発光材料、発光素子及び発光装置
【課題】発光材料に無機化合物を用いた電荷注入型の発光素子において、発光材料の電気伝導度を向上させて、直流電圧で駆動させる。
【解決手段】母材として硫化物が用いられる。発光材料の電気伝導度を高めるため、ドナー元素が添加される。ドナー元素は、当該ドナー元素がつくるドナー準位と伝導帯下端とのエネルギーギャップが０．３ｅＶ以内である元素が選択される。母材が硫化亜鉛（ＺｎＳ）であれば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ボロン（Ｂ）が選択される。
【解決手段】母材として硫化物が用いられる。発光材料の電気伝導度を高めるため、ドナー元素が添加される。ドナー元素は、当該ドナー元素がつくるドナー準位と伝導帯下端とのエネルギーギャップが０．３ｅＶ以内である元素が選択される。母材が硫化亜鉛（ＺｎＳ）であれば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ボロン（Ｂ）が選択される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光材料に関する。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、応答速度が非常に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、前者は有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「ＥＬ素子」という。）、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０００６】
無機ＥＬ素子は、その発光層の構造により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。前者の発光層は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた構造であり、後者の発光層は、発光材料の薄膜構造である点に違いがある。なお、発光のメカニズムとしては、ドナー準位とアクセプタ準位を利用するドナー−アクセプタ再結合型発光と、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。一般的に、分散型無機ＥＬ素子ではドナー−アクセプタ再結合型発光、薄膜型無機ＥＬ素子では局在型発光である場合が多い。
【０００７】
また、無機ＥＬ素子は駆動方法の違いにより分類される。１つは、交流の電圧を印加して発光させる交流駆動型であり、他の１つは直流の電圧を印加して発光させる直流駆動型である。交流駆動型の無機ＥＬ素子は既に、面発光光源やセグメント方式のディスプレイとして実用化されている。また、非特許文献１のように、近年フルカラーディスプレイに必要とされる高輝度の青色発光の無機ＥＬ素子が開発されている。
【０００８】
交流駆動型の無機ＥＬ素子では、発光層内で高電界を発生させて、電子（具体的には、ホットエレクトロン）を加速し、加速した電子によって母体材料または発光中心を衝突励起させることにより発光を得ている。つまり、交流駆動型の無機ＥＬ素子では電界励起型の発光が生じており、発光には発光層に１ＭＶ／ｃｍ以上の高電界をつくるため、駆動電圧が１００Ｖ〜２００Ｖと高いという問題がある（非特許文献１参照）。また、交流駆動型の無機ＥＬ素子を発光させるためには、交流電圧を発生させるためのインバータが必要となり、電源が複雑化するという問題もある。
【０００９】
そのため、交流駆動型の無機ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子と比較して長寿命であるという長所があるものの、消費電力が大きい点が商品化される製品の種類を制限している。無機ＥＬ素子は自発光であるというメリットを生かして、携帯電話などの携帯型電子機器のディスプレイに好適であるとの認識があるが、電子機器の電源がバッテリーであることから、１００Ｖの交流電源を必要とする無機ＥＬ素子を採用することは現実的ではない。
【非特許文献１】ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）、１９９９年、Ｖｏｌ．３８、Ｌ１２９１〜Ｌ１２９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記問題点を鑑み、本発明は、発光素子の低消費電力化を実現するための、無機の発光材料を提供することを課題とする。より具体的には、電荷注入型の発光素子を実現するための無機化合物を母材とする発光材料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】
本発明らは、無機化合物でなる発光材料を用いて、低電圧で発光する発光素子を実現すべく、発光素子の発光機構を電界励起型でなく、電極からキャリアを発光層に注入して発光させる電荷注入型とすることに着目した。電荷注入型とすることで、ホットエレクトロンを用いずに発光させることができるため、発光層に高電界発生させる必要がない。そのため、直流電圧で、かつ数十〜十数ボルト程度の低電圧で発光素子を発光させることができる。
【００１２】
本発明に係る発光材料は、母材として硫化物でなる無機化合物と、ドナー元素を少なくとも含む発光材料であって、無機化合物よりも１００倍以上高い電気伝導度を示すことを特徴とする。母材の電気伝導度を高めるため、当該ドナー元素がつくるドナー準位と伝導帯下端とのエネルギーギャップが０．３ｅＶ以内である元素がドナー元素として選択される。本発明において、硫化物でなる無機化合物が硫化亜鉛（ＺｎＳ）であるとき、ドナー元素は、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ボロン（Ｂ）が選択できる。
【００１３】
上記のエネルギーギャップは、密度汎関数理論のバンド計算から算出することができる。例えば、硫化物でなる無機化合物がＺｎＳ、ドーパント元素がＡｌの場合、Ａｌを含むＺｎＳのエネルギーギャップと、ＺｎＳ単体のエネルギーギャップの差として求めることができる。
【００１４】
本発明の発光材料の構成は、より具体的には、母材が硫化亜鉛（ＺｎＳ）であり、少なくともアルミニウム（Ａｌ）を含み、アルミニウムの濃度は硫化亜鉛に対して３ｍｏｌ％以上である発光材料である。また、母材が硫化亜鉛であり、少なくともガリウム（Ｇａ）を含み、ガリウムの濃度は硫化亜鉛に対して９ｍｏｌ％以上である発光材料である。また、母材が硫化亜鉛であり、少なくともインジウム（Ｉｎ）を含み、インジウムの濃度は硫化亜鉛に対して８ｍｏｌ％以上である発光材料である。
【００１５】
本発明の発光材料は、一対の電極間に発光層を挟んだ発光素子に適用できる。本発明に係る発光材料に発光層を含ませることにより、直流駆動型の発光素子を形成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る発光材料を発光層に用いることで、電荷注入型の発光素子を作製することができる。その結果として、数十〜十数ボルト程度の低電圧でかつ直流電圧で発光素子を発光させることができるようになり、低消費電力化が実現できる。よって、従来、適用が困難であったバッテリー駆動の電子機器の表示部に無機化合物を用いた発光素子を適用することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態１）
発明者らは電荷注入型の発光素子に適した発光材料の研究を鋭意行い、本発明はその結果得られたものである。本発明者らは、低電圧で発光が生じるようにするため、発光層のキャリア密度を高くすることに着目した。
【００１８】
本実施形態では、種々のドーパント元素を添加した無機化合物でなる発光材料（半導体）のコンダクタンスの理論計算を行い、ドープする元素の種類とその濃度とコンダクタンスの関係を考察する。本実施の形態では、母材を硫化亜鉛（ＺｎＳ）とし、ドーパント元素として、ドナー元素となるガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、およびボロン（Ｂ）、ならびにアクセプタ元素となるヒ素（Ａｓ）、およびマンガン（Ｍｎ）を想定した。ドーパント元素のドープ濃度を変化させて、発光材料（半導体）のコンダクタンスの理論計算を行った。
【００１９】
＜発光素子の構造＞
まず、図１、図２を用いて、計算に用いた発光素子の構造を説明する。図１に示すように、発光素子は、第１の電極（Ｆ１）と第２の電極（Ｆ２）の間に発光層（Ｆ３）を挟んだ構造である。計算には、第１の電極（Ｆ１）、第２の電極（Ｆ２）の材料を共にアルミニウム（Ａｌ）とした。また発光層は母材をＺｎＳとし、上記のドーパント元素を添加した半導体である、図２は、理論計算に用いたＡｌとＺｎＳの分子構造を示す。ＺｎＳの結晶構造は立方晶（閃亜鉛鉱型）とした。ＺｎＳは六方晶の結晶構造をとることもできるが、本発明者らは、六方晶よりも立方晶の方が、電気伝導度が高くなると予想し、立方晶のＺｎＳについてコンダクタンスを理論計算した。
【００２０】
なお、図２の発光層（Ｆ３）には添加したドーパント元素は図示されていない。また、第１の電極（Ｆ１）と第２の電極（Ｆ２）に図示されている直方体の枠は単位格子を表している。
【００２１】
＜計算方法＞
コンダクタンスの計算は次のような理論に基づき行った。電流は第１の電極（Ｆ１）から第２の電極（Ｆ２）に流れることとする。第１の電極（Ｆ１）に注入する電子の運動量ｋとすると、そのとき第１の電極（Ｆ１）から発光層（Ｆ３）へと流れる電流Ｉｉｎ（ｋ）は、次の式（１）で表される。（１）式において、ｅは電荷素量（１．６０２×１０−１９［Ｃ］）、ｈはプランク定数（６．６３×１０−３４［Ｊ／ｓ］）、Ｅはエネルギー［Ｊ］を示す。
【００２２】
【数１】
【００２３】
したがって、第２の電極（Ｆ２）から取り出される電流Ｉｏｕｔ（ｋ）は透過率Ｔ［％］を用いると、次の（２）式で表される。なお、（２）式において透過率Ｔは発光層（Ｆ３）を透過する電子の割合を表す。
【００２４】
【数２】
【００２５】
また、発光素子を流れる全電流Ｉａｌｌは第２の電極（Ｆ２）から出でくる電流Ｉｏｕｔ（ｋ）の総和であるので、次の（３）式で表すことができる。
【００２６】
【数３】
【００２７】
（３）式において、ＥＦ１およびＥＦ２は、それぞれ、第１の電極（Ｆ１）および第２の電極（Ｆ２）でのエネルギーを表す。よって、第１の電極（Ｆ１）と第２の電極（Ｆ２）間の電位差は、（４）式で表される。
【００２８】
【数４】
【００２９】
（４）式を（３）式に代入すると、次の（５）式が得られる。
【００３０】
【数５】
【００３１】
（５）式の左辺のＩａｌｌ／Ｖが発光層（Ｆ３）のコンダクタンス（抵抗の逆数）である。ｅとｈは定数であるから、透過率Ｔを計算することにより、発光層（Ｆ３）のコンダクタンスを求めることができる。
【００３２】
＜計算結果＞
以下、（５）式を用いて計算した発光層（Ｆ３）のコンダクタンスを、表１及び図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示す。図３（Ａ）および図３（Ｂ）のグラフは、表１のデータをプロットしたグラフであり、横軸が、母材ＺｎＳに対するドーパント元素の濃度であり、縦軸が、所定のドーパント元素を含んだＺｎＳのコンダクタンスである。図３（Ａ）に、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ａｓ、およびＭｎのデータを示している。図３（Ｂ）にＢのデータを示している。
【００３３】
【表１】
【００３４】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）のグラフは、Ｇａ、Ｉｎ、ＡｌおよびＢをドープすることで、そのドープ濃度の増加に伴い、コンダクタンスが大きく増大することを示している。図３（Ａ）および図３（Ｂ）、表１のデータから、これらのドーパント元素をある濃度以上ドープすることでＺｎＳのコンダクタンスを１００倍以上に向上できることが分かった。特にＢをドープすることでコンダクタンスを１００００倍以上にすることができる。
【００３５】
ＺｎＳに、２族のＺｎよりも電子数が多い、３族元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂをドープすると伝導帯の下にドナー準位ができる。このような元素はドナー元素と呼ばれる。ドナー元素を１つドープすると電子が一つ生まれ、そのドナー元素が多くドープされると電子も増加する。絶対零度付近の温度では、電子がドナー元素に束縛されているので伝導電子の密度は低いが、温度が上昇するとドナー元素がイオン化され、伝導帯に励起される電子の数は増大する。つまり、ドナー準位と伝導帯下端までのエネルギーギャップが小さいほうがドナー元素から伝導帯に電子が励起されやすい。この電子が電気伝導の担い手の役割をする。アクセプタ元素をドープする場合も、価電子帯に生じる正孔が電気伝導に寄与する。このような電子と正孔はキャリアと呼ばれ、キャリア密度が大きいと電気伝導度が増大する。
【００３６】
ＺｎＳにＡｌ、Ｇａ、Ｉｎをそれぞれドープした半導体は、ドナー準位と伝導帯下端とのエネルギーギャップが小さいと考えられる。密度汎関数理論によるバンド計算を用いて、ＡｌをドープしたＺｎＳ、ＧａをドープしたＺｎＳ、Ｉｎ、ＢをドープしたＺｎＳのバンドギャップと、ＺｎＳとのバンドギャップの差を、上記ドナー元素（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ）のドナー準位と伝導帯下端とのエネルギーギャップに相当するとして計算すると、それぞれ、０．３ｅＶ以内である。なお、密度汎関数理論に基づくバンド計算には、平面波基底に基づいた第一原理計算プログラムＰｈａｓｅを用い、汎関数としてＧＧＡＰＢＥ近似を与え、擬ポテンシャルにウルトラソフト擬ポテンシャルを採用した。
【００３７】
以上の理論計算の結果、ＺｎＳのようなｎ型半導体の場合、半導体の伝導帯下端とドナー元素によるドナー準位とのエネルギーギャップが０．３ｅＶ以内となるドナー元素をドープすることにより、母材の半導体の電気伝導度を１００倍以上にできることが分かる。ＺｎＳの１００倍に相当するコンダクタンスを有するときのＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのドープ濃度は、理論計算により、それぞれ０．３ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％、９ｍｏｌ％、８ｍｏｌ％である。なお、母材がｐ型の半導体の場合も同様、母材の価電子帯上端とアクセプタ元素によるアクセプタ準位とのエネルギーギャップが０．３ｅＶ以内であるアクセプタ元素をドープすることで、半導体の電気伝導度を向上できると考えられる。
【００３８】
本実施形態の理論計算は、立方晶（閃亜鉛鉱型）の硫化亜鉛（ＺｎＳ）として計算したが、本実施形態の計算結果は、ＺｎＳと同様の閃亜鉛鉱型の結晶構造を持ち、ｎ型半導体である、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）について同様に適用できる。
【００３９】
なお、母材にＧａをドープするには、硫化ガリウム（Ｇａ２Ｓ３）、セレン化ガリウム（Ｇａ２Ｓｅ３）ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を用いることができる。また、Ａｌをドープするには、硫化アルミニウム（Ａｌ２Ｓ３）やセレン化アルミニウムセレン（Ａｌ２Ｓｅ３）を用いることができる。また、インジウムをドープするには、硫化インジウム（Ｉｎ２Ｓ３）、セレン化インジウム（Ｉｎ２Ｓｅ３）を用いることができる。なお、母体が硫化物のときはドーパント元素の硫化物を用い、母体がセレン化合物であるときはドーパント元素のセレン化合物を用いればよい。
【００４０】
また、本発明の発光材料は、母材の電気伝導度を高めるための元素の他、所望の波長で発光させるために別の元素を含んでいてもよい。具体的には、発光材料に発光中心を形成するための元素を含めることができる。
【００４１】
局在型発光の発光中心としては、例えば、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、テルビウム（Ｔｂ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ツリウム（Ｔｍ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、サマリウム（Ｓｍ）、セリウム（Ｃｅ）、エルビウム（Ｅｒ）等を用いることができる。これらの元素を添加するときは、これらのフッ素化合物、塩素化合物などのハロゲン化合物を用いることが好ましい。ハロゲン化合物を用いることで、電荷補償として、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）などのハロゲン元素を添加することができる。
【００４２】
また、ドナー−アクセプタ再結合型発光の発光中心として、ドナー準位を形成する第ドナー元素及びアクセプタ準位を形成するアクセプタ元素を添加することもできる。アクセプタ元素としては、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ナトリウム（Ｎａ）およびカリウム（Ｋ）からなる群より選択した少なくとも１つの元素を用いることができる。ドナー元素としては、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、塩素（Ｃｌ）、ヨウ素（Ｉ）および臭素（Ｂｒ）からなる群より選択した少なくとも１つの元素を添加することができる。なお、ドナー−アクセプタ再結合型発光の発光中心として、ドナー元素は必ずしも添加する必要はない。それは、母材の格子欠陥などがドナー準位を形成する場合があること、本発明の発光材料は、母材にドナー元素を含ませているからである。
【００４３】
以下、母材ＺｎＳにＣｕ、Ｃｌ、Ｍｎを含んだ発光材料（以下、「ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、Ｍｎ」と示す。）にＧａを添加し、Ｇａの濃度に対する、発光材料のコンダクタンスの値を計算した。計算に使用した発光素子のモデルは図１、図２と同様であり、コンダクタンスの計算には（５）式を用いた。
【００４４】
ここでは、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、ＭｎにＧａを添加するのにガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を用いることを想定した。ＧａＡｓの濃度に対して、発光材料ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、Ｍｎのコンダクタンスを計算した。ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、ＭｎにおけるＣｕ、Ｃｌ、Ｍｎ濃度は一定とし、発光材料（ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、ＭｎにＧａＡｓを添加した材料）に対して、Ｃｕ、Ｃｌ、Ｍｎの濃度は、それぞれ、６．８ｍｏｌ％、６．８ｍｏｌ％、３．６ｍｏｌ％である。計算結果を図４及び表２に示す。図４のグラフは、横軸がＧａＡｓの濃度であり、縦軸がＧａＡｓを添加したＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、Ｍｎのコンダクタンスである。なお、表２、図４において、ＧａＡｓの濃度は、発光材料（ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、ＭｎにＧａＡｓを添加した材料）に対する濃度である。
【００４５】
【表２】
【００４６】
図４、表２から、母材ＺｎＳに発光色を決定するための元素を添加した発光材料に対して、ドナー元素であるガリウム（Ｇａ）を添加することで、電気伝導度を高めることができることが理解される。表１に示すように、理論計算によると、母材ＺｎＳ自体のコンダクタンスは、１．５０×１０−１２［μＳ］であるので、ＧａＡｓを２７ｍｏｌ％以上添加することで、ＧａＡｓを添加したＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、Ｍｎのコンダクタンスを母材ＺｎＳのコンダクタンスの１００倍以上とすることができる。
【００４７】
発光材料の作製方法としては、固相法や液相法（共沈法）等の様々な方法を用いることができる。また、噴霧熱分解法、複分解法、プレカーサーの熱分解反応による方法、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、凍結乾燥法などの液相法なども用いることができる。
【００４８】
固相法は、反応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、７００〜１５００℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、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。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。
【００４９】
液相法（共沈法）は、反応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。発光材料の粒子が均一に分布し、粒径が小さいため、低い焼成温度でも反応を進めることができる。
【００５０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、図５を用いて本発明に係る発光素子について説明する。
【００５１】
まず、図５（Ａ）は、薄膜型発光素子の断面構造を示す。図５（Ａ）に示す発光素子は、基板１００の上に、第１の電極１０１及び第２の電極１０２と、第１の電極１０１と第２の電極１０２との間に発光層１０３を有する素子構成である。本実施の形態で示す発光素子は、第１の電極１０１と、第２の電極１０２の間に直流電圧を印加することで発光層１０３より発光が得られる。
【００５２】
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、プラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子を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。
【００５３】
第１の電極１０１及び第２の電極１０２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。なお、面発光を得るためには、第１の電極１０１又は第２の電極１０２のいずれか一方又は両方を透明にしておく必要がある。透明電極としては、例えば、酸化インジウム−スズ（略称ＩＴＯ）、珪素、又は酸化珪素を含有した酸化インジウム−スズ（略称ＩＴＳＯ）、酸化インジウム−亜鉛（略称ＩＺＯ）、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−スズ（略称ＩＷＺＯ）等が挙げられる。
【００５４】
これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタリングにより成膜される。例えば、ＩＺＯ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。ＩＷＺＯ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。
【００５５】
この他、第１の電極１０１及び第２の電極１０２には、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）を材料として用いることができる。さらに、これら金属材料の窒化物、例えば、窒化チタン等を用いることができる。これらの可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さで、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極とすることができる。なお、第１の電極１０１、第２の電極１０２を形成するための導電膜の成膜は、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いることができる。
【００５６】
発光層１０３は、実施の形態１で示した発光材料を含む層であり、抵抗加熱蒸着や電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）等の真空蒸着法、スパッタリング法、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましい範囲は、１０ｎｍ以上１μｍ以下である。
【００５７】
次に、図５（Ｂ）を用いて、分散型発光素子について説明する。図５（Ｂ）に示すように、分散型発光素子は、基板１１０の上に、第１の電極１１１と及び第２の電極１１２と、第１の電極１１１と第２の電極１１２との間に発光層１１３を有する素子構成である。本実施の形態で示す発光素子は、第１の電極１１１と、第２の電極１１２の間に直流電圧を印加することで発光層１１３より発光が得られる。
【００５８】
発光層１１３は、実施の形態１で示した粒子状の発光材料１１３ａをバインダ１１３ｂ中に分散させた膜である。粒子状の発光材料１１３ａは、銅などでコーティングして、導電性を高めることが好ましい。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り、発光材料は、このバインダにより発光層中に均一に分散し固定される。なお、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、乳鉢等で粉砕し、所定の大きさの粒子に加工すればよい。
【００５９】
発光層の形成方法としては、選択的に発光層を形成できる液滴吐出法や、スクリーン印刷やオフセット印刷等の印刷法、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法等を用いることができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましい範囲は１０ｎｍ以上１μｍ以下である。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％以下が好ましい。
【００６０】
本実施の形態に用いることのできるバインダは絶縁材料であり、有機材料を用いることができる。例えば、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結合を含む樹脂である。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）等の樹脂材料を用いることもできる。
【００６１】
発光層１１３を作製工程において、発光材料はバインダを含む溶液中に分散されるが、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、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。有機溶媒としては、例えば、バインダとしてシロキサン樹脂を用いる場合は、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）、３−メトシキ−３メチル−１−ブタノール（ＭＭＢ）などを用いることができる。
【００６２】
本発明において、電気伝導度の高い発光材料を用いたことにより、発光素子を低電圧で直流駆電圧で駆動できるようになる。低駆動電圧で発光可能なため、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、交流駆動型の無機ＥＬ素子では、発光層と電極の間に絶縁膜が必要であったが、図５（Ａ）の薄膜型ＥＬ素子や図５（Ｂ）に示した分散型ＥＬ素子において、発光層を一対の電極で挟むという非常に単純な構成とすることができる。
【００６３】
本実施の形態で示した発光素子は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。なお、本発明は、本実施形態で説明した発光素子を用いた発光装置を含むものである。発光装置としては、画素に発光素子を多数配列した表示装置、発光素子を光源に用いた照明機器などが挙げられる。以下、実施形態において、本発明に係る発光装置の具体例を説明する。
【００６４】
（実施の形態３）
実施形態２で説明した発光素子は表示装置の画素に適用することができる。本実施の形態では、図６〜図１０を参照して、発光装置の一態様としてパッシブマトリクス型の表示装置について説明する。
【００６５】
図６は表示装置の主要部を示す外観図である。基板４１０には、第１の電極４１６と、その電極と交差する方向に伸びる第２の電極４１８が設けられている。少なくとも、第１の電極４１６と第２の電極４１８との交差部には、実施の形態１〜２で説明したものと同様な発光層が設けられ、発光素子を形成している。図６の発光装置は、第１の電極４１６と第２の電極４１８を複数本配置して、画素となる発光素子をマトリクス状に配列させ、表示部４１４を形成している。この表示部４１４は、第１の電極４１６と第２の電極４１８の電位を制御して個々の発光素子の発光及び非発光を制御して、動画及び静止画を表示することができる。
【００６６】
この発光装置は、基板４１０の一方向に延設される第１の電極４１６と、それと交差する第２の電極４１８のそれぞれに映像を表示する信号を印加して発光素子の発光及び非発光を選択する。すなわち、画素の駆動は、もっぱら外部回路から与えられる信号で行う単純マトリクス型の表示装置である。このような表示装置は、構成が簡単であるので、大面積化をしても容易に製造をすることができる。
【００６７】
上記において、第１の電極４１６としてアルミニウム、チタン、タンタルなどを用い、第２の電極４１８として酸化インジウム、酸化インジウム・酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム酸化亜鉛、酸化亜鉛を用いれば、対向基板４１２側に表示部４１４が形成される表示装置とすることができる。この場合、第１の電極４１６の表面に薄い酸化膜を形成しておくとバリア層が形成され、キャリアブロッキング効果により発光効率を高めることができる。
【００６８】
第１の電極４１６として酸化インジウム、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム酸化亜鉛、酸化亜鉛を用い、第２の電極４１８としてアルミニウム、チタン、タンタルなどを用いれば、基板４１０側に表示部４１４が形成される表示装置とすることができる。また、第１の電極４１６と第２の電極４１８を共に透明電極で形成すれば、両面表示型の表示装置とすることができる。
【００６９】
なお、対向基板４１２は必要に応じて設ければよく、表示部４１４の位置に合わせて設けることで保護部材とすることもできる。これは、板状の硬材としなくても、樹脂フィルム又は樹脂材料を塗布して代用することもできる。第１の電極４１６及び第２の電極４１８は基板４１０の端部に引き出され、外部回路と接続する端子を形成している。すなわち第１の電極４１６及び第２の電極４１８は基板４１０の端部でフレキシブル配線基板４２０、４２２とコンタクトを形成する。外部回路としては、映像信号を制御するコントローラ回路の他、電源回路、チューナ回路などが含まれる。
【００７０】
図７は表示部４１４の構成を示す部分拡大図を示す。基板４１０に形成された第１の電極４１６の側端部は隔壁層４２４が形成されている。そして、少なくとも第１の電極４１６の露出面上にはＥＬ層４２６が形成されている。第２の電極４１８は、ＥＬ層４２６上に設けられている。第２の電極４１８は第１の電極４１６と交差するので、隔壁層４２４上に延設されている。隔壁層４２４は、第１の電極４１６と第２の電極４１８の間で短絡が起こらないように絶縁材料で形成されている。隔壁層４２４が第１の電極４１６の端部を覆う部位では、段差が急峻とならないように隔壁層４２４の側端部に勾配を持たせた、いわゆるテーパー形状としている。隔壁層４２４をこのような形状とすることで、ＥＬ層４２６や第２の電極４１８の被覆性が向上し、ひび割れや断裂などの不良を無くすことができる。
【００７１】
図８は表示部４１４の平面図であり、第１の電極４１６、第２の電極４１８、隔壁層４２４、ＥＬ層４２６の配置を示している。補助電極４２８は第２の電極４１８を酸化インジウムスズ、酸化亜鉛などの酸化物透明導電膜で形成する場合に、抵抗損失を低減するために設けると好ましいものである。この場合、補助電極４２８はチタン、タングステン、クロム、タンタルなどの高融点金属、若しくは高融点金属とアルミニウム、銀などの低抵抗金属とを組み合わせて形成するとよい。
【００７２】
図８において、Ａ−Ｂ線及びＣ−Ｄ線に沿った断面図を図９（Ａ）（Ｂ）に示す。図９（Ａ）は第１の電極４１６が配列する断面図であり、図９（Ｂ）は第２の電極４１８が配列する断面図を示す。第１の電極４１６と第２の電極４１８の交差部にはＥＬ層４２６が形成され、その部位に発光素子が形成される。図９（Ｂ）で示す補助電極４２８は隔壁層４２４上にあって、第２の電極４１８と接触するように設けている。補助電極４２８を隔壁層４２４上に設けることにより、第１の電極４１６と第２の電極４１８の交差部に形成される発光素子を遮光することがないので、発光した光を有効に利用することができる。また、補助電極４２８が第１の電極４１６と短絡してしまうことを防ぐことができる。
【００７３】
図９では、対向基板４１２に色変換層４３０を配設した一例を示している。色変換層４３０は、ＥＬ層４２６で発光した光を波長変換して発光色を変化させるためのものである。この場合、ＥＬ層４２６で発光する光は、エネルギーの高い青色又は紫外光であることが好ましい。色変換層４３０として、赤色、緑色、青色に変換するものを配列させれば、ＲＧＢカラー表示を行う表示装置とすることができる。また、色変換層４３０を着色層（カラーフィルタ）に置き換えることもできる。その場合は、ＥＬ層４２６は白色発光するように構成すればよい。充填材４３２は基板４１０と対向基板４１２を固定するものであり適宜設ければよい。
【００７４】
また、表示部４１４の他の構成を図１０に示す。図１０の構造は、第１の電極４５２の端部が絶縁層４５３で覆われている。そして、絶縁層４５３上には隔壁層４５４が設けられている。隔壁層４５４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４５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層４５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層４５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層４５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層４５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層４５４を設けることで、隔壁層４５４を使って、ＥＬ層４５５及び第２の電極４５６を自己整合的に形成することができる。
【００７５】
本実施形態の表示装置は低電圧で発光素子が発光するので、昇圧回路などが不要となるため、装置の構成を簡略化することができる。
【００７６】
（実施の形態４）
図１１を用いて、本実施の形態では、トランジスタにより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。なお、図１１（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）をＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’で切断した断面図である。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。
【００７７】
なお、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板（ＰＷＢ）が取り付けられていてもよい。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。
【００７８】
次に、断面構造について図１１（Ｂ）を用いて説明する。素子基板６１０上には駆動回路部６０１、６０３、画素部６０２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。
【００７９】
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回路で形成してもよい。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。なお、ＴＦＴの構造は、特に限定されない。スタガ型のＴＦＴでもよいし、逆スタガ型のＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。また、半導体材料についても特に限定されず、無機化合物を用いてもよいし、有機化合物を用いてもよい。
【００８０】
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発光素子６１８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物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形成する。
【００８１】
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物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、絶縁物６１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物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、絶縁物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。
【００８２】
第１の電極６１３上には、ＥＬ層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成され、このような積層構造により発光素子６１８を形成している。第１の電極６１３と第２の電極６１７の少なくとも一方は透光性を有しており、ＥＬ層６１６からの発光を外部へ取り出すことが可能である。ＥＬ層６１６は、実施の形態１、２で示した発光層を有している。
【００８３】
なお、第１の電極６１３、ＥＬ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。
【００８４】
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。
【００８５】
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、これらの材料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。
【００８６】
以上のようにして、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置を得ることができる。
【００８７】
本実施の形態で示す発光装置は、実施の形態１、２で示した発光素子を有し、低駆動電圧で動作が可能である。そのため、消費電力を低減された発光装置を得ることができる。また、本実施の形態で示す発光装置は、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。
【００８８】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態３、４に示す発光装置をその一部に含む電子機器について説明する。本実施の形態で示す電子機器は、実施の形態２で示した発光素子を有する。本発明の発光素子は、低電圧の直流電圧で駆動電圧の低減されているため、消費電極の低減された電子機器を提供することが可能である。よって、従来の交流駆動の無機ＥＬ素子では実現が困難であった、バッテリー駆動の電子機器に本発明の発光装置を表示部に用いることが可能になる。
【００８９】
本発明を適用し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、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１２に示す。
【００９０】
図１２（Ａ）は本実施の形態に係るテレビ装置の外観図である。テレビ装置は、筐体７１１、支持台７１２、表示部７１３、スピーカー部７１４、ビデオ入力端子７１５等を含む。このテレビ装置において、表示部７１３は、実施の形態２で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は駆動電圧が低い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７１３も同様の特徴を有するため、テレビ装置は画質の劣化がなく、低消費電力化を図ることができる。さらに、劣化補償機能や電源回路の大幅な削減、および縮小ができるので、筐体７１１や支持台７１２の小型軽量化を図ることが可能である。
【００９１】
図１２（Ｂ）は本実施の形態に係るコンピュータの外観図である。コンピュータは、本体７２１、筐体７２２、表示部７２３、キーボード７２４、外部接続ポート７２５、ポインティングデバイス７２６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部７２３は、実施の形態２で説明したものと同様の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、駆動電圧が低い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７２３も同様の特徴を有するため、コンピュータ全体の低消費電力化を図ることができる。さらに、劣化補償機能や電源回路の大幅な削減、および縮小ができるので、本体７２１や筐体７２２の小型軽量化を図ることが可能である。
【００９２】
図１２（Ｃ）は本実施の形態に係る携帯電話の外観図である。携帯電話は、本体７３１、筐体７３２、表示部７３３、音声入力部７３４、音声出力部７３５、操作キー７３６、外部接続ポート７３７、アンテナ７３８等を含む。この携帯電話において、表示部７３３は、実施の形態２で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は駆動電圧が低い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７３３も同様の特徴を有する。このような特徴により、携帯電話において、低消費電力化を図ることができる。さらに劣化補償機能や電源回路の大幅な削減、および縮小ができるので、本体７３１や筐体７３２の小型軽量化を図ることが可能である。
【００９３】
図１２（Ｄ）はカメラの外観図である。図１２（Ｄ）に示すように、カメラは本体７４１、表示部７４２、筐体７４３、外部接続ポート７４４、リモコン受信部７４５、受像部７４６、バッテリー７４７、音声入力部７４８、操作キー７４９、接眼部７５０等を含む。このカメラにおいて、表示部７４２は、実施の形態２で説明したものと同様の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、駆動電圧が低い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７４２も同様の特徴を有するため、カメラにおいて、低消費電力化が図ることができる。さらに、劣化補償機能や電源回路の大幅な削減、および縮小ができるので、本体７４１の小型軽量化を図ることも可能である。
【００９４】
図１３を用いて、音響再生装置の具体例としてカーオーディオについて説明する。図１３は、カーオーディオの外観図であり、カーオーディオは本体７７１、表示部７７２、操作スイッチ７７３、７７４を含む。表示部７７２は実施の形態３の発光装置（パッシブマトリクス型）又は実施の形態４の発光装置（アクティブマトリクス型）で実現することができる。また、この表示部７７２はセグメント方式の発光装置で形成してもよい。いずれにしても、本発明に係る発光材料を用いることにより、車両用電源（１２〜４２Ｖ）を使って、低消費電力化を図りつつ、寿命が長い表示部を構成することができる。また、本実施の形態では車載用オーディオを示すが、携帯型や家庭用のオーディオ装置に用いてもよい。なお、表示部７７２は黒色の背景に白色、緑色、青色、橙色などの文字を表示することで消費電力を抑えられる。
【００９５】
図１４に、音響再生装置の一例としてデジタルプレーヤーの外観図を示す。図１４に示すデジタルプレーヤーは、本体７８０、表示部７８１、メモリ部７８２、操作部７８３等を含んでいる。さらに、付属品としてイヤホン７８４等を含んでいる。なお、イヤホン７８４の代わりにヘッドホンや無線式イヤホンを用いることができる。表示部７８１として、実施の形態３の発光装置（パッシブマトリクス型）又は実施の形態４の発光装置（アクティブマトリクス型）で実現することができる。また、この表示部７８１はセグメント方式の発光装置で形成してもよい。いずれにしても、本発明に係る発光材料を用いることにより、二次電池（ニッケル−水素電池など）を使っても表示が可能であり、低消費電力化を図りつつ、寿命が長い表示部を構成することができる。さらに、発光素子が直流電圧で駆動できるため、表示部７８１への電源回路にインバータが不要である。
【００９６】
また、メモリ部７８２は、ハードディスクや不揮発性メモリを用いている。例えば、記録容量が２０〜２００ギガバイト（ＧＢ）のＮＡＮＤ型不揮発性メモリを用い、操作部７８３を操作することにより、映像や音声（音楽）を記録、再生することができる。なお、表示部７８１は黒色の背景に白色、緑色、青色、橙色などの文字を表示することで消費電力を抑えられる。これは携帯型のオーディオ装置において特に有効である。
【００９７】
以上の様に、本発明を適用した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。本発明を適用することにより、低消費電力で、信頼性の高い表示部を有する電子機器を作製することが可能となる。
【００９８】
また、本発明を適用した発光装置は、照明装置として用いることもできる。本発明を適用した発光素子を照明装置として用いる一態様を、図１５を用いて説明する。
【００９９】
図１５は、本発明を適用した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１５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、電圧が印加されている。
【０１００】
本発明の発光装置は、面発光の発光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、発光素子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。
【０１０１】
また、本発明を適用した発光装置は自動車、自転車、船などのヘッドライトとして用いることが可能である。図１６は、本発明を適用した発光装置を自動車のヘッドライトとして用いた例である。図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）のヘッドライト１０００の部分を拡大した断面図である。図１６（Ｂ）において、光源１０１１として本発明の発光装置が用いられている。光源１０１１から出た光は、反射板１０１２により反射され、外部へ取り出される。図１６（Ｂ）に示すように、複数の光源を用いることで、より明るくすることができる。また、図１６（Ｃ）は、円筒形状に作製した本発明の発光装置を光源として用いた例である。光源１０２１からの発光は反射板１０２２により反射され、外部へ取り出される。
【０１０２】
図１７は、本発明を適用した発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図１７に示す電気スタンドは、筐体２００１と、光源２００２を有し、光源２００２として、本発明の発光装置が用いられている。
【０１０３】
図１８は、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた例である。本発明の発光装置は大面積化が可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、本発明の発光装置は、薄型で低消費電力であるため、薄型化、低消費電力化の照明装置として用いることが可能となる。このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた部屋に、図１２（Ａ）で説明したような、本発明に係るテレビ装置３００２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、両装置は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。また、低消費電力であることから常夜灯としても、本発明の発光装置は好適である。
【０１０４】
照明装置としては、図１６、図１７、図１８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、デザインの自由度が高いので、様々な意匠を凝らした商品を市場に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】理論計算に用いた発光素子の積層構造を説明する図（実施形態１）
【図２】理論計算に用いた発光素子の材料の分子構造を説明する図（実施形態１）
【図３】理論計算により得られた発光材料のコンダクタンスを示すグラフ（実施形態１）
【図４】理論計算により得られた発光材料のコンダクタンスを示すグラフ（実施形態１）
【図５】薄膜型および分散型の発光素子の断面構造を示す図（実施形態２）
【図６】本発明の発光装置を説明する図（実施形態３）
【図７】本発明の発光装置を説明する図（実施形態３）
【図８】本発明の発光装置を説明する図（実施形態３）
【図９】本発明の発光装置を説明する図（実施形態３）
【図１０】本発明の発光装置を説明する図（実施形態３）
【図１１】本発明の発光装置を説明する図（実施形態４）
【図１２】本発明の電子機器を説明する図（実施形態５）
【図１３】本発明の電子機器を説明する図（実施形態５）
【図１４】本発明の電子機器を説明する図（実施形態５）
【図１５】本発明の照明装置を説明する図（実施形態５）
【図１６】本発明の照明装置を説明する図（実施形態５）
【図１７】本発明の照明装置を説明する図（実施形態５）
【図１８】本発明の照明装置を説明する図（実施形態５）
【符号の説明】
【０１０６】
１００ 基板
１０１ 第１の電極
１０２ 第２の電極
１０３ 発光層
１１０ 基板
１１１ 第１の電極
１１２ 第２の電極
１１３ 発光層
１１３ａ 発光材料
１１３ｂ バインダ
４１０ 基板
４１２ 対向基板
４１４ 表示部
４１６ 第１の電極
４１８ 第２の電極
４２０、４２２ フレキシブル配線基板
４２４ 隔壁層
４２６ ＥＬ層
４２８ 補助電極
４３０ 色変換層
４３２ 充填材
４５２ 第１の電極
４５３ 絶縁層
４５４ 隔壁層
４５５ ＥＬ層
４５６ 第２の電極
５０１ 筐体
５０２ 液晶層
５０３ バックライト
５０４ 筐体
５０５ ドライバＩＣ
５０６ 端子
６０１ ソース側駆動回路
６０２ 画素部
６０３ ゲート側駆動回路
６０４ 封止基板
６０５ シール材
６０７ 空間
６０８ 配線
６０９ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６１０ 素子基板
６１１ スイッチング用ＴＦＴ
６１２ 電流制御用ＴＦＴ
６１３ 第１の電極
６１４ 絶縁物
６１６ ＥＬ層
６１７ 第２の電極
６１８ 発光素子
６２３ ｎチャネル型ＴＦＴ
６２４ ｐチャネル型ＴＦＴ
７１１ 筐体
７１２ 支持台
７１３ 表示部
７１４ スピーカー部
７１５ ビデオ入力端子
７２１ 本体
７２２ 筐体
７２３ 表示部
７２４ キーボード
７２５ 外部接続ポート
７２６ ポインティングデバイス
７３１ 本体
７３２ 筐体
７３３ 表示部
７３４ 音声入力部
７３５ 音声出力部
７３６ 操作キー
７３７ 外部接続ポート
７３８ アンテナ
７４１ 本体
７４２ 表示部
７４３ 筐体
７４４ 外部接続ポート
７４５ リモコン受信部
７４６ 受像部
７４７ バッテリー
７４８ 音声入力部
７４９ 操作キー
７５０ 接眼部
７７１ 本体
７７２ 表示部
７７３ 操作スイッチ
７８０ 本体
７８１ 表示部
７８２ メモリ部
７８３ 操作部
７８４ イヤホン
１０００ ヘッドライト
１０１１ 光源
１０１２ 反射板
１０２１ 光源
１０２２ 反射板
２００１ 筐体
２００２ 光源
３００１ 照明装置
３００２ テレビ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光材料に関する。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、応答速度が非常に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、前者は有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「ＥＬ素子」という。）、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０００６】
無機ＥＬ素子は、その発光層の構造により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。前者の発光層は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた構造であり、後者の発光層は、発光材料の薄膜構造である点に違いがある。なお、発光のメカニズムとしては、ドナー準位とアクセプタ準位を利用するドナー−アクセプタ再結合型発光と、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。一般的に、分散型無機ＥＬ素子ではドナー−アクセプタ再結合型発光、薄膜型無機ＥＬ素子では局在型発光である場合が多い。
【０００７】
また、無機ＥＬ素子は駆動方法の違いにより分類される。１つは、交流の電圧を印加して発光させる交流駆動型であり、他の１つは直流の電圧を印加して発光させる直流駆動型である。交流駆動型の無機ＥＬ素子は既に、面発光光源やセグメント方式のディスプレイとして実用化されている。また、非特許文献１のように、近年フルカラーディスプレイに必要とされる高輝度の青色発光の無機ＥＬ素子が開発されている。
【０００８】
交流駆動型の無機ＥＬ素子では、発光層内で高電界を発生させて、電子（具体的には、ホットエレクトロン）を加速し、加速した電子によって母体材料または発光中心を衝突励起させることにより発光を得ている。つまり、交流駆動型の無機ＥＬ素子では電界励起型の発光が生じており、発光には発光層に１ＭＶ／ｃｍ以上の高電界をつくるため、駆動電圧が１００Ｖ〜２００Ｖと高いという問題がある（非特許文献１参照）。また、交流駆動型の無機ＥＬ素子を発光させるためには、交流電圧を発生させるためのインバータが必要となり、電源が複雑化するという問題もある。
【０００９】
そのため、交流駆動型の無機ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子と比較して長寿命であるという長所があるものの、消費電力が大きい点が商品化される製品の種類を制限している。無機ＥＬ素子は自発光であるというメリットを生かして、携帯電話などの携帯型電子機器のディスプレイに好適であるとの認識があるが、電子機器の電源がバッテリーであることから、１００Ｖの交流電源を必要とする無機ＥＬ素子を採用することは現実的ではない。
【非特許文献１】ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）、１９９９年、Ｖｏｌ．３８、Ｌ１２９１〜Ｌ１２９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記問題点を鑑み、本発明は、発光素子の低消費電力化を実現するための、無機の発光材料を提供することを課題とする。より具体的には、電荷注入型の発光素子を実現するための無機化合物を母材とする発光材料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】
本発明らは、無機化合物でなる発光材料を用いて、低電圧で発光する発光素子を実現すべく、発光素子の発光機構を電界励起型でなく、電極からキャリアを発光層に注入して発光させる電荷注入型とすることに着目した。電荷注入型とすることで、ホットエレクトロンを用いずに発光させることができるため、発光層に高電界発生させる必要がない。そのため、直流電圧で、かつ数十〜十数ボルト程度の低電圧で発光素子を発光させることができる。
【００１２】
本発明に係る発光材料は、母材として硫化物でなる無機化合物と、ドナー元素を少なくとも含む発光材料であって、無機化合物よりも１００倍以上高い電気伝導度を示すことを特徴とする。母材の電気伝導度を高めるため、当該ドナー元素がつくるドナー準位と伝導帯下端とのエネルギーギャップが０．３ｅＶ以内である元素がドナー元素として選択される。本発明において、硫化物でなる無機化合物が硫化亜鉛（ＺｎＳ）であるとき、ドナー元素は、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ボロン（Ｂ）が選択できる。
【００１３】
上記のエネルギーギャップは、密度汎関数理論のバンド計算から算出することができる。例えば、硫化物でなる無機化合物がＺｎＳ、ドーパント元素がＡｌの場合、Ａｌを含むＺｎＳのエネルギーギャップと、ＺｎＳ単体のエネルギーギャップの差として求めることができる。
【００１４】
本発明の発光材料の構成は、より具体的には、母材が硫化亜鉛（ＺｎＳ）であり、少なくともアルミニウム（Ａｌ）を含み、アルミニウムの濃度は硫化亜鉛に対して３ｍｏｌ％以上である発光材料である。また、母材が硫化亜鉛であり、少なくともガリウム（Ｇａ）を含み、ガリウムの濃度は硫化亜鉛に対して９ｍｏｌ％以上である発光材料である。また、母材が硫化亜鉛であり、少なくともインジウム（Ｉｎ）を含み、インジウムの濃度は硫化亜鉛に対して８ｍｏｌ％以上である発光材料である。
【００１５】
本発明の発光材料は、一対の電極間に発光層を挟んだ発光素子に適用できる。本発明に係る発光材料に発光層を含ませることにより、直流駆動型の発光素子を形成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る発光材料を発光層に用いることで、電荷注入型の発光素子を作製することができる。その結果として、数十〜十数ボルト程度の低電圧でかつ直流電圧で発光素子を発光させることができるようになり、低消費電力化が実現できる。よって、従来、適用が困難であったバッテリー駆動の電子機器の表示部に無機化合物を用いた発光素子を適用することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態１）
発明者らは電荷注入型の発光素子に適した発光材料の研究を鋭意行い、本発明はその結果得られたものである。本発明者らは、低電圧で発光が生じるようにするため、発光層のキャリア密度を高くすることに着目した。
【００１８】
本実施形態では、種々のドーパント元素を添加した無機化合物でなる発光材料（半導体）のコンダクタンスの理論計算を行い、ドープする元素の種類とその濃度とコンダクタンスの関係を考察する。本実施の形態では、母材を硫化亜鉛（ＺｎＳ）とし、ドーパント元素として、ドナー元素となるガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、およびボロン（Ｂ）、ならびにアクセプタ元素となるヒ素（Ａｓ）、およびマンガン（Ｍｎ）を想定した。ドーパント元素のドープ濃度を変化させて、発光材料（半導体）のコンダクタンスの理論計算を行った。
【００１９】
＜発光素子の構造＞
まず、図１、図２を用いて、計算に用いた発光素子の構造を説明する。図１に示すように、発光素子は、第１の電極（Ｆ１）と第２の電極（Ｆ２）の間に発光層（Ｆ３）を挟んだ構造である。計算には、第１の電極（Ｆ１）、第２の電極（Ｆ２）の材料を共にアルミニウム（Ａｌ）とした。また発光層は母材をＺｎＳとし、上記のドーパント元素を添加した半導体である、図２は、理論計算に用いたＡｌとＺｎＳの分子構造を示す。ＺｎＳの結晶構造は立方晶（閃亜鉛鉱型）とした。ＺｎＳは六方晶の結晶構造をとることもできるが、本発明者らは、六方晶よりも立方晶の方が、電気伝導度が高くなると予想し、立方晶のＺｎＳについてコンダクタンスを理論計算した。
【００２０】
なお、図２の発光層（Ｆ３）には添加したドーパント元素は図示されていない。また、第１の電極（Ｆ１）と第２の電極（Ｆ２）に図示されている直方体の枠は単位格子を表している。
【００２１】
＜計算方法＞
コンダクタンスの計算は次のような理論に基づき行った。電流は第１の電極（Ｆ１）から第２の電極（Ｆ２）に流れることとする。第１の電極（Ｆ１）に注入する電子の運動量ｋとすると、そのとき第１の電極（Ｆ１）から発光層（Ｆ３）へと流れる電流Ｉｉｎ（ｋ）は、次の式（１）で表される。（１）式において、ｅは電荷素量（１．６０２×１０−１９［Ｃ］）、ｈはプランク定数（６．６３×１０−３４［Ｊ／ｓ］）、Ｅはエネルギー［Ｊ］を示す。
【００２２】
【数１】
【００２３】
したがって、第２の電極（Ｆ２）から取り出される電流Ｉｏｕｔ（ｋ）は透過率Ｔ［％］を用いると、次の（２）式で表される。なお、（２）式において透過率Ｔは発光層（Ｆ３）を透過する電子の割合を表す。
【００２４】
【数２】
【００２５】
また、発光素子を流れる全電流Ｉａｌｌは第２の電極（Ｆ２）から出でくる電流Ｉｏｕｔ（ｋ）の総和であるので、次の（３）式で表すことができる。
【００２６】
【数３】
【００２７】
（３）式において、ＥＦ１およびＥＦ２は、それぞれ、第１の電極（Ｆ１）および第２の電極（Ｆ２）でのエネルギーを表す。よって、第１の電極（Ｆ１）と第２の電極（Ｆ２）間の電位差は、（４）式で表される。
【００２８】
【数４】
【００２９】
（４）式を（３）式に代入すると、次の（５）式が得られる。
【００３０】
【数５】
【００３１】
（５）式の左辺のＩａｌｌ／Ｖが発光層（Ｆ３）のコンダクタンス（抵抗の逆数）である。ｅとｈは定数であるから、透過率Ｔを計算することにより、発光層（Ｆ３）のコンダクタンスを求めることができる。
【００３２】
＜計算結果＞
以下、（５）式を用いて計算した発光層（Ｆ３）のコンダクタンスを、表１及び図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示す。図３（Ａ）および図３（Ｂ）のグラフは、表１のデータをプロットしたグラフであり、横軸が、母材ＺｎＳに対するドーパント元素の濃度であり、縦軸が、所定のドーパント元素を含んだＺｎＳのコンダクタンスである。図３（Ａ）に、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ａｓ、およびＭｎのデータを示している。図３（Ｂ）にＢのデータを示している。
【００３３】
【表１】
【００３４】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）のグラフは、Ｇａ、Ｉｎ、ＡｌおよびＢをドープすることで、そのドープ濃度の増加に伴い、コンダクタンスが大きく増大することを示している。図３（Ａ）および図３（Ｂ）、表１のデータから、これらのドーパント元素をある濃度以上ドープすることでＺｎＳのコンダクタンスを１００倍以上に向上できることが分かった。特にＢをドープすることでコンダクタンスを１００００倍以上にすることができる。
【００３５】
ＺｎＳに、２族のＺｎよりも電子数が多い、３族元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂをドープすると伝導帯の下にドナー準位ができる。このような元素はドナー元素と呼ばれる。ドナー元素を１つドープすると電子が一つ生まれ、そのドナー元素が多くドープされると電子も増加する。絶対零度付近の温度では、電子がドナー元素に束縛されているので伝導電子の密度は低いが、温度が上昇するとドナー元素がイオン化され、伝導帯に励起される電子の数は増大する。つまり、ドナー準位と伝導帯下端までのエネルギーギャップが小さいほうがドナー元素から伝導帯に電子が励起されやすい。この電子が電気伝導の担い手の役割をする。アクセプタ元素をドープする場合も、価電子帯に生じる正孔が電気伝導に寄与する。このような電子と正孔はキャリアと呼ばれ、キャリア密度が大きいと電気伝導度が増大する。
【００３６】
ＺｎＳにＡｌ、Ｇａ、Ｉｎをそれぞれドープした半導体は、ドナー準位と伝導帯下端とのエネルギーギャップが小さいと考えられる。密度汎関数理論によるバンド計算を用いて、ＡｌをドープしたＺｎＳ、ＧａをドープしたＺｎＳ、Ｉｎ、ＢをドープしたＺｎＳのバンドギャップと、ＺｎＳとのバンドギャップの差を、上記ドナー元素（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ）のドナー準位と伝導帯下端とのエネルギーギャップに相当するとして計算すると、それぞれ、０．３ｅＶ以内である。なお、密度汎関数理論に基づくバンド計算には、平面波基底に基づいた第一原理計算プログラムＰｈａｓｅを用い、汎関数としてＧＧＡＰＢＥ近似を与え、擬ポテンシャルにウルトラソフト擬ポテンシャルを採用した。
【００３７】
以上の理論計算の結果、ＺｎＳのようなｎ型半導体の場合、半導体の伝導帯下端とドナー元素によるドナー準位とのエネルギーギャップが０．３ｅＶ以内となるドナー元素をドープすることにより、母材の半導体の電気伝導度を１００倍以上にできることが分かる。ＺｎＳの１００倍に相当するコンダクタンスを有するときのＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのドープ濃度は、理論計算により、それぞれ０．３ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％、９ｍｏｌ％、８ｍｏｌ％である。なお、母材がｐ型の半導体の場合も同様、母材の価電子帯上端とアクセプタ元素によるアクセプタ準位とのエネルギーギャップが０．３ｅＶ以内であるアクセプタ元素をドープすることで、半導体の電気伝導度を向上できると考えられる。
【００３８】
本実施形態の理論計算は、立方晶（閃亜鉛鉱型）の硫化亜鉛（ＺｎＳ）として計算したが、本実施形態の計算結果は、ＺｎＳと同様の閃亜鉛鉱型の結晶構造を持ち、ｎ型半導体である、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）について同様に適用できる。
【００３９】
なお、母材にＧａをドープするには、硫化ガリウム（Ｇａ２Ｓ３）、セレン化ガリウム（Ｇａ２Ｓｅ３）ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を用いることができる。また、Ａｌをドープするには、硫化アルミニウム（Ａｌ２Ｓ３）やセレン化アルミニウムセレン（Ａｌ２Ｓｅ３）を用いることができる。また、インジウムをドープするには、硫化インジウム（Ｉｎ２Ｓ３）、セレン化インジウム（Ｉｎ２Ｓｅ３）を用いることができる。なお、母体が硫化物のときはドーパント元素の硫化物を用い、母体がセレン化合物であるときはドーパント元素のセレン化合物を用いればよい。
【００４０】
また、本発明の発光材料は、母材の電気伝導度を高めるための元素の他、所望の波長で発光させるために別の元素を含んでいてもよい。具体的には、発光材料に発光中心を形成するための元素を含めることができる。
【００４１】
局在型発光の発光中心としては、例えば、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、テルビウム（Ｔｂ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ツリウム（Ｔｍ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、サマリウム（Ｓｍ）、セリウム（Ｃｅ）、エルビウム（Ｅｒ）等を用いることができる。これらの元素を添加するときは、これらのフッ素化合物、塩素化合物などのハロゲン化合物を用いることが好ましい。ハロゲン化合物を用いることで、電荷補償として、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）などのハロゲン元素を添加することができる。
【００４２】
また、ドナー−アクセプタ再結合型発光の発光中心として、ドナー準位を形成する第ドナー元素及びアクセプタ準位を形成するアクセプタ元素を添加することもできる。アクセプタ元素としては、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ナトリウム（Ｎａ）およびカリウム（Ｋ）からなる群より選択した少なくとも１つの元素を用いることができる。ドナー元素としては、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、塩素（Ｃｌ）、ヨウ素（Ｉ）および臭素（Ｂｒ）からなる群より選択した少なくとも１つの元素を添加することができる。なお、ドナー−アクセプタ再結合型発光の発光中心として、ドナー元素は必ずしも添加する必要はない。それは、母材の格子欠陥などがドナー準位を形成する場合があること、本発明の発光材料は、母材にドナー元素を含ませているからである。
【００４３】
以下、母材ＺｎＳにＣｕ、Ｃｌ、Ｍｎを含んだ発光材料（以下、「ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、Ｍｎ」と示す。）にＧａを添加し、Ｇａの濃度に対する、発光材料のコンダクタンスの値を計算した。計算に使用した発光素子のモデルは図１、図２と同様であり、コンダクタンスの計算には（５）式を用いた。
【００４４】
ここでは、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、ＭｎにＧａを添加するのにガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を用いることを想定した。ＧａＡｓの濃度に対して、発光材料ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、Ｍｎのコンダクタンスを計算した。ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、ＭｎにおけるＣｕ、Ｃｌ、Ｍｎ濃度は一定とし、発光材料（ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、ＭｎにＧａＡｓを添加した材料）に対して、Ｃｕ、Ｃｌ、Ｍｎの濃度は、それぞれ、６．８ｍｏｌ％、６．８ｍｏｌ％、３．６ｍｏｌ％である。計算結果を図４及び表２に示す。図４のグラフは、横軸がＧａＡｓの濃度であり、縦軸がＧａＡｓを添加したＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、Ｍｎのコンダクタンスである。なお、表２、図４において、ＧａＡｓの濃度は、発光材料（ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、ＭｎにＧａＡｓを添加した材料）に対する濃度である。
【００４５】
【表２】
【００４６】
図４、表２から、母材ＺｎＳに発光色を決定するための元素を添加した発光材料に対して、ドナー元素であるガリウム（Ｇａ）を添加することで、電気伝導度を高めることができることが理解される。表１に示すように、理論計算によると、母材ＺｎＳ自体のコンダクタンスは、１．５０×１０−１２［μＳ］であるので、ＧａＡｓを２７ｍｏｌ％以上添加することで、ＧａＡｓを添加したＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、Ｍｎのコンダクタンスを母材ＺｎＳのコンダクタンスの１００倍以上とすることができる。
【００４７】
発光材料の作製方法としては、固相法や液相法（共沈法）等の様々な方法を用いることができる。また、噴霧熱分解法、複分解法、プレカーサーの熱分解反応による方法、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、凍結乾燥法などの液相法なども用いることができる。
【００４８】
固相法は、反応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、７００〜１５００℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、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。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。
【００４９】
液相法（共沈法）は、反応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。発光材料の粒子が均一に分布し、粒径が小さいため、低い焼成温度でも反応を進めることができる。
【００５０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、図５を用いて本発明に係る発光素子について説明する。
【００５１】
まず、図５（Ａ）は、薄膜型発光素子の断面構造を示す。図５（Ａ）に示す発光素子は、基板１００の上に、第１の電極１０１及び第２の電極１０２と、第１の電極１０１と第２の電極１０２との間に発光層１０３を有する素子構成である。本実施の形態で示す発光素子は、第１の電極１０１と、第２の電極１０２の間に直流電圧を印加することで発光層１０３より発光が得られる。
【００５２】
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、プラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子を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。
【００５３】
第１の電極１０１及び第２の電極１０２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。なお、面発光を得るためには、第１の電極１０１又は第２の電極１０２のいずれか一方又は両方を透明にしておく必要がある。透明電極としては、例えば、酸化インジウム−スズ（略称ＩＴＯ）、珪素、又は酸化珪素を含有した酸化インジウム−スズ（略称ＩＴＳＯ）、酸化インジウム−亜鉛（略称ＩＺＯ）、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−スズ（略称ＩＷＺＯ）等が挙げられる。
【００５４】
これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタリングにより成膜される。例えば、ＩＺＯ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。ＩＷＺＯ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。
【００５５】
この他、第１の電極１０１及び第２の電極１０２には、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）を材料として用いることができる。さらに、これら金属材料の窒化物、例えば、窒化チタン等を用いることができる。これらの可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さで、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極とすることができる。なお、第１の電極１０１、第２の電極１０２を形成するための導電膜の成膜は、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いることができる。
【００５６】
発光層１０３は、実施の形態１で示した発光材料を含む層であり、抵抗加熱蒸着や電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）等の真空蒸着法、スパッタリング法、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましい範囲は、１０ｎｍ以上１μｍ以下である。
【００５７】
次に、図５（Ｂ）を用いて、分散型発光素子について説明する。図５（Ｂ）に示すように、分散型発光素子は、基板１１０の上に、第１の電極１１１と及び第２の電極１１２と、第１の電極１１１と第２の電極１１２との間に発光層１１３を有する素子構成である。本実施の形態で示す発光素子は、第１の電極１１１と、第２の電極１１２の間に直流電圧を印加することで発光層１１３より発光が得られる。
【００５８】
発光層１１３は、実施の形態１で示した粒子状の発光材料１１３ａをバインダ１１３ｂ中に分散させた膜である。粒子状の発光材料１１３ａは、銅などでコーティングして、導電性を高めることが好ましい。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り、発光材料は、このバインダにより発光層中に均一に分散し固定される。なお、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、乳鉢等で粉砕し、所定の大きさの粒子に加工すればよい。
【００５９】
発光層の形成方法としては、選択的に発光層を形成できる液滴吐出法や、スクリーン印刷やオフセット印刷等の印刷法、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法等を用いることができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましい範囲は１０ｎｍ以上１μｍ以下である。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％以下が好ましい。
【００６０】
本実施の形態に用いることのできるバインダは絶縁材料であり、有機材料を用いることができる。例えば、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結合を含む樹脂である。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）等の樹脂材料を用いることもできる。
【００６１】
発光層１１３を作製工程において、発光材料はバインダを含む溶液中に分散されるが、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、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。有機溶媒としては、例えば、バインダとしてシロキサン樹脂を用いる場合は、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）、３−メトシキ−３メチル−１−ブタノール（ＭＭＢ）などを用いることができる。
【００６２】
本発明において、電気伝導度の高い発光材料を用いたことにより、発光素子を低電圧で直流駆電圧で駆動できるようになる。低駆動電圧で発光可能なため、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、交流駆動型の無機ＥＬ素子では、発光層と電極の間に絶縁膜が必要であったが、図５（Ａ）の薄膜型ＥＬ素子や図５（Ｂ）に示した分散型ＥＬ素子において、発光層を一対の電極で挟むという非常に単純な構成とすることができる。
【００６３】
本実施の形態で示した発光素子は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。なお、本発明は、本実施形態で説明した発光素子を用いた発光装置を含むものである。発光装置としては、画素に発光素子を多数配列した表示装置、発光素子を光源に用いた照明機器などが挙げられる。以下、実施形態において、本発明に係る発光装置の具体例を説明する。
【００６４】
（実施の形態３）
実施形態２で説明した発光素子は表示装置の画素に適用することができる。本実施の形態では、図６〜図１０を参照して、発光装置の一態様としてパッシブマトリクス型の表示装置について説明する。
【００６５】
図６は表示装置の主要部を示す外観図である。基板４１０には、第１の電極４１６と、その電極と交差する方向に伸びる第２の電極４１８が設けられている。少なくとも、第１の電極４１６と第２の電極４１８との交差部には、実施の形態１〜２で説明したものと同様な発光層が設けられ、発光素子を形成している。図６の発光装置は、第１の電極４１６と第２の電極４１８を複数本配置して、画素となる発光素子をマトリクス状に配列させ、表示部４１４を形成している。この表示部４１４は、第１の電極４１６と第２の電極４１８の電位を制御して個々の発光素子の発光及び非発光を制御して、動画及び静止画を表示することができる。
【００６６】
この発光装置は、基板４１０の一方向に延設される第１の電極４１６と、それと交差する第２の電極４１８のそれぞれに映像を表示する信号を印加して発光素子の発光及び非発光を選択する。すなわち、画素の駆動は、もっぱら外部回路から与えられる信号で行う単純マトリクス型の表示装置である。このような表示装置は、構成が簡単であるので、大面積化をしても容易に製造をすることができる。
【００６７】
上記において、第１の電極４１６としてアルミニウム、チタン、タンタルなどを用い、第２の電極４１８として酸化インジウム、酸化インジウム・酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム酸化亜鉛、酸化亜鉛を用いれば、対向基板４１２側に表示部４１４が形成される表示装置とすることができる。この場合、第１の電極４１６の表面に薄い酸化膜を形成しておくとバリア層が形成され、キャリアブロッキング効果により発光効率を高めることができる。
【００６８】
第１の電極４１６として酸化インジウム、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム酸化亜鉛、酸化亜鉛を用い、第２の電極４１８としてアルミニウム、チタン、タンタルなどを用いれば、基板４１０側に表示部４１４が形成される表示装置とすることができる。また、第１の電極４１６と第２の電極４１８を共に透明電極で形成すれば、両面表示型の表示装置とすることができる。
【００６９】
なお、対向基板４１２は必要に応じて設ければよく、表示部４１４の位置に合わせて設けることで保護部材とすることもできる。これは、板状の硬材としなくても、樹脂フィルム又は樹脂材料を塗布して代用することもできる。第１の電極４１６及び第２の電極４１８は基板４１０の端部に引き出され、外部回路と接続する端子を形成している。すなわち第１の電極４１６及び第２の電極４１８は基板４１０の端部でフレキシブル配線基板４２０、４２２とコンタクトを形成する。外部回路としては、映像信号を制御するコントローラ回路の他、電源回路、チューナ回路などが含まれる。
【００７０】
図７は表示部４１４の構成を示す部分拡大図を示す。基板４１０に形成された第１の電極４１６の側端部は隔壁層４２４が形成されている。そして、少なくとも第１の電極４１６の露出面上にはＥＬ層４２６が形成されている。第２の電極４１８は、ＥＬ層４２６上に設けられている。第２の電極４１８は第１の電極４１６と交差するので、隔壁層４２４上に延設されている。隔壁層４２４は、第１の電極４１６と第２の電極４１８の間で短絡が起こらないように絶縁材料で形成されている。隔壁層４２４が第１の電極４１６の端部を覆う部位では、段差が急峻とならないように隔壁層４２４の側端部に勾配を持たせた、いわゆるテーパー形状としている。隔壁層４２４をこのような形状とすることで、ＥＬ層４２６や第２の電極４１８の被覆性が向上し、ひび割れや断裂などの不良を無くすことができる。
【００７１】
図８は表示部４１４の平面図であり、第１の電極４１６、第２の電極４１８、隔壁層４２４、ＥＬ層４２６の配置を示している。補助電極４２８は第２の電極４１８を酸化インジウムスズ、酸化亜鉛などの酸化物透明導電膜で形成する場合に、抵抗損失を低減するために設けると好ましいものである。この場合、補助電極４２８はチタン、タングステン、クロム、タンタルなどの高融点金属、若しくは高融点金属とアルミニウム、銀などの低抵抗金属とを組み合わせて形成するとよい。
【００７２】
図８において、Ａ−Ｂ線及びＣ−Ｄ線に沿った断面図を図９（Ａ）（Ｂ）に示す。図９（Ａ）は第１の電極４１６が配列する断面図であり、図９（Ｂ）は第２の電極４１８が配列する断面図を示す。第１の電極４１６と第２の電極４１８の交差部にはＥＬ層４２６が形成され、その部位に発光素子が形成される。図９（Ｂ）で示す補助電極４２８は隔壁層４２４上にあって、第２の電極４１８と接触するように設けている。補助電極４２８を隔壁層４２４上に設けることにより、第１の電極４１６と第２の電極４１８の交差部に形成される発光素子を遮光することがないので、発光した光を有効に利用することができる。また、補助電極４２８が第１の電極４１６と短絡してしまうことを防ぐことができる。
【００７３】
図９では、対向基板４１２に色変換層４３０を配設した一例を示している。色変換層４３０は、ＥＬ層４２６で発光した光を波長変換して発光色を変化させるためのものである。この場合、ＥＬ層４２６で発光する光は、エネルギーの高い青色又は紫外光であることが好ましい。色変換層４３０として、赤色、緑色、青色に変換するものを配列させれば、ＲＧＢカラー表示を行う表示装置とすることができる。また、色変換層４３０を着色層（カラーフィルタ）に置き換えることもできる。その場合は、ＥＬ層４２６は白色発光するように構成すればよい。充填材４３２は基板４１０と対向基板４１２を固定するものであり適宜設ければよい。
【００７４】
また、表示部４１４の他の構成を図１０に示す。図１０の構造は、第１の電極４５２の端部が絶縁層４５３で覆われている。そして、絶縁層４５３上には隔壁層４５４が設けられている。隔壁層４５４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４５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層４５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層４５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層４５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層４５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層４５４を設けることで、隔壁層４５４を使って、ＥＬ層４５５及び第２の電極４５６を自己整合的に形成することができる。
【００７５】
本実施形態の表示装置は低電圧で発光素子が発光するので、昇圧回路などが不要となるため、装置の構成を簡略化することができる。
【００７６】
（実施の形態４）
図１１を用いて、本実施の形態では、トランジスタにより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。なお、図１１（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）をＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’で切断した断面図である。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。
【００７７】
なお、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板（ＰＷＢ）が取り付けられていてもよい。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。
【００７８】
次に、断面構造について図１１（Ｂ）を用いて説明する。素子基板６１０上には駆動回路部６０１、６０３、画素部６０２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。
【００７９】
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回路で形成してもよい。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。なお、ＴＦＴの構造は、特に限定されない。スタガ型のＴＦＴでもよいし、逆スタガ型のＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。また、半導体材料についても特に限定されず、無機化合物を用いてもよいし、有機化合物を用いてもよい。
【００８０】
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発光素子６１８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物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形成する。
【００８１】
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物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、絶縁物６１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物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、絶縁物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。
【００８２】
第１の電極６１３上には、ＥＬ層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成され、このような積層構造により発光素子６１８を形成している。第１の電極６１３と第２の電極６１７の少なくとも一方は透光性を有しており、ＥＬ層６１６からの発光を外部へ取り出すことが可能である。ＥＬ層６１６は、実施の形態１、２で示した発光層を有している。
【００８３】
なお、第１の電極６１３、ＥＬ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。
【００８４】
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。
【００８５】
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、これらの材料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。
【００８６】
以上のようにして、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置を得ることができる。
【００８７】
本実施の形態で示す発光装置は、実施の形態１、２で示した発光素子を有し、低駆動電圧で動作が可能である。そのため、消費電力を低減された発光装置を得ることができる。また、本実施の形態で示す発光装置は、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。
【００８８】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態３、４に示す発光装置をその一部に含む電子機器について説明する。本実施の形態で示す電子機器は、実施の形態２で示した発光素子を有する。本発明の発光素子は、低電圧の直流電圧で駆動電圧の低減されているため、消費電極の低減された電子機器を提供することが可能である。よって、従来の交流駆動の無機ＥＬ素子では実現が困難であった、バッテリー駆動の電子機器に本発明の発光装置を表示部に用いることが可能になる。
【００８９】
本発明を適用し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、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１２に示す。
【００９０】
図１２（Ａ）は本実施の形態に係るテレビ装置の外観図である。テレビ装置は、筐体７１１、支持台７１２、表示部７１３、スピーカー部７１４、ビデオ入力端子７１５等を含む。このテレビ装置において、表示部７１３は、実施の形態２で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は駆動電圧が低い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７１３も同様の特徴を有するため、テレビ装置は画質の劣化がなく、低消費電力化を図ることができる。さらに、劣化補償機能や電源回路の大幅な削減、および縮小ができるので、筐体７１１や支持台７１２の小型軽量化を図ることが可能である。
【００９１】
図１２（Ｂ）は本実施の形態に係るコンピュータの外観図である。コンピュータは、本体７２１、筐体７２２、表示部７２３、キーボード７２４、外部接続ポート７２５、ポインティングデバイス７２６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部７２３は、実施の形態２で説明したものと同様の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、駆動電圧が低い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７２３も同様の特徴を有するため、コンピュータ全体の低消費電力化を図ることができる。さらに、劣化補償機能や電源回路の大幅な削減、および縮小ができるので、本体７２１や筐体７２２の小型軽量化を図ることが可能である。
【００９２】
図１２（Ｃ）は本実施の形態に係る携帯電話の外観図である。携帯電話は、本体７３１、筐体７３２、表示部７３３、音声入力部７３４、音声出力部７３５、操作キー７３６、外部接続ポート７３７、アンテナ７３８等を含む。この携帯電話において、表示部７３３は、実施の形態２で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は駆動電圧が低い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７３３も同様の特徴を有する。このような特徴により、携帯電話において、低消費電力化を図ることができる。さらに劣化補償機能や電源回路の大幅な削減、および縮小ができるので、本体７３１や筐体７３２の小型軽量化を図ることが可能である。
【００９３】
図１２（Ｄ）はカメラの外観図である。図１２（Ｄ）に示すように、カメラは本体７４１、表示部７４２、筐体７４３、外部接続ポート７４４、リモコン受信部７４５、受像部７４６、バッテリー７４７、音声入力部７４８、操作キー７４９、接眼部７５０等を含む。このカメラにおいて、表示部７４２は、実施の形態２で説明したものと同様の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、駆動電圧が低い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７４２も同様の特徴を有するため、カメラにおいて、低消費電力化が図ることができる。さらに、劣化補償機能や電源回路の大幅な削減、および縮小ができるので、本体７４１の小型軽量化を図ることも可能である。
【００９４】
図１３を用いて、音響再生装置の具体例としてカーオーディオについて説明する。図１３は、カーオーディオの外観図であり、カーオーディオは本体７７１、表示部７７２、操作スイッチ７７３、７７４を含む。表示部７７２は実施の形態３の発光装置（パッシブマトリクス型）又は実施の形態４の発光装置（アクティブマトリクス型）で実現することができる。また、この表示部７７２はセグメント方式の発光装置で形成してもよい。いずれにしても、本発明に係る発光材料を用いることにより、車両用電源（１２〜４２Ｖ）を使って、低消費電力化を図りつつ、寿命が長い表示部を構成することができる。また、本実施の形態では車載用オーディオを示すが、携帯型や家庭用のオーディオ装置に用いてもよい。なお、表示部７７２は黒色の背景に白色、緑色、青色、橙色などの文字を表示することで消費電力を抑えられる。
【００９５】
図１４に、音響再生装置の一例としてデジタルプレーヤーの外観図を示す。図１４に示すデジタルプレーヤーは、本体７８０、表示部７８１、メモリ部７８２、操作部７８３等を含んでいる。さらに、付属品としてイヤホン７８４等を含んでいる。なお、イヤホン７８４の代わりにヘッドホンや無線式イヤホンを用いることができる。表示部７８１として、実施の形態３の発光装置（パッシブマトリクス型）又は実施の形態４の発光装置（アクティブマトリクス型）で実現することができる。また、この表示部７８１はセグメント方式の発光装置で形成してもよい。いずれにしても、本発明に係る発光材料を用いることにより、二次電池（ニッケル−水素電池など）を使っても表示が可能であり、低消費電力化を図りつつ、寿命が長い表示部を構成することができる。さらに、発光素子が直流電圧で駆動できるため、表示部７８１への電源回路にインバータが不要である。
【００９６】
また、メモリ部７８２は、ハードディスクや不揮発性メモリを用いている。例えば、記録容量が２０〜２００ギガバイト（ＧＢ）のＮＡＮＤ型不揮発性メモリを用い、操作部７８３を操作することにより、映像や音声（音楽）を記録、再生することができる。なお、表示部７８１は黒色の背景に白色、緑色、青色、橙色などの文字を表示することで消費電力を抑えられる。これは携帯型のオーディオ装置において特に有効である。
【００９７】
以上の様に、本発明を適用した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。本発明を適用することにより、低消費電力で、信頼性の高い表示部を有する電子機器を作製することが可能となる。
【００９８】
また、本発明を適用した発光装置は、照明装置として用いることもできる。本発明を適用した発光素子を照明装置として用いる一態様を、図１５を用いて説明する。
【００９９】
図１５は、本発明を適用した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１５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、電圧が印加されている。
【０１００】
本発明の発光装置は、面発光の発光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、発光素子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。
【０１０１】
また、本発明を適用した発光装置は自動車、自転車、船などのヘッドライトとして用いることが可能である。図１６は、本発明を適用した発光装置を自動車のヘッドライトとして用いた例である。図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）のヘッドライト１０００の部分を拡大した断面図である。図１６（Ｂ）において、光源１０１１として本発明の発光装置が用いられている。光源１０１１から出た光は、反射板１０１２により反射され、外部へ取り出される。図１６（Ｂ）に示すように、複数の光源を用いることで、より明るくすることができる。また、図１６（Ｃ）は、円筒形状に作製した本発明の発光装置を光源として用いた例である。光源１０２１からの発光は反射板１０２２により反射され、外部へ取り出される。
【０１０２】
図１７は、本発明を適用した発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図１７に示す電気スタンドは、筐体２００１と、光源２００２を有し、光源２００２として、本発明の発光装置が用いられている。
【０１０３】
図１８は、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた例である。本発明の発光装置は大面積化が可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、本発明の発光装置は、薄型で低消費電力であるため、薄型化、低消費電力化の照明装置として用いることが可能となる。このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置３００１として用いた部屋に、図１２（Ａ）で説明したような、本発明に係るテレビ装置３００２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、両装置は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。また、低消費電力であることから常夜灯としても、本発明の発光装置は好適である。
【０１０４】
照明装置としては、図１６、図１７、図１８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、デザインの自由度が高いので、様々な意匠を凝らした商品を市場に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】理論計算に用いた発光素子の積層構造を説明する図（実施形態１）
【図２】理論計算に用いた発光素子の材料の分子構造を説明する図（実施形態１）
【図３】理論計算により得られた発光材料のコンダクタンスを示すグラフ（実施形態１）
【図４】理論計算により得られた発光材料のコンダクタンスを示すグラフ（実施形態１）
【図５】薄膜型および分散型の発光素子の断面構造を示す図（実施形態２）
【図６】本発明の発光装置を説明する図（実施形態３）
【図７】本発明の発光装置を説明する図（実施形態３）
【図８】本発明の発光装置を説明する図（実施形態３）
【図９】本発明の発光装置を説明する図（実施形態３）
【図１０】本発明の発光装置を説明する図（実施形態３）
【図１１】本発明の発光装置を説明する図（実施形態４）
【図１２】本発明の電子機器を説明する図（実施形態５）
【図１３】本発明の電子機器を説明する図（実施形態５）
【図１４】本発明の電子機器を説明する図（実施形態５）
【図１５】本発明の照明装置を説明する図（実施形態５）
【図１６】本発明の照明装置を説明する図（実施形態５）
【図１７】本発明の照明装置を説明する図（実施形態５）
【図１８】本発明の照明装置を説明する図（実施形態５）
【符号の説明】
【０１０６】
１００ 基板
１０１ 第１の電極
１０２ 第２の電極
１０３ 発光層
１１０ 基板
１１１ 第１の電極
１１２ 第２の電極
１１３ 発光層
１１３ａ 発光材料
１１３ｂ バインダ
４１０ 基板
４１２ 対向基板
４１４ 表示部
４１６ 第１の電極
４１８ 第２の電極
４２０、４２２ フレキシブル配線基板
４２４ 隔壁層
４２６ ＥＬ層
４２８ 補助電極
４３０ 色変換層
４３２ 充填材
４５２ 第１の電極
４５３ 絶縁層
４５４ 隔壁層
４５５ ＥＬ層
４５６ 第２の電極
５０１ 筐体
５０２ 液晶層
５０３ バックライト
５０４ 筐体
５０５ ドライバＩＣ
５０６ 端子
６０１ ソース側駆動回路
６０２ 画素部
６０３ ゲート側駆動回路
６０４ 封止基板
６０５ シール材
６０７ 空間
６０８ 配線
６０９ ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
６１０ 素子基板
６１１ スイッチング用ＴＦＴ
６１２ 電流制御用ＴＦＴ
６１３ 第１の電極
６１４ 絶縁物
６１６ ＥＬ層
６１７ 第２の電極
６１８ 発光素子
６２３ ｎチャネル型ＴＦＴ
６２４ ｐチャネル型ＴＦＴ
７１１ 筐体
７１２ 支持台
７１３ 表示部
７１４ スピーカー部
７１５ ビデオ入力端子
７２１ 本体
７２２ 筐体
７２３ 表示部
７２４ キーボード
７２５ 外部接続ポート
７２６ ポインティングデバイス
７３１ 本体
７３２ 筐体
７３３ 表示部
７３４ 音声入力部
７３５ 音声出力部
７３６ 操作キー
７３７ 外部接続ポート
７３８ アンテナ
７４１ 本体
７４２ 表示部
７４３ 筐体
７４４ 外部接続ポート
７４５ リモコン受信部
７４６ 受像部
７４７ バッテリー
７４８ 音声入力部
７４９ 操作キー
７５０ 接眼部
７７１ 本体
７７２ 表示部
７７３ 操作スイッチ
７８０ 本体
７８１ 表示部
７８２ メモリ部
７８３ 操作部
７８４ イヤホン
１０００ ヘッドライト
１０１１ 光源
１０１２ 反射板
１０２１ 光源
１０２２ 反射板
２００１ 筐体
２００２ 光源
３００１ 照明装置
３００２ テレビ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材として硫化物でなる無機化合物と、ドナー元素を少なくとも含む発光材料であって、前記無機化合物よりも１００倍以上高い電気伝導度を示すことを特徴とする発光材料。
【請求項２】
母材として硫化物でなる無機化合物と、ドナー元素を少なくとも含む発光材料であって、当該ドナー元素によるドナー準位と伝導帯下端とのエネルギーギャップが０．３ｅＶ以内であることを特徴とする発光材料。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記無機化合物は硫化亜鉛であり、前記ドナー元素は、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）またはインジウム（Ｉｎ）のいずれかであることを特徴とする発光材料。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項において、前記無機化合物は立方晶であることを特徴とする発光材料。
【請求項５】
母材が硫化亜鉛（ＺｎＳ）であり、少なくともアルミニウム（Ａｌ）を含み、アルミニウムの濃度は硫化亜鉛に対して３ｍｏｌ％以上であることを特徴とする発光材料。
【請求項６】
母材が硫化亜鉛であり、少なくともガリウム（Ｇａ）を含み、ガリウムの濃度は硫化亜鉛に対して９ｍｏｌ％以上であることを特徴とする発光材料。
【請求項７】
母材が硫化亜鉛であり、少なくともインジウム（Ｉｎ）を含み、インジウムの濃度は硫化亜鉛に対して８ｍｏｌ％以上であることを特徴とする発光材料。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項において、前記硫化亜鉛は立方晶であることを特徴とする発光材料。
【請求項９】
一対の電極と、前記一対の電極間に設けられた発光層を有し、 前記発光層は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発光材料を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
一対の電極と、前記一対の電極間に設けられた発光層を有する発光装置であって、 前記発光層は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発光材料を含むことを特徴とする発光装置。
【請求項１】
母材として硫化物でなる無機化合物と、ドナー元素を少なくとも含む発光材料であって、前記無機化合物よりも１００倍以上高い電気伝導度を示すことを特徴とする発光材料。
【請求項２】
母材として硫化物でなる無機化合物と、ドナー元素を少なくとも含む発光材料であって、当該ドナー元素によるドナー準位と伝導帯下端とのエネルギーギャップが０．３ｅＶ以内であることを特徴とする発光材料。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記無機化合物は硫化亜鉛であり、前記ドナー元素は、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）またはインジウム（Ｉｎ）のいずれかであることを特徴とする発光材料。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項において、前記無機化合物は立方晶であることを特徴とする発光材料。
【請求項５】
母材が硫化亜鉛（ＺｎＳ）であり、少なくともアルミニウム（Ａｌ）を含み、アルミニウムの濃度は硫化亜鉛に対して３ｍｏｌ％以上であることを特徴とする発光材料。
【請求項６】
母材が硫化亜鉛であり、少なくともガリウム（Ｇａ）を含み、ガリウムの濃度は硫化亜鉛に対して９ｍｏｌ％以上であることを特徴とする発光材料。
【請求項７】
母材が硫化亜鉛であり、少なくともインジウム（Ｉｎ）を含み、インジウムの濃度は硫化亜鉛に対して８ｍｏｌ％以上であることを特徴とする発光材料。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項において、前記硫化亜鉛は立方晶であることを特徴とする発光材料。
【請求項９】
一対の電極と、前記一対の電極間に設けられた発光層を有し、 前記発光層は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発光材料を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
一対の電極と、前記一対の電極間に設けられた発光層を有する発光装置であって、 前記発光層は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発光材料を含むことを特徴とする発光装置。
【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１７】
【図１８】
【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１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００８−７７５５（Ｐ２００８−７７５５Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４０１４７（Ｐ２００７−１４０１４７）
【出願日】平成１９年５月２８日（２００７．５．２８）
【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２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２８日（２００７．５．２８）
【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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