(57)【要約】このエレクトロルミネッセンス素子は、第１電極と、前記第１電極上に設けられた第１誘電体層と、前記第１誘電体層に対向して設けられた第２誘電体層と、前記第２誘電体層上に設けられた第２電極と、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とに挟まれた発光層と、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とに挟まれた前記発光層からの光によって電子−正孔対を生じる光電変換層とを備え、前記第１電極及び前記第２電極のうち少なくとも一方が透明又は半透明である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極上に設けられた第１誘電体層と、
前記第１誘電体層に対向して設けられた第２誘電体層と、
前記第２誘電体層上に設けられた第２電極と、
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とに挟まれた発光層と、
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とに挟まれた前記発光層からの光によって電子−正孔対を生じる光電変換層と、
を備え、
前記第１電極及び前記第２電極のうち少なくとも一方が透明又は半透明であることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記光電変換層は、アモルファスカルコゲナイド系材料、アモルファステトラヘドラル系材料、第１２族−第１６族化合物半導体材料のうち、少なくとも一つの材料を主体として含むことを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記光電変換層は、縮合多環キノン系材料、アゾ系材料、インジゴ系材料、フタロシアニン系材料、ナフタロシアニン系材料、スクアリリム系材料、アズレニウム系材料、チアピリリウム系材料、シアニン系材料のうち、少なくとも一つの材料を主体として含むことを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記発光層は、無機蛍光薄膜であることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
請求項１に記載の複数の前記エレクトロルミネッセンス素子が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発光面に平行な第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発光面に平行であって、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
を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
透明又は半透明である第１電極と、
前記第１電極上に設けられた第１誘電体層と、
前記第１誘電体層上に設けられた発光層と、
前記発光層上に設けられた、前記発光層からの光によって電子−正孔対を生じる光電変換層と、
前記光電変換層上に設けられた第２誘電体層と、
前記第２誘電体層上に設けられた第２電極と
を備えることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記光電変換層は、アモルファスカルコゲナイド系材料、アモルファステトラヘドラル系材料、第１２族−第１６族化合物半導体材料のうち、少なくとも一つの材料を主体として含むことを特徴とする請求項６に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
前記光電変換層は、縮合多環キノン系材料、アゾ系材料、インジゴ系材料、フタロシアニン系材料、ナフタロシアニン系材料、スクアリリム系材料、アズレニウム系材料、チアピリリウム系材料、シアニン系材料のうち、少なくとも一つの材料を主体として含むことを特徴とする請求項６に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
前記発光層は、無機蛍光薄膜であることを特徴とする請求項６に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、エレクトロルミネッセンス素子及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、平面型の表示装置の中で、エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと略記）素子に期待が集まっている。このＥＬ素子は、自発発光性を有し視認性に優れ、視野角が広く、応答性が速いなどの特徴を持つ。また、現在開発されているＥＬ素子には、発光体として無機材料を用いた無機ＥＬ素子と発光体として有機材料を用いた有機ＥＬ素子がある。【０００３】  無機ＥＬ素子は、硫化亜鉛等の無機蛍光体を発光体として、１０６Ｖ／ｃｍもの高電界で加速された電子が蛍光体の発光中心を衝突励起し、それらが緩和する際に発光する。また、無機ＥＬ素子には、蛍光体粉末を高分子有機材料等に分散させ、上下に電極を設けた構造の分散型ＥＬ素子と、一対の電極間に二層の誘電体層と、更に誘電体層の間に挟まれた薄膜発光層とを設けた薄膜型ＥＬ素子がある。分散型ＥＬ素子は、製造が容易ではあるが、輝度が低く寿命が短いため、その利用は限られてきた。一方の薄膜型ＥＬ素子は、１９７４年に猪口らによって提案された二重絶縁構造の素子が高い輝度と長寿命を持つことを示し、車載用ディスプレイ等への実用化がなされた。また、基板として絶縁性のセラミック基板を用い、二重絶縁構造を構成する一方の誘電体層を厚膜誘電体とした無機ＥＬ素子が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この無機ＥＬ素子では、製造工程のゴミ等によって形成されるピンホールに起因した駆動時の絶縁破壊を減らすことができる。【０００４】  以下、従来の無機ＥＬ素子として代表的な二重絶縁型ＥＬ素子について、図４を用いて説明する。この無機ＥＬ素子４０は、透明基板４１上に透明電極４２と、第１誘電体層４３と、発光層４４と、第２誘電体層４６と、対向電極４７とが、この順に積層して形成されている。第１誘電体層４３、第２誘電体層４６は、発光層４４内を流れる電流を制限する機能を有し、素子４０の絶縁破壊を抑えることが可能であり、且つ、安定な発光特性が得られるように作用する。また、透明電極４１と、対向電極４７とを、直交するようにストライプ上にパターニングし、マトリックスで選択された特定の画素に電圧を印加することにより、任意のパターン表示を行うパッシブマトリックス駆動方式の表示装置が知られている。【０００５】  前記第１誘電体層４３、第２誘電体層４６として用いられる誘電体には、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３等が挙げられ、スパッタリングや蒸着等によって成膜される。【０００６】  前記発光層４４として用いられる無機蛍光体は、一般に絶縁物結晶を母体結晶として、その中に発光中心となる元素をドープしたものである。この母体結晶は、物理的化学的に安定であるものが用いられるため、無機ＥＬ素子は信頼性が高く、寿命も３万時間以上を実現している。しかしながら、例えば、発光層にＺｎＳを主体とし、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｔｂ，Ｅｕ，Ｔｍ，Ｙｂ等の遷移金属元素や希土類元素をドープすることによって、発光輝度の向上が図られたものの、平均輝度は４００ｃｄ／ｍ２未満であり、テレビ等のディスプレイデバイスとしては不十分であった（例えば、特許文献２参照。）。【０００７】
【特許文献１】特公平７−４４０７２号公報
【特許文献２】特公昭５４−８０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  ＥＬ素子をテレビ等の表示デバイスとして利用する場合、平均輝度４００ｃｄ／ｍ２以上の輝度と、その寿命は少なくとも３万時間程度は必要とされるが、従来の無機ＥＬ素子では、十分な輝度が得られていない。【０００９】  本発明の目的は、従来の無機ＥＬ素子の課題を解決し、高輝度、且つ長寿命のＥＬ素子と、そのＥＬ素子を用いた表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明に係るエレクトロルミネッセンス素子は、
第１電極と、
前記第１電極上に設けられた第１誘電体層と、
前記第１誘電体層に対向して設けられた第２誘電体層と、
前記第２誘電体層上に設けられた第２電極と、
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とに挟まれた発光層と、
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とに挟まれた前記発光層からの光によって電子−正孔対を生じる光電変換層と、
を備え、
前記第１電極及び前記第２電極のうち少なくとも一方が透明又は半透明であることを特徴とする。【００１１】  また、本発明に係るエレクトロルミネッセンス素子は、
透明又は半透明である第１電極と、
前記第１電極上に設けられた第１誘電体層と、
前記第１誘電体層上に設けられた発光層と、
前記発光層上に設けられた、前記発光層からの光によって電子−正孔対を生じる光電変換層と、
前記光電変換層上に設けられた第２誘電体層と、
前記第２誘電体層上に設けられた第２電極と
を備えることを特徴とする。【００１２】  また、前記光電変換層は、アモルファスカルコゲナイド系材料、アモルファステトラヘドラル系材料、第１２族−第１６族化合物半導体材料のうち、少なくとも一つの材料を主体として含んでもよい。【００１３】  また更に、前記光電変換層は、縮合多環キノン系材料、アゾ系材料、インジゴ系材料、フタロシアニン系材料、ナフタロシアニン系材料、スクアリリム系材料、アズレニウム系材料、チアピリリウム系材料、シアニン系材料のうち、少なくとも一つの材料を主体として含んでもよい。【００１４】  また更に、前記発光層は無機蛍光薄膜であってもよい。【００１５】  本発明に係る表示装置は、複数の前記ＥＬ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発光面に平行な第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発光面に平行であって、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
を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】  本発明に係るＥＬ素子によれば、発光層に隣接して光電変換層設けることにより、前記発光層内の蛍光体からの発光によって、前記光電変換層内において正孔−電子対が生成し、素子に電圧が印加された際にその電界強度によって分離した電子が、発光層内の蛍光体を衝突励起する。従来の無機ＥＬ素子よりも、発光に寄与する電子の密度が増加するため、高輝度の発光素子及び表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  以下、本発明の実施の形態に係るＥＬ素子および該発光素子を用いた表示装置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。【００１８】（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るＥＬ素子について、図１を用いて説明する。図１は、このＥＬ素子１０の発光面に垂直な断面図である。このＥＬ素子１０は、無機蛍光体よりなる発光体層４を、２層の第１及び第２誘電体層３、６で挟み、更に前記誘電体層３、６を透明電極２と対向電極７との間に挟んでいる。また、発光層４と第２誘電体層との間に光電変換層５を挟んでいる。このＥＬ素子１０は、透明基板１の上に透明電極２と、第１誘電体層３と、発光層４と、光電変換層５と、第２誘電体層６と、対向電極７とを、順次積層して形成される。無機蛍光体からの発光は、透明基板１の側から取り出される。尚、前記構成に加えて、ＥＬ素子１０の全部又は一部を封止する構造を更に備えていてもよい。これによって、耐湿性等に問題のある無機蛍光体を用いた場合であっても信頼性を向上させることができ、素子寿命を延ばすことが可能となる。更に対向電極７は黒色を呈していてもよく、また、第２誘電体層６内に黒色を呈する色素等を含んでいてもよい。これによって、透明電極２の側からＥＬ素子１０内に入射してきた外光が対向電極７の表面で反射することを防止し、外光コントラストを良好にすることができる。またさらに、対向電極７を透明電極とすることにより、両面から発光を取り出すこともできる。【００１９】  次に、ＥＬ素子１０の各構成部材について詳細に説明する。
まず、透明基板１について説明する。透明基板１は、その上に形成する各層を支持できるものであればよい。また、発光層４内で生じた発光を取り出せるように透明又は半透明で、且つ、電気絶縁性の高い材料であればよい。透明基板１としては、例えば、コーニング１７３７等のガラス基板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。またさらに、ポリエステル等の樹脂フィルムを用いてもよい。樹脂フィルムは耐久性、柔軟性、透明性、電気絶縁性、防湿性の材料を用いればよく、ポリエチレンテレフタレート系や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等を使用できる。【００２０】  次に、透明電極２について説明する。透明電極２としては、透過性を有するものであればよく、低抵抗であることが好ましい。透明電極２として、特に好適な例としては、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＩｎＺｎＯ、ＳｎＯ２等が用いられるが、これらに限定されない。ＩＴＯ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。更に、ポリアニリン等の導電性樹脂を用いることもできる。尚、対向電極７を透明ないし半透明とすることにより、両面から発光を取り出すこともできる。【００２１】  次に、誘電体層３、６について説明する。誘電体層３、６としては、誘電率が高く、且つ電気絶縁性が高いものが好ましい。交流駆動型の無機ＥＬ素子では、発光に寄与する発光層内を流れる電流が誘電体層の容量にほぼ比例する。従って、誘電体層の容量を大きくすることで、駆動電圧が低下し、高輝度を得ることができる。誘電体材料としては、酸化物や窒化物、あるいはこれらを複合した材料が用いられる。好適な例としては、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ３、ＢａＴａ２Ｏ６、ＬｉＮｂＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、Ｐｂ（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｏ３、ＰｂＮｂ２Ｏ６等が用いられるが、これらに限定されない。尚、これらを２種以上用いてもよく、別層にして積層しても、あるいは混合してもよい。更に、第１誘電体層３は、発光層４からの光を取り出すため、可視光領域において透過率が８０％以上、特に９０％以上であることが好ましい。【００２２】  誘電体層３、６の成膜方法としては、スパッタリング法、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法等を用いることができる。また、誘電体層３、６の膜厚としては、０．０１〜１μｍ、好ましくは、０．１〜０．５μｍ程度である。また、誘電体層３、６は、成膜後に空気、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ等の単独又は混合ガス雰囲気、あるいは真空中で、加熱処理を行ってもよい。これにより、誘電体層の結晶性を��上するなどして、高輝度化を図ることができる。加熱処理の温度は、誘電体層材料の融点以下の温度で、且つ発光層材料や基板等への影響を考慮して決定される。【００２３】  次に、発光層４について説明する。発光層４としては、前記のＭｎをドープしたＺｎＳに代表される第１２族−第１６族化合物等の公知の材料が使用できるが、上記材料に特に限定されるものではない。【００２４】  発光層４の成膜方法としては、スパッタリング法、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法、ＣＶＤ法等を用いることができる。また、発光層４の膜厚としては、特に限定されるものではないが、薄すぎると発光効率が低下し、厚すぎると駆動電圧が上昇する。好ましくは、０．１〜２μｍ程度である。【００２５】  また、発光層４の成膜後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、発光層材料にもよるが、好ましくは４００℃以上であり、誘電体層３，６の焼成温度以下である。また、加熱処理時の雰囲気としては、空気、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ等の単独又は混合ガスが用いられる。【００２６】  次に、光電変換層５について説明する。光電変換層５としては、光を吸収すると電子−正孔対が励起されて導電率が増す、所謂光導電効果を示す光電変換材料を用いることができる。この光導電効果を示す光電変換材料としては、自身のバンドギャップより大きなエネルギーを有する光を吸収し、バンド間遷移により電子−正孔対を励起する真性型光導電性材料と、不純物をドープした材料において、その比較的浅い不純物準位からキャリアを励起させる外因型光導電性材料とがある。光電変換材料として、実用面では、電子写真プロセスで使用される感光体材料や、撮像管等に用いられる各種材料を用いることができる。光電変換材料の好適な例としては、ａ−Ｓｅ、ａ−Ｓｅ・Ｔｅ、ａ−Ｓｅ・Ａｓ、ａ−Ａｓ２Ｓｅ３等のアモルファスカルコゲナイド系、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＯ、ａ−ＳｉＯＮ等のアモルファステトラヘドラル系等、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＰｂＳ等の第１２族−第１６族化合物半導体系の無機系材料、又はペリレン等の縮合多環キノン系、アゾ顔料系、インジゴ顔料系、フタロシアニン顔料系、スクアリリム色素系、アズレニウム色素系、チアピリリウム色素系、シアニン色素系等の有機系材料、又は、これらの複合材料が用いられるが、これらに限定されるものではない。尚、これらの主たる光電変換材料に、増感を目的とした色素等のドーピングを行なってもよい。また、複数の光電変換材料による積層構造であってよい。またさらに、これらの光電変換材料を樹脂分散した薄膜であってよい。【００２７】  光電変換層５の成膜方法としては、用いられる材料にもよるが、スパッタリング法、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法、ＣＶＤ法等を用いることができる。また、光電変換層５の膜厚としては、特に限定されるものではないが、０．０１〜１０μｍ程度が好ましい。【００２８】  ここで、前記光電変換層５の作用について説明する。無機ＥＬ素子１０に、１０６Ｖ／ｃｍもの高電界が加わると、プール・フレンケル効果、あるいはトンネル効果により電子が発光層４内に注入され、蛍光体の発光中心を衝突励起し、それらが緩和する際に発光する。この発光が光電変換層５内の光電変換材料に到達���ると、光励起された電子−正孔対が生成する。この電子−正孔対は、外部電界が小さいと互いのクーロン場に束縛されて自由に動けずすぐに再結合してしまうが、無機ＥＬ素子１０に加わる高電界の作用により分離し、所謂光電流となる。分離した電子の一部は、発光層４内に再度注入されて蛍光体を衝突励起し、発光に寄与する。以上の作用により高輝度、高発光効率の発光素子が得られる。【００２９】  また、このＥＬ素子１０は、発光層４と光電変換層５とがそれぞれ１層づつの構成としているが、一方若しくはそれぞれが複数積層された構成であってもよい。例えば、２つの発光層の間に光電変換層を挟持した構成などがあげられる。【００３０】  次に、対向電極７について説明する。対向電極７としては、低抵抗であって、誘電体層６に対する密着性がよいものが好ましく、Ａｌに代表される公知の金属電極を用いることができる。尚、外光コントラストを改善するために、カーボン、ＭｎＯ２、ＴｉＯ２等の黒色化した電極材料を用いてもよい。対向電極７の形成方法としては、抵抗加熱蒸着法やスパッタリング法、スクリーン印刷法等の公知の成膜方法を用いることができる。【００３１】（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る表示装置について、図２を用いて説明する。図２は、この表示装置２０の互いに直交するｘ電極２１と、ｙ電極２２とによって構成されるパッシブマトリクス表示装置を示す概略平面図である。この表示装置２０は、前記第１実施形態に係るＥＬ素子が複数個、２次元配列している発光素子アレイを備える。また、発光素子アレイの面に平行な第１方向に平行に延在している複数のｘ電極２１と、発光素子アレイの面に平行であって、第１方向と直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極２２とを備え、それぞれが前記第１実施の形態に係るＥＬ素子の透明電極と対向電極とに該当する。さらに、この表示装置２０では、１組の透明電極と対向電極との間に外部交流電圧を印加して１つのＥＬ素子を駆動し、光を透明電極の側から取り出す。この表示装置２０によれば、各画素のＥＬ素子に光電変換層５が設けられている。これにより、高輝度、高発光効率の表示装置が得られる。【００３２】  また、カラーの表示装置の場合、発光層４をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色蛍光体に色分けして成膜すればよい。あるいは、ＲＧＢ各色の発光層を積層してもよい。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、カラーフィルター及び／又は色変換フィルターを用いて、ＲＧＢを表示することもできる。【００３３】（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係るＥＬ素子について、図３を用いて説明する。図３は、このＥＬ素子３０の発光面に垂直な断面図である。このＥＬ素子３０は、第１実施形態に係るＥＬ素子１０と比較すると、基板３１上に電極及び各層を形成し、透明電極２の側から発光が取り出される点で相違する。更に詳細には、基板３１上に、対向電極７と、第２誘電体層６と、光電変換層５と、発光層４と、第１誘電体層３と、透明電極２とが順次積層されている点で相違する。【００３４】  次に、ＥＬ素子３０の各構成部材について詳細に説明する。尚、第１実施形態に係るＥＬ素子１０と実質的に同一の部材については説明を省略する。【００３５】  基板３１としては、その上に形成する各層を支持できるもので、且つ、電気絶縁性の高い材料であればよい。更には対向電極７との密着性に優れていることが好ましい。基板３１としては、コーニング１７３７等の前記透明基板１と同様のガラス基板や樹脂基板を用いることができる。また更に、表面に絶縁層を有する金属基板やセラミックス基板、シリコンウエハ等を用いることができる。【００３６】  尚、前述の各実施形態は、本発明の構成の一例を示したものであり、本発明の構成は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】  本発明に係るＥＬ素子は、表示装置、特にテレビ等のディスプレイデバイスとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＥＬ素子の発光面に垂直な断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る表示装置の斜視図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るＥＬ素子の発光面に垂直な断面図である。
【図４】従来例のＥＬ素子の発光面に垂直な断面図である。
【符号の説明】
【００３９】１  透明基板、２  透明電極、３  第１誘電体層、４  発光層、５  光電変換層、６  第２誘電体層、７  対向電極１０、３０、４０  ＥＬ素子、２０  表示装置、２１  ｘ電極、２２  ｙ電極、３１  基板、４１  透明基板、４２  透明電極、４３  第１誘電体層、４４  発光層、４６  第２誘電体層、４７  対向電極
【図１】
2007029648.tif 000002
【図２】
2007029648.tif 000003
【図３】
2007029648.tif 000004
【図４】
2007029648.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月20日(2007.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極上に設けられた第１誘電体層と、
前記第１誘電体層に対向して設けられた第２誘電体層と、
前記第２誘電体層上に設けられた第２電極と、
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とに挟まれた発光層と、
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とに挟まれた前記発光層からの光によって電子−正孔対を生じる光電変換層と、
を備え、
前記第１電極及び前記第２電極のうち少なくとも一方が透明又は半透明であることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記光電変換層は、アモルファスカルコゲナイド系材料、アモルファステトラヘドラル系材料、第１２族−第１６族化合物半導体材料のうち、少なくとも一つの材料を主体として含むことを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記光電変換層は、縮合多環キノン系材料、アゾ系材料、インジゴ系材料、フタロシアニン系材料、ナフタロシアニン系材料、スクアリリム系材料、アズレニウム系材料、チアピリリウム系材料、シアニン系材料のうち、少なくとも一つの材料を主体として含むことを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記発光層は、無機蛍光薄膜であることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
請求項１に記載の複数の前記エレクトロルミネッセンス素子が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発光面に平行な第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発光面に平行であって、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
を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
透明又は半透明である第１電極と、
前記第１電極上に設けられた第１誘電体層と、
前記第１誘電体層上に設けられた発光層と、
前記発光層上に設けられた、前記発光層からの光によって電子−正孔対を生じる光電変換層と、
前記光電変換層上に設けられた第２誘電体層と、
前記第２誘電体層上に設けられた第２電極と
を備えることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記光電変換層は、アモルファスカルコゲナイド系材料、アモルファステトラヘドラル系材料、第１２族−第１６族化合物半導体材料のうち、少なくとも一つの材料を主体として含むことを特徴とする請求項６に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
前記光電変換層は、縮合多環キノン系材料、アゾ系材料、インジゴ系材料、フタロシアニン系材料、ナフタロシアニン系材料、スクアリリム系材料、アズレニウム系材料、チアピリリウム系材料、シアニン系材料のうち、少なくとも一つの材料を主体として含むことを特徴とする請求項６に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
前記発光層は、無機蛍光薄膜であることを特徴とする請求項６に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネッセンス素子及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、平面型の表示装置の中で、エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと略記）素子に期待が集まっている。このＥＬ素子は、自発発光性を有し視認性に優れ、視野角が広く、応答性が速いなどの特徴を持つ。また、現在開発されているＥＬ素子には、発光体として無機材料を用いた無機ＥＬ素子と発光体として有機材料を用いた有機ＥＬ素子がある。
【０００３】
無機ＥＬ素子は、硫化亜鉛等の無機蛍光体を発光体として、１０６Ｖ／ｃｍもの高電界で加速された電子が蛍光体の発光中心を衝突励起し、それらが緩和する際に発光する。また、無機ＥＬ素子には、蛍光体粉末を高分子有機材料等に分散させ、上下に電極を設けた構造の分散型ＥＬ素子と、一対の電極間に二層の誘電体層と、更に誘電体層の間に挟まれた薄膜発光層とを設けた薄膜型ＥＬ素子がある。分散型ＥＬ素子は、製造が容易ではあるが、輝度が低く寿命が短いため、その利用は限られてきた。一方の薄膜型ＥＬ素子は、１９７４年に猪口らによって提案された二重絶縁構造の素子が高い輝度と長寿命を持つことを示し、車載用ディスプレイ等への実用化がなされた。また、基板として絶縁性のセラミック基板を用い、二重絶縁構造を構成する一方の誘電体層を厚膜誘電体とした無機ＥＬ素子が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この無機ＥＬ素子では、製造工程のゴミ等によって形成されるピンホールに起因した駆動時の絶縁破壊を減らすことができる。
【０００４】
以下、従来の無機ＥＬ素子として代表的な二重絶縁型ＥＬ素子について、図４を用いて説明する。この無機ＥＬ素子４０は、透明基板４１上に透明電極４２と、第１誘電体層４３と、発光層４４と、第２誘電体層４６と、対向電極４７とが、この順に積層して形成されている。第１誘電体層４３、第２誘電体層４６は、発光層４４内を流れる電流を制限する機能を有し、素子４０の絶縁破壊を抑えることが可能であり、且つ、安定な発光特性が得られるように作用する。また、透明電極４１と、対向電極４７とを、直交するようにストライプ上にパターニングし、マトリックスで選択された特定の画素に電圧を印加することにより、任意のパターン表示を行うパッシブマトリックス駆動方式の表示装置が知られている。
【０００５】
前記第１誘電体層４３、第２誘電体層４６として用いられる誘電体には、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３等が挙げられ、スパッタリングや蒸着等によって成膜される。
【０００６】
前記発光層４４として用いられる無機蛍光体は、一般に絶縁物結晶を母体結晶として、その中に発光中心となる元素をドープしたものである。この母体結晶は、物理的化学的に安定であるものが用いられるため、無機ＥＬ素子は信頼性が高く、寿命も３万時間以上を実現している。しかしながら、例えば、発光層にＺｎＳを主体とし、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｔｂ，Ｅｕ，Ｔｍ，Ｙｂ等の遷移金属元素や希土類元素をドープすることによって、発光輝度の向上が図られたものの、平均輝度は４００ｃｄ／ｍ２未満であり、テレビ等のディスプレイデバイスとしては不十分であった（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特公平７−４４０７２号公報
【特許文献２】特公昭５４−８０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＥＬ素子をテレビ等の表示デバイスとして利用する場合、平均輝度４００ｃｄ／ｍ２以上の輝度と、その寿命は少なくとも３万時間程度は必要とされるが、従来の無機ＥＬ素子では、十分な輝度が得られていない。
【０００９】
本発明の目的は、従来の無機ＥＬ素子の課題を解決し、高輝度、且つ長寿命のＥＬ素子と、そのＥＬ素子を用いた表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るエレクトロルミネッセンス素子は、
第１電極と、
前記第１電極上に設けられた第１誘電体層と、
前記第１誘電体層に対向して設けられた第２誘電体層と、
前記第２誘電体層上に設けられた第２電極と、
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とに挟まれた発光層と、
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とに挟まれた前記発光層からの光によって電子−正孔対を生じる光電変換層と、
を備え、
前記第１電極及び前記第２電極のうち少なくとも一方が透明又は半透明であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るエレクトロルミネッセンス素子は、
透明又は半透明である第１電極と、
前記第１電極上に設けられた第１誘電体層と、
前記第１誘電体層上に設けられた発光層と、
前記発光層上に設けられた、前記発光層からの光によって電子−正孔対を生じる光電変換層と、
前記光電変換層上に設けられた第２誘電体層と、
前記第２誘電体層上に設けられた第２電極と
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、前記光電変換層は、アモルファスカルコゲナイド系材料、アモルファステトラヘドラル系材料、第１２族−第１６族化合物半導体材料のうち、少なくとも一つの材料を主体として含んでもよい。
【００１３】
また更に、前記光電変換層は、縮合多環キノン系材料、アゾ系材料、インジゴ系材料、フタロシアニン系材料、ナフタロシアニン系材料、スクアリリム系材料、アズレニウム系材料、チアピリリウム系材料、シアニン系材料のうち、少なくとも一つの材料を主体として含んでもよい。
【００１４】
また更に、前記発光層は無機蛍光薄膜であってもよい。
【００１５】
本発明に係る表示装置は、複数の前記ＥＬ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発光面に平行な第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発光面に平行であって、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
を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るＥＬ素子によれば、発光層に隣接して光電変換層設けることにより、前記発光層内の蛍光体からの発光によって、前記光電変換層内において正孔−電子対が生成し、素子に電圧が印加された際にその電界強度によって分離した電子が、発光層内の蛍光体を衝突励起する。従来の無機ＥＬ素子よりも、発光に寄与する電子の密度が増加するため、高輝度の発光素子及び表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係るＥＬ素子および該発光素子を用いた表示装置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。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るＥＬ素子について、図１を用いて説明する。図１は、このＥＬ素子１０の発光面に垂直な断面図である。このＥＬ素子１０は、無機蛍光体よりなる発光体層４を、２層の第１及び第２誘電体層３、６で挟み、更に前記誘電体層３、６を透明電極２と対向電極７との間に挟んでいる。また、発光層４と第２誘電体層との間に光電変換層５を挟んでいる。このＥＬ素子１０は、透明基板１の上に透明電極２と、第１誘電体層３と、発光層４と、光電変換層５と、第２誘電体層６と、対向電極７とを、順次積層して形成される。無機蛍光体からの発光は、透明基板１の側から取り出される。尚、前記構成に加えて、ＥＬ素子１０の全部又は一部を封止する構造を更に備えていてもよい。これによって、耐湿性等に問題のある無機蛍光体を用いた場合であっても信頼性を向上させることができ、素子寿命を延ばすことが可能となる。更に対向電極７は黒色を呈していてもよく、また、第２誘電体層６内に黒色を呈する色素等を含んでいてもよい。これによって、透明電極２の側からＥＬ素子１０内に入射してきた外光が対向電極７の表面で反射することを防止し、外光コントラストを良好にすることができる。またさらに、対向電極７を透明電極とすることにより、両面から発光を取り出すこともできる。
【００１９】
次に、ＥＬ素子１０の各構成部材について詳細に説明する。
まず、透明基板１について説明する。透明基板１は、その上に形成する各層を支持できるものであればよい。また、発光層４内で生じた発光を取り出せるように透明又は半透明で、且つ、電気絶縁性の高い材料であればよい。透明基板１としては、例えば、コーニング１７３７等のガラス基板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。またさらに、ポリエステル等の樹脂フィルムを用いてもよい。樹脂フィルムは耐久性、柔軟性、透明性、電気絶縁性、防湿性の材料を用いればよく、ポリエチレンテレフタレート系や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等を使用できる。
【００２０】
次に、透明電極２について説明する。透明電極２としては、透過性を有するものであればよく、低抵抗であることが好ましい。透明電極２として、特に好適な例としては、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＩｎＺｎＯ、ＳｎＯ２等が用いられるが、これらに限定されない。ＩＴＯ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。更に、ポリアニリン等の導電性樹脂を用いることもできる。尚、対向電極７を透明ないし半透明とすることにより、両面から発光を取り出すこともできる。
【００２１】
次に、誘電体層３、６について説明する。誘電体層３、６としては、誘電率が高く、且つ電気絶縁性が高いものが好ましい。交流駆動型の無機ＥＬ素子では、発光に寄与する発光層内を流れる電流が誘電体層の容量にほぼ比例する。従って、誘電体層の容量を大きくすることで、駆動電圧が低下し、高輝度を得ることができる。誘電体材料としては、酸化物や窒化物、あるいはこれらを複合した材料が用いられる。好適な例としては、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ３、ＢａＴａ２Ｏ６、ＬｉＮｂＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、Ｐｂ（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｏ３、ＰｂＮｂ２Ｏ６等が用いられるが、これらに限定されない。尚、これらを２種以上用いてもよく、別層にして積層しても、あるいは混合してもよい。更に、第１誘電体層３は、発光層４からの光を取り出すため、可視光領域において透過率が８０％以上、特に９０％以上であることが好ましい。
【００２２】
誘電体層３、６の成膜方法としては、スパッタリング法、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法等を用いることができる。また、誘電体層３、６の膜厚としては、０．０１〜１μｍ、好ましくは、０．１〜０．５μｍ程度である。また、誘電体層３、６は、成膜後に空気、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ等の単独又は混合ガス雰囲気、あるいは真空中で、加熱処理を行ってもよい。これにより、誘電体層の結晶性を向上するなどして、高輝度化を図ることができる。加熱処理の温度は、誘電体層材料の融点以下の温度で、且つ発光層材料や基板等への影響を考慮して決定される。
【００２３】
次に、発光層４について説明する。発光層４としては、前記のＭｎをドープしたＺｎＳに代表される第１２族−第１６族化合物等の公知の材料が使用できるが、上記材料に特に限定されるものではない。
【００２４】
発光層４の成膜方法としては、スパッタリング法、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法、ＣＶＤ法等を用いることができる。また、発光層４の膜厚としては、特に限定されるものではないが、薄すぎると発光効率が低下し、厚すぎると駆動電圧が上昇する。好ましくは、０．１〜２μｍ程度である。
【００２５】
また、発光層４の成膜後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、発光層材料にもよるが、好ましくは４００℃以上であり、誘電体層３，６の焼成温度以下である。また、加熱処理時の雰囲気としては、空気、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ等の単独又は混合ガスが用いられる。
【００２６】
次に、光電変換層５について説明する。光電変換層５としては、光を吸収すると電子−正孔対が励起されて導電率が増す、所謂光導電効果を示す光電変換材料を用いることができる。この光導電効果を示す光電変換材料としては、自身のバンドギャップより大きなエネルギーを有する光を吸収し、バンド間遷移により電子−正孔対を励起する真性型光導電性材料と、不純物をドープした材料において、その比較的浅い不純物準位からキャリアを励起させる外因型光導電性材料とがある。光電変換材料として、実用面では、電子写真プロセスで使用される感光体材料や、撮像管等に用いられる各種材料を用いることができる。光電変換材料の好適な例としては、ａ−Ｓｅ、ａ-Ｓｅ・Ｔｅ、ａ−Ｓｅ・Ａｓ、ａ−Ａｓ２Ｓｅ３等のアモルファスカルコゲナイド系、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＯ、ａ−ＳｉＯＮ等のアモルファステトラヘドラル系等、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＰｂＳ等の第１２族−第１６族化合物半導体系の無機系材料、又はペリレン等の縮合多環キノン系、アゾ顔料系、インジゴ顔料系、フタロシアニン顔料系、スクアリリム色素系、アズレニウム色素系、チアピリリウム色素系、シアニン色素系等の有機系材料、又は、これらの複合材料が用いられるが、これらに限定されるものではない。尚、これらの主たる光電変換材料に、増感を目的とした色素等のドーピングを行なってもよい。また、複数の光電変換材料による積層構造であってよい。またさらに、これらの光電変換材料を樹脂分散した薄膜であってよい。
【００２７】
光電変換層５の成膜方法としては、用いられる材料にもよるが、スパッタリング法、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法、ＣＶＤ法等を用いることができる。また、光電変換層５の膜厚としては、特に限定されるものではないが、０．０１〜１０μｍ程度が好ましい。
【００２８】
ここで、前記光電変換層５の作用について説明する。無機ＥＬ素子１０に、１０６Ｖ／ｃｍもの高電界が加わると、プール・フレンケル効果、あるいはトンネル効果により電子が発光層４内に注入され、蛍光体の発光中心を衝突励起し、それらが緩和する際に発光する。この発光が光電変換層５内の光電変換材料に到達すると、光励起された電子−正孔対が生成する。この電子−正孔対は、外部電界が小さいと互いのクーロン場に束縛されて自由に動けずすぐに再結合してしまうが、無機ＥＬ素子１０に加わる高電界の作用により分離し、所謂光電流となる。分離した電子の一部は、発光層４内に再度注入されて蛍光体を衝突励起し、発光に寄与する。以上の作用により高輝度、高発光効率の発光素子が得られる。
【００２９】
また、このＥＬ素子１０は、発光層４と光電変換層５とがそれぞれ１層づつの構成としているが、一方若しくはそれぞれが複数積層された構成であってもよい。例えば、２つの発光層の間に光電変換層を挟持した構成などがあげられる。
【００３０】
次に、対向電極７について説明する。対向電極７としては、低抵抗であって、誘電体層６に対する密着性がよいものが好ましく、Ａｌに代表される公知の金属電極を用いることができる。尚、外光コントラストを改善するために、カーボン、ＭｎＯ２、ＴｉＯ２等の黒色化した電極材料を用いてもよい。対向電極７の形成方法としては、抵抗加熱蒸着法やスパッタリング法、スクリーン印刷法等の公知の成膜方法を用いることができる。
【００３１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る表示装置について、図２を用いて説明する。図２は、この表示装置２０の互いに直交するｘ電極２１と、ｙ電極２２とによって構成されるパッシブマトリクス表示装置を示す概略平面図である。この表示装置２０は、前記第１実施形態に係るＥＬ素子が複数個、２次元配列している発光素子アレイを備える。また、発光素子アレイの面に平行な第１方向に平行に延在している複数のｘ電極２１と、発光素子アレイの面に平行であって、第１方向と直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極２２とを備え、それぞれが前記第１実施の形態に係るＥＬ素子の透明電極と対向電極とに該当する。さらに、この表示装置２０では、１組の透明電極と対向電極との間に外部交流電圧を印加して１つのＥＬ素子を駆動し、光を透明電極の側から取り出す。この表示装置２０によれば、各画素のＥＬ素子に光電変換層５が設けられている。これにより、高輝度、高発光効率の表示装置が得られる。
【００３２】
また、カラーの表示装置の場合、発光層４をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色蛍光体に色分けして成膜すればよい。あるいは、ＲＧＢ各色の発光層を積層してもよい。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、カラーフィルター及び／又は色変換フィルターを用いて、ＲＧＢを表示することもできる。
【００３３】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係るＥＬ素子について、図３を用いて説明する。図３は、このＥＬ素子３０の発光面に垂直な断面図である。このＥＬ素子３０は、第１実施形態に係るＥＬ素子１０と比較すると、基板３１上に電極及び各層を形成し、透明電極２の側から発光が取り出される点で相違する。更に詳細には、基板３１上に、対向電極７と、第２誘電体層６と、光電変換層５と、発光層４と、第１誘電体層３と、透明電極２とが順次積層されている点で相違する。
【００３４】
次に、ＥＬ素子３０の各構成部材について詳細に説明する。尚、第１実施形態に係るＥＬ素子１０と実質的に同一の部材については説明を省略する。
【００３５】
基板３１としては、その上に形成する各層を支持できるもので、且つ、電気絶縁性の高い材料であればよい。更には対向電極７との密着性に優れていることが好ましい。基板３１としては、コーニング１７３７等の前記透明基板１と同様のガラス基板や樹脂基板を用いることができる。また更に、表面に絶縁層を有する金属基板やセラミックス基板、シリコンウエハ等を用いることができる。
【００３６】
尚、前述の各実施形態は、本発明の構成の一例を示したものであり、本発明の構成は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係るＥＬ素子は、表示装置、特にテレビ等のディスプレイデバイスとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＥＬ素子の発光面に垂直な断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る表示装置の斜視図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るＥＬ素子の発光面に垂直な断面図である。
【図４】従来例のＥＬ素子の発光面に垂直な断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  透明基板、２  透明電極、３  第１誘電体層、４  発光層、５  光電変換層、６  第２誘電体層、７  対向電極  １０、３０、４０  ＥＬ素子、２０  表示装置、２１  ｘ電極、２２  ｙ電極、３１  基板、４１  透明基板、４２  透明電極、４３  第１誘電体層、４４  発光層、４６  第２誘電体層、４７  対向電極
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007029648.tif 000006
【図２】
2007029648.tif 000007
【図３】
2007029648.tif 000008
【図４】
2007029648.tif 000009
【国際調査報告】
2007029648.tif 000010
2007029648.tif 000011
2007029648.tif 000012
2007029648.tif 000013