発光素子、発光装置、照明装置並びに電子機器
【課題】新規な発光材料を提供することを課題とする。
【解決手段】第１の電極と、発光層と、第２の電極とを有し、前記発光層は、カルコゲナイド化合物から形成された発光母体と、２種類のハロゲン化合物から形成された発光中心と、を含むことを特徴とした発光素子である。前記カルコゲナイド化合物は、カルコゲン元素と、周期表第２族から第１３族に属する元素から選ばれた元素と、を含み、前記ハロゲン化合物は、ハロゲン化合物と、典型金属元素、遷移金属元素、又は希土類元素から選ばれた元素と、を含んでいる。
【解決手段】第１の電極と、発光層と、第２の電極とを有し、前記発光層は、カルコゲナイド化合物から形成された発光母体と、２種類のハロゲン化合物から形成された発光中心と、を含むことを特徴とした発光素子である。前記カルコゲナイド化合物は、カルコゲン元素と、周期表第２族から第１３族に属する元素から選ばれた元素と、を含み、前記ハロゲン化合物は、ハロゲン化合物と、典型金属元素、遷移金属元素、又は希土類元素から選ばれた元素と、を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネ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、照明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（ＥＬ））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、蛍光材料の薄膜からなる発光層を有している点に違いがある。しかし、そのメカニズムは共通しており、高電界で加速された電子による母体材料又は発光中心の衝突励起により発光が得られる。このような理由のため、一般的な無機ＥＬ素子で発光を得るためには高い電界が必要であり、発光素子に数百Ｖの電圧を印加する必要がある。例えば、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素子が開発されたが、１００〜２００Ｖの駆動電圧が必要である（例えば、非特許文献１参照）。そのため、無機ＥＬ素子は消費電力が大きく、中小型サイズのディスプレイ、例えば、携帯電話等のディスプレイには採用することが難しかった。
【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、ｐ．Ｌ１２９１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題に鑑み、本発明は、混色発光が可能な発光素子、ならびに該発光素子を利用した発光装置、照明装置、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】
【０００８】
本発明は、発光素子の発光体を製造するに当たり様々な発光中心化合物を利用する。カルコゲナイド化合物を母体とし、発光中心化合物としてハロゲン元素を添加した蛍光体である。従来はカルコゲナイド化合物の一つである硫化亜鉛（ＺｎＳ）を母体とし、発光中心としてハロゲン化合物の一つである塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）を利用しているが、この材料にとらわれることなくまた従来の発光体と同等以上の特性を有するものである。
【０００９】
上記構成において、発光体の母体となるカルコゲナイド化合物とは、周期表第１６族のカルコゲン元素、つまり酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、又はポロニウム（Ｐｏ）と、周期表第２族から第１３族に属する金属元素とを含む化合物である。例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、又は硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）などが挙げられる。またＳｒＧａ２Ｓ４、又はＺｎＭｇＳのように２種以上のカルコゲナイド化合物を混合した複合材料を使用してもよい。
【００１０】
また上記構成において、ハロゲン化合物とは周期表１７族のハロゲン元素、つまりフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、又はアスタチン（Ａｔ）を含む化合物である。例えば周期表において遷移金属元素である第１１族の銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、又は金（Ａｕ）、希土類元素であるセリウム（Ｃｅ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、テルビウム（Ｔｂ）、又はツリウム（Ｔｍ）、典型金属元素であるアルミニウム（Ａｌ）又はガリウム（Ｇａ）などを少なくとも一つ以上含む化合物である。銅化合物は銅イオンが一価、二価になることができるのでフッ化銅（Ｉ）（ＣｕＦ）、フッ化銅（ＩＩ）（ＣｕＦ２）、塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）、塩化銅（ＩＩ）（ＣｕＣｌ２）、臭化銅（Ｉ）（ＣｕＢｒ）、臭化銅（ＩＩ）（ＣｕＢｒ２）、ヨウ化銅（Ｉ）（ＣｕＩ）、又はヨウ化銅（ＩＩ）（ＣｕＩ２）や、銀化合物としてはフッ化銀、塩化銀、臭化銀（ＡｇＢｒ）、又はヨウ化銀（ＡｇＩ）などがある。銅イオンのように価数にとらわれることなく利用できる。また上記のようなハロゲン化合物を２種類以上混合した複合材料を使用してもよい。
【００１１】
本発明は、第１の電極、前記第１の電極上の発光層及び前記発光層上の第２の電極を有し、前記発光層にカルコゲン元素とハロゲン元素を含む発光素子に関するものである。
【００１２】
また本発明は、第１の電極、前記第１の電極上の第１の誘電体膜、前記第１の誘電体膜上の発光層、前記発光層上の第２の誘電体膜、前記第２の誘電体膜上の第２の電極を含み、前記発光層にカルコゲン元素とハロゲン元素を含む発光素子に関するものである。
【００１３】
本発明において、前記発光層の発光母体は、前記カルコゲン元素と、周期表第２族から第１３族に属する元素と、を含む１種類又は２種類以上のカルコゲナイド化合物から形成されるものである。
【００１４】
本発明において、前記発光層の発光中心は、前記ハロゲン元素と、典型金属元素、遷移金属元素、又は希土類元素と、を含む１種類又は２種類以上のハロゲン化合物から形成されるものである。
【００１５】
また本発明は、第１の電極、前記第１の電極上の発光層、前記発光層上の第２の電極を含み、前記発光層に少なくとも２種類以上のハロゲン元素を含む発光素子に関するものである。
【００１６】
また本発明は、第１の電極、前記第１の電極上の第１の誘電体膜、前記第１の誘電体膜上の発光層、前記発光層上の第２の誘電体膜、前記第２の誘電体膜上の第２の電極を含み、前記発光層に少なくとも２種類以上のハロゲン元素を含む発光素子に関するものである。
【００１７】
また本発明において、前記発光層は、典型金属元素、遷移金属元素、又は希土類元素に属する元素から選ばれた少なくとも２種類以上の元素を含むものである。
【００１８】
また本発明は、第１の電極と、前記第１の電極の上方に形成された発光層と、前記発光層の上方に形成された第２の電極と、を有する発光素子であり、前記発光層は、組成式ＭＸで表される化合物と、アクセプターと、第１のドナーと、第２のドナーと、を含むことを特徴としている。前記化合物ＭＸは、Ｍが周期表第２族から１３族に属する元素から選ばれた元素で構成されており、Ｘがカルコゲン元素である。前記発光層に含まれるアクセプターはＭより低価数のイオンであり、前記発光層には、Ｍより低価数のイオンであるアクセプターが二以上含まれていてもよい。そして前記第１及び第２のドナーは、それぞれＸより低価数のイオンであってもよい。また、Ｍが周期表第２族から第１３族に属する元素から選ばれた２種類以上の元素によって構成されていてもよい。さらに、化合物ＭＸの結晶構造内には少なくとも一の単位格子が含まれる。単位格子の結晶系は、立方晶系、六方晶系、正方晶系、斜方晶系、単斜晶系、三斜晶系等のいずれか、またはこれらの組み合わせである。例えば、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＭｇＳ、ＣａＳ、ＳｒＳ、又はＺｎＭｇＳが挙げられる。
【００１９】
また本発明は、上記の発光素子を有する発光装置に関するものである。
【００２０】
また本発明では、上記に記載の発光装置を照明装置に用いることも可能である。
【００２１】
また本発明では、上記に記載の発光装置を表示部に用いることを特徴とする電子機器にも関するものである。
【００２２】
また、本発明は、上述した発光素子を有する発光装置も範疇に含めるものである。本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を範疇に含む。また、発光素子が形成されたパネルにコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【００２３】
また、本発明の発光素子を表示部に用いた電子機器も本発明の範疇に含めるものとする。したがって、本発明の電子機器は、表示部を有し、表示部は、上述した発光素子と発光素子の発光を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の発光素子は、カルコゲナイド化合物とハロゲン化合物から発光層を形成することができる。また、本発明の発光素子は、単色発光ではなく混色および白色発光が可能である。
【００２５】
遷移金属のようなｄ軌道を有するイオンの場合、結晶格子内においてその金属イオンに対して配位子が正八面体の６配位を形成しているのか、正四面体の４配位を形成しているのかで結晶場分裂に差異が現れるが、さらに分光化学序列により配位子が遷移金属の結晶場分裂に与える影響の大きさが異なることが知られている。配位子としてハロゲン元素であるフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）を考えると結晶場分裂のエネルギーの大きさは同じ価数の陰イオンであっても配位子の種類に依存し、そのエネルギーの大きさはＩ−＜Ｂｒ−＜Ｃｌ−＜Ｆ−となることが知られている。つまりハロゲン元素が異なることによってエネルギー準位が異なり、発光スペクトルが長波長側、もしくは短波長側にシフトすることや、より幅広なピークが得られることにより混色発光が可能である。この混色発光の組み合わせやより幅広なスペクトルであれば、白色発光を得ることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の態様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。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明に係る薄膜型発光素子について図１（Ａ）〜図１（Ｃ）を用いて説明する。
【００２８】
本実施の形態で示す発光素子は、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、第１の誘電体層１０２と発光層１０３と第２の誘電体層１０４とを有する素子構成である。なお、本実施の形態では、第１の電極１０１と第２の電極１０５は陽極、陰極のどちらを機能としてもよいものとして以下に説明をする。
【００２９】
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。
【００３０】
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、又はこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ（「ＩＴＯ」ともいう））、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（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ（「ＩＺＯ」ともいう））、又は、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（「ＩＷＺＯ」ともいう）等が挙げられる。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、酸化インジウム−酸化亜鉛（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。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（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。この他、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）、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）、又は金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン（ＴｉＮ））等用いることができる。なお、第１の電極１０１または／及び第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。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、又はゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００３１】
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における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。さらに第１の電極と第２の電極はそれぞれ一層である必要は無く、２層以上の構成を取っていても良い。
【００３２】
第１の誘電体層と第２の誘電体層は公知の材料であれば問題ないが、特に誘電率の高い材料を利用することが好ましい。この誘電体層としては有機材料であっても良いし、無機材料であっても良い。例えば有機材料であればアセタール樹脂、エポキシ樹脂、メチル・メタアクリレート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスチレン、又はシアノ・エチル・セルロースを用いることができる。無機材料であれば窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）などの窒化物、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、チタン酸リチウム（ＬｉＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの酸化物が挙げられる。またこれら無機材料の複合材料でも良い。また第１の誘電体層と第２の誘電体層は１層である必要は無く、それぞれが２層以上あっても良い。さらに第１の誘電体層と第２の誘電体層は１ｎｍ〜１００００ｎｍ、好ましくは３００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の膜厚が好ましい。
【００３３】
発光層１０３は半導体である母体材料を利用すれば良い。カルコゲナイド化合物が特に利用され、周期表第２族から第１３族に属する金属元素を含む酸化物、硫化物、又はセレン化物などが挙げられる。例えば硫化物であれば硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化銅（Ｃｕ２Ｓ）、硫化アルミニウム（Ａｌ２Ｓ３）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、又は硫化マグネシウム（ＭｇＳ）などが挙げられる。また酸化物では酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、又は酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）などが挙げられる。セレン化物ではセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、又はセレン化バリウム（ＢａＳｅ）などが挙げられる。またこれらカルコゲナイド化合物同士を２種類以上混合した複合材料を利用することもできる。例えば、ＳｒＧａ２Ｓ４、ＺｎＭｇＳ、Ｙ２Ｏ２Ｓ、又はＺｎ２ＳｉＯ４などの複合材料が挙げられる。発光層の膜厚は１０ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは３０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましい。
【００３４】
発光層１０３では母体となるカルコゲナイド化合物の他に、発光中心となる材料を添加する。添加材料としてはハロゲン化合物が挙げられる。周期表１７族のハロゲン元素、つまりフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、又はアスタチン（Ａｔ）が含まれる化合物である。例えば周期表において遷移金属である第１１族の銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、又は金（Ａｕ）、希土類元素であるセリウム（Ｃｅ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、テルビウム（Ｔｂ）、又はツリウム（Ｔｍ）などを少なくとも一つ以上含む化合物である。銅化合物としてはフッ化銅（ＣｕＦ）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、臭化銅（ＣｕＢｒ）、ヨウ化銅（ＣｕＩ）などがある。またアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）のような典型金属元素を利用したハロゲン化合物でも良い。また上記のようなハロゲン化合物を２種類以上混合した複合材料を発光中心として使用してもよい。ハロゲン化合物のうち、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）がドナーとして、典型金属元素、遷移金属元素、又は希土類元素がアクセプターとして機能し、このドナーとアクセプターの再結合により発光するという機構を取る。
【００３５】
発光層の添加材料として上記のハロゲン化合物を複数、発光層の母体材料に添加しても良い。例えば発光層の母体材料として硫化亜鉛（ＺｎＳ）を使用した場合、添加材料として塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）だけではなくヨウ化銅（Ｉ）（ＣｕＩ）を同時に添加することもできる。これにより塩化銅のみの発光だけではなく、エネルギー準位の異なるヨウ化銅からの発光も得ることができ、その結果混色発光を得ることができる。また塩化銅（Ｉ）とヨウ化銅（Ｉ）のような同じ金属で異なるハロゲン化合物を共に添加するだけではなく、異なる金属のハロゲン化合物を共に添加することもできる。例えば母体材料の硫化亜鉛（ＺｎＳ）に対して塩化銀（ＡｇＣｌ）と塩化マンガン（ＩＩ）（ＭｎＣｌ２）を共に添加して混色発光を得ることもできる。また異なる金属の異なるハロゲン化合物を共に添加することもできる。例えば母体材料の硫化亜鉛（ＺｎＳ）に対して塩化銅（ＣｕＣｌ）とフッ化マンガン（ＩＩ）（ＭｎＦ２）を共に添加して混色発光を得ることもできる。
【００３６】
本発明に係る発光素子は上記に記載した構成だけではなく、電極上の誘電体層は第１又は第２の電極のどちらか一方のみの上に形成するだけでも良い。また図１（Ｂ）のように基板１０６上に第１の電極１０７と第２の電極１０９の間に発光層１０８のみを有する誘電体層を含まない構成でも良い。さらには誘電体を含まない構成で第１の電極と第２の電極との間にｐ型半導体とｎ型半導体の積層としどちらか一方か両方の半導体が発光層となる構成であっても良い。
【００３７】
本発明に係る半導体材料において添加材料を用いる場合には、固相反応、すなわち、硫化物及び添加材料を秤量し、乳鉢で十分に粒径が小さく揃い分散されるように混合、電気炉で加熱して反応させる方法により、硫化物に添加材料を含有させる。焼成温度は、５００〜２０００℃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、粉末を密にしたペレット状態で焼成を行うことが好ましい。また、一度高温で仮焼成を行ってからより低温で添加材料を加えて焼成を行っても良い。母体材料の焼成を１回目とし、２回目の焼成では添加材料を加えて焼成することもできる。さらに固相反応を行う場合、大気圧にてアルゴン（Ａｒ）などの希ガス雰囲気、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、又は硫化水素（Ｈ２Ｓ）雰囲気で行っても良い。さらには真空状態にて行うことが好ましい場合もあり、石英等に真空雰囲気で材料を封じ込めて焼成することもできる。また石英管に真空状態で材料を封じ込め、焼成電気炉の温度分布を利用した化学輸送法にて焼成することもできる。
【００３８】
このように焼成をおこなうことによって、母体材料が活性化する。母体材料は例えば組成式ＭＸ（Ｍは周期表第２族から第１３族のいずれかに属する元素を表し、Ｘはカルコゲン元素を表す。）で表され、焼成後は、母体材料の結晶構造内（結晶構造内には少なくとも一の単位格子が含まれる。単位格子の結晶系は、立方晶系、六方晶系、正方晶系、斜方晶系、単斜晶系、三斜晶系等のいずれか、またはこれらの組み合わせである。）において、Ｘの第１の格子点は第１のハロゲン元素に置換され、Ｘの第２の格子点は第２のハロゲン元素に置換されている。第１のハロゲン元素及び第２のハロゲン元素は、それぞれ上述の発光中心となる材料として添加される材料に含まれる元素であり、ドナーとして作用する。また、上述の発光中心として添加される材料に含まれる遷移金属または典型金属は、Ｍの格子点の少なくとも一と置換されているか若しくは結晶構造の格子間に侵入した状態となっており、アクセプターとして作用する。第１のハロゲン元素と対となるアクセプターと、第２のハロゲン元素と対となるドナーとは、それぞれ、同じであってもよいし、異なっていてもよい。以上に説明したような母体材料と、ドナーとして作用する２種以上のハロゲン元素と、アクセプターとして作用する金属とで構成される発光体は、新規な複合材料であり、混色を発光する発光体として発光層に適用することができる。なお、ＺｎＭｇＳのように、Ｍが２種類以上の周期表第２族から第１３族のいずれかに属する元素で構成されていてもよい。
【００３９】
第１の電極、第２の電極、第１の誘電体層、第２の誘電体層を形成する方法としては公知の方法でよく、例えば抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）、ホットウォール法等の真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング法、又はＭＥＢ法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）や、有機金属ＣＶＤ法又はハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、ウェット法としてインクジェット法、スピンコート法、印刷法、スプレー法、スキージ法、陽極酸化法、又はゾルーゲル法等を用いることができる。
【００４０】
発光層を形成する方法としては電極や誘電体層を形成する方法と同じでよく、例えば抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）、ホットウォール法等の真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング法、又はＭＥＢ法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）や、有機金属ＣＶＤ法又はハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、ウェット法としてインクジェット法、スピンコート法、印刷法、スプレー法、スキージ法、陽極酸化法、又はゾルーゲル法等を用いることができる。
【００４１】
また図１（Ｃ）を用いて構成の異なる発光素子を説明する。
【００４２】
基板１１０の上に、第１の電極１１１と第２の電極１１６を有し、第１の電極と第２の電極との間に、第１の誘電体層１１２と第１の発光層１１３と第２の発光層１１４、そして第２の誘電体層１１５とを有する素子構成である。なお、本実施の形態では、第１の電極１１１と第２の電極１１６は陽極、陰極のどちらを機能としてもよいものとして以下に説明をする。
【００４３】
基板１１０、第１の電極１１１、第２電極１１６、第１の誘電体層１１２と第２の誘電体層１１５は上記に記載されている材料、形成方法を利用してよい。第１の発光層１１３、第２の発光層１１４に関しても同様に上記の材料、焼成方法を使用してよい。
【００４４】
発光素子として第１の発光層１１３、第２の発光層１１４と２つの発光層を構成する場合、同一の発光色を発光することにより発光強度の向上した発光素子が形成できる。また異なる発光色を発光する場合には混色、この混色の組み合わせにより白色発光を有する発光素子を得ることができる。発光層は２つに限定することは無く、必要となれば２つ以上の発光層を有する発光素子を形成することもできる。
【００４５】
発光層の構成としては、例えば第１の発光層１１３において母体に硫化亜鉛（ＺｎＳ）を使用し、発光中心となる添加材料として塩化銀（ＡｇＣｌ）を利用する。また第１の発光層１１３上に形成される第２の発光層１１４では、母体に硫化亜鉛（ＺｎＳ）を使用し、添加材料としては塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）を利用する。こうすることで一つの発光素子から混色を得ることができる。このように同一の母体材料を使用して発光素子を形成すれば母体差異による劣化を防ぐことができ、発光素子の寿命をより向上させることができる。しかし第１及び第２の発光層の母体は同一の母体である必要はない。
【００４６】
また、発光強度を向上させるために第１の発光層１１３では母体に硫化カルシウム（ＣａＳ）を利用し添加材料として塩化ユーロピウム（ＩＩ）（ＥｕＣｌ２）を、第２の発光層１１４では母体に酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を利用し添加材料として塩化ユーロピウム（ＩＩＩ）（ＥｕＣｌ３）を使用する。こうすることで単色発光でも強度の向上した発光素子を作成することができる。
【００４７】
本発明の発光素子は、発光層を形成する半導体の移動度により低駆動電圧で動作可能な発光素子を得ることができる。もしそのような低駆動電圧で発光可能であれば、消費電力も低減された発光素子を得ることができる。
【００４８】
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。
【００４９】
（実施の形態２）
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２を用いて説明する。
【００５０】
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特に設けずに発光素子を駆動させるパッシブ型の発光装置である。図２には本発明を適用して作製したパッシブ型の発光装置の斜視図を示す。
【００５１】
図２において、基板９５１上には、第１の電極９５２と第２の電極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で示した発光層を含んでいる。
【００５２】
第１の電極９５２の端部は絶縁層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と接する辺）の方が上辺（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。
【００５３】
本実施の形態では一つの発光素子の構成を示したが、それにとらわれることなく実施の形態１で示したように誘電体層を電極上に形成し発光層をｐ型半導体とｎ型半導体の積層構造にしても良い。
【００５４】
（実施の形態３）
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。
【００５５】
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３（Ａ）〜図３（Ｂ）を用いて説明する。なお、図３（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図３（Ｂ）は図３（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。
【００５６】
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。
【００５７】
次に、断面構造について図３（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。
【００５８】
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、本実施例では、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
第１の電極６１３上には、発光物質を含む層（発光層ともいう）６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されており、発光素子６１８を形成している。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、発光層６１６からの発光を外部へ取り出すことが可能である。なお、第１の電極６１３および第２の電極６１７の両方を透光性を有する材料で形成すれば素子基板６１０側と封止基板６０４側の両側から発光を取り出すことのできる両面発光装置として利用することができる。
【００６２】
なお、第１の電極６１３、発光層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。例えば抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）、ホットウォール法等の真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング法、又はＭＥＢ法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）や、有機金属ＣＶＤ法又はハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、ウェット法としてインクジェット法、スピンコート法、印刷法、スプレー法、スキージ法、陽極酸化法、又はゾルーゲル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。
【００６３】
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。
【００６４】
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）、マイラー、又は、ポリエステル若しく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。
【００６５】
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。
【００６６】
本発明の発光装置は、実施の形態１で示した発光素子を有する。また、２種類以上のハロゲン化合物を添加材料として利用すれば混色もしくは、この混色の組み合わせから白色の素子を作製することができる。
【００６７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態３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〜実施の形態３で示した発光素子を有する。
【００６８】
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、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）、又は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４（Ａ）〜図４（Ｄ）、図５、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）、図７、図８に示す。
【００６９】
図４（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１〜３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。そのため混色や白色発光素子である場合には液晶のようにカラーフィルタを形成する必要がある。
【００７０】
図４（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、ポインティングマウス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１〜３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。
【００７１】
図４（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１〜３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。
【００７２】
図４（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１〜３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。
【００７３】
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。
【００７４】
また、本発明の発光装置は、混色や白発光を有する発光素子を有しているため、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５を用いて説明する。
【００７５】
図５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５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。
【００７６】
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、無機ＥＬ特有の長寿命な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、発光装置は薄型であるため表示装置の薄型化も可能となる。
【００７７】
また、本発明を適用した発光装置は高輝度の発光が可能であるため、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６（Ａ）〜図６（Ｃ）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６（Ｂ）は図６（Ａ）のヘッドライト１０００の部分を拡大した断面図である。図６（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６（Ｂ）に示すように、複数の光源を用いることで、より高輝度の光を得ることができる。また、図６（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。
【００７８】
図７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７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。本発明の発光装置は、高輝度の発光が可能であるため、細かい作業をする場合など、手元を明るく照らすことが可能である。
【００７９】
図８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。
【００８０】
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４（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。
【００８１】
照明装置としては、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）、図７、図８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。
【００８２】
（実施の形態５）
本実施の形態は、本発明に係る複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子（以下、積層型素子という）の態様について、図９を参照して説明する。この発光素子は、第１の電極と第２の電極との間に、複数の発光ユニットを有する発光素子である。発光ユニットとは実施の形態１〜実施の形態３と同様な構成を持ち、例えば２つの誘電体に挟まれた発光層、一つの誘電体と接した発光層、発光層のみ、もしくは２層以上の発光層である。
【００８３】
図９において、第１の電極１４０１と第２の電極１４０２との間には、第１の発光ユニット１４１１と第２の発光ユニット１４１２が積層されている。第１の電極１４０１と第２の電極１４０２は実施の形態１〜実施の形態３と同様なものを適用することができる。また、第１の発光ユニット１４１１と第２の発光ユニット１４１２は同じ構成である必要はない。
【００８４】
電荷発生層１４１３は、有機化合物と金属酸化物の複合体でもよく、また第３の電極であっても良い。この有機化合物と金属酸化物の複合体は、有機化合物とＶ２Ｏ５やＭｏＯ３やＷＯ３金属酸化物から構成される。有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。なお、有機化合物としては、正孔輸送性有機化合物として正孔移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。有機化合物と金属酸化物の複合体は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。電極の場合では透明性材料を使用しても良いし、反射性材料を使用しても良い。
【００８５】
なお、電荷発生層１４１３は、有機化合物と金属酸化物の複合体と他の材料とを組み合わせて形成してもよい。例えば、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層と、電子供与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層とを組み合わせて形成してもよい。また、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層と、透明導電膜とを組み合わせて形成してもよい。
【００８６】
いずれにしても、第１の発光ユニット１４１１と第２の発光ユニット１４１２に挟まれる電荷発生層１４１３は、第１の電極１４０１と第２の電極１４０２に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットに正孔を注入するものであれば良い。
【００８７】
本実施の形態では、２つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、同様に、３つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能である。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電気絶縁性の電荷発生層で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での長寿命素子を実現できる。また、照明を応用例とした場合は、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。また、表示装置に適用する場合には、低電圧駆動が可能で消費電力が低く、コントラストの高い表示装置を実現することができる。
【００８８】
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。
【００８９】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置について説明する。
【００９０】
本実施の形態では、発光装置の一態様として表示装置について、図１０〜図１３を参照して説明する。図１０は表示装置の主要部を示す構成図である。
【００９１】
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１〜５で説明したものと同様なＥＬ層が設けられ、発光素子を形成している。図１０の表示装置は、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。
【００９２】
この表示装置は、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。
【００９３】
なお、対向基板４１２は必要に応じて設ければ良く、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、樹脂フィルム若しく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の端部で第１及び第２のフレキシブル配線基板４２０、４２２とコンタクトとを形成する。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。
【００９４】
図１１は図１０における表示部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、所謂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。
【００９５】
図１２は図１０における表示部４１４の平面図であり、基板４１０上に第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良い。
【００９６】
図１２において、Ａ−Ｂ線及びＣ−Ｄ線に沿った断面図を図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示す。図１３（Ａ）は図１１における第１の電極４１６が配列する断面図であり、図１３（Ｂ）は図１１における第２の電極４１８が配列する断面図を示す。基板４１０上の第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。また基板４１０と対向基板４１２の間には、充填材４３２が設けられている。図１３（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。
【００９７】
図１４（Ａ）〜図１４（Ｂ）では、図１３（Ａ）〜図１３（Ｂ）の対向基板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異なら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若しく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良い。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良い。
【００９８】
本実施の形態の発光素子を利用した表示装置は、発光素子におけるＥＬ層を薄膜化することにより、発光強度及び素子寿命を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の発光素子を説明する図。
【図２】本発明の発光装置を説明する図。
【図３】本発明の発光装置を説明する図。
【図４】本発明の電子機器を説明する図。
【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】本発明の電子機器を説明する図。
【図８】本発明の電子機器を説明する図。
【図９】本発明の発光素子を説明する図
【図１０】本発明の発光装置を説明する図。
【図１１】本発明の発光装置を説明する図。
【図１２】本発明の発光装置を説明する図。
【図１３】本発明の発光装置を説明する図。
【図１４】本発明の発光装置を説明する図。
【符号の説明】
【０１００】
１００ 基板
１０１ 電極
１０２ 誘電体層
１０３ 発光層
１０４ 誘電体層
１０５ 電極
１０６ 基板
１０７ 電極
１０８ 発光層
１０９ 電極
１１０ 基板
１１１ 電極
１１２ 誘電体層
１１３ 発光層
１１４ 発光層
１１５ 誘電体層
１１６ 電極
４１０ 基板
４１２ 対向基板
４１４ 表示部
４１６ 電極
４１８ 電極
４２０ 基板
４２２ 基板
４２４ 隔壁層
４２８ 補助電極
５０１ 筐体
５０２ 液晶層
５０３ バックライト
５０４ 筐体
５０５ ドライバＩＣ
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 発光層
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
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ 発光層
９５６ 電極
１０００ ヘッドライト
１０１１ 光源
１０１２ 反射板
１０２１ 光源
１０２２ 反射板
１４０１ 第１の電極
１４０２ 第２の電極
１４１１ 第１の発光ユニット
１４１２ 第２の発光ユニット
１４１３ 電荷発生層
２００１ 筐体
２００２ 光源
３００１ 室内の照明装置
３００２ テレビ装置
９１０１ 筐体
９１０２ 支持台
９１０３ 表示部
９１０４ スピーカ部
９１０５ ビデオ入力端子
９２０１ 本体
９２０２ 筐体
９２０３ 表示部
９２０４ キーボード
９２０５ 外部接続ポート
９２０６ ポインティングマウス
９４０１ 本体
９４０２ 筐体
９４０３ 表示部
９４０４ 音声入力部
９４０５ 音声出力部
９４０６ 操作キー
９４０７ 外部接続ポート
９４０８ アンテナ
９５０１ 本体
９５０２ 表示部
９５０３ 筐体
９５０４ 外部接続ポート
９５０５ リモコン受信部
９５０６ 受像部
９５０７ バッテリー
９５０８ 音声入力部
９５０９ 操作キー
９５１０ 接眼部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、照明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（ＥＬ））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、蛍光材料の薄膜からなる発光層を有している点に違いがある。しかし、そのメカニズムは共通しており、高電界で加速された電子による母体材料又は発光中心の衝突励起により発光が得られる。このような理由のため、一般的な無機ＥＬ素子で発光を得るためには高い電界が必要であり、発光素子に数百Ｖの電圧を印加する必要がある。例えば、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素子が開発されたが、１００〜２００Ｖの駆動電圧が必要である（例えば、非特許文献１参照）。そのため、無機ＥＬ素子は消費電力が大きく、中小型サイズのディスプレイ、例えば、携帯電話等のディスプレイには採用することが難しかった。
【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、ｐ．Ｌ１２９１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題に鑑み、本発明は、混色発光が可能な発光素子、ならびに該発光素子を利用した発光装置、照明装置、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】
【０００８】
本発明は、発光素子の発光体を製造するに当たり様々な発光中心化合物を利用する。カルコゲナイド化合物を母体とし、発光中心化合物としてハロゲン元素を添加した蛍光体である。従来はカルコゲナイド化合物の一つである硫化亜鉛（ＺｎＳ）を母体とし、発光中心としてハロゲン化合物の一つである塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）を利用しているが、この材料にとらわれることなくまた従来の発光体と同等以上の特性を有するものである。
【０００９】
上記構成において、発光体の母体となるカルコゲナイド化合物とは、周期表第１６族のカルコゲン元素、つまり酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、又はポロニウム（Ｐｏ）と、周期表第２族から第１３族に属する金属元素とを含む化合物である。例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、又は硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）などが挙げられる。またＳｒＧａ２Ｓ４、又はＺｎＭｇＳのように２種以上のカルコゲナイド化合物を混合した複合材料を使用してもよい。
【００１０】
また上記構成において、ハロゲン化合物とは周期表１７族のハロゲン元素、つまりフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、又はアスタチン（Ａｔ）を含む化合物である。例えば周期表において遷移金属元素である第１１族の銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、又は金（Ａｕ）、希土類元素であるセリウム（Ｃｅ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、テルビウム（Ｔｂ）、又はツリウム（Ｔｍ）、典型金属元素であるアルミニウム（Ａｌ）又はガリウム（Ｇａ）などを少なくとも一つ以上含む化合物である。銅化合物は銅イオンが一価、二価になることができるのでフッ化銅（Ｉ）（ＣｕＦ）、フッ化銅（ＩＩ）（ＣｕＦ２）、塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）、塩化銅（ＩＩ）（ＣｕＣｌ２）、臭化銅（Ｉ）（ＣｕＢｒ）、臭化銅（ＩＩ）（ＣｕＢｒ２）、ヨウ化銅（Ｉ）（ＣｕＩ）、又はヨウ化銅（ＩＩ）（ＣｕＩ２）や、銀化合物としてはフッ化銀、塩化銀、臭化銀（ＡｇＢｒ）、又はヨウ化銀（ＡｇＩ）などがある。銅イオンのように価数にとらわれることなく利用できる。また上記のようなハロゲン化合物を２種類以上混合した複合材料を使用してもよい。
【００１１】
本発明は、第１の電極、前記第１の電極上の発光層及び前記発光層上の第２の電極を有し、前記発光層にカルコゲン元素とハロゲン元素を含む発光素子に関するものである。
【００１２】
また本発明は、第１の電極、前記第１の電極上の第１の誘電体膜、前記第１の誘電体膜上の発光層、前記発光層上の第２の誘電体膜、前記第２の誘電体膜上の第２の電極を含み、前記発光層にカルコゲン元素とハロゲン元素を含む発光素子に関するものである。
【００１３】
本発明において、前記発光層の発光母体は、前記カルコゲン元素と、周期表第２族から第１３族に属する元素と、を含む１種類又は２種類以上のカルコゲナイド化合物から形成されるものである。
【００１４】
本発明において、前記発光層の発光中心は、前記ハロゲン元素と、典型金属元素、遷移金属元素、又は希土類元素と、を含む１種類又は２種類以上のハロゲン化合物から形成されるものである。
【００１５】
また本発明は、第１の電極、前記第１の電極上の発光層、前記発光層上の第２の電極を含み、前記発光層に少なくとも２種類以上のハロゲン元素を含む発光素子に関するものである。
【００１６】
また本発明は、第１の電極、前記第１の電極上の第１の誘電体膜、前記第１の誘電体膜上の発光層、前記発光層上の第２の誘電体膜、前記第２の誘電体膜上の第２の電極を含み、前記発光層に少なくとも２種類以上のハロゲン元素を含む発光素子に関するものである。
【００１７】
また本発明において、前記発光層は、典型金属元素、遷移金属元素、又は希土類元素に属する元素から選ばれた少なくとも２種類以上の元素を含むものである。
【００１８】
また本発明は、第１の電極と、前記第１の電極の上方に形成された発光層と、前記発光層の上方に形成された第２の電極と、を有する発光素子であり、前記発光層は、組成式ＭＸで表される化合物と、アクセプターと、第１のドナーと、第２のドナーと、を含むことを特徴としている。前記化合物ＭＸは、Ｍが周期表第２族から１３族に属する元素から選ばれた元素で構成されており、Ｘがカルコゲン元素である。前記発光層に含まれるアクセプターはＭより低価数のイオンであり、前記発光層には、Ｍより低価数のイオンであるアクセプターが二以上含まれていてもよい。そして前記第１及び第２のドナーは、それぞれＸより低価数のイオンであってもよい。また、Ｍが周期表第２族から第１３族に属する元素から選ばれた２種類以上の元素によって構成されていてもよい。さらに、化合物ＭＸの結晶構造内には少なくとも一の単位格子が含まれる。単位格子の結晶系は、立方晶系、六方晶系、正方晶系、斜方晶系、単斜晶系、三斜晶系等のいずれか、またはこれらの組み合わせである。例えば、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＭｇＳ、ＣａＳ、ＳｒＳ、又はＺｎＭｇＳが挙げられる。
【００１９】
また本発明は、上記の発光素子を有する発光装置に関するものである。
【００２０】
また本発明では、上記に記載の発光装置を照明装置に用いることも可能である。
【００２１】
また本発明では、上記に記載の発光装置を表示部に用いることを特徴とする電子機器にも関するものである。
【００２２】
また、本発明は、上述した発光素子を有する発光装置も範疇に含めるものである。本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を範疇に含む。また、発光素子が形成されたパネルにコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【００２３】
また、本発明の発光素子を表示部に用いた電子機器も本発明の範疇に含めるものとする。したがって、本発明の電子機器は、表示部を有し、表示部は、上述した発光素子と発光素子の発光を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の発光素子は、カルコゲナイド化合物とハロゲン化合物から発光層を形成することができる。また、本発明の発光素子は、単色発光ではなく混色および白色発光が可能である。
【００２５】
遷移金属のようなｄ軌道を有するイオンの場合、結晶格子内においてその金属イオンに対して配位子が正八面体の６配位を形成しているのか、正四面体の４配位を形成しているのかで結晶場分裂に差異が現れるが、さらに分光化学序列により配位子が遷移金属の結晶場分裂に与える影響の大きさが異なることが知られている。配位子としてハロゲン元素であるフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）を考えると結晶場分裂のエネルギーの大きさは同じ価数の陰イオンであっても配位子の種類に依存し、そのエネルギーの大きさはＩ−＜Ｂｒ−＜Ｃｌ−＜Ｆ−となることが知られている。つまりハロゲン元素が異なることによってエネルギー準位が異なり、発光スペクトルが長波長側、もしくは短波長側にシフトすることや、より幅広なピークが得られることにより混色発光が可能である。この混色発光の組み合わせやより幅広なスペクトルであれば、白色発光を得ることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の態様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。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明に係る薄膜型発光素子について図１（Ａ）〜図１（Ｃ）を用いて説明する。
【００２８】
本実施の形態で示す発光素子は、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、第１の誘電体層１０２と発光層１０３と第２の誘電体層１０４とを有する素子構成である。なお、本実施の形態では、第１の電極１０１と第２の電極１０５は陽極、陰極のどちらを機能としてもよいものとして以下に説明をする。
【００２９】
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。
【００３０】
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、又はこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ（「ＩＴＯ」ともいう））、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（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ（「ＩＺＯ」ともいう））、又は、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（「ＩＷＺＯ」ともいう）等が挙げられる。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、酸化インジウム−酸化亜鉛（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。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（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。この他、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）、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）、又は金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン（ＴｉＮ））等用いることができる。なお、第１の電極１０１または／及び第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。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、又はゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００３１】
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における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。さらに第１の電極と第２の電極はそれぞれ一層である必要は無く、２層以上の構成を取っていても良い。
【００３２】
第１の誘電体層と第２の誘電体層は公知の材料であれば問題ないが、特に誘電率の高い材料を利用することが好ましい。この誘電体層としては有機材料であっても良いし、無機材料であっても良い。例えば有機材料であればアセタール樹脂、エポキシ樹脂、メチル・メタアクリレート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスチレン、又はシアノ・エチル・セルロースを用いることができる。無機材料であれば窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）などの窒化物、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、チタン酸リチウム（ＬｉＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの酸化物が挙げられる。またこれら無機材料の複合材料でも良い。また第１の誘電体層と第２の誘電体層は１層である必要は無く、それぞれが２層以上あっても良い。さらに第１の誘電体層と第２の誘電体層は１ｎｍ〜１００００ｎｍ、好ましくは３００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の膜厚が好ましい。
【００３３】
発光層１０３は半導体である母体材料を利用すれば良い。カルコゲナイド化合物が特に利用され、周期表第２族から第１３族に属する金属元素を含む酸化物、硫化物、又はセレン化物などが挙げられる。例えば硫化物であれば硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化銅（Ｃｕ２Ｓ）、硫化アルミニウム（Ａｌ２Ｓ３）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、又は硫化マグネシウム（ＭｇＳ）などが挙げられる。また酸化物では酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、又は酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）などが挙げられる。セレン化物ではセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、又はセレン化バリウム（ＢａＳｅ）などが挙げられる。またこれらカルコゲナイド化合物同士を２種類以上混合した複合材料を利用することもできる。例えば、ＳｒＧａ２Ｓ４、ＺｎＭｇＳ、Ｙ２Ｏ２Ｓ、又はＺｎ２ＳｉＯ４などの複合材料が挙げられる。発光層の膜厚は１０ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは３０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましい。
【００３４】
発光層１０３では母体となるカルコゲナイド化合物の他に、発光中心となる材料を添加する。添加材料としてはハロゲン化合物が挙げられる。周期表１７族のハロゲン元素、つまりフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、又はアスタチン（Ａｔ）が含まれる化合物である。例えば周期表において遷移金属である第１１族の銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、又は金（Ａｕ）、希土類元素であるセリウム（Ｃｅ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、テルビウム（Ｔｂ）、又はツリウム（Ｔｍ）などを少なくとも一つ以上含む化合物である。銅化合物としてはフッ化銅（ＣｕＦ）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、臭化銅（ＣｕＢｒ）、ヨウ化銅（ＣｕＩ）などがある。またアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）のような典型金属元素を利用したハロゲン化合物でも良い。また上記のようなハロゲン化合物を２種類以上混合した複合材料を発光中心として使用してもよい。ハロゲン化合物のうち、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）がドナーとして、典型金属元素、遷移金属元素、又は希土類元素がアクセプターとして機能し、このドナーとアクセプターの再結合により発光するという機構を取る。
【００３５】
発光層の添加材料として上記のハロゲン化合物を複数、発光層の母体材料に添加しても良い。例えば発光層の母体材料として硫化亜鉛（ＺｎＳ）を使用した場合、添加材料として塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）だけではなくヨウ化銅（Ｉ）（ＣｕＩ）を同時に添加することもできる。これにより塩化銅のみの発光だけではなく、エネルギー準位の異なるヨウ化銅からの発光も得ることができ、その結果混色発光を得ることができる。また塩化銅（Ｉ）とヨウ化銅（Ｉ）のような同じ金属で異なるハロゲン化合物を共に添加するだけではなく、異なる金属のハロゲン化合物を共に添加することもできる。例えば母体材料の硫化亜鉛（ＺｎＳ）に対して塩化銀（ＡｇＣｌ）と塩化マンガン（ＩＩ）（ＭｎＣｌ２）を共に添加して混色発光を得ることもできる。また異なる金属の異なるハロゲン化合物を共に添加することもできる。例えば母体材料の硫化亜鉛（ＺｎＳ）に対して塩化銅（ＣｕＣｌ）とフッ化マンガン（ＩＩ）（ＭｎＦ２）を共に添加して混色発光を得ることもできる。
【００３６】
本発明に係る発光素子は上記に記載した構成だけではなく、電極上の誘電体層は第１又は第２の電極のどちらか一方のみの上に形成するだけでも良い。また図１（Ｂ）のように基板１０６上に第１の電極１０７と第２の電極１０９の間に発光層１０８のみを有する誘電体層を含まない構成でも良い。さらには誘電体を含まない構成で第１の電極と第２の電極との間にｐ型半導体とｎ型半導体の積層としどちらか一方か両方の半導体が発光層となる構成であっても良い。
【００３７】
本発明に係る半導体材料において添加材料を用いる場合には、固相反応、すなわち、硫化物及び添加材料を秤量し、乳鉢で十分に粒径が小さく揃い分散されるように混合、電気炉で加熱して反応させる方法により、硫化物に添加材料を含有させる。焼成温度は、５００〜２０００℃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、粉末を密にしたペレット状態で焼成を行うことが好ましい。また、一度高温で仮焼成を行ってからより低温で添加材料を加えて焼成を行っても良い。母体材料の焼成を１回目とし、２回目の焼成では添加材料を加えて焼成することもできる。さらに固相反応を行う場合、大気圧にてアルゴン（Ａｒ）などの希ガス雰囲気、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、又は硫化水素（Ｈ２Ｓ）雰囲気で行っても良い。さらには真空状態にて行うことが好ましい場合もあり、石英等に真空雰囲気で材料を封じ込めて焼成することもできる。また石英管に真空状態で材料を封じ込め、焼成電気炉の温度分布を利用した化学輸送法にて焼成することもできる。
【００３８】
このように焼成をおこなうことによって、母体材料が活性化する。母体材料は例えば組成式ＭＸ（Ｍは周期表第２族から第１３族のいずれかに属する元素を表し、Ｘはカルコゲン元素を表す。）で表され、焼成後は、母体材料の結晶構造内（結晶構造内には少なくとも一の単位格子が含まれる。単位格子の結晶系は、立方晶系、六方晶系、正方晶系、斜方晶系、単斜晶系、三斜晶系等のいずれか、またはこれらの組み合わせである。）において、Ｘの第１の格子点は第１のハロゲン元素に置換され、Ｘの第２の格子点は第２のハロゲン元素に置換されている。第１のハロゲン元素及び第２のハロゲン元素は、それぞれ上述の発光中心となる材料として添加される材料に含まれる元素であり、ドナーとして作用する。また、上述の発光中心として添加される材料に含まれる遷移金属または典型金属は、Ｍの格子点の少なくとも一と置換されているか若しくは結晶構造の格子間に侵入した状態となっており、アクセプターとして作用する。第１のハロゲン元素と対となるアクセプターと、第２のハロゲン元素と対となるドナーとは、それぞれ、同じであってもよいし、異なっていてもよい。以上に説明したような母体材料と、ドナーとして作用する２種以上のハロゲン元素と、アクセプターとして作用する金属とで構成される発光体は、新規な複合材料であり、混色を発光する発光体として発光層に適用することができる。なお、ＺｎＭｇＳのように、Ｍが２種類以上の周期表第２族から第１３族のいずれかに属する元素で構成されていてもよい。
【００３９】
第１の電極、第２の電極、第１の誘電体層、第２の誘電体層を形成する方法としては公知の方法でよく、例えば抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）、ホットウォール法等の真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング法、又はＭＥＢ法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）や、有機金属ＣＶＤ法又はハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、ウェット法としてインクジェット法、スピンコート法、印刷法、スプレー法、スキージ法、陽極酸化法、又はゾルーゲル法等を用いることができる。
【００４０】
発光層を形成する方法としては電極や誘電体層を形成する方法と同じでよく、例えば抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）、ホットウォール法等の真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング法、又はＭＥＢ法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）や、有機金属ＣＶＤ法又はハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、ウェット法としてインクジェット法、スピンコート法、印刷法、スプレー法、スキージ法、陽極酸化法、又はゾルーゲル法等を用いることができる。
【００４１】
また図１（Ｃ）を用いて構成の異なる発光素子を説明する。
【００４２】
基板１１０の上に、第１の電極１１１と第２の電極１１６を有し、第１の電極と第２の電極との間に、第１の誘電体層１１２と第１の発光層１１３と第２の発光層１１４、そして第２の誘電体層１１５とを有する素子構成である。なお、本実施の形態では、第１の電極１１１と第２の電極１１６は陽極、陰極のどちらを機能としてもよいものとして以下に説明をする。
【００４３】
基板１１０、第１の電極１１１、第２電極１１６、第１の誘電体層１１２と第２の誘電体層１１５は上記に記載されている材料、形成方法を利用してよい。第１の発光層１１３、第２の発光層１１４に関しても同様に上記の材料、焼成方法を使用してよい。
【００４４】
発光素子として第１の発光層１１３、第２の発光層１１４と２つの発光層を構成する場合、同一の発光色を発光することにより発光強度の向上した発光素子が形成できる。また異なる発光色を発光する場合には混色、この混色の組み合わせにより白色発光を有する発光素子を得ることができる。発光層は２つに限定することは無く、必要となれば２つ以上の発光層を有する発光素子を形成することもできる。
【００４５】
発光層の構成としては、例えば第１の発光層１１３において母体に硫化亜鉛（ＺｎＳ）を使用し、発光中心となる添加材料として塩化銀（ＡｇＣｌ）を利用する。また第１の発光層１１３上に形成される第２の発光層１１４では、母体に硫化亜鉛（ＺｎＳ）を使用し、添加材料としては塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）を利用する。こうすることで一つの発光素子から混色を得ることができる。このように同一の母体材料を使用して発光素子を形成すれば母体差異による劣化を防ぐことができ、発光素子の寿命をより向上させることができる。しかし第１及び第２の発光層の母体は同一の母体である必要はない。
【００４６】
また、発光強度を向上させるために第１の発光層１１３では母体に硫化カルシウム（ＣａＳ）を利用し添加材料として塩化ユーロピウム（ＩＩ）（ＥｕＣｌ２）を、第２の発光層１１４では母体に酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を利用し添加材料として塩化ユーロピウム（ＩＩＩ）（ＥｕＣｌ３）を使用する。こうすることで単色発光でも強度の向上した発光素子を作成することができる。
【００４７】
本発明の発光素子は、発光層を形成する半導体の移動度により低駆動電圧で動作可能な発光素子を得ることができる。もしそのような低駆動電圧で発光可能であれば、消費電力も低減された発光素子を得ることができる。
【００４８】
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。
【００４９】
（実施の形態２）
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２を用いて説明する。
【００５０】
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特に設けずに発光素子を駆動させるパッシブ型の発光装置である。図２には本発明を適用して作製したパッシブ型の発光装置の斜視図を示す。
【００５１】
図２において、基板９５１上には、第１の電極９５２と第２の電極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で示した発光層を含んでいる。
【００５２】
第１の電極９５２の端部は絶縁層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と接する辺）の方が上辺（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。
【００５３】
本実施の形態では一つの発光素子の構成を示したが、それにとらわれることなく実施の形態１で示したように誘電体層を電極上に形成し発光層をｐ型半導体とｎ型半導体の積層構造にしても良い。
【００５４】
（実施の形態３）
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。
【００５５】
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３（Ａ）〜図３（Ｂ）を用いて説明する。なお、図３（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図３（Ｂ）は図３（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。
【００５６】
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。
【００５７】
次に、断面構造について図３（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。
【００５８】
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、本実施例では、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
第１の電極６１３上には、発光物質を含む層（発光層ともいう）６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されており、発光素子６１８を形成している。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、発光層６１６からの発光を外部へ取り出すことが可能である。なお、第１の電極６１３および第２の電極６１７の両方を透光性を有する材料で形成すれば素子基板６１０側と封止基板６０４側の両側から発光を取り出すことのできる両面発光装置として利用することができる。
【００６２】
なお、第１の電極６１３、発光層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。例えば抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）、ホットウォール法等の真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング法、又はＭＥＢ法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）や、有機金属ＣＶＤ法又はハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、ウェット法としてインクジェット法、スピンコート法、印刷法、スプレー法、スキージ法、陽極酸化法、又はゾルーゲル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。
【００６３】
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。
【００６４】
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）、マイラー、又は、ポリエステル若しく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。
【００６５】
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。
【００６６】
本発明の発光装置は、実施の形態１で示した発光素子を有する。また、２種類以上のハロゲン化合物を添加材料として利用すれば混色もしくは、この混色の組み合わせから白色の素子を作製することができる。
【００６７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態３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〜実施の形態３で示した発光素子を有する。
【００６８】
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、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）、又は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４（Ａ）〜図４（Ｄ）、図５、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）、図７、図８に示す。
【００６９】
図４（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１〜３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。そのため混色や白色発光素子である場合には液晶のようにカラーフィルタを形成する必要がある。
【００７０】
図４（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、ポインティングマウス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１〜３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。
【００７１】
図４（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１〜３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。
【００７２】
図４（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１〜３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。
【００７３】
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。
【００７４】
また、本発明の発光装置は、混色や白発光を有する発光素子を有しているため、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５を用いて説明する。
【００７５】
図５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５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。
【００７６】
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、無機ＥＬ特有の長寿命な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、発光装置は薄型であるため表示装置の薄型化も可能となる。
【００７７】
また、本発明を適用した発光装置は高輝度の発光が可能であるため、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６（Ａ）〜図６（Ｃ）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６（Ｂ）は図６（Ａ）のヘッドライト１０００の部分を拡大した断面図である。図６（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６（Ｂ）に示すように、複数の光源を用いることで、より高輝度の光を得ることができる。また、図６（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。
【００７８】
図７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７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。本発明の発光装置は、高輝度の発光が可能であるため、細かい作業をする場合など、手元を明るく照らすことが可能である。
【００７９】
図８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。
【００８０】
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４（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。
【００８１】
照明装置としては、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）、図７、図８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。
【００８２】
（実施の形態５）
本実施の形態は、本発明に係る複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子（以下、積層型素子という）の態様について、図９を参照して説明する。この発光素子は、第１の電極と第２の電極との間に、複数の発光ユニットを有する発光素子である。発光ユニットとは実施の形態１〜実施の形態３と同様な構成を持ち、例えば２つの誘電体に挟まれた発光層、一つの誘電体と接した発光層、発光層のみ、もしくは２層以上の発光層である。
【００８３】
図９において、第１の電極１４０１と第２の電極１４０２との間には、第１の発光ユニット１４１１と第２の発光ユニット１４１２が積層されている。第１の電極１４０１と第２の電極１４０２は実施の形態１〜実施の形態３と同様なものを適用することができる。また、第１の発光ユニット１４１１と第２の発光ユニット１４１２は同じ構成である必要はない。
【００８４】
電荷発生層１４１３は、有機化合物と金属酸化物の複合体でもよく、また第３の電極であっても良い。この有機化合物と金属酸化物の複合体は、有機化合物とＶ２Ｏ５やＭｏＯ３やＷＯ３金属酸化物から構成される。有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。なお、有機化合物としては、正孔輸送性有機化合物として正孔移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。有機化合物と金属酸化物の複合体は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。電極の場合では透明性材料を使用しても良いし、反射性材料を使用しても良い。
【００８５】
なお、電荷発生層１４１３は、有機化合物と金属酸化物の複合体と他の材料とを組み合わせて形成してもよい。例えば、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層と、電子供与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層とを組み合わせて形成してもよい。また、有機化合物と金属酸化物の複合体を含む層と、透明導電膜とを組み合わせて形成してもよい。
【００８６】
いずれにしても、第１の発光ユニット１４１１と第２の発光ユニット１４１２に挟まれる電荷発生層１４１３は、第１の電極１４０１と第２の電極１４０２に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットに正孔を注入するものであれば良い。
【００８７】
本実施の形態では、２つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、同様に、３つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能である。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電気絶縁性の電荷発生層で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での長寿命素子を実現できる。また、照明を応用例とした場合は、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。また、表示装置に適用する場合には、低電圧駆動が可能で消費電力が低く、コントラストの高い表示装置を実現することができる。
【００８８】
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。
【００８９】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置について説明する。
【００９０】
本実施の形態では、発光装置の一態様として表示装置について、図１０〜図１３を参照して説明する。図１０は表示装置の主要部を示す構成図である。
【００９１】
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１〜５で説明したものと同様なＥＬ層が設けられ、発光素子を形成している。図１０の表示装置は、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。
【００９２】
この表示装置は、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。
【００９３】
なお、対向基板４１２は必要に応じて設ければ良く、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、樹脂フィルム若しく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の端部で第１及び第２のフレキシブル配線基板４２０、４２２とコンタクトとを形成する。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。
【００９４】
図１１は図１０における表示部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、所謂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。
【００９５】
図１２は図１０における表示部４１４の平面図であり、基板４１０上に第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良い。
【００９６】
図１２において、Ａ−Ｂ線及びＣ−Ｄ線に沿った断面図を図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示す。図１３（Ａ）は図１１における第１の電極４１６が配列する断面図であり、図１３（Ｂ）は図１１における第２の電極４１８が配列する断面図を示す。基板４１０上の第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。また基板４１０と対向基板４１２の間には、充填材４３２が設けられている。図１３（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。
【００９７】
図１４（Ａ）〜図１４（Ｂ）では、図１３（Ａ）〜図１３（Ｂ）の対向基板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異なら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若しく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良い。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良い。
【００９８】
本実施の形態の発光素子を利用した表示装置は、発光素子におけるＥＬ層を薄膜化することにより、発光強度及び素子寿命を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の発光素子を説明する図。
【図２】本発明の発光装置を説明する図。
【図３】本発明の発光装置を説明する図。
【図４】本発明の電子機器を説明する図。
【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】本発明の電子機器を説明する図。
【図８】本発明の電子機器を説明する図。
【図９】本発明の発光素子を説明する図
【図１０】本発明の発光装置を説明する図。
【図１１】本発明の発光装置を説明する図。
【図１２】本発明の発光装置を説明する図。
【図１３】本発明の発光装置を説明する図。
【図１４】本発明の発光装置を説明する図。
【符号の説明】
【０１００】
１００ 基板
１０１ 電極
１０２ 誘電体層
１０３ 発光層
１０４ 誘電体層
１０５ 電極
１０６ 基板
１０７ 電極
１０８ 発光層
１０９ 電極
１１０ 基板
１１１ 電極
１１２ 誘電体層
１１３ 発光層
１１４ 発光層
１１５ 誘電体層
１１６ 電極
４１０ 基板
４１２ 対向基板
４１４ 表示部
４１６ 電極
４１８ 電極
４２０ 基板
４２２ 基板
４２４ 隔壁層
４２８ 補助電極
５０１ 筐体
５０２ 液晶層
５０３ バックライト
５０４ 筐体
５０５ ドライバＩＣ
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 発光層
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
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ 発光層
９５６ 電極
１０００ ヘッドライト
１０１１ 光源
１０１２ 反射板
１０２１ 光源
１０２２ 反射板
１４０１ 第１の電極
１４０２ 第２の電極
１４１１ 第１の発光ユニット
１４１２ 第２の発光ユニット
１４１３ 電荷発生層
２００１ 筐体
２００２ 光源
３００１ 室内の照明装置
３００２ テレビ装置
９１０１ 筐体
９１０２ 支持台
９１０３ 表示部
９１０４ スピーカ部
９１０５ ビデオ入力端子
９２０１ 本体
９２０２ 筐体
９２０３ 表示部
９２０４ キーボード
９２０５ 外部接続ポート
９２０６ ポインティングマウス
９４０１ 本体
９４０２ 筐体
９４０３ 表示部
９４０４ 音声入力部
９４０５ 音声出力部
９４０６ 操作キー
９４０７ 外部接続ポート
９４０８ アンテナ
９５０１ 本体
９５０２ 表示部
９５０３ 筐体
９５０４ 外部接続ポート
９５０５ リモコン受信部
９５０６ 受像部
９５０７ バッテリー
９５０８ 音声入力部
９５０９ 操作キー
９５１０ 接眼部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、前記第１の電極上の発光層と、前記発光層上の第２の電極と、を有し、
前記発光層は、カルコゲン元素と、周期表第２族から第１３族に属する元素から選ばれた１種類又は２種類以上の元素と、を含む発光母体と、２種類以上のハロゲン元素と、典型金属元素、遷移金属元素、又は希土類元素に属する元素から選ばれた１種類又は２種類以上の元素と、を含む発光中心と、を有することを特徴とする発光素子。
【請求項２】
第１の電極と、前記第１の電極上の第１の誘電体膜と、前記第１の誘電体膜上の発光層と、前記発光層上の第２の誘電体膜と、前記第２の誘電体膜上の第２の電極と、を有し、
前記発光層は、カルコゲン元素と、周期表第２族から第１３族に属する元素から選ばれた１種類又は２種類以上の元素と、を含む発光母体と、２種類以上のハロゲン元素と、典型金属元素、遷移金属元素、又は希土類元素に属する元素から選ばれた１種類又は２種類以上の元素と、を含む発光中心と、を有することを特徴とする発光素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記遷移金属元素は、Ｃｕ、Ａｇ、又はＡｕであることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
第１の電極と、前記第１の電極の上方に形成された発光層と、前記発光層の上方に形成された第２の電極と、を有する発光素子であって、
前記発光層は、組成式ＭＸで表される化合物と、アクセプターと、第１及び第２のドナーを有し、
前記Ｍは、周期表第２族から第１３族に属する元素から選ばれた元素であり、
前記Ｘは、カルコゲン元素であり、
前記アクセプターは、前記Ｍより低価数のイオンであることを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項４において、
前記発光層には、前記Ｍより低価数のイオンであるアクセプターが２種類以上含まれていることを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項４又は請求項５において、
前記第１及び第２のドナーは、前記Ｘより低価数のイオンであることを特徴とする半発光素子。
【請求項７】
請求項４乃至請求項６のいずれか一項において、
前記Ｍは、周期表第２族から第１３族に属する元素から選ばれた２種類以上の元素を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項８】
請求項４乃至請求項７のいずれか一項において、
前記化合物ＭＸは、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＭｇＳ、ＣａＳ、ＳｒＳ、又はＺｎＭｇＳであることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の発光素子を有する発光装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の発光装置を用いた照明装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の発光装置を表示部に用いることを特徴とする電子機器。
【請求項１】
第１の電極と、前記第１の電極上の発光層と、前記発光層上の第２の電極と、を有し、
前記発光層は、カルコゲン元素と、周期表第２族から第１３族に属する元素から選ばれた１種類又は２種類以上の元素と、を含む発光母体と、２種類以上のハロゲン元素と、典型金属元素、遷移金属元素、又は希土類元素に属する元素から選ばれた１種類又は２種類以上の元素と、を含む発光中心と、を有することを特徴とする発光素子。
【請求項２】
第１の電極と、前記第１の電極上の第１の誘電体膜と、前記第１の誘電体膜上の発光層と、前記発光層上の第２の誘電体膜と、前記第２の誘電体膜上の第２の電極と、を有し、
前記発光層は、カルコゲン元素と、周期表第２族から第１３族に属する元素から選ばれた１種類又は２種類以上の元素と、を含む発光母体と、２種類以上のハロゲン元素と、典型金属元素、遷移金属元素、又は希土類元素に属する元素から選ばれた１種類又は２種類以上の元素と、を含む発光中心と、を有することを特徴とする発光素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記遷移金属元素は、Ｃｕ、Ａｇ、又はＡｕであることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
第１の電極と、前記第１の電極の上方に形成された発光層と、前記発光層の上方に形成された第２の電極と、を有する発光素子であって、
前記発光層は、組成式ＭＸで表される化合物と、アクセプターと、第１及び第２のドナーを有し、
前記Ｍは、周期表第２族から第１３族に属する元素から選ばれた元素であり、
前記Ｘは、カルコゲン元素であり、
前記アクセプターは、前記Ｍより低価数のイオンであることを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項４において、
前記発光層には、前記Ｍより低価数のイオンであるアクセプターが２種類以上含まれていることを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項４又は請求項５において、
前記第１及び第２のドナーは、前記Ｘより低価数のイオンであることを特徴とする半発光素子。
【請求項７】
請求項４乃至請求項６のいずれか一項において、
前記Ｍは、周期表第２族から第１３族に属する元素から選ばれた２種類以上の元素を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項８】
請求項４乃至請求項７のいずれか一項において、
前記化合物ＭＸは、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＭｇＳ、ＣａＳ、ＳｒＳ、又はＺｎＭｇＳであることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の発光素子を有する発光装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の発光装置を用いた照明装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の発光装置を表示部に用いることを特徴とする電子機器。
【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】
【公開番号】特開２００７−２６５９８２（Ｐ２００７−２６５９８２Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１０４０（Ｐ２００７−５１０４０）
【出願日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【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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