JP2003173878A - 交流印可型エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光効率の向上した交流印可型ＥＬ素子を提
供する。 【解決手段】 いずれか一方が透光性を有する１対の電
極間に発光性物質を含有する発光層を有するエレクトロ
ルミネッセンス素子において、発光性物質が超微粒子で
あることを特徴とする交流印可型エレクトロルミネッセ
ンス素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流印可型エレク
トロルミネッセンス素子に関する、詳しくは、薄型、平
面、長寿命及び高コントラストなＥＬディスプレイに使
用されるエレクトロルミネッセンス素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、軽量・薄型で消費電力が少なく、
かつ形状の自由度に優れた面発光型素子として、エレク
トロルミネッセンス（ＥＬ）素子が注目されている。こ
のＥＬ素子は、高輝度発光、高速応答、広視野角、薄型
軽量、高解像度などの多くの優れた特徴を有し、フラッ
トパネルディスプレイに応用されている。ＥＬ素子は、
大別すると直流電圧印可による電極から電流注入をおこ
ない、電子とホールの再結合により発光させる有機ＥＬ
タイプと、交流電圧印可（１０⁶V/cmという高電界）に
より固有キャリヤを加速させ、発光物質の電子を衝突励
起し発光させる無機ＥＬタイプがある。後者の交流駆動
型の無機ＥＬ素子の構造は、透光性を有する１対の電極
間に発光性物質を含有する発光層と、該発光層の両側あ
るいはいずれか一方に発光波長に対して透明な絶縁層を
有する薄膜型ＥＬ素子タイプ、及び微結晶ZnSなどの蛍
光体を高誘電率の有機物媒体中に分散した分散型ＥＬ素
子タイプに分類される。従来の薄膜型ＥＬ素子に用いら
れる発光層は、発光層を構成する半導体マトリックスに
発光中心がドープされた蛍光体薄膜が使われている。一
方、分散型ＥＬ素子に用いられる発光層は、半導体マト
リックスに発光中心がドープされた蛍光体粉末を有機マ
トリックスに分散した構造になっている。薄膜型ＥＬ素
子の場合には、発光体として薄膜結晶を用いており、ま
た分散型ＥＬ素子の場合に用いられる蛍光体粉末の粒径
は、サブミクロン程度であった。いずれの場合において
も、発光体の量子効率が充分でなく、そのため更に発光
体の量子効率を向上させる必要があり、それを解決する
手段として発光体の粒径をナノメートルオーダーにする
ことで、励起子を空間的に閉じ込め、発光体の量子効率
を向上させるような交流印可型ＥＬ素子が要求されてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、発光
効率を向上させることのできる交流印可型ＥＬ素子を提
供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記実状に鑑
み、発光層の構成について鋭意検討した結果、発光層に
含有される発光性物質としてナノオーダーの超微粒子を
用いることにより、量子効率を向上させることができる
ことに知見し、本発明に到達した。即ち本発明の要旨
は、いずれか一方が透光性を有する１対の電極間に発光
性物質を含有する発光層を有するエレクトロルミネッセ
ンス素子において、発光性物質が超微粒子であることを
特徴とする交流印可型エレクトロルミネッセンス素子、
に存する。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明につき更に詳細に説
明する。 ＜交流印可型ＥＬ素子の構成＞本発明の交流印可型ＥＬ
素子は、いずれか一方が透光性を有する１対の電極間
に、発光性物質である超微粒子を含有する発光層を有す
るものである。交流印可型の場合は、電極から電子を注
入させるのではなく、もともと膜内あるいは界面に存在
する固有電荷キャリヤを10⁶V/cmという高電界で加速、
発光体に衝突させ発光させるという原理である。そのた
め固有電荷キャリヤを交流電界により電極間を往復させ
るという目的のためには、電極発光層の両側あるいはい
ずれか一方に、発光層の外側に加速された電荷キャリヤ
を電極に流れ込まないような絶縁層で、発光波長に対し
て透明な絶縁層を有することが好ましい。

【０００６】また、発光層が絶縁性の場合には、導電性
（半導体レベルの導電性）を付与するためには、発光層
と絶縁層との間に、さらに超微粒子よりも大きいバンド
ギャップで、かつ発光層よりも導電性の大きい性質を持
つ中間層を有するのが良い。 ＜発光層＞本発明において対象となる発光性物質である
超微粒子は、発光性を有する物質であれば特に限定され
るものではないが、無機物質、色素、導電性高分子が代
表的なものとして挙げられる。

【０００７】発光性超微粒子を構成する無機物質の種類
は特に限定されるものではないが、代表的には半導体と
蛍光体が用いられる。半導体としては、例えば、II-VI
族化合物半導体として、一般にマグネシウム、カルシウ
ム、ストロンチウム、バリウム、亜鉛、カドミウム、水
銀の各金属元素より選ばれる１種類以上の元素と、酸
素、硫黄、セレン、テルルの各VI族元素より選ばれる１
種類以上との化合物であり、例えば、酸化マグネシウ
ム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウ
ム、酸化亜鉛、硫化亜鉛、硫化バリウム、硫化カドミウ
ム、硫化マグネシウム、硫化カルシウム、硫化ストロン
チウム、セレン化亜鉛、セレン化バリウム、セレン化カ
ドミウム、セレン化マグネシウム、セレン化カルシウ
ム、セレン化ストロンチウム、セレン化バリウム、テル
ル化亜鉛、テルル化カドミウム、テルル化ストロンチウ
ム、テルル化バリウムなどが挙げられるが、上記例の様
に、金属及びカルコゲン元素が１種類ずつではなく、た
とえば、硫セレン化カルシウムストロンチウムのよう
に、金属および／またはVI族元素が２種類以上含有され
たものであってもよい。III-Ｖ族化合物半導体として
は、一般にホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウ
ム、ＴｌなどのIII族より選ばれる１種類以上の元素
と、窒素、リン、砒素、アンチモン、ビスマスなどの各
Ｖ族元素より選ばれる１種類以上との化合物であり、例
えば、窒化ホウ素、リン化ホウ素、砒化ホウ素、窒化ア
ルミニウム、リン化アルミニウム、砒化アルミニウム、
アンチモン化アルミニウム、窒化ガリウム、リン化ガリ
ウム、砒化ガリウム、アンチモン化ガリウム、窒化イン
ジウム、リン化インジウム、砒化インジウム、アンチモ
ン化インジウムなどが挙げられるが、上記例の様に、II
I族およびV族元素が一種類ずつではなく、たとえば、砒
素リン化アルミニウムのように、III族および／またはV
族元素が二種類以上含有されたものであってもよい。I-
V族化合物半導体としては、一般にナトリウム、カリウ
ム、セシウム、リチウム、ルビジウムなどのIII族より
選ばれる１種類以上の元素と、窒素、リン、砒素、アン
チモン、ビスマスなどの各V族元素より選ばれる１種類
以上との化合物であり、例えば、アンチモン化ナトリウ
ム、アンチモン化カリウム、アンチモン化セシウム、ア
ンチモン化３リチウム、ビスマス化３リチウム、アンチ
モン化３ナトリウム、アンチモン化３カリウム、アンチ
モン化３ルビジウム、アンチモン化３セシウム、ビスマ
ス化３セシウム、ビスマス化３ルビジウムなどが挙げら
れるが、上記例の様に、I族元素およびV族元素が一種類
ずつではなく、例えばアンチモン化ナトリウムカリウ
ム、アンチモン化セシウムカリウムのように、I族およ
び／またはV族元素が二種類以上含有されたものであっ
てもよい。I-VI族化合物半導体としては、銅、銀、など
のI族より選ばれる一種類以上の元素と、酸素、硫黄、
セレン、テルル、などのVI族元素より選ばれる一種類以
上との化合物であり、例えば、酸化銅、酸化２銅、硫化
２銅、セレン化銅、テルル化銅、酸化銀、硫化銀、セレ
ン化銀、テルル化銀などが挙げられるが、上記例の様
に、I族およびVI族元素が一種類ずつではなく、たとえ
ば、CuＡｇＯのようにI族および／またはVI族元素が二
種類以上含有されたものであってもよい。I-VII族化合
物半導体としては、一般に銅、銀、などの各I族元素よ
り選ばれる１種類以上の元素と、フッ素、塩素、臭素、
ヨウ素などのVII族より選ばれる一種類以上との化合物
であり、例えば、フッ化銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化
銅、フッ化銀、塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀などが挙げら
れるが、I族およびVI族元素が一種類ずつではなく、I族
および／またはVI族元素が二種類以上含有されたもので
あってもよい。II-IV族化合物半導体としては、一般に
マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム
などのII族より選ばれる一種類以上の元素と、炭素、珪
素、ゲルマニウム、ズズ、鉛などのIV族より選ばれる一
種類以上との化合物であり、例えば、珪素化２マグネシ
ウム、ゲルマニウム化２マグネシウム、錫化２マグネシ
ウム、鉛化２マグネシウム、珪素化２カルシウム、錫化
２カルシウム、鉛化２カルシウムなどが挙げられるが、
II族およびIV族元素が一種類ずつではなく、II族および
／またはIV族元素が二種類以上含有されるものであって
もよい。II-V族化合物半導体としては、一般にマグネシ
ウム、亜鉛、カドミウム、水銀などのII族より選ばれる
一種類以上の元素と、砒素、リン、アンチモンなどのV
族より選ばれる一種類以上との化合物であり、たとえば
２砒化３マグネシウム、２リン化３亜鉛、２砒化３亜
鉛、２リン化３カドミウム、２砒化３カドミウム、３ア
ンチモン化４亜鉛、３アンチモン化４カドミウム、アン
チモン化亜鉛、アンチモン化カドミウム、２リン化亜
鉛、２砒化亜鉛、２リン化カドミウム、２砒化カドミウ
ム、４リン化カドミウムなどが挙げられるが、II族およ
びIV族元素が一種類ずつではなく、II族および／または
V族元素が二種類以上含有されるものであってもよい。
またII-VII族化合物半導体としては、カドミウム、水銀
より選ばれる一種類以上の元素と、塩素、臭素、ヨウ素
より選ばれる一種類以上との化合物であり、たとえば塩
化カドミウム、臭化カドミウム、ヨウ化カドミウムなど
が挙げられるが、II族およびIV族元素が一種類ずつでは
なく、II族および／またはVII族元素が二種類以上含有
されるものであってもよい。III-VI族化合物半導体とし
ては、一般にホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジ
ウム、ＴｌなどのIII族より選ばれる一種類以上の元素
と、酸素、硫黄、セレン、テルルなどのVI族より選ばれ
る一種類以上との化合物であり、たとえば硫化ガリウ
ム、セレン化ガリウム、テルル化ガリウム、硫化インジ
ウム、セレン化インジウム、テルル化インジウム、硫化
Ｔｌ、セレン化Tｌ、テルル化Ｔｌ、３硫化２ガリウ
ム、３セレン化２ガリウム、３テルル化２ガリウム、３
硫化２インジウム、３セレン化２インジウム、３テルル
化２インジウムなどが挙げられるが、III族およびVI族
元素が一種類ずつではなく、III族および／またはVI族
元素が二種類以上含有されるものであってもよい。また
IV族より構成される化合物として、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ
ｎ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅなどが例示される。

【０００８】蛍光体として一般的に用いられている無機
物質としては、例えばＡｌ₂Ｏ₃、Ａｌ₃Ｎｄ（ＢＯ₃）₄
などのＡｌ化合物， ＢＳｂ、ＢＯ₃などのＢ系化合
物、ＢａＡｌＯ化合物、（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）（Ｐ
ｏ₄）₃Ｃｌ化合物、ＢａＦＢｒ、ＢａＦＣｌ、Ｂａ
Ｆ₂、ＢａＦＩ、ＢａＮｂＯ化合物Ｂａ₃（ＰＯ₄）₇，Ｂ
ａ₂Ｐ₂Ｏ₇、ＢａＳＯ₄、ＢａＹ₂Ｆ₈， Ｂａ₂ＺｎＳ₃，
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）₃Ｓｉ₂Ｏ₇，Ｂａ₂ＷＯ₃Ｆ₄，（Ｂ
ａ，Ｚｎ，Ｍｇ）₃Ｓｉ₂Ｏ₇，Ｂａ₂ＺｎＳ₃などのＢａ
系化合物、ＣａＧａ₂Ｏ₄、ＣａＦ₂、Ｃａ₃Ｌａ₂Ｗ
₂Ｏ₁₂，ＣａＭｇＡｌ₁₁Ｏ₁₉、（Ｃａ、Ｍｇ）Ｓ、Ｃａ₂
ＭｇＳｉ₂Ｏ₇、（Ｃａ，Ｍｇ）ＳｉＯ₃，ＣａＭｇ（Ｓ
ｉＯ ₃）₂，ＣａＭｏＯ₄，Ｃａ（ＰＯ₄）系化合物、Ｃａ
ＳＯ₄，ＣａＳｉＯ₃，ＣａＷＯ₄などのＣａ系化合物、
ＣｅＭｇＡｌＯ系化合物ＣｅＭｇＡｌ₁₁Ｏ₁₉などのＣｅ
系化合物，ＣｄＷＯ₄などのＣｄ系化合物、ＣｓＣｌ、
ＣｓＢｒ、ＣｓＩ、Ｃｓ₃ＤｙＦ₇，Ｃｓ₃ＮｄＦ₇などの
Ｃｓ系化合物、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕＳなどのＣｕ
系化合物、Ｆｅ₂Ｏ₃などのＦｅ系化合物、ＧａＮ、Ｇａ
Ｐ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂなどのＧａ系化合物、ＧｄＭｇ
Ｂ₅Ｏ₁₀，Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ，ＧｄＴａＯ₄，Ｃｄ₂Ｏ₂Ｓ，Ｇｄ
ＴａＯ₄などのＧｄ系化合物、ＨｆＰ₂Ｏ₇，Ｈｆ₃（ＰＯ
₄）₄などのＨｆ系化合物、Ｉｎ₂Ｏ₃などのＩｎ系化合
物、ＫＩ、ＫＢｒ，ＫＣｌ，Ｋｌａ（ＭｏＯ₄）₂，ＫＦ
₃などのＫ系化合物、Ｌａ₂Ｏ₃，ＬａＯＢｒ，ＬａＯＣ
ｌ，Ｌａ₂Ｏ₂Ｓ， Ｌａ₂Ｏ₂Ｓ，ＬａＰＯ₄、ＬａＭｇ
ＡｌＯ化合物などのＬａ系化合物、ＬｉＦ、ＬｉＩ，Ｌ
ｉＡＬＯ₂，Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇，ＬｉＭｇＰＯ₄，ＬｉＮｄＰ₄
Ｏ₁₂，Ｌｉ₂ＷＯ₆，ＬｉＹＦ₄などのＬｉ系化合物、Ｍ
ｇＳ、ＭｇＯ、ＭｇＢ ₄Ｏ₇，ＭｇＣｌ₂，ＭｇＦ₂，Ｍｇ
Ｏ・Ａｓ₂Ｏ₅，ＭｇＯ／ＧｅＯ₂，ＭｇＯ／ＭｇＦ₂／Ｇ
ｅＯ₂，ＭｇＧａ₂Ｏ₄，ＭｇＳｉＯ₃，Ｍｇ₂ＳｉＯ₄など
のＭｇ系化合物、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＮａＩ、Ｎａ₅Ｅ
ｕ（ＭｏＯ₄）₄，ＮａＩ，Ｎａ（Ｌｕ，Ｅｕ）Ｏ₂，Ｎ
ａＣａＶＯ₄，Ｎａ₅Ｎｄ（ＷＯ₄）₄，ＮａＷＯ₄などの
Ｎａ系化合物、ＮｄＰ₅Ｏ₁₄などのＮｄ系化合物、Ｐｂ
ＭｏＯ₄，ＰｂＷＯ₄などのＰｂ系化合物， ＰｒＦ₃な
どのＰｒ系化合物、Ｓｉ，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＯ₂などのＳ
ｉ系化合物、ＳｎＯ₂などのＳｎ系化合物、ＳｒＳ、Ｓ
ｒＯ、ＳｒＳｅ、Ｓｒ₄Ａｌ₁₄Ｏ₂₅，ＳｒＡｌＳｉＯ化
合物、Ｓｒ（ＰＯ₄）化合物、ＳｒＢ₄Ｏ₇Ｆ，Ｓｒ₅Ｃｌ
（ＰＯ₄）₃，ＳｒＦＢ₂Ｏ_3.5，ＳｒＦ₂，Ｓｒｘ（Ｐ
Ｏ₄）ｙ，Ｓｒ₂Ｐ₂Ｏ₇、ＳｒＧａ₂Ｓ₄，Ｓｒ₂Ｇａ₂Ｓ₅
などのＳｒ系化合物、ＴｂＦ₃，ＴｂＬａＰＯ₁₄化合物
などのＴｂ系化合物、ＴｉＯ₂などのＴｉ系化合物，Ｔ
ｌＣｌなどのＴｌ系化合物、Ｙ₂Ｏ₃、ＹａＡｌＯ化合
物、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂，Ｙ₃Ａｌ₃Ｇａ₂Ｏ₁₂，ＹａＡｌＯ₃，
ＹＢＯ₃，ＹＦ₃，Ｙ₂Ｏ₃，Ｙ₂Ｏ₂Ｓ，Ｙ₂Ｏ₃／Ａｌ
₂Ｏ₃，ＹＰＯ₄，ＹＳｉＯ化合物、ＹＴａＯ₄，Ｙ₂Ｏ₃／
Ａｌ₂Ｏ₃，ＹＰＯ₄，Ｙ₂ＳｉＯ₅，ＹＶＯ₄などのＹ系化
合物、，ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＺｎＧ
ａ₂Ｏ₄、Ｚｎ ₂ＳｉＯ₄化合物、ＺｎＦ₂，ＺｎＯ，Ｚｎ₃
（ＰＯ₄）₂，ＺｎＴｅ，ＺｎＷＯ₄などのＺｎ系化合物
などが例示される。

【０００９】また上記化合物に通常マンガン、希土類元
素およびその他の元素より選ばれる少なくとも１種類以
上の添加される、いわゆるドープ系超微粒子でも構わな
い。この場合は、上記化合物を母体として、母体に含ま
れるドープイオンが発光する。この場合のドープイオン
の種類は特に限定されるものではないが、セリウム、プ
ラセオジミウム、ネオジミウム、プロメチウム、サマリ
ウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジス
プロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッ
テルビウム、ルテチウム、マンガン、鉛、チタン、塩
素、カリウム、錫、ビスマス、Ｔｌ、銀、クロム、ガリ
ウム、金、インジウム、鉄、ＶＯ４^3-、Ｙｂ、ニッケ
ル、銅、アルミニウム、チチウム、ＬｎＦ₃、ＴｂＦ₃、
Ｆ、などが例示される。またこれらの中の２種類以上の
イオンが同時にドープされていても構わない。

【００１０】発光性超微粒子を構成する色素の種類とし
て、は特に限定されるものではないが、フタロシアニン
系色素、アゾ系色素、ペリレン系色素などが例示され
る。発光性超微粒子を構成する導電性高分子の種類とし
ては、特に限定されるものではないが、ポリパラフェニ
レン系高分子、ポリパラフェニレンビニレン系高分子、
ポリチオフェン系高分子、ポリアニリン系高分子、ポリ
ピロール系高分子、ポリビニルカルバゾール系高分子、
またはそれらを含む共重合体などが例示される。

【００１１】本発明に用いる超微粒子の平均粒径は、通
常０．５〜１００ｎｍであり、好ましくは、１〜５０ｎ
ｍ、更に好ましくは、２〜１０ｎｍである。上記超微粒
子は、その表面に有機化合物を配位、吸着あるいは結合
してなるものであってもよい。この場合の有機化合物の
種類としては、チオール系化合物、アミン系化合物、燐
酸系化合物などが挙げられる。トリブチルホスフィンオ
キシド、トリヘキシルホスフィンオキシド、トリオクチ
ルホスフィンオキシド、トリデシルホスフィンオキシド
等のトリアルキルホスフィンオキシド類、トリブチルホ
スフィン、トリヘキシルホスフィン、トリオクチルホス
フィン、トリデシルホスフィン等のトリアルキルホスフ
ィン類、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン等の炭素
数１２以上１８以下程度のアルキルアミン類、ヘキサン
チオール、オクタンチオールなどのアルキルチオール
類、チオクレゾールなどが例示される。また導電性を有
するような配位子でも構わない。例えばチオフェン類、
フェニレン類、フェニレンビニレン類、ピロール類、カ
ルバゾール類などが例示される。

【００１２】上記超微粒子は、該超微粒子よりも大きい
バンドギャップを有するマトリックスに分散し、発光層
としても良い。この場合のマトリックスの材質として
は、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣａＳ、ＳｒＳ、Ｂａ
Ｓ、ＣａＧａ₂Ｓ₄、ＳｒＧａ₂Ｓ₄などが例示される。前
記マトリックスは絶縁性であることがより好ましく、従
って、高電界により絶縁破壊が起こりにくく、かつ高誘
電率である材料が好適である。また超微粒子が分散しや
すいものである必要があり、このような材料として例え
ば、ビニル系高分子、ポリエステル系高分子、ポリアミ
ド系高分子、ポリイミド系高分子、セルロース系高分
子、ポリウレタン系高分子、シリコン系高分子、ポリス
チレン系高分子、ポリメチルメタクリレート系高分子、
ポリブタジエン系高分子、ポリビニルピリジン系高分
子、ポリイソプレン系高分子、ポリカーボネート系高分
子、ポリフェニレンオキシド系高分子、またこれらを含
む共重合体などが例示される。その他の材料としては非
晶質ガラスなどが挙げられ、例えばシアノエチルセルロ
ース、フッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、Ｓｉ
Ｏ₂、ＴｉＯ₂などが挙げられる。こられを１種類、ある
いは２種類以上混合して用いてもよい。

【００１３】発光層の膜厚は、通常１０〜１００００ｎ
ｍ、好ましくは５０〜１０００ｎｍである。 ＜絶縁層＞本発明において絶縁層を構成する物質は、通
常、無機酸化物及び／又は高分子化合物から選ばれるも
のである。絶縁層は発光する光の波長に対して透明であ
る必要があるため、光学バンドギャップが発光層中に含
まれる発光性物質の光学バンドギャップより大きいこと
が好ましい。例えばＳｉＯ₂，ＳｉＮ_x，ＳｉＯ_xＮ_y，Ｔ
ｉＯ₂， Ａｌ₂Ｏ₃，Ｓｉ₃Ｎ ₄，ＳｉＡｌＯＮ，Ｔａ₂Ｏ
₅，Ｙ₂Ｏ₃，ＨｆＯ₂，ＢａＴｉＯ₃，Ｓ₂Ｏ₃，Ｔａ_xＳｎ
_yＯ_z，ＺｒＯ₂，ＢａＴａ₂Ｏ₆，ＰｂＮｂ₂Ｏ₆，Ｓｉ_rＴ
ｉＯ₃，ＰｂＴｉＯ₃などが挙げられる。これらの化合物
の構成元素に、構成元素以外の元素が固溶した固溶体で
もよい。また上記化合物の２種類以上を積層させた多層
膜であってもよい。また高分子系物質に誘電率の大きい
無機系物質を分散させたものを用いてもよい。この場合
は、発光波長に対して透明である必要がある。該高分子
系物質は、非導電性高分子であれば高分子の種類は特に
限定されるものではないが、ポリスチレン系高分子、ポ
リメチルメタクリレート系高分子、ポリブタジエン系高
分子、ポリビニルピリジン系高分子、ポリイソプレン系
高分子、ポリカーボネート系高分子、ポリフェニレンオ
キシド系高分子、またそれらを含む共重合体などが例示
される。分散させる無機系物質としては、種類は特に限
定されるものではないが、金属、酸化物、硫化物、窒化
物などが例示される。絶縁層の膜厚は、通常５０〜５０
００ｎｍ、好ましくは１００〜５００ｎｍである。 ＜中間層＞中間層を形成する材料としては、発光層に含
まれる発光性物質のバンドギャップよりも大きい物質が
好ましく、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣａＳ、Ｓｒ
Ｓ、ＢａＳ、ＣａＧａ₂Ｓ₄、ＳｒＧａ₂Ｓ₄などの無機半
導体が挙げられる。中間層の膜厚は、通常５〜１０００
ｎｍ、好ましくは５０〜５００ｎｍである。 ＜電極＞本発明に用いられる固体電極基板材料及びその
対抗する電極材料としては、導電性のものであれば特に
制限はないが、金属、金属酸化物、高分子等が挙げられ
る。具体的には、ドープにより導電性を付与したＳｉ、
インジウム錫酸化物、Ａｕ，Ａｇ、Ａｌ、ポリアニリン
等が挙げられる。ポリエチレンテレフタレート、ポリカ
ーボネート等が挙げられる。また無機系物質、高分子系
物質からなる固体基板上に導電性の材料である金属、金
属酸化物、有機化合物等を蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタ
法、電子線蒸着法、イオンビーム蒸着法、分子線エピタ
キシー法、塗布法、ディップコーティング法、ラングミ
ュアボロジェット（ＬＢ）法、事項集積（セルフアセン
ブリ）法、スピンコート法、インクジェット法、ゾルゲ
ル法により積層させたものを用いても構わない。但し基
板側から発光を取り出す場合には、該発光波長に対して
基板として透明な材料である必要があり、また基板と対
向する電極側から発光を取り出す場合には、該発光波長
に対して透明な電極材料である必要がある。 ＜各層の形成方法＞本発明の交流印可型ＥＬ素子は、以
下のような方法で形成される。例えば図１−２(a)の場
合、まず透明電極基板上に絶縁層をスパッタ等を用いて
形成させ、その上に発光層をスピンコーティング等を用
いて形成、その上に再度絶縁層をスパッタ等を用いて形
成させ、最後にＡｌ電極を蒸着等により形成させデバイ
スとする。

【００１４】絶縁層は、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタ
法、電子線蒸着法、イオンビーム蒸着法、分子線エピタ
キシー法、塗布法、ディップコーティング法、ラングミ
ュアボロジェット（ＬＢ）法、事項集積（セルフアセン
ブリ）法、スピンコート法、インクジェット法、ゾルゲ
ル法などによって固体基板上に作製される。本発明のＥ
Ｌ素子の構成要素である発光層の両側を挟む中間層は、
蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタ法、電子線蒸着法、イオン
ビーム蒸着法、分子線エピタキシー法、塗布法、ディッ
プコーティング法、ＬＢ法、事項集積（セルフアセンブ
リ）法、スピンコート法、インクジェット法、ゾルゲル
法などによってに作製される。発光層は、塗布法、ディ
ップコーティング法、ＬＢ法、スピンコート法、インク
ジェット法、ゾルゲル法などによって作製される。 ＜交流印可型ＥＬ素子の具体的構成例＞以下に図を用い
て本発明の交流印可型ＥＬ素子の構成を説明する。

【００１５】図１−１〜１−５は、本発明の交流印可型
ＥＬ素子の構造を示す模式図である。図１−１は、透明
電極上に発光層である超微粒子層を積層させ、その上に
対向電極を設けた構造になっている。図１−２は、発光
層の両側（図１−２（ａ））、あるいはいずれか片側一
方に絶縁層（図１−２（ｂ）,（ｃ））を設けた構造で
ある。該絶縁層は、発光層からの発光の波長に対して透
明であり、電極に電界によって加速された電子が到達す
るのを防ぐ。この場合に、該発光層と該絶縁層が交互に
積層された構造でも構わない（図１−２（ｄ））。

【００１６】図１−３は、発光層を構成する超微粒子層
の両側が、該発光層を構成する超微粒子よりも大きいバ
ンドギャップを有する中間層に挟まれた構造を有する構
造である（図１−３（ａ））。例えば、該発光層の導電
性が著しく低い場合には、該発光層に比べて導電性のあ
る半導体で、該発光層より大きいバンドギャップを有す
る層を挟ませることで、導電性を向上させることができ
る。この場合に、該発光層と該中間層、あるいは、該発
光層、該中間層と該絶縁層が交互に積層していても構わ
ない（図１−３（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ））。

【００１７】図１−４は、発光層を構成する超微粒子
が、超微粒子よりも大きいバンドギャップを有するマト
リックスに分散された構造である。これは図１−３の場
合と同じように、該発光層よりも導電性のあるマトリッ
クスに分散させることで、該発光層の導電性を向上させ
ることができる。図１−５は、発光層を構成する超微粒
子超微粒子が、絶縁性のマトリックスに分散された構造
である。これは、電極上に絶縁層を設けず、絶縁性のマ
トリックスに超微粒子を分散させる構造となっている。 ＜交流印可型ＥＬ素子＞交流印可型ＥＬ素子について簡
単に説明する。従来の直流印可型ＥＬ素子の動作原理
は、それぞれの電極から電子および正孔を注入させ、ホ
ール輸送層および電子輸送層を介して、伝導バンドをホ
ッピングにより輸送してきた電子と価電子バンドを輸送
してきた正孔とが、発光層で再結合することによって発
光する。一方、交流印可型ＥＬ素子の場合は、発光層の
両側を絶縁層で挟んだ構造をしているため、例えば発光
層と絶縁層の界面準位からトンネル放出、あるいは熱電
子放出により伝導帯へキャリア注入させ、10⁶V/cmの高
電界で加速、発光体へ衝突した際に失う運動エネルギー
を使って直接励起、発光させる。そのため一方の発光層
・絶縁層界面に到達したキャリヤは、逆バイアスをかけ
ることによってもう一度加速、衝突励起させることが可
能となる。つまり交流印可する必要があることになる。

【００１８】本発明のＥＬ素子は、従来型のＥＬ素子に
比べて、発光材料として、超微粒子を用いているため発
光効率の向上が期待される。また超微粒子の直径を変え
ることにより、同一の材料を用いて光の３原色、赤、
青、緑を発色させることが可能である。

【００１９】

【実施例】以下に実施例により本発明の具体的態様を更
に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限
り、以下の実施例によって限定されるものではない。固
体電極基板としてＩＴＯ基板を用い、該基板上にスパッ
タ法により絶縁層としてSiO₂を成膜した。その膜厚は、
３００ｎｍであった。その上に発光層であるZnS:Mn超微
粒子をスピンコートさせた。該ZnS:Mn超微粒子の平均粒
径は約３ｎｍであった。該超微粒子層（発光層）の膜厚
は、約５０ｎｍであった。その上に中間層であるＺｎＳ
をスパッタ法により成膜した。その膜厚は２００ｎｍで
あった。その上に絶縁層としてSiO₂を3００ｎｍ成膜し
た。更に対向電極としてＡｌを真空蒸着した。その膜厚
は、約８０００ｎｍであった。ＥＬ測定は、作製した素
子のＩＴＯとＡｌに電極をつなぎ、その間に交流電圧を
印可させた。この時の交流周波数は、１ｋＨＺであっ
た。電圧を上げていくと１２０Ｖ位から、超微粒子由来
の発光が観測された。得られたＥＬスペクトルを図２に
示す。

【００２０】

【発明の効果】本発明の交流印可型ＥＬ素子は発光効率
に優れ、また、発光層に用いる発光性微粒子の粒径を制
御することで、同一の材料を用いて光の３原色、赤、
青、緑を発色させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の交流印可型ＥＬ素子の層構成を表す模
式図（図１−１）である。

【図２】本発明の交流印可型ＥＬ素子の層構成を表す模
式図（図１−２）である。

【図３】本発明の交流印可型ＥＬ素子の層構成を表す模
式図（図１−３）である。

【図４】本発明の交流印可型ＥＬ素子の層構成を表す模
式図（図１−４，１−５）である。

【図５】実施例で作製したＥＬ素子のＥＬスペクトル図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神谷 格 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社内 Ｆターム(参考） 3K007 AB03 AB04 DB00 DC00 EB05 4H001 CA01 CA02

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 いずれか一方が透光性を有する１対の電
   極間に発光性物質を含有する発光層を有するエレクトロ
   ルミネッセンス素子において、発光性物質が超微粒子で
   あることを特徴とする交流印可型エレクトロルミネッセ
   ンス素子。
2. 【請求項２】 発光層の両側あるいはいずれか一方に、
   発光波長に対して透明な絶縁層を有する、請求項１に記
   載の交流印可型エレクトロルミネッセンス素子。
3. 【請求項３】 絶縁層が、無機酸化物及び／又は高分子
   化合物からなる、請求項２に記載の交流印可型エレクト
   ロルミネッセンス素子。
4. 【請求項４】 発光層と絶縁層との間に、超微粒子より
   も大きいバンドギャップを有する中間層を有する、請求
   項２または３に記載の交流印可型エレクトロルミネッセ
   ンス素子。
5. 【請求項５】 中間層が、超微粒子のバンドギャップよ
   りも大きい半導体からなるものである、請求項４に記載
   の交流印可型エレクトロルミネッセンス素子。
6. 【請求項６】 発光層が、超微粒子が該超微粒子よりも
   大きいバンドギャップを有するマトリックスに分散され
   てなるものである、請求項１〜５のいずれかに記載の交
   流印可型エレクトロルミネッセンス素子。
7. 【請求項７】 マトリックスが絶縁性である、請求項６
   に記載の交流印可型エレクトロルミネッセンス素子。
8. 【請求項８】 超微粒子の平均粒径が、０．５〜100nm
   の範囲である請求項１〜７のいずれかに記載の交流印可
   型エレクトロルミネッセンス素子。
9. 【請求項９】 超微粒子が、その表面に有機化合物が配
   位、吸着あるいは結合してなるものである、請求項１〜
   ８のいずれかに記載の交流印可型エレクトロルミネッセ
   ンス素子。
10. 【請求項１０】 超微粒子が、発光性を有する元素がド
    ープされてなるものである、請求項１〜９のいずれかに
    記載の交流印可型エレクトロルミネッセンス素子。