無機ＥＬ発光素子
【課題】直流の低電圧で駆動することができ、発光特性の良好な無機ＥＬ発光素子を提供する。
【解決手段】無機ＥＬ発光素子は、少なくとも一方の電極が透明に形成された第１及び第２電極と、第１及び第２電極に電気的に接続して設けられ、多結晶構造に形成された硫化亜鉛発光層と、を備え、硫化亜鉛発光層は、その結晶界面に、遷移金属の硫化物で構成された導電部が形成されている。
【解決手段】無機ＥＬ発光素子は、少なくとも一方の電極が透明に形成された第１及び第２電極と、第１及び第２電極に電気的に接続して設けられ、多結晶構造に形成された硫化亜鉛発光層と、を備え、硫化亜鉛発光層は、その結晶界面に、遷移金属の硫化物で構成された導電部が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機ＥＬ発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マトリクス（パッシブ）表示を行うＥＬ（electroluminescence）をはじめとする薄型表示装置においては、ガラス基板上に透明電極膜をパターニングし、絶縁膜／発光層／絶縁層で構成されたいわゆる二重絶縁構造を有する多層膜を積層し、更に下層の電極と直交する電極をパターニングすることで素子が形成されている。
【０００３】
二重絶縁構造で形成されたＥＬ素子は、その駆動電圧が２５０ｖと一般的な素子と比較して非常に高く、高耐圧ＩＣで駆動回路を構成する必要があるために、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
そこで、二重絶縁構造で形成するのではなく、素子の発光層をそのまま電極材料で挟持することで発光させることができれば、低電圧で直流電流駆動が原理上可能である。
【０００５】
このような発光層の発光材料としては、硫化亜鉛が従来より知られている。硫化亜鉛を発光材料として利用した素子として、例えば、特許文献１には、六方晶を主体とする結晶構造を有する硫化亜鉛からなる蛍光体母体中に、第１の付活剤および第２の付活剤を含有させた表示装置用蛍光体において、前記第２の付活剤は前記蛍光体母体粒子中に均一に分散されており、かつ前記第１の付活剤は前記蛍光体母体粒子の表層部に偏在していることを特徴とする表示装置用蛍光体が開示されている。そして、これによれば、ＣＲＴやＦＥＤなどのカラー表示装置に用いられる六方晶の結晶構造を有する硫化亜鉛蛍光体、特に緑色発光の硫化亜鉛蛍光体の発光色を改善することができる、と記載されている。
【特許文献１】特開2004-123787号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、硫化亜鉛粉体を各種バインダーに混合した媒質をスクリーン印刷などの塗布法により形成した、いわゆる分散タイプの素子においては導電性を保持した発光層により直流駆動が実現されることは自明であるが、発光性能（輝度、効率）においては実用されている交流駆動に劣り、実用可能なレベルにはない。これは、導電性を保持した硫化亜鉛発光材料を薄膜材料として利用する際の障害となっている。
【０００７】
本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、直流の低電圧で駆動することができ、発光特性の良好な無機ＥＬ発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る無機ＥＬ発光素子は、少なくとも一方の電極が透明に形成された第１及び第２電極と、第１及び第２電極に電気的に接続して設けられ、多結晶構造に形成された硫化亜鉛発光層と、を備え、硫化亜鉛発光層は、その結晶界面に、遷移金属の硫化物で構成された導電部が形成されたことを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、硫化亜鉛発光層が、絶縁性基板を介さずに、第１及び第２電極に電気的に接続して設けられているため、低電圧で駆動させることができる。また、硫化亜鉛発光層がその結晶界面に遷移金属の硫化物で構成された導電部が形成されているため、硫化亜鉛発光層内の結晶界面に、硫化亜鉛と遷移金属の硫化物との異種接合が生じる。したがって、その接合領域内で硫化亜鉛バンドギャップ内にドナー準位を占める遷移金属が、電子、正孔の再結合エネルギーにより、硫化亜鉛価電子帯に励起され、励起状態から遷移準位に放出される過程で良好に発光を呈する。このため、直流の低電圧で駆動することができ、発光特性の良好な無機ＥＬ発光素子を提供することができる。
【００１０】
また、本発明に係る無機ＥＬ発光素子は、硫化亜鉛発光層が、硫化金属と硫化亜鉛との積層構造体であってもよい。
【００１１】
このような構成によれば、無機ＥＬ発光素子の硫化亜鉛発光層が、硫化金属と硫化亜鉛との積層構造体であるため、無機ＥＬ発光素子を挟持する第１及び第２電極のそれぞれに好適なコンタクト性を有する層をそれぞれの電極側に配置することにより、良好な導電性を実現することができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る無機ＥＬ発光素子は、硫化亜鉛発光層にＧａ等のIII族元素及びＮ等のV族元素が添加されていてもよい。
【００１３】
このような構成によれば、無機ＥＬ発光素子の硫化亜鉛発光層にＧａ等のIII族元素及びＮ等のV族元素が添加されているため、硫化亜鉛の結晶の成長を所望の程度に調整することで、容易に無機ＥＬ発光素子の導電性及び発光特性を制御することができる。
【００１４】
また、本発明に係る無機ＥＬ発光素子は、硫化亜鉛発光層が、薄膜型直流駆動であるとともに、硫化亜鉛発光層内の硫化亜鉛が第１及び第２電極の一方から他方へ延びるような柱状結晶構造に形成され、導電部を構成する遷移金属の硫化物が硫化亜鉛の柱状結晶に沿うように偏析していてもよい。
【００１５】
このような構成によれば、硫化亜鉛発光層内において、第１及び第２電極の一方から他方へ延びるように硫化亜鉛の柱状結晶構造が形成されているため、この硫化亜鉛の柱状結晶に沿って第１及び第２電極の一方から他方へ延びるように遷移金属の硫化物の偏析が良好に生じている。従って、硫化亜鉛発光層の導電性及び発光特性が良好となる。
【００１６】
さらに、本発明に係る無機ＥＬ発光素子は、硫化亜鉛発光層が、分散型直流駆動であるとともに、硫化亜鉛発光層内の硫化亜鉛が粒状結晶構造に形成され、導電部を構成する遷移金属の硫化物が硫化亜鉛の粒状結晶を覆うように偏析していてもよい。
【００１７】
このような構成によれば、硫化亜鉛発光層内において、硫化亜鉛が粒状結晶構造に形成されているため、この硫化亜鉛の粒状結晶を覆う遷移金属の硫化物の偏析が硫化亜鉛発光層内で広範囲に分散して存在することができる。従って、硫化亜鉛発光層の導電性及び発光特性が良好となる。
【００１８】
また、本発明に係る無機ＥＬ発光素子は、導電部を構成する遷移金属の硫化物が、硫化銅であってもよい。
【００１９】
このような構成によれば、導電部を構成する遷移金属の硫化物が硫化銅であるため、硫化亜鉛中で容易に拡散することができる。従って、硫化銅が硫化亜鉛の結晶に沿うように又は硫化亜鉛の結晶を覆うように良好に偏析するため、硫化亜鉛発光層内に導電部を効率的に形成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、直流の低電圧で駆動することができ、発光特性の良好な無機ＥＬ発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る無機ＥＬ発光素子について、図面を用いて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２２】
（実施形態１）
（無機ＥＬ発光素子１０の構成）
図１は本発明の実施形態１に係る薄膜型直流駆動の無機ＥＬ発光素子１０の断面図である。
【００２３】
無機ＥＬ発光素子１０は、基板１１と、基板１１の上に設けられた第１電極１２と、第１電極１２の上に設けられた印加発光層としての硫化亜鉛発光層１３と、硫化亜鉛発光層１３の上に設けられた第２電極１４とで構成されている。基板１１は、ガラス、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）フィルム等の可視光域で透質な性能を有し、平滑表面を有する材料で構成されている。
【００２４】
第１電極１２及び第２電極１４は、硫化亜鉛発光層１３に電圧を印加する。第１電極１２及び第２電極１４は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）等により形成することができる。その中でも、光を透過する透明電極とする場合は、非晶質であるインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）が好ましい。また、光を反射させる反射電極とする場合は、光反射率が高く、電気抵抗の低いアルミニウム（Ａｌ）が好ましい。
【００２５】
硫化亜鉛発光層１３は、薄膜型直流駆動に構成されている。硫化亜鉛発光層１３は、内部に硫化亜鉛（ＺｎＳ）１６の結晶及び硫化物の結晶に沿うように偏析した硫化銅（ＣｕＳ）１７の結晶を有している。
【００２６】
ここで、硫化亜鉛発光層１３を構成する硫化亜鉛（ＺｎＳ）１６及び硫化銅（ＣｕＳ）１７の構成材料の各組成、導電率、及び、それらの発光特性良好範囲を、それぞれ表１に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
ここで、硫化亜鉛（ＺｎＳ）については、組成比が１：１に近い範囲でドーピングを施すことで電気特性的にも安定であると同時に、発光特性も硫化亜鉛（ＺｎＳ）の物性（とりわけバンドギャップエネルギー量）を反映するので発光性能も良好である。
【００２９】
これに対し、Ｚｎリッチ又はＳリッチは、それぞれ不安定性で亜酸化しやすい。
【００３０】
硫化銅（ＣｕＳ）については、ＣｕＳ２（Ｃｕ０．３３Ｓ０．６７）組成が半導体特性が強く、Ｃｕ２Ｓ（Ｃｕ０．６７Ｓ０．３３）組成は導電性が高く、より金属性が高い。
【００３１】
硫化亜鉛（ＺｎＳ）との接合を考慮した場合、格子整合率の観点や、ＺｎＳのｎ型半導体との導電性と合致するのがＣｕＳ２のｐ型半導体である点から、半導体硫化銅（ＣｕＳ）のほうがより接合しやすい。
【００３２】
また、発光特性を考えた場合、ＣｕＳ−ＺｎＳのヘテロｐｎ接合は、ＺｎＳのバンドギャップエネルギー３．７ｅＶに対してＣｕＳの方も、より大きなバンドギャップを有しないとバリアを有する接合になりやすい。さらに、ＣｕＳ２のバンドギャップエネルギーは、Ｃｕ２Ｓよりも大きいことは明らかである。これらの点から、表１に示したＣｕ（ｘ）Ｓ（ｙ）組成が、発光特性の良好な範囲といえる。
【００３３】
硫化亜鉛（ＺｎＳ）１６の結晶は、第１電極１２及び第２電極１４の一方から他方へ延びるような柱状結晶構造に形成されている。硫化銅（ＣｕＳ）１７は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）１６の柱状結晶に沿うように偏析しており、これによって硫化亜鉛発光層１３内における導電部１８を構成している。
【００３４】
すなわち、硫化亜鉛発光層１３は、その柱状構造の結晶界面に、硫化銅（ＣｕＳ）１７で構成された導電部１８が形成されているため、硫化亜鉛発光層１３内の結晶界面に、硫化亜鉛（ＺｎＳ）１６と硫化銅（ＣｕＳ）１７との異種接合が生じる。したがって、その接合領域内で硫化亜鉛バンドギャップ内にドナー準位を占めるＣｕが、電子、正孔の再結合エネルギーにより、硫化亜鉛価電子帯に励起され、励起状態から遷移準位に放出される過程で良好に発光を呈する。このため、硫化亜鉛発光層１３は、直流の低電圧で駆動することができ、発光特性の良好となっている。
【００３５】
（無機ＥＬ発光素子１０の製造方法）
次に、本実施形態１に係る無機ＥＬ発光素子１０の製造方法について詳細に説明する。
【００３６】
まず、蒸着法やスパッタ法等を用いて、ガラスをはじめとする透明な平坦性の高い材料（例えば、ホウケイ酸ガラス：コーニング社製＃１７３７材）で構成された基板１１上に、例えばＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３：Ｓｎ）等で構成された第１電極１２を、厚さ１５０〜２００ｎｍ程度に形成する。第１電極１２をパターニングする場合は、フォトレジストの塗布、パターン露光、現像、エッチング及びレジスト剥離を順に行うフォトリソグラフィー技術を用いて所望の形状にパターニングすることができる。
【００３７】
次に、第１電極１２上に硫化亜鉛発光層１３を形成する。硫化亜鉛発光層１３は例えばスパッタ法により形成することができる。以下、スパッタ法により硫化亜鉛発光層１３を形成する工程について詳細に説明する。
【００３８】
まず、硫化亜鉛発光層１３の成分（ホスト材料及び発光中心）を含有するターゲット材を作製する。ターゲット材は、例えば、ホスト材料を硫化亜鉛（ＺｎＳ）１６とし、発光中心を銅（Ｃｕ）、塩素（Ｃｌ）とする場合、硫化亜鉛（ＺｎＳ）１６に銅（Ｃｕ）を０．１ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下、塩素（Ｃｌ）を０．１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下の濃度で添加することにより作製する。
【００３９】
次に、このように作製したターゲット材を、スパッタリング（スパッタリングガス：Ａｒ、背圧：１〜１００ｍＴｏｒｒ）により第１電極１２上に形成する。
【００４０】
次に、ターゲット材上に、硫化銅１７で構成されたターゲット材によってスパッタリング薄膜（スパッタリングガス：Ａｒ、背圧：１〜１００ｍＴｏｒｒ）を積層する。
【００４１】
ここで、上記のように硫化亜鉛発光層１３を成膜する際、基板１１は常温以上３００℃程度であることが好ましい。より好ましくは、１００℃以上３００℃以下である。成膜レート（硫化亜鉛発光層１３を成膜する速度）は１ｎｍ／ｓ以上２０ｎｍ／ｓ以下であることが好ましい。より好ましくは１ｎｍ／ｓ以上１０ｎｍ／ｓ以下である。
【００４２】
硫化亜鉛発光層１３を形成した後、加熱処理を行うことが好ましい。具体的には、減圧雰囲気中（好ましくは１Ｐａ以上３０Ｐａ以下、より好ましくは６Ｐａ以上２０Ｐａ以下）あるいは真空雰囲気中、３００℃以上６００℃以下で、３０分以上１２０分以下アニールすることが好ましい。これによって、硫化亜鉛発光層１３の結晶化を促進することができる。また、急速加熱処理（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）やエキシマレーザーを用いたレーザーアニールを行ってもよい。急速加熱処理やレーザーアニールによれば、硫化亜鉛発光層１３の結晶化をより効果的に促進することができる。 上記のようにスパッタ、蒸着によって積層し、熱処理によって結晶化させた硫化亜鉛発光層１３は、柱状結晶成長をするために、結晶粒界面が厚み方向（第１電極１２から第２電極１４へ延びる方向）に沿って多く存在する。その粒界面に硫化銅１７が偏析しやすく、熱焼成によって硫化亜鉛１６との異種接合を形成する。
【００４３】
次に、硫化亜鉛発光層１３の上に、仕事関数の大きなＡｌ（４．２ｅＶ）などの金属材料で構成された第２電極１４を形成することによって無機ＥＬ発光素子１０を製造することができる。第２電極１４は、第１電極１２と同様に、蒸着法やスパッタ法等を用いて形成することができる。
【００４４】
さらに、無機ＥＬ発光素子１０の上から、硫化亜鉛発光層１３を外気から遮断するように、凹部が形成された封止基板等を用いて無機ＥＬ発光素子１０を封止してもよい。さらに、封止基板と無機ＥＬ発光素子１０との間に絶縁性オイル（例えば、シリコンオイル等）を充填してもよい。これにより硫化亜鉛発光層１３や第１電極１２及び第２電極１４が酸素や水分と接触することを効果的に抑制することができ、長寿命な無機ＥＬ発光素子１０を実現することができる。
【００４５】
実施形態１では、スパッタ法を用いて硫化亜鉛発光層１３を形成する場合を説明したが、本発明は何らこれに限定されるものではない。フッ素雰囲気中において、蒸着法を用いて硫化亜鉛発光層１３を形成しても構わない。
【００４６】
（実施形態２）
（無機ＥＬ発光素子２０の構成）
図２は本発明の実施形態２に係る分散型直流駆動の無機ＥＬ発光素子２０の断面図である。
【００４７】
無機ＥＬ発光素子２０は、基板２１と、基板２１の上に設けられた第１電極２２と、第１電極２２の上に設けられた印加発光層としての硫化亜鉛発光層２３と、硫化亜鉛発光層２３の上に設けられた第２電極２４とで構成されている。基板２１は、ガラス、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）フィルム等の可視光域で透質な性能を有し、平滑表面を有する材料で構成されている。
【００４８】
第１電極２２及び第２電極２４は、硫化亜鉛発光層２３に電圧を印加する。第１電極２２及び第２電極２４はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａｇ）等により形成することができる。その中でも、光を透過する透明電極とする場合は、非晶質であるインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）が好ましい。また、光を反射させる反射電極とする場合は、光反射率が高く、電気抵抗の低いアルミニウム（Ａｌ）が好ましい。
【００４９】
硫化亜鉛発光層２３は、分散型直流駆動に構成されている。硫化亜鉛発光層２３は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）２６の粒状結晶及び硫化亜鉛２６の粒状結晶を覆うように偏析して導電部２８を構成する硫化銅（ＣｕＳ）２７の結晶を有している。
【００５０】
すなわち、硫化亜鉛発光層２３は、その内部において、硫化亜鉛２６が粒状結晶構造に形成されているため、この硫化亜鉛２６の粒状結晶を覆う硫化銅２７の偏析が硫化亜鉛発光層２３内で広範囲に分散して存在することができる。従って、硫化亜鉛発光層２３の導電性及び発光特性が良好となっている。
【００５１】
また、硫化亜鉛発光層２３は、硫化亜鉛２６に対して、硫化銅２７を１〜３０ｍｏｌ％を添加し、且つ、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を１〜１０ｍｏｌ％添加することで、硫化亜鉛２６の結晶粒径が１０μｍ〜２０μｍを上限とするように抑制されている。ここで、結晶成長の抑制手段として添加するものは、上記ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）に限らず、III族元素及びV族元素で構成されていてもよい。
【００５２】
（無機ＥＬ発光素子２０の製造方法）
次に、本実施形態２に係る無機ＥＬ発光素子２０の製造方法について詳細に説明する。
【００５３】
まず、ガラス、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）フィルム等の可視光域で透質な性能を有し、平滑表面を有する材料で構成された基板２１を準備する。
【００５４】
次に、基板２１上にＩＴＯペースト、ＰＥＤＯＴ（poly(ethylenedioxy)thiophene）ペースト等の透明電極材料を印刷して第１電極２２を形成する。透明電極材料の形成は、印刷でなくてもよく、スパッタ等で薄膜に形成してもよい。
【００５５】
次に、硫化亜鉛蛍光体粉末に硫化銅を添加合成して得られる発光層材料を、シアノ樹脂などをはじめとするバインダーに混合してペースト材料を調整する。このようにして得られたペースト材料をスクリーン印刷により第１電極２２上に塗布し、１００〜２００℃で乾燥させ、硫化亜鉛発光層２３を作製する。硫化亜鉛発光層２３は、特に限定されないが、例えば数１０μｍ程度の厚さに形成する。
【００５６】
ここで、無機ＥＬ発光素子２０そのものは、導電性を有する発光層材料によって性能を大きく左右される。本実施形態に係る無機ＥＬ発光素子２０の製造方法では、硫化亜鉛２６に硫化銅２７を添加させる工程において、硫化亜鉛２６に対して１〜１０ｍｏｌ％のガリウムヒ素を添加するために、硫化亜鉛結晶成長の粒径１０μｍ〜２０μｍを上限にした上で、結晶成長を制御することができる。その際に硫化銅２７を硫化亜鉛２６に対して１〜３０ｍｏｌ％となるように添加し、７００〜１０００℃の窒素等の不活性ガス雰囲気で焼成することで、硫化亜鉛結晶粒表面に各種の欠陥が生じる。この欠陥が生じながら、その欠陥箇所に硫化銅２７が偏析することで、ＺｎＳ−ＣｕＳのヘテロｐｎ接合の形成が促進され、且つ、硫化亜鉛結晶粒表面に硫化銅２７による導電部１８が広く分布することで導電性が付与される。
【００５７】
本実施形態に係る無機ＥＬ発光素子２０は、このように広範囲に硫化銅とのｐｎ接合箇所が分布する硫化亜鉛蛍光体材料を発光層に用いることで、発光性能が良好となっている。
【００５８】
次に、硫化亜鉛発光層２３上に背面電極として銀などの導電性ペースト材料を、印刷塗布し、その後乾燥させることによって第２電極２４を形成する。
【００５９】
さらに、無機ＥＬ発光素子２０の上から、硫化亜鉛発光層２３を外気から遮断するように、凹部が形成された封止基板等を用いて無機ＥＬ発光素子２０を封止してもよい。さらに、封止基板と無機ＥＬ発光素子２０との間に絶縁性オイル（例えば、シリコンオイル等）を充填してもよい。これにより硫化亜鉛発光層２３や第１電極２２及び第２電極２４が酸素や水分と接触することを効果的に抑制することができ、長寿命な無機ＥＬ発光素子２０を実現することができる。
【００６０】
実施形態１では、スパッタ法を用いて硫化亜鉛発光層２３を形成する場合を説明したが、本発明は何らこれに限定されるものではない。フッ素雰囲気中において、蒸着法を用いて硫化亜鉛発光層２３を形成しても構わない。
【００６１】
尚、本発明の無機ＥＬ発光素子に係るその他の実施形態として、第１電極及び第２電極間に形成される硫化亜鉛発光層が、硫化金属と硫化亜鉛との積層構造体であってもよい。
【００６２】
この場合、例えば、第１電極をＩＴＯ膜とし、第２電極をＡｌ膜とする。さらに、第１電極側に硫化金属を、第２電極側に硫化亜鉛を対向させることで、それぞれに好適なコンタクト性を有する層がそれぞれの電極側に配置される。このため、良好な導電性を実現することができる。
【００６３】
（作用効果）
次に作用効果について説明する。
【００６４】
本発明の実施形態１及び２に係る無機ＥＬ発光素子１０，２０は、少なくとも一方の電極が透明に形成された第１電極１２，２２及び第２電極１４，２４と、第１電極１２，２２及び第２電極１４，２４に電気的に接続して設けられ、多結晶構造に形成された硫化亜鉛発光層１３，２３と、を備え、硫化亜鉛発光層１３，２３は、その結晶界面に、硫化銅１７，２７で構成された導電部１８，２８が形成されたことを特徴とする。
【００６５】
このような構成によれば、硫化亜鉛発光層１３，２３が、絶縁性基板を介さずに、第１電極１２，２２及び第２電極１４，２４に電気的に接続して設けられているため、低電圧で駆動させることができる。また、硫化亜鉛発光層１３，２３内の結晶界面に硫化銅１７，２７で構成された導電部１８，２８が形成されているため、硫化亜鉛発光層１３，２３内の結晶界面に、硫化亜鉛１６，２６と硫化銅１７，２７との異種接合が生じる。したがって、その接合領域内で硫化亜鉛バンドギャップ内にドナー準位を占める銅が、電子、正孔の再結合エネルギーにより、硫化亜鉛価電子帯に励起され、励起状態から遷移準位に放出される過程で良好に発光を呈する。このため、直流の低電圧で駆動することができ、発光特性の良好な無機ＥＬ発光素子を提供することができる。
【００６６】
次に、本発明の実施形態１及び２に係る無機ＥＬ発光素子１０，２０と、図３に示す従来の無機ＥＬ発光素子１００とを比較する。
【００６７】
従来の無機ＥＬ発光素子１００は、硫化亜鉛の結晶粒が大きく、ｐｎ接合箇所が少ない（粒界面が少ない）ため、導電部が第１電極及び第２電極間で十分に形成されない可能性がある。このため、従来の無機ＥＬ発光素子は発光性能に問題があるのに対し、本発明の実施形態１及び２に係る無機ＥＬ発光素子１０，２０は、導電部１８，２８が硫化亜鉛発光層１３，２３内に広く分布しているために、より良好な導電性及び発光特性を備えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上説明したように、本発明は、無機ＥＬ発光素子について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態１に係る薄膜型直流駆動の無機ＥＬ発光素子１０の断面図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る分散型直流駆動の無機ＥＬ発光素子２０の断面図である。
【図３】従来の無機ＥＬ発光素子１００の断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０，２０ 無機ＥＬ発光素子
１１，２１ 基板
１２，２２ 第１電極
１３，２３ 硫化亜鉛発光層
１４，２４ 第２電極
１６，２６ 硫化亜鉛
１７，２７ 硫化銅
１８，２８ 導電部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機ＥＬ発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マトリクス（パッシブ）表示を行うＥＬ（electroluminescence）をはじめとする薄型表示装置においては、ガラス基板上に透明電極膜をパターニングし、絶縁膜／発光層／絶縁層で構成されたいわゆる二重絶縁構造を有する多層膜を積層し、更に下層の電極と直交する電極をパターニングすることで素子が形成されている。
【０００３】
二重絶縁構造で形成されたＥＬ素子は、その駆動電圧が２５０ｖと一般的な素子と比較して非常に高く、高耐圧ＩＣで駆動回路を構成する必要があるために、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
そこで、二重絶縁構造で形成するのではなく、素子の発光層をそのまま電極材料で挟持することで発光させることができれば、低電圧で直流電流駆動が原理上可能である。
【０００５】
このような発光層の発光材料としては、硫化亜鉛が従来より知られている。硫化亜鉛を発光材料として利用した素子として、例えば、特許文献１には、六方晶を主体とする結晶構造を有する硫化亜鉛からなる蛍光体母体中に、第１の付活剤および第２の付活剤を含有させた表示装置用蛍光体において、前記第２の付活剤は前記蛍光体母体粒子中に均一に分散されており、かつ前記第１の付活剤は前記蛍光体母体粒子の表層部に偏在していることを特徴とする表示装置用蛍光体が開示されている。そして、これによれば、ＣＲＴやＦＥＤなどのカラー表示装置に用いられる六方晶の結晶構造を有する硫化亜鉛蛍光体、特に緑色発光の硫化亜鉛蛍光体の発光色を改善することができる、と記載されている。
【特許文献１】特開2004-123787号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、硫化亜鉛粉体を各種バインダーに混合した媒質をスクリーン印刷などの塗布法により形成した、いわゆる分散タイプの素子においては導電性を保持した発光層により直流駆動が実現されることは自明であるが、発光性能（輝度、効率）においては実用されている交流駆動に劣り、実用可能なレベルにはない。これは、導電性を保持した硫化亜鉛発光材料を薄膜材料として利用する際の障害となっている。
【０００７】
本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、直流の低電圧で駆動することができ、発光特性の良好な無機ＥＬ発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る無機ＥＬ発光素子は、少なくとも一方の電極が透明に形成された第１及び第２電極と、第１及び第２電極に電気的に接続して設けられ、多結晶構造に形成された硫化亜鉛発光層と、を備え、硫化亜鉛発光層は、その結晶界面に、遷移金属の硫化物で構成された導電部が形成されたことを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、硫化亜鉛発光層が、絶縁性基板を介さずに、第１及び第２電極に電気的に接続して設けられているため、低電圧で駆動させることができる。また、硫化亜鉛発光層がその結晶界面に遷移金属の硫化物で構成された導電部が形成されているため、硫化亜鉛発光層内の結晶界面に、硫化亜鉛と遷移金属の硫化物との異種接合が生じる。したがって、その接合領域内で硫化亜鉛バンドギャップ内にドナー準位を占める遷移金属が、電子、正孔の再結合エネルギーにより、硫化亜鉛価電子帯に励起され、励起状態から遷移準位に放出される過程で良好に発光を呈する。このため、直流の低電圧で駆動することができ、発光特性の良好な無機ＥＬ発光素子を提供することができる。
【００１０】
また、本発明に係る無機ＥＬ発光素子は、硫化亜鉛発光層が、硫化金属と硫化亜鉛との積層構造体であってもよい。
【００１１】
このような構成によれば、無機ＥＬ発光素子の硫化亜鉛発光層が、硫化金属と硫化亜鉛との積層構造体であるため、無機ＥＬ発光素子を挟持する第１及び第２電極のそれぞれに好適なコンタクト性を有する層をそれぞれの電極側に配置することにより、良好な導電性を実現することができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る無機ＥＬ発光素子は、硫化亜鉛発光層にＧａ等のIII族元素及びＮ等のV族元素が添加されていてもよい。
【００１３】
このような構成によれば、無機ＥＬ発光素子の硫化亜鉛発光層にＧａ等のIII族元素及びＮ等のV族元素が添加されているため、硫化亜鉛の結晶の成長を所望の程度に調整することで、容易に無機ＥＬ発光素子の導電性及び発光特性を制御することができる。
【００１４】
また、本発明に係る無機ＥＬ発光素子は、硫化亜鉛発光層が、薄膜型直流駆動であるとともに、硫化亜鉛発光層内の硫化亜鉛が第１及び第２電極の一方から他方へ延びるような柱状結晶構造に形成され、導電部を構成する遷移金属の硫化物が硫化亜鉛の柱状結晶に沿うように偏析していてもよい。
【００１５】
このような構成によれば、硫化亜鉛発光層内において、第１及び第２電極の一方から他方へ延びるように硫化亜鉛の柱状結晶構造が形成されているため、この硫化亜鉛の柱状結晶に沿って第１及び第２電極の一方から他方へ延びるように遷移金属の硫化物の偏析が良好に生じている。従って、硫化亜鉛発光層の導電性及び発光特性が良好となる。
【００１６】
さらに、本発明に係る無機ＥＬ発光素子は、硫化亜鉛発光層が、分散型直流駆動であるとともに、硫化亜鉛発光層内の硫化亜鉛が粒状結晶構造に形成され、導電部を構成する遷移金属の硫化物が硫化亜鉛の粒状結晶を覆うように偏析していてもよい。
【００１７】
このような構成によれば、硫化亜鉛発光層内において、硫化亜鉛が粒状結晶構造に形成されているため、この硫化亜鉛の粒状結晶を覆う遷移金属の硫化物の偏析が硫化亜鉛発光層内で広範囲に分散して存在することができる。従って、硫化亜鉛発光層の導電性及び発光特性が良好となる。
【００１８】
また、本発明に係る無機ＥＬ発光素子は、導電部を構成する遷移金属の硫化物が、硫化銅であってもよい。
【００１９】
このような構成によれば、導電部を構成する遷移金属の硫化物が硫化銅であるため、硫化亜鉛中で容易に拡散することができる。従って、硫化銅が硫化亜鉛の結晶に沿うように又は硫化亜鉛の結晶を覆うように良好に偏析するため、硫化亜鉛発光層内に導電部を効率的に形成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、直流の低電圧で駆動することができ、発光特性の良好な無機ＥＬ発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る無機ＥＬ発光素子について、図面を用いて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２２】
（実施形態１）
（無機ＥＬ発光素子１０の構成）
図１は本発明の実施形態１に係る薄膜型直流駆動の無機ＥＬ発光素子１０の断面図である。
【００２３】
無機ＥＬ発光素子１０は、基板１１と、基板１１の上に設けられた第１電極１２と、第１電極１２の上に設けられた印加発光層としての硫化亜鉛発光層１３と、硫化亜鉛発光層１３の上に設けられた第２電極１４とで構成されている。基板１１は、ガラス、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）フィルム等の可視光域で透質な性能を有し、平滑表面を有する材料で構成されている。
【００２４】
第１電極１２及び第２電極１４は、硫化亜鉛発光層１３に電圧を印加する。第１電極１２及び第２電極１４は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）等により形成することができる。その中でも、光を透過する透明電極とする場合は、非晶質であるインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）が好ましい。また、光を反射させる反射電極とする場合は、光反射率が高く、電気抵抗の低いアルミニウム（Ａｌ）が好ましい。
【００２５】
硫化亜鉛発光層１３は、薄膜型直流駆動に構成されている。硫化亜鉛発光層１３は、内部に硫化亜鉛（ＺｎＳ）１６の結晶及び硫化物の結晶に沿うように偏析した硫化銅（ＣｕＳ）１７の結晶を有している。
【００２６】
ここで、硫化亜鉛発光層１３を構成する硫化亜鉛（ＺｎＳ）１６及び硫化銅（ＣｕＳ）１７の構成材料の各組成、導電率、及び、それらの発光特性良好範囲を、それぞれ表１に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
ここで、硫化亜鉛（ＺｎＳ）については、組成比が１：１に近い範囲でドーピングを施すことで電気特性的にも安定であると同時に、発光特性も硫化亜鉛（ＺｎＳ）の物性（とりわけバンドギャップエネルギー量）を反映するので発光性能も良好である。
【００２９】
これに対し、Ｚｎリッチ又はＳリッチは、それぞれ不安定性で亜酸化しやすい。
【００３０】
硫化銅（ＣｕＳ）については、ＣｕＳ２（Ｃｕ０．３３Ｓ０．６７）組成が半導体特性が強く、Ｃｕ２Ｓ（Ｃｕ０．６７Ｓ０．３３）組成は導電性が高く、より金属性が高い。
【００３１】
硫化亜鉛（ＺｎＳ）との接合を考慮した場合、格子整合率の観点や、ＺｎＳのｎ型半導体との導電性と合致するのがＣｕＳ２のｐ型半導体である点から、半導体硫化銅（ＣｕＳ）のほうがより接合しやすい。
【００３２】
また、発光特性を考えた場合、ＣｕＳ−ＺｎＳのヘテロｐｎ接合は、ＺｎＳのバンドギャップエネルギー３．７ｅＶに対してＣｕＳの方も、より大きなバンドギャップを有しないとバリアを有する接合になりやすい。さらに、ＣｕＳ２のバンドギャップエネルギーは、Ｃｕ２Ｓよりも大きいことは明らかである。これらの点から、表１に示したＣｕ（ｘ）Ｓ（ｙ）組成が、発光特性の良好な範囲といえる。
【００３３】
硫化亜鉛（ＺｎＳ）１６の結晶は、第１電極１２及び第２電極１４の一方から他方へ延びるような柱状結晶構造に形成されている。硫化銅（ＣｕＳ）１７は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）１６の柱状結晶に沿うように偏析しており、これによって硫化亜鉛発光層１３内における導電部１８を構成している。
【００３４】
すなわち、硫化亜鉛発光層１３は、その柱状構造の結晶界面に、硫化銅（ＣｕＳ）１７で構成された導電部１８が形成されているため、硫化亜鉛発光層１３内の結晶界面に、硫化亜鉛（ＺｎＳ）１６と硫化銅（ＣｕＳ）１７との異種接合が生じる。したがって、その接合領域内で硫化亜鉛バンドギャップ内にドナー準位を占めるＣｕが、電子、正孔の再結合エネルギーにより、硫化亜鉛価電子帯に励起され、励起状態から遷移準位に放出される過程で良好に発光を呈する。このため、硫化亜鉛発光層１３は、直流の低電圧で駆動することができ、発光特性の良好となっている。
【００３５】
（無機ＥＬ発光素子１０の製造方法）
次に、本実施形態１に係る無機ＥＬ発光素子１０の製造方法について詳細に説明する。
【００３６】
まず、蒸着法やスパッタ法等を用いて、ガラスをはじめとする透明な平坦性の高い材料（例えば、ホウケイ酸ガラス：コーニング社製＃１７３７材）で構成された基板１１上に、例えばＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３：Ｓｎ）等で構成された第１電極１２を、厚さ１５０〜２００ｎｍ程度に形成する。第１電極１２をパターニングする場合は、フォトレジストの塗布、パターン露光、現像、エッチング及びレジスト剥離を順に行うフォトリソグラフィー技術を用いて所望の形状にパターニングすることができる。
【００３７】
次に、第１電極１２上に硫化亜鉛発光層１３を形成する。硫化亜鉛発光層１３は例えばスパッタ法により形成することができる。以下、スパッタ法により硫化亜鉛発光層１３を形成する工程について詳細に説明する。
【００３８】
まず、硫化亜鉛発光層１３の成分（ホスト材料及び発光中心）を含有するターゲット材を作製する。ターゲット材は、例えば、ホスト材料を硫化亜鉛（ＺｎＳ）１６とし、発光中心を銅（Ｃｕ）、塩素（Ｃｌ）とする場合、硫化亜鉛（ＺｎＳ）１６に銅（Ｃｕ）を０．１ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下、塩素（Ｃｌ）を０．１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下の濃度で添加することにより作製する。
【００３９】
次に、このように作製したターゲット材を、スパッタリング（スパッタリングガス：Ａｒ、背圧：１〜１００ｍＴｏｒｒ）により第１電極１２上に形成する。
【００４０】
次に、ターゲット材上に、硫化銅１７で構成されたターゲット材によってスパッタリング薄膜（スパッタリングガス：Ａｒ、背圧：１〜１００ｍＴｏｒｒ）を積層する。
【００４１】
ここで、上記のように硫化亜鉛発光層１３を成膜する際、基板１１は常温以上３００℃程度であることが好ましい。より好ましくは、１００℃以上３００℃以下である。成膜レート（硫化亜鉛発光層１３を成膜する速度）は１ｎｍ／ｓ以上２０ｎｍ／ｓ以下であることが好ましい。より好ましくは１ｎｍ／ｓ以上１０ｎｍ／ｓ以下である。
【００４２】
硫化亜鉛発光層１３を形成した後、加熱処理を行うことが好ましい。具体的には、減圧雰囲気中（好ましくは１Ｐａ以上３０Ｐａ以下、より好ましくは６Ｐａ以上２０Ｐａ以下）あるいは真空雰囲気中、３００℃以上６００℃以下で、３０分以上１２０分以下アニールすることが好ましい。これによって、硫化亜鉛発光層１３の結晶化を促進することができる。また、急速加熱処理（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）やエキシマレーザーを用いたレーザーアニールを行ってもよい。急速加熱処理やレーザーアニールによれば、硫化亜鉛発光層１３の結晶化をより効果的に促進することができる。 上記のようにスパッタ、蒸着によって積層し、熱処理によって結晶化させた硫化亜鉛発光層１３は、柱状結晶成長をするために、結晶粒界面が厚み方向（第１電極１２から第２電極１４へ延びる方向）に沿って多く存在する。その粒界面に硫化銅１７が偏析しやすく、熱焼成によって硫化亜鉛１６との異種接合を形成する。
【００４３】
次に、硫化亜鉛発光層１３の上に、仕事関数の大きなＡｌ（４．２ｅＶ）などの金属材料で構成された第２電極１４を形成することによって無機ＥＬ発光素子１０を製造することができる。第２電極１４は、第１電極１２と同様に、蒸着法やスパッタ法等を用いて形成することができる。
【００４４】
さらに、無機ＥＬ発光素子１０の上から、硫化亜鉛発光層１３を外気から遮断するように、凹部が形成された封止基板等を用いて無機ＥＬ発光素子１０を封止してもよい。さらに、封止基板と無機ＥＬ発光素子１０との間に絶縁性オイル（例えば、シリコンオイル等）を充填してもよい。これにより硫化亜鉛発光層１３や第１電極１２及び第２電極１４が酸素や水分と接触することを効果的に抑制することができ、長寿命な無機ＥＬ発光素子１０を実現することができる。
【００４５】
実施形態１では、スパッタ法を用いて硫化亜鉛発光層１３を形成する場合を説明したが、本発明は何らこれに限定されるものではない。フッ素雰囲気中において、蒸着法を用いて硫化亜鉛発光層１３を形成しても構わない。
【００４６】
（実施形態２）
（無機ＥＬ発光素子２０の構成）
図２は本発明の実施形態２に係る分散型直流駆動の無機ＥＬ発光素子２０の断面図である。
【００４７】
無機ＥＬ発光素子２０は、基板２１と、基板２１の上に設けられた第１電極２２と、第１電極２２の上に設けられた印加発光層としての硫化亜鉛発光層２３と、硫化亜鉛発光層２３の上に設けられた第２電極２４とで構成されている。基板２１は、ガラス、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）フィルム等の可視光域で透質な性能を有し、平滑表面を有する材料で構成されている。
【００４８】
第１電極２２及び第２電極２４は、硫化亜鉛発光層２３に電圧を印加する。第１電極２２及び第２電極２４はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａｇ）等により形成することができる。その中でも、光を透過する透明電極とする場合は、非晶質であるインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）が好ましい。また、光を反射させる反射電極とする場合は、光反射率が高く、電気抵抗の低いアルミニウム（Ａｌ）が好ましい。
【００４９】
硫化亜鉛発光層２３は、分散型直流駆動に構成されている。硫化亜鉛発光層２３は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）２６の粒状結晶及び硫化亜鉛２６の粒状結晶を覆うように偏析して導電部２８を構成する硫化銅（ＣｕＳ）２７の結晶を有している。
【００５０】
すなわち、硫化亜鉛発光層２３は、その内部において、硫化亜鉛２６が粒状結晶構造に形成されているため、この硫化亜鉛２６の粒状結晶を覆う硫化銅２７の偏析が硫化亜鉛発光層２３内で広範囲に分散して存在することができる。従って、硫化亜鉛発光層２３の導電性及び発光特性が良好となっている。
【００５１】
また、硫化亜鉛発光層２３は、硫化亜鉛２６に対して、硫化銅２７を１〜３０ｍｏｌ％を添加し、且つ、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を１〜１０ｍｏｌ％添加することで、硫化亜鉛２６の結晶粒径が１０μｍ〜２０μｍを上限とするように抑制されている。ここで、結晶成長の抑制手段として添加するものは、上記ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）に限らず、III族元素及びV族元素で構成されていてもよい。
【００５２】
（無機ＥＬ発光素子２０の製造方法）
次に、本実施形態２に係る無機ＥＬ発光素子２０の製造方法について詳細に説明する。
【００５３】
まず、ガラス、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）フィルム等の可視光域で透質な性能を有し、平滑表面を有する材料で構成された基板２１を準備する。
【００５４】
次に、基板２１上にＩＴＯペースト、ＰＥＤＯＴ（poly(ethylenedioxy)thiophene）ペースト等の透明電極材料を印刷して第１電極２２を形成する。透明電極材料の形成は、印刷でなくてもよく、スパッタ等で薄膜に形成してもよい。
【００５５】
次に、硫化亜鉛蛍光体粉末に硫化銅を添加合成して得られる発光層材料を、シアノ樹脂などをはじめとするバインダーに混合してペースト材料を調整する。このようにして得られたペースト材料をスクリーン印刷により第１電極２２上に塗布し、１００〜２００℃で乾燥させ、硫化亜鉛発光層２３を作製する。硫化亜鉛発光層２３は、特に限定されないが、例えば数１０μｍ程度の厚さに形成する。
【００５６】
ここで、無機ＥＬ発光素子２０そのものは、導電性を有する発光層材料によって性能を大きく左右される。本実施形態に係る無機ＥＬ発光素子２０の製造方法では、硫化亜鉛２６に硫化銅２７を添加させる工程において、硫化亜鉛２６に対して１〜１０ｍｏｌ％のガリウムヒ素を添加するために、硫化亜鉛結晶成長の粒径１０μｍ〜２０μｍを上限にした上で、結晶成長を制御することができる。その際に硫化銅２７を硫化亜鉛２６に対して１〜３０ｍｏｌ％となるように添加し、７００〜１０００℃の窒素等の不活性ガス雰囲気で焼成することで、硫化亜鉛結晶粒表面に各種の欠陥が生じる。この欠陥が生じながら、その欠陥箇所に硫化銅２７が偏析することで、ＺｎＳ−ＣｕＳのヘテロｐｎ接合の形成が促進され、且つ、硫化亜鉛結晶粒表面に硫化銅２７による導電部１８が広く分布することで導電性が付与される。
【００５７】
本実施形態に係る無機ＥＬ発光素子２０は、このように広範囲に硫化銅とのｐｎ接合箇所が分布する硫化亜鉛蛍光体材料を発光層に用いることで、発光性能が良好となっている。
【００５８】
次に、硫化亜鉛発光層２３上に背面電極として銀などの導電性ペースト材料を、印刷塗布し、その後乾燥させることによって第２電極２４を形成する。
【００５９】
さらに、無機ＥＬ発光素子２０の上から、硫化亜鉛発光層２３を外気から遮断するように、凹部が形成された封止基板等を用いて無機ＥＬ発光素子２０を封止してもよい。さらに、封止基板と無機ＥＬ発光素子２０との間に絶縁性オイル（例えば、シリコンオイル等）を充填してもよい。これにより硫化亜鉛発光層２３や第１電極２２及び第２電極２４が酸素や水分と接触することを効果的に抑制することができ、長寿命な無機ＥＬ発光素子２０を実現することができる。
【００６０】
実施形態１では、スパッタ法を用いて硫化亜鉛発光層２３を形成する場合を説明したが、本発明は何らこれに限定されるものではない。フッ素雰囲気中において、蒸着法を用いて硫化亜鉛発光層２３を形成しても構わない。
【００６１】
尚、本発明の無機ＥＬ発光素子に係るその他の実施形態として、第１電極及び第２電極間に形成される硫化亜鉛発光層が、硫化金属と硫化亜鉛との積層構造体であってもよい。
【００６２】
この場合、例えば、第１電極をＩＴＯ膜とし、第２電極をＡｌ膜とする。さらに、第１電極側に硫化金属を、第２電極側に硫化亜鉛を対向させることで、それぞれに好適なコンタクト性を有する層がそれぞれの電極側に配置される。このため、良好な導電性を実現することができる。
【００６３】
（作用効果）
次に作用効果について説明する。
【００６４】
本発明の実施形態１及び２に係る無機ＥＬ発光素子１０，２０は、少なくとも一方の電極が透明に形成された第１電極１２，２２及び第２電極１４，２４と、第１電極１２，２２及び第２電極１４，２４に電気的に接続して設けられ、多結晶構造に形成された硫化亜鉛発光層１３，２３と、を備え、硫化亜鉛発光層１３，２３は、その結晶界面に、硫化銅１７，２７で構成された導電部１８，２８が形成されたことを特徴とする。
【００６５】
このような構成によれば、硫化亜鉛発光層１３，２３が、絶縁性基板を介さずに、第１電極１２，２２及び第２電極１４，２４に電気的に接続して設けられているため、低電圧で駆動させることができる。また、硫化亜鉛発光層１３，２３内の結晶界面に硫化銅１７，２７で構成された導電部１８，２８が形成されているため、硫化亜鉛発光層１３，２３内の結晶界面に、硫化亜鉛１６，２６と硫化銅１７，２７との異種接合が生じる。したがって、その接合領域内で硫化亜鉛バンドギャップ内にドナー準位を占める銅が、電子、正孔の再結合エネルギーにより、硫化亜鉛価電子帯に励起され、励起状態から遷移準位に放出される過程で良好に発光を呈する。このため、直流の低電圧で駆動することができ、発光特性の良好な無機ＥＬ発光素子を提供することができる。
【００６６】
次に、本発明の実施形態１及び２に係る無機ＥＬ発光素子１０，２０と、図３に示す従来の無機ＥＬ発光素子１００とを比較する。
【００６７】
従来の無機ＥＬ発光素子１００は、硫化亜鉛の結晶粒が大きく、ｐｎ接合箇所が少ない（粒界面が少ない）ため、導電部が第１電極及び第２電極間で十分に形成されない可能性がある。このため、従来の無機ＥＬ発光素子は発光性能に問題があるのに対し、本発明の実施形態１及び２に係る無機ＥＬ発光素子１０，２０は、導電部１８，２８が硫化亜鉛発光層１３，２３内に広く分布しているために、より良好な導電性及び発光特性を備えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上説明したように、本発明は、無機ＥＬ発光素子について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態１に係る薄膜型直流駆動の無機ＥＬ発光素子１０の断面図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る分散型直流駆動の無機ＥＬ発光素子２０の断面図である。
【図３】従来の無機ＥＬ発光素子１００の断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０，２０ 無機ＥＬ発光素子
１１，２１ 基板
１２，２２ 第１電極
１３，２３ 硫化亜鉛発光層
１４，２４ 第２電極
１６，２６ 硫化亜鉛
１７，２７ 硫化銅
１８，２８ 導電部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の電極が透明に形成された第１及び第２電極と、
上記第１及び第２電極に電気的に接続するように設けられ、多結晶構造に形成された硫化亜鉛発光層と、
を備え、
上記硫化亜鉛発光層は、その結晶界面に、遷移金属の硫化物で構成された導電部が形成された無機ＥＬ発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載された無機ＥＬ発光素子において、
上記硫化亜鉛発光層は、上記硫化金属と硫化亜鉛との積層構造体である無機ＥＬ発光素子。
【請求項３】
請求項１に記載された無機ＥＬ発光素子において、
上記硫化亜鉛発光層には、Ｇａ等のIII族元素及びＮ等のV族元素が添加されている無機ＥＬ発光素子。
【請求項４】
請求項１に記載された無機ＥＬ発光素子において、
上記硫化亜鉛発光層は、薄膜型直流駆動であるとともに、
上記硫化亜鉛発光層内の硫化亜鉛が第１及び第２電極の一方から他方へ延びるような柱状結晶構造に形成され、
上記導電部を構成する遷移金属の硫化物が上記硫化亜鉛の柱状結晶に沿うように偏析している無機ＥＬ発光素子。
【請求項５】
請求項１に記載された無機ＥＬ発光素子において、
上記硫化亜鉛発光層は、分散型直流駆動であるとともに、
上記硫化亜鉛発光層内の硫化亜鉛が粒状結晶構造に形成され、
上記導電部を構成する遷移金属の硫化物が上記硫化亜鉛の粒状結晶を覆うように偏析している無機ＥＬ発光素子。
【請求項６】
請求項４又は５に記載された無機ＥＬ発光素子において、
上記導電部を構成する遷移金属の硫化物は、硫化銅である無機ＥＬ発光素子。
【請求項１】
少なくとも一方の電極が透明に形成された第１及び第２電極と、
上記第１及び第２電極に電気的に接続するように設けられ、多結晶構造に形成された硫化亜鉛発光層と、
を備え、
上記硫化亜鉛発光層は、その結晶界面に、遷移金属の硫化物で構成された導電部が形成された無機ＥＬ発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載された無機ＥＬ発光素子において、
上記硫化亜鉛発光層は、上記硫化金属と硫化亜鉛との積層構造体である無機ＥＬ発光素子。
【請求項３】
請求項１に記載された無機ＥＬ発光素子において、
上記硫化亜鉛発光層には、Ｇａ等のIII族元素及びＮ等のV族元素が添加されている無機ＥＬ発光素子。
【請求項４】
請求項１に記載された無機ＥＬ発光素子において、
上記硫化亜鉛発光層は、薄膜型直流駆動であるとともに、
上記硫化亜鉛発光層内の硫化亜鉛が第１及び第２電極の一方から他方へ延びるような柱状結晶構造に形成され、
上記導電部を構成する遷移金属の硫化物が上記硫化亜鉛の柱状結晶に沿うように偏析している無機ＥＬ発光素子。
【請求項５】
請求項１に記載された無機ＥＬ発光素子において、
上記硫化亜鉛発光層は、分散型直流駆動であるとともに、
上記硫化亜鉛発光層内の硫化亜鉛が粒状結晶構造に形成され、
上記導電部を構成する遷移金属の硫化物が上記硫化亜鉛の粒状結晶を覆うように偏析している無機ＥＬ発光素子。
【請求項６】
請求項４又は５に記載された無機ＥＬ発光素子において、
上記導電部を構成する遷移金属の硫化物は、硫化銅である無機ＥＬ発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２４３５８７（Ｐ２００８−２４３５８７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８２４１３（Ｐ２００７−８２４１３）
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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