JP2005005223A - 発光素子および表示デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】長寿命の有機ＥＬ素子、及び、高輝度の無機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】発光素子１０は、互いに対向する第１電極１、５及び第２電極３、７と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれている発光体層２、６とを備えている発光ユニットを少なくとも２以上積み重ねられている。前記各発光ユニットは、透明又は半透明の絶縁体層４を介して積み重ねられていることが好ましい。
【選択図】 図１
【解決手段】発光素子１０は、互いに対向する第１電極１、５及び第２電極３、７と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれている発光体層２、６とを備えている発光ユニットを少なくとも２以上積み重ねられている。前記各発光ユニットは、透明又は半透明の絶縁体層４を介して積み重ねられていることが好ましい。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子および発光素子を用いた表示デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自己発光型のＥＬ素子を用いたデバイスが、フラットパネルディスプレイへの期待が高まっている。近年、所定電圧以上の電圧を印加することによって発光するエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）現象を利用するＥＬ素子が開発され、発光用デバイスや、表示用デバイスとして用いられている。ＥＬ素子は、発光体に無機材料を用いる無機ＥＬ素子と、発光体に有機材料を用いる有機ＥＬ素子とに分類される。有機ＥＬ素子では、有機物発光体に電子と正孔を注入し、それらの再結合エネルギーによって発光中心を励起する現象を利用している。有機ＥＬディスプレイは、通常、直流電源にて駆動し、アクティブマトリックス駆動するように構成され、各有機ＥＬ素子の画素には、画素に対して、駆動電流を供給するための電界効果トランジスタが接続されている。電界効果トランジスタとしては、一般に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられている。Ｊ．ＳｈｉやＣ．Ｗ．Ｔａｎｇによって、Ａｌｑ３等からなる発光体へルブレンやキナクリドン等をドープして素子を長寿命化する検討がなされた（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７０，１６６５（１９９７））が、輝度及び寿命を満足できていない。
【０００３】
一方、無機ＥＬ素子は、発光体に無機材料を用いており、発光体中の電子が高電界下で加速されて、発光中心に衝突し、励起し、再び基底状態になる際に発光する現象を利用している。現在実用化されている無機ＥＬ素子は比較的長寿命である。また、無機ＥＬ素子では、駆動に要する電圧が比較的高いので、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使用することができず、パッシブマトリックス駆動するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有機ＥＬ素子をディスプレイとして用いる場合、連続的に発光させると発光体である有機材料が劣化しやすくなるため、寿命が短い（輝度の低下）ことが問題となっている。
【０００５】
また、無機ＥＬ素子をディスプレイとして用いる場合、パッシブマトリックス駆動では走査電極を増加すると輝度が低下するので、輝度低下を招くことが問題となっている。
【０００６】
本発明の目的は、長寿命の有機ＥＬ素子、及び、高輝度の無機ＥＬ素子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る発光素子は、互いに対向する第１及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれている発光体層とを備えている少なくとも２以上の発光ユニットを積み重ねられていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記各発光ユニットは、可視光を効率よく各発光ユニットより取り出すために透明又は半透明の絶縁体層を介して積み重ねられていることが好ましい。
【０００９】
さらに、前記発光体層としては、発光性有機材料、又は、発光性無機材料を含んでいてもよい。
【００１０】
またさらに、前記各発光ユニットは、交流電源に並列接続されている。
【００１１】
本発明に係る発光素子は、互いに対向する第１及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれている第１発光体層とを備えている第１発光ユニットと、
互いに対向する第３及び第４電極と、前記第３電極と前記第４電極との間に挟まれている第２発光体層とを備えている第２発光ユニットと
を備え、
前記第１発光ユニットと前記第２発光ユニットとは、前記第２電極と前記第３電極とを互いに対向させて積み重ねられていることを特徴とする。
【００１２】
また、好ましくは、前記第１発光ユニットと前記第２発光ユニットとは、透明又は半透明の絶縁体層を介して積み重ねられている。
【００１３】
さらに、前記第１ユニットの前記第１電極と、前記第２ユニットの前記第４電極とがそれぞれ交流電源の一方の電極に接続されていると共に、
前記第１ユニットの前記第２電極と、前記第２ユニットの前記第３電極とがそれぞれ前記交流電源のもう一方の電極に接続されており、前記第１発光ユニットと前記第２発光ユニットが前記交流電源に並列接続されている。
【００１４】
また、前記第１及び第２発光体層は、発光性有機材料を含み、
前記第１電極は、第１電子注入電極であり、前記第３電極は、第２電子注入電極であって、
前記第２電極は、第１正孔注入電極であり、前記第４電極は、第２正孔注入電極である。
【００１５】
なお、電子注入電極と発光体層との間に挟まれている電子輸送層をさらに備えていてもよい。また、正孔注入電極と発光体層との間に挟まれている正孔輸送層をさらに備えていてもよい。
【００１６】
さらに、前記第１及び第２発光体層が発光性無機材料を含む場合には、各電極と発光体層との間に挟まれている誘電体層をさらに備えていることが好ましい。
【００１７】
なお、本発明の発光素子から、より明るい発光を取り出すために、複数の電源にて発光素子を駆動し、それぞれの電源のスイッチング時間をオーバーラップさせて発光時間等をかせいでも構わないし、積層された発光ユニットに光反射する層を設けても構わない。積層された発光ユニットに光反射する層を設ける場合は、発光素子の構造を単純化するために、光反射する層を陰極に用いても構わない。
【００１８】
また、本発明に係る表示デバイスは、上記記載の発光素子が２次元配列している発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの面に平行な第１方向に平行に延在しており、前記発光素子の前記第１電極と前記第４電極とに接続されている複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの面に平行であって、前記第１方向と直交する第２方向に平行に延在しており、前記発光素子の前記第２電極と前記第３電極とに接続されている複数のｙ電極と
を備え、
一組の前記ｘ電極と前記ｙ電極との間に交流電圧を印加して一つの発光素子を駆動することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を実施の形態を用いてさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施の形態により限定されるものではない。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。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る発光素子について図１を用いて説明する。図１は、この発光素子１０の素子構造を示す面に垂直な概略断面図である。この発光素子１０は、発光体に有機材料を用いた有機ＥＬ素子であって、透明な絶縁体層４の両面にそれぞれ第１及び第２発光ユニットが形成されている。第１発光ユニットは、互いに対向する第１電極１と第２電極３と、該第１及び第２電極１、３とに挟まれている第１発光体２とを備えている。第２発光ユニットは、互いに対向する第３電極５と第４電極７と、該第３及び第４電極５、７とに挟まれている第２発光体６とを備えている。この発光素子１０では、第１発光体２及び第２発光体６には有機材料が用いられている。
【００２１】
この発光素子では、それぞれの発光ユニットが交流電源に並列接続されている。これによって、２つの発光ユニットを交互に発光させることにより、全体としての輝度を維持しながら、それぞれの発光ユニットは連続して発光しないので、長寿命の発光素子を得ることができる。
【００２２】
この発光素子１０は、次のようにして作製される。
（ａ）まず、透明な絶縁層４の両面上にそれぞれ薄膜トランジスタ（図示せず）を形成する。
（ｂ）次いで、一方の面の薄膜トランジスタの上に透明電極３と発光体層２を形成する。
（ｃ）次に、発光体層２と別に設けられた電極１とを張り合わせて第１発光ユニットとする。
（ｄ）同様にして、絶縁体層４のもう一方の面の薄膜トランジスタ（図示せず）の上に透明電極５と発光層６とを形成する。
（ｅ）次いで、発光体層６と別に設けられた電極７とを張り合わせて第２発光ユニットとする。
以上の工程によって、絶縁体層４の両面に各々の発光ユニットが形成された発光素子を作製することができる。
【００２３】
上記のように絶縁体層４の両面のそれぞれに発光ユニットを形成するので、薄膜トランジスタの配線を共通化できる。また、所望すれば薄膜トランジスタを両面のうち一方の面に設け、両面について共通化させることもできる。さらに、接着性の高分子材料を含む正孔輸送層または電子輸送層を用いることにより、該発光層を接着層として電極と貼り合わせて発光ユニットを形成でき、光透過率が高いＩＴＯ等の電極形成の際の加熱による有機材料の劣化を避けることができる。また、絶縁体層４の両面のそれぞれに発光体層まで形成するので、両面にわたる各画素の位置合せを正確に行うことができる。
【００２４】
なお、従来、ＥＬ素子では、交流電源で駆動した場合と、直流電源で使用した場合とでは発光素子の輝度低下（寿命）が異なることが知られている。その原因としては、キャリアトラップなどによる素子の分極効果（Ｄ．Ｚｏｕ ｅｔ ａｌ．， Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ， ３７、Ｌ１４０６（１９９８））と考えられており、順方向の駆動の後に逆方向のバイアス電圧をかけることで、素子の駆動特性を測定すると、逆バイアスを加えることにより、輝度低下が緩和される傾向にあり、特に、電圧上昇が抑制される（城戸 淳二 著， 「有機ＥＬ材料とディスプレイ」， シーエヌシー出版， 第１１０−１１２頁）。しかし、これまで、発光体に有機材料を用いた有機ＥＬ素子はキャリア注入電極の極性があるため、直流電源にて駆動され、逆方向のバイアス電圧をかけることがなく、交流駆動できる有機ＥＬ素子はなかった。今回、本発明者によって上述のように交流駆動できる有機ＥＬ素子が考え出され、長寿命化を実現できた。
【００２５】
また、この発光素子を用いて表示デバイスを構成することができる。例えば、この発光素子１０を２次元配列させた発光素子アレイを備えたパッシブマトリクス駆動型表示デバイスである。この表示装置は、さらに、該発光素子アレイの面に平行な第１方向に平行に延在しており、発光素子の第１電極と第４電極とに接続されている複数のｘ電極と、発光素子アレイの面に平行であって、上記第１方向と直交する第２方向に平行に延在しており、前記発光素子の前記第２電極と前記第３電極とに接続されている複数のｙ電極とを備える。この表示デバイスでは、一組のｘ電極とｙ電極との間に交流電圧を印加して一つの発光素子を駆動する。なお、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリクス型表示装置を構成してもよい。
【００２６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る発光素子について説明する。この発光素子は、実施の形態１に係る発光素子と比較すると、発光体に無機化合物を用いている点で相違する。発光体の無機化合物としては、例えば、マンガンドープ硫化亜鉛が用いられる。他に希土類金属ドープの硫化亜鉛等も使用できる。発光体に無機化合物を用いた発光素子では、一つの発光ユニットで輝度が飽和する条件で駆動することによって積み重ねた２つの発光ユニットの発光体層により、大きな発光輝度が得られる。
【００２７】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る発光素子２０について、図２を用いて説明する。図２は、この発光素子２０の素子構造を示す概略断面図である。この発光素子２０は、実施の形態１に係る発光素子と比較すると、発光体に有機化合物を用いている点で共通するが、第１発光体２と第２電極３との間に第１正孔輸送層１２、第２発光体６と第４電極７の間に第２正孔輸送層１４を設けている点で相違する。また、第１電極１と第１発光体２との間に第１電子輸送層１１、第３電極５と第２発光体６の間に第２電子輸送層１３を設けてもよい。このように正孔輸送層、電子輸送層等のキャリア輸送層を設けることで、更に輝度が向上する。
【００２８】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る発光素子８５について、図６を用いて説明する。図６は、この発光素子８５の素子構造を示す概略断面図である。この発光素子８５の発光層が有機化合物である。この発光素子８５では３つの画素を含んでいる。この発光素子８５を実施の形態１に係る発光素子と比較すると、発光体に有機化合物を用いている点で共通するが、薄膜トランジスタ６７、７４を用いる点で相違する。すなわち透明基板６６上に薄膜トランジスタ６７と透明電極６９を絶縁体６８を介して作製し透明電極６９上に発光層を作製して第１ハーフユニット８１を得る。次に透明基板７３上にＩＴＯ透明電極を作製し第３ハーフユニット８３を得る。高分子化合物からなる正孔輸送材料７１によって第１ハーフユニット８１の発光層７０の面と８３の透明電極７２の面を接着する。同様に透明基板６６上に薄膜トランジスタ７４とＩＴＯ透明電極７６を絶縁体７５を介して作製して、ＩＴＯ透明電極７６上に発光層７７を作製し第２ハーフユニット８２を得、第２ハーフユニット８２の発光層７７の面と、基板８０上に電極７９を作製した８４の電極７９の面とを高分子からなる電子輸送層７８で接着することにより、発光素子８５を得る。透明電極６９とＩＴＯ透明電極７６を対にして配線Ａとし、ＩＴＯ透明電極７２と電極７９を対にして配線Ｂとし、配線Ａと配線Ｂを対にして交流電源にて発光素子８５を駆動すれば、発光層７０と発光層７７が交互に点灯する。薄膜トランジスタ６７と薄膜トランジスタ７４の間の透明基板６６に貫通穴が開いている場合、薄膜トランジスタ６７と薄膜トランジスタ７４は１つの薄膜トランジスタとして作製できる。また、基板８０が透明であって電極７９がＡｇＭｇ等からなる透明電極である場合には、発光素子８５は発光素子の両面から光を取り出せる。以上のようにして作製した発光素子は、発光ユニットを重ねて作製する場合に発生する以下の（１）から（４）の課題を解決できるので、カラーテレビなどの表示デバイスに用いることが可能となる。
【００２９】
（１）ＲＧＢそれぞれの発光部を位置精度よく積み重ねなければ、隣接する異なる色が混ざり合って発光するために色純度が低下する。
（２）薄膜トランジスタを用いる場合、発光ユニットを位置精度よく積み重ねなければ開口部が狭くなり、取り出せる光量が少なくなる。
（３）透明電極にＩＴＯを用いる場合、光透過性が高くイオン化ポテンシャルが小さいＩＴＯ膜を得るためには、発光層に影響が出るプロセスでＩＴＯを成膜しなければならず、そのようなプロセスの下では発光層の発光機能が低下もしくは発光機能を失ってしまう。
（４）透明基板７３と基板８０で挟まれた構造であり、透明基板７３と基板８０は水分を透過しないので、発光素子外からの湿度の影響がなく、湿度に弱い発光材料を用いても長寿命な発光素子を得ることができる。
【００３０】
尚、発光素子８５を直流電源にて駆動する場合は、透明電極７６をＡｇＭｇ等からなる透明電極とし、電極７９をＣｕＯ等からなる黒色電極を用いて、配線Ａを駆動電源の陰極、配線Ｂを駆動電源の陽極に配線すればよく、このような発光素子８５は輝度が大幅に改善しさらに黒色電極によって素子外から素子内へ入射した光が再び素子外へ出ないのでコントラストが大幅に改善できる。
【００３１】
発光素子８５では、２つの発光ユニットを重ね合わせて、それぞれの発光ユニットを交流電源に並列接続している。それぞれの発光ユニットでは電子注入の役目をする電極と正孔注入の役目をする電極とが互いに逆向きに配置されている。これによって、２つの発光ユニットを交互に発光させることにより、全体としての輝度を維持しながら、それぞれの発光ユニットは連続して発光しないため、長寿命の発光素子を得ることができる。
【００３２】
この発光素子８５の作製方法を以下に示す。この発光素子８５は、一枚の透明基板６６の両面にそれぞれ第１ハーフユニット８１と第２ハーフユニット８２とを作製し、別々に作製した第３ハーフユニット８３と第４ハーフユニット８４をそれぞれ第１ハーフユニットと第２ハーフユニットに重ね合わせて、透明基板の両面にそれぞれ形成された２つの発光ユニットを有する発光素子８５を完成する。そこで、以下にこの発光素子８５の作製方法について説明する。
【００３３】
まず、透明基板６６の両面に第１及び第２ハーフユニット８１、８２を作製する手順について説明する。
（ａ）まず、支持体となる絶縁体の透明基板６６には無アルカリガラスを用いた。なお、発光層７０をＲＧＢ等複数に色分けし、隣接するＲＧＢ等色との干渉を防ぐ目的で、透明基板６６上に隔壁を設けても構わない。隔壁は透明基板６６と同じ材料でも構わないし、通常用いられる電気絶縁材料を使用してもよい。
（ｂ）次いで、透明基板６６上に薄膜トランジスタ６７を位置精度よく作製し、絶縁体６８を介して透明電極６９を形成した。なお、透明基板６６に貫通穴を設けた場合は、両面に設けられる薄膜トランジスタ６７と薄膜トランジスタ７４を１つの薄膜トランジスタとして作製できる。薄膜トランジスタ６７および絶縁体６８は通常用いられるものを使用できる。透明電極６９は発光層７０を発光するときに陰極の役目をする電極なので仕事関数が低い材料を使用できる。そのような電極は、Ｍｇを主体とするＡｇ含有材料等をスパッタや真空蒸着法などにより精度１０ｎｍ程度に薄くかつ位置精度よく作製することによって得る。
【００３４】
（ｃ）次に、透明電極６９上に位置精度よく発光層７０を作製して第１ハーフユニット８１を形成した。発光層７０はｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）／ｐｏｌｙ（ｄｉｈｙｄｒｏｔｈｉｅｎｏ［３，４−ｂ］−１，４−ｄｉｏｘｉｎ）を用いたが、これに限られず、ポリフェニレンビニレン系やポリビニルカルバゾール系やポリチオフェン系やポリフェニレン系やポリアセチレン系やポリフルオレン系などを主体とする高分子材料や、キノリン系錯体やオキサゾール系錯体やチアゾール系錯体やアゾ系錯体やスチリル系錯体やキノン系錯体を主体とする有機材料を使用できる。また、発光波長の変化などの目的でドーパントを含んでも構わない。また発光層７０がＲＧＢ等複数に色分けされている場合には、隣接するＲＧＢ等色との干渉を防ぐ目的で、透明基板６６上に隔壁を設けても構わない。あるいは、隔壁が無い場合は、黒色または無色の隔壁用材料をＲＧＢ夫々の発光層７０間に形成しても構わない。その場合は、発光層７０に用いる発光材料に熱や溶解により影響を与えない隔壁用材料が使用できる。そのような隔壁用材料としては通常用いられる黒色または無色の材料が使用できる。また、隔壁が無く隔壁用材料を用いない場合は、隣接するＲＧＢ間にレーザー等を照射して、照射部分の発光材料の発光機能を破壊しても構わない。
（ｄ）次いで、透明基板６６のもう一方の面に第２ハーフユニット８２を第１ハーフユニット８１と同様に作製した。このとき、透明基板６６のもう一方の面に発光体層７７までを形成できるので、第１ハーフユニット８１の画素と第２ハーフユニット８２の画素の位置合せを正確に行うことができる。
【００３５】
（ｅ）また、上記の透明基板６６とは別に、透明基板７３上に加温条件にてＩＴＯからなる透明電極層７２を形成して第３ハーフユニット８３を作製した。同様にして第４ハーフユニット８４も作製したが、第３ハーフユニット８３とは電極７９にＭｇを主体とするＡｇＭｇ合金を用いた点で異なる。可視光透過性やイオン化ポテンシャルが低い電極７２を得るために、透明基板７３は２５０℃程度の加熱条件下で成膜するため、透明基板７３は耐熱性材料であるガラス等が使用できる。なお、ガラスからの発光素子８５内へのアルカリ成分の侵入を防ぐ目的で、無アルカリガラスを使用しても構わない。第４ハーフユニット８４の基板８０には無アルカリガラスを用いたが、とくに透明である必要は無く、セラミックなど通常の耐熱性材料が使用できる。
【００３６】
（ｆ）続いて、第１ハーフユニット８１の発光層７０の面と、第３ハーフユニット８３の透明電極７２の面を正孔輸送層７１を介して接着した。正孔輸送層７１は高分子材料ポリフェニレンビニレンを有機溶剤溶液として塗布成膜した。このような正孔輸送層としては、通常用いられる高分子材料のうちイオン化ポテンシャルが２〜６ｅＶのものが用いられ、そのような高分子材料としてはビニルカルバゾール系、フェニルビニレン系などが使用できる。このように貼り合わせることによって発光ユニットを形成しているので、電極形成時の加熱による有機材料の劣化を避けることができる。
（ｇ）同様に、第２ハーフユニット８２の電子輸送層７８の面と、第４ハーフユニット８４の電極７９の面をポリメチルメタクリレートからなる電子輸送層７８を介して接着した。電子輸送層７８はイオン化ポテンシャルが２〜５ｅＶのものが用いられ、そのような高分子材料としてはポリメチルメタクリレートなどが使用でき、イオン化ポテンシャルを下げる目的でドーパントを含有させても構わない。ドーパントはオキサジアゾール系やキノリル系錯体などの有機物やイオン化ポテンシャルの小さいＡｇＭｇ合金やＡｌＬｉ合金やアルミニウムなどの金属を使用できる。このように貼り合わせることによって発光ユニットを形成しているので、電極形成時の加熱による有機材料の劣化を避けることができる。
以上の工程により、発光素子８５を構成した。
【００３７】
次に、この発光素子８５の発光特性について説明する。この発光素子８５は、透明電極６９とＩＴＯ透明電極７６とを交流電源の一方の電極に接続し、ＩＴＯ透明電極７２と電極７９とを交流電源のもう一方の電極に接続して電圧を印加し、発光特性を観測した。この発光素子８５では、６０Ｈｚのサイン波形で最大起電力のピーク−トゥ−ピークが１６Ｖの交流波形を印加することにより、第１有機発光体層２と、第２有機発光体層６は、それぞれ交互に点灯した。この場合、２０００ｃｄ／ｍ２の高い発光輝度が得られた。
【００３８】
尚、発光素子８５を直流電源にて駆動する場合は、透明電極７６をＡｇＭｇ合金の１０ｎｍ薄膜からなる透明電極とし、電極７９をＣｕＯ等からなる黒色の電極を用いて、発光素子８５を作製すればよく、透明電極６９と透明電極７６とを直流電源の陰極に接続し、透明電極７２と電極７９とを直流電源の陽極に接続して電圧を印加し、発光特性を観測した。この発光素子８５では、１６Ｖの直流電圧を印加することにより、第１有機発光体層２と、第２有機発光体層６は、それぞれ同時に点灯した。この場合、３７００ｃｄ／ｍ２の高い発光輝度が得られた。
【００３９】
（比較例１）
比較例１の発光素子について図４を用いて説明する。図４は、この発光素子５０の素子構造を示す概略断面図である。この発光素子５０は、実施の形態２に係る発光素子と比較すると、単一の発光ユニットからなる点で相違する。具体的には、発光体に有機化合物を用い、電極５１と発光体層５３との間に電子輸送層５２を設け、発光体層５３と電極５５との間に正孔輸送層５４を設けた。なお、発光素子５０の各層の材料及び各層の作製手順は、実施の形態３と同様に行った。この発光素子５０では、電極５１と電極５２との間に交流電源を接続し、実施の形態３と同様に交流電圧を印加したが、電極５１側が正極で電極５５側が負極となる場合には発光するが、電極５１側が負極で電極５５が正極となる場合には発光しないため、十分な発光輝度は得られなかった。
【００４０】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る発光素子３０について、図３を用いて説明する。図３は、この発光素子３０の素子構造を示す概略断面図である。この発光素子３０は、実施の形態２に係る発光素子と比較すると、発光体２２、２６と各電極２１、２３、２５、２７との間にそれぞれ強誘電体層３１、３２、３３、３４を設けている点で相違する。具体的には、第１電極２１と第１発光体２２との間に第１誘電体層３１、第１発光体２２と第２電極２３との間に第２誘電体層３２、第３電極２５と第２発光体２６との間に第３誘電体層３３、第２発光体２６と第４電極２７との間に第４強誘電体層３４を設けている。このように強誘電体層３１、３２、３３、３４を設けることで、更に輝度が向上する。
【００４１】
この発光素子３０は、以下の手順によって作製した。この発光素子３０は、実施の形態３と同様に、第１発光ユニットと第２発光ユニットのそれぞれについて別々に作製し、最後にそれぞれの発光ユニットを重ね合わせて発光素子３０を完成する。そこで、まず、第１及び第２発光ユニットを作製する手順について説明する。
（ａ）まず、電極付きの透明な基板（図示せず）として、ＩＴＯ膜付きの無アルカリガラス基板を用いた。このＩＴＯ膜は、第１発光ユニットでは第２電極２３であり、第２発光ユニットでは第４電極２７である。
（ｂ）次に、電極２３、２７の上に強誘電体膜３２、３４として、タンタル酸バリウムからなる誘電体膜を、スパッタリングによって形成した。
（ｃ）形成された誘電体層３２、３４の上に、基板温度を６００℃とし、ＥＢ蒸着法により発光体層として、マンガンドープ硫化亜鉛からなる発光体層（無機発光体層）２２、２６を形成した。
（ｄ）さらに、 タンタル酸バリウムからなる誘電体層３１、３３をスパッタリング法により発光体層２２、２６の上に形成した。
（ｅ）この上に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、ＩＴＯ透明電極２１、２５を形成した。
（ｆ）最後に、第１発光ユニットと第２発光ユニットとを第１発光ユニットの無アルカリガラス基板２４を介して貼り合わせて発光素子３０を完成した。
以上の工程によってこの発光素子３０を作製した。なお、この発光素子３０の製造方法は、上記工程に限定されるものではない。例えば、上記の例では、第１発光ユニットと第２発光ユニットとを別々に作製し、最後に貼り合わせて作製したが、透明な絶縁体層として無アルカリガラス基板の両面に第１発光ユニットと第２発光ユニットのそれぞれを形成して発光素子３０を作製してもよい。
【００４２】
次に、この発光素子３０の発光特性について説明する。この発光素子３０は、ＩＴＯ電極（第１電極）２１とＩＴＯ電極（第４電極）２７とを交流電源の一方の電極に接続し、ＩＴＯ電極（第２電極）２３とＩＴＯ電極（第３電極）２５とを交流電源のもう一方の電極に接続して電圧を印加し、発光特性を観測した。この発光素子３０では、２００Ｖの電圧を印加することにより第１無機発光体層２と第２無機発光体層６が点灯し、５００ｃｄ／ｍ２の高い発光輝度が得られた。この発光素子では、２つの発光ユニットを重ね合わせて、それぞれの発光ユニットを交流電源に並列接続している。これによって、一つの発光ユニットで輝度が飽和する条件下で駆動させることにより、下記比較例２の発光素子と比較すると、大幅に高い発光輝度が得られた。
【００４３】
（比較例２）
比較例２の発光体に無機化合物を用いた発光素子について、図５を用いて説明する。この発光素子６０は、実施の形態４に係る発光素子と比較すると、単一の発光ユニットのみからなる点で相違する。具体的には、発光体に有機化合物を用い、電極６１と発光体層６３との間に第１誘電体層６２を設け、発光体層６３と第２電極６５との間に第２誘電体層６４を設けた。発光素子６０の各層を構成する材料および各層の作製手順は、実施の形態４と同じにした。比較例２の発光素子６０は６０Ｈｚのパルス幅６０Ｖの電圧をデータ電極に印加することにより、３００ｃｄ／ｍ２の発光輝度が得られた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係る発光素子によれば、２つの発光ユニットが積み重ねられており、それぞれの発光ユニットが交流電源に並列接続されている。また、発光体が有機材料からなる場合には、２つの発光ユニットのそれぞれの発光体層が交互に発光するため、直流電源で駆動する場合のように連続的に発光しないため、長寿命の発光素子が得られる。発光体が無機材料からなる場合には、２つの発光ユニットのそれぞれの発光体層が発光するため、高い輝度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発光素子の素子構造を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態３に係る発光素子の素子構造を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態５に係る発光素子の素子構造を示す概略断面図である。
【図４】比較例１に係る発光素子の素子構造を示す概略断面図である。
【図５】比較例２に係る発光素子の素子構造を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る発光素子の素子構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 第１電極、２ 第１有機発光体層、３ 第２電極、４ 透明絶縁体層、５ 第３電極、６ 第２有機発光体層、７ 第４電極、１０、２０、３０ 発光素子、１１ 第１電子輸送層、１２ 第１正孔輸送層、１３ 第２電子輸送層、１４第２正孔輸送層、２１ 第１電極、２２ 第１無機発光体層、２３ 第２電極、２４ 透明絶縁体層、２５ 第３電極、２６ 第２無機発光体層、２７ 第４電極、３１ 第１誘電体層、３２ 第２誘電体層、３３ 第３誘電体層、３４ 第４誘電体層、５０、６０ 発光素子、５１ 第１電極、５２ 電子輸送層、５３ 有機発光層、５４ 正孔輸送層、５５ 第２電極、６１ 第１電極、６２ 第１誘電体層、６３ 無機発光層、６４ 第２誘電体層、６５ 第２電極、６６透明基板、６７、７４ 薄膜トランジスタ、６８、７５ 絶縁体層、６９ 透明電極、７０、７７ 発光体層、７１ 正孔輸送層、７２ ＩＴＯ透明電極、７３ 透明基板、７６ ＩＴＯ透明電極、７８ 電子輸送層、７９ 電極、８０ 基板、８１ 第１ハーフユニット、８２ 第２ハーフユニット、８３ 第３ハーフユニット、８４ 第４ハーフユニット、８５ 発光素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子および発光素子を用いた表示デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自己発光型のＥＬ素子を用いたデバイスが、フラットパネルディスプレイへの期待が高まっている。近年、所定電圧以上の電圧を印加することによって発光するエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）現象を利用するＥＬ素子が開発され、発光用デバイスや、表示用デバイスとして用いられている。ＥＬ素子は、発光体に無機材料を用いる無機ＥＬ素子と、発光体に有機材料を用いる有機ＥＬ素子とに分類される。有機ＥＬ素子では、有機物発光体に電子と正孔を注入し、それらの再結合エネルギーによって発光中心を励起する現象を利用している。有機ＥＬディスプレイは、通常、直流電源にて駆動し、アクティブマトリックス駆動するように構成され、各有機ＥＬ素子の画素には、画素に対して、駆動電流を供給するための電界効果トランジスタが接続されている。電界効果トランジスタとしては、一般に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられている。Ｊ．ＳｈｉやＣ．Ｗ．Ｔａｎｇによって、Ａｌｑ３等からなる発光体へルブレンやキナクリドン等をドープして素子を長寿命化する検討がなされた（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７０，１６６５（１９９７））が、輝度及び寿命を満足できていない。
【０００３】
一方、無機ＥＬ素子は、発光体に無機材料を用いており、発光体中の電子が高電界下で加速されて、発光中心に衝突し、励起し、再び基底状態になる際に発光する現象を利用している。現在実用化されている無機ＥＬ素子は比較的長寿命である。また、無機ＥＬ素子では、駆動に要する電圧が比較的高いので、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使用することができず、パッシブマトリックス駆動するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有機ＥＬ素子をディスプレイとして用いる場合、連続的に発光させると発光体である有機材料が劣化しやすくなるため、寿命が短い（輝度の低下）ことが問題となっている。
【０００５】
また、無機ＥＬ素子をディスプレイとして用いる場合、パッシブマトリックス駆動では走査電極を増加すると輝度が低下するので、輝度低下を招くことが問題となっている。
【０００６】
本発明の目的は、長寿命の有機ＥＬ素子、及び、高輝度の無機ＥＬ素子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る発光素子は、互いに対向する第１及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれている発光体層とを備えている少なくとも２以上の発光ユニットを積み重ねられていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記各発光ユニットは、可視光を効率よく各発光ユニットより取り出すために透明又は半透明の絶縁体層を介して積み重ねられていることが好ましい。
【０００９】
さらに、前記発光体層としては、発光性有機材料、又は、発光性無機材料を含んでいてもよい。
【００１０】
またさらに、前記各発光ユニットは、交流電源に並列接続されている。
【００１１】
本発明に係る発光素子は、互いに対向する第１及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれている第１発光体層とを備えている第１発光ユニットと、
互いに対向する第３及び第４電極と、前記第３電極と前記第４電極との間に挟まれている第２発光体層とを備えている第２発光ユニットと
を備え、
前記第１発光ユニットと前記第２発光ユニットとは、前記第２電極と前記第３電極とを互いに対向させて積み重ねられていることを特徴とする。
【００１２】
また、好ましくは、前記第１発光ユニットと前記第２発光ユニットとは、透明又は半透明の絶縁体層を介して積み重ねられている。
【００１３】
さらに、前記第１ユニットの前記第１電極と、前記第２ユニットの前記第４電極とがそれぞれ交流電源の一方の電極に接続されていると共に、
前記第１ユニットの前記第２電極と、前記第２ユニットの前記第３電極とがそれぞれ前記交流電源のもう一方の電極に接続されており、前記第１発光ユニットと前記第２発光ユニットが前記交流電源に並列接続されている。
【００１４】
また、前記第１及び第２発光体層は、発光性有機材料を含み、
前記第１電極は、第１電子注入電極であり、前記第３電極は、第２電子注入電極であって、
前記第２電極は、第１正孔注入電極であり、前記第４電極は、第２正孔注入電極である。
【００１５】
なお、電子注入電極と発光体層との間に挟まれている電子輸送層をさらに備えていてもよい。また、正孔注入電極と発光体層との間に挟まれている正孔輸送層をさらに備えていてもよい。
【００１６】
さらに、前記第１及び第２発光体層が発光性無機材料を含む場合には、各電極と発光体層との間に挟まれている誘電体層をさらに備えていることが好ましい。
【００１７】
なお、本発明の発光素子から、より明るい発光を取り出すために、複数の電源にて発光素子を駆動し、それぞれの電源のスイッチング時間をオーバーラップさせて発光時間等をかせいでも構わないし、積層された発光ユニットに光反射する層を設けても構わない。積層された発光ユニットに光反射する層を設ける場合は、発光素子の構造を単純化するために、光反射する層を陰極に用いても構わない。
【００１８】
また、本発明に係る表示デバイスは、上記記載の発光素子が２次元配列している発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの面に平行な第１方向に平行に延在しており、前記発光素子の前記第１電極と前記第４電極とに接続されている複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの面に平行であって、前記第１方向と直交する第２方向に平行に延在しており、前記発光素子の前記第２電極と前記第３電極とに接続されている複数のｙ電極と
を備え、
一組の前記ｘ電極と前記ｙ電極との間に交流電圧を印加して一つの発光素子を駆動することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を実施の形態を用いてさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施の形態により限定されるものではない。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。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る発光素子について図１を用いて説明する。図１は、この発光素子１０の素子構造を示す面に垂直な概略断面図である。この発光素子１０は、発光体に有機材料を用いた有機ＥＬ素子であって、透明な絶縁体層４の両面にそれぞれ第１及び第２発光ユニットが形成されている。第１発光ユニットは、互いに対向する第１電極１と第２電極３と、該第１及び第２電極１、３とに挟まれている第１発光体２とを備えている。第２発光ユニットは、互いに対向する第３電極５と第４電極７と、該第３及び第４電極５、７とに挟まれている第２発光体６とを備えている。この発光素子１０では、第１発光体２及び第２発光体６には有機材料が用いられている。
【００２１】
この発光素子では、それぞれの発光ユニットが交流電源に並列接続されている。これによって、２つの発光ユニットを交互に発光させることにより、全体としての輝度を維持しながら、それぞれの発光ユニットは連続して発光しないので、長寿命の発光素子を得ることができる。
【００２２】
この発光素子１０は、次のようにして作製される。
（ａ）まず、透明な絶縁層４の両面上にそれぞれ薄膜トランジスタ（図示せず）を形成する。
（ｂ）次いで、一方の面の薄膜トランジスタの上に透明電極３と発光体層２を形成する。
（ｃ）次に、発光体層２と別に設けられた電極１とを張り合わせて第１発光ユニットとする。
（ｄ）同様にして、絶縁体層４のもう一方の面の薄膜トランジスタ（図示せず）の上に透明電極５と発光層６とを形成する。
（ｅ）次いで、発光体層６と別に設けられた電極７とを張り合わせて第２発光ユニットとする。
以上の工程によって、絶縁体層４の両面に各々の発光ユニットが形成された発光素子を作製することができる。
【００２３】
上記のように絶縁体層４の両面のそれぞれに発光ユニットを形成するので、薄膜トランジスタの配線を共通化できる。また、所望すれば薄膜トランジスタを両面のうち一方の面に設け、両面について共通化させることもできる。さらに、接着性の高分子材料を含む正孔輸送層または電子輸送層を用いることにより、該発光層を接着層として電極と貼り合わせて発光ユニットを形成でき、光透過率が高いＩＴＯ等の電極形成の際の加熱による有機材料の劣化を避けることができる。また、絶縁体層４の両面のそれぞれに発光体層まで形成するので、両面にわたる各画素の位置合せを正確に行うことができる。
【００２４】
なお、従来、ＥＬ素子では、交流電源で駆動した場合と、直流電源で使用した場合とでは発光素子の輝度低下（寿命）が異なることが知られている。その原因としては、キャリアトラップなどによる素子の分極効果（Ｄ．Ｚｏｕ ｅｔ ａｌ．， Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ， ３７、Ｌ１４０６（１９９８））と考えられており、順方向の駆動の後に逆方向のバイアス電圧をかけることで、素子の駆動特性を測定すると、逆バイアスを加えることにより、輝度低下が緩和される傾向にあり、特に、電圧上昇が抑制される（城戸 淳二 著， 「有機ＥＬ材料とディスプレイ」， シーエヌシー出版， 第１１０−１１２頁）。しかし、これまで、発光体に有機材料を用いた有機ＥＬ素子はキャリア注入電極の極性があるため、直流電源にて駆動され、逆方向のバイアス電圧をかけることがなく、交流駆動できる有機ＥＬ素子はなかった。今回、本発明者によって上述のように交流駆動できる有機ＥＬ素子が考え出され、長寿命化を実現できた。
【００２５】
また、この発光素子を用いて表示デバイスを構成することができる。例えば、この発光素子１０を２次元配列させた発光素子アレイを備えたパッシブマトリクス駆動型表示デバイスである。この表示装置は、さらに、該発光素子アレイの面に平行な第１方向に平行に延在しており、発光素子の第１電極と第４電極とに接続されている複数のｘ電極と、発光素子アレイの面に平行であって、上記第１方向と直交する第２方向に平行に延在しており、前記発光素子の前記第２電極と前記第３電極とに接続されている複数のｙ電極とを備える。この表示デバイスでは、一組のｘ電極とｙ電極との間に交流電圧を印加して一つの発光素子を駆動する。なお、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリクス型表示装置を構成してもよい。
【００２６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る発光素子について説明する。この発光素子は、実施の形態１に係る発光素子と比較すると、発光体に無機化合物を用いている点で相違する。発光体の無機化合物としては、例えば、マンガンドープ硫化亜鉛が用いられる。他に希土類金属ドープの硫化亜鉛等も使用できる。発光体に無機化合物を用いた発光素子では、一つの発光ユニットで輝度が飽和する条件で駆動することによって積み重ねた２つの発光ユニットの発光体層により、大きな発光輝度が得られる。
【００２７】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る発光素子２０について、図２を用いて説明する。図２は、この発光素子２０の素子構造を示す概略断面図である。この発光素子２０は、実施の形態１に係る発光素子と比較すると、発光体に有機化合物を用いている点で共通するが、第１発光体２と第２電極３との間に第１正孔輸送層１２、第２発光体６と第４電極７の間に第２正孔輸送層１４を設けている点で相違する。また、第１電極１と第１発光体２との間に第１電子輸送層１１、第３電極５と第２発光体６の間に第２電子輸送層１３を設けてもよい。このように正孔輸送層、電子輸送層等のキャリア輸送層を設けることで、更に輝度が向上する。
【００２８】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る発光素子８５について、図６を用いて説明する。図６は、この発光素子８５の素子構造を示す概略断面図である。この発光素子８５の発光層が有機化合物である。この発光素子８５では３つの画素を含んでいる。この発光素子８５を実施の形態１に係る発光素子と比較すると、発光体に有機化合物を用いている点で共通するが、薄膜トランジスタ６７、７４を用いる点で相違する。すなわち透明基板６６上に薄膜トランジスタ６７と透明電極６９を絶縁体６８を介して作製し透明電極６９上に発光層を作製して第１ハーフユニット８１を得る。次に透明基板７３上にＩＴＯ透明電極を作製し第３ハーフユニット８３を得る。高分子化合物からなる正孔輸送材料７１によって第１ハーフユニット８１の発光層７０の面と８３の透明電極７２の面を接着する。同様に透明基板６６上に薄膜トランジスタ７４とＩＴＯ透明電極７６を絶縁体７５を介して作製して、ＩＴＯ透明電極７６上に発光層７７を作製し第２ハーフユニット８２を得、第２ハーフユニット８２の発光層７７の面と、基板８０上に電極７９を作製した８４の電極７９の面とを高分子からなる電子輸送層７８で接着することにより、発光素子８５を得る。透明電極６９とＩＴＯ透明電極７６を対にして配線Ａとし、ＩＴＯ透明電極７２と電極７９を対にして配線Ｂとし、配線Ａと配線Ｂを対にして交流電源にて発光素子８５を駆動すれば、発光層７０と発光層７７が交互に点灯する。薄膜トランジスタ６７と薄膜トランジスタ７４の間の透明基板６６に貫通穴が開いている場合、薄膜トランジスタ６７と薄膜トランジスタ７４は１つの薄膜トランジスタとして作製できる。また、基板８０が透明であって電極７９がＡｇＭｇ等からなる透明電極である場合には、発光素子８５は発光素子の両面から光を取り出せる。以上のようにして作製した発光素子は、発光ユニットを重ねて作製する場合に発生する以下の（１）から（４）の課題を解決できるので、カラーテレビなどの表示デバイスに用いることが可能となる。
【００２９】
（１）ＲＧＢそれぞれの発光部を位置精度よく積み重ねなければ、隣接する異なる色が混ざり合って発光するために色純度が低下する。
（２）薄膜トランジスタを用いる場合、発光ユニットを位置精度よく積み重ねなければ開口部が狭くなり、取り出せる光量が少なくなる。
（３）透明電極にＩＴＯを用いる場合、光透過性が高くイオン化ポテンシャルが小さいＩＴＯ膜を得るためには、発光層に影響が出るプロセスでＩＴＯを成膜しなければならず、そのようなプロセスの下では発光層の発光機能が低下もしくは発光機能を失ってしまう。
（４）透明基板７３と基板８０で挟まれた構造であり、透明基板７３と基板８０は水分を透過しないので、発光素子外からの湿度の影響がなく、湿度に弱い発光材料を用いても長寿命な発光素子を得ることができる。
【００３０】
尚、発光素子８５を直流電源にて駆動する場合は、透明電極７６をＡｇＭｇ等からなる透明電極とし、電極７９をＣｕＯ等からなる黒色電極を用いて、配線Ａを駆動電源の陰極、配線Ｂを駆動電源の陽極に配線すればよく、このような発光素子８５は輝度が大幅に改善しさらに黒色電極によって素子外から素子内へ入射した光が再び素子外へ出ないのでコントラストが大幅に改善できる。
【００３１】
発光素子８５では、２つの発光ユニットを重ね合わせて、それぞれの発光ユニットを交流電源に並列接続している。それぞれの発光ユニットでは電子注入の役目をする電極と正孔注入の役目をする電極とが互いに逆向きに配置されている。これによって、２つの発光ユニットを交互に発光させることにより、全体としての輝度を維持しながら、それぞれの発光ユニットは連続して発光しないため、長寿命の発光素子を得ることができる。
【００３２】
この発光素子８５の作製方法を以下に示す。この発光素子８５は、一枚の透明基板６６の両面にそれぞれ第１ハーフユニット８１と第２ハーフユニット８２とを作製し、別々に作製した第３ハーフユニット８３と第４ハーフユニット８４をそれぞれ第１ハーフユニットと第２ハーフユニットに重ね合わせて、透明基板の両面にそれぞれ形成された２つの発光ユニットを有する発光素子８５を完成する。そこで、以下にこの発光素子８５の作製方法について説明する。
【００３３】
まず、透明基板６６の両面に第１及び第２ハーフユニット８１、８２を作製する手順について説明する。
（ａ）まず、支持体となる絶縁体の透明基板６６には無アルカリガラスを用いた。なお、発光層７０をＲＧＢ等複数に色分けし、隣接するＲＧＢ等色との干渉を防ぐ目的で、透明基板６６上に隔壁を設けても構わない。隔壁は透明基板６６と同じ材料でも構わないし、通常用いられる電気絶縁材料を使用してもよい。
（ｂ）次いで、透明基板６６上に薄膜トランジスタ６７を位置精度よく作製し、絶縁体６８を介して透明電極６９を形成した。なお、透明基板６６に貫通穴を設けた場合は、両面に設けられる薄膜トランジスタ６７と薄膜トランジスタ７４を１つの薄膜トランジスタとして作製できる。薄膜トランジスタ６７および絶縁体６８は通常用いられるものを使用できる。透明電極６９は発光層７０を発光するときに陰極の役目をする電極なので仕事関数が低い材料を使用できる。そのような電極は、Ｍｇを主体とするＡｇ含有材料等をスパッタや真空蒸着法などにより精度１０ｎｍ程度に薄くかつ位置精度よく作製することによって得る。
【００３４】
（ｃ）次に、透明電極６９上に位置精度よく発光層７０を作製して第１ハーフユニット８１を形成した。発光層７０はｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）／ｐｏｌｙ（ｄｉｈｙｄｒｏｔｈｉｅｎｏ［３，４−ｂ］−１，４−ｄｉｏｘｉｎ）を用いたが、これに限られず、ポリフェニレンビニレン系やポリビニルカルバゾール系やポリチオフェン系やポリフェニレン系やポリアセチレン系やポリフルオレン系などを主体とする高分子材料や、キノリン系錯体やオキサゾール系錯体やチアゾール系錯体やアゾ系錯体やスチリル系錯体やキノン系錯体を主体とする有機材料を使用できる。また、発光波長の変化などの目的でドーパントを含んでも構わない。また発光層７０がＲＧＢ等複数に色分けされている場合には、隣接するＲＧＢ等色との干渉を防ぐ目的で、透明基板６６上に隔壁を設けても構わない。あるいは、隔壁が無い場合は、黒色または無色の隔壁用材料をＲＧＢ夫々の発光層７０間に形成しても構わない。その場合は、発光層７０に用いる発光材料に熱や溶解により影響を与えない隔壁用材料が使用できる。そのような隔壁用材料としては通常用いられる黒色または無色の材料が使用できる。また、隔壁が無く隔壁用材料を用いない場合は、隣接するＲＧＢ間にレーザー等を照射して、照射部分の発光材料の発光機能を破壊しても構わない。
（ｄ）次いで、透明基板６６のもう一方の面に第２ハーフユニット８２を第１ハーフユニット８１と同様に作製した。このとき、透明基板６６のもう一方の面に発光体層７７までを形成できるので、第１ハーフユニット８１の画素と第２ハーフユニット８２の画素の位置合せを正確に行うことができる。
【００３５】
（ｅ）また、上記の透明基板６６とは別に、透明基板７３上に加温条件にてＩＴＯからなる透明電極層７２を形成して第３ハーフユニット８３を作製した。同様にして第４ハーフユニット８４も作製したが、第３ハーフユニット８３とは電極７９にＭｇを主体とするＡｇＭｇ合金を用いた点で異なる。可視光透過性やイオン化ポテンシャルが低い電極７２を得るために、透明基板７３は２５０℃程度の加熱条件下で成膜するため、透明基板７３は耐熱性材料であるガラス等が使用できる。なお、ガラスからの発光素子８５内へのアルカリ成分の侵入を防ぐ目的で、無アルカリガラスを使用しても構わない。第４ハーフユニット８４の基板８０には無アルカリガラスを用いたが、とくに透明である必要は無く、セラミックなど通常の耐熱性材料が使用できる。
【００３６】
（ｆ）続いて、第１ハーフユニット８１の発光層７０の面と、第３ハーフユニット８３の透明電極７２の面を正孔輸送層７１を介して接着した。正孔輸送層７１は高分子材料ポリフェニレンビニレンを有機溶剤溶液として塗布成膜した。このような正孔輸送層としては、通常用いられる高分子材料のうちイオン化ポテンシャルが２〜６ｅＶのものが用いられ、そのような高分子材料としてはビニルカルバゾール系、フェニルビニレン系などが使用できる。このように貼り合わせることによって発光ユニットを形成しているので、電極形成時の加熱による有機材料の劣化を避けることができる。
（ｇ）同様に、第２ハーフユニット８２の電子輸送層７８の面と、第４ハーフユニット８４の電極７９の面をポリメチルメタクリレートからなる電子輸送層７８を介して接着した。電子輸送層７８はイオン化ポテンシャルが２〜５ｅＶのものが用いられ、そのような高分子材料としてはポリメチルメタクリレートなどが使用でき、イオン化ポテンシャルを下げる目的でドーパントを含有させても構わない。ドーパントはオキサジアゾール系やキノリル系錯体などの有機物やイオン化ポテンシャルの小さいＡｇＭｇ合金やＡｌＬｉ合金やアルミニウムなどの金属を使用できる。このように貼り合わせることによって発光ユニットを形成しているので、電極形成時の加熱による有機材料の劣化を避けることができる。
以上の工程により、発光素子８５を構成した。
【００３７】
次に、この発光素子８５の発光特性について説明する。この発光素子８５は、透明電極６９とＩＴＯ透明電極７６とを交流電源の一方の電極に接続し、ＩＴＯ透明電極７２と電極７９とを交流電源のもう一方の電極に接続して電圧を印加し、発光特性を観測した。この発光素子８５では、６０Ｈｚのサイン波形で最大起電力のピーク−トゥ−ピークが１６Ｖの交流波形を印加することにより、第１有機発光体層２と、第２有機発光体層６は、それぞれ交互に点灯した。この場合、２０００ｃｄ／ｍ２の高い発光輝度が得られた。
【００３８】
尚、発光素子８５を直流電源にて駆動する場合は、透明電極７６をＡｇＭｇ合金の１０ｎｍ薄膜からなる透明電極とし、電極７９をＣｕＯ等からなる黒色の電極を用いて、発光素子８５を作製すればよく、透明電極６９と透明電極７６とを直流電源の陰極に接続し、透明電極７２と電極７９とを直流電源の陽極に接続して電圧を印加し、発光特性を観測した。この発光素子８５では、１６Ｖの直流電圧を印加することにより、第１有機発光体層２と、第２有機発光体層６は、それぞれ同時に点灯した。この場合、３７００ｃｄ／ｍ２の高い発光輝度が得られた。
【００３９】
（比較例１）
比較例１の発光素子について図４を用いて説明する。図４は、この発光素子５０の素子構造を示す概略断面図である。この発光素子５０は、実施の形態２に係る発光素子と比較すると、単一の発光ユニットからなる点で相違する。具体的には、発光体に有機化合物を用い、電極５１と発光体層５３との間に電子輸送層５２を設け、発光体層５３と電極５５との間に正孔輸送層５４を設けた。なお、発光素子５０の各層の材料及び各層の作製手順は、実施の形態３と同様に行った。この発光素子５０では、電極５１と電極５２との間に交流電源を接続し、実施の形態３と同様に交流電圧を印加したが、電極５１側が正極で電極５５側が負極となる場合には発光するが、電極５１側が負極で電極５５が正極となる場合には発光しないため、十分な発光輝度は得られなかった。
【００４０】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る発光素子３０について、図３を用いて説明する。図３は、この発光素子３０の素子構造を示す概略断面図である。この発光素子３０は、実施の形態２に係る発光素子と比較すると、発光体２２、２６と各電極２１、２３、２５、２７との間にそれぞれ強誘電体層３１、３２、３３、３４を設けている点で相違する。具体的には、第１電極２１と第１発光体２２との間に第１誘電体層３１、第１発光体２２と第２電極２３との間に第２誘電体層３２、第３電極２５と第２発光体２６との間に第３誘電体層３３、第２発光体２６と第４電極２７との間に第４強誘電体層３４を設けている。このように強誘電体層３１、３２、３３、３４を設けることで、更に輝度が向上する。
【００４１】
この発光素子３０は、以下の手順によって作製した。この発光素子３０は、実施の形態３と同様に、第１発光ユニットと第２発光ユニットのそれぞれについて別々に作製し、最後にそれぞれの発光ユニットを重ね合わせて発光素子３０を完成する。そこで、まず、第１及び第２発光ユニットを作製する手順について説明する。
（ａ）まず、電極付きの透明な基板（図示せず）として、ＩＴＯ膜付きの無アルカリガラス基板を用いた。このＩＴＯ膜は、第１発光ユニットでは第２電極２３であり、第２発光ユニットでは第４電極２７である。
（ｂ）次に、電極２３、２７の上に強誘電体膜３２、３４として、タンタル酸バリウムからなる誘電体膜を、スパッタリングによって形成した。
（ｃ）形成された誘電体層３２、３４の上に、基板温度を６００℃とし、ＥＢ蒸着法により発光体層として、マンガンドープ硫化亜鉛からなる発光体層（無機発光体層）２２、２６を形成した。
（ｄ）さらに、 タンタル酸バリウムからなる誘電体層３１、３３をスパッタリング法により発光体層２２、２６の上に形成した。
（ｅ）この上に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、ＩＴＯ透明電極２１、２５を形成した。
（ｆ）最後に、第１発光ユニットと第２発光ユニットとを第１発光ユニットの無アルカリガラス基板２４を介して貼り合わせて発光素子３０を完成した。
以上の工程によってこの発光素子３０を作製した。なお、この発光素子３０の製造方法は、上記工程に限定されるものではない。例えば、上記の例では、第１発光ユニットと第２発光ユニットとを別々に作製し、最後に貼り合わせて作製したが、透明な絶縁体層として無アルカリガラス基板の両面に第１発光ユニットと第２発光ユニットのそれぞれを形成して発光素子３０を作製してもよい。
【００４２】
次に、この発光素子３０の発光特性について説明する。この発光素子３０は、ＩＴＯ電極（第１電極）２１とＩＴＯ電極（第４電極）２７とを交流電源の一方の電極に接続し、ＩＴＯ電極（第２電極）２３とＩＴＯ電極（第３電極）２５とを交流電源のもう一方の電極に接続して電圧を印加し、発光特性を観測した。この発光素子３０では、２００Ｖの電圧を印加することにより第１無機発光体層２と第２無機発光体層６が点灯し、５００ｃｄ／ｍ２の高い発光輝度が得られた。この発光素子では、２つの発光ユニットを重ね合わせて、それぞれの発光ユニットを交流電源に並列接続している。これによって、一つの発光ユニットで輝度が飽和する条件下で駆動させることにより、下記比較例２の発光素子と比較すると、大幅に高い発光輝度が得られた。
【００４３】
（比較例２）
比較例２の発光体に無機化合物を用いた発光素子について、図５を用いて説明する。この発光素子６０は、実施の形態４に係る発光素子と比較すると、単一の発光ユニットのみからなる点で相違する。具体的には、発光体に有機化合物を用い、電極６１と発光体層６３との間に第１誘電体層６２を設け、発光体層６３と第２電極６５との間に第２誘電体層６４を設けた。発光素子６０の各層を構成する材料および各層の作製手順は、実施の形態４と同じにした。比較例２の発光素子６０は６０Ｈｚのパルス幅６０Ｖの電圧をデータ電極に印加することにより、３００ｃｄ／ｍ２の発光輝度が得られた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係る発光素子によれば、２つの発光ユニットが積み重ねられており、それぞれの発光ユニットが交流電源に並列接続されている。また、発光体が有機材料からなる場合には、２つの発光ユニットのそれぞれの発光体層が交互に発光するため、直流電源で駆動する場合のように連続的に発光しないため、長寿命の発光素子が得られる。発光体が無機材料からなる場合には、２つの発光ユニットのそれぞれの発光体層が発光するため、高い輝度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発光素子の素子構造を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態３に係る発光素子の素子構造を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態５に係る発光素子の素子構造を示す概略断面図である。
【図４】比較例１に係る発光素子の素子構造を示す概略断面図である。
【図５】比較例２に係る発光素子の素子構造を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る発光素子の素子構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 第１電極、２ 第１有機発光体層、３ 第２電極、４ 透明絶縁体層、５ 第３電極、６ 第２有機発光体層、７ 第４電極、１０、２０、３０ 発光素子、１１ 第１電子輸送層、１２ 第１正孔輸送層、１３ 第２電子輸送層、１４第２正孔輸送層、２１ 第１電極、２２ 第１無機発光体層、２３ 第２電極、２４ 透明絶縁体層、２５ 第３電極、２６ 第２無機発光体層、２７ 第４電極、３１ 第１誘電体層、３２ 第２誘電体層、３３ 第３誘電体層、３４ 第４誘電体層、５０、６０ 発光素子、５１ 第１電極、５２ 電子輸送層、５３ 有機発光層、５４ 正孔輸送層、５５ 第２電極、６１ 第１電極、６２ 第１誘電体層、６３ 無機発光層、６４ 第２誘電体層、６５ 第２電極、６６透明基板、６７、７４ 薄膜トランジスタ、６８、７５ 絶縁体層、６９ 透明電極、７０、７７ 発光体層、７１ 正孔輸送層、７２ ＩＴＯ透明電極、７３ 透明基板、７６ ＩＴＯ透明電極、７８ 電子輸送層、７９ 電極、８０ 基板、８１ 第１ハーフユニット、８２ 第２ハーフユニット、８３ 第３ハーフユニット、８４ 第４ハーフユニット、８５ 発光素子
Claims (10)
- 互いに対向する第１及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれている発光体層とを備えている発光ユニットを少なくとも２以上積み重ねられていることを特徴とする発光素子。
- 互いに対向する第１及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれている発光体層とを備えている発光ユニットを少なくとも２以上積み重ねられていることを特徴とする発光素子であって、
前記発光体層が有機化合物を主体とし、
互いに対向する前記第１及び前記第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれている第１発光体層とを備えている第１発光ユニットと、
互いに対向する第３及び第４電極と、前記第３電極と前記第４電極との間に挟まれている第２発光体層とを備えている第２発光ユニットと
を備え、
前記第１発光ユニットと前記第２発光ユニットとは、前記第２電極面と前記第３電極面とを互いに対向させて、積み重ねられていることを特徴とする発光素子。 - 互いに対向する第１及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれている発光体層とを備えている発光ユニットを少なくとも２以上積み重ねられていることを特徴とする発光素子であって、前記発光体層が無機物を主体とすることを特徴とする発光素子。
- 前記各発光ユニットは、透明又は半透明の絶縁体層を介して積み重ねられてい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。
- 前記各発光ユニットは、交流電源に並列接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記第１ユニットの前記第１電極と、前記第２ユニットの前記第４電極とがそれぞれ交流電源の一方の電極に接続されていると共に、
前記第１ユニットの前記第２電極と、前記第２ユニットの前記第３電極とがそれぞれ前記交流電源のもう一方の電極に接続されており、前記第１発光ユニットと前記第２発光ユニットが前記交流電源に並列接続されていることを特徴とする請求項５に記載の発光素子。 - 前記第１電極と前記第１発光体層との間に挟まれている第１電子輸送層と、
前記第３電極と前記第２発光体層との間に挟まれている第２電子輸送層と
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。 - 前記第２電極と前記第１発光体層との間に挟まれている第１正孔輸送層と、
前記第４電極と前記第２発光体層との間に挟まれている第２正孔輸送層と
をさらに備えることを特徴とする請求項２又は請求項７に記載の発光素子。 - 前記第１及び第２発光体層は、発光性無機材料を含み、
前記第１電極と前記第１発光体層との間に挟まれている第１誘電体層と、
前記第１発光体層と前記第２電極との間に挟まれている第２誘電体層と、
前記第３電極と前記第２発光体層との間に挟まれている第３誘電体層と、
前記第２発光体層と前記第４電極との間に挟まれている第４誘電体層と
をさらに備えていることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の発光素子。 - 請求項１から９のいずれか一項に記載の発光素子が２次元配列している発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの面に平行な第１方向に平行に延在しており、前記発光素子の前記第１電極と前記第４電極とに接続されている複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの面に平行であって、前記第１方向と直交する第２方向に平行に延在しており、前記発光素子の前記第２電極と前記第３電極とに接続されている複数のｙ電極と
を備え、
一組の前記ｘ電極と前記ｙ電極との間に交流電圧を印加して一つの発光素子を駆動することを特徴とする表示デバイス。
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