(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、を有し、
前記第１の発光素子は、少なくとも、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間の第１の層と、を有し、
前記第２の発光素子は、少なくとも、第３の電極と、第４の電極と、前記第３の電極と前記第４の電極との間の第２の層と、前記第３の電極と前記第２の層との間の第３の層と、を有し、
前記第３の発光素子は、少なくとも、第５の電極と、第６の電極と、前記第５の電極と前記第６の電極との間の第４の層と、を有し、
前記第１の電極は、前記第１の発光素子が発する光を反射することができる機能を有し、
前記第３の電極は、前記第２の発光素子が発する光を反射することができる機能を有し、
前記第５の電極は、前記第３の発光素子が発する光を反射することができる機能を有し、
前記第１の層は、第１の発光物質を含み、
前記第２の層は、第２の発光物質を含み、
前記第３の層は、キャリアの移動を制御する機能を有し、
前記第４の層は、第３の発光物質を含み、
前記第１の発光素子は、青色発光素子であり、
前記第２の発光素子は、緑色発光素子であり、
前記第３の発光素子は、赤色発光素子であり、
前記第３の発光素子における発光領域から前記第５の電極までの距離は、前記第２の発光素子における発光領域から前記第３の電極までの距離より長く、
前記第２の発光素子における発光領域から前記第３の電極までの距離は、前記第１の発光素子における発光領域から前記第１の電極までの距離より長く、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子及び前記第３の発光素子において、前記第１の層、前記第２の層、前記第３の層及び第４の層以外の層は、同じ材料及び同じ厚さを有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第３の層は、電子を輸送することができる機能を有することを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置に関し、特に画素を構成するトランジスタとして単結晶半導体層をチ
ャネル形成領域として利用する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成する技術が大幅に進歩し、アクティ
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。
【０００３】
その一方で、ポリシリコンで形成されたＴＦＴは、結晶粒界における欠陥に起因して、
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。
【０００４】
このような問題を解決するために、ＴＦＴの特性に左右されずにＥＬ素子に流れる電流
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。
【０００５】
しかし、上述したようにポリシリコンで形成されたＴＦＴを用いて定電流駆動を行う場
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２８０５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、表示むらを抑制する発光装置を提供することを課題とする。又は、異なる画
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発光装置の一は、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。
【０００９】
また、本発明の発光装置の一は、走査線と、信号線と、電源供給線と、画素とを有し、
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。
【００１０】
また、本発明の発光装置の一は、上記構成において、酸化シリコン層と単結晶半導体層
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。
【００１１】
また、本発明の発光装置の一は、上記構成において、酸化シリコン層は、有機シランを
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。
【発明の効果】
【００１２】
画素に設けられる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することに
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の発光装置の構成の一例を示す図。
【図２】本発明の発光装置の構成の一例を示す図。
【図３】本発明の発光装置の作製方法の一例を示す図。
【図４】本発明の発光装置の作製方法の一例を示す図。
【図５】本発明の発光装置の作製方法の一例を示す図。
【図６】本発明の発光装置の作製方法の一例を示す図。
【図７】本発明の発光装置の作製方法の一例を示す図。
【図８】本発明の発光装置の画素の構成の一例を示す図。
【図９】本発明の発光装置の構成の一例を示す図。
【図１０】本発明の発光装置の動作を説明する図。
【図１１】本発明の発光装置の構成の一例を示す図。
【図１２】本発明の発光装置の動作を説明する図。
【図１３】本発明の発光装置の動作を説明する図。
【図１４】本発明の発光装置の画素の構成の一例を示す図。
【図１５】本発明の発光装置の画素の構成の一例を示す図。
【図１６】本発明の発光装置の動作を説明する図。
【図１７】本発明の発光装置の動作を説明する図。
【図１８】本発明の発光装置の動作を説明する図。
【図１９】本発明の発光装置の動作を説明する図。
【図２０】本発明の発光装置の構成の一例を示す図。
【図２１】本発明の発光装置の発光素子の構成の一例を示す図。
【図２２】本発明の発光装置の構成の一例を示す図。
【図２３】本発明の発光装置の構成の一例を示す図。
【図２４】本発明の発光装置の使用形態の一例を示す図。
【図２５】本発明の発光装置の発光素子の構成の一例を示す図。
【図２６】本発明の発光装置の発光素子の構成の一例を示す図。
【図２７】本発明の発光装置の発光素子の構成の一例を示す図。
【図２８】本発明の発光装置の発光素子の構成の一例を示す図。
【図２９】本発明の発光装置の発光素子の構成の一例を示す図。
【図３０】本発明の発光装置の発光素子の構成の一例を示す図。
【図３１】本発明の発光装置の作製方法の一例を示す図。
【図３２】本発明の発光装置の作製方法の一例を示す図。
【図３３】水素イオン種のエネルギーダイアグラムについて示す図である。
【図３４】イオンの質量分析結果を示す図である。
【図３５】イオンの質量分析結果を示す図である。
【図３６】加速電圧を８０ｋＶとした場合の水素元素の深さ方向のプロファイル（実測値及び計算値）を示す図である。
【図３７】加速電圧を８０ｋＶとした場合の水素元素の深さ方向のプロファイル（実測値、計算値、及びフィッティング関数）を示す図である。
【図３８】加速電圧を６０ｋＶとした場合の水素元素の深さ方向のプロファイル（実測値、計算値、及びフィッティング関数）を示す図である。
【図３９】加速電圧を４０ｋＶとした場合の水素元素の深さ方向のプロファイル（実測値、計算値、及びフィッティング関数）を示す図である。
【図４０】フィッティングパラメータの比（水素元素比及び水素イオン種比）をまとめた図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は多
くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱するこ
となくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。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。
【００１５】
（実施の形態１）
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。
【００１６】
まず、本実施の形態で示す発光装置の構成に関して、図１を参照して説明する。なお、
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。
【００１７】
図１（Ａ）に示す発光装置は、基板１００上に画素部１２０を構成するトランジスタ１
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
。
【００１８】
また、図１（Ａ）に示す発光装置において、画素部１２０に設けられたトランジスタ１
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。
【００１９】
基板１００と単結晶半導体層１２２との間には、基板１００と単結晶半導体層１２２と
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。
【００２０】
基板１００は、絶縁表面を有する基板を用いる。具体的には、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。
【００２１】
接合層１０１は、単層構造としても積層構造としてもよいが、基板１００と接合する面
（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。
【００２２】
有機シランとしては、テトラエトキシシラン（略称；ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ
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。
【００２３】
単結晶半導体層１２２、単結晶半導体層１３２は、代表的には単結晶シリコンを適用す
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。
【００２４】
また、本実施の形態で示す発光装置は、図１（Ｂ）に示すように接合層１０１と、単結
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。
【００２５】
図１（Ｂ）に示す構成は、単結晶半導体基板の表面にあらかじめ窒素含有層１０２と接
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。
【００２６】
窒素含有層１０２は、窒化シリコン層、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。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。
【００２７】
なお、酸化窒化シリコン層とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いもの
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。
【００２８】
図２に示す発光装置は、基板１００と単結晶半導体層１２２、単結晶半導体層１３２と
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。
【００２９】
この場合、単結晶半導体基板の表面に設ける接合層１０１として、熱酸化法により形成
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。
【００３０】
このように、基板１００と単結晶半導体層を貼り合わせて設ける際に接合層同士で貼り
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。
【００３１】
窒素含有層１５１は、窒素を含有する絶縁層を用いて形成すればよく、例えば、窒化シ
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。
【００３２】
接合層１５２は、酸化シリコン層で設けることができる。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で設けることが好ましい。
【００３３】
なお、図１、図２に示した発光装置において、トランジスタ１２１、トランジスタ１３
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。
【００３４】
また、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って
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。
【００３５】
本実施の形態で示す発光装置は、トランジスタの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。
【００３６】
次に、上述した発光装置の作製方法に関して図面を参照して説明する。ここでは、上記
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。
【００３７】
まず、発光装置に用いるＳＯＩ基板の作製方法について説明する。
【００３８】
はじめに、半導体基板１６１を準備し、半導体基板１６１の表面に窒素含有層１０２を
形成する（図３（Ａ）参照）。
【００３９】
半導体基板１６１は、市販の半導体基板を用いることができ、例えば、単結晶のシリコ
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。
【００４０】
窒素含有層１０２は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて窒化シリコン層、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。
【００４１】
次に、半導体基板１６１の表面から電界で加速されたイオン１６２を半導体基板１６１
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。
【００４２】
イオン１６２は、水素、ヘリウム又はフッ素等のハロゲンのイオンを用いることができ
、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。
【００４３】
以下に、水素イオンの照射方法とその作用・効果について図面を参照して説明する。
【００４４】
本実施の形態では、水素（Ｈ）に由来するイオン（以下「水素イオン種」と呼ぶ）を単
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。
【００４５】
（水素プラズマ中のイオン）
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）
【００４６】
図３３に、上記の反応の一部を模式的に表したエネルギーダイアグラムを示す。なお、
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。
【００４７】
（Ｈ３＋の生成過程）
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。
【００４８】
上記反応式における右辺（最右辺）の生成物の増加量は、反応式の左辺（最左辺）で示
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。
【００４９】
荷電粒子は電場から力を受けて運動エネルギーを得る。該運動エネルギーは、電場によ
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。
【００５０】
また、平均自由行程が小さくとも、その間に大きな運動エネルギーを得ることができる
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。
【００５１】
これをＨ２＋に適用してみる。プラズマの生成に係るチャンバー内のように電場の存在
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。
【００５２】
（イオン源による差異）
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。
【００５３】
図３５は、図３４とは異なるイオン源を用いた場合であって、イオン源の圧力がおおよ
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。
【００５４】
図３５のデータを得たイオン源の場合には、Ｈ＋、Ｈ２＋及びＨ３＋のうち、Ｈ３＋が
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。
【００５５】
（Ｈ３＋の照射メカニズム）
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＋）に分裂する場合
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＋）に分裂する場合。
【００５６】
（シミュレーション結果と実測値との比較）
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。
【００５７】
なお、ＳＲＩＭは非晶質構造を対象とするソフトウェアではあるが、高エネルギー、高
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
。
【００５８】
図３６に、モデル１乃至モデル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（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。
【００５９】
以上より、モデル２乃至モデル４については、以下では考慮しない。図３７乃至図３９
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。
【００６０】
フィッティング関数はモデル１及びモデル５を考慮して以下の計算式により求めること
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］
【００６１】
現実に照射されるイオン種の割合（Ｈ＋：Ｈ２＋：Ｈ３＋＝１：１：８程度）を考えれ
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。
【００６２】
図４０に、上記のフィッティングパラメータをまとめる。いずれの加速電圧においても
、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。
【００６３】
（Ｈ３＋を用いる効果）
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。
【００６４】
なお、本明細書では、Ｈ３＋を効率的に照射するために、図３４に示すような水素イオ
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。
【００６５】
次に、半導体基板１６１上に窒素含有層１０２を介して接合層１０１を形成する（図３
（Ｃ）参照）。
【００６６】
接合層１０１は、半導体基板１６１が基板と接合を形成する面に形成する。ここで形成
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。
【００６７】
次に、半導体基板１６１とベースとなる基板１００とを貼り合わせる（図３（Ｄ）参照
）。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。
【００６８】
基板１００は、絶縁表面を有する基板を用いる。具体的には、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。
【００６９】
また、基板１００と接合層１０１との接合を良好に行うために、接合面を活性化してお
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。
【００７０】
また、接合層１０１を介して基板１００と半導体基板１６１を貼り合わせた後（図４（
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。
【００７１】
次に、加熱処理を行い分離層１６３を劈開面として半導体基板１６１の一部を基板１０
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。
【００７２】
以上の工程により、基板１００上に接合層１０１を介して単結晶半導体層１６４が設け
られたＳＯＩ基板１６５が得られる。
【００７３】
なお、剥離により得られる単結晶半導体層１６４は、その表面を平坦化するため、化学
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。
【００７４】
また、大型の基板１００に複数の半導体基板１６１を配列させて、基板１００上に単結
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。
【００７５】
また、基板１００上にパネルサイズの単結晶半導体層１６４を複数配列させて設けても
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。
【００７６】
上記図３、図４で説明したＳＯＩ基板の作製方法は、耐熱温度が６００度以下のガラス
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。
【００７７】
次に、ＳＯＩ基板１６５上にトランジスタや発光素子を作製する方法に関して図面を参
照して説明する。
【００７８】
まず、単結晶半導体層１６４を選択的にエッチングして、島状の単結晶半導体層１２２
、単結晶半導体層１３２を形成する（図５（Ａ）参照）。
【００７９】
次に、単結晶半導体層１２２、単結晶半導体層１３２を覆うようにゲート絶縁膜１７１
を形成する（図５（Ｂ）参照）。
【００８０】
ゲート絶縁膜１７１は、ＣＶＤ法、スパッタリング法又は熱酸化法等により、酸化シリ
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。
【００８１】
また、ゲート絶縁膜１７１は、単結晶半導体層１２２、単結晶半導体層１３２に対しプ
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。
【００８２】
このような高密度のプラズマを用いた処理により、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、代表的に
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。
【００８３】
なお、ゲート絶縁膜１７１は、高密度プラズマ処理によって形成される絶縁膜のみを用
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。
【００８４】
次に、ゲート絶縁膜１７１上に、第１の導電層１７２と第２の導電層１７３を順に積層
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。
【００８５】
第１の導電層１７２と第２の導電層１７３の組み合わせの例を挙げると、窒化タンタル
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。
【００８６】
次に、第２の導電層１７３上にレジストマスク１７４を選択的に形成し、当該レジスト
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。
【００８７】
第１のエッチング処理を行うことによって、ゲート絶縁膜１７１上に形成された第１の
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）。
【００８８】
その後、第２のエッチング処理を行うことによって、第２の導電層１２４、１３４の端
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。
【００８９】
第１のエッチング処理及び第２のエッチング処理に用いるエッチング法は適宜選択すれ
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。
【００９０】
次に、第１の導電層１２３、１３３及び第２の導電層１２４、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）。
【００９１】
不純物元素の導入は、ｎ型又はｐ型の不純物元素を用いてイオンドープ法、イオン注入
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。
【００９２】
ここでは、単結晶半導体層１２２において、不純物領域１２５は第１の導電層１２３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。
【００９３】
次に、第１の導電層１２３、第２の導電層１２４、単結晶半導体層１２２の上方にレジ
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。
【００９４】
不純物元素の導入は、ｎ型又はｐ型の不純物元素を用いてイオンドープ法、イオン注入
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。
【００９５】
単結晶半導体層１２２において、レジストマスク１７５で覆われていない領域に形成さ
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。
【００９６】
ＬＤＤ領域とは、チャネル形成領域と、高濃度に不純物元素を添加して形成するソース
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。
【００９７】
また、画素部１２０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。
【００９８】
次に、層間絶縁層を形成する。ここでは、層間絶縁層として、絶縁層１７６と絶縁層１
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）。
【００９９】
絶縁層１７６、１７７は、ＣＶＤ法やスパッタ法等で形成した、酸化シリコン、酸化窒
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。
【０１００】
導電層１２８、１３８は、アルミニウム、タングステン、チタン、タンタル、モリブデ
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。
【０１０１】
次に、導電層１２８と電気的に接続するように画素電極１０６を形成する（図６（Ｄ）
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。
【０１０２】
絶縁層１７８は、ＣＶＤ法やスパッタ法等で形成した、酸化シリコン、酸化窒化シリコ
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。
【０１０３】
画素電極１０６は、透光性を有する導電性材料からなる透明導電層を用いればよく、酸
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。
【０１０４】
次に、塗布法により絶縁膜（例えば、有機樹脂膜）を形成し、得られた絶縁膜をパター
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）。
【０１０５】
有機化合物を含む層１０７は、積層構造であり、有機化合物を含む層１０７の一層とし
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。
【０１０６】
例えば、画素電極１０６と対向電極１０８の間には有機化合物を含む積層（バッファ層
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。
【０１０７】
対向電極１０８が陰極の場合には、仕事関数の小さい金属、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。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。
【０１０８】
次に、基板１００と対向させるように対向基板１８１を設ける（図７（Ｂ）参照）。対
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。
【０１０９】
以上の工程により、本実施の形態で示す発光装置が完成する。本実施の形態で示す発光
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。
【０１１０】
また、駆動回路部を構成するトランジスタのチャネル形成領域を単結晶半導体層で設け
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。
【０１１１】
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した発光装置の構成と適宜組み
合わせることができる。
【０１１２】
（実施の形態２）
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。
【０１１３】
まず、半導体基板１６１を硫酸過水（ＳＰＭ）、アンモニア過水（ＡＰＭ）、塩酸過水
（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。
【０１１４】
このような温度範囲で加熱処理を行うことで、半導体基板１６１に対してハロゲン元素
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。
【０１１５】
酸化膜１９０はハロゲンが含まれることにより、外因性不純物である重金属を捕集して
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。
【０１１６】
熱酸化により形成される酸化膜１９０中にはハロゲンが含まれる。ハロゲンは１×１０
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
。
【０１１７】
次に、水素若しくはハロゲン等のイオン１６２を照射して分離層１６３を形成する（図
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。
【０１１８】
図３２は半導体基板１６１に添加したハロゲンイオンの分布を曲線Ｈとして模式的に示
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。
【０１１９】
イオンの照射はイオンドーピング装置を用いて行うことが好ましい。すなわち、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。
【０１２０】
照射するハロゲンとしてはフッ素、塩素、臭素が選択される。ハロゲンイオンを得るた
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。
【０１２１】
また、本工程では、半導体基板１６１に対するハロゲンイオンを照射すると同時に、又
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。
【０１２２】
イオンドーピング装置は質量分離をしないでイオンを照射するため、ハロゲンイオン若
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。
【０１２３】
イオンを質量分離して半導体基板１６１に照射しても同様に分離層１６３を形成するこ
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。
【０１２４】
イオンを生成するイオン種を生成するガスとしては水素の他に重水素、ヘリウムのよう
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。
【０１２５】
次に、酸化膜１９０上に窒素含有層１０２を形成し、当該窒素含有層１０２上に接合層
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。
【０１２６】
その後、図３（Ｄ）以降の工程を経ることによって、基板１００上に接合層１０１、窒
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）。
【０１２７】
なお、本実施の形態で示したＳＯＩ基板は、本明細書の他の実施の形態で示した発光装
置の構成と適宜組み合わせることができる。
【０１２８】
（実施の形態３）
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。
【０１２９】
図８にアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置のブロック図を示す。ＥＬ表示装置は、走
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。
【０１３０】
信号線駆動回路２５２から出力される信号は、信号線Ｓ１〜Ｓｘに入力され、各画素２
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。
【０１３１】
また、本実施の形態で示すＥＬ表示装置は、走査線駆動回路２５１、信号線駆動回路２
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。
【０１３２】
次に、本実施の形態で示すＥＬ表示装置の画素２５３の一例を図９に示す。
【０１３３】
画素２５３は、第１のトランジスタ２６１、第２のトランジスタ２６２、容量素子２６
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。
【０１３４】
第１のトランジスタ２６１は、ゲートが走査線Ｇ１〜Ｇｙのうちいずれかの走査線（こ
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。
【０１３５】
第２のトランジスタ２６２は、ゲートが第１のトランジスタ２６１のソース又はドレイ
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。
【０１３６】
なお、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等を設定
することができる。
【０１３７】
容量素子２６３の他方の電極は、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。
【０１３８】
次に、ＥＬ表示装置の動作について説明する。なお、本実施の形態で示すＥＬ表示装置
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。
【０１３９】
走査線Ｇが選択された画素において、信号線Ｓの電位はオン状態（導通状態）になった
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。
【０１４０】
そして、容量素子２６３の電極間の電圧が第２のトランジスタ２６２のゲートに印加さ
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。
【０１４１】
発光素子２６４の発光輝度は、発光素子２６４を流れる電流にほぼ比例する。従って、
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。
【０１４２】
本実施の形態で示すＥＬ表示装置では、発光素子２６４に流れる電流は、第２のトラン
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。
【０１４３】
図１０には、異なるゲート電圧Ｖｇｓに対応するドレイン電流Ｉｄについて複数のグラ
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。
【０１４４】
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、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。
【０１４５】
本実施の形態で示すＥＬ表示装置では、発光素子２６４の発光時において、第２のトラ
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。
【０１４６】
また、ＥＬ表示装置の画素の階調の表現は、第２のトランジスタ２６２のゲートに印加
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。
【０１４７】
一般的に、発光素子２６４の発光時に第２のトランジスタ２６２を飽和領域で動作させ
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。
【０１４８】
一方、本実施の形態で示すＥＬ表示装置では、ＳＯＩ基板を用いることによって画素を
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。
【０１４９】
また、本実施の形態で示すＥＬ表示装置は、定電流駆動で動作させ発光素子２６４の発
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。
【０１５０】
次に、上記図９で示したＥＬ表示装置の画素の構造に関して図面を参照して説明する。
【０１５１】
図１１（Ａ）は、１つの画素に２つのトランジスタ（第１のトランジスタ、第２のトラ
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。
【０１５２】
図１１（Ａ）は、第１のトランジスタ２６１、第１の配線２７１、第２の配線２７２、
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。
【０１５３】
また、本実施の形態で示しＥＬ表示装置は、上記実施の形態で示したＳＯＩ基板を用い
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。
【０１５４】
窒素含有層１０２を設けることによって、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。
【０１５５】
なお、本実施の形態で示したＥＬ表示装置の構成はこれに限られない。例えば、上記図
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。
【０１５６】
第１のトランジスタ２６１のゲート電極は、第１の配線２７１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。
【０１５７】
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一方は、第３の配線２７３
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。
【０１５８】
画素電極２６５上には、有機薄膜２６７（有機化合物層）が設けられている。有機薄膜
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。
【０１５９】
有機薄膜２６７（有機化合物層）から発せられた光は、画素電極２６５又は対向電極２
６８のうちいずれかを透過して発せられる。
【０１６０】
図１１（Ｂ）において、画素電極側、すなわちトランジスタ等が形成されている側に光
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。
【０１６１】
下面放射の場合、画素電極２６５は透明導電層によって形成されるのが好適である。逆
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。
【０１６２】
カラー表示の発光装置においては、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの発光色を持つＥＬ素子を塗り
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。
【０１６３】
なお、図１１に示した構成はあくまで一例であり、画素レイアウト、断面構成、ＥＬ素
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。
【０１６４】
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した発光装置の構成と適宜組み
合わせることができる。
【０１６５】
（実施の形態４）
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。
【０１６６】
本実施の形態のＥＬ表示装置は、上記図９において、発光素子２６４の発光時に第２の
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。
【０１６７】
発光素子２６４を非発光状態とする場合には、第２のトランジスタ２６２がオフとなる
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。
【０１６８】
つまり、理想的には発光素子２６４に流れる電流を一定にし、発光素子２６４から得ら
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。
【０１６９】
以下に、本実施の形態のＥＬ表示装置の動作に関して説明する。
【０１７０】
図１２（Ａ）、（Ｂ）は、デジタル時間階調駆動の一例を示すタイミングチャートであ
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。
【０１７１】
なお、１表示領域分の画像を完全に表示するための期間を１フレーム期間という。１フ
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。
【０１７２】
まず、アドレス期間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
、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。
【０１７３】
ここで、図１２（Ｂ）を参照して、ｉ行目の画素行に着目して説明する。まず、アドレ
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。
【０１７４】
なお、ここでは４ビット階調を表現する場合について説明したが、ビット数及び階調数
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。
【０１７５】
続いて、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。
【０１７６】
このように、信号書き込み動作が完了しデータ保持時間となると、直ちに画素へ書き込
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。
【０１７７】
よって、消去期間を設けることによって、アドレス期間より短いデータ保持時間を設定
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。
【０１７８】
まず、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、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。
【０１７９】
ここで、図１３（Ｂ）を参照して、ｉ行目の画素行に着目して説明する。ｉ行目の画素
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。
【０１８０】
よって、アドレス期間とサステイン期間とを分離せず、アドレス期間より短い画素の点
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。
【０１８１】
なお、ここでは４ビット階調を表現する場合について説明したが、ビット数及び階調数
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。
【０１８２】
次に、図１３で説明したデジタル時間階調駆動を適用可能な画素の構成及び画素の動作
について図１４、図１５を参照して説明する。
【０１８３】
図１４は、デジタル時間階調駆動を適用可能な画素構成の一例を示す図である。
【０１８４】
画素２５３は、スイッチング用の第１のトランジスタ２６１、駆動用の第２のトランジ
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。
【０１８５】
なお、発光素子２６４の第２電極（共通電極）には低電源電位が設定されている。なお
、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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
なお、整流素子２７５として、ダイオード接続したトランジスタを用いることが可能で
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。
【０１８８】
画素２５３は、上記図９に示した画素に、整流素子２７５と第２の走査線Ｇ２を追加し
たものである。
【０１８９】
消去動作について説明する。消去動作時には、第２の走査線Ｇ２にハイレベルの信号を
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。
【０１９０】
なお、第２の走査線Ｇ２に入力するロウレベルの信号は、画素に非点灯となるビデオ信
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。
【０１９１】
なお、整流素子２７５として、ダイオード接続したトランジスタを用いることが可能で
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。
【０１９２】
図１５は、デジタル時間階調駆動を適用可能な画素構成の一例を示す図である。
【０１９３】
画素２５３は、スイッチ用の第１のトランジスタ２６１、駆動用の第２のトランジスタ
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。
【０１９４】
なお、発光素子２６４の第２電極（共通電極）には低電源電位が設定されている。
【０１９５】
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。
【０１９６】
画素は、図９に示した画素に、消去用トランジスタ２７６と第２の走査線Ｇ２を追加し
たものである。
【０１９７】
消去動作について説明する。消去動作時には、第２の走査線Ｇ２にハイレベルの信号を
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。
【０１９８】
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した発光装置の構成と適宜組み
合わせることができる。
【０１９９】
（実施の形態５）
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。
【０２００】
図１６に、上記図８で示したＥＬ表示装置の動作を説明するためのタイミングチャート
の一例を示す。
【０２０１】
図１６のタイミングチャートは、１画面分の画像を表示する期間に相当する１フレーム
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。
【０２０２】
図１６のタイミングチャートは、１行目の走査線Ｇ１、ｉ行目の走査線Ｇｉ（走査線Ｇ
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。
【０２０３】
なお、走査線が選択されると同時に、当該走査線に接続されている画素２５３も選択さ
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。
【０２０４】
走査線Ｇ１乃至Ｇｙの走査線それぞれは、１行目の走査線Ｇ１からｙ行目の走査線Ｇｙ
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。
【０２０５】
従って、ある行の走査線が選択されると、当該走査線に接続された複数の画素２５３に
、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
。
【０２０６】
次に、１ゲート選択期間を複数のサブゲート選択期間に分割した場合について説明する
。
【０２０７】
図１７は、１ゲート選択期間を２つのサブゲート選択期間（第１のサブゲート選択期間
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。
【０２０８】
なお、１ゲート選択期間を３つ以上のサブゲート選択期間に分割することもできる。
【０２０９】
図１７のタイミングチャートは、１画面分の画像を表示する期間に相当する１フレーム
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。
【０２１０】
なお、１フレームは２つのサブフレーム（第１のサブフレーム及び第２のサブフレーム
）に分割されている。
【０２１１】
図１７のタイミングチャートは、ｉ行目の走査線Ｇｉ、ｉ＋１行目の走査線Ｇｉ＋１、
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。
【０２１２】
なお、走査線が選択されると同時に、当該走査線に接続されている画素２５３も選択さ
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。
【０２１３】
なお、走査線Ｇ１乃至Ｇｙの走査線それぞれは、各サブゲート選択期間内で順に走査さ
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。
【０２１４】
次に、表示を高画質とするための駆動方法について説明する。
【０２１５】
図１８（Ａ）及び（Ｂ）は、高周波駆動を説明する図を示している。
【０２１６】
図１８（Ａ）は、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と
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。
【０２１７】
なお、当該フレームの中間画像４０２は、当該フレーム及び次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。
【０２１８】
図１８（Ｂ）は、１フレーム期間４００が２つ連続する期間（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。
【０２１９】
なお、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、当該フレー
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。
【０２２０】
本実施の形態で示したＥＬ表示装置の駆動において、フレーム周波数は様々な周波数を
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。
【０２２１】
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した発光装置の構成と適宜組み
合わせることができる。
【０２２２】
（実施の形態６）
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。
【０２２３】
まず、オーバードライブ駆動について、図１９を参照して説明する。図１９（Ａ）は、
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。
【０２２４】
オーバードライブ駆動を用いることにより、より早く目的の出力輝度で発光素子から発
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。
【０２２５】
なお、図１９（Ａ）においては、入力電圧に対し出力輝度が正の変化をする場合につい
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。
【０２２６】
このような駆動を実現するための回路について、図１９（Ｂ）及び図１９（Ｃ）を参照
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。
【０２２７】
入力映像信号３０１３１は、まず、符号化回路３０１０１に入力され、符号化される。
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。
【０２２８】
次に、図１９（Ｃ）を参照して、入力映像信号３０１３１がデジタル値をとる信号であ
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。
【０２２９】
入力映像信号３０１３１は、デジタル信号であり、まず、フレームメモリ３０１１２と
、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。
【０２３０】
なお、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がアナ
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。
【０２３１】
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した発光装置の構成と適宜組み
合わせることができる。
【０２３２】
（実施の形態７）
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。
【０２３３】
なお、配線４４０８は第１の走査線駆動回路４４０３、第２の走査線駆動回路４４０６
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。
【０２３４】
次に、断面構造について図２０（Ｂ）を用いて説明する。基板１００上には画素部４４
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。
【０２３５】
なお、信号線駆動回路４４０１は、トランジスタ４４２０やトランジスタ４４２１など
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。
【０２３６】
窒素含有層１０２を設けることによって、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。
【０２３７】
なお、本実施の形態で示した表示パネルの構成はこれに限られない。例えば、上記図１
（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。
【０２３８】
また、画素部４４０２は、スイッチング用トランジスタ４４１１（第１のトランジスタ
）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。
【０２３９】
また、カバレッジを良好なものとするため、絶縁物４４１４の上端部または下端部に曲
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。
【０２４０】
第１の電極４４１３上には、有機化合物を含む層４４１６、及び第２の電極４４１７が
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。
【０２４１】
また、有機化合物を含む層４４１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェ
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。
【０２４２】
さらに、有機化合物を含む層４４１６上に形成される、陰極である第２の電極４４１７
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。
【０２４３】
さらに、シール材４４０５で封止基板４４０４を基板１００と貼り合わせることにより
、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。
【０２４４】
なお、シール材４４０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材
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。
【０２４５】
以上のようにして、上記実施の形態１で示したＳＯＩ基板を用いた表示パネルを得るこ
とができる。
【０２４６】
図２０に示すように、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。
【０２４７】
なお、走査線駆動回路及び信号線駆動回路は、画素の行方向及び列方向に設けることに
限定されない。
【０２４８】
次に、発光素子４４１８に適用可能な発光素子の例を図２１に示す。
【０２４９】
基板４５０１の上に陽極４５０２、正孔注入材料からなる正孔注入層４５０３、その上
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。
【０２５０】
また、図２１で示した各機能層を積層した積層構造の他、高分子化合物を用いた素子、
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
。
【０２５１】
次に、図２１に示す素子の作製方法について説明する。まず、陽極４５０２（ＩＴＯ（
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。
【０２５２】
次に、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、発光材料の材料に
好適な材料を以下に列挙する。
【０２５３】
正孔注入材料としては、有機化合物でればポルフィリン系の化合物や、フタロシアニン
（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。
【０２５４】
正孔輸送材料として最も広く用いられているのは、芳香族アミン系（すなわち、ベンゼ
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。
【０２５５】
電子輸送材料としては、金属錯体がよく用いられ、トリス（８−キノリノラト）アルミ
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。
【０２５６】
電子注入材料としては、上で述べた電子輸送材料を用いることができる。その他に、フ
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。
【０２５７】
発光材料としては、先に述べたＡｌｑ３、Ａｌｍｑ、ＢｅＢｑ、ＢＡｌｑ、Ｚｎ（ＢＯ
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。
【０２５８】
以上で述べたような各機能を有する材料を、各々組み合わせ、高信頼性の発光素子を作
製することができる。
【０２５９】
また、図２１とは逆の順番に層を形成した発光素子を用いることもできる。つまり、基
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。
【０２６０】
また、発光素子は発光を取り出すために少なくとも陽極又は陰極の一方が透明であれば
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。
【０２６１】
まず、上面射出構造の発光素子について、図２２（Ａ）を用いて説明する。
【０２６２】
基板１００上に駆動用トランジスタ４６０１が形成され、駆動用トランジスタ４６０１
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。
【０２６３】
また、第１の電極４６０２は発光素子の陽極である。そして、第２の電極４６０４は発
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。
【０２６４】
また、ここで、陽極として機能する第１の電極４６０２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、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。
【０２６５】
また、陰極として機能する第２の電極４６０４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）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。
【０２６６】
こうして、図２２（Ａ）の矢印に示すように発光素子からの光を上面に取り出すことが
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。
【０２６７】
また、光学フィルムを設ける場合には、封止基板４４０４に光学フィルムを設ければよ
い。
【０２６８】
なお、第１の電極４６０２を、陰極として機能するＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ等の
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。
【０２６９】
次に、下面射出構造の発光素子について、図２２（Ｂ）を用いて説明する。射出構造以
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。
【０２７０】
ここで、陽極として機能する第１の電極４６０２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。
【０２７１】
また、陰極として機能する第２の電極４６０４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）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。
【０２７２】
こうして、図２２（Ｂ）の矢印に示すように発光素子からの光を下面に取り出すことが
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。
【０２７３】
また、光学フィルムを設ける場合には、基板１００に光学フィルムを設ければよい。
【０２７４】
次に、両面射出構造の発光素子について、図２２（Ｃ）を用いて説明する。射出構造以
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。
【０２７５】
ここで、陽極として機能する第１の電極４６０２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。
【０２７６】
また、陰極として機能する第２の電極４６０４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）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。
【０２７７】
こうして、図２２（Ｃ）の矢印に示すように発光素子からの光を両面に取り出すことが
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。
【０２７８】
また、光学フィルムを設ける場合には、基板１００及び封止基板４４０４の両方に光学
フィルムを設ければよい。
【０２７９】
また、白色の発光素子とカラーフィルターを用いてフルカラー表示を実現する表示装置
にも本発明を適用することが可能である。
【０２８０】
図２３に示すように、基板１００上に接合層１０１及び窒素含有層１０２を介して駆動
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。
【０２８１】
また、第１の電極４７０３は発光素子の陽極である。そして、第２の電極４７０５は発
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。
【０２８２】
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した発光装置の構成と適宜組み
合わせることができる。
【０２８３】
（実施の形態８）
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。
【０２８４】
本実施の形態で示す発光装置は、発光色の異なる複数の発光素子を有する。各発光素子
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。
【０２８５】
図２５において、基板８００は発光素子の支持体として用いられる。基板８００として
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。
【０２８６】
また、本実施の形態において、発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極
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。
【０２８７】
以下では、各色の発光素子の構成について説明する。
【０２８８】
＜青色発光素子＞
【０２８９】
陽極８０１Ｂとしては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上）金属、合金、
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。
【０２９０】
また、陽極８０１Ｂと接する層として、後述する複合材料を含む層を用いた場合には、
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。
【０２９１】
ＥＬ層８０３Ｂは、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質ま
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。
【０２９２】
正孔注入層８１１Ｂは、正孔注入性の高い物質を含む層である。正孔注入性の高い物質
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。
【０２９３】
また、正孔注入層として、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複
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。
【０２９４】
複合材料に用いる正孔輸送性の高い物質としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール
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。
【０２９５】
例えば、複合材料に用いることのできる芳香族アミン化合物としては、Ｎ，Ｎ’−ビス
（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。
【０２９６】
複合材料に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、具体的には、３−［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：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。
【０２９７】
また、複合材料に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、４，４’−ジ（Ｎ
−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。
【０２９８】
また、複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素としては、例えば、２−ｔｅｒｔ
−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。
【０２９９】
なお、複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素は、ビニル骨格を有していてもよ
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。
【０３００】
また、正孔注入層８１１Ｂとしては、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリ
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。
【０３０１】
また、上述したＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ等の高分子化合
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。
【０３０２】
正孔輸送層８１２Ｂは、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送性の高い物質
としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフ
ェニル（略称：ＮＰＢ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。
【０３０３】
また、正孔輸送層８１２Ｂとして、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−Ｔ
ＰＤなどの高分子化合物を用いることもできる。
【０３０４】
発光層８１３Ｂは、発光性の高い物質を含む層である。本実施の形態で示す発光素子に
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。
【０３０５】
第１の有機化合物は、発光性の高い物質であり、種々の材料を用いることができる。具
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。
【０３０６】
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。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。
【０３０７】
ここで、図２６に図２５で示した青色発光素子のバンド図の一例を示す。図２６におい
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。
【０３０８】
一方、陰極８０２Ｂから注入された電子は電子注入層８１５Ｂおよび電子輸送層８１４
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。
【０３０９】
以上のことから、第１の発光層８２１と第２の発光層８２２の界面付近の領域に正孔と
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。
【０３１０】
第１の発光層８２１に正孔および電子が注入されるようにするためには、正孔輸送性の
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
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。
【０３１１】
同様に、第２の発光層８２２に正孔および電子が注入されるようにするためには、電子
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。
【０３１２】
最高被占軌道準位（ＨＯＭＯ準位）および最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）の測定方法
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。
【０３１３】
このように酸化反応および還元反応が可能な有機化合物としては、３環以上６環以下の
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。
【０３１４】
また、図２６を用いて先に説明した通り、本実施の形態で示す発光素子においては、第
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。
【０３１５】
また、発光素子は電子と正孔が再結合することにより発光が得られるため、発光層８１
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。
【０３１６】
具体的には、ＣＶ測定による酸化反応および還元反応を繰り返した際、有機化合物の酸
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。
【０３１７】
酸化反応および還元反応を繰り返しても安定、つまり、酸化反応および還元反応に対し
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。
【０３１８】
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。
【０３１９】
発光層である第１の発光層および第２の発光層の材料は、上述した観点から、適宜選択
し、組み合わせることが可能である。
【０３２０】
電子輸送層８１４Ｂは、電子輸送性の高い物質を含む層である。例えば、トリス（８−
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。
【０３２１】
また、電子輸送層８１４Ｂとして、高分子化合物を用いることができる。例えば、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
どを用いることができる。
【０３２２】
また、電子注入層８１５Ｂを設けてもよい。電子注入層８１５Ｂとしては、フッ化リチ
ウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のような
アルカリ金属化合物、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。
【０３２３】
陰極８０２Ｂを形成する物質としては、仕事関数の小さい（具体的には３．８ｅＶ以下
）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
。
【０３２４】
また、陰極８０２Ｂと電子輸送層８１４Ｂとの間に、電子注入層８１５Ｂを設けること
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。
【０３２５】
以上で述べたような発光素子は、発光層と正孔輸送層との界面または発光層と電子輸送
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。
【０３２６】
＜緑色発光素子＞
【０３２７】
陽極８０１Ｇとしては、陽極８０１Ｂと同様な構成を用いることができる。陽極８０１
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。
【０３２８】
ＥＬ層８０３Ｇは、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質ま
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。
【０３２９】
正孔注入層８１１Ｇとしては、正孔注入層８１１Ｂと同様な構成を用いることができる
。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。
【０３３０】
正孔輸送層８１２Ｇ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。
【０３３１】
発光層８１３Ｇは、発光性の高い物質を含む層であり、種々の材料を用いることができ
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。
【０３３２】
なお、本実施の形態では、キャリアの移動を制御する層８１６Ｇを、発光層８１３Ｇと
、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。
【０３３３】
なお、発光層８１３Ｇとしては、上述した発光性の高い物質を他の物質に分散させた構
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。
【０３３４】
なお、本実施の形態では、キャリアの移動を制御する層８１６Ｇを、発光層８１３Ｇと
、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。
【０３３５】
また、発光性の物質を分散させるための材料は複数種用いることができる。例えば、結
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。
【０３３６】
発光性の高い物質を他の物質に分散させた構成とすることにより、発光層８１３Ｇの結
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。
【０３３７】
また、発光層８１３Ｇとして高分子化合物を用いることができる。具体的には、緑色系
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。
【０３３８】
キャリアの移動を制御する層８１６Ｇは、２種類以上の物質を含む。本実施の形態では
、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。
【０３３９】
キャリアの移動を制御する層８１６Ｇを、発光層８１３Ｇよりも陰極として機能する陰
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。
【０３４０】
また、第４の有機化合物は、電子をトラップする機能を有する有機化合物であることが
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。
【０３４１】
また、発光素子の色純度を保つため、発光層８１３Ｇの発光色と第４の有機化合物の発
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。
【０３４２】
例えば、発光層８１３Ｇに含まれる有機化合物が２ＰＣＡＰＡ、２ＰＣＡＢＰｈＡ、２
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。
【０３４３】
なお、第４の有機化合物としては、上記に列挙した物質の中でも、ＤＭＱｄ、ＤＰＱｄ
、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。
【０３４４】
また、第４の有機化合物としては、クマリン１０２、クマリン６Ｈ、クマリン４８０Ｄ
、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。
【０３４５】
また、発光素子の色純度を保つため、キャリアの移動を制御する層８１６Ｇに含まれる
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
。
【０３４６】
この場合、第４の有機化合物のエネルギーギャップとしては、可視光よりも大きなエネ
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。
【０３４７】
このようなエネルギーギャップの条件を有する第４の有機化合物としては、特に、キノ
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。
【０３４８】
さらに、２，３−ジフェニルキノキサリン誘導体の中でも、分子量が比較的高く耐熱性の
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。
【０３４９】
また、先に述べたように、第４の有機化合物のＬＵＭＯ準位は、第５の有機化合物のＬＵ
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
。
【０３５０】
図２７は、図２５で示した緑色発光素子のバンド図の一例である。図２７において、陽
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。
【０３５１】
例えば、発光層８１３Ｇが電子輸送性を有する場合、正孔輸送層８１２Ｇから発光層８
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。
【０３５２】
もしキャリアの移動を制御する層８１６Ｇを設けない従来の発光素子であれば、電子の
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。
【０３５３】
本実施の形態で示す緑色発光素子において、陰極８０２Ｇから注入された電子は、電子
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。
【０３５４】
さらに、キャリアの移動を制御する層８１６Ｇにおいて、単に電子移動度の遅い物質を
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。
【０３５５】
本実施の形態で示す緑色発光素子は、発光層と正孔輸送層との界面または発光層と電子
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。
【０３５６】
また、キャリアの移動を制御する層８１６Ｇの膜厚は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である
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。
【０３５７】
電子輸送層８１４Ｇ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。
【０３５８】
電子注入層８１５Ｇとしては、電子注入層８１５Ｂと同様な構成を用いることができる
。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。
【０３５９】
陰極８０２Ｇとしては、陰極８０２Ｂと同様な構成を用いることができる。陰極８０２
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。
【０３６０】
以上で述べたような発光素子は、キャリアの移動を制御する層を有している。キャリア
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。
【０３６１】
また、物質の組み合わせや混合比、膜厚などの制御でキャリアバランスを制御すること
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。
【０３６２】
これにより、過剰の電子が注入されることや、発光層を突き抜けて正孔輸送層や正孔注
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。
【０３６３】
また、キャリアの移動を制御する層に含まれる２種類以上の物質のうち、第３の有機化
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。
【０３６４】
＜赤色発光素子＞
【０３６５】
陽極８０１Ｒとしては、陽極８０１Ｂと同様な構成を用いることができる。陽極８０１
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。
【０３６６】
ＥＬ層８０３Ｒは、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質ま
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。
【０３６７】
発光層８１３Ｒは、発光性の高い物質と、第５の有機化合物と、第６の有機化合物とを
含む。
【０３６８】
発光層８１３Ｒにおいて、第５の有機化合物は、正孔輸送性を有する化合物である。具
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。
【０３６９】
一方、第６の有機化合物は、電子輸送性を有する化合物である。具体的には、９−［４
−（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。
【０３７０】
発光層８１３Ｒに含まれる発光性の高い物質としては、燐光を発光する物質を用いるこ
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。
【０３７１】
図２８は、図２５で示した赤色発光素子のバンド図の一例である。図２８における発光
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。
【０３７２】
以上で述べたような第５の有機化合物、第６の有機化合物、およびピラジン系有機金属
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。
【０３７３】
ここで、該発光層において、少なくとも第５の有機化合物と第６の有機化合物のいずれ
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。
【０３７４】
したがって、本実施の形態の発光素子においては、第５の有機化合物および／または第
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。
【０３７５】
また、発光層において、第５の有機化合物と第６の有機化合物との質量比は、第５の有
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。
【０３７６】
また、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以上２０以下である
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。
【０３７７】
なお、本実施の形態で用いるピラジン系有機金属錯体の電子トラップ性であるが、具体
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。
【０３７８】
次に、発光層８１３Ｒ以外の層について説明する。正孔輸送層８１２Ｒおよび正孔注入
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。
【０３７９】
この特徴は、以下のように説明できる。発光層８１３Ｒは、上述したようにキャリアバ
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。
【０３８０】
つまり、三重項励起エネルギーを考慮する必要がないため、使用する材料の選択肢が広
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。
【０３８１】
同様に、正孔注入層８１１Ｒとしては、正孔注入層８１１Ｂと同様な構成を用いること
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。
【０３８２】
電子輸送層８１４Ｒおよび電子注入層８１５Ｒ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、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）。
【０３８３】
この特徴は、以下のように説明できる。発光層８１３Ｒは、上述したようにキャリアバ
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。
【０３８４】
つまり、三重項励起エネルギーを考慮する必要がないため、使用する材料の選択肢が広
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。
【０３８５】
同様に、電子注入層８１５Ｒとしては、電子注入層８１５Ｂと同様な構成を用いること
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。
【０３８６】
陰極８０２Ｒとしては、陰極８０２Ｂと同様な構成を用いることができる。陰極８０２
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。
【０３８７】
このように、青色発光素子、緑色発光素子、赤色発光素子をそれぞれ最適な構成にする
ことで、特性に優れた発光装置を得ることができる。
【０３８８】
また、本実施の形態で示す発光装置において、各発光素子の発光層以外の層を共通して
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。
【０３８９】
また、本実施の形態で示す発光装置において、発光層における発光領域が各発光素子に
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。
【０３９０】
また、ＥＬ層の形成方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いること
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。
【０３９１】
例えば、上述した材料のうち、高分子化合物を用いて湿式法でＥＬ層を形成してもよい
。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。
【０３９２】
また、電極についても、ゾル−ゲル法を用いて湿式法で形成しても良いし、金属材料の
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。
【０３９３】
本実施の形態で示した発光素子を表示装置に適用し、発光層を塗り分ける場合には、発
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。
【０３９４】
以上のような構成を有する本実施の形態で示した発光素子は、陽極８０１と陰極８０２
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。
【０３９５】
発光は、陽極８０１または陰極８０２のいずれか一方または両方を通って外部に取り出
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。
【０３９６】
なお、図２５では、陽極８０１を基板８００側に設けた構成について示したが、陰極８
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。
【０３９７】
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した発光装置の構成と適宜組み
合わせることができる。
【０３９８】
（実施の形態９）
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。
【０３９９】
本発明を適用して作製された発光装置を有する電気器具として、テレビジョン、ビデオ
カメラ、デジタルカメラ等のカメラ、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。
【０４００】
図２４（Ａ）は表示装置であり、筐体９０１、支持台９０２、表示部９０３、スピーカ
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。
【０４０１】
図２４（Ｂ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体９１１、筐体９１２、表
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。
【０４０２】
図２４（Ｃ）はビデオカメラであり、本体９２１、表示部９２２、筐体９２３、外部接
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。
【０４０３】
図２４（Ｄ）は卓上照明器具であり、照明部９３１、傘９３２、可変アーム９３３、支
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。
【０４０４】
図２４（Ｅ）は携帯電話であり、本体９４１、筐体９４２、表示部９４３、音声入力部
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。
【０４０５】
以上のようにして、本発明を用いて形成された発光装置を用いた電気器具（電子機器又
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。
【符号の説明】
【０４０６】
１００    基板
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
【図１】
0005444445.tif 000002
【図２】
0005444445.tif 000003
【図３】
0005444445.tif 000004
【図４】
0005444445.tif 000005
【図５】
0005444445.tif 000006
【図６】
0005444445.tif 000007
【図７】
0005444445.tif 000008
【図８】
0005444445.tif 000009
【図９】
0005444445.tif 000010
【図１０】
0005444445.tif 000011
【図１１】
0005444445.tif 000012
【図１２】
0005444445.tif 000013
【図１３】
0005444445.tif 000014
【図１４】
0005444445.tif 000015
【図１５】
0005444445.tif 000016
【図１６】
0005444445.tif 000017
【図１７】
0005444445.tif 000018
【図１８】
0005444445.tif 000019
【図１９】
0005444445.tif 000020
【図２０】
0005444445.tif 000021
【図２１】
0005444445.tif 000022
【図２２】
0005444445.tif 000023
【図２３】
0005444445.tif 000024
【図２４】
0005444445.tif 000025
【図２５】
0005444445.tif 000026
【図２６】
0005444445.tif 000027
【図２７】
0005444445.tif 000028
【図２８】
0005444445.tif 000029
【図２９】
0005444445.tif 000030
【図３０】
0005444445.tif 000031
【図３１】
0005444445.tif 000032
【図３２】
0005444445.tif 000033
【図３３】
0005444445.tif 000034
【図３４】
0005444445.tif 000035
【図３５】
0005444445.tif 000036
【図３６】
0005444445.tif 000037
【図３７】
0005444445.tif 000038
【図３８】
0005444445.tif 000039
【図３９】
0005444445.tif 000040
【図４０】
0005444445.tif 000041