JP4943440B2 - 発光素子及び表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子、特に、エレクトロルミネセンス素子に関すると共に、該発光素子を用いた表示装置に関する。
近年、軽量・薄型の面発光型素子としてエレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子という。）が注目されている。ＥＬ素子は大別すると、有機材料からなる蛍光体に直流電圧を印加し、電子と正孔とを再結合させて発光させる有機ＥＬ素子と、無機材料からなる蛍光体に交流電圧を印加し、およそ１０６Ｖ／ｃｍもの高電界で加速された電子を無機蛍光体の発光中心に衝突させて励起させ、その緩和過程で無機蛍光体を発光させる無機ＥＬ素子とがある。
さらに、この無機ＥＬ素子には、無機蛍光体粒子を高分子有機材料からなるバインダ中に分散させ発光層とする分散型ＥＬ素子と、厚さが１μｍ程度の薄膜発光層の両側あるいは片側に絶縁層を設けた薄膜型ＥＬ素子とがある。これらのうち分散型ＥＬ素子は、消費電力が少なく、しかも製造が簡単なため製造コストが安くなる利点があるとして注目されている。従来の分散型ＥＬ素子は、積層構造であり、基板側から順に、基板、第１電極、発光層、絶縁体層、第２電極が積層されて構成されている。発光層は、ＺｎＳ：Ｍｎ等の無機蛍光体粒子を有機バインダに分散させた構成を有しており、絶縁体層はＢａＴｉＯ３などの強絶縁体を有機バインダにて分散させた構成を有している。第１電極と第２電極の間には交流電源が設置され、交流電源から第１電極、第２電極間へ電圧を印加することで分散型ＥＬ素子は発光する。
分散型ＥＬ素子の構造において、発光層は分散型ＥＬ素子の輝度と効率を決定付ける層であり、この発光層の無機蛍光体粒子には、粒径１５〜３５μｍの大きさのものが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。また、分散型ＥＬ素子の発光層の発光色は発光層に用いられる無機蛍光体粒子によって決まり、例えば無機蛍光体粒子にＺｎＳ：Ｍｎを用いた場合には橙色の発光を示し、例えば無機蛍光体粒子にＺｎＳ：Ｃｕを用いた場合には青緑色の発光を示す。このように、発光色は使用する無機蛍光体粒子によって決まるため、それ以外の、例えば白色の発光色を得る場合、例えば、有機色素を有機バインダに混合させることで発光色を他の色に変換し、目的の発光色を得ている（例えば、特許文献２参照。）。
しかしながら、分散型ＥＬ素子に用いられる発光体は、発光輝度が低く、また、寿命が短いという問題があった。
発光輝度を上昇させる方法として、発光層への印加電圧を上げる方法が考えられる。この場合、印加電圧に反比例して発光体の光出力の半減期が減少しまうという課題がある。一方、半減期を長くする、つまり寿命を長くする方法としては、発光層への印加電圧を下げる方法が考えられるが、発光輝度が低下してしまうという課題がある。このように、発光輝度と半減期とは、発光層への印加電圧の増減によって一方を改善しようとすると、もう一方が悪化する相反関係にある。したがって、発光輝度か寿命（光出力の半減期）の何れかを選択しなければならなくなる。なお、本明細書における半減期とは、発光体の光出力が当初の発光輝度の半分の出力に減少するまでの時間である。
そこで、低電圧でＥＬ素子を発光させる提案がなされている（例えば、特許文献３参照。）。このＥＬ素子５０は、図１３に示されるように、ＣｄＳｅ微結晶の発光体粒子６１を透明な導電体である酸化インジウム錫６３の媒体中に分散させた発光層５３を電極５２、５４間に挿入し、電圧を印加して発光させる方法である。このＥＬ素子５０では、電流注入型発光素子であるため、低電圧で駆動可能であるという特徴がある。
しかしながら、上記の方法では媒体に導電膜を使用しているため、高い輝度が得られないという課題がある。
本発明の目的は、上記課題を解決し、低電圧で発光し、しかも発光輝度が高く、寿命が長い発光素子を提供することである。
また、本発明の目的は、上記課題を解決し、低電圧で発光し、しかも発光輝度が高く、寿命が長い表示装置を提供することである。
上記課題は、本発明に係る発光素子によって達成される。すなわち、本発明に係る発光素子は、第１電極と、
前記第１電極と対向して配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された発光層であって、ｐ型半導体の媒体の中にｎ型半導体粒子が分散して構成されている発光層と
を備えたことを特徴とする。
前記第１電極と対向して配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された発光層であって、ｐ型半導体の媒体の中にｎ型半導体粒子が分散して構成されている発光層と
を備えたことを特徴とする。
本発明に係る別の態様の発光素子は、第１電極と、
前記第１電極と対向して配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された発光層であって、ｎ型半導体粒子の集合体で構成され、該粒子間にｐ型半導体が偏析している発光層と
を備えたことを特徴とする。
前記第１電極と対向して配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された発光層であって、ｎ型半導体粒子の集合体で構成され、該粒子間にｐ型半導体が偏析している発光層と
を備えたことを特徴とする。
また、前記ｎ型半導体粒子は、前記ｐ型半導体を介して前記第１及び第２電極と電気的に接合されていることが好ましい。
さらに、前記ｎ型半導体粒子及び前記ｐ型半導体は、それぞれ化合物半導体であってもよい。またさらに、前記ｎ型半導体粒子は、第１２族−第１６族間化合物半導体であってもよい。また、前記ｎ型半導体粒子は、第１３族−第１５族間化合物半導体であってもよい。前記ｎ型半導体粒子は、カルコパイライト型化合物半導体であってもよい。またさらに、前記ｐ型半導体物質は、Ｃｕ２Ｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＴｅ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮのいずれかであってもよい。
また、前記ｎ型半導体粒子が亜鉛を含む亜鉛系材料である場合には、
前記第１電極又は前記第２電極のうち、少なくとも一方の電極は、亜鉛を含む材料からなることが好ましい。この場合、前記一方の電極を構成する前記亜鉛を含む材料は、酸化亜鉛を主体とし、アルミニウム、ガリウム、チタン、ニオブ、タンタル、タングステン、銅、銀、ホウ素からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むものであってもよい。
前記第１電極又は前記第２電極のうち、少なくとも一方の電極は、亜鉛を含む材料からなることが好ましい。この場合、前記一方の電極を構成する前記亜鉛を含む材料は、酸化亜鉛を主体とし、アルミニウム、ガリウム、チタン、ニオブ、タンタル、タングステン、銅、銀、ホウ素からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むものであってもよい。
さらに、前記第１電極又は前記第２電極の少なくとも一方の電極に面して支持する支持体基板をさらに備えてもよい。またさらに、前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれに対向し、且つ、前記発光層からの発光の取出し方向の前方に色変換層をさらに備えてもよい。
本発明に係る表示装置は、基板と、
前記基板上に第１方向に互いに平行に延在している複数の走査電極と、
前記第１方向に対して垂直な第２方向に互いに平行に延在している複数のデータ電極と、
前記走査電極と前記データ電極間に挟まれて設けられた少なくとも１層の発光層と
を備え、
前記走査電極と前記データ電極の少なくとも一方が透明又は半透明であって、前記発光層が、ｐ型半導体の媒体の中にｎ型半導体粒子が分散して構成されていることを特徴とする。
前記基板上に第１方向に互いに平行に延在している複数の走査電極と、
前記第１方向に対して垂直な第２方向に互いに平行に延在している複数のデータ電極と、
前記走査電極と前記データ電極間に挟まれて設けられた少なくとも１層の発光層と
を備え、
前記走査電極と前記データ電極の少なくとも一方が透明又は半透明であって、前記発光層が、ｐ型半導体の媒体の中にｎ型半導体粒子が分散して構成されていることを特徴とする。
本発明に係る別例の表示装置は、基板と、
前記基板上に第１方向に互いに平行に延在している複数の走査電極と、
前記第１方向に対して垂直な第２方向に互いに平行に延在している複数のデータ電極と、
前記走査電極と前記データ電極間に挟まれて設けられた少なくとも１層の発光層と
を備え、
前記走査電極と前記データ電極の少なくとも一方が透明又は半透明であって、前記発光層が、ｎ型半導体粒子の集合体で構成され、該粒子間にｐ型半導体が偏析していることを特徴とする。
前記基板上に第１方向に互いに平行に延在している複数の走査電極と、
前記第１方向に対して垂直な第２方向に互いに平行に延在している複数のデータ電極と、
前記走査電極と前記データ電極間に挟まれて設けられた少なくとも１層の発光層と
を備え、
前記走査電極と前記データ電極の少なくとも一方が透明又は半透明であって、前記発光層が、ｎ型半導体粒子の集合体で構成され、該粒子間にｐ型半導体が偏析していることを特徴とする。
また、前記ｎ型半導体粒子は、前記ｐ型半導体を介して前記第１及び第２電極と電気的に接合されていてもよい。
さらに、前記ｎ型半導体粒子及び前記ｐ型半導体は、それぞれ化合物半導体であってもよい。またさらに、前記ｎ型半導体粒子は、第１２族−第１６族間化合物半導体であってもよい。前記ｎ型半導体粒子は、第１３族−第１５族間化合物半導体であってもよい。前記ｎ型半導体粒子は、カルコパイライト型化合物半導体であってもよい。またさらに、前記ｐ型半導体物質は、Ｃｕ２Ｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＴｅ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮのいずれかであってもよい。
またさらに、前記ｎ型半導体粒子が亜鉛を含む亜鉛系材料である場合には、前記第１電極又は前記第２電極のうち、少なくとも一方の電極は、亜鉛を含む材料からなることが好ましい。この場合、前記一方の電極を構成する前記亜鉛を含む材料は、酸化亜鉛を主体とし、アルミニウム、ガリウム、チタン、ニオブ、タンタル、タングステン、銅、銀、ホウ素からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。
また、前記第１電極又は前記第２電極の少なくとも一方の電極に面して支持する支持体基板をさらに備えてもよい。
さらに、前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれに対向し、且つ、前記発光層からの発光の取出し方向の前方に色変換層をさらに備えてもよい。
本発明に係る発光素子及び表示装置によれば、発光層は、（ｉ）ｐ型半導体の媒体中にｎ型半導体粒子が分散した構造、あるいは、（ｉｉ）ｎ型半導体粒子の集合体であって、該粒子間にｐ型半導体が偏析した構造のいずれかを有する。発光層が上記構造を有することによって、ｎ型半導体粒子内部または界面へ電子の注入とともに正孔を効率良く注入することができ、低電圧で、高輝度で発光し、しかも長寿命の発光素子及び表示装置を実現することができる。
本発明によれば、低電圧で発光し、しかも発光輝度が高く、寿命も長い発光素子及び表示装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態に係る発光素子について、添付図面を用いて説明する。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。
（実施の形態１）
＜ＥＬ素子の概略構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る発光素子１０の発光面に垂直な方向から見た概略構成図である。この発光素子１０は、基板１と、基板１上に設けられた透明電極２と、透明電極２上に設けられた発光層３と、発光層３の上に設けられた背面電極４とを備える。この発光層３は、透明電極２と背面電極４との間に挟持されている。また、発光素子１０の全体を支えるものとして、基板１が透明電極２に隣接して設けられている。この場合、基板１の側から光を取り出すので、基板１には透明な材料からなるものを用いる。さらに、透明電極２と背面電極４とは、電源５を介して電気的に接続されている。この発光素子１０では、電源５から電力が供給されると、透明電極２および背面電極４の間に電位差が生じ、電圧が印加される。そして、透明電極２および背面電極４間に配置されている発光層３の発光層が発光し、その光が透明電極２および基板１を透過して発光素子１０の外部に取り出される。なお、本実施の形態においては、電源５として直流電源を用いている。
＜ＥＬ素子の概略構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る発光素子１０の発光面に垂直な方向から見た概略構成図である。この発光素子１０は、基板１と、基板１上に設けられた透明電極２と、透明電極２上に設けられた発光層３と、発光層３の上に設けられた背面電極４とを備える。この発光層３は、透明電極２と背面電極４との間に挟持されている。また、発光素子１０の全体を支えるものとして、基板１が透明電極２に隣接して設けられている。この場合、基板１の側から光を取り出すので、基板１には透明な材料からなるものを用いる。さらに、透明電極２と背面電極４とは、電源５を介して電気的に接続されている。この発光素子１０では、電源５から電力が供給されると、透明電極２および背面電極４の間に電位差が生じ、電圧が印加される。そして、透明電極２および背面電極４間に配置されている発光層３の発光層が発光し、その光が透明電極２および基板１を透過して発光素子１０の外部に取り出される。なお、本実施の形態においては、電源５として直流電源を用いている。
この発光素子１０によれば、発光層３が、図１に示すように、ｎ型半導体粒子２１の集合体で構成され、該粒子間にｐ型半導体２３が偏析していることを特徴とする。あるいは、図５に示す別例の発光素子１０ｂでは、発光層３が、ｐ型半導体２３の媒体の中にｎ型半導体粒子２１が分散して構成されたことを特徴とする。このように、ｎ型半導体粒子とｐ型半導体との界面を多く形成することによって、正孔の注入性が改善され、電子と正孔の再結合型発光が効率よく生じ、低電圧で高輝度発光する発光素子を実現することができる。さらに、ｎ型半導体粒子がｐ型半導体を介して電極と電気的に接続されている構成とすることによって、発光効率を向上させることができる。
なお、この発光素子１０は、上述の構成に限られず、発光層３を複数層設ける、電極２、４と発光層３との間に電流制限を目的として薄い誘電体層を複数設ける、透明電極２および背面電極４を入れ替える、透明電極２および背面電極４を両方とも発光に対して透明な電極にする、または、電源５を交流電源にする、背面電極４を黒色電極とする、発光素子１０の全部又は一部を封止する構造を更に備える、発光の取出し方向の前方に発光層３からの発光色を色変換する色変換層等の構造を更に備える等、のそれぞれの構成に適宜変更することが可能である。
以下、発光素子１０の各構成部材について詳述する。
＜基板＞
基板１は、その上に形成する各層を支持できるものを用いる。また、基板１側から光を取り出す場合、発光体から発せられる光の波長に対し光透過性を有する材料であることが求められる。このような材料としては、例えば、コーニング１７３７等のガラス、石英、セラミック等を用いることができる。通常のガラスに含まれるアルカリイオン等が発光素子へ影響しないように、無アルカリガラスや、ガラス表面にイオンバリア層としてアルミナ等をコートしたソーダライムガラスであってもよい。また、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート系、ポリクロロトリフルオロエチレン系とナイロン６の組み合わせやフッ素樹脂系材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミドなどの樹脂フィルム等を用いることもできる。樹脂フィルムを用いる場合には、耐久性、柔軟性、透明性、電気絶縁性、防湿性の優れた材料を用いることが好ましい。なお、上記材料の記載は例示であって、基板１の材料は特にこれらに限定されるものではない。
基板１は、その上に形成する各層を支持できるものを用いる。また、基板１側から光を取り出す場合、発光体から発せられる光の波長に対し光透過性を有する材料であることが求められる。このような材料としては、例えば、コーニング１７３７等のガラス、石英、セラミック等を用いることができる。通常のガラスに含まれるアルカリイオン等が発光素子へ影響しないように、無アルカリガラスや、ガラス表面にイオンバリア層としてアルミナ等をコートしたソーダライムガラスであってもよい。また、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート系、ポリクロロトリフルオロエチレン系とナイロン６の組み合わせやフッ素樹脂系材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミドなどの樹脂フィルム等を用いることもできる。樹脂フィルムを用いる場合には、耐久性、柔軟性、透明性、電気絶縁性、防湿性の優れた材料を用いることが好ましい。なお、上記材料の記載は例示であって、基板１の材料は特にこれらに限定されるものではない。
なお、基板１側から光を取り出さない構成の場合は、上述の光透過性は不要であり、透光性を有していない材料も用いることができる。これらの例としては、表面に絶縁層を有する金属基板やセラミックス基板、シリコンウエハ等がある。
＜電極＞
電極として、光を取り出す側の透明電極２と、他方の背面電極４とがある。なお、ここでは、図１に示すように、基板１の上に透明電極２を設ける場合について説明するが、これに限られず、例えば、図２の別例の発光素子１０ａに示すように、基板１の上に背面電極４を設け、その上に発光層３、透明電極２を順に積層する構成としてもよい。あるいは、透明電極２及び背面電極４の両方を透明電極としてもよい。
電極として、光を取り出す側の透明電極２と、他方の背面電極４とがある。なお、ここでは、図１に示すように、基板１の上に透明電極２を設ける場合について説明するが、これに限られず、例えば、図２の別例の発光素子１０ａに示すように、基板１の上に背面電極４を設け、その上に発光層３、透明電極２を順に積層する構成としてもよい。あるいは、透明電極２及び背面電極４の両方を透明電極としてもよい。
まず、透明電極２について説明する。透明電極２の材料は、発光層３内で生じた発光７を外部に取り出せるように光透過性を有するものであればよく、特に可視光領域において高い透過率を有することが好ましい。また、電極として低抵抗であることが好ましく、更には基板１や発光層３との密着性に優れていることが好ましい。透明電極２の材料として、特に好適なものは、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３にＳｎＯ２をドープしたものであり、インジウム錫酸化物ともいう。）やＩｎＺｎＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等を主体とする金属酸化物、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ等の金属薄膜、あるいはポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、ポリチオフェンなどの導電性高分子等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。これらの透明電極２はその透明性を向上させ、あるいは抵抗率を低下させる目的で、スパッタリング法、エレクトロンビーム蒸着法、イオンプレーティング法、等の成膜方法で成膜できる。また成膜後に、抵抗率制御の目的でプラズマ処理などの表面処理を施してもよい。透明電極２の膜厚は、必要とされるシート抵抗値と可視光透過率から決定される。
透明電極２のキャリア濃度は、１Ｅ１７〜１Ｅ２２ｃｍ−３の範囲であることが望ましい。また、透明電極２として性能を出すために、透明電極２の体積抵抗率は１Ｅ−３Ω・ｃｍ以下であって、透過率は３８０〜７８０ｎｍの波長において７５％以上であることが望ましい。また、透明電極２の屈折率は、１．８５〜１．９５が良い。さらに、透明電極２の膜厚は３０ｎｍ以下の場合に緻密で安定した特性を持つ膜が実現できる。
また、背面電極４には、一般に良く知られている導電材料であればいずれでも適用できる。更には発光層３との密着性に優れていることが好ましい。好適な例としては、例えば、ＩＴＯやＩｎＺｎＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等の金属酸化物、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ等の金属、これらの積層構造体、あるいは、ポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ〔ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）〕／ＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）等の導電性高分子、あるいは導電性カーボンなどを用いることができる。
また、透明電極２及び背面電極４は、それぞれ層内を全面覆うように構成してもよく、あるいは、層内に複数の電極をストライプ状に構成してもよい。さらに、透明電極２および背面電極４をともに複数の電極をストライプ状として構成し、透明電極２の各ストライプ状の電極と背面電極４のすべてのストライプ状の電極とが、それぞれねじれの位置の関係であり、かつ、透明電極２の各ストライプ状の電極を発光面に投影したものと背面電極４のすべてのストライプ状の電極を発光面に投影したものとが互いに交わるように構成してもよい。この場合、透明電極２のストライプ状の各電極、および、背面電極４のストライプ状の各電極からそれぞれ選択した一対の電極間に電圧を印加することにより、所定位置が発光するディスプレイを構成することが可能となる。
＜発光層＞
この発光層３は、透明電極２と背面電極４との間に挟持され、次の２つのうち、いずれかの構造を有する。
（ｉ）ｎ型半導体粒子の集合体であって、該粒子間にｐ型半導体２３が偏析した構造（図１）。なお、上記ｎ型半導体粒子２１の集合体は、それ自体で層を構成している。
（ｉｉ）ｐ型半導体２３の媒体中にｎ型半導体粒子２１が分散した構造（図５）。
更に、発光層３を構成する各ｎ型半導体粒子２１が、ｐ型半導体２３を介して電極２、４と電気的に接合されていることが好ましい。
この発光層３は、透明電極２と背面電極４との間に挟持され、次の２つのうち、いずれかの構造を有する。
（ｉ）ｎ型半導体粒子の集合体であって、該粒子間にｐ型半導体２３が偏析した構造（図１）。なお、上記ｎ型半導体粒子２１の集合体は、それ自体で層を構成している。
（ｉｉ）ｐ型半導体２３の媒体中にｎ型半導体粒子２１が分散した構造（図５）。
更に、発光層３を構成する各ｎ型半導体粒子２１が、ｐ型半導体２３を介して電極２、４と電気的に接合されていることが好ましい。
＜発光体＞
ｎ型半導体粒子２１の材料は、多数キャリアが電子でありｎ型伝導を示すｎ型半導体材料である。材料としては、第１２族−第１６族間化合物半導体であってもよい。また、第１３族−第１５族間化合物半導体であってもよい。具体的には、光学バンドギャップが可視光の大きさを有する材料であって、例えば、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ、ＧａＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＳｒＳ、ＣａＳを母体とし、母体のまま使用するか、あるいは添加剤として、Ａｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｌから一種以上選択される元素を添加して用いる。
ｎ型半導体粒子２１の材料は、多数キャリアが電子でありｎ型伝導を示すｎ型半導体材料である。材料としては、第１２族−第１６族間化合物半導体であってもよい。また、第１３族−第１５族間化合物半導体であってもよい。具体的には、光学バンドギャップが可視光の大きさを有する材料であって、例えば、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ、ＧａＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＳｒＳ、ＣａＳを母体とし、母体のまま使用するか、あるいは添加剤として、Ａｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｌから一種以上選択される元素を添加して用いる。
一方、ｐ型半導体２３の材料は、多数キャリアが正孔であり、ｐ型伝導を示すｐ型半導体材料である。このｐ型半導体材料としては、例えば、Ｃｕ２Ｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＴｅなどの化合物や、更にＧａＮ，ＩｎＧａＮ等の窒化物である。このｐ型半導体の材料のうち、Ｃｕ２Ｓなどは、本来的にｐ型伝導を示すが、その他の材料は添加剤として窒素、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎから一種以上選択される元素を添加して用いる。また、ｐ型伝導を示すＣｕＧａＳ２、ＣｕＡｌＳ２などのカルコパイライト型化合物を用いても良い。
本実施の形態に係る発光素子１０の特徴は、発光層３が、（ｉ）ｎ型半導体粒子２１の粒子間にｐ型半導体２３が偏析した構造（図１）、（ｉｉ）ｐ型半導体２３の媒体中にｎ型半導体粒子２１が分散した構造（図５）のいずれかの構造を有することである。図１３に示す従来例のように、半導体粒子６１と電気的に接合する媒体がインジウム錫酸化物６３の場合、電子が半導体粒子６１に到達して発光することが可能であるが、インジウム錫酸化物の正孔濃度は小さいため、再結合するための正孔が不足する。従って、電子と正孔の再結合による高輝度の発光は期待できない。そこで、本発明者は、特に高輝度で効率良く、しかも連続した発光を得るために、発光層３において、電子の注入とともに正孔を効率良く注入することができる構造に着目した。上記構造を実現するためには、発光体粒子内部または界面に多くの正孔が到達すること、更に電子の注入電極に対向する電極からの正孔の注入が速やかに行われかつ発光体粒子あるいは界面に到達する必要がある。そこで、本発明者は鋭意研究の結果、発光層３の構造として、上記（ｉ）、（ｉｉ）のうち、いずれかの構造とすることによって、ｎ型半導体粒子内部または界面へ電子の注入とともに正孔を効率良く注入することができることを見出した。すなわち、上記各構造の発光層３によれば、電極から注入された電子は、ｐ型半導体２３を通してｎ型半導体粒子２１に到達し、一方、他方の電極から多くの正孔が発光体粒子に到達し、電子と正孔との再結合によって効率よく発光させることができる。これによって、低電圧で高輝度発光する発光素子を実現することができ、本発明に至ったものである。また、ドナーあるいはアクセプターを導入することにより、自由電子とアクセプターに捕獲された正孔の再結合、自由正孔とドナーに捕獲された電子の再結合、ドナー−アクセプター対発光も同様に可能である。またさらに、他のイオン種が近傍にあることでエネルギー移動による発光も同様に可能である。
さらに、発光層３のｎ型半導体粒子２１としてＺｎＳ等の亜鉛系材料を用いる場合には、透明電極２と背面電極４の少なくとも一方には、例えば、ＺｎＯ、ＡＺＯ（酸化亜鉛に例えばアルミをドープしたもの）、ＧＺＯ（酸化亜鉛に、例えばガリウムをドープしたもの）等の亜鉛を含む金属酸化物からなる電極を用いることが好ましい。本発明者は、特定のｎ型半導体粒子２１と特定の透明電極２（又は背面電極４）との組み合わせを採用することによって、高効率に発光させることができることを見出したものである。
すなわち、透明電極２（又は背面電極４）における仕事関数について着目すると、ＺｎＯの仕事関数は５．８ｅＶであるのに対して、従来、透明電極として使われてきたＩＴＯ（酸化インジウムスズ）の仕事関数は７．０ｅＶである。一方、発光層３のｎ型半導体粒子２１である亜鉛系材料の仕事関数は５〜６ｅＶであることから、ＩＴＯに比べてＺｎＯの仕事関数は、亜鉛系材料の仕事関数により近いため、発光層３への電子注入性が良いというメリットがある。これは、透明電極２（又は背面電極４）として同様に亜鉛系材料であるＡＺＯ、ＧＺＯを用いた場合も同様である。
図３（ａ）は、ＺｎＳからなる発光層３とＡＺＯからなる透明電極２（又は、背面電極４）との界面付近の模式図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のポテンシャルエネルギーの変位を説明する模式図である。また、図４（ａ）は、比較例として、ＺｎＳからなる発光層３とＩＴＯからなる透明電極との界面の模式図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のポテンシャルエネルギーの変位を説明する模式図である。
図３（ａ）に示すように、上記の好ましい例では、発光層３を構成するｎ型半導体粒子２１が亜鉛系材料（ＺｎＳ）であって、透明電極２（又は、背面電極４）が酸化亜鉛系材料（ＡＺＯ）であることから、透明電極２（又は、背面電極４）と発光層３との界面にできる酸化物は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）となる。さらに、界面では成膜時にドーピング材料（Ａｌ）が拡散し、低抵抗な酸化膜が形成される。また、上記の酸化亜鉛系（ＡＺＯ）の透明電極２（又は背面電極４）は、六方晶の結晶構造をとるが、発光層３を構成するｎ型半導体物質２１である亜鉛系材料（ＺｎＳ）も六方晶または立方晶の結晶構造をとるため、両者の界面では歪が小さくエネルギー障壁が小さくなる。これによって、図３（ｂ）に示すように、ポテンシャルエネルギーの変位が少ない。
一方、比較例では、図４（ａ）のように透明電極が亜鉛系材料でないＩＴＯであるため、界面にできた酸化膜（ＺｎＯ）は、ＩＴＯにとって異なる結晶構造を持つことから、その界面におけるエネルギー障壁が大きくなる。したがって、図４（ｂ）に示すように、ポテンシャルエネルギーの変位が界面で大きくなり、発光素子の発光効率が低下する。
以上のように、発光層３のｎ型半導体粒子２１として、ＺｎＳ、ＺｎＳｅなどの亜鉛系材料を用いる場合には、酸化亜鉛系材料からなる透明電極２（又は、背面電極４）と組み合わせることにより、発光効率の良い発光素子を提供することができる。
なお、上記の例では、亜鉛を含む透明電極２（又は、背面電極４）として、アルミニウムをドープしたＡＺＯとガリウムをドープしたＧＺＯとを例にあげて説明したが、アルミニウム、ガリウム、チタン、ニオブ、タンタル、タングステン、銅、銀、ホウ素のうち少なくとも１種類をドープした酸化亜鉛を用いても同様である。
次に、本発明の実施の形態１に係る発光素子の発光層３の形成方法について説明する。
（ａ）薄膜の発光層の場合には、スパッタリング法、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法、抵抗加熱蒸着法、ＣＶＤ法等の真空成膜プロセスを用い、必要に応じて所定雰囲気下での熱処理を行うことによって、ｎ型半導体粒子の粒子間にｐ型半導体が偏析した構造を有する発光層３（上記（ｉ）の構成）を得ることができる。
（ｂ）また、発光層２３は、ｐ型半導体材料を真空中あるいは不活性ガス中で熔融させておき、溶融しているｐ型半導体中にそれより融点の高いｎ型半導体粒子を分散させ、その後冷却することによって、ｐ型半導体２３の媒体中にｎ型半導体粒子２１が分散した構造を有する発光層３（上記（ｉｉ）の構成）を得ることができる。
（ｃ）また、ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料とをあらかじめ混合し、真空中で溶融させて、その後、冷却してｐ型半導体２３の媒体中にｎ型半導体の結晶粒子２１を析出させて、ｐ型半導体２３の媒体中にｎ型半導体の結晶粒子２１が析出した構造を有する発光層３（上記（ｉｉ）の別例の構成）を得ることができる。
（ｄ）さらに、上記（ｂ）によりｐ型半導体２３の媒体中にｎ型半導体粒子２４を分散させ、あるいは上記（ｃ）によりｐ型半導体の媒体中にｎ型半導体を析出させた後、粉砕して、ｐ型半導体の媒体中にｎ型半導体が分散又は析出した複合体粒子粉末を得る。その後、該複合体粒子粉末を任意の有機溶媒等に分散させた後、インクジェット法、ディッピング法、スピンコート法、スクリーン印刷法、バーコート法、その他公知の溶剤キャスト法を使用して成膜し、その後、有機溶媒を揮発させて、ｎ型半導体粒子の集合体で構成され、該粒子間にｐ型半導体が偏析している発光層３（上記（ｉ）の構成）を得ることができる。
（ａ）薄膜の発光層の場合には、スパッタリング法、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法、抵抗加熱蒸着法、ＣＶＤ法等の真空成膜プロセスを用い、必要に応じて所定雰囲気下での熱処理を行うことによって、ｎ型半導体粒子の粒子間にｐ型半導体が偏析した構造を有する発光層３（上記（ｉ）の構成）を得ることができる。
（ｂ）また、発光層２３は、ｐ型半導体材料を真空中あるいは不活性ガス中で熔融させておき、溶融しているｐ型半導体中にそれより融点の高いｎ型半導体粒子を分散させ、その後冷却することによって、ｐ型半導体２３の媒体中にｎ型半導体粒子２１が分散した構造を有する発光層３（上記（ｉｉ）の構成）を得ることができる。
（ｃ）また、ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料とをあらかじめ混合し、真空中で溶融させて、その後、冷却してｐ型半導体２３の媒体中にｎ型半導体の結晶粒子２１を析出させて、ｐ型半導体２３の媒体中にｎ型半導体の結晶粒子２１が析出した構造を有する発光層３（上記（ｉｉ）の別例の構成）を得ることができる。
（ｄ）さらに、上記（ｂ）によりｐ型半導体２３の媒体中にｎ型半導体粒子２４を分散させ、あるいは上記（ｃ）によりｐ型半導体の媒体中にｎ型半導体を析出させた後、粉砕して、ｐ型半導体の媒体中にｎ型半導体が分散又は析出した複合体粒子粉末を得る。その後、該複合体粒子粉末を任意の有機溶媒等に分散させた後、インクジェット法、ディッピング法、スピンコート法、スクリーン印刷法、バーコート法、その他公知の溶剤キャスト法を使用して成膜し、その後、有機溶媒を揮発させて、ｎ型半導体粒子の集合体で構成され、該粒子間にｐ型半導体が偏析している発光層３（上記（ｉ）の構成）を得ることができる。
＜実施例１＞
本発明の実施例として、図２に示す別例の発光素子１０ａの製造方法を説明する。この別例の発光素子１０ａは、基板１の上に背面電極４が形成され、さらにその上に発光層３、透明電極２が順に積層されている。また、この発光層３は、ｎ型半導体粒子の集合体で構成され、該粒子間にｐ型半導体が偏析した構造を有する（上記（ｉ）の構成）。この実施例１では、ＥＢ蒸着法によって発光層３を形成した。
（１）シリコン基板上にＰｔ膜を形成した基板１（４）を用意した。この場合、シリコン基板が基板１に対応し、Ｐｔ膜が背面電極４に対応する。
（２）次に、シリコン基板１のＰｔ膜４上にＥＢ蒸着法によって発光層３を以下の２段階の工程によって形成した。
ａ）ＥＢ蒸着装置には、蒸発源が３元のＥＢ蒸着機を用いた。各蒸発源にＺｎＳ、Ｃｕ２Ｓの粉末を入れ、１０−６Ｔｏｒｒ台の真空中で各材料に電子ビームを照射し、材料を蒸発させて成膜を行った。この場合の基板温度は２００℃とした。
ｂ）上記の膜形成後、窒素ガス雰囲気中で、８００℃、１時間の熱処理を行った。得られた膜について、Ｘ線回折法や断面のＳＥＭ観察を行って、膜の構造を調べた。その結果、膜は、微小なＺｎＳ粒子と粒子間に偏析するＣｕ２Ｓとの混在物であった。なお、ＺｎＳ粒子は、ｎ型半導体粒子であって、その粒子間に偏析するＣｕ２Ｓはｐ型半導体である。
（３）次に、発光層３上にスパッタリング法によって、１ｍｍ角サイズのパターンで透明電極２を形成した。
以上の工程によって、別例の発光素子１０ａを得た。この発光素子１０ａについて、電極４と透明電極２との間に電源５を接続し評価を行った。なお、ここでは電源５として直流電源を用いたが、交流電源も使用することができる。電極２と電極４との間に電圧を印加していくと、印加電圧約１０Ｖで発光が観測され、約３０Ｖで約１０００ｃｄ／ｍ２の輝度が得られた。
本発明の実施例として、図２に示す別例の発光素子１０ａの製造方法を説明する。この別例の発光素子１０ａは、基板１の上に背面電極４が形成され、さらにその上に発光層３、透明電極２が順に積層されている。また、この発光層３は、ｎ型半導体粒子の集合体で構成され、該粒子間にｐ型半導体が偏析した構造を有する（上記（ｉ）の構成）。この実施例１では、ＥＢ蒸着法によって発光層３を形成した。
（１）シリコン基板上にＰｔ膜を形成した基板１（４）を用意した。この場合、シリコン基板が基板１に対応し、Ｐｔ膜が背面電極４に対応する。
（２）次に、シリコン基板１のＰｔ膜４上にＥＢ蒸着法によって発光層３を以下の２段階の工程によって形成した。
ａ）ＥＢ蒸着装置には、蒸発源が３元のＥＢ蒸着機を用いた。各蒸発源にＺｎＳ、Ｃｕ２Ｓの粉末を入れ、１０−６Ｔｏｒｒ台の真空中で各材料に電子ビームを照射し、材料を蒸発させて成膜を行った。この場合の基板温度は２００℃とした。
ｂ）上記の膜形成後、窒素ガス雰囲気中で、８００℃、１時間の熱処理を行った。得られた膜について、Ｘ線回折法や断面のＳＥＭ観察を行って、膜の構造を調べた。その結果、膜は、微小なＺｎＳ粒子と粒子間に偏析するＣｕ２Ｓとの混在物であった。なお、ＺｎＳ粒子は、ｎ型半導体粒子であって、その粒子間に偏析するＣｕ２Ｓはｐ型半導体である。
（３）次に、発光層３上にスパッタリング法によって、１ｍｍ角サイズのパターンで透明電極２を形成した。
以上の工程によって、別例の発光素子１０ａを得た。この発光素子１０ａについて、電極４と透明電極２との間に電源５を接続し評価を行った。なお、ここでは電源５として直流電源を用いたが、交流電源も使用することができる。電極２と電極４との間に電圧を印加していくと、印加電圧約１０Ｖで発光が観測され、約３０Ｖで約１０００ｃｄ／ｍ２の輝度が得られた。
＜効果＞
本実施の形態に係る発光素子は、低い印加電圧において従来の発光素子よりも高い輝度を得ることができた。また、本実施の形態に係る発光素子は、従来のエレクトロルミネセンス素子よりも高い輝度および長い半減期を得ることができた。
本実施の形態に係る発光素子は、低い印加電圧において従来の発光素子よりも高い輝度を得ることができた。また、本実施の形態に係る発光素子は、従来のエレクトロルミネセンス素子よりも高い輝度および長い半減期を得ることができた。
＜比較例＞
比較例として、実施例１と同様な製造方法により発光素子をＥＢ蒸着法によって作製した。
（１）ガラス基板上に透明導電膜を形成した基板を用意した。この場合、ガラス基板が基板に対応し、透明導電膜が透明電極に対応する。
（２）ガラス基板の上の透明導電膜の上に、ＥＢ蒸着法を用いて発光層を形成した。ＥＢ蒸着装置には、実施例１と同様に蒸発源が３元のエレクトロンビーム（ＥＢ）蒸着機を用いた。各蒸発源にＺｎＳ、酸化インジウム錫の粉末を入れ、１０−６Ｔｏｒｒ台の真空中で各材料に電子ビームを照射し、材料を蒸発させて透明導電膜２上に成膜を行った。成膜の際に、酸素の導入、酸素分圧の変化など種々の条件を変えて作製した。また、基板温度は２００℃とした。得られた膜は、Ｘ線回折法や断面のＳＥＭ観察を行って、膜の構造を調べた。その結果、膜は微小なＺｎＳ粒子と酸化インジウム錫との混在物であった（図１３）。
（３）次に、発光層上にスパッタリング法によって、１ｍｍ角サイズのパターンでＰｔ電極４を形成した。
以上の工程によって比較例の発光素子を作製した。この比較例の発光素子について、電極間に電圧を印加し評価を行った。その結果、直流電圧２０Ｖを印加しても発光を確認できず、更に電圧を大きくしていくと発光素子の破壊が発生した。
比較例として、実施例１と同様な製造方法により発光素子をＥＢ蒸着法によって作製した。
（１）ガラス基板上に透明導電膜を形成した基板を用意した。この場合、ガラス基板が基板に対応し、透明導電膜が透明電極に対応する。
（２）ガラス基板の上の透明導電膜の上に、ＥＢ蒸着法を用いて発光層を形成した。ＥＢ蒸着装置には、実施例１と同様に蒸発源が３元のエレクトロンビーム（ＥＢ）蒸着機を用いた。各蒸発源にＺｎＳ、酸化インジウム錫の粉末を入れ、１０−６Ｔｏｒｒ台の真空中で各材料に電子ビームを照射し、材料を蒸発させて透明導電膜２上に成膜を行った。成膜の際に、酸素の導入、酸素分圧の変化など種々の条件を変えて作製した。また、基板温度は２００℃とした。得られた膜は、Ｘ線回折法や断面のＳＥＭ観察を行って、膜の構造を調べた。その結果、膜は微小なＺｎＳ粒子と酸化インジウム錫との混在物であった（図１３）。
（３）次に、発光層上にスパッタリング法によって、１ｍｍ角サイズのパターンでＰｔ電極４を形成した。
以上の工程によって比較例の発光素子を作製した。この比較例の発光素子について、電極間に電圧を印加し評価を行った。その結果、直流電圧２０Ｖを印加しても発光を確認できず、更に電圧を大きくしていくと発光素子の破壊が発生した。
上述の本発明の実施例１によって得られた発光素子と、比較例の発光素子とを比較したところ、本発明の発光素子は比較例の発光素子に比べ、安定して発光していた。すなわち、本発明の実施例１の発光素子は、直流電圧約３０Ｖで約１０００ｃｄ／ｍ２の発光輝度が得られたのに対し、比較例の発光素子は直流電圧の印加によって発光が確認できておらず、実施例１の発光素子が明らかに優れていた。
（実施の形態２）
＜表示装置の概略構成＞
図６は、本発明の実施の形態１に係るパッシブマトリクス型表示装置１００の概略的な構成を示すブロック図である。このパッシブマトリクス型表示装置１００は、表示部１０１と、前記ＥＬ素子を選択的に駆動する駆動部１０２と、駆動部１０２を制御し、電力を供給する制御部１０３から構成される。なお、本実施の形態においては、供給する電源としては、例えば、図９に示すように直流電源を用いている。また、駆動部１０２は、データ電極Ｘｉを駆動するデータ電極駆動回路１２１と走査電極Ｙｊを駆動する走査電極駆動回路１２２とを備える。
＜表示装置の概略構成＞
図６は、本発明の実施の形態１に係るパッシブマトリクス型表示装置１００の概略的な構成を示すブロック図である。このパッシブマトリクス型表示装置１００は、表示部１０１と、前記ＥＬ素子を選択的に駆動する駆動部１０２と、駆動部１０２を制御し、電力を供給する制御部１０３から構成される。なお、本実施の形態においては、供給する電源としては、例えば、図９に示すように直流電源を用いている。また、駆動部１０２は、データ電極Ｘｉを駆動するデータ電極駆動回路１２１と走査電極Ｙｊを駆動する走査電極駆動回路１２２とを備える。
図７は、表示部１０１の構成を示す斜視図である。表示部１０１は、基板１と、第１方向（図６及び図７では列方向）に沿って互いに平行に延在して配置された複数のデータ電極Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３・・・Ｘｉ・・・ＸＮと、発光層３と、上記第１方向に対して垂直な第２方向（図６及び図７では行方向）に沿って互いに平行に延在して配置された複数の走査電極Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３・・・Ｙｊ・・・ＹＭとを備える。
一対のデータ電極Ｘｉと走査電極Ｙｊとが交差する部分は、画素Ｃｉｊと呼ばれる。この表示部１０１は、Ｎ×Ｍ個の画素Ｃｉｊが２次元配列されている。また、各画素Ｃｉｊは、その添え字のｉとｊによって画素位置を表すものとする。例えば、図６の画素Ｃ１１はデータ電極Ｘ１と走査電極Ｙ１とが交差する箇所の画素を表し、画素Ｃ２１はデータ電極Ｘ２と走査電極Ｙ１とが交差する箇所の画素を表し、画素Ｃ１２はデータ電極Ｘ１と走査電極Ｙ２とが交差する箇所の画素を表す。従って、画素Ｃ１１と画素Ｃ２１は走査電極Ｙ１に接続されており、画素Ｃ１２は走査電極Ｙ２に接続されている。一方、画素Ｃ１１と画素Ｃ１２はデータ電極Ｘ１に接続されており、画素Ｃ２１はデータ電極Ｘ２に接続されている。
図８は、図７のＡ−Ａ線に沿った発光面に垂直な断面図である。図８に示すように、それぞれの画素Ｃｉｊは、基板１の上に順に積層された、データ電極Ｘｉ（背面電極４）、発光層３、及び走査電極Ｙｊ（透明電極２）からなる。各画素Ｃｉｊは一つのＥＬ素子に対応するものである。したがって、表示部１０１は、複数のＥＬ素子が２次元配列していると考えることができる。なお、この実施の形態では、発光層３が各画素Ｃｉｊにわたって連続する層として設けられているが、このような構成に限られず、発光層３が各画素Ｃｉｊごとに別個に設けられている構成であってもよい。例えば、発光層３を各画素Ｃｉｊごとに分離してもよい。あるいは、各画素ＣｉｊごとにＥＬ素子がデータ電極Ｘｉ及び走査電極Ｙｊを除いてそれぞれ分離されており、各ＥＬ素子が２次元配列したＥＬ素子アレイを用いてもよい。この場合、Ｎ個のデータ電極ＸｉとＭ個の走査電極Ｙｊのそれぞれの交差する画素ＣｉｊのすべてにＥＬ素子を構成していればよい。
図９は、図８の一つの画素Ｃｉｊについて、一つのＥＬ素子１０と考えた場合の模式的な概略図である。このＥＬ素子１０は、基板１の上に、背面電極４、発光層３、透明電極２が順に積層されて構成され、直流電源５によって発光層３に電圧が印加され、発光層３から発光させる。なお、この例では、背面電極４は、データ電極Ｘｉに対応し、透明電極２は、走査電極Ｙｊに対応する。また、背面電極４及び透明電極２と、データ電極Ｘｉ及び走査電極Ｙｊとの対応は上記の場合には限られず、逆の対応関係としてもよい。さらに、それぞれの積層順を逆としてもよい。
このＥＬ素子１０によれば、発光層３が、図９に示すように、ｎ型半導体粒子２１の集合体で構成され、該粒子間にｐ型半導体２３が偏析していることを特徴とする。なお、ここでは、図９に示すように、基板１の上に背面電極４を設ける場合について説明するが、これに限られず、例えば、図１０の別例のＥＬ素子１０ａに示すように、基板１の上に透明電極２を設け、その上に発光層３、背面電極４を順に積層する構成としてもよい。あるいは、図１１に示す別例のＥＬ素子１０ｂでは、発光層３が、ｐ型半導体２３の媒体の中にｎ型半導体粒子２１が分散して構成されたことを特徴とする。このように、ｎ型半導体粒子とｐ型半導体との界面を多く形成することによって、正孔の注入性が改善され、電子と正孔の再結合型発光が効率よく生じ、低電圧で高輝度発光する発光素子を実現することができる。さらに、ｎ型半導体粒子がｐ型半導体を介して電極と電気的に接続されている構成とすることによって、発光効率を向上させることができ、低電圧で発光が可能で、且つ、高輝度発光する表示装置が得られる。
なお、発光層３をＲＧＢの各色の蛍光体で色分けして成膜することによって、カラー表示装置を得ることができる。あるいは、透明電極／発光層／背面電極といったＲＧＢの各色毎の発光ユニットを積層してもよい。また更に、別例のカラー表示装置の場合、単一色又は２色の発光層による表示装置を作成した後、カラーフィルタ及び／又は色変換フィルタを用いて、ＲＧＢの各色を表示することもできる。
図１２は、カラー表示装置の表示部の一例である。本例ではさらに、基板１と、複数のデータ電極の間に、色変換層１１５と、カラーフィルタ１１６とを備える。色変換層１１５は発光層３とカラーフィルタ１１６との間に備えられ、発行層３からの光を白色光に変換する。カラーフィルタ１１６は、各データ電極１本につき、それぞれ赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧ、青色フィルタＢのうち１つが備えられる。色変換層１１５からの白色光は、赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧ、青色フィルタＢによってそれぞれ赤色光、緑色光、青色光が透過され、表示される。
なお、上述の構成に限られず、発光層３を複数層設ける、電極と発光層との間に電流制限を目的として薄い誘電体層を複数設ける、交流電源により駆動する、走査電極及びデータ電極の両方を透明電極にする、どちらか片側の電極を黒色電極とする、表示装置１００の全部又は一部を封止する構造を更に備える、発光取出し方向前方に発光層３からの発光色を色変換する構造を更に備える等、適宜変更が可能である。
＜表示装置の制御方法＞
走査電極２とデータ電極４により選択された画素Ｃｉｊにおいて、発光層３に発光開始電圧以上の電圧を印加すると、発光層３内を電流が流れ、発光に至る。
（ａ）まず、制御手段１０３に画像データＳ１が入力される。
（ｂ）次に、制御手段１０３は、それぞれの画素について発光させるか否か等の情報に基づき、データ電極駆動回路１２１と走査電極駆動回路１２２を駆動する。
（ｃ）走査電極駆動回路１２２は、発光させる画素Ｃｉｊに対応した走査電極に電圧を印加する。
（ｄ）データ電極駆動回路１２１は、発光させる画素Ｃｉｊに対応したデータ電極に電圧を印加する。
（ｅ）電圧が印加された走査電極とデータ電極の交わる画素Ｃｉｊにおいて発光層３に発光開始電圧以上の電圧が印加されると、発光層３内を電流が流れ、発光に至る。
走査電極２とデータ電極４により選択された画素Ｃｉｊにおいて、発光層３に発光開始電圧以上の電圧を印加すると、発光層３内を電流が流れ、発光に至る。
（ａ）まず、制御手段１０３に画像データＳ１が入力される。
（ｂ）次に、制御手段１０３は、それぞれの画素について発光させるか否か等の情報に基づき、データ電極駆動回路１２１と走査電極駆動回路１２２を駆動する。
（ｃ）走査電極駆動回路１２２は、発光させる画素Ｃｉｊに対応した走査電極に電圧を印加する。
（ｄ）データ電極駆動回路１２１は、発光させる画素Ｃｉｊに対応したデータ電極に電圧を印加する。
（ｅ）電圧が印加された走査電極とデータ電極の交わる画素Ｃｉｊにおいて発光層３に発光開始電圧以上の電圧が印加されると、発光層３内を電流が流れ、発光に至る。
なお、複数の画素から任意の画素を発光させる方法としては、選択した１つの走査電極と、選択した１つのデータ電極とに電圧を印加して１画素ごとに発光させる方式や、選択した１つの走査電極と、選択した１または複数のデータ電極とに電圧を印加して１走査電極ごとに発光させる線順次走査方式等が適用可能である。
以下、実施の形態１に係る表示装置の製造方法の一実施例を説明する。この例では、図８と同様に、データ電極Ｘｉを背面電極４とし、走査電極Ｙｊを透明電極２としている。なお、前述の他の材料からなる発光層についても同様の製造方法が利用可能である。
（１）基板１としてコーニング１７３７を準備する。
（２）基板１上に、データ電極Ｘｉ（背面電極４）を形成する。例えばＡｌを使用し、フォトリソグラフィ法によって、所定の間隔を隔てて、略平行にパターン形成する。膜厚は２００ｎｍとする。
（３）基板１上に、発光層３を形成する。複数の蒸発源にＺｎＳとＣｕ２Ｓの粉体をそれぞれ投入し、真空中（１０−６Ｔｏｒｒ台）にて、各材料にエレクトロンビームを照射し、基板１上に発光層３として成膜する。このとき、基板温度は２００℃とし、ＺｎＳとＣｕ２Ｓを共蒸着する。
（４）発光層３の成膜後、硫黄雰囲気中、７００℃で約１時間焼成する。この膜をＸ線回折やＳＥＭによって調べることによって、微小なＺｎＳ結晶粒の多結晶構造とＣｕＸＳの偏析部とが観察される。詳細は明らかではないが、ＺｎＳとＣｕｘＳとの相分離が生じ、前記偏析構造が形成されたものと考えられる。
（５）続いて、走査電極Ｙｊ（透明電極２）を、例えばＩＴＯを使用し、パターン形成する。データ電極１１４は、所定の間隔を隔てて略平行に、且つデータ電極Ｘｉに対して略直交するように形成する。膜厚は２００ｎｍとする。
（６）続いて、発光層３及び走査電極Ｙｊ上に、保護層（図では省略）として、例えば窒化シリコン等の透明絶縁体層を形成する。
以上の工程によって、本実施例の表示装置を得られる。
（１）基板１としてコーニング１７３７を準備する。
（２）基板１上に、データ電極Ｘｉ（背面電極４）を形成する。例えばＡｌを使用し、フォトリソグラフィ法によって、所定の間隔を隔てて、略平行にパターン形成する。膜厚は２００ｎｍとする。
（３）基板１上に、発光層３を形成する。複数の蒸発源にＺｎＳとＣｕ２Ｓの粉体をそれぞれ投入し、真空中（１０−６Ｔｏｒｒ台）にて、各材料にエレクトロンビームを照射し、基板１上に発光層３として成膜する。このとき、基板温度は２００℃とし、ＺｎＳとＣｕ２Ｓを共蒸着する。
（４）発光層３の成膜後、硫黄雰囲気中、７００℃で約１時間焼成する。この膜をＸ線回折やＳＥＭによって調べることによって、微小なＺｎＳ結晶粒の多結晶構造とＣｕＸＳの偏析部とが観察される。詳細は明らかではないが、ＺｎＳとＣｕｘＳとの相分離が生じ、前記偏析構造が形成されたものと考えられる。
（５）続いて、走査電極Ｙｊ（透明電極２）を、例えばＩＴＯを使用し、パターン形成する。データ電極１１４は、所定の間隔を隔てて略平行に、且つデータ電極Ｘｉに対して略直交するように形成する。膜厚は２００ｎｍとする。
（６）続いて、発光層３及び走査電極Ｙｊ上に、保護層（図では省略）として、例えば窒化シリコン等の透明絶縁体層を形成する。
以上の工程によって、本実施例の表示装置を得られる。
この表示装置は、従来型ＥＬ素子のように交流で高電圧の必要がなく、５〜１０Ｖ程度の直流で必要十分な発光輝度を得ることができる。
また、カラーの表示装置の場合、発光層をＲＧＢの各色の蛍光体で色分けして成膜すればよい。あるいは、透明電極／発光層／背面電極といったＲＧＢ各色毎の発光ユニットを積層してもよい。また更に、別例のカラー表示装置の場合、単一色又は２色の発光層による表示装置を作成した後、カラーフィルタ及び／又は色変換フィルタを用いて、ＲＧＢの各色を表示することもできる。
＜効果＞
本実施の形態に係る表示装置は、従来の表示装置のように交流高電圧の必要がなく、直流低電圧で必要十分な発光輝度を得ることができる。
本実施の形態に係る表示装置は、従来の表示装置のように交流高電圧の必要がなく、直流低電圧で必要十分な発光輝度を得ることができる。
本発明の発光素子は、高い発光輝度を有するので、ＬＣＤのバックライト、照明、ディスプレイ等に利用可能である。
本発明に係る表示装置は、低電圧駆動で高輝度表示が得られる表示装置を提供するものである。特にデジタルカメラ、カーナビーゲーションシステム、テレビ等のディスプレイデバイスとして有用である。
Claims (24)
- 第１電極と、
前記第１電極と対向して配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された発光層であって、ｐ型半導体の媒体の中にｎ型半導体粒子が分散して構成されている発光層と
を備えた発光素子。 - 第１電極と、
前記第１電極と対向して配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された発光層であって、ｎ型半導体粒子の集合体で構成され、該粒子間にｐ型半導体が偏析している発光層と
を備えた発光素子。 - 前記ｎ型半導体粒子は、前記ｐ型半導体を介して前記第１及び第２電極と電気的に接合されていることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
- 前記ｎ型半導体粒子及び前記ｐ型半導体は、それぞれ化合物半導体であ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ｎ型半導体粒子は、第１２族−第１６族間化合物半導体であることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
- 前記ｎ型半導体粒子は、第１３族−第１５族間化合物半導体であ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ｎ型半導体粒子は、カルコパイライト型化合物半導体であ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２半導体物質は、Ｃｕ２Ｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＴｅ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮのいずれかであ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ｎ型半導体粒子が亜鉛を含む亜鉛系材料であって、
前記第１電極又は前記第２電極のうち、少なくとも一方の電極は、亜鉛を含む材料からなる、請求項１から８のいずれか一項に記載の発光素子。 - 前記一方の電極を構成する前記亜鉛を含む材料は、酸化亜鉛を主体とし、アルミニウム、ガリウム、チタン、ニオブ、タンタル、タングステン、銅、銀、ホウ素からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
- 前記第１電極又は前記第２電極の少なくとも一方の電極に面して支持する支持体基板をさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれに対向し、且つ、前記発光層からの発光の取出し方向の前方に色変換層をさらに備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の発光素子。
- 基板と、
前記基板上に第１方向に互いに平行に延在している複数の走査電極と、
前記第１方向に対して垂直な第２方向に互いに平行に延在している複数のデータ電極と、
前記走査電極と前記データ電極間に挟まれて設けられた少なくとも１層の発光層と
を備え、
前記走査電極と前記データ電極の少なくとも一方が透明又は半透明であって、前記発光層が、ｐ型半導体の媒体の中にｎ型半導体粒子が分散して構成されていることを特徴とする表示装置。 - 基板と、
前記基板上に第１方向に互いに平行に延在している複数の走査電極と、
前記第１方向に対して垂直な第２方向に互いに平行に延在している複数のデータ電極と、
前記走査電極と前記データ電極間に挟まれて設けられた少なくとも１層の発光層と
を備え、
前記走査電極と前記データ電極の少なくとも一方が透明又は半透明であって、前記発光層が、ｎ型半導体粒子の集合体で構成され、該粒子間にｐ型半導体が偏析していることを特徴とする表示装置。 - 前記ｎ型半導体粒子は、前記ｐ型半導体を介して前記第１及び第２電極と電気的に接合されていることを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
- 前記ｎ型半導体粒子及び前記ｐ型半導体は、それぞれ化合物半導体であることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記ｎ型半導体粒子は、第１２族−第１６族間化合物半導体であることを特徴とする請求項１６に記載の表示装置。
- 前記ｎ型半導体粒子は、第１３族−第１５族間化合物半導体であることを特徴とする請求項１３から１６のいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記ｎ型半導体粒子は、カルコパイライト型化合物半導体であ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表示装置。
- 前記第２半導体物質は、Ｃｕ２Ｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＴｅ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮのいずれかであることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記ｎ型半導体粒子が亜鉛を含む亜鉛系材料であって、
前記第１電極又は前記第２電極のうち、少なくとも一方の電極は、亜鉛を含む材料からなる、請求項１３から２０のいずれか一項に記載の表示装置。 - 前記一方の電極を構成する前記亜鉛を含む材料は、酸化亜鉛を主体とし、アルミニウム、ガリウム、チタン、ニオブ、タンタル、タングステン、銅、銀、ホウ素からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項２１に記載の表示装置。
- 前記第１電極又は前記第２電極の少なくとも一方の電極に面して支持する支持体基板をさらに備えることを特徴とする請求項１３から２２のいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれに対向し、且つ、前記発光層からの発光の取出し方向の前方に色変換層をさらに備えることを特徴とする請求項１３から２３のいずれか一項に記載の表示装置。
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