発光材料、発光素子、発光装置及び電子機器、並びに発光材料の作製方法
【課題】無機化合物を用いた発光材料において、発光材料の結晶構造の観点から従来よりも高い発光輝度の得られる発光材料を提供する。
【解決手段】ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンとを混合して第１の焼成を行い、第１の焼成物を作製し、母体材料と、発光中心材料を構成する元素又はその元素を含む化合物とを混合して第２の焼成を行い、第２の焼成物を作製し、第２の焼成物に、第１の焼成物を混合して、第３の焼成を行うことにより発光材料を作製する。
【解決手段】ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンとを混合して第１の焼成を行い、第１の焼成物を作製し、母体材料と、発光中心材料を構成する元素又はその元素を含む化合物とを混合して第２の焼成を行い、第２の焼成物を作製し、第２の焼成物に、第１の焼成物を混合して、第３の焼成を行うことにより発光材料を作製する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光材料及びその作製方法に関する。また、エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子に関する。また、発光素子を有する発光装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ、携帯電話、デジタルカメラ等における表示装置は、平面的で薄型の表示装置が求められており、この要求を満たすための表示装置として、自発光型である発光素子を利用した表示装置が注目されている。自発光型の発光素子の一つとして、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を利用する発光素子があり、この発光素子は、発光材料を一対の電極で挟み、電圧を印加することにより、発光材料からの発光を得ることができるものである。
【０００３】
このような自発光型の発光素子は、液晶ディスプレイに比べ画素の視認性が高く、バックライトが不要である等の利点があり、フラットパネルディスプレイ素子として好適であると考えられている。また、このような発光素子は、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。また、非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
【０００４】
さらに、このような自発光型の発光素子は膜状に形成することが可能であるため、大面積の素子を形成することにより、面発光を容易に得ることができる。このことは、白熱電球やＬＥＤに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
【０００５】
エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０００６】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有し、後者は、発光材料の薄膜からなる発光層を有している点に違いはあるが、高電界で加速された電子を必要とする点では共通である。なお、得られる発光のメカニズムとしては、ドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光と、金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光とがある。
【０００７】
しかし、無機発光素子は、有機発光素子に比べて材料面での信頼性に優れているものの、発光輝度等が十分に得られておらず様々な研究が進められている（例えば、特許文献１）。
【０００８】
さらに、無機発光素子は、高い電界で加速された電子による発光中心材料への衝突励起によって発光が得られるという発光機構のために発光素子に数百Ｖの電圧を印加することが必要とされているが、ディスプレイパネル等に適用するためには駆動電圧を低減させ、輝度の高い発光素子を提供することが重要な課題となっている。
【特許文献１】特開２００５−３３６２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１には、母体材料として用いるＺｎＳに活性化剤としてのＣｕを配合したＺｎＳ：ＣｕＣｌに、Ｍｎを添加して１２５０℃にて焼成し、焼成物にさらにＧａＡｓを添加して６５０℃にて焼成する発光材料の作製方法が開示されている。本発明者等が、上記の作製方法に従って発光材料を作製したところ、ＭｎとＧａとが母体材料のＺｎＳに固溶して、Ｍｎが発光中心として含まれる発光材料が得られた。しかしながら、作製された発光材料において良好な輝度特性を得ることが困難であった。
【００１０】
上記課題に鑑み、本発明は、新規発光材料及びその作製方法を提供することを目的とする。また、低電圧駆動が可能な発光素子を提供することを課題とする。また、消費電力の低減された発光装置および電子機器を提供することを課題とする。また、低コストで作製可能な発光装置及び電子機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の発光材料の一は、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンと、を混合して焼成して作製したマンガン及びガリウムを少なくとも含む化合物と、母体材料と、発光中心となる元素と、を有する。
【００１２】
また、本発明の発光材料の一は、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンと、を混合して焼成した第１の焼成物と、母体材料と、発光中心材料を構成する元素又はその元素を含む化合物と、を混合して焼成した第２の焼成物と、を混合して焼成することにより作製される。
【００１３】
また、本発明の発光材料の一は、マンガンガリウム又はマンガンガリウムリンの少なくとも一方と、母体材料と、発光中心となる元素と、を有する。
【００１４】
本発明の発光素子の一は、一対の電極間に発光層を有し、その発光層が、母体材料と、発光中心となる元素と、マンガン及びガリウムを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料を用いてなる。また、上記において、マンガン及びガリウムを少なくとも含む化合物とは、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンと、を混合して焼成した化合物である。
【００１５】
本発明の発光材料の作製方法の一は、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンとを混合して第１の焼成を行い、第１の焼成物を作製し、母体材料と、発光中心材料を構成する元素又はその元素を含む化合物とを混合して第２の焼成を行い、第２の焼成物を作製し、第２の焼成物に、第１の焼成物を混合して、第３の焼成を行うことを特徴とする。
【００１６】
また、上記の本発明の発光材料の作製方法の一において、第１の焼成は、７００℃乃至１５００℃で行うことを特徴とする。
【００１７】
また、上記の本発明の発光材料の作製方法の一において、第２の焼成は、７００℃乃至１５００℃で行うことを特徴とする。
【００１８】
また、上記の本発明の発光材料の作製方法の一において、第３の焼成は、第１の焼成及び第２の焼成よりも低い温度で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の発光材料は、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物を有することで、高輝度の発光材料とすることができる。
【００２０】
また、本発明の発光材料は、電気伝導性が高く、低抵抗な発光材料となる。従って、本発明の発光材料を用いた発光素子は、低電圧駆動が可能である。
【００２１】
また、本発明の発光装置は、低電圧駆動が可能な発光素子を有しているため、消費電力を低減することができる。また、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、低コストで発光装置を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、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うることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態では、輝度の高い発光素子を作製するための発光材料について説明する。なお、本実施の形態の発光材料は、母体材料と、発光中心となる元素と、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物と、を有する材料である。
【００２４】
発光材料に用いる母体材料としては、硫化物、酸化物、窒化物を用いることができる。硫化物としては、例えば、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、硫化バリウム等を用いることができる。また、酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、酸化イットリウム等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、窒化ガリウム、窒化インジウム等を用いることができる。さらに、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛等も用いることができ、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、等の３元系の混晶であってもよい。
【００２５】
発光材料に含まれる発光中心材料としては、例えば局在型発光の発光中心材料として、マンガン、銅、サマリウム、テルビウム、エルビウム、ツリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジウム等のいずれか１種又は２種以上を用いることができる。なお、電荷補償として、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン元素、または銀がさらに添加されていても良い。一方、ドナー−アクセプター再結合型発光中心材料は、ドナー準位を形成する第１の不純物元素及びアクセプター準位を形成する第２の不純物元素とで構成される。第１の不純物元素としては、例えば、フッ素、塩素、アルミニウム等を用いることができる。第２の不純物元素としては、例えば、銅、銀等を用いることができる。なお、格子欠陥等がドナー準位を形成する場合があるため、必ずしも第１の不純物元素を必要としない。
【００２６】
発光材料の合成方法としては、固相法や液相法（例えば共沈法）などの様々な方法を用いることができる。また、プレカーサーの熱分解反応による方法、噴霧熱分解法、複分解法、または、逆ミセル法や、これらの方法と高温焼成を組み合わせた方法を用いることができる。または、凍結乾燥法などの液相法なども用いることができる。
【００２７】
固相法は、母体材料と、母体材料に含有させる元素又はその元素を含む化合物を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱、焼成を行い、固相反応により合成を行う方法である。焼成温度は、７００乃至１５００℃が好ましい。温度が７００℃よりも低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が１５００℃よりも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、混合物が粉末状態で焼成を行ってもよいが、混合物がペレット状態で焼成を行うことが好ましい。固相法では、液相法などの他の方法と比べて比較的高温での焼成を必要とするが、簡単な方法であるため、生産性がよく大量生産に適している。
【００２８】
液相法（共沈法）は、母体材料又は母体材料を含む化合物と、母体材料に含有させる元素又はその元素を含む化合物を溶液中で反応させ、乾燥させた後、焼成を行う方法である。液相法を用いると、母体材料中に発光材料の粒子が均一に分布し、また、その粒径が小さいため、固相法の焼成温度よりも低い焼成温度で合成反応を進めることができる。
【００２９】
ここでは、本発明に係る発光材料を、発光中心材料として、ドナー−アクセプター再結合型発光中心材料を用いて、固相法により作製する例を示す。
【００３０】
まず、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物を作製する。ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物は、秤量したヒ化ガリウム、リン化ガリウム又はアンチモン化ガリウムと、マンガンとを混合し、高温の電気炉で加熱して焼成することで作製することができる。焼成温度は、好ましくは、７００℃乃至１５００℃、より好ましくは１２５０℃乃至１４００℃とする。なお、焼成する際に、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム又はアンチモン化ガリウムの濃度が、マンガンの濃度よりも高濃度であると、焼成物が硬化してしまい、粉末で回収するのが困難となるため、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム又はアンチモン化ガリウムよりも、マンガンを高濃度として混合する必要がある。例えば、マンガンを１とした場合に、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム又はアンチモン化ガリウムを、０．３（モル比）の割合で混合するのが好ましい。
【００３１】
なお、上記の焼成においては、焼成物（第１の焼成物）中に、例えば酸化マンガン等の副生成物が混合する場合がある。ここで、目的とするガリウムとマンガンを少なくとも含む化合物は、室温で磁性を有する合金であるため、焼成物を室温で磁石によって分離して、目的のとする化合物を選別することが好ましい。
【００３２】
次いで、母体材料と、発光中心材料を構成する元素又はその元素を含む化合物と、をそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱して焼成を行い、第２の焼成物を作製する。母体材料としては、上述した母体材料を用いることができる。ドナー−アクセプター再結合型発光中心材料として、第１の不純物元素又は第１の不純物元素を含む化合物としては、例えば、フッ素、塩素、硫化アルミニウム等を用いることができ、第２の不純物元素又は第２の不純物元素を含む化合物としては、例えば、銅、銀、硫化銅、硫化銀等を用いることができる。焼成温度は、７００乃至１５００℃が好ましい。焼成の際は、真空封管を行ってから焼成を行っても良く、また、母体材料を構成する元素を含有するガスを流しながら焼成を行ってもよい。例えば、母体材料としてＺｎＳを用いる場合には、硫化水素ガスが好ましい。なお、粉末状態よりも、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。
【００３３】
また、固相反応を利用する場合では、第１の不純物元素と第２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１の不純物元素と第２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、塩化銅、ヨウ化銅、臭化銅、窒化銅、リン化銅、フッ化銀、塩化銀、ヨウ化銀、臭化銀、塩化金、臭化金等を用いることができる。
【００３４】
なお、これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して、０．０１〜１０原子％であればよく、好ましくは０．０５〜５原子％の範囲である。
【００３５】
また、母体材料をあらかじめ焼成しておき、その後、発光中心材料を構成する元素又はその元素を含む化合物を混合して、再度焼成しても構わない。母体材料をあらかじめ焼成する際には、母体材料の結晶性を良くするため、もしくは単結晶を生成するために、フラックスを混合しても良い。フラックスとしては、ハロゲン化合物が多く用いられる。ハロゲン化合物とは遷移金属や希土類金属のハロゲン元素（周期表の１７族）、つまりフッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチンで構成される化合物である。例えば塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化鉛、塩化ナトリウム、塩化亜鉛、塩化バリウム、塩化アンモニウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、臭化バリウム、塩化銅（Ｉ）、塩化銅（ＩＩ）などが挙げられる。
【００３６】
次に、第２の焼成物に、第１の焼成物を混合する。ここで、第１の焼成物は、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物を有する。その後、電気炉で加熱して第３の焼成を行う。焼成温度は、第１の焼成及び第２の焼成よりも低温とする。例えば、６５０乃至８００℃が好ましい。第３の焼成を高温で行うと、マンガン及びガリウムを少なくとも含む化合物が分解して、母体材料中にマンガンが拡散してしまう為である。なお、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物の濃度は、母体材料のモル濃度を１としたときに、０．００２５ｍｏｌ乃至０．００５ｍｏｌ程度加えるのが好ましい。
【００３７】
このようにして得られた発光材料は、電気伝導性が高く、低抵抗な発光材料となる。
【００３８】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【００３９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示す材料を用いた発光素子について図１を用いて説明する。なお、本実施の形態では薄膜型発光素子について説明する。
【００４０】
本実施の形態で示す発光素子は、図１に示すように基板１００の上に、第１の電極１０１と第２の電極１０５を有し、第１の電極と第２の電極との間に、発光層１０３を有し、第１の電極１０１と発光層１０３との間に第１の誘電体層１０２を有し、発光層１０３と第２の電極１０５の間に第２の誘電体層１０４を有する構成とする。なお、発光素子の構成は図１に示すものに限らず、第１の誘電体層１０２又は第２の誘電体層１０４のいずれか一方だけを有する構成としてもよい。なお、本実施の形態では、第１の電極１０１は陽極として機能し、第２の電極１０５は陰極として機能するものとして以下説明をする。
【００４１】
基板１００は発光素子の支持体として用いられる。基板１００としては、例えば、ガラス、石英又はプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子の作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでも用いることができる。
【００４２】
第１の電極１０１及び第２の電極１０５は、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。具体的には、導電性金属酸化物、例えば、インジウム錫酸化物（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）、酸化タングステンと酸化亜鉛を含む酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。
【００４３】
これらの導電性金属酸化物の膜は、通常スパッタリングにより成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）膜は、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、酸化タングステンと酸化亜鉛を含む酸化インジウム（ＩＷＺＯ）膜は、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。この他、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム又は金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等を第１の電極１０１及び第２の電極１０５の材料として用いることができる。
【００４４】
なお、第１の電極１０１または第２の電極１０５を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。また、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００４５】
ただし、発光は、第１の電極１０１もしくは第２の電極１０５を通って外部に取り出されるため、第１の電極１０１および第２の電極１０５のうち、少なくとも一方は透光性を有する材料で形成されている必要がある。また、第２の電極１０５よりも第１の電極１０１の方が仕事関数が大きくなるように材料を選択することが好ましい。
【００４６】
発光層１０３を構成する材料としては、実施の形態１で示した、母体材料と、発光中心となる元素と、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料を用いることができる。
【００４７】
また、第１の誘電体層１０２と第２の誘電体層１０４を構成する材料は、酸化物などの無機材料である。例えば、高い比誘電率を有するチタン酸バリウムや五酸化タンタル等を用いることができる。
【００４８】
発光層１０３、第１の誘電体層１０２及び第２の誘電体層１０４を形成する方法としては、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）等の真空蒸着法、スパッタリング等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）または原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、インクジェット法、スピンコート法等を用いることができる。発光層１０３、第１の誘電体層１０２及び第２の誘電体層１０４の膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。
【００４９】
なお、発光層１０３と第１の誘電体層１０２との間、または発光層１０３と第２の誘電体層１０４との間のどちらかまたは両方に、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物を蒸着させた層を形成してもよい。
【００５０】
本発明の発光素子は、発光層に、母体材料と、発光中心となる元素と、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料を用いるため、輝度の高い発光素子とすることができる。また、本発明の発光素子は、低駆動電圧で動作可能な発光素子とすることができるため、消費電力を低減することができる。
【００５１】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で示す材料を用いた分散型発光素子の構成について説明する。
【００５２】
分散型発光素子の場合、粒子状の発光材料をバインダ中に分散させ膜状の発光層を形成する。発光材料の作製方法によって、十分に所望の大きさの粒子が得られない場合は、乳鉢等で粉砕などによって粒子状に加工すればよい。バインダとは、粒状の発光材料を分散した状態で固定し、発光層としての形状に保持するための物質である。発光材料は、バインダによって発光層中に均一に分散し固定される。
【００５３】
分散型発光素子の場合、発光層の形成方法は、選択的に発光層を形成できる液滴吐出法や、印刷法（スクリーン印刷やオフセット印刷など）、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法などを用いることもできる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。また、発光材料及びバインダを含む発光層において、発光材料の割合は５０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下とするよい。
【００５４】
図２（Ａ）乃至（Ｃ）に発光素子として用いることのできる分散型発光素子の一例を示す。図２（Ａ）における発光素子は、第１の電極６０、発光層６２、第２の電極６３の積層構造を有し、発光層６２中にバインダによって保持された発光材料６１を含む。なお、本実施の形態において、発光材料６１として実施の形態１に示した材料と同様のものを用いることができる。また、第１の電極６０及び第２の電極６３は、実施の形態２に示した作製方法及び材料と同様に形成することができる。
【００５５】
本実施の形態の分散型発光素子に用いることのできるバインダとしては、有機絶縁材料または無機絶縁材料を用いることができる。また、有機絶縁材料及び無機絶縁材料の混合材料を用いてもよい。有機絶縁材料としては、シアノエチルセルロース系樹脂のように、比較的誘電率の高いポリマーや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン系樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ化ビニリデンなどの樹脂を用いることができる。また、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール（ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）などの耐熱性高分子又はシロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。また、置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。または、有機基はフルオロ基を含んでいても良い。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、オキサゾール樹脂（ポリベンゾオキサゾール）等の樹脂を有機絶縁材料として用いてもよい。また、オキサゾール樹脂を用いることもでき、例えば光硬化型ポリベンゾオキサゾール樹脂などを用いることができる。これらの樹脂に、チタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウムなどの高誘電率の微粒子を適度に混合して誘電率を調整することもできる。
【００５６】
バインダに含まれる無機絶縁材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸素及び窒素を含む珪素、窒化アルミニウム、酸素及び窒素を含むアルミニウムまたは酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸鉛、酸化タンタル、タンタル酸バリウム、タンタル酸リチウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、硫化亜鉛、その他の無機絶縁材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。なお、有機絶縁材料に、誘電率の高い無機絶縁材料を含ませる（添加等によって）ことによって、発光材料及びバインダよりなる電界発光層の誘電率をより制御することができ、より誘電率を大きくすることができる。
【００５７】
本実施の形態の分散型発光素子の作製工程において、発光材料はバインダを含む溶液中に分散される。本実施の形態に用いることのできるバインダを含む溶液の溶媒としては、バインダ材料が溶解し、電界発光層を形成する方法（各種ウエットプロセス）及び所望の膜厚に適した粘度の溶液を作製できるような溶媒を適宜選択すればよい。例えば、バインダとしてシロキサン樹脂を用いる場合は、溶媒として、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡともいう）、３−メトシキ−３−メチル−１−ブタノール（ＭＭＢともいう）等の有機溶媒を用いることができる。
【００５８】
図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示す発光素子は、図２（Ａ）の発光素子において、電極と発光層間に誘電体層を設ける構造である。図２（Ｂ）に示す発光素子は、第１の電極６０と発光層６２との間に誘電体層６４を有し、図２（Ｃ）に示す発光素子は、第１の電極６０と発光層６２との間に誘電体層６４ａ、第２の電極６３と発光層６２との間に誘電体層６４ｂとを有している。このように誘電体層は発光層を挟持する一対の電極のうち一方の間にのみ設けてもよいし、両方の間に設けてもよい。また誘電体層は単層でもよいし複数層からなる積層でもよい。
【００５９】
また、図２（Ｂ）では第１の電極６０に接するように誘電体層６４が設けられているが、誘電体層と発光層の順番を逆にして、第２の電極６３に接するように誘電体層６４を設けてもよい。
【００６０】
図２における誘電体層は、特に限定されることはないが、絶縁耐圧が高く、緻密な膜質であることが好ましく、さらには、誘電率が高いことが好ましい。例えば、酸化シリコン、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、窒化シリコン、酸化ジルコニウム等やこれらの混合膜又は２種以上の積層膜を誘電体層として用いることができる。これらを用いた誘電体層は、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等により成膜することができる。また、誘電体層はこれら絶縁材料の粒子をバインダ中に分散して成膜してもよい。バインダ材料は、発光層に含まれるバインダと同様な材料、方法を用いて形成すればよい。また、誘電体層の膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは１０〜１０００ｎｍの範囲である。
【００６１】
本実施の形態で示す発光素子は、電界発光層を挟持する一対の電極間に電圧を印加することで発光が得られるが、直流駆動又は交流駆動のいずれにおいても動作することができる。
【００６２】
本発明の発光素子は、発光層に、母体材料と、発光中心となる元素と、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料を用いるため、輝度の高い発光素子とすることができる。また、本発明の発光素子は、低駆動電圧で動作可能な発光素子とすることができるため、消費電力を低減することができる。
【００６３】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する発光装置について図３を用いて説明する。
【００６４】
本実施の形態で示す発光装置は、トランジスタ等の駆動用の素子を発光素子と同一基板上に設けずに、発光素子を駆動させるパッシブマトリクス型の発光装置である。図３には本発明を適用して作製したパッシブマトリクス型の発光装置の斜視図を示す。
【００６５】
図３において、基板９５１上には、電極９５２と電極９５６が設けられており、電極９５２と電極９５６との間には発光層９５５が設けられている。なお、発光層９５５は実施の形態１で示した発光材料を用いて作製されている。
【００６６】
電極９５２の側端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。隔壁層９５４の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層９５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。また、パッシブマトリクス型の発光装置においても、低駆動電圧で動作する本発明の発光素子を含むことによって、低消費電力で駆動させることができる。
【００６７】
また、本発明の発光装置は、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。また、発光装置の軽量化、駆動回路部分の小型化が可能である。
【００６８】
また、本実施の形態では、発光層に、母体材料と、発光中心となる元素と、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料を用いるため、輝度の高い発光装置を得ることができる。
【００６９】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する発光装置について説明する。
【００７０】
本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置について説明する。本実施の形態では、画素部に本発明の発光素子を有する発光装置について図４を用いて説明する。なお、図４（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）をＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’で切断した断面図である。図４において点線で示された６０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、６０２は画素部、６０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、６０４は封止基板、６０５はシール材であり、シール材６０５で囲まれた内側は、空間６０７になっている。
【００７１】
なお、図４（Ｂ）の引き回し配線６０８はソース側駆動回路６０１及びゲート側駆動回路６０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
【００７２】
次に、断面構造について図４（Ｂ）を用いて説明する。素子基板６１０上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路６０１と、画素部６０２中の一つの画素が示されている。
【００７３】
なお、ソース側駆動回路６０１はｎチャネル型ＴＦＴ６２３とｐチャネル型ＴＦＴ６２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公知のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。
【００７４】
また、画素部６０２はスイッチング用ＴＦＴ６１１と、電流制御用ＴＦＴ６１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極６１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極６１３の端部を覆って絶縁膜６１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより絶縁膜６１４を形成する。
【００７５】
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁膜６１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁膜６１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁膜６１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁膜６１４として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
【００７６】
第１の電極６１３上には、実施の形態１に示す発光材料を用いた発光素子を含む層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されている。第１の電極６１３および第２の電極６１７の少なくとも一方は透光性を有しており、発光素子を含む層６１６からの発光を外部へ取り出すことが可能である。
【００７７】
なお、第１の電極６１３、発光素子を含む層６１６、第２の電極６１７の形成方法としては、種々の方法を用いることができる。具体的には、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）法等の真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、インクジェット法、スピンコート法等を用いることができる。また、各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
【００７８】
さらにシール材６０５で封止基板６０４を素子基板６１０と貼り合わせることにより、素子基板６１０、封止基板６０４、およびシール材６０５で囲まれた空間６０７に発光素子６１８が備えられた構造になっている。なお、空間６０７には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材６０５で充填される場合もある。
【００７９】
なお、シール材６０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、シール材及び充填材はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板６０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステルフィルム、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【００８０】
以上のようにして、本発明の発光素子を有する発光装置を得ることができる。
【００８１】
本発明の発光装置は、実施の形態１で示したような母体材料と、発光中心となる元素と、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料を用いた発光素子を有するため、低駆動電圧で動作が可能である。また、高い発光効率を実現することができる。よって、消費電力を低減された輝度の高い発光装置を得ることができる。
【００８２】
また、本発明の発光装置は、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。また、発光装置の軽量化、駆動回路部分の小型化が可能である。
【００８３】
（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態４または５に示す発光装置をその一部に含む本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、実施の形態１で示した発光材料を用いた発光素子を有する。よって、駆動電圧が低減され、輝度の高い発光素子を有するため、消費電極の低減された輝度の高い電子機器を提供することが可能である。
【００８４】
本発明の発光装置を用いて作製された電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図５に示す。
【００８５】
図５（Ａ）は本発明に係るテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、実施の形態１で示した発光材料を用いた発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、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。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体９１０１や支持台９１０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るテレビ装置は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、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。
【００８６】
図５（Ｂ）は本発明に係るコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングデバイス９２０６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部９２０３は、実施の形態１で示した発光材料を用いた発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、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。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９２０３も同様の特徴を有するため、このコンピュータは画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、コンピュータにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９２０１や筐体９２０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るコンピュータは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。また、持ち運ぶことも可能となり、持ち運ぶときの外部からの衝撃にも強い表示部を有しているコンピュータを提供することができる。
【００８７】
図５（Ｃ）は本発明に係る携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９４０３、音声入力部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート９４０７、アンテナ９４０８等を含む。この携帯電話において、表示部９４０３は、実施の形態１で示した発光材料を用いた発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、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。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９４０３も同様の特徴を有するため、この携帯電話は画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、携帯電話において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９４０１や筐体９４０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係る携帯電話は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯したときの衝撃にも強い表示部を有している製品を提供することができる。
【００８８】
図５（Ｄ）は本発明の係るカメラであり、本体９５０１、表示部９５０２、筐体９５０３、外部接続ポート９５０４、リモコン受信部９５０５、受像部９５０６、バッテリー９５０７、音声入力部９５０８、操作キー９５０９、接眼部９５１０等を含む。このカメラにおいて、表示部９５０２は、実施の形態１で示した発光材料を用いた発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低く、外部からの衝撃等による短絡を防止することができるという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９５０２も同様の特徴を有するため、このカメラは画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、カメラにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９５０１の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るカメラは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯したときの衝撃にも強い表示部を有している製品を提供することができる。
【００８９】
以上の様に、本発明の発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明の発光装置を用いることにより、低消費電力で輝度が高く、信頼性の高い表示部を有する電子機器を提供することが可能となる。
【００９０】
また、本発明の発光装置は、発光効率の高い発光素子を有しており、照明装置として用いることもできる。本発明の発光素子を照明装置として用いる一態様を、図６を用いて説明する。
【００９１】
図６は、本発明の発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図６に示した液晶表示装置は、筐体５０１、液晶層５０２、バックライト５０３、筐体５０４を有し、液晶層５０２は、ドライバＩＣ５０５と接続されている。また、バックライト５０３は、本発明の発光装置が用いられおり、端子５０６により、電流が供給されている。
【００９２】
本発明の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、消費電力の低減された輝度の高いバックライトが得られる。また、本発明の発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、発光装置は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。
【実施例１】
【００９３】
本実施例では、本発明の発光材料の作製方法の一例及び発光材料を用いた発光素子について説明する。
【００９４】
まず、本発明の発光材料を作製するための第１の焼成として、リン化ガリウム（ＧａＰ）と、マンガン（Ｍｎ）単体の粉末とを、Ｍｎ：ＧａＰ＝１：０．３（モル比）で混合して、アルミナ坩堝を用いて、１２５０℃で４時間焼成し、第１の焼成物を作製する。ＧａＰは、粉砕したものを用いるのが好ましい。本実施例では、ボールミルを用いて、回転速度３００ｒｐｍで２０分間粉砕したＧａＰを使用する。焼成後、放冷して取り出し、ＧａとＭｎとを少なくとも含む化合物（本実施例においてはＭｎＧａ又はＭｎＧａＰ）を有する焼成物を得ることができる。
【００９５】
次いで、発光材料の母体材料である１ｍｏｌのＺｎＳにフラックス（例えば０．１ｍｏｌのＭｇＣｌ及び０．０１ｍｏｌのＮａＣｌ）を添加し、アルミナ坩堝を用いて７５０℃で４時間焼成してＺｎＳ：Ｃｌを作製する。なお、フラックスは、母体材料の結晶性を良くするため、もしくは単結晶を生成するために利用する。また、母体材料ＺｎＳにフラックスとしてＣｌを含む化合物を添加することで発光材料の伝導性を向上させることができる。なお、母体材料の結晶性によってはこの工程を省略しても構わない。
【００９６】
焼成したＺｎＳ：Ｃｌを、５０℃の１０％濃度氷酢酸にて１時間つけ置きし、純水で洗い流す。洗浄後、１５０℃で２時間乾燥させる。次いで、発光中心となるＣｕを含む化合物であるＣｕＣｌを添加し、グラファイト坩堝を用いて１２５０℃で４時間焼成する。本実施例において、ＺｎＳ：ＣｌとＣｕＣｌとの混合比は、（ＺｎＳ：Ｃｌ）：ＣｕＣｌ＝１：０．００１５（モル比）とする。封管焼成後、純水で洗浄し、１８０℃で２時間乾燥させ、第２の焼成物であるＺｎＳ：ＣｕＣｌを作製する。
【００９７】
次いで、作製したＺｎＳ：ＣｕＣｌを１．５ｇ秤量し、第１の焼成で作製した焼成物を、０．００５ｇ添加してアルミナ坩堝を用いて、６５０℃で４時間焼成する。焼成後、放冷して取り出し、本発明の発光材料を得ることができる。
【００９８】
本発明の発光材料を用いて分散型ＥＬ素子を作製する。本実施例では、第１の電極、誘電体層、発光層、第２の電極の積層構造を有する分散型ＥＬ素子とする。第１の電極は銀を材料としておよそ２０μｍの膜厚で形成されており、第２の電極は酸化珪素とインジウム錫酸化物の化合物を材料として１１０ｎｍの膜厚で形成されている。また、誘電体層はチタン酸バリウムを材料としておよそ１０〜２０μｍの膜厚で形成されている。発光層は、本発明の発光材料がおよそ７６ｗｔ％の割合で含まれ、バインダとしてはシアノレジンを用いた。また、発光層の膜厚は、およそ３０〜５０μｍで形成されている。
【００９９】
作製した素子の１ｋＨｚにおける電圧−輝度特性を図７に示す。図７において、実線のグラフは、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す。また、比較例として、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを発光材料として用いた分散型のＥＬ素子を作製し、その電圧―輝度特性を図７における点線のグラフで示す。なお、図７において、縦軸は発光輝度（ｃｄ／ｍ２）を、横軸は電圧（Ｖ）を示す。
【０１００】
図７より、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物を有することで、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを発光材料として用いた分散型ＥＬ素子よりも、低電圧で駆動し、さらに、高輝度の発光を示すことがわかる。発光効率を比較したところ、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを発光材料として用いた分散型ＥＬ素子は、発光開始電圧が８０Ｖであった。一方、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、発光開始電圧が６０Ｖであった。なお、発光開始電圧とは、１ｃｄ／ｍ２以上の発光が確認された電圧とする。また、発光色に関しては、どちらの分散型ＥＬ素子においても、同等な色特性を示した。
【０１０１】
また、作製された分散型ＥＬ素子の周波数−輝度特性を図８に示す。なお、測定条件としては、４００（Ｖ）の交流電圧を分散型ＥＬ素子に印加し、周波数を０（Ｈｚ）〜５００００（Ｈｚ）の範囲で変化させた時の分散型ＥＬ素子の発光輝度を測定した。また、図８において、縦軸は発光輝度（ｃｄ／ｍ２）を示し、横軸は周波数（Ｈｚ）を示す。図８において、実線のグラフは、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子の周波数−輝度特性を示す。また、点線のグラフは、比較例として、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを発光材料に用いた分散型のＥＬ素子の周波数―輝度特性を示す。
【０１０２】
図８より、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物を有することで、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを発光材料として用いた分散型ＥＬ素子よりも、高輝度の発光を示すことがわかる。比較例の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、周波数が５００００（Ｈｚ）のときに、最高輝度が６３５．３ｃｄ／ｍ２であったのに対して、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、周波数が５００００（Ｈｚ）のときに、最高輝度が１０７０ｃｄ／ｍ２であった。
【０１０３】
以上の結果から、本発明の発光材料を用いることで、低駆動電圧、高発光輝度の発光素子を作製できることが示された。
【実施例２】
【０１０４】
本実施例では、本発明の発光材料の作製方法の一例及び発光材料を用いた発光素子について説明する。
【０１０５】
まず、本発明の発光材料を作製するための第１の焼成として、リン化ガリウム（ＧａＰ）と、マンガン（Ｍｎ）単体の粉末とを、Ｍｎ：ＧａＰ＝１：０．３（モル比）で混合して、アルミナ坩堝を用いて４時間焼成する。ＧａＰは、粉砕したものを用いるのが好ましい。本実施例では、ボールミルを用いて、回転速度３００ｒｐｍで２０分間粉砕したＧａＰを使用する。また、本実施例において、混合したＧａＰとＭｎは、６５０℃、１２５０℃及び１４００℃、の３種類の温度にてそれぞれ焼成する。
【０１０６】
図９乃至図１１に、それぞれの温度で焼成した混合物をＸ線回折法（ＸＲＤ）で測定した結果を示す。図９は、６５０℃で焼成した場合の測定結果を、図１０は、１２５０℃で焼成した場合の測定結果を、図１１は、１４００℃で焼成した場合の測定結果をそれぞれ示す。なお、図９乃至図１１において、縦軸は回折強度（任意単位）、横軸はＸ線の回折角度（２θ）を示す。
【０１０７】
図９に示した測定結果において、回折強度のピーク位置はＧａＰ、ＭｎＰ、ＭｎＯとそれぞれ一致しており、６５０℃で焼成した場合は、焼成物中にこれらの３種類の化合物が含まれていることがわかる。すなわち、焼成温度が６５０℃の場合においては、ＧａＭｎ、又はＭｎＧａＰ等の、ＧａとＭｎとを少なくとも含む化合物を得ることはできない。また、ピーク強度の大きさから、それぞれの化合物の濃度分布は概略、ＧａＰ＞＞ＭｎＰ≒ＭｎＯ、であることが測定された。
【０１０８】
同様に、図１０に示した測定結果において、回折強度のピーク位置は、ＧａＰ、ＭｎＰ、ＭｎＯ、ＧａＭｎとそれぞれ一致しており、１２５０℃で焼成した場合は、焼成物中にこれら４種類の化合物が含まれていることがわかる。すなわち、焼成温度が１２５０℃の場合においては、ＧａとＭｎとを含む化合物であるＧａＭｎを得ることができる。また、ピーク強度の大きさから、それぞれの化合物の濃度分布は概略、ＭｎＰ＞ＭｎＯ＞ＧａＰ≒ＧａＭｎ、であることが測定された。
【０１０９】
図１１に示した測定結果において、回折強度のピーク位置は、ＭｎＰ、ＭｎＯ、ＧａＭｎ、ＧａＰとそれぞれ一致しており、１４００℃で焼成した場合は、焼成物中にこれら４種類の化合物が含まれていることが測定された。また、ピーク強度の大きさから、それぞれの化合物の濃度分布は概略、ＭｎＯ＞ＭｎＰ≒ＧａＭｎ＞ＧａＰ、であることが測定された。
【０１１０】
これらに示したＸＲＤの測定結果より、焼成温度が高くなるにつれて、ＧａＰの濃度が低下し、ＭｎＰ及びＧａＭｎ（ＭｎＧａと記載しても良い）の濃度が増加していることがわかる。以下、本明細書において、ＧａＰとＭｎの混合物をＸ℃で焼成した焼成物を、便宜的にＭｎ−ＧａＰ焼成物（Ｘ℃）と記載する。例えば、ＧａＰとＭｎの混合物を６５０℃で焼成した焼成物は、Ｍｎ−ＧａＰ焼成物（６５０℃）と表記する。
【０１１１】
次いで、発光材料の母体材料である１ｍｏｌのＺｎＳにフラックス（例えば０．１ｍｏｌのＭｇＣｌ及び０．０１ｍｏｌのＮａＣｌ）を添加し、アルミナ坩堝を用いて７５０℃で４時間焼成してＺｎＳ：Ｃｌを作製する。なお、フラックスは、母体材料の結晶性を良くするため、もしくは単結晶を生成するために利用する。母体材料の結晶性によってはこの工程を省略しても構わない。
【０１１２】
焼成したＺｎＳ：Ｃｌを、５０℃の１０％濃度氷酢酸にて１時間つけ置きし、純水で洗い流す。洗浄後、１８０℃で２時間乾燥させる。次いで、発光中心となるＣｕを含む化合物であるＣｕＣｌを０．００３ｍｏｌ添加し、グラファイト坩堝を用いて１２５０℃で４時間焼成する。封管焼成後、純水で洗浄し、１８０℃で２時間乾燥させ、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを作製する。
【０１１３】
次いで、作製したＺｎＳ：ＣｕＣｌを１．５ｇ秤量し、Ｍｎ−ＧａＰ焼成物（１２５０℃）を、０．００５ｇ添加してアルミナ坩堝を用いて、６５０℃で４時間焼成する。焼成後、放冷して取り出し、本発明の発光材料を得ることができる。
【０１１４】
また、比較例として、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを１．５ｇ秤量し、ＧａＭｎを含まないＭｎ−ＧａＰ焼成物（６５０℃）を０．００５ｇ添加して、アルミナ坩堝を用いて、６５０℃で４時間焼成した材料（以下、比較材料と表記する）を作製する。
【０１１５】
本発明の発光材料及び比較材料を用いて分散型ＥＬ素子を作製する。本実施例では、第１の電極、誘電体層、発光層、第２の電極の積層構造を有する分散型ＥＬ素子とする。第１の電極は銀を材料としておよそ２０μｍの膜厚で形成されており、第２の電極は酸化珪素とインジウム錫酸化物の化合物を材料として１１０ｎｍの膜厚で形成されている。また、誘電体層はチタン酸バリウムを材料としておよそ１０〜２０μｍの膜厚で形成されている。発光層は、本発明の発光材料が７６ｗｔ％の割合で含まれ、バインダとしてはシアノレジンを用いる。また、発光層の膜厚は、およそ３０〜５０μｍで形成されている。
【０１１６】
本発明の発光材料及び比較材料を用いて作製した分散型ＥＬ素子の発光効率を比較したところ、比較材料を用いた分散型ＥＬ素子は、発光開始電圧が８０Ｖであり、５００００ｋＨｚ、４００Ｖのときに、最高輝度が１００３ｃｄ／ｍ２であった。一方、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、発光開始電圧が６０Ｖであり、５００００ｋＨｚ、４００Ｖのときに、最高輝度が１０７０ｃｄ／ｍ２であった。以上の結果から、本発明の発光材料においては、ＧａとＭｎとを少なくとも含む化合物（本実施例においてはＧａＭｎ）を有することで、低駆動電圧、高発光輝度の発光材料とすることができると言える。
【実施例３】
【０１１７】
本実施例では、本発明の発光材料の作製方法の一例及び発光材料を用いた発光素子について説明する。なお、上記実施例２と重複する作製工程は、一部省略して説明する。
【０１１８】
はじめに、上記実施例２と同様の材料及び作製工程にしたがって、Ｍｎ−ＧａＰ焼成物（１２５０℃）及びＺｎＳ：ＣｕＣｌを作製する。
【０１１９】
次いで、ＧａＰ、ＭｎＰ、ＭｎＯ、ＧａＭｎの４種類の化合物が混合しているＭｎ−ＧａＰ焼成物（１２５０℃）から、低電圧化及び輝度向上に寄与しているＧａＭｎを選別して分離して、ＧａＭｎの純度を向上させる。４種類の化合物中で、ＧａＭｎ及びＭｎＰは、室温で磁性を有する合金である。したがって、Ｍｎ−ＧａＰ焼成物（１２５０℃）を室温で磁石によって分離することで、ＧａＭｎ及びＭｎＰを選別することができ、未反応物であるＧａＰと、副生成物であるＭｎＯを除去することができるため、混合物中でのＧａＭｎの純度を向上させることができる。
【０１２０】
次いで、母体材料であるＺｎＳ：ＣｕＣｌを１．５ｇ秤量し、Ｍｎ−ＧａＰ焼成物（１２５０℃）のうち室温で磁性を有する化合物（すなわちＧａＭｎ、ＭｎＰ）を、０．００５ｇ添加してアルミナ坩堝を用いて、６５０℃で４時間焼成する。焼成後、放冷して取り出し、本発明の発光材料を得ることができる。
【０１２１】
本発明の発光材料を用いて分散型ＥＬ素子を作製する。本実施例では、第１の電極、誘電体層、発光層、第２の電極の積層構造を有する分散型ＥＬ素子とする。第１の電極は銀を材料としておよそ２０μｍの膜厚で形成されており、第２の電極は酸化珪素とインジウム錫酸化物の化合物を材料として１１０ｎｍの膜厚で形成されている。また、誘電体層はチタン酸バリウムを材料としておよそ１０〜２０μｍの膜厚で形成されている。発光層は、本発明の発光材料が７６ｗｔ％の割合で含まれ、バインダとしてはシアノレジンを用いる。また、発光層の膜厚は、およそ３０〜５０μｍで形成されている。
【０１２２】
作製した素子の１ｋＨｚにおける電圧−輝度特性を図１２に示す。図１２において、実線のグラフは、ＧａＭｎの純度を向上させて添加した本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す。また、図１２に、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを１．５ｇ秤量し、Ｍｎ−ＧａＰ焼成物（１２５０℃）を磁石による分離をせずに、０．００５ｇ添加して、アルミナ坩堝を用いて、６５０℃で４時間焼成した材料を用いた分散型のＥＬ素子の電圧―輝度特性を、比較例として黒四角印のグラフに示す。なお、図１２において、縦軸は発光輝度（ｃｄ／ｍ２）を、横軸は電圧（Ｖ）を示す。
【０１２３】
図１２より、ＧａＭｎの純度を向上させて添加した発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、Ｍｎ−ＧａＰ焼成物（１２５０℃）を磁石による分離をせずに作製した材料を用いた分散型ＥＬ素子よりも、低電圧で駆動し、さらに、高輝度の発光を示すことがわかる。
【０１２４】
以上の結果から、本発明の発光材料においては、ＧａとＭｎとを少なくとも含む化合物が、低駆動電圧及び高発光輝度に特に寄与していることが示された。母体材料に添加する際に、この化合物の純度を向上させた発光材料とすることで、より駆動電圧が低下させ、発光輝度が向上した発光素子を得ることができる。
【実施例４】
【０１２５】
本実施例では、本発明の発光材料の作製方法の一例及び発光材料を用いた発光素子について説明する。なお、上記実施例１と重複する作製工程は、一部省略して説明する。
【０１２６】
まず、本発明の発光材料を作製するための第１の焼成として、リン化ガリウム（ＧａＰ）０．５ｍｏｌと、マンガン（Ｍｎ）単体の粉末０．５ｍｏｌとを混合して、アルミナ坩堝を用いて、１２５０℃で３時間窒素雰囲気にて焼成し、第１の焼成物を作製する。ＧａＰは、粉砕したものを用いるのが好ましい。この焼成によって、ＧａとＭｎとを少なくとも含む化合物（本実施例においてはＭｎＧａ又はＭｎＧａＰ）を有する焼成物を得ることができる。
【０１２７】
次いで、発光材料の母体材料である１ｍｏｌのＺｎＳに、発光中心となるＭｎを０．００２５ｍｏｌ添加し、窒素雰囲気にて１０００℃で４時間焼成する。焼成後、純水で洗浄し、第２の焼成物であるＺｎＳ：Ｍｎを作製する。
【０１２８】
次いで、作製したＺｎＳ：Ｍｎを１．５ｇ秤量し、第１の焼成で作製した焼成物を、０．０１ｇ添加して、窒素雰囲気にて６５０℃で４時間焼成する。これによって母体材料と、発光中心材料と、ＧａとＭｎとを少なくとも含む化合物と、を有する本発明の発光材料を得ることができる。
【０１２９】
次いで、本発明の発光材料を用いて分散型ＥＬ素子を作製する。本実施例では、第１の電極、誘電体層、発光層、第２の電極の積層構造を有する分散型ＥＬ素子とする。第１の電極は銀を材料としておよそ２０μｍの膜厚で形成されており、第２の電極は酸化珪素とインジウム錫酸化物の化合物を材料として１１０ｎｍの膜厚で形成されている。また、誘電体層はチタン酸バリウムを材料としておよそ１０〜２０μｍの膜厚で形成されている。発光層は、本発明の発光材料がおよそ７６ｗｔ％の割合で含まれ、バインダとしてはシアノレジンを用いる。また、発光層の膜厚は、およそ３０〜５０μｍで形成されている。なお、本発明の発光材料は、第３の焼成後に５０μｍ以下の粒子に粉砕して、発光層に用いた。
【０１３０】
以上により作製された分散型ＥＬ素子の周波数−輝度特性を図１３に示す。なお、測定条件としては、４００（Ｖ）の交流電圧を分散型ＥＬ素子に印加し、周波数を０（Ｈｚ）〜５００００（Ｈｚ）の範囲で変化させた時の分散型ＥＬ素子の発光輝度を測定した。また、図１３において、縦軸は発光輝度（ｃｄ／ｍ２）を示し、横軸は周波数（Ｈｚ）を示す。図１３において、実線のグラフは、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子の周波数−輝度特性を示す。また、比較例として、ＺｎＳ：Ｍｎを発光材料として用いた分散型のＥＬ素子を作製し、その周波数―輝度特性を図１３における点線のグラフで示す。
【０１３１】
本実施例において発光材料に用いたＺｎＳ：Ｍｎは、内殻遷移発光を示すため、図１３に示すように、ホットエレクトロンを放出する発光励起材料を含まない比較例においては、ＥＬ発光が見られなかった。一方、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、周波数が５００００（Ｈｚ）のときに、６．７ｃｄ／ｍ２のＥＬ発光が見られた。従って、本発明の発光材料において、マンガン及びガリウムを少なくとも含む化合物が、ホットエレクトロンを放出し、局所的に電界を高める電極として機能していることが示された。発光材料中に電極として機能する化合物を含むことで、発光層において電流が流れやすくなるため、本発明の発光材料を用いることで発光素子を低電圧で駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の発光素子を説明する図。
【図２】本発明の発光素子を説明する図。
【図３】本発明の発光装置を説明する図。
【図４】本発明の発光装置を説明する図。
【図５】本発明の電子機器を説明する図。
【図６】本発明の電子機器を説明する図。
【図７】分散型ＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図８】分散型ＥＬ素子の周波数−輝度特性を示す図。
【図９】Ｍｎ−ＧａＰ化合物（６５０℃）のＸＲＤ測定結果を示す図。
【図１０】Ｍｎ−ＧａＰ化合物（１２５０℃）のＸＲＤ測定結果を示す図。
【図１１】Ｍｎ−ＧａＰ化合物（１４００℃）のＸＲＤ測定結果を示す図。
【図１２】分散型ＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図１３】分散型ＥＬ素子の周波数−輝度特性を示す図。
【符号の説明】
【０１３３】
６０ 第１の電極
６１ 発光材料
６２ 発光層
６３ 第２の電極
６４ 誘電体層
６４ａ 誘電体層
６４ｂ 誘電体層
１００ 基板
１０１ 第１の電極
１０２ 第１の誘電体層
１０３ 発光層
１０４ 第２の誘電体層
１０５ 第２の電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光材料及びその作製方法に関する。また、エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子に関する。また、発光素子を有する発光装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ、携帯電話、デジタルカメラ等における表示装置は、平面的で薄型の表示装置が求められており、この要求を満たすための表示装置として、自発光型である発光素子を利用した表示装置が注目されている。自発光型の発光素子の一つとして、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を利用する発光素子があり、この発光素子は、発光材料を一対の電極で挟み、電圧を印加することにより、発光材料からの発光を得ることができるものである。
【０００３】
このような自発光型の発光素子は、液晶ディスプレイに比べ画素の視認性が高く、バックライトが不要である等の利点があり、フラットパネルディスプレイ素子として好適であると考えられている。また、このような発光素子は、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。また、非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
【０００４】
さらに、このような自発光型の発光素子は膜状に形成することが可能であるため、大面積の素子を形成することにより、面発光を容易に得ることができる。このことは、白熱電球やＬＥＤに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
【０００５】
エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０００６】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有し、後者は、発光材料の薄膜からなる発光層を有している点に違いはあるが、高電界で加速された電子を必要とする点では共通である。なお、得られる発光のメカニズムとしては、ドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光と、金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光とがある。
【０００７】
しかし、無機発光素子は、有機発光素子に比べて材料面での信頼性に優れているものの、発光輝度等が十分に得られておらず様々な研究が進められている（例えば、特許文献１）。
【０００８】
さらに、無機発光素子は、高い電界で加速された電子による発光中心材料への衝突励起によって発光が得られるという発光機構のために発光素子に数百Ｖの電圧を印加することが必要とされているが、ディスプレイパネル等に適用するためには駆動電圧を低減させ、輝度の高い発光素子を提供することが重要な課題となっている。
【特許文献１】特開２００５−３３６２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１には、母体材料として用いるＺｎＳに活性化剤としてのＣｕを配合したＺｎＳ：ＣｕＣｌに、Ｍｎを添加して１２５０℃にて焼成し、焼成物にさらにＧａＡｓを添加して６５０℃にて焼成する発光材料の作製方法が開示されている。本発明者等が、上記の作製方法に従って発光材料を作製したところ、ＭｎとＧａとが母体材料のＺｎＳに固溶して、Ｍｎが発光中心として含まれる発光材料が得られた。しかしながら、作製された発光材料において良好な輝度特性を得ることが困難であった。
【００１０】
上記課題に鑑み、本発明は、新規発光材料及びその作製方法を提供することを目的とする。また、低電圧駆動が可能な発光素子を提供することを課題とする。また、消費電力の低減された発光装置および電子機器を提供することを課題とする。また、低コストで作製可能な発光装置及び電子機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の発光材料の一は、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンと、を混合して焼成して作製したマンガン及びガリウムを少なくとも含む化合物と、母体材料と、発光中心となる元素と、を有する。
【００１２】
また、本発明の発光材料の一は、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンと、を混合して焼成した第１の焼成物と、母体材料と、発光中心材料を構成する元素又はその元素を含む化合物と、を混合して焼成した第２の焼成物と、を混合して焼成することにより作製される。
【００１３】
また、本発明の発光材料の一は、マンガンガリウム又はマンガンガリウムリンの少なくとも一方と、母体材料と、発光中心となる元素と、を有する。
【００１４】
本発明の発光素子の一は、一対の電極間に発光層を有し、その発光層が、母体材料と、発光中心となる元素と、マンガン及びガリウムを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料を用いてなる。また、上記において、マンガン及びガリウムを少なくとも含む化合物とは、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンと、を混合して焼成した化合物である。
【００１５】
本発明の発光材料の作製方法の一は、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンとを混合して第１の焼成を行い、第１の焼成物を作製し、母体材料と、発光中心材料を構成する元素又はその元素を含む化合物とを混合して第２の焼成を行い、第２の焼成物を作製し、第２の焼成物に、第１の焼成物を混合して、第３の焼成を行うことを特徴とする。
【００１６】
また、上記の本発明の発光材料の作製方法の一において、第１の焼成は、７００℃乃至１５００℃で行うことを特徴とする。
【００１７】
また、上記の本発明の発光材料の作製方法の一において、第２の焼成は、７００℃乃至１５００℃で行うことを特徴とする。
【００１８】
また、上記の本発明の発光材料の作製方法の一において、第３の焼成は、第１の焼成及び第２の焼成よりも低い温度で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の発光材料は、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物を有することで、高輝度の発光材料とすることができる。
【００２０】
また、本発明の発光材料は、電気伝導性が高く、低抵抗な発光材料となる。従って、本発明の発光材料を用いた発光素子は、低電圧駆動が可能である。
【００２１】
また、本発明の発光装置は、低電圧駆動が可能な発光素子を有しているため、消費電力を低減することができる。また、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、低コストで発光装置を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、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うることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態では、輝度の高い発光素子を作製するための発光材料について説明する。なお、本実施の形態の発光材料は、母体材料と、発光中心となる元素と、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物と、を有する材料である。
【００２４】
発光材料に用いる母体材料としては、硫化物、酸化物、窒化物を用いることができる。硫化物としては、例えば、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、硫化バリウム等を用いることができる。また、酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、酸化イットリウム等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、窒化ガリウム、窒化インジウム等を用いることができる。さらに、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛等も用いることができ、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、等の３元系の混晶であってもよい。
【００２５】
発光材料に含まれる発光中心材料としては、例えば局在型発光の発光中心材料として、マンガン、銅、サマリウム、テルビウム、エルビウム、ツリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジウム等のいずれか１種又は２種以上を用いることができる。なお、電荷補償として、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン元素、または銀がさらに添加されていても良い。一方、ドナー−アクセプター再結合型発光中心材料は、ドナー準位を形成する第１の不純物元素及びアクセプター準位を形成する第２の不純物元素とで構成される。第１の不純物元素としては、例えば、フッ素、塩素、アルミニウム等を用いることができる。第２の不純物元素としては、例えば、銅、銀等を用いることができる。なお、格子欠陥等がドナー準位を形成する場合があるため、必ずしも第１の不純物元素を必要としない。
【００２６】
発光材料の合成方法としては、固相法や液相法（例えば共沈法）などの様々な方法を用いることができる。また、プレカーサーの熱分解反応による方法、噴霧熱分解法、複分解法、または、逆ミセル法や、これらの方法と高温焼成を組み合わせた方法を用いることができる。または、凍結乾燥法などの液相法なども用いることができる。
【００２７】
固相法は、母体材料と、母体材料に含有させる元素又はその元素を含む化合物を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱、焼成を行い、固相反応により合成を行う方法である。焼成温度は、７００乃至１５００℃が好ましい。温度が７００℃よりも低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が１５００℃よりも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、混合物が粉末状態で焼成を行ってもよいが、混合物がペレット状態で焼成を行うことが好ましい。固相法では、液相法などの他の方法と比べて比較的高温での焼成を必要とするが、簡単な方法であるため、生産性がよく大量生産に適している。
【００２８】
液相法（共沈法）は、母体材料又は母体材料を含む化合物と、母体材料に含有させる元素又はその元素を含む化合物を溶液中で反応させ、乾燥させた後、焼成を行う方法である。液相法を用いると、母体材料中に発光材料の粒子が均一に分布し、また、その粒径が小さいため、固相法の焼成温度よりも低い焼成温度で合成反応を進めることができる。
【００２９】
ここでは、本発明に係る発光材料を、発光中心材料として、ドナー−アクセプター再結合型発光中心材料を用いて、固相法により作製する例を示す。
【００３０】
まず、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物を作製する。ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物は、秤量したヒ化ガリウム、リン化ガリウム又はアンチモン化ガリウムと、マンガンとを混合し、高温の電気炉で加熱して焼成することで作製することができる。焼成温度は、好ましくは、７００℃乃至１５００℃、より好ましくは１２５０℃乃至１４００℃とする。なお、焼成する際に、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム又はアンチモン化ガリウムの濃度が、マンガンの濃度よりも高濃度であると、焼成物が硬化してしまい、粉末で回収するのが困難となるため、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム又はアンチモン化ガリウムよりも、マンガンを高濃度として混合する必要がある。例えば、マンガンを１とした場合に、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム又はアンチモン化ガリウムを、０．３（モル比）の割合で混合するのが好ましい。
【００３１】
なお、上記の焼成においては、焼成物（第１の焼成物）中に、例えば酸化マンガン等の副生成物が混合する場合がある。ここで、目的とするガリウムとマンガンを少なくとも含む化合物は、室温で磁性を有する合金であるため、焼成物を室温で磁石によって分離して、目的のとする化合物を選別することが好ましい。
【００３２】
次いで、母体材料と、発光中心材料を構成する元素又はその元素を含む化合物と、をそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱して焼成を行い、第２の焼成物を作製する。母体材料としては、上述した母体材料を用いることができる。ドナー−アクセプター再結合型発光中心材料として、第１の不純物元素又は第１の不純物元素を含む化合物としては、例えば、フッ素、塩素、硫化アルミニウム等を用いることができ、第２の不純物元素又は第２の不純物元素を含む化合物としては、例えば、銅、銀、硫化銅、硫化銀等を用いることができる。焼成温度は、７００乃至１５００℃が好ましい。焼成の際は、真空封管を行ってから焼成を行っても良く、また、母体材料を構成する元素を含有するガスを流しながら焼成を行ってもよい。例えば、母体材料としてＺｎＳを用いる場合には、硫化水素ガスが好ましい。なお、粉末状態よりも、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。
【００３３】
また、固相反応を利用する場合では、第１の不純物元素と第２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１の不純物元素と第２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、塩化銅、ヨウ化銅、臭化銅、窒化銅、リン化銅、フッ化銀、塩化銀、ヨウ化銀、臭化銀、塩化金、臭化金等を用いることができる。
【００３４】
なお、これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して、０．０１〜１０原子％であればよく、好ましくは０．０５〜５原子％の範囲である。
【００３５】
また、母体材料をあらかじめ焼成しておき、その後、発光中心材料を構成する元素又はその元素を含む化合物を混合して、再度焼成しても構わない。母体材料をあらかじめ焼成する際には、母体材料の結晶性を良くするため、もしくは単結晶を生成するために、フラックスを混合しても良い。フラックスとしては、ハロゲン化合物が多く用いられる。ハロゲン化合物とは遷移金属や希土類金属のハロゲン元素（周期表の１７族）、つまりフッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチンで構成される化合物である。例えば塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化鉛、塩化ナトリウム、塩化亜鉛、塩化バリウム、塩化アンモニウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、臭化バリウム、塩化銅（Ｉ）、塩化銅（ＩＩ）などが挙げられる。
【００３６】
次に、第２の焼成物に、第１の焼成物を混合する。ここで、第１の焼成物は、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物を有する。その後、電気炉で加熱して第３の焼成を行う。焼成温度は、第１の焼成及び第２の焼成よりも低温とする。例えば、６５０乃至８００℃が好ましい。第３の焼成を高温で行うと、マンガン及びガリウムを少なくとも含む化合物が分解して、母体材料中にマンガンが拡散してしまう為である。なお、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物の濃度は、母体材料のモル濃度を１としたときに、０．００２５ｍｏｌ乃至０．００５ｍｏｌ程度加えるのが好ましい。
【００３７】
このようにして得られた発光材料は、電気伝導性が高く、低抵抗な発光材料となる。
【００３８】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【００３９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示す材料を用いた発光素子について図１を用いて説明する。なお、本実施の形態では薄膜型発光素子について説明する。
【００４０】
本実施の形態で示す発光素子は、図１に示すように基板１００の上に、第１の電極１０１と第２の電極１０５を有し、第１の電極と第２の電極との間に、発光層１０３を有し、第１の電極１０１と発光層１０３との間に第１の誘電体層１０２を有し、発光層１０３と第２の電極１０５の間に第２の誘電体層１０４を有する構成とする。なお、発光素子の構成は図１に示すものに限らず、第１の誘電体層１０２又は第２の誘電体層１０４のいずれか一方だけを有する構成としてもよい。なお、本実施の形態では、第１の電極１０１は陽極として機能し、第２の電極１０５は陰極として機能するものとして以下説明をする。
【００４１】
基板１００は発光素子の支持体として用いられる。基板１００としては、例えば、ガラス、石英又はプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子の作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでも用いることができる。
【００４２】
第１の電極１０１及び第２の電極１０５は、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。具体的には、導電性金属酸化物、例えば、インジウム錫酸化物（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）、酸化タングステンと酸化亜鉛を含む酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。
【００４３】
これらの導電性金属酸化物の膜は、通常スパッタリングにより成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）膜は、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、酸化タングステンと酸化亜鉛を含む酸化インジウム（ＩＷＺＯ）膜は、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。この他、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム又は金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等を第１の電極１０１及び第２の電極１０５の材料として用いることができる。
【００４４】
なお、第１の電極１０１または第２の電極１０５を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。また、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００４５】
ただし、発光は、第１の電極１０１もしくは第２の電極１０５を通って外部に取り出されるため、第１の電極１０１および第２の電極１０５のうち、少なくとも一方は透光性を有する材料で形成されている必要がある。また、第２の電極１０５よりも第１の電極１０１の方が仕事関数が大きくなるように材料を選択することが好ましい。
【００４６】
発光層１０３を構成する材料としては、実施の形態１で示した、母体材料と、発光中心となる元素と、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料を用いることができる。
【００４７】
また、第１の誘電体層１０２と第２の誘電体層１０４を構成する材料は、酸化物などの無機材料である。例えば、高い比誘電率を有するチタン酸バリウムや五酸化タンタル等を用いることができる。
【００４８】
発光層１０３、第１の誘電体層１０２及び第２の誘電体層１０４を形成する方法としては、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）等の真空蒸着法、スパッタリング等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）または原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、インクジェット法、スピンコート法等を用いることができる。発光層１０３、第１の誘電体層１０２及び第２の誘電体層１０４の膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。
【００４９】
なお、発光層１０３と第１の誘電体層１０２との間、または発光層１０３と第２の誘電体層１０４との間のどちらかまたは両方に、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物を蒸着させた層を形成してもよい。
【００５０】
本発明の発光素子は、発光層に、母体材料と、発光中心となる元素と、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料を用いるため、輝度の高い発光素子とすることができる。また、本発明の発光素子は、低駆動電圧で動作可能な発光素子とすることができるため、消費電力を低減することができる。
【００５１】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で示す材料を用いた分散型発光素子の構成について説明する。
【００５２】
分散型発光素子の場合、粒子状の発光材料をバインダ中に分散させ膜状の発光層を形成する。発光材料の作製方法によって、十分に所望の大きさの粒子が得られない場合は、乳鉢等で粉砕などによって粒子状に加工すればよい。バインダとは、粒状の発光材料を分散した状態で固定し、発光層としての形状に保持するための物質である。発光材料は、バインダによって発光層中に均一に分散し固定される。
【００５３】
分散型発光素子の場合、発光層の形成方法は、選択的に発光層を形成できる液滴吐出法や、印刷法（スクリーン印刷やオフセット印刷など）、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法などを用いることもできる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。また、発光材料及びバインダを含む発光層において、発光材料の割合は５０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下とするよい。
【００５４】
図２（Ａ）乃至（Ｃ）に発光素子として用いることのできる分散型発光素子の一例を示す。図２（Ａ）における発光素子は、第１の電極６０、発光層６２、第２の電極６３の積層構造を有し、発光層６２中にバインダによって保持された発光材料６１を含む。なお、本実施の形態において、発光材料６１として実施の形態１に示した材料と同様のものを用いることができる。また、第１の電極６０及び第２の電極６３は、実施の形態２に示した作製方法及び材料と同様に形成することができる。
【００５５】
本実施の形態の分散型発光素子に用いることのできるバインダとしては、有機絶縁材料または無機絶縁材料を用いることができる。また、有機絶縁材料及び無機絶縁材料の混合材料を用いてもよい。有機絶縁材料としては、シアノエチルセルロース系樹脂のように、比較的誘電率の高いポリマーや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン系樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ化ビニリデンなどの樹脂を用いることができる。また、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール（ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）などの耐熱性高分子又はシロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。また、置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。または、有機基はフルオロ基を含んでいても良い。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、オキサゾール樹脂（ポリベンゾオキサゾール）等の樹脂を有機絶縁材料として用いてもよい。また、オキサゾール樹脂を用いることもでき、例えば光硬化型ポリベンゾオキサゾール樹脂などを用いることができる。これらの樹脂に、チタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウムなどの高誘電率の微粒子を適度に混合して誘電率を調整することもできる。
【００５６】
バインダに含まれる無機絶縁材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸素及び窒素を含む珪素、窒化アルミニウム、酸素及び窒素を含むアルミニウムまたは酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸鉛、酸化タンタル、タンタル酸バリウム、タンタル酸リチウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、硫化亜鉛、その他の無機絶縁材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。なお、有機絶縁材料に、誘電率の高い無機絶縁材料を含ませる（添加等によって）ことによって、発光材料及びバインダよりなる電界発光層の誘電率をより制御することができ、より誘電率を大きくすることができる。
【００５７】
本実施の形態の分散型発光素子の作製工程において、発光材料はバインダを含む溶液中に分散される。本実施の形態に用いることのできるバインダを含む溶液の溶媒としては、バインダ材料が溶解し、電界発光層を形成する方法（各種ウエットプロセス）及び所望の膜厚に適した粘度の溶液を作製できるような溶媒を適宜選択すればよい。例えば、バインダとしてシロキサン樹脂を用いる場合は、溶媒として、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡともいう）、３−メトシキ−３−メチル−１−ブタノール（ＭＭＢともいう）等の有機溶媒を用いることができる。
【００５８】
図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示す発光素子は、図２（Ａ）の発光素子において、電極と発光層間に誘電体層を設ける構造である。図２（Ｂ）に示す発光素子は、第１の電極６０と発光層６２との間に誘電体層６４を有し、図２（Ｃ）に示す発光素子は、第１の電極６０と発光層６２との間に誘電体層６４ａ、第２の電極６３と発光層６２との間に誘電体層６４ｂとを有している。このように誘電体層は発光層を挟持する一対の電極のうち一方の間にのみ設けてもよいし、両方の間に設けてもよい。また誘電体層は単層でもよいし複数層からなる積層でもよい。
【００５９】
また、図２（Ｂ）では第１の電極６０に接するように誘電体層６４が設けられているが、誘電体層と発光層の順番を逆にして、第２の電極６３に接するように誘電体層６４を設けてもよい。
【００６０】
図２における誘電体層は、特に限定されることはないが、絶縁耐圧が高く、緻密な膜質であることが好ましく、さらには、誘電率が高いことが好ましい。例えば、酸化シリコン、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、窒化シリコン、酸化ジルコニウム等やこれらの混合膜又は２種以上の積層膜を誘電体層として用いることができる。これらを用いた誘電体層は、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等により成膜することができる。また、誘電体層はこれら絶縁材料の粒子をバインダ中に分散して成膜してもよい。バインダ材料は、発光層に含まれるバインダと同様な材料、方法を用いて形成すればよい。また、誘電体層の膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは１０〜１０００ｎｍの範囲である。
【００６１】
本実施の形態で示す発光素子は、電界発光層を挟持する一対の電極間に電圧を印加することで発光が得られるが、直流駆動又は交流駆動のいずれにおいても動作することができる。
【００６２】
本発明の発光素子は、発光層に、母体材料と、発光中心となる元素と、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料を用いるため、輝度の高い発光素子とすることができる。また、本発明の発光素子は、低駆動電圧で動作可能な発光素子とすることができるため、消費電力を低減することができる。
【００６３】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する発光装置について図３を用いて説明する。
【００６４】
本実施の形態で示す発光装置は、トランジスタ等の駆動用の素子を発光素子と同一基板上に設けずに、発光素子を駆動させるパッシブマトリクス型の発光装置である。図３には本発明を適用して作製したパッシブマトリクス型の発光装置の斜視図を示す。
【００６５】
図３において、基板９５１上には、電極９５２と電極９５６が設けられており、電極９５２と電極９５６との間には発光層９５５が設けられている。なお、発光層９５５は実施の形態１で示した発光材料を用いて作製されている。
【００６６】
電極９５２の側端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。隔壁層９５４の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層９５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。また、パッシブマトリクス型の発光装置においても、低駆動電圧で動作する本発明の発光素子を含むことによって、低消費電力で駆動させることができる。
【００６７】
また、本発明の発光装置は、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。また、発光装置の軽量化、駆動回路部分の小型化が可能である。
【００６８】
また、本実施の形態では、発光層に、母体材料と、発光中心となる元素と、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料を用いるため、輝度の高い発光装置を得ることができる。
【００６９】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する発光装置について説明する。
【００７０】
本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置について説明する。本実施の形態では、画素部に本発明の発光素子を有する発光装置について図４を用いて説明する。なお、図４（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）をＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’で切断した断面図である。図４において点線で示された６０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、６０２は画素部、６０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、６０４は封止基板、６０５はシール材であり、シール材６０５で囲まれた内側は、空間６０７になっている。
【００７１】
なお、図４（Ｂ）の引き回し配線６０８はソース側駆動回路６０１及びゲート側駆動回路６０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
【００７２】
次に、断面構造について図４（Ｂ）を用いて説明する。素子基板６１０上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路６０１と、画素部６０２中の一つの画素が示されている。
【００７３】
なお、ソース側駆動回路６０１はｎチャネル型ＴＦＴ６２３とｐチャネル型ＴＦＴ６２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公知のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。
【００７４】
また、画素部６０２はスイッチング用ＴＦＴ６１１と、電流制御用ＴＦＴ６１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極６１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極６１３の端部を覆って絶縁膜６１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより絶縁膜６１４を形成する。
【００７５】
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁膜６１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁膜６１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁膜６１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁膜６１４として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
【００７６】
第１の電極６１３上には、実施の形態１に示す発光材料を用いた発光素子を含む層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されている。第１の電極６１３および第２の電極６１７の少なくとも一方は透光性を有しており、発光素子を含む層６１６からの発光を外部へ取り出すことが可能である。
【００７７】
なお、第１の電極６１３、発光素子を含む層６１６、第２の電極６１７の形成方法としては、種々の方法を用いることができる。具体的には、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）法等の真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、インクジェット法、スピンコート法等を用いることができる。また、各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
【００７８】
さらにシール材６０５で封止基板６０４を素子基板６１０と貼り合わせることにより、素子基板６１０、封止基板６０４、およびシール材６０５で囲まれた空間６０７に発光素子６１８が備えられた構造になっている。なお、空間６０７には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材６０５で充填される場合もある。
【００７９】
なお、シール材６０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、シール材及び充填材はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板６０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステルフィルム、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【００８０】
以上のようにして、本発明の発光素子を有する発光装置を得ることができる。
【００８１】
本発明の発光装置は、実施の形態１で示したような母体材料と、発光中心となる元素と、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料を用いた発光素子を有するため、低駆動電圧で動作が可能である。また、高い発光効率を実現することができる。よって、消費電力を低減された輝度の高い発光装置を得ることができる。
【００８２】
また、本発明の発光装置は、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。また、発光装置の軽量化、駆動回路部分の小型化が可能である。
【００８３】
（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態４または５に示す発光装置をその一部に含む本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、実施の形態１で示した発光材料を用いた発光素子を有する。よって、駆動電圧が低減され、輝度の高い発光素子を有するため、消費電極の低減された輝度の高い電子機器を提供することが可能である。
【００８４】
本発明の発光装置を用いて作製された電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図５に示す。
【００８５】
図５（Ａ）は本発明に係るテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、実施の形態１で示した発光材料を用いた発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、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。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体９１０１や支持台９１０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るテレビ装置は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、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。
【００８６】
図５（Ｂ）は本発明に係るコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングデバイス９２０６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部９２０３は、実施の形態１で示した発光材料を用いた発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、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。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９２０３も同様の特徴を有するため、このコンピュータは画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、コンピュータにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９２０１や筐体９２０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るコンピュータは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。また、持ち運ぶことも可能となり、持ち運ぶときの外部からの衝撃にも強い表示部を有しているコンピュータを提供することができる。
【００８７】
図５（Ｃ）は本発明に係る携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９４０３、音声入力部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート９４０７、アンテナ９４０８等を含む。この携帯電話において、表示部９４０３は、実施の形態１で示した発光材料を用いた発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、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。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９４０３も同様の特徴を有するため、この携帯電話は画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、携帯電話において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９４０１や筐体９４０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係る携帯電話は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯したときの衝撃にも強い表示部を有している製品を提供することができる。
【００８８】
図５（Ｄ）は本発明の係るカメラであり、本体９５０１、表示部９５０２、筐体９５０３、外部接続ポート９５０４、リモコン受信部９５０５、受像部９５０６、バッテリー９５０７、音声入力部９５０８、操作キー９５０９、接眼部９５１０等を含む。このカメラにおいて、表示部９５０２は、実施の形態１で示した発光材料を用いた発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低く、外部からの衝撃等による短絡を防止することができるという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９５０２も同様の特徴を有するため、このカメラは画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、カメラにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９５０１の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るカメラは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯したときの衝撃にも強い表示部を有している製品を提供することができる。
【００８９】
以上の様に、本発明の発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明の発光装置を用いることにより、低消費電力で輝度が高く、信頼性の高い表示部を有する電子機器を提供することが可能となる。
【００９０】
また、本発明の発光装置は、発光効率の高い発光素子を有しており、照明装置として用いることもできる。本発明の発光素子を照明装置として用いる一態様を、図６を用いて説明する。
【００９１】
図６は、本発明の発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図６に示した液晶表示装置は、筐体５０１、液晶層５０２、バックライト５０３、筐体５０４を有し、液晶層５０２は、ドライバＩＣ５０５と接続されている。また、バックライト５０３は、本発明の発光装置が用いられおり、端子５０６により、電流が供給されている。
【００９２】
本発明の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、消費電力の低減された輝度の高いバックライトが得られる。また、本発明の発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、発光装置は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。
【実施例１】
【００９３】
本実施例では、本発明の発光材料の作製方法の一例及び発光材料を用いた発光素子について説明する。
【００９４】
まず、本発明の発光材料を作製するための第１の焼成として、リン化ガリウム（ＧａＰ）と、マンガン（Ｍｎ）単体の粉末とを、Ｍｎ：ＧａＰ＝１：０．３（モル比）で混合して、アルミナ坩堝を用いて、１２５０℃で４時間焼成し、第１の焼成物を作製する。ＧａＰは、粉砕したものを用いるのが好ましい。本実施例では、ボールミルを用いて、回転速度３００ｒｐｍで２０分間粉砕したＧａＰを使用する。焼成後、放冷して取り出し、ＧａとＭｎとを少なくとも含む化合物（本実施例においてはＭｎＧａ又はＭｎＧａＰ）を有する焼成物を得ることができる。
【００９５】
次いで、発光材料の母体材料である１ｍｏｌのＺｎＳにフラックス（例えば０．１ｍｏｌのＭｇＣｌ及び０．０１ｍｏｌのＮａＣｌ）を添加し、アルミナ坩堝を用いて７５０℃で４時間焼成してＺｎＳ：Ｃｌを作製する。なお、フラックスは、母体材料の結晶性を良くするため、もしくは単結晶を生成するために利用する。また、母体材料ＺｎＳにフラックスとしてＣｌを含む化合物を添加することで発光材料の伝導性を向上させることができる。なお、母体材料の結晶性によってはこの工程を省略しても構わない。
【００９６】
焼成したＺｎＳ：Ｃｌを、５０℃の１０％濃度氷酢酸にて１時間つけ置きし、純水で洗い流す。洗浄後、１５０℃で２時間乾燥させる。次いで、発光中心となるＣｕを含む化合物であるＣｕＣｌを添加し、グラファイト坩堝を用いて１２５０℃で４時間焼成する。本実施例において、ＺｎＳ：ＣｌとＣｕＣｌとの混合比は、（ＺｎＳ：Ｃｌ）：ＣｕＣｌ＝１：０．００１５（モル比）とする。封管焼成後、純水で洗浄し、１８０℃で２時間乾燥させ、第２の焼成物であるＺｎＳ：ＣｕＣｌを作製する。
【００９７】
次いで、作製したＺｎＳ：ＣｕＣｌを１．５ｇ秤量し、第１の焼成で作製した焼成物を、０．００５ｇ添加してアルミナ坩堝を用いて、６５０℃で４時間焼成する。焼成後、放冷して取り出し、本発明の発光材料を得ることができる。
【００９８】
本発明の発光材料を用いて分散型ＥＬ素子を作製する。本実施例では、第１の電極、誘電体層、発光層、第２の電極の積層構造を有する分散型ＥＬ素子とする。第１の電極は銀を材料としておよそ２０μｍの膜厚で形成されており、第２の電極は酸化珪素とインジウム錫酸化物の化合物を材料として１１０ｎｍの膜厚で形成されている。また、誘電体層はチタン酸バリウムを材料としておよそ１０〜２０μｍの膜厚で形成されている。発光層は、本発明の発光材料がおよそ７６ｗｔ％の割合で含まれ、バインダとしてはシアノレジンを用いた。また、発光層の膜厚は、およそ３０〜５０μｍで形成されている。
【００９９】
作製した素子の１ｋＨｚにおける電圧−輝度特性を図７に示す。図７において、実線のグラフは、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す。また、比較例として、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを発光材料として用いた分散型のＥＬ素子を作製し、その電圧―輝度特性を図７における点線のグラフで示す。なお、図７において、縦軸は発光輝度（ｃｄ／ｍ２）を、横軸は電圧（Ｖ）を示す。
【０１００】
図７より、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物を有することで、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを発光材料として用いた分散型ＥＬ素子よりも、低電圧で駆動し、さらに、高輝度の発光を示すことがわかる。発光効率を比較したところ、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを発光材料として用いた分散型ＥＬ素子は、発光開始電圧が８０Ｖであった。一方、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、発光開始電圧が６０Ｖであった。なお、発光開始電圧とは、１ｃｄ／ｍ２以上の発光が確認された電圧とする。また、発光色に関しては、どちらの分散型ＥＬ素子においても、同等な色特性を示した。
【０１０１】
また、作製された分散型ＥＬ素子の周波数−輝度特性を図８に示す。なお、測定条件としては、４００（Ｖ）の交流電圧を分散型ＥＬ素子に印加し、周波数を０（Ｈｚ）〜５００００（Ｈｚ）の範囲で変化させた時の分散型ＥＬ素子の発光輝度を測定した。また、図８において、縦軸は発光輝度（ｃｄ／ｍ２）を示し、横軸は周波数（Ｈｚ）を示す。図８において、実線のグラフは、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子の周波数−輝度特性を示す。また、点線のグラフは、比較例として、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを発光材料に用いた分散型のＥＬ素子の周波数―輝度特性を示す。
【０１０２】
図８より、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、ガリウム及びマンガンを少なくとも含む化合物を有することで、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを発光材料として用いた分散型ＥＬ素子よりも、高輝度の発光を示すことがわかる。比較例の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、周波数が５００００（Ｈｚ）のときに、最高輝度が６３５．３ｃｄ／ｍ２であったのに対して、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、周波数が５００００（Ｈｚ）のときに、最高輝度が１０７０ｃｄ／ｍ２であった。
【０１０３】
以上の結果から、本発明の発光材料を用いることで、低駆動電圧、高発光輝度の発光素子を作製できることが示された。
【実施例２】
【０１０４】
本実施例では、本発明の発光材料の作製方法の一例及び発光材料を用いた発光素子について説明する。
【０１０５】
まず、本発明の発光材料を作製するための第１の焼成として、リン化ガリウム（ＧａＰ）と、マンガン（Ｍｎ）単体の粉末とを、Ｍｎ：ＧａＰ＝１：０．３（モル比）で混合して、アルミナ坩堝を用いて４時間焼成する。ＧａＰは、粉砕したものを用いるのが好ましい。本実施例では、ボールミルを用いて、回転速度３００ｒｐｍで２０分間粉砕したＧａＰを使用する。また、本実施例において、混合したＧａＰとＭｎは、６５０℃、１２５０℃及び１４００℃、の３種類の温度にてそれぞれ焼成する。
【０１０６】
図９乃至図１１に、それぞれの温度で焼成した混合物をＸ線回折法（ＸＲＤ）で測定した結果を示す。図９は、６５０℃で焼成した場合の測定結果を、図１０は、１２５０℃で焼成した場合の測定結果を、図１１は、１４００℃で焼成した場合の測定結果をそれぞれ示す。なお、図９乃至図１１において、縦軸は回折強度（任意単位）、横軸はＸ線の回折角度（２θ）を示す。
【０１０７】
図９に示した測定結果において、回折強度のピーク位置はＧａＰ、ＭｎＰ、ＭｎＯとそれぞれ一致しており、６５０℃で焼成した場合は、焼成物中にこれらの３種類の化合物が含まれていることがわかる。すなわち、焼成温度が６５０℃の場合においては、ＧａＭｎ、又はＭｎＧａＰ等の、ＧａとＭｎとを少なくとも含む化合物を得ることはできない。また、ピーク強度の大きさから、それぞれの化合物の濃度分布は概略、ＧａＰ＞＞ＭｎＰ≒ＭｎＯ、であることが測定された。
【０１０８】
同様に、図１０に示した測定結果において、回折強度のピーク位置は、ＧａＰ、ＭｎＰ、ＭｎＯ、ＧａＭｎとそれぞれ一致しており、１２５０℃で焼成した場合は、焼成物中にこれら４種類の化合物が含まれていることがわかる。すなわち、焼成温度が１２５０℃の場合においては、ＧａとＭｎとを含む化合物であるＧａＭｎを得ることができる。また、ピーク強度の大きさから、それぞれの化合物の濃度分布は概略、ＭｎＰ＞ＭｎＯ＞ＧａＰ≒ＧａＭｎ、であることが測定された。
【０１０９】
図１１に示した測定結果において、回折強度のピーク位置は、ＭｎＰ、ＭｎＯ、ＧａＭｎ、ＧａＰとそれぞれ一致しており、１４００℃で焼成した場合は、焼成物中にこれら４種類の化合物が含まれていることが測定された。また、ピーク強度の大きさから、それぞれの化合物の濃度分布は概略、ＭｎＯ＞ＭｎＰ≒ＧａＭｎ＞ＧａＰ、であることが測定された。
【０１１０】
これらに示したＸＲＤの測定結果より、焼成温度が高くなるにつれて、ＧａＰの濃度が低下し、ＭｎＰ及びＧａＭｎ（ＭｎＧａと記載しても良い）の濃度が増加していることがわかる。以下、本明細書において、ＧａＰとＭｎの混合物をＸ℃で焼成した焼成物を、便宜的にＭｎ−ＧａＰ焼成物（Ｘ℃）と記載する。例えば、ＧａＰとＭｎの混合物を６５０℃で焼成した焼成物は、Ｍｎ−ＧａＰ焼成物（６５０℃）と表記する。
【０１１１】
次いで、発光材料の母体材料である１ｍｏｌのＺｎＳにフラックス（例えば０．１ｍｏｌのＭｇＣｌ及び０．０１ｍｏｌのＮａＣｌ）を添加し、アルミナ坩堝を用いて７５０℃で４時間焼成してＺｎＳ：Ｃｌを作製する。なお、フラックスは、母体材料の結晶性を良くするため、もしくは単結晶を生成するために利用する。母体材料の結晶性によってはこの工程を省略しても構わない。
【０１１２】
焼成したＺｎＳ：Ｃｌを、５０℃の１０％濃度氷酢酸にて１時間つけ置きし、純水で洗い流す。洗浄後、１８０℃で２時間乾燥させる。次いで、発光中心となるＣｕを含む化合物であるＣｕＣｌを０．００３ｍｏｌ添加し、グラファイト坩堝を用いて１２５０℃で４時間焼成する。封管焼成後、純水で洗浄し、１８０℃で２時間乾燥させ、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを作製する。
【０１１３】
次いで、作製したＺｎＳ：ＣｕＣｌを１．５ｇ秤量し、Ｍｎ−ＧａＰ焼成物（１２５０℃）を、０．００５ｇ添加してアルミナ坩堝を用いて、６５０℃で４時間焼成する。焼成後、放冷して取り出し、本発明の発光材料を得ることができる。
【０１１４】
また、比較例として、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを１．５ｇ秤量し、ＧａＭｎを含まないＭｎ−ＧａＰ焼成物（６５０℃）を０．００５ｇ添加して、アルミナ坩堝を用いて、６５０℃で４時間焼成した材料（以下、比較材料と表記する）を作製する。
【０１１５】
本発明の発光材料及び比較材料を用いて分散型ＥＬ素子を作製する。本実施例では、第１の電極、誘電体層、発光層、第２の電極の積層構造を有する分散型ＥＬ素子とする。第１の電極は銀を材料としておよそ２０μｍの膜厚で形成されており、第２の電極は酸化珪素とインジウム錫酸化物の化合物を材料として１１０ｎｍの膜厚で形成されている。また、誘電体層はチタン酸バリウムを材料としておよそ１０〜２０μｍの膜厚で形成されている。発光層は、本発明の発光材料が７６ｗｔ％の割合で含まれ、バインダとしてはシアノレジンを用いる。また、発光層の膜厚は、およそ３０〜５０μｍで形成されている。
【０１１６】
本発明の発光材料及び比較材料を用いて作製した分散型ＥＬ素子の発光効率を比較したところ、比較材料を用いた分散型ＥＬ素子は、発光開始電圧が８０Ｖであり、５００００ｋＨｚ、４００Ｖのときに、最高輝度が１００３ｃｄ／ｍ２であった。一方、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、発光開始電圧が６０Ｖであり、５００００ｋＨｚ、４００Ｖのときに、最高輝度が１０７０ｃｄ／ｍ２であった。以上の結果から、本発明の発光材料においては、ＧａとＭｎとを少なくとも含む化合物（本実施例においてはＧａＭｎ）を有することで、低駆動電圧、高発光輝度の発光材料とすることができると言える。
【実施例３】
【０１１７】
本実施例では、本発明の発光材料の作製方法の一例及び発光材料を用いた発光素子について説明する。なお、上記実施例２と重複する作製工程は、一部省略して説明する。
【０１１８】
はじめに、上記実施例２と同様の材料及び作製工程にしたがって、Ｍｎ−ＧａＰ焼成物（１２５０℃）及びＺｎＳ：ＣｕＣｌを作製する。
【０１１９】
次いで、ＧａＰ、ＭｎＰ、ＭｎＯ、ＧａＭｎの４種類の化合物が混合しているＭｎ−ＧａＰ焼成物（１２５０℃）から、低電圧化及び輝度向上に寄与しているＧａＭｎを選別して分離して、ＧａＭｎの純度を向上させる。４種類の化合物中で、ＧａＭｎ及びＭｎＰは、室温で磁性を有する合金である。したがって、Ｍｎ−ＧａＰ焼成物（１２５０℃）を室温で磁石によって分離することで、ＧａＭｎ及びＭｎＰを選別することができ、未反応物であるＧａＰと、副生成物であるＭｎＯを除去することができるため、混合物中でのＧａＭｎの純度を向上させることができる。
【０１２０】
次いで、母体材料であるＺｎＳ：ＣｕＣｌを１．５ｇ秤量し、Ｍｎ−ＧａＰ焼成物（１２５０℃）のうち室温で磁性を有する化合物（すなわちＧａＭｎ、ＭｎＰ）を、０．００５ｇ添加してアルミナ坩堝を用いて、６５０℃で４時間焼成する。焼成後、放冷して取り出し、本発明の発光材料を得ることができる。
【０１２１】
本発明の発光材料を用いて分散型ＥＬ素子を作製する。本実施例では、第１の電極、誘電体層、発光層、第２の電極の積層構造を有する分散型ＥＬ素子とする。第１の電極は銀を材料としておよそ２０μｍの膜厚で形成されており、第２の電極は酸化珪素とインジウム錫酸化物の化合物を材料として１１０ｎｍの膜厚で形成されている。また、誘電体層はチタン酸バリウムを材料としておよそ１０〜２０μｍの膜厚で形成されている。発光層は、本発明の発光材料が７６ｗｔ％の割合で含まれ、バインダとしてはシアノレジンを用いる。また、発光層の膜厚は、およそ３０〜５０μｍで形成されている。
【０１２２】
作製した素子の１ｋＨｚにおける電圧−輝度特性を図１２に示す。図１２において、実線のグラフは、ＧａＭｎの純度を向上させて添加した本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す。また、図１２に、ＺｎＳ：ＣｕＣｌを１．５ｇ秤量し、Ｍｎ−ＧａＰ焼成物（１２５０℃）を磁石による分離をせずに、０．００５ｇ添加して、アルミナ坩堝を用いて、６５０℃で４時間焼成した材料を用いた分散型のＥＬ素子の電圧―輝度特性を、比較例として黒四角印のグラフに示す。なお、図１２において、縦軸は発光輝度（ｃｄ／ｍ２）を、横軸は電圧（Ｖ）を示す。
【０１２３】
図１２より、ＧａＭｎの純度を向上させて添加した発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、Ｍｎ−ＧａＰ焼成物（１２５０℃）を磁石による分離をせずに作製した材料を用いた分散型ＥＬ素子よりも、低電圧で駆動し、さらに、高輝度の発光を示すことがわかる。
【０１２４】
以上の結果から、本発明の発光材料においては、ＧａとＭｎとを少なくとも含む化合物が、低駆動電圧及び高発光輝度に特に寄与していることが示された。母体材料に添加する際に、この化合物の純度を向上させた発光材料とすることで、より駆動電圧が低下させ、発光輝度が向上した発光素子を得ることができる。
【実施例４】
【０１２５】
本実施例では、本発明の発光材料の作製方法の一例及び発光材料を用いた発光素子について説明する。なお、上記実施例１と重複する作製工程は、一部省略して説明する。
【０１２６】
まず、本発明の発光材料を作製するための第１の焼成として、リン化ガリウム（ＧａＰ）０．５ｍｏｌと、マンガン（Ｍｎ）単体の粉末０．５ｍｏｌとを混合して、アルミナ坩堝を用いて、１２５０℃で３時間窒素雰囲気にて焼成し、第１の焼成物を作製する。ＧａＰは、粉砕したものを用いるのが好ましい。この焼成によって、ＧａとＭｎとを少なくとも含む化合物（本実施例においてはＭｎＧａ又はＭｎＧａＰ）を有する焼成物を得ることができる。
【０１２７】
次いで、発光材料の母体材料である１ｍｏｌのＺｎＳに、発光中心となるＭｎを０．００２５ｍｏｌ添加し、窒素雰囲気にて１０００℃で４時間焼成する。焼成後、純水で洗浄し、第２の焼成物であるＺｎＳ：Ｍｎを作製する。
【０１２８】
次いで、作製したＺｎＳ：Ｍｎを１．５ｇ秤量し、第１の焼成で作製した焼成物を、０．０１ｇ添加して、窒素雰囲気にて６５０℃で４時間焼成する。これによって母体材料と、発光中心材料と、ＧａとＭｎとを少なくとも含む化合物と、を有する本発明の発光材料を得ることができる。
【０１２９】
次いで、本発明の発光材料を用いて分散型ＥＬ素子を作製する。本実施例では、第１の電極、誘電体層、発光層、第２の電極の積層構造を有する分散型ＥＬ素子とする。第１の電極は銀を材料としておよそ２０μｍの膜厚で形成されており、第２の電極は酸化珪素とインジウム錫酸化物の化合物を材料として１１０ｎｍの膜厚で形成されている。また、誘電体層はチタン酸バリウムを材料としておよそ１０〜２０μｍの膜厚で形成されている。発光層は、本発明の発光材料がおよそ７６ｗｔ％の割合で含まれ、バインダとしてはシアノレジンを用いる。また、発光層の膜厚は、およそ３０〜５０μｍで形成されている。なお、本発明の発光材料は、第３の焼成後に５０μｍ以下の粒子に粉砕して、発光層に用いた。
【０１３０】
以上により作製された分散型ＥＬ素子の周波数−輝度特性を図１３に示す。なお、測定条件としては、４００（Ｖ）の交流電圧を分散型ＥＬ素子に印加し、周波数を０（Ｈｚ）〜５００００（Ｈｚ）の範囲で変化させた時の分散型ＥＬ素子の発光輝度を測定した。また、図１３において、縦軸は発光輝度（ｃｄ／ｍ２）を示し、横軸は周波数（Ｈｚ）を示す。図１３において、実線のグラフは、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子の周波数−輝度特性を示す。また、比較例として、ＺｎＳ：Ｍｎを発光材料として用いた分散型のＥＬ素子を作製し、その周波数―輝度特性を図１３における点線のグラフで示す。
【０１３１】
本実施例において発光材料に用いたＺｎＳ：Ｍｎは、内殻遷移発光を示すため、図１３に示すように、ホットエレクトロンを放出する発光励起材料を含まない比較例においては、ＥＬ発光が見られなかった。一方、本発明の発光材料を用いた分散型ＥＬ素子は、周波数が５００００（Ｈｚ）のときに、６．７ｃｄ／ｍ２のＥＬ発光が見られた。従って、本発明の発光材料において、マンガン及びガリウムを少なくとも含む化合物が、ホットエレクトロンを放出し、局所的に電界を高める電極として機能していることが示された。発光材料中に電極として機能する化合物を含むことで、発光層において電流が流れやすくなるため、本発明の発光材料を用いることで発光素子を低電圧で駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の発光素子を説明する図。
【図２】本発明の発光素子を説明する図。
【図３】本発明の発光装置を説明する図。
【図４】本発明の発光装置を説明する図。
【図５】本発明の電子機器を説明する図。
【図６】本発明の電子機器を説明する図。
【図７】分散型ＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図８】分散型ＥＬ素子の周波数−輝度特性を示す図。
【図９】Ｍｎ−ＧａＰ化合物（６５０℃）のＸＲＤ測定結果を示す図。
【図１０】Ｍｎ−ＧａＰ化合物（１２５０℃）のＸＲＤ測定結果を示す図。
【図１１】Ｍｎ−ＧａＰ化合物（１４００℃）のＸＲＤ測定結果を示す図。
【図１２】分散型ＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図１３】分散型ＥＬ素子の周波数−輝度特性を示す図。
【符号の説明】
【０１３３】
６０ 第１の電極
６１ 発光材料
６２ 発光層
６３ 第２の電極
６４ 誘電体層
６４ａ 誘電体層
６４ｂ 誘電体層
１００ 基板
１０１ 第１の電極
１０２ 第１の誘電体層
１０３ 発光層
１０４ 第２の誘電体層
１０５ 第２の電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母体材料と、
発光中心となる元素と、
ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンと、を混合して焼成した、マンガン及びガリウムを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料。
【請求項２】
ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンと、を混合して焼成した第１の焼成物と、
母体材料と、発光中心材料を構成する元素又はその元素を含む化合物と、を混合して焼成した第２の焼成物と、を混合して焼成することにより作製された発光材料。
【請求項３】
母体材料と、
発光中心となる元素と、
マンガンガリウム又はマンガンガリウムリンの少なくとも一方と、を有する発光材料。
【請求項４】
請求項１乃至３において、
前記母体材料として、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、または、硫化バリウム−ガリウム、のうちいずれか１種を含む発光材料。
【請求項５】
請求項１乃至４において、
前記発光中心となる元素として、マンガン、銅、サマリウム、テルビウム、エルビウム、ツリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジウム、のいずれか１種又は２種以上の元素を含む発光材料。
【請求項６】
請求項５において、
前記発光中心となる元素としてさらに、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、銀のいずれか１種又は２種以上の元素を含む発光材料。
【請求項７】
請求項１乃至６において、
前記発光中心となる元素として、ドナー準位を形成する第１の不純物元素及びアクセプター準位を形成する第２の不純物元素を含む発光材料。
【請求項８】
一対の電極間に発光層を有し、
前記発光層は、
母体材料と、
発光中心となる元素と、
ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンと、を混合して焼成した、マンガン及びガリウムを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料を用いてなる発光素子。
【請求項９】
請求項８において、
前記母体材料として、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、のうちいずれか１種を含む発光素子。
【請求項１０】
請求項８又は９において、
前記発光中心となる元素として、マンガン、銅、サマリウム、テルビウム、エルビウム、ツリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジウムのいずれか１種又は２種以上の元素を含む発光素子。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記発光中心となる元素としてさらに、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、銀のいずれか１種又は２種以上の元素を含む発光素子。
【請求項１２】
請求項８又は９において、
前記発光中心となる元素として、ドナー準位を形成する第１の不純物元素及びアクセプター準位を形成する第２の不純物元素を含む発光素子。
【請求項１３】
請求項８乃至１２のいずれか一に記載の前記発光素子を有する発光装置。
【請求項１４】
請求項８乃至１３のいずれか一に記載の前記発光素子を有する電子機器。
【請求項１５】
ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンとを混合して第１の焼成を行い、第１の焼成物を作製し、
母体材料と、発光中心材料を構成する元素又はその元素を含む化合物とを混合して第２の焼成を行い、第２の焼成物を作製し、
前記第２の焼成物に、前記第１の焼成物を混合した後、第３の焼成を行う発光材料の作製方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記第１の焼成は、７００℃乃至１５００℃で行う発光材料の作製方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６において、
前記第２の焼成は、７００℃乃至１５００℃で行う発光材料の作製方法。
【請求項１８】
請求項１５乃至１７のいずれか一において、
前記第３の焼成は、第１の焼成及び第２の焼成よりも低い温度で行う発光材料の作製方法。
【請求項１】
母体材料と、
発光中心となる元素と、
ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンと、を混合して焼成した、マンガン及びガリウムを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料。
【請求項２】
ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンと、を混合して焼成した第１の焼成物と、
母体材料と、発光中心材料を構成する元素又はその元素を含む化合物と、を混合して焼成した第２の焼成物と、を混合して焼成することにより作製された発光材料。
【請求項３】
母体材料と、
発光中心となる元素と、
マンガンガリウム又はマンガンガリウムリンの少なくとも一方と、を有する発光材料。
【請求項４】
請求項１乃至３において、
前記母体材料として、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、または、硫化バリウム−ガリウム、のうちいずれか１種を含む発光材料。
【請求項５】
請求項１乃至４において、
前記発光中心となる元素として、マンガン、銅、サマリウム、テルビウム、エルビウム、ツリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジウム、のいずれか１種又は２種以上の元素を含む発光材料。
【請求項６】
請求項５において、
前記発光中心となる元素としてさらに、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、銀のいずれか１種又は２種以上の元素を含む発光材料。
【請求項７】
請求項１乃至６において、
前記発光中心となる元素として、ドナー準位を形成する第１の不純物元素及びアクセプター準位を形成する第２の不純物元素を含む発光材料。
【請求項８】
一対の電極間に発光層を有し、
前記発光層は、
母体材料と、
発光中心となる元素と、
ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンと、を混合して焼成した、マンガン及びガリウムを少なくとも含む化合物と、を有する発光材料を用いてなる発光素子。
【請求項９】
請求項８において、
前記母体材料として、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、のうちいずれか１種を含む発光素子。
【請求項１０】
請求項８又は９において、
前記発光中心となる元素として、マンガン、銅、サマリウム、テルビウム、エルビウム、ツリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジウムのいずれか１種又は２種以上の元素を含む発光素子。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記発光中心となる元素としてさらに、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、銀のいずれか１種又は２種以上の元素を含む発光素子。
【請求項１２】
請求項８又は９において、
前記発光中心となる元素として、ドナー準位を形成する第１の不純物元素及びアクセプター準位を形成する第２の不純物元素を含む発光素子。
【請求項１３】
請求項８乃至１２のいずれか一に記載の前記発光素子を有する発光装置。
【請求項１４】
請求項８乃至１３のいずれか一に記載の前記発光素子を有する電子機器。
【請求項１５】
ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、又はアンチモン化ガリウムと、マンガンとを混合して第１の焼成を行い、第１の焼成物を作製し、
母体材料と、発光中心材料を構成する元素又はその元素を含む化合物とを混合して第２の焼成を行い、第２の焼成物を作製し、
前記第２の焼成物に、前記第１の焼成物を混合した後、第３の焼成を行う発光材料の作製方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記第１の焼成は、７００℃乃至１５００℃で行う発光材料の作製方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６において、
前記第２の焼成は、７００℃乃至１５００℃で行う発光材料の作製方法。
【請求項１８】
請求項１５乃至１７のいずれか一において、
前記第３の焼成は、第１の焼成及び第２の焼成よりも低い温度で行う発光材料の作製方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−３５７２７（Ｐ２００９−３５７２７Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７４５１２（Ｐ２００８−１７４５１２）
【出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【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２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【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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