JP2007234555A

JP2007234555A - 照明装置

Info

Publication number: JP2007234555A
Application number: JP2006058258A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Arai; 康行荒井
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】照明装置を大面積化した際に、発光領域内での輝度のばらつきを抑制し、明るい照明装置を提供することを課題とする。
【解決手段】基板１０上に第１の電極１２、第１の発光ユニット１２、中間導電層１６、第２の発光ユニット１８、第２の電極２０を形成する。第２の電極２０及び第１の電極１２を露出させる開口部２２に層間絶縁層２４を形成し、第３の電極２６を形成する。第３の電極３６は、第１の電極１２に対する補助電極である。接続部２７ａ、２７ｂは、第２の電極と、第３の電極が異なる発光セル間で電気的に接続する部位である。この構造により発光セル１０１、発光セル１０２、発光セル１０３が直列に接続される。この構造により、照明装置を大面積化した際に、発光領域内での輝度のばらつきを抑制し、明るい照明装置を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレクトロルミネセンス（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｃｅｎｃｅ：ＥＬ）を利用した照明装置に関する。

従来より、１０Ｖ程度の電圧を印加して１００〜１０００ｃｄ／ｍ^２の輝度で発光する有機エレクトロルミネセンス素子（以下、有機ＥＬ素子ともいう）が知られている。有機ＥＬ素子は、薄型化及び軽量化が可能であることから、表示装置や照明装置への応用が期待されている。しかし、実用化のためには、さらなる輝度の向上や劣化を抑制しなければならないことが指摘されている。

一対の電極間に発光層を挟んだ有機ＥＬ素子は、光を外部に放射するために、少なくとも一方の電極を透明導電膜で形成する必要がある。透明導電膜は酸化インジウムや酸化亜鉛を主成分としているが、抵抗率が５×１０^−４Ω・ｃｍ程度であり、アルミニウムの３×１０^−６Ω・ｃｍよりも１００倍以上も高いことが知られている。すなわち、有機ＥＬ素子を照明の用途で面光源とし利用する場合、全面を同じ輝度で発光させるには、透明導電膜による抵抗損失を解決する必要があった。この問題点を解決するため、陽極の少なくとも一部分に、陽極より電気抵抗の低い補助電極を併設した構造が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００４−１３４２８２号公報

しかしながら、照明装置を大面積化して補助電極を設ける場合、補助電極から離れた部分（例えば、照明装置の中心部）では、輝度低下が起きてしまう。補助電極の面積を拡大すると、有効発光面積が縮小してしまう。

同一基板上に小面積のＥＬ素子を複数個に分割して直列若しくは並列に接続する方法が考えられる。この場合、複数のＥＬ素子を接続するための領域は発光しないので、照明装置における有効発光面積が縮小してしまう。すなわち、照明装置における照明パネルの単位面積当たりに換算した輝度効率は低下してしまう。

そこで、本発明は、照明装置を大面積化した際に、発光領域内での輝度のばらつきを抑制し、明るい照明装置を提供することを課題とする。

本発明は、第１の電極と第２の電極の間に設けられた、少なくとも一層の発光層若しくは発光領域を有する発光ユニットが複数個直列に接続され、該直列接続関係にある一の発光ユニットと他の発光ユニットとの間に中間導電層が設けられている照明装置である。この照明装置は、第２の電極と、発光ユニットと中間導電層を貫通する開口部を介して第１の電極と接触する第３の電極とを有している。この開口部は複数個設けられていることが好ましい。

本発明は、第１の電極と第２の電極の間に、設けられた、少なくとも一層の発光層若しくは発光領域を有する発光ユニットが複数個直列に接続され、該直列接続関係にある一の発光ユニットと他の発光ユニットとの間に中間導電層が設けられ、第２の電極と、発光ユニットと中間導電層を貫通する開口部を介して第１の電極と接触する第３の電極とを有する発光セルを複数個有している照明装置である。この照明装置は、第１の電極と第２の電極が、異なる発光セル間で直列接続される電気的接続部を有している。この開口部は複数個設けられていることが好ましい。

この照明装置において、第１の電極は透明電極であり、第３の電極は金属電極であることが好ましい組み合わせとして例示される。

この照明装置において、発光層は、第２族の元素と第１６族の元素を含む化合物または第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物である母体材料と発光中心である不純物元素とを含むことが好ましい。

本発明において、発光ユニットとは、代表的には周期律第１２族と第１５族元素を含む母体材料と、発光中心を形成する不純物元素を含む一又は複数の層により構成される。発光ユニットは一対の電極と中間導電層を除いた要素を指す。

中間導電層とは、一の発光ユニットと他の発光ユニットの間に挟まれ、一対の電極の一方を陽極、他方を陰極とした場合に、素子の陰極方向にホールを注入し、陽極方向に電子を注入する機能を持った層をいう。

発光セルとは、一対の電極間に発光ユニットを挟んだものを指し、その積層体及びそれに付随する層構造若しくは電極構造などを含む場合もある。

第１の電極と第２の電極の間に発光ユニットを介在させた発光セルにおいて、少なくとも一方の電極と電気的な接続をする第３の電極を設けることにより、その電極の電気抵抗を低減することができる。すなわち、一対の電極の内、一方の電極を構成する透明導電膜の抵抗率が金属電極に比較して高いことによる抵抗損失の影響を抑制することができる。

一の発光ユニットと他の発光ユニットとの間には中間導電層を設けることにより、電流密度を高めることなく、発光輝度を高めることができる。また、発光層として、無機化合物を用いることにより、輝度を高め、輝度の経時変化を抑制することができる。

本発明により、照明装置を大面積化した際に、発光領域内での輝度のばらつきを抑制し、明るい照明装置を提供することができる。

本発明は、第１の電極と第２の電極の間に設けられた、少なくとも一層の発光層を有する発光ユニットが複数個直列に接続され、該直列接続関係にある一の発光ユニットと他の発光ユニットとの間に中間導電層が設けられている照明装置である。この照明装置は、第３の電極を備え、第２の電極と発光セルを貫通する開口部を介して第１の電極と電気的に接続している。第１の電極と第２の電極の間に発光ユニットを介在させた発光セルにおいて、少なくとも一方の電極と電気的な接続をする第３の電極を設けることにより、第１の電極の電気抵抗を低減することができる。

この第１の電極と第３の電極を接続する一態様として、層間絶縁層を介在させる構造がある。それは、第２の電極上及び第２の電極と発光セルを貫通する開口部の側面を被覆して、第１の電極を露出させる層間絶縁層を設ける構造である。層間絶縁層上に第３の電極を形成し、該開口部を介して第１の電極と電気的に接続させる。このように、層間絶縁層を設けると、第２の電極と第３の電極が接触して短絡してしまうことを防止することができる。

本発明は、第１の電極と第２の電極の間に設けられた、少なくとも一層の発光層を有する発光ユニットが複数個直列に接続され、該直列接続関係にある一の発光ユニットと他の発光ユニットとの間に中間導電層が設けられた発光セルを複数個備えた照明装置である。発光セルは、第２の電極と発光ユニット及び中間導電層を貫通する開口部を介して第１の電極と電気的に接続する第３の電極を有している。そして、第１の電極と第２の電極が、異なる発光セル間で直列接続される電気的接続部を有している。

このように、第１の電極を補助する第３の電極を設け、さらに発光セルを複数個に分割して直列に接続することにより、発光セルを構成する電極が影響する抵抗損失を抑えることができる。例えば、第１の電極を酸化インジウムや酸化亜鉛を主成分とする透明導電膜で形成する場合、抵抗率が５×１０^−４Ω・ｃｍ程度となりアルミニウムなどの金属よりも１００倍程度高い値となる。この場合、第１の電極を補助する第３の電極としてアルミニウム電極を形成し、さらに発光セルを短冊状に形成し、その短尺方向に複数個を直列接続を形成するように配列させることで、直列抵抗の増大を抑えることができる。

図１に、上記した構成を備える照明装置の構成を示す。ガラス、プラスチック、セラミックス、その他絶縁表面を有する材質から選ばれる基板１０上に、第１の電極１２が形成されている。第１の電極１２は可視光を透過することができる透明導電膜材料を適用することが好ましい。透明導電膜材料としては、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などであり、導電性金属酸化物の中から選択することができる。

第１の発光ユニット１４、中間導電層１６、第２の発光ユニット１８を形成する。第１の発光ユニット１４及び第２の発光ユニット１８は、代表的には周期律第１２族と第１５族元素を含む母体材料と、発光中心を形成する不純物元素を含む一又は複数の層により形成する。また、中間導電層１６は、正孔発生層と電子発生層を積層した構成とすることが好ましい。第１の発光ユニット１４及び第２の発光ユニット１８で発光した光を有効に取り出すためである。その他に、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などの透明導電膜材料で形成しても良い。

第２の発光ユニット１８上に、第２の電極を形成する。第２の電極は、アルミニウム、クロム、チタン、モリブデン、タングステン、タンタル、銀などの金属で形成することが好ましい。透明導電膜材料で形成する第１の電極に対して、第２の電極を金属膜で形成することで、発光ユニットで発光した光を反射して第１の電極側に放射させることができる。また、第２の電極２０を金属膜で形成することで、この電極について補助電極を設けることを省略することができる。

開口部２３は、第１の電極、第１の発光ユニット１４、中間導電層１６、第２の発光ユニット１８及び第２の電極２０を貫通する。これは、上記した第１の電極１２、第１の発光ユニット１４、中間導電層１６、第２の発光ユニット１８及び第２の電極２０の積層体を基板１０上で分割して、個別の発光セルを形成するためのものである。

開口部２２は、少なくとも第１の発光ユニット１４、中間導電層１６、第２の発光ユニット１８及び第２の電極２０を貫通する。これは、上記した第１の電極１２を露出させて、第３の電極２６と接触させるためのものである。すなわち、開口部２２を介して第１の電極１２と第３の電極２６が電気的に接続される。この場合、一つの発光セルの中で、第２の電極２０と第３の電極２６は短絡しないように絶縁分離する必要がある。第２の電極２０と第３の電極２６の間に層間絶縁層２４を形成することにより、この両者の絶縁分離を図っている。層間絶縁層２４は、第２の電極２０上と開口部２２の側壁を被覆して、該開口部２２の底部で第１の電極１２を露出させている。また、開口部２３も層間絶縁層２４で覆われるようにしている。この構造により、第３の電極２６は、第１の電極１２と選択的な電気的な接続関係を形成している。

このように、発光セルは、第１の電極１２、第１の発光ユニット１４、中間導電層１６、第２の発光ユニット１８、第２の電極２０、第３の電極２６、層間絶縁層２４を構成要素として含んでいる。開口部２２は第１の電極１２と第３の電極２６を電気的に接続するために設けられている。そして、開口部２３により発光セルを複数に分割している。図１では第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３が示されている。

第１の発光セル１０１と第２の発光セル１０２は接続部２７ａで直列に接続されている。第２の発光セル１０２と第３の発光セル１０３も接続部２７ｂで直列に接続されている。接続部２７ａ、２７ｂは、第２の電極と、第３の電極が異なる発光セル間で電気的に接続する部位である。この部位は、層間絶縁層２４上の第３の電極２６が第２の電極２０まで延設されて接続する構造を用いている。第３の電極２６は、第１の電極１２の補助電極であるので、この構造により実質的に第１の電極１２と第２の電極２０が直列に接続する構造が形成される。

このように、発光セルを複数個に分割して直列に接続することにより、照明装置を安定して発光させることができる。また、第１の電極１２を透明導電膜で形成する場合、抵抗率が５×１０^−４Ω・ｃｍ程度となりアルミニウムなどの金属よりも１００倍程度高い値となる。このような第１の電極１２に対し、第３の電極２６をアルミニウムなどの金属で形成することで、実質的に低抵抗化を図ることができる。さらに、図１で示すように、発光セルを短冊状に形成し、その短尺方向に複数個を直列接続することで、照明装置における発光部の面積が増大しても、直列抵抗の増大を抑えることができる。

なお、発光セルにおける中間導電層は、一の発光ユニットと他の発光ユニットの間に挟まれ、一対の電極の一方を陽極、他方を陰極とした場合に、素子の陰極方向にホールを注入し、陽極方向に電子を注入する機能を持つ層である。

中間導電層として、可視光を透過することができる透明導電膜材料を適用することができる。透明導電膜材料としては、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などであり、導電性金属酸化物の中から選択される。

中間導電層の他の形態としては、陰極側に正孔発生層、陽極側に電子発生層を配置した積層構造としても良い。正孔発生層は無機化合物と有機化合物との複合材料でなり、この層において無機化合物は有機化合物に対して電子受容性を示す物質であり、有機化合物は正孔輸送性に優れた物質である。無機化合物としては特に限定されないが、遷移金属酸化物が好ましく、具体的には酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムが好適である。

有機化合物としては正孔輸送性有機化合物として正孔移動度が１０^−６ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ以上であるものを適用することが好ましい。例えば、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ビス｛Ｎ−［４−（Ｎ，Ｎ−ジ−ｍ−トリルアミノ）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）などに代表される芳香族アミン化合物は、ホールを発生しやすく、有機化合物として好適な化合物群である。電子発生層は電子を発生できる層であれば特に限定はされないが、具体的には、電子輸送性の有機化合物と、その有機化合物に対して電子供与性を示す物質とを有する層を含んでいればよい。

電子輸送性の有機化合物としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ_３）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ_３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ_２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）_２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）_２）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ビフェニリル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）などを用いることができる。また、電子供与性を示す物質としては、リチウム、マグネシウム、カルシウム、バリウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、あるいはそれらの合金が挙げられる。また、酸化リチウム、酸化バリウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウムなどのアルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物を用いることもできる。

中間導電層を介して直列に接続する発光ユニットの数は二層に限定されない。発光ユニットを積層する毎に中間導電層を設ければ二層以上の発光ユニットを積層することができる。一対の電極間に複数の発光ユニットを中間導電層で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度で発光セルを発光させることができる。特に照明用途の場合は、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。また、このような中間導電層を、発光ユニットの端部に至らない内側に設けることで、異なる発光セルの間にリーク電流が流れてしまうことを防止することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じ要素を指す符号は異なる図面で共通して用い、その場合における繰り返しの説明は省略する場合がある。

本実施例は、エレクトロルミネセンスを利用する照明装置において、発光領域内での輝度のばらつきを抑制し、明るい照明装置を提供するための構成について図２と図３を参照して説明する。なお、図２は本実施例に係る照明装置の作製方法及び構造を説明する断面図であり、図３は同平面図を示している。以下の説明では、適宜両図を参照して説明する。

図２（Ａ）において、基板１０上に第１の電極１２を形成する。第１の電極１２を透明電極で形成する場合には、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などの酸化物導電性材料を用いて形成することが好ましい。第１の電極１２はスパッタリング法、蒸着法で形成することができる。

次いで第１の発光ユニット１４、中間導電層１６、第２の発光ユニット１８を形成する。第１の発光ユニット１４及び第２の発光ユニット１８は、代表的には周期律第１２族と第１５族から選ばれた元素を含む母体材料と、発光中心を形成する不純物元素を含む一又は複数の層により形成する。また、中間導電層は、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などの酸化物導電性材料で形成することが好ましい。第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットで発光した光を有効に取り出すためである。その他に、正孔発生層と電子発生層を積層して形成しても良い。なお、発光ユニット、中間導電層及びこの両者を備えた発光セルの構成は、実施例２と実施例３で詳細に説明する。

第２の発光ユニット１８上に第２の電極２０を形成する。第２の電極２０は金属電極として、代表的にはアルミニウムを用いて形成することが好ましい。透明電極で形成する第１の電極１２側から光を効率良く放射するためである。アルミニウムは可視光帯域における反射率が高く、真空蒸着法やスパッタリング法で容易に形成することができる。その他の金属としては、チタン、タンタル、モリブデン、タングステン、銀などを用いることもできる。

図２（Ｂ）及び図３（Ａ）は、第１の発光ユニット１４、中間導電層１６、第２の発光ユニット１８及び第２の電極２０を貫通する開口部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆを形成した状態である。また、第１の電極１２、第１の発光ユニット１４、中間導電層１６、第２の発光ユニット１８及び第２の電極２０を貫通する開口部２３ａ、２３ｂも形成されている。開口部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆは第１の電極１２と、後の工程で形成される第３の電極とのコンタクトを形成するために形成する。開口部２３ａ、２３ｂは、複数の発光セルを基板１０上に形成するためのものであり、すなわち素子分離をするための開口である。１枚の基板上で第１の電極を分割する数は任意であるが、発光セルを形成したときの直列抵抗の影響を考慮して寸法を決めることが好ましい。分割された後の第１の電極の形状も任意であるが、長方形若しくは短冊状とする場合には、短尺方向に発光セルが直列接続されるような配列とすることが好ましい。第１の電極に対しては、補助電極として第３の電極が形成されるが、可能な限り直列抵抗の影響を抑えるためである。

開口部はレーザ加工法やリフトオフ加工法で透明導電膜又は金属膜を直接的に加工することができる。開口部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆを形成する場合には、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（波長：５３２ｎｍ）を基板１０側（基板１０を透過させて第１の電極１２側から）照射してアブレーション加工する。可視光帯域のレーザビームは、酸化インジウム酸化スズなどで形成される透明電極を透過するので、第１の発光ユニット１４、中間導電層１６、第２の発光ユニット１８及び第２の電極２０を選択的に加工することができる。開口部２３ａ、２３ｂを形成する場合には、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波（波長：１０６０ｎｍ）を用いてレーザパワー密度を高めて加工する。また、フォトリソグラフィー技術を用いてマスクパターンを基板上に形成し、エッチング加工しても良い。エッチング加工は、エッチングガスとして塩素系ガス（例えば、ＳｉＣｌ_４など）を用いて反応性イオンエッチング法により行う。

開口部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆの径は５〜５００μｍ、好ましくは２０〜２００μｍで形成する。また、一つの発光セル内で複数個設けること好ましく、そのピッチは１００μｍから５０００μｍ、好ましくは５００μｍから２０００μｍとすれば良い。

次いで、第２の電極上に層間絶縁層を形成する。層間絶縁層は、酸化珪素、窒化珪素などの無機絶縁材料、アクリル、ポリイミドなどの有機絶縁材料で形成する。層間絶縁層は第２の電極及び開口部を覆って全面に形成した後、エッチング加工により、各発光セルに対応して形成すれば良い。

図２（Ｃ）及び図３（Ｂ）は、第１の電極１２ａに対応して層間絶縁層２４ａが形成され、第１の電極１２ｂに対応して層間絶縁層２４ｂが形成され、第１の電極１２ｃに対応して層間絶縁層２４ｃが形成された状態を示している。層間絶縁層２４ａは、第２の電極２０ａから開口部２２ａ、２２ｂにかけて形成され、当該開口部の底面で第１の電極１２ａを露出させている。層間絶縁層２４ｂは、第２の電極２０ｂから開口部２２ｂ、２２ｂにかけて形成され、当該開口部の底面で第１の電極１２ｂを露出させている。また開口部２３ａを被覆している。層間絶縁層２４ｃは、第２の電極２０ｃから開口部２２ｃ、２２ｃにかけて形成され、当該開口部の底面で第１の電極１２ｃを露出させている。また開口部２３ｂを被覆している。

図２（Ｄ）及び図３（Ｃ）は、第３の電極を形成した状態を示している。第３の電極２６ａは層間絶縁層２４ａ上に形成され、開口部２２ａ、２２ｂの底部で第１の電極１２ａと電気的に接続されている。第３の電極２６ｂは層間絶縁層２４ｂ上に形成され、開口部２２ｃ、２２ｄの底部で第１の電極１２ｂと電気的に接続されている。第３の電極２６ｃは層間絶縁層２４ｃ上に形成され、開口部２２ｅ、２２ｆの底部で第１の電極１２ｃと電気的に接続されている。

このようにして、基板１０上に複数の発光セル、すなわち第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３が形成される。第１の発光セル１０１と第２の発光セル１０２は、接続部２７ａで第２の電極２０ａと、第３の電極２６ｂが接触することにより直列接続を形成している。第２の発光セル１０２と第３の発光セル１０３は、接続部２７ｂで第２の電極２０ｂと、第３の電極２６ｃが接触することにより直列接続を形成している。

本実施例に係る照明装置は、複数の発光セルを直列に接続する際に、電気配線を引き回す必要が無く、積層する被膜のみで電気的な接続をすることができる。それにより、照明装置における接点不良を無くすことができる。

また、本実施例に係る照明装置は、１枚の基板上で発光セルを複数個に分割して直列に接続されているので、照明装置を安定して発光させることができる。透明電極で形成される第１の電極に対し、第３の電極をアルミニウムなどの金属で形成することで、実質的に低抵抗化を図ることができる。さらに、発光セルを短冊状に形成し、その短尺方向に複数個を直列接続することで、照明装置における発光部の面積が増大しても、直列抵抗の増大を抑えることができる。

本実施例は、実施例１で示す発光ユニットの発光層として適した発光材料について説明する。本実施例で例示する発光材料は、実施例１乃至３の発光ユニットに適用することができる。なお、本実施例で例示する発光材料は、母体材料及び発光中心となる少なくとも１種類以上の不純物元素で構成される材料である。なお、これら不純物元素は母体材料を構成する元素を含まない。

発光材料に用いる母体材料は無機材料として、硫化物、酸化物、窒化物を用いる。硫化物としては、例えば、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、硫化イットリウム（Ｙ_２Ｓ_３）、硫化ガリウム（Ｇａ_２Ｓ_３）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、硫化バリウム（ＢａＳ）などを用いることができる。酸化物としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）などを用いることができる。また、窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）などを用いることができる。さらに、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）なども用いることができ、硫化カルシウム−ガリウム（ＣａＧ_ａ２Ｓ_４）、硫化ストロンチウム−ガリウム（ＳｒＧａ_２Ｓ_４）、硫化バリウム−ガリウム（ＢａＧａ_２Ｓ_４）、などの３元系の混晶であってもよい。

不純物元素としては、金属イオンの内殻電子遷移を利用した発光中心を形成するものとして、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）などの金属元素を用いることができる。なお、電荷補償として、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）などのハロゲン元素が添加されていてもよい。

また、ドナー−アクセプタ再結合を利用した発光中心として、第一の不純物元素及び第二の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。第一の不純物元素としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などの金属元素、珪素（Ｓｉ）などを用いることができる。第二の不純物元素は、例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）などを用いることができる。

本実施例に係る発光材料は固相反応、すなわち、母体材料及び不純物元素を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱して反応させる方法により、母体材料に不純物元素を含有させる。例えば、母体材料と、第一の不純物元素又は第一の不純物元素を含む化合物と、第二の不純物元素又は第二の不純物元素を含む化合物をそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱、焼成を行う。焼成温度は、７００〜１５００℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固体反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。

また、固相反応を利用する場合の不純物元素として、第一の不純物元素と第二の不純物元素で構成される化合物を組み合わせて用いてもよい。この場合、不純物元素が拡散されやすく固相反応が進みやすくなるため、均一な発光材料を得ることができる。さらに余分な不純物元素が入らないため、純度の高い発光材料が得ることができる。第一の不純物元素と第二の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、フッ化銅（ＣｕＦ_２）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、ヨウ化銅（ＣｕＩ）、臭化銅（ＣｕＢｒ）、窒化銅（Ｃｕ_３Ｎ）、リン化銅（Ｃｕ_３Ｐ）、フッ化銀（ＣｕＦ）、塩化銀（ＣｕＣｌ）、ヨウ化銀（ＣｕＩ）、臭化銀（ＣｕＢｒ）、塩化金（ＡｕＣｌ_３）、臭化金（ＡｕＢｒ_３）、塩化白金（ＰｔＣｌ_２）などを用いることができる。また、第二の不純物元素の代わりに第三の不純物元素を含んだ発光材料を用いてもよい。

第三の不純物元素は、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）などを用いることができる。これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ｍｏｌ％であれば良く、好ましくは０．１〜５ｍｏｌ％の範囲である。

高い電気導電性を有する発光材料としては、母体材料として、上述した材料を用い、上述した第一の不純物元素及び第二の不純物元素及び第三の不純物元素を含む発光材料を添加した発光材料を用いることができる。これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ｍｏｌ％であれば良く、好ましくは０．１〜５ｍｏｌ％の範囲であれば良い。

第二の不純物元素と第三の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、臭化銅（ＬｉＢｒ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）などのハロゲン化アルカリ、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミニウムアンチモン（ＡｌＳｂ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、インジウムヒ素（ＩｎＡｓ）、インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）などを用いることができる。

母体材料として、上述した材料を用い、上述した第一の不純物元素及び第二の不純物元素及び第三の不純物元素を含む発光材料を用いた発光層は、高電界により加速されたホットエレクトロンを必要とすることなく、発光することが可能である。つまり、発光素子に高電圧を印加する必要がなくなるため、低駆動電圧で動作可能な発光素子を得ることができる。また、低駆動電圧で発光可能であるため、消費電力も低減された発光素子を得ることができる。また、さらに他の発光中心となる元素が含まれていてもよい。

また、母体材料として上述した材料を用い、第二の不純物元素及び第三の不純物元素及び上述した金属イオンの内殻電子遷移を利用した発光中心を含む発光材料を用いることができる。この場合、発光中心となる金属イオンは、母体材料に対して０．０５〜５原子％であることが好ましい。また、第二の不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０５〜５原子％であることが好ましい。また、第三の不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０５〜５原子％であることが好ましい。このような構成の発光材料は、低電圧で発光可能である。よっって、低駆動電圧で発光可能な発光素子を得ることができるため、消費電力が低減された発光素子を得ることができる。また、さらに他の発光中心となる元素が含まれていてもよい。

例えば、特開２００５−３３６２７５号公報に開示されているものとして、母体材料としてＺｎＳ、第１の不純物としてＣｕ、第２の不純物としてＣｌ及びＧａ、第３の不純物元素してＡｓを含み、さらに他の発光中心としてＭｎを含む発光材料を用いることも可能である。このような発光材料を形成するには、以下に示す方法を用いることができる。ＺｎＳに、硫酸銅（ＣｕＳ）、硫黄、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を配合した発光体（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ）にＭｎを加え、真空中で２〜４時間程度焼成する。焼成温度は７００〜１５００℃であることが好ましい。この焼成したものを粉砕して粒径５〜２０μｍにし、粒径１〜３μｍのＧａＡｓを加え撹拌する。この混合物を硫黄ガスを含む窒素気流中で約５００〜８００℃で２〜４時間焼成することにより、発光材料を得ることができる。この発光材料を用いて、蒸着法などにより薄膜を形成することにより、発光素子の発光層として用いることができる。

また、上記の発光材料に対して、さらに、不純物元素を添加することにより、発光材料の結晶系を制御することができる。結晶系を制御できる不純物としては、立方晶系のものとして、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅなどを挙げることができる。また、六方晶系のものとして、ＧａＮ、ＩｎＮを挙げることができる。他にもＡｌＰ、ＡｌＮ、ＡｌＳｂなどを用いることができる。発光材料の結晶系を制御することにより、発光効率を向上させることができる。

本実施例の発光材料を用いることにより、実施例１の照明装置を低電圧で駆動させることができる。また、照明装置を直流電圧で発光させることも可能となる。

本実施例は、実施例１で示す発光ユニットと、当該発光ユニットを用いた発光セルの構成について図面を参照して説明する。

図４（Ａ）は、第１の電極１２、第１の発光ユニット１４、中間導電層１６、第２の発光ユニット１８、第２の電極２０が積層された発光セルを示している。この発光セルは、第１の電極１２と、第２の電極２０の間に電圧を印加することで発光させることができる。

第１の電極１２は、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。第１の電極１２を透明電極とする場合には、酸化インジウム酸化スズ（ＩＴＯ：ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム酸化スズ、酸化インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ：ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム酸化スズなどを用いて形成する。これらの導電性金属酸化物膜は、スパッタリングにより作製することができる。例えば、酸化インジウム酸化亜鉛は、酸化インジウムに対し１〜２０重量％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズは、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５重量％、酸化亜鉛を０．１〜１重量％含有したターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。第１の電極１２を金属電極とする場合には、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いることができる。

第２の電極２０は、第１の電極１２と同様にして形成することができる。第２の電極２０は第１の電極１２と対を成して形成するので、一方の電極を透明電極とする場合には、他方を金属電極で形成すれば良い。また、両方の電極を透明電極で形成しても良い。

第１の発光ユニット１４及び第２の発光ユニット１８は、発光層２０１により形成されている。この発光層２０１は、実施例４で説明した発光材料を用いて作製することができる。

中間導電層１６は、中間導電層、第２の発光ユニットを形成する。第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットは、代表的には周期律第１２族と第１５族元素を含む母体材料と、発光中心を形成する不純物元素を含む一又は複数の層により形成する。また、中間導電層は、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などの透明導電膜材料で形成することが好ましい。第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットで発光した光を有効に取り出すためである。中間導電層の他の構成として、正孔発生層と電子発生層を積層した構成としても良い。

正孔発生層は無機化合物と有機化合物との複合材料で形成することができる。正孔発生層を形成するものとして、無機化合物は有機化合物に対して電子受容性を示す物質であり、有機化合物は正孔輸送性に優れた物質である。無機化合物としては特に限定されないが、遷移金属酸化物が好ましく、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムが好適である。いずれにしても、中間導電層１６は可視光領域の吸収ができるだけ小さいことが望ましい。

有機化合物としては正孔輸送層の材料として、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＢ、ＴＰＤ、ＮＰＢ、ＤＮＴＰＤ、ＴＣＴＡなどに代表される芳香族アミン化合物は、ホールを発生しやすく、有機化合物として好適な化合物群である。

電子発生層としては、電子輸送性の有機化合物と、その有機化合物に対して電子供与性を示す物質とを有する層を含んでいればよい。電子輸送性の有機化合物としては、Ａｌｑ_３、Ａｌｍｑ_３、ＢｅＢｑ_２、ＢＡｌｑ、Ｚｎ（ＢＯＸ）_２、Ｚｎ（ＢＴＺ）_２、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰ、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７、ＴＰＢＩ、ＴＡＺ、ｐ−ＥｔＴＡＺなどを用いることができる。また、電子供与性を示す物質としては、リチウム、マグネシウム、カルシウム、バリウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、あるいはそれらの合金がある。また、酸化リチウム、酸化バリウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウムなどのアルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物を用いることもできる。

いずれにしても、第１の発光ユニット１４と第２の発光ユニット１８に挟まれる中間導電層１６は、第１の電極１２と第２の電極２０に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットに正孔を注入するものであれば良い。

図４（Ａ）では、２つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、同様に、３つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても適用することができる。一対の電極間に複数の発光ユニットを中間導電層で連結することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度で発光させつつ劣化を抑制することができる。

図４（Ｂ）は、第１の発光ユニット１４及び第２の発光ユニット１８の構成として、発光層２０１とバリア層２０２を組み合わせたものである。バリア層２０２は発光層２０１の陰極側に配置することが好ましい。バリア層２０２は膜厚を０．１〜２ｎｍ程度とし、トンネル電流が流れる厚さで形成する。バリア層２０２は、絶縁性又は半絶縁性の金属酸化物又は金属窒化物を用いることができる。例えば、アルミニウム、タングステン、クロム、モリブデン、チタンなどの酸化物又は窒化物を用いることができる。このような金属酸化物又は金属窒化物の薄膜はスパッタリング法で形成することができる。また、金属電極の表面を陽極酸化して形成することもできる。

バリア層２０２を設けることにより、電極と発光層の界面でキャリアが再結合してしまうことを防止することができる。また、発光層に注入されたキャリアに対しバリアとなるので、キャリアが発光に寄与せずそのまま電極や中間導電層に流れ込んでしまう確率を抑制することができる。このような構成とすることで、発光効率を高めることができる。なお、図４（Ｂ）は、第１の電極１２が陽極、第２の電極２０が陰極の場合を想定している。第１の電極１２を陰極、第２の電極２０を陽極とする場合には、バリア層２０２の配置は反転する。

図４（Ｃ）は、第１の発光ユニット１４及び第２の発光ユニット１８の構成として、発光層２０１の両側にバリア層２０２を設けたものである。バリア層２０２は膜厚を０．１〜２ｎｍ程度とし、トンネル電流が流れる厚さで形成する。ことで、図４と同様の効果が得られる。また、バリア層２０２を１０ｎｍ〜１０００ｎｍとすると、交流駆動により発光させることもできる。

図５（Ａ）、（Ｂ）は、発光セルにおいて、無機材料で形成される発光層に、キャリア注入性を高めるために有機無機複合材料層を組み合わせる態様を示している。この場合も発光セルは、第１の電極１２、第１の発光ユニット１４、中間導電層１６、第２の発光ユニット１８、第２の電極２０で構成される。

図５（Ａ）は、第１の発光ユニット１４及び第２の発光ユニット１８の構成として、発光層２０１と有機無機複合材料層２０３を組み合わせる構成を示している。有機無機複合材料層２０３は正孔を注入するものとして、発光層２０１の陽極側に設けることが好ましい。図５（Ａ）は、第１の電極１２が陽極、第２の電極２０が陰極の場合を想定している。第１の電極１２を陰極、第２の電極２０を陽極とする場合には、有機無機複合材料層２０３の配置を反転させれば良い。

有機無機複合材料層２０３は、有機化合物と無機化合物とを複合してなる有機無機複合材料である。有機無機複合材料に用いる有機化合物として、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマーなど）などを化合物を用いることができる。なお、有機無機複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０^−６ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いることができる。以下では、有機無機複合材料に用いることのできる有機化合物を例示する。

芳香族アミン化合物としては、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）などを挙げることができる。

また、以下に示す有機化合物を用いることにより、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない有機無機複合材料を得ることができる。例えば、Ｎ，Ｎ’−ジ（ｐ−トリル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミン（略称：ＤＴＤＰＰＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）などを挙げることができる。

カルバゾール誘導体としては、具体的には、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）などがある。

また、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）、２，３，５，６−トリフェニル−１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼンなどを用いることができる。

また、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない有機無機複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素としては、９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，１０−ジ（ナフタレン−１−イル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、９，１０−ジ（４−フェニルフェニル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ジ（４−メチルナフタレン−１−イル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス［２−（ナフタレン−１−イル）フェニル］アントラセン、９，１０−ビス［２−（ナフタレン−１−イル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（ナフタレン−１−イル）アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジ（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレンなどがある。また、この他、ペンタセン、コロネンなども用いることができる。このように、１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ以上の正孔移動度を有し、炭素数１４〜４２である芳香族炭化水素を用いることがより好ましい。

４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない有機無機複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素としては、ビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）などがある。

ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）やポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）などの高分子化合物を用いることもできる。

有機無機複合材料に用いる無機化合物としては、遷移金属酸化物が好ましい。また元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物であることが好ましい。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く扱いやすいので好ましい材料である。

上記のような有機化合物と無機化合物を複合化して（互いに相互作用させて）、得られる有機無機複合材料は、正孔注入性、正孔輸送性に優れている。また導電性が高い。よって、電極からキャリアを注入しやすく、発光層へ効率良くキャリアを輸送することができる。また、導電性金属酸化物、各種金属とオーム接触をすることが可能となるため、仕事関数に依らず電極を形成する材料を選択することができる。また、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない有機無機複合材料を、有機無機複合材料層２０３として用いることにより、発光層２０１の発光を吸収することなく効率良く透過し、外部取り出し効率を向上させることができる。

また、有機化合物と無機化合物とを複合した有機無機複合材料を含む層は導電性が高いため、有機無機複合材料を含む層を厚膜化した場合でも、駆動電圧の上昇を抑制することができる。よって、駆動電圧の上昇を抑制しつつ、外部への光の取り出し効率が高くなるように有機無機複合材料を含む層の膜厚を最適化することが可能となる。また、駆動電圧を上昇させることなく、光学設計による色純度の向上を実現することができる。

なお、有機無機複合材料を含む層の製造方法は、湿式法、乾式法を問わず、どのような手法を用いても良い。例えば、有機無機複合材料を含む層は、上述した有機化合物と無機化合物との共蒸着で作製することができる。また、上述した有機化合物と金属アルコキシドを含む溶液を塗布し、焼成することによって得ることもできる。なお、酸化モリブデンは真空中で蒸発しやすく、作製プロセスの面からも好ましい。

このように、第１の電極１２（陽極）と発光層２０１の間、若しくは中間導電層１６と発光層２０１の間に有機無機複合材料層２０３を設けることで、発光層に対する正孔の注入性を向上させることができる。発光層２０１を形成する母材料は導電型がｎ型であるので、正孔注入性を向上させる有機無機複合材料層２０３を組み合わせることにより、キャリアの注入性を高めることができる。それにより、照明装置において、低電圧の点灯を可能とし、発光効率を高めることができる。すなわち、低消費電力化を図ることができる。

図５（Ｂ）は発光層２０１の一方の面に有機無機複合材料層２０３を設け、他方の面にバリア層２０２を設ける構成を示している。バリア層２０２は、電極と発光層の界面でキャリアが再結合してしまうことを防止することができる。また、発光層に注入されたキャリアに対しバリアとなるので、キャリアが発光に寄与せずそのまま電極や中間導電層に流れ込んでしまう確率を抑制することができる。このように、有機無機複合材料層２０３とバリア層２０２を組み合わせることにより、より発光効率を高めることができる。

本実施例で示す発光セルの構成は、実施例１の照明装置と組み合わせることができる。

実施例１乃至３により、複数の発光セルを基板上で直列に接続した照明装置の態様を、図６を参照して説明する。図６は照明装置の斜視図を示している。

基板１０には、発光セルを直列に接続した発光セルアレイ形成領域３０を有している。発光セルの直列接続構造は、実施例１乃至３の構成を適用している。さらに、本実施例の態様では、発光セルアレイ形成領域３０を、基板１０を基板上で複数に分割している。基板上で発光セルアレイ形成領域を複数に分割することで、照明装置の外形寸法が大型化した場合でも、電極により抵抗損失の影響を低減することができる。また、個別の発光セルアレイ形成領域に対応して点灯回路を設けることにより、明るさ調整機能を付加することができる。

基板１０の光放射面には拡散板３４が設けられている。拡散板３４は光を均一化すると共に、直列接続構造を持つ発光セルアレイ形成領域３０の非発光領域（暗点部）を目立たなくして隠す機能を有する。封止板３２は、発光セルアレイ形成領域３０を保護するために設ける。封止板３２は、ガラス、プラスチックの硬質材の他に、柔軟な可撓性フィルムを貼り付けても良い。また、封止板３２側に光を放射する場合は、拡散板でそれを代用することもできる。封止板３２は、基板１０の端部に形成する取り出し電極３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂを露出させるように取り付けると良い。なお、発光セルアレイに対応して、取り出し電極３６ａと取り出し電極３７ａ、取り出し電極３６ｂと取り出し電極３７ｂが設けられている。

本発明に係る照明装置は、発光セルを直列に接続した発光セルアレイを薄膜で形成することができるので、薄型の照明装置を実現できる。実施例１乃至５で説明した発光セルアレイは、各層を薄膜で形成することができるので、２０μｍを超えない厚さで形成することができる。そのため、住宅の照明として用いる場合にも、壁、天井あるいは床面に、照明装置を突出させずに埋め込むことができる。勿論、薄型の液晶ディスプレーのバックライトとしても用いることができる。

本実施例は、本発明に係る照明装置の様々な態様について例示する。

図７は、照明装置３０３を液晶表示装置のバックライトとして用いる態様を示している。照明装置３０３は実施例１乃至６で説明されるものと同様の構成を有しており、薄型で発光効率が高いという特徴を有している。この照明装置３０３は、液晶パネル３０２の背面側（表示面とは反対側）に配置され、筐体３０１、３０４によって収納される。液晶パネル３０２には、信号線駆動回路３０５、走査線駆動回路３０６などが実装されていても良い。

筐体３０１、３０４の形状は用途に応じて様々な形状に変容する。例えば、ノート型パーソナルコンピュータや液晶テレビジョンなどの民生用途では、意匠を凝らした筐体に照明装置３０３が収納されることにより外観上は目立たなくなる。しかしながら、照明装置３０３は薄型であることから、筐体の中に容易に収納することができる。それにより、意匠設計の自由度を高めることができる。また、照明装置３０３を高輝度で発光させることにより、コントラストの高い液晶表示装置を提供することができる。また、低消費電力化にも寄与することができる。

図８はテレビジョン装置４００であり、筐体４０１、支持台４０２、表示部４０３、スピーカー部４０４、ビデオ入力端子４０５を含む。このテレビジョン装置において、表示部４０３は、透過型の液晶ディスプレーであり、バックライトとして実施例１乃至６で説明したものと同様の照明装置を含んでいる。

このテレビジョン装置の一構成例を図１１に示す。チューナ回路３１１は映像信号と音声信号を受信する。映像信号は、映像波増幅回路３１０により増幅して映像信号処理回路３０９で赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換される。その映像信号は、コントロール回路３０８で処理されて、信号線駆動回路３０５及び走査線駆動回路３０６に出力される。液晶パネル３０２をデジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路３０７を設け、入力デジタル信号をｍ個に分割して供給する構成としても良い。チューナ回路３１１で受信した信号のうち、音声信号は、音声波増幅回路３１２により増幅して音声信号処理回路３１３で復調されてスピーカ３１４に出力される。制御回路３１５は受信局（受信周波数）や音量の制御情報を入力部３１６から受け、チューナ回路３１１や音声信号処理回路３１３に信号を送出する。

照明装置３０３は液晶パネル３０２の背面から照明する。照明装置３０３の明るさは、光センサ３１７によって制御可能にしても良い。光センサ３１７は外光強度を検知して、その出力信号を照明装置駆動回路３１８に送る。照明装置駆動回路３１８は光センサ３１７の出力信号に応じて、外光強度が高い時には照明装置３０３の輝度を高め、外光強度が低い時には低くなるように調節することができる。

この照明装置３０３は、発光効率が高く駆動電圧が低いという特徴を有しているので、昼間の明るい室内でも、液晶テレビジョンによる鮮やかな映像を鑑賞することができる。このような特徴により、テレビジョン装置において、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができ、筐体や支持台の小型軽量化を図ることが可能である。それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
この照明装置は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、外部からの衝撃などによる短絡を防止することも可能である。従って、このテレビジョン装置は低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビジョン装置において、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができ、筐体４０１や支持台４０２の小型軽量化を図ることが可能である。それにより住環境に適合した製品を提供することができる。

図９は、実施例１乃至６で説明したものと同様の照明装置を室内の照明器具５０１、５０２として用いた例である。照明器具５０１は天井に取り付け、照明器具５０２は壁に埋め込んだ態様と示している。本発明に係る照明装置は、大型化が可能であり、また大型化しても面内で均一な明るさを得ることができる。さらに薄型で低消費電力であるという特徴を備えている。

図１０は、照明器具５０１を天井に取り付けた状態を例示している。この照明器具５０１は、発光セルアレイが形成される基板１０、封止板３２、取り付けヒンジ３８、カバー材４０を含んでいる。照明装置の取り出し電極３６ａ、３６ｂは基板１０の端部に設けられ、取り付けヒンジ３８の一部がコネクタとして利用されている。カバー材４０は調光機能を備えている。これらの要素が一体となった照明器具５０１を天井に取り付けても、図１０で示すように天井面から殆ど突出させずに取り付けることができる。また、取り付けヒンジ３８を強固な構造部材として設計すれば、天井の中に埋め込むこともできる。

このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明器具５０１、５０２として用いた部屋に、図８で説明すテレビジョン装置４００を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。このような場合、照明器具５０１、５０２及びテレビジョン装置４００共に低消費電力であるので、電気料金を心配せずに、明るい部屋で迫力のある映像を鑑賞することができる。

照明装置としては、本実施例で例示したものに限られず、住宅や公共施設の照明をはじめ、様々な形態の照明装置として応用することができる。このような場合において、本発明に係る照明装置は、発光媒体が薄膜状であるので、意匠の自由度が高いので、様々な商品を市場に提供することができる。

本発明に係る照明装置の構成を示す断面図。実施例１に係る照明装置の構成を示す断面図。実施例１に係る照明装置の構成を示す平面図。第１の電極、第１の発光ユニット、中間導電層、第２の発光ユニット、第２の電極が積層された発光セルを示す図。第１の電極、第１の発光ユニット、中間導電層、第２の発光ユニット、第２の電極が積層された発光セルを示す図。照明装置の構成を示す斜視図。照明装置を液晶表示装置のバックライトとして用いる態様を示す図。照明装置を用いた電気器具の一例を示す図。照明装置の一例を示す図。図９の照明装置の取り付け構造を示す図。照明装置を用いたテレビジョン装置の一構成例を示すブロック図。

符号の説明

１０基板
１２第１の電極
１２ａ第１の電極
１２ｂ第１の電極
１２ｃ第１の電極
１４第１の発光ユニット
１４ａ第１の発光ユニット
１４ｂ第１の発光ユニット
１４ｃ第１の発光ユニット
１６中間導電層
１６ａ中間導電層
１６ｂ中間導電層
１６ｃ中間導電層
１８第２の発光ユニット
１８ａ第２の発光ユニット
１８ｂ第２の発光ユニット
１８ｃ第２の発光ユニット
２０第２の電極
２０ａ第２の電極
２０ｂ第２の電極
２０ｃ第２の電極
２２開口部
２２ａ開口部
２２ｂ開口部
２２ｃ開口部
２２ｄ開口部
２２ｅ開口部
２２ｆ開口部
２３開口部
２３ａ開口部
２３ｂ開口部
２４層間絶縁層
２４ａ層間絶縁層
２４ｂ層間絶縁層
２４ｃ層間絶縁層
２６第３の電極
２６ａ第３の電極
２６ｂ第３の電極
２６ｃ第３の電極
２７ａ接続部
２７ｂ接続部
３０発光セルアレイ形成領域
３２封止板
３４拡散板
３６ａ取り出し電極
３６ｂ取り出し電極
３７ａ取り出し電極
３７ｂ取り出し電極
３８取り付けヒンジ
４０カバー材
１０１第１の発光セル
１０２第２の発光セル
１０３第３の発光セル
２０１発光層
２０２バリア層
２０３有機無機複合材料層
３０１筐体
３０２液晶パネル
３０３照明装置
３０４筐体
３０５信号線駆動回路
３０６走査線駆動回路
３０７信号分割回路
３０８コントロール回路
３０９映像信号処理回路
３１０映像波増幅回路
３１１チューナ回路
３１２音声波増幅回路
３１３音声信号処理回路
３１４スピーカ
３１５制御回路
３１６入力部
３１７光センサ
３１８照明装置駆動回路
４００テレビジョン装置
４０１筐体
４０２支持台
４０３表示部
４０４スピーカー部
４０５ビデオ入力端子
５０１照明器具
５０２照明器具

Claims

第１の電極と第２の電極の間に設けられた、少なくとも一層の発光層を有する発光ユニットが複数個直列に接続され、該直列接続関係にある一の発光ユニットと他の発光ユニットとの間に中間導電層が設けられ、
前記第２の電極と、前記発光ユニット及び中間導電層を貫通する開口部を介して前記第１の電極と接触する第３の電極とを有すること
を特徴とする照明装置。
第１の電極と第２の電極の間に設けられた、少なくとも一層の発光層を有する発光ユニットが複数個直列に接続され、該直列接続関係にある一の発光ユニットと他の発光ユニットとの間に中間導電層が設けられ、
前記第２の電極、前記発光ユニット及び前記中間導電層を貫通する開口部と、
前記第２の電極上及び前記開口部の側面を被覆して、前記第１の電極を露出させる層間絶縁層と、
前記層間絶縁層上に形成され、前記開口部を介して前記第１の電極と接触する第３の電極とを有すること
を特徴とする照明装置。
第１の電極と第２の電極の間に、設けられた、少なくとも一層の発光層を有する発光ユニットが複数個直列に接続され、該直列接続関係にある一の発光ユニットと他の発光ユニットとの間に中間導電層が設けられ、
前記第２の電極と、前記発光ユニット及び中間導電層を貫通する開口部を介して前記第１の電極と接触する第３の電極とを有する発光セルを複数個有し、
前記第１の電極と、前記第２の電極が、異なる発光セル間で直列接続される電気的接続部を有すること
を特徴とする照明装置。
第１の電極と第２の電極の間に、設けられた、少なくとも一層の発光層を有する発光ユニットが複数個直列に接続され、該直列接続関係にある一の発光ユニットと他の発光ユニットとの間に中間導電層が設けられ、
前記第２の電極、前記発光ユニット及び前記中間導電層を貫通する開口部と、
前記第２の電極上及び前記開口部の側面を被覆して、前記第１の電極を露出させる層間絶縁層と、
前記層間絶縁層上に形成され、前記開口部を介して前記第１の電極と接触する第３の電極とを有する発光セルを複数個有し、
前記第１の電極と、前記第２の電極が、異なる発光セル間で直列接続される電気的接続部を有すること
を特徴とする照明装置。
請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記発光層は、第２族の元素と第１６族の元素を含む化合物または第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物である母体材料と発光中心である不純物元素とを含むこと
を特徴とする照明装置。
請求項５において、
前記母体材料は、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化カルシウム、硫化イットリウム、硫化ガリウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、硫化バリウム−ガリウムのいずれかであること
を特徴とする照明装置。
請求項５において、
前記不純物元素は、発光中心となる金属元素であること
を特徴とする照明装置。
請求項５において、
前記不純物元素は複数種含まれており、
発光中心となる金属元素と、
フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）のいずれか一と、
リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）のいずれか一であること
を特徴とする照明装置。
請求項７又は８において、
前記金属元素は、母体材料に対して０．０５乃至５原子％の濃度で含まれていること
を特徴とする照明装置。
請求項５において、
前記不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、珪素のいずれか一と、
フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのいずれか一であること
を特徴とする照明装置。
請求項５において、
前記不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、珪素のいずれか一と、
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれか一であること
を特徴とする照明装置。
請求項５において、
前記不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、珪素のいずれか一と、
フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのいずれか一と、
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれか一であること
を特徴とする照明装置。