(57)【要約】  直流電源で駆動可能で、耐久性に優れる面発行型エレクトロルミネッセンス素子を提供する。  透明導電体層、透明半導体層及び／又は透明絶縁体層、発光層、背面電極層の順に並んだ積層構造を含み、該透明導電体層、該透明半導体層、該透明絶縁体層が金属酸化物を含むことを特徴とする面発光型エレクトロルミネッセント素子。
2007139032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明導電体層、透明半導体層及び／又は透明絶縁体層、発光層、背面電極層の順に並んだ積層構造を含み、該透明導電体層、該透明半導体層、該透明絶縁体層が金属酸化物を含むことを特徴とする面発光型エレクトロルミネッセント素子。
【請求項２】
請求項１において前記透明半導体層及び／又は透明絶縁体層が周期表の第１２族、第１３族及び第１４族の元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする面発光型エレクトロルミネッセント素子。
【請求項３】
請求項１または２において前記発光層を構成する物質が周期表の第２族元素と第１６族元素とから成る群から選ばれる少なくとも１種の元素及び／又は周期表の第１３族元素と第１５族元素とから成る群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含む化合物半導体であることを特徴とする面発光型エレクトロルミネッセント素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光型のエレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
平面発光型のエレクトロルミネッセント素子（ＥＬ素子ともいう）には、蛍光体粒子を高誘電率のバインダー中に分散した分散型無機ＥＬ素子（例えば、特許文献１など）、高誘電率の誘電体層と薄膜発光層を積層させた薄膜型無機ＥＬ素子、有機物からなる電子輸送層および正孔輸送層と発光層の積層構造からなる有機ＥＬ素子等がある。
【特許文献１】特開２００５−３３９９２４号公報
【特許文献２】特開昭５８−１１２２９９号公報
【特許文献３】特開昭６２−１１６３５９号公報
【非特許文献１】蛍光体ハンドブック  ＩＩ編  第２章  蛍光体同学会編  オーム社
【非特許文献２】エレクトロルミネッセントディスプレイ  猪口敏夫著  産業図書
【非特許文献３】有機ＥＬ素子とその工業化最前線  宮田清蔵編  エヌ・ティー・エス社
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらの素子のうち、一般に分散型無機ＥＬ素子も薄膜型無機ＥＬ素子も電極と発光層の間に絶縁性の誘電体層を挟む構造からなり１００Ｖ前後の比較的高い電圧で交流駆動でのみ発光することからインバーター回路を必要とし、駆動電源に対し素子は、容量性負荷となることから、消費電流に対する回路電流値が大きくなるための電源サイズが増大する等の問題を有していた。【０００４】
また、有機ＥＬ素子に関しては、直流電流駆動が可能であるが、有機物から構成されるため、特に耐久性が十分で無かった。【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、耐久性に優れる無機材料を用いた直流駆動の面発光エレクトロルミネッセント素子を提供し、上記従来の課題を解決するものである。【０００６】
本発明は、透明導電体層、透明半導体層及び／又は透明絶縁体層、発光層、背面電極層の順に並んだ積層構造を含み、該透明導電体層、該透明半導体層、該透明絶縁体層が金属酸化物を含むエレクトロルミネッセント素子を提供するものである。また、発光層上部を全て透明材料で構成しているので、平面発光として光を取り出すことができ、高い輝度が実現しうる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の課題は本発明を特定する下記の事項およびその好ましい態様により達成された。【０００８】
（１）
透明導電体層、透明半導体層及び／又は透明絶縁体層、発光層、背面電極層の順に並んだ積層構造を含み、該透明導電体層、該透明半導体層、該透明絶縁体層が金属酸化物を含むことを特徴とする面発光型エレクトロルミネッセント素子。
（２）
（１）において前記透明半導体層及び／又は透明絶縁体層が周期表の第１２族、第１３族及び第１４族の元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする面発光型エレクトロルミネッセント素子。
（３）
（１）または（２）において前記発光層を構成する物質が周期表の第２族元素と第１６族元素とから成る群から選ばれる少なくとも１種の元素及び／又は周期表の第１３族元素と第１５族元素とから成る群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含む化合物半導体であることを特徴とする面発光型エレクトロルミネッセント素子。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、直流電源により駆動可能で、耐久性に優れ、高輝度が得られる面発光型エレクトロルミッセント素子提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の面発光型エレクロルミネッセント素子の一実施態様を示す断面模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の面発光型エレクトロルミネッセント素子は、透明導電体層、透明半導体層及び／又は透明絶縁体層、発光層、背面電極層の順に並んだ積層構造を含み、該透明導電体層、該透明半導体層、該透明絶縁体層が金属酸化物を含むことを特徴とする。【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる面発光型エレクトロルミネッセント素子の好ましい構成を示す模式図である。
図１に示すように、面発光型エレクトロルミネッセント素子は、フィルム支持体又はガラス基板などの支持体を備えており、該支持体上に順に、透明導電体層、透明半導体層及び透明絶縁体層或いは透明半導体層又は透明絶縁体層、発光層、背面電極層、絶縁層を並べた積層構造を有していることが好ましい。透明導電体層と背面電極層には直流電源が接続されていることが好ましい。
透明半導体層、透明絶縁体層の両方を有する場合、支持体／透明導電体層／透明半導体層／透明絶縁体層／発光層／背面電極層／絶縁層の順となることが好ましい。
本発明では、絶縁層（誘電体層）を挟まない素子構造を達成し、直流駆動を可能とした。【００１３】
（支持体）
本発明の面発光型ＥＬ素子は、絶縁性の透明な支持体上に透明導電体層が形成されることが好ましい。この際用いることができる支持体としては、有機物からなるフィルム、プラスチック基板であることが好ましい。基板とは透明導電体層をその上に形成する部材を指す。フィルム状の場合、有機物である高分子ポリマー材料を好ましく用いることができる。有機物からなるフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロースベース等の透明フィルムを挙げることができる。また、プラスチック基板としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリスチレン等を挙げることができる。
上記以外のフレキシブルな透明樹脂シート、ガラス基板、セラミック基板を用いることもできる。
好ましい支持体の厚みは３０μｍ〜１ｃｍ、より好ましくは５０μｍ〜１０００μｍである。【００１４】
（透明導電体層）
本発明に用いられる透明導電体層の表面抵抗値は、０．０１Ω／□〜１０Ω／□が好ましい。特に０．０１Ω／□〜１Ω／□が好ましい。
透明導電膜の表面抵抗値は、ＪＩＳ  Ｋ６９１１に記載の方法に準じて測定することができる。
透明導電膜は、フィルム上に形成することができる。ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロースベース等の透明フィルム上に、インディウム・錫酸化物（ＩＴＯ）や錫酸化物、酸化亜鉛等の透明導電性物質を蒸着、塗布、印刷等の方法で付着、成膜することで得られる。
この場合、耐久性を上げる目的で透明導電体層表面を酸化錫が主体の層とすることが好ましい。
透明電導電膜の調製法はスパッター、真空蒸着等の気相法であっても良い。ペースト状のＩＴＯや酸化錫を塗布やスクリーン印刷で作成したり、膜全体を過熱したりレーザーにて加熱して成膜しても良い。この場合の透明フィルムには、耐熱性の高いものほど好ましく用いることが出来る。
本発明の面発光型ＥＬ素子において、透明導電体層には一般的に用いられる任意の透明電極材料が用いられる。例えば錫ドープ酸化錫、アンチモンドープ酸化錫、亜鉛ドープ酸化錫、フッ素ドープ酸化錫、酸化亜鉛などの金属酸化物、銀の薄膜を高屈折率層で挟んだ多層構造、ポリアニリン、ポリピロールなどの共役系高分子などが挙げられる。
これら単独よりもさらに低抵抗化を目指す場合には、例えば櫛型あるいはグリッド型等の網目状ないしストライプ状金属細線を配置して通電性を改善することが、好ましい。金属や合金の細線としては、銅や銀、アルミニウム、ニッケル等が好ましく用いられる。この金属細線の太さは、任意であるが、０．５μｍ程度から２０μｍの間が好ましい。金属細線は、５０μｍから４００μｍの間隔のピッチで配置されていることが、好ましく、特に１００μｍから、３００μｍピッチが、好ましい。金属細線を配置することで、光の透過率が減少するが、この減少は出来るだけ小さいことが重要で、好ましくは、８０％以上１００未満の透過率を確保することが、好ましい。
金属細線は、メッシュを透明導電性フィルムに張り合わせてもよいし、予めマスク蒸着ないしエッチングによりフィルム上に形成した金属細線上に金属酸化物等を塗布、蒸着しても良い。また、予め形成した金属酸化物薄膜上に上記の金属細線を形成してもよい。
これとは異なる方法となるが、金属細線の代わりに、１００ｎｍ以下の平均厚みを有する金属薄膜を金属酸化物と積層して本発明に適した透明導電膜とすることができる、金属薄膜に用いられる金属としては、ＡｕやＩｎ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉなど耐腐食性が高く、天延性等に優れたものが好ましいが、特にこの限りではない。
これらの複層膜は、高い光透過率を実現することが好ましく、７０％以上が好ましい。特に好ましくは、８０％以上の光透過率を有することが特に好ましい。光透過率を規定する波長は、５５０ｎｍである。
好ましい透明導電体層の厚みは３０ｎｍ〜１００μｍ、より好ましくは５０ｎｍ〜１０μｍである。【００１５】
（透明半導体層・透明絶縁体層）
本発明に用いられる透明半導体層及び/又は透明絶縁体層は、透明導電体層と発光層の間に設けられ、金属酸化物を含む。
透明半導体層及び透明絶縁体層に含むことができる元素としては周期表の第２族、３族、９族、１２族（旧２Ｂ族（旧ＩＩｂ族））、１３族（旧３Ｂ族（旧ＩＩＩ族））、１４族（旧４Ｂ族（旧ＩＶ族））、第１５族、第１６族の元素が好ましく、第１２族、第１３族及び第１４族の元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含むことがより好ましい。具体的にはＧａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｒｈ、Ｉｒ等を挙げることができ、より好ましくは、Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｇｅ等である。
またこれらの元素以外に透明半導体が、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等のカルコゲナイドやＣｕ、Ａｇ等を好ましく含むことができる。
また透明半導体層及び／又は透明絶縁体層は、周期表のＩＩＩＢ族及び／又はＶＢ属元素から選ばれる元素を含有することが好ましい。該元素は一つあるいは複数の元素を用いることができる。
透明絶縁体層に関しては下記文献に詳しく記載されており、本発明においても好ましく用いることができる。機能材料  2005年4月号  Vol.25  No.4  P5−P73OPTRONICS(2004)  No.10  P116―P165【００１６】
透明半導体としては、以下のものが例として挙げられる。
ＬａＣｕＯＳ、ＬａＣｕＯＳｅ、ＬａＣｕＯＴｅ
ＳｒＣｕ2Ｏ2
ＺｎＯ−Ｒｈ２Ｏ3、ＺｎＲｈ2Ｏ4
ＣｕＡｌＯ2
透明半導体の事例については、月刊オプトロニクス２００４年１０月号  Ｐ１１５−Ｐ１６５及び機能材料  ２００５年４月号  Ｖｏｌ．２５  Ｎｏ．４に詳しい。
本発明のエレクトロルミネッセンス素子において、透明半導体層及び透明絶縁体層の厚みは１ｎｍ以上100μｍ以下が好ましい。特に好ましくは、1ｎｍ以上１μｍ以下である。  層としての光線透過率は、５５０ｎｍの光線透過率として８０％以上が好ましい。【００１７】
（発光層）
本発明に用いられる発光層は、透明半導体層及び／又は透明絶縁体層と背面電極層の間に設けられる。
本発明のエレクトロルミネッセンス素子においては、発光層の厚みは０．１μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。特に好ましくは、０．１μｍ以上３μｍ以下である。
発光層には、周期表の第２族（旧２Ａ族（旧ＩＩ族））元素と第１６族（旧６Ｂ族（旧ＶＩ族））元素とから成る群から選ばれる少なくとも１種の元素及び／又は周期表の第１３族（旧３Ｂ族（旧ＩＩＩ族））元素と第１５族（旧５Ｂ族（旧Ｖ族））元素とから成る群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含む半導体を好ましく用いることができる。
発光層には、ＩＩ―ＶＩ族並びにＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体を好ましく用いることができる。またＮ型半導体であることが好ましい。そのキャリア密度は、１０17cm-3以下であることが好ましい。ドナーアクセプター型発光中心が好ましい。
発光層を形成する物質の具体例を挙げると、ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＣａＳ，ＭｇＳ，ＳｒＳ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＮ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ及びそれらの混晶などが挙げられるが、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＣａＳなどを好ましく用いることができる。
さらに、ＢａＡｌ２Ｓ４、ＣａＧａ２Ｓ４、Ｇａ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ４、Ｚｎ２ＧａＯ４、ＺｎＧａ２Ｏ４，ＺｎＧｅＯ３，ＺｎＧｅＯ４，ＺｎＡｌ２Ｏ４，ＣａＧａ２Ｏ４，ＣａＧｅＯ３，Ｃａ２Ｇｅ２Ｏ７，ＣａＯ，Ｇａ２Ｏ３，ＧｅＯ２，ＳｒＡｌ２Ｏ４，ＳｒＧａ２Ｏ４，ＳｒＰ２Ｏ７，ＭｇＧａ２Ｏ４，Ｍｇ２ＧｅＯ４，ＭｇＧｅＯ３，ＢａＡｌ２Ｏ４，Ｇａ２Ｇｅ２Ｏ７，ＢｅＧａ２Ｏ４，Ｙ２ＳｉＯ５，Ｙ２ＧｅＯ５，Ｙ２Ｇｅ２Ｏ７，Ｙ４ＧｅＯ８，Ｙ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ２Ｓ，ＳｎＯ２及びそれらの混晶などを好ましく用いることができる。
キャリア密度等は、一般に用いられるホール効果測定法などで求めることができる。【００１８】
（背面電極層）
本発明に用いられる背面電極層は発光層上に配され、発光層と絶縁層の間に設けられることが好ましい。
光を取り出さない側の背面電極層は、導電性の有る任意の材料が使用出来る。金、銀、白金、銅、鉄、アルミニウムなどの金属、グラファイトなどの中から、作成する素子の形態、作成工程の温度等により適時選択されるが、その中でも熱伝導率が高いことが重要で、好ましくは、２．０Ｗ／ｃｍ・ｄｅｇ以上であることであることが好ましい。
また、ＥＬ素子の周辺部に高い放熱性と通電性を確保するために、金属シートや金属メッシュを用いることも好ましい。【００１９】
（絶縁層）
本発明では、背面電極層上に絶縁層を設けることもできる。
絶縁層は絶縁性の無機材料や高分子材料、無機材料粉体を高分子材料に分散した分散液などを蒸着、塗布などにより形成できる。【００２０】
（電源）
本発明の面発光型エレクトロルミネッセンス素子は、直流で駆動されることが好ましい。駆動電圧は３０Ｖ以下であることが好ましく、１Ｖ〜１５Ｖであることが更に好ましく２Ｖ〜１０Ｖであることが特に好ましい。【００２１】
透明導電体層、透明半導体層、透明絶縁体層、発光層等の薄膜形成方法としては、スパッター法、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、プラズマＣＶＤ法などを好ましく用いることができる。【００２２】
（その他）
本発明の素子構成において、基板、反射層、各種保護層、フィルター、光散乱反射層などを必要に応じて付与することができる。
本発明の具体的構成例を図１に示す。【００２３】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は2006年5月26日出願の日本特許出願（特願2006-146675）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【図１】
2007139032.tif 000003
【国際調査報告】
2007139032.tif 000004
2007139032.tif 000005
2007139032.tif 000006