WO2008023620A1 - Dispositif électroluminescent et écran - Google Patents

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WO2008023620A1
WO2008023620A1 PCT/JP2007/065908 JP2007065908W WO2008023620A1 WO 2008023620 A1 WO2008023620 A1 WO 2008023620A1 JP 2007065908 W JP2007065908 W JP 2007065908W WO 2008023620 A1 WO2008023620 A1 WO 2008023620A1
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electrode
type semiconductor
light emitting
light
emitting layer
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PCT/JP2007/065908
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English (en)
French (fr)
Inventor
Eiichi Satoh
Shogo Nasu
Reiko Taniguchi
Toshiyuki Aoyama
Masayuki Ono
Kenji Hasegawa
Masaru Odagiri
Original Assignee
Panasonic Corporation
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Publication date
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/58—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing copper, silver or gold
    • C09K11/582—Chalcogenides
    • C09K11/584—Chalcogenides with zinc or cadmium
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H01L33/24—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting element, particularly an electroluminescent element, and also relates to a display device using the light emitting element.
  • an electroluminescent device (hereinafter referred to as an EL device) has attracted attention as a light-weight and thin surface-emitting device.
  • EL devices can be broadly classified as follows: a direct voltage is applied to a phosphor made of an organic material, an AC voltage is applied to an organic EL device that recombines electrons and holes to emit light, and a phosphor made of an inorganic material.
  • an inorganic EL device that emits light from an inorganic phosphor during the relaxation process, in which an electron accelerated by a high electric field of about 10 6 V / cm collides with the emission center of the inorganic phosphor and is excited.
  • the inorganic EL element includes a dispersed EL element in which inorganic phosphor particles are dispersed in a binder made of a polymer organic material to form a light emitting layer, and a thin film light emitting layer having a thickness of about 1 ⁇ m.
  • a dispersed EL element in which inorganic phosphor particles are dispersed in a binder made of a polymer organic material to form a light emitting layer, and a thin film light emitting layer having a thickness of about 1 ⁇ m.
  • thin-film EL elements with insulating layers on both sides or one side.
  • distributed EL devices are attracting attention as they have the advantage of low power consumption and low manufacturing costs due to simple manufacturing.
  • a conventional distributed EL element has a laminated structure, and is constructed by laminating a substrate, a first electrode, a light emitting layer, an insulator layer, and a second electrode in this order from the substrate side.
  • the light emitting layer has a configuration in which inorganic phosphor particles such as ZnS: Mn are dispersed in an organic binder, and the insulator layer has a configuration in which a strong insulator such as BaTiO is dispersed in an organic binder.
  • An AC power supply is installed between the first electrode and the second electrode, and the distributed EL element emits light when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode from the AC power supply.
  • the light-emitting layer is a layer that determines the luminance and efficiency of the dispersion-type EL element, and the inorganic phosphor particles of the light-emitting layer have a particle size of 15 to 35 Hm.
  • the emission color of the light-emitting layer of the dispersion-type EL element is determined by the inorganic phosphor particles used in the light-emitting layer. For example, when ZnS: Mn is used for the inorganic phosphor particles, orange light is emitted. ZnS: C on body particles When U is used, blue-green light is emitted.
  • the emission color is determined by the inorganic phosphor particles used, so when obtaining other emission colors such as white, for example, the emission color is converted to another color by mixing an organic dye with an organic binder.
  • the target emission color is obtained (see, for example, Patent Document 2).
  • the illuminant used in the dispersion-type EL element has a problem that the luminance is low and the lifetime is short.
  • the half-life of the light output of the light emitter is reduced in inverse proportion to the applied voltage.
  • the method of reducing the applied voltage to the light-emitting layer is considered.
  • the emission luminance and the half-life are in a reciprocal relationship that when one is improved by increasing or decreasing the voltage applied to the light emitting layer, the other is worsened. Therefore, it is necessary to select either emission luminance or lifetime (half-life of light output).
  • the half-life is the time until the light output of the light emitter is reduced to half of the original light emission luminance.
  • this EL element 50 includes a light emitting layer 53 in which phosphor particles 61 of CdSe microcrystals are dispersed in a medium of indium tin oxide 63, which is a transparent conductor, between electrodes 52 and 54. In this method, light is emitted by applying a voltage. Since this EL element 50 is a current injection type light emitting element, it can be driven at a low voltage.
  • Patent Document 1 International Publication No. WO03 / 020848 Pamphlet
  • Patent Document 2 JP-A-7-216351
  • Patent Document 3 Japanese Patent No. 3741157
  • the above method has a problem that high luminance cannot be obtained because a conductive film is used as a medium.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, emit light at a low voltage, and have a high light emission luminance.
  • the long life is to provide a light emitting element.
  • an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a display device that emits light at a low voltage, has a high strength, and has a long emission life.
  • the above object is achieved by a light emitting device according to the present invention. That is, the light emitting device according to the present invention includes a first electrode,
  • a second electrode disposed opposite to the first electrode
  • Another embodiment of the light-emitting device according to the present invention includes a first electrode,
  • a second electrode disposed opposite to the first electrode
  • the ⁇ -type semiconductor particles are electrically bonded to the first and second electrodes via the ⁇ -type semiconductor! /.
  • each of the ⁇ -type semiconductor particles and the ⁇ -type semiconductor may be a compound semiconductor. Still further, the ⁇ -type semiconductor particle may be a Group 12 or Group 16 compound semiconductor. The ⁇ -type semiconductor particles may be a Group 13 Group 15 compound semiconductor. The ⁇ -type semiconductor particles may be chalcopyrite type compound semiconductors. Furthermore, the ⁇ -type semiconductor material is Cu S, ZnS, ZnSe, ZnSSe, ZnSeTe, Z
  • nTe, GaN, and InGaN may be used.
  • n-type semiconductor particles are a zinc-based material containing zinc
  • At least one of the first electrode and the second electrode is preferably made of a material containing zinc.
  • the zinc-containing material constituting the one electrode is composed mainly of zinc oxide, and at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, titanium, niobium, tantalum, tandastene, copper, silver, and boron. May contain Yes.
  • a support substrate may be further provided that supports the first electrode or the second electrode so as to face at least one of the electrodes.
  • a color conversion layer may be further provided opposite to each of the first electrode and the second electrode, and in front of the light emission extraction direction from the light emitting layer.
  • a display device includes a substrate,
  • a plurality of scan electrodes extending in parallel with each other in the first direction on the substrate; a plurality of data electrodes extending in parallel with each other in a second direction perpendicular to the first direction;
  • At least one of the scanning electrode and the data electrode is transparent or semi-transparent, and the light emitting layer is configured such that n-type semiconductor particles are dispersed in a P-type semiconductor medium. To do.
  • Another display device includes a substrate,
  • a plurality of scan electrodes extending in parallel with each other in the first direction on the substrate; a plurality of data electrodes extending in parallel with each other in a second direction perpendicular to the first direction;
  • At least one of the scanning electrode and the data electrode is transparent or semi-transparent
  • the light emitting layer is composed of an aggregate of n-type semiconductor particles, and a p-type semiconductor is prayed between the particles. It is characterized by.
  • the n-type semiconductor particles may be electrically joined to the first and second electrodes through the p-type semiconductor.
  • the n-type semiconductor particles and the p-type semiconductor may each be a compound semiconductor. Still further, the n-type semiconductor particles may be a group 12 group 16 interstitial compound semiconductor. The n-type semiconductor particles are Group 13 Group 15 compound semiconductors. May be. The n-type semiconductor particles may be chalcopyrite type compound semiconductors. Still further, the p-type semiconductor material may be Cu S, ZnS, ZnSe, ZnSSe, ZnSeTe, ZnTe.
  • GaN GaN
  • InGaN may be used.
  • the n-type semiconductor particles are a zinc-based material containing zinc
  • at least one of the first electrode and the second electrode is made of a material containing zinc.
  • the material containing zinc that constitutes the one electrode is composed mainly of zinc oxide and includes at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, titanium, niobium, tantalum, tungsten, copper, silver, and boron. It is preferable to include.
  • a support substrate may be further provided that supports the first electrode or the second electrode so as to face at least one of the electrodes.
  • a color conversion layer may be further provided in front of each of the first electrode and the second electrode and in the direction in which light is extracted from the light emitting layer.
  • the light emitting layer has (i) a structure in which n type semiconductor particles are dispersed in a p type semiconductor medium, or (ii) a collection of n type semiconductor particles. And has any force of a structure in which a p-type semiconductor is segregated between the particles.
  • the light emitting layer has the above-described structure, holes can be efficiently injected into the n-type semiconductor particles or into the interface, and light can be efficiently injected at a low voltage with high brightness.
  • a display device can be realized.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram seen from a direction perpendicular to a light emitting surface of a light emitting element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram seen from a direction perpendicular to the light emitting surface of another example of the light emitting element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 (a) is a schematic diagram of the vicinity of the interface between the light-emitting layer made of ZnS and the transparent electrode (or back electrode) made of AZO, and (b) shows the displacement of potential energy in (a).
  • FIG. 4 (a) is a schematic diagram of an interface between a light-emitting layer made of ZnS and a transparent electrode made of ITO as a comparative example, and (b) is a schematic diagram explaining the displacement of potential energy in (a).
  • a is a schematic diagram of an interface between a light-emitting layer made of ZnS and a transparent electrode made of ITO as a comparative example
  • (b) is a schematic diagram explaining the displacement of potential energy in (a).
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram perpendicular to the light emitting surface of a light emitting element of still another example according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a passive matrix display device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a display unit that constitutes the display device of FIG. 6.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a display unit that constitutes the display device of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view perpendicular to the light emitting surface along the line AA in FIG.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration when each pixel C in FIG. 8 is considered as one EL element.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a configuration of an EL element of another example of FIG.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of still another example in which each pixel C in FIG. 8 is considered as one EL element.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration of a color display device according to another example of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram viewed from a direction perpendicular to the light emitting surface of a conventional inorganic EL element.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram seen from a direction perpendicular to the light emitting surface of the light emitting element 10 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the light-emitting element 10 includes a substrate 1, a transparent electrode 2 provided on the substrate 1, a light-emitting layer 3 provided on the transparent electrode 2, and a back electrode 4 provided on the light-emitting layer 3. .
  • the light emitting layer 3 is sandwiched between the transparent electrode 2 and the back electrode 4.
  • the substrate 1 is provided adjacent to the transparent electrode 2 to support the entire light emitting element 10. In this case, since light is extracted from the substrate 1 side, the substrate 1 is made of a transparent material. Further, the transparent electrode 2 and the back electrode 4 are electrically connected via the power source 5.
  • a DC power source is used as the power source 5!
  • the light emitting layer 3 is composed of an aggregate of n-type semiconductor particles 21 as shown in FIG. 1, and the p-type semiconductor 23 is segregated between the particles.
  • the light emitting layer 3 is characterized in that the n-type semiconductor particles 21 are dispersed in the medium of the p-type semiconductor 23. In this way, by forming many interfaces between the n-type semiconductor particles and the p-type semiconductor, the hole injection property is improved, and recombination-type light emission of electrons and holes is efficiently generated. It is possible to realize a light-emitting element that emits high-intensity light. Furthermore, the light emission efficiency can be improved by adopting a configuration in which the n-type semiconductor particles are electrically connected to the electrode through the p-type semiconductor.
  • the light emitting element 10 is not limited to the above-described configuration, and a plurality of light emitting layers 3 are provided. A plurality of thin dielectric layers are provided between the electrodes 2 and 4 and the light emitting layer 3 for the purpose of current limitation.
  • Install transparent electrode 2 and back electrode 4 replace both transparent electrode 2 and back electrode 4 with a transparent electrode for light emission, or use power source 5 as an AC power source, and back electrode 4 with a black electrode
  • the substrate 1 one that can support each layer formed thereon is used.
  • the material be light transmissive with respect to the wavelength of light emitted from the light emitter.
  • a material for example, glass such as Couting 1737, quartz, ceramic or the like can be used. It may be non-alkali glass or soda lime glass in which alumina or the like is coated on the glass surface as an ion barrier layer so that alkali ions contained in ordinary glass do not affect the light emitting element.
  • polyester poly A combination of ethylene terephthalate, polychloroethylene and nylon 6, fluorine resin materials, resin films such as polyethylene, polypropylene, polyimide, and polyamide can also be used.
  • a resin film it is preferable to use a material excellent in durability, flexibility, transparency, electrical insulation, and moisture resistance. Note that the description of the above material is an example, and the material of the substrate 1 is not particularly limited thereto.
  • the electrodes there are a transparent electrode 2 on the light extraction side and a back electrode 4 on the other side.
  • the transparent electrode 2 is provided on the substrate 1 as shown in FIG. 1
  • the present invention is not limited to this.
  • a back electrode 4 may be provided on 1 and a light emitting layer 3 and a transparent electrode 2 may be laminated on the back electrode 4 in this order.
  • both the transparent electrode 2 and the back electrode 4 may be transparent electrodes.
  • the material of the transparent electrode 2 is not particularly limited as long as it has a light transmitting property so that the emitted light 7 generated in the light emitting layer 3 can be extracted to the outside, and preferably has a high transmittance in the visible light region. Moreover, it is preferable that the electrode has a low resistance, and further, it is preferable that the electrode has excellent adhesion to the substrate 1 and the light emitting layer 3.
  • a particularly suitable material for the transparent electrode 2 is ITO (InO doped with SnO.
  • These transparent electrodes 2 can be formed by a film forming method such as sputtering, electron beam evaporation, or ion plating for the purpose of improving the transparency or reducing the resistivity. Further, after film formation, surface treatment such as plasma treatment may be performed for the purpose of resistivity control. The film thickness of the transparent electrode 2 is determined from the required sheet resistance value and visible light transmittance.
  • the carrier concentration of the transparent electrode 2 is preferably in the range of lE17 ⁇ lE22cm_ 3. Ma
  • the transparent electrode 2 has a volume resistivity of 1E ⁇ 3 ⁇ ′cm or less and a transmittance of 75% or more at a wavelength of 380 to 780 nm.
  • the refractive index of the transparent electrode 2 is preferably 1.85 to 1.95.
  • the film thickness of the transparent electrode 2 is 30 nm or less, a dense and stable film can be realized.
  • the back electrode 4 can be any conductive material that is generally well known. Furthermore, it is preferable that the adhesiveness with the light emitting layer 3 is excellent. Suitable examples include, for example, metal oxides such as ITO, InZnO, ZnO, SnO, Pt, Au, Pd, Ag, Ni, Cu,
  • Metals such as Al, Ru, Rh, Ir, Cr, Mo, W, Ta, Nb, laminated structures of these, or polyaniline, polypyrrole, PEDOT [poly (3,4-ethylenedioxythiophene) ] / Use of conductive polymer such as PSS (polystyrene sulfonic acid) or conductive carbon.
  • PSS polystyrene sulfonic acid
  • the transparent electrode 2 and the back electrode 4 may be configured to cover the entire surface of each layer, or a plurality of electrodes may be configured in a stripe shape in the layer. Furthermore, both the transparent electrode 2 and the back electrode 4 are configured as a plurality of stripes, and each stripe-like electrode of the transparent electrode 2 and all the stripe-like electrodes and the force S of the back electrode 4 are twisted. And each of the striped electrodes of the transparent electrode 2 projected onto the light emitting surface and all the striped electrodes of the back electrode 4 projected onto the light emitting surface intersect each other. You may comprise. In this case, by applying a voltage between a pair of electrodes selected from each of the striped electrodes of the transparent electrode 2 and each of the striped electrodes of the back electrode 4, a display that emits light at a predetermined position is configured. It becomes possible.
  • the light emitting layer 3 is sandwiched between the transparent electrode 2 and the back electrode 4 and has one of the following two structures.
  • the material of the n-type semiconductor particles 21 is an n-type semiconductor material in which majority carriers are electrons and exhibit n-type conduction.
  • the material may be a Group 12-Group 16 compound semiconductor. Further, it may be a Group 13 Group 15 Group 15 compound semiconductor.
  • the optical band gap is a material having a visible light size, for example, ZnS, ZnSe, GaN, InGaN, AlN, GaAlN, GaP, CdSe, CdTe, SrS, and CaS
  • the power to be used as it is, or as an additive, one or more elements selected from Ag, Al, Ga, In, Cu, Mn, and ⁇ are added and used.
  • the material of the p-type semiconductor 23 is a p-type semiconductor material in which majority carriers are holes and exhibits p-type conduction.
  • This p-type semiconductor material is, for example, 'Cu S, ZnS, ZnSe, ZnSS.
  • e compounds such as ZnSeTe and ZnTe, and nitrides such as GaN and InGaN.
  • p-type semiconductor materials Cu S and the like inherently show p-type conduction, but other materials are added.
  • the light-emitting element 10 is characterized in that the light-emitting layer 3 has a structure in which the P-type semiconductor 23 is segregated between (i) n-type semiconductor particles 21 (Fig. 1), (ii) p That is, it has a structure where the n-type semiconductor particles 21 are dispersed in the medium of the type semiconductor 23 (FIG. 5).
  • the medium that is electrically joined to the semiconductor particles 61 is indium tin oxide 63
  • the force that allows the electrons to reach the semiconductor particles 61 to emit light is indium tin. Since the hole concentration of the oxide is small, holes for recombination are insufficient.
  • the present inventor has focused on a structure that can efficiently inject holes with the injection of electrons in the light-emitting layer 3 in order to obtain particularly high brightness and efficient radiating power and continuous light emission.
  • a large number of holes reach the inside or the interface of the phosphor particles, and further, holes are rapidly injected from the electrode facing the electron injection electrode, and the phosphor particles Or it must reach the interface. Therefore, as a result of intensive studies, the present inventor has made the light-emitting layer 3 a structure of any one of the above (i) and (ii), thereby injecting electrons into the n-type semiconductor particles or into the interface.
  • holes can be injected efficiently. That is, according to the light-emitting layer 3 having each structure described above, electrons injected from the electrode reach the n-type semiconductor particle 21 through the p-type semiconductor 23, while many positive holes from the other electrode become phosphor particles. The light can be efficiently emitted by recombination of electrons and holes. As a result, a light emitting element that emits light with high luminance at a low voltage can be realized, and the present invention has been achieved. In addition, by introducing a donor or acceptor, recombination of free electrons and holes captured by the acceptor, recombination of free holes and electrons captured by the donor, and donor-acceptor pair emission are also possible. It is. Furthermore, light emission by energy transfer is possible as well because other ion species are in the vicinity.
  • n-type semiconductor particles 21 of the light emitting layer 3 at least one of the transparent electrode 2 and the back electrode 4, for example, ZnO, AZO (for example, zinc oxide) It is preferable to use an electrode made of a metal oxide containing zinc, such as one doped with aluminum) or GZO (zinc oxide doped with gallium, for example).
  • ZnO zinc oxide
  • AZO zinc oxide
  • GZO zinc oxide doped with gallium, for example.
  • the present inventor has found that light can be emitted with high efficiency by employing a combination of specific n-type semiconductor particles 21 and specific transparent electrode 2 (or back electrode 4).
  • the work function of Z ⁇ is 5.8 eV
  • ITO indium oxide
  • the work function of tin is 7. OeV.
  • the work function of the zinc-based material that is the n-type semiconductor particle 21 of the light-emitting layer 3 is 5 to 6 eV
  • the work function of ZnO is closer to the work function of the zinc-based material than that of ITO.
  • electron injection into layer 3 is good.
  • AZO and GZO which are zinc-based materials, are used as the transparent electrode 2 (or the back electrode 4).
  • FIG. 3 (a) is a schematic view of the vicinity of the interface between the light-emitting layer 3 made of ZnS and the transparent electrode 2 (or the back electrode 4) made of AZO.
  • Fig. 3 (b) is a schematic diagram for explaining the potential energy displacement of Fig. 3 (a).
  • FIG. 4 (a) is a schematic diagram of an interface between the light emitting layer 3 made of ZnS and the transparent electrode made of ITO as a comparative example.
  • Fig. 4 (b) is a schematic diagram for explaining the displacement of the potential energy in Fig. 4 (a).
  • the n-type semiconductor particles constituting the light emitting layer 3 are used.
  • the zinc oxide-based (AZO) transparent electrode 2 (or back electrode 4) has a hexagonal crystal structure, but is a zinc-based material (ZnS) that is the n-type semiconductor material 21 constituting the light-emitting layer 3. ) Also has a hexagonal or cubic crystal structure, so the strain is small and the energy barrier is small at the interface between the two. As a result, the displacement of potential energy is small as shown in Fig. 3 (b).
  • the transparent electrode is ITO which is not a zinc-based material, so that the oxide film (ZnO) formed at the interface has a crystal structure different from that of ITO. Therefore, the energy barrier at the interface increases. Therefore, as shown in FIG. 4 (b), the displacement of potential energy increases at the interface, and the light emission efficiency of the light emitting element decreases.
  • the transparent electrode 2 (or the back electrode 4) made of a zinc oxide-based material is used.
  • a light-emitting element with high light emission efficiency can be provided.
  • the transparent electrode 2 (or the back electrode 4) containing zinc
  • the force described by taking AZO doped with aluminum and GZO doped with gallium as examples.
  • the light emitting layer 23 is prepared by melting a p-type semiconductor material in a vacuum or in an inert gas, and dispersing n-type semiconductor particles having a higher melting point in the molten P-type semiconductor. Then, by cooling, it is possible to obtain the light emitting layer 3 (configuration (ii)) having a structure in which the n-type semiconductor particles 21 are dispersed in the medium of the p-type semiconductor 23. (c) Also, the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material are mixed in advance, melted in a vacuum, and then cooled to precipitate n-type semiconductor crystal particles 21 in the medium of the p-type semiconductor 23. Then, it is possible to obtain the light emitting layer 3 (another configuration of the above (ii)) having a structure in which the n-type semiconductor crystal particles 21 are precipitated in the medium of the p-type semiconductor 23.
  • the n-type semiconductor particles 24 are dispersed in the medium of the p-type semiconductor 23 according to the above (b), or the n-type semiconductor is precipitated in the medium of the p-type semiconductor according to the above (c) and then pulverized.
  • composite particle powder in which the n-type semiconductor is dispersed or precipitated in the P-type semiconductor medium is obtained.
  • the composite particle powder is dispersed in an arbitrary organic solvent or the like, and then formed into a film using an ink jet method, a dating method, a spin coating method, a screen printing method, a bar coating method, or other known solvent casting methods.
  • the organic solvent is volatilized to form an aggregate of n-type semiconductor particles, and a p-type semiconductor is prayed between the particles to obtain a light-emitting layer 3 (configuration (i) above). That's the power S.
  • a manufacturing method of another example of the light emitting device 10a shown in FIG. 2 will be described.
  • a back electrode 4 is formed on a substrate 1, and a light emitting layer 3 and a transparent electrode 2 are sequentially laminated thereon.
  • the light emitting layer 3 is composed of an aggregate of n-type semiconductor particles, and has a structure in which a P-type semiconductor is prayed between the particles (configuration (i) above).
  • the light emitting layer 3 was formed by the soot vapor deposition method.
  • a substrate 1 (4) in which a Pt film was formed on a silicon substrate was prepared.
  • the silicon substrate corresponds to the substrate 1 and the Pt film corresponds to the back electrode 4.
  • the light emitting layer 3 was formed on the Pt film 4 of the silicon substrate 1 by the following two steps by EB vapor deposition.
  • the substrate temperature was 200 ° C.
  • the film was a mixture of fine ZnS particles and Cu S segregating between the particles.
  • ZnS particles are n-type semiconductor particles
  • Cu S that segregates between the particles is a p-type semiconductor.
  • the transparent electrode 2 was formed on the light emitting layer 3 with a 1 mm square pattern by sputtering.
  • the light emitting element 10a was evaluated by connecting the power source 5 between the electrode 4 and the transparent electrode 2. Although a DC power source is used here as the power source 5, an AC power source can also be used. When a voltage was applied between electrode 2 and electrode 4, light emission was observed at an applied voltage of about 10 V, and a luminance of about 1000 cd / m 2 was obtained at about 30 V.
  • the light emitting element according to this embodiment can obtain higher luminance than the conventional light emitting element at a low applied voltage.
  • the light-emitting element according to the present embodiment was able to obtain higher brightness / longer brightness / half-life than the conventional electroluminescence sensor.
  • a light emitting device was fabricated by EB vapor deposition using the same manufacturing method as in Example 1.
  • a substrate having a transparent conductive film formed on a glass substrate was prepared.
  • the glass substrate corresponds to the substrate
  • the transparent conductive film corresponds to the transparent electrode.
  • a light emitting layer was formed on the transparent conductive film on the glass substrate by EB vapor deposition.
  • Example 2 the same electron beam (EB) vapor deposition apparatus as the evaporation source power was used as in Example 1.
  • ZnS Each evaporation source was placed powder indium tin oxide, is irradiated with an electron beam in each material in 10- 6 T OT r stand vacuum film was formed on the transparent conductive film 2 by evaporation of the material .
  • various conditions such as introduction of oxygen and change in oxygen partial pressure were changed.
  • the substrate temperature was 200 ° C.
  • the film structure was examined by X-ray diffraction and SEM observation of the cross section. As a result, the film was a mixture of fine ZnS particles and indium tin oxide (Fig. 13).
  • a Pt electrode 4 was formed in a 1 mm square pattern on the light emitting layer by sputtering.
  • the light-emitting element of the comparative example was manufactured through the above steps.
  • the light emitting device of this comparative example was evaluated by applying a voltage between the electrodes. As a result, light emission could not be confirmed even when a DC voltage of 20 V was applied, and destruction of the light emitting element occurred when the voltage was further increased.
  • Example 1 of the present invention When the light-emitting device obtained in Example 1 of the present invention was compared with the light-emitting device of the comparative example, the light-emitting device of the present invention emitted light more stably than the light-emitting device of the comparative example. It was. That is, the light-emitting element of Example 1 of the present invention has a light emission luminance of about lOOOcd / m 2 at a DC voltage of about 30 V, whereas the light-emitting element of the comparative example can confirm light emission by applying a DC voltage. The light emitting device of Example 1 was clearly superior.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of passive matrix display device 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the passive matrix display device 100 includes a display unit 101, a drive unit 102 that selectively drives the EL elements, and a control unit 103 that controls the drive unit 102 and supplies power.
  • a DC power source is used as shown in FIG.
  • the driving unit 102 includes a data electrode driving circuit 121 that drives the data electrode X and a scanning electrode driving circuit 122 that drives the scanning electrode Y.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the display unit 101.
  • the display unit 101 includes a substrate 1 and a plurality of data electrodes X, X, X,... Arranged in parallel with each other along the first direction (column direction in FIGS. 6 and 7). ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , the light emitting layer 3, and the second direction perpendicular to the first direction
  • a plurality of scanning electrodes Y, Y, Y ⁇ are arranged so as to extend in parallel to each other along the direction (row direction in FIGS. 6 and 7).
  • a portion where the pair of data electrodes X and scanning electrodes Y intersect is called a pixel C.
  • the display unit 101 has N ⁇ M pixels C-power three-dimensional array.
  • Each pixel C represents the pixel position by its subscripts i and j.
  • pixel C in Figure 6 is data
  • 21 2 ⁇ represents the pixel where electrode Y intersects, and pixel C represents data electrode X and scan electrode Y.
  • pixel c and pixel c are connected to scan electrode ⁇ .
  • the pixel C is connected to the scan electrode Y.
  • pixel C and pixel C are
  • FIG. 8 is a cross-sectional view perpendicular to the light emitting surface along the line AA in FIG.
  • each pixel C includes a data electrode X (back electrode 4), a light emitting layer 3, and a scanning electrode Y (transparent electrode 2), which are sequentially stacked on the substrate 1.
  • Each pixel C corresponds to one EL element. Therefore, the display unit 101 can think that a plurality of EL elements are two-dimensionally arranged.
  • the force in which the light-emitting layer 3 is provided as a continuous layer over each pixel C is not limited to such a configuration, and the light-emitting layer 3 is provided separately for each pixel C. It may be a configuration.
  • the light emitting layer 3 may be separated for each pixel C.
  • an EL element array in which EL elements are separated for each pixel C except for the data electrode X and the scanning electrode Y and each EL element is two-dimensionally arranged may be used. In this case, it is only necessary to configure EL elements for all of the intersecting pixels C of the N data electrodes X and the M scan electrodes Y.
  • FIG. 9 is a schematic schematic diagram when one pixel C in FIG. 8 is considered as one EL element 10.
  • This EL element 10 is configured by laminating a back electrode 4, a light emitting layer 3, and a transparent electrode 2 in this order on a substrate 1, and a voltage is applied to the light emitting layer 3 by a DC power source 5 to cause the light emitting layer 3 to emit light.
  • the back electrode 4 corresponds to the data electrode X
  • the transparent electrode 2 corresponds to the scanning electrode Y.
  • the light emitting layer 3 is composed of an aggregate of n-type semiconductor particles 21 as shown in FIG. 9, and the p-type semiconductor 23 is segregated between the particles.
  • the force for explaining the case where the back electrode 4 is provided on the substrate 1 is not limited to this.
  • a transparent electrode 2 may be provided on 1 and a light emitting layer 3 and a back electrode 4 may be laminated on the transparent electrode 2 in this order.
  • another EL element 10b shown in FIG. 11 is characterized in that the light emitting layer 3 is configured by dispersing n-type semiconductor particles 21 in a medium of p-type semiconductor 23.
  • a color display device by forming the light emitting layer 3 by color-coding the phosphors of RGB colors.
  • a light emitting unit for each color of RGB such as transparent electrode / light emitting layer / back electrode may be laminated.
  • FIG. 12 is an example of a display unit of a color display device.
  • a color conversion layer 115 and a color filter 116 are further provided between the substrate 1 and the plurality of data electrodes.
  • the color conversion layer 115 is provided between the light emitting layer 3 and the color filter 116, and converts the light from the emission layer 3 into white light.
  • the color filter 116 includes one of a red filter R, a green filter G, and a blue filter B for each data electrode.
  • White light from the color conversion layer 115 is transmitted through the red filter R, the green filter G, and the blue filter B, respectively, and is displayed through the red light, the green light, and the blue light.
  • a plurality of light-emitting layers 3 are provided, a plurality of thin dielectric layers are provided between the electrodes and the light-emitting layers for the purpose of current limitation, driven by an AC power source, and scanning power
  • Both the electrode and the data electrode are transparent electrodes, and one of the electrodes is a black electrode.
  • the display device 100 further includes a structure for sealing all or part of the display device 100. It is possible to make appropriate changes, such as further providing a structure for color conversion of the emission color of
  • control means 103 drives the data electrode drive circuit 121 and the scan electrode drive circuit 122 based on information such as whether or not each pixel emits light.
  • the scan electrode driving circuit 122 applies a voltage to the scan electrode corresponding to the pixel C to emit light.
  • the data electrode driving circuit 121 applies a voltage to the data electrode corresponding to the pixel C that emits light.
  • a method of emitting an arbitrary pixel from a plurality of pixels a method of applying a voltage to one selected scanning electrode and one selected data electrode to emit light for each pixel, or selecting For example, a line sequential scanning method in which a voltage is applied to one scan electrode and one or more selected data electrodes to emit light for each scan electrode can be applied.
  • the data electrode X is the back electrode 4 and the scanning electrode Y is the transparent electrode 2 as in FIG.
  • the same manufacturing method can be used for the light emitting layer made of the other materials described above.
  • the data electrode X (back electrode 4) is formed on the substrate 1.
  • A1 is used, and patterns are formed substantially in parallel at a predetermined interval by a photolithographic method.
  • the film thickness is 20 Onm.
  • the light emitting layer 3 is formed on the substrate 1.
  • ZnS and Cu S powders for multiple evaporation sources are formed on the substrate 1.
  • the substrate temperature is 200 ° C and ZnS and Cu S are co-evaporated.
  • the light emitting layer 3 After the light emitting layer 3 is formed, it is baked at 700 ° C for about 1 hour in a sulfur atmosphere. By examining this film by X-ray diffraction and SEM, the polycrystalline structure of small ZnS grains and Cu S
  • the scan electrode Y transparent electrode 2
  • the data electrode 114 is substantially parallel to the data electrode at a predetermined interval and is substantially straight to the data electrode. Form to intersect.
  • the film thickness is 200 nm.
  • a transparent insulator layer such as silicon nitride is formed as a protective layer (not shown in the figure).
  • the display device of this embodiment can be obtained.
  • This display device can obtain a necessary and sufficient light emission luminance with a direct current of about 5 to 10V, which does not require a high voltage with an alternating current as in a conventional EL element.
  • the light emitting layer may be formed by color-coding with RGB phosphors.
  • light emitting units for each RGB color such as transparent electrode / light emitting layer / back electrode may be laminated.
  • a RGB color can be displayed using a color filter and / or a color conversion filter after creating a display device with a single color or two color light emitting layers.
  • the display device can obtain necessary and sufficient light emission luminance with a low DC voltage that does not require an AC high voltage, unlike a conventional display device.
  • the light-emitting element of the present invention has high light emission luminance, it can be used for LCD backlight, illumination, display, and the like.
  • the display device provides a display device capable of obtaining high-luminance display by low voltage driving. It is particularly useful as a display device for digital cameras, car navigation systems, televisions, etc.

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Description

明 細 書
発光素子及び表示装置
技術分野
[0001] 本発明は、発光素子、特に、エレクトロルミネセンス素子に関すると共に、該発光素 子を用いた表示装置に関する。
背景技術
[0002] 近年、軽量 ·薄型の面発光型素子としてエレクト口ルミネッセンス素子（以下、 EL素 子という。）が注目されている。 EL素子は大別すると、有機材料からなる蛍光体に直 流電圧を印加し、電子と正孔とを再結合させて発光させる有機 EL素子と、無機材料 からなる蛍光体に交流電圧を印加し、およそ 106V/cmもの高電界で加速された電 子を無機蛍光体の発光中心に衝突させて励起させ、その緩和過程で無機蛍光体を 発光させる無機 EL素子とがある。
[0003] さらに、この無機 EL素子には、無機蛍光体粒子を高分子有機材料からなるバイン ダ中に分散させ発光層とする分散型 EL素子と、厚さが 1 μ m程度の薄膜発光層の 両側あるいは片側に絶縁層を設けた薄膜型 EL素子とがある。これらのうち分散型 E L素子は、消費電力が少なぐし力、も製造が簡単なため製造コストが安くなる利点が あるとして注目されている。従来の分散型 EL素子は、積層構造であり、基板側から順 に、基板、第 1電極、発光層、絶縁体層、第 2電極が積層されて構成されている。発 光層は、 ZnS : Mn等の無機蛍光体粒子を有機バインダに分散させた構成を有して おり、絶縁体層は BaTiOなどの強絶縁体を有機バインダにて分散させた構成を有し
3
ている。第 1電極と第 2電極の間には交流電源が設置され、交流電源から第 1電極、 第 2電極間へ電圧を印加することで分散型 EL素子は発光する。
[0004] 分散型 EL素子の構造において、発光層は分散型 EL素子の輝度と効率を決定付 ける層であり、この発光層の無機蛍光体粒子には、粒径 15〜35 H mの大きさのもの が用いられている (例えば、特許文献 1参照。）。また、分散型 EL素子の発光層の発 光色は発光層に用いられる無機蛍光体粒子によって決まり、例えば無機蛍光体粒子 に ZnS： Mnを用いた場合には橙色の発光を示し、例えば無機蛍光体粒子に ZnS： C Uを用いた場合には青緑色の発光を示す。このように、発光色は使用する無機蛍光 体粒子によって決まるため、それ以外の、例えば白色の発光色を得る場合、例えば、 有機色素を有機バインダに混合させることで発光色を他の色に変換し、 目的の発光 色を得ている（例えば、特許文献 2参照。）。
[0005] しかしながら、分散型 EL素子に用いられる発光体は、発光輝度が低ぐまた、寿命 が短いという問題があった。
[0006] 発光輝度を上昇させる方法として、発光層への印加電圧を上げる方法が考えられ る。この場合、印加電圧に反比例して発光体の光出力の半減期が減少しまうという課 題がある。一方、半減期を長くする、つまり寿命を長くする方法としては、発光層への 印加電圧を下げる方法が考えられる力 発光輝度が低下してしまうという課題がある 。このように、発光輝度と半減期とは、発光層への印加電圧の増減によって一方を改 善しようとすると、もう一方が悪化する相反関係にある。したがって、発光輝度か寿命（ 光出力の半減期）の何れかを選択しなければならなくなる。なお、本明細書における 半減期とは、発光体の光出力が当初の発光輝度の半分の出力に減少するまでの時 間である。
[0007] そこで、低電圧で EL素子を発光させる提案がなされている（例えば、特許文献 3参 照。）。この EL素子 50は、図 13に示されるように、 CdSe微結晶の発光体粒子 61を 透明な導電体である酸化インジウム錫 63の媒体中に分散させた発光層 53を電極 52 、 54間に挿入し、電圧を印加して発光させる方法である。この EL素子 50では、電流 注入型発光素子であるため、低電圧で駆動可能であるという特徴がある。
[0008] 特許文献 1：国際公開第 WO03/020848号パンフレット
特許文献 2：特開平 7— 216351号公報
特許文献 3：特許第 3741157号
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] しかしながら、上記の方法では媒体に導電膜を使用しているため、高い輝度が得ら れないという課題がある。
[0010] 本発明の目的は、上記課題を解決し、低電圧で発光し、しかも発光輝度が高ぐ寿 命が長レ、発光素子を提供することである。
[0011] また、本発明の目的は、上記課題を解決し、低電圧で発光し、し力、も発光輝度が高 ぐ寿命が長い表示装置を提供することである。
課題を解決するための手段
[0012] 上記課題は、本発明に係る発光素子によって達成される。すなわち、本発明に係る 発光素子は、第 1電極と、
前記第 1電極と対向して配置された第 2電極と、
前記第 1電極と前記第 2電極との間に挟持された発光層であって、 p型半導体の媒 体の中に n型半導体粒子が分散して構成されて!/、る発光層と
を備えたことを特 ί毁とする。
[0013] 本発明に係る別の態様の発光素子は、第 1電極と、
前記第 1電極と対向して配置された第 2電極と、
前記第 1電極と前記第 2電極との間に挟持された発光層であって、 η型半導体粒子 の集合体で構成され、該粒子間に ρ型半導体が偏析している発光層と
を備えたことを特 ί毁とする。
[0014] また、前記 η型半導体粒子は、前記 ρ型半導体を介して前記第 1及び第 2電極と電 気的に接合されてレ、ることが好まし!/、。
[0015] さらに、前記 η型半導体粒子及び前記 ρ型半導体は、それぞれ化合物半導体であ つてもよい。またさらに、前記 η型半導体粒子は、第 12族 第 16族間化合物半導体 であってもよい。また、前記 η型半導体粒子は、第 13族 第 15族間化合物半導体で あってもよい。前記 η型半導体粒子は、カルコパイライト型化合物半導体であってもよ い。またさらに、前記 ρ型半導体物質は、 Cu S、 ZnS、 ZnSe、 ZnSSe、 ZnSeTe、 Z
2
nTe、 GaN、 InGaNのいずれかであってもよい。
[0016] また、前記 n型半導体粒子が亜鉛を含む亜鉛系材料である場合には、
前記第 1電極又は前記第 2電極のうち、少なくとも一方の電極は、亜鉛を含む材料 からなることが好ましい。この場合、前記一方の電極を構成する前記亜鉛を含む材料 は、酸化亜鉛を主体とし、アルミニウム、ガリウム、チタン、ニオブ、タンタル、タンダス テン、銅、銀、ホウ素からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むものであってもよ い。
[0017] さらに、前記第 1電極又は前記第 2電極の少なくとも一方の電極に面して支持する 支持体基板をさらに備えてもよい。またさらに、前記第 1電極及び前記第 2電極のそ れぞれに対向し、且つ、前記発光層からの発光の取出し方向の前方に色変換層をさ らに備えてもよい。
[0018] 本発明に係る表示装置は、基板と、
前記基板上に第 1方向に互いに平行に延在している複数の走査電極と、 前記第 1方向に対して垂直な第 2方向に互いに平行に延在している複数のデータ 電極と、
前記走査電極と前記データ電極間に挟まれて設けられた少なくとも 1層の発光層と を備え、
前記走査電極と前記データ電極の少なくとも一方が透明又は半透明であって、前 記発光層が、 P型半導体の媒体の中に n型半導体粒子が分散して構成されているこ とを特徴とする。
[0019] 本発明に係る別例の表示装置は、基板と、
前記基板上に第 1方向に互いに平行に延在している複数の走査電極と、 前記第 1方向に対して垂直な第 2方向に互いに平行に延在している複数のデータ 電極と、
前記走査電極と前記データ電極間に挟まれて設けられた少なくとも 1層の発光層と を備え、
前記走査電極と前記データ電極の少なくとも一方が透明又は半透明であって、前 記発光層が、 n型半導体粒子の集合体で構成され、該粒子間に p型半導体が偏祈し ていることを特徴とする。
[0020] また、前記 n型半導体粒子は、前記 p型半導体を介して前記第 1及び第 2電極と電 気的に接合されてレ、てもよレ、。
[0021] さらに、前記 n型半導体粒子及び前記 p型半導体は、それぞれ化合物半導体であ つてもよい。またさらに、前記 n型半導体粒子は、第 12族 第 16族間化合物半導体 であってもよい。前記 n型半導体粒子は、第 13族 第 15族間化合物半導体であつ てもよい。前記 n型半導体粒子は、カルコパイライト型化合物半導体であってもよい。 またさらに、前記 p型半導体物質は、 Cu S、 ZnS、 ZnSe、 ZnSSe、 ZnSeTe、 ZnTe
2
、 GaN、 InGaNのいずれかであってもよい。
[0022] またさらに、前記 n型半導体粒子が亜鉛を含む亜鉛系材料である場合には、前記 第 1電極又は前記第 2電極のうち、少なくとも一方の電極は、亜鉛を含む材料からな ることが好ましい。この場合、前記一方の電極を構成する前記亜鉛を含む材料は、酸 化亜鉛を主体とし、アルミニウム、ガリウム、チタン、ニオブ、タンタル、タングステン、 銅、銀、ホウ素からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。
[0023] また、前記第 1電極又は前記第 2電極の少なくとも一方の電極に面して支持する支 持体基板をさらに備えてもよい。
[0024] さらに、前記第 1電極及び前記第 2電極のそれぞれに対向し、且つ、前記発光層か らの発光の取出し方向の前方に色変換層をさらに備えてもよい。
発明の効果
[0025] 本発明に係る発光素子及び表示装置によれば、発光層は、（i) p型半導体の媒体 中に n型半導体粒子が分散した構造、あるいは、（ii) n型半導体粒子の集合体であつ て、該粒子間に p型半導体が偏析した構造のいずれ力、を有する。発光層が上記構造 を有することによって、 n型半導体粒子内部または界面へ電子の注入とともに正孔を 効率良く注入することができ、低電圧で、高輝度で発光し、しかも長寿命の発光素子 及び表示装置を実現することができる。
[0026] 本発明によれば、低電圧で発光し、しかも発光輝度が高ぐ寿命も長い発光素子及 び表示装置を提供することができる。
図面の簡単な説明
[0027] [図 1]本発明の実施の形態 1に係る発光素子の発光面に垂直な方向から見た概略構 成図である。
[図 2]本発明の実施の形態 1に係る別例の発光素子の発光面に垂直な方向から見た 概略構成図である。
[図 3] (a)は、 ZnSからなる発光層と AZOからなる透明電極（又は、背面電極）との界 面付近の模式図であり、（b)は、（a)のポテンシャルエネルギーの変位を説明する模 式図である。
[図 4] (a)は、比較例として、 ZnSからなる発光層と ITOからなる透明電極との界面の 模式図であり、（b)は、（a)のポテンシャルエネルギーの変位を説明する模式図であ
[図 5]本発明の実施の形態 1に係るさらに別例の発光素子の発光面に垂直な概略構 成図である。
[図 6]本発明の実施の形態 2に係るパッシブマトリクス型表示装置の構成を示すブロッ ク図である。
[図 7]図 6の表示装置を構成する表示部の構成を示す斜視図である。
[図 8]図 7の A— A線に沿った発光面に垂直な断面図である。
[図 9]図 8の各画素 Cを一つの EL素子と考えた場合の構成を示す概略図である。
[図 10]図 9の別例の EL素子の構成を示す概略図である。
[図 11]図 8の各画素 Cを一つの EL素子と考えた場合のさらに別例の構成を示す概 略図である。
[図 12]本発明の別例のカラー表示装置の構成を示す概略図である。
[図 13]従来例の無機 EL素子の発光面に垂直な方向から見た概略構成図である。 発明を実施するための最良の形態
[0028] 以下、本発明の実施の形態に係る発光素子について、添付図面を用いて説明する
。なお、図面において、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
[0029] (実施の形態 1)
< EL素子の概略構成〉
図 1は、本発明の実施の形態 1に係る発光素子 10の発光面に垂直な方向から見た 概略構成図である。この発光素子 10は、基板 1と、基板 1上に設けられた透明電極 2 と、透明電極 2上に設けられた発光層 3と、発光層 3の上に設けられた背面電極 4とを 備える。この発光層 3は、透明電極 2と背面電極 4との間に挟持されている。また、発 光素子 10の全体を支えるものとして、基板 1が透明電極 2に隣接して設けられている 。この場合、基板 1の側から光を取り出すので、基板 1には透明な材料からなるものを 用いる。さらに、透明電極 2と背面電極 4とは、電源 5を介して電気的に接続されてい る。この発光素子 10では、電源 5から電力が供給されると、透明電極 2および背面電 極 4の間に電位差が生じ、電圧が印加される。そして、透明電極 2および背面電極 4 間に配置されている発光層 3の発光層が発光し、その光が透明電極 2および基板 1 を透過して発光素子 10の外部に取り出される。なお、本実施の形態においては、電 源 5として直流電源を用いて!/、る。
[0030] この発光素子 10によれば、発光層 3が、図 1に示すように、 n型半導体粒子 21の集 合体で構成され、該粒子間に p型半導体 23が偏析していることを特徴とする。あるい は、図 5に示す別例の発光素子 10bでは、発光層 3が、 p型半導体 23の媒体の中に n型半導体粒子 21が分散して構成されたことを特徴とする。このように、 n型半導体粒 子と p型半導体との界面を多く形成することによって、正孔の注入性が改善され、電 子と正孔の再結合型発光が効率よく生じ、低電圧で高輝度発光する発光素子を実 現すること力 Sできる。さらに、 n型半導体粒子が p型半導体を介して電極と電気的に接 続されている構成とすることによって、発光効率を向上させることができる。
[0031] なお、この発光素子 10は、上述の構成に限られず、発光層 3を複数層設ける、電 極 2、 4と発光層 3との間に電流制限を目的として薄い誘電体層を複数設ける、透明 電極 2および背面電極 4を入れ替える、透明電極 2および背面電極 4を両方とも発光 に対して透明な電極にする、または、電源 5を交流電源にする、背面電極 4を黒色電 極とする、発光素子 10の全部又は一部を封止する構造を更に備える、発光の取出し 方向の前方に発光層 3からの発光色を色変換する色変換層等の構造を更に備える 等、のそれぞれの構成に適宜変更することが可能である。
[0032] 以下、発光素子 10の各構成部材について詳述する。
[0033] <基板〉
基板 1は、その上に形成する各層を支持できるものを用いる。また、基板 1側から光 を取り出す場合、発光体から発せられる光の波長に対し光透過性を有する材料であ ることが求められる。このような材料としては、例えば、コーユング 1737等のガラス、 石英、セラミック等を用いること力 Sできる。通常のガラスに含まれるアルカリイオン等が 発光素子へ影響しないように、無アルカリガラスや、ガラス表面にイオンバリア層とし てアルミナ等をコートしたソーダライムガラスであってもよい。また、ポリエステル、ポリ エチレンテレフタレート系、ポリクロ口トリフルォロエチレン系とナイロン 6の組み合わせ やフッ素樹脂系材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミドなどの樹脂 フィルム等を用いることもできる。樹脂フィルムを用いる場合には、耐久性、柔軟性、 透明性、電気絶縁性、防湿性の優れた材料を用いることが好ましい。なお、上記材料 の記載は例示であって、基板 1の材料は特にこれらに限定されるものではない。
[0034] なお、基板 1側から光を取り出さない構成の場合は、上述の光透過性は不要であり 、透光性を有していない材料も用いることができる。これらの例としては、表面に絶縁 層を有する金属基板やセラミックス基板、シリコンウェハ等がある。
[0035] <電極〉
電極として、光を取り出す側の透明電極 2と、他方の背面電極 4とがある。なお、ここ では、図 1に示すように、基板 1の上に透明電極 2を設ける場合について説明するが 、これに限られず、例えば、図 2の別例の発光素子 10aに示すように、基板 1の上に 背面電極 4を設け、その上に発光層 3、透明電極 2を順に積層する構成としてもよい。 あるいは、透明電極 2及び背面電極 4の両方を透明電極としてもよい。
[0036] まず、透明電極 2について説明する。透明電極 2の材料は、発光層 3内で生じた発 光 7を外部に取り出せるように光透過性を有するものであればよぐ特に可視光領域 において高い透過率を有することが好ましい。また、電極として低抵抗であることが好 ましぐ更には基板 1や発光層 3との密着性に優れていることが好ましい。透明電極 2 の材料として、特に好適なものは、 ITO (In Oに SnOをドープしたものであり、イン
2 3 2
ジゥム錫酸化物ともいう。）や InZnO、 ZnO、 SnO等を主体とする金属酸化物、 Pt、
2
Au、 Pd、 Ag、 Ni、 Cu、 Al、 Ru、 Rh、 Ir等の金属薄膜、あるいはポリア二リン、ポリピ ロール、 PEDOT/PSS、ポリチォフェンなどの導電性高分子等が挙げられる力 特 にこれらに限定されるものではない。これらの透明電極 2はその透明性を向上させ、 あるいは抵抗率を低下させる目的で、スパッタリング法、エレクトロンビーム蒸着法、ィ オンプレーティング法、等の成膜方法で成膜できる。また成膜後に、抵抗率制御の目 的でプラズマ処理などの表面処理を施してもよい。透明電極 2の膜厚は、必要とされ るシート抵抗値と可視光透過率から決定される。
[0037] 透明電極 2のキャリア濃度は、 lE17〜lE22cm_3の範囲であることが望ましい。ま た、透明電極 2として性能を出すために、透明電極 2の体積抵抗率は 1E— 3 Ω 'cm 以下であって、透過率は 380〜780nmの波長において 75%以上であることが望ま しい。また、透明電極 2の屈折率は、 1. 85〜； 1. 95が良い。さらに、透明電極 2の膜 厚は 30nm以下の場合に緻密で安定した特性を持つ膜が実現できる。
[0038] また、背面電極 4には、一般に良く知られている導電材料であればいずれでも適用 できる。更には発光層 3との密着性に優れていることが好ましい。好適な例としては、 例えば、 ITOや InZnO、 ZnO、 SnO等の金属酸化物、 Pt、 Au、 Pd、 Ag、 Ni、 Cu、
2
Al、 Ru、 Rh、 Ir、 Cr、 Mo、 W、 Ta、 Nb等の金属、これらの積層構造体、あるいは、 ポリア二リン、ポリピロール、 PEDOT〔ポリ（3, 4—エチレンジォキシチォフェン）〕/ P SS (ポリスチレンスルホン酸)等の導電性高分子、あるいは導電性カーボンなどを用 いること力 Sでさる。
[0039] また、透明電極 2及び背面電極 4は、それぞれ層内を全面覆うように構成してもよく 、あるいは、層内に複数の電極をストライプ状に構成してもよい。さらに、透明電極 2 および背面電極 4をともに複数の電極をストライプ状として構成し、透明電極 2の各ス トライプ状の電極と背面電極 4のすベてのストライプ状の電極と力 S、それぞれねじれの 位置の関係であり、かつ、透明電極 2の各ストライプ状の電極を発光面に投影したも のと背面電極 4のすベてのストライプ状の電極を発光面に投影したものとが互いに交 わるように構成してもよい。この場合、透明電極 2のストライプ状の各電極、および、背 面電極 4のストライプ状の各電極からそれぞれ選択した一対の電極間に電圧を印加 することにより、所定位置が発光するディスプレイを構成することが可能となる。
[0040] <発光層〉
この発光層 3は、透明電極 2と背面電極 4との間に挟持され、次の 2つのうち、いず れかの構造を有する。
(i) n型半導体粒子の集合体であって、該粒子間に p型半導体 23が偏祈した構造（ 図 1)。なお、上記 n型半導体粒子 21の集合体は、それ自体で層を構成している。
(ii) p型半導体 23の媒体中に n型半導体粒子 21が分散した構造 (図 5)。 更に、発光層 3を構成する各 n型半導体粒子 21が、 p型半導体 23を介して電極 2、 4と電気的に接合されて!/、ることが好ましレ、。 [0041] <発光体〉
n型半導体粒子 21の材料は、多数キャリアが電子であり n型伝導を示す n型半導体 材料である。材料としては、第 12族—第 16族間化合物半導体であってもよい。また、 第 13族 第 15族間化合物半導体であってもよい。具体的には、光学バンドギャップ が可視光の大きさを有する材料であって、例えば、 ZnS, ZnSe、 GaN、 InGaN, Al N、 GaAlN、 GaP、 CdSe、 CdTe、 SrS、 CaSを母体とし、母体のまま使用する力、、あ るいは添加剤として、 Ag、 Al、 Ga、 In、 Cu、 Mn、 αから一種以上選択される元素を 添加して用いる。
[0042] 一方、 p型半導体 23の材料は、多数キャリアが正孔であり、 p型伝導を示す p型半 導体材料である。この p型半導体材料としては、 列えば'、 Cu S、 ZnS、 ZnSe、 ZnSS
2
e、 ZnSeTe、 ZnTeなどの化合物や、更に GaN, InGaN等の窒化物である。この p型 半導体の材料のうち、 Cu Sなどは、本来的に p型伝導を示すが、その他の材料は添
2
加剤として窒素、 Ag、 Cu、 Inから一種以上選択される元素を添加して用いる。また、 p型伝導を示す CuGaS 、 CuAlSなどのカルコパイライト型化合物を用いても良い。
2 2
[0043] 本実施の形態に係る発光素子 10の特徴は、発光層 3が、（i) n型半導体粒子 21の 粒子間に P型半導体 23が偏析した構造（図 1)、（ii) p型半導体 23の媒体中に n型半 導体粒子 21が分散した構造（図 5)の!/、ずれかの構造を有することである。図 13に示 す従来例のように、半導体粒子 61と電気的に接合する媒体がインジウム錫酸化物 6 3の場合、電子が半導体粒子 61に到達して発光することが可能である力 インジウム 錫酸化物の正孔濃度は小さいため、再結合するための正孔が不足する。従って、電 子と正孔の再結合による高輝度の発光は期待できない。そこで、本発明者は、特に 高輝度で効率良ぐし力、も連続した発光を得るために、発光層 3において、電子の注 入とともに正孔を効率良く注入することができる構造に着目した。上記構造を実現す るためには、発光体粒子内部または界面に多くの正孔が到達すること、更に電子の 注入電極に対向する電極からの正孔の注入が速やかに行われかつ発光体粒子ある いは界面に到達する必要がある。そこで、本発明者は鋭意研究の結果、発光層 3の 構造として、上記 (i)、（ii)のうち、いずれかの構造とすることによって、 n型半導体粒 子内部または界面へ電子の注入とともに正孔を効率良く注入することができることを 見出した。すなわち、上記各構造の発光層 3によれば、電極から注入された電子は、 p型半導体 23を通して n型半導体粒子 21に到達し、一方、他方の電極から多くの正 孔が発光体粒子に到達し、電子と正孔との再結合によって効率よく発光させることが できる。これによつて、低電圧で高輝度発光する発光素子を実現することができ、本 発明に至ったものである。また、ドナーあるいはァクセプターを導入することにより、自 由電子とァクセプターに捕獲された正孔の再結合、 自由正孔とドナーに捕獲された 電子の再結合、ドナ一一ァクセプター対発光も同様に可能である。またさらに、他の イオン種が近傍にあることでエネルギー移動による発光も同様に可能である。
[0044] さらに、発光層 3の n型半導体粒子 21として ZnS等の亜鉛系材料を用いる場合に は、透明電極 2と背面電極 4の少なくとも一方には、例えば、 ZnO、 AZO (酸化亜鉛 に例えばアルミをドープしたもの）、 GZO (酸化亜鉛に、例えばガリウムをドープしたも の）等の亜鉛を含む金属酸化物からなる電極を用いることが好ましい。本発明者は、 特定の n型半導体粒子 21と特定の透明電極 2 (又は背面電極 4)との組み合わせを 採用することによって、高効率に発光させることができることを見出したものである。
[0045] すなわち、透明電極 2 (又は背面電極 4)における仕事関数について着目すると、 Z ηθの仕事関数は 5. 8eVであるのに対して、従来、透明電極として使われてきた ITO (酸化インジウムスズ)の仕事関数は 7. OeVである。一方、発光層 3の n型半導体粒 子 21である亜鉛系材料の仕事関数は 5〜6eVであることから、 ITOに比べて ZnOの 仕事関数は、亜鉛系材料の仕事関数により近いため、発光層 3への電子注入性が良 いというメリットがある。これは、透明電極 2 (又は背面電極 4)として同様に亜鉛系材 料である AZO、 GZOを用いた場合も同様である。
[0046] 図 3 (a)は、 ZnSからなる発光層 3と AZOからなる透明電極 2 (又は、背面電極 4)と の界面付近の模式図である。図 3 (b)は、図 3 (a)のポテンシャルエネルギーの変位 を説明する模式図である。また、図 4 (a)は、比較例として、 ZnSからなる発光層 3と IT Oからなる透明電極との界面の模式図である。図 4 (b)は、図 4 (a)のポテンシャルェ ネルギ一の変位を説明する模式図である。
[0047] 図 3 (a)に示すように、上記の好ましい例では、発光層 3を構成する n型半導体粒子
21が亜鉛系材料 (ZnS)であって、透明電極 2 (又は、背面電極 4)が酸化亜鉛系材 料 (AZO)であることから、透明電極 2 (又は、背面電極 4)と発光層 3との界面にでき る酸化物は、酸化亜鉛 (ZnO)となる。さらに、界面では成膜時にドーピング材料 (A1 )が拡散し、低抵抗な酸化膜が形成される。また、上記の酸化亜鉛系 (AZO)の透明 電極 2 (又は背面電極 4)は、六方晶の結晶構造をとるが、発光層 3を構成する n型半 導体物質 21である亜鉛系材料 (ZnS)も六方晶または立方晶の結晶構造をとるため 、両者の界面では歪が小さくエネルギー障壁が小さくなる。これによつて、図 3 (b)に 示すように、ポテンシャルエネルギーの変位が少ない。
[0048] 一方、比較例では、図 4 (a)のように透明電極が亜鉛系材料でない ITOであるため 、界面にできた酸化膜 (ZnO)は、 ITOにとつて異なる結晶構造を持つことから、その 界面におけるエネルギー障壁が大きくなる。したがって、図 4 (b)に示すように、ポテ ンシャルエネルギーの変位が界面で大きくなり、発光素子の発光効率が低下する。
[0049] 以上のように、発光層 3の n型半導体粒子 21として、 ZnS、 ZnSeなどの亜鉛系材料 を用いる場合には、酸化亜鉛系材料からなる透明電極 2 (又は、背面電極 4)と組み 合わせることにより、発光効率の良い発光素子を提供することができる。
[0050] なお、上記の例では、亜鉛を含む透明電極 2 (又は、背面電極 4)として、アルミユウ ムをドープした AZOとガリウムをドープした GZOとを例にあげて説明した力 アルミ二 ゥム、ガリウム、チタン、ニオブ、タンタル、タングステン、銅、銀、ホウ素のうち少なくと も 1種類をドープした酸化亜鉛を用レ、ても同様である。
[0051] 次に、本発明の実施の形態 1に係る発光素子の発光層 3の形成方法について説明 する。
ω薄膜の発光層の場合には、スパッタリング法、電子ビーム (ΕΒ)蒸着法、抵抗加 熱蒸着法、 CVD法等の真空成膜プロセスを用い、必要に応じて所定雰囲気下での 熱処理を行うことによって、 η型半導体粒子の粒子間に ρ型半導体が偏析した構造を 有する発光層 3 (上記 (i)の構成)を得ること力 Sできる。
(b)また、発光層 23は、 p型半導体材料を真空中あるいは不活性ガス中で熔融さ せておき、溶融している P型半導体中にそれより融点の高い n型半導体粒子を分散さ せ、その後冷却することによって、 p型半導体 23の媒体中に n型半導体粒子 21が分 散した構造を有する発光層 3 (上記 (ii)の構成)を得ること力 Sできる。 (c)また、 p型半導体材料と n型半導体材料とをあらかじめ混合し、真空中で溶融さ せて、その後、冷却して p型半導体 23の媒体中に n型半導体の結晶粒子 21を析出さ せて、 p型半導体 23の媒体中に n型半導体の結晶粒子 21が析出した構造を有する 発光層 3 (上記 (ii)の別例の構成)を得ること力 Sできる。
(d)さらに、上記 (b)により p型半導体 23の媒体中に n型半導体粒子 24を分散させ 、あるいは上記 (c)により p型半導体の媒体中に n型半導体を析出させた後、粉砕し て、 P型半導体の媒体中に n型半導体が分散又は析出した複合体粒子粉末を得る。 その後、該複合体粒子粉末を任意の有機溶媒等に分散させた後、インクジェット法、 デイツビング法、スピンコート法、スクリーン印刷法、バーコート法、その他公知の溶剤 キャスト法を使用して成膜し、その後、有機溶媒を揮発させて、 n型半導体粒子の集 合体で構成され、該粒子間に p型半導体が偏祈して!/、る発光層 3 (上記 (i)の構成)を 得ること力 Sでさる。
<実施例 1〉
本発明の実施例として、図 2に示す別例の発光素子 10aの製造方法を説明する。 この別例の発光素子 10aは、基板 1の上に背面電極 4が形成され、さらにその上に発 光層 3、透明電極 2が順に積層されている。また、この発光層 3は、 n型半導体粒子の 集合体で構成され、該粒子間に P型半導体が偏祈した構造を有する（上記 (i)の構成 )。この実施例 1では、 ΕΒ蒸着法によって発光層 3を形成した。
(1)シリコン基板上に Pt膜を形成した基板 1 (4)を用意した。この場合、シリコン基 板が基板 1に対応し、 Pt膜が背面電極 4に対応する。
(2)次に、シリコン基板 1の Pt膜 4上に EB蒸着法によって発光層 3を以下の 2段階 の工程によって形成した。
a) EB蒸着装置には、蒸発源が 3元の EB蒸着機を用いた。各蒸発源に ZnS、 Cu Sの粉末を入れ、 10— 6Torr台の真空中で各材料に電子ビームを照射し、材料を蒸
2
発させて成膜を行った。この場合の基板温度は 200°Cとした。
b)上記の膜形成後、窒素ガス雰囲気中で、 800°C、 1時間の熱処理を行った。得 られた膜について、 X線回折法や断面の SEM観察を行って、膜の構造を調べた。そ の結果、膜は、微小な ZnS粒子と粒子間に偏析する Cu Sとの混在物であった。なお ZnS粒子は、 n型半導体粒子であって、その粒子間に偏析する Cu Sは p型半導体
2
である。
(3)次に、発光層 3上にスパッタリング法によって、 1mm角サイズのパターンで透明 電極 2を形成した。
以上の工程によって、別例の発光素子 10aを得た。この発光素子 10aについて、電 極 4と透明電極 2との間に電源 5を接続し評価を行った。なお、ここでは電源 5として 直流電源を用いたが、交流電源も使用することができる。電極 2と電極 4との間に電 圧を印加していくと、印加電圧約 10Vで発光が観測され、約 30Vで約 1000cd/m2 の輝度が得られた。
[0053] <効果〉
本実施の形態に係る発光素子は、低い印加電圧において従来の発光素子よりも高 い輝度を得ることができた。また、本実施の形態に係る発光素子は、従来のエレクト口 ノレミネセンス素子よりも高!/、輝度および長!/、半減期を得ることができた。
[0054] <比較例〉
比較例として、実施例 1と同様な製造方法により発光素子を EB蒸着法によって作
； ^^し/
(1)ガラス基板上に透明導電膜を形成した基板を用意した。この場合、ガラス基板 が基板に対応し、透明導電膜が透明電極に対応する。
(2)ガラス基板の上の透明導電膜の上に、 EB蒸着法を用いて発光層を形成した。
EB蒸着装置には、実施例 1と同様に蒸発源力 ¾元のエレクトロンビーム（EB)蒸着機 を用いた。各蒸発源に ZnS、酸化インジウム錫の粉末を入れ、 10— 6TOTr台の真空中 で各材料に電子ビームを照射し、材料を蒸発させて透明導電膜 2上に成膜を行った 。成膜の際に、酸素の導入、酸素分圧の変化など種々の条件を変えて作製した。ま た、基板温度は 200°Cとした。得られた膜は、 X線回折法や断面の SEM観察を行つ て、膜の構造を調べた。その結果、膜は微小な ZnS粒子と酸化インジウム錫との混在 物であった（図 13)。
(3)次に、発光層上にスパッタリング法によって、 1mm角サイズのパターンで Pt電 極 4を形成した。 以上の工程によって比較例の発光素子を作製した。この比較例の発光素子につい て、電極間に電圧を印加し評価を行った。その結果、直流電圧 20Vを印加しても発 光を確認できず、更に電圧を大きくしていくと発光素子の破壊が発生した。
[0055] 上述の本発明の実施例 1によって得られた発光素子と、比較例の発光素子とを比 較したところ、本発明の発光素子は比較例の発光素子に比べ、安定して発光してい た。すなわち、本発明の実施例 1の発光素子は、直流電圧約 30Vで約 lOOOcd/m2 の発光輝度が得られたのに対し、比較例の発光素子は直流電圧の印加によって発 光が確認できておらず、実施例 1の発光素子が明らかに優れていた。
[0056] (実施の形態 2)
<表示装置の概略構成〉
図 6は、本発明の実施の形態 1に係るパッシブマトリクス型表示装置 100の概略的 な構成を示すブロック図である。このパッシブマトリクス型表示装置 100は、表示部 10 1と、前記 EL素子を選択的に駆動する駆動部 102と、駆動部 102を制御し、電力を 供給する制御部 103から構成される。なお、本実施の形態においては、供給する電 源としては、例えば、図 9に示すように直流電源を用いている。また、駆動部 102は、 データ電極 Xを駆動するデータ電極駆動回路 121と走査電極 Yを駆動する走査電 極駆動回路 122とを備える。
[0057] 図 7は、表示部 101の構成を示す斜視図である。表示部 101は、基板 1と、第 1方 向（図 6及び図 7では列方向）に沿って互いに平行に延在して配置された複数のデ ータ電極 X、 X、 X · · ·Χ · · ·Χ と、発光層 3と、上記第 1方向に対して垂直な第 2方
1 2 3 i N
向（図 6及び図 7では行方向）に沿って互いに平行に延在して配置された複数の走 查電極 Y、 Y、 Y · · ·Υ · · ·Υ とを備える。
1 2 3 j M
[0058] 一対のデータ電極 Xと走査電極 Yとが交差する部分は、画素 Cと呼ばれる。この 表示部 101は、 N X M個の画素 C力 ¾次元配列されている。また、各画素 Cは、そ の添え字の iと jによって画素位置を表すものとする。例えば、図 6の画素 C はデータ
11
電極 Xと走査電極 γとが交差する箇所の画素を表し、画素 と走
1 1 c はデータ電極 X
21 2 查電極 Yとが交差する箇所の画素を表し、画素 C はデータ電極 Xと走査電極 Yと
1 12 1 2 が交差する箇所の画素を表す。従って、画素 c と画素 c は走査電極 γに接続さ れており、画素 C は走査電極 Yに接続されている。一方、画素 C と画素 C はデ
12 2 11 12 ータ電極 Xに接続されており、画素 C はデータ電極 Xに接続されている。
1 21 2
[0059] 図 8は、図 7の A— A線に沿った発光面に垂直な断面図である。図 8に示すように、 それぞれの画素 Cは、基板 1の上に順に積層された、データ電極 X (背面電極 4)、 発光層 3、及び走査電極 Y (透明電極 2)からなる。各画素 Cは一つの EL素子に対 応するものである。したがって、表示部 101は、複数の EL素子が 2次元配列している と考えること力 Sできる。なお、この実施の形態では、発光層 3が各画素 Cにわたつて 連続する層として設けられている力 このような構成に限られず、発光層 3が各画素 C ごとに別個に設けられている構成であってもよい。例えば、発光層 3を各画素 Cごと に分離してもよい。あるいは、各画素 Cごとに EL素子がデータ電極 X及び走査電極 Yを除いてそれぞれ分離されており、各 EL素子が 2次元配列した EL素子アレイを用 いてもよい。この場合、 N個のデータ電極 Xと M個の走査電極 Yのそれぞれの交差 する画素 Cのすべてに EL素子を構成していればよい。
[0060] 図 9は、図 8の一つの画素 Cについて、一つの EL素子 10と考えた場合の模式的な 概略図である。この EL素子 10は、基板 1の上に、背面電極 4、発光層 3、透明電極 2 が順に積層されて構成され、直流電源 5によって発光層 3に電圧が印加され、発光 層 3から発光させる。なお、この例では、背面電極 4は、データ電極 Xに対応し、透明 電極 2は、走査電極 Yに対応する。また、背面電極 4及び透明電極 2と、データ電極
X及び走査電極 Yとの対応は上記の場合には限られず、逆の対応関係としてもよい
。さらに、それぞれの積層順を逆としてもよい。
[0061] この EL素子 10によれば、発光層 3が、図 9に示すように、 n型半導体粒子 21の集 合体で構成され、該粒子間に p型半導体 23が偏析していることを特徴とする。なお、 ここでは、図 9に示すように、基板 1の上に背面電極 4を設ける場合について説明す る力 これに限られず、例えば、図 10の別例の EL素子 10aに示すように、基板 1の上 に透明電極 2を設け、その上に発光層 3、背面電極 4を順に積層する構成としてもよ い。あるいは、図 11に示す別例の EL素子 10bでは、発光層 3が、 p型半導体 23の媒 体の中に n型半導体粒子 21が分散して構成されたことを特徴とする。このように、 n型 半導体粒子と p型半導体との界面を多く形成することによって、正孔の注入性が改善 され、電子と正孔の再結合型発光が効率よく生じ、低電圧で高輝度発光する発光素 子を実現することができる。さらに、 n型半導体粒子が p型半導体を介して電極と電気 的に接続されている構成とすることによって、発光効率を向上させることができ、低電 圧で発光が可能で、且つ、高輝度発光する表示装置が得られる。
[0062] なお、発光層 3を RGBの各色の蛍光体で色分けして成膜することによって、カラー 表示装置を得ること力できる。あるいは、透明電極/発光層/背面電極といった RG Bの各色毎の発光ユニットを積層してもよい。また更に、別例のカラー表示装置の場 合、単一色又は 2色の発光層による表示装置を作成した後、カラーフィルタ及び/又 は色変換フィルタを用いて、 RGBの各色を表示することもできる。
[0063] 図 12は、カラー表示装置の表示部の一例である。本例ではさらに、基板 1と、複数 のデータ電極の間に、色変換層 115と、カラーフィルタ 116とを備える。色変換層 11 5は発光層 3とカラーフィルタ 116との間に備えられ、発行層 3からの光を白色光に変 換する。カラーフィルタ 116は、各データ電極 1本につき、それぞれ赤色フィルタ R、 緑色フィルタ G、青色フィルタ Bのうち 1つが備えられる。色変換層 115からの白色光 は、赤色フィルタ R、緑色フィルタ G、青色フィルタ Bによってそれぞれ赤色光、緑色 光、青色光が透過され、表示される。
[0064] なお、上述の構成に限られず、発光層 3を複数層設ける、電極と発光層との間に電 流制限を目的として薄い誘電体層を複数設ける、交流電源により駆動する、走査電 極及びデータ電極の両方を透明電極にする、どちらか片側の電極を黒色電極とする 、表示装置 100の全部又は一部を封止する構造を更に備える、発光取出し方向前 方に発光層 3からの発光色を色変換する構造を更に備える等、適宜変更が可能であ
[0065] <表示装置の制御方法〉
走査電極 2とデータ電極 4により選択された画素 Cにおいて、発光層 3に発光開始 電圧以上の電圧を印加すると、発光層 3内を電流が流れ、発光に至る。
(a)まず、制御手段 103に画像データ S 1が入力される。
(b)次に、制御手段 103は、それぞれの画素について発光させるか否か等の情報に 基づき、データ電極駆動回路 121と走査電極駆動回路 122を駆動する。 (c)走査電極駆動回路 122は、発光させる画素 Cに対応した走査電極に電圧を印 加する。
(d)データ電極駆動回路 121は、発光させる画素 Cに対応したデータ電極に電圧を 印加する。
(e)電圧が印加された走査電極とデータ電極の交わる画素 Cにおいて発光層 3に発 光開始電圧以上の電圧が印加されると、発光層 3内を電流が流れ、発光に至る。
[0066] なお、複数の画素から任意の画素を発光させる方法としては、選択した 1つの走査 電極と、選択した 1つのデータ電極とに電圧を印加して 1画素ごとに発光させる方式 や、選択した 1つの走査電極と、選択した 1または複数のデータ電極とに電圧を印加 して 1走査電極ごとに発光させる線順次走査方式等が適用可能である。
[0067] 以下、実施の形態 1に係る表示装置の製造方法の一実施例を説明する。この例で は、図 8と同様に、データ電極 Xを背面電極 4とし、走査電極 Yを透明電極 2としてい る。なお、前述の他の材料からなる発光層についても同様の製造方法が利用可能で ある。
(1)基板 1としてコーユング 1737を準備する。
(2)基板 1上に、データ電極 X (背面電極 4)を形成する。例えば A1を使用し、フォトリ ソグラフィ法によって、所定の間隔を隔てて、略平行にパターン形成する。膜厚は 20 Onmとする。
(3)基板 1上に、発光層 3を形成する。複数の蒸発源に ZnSと Cu Sの粉体をそれぞ
2
れ投入し、真空中（10_6Torr台）にて、各材料にエレクトロンビームを照射し、基板 1 上に発光層 3として成膜する。このとき、基板温度は 200°Cとし、 ZnSと Cu Sを共蒸
2 着する。
(4)発光層 3の成膜後、硫黄雰囲気中、 700°Cで約 1時間焼成する。この膜を X線回 折や SEMによって調べることによって、微小な ZnS結晶粒の多結晶構造と Cu Sの
X
偏析部とが観察される。詳細は明らかではないが、 ZnSと Cu Sとの相分離が生じ、 前記偏析構造が形成されたものと考えられる。
(5)続いて、走査電極 Y (透明電極 2)を、例えば ITOを使用し、パターン形成する。 データ電極 114は、所定の間隔を隔てて略平行に、且つデータ電極 に対して略直 交するように形成する。膜厚は 200nmとする。
(6)続いて、発光層 3及び走査電極 Y上に、保護層（図では省略）として、例えば窒 化シリコン等の透明絶縁体層を形成する。
以上の工程によって、本実施例の表示装置を得られる。
[0068] この表示装置は、従来型 EL素子のように交流で高電圧の必要がなぐ 5〜； 10V程 度の直流で必要十分な発光輝度を得ることができる。
[0069] また、カラーの表示装置の場合、発光層を RGBの各色の蛍光体で色分けして成膜 すればよい。あるいは、透明電極/発光層/背面電極といった RGB各色毎の発光 ユニットを積層してもよい。また更に、別例のカラー表示装置の場合、単一色又は 2 色の発光層による表示装置を作成した後、カラーフィルタ及び/又は色変換フィルタ を用いて、 RGBの各色を表示することもできる。
[0070] <効果〉
本実施の形態に係る表示装置は、従来の表示装置のように交流高電圧の必要が なぐ直流低電圧で必要十分な発光輝度を得ることができる。
産業上の利用可能性
[0071] 本発明の発光素子は、高い発光輝度を有するので、 LCDのバックライト、照明、デ イスプレイ等に利用可能である。
[0072] 本発明に係る表示装置は、低電圧駆動で高輝度表示が得られる表示装置を提供 するものである。特にデジタルカメラ、カーナビ一ゲーシヨンシステム、テレビ等のディ スプレイデバイスとして有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1電極と、
前記第 1電極と対向して配置された第 2電極と、
前記第 1電極と前記第 2電極との間に挟持された発光層であって、 p型半導体の媒 体の中に n型半導体粒子が分散して構成されて!/、る発光層と
を備えた発光素子。
[2] 第 1電極と、
前記第 1電極と対向して配置された第 2電極と、
前記第 1電極と前記第 2電極との間に挟持された発光層であって、 n型半導体粒子 の集合体で構成され、該粒子間に p型半導体が偏析している発光層と
を備えた発光素子。
[3] 前記 n型半導体粒子は、前記 p型半導体を介して前記第 1及び第 2電極と電気的に 接合されていることを特徴とする請求項 2に記載の発光素子。
[4] 前記 n型半導体粒子及び前記 p型半導体は、それぞれ化合物半導体であることを 特徴とする請求項 1から 3のいずれか一項に記載の発光素子。
[5] 前記 n型半導体粒子は、第 12族 第 16族間化合物半導体であることを特徴とする 請求項 4に記載の発光素子。
[6] 前記 n型半導体粒子は、第 13族 第 15族間化合物半導体であることを特徴とする 請求項 1から 4の!/、ずれか一項に記載の発光素子。
[7] 前記 n型半導体粒子は、カルコパイライト型化合物半導体であることを特徴とする請 求項 1から 4の!/、ずれか一項に記載の発光素子。
[8] 前記第 2半導体物質は、 Cu S、 ZnS、 ZnSe、 ZnSSe、 ZnSeTe, ZnTe、 GaN、 I
2
nGaNの!/、ずれかであることを特徴とする請求項 1から 3の!/、ずれか一項に記載の発 光素子。
[9] 前記 n型半導体粒子が亜鉛を含む亜鉛系材料であって、
前記第 1電極又は前記第 2電極のうち、少なくとも一方の電極は、亜鉛を含む材料 からなる、請求項 1から 8のいずれか一項に記載の発光素子。
[10] 前記一方の電極を構成する前記亜鉛を含む材料は、酸化亜鉛を主体とし、アルミ 二ゥム、ガリウム、チタン、ュォブ、タンタル、タングステン、銅、銀、ホウ素からなる群 力 選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項 9に記載の発光素子。
[11] 前記第 1電極又は前記第 2電極の少なくとも一方の電極に面して支持する支持体 基板をさらに備えることを特徴とする請求項 1から 10のいずれか一項に記載の発光 素子。
[12] 前記第 1電極及び前記第 2電極のそれぞれに対向し、且つ、前記発光層からの発 光の取出し方向の前方に色変換層をさらに備えることを特徴とする請求項 1から 11 の!/、ずれか一項に記載の発光素子。
[13] 基板と、
前記基板上に第 1方向に互いに平行に延在している複数の走査電極と、 前記第 1方向に対して垂直な第 2方向に互いに平行に延在している複数のデータ 電極と、
前記走査電極と前記データ電極間に挟まれて設けられた少なくとも 1層の発光層と を備え、
前記走査電極と前記データ電極の少なくとも一方が透明又は半透明であって、前 記発光層が、 P型半導体の媒体の中に n型半導体粒子が分散して構成されているこ とを特徴とする表示装置。
[14] 基板と、
前記基板上に第 1方向に互いに平行に延在している複数の走査電極と、 前記第 1方向に対して垂直な第 2方向に互いに平行に延在している複数のデータ 電極と、
前記走査電極と前記データ電極間に挟まれて設けられた少なくとも 1層の発光層と を備え、
前記走査電極と前記データ電極の少なくとも一方が透明又は半透明であって、前 記発光層が、 n型半導体粒子の集合体で構成され、該粒子間に p型半導体が偏祈し て!/ヽることを特徴とする表示装置。
[15] 前記 n型半導体粒子は、前記 p型半導体を介して前記第 1及び第 2電極と電気的に 接合されていることを特徴とする請求項 14に記載の表示装置。
[16] 前記 n型半導体粒子及び前記 p型半導体は、それぞれ化合物半導体であることを 特徴とする請求項 13から 15のいずれか一項に記載の表示装置。
[17] 前記 n型半導体粒子は、第 12族 第 16族間化合物半導体であることを特徴とする 請求項 16に記載の表示装置。
[18] 前記 n型半導体粒子は、第 13族 第 15族間化合物半導体であることを特徴とする 請求項 13から 16のいずれか一項に記載の表示装置。
[19] 前記 n型半導体粒子は、カルコパイライト型化合物半導体であることを特徴とする請 求項 1から 4の!/、ずれか一項に記載の表示装置。
[20] 前記第 2半導体物質は、 Cu S、 ZnS、 ZnSe、 ZnSSe、 ZnSeTe, ZnTe、 GaN、 I
2
nGaNのいずれかであることを特徴とする請求項 13から 15のいずれか一項に記載の 表示装置。
[21] 前記 n型半導体粒子が亜鉛を含む亜鉛系材料であって、
前記第 1電極又は前記第 2電極のうち、少なくとも一方の電極は、亜鉛を含む材料 力もなる、請求項 13から 20のいずれか一項に記載の表示装置。
[22] 前記一方の電極を構成する前記亜鉛を含む材料は、酸化亜鉛を主体とし、アルミ 二ゥム、ガリウム、チタン、ュォブ、タンタル、タングステン、銅、銀、ホウ素からなる群 力 選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項 21に記載の表示装置。
[23] 前記第 1電極又は前記第 2電極の少なくとも一方の電極に面して支持する支持体 基板をさらに備えることを特徴とする請求項 13から 22のいずれか一項に記載の表示 装置。
[24] 前記第 1電極及び前記第 2電極のそれぞれに対向し、且つ、前記発光層からの発 光の取出し方向の前方に色変換層をさらに備えることを特徴とする請求項 13から 23 の!/、ずれか一項に記載の表示装置。
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