照明装置
【課題】エレクトロルミネセンスを利用した照明装置における電力効率を改善することを目的とする。
【解決手段】絶縁表面に、少なくとも一層の発光層を含む発光ユニットが複数個並置されており、該発光ユニットは隣接するものが電荷発生層を介して直列に接続されている照明装置である。発光ユニットは、一対の電極で挟まれた構造として、隣接するもの同士において、一方の陰極側と他方の陽極側が電荷発生層に接して直列接続された構造とすることが好ましい。発光ユニットの陰極方向に正孔を注入し、陽極方向に電子を注入する機能を持つ電荷発生層で発光ユニットを繋ぐことにより、キャリアの流れがスムーズになるからである。発光セルは短冊状に形成され、その短尺方向に複数個が並置されて電気的な直列接続を形成する。このような配列とすることにより、電荷発生層が影響する抵抗損失を抑えることができる。
【解決手段】絶縁表面に、少なくとも一層の発光層を含む発光ユニットが複数個並置されており、該発光ユニットは隣接するものが電荷発生層を介して直列に接続されている照明装置である。発光ユニットは、一対の電極で挟まれた構造として、隣接するもの同士において、一方の陰極側と他方の陽極側が電荷発生層に接して直列接続された構造とすることが好ましい。発光ユニットの陰極方向に正孔を注入し、陽極方向に電子を注入する機能を持つ電荷発生層で発光ユニットを繋ぐことにより、キャリアの流れがスムーズになるからである。発光セルは短冊状に形成され、その短尺方向に複数個が並置されて電気的な直列接続を形成する。このような配列とすることにより、電荷発生層が影響する抵抗損失を抑えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｃｅｎｃｅ：ＥＬ）を利用した照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、１０Ｖ程度の電圧を印加して１００〜１０００ｃｄ／ｍ２の輝度で発光する有機エレクトロルミネセンス素子（以下、有機ＥＬ素子ともいう）が知られている。有機ＥＬ素子は、薄型化及び軽量化が可能であることから、表示装置や照明装置への応用が期待されている。しかし、実用化のためには、さらなる輝度の向上や劣化を抑制しなければならないことが指摘されている。
【０００３】
例えば、照明装置への用途では、基板上で発光層を複数のセグメントに分割して、それを直列に接続した有機ＥＬ照明素子が知られている（特許文献１参照）。この有機ＥＬ照明素子は、陽極及び陰極で有機ＥＬ発光層を挟んでなる発光セグメントを複数具備している。複数の発光セグメントが同時に発光するよう直列に接続された構造を有している。この直列接続構造は、陽極及び陰極が異なる発光セグメント間で電気的に接続されることで形成されている。
【特許文献１】特開２００４−２３４８６８号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、陽極及び陰極が異なる発光セグメント間で電気的に接続される直列接続構造では、回路的に直列に挿入される抵抗（直列抵抗）の影響を無視することができなかった。陽極は酸化インジウム酸化スズ、陰極はアルミニウムで形成されるところ、この両者が接触すると反応して絶縁物（アルミニウムの酸化物と考えられる）が生成される。この直列抵抗の増大は化学反応によるので、しばしば、経時変化として観測される場合もある。そのため、従来の照明装置では抵抗損失の影響で、投入した電力を有効に利用できず、明るい照明装置を得ることができなかった。すなわち、照明装置の低消費電力化が十分図られていなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、エレクトロルミネセンスを利用した照明装置における電力効率を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、少なくとも一層の発光層を含む発光ユニットが複数個並置され、その隣接する発光ユニット同士を、電荷発生層を介して直列に接続された構造を含む照明層装置である。この直列接続構造において、発光ユニットは一対の電荷発生層に挟まれた構造を有していても良い。この照明装置において、直列に接続された構造を有する発光ユニットの両端には一対の電極を含む構造とすることもできる。この一対の電極は、照明装置に直流の電圧を印加する場合には、陽極及び陰極として区別して呼ばれる場合もある。
【０００７】
本発明において、発光ユニットとは、代表的には周期律第１２族と第１５族元素を含む母体材料と、発光中心を形成する不純物元素を含む一又は複数の層により構成される。発光ユニットは一対の電極と電荷発生層を除いた要素を指す。
【０００８】
発光セルとは、一対の電荷発生層間に発光ユニットを挟んだものを指し、その積層体及びそれに付随する層構造若しくは電極構造などを含む場合もある。
【０００９】
電荷発生層とは、一又は複数の層により構成される発光ユニットの一方の側を陽極側、他方の側を陰極側と見た場合に、該発光ユニットの陰極方向に正孔を注入し、陽極方向に電子を注入する機能を持った層をいう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の発光ユニットを、電荷発生層を介して直列に接続することにより、発光ユニットを流れる電荷（キャリア）の流れをスムーズにすることができる。発光ユニットの陰極方向に正孔を注入し、陽極方向に電子を注入する機能を持つ電荷発生層で発光ユニットを繋ぐことにより、実質的な電気抵抗成分は電荷発生層の抵抗となるので、抵抗値の増大を防ぐことができる。それにより、低消費電力化を図ることが出来、明るい照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、絶縁表面に、少なくとも一層の発光層を含む発光ユニットが複数個並置されており、該発光ユニットは隣接するものが電荷発生層を介して直列に接続されている照明装置である。発光ユニットは、一対の電極で挟まれた構造としても良いが、発光ユニットの隣接するもの同士において、一方の陰極側と他方の陽極側が、電荷発生層に接して直列接続された構造とすることが好ましい。発光ユニットの陰極方向に正孔を注入し、陽極方向に電子を注入する機能を持つ電荷発生層で発光ユニットを繋ぐことにより、電荷（キャリア）の流れがスムーズになるからである。
【００１２】
発光セルは短冊状に形成され、その短尺方向に複数個が並置されて電気的な直列接続を形成する。このような配列とすることにより、電荷発生層が影響する抵抗損失を抑えることができる。この場合、電荷発生層は、抵抗率が１×１０−３Ω・ｃｍよりも小さいものであることが好ましい。また、抵抗損失を極力抑えるために、発光セルに接しない形で補助電極を電荷発生層に接して設けても良い。電荷発生層を介して直列に接続する発光ユニットの数は任意なものとすることができる。
【００１３】
電荷発生層として、可視光を透過することができる透明導電膜材料を適用することができる。透明導電膜材料としては、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などであり、導電性金属酸化物の中から選択される。
【００１４】
電荷発生層の他の形態としては、陰極側に正孔発生層、陽極側に電子発生層を配置した積層構造としても良い。正孔発生層は無機化合物と有機化合物との複合材料でなり、この層において無機化合物は有機化合物に対して電子受容性を示す物質であり、有機化合物は正孔輸送性に優れた物質である。電子発生層は無機化合物と有機化合物との複合材料でなり、この層において無機化合物は有機化合物に対して電子供与性を示す物質であり、有機化合物は電子輸送性に優れた物質である。無機化合物としては特に限定されないが、金属酸化物若しくは金属窒化物を用いる。
【００１５】
発光ユニットにおける発光層は、第２族の元素と第１６族の元素を含む化合物又は第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物である母体材料と発光中心である不純物元素とを含み構成されることが好ましい。
【００１６】
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じ要素を指す符号は異なる図面で共通して用い、その場合における繰り返しの説明は省略する場合がある。
【実施例１】
【００１７】
本実施例は、エレクトロルミネセンスを利用する照明装置において、抵抗損失の影響を低減して、投入した電力を有効に利用することができる照明装置を提供するための構成について図１と図２を参照して説明する。なお、図１は本実施例に係る照明装置の作製方法及び構造を説明する断面図であり、図２は同平面図を示している。以下の説明では、適宜両図を参照して説明する。
【００１８】
基板上に発光セルの一方の側に第１の電荷発生層を形成する。第１の電荷発生層は、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などの酸化物導電性材料を用いて形成することが好ましい。酸化物導電性材料で電荷発生層を形成することにより、発光ユニットに挟まれた場合に等電位面を形成することができる。
【００１９】
第１の電荷発生層は１枚の基板上で複数に分割することが好ましい。これは複数の発光セルを基板上に形成するためである。１枚の基板上で第１の電荷発生層を分割する数は任意であるが、発光セルを形成したときの直列抵抗の影響を考慮して寸法を決めることが好ましい。分割された後の第１の電荷発生層の形状も任意であるが、長方形若しくは短冊状とする場合には、短尺方向に発光セルが直列接続されるような配列とすることが好ましい。これは、第１の電荷発生層による直列抵抗の影響を抑えるためである。
【００２０】
図１（Ａ）及び図２（Ａ）は、複数に分割された、第１の電荷発生層１２ａ、１２ｂ、１２ｃが基板１０に形成された状態を示している。これは、基板１０上に酸化物導電膜を全面に形成した後、第１の開口部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを形成することでも形成することができる。第１の開口部はレーザ加工やリフトオフ加工で透明導電膜又は金属膜を直接的に加工しても良いし、フォトリソグラフィー技術を用いてマスクパターンを基板上に形成し、エッチング加工しても良い。第１の開口部１３ａ、１３ｂは第１の電荷発生層を隣接させ、且つ分離するために設けられている。
【００２１】
第１の開口部１３ｃ、１３ｄは基板１０において発光セルが直列接続される方向（基板の長辺方向）と平行な方向に設けられている。第１の開口部１３ｃ、１３ｄは基板１０の端面にまで回り込んで透明導電膜又は金属膜が成膜された場合に、第１の電荷発生層が実質的に分離不能になるため、設けておくことが好ましい。
【００２２】
次いで発光ユニットを形成する。発光ユニットは、代表的には周期律第１２族と第１５族元素を含む母体材料と、発光中心を形成する不純物元素を含む一又は複数の層により形成する。なお、発光ユニットの構成は、実施例４と実施例５で詳細に説明する。
【００２３】
発光ユニットは、分割された第１の電荷発生層１２ａ、１２ｂ、１２ｃ上に形成する。そして、第２の開口部を形成して複数に分割する。図１（Ｂ）及び図２（Ｂ）は発光ユニットを分離する第２の開口部１９ａ、１９ｂ、１９ｃが形成された状態を示している。それにより、第１の電荷発生層１２ａに対応して発光ユニット１４ａが形成されることとなる。他も同様に、第１の電荷発生層１２ｂに対応して発光ユニット１４ｂが形成され、第１の電荷発生層１２ｃに対応して発光ユニット１４が形成されている。発光ユニットは、第１の開口部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを被覆し、第１の電荷発生層１２ｂ、１２ｃの端部にかかるように形成しても良い。
【００２４】
第２の開口部１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、発光ユニットを複数に分離すると共に、第１の電荷発生層１２ａ、１２ｂ、１２ｃを露出させている。この露出面は第１の電荷発生層の表面であっても良いし、第１の電荷発生層を若干エッチングして除去された新しい表面でも良い。また、第１の電荷発生層を第２の開口部に合わせて除去してその側端面が露出する状態としても良い。
【００２５】
次に、発光ユニットと接触し、第２の開口部を介して第１の電荷発生層の露出面とも接触するように、第２の電荷発生層を形成する。第２の電荷発生層としては、酸化物導電性材料を用いて形成する。また、第２の電荷発生層を、正孔発生層又は電子発生層で形成することもできる。この場合、第１の電荷発生層を陽極側に配置する場合には、第２の電荷発生層を電子発生層で形成する。第１の電荷発生層を陰極側に配置する場合には、第２の電荷発生層を正孔発生層で形成する。第１の電荷発生層を正孔発生層又は電子発生層で形成する場合には、第２の電荷発生層を酸化物導電性材料で形成すれば良い。少なくとも一方の電荷発生層を酸化物導電性材料で形成して光透過性とすることで、第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットで発光した光を有効に取り出すことができる。第２の電荷発生層は、発光ユニット上から全面に被膜を形成し、第３の開口部を形成して、第１の電荷発生層と対を成すようにする。
【００２６】
図１（Ｃ）及び図２（Ｃ）は、第２の電荷発生層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄが形成された状態を示している。第３の開口部２２ａ、２２ｂ、２２ｃは第２の電荷発生層を分離している。第２の電荷発生層２０ａは、第１の電荷発生層１２ａに対応して形成され、この両者の間に発光ユニット１４ａが挟まれている。これらが一体となって第１の発光セル１０１を形成している。第２の電荷発生層２０ａは、隣接する第１の電荷発生層１２ｂと第２の開口部１９ｂを介して電気的に接触している。第２の電荷発生層２０ｂは、第１の電荷発生層１２ｂに対応して形成され、この両者の間に発光ユニット１４ｂが挟まれている。これらが一体となって第２の発光セル１０２を形成している。第２の電荷発生層２０ｂは、隣接する第１の電荷発生層１２ｃと第２の開口部１９ｃを介して電気的に接触している。第２の電荷発生層２０ｃは、第１の電荷発生層１２ｃに対応して形成され、この両者の間に発光ユニット１４ｃが挟まれている。これらが一体となって第３の発光セル１０３を形成している。
【００２７】
このように、各層に応じた開口部を形成することにより、第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３を基板１０上で直列に接続させることができる。なお、第２の電荷発生層２０ｄは、第１の発光セル１０１における第１の電荷発生層１２ａの取り出し端子である。すなわち、第２の電荷発生層２０ｄと第２の電荷発生層２０ｃの間に所定の電圧を印加することにより、第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３を発光させることができる。
【００２８】
第１の電荷発生層及び第２の電荷発生層を、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などの酸化物導電性材料で形成した場合には、光透過性を有しているので、発光ユニットの発光は、基板１０の両面に放射可能な構成となる。これを、基板１０の一方の側に放射させる構成とするには、第１の電荷発生層若しくは第２の電荷発生層の側に光反射性の被膜を形成すれば良い。
【００２９】
図１（Ｄ）は、第２の電荷発生層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄに接して金属膜２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを形成した状態を示している。金属膜としては、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、銀、プラチナ、アルミニウムなどを用いることができる。特に、金属膜として銀やアルミニウムなどの光反射率の高いものを適用すれば、光の放射面において、光の取り出し効率を高めることができる。また、金属膜を第２の電荷発生層に接して形成することで、補助電極として機能させることができる。すなわち、第２の電荷発生層の抵抗を実質的に下げることができる。この場合、第２の電荷発生層を正孔発生層又は電子発生層として、金属膜を接して形成する構成は好ましい一形態となる。なお、この構成は、第１の電荷発生層側に置き換えて実施することができる。この場合、金属膜２１ｄを第１の電極、金属膜２１ｃを第２の電極として用いることができる。
【００３０】
本実施例に係る照明装置は、複数の発光セルを直列に接続する際に、電気配線を引き回す必要が無く、積層する被膜のみで電気的な接続をすることができる。それにより、照明装置における接点不良を無くすことができる。この場合において、電荷発生層により複数の発光セルを直列に接続することにより、抵抗損失の影響を低減して、投入した電力を有効に利用することができる照明装置を提供することができる。
【００３１】
また、本実施例に係る照明装置は、１枚の基板上で発光セルを複数個に分割して直列に接続されているので、電荷発生層として、酸化物導電性材料を用いることによる抵抗損失を抑えることができる。それにより、照明装置における発光部の面積が増大しても、直列抵抗の増大を抑えることができる。一対の電極における一方の電極と他方の電極が、異なる発光セル間で直列接続される構造において、発光ユニットの下層にある電極を露出させる開口部を発光ユニットに形成することで、接続のために必要とする面積を縮小することができる。
【実施例２】
【００３２】
本実施例は、エレクトロルミネセンスを利用する照明装置において、抵抗損失の影響を低減して、投入した電力を有効に利用することができる照明装置を提供するための構成について図３と図４を参照して説明する。なお、図３は本実施例に係る照明装置の作製方法及び構造を説明する断面図であり、図４は同平面図を示している。以下の説明では、適宜両図を参照して説明する。
【００３３】
本実施例では、電荷発生層や発光層などの被膜の形成時にシャドーマスクを用い、比較的簡便に照明装置を作製する方法について説明する。なお、図３は本実施例に係る照明装置の作製方法及び構造を説明する断面図であり、図４は同平面図を示している。以下の説明では、適宜両図を参照して説明する。なお、シャドーマスクとは、所定のパターンで開口部が形成された金属やセラミクスなどの部材で形成されたマスクをいう。成膜時に基板に近接させて、被膜の付着を物理的に遮断することにより、基板上に所定のパターンを形成するためのものである。
【００３４】
図３（Ａ）及び図４（Ａ）は、複数に分割された、第１の電荷発生層１２ａ、１２ｂ、１２ｃが基板１０に形成された状態を示している。さらに、第１の電荷発生層１２ａ上に発光ユニット１４ａが形成され、第１の電荷発生層１２ｂ上に発光ユニット１４ｂが形成され、第１の電荷発生層１２ｃ上に発光ユニット１４ｃが形成される状態を示している。
【００３５】
第１の電荷発生層は、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などの酸化物導電性材料で形成することが好ましい。第１の電荷発生層は、真空蒸着若しくはスパッタリングによる成膜時にシャドーマスクを用いて複数に分離形成することができる。また、導電性ペーストを用いてスクリーン印刷で形成することもできる。この場合、図４（Ａ）に示すように、第１の電荷発生層１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、基板１０の端部に至らない内側に形成することが好ましい。それにより、基板１０の端部を介してリークする電流を防止することができる。
【００３６】
発光ユニット１４ａ、１４ｂ、１４ｃも同様に、真空蒸着若しくはスパッタリングによる成膜時にシャドーマスクを用いて複数に分離形成する。
【００３７】
図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）は、シャドーマスクを使って、第２の電荷発生層２０ａ、２０ｂ、２０ｃを形成した状態を示している。第２の電荷発生層は実施例１と同様なものを用い、成膜時にシャドーマスクを用いて分離形成する。
【００３８】
第２の電荷発生層２０ａは、第１の電荷発生層１２ａに対応して形成され、この両者の間に発光ユニット１４ａが挟まれている。これらが一体となって第１の発光セル１０１を形成している。第２の電荷発生層２０ｂは、第１の電荷発生層１２ｂに対応して形成され、この両者の間に発光ユニット１４ｂが挟まれている。これらが一体となって第２の発光セル１０２を形成している。第２の電荷発生層２０ｃは、第１の電荷発生層１２ｃに対応して形成され、この両者の間に発光ユニット１４ｃが挟まれている。これらが一体となって第３の発光セル１０３を形成している。
【００３９】
第２の電荷発生層は発光ユニットと接し、隣接する発光セルの第１の電荷発生層と電気的な接続関係を構成している。すなわち、第２の電荷発生層２０ａは、隣接する第１の電荷発生層１２ｂと電気的に接触するように延設されている。また、第２の電荷発生層２０ｂは、隣接する第１の電荷発生層１２ｃと電気的に接触するように延設されている。なお、第２の電荷発生層２０ｄは、第１の発光セル１０１における第１の電荷発生層１２ａの取り出し端子である。すなわち、第２の電荷発生層２０ｄと第２の電荷発生層２０ｃの間に所定の電圧を印加することにより、第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３を発光させることができる。
【００４０】
このようにして、第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３を基板１０上で直列に接続させることができる。それにより、第２の電荷発生層２０ｄと第２の電荷発生層２０ｃの間に所定の電圧を印加することにより、第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３を発光させることができる。
【００４１】
図３（Ｃ）は、第２の電荷発生層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄに接して金属膜２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを形成した状態を示している。金属膜としては、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、銀、プラチナ、アルミニウムなどを用いることができる。また、金属膜を第２の電荷発生層に接して形成することで、補助電極として機能させることができる。すなわち、第２の電荷発生層の抵抗を実質的に下げることができる。この場合、第２の電荷発生層を正孔発生層又は電子発生層として、金属膜を接して形成する構成は好ましい一形態となる。なお、この構成は、第１の電荷発生層側に置き換えて実施することができる。この場合、金属膜２１ｄを第１の電極、金属膜２１ｃを第２の電極として用いることができる。
【００４２】
その他の構成については、実施例１と同様であるので、同じ作用効果を奏することができる。なお、発光ユニット、電荷発生層及びこの両者を備えた発光セルの構成は、実施例４と実施例５で詳細に説明する。
【実施例３】
【００４３】
本実施例は、エレクトロルミネセンスを利用する照明装置において、抵抗損失の影響を低減して、投入した電力を有効に利用することができる照明装置を提供するための構成について図５と図６を参照して説明する。なお、図５は本実施例に係る照明装置の作製方法及び構造を説明する断面図であり、図６は同平面図を示している。以下の説明では、適宜両図を参照して説明する。また、本実施例において、基板上で第１の電荷発生層を分離形成するまでは実施例１と同様であるので、その説明は省略する。
【００４４】
図５（Ａ）及び図６（Ａ）は、第１の電荷発生層１２ａ、１２ｂ、１２ｃを被覆するように発光ユニット１４を形成する。その上に、第３の電荷発生層１６ａ、１６ｂ、１６ｃを分離形成する。第３の電荷発生層は、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などの透明導電膜材料で形成することが好ましい。発光ユニットで発光した光を有効に取り出すためである。第３の電荷発生層は電子ビーム蒸着法、スパッタリング法などで形成することができる。この場合、シャドーマスクを用いることで、発光ユニット１４上に分割した状態で形成することができる。勿論、第３の電荷発生層を分離形成する方法はこれに限定されず、フォトリソグラフィー技術を使ってマスクパターンを形成し、第３の電荷発生層を選択的に加工しても良い。分離形成される第３の電荷発生層１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、いずれも発光ユニット１４の端部に至らない内側に形成されている。その後、この上層側に新たな発光ユニットを形成し、実施例１と同様に開口部を形成する。
【００４５】
図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）は、第３の電荷発生層を挟んで発光ユニットを設け、第２の開口部１９ａ、１９ｂ、１９ｃが形成された状態を示している。それにより、第１の電荷発生層１２ａに対応して発光ユニット１４ａ、第３の電荷発生層１６ａ、発光ユニット１８ａが形成されることとなる。他も同様であり、第１の電荷発生層１２ｂに対応して発光ユニット１４ｂ、第３の電荷発生層１６ｂ、発光ユニット１８ｂが形成され、第１の電荷発生層１２ｃに対応して発光ユニット１４ｃ、第３の電荷発生層１６ｃ、発光ユニット１８ｃが形成されている。
【００４６】
図５（Ｃ）及び図６（Ｃ）は、実施例１と同様にして、第２の電荷発生層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄが形成された状態を示している。第３の開口部２２ａ、２２ｂ、２２ｃは第２の電荷発生層を分離している。このようにして、第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３を基板１０上で直列に接続させることができる。
【００４７】
この場合、第３の電荷発生層１６ａ、１６ｂ、１６ｃの端部は、発光ユニット１８ａ、１８ｂ、１８ｃで覆われている。すなわち、第３の電荷発生層１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、それぞれ、発光ユニット１４ａ、１４ｂ、１４ｃと発光ユニット１８ａ、１８ｂ、１８ｃの内側に形成されている。このような構成とすることで、第３の電荷発生層１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、第２の開口部１９ａ、１９ｂ、１９ｃにおいて端部が露出しない構成とすることができる。また、基板１０の周辺端部領域においても同様である。それにより、第３の電荷発生層１６ａ、１６ｂ、１６ｃが、第２の開口部１９ａ、１９ｂ、１９ｃで、それそれ、第２の電荷発生層２０ａ、２０ｂ、２０ｃと接触しない構造とすることができる。
【００４８】
この構造は、第３の電荷発生層として比較的導電率の高い透明導電膜を用いて形成した場合に有用である。すなわち、第３の電荷発生層が原因となって、第２の電荷発生層にリーク電流が流れてしまうことを防止することができる。これは、第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３の基板端部領域でも同様である。
【００４９】
本実施例の構成によれば、一対の電荷発生層の間に、さらに第３の電荷発生層を挿入した構造、すなわち発光ユニットを２層設けその間にも第３の電荷発生層を設けることにより、単位面積当たりの電流効率を高めることができる。その他の構成については、実施例１と同様であるで、同じ作用効果を奏することができる。なお、発光ユニット、電荷発生層及びこの両者を備えた発光セルの構成は、実施例４と実施例５で詳細に説明する。
【実施例４】
【００５０】
本実施例は、発光ユニットの発光層として適した発光材料について説明する。本実施例で例示する発光材料は、実施例１又は２の発光ユニットに適用することができる。なお、本実施例で例示する発光材料は、母体材料及び発光中心となる少なくとも１種類以上の不純物元素で構成される材料である。なお、これら不純物元素は母体材料を構成する元素を含まない。
【００５１】
発光材料に用いる母体材料は無機材料として、硫化物、酸化物、窒化物を用いる。硫化物としては、例えば、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、硫化イットリウム（Ｙ２Ｓ３）、硫化ガリウム（Ｇａ２Ｓ３）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、硫化バリウム（ＢａＳ）などを用いることができる。酸化物としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などを用いることができる。また、窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）などを用いることができる。さらに、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）なども用いることができ、硫化カルシウム−ガリウム（ＣａＧａ２Ｓ４）、硫化ストロンチウム−ガリウム（ＳｒＧａ２Ｓ４）、硫化バリウム−ガリウム（ＢａＧａ２Ｓ４）、などの３元系の混晶であってもよい。
【００５２】
不純物元素としては、金属イオンの内殻電子遷移を利用した発光中心を形成するものとして、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）などの金属元素を用いることができる。なお、電荷補償として、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）などのハロゲン元素が添加されていてもよい。
【００５３】
また、ドナー−アクセプタ再結合を利用した発光中心として、第一の不純物元素及び第二の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。第一の不純物元素としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などの金属元素、珪素（Ｓｉ）などを用いることができる。第二の不純物元素は、例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）などを用いることができる。
【００５４】
本実施例に係る発光材料は固相反応、すなわち、母体材料及び不純物元素を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱して反応させる方法により、母体材料に不純物元素を含有させる。例えば、母体材料と、第一の不純物元素又は第一の不純物元素を含む化合物と、第二の不純物元素又は第二の不純物元素を含む化合物をそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱、焼成を行う。焼成温度は、７００〜１５００℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固体反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。
【００５５】
また、固相反応を利用する場合の不純物元素として、第一の不純物元素と第二の不純物元素で構成される化合物を組み合わせて用いてもよい。この場合、不純物元素が拡散されやすく固相反応が進みやすくなるため、均一な発光材料を得ることができる。さらに余分な不純物元素が入らないため、純度の高い発光材料が得ることができる。第一の不純物元素と第二の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、フッ化銅（ＣｕＦ２）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、ヨウ化銅（ＣｕＩ）、臭化銅（ＣｕＢｒ）、窒化銅（Ｃｕ３Ｎ）、リン化銅（Ｃｕ３Ｐ）、フッ化銀（ＣｕＦ）、塩化銀（ＣｕＣｌ）、ヨウ化銀（ＣｕＩ）、臭化銀（ＣｕＢｒ）、塩化金（ＡｕＣｌ３）、臭化金（ＡｕＢｒ３）、塩化白金（ＰｔＣｌ２）などを用いることができる。また、第二の不純物元素の代わりに第三の不純物元素を含んだ発光材料を用いてもよい。
【００５６】
第三の不純物元素は、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）などを用いることができる。これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ｍｏｌ％であれば良く、好ましくは０．１〜５ｍｏｌ％の範囲である。
【００５７】
高い電気導電性を有する発光材料としては、母体材料として、上述した材料を用い、上述した第一の不純物元素及び第二の不純物元素及び第三の不純物元素を含む発光材料を添加した発光材料を用いることができる。これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ｍｏｌ％であれば良く、好ましくは０．１〜５ｍｏｌ％の範囲であれば良い。
【００５８】
第二の不純物元素と第三の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、臭化銅（ＬｉＢｒ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）などのハロゲン化アルカリ、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミニウムアンチモン（ＡｌＳｂ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、インジウムヒ素（ＩｎＡｓ）、インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）などを用いることができる。
【００５９】
母体材料として、上述した材料を用い、上述した第一の不純物元素及び第二の不純物元素及び第三の不純物元素を含む発光材料を用いた発光層は、高電界により加速されたホットエレクトロンを必要とすることなく、発光することが可能である。つまり、発光素子に高電圧を印加する必要がなくなるため、低駆動電圧で動作可能な発光素子を得ることができる。また、低駆動電圧で発光可能であるため、消費電力も低減された発光素子を得ることができる。また、さらに他の発光中心となる元素が含まれていてもよい。
【００６０】
また、母体材料として上述した材料を用い、第二の不純物元素及び第三の不純物元素及び上述した金属イオンの内殻電子遷移を利用した発光中心を含む発光材料を用いることができる。この場合、発光中心となる金属イオンは、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍｉｃ％であることが好ましい。また、第二の不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍｉｃ％であることが好ましい。また、第三の不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍｉｃ％であることが好ましい。このような構成の発光材料は、低電圧で発光可能である。よっって、低駆動電圧で発光可能な発光素子を得ることができるため、消費電力が低減された発光素子を得ることができる。また、さらに他の発光中心となる元素が含まれていてもよい。
【００６１】
例えば、特開２００５−３３６２７５号公報に開示されているものとして、母体材料としてＺｎＳ、第１の不純物としてＣｕ、第２の不純物としてＣｌ及びＧａ、第３の不純物元素してＡｓを含み、さらに他の発光中心としてＭｎを含む発光材料を用いることも可能である。このような発光材料を形成するには、以下に示す方法を用いることができる。ＺｎＳに、硫酸銅（ＣｕＳ）、硫黄、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を配合した発光体（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ）にＭｎを加え、真空中で２〜４時間程度焼成する。焼成温度は７００〜１５００℃であることが好ましい。この焼成したものを粉砕して粒径５〜２０μｍにし、粒径１〜３μｍのＧａＡｓを加え撹拌する。この混合物を、硫黄ガスを含む窒素気流中で約５００〜８００℃で２〜４時間焼成することにより、発光材料を得ることができる。この発光材料を用いて、蒸着法などにより薄膜を形成することにより、発光素子の発光層として用いることができる。
【００６２】
また、上記の発光材料に対して、さらに、不純物元素を添加することにより、発光材料の結晶系を制御することができる。結晶系を制御できる不純物としては、立方晶系のものとして、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅなどを挙げることができる。また、六方晶系のものとして、ＧａＮ、ＩｎＮを挙げることができる。他にもＡｌＰ、ＡｌＮ、ＡｌＳｂなどを用いることができる。発光材料の結晶系を制御することにより、発光効率を向上させることができる。
【００６３】
本実施例の発光材料を用いることにより、実施例１乃至３の照明装置を低電圧で駆動させることができる。また、照明装置を直流電圧で発光させることも可能となる。
【実施例５】
【００６４】
本実施例は、発光ユニットと、当該発光ユニットを用いた発光セルの構成について図面を参照して説明する。
【００６５】
図７（Ａ）は、第１の電荷発生層１２、発光ユニット１４、第２の電荷発生層２０が積層された発光セルを示している。この発光セルは、第１の電荷発生層１２と、第２の電荷発生層２０の間に電圧を印加することで発光させることができる。発光ユニット１４は、発光層２０１により形成されている。この発光層２０１は、実施例４で説明した発光材料を用いて作製することができる。すなわち、発光ユニットは、代表的には周期律第１２族と第１５族元素を含む母体材料と、発光中心を形成する不純物元素を含む一又は複数の層により形成することが好ましい。
【００６６】
第１の電荷発生層１２は、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。第１の電荷発生層１２を光透過可能として、発光ユニットの発光を放射可能とするには、酸化インジウム酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム酸化スズ、酸化インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム酸化スズなどを用いて形成する。これらの導電性金属酸化物膜は、スパッタリングにより作製することができる。例えば、酸化インジウム酸化亜鉛は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズは、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。
【００６７】
第２の電荷発生層２０は、第１の電荷発生層１２と同様にして形成することができる。また、第１の電荷発生層又は第２の電荷発生層を、正孔発生層又は電子発生層で形成することもできる。この場合、第１の電荷発生層を陽極側に配置する場合には、第２の電荷発生層を電子発生層で形成する。第１の電荷発生層を陰極側に配置する場合には、第２の電荷発生層を正孔発生層で形成する。第１の電荷発生層を正孔発生層又は電子発生層で形成する場合には、第２の電荷発生層を酸化物導電性材料で形成すれば良い。
【００６８】
第１の電荷発生層１２又は第２の電荷発生層２０に用いる正孔発生層は、無機化合物と有機化合物との複合材料で形成することができる。正孔発生層を形成するものとして、無機化合物は有機化合物に対して電子受容性を示す物質であり、有機化合物は正孔輸送性に優れた物質である。無機化合物としては特に限定されないが、遷移金属酸化物が好ましく、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムが好適である。いずれにしても、電荷発生層１６は可視光領域の吸収ができるだけ小さいことが望ましい。
【００６９】
有機化合物としては正孔輸送層の材料として、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）などに代表される芳香族アミン化合物は、ホールを発生しやすく、有機化合物として好適な化合物群である。
【００７０】
電子発生層としては、電子輸送性の有機化合物と、その有機化合物に対して電子供与性を示す物質とを有する層を含んでいればよい。電子輸送性の有機化合物としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ビフェニリル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）などを用いることができる。また、電子供与性を示す物質としては、リチウム、マグネシウム、カルシウム、バリウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、あるいはそれらの合金がある。また、酸化リチウム、酸化バリウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウムなどのアルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物を用いることもできる。
【００７１】
図７（Ｂ）は、発光ユニット１４の構成として、発光層２０１とバリア層２０２を組み合わせたものである。バリア層２０２は発光層２０１の陰極側に配置することが好ましい。バリア層２０２は膜厚を０．１〜２ｎｍ程度とし、トンネル電流が流れる厚さで形成する。バリア層２０２は、絶縁性又は半絶縁性の金属酸化物又は金属窒化物を用いることができる。例えば、アルミニウム、タングステン、クロム、モリブデン、チタンなどの酸化物又は窒化物を用いることができる。このような金属酸化物又は金属窒化物の薄膜はスパッタリング法で形成することができる。
【００７２】
バリア層２０２を設けることにより、電荷発生層と発光層の界面でキャリアが再結合してしまうことを防止することができる。また、発光層に注入されたキャリアに対しバリアとなるので、キャリアが発光に寄与せずそのまま電荷発生層に流れ込んでしまう確率を抑制することができる。このような構成とすることで、発光効率を高めることができる。なお、図７（Ｂ）は、第１の電荷発生層１２が陽極側に位置するものとし、第２の電荷発生層２０が陰極側に位置するものとして説明している。第１の電荷発生層１２を陰極側、第２の電荷発生層２０を陽極側とする場合には、バリア層２０２の配置は反転する。
【００７３】
図７（Ｃ）は、発光ユニット１４の構成として、発光層２０１の両側にバリア層２０２を設けたものである。バリア層２０２は膜厚を０．１〜２ｎｍ程度とし、トンネル電流が流れる厚さで形成する。ことで、図７（Ｂ）と同様の効果が得られる。また、バリア層２０２を１０ｎｍ〜１０００ｎｍとすると、交流駆動により発光させることもできる。
【００７４】
図８は、発光セルにおいて、無機材料で形成される発光層に、キャリア注入性を高めるために有機無機複合材料層を組み合わせる態様を示している。この場合も発光セルは、第１の電荷発生層１２、発光ユニット１４、第２の電荷発生層２０で構成される。
【００７５】
図８（Ａ）は、発光ユニット１４の構成として、発光層２０１と有機無機複合材料層２０３を組み合わせる構成を示している。有機無機複合材料層２０３は正孔を注入するものとして、発光層２０１の陽極側に設けることが好ましい。図８（Ａ）は、第１の電荷発生層１２が陽極側にあり、第２の電荷発生層２０が陰極側にある場合を想定している。第１の電荷発生層１２を陰極側、第２の電荷発生層２０を陽極側とする場合には、有機無機複合材料層２０３の配置を反転させれば良い。
【００７６】
有機無機複合材料層２０３は、有機化合物と無機化合物とを複合してなる有機無機複合材料である。有機無機複合材料に用いる有機化合物として、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマーなど）などを化合物を用いることができる。なお、有機無機複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０−６ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いることができる。以下では、有機無機複合材料に用いることのできる有機化合物を例示する。
【００７７】
芳香族アミン化合物としては、ＮＰＢ、ＴＰＤ、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡなどを適用することができる。
【００７８】
また、以下に示す有機化合物を用いることにより、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない有機無機複合材料を得ることができる。例えば、ＤＮＴＰＤの他に、Ｎ，Ｎ’−ジ（ｐ−トリル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミン（略称：ＤＴＤＰＰＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）などを適用することができる。
【００７９】
カルバゾール誘導体としては、具体的には、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）などがある。
【００８０】
また、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）、２，３，５，６−トリフェニル−１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼンなどを用いることができる。
【００８１】
また、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない有機無機複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素としては、９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，１０−ジ（ナフタレン−１−イル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、９，１０−ジ（４−フェニルフェニル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ジ（４−メチルナフタレン−１−イル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス［２−（ナフタレン−１−イル）フェニル］アントラセン、９，１０−ビス［２−（ナフタレン−１−イル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（ナフタレン−１−イル）アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジ（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレンなどがある。また、この他、ペンタセン、コロネンなども用いることができる。このように、１×１０−６ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上の正孔移動度を有し、炭素数１４〜４２である芳香族炭化水素を用いることがより好ましい。
【００８２】
４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない有機無機複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素としては、ビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）などがある。
【００８３】
ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）やポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）などの高分子化合物を用いることもできる。
【００８４】
有機無機複合材料に用いる無機化合物としては、遷移金属酸化物が好ましい。また元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物であることが好ましい。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く扱いやすいので好ましい材料である。
【００８５】
上記のような有機化合物と無機化合物を複合化して（互いに相互作用させて）、得られる有機無機複合材料は、正孔注入性、正孔輸送性に優れている。また導電性が高い。よって、電極からキャリアを注入しやすく、発光層へ効率良くキャリアを輸送することができる。また、導電性金属酸化物、各種金属とオーム接触をすることが可能となるため、仕事関数に依らず電極を形成する材料を選択することができる。また、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない有機無機複合材料を、有機無機複合材料層２０３として用いることにより、発光層２０１の発光を吸収することなく効率良く透過し、外部取り出し効率を向上させることができる。
【００８６】
また、有機化合物と無機化合物とを複合した有機無機複合材料を含む層は導電性が高いため、有機無機複合材料を含む層を厚膜化した場合でも、駆動電圧の上昇を抑制することができる。よって、駆動電圧の上昇を抑制しつつ、外部への光の取り出し効率が高くなるように有機無機複合材料を含む層の膜厚を最適化することが可能となる。また、駆動電圧を上昇させることなく、光学設計による色純度の向上を実現することができる。
【００８７】
なお、有機無機複合材料を含む層の製造方法は、湿式法、乾式法を問わず、どのような手法を用いても良い。例えば、有機無機複合材料を含む層は、上述した有機化合物と無機化合物との共蒸着で作製することができる。また、上述した有機化合物と金属アルコキシドを含む溶液を塗布し、焼成することによって得ることもできる。なお、酸化モリブデンは真空中で蒸発しやすく、作製プロセスの面からも好ましい。
【００８８】
このように、第１の電荷発生層１２（陽極）と発光層２０１の間、若しくは電荷発生層１６と発光層２０１の間に有機無機複合材料層２０３を設けることで、発光層に対する正孔の注入性を向上させることができる。発光層２０１を形成する母材料は導電型がｎ型であるので、正孔注入性を向上させる有機無機複合材料層２０３を組み合わせることにより、キャリアの注入性を高めることができる。それにより、照明装置において、低電圧の点灯を可能とし、発光効率を高めることができる。すなわち、低消費電力化を図ることができる。
【００８９】
図８（Ｂ）は発光層２０１の一方の面に有機無機複合材料層２０３を設け、他方の面にバリア層２０２を設ける構成を示している。バリア層２０２は、電極と発光層の界面でキャリアが再結合してしまうことを防止することができる。また、発光層に注入されたキャリアに対しバリアとなるので、キャリアが発光に寄与せずそのまま電極や電荷発生層に流れ込んでしまう確率を抑制することができる。このように、有機無機複合材料層２０３とバリア層２０２を組み合わせることにより、より発光効率を高めることができる。
【００９０】
図９と図１０は、実施例３の照明装置と組み合わせることができる発光セルについて示している。
【００９１】
図９（Ａ）は、第１の電荷発生層１２、発光ユニット１４、電荷発生層１６、発光ユニット１８、第２の電荷発生層２０が積層された発光セルを示している。この発光セルは、第１の電荷発生層１２と、第２の電荷発生層２０の間に電圧を印加することで発光させることができる。図９（Ａ）では、二つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、同様に、３つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても適用することができる。一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷発生層で連結することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度で発光させつつ劣化を抑制することができる。
【００９２】
図９（Ｂ）は、発光ユニット１４及び発光ユニット１８の構成として、発光層２０１とバリア層２０２を組み合わせたものである。バリア層２０２は発光層２０１の陰極側に配置することが好ましい。バリア層２０２は膜厚を０．１〜２ｎｍ程度とし、トンネル電流が流れる厚さで形成する。バリア層２０２は、絶縁性又は半絶縁性の金属酸化物又は金属窒化物を用いることができる。バリア層２０２を設けることにより、電極と発光層の界面でキャリアが再結合してしまうことを防止することができる。また、発光層に注入されたキャリアに対しバリアとなるので、キャリアが発光に寄与せずそのまま電極や電荷発生層に流れ込んでしまう確率を抑制することができる。
【００９３】
図９（Ｃ）は、発光ユニット１４及び発光ユニット１８の構成として、発光層２０１の両側にバリア層２０２を設けたものである。バリア層２０２は膜厚を０．１〜２ｎｍ程度とし、トンネル電流が流れる厚さで形成する。ことで、図９（Ｂ）と同様の効果が得られる。また、バリア層２０２を１０ｎｍ〜１０００ｎｍとすると、交流駆動により発光させることもできる。
【００９４】
図１０は、発光セルにおいて、無機材料で形成される発光層に、キャリア注入性を高めるために有機無機複合材料層を組み合わせる態様を示している。この場合も発光セルは、第１の電荷発生層１２、発光ユニット１４、電荷発生層１６、発光ユニット１８、第２の電荷発生層２０で構成される。
【００９５】
図１０（Ａ）は、発光ユニット１４及び発光ユニット１８の構成として、発光層２０１と有機無機複合材料層２０３を組み合わせる構成を示している。有機無機複合材料層２０３は正孔を注入するものとして、発光層２０１の陽極側に設けることが好ましい。図１０（Ａ）は、第１の電荷発生層１２が陽極、第２の電荷発生層２０が陰極の場合を想定している。第１の電荷発生層１２を陰極、第２の電荷発生層２０を陽極とする場合には、有機無機複合材料層２０３の配置を反転させれば良い。
【００９６】
このように、第１の電荷発生層１２（陽極）と発光層２０１の間、若しくは電荷発生層１６と発光層２０１の間に有機無機複合材料層２０３を設けることで、発光層に対する正孔の注入性を向上させることができる。発光層２０１を形成する母材料は導電型がｎ型であるので、正孔注入性を向上させる有機無機複合材料層２０３を組み合わせることにより、キャリアの注入性を高めることができる。それにより、照明装置において、低電圧の点灯を可能とし、発光効率を高めることができる。すなわち、低消費電力化を図ることができる。
【００９７】
図１０（Ｂ）は発光層２０１の一方の面に有機無機複合材料層２０３を設け、他方の面にバリア層２０２を設ける構成を示している。バリア層２０２は、電極と発光層の界面でキャリアが再結合してしまうことを防止することができる。また、発光層に注入されたキャリアに対しバリアとなるので、キャリアが発光に寄与せずそのまま電極や電荷発生層に流れ込んでしまう確率を抑制することができる。このように、有機無機複合材料層２０３とバリア層２０２を組み合わせることにより、より発光効率を高めることができる。
【００９８】
本実施例で示す発光セルの構成は、実施例１乃至３の照明装置と組み合わせることができる。
【実施例６】
【００９９】
実施例１乃至５により、複数の発光セルを基板上で直列に接続した照明装置の態様を、図１１を参照して説明する。図１１は照明装置の斜視図を示している。
【０１００】
基板１０には、発光セルを直列に接続した発光セルアレイ形成領域２４を有している。発光セルの直列接続構造は、実施例１乃至３の構成を適用している。さらに、本実施例の態様では、発光セルアレイ形成領域２４を、基板１０を基板上で複数に分割している。基板上で発光セルアレイ形成領域を複数に分割することで、照明装置の外形寸法が大型化した場合でも、電極により抵抗損失の影響を低減することができる。また、個別の発光セルアレイ形成領域に対応して点灯回路を設けることにより、明るさ調整機能を付加することができる。
【０１０１】
基板１０の光放射面には拡散板２８が設けられている。拡散板２８は光を均一化すると共に、電荷発生層を用いた直列接続構造を持つ発光セルアレイ形成領域２４の非発光領域（暗点部）を目立たなくして隠す機能を有する。封止板２６は、発光セルアレイ形成領域２４を保護するために設ける。封止板２６は、ガラス、プラスチックの硬質材の他に、柔軟な可撓性フィルムを貼り付けても良い。また、封止板２６側に光を放射する場合は、拡散板でそれを代用することもできる。封止板２６は、基板１０の端部に形成する取り出し電極３０ａ、３０ｂ、３２ａ、３２ｂを露出させるように取り付けると良い。なお、発光セルアレイに対応して、取り出し電極３０ａと取り出し電極３２ａ、取り出し電極３０ｂと取り出し電極３２ｂが設けられている。
【０１０２】
本発明に係る照明装置は、発光セルを直列に接続した発光セルアレイを薄膜で形成することができるので、薄型の照明装置を実現できる。実施例１乃至５で説明した発光セルアレイは、各層を薄膜で形成することができるので、２０μｍを超えない厚さで形成することができる。そのため、住宅の照明として用いる場合にも、壁、天井あるいは床面に、照明装置を突出させずに埋め込むことができる。勿論、薄型の液晶ディスプレーのバックライトとしても用いることができる。
【実施例７】
【０１０３】
本実施例は、本発明に係る照明装置の様々な態様について例示する。
【０１０４】
図１２は、照明装置３０３を液晶表示装置のバックライトとして用いる態様を示している。照明装置３０３は実施例１乃至６で説明されるものと同様の構成を有しており、薄型で発光効率が高いという特徴を有している。この照明装置３０３は、液晶パネル３０２の背面側（表示面とは反対側）に配置され、筐体３０１、３０４によって収納される。液晶パネル３０２には、信号線駆動回路３０５、走査線駆動回路３０６などがＩＣチップとして実装されていても良い。
【０１０５】
筐体３０１、３０４の形状は用途に応じて様々な形状に変容する。例えば、ノート型パーソナルコンピュータや液晶テレビジョンなどの民生用途では、意匠を凝らした筐体に照明装置３０３が収納されることにより外観上は目立たなくなる。しかしながら、照明装置３０３は薄型であることから、筐体の中に容易に収納することができる。それにより、意匠設計の自由度を高めることができる。また、照明装置３０３を高輝度で発光させることにより、コントラストの高い液晶表示装置を提供することができる。また、低消費電力化にも寄与することができる。
【０１０６】
図１３はテレビジョン装置４００であり、筐体４０１、支持台４０２、表示部４０３、スピーカー部４０４、ビデオ入力端子４０５を含む。このテレビジョン装置において、表示部４０３は、透過型の液晶ディスプレーであり、バックライトとして実施例１乃至６で説明したものと同様の照明装置を含んでいる。
【０１０７】
このテレビジョン装置の一構成例を図１４に示す。チューナ回路３１１は映像信号と音声信号を受信する。映像信号は、映像波増幅回路３１０により増幅して映像信号処理回路３０９で赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換される。その映像信号は、コントロール回路３０８で処理されて、信号線駆動回路３０５及び走査線駆動回路３０６に出力される。液晶パネル３０２をデジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路３０７を設け、入力デジタル信号をｍ個に分割して供給する構成としても良い。チューナ回路３１１で受信した信号のうち、音声信号は、音声波増幅回路３１２により増幅して音声信号処理回路３１３で復調されてスピーカ３１４に出力される。制御回路３１５は受信局（受信周波数）や音量の制御情報を入力部３１６から受け、チューナ回路３１１や音声信号処理回路３１３に信号を送出する。
【０１０８】
照明装置３０３は液晶パネル３０２の背面から照明する。照明装置３０３の明るさは、光センサ３１７によって制御可能にしても良い。光センサ３１７は外光強度を検知して、その出力信号を照明装置駆動回路３１８に送る。照明装置駆動回路３１８は光センサ３１７の出力信号に応じて、外光強度が高い時には照明装置３０３の輝度を高め、外光強度が低い時には低くなるように調節することができる。
【０１０９】
この照明装置３０３は、発光効率が高く駆動電圧が低いという特徴を有しているので、昼間の明るい室内でも、液晶テレビジョンによる鮮やかな映像を鑑賞することができる。このような特徴により、テレビジョン装置において、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができ、筐体や支持台の小型軽量化を図ることが可能である。それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
【０１１０】
図１５は、実施例１乃至６で説明したものと同様の照明装置を室内の照明器具５０１、５０２として用いた例である。照明器具５０１は天井に取り付け、照明器具５０２は壁に埋め込んだ態様と示している。本発明に係る照明装置は、大型化が可能であり、また大型化しても面内で均一な明るさを得ることができる。さらに薄型で低消費電力であるという特徴を備えている。
【０１１１】
図１６は、照明器具５０１を天井に取り付けた状態を例示している。この照明器具５０１は、発光セルアレイが形成される基板１０、封止板２６、取り付けヒンジ３４、カバー材３６を含んでいる。照明装置の取り出し電極３０ａ、３０ｂは基板１０の端部に設けられ、取り付けヒンジ３４の一部がコネクタとして利用されている。カバー材３６は調光機能を備えている。これらの要素が一体となった照明器具５０１を天井に取り付けても、図１５で示すように天井面から殆ど突出させずに取り付けることができる。また、取り付けヒンジ３４を強固な構造部材として設計すれば、天井の中に埋め込むこともできる。
【０１１２】
このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明器具５０１、５０２として用いた部屋に、図１３で説明すテレビジョン装置４００を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。このような場合、照明器具５０１、５０２及びテレビジョン装置４００共に低消費電力であるので、電気料金を心配せずに、明るい部屋で迫力のある映像を鑑賞することができる。
【０１１３】
照明装置としては、本実施例で例示したものに限られず、住宅や公共施設の照明をはじめ、様々な形態の照明装置として応用することができる。このような場合において、本発明に係る照明装置は、発光媒体が薄膜状であるので、意匠の自由度が高いので、様々な商品を市場に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】実施例１に係る照明装置の構成を示す断面図。
【図２】実施例１に係る照明装置の構成を示す平面図。
【図３】実施例２に係る照明装置の構成を示す断面図。
【図４】実施例２に係る照明装置の構成を示す平面図。
【図５】実施例３に係る照明装置の構成を示す断面図。
【図６】実施例３に係る照明装置の構成を示す平面図。
【図７】発光セルの構成を示す図。
【図８】発光セルの構成を示す図。
【図９】複数の発光ユニットを積層させた発光セルの構成を示す図。
【図１０】複数の発光ユニットを積層させた発光セルの構成を示す図。
【図１１】照明装置の構成を示す斜視図。
【図１２】照明装置を液晶表示装置のバックライトとして用いる態様を示す図。
【図１３】照明装置を用いた電気器具の一例を示す図。
【図１４】照明装置を用いたテレビジョン装置の一構成例を示すブロック図。
【図１５】照明装置の一例を示す図。
【図１６】図１５の照明装置の取り付け構造を示す図。
【符号の説明】
【０１１５】
１０ 基板
１２ 第１の電荷発生層
１２ａ 第１の電荷発生層
１２ｂ 第１の電荷発生層
１２ｃ 第１の電荷発生層
１３ａ 第１の開口部
１３ｂ 第１の開口部
１３ｃ 第１の開口部
１３ｄ 第１の開口部
１４ 発光ユニット
１４ａ 発光ユニット
１４ｂ 発光ユニット
１４ｃ 発光ユニット
１６ａ 第３の電荷発生層
１６ｂ 第３の電荷発生層
１６ｃ 第３の電荷発生層
１８ 発光ユニット
１８ａ 発光ユニット
１８ｂ 発光ユニット
１８ｃ 発光ユニット
１９ａ 第２の開口部
１９ｂ 第２の開口部
１９ｃ 第２の開口部
２０ 第２の電荷発生層
２０ａ 第２の電荷発生層
２０ｂ 第２の電荷発生層
２０ｃ 第２の電荷発生層
２０ｄ 第２の電荷発生層
２１ａ 金属膜
２１ｂ 金属膜
２１ｃ 金属膜
２１ｄ 金属膜
２２ａ 第３の開口部
２２ｂ 第３の開口部
２２ｃ 第３の開口部
２４ 発光セルアレイ形成領域
２６ 封止板
２８ 拡散板
３０ａ 取り出し電極
３０ｂ 取り出し電極
３２ａ 取り出し電極
３２ｂ 取り出し電極
３４ 取り付けヒンジ
３６ カバー材
１０１ 第１の発光セル
１０２ 第２の発光セル
１０３ 第３の発光セル
２０１ 発光層
２０２ バリア層
２０３ 有機無機複合材料層
３０１ 筐体
３０２ 液晶パネル
３０３ 照明装置
３０４ 筐体
３０５ 信号線駆動回路
３０６ 走査線駆動回路
３０７ 信号分割回路
３０８ コントロール回路
３０９ 映像信号処理回路
３１０ 映像波増幅回路
３１１ チューナ回路
３１２ 音声波増幅回路
３１３ 音声信号処理回路
３１４ スピーカ
３１５ 制御回路
３１６ 入力部
３１７ 光センサ
３１８ 照明装置駆動回路
４００ テレビジョン装置
４０１ 筐体
４０２ 支持台
４０３ 表示部
４０４ スピーカー部
４０５ ビデオ入力端子
５０１ 照明器具
５０２ 照明器具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｃｅｎｃｅ：ＥＬ）を利用した照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、１０Ｖ程度の電圧を印加して１００〜１０００ｃｄ／ｍ２の輝度で発光する有機エレクトロルミネセンス素子（以下、有機ＥＬ素子ともいう）が知られている。有機ＥＬ素子は、薄型化及び軽量化が可能であることから、表示装置や照明装置への応用が期待されている。しかし、実用化のためには、さらなる輝度の向上や劣化を抑制しなければならないことが指摘されている。
【０００３】
例えば、照明装置への用途では、基板上で発光層を複数のセグメントに分割して、それを直列に接続した有機ＥＬ照明素子が知られている（特許文献１参照）。この有機ＥＬ照明素子は、陽極及び陰極で有機ＥＬ発光層を挟んでなる発光セグメントを複数具備している。複数の発光セグメントが同時に発光するよう直列に接続された構造を有している。この直列接続構造は、陽極及び陰極が異なる発光セグメント間で電気的に接続されることで形成されている。
【特許文献１】特開２００４−２３４８６８号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、陽極及び陰極が異なる発光セグメント間で電気的に接続される直列接続構造では、回路的に直列に挿入される抵抗（直列抵抗）の影響を無視することができなかった。陽極は酸化インジウム酸化スズ、陰極はアルミニウムで形成されるところ、この両者が接触すると反応して絶縁物（アルミニウムの酸化物と考えられる）が生成される。この直列抵抗の増大は化学反応によるので、しばしば、経時変化として観測される場合もある。そのため、従来の照明装置では抵抗損失の影響で、投入した電力を有効に利用できず、明るい照明装置を得ることができなかった。すなわち、照明装置の低消費電力化が十分図られていなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、エレクトロルミネセンスを利用した照明装置における電力効率を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、少なくとも一層の発光層を含む発光ユニットが複数個並置され、その隣接する発光ユニット同士を、電荷発生層を介して直列に接続された構造を含む照明層装置である。この直列接続構造において、発光ユニットは一対の電荷発生層に挟まれた構造を有していても良い。この照明装置において、直列に接続された構造を有する発光ユニットの両端には一対の電極を含む構造とすることもできる。この一対の電極は、照明装置に直流の電圧を印加する場合には、陽極及び陰極として区別して呼ばれる場合もある。
【０００７】
本発明において、発光ユニットとは、代表的には周期律第１２族と第１５族元素を含む母体材料と、発光中心を形成する不純物元素を含む一又は複数の層により構成される。発光ユニットは一対の電極と電荷発生層を除いた要素を指す。
【０００８】
発光セルとは、一対の電荷発生層間に発光ユニットを挟んだものを指し、その積層体及びそれに付随する層構造若しくは電極構造などを含む場合もある。
【０００９】
電荷発生層とは、一又は複数の層により構成される発光ユニットの一方の側を陽極側、他方の側を陰極側と見た場合に、該発光ユニットの陰極方向に正孔を注入し、陽極方向に電子を注入する機能を持った層をいう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の発光ユニットを、電荷発生層を介して直列に接続することにより、発光ユニットを流れる電荷（キャリア）の流れをスムーズにすることができる。発光ユニットの陰極方向に正孔を注入し、陽極方向に電子を注入する機能を持つ電荷発生層で発光ユニットを繋ぐことにより、実質的な電気抵抗成分は電荷発生層の抵抗となるので、抵抗値の増大を防ぐことができる。それにより、低消費電力化を図ることが出来、明るい照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、絶縁表面に、少なくとも一層の発光層を含む発光ユニットが複数個並置されており、該発光ユニットは隣接するものが電荷発生層を介して直列に接続されている照明装置である。発光ユニットは、一対の電極で挟まれた構造としても良いが、発光ユニットの隣接するもの同士において、一方の陰極側と他方の陽極側が、電荷発生層に接して直列接続された構造とすることが好ましい。発光ユニットの陰極方向に正孔を注入し、陽極方向に電子を注入する機能を持つ電荷発生層で発光ユニットを繋ぐことにより、電荷（キャリア）の流れがスムーズになるからである。
【００１２】
発光セルは短冊状に形成され、その短尺方向に複数個が並置されて電気的な直列接続を形成する。このような配列とすることにより、電荷発生層が影響する抵抗損失を抑えることができる。この場合、電荷発生層は、抵抗率が１×１０−３Ω・ｃｍよりも小さいものであることが好ましい。また、抵抗損失を極力抑えるために、発光セルに接しない形で補助電極を電荷発生層に接して設けても良い。電荷発生層を介して直列に接続する発光ユニットの数は任意なものとすることができる。
【００１３】
電荷発生層として、可視光を透過することができる透明導電膜材料を適用することができる。透明導電膜材料としては、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などであり、導電性金属酸化物の中から選択される。
【００１４】
電荷発生層の他の形態としては、陰極側に正孔発生層、陽極側に電子発生層を配置した積層構造としても良い。正孔発生層は無機化合物と有機化合物との複合材料でなり、この層において無機化合物は有機化合物に対して電子受容性を示す物質であり、有機化合物は正孔輸送性に優れた物質である。電子発生層は無機化合物と有機化合物との複合材料でなり、この層において無機化合物は有機化合物に対して電子供与性を示す物質であり、有機化合物は電子輸送性に優れた物質である。無機化合物としては特に限定されないが、金属酸化物若しくは金属窒化物を用いる。
【００１５】
発光ユニットにおける発光層は、第２族の元素と第１６族の元素を含む化合物又は第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物である母体材料と発光中心である不純物元素とを含み構成されることが好ましい。
【００１６】
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じ要素を指す符号は異なる図面で共通して用い、その場合における繰り返しの説明は省略する場合がある。
【実施例１】
【００１７】
本実施例は、エレクトロルミネセンスを利用する照明装置において、抵抗損失の影響を低減して、投入した電力を有効に利用することができる照明装置を提供するための構成について図１と図２を参照して説明する。なお、図１は本実施例に係る照明装置の作製方法及び構造を説明する断面図であり、図２は同平面図を示している。以下の説明では、適宜両図を参照して説明する。
【００１８】
基板上に発光セルの一方の側に第１の電荷発生層を形成する。第１の電荷発生層は、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などの酸化物導電性材料を用いて形成することが好ましい。酸化物導電性材料で電荷発生層を形成することにより、発光ユニットに挟まれた場合に等電位面を形成することができる。
【００１９】
第１の電荷発生層は１枚の基板上で複数に分割することが好ましい。これは複数の発光セルを基板上に形成するためである。１枚の基板上で第１の電荷発生層を分割する数は任意であるが、発光セルを形成したときの直列抵抗の影響を考慮して寸法を決めることが好ましい。分割された後の第１の電荷発生層の形状も任意であるが、長方形若しくは短冊状とする場合には、短尺方向に発光セルが直列接続されるような配列とすることが好ましい。これは、第１の電荷発生層による直列抵抗の影響を抑えるためである。
【００２０】
図１（Ａ）及び図２（Ａ）は、複数に分割された、第１の電荷発生層１２ａ、１２ｂ、１２ｃが基板１０に形成された状態を示している。これは、基板１０上に酸化物導電膜を全面に形成した後、第１の開口部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを形成することでも形成することができる。第１の開口部はレーザ加工やリフトオフ加工で透明導電膜又は金属膜を直接的に加工しても良いし、フォトリソグラフィー技術を用いてマスクパターンを基板上に形成し、エッチング加工しても良い。第１の開口部１３ａ、１３ｂは第１の電荷発生層を隣接させ、且つ分離するために設けられている。
【００２１】
第１の開口部１３ｃ、１３ｄは基板１０において発光セルが直列接続される方向（基板の長辺方向）と平行な方向に設けられている。第１の開口部１３ｃ、１３ｄは基板１０の端面にまで回り込んで透明導電膜又は金属膜が成膜された場合に、第１の電荷発生層が実質的に分離不能になるため、設けておくことが好ましい。
【００２２】
次いで発光ユニットを形成する。発光ユニットは、代表的には周期律第１２族と第１５族元素を含む母体材料と、発光中心を形成する不純物元素を含む一又は複数の層により形成する。なお、発光ユニットの構成は、実施例４と実施例５で詳細に説明する。
【００２３】
発光ユニットは、分割された第１の電荷発生層１２ａ、１２ｂ、１２ｃ上に形成する。そして、第２の開口部を形成して複数に分割する。図１（Ｂ）及び図２（Ｂ）は発光ユニットを分離する第２の開口部１９ａ、１９ｂ、１９ｃが形成された状態を示している。それにより、第１の電荷発生層１２ａに対応して発光ユニット１４ａが形成されることとなる。他も同様に、第１の電荷発生層１２ｂに対応して発光ユニット１４ｂが形成され、第１の電荷発生層１２ｃに対応して発光ユニット１４が形成されている。発光ユニットは、第１の開口部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを被覆し、第１の電荷発生層１２ｂ、１２ｃの端部にかかるように形成しても良い。
【００２４】
第２の開口部１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、発光ユニットを複数に分離すると共に、第１の電荷発生層１２ａ、１２ｂ、１２ｃを露出させている。この露出面は第１の電荷発生層の表面であっても良いし、第１の電荷発生層を若干エッチングして除去された新しい表面でも良い。また、第１の電荷発生層を第２の開口部に合わせて除去してその側端面が露出する状態としても良い。
【００２５】
次に、発光ユニットと接触し、第２の開口部を介して第１の電荷発生層の露出面とも接触するように、第２の電荷発生層を形成する。第２の電荷発生層としては、酸化物導電性材料を用いて形成する。また、第２の電荷発生層を、正孔発生層又は電子発生層で形成することもできる。この場合、第１の電荷発生層を陽極側に配置する場合には、第２の電荷発生層を電子発生層で形成する。第１の電荷発生層を陰極側に配置する場合には、第２の電荷発生層を正孔発生層で形成する。第１の電荷発生層を正孔発生層又は電子発生層で形成する場合には、第２の電荷発生層を酸化物導電性材料で形成すれば良い。少なくとも一方の電荷発生層を酸化物導電性材料で形成して光透過性とすることで、第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットで発光した光を有効に取り出すことができる。第２の電荷発生層は、発光ユニット上から全面に被膜を形成し、第３の開口部を形成して、第１の電荷発生層と対を成すようにする。
【００２６】
図１（Ｃ）及び図２（Ｃ）は、第２の電荷発生層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄが形成された状態を示している。第３の開口部２２ａ、２２ｂ、２２ｃは第２の電荷発生層を分離している。第２の電荷発生層２０ａは、第１の電荷発生層１２ａに対応して形成され、この両者の間に発光ユニット１４ａが挟まれている。これらが一体となって第１の発光セル１０１を形成している。第２の電荷発生層２０ａは、隣接する第１の電荷発生層１２ｂと第２の開口部１９ｂを介して電気的に接触している。第２の電荷発生層２０ｂは、第１の電荷発生層１２ｂに対応して形成され、この両者の間に発光ユニット１４ｂが挟まれている。これらが一体となって第２の発光セル１０２を形成している。第２の電荷発生層２０ｂは、隣接する第１の電荷発生層１２ｃと第２の開口部１９ｃを介して電気的に接触している。第２の電荷発生層２０ｃは、第１の電荷発生層１２ｃに対応して形成され、この両者の間に発光ユニット１４ｃが挟まれている。これらが一体となって第３の発光セル１０３を形成している。
【００２７】
このように、各層に応じた開口部を形成することにより、第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３を基板１０上で直列に接続させることができる。なお、第２の電荷発生層２０ｄは、第１の発光セル１０１における第１の電荷発生層１２ａの取り出し端子である。すなわち、第２の電荷発生層２０ｄと第２の電荷発生層２０ｃの間に所定の電圧を印加することにより、第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３を発光させることができる。
【００２８】
第１の電荷発生層及び第２の電荷発生層を、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などの酸化物導電性材料で形成した場合には、光透過性を有しているので、発光ユニットの発光は、基板１０の両面に放射可能な構成となる。これを、基板１０の一方の側に放射させる構成とするには、第１の電荷発生層若しくは第２の電荷発生層の側に光反射性の被膜を形成すれば良い。
【００２９】
図１（Ｄ）は、第２の電荷発生層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄに接して金属膜２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを形成した状態を示している。金属膜としては、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、銀、プラチナ、アルミニウムなどを用いることができる。特に、金属膜として銀やアルミニウムなどの光反射率の高いものを適用すれば、光の放射面において、光の取り出し効率を高めることができる。また、金属膜を第２の電荷発生層に接して形成することで、補助電極として機能させることができる。すなわち、第２の電荷発生層の抵抗を実質的に下げることができる。この場合、第２の電荷発生層を正孔発生層又は電子発生層として、金属膜を接して形成する構成は好ましい一形態となる。なお、この構成は、第１の電荷発生層側に置き換えて実施することができる。この場合、金属膜２１ｄを第１の電極、金属膜２１ｃを第２の電極として用いることができる。
【００３０】
本実施例に係る照明装置は、複数の発光セルを直列に接続する際に、電気配線を引き回す必要が無く、積層する被膜のみで電気的な接続をすることができる。それにより、照明装置における接点不良を無くすことができる。この場合において、電荷発生層により複数の発光セルを直列に接続することにより、抵抗損失の影響を低減して、投入した電力を有効に利用することができる照明装置を提供することができる。
【００３１】
また、本実施例に係る照明装置は、１枚の基板上で発光セルを複数個に分割して直列に接続されているので、電荷発生層として、酸化物導電性材料を用いることによる抵抗損失を抑えることができる。それにより、照明装置における発光部の面積が増大しても、直列抵抗の増大を抑えることができる。一対の電極における一方の電極と他方の電極が、異なる発光セル間で直列接続される構造において、発光ユニットの下層にある電極を露出させる開口部を発光ユニットに形成することで、接続のために必要とする面積を縮小することができる。
【実施例２】
【００３２】
本実施例は、エレクトロルミネセンスを利用する照明装置において、抵抗損失の影響を低減して、投入した電力を有効に利用することができる照明装置を提供するための構成について図３と図４を参照して説明する。なお、図３は本実施例に係る照明装置の作製方法及び構造を説明する断面図であり、図４は同平面図を示している。以下の説明では、適宜両図を参照して説明する。
【００３３】
本実施例では、電荷発生層や発光層などの被膜の形成時にシャドーマスクを用い、比較的簡便に照明装置を作製する方法について説明する。なお、図３は本実施例に係る照明装置の作製方法及び構造を説明する断面図であり、図４は同平面図を示している。以下の説明では、適宜両図を参照して説明する。なお、シャドーマスクとは、所定のパターンで開口部が形成された金属やセラミクスなどの部材で形成されたマスクをいう。成膜時に基板に近接させて、被膜の付着を物理的に遮断することにより、基板上に所定のパターンを形成するためのものである。
【００３４】
図３（Ａ）及び図４（Ａ）は、複数に分割された、第１の電荷発生層１２ａ、１２ｂ、１２ｃが基板１０に形成された状態を示している。さらに、第１の電荷発生層１２ａ上に発光ユニット１４ａが形成され、第１の電荷発生層１２ｂ上に発光ユニット１４ｂが形成され、第１の電荷発生層１２ｃ上に発光ユニット１４ｃが形成される状態を示している。
【００３５】
第１の電荷発生層は、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などの酸化物導電性材料で形成することが好ましい。第１の電荷発生層は、真空蒸着若しくはスパッタリングによる成膜時にシャドーマスクを用いて複数に分離形成することができる。また、導電性ペーストを用いてスクリーン印刷で形成することもできる。この場合、図４（Ａ）に示すように、第１の電荷発生層１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、基板１０の端部に至らない内側に形成することが好ましい。それにより、基板１０の端部を介してリークする電流を防止することができる。
【００３６】
発光ユニット１４ａ、１４ｂ、１４ｃも同様に、真空蒸着若しくはスパッタリングによる成膜時にシャドーマスクを用いて複数に分離形成する。
【００３７】
図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）は、シャドーマスクを使って、第２の電荷発生層２０ａ、２０ｂ、２０ｃを形成した状態を示している。第２の電荷発生層は実施例１と同様なものを用い、成膜時にシャドーマスクを用いて分離形成する。
【００３８】
第２の電荷発生層２０ａは、第１の電荷発生層１２ａに対応して形成され、この両者の間に発光ユニット１４ａが挟まれている。これらが一体となって第１の発光セル１０１を形成している。第２の電荷発生層２０ｂは、第１の電荷発生層１２ｂに対応して形成され、この両者の間に発光ユニット１４ｂが挟まれている。これらが一体となって第２の発光セル１０２を形成している。第２の電荷発生層２０ｃは、第１の電荷発生層１２ｃに対応して形成され、この両者の間に発光ユニット１４ｃが挟まれている。これらが一体となって第３の発光セル１０３を形成している。
【００３９】
第２の電荷発生層は発光ユニットと接し、隣接する発光セルの第１の電荷発生層と電気的な接続関係を構成している。すなわち、第２の電荷発生層２０ａは、隣接する第１の電荷発生層１２ｂと電気的に接触するように延設されている。また、第２の電荷発生層２０ｂは、隣接する第１の電荷発生層１２ｃと電気的に接触するように延設されている。なお、第２の電荷発生層２０ｄは、第１の発光セル１０１における第１の電荷発生層１２ａの取り出し端子である。すなわち、第２の電荷発生層２０ｄと第２の電荷発生層２０ｃの間に所定の電圧を印加することにより、第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３を発光させることができる。
【００４０】
このようにして、第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３を基板１０上で直列に接続させることができる。それにより、第２の電荷発生層２０ｄと第２の電荷発生層２０ｃの間に所定の電圧を印加することにより、第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３を発光させることができる。
【００４１】
図３（Ｃ）は、第２の電荷発生層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄに接して金属膜２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを形成した状態を示している。金属膜としては、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、銀、プラチナ、アルミニウムなどを用いることができる。また、金属膜を第２の電荷発生層に接して形成することで、補助電極として機能させることができる。すなわち、第２の電荷発生層の抵抗を実質的に下げることができる。この場合、第２の電荷発生層を正孔発生層又は電子発生層として、金属膜を接して形成する構成は好ましい一形態となる。なお、この構成は、第１の電荷発生層側に置き換えて実施することができる。この場合、金属膜２１ｄを第１の電極、金属膜２１ｃを第２の電極として用いることができる。
【００４２】
その他の構成については、実施例１と同様であるので、同じ作用効果を奏することができる。なお、発光ユニット、電荷発生層及びこの両者を備えた発光セルの構成は、実施例４と実施例５で詳細に説明する。
【実施例３】
【００４３】
本実施例は、エレクトロルミネセンスを利用する照明装置において、抵抗損失の影響を低減して、投入した電力を有効に利用することができる照明装置を提供するための構成について図５と図６を参照して説明する。なお、図５は本実施例に係る照明装置の作製方法及び構造を説明する断面図であり、図６は同平面図を示している。以下の説明では、適宜両図を参照して説明する。また、本実施例において、基板上で第１の電荷発生層を分離形成するまでは実施例１と同様であるので、その説明は省略する。
【００４４】
図５（Ａ）及び図６（Ａ）は、第１の電荷発生層１２ａ、１２ｂ、１２ｃを被覆するように発光ユニット１４を形成する。その上に、第３の電荷発生層１６ａ、１６ｂ、１６ｃを分離形成する。第３の電荷発生層は、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化亜鉛などの透明導電膜材料で形成することが好ましい。発光ユニットで発光した光を有効に取り出すためである。第３の電荷発生層は電子ビーム蒸着法、スパッタリング法などで形成することができる。この場合、シャドーマスクを用いることで、発光ユニット１４上に分割した状態で形成することができる。勿論、第３の電荷発生層を分離形成する方法はこれに限定されず、フォトリソグラフィー技術を使ってマスクパターンを形成し、第３の電荷発生層を選択的に加工しても良い。分離形成される第３の電荷発生層１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、いずれも発光ユニット１４の端部に至らない内側に形成されている。その後、この上層側に新たな発光ユニットを形成し、実施例１と同様に開口部を形成する。
【００４５】
図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）は、第３の電荷発生層を挟んで発光ユニットを設け、第２の開口部１９ａ、１９ｂ、１９ｃが形成された状態を示している。それにより、第１の電荷発生層１２ａに対応して発光ユニット１４ａ、第３の電荷発生層１６ａ、発光ユニット１８ａが形成されることとなる。他も同様であり、第１の電荷発生層１２ｂに対応して発光ユニット１４ｂ、第３の電荷発生層１６ｂ、発光ユニット１８ｂが形成され、第１の電荷発生層１２ｃに対応して発光ユニット１４ｃ、第３の電荷発生層１６ｃ、発光ユニット１８ｃが形成されている。
【００４６】
図５（Ｃ）及び図６（Ｃ）は、実施例１と同様にして、第２の電荷発生層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄが形成された状態を示している。第３の開口部２２ａ、２２ｂ、２２ｃは第２の電荷発生層を分離している。このようにして、第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３を基板１０上で直列に接続させることができる。
【００４７】
この場合、第３の電荷発生層１６ａ、１６ｂ、１６ｃの端部は、発光ユニット１８ａ、１８ｂ、１８ｃで覆われている。すなわち、第３の電荷発生層１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、それぞれ、発光ユニット１４ａ、１４ｂ、１４ｃと発光ユニット１８ａ、１８ｂ、１８ｃの内側に形成されている。このような構成とすることで、第３の電荷発生層１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、第２の開口部１９ａ、１９ｂ、１９ｃにおいて端部が露出しない構成とすることができる。また、基板１０の周辺端部領域においても同様である。それにより、第３の電荷発生層１６ａ、１６ｂ、１６ｃが、第２の開口部１９ａ、１９ｂ、１９ｃで、それそれ、第２の電荷発生層２０ａ、２０ｂ、２０ｃと接触しない構造とすることができる。
【００４８】
この構造は、第３の電荷発生層として比較的導電率の高い透明導電膜を用いて形成した場合に有用である。すなわち、第３の電荷発生層が原因となって、第２の電荷発生層にリーク電流が流れてしまうことを防止することができる。これは、第１の発光セル１０１、第２の発光セル１０２、第３の発光セル１０３の基板端部領域でも同様である。
【００４９】
本実施例の構成によれば、一対の電荷発生層の間に、さらに第３の電荷発生層を挿入した構造、すなわち発光ユニットを２層設けその間にも第３の電荷発生層を設けることにより、単位面積当たりの電流効率を高めることができる。その他の構成については、実施例１と同様であるで、同じ作用効果を奏することができる。なお、発光ユニット、電荷発生層及びこの両者を備えた発光セルの構成は、実施例４と実施例５で詳細に説明する。
【実施例４】
【００５０】
本実施例は、発光ユニットの発光層として適した発光材料について説明する。本実施例で例示する発光材料は、実施例１又は２の発光ユニットに適用することができる。なお、本実施例で例示する発光材料は、母体材料及び発光中心となる少なくとも１種類以上の不純物元素で構成される材料である。なお、これら不純物元素は母体材料を構成する元素を含まない。
【００５１】
発光材料に用いる母体材料は無機材料として、硫化物、酸化物、窒化物を用いる。硫化物としては、例えば、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、硫化イットリウム（Ｙ２Ｓ３）、硫化ガリウム（Ｇａ２Ｓ３）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、硫化バリウム（ＢａＳ）などを用いることができる。酸化物としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などを用いることができる。また、窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）などを用いることができる。さらに、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）なども用いることができ、硫化カルシウム−ガリウム（ＣａＧａ２Ｓ４）、硫化ストロンチウム−ガリウム（ＳｒＧａ２Ｓ４）、硫化バリウム−ガリウム（ＢａＧａ２Ｓ４）、などの３元系の混晶であってもよい。
【００５２】
不純物元素としては、金属イオンの内殻電子遷移を利用した発光中心を形成するものとして、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）などの金属元素を用いることができる。なお、電荷補償として、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）などのハロゲン元素が添加されていてもよい。
【００５３】
また、ドナー−アクセプタ再結合を利用した発光中心として、第一の不純物元素及び第二の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。第一の不純物元素としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などの金属元素、珪素（Ｓｉ）などを用いることができる。第二の不純物元素は、例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）などを用いることができる。
【００５４】
本実施例に係る発光材料は固相反応、すなわち、母体材料及び不純物元素を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱して反応させる方法により、母体材料に不純物元素を含有させる。例えば、母体材料と、第一の不純物元素又は第一の不純物元素を含む化合物と、第二の不純物元素又は第二の不純物元素を含む化合物をそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱、焼成を行う。焼成温度は、７００〜１５００℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固体反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。
【００５５】
また、固相反応を利用する場合の不純物元素として、第一の不純物元素と第二の不純物元素で構成される化合物を組み合わせて用いてもよい。この場合、不純物元素が拡散されやすく固相反応が進みやすくなるため、均一な発光材料を得ることができる。さらに余分な不純物元素が入らないため、純度の高い発光材料が得ることができる。第一の不純物元素と第二の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、フッ化銅（ＣｕＦ２）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、ヨウ化銅（ＣｕＩ）、臭化銅（ＣｕＢｒ）、窒化銅（Ｃｕ３Ｎ）、リン化銅（Ｃｕ３Ｐ）、フッ化銀（ＣｕＦ）、塩化銀（ＣｕＣｌ）、ヨウ化銀（ＣｕＩ）、臭化銀（ＣｕＢｒ）、塩化金（ＡｕＣｌ３）、臭化金（ＡｕＢｒ３）、塩化白金（ＰｔＣｌ２）などを用いることができる。また、第二の不純物元素の代わりに第三の不純物元素を含んだ発光材料を用いてもよい。
【００５６】
第三の不純物元素は、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）などを用いることができる。これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ｍｏｌ％であれば良く、好ましくは０．１〜５ｍｏｌ％の範囲である。
【００５７】
高い電気導電性を有する発光材料としては、母体材料として、上述した材料を用い、上述した第一の不純物元素及び第二の不純物元素及び第三の不純物元素を含む発光材料を添加した発光材料を用いることができる。これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ｍｏｌ％であれば良く、好ましくは０．１〜５ｍｏｌ％の範囲であれば良い。
【００５８】
第二の不純物元素と第三の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、臭化銅（ＬｉＢｒ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）などのハロゲン化アルカリ、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミニウムアンチモン（ＡｌＳｂ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、インジウムヒ素（ＩｎＡｓ）、インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）などを用いることができる。
【００５９】
母体材料として、上述した材料を用い、上述した第一の不純物元素及び第二の不純物元素及び第三の不純物元素を含む発光材料を用いた発光層は、高電界により加速されたホットエレクトロンを必要とすることなく、発光することが可能である。つまり、発光素子に高電圧を印加する必要がなくなるため、低駆動電圧で動作可能な発光素子を得ることができる。また、低駆動電圧で発光可能であるため、消費電力も低減された発光素子を得ることができる。また、さらに他の発光中心となる元素が含まれていてもよい。
【００６０】
また、母体材料として上述した材料を用い、第二の不純物元素及び第三の不純物元素及び上述した金属イオンの内殻電子遷移を利用した発光中心を含む発光材料を用いることができる。この場合、発光中心となる金属イオンは、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍｉｃ％であることが好ましい。また、第二の不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍｉｃ％であることが好ましい。また、第三の不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０５〜５ａｔｏｍｉｃ％であることが好ましい。このような構成の発光材料は、低電圧で発光可能である。よっって、低駆動電圧で発光可能な発光素子を得ることができるため、消費電力が低減された発光素子を得ることができる。また、さらに他の発光中心となる元素が含まれていてもよい。
【００６１】
例えば、特開２００５−３３６２７５号公報に開示されているものとして、母体材料としてＺｎＳ、第１の不純物としてＣｕ、第２の不純物としてＣｌ及びＧａ、第３の不純物元素してＡｓを含み、さらに他の発光中心としてＭｎを含む発光材料を用いることも可能である。このような発光材料を形成するには、以下に示す方法を用いることができる。ＺｎＳに、硫酸銅（ＣｕＳ）、硫黄、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を配合した発光体（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ）にＭｎを加え、真空中で２〜４時間程度焼成する。焼成温度は７００〜１５００℃であることが好ましい。この焼成したものを粉砕して粒径５〜２０μｍにし、粒径１〜３μｍのＧａＡｓを加え撹拌する。この混合物を、硫黄ガスを含む窒素気流中で約５００〜８００℃で２〜４時間焼成することにより、発光材料を得ることができる。この発光材料を用いて、蒸着法などにより薄膜を形成することにより、発光素子の発光層として用いることができる。
【００６２】
また、上記の発光材料に対して、さらに、不純物元素を添加することにより、発光材料の結晶系を制御することができる。結晶系を制御できる不純物としては、立方晶系のものとして、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅなどを挙げることができる。また、六方晶系のものとして、ＧａＮ、ＩｎＮを挙げることができる。他にもＡｌＰ、ＡｌＮ、ＡｌＳｂなどを用いることができる。発光材料の結晶系を制御することにより、発光効率を向上させることができる。
【００６３】
本実施例の発光材料を用いることにより、実施例１乃至３の照明装置を低電圧で駆動させることができる。また、照明装置を直流電圧で発光させることも可能となる。
【実施例５】
【００６４】
本実施例は、発光ユニットと、当該発光ユニットを用いた発光セルの構成について図面を参照して説明する。
【００６５】
図７（Ａ）は、第１の電荷発生層１２、発光ユニット１４、第２の電荷発生層２０が積層された発光セルを示している。この発光セルは、第１の電荷発生層１２と、第２の電荷発生層２０の間に電圧を印加することで発光させることができる。発光ユニット１４は、発光層２０１により形成されている。この発光層２０１は、実施例４で説明した発光材料を用いて作製することができる。すなわち、発光ユニットは、代表的には周期律第１２族と第１５族元素を含む母体材料と、発光中心を形成する不純物元素を含む一又は複数の層により形成することが好ましい。
【００６６】
第１の電荷発生層１２は、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。第１の電荷発生層１２を光透過可能として、発光ユニットの発光を放射可能とするには、酸化インジウム酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム酸化スズ、酸化インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム酸化スズなどを用いて形成する。これらの導電性金属酸化物膜は、スパッタリングにより作製することができる。例えば、酸化インジウム酸化亜鉛は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズは、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。
【００６７】
第２の電荷発生層２０は、第１の電荷発生層１２と同様にして形成することができる。また、第１の電荷発生層又は第２の電荷発生層を、正孔発生層又は電子発生層で形成することもできる。この場合、第１の電荷発生層を陽極側に配置する場合には、第２の電荷発生層を電子発生層で形成する。第１の電荷発生層を陰極側に配置する場合には、第２の電荷発生層を正孔発生層で形成する。第１の電荷発生層を正孔発生層又は電子発生層で形成する場合には、第２の電荷発生層を酸化物導電性材料で形成すれば良い。
【００６８】
第１の電荷発生層１２又は第２の電荷発生層２０に用いる正孔発生層は、無機化合物と有機化合物との複合材料で形成することができる。正孔発生層を形成するものとして、無機化合物は有機化合物に対して電子受容性を示す物質であり、有機化合物は正孔輸送性に優れた物質である。無機化合物としては特に限定されないが、遷移金属酸化物が好ましく、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムが好適である。いずれにしても、電荷発生層１６は可視光領域の吸収ができるだけ小さいことが望ましい。
【００６９】
有機化合物としては正孔輸送層の材料として、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）などに代表される芳香族アミン化合物は、ホールを発生しやすく、有機化合物として好適な化合物群である。
【００７０】
電子発生層としては、電子輸送性の有機化合物と、その有機化合物に対して電子供与性を示す物質とを有する層を含んでいればよい。電子輸送性の有機化合物としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ビフェニリル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）などを用いることができる。また、電子供与性を示す物質としては、リチウム、マグネシウム、カルシウム、バリウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、あるいはそれらの合金がある。また、酸化リチウム、酸化バリウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウムなどのアルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物を用いることもできる。
【００７１】
図７（Ｂ）は、発光ユニット１４の構成として、発光層２０１とバリア層２０２を組み合わせたものである。バリア層２０２は発光層２０１の陰極側に配置することが好ましい。バリア層２０２は膜厚を０．１〜２ｎｍ程度とし、トンネル電流が流れる厚さで形成する。バリア層２０２は、絶縁性又は半絶縁性の金属酸化物又は金属窒化物を用いることができる。例えば、アルミニウム、タングステン、クロム、モリブデン、チタンなどの酸化物又は窒化物を用いることができる。このような金属酸化物又は金属窒化物の薄膜はスパッタリング法で形成することができる。
【００７２】
バリア層２０２を設けることにより、電荷発生層と発光層の界面でキャリアが再結合してしまうことを防止することができる。また、発光層に注入されたキャリアに対しバリアとなるので、キャリアが発光に寄与せずそのまま電荷発生層に流れ込んでしまう確率を抑制することができる。このような構成とすることで、発光効率を高めることができる。なお、図７（Ｂ）は、第１の電荷発生層１２が陽極側に位置するものとし、第２の電荷発生層２０が陰極側に位置するものとして説明している。第１の電荷発生層１２を陰極側、第２の電荷発生層２０を陽極側とする場合には、バリア層２０２の配置は反転する。
【００７３】
図７（Ｃ）は、発光ユニット１４の構成として、発光層２０１の両側にバリア層２０２を設けたものである。バリア層２０２は膜厚を０．１〜２ｎｍ程度とし、トンネル電流が流れる厚さで形成する。ことで、図７（Ｂ）と同様の効果が得られる。また、バリア層２０２を１０ｎｍ〜１０００ｎｍとすると、交流駆動により発光させることもできる。
【００７４】
図８は、発光セルにおいて、無機材料で形成される発光層に、キャリア注入性を高めるために有機無機複合材料層を組み合わせる態様を示している。この場合も発光セルは、第１の電荷発生層１２、発光ユニット１４、第２の電荷発生層２０で構成される。
【００７５】
図８（Ａ）は、発光ユニット１４の構成として、発光層２０１と有機無機複合材料層２０３を組み合わせる構成を示している。有機無機複合材料層２０３は正孔を注入するものとして、発光層２０１の陽極側に設けることが好ましい。図８（Ａ）は、第１の電荷発生層１２が陽極側にあり、第２の電荷発生層２０が陰極側にある場合を想定している。第１の電荷発生層１２を陰極側、第２の電荷発生層２０を陽極側とする場合には、有機無機複合材料層２０３の配置を反転させれば良い。
【００７６】
有機無機複合材料層２０３は、有機化合物と無機化合物とを複合してなる有機無機複合材料である。有機無機複合材料に用いる有機化合物として、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマーなど）などを化合物を用いることができる。なお、有機無機複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０−６ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いることができる。以下では、有機無機複合材料に用いることのできる有機化合物を例示する。
【００７７】
芳香族アミン化合物としては、ＮＰＢ、ＴＰＤ、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡなどを適用することができる。
【００７８】
また、以下に示す有機化合物を用いることにより、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない有機無機複合材料を得ることができる。例えば、ＤＮＴＰＤの他に、Ｎ，Ｎ’−ジ（ｐ−トリル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミン（略称：ＤＴＤＰＰＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）などを適用することができる。
【００７９】
カルバゾール誘導体としては、具体的には、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）などがある。
【００８０】
また、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）、２，３，５，６−トリフェニル−１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼンなどを用いることができる。
【００８１】
また、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない有機無機複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素としては、９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，１０−ジ（ナフタレン−１−イル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、９，１０−ジ（４−フェニルフェニル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ジ（４−メチルナフタレン−１−イル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス［２−（ナフタレン−１−イル）フェニル］アントラセン、９，１０−ビス［２−（ナフタレン−１−イル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（ナフタレン−１−イル）アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジ（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレンなどがある。また、この他、ペンタセン、コロネンなども用いることができる。このように、１×１０−６ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上の正孔移動度を有し、炭素数１４〜４２である芳香族炭化水素を用いることがより好ましい。
【００８２】
４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない有機無機複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素としては、ビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）などがある。
【００８３】
ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）やポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）などの高分子化合物を用いることもできる。
【００８４】
有機無機複合材料に用いる無機化合物としては、遷移金属酸化物が好ましい。また元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物であることが好ましい。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く扱いやすいので好ましい材料である。
【００８５】
上記のような有機化合物と無機化合物を複合化して（互いに相互作用させて）、得られる有機無機複合材料は、正孔注入性、正孔輸送性に優れている。また導電性が高い。よって、電極からキャリアを注入しやすく、発光層へ効率良くキャリアを輸送することができる。また、導電性金属酸化物、各種金属とオーム接触をすることが可能となるため、仕事関数に依らず電極を形成する材料を選択することができる。また、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、吸収ピークを有しない有機無機複合材料を、有機無機複合材料層２０３として用いることにより、発光層２０１の発光を吸収することなく効率良く透過し、外部取り出し効率を向上させることができる。
【００８６】
また、有機化合物と無機化合物とを複合した有機無機複合材料を含む層は導電性が高いため、有機無機複合材料を含む層を厚膜化した場合でも、駆動電圧の上昇を抑制することができる。よって、駆動電圧の上昇を抑制しつつ、外部への光の取り出し効率が高くなるように有機無機複合材料を含む層の膜厚を最適化することが可能となる。また、駆動電圧を上昇させることなく、光学設計による色純度の向上を実現することができる。
【００８７】
なお、有機無機複合材料を含む層の製造方法は、湿式法、乾式法を問わず、どのような手法を用いても良い。例えば、有機無機複合材料を含む層は、上述した有機化合物と無機化合物との共蒸着で作製することができる。また、上述した有機化合物と金属アルコキシドを含む溶液を塗布し、焼成することによって得ることもできる。なお、酸化モリブデンは真空中で蒸発しやすく、作製プロセスの面からも好ましい。
【００８８】
このように、第１の電荷発生層１２（陽極）と発光層２０１の間、若しくは電荷発生層１６と発光層２０１の間に有機無機複合材料層２０３を設けることで、発光層に対する正孔の注入性を向上させることができる。発光層２０１を形成する母材料は導電型がｎ型であるので、正孔注入性を向上させる有機無機複合材料層２０３を組み合わせることにより、キャリアの注入性を高めることができる。それにより、照明装置において、低電圧の点灯を可能とし、発光効率を高めることができる。すなわち、低消費電力化を図ることができる。
【００８９】
図８（Ｂ）は発光層２０１の一方の面に有機無機複合材料層２０３を設け、他方の面にバリア層２０２を設ける構成を示している。バリア層２０２は、電極と発光層の界面でキャリアが再結合してしまうことを防止することができる。また、発光層に注入されたキャリアに対しバリアとなるので、キャリアが発光に寄与せずそのまま電極や電荷発生層に流れ込んでしまう確率を抑制することができる。このように、有機無機複合材料層２０３とバリア層２０２を組み合わせることにより、より発光効率を高めることができる。
【００９０】
図９と図１０は、実施例３の照明装置と組み合わせることができる発光セルについて示している。
【００９１】
図９（Ａ）は、第１の電荷発生層１２、発光ユニット１４、電荷発生層１６、発光ユニット１８、第２の電荷発生層２０が積層された発光セルを示している。この発光セルは、第１の電荷発生層１２と、第２の電荷発生層２０の間に電圧を印加することで発光させることができる。図９（Ａ）では、二つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、同様に、３つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても適用することができる。一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷発生層で連結することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度で発光させつつ劣化を抑制することができる。
【００９２】
図９（Ｂ）は、発光ユニット１４及び発光ユニット１８の構成として、発光層２０１とバリア層２０２を組み合わせたものである。バリア層２０２は発光層２０１の陰極側に配置することが好ましい。バリア層２０２は膜厚を０．１〜２ｎｍ程度とし、トンネル電流が流れる厚さで形成する。バリア層２０２は、絶縁性又は半絶縁性の金属酸化物又は金属窒化物を用いることができる。バリア層２０２を設けることにより、電極と発光層の界面でキャリアが再結合してしまうことを防止することができる。また、発光層に注入されたキャリアに対しバリアとなるので、キャリアが発光に寄与せずそのまま電極や電荷発生層に流れ込んでしまう確率を抑制することができる。
【００９３】
図９（Ｃ）は、発光ユニット１４及び発光ユニット１８の構成として、発光層２０１の両側にバリア層２０２を設けたものである。バリア層２０２は膜厚を０．１〜２ｎｍ程度とし、トンネル電流が流れる厚さで形成する。ことで、図９（Ｂ）と同様の効果が得られる。また、バリア層２０２を１０ｎｍ〜１０００ｎｍとすると、交流駆動により発光させることもできる。
【００９４】
図１０は、発光セルにおいて、無機材料で形成される発光層に、キャリア注入性を高めるために有機無機複合材料層を組み合わせる態様を示している。この場合も発光セルは、第１の電荷発生層１２、発光ユニット１４、電荷発生層１６、発光ユニット１８、第２の電荷発生層２０で構成される。
【００９５】
図１０（Ａ）は、発光ユニット１４及び発光ユニット１８の構成として、発光層２０１と有機無機複合材料層２０３を組み合わせる構成を示している。有機無機複合材料層２０３は正孔を注入するものとして、発光層２０１の陽極側に設けることが好ましい。図１０（Ａ）は、第１の電荷発生層１２が陽極、第２の電荷発生層２０が陰極の場合を想定している。第１の電荷発生層１２を陰極、第２の電荷発生層２０を陽極とする場合には、有機無機複合材料層２０３の配置を反転させれば良い。
【００９６】
このように、第１の電荷発生層１２（陽極）と発光層２０１の間、若しくは電荷発生層１６と発光層２０１の間に有機無機複合材料層２０３を設けることで、発光層に対する正孔の注入性を向上させることができる。発光層２０１を形成する母材料は導電型がｎ型であるので、正孔注入性を向上させる有機無機複合材料層２０３を組み合わせることにより、キャリアの注入性を高めることができる。それにより、照明装置において、低電圧の点灯を可能とし、発光効率を高めることができる。すなわち、低消費電力化を図ることができる。
【００９７】
図１０（Ｂ）は発光層２０１の一方の面に有機無機複合材料層２０３を設け、他方の面にバリア層２０２を設ける構成を示している。バリア層２０２は、電極と発光層の界面でキャリアが再結合してしまうことを防止することができる。また、発光層に注入されたキャリアに対しバリアとなるので、キャリアが発光に寄与せずそのまま電極や電荷発生層に流れ込んでしまう確率を抑制することができる。このように、有機無機複合材料層２０３とバリア層２０２を組み合わせることにより、より発光効率を高めることができる。
【００９８】
本実施例で示す発光セルの構成は、実施例１乃至３の照明装置と組み合わせることができる。
【実施例６】
【００９９】
実施例１乃至５により、複数の発光セルを基板上で直列に接続した照明装置の態様を、図１１を参照して説明する。図１１は照明装置の斜視図を示している。
【０１００】
基板１０には、発光セルを直列に接続した発光セルアレイ形成領域２４を有している。発光セルの直列接続構造は、実施例１乃至３の構成を適用している。さらに、本実施例の態様では、発光セルアレイ形成領域２４を、基板１０を基板上で複数に分割している。基板上で発光セルアレイ形成領域を複数に分割することで、照明装置の外形寸法が大型化した場合でも、電極により抵抗損失の影響を低減することができる。また、個別の発光セルアレイ形成領域に対応して点灯回路を設けることにより、明るさ調整機能を付加することができる。
【０１０１】
基板１０の光放射面には拡散板２８が設けられている。拡散板２８は光を均一化すると共に、電荷発生層を用いた直列接続構造を持つ発光セルアレイ形成領域２４の非発光領域（暗点部）を目立たなくして隠す機能を有する。封止板２６は、発光セルアレイ形成領域２４を保護するために設ける。封止板２６は、ガラス、プラスチックの硬質材の他に、柔軟な可撓性フィルムを貼り付けても良い。また、封止板２６側に光を放射する場合は、拡散板でそれを代用することもできる。封止板２６は、基板１０の端部に形成する取り出し電極３０ａ、３０ｂ、３２ａ、３２ｂを露出させるように取り付けると良い。なお、発光セルアレイに対応して、取り出し電極３０ａと取り出し電極３２ａ、取り出し電極３０ｂと取り出し電極３２ｂが設けられている。
【０１０２】
本発明に係る照明装置は、発光セルを直列に接続した発光セルアレイを薄膜で形成することができるので、薄型の照明装置を実現できる。実施例１乃至５で説明した発光セルアレイは、各層を薄膜で形成することができるので、２０μｍを超えない厚さで形成することができる。そのため、住宅の照明として用いる場合にも、壁、天井あるいは床面に、照明装置を突出させずに埋め込むことができる。勿論、薄型の液晶ディスプレーのバックライトとしても用いることができる。
【実施例７】
【０１０３】
本実施例は、本発明に係る照明装置の様々な態様について例示する。
【０１０４】
図１２は、照明装置３０３を液晶表示装置のバックライトとして用いる態様を示している。照明装置３０３は実施例１乃至６で説明されるものと同様の構成を有しており、薄型で発光効率が高いという特徴を有している。この照明装置３０３は、液晶パネル３０２の背面側（表示面とは反対側）に配置され、筐体３０１、３０４によって収納される。液晶パネル３０２には、信号線駆動回路３０５、走査線駆動回路３０６などがＩＣチップとして実装されていても良い。
【０１０５】
筐体３０１、３０４の形状は用途に応じて様々な形状に変容する。例えば、ノート型パーソナルコンピュータや液晶テレビジョンなどの民生用途では、意匠を凝らした筐体に照明装置３０３が収納されることにより外観上は目立たなくなる。しかしながら、照明装置３０３は薄型であることから、筐体の中に容易に収納することができる。それにより、意匠設計の自由度を高めることができる。また、照明装置３０３を高輝度で発光させることにより、コントラストの高い液晶表示装置を提供することができる。また、低消費電力化にも寄与することができる。
【０１０６】
図１３はテレビジョン装置４００であり、筐体４０１、支持台４０２、表示部４０３、スピーカー部４０４、ビデオ入力端子４０５を含む。このテレビジョン装置において、表示部４０３は、透過型の液晶ディスプレーであり、バックライトとして実施例１乃至６で説明したものと同様の照明装置を含んでいる。
【０１０７】
このテレビジョン装置の一構成例を図１４に示す。チューナ回路３１１は映像信号と音声信号を受信する。映像信号は、映像波増幅回路３１０により増幅して映像信号処理回路３０９で赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換される。その映像信号は、コントロール回路３０８で処理されて、信号線駆動回路３０５及び走査線駆動回路３０６に出力される。液晶パネル３０２をデジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路３０７を設け、入力デジタル信号をｍ個に分割して供給する構成としても良い。チューナ回路３１１で受信した信号のうち、音声信号は、音声波増幅回路３１２により増幅して音声信号処理回路３１３で復調されてスピーカ３１４に出力される。制御回路３１５は受信局（受信周波数）や音量の制御情報を入力部３１６から受け、チューナ回路３１１や音声信号処理回路３１３に信号を送出する。
【０１０８】
照明装置３０３は液晶パネル３０２の背面から照明する。照明装置３０３の明るさは、光センサ３１７によって制御可能にしても良い。光センサ３１７は外光強度を検知して、その出力信号を照明装置駆動回路３１８に送る。照明装置駆動回路３１８は光センサ３１７の出力信号に応じて、外光強度が高い時には照明装置３０３の輝度を高め、外光強度が低い時には低くなるように調節することができる。
【０１０９】
この照明装置３０３は、発光効率が高く駆動電圧が低いという特徴を有しているので、昼間の明るい室内でも、液晶テレビジョンによる鮮やかな映像を鑑賞することができる。このような特徴により、テレビジョン装置において、電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができ、筐体や支持台の小型軽量化を図ることが可能である。それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
【０１１０】
図１５は、実施例１乃至６で説明したものと同様の照明装置を室内の照明器具５０１、５０２として用いた例である。照明器具５０１は天井に取り付け、照明器具５０２は壁に埋め込んだ態様と示している。本発明に係る照明装置は、大型化が可能であり、また大型化しても面内で均一な明るさを得ることができる。さらに薄型で低消費電力であるという特徴を備えている。
【０１１１】
図１６は、照明器具５０１を天井に取り付けた状態を例示している。この照明器具５０１は、発光セルアレイが形成される基板１０、封止板２６、取り付けヒンジ３４、カバー材３６を含んでいる。照明装置の取り出し電極３０ａ、３０ｂは基板１０の端部に設けられ、取り付けヒンジ３４の一部がコネクタとして利用されている。カバー材３６は調光機能を備えている。これらの要素が一体となった照明器具５０１を天井に取り付けても、図１５で示すように天井面から殆ど突出させずに取り付けることができる。また、取り付けヒンジ３４を強固な構造部材として設計すれば、天井の中に埋め込むこともできる。
【０１１２】
このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明器具５０１、５０２として用いた部屋に、図１３で説明すテレビジョン装置４００を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。このような場合、照明器具５０１、５０２及びテレビジョン装置４００共に低消費電力であるので、電気料金を心配せずに、明るい部屋で迫力のある映像を鑑賞することができる。
【０１１３】
照明装置としては、本実施例で例示したものに限られず、住宅や公共施設の照明をはじめ、様々な形態の照明装置として応用することができる。このような場合において、本発明に係る照明装置は、発光媒体が薄膜状であるので、意匠の自由度が高いので、様々な商品を市場に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】実施例１に係る照明装置の構成を示す断面図。
【図２】実施例１に係る照明装置の構成を示す平面図。
【図３】実施例２に係る照明装置の構成を示す断面図。
【図４】実施例２に係る照明装置の構成を示す平面図。
【図５】実施例３に係る照明装置の構成を示す断面図。
【図６】実施例３に係る照明装置の構成を示す平面図。
【図７】発光セルの構成を示す図。
【図８】発光セルの構成を示す図。
【図９】複数の発光ユニットを積層させた発光セルの構成を示す図。
【図１０】複数の発光ユニットを積層させた発光セルの構成を示す図。
【図１１】照明装置の構成を示す斜視図。
【図１２】照明装置を液晶表示装置のバックライトとして用いる態様を示す図。
【図１３】照明装置を用いた電気器具の一例を示す図。
【図１４】照明装置を用いたテレビジョン装置の一構成例を示すブロック図。
【図１５】照明装置の一例を示す図。
【図１６】図１５の照明装置の取り付け構造を示す図。
【符号の説明】
【０１１５】
１０ 基板
１２ 第１の電荷発生層
１２ａ 第１の電荷発生層
１２ｂ 第１の電荷発生層
１２ｃ 第１の電荷発生層
１３ａ 第１の開口部
１３ｂ 第１の開口部
１３ｃ 第１の開口部
１３ｄ 第１の開口部
１４ 発光ユニット
１４ａ 発光ユニット
１４ｂ 発光ユニット
１４ｃ 発光ユニット
１６ａ 第３の電荷発生層
１６ｂ 第３の電荷発生層
１６ｃ 第３の電荷発生層
１８ 発光ユニット
１８ａ 発光ユニット
１８ｂ 発光ユニット
１８ｃ 発光ユニット
１９ａ 第２の開口部
１９ｂ 第２の開口部
１９ｃ 第２の開口部
２０ 第２の電荷発生層
２０ａ 第２の電荷発生層
２０ｂ 第２の電荷発生層
２０ｃ 第２の電荷発生層
２０ｄ 第２の電荷発生層
２１ａ 金属膜
２１ｂ 金属膜
２１ｃ 金属膜
２１ｄ 金属膜
２２ａ 第３の開口部
２２ｂ 第３の開口部
２２ｃ 第３の開口部
２４ 発光セルアレイ形成領域
２６ 封止板
２８ 拡散板
３０ａ 取り出し電極
３０ｂ 取り出し電極
３２ａ 取り出し電極
３２ｂ 取り出し電極
３４ 取り付けヒンジ
３６ カバー材
１０１ 第１の発光セル
１０２ 第２の発光セル
１０３ 第３の発光セル
２０１ 発光層
２０２ バリア層
２０３ 有機無機複合材料層
３０１ 筐体
３０２ 液晶パネル
３０３ 照明装置
３０４ 筐体
３０５ 信号線駆動回路
３０６ 走査線駆動回路
３０７ 信号分割回路
３０８ コントロール回路
３０９ 映像信号処理回路
３１０ 映像波増幅回路
３１１ チューナ回路
３１２ 音声波増幅回路
３１３ 音声信号処理回路
３１４ スピーカ
３１５ 制御回路
３１６ 入力部
３１７ 光センサ
３１８ 照明装置駆動回路
４００ テレビジョン装置
４０１ 筐体
４０２ 支持台
４０３ 表示部
４０４ スピーカー部
４０５ ビデオ入力端子
５０１ 照明器具
５０２ 照明器具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面に、少なくとも一層の発光層を含む発光ユニットが複数個並置され、
前記発光ユニットは、隣接するもの同士が電荷発生層を介して直列に接続されていること
を特徴とする照明装置。
【請求項２】
絶縁表面に形成された、少なくとも一層の発光層を含む発光ユニットを複数に分割し、
該分割された発光ユニットの異なるもの同士が、電荷発生層で直列に接続されていること
を特徴とする照明装置。
【請求項３】
一対の電荷発生層の間に、少なくとも一層の発光層を有する発光ユニットが挟まれた発光セルを複数個有し、
前記一対の電荷発生層にける一方の電荷発生層と、他方の電荷発生層が、異なる発光セル間で直列に接続されていること
を特徴とする照明装置。
【請求項４】
一対の電極間に、
少なくとも一層の発光層を有する発光ユニットが一対の電荷発生層で挟まれた発光セルを複数個有し、
前記一対の電荷発生層にける一方の電荷発生層と、他方の電荷発生層が、異なる発光セル間で接続されることにより
前記発光セルが、前記一対の電極間で直列接続を形成するように並置されていること
を特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記発光層は、第２族の元素と第１６族の元素を含む化合物または第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物である母体材料と発光中心である不純物元素とを含むこと
を特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記母体材料は、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化カルシウム、硫化イットリウム、硫化ガリウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、硫化バリウム−ガリウムのいずれかであること
を特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記不純物元素は、発光中心となる金属元素であること
を特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項５において、
前記不純物元素は複数種含まれており、
発光中心となる金属元素と、
フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）のいずれか一と、
リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）のいずれか一であること
を特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項７又は８において、
前記金属元素は、母体材料に対して０．０５乃至５ａｔｏｍｉｃ％の濃度で含まれていること
を特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項５において、
前記不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、珪素のいずれか一と、
フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのいずれか一であること
を特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項５において、
前記不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、珪素のいずれか一と、
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれか一であること
を特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項５において、
前記不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、珪素のいずれか一と、
フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのいずれか一と、
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれか一であること
を特徴とする照明装置。
【請求項１】
絶縁表面に、少なくとも一層の発光層を含む発光ユニットが複数個並置され、
前記発光ユニットは、隣接するもの同士が電荷発生層を介して直列に接続されていること
を特徴とする照明装置。
【請求項２】
絶縁表面に形成された、少なくとも一層の発光層を含む発光ユニットを複数に分割し、
該分割された発光ユニットの異なるもの同士が、電荷発生層で直列に接続されていること
を特徴とする照明装置。
【請求項３】
一対の電荷発生層の間に、少なくとも一層の発光層を有する発光ユニットが挟まれた発光セルを複数個有し、
前記一対の電荷発生層にける一方の電荷発生層と、他方の電荷発生層が、異なる発光セル間で直列に接続されていること
を特徴とする照明装置。
【請求項４】
一対の電極間に、
少なくとも一層の発光層を有する発光ユニットが一対の電荷発生層で挟まれた発光セルを複数個有し、
前記一対の電荷発生層にける一方の電荷発生層と、他方の電荷発生層が、異なる発光セル間で接続されることにより
前記発光セルが、前記一対の電極間で直列接続を形成するように並置されていること
を特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記発光層は、第２族の元素と第１６族の元素を含む化合物または第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物である母体材料と発光中心である不純物元素とを含むこと
を特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記母体材料は、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化カルシウム、硫化イットリウム、硫化ガリウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、硫化バリウム−ガリウムのいずれかであること
を特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記不純物元素は、発光中心となる金属元素であること
を特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項５において、
前記不純物元素は複数種含まれており、
発光中心となる金属元素と、
フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）のいずれか一と、
リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）のいずれか一であること
を特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項７又は８において、
前記金属元素は、母体材料に対して０．０５乃至５ａｔｏｍｉｃ％の濃度で含まれていること
を特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項５において、
前記不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、珪素のいずれか一と、
フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのいずれか一であること
を特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項５において、
前記不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、珪素のいずれか一と、
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれか一であること
を特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項５において、
前記不純物元素は複数種含まれており、銅、銀、金、白金、珪素のいずれか一と、
フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのいずれか一と、
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれか一であること
を特徴とする照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−２３４５１４（Ｐ２００７−２３４５１４Ａ）
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５７５９４（Ｐ２００６−５７５９４）
【出願日】平成１８年３月３日（２００６．３．３）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３日（２００６．３．３）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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