発光素子、発光装置並びに電子機器
【課題】低電圧駆動が可能な発光素子を提供することを課題とする。また、消費電力の低減された発光装置および電子機器を提供することを課題とする。また、低コストで作製可能な発光装置および電子機器を提供することを課題とする。
【解決手段】一対の電極間に、正孔をキャリアとする硫化物でなるｐ型半導体層、及び電子をキャリアとする硫化物でなるｎ型半導体層を有し、ｐ型半導体層またはｎ型半導体層の少なくとも一方に、発光中心となる元素が含まれている発光素子である。
【解決手段】一対の電極間に、正孔をキャリアとする硫化物でなるｐ型半導体層、及び電子をキャリアとする硫化物でなるｎ型半導体層を有し、ｐ型半導体層またはｎ型半導体層の少なくとも一方に、発光中心となる元素が含まれている発光素子である。
【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及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ、携帯電話、デジタルカメラ等における表示装置は、平面的で薄型の表示装置が求められており、この要求を満たすための表示装置として、自発光型である発光素子を利用した表示装置が注目されている。自発光型の発光素子の一つとして、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を利用する発光素子があり、この発光素子は、発光材料を一対の電極で挟み、電圧を印加することにより、発光材料からの発光を得ることができるものである。
【０００３】
このような自発光型の発光素子は、液晶ディスプレイに比べ画素の視認性が高く、バックライトが不要である等の利点があり、フラットパネルディスプレイ素子として好適であると考えられている。また、このような発光素子は、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。また、非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
【０００４】
さらに、このような自発光型の発光素子は膜状に形成することが可能であるため、大面積の素子を形成することにより、面発光を容易に得ることができる。このことは、白熱電球やＬＥＤに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
【０００５】
エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０００６】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有し、後者は、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。よって、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、技術文献１）。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、低電圧駆動が可能な発光素子を提供することを課題とする。また、消費電力の低減された発光装置および電子機器を提供することを課題とする。また、低コストで作製可能な発光装置及び電子機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一は、一対の電極間に、正孔をキャリアとする硫化物でなるｐ型半導体層、及び電子をキャリアとする硫化物でなるｎ型半導体層を有し、ｐ型半導体層またはｎ型半導体層の少なくとも一方に、発光中心となる元素が含まれていることを特徴とする発光素子である。
【０００９】
上記構成において、発光中心となる元素は、銅、銀、金のいずれかであることを特徴とする発光素子である。
【００１０】
上記構成において、発光中心を含む層は、さらに、マンガン、銅、サマリウム、テルビウム、エルビウム、ツリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジウムのいずれかを含むことが好ましい。
【００１１】
上記構成において、ｐ型半導体層は、アクセプター準位を形成する不純物元素を含むことを特徴とする。
【００１２】
上記構成において、ｐ型半導体層は、ハロゲン元素を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記構成において、ｐ型半導体層は、Ｃｕ２Ｓを母体材料とすることを特徴とする。
【００１４】
上記構成において、ｐ型半導体層は、ＺｎＳとＣｕ２Ｓの混合物を母体材料とすることを特徴とする。
【００１５】
上記構成において、ｐ型半導体層は、Ｃｕを過剰にドープしたＺｎＳでなることを特徴とする。
【００１６】
上記構成において、ｐ型半導体層は、Ａｇを過剰にドープしたＺｎＳでなることを特徴とする。
【００１７】
上記構成において、ｎ型半導体層はドナー準位を形成する不純物元素を含むＺｎＳでなることを特徴とする。
【００１８】
上記構成において、ｎ型半導体層は、ＺｎＳを母体材料とすることを特徴とする。
【００１９】
上記構成において、ｎ型半導体層はＣｕ又はＡｇを含むことを特徴とする。
【００２０】
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。
【００２１】
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】
【００２２】
本発明の発光素子は、低電圧駆動が可能である。
【００２３】
また、本発明の発光装置は、低電圧駆動が可能な発光素子を有しているため、消費電力が低減することができる。また、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、低コストで発光装置を作製することができる。
【００２４】
また、本発明の電子機器は、低電圧駆動が可能な発光素子を有しているため、消費電力を低減することができる。また、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（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を用いて説明する。
【００２７】
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１０４を有し、第１の電極１０１と第２の電極１０４との間に、ｐ型半導体層１０２とｎ型半導体層１０３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は陽極として機能し、第２の電極１０４は陰極として機能するものとして以下説明をする。
【００２８】
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。
【００２９】
第１の電極１０１及び第２の電極１０４は、金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）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または第２の電極１０４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、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００３０】
ただし、発光は、第１の電極１０１もしくは第２の電極１０４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１０４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１０４よりも第１の電極１０１の方が仕事関数が大きくなるように材料を選択することが好ましい。
【００３１】
ｐ型半導体層１０２を構成する材料は、正孔をキャリアとする硫化物の材料である。例えば、硫化銅（Ｃｕ２Ｓ）、あるいは硫化亜鉛（ＺｎＳ）と硫化銅の混合物を用いることができる。また、ＺｎＳにアクセプターとなる不純物元素であるリチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、又はインジウム（Ｉｎ）をドープしたものを用いることもできる。さらに、ＺｎＳにＣｕ、又はＡｇを過剰にドープしたものを用いることもできる。
【００３２】
ｎ型半導体層１０３を構成する材料は、電子をキャリアとする硫化物の材料である。例えば、ＺｎＳ、硫化ガリウム（Ｇａ２Ｓ３）が用いられる。また、ＺｎＳにドナーとなる不純物元素であるフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、又はアンチモン（Ｓｂ）をドープしたものを用いることもできる。
【００３３】
本発明では、ｐ型半導体層１０２又はｎ型半導体層１０３のいずれか又は両方の層より発光を得るため、ｐ型半導体層１０２又はｎ型半導体層１０３のいずれか又は両方に発光中心を含む必要がある。発光中心としては、Ｃｕ、Ａｇ、又はＡｕ等を添加することができる。なお、ｐ型半導体層１０２から発光を得る場合は、ハロゲン元素を添加してもよい。
【００３４】
また、発光中心として、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、又はプラセオジウム（Ｐｒ）等を添加してもよい。これら発光中心の添加により、金属イオンの内殻電子遷移を利用した発光を得ることができる。なお、発光中心の添加には、金属元素単体のみならず、電荷補償のため、フッ素（Ｆ）又は塩素（Ｃｌ）などのハロゲン元素が添加されていてもよい。
【００３５】
本発明に係る半導体材料において、不純物元素をドープした材料を用いる場合には、固相反応、すなわち、硫化物及び不純物元素を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱して反応させる方法により、硫化物に不純物元素を含有させる。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硫化物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。
【００３６】
また、発光中心を含む半導体材料において、固相反応を利用する場合の不純物元素としては、発光中心を含む化合物を用いてもよい。この場合、不純物元素が拡散されやすく、固相反応が進みやすくなるため、均一な発光中心を含む半導体材料を得ることができる。さらに、余分な不純物元素が入らないため、純度の高い発光材料が得ることができる。例えば、フッ化銅（ＣｕＦ２）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、ヨウ化銅（ＣｕＩ）、臭化銅（ＣｕＢｒ）、窒化銅（Ｃｕ３Ｎ）、リン化銅（Ｃｕ３Ｐ）、フッ化銀（ＣｕＦ）、塩化銀（ＣｕＣｌ）、ヨウ化銀（ＣｕＩ）、臭化銀（ＣｕＢｒ）、塩化金（ＡｕＣｌ３）、又は臭化金（ＡｕＢｒ３）等を用いることができる。
【００３７】
ｐ型半導体層１０２及びｎ型半導体層１０３を形成する方法としては、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）等の真空蒸着法、スパッタリング等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子エピタキシ法（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。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。
【００３８】
本発明の発光素子は、直流駆動により、ｐ型半導体層１０２又はｎ型半導体層１０３より発光を得ることができるが、高電界により加速されたホットエレクトロンを必要としないため、低駆動電圧で動作可能な発光素子を得ることができる。また、低駆動電圧で発光可能なため、消費電力も低減された発光素子を得ることができる。
【００３９】
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。
【００４０】
（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。
【００４１】
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。
【００４２】
図２において、基板９５１上には、電極９５２と電極９５６との間には半導体層９５５が設けられている。なお、半導体層９５５は実施の形態１で示したｐ型半導体層及びｎ型半導体層の積層、若しくはｐ型半導体とｎ型半導体の混合層を含んでいる。
【００４３】
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の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。また、パッシブ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。
【００４４】
また、本発明の発光装置は、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。また、発光装置の軽量化、駆動回路部分の小型化が可能である。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
第１の電極６１３上には、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を含む半導体層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されている。第１の電極６１３および第２の電極６１７の少なくとも一方は透光性を有しており、半導体層６１６からの発光を外部へ取り出すことが可能である。
【００５３】
なお、第１の電極６１３、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を含む半導体層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。
【００５４】
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。
【００５５】
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（登録商標）、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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ため、低駆動電圧で動作が可能である。また、高い発光効率を実現することができる。よって、消費電力を低減された発光装置を得ることができる。
【００５８】
また、本発明の発光装置は、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。また、発光装置の軽量化、駆動回路部分の小型化が可能である。
【００５９】
（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で示した発光素子を有する。よって、駆動電圧の低減された発光素子を有するため、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。
【００６０】
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）、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に示す。
【００６１】
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、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、実施の形態２〜３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。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体９１０１や支持台９１０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るテレビ装置は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
【００６２】
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２〜３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。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９２０３も同様の特徴を有するため、このコンピュータは画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、コンピュータにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９２０１や筐体９２０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るコンピュータは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。また、持ち運ぶことも可能となり、持ち運ぶときの外部からの衝撃に対する耐性の高い表示部を有しているコンピュータを提供することができる。
【００６３】
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２〜３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。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９４０３も同様の特徴を有するため、この携帯電話は画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、携帯電話において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９４０１や筐体９４０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係る携帯電話は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯時に外部からの衝撃に対する耐性の高い表示部を有している製品を提供することができる。
【００６４】
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２〜３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。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低く、外部からの衝撃等による短絡を防止することができるという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９５０２も同様の特徴を有するため、このカメラは画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、カメラにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９５０１の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るカメラは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯時に外部からの衝撃に対する耐性の高い表示部を有している製品を提供することができる。
【００６５】
以上の様に、本発明の発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明の発光装置を用いることにより、低消費電力で、信頼性の高い表示部を有する電子機器を提供することが可能となる。
【００６６】
また、本発明の発光装置は、発光効率の高い発光素子を有しており、照明装置として用いることもできる。本発明の発光素子を照明装置として用いる一態様を、図５を用いて説明する。
【００６７】
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。
【００６８】
本発明の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、消費電力の低減されたバックライトが得られる。また、本発明の発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、発光装置は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【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。
【符号の説明】
【００７０】
１００ 基板
１０１ 第１の電極
１０２ ｐ型半導体層
１０３ ｎ型半導体層
１０４ 第２の電極
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ 半導体層
９５６ 電極
６０１ 駆動回路部（ソース側駆動回路）
６０２ 画素部
６０３ 駆動回路部（ゲート側駆動回路）
６０４ 封止基板
６０５ シール材
６０７ 空間
６０８ 引き回し配線
６０９ ＦＰＣ
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 半導体層
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
９１０１ 筐体
９１０２ 支持台
９１０３ 表示部
９１０４ スピーカー部
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
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
【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及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ、携帯電話、デジタルカメラ等における表示装置は、平面的で薄型の表示装置が求められており、この要求を満たすための表示装置として、自発光型である発光素子を利用した表示装置が注目されている。自発光型の発光素子の一つとして、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を利用する発光素子があり、この発光素子は、発光材料を一対の電極で挟み、電圧を印加することにより、発光材料からの発光を得ることができるものである。
【０００３】
このような自発光型の発光素子は、液晶ディスプレイに比べ画素の視認性が高く、バックライトが不要である等の利点があり、フラットパネルディスプレイ素子として好適であると考えられている。また、このような発光素子は、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。また、非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
【０００４】
さらに、このような自発光型の発光素子は膜状に形成することが可能であるため、大面積の素子を形成することにより、面発光を容易に得ることができる。このことは、白熱電球やＬＥＤに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
【０００５】
エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０００６】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有し、後者は、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。よって、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、技術文献１）。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、低電圧駆動が可能な発光素子を提供することを課題とする。また、消費電力の低減された発光装置および電子機器を提供することを課題とする。また、低コストで作製可能な発光装置及び電子機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一は、一対の電極間に、正孔をキャリアとする硫化物でなるｐ型半導体層、及び電子をキャリアとする硫化物でなるｎ型半導体層を有し、ｐ型半導体層またはｎ型半導体層の少なくとも一方に、発光中心となる元素が含まれていることを特徴とする発光素子である。
【０００９】
上記構成において、発光中心となる元素は、銅、銀、金のいずれかであることを特徴とする発光素子である。
【００１０】
上記構成において、発光中心を含む層は、さらに、マンガン、銅、サマリウム、テルビウム、エルビウム、ツリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジウムのいずれかを含むことが好ましい。
【００１１】
上記構成において、ｐ型半導体層は、アクセプター準位を形成する不純物元素を含むことを特徴とする。
【００１２】
上記構成において、ｐ型半導体層は、ハロゲン元素を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記構成において、ｐ型半導体層は、Ｃｕ２Ｓを母体材料とすることを特徴とする。
【００１４】
上記構成において、ｐ型半導体層は、ＺｎＳとＣｕ２Ｓの混合物を母体材料とすることを特徴とする。
【００１５】
上記構成において、ｐ型半導体層は、Ｃｕを過剰にドープしたＺｎＳでなることを特徴とする。
【００１６】
上記構成において、ｐ型半導体層は、Ａｇを過剰にドープしたＺｎＳでなることを特徴とする。
【００１７】
上記構成において、ｎ型半導体層はドナー準位を形成する不純物元素を含むＺｎＳでなることを特徴とする。
【００１８】
上記構成において、ｎ型半導体層は、ＺｎＳを母体材料とすることを特徴とする。
【００１９】
上記構成において、ｎ型半導体層はＣｕ又はＡｇを含むことを特徴とする。
【００２０】
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。
【００２１】
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】
【００２２】
本発明の発光素子は、低電圧駆動が可能である。
【００２３】
また、本発明の発光装置は、低電圧駆動が可能な発光素子を有しているため、消費電力が低減することができる。また、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、低コストで発光装置を作製することができる。
【００２４】
また、本発明の電子機器は、低電圧駆動が可能な発光素子を有しているため、消費電力を低減することができる。また、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（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を用いて説明する。
【００２７】
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１０４を有し、第１の電極１０１と第２の電極１０４との間に、ｐ型半導体層１０２とｎ型半導体層１０３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は陽極として機能し、第２の電極１０４は陰極として機能するものとして以下説明をする。
【００２８】
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。
【００２９】
第１の電極１０１及び第２の電極１０４は、金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）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または第２の電極１０４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、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００３０】
ただし、発光は、第１の電極１０１もしくは第２の電極１０４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１０４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１０４よりも第１の電極１０１の方が仕事関数が大きくなるように材料を選択することが好ましい。
【００３１】
ｐ型半導体層１０２を構成する材料は、正孔をキャリアとする硫化物の材料である。例えば、硫化銅（Ｃｕ２Ｓ）、あるいは硫化亜鉛（ＺｎＳ）と硫化銅の混合物を用いることができる。また、ＺｎＳにアクセプターとなる不純物元素であるリチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、又はインジウム（Ｉｎ）をドープしたものを用いることもできる。さらに、ＺｎＳにＣｕ、又はＡｇを過剰にドープしたものを用いることもできる。
【００３２】
ｎ型半導体層１０３を構成する材料は、電子をキャリアとする硫化物の材料である。例えば、ＺｎＳ、硫化ガリウム（Ｇａ２Ｓ３）が用いられる。また、ＺｎＳにドナーとなる不純物元素であるフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、又はアンチモン（Ｓｂ）をドープしたものを用いることもできる。
【００３３】
本発明では、ｐ型半導体層１０２又はｎ型半導体層１０３のいずれか又は両方の層より発光を得るため、ｐ型半導体層１０２又はｎ型半導体層１０３のいずれか又は両方に発光中心を含む必要がある。発光中心としては、Ｃｕ、Ａｇ、又はＡｕ等を添加することができる。なお、ｐ型半導体層１０２から発光を得る場合は、ハロゲン元素を添加してもよい。
【００３４】
また、発光中心として、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、又はプラセオジウム（Ｐｒ）等を添加してもよい。これら発光中心の添加により、金属イオンの内殻電子遷移を利用した発光を得ることができる。なお、発光中心の添加には、金属元素単体のみならず、電荷補償のため、フッ素（Ｆ）又は塩素（Ｃｌ）などのハロゲン元素が添加されていてもよい。
【００３５】
本発明に係る半導体材料において、不純物元素をドープした材料を用いる場合には、固相反応、すなわち、硫化物及び不純物元素を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱して反応させる方法により、硫化物に不純物元素を含有させる。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硫化物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。
【００３６】
また、発光中心を含む半導体材料において、固相反応を利用する場合の不純物元素としては、発光中心を含む化合物を用いてもよい。この場合、不純物元素が拡散されやすく、固相反応が進みやすくなるため、均一な発光中心を含む半導体材料を得ることができる。さらに、余分な不純物元素が入らないため、純度の高い発光材料が得ることができる。例えば、フッ化銅（ＣｕＦ２）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、ヨウ化銅（ＣｕＩ）、臭化銅（ＣｕＢｒ）、窒化銅（Ｃｕ３Ｎ）、リン化銅（Ｃｕ３Ｐ）、フッ化銀（ＣｕＦ）、塩化銀（ＣｕＣｌ）、ヨウ化銀（ＣｕＩ）、臭化銀（ＣｕＢｒ）、塩化金（ＡｕＣｌ３）、又は臭化金（ＡｕＢｒ３）等を用いることができる。
【００３７】
ｐ型半導体層１０２及びｎ型半導体層１０３を形成する方法としては、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）等の真空蒸着法、スパッタリング等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子エピタキシ法（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。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。
【００３８】
本発明の発光素子は、直流駆動により、ｐ型半導体層１０２又はｎ型半導体層１０３より発光を得ることができるが、高電界により加速されたホットエレクトロンを必要としないため、低駆動電圧で動作可能な発光素子を得ることができる。また、低駆動電圧で発光可能なため、消費電力も低減された発光素子を得ることができる。
【００３９】
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。
【００４０】
（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。
【００４１】
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。
【００４２】
図２において、基板９５１上には、電極９５２と電極９５６との間には半導体層９５５が設けられている。なお、半導体層９５５は実施の形態１で示したｐ型半導体層及びｎ型半導体層の積層、若しくはｐ型半導体とｎ型半導体の混合層を含んでいる。
【００４３】
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の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。また、パッシブ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。
【００４４】
また、本発明の発光装置は、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。また、発光装置の軽量化、駆動回路部分の小型化が可能である。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
第１の電極６１３上には、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を含む半導体層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されている。第１の電極６１３および第２の電極６１７の少なくとも一方は透光性を有しており、半導体層６１６からの発光を外部へ取り出すことが可能である。
【００５３】
なお、第１の電極６１３、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を含む半導体層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。
【００５４】
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。
【００５５】
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（登録商標）、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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ため、低駆動電圧で動作が可能である。また、高い発光効率を実現することができる。よって、消費電力を低減された発光装置を得ることができる。
【００５８】
また、本発明の発光装置は、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。また、発光装置の軽量化、駆動回路部分の小型化が可能である。
【００５９】
（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で示した発光素子を有する。よって、駆動電圧の低減された発光素子を有するため、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。
【００６０】
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）、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に示す。
【００６１】
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、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、実施の形態２〜３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。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体９１０１や支持台９１０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るテレビ装置は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
【００６２】
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２〜３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。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９２０３も同様の特徴を有するため、このコンピュータは画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、コンピュータにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９２０１や筐体９２０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るコンピュータは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。また、持ち運ぶことも可能となり、持ち運ぶときの外部からの衝撃に対する耐性の高い表示部を有しているコンピュータを提供することができる。
【００６３】
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２〜３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。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９４０３も同様の特徴を有するため、この携帯電話は画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、携帯電話において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９４０１や筐体９４０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係る携帯電話は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯時に外部からの衝撃に対する耐性の高い表示部を有している製品を提供することができる。
【００６４】
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２〜３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。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低く、外部からの衝撃等による短絡を防止することができるという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９５０２も同様の特徴を有するため、このカメラは画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、カメラにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９５０１の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るカメラは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯時に外部からの衝撃に対する耐性の高い表示部を有している製品を提供することができる。
【００６５】
以上の様に、本発明の発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明の発光装置を用いることにより、低消費電力で、信頼性の高い表示部を有する電子機器を提供することが可能となる。
【００６６】
また、本発明の発光装置は、発光効率の高い発光素子を有しており、照明装置として用いることもできる。本発明の発光素子を照明装置として用いる一態様を、図５を用いて説明する。
【００６７】
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。
【００６８】
本発明の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、消費電力の低減されたバックライトが得られる。また、本発明の発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、発光装置は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【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。
【符号の説明】
【００７０】
１００ 基板
１０１ 第１の電極
１０２ ｐ型半導体層
１０３ ｎ型半導体層
１０４ 第２の電極
９５１ 基板
９５２ 電極
９５３ 絶縁層
９５４ 隔壁層
９５５ 半導体層
９５６ 電極
６０１ 駆動回路部（ソース側駆動回路）
６０２ 画素部
６０３ 駆動回路部（ゲート側駆動回路）
６０４ 封止基板
６０５ シール材
６０７ 空間
６０８ 引き回し配線
６０９ ＦＰＣ
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 半導体層
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
９１０１ 筐体
９１０２ 支持台
９１０３ 表示部
９１０４ スピーカー部
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
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に、正孔をキャリアとする硫化物でなるｐ型半導体層、及び電子をキャリアとする硫化物でなるｎ型半導体層を有し、
前記ｐ型半導体層または前記ｎ型半導体層の少なくとも一方に、発光中心となる元素が含まれていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記発光中心となる元素は、銅、銀、金のいずれかであることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記発光中心を含む層は、さらに、マンガン、サマリウム、テルビウム、エルビウム、ツリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジウムのいずれかを含むことを特徴とする発光素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記ｐ型半導体層は、アクセプター準位を形成する不純物元素を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記ｐ型半導体層は、ハロゲン元素を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記ｐ型半導体層は、Ｃｕ２Ｓを母体材料とすることを特徴とする発光素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記ｐ型半導体層は、ＺｎＳとＣｕ２Ｓの混合物を母体材料とすることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記ｐ型半導体層は、ＣｕをドープしたＺｎＳでな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５のいずれか一において、
前記ｐ型半導体層は、ＡｇをドープしたＺｎＳでなることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
前記ｎ型半導体層は、ドナー準位を形成する不純物元素を含むＺｎＳでなることを特徴とする発光素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一において、
前記ｎ型半導体層は、ＺｎＳを母体材料とすることを特徴とする発光素子。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか一において、
前記ｎ型半導体層は、Ｃｕ又はＡｇを含むことを特徴とする発光素子。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一に記載の発光素子を有することを特徴とする発光装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の発光装置を表示部に用いたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
一対の電極間に、正孔をキャリアとする硫化物でなるｐ型半導体層、及び電子をキャリアとする硫化物でなるｎ型半導体層を有し、
前記ｐ型半導体層または前記ｎ型半導体層の少なくとも一方に、発光中心となる元素が含まれていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記発光中心となる元素は、銅、銀、金のいずれかであることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記発光中心を含む層は、さらに、マンガン、サマリウム、テルビウム、エルビウム、ツリウム、ユーロピウム、セリウム、プラセオジウムのいずれかを含むことを特徴とする発光素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記ｐ型半導体層は、アクセプター準位を形成する不純物元素を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記ｐ型半導体層は、ハロゲン元素を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記ｐ型半導体層は、Ｃｕ２Ｓを母体材料とすることを特徴とする発光素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記ｐ型半導体層は、ＺｎＳとＣｕ２Ｓの混合物を母体材料とすることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記ｐ型半導体層は、ＣｕをドープしたＺｎＳでな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５のいずれか一において、
前記ｐ型半導体層は、ＡｇをドープしたＺｎＳでなることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
前記ｎ型半導体層は、ドナー準位を形成する不純物元素を含むＺｎＳでなることを特徴とする発光素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一において、
前記ｎ型半導体層は、ＺｎＳを母体材料とすることを特徴とする発光素子。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか一において、
前記ｎ型半導体層は、Ｃｕ又はＡｇを含むことを特徴とする発光素子。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一に記載の発光素子を有することを特徴とする発光装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の発光装置を表示部に用いたことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２４２６０３（Ｐ２００７−２４２６０３Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８６８５（Ｐ２００７−２８６８５）
【出願日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【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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