと第３金属層１２７ｃの積層体はデータ信号線Ｄｍを形成する。第３金属層１２７ｃは、第３金属酸化物導電層１２５ｃのシート抵抗を実質的に低減する。第２酸化物半導体層１３１ｂは、データ信号線Ｄｍが配設される領域まで延伸され、データ信号線Ｄｍを覆うように設けられる。データ信号線Ｄｍは、上面及び側面が第２酸化物半導体層１３１ｂで覆われることで、製造工程において酸化性雰囲気及び還元性雰囲気に晒されないこととなる。そのためデータ信号線Ｄｍは、第３金属酸化物導電層１２５ｃ及び第３金属層１２７ｃの表面の高抵抗化を抑制することが可能となる。
【０１２０】
２−２−１−３．容量素子
容量素子１０８は、コモン配線Ｃｎ、第１絶縁層１２６、第４金属酸化物導電層１２５ｄ及び第４金属層１２７ｄが積層された領域に形成される。すなわち、容量素子１０８が形成される領域において、コモン配線Ｃｎと、第４金属酸化物導電層１２５ｄ及び第４金属層１２７ｄの積層体は容量電極として機能する。
【０１２１】
第４金属酸化物導電層１２５ｄ及び第４金属層１２７ｄの積層体の上層側には第２酸化物半導体層１３１ｂ及び第２絶縁層１４２が設けられる。第４金属酸化物導電層１２５ｄ及び第４金属層１２７ｄの積層体は、第２絶縁層１４２及び第２酸化物半導体層１３１ｂを貫通するコンタクトホールを介して第２ゲート電極１５４ａと電気的に接続される。また、第２ゲート電極１５４ａは、第１絶縁層１２６及び第２絶縁層１４２を貫通するコンタクトホールを介して第１ゲート電極１５２ａと電気的に接続される。
【０１２２】
２−２−１−４．ＥＬ素子
ＥＬ素子１０２は、基板１１０側から、第１電極１２４、第１絶縁層１２６、電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ、第２電子輸送層１３０ｂ）、電子注入層１３２、発光層１３４、正孔輸送層１３６、正孔注入層１３８、第３電極１４０が積層され、電子輸送層１３０と第２電極１２８とが電気的に接続された構造を有する。ＥＬ素子１０２の詳細は、図１及び図２を参照して説明した内容と同様である。
【０１２３】
ＥＬ素子１０２は、第２絶縁層１４２を貫通する第１開口部１４６ａ、第３絶縁層１４４及びパッシベーション層１４３を貫通する第２開口部１４６ｂが重なる領域に形成される。第１開口部１４６ａ及び第２開口部１４６ｂによって第１電子輸送層１３０ａが露出され、その上に第２電子輸送層１３０ｂ、電子注入層１３２、発光層１３４、正孔輸送層１３６、正孔注入層１３８、第３電極（陽極）１４０が積層される。また、第２電極１２８は駆動トランジスタ１０６のドレインと電気的に接続され、第１絶縁層１２６と第２絶縁層１４２とで挟まれることで第１電極（キャリア注入量制御電極）１２４及び第３電極（陽極）１４０と絶縁された構造となる。
【０１２４】
図２６（Ａ）は、第１電子輸送層１３０ａが、駆動トランジスタ１０６の第１酸化物半導体層１３１ａから連続する構造を示す。しかし、画素１１４ａはこのような構造に限定されず、第１電子輸送層１３０ａと第１酸化物半導体層１３１ａとが連続しない、個別の層で形成されていてもよい。
【０１２５】
図２５、図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）に示すように、ＥＬ素子１０２を形成する第１絶縁層１２６及び第２絶縁層１４２は、駆動トランジスタ１０６及び選択トランジスタ１０４のゲート絶縁膜として用いることができる。また、ＥＬ素子１０２の第１電極１２４を形成する導電層を用いて駆動トランジスタ１０６及び選択トランジスタ１０４の第１ゲート電極１５２を形成することができる。さらに、ＥＬ素子１０２の第２電極１２８を形成する導電層を用いて、駆動トランジスタ１０６及び選択トランジスタ１０４のソース及びドレインと接触する電極を形成することができる。このように、本発明の一実施形態に係るＥＬ素子１０２は、画素を形成するトランジスタと同じ層を用いて形成することができる。それにより製造コストの増加を抑制することができる。
【０１２６】
２−２−２．表示装置の構造（２）
図１１に示す等価回路に対応する画素のレイアウトの他の一例を図２７に示す。図２７は、画素１１４ｂの平面図を示す。また、図２７中に示すＡ３−Ａ４線に対応する断面構造を図２８（Ａ）に示し、Ｂ３−Ｂ４線に対応する断面構造を図２８（Ｂ）に示す。図２８（Ａ）は、ＥＬ素子１０２及び駆動トランジスタ１０６の断面構造を示し、図２８（Ｂ
）は選択トランジスタ１０４及び容量素子１０８の断面構造を示す。以下の説明では、図２７、図２８（Ａ）及び図２８（Ｂ）を適宜参照して説明する。なお、図２７において、ＥＬ素子１０２の積層構造は省略されている。
【０１２７】
図２７に示すように、画素１１４ｂが設けられる領域には、走査信号線Ｓｎ、データ信号線Ｄｍ、コモン配線Ｃｎ、キャリア注入量制御信号線Ｇｎが設けられる。走査信号線Ｓｎ、コモン配線Ｃｎ、キャリア注入量制御信号線Ｇｎを形成する各層は、基板１１０と第１絶縁層１２６との間に設けられ、データ信号線Ｄｍ、コモン配線Ｃｍは、第１絶縁層１２６と第２絶縁層１４２との間に設けられる。コモン配線Ｃｎ及びキャリア注入量制御信号線Ｇｎは、透明導電層１２１ｆと、低抵抗金属材料で形成される導電層１２３ｆが積層された構造を有する。データ信号線Ｄｍ（ソース電極１５６ｂ）は、第７金属酸化物導電層１２５ｇと第７金属層１２７ｇにより形成され、ドレイン電極１５８ｂは、第８金属酸化物導電層１２５ｈと第８金属層１２７ｈにより形成される。層間絶縁層１４１は、第１ゲート電極１５２ｃ、１５２ｄと、ソース電極１５６ａ、１５６ｂ及びドレイン電極１５８ａ、１５８ｂとを絶縁するために設けられる。
【０１２８】
駆動トランジスタ１０６は第１半導体層１６０ａにチャネルが形成され、選択トランジスタ１０４は第２半導体層１６０ｂにチャネルが形成される。第１半導体層１６０ａ及び第２半導体層１６０ｂは、第１絶縁層１２６の上に設けられる。第１半導体層１６０ａ及び第２半導体層１６０ｂの上にはゲート絶縁層１６２が設けられる。第１ゲート電極１５２ｃは、ゲート絶縁層１６２を介して第１半導体層１６０ａと重なる領域を有し、第２ゲート電極１５４ｄは、ゲート絶縁層１６２を介して第２半導体層１６０ｂと重なる領域を有する。第１半導体層１６０ａ及び第２半導体層１６０ｂは、多結晶シリコンで形成される。
【０１２９】
ＥＬ素子１０２は、第１開口部１４６ａ、第２開口部１４６ｂの内側で第１電極１２４、第１絶縁層１２６、電子輸送層１３０（第１電子輸送層１３０ａ、第２電子輸送層１３０ｂ）、電子注入層１３２、発光層１３４、正孔輸送層１３６、正孔注入層１３８、第３電極１４０が積層され、第１開口部１４６ａ、第２開口部１４６ｂの外側で第２電極１２８が第１電子輸送層１３０ａと接続された構造を有する。第２電極１２８は、第１開口部１４６ａ、第２開口部１４６ｂを囲むように設けられ、駆動トランジスタ１０６のドレイン電極１５８ａと接続されていてもよいし、酸化物半導体で形成されていてもよい。
【０１３０】
駆動トランジスタ１０６及び選択トランジスタ１０４はｎチャネル型である。第１半導体層１６０ａは第１ゲート電極１５２ｃと重なる領域がチャネル領域となり、その外側の領域はｎ型の導電性を付与する不純物元素が添加されている。第２半導体層１６０ｂも同様であり、第１ゲート電極１５２ｄと重なる領域がチャネル領域となり、その外側の領域はｎ型の導電性を付与する不純物元素が添加されている。コモン配線Ｃｎは、透明導電層１２１ｇと、低抵抗金属材料で形成される導電層１２３ｇが積層された構造を有する。容量素子１０８は、第２半導体層１６０ｂのｎ型領域と、コモン配線Ｃｎが第１絶縁層１２６を介して重なる領域に形成される。
【０１３１】
ＥＬ素子１０２において、第１絶縁層１２６は、第１半導体層１６０ａ、第２半導体層１６０ｂの下地絶縁膜として用いることができる。すなわち、第１半導体層１６０ａ、第２半導体層１６０ｂが基板１１０と直接接しない構造として基板１１０側からの汚染を防ぎ信頼性を高めることができる。第２電極１２８と第３電極１４０を離隔する第２絶縁層１４２は、ソース電極１５６ａ、１５６ｂ及びドレイン電極１５８ａ、１５８ｂの上層に設けられる。また、第３絶縁層１４４は、第２絶縁層１４２の上層側に設けられる。ＥＬ素子１０２は、駆動トランジスタ１０６及び選択トランジスタ１０４の構造に影響を与えることなく同一基板上に設けることができる。
【０１３２】
図２７、図２８（Ａ）及び図２８（Ｂ）に示すように、駆動トランジスタ１０６及び選択トランジスタ１０４を、シリコン半導体を用いて形成しても、同様に表示装置を完成させることができる。第１半導体層１６０ａ、第２半導体層１６０ｂとして多結晶シリコン半導体を用いることで、酸化物半導体を用いる場合に比べて高い移動度を実現することができるので、フレーム周波数を高めた場合でも、表示装置を駆動することができる。
【０１３３】
２−２−３．表示装置の構造（３）
図２４は、一つの列に第１データ信号線Ｄ１ｍと第２データ信号線Ｄ２ｍとが配線される画素回路を示す。図２９は、図２４に示す画素回路に対応するレイアウトの一例を示す。また、図２９に示すＣ１−Ｃ２線及びＣ３−Ｃ４線に沿った断面構造を、それぞれ図３０（Ａ）及び図３０（Ｂ）に示す。
【０１３４】
図２９は、列方向に隣接して配置される第１画素１１４（ｎ）及び第２画素１１４（ｎ＋１）の部分的な構成を示す。第１画素１１４（ｎ）及び第２画素１１４（ｎ＋１）の詳細な構成は図２５と同様である。第ｎ行に属する第１画素１１４（ｎ）は、選択トランジスタ１０４（ｎ）が第１データ信号線Ｄ１ｍと接続され、第ｎ＋１行に属する第２画素１１４（ｎ＋１）は選択トランジスタ１０４（ｎ＋１）が第２データ信号線Ｄ２ｍと電気的に接続される。第１データ信号線Ｄ１ｍと第２データ信号線Ｄ２ｍとは、平面視で重なるように配置される。図２９は、第１データ信号線Ｄ１ｍが上層側に配置され、第２データ信号線Ｄ２ｍが下層側に配置される態様を示す。
【０１３５】
第１画素１１４（ｎ）の選択トランジスタ１０４（ｎ）と第２画素１１４（ｎ＋１）の選択トランジスタ１０４（ｎ＋１）とは、同じ層構造を有する（同層に設けられる）。第１画素１１４（ｎ）のソース電極１５６ｂ（ｎ）は第１データ信号線Ｄ１ｍと電気的に接続される。ソース電極１５６ｂ（ｎ）と第１データ信号線Ｄ１ｍとは同層に設けられる。第２画素１１４（ｎ＋１）の選択トランジスタ１０４（ｎ＋１）が第２データ信号線Ｄ２ｍと電気的に接続される領域では、第１データ信号線Ｄ１ｍが選択トランジスタ１０４（ｎ＋１）のソース電極１５６ｂ（ｎ＋１）と干渉しないように曲折して設けられる。
【０１３６】
図３０（Ａ）は、第１画素１１４（ｎ）の選択トランジスタ１０４（ｎ）と第１データ信号線Ｄ１ｍとの接続部の断面構造を示し、図３０（Ｂ）は、第２画素１１４（ｎ＋１）の選択トランジスタ１０４（ｎ＋１）と第２データ信号線Ｄ２ｍとの接続部の断面構造を示す。第１データ信号線Ｄ１ｍは、図２６（Ｂ）に示す構成と同様に、第１絶縁層１２６と第２絶縁層１４２との間に設けられる。一方、第２データ信号線Ｄ２ｍは、第１絶縁層１２６の下層側に設けられる。第２データ信号線Ｄ２ｍは、走査信号線Ｓｎと干渉しないように絶縁層１６４に埋設されるように設けられる。
【０１３７】
図３０（Ａ）に示すように、第１データ信号線Ｄ１ｍと第２データ信号線Ｄ２ｍとは重なるように配線される。第１データ信号線Ｄ１ｍと第２データ信号線Ｄ２ｍには、異なる電圧レベルのデータ信号が印加される。このため寄生容量による信号の遅延を考慮する必要がある。しかし、第１データ信号線Ｄ１ｍと第２データ信号線Ｄ２ｍとの間に第１絶縁層１２６及び絶縁層１６４とが介在することで、配線間の距離が長くなり寄生容量の影響を低減することができる。
【０１３８】
図２９及び図３０（Ｂ）に示すように、第２データ信号線Ｄ２ｍは、第２画素１１４（ｎ＋１）の選択トランジスタ１０４（ｎ＋１）のソース電極１５６ｂ（ｎ＋１）と、第１絶縁層１２６及び絶縁層１６４に設けられたコンタクトホール１６５を介して電気的に接続される。ソース電極１５６ｂは、第３金属酸化物導電層１２５ｃ（ｎ＋１）と第３金属層１２７ｃ（ｎ＋１）との積層構造を有するため十分な厚さを確保することができるため
、コンタクトホール１６５で断線しない。第２データ信号線Ｄ２ｍは金属材料で形成される。例えば、第２データ信号線Ｄ２ｍは、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）等の高融点金属で形成される第１金属層１６６ａ及び第３金属層１６６ｃの間に、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の導電性の高い第２金属層１６６ｂが設けられた構造を有する。第２データ信号線Ｄ２ｍは、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）のような導電率の高い金属材料を用いて形成されることで、配線抵抗を低減することができる。
【０１３９】
図３１（Ａ）は、図３０（Ａ）に示す構造において、絶縁層１６４の下層側、すなわち絶縁層１６４と基板１１０との間にカラーフィルタ層１６８ｇが設けられた構成を示す。図３１（Ｂ）も同様に、図３０（Ｂ）に示す構造においてカラーフィルタ層１６８ｒが設けられた構成を示す。絶縁層１６４は、第２データ信号線Ｄ２ｍによる段差が上層側に反映されないようにする平坦化膜として用いられるため、カラーフィルタ層１６８ｇ、１６８ｒも同様に絶縁層１６４によって埋設される。絶縁層１６４は、３〜５μｍの厚さを有することで、第２データ信号線Ｄ２ｍ及びカラーフィルタ層１６８ｒ、１６８ｇを埋め込むことができる。絶縁層１６４により、第２データ信号線Ｄ２ｍ及びカラーフィルタ層１６８ｒ、１６８ｇの上面は平坦化されるため、この上層側にＥＬ素子及びトランジスタを形成することができる。なお、図３１（Ａ）及び図３１（Ｂ）に示す構造は、画素を構成するＥＬ素子が、図１に示すボトムエミッション型のときで、かつ表示部１１２のＥＬ素子１０２ａの発光層１３４が全て青色発光層で形成されているときに適用することができる。
【０１４０】
図３１（Ａ）及び図３１（Ｂ）は、第２データ信号線Ｄ２ｍによって、赤色カラーフィルタ層１６８ｒと緑色カラーフィルタ層１６８ｇが分離された構造を示す。図２９に示すように、第２データ信号線Ｄ２ｍは列毎に配線される。第２データ信号線Ｄ２ｍは、信号を伝送する配線として用いられるのみでなく、カラーフィルタ層を列毎に区画するブラックマトリクス（遮光膜）として用いることができる。このような構成により、ボトムエミッション型のエレクトロルミネセンス表示装置において、所謂アレイ・オン・カラーフィルタの構造を適用する際に、第２データ信号線Ｄ２ｍをブラックマトリクスとして利用することで、構造及びプロセスを簡略化することができる。なお、図３１（Ａ）及び図３１（Ｂ）は、赤色カラーフィルタ層１６８ｒと緑色カラーフィルタ層１６８ｇのみを示すが、実際にはＲ（赤）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、及び必要に応じて他の色（例えば、黄色（Ｙ））に対応するカラーフィルタ層を設けることができる。
【０１４１】
図３１（Ａ）及び図３１（Ｂ）は、カラーフィルタ層１６８ｇ、１６８ｒを、量子ドット（ＱＤ：Quantum dot）を用いて作製した例を示す。具体的には、基板１１０側から、赤色カラーフィルタ層１６８ｒにおいて、基板１１０側から赤色着色層１６８ｒ＿１、赤色変換量子ドット含有層１６８ｒ＿２が積層され、また、緑色着色層１６８ｇ＿１、緑色変換量子ドット含有層１６８ｇ＿２が積層された構造を示す。このように、着色層に加え量子ドットを用いた色変換層を組み合わせることで、赤色画素及び緑色画素の色純度を高めることができる。なお、図示されないが、青色画素に対応する領域には、青色着色層を設け、さらに青色散乱層を積層してもよい。
【０１４２】
図２９、図３０（Ａ）及び図３０（Ｂ）に示すように、第１データ信号線Ｄ１ｍ及び第２データ信号線Ｄ２ｍを同列に配線することで、２行同時に信号を書き込むことができる。この場合において、第１データ信号線Ｄ１ｍと第２データ信号線Ｄ２ｍとを、絶縁層を介して重ねて配置することで、画素ピッチを小さくしても開口率の低下を抑えることができ、高精細化に対応することができる。また、図３１（Ａ）及び図３１（Ｂ）に示すように、カラーフィルタ層１６８ｒ、１６８ｇを設けることで、ボトムエミッション型の表示装置の色純度を高めることができる。
【０１４３】
以上のように、本発明の一実施形態に係るＥＬ表示装置によれば、ＥＬ素子にキャリア注入量を制御する電極を設けることで、輝度劣化を抑制することができる。キャリア注入量制御電極に信号を印加するには、専用の配線（キャリア注入量制御信号線）を配設する必要があるが、隣接する２つの行でキャリア注入量制御信号線を共有することで、配線数の増加を抑制することができる。また、キャリア注入量制御電極に印加する信号により、ＥＬ素子の発光期間を制御することで、例えば、フレーム周波数が６０Ｈｚの場合でも、動画特性を高めることができる。
【符号の説明】
【０１４４】
１００：表示装置、１０２：ＥＬ素子、１０４：選択トランジスタ、１０６：駆動トランジスタ、１０８：容量素子、１１０：基板、１１２：表示部、１１４：画素、１１６：走査信号線駆動回路ブロック、１１８：データドライバＩＣ、１２０：キャリア注入量制御信号線駆動回路ブロック、１２１：透明導電層、１２２：端子部、１２３：導電層、１２４：第１電極、１２５：金属酸化物導電層、１２６：第１絶縁層、１２７：金属層、１２８：第２電極、１３０：電子輸送層、１３１：酸化物半導体層、１３２：電子注入層、１３３：正孔ブロック層、１３４：発光層、１３５：電子ブロック層、１３６：正孔輸送層、１３８：正孔注入層、１４０：第３電極、１４１：層間絶縁層、１４２：第２絶縁層、１４３：パッシベーション層、１４４：第３絶縁層、１４６：開口部、１４８：発光領域、１５０：オフセット領域、１５２：第１ゲート電極、１５４：第２ゲート電極、１５６：ソース電極、１５８：ドレイン電極、１６０：半導体層、１６２：ゲート絶縁層、１６４：絶縁層、１６５：コンタクトホール、１６６：金属層、１６８：カラーフィルタ層、９０２：発光層、９０４：正孔ブロック層、９０６：電子ブロック層、９０８：表示画面、９１０：画像表示領域、Ｓｎ：走査信号線、Ｄｍ：データ信号線、Ｃｍ、Ｃｎ：コモン配線、ＰＬ：電源線、Ｇｎ：キャリア注入量制御信号線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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