無機ＥＬ素子
【課題】高い発光効率および耐久性をもつ無機ＥＬ素子の提供。
【解決手段】少なくとも１対の電極およびその間に形成される発光層を有する積層構造を有し、前記発光層が第２−１６族化合物および第１２−１６族化合物から選ばれる少なくとも１種、またはそれらの混晶を母体材料とし、発光中心を形成する元素を少なくとも１種含有し、前記発光層がさらにＣｕを含み、母体材料に対するＣｕ濃度が前記発光層の厚み方向で１０倍以上異なる組成勾配を有する無機蛍光体材料層であることを特徴とする無機ＥＬ素子。
【解決手段】少なくとも１対の電極およびその間に形成される発光層を有する積層構造を有し、前記発光層が第２−１６族化合物および第１２−１６族化合物から選ばれる少なくとも１種、またはそれらの混晶を母体材料とし、発光中心を形成する元素を少なくとも１種含有し、前記発光層がさらにＣｕを含み、母体材料に対するＣｕ濃度が前記発光層の厚み方向で１０倍以上異なる組成勾配を有する無機蛍光体材料層であることを特徴とする無機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機ＥＬ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光体材料とは、外部から光、電気、圧力、熱、電子線等のエネルギーが与えられることによって発光する材料のことであり、古くから知られている材料である。中でも無機材料から成る蛍光体材料は、その発光特性や安定性などからブラウン管、蛍光ランプ、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子等に用いられてきた。近年ではＬＥＤ用の色変換材料として、ＰＤＰといった低速電子線励起用としても盛んに研究がなされている。
【０００３】
無機蛍光体材料を用いたエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子は、駆動方法によって交流駆動型と直流駆動型に大別される。交流駆動型の中には高誘電性バインダーに蛍光体粒子を分散してなる交流分散型ＥＬ素子、誘電体層間に蛍光体薄膜を挟んでなる交流薄膜型ＥＬ素子の２種類があり、直流駆動型の中には、透明電極と金属電極で蛍光体薄膜を挟んで低電圧直流駆動する直流薄膜型ＥＬ素子がある。
【０００４】
直流駆動型無機ＥＬ素子は、１９７０〜８０年代に研究が盛んになされていた（非特許文献１）。これはＺｎＳｅ：ＭｎをＧａＡｓ基板上にＭＢＥにより成膜し、Ａｕ電極と挟むことで構成される素子である。約４Ｖを印加することで電極からトンネル効果で電子が注入され、発光中心であるＭｎを励起し、発光するという機構である。しかしながら、この素子は発光効率が低いこと（〜０．０５ｌｍ／Ｗ）、再現性が低いことから、それ以来、実用化はもとより学術的な研究もなされていない。
【０００５】
近年、新たな直流駆動型無機ＥＬ素子が報告された（特許文献１）。発光材料としては、ＣｕやＭｎといった従来から知られている発光中心を含有するＺｎＳ系であり、これを透明電極であるＩＴＯ電極と背面電極であるＡｇ電極とで挟みこんだ構成である。その発光機構については記載されていないが、想定される機構としては、Ｃｕとともに含有するＣｌとでＤＡペア対を形成し、そこで注入された電子と正孔の再結合すなわち発光すると考えられる。
また、特許文献２は、付活剤として銅を含み、共付活剤として塩素および臭素から選ばれる少なくとも１種類を含み、かつ、６族から１０族までの第２遷移系列または第３遷移系列に属する金属元素の少なくとも１種類を含有する硫化亜鉛粒子からなる無機蛍光体材料を用いたＥＬ素子を開示している。
さらに特許文献３には直流駆動を意図し、金属酸化物である透明半導体／透明絶縁体を導入した面発光型エレクトロルミネッセンス素子が開示されている。
【０００６】
直流駆動型無機ＥＬ素子は、同様な駆動方法で発光する有機ＥＬ素子と比較して、発光素子がすべて無機材料で構成されているため、耐久性が高く、照明やディスプレイなど様々な分野での活用が可能となる。さらに同様な駆動であるＬＥＤはすべて無機材料で構成されているという点で類似しているが、ＬＥＤは発光面積が極微小すなわち点発光であるため、単位面積あたりの輝度は高いものの、絶対光量（光束）は少ないために、用途が限られる。一方無機ＥＬはもともと面発光であるため、多くの光束を得ることが可能であるという点で有利である。
【０００７】
また、特許文献４には、第１２−１６族化合物からなるｐ型半導体を使った発光素子が記載されている。
【０００８】
特許文献５には、ＣｕをドープしたＺｎＳのｐ型半導体層とドナー準位を有するＺｎＳのｎ型半導体層による直流駆動型無機ＥＬ素子が開示されている。
【特許文献１】国際公開第０７／０４３６７６号パンフレット
【特許文献２】特開２００６−２３３１４７号公報
【特許文献３】国際公開第０７／１３９０３７号パンフレット
【特許文献４】特開平１０−２７０７３３号公報
【特許文献５】特開２００７−２４２６０３号広報
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，５２（９），５７９７，１９８１．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び３の直流駆動無機ＥＬ素子は発光効率が低かった。また、特許文献２に記載のＥＬ素子は、使用している蛍光体材料が、付活剤として銅を含んでいることから、ＤＡ（ドナーアクセプタ）ペア発光型のものであるが、ＤＡペア発光型の無機蛍光体材料は交流駆動型の発光素子への適用しかできず、用途が限定されるという問題があった。また、特許文献４には、発光効率を高めるために使用する蛍光体材料については詳細な記載がなかった。さらに特許文献３、４、５に共通して言えることとして、それらの素子構成では明確に分離された２層の界面が形成されるため、そこでキャリアが蓄積して界面劣化を誘発させることから、改善を求められていた。
従って、本願発明は、十分な発光効率および耐久性をもつ無機ＥＬ素子を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、鋭意検討の結果、母体材料に対するＣｕ濃度が厚み方向で１０倍以上異なる組成勾配を有する発光層を用いることにより、高効率発光および高耐久性を得ることに成功した。
【００１１】
本発明は以下の要件により達成される。
（１）
少なくとも１対の電極およびその間に形成される発光層を有する積層構造を有し、
前記発光層が第２−１６族化合物および第１２−１６族化合物から選ばれる少なくとも１種、またはそれらの混晶を母体材料とし、発光中心を形成する元素を少なくとも１種含有し、
前記発光層がさらにＣｕを含み、母体材料に対するＣｕの濃度が前記発光層の厚み方向で１０倍以上異なる組成勾配を有する無機蛍光体材料層であることを特徴とする無機ＥＬ素子。
（２）
発光中心を形成する元素として、周期律表の第６族〜第１１族の第２遷移系列に属する金属元素および第３遷移系列に属する金属元素のうちの少なくともいずれかを含有することを特徴とする（１）に記載無機ＥＬ素子。
（３）
前記発光層が周期律表の第１３族および第１５族に属する元素から選ばれる少なくとも１種類の元素を含有することを特徴とする上記（２）に記載の無機ＥＬ素子。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の無機ＥＬ素子は、発光効率に優れ、高輝度長寿命を達成するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明について詳しく説明する。
本発明の無機ＥＬ素子は、少なくとも１対の電極およびその間に形成される発光層を有する積層構造を有し、前記発光層が第２−１６族化合物（すなわち周期律表の第２族に属する少なくとも１種の元素と周期律表の第１６族に属する少なくとも１種の元素からなる化合物）および、第１２−１６族化合物（すなわち周期律表の第１２族に属する少なくとも１種の元素と周期律表の第１６族に属する少なくとも１種の元素からなる化合物）から選ばれる少なくとも１種、またはそれらの混晶を母体材料とし、前記発光層が発光中心を形成する元素を少なくとも１種を含有し、また前記発光層が更にＣｕを含み、前記発光層中の母体材料に対するＣｕの濃度が前記発光層の厚み方向で１０倍以上異なる組成勾配を有することを特徴とする。
【００１４】
なお、本発明の無機ＥＬ素子の発光層を構成する無機蛍光体材料の母体材料として用いられる、第２−１６族化合物、第１２−１６族化合物とは、それぞれ、周期律表の第２族に属する元素と周期律表の第１６族に属する元素からなる化合物、周期律表の第１２族に属する元素と周期律表の第１６族に属する元素からなる化合物を意味するものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有するもの（当業者）が通常使用している標記・表現である。
該母体材料の例として、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣａＳ、ＳｒＳ、ＢａＳなどの第２−１６族化合物または第１２−１６族化合物から選ばれる１種またはそれらの混晶が用いられる。好ましくはＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＳｒＳ、ＣａＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＳＳｅであり、さらに好ましくは、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅである。
【００１５】
厚み方向の組成勾配とは、素子の断面を切断して観察した際に、一方の電極と発光層が接している界面近傍から、もう一方の電極と発光層が接している界面近傍までの組成が連続的に変化していることを指し、特にＣｕが高濃度の側と低濃度の側とで、その組成比（母体材料に対する濃度）が１０倍以上異なることを特徴とする。組成比の違いは好ましくは１００倍以上、より好ましくは３００倍以上である。Ｃｕ低濃度側ではＣｕ濃度が限りなく０に近くても良く、この場合はＣｕが高濃度の側と低濃度の側との組成比は限りなく無限大に近づくものとする。
これによって、Ｃｕ濃度が高い領域では、電極からの正孔注入および正孔移動が容易になり、逆にＣｕ濃度が低い領域では、電極からの電子注入および電子移動が容易になるため、キャリア注入型の直流駆動を想定した場合には、発光層内に均一に分布する発光中心内で電子と正孔の再結合が生じ、高効率な発光が得られる。
本発明の無機ＥＬ素子は連続的な組成変化を有しており、従来公知の文献に記載のような、明確な層界面を形成しておらず、深さ方向にのみ連続的な組成変化（構成材料の濃度勾配が連続的に変化する）することが特徴である。連続的な濃度勾配を示すことを確認する為には、たとえば二次質量分析（ＳＩＭＳ）装置を用いて、混合領域の深さ方向のおける標的元素の濃度を分析することにより、全領域にわたる該標的元素の濃度プロファイルを得ることが出来る。すなわち、本発明の無機ＥＬ素子においては、ＳＩＭＳにおける濃度プロファイルが矩形状でなく連続的である。
【００１６】
一般的には、ｐ型半導体とｎ型半導体の接合界面での電子と正孔の再結合が知られているが、無機ＥＬのような発光中心内での電子と正孔の再結合が発光に寄与する場合は、界面だけでなく、発光層内に分布する発光中心での再結合が重要となるため、このような組成勾配が高効率発光に有効である。
また、ｐ型／ｎ型の接合界面を形成した場合、高効率発光が得られないばかりでなく、電子や正孔が界面で滞留することによるの劣化が起きるため、耐久性にも悪影響があるが、本発明は明確な接合界面がないため、そのような劣化が起きず、長寿命素子を得ることができる。
厚み方向の組成勾配が存在することは、素子断面をダイヤモンドカッターで切り出し、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）およびＥＤＸ（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置）により組成比を測定することで確認できる。
【００１７】
上記のような組成勾配を形成する方法としては、いかなる方法にも限定するものではないが、例えば母体材料がＺｎＳの場合、（１）熱アニールによる方法、（２）成膜レートのコントロールによる方法、（３）電界印加によるマイグレーションによる方法の３通りが考えられる。
具体的には、（１）としては、例えば、Ｃｕ濃度の異なる複数のＺｎＳをターゲットとしてそれぞれを電子ビーム蒸着し、その後熱アニールによりＣｕを拡散させる方法、もしくはＣｕ2ＳまたはＺｎＳのどちらか一方を先に電子ビーム蒸着し、その後もう一方を電子ビーム蒸着し、その後熱アニールによりＣｕを拡散させる方法などが挙げられる。
（２）としては、例えば、ＺｎＳとＣｕ2Ｓを２源電子ビーム蒸着し、それぞれの電子ビームの出力をコントロールすることで形成する方法などが挙げられる。
（３）としては、例えば、ＣｕをドープしたＺｎＳを電子ビーム蒸着し、その後両電極間に電界を印加しＣｕ+をマイグレーションさせることで、陰極側高Ｃｕ濃度、陽極側低Ｃｕ濃度という組成傾斜をつける方法などが挙げられる。
特に（３）の場合、電界印加する前は発光層中にＣｕが均一に分布しているため、それ自身の発光が強くなるため、所望の発光が得られなくなってしまう。また（１）や（２）の場合も、組成傾斜をつける前は、組成の異なる層境界が生じて、劣化の要因の一つとなってしまう。
【００１８】
発光中心を形成する元素としては、特に限定されるものではないが、一般的にはＭｎや希土類、その他に周期律表の第６族〜第１１族の第２遷移系列に属する金属元素および第３遷移系列に属する金属元素（Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ）が用いられる。中でも周期律表の第６族〜第１１族の第２遷移系列に属する金属元素および第３遷移系列に属する金属元素が好ましく用いられ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕがより好ましく、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕがさらに好ましい。これらの金属は単独で含有していてもよいし、複数で含有していてもよい。
【００１９】
上記の発光中心を形成する元素の母体材料への含有のさせ方、すなわちドープ方法は、いかなる方法にも限定するものではないが、たとえば、焼成での粒子形成時の金属塩の形で混入させても良いし、焼成条件で溶融、昇華もしくは反応可能であれば、化合物結晶の形で混入させても良い。これらの金属は母体材料の結晶内に取り込まれた部分以外の結晶表面への析出分や、結晶表面への吸着分は、エッチングや洗浄等で除去することが好ましい。金属塩としては、酸化物、硫化物、硫酸化物、シュウ酸化物、ハロゲン化物、硝酸化物、窒化物等、いかなる化合物でも良いが、中でも酸化物、硫化物、ハロゲン化物が好ましく用いられる。それぞれ単独で用いても良いが、複数種の金属塩を用いても良い。ドープ量としては、母体材料１モルに対して１×１０-7〜１×１０-1モルが好ましく、さらに好ましくは１×１０-5〜１×１０-2モルである。
【００２０】
さらに無機蛍光体材料として性能を上げるために、周期律表の第１３族に属する元素及び第１５族に属する元素から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することが有効である。
好ましくは、第１３族に属する元素から選ばれる少なくとも１種の元素と、第１５族に属する元素から選ばれる少なくとも１種の元素とを含有し、さらに好ましくは、第１３族に属する元素としてＧａ、ＩｎおよびＴｌから選ばれる少なくとも１種を含有し、第１５族に属する元素としてＮ、Ｐ、Ｓｂ、ＡｓおよびＢｉから選ばれる少なくとも１種を含有し、特に好ましくは、第１３族に属する元素としてＧａを含有し、第１５族に属する元素としてＮ、Ｐ、ＳｂおよびＡｓから選ばれる少なくとも１種を含有する。
また、これらの元素を蛍光体材料に含有させる場合には、第１３族に属する元素と第１５族に属する元素とからなる化合物（第１３−１５族化合物）を添加することが好ましい。
これらの周期律表の第１３族に属する元素及び第１５族に属する元素から選ばれる少なくとも１種の元素の含有量は、特に限定されないが、母体材料１モルに対して１×１０-7〜１×１０-2が好ましい。
【００２１】
次に本発明の無機ＥＬ素子の構造について詳細に説明する。
一般に交流駆動の無機ＥＬ素子は電圧５０〜３００Ｖ、周波数５０〜５０００Ｈｚで駆動するが、直流駆動の無機ＥＬ素子は０．１〜２０Ｖと低電圧で駆動できることが特徴として挙げられる。
本発明の無機蛍光体材料は、交流分散型無機ＥＬ素子、交流薄膜型無機ＥＬ素子といった交流駆動型素子、さらには及び直流駆動型の無機ＥＬ素子といった無機ＥＬ素子に有用であるが、中でも直流駆動型無機ＥＬ素子に有用である。
本発明において特に好ましく適用可能な直流駆動型無機ＥＬ素子を例に挙げて詳しく説明する。
直流駆動型無機ＥＬ素子は、一対の電極およびその間に形成される発光層により成るが、一対の電極のうち少なくとも一方が透明電極（透明導電膜とも称し、もう一方の電極を背面電極と称する）であることが望ましい。発光層の厚みは厚くなりすぎると発光に必要な電界強度を得るために両電極間の電圧が上昇するので、低電圧駆動を実現するためには５０μｍ以下が好ましく、さらに好ましくは３０μｍ以下である。また厚みが薄くなりすぎると、蛍光体層の両面にある電極が短絡しやすくなるため、短絡を避けるために厚みは５０ｎｍ以上が好ましく、さらに好ましくは１００ｎｍ以上である。
【００２２】
・蛍光体層
蛍光体層の成膜方法としては、電子ビーム蒸着法の他にも物理的蒸着法である抵抗加熱蒸着法、スパッタリングやイオンプレーティング、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）など無機材料を一般的に成膜する方法が用いられる。
本発明に用いられる無機蛍光体材料は高温でも安定で高融点であることから、高融点材料を蒸着するのに適した電子ビーム蒸着法や、蒸着源をターゲット化できる場合はスパッタリング法が好適に用いられる。
さらに電子ビーム蒸着の場合、蛍光体材料中に含有する金属の蒸気圧が、母体材料の蒸気圧と大幅に異なる場合には、それぞれ単独の蒸着源として複数の蒸着源を利用した蒸着方法も有用である。
また結晶性を高めるという意味で、基板との格子マッチングを考慮したＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｉｙ）法も好適である。
【００２３】
・透明導電膜
本発明に好ましく用いられる透明導電膜の表面抵抗率は、１０Ω／□以下であることが好ましく、０．０１Ω／□〜１０Ω／□が更に好ましい。特に０．０１Ω／□〜１Ω／□が好ましい。
透明導電膜の表面抵抗率は、ＪＩＳ Ｋ６９１１に記載の方法に準じて測定することができる。
透明導電膜は、ガラス又はプラスチック基板上に形成されており、かつ酸化錫を含有していることが好ましい。
【００２４】
すなわち、ガラスとしては無アルカリガラス、ソーダライムガラスなど、一般的なガラスが用いられるが、耐熱性が高く平坦性の高いガラスを用いることが好ましい。プラスチック基板としては、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロースベース等の透明フィルムが好適に用いられる。それらを基板として、インディウム・錫酸化物（ＩＴＯ）や錫酸化物、酸化亜鉛等の透明導電性物質を蒸着、塗布、印刷等の方法で付着、成膜することができる。
この場合、耐久性を上げる目的で透明導電膜表面を酸化錫を主体の層とすることが、好ましい。
【００２５】
透明導電膜を構成する透明導電性物質の好ましい付着量は、透明導電膜に対して、１００質量％〜１質量％、より好ましくは、７０質量％〜５質量％、さらに好ましくは、４０質量％〜１０質量％である。
透明導電膜の調製法はスパッター、真空蒸着等の気相法であっても良い。ペースト状のＩＴＯや酸化錫を塗布やスクリーン印刷で作成したり、膜全体を加熱したりレーザーにて加熱して成膜しても良い。
本発明のＥＬ素子において、透明導電膜には一般的に用いられる任意の透明電極材料が用いられる。例えば錫ドープ酸化錫、アンチモンドープ酸化錫、亜鉛ドープ酸化錫、フッ素ドープ酸化錫、酸化亜鉛などの酸化物、銀の薄膜を高屈折率層で挟んだ多層構造、ポリアニリン、ポリピロールなどの共役系高分子などが挙げられる。
【００２６】
更に低抵抗化するには、例えば櫛型あるいはグリッド型等の網目状ないしストライプ状金属細線を配置して通電性を改善することが、好ましい。金属や合金の細線としては、銅や銀、アルミニウム、ニッケル等が好ましく用いられる。この金属細線の太さは、任意であるが、０．５μｍ程度から２０μｍの間が好ましい。金属細線は、５０μｍ〜４００μｍの間隔のピッチで配置されていることが、好ましく、特に１００μｍ〜３００μｍピッチが、好ましい。金属細線を配置することで、光の透過率が減少するが、この減少は出来るだけ小さいことが重要で、好ましくは、８０％以上１００未満の透過率を確保することが、好ましい。
【００２７】
金属細線は、メッシュを透明導電性フィルムに張り合わせてもよいし、予めマスク蒸着ないしエッチングによりフィルム上に形成した金属細線上に金属酸化物等を塗布、蒸着しても良い。また、予め形成した金属酸化物薄膜上に上記の金属細線を形成してもよい。
これとは、異なる方法となるが、金属細線の代わりに、１００ｎｍ以下の平均厚みを有する金属薄膜を金属酸化物と積層して本発明に適した透明導電膜とすることができる。金属薄膜に用いられる金属としては、ＡｕやＩｎ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉなど耐腐食性が高く、展延性等に優れたものが好ましいが、特にこの限りではない。
これらの複層膜は、高い光透過率を実現することが好ましく、具体的には７０％以上の光透過率を有することが好ましく、８０％以上の光透過率を有することが特に好ましい。光透過率を規定する波長は、５５０ｎｍである。
光の透過率に関しては、干渉フィルターを用いて５５０ｎｍの単色光を取り出し、一般に用いられる白色光源を用いた積分型光量測定やスペクトル測定装置を用いて測定することが出来る。
【００２８】
・背面電極
光を取り出さない側の背面電極は、導電性の有る任意の材料が使用出来る。金、銀、白金、銅、鉄、アルミニウムなどの金属、グラファイトなどの中から、作成する素子の形態、作成工程の温度等により適時選択されるが、その中でも熱伝導率が高いことが重要で、２．０Ｗ／ｃｍ・ｄｅｇ以上であることが好ましい。中でも銀またはアルミニウムが好適である。
また、ＥＬ素子の周辺部に高い放熱性と通電性を確保するために、金属シートや金属メッシュを用いることも好ましい。
【００２９】
・無機蛍光体材料
本発明に利用可能な無機蛍光体材料は、当業界で広く用いられる焼成法（固相法）で成型することができる。例えば、硫化亜鉛の場合、液相法で粒子径１０ｎｍ〜５０ｎｍの微粒子粉末（生粉と呼ぶ）を作成し、これを一次粒子として用い、これに付活剤と呼ばれる不純物を混入させて融剤とともに坩堝にて９００℃〜１３００℃の高温で３０分〜１０時間、第１の焼成をおこない、粒子を得る。
第１の焼成によって得られる中間蛍光体粉末をイオン交換水で繰り返し洗浄してアルカリ金属ないしアルカリ土類金属及び過剰の付活剤、共付活剤を除去する。
次いで、得られた中間体蛍光体粉末に第２の焼成をほどこす。第２の焼成は、第１の焼成より低温の５００〜８００℃で、また短時間の３０分〜３時間の加熱（アニーリング）をする。
上記製法により無機蛍光体材料を得ることができるが、直流型無機ＥＬに用いる場合には上記製法により得られた蛍光体材料を加圧成型し、電子ビーム蒸着等の物理蒸着によってＥＬ素子を得ることができる。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
＜無機蛍光体材料（サンプルＡ）＞
Ｚｎ １モルに対して、Ｍｎが４×１０-2ｍｏｌ、Ｃｕが６×１０-3ｍｏｌとなるように、ＺｎＳ、ＭｎＣｌ2およびＣｕＳＯ4を秤量した。乳鉢中で２０分以上混合したのち、真空中で１１００℃３ｈｒ焼成した。焼成後、粉砕、水洗、乾燥を行うことで、無機蛍光体材料ＺｎＳ：Ｍｎ，Ｃｕ（サンプルＡ）を得た。
【００３２】
＜無機ＥＬ素子Ａ＞
透明ガラス基板１上に、第１電極であるＩＴＯが厚さ２００ｎｍでスパッタにより形成した透明電極（第１電極）２を設け、その上にサンプルＡの無機蛍光体材料を該基板上にＥＢ蒸着装置にて１０００ｎｍ成膜して発光層３とした。成膜時の蒸着チャンバー内の真空度は１×１０-6Ｔｏｒｒ、基板温度は２００℃に設定した。さらに、結晶性を向上させるために、成膜後に同一チャンバー内で６００℃、１ｈｒ熱アニールを施した。続いて、抵抗加熱蒸着により第２電極（背面電極）５であるアルミニウムを蒸着することで、直流駆動型無機ＥＬ素子Ａを得た。
【００３３】
＜無機ＥＬ素子Ｂ＞
無機ＥＬ素子Ａを用いて、第２電極５であるアルミニウム電極をプラスに、第１電極２である透明電極をマイナスにして、５Ｖの直流電源を接続した。電界印加によって、Ｃｕ+がマイナス電極側にマイグレーションし、組成傾斜をつけることができた。これを無機ＥＬ素子Ｂとする。
【００３４】
＜無機ＥＬ素子Ｃ＞
８０℃に加熱したホットプレート上で電界印加を行うこと以外、無機ＥＬ素子Ｂと同様に作製した。
【００３５】
実施例１
上記無機ＥＬ素子Ａ〜Ｃについて、断面をダイヤモンドカッターで切り出し、ＳＥＭ−ＥＤＸによりＺｎとＣｕの比率を測定し、結果を表１に示した。
また、それぞれの素子に透明電極側をプラス、背面電極側をマイナス電極として直流電圧１５Ｖを印加したときのＥＬ発光強度を測定し、素子Ａを１としたときの相対強度として表１に示した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
素子ＡはＺｎＳ，Ｃｕ，Ｍｎを蒸着しそのまま素子化しただけであるため、組成傾斜がなく、膜内で均一なＣｕ濃度を示しているのに対して、素子Ｂは電界により組成傾斜をつけ、さらに素子Ｃではさらに加熱しながら電界により組成傾斜をつけたので、両電極近傍のＣｕ濃度比がそれぞれ１１、１２５となった。
例として素子ＢにおけるＳＩＭＳによる発光層の膜厚方向におけるＣｕ組成分布を図２に示す。Ｃｕ濃度プロファイルは連続的に変化しており、連続的な組成傾斜がついていることがわかる。素子Ｃにおいても同様に連続的な傾斜がついていることを確認した。またＥＬ相対強度についても素子Ａに対して素子Ｂ、さらには素子Ｃは大幅に増大し、組成傾斜による高効率発光が得られることが示された。
【００３８】
実施例２
ＺｎＳをＺｎＳ0.9Ｓｅ0.1に変更した以外は、実施例１と同様に行った。その結果、両電極側のＣｕ濃度比やＥＬ相対強度においても、実施例１と同様な結果となり、母体材料によらず組成傾斜による効果が示された。
【００３９】
実施例３
ＭｎＣｌ2をＩｒＣｌ3に変更した以外は、実施例１を同様に行った。その結果、両電極側のＣｕ濃度比やＥＬ相対強度においても、実施例１と同様な結果となり、発光中心を形成する元素によらず組成傾斜による効果が示された。
【００４０】
実施例４
ＭｎＣｌ2をＨＡｕＣｌ4に変更した以外は、実施例１を同様に行った。その結果、両電極側のＣｕ濃度比やＥＬ相対強度においても、実施例１と同様な結果となり、発光中心を形成する元素によらず組成傾斜による効果が示された。
【００４１】
実施例５
ＧａＡｓをＺｎ １モルに対して２×１０-4モル添加した以外は実施例３と同様に行った。その結果、両電極側のＣｕ濃度比やＥＬ相対強度においても、実施例３と同様な結果となり、発光中心を形成する元素によらず組成傾斜による効果が示された。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例１の直流駆動型無機ＥＬ素子の構造の概略を示す図である。
【図２】実施例１の直流駆動型無機ＥＬ素子Ｂにおける発光層の膜厚方向のＣｕ組成分布をＳＩＭＳにより観測した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ ガラス基板
２ 透明電極
３ 発光層（高濃度Ｃｕ側）
４ 発光層（低濃度Ｃｕ側）
５ 背面電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機ＥＬ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光体材料とは、外部から光、電気、圧力、熱、電子線等のエネルギーが与えられることによって発光する材料のことであり、古くから知られている材料である。中でも無機材料から成る蛍光体材料は、その発光特性や安定性などからブラウン管、蛍光ランプ、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子等に用いられてきた。近年ではＬＥＤ用の色変換材料として、ＰＤＰといった低速電子線励起用としても盛んに研究がなされている。
【０００３】
無機蛍光体材料を用いたエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子は、駆動方法によって交流駆動型と直流駆動型に大別される。交流駆動型の中には高誘電性バインダーに蛍光体粒子を分散してなる交流分散型ＥＬ素子、誘電体層間に蛍光体薄膜を挟んでなる交流薄膜型ＥＬ素子の２種類があり、直流駆動型の中には、透明電極と金属電極で蛍光体薄膜を挟んで低電圧直流駆動する直流薄膜型ＥＬ素子がある。
【０００４】
直流駆動型無機ＥＬ素子は、１９７０〜８０年代に研究が盛んになされていた（非特許文献１）。これはＺｎＳｅ：ＭｎをＧａＡｓ基板上にＭＢＥにより成膜し、Ａｕ電極と挟むことで構成される素子である。約４Ｖを印加することで電極からトンネル効果で電子が注入され、発光中心であるＭｎを励起し、発光するという機構である。しかしながら、この素子は発光効率が低いこと（〜０．０５ｌｍ／Ｗ）、再現性が低いことから、それ以来、実用化はもとより学術的な研究もなされていない。
【０００５】
近年、新たな直流駆動型無機ＥＬ素子が報告された（特許文献１）。発光材料としては、ＣｕやＭｎといった従来から知られている発光中心を含有するＺｎＳ系であり、これを透明電極であるＩＴＯ電極と背面電極であるＡｇ電極とで挟みこんだ構成である。その発光機構については記載されていないが、想定される機構としては、Ｃｕとともに含有するＣｌとでＤＡペア対を形成し、そこで注入された電子と正孔の再結合すなわち発光すると考えられる。
また、特許文献２は、付活剤として銅を含み、共付活剤として塩素および臭素から選ばれる少なくとも１種類を含み、かつ、６族から１０族までの第２遷移系列または第３遷移系列に属する金属元素の少なくとも１種類を含有する硫化亜鉛粒子からなる無機蛍光体材料を用いたＥＬ素子を開示している。
さらに特許文献３には直流駆動を意図し、金属酸化物である透明半導体／透明絶縁体を導入した面発光型エレクトロルミネッセンス素子が開示されている。
【０００６】
直流駆動型無機ＥＬ素子は、同様な駆動方法で発光する有機ＥＬ素子と比較して、発光素子がすべて無機材料で構成されているため、耐久性が高く、照明やディスプレイなど様々な分野での活用が可能となる。さらに同様な駆動であるＬＥＤはすべて無機材料で構成されているという点で類似しているが、ＬＥＤは発光面積が極微小すなわち点発光であるため、単位面積あたりの輝度は高いものの、絶対光量（光束）は少ないために、用途が限られる。一方無機ＥＬはもともと面発光であるため、多くの光束を得ることが可能であるという点で有利である。
【０００７】
また、特許文献４には、第１２−１６族化合物からなるｐ型半導体を使った発光素子が記載されている。
【０００８】
特許文献５には、ＣｕをドープしたＺｎＳのｐ型半導体層とドナー準位を有するＺｎＳのｎ型半導体層による直流駆動型無機ＥＬ素子が開示されている。
【特許文献１】国際公開第０７／０４３６７６号パンフレット
【特許文献２】特開２００６−２３３１４７号公報
【特許文献３】国際公開第０７／１３９０３７号パンフレット
【特許文献４】特開平１０−２７０７３３号公報
【特許文献５】特開２００７−２４２６０３号広報
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，５２（９），５７９７，１９８１．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び３の直流駆動無機ＥＬ素子は発光効率が低かった。また、特許文献２に記載のＥＬ素子は、使用している蛍光体材料が、付活剤として銅を含んでいることから、ＤＡ（ドナーアクセプタ）ペア発光型のものであるが、ＤＡペア発光型の無機蛍光体材料は交流駆動型の発光素子への適用しかできず、用途が限定されるという問題があった。また、特許文献４には、発光効率を高めるために使用する蛍光体材料については詳細な記載がなかった。さらに特許文献３、４、５に共通して言えることとして、それらの素子構成では明確に分離された２層の界面が形成されるため、そこでキャリアが蓄積して界面劣化を誘発させることから、改善を求められていた。
従って、本願発明は、十分な発光効率および耐久性をもつ無機ＥＬ素子を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、鋭意検討の結果、母体材料に対するＣｕ濃度が厚み方向で１０倍以上異なる組成勾配を有する発光層を用いることにより、高効率発光および高耐久性を得ることに成功した。
【００１１】
本発明は以下の要件により達成される。
（１）
少なくとも１対の電極およびその間に形成される発光層を有する積層構造を有し、
前記発光層が第２−１６族化合物および第１２−１６族化合物から選ばれる少なくとも１種、またはそれらの混晶を母体材料とし、発光中心を形成する元素を少なくとも１種含有し、
前記発光層がさらにＣｕを含み、母体材料に対するＣｕの濃度が前記発光層の厚み方向で１０倍以上異なる組成勾配を有する無機蛍光体材料層であることを特徴とする無機ＥＬ素子。
（２）
発光中心を形成する元素として、周期律表の第６族〜第１１族の第２遷移系列に属する金属元素および第３遷移系列に属する金属元素のうちの少なくともいずれかを含有することを特徴とする（１）に記載無機ＥＬ素子。
（３）
前記発光層が周期律表の第１３族および第１５族に属する元素から選ばれる少なくとも１種類の元素を含有することを特徴とする上記（２）に記載の無機ＥＬ素子。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の無機ＥＬ素子は、発光効率に優れ、高輝度長寿命を達成するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明について詳しく説明する。
本発明の無機ＥＬ素子は、少なくとも１対の電極およびその間に形成される発光層を有する積層構造を有し、前記発光層が第２−１６族化合物（すなわち周期律表の第２族に属する少なくとも１種の元素と周期律表の第１６族に属する少なくとも１種の元素からなる化合物）および、第１２−１６族化合物（すなわち周期律表の第１２族に属する少なくとも１種の元素と周期律表の第１６族に属する少なくとも１種の元素からなる化合物）から選ばれる少なくとも１種、またはそれらの混晶を母体材料とし、前記発光層が発光中心を形成する元素を少なくとも１種を含有し、また前記発光層が更にＣｕを含み、前記発光層中の母体材料に対するＣｕの濃度が前記発光層の厚み方向で１０倍以上異なる組成勾配を有することを特徴とする。
【００１４】
なお、本発明の無機ＥＬ素子の発光層を構成する無機蛍光体材料の母体材料として用いられる、第２−１６族化合物、第１２−１６族化合物とは、それぞれ、周期律表の第２族に属する元素と周期律表の第１６族に属する元素からなる化合物、周期律表の第１２族に属する元素と周期律表の第１６族に属する元素からなる化合物を意味するものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有するもの（当業者）が通常使用している標記・表現である。
該母体材料の例として、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣａＳ、ＳｒＳ、ＢａＳなどの第２−１６族化合物または第１２−１６族化合物から選ばれる１種またはそれらの混晶が用いられる。好ましくはＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＳｒＳ、ＣａＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＳＳｅであり、さらに好ましくは、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅである。
【００１５】
厚み方向の組成勾配とは、素子の断面を切断して観察した際に、一方の電極と発光層が接している界面近傍から、もう一方の電極と発光層が接している界面近傍までの組成が連続的に変化していることを指し、特にＣｕが高濃度の側と低濃度の側とで、その組成比（母体材料に対する濃度）が１０倍以上異なることを特徴とする。組成比の違いは好ましくは１００倍以上、より好ましくは３００倍以上である。Ｃｕ低濃度側ではＣｕ濃度が限りなく０に近くても良く、この場合はＣｕが高濃度の側と低濃度の側との組成比は限りなく無限大に近づくものとする。
これによって、Ｃｕ濃度が高い領域では、電極からの正孔注入および正孔移動が容易になり、逆にＣｕ濃度が低い領域では、電極からの電子注入および電子移動が容易になるため、キャリア注入型の直流駆動を想定した場合には、発光層内に均一に分布する発光中心内で電子と正孔の再結合が生じ、高効率な発光が得られる。
本発明の無機ＥＬ素子は連続的な組成変化を有しており、従来公知の文献に記載のような、明確な層界面を形成しておらず、深さ方向にのみ連続的な組成変化（構成材料の濃度勾配が連続的に変化する）することが特徴である。連続的な濃度勾配を示すことを確認する為には、たとえば二次質量分析（ＳＩＭＳ）装置を用いて、混合領域の深さ方向のおける標的元素の濃度を分析することにより、全領域にわたる該標的元素の濃度プロファイルを得ることが出来る。すなわち、本発明の無機ＥＬ素子においては、ＳＩＭＳにおける濃度プロファイルが矩形状でなく連続的である。
【００１６】
一般的には、ｐ型半導体とｎ型半導体の接合界面での電子と正孔の再結合が知られているが、無機ＥＬのような発光中心内での電子と正孔の再結合が発光に寄与する場合は、界面だけでなく、発光層内に分布する発光中心での再結合が重要となるため、このような組成勾配が高効率発光に有効である。
また、ｐ型／ｎ型の接合界面を形成した場合、高効率発光が得られないばかりでなく、電子や正孔が界面で滞留することによるの劣化が起きるため、耐久性にも悪影響があるが、本発明は明確な接合界面がないため、そのような劣化が起きず、長寿命素子を得ることができる。
厚み方向の組成勾配が存在することは、素子断面をダイヤモンドカッターで切り出し、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）およびＥＤＸ（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置）により組成比を測定することで確認できる。
【００１７】
上記のような組成勾配を形成する方法としては、いかなる方法にも限定するものではないが、例えば母体材料がＺｎＳの場合、（１）熱アニールによる方法、（２）成膜レートのコントロールによる方法、（３）電界印加によるマイグレーションによる方法の３通りが考えられる。
具体的には、（１）としては、例えば、Ｃｕ濃度の異なる複数のＺｎＳをターゲットとしてそれぞれを電子ビーム蒸着し、その後熱アニールによりＣｕを拡散させる方法、もしくはＣｕ2ＳまたはＺｎＳのどちらか一方を先に電子ビーム蒸着し、その後もう一方を電子ビーム蒸着し、その後熱アニールによりＣｕを拡散させる方法などが挙げられる。
（２）としては、例えば、ＺｎＳとＣｕ2Ｓを２源電子ビーム蒸着し、それぞれの電子ビームの出力をコントロールすることで形成する方法などが挙げられる。
（３）としては、例えば、ＣｕをドープしたＺｎＳを電子ビーム蒸着し、その後両電極間に電界を印加しＣｕ+をマイグレーションさせることで、陰極側高Ｃｕ濃度、陽極側低Ｃｕ濃度という組成傾斜をつける方法などが挙げられる。
特に（３）の場合、電界印加する前は発光層中にＣｕが均一に分布しているため、それ自身の発光が強くなるため、所望の発光が得られなくなってしまう。また（１）や（２）の場合も、組成傾斜をつける前は、組成の異なる層境界が生じて、劣化の要因の一つとなってしまう。
【００１８】
発光中心を形成する元素としては、特に限定されるものではないが、一般的にはＭｎや希土類、その他に周期律表の第６族〜第１１族の第２遷移系列に属する金属元素および第３遷移系列に属する金属元素（Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ）が用いられる。中でも周期律表の第６族〜第１１族の第２遷移系列に属する金属元素および第３遷移系列に属する金属元素が好ましく用いられ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕがより好ましく、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕがさらに好ましい。これらの金属は単独で含有していてもよいし、複数で含有していてもよい。
【００１９】
上記の発光中心を形成する元素の母体材料への含有のさせ方、すなわちドープ方法は、いかなる方法にも限定するものではないが、たとえば、焼成での粒子形成時の金属塩の形で混入させても良いし、焼成条件で溶融、昇華もしくは反応可能であれば、化合物結晶の形で混入させても良い。これらの金属は母体材料の結晶内に取り込まれた部分以外の結晶表面への析出分や、結晶表面への吸着分は、エッチングや洗浄等で除去することが好ましい。金属塩としては、酸化物、硫化物、硫酸化物、シュウ酸化物、ハロゲン化物、硝酸化物、窒化物等、いかなる化合物でも良いが、中でも酸化物、硫化物、ハロゲン化物が好ましく用いられる。それぞれ単独で用いても良いが、複数種の金属塩を用いても良い。ドープ量としては、母体材料１モルに対して１×１０-7〜１×１０-1モルが好ましく、さらに好ましくは１×１０-5〜１×１０-2モルである。
【００２０】
さらに無機蛍光体材料として性能を上げるために、周期律表の第１３族に属する元素及び第１５族に属する元素から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することが有効である。
好ましくは、第１３族に属する元素から選ばれる少なくとも１種の元素と、第１５族に属する元素から選ばれる少なくとも１種の元素とを含有し、さらに好ましくは、第１３族に属する元素としてＧａ、ＩｎおよびＴｌから選ばれる少なくとも１種を含有し、第１５族に属する元素としてＮ、Ｐ、Ｓｂ、ＡｓおよびＢｉから選ばれる少なくとも１種を含有し、特に好ましくは、第１３族に属する元素としてＧａを含有し、第１５族に属する元素としてＮ、Ｐ、ＳｂおよびＡｓから選ばれる少なくとも１種を含有する。
また、これらの元素を蛍光体材料に含有させる場合には、第１３族に属する元素と第１５族に属する元素とからなる化合物（第１３−１５族化合物）を添加することが好ましい。
これらの周期律表の第１３族に属する元素及び第１５族に属する元素から選ばれる少なくとも１種の元素の含有量は、特に限定されないが、母体材料１モルに対して１×１０-7〜１×１０-2が好ましい。
【００２１】
次に本発明の無機ＥＬ素子の構造について詳細に説明する。
一般に交流駆動の無機ＥＬ素子は電圧５０〜３００Ｖ、周波数５０〜５０００Ｈｚで駆動するが、直流駆動の無機ＥＬ素子は０．１〜２０Ｖと低電圧で駆動できることが特徴として挙げられる。
本発明の無機蛍光体材料は、交流分散型無機ＥＬ素子、交流薄膜型無機ＥＬ素子といった交流駆動型素子、さらには及び直流駆動型の無機ＥＬ素子といった無機ＥＬ素子に有用であるが、中でも直流駆動型無機ＥＬ素子に有用である。
本発明において特に好ましく適用可能な直流駆動型無機ＥＬ素子を例に挙げて詳しく説明する。
直流駆動型無機ＥＬ素子は、一対の電極およびその間に形成される発光層により成るが、一対の電極のうち少なくとも一方が透明電極（透明導電膜とも称し、もう一方の電極を背面電極と称する）であることが望ましい。発光層の厚みは厚くなりすぎると発光に必要な電界強度を得るために両電極間の電圧が上昇するので、低電圧駆動を実現するためには５０μｍ以下が好ましく、さらに好ましくは３０μｍ以下である。また厚みが薄くなりすぎると、蛍光体層の両面にある電極が短絡しやすくなるため、短絡を避けるために厚みは５０ｎｍ以上が好ましく、さらに好ましくは１００ｎｍ以上である。
【００２２】
・蛍光体層
蛍光体層の成膜方法としては、電子ビーム蒸着法の他にも物理的蒸着法である抵抗加熱蒸着法、スパッタリングやイオンプレーティング、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）など無機材料を一般的に成膜する方法が用いられる。
本発明に用いられる無機蛍光体材料は高温でも安定で高融点であることから、高融点材料を蒸着するのに適した電子ビーム蒸着法や、蒸着源をターゲット化できる場合はスパッタリング法が好適に用いられる。
さらに電子ビーム蒸着の場合、蛍光体材料中に含有する金属の蒸気圧が、母体材料の蒸気圧と大幅に異なる場合には、それぞれ単独の蒸着源として複数の蒸着源を利用した蒸着方法も有用である。
また結晶性を高めるという意味で、基板との格子マッチングを考慮したＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｉｙ）法も好適である。
【００２３】
・透明導電膜
本発明に好ましく用いられる透明導電膜の表面抵抗率は、１０Ω／□以下であることが好ましく、０．０１Ω／□〜１０Ω／□が更に好ましい。特に０．０１Ω／□〜１Ω／□が好ましい。
透明導電膜の表面抵抗率は、ＪＩＳ Ｋ６９１１に記載の方法に準じて測定することができる。
透明導電膜は、ガラス又はプラスチック基板上に形成されており、かつ酸化錫を含有していることが好ましい。
【００２４】
すなわち、ガラスとしては無アルカリガラス、ソーダライムガラスなど、一般的なガラスが用いられるが、耐熱性が高く平坦性の高いガラスを用いることが好ましい。プラスチック基板としては、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロースベース等の透明フィルムが好適に用いられる。それらを基板として、インディウム・錫酸化物（ＩＴＯ）や錫酸化物、酸化亜鉛等の透明導電性物質を蒸着、塗布、印刷等の方法で付着、成膜することができる。
この場合、耐久性を上げる目的で透明導電膜表面を酸化錫を主体の層とすることが、好ましい。
【００２５】
透明導電膜を構成する透明導電性物質の好ましい付着量は、透明導電膜に対して、１００質量％〜１質量％、より好ましくは、７０質量％〜５質量％、さらに好ましくは、４０質量％〜１０質量％である。
透明導電膜の調製法はスパッター、真空蒸着等の気相法であっても良い。ペースト状のＩＴＯや酸化錫を塗布やスクリーン印刷で作成したり、膜全体を加熱したりレーザーにて加熱して成膜しても良い。
本発明のＥＬ素子において、透明導電膜には一般的に用いられる任意の透明電極材料が用いられる。例えば錫ドープ酸化錫、アンチモンドープ酸化錫、亜鉛ドープ酸化錫、フッ素ドープ酸化錫、酸化亜鉛などの酸化物、銀の薄膜を高屈折率層で挟んだ多層構造、ポリアニリン、ポリピロールなどの共役系高分子などが挙げられる。
【００２６】
更に低抵抗化するには、例えば櫛型あるいはグリッド型等の網目状ないしストライプ状金属細線を配置して通電性を改善することが、好ましい。金属や合金の細線としては、銅や銀、アルミニウム、ニッケル等が好ましく用いられる。この金属細線の太さは、任意であるが、０．５μｍ程度から２０μｍの間が好ましい。金属細線は、５０μｍ〜４００μｍの間隔のピッチで配置されていることが、好ましく、特に１００μｍ〜３００μｍピッチが、好ましい。金属細線を配置することで、光の透過率が減少するが、この減少は出来るだけ小さいことが重要で、好ましくは、８０％以上１００未満の透過率を確保することが、好ましい。
【００２７】
金属細線は、メッシュを透明導電性フィルムに張り合わせてもよいし、予めマスク蒸着ないしエッチングによりフィルム上に形成した金属細線上に金属酸化物等を塗布、蒸着しても良い。また、予め形成した金属酸化物薄膜上に上記の金属細線を形成してもよい。
これとは、異なる方法となるが、金属細線の代わりに、１００ｎｍ以下の平均厚みを有する金属薄膜を金属酸化物と積層して本発明に適した透明導電膜とすることができる。金属薄膜に用いられる金属としては、ＡｕやＩｎ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉなど耐腐食性が高く、展延性等に優れたものが好ましいが、特にこの限りではない。
これらの複層膜は、高い光透過率を実現することが好ましく、具体的には７０％以上の光透過率を有することが好ましく、８０％以上の光透過率を有することが特に好ましい。光透過率を規定する波長は、５５０ｎｍである。
光の透過率に関しては、干渉フィルターを用いて５５０ｎｍの単色光を取り出し、一般に用いられる白色光源を用いた積分型光量測定やスペクトル測定装置を用いて測定することが出来る。
【００２８】
・背面電極
光を取り出さない側の背面電極は、導電性の有る任意の材料が使用出来る。金、銀、白金、銅、鉄、アルミニウムなどの金属、グラファイトなどの中から、作成する素子の形態、作成工程の温度等により適時選択されるが、その中でも熱伝導率が高いことが重要で、２．０Ｗ／ｃｍ・ｄｅｇ以上であることが好ましい。中でも銀またはアルミニウムが好適である。
また、ＥＬ素子の周辺部に高い放熱性と通電性を確保するために、金属シートや金属メッシュを用いることも好ましい。
【００２９】
・無機蛍光体材料
本発明に利用可能な無機蛍光体材料は、当業界で広く用いられる焼成法（固相法）で成型することができる。例えば、硫化亜鉛の場合、液相法で粒子径１０ｎｍ〜５０ｎｍの微粒子粉末（生粉と呼ぶ）を作成し、これを一次粒子として用い、これに付活剤と呼ばれる不純物を混入させて融剤とともに坩堝にて９００℃〜１３００℃の高温で３０分〜１０時間、第１の焼成をおこない、粒子を得る。
第１の焼成によって得られる中間蛍光体粉末をイオン交換水で繰り返し洗浄してアルカリ金属ないしアルカリ土類金属及び過剰の付活剤、共付活剤を除去する。
次いで、得られた中間体蛍光体粉末に第２の焼成をほどこす。第２の焼成は、第１の焼成より低温の５００〜８００℃で、また短時間の３０分〜３時間の加熱（アニーリング）をする。
上記製法により無機蛍光体材料を得ることができるが、直流型無機ＥＬに用いる場合には上記製法により得られた蛍光体材料を加圧成型し、電子ビーム蒸着等の物理蒸着によってＥＬ素子を得ることができる。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
＜無機蛍光体材料（サンプルＡ）＞
Ｚｎ １モルに対して、Ｍｎが４×１０-2ｍｏｌ、Ｃｕが６×１０-3ｍｏｌとなるように、ＺｎＳ、ＭｎＣｌ2およびＣｕＳＯ4を秤量した。乳鉢中で２０分以上混合したのち、真空中で１１００℃３ｈｒ焼成した。焼成後、粉砕、水洗、乾燥を行うことで、無機蛍光体材料ＺｎＳ：Ｍｎ，Ｃｕ（サンプルＡ）を得た。
【００３２】
＜無機ＥＬ素子Ａ＞
透明ガラス基板１上に、第１電極であるＩＴＯが厚さ２００ｎｍでスパッタにより形成した透明電極（第１電極）２を設け、その上にサンプルＡの無機蛍光体材料を該基板上にＥＢ蒸着装置にて１０００ｎｍ成膜して発光層３とした。成膜時の蒸着チャンバー内の真空度は１×１０-6Ｔｏｒｒ、基板温度は２００℃に設定した。さらに、結晶性を向上させるために、成膜後に同一チャンバー内で６００℃、１ｈｒ熱アニールを施した。続いて、抵抗加熱蒸着により第２電極（背面電極）５であるアルミニウムを蒸着することで、直流駆動型無機ＥＬ素子Ａを得た。
【００３３】
＜無機ＥＬ素子Ｂ＞
無機ＥＬ素子Ａを用いて、第２電極５であるアルミニウム電極をプラスに、第１電極２である透明電極をマイナスにして、５Ｖの直流電源を接続した。電界印加によって、Ｃｕ+がマイナス電極側にマイグレーションし、組成傾斜をつけることができた。これを無機ＥＬ素子Ｂとする。
【００３４】
＜無機ＥＬ素子Ｃ＞
８０℃に加熱したホットプレート上で電界印加を行うこと以外、無機ＥＬ素子Ｂと同様に作製した。
【００３５】
実施例１
上記無機ＥＬ素子Ａ〜Ｃについて、断面をダイヤモンドカッターで切り出し、ＳＥＭ−ＥＤＸによりＺｎとＣｕの比率を測定し、結果を表１に示した。
また、それぞれの素子に透明電極側をプラス、背面電極側をマイナス電極として直流電圧１５Ｖを印加したときのＥＬ発光強度を測定し、素子Ａを１としたときの相対強度として表１に示した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
素子ＡはＺｎＳ，Ｃｕ，Ｍｎを蒸着しそのまま素子化しただけであるため、組成傾斜がなく、膜内で均一なＣｕ濃度を示しているのに対して、素子Ｂは電界により組成傾斜をつけ、さらに素子Ｃではさらに加熱しながら電界により組成傾斜をつけたので、両電極近傍のＣｕ濃度比がそれぞれ１１、１２５となった。
例として素子ＢにおけるＳＩＭＳによる発光層の膜厚方向におけるＣｕ組成分布を図２に示す。Ｃｕ濃度プロファイルは連続的に変化しており、連続的な組成傾斜がついていることがわかる。素子Ｃにおいても同様に連続的な傾斜がついていることを確認した。またＥＬ相対強度についても素子Ａに対して素子Ｂ、さらには素子Ｃは大幅に増大し、組成傾斜による高効率発光が得られることが示された。
【００３８】
実施例２
ＺｎＳをＺｎＳ0.9Ｓｅ0.1に変更した以外は、実施例１と同様に行った。その結果、両電極側のＣｕ濃度比やＥＬ相対強度においても、実施例１と同様な結果となり、母体材料によらず組成傾斜による効果が示された。
【００３９】
実施例３
ＭｎＣｌ2をＩｒＣｌ3に変更した以外は、実施例１を同様に行った。その結果、両電極側のＣｕ濃度比やＥＬ相対強度においても、実施例１と同様な結果となり、発光中心を形成する元素によらず組成傾斜による効果が示された。
【００４０】
実施例４
ＭｎＣｌ2をＨＡｕＣｌ4に変更した以外は、実施例１を同様に行った。その結果、両電極側のＣｕ濃度比やＥＬ相対強度においても、実施例１と同様な結果となり、発光中心を形成する元素によらず組成傾斜による効果が示された。
【００４１】
実施例５
ＧａＡｓをＺｎ １モルに対して２×１０-4モル添加した以外は実施例３と同様に行った。その結果、両電極側のＣｕ濃度比やＥＬ相対強度においても、実施例３と同様な結果となり、発光中心を形成する元素によらず組成傾斜による効果が示された。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例１の直流駆動型無機ＥＬ素子の構造の概略を示す図である。
【図２】実施例１の直流駆動型無機ＥＬ素子Ｂにおける発光層の膜厚方向のＣｕ組成分布をＳＩＭＳにより観測した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ ガラス基板
２ 透明電極
３ 発光層（高濃度Ｃｕ側）
４ 発光層（低濃度Ｃｕ側）
５ 背面電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１対の電極およびその間に形成される発光層を有する積層構造を有し、
前記発光層が第２−１６族化合物および第１２−１６族化合物から選ばれる少なくとも１種、またはそれらの混晶を母体材料とし、発光中心を形成する元素を少なくとも１種含有し、
前記発光層がさらにＣｕを含み、母体材料に対するＣｕの濃度が前記発光層の厚み方向で１０倍以上異なる組成勾配を有する無機蛍光体材料層であることを特徴とする無機ＥＬ素子。
【請求項２】
発光中心を形成する元素として、周期律表の第６族〜第１１族の第２遷移系列に属する金属元素および第３遷移系列に属する金属元素のうちの少なくともいずれかを含有することを特徴とする請求項１に記載無機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記発光層がさらに周期律表の第１３族および第１５族に属する元素から選ばれる少なくとも１種類の元素を含有することを特徴とする請求項２に記載の無機ＥＬ素子。
【請求項１】
少なくとも１対の電極およびその間に形成される発光層を有する積層構造を有し、
前記発光層が第２−１６族化合物および第１２−１６族化合物から選ばれる少なくとも１種、またはそれらの混晶を母体材料とし、発光中心を形成する元素を少なくとも１種含有し、
前記発光層がさらにＣｕを含み、母体材料に対するＣｕの濃度が前記発光層の厚み方向で１０倍以上異なる組成勾配を有する無機蛍光体材料層であることを特徴とする無機ＥＬ素子。
【請求項２】
発光中心を形成する元素として、周期律表の第６族〜第１１族の第２遷移系列に属する金属元素および第３遷移系列に属する金属元素のうちの少なくともいずれかを含有することを特徴とする請求項１に記載無機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記発光層がさらに周期律表の第１３族および第１５族に属する元素から選ばれる少なくとも１種類の元素を含有することを特徴とする請求項２に記載の無機ＥＬ素子。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−４０２１７（Ｐ２０１０−４０２１７Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９８９５７（Ｐ２００８−１９８９５７）
【出願日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]