JP2000048961A - Ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機材料と無機材料の有するメリットを併せ
持ち、長寿命で、効率が改善され、動作電圧が低く、発
光色の自由度の高いＥＬ素子を実現する。 【解決手段】 少なくとも一対の電極間３，４に半導体
層２を有し、前記半導体層２中には無機半導体物質と有
機蛍光物質とが含有されているＥＬ素子とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＥＬ（電界発光）
素子に関し、詳しくは、一対の電極間に電界を印加し、
この電極間にある蛍光体を発光させる素子に用いられる
無機／有機接合構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の青色発光デバイスの進展は、著し
い。とくに、以下の２つの研究開発が活性化している。
第一に、半導体ｐｎ接合による電子とホールの注入再結
合発光を基本原理とするＬＥＤ（発光ダイオード）およ
びＬＤ（レーザーダイオード）に関するものである。第
二に、発光層となる有機薄膜を電子輸送性およびホール
輸送性有機物質等とともに積層させ、半導体ｐｎ接合に
類似の電子とホールの注入発光再結合を基本原理とする
有機ＥＬ素子に関するものである。

【０００３】上記ＬＥＤ、ＬＤについては、古くから研
究されていたが、近年になって、ＧａＮ系、ＺｎＳｅ系
の研究が進み、例えば日経エレクトロニクスno.674、p.
79(1996)に示されるように、これら窒化物半導体層の積
層構造を含み、青色、緑色等の短い波長の光を発光する
ＬＥＤがすでに開発されている。現在では試験的ながら
ＬＤに関するものも報告されている。ＬＥＤ、ＬＤの開
発において、長期にわたる時間を要した理由は、Ｇａ
Ｎ、ＺｎＳｅなどワイドギャップ半導体材料では、ｎ型
の半導体は得られるものの、ｐ型の半導体化が不可能で
あったためである。最近になって、その結晶成長技術の
進歩によりｐ型化が報告され、ＬＥＤが可能になり、さ
らにはＬＤと急速な進展をみせた。

【０００４】しかしながら、青色デバイスの量産におい
ては、結晶成長条件や装置、使用する単結晶基板など赤
色ＬＥＤなどにくらべるとコストが大きな問題となって
いる。現状、青色デバイスのコストが１／２になれば市
場が５倍になるといわれ、従来技術に対する低価格化と
歩留まり改善が急務である。

【０００５】一方、有機ＥＬにおいては、ガラス上に大
面積で素子を形成できるため、ディスプレー用に研究開
発が進められている。一般に有機ＥＬ素子は、ガラス基
板上にＩＴＯなどの透明電極を形成し、その上に有機ア
ミン系のホール輸送層、電子導電性を示しかつ強い発光
を示すたとえばＡｌｑ3 材からなる有機発光層を積層
し、さらに、ＭｇＡｇなどの仕事関数の小さい電極を形
成し、基本素子としている。

【０００６】これまでに報告されている素子構造として
は、ホール注入電極及び電子注入電極の間に１層または
複数層の有機化合物層が挟まれた構造となっており、有
機化合物層としては、２層構造あるいは３層構造があ
る。

【０００７】しかし、いずれの構造のものも、電極材料
の一方（通常、電子注入側）に不安定な低仕事関数の金
属材料を使用しなければならず、素子寿命や発光効率、
製造の容易性および製造コスト、取り扱いの容易さ等の
面で満足しうるものは得られていない。

【０００８】一方、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）
は、誘電体間にサンドイッチ状に挟んだ薄い蛍光体を用
いる発光素子であり、無機材料の取り扱いの容易さと、
視野角の広さ、素子寿命の長さ等の特徴を有し、今後の
開発が期待されている。

【０００９】しかしながら、ＥＬで使用される蛍光物質
の発光波長が限られているため、素子の発光波長帯には
限りがあり、フルカラーのディスプレイや、特定の色彩
が得られない等といった問題を有していた。また、無機
蛍光材料は十分な発光効率を得ることが難しく、素子の
発光輝度を高めたり、消費電力の低減を図る上で大きな
障害となっていた。更に、蛍光体の調整が難しく、微妙
な色彩の表現や、大盤のディスプレイへの対応を困難に
していた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、有機
材料と無機材料の有するメリットを併せ持ち、長寿命
で、効率が改善され、動作電圧が低く、発光色の自由度
の高いＥＬ素子を実現することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（６）のいずれかの構成により達成される。 （１） 少なくとも一対の電極間に半導体層を有し、前
記半導体層中には無機半導体物質と有機蛍光物質が含有
されているＥＬ素子。 （２） 前記半導体層と電極との間には、絶縁層を有す
る上記（１）のＥＬ素子。 （３） 前記無機半導体物質は、電子親和力が２．０eV
以上であって、バンドギャップが１．５〜４．０eVであ
る上記（１）または（２）のＥＬ素子。 （４） 前記有機蛍光材料は、無機半導体物質に対して
０．１〜１０ mol％ドープされている上記（１）〜
（３）のいずれかのＥＬ素子。 （５） 前記無機半導体物質は、ＡｌＮ，ＧａＮ，Ｚｎ
Ｏ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅおよびＡｌＳｂの１種
または２種以上である上記（１）〜（４）のいずれかの
ＥＬ素子。 （６） 前記有機蛍光物質は、アルミキノリノール、キ
ナクリドン、ルブレン、スチリル系色素およびクマリン
誘導体の１種または２種以上である上記（１）〜（５）
のいずれかのＥＬ素子。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のＥＬ素子は、少なくとも
一対の電極間に半導体層を有し、前記半導体層中には無
機半導体物質と有機蛍光物質とが含有されている。

【００１３】このように、無機半導体物質中に有機蛍光
物質を含有させ、有機蛍光物質により発光を行わせるこ
とで、発光波長の設計の自由度が増し、種々の波長での
発光が可能となる。また、蛍光物質のドーピング量を調
整することにより、発光輝度や色味の調整も容易にな
る。また、有機ＥＬ素子と異なり、不安定な低仕事関数
の電極を使用しなくて済み、しかも無機半導体物質がホ
スト物質であるため、安定性が高く、耐熱性を有し、経
時劣化も少ない。

【００１４】ホストとなる無機半導体物質は、半導体特
性を有し、下記に説明する有機蛍光物質をドーピングす
ることにより所望の発光を行わせることの可能なもので
あれば特に限定されるものではない。好ましくは電子親
和力が２．０eV以上、特に２．０〜５．０eVであって、
バンドギャップが１．５〜４．０eVである。

【００１５】このような無機半導体物質としては、例え
ば、ＡｌＮ，ＧａＮ，ＺｎＯ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，Ｚｎ
Ｔｅ，ＡｌＳｂ等を挙げることができ、なかでもＺｎＳ
等が好ましい。

【００１６】上記の無機半導体層の製造方法としては、
スパッタ法、蒸着法、ＭＢＥ法、ＣＶＤ法などの各種の
物理的または化学的な薄膜形成方法などが考えられる
が、有機蛍光物質をドープすることを考えると、蒸着
法、特にＥＢ蒸着法を用い、１元または多元蒸着により
上記半導体物質を得ることが好ましい。

【００１７】前記無機半導体層に含有される有機蛍光物
質としては、公知の有機蛍光物質、特に有機ＥＬ素子等
に用いられている蛍光物質を好ましく使用できる。具体
的には、例えば、特開昭６３−２６４６９２号公報に開
示されているような化合物、例えばキナクリドン、ルブ
レン、スチリル系色素等の化合物、クマリン誘導体等か
ら選択される少なくとも１種が挙げられる。また、トリ
ス（８−キノリノラト）アルミニウム等の８−キノリノ
ールまたはその誘導体を配位子とする金属錯体色素など
のキノリン誘導体、テトラフェニルブタジエン、アント
ラセン、ペリレン、コロネン、１２−フタロペリノン誘
導体等が挙げられる。さらには、特開平８−１２６００
号公報（特願平６−１１０５６９号）に記載のフェニル
アントラセン誘導体、特開平８−１２９６９号公報（特
願平６−１１４４５６号）に記載のテトラアリールエテ
ン誘導体等を用いることができる。

【００１８】キノリン誘導体としては、キノリノラト錯
体が好ましく、さらには８−キノリノールまたはその誘
導体を配位子とするアルミニウム錯体が好ましい。この
ようなアルミニウム錯体としては、特開昭６３−２６４
６９２号、特開平３−２５５１９０号、特開平５−７０
７３３号、特開平５−２５８８５９号、特開平６−２１
５８７４号等に開示されているものを挙げることができ
る。

【００１９】具体的には、まず、トリス（８−キノリノ
ラト）アルミニウム、ビス（８−キノリノラト）マグネ
シウム、ビス（ベンゾ｛ｆ｝−８−キノリノラト）亜
鉛、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウ
ムオキシド、トリス（８−キノリノラト）インジウム、
トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウ
ム、８−キノリノラトリチウム、トリス（５−クロロ−
８−キノリノラト）ガリウム、ビス（５−クロロ−８−
キノリノラト）カルシウム、５，７−ジクロル−８−キ
ノリノラトアルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−
８−ヒドロキシキノリノラト）アルミニウム、ポリ［亜
鉛（II）−ビス（８−ヒドロキシ−５−キノリニル）メ
タン］等がある。

【００２０】また、特開平８−１２６００号公報（特願
平６−１１０５６９号）に記載のフェニルアントラセン
誘導体や特開平８−１２９６９号公報（特願平６−１１
４４５６号）に記載のテトラアリールエテン誘導体など
も好ましい。

【００２１】また、例えば、特開昭６３−２９５６９５
号公報、特開平２−１９１６９４号公報、特開平３−７
９２号公報、特開平５−２３４６８１号公報、特開平５
−２３９４５５号公報、特開平５−２９９１７４号公
報、特開平７−１２６２２５号公報、特開平７−１２６
２２６号公報、特開平８−１００１７２号公報、ＥＰ０
６５０９５５Ａ１等に記載されている各種有機化合物を
用いることができる。例えば、テトラアリールベンジシ
ン化合物（トリアリールジアミンないしトリフェニルジ
アミン：ＴＰＤ）、芳香族三級アミン、ヒドラゾン誘導
体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダ
ゾール誘導体、アミノ基を有するオキサジアゾール誘導
体、ポリチオフェン等である。

【００２２】またクマリン誘導体、例えば、特開平１０
−６０４２７号公報（特願平８−２３２５１７号）、Ｗ
Ｏ９８／０８３６０号公報（特願平８−２３５８９８
号）に記載されているクマリン誘導体、クマリン、クマ
リン６等も好ましい。

【００２３】これらの化合物は、１種のみを用いても、
２種以上を併用してもよい。２種以上を併用するとき
は、別層にして積層したり、混合したりすればよい。

【００２４】上記有機蛍光物質をドープする方法として
は、無機半導体層を形成する際に、比較的低温の温度管
理に優れた蒸着法、特に抵抗加熱、またはＰＢＮのるつ
ぼを用いた抵抗加熱蒸着法により、１元、または多元蒸
着にて上記半導体材料と共に蒸着すればよい。

【００２５】有機蛍光物質のド−ピング量としては、ホ
ストとなる半導体物質や、ドーパント、および必要とさ
れる発光特性等により、最適な量に調整すればよい。具
体的には、通常、無機半導体物質に対し０．１〜１０ m
ol％、特に０．１〜１ mol％の範囲が好ましい。

【００２６】無機半導体層の厚みとしては、必要な発光
が確保できる厚みとすればよく、好ましくは１００nm以
上、特に１００〜５００nm程度とすればよい。無機半導
体層中の無機半導体物質は、通常、非晶質または多結晶
状態で存在する。無機半導体層中の無機半導体物質の組
成および結晶構造は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、Ｘ線回
析法（ＸＲＤ）等により求めることができる。

【００２７】前記無機半導体層は、交流駆動を可能と
し、所定の絶縁性を確保しうる抵抗値を有する場合に
は、直接電極と接して配置することも可能である。

【００２８】さらに、前記無機半導体層と電極との間に
は絶縁層を有することが好ましい。絶縁層を構成する絶
縁材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）、窒化ケイ素
（Ｓｉ₃Ｎ₄ ）、酸化鉛（ＰｂＯ、ＰｂＯ₂）、酸化アル
ミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃ ）、酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）、酸
化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂
）、酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅ ）、酸化タンタル（Ｔａ₂
Ｏ₅ ）、酸化リチウム（Ｌｉ₂Ｏ）、酸化カルシウム
（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリ
ウム（ＢａＯ）等が好ましい。また、これらの複合酸化
物、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、ニオ
ブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、ジルコニウム酸鉛（Ｐ
ｂＺｒＯ₃）、ＰＺＴ系材料（Ｐｂ（ＴｉＺｒ）Ｏ₃）等
でもよい。これらの材料は、通常、その化学量論組成で
存在するが、Ｏ量やＮ量などは多少偏倚していてもよ
い。また、これらは１種を用いてもよいし、２種以上を
用いてもよい。２種以上を併用するときは、別層にして
積層したり、混合したりすればよい。また、これらの絶
縁材料の誘電率は１〜２００の範囲が好ましい。

【００２９】絶縁層の形成には、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱
蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタ法等が挙げられるが、上記
半導体層の形成や有機物質のドーピング等との連続成膜
を考慮するとＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法が好ましい。

【００３０】光を取り出す側の絶縁層は、発光波長帯
域、通常４００〜７００nm、特に各発光光に対する光透
過率が８０％以上、特に９０％以上であることが好まし
い。透過率が低くなると、無機半導体層（発光層）から
の発光自体が減衰され、発光素子として必要な輝度を得
難くなってくる。

【００３１】絶縁層の膜厚としては、所定の絶縁性を確
保しうる膜厚であればよく、絶縁層を構成する材料など
によっても異なるが、通常、２０nm以上、特に５０〜１
００nmの範囲が好ましい。絶縁層が厚すぎると、電界強
度が低下したり、光取り出し効率が低下してくる。

【００３２】電極は半導体層、あるいは絶縁層を挟んで
一対として配置される。通常、電極の一方は光取り出し
側となり、他方は反射側となる。この場合、光取り出し
側の電極は透明電極、または光透過性を有する電極とな
り、光反射側の電極は、金属等の低抵抗の導電体が用い
られる。また、双方を光り取り出し側とすることもで
き。この場合には、双方の電極ともが透明電極、または
光透過性を有する電極となる。

【００３３】電極材料は、低抵抗の物質が好ましく、例
えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ等の
金属元素単体、またはそれらを含む２成分、３成分の合
金系を用いることが好ましい。また、低抵抗の半導体た
とえばＺｎＯ、ＩＴＯ、ＧａＮなどが好ましい。

【００３４】電極薄膜の厚さは、電荷注入を十分行える
一定以上の厚さとすれば良く、０．１nm以上、好ましく
は０．５nm以上、特に１nm以上とすればよい。また、そ
の上限値には特に制限はないが、通常膜厚は１〜５００
nm程度とすればよい。

【００３５】光取り出し側の電極材料は、一般的には、
ＩＴＯが用いられるが、その他、ＺｎＯ、ＧａＮなど低
抵抗の半導体が好ましい。光を取り出す側の電極は、透
明ないし半透明な電極が好ましい。ＩＴＯは、通常Ｉｎ
₂ Ｏ₃ とＳｎＯとを化学量論組成で含有するが、Ｏ量は
多少これから偏倚していてもよい。Ｉｎ₂ Ｏ₃ に対する
ＳｎＯ₂ の混合比は、１〜２０wt％、さらには５〜１２
wt％が好ましい。また、ＩＺＯでのＩｎ₂ Ｏ₃ に対する
ＺｎＯ₂ の混合比は、通常、１２〜３２wt％程度であ
る。

【００３６】さらに、これら以外の電極材料としては、
導電性酸化物が好ましく、特に、以下の導電性酸化物を
含む材料が好ましい。

【００３７】ＮａＣｌ型酸化物：ＴｉＯ，ＶＯ，Ｎｂ
Ｏ，ＲＯ_1-x( ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（Ｓｃ
およびＹを含む）、０≦x ＜１)，ＬｉＶＯ₂ 等。

【００３８】スピネル型酸化物：ＬｉＴｉ₂Ｏ₄ ，Ｌｉ
Ｍ_xＴｉ_2-xＯ₄ （ここで、Ｍ＝Ｌｉ，Ａｌ，Ｃｒ，０＜
ｘ＜２），Ｌｉ_1-xＭ_xＴｉ₂Ｏ₄ （ここで、Ｍ＝Ｍｇ，
Ｍｎ，０＜ｘ＜１），ＬｉＶ₂Ｏ₄ ，Ｆｅ₃Ｏ₄ 等。

【００３９】ペロブスカイト型酸化物：ＲｅＯ₃ ，ＷＯ
₃ ，ＭｘＲｅＯ₃ （ここで、Ｍ金属，０＜ｘ＜０．
５），ＭｘＷＯ₃ （ここで、Ｍ＝金属，０＜ｘ＜０．
５），Ａ₂Ｐ₈Ｗ₃₂Ｏ₁₁₂ （ここで、Ａ＝Ｋ，Ｒｂ，Ｔ
ｌ），Ｎａ_xＴａ_yＷ_1-yＯ₃ （ここで、０≦ｘ＜１，０
＜ｙ＜１），ＲＮｂＯ₃ （ここで、Ｒ：一種類以上の希
土類（ＳｃおよびＹを含む）），Ｎａ_1-xＳｒ_xＮｂＯ₃
（ここで、０≦ｘ≦１），ＲＴｉＯ₃ （ここで、Ｒ：一
種類以上の希土類（ＳｃおよびＹを含む）），Ｃａ_n+1
Ｔｉ_nＯ_3n+1-y （ここで、ｎ＝2，3，．．．，ｙ＞
０），ＣａＶＯ₃，ＳｒＶＯ₃，Ｒ_1-xＳｒ_xＶＯ₃ （ここ
で、Ｒ：一種類以上の希土類（ＳｃおよびＹを含む）、
０≦ｘ≦１），Ｒ_1-xＢａ_xＶＯ₃ （ここで、Ｒ：一種類
以上の希土類（ＳｃおよびＹを含む）、０≦ｘ≦１），
Ｓｒ_n+1Ｖ_nＯ_3n+1-y （ここで、ｎ＝１，２，
３．．．．，ｙ＞０），Ｂａ_n+1Ｖ_nＯ_3n+1-y （ここ
で、ｎ＝１，２，３．．．．，ｙ＞０），Ｒ₄ＢａＣｕ₅
Ｏ_13-y （ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（Ｓｃおよ
びＹを含む）、０≦ｙ），Ｒ₅ＳｒＣｕ₆Ｏ₁₅（ここで、
Ｒ：一種類以上の希土類（ＳｃおよびＹを含む）），Ｒ
₂ＳｒＣｕ₂Ｏ₆．₂（ここで、Ｒ：一種類以上の希土類
（ＳｃおよびＹを含む）），Ｒ_1-xＳｒ_xＶＯ₃ （ここ
で、Ｒ：一種類以上の希土類（ＳｃおよびＹを含
む）），ＣａＣｒＯ₃，ＳｒＣｒＯ₃，ＲＭｎＯ₃（ここ
で、Ｒ：一種類以上の希土類（ＳｃおよびＹを含
む）），Ｒ_1-xＳｒ_xＭｎＯ₃ （ここで、Ｒ：一種類以上
の希土類（ＳｃおよびＹを含む），０≦ｘ≦１），Ｒ
_1-xＢａ_xＭｎＯ₃ （ここで、Ｒ：一種類以上の希土類
（ＳｃおよびＹを含む），０≦ｘ≦１），Ｃａ_1-xＲ_xＭ
ｎＯ_3-y （ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（Ｓｃおよ
びＹを含む），０≦ｘ≦１，０≦ｙ），ＣａＦｅＯ₃ ，
ＳｒＦｅＯ₃，ＢａＦｅＯ₃ ，ＳｒＣｏＯ₃ ，ＢａＣｏ
Ｏ₃ ，ＲＣｏＯ₃ （ここで、Ｒ：一種類以上の希土類
（ＳｃおよびＹを含む）），Ｒ_1-xＳｒ_xＣｏＯ₃ （ここ
で、Ｒ：一種類以上の希土類（ＳｃおよびＹを含む），
０≦ｘ≦１），Ｒ₁−_xＢａ_xＣｏＯ₃ （ここで、Ｒ：一
種類以上の希土類（ＳｃおよびＹを含む），０≦ｘ≦
１），ＲＮｉＯ₃ （ここで、Ｒ：一種類以上の希土類
（ＳｃおよびＹを含む）），ＲＣｕＯ₃ （ここで、Ｒ：
一種類以上の希土類（ＳｃおよびＹを含む）），ＲＮｂ
Ｏ₃ （ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ＳｃおよびＹ
を含む）），Ｎｂ₁₂Ｏ₂₉，ＣａＲｕＯ₃ ，Ｃａ_1-xＲ_xＲ
ｕ_1-yＭｎ_yＯ₃ （ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（Ｓ
ｃおよびＹを含む），０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１），Ｓｒ
ＲｕＯ₃，Ｃａ_1-xＭｇ_xＲｕＯ₃ （ここで、０≦ｘ≦
１），Ｃａ_1-xＳｒ_xＲｕＯ₃（ここで、０＜ｘ＜１），
ＢａＲｕＯ₃ ，Ｃａ_1-xＢａ_xＲｕＯ₃ （ここで、０＜ｘ
＜１），（Ｂａ，Ｓｒ）ＲｕＯ₃ ，Ｂａ_1-xＫ_xＲｕＯ₃
（ここで、０＜ｘ≦１），（Ｒ，Ｎａ）ＲｕＯ₃ （ここ
で、Ｒ：一種類以上の希土類（ＳｃおよびＹを含
む）），（Ｒ，Ｍ）ＲｈＯ₃ （ここで、Ｒ：一種類以上
の希土類（ＳｃおよびＹを含む），Ｍ＝Ｃａ，Ｓｒ，Ｂ
ａ），ＳｒＩｒＯ₃，ＢａＰｂＯ₃ ，（Ｂａ，Ｓｒ）Ｐ
ｂＯ_3-y（ ここで、０≦ｙ＜1），ＢａＰｂ_1-xＢｉ_xＯ
₃ （ここで、０＜ｘ≦１），Ｂａ_1-xＫ_xＢｉＯ₃ （ここ
で、０＜ｘ≦１），Ｓｒ（Ｐｂ，Ｓｂ）Ｏ_3-y （ここ
で、０≦ｙ＜１），Ｓｒ（Ｐｂ，Ｂｉ）Ｏ_3-y （ここ
で、０≦ｙ＜１），Ｂａ（Ｐｂ，Ｓｂ）Ｏ_3-y （ここ
で、０≦ｙ＜１）， Ｂａ（Ｐｂ，Ｂｉ）Ｏ_3-y（ここ
で、０≦ｙ＜１），ＭＭｏＯ₃ （ここで、Ｍ＝Ｃａ，Ｓ
ｒ，Ｂａ），（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_3-x （ここ
で、０≦ｘ）等。

【００４０】層状ペロブスカイト型酸化物（Ｋ₂ＮｉＦ₄
型を含む）：Ｒ_n+1Ｎｉ_nＯ_3n+1 （ここで、Ｒ：Ｂａ，
Ｓｒ，希土類（ＳｃおよびＹを含む）のうち一種類以
上，ｎ＝１〜５の整数），Ｒ_n+1Ｃｕ_nＯ_3n+1 （ここ
で、Ｒ：Ｂａ，Ｓｒ，希土類（ＳｃおよびＹを含む）の
うち一種類以上，ｎ＝１〜５の整数），Ｓｒ₂ＲｕＯ
₄ ，Ｓｒ₂ＲｈＯ₄ ，Ｂａ₂ＲｕＯ₄ ，Ｂａ₂ＲｈＯ₄
等。

【００４１】パイロクロア型酸化物：Ｒ₂Ｖ₂Ｏ_7-y（こ
こで、Ｒ：一種類以上の希土類（ＳｃおよびＹを含
む），０≦ｙ＜１），Ｔｌ₂Ｍｎ₂Ｏ_7-y （ここで、０≦
ｙ＜１），Ｒ₂Ｍｏ₂Ｏ_7-y （ここで、Ｒ：一種類以上の
希土類（ＳｃおよびＹを含む），０≦ｙ＜１），Ｒ₂Ｒ
ｕ₂Ｏ_7-y （ここで、Ｒ：Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，希土類
（ＳｃおよびＹを含む）のうち一種類以上，０≦ｙ＜
１），Ｂｉ_2-xＰｂ_xＰｔ_2-x Ｒｕ_xＯ_7-y （ここで、０
≦ｘ≦２，０≦ｙ＜１），Ｐｂ₂（Ｒｕ，Ｐｂ）Ｏ_7-y
（ここで、０≦ｙ＜１），Ｒ₂Ｒｈ₂Ｏ_7-y （ここで、
Ｒ：Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｃｄ，希土類（ＳｃおよびＹを
含む）のうち一種類以上，０≦ｙ＜１），Ｒ₂Ｐｄ₂Ｏ_7-
y （ここで、Ｒ：Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｃｄ，希土類（Ｓ
ｃおよびＹを含む）のうち一種類以上，０≦ｙ＜１），
Ｒ₂Ｒｅ₂Ｏ_7-y （ここで、Ｒ：Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｃ
ｄ，希土類（ＳｃおよびＹを含む）のうち一種類以上，
０≦ｙ＜１），Ｒ₂Ｏｓ₂Ｏ₇−_y （ここで、Ｒ：Ｔｌ，
Ｐｂ，Ｂｉ，Ｃｄ，希土類（ＳｃおよびＹを含む）のう
ち一種類以上，０≦ｙ＜１），Ｒ₂Ｉｒ₂Ｏ_7-y （ここ
で、Ｒ：Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｃｄ，希土類（Ｓｃおよび
Ｙを含む）のうち一種類以上，０≦ｙ＜１），Ｒ₂Ｐｔ₂
Ｏ_7-y （ここで、Ｒ：Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｃｄ，希土類
（ＳｃおよびＹを含む）のうち一種類以上，０≦ｙ＜
１）等。

【００４２】その他の酸化物：Ｒ₄Ｒｅ₆Ｏ₁₉ （ここ
で、Ｒ：一種類以上の希土類（ＳｃおよびＹを含
む）），Ｒ₄Ｒｕ₆Ｏ₁₉ （ここで、Ｒ：一種類以上の希
土類（ＳｃおよびＹを含む）），Ｂｉ₃Ｒｕ₃Ｏ₁₁ ，Ｖ₂
Ｏ₃ ，Ｔｉ₂Ｏ₃ ，Ｒｈ₂Ｏ₃ ，ＶＯ₂，ＣｒＯ₂ ，Ｎｂ
Ｏ₂ ，ＭｏＯ₂ ，ＷＯ₂ ，ＲｅＯ₂ ，ＲｕＯ₂ ，ＲｈＯ
₂ ，ＯｓＯ₂ ，ＩｒＯ₂ ，ＰｔＯ₂ ，ＰｄＯ₂ ，Ｖ₃Ｏ₅
，Ｖ_nＯ_2n-1 （ｎ＝４から９の整数），ＳｎＯ_2-x
（ここで、０≦ｘ＜１），Ｌａ₂Ｍｏ₂Ｏ₇， ，（Ｍ，Ｍ
ｏ）Ｏ（ここで、Ｍ＝Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｔｌ），Ｍｏ_n
Ｏ_3n-1 （ｎ＝４，８，９，１０），Ｍｏ₁₇Ｏ₄₇ ，Ｐｄ
_1-xＬｉ_xＯ（ここで、ｘ≦０．１）等。Ｉｎを含む酸化
物。

【００４３】これらのうち特に、Ｉｎを含む酸化物また
は導電性ペロブスカイト酸化物が好ましく、特にＩｎ₂
Ｏ₃ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ （Ｓｎドープ）、ＲＣｏＯ₃ 、ＲＭｎ
Ｏ₃、ＲＮｉＯ₃ 、Ｒ₂ ＣｕＯ₄ 、（Ｒ，Ｓｒ）ＣｏＯ₃
、（Ｒ，Ｓｒ，Ｃａ）ＲｕＯ₃ 、（Ｒ，Ｓｒ）ＲｕＯ₃
、ＳｒＲｕＯ₃ 、（Ｒ，Ｓｒ）ＭｎＯ₃ （Ｒは、Ｙお
よびＳｃを含む希土類）、およびそれらの関連化合物が
好ましい。電極層にはこれらの材料からなる薄膜、それ
らの２種類以上の多層薄膜が用いられる。ペロブスカイ
ト酸化物の多くは、不透明である。

【００４４】光を取り出す側の電極は、発光波長帯域、
通常４００〜７００nm、特に各発光光に対する光透過率
が８０％以上、特に９０％以上であることが好ましい。
透過率が低くなると、無機半導体層（発光層）からの発
光自体が減衰され、発光素子として必要な輝度を得難く
なってくる。

【００４５】本発明のＥＬ素子は、例えば図１に示すよ
うに、半導体層２を挟んで上下に一対の電極３，４を有
し、この電極３，４間に交流電源ＡＣを接続することに
より駆動される。

【００４６】また、図２に示すように、半導体層２を挟
んで上下に絶縁層５，６を配置し、更にこの絶縁層５，
６を挟んで上下に一対の電極３，４を有し、この電極
３，４間に交流電源ＡＣを接続することにより駆動され
る構成としてもよい。

【００４７】さらに、素子の劣化や電極の酸化を防ぐた
めに、素子上を封止板等により封止することが好まし
い。封止板は、湿気やガスの侵入を防ぐために、接着性
樹脂層を用いて、封止板を接着し密封する。封止ガス
は、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ₂ 等の不活性ガス等が好ましい。

【００４８】封止板の材料としては、好ましくは平板状
であって、ガラスや石英、樹脂等の透明ないし半透明材
料が挙げられるが、特にガラスが好ましい。このような
ガラス材として、コストの面からアルカリガラスが好ま
しいが、この他、ソーダ石灰ガラス、鉛アルカリガラ
ス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、シリカ
ガラス等のガラス組成のものも好ましい。特に、ソーダ
ガラスで、表面処理の無いガラス材が安価に使用でき、
好ましい。封止板としては、ガラス板以外にも、金属
板、プラスチック板等を用いることもできる。

【００４９】封止板は、スペーサーを用いて高さを調整
し、所望の高さに保持してもよい。スペーサーの材料と
しては、樹脂ビーズ、シリカビーズ、ガラスビーズ、ガ
ラスファイバー等が挙げられ、特にガラスビーズ等が好
ましい。スペーサーは、通常、粒径の揃った粒状物であ
るが、その形状は特に限定されるものではなく、スペー
サーとしての機能に支障のないものであれば種々の形状
であってもよい。その大きさとしては、円換算の直径が
１〜２０μm 、より好ましくは１〜１０μm 、特に２〜
８μm が好ましい。このような直径のものは、粒長１０
０μm 以下程度であることが好ましく、その下限は特に
規制されるものではないが、通常直径と同程度以上であ
る。

【００５０】なお、封止板に凹部を形成した場合には、
スペーサーは使用しても、使用しなくてもよい。使用す
る場合の好ましい大きさとしては、前記範囲でよいが、
特に２〜８μm の範囲が好ましい。

【００５１】スペーサーは、予め封止用接着剤中に混入
されていても、接着時に混入してもよい。封止用接着剤
中におけるスペーサーの含有量は、好ましくは０．０１
〜３０wt％、より好ましくは０．１〜５wt％である。

【００５２】接着剤としては、安定した接着強度が保
て、気密性が良好なものであれば特に限定されるもので
はないが、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ
樹脂接着剤を用いることが好ましい。

【００５３】本発明において、ＥＬ素子を形成する基板
としては、非晶質基板たとえばガラス、石英など、結晶
基板たとえば、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、Ｇ
ａＰ、ＩｎＰなどがあげられ、またこれらの結晶基板に
結晶質、非晶質あるいは金属のバッファ層を形成した基
板も用いることができる。また金属基板としては、Ｍ
ｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｄなどを用いることが
でき、好ましくはガラス基板が用いられる。基板は、通
常光取り出し側となるため、上記電極と同様な光透過性
を有することが好ましい。

【００５４】さらに、本発明素子を、平面上に多数並べ
てもよい。平面上に並べられたそれぞれの素子の発光色
を変えて、カラーのディスプレーにすることができる。

【００５５】基板に色フィルター膜や蛍光性物質を含む
色変換膜、あるいは誘電体反射膜を用いて発光色をコン
トロールしてもよい。

【００５６】色フィルター膜には、液晶ディスプレイ等
で用いられているカラーフィルターを用いれば良いが、
有機ＥＬ素子の発光する光に合わせてカラーフィルター
の特性を調整し、取り出し効率・色純度を最適化すれば
よい。

【００５７】また、ＥＬ素子材料や蛍光変換層が光吸収
するような短波長の外光をカットできるカラーフィルタ
ーを用いれば、素子の耐光性・表示のコントラストも向
上する。

【００５８】また、誘電体多層膜のような光学薄膜を用
いてカラーフィルターの代わりにしても良い。

【００５９】蛍光変換フィルター膜は、ＥＬ発光の光を
吸収し、蛍光変換膜中の蛍光体から光を放出させること
で、発光色の色変換を行うものであるが、組成として
は、バインダー、蛍光材料、光吸収材料の三つから形成
される。

【００６０】蛍光材料は、基本的には蛍光量子収率が高
いものを用いれば良く、ＥＬ発光波長域に吸収が強いこ
とが望ましい。実際には、レーザー色素などが適してお
り、ローダミン系化合物・ペリレン系化合物・シアニン
系化合物・フタロシアニン系化合物（サブフタロシアニ
ン等も含む）ナフタロイミド系化合物・縮合環炭化水素
系化合物・縮合複素環系化合物・スチリル系化合物・ク
マリン系化合物等を用いればよい。

【００６１】バインダーは、基本的に蛍光を消光しない
ような材料を選べば良く、フォトリソグラフィー・印刷
等で微細なパターニングが出来るようなものが好まし
い。また、基板上にホール注入電極と接する状態で形成
される場合、ＩＴＯ、ＩＺＯの成膜時にダメージを受け
ないような材料が好ましい。

【００６２】光吸収材料は、蛍光材料の光吸収が足りな
い場合に用いるが、必要のない場合は用いなくても良
い。また、光吸収材料は、蛍光性材料の蛍光を消光しな
いような材料を選べば良い。

【００６３】本発明のＥＬ素子は、通常、交流駆動型、
パルス駆動型のＥＬ素子として用いられる。駆動周波数
は、通常、１００Hz〜１０ｋHz、印加電圧は、通常、Ａ
Ｃ１０〜２００V 、特に２０〜１００V とされる。

【００６４】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。実施例１ 図１のような構成のＥＬ素子を作製した。

【００６５】ガラス基板としてコーニング社製商品名７
０５９基板を中性洗剤を用いてスクラブ洗浄した。

【００６６】この基板上に光取りだし電極としてＩＴＯ
酸化物ターゲットを用いＲＦマグネトロンスパッタリン
グ法により、基板温度２５０℃で、膜厚２００nmのＩＴ
Ｏ透明電極を形成した。

【００６７】次に、真空を破らずに、つづいて、基板温
度を１５０℃とし、ＥＢ蒸着法によりＺｎＳを蒸着レー
ト１nm／sec で２００nmの膜厚に蒸着した。このときの
条件として、電子ビーム：１００μA を５kVで加速して
照射した。また、同時に抵抗加熱蒸着法により、ルブレ
ンを蒸着レート０．０１nm／sec にて、最終的にドープ
量が１ mol％となるように共蒸着した。

【００６８】さらに、光取り出し側でない電極として、
ＥＢ蒸着法により、Ａｌ電極膜を、蒸着速度１nm／sec
により、５００nmの膜厚に成膜した。

【００６９】得られた構造体をガラス封止板を用いて封
止し、ＥＬ素子を得た。また、比較サンプルとして、無
機蛍光材料として、Ｍｎを用いたサンプルを作製した。

【００７０】得られたＥＬ素子に周波数１ｋHzで、ＡＣ
３０V の電圧を印加したところ、発光極大波長５５０nm
の黄色発光が確認された。駆動電圧３７V 、駆動電流密
度１０mA／cm² での発光輝度は９０cd／m²で、輝度半減
時間は１２００時間であった。一方、比較サンプルは、
周波数１ｋHzでの駆動電圧ＡＣ３５V 、駆動電流密度１
０mA／cm² での発光輝度は２０cd／m²で、輝度半減時間
は５００時間であった。

【００７１】実施例２ 実施例１において、ＩＴＯ透明電極上に、絶縁層として
酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅ ）をＥＢ法により、成膜レー
ト１nm／sec で１００nmの膜厚に成膜し、次いで実施例
１と同様にして半導体層を形成した後、更に上記と同様
に絶縁層を１００nmの膜厚に成膜した。

【００７２】次いで、実施例１と同様にしてＡｌ電極を
５００nmの膜厚に成膜し、ガラス封止板にて封止してＥ
Ｌ素子を得た。

【００７３】得られたＥＬ素子を実施例１と同様にして
評価したところ、駆動電圧が周波数１ｋHzで、ＡＣ３９
V に上昇した他は略同様の結果が得られた。

【００７４】実施例３ 実施例１において、半導体層を形成する際にルブレンに
代えてクマリンを蒸着レート０．０１nm／sec にて、最
終的にドープ量が１ mol％となるように共蒸着した他は
実施例１と同様にしてＥＬ素子を得た。

【００７５】得られたＥＬ素子に周波数１ｋHzで、ＡＣ
３０V の電圧を印加したところ、発光極大波長５１５nm
の緑色発光が確認された。周波数１ｋHzでの駆動電圧３
９V、駆動電流密度１０mA／cm² での発光輝度は１５０c
d／m²で、輝度半減時間は７００時間であった。

【００７６】実施例４ 実施例１において、半導体層を形成する際に用いる半導
体材料を、ＺｎＳからそれぞれＡｌＮ，ＧａＮ，Ｚｎ
Ｏ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＡｌＳｂとした他は実施例１
と同様にして各ＥＬ素子を得た。

【００７７】得られたＥＬ素子を実施例１と同様にして
評価したところ、駆動電圧に多少の変動が見られた他は
略同様の結果が得られた。

【００７８】実施例５ 実施例１において、有機蛍光物質を、ルブレンに代えて
アルミキノリノール、キナクリドン、スチリル系色素、
クマリン６とした他は実施例１と同様にして各ＥＬ素子
を得た。

【００７９】得られたＥＬ素子を実施例１と同様にして
評価したところ、いずれのサンプルも実施例１と略同様
に発光し、各蛍光物質特有の発光波長が得られることが
確認できた。

【００８０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、有機材料
と無機材料の有するメリットを併せ持ち、長寿命で、効
率が改善され、動作電圧が低く、発光色の自由度の高い
ＥＬ素子を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＥＬ素子の構成例を示した概略断面図
である。

【図２】本発明のＥＬ素子の他の構成例を示した概略断
面図である。

【符号の説明】

２ 半導体層 ３ 電極 ４ 電極 ５ 絶縁層 ６ 絶縁層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一対の電極間に半導体層を有
   し、 前記半導体層中には無機半導体物質と有機蛍光物質が含
   有されているＥＬ素子。
2. 【請求項２】 前記半導体層と電極との間には、絶縁層
   を有する請求項１のＥＬ素子。
3. 【請求項３】 前記無機半導体物質は、電子親和力が
   ２．０eV以上であって、バンドギャップが１．５〜４．
   ０eVである請求項１または２のＥＬ素子。
4. 【請求項４】 前記有機蛍光材料は、無機半導体物質に
   対して０．１〜１０mol％ドープされている請求項１〜
   ３のいずれかのＥＬ素子。
5. 【請求項５】 前記無機半導体物質は、ＡｌＮ，Ｇａ
   Ｎ，ＺｎＯ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅおよびＡｌＳ
   ｂの１種または２種以上である請求項１〜４のいずれか
   のＥＬ素子。
6. 【請求項６】 前記有機蛍光物質は、アルミキノリノー
   ル、キナクリドン、ルブレン、スチリル系色素およびク
   マリン誘導体の１種または２種以上である請求項１〜５
   のいずれかのＥＬ素子。