JP5118503B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
本発明の発光素子の実施の形態として、フルカラー方式を採用したRGBフルカラー発光素子について説明する。図1は、本実施の形態の発光素子の一例について、その概略構成を示す断面図である。この発光素子10には、基板11上に背面電極12、発光層13および透明電極14が設けられている。さらに、発光素子10には、フルカラーを実現するための構成として、透明電極14上に配置された色変換層15a、15bが設けられている。色変換層15aは、青色光を赤色光に変換する層である。色変換層15bは、青色光を緑色光に変換する層である。なお、青色光は、発光層13から発せられる光をそのまま使用すればよいため、色変換層は不要である。また、本実施の形態では、各色の混色を抑制するために、各色間にブラックマトリクス16が配置されている。背面電極12と透明電極14とは直流電源17を介して電気的に接続されている。すなわち、この発光素子10は、発光層13が、発光層13に電流を注入する一対の電極である背面電極12と透明電極14との間に配置されて、形成されている。
基板11には、その上に形成する各層を支持できる基板が用いられる。具体的には、シリコン、Al2O3およびAlN等のセラミックス基板、ポリエステルおよびポリイミド等のプラスチック基板を用いることができる。また、ガラス基板(例えばコーニング社製の「コーニング1737」等)、石英基板等を用いることもできる。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、無アルカリガラス基板や、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基板を用いてもよい。なお、これらは例示であって、基板11の材料は特にこれらに限定されない。
光を取り出さない側に配置された電極(本実施の形態では背面電極12)には、一般に電極に用いられている導電性材料であれば、何れの材料も適用できる。例えば、Au、Ag、Al、Cu、Ta、TiおよびPt等の金属薄膜を用いることができる。また、このような金属薄膜を複数積層させた多層導電膜を用いることも可能である。
本実施の形態の発光素子10には、フルカラー化を実現するために、色変換層15a、15bが設けられている。色変換層15aは、青色光を赤色光に変換できるような蛍光物質を含有し、色変換層15bは、青色光を緑色光に変換できるような蛍光物質を含有する。これらの蛍光物資は、無機材料でも有機材料でもよい。具体的には、色変換層15bの場合は、例えば波長470nm以下の青色光を吸収して波長500nm〜550nmの蛍光を発生させるような蛍光物質を用いることができ、色変換層15aの場合は、例えば波長470nm以下の青色光を吸収して波長700nm〜800nmの蛍光を発生するような蛍光物質を用いることができる。例えば、緑色変換用の蛍光物質としては、SrGa2S4:Eu等の無機蛍光体、クマリン系色素等の有機蛍光色素が使用できる。赤色変換用の蛍光物質としては、SrS:Eu、CaS:Eu等の無機蛍光体、ローダミン系色素およびオキサジン系色素等の有機蛍光色素が使用できる。
発光層13には、少なくとも発光体となるGaN系半導体粒子21が含まれている。発光層13は、さらに、GaN系半導体粒子21を分散させるためのバインダ樹脂や、GaN系半導体粒子21内への電子や正孔の注入性を向上させることを目的とした物質(例えば正孔輸送材料や電子輸送材料等)を含んでいてもよい。
発光層13中におけるGaN系半導体粒子21の構造は、特には限定されず、カラム構造、量子ドット構造であってもよい。GaN系半導体粒子の大きさは、特には限定されないが、0.5μm以上であることが望ましい。一般に、半導体粒子の表面には非発光再結合の要因である表面準位が多く存在するため、高い発光効率を得るためには粒子の表面積が小さい方が望ましい。そこで、本実施の形態では、表面積の増加を抑えて高い発光効率を得るために、GaN系半導体粒子21の平均粒径を0.5μm以上とすることが望ましい。また、表示装置への展開を考えると、均質な画像表示を実現するために、一画素(300μm角程度)当たりに少なくとも数個以上のGaN系半導体粒子21が含まれていることが望ましい。したがって、GaN系半導体粒子21の平均粒径は、50μm以下であることが望ましい。なお、ここでの粒径とは、レーザ回折・散乱法により測定した場合の光散乱相当径のことであり、平均粒径は、粒径個数分布の累積50%に相当する粒径のことである。
光吸収膜22は、波長470nm〜800nmの光の少なくとも一部の光、すなわちこの波長範囲に含まれる少なくともある波長の光を吸収すればよく、好ましくは波長550nm〜650nmの光の少なくとも一部を吸収することである。GaN系半導体粒子21から発せられる光に含まれて、色純度を低下させる原因となる波長470nm〜800nmの光の少なくとも一部を光吸収膜22でカットすることによって、発光層13から取り出される青色光の純度を高くすることできる。さらに、黄色〜橙色光の波長範囲である550nm〜650nmの光の少なくとも一部をカットすることによって、青色光の純度をより確実に高くできる。さらに高い色純度を実現するために、光吸収膜22は、波長550nm〜650nmの全波長範囲の光を吸収することが好ましく、波長470nm〜800nmの全波長範囲の光を吸収することがより好ましい。また、光吸収膜22において、波長550nm〜650nmの光の透過率(透過光/入射光)が0.3以下であれば、GaN系半導体粒子21からの発光に含まれる黄色〜橙色光を効果的にカットし、さらなる高い色純度を実現できる。なお、本発明の発光素子は青色光を得ることを目的としているため、光吸収膜22は青色光を実質的に吸収せず、吸収する場合であってもその吸収率は非常に低い。
本発明の表示装置の一構成例について、図2を用いて説明する。本実施の形態の表示装置30は、本発明の発光素子を用いた表示装置であって、ここでは実施の形態1で説明した発光素子10(図1参照)が用いられたパッシブマトリクス型表示装置である。
実施例では、図1に示す発光素子10と同様の構成のサンプルを、以下の方法で作製した。
(1)まず、GaN粒子を作製した。0.18gのGa2O3をアンモニア雰囲気中1000℃で3時間反応させることによって、薄黄色の粉末を得た。この試料をX線で分析したところ、結晶性の高いGaNの粒子(平均粒径:1μm)であった。また、365nmの紫外線ランプ照射下でのPL(Photo Luminescence)スペクトルは430nmの鋭いピークと600nmに中心を持つ弱いブロードなピークが観測された。
(2)次に、(1)で作製したGaN粒子の表面に、電子ビーム蒸着法で銅フタロシアニン(Aldrich社製、99%)を厚さ50nm堆積することによって、光吸収膜を形成した。
(3)次に、図1に示すような発光素子を作製した。まず、ガラス基板上に、Ptを電子ビーム蒸着法で厚さ200nm堆積し、背面電極12を形成した。
(4)続いて、背面電極12上に、発光層13を次のようにして形成した。(2)で作製した、光吸収膜で表面が被覆されたGaN粒子と、バインダ樹脂(住友金属鉱山社製 ITOペースト SC−115)と、有機正孔輸送性材料としてのテトラフェニルブタジエン系誘導体(高砂香料社製、「P770」)とを準備し、GaN粒子とバインダ樹脂と有機正孔輸送材料とを質量比1:0.5:0.5で混合してペーストを作製した。このペーストを背面電極12上に塗布して、発光層13を作製した。
(5)続いて、発光層13上に、透明電極14として、ITOを厚さ200nm蒸着した。
(6)続いて、透明電極14上に、色変換層15を形成した。赤(R)領域にはSrS:Euを、緑(G)領域にはSrGa2S4:Euを、それぞれ厚さ200nmのマスクを用いて蒸着した。
GaN粒子の表面を光吸収膜で被覆させないことは、実施例と同様の方法で、比較サンプルを作製した。この比較サンプルに対し、実施例と同様の方法を用いてCIE色度座標の評価を行った。その結果、R画素部では(0.55, 0.4)、G画素部では(0.35, 0.56)、B画素部では(0.25, 0.2)となった。
12 背面電極
13 発光層
14 透明電極
15a、15b 色変換層
16 ブラックマトリクス
17 直流電源
21 GaN系半導体粒子
22 光吸収膜
30 表示装置
31,32 ストライプ状電極
Claims (1)
- 発光層と、前記発光層に電流を注入する一対の電極とを備えた発光素子であって、
前記発光層は、GaN系半導体粒子を含んでおり、かつ前記GaN系半導体粒子の表面の少なくとも一部に、波長550nm〜650nmの光の透過率が0.3以下である光吸収膜が設けられていることを特徴とする発光素子。
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