発光素子
【課題】発光粒子からの光の取出し効率を向上させた、発光効率が高く大面積化が容易な発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子は、対向する一対の電極と、前記一対の電極に挟持された発光層と、を備え、前記発光層は、屈折率が互いに異なる第１及び第２の媒体が発光取り出し方向の前面側から背面側について前記第１の媒体、前記第２の媒体の順に積層し、発光粒子が前記第１及び第２の媒体の境界領域にそれぞれの媒体と少なくとも接するように配置されて構成されている。
【解決手段】発光素子は、対向する一対の電極と、前記一対の電極に挟持された発光層と、を備え、前記発光層は、屈折率が互いに異なる第１及び第２の媒体が発光取り出し方向の前面側から背面側について前記第１の媒体、前記第２の媒体の順に積層し、発光粒子が前記第１及び第２の媒体の境界領域にそれぞれの媒体と少なくとも接するように配置されて構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電流によって動作する発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電流により動作する発光素子の中でも、特に、青色発光ダイオード（Ｂｌｕｅ−ＬＥＤ；Ｂｌｕｅ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、紫外発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ；Ｕｌｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子に使用される実用的な半導体材料として、窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化インジウム・ガリウム混晶（ＩｎＧａＮ），窒化アルミニウム・ガリウム混晶（ＡｌＧａＮ）あるいは窒化インジウム・アルミニウム・ガリウム混晶（ＩｎＡｌＧａＮ）に代表されるＧａＮ系半導体が注目されており、その研究開発が活発に行われている。
【０００３】
このようなＧａＮ系半導体は、従来、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属化学気相成長）法を用いて基板上に成長させることにより単結晶薄膜として作製されている。しかしながら、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ系半導体の単結晶薄膜を大面積で生成することは極めて困難である。
【０００４】
一方、直流電流により動作する発光素子のもう一つの候補として、有機ＥＬが挙げられる。有機ＥＬは蒸着法など安価なプロセスを用いることができ、かつガラス等安価な基板を使用できるため安価に製造できるメリットがある。しかしながら、有機ＥＬは信頼性が十分でないことが問題になっている。
【０００５】
このため、無機発光体として薄膜ではなく粒子を用い、発光粒子を並べることにより発光素子とする手段が提案されている。前記手段のメリットとしては、無機薄膜型直流発光素子に対して、無機発光体を基板等の影響を受けずに生成できるため結晶性を高くできることや、大画面化が容易であることがあげられる。また、有機ＥＬに対しては、発光体に無機物を使用できるため信頼性を向上できるという利点がある。
【０００６】
無機発光体粒子としては、前出のＧａＮをはじめとする窒化物半導体が望ましい。高輝度が実現でき、かつ信頼性も高いためである。しかしながら、窒化物半導体は屈折率が高く、光取り出し効率が低いという課題がある。
【０００７】
そこで、前記課題を解決する手段の事例として、窒化物よりなる屈折率ｎ１を有する蛍光体粒子が、屈折率ｎ２の被膜に覆われ、かつ屈折率ｎ３の媒体に分散されている波長変換部材が提案されている。この波長変換部材では、下記関係式、
√（ｎ１×ｎ３）−０．２＜ｎ２＜√（ｎ１×ｎ３）＋０．２
を満たすことにより、光取出し効率を向上させている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１２６５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の従来技術によっても、依然として光取出し効率が低いという課題がある。それは、蛍光体粒子に対して被膜が一様に覆われているため、光取出し側と背面側と同量の光が放射されるため、背面側に放射される光が無駄になってしまうためである。
【００１０】
そこで本発明の目的は、発光粒子からの光の取出し効率を向上させた、発光効率が高く大面積化が容易な発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る発光素子は、対向する一対の電極と、
前記一対の電極に挟持された発光層と、
を備え、
前記発光層は、屈折率が互いに異なる第１及び第２の媒体が発光取り出し方向の前面側から背面側について前記第１の媒体、前記第２の媒体の順に積層し、発光粒子が前記第１及び第２の媒体の境界領域にそれぞれの媒体と少なくとも接するように配置されて構成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記発光取り出し方向について、前面側の前記第１の媒体の屈折率をｎ１、背面側の前記第２の媒体の屈折率をｎ２とすると、
ｎ２＜ｎ１
の関係を満たし、２つの媒体において前記第１の媒体が高屈折率媒体であって、前記第２の媒体が低屈折率媒体であってもよい。
【００１３】
さらに、前記発光粒子の屈折率をｎ３とした時、２つの媒体における低屈折率媒体の前記第２の媒体の屈折率ｎ２との関係が、
ｎ２＜ｎ３−０．８
の関係式を満たすものであってもよい。
【００１４】
２つの媒体における高屈折率媒体の前記第１の媒体の屈折率ｎ１と前記発光粒子の屈折率ｎ３との関係が、
ｎ３−０．５＜ｎ１＜ｎ３＋０．５
の関係式を満たすものであってもよい。
【００１５】
またさらに、前記低屈折率媒体と接している前記発光粒子の接触面は、前記発光粒子の前記発光取り出し方向の前面側にあたる半球表面の半分以下を含むと共に、前記発光粒子の背面側にあたる半球表面の半分以上を含むものであってもよい。
【００１６】
前記発光層は、前記第１及び第２の媒体の境界面が、前記発光粒子の前記発光取り出し方向の前面側の半球表面の半分から背面側の半球表面の半分の間に位置するように前記発光粒子を配置してもよい。
【００１７】
前記発光層は、前記発光粒子が前記第１及び第２の媒体の境界領域に一列に並んで構成されていてもよい。
【００１８】
本発明に係る発光素子は、対向する一対の電極と、
前記一対の電極に挟持された発光層と、
を備え、
前記発光層は、第１の媒体中に発光粒子が分散して構成され、前記発光粒子は、発光取り出し方向の背面側の粒子表面が前記第１の媒体の屈折率ｎ１より低い屈折率ｎ２を有する第２の媒体で被覆されていることを特徴とする。
【００１９】
また、発光粒子の屈折率ｎ３と、前記第２の媒体の屈折率ｎ２との関係が、
ｎ２＜ｎ３−０．８
の関係式を満たしてもよい。
【００２０】
さらに、前記第１の媒体の屈折率ｎ１と、前記発光粒子の屈折率ｎ３との関係が、
ｎ３−０．５＜ｎ１＜ｎ３＋０．５
の関係式を満たしてもよい。
【００２１】
また、前記発光粒子は窒化物半導体からなるものであってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る発光素子では、発光層において屈折率が互いに異なる２つの媒体を積層させ、その境界領域に発光粒子を配置している。また、この発光素子では、発光取り出し方向について前面側に高屈折率媒体、背面側に低屈折率媒体を積層している。さらに、２つの媒体の境界領域に発光粒子を配置している。また、前面側に比べて背面側に屈折率差のある低屈折率媒体を多く配置しているため、発光層からの発光を背面側で多く反射することができるので、前面側へ光を取り出しやすくなる。
【００２３】
さらに、背面側の低屈折率媒体の屈折率ｎ２と発光粒子の屈折率ｎ３との差（｜ｎ３−ｎ２｜）が大きいほど、界面での反射率が高いため、前面側に取り出せる光が多くなる。さらに、前面側の高屈折率媒体ｎ１と発光粒子の屈折率ｎ３との差（｜ｎ３−ｎ１｜）が小さいほど、前面側での界面の反射率が低くなるので、前面側への光の取出し効率が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態に係る発光素子について、添付の図面を用いて説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１に係る発光素子７０の概略構成を表す断面図である。この発光素子７０は、発光取り出し方向の前面側から見て、前面基板１０、前面電極２０、発光層３０、背面電極５０、背面基板６０が順に配設されて構成されている。さらに、発光層３０は、互いに屈折率が異なる２つの媒体のうち、発光取り出し方向の前面側から背面側について高屈折率媒体３１、低屈折率媒体３２の順に積層し、２つの媒体の境界領域に発光粒子４０が配置されて構成されている。この発光粒子４０は、その前面側で高屈折率媒体３１と接し、背面側で低屈折率媒体３２と接している。なお、図１は発光させるにあたって最低限の構成を示しており、他の部材がさらに配設されていても良い。
【００２６】
この発光素子７０では、発光層３０において発光取り出し方向について前面側に屈折率ｎ１の高屈折率媒体３１、背面側に屈折率ｎ２の低屈折率媒体３２が順に積層されている。さらに、発光粒子４０の屈折率をｎ３とした時、低屈折率媒体３２の屈折率ｎ２との関係が、
ｎ２＜ｎ３−０．８
の関係式を満たすものであってもよい。
また、高屈折率媒体３１の屈折率ｎ１と発光粒子４０の屈折率ｎ３との関係が、
ｎ３−０．５＜ｎ１＜ｎ３＋０．５
の関係式を満たすものであってもよい。
【００２７】
この発光素子７０では、低屈折率媒体３２と接している発光粒子４０の接触面は、発光粒子４０の発光取り出し方向の前面側にあたる半球表面の半分以下を含むと共に、発光粒子４０の背面側にあたる半球表面の半分以上を含むように発光粒子４０を配置してもよい。あるいは、発光層３０は、高屈折率媒体３１と低屈折率媒体３２の境界面が、発光粒子４０の発光取り出し方向の前面側の半球表面の半分から背面側の半球表面の半分の間に位置するように発光粒子４０を配置してもよい。
【００２８】
また、発光層３０は、発光粒子４０が高屈折率媒体３１と低屈折率媒体３２の境界領域に一列に並んで構成してもよい。
【００２９】
次に、この発光素子７０を構成する各部材について説明する。
＜前面基板＞
前面基板１０は、前面側から光を取り出すために光透過性の材料であることが望ましい。そして、前面基板１０は、前面電極２０の形成プロセスに耐えうる材料であることが要求される。なお、発光素子として形を維持できるのであれば、基板は背面基板のみでも良い。
【００３０】
＜背面基板＞
背面基板６０は、特には材料を問わないが、背面電極５０の形成プロセスに耐えうることが要求される。
【００３１】
＜前面電極及び背面電極＞
前面電極２０および背面電極５０の材料は、直流型電界発光素子とする場合において、陰極側に用いる材料はアルミニウム、マグネシウム、銀などの仕事関数の低い材料を用いることが望ましく、陽極側に用いる材料は、金やＩＴＯなど仕事関数の高い材料が好ましい。また、前面電極１０は光透過性材料であることが好ましく、光透過性でない材料を用いる場合は発光をできるかぎり透過させるために１００ｎｍ以下の膜厚にすることが望ましい。背面基板６０に他元素をドーピングしたＳｉ基板や金属基板などの導電性基板を使用している場合は背面電極５０を必ずしも必要としない。
【００３２】
＜発光層＞
発光層３０は、発光取り出し方向の前面側から背面側について、高屈折率媒体３１、低屈折率媒体３２の順に積層している。また、高屈折率媒体３１と低屈折率媒体の境界領域に発光粒子４０が配置されている。
【００３３】
＜高屈折率媒体及び低屈折率媒体＞
高屈折率媒体３１及び低屈折率媒体３２の材料は、固体・液体・気体のいずれの状態であってもよい。また固体や液体に関しては有機物でも無機物でも良い。なお、高屈折率媒体３１及び低屈折率媒体３２のうち、リーク電流を防ぐためにどちらかが絶縁性物質であることが望ましい。また、ポーラスな膜であってもよい。さらに、媒体中に屈折率の異なる微粒子を分散させて屈折率を変化させたものでも良い。
【００３４】
次に、高屈折率媒体３１及び低屈折率媒体３２の屈折率の条件について検討する。発光粒子４０として用いるＧａＮの屈折率がｎ３＝２．５４である。そこで、屈折率ｎ２がＧａＮに比べて０．８以上小さい（例えば、１．７４以下）低屈折率媒体３２の例としては、窒素ガス（ｎ＝１．００）、シリコーンオイル（ｎ＝１．４５）、ＰＥＤＯＴ（ｎ＝１．５０）、ＰＭＭＡ（ｎ＝１．４９）、ＳｉＯ２（ｎ＝１．４５）などが挙げられる。上記各低屈折率媒体３２の例は、その屈折率ｎ２について、発光粒子４０の屈折率ｎ３との関係について、
ｎ２＜ｎ３−０．８
の関係式を満たすことが好ましい。これによって、発光粒子４０の背面側での低屈折率媒体３２との界面での反射率が高くなり、前面側への光の取り出し効率を向上させることができる。
【００３５】
一方、高屈折率媒体３１としては、アルミナ（ｎ＝１．７５）、酸化亜鉛（ｎ＝２．０）、チタン酸バリウム（ｎ＝２．４０）などが挙げられる。上記各高屈折率媒体３１の例では、その屈折率ｎ１について、発光粒子４０の屈折率ｎ３との関係について、
ｎ３−０．５＜ｎ１＜ｎ３＋０．５
の関係式を満たすことが好ましい。これによって、発光粒子４０の前面側での高屈折率媒体３１との界面での反射率が低くなり、前面側への光の取り出し効率を向上させることができる。
【００３６】
高屈折率媒体３１及び低屈折率媒体３２の成膜の方法としては、スピンコート法、ドクターブレード法、スパッタリング法、ゾルゲル法など、それぞれの材料に適した手段を選択することができる。
【００３７】
＜発光粒子＞
発光粒子４０は、信頼性および輝度の面から窒化物半導体粒子を用いることが望ましい。窒化物半導体としては、特に窒化ガリウム（ＧａＮ）が好ましい。なお、ＧａＮの屈折率ｎ３は２．５４である。窒化物半導体粒子の作成方法としては、ガリウム酸化物を窒化させて作成する方法（特開昭５１−４１６８６号公報）、ガリウム硫化物を窒化させて作成する方法（特開２００１−４９２５０号公報）、有機金属気相成長法を用いる方法（特許第３８２９４６４号）、ハライド気相成長法を用いる方法（特開２００６−１１７７３５号公報）などが開示されており、適切に選択すればよい。直流型発光素子とする場合は、発光粒子として、ｎ型半導体およびｐ型半導体を組み合わせたものを用いてもよい。なお、直流型発光素子とする場合は、発光粒子４０に電子および正孔が電極から注入される必要がある。この場合には、発光粒子４０が前面電極２０および背面電極５０に直接もしくは導電性材料を介してコンタクトしている必要がある。
【００３８】
図２の（ａ）〜（ｅ）を用いて、本実施の形態１に係る発光素子７０の製造プロセスについて説明する。なお、発光素子の製造プロセスはこれに限定されるものではない。
（ａ）まず、背面基板６０上に背面電極５０と、低屈折率媒体３２とを順に積層する（図２（ａ））。
（ｂ）次に、低屈折率媒体３２上に発光粒子４０を配設する（図２（ｂ））。
（ｃ）発光粒子４０の上を覆って高屈折率媒体３１を積層する（図２（ｃ））。
（ｄ）次いで、高屈折率媒体３１の表面を削る（図２（ｄ））。
（ｅ）その後、表面を削った高屈折率媒体３１の上に前面電極２０および前面基板１０を順に配設して、発光素子７０を得る（図２（ｅ））。
【００３９】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る発光素子７０ａの構成を示す断面図である。この発光素子７０ａは、実施の形態１に係る発光素子と比較すると、図３に示すように、粒子表面の一部を低屈折率媒体３２で部分的に被覆した発光粒子４０を高屈折率媒体３１中に分散させている点で相違する。すなわち、この発光素子７０ａでは、発光層３０は、高屈折率媒体３１中に発光粒子４０を分散させて構成されている。さらに、発光粒子４０は、発光取り出し方向の背面側の粒子表面が高屈折率媒体３１の屈折率ｎ１より低い屈折率ｎ２を有する低屈折率媒体３２で被覆されていることを特徴とする。
【００４０】
また、発光粒子４０の屈折率ｎ３と、低屈折率媒体３２の屈折率ｎ２との関係が、
ｎ２＜ｎ３−０．８
の関係式を満たしてもよい。
さらに、高屈折率媒体３１の屈折率ｎ１と、発光粒子４０の屈折率ｎ３との関係が、
ｎ３−０．５＜ｎ１＜ｎ３＋０．５
の関係式を満たしてもよい。
【００４１】
この発光素子７０ａの製造プロセスの例を図４（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。なおこれは一例であって、これに限定されるものではない。
（ａ）まず、発光粒子４０の粒子表面を低屈折率媒体３２で全体的に被覆する（図４（ａ））。
（ｂ）次に、背面電極５０を配設した背面基板６０上に前記発光粒子を配設する（図４（ｂ））。
（ｃ）次に、低屈折率媒体３２で粒子表面が全体的に被覆された発光粒子４０の前面側をウエットエッチングもしくは、ドライエッチング等の手段を用いて、低屈折率媒体３２の被覆を取り去る（図４（ｃ））。
（ｄ）次に、発光粒子４０の上に高屈折率媒体料３１を配設する（図４（ｄ））。
（ｅ）次に、前面側に設ける前面電極２０と発光粒子４０とを直接にコンタクトさせるために、エッチングなどの手段を用いて発光粒子４０の表面が現れるようにする（図４（ｅ））。
（ｆ）最後に、前面電極２０および前面基板１０を配設する（図４（ｆ））。
以上によって発光素子７０ａを得る。
【実施例】
【００４２】
（実施例１）
以下に、本発明の実施例１に係る発光素子の製造方法について説明する。なお、この発行素子は、実施の形態１に係る発光素子と同様の構成を有する。
（ａ）背面基板としてシリコン基板を用いた。
（ｂ）上記シリコン基板を抵抗加熱蒸着装置に取り付け、抵抗加熱蒸着法により０．２μｍの膜厚の銀電極を背面電極として積層した。
（ｃ）次に、テトラエトキシシラン０．０４ｍｏｌと、エタノール０．２５ｍｏｌと、水０．２４ｍｏｌと、１ｍｏｌ／Ｌ濃度ＨＣｌ水溶液１ｍｌと、を混合して７０℃の温度で一時間加熱して、ゲルを作成した。
【００４３】
（ｄ）次に、ハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法を用いて発光粒子を作成した。このハライド気相成長法について図５を用いて説明する。
１）サセプター７７上に、直径１μｍのＧａＮ単結晶を配設した。ガスラインＡ７２にはＨＣｌを流量３ｃｃ／分およびＮ２を流量２５０ｃｃ／分で流し、途中にＧａ金属７５を配設した。ガスラインＢにはＭｇＣｌ２粉末７６を配設し、Ｎ２ガスを流量２５０ｍｌ／分で流した。ガスラインＣにはＮＨ３を流量２５０ｃｃ／分で流した。また炉内全体にＮ２を流量３０００ｃｃ／分で流した。
２）反応炉の温度を１０００℃にして、上記ＧａＮ単結晶上に２分間成長させて、粒径５μｍの大きさのＭｇドープのＧａＮ粒子を形成した。このＧａＮ粒子の屈折率はｎ＝２．５４であった。
３）反応後は炉内全体にＮ２を流量３０００ｃｃ／分で流したままま温度を降下させ、７００℃に降下させた時点で温度を１時間保持し、その後に再度、炉内温度を降下させた。
以上によってＭｇドープのＧａＮ粒子からなる発光粒子を得た。
【００４４】
（ｅ）次に、銀電極が積層されているシリコン基板上に上記ゲルを塗布し、さらに上記発光粒子を配設した後、４００℃、１時間大気中で全体を加熱した。上記ゲルは屈折率ｎ＝１．４５の低屈折率媒体としてのＳｉＯ２膜となった。その膜厚は１μｍであった。
（ｆ）その後、基板をスパッタリング装置に取り付け、アルミナターゲット及びＡｒガス８０％＋Ｏ２ガス２０％の混合ガスを用いてスパッタリングを行い、４μｍの膜厚でアルミナ（屈折率ｎ＝１．７５）を積層して高屈折率媒体とした。
（ｇ）次いで、発光粒子が表面に現れるまで機械研磨を行った。
（ｈ）その後、再び基板をスパッタリング装置に取り付け、ＩＴＯターゲット及びＡｒガスを用いてスパッタリングを行い、０．３μｍのＩＴＯを製膜し前面電極とした。
（ｉ）なお、前面基板は取り付けず、前面電極の上にＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ蛍光体をアクリル樹脂に分散させたペーストを２μｍ塗布した。
【００４５】
このようにして出来た発光素子を、銀電極側を陰極、ＩＴＯ側を陽極として１５Ｖの直流電圧を印加して発光させた。この時、発光粒子からは紫外線が発光されるが、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ蛍光体により波長が変換されて緑色の発光が得られ、その輝度は４５０ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は１．０ｌｍ／Ｗであった。
【００４６】
（実施例２）
実施例２の発光素子は、高屈折率媒体として、アルミナの代わりにチタン酸バリウム（屈折率ｎ＝２．４）を用いた以外は実施例１と同様の手段で発光素子を作成した。
得られた発光素子について、実施例１と同様の条件で発光させたところ、その輝度は５２０ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は１．２ｌｍ／Ｗであった。
【００４７】
（実施例３）
以下の方法で実施例３の発光素子を作成した。この発光素子は、実施の形態２に係る発光素子と実質的に同様の構成を有する。
（ａ）まず、実施例１と同様の方法で発光粒子を作成した。
（ｂ）その後、ＰＥＤＯＴとポリエチレングリコールの共重合体１％とプロピレンカーボネート９５％、アセトニトリル４％の混合溶液中に前記発光粒子を浸し、その後、１５０℃、１時間で焼成して、発光粒子を低屈折率媒体であるＰＥＤＯＴ（屈折率ｎ＝１．５）で完全被覆した。膜厚は０．１μｍであった。
（ｃ）実施例１と同様にシリコン基板上に銀電極を取り付けた。その後に上記基板上に発光粒子を配設した。
（ｄ）次いで、発光粒子を配設した上記基板をスパッタリング装置に取り付けた。基板側を陰極としてＡｒガス中でスパッタリングを行って、発光粒子の前面側のＰＥＤＯＴを取り去った。その後引き続き、ターゲット側を陰極にして実施例２と同様の方法で高屈折率媒体としてチタン酸バリウムを膜厚６μｍ成膜した。
（ｅ）その後は実施例１と同様なプロセスで発光素子とした。
実施例１と同様に発光させた時の輝度は５００ｃｄ／ｍ２であり発光効率は１．１ｌｍ／Ｗであった。
【００４８】
（比較例１）
以下の方法で比較例１の発光素子を作成した。
（ａ）実施例１と同様にシリコン基板上に銀電極を製膜した。
（ｂ）また、実施例１と同様にゲルおよび発光粒子を作成した。
（ｃ）その後、シリコン基板上に上記ゲルを塗布し、さらに上記発光粒子を配設した後、４００℃、１時間大気中で全体を加熱した。
（ｄ）この基板に、前記ゲルを塗布し、４００℃、１時間大気中加熱する熱処理をその後３回繰り返した。得られた低屈折率媒体であるＳｉＯ２膜の膜厚は合計６μｍであった。
（ｅ）その後、実施例１と同様の方法で発光素子を作成した。
比較例１の発光素子では、発光層は、低屈折率媒体であるＳｉＯ２層の中に発光粒子が分散して構成されている。
この発光素子について電圧を印加して発光させた。その輝度は３１０ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は０．７ｌｍ／Ｗであった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、発光効率が高く大面積化の容易な発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発光素子の構成を示す断面図である。
【図２（ａ）】実施の形態１に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図２（ｂ）】実施の形態１に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図２（ｃ）】実施の形態１に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図２（ｄ）】実施の形態１に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図２（ｅ）】実施の形態１に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る発光素子の構成を示す断面図である。
【図４（ａ）】実施の形態２に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図４（ｂ）】実施の形態２に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図４（ｃ）】実施の形態２に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図４（ｄ）】実施の形態２に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図４（ｅ）】実施の形態２に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図４（ｆ）】実施の形態２に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図５】発光粒子を製造するためのＨＶＰＥ装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 前面基板
２０ 前面電極
３０ 発光層
３１ 高屈折率媒体
３２ 低屈折率媒体
４０ 発光粒子
５０ 背面電極
６０ 背面基板
７０、７０ａ 発光素子
７１ 反応炉
７２ ガスラインＡ
７３ ガスラインＢ
７４ ガスラインＣ
７５ Ｇａ金属
７６ ＭｇＣｌ２
７７ サセプター
７８ ＧａＮ単結晶
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電流によって動作する発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電流により動作する発光素子の中でも、特に、青色発光ダイオード（Ｂｌｕｅ−ＬＥＤ；Ｂｌｕｅ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、紫外発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ；Ｕｌｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子に使用される実用的な半導体材料として、窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化インジウム・ガリウム混晶（ＩｎＧａＮ），窒化アルミニウム・ガリウム混晶（ＡｌＧａＮ）あるいは窒化インジウム・アルミニウム・ガリウム混晶（ＩｎＡｌＧａＮ）に代表されるＧａＮ系半導体が注目されており、その研究開発が活発に行われている。
【０００３】
このようなＧａＮ系半導体は、従来、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属化学気相成長）法を用いて基板上に成長させることにより単結晶薄膜として作製されている。しかしながら、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ系半導体の単結晶薄膜を大面積で生成することは極めて困難である。
【０００４】
一方、直流電流により動作する発光素子のもう一つの候補として、有機ＥＬが挙げられる。有機ＥＬは蒸着法など安価なプロセスを用いることができ、かつガラス等安価な基板を使用できるため安価に製造できるメリットがある。しかしながら、有機ＥＬは信頼性が十分でないことが問題になっている。
【０００５】
このため、無機発光体として薄膜ではなく粒子を用い、発光粒子を並べることにより発光素子とする手段が提案されている。前記手段のメリットとしては、無機薄膜型直流発光素子に対して、無機発光体を基板等の影響を受けずに生成できるため結晶性を高くできることや、大画面化が容易であることがあげられる。また、有機ＥＬに対しては、発光体に無機物を使用できるため信頼性を向上できるという利点がある。
【０００６】
無機発光体粒子としては、前出のＧａＮをはじめとする窒化物半導体が望ましい。高輝度が実現でき、かつ信頼性も高いためである。しかしながら、窒化物半導体は屈折率が高く、光取り出し効率が低いという課題がある。
【０００７】
そこで、前記課題を解決する手段の事例として、窒化物よりなる屈折率ｎ１を有する蛍光体粒子が、屈折率ｎ２の被膜に覆われ、かつ屈折率ｎ３の媒体に分散されている波長変換部材が提案されている。この波長変換部材では、下記関係式、
√（ｎ１×ｎ３）−０．２＜ｎ２＜√（ｎ１×ｎ３）＋０．２
を満たすことにより、光取出し効率を向上させている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１２６５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の従来技術によっても、依然として光取出し効率が低いという課題がある。それは、蛍光体粒子に対して被膜が一様に覆われているため、光取出し側と背面側と同量の光が放射されるため、背面側に放射される光が無駄になってしまうためである。
【００１０】
そこで本発明の目的は、発光粒子からの光の取出し効率を向上させた、発光効率が高く大面積化が容易な発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る発光素子は、対向する一対の電極と、
前記一対の電極に挟持された発光層と、
を備え、
前記発光層は、屈折率が互いに異なる第１及び第２の媒体が発光取り出し方向の前面側から背面側について前記第１の媒体、前記第２の媒体の順に積層し、発光粒子が前記第１及び第２の媒体の境界領域にそれぞれの媒体と少なくとも接するように配置されて構成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記発光取り出し方向について、前面側の前記第１の媒体の屈折率をｎ１、背面側の前記第２の媒体の屈折率をｎ２とすると、
ｎ２＜ｎ１
の関係を満たし、２つの媒体において前記第１の媒体が高屈折率媒体であって、前記第２の媒体が低屈折率媒体であってもよい。
【００１３】
さらに、前記発光粒子の屈折率をｎ３とした時、２つの媒体における低屈折率媒体の前記第２の媒体の屈折率ｎ２との関係が、
ｎ２＜ｎ３−０．８
の関係式を満たすものであってもよい。
【００１４】
２つの媒体における高屈折率媒体の前記第１の媒体の屈折率ｎ１と前記発光粒子の屈折率ｎ３との関係が、
ｎ３−０．５＜ｎ１＜ｎ３＋０．５
の関係式を満たすものであってもよい。
【００１５】
またさらに、前記低屈折率媒体と接している前記発光粒子の接触面は、前記発光粒子の前記発光取り出し方向の前面側にあたる半球表面の半分以下を含むと共に、前記発光粒子の背面側にあたる半球表面の半分以上を含むものであってもよい。
【００１６】
前記発光層は、前記第１及び第２の媒体の境界面が、前記発光粒子の前記発光取り出し方向の前面側の半球表面の半分から背面側の半球表面の半分の間に位置するように前記発光粒子を配置してもよい。
【００１７】
前記発光層は、前記発光粒子が前記第１及び第２の媒体の境界領域に一列に並んで構成されていてもよい。
【００１８】
本発明に係る発光素子は、対向する一対の電極と、
前記一対の電極に挟持された発光層と、
を備え、
前記発光層は、第１の媒体中に発光粒子が分散して構成され、前記発光粒子は、発光取り出し方向の背面側の粒子表面が前記第１の媒体の屈折率ｎ１より低い屈折率ｎ２を有する第２の媒体で被覆されていることを特徴とする。
【００１９】
また、発光粒子の屈折率ｎ３と、前記第２の媒体の屈折率ｎ２との関係が、
ｎ２＜ｎ３−０．８
の関係式を満たしてもよい。
【００２０】
さらに、前記第１の媒体の屈折率ｎ１と、前記発光粒子の屈折率ｎ３との関係が、
ｎ３−０．５＜ｎ１＜ｎ３＋０．５
の関係式を満たしてもよい。
【００２１】
また、前記発光粒子は窒化物半導体からなるものであってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る発光素子では、発光層において屈折率が互いに異なる２つの媒体を積層させ、その境界領域に発光粒子を配置している。また、この発光素子では、発光取り出し方向について前面側に高屈折率媒体、背面側に低屈折率媒体を積層している。さらに、２つの媒体の境界領域に発光粒子を配置している。また、前面側に比べて背面側に屈折率差のある低屈折率媒体を多く配置しているため、発光層からの発光を背面側で多く反射することができるので、前面側へ光を取り出しやすくなる。
【００２３】
さらに、背面側の低屈折率媒体の屈折率ｎ２と発光粒子の屈折率ｎ３との差（｜ｎ３−ｎ２｜）が大きいほど、界面での反射率が高いため、前面側に取り出せる光が多くなる。さらに、前面側の高屈折率媒体ｎ１と発光粒子の屈折率ｎ３との差（｜ｎ３−ｎ１｜）が小さいほど、前面側での界面の反射率が低くなるので、前面側への光の取出し効率が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態に係る発光素子について、添付の図面を用いて説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１に係る発光素子７０の概略構成を表す断面図である。この発光素子７０は、発光取り出し方向の前面側から見て、前面基板１０、前面電極２０、発光層３０、背面電極５０、背面基板６０が順に配設されて構成されている。さらに、発光層３０は、互いに屈折率が異なる２つの媒体のうち、発光取り出し方向の前面側から背面側について高屈折率媒体３１、低屈折率媒体３２の順に積層し、２つの媒体の境界領域に発光粒子４０が配置されて構成されている。この発光粒子４０は、その前面側で高屈折率媒体３１と接し、背面側で低屈折率媒体３２と接している。なお、図１は発光させるにあたって最低限の構成を示しており、他の部材がさらに配設されていても良い。
【００２６】
この発光素子７０では、発光層３０において発光取り出し方向について前面側に屈折率ｎ１の高屈折率媒体３１、背面側に屈折率ｎ２の低屈折率媒体３２が順に積層されている。さらに、発光粒子４０の屈折率をｎ３とした時、低屈折率媒体３２の屈折率ｎ２との関係が、
ｎ２＜ｎ３−０．８
の関係式を満たすものであってもよい。
また、高屈折率媒体３１の屈折率ｎ１と発光粒子４０の屈折率ｎ３との関係が、
ｎ３−０．５＜ｎ１＜ｎ３＋０．５
の関係式を満たすものであってもよい。
【００２７】
この発光素子７０では、低屈折率媒体３２と接している発光粒子４０の接触面は、発光粒子４０の発光取り出し方向の前面側にあたる半球表面の半分以下を含むと共に、発光粒子４０の背面側にあたる半球表面の半分以上を含むように発光粒子４０を配置してもよい。あるいは、発光層３０は、高屈折率媒体３１と低屈折率媒体３２の境界面が、発光粒子４０の発光取り出し方向の前面側の半球表面の半分から背面側の半球表面の半分の間に位置するように発光粒子４０を配置してもよい。
【００２８】
また、発光層３０は、発光粒子４０が高屈折率媒体３１と低屈折率媒体３２の境界領域に一列に並んで構成してもよい。
【００２９】
次に、この発光素子７０を構成する各部材について説明する。
＜前面基板＞
前面基板１０は、前面側から光を取り出すために光透過性の材料であることが望ましい。そして、前面基板１０は、前面電極２０の形成プロセスに耐えうる材料であることが要求される。なお、発光素子として形を維持できるのであれば、基板は背面基板のみでも良い。
【００３０】
＜背面基板＞
背面基板６０は、特には材料を問わないが、背面電極５０の形成プロセスに耐えうることが要求される。
【００３１】
＜前面電極及び背面電極＞
前面電極２０および背面電極５０の材料は、直流型電界発光素子とする場合において、陰極側に用いる材料はアルミニウム、マグネシウム、銀などの仕事関数の低い材料を用いることが望ましく、陽極側に用いる材料は、金やＩＴＯなど仕事関数の高い材料が好ましい。また、前面電極１０は光透過性材料であることが好ましく、光透過性でない材料を用いる場合は発光をできるかぎり透過させるために１００ｎｍ以下の膜厚にすることが望ましい。背面基板６０に他元素をドーピングしたＳｉ基板や金属基板などの導電性基板を使用している場合は背面電極５０を必ずしも必要としない。
【００３２】
＜発光層＞
発光層３０は、発光取り出し方向の前面側から背面側について、高屈折率媒体３１、低屈折率媒体３２の順に積層している。また、高屈折率媒体３１と低屈折率媒体の境界領域に発光粒子４０が配置されている。
【００３３】
＜高屈折率媒体及び低屈折率媒体＞
高屈折率媒体３１及び低屈折率媒体３２の材料は、固体・液体・気体のいずれの状態であってもよい。また固体や液体に関しては有機物でも無機物でも良い。なお、高屈折率媒体３１及び低屈折率媒体３２のうち、リーク電流を防ぐためにどちらかが絶縁性物質であることが望ましい。また、ポーラスな膜であってもよい。さらに、媒体中に屈折率の異なる微粒子を分散させて屈折率を変化させたものでも良い。
【００３４】
次に、高屈折率媒体３１及び低屈折率媒体３２の屈折率の条件について検討する。発光粒子４０として用いるＧａＮの屈折率がｎ３＝２．５４である。そこで、屈折率ｎ２がＧａＮに比べて０．８以上小さい（例えば、１．７４以下）低屈折率媒体３２の例としては、窒素ガス（ｎ＝１．００）、シリコーンオイル（ｎ＝１．４５）、ＰＥＤＯＴ（ｎ＝１．５０）、ＰＭＭＡ（ｎ＝１．４９）、ＳｉＯ２（ｎ＝１．４５）などが挙げられる。上記各低屈折率媒体３２の例は、その屈折率ｎ２について、発光粒子４０の屈折率ｎ３との関係について、
ｎ２＜ｎ３−０．８
の関係式を満たすことが好ましい。これによって、発光粒子４０の背面側での低屈折率媒体３２との界面での反射率が高くなり、前面側への光の取り出し効率を向上させることができる。
【００３５】
一方、高屈折率媒体３１としては、アルミナ（ｎ＝１．７５）、酸化亜鉛（ｎ＝２．０）、チタン酸バリウム（ｎ＝２．４０）などが挙げられる。上記各高屈折率媒体３１の例では、その屈折率ｎ１について、発光粒子４０の屈折率ｎ３との関係について、
ｎ３−０．５＜ｎ１＜ｎ３＋０．５
の関係式を満たすことが好ましい。これによって、発光粒子４０の前面側での高屈折率媒体３１との界面での反射率が低くなり、前面側への光の取り出し効率を向上させることができる。
【００３６】
高屈折率媒体３１及び低屈折率媒体３２の成膜の方法としては、スピンコート法、ドクターブレード法、スパッタリング法、ゾルゲル法など、それぞれの材料に適した手段を選択することができる。
【００３７】
＜発光粒子＞
発光粒子４０は、信頼性および輝度の面から窒化物半導体粒子を用いることが望ましい。窒化物半導体としては、特に窒化ガリウム（ＧａＮ）が好ましい。なお、ＧａＮの屈折率ｎ３は２．５４である。窒化物半導体粒子の作成方法としては、ガリウム酸化物を窒化させて作成する方法（特開昭５１−４１６８６号公報）、ガリウム硫化物を窒化させて作成する方法（特開２００１−４９２５０号公報）、有機金属気相成長法を用いる方法（特許第３８２９４６４号）、ハライド気相成長法を用いる方法（特開２００６−１１７７３５号公報）などが開示されており、適切に選択すればよい。直流型発光素子とする場合は、発光粒子として、ｎ型半導体およびｐ型半導体を組み合わせたものを用いてもよい。なお、直流型発光素子とする場合は、発光粒子４０に電子および正孔が電極から注入される必要がある。この場合には、発光粒子４０が前面電極２０および背面電極５０に直接もしくは導電性材料を介してコンタクトしている必要がある。
【００３８】
図２の（ａ）〜（ｅ）を用いて、本実施の形態１に係る発光素子７０の製造プロセスについて説明する。なお、発光素子の製造プロセスはこれに限定されるものではない。
（ａ）まず、背面基板６０上に背面電極５０と、低屈折率媒体３２とを順に積層する（図２（ａ））。
（ｂ）次に、低屈折率媒体３２上に発光粒子４０を配設する（図２（ｂ））。
（ｃ）発光粒子４０の上を覆って高屈折率媒体３１を積層する（図２（ｃ））。
（ｄ）次いで、高屈折率媒体３１の表面を削る（図２（ｄ））。
（ｅ）その後、表面を削った高屈折率媒体３１の上に前面電極２０および前面基板１０を順に配設して、発光素子７０を得る（図２（ｅ））。
【００３９】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る発光素子７０ａの構成を示す断面図である。この発光素子７０ａは、実施の形態１に係る発光素子と比較すると、図３に示すように、粒子表面の一部を低屈折率媒体３２で部分的に被覆した発光粒子４０を高屈折率媒体３１中に分散させている点で相違する。すなわち、この発光素子７０ａでは、発光層３０は、高屈折率媒体３１中に発光粒子４０を分散させて構成されている。さらに、発光粒子４０は、発光取り出し方向の背面側の粒子表面が高屈折率媒体３１の屈折率ｎ１より低い屈折率ｎ２を有する低屈折率媒体３２で被覆されていることを特徴とする。
【００４０】
また、発光粒子４０の屈折率ｎ３と、低屈折率媒体３２の屈折率ｎ２との関係が、
ｎ２＜ｎ３−０．８
の関係式を満たしてもよい。
さらに、高屈折率媒体３１の屈折率ｎ１と、発光粒子４０の屈折率ｎ３との関係が、
ｎ３−０．５＜ｎ１＜ｎ３＋０．５
の関係式を満たしてもよい。
【００４１】
この発光素子７０ａの製造プロセスの例を図４（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。なおこれは一例であって、これに限定されるものではない。
（ａ）まず、発光粒子４０の粒子表面を低屈折率媒体３２で全体的に被覆する（図４（ａ））。
（ｂ）次に、背面電極５０を配設した背面基板６０上に前記発光粒子を配設する（図４（ｂ））。
（ｃ）次に、低屈折率媒体３２で粒子表面が全体的に被覆された発光粒子４０の前面側をウエットエッチングもしくは、ドライエッチング等の手段を用いて、低屈折率媒体３２の被覆を取り去る（図４（ｃ））。
（ｄ）次に、発光粒子４０の上に高屈折率媒体料３１を配設する（図４（ｄ））。
（ｅ）次に、前面側に設ける前面電極２０と発光粒子４０とを直接にコンタクトさせるために、エッチングなどの手段を用いて発光粒子４０の表面が現れるようにする（図４（ｅ））。
（ｆ）最後に、前面電極２０および前面基板１０を配設する（図４（ｆ））。
以上によって発光素子７０ａを得る。
【実施例】
【００４２】
（実施例１）
以下に、本発明の実施例１に係る発光素子の製造方法について説明する。なお、この発行素子は、実施の形態１に係る発光素子と同様の構成を有する。
（ａ）背面基板としてシリコン基板を用いた。
（ｂ）上記シリコン基板を抵抗加熱蒸着装置に取り付け、抵抗加熱蒸着法により０．２μｍの膜厚の銀電極を背面電極として積層した。
（ｃ）次に、テトラエトキシシラン０．０４ｍｏｌと、エタノール０．２５ｍｏｌと、水０．２４ｍｏｌと、１ｍｏｌ／Ｌ濃度ＨＣｌ水溶液１ｍｌと、を混合して７０℃の温度で一時間加熱して、ゲルを作成した。
【００４３】
（ｄ）次に、ハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法を用いて発光粒子を作成した。このハライド気相成長法について図５を用いて説明する。
１）サセプター７７上に、直径１μｍのＧａＮ単結晶を配設した。ガスラインＡ７２にはＨＣｌを流量３ｃｃ／分およびＮ２を流量２５０ｃｃ／分で流し、途中にＧａ金属７５を配設した。ガスラインＢにはＭｇＣｌ２粉末７６を配設し、Ｎ２ガスを流量２５０ｍｌ／分で流した。ガスラインＣにはＮＨ３を流量２５０ｃｃ／分で流した。また炉内全体にＮ２を流量３０００ｃｃ／分で流した。
２）反応炉の温度を１０００℃にして、上記ＧａＮ単結晶上に２分間成長させて、粒径５μｍの大きさのＭｇドープのＧａＮ粒子を形成した。このＧａＮ粒子の屈折率はｎ＝２．５４であった。
３）反応後は炉内全体にＮ２を流量３０００ｃｃ／分で流したままま温度を降下させ、７００℃に降下させた時点で温度を１時間保持し、その後に再度、炉内温度を降下させた。
以上によってＭｇドープのＧａＮ粒子からなる発光粒子を得た。
【００４４】
（ｅ）次に、銀電極が積層されているシリコン基板上に上記ゲルを塗布し、さらに上記発光粒子を配設した後、４００℃、１時間大気中で全体を加熱した。上記ゲルは屈折率ｎ＝１．４５の低屈折率媒体としてのＳｉＯ２膜となった。その膜厚は１μｍであった。
（ｆ）その後、基板をスパッタリング装置に取り付け、アルミナターゲット及びＡｒガス８０％＋Ｏ２ガス２０％の混合ガスを用いてスパッタリングを行い、４μｍの膜厚でアルミナ（屈折率ｎ＝１．７５）を積層して高屈折率媒体とした。
（ｇ）次いで、発光粒子が表面に現れるまで機械研磨を行った。
（ｈ）その後、再び基板をスパッタリング装置に取り付け、ＩＴＯターゲット及びＡｒガスを用いてスパッタリングを行い、０．３μｍのＩＴＯを製膜し前面電極とした。
（ｉ）なお、前面基板は取り付けず、前面電極の上にＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ蛍光体をアクリル樹脂に分散させたペーストを２μｍ塗布した。
【００４５】
このようにして出来た発光素子を、銀電極側を陰極、ＩＴＯ側を陽極として１５Ｖの直流電圧を印加して発光させた。この時、発光粒子からは紫外線が発光されるが、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ蛍光体により波長が変換されて緑色の発光が得られ、その輝度は４５０ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は１．０ｌｍ／Ｗであった。
【００４６】
（実施例２）
実施例２の発光素子は、高屈折率媒体として、アルミナの代わりにチタン酸バリウム（屈折率ｎ＝２．４）を用いた以外は実施例１と同様の手段で発光素子を作成した。
得られた発光素子について、実施例１と同様の条件で発光させたところ、その輝度は５２０ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は１．２ｌｍ／Ｗであった。
【００４７】
（実施例３）
以下の方法で実施例３の発光素子を作成した。この発光素子は、実施の形態２に係る発光素子と実質的に同様の構成を有する。
（ａ）まず、実施例１と同様の方法で発光粒子を作成した。
（ｂ）その後、ＰＥＤＯＴとポリエチレングリコールの共重合体１％とプロピレンカーボネート９５％、アセトニトリル４％の混合溶液中に前記発光粒子を浸し、その後、１５０℃、１時間で焼成して、発光粒子を低屈折率媒体であるＰＥＤＯＴ（屈折率ｎ＝１．５）で完全被覆した。膜厚は０．１μｍであった。
（ｃ）実施例１と同様にシリコン基板上に銀電極を取り付けた。その後に上記基板上に発光粒子を配設した。
（ｄ）次いで、発光粒子を配設した上記基板をスパッタリング装置に取り付けた。基板側を陰極としてＡｒガス中でスパッタリングを行って、発光粒子の前面側のＰＥＤＯＴを取り去った。その後引き続き、ターゲット側を陰極にして実施例２と同様の方法で高屈折率媒体としてチタン酸バリウムを膜厚６μｍ成膜した。
（ｅ）その後は実施例１と同様なプロセスで発光素子とした。
実施例１と同様に発光させた時の輝度は５００ｃｄ／ｍ２であり発光効率は１．１ｌｍ／Ｗであった。
【００４８】
（比較例１）
以下の方法で比較例１の発光素子を作成した。
（ａ）実施例１と同様にシリコン基板上に銀電極を製膜した。
（ｂ）また、実施例１と同様にゲルおよび発光粒子を作成した。
（ｃ）その後、シリコン基板上に上記ゲルを塗布し、さらに上記発光粒子を配設した後、４００℃、１時間大気中で全体を加熱した。
（ｄ）この基板に、前記ゲルを塗布し、４００℃、１時間大気中加熱する熱処理をその後３回繰り返した。得られた低屈折率媒体であるＳｉＯ２膜の膜厚は合計６μｍであった。
（ｅ）その後、実施例１と同様の方法で発光素子を作成した。
比較例１の発光素子では、発光層は、低屈折率媒体であるＳｉＯ２層の中に発光粒子が分散して構成されている。
この発光素子について電圧を印加して発光させた。その輝度は３１０ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は０．７ｌｍ／Ｗであった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、発光効率が高く大面積化の容易な発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発光素子の構成を示す断面図である。
【図２（ａ）】実施の形態１に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図２（ｂ）】実施の形態１に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図２（ｃ）】実施の形態１に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図２（ｄ）】実施の形態１に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図２（ｅ）】実施の形態１に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る発光素子の構成を示す断面図である。
【図４（ａ）】実施の形態２に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図４（ｂ）】実施の形態２に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図４（ｃ）】実施の形態２に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図４（ｄ）】実施の形態２に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図４（ｅ）】実施の形態２に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図４（ｆ）】実施の形態２に係る発光素子の製造プロセスの一工程の断面図である。
【図５】発光粒子を製造するためのＨＶＰＥ装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 前面基板
２０ 前面電極
３０ 発光層
３１ 高屈折率媒体
３２ 低屈折率媒体
４０ 発光粒子
５０ 背面電極
６０ 背面基板
７０、７０ａ 発光素子
７１ 反応炉
７２ ガスラインＡ
７３ ガスラインＢ
７４ ガスラインＣ
７５ Ｇａ金属
７６ ＭｇＣｌ２
７７ サセプター
７８ ＧａＮ単結晶
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の電極と、
前記一対の電極に挟持された発光層と、
を備え、
前記発光層は、屈折率が互いに異なる第１及び第２の媒体が発光取り出し方向の前面側から背面側について前記第１の媒体、前記第２の媒体の順に積層し、発光粒子が前記第１及び第２の媒体の境界領域にそれぞれの媒体と少なくとも接するように配置されて構成されていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記発光取り出し方向について、前面側の前記第１の媒体の屈折率をｎ１、背面側の前記第２の媒体の屈折率をｎ２とすると、
ｎ２＜ｎ１
の関係を満たし、２つの媒体において前記第１の媒体が高屈折率媒体であって、前記第２の媒体が低屈折率媒体であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記発光粒子の屈折率をｎ３とした時、２つの媒体における低屈折率媒体の前記第２の媒体の屈折率ｎ２との関係が、
ｎ２＜ｎ３−０．８
の関係式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
２つの媒体における高屈折率媒体の前記第１の媒体の屈折率ｎ１と前記発光粒子の屈折率ｎ３との関係が、
ｎ３−０．５＜ｎ１＜ｎ３＋０．５
の関係式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項５】
前記低屈折率媒体である前記第２の媒体と接している前記発光粒子の接触面は、前記発光粒子の前記発光取り出し方向の前面側にあたる半球表面の半分以下を含むと共に、前記発光粒子の背面側にあたる半球表面の半分以上を含むことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項６】
前記発光層は、前記第１及び第２の媒体の境界面が、前記発光粒子の前記発光取り出し方向の前面側の半球表面の半分から背面側の半球表面の半分の間に位置するように前記発光粒子を配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記発光層は、前記発光粒子が前記第１及び第２の媒体の境界領域に一列に並んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
対向する一対の電極と、
前記一対の電極に挟持された発光層と、
を備え、
前記発光層は、第１の媒体中に発光粒子が分散して構成され、前記発光粒子は、発光取り出し方向の背面側の粒子表面が前記第１の媒体の屈折率ｎ１より低い屈折率ｎ２を有する第２の媒体で被覆されていることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
発光粒子の屈折率ｎ３と、前記第２の媒体の屈折率ｎ２との関係が、
ｎ２＜ｎ３−０．８
の関係式を満たすことを特徴とする請求項８に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記第１の媒体の屈折率ｎ１と、前記発光粒子の屈折率ｎ３との関係が、
ｎ３−０．５＜ｎ１＜ｎ３＋０．５
の関係式を満たすことを特徴とする請求項８又は９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記発光粒子は窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１】
対向する一対の電極と、
前記一対の電極に挟持された発光層と、
を備え、
前記発光層は、屈折率が互いに異なる第１及び第２の媒体が発光取り出し方向の前面側から背面側について前記第１の媒体、前記第２の媒体の順に積層し、発光粒子が前記第１及び第２の媒体の境界領域にそれぞれの媒体と少なくとも接するように配置されて構成されていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記発光取り出し方向について、前面側の前記第１の媒体の屈折率をｎ１、背面側の前記第２の媒体の屈折率をｎ２とすると、
ｎ２＜ｎ１
の関係を満たし、２つの媒体において前記第１の媒体が高屈折率媒体であって、前記第２の媒体が低屈折率媒体であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記発光粒子の屈折率をｎ３とした時、２つの媒体における低屈折率媒体の前記第２の媒体の屈折率ｎ２との関係が、
ｎ２＜ｎ３−０．８
の関係式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
２つの媒体における高屈折率媒体の前記第１の媒体の屈折率ｎ１と前記発光粒子の屈折率ｎ３との関係が、
ｎ３−０．５＜ｎ１＜ｎ３＋０．５
の関係式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項５】
前記低屈折率媒体である前記第２の媒体と接している前記発光粒子の接触面は、前記発光粒子の前記発光取り出し方向の前面側にあたる半球表面の半分以下を含むと共に、前記発光粒子の背面側にあたる半球表面の半分以上を含むことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項６】
前記発光層は、前記第１及び第２の媒体の境界面が、前記発光粒子の前記発光取り出し方向の前面側の半球表面の半分から背面側の半球表面の半分の間に位置するように前記発光粒子を配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記発光層は、前記発光粒子が前記第１及び第２の媒体の境界領域に一列に並んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
対向する一対の電極と、
前記一対の電極に挟持された発光層と、
を備え、
前記発光層は、第１の媒体中に発光粒子が分散して構成され、前記発光粒子は、発光取り出し方向の背面側の粒子表面が前記第１の媒体の屈折率ｎ１より低い屈折率ｎ２を有する第２の媒体で被覆されていることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
発光粒子の屈折率ｎ３と、前記第２の媒体の屈折率ｎ２との関係が、
ｎ２＜ｎ３−０．８
の関係式を満たすことを特徴とする請求項８に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記第１の媒体の屈折率ｎ１と、前記発光粒子の屈折率ｎ３との関係が、
ｎ３−０．５＜ｎ１＜ｎ３＋０．５
の関係式を満たすことを特徴とする請求項８又は９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記発光粒子は窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の発光素子。
【図１】
【図２（ａ）】
【図２（ｂ）】
【図２（ｃ）】
【図２（ｄ）】
【図２（ｅ）】
【図３】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図４（ｃ）】
【図４（ｄ）】
【図４（ｅ）】
【図４（ｆ）】
【図５】
【図２（ａ）】
【図２（ｂ）】
【図２（ｃ）】
【図２（ｄ）】
【図２（ｅ）】
【図３】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図４（ｃ）】
【図４（ｄ）】
【図４（ｅ）】
【図４（ｆ）】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２００２８３（Ｐ２００９−２００２８３Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４１０２３（Ｐ２００８−４１０２３）
【出願日】平成２０年２月２２日（２００８．２．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２２日（２００８．２．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]