JPWO2005004545A1 - 発光素子及び表示デバイス - Google Patents
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Abstract
発光素子は、互いに対向する一対の電極と、前記一対の電極の間に挟まれており、平均粒径１００ｎｍ以下の珪素微粒子を有する発光層とを備え、前記珪素微粒子は、表面の少なくとも一部を導電性物質によって被覆されている。また、前記導電性物質は、インジウム、錫、亜鉛、ガリウムの群から選ばれる少なくとも１つを含む酸化物又は複合酸化物であってもよい。
Description
本発明は、発光性無機材料を用いた発光素子及び該発光素子を用いた表示デバイスに関する。
フラットパネルディスプレイの中で、液晶パネル、プラズマディスプレイ等とともに注目を集めている表示デバイスとして、エレクトロルミネッセンス（以下ＥＬと称する）素子を用いた表示デバイスがある。このＥＬ素子には、発光体に無機化合物を使用する無機ＥＬ素子と、発光体に有機化合物を使用する有機ＥＬ素子がある。ＥＬ素子は、高速応答性、高コントラスト、耐振性等の特徴を有する。このＥＬ素子は、その内部に気体部が無いため高圧下や低圧下でも使用できる。
有機ＥＬ素子では、駆動電圧が低いため薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリクス方式での駆動によって一定の階調性を発現することができるが、その一方、素子が湿度等の影響を受けやすく寿命が短い。また、無機ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子と比較して、長寿命で、使用温度範囲が広く、耐久性に優れる等の特徴がある。その一方、無機ＥＬ素子は発光に要する電圧が通常２００〜３００Ｖと高いため、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使用したアクティブマトリクス方式での駆動が困難であった。そのため、無機ＥＬ素子は、パッシブマトリクス方式で駆動されてきた。
パッシブマトリクス駆動では、第１の方向に平行に延在する複数の走査電極と、第１の方向と直交する第２の方向に平行に延在する複数のデータ電極とが設けられ、この互いに交差している走査電極とデータ電極との間に発光素子が挟まれており、一組の走査電極とデータ電極との間に交流電圧を印加して一つの発光素子が駆動される。このパッシブマトリクス駆動では、走査線の数が増加すると、表示デバイス全体として平均輝度が低くなるため、発光素子としての輝度向上が必要である。また、無機発光体は一般的には絶縁物結晶中に発光材料をドープしたものであり、そのためにＵＶ光を照射した場合には光るが、電界を印加しても絶縁物結晶中に電子は浸透しにくく、帯電による反発も強いために発光させるためには高エネルギー電子が必要となる。そのため、低エネルギー電子で発光させるためには対策が必要である。
特公昭５４−８０８０号公報に記載の技術によれば、発光層にＺｎＳを主体とし、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｔｂ，Ｅｕ，Ｔｍ，Ｙｂ等をドープすることによって、無機ＥＬ素子を駆動（発光）させ、発光輝度の向上が図られたが、２００〜３００Ｖの高電圧でしか駆動しないため、ＴＦＴを使用することができない。
なお、珪素微粒子を用いた発光素子が知られている（特開平８−３０７０１１号公報）。この発光素子では、珪素微粒子の大きさが５０ｎｍ程度と非常に小さいために量子効果を生じてバンドギャップ幅が可視光領域となる。これによって可視光領域で発光させている。
有機ＥＬ素子では、駆動電圧が低いため薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリクス方式での駆動によって一定の階調性を発現することができるが、その一方、素子が湿度等の影響を受けやすく寿命が短い。また、無機ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子と比較して、長寿命で、使用温度範囲が広く、耐久性に優れる等の特徴がある。その一方、無機ＥＬ素子は発光に要する電圧が通常２００〜３００Ｖと高いため、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使用したアクティブマトリクス方式での駆動が困難であった。そのため、無機ＥＬ素子は、パッシブマトリクス方式で駆動されてきた。
パッシブマトリクス駆動では、第１の方向に平行に延在する複数の走査電極と、第１の方向と直交する第２の方向に平行に延在する複数のデータ電極とが設けられ、この互いに交差している走査電極とデータ電極との間に発光素子が挟まれており、一組の走査電極とデータ電極との間に交流電圧を印加して一つの発光素子が駆動される。このパッシブマトリクス駆動では、走査線の数が増加すると、表示デバイス全体として平均輝度が低くなるため、発光素子としての輝度向上が必要である。また、無機発光体は一般的には絶縁物結晶中に発光材料をドープしたものであり、そのためにＵＶ光を照射した場合には光るが、電界を印加しても絶縁物結晶中に電子は浸透しにくく、帯電による反発も強いために発光させるためには高エネルギー電子が必要となる。そのため、低エネルギー電子で発光させるためには対策が必要である。
特公昭５４−８０８０号公報に記載の技術によれば、発光層にＺｎＳを主体とし、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｔｂ，Ｅｕ，Ｔｍ，Ｙｂ等をドープすることによって、無機ＥＬ素子を駆動（発光）させ、発光輝度の向上が図られたが、２００〜３００Ｖの高電圧でしか駆動しないため、ＴＦＴを使用することができない。
なお、珪素微粒子を用いた発光素子が知られている（特開平８−３０７０１１号公報）。この発光素子では、珪素微粒子の大きさが５０ｎｍ程度と非常に小さいために量子効果を生じてバンドギャップ幅が可視光領域となる。これによって可視光領域で発光させている。
発光素子をテレビ等の高品位な表示デバイスとして使用する場合は、ＴＦＴを使用可能な低電圧で発光素子を駆動することが必要とされている。
本発明の目的は、低電圧で駆動でき、薄膜トランジスタを使用できる発光素子を提供することである。
本発明に係る発光素子は、互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に挟まれており、平均粒径１００ｎｍ以下の珪素微粒子を有する発光層と
を備え、
前記珪素微粒子は、表面の少なくとも一部を導電性物質によって被覆されていることを特徴とする。
発光層に外部電界を与え、珪素微粒子に電子を浸透させることによって珪素は量子効果によって発光する。この場合に、本発明者は、粒径１００ｎｍ以下の珪素粒子の表面に導電性物質が被覆されている構成において、珪素微粒子に電子が浸透し易くなるため、低電圧にて発光せしめることができることを知見した。
本発明に係る発光素子の各構成部材について説明する。
この発光素子は、支持体基板上に固定してもよい。この支持体基板としては、電気絶縁性が高い材料を用いる。支持体基板側から発光素子の光を取り出す場合には、可視領域での光の透過性が高い材料からなる支持体基板を用いる。発光素子の作製工程において支持体基板の温度が数百℃に達する場合は、軟化点が高く耐熱性に優れ、熱膨張係数が積層する膜と同程度である材料を用いる。このような支持体基板としてはガラス、セラミックス、シリコンウエハなどが使用できるが、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、無アルカリガラスを用いてもよい。また、ガラス表面に発光素子へのアルカリイオンのイオンバリア層としてアルミナ等をコートしてもよい。
電極には、電気伝導性が高く、電界によるイオンのマイグレーションがない材料を用いる。この電極としては、アルミニウム、モリブテン、タングステン等を用いることができる。発光素子の光を取り出す側の電極には、上述の電極の性能に加えて、可視領域で透明性の高い材料を用いればよく、この電極として、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）等を主体とした電極を用いることができる。なお、一対の電極双方を透明電極とすることにより、両面発光素子を得ることもできる。また、本発明の発光素子及び表示デバイスは、直流で駆動しても、交流で駆動しても、あるいはパルスで駆動してもよい。
導電性物質としては、可視光領域で透過性のある導電性の無機物質を用いることができる。そのような物質としては、インジウム、錫、亜鉛、ガリウムの群から選ばれる少なくとも一つの元素を含む酸化物材料又は複合酸化物材料を含んでいることが好ましい。これらの酸化物系材料としては、例えば、Ｇａ２Ｏ３、ＧａＩｎＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２、ＺｎＯ、ＣｄＩｎ２Ｏ４、Ｃｄ２ＳｎＯ２、Ｚｎ２ＳｎＯ４、ＭｇＩｎ２Ｏ４、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＣｄＧａ２Ｏ４、ＣａＧａ２Ｏ４、ＡｇＩｎＯ２、ＩｎＧａＭｇＯ４、ＩｎＧａＺｎＯ４等がある。また、他の例としてはチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ガリウム、アルミニウムの群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む窒化物（例えば、窒化チタン）又は複合窒化物を含んでいることが好ましい。またさらに他の例としては、金、銀、白金、銅、ロジウム、パラジウム、アルミニウム、クロム等の金属又はこれらを主体とする合金（例えば、マグネシウム銀合金）の薄膜を用いてもよい。なお、表面の少なくとも一部に導電性物質を被覆した珪素微粒子を透明導電体マトリクスの材料中へ分散させてもよい。透明導電体マトリクス材料として好適な例には、ポリアセチレン系、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイドに代表されるポリフェニレン系、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリテルロフェンに代表される複素環ポリマ系、ポリアニリンに代表されるイオン性ポリマ系、ポリアセン系、ポリエステル系、金属フタロシアニン系やこれらの誘導体、共重合体、混合体などが挙げられる。さらに好適な例として、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）等が挙げられる。またさらに、詳細を後述する電子輸送性を有するポリマ等を用いてもよい。またさらに、導電性又は半導電性ポリマ中に、詳細を後述する低分子系の電子輸送性有機材料、若しくは導電性又は半導電性無機材料を分散して、導電性を調整した形態であってもよい。
前記電極と発光層の間には、電子輸送性材料からなる電子輸送層を形成してもよい。電子輸送性材料は、電子輸送層内で電子を素早く輸送する電子移動度が高い材料であり、有機物ではアルミキノリネートやオキサジアゾール誘導体などを主体とする材料を使用でき、無機物ではｎ型半導体材料の単結晶体、多結晶体、及びその粒子粉末の樹脂分散層等を使用できる。
前記電極と発光層の間には、正孔輸送性材料からなる正孔輸送層を形成してもよい。正孔輸送性層は、陽極となる電極と発光層の間に設けてもよい。正孔輸送性材料は正孔輸送層内で正孔を素早く輸送する正孔移動度が高い材料であり、ポリビニルカルバゾール系やポリフェニレンビニレン系などを主体とする材料を使用できる。
本発明に係る発光素子の構成について説明する。
この発光素子は、図１に示す通り、互いに対向する一対の電極の間に、表面の少なくとも一部に導電性物質を被覆した珪素微粒子を発光体として含む発光層を備える。即ち、この発光素子は、発光層を一対の電極で挟み込み、各電極を電源に接続する基本構成を有する。なお、電極は支持体上に形成してもよい。また、表面に導電性物質を被覆等した珪素微粒子を透明導電体のマトリクス中に分散してもよい。また、電極と発光層の間に電子輸送層を設けてもよい。さらに、電子輸送層と電極の間に電子注入層を設けてもよい。また、陽電極となる電極と発光層の間に正孔輸送層を設けてもよい。さらに、正孔輸送層と陽電極の間に正孔注入層を設けてもよい。また、この発光素子は低電圧にて駆動するので、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構造中に備えることによって低電圧でアクティブマトリクス駆動するディスプレイを得ることが可能である。
次に、この発光素子において、十分な発光効率を得るための条件について検討する。この発光素子は、発光素子の電極へ外部電界を印加することによって駆動され、印加した外部電界によって電子が発光層中の発光体へ送られる。発光体の中心は１００ｎｍ以下の珪素微粒子なので、該発光体の中心に電子が浸透すると量子効果によって珪素が励起して発光する。この珪素微粒子は、導電性物質により表面を被覆しているため、中心の珪素微粒子へ電子が浸透し易くなっている。
ここで、珪素微粒子は、伝達された電子のエネルギーによって励起し、基底状態になるときに発光する。つまり、珪素微粒子の粒径は小さくなればなるほど量子効果が生じてバンドギャップが拡大し、粒径１００ｎｍ以下では珪素微粒子が可視光領域で発光するが、粒径が小さくなればなるほど表面積が増えて不安定になる。小さな粒径を安定に保つためにも微粒子表面を被覆することが必要である。この場合、珪素微粒子の表面を導電性物質によって被覆することが好ましい。これによって、珪素微粒子内の珪素原子へ効率よくエネルギーを伝達することが可能となる。
また、発光層上に電子輸送層を設けることにより、電子を効率よく珪素微粒子へ伝達することが可能となる。さらに、発光層を電子輸送性材料からなる２枚の電子輸送層で挟み込むことにより、電子輸送性材料は正孔ストッパとしても働くため、伝達されてきた電子が正孔と再結合することなく、電子を効率よく珪素微粒子へ伝達することができる。
本発明の目的は、低電圧で駆動でき、薄膜トランジスタを使用できる発光素子を提供することである。
本発明に係る発光素子は、互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に挟まれており、平均粒径１００ｎｍ以下の珪素微粒子を有する発光層と
を備え、
前記珪素微粒子は、表面の少なくとも一部を導電性物質によって被覆されていることを特徴とする。
発光層に外部電界を与え、珪素微粒子に電子を浸透させることによって珪素は量子効果によって発光する。この場合に、本発明者は、粒径１００ｎｍ以下の珪素粒子の表面に導電性物質が被覆されている構成において、珪素微粒子に電子が浸透し易くなるため、低電圧にて発光せしめることができることを知見した。
本発明に係る発光素子の各構成部材について説明する。
この発光素子は、支持体基板上に固定してもよい。この支持体基板としては、電気絶縁性が高い材料を用いる。支持体基板側から発光素子の光を取り出す場合には、可視領域での光の透過性が高い材料からなる支持体基板を用いる。発光素子の作製工程において支持体基板の温度が数百℃に達する場合は、軟化点が高く耐熱性に優れ、熱膨張係数が積層する膜と同程度である材料を用いる。このような支持体基板としてはガラス、セラミックス、シリコンウエハなどが使用できるが、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、無アルカリガラスを用いてもよい。また、ガラス表面に発光素子へのアルカリイオンのイオンバリア層としてアルミナ等をコートしてもよい。
電極には、電気伝導性が高く、電界によるイオンのマイグレーションがない材料を用いる。この電極としては、アルミニウム、モリブテン、タングステン等を用いることができる。発光素子の光を取り出す側の電極には、上述の電極の性能に加えて、可視領域で透明性の高い材料を用いればよく、この電極として、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）等を主体とした電極を用いることができる。なお、一対の電極双方を透明電極とすることにより、両面発光素子を得ることもできる。また、本発明の発光素子及び表示デバイスは、直流で駆動しても、交流で駆動しても、あるいはパルスで駆動してもよい。
導電性物質としては、可視光領域で透過性のある導電性の無機物質を用いることができる。そのような物質としては、インジウム、錫、亜鉛、ガリウムの群から選ばれる少なくとも一つの元素を含む酸化物材料又は複合酸化物材料を含んでいることが好ましい。これらの酸化物系材料としては、例えば、Ｇａ２Ｏ３、ＧａＩｎＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２、ＺｎＯ、ＣｄＩｎ２Ｏ４、Ｃｄ２ＳｎＯ２、Ｚｎ２ＳｎＯ４、ＭｇＩｎ２Ｏ４、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＣｄＧａ２Ｏ４、ＣａＧａ２Ｏ４、ＡｇＩｎＯ２、ＩｎＧａＭｇＯ４、ＩｎＧａＺｎＯ４等がある。また、他の例としてはチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ガリウム、アルミニウムの群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む窒化物（例えば、窒化チタン）又は複合窒化物を含んでいることが好ましい。またさらに他の例としては、金、銀、白金、銅、ロジウム、パラジウム、アルミニウム、クロム等の金属又はこれらを主体とする合金（例えば、マグネシウム銀合金）の薄膜を用いてもよい。なお、表面の少なくとも一部に導電性物質を被覆した珪素微粒子を透明導電体マトリクスの材料中へ分散させてもよい。透明導電体マトリクス材料として好適な例には、ポリアセチレン系、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイドに代表されるポリフェニレン系、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリテルロフェンに代表される複素環ポリマ系、ポリアニリンに代表されるイオン性ポリマ系、ポリアセン系、ポリエステル系、金属フタロシアニン系やこれらの誘導体、共重合体、混合体などが挙げられる。さらに好適な例として、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）等が挙げられる。またさらに、詳細を後述する電子輸送性を有するポリマ等を用いてもよい。またさらに、導電性又は半導電性ポリマ中に、詳細を後述する低分子系の電子輸送性有機材料、若しくは導電性又は半導電性無機材料を分散して、導電性を調整した形態であってもよい。
前記電極と発光層の間には、電子輸送性材料からなる電子輸送層を形成してもよい。電子輸送性材料は、電子輸送層内で電子を素早く輸送する電子移動度が高い材料であり、有機物ではアルミキノリネートやオキサジアゾール誘導体などを主体とする材料を使用でき、無機物ではｎ型半導体材料の単結晶体、多結晶体、及びその粒子粉末の樹脂分散層等を使用できる。
前記電極と発光層の間には、正孔輸送性材料からなる正孔輸送層を形成してもよい。正孔輸送性層は、陽極となる電極と発光層の間に設けてもよい。正孔輸送性材料は正孔輸送層内で正孔を素早く輸送する正孔移動度が高い材料であり、ポリビニルカルバゾール系やポリフェニレンビニレン系などを主体とする材料を使用できる。
本発明に係る発光素子の構成について説明する。
この発光素子は、図１に示す通り、互いに対向する一対の電極の間に、表面の少なくとも一部に導電性物質を被覆した珪素微粒子を発光体として含む発光層を備える。即ち、この発光素子は、発光層を一対の電極で挟み込み、各電極を電源に接続する基本構成を有する。なお、電極は支持体上に形成してもよい。また、表面に導電性物質を被覆等した珪素微粒子を透明導電体のマトリクス中に分散してもよい。また、電極と発光層の間に電子輸送層を設けてもよい。さらに、電子輸送層と電極の間に電子注入層を設けてもよい。また、陽電極となる電極と発光層の間に正孔輸送層を設けてもよい。さらに、正孔輸送層と陽電極の間に正孔注入層を設けてもよい。また、この発光素子は低電圧にて駆動するので、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構造中に備えることによって低電圧でアクティブマトリクス駆動するディスプレイを得ることが可能である。
次に、この発光素子において、十分な発光効率を得るための条件について検討する。この発光素子は、発光素子の電極へ外部電界を印加することによって駆動され、印加した外部電界によって電子が発光層中の発光体へ送られる。発光体の中心は１００ｎｍ以下の珪素微粒子なので、該発光体の中心に電子が浸透すると量子効果によって珪素が励起して発光する。この珪素微粒子は、導電性物質により表面を被覆しているため、中心の珪素微粒子へ電子が浸透し易くなっている。
ここで、珪素微粒子は、伝達された電子のエネルギーによって励起し、基底状態になるときに発光する。つまり、珪素微粒子の粒径は小さくなればなるほど量子効果が生じてバンドギャップが拡大し、粒径１００ｎｍ以下では珪素微粒子が可視光領域で発光するが、粒径が小さくなればなるほど表面積が増えて不安定になる。小さな粒径を安定に保つためにも微粒子表面を被覆することが必要である。この場合、珪素微粒子の表面を導電性物質によって被覆することが好ましい。これによって、珪素微粒子内の珪素原子へ効率よくエネルギーを伝達することが可能となる。
また、発光層上に電子輸送層を設けることにより、電子を効率よく珪素微粒子へ伝達することが可能となる。さらに、発光層を電子輸送性材料からなる２枚の電子輸送層で挟み込むことにより、電子輸送性材料は正孔ストッパとしても働くため、伝達されてきた電子が正孔と再結合することなく、電子を効率よく珪素微粒子へ伝達することができる。
本発明に係る発光素子によれば、表面の少なくとも一部を導電性物質で被覆している珪素微粒子を発光体として用いている。これによって、量子効果により可視光領域での発光を得ることができ、しかも化学的に安定させることができる。また、低電圧駆動させることができ、微粒子による高効率発光の発光素子を得ることができる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る発光素子の構成を示す断面図である。
図２は、本発明の実施の形態８に係る発光素子の構成を示す断面図である。
図３は、本発明の実施の形態９に係る発光素子の電極構成を示す斜視図である。
図４は、本発明の実施の形態１０に係る表示デバイスを示す平面概略図である。
図５は、本発明の実施の形態４に係る発光素子の別例の構成を示す断面図である。
図６は、本発明の実施の形態８に係る発光素子の別例の構成を示す断面図である。
図２は、本発明の実施の形態８に係る発光素子の構成を示す断面図である。
図３は、本発明の実施の形態９に係る発光素子の電極構成を示す斜視図である。
図４は、本発明の実施の形態１０に係る表示デバイスを示す平面概略図である。
図５は、本発明の実施の形態４に係る発光素子の別例の構成を示す断面図である。
図６は、本発明の実施の形態８に係る発光素子の別例の構成を示す断面図である。
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以下に詳しく説明するが、本発明はこれらの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。
（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の素子構造を示す概略図である。この発光素子１０は、２つの第１及び第２電極２、４の間に発光層３を挟んでいる。各層の積層関係の観点から説明すると、この発光素子１０は、支持体として透明基板１が設けられ、その上に、第１電極２、発光層３、第２電極４が順に積層されている。また、該透明基板１の側から光が取り出される。
なお、この発光素子１０において、発光素子より取り出される発光色は、発光層３を構成する珪素微粒子５によって決定されるが、多色表示や白色表示、各色の色純度調整等のために、発光層３の光取り出し方向前方に色変換層をさらに備えたり、透明導電体マトリクス内に色変換材料を混在させてもよい。色変換層及び色変換材料には、光を励起源として発光するものであればよく、有機材料、無機材料を問わず、公知の蛍光体、顔料、染料等を用いることができる。例えば発光層３からの発光と補色関係にある発光を示す色変換層を備えることにより、白色発光する面光源とすることができる。
次に、この発光素子１０の発光特性について説明する。この発光素子１０のＩＴＯ透明電極（第１電極）２と、Ａｇ電極（第２電極）４とから電極を引き出し、ＩＴＯ透明電極２とＡｇ電極４との間に外部電圧を印加することにより、発光素子１０において発光する。なお、この実施の形態１に係る発光素子では、粒径１０〜３０ｎｍの珪素微粒子表面を膜厚１０〜３０ｎｍの窒化チタンにて被覆した。
次に、この発光素子１０の製造方法について説明する。この発光素子は、以下の手順によって作製した。
（ａ）支持体１として無アルカリガラス基板を用いた。基板１の厚みは１．７ｍｍであった。
（ｂ）支持体１の上に、第１電極２としてＩＴＯ酸化物ターゲットを用いてＲＦマグネトロンスパッタリング法により、ＩＴＯ透明電極２を形成した。
（ｃ）形成されたＩＴＯ透明電極２の上に、珪素微粒子５に導電性物質６を被覆した発光層３を蒸着法により形成した。
（ｄ）上記発光層３の上に、第２電極４としてＡｇ電極ペーストをスクリーン印刷し、乾燥させ、第２電極４を形成した。
以上の工程によって発光素子１０を完成した。
この発光素子１０の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、４．５Ｖで明るい発光が確認できた。この発光素子１０は低電圧で駆動できるので、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（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１０と比較すると、珪素微粒子５の粒径が相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は５〜２０ｎｍであった。実施の形態２に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、３．６Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態２に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３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１０と比較すると、珪素微粒子５の粒径が相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態３の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、２２Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態３に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４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１０と比較すると、導電性物質６がマグネシウム銀合金である点で相違する以外は同じである。マグネシウムと銀のモル比率は１０：１であり、膜厚は５〜５０ｎｍとした。実施の形態４に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、３．１Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態４に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
なお、珪素微粒子を被覆する導電性物質として半導体材料ではなく金属材料を用いる場合には、珪素微粒子の表面の全体ではなく一部分のみを導電性物質で被覆することが好ましい。この場合、図５に示すように、上記表面の一部を金属材料からなる導電性物質１６で被覆した珪素微粒子１５を半導体材料からなる透明導電体マトリクス１７中に分散させて発光層３を構成してもよい。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５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４に係る発光素子と比較すると、珪素微粒子５の粒径が相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態５に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、１９Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態５に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６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３に係る発光素子と比較すると、導電性物質６がＧａ２Ｏ３を主体とする点で相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態６に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、２１Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態６に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７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６に係る発光素子と比較すると、導電性物質６がＩｎ４Ｓｎ３Ｏ１２を主体とする点で相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態７に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、１６Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態７に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
なお、前記実施の形態２から７に係る発光素子において、実施の形態１に係る発光素子と同様、発光素子より取り出される発光色は、発光層３を構成する珪素微粒子５によって決定されるが、多色表示や白色表示、各色の色純度調整等のために、発光層３の光取り出し方向前方に色変換層をさらに備えたり、透明導電体マトリクス内に色変換材料を混在させてもよい。
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８に係る発光素子について図２を用いて説明する。図２は、この発光素子２０の構成を示す断面図である。この発光素子２０は、実施の形態１から７に係る発光素子と比較すると、発光層３と第１電極２との間に第１電子輸送層８、発光層３と第２電極４との間に第２電子輸送層９を設けている点で相違する。この電子輸送層８、９によって発光層３に電子を流れやすくすることができる。また、実施の形態８に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続した場合、第１電極２の側に設けた第１電子輸送層８は正孔ストッパ層としても機能する。電子輸送層８、９を構成する電子輸送性材料には、有機材料としては大きく分けて低分子系材料と高分子系材料とがある。
電子輸送性を備える低分子系材料としては、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、スチリルベンゼン誘導体、シロール誘導体、１，１０−フェナントロリン誘導体、キノリノール系金属錯体、チオフェン誘導体、フルオレン誘導体、キノン誘導体等やこれらの２量体、３量体が挙げられる。特に好ましくは、２−（４−ビフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＢＮＤ）、２，５−ビス［１−（３−メトキシ）−フェニル］−１，３，４−オキサジアゾール（ＢＭＤ）、１，３，５−トリス［５−（４−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（ＴＰＯＢ）、３−（４−ビフェニル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、３−（４−ビフェニル）−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（ｐ−ＥｔＴＡＺ）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、３，５−ジメチル−３’，５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４，４’−ジフェノキノン（ＭＢＤＱ）、２，５−ビス［２−（５−ｔｅｒｔ−ブチルベンゾキサゾリル）］−チオフェン（ＢＢＯＴ）、トリニトロフルオレノン（ＴＮＦ）、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、５，５’−ビス（ジメシチルボリル）−２，２’ビチオフェン（ＢＭＢ−２Ｔ）等があるが、これらに限定されるものではない。
また、電子輸送性を備える高分子系材料としては、ポリ−［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシルオキシ）−１，４−（１−シアノビニレン）フェニレン］（ＣＮ−ＰＰＶ）やポリキノキサリン、または低分子系で電子輸送性を示す分子構造を分子鎖中に組み込んだポリマ等が挙げられる。またさらに、導電性又は非導電性ポリマ中に前述の低分子系の電子輸送性材料を分子分散した形態であってもよい。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等に代表される、電子注入性がよく、可視光域に吸収をもたないｎ型半導体材料の単結晶体、多結晶体、及びその粒子粉末の樹脂分散層等を用いることもできる。
なお、珪素微粒子を被覆する導電性物質として半導体材料ではなく金属材料を用いる場合には、珪素微粒子の表面の全体ではなく一部分のみを導電性物質で被覆することが好ましい。この場合、図６に示すように、上記表面の一部を金属材料からなる導電性物質１６で被覆した珪素微粒子１５を半導体材料からなる透明導電体マトリクス１７中に分散させて発光層３を構成してもよい。
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９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の電極構成を示す斜視図である。この発光素子３０は、実施の形態１から８に係る発光素子の電極２に接続された薄膜トランジスタ１１をさらに備える。薄膜トランジスタ１１には、ｘ電極１２とｙ電極１３とが接続されている。この発光素子３０では、珪素微粒子５の表面の少なくとも一部を導電性物質６で被覆しているので、低電圧で駆動することができ、薄膜トランジスタ１１を使用することができる。また、薄膜トランジスタ１１を用いることによって発光素子３０にメモリ機能を持たせることができる。この薄膜トランジスタ１１としては、低温ポリシリコンやアモルファスシリコン薄膜トランジスタ等が用いられる。さらに、有機材料を含む薄膜により構成された有機薄膜トランジスタであってもよく、あるいは、酸化亜鉛系等の透明薄膜トランジスタであってもよい。
（実施の形態１０）
本発明の実施の形態１０に係る表示デバイスについて、図４を用いて説明する。図４は、この表示デバイス４０の互いに直交するｘ電極１２とｙ電極１３とによって構成されるアクティブマトリクスを示す概略平面図である。この表示デバイス４０は、薄膜トランジスタ１１を有するアクティブマトリクス型表示デバイスである。このアクティブマトリクス型表示デバイス４０は、図３に示した薄膜トランジスタ１１を備えた複数の発光素子３０が２次元配列されている発光素子アレイと、該発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極１２と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極１３とを備える。この発光素子アレイの薄膜トランジスタ１１は、ｘ電極１２及びｙ電極１３とそれぞれ接続されている。一対のｘ電極１２とｙ電極１３とによって特定される発光素子が一つの画素となる。このアクティブマトリクス表示デバイス４０によれば、上述のように、各画素の発光素子を構成する発光層３は、表面の少なくとも一部を導電性物質６によって被覆している珪素微粒子５を含む。これにより、低電圧駆動できるので、薄膜トランジスタ１１を使用でき、メモリ効果を利用できる。また、低電圧駆動するので長寿命の表示デバイスが得られる。なお、発光層３を構成する珪素微粒子５を、その発光色（ＲＧＢ）に応じて各画素ごとに配置させることにより３原色フルカラー表示デバイスを得ることができる。また、ＲＧＢ各色の色純度調整のために、光取り出し方向前方にカラーフィルタを備えてもよい。さらに、すべての画素に単一色を発する発光層３を用いて、且つ、光取り出し方向前方に色変換層及びカラーフィルタをさらに備えてもよい。これにより、例えば、発光層３から生じた青色の光を色変換層が吸収して緑色や赤色の発光が生じ、これらを個々に取り出すことで、別例の３原色フルカラー表示デバイスを得ることもできる。
（比較例１）
比較例の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１０と比較すると、珪素微粒子の粒径が相違すると共に、表面に導電性物質を有しない点で相違するが、それ以外は同じである。比較例１の珪素微粒子の粒径は１８０〜２２０ｎｍであった。比較例１の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えると、１０３Ｖで明るい発光が確認できた。比較例１の発光素子は高電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが困難または不可能である。
（比較例２）
比較例２の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１０と比較すると、珪素微粒子の粒径が相違する以外は同じである。比較例２の珪素微粒子の粒径は２００〜２４０ｎｍであった。比較例２の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
（比較例３）
比較例３の発光素子について説明する。この発光素子は、実施の形態４に係る発光素子と比較すると、導電性物質が無い以外は同じである。比較例３の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
（比較例４）
比較例４の発光素子について説明する。この発光素子は、実施の形態４に係る発光素子と比較すると、導電性物質であるマグネシウム銀合金の膜厚が相違し、該膜厚が６０〜１００ｎｍである点で相違する以外は同じである。比較例４の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、導電性物質が不透明であり、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
（比較例５）
比較例５の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１０と比較すると、導電性物質である窒化チタンの膜厚が相違し、該膜厚が４０〜８０ｎｍである点で相違する以外は同じである。比較例５の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、導電性物質が不透明であり、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
上述の通り、本発明は好ましい実施形態により詳細に説明されているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲内において多くの好ましい変形例及び修正例が可能であることは当業者にとって自明なことであろう。
（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の素子構造を示す概略図である。この発光素子１０は、２つの第１及び第２電極２、４の間に発光層３を挟んでいる。各層の積層関係の観点から説明すると、この発光素子１０は、支持体として透明基板１が設けられ、その上に、第１電極２、発光層３、第２電極４が順に積層されている。また、該透明基板１の側から光が取り出される。
なお、この発光素子１０において、発光素子より取り出される発光色は、発光層３を構成する珪素微粒子５によって決定されるが、多色表示や白色表示、各色の色純度調整等のために、発光層３の光取り出し方向前方に色変換層をさらに備えたり、透明導電体マトリクス内に色変換材料を混在させてもよい。色変換層及び色変換材料には、光を励起源として発光するものであればよく、有機材料、無機材料を問わず、公知の蛍光体、顔料、染料等を用いることができる。例えば発光層３からの発光と補色関係にある発光を示す色変換層を備えることにより、白色発光する面光源とすることができる。
次に、この発光素子１０の発光特性について説明する。この発光素子１０のＩＴＯ透明電極（第１電極）２と、Ａｇ電極（第２電極）４とから電極を引き出し、ＩＴＯ透明電極２とＡｇ電極４との間に外部電圧を印加することにより、発光素子１０において発光する。なお、この実施の形態１に係る発光素子では、粒径１０〜３０ｎｍの珪素微粒子表面を膜厚１０〜３０ｎｍの窒化チタンにて被覆した。
次に、この発光素子１０の製造方法について説明する。この発光素子は、以下の手順によって作製した。
（ａ）支持体１として無アルカリガラス基板を用いた。基板１の厚みは１．７ｍｍであった。
（ｂ）支持体１の上に、第１電極２としてＩＴＯ酸化物ターゲットを用いてＲＦマグネトロンスパッタリング法により、ＩＴＯ透明電極２を形成した。
（ｃ）形成されたＩＴＯ透明電極２の上に、珪素微粒子５に導電性物質６を被覆した発光層３を蒸着法により形成した。
（ｄ）上記発光層３の上に、第２電極４としてＡｇ電極ペーストをスクリーン印刷し、乾燥させ、第２電極４を形成した。
以上の工程によって発光素子１０を完成した。
この発光素子１０の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、４．５Ｖで明るい発光が確認できた。この発光素子１０は低電圧で駆動できるので、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（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１０と比較すると、珪素微粒子５の粒径が相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は５〜２０ｎｍであった。実施の形態２に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、３．６Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態２に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３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１０と比較すると、珪素微粒子５の粒径が相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態３の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、２２Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態３に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４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１０と比較すると、導電性物質６がマグネシウム銀合金である点で相違する以外は同じである。マグネシウムと銀のモル比率は１０：１であり、膜厚は５〜５０ｎｍとした。実施の形態４に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、３．１Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態４に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
なお、珪素微粒子を被覆する導電性物質として半導体材料ではなく金属材料を用いる場合には、珪素微粒子の表面の全体ではなく一部分のみを導電性物質で被覆することが好ましい。この場合、図５に示すように、上記表面の一部を金属材料からなる導電性物質１６で被覆した珪素微粒子１５を半導体材料からなる透明導電体マトリクス１７中に分散させて発光層３を構成してもよい。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５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４に係る発光素子と比較すると、珪素微粒子５の粒径が相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態５に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、１９Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態５に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６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３に係る発光素子と比較すると、導電性物質６がＧａ２Ｏ３を主体とする点で相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態６に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、２１Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態６に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７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６に係る発光素子と比較すると、導電性物質６がＩｎ４Ｓｎ３Ｏ１２を主体とする点で相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態７に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、１６Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態７に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
なお、前記実施の形態２から７に係る発光素子において、実施の形態１に係る発光素子と同様、発光素子より取り出される発光色は、発光層３を構成する珪素微粒子５によって決定されるが、多色表示や白色表示、各色の色純度調整等のために、発光層３の光取り出し方向前方に色変換層をさらに備えたり、透明導電体マトリクス内に色変換材料を混在させてもよい。
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８に係る発光素子について図２を用いて説明する。図２は、この発光素子２０の構成を示す断面図である。この発光素子２０は、実施の形態１から７に係る発光素子と比較すると、発光層３と第１電極２との間に第１電子輸送層８、発光層３と第２電極４との間に第２電子輸送層９を設けている点で相違する。この電子輸送層８、９によって発光層３に電子を流れやすくすることができる。また、実施の形態８に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続した場合、第１電極２の側に設けた第１電子輸送層８は正孔ストッパ層としても機能する。電子輸送層８、９を構成する電子輸送性材料には、有機材料としては大きく分けて低分子系材料と高分子系材料とがある。
電子輸送性を備える低分子系材料としては、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、スチリルベンゼン誘導体、シロール誘導体、１，１０−フェナントロリン誘導体、キノリノール系金属錯体、チオフェン誘導体、フルオレン誘導体、キノン誘導体等やこれらの２量体、３量体が挙げられる。特に好ましくは、２−（４−ビフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＢＮＤ）、２，５−ビス［１−（３−メトキシ）−フェニル］−１，３，４−オキサジアゾール（ＢＭＤ）、１，３，５−トリス［５−（４−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（ＴＰＯＢ）、３−（４−ビフェニル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、３−（４−ビフェニル）−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（ｐ−ＥｔＴＡＺ）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、３，５−ジメチル−３’，５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４，４’−ジフェノキノン（ＭＢＤＱ）、２，５−ビス［２−（５−ｔｅｒｔ−ブチルベンゾキサゾリル）］−チオフェン（ＢＢＯＴ）、トリニトロフルオレノン（ＴＮＦ）、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、５，５’−ビス（ジメシチルボリル）−２，２’ビチオフェン（ＢＭＢ−２Ｔ）等があるが、これらに限定されるものではない。
また、電子輸送性を備える高分子系材料としては、ポリ−［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシルオキシ）−１，４−（１−シアノビニレン）フェニレン］（ＣＮ−ＰＰＶ）やポリキノキサリン、または低分子系で電子輸送性を示す分子構造を分子鎖中に組み込んだポリマ等が挙げられる。またさらに、導電性又は非導電性ポリマ中に前述の低分子系の電子輸送性材料を分子分散した形態であってもよい。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等に代表される、電子注入性がよく、可視光域に吸収をもたないｎ型半導体材料の単結晶体、多結晶体、及びその粒子粉末の樹脂分散層等を用いることもできる。
なお、珪素微粒子を被覆する導電性物質として半導体材料ではなく金属材料を用いる場合には、珪素微粒子の表面の全体ではなく一部分のみを導電性物質で被覆することが好ましい。この場合、図６に示すように、上記表面の一部を金属材料からなる導電性物質１６で被覆した珪素微粒子１５を半導体材料からなる透明導電体マトリクス１７中に分散させて発光層３を構成してもよい。
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９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の電極構成を示す斜視図である。この発光素子３０は、実施の形態１から８に係る発光素子の電極２に接続された薄膜トランジスタ１１をさらに備える。薄膜トランジスタ１１には、ｘ電極１２とｙ電極１３とが接続されている。この発光素子３０では、珪素微粒子５の表面の少なくとも一部を導電性物質６で被覆しているので、低電圧で駆動することができ、薄膜トランジスタ１１を使用することができる。また、薄膜トランジスタ１１を用いることによって発光素子３０にメモリ機能を持たせることができる。この薄膜トランジスタ１１としては、低温ポリシリコンやアモルファスシリコン薄膜トランジスタ等が用いられる。さらに、有機材料を含む薄膜により構成された有機薄膜トランジスタであってもよく、あるいは、酸化亜鉛系等の透明薄膜トランジスタであってもよい。
（実施の形態１０）
本発明の実施の形態１０に係る表示デバイスについて、図４を用いて説明する。図４は、この表示デバイス４０の互いに直交するｘ電極１２とｙ電極１３とによって構成されるアクティブマトリクスを示す概略平面図である。この表示デバイス４０は、薄膜トランジスタ１１を有するアクティブマトリクス型表示デバイスである。このアクティブマトリクス型表示デバイス４０は、図３に示した薄膜トランジスタ１１を備えた複数の発光素子３０が２次元配列されている発光素子アレイと、該発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極１２と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極１３とを備える。この発光素子アレイの薄膜トランジスタ１１は、ｘ電極１２及びｙ電極１３とそれぞれ接続されている。一対のｘ電極１２とｙ電極１３とによって特定される発光素子が一つの画素となる。このアクティブマトリクス表示デバイス４０によれば、上述のように、各画素の発光素子を構成する発光層３は、表面の少なくとも一部を導電性物質６によって被覆している珪素微粒子５を含む。これにより、低電圧駆動できるので、薄膜トランジスタ１１を使用でき、メモリ効果を利用できる。また、低電圧駆動するので長寿命の表示デバイスが得られる。なお、発光層３を構成する珪素微粒子５を、その発光色（ＲＧＢ）に応じて各画素ごとに配置させることにより３原色フルカラー表示デバイスを得ることができる。また、ＲＧＢ各色の色純度調整のために、光取り出し方向前方にカラーフィルタを備えてもよい。さらに、すべての画素に単一色を発する発光層３を用いて、且つ、光取り出し方向前方に色変換層及びカラーフィルタをさらに備えてもよい。これにより、例えば、発光層３から生じた青色の光を色変換層が吸収して緑色や赤色の発光が生じ、これらを個々に取り出すことで、別例の３原色フルカラー表示デバイスを得ることもできる。
（比較例１）
比較例の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１０と比較すると、珪素微粒子の粒径が相違すると共に、表面に導電性物質を有しない点で相違するが、それ以外は同じである。比較例１の珪素微粒子の粒径は１８０〜２２０ｎｍであった。比較例１の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えると、１０３Ｖで明るい発光が確認できた。比較例１の発光素子は高電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが困難または不可能である。
（比較例２）
比較例２の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１０と比較すると、珪素微粒子の粒径が相違する以外は同じである。比較例２の珪素微粒子の粒径は２００〜２４０ｎｍであった。比較例２の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
（比較例３）
比較例３の発光素子について説明する。この発光素子は、実施の形態４に係る発光素子と比較すると、導電性物質が無い以外は同じである。比較例３の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
（比較例４）
比較例４の発光素子について説明する。この発光素子は、実施の形態４に係る発光素子と比較すると、導電性物質であるマグネシウム銀合金の膜厚が相違し、該膜厚が６０〜１００ｎｍである点で相違する以外は同じである。比較例４の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、導電性物質が不透明であり、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
（比較例５）
比較例５の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１０と比較すると、導電性物質である窒化チタンの膜厚が相違し、該膜厚が４０〜８０ｎｍである点で相違する以外は同じである。比較例５の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、導電性物質が不透明であり、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
上述の通り、本発明は好ましい実施形態により詳細に説明されているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲内において多くの好ましい変形例及び修正例が可能であることは当業者にとって自明なことであろう。
本発明は、発光性無機材料を用いた発光素子及び該発光素子を用いた表示デバイスに関する。
フラットパネルディスプレイの中で、液晶パネル、プラズマディスプレイ等とともに注目を集めている表示デバイスとして、エレクトロルミネッセンス（以下ＥＬと称する）素子を用いた表示デバイスがある。このＥＬ素子には、発光体に無機化合物を使用する無機ＥＬ素子と、発光体に有機化合物を使用する有機ＥＬ素子がある。ＥＬ素子は、高速応答性、高コントラスト、耐振性等の特徴を有する。このＥＬ素子は、その内部に気体部が無いため高圧下や低圧下でも使用できる。
有機ＥＬ素子では、駆動電圧が低いため薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリクス方式での駆動によって一定の階調性を発現することができるが、その一方、素子が湿度等の影響を受けやすく寿命が短い。また、無機ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子と比較して、長寿命で、使用温度範囲が広く、耐久性に優れる等の特徴がある。その一方、無機ＥＬ素子は発光に要する電圧が通常２００〜３００Ｖと高いため、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使用したアクティブマトリクス方式での駆動が困難であった。そのため、無機ＥＬ素子は、パッシブマトリクス方式で駆動されてきた。
パッシブマトリクス駆動では、第１の方向に平行に延在する複数の走査電極と、第１の方向と直交する第２の方向に平行に延在する複数のデータ電極とが設けられ、この互いに交差している走査電極とデータ電極との間に発光素子が挟まれており、一組の走査電極とデータ電極との間に交流電圧を印加して一つの発光素子が駆動される。このパッシブマトリクス駆動では、走査線の数が増加すると、表示デバイス全体として平均輝度が低くなるため、発光素子としての輝度向上が必要である。また、無機発光体は一般的には絶縁物結晶中に発光材料をドープしたものであり、そのためにＵＶ光を照射した場合には光るが、電界を印加しても絶縁物結晶中に電子は浸透しにくく、帯電による反発も強いために発光させるためには高エネルギー電子が必要となる。そのため、低エネルギー電子で発光させるためには対策が必要である。
特公昭５４−８０８０号公報に記載の技術によれば、発光層にＺｎＳを主体とし、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｔｂ，Ｅｕ，Ｔｍ，Ｙｂ等をドープすることによって、無機ＥＬ素子を駆動(発光)させ、発光輝度の向上が図られたが、２００〜３００Ｖの高電圧でしか駆動しないため、ＴＦＴを使用することができない。
なお、珪素微粒子を用いた発光素子が知られている（特開平８−３０７０１１号公報）。この発光素子では、珪素微粒子の大きさが５０ｎｍ程度と非常に小さいために量子効果を生じてバンドギャップ幅が可視光領域となる。これによって可視光領域で発光させている。
発光素子をテレビ等の高品位な表示デバイスとして使用する場合は、ＴＦＴを使用可能な低電圧で発光素子を駆動することが必要とされている。
本発明の目的は、低電圧で駆動でき、薄膜トランジスタを使用できる発光素子を提供することである。
本発明に係る発光素子は、互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に挟まれており、平均粒径１００ｎｍ以下の珪素微粒子を有する発光層と
を備え、
前記珪素微粒子は、表面の少なくとも一部を導電性物質によって被覆されていることを特徴とする。
本発明の目的は、低電圧で駆動でき、薄膜トランジスタを使用できる発光素子を提供することである。
本発明に係る発光素子は、互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に挟まれており、平均粒径１００ｎｍ以下の珪素微粒子を有する発光層と
を備え、
前記珪素微粒子は、表面の少なくとも一部を導電性物質によって被覆されていることを特徴とする。
発光層に外部電界を与え、珪素微粒子に電子を浸透させることによって珪素は量子効果によって発光する。この場合に、本発明者は、粒径１００ｎｍ以下の珪素粒子の表面に導電性物質が被覆されている構成において、珪素微粒子に電子が浸透し易くなるため、低電圧にて発光せしめることができることを知見した。
本発明に係る発光素子の各構成部材について説明する。
この発光素子は、支持体基板上に固定してもよい。この支持体基板としては、電気絶縁性が高い材料を用いる。支持体基板側から発光素子の光を取り出す場合には、可視領域での光の透過性が高い材料からなる支持体基板を用いる。発光素子の作製工程において支持体基板の温度が数百℃に達する場合は、軟化点が高く耐熱性に優れ、熱膨張係数が積層する膜と同程度である材料を用いる。このような支持体基板としてはガラス、セラミックス、シリコンウエハなどが使用できるが、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、無アルカリガラスを用いてもよい。また、ガラス表面に発光素子へのアルカリイオンのイオンバリア層としてアルミナ等をコートしてもよい。
この発光素子は、支持体基板上に固定してもよい。この支持体基板としては、電気絶縁性が高い材料を用いる。支持体基板側から発光素子の光を取り出す場合には、可視領域での光の透過性が高い材料からなる支持体基板を用いる。発光素子の作製工程において支持体基板の温度が数百℃に達する場合は、軟化点が高く耐熱性に優れ、熱膨張係数が積層する膜と同程度である材料を用いる。このような支持体基板としてはガラス、セラミックス、シリコンウエハなどが使用できるが、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、無アルカリガラスを用いてもよい。また、ガラス表面に発光素子へのアルカリイオンのイオンバリア層としてアルミナ等をコートしてもよい。
電極には、電気伝導性が高く、電界によるイオンのマイグレーションがない材料を用いる。この電極としては、アルミニウム、モリブテン、タングステン等を用いることができる。発光素子の光を取り出す側の電極には、上述の電極の性能に加えて、可視領域で透明性の高い材料を用いればよく、この電極として、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）等を主体とした電極を用いることができる。なお、一対の電極双方を透明電極とすることにより、両面発光素子を得ることもできる。また、本発明の発光素子及び表示デバイスは、直流で駆動しても、交流で駆動しても、あるいはパルスで駆動してもよい。
導電性物質としては、可視光領域で透過性のある導電性の無機物質を用いることができる。そのような物質としては、インジウム、錫、亜鉛、ガリウムの群から選ばれる少なくとも一つの元素を含む酸化物材料又は複合酸化物材料を含んでいることが好ましい。これらの酸化物系材料としては、例えば、Ｇａ２Ｏ３、ＧａＩｎＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２、ＺｎＯ、ＣｄＩｎ２Ｏ４、Ｃｄ２ＳｎＯ２、Ｚｎ２ＳｎＯ４、ＭｇＩｎ２Ｏ４、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＣｄＧａ２Ｏ４、ＣａＧａ２Ｏ４、ＡｇＩｎＯ２、ＩｎＧａＭｇＯ４、ＩｎＧａＺｎＯ４等がある。また、他の例としてはチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ガリウム、アルミニウムの群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む窒化物（例えば、窒化チタン）又は複合窒化物を含んでいることが好ましい。またさらに他の例としては、金、銀、白金、銅、ロジウム、パラジウム、アルミニウム、クロム等の金属又はこれらを主体とする合金（例えば、マグネシウム銀合金）の薄膜を用いてもよい。なお、表面の少なくとも一部に導電性物質を被覆した珪素微粒子を透明導電体マトリクスの材料中へ分散させてもよい。透明導電体マトリクス材料として好適な例には、ポリアセチレン系、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイドに代表されるポリフェニレン系、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリテルロフェンに代表される複素環ポリマ系、ポリアニリンに代表されるイオン性ポリマ系、ポリアセン系、ポリエステル系、金属フタロシアニン系やこれらの誘導体、共重合体、混合体などが挙げられる。さらに好適な例として、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）等が挙げられる。またさらに、詳細を後述する電子輸送性を有するポリマ等を用いてもよい。またさらに、導電性又は半導電性ポリマ中に、詳細を後述する低分子系の電子輸送性有機材料、若しくは導電性又は半導電性無機材料を分散して、導電性を調整した形態であってもよい。
前記電極と発光層の間には、電子輸送性材料からなる電子輸送層を形成してもよい。電子輸送性材料は、電子輸送層内で電子を素早く輸送する電子移動度が高い材料であり、有機物ではアルミキノリネートやオキサジアゾール誘導体などを主体とする材料を使用でき、無機物ではｎ型半導体材料の単結晶体、多結晶体、及びその粒子粉末の樹脂分散層等を使用できる。
前記電極と発光層の間には、正孔輸送性材料からなる正孔輸送層を形成してもよい。正孔輸送性層は、陽極となる電極と発光層の間に設けてもよい。正孔輸送性材料は正孔輸送層内で正孔を素早く輸送する正孔移動度が高い材料であり、ポリビニルカルバゾール系やポリフェニレンビニレン系などを主体とする材料を使用できる。
本発明に係る発光素子の構成について説明する。
この発光素子は、図１に示す通り、互いに対向する一対の電極の間に、表面の少なくとも一部に導電性物質を被覆した珪素微粒子を発光体として含む発光層を備える。即ち、この発光素子は、発光層を一対の電極で挟み込み、各電極を電源に接続する基本構成を有する。なお、電極は支持体上に形成してもよい。また、表面に導電性物質を被覆等した珪素微粒子を透明導電体のマトリクス中に分散してもよい。また、電極と発光層の間に電子輸送層を設けてもよい。さらに、電子輸送層と電極の間に電子注入層を設けてもよい。また、陽電極となる電極と発光層の間に正孔輸送層を設けてもよい。さらに、正孔輸送層と陽電極の間に正孔注入層を設けてもよい。また、この発光素子は低電圧にて駆動するので、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構造中に備えることによって低電圧でアクティブマトリクス駆動するディスプレイを得ることが可能である。
この発光素子は、図１に示す通り、互いに対向する一対の電極の間に、表面の少なくとも一部に導電性物質を被覆した珪素微粒子を発光体として含む発光層を備える。即ち、この発光素子は、発光層を一対の電極で挟み込み、各電極を電源に接続する基本構成を有する。なお、電極は支持体上に形成してもよい。また、表面に導電性物質を被覆等した珪素微粒子を透明導電体のマトリクス中に分散してもよい。また、電極と発光層の間に電子輸送層を設けてもよい。さらに、電子輸送層と電極の間に電子注入層を設けてもよい。また、陽電極となる電極と発光層の間に正孔輸送層を設けてもよい。さらに、正孔輸送層と陽電極の間に正孔注入層を設けてもよい。また、この発光素子は低電圧にて駆動するので、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構造中に備えることによって低電圧でアクティブマトリクス駆動するディスプレイを得ることが可能である。
次に、この発光素子において、十分な発光効率を得るための条件について検討する。この発光素子は、発光素子の電極へ外部電界を印加することによって駆動され、印加した外部電界によって電子が発光層中の発光体へ送られる。発光体の中心は１００ｎｍ以下の珪素微粒子なので、該発光体の中心に電子が浸透すると量子効果によって珪素が励起して発光する。この珪素微粒子は、導電性物質により表面を被覆しているため、中心の珪素微粒子へ電子が浸透し易くなっている。
ここで、珪素微粒子は、伝達された電子のエネルギーによって励起し、基底状態になるときに発光する。つまり、珪素微粒子の粒径は小さくなればなるほど量子効果が生じてバンドギャップが拡大し、粒径１００ｎｍ以下では珪素微粒子が可視光領域で発光するが、粒径が小さくなればなるほど表面積が増えて不安定になる。小さな粒径を安定に保つためにも微粒子表面を被覆することが必要である。この場合、珪素微粒子の表面を導電性物質によって被覆することが好ましい。これによって、珪素微粒子内の珪素原子へ効率よくエネルギーを伝達することが可能となる。
また、発光層上に電子輸送層を設けることにより、電子を効率よく珪素微粒子へ伝達することが可能となる。さらに、発光層を電子輸送性材料からなる２枚の電子輸送層で挟み込むことにより、電子輸送性材料は正孔ストッパとしても働くため、伝達されてきた電子が正孔と再結合することなく、電子を効率よく珪素微粒子へ伝達することができる。
本発明に係る発光素子によれば、表面の少なくとも一部を導電性物質で被覆している珪素微粒子を発光体として用いている。これによって、量子効果により可視光領域での発光を得ることができ、しかも化学的に安定させることができる。また、低電圧駆動させることができ、微粒子による高効率発光の発光素子を得ることができる。
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以下に詳しく説明するが、本発明はこれらの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。
（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の素子構造を示す概略図である。この発光素子１０は、２つの第１及び第２電極２、４の間に発光層３を挟んでいる。各層の積層関係の観点から説明すると、この発光素子１０は、支持体として透明基板１が設けられ、その上に、第１電極２、発光層３、第２電極４が順に積層されている。また、該透明基板１の側から光が取り出される。
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の素子構造を示す概略図である。この発光素子１０は、２つの第１及び第２電極２、４の間に発光層３を挟んでいる。各層の積層関係の観点から説明すると、この発光素子１０は、支持体として透明基板１が設けられ、その上に、第１電極２、発光層３、第２電極４が順に積層されている。また、該透明基板１の側から光が取り出される。
なお、この発光素子１０において、発光素子より取り出される発光色は、発光層３を構成する珪素微粒子５によって決定されるが、多色表示や白色表示、各色の色純度調整等のために、発光層３の光取り出し方向前方に色変換層をさらに備えたり、透明導電体マトリクス内に色変換材料を混在させてもよい。色変換層及び色変換材料には、光を励起源として発光するものであればよく、有機材料、無機材料を問わず、公知の蛍光体、顔料、染料等を用いることができる。例えば発光層３からの発光と補色関係にある発光を示す色変換層を備えることにより、白色発光する面光源とすることができる。
次に、この発光素子１０の発光特性について説明する。この発光素子１０のＩＴＯ透明電極（第１電極）２と、Ａｇ電極（第２電極）４とから電極を引き出し、ＩＴＯ透明電極２とＡｇ電極４との間に外部電圧を印加することにより、発光素子１０において発光する。なお、この実施の形態１に係る発光素子では、粒径１０〜３０ｎｍの珪素微粒子表面を膜厚１０〜３０ｎｍの窒化チタンにて被覆した。
次に、この発光素子１０の製造方法について説明する。この発光素子は、以下の手順によって作製した。
（ａ）支持体１として無アルカリガラス基板を用いた。基板１の厚みは１．７ｍｍであった。
（ｂ）支持体１の上に、第１電極２としてＩＴＯ酸化物ターゲットを用いてＲＦマグネトロンスパッタリング法により、ＩＴＯ透明電極２を形成した。
（ｃ）形成されたＩＴＯ透明電極２の上に、珪素微粒子５に導電性物質６を被覆した発光層３を蒸着法により形成した。
（ｄ）上記発光層３の上に、第２電極４としてＡｇ電極ペーストをスクリーン印刷し、乾燥させ、第２電極４を形成した。
以上の工程によって発光素子１０を完成した。
（ａ）支持体１として無アルカリガラス基板を用いた。基板１の厚みは１．７ｍｍであった。
（ｂ）支持体１の上に、第１電極２としてＩＴＯ酸化物ターゲットを用いてＲＦマグネトロンスパッタリング法により、ＩＴＯ透明電極２を形成した。
（ｃ）形成されたＩＴＯ透明電極２の上に、珪素微粒子５に導電性物質６を被覆した発光層３を蒸着法により形成した。
（ｄ）上記発光層３の上に、第２電極４としてＡｇ電極ペーストをスクリーン印刷し、乾燥させ、第２電極４を形成した。
以上の工程によって発光素子１０を完成した。
この発光素子１０の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、４．５Ｖで明るい発光が確認できた。この発光素子１０は低電圧で駆動できるので、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（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１０と比較すると、珪素微粒子５の粒径が相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は５〜２０ｎｍであった。実施の形態２に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、３．６Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態２に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
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１０と比較すると、珪素微粒子５の粒径が相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は５〜２０ｎｍであった。実施の形態２に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、３．６Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態２に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３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１０と比較すると、珪素微粒子５の粒径が相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態３の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、２２Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態３に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
本発明の実施の形態３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１０と比較すると、珪素微粒子５の粒径が相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態３の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、２２Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態３に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４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１０と比較すると、導電性物質６がマグネシウム銀合金である点で相違する以外は同じである。マグネシウムと銀のモル比率は１０：１であり、膜厚は５〜５０ｎｍとした。実施の形態４に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、３．１Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態４に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
本発明の実施の形態４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１０と比較すると、導電性物質６がマグネシウム銀合金である点で相違する以外は同じである。マグネシウムと銀のモル比率は１０：１であり、膜厚は５〜５０ｎｍとした。実施の形態４に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、３．１Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態４に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
なお、珪素微粒子を被覆する導電性物質として半導体材料ではなく金属材料を用いる場合には、珪素微粒子の表面の全体ではなく一部分のみを導電性物質で被覆することが好ましい。この場合、図５に示すように、上記表面の一部を金属材料からなる導電性物質１６で被覆した珪素微粒子１５を半導体材料からなる透明導電体マトリクス１７中に分散させて発光層３を構成してもよい。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５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４に係る発光素子と比較すると、珪素微粒子５の粒径が相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態５に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、１９Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態５に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
本発明の実施の形態５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４に係る発光素子と比較すると、珪素微粒子５の粒径が相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態５に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、１９Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態５に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６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３に係る発光素子と比較すると、導電性物質６がＧａ２Ｏ３を主体とする点で相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態６に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、２１Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態６に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
本発明の実施の形態６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３に係る発光素子と比較すると、導電性物質６がＧａ２Ｏ３を主体とする点で相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態６に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、２１Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態６に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７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６に係る発光素子と比較すると、導電性物質６がＩｎ４Ｓｎ３Ｏ１２を主体とする点で相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態７に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、１６Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態７に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
本発明の実施の形態７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６に係る発光素子と比較すると、導電性物質６がＩｎ４Ｓｎ３Ｏ１２を主体とする点で相違する以外は同じである。この珪素微粒子５の粒径は７０〜１００ｎｍであった。実施の形態７に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続して直流電圧を与えると、１６Ｖで明るい発光が確認できた。実施の形態７に係る発光素子は低電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが可能である。
なお、前記実施の形態２から７に係る発光素子において、実施の形態１に係る発光素子と同様、発光素子より取り出される発光色は、発光層３を構成する珪素微粒子５によって決定されるが、多色表示や白色表示、各色の色純度調整等のために、発光層３の光取り出し方向前方に色変換層をさらに備えたり、透明導電体マトリクス内に色変換材料を混在させてもよい。
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８に係る発光素子について図２を用いて説明する。図２は、この発光素子２０の構成を示す断面図である。この発光素子２０は、実施の形態１から７に係る発光素子と比較すると、発光層３と第１電極２との間に第１電子輸送層８、発光層３と第２電極４との間に第２電子輸送層９を設けている点で相違する。この電子輸送層８、９によって発光層３に電子を流れやすくすることができる。また、実施の形態８に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続した場合、第１電極２の側に設けた第１電子輸送層８は正孔ストッパ層としても機能する。電子輸送層８、９を構成する電子輸送性材料には、有機材料としては大きく分けて低分子系材料と高分子系材料とがある。
本発明の実施の形態８に係る発光素子について図２を用いて説明する。図２は、この発光素子２０の構成を示す断面図である。この発光素子２０は、実施の形態１から７に係る発光素子と比較すると、発光層３と第１電極２との間に第１電子輸送層８、発光層３と第２電極４との間に第２電子輸送層９を設けている点で相違する。この電子輸送層８、９によって発光層３に電子を流れやすくすることができる。また、実施の形態８に係る発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ直流電源７の正極と負極に接続した場合、第１電極２の側に設けた第１電子輸送層８は正孔ストッパ層としても機能する。電子輸送層８、９を構成する電子輸送性材料には、有機材料としては大きく分けて低分子系材料と高分子系材料とがある。
電子輸送性を備える低分子系材料としては、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、スチリルベンゼン誘導体、シロール誘導体、１，１０−フェナントロリン誘導体、キノリノール系金属錯体、チオフェン誘導体、フルオレン誘導体、キノン誘導体等やこれらの２量体、３量体が挙げられる。特に好ましくは、２−（４−ビフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＢＮＤ）、２，５−ビス［１−（３−メトキシ）−フェニル］−１，３，４−オキサジアゾール（ＢＭＤ）、１，３，５−トリス［５−（４−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（ＴＰＯＢ）、３−（４−ビフェニル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、３−（４−ビフェニル）−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（ｐ−ＥｔＴＡＺ）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、２，９−ジメチル-４,７-ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、３，５−ジメチル−３’，５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４，４’−ジフェノキノン（ＭＢＤＱ）、２，５−ビス［２−（５−ｔｅｒｔ−ブチルベンゾキサゾリル）］−チオフェン（ＢＢＯＴ）、トリニトロフルオレノン（ＴＮＦ）、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、５，５’−ビス（ジメシチルボリル）−２，２’ビチオフェン（ＢＭＢ−２Ｔ）等があるが、これらに限定されるものではない。
また、電子輸送性を備える高分子系材料としては、ポリ−［２−メトキシ−５−（２−エチルへキシルオキシ）−１，４−（１−シアノビニレン）フェニレン］（ＣＮ−ＰＰＶ）やポリキノキサリン、または低分子系で電子輸送性を示す分子構造を分子鎖中に組み込んだポリマ等が挙げられる。またさらに、導電性又は非導電性ポリマ中に前述の低分子系の電子輸送性材料を分子分散した形態であってもよい。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等に代表される、電子注入性がよく、可視光域に吸収をもたないｎ型半導体材料の単結晶体、多結晶体、及びその粒子粉末の樹脂分散層等を用いることもできる。
なお、珪素微粒子を被覆する導電性物質として半導体材料ではなく金属材料を用いる場合には、珪素微粒子の表面の全体ではなく一部分のみを導電性物質で被覆することが好ましい。この場合、図６に示すように、上記表面の一部を金属材料からなる導電性物質１６で被覆した珪素微粒子１５を半導体材料からなる透明導電体マトリクス１７中に分散させて発光層３を構成してもよい。
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９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の電極構成を示す斜視図である。この発光素子３０は、実施の形態１から８に係る発光素子の電極２に接続された薄膜トランジスタ１１をさらに備える。薄膜トランジスタ１１には、ｘ電極１２とｙ電極１３とが接続されている。この発光素子３０では、珪素微粒子５の表面の少なくとも一部を導電性物質６で被覆しているので、低電圧で駆動することができ、薄膜トランジスタ１１を使用することができる。また、薄膜トランジスタ１１を用いることによって発光素子３０にメモリ機能を持たせることができる。この薄膜トランジスタ１１としては、低温ポリシリコンやアモルファスシリコン薄膜トランジスタ等が用いられる。さらに、有機材料を含む薄膜により構成された有機薄膜トランジスタであってもよく、あるいは、酸化亜鉛系等の透明薄膜トランジスタであってもよい。
本発明の実施の形態９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の電極構成を示す斜視図である。この発光素子３０は、実施の形態１から８に係る発光素子の電極２に接続された薄膜トランジスタ１１をさらに備える。薄膜トランジスタ１１には、ｘ電極１２とｙ電極１３とが接続されている。この発光素子３０では、珪素微粒子５の表面の少なくとも一部を導電性物質６で被覆しているので、低電圧で駆動することができ、薄膜トランジスタ１１を使用することができる。また、薄膜トランジスタ１１を用いることによって発光素子３０にメモリ機能を持たせることができる。この薄膜トランジスタ１１としては、低温ポリシリコンやアモルファスシリコン薄膜トランジスタ等が用いられる。さらに、有機材料を含む薄膜により構成された有機薄膜トランジスタであってもよく、あるいは、酸化亜鉛系等の透明薄膜トランジスタであってもよい。
（実施の形態１０）
本発明の実施の形態１０に係る表示デバイスについて、図４を用いて説明する。図４は、この表示デバイス４０の互いに直交するｘ電極１２とｙ電極１３とによって構成されるアクティブマトリクスを示す概略平面図である。この表示デバイス４０は、薄膜トランジスタ１１を有するアクティブマトリクス型表示デバイスである。このアクティブマトリクス型表示デバイス４０は、図３に示した薄膜トランジスタ１１を備えた複数の発光素子３０が２次元配列されている発光素子アレイと、該発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極１２と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極１３とを備える。この発光素子アレイの薄膜トランジスタ１１は、ｘ電極１２及びｙ電極１３とそれぞれ接続されている。一対のｘ電極１２とｙ電極１３とによって特定される発光素子が一つの画素となる。このアクティブマトリクス表示デバイス４０によれば、上述のように、各画素の発光素子を構成する発光層３は、表面の少なくとも一部を導電性物質６によって被覆している珪素微粒子５を含む。これにより、低電圧駆動できるので、薄膜トランジスタ１１を使用でき、メモリ効果を利用できる。また、低電圧駆動するので長寿命の表示デバイスが得られる。なお、発光層３を構成する珪素微粒子５を、その発光色（ＲＧＢ）に応じて各画素ごとに配置させることにより３原色フルカラー表示デバイスを得ることができる。また、ＲＧＢ各色の色純度調整のために、光取り出し方向前方にカラーフィルタを備えてもよい。さらに、すべての画素に単一色を発する発光層３を用いて、且つ、光取り出し方向前方に色変換層及びカラーフィルタをさらに備えてもよい。これにより、例えば、発光層３から生じた青色の光を色変換層が吸収して緑色や赤色の発光が生じ、これらを個々に取り出すことで、別例の３原色フルカラー表示デバイスを得ることもできる。
本発明の実施の形態１０に係る表示デバイスについて、図４を用いて説明する。図４は、この表示デバイス４０の互いに直交するｘ電極１２とｙ電極１３とによって構成されるアクティブマトリクスを示す概略平面図である。この表示デバイス４０は、薄膜トランジスタ１１を有するアクティブマトリクス型表示デバイスである。このアクティブマトリクス型表示デバイス４０は、図３に示した薄膜トランジスタ１１を備えた複数の発光素子３０が２次元配列されている発光素子アレイと、該発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極１２と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極１３とを備える。この発光素子アレイの薄膜トランジスタ１１は、ｘ電極１２及びｙ電極１３とそれぞれ接続されている。一対のｘ電極１２とｙ電極１３とによって特定される発光素子が一つの画素となる。このアクティブマトリクス表示デバイス４０によれば、上述のように、各画素の発光素子を構成する発光層３は、表面の少なくとも一部を導電性物質６によって被覆している珪素微粒子５を含む。これにより、低電圧駆動できるので、薄膜トランジスタ１１を使用でき、メモリ効果を利用できる。また、低電圧駆動するので長寿命の表示デバイスが得られる。なお、発光層３を構成する珪素微粒子５を、その発光色（ＲＧＢ）に応じて各画素ごとに配置させることにより３原色フルカラー表示デバイスを得ることができる。また、ＲＧＢ各色の色純度調整のために、光取り出し方向前方にカラーフィルタを備えてもよい。さらに、すべての画素に単一色を発する発光層３を用いて、且つ、光取り出し方向前方に色変換層及びカラーフィルタをさらに備えてもよい。これにより、例えば、発光層３から生じた青色の光を色変換層が吸収して緑色や赤色の発光が生じ、これらを個々に取り出すことで、別例の３原色フルカラー表示デバイスを得ることもできる。
（比較例１）
比較例の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１０と比較すると、珪素微粒子の粒径が相違すると共に、表面に導電性物質を有しない点で相違するが、それ以外は同じである。比較例１の珪素微粒子の粒径は１８０〜２２０ｎｍであった。比較例１の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えると、１０３Ｖで明るい発光が確認できた。比較例１の発光素子は高電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが困難または不可能である。
比較例の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１０と比較すると、珪素微粒子の粒径が相違すると共に、表面に導電性物質を有しない点で相違するが、それ以外は同じである。比較例１の珪素微粒子の粒径は１８０〜２２０ｎｍであった。比較例１の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えると、１０３Ｖで明るい発光が確認できた。比較例１の発光素子は高電圧駆動であるため、ＴＦＴを用いて画素を制御することが困難または不可能である。
（比較例２）
比較例２の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１０と比較すると、珪素微粒子の粒径が相違する以外は同じである。比較例２の珪素微粒子の粒径は２００〜２４０ｎｍであった。比較例２の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
比較例２の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１０と比較すると、珪素微粒子の粒径が相違する以外は同じである。比較例２の珪素微粒子の粒径は２００〜２４０ｎｍであった。比較例２の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
（比較例３）
比較例３の発光素子について説明する。この発光素子は、実施の形態４に係る発光素子と比較すると、導電性物質が無い以外は同じである。比較例３の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
比較例３の発光素子について説明する。この発光素子は、実施の形態４に係る発光素子と比較すると、導電性物質が無い以外は同じである。比較例３の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
（比較例４）
比較例４の発光素子について説明する。この発光素子は、実施の形態４に係る発光素子と比較すると、導電性物質であるマグネシウム銀合金の膜厚が相違し、該膜厚が６０〜１００ｎｍである点で相違する以外は同じである。比較例４の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、導電性物質が不透明であり、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
比較例４の発光素子について説明する。この発光素子は、実施の形態４に係る発光素子と比較すると、導電性物質であるマグネシウム銀合金の膜厚が相違し、該膜厚が６０〜１００ｎｍである点で相違する以外は同じである。比較例４の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、導電性物質が不透明であり、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
（比較例５）
比較例５の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１０と比較すると、導電性物質である窒化チタンの膜厚が相違し、該膜厚が４０〜８０ｎｍである点で相違する以外は同じである。比較例５の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、導電性物質が不透明であり、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
比較例５の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１０と比較すると、導電性物質である窒化チタンの膜厚が相違し、該膜厚が４０〜８０ｎｍである点で相違する以外は同じである。比較例５の発光素子の第１電極２と第２電極４をそれぞれ正極と負極に接続して直流電圧を与えたが、導電性物質が不透明であり、２００Ｖでも発光が確認できなかった。
上述の通り、本発明は好ましい実施形態により詳細に説明されているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲内において多くの好ましい変形例及び修正例が可能であることは当業者にとって自明なことであろう。
Claims (8)
- 互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に挟まれており、平均粒径１００ｎｍ以下の珪素微粒子を有する発光層と
を備え、
前記珪素微粒子は、表面の少なくとも一部を導電性物質によって被覆されていることを特徴とする発光素子。 - 前記導電性物質は、インジウム、錫、亜鉛、ガリウムの群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む酸化物又は複合酸化物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記導電性物質は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ガリウム、アルミニウムの群から選ばれる少なくとも一つの元素を含む窒化物又は複合窒化物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記導電性物質は、厚さ３０ｎｍ以下の窒化チタンであることを特徴とする請求項１又は３に記載の発光素子。
- 前記導電性物質は、厚さ５０ｎｍ以下のマグネシウム銀合金であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記発光層と少なくとも一方の電極との間に、さらに電子輸送層を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記電極の少なくとも一方に接続された薄膜トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の発光素子。
- 請求項７に記載の発光素子が２次元配列され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方向に互いに平行に延在している複数の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方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と
を備え、
前記発光素子アレイの前記薄膜トランジスタは、前記ｘ電極及び前記ｙ電極とそれぞれ接続されていることを特徴とする表示デバイス。
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