JP2008010415A

JP2008010415A - 発光素子、発光素子の作製方法、発光装置並びに電子機器

Info

Publication number: JP2008010415A
Application number: JP2007144693A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Sakata; 淳一郎坂田
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】複数の発光波長ピークを有する発光素子の製造方法を提供することを課題とする。また、演色性の高い発光装置および電子機器を提供することを課題とする。
【解決手段】第１の電極を形成する工程と、第１の電極の上に発光層を形成する工程と、発光層の上に、第２の電極を形成する工程と、発光層を加熱処理する工程と、を有し、発光層を形成する工程は、母体材料を含む層と発光中心材料を含む層とを接するように形成する工程を有する発光素子の作製方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子に関する。また、発光素子を有する発光装置及び電子機器に関する。

近年、テレビ、携帯電話、デジタルカメラ等における表示装置は、平面的で薄型の表示装置が求められており、この要求を満たすための表示装置として、自発光型である発光素子を利用した表示装置が注目されている。自発光型の発光素子の一つとして、エレクトロルミネッセンス（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を利用する発光素子があり、この発光素子は、発光材料を一対の電極で挟み、電圧を印加することにより、発光材料からの発光を得ることができるものである。

このような自発光型の発光素子は、液晶ディスプレイに比べ画素の視認性が高く、バックライトが不要である等の利点があり、フラットパネルディスプレイ素子として好適であると考えられている。また、このような発光素子は、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。また、非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。

さらに、このような自発光型の発光素子は膜状に形成することが可能であるため、大面積の素子を形成することにより、面発光を容易に得ることができる。このことは、白熱電球やＬＥＤに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。

エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。

無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有し、後者は、発光材料の薄膜を含む発光層を有している点に違いはあるが、高電界で加速された電子を必要とする点では共通である。なお、得られる発光のメカニズムとしては、ドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光と、金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光とがある。一般的に、分散型無機ＥＬ素子ではドナー−アクセプター再結合型発光、薄膜型無機ＥＬ素子では局在型発光である場合が多い。

このような無機ＥＬ素子に用いられる発光材料は、硫化亜鉛等の母体材料にマンガンや銅等の発光中心元素を添加させたものであるが、その作製方法としては、例えば、特許文献１があり、また、複数種の発光中心元素が含まれた発光材料の作製方法としては、例えば、特許文献２がある。しかしながら、このような作製方法による発光材料を薄膜型無機ＥＬ素子に用いた場合では、複数の発光波長ピークを有する発光が得られにくい問題があった。
特開２００４−９９８８１号公報特開２００４−２４４６３６号公報

上記問題に鑑み、本発明は、複数の発光波長ピークを有する発光素子の作製方法を提供することを課題とする。また、演色性の高い発光装置および電子機器を提供することを課題とする。

本発明の一は、一対の電極間に発光層を有し、発光層は、複数層で構成され、発光層は、発光中心材料を含む層と、発光中心材料を含む層に接して設けられた母体材料を含む層と、を有し、母体材料を含む層には、前記発光中心材料と同じ発光中心材料が拡散されていることを特徴とする発光素子である。

上記構成において、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、硫化バリウム−アルミニウム、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、又は硫化バリウム−ガリウムのいずれかを用いることができる。

また、上記構成において、発光中心材料を含む層は、発光中心元素として、銅、銀、金、マンガン、テルビウム、ユーロピウム、ツリウム、セリウム、プラセオジウム、サマリウム、エルビウム、アルミニウム、塩素、又はフッ素のいずれか一種又は複数種を含むことが好ましい。

また、上記構成において、一対の電極間に、さらに絶縁層を有していてもよい。絶縁層としては、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化シリコン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、窒化シリコン、又は酸化ジルコニウムのいずれか一種又は複数種を含む層を用いることができる。

また、本発明は、上述した発光素子を有する発光装置も範疇に含めるものである。本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置を含む）を含む。また、発光素子にＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュール、発光素子が形成されたパネルにコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、それらＴＡＢテープやＴＣＰが取り付けられたモジュールの先にプリント配線板が設けられたモジュールも全て発光装置に含むものとする。

また、本発明の発光素子を表示部に用いた電子機器も本発明の範疇に含めるものとする。したがって、本発明の電子機器は、表示部を有し、表示部は、上述した発光素子と発光素子の発光を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の一は、第１の電極を形成する工程と、第１の電極の上に発光層を形成する工程と、発光層の上に、第２の電極を形成する工程と、発光層を加熱処理する工程と、を有し、発光層を形成する工程は、母体材料を含む層と発光中心材料を含む層とを接するように形成する工程を有することを特徴とする発光素子の作製方法である。

上記構成において、母体材料としては、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、硫化バリウム−アルミニウム、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、又は硫化バリウム−ガリウムのいずれかを用いることができる。

本発明の発光素子の作製方法により、複数の発光波長ピークを有する発光素子が得られる。

また、本発明の発光装置及び電子機器は、複数の発光波長ピークを有しているため、演色性の高い発光装置及び電子機器となる。

以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、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うることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明に係る薄膜型発光素子の作製方法について図１を用いて説明する。

図１は、基板１１０の上に、第１の電極１０１及び第２の電極１０６と、それぞれの電極に接する第１の絶縁層１０２及び第２の絶縁層１０５と、第１の絶縁層１０２と第２の絶縁層１０５との間に第１の層１０３及び第２の層１０４で構成される発光層を有する薄膜素子１００である。本実施の形態は、薄膜形成後に、加熱処理を行うことで、発光層より発光が得られる発光素子を作製する方法であり、以下、説明する。

基板１１０は発光素子の支持体として用いられる。基板１１０としては、例えば、ガラス、石英、又はプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子の作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでも用いることができ、後述する加熱処理工程における温度において耐えられるものであればよい。

第１の電極１０１及び第２の電極１０６は、金属、合金、導電性化合物、又はこれらの混合物などを用いることができる。なお、面発光を得るためには、第１の電極１０１又は第２の電極１０６のいずれか一方又は両方を透明電極にしておく必要がある。透明電極としては、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、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（ＩＴＳＯ）、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）、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（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタリングにより成膜される。例えば、ＩＺＯは、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％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、ＩＷＺＯは、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％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。この他、金属電極としては、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、タングステン、チタン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、又はこれら金属材料の窒化物、例えば、窒化チタン等用いることができる。また、金属電極を用いて透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、又はゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。

第１の層１０３は、発光中心材料を含む層である。発光中心元素としては、銅、銀、金、マンガン、テルビウム、ユーロピウム、ツリウム、セリウム、プラセオジウム、サマリウム、エルビウム、アルミニウム、塩素、又はフッ素等であり、発光中心元素を含む材料としては、これら元素の単体又は化合物を用いることができる。発光中心元素を含む化合物としては、硫化銅、塩化銅、フッ化銅、硫酸銅、硫化銀、塩化銀、フッ化銀、硫化マンガン、塩化マンガン、フッ化マンガン、硫酸マンガン、炭酸マンガン、酸化マンガン、塩化テルビウム、フッ化テルビウム、酸化ユーロピウム、塩化ユーロピウム、フッ化ユーロピウム、酸化ツリウム、フッ化ツリウム、塩化プラセオジウム、フッ化プラセオジウム、酸化サマリウム、塩化サマリウム、フッ化サマリウム、酸化セリウム、塩化セリウム、フッ化セリウム、酸化エルビウム、塩化エルビウム、フッ化エルビウム、硫化アルミニウム、又は塩化アルミニウム等を用いることができる。これら発光中心を含む単体又は化合物の薄膜は、抵抗加熱蒸着や電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）等の真空蒸着法、スパッタリング法、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法、又は原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等により成膜される。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１〜１００ｎｍの範囲である。

第２の層１０４は、母体材料を含む層である。母体材料としては、硫化物、酸化物、又は窒化物を用いることができる。硫化物としては、例えば、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、硫化バリウム等を用いることができる。また、酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、又は酸化イットリウム等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、窒化ガリウム、窒化インジウム等を用いることができる。さらに、セレン化亜鉛、又はテルル化亜鉛等も用いることができ、硫化バリウム−アルミニウム、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、又は硫化バリウム−ガリウム等の３元系の化合物であってもよい。このような母体材料の薄膜は、抵抗加熱蒸着や電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）等の真空蒸着法、スパッタリング法、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法、又は原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。

なお、母体材料には、１種又は複数種の発光中心元素が添加された材料を用いることもできる。例えば、Ｃｕ、Ｃｌが添加されたＺｎＳ（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ）やＭｎが添加されたＺｎＳ（ＺｎＳ：Ｍｎ）等を用いることができる。

第１の絶縁層１０２と及び第２の絶縁層１０５は、特に限定されることはないが、絶縁耐圧が高く、緻密な膜質であることが好ましく、さらには、誘電率が高いことが好ましい。例えば、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化シリコン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、窒化シリコン、又は酸化ジルコニウム等やこれらの混合膜又は２種以上の積層膜を用いることができる。これらの絶縁膜は、スパッタリング、蒸着、又はＣＶＤ等により成膜することができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは１０〜１０００ｎｍの範囲である。低電圧駆動とする場合は、５００ｎｍ以下の膜厚が好ましく、より好ましくは１００ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。

次に、薄膜素子１００の加熱処理をおこなう。この加熱処理は、真空中又は大気圧下で行うことができ、Ｎ_２雰囲気下又はＡｒ雰囲気下で行ってもよい。なお、加熱温度は、５００〜１２００℃が好ましい。この加熱処理工程を行うことにより、発光中心材料を含む層に含有される発光中心元素が母体材料を含む層に拡散することで発光層を形成する。なお、温度と時間の条件を制御することにより、濃度分布の異なる発光中心元素が添加された発光層を作製することもできる。また、発光中心元素が添加された母体材料を用いた場合には、複数の発光色を有する発光素子が可能であり、それぞれの発光色が補色関係にある場合には、白色発光が可能となる。

本実施の形態に係る発光素子の作製方法によれば、薄膜素子を加熱処理することで容易に母体材料に複数の発光中心元素を添加させることができる。そのため、コストの安い複数の発光波長ピークを有する発光素子を作製することができる。

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明に係る薄膜型発光素子について図２を用いて説明する。

図２は、基板２１０の上に、第１の電極２０１及び第２の電極２０７と、それぞれの電極に接する第１の絶縁層２０２及び第２の絶縁層２０６と、第１の絶縁層２０２と第２の絶縁層２０６との間に、第１の層２０３、第２の層２０４及び第３の層２０５で構成される発光層を有する薄膜素子２００である。実施の形態１と同様に、薄膜形成後に、加熱処理を行うことで、発光層より発光が得られる発光素子であり、以下、説明する。

基板２１０、第１の電極２０１及び第２の電極２０７、第１の絶縁層２０２及び第２の絶縁層２０６は実施の形態１で説明した材料を用いることができる。

第１の層２０３及び第３の層２０５は、発光中心材料を含む層であり、実施の形態１で説明した材料を用いることができる。なお、同じ発光中心元素を含む発光中心材料を用いてもよく、異なる発光中心元素を含む発光中心材料を用いてもよい。異なる発光中心元素の場合には、複数の発光波長ピークを有する発光素子が得られる。

第２の層２０４は、母体材料を含む層であり、実施の形態１で説明した母体材料を用いることができる。なお、第２の層２０４を構成する母体材料には、１種又は複数種の発光中心元素が添加された母体材料を用いることもできる。

次に、薄膜素子２００を加熱処理し、発光中心材料を含む層に含有される発光中心元素を母体材料を含む層に拡散させる。第１の層から拡散される発光中心元素と、第３の層から拡散される発光中心元素により、複数の発光波長ピークを有する発光素子が可能となる。なお、温度と時間の条件を制御することにより、第２の層内で濃度の異なる発光中心元素が添加された層を作製することもできる。また、発光中心元素が添加された母体材料を用いた場合には、複数の発光色を有する発光素子が可能であり、それぞれの発光色が補色関係にある場合には、白色発光が可能となる。

本実施の形態に係る発光素子は、母体材料に複数の発光中心元素を添加されており、複数の発光波長ピークを有する発光素子となる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明に係る薄膜型発光素子について図３を用いて説明する。

図３は、基板３１０の上に、第１の電極３０１及び第２の電極３０９と、それぞれの電極に接する第１の絶縁層３０２及び第２の絶縁層３０８と、第１の絶縁層３０２と第２の絶縁層３０８との間に、第１の層３０３、第２の層３０４、第３の層３０５、第４の層３０６及び第５の層３０７を有する薄膜素子３００である。実施の形態１と同様に、薄膜形成後に、加熱処理を行うことで、発光層を構成している母体材料を含む複数の層から発光が得られる発光素子であり、以下、説明する。

基板３１０、第１の電極３０１及び第２の電極３０９、第１の絶縁層３０２及び第２の絶縁層３０８は実施の形態１で説明した材料を用いることができる。

第１の層３０３、第３の層３０５及び第５の層３０７は、発光中心材料を含む層であり、実施の形態１で説明した材料を用いることができる。なお、同じ発光中心元素を含む発光中心材料を用いてもよく、異なる発光中心元素を含む発光中心材料を用いてもよい。異なる発光中心元素の場合には、複数の発光波長ピークを有する発光素子が得られる。

第２の層３０４及び第４の層３０６は、母体材料を含む層であり、実施の形態１で説明した母体材料を用いることができる。なお、同じ母体材料を用いてもよく、異なる母体材料を用いてもよい。異なる母体材料の場合には、同じ発光中心元素が添加された場合であっても、発光波長ピークの位置が異なるため、複数の発光波長ピークを有する発光素子が得られる。

次に、薄膜素子３００を加熱処理し、発光中心材料を含む層に含有される発光中心元素を母体材料を含む層に拡散させる。第１の層３０３から拡散される発光中心元素と、第３の層３０５から拡散される発光中心元素により、第２の層３０４の母体材料を含む層から発光が得られる。また、第３の層３０５から拡散される発光中心元素と、第５の層３０７から拡散される発光中心元素により、第４の層３０６の母体材料を含む層から発光が得られる。母体材料を含む複数の層より発光が得られるため、複数の発光波長ピークを有する発光素子が可能となる。なお、温度と時間の条件を制御することにより、第２の層内又は第４の層内で濃度の異なる発光中心元素が添加された層を作製することもできる。また、発光中心元素が添加された母体材料を用いた場合には、さらに複数種の発光中心元素を有することとなるため、可視光領域の発光波長を網羅した発光素子が可能となる。

本実施の形態に係る発光素子は、複数の母体材料に複数の発光中心元素を添加されており、複数の発光波長ピークを有する発光素子となる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、発光装置の一態様として表示装置について、図４〜図７を参照して説明する。

図４は表示装置の主要部を示す概略構成図である。基板４１０には、第１の電極４１６と、その電極と交差する方向に伸びる第２の電極４１８が設けられている。少なくとも、第１の電極４１６と第２の電極４１８との交差部には、実施の形態２で説明したものと同様な発光層が設けられ、発光素子を形成している。図４の発光装置は、第１の電極４１６と第２の電極４１８を複数本配置して、画素となる発光素子をマトリクス状に配列させ、表示部４１４を形成している。この表示部４１４は、第１の電極４１６と第２の電極４１８の電位を制御して個々の発光素子の発光及び非発光を制御して、動画及び静止画を表示することができる。

この発光装置は、基板４１０の一方向に延設される第１の電極４１６と、それと交差する第２の電極４１８のそれぞれに映像を表示する信号を印加して発光素子の発光及び非発光を選択する。すなわち、画素の駆動は、もっぱら外部回路から与えられる信号で行う単純マトリクス型の表示装置である。このような表示装置は、構成が簡単であるので、大面積化をしても容易に作製をすることができる。

上記において、第１の電極４１６としてアルミニウム、チタン、タンタルなどを用い、第２の電極４１８として酸化インジウム、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛を用いれば、対向基板４１２側に表示部４１４が形成される表示装置とすることができる。この場合、第１の電極４１６の表面に薄い酸化膜を形成しておくとバリア層が形成され、キャリアブロッキング効果により発光効率を高めることができる。第１の電極４１６として酸化インジウム、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛を用い、第２の電極４１８としてアルミニウム、チタン、タンタルなどを用いれば、基板４１０側に表示部４１４が形成される表示装置とすることができる。また、第１の電極４１６と第２の電極４１８を共に透明電極で形成すれば、両面表示型の表示装置とすることができる。

なお、対向基板４１２は必要に応じて設ければ良く、表示部４１４の位置に合わせて設けることで保護部材とすることもできる。これは、板状の硬材としなくても、樹脂フィルム若しくは樹脂材料を塗布して代用することもできる。第１の電極４１６及び第２の電極４１８は基板４１０の端部に引き出され、外部回路と接続する端子を形成している。すなわち第１の電極４１６及び第２の電極４１８は基板４１０の端部でフレキシブル配線基板４２０、４２２とコンタクトを形成する。外部回路としては、映像信号を制御するコントローラ回路の他、電源回路、チューナ回路などが含まれる。

図５は表示部４１４の構成を示す部分拡大図を示す。基板４１０に形成された第１の電極４１６の側端部は隔壁層４２４が形成されている。そして、少なくとも第１の電極４１６の露出面上にはＥＬ層４２６が形成されている。第２の電極４１８は、ＥＬ層４２６上に設けられている。第２の電極４１８は第１の電極４１６と交差するので、隔壁層４２４上に延設されている。隔壁層４２４は、第１の電極４１６と第２の電極４１８の間で短絡が起こらないように絶縁材料で形成されている。隔壁層４２４が第１の電極４１６の端部を覆う部位では、段差が急峻とならないように隔壁層４２４の側端部に勾配を持たせ、所謂テーパー形状としている。隔壁層４２４をこのような形状とすることで、ＥＬ層４２６や第２の電極４１８の被覆性が向上し、ひび割れや断裂などの不良を無くすことができる。

図６は表示部４１４の平面図であり、第１の電極４１６、第２の電極４１８、隔壁層４２４、ＥＬ層４２６の配置を示している。補助電極４２８は第２の電極４１８を酸化インジウムスズ、酸化亜鉛などの酸化物透明導電膜で形成する場合に、抵抗損失を低減するために設けると好ましいものである。この場合、補助電極４２８はチタン、タングステン、クロム、タンタルなどの高融点金属、若しくは高融点金属とアルミニウム、銀などの低抵抗金属とを組み合わせて形成すると良い。

図６において、Ａ−Ｂ線及びＣ−Ｄ線に沿った断面図を図７（Ａ）（Ｂ）に示す。図７（Ａ）は第１の電極４１６が配列する断面図であり、図７（Ｂ）は第２の電極４１８が配列する断面図を示す。第１の電極４１６と第２の電極４１８の交差部にはＥＬ層４２６が形成され、その部位に発光素子が形成される。図７（Ｂ）で示す補助電極４２８は隔壁層４２４上にあって、第２の電極４１８と接触するように設けている。補助電極４２８を隔壁層４２４上に設けることにより、第１の電極４１６と第２の電極４１８の交差部に形成される発光素子を遮光することがないので、発光した光を有効に利用することができる。また、補助電極４２８が第１の電極４１６と短絡してしまうことを防ぐことができる。

図７では、対向基板４１２に色変換層４３０を配設した一例を示している。色変換層４３０は、ＥＬ層４２６で発光した光を波長変換して発光色を変化させるためのものである。この場合、ＥＬ層４２６で発光する光は、エネルギーの高い青色若しくは紫外光であることが好ましい。色変換層４３０として、赤色、緑色、青色に変換するものを配列させれば、ＲＧＢカラー表示を行う表示装置とすることができる。また、色変換層４３０を着色層（カラーフィルタ）に置き換えることもできる。その場合は、ＥＬ層４２６は白色発光するように構成すれば良い。充填材４３２は基板４１０と対向基板４１２を固定するものであり適宜設ければ良い。

また、表示部４１４の他の構成を図８に示す。図８の構造は、第１の電極９５２の端部が絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。隔壁層９５４の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層９５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、発光層９５５及び第２の電極９５６を、隔壁層９５４を使って自己整合的に形成することができる。

本実施例の表示装置は低電圧で発光素子が発光するので、昇圧回路などが不要となり、装置の構成を簡略化することができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、トランジスタにより、画素部に本発明を適用して作製した発光素子の駆動を制御するアクティブ型の発光装置について図９を用いて説明する。なお、図９（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）をＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’で切断した断面図である。点線で示された６０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、６０２は画素部、６０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、６０４は封止基板、６０５はシール材であり、シール材６０５で囲まれた内側は、空間６０７になっている。

なお、引き回し配線６０８はソース側駆動回路６０１及びゲート側駆動回路６０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基板（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。

次に、断面構造について図９（Ｂ）を用いて説明する。素子基板６１０上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路６０１と、画素部６０２中の一つの画素が示されている。

なお、ソース側駆動回路６０１はｎチャネル型ＴＦＴ６２３とｐチャネル型ＴＦＴ６２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公知のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施例では、基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。なお、ＴＦＴの構造は、特に限定されない。スタガ型のＴＦＴでもよいし、逆スタガ型のＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。また、半導体材料についても特に限定されず、無機化合物を用いてもよいし、有機化合物を用いてもよい。

また、画素部６０２はスイッチング用ＴＦＴ６１１と、電流制御用ＴＦＴ６１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極６１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極６１３の端部を覆って絶縁物６１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。

また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物６１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物６１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物６１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物６１４として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。

第１の電極６１３上には、ＥＬ層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されている。第１の電極６１３および第２の電極６１７の少なくとも一方は透光性を有しており、ＥＬ層６１６からの発光を外部へ取り出すことが可能である。

ＥＬ層６１６は、実施の形態１〜実施の形態３で示した発光層を有している。

なお、第１の電極６１３、ＥＬ層６１６、第２の電極６１７の形成方法としては、種々の方法を用いることができる。具体的には、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）法等の真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、インクジェット法、スピンコート法等を用いることができる。また、各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。

さらにシール材６０５で封止基板６０４を素子基板６１０と貼り合わせることにより、素子基板６１０、封止基板６０４、およびシール材６０５で囲まれた空間６０７に発光素子６１８が備えられた構造になっている。なお、空間６０７には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材６０５で充填される場合もある。

なお、シール材６０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板６０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー（登録商標）、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。

以上のようにして、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置を得ることができる。

本実施の形態で示す発光装置は、実施の形態１〜３で示した発光素子を有し、低駆動電圧で動作が可能である。そのため、消費電力を低減された発光装置を得ることができる。

また、本実施の形態で示す発光装置は、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。また、発光装置の軽量化、駆動回路部分の小型化が可能である。

（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態４〜５に示す発光装置をその一部に含む電子機器について説明する。本実施の形態で示す電子機器は、実施の形態１〜３で示した発光素子を有する。よって、高輝度の発光素子を有するため、輝度の高い電子機器を提供することが可能である。

本発明を適用して作製された電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ又はオーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機、又は電子書籍等）、又は記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図９に示す。

図１０（Ａ）は本実施の形態に係るテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピーカー部９１０４、及びビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、実施の形態３〜５で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、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、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体９１０１や支持台９１０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るテレビ装置は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、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１０（Ｂ）は本実施の形態に係るコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングデバイス９２０６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部９２０３は、実施の形態３〜５で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、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、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９２０３も同様の特徴を有するため、このコンピュータは画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、コンピュータにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９２０１や筐体９２０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るコンピュータは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。また、持ち運ぶことも可能となり、持ち運ぶときの外部からの衝撃にも耐性の強い表示部を有しているコンピュータを提供することができる。

図１０（Ｃ）は本実施の形態に係る携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９４０３、音声入力部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート９４０７、及びアンテナ９４０８等を含む。この携帯電話において、表示部９４０３は、実施の形態３〜５で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、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、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９４０３も同様の特徴を有するため、この携帯電話は画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、携帯電話において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９４０１や筐体９４０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係る携帯電話は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯したときの外部からの衝撃にも耐性の強い表示部を有している製品を提供することができる。

図１０（Ｄ）はカメラであり、本体９５０１、表示部９５０２、筐体９５０３、外部接続ポート９５０４、リモコン受信部９５０５、受像部９５０６、バッテリー９５０７、音声入力部９５０８、操作キー９５０９、及び接眼部９５１０等を含む。このカメラにおいて、表示部９５０２は、実施の形態３〜５で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低く、外部からの衝撃等による短絡を防止することができるという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９５０２も同様の特徴を有するため、このカメラは画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、カメラにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９５０１の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態に係るカメラは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯したときの外部からの衝撃にも耐性の強い表示部を有している製品を提供することができる。

以上の様に、本発明を適用して作製した発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明を適用することにより、低消費電力で、信頼性の高い表示部を有する電子機器を作製することが可能となる。

また、本発明を適用した発光装置は、照明装置として用いることもできる。本発明を適用した発光素子を照明装置として用いる一態様を、図１１を用いて説明する。

図１１は、本発明を適用した発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図１１に示した液晶表示装置は、筐体５０１、液晶層５０２、バックライト５０３、筐体５０４を有し、液晶層５０２は、ドライバＩＣ５０５と接続されている。また、バックライト５０３は、本発明の発光装置が用いられおり、端子５０６により、電圧が印加されている。

本発明の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、高輝度で長寿命のバックライトが得られるので、表示装置としての品質が向上する。また、本発明の発光装置は、面発光の発光装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、発光素子は薄型であるため、バックライトが薄型化された液晶表示装置を提供することができる。

また、本発明を適用した発光装置は高輝度の発光が可能であるため、自動車、自転車、船などのヘッドライトとして用いることが可能である。図１２は、本発明を適用した発光装置を自動車のヘッドライトとして用いた例である。図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のヘッドライト１０００の部分を拡大した断面図である。図１２（Ｂ）において、光源１０１１として本発明の発光装置が用いられている。光源１０１１から出た光は、反射板１０１２により反射され、外部へ取り出される。図１２（Ｂ）に示すように、複数の光源を用いることで、より高輝度の光を得ることができる。また、図１２（Ｃ）は、円筒形状に作製した本発明の発光装置を光源として用いた例である。光源１０２１からの発光は反射板１０２２により反射され、外部へ取り出される。

図１３は、本発明を適用した発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図１３に示す電気スタンドは、筐体２００１と、光源２００２を有し、光源２００２として、本発明の発光装置が用いられている。本発明の発光装置は、高輝度の発光が可能であるため、細かい作業をする場合など、手元を明るく照らすことが可能である。

図１４は、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた例である。本発明の発光装置は大面積化が可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、本発明の発光装置は、薄型で低消費電力であるため、薄型化、低消費電力化の照明装置として用いることが可能となる。このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた部屋に、図１０（Ａ）で説明したような、本発明に係るテレビ装置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、両装置は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、図１２、図１３、図１４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、デザインの自由度が高いので、様々な意匠を凝らした商品を市場に提供することができる。

本発明の発光素子を説明する図。本発明の発光素子を説明する図。本発明の発光素子を説明する図。本発明の発光装置を説明する図。本発明の発光装置を説明する図。本発明の発光装置を説明する図。本発明の発光装置を説明する図。本発明の発光装置を説明する図。本発明の発光装置を説明する図。本発明の電子機器を説明する図。本発明の照明装置を説明する図。本発明の照明装置を説明する図。本発明の照明装置を説明する図。本発明の照明装置を説明する図。

符号の説明

１００薄膜素子
１０１第１の電極
１０２第１の絶縁層
１０３第１の層
１０４第２の層
１０５第２の絶縁層
１０６第２の電極
１１０基板
２００薄膜素子
２０１第１の電極
２０２第１の絶縁層
２０３第１の層
２０４第２の層
２０５第３の層
２０６第２の絶縁層
２０７第２の電極
２１０基板
３００薄膜素子
３０１第１の電極
３０２第１の絶縁層
３０３第１の層
３０４第２の層
３０５第３の層
３０６第４の層
３０７第５の層
３０８第２の絶縁層
３０９第２の電極
３１０基板
４１０基板
４１２対向基板
４１４表示部
４１６第１の電極
４１８第２の電極
４２０フレキシブル配線基板
４２４隔壁層
４２６ＥＬ層
４２８補助電極
４３０色変換層
４３２充填材
５０１筐体
５０２液晶層
５０３バックライト
５０４筐体
５０５ドライバＩＣ
５０６端子
６０１ソース側駆動回路
６０２画素部
６０３ゲート側駆動回路
６０４封止基板
６０５シール材
６０７空間
６０８配線
６０９ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６１０素子基板
６１１スイッチング用ＴＦＴ
６１２電流制御用ＴＦＴ
６１３第１の電極
６１４絶縁物
６１６ＥＬ層
６１７第２の電極
６１８発光素子
６２３ｎチャネル型ＴＦＴ
６２４ｐチャネル型ＴＦＴ
９５２第１の電極
９５３絶縁層
９５４隔壁層
９５５発光層
９５６第２の電極
１０００ヘッドライト
１０１１光源
１０１２反射板
１０２１光源
１０２２反射板
２００１筐体
２００２光源
３００１照明装置
９１０１筐体
９１０２支持台
９１０３表示部
９１０４スピーカー部
９１０５ビデオ入力端子
９２０１本体
９２０２筐体
９２０３表示部
９２０４キーボード
９２０５外部接続ポート
９２０６ポインティングデバイス
９４０１本体
９４０２筐体
９４０３表示部
９４０４音声入力部
９４０５音声出力部
９４０６操作キー
９４０７外部接続ポート
９４０８アンテナ
９５０１本体
９５０２表示部
９５０３筐体
９５０４外部接続ポート
９５０５リモコン受信部
９５０６受像部
９５０７バッテリー
９５０８音声入力部
９５０９操作キー
９５１０接眼部

Claims

一対の電極間に発光層を有し、
前記発光層は、複数層で構成され、
前記発光層は、発光中心材料を含む層と、前記発光中心材料を含む層に接して設けられた母体材料を含む層と、を有し、
前記母体材料を含む層には、前記発光中心材料と同じ発光中心材料が拡散されていることを特徴とする発光素子。
請求項１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、硫化バリウム−アルミニウム、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、又は硫化バリウム−ガリウムのいずれかであることを特徴とする発光素子。
請求項１または請求項２において、
前記発光中心材料を含む層は、発光中心元素として、銅、銀、金、マンガン、テルビウム、ユーロピウム、ツリウム、セリウム、プラセオジウム、サマリウム、エルビウム、アルミニウム、塩素、又はフッ素のいずれか一種又は複数種を含むことを特徴とする発光素子。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記一対の電極間に、さらに絶縁層を有することを特徴とする発光素子。
請求項４において、
前記絶縁層は、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化シリコン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、窒化シリコン、又は酸化ジルコニウムのいずれか一種又は複数種を含むことを特徴とする発光素子。
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の発光素子と、前記発光素子の発光を制御する制御手段とを有する発光装置。
表示部を有し、
前記表示部は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の発光素子と前記発光素子の発光を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電子機器。
第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極の上に発光層を形成する工程と、
前記発光層の上に、第２の電極を形成する工程と、
前記発光層を加熱処理する工程と、を有し、
前記発光層を形成する工程は、母体材料を含む層と発光中心材料を含む層とを接するように形成する工程を有することを特徴とする発光素子の作製方法。
請求項８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、硫化バリウム−アルミニウム、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、又は硫化バリウム−ガリウムのいずれかであることを特徴とする発光素子の作製方法。
請求項８または請求項９において、
前記発光中心材料を含む層は、発光中心元素として、銅、銀、金、マンガン、テルビウム、ユーロピウム、ツリウム、セリウム、プラセオジウム、サマリウム、エルビウム、アルミニウム、塩素、又はフッ素のいずれか一種又は複数種を含むことを特徴とする発光素子の作製方法。
請求項８乃至請求項１０のいずれか一項において、
前記第２の電極を形成する工程の前に絶縁層を形成する工程を有することを特徴とする発光素子の作製方法。
請求項１１において、
前記絶縁層は、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化シリコン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、窒化シリコン、又は酸化ジルコニウムのいずれか一種又は複数種を含むことを特徴とする発光素子の作製方法。