JP2006332490A - Light emitting element and light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子及び発光装置に関し、より詳しくは、本発明は、ディスプレイやバックライト等の発光デバイスに適用可能であり、発光層に、量子井戸構造若しくは量子ドットと、希土類原子(希土類原子に由来したイオンを含む)とが含まれた発光素子、及び、係る発光素子を備えた表示装置に関する。 The present invention relates to a light-emitting element and a light-emitting device, and more particularly, the present invention can be applied to a light-emitting device such as a display or a backlight, and includes a quantum well structure or a quantum dot and a rare-earth atom (rare-earth atom) in a light-emitting layer. And a display device including the light-emitting element.
現在、発光ダイオードや半導体レーザ等の発光デバイスの多くは、主に、GaAs等のIII−V族やII−VI族の化合物半導体材料から作製されている。しかしながら、これらの発光デバイスの作製には、サファイヤ基板等の高価な基板が必要とされること、アルシン等のガスを使用するために作製プロセスが困難なこと、大型で高価な製造設備が必要な上に、ランニングコストも高いこと等の問題がある。 Currently, many light emitting devices such as light emitting diodes and semiconductor lasers are mainly made of III-V or II-VI group compound semiconductor materials such as GaAs. However, the production of these light emitting devices requires an expensive substrate such as a sapphire substrate, the production process is difficult due to the use of a gas such as arsine, and a large and expensive production facility. There are also problems such as high running costs.
一方、現在、トランジスタやメモリ装置を始めとする多くの半導体デバイスは、シリコンやシリコン化合物材料といったシリコン系材料から作製されている。シリコン資源は、豊富で、安価である上、環境負荷が小さい。特に、シリコン系材料を用いたLSIの高集積化は、1970年代以降、約30年の長期に亙り、個々のトランジスタの微細化を進めることで、着実に進歩している。そして、ギガビット級の集積度を有するDRAMが市場に登場している現在でも、将来の集積回路の更なる性能向上を達成するための開発が続けられている。このように、シリコン系材料は、微細化技術のノウハウが蓄積されている上、原料価格が安く、環境負荷の小さい、優秀な半導体デバイス材料であるが、バンド構造が間接遷移型であるため、発光し難く、発光デバイスとしての検討はこれまで余りなされていない。 On the other hand, many semiconductor devices such as transistors and memory devices are currently produced from silicon-based materials such as silicon and silicon compound materials. Silicon resources are abundant, inexpensive, and have a low environmental impact. In particular, the high integration of LSIs using silicon-based materials has been steadily progressing since the 1970s, with the progress of miniaturization of individual transistors over a long period of about 30 years. Even now, DRAMs having a gigabit degree of integration have appeared on the market, and developments for achieving further performance improvements of future integrated circuits are continuing. In this way, silicon-based material is an excellent semiconductor device material that has accumulated know-how for microfabrication technology, has a low raw material price, and has a low environmental impact, but because the band structure is an indirect transition type, Since it is difficult to emit light, there has not been much research as a light-emitting device.
このような中、間接遷移型のシリコン系材料において、直接遷移型のように、キャリアを効率良く光へ変換させるための様々な検討、提案が報告されるようになってきている。その1つに、キャリアの波動関数を局所化し、量子効果を用いる方法がある。この方法によれば、2次元量子井戸構造、1次元量子井戸構造(量子細線)、0次元量子井戸構造(量子ドット)等の量子井戸構造を用いることで、キャリアである電子やホールを微小領域に閉じ込めることができる。量子ドットにおいては、特に、電子やホールを0次元的に局在化させることでキャリアの状態密度をデルタ関数状態に近づけることができ、キャリア閉じ込め領域の大きさに応じたキャリアの波動関数の量子化が起こり、エネルギーが離散的な値をとるようになる。この閉じ込めの方法や、キャリア閉じ込め領域(量子ドット)の大きさを制御することで、バンド端発光再結合効率の向上が可能となる。 Under such circumstances, in the indirect transition type silicon-based material, various studies and proposals for efficiently converting carriers into light like the direct transition type have been reported. One method is to localize the carrier wave function and use the quantum effect. According to this method, by using a quantum well structure such as a two-dimensional quantum well structure, a one-dimensional quantum well structure (quantum wire), or a zero-dimensional quantum well structure (quantum dot), electrons and holes that are carriers are microscopic regions. Can be trapped in. In the quantum dot, in particular, the state density of carriers can be brought close to a delta function state by localizing electrons and holes in a zero-dimensional manner, and the quantum of the wave function of the carrier according to the size of the carrier confinement region. Occurs and energy takes discrete values. By controlling the confinement method and the size of the carrier confinement region (quantum dot), the band edge emission recombination efficiency can be improved.
実際に、III−V族化合物半導体材料での研究が進められており、新たな物性や従来の特性を上回る特性が、数多く分かってきている(例えば、福田達哉、館林潤、西岡政雄、荒川泰彦著、「InGaAs歪緩和層を用いたInAs/GaAs量子ドットの発光波長制御」第51回(2004年春季)応用物理学関係連合講演会28a−ZB−8,2004年 参照)。 In fact, research on III-V compound semiconductor materials is underway, and many new properties and properties that exceed conventional properties are known (for example, Tatsuya Fukuda, Jun Tatebayashi, Masao Nishioka, Yasuhiko Arakawa). "Refer to the 51st (Spring 2004) Applied Physics-related Joint Lecture 28a-ZB-8, 2004", "Control of emission wavelength of InAs / GaAs quantum dots using InGaAs strain relaxation layer".
シリコン系材料に関しては、Si、Ge、Si−Ge等の半導体材料から成る量子ドット(例えばナノクリスタル)の研究が行われている。これらの量子ドットを、SiOX等のバンドギャップの大きな絶縁体中に作り込み、レーザ等の光で励起すると、比較的強い発光が生じることが報告されている(例えば、國井洋、篠田浩一、佐藤慶介、平栗健二、岩瀬満雄、和泉富雄著、「アモルファスSiOx膜内のSi濃度とナノシリコンサイズの相関」第51回(2004年春季)応用物理学関係連合講演会28p−P6−3,2004年 参照)。また、電子デバイスとして電流注入により機能させる場合、ナノクリスタルをSiOX等のバンドギャップの大きな絶縁体中に作り込むことで、デバイスの低電圧駆動化が可能となることが報告されている。しかしながら、シリコン系材料を用いた発光デバイスの構造に関する研究や提案は、まだまだ少ない状況である。 With respect to silicon-based materials, research on quantum dots (for example, nanocrystals) made of semiconductor materials such as Si, Ge, and Si—Ge has been conducted. It has been reported that when these quantum dots are formed in an insulator having a large band gap such as SiO x and excited with light such as a laser, relatively strong light emission occurs (for example, Hiroshi Kunii, Koichi Shinoda, Keisuke Sato, Kenji Hiraguri, Mitseo Iwase, Tomio Izumi, “Correlation between Si concentration and nanosilicon size in amorphous SiO x film” 51st (Spring 2004) Joint Lecture on Applied Physics 28p-P6-3 (See 2004). In addition, when an electronic device is made to function by current injection, it has been reported that the device can be driven at a low voltage by forming a nanocrystal in an insulator having a large band gap such as SiO x . However, there are still few studies and proposals on the structure of light emitting devices using silicon-based materials.
また、従来から、半導体材料に添加された希土類原子は、殻内遷移による鋭い赤外光あるいは可視光を発光することが知られている(例えば、田代至男、小柳諭、相曽景一、田中完ニ、並木周著「高出力光アンプの開発」古河電工時報第104号p.59,1999年7月 参照)。こうした希土類原子の発光波長や半値幅は、半導体材料や温度に殆ど依存せず、一定の値を示すことが知られている。特に、希土類元素の中でエルビウム(Er)は1.55μmの発光波長を有し、この1.55μmの発光波長は光ファイバーの最小伝達損失波長であるため、エルビウム発光の光ファイバー通信への応用が期待されている。 Conventionally, rare earth atoms added to semiconductor materials are known to emit sharp infrared light or visible light due to intra-shell transitions (for example, Tatsuo Tashiro, Satoshi Koyanagi, Keiichi Aiso, Tanaka) (See Kanni, Shu Namiki, “Development of High-Power Optical Amplifiers”, Furukawa Electric Time Report No. 104, p. 59, July 1999). It is known that the emission wavelength and the half-value width of such rare earth atoms are almost independent of the semiconductor material and temperature and show a constant value. In particular, among rare earth elements, erbium (Er) has a light emission wavelength of 1.55 μm, and the light emission wavelength of 1.55 μm is the minimum transmission loss wavelength of an optical fiber. Therefore, application of erbium light emission to optical fiber communication is expected. Has been.
上述したように、半導体材料から成る量子ドットや希土類元素等の発光材料の研究は、報告されてきてはいるものの、発光素子として有効に機能させるための素子構造に関する研究や提案は、十分にされていないのが現状である。 As described above, although research on light-emitting materials such as quantum dots and rare earth elements made of semiconductor materials has been reported, research and proposals on device structures to function effectively as light-emitting devices have not been sufficient. The current situation is not.
また、表示装置においては、これまで主流であった陰極線管(CRT)に代わり、各種の平面型表示装置、例えば、液晶表示装置(LCD)やプラズマ表示装置(PDP)が商品化され、また、冷陰極電界電子放出表示装置(FED)や表面伝導型電子放出表示装置(Surface Conduction Electron Emitter Display,SED)、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)表示装置の研究、商品化が進められている。 In the display device, various flat display devices such as a liquid crystal display device (LCD) and a plasma display device (PDP) have been commercialized in place of the cathode ray tube (CRT) which has been the mainstream until now. Research and commercialization of cold cathode field emission display (FED), surface conduction electron emission display (SED), and organic electroluminescence (organic EL) display devices are in progress.
このように、平面型表示装置として様々な表示装置の製造、開発が行われているが、各々、性能、消費電力、製造コスト等に様々な問題を抱えている。 As described above, various display devices have been manufactured and developed as flat display devices, but each has various problems in performance, power consumption, manufacturing cost, and the like.
例えば、液晶表示装置(LCD)にあっては、棒状の液晶分子のねじれた並びを利用して光の向きを操作しているため、CRTに比べて視野角が狭く、明暗のムラや色ムラが生じ易いという問題がある。現在、イン・プレイン・スイッチング技術、バーチカル・アライメント技術、マルチドメイン技術や、これらの組み合わせ等により、視野角の狭さは改善されつつある。しかしながら、バックライトの光が吸収され易い構造であり、より高い発光強度のバックライトが必要とされ、消費電力が増加する傾向にあるといった問題が生じている。また、色深度(color depth)の問題がある。CRTの場合、蛍光体に衝突する電子の量をアナログ的に変化させることができるので、無限の色彩と明るさを表現することができる。一方、液晶表示装置の場合、液晶セルに印加する電圧を操作し、バックライトの光を通す量を段階的に調整しているため、微妙な色表現ができないという問題がある。更には、レスポンス速度が遅いという問題がある。CRTの場合、電子ビーム速度が速いため、レスポンスの問題は殆ど無いが、液晶表示装置の場合、液晶分子の実際の動きにより動画を表示しているため、タイムラグが生じてしまう。具体的には、パッシブマトリックス駆動の液晶表示装置の場合、レスポンスは150ミリ秒以上、動画表示に向いている標準的なアクティブマトリックス駆動の液晶表示装置の場合、レスポンスは40ミリ秒程度、現状、最もレスポンスの早いMVAの場合、25ミリ秒程度のタイムラグがある。また、消費電力については、CRTに比べて低いといったイメージがあるが、視野角やレスポンス等の改善による高機能化に伴い、光が吸収され易い構造に向かっており、現状、バックライトから発光される光の10%程度しか液晶表示装置の表面に取り出されておらず、消費電力が増加している。更には、製造工程が複雑なこと、基板に高コストのガラス基板を使用していること等により、CRTに比べて価格が高く、将来的にも安価にすることが困難であるという問題がある。 For example, in a liquid crystal display device (LCD), the direction of light is manipulated using a twisted arrangement of rod-like liquid crystal molecules, so that the viewing angle is narrower than that of a CRT, and light and dark unevenness and color unevenness. There is a problem that is likely to occur. At present, the narrowness of the viewing angle is being improved by in-plane switching technology, vertical alignment technology, multi-domain technology, and combinations thereof. However, it has a structure in which the light of the backlight is easily absorbed, a backlight having a higher light emission intensity is required, and there is a problem that power consumption tends to increase. There is also a problem of color depth. In the case of CRT, the amount of electrons that collide with the phosphor can be changed in an analog manner, so that infinite color and brightness can be expressed. On the other hand, in the case of a liquid crystal display device, the voltage applied to the liquid crystal cell is manipulated, and the amount of light transmitted through the backlight is adjusted stepwise, so that there is a problem that subtle color expression cannot be achieved. Furthermore, there is a problem that the response speed is slow. In the case of CRT, since the electron beam speed is high, there is almost no problem of response. However, in the case of a liquid crystal display device, a moving image is displayed by the actual movement of liquid crystal molecules, so a time lag occurs. Specifically, in the case of a liquid crystal display device driven by a passive matrix, the response is 150 milliseconds or more, and in the case of a standard active matrix drive liquid crystal display device suitable for moving image display, the response is about 40 milliseconds, In the case of MVA with the fastest response, there is a time lag of about 25 milliseconds. In addition, although there is an image that the power consumption is lower than that of CRT, with the improvement in functionality due to the improvement of viewing angle and response, etc., it is moving toward a structure that easily absorbs light and is currently emitted from the backlight. Only about 10% of the light is extracted on the surface of the liquid crystal display device, and power consumption is increasing. Furthermore, the manufacturing process is complicated, and a high-cost glass substrate is used for the substrate. Therefore, there is a problem that the price is higher than CRT and it is difficult to make it cheap in the future. .
また、将来が期待されている有機ELディスプレイだが、大型化を実現するためには、現在、多くの問題を抱えている。有機ELディスプレイの抱えている大きな問題の1つに、寿命の問題がある。発光素子を構成する発光層、正孔輸送層、電子輸送層等の有機分子や、電子を効率よく注入するための(即ち、電子注入障壁が低い)陰極材料であるマグネシウム合金やカルシウム等は、酸素や水分に弱く、酸素や水分と反応して、ディスプレイ上に暗点や滅点が生じると共に、輝度の低下が生じるという問題がある。このような問題は改善されてきてはいるものの、長寿命が求められる大型ディスプレイにとって、現状、十分な寿命ではなく、素子自身の改良や外部要因を遮断する技術の向上が求められている。 In addition, the organic EL display is expected in the future, but there are many problems at present in order to realize an increase in size. One of the major problems of organic EL displays is the problem of lifetime. Organic molecules such as a light emitting layer, a hole transport layer, and an electron transport layer constituting a light emitting element, and a magnesium alloy or calcium which is a cathode material for efficiently injecting electrons (that is, an electron injection barrier is low) There is a problem that it is weak against oxygen and moisture and reacts with oxygen and moisture to cause a dark spot and a dark spot on the display as well as a decrease in luminance. Although such problems have been improved, for large displays that require a long lifetime, the current situation is that the lifetime is not sufficient, and improvements to the elements themselves and technologies to block external factors are required.
量子ドット(ナノクリスタル)のみから構成された発光デバイスにおける発光波長は、通常、数十nm〜数百nmの大きな半値幅を示すことが知られており、半値幅を狭くし、且つ、発光強度を高くすることは、現在のところ困難である。 It is known that the emission wavelength in a light-emitting device composed only of quantum dots (nanocrystals) usually shows a large half-value width of several tens to several hundreds of nanometers. It is currently difficult to increase the value.
また、現状の各種の平面型表示装置は、上述したとおり、視野角が狭い、明暗のムラや色ムラが生じ易い、色深度に問題がある、レスポンス速度が遅い、製造コストが高い、小型化が困難である、長寿命化を図る必要がある、消費電力が大きいといった様々な問題点を有している。更には、発光素子を構成する発光層の占める面積を出来るだけ小さくし、平面型表示装置の高精細化を図りつつ、高輝度化を達成するといった点について、強い要望がある。 In addition, as described above, various current flat display devices have a narrow viewing angle, light and dark unevenness and color unevenness, a problem with color depth, a slow response speed, high manufacturing cost, and downsizing. However, there are various problems such as that it is difficult to extend the life, and that power consumption is large. Further, there is a strong demand for achieving high brightness while reducing the area occupied by the light emitting layer constituting the light emitting element as much as possible and achieving high definition of the flat display device.
従って、本発明の目的は、発光強度が大きく、占有面積を縮小化することが可能であり、しかも、半値幅の狭い発光波長を得ることが可能な発光素子、及び、係る発光素子を組み込み、上述した現状の各種の平面型表示装置の有する問題点を解消し得る発光装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to incorporate a light emitting element that has a large emission intensity, can occupy a small area, and can obtain an emission wavelength with a narrow half width, and such a light emitting element. An object of the present invention is to provide a light-emitting device that can solve the problems of the various flat panel display devices described above.
上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る発光素子は、
(A)基体上に形成され、頂面、及び、側壁を有する第1隔壁部、
(B)基体上に形成され、頂面、及び、第1隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第2隔壁部、
(C)第1隔壁部の側壁に形成された第1電極、
(D)第2隔壁部の側壁に形成された第2電極、並びに、
(E)基体上であって、第1電極と第2電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、第1電極と接する第1材料層、第2電極と接する第2材料層、及び、第1材料層と第2材料層とによって挟まれた量子井戸層から成り(即ち、該発光層は、第1電極と接する第1材料層、第2電極と接する第2材料層、及び、第1材料層と第2材料層とによって挟まれた量子井戸層が、水平方向に積層された構造を有し)、
第1材料層及び第2材料層の少なくとも一方の層には、希土類原子が含まれていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a light emitting device according to the first aspect of the present invention comprises:
(A) a first partition wall formed on the substrate and having a top surface and side walls;
(B) a second partition wall formed on the substrate and having a top surface and a side wall facing the side wall of the first partition wall;
(C) a first electrode formed on the side wall of the first partition wall,
(D) a second electrode formed on the side wall of the second partition wall, and
(E) a light emitting layer formed on the substrate and formed between the first electrode and the second electrode;
With
The light emitting layer includes a first material layer in contact with the first electrode, a second material layer in contact with the second electrode, and a quantum well layer sandwiched between the first material layer and the second material layer (that is, the The light emitting layer is formed by laminating a first material layer in contact with the first electrode, a second material layer in contact with the second electrode, and a quantum well layer sandwiched between the first material layer and the second material layer in the horizontal direction. Structure)
A rare earth atom is contained in at least one of the first material layer and the second material layer.
上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る発光装置は、
(A)基体上に形成され、頂面、及び、側壁を有する第1隔壁部、
(B)基体上に形成され、頂面、及び、第1隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第2隔壁部、
(C)第1隔壁部の側壁に形成された第1電極、
(D)第2隔壁部の側壁に形成された第2電極、並びに、
(E)基体上であって、第1電極と第2電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、第1電極と接する第1材料層、第2電極と接する第2材料層、及び、第1材料層と第2材料層とによって挟まれた量子井戸層から成り(即ち、該発光層は、第1電極と接する第1材料層、第2電極と接する第2材料層、及び、第1材料層と第2材料層とによって挟まれた量子井戸層が、水平方向に積層された構造を有し)、
第1材料層及び第2材料層の少なくとも一方の層には、希土類原子が含まれている発光素子を、複数、備えていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a light-emitting device according to the first aspect of the present invention includes:
(A) a first partition wall formed on the substrate and having a top surface and side walls;
(B) a second partition wall formed on the substrate and having a top surface and a side wall facing the side wall of the first partition wall;
(C) a first electrode formed on the side wall of the first partition wall,
(D) a second electrode formed on the side wall of the second partition wall, and
(E) a light emitting layer formed on the substrate and formed between the first electrode and the second electrode;
With
The light emitting layer includes a first material layer in contact with the first electrode, a second material layer in contact with the second electrode, and a quantum well layer sandwiched between the first material layer and the second material layer (that is, the The light emitting layer includes a first material layer in contact with the first electrode, a second material layer in contact with the second electrode, and a quantum well layer sandwiched between the first material layer and the second material layer, which are stacked in the horizontal direction. Structure)
At least one of the first material layer and the second material layer is provided with a plurality of light-emitting elements containing rare earth atoms.
上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る発光素子は、
(A)基体上に形成され、頂面、及び、側壁を有する第1隔壁部、
(B)基体上に形成され、頂面、及び、第1隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第2隔壁部、
(C)第1隔壁部の側壁に形成された第1電極、
(D)第2隔壁部の側壁に形成された第2電極、並びに、
(E)基体上であって、第1電極と第2電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、量子ドット、並びに、該量子ドットの表面に付着し、及び/又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成ることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a light emitting device according to the second aspect of the present invention comprises:
(A) a first partition wall formed on the substrate and having a top surface and side walls;
(B) a second partition wall formed on the substrate and having a top surface and a side wall facing the side wall of the first partition wall;
(C) a first electrode formed on the side wall of the first partition wall,
(D) a second electrode formed on the side wall of the second partition wall, and
(E) a light emitting layer formed on the substrate and formed between the first electrode and the second electrode;
With
The light emitting layer is characterized by comprising quantum dots and rare earth atoms attached to the surface of the quantum dots and / or contained in the quantum dots.
上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る発光装置は、
(A)基体上に形成され、頂面、及び、側壁を有する第1隔壁部、
(B)基体上に形成され、頂面、及び、第1隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第2隔壁部、
(C)第1隔壁部の側壁に形成された第1電極、
(D)第2隔壁部の側壁に形成された第2電極、並びに、
(E)基体上であって、第1電極と第2電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、量子ドット、並びに、該量子ドットの表面に付着し、及び/又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成る発光素子を、複数、備えていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a light emitting device according to a second aspect of the present invention includes:
(A) a first partition wall formed on the substrate and having a top surface and side walls;
(B) a second partition wall formed on the substrate and having a top surface and a side wall facing the side wall of the first partition wall;
(C) a first electrode formed on the side wall of the first partition wall,
(D) a second electrode formed on the side wall of the second partition wall, and
(E) a light emitting layer formed on the substrate and formed between the first electrode and the second electrode;
With
The light-emitting layer includes a plurality of light-emitting elements composed of quantum dots and rare earth atoms attached to the surface of the quantum dots and / or contained in the quantum dots. .
本発明の第1の態様に係る発光素子あるいは本発明の第1の態様に係る発光装置(以下、これらを総称して、本発明の第1の態様と呼ぶ場合がある)における量子井戸層とは、2次元量子井戸(所謂量子井戸)を含む層、1次元量子井戸(所謂量子細線)を含む層、及び、0次元量子井戸(所謂量子ドットあるいはナノクリスタル)を含む層を意味する。量子井戸層の厚さは、5×10-10m(原子1個分程度の厚さ)乃至1×10-8m、好ましくは、5×10-10m乃至5×10-9mであることが、発光効率を向上させるといった観点から望ましい。 A quantum well layer in the light-emitting element according to the first aspect of the present invention or the light-emitting device according to the first aspect of the present invention (hereinafter, these may be collectively referred to as the first aspect of the present invention); Means a layer containing a two-dimensional quantum well (so-called quantum well), a layer containing a one-dimensional quantum well (so-called quantum wire), and a layer containing a zero-dimensional quantum well (so-called quantum dot or nanocrystal). The thickness of the quantum well layer is 5 × 10 −10 m (thickness of about one atom) to 1 × 10 −8 m, preferably 5 × 10 −10 m to 5 × 10 −9 m. This is desirable from the viewpoint of improving luminous efficiency.
本発明の第1の態様において、発光層は、第1電極と接する第1材料層、第2電極と接する第2材料層、及び、第1材料層と第2材料層とによって挟まれた量子井戸層から成る。即ち、発光層は、第1材料層、量子井戸層、及び、第2材料層が水平方向(基体表面と略平行な方向であり、以下においても同様の意味で用いる)に積層された構造を有するが、このような構造には、量子井戸層が、第1材料層及び/又は第2材料層中に水平方向に沿ってランダムに分散されている構造も包含されるし、第1材料層、量子井戸層、第2材料層が幾重にも水平方向に積層された構造も包含されるし、量子井戸層が、第1材料層と第2材料層の境界領域に島状に形成されている構造も包含される。第1材料層、量子井戸層、第2材料層が水平方向に幾重にも積層された構造にあっては、量子井戸層近傍の第1材料層及び第2材料層の少なくとも一方の層の領域に含まれる希土類原子は、同種であってもよいし、異種であってもよい。また、第1材料層及び第2材料層の両方に希土類原子を含む構成においては、第1材料層に含まれる希土類原子と、第2材料層に含まれる希土類原子とを、同種の希土類原子としてもよいし、異種の希土類原子としてもよい。 In the first aspect of the present invention, the light emitting layer includes a first material layer in contact with the first electrode, a second material layer in contact with the second electrode, and a quantum sandwiched between the first material layer and the second material layer. It consists of a well layer. That is, the light emitting layer has a structure in which the first material layer, the quantum well layer, and the second material layer are stacked in a horizontal direction (a direction substantially parallel to the surface of the substrate, which will be used in the same meaning hereinafter). However, such a structure includes a structure in which the quantum well layer is randomly dispersed in the first material layer and / or the second material layer along the horizontal direction. In addition, a structure in which the quantum well layer and the second material layer are stacked in a horizontal direction is included, and the quantum well layer is formed in an island shape in a boundary region between the first material layer and the second material layer. Also included are structures. In the structure in which the first material layer, the quantum well layer, and the second material layer are stacked in the horizontal direction, the region of at least one of the first material layer and the second material layer in the vicinity of the quantum well layer The rare earth atoms contained in may be the same or different. Further, in the configuration in which both the first material layer and the second material layer contain rare earth atoms, the rare earth atoms contained in the first material layer and the rare earth atoms contained in the second material layer are the same kind of rare earth atoms. Alternatively, different rare earth atoms may be used.
一方、本発明の第2の態様に係る発光素子あるいは本発明の第2の態様に係る発光装置(以下、これらを総称して、本発明の第2の態様と呼ぶ場合がある)にあっては、発光層は1層であってもよいし、水平方向に積層された複数層の積層構造を有していてもよく、後者の場合、異なる希土類原子を含む発光層が水平方向に積層された構造とすることもできる。また、発光層は、量子ドット、並びに、量子ドットの表面に付着し、及び/又は、量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成るが、具体的には、希土類原子は、量子ドットの表面に付着した形態であり、あるいは又、量子ドットの内部に含まれた(拡散した)形態であり、あるいは又、量子ドットの表面に付着し、且つ、量子ドットの内部に含まれた形態である。 On the other hand, in the light emitting element according to the second aspect of the present invention or the light emitting device according to the second aspect of the present invention (hereinafter, these may be collectively referred to as the second aspect of the present invention). The light emitting layer may be a single layer or may have a multi-layered structure laminated in the horizontal direction. In the latter case, light emitting layers containing different rare earth atoms are laminated in the horizontal direction. It can also be made into a structure. In addition, the light emitting layer is composed of quantum dots and rare earth atoms attached to and / or contained inside the quantum dots. Specifically, the rare earth atoms are the surface of the quantum dots. Or attached to the inside of the quantum dot (diffused), or attached to the surface of the quantum dot and contained within the quantum dot. .
本発明の第1の態様にあっては、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から、フェルスター機構(Foerster機構)によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から1×10-8mの範囲内に位置することが好ましい。あるいは又、本発明の第1の態様にあっては、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から、デクスター機構(Dexter機構、交換機構とも呼ばれる)によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から1×10-9mの範囲内に位置することが好ましい。あるいは又、本発明の第1の態様にあっては、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から、フォトンを介したエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する構成とすることができる。 In the first aspect of the present invention, in the layer containing rare earth atoms, the horizontal concentration peak of the rare earth atoms is caused by the Forster mechanism (Foerster mechanism) from the interface between the layer and the quantum well layer. In this case, in a layer containing rare earth atoms, the concentration peak of the rare earth atoms in the horizontal direction is 1 × from the interface between the layer and the quantum well layer. It is preferably located within the range of 10 −8 m. Alternatively, in the first aspect of the present invention, in the layer containing rare earth atoms, the horizontal concentration peak of the rare earth atoms is caused by the Dexter mechanism (Dexter mechanism) from the interface between the layer and the quantum well layer. In this case, in a layer containing rare earth atoms, the horizontal concentration peak of the rare earth atoms is It is preferably located within a range of 1 × 10 −9 m from the interface of the well layer. Alternatively, in the first aspect of the present invention, in the layer containing rare earth atoms, the concentration peak of the rare earth atoms in the horizontal direction is energy from the interface between the layer and the quantum well layer via photons. It can be set as the structure located in the range where a transition occurs.
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第1の態様にあっては、量子井戸層は、シリコン、ゲルマニウム、若しくは、シリコン−ゲルマニウムから成る構成とすることができるし、あるいは又、シリコン系酸化物(SiOX,0<X≦2)から成る構成とすることができるし、更には、SiNといったシリコン系窒化物から成る構成とすることもできるし、これらの材料の混合物から成る構成とすることもできる。量子井戸層をシリコン、ゲルマニウム、若しくは、シリコン−ゲルマニウムから成る構成とする場合、量子井戸それ自体(即ち、所謂量子井戸、所謂量子細線、所謂量子ドットあるいはナノクリスタルであり、以下の説明においても同様である)はシリコン、ゲルマニウム、若しくは、シリコン−ゲルマニウムから成り、しかも、量子井戸それ自体が、例えば、シリコン系酸化物(SiOX,0<X≦2)によって取り囲まれた構造となる。また、量子井戸層をシリコン系酸化物から成る構成とする場合、量子井戸それ自体はシリコン系酸化物から成り、しかも、量子井戸それ自体が、例えば、より酸素含有量の多いシリコン系酸化物(SiOX,0<X≦2)によって取り囲まれた構造となる。更には、量子井戸層をシリコン系窒化物から成る構成とする場合、量子井戸それ自体はシリコン系窒化物から成り、しかも、量子井戸それ自体が、例えば、シリコン系酸化物(SiOX,0<X≦2)によって取り囲まれた構造となる。 Furthermore, in the first aspect of the present invention including the various preferable modes described above, the quantum well layer can be composed of silicon, germanium, or silicon-germanium, or In addition, the structure may be composed of a silicon-based oxide (SiO x , 0 <X ≦ 2), or may be composed of a silicon-based nitride such as SiN, or a mixture of these materials. It can also be set as the structure which consists of. When the quantum well layer is composed of silicon, germanium, or silicon-germanium, the quantum well itself (that is, a so-called quantum well, a so-called quantum wire, a so-called quantum dot, or a nanocrystal; the same applies to the following description. Is made of silicon, germanium, or silicon-germanium, and the quantum well itself has a structure surrounded by, for example, a silicon-based oxide (SiO x , 0 <X ≦ 2). Further, when the quantum well layer is composed of a silicon-based oxide, the quantum well itself is composed of a silicon-based oxide, and the quantum well itself is, for example, a silicon-based oxide having a higher oxygen content ( The structure is surrounded by SiO x , 0 <X ≦ 2). Further, when the quantum well layer is made of silicon nitride, the quantum well itself is made of silicon nitride, and the quantum well itself is made of, for example, silicon oxide (SiO x , 0 < The structure is surrounded by X ≦ 2).
また、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第1の態様にあっては、希土類原子が含まれている層はシリコンを主成分とする構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層はシリコン系酸化物から成ることが好ましい。 In the first aspect of the present invention including the various preferred embodiments described above, the layer containing rare earth atoms can be composed mainly of silicon. The layer containing atoms is preferably made of a silicon-based oxide.
一方、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第2の態様にあっては、量子ドットはシリコンから成ることが好ましい。 On the other hand, in the second aspect of the present invention including the various preferable modes described above, the quantum dots are preferably made of silicon.
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第1の態様に係る発光素子、本発明の第1の態様に係る発光装置、本発明の第2の態様に係る発光素子、本発明の第2の態様に係る発光装置(以下、これらを総称して、本発明と呼ぶ場合がある)にあっては、発光素子を、エレクトロルミネッセンス素子、より具体的には、電流注入型エレクトロルミネッセンス素子(電極から発光層に電荷担体が直接流入して発光するエレクトロルミネッセンス素子)あるいは真性エレクトロルミネッセンス素子(誘電体中の発光層を強い外部電場によって励起して発光させるエレクトロルミネッセンス素子)とすることができる。即ち、本発明の発光装置は、エレクトロルミネッセンス表示装置、より具体的には、電流注入型エレクトロルミネッセンス表示装置あるいは真性エレクトロルミネッセンス表示装置に相当する。 The light-emitting element according to the first aspect of the present invention including the various preferred embodiments described above, the light-emitting device according to the first aspect of the present invention, the light-emitting element according to the second aspect of the present invention, the first of the present invention In the light emitting device according to the second aspect (hereinafter, these may be collectively referred to as the present invention), the light emitting element is an electroluminescent element, more specifically, a current injection type electroluminescent element ( An electroluminescence element that emits light by directly flowing charge carriers from the electrode to the light-emitting layer) or an intrinsic electroluminescence element (an electroluminescence element that emits light by exciting the light-emitting layer in the dielectric with a strong external electric field). That is, the light emitting device of the present invention corresponds to an electroluminescence display device, more specifically, a current injection type electroluminescence display device or an intrinsic electroluminescence display device.
更には、本発明の発光装置は、上述した各種表示装置だけでなく、バックライト(例えば、液晶表示装置に用いられる)を含む照明装置に適用することができる。 Furthermore, the light-emitting device of the present invention can be applied not only to the various display devices described above but also to a lighting device including a backlight (for example, used for a liquid crystal display device).
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明にあっては、希土類原子として、少なくともユーロビウム(Eu)を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともプラセオジウム(Pr)を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともエルビウム(Er)を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともテルビウム(Tb)を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともセリウム(Ce)を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともツリウム(Tm)を含む構成とすることができる。以下の表1に、希土類原子に由来したイオンと発光素子の発光波長の関係を示す。尚、本発明における希土類原子には、希土類原子に由来したイオンが包含される。 In the present invention including the various preferred embodiments described above, at least eurobium (Eu) is included as the rare earth atom, or at least praseodymium (Pr) is included as the rare earth atom, or alternatively, as the rare earth atom. At least terbium (Tb) as a rare earth atom, or at least cerium (Ce) as a rare earth atom, or at least thulium (Tm) as a rare earth atom. ). Table 1 below shows the relationship between ions derived from rare earth atoms and the emission wavelength of the light-emitting element. In the present invention, the rare earth atom includes ions derived from the rare earth atom.
[表1]
希土類原子に由来したイオン 発光素子の発光波長
Pr3+ 635nm(赤色)
Eu3+ 615nm(赤色)
Pr3+ 605nm(赤色)
Er3+ 570nm(橙色)
Tb3+ 545nm(緑色)
Ce3+ 530nm(青色)
Tm3+ 450nm(青色)
[Table 1]
Ion derived from rare earth atoms Light emission wavelength Pr 3+ 635 nm (red)
Eu 3+ 615nm (red)
Pr 3+ 605nm (red)
Er 3+ 570nm (orange)
Tb 3+ 545nm (green)
Ce 3+ 530nm (blue)
Tm 3+ 450nm (blue)
尚、希土類元素は、原子番号21のスカンジウム(Sc)、原子番号39のイットリウム(Y)、並びに、原子番号57のランタン(La)から原子番号71のルテチウム(Lu)までの15種類の4f軌道遷移系列元素群であり、周期律表のIIIB族に属するため、一般に3価が安定である。このうち、Ce3+(セリウム:原子番号58)からYb3+(イッテルビウム:原子番号70)までの13種類の希土類原子は、1個から13個の4f電子を有し、電子配置の相違に基づく多様なエネルギー準位を形成する。異なるエネルギー準位間の電子遷移エネルギーは、紫外光、可視光、赤外光に相当するので、多くの希土類原子は、これらの波長で光の吸収、発光を起こす。即ち、希土類原子として、少なくとも、「4f電子」を有する、原子番号58のセリウム(Ce)〜原子番号70のイッテルビウム(Yb)を用いることができるし、また、原子番号21のスカンジウム(Sc)、原子番号39のイットリウム(Y)を用いることもできる。
The rare earth elements are 15 kinds of 4f orbits from scandium (Sc) with
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係る発光装置にあっては、赤色に相当する第1の波長λ1の光を発光する第1の発光素子、緑色に相当する第2の波長λ2の光を発光する第2の発光素子、及び、青色に相当する第3の波長λ3の光を発光する第3の発光素子の3種類の発光素子によって、1つの発光素子ユニットが構成され、複数の発光素子ユニットを備えている構成とすることができる。あるいは又、赤色に相当する第1の波長λ1の光を発光する第1の発光素子、緑色に相当する第2の波長λ2の光を発光する第2の発光素子、青色に相当する第3の波長λ3の光を発光する第3の発光素子、及び、それ以外の色に相当する第4の波長λ4の光を発光する第4の発光素子の4種類の発光素子によって、1つの発光素子ユニットが構成され、複数の発光素子ユニットを備えている構成とすることができる。尚、1つの発光素子ユニットを5種類以上の発光素子によって構成してもよい。ここで、これらの場合、3種類(あるいは4種類)の発光素子の配列として、デルタ配列、ストライプ配列、ダイアゴナル配列、レクタングル配列を挙げることができる。即ち、直線状に配列された発光素子の1列は、全てが赤色発光素子で占められた列、緑色発光素子で占められた列、青色発光素子で占められた列(及び、第4の発光素子で占められた列)から構成されていてもよいし、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子(及び、第4の発光素子)が順に配置された列から構成されていてもよい。通常、1画素(1ピクセル)は、1つの赤色発光素子、1つの緑色発光素子、1つの青色発光素子(及び、1つの第4の発光素子)の集合から構成され、1サブピクセルは、1つの素子(1つの赤色発光素子、あるいは、1つの緑色発光素子、1つの青色発光素子、あるいは、1つの第4の発光素子)から構成される。 In the light emitting device according to the first aspect or the second aspect of the present invention including the various preferred embodiments described above, the first light emission that emits light of the first wavelength λ 1 corresponding to red. Three types of light emission: an element, a second light emitting element that emits light of a second wavelength λ 2 corresponding to green, and a third light emitting element that emits light of a third wavelength λ 3 corresponding to blue One light emitting element unit is constituted by the element, and a plurality of light emitting element units can be provided. Alternatively, a first light emitting element that emits light having a first wavelength λ 1 corresponding to red, a second light emitting element that emits light having a second wavelength λ 2 corresponding to green, and a first light emitting element corresponding to blue. 4 types of light emitting elements, that is, a third light emitting element that emits light of a wavelength λ 3 of 3 and a fourth light emitting element that emits light of a fourth wavelength λ 4 corresponding to other colors, One light emitting element unit is configured, and a plurality of light emitting element units can be provided. In addition, you may comprise one light emitting element unit by five or more types of light emitting elements. In these cases, examples of the arrangement of the three types (or four types) of light emitting elements include a delta arrangement, a stripe arrangement, a diagonal arrangement, and a rectangle arrangement. That is, one row of the light emitting elements arranged in a straight line includes a row occupied by all red light emitting elements, a row occupied by green light emitting elements, and a row occupied by blue light emitting elements (and fourth light emitting elements). Columns occupied by elements), or a column in which red light emitting elements, green light emitting elements, and blue light emitting elements (and fourth light emitting elements) are sequentially arranged. Usually, one pixel (one pixel) is composed of a set of one red light emitting element, one green light emitting element, and one blue light emitting element (and one fourth light emitting element). It is composed of two elements (one red light emitting element, one green light emitting element, one blue light emitting element, or one fourth light emitting element).
本発明において、基体として、シリコン半導体基板を例示することができるが、このような基板に限定するものではなく、その他、表面に絶縁膜が形成された半導体基板、GaAs基板、GaN基板、半絶縁性基板、表面に絶縁膜が形成された半絶縁性基板、絶縁性基板、表面に絶縁膜が形成された絶縁性基板、石英基板、表面に絶縁膜が形成された石英基板、ガラス基板、表面に絶縁膜が形成されたガラス基板を挙げることができるし、発光素子を作り込む対象によっては、絶縁層や層間絶縁層、封止層が基体に相当する場合もある。ここで、ガラス基板として、高歪点ガラス、ソーダガラス(Na2O・CaO・SiO2)、硼珪酸ガラス(Na2O・B2O3・SiO2)、フォルステライト(2MgO・SiO2)、鉛ガラス(Na2O・PbO・SiO2)を例示することができる。絶縁層や層間絶縁層として、SiO2、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、SiON、SOG(スピンオングラス)、低融点ガラス、ガラスペーストといったSiO2系材料;SiN系材料;ポリイミド等の絶縁性樹脂を、単独あるいは適宜組み合わせて使用することができる。絶縁層や層間絶縁層の形成には、化学的気相成長法(CVD法)、塗布法、スパッタリング法、スクリーン印刷法等の公知のプロセスが利用できる。 In the present invention, a silicon semiconductor substrate can be exemplified as the substrate. However, the substrate is not limited to such a substrate, and other semiconductor substrates having a surface formed with an insulating film, GaAs substrate, GaN substrate, semi-insulating Substrate, semi-insulating substrate with insulating film formed on the surface, insulating substrate, insulating substrate with insulating film formed on the surface, quartz substrate, quartz substrate with insulating film formed on the surface, glass substrate, surface A glass substrate on which an insulating film is formed can be given, and depending on the target in which the light-emitting element is formed, the insulating layer, the interlayer insulating layer, and the sealing layer may correspond to the substrate. Here, as a glass substrate, high strain point glass, soda glass (Na 2 O · CaO · SiO 2 ), borosilicate glass (Na 2 O · B 2 O 3 · SiO 2 ), forsterite (2MgO · SiO 2 ) Lead glass (Na 2 O · PbO · SiO 2 ) can be exemplified. As the insulating layer and the interlayer insulating layer, SiO 2, BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, SiON, SOG ( spin on glass), low-melting glass, SiO 2 based materials such glass paste; SiN-based materials; insulation, such as polyimide Resins can be used alone or in appropriate combination. For forming the insulating layer or the interlayer insulating layer, a known process such as a chemical vapor deposition method (CVD method), a coating method, a sputtering method, or a screen printing method can be used.
第1電極、第2電極を構成する材料として、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、鉄(Fe)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)等の遷移金属を含む各種の金属;これらの金属元素を含む合金(例えばMoW)あるいは化合物(例えばTiN等の窒化物や、WSi2、MoSi2、TiSi2、TaSi2等のシリサイド);シリコン(Si)等の半導体;ダイヤモンド等の炭素薄膜;ITO(酸化インジウム−錫)、酸化インジウム、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物を例示することができる。第1電極、第2電極の形成方法として、例えば、電子ビーム蒸着法や熱フィラメント蒸着法といった蒸着法、スパッタリング法、レーザアブレーション法、イオンプレーティング法に代表される物理的気相成長法(PVD法);これらのPVD法とエッチング法との組合せ;CVD法とエッチング法との組合せ;スクリーン印刷法;メッキ法(電気メッキ法や無電解メッキ法);リフトオフ法;ゾル−ゲル法等を挙げることができる。 As materials constituting the first electrode and the second electrode, chromium (Cr), aluminum (Al), tungsten (W), niobium (Nb), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), copper (Cu), gold ( Various transition metals including transition metals such as Au), silver (Ag), titanium (Ti), nickel (Ni), cobalt (Co), zirconium (Zr), iron (Fe), platinum (Pt), zinc (Zn) Metals: Alloys (for example, MoW) or compounds (for example, nitrides such as TiN, silicides such as WSi 2 , MoSi 2 , TiSi 2 , TaSi 2 ), semiconductors such as silicon (Si), diamond, etc. Examples of the carbon thin film include: conductive metal oxides such as ITO (indium oxide-tin), indium oxide, and zinc oxide. As a method for forming the first electrode and the second electrode, for example, a vapor deposition method such as an electron beam vapor deposition method or a hot filament vapor deposition method, a physical vapor deposition method (PVD) represented by a sputtering method, a laser ablation method, or an ion plating method. Method); Combination of PVD method and etching method; Combination of CVD method and etching method; Screen printing method; Plating method (electroplating method and electroless plating method); Lift-off method; Sol-gel method be able to.
第1隔壁部と第2隔壁部とは、それぞれが平行に帯状に延びる構成とすることができる。そして、この場合、隣接する発光素子にあっては、或る発光素子を構成する第1隔壁部が、この発光素子と隣接する発光素子を構成する第1隔壁部に相当する場合もあるし、この発光素子と隣接する発光素子を構成する第2隔壁部に相当する場合もある。あるいは又、第1隔壁部と第2隔壁部との組合せによって格子状の隔壁部が形成される構成とすることもできる。そして、この場合にも、隣接する発光素子にあっては、或る発光素子を構成する第1隔壁部が、この発光素子と隣接する発光素子を構成する第1隔壁部に相当する場合もあるし、この発光素子と隣接する発光素子を構成する第2隔壁部に相当する場合もある。更には、この場合には、第1隔壁部と第2隔壁部は、第3隔壁部及び第4隔壁部で結ばれており、格子状の隔壁部が形成される。 Each of the first partition wall portion and the second partition wall portion can be configured to extend in a strip shape in parallel. In this case, in the adjacent light emitting element, the first partition part constituting a certain light emitting element may correspond to the first partition part constituting the light emitting element adjacent to the light emitting element. In some cases, the light emitting element may correspond to a second partition wall constituting a light emitting element adjacent to the light emitting element. Or it can also be set as the structure by which a grid | lattice-like partition part is formed by the combination of a 1st partition part and a 2nd partition part. In this case as well, in the adjacent light emitting element, the first partition part constituting a certain light emitting element may correspond to the first partition part constituting the light emitting element adjacent to the light emitting element. And it may correspond to the 2nd partition part which comprises the light emitting element adjacent to this light emitting element. Furthermore, in this case, the first partition wall portion and the second partition wall portion are connected by the third partition wall portion and the fourth partition wall portion, thereby forming a lattice-shaped partition wall portion.
第1隔壁部と第2隔壁部との組合せによって格子状の隔壁部が形成される場合、係る格子状の隔壁部(第1隔壁部、第2隔壁部、第3隔壁部及び第4隔壁部の集合体)における発光層を取り囲む部分の平面形状(隔壁部側面の射影像の内側輪郭線に相当し、一種の開口領域である)として、矩形形状、円形形状、楕円形状、長円形状、三角形形状、五角形以上の多角形形状、丸みを帯びた三角形形状、丸みを帯びた矩形形状、丸みを帯びた多角形等を例示することができる。これらの平面形状(開口領域の平面形状)が2次元マトリックス状に配列されることにより、格子状の隔壁部が形成される。この2次元マトリックス状の配列は、例えば井桁様に配列されるものでもよいし、千鳥様に配列されるものでもよい。 When a lattice-shaped partition wall portion is formed by a combination of the first partition wall portion and the second partition wall portion, the lattice-shaped partition wall portions (first partition wall portion, second partition wall portion, third partition wall portion, and fourth partition wall portion) As a planar shape (corresponding to the inner contour line of the projected image of the partition wall side surface, which is a kind of opening region), rectangular shape, circular shape, elliptical shape, oval shape, Examples include a triangular shape, a pentagonal or higher polygonal shape, a rounded triangular shape, a rounded rectangular shape, and a rounded polygon. By arranging these planar shapes (planar shapes of the opening regions) in a two-dimensional matrix, a lattice-shaped partition wall portion is formed. This two-dimensional matrix-like arrangement may be arranged, for example, like a cross or like a zigzag.
第1隔壁部及び第2隔壁部を構成する材料(隔壁部形成用材料)として、例えば、感光性ポリイミド樹脂や、酸化コバルト等の金属酸化物により黒色に着色した鉛ガラス、低融点ガラスペースト、SiO2、SiNを例示することができる。隔壁部の表面(頂面及び側面)には、隔壁部からガスが放出されることを防止するための層(例えば、SiNから成る)を形成してもよい。 As a material constituting the first partition wall portion and the second partition wall portion (partition wall portion forming material), for example, photosensitive polyimide resin, lead glass colored in black with a metal oxide such as cobalt oxide, a low melting glass paste, Examples thereof include SiO 2 and SiN. A layer (for example, made of SiN) for preventing gas from being released from the partition wall may be formed on the surface (top surface and side surface) of the partition wall.
隔壁部の形成方法として、使用する隔壁部形成用材料にも依るが、スクリーン印刷法、ドライフィルム法、感光法、キャスティング法、サンドブラスト形成法、PVD法とエッチング法との組合せ、CVD法とエッチング法との組合せを例示することができる。ここで、スクリーン印刷法とは、隔壁部を形成すべき部分に対応するスクリーンの部分に開口が形成されており、スクリーン上の隔壁部形成用材料をスキージを用いて開口を通過させ、基体上に隔壁部形成用材料層を形成した後、係る隔壁部形成用材料層を焼成する方法である。ドライフィルム法とは、基体上に感光性フィルムをラミネートし、露光及び現像によって隔壁部形成予定部位の感光性フィルムを除去し、除去によって生じた開口に隔壁部形成用材料を埋め込み、焼成する方法である。感光性フィルムは焼成によって燃焼、除去され、開口に埋め込まれた隔壁部形成用材料が残り、隔壁部となる。感光法とは、基体上に感光性を有する隔壁部形成用材料層を形成し、露光及び現像によってこの隔壁部形成用材料層をパターニングした後、焼成(硬化)を行う方法である。キャスティング法(型押し成形法)とは、ペースト状とした有機材料あるいは無機材料から成る隔壁部形成用材料層を型(キャスト)から基体上に押し出すことで隔壁部形成用材料層を形成した後、係る隔壁部形成用材料層を焼成する方法である。サンドブラスト形成法とは、例えば、スクリーン印刷やメタルマスク印刷法、ロールコーター、ドクターブレード、ノズル吐出式コーター等を用いて隔壁部形成用材料層を基体上に形成し、乾燥させた後、隔壁部を形成すべき隔壁部形成用材料層の部分をマスク層で被覆し、次いで、露出した隔壁部形成用材料層の部分をサンドブラスト法によって除去する方法である。隔壁部を形成した後、隔壁部を研磨し、隔壁部頂面の平坦化を図ってもよい。 Depending on the partition wall forming material used, the partition wall forming method depends on the screen printing method, dry film method, photosensitive method, casting method, sandblasting method, combination of PVD method and etching method, CVD method and etching method. Combinations with the law can be illustrated. Here, in the screen printing method, an opening is formed in a portion of the screen corresponding to a portion where the partition wall portion is to be formed, and the partition wall forming material on the screen is passed through the opening using a squeegee, and the substrate After the partition wall portion forming material layer is formed, the partition wall portion forming material layer is baked. The dry film method is a method of laminating a photosensitive film on a substrate, removing the photosensitive film at the part where the partition part is to be formed by exposure and development, embedding the partition part forming material in the opening formed by the removal, and baking It is. The photosensitive film is burned and removed by baking, and the partition wall forming material embedded in the opening remains to form the partition wall. The photosensitive method is a method of forming a partition wall forming material layer having photosensitivity on a substrate, patterning the partition wall forming material layer by exposure and development, and performing baking (curing). The casting method (embossing molding method) is a method of forming a partition wall forming material layer by extruding a paste partition material layer made of an organic material or an inorganic material from a mold (cast) onto a substrate. This is a method of firing such a partition wall forming material layer. The sand blasting method is, for example, forming a partition wall forming material layer on a substrate using a screen printing or metal mask printing method, a roll coater, a doctor blade, a nozzle discharge type coater, etc. A portion of the partition wall forming material layer to be formed is covered with a mask layer, and then the exposed portion of the partition wall forming material layer is removed by sandblasting. After forming the partition wall, the partition wall may be polished to flatten the top surface of the partition wall.
発光層からの光を吸収する光吸収層が、隣り合う発光層の間、あるいは、隔壁部と基体との間に形成されていることが、表示画像のコントラスト向上といった観点から好ましい。ここで、光吸収層は、所謂ブラック・マトリックスとして機能する。光吸収層を構成する材料として、発光層からの光を99%以上吸収する材料を選択することが好ましい。このような材料として、カーボン、金属薄膜(例えば、クロム、ニッケル、アルミニウム、モリブデン等、あるいは、これらの合金)、金属酸化物(例えば、酸化クロム)、金属窒化物(例えば、窒化クロム)、耐熱性有機樹脂、ガラスペースト、黒色顔料や銀等の導電性粒子を含有するガラスペースト等の材料を挙げることができ、具体的には、感光性ポリイミド樹脂、酸化クロムや、酸化クロム/クロム積層膜を例示することができる。尚、酸化クロム/クロム積層膜においては、クロム膜が基体と接する。光吸収層は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法とエッチング法との組合せ、真空蒸着法やスパッタリング法、スピンコーティング法とリフトオフ法との組合せに、スクリーン印刷法、リソグラフィ技術等、使用する材料に依存して適宜選択された方法にて形成することができる。 The light absorption layer that absorbs light from the light emitting layer is preferably formed between the adjacent light emitting layers or between the partition wall and the substrate from the viewpoint of improving the contrast of the display image. Here, the light absorption layer functions as a so-called black matrix. As a material constituting the light absorption layer, it is preferable to select a material that absorbs 99% or more of light from the light emitting layer. Such materials include carbon, metal thin films (eg, chromium, nickel, aluminum, molybdenum, etc., or alloys thereof), metal oxides (eg, chromium oxide), metal nitrides (eg, chromium nitride), heat resistance Materials such as photosensitive organic resins, glass pastes, glass pastes containing conductive particles such as black pigments and silver, and specifically, photosensitive polyimide resins, chromium oxides, and chromium oxide / chromium laminated films Can be illustrated. In the chromium oxide / chromium laminated film, the chromium film is in contact with the substrate. For example, the light absorption layer is a combination of a vacuum vapor deposition method, a sputtering method and an etching method, a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, a combination of a spin coating method and a lift-off method, a screen printing method, a lithography technique, etc. It can be formed by a method appropriately selected depending on the method.
本発明にあっては、発光層と基体との間に、発光層からの光を反射するための光反射層を設けてもよい。また、発光層の上方には、発光層からの光の集束(収束)等のために一種のレンズを設けてもよい。更には、第1電極あるいは第2電極のオン/オフ制御のために、第1電極あるいは第2電極に接続されたスイッチング素子[例えば、MOS型FETや薄膜トランジスタ(TFT)といった3端子素子や、MIM素子、バリスタ素子、ダイオード等の2端子素子]を配設することが望ましい。 In the present invention, a light reflecting layer for reflecting light from the light emitting layer may be provided between the light emitting layer and the substrate. In addition, a kind of lens may be provided above the light emitting layer for focusing (converging) light from the light emitting layer. Furthermore, for on / off control of the first electrode or the second electrode, a switching element connected to the first electrode or the second electrode [for example, a three-terminal element such as a MOS type FET or a thin film transistor (TFT), an MIM, It is desirable to provide a two-terminal element such as an element, a varistor element, or a diode.
本発明にあっては、水平方向の希土類原子の濃度ピークの測定や、量子ドットの表面に付着し、及び/又は、量子ドットの内部に含まれた希土類原子の量(濃度)の測定は、ラザフォード(Ratherford)後方散乱(RBS)測定に基づき行うことができる。 In the present invention, the measurement of the concentration peak of rare earth atoms in the horizontal direction and the measurement of the amount (concentration) of rare earth atoms adhering to the surface of the quantum dots and / or contained in the quantum dots are: It can be done based on Ratherford backscatter (RBS) measurements.
本発明の第1の態様に係る発光素子あるいは発光装置を製造するための製造方法(以下、第1の製造方法と呼ぶ)にあっては、第1材料層及び第2材料層の少なくとも一方の層にイオン注入を施すことで、第1材料層及び第2材料層の少なくとも一方の層に希土類原子を含ませることができる。あるいは又、第1材料層及び第2材料層の少なくとも一方の層を例えばスパッタリング法で形成するとき、同時に、スパッタリング法に基づき、第1材料層及び第2材料層の少なくとも一方の層に希土類原子を含ませることができる。そして、これらの場合、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークが、該層と量子井戸層の界面から、フェルスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、イオン注入を施し、あるいは又、スパッタリングを行う構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から1×10-8mの範囲内に位置することが好ましい。あるいは又、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークが、該層と量子井戸層の界面から、デクスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、イオン注入を施し、あるいは又、スパッタリングを行う構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から1×10-9mの範囲内に位置することが好ましい。あるいは又、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から、フォトンを介したエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、イオン注入を施し、あるいは又、スパッタリングを行う構成とすることができる。 In the manufacturing method for manufacturing the light emitting element or the light emitting device according to the first aspect of the present invention (hereinafter referred to as the first manufacturing method), at least one of the first material layer and the second material layer is used. By performing ion implantation on the layer, rare earth atoms can be included in at least one of the first material layer and the second material layer. Alternatively, when at least one of the first material layer and the second material layer is formed by, for example, a sputtering method, a rare earth atom is simultaneously formed on at least one of the first material layer and the second material layer based on the sputtering method. Can be included. In these cases, in the layer containing the rare earth atoms, the horizontal concentration peak of the rare earth atoms is located within the range where the energy transition by the Forster mechanism occurs from the interface between the layer and the quantum well layer. In this case, in the layer containing rare earth atoms, the horizontal concentration peak of the rare earth atoms in the layer containing the rare earth atoms is the same as that of the quantum well layer. It is preferably located within a range of 1 × 10 −8 m from the interface. Alternatively, in a layer containing rare earth atoms, ion implantation is performed such that the concentration peak of the rare earth atoms in the horizontal direction is located within the range where energy transition by the Dexter mechanism occurs from the interface between the layer and the quantum well layer. In this case, in the layer containing rare earth atoms, the concentration peak of the rare earth atoms in the horizontal direction is 1 × from the interface between the layer and the quantum well layer. It is preferably located within the range of 10 -9 m. Alternatively, in a layer containing rare earth atoms, the ion concentration is such that the horizontal concentration peak of rare earth atoms is located within the range in which energy transition occurs via photons from the interface between the layer and the quantum well layer. Implantation or sputtering may be performed.
一方、本発明の第2の態様に係る発光素子あるいは発光装置を製造するための製造方法(以下、第2の製造方法と呼ぶ)にあっては、量子ドットを形成した後、量子ドット中に希土類原子を拡散させ、及び/又は、量子ドットの表面に希土類原子を付着させ、次いで、量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物を基体に付着させた後、生成物をアニール処理することによって、発光層を形成することができる。 On the other hand, in the manufacturing method for manufacturing the light emitting element or the light emitting device according to the second aspect of the present invention (hereinafter referred to as the second manufacturing method), after the quantum dots are formed, After the rare earth atoms are diffused and / or the rare earth atoms are attached to the surface of the quantum dots, and then the product obtained by mixing the quantum dots and the silicon alkoxide is attached to the substrate, the product is annealed. By processing, a light emitting layer can be formed.
第2の製造方法にあっては、量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して生成物を得る工程は、量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合した後、アルカリ又は酸を触媒として添加して、シリコンアルコキシドを加水分解する工程から成る構成とすることができる。ここで、限定するものではないが、触媒として、水酸化アンモニウム(NH4OH)を添加する構成を例示することができる。尚、量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物はゾル状若しくはゲル状の生成物であり、この生成物を発光素子毎に基体に付着させる構成とすることができる。 In the second production method, the step of mixing the quantum dots and the silicon alkoxide to obtain a product is performed by mixing the quantum dots and the silicon alkoxide, and then adding an alkali or an acid as a catalyst to form the silicon alkoxide. It can be set as the structure which consists of the process of hydrolyzing. Here, without limitation, as a catalyst, there can be exemplified a configuration in which the addition of ammonium hydroxide (NH 4 OH). The product obtained by mixing the quantum dots and the silicon alkoxide is a sol-like or gel-like product, and the product can be configured to adhere to the substrate for each light emitting element.
更には、上述した各種の好ましい形態を含む第2の製造方法において、シリコンアルコキシドとして、テトラメトキシシラン(Si(OCH3)4)、あるいは又、テトラエトキシシラン(Si(OC2H5)4)を例示することができる。 Furthermore, in the second production method including the various preferred embodiments described above, tetramethoxysilane (Si (OCH 3 ) 4 ) or tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) is used as the silicon alkoxide. Can be illustrated.
更には、上述した各種の好ましい形態を含む第2の製造方法にあっては、アニール処理は、希ガス若しくは窒素ガスから成る不活性ガス雰囲気下、100゜C以上、1500゜C以下の温度、好ましくは、100゜C以上、1300゜C以下の温度、更に好ましくは、100゜C以上、1200゜C以下の温度で行うことが望ましい。このようなアニール処理を行うことで、水などの不純物を焼き飛ばし、希土類イオンの活性化を行うことができる。 Furthermore, in the second manufacturing method including the above-described various preferred embodiments, the annealing treatment is performed at a temperature of 100 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower in an inert gas atmosphere composed of a rare gas or nitrogen gas. The temperature is preferably 100 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower. By performing such an annealing treatment, impurities such as water can be burned out and the rare earth ions can be activated.
また、上述した各種の好ましい形態を含む第2の製造方法にあっては、限定するものではないが、シリコン半導体基板を陽極酸化することで得られた多孔質のシリコン半導体基板を溶媒中で超音波処理することで、量子ドットを形成することが望ましい。 Further, in the second manufacturing method including the above-described various preferred embodiments, the porous silicon semiconductor substrate obtained by anodic oxidation of the silicon semiconductor substrate is superposed in a solvent. It is desirable to form quantum dots by sonication.
更には、上述した各種の好ましい形態を含む第2の製造方法にあっては、量子ドットへのイオン注入によって、量子ドット中に希土類原子を拡散させる構成とすることができ、あるいは又、無電解めっき法、スパッタリング法若しくは分子線エピタキシャル法(MBE法)によって、量子ドットの表面に希土類原子を付着させる構成とすることができる。また、量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物を基体に付着させる方法として、スクリーン印刷法、インクジェット方式による印刷法、浸漬法を挙げることができる。 Furthermore, in the second manufacturing method including the above-described various preferred embodiments, the rare earth atoms can be diffused into the quantum dots by ion implantation into the quantum dots, or electroless A rare earth atom can be attached to the surface of the quantum dot by plating, sputtering, or molecular beam epitaxy (MBE). Examples of a method for attaching a product obtained by mixing quantum dots and silicon alkoxide to a substrate include a screen printing method, a printing method using an inkjet method, and a dipping method.
本発明にあっては、端面発光構造を有する発光層を基体に対して垂直に配設し、発光層の端面から光を射出させるので、発光素子の縮小化が可能となる。 In the present invention, the light emitting layer having an end surface light emitting structure is disposed perpendicularly to the substrate and light is emitted from the end surface of the light emitting layer, so that the light emitting element can be reduced.
しかも、本発明にあっては、発光層を、量子井戸層と希土類原子、あるいは、量子ドットと希土類原子から構成するので、例えば絶縁体である酸化シリコン膜に希土類原子を分散させただけの従来の発光素子と比較して、より低電圧で、大きな電流を流すことができ、発光強度が高く、半値幅の狭い発光波長を得ることが可能となる。これは、量子井戸層や量子ドットにキャリアがトラップされ、キャリアのエネルギーが閉じ込められた状態となり、このとき、量子井戸層や量子ドットの近傍に希土類原子が存在すると、量子井戸層や量子ドットに閉じ込められたキャリアのエネルギーが希土類原子に移送され(即ち、エネルギー遷移が起こり)、次いで、希土類原子の殻内遷移により発光が生じるからであると考えられる。そして、この場合、量子井戸層や量子ドットが存在せず、ホットエレクトロンのみによって希土類原子の殻内遷移による発光が生じる場合と比較して、低消費電力で、より高い発光強度が得られる。更には、絶縁体である酸化シリコンのみから構成された発光層に比べて、量子井戸構造を有する場合、発光層の電気抵抗が低減され、発光素子の低電圧駆動化を図ることができる。しかも、発光素子は、自発光で、磁気の影響を受け難く、表示装置を大型化しても歪みが無く、鮮明で高画質な画像であって、高視野角の表示装置を得ることが可能となる。更には、従来の薄型表示装置と比較して、一層の軽量化、薄型化を実現できるし、一層の低消費電力化、低コスト化が可能となる。 Moreover, in the present invention, since the light emitting layer is composed of a quantum well layer and a rare earth atom, or a quantum dot and a rare earth atom, for example, a conventional method in which rare earth atoms are simply dispersed in a silicon oxide film that is an insulator. As compared with the light emitting element, a large current can be passed at a lower voltage, and it is possible to obtain a light emission wavelength with a high emission intensity and a narrow half width. This is because carriers are trapped in the quantum well layer or quantum dot and the energy of the carrier is confined. At this time, if rare earth atoms exist in the vicinity of the quantum well layer or quantum dot, the quantum well layer or quantum dot It is considered that the energy of the trapped carrier is transferred to the rare earth atom (that is, energy transition occurs), and then light emission occurs due to the intrashell transition of the rare earth atom. In this case, a higher emission intensity can be obtained with lower power consumption than in the case where there is no quantum well layer or quantum dot and light emission is caused by the transition of rare earth atoms in the shell only by hot electrons. Furthermore, in the case of having a quantum well structure as compared with a light emitting layer made of only silicon oxide that is an insulator, the electric resistance of the light emitting layer is reduced, and the light emitting element can be driven at a low voltage. In addition, the light-emitting element is self-luminous, hardly affected by magnetism, and even when the display device is enlarged, there is no distortion, and it is possible to obtain a display device with a clear and high-quality image and a high viewing angle. Become. Furthermore, compared with the conventional thin display device, further weight reduction and thickness reduction can be realized, and further reduction in power consumption and cost can be achieved.
また、本発明の第1の態様においては、希土類原子が含まれている層における水平方向の希土類原子の濃度ピークの位置を規定することで、発光効率を向上させることができるし、本発明の第2の態様においては、発光層を、量子ドット、並びに、量子ドットの表面に付着し、及び/又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から構成するので、発光効率を向上させることができる。 In the first aspect of the present invention, the luminous efficiency can be improved by defining the position of the concentration peak of the rare earth atom in the horizontal direction in the layer containing the rare earth atom. In the second aspect, since the light emitting layer is composed of quantum dots and / or rare earth atoms contained in the quantum dots and / or contained within the quantum dots, the light emission efficiency is improved. Can do.
また、本発明において、シリコン系材料から発光素子を構成すれば、他の材料と比較して、組成が安定しているという利点がある。更には、シリコン系材料は、資源が豊富なため原料価格が安いし、環境負荷が小さく廃棄物として無害であり、しかも、融点が高いため、製造上の高温処理に十分に耐えられるという利点もある。また、基体としてシリコン半導体基板を用いれば、あるいはTFT構造を採用すれば、駆動用のトランジスタやスイッチング素子と発光素子とを一体的に製造することが可能であり、表示装置の更なる軽量化、薄型化が可能となるし、製造プロセスの簡略化も可能となる。更には、駆動用のトランジスタを基体に相当するシリコン半導体基板に作り込めば、電子移動度が、アモルファスシリコン(1cm2V-1秒-1)やポリシリコン(100cm2V-1秒-1〜400cm2V-1秒-1)と比較して、600cm2V-1秒-1程度と高くなり、一層の応答速度の向上が可能となる。 In the present invention, if a light emitting element is made of a silicon-based material, there is an advantage that the composition is stable as compared with other materials. Furthermore, silicon-based materials are abundant in resources, so the price of raw materials is low, the environmental impact is small, they are harmless as waste, and the melting point is high so that they can sufficiently withstand high-temperature processing in production. is there. In addition, if a silicon semiconductor substrate is used as a substrate or a TFT structure is employed, a driving transistor, a switching element, and a light emitting element can be integrally manufactured, and the display device can be further reduced in weight, The thickness can be reduced and the manufacturing process can be simplified. Furthermore, if a driving transistor is formed on a silicon semiconductor substrate corresponding to the base, the electron mobility is amorphous silicon (1 cm 2 V −1 sec −1 ) or polysilicon (100 cm 2 V −1 sec −1 ). Compared with 400 cm 2 V −1 s −1 ), it becomes as high as about 600 cm 2 V −1 s −1 , and it is possible to further improve the response speed.
そして、以上の結果として、更なる高精細化を可能とし、しかも、軽量化、薄型化を実現できる上、一層の低消費電力化、低コスト化を可能とする、高画質な表示装置や表示装置用バックライトを提供することができる。 As a result of the above, high-definition display devices and displays that enable further high definition, can achieve weight reduction and thickness reduction, and can further reduce power consumption and cost. A backlight for the device can be provided.
尚、第1の製造方法において、第1材料層及び第2材料層の少なくとも一方の層にイオン注入を施し、あるいは又、スパッタリングを行うことで希土類原子を含ませれば、また、第2の製造方法において、希土類原子を含む(付着された態様を包含する)量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物(例えば、ゾル状生成物若しくはゲル状生成物)を基体の所定の位置に付着させれば、発光素子毎に、即ち、異なる色を発光する発光素子を所望の領域に容易に形成することができ、大型の表示装置においても、発光素子を精度良く形成することができる。特に、第2の製造方法においては、従来の気相プロセスに比べてより低い消費エネルギーで発光層を形成することが可能であるし、生成物の付着工程では、安価なスクリーン印刷方式やインクジェット方式、浸漬方式を用いることが可能である。 In the first manufacturing method, if a rare earth atom is included by performing ion implantation or sputtering on at least one of the first material layer and the second material layer, the second manufacturing method is also possible. In the method, a product (for example, a sol-like product or a gel-like product) obtained by mixing a quantum dot containing a rare earth atom (including an attached embodiment) and silicon alkoxide is placed at a predetermined position on a substrate. Can be easily formed in a desired region for each light emitting element, that is, in a desired region, and the light emitting element can be accurately formed even in a large display device. . In particular, in the second manufacturing method, it is possible to form a light emitting layer with lower energy consumption than in the conventional gas phase process, and in the product attaching step, an inexpensive screen printing method or ink jet method is used. It is possible to use an immersion method.
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
実施例1は、本発明の第1の態様に係る発光素子及び発光装置に関し、具体的には、電流注入型エレクトロルミネッセンス素子から構成された発光素子、及び、複数の電流注入型エレクトロルミネッセンス素子から構成された発光装置に関する。実施例1の発光素子及び発光装置の模式的な一部断面図を図1の(A)に示し、模式的な一部平面図を図1の(B)に示す。 Example 1 relates to a light-emitting element and a light-emitting device according to the first aspect of the present invention. Specifically, the light-emitting element is composed of a current-injection type electroluminescence element, and a plurality of current-injection type electroluminescence elements. It is related with the comprised light-emitting device. A schematic partial cross-sectional view of the light-emitting element and the light-emitting device of Example 1 is shown in FIG. 1A, and a schematic partial plan view is shown in FIG.
電流注入型エレクトロルミネッセンス素子である実施例1の発光素子30は、
(A)基体25上に形成され、頂面31A、及び、側壁31Bを有する第1隔壁部31、
(B)基体25上に形成され、頂面32A、及び、第1隔壁部31の側壁31Bと対向する側壁32Bを有する第2隔壁部32、
(C)第1隔壁部31の側壁31Bに形成された第1電極41、
(D)第2隔壁部32の側壁32Bに形成された第2電極42、並びに、
(E)基体25上であって、第1電極41と第2電極42の間に形成された発光層50、
を備えている。
The light emitting element 30 of Example 1 which is a current injection type electroluminescence element is:
(A) a
(B) a second
(C) a
(D) the
(E) The light emitting layer 50 formed on the
It has.
そして、発光層50は、第1電極41と接する第1材料層51、第2電極42と接する第2材料層52、及び、第1材料層51と第2材料層52とによって挟まれた量子井戸層54から成り、第1材料層51及び第2材料層52の少なくとも一方の層(実施例1にあっては、第2材料層52)には、希土類原子53(より具体的には、希土類原子に由来したイオン)が含まれている。尚、図面においては、希土類原子53あるいは希土類原子に由来したイオンを、「×」印で表示している。
The light emitting layer 50 includes a
ここで、第1材料層51及び第2材料層52は、シリコンを主成分とし、具体的にはシリコン系酸化物、より具体的には酸化シリコン(SiO2)から成る。また、量子井戸層54は、例えば、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、若しくは、シリコン−ゲルマニウム(Si−Ge)から成り、あるいは又、シリコン系酸化物から成る。
Here, the
また、希土類原子53が含まれている層(実施例1にあっては第2材料層52)において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、第2材料層52と量子井戸層54の界面から、フェルスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する。より具体的には、希土類原子が含まれている層(実施例1にあっては第2材料層52)において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、第2材料層52と量子井戸層54の界面から1×10-8m(10nm)の範囲内に位置する。あるいは又、希土類原子が含まれている層(実施例1にあっては第2材料層52)において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、第2材料層52と量子井戸層54の界面からフォトンを介したエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する。尚、希土類原子53は、第1材料層51のみに導入してもよいし、第1材料層51及び第2材料層52の両方に導入してもよい。
In the layer containing the rare earth atoms 53 (the
希土類原子53はユーロビウム(Eu)であり、この場合、Eu3+を含む発光素子は赤色(波長:615nm)を発光し、あるいは又、希土類原子53はプラセオジウム(Pr)であり、この場合、Pr3+を含む発光素子は赤色(波長:605nm)を発光し、あるいは又、希土類原子53はエルビウム(Er)であり、この場合、Er3+を含む発光素子は橙色(波長:570nm)を発光し、あるいは又、希土類原子53はテルビウム(Tb)であり、この場合、Tb3+を含む発光素子は緑色(波長:545nm)を発光し、あるいは又、希土類原子53はセリウム(Ce)であり、この場合、Ce3+を含む発光素子は青色(波長:530nm)を発光し、あるいは又、希土類原子53はツリウム(Tm)であり、この場合、Tm3+を含む発光素子は青色(波長:450nm)を発光する。尚、希土類原子53を、以上に説明した、あるいは、それ以外の希土類原子の複数種から構成することもでき、この場合の発光色は、希土類原子が発光する特有の発光色の混色となる。
The
また、実施例1の発光装置は、この発光素子30を、複数、備えている。具体的には、赤色に相当する第1の波長λ1の光を発光する第1の発光素子(赤色発光素子30R)、緑色に相当する第2の波長λ2の光を発光する第2の発光素子(緑色発光素子30G)、及び、青色に相当する第3の波長λ3の光を発光する第3の発光素子(青色発光素子30B)の3種類の発光素子によって、1つの発光素子ユニットが構成され、発光装置は、複数の発光素子ユニットを備えている。図1の(B)に示した例にあっては、赤色発光素子30Rが一列に配され、緑色発光素子30Gが一列に配され、青色発光素子30Bが一列に配されている。
The light emitting device of Example 1 includes a plurality of the light emitting elements 30. Specifically, a first light emitting element (red
ガラス基板から成る基板10には、図1の(A)に示すように、スイッチング素子としての周知の薄膜トランジスタ(TFT)が形成されている。ここで、薄膜トランジスタは、多結晶シリコン層11に形成されたチャネル形成領域24及びソース/ドレイン領域23、チャネル形成領域24の上方にゲート絶縁膜21を介して形成されたゲート電極22から構成されている。薄膜トランジスタ及び多結晶シリコン層11は、基体25である層間絶縁層によって覆われている。また、薄膜トランジスタの一方のソース/ドレイン領域23は、基体(層間絶縁層)25に設けられたコンタクトプラグ26を介して第2電極42に接続されており、薄膜トランジスタの一方のソース/ドレイン領域23は、図示しない電源に接続されている。尚、第1電極41は、図示しない配線を介して接地されている。
As shown in FIG. 1A, a known thin film transistor (TFT) as a switching element is formed on a
そして、薄膜トランジスタをオン状態とすることによって、第2電極42に電圧が印加される結果、第2電極42電極から発光層50に電荷担体が直接流入することで、発光層50が発光し、発光層50が、第1材料層51、量子井戸層54、及び、第2材料層52が水平方向(基体25の表面と略平行な方向)に積層された構造を有するので、このような構造における発光層50の端面(図1の(A)に示した例にあっては発光層50の頂面が相当する)から、この光は、基体25の上方へと射出される。
Then, by turning on the thin film transistor, a voltage is applied to the
以下、基体等の模式的な一部断面図及び模式的な一部平面図である、図2の(A)、(B)、図3の(A)、(B)、図4の(A)、(B)、図5の(A)、(B)、図6の(A)、(B)、及び、図7の(A)、(B)を参照して、実施例1の発光素子の製造方法を説明する。 2A, 2B, 3A, 3B, and 4A are schematic partial cross-sectional views and schematic partial plan views of the substrate and the like. ), (B), (A), (B) in FIG. 5, (A), (B) in FIG. 6, and (A), (B) in FIG. A method for manufacturing the element will be described.
[工程−100]
先ず、ガラス基板から成る基板10上に周知の方法で薄膜トランジスタを形成し、更に、その上に、例えば、SiO2から成る基体(層間絶縁層)25を形成し、基体(層間絶縁層)25にコンタクトプラグ26を形成する。尚、薄膜トランジスタは、発光素子毎に設ける。
[Step-100]
First, a thin film transistor is formed on a
[工程−110]
次いで、基体25上に、SiNから成る第1隔壁部31と第2隔壁部32、更には、第1隔壁部31と第2隔壁部32とを結ぶ第3隔壁部33及び第4隔壁部34から成る格子状の隔壁部31,32,33,34を、周知のCVD法及びリソグラフィ技術とエッチング技術の組合せに基づき形成する(図2の(A)及び(B)参照)。こうして、基体25上に、頂面31A及び側壁31Bを有する第1隔壁部31を形成することができ、併せて、基体25上に、頂面32A及び第1隔壁部31の側壁31Bと対向する側壁32Bを有する第2隔壁部32を形成することができる。
[Step-110]
Next, on the
[工程−120]
その後、第1隔壁部31の側壁31Bに第1電極41を形成し、第2隔壁部32の側壁32Bに第2電極42を形成する。具体的には、第1隔壁部31と第2隔壁部32と第3隔壁部33と第4隔壁部34とによって囲まれた凹部35の中央部分から第3隔壁部33及び第4隔壁部34の一部分に亙り、レジスト材料から成るマスク層60を周知の方法で形成する(図3の(A)及び(B)参照)。次いで、全面に、例えばPd/Auから成る導電材料層をスパッタリング法で形成した後、マスク層60を除去し、次いで、格子状の隔壁部31,32,33,34の頂面上の導電材料層を研磨法にて除去することで、第1隔壁部31の側壁31Bに第1電極41を形成し、第2隔壁部32の側壁32Bに第2電極42を形成することができる(図4の(A)及び(B)参照)。
[Step-120]
Thereafter, the
[工程−130]
次に、凹部35の、第1材料層51を形成すべき部分以外の部分を、レジスト材料から成るマスク層61によって周知の方法に基づき埋める(図5の(A)及び(B)参照)。次いで、凹部35の第1材料層51を形成すべき部分を、例えば、プラズマCVD法に基づき、シリコンを主成分とする(より具体的には、SiO2から成る)第1材料層51で埋めた後、マスク層61を除去する。こうして、図6の(A)及び(B)に示した構造を得ることができる。
[Step-130]
Next, a portion of the
[工程−140]
その後、斜め方向からのスパッタリングによって、凹部35内の第1材料層51の側壁に、例えばシリコン(Si)から成り、厚さ10nmの量子井戸層54を形成する。具体的には、例えば、Ar流量20sccm、1×10-4Paの圧力下、RFパワー500Wにて、Siターゲットをアルゴンプラズマにてスパッタリングすることで、量子井戸層54を形成することができる。尚、この量子井戸層54は、第1材料層51の頂面及び格子状の隔壁部31,32,33,34上にも堆積する。尚、シリコン(Si)から成る量子井戸層54の形成の代わりに、ゲルマニウム(Ge)から成る量子井戸層54を形成してもよいし、シリコン−ゲルマニウム(Si−Ge)から成る量子井戸層54を形成してもよいし、シリコン系酸化物から成る量子井戸層54を形成してもよい。
[Step-140]
Thereafter, a
[工程−150]
次いで、斜め方向からのスパッタリングによって、量子井戸層54の側壁(量子井戸層54の第2電極42と対向した面)上に、シリコンを主成分とする(より具体的には、SiO2から成る)第2材料層52を所望の厚さ(水平方向の厚さ)だけ堆積させる。そして、斜め方向からのイオン注入法によって、第2材料層52の側壁(第2電極42と対向した面)から希土類原子53をイオン注入する。即ち、希土類原子が含まれている層(第2材料層52)において、水平方向の希土類原子の濃度ピークが、第2材料層52と量子井戸層54の界面から、フェルスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、第2材料層52を所望の厚さ(水平方向の厚さ)だけ堆積させた後、イオン注入を施す。あるいは又、希土類原子が含まれている層(第2材料層52)において、水平方向の希土類原子の濃度ピークが、第2材料層52と量子井戸層54の界面から、フォトンを介したエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、第2材料層52を所望の厚さ(水平方向の厚さ)だけ堆積させた後、イオン注入を施す。具体的には、第2材料層52と量子井戸層54の界面から水平方向に10nmの範囲内に、水平方向の希土類原子53の濃度ピークが位置するように、第2材料層52を所望の厚さ(水平方向の厚さ)だけ堆積させた後、希土類原子53(より具体的には、希土類原子に由来したイオン)をイオン注入する。イオン注入後、400゜C程度の温度で1分〜100分程度のアニール処理を施し、イオン注入による第2材料層52におけるダメージの回復を図ることが望ましい。尚、ドーズ量の望ましい範囲として、1×1011atoms/cm2乃至1×1015atoms/cm2、好ましくは、1×1012atoms/cm2乃至1×1014atoms/cm2を挙げることができる。尚、テルビウム(Tb)、ユーロビウム(Eu)、プラセオジウム(Pr)、エルビウム(Er)、セリウム(Ce)、及び、ツリウム(Tm)をイオン注入する場合、これらの希土類原子に由来したイオンをイオン注入するための最適な加速エネルギー及びドーズ量を各種の試験に基づき決定し、その決定に基づきイオン注入を行えばよい。
[Step-150]
Next, the main component of silicon (more specifically, SiO 2 is formed on the sidewall of the quantum well layer 54 (the surface facing the
[工程−160]
次いで、凹部35の第2材料層52の残りを形成すべき部分を、例えば、プラズマCVD法に基づき、シリコンを主成分とする(より具体的には、SiO2から成る)第1材料層52で埋めた後、第1材料層51の頂面及び格子状の隔壁部31,32,33,34上に堆積した第2材料層52及び量子井戸層54を化学的/機械的研磨法(CMP法)で除去する。こうして、図7の(A)及び(B)に示した構造を得ることができる。
[Step-160]
Next, the portion of the
こうして、基体25上であって、第1電極41と第2電極42の間に発光層50(第1材料層51,第2材料層52,量子井戸層54)を形成することができる。
Thus, the light emitting layer 50 (the
尚、[工程−150]において、イオン注入法の代わりに、スパッタリング法にて、第2材料層52の形成と希土類原子53の導入を行ってもよい。
In [Step-150], the
また、[工程−150]において、水平方向の希土類原子の濃度ピークが、この層と量子井戸層の界面から、デクスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内(量子井戸層に閉じ込められたキャリアのエネルギーが希土類原子に移送され得る範囲内)に位置してもよい。具体的には、希土類原子が含まれている層(第2材料層52)において、水平方向の希土類原子の濃度ピークを、第2材料層52と量子井戸層54の界面から水平方向に1×10-9m(1nm)の範囲内に位置させてもよい。
Further, in [Step-150], the concentration peak of the rare earth atoms in the horizontal direction is within the range where energy transition occurs by the Dexter mechanism from the interface between this layer and the quantum well layer (the energy of the carriers confined in the quantum well layer is It may be located within a range that can be transferred to rare earth atoms. Specifically, in the layer containing the rare earth atoms (second material layer 52), the concentration peak of the rare earth atoms in the horizontal direction is set to 1 × from the interface between the
以下、実施例1における希土類原子(実施例1にあっては、より具体的には、希土類原子に由来したイオン)の導入位置について説明する。ここで、希土類原子53が含まれている層における水平方向の希土類原子の濃度ピークが、この層と量子井戸層の界面から距離「d」だけ離れているとする。
Hereinafter, the introduction position of rare earth atoms in Example 1 (more specifically, ions derived from rare earth atoms in Example 1) will be described. Here, it is assumed that the concentration peak of the rare earth atoms in the horizontal direction in the layer containing the
このdの値が100nmである場合、例えば、フェルスター機構によるエネルギー遷移が期待される10nm以内に量子井戸層54と希土類原子53とが接近している場合があり得るので、量子井戸層54が存在しない場合と比較して、発光素子の発光効率が若干なりとも向上することを期待することができる。一方、このdの値が10nmである場合、例えば、共鳴的双極子−双極子相互作用によるエネルギー移動であるフェルスター機構に基づく移動距離の上限は10nmであると云われており、エネルギーの遷移効率の大幅なる向上を期待することができる。更には、このdの値が1nmである場合、例えば、分子間接触による電子の交換によるエネルギー移動であるデクスター機構に基づく移動距離の上限は1nmであると云われており、エネルギーの遷移効率の一層大幅なる向上を期待することができる。
When the value of d is 100 nm, for example, the
実施例2は、本発明の第2の態様に係る発光素子及び発光装置に関し、具体的には、電流注入型エレクトロルミネッセンス素子から構成された発光素子、及び、複数の電流注入型エレクトロルミネッセンス素子から構成された発光装置に関する。実施例2の発光素子及び発光装置の模式的な一部断面図を図8の(A)に示す。尚、模式的な一部平面図は、図1の(B)に示したと実質的に同じである。 Example 2 relates to a light-emitting element and a light-emitting device according to the second aspect of the present invention. Specifically, the light-emitting element is composed of a current-injection type electroluminescence element, and a plurality of current-injection type electroluminescence elements. It is related with the comprised light-emitting device. A schematic partial cross-sectional view of the light-emitting element and the light-emitting device of Example 2 is shown in FIG. The schematic partial plan view is substantially the same as that shown in FIG.
電流注入型エレクトロルミネッセンス素子である実施例2の発光素子130も、
(A)基体25上に形成され、頂面31A、及び、側壁31Bを有する第1隔壁部31、
(B)基体25上に形成され、頂面32A、及び、第1隔壁部31の側壁31Bと対向する側壁32Bを有する第2隔壁部32、
(C)第1隔壁部31の側壁31Bに形成された第1電極41、
(D)第2隔壁部32の側壁32Bに形成された第2電極42、並びに、
(E)基体25上であって、第1電極41と第2電極42の間に形成された発光層70、
を備えている。
The light emitting device 130 of Example 2 which is a current injection type electroluminescence device is
(A) a
(B) a second
(C) a
(D) the
(E) a
It has.
そして、発光層70は、実施例1とは異なり、量子ドット71、並びに、量子ドット71の表面に付着した希土類原子73から成る。尚、図8の(A)にあっては、量子ドット71が規則正しく配列されているように図示しているが、実際には、量子ドット71はランダムに配列されている。ここで、量子ドット71は、シリコン(Si)から成り、酸化シリコン(SiO2)から成る材料層72中に一種の分散状態で存在する。
Unlike the first embodiment, the
希土類原子73はユーロビウム(Eu)であり、この場合、Eu3+を含む発光素子は赤色(波長:615nm)を発光し、あるいは又、希土類原子73はプラセオジウム(Pr)であり、この場合、Pr3+を含む発光素子は赤色(波長:605nm)を発光し、あるいは又、希土類原子73はエルビウム(Er)であり、この場合、Er3+を含む発光素子は橙色(波長:570nm)を発光し、あるいは又、希土類原子73はテルビウム(Tb)であり、この場合、Tb3+を含む発光素子は緑色(波長:545nm)を発光し、あるいは又、希土類原子73はセリウム(Ce)であり、この場合、Ce3+を含む発光素子は青色(波長:530nm)を発光し、あるいは又、希土類原子73はツリウム(Tm)であり、この場合、Tm3+を含む発光素子は青色(波長:450nm)を発光する。尚、希土類原子73を、以上に説明した、あるいは、それ以外の希土類原子の複数種から構成することもでき、この場合の発光色は、希土類原子が発光する特有の発光色の混色となる。
The
以下、実施例2の発光素子の製造方法を説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the light emitting element of Example 2 will be described.
[工程−200]
先ず、実施例1の[工程−100]と同様の工程を実行することで、ガラス基板から成る基板10上に周知の方法で薄膜トランジスタを形成し、更に、その上に、例えば、SiO2から成る基体(層間絶縁層)25を形成し、基体(層間絶縁層)25にコンタクトプラグ26を形成する。次いで、実施例1の[工程−110]と同様の工程を実行することで、格子状の隔壁部31,32,33,34を形成し、更に、実施例1の[工程−120]と同様の工程を実行することで、第1隔壁部31の側壁31Bに第1電極41を形成し、第2隔壁部32の側壁32Bに第2電極42を形成する。
[Step-200]
First, by performing the same process as [Process-100] of Example 1, a thin film transistor is formed by a well-known method on a
[工程−210]
一方、シリコン半導体基板を陽極酸化(陽極化成)することによって、多孔質のシリコン半導体基板を得た後、このシリコン半導体基板を溶媒中で超音波処理することで、シリコンから成る量子ドット71を得る。
[Step-210]
On the other hand, after obtaining a porous silicon semiconductor substrate by anodizing (anodizing) the silicon semiconductor substrate, the silicon semiconductor substrate is subjected to ultrasonic treatment in a solvent to obtain quantum dots 71 made of silicon. .
具体的には、図8の(B)に概念図を示すように、シリコン半導体基板(例えば、p型シリコン半導体基板:抵抗率=1Ωcm〜10Ωcm)80を、フッ酸(50重量%)とエタノール溶液とを体積比1:1の割合で混合した電解溶液81中において、電流密度100mA/cm2で陽極酸化(陽極化成)して、シリコン半導体基板80を多孔質化する。即ち、多孔質のシリコン半導体基板を得る。このとき、シリコン半導体基板80を陽極として用い、対極に白金電極82を用いる。
Specifically, as shown in a conceptual diagram in FIG. 8B, a silicon semiconductor substrate (for example, a p-type silicon semiconductor substrate: resistivity = 1 Ωcm to 10 Ωcm) 80 is mixed with hydrofluoric acid (50 wt%) and ethanol. In the electrolytic solution 81 mixed with the solution at a volume ratio of 1: 1, the
その後、例えばトルエンから成る溶媒中で、陽極酸化によって得られた多孔質のシリコン半導体基板80を超音波処理する。その結果、多孔質のシリコン半導体基板80からシリコンから成る量子ドット71がふるい落とされ、溶媒中に分散される。次いで、溶媒中に分散させた量子ドット71を遠心分離機を用いてサイズ毎に選別し、粒径のほぼ揃ったシリコンから成る量子ドット71を得ることができる。尚、量子ドット71は、希ガス中のレーザアブレーション法を用いても得ることができる。
Thereafter, the porous
[工程−220]
次に、無電解めっき法により、希土類原子73を、量子ドット71の表面に付着させる。無電解めっき法において使用するめっき浴は、例えば、クエン酸ナトリウム、次亜リン酸ナトリウム、及び、硫酸アンモニウムから成る。ここで、クエン酸ナトリウムは、水酸化物の沈殿防止とめっき速度の調整を行うため、めっき浴中でめっき層を形成するイオンと安定な可溶性錯体を形成する錯化剤として用いられる。また、次亜リン酸ナトリウムは、めっき層を形成する材料を析出させる還元剤として用いられる。更には、硫酸アンモニウムは、めっき浴の分解を防止する安定剤とし用いられる。このめっき浴に、希土類元素の硫酸塩(例えば、ユーロビウム(Eu)の硫酸塩、プラセオジウム(Pr)の硫酸塩、エルビウム(Er)の硫酸塩、テルビウム(Tb)の硫酸塩、セリウム(Ce)の硫酸塩、ツリウム(Tm)の硫酸塩)を溶解して、水素イオン濃度(pH)が8程度になるように水酸化アンモニウム(NH4OH)溶液を加え、90゜Cに加熱する。そして、[工程−210]で得られたシリコン(Si)から成る量子ドット71をめっき浴中に投入し、所望量の希土類原子が量子ドット71の表面に付着されるまで、放置する。こうして、無電解めっき法により、希土類原子を含む量子ドット71を得ることができる。無電解めっき処理後、量子ドット71を超純水で洗浄し、めっき浴の溶液を洗い流す。
[Step-220]
Next,
尚、希土類原子73を、量子ドット71の表面に付着させる方法は、無電解めっき法に限定されず、例えば、スパッタリング法、CVD法、MBE法(分子線エピタキシャル法)を採用することもできる。また、希土類原子73を、量子ドット71の内部に含ませる(拡散させる)方法として、例えば、イオン注入法を挙げることができる。
Note that the method of attaching the
[工程−230]
次に、[工程−220]で得られた量子ドット71とシリコンアルコキシドとを混合して生成物を得る。具体的には、量子ドット71とシリコンアルコキシドとを混合した後、アルカリ又は酸を触媒として添加して、シリコンアルコキシドを加水分解する。こうして、ゾル状若しくはゲル状の生成物を得ることができる。
[Step-230]
Next, the quantum dot 71 obtained in [Step-220] and silicon alkoxide are mixed to obtain a product. Specifically, after mixing the quantum dots 71 and silicon alkoxide, alkali or acid is added as a catalyst to hydrolyze the silicon alkoxide. Thus, a sol or gel product can be obtained.
より具体的には、例えばポリプロピレン製の容器に、[工程−220]で得られた所望量の量子ドット71、テトラエトキシシラン(Si(OC2H5)4)、及び、メタノールを加え、更に、モル比にしてテトラエトキシシランの2倍以上のモル数の水を加える。更には、容器の底へ乾燥制御剤としてN,N−ジメチルホルムアミドを加えて、攪拌する。この混合溶液に、触媒として0.1Nの水酸化アンモニウム(NH4OH,アンモニア水溶液)を加え、更に攪拌した後、容器に蓋をして、室温にて数日間放置する。この間、テトラエトキシシランの加水分解が進行し、ゲル化する。その後、容器の蓋を少し開け、室温にて放置し、容器内の溶媒を徐々に揮発させ、内容物を徐々に乾燥させる。更に、例えば50゜Cの恒温槽中にて乾燥させて、粘度の高いゲル状の生成物を得る。尚、シリコンアルコキシドとして、テトラエトキシシランを用いる代わりに、例えばテトラメトキシシラン(Si(OCH3)4)等を用いることもできる。また、触媒として0.1Nのアンモニア水溶液を用いたが、これに限定されるものではなく、塩酸等を用いることもできる。 More specifically, for example, a desired amount of the quantum dots 71 obtained in [Step-220], tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ), and methanol are added to a polypropylene container, and further, Then, water having a molar ratio more than twice that of tetraethoxysilane is added. Further, N, N-dimethylformamide is added to the bottom of the container as a drying control agent and stirred. To this mixed solution is added 0.1N ammonium hydroxide (NH 4 OH, aqueous ammonia) as a catalyst, and after stirring, the container is covered and left at room temperature for several days. During this time, tetraethoxysilane is hydrolyzed and gelled. Thereafter, the container lid is slightly opened and left at room temperature, the solvent in the container is gradually evaporated, and the contents are gradually dried. Furthermore, it is dried in, for example, a 50 ° C. constant temperature bath to obtain a highly viscous gel product. As the silicon alkoxide, for example, tetramethoxysilane (Si (OCH 3 ) 4 ) or the like can be used instead of tetraethoxysilane. Moreover, although 0.1N ammonia aqueous solution was used as a catalyst, it is not limited to this, Hydrochloric acid etc. can also be used.
[工程−240]
次に、量子ドット71とシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物を、[工程−200]によって得られた構造における凹部35内の基体25に付着させた後、生成物をアニール処理する。具体的には、例えば、スクリーン印刷法に基づき、凹部35の底部に露出した基体25上に、[工程−230]で得られたゲル状生成物を塗布する。
[Step-240]
Next, the product obtained by mixing the quantum dots 71 and the silicon alkoxide is attached to the
次に、凹部35の底部に露出した基体25上に塗布されたゲル状の生成物をアニール処理する。このアニール処理の条件として、例えば、アルゴン、窒素等の不活性な雰囲気中での400゜C程度においての加熱処理を例示することができる。こうして、量子ドット71、並びに、量子ドット71の表面に付着した希土類原子73から成る発光層70を得ることができ、この場合、量子ドット71は、シリコン(Si)から成り、酸化シリコン(SiO2)から成る材料層72中に一種の分散状態で存在する。材料層72は、テトラエトキシシランを出発物質としており、テトラエトキシシランの加水分解の結果物である。
Next, the gel-like product applied on the
[工程−240]において、スクリーン印刷法に基づきゲル状生成物を塗布すれば、即ち、発光単位毎(画素毎)に発光素子の発光層に塗り分ることで、例えば、大画面の表示装置においても、発光素子の発光層を、精度良く、しかも既存の気相プロセスに比べて、より低い消費エネルギーで形成することができる。また、希土類原子73を、量子ドット71の表面に付着させる方法として無電解めっき法を採用すれば、高真空状態とする必要がないため、表示装置の大型化に比較的容易に対応することができ、更には、プロセスに要する消費エネルギーを低減させることができる。また、真空プロセスで大画面の表示装置を作製する場合、成膜精度の劣化が生じる虞があるが、スクリーン印刷法に基づきゲル状生成物を基体に塗布すれば、大画面の表示装置を構成する発光素子あるいは発光装置の製造を高精度にて行うことができる。
In [Step-240], if the gel-like product is applied based on the screen printing method, that is, by coating the light emitting layer of the light emitting element for each light emitting unit (for each pixel), for example, a large screen display device However, the light-emitting layer of the light-emitting element can be formed with high accuracy and with lower energy consumption than the existing gas-phase process. In addition, if an electroless plating method is employed as a method for attaching the
発光装置を構成する発光素子の配列を、図9〜図18の模式図を参照して説明する。尚、図9〜図18において、「R」、「G」、「B」、「O」のアルファベットは、それぞれ、赤色、緑色、青色、橙色を発光する発光素子を意味する。また、赤色を発光する発光素子を赤色発光素子Rと呼び、緑色を発光する発光素子を緑色発光素子Gと呼び、青色を発光する発光素子を青色発光素子Bと呼び、橙色を発光する発光素子を橙色発光素子Oと呼ぶ。図9〜図18の模式図を参照して説明する発光装置を構成する発光素子の配列は、実施例1及び実施例2に適用することができる。 The arrangement of the light-emitting elements constituting the light-emitting device will be described with reference to schematic diagrams in FIGS. 9 to 18, the alphabets “R”, “G”, “B”, and “O” mean light emitting elements that emit red, green, blue, and orange, respectively. A light emitting element that emits red light is called a red light emitting element R, a light emitting element that emits green light is called a green light emitting element G, a light emitting element that emits blue light is called a blue light emitting element B, and a light emitting element that emits orange light. Is called an orange light emitting element O. The arrangement of the light-emitting elements constituting the light-emitting device described with reference to the schematic diagrams of FIGS. 9 to 18 can be applied to the first and second embodiments.
更には、赤色に相当する第1の波長λ1(例えば、615nm)の光を発光する第1の発光素子(赤色発光素子Rであり、希土類原子としてEu3+を含む)、緑色に相当する第2の波長λ2(例えば、545nm)の光を発光する第2の発光素子(緑色発光素子Gであり、希土類原子としてTb3+を含む)、及び、青色に相当する第3の波長λ3(例えば、450nm)の光を発光する第3の発光素子(青色発光素子Bであり、希土類原子としてTm3+を含む)の3種類の発光素子によって、1つの発光素子ユニット(1画素に相当する)が構成され、発光装置は複数の発光素子ユニットを備えている構成とすることができる。あるいは又、赤色に相当する第1の波長λ1(例えば、615nm)の光を発光する第1の発光素子(赤色発光素子Rであり、希土類原子としてEu3+を含む)、緑色に相当する第2の波長λ2(例えば、545nm)の光を発光する第2の発光素子(緑色発光素子Gであり、希土類原子としてTb3+を含む)、青色に相当する第3の波長λ3(例えば、450nm)の光を発光する第3の発光素子(青色発光素子Bであり、希土類原子としてTm3+を含む)、及び、それ以外の色である橙色に相当する第4の波長λ4(例えば、570nm)の光を発光する第4の発光素子(橙色発光素子Oであり、希土類原子としてEr3+を含む)の4種類の発光素子によって、1つの発光素子ユニット(1画素に相当する)が構成され、発光装置は複数の発光素子ユニットを備えている構成とすることができる。 Further, a first light emitting element (a red light emitting element R including Eu 3+ as a rare earth atom) that emits light having a first wavelength λ 1 (for example, 615 nm) corresponding to red, corresponds to green. A second light-emitting element that emits light of a second wavelength λ 2 (for example, 545 nm) (a green light-emitting element G, including Tb 3+ as a rare earth atom), and a third wavelength λ corresponding to blue 3 One light-emitting element unit (one pixel) is formed by three types of light-emitting elements that emit light of 3 (for example, 450 nm) (blue light-emitting element B, which includes Tm 3+ as a rare earth atom). The light emitting device can be configured to include a plurality of light emitting element units. Alternatively, a first light-emitting element (a red light-emitting element R that includes Eu 3+ as a rare earth atom) that emits light having a first wavelength λ 1 (for example, 615 nm) corresponding to red, corresponds to green. A second light emitting element that emits light of a second wavelength λ 2 (for example, 545 nm) (a green light emitting element G that includes Tb 3+ as a rare earth atom), a third wavelength λ 3 corresponding to blue ( For example, a third light-emitting element that emits light of 450 nm (a blue light-emitting element B, which includes Tm 3+ as a rare earth atom), and a fourth wavelength λ 4 corresponding to an orange color other than that. One light-emitting element unit (corresponding to one pixel) is formed by four types of light-emitting elements (for example, 570 nm) that emits light of 570 nm (an orange light-emitting element O and includes Er 3+ as a rare earth atom). The light-emitting device has a plurality of It may be configured to includes an optical element unit.
図9に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す1画素(1つの発光素子ユニット)の平面形状は長方形である。また、図10に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す1画素(1つの発光素子ユニット)の平面形状は正方形である。そして、発光素子R,G,B,Oを構成する発光層の平面形状は正方形であり、発光素子R,G,B,Oが、X方向及びY方向に配列されている。図9に示す例にあっては、1画素(1つの発光素子ユニット)において、赤色発光素子R、緑色発光素子G及び青色発光素子Bの3種類の発光素子が、Y方向に順に配列されており、複数の画素(複数の発光素子ユニット)は、X方向及びY方向に2次元マトリックス状に配列されている。そして、図9に示す例にあっては、X方向には同色の発光素子が配列されている。一方、図10に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す1画素(1つの発光素子ユニット)において、赤色発光素子R、緑色発光素子G、青色発光素子B及び橙色発光素子Oの4種類の発光素子が、X方向及びY方向に順に配列されており、複数の画素(複数の発光素子ユニット)は、X方向及びY方向に2次元マトリックス状に配列されている。発光素子R,G,B,Oのそれぞれに、オン/オフ制御のためのトランジスタ(図示せず)が設けられている。 In the example illustrated in FIG. 9, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by a region surrounded by a dotted line is a rectangle. Further, in the example shown in FIG. 10, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by a region surrounded by a dotted line is a square. And the planar shape of the light emitting layer which comprises the light emitting elements R, G, B, and O is square, and the light emitting elements R, G, B, and O are arranged in the X direction and the Y direction. In the example shown in FIG. 9, in one pixel (one light emitting element unit), three types of light emitting elements, a red light emitting element R, a green light emitting element G, and a blue light emitting element B, are arranged in order in the Y direction. A plurality of pixels (a plurality of light emitting element units) are arranged in a two-dimensional matrix in the X direction and the Y direction. And in the example shown in FIG. 9, the light emitting element of the same color is arranged in the X direction. On the other hand, in the example shown in FIG. 10, in one pixel (one light emitting element unit) indicated by a region surrounded by a dotted line, a red light emitting element R, a green light emitting element G, a blue light emitting element B, and an orange light emitting element O. The four types of light emitting elements are sequentially arranged in the X direction and the Y direction, and a plurality of pixels (a plurality of light emitting element units) are arranged in a two-dimensional matrix in the X direction and the Y direction. Each of the light emitting elements R, G, B, and O is provided with a transistor (not shown) for on / off control.
図11及び図12に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す1画素(1つの発光素子ユニット)の平面形状は長方形である。そして、発光素子R,G,B,Oを構成する発光層の平面形状は長方形であり、発光素子R,G,B,Oが、X方向及びY方向に配列されている。図11に示す例にあっては、1画素(1つの発光素子ユニット)において、赤色発光素子R、緑色発光素子G及び青色発光素子Bの3種類の発光素子の長手方向はY方向に延び、これらの発光素子R,G,BはX方向に順に配列されており、複数の画素(複数の発光素子ユニット)は、X方向及びY方向に2次元マトリックス状に配列されている。一方、図12に示す例にあっては、1画素(1つの発光素子ユニット)において、赤色発光素子R、緑色発光素子G、青色発光素子B及び橙色発光素子Oの4種類の発光素子の長手方向はY方向に延び、これらの発光素子R,G,B,OはX方向に順に配列されており、複数の画素(複数の発光素子ユニット)は、X方向及びY方向に2次元マトリックス状に配列されている。発光素子R,G,B,Oのそれぞれに、オン/オフ制御のためのトランジスタ(図示せず)が設けられている。 In the example shown in FIGS. 11 and 12, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by a region surrounded by a dotted line is a rectangle. And the planar shape of the light emitting layer which comprises light emitting element R, G, B, O is a rectangle, and light emitting element R, G, B, O is arranged in the X direction and the Y direction. In the example shown in FIG. 11, in one pixel (one light emitting element unit), the longitudinal direction of the three types of light emitting elements of the red light emitting element R, the green light emitting element G, and the blue light emitting element B extends in the Y direction. These light emitting elements R, G, B are arranged in order in the X direction, and a plurality of pixels (a plurality of light emitting element units) are arranged in a two-dimensional matrix in the X direction and the Y direction. On the other hand, in the example shown in FIG. 12, in one pixel (one light emitting element unit), the lengths of four types of light emitting elements of red light emitting element R, green light emitting element G, blue light emitting element B, and orange light emitting element O are elongated. The direction extends in the Y direction, and the light emitting elements R, G, B, and O are sequentially arranged in the X direction, and a plurality of pixels (a plurality of light emitting element units) are arranged in a two-dimensional matrix in the X direction and the Y direction. Is arranged. Each of the light emitting elements R, G, B, and O is provided with a transistor (not shown) for on / off control.
図13に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す1画素(1つの発光素子ユニット)の平面形状は3つの正六角形が組み合わされた形状を有し、図14に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す1画素(1つの発光素子ユニット)の平面形状は4つの正六角形が組み合わされた形状を有する。一方、図15に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す1画素(1つの発光素子ユニット)の平面形状は正三角形であり、図16に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す1画素(1つの発光素子ユニット)の平面形状は菱形である。そして、発光素子R,G,B,Oを構成する発光層の平面形状は、正六角形、あるいは、円形であり、発光素子R,G,B,Oは、ハニカム状に、即ち、正三角形の頂点に配列されている。図13及び図15に示す例にあっては、1画素(1つの発光素子ユニット)において、赤色発光素子R、緑色発光素子G、青色発光素子Bの3種類の発光素子が、互いに隣接した状態に配列されており、図13に示す例にあっては、水平方向には同色の発光素子が所定間隔を置いて配列されており、図15に示す例にあっては、水平方向に、赤色発光素子R、緑色発光素子G及び青色発光素子Bが、順に、所定間隔を置いて配列されている。一方、図14及び図16に示す例にあっては、1画素(1つの発光素子ユニット)において、赤色発光素子R、緑色発光素子G、青色発光素子B及び橙色発光素子Oの4種類の発光素子が、互いに隣接した状態に配列されており、図14に示す例にあっては、水平方向には同色の発光素子が所定間隔を置いて配列されており、図16に示す例にあっては、水平方向に、赤色発光素子R、緑色発光素子G、青色発光素子B及び橙色発光素子Oが、順に、所定間隔を置いて配列されている。発光素子R,G,B,Oのそれぞれに、オン/オフ制御のためのトランジスタ(図示せず)が設けられている。 In the example shown in FIG. 13, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by the area surrounded by the dotted line has a shape in which three regular hexagons are combined. In this case, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by a region surrounded by a dotted line has a shape in which four regular hexagons are combined. On the other hand, in the example shown in FIG. 15, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by the area surrounded by a dotted line is an equilateral triangle, and in the example shown in FIG. The planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by the enclosed region is a rhombus. The planar shape of the light emitting layers constituting the light emitting elements R, G, B, and O is a regular hexagon or a circle, and the light emitting elements R, G, B, and O are in a honeycomb shape, that is, an equilateral triangle. Arranged at the vertices. In the example shown in FIGS. 13 and 15, in one pixel (one light emitting element unit), three types of light emitting elements of the red light emitting element R, the green light emitting element G, and the blue light emitting element B are adjacent to each other. In the example shown in FIG. 13, the light emitting elements of the same color are arranged at a predetermined interval in the horizontal direction, and in the example shown in FIG. The light emitting element R, the green light emitting element G, and the blue light emitting element B are arranged in order at predetermined intervals. On the other hand, in the example shown in FIGS. 14 and 16, four types of light emission of red light emitting element R, green light emitting element G, blue light emitting element B, and orange light emitting element O in one pixel (one light emitting element unit). The elements are arranged adjacent to each other. In the example shown in FIG. 14, light emitting elements of the same color are arranged at a predetermined interval in the horizontal direction, and in the example shown in FIG. In the horizontal direction, a red light emitting element R, a green light emitting element G, a blue light emitting element B, and an orange light emitting element O are sequentially arranged at predetermined intervals. Each of the light emitting elements R, G, B, and O is provided with a transistor (not shown) for on / off control.
図17に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す1画素(1つの発光素子ユニット)の平面形状は正六角形である。そして、発光素子R,G,Bを構成する発光層の平面形状は、正六角形を三等分した菱形であり、発光素子R,G,Bは、正三角形の頂点に配列されている。ここで、1画素(1つの発光素子ユニット)においては、赤色発光素子R、緑色発光素子G、青色発光素子Bの3種類の発光素子が、互いに隣接した状態に配列されている。そして、例えば、Y方向には3種類の発光素子R,G,Bの内、1種類の発光素子(例えば青色発光素子B)が配置され、右斜め30度の方向には例えば赤色発光素子Rが配置され、左斜め30度の方向には例えば緑色発光素子Gが配置されている。発光素子R,G,Bのそれぞれに、オン/オフ制御のためのトランジスタ(図示せず)が設けられている。 In the example shown in FIG. 17, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by a region surrounded by a dotted line is a regular hexagon. And the planar shape of the light emitting layer which comprises the light emitting elements R, G, and B is a rhombus obtained by dividing a regular hexagon into three equal parts, and the light emitting elements R, G, and B are arranged at the vertices of a regular triangle. Here, in one pixel (one light emitting element unit), three types of light emitting elements of the red light emitting element R, the green light emitting element G, and the blue light emitting element B are arranged adjacent to each other. For example, among the three types of light emitting elements R, G, and B, one type of light emitting element (for example, blue light emitting element B) is arranged in the Y direction, and for example, the red light emitting element R in the direction of 30 degrees diagonally to the right. For example, a green light emitting element G is arranged in the direction of 30 degrees diagonally to the left. Each of the light emitting elements R, G, and B is provided with a transistor (not shown) for on / off control.
図18に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す1画素(1つの発光素子ユニット)の平面形状は正三角形である。そして、発光素子R,G,Bを構成する発光層の平面形状は、正三角形を三等分した二等辺三角形であり、発光素子R,G,Bの3種類の発光素子は、正三角形の頂点に配列されている。その際、或る画素内の発光素子と、その発光素子に隣接する画素内の発光素子とは同色を発光する発光素子とはならないように配列されている。発光素子R,G,Bのそれぞれに、オン/オフ制御のためのトランジスタ(図示せず)が設けられている。 In the example shown in FIG. 18, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by the area surrounded by the dotted line is an equilateral triangle. The planar shape of the light-emitting layers constituting the light-emitting elements R, G, and B is an isosceles triangle obtained by dividing an equilateral triangle into three equal parts, and the three types of light-emitting elements R, G, and B are equilateral triangles. Arranged at the vertices. At that time, the light emitting elements in a certain pixel and the light emitting elements in the pixel adjacent to the light emitting element are arranged so as not to emit light of the same color. Each of the light emitting elements R, G, and B is provided with a transistor (not shown) for on / off control.
実施例1あるいは実施例2の表示装置にあっては、本発明の発光素子を用いたことにより、自発光、軽量、薄型の表示装置を実現することが可能である。更には、希土類原子を、イオン注入法やスクリーン印刷法等に基づき発光層中に形成する場合、青色発光素子B、緑色発光素子G、赤色発光素子R、橙色発光素子Oの製造プロセスにおいて、イオン注入処理やスクリーン印刷等以外のプロセスは、全て、全発光素子について共通であるが故に、プロセスを簡略化することができる。また、スパッタリング法等で発光層を形成する場合、発光層の形成プロセス以外のプロセスは、全て、全発光素子について同様に作製できるが故に、プロセスを簡略化することができる。尚、発光素子R,G,B,Oのそれぞれのオン/オフ制御のためのトランジスタ(例えばMOS型トランジスタや薄膜トランジスタ)は、発光素子が形成された基体の面と同じ面に形成してもよいし、発光素子が形成された面と反対の面に形成してもよい。 In the display device of Example 1 or Example 2, by using the light-emitting element of the present invention, a self-luminous, lightweight, and thin display device can be realized. Further, when the rare earth atoms are formed in the light emitting layer based on an ion implantation method, a screen printing method, or the like, in the manufacturing process of the blue light emitting element B, the green light emitting element G, the red light emitting element R, and the orange light emitting element O, Since all processes other than the injection process and screen printing are common to all the light emitting elements, the process can be simplified. Further, when the light emitting layer is formed by a sputtering method or the like, all the processes other than the light emitting layer forming process can be similarly manufactured for all the light emitting elements, so that the process can be simplified. Note that the transistors for controlling on / off of the light emitting elements R, G, B, and O (for example, MOS transistors and thin film transistors) may be formed on the same surface as the base on which the light emitting elements are formed. However, it may be formed on the surface opposite to the surface on which the light emitting element is formed.
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例1における量子井戸層54を、半導体2次元量子井戸、半導体1次元量子井戸(例えば、量子細線)、半導体0次元量子井戸(例えば、量子ドット、ナノクリスタル)から構成することができる。更には、希土類原子が含まれている層における水平方向の希土類原子の濃度ピークの位置(d)は、使用する希土類原子、発光強度等に応じて、適宜、変更可能である。また、量子井戸層54を構成する材料として、シリコン層の場合について説明したが、シリコン系酸化物(SiOX(0<X≦2)、シリコンを主成分とする窒化シリコン等のシリコン系化合物、シリコン系化合物の混合物、Ge等の所謂シリコン族系材料、シリコン族系材料の混合物、その他の半導体材料やその混合物を用いることもできる。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable Example, this invention is not limited to these Examples. The
実施例1あるいは実施例2にあっては、発光層50の頂面から光が基体の上方へと射出されるとして説明したが、発光装置の構造によっては、発光層50の底面から光が基体を介して下方へと射出される形態もあり得る。 In Example 1 or Example 2, it has been described that light is emitted from the top surface of the light emitting layer 50 to the upper side of the substrate. However, depending on the structure of the light emitting device, light is emitted from the bottom surface of the light emitting layer 50. There may be a form in which the liquid is injected downward via the.
実施例1あるいは実施例2にあっては、隣接する発光素子において、或る発光素子を構成する第1隔壁部が、この発光素子と隣接する発光素子を構成する第1隔壁部に相当している。但し、このような構成に限定するものではなく、発光素子及び発光装置の模式的な一部断面図を図19の(A)に示し、模式的な一部平面図を図19の(B)に示すように、或る発光素子を構成する第1隔壁部が、この発光素子と隣接する発光素子を構成する第2隔壁部に相当する構成とすることもできる。 In Example 1 or Example 2, in an adjacent light emitting element, a first partition part constituting a certain light emitting element corresponds to a first partition part constituting a light emitting element adjacent to the light emitting element. Yes. However, the present invention is not limited to such a configuration, and a schematic partial cross-sectional view of the light-emitting element and the light-emitting device is shown in FIG. 19A, and a schematic partial plan view is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the first barrier rib part constituting a certain light emitting element may be configured to correspond to the second barrier rib part constituting the light emitting element adjacent to the light emitting element.
また、発光素子を、真性エレクトロルミネッセンス素子から構成することもできる。尚、この場合には、実施例1あるいは実施例2における発光素子において、第1電極41及び第2電極42のそれぞれの上に、例えばSiO2から成る絶縁膜を形成しておけばよく、その他の構成、構造は、実施例1において説明した発光素子の構成、構造と同様とすることができる。
In addition, the light emitting element can be formed of an intrinsic electroluminescence element. In this case, in the light emitting device in Example 1 or Example 2, an insulating film made of, for example, SiO 2 may be formed on each of the
10・・・基板、11・・・多結晶シリコン層、21・・・ゲート絶縁膜、22・・・ゲート電極、23・・・ソース/ドレイン領域、24・・・チャネル形成領域、25・・・基体(層間絶縁層)、26・・・コンタクトプラグ、30,30R,30G,30B,130・・・発光素子、31・・・第1隔壁部、32・・・第2隔壁部、31A,32A・・・頂面、31B,32B・・・側壁、33・・・第3隔壁部、34・・・第4隔壁部、35・・・凹部、41・・・第1電極、42・・・第2電極、50・・・発光層、51・・・第1材料層、52・・・第2材料層、53・・・量子井戸層、60,61・・・マスク層、71・・・量子ドット、73・・・希土類原子、80・・・シリコン半導体基板、81・・・電解溶液、82・・・白金電極
DESCRIPTION OF
Claims (15)
(B)基体上に形成され、頂面、及び、第1隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第2隔壁部、
(C)第1隔壁部の側壁に形成された第1電極、
(D)第2隔壁部の側壁に形成された第2電極、並びに、
(E)基体上であって、第1電極と第2電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、第1電極と接する第1材料層、第2電極と接する第2材料層、及び、第1材料層と第2材料層とによって挟まれた量子井戸層から成り、
第1材料層及び第2材料層の少なくとも一方の層には、希土類原子が含まれていることを特徴とする発光素子。 (A) a first partition wall formed on the substrate and having a top surface and side walls;
(B) a second partition wall formed on the substrate and having a top surface and a side wall facing the side wall of the first partition wall;
(C) a first electrode formed on the side wall of the first partition wall,
(D) a second electrode formed on the side wall of the second partition wall, and
(E) a light emitting layer formed on the substrate and formed between the first electrode and the second electrode;
With
The light emitting layer includes a first material layer in contact with the first electrode, a second material layer in contact with the second electrode, and a quantum well layer sandwiched between the first material layer and the second material layer,
A light emitting element characterized in that a rare earth atom is contained in at least one of the first material layer and the second material layer.
(B)基体上に形成され、頂面、及び、第1隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第2隔壁部、
(C)第1隔壁部の側壁に形成された第1電極、
(D)第2隔壁部の側壁に形成された第2電極、並びに、
(E)基体上であって、第1電極と第2電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、第1電極と接する第1材料層、第2電極と接する第2材料層、及び、第1材料層と第2材料層とによって挟まれた量子井戸層から成り、
第1材料層及び第2材料層の少なくとも一方の層には、希土類原子が含まれている発光素子を、複数、備えていることを特徴とする発光装置。 (A) a first partition wall formed on the substrate and having a top surface and side walls;
(B) a second partition wall formed on the substrate and having a top surface and a side wall facing the side wall of the first partition wall;
(C) a first electrode formed on the side wall of the first partition wall,
(D) a second electrode formed on the side wall of the second partition wall, and
(E) a light emitting layer formed on the substrate and formed between the first electrode and the second electrode;
With
The light emitting layer includes a first material layer in contact with the first electrode, a second material layer in contact with the second electrode, and a quantum well layer sandwiched between the first material layer and the second material layer,
A light emitting device comprising a plurality of light emitting elements containing rare earth atoms in at least one of the first material layer and the second material layer.
複数の発光素子ユニットを備えていることを特徴とする請求項7に記載の発光装置。 A first light emitting element that emits light of a first wavelength λ 1 corresponding to red, a second light emitting element that emits light of a second wavelength λ 2 corresponding to green, and a third light emitting element corresponding to blue One light-emitting element unit is composed of three types of light-emitting elements that emit light having a wavelength λ 3 of
The light emitting device according to claim 7, comprising a plurality of light emitting element units.
複数の発光素子ユニットを備えていることを特徴とする請求項7に記載の発光装置。 A first light emitting element that emits light having a first wavelength λ 1 corresponding to red, a second light emitting element that emits light having a second wavelength λ 2 corresponding to green, and a third wavelength corresponding to blue One light emitting element includes four types of light emitting elements: a third light emitting element that emits light of λ 3 and a fourth light emitting element that emits light of a fourth wavelength λ 4 corresponding to other colors. Unit is configured,
The light emitting device according to claim 7, comprising a plurality of light emitting element units.
(B)基体上に形成され、頂面、及び、第1隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第2隔壁部、
(C)第1隔壁部の側壁に形成された第1電極、
(D)第2隔壁部の側壁に形成された第2電極、並びに、
(E)基体上であって、第1電極と第2電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、量子ドット、並びに、該量子ドットの表面に付着し、及び/又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成ることを特徴とする発光素子。 (A) a first partition wall formed on the substrate and having a top surface and side walls;
(B) a second partition wall formed on the substrate and having a top surface and a side wall facing the side wall of the first partition wall;
(C) a first electrode formed on the side wall of the first partition wall,
(D) a second electrode formed on the side wall of the second partition wall, and
(E) a light emitting layer formed on the substrate and formed between the first electrode and the second electrode;
With
The light emitting layer is composed of a quantum dot and a rare earth atom attached to the surface of the quantum dot and / or contained in the quantum dot.
(B)基体上に形成され、頂面、及び、第1隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第2隔壁部、
(C)第1隔壁部の側壁に形成された第1電極、
(D)第2隔壁部の側壁に形成された第2電極、並びに、
(E)基体上であって、第1電極と第2電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、量子ドット、並びに、該量子ドットの表面に付着し、及び/又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成る発光素子を、複数、備えていることを特徴とする発光装置。 (A) a first partition wall formed on the substrate and having a top surface and side walls;
(B) a second partition wall formed on the substrate and having a top surface and a side wall facing the side wall of the first partition wall;
(C) a first electrode formed on the side wall of the first partition wall,
(D) a second electrode formed on the side wall of the second partition wall, and
(E) a light emitting layer formed on the substrate and formed between the first electrode and the second electrode;
With
The light-emitting layer includes a plurality of light-emitting elements composed of quantum dots and rare earth atoms attached to the surface of the quantum dots and / or contained in the quantum dots. Light emitting device.
複数の発光素子ユニットを備えていることを特徴とする請求項13に記載の発光装置。 A first light emitting element that emits light of a first wavelength λ 1 corresponding to red, a second light emitting element that emits light of a second wavelength λ 2 corresponding to green, and a third light emitting element corresponding to blue One light-emitting element unit is composed of three types of light-emitting elements that emit light having a wavelength λ 3 of
The light-emitting device according to claim 13, comprising a plurality of light-emitting element units.
複数の発光素子ユニットを備えていることを特徴とする請求項13に記載の発光装置。 A first light emitting element that emits light having a first wavelength λ 1 corresponding to red, a second light emitting element that emits light having a second wavelength λ 2 corresponding to green, and a third wavelength corresponding to blue One light emitting element includes four types of light emitting elements: a third light emitting element that emits light of λ 3 and a fourth light emitting element that emits light of a fourth wavelength λ 4 corresponding to other colors. Unit is configured,
The light-emitting device according to claim 13, comprising a plurality of light-emitting element units.
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