JP2006127884A - 発光素子および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光効率が高く、低コストで大面積化できる発光素子を提供する。
【解決手段】 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持された、発光粒子を含む発光層とを備え、前記発光粒子は、第１半導体部と、前記第１半導体部の表面の少なくとも一部を被覆する第２半導体部とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、平面光源や平面表示装置等に用いる発光素子、ならびに該発光素子を用いる表示装置に関する。

従来、平面光源や平面表示装置に用いる発光装置には、発光ダイオードや発光素子（ＥＬ素子と称す）等が用いられている。発光ダイオードは、ｐ型半導体とｎ型半導体の接合面におけるｐ−ｎ接合に電界をかけた際に、ｎ型半導体からｐ型半導体へ注入される電子とｐ型半導体からｎ型半導体へ注入される正孔とが再結合する際に発光する現象を利用する発光素子である。この発光ダイオードは、輝度や効率が高い点で優れている。その製造方法は、例えば特許文献１に示すように、半導体基板上に薄膜を結晶成長させて順に積層するものである。ここで、発光ダイオードは、ｐ−ｎ接合部から発光するので、薄膜を成長させた基板をダイシングしｐ−ｎ接合部を端面として表面に出すことで、発光を外部に取り出している。そのため、発光ダイオードは点光源となる。発光ダイオードを用いて面発光を得ようとする場合には、発光ダイオードを複数個配列することで面発光を実現している。

一方、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、電子とホール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１０^６Ｖ／ｃｍもの高電界で加速した電子を無機蛍光体の発光中心に衝突させて無機蛍光体を励起させ、その緩和過程で無機蛍光体を発光させる無機ＥＬ素子がある。

無機ＥＬ素子のうち分散型ＥＬ素子と呼ばれているＥＬ素子について説明する。ＥＬ素子は、基板の上に第１電極、発光層、誘電体層、第２電極が順に積層されて構成される。発光層は、ＺｎＳ：Ｍｎ等の無機蛍光体粒子が有機バインダに分散されている。誘電体層は、ＢａＴｉＯ_３などの強誘電体を有機バインダ中に分散させた構成をしている。第１電極と第２電極の間には交流電源が設置されており、交流電源から第１電極と第２電極との間に交流電圧を印加することでＥＬ素子を発光させる。例えば特許文献２では、前述のＥＬ素子を防湿体でカバーした構成が開示されている。ＥＬ素子は、基板の材料の制限を受けにくく、例えばプラスチックフィルムやガラス等が使用可能なため、単一基板による大面積化が容易である。

特開平７−６６４５０号公報 特開２００２−２１６９６８号公報

しかしながら、従来の発光ダイオードは点光源であるので、大面積の平面光源を提供するには、複数の発光ダイオードを２次元に配列する必要がある。この方法では平面光源の面積の増加分だけ発光ダイオードの必要数も増加するため、面積に比例して製造コストが増加するという問題がある。

また、上述したＥＬ素子を用いた平面発光装置は、大型化するには問題がなく、薄型化、高速応答、広視野角、といった視点からも他のディスプレイよりも総合的に勝っているが、発光効率や輝度が低い上、寿命も短く、実用には課題があった。

本発明の目的は、発光効率が高く、低コストで大面積化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持された、発光粒子を含む発光層と
を備え、
前記発光粒子は、第１半導体部と、前記第１半導体部の表面の少なくとも一部を被覆する第２半導体部とを含むことを特徴とする。

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持された、発光体粒子を含む発光層と
を備え、
前記発光体粒子は、芯部の第１半導体部と、前記発光体粒子の最外部の第２半導体部と、前記第１半導体部と前記第２半導体部との間に配置され、前記第１半導体部の実質的に全表面を被覆する第３半導体部とを有し、
前記第３半導体部のバンドギャップエネルギーは、前記第１半導体部又は前記第２半導体部のいずれか一方のバンドギャップエネルギー又は両方のバンドギャップエネルギーよりも低いことを特徴とする。

本発明に係る表示装置は、複数の発光素子が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発光面に平行な第１方向に互いに並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。

以上のように、本発明に係る発光素子によれば、発光効率が高く、低コストで大面積化できる発光素子ならびに表示装置が可能となる。

本発明の実施の形態に係る発光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。

（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〜図３を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る発光素子１０の発光面に垂直な断面図である。この発光素子１０は、基板１１の上に第１電極１２と、発光層１３と、第２電極１４とが順に積層された構造を有している。第１電極１２と第２電極１４の間に交流電源１５を設けて発光層１３に交流電圧を引加し、発光層１３を発光させ、基板１１側から光を取り出す。発光層１３は、バインダ３０に発光粒子２０を分散させた構造を有する。図２は、発光層１３に含まれる発光粒子２０の断面構造を示す断面図である。この発光素子１０では、発光層１３において、図２に示すように、第１半導体部２１と、該第１半導体部２１の表面を被覆する第２半導体部２２とを有する発光粒子２０を含むことを特徴とする。また、この第１半導体部２１の伝導型と第２半導体部２２の伝導型とは互いに異なることが好ましい。この発光素子１０は、発光層１３にこのような発光粒子２０を含むことによって効率的に発光を得ることができる。

この発光素子１０を構成する各層について説明する。
まず、基板１１には、発光層１３の発光波長に対し透光性を有する材料であればいずれでも適用できる。基板１１に用いる透光性を有する材料としては、例えば、石英基板、ガラス基板、セラミック基板やポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミドなどのプラスチック基板等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

第１電極１２は、光透過性の透明導電体であればいずれでも適用できる。第１電極１２に用いる透明導電体としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３にＳｎＯ_２をドープしたもの）やＺｎＯなどの金属酸化物、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどの薄膜金属、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。

発光層１３は、有機物からなるバインダ３０に発光粒子２０を分散させた構造を有する。まず、発光粒子２０について説明する。図２に示すように、発光粒子２０は、核となる第１半導体部２１と、第１半導体部２１の表面を被覆する第２半導体部２２からなる。ここで、第１半導体部２１と第２半導体部２２は異なる伝導型の半導体構造を有していればよい。すなわち、第１半導体部２１がｎ型半導体構造を有する場合、第２半導体部はｐ型半導体構造であり、第１半導体部がｐ型半導体構造を有する場合、第２半導体部２２はｎ型半導体構造である。このように発光粒子２０は、ｎ型半導体とｐ型半導体とを層構造で有することで、電界をかけた際に電子と正孔の衝突が生じ効率の高い発光を得ることができる。

また、第２半導体部２２の電気抵抗値は、前記第１半導体部２１の電気抵抗値よりも高いことが好ましい。これにより、電流が外部の第２半導体部２１から内部の第１半導体部２２に流れやすくなり、発光効率が高くなる点で好ましい。仮に、第２半導体部２２の電気抵抗値が第１半導体部２１の電気抵抗値よりも低い場合、電流が内部の第１半導体部２１よりも外側の第２半導体部２２、すなわち発光粒子２０の表面を流れやすくなり、内部へ電子が移動しなくなることで発光効率が減少する。

この発光粒子２０の第１半導体部２１，第２半導体部２２は、発光が効率的に行われるために化合物半導体構造をとることが好ましく、特に第１３族−第１５族化合物半導体あるいは第１２族−第１６族化合物半導体構造を有することが好ましい。具体的には、例えば第１３族−第１５族化合物半導体である、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ等や、これらの混晶、例えば、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＮ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡｓＰ等、あるいは、部分的に偏析していてもよいこれらの混合物等が好ましい。また、例えば第１２族−第１６族化合物半導体であるＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、等や、これらの混晶、例えば、ＺｎＣｄＳ、ＺｎＣｄＳｅ、ＺｎＣｄＴｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ、ＺｎＣｄＳｅＴｅ等、あるいは、部分的に偏析していてもよいこれらの混合物等が好ましい。さらに、これらの化合物半導体にドナーやアクセプターとなる不純物元素を１種類若しくは複数種類をドーピングしてもよい。ドーパントとしては、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属及び非金属元素、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ等の希土類元素、ＴｂＦ_３やＰｒＦ_３といったフッ化物、ＺｎＯやＣｄＯといった酸化物から選択される。なおこれらの前述の化合物半導体組成ならびにドーパントは一例を示すものであり、これらに限定されるものではない。

この発光粒子２０は、例えば気相法によって製造できる。具体的には、例えば第１半導体部２１に窒化ガリウムを用いる場合、ハロゲン化ガリウムと、ドーピングもしくは混晶用の金属化合物を反応炉内にて８５０〜１０００℃程度の温度でアンモニアと混合、反応させることで第１半導体部２１からなる粒子を得る。この粒子を反応炉内でキャリアガスによって分散させ、第１半導体部２１と同様にハロゲン化ガリウムとドーピングもしくは混晶用の金属化合物を雰囲気炉内にて８５０〜１０００℃程度の温度でアンモニアと混合、反応させることで第１半導体部２１を被覆する第２半導体部２２を生成する。また、第１半導体部２１および第２半導体部２２の反応後、生成した粒子を必要に応じて６００℃〜１０００℃程度でアニールしてもよい。以上により、第１半導体部２１と、該第１半導体部２１の表面の少なくとも一部を覆う第２半導体部を備える発光粒子２０を得ることができる。

次に、発光層１３中の発光粒子２０を分散させるバインダ３０について説明する。バインダ３０としては発光粒子２０が均一に分散できることが好ましく、さらに、発光層１３の上下の層との密着性に優れていることが好ましい。また、ピンホールや欠陥を誘発する不純物、異物の混入が少なく、均一な膜厚や膜質を得やすい材料であることが好ましい。具体的には、例えばポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンとの共重合体、フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンと六フッ化プロピレンとの三元共重合体、フッ化ビニリデンと四フッ化エチレンとの共重合体、フッ化ビニリデンオリゴマー、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、フッ化ビニルと三フッ化エチレンとの共重合体、ポリアクリロニトリル、シアノセルロース、シアン化ビニリデンと酢酸ビニルとの共重合体、ポリシアノフェニレンサルファイド、ナイロン、ポリウレア等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

また、バインダ３０は、導電性を有してもよいが、分散させた発光粒子２０の最外層の第２半導体部２２の電気抵抗値よりも電気抵抗値が高いことが好ましい。これは発光層１３に電界をかけた際に、発光粒子２０の最外層の第２半導体部２２よりも有機バインダ３０の電気抵抗値が低い場合、発光層１３が有機バインダ３０のみに電流が流れやすくなり、発光粒子２０に電界がかかりにくく発光しにくいためである。そこで、本実施の形態では、バインダ３０の電気抵抗値は第２半導体部２２の電気抵抗値よりも高くしている。なお、このように、発光層１３は有機バインダ３０に発光粒子２０を分散させた構造であるので、塗工による発光層１３の形成が可能なため、発光層１３の大面積化が容易である。

図３は、別例の発光粒子２０ａの断面構造を示す断面図である。この発光粒子２０ａは、図３に示すように、最表面部に保護層２４が実質的に全表面に被覆されている構成としている。この保護層２４を有することで発光粒子２０ａは酸素や水分等の外部影響を防止することができ、酸化や分解を抑制することができる。

保護層２４は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３やＡｌＮ、Ｙ_２Ｏ_３などの無機化合物やフッ素樹脂等の有機化合物を用いることができる。保護層２４の電気抵抗値は、被覆している半導体層、第２半導体部２２よりも高いことが好ましい。これにより、電流が発光粒子２０の内部を効率的に流れるようにすることができる。またさらに、保護層２４の電気抵抗値は、バインダ３０の電気抵抗値よりも低いことが望ましい。これにより、電流が発光粒子２０の内部を効率的に流れるようにすることができる。

第２電極１４は、導電性材料であれば特に限定されない。第２電極１４に用いる導電性材料としては、例えば、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属やそれらの合金や、透明導電体等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。発光層１３からの発光は全方位に向かって放射されるが、第２電極１４に遮光性の材料、例えば約１００ｎｍ厚以上の金属を用いることで、光は基板１１側からのみ取り出すことができる。さらに、ＡｕやＰｔ等の光の反射性の高い金属を用いることで、第２電極側に放射された発光を、基板１１側へ反射することができ、発光効率を向上することができる。またさらに、第２電極に透明導電体を用いた場合には、光は基板１１側および第２電極側１４側の両側から取り出すことが可能となり、両面発光の発光素子１０を得ることができる。

なお、発光素子は、カバー層（図示せず）を有してもよい。カバー層は発光に関して不可欠な構成部材ではないが、基板１１や第１及び第２電極１２，１４、あるいはその双方を保護するものである。カバー層は、発光を取り出す側に設ける場合、透光性を有することが必要があるが、それ以外、特に材質と厚さともに限定されない。また、電極上に設ける場合、カバー層は絶縁性を有することが好ましい。

カバー層の材質としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミド、ナイロン等の高分子材やガラス、石英、セラミックス、無機酸化物、無機窒化物等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

以上のように、この実施の形態１によれば、発光層１３に含まれる発光粒子２０として、核となる第１半導体部２１と前記第１半導体部２１の実質的に全表面を被覆する第２半導体部２２を有する構造とすることで、発光効率が高く、低コストで大面積化できる発光素子１０を得ることができる。

（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、図４及び図５を用いて説明する。図４は、この発光素子の発光層に含まれる発光粒子２０ｂの断面構造を示す断面図である。この発光素子は、実施の形態１に係る発光素子と比較すると、発光粒子２０ｂの断面構造が異なる。図４に示すように、発光粒子２０ｂは、核となる第１半導体部２１と、第１半導体部２１の表面の一部を被覆する第２半導体部２２とからなる。ここで、第１半導体部２１と第２半導体部２２は異なる伝導型の半導体構造を有していればよい。すなわち、第１半導体部２１がｎ型半導体構造を有する場合、第２半導体部２２はｐ型半導体構造であり、第１半導体部２１がｐ型半導体構造を有する場合、第２半導体部２２はｎ型半導体構造である。このように発光粒子２０ｂはｎ型半導体とｐ型半導体を層構造で有することで、電界をかけた際に電子と正孔の衝突が生じ効率の高い発光を得ることができる。

また、第２半導体部２２の電気抵抗値は、核となる第１半導体部２１の電気抵抗値よりも高くなっている。これにより、電流が外部の第２半導体部２１から内部の第１半導体部２２に流れやすくなり、発光効率が高くなる。仮に、第２半導体部２２の電気抵抗値が第１半導体部２１の電気抵抗値よりも低い場合、電流が発光粒子２０ｂの内部の第１半導体部２１よりも外側の第２半導体部２２、すなわち発光粒子２０ｂの外周部を流れやすくなり、発光粒子２０ｂの内部へ電子が移動しにくくなることで発光効率が減少する。

図５は、別例の発光粒子２０ｃの断面構造を示す断面図である。この発光粒子２０ｃは、図５に示すように最表面部に保護層２４が実質的に全表面に被覆されている構成としてもよい。この保護層２４を有することで発光粒子２０ｃは酸素や水分等の外部影響を防止することができ、酸化や分解を抑制することができる。なお、保護層２４の電気抵抗値は被覆している半導体層よりも高いことが好ましい。本実施の形態では、保護層２４は第１半導体部２１と第２半導体部２２をともに保護しているが、第１半導体部２１および第２半導体部２２の電気抵抗値より保護層２４の電気抵抗値の方が高いことが望ましい。これにより、電流が発光粒子２０ｃの内部を効率的に流れるようにすることができる。またさらに、保護層２４の電気抵抗値は、バインダ３０の電気抵抗値よりも低いことが望ましい。これにより、電流が発光粒子２０ｃの内部を効率的に流れるようにすることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、発光効率が高く、低コストで大面積化できる発光素子を得ることができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について図６及び図７を用いて説明する。図６は、この発光素子の発光層に含まれる発光粒子２０ｄの断面構造を示す断面図である。この発光素子は、実施の形態１に係る発光素子と比較すると、発光粒子２０ｄの断面構造が異なる。この発光粒子２０ｄは、図６に示すように、発光粒子２０ｄは、核となる第１半導体部２１と、第１半導体部２１の実質的に全表面を被覆する第３半導体部２３と、第３半導体部２３の実質的に全表面を被覆する第２半導体部２２とからなる。第１半導体部２１は発光粒子２０ｄの芯部を形成しており、第２半導体部２２は発光粒子２０ｄの最外部を形成しており、また、第３半導体部２３は第１半導体部２１と第２半導体部２２との間に配置されている。ここで、第１半導体部２１と第２半導体部２２は異なる伝導型の半導体構造を有していればよい。すなわち、第１半導体部２１がｎ型半導体構造を有する場合、第２半導体部２２はｐ型半導体構造であり、第１半導体部２１がｐ型半導体構造を有する場合、第２半導体部２２はｎ型半導体構造である。第３半導体部２３のバンドギャップエネルギーは、第１半導体部２１と第２半導体部２２のバンドギャップエネルギーのいずれか一方もしくは両方よりも低い材料で構成されていればよく、基本構造が第１半導体部２１や第２半導体部２２と同一でもよい。

このように発光粒子２０ｄは、ｎ型半導体とｐ型半導体を層構造で有し、かつ、ｎ型半導体とｐ型半導体の層間に低バンドギャップエネルギー部を有することで、電界をかけた際に第３半導体部の低バンドギャップエネルギー部に電子と正孔がたまり、電子と正孔の衝突が起こりやすくなる。その結果、効率の高い発光を得ることができる。

図７は、別例の発光粒子２０ｅの断面構造を示す断面図である。発光粒子２０ｅは、図７に示すように、最表面部に保護層２４が実質的に全表面に被覆されている構成としてもよい。この保護層２４を有することで発光粒子２０ｅは酸素や水分等の外部影響を防止することができ、酸化や分解を抑制することができる。なお、保護層２４の電気抵抗値は被覆している半導体層よりも高いことが好ましい。ここでは、保護層２４は第２半導体部２２を被覆しているため、第２半導体部２２の電気抵抗値より保護層２４の電気抵抗値の方が高いことが望ましい。これにより、電流が発光粒子２０ｅの内部を効率的に流れるようにすることができる。またさらに、保護層２４の電気抵抗値は、バインダ３０の電気抵抗値よりも低いことが望ましい。これにより、電流が発光粒子２０ｅの内部を効率的に流れるようにすることができる。

なお、発光粒子は、実施の形態１、２に示すような２層構造の発光粒子２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃや、実施の形態３に示すような３層構造の発光粒子２０ｄ、２０ｅに限られず、さらに多層構造の発光粒子であってもよい。その場合、発光粒子は少なくとも１層のｎ型半導体構造部と、少なくとも１層のｐ型半導体構造部とを有してしていればよい。

以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１、２と同様に、発光効率が高く、低コストで大面積化できる発光素子を得ることができる。

（実施の形態４）
図８は、本発明の実施の形態４に係る発光素子１０ａの発光面に垂直な断面図である。この発光素子１０ａは、実施の形態１に係る発光素子と比較すると、発光層１３からの発光を取り出す方向が異なる。そのため、実施の形態１では基板１１と第１電極とを透光性材料からなるものを用いていたが、この発光素子１０ａでは、基板１１と第１電極１２には透光性を有しないものも用いることができ、その一方、第２電極１４には透光性を有する材料からなるものを用いる。これによって発光層１３からの光を第２電極１４側から取り出すことができる。

次に、この発光素子１０ａを構成する各層について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成部材については説明を省略する。
まず、基板１１は、透光性の有無を問わず、特に限定されず、例えば、セラミック基板、半導体基板、石英基板、ガラス基板やプラスチック基板などを用いることができる。基板１１に用いるセラミック基板としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＢａＴｉＯ_３、サファイア等が挙げられる。半導体基板としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ等が挙げられる。プラスチック基板としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミド等が挙げられる。また、光を基板１１側からも取り出し発光素子５を両面発光させる場合、基板１１は実施の形態１と同様に透光性を有する材料を用いればよい。

第１電極１２は、透光性の有無を問わず導電性材料であれば特に限定されない。第１電極１２に用いる導電性材料としては、例えば、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属やそれらの合金や、透明導電体等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。発光層１３からの発光は全方位に向かって放射されるが、第１電極１２に遮光性の材料、例えば約１００ｎｍ厚以上の金属を用いることで、光は第２電極１４側からのみ取り出すことができる。さらに、ＡｕやＰｔ等の光の反射性の高い金属を用いることで、第１電極側に放射された発光を、第２電極１４側へ反射することができ、発光効率を向上することができる。またさらに、第１電極１２に透光性を有する材料を用いることで、光は第２電極１４側および基板１１側の両側から取り出すことが可能となり、両面発光の発光素子を得ることができる。

発光層１３は、上記実施の形態１〜３と同様の構成を取ることができる。
第２電極１４は、光透過性の透明導電体であればいずれでも適用できる。第２電極１４に用いる透明導電体としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３にＳｎＯ_２をドープしたもの）やＺｎＯなどの金属酸化物、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどの薄膜金属、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。

以上のように、本実施の形態によれば、第２電極１４側、すなわち基板とは逆側から発光する発光素子を得ることができる。

（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態５に係る発光素子１０ｂの発光面に垂直な断面図である。この発光素子１０ｂは、実施の形態４に係る発光素子と比較すると、第１電極１２と発光層１３との間に絶縁層１６を設けている点で相違する。なお、その他の構成については実施の形態４と実質的に同一であるため説明を省略する。

絶縁層１６は、絶縁性の材料であれば特に限定されない。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３やＹ_２Ｏ_３等の酸化物、ＡｌＮ、ＳｉＮなどの窒化物、ＢａＴｉＯ_３、ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９、Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２等のペロブスカイト化合物、セラミック、ポリフッ化ビニリデンやポリウレア等の有機樹脂などを用いることができる。またこれらを混合したもの、例えば有機バインダにセラミック粒子を混合したものなど、さらに具体的にはポリフッ化ビニリデンにＢａＴｉＯ_３粒子を分散させたもの、などを用いることができる。その製法も特に限定されず、公知の方法で絶縁層１６の材料と基板１１、および第１電極１２との関係により適する方法を用いることができる。例えばセラミックではスクリーン印刷法やゾルゲル法やスパッタ法を用いることができ、有機樹脂ではスピンコート法やスクリーン印刷法などを用いることができる。また絶縁層１６を形成後、焼成や乾燥などの熱処理を加えることもできる。さらに、絶縁層１６を透光性の材料、例えばスパッタ法による薄膜Ａｌ_２Ｏ_３等とすることで、両面発光の発光素子とすることができる。

発光層１３は、実施の形態１〜３と同様の構成、つまり、有機物からなるバインダ３０に発光粒子２０を分散させた構造をとってもよい。また、発光層１３として、発光粒子２０のみであって有機バインダを含まない構造をとってもよい。発光層１３として有機バインダを有しない構造の場合には、例えば発光粒子２０をエタノールなどの有機溶剤に分散させ、その分散溶液を絶縁層１６上に滴下やスピンコートし、その後溶剤を気化等によって除去することで発光層１３を形成することができる。上記のように有機バインダを有しない構造の場合には、上部電極である第２電極１４を形成する際に、第２電極１４が発光層１３を貫通する可能性もあるが、発光層１３の下部に絶縁層１６を設けているので、第１電極１２との短絡を防止することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、第１電極１２上に絶縁層１６を設けることで、有機バインダを用いない発光層１３を有する発光素子１０ｂの場合でも第１電極１２と第２電極１４との短絡を防ぐことができる。また、絶縁層１６を有することで発光素子１０ｂの絶縁耐圧が大幅に向上し、発光素子の信頼性が大幅に向上すると共に、高電圧を発光素子に与えることが可能となり、さらに高輝度の発光素子を得ることができる。

（実施の形態６）
図１０は、本発明の実施の形態６に係る発光素子１０ｃの発光面に垂直な断面図である。この発光素子１０ｃは、実施の形態１に係る発光素子と比較すると、発光層１３と第２電極１４との間に絶縁層１６を設けた点で相違する。絶縁層１６及び発光層１３は、実施の形態５に記載の絶縁層と同様のものである。また、その他の構成については実施の形態１と実質的に同一であるため説明を省略する。

なお、絶縁層１６及び第２電極１４にそれぞれ透光性の材料を用いることによって、基板１１側だけでなく第２電極１４の側からも光を取り出すことができる両面発光の発光素子を得ることができる。また、絶縁層１６を透光性の材料とし、第２電極１４を反射性の材料を用いることで、発光層１３からの発光を基板１１側に反射することが可能となり、発光効率の高い発光素子を得ることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態５と同様に、有機バインダを用いない発光層を有する発光素子を得ることができる。また、絶縁層６３を有することで発光素子の絶縁耐圧が大幅に向上し、発光素子の信頼性が大幅に向上すると共に、高電圧を発光素子に与えることが可能となり、さらに高輝度の発光素子を得ることができる。

（実施の形態７）
図１１は、本発明の実施の形態７に係る発光素子１０ｄの発光面に垂直な断面図である。この発光素子１０ｄは、実施の形態５に係る発光素子と比較すると、発光層１３と第２電極１４との間にも第２絶縁層１７をさらに設けた点で相違する。基板１１、第１電極１２及び第２電極１４は、それぞれ実施の形態４と同様である。また、第１絶縁層１６は実施の形態５の絶縁層１６と同様である。さらに、発光層１３は実施の形態５と同様である。

第２絶縁体層１７は、透光性を有し、かつ絶縁性を有する材料であれば特に限定されない。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３やＹ_２Ｏ_３等の薄膜酸化物、ＡｌＮ、ＳｉＮなどの薄膜窒化物、ポリフッ化ビニリデンやポリウレア等の有機樹脂などを用いることができる。また、例えば、有機バインダにセラミック粒子を混合したもの、さらに具体的にはポリフッ化ビニリデンにＢａＴｉＯ_３粒子を分散させたもの等も透光性は劣るが用いることができる。その製法も特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、薄膜酸化物ではゾルゲル法やスパッタ法を、有機樹脂ではスピンコート法やスクリーン印刷法等を用いてもよい。また第２絶縁層１７を形成後、焼成や乾燥などの熱処理を加えてもよい。

また、本実施の形態における発光素子１０ｄは、基板１１、第１電極１２、第１絶縁層１６をそれぞれ透光性の材料とすることで基板１１側からも発光を取り出すこともでき、両面発光の発光素子を得ることができる。あるいは、第２絶縁層１７、第２電極１４のいずれか一方が遮光性もしくは反射性の材質を用い、基板１１、第１電極１２、第１絶縁層１６をそれぞれ透光性の材料とすることで、基板１１側からの片面発光の発光素子を得ることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、発光層１３の上下に第１及び第２絶縁層１６，１７をそれぞれ有することで、１層の絶縁層を有する発光素子よりも、発光素子の絶縁耐圧をさらに向上することができる。これにより、発光素子の信頼性を向上すると共に、さらなる高電圧を発光素子に与えることが可能となり、高輝度の発光素子を得ることができる。

（実施の形態８）
図１２は、本発明の実施の形態８に係る発光素子１０ｅの発光面に垂直な断面図である。この発光素子１０ｅは、実施の形態１に係る発光素子と比較すると、図１２に示すように、第１電極１２と発光層１３との間に光変換層１８を設けた点で相違する。この光変換層１８によって発光層１３からの光を色変換して、発光色とは異なる色を取り出すことができる。

この光変換層１８は、発光層１３からの光を色変換する機能を有するものであれば特に制限はない。色変換層１８に含ませる色素や蛍光体としては発光粒子２０からの発光色を色変換するものであれば特に制限はない。例えば、発光粒子２０にＧａＩｎＮ構造の半導体を用い、発光粒子２０から青色の発光を得た場合、ＹＡＧ蛍光体を含む光変換層１８を用いることで発光素子からの発光色を擬似白色に変換することができる。また、色変換層１８に含ませる色素としては、アゾ系、アントラキノン系、アントラセン系、オキサジン系、オキサゾール系、キサンテン系、キナクリドン系、クマリン系、シアニン系、スチルベン系、ターフェニル系、チアゾール系、チオインジゴ系、ナフタルイミド系ピリジン系、ピレン系、ジ−およびトリフェニルメタン系、ブタジエン系、フタロシアニン系、フルオレン系、ペリレン系、等が挙げられ、好ましくはキサンテン系、シアニン系などを用いることができる。さらに、２種類以上の蛍光体および色素を含有させてもよい。

なお、この発光素子では、発光層１３とは別に色変換層１８を設けたが、これに限られず、例えば、発光層１３の中に発光粒子２０からの発光を色変換する色素もしくは蛍光体を含ませてもよい。ここで色素ならびに蛍光体は、上述の場合と同様に発光粒子２０からの発光色を色変換するものであれば特に制限はない。

なお、前述の各実施の形態は本発明における発光素子の一例を示したものであり、その構成は各実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、発光素子１０の各層の構成は、一対の電極１２，１４の間に発光層１３が配置される構成であれば発光が可能であり、誘電体層等が追加されてもよく、その構成は上記各実施の形態に限定されるものではない。

（実施の形態９）
本発明の実施の形態９に係る表示装置について、図１３を用いて説明する。図１３は、この表示装置５０の互いに直交する透明電極５１と対向電極５２とによって構成されるパッシブマトリクス表示装置５０を示す概略平面図である。この表示装置５０は、前記実施形態に係る発光素子が複数個、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透明電極５１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対向電極５２とを備える。さらに、この表示装置５０では、一対の透明電極５１と対向電極５２との間に外部交流電圧を印加して１つの発光素子を駆動し、発光を前面電極側から取り出す。この表示装置５０によれば、各画素の発光素子として前記発光素子が用いられている。これにより、安価な発光素子表示装置が得られる。

また、カラーの表示装置の場合、発光層をＲＧＢの各色蛍光体に色分けして成膜すればよい。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。なお、本実施の形態は、本発明における表示装置の一例を示したものであり、その構成は本実施の形態の構成に限定されるものではない。

本発明の発光素子は、発光層に発光粒子を用い、該発光粒子は核となる第１半導体部と、前記第１半導体部の少なくとも一部を被覆する第２半導体部を備える。これにより安価で信頼性の高い発光が可能となり、液晶パネル用バックライトや平面照明、フラットパネルディスプレイ用の発光素子として有用である。

本発明の実施の形態１に係る発光素子の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る発光素子における発光粒子の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る発光素子における別例の発光粒子の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る発光素子における発光粒子の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る発光素子における別例の発光粒子の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る発光素子における発光粒子の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る発光素子における別例の発光粒子の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る発光素子の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る発光素子の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態６に係る発光素子の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態７に係る発光素子の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態８に係る発光素子の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態９に係る表示装置の構成を示す概略図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ 発光素子、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ 発光粒子、１１ 基板、１２ 第１電極、１３ 発光層、１４ 第２電極、１５ 交流電源、１６、１７ 絶縁層、１８ 光変換層、２１ 第１半導体部、２２ 第２半導体部、２３ 第３半導体部、２４ 被覆部、３０ バインダ、５０ 表示装置、５１ 透明電極、５２ 対向電極

Claims (21)

1. 互いに対向する一対の電極と、
   前記一対の電極の間に挟持された、発光粒子を含む発光層と
   を備え、
   前記発光粒子は、第１半導体部と、前記第１半導体部の表面の少なくとも一部を被覆する第２半導体部とを含むことを特徴とする発光素子。
2. 前記発光粒子は、第１半導体部と、前記第１半導体部の実質的に全表面を被覆する第２半導体部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 互いに対向する一対の電極と、
   前記一対の電極の間に挟持された、発光粒子を含む発光層と
   を備え、
   前記発光粒子は、芯部の第１半導体部と、前記発光粒子の最外部の第２半導体部と、前記第１半導体部と前記第２半導体部との間に配置され、前記第１半導体部の実質的に全表面を被覆する第３半導体部とを有し、
   前記第３半導体部のバンドギャップエネルギーは、前記第１半導体部又は前記第２半導体部のいずれか一方のバンドギャップエネルギー又は両方のバンドギャップエネルギーよりも低いことを特徴とする発光素子。
4. 前記第２半導体部の電気抵抗値は、前記第１半導体部の電気抵抗値よりも高い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。
5. 前記発光層は、前記発光粒子がバインダに分散してい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。
6. 前記バインダの電気抵抗値は、前記第２半導体部の電気抵抗値よりも高いことを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
7. 前記第１半導体部と前記第２半導体部とは、互いに異なる伝導型の半導体構造を有す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。
8. 前記第１半導体部はｎ型半導体構造を有し、前記第２半導体部はｐ型半導体構造を有することを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
9. 前記第１半導体部はｐ型半導体構造を有し、前記第２半導体部はｎ型の半導体構造を有することを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
10. 前記第１半導体部及び前記第２半導体部は、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９のいずれか一項に記載の発光素子。
11. 前記第１半導体部および前記第２半導体部は、第１３族−第１５族化合物半導体又は第１２族−第１６族化合物半導体であることを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
12. 前記発光粒子は、最表面が保護層で被覆されてい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。
13. 前記保護層の電気抵抗値は、前記第２半導体部の電気抵抗値よりも高いことを特徴とする請求項１２に記載の発光素子。
14. 前記発光粒子から発光する色を変換する色変換手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の発光素子。
15. 前記色変換手段は、前記発光層に配置された色素もしくは蛍光体であることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
16. 前記色変換手段は、前記発光層の発光面に設けられた色変換層であることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
17. 前記一対の電極のいずれか一方もしくは両方と前記発光層との間に少なくとも一つの絶縁層を有することを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の発光素子。
18. 前記発光層と、前記一対の電極のそれぞれとの間に第１絶縁層及び第２絶縁層をさらに備え、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層によって前記発光層が挟持されることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の発光素子。
19. 前記一対の電極の間に交流電圧を印加して前記発光層を発光させることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の発光素子。
20. 前記一対の電極のうち少なくとも一方の電極を支持する基板をさらに備えることを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載の発光素子。
21. 請求項１から２０のいずれか一項に記載の複数の発光素子が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発光面に平行な第１方向に互いに並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。
    

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