電界発光素子およびその製造方法
【課題】各量子ドットからの発光が高輝度で、狭帯域スペクトルで色純度の高い電界発光素子を提供する。
【解決手段】透明なガラス基板１１上に、順次、第１の電極としての透明電極１２、第１電子捕獲放出層１３、第１絶縁層１４、第１緩衝層１５、発光活性層２０、第２緩衝層１６、第２絶縁層１７、第２電子捕獲放出層１８、第２の電極としての金属電極１９が積層されてなり、第１および第２電子捕獲放出層１３、１８とこれらに接する第１絶縁層１４、第２絶縁層１７との界面に表面準位が形成される。
【解決手段】透明なガラス基板１１上に、順次、第１の電極としての透明電極１２、第１電子捕獲放出層１３、第１絶縁層１４、第１緩衝層１５、発光活性層２０、第２緩衝層１６、第２絶縁層１７、第２電子捕獲放出層１８、第２の電極としての金属電極１９が積層されてなり、第１および第２電子捕獲放出層１３、１８とこれらに接する第１絶縁層１４、第２絶縁層１７との界面に表面準位が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電界発光素子に関し、さらに詳しくは、所謂量子ドットを含有する発光活性層を有する電界発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自発光型フラットディスプレイへ展開させる技術として、量子ドット構造を持つ蛍光体の発光素子への応用が注目されている。通常、量子ドットとは、実空間において３次元全ての方向にキャリアの閉じ込めを実現する状態のことを云うが、ここで云う量子ドットとは、実空間において３次元全ての方向にキャリアの閉じ込めを実現する状態を作り出している構造体と定義する。この量子ドットの一例としては、直径数ナノメートルの球形状を持つ、相対的にバンドギャップ・エネルギーの小さい無機半導体粒子（コア部分）と、この無機半導体粒子の表面を覆う、相対的にバンドギャップ・エネルギーの大きな被覆（シェル層）と、から構成される複合材料がある。このような量子ドットはそのサイズ（直径）を精緻に制御することで、人為的にギャップ・エネルギーを規定し、所望の色を発光させることができるという特徴がある。
【０００３】
本発明者らは、湿式の化学合成手法で作製された上記量子ドットを用いて全無機質の電界発光素子を開発した（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。この電界発光素子は、量子ドットを含む発光活性層をキャリア障壁層で挟持した二重絶縁構造を持つものであり、交流電場を印加して量子ドット内にキャリアを注入することにより励起、発光させる量子ドット発光型無機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子である。
【０００４】
この電界発光素子は、基板上に、順次、第１の電極、第１の絶縁層、量子ドットを含む発光活性層、第２の絶縁層、第２の電極が積層された構造を持つ。ここで、発光活性層は、上記特許文献１に開示した所謂エレクトロスプレー・イオンビーム堆積法（以下、ＥＳ−ＩＢＤ法と称する。）を用いて、多数の量子ドットを、基板上に成膜された第１の絶縁層の表面へイオンビーム状に順次照射して堆積させることにより形成される。このＥＳ−ＩＢＤ法で用いる原料は、量子ドットのシェル層表面に界面活性剤として機能する有機配位子を結合付着させたものを溶媒中にコロイド状に分散した溶液である。この方法では、量子ドットをイオンビーム状に変化させる途中で有機配位子の結合が解離する。したがって、このＥＳ−ＩＢＤ法では、被堆積基板側へ堆積される量子ドットの殆どは有機配位子が排除された状態で堆積するため、発光活性層中に不要な不純物が少なくなるという利点がある。したがって、この方法によれば、不純物の影響を殆ど受けることのない良質な発光活性層を成膜できる。
【０００５】
また、上記特許文献１に開示された電界発光素子としては、発光活性層が無機半導体材料からなる緩衝層と量子ドットとからなり、緩衝層中に量子ドットが包含された状態のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開２００７／１４２２０３号
【特許文献２】国際公開２００８／０１３０６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の電界発光素子を自発光型フラットディスプレイに応用した場合に、更なる発光強度の増加や、発光の色純度を向上するために、量子ドットにおける閉じ込め準位に由来する発光スペクトル以外の発光ピークの発生を抑制することなどの改善が望まれている。このような改善は、量子ドットにおける量子閉じ込め効果の低下、あるいは近接井戸との相互作用やサブバンドの形成などによる発光強度の低下ならびに発光スペクトルが広帯域となることを防止しようとするものである。
【０００８】
また、上述のように交流電場を印加する電界発光素子では、発光活性層と絶縁層の界面準位が、電子を発光活性層に供給することに寄与すると考えられているが、発光活性層に供給する電子放出数を増加させることが望まれている。
【０００９】
本発明はこのような課題に着目して創案されたものであり、その目的は、発光活性層からの発光が高強度となり、かつ量子ドットからの発光が狭帯域スペクトルで色純度が高い電界発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の特徴は、量子ドットを含む発光活性層が無機半導体材料でなる一対の緩衝層に挟まれて、量子ドットが前記緩衝層に包含され、一対の前記緩衝層のそれぞれの外側に、絶縁層を挟むように電極が配され、これら電極に交流電圧を印加することにより前記発光活性層を発光させる電界発光素子であって、緩衝層と電極との間に、接合する層との界面に表面準位を形成する電子捕獲放出層が配置されていることを要旨とする。
【００１１】
本発明では、電子捕獲放出層と接合する層との界面に表面準位あるいは界面準位が形成されるため、電子を捕獲する作用があり、交流電圧が印加されることで電子を容易に放出することができる。したがって、表面準位での電子の発生を促して、発光活性層へ供給する電子の量を増加させて発光強度を向上することができる。
【００１２】
ここで、電子を発生させるための電子捕獲放出層としては、仕事関数が３．０ｅＶ以下（好ましくは２．５ｅＶ以下）の金属原子の単体もしくはその金属原子を含む化合物や、トラップ準位と真空準位のエネルギー差が３．０ｅＶ以下（好ましくは２．５ｅＶ以下）の材料や、非化学量論比の組成を持つ金属酸化物（特に酸素欠損のある組成を持つ金属酸化物）などであることが好ましい。
【００１３】
仕事関数が３．０ｅＶ以下（好ましくは２．５ｅＶ以下）の金属原子の単体もしくはその金属原子を含む化合物では、金属イオン化に伴い電子が発生し易い。また、トラップ準位と真空準位のエネルギー差が３．０ｅＶ以下（好ましくは２．５ｅＶ以下）の材料や、非化学量論比の組成を持つ金属酸化物（特に酸素欠損のある組成を持つ金属酸化物）では、電気的に不安定な結合手や電子分布を持つため、電子や正孔を捕獲したり放出したりする作用を持つ。トラップ準位では、励起された電子が正電荷に捕まるため、電極間に交流電圧を印加することにより電子を放出する。このように放出された電子は、電界により加速され、量子ドットの発光の為の励起に十分なエネルギーを得る。
【００１４】
電子捕獲放出層の配置位置は、緩衝層と絶縁層との間、または絶縁層と電極との間に介在されていることが好ましい。
【００１５】
また、電子捕獲放出層は、複数の層が積層されたものでもよく、この複数の層が互いに異なる材料であってもよい。
【００１６】
電子捕獲放出層を複数層の積層構造とすることにより、層間の表面準位からキャリアの発生を促すことが期待でき、量子ドット中において、発光に寄与する注入キャリアの単位時間当たりの数を増加させることができ、さらに高輝度を要求されるアプリケーションへの適用が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、発光活性層からの発光が高輝度となり、かつ量子ドットからの発光が狭帯域スペクトルで色純度が高い電界発光素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子における透明電極を形成した状態を示す工程断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子における第１電子捕獲放出層を形成した状態を示す工程断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子における第１絶縁層および第１緩衝層を形成した状態を示す工程断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子における発光活性層を形成した状態を示す工程断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子における第２緩衝層を形成した状態を示す工程断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子における第２絶縁層、第２電子捕獲放出層、および金属電極を形成した状態を示す工程断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電界発光素子を示す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る電界発光素子を示す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る電界発光素子を示す断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る電界発光素子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電界発光素子を説明する。但し、図面は模式的なものであり、各層の厚みや厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。
【００２０】
[第１の実施の形態]
（電界発光素子の概略構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子を示す断面図である。同図に示すように、電界発光素子１０Ａは、ガラスまたはプラスチック等からなる透明基板１１上に、順次、第１の電極としての透明電極１２、第１電子捕獲放出層１３、第１絶縁層１４、第１緩衝層１５、発光活性層２０、第２緩衝層１６、第２絶縁層１７、第２電子捕獲放出層１８、第２の電極としての電極１９が積層されてなる。図１に示すように、この電界発光素子１０Ａでは透明電極１２と電極１９とに交流駆動源３０を接続して交流電場を印加することにより、発光活性層２０からの発光を透明基板１１側から出射させるようにしたものである。
【００２１】
（発光活性層について）
発光活性層２０は、略球形状の量子ドットが多数堆積されて成膜されている。この発光活性層２０は、ＥＳ−ＩＢＤ法を用いて２０〜１００ｎｍの膜厚となるように成膜されている。個々の量子ドットは、コア部分の表面をシェル層で覆ったナノ結晶構造である。このような量子ドットは、コア部分の材料および結晶サイズを精緻に制御することで、人為的にギャップ・エネルギーを規定し、所望の色を発光させることができる。
【００２２】
本実施の形態では、コア部分の直径としては、順次、１．９ｎｍ、２．４ｎｍ、５．２ｎｍであり、シェル層の膜厚は、順次、０．４ｎｍ、１．０ｎｍ、１．４ｎｍとした。本実施の形態では、コア部分がセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）で形成され、シェル層が硫化亜鉛（ＺｎＳ）もしくはセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）で形成された量子ドットを用いる。また、本実施の形態における量子ドットのコア部分は、ＣｄＳｅ以外に、ＣｄＳ、ＰｂＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ等やこれらの混晶で構成される材料から適宜選択可能である。
【００２３】
（電極について）
透明電極１２は、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）で約１００ｎｍの膜厚に形成されている。電極１９は、金（Ａｕ）で約５０ｎｍの膜厚に形成されている。透明電極１２は、ＩＴＯの他、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）、導電性酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アモルファス酸化物導電体等、透明な導電体であれば材料は問わない。電極１９の膜厚は、必要な電気伝導性が得られるよう、材料によって適宜増減する。電極１９は、上記の透明電極と同様の材料であってもよく、金属電極でも良い。
【００２４】
（電子捕獲放出層について）
本実施の形態では、第１および第２電子捕獲放出層１３、１８は、酸素欠損のあるバリウムタンタル酸化物（ＢａＴａＯｘ）で形成されている。第１および第２電子捕獲放出層１３、１７の膜厚は、０.１〜５０ｎｍである。酸素欠損のあるＢａＴａＯｘは、非化学量論比の組成を持つ金属酸化物であり、電気的に不安定な結合手や電子分布を持つため、電子や正孔を捕獲したり放出したりする作用を持つ。酸素欠損をもつＢａＯｘ、ＢａＴａＯｘの仕事関数は、それぞれ０．９９〜１．６ｅＶ、１．１〜２．０ｅＶと報告されており、金属イオン化に伴い電子が発生し易い。
【００２５】
第１および第２の電子捕獲放出層１３、１８のトラップ準位では、励起された電子が正電荷に捕まるため、電極間に交流電圧を印加することにより電子を放出する。このように放出された電子は、電界により加速され、量子ドットでの発光に十分なエネルギーを得る。
【００２６】
特に、本実施の形態では、第１および第２の電子捕獲放出層１３、１８ともにスパッタ法で形成されるが、この第２電子捕獲放出層１８を第２緩衝層１６の上に直接成膜しようとすると、比較的重いＢａ原子がスパッタリングされて衝突することにより、第２緩衝層１６を損傷させたり発熱したりする弊害がある。したがって、バリウムタンタル酸化物で第２電子捕獲放出層１８を形成する場合は、第２絶縁層１７の上に成膜する必要がある。なお、第２絶縁層１７の上に第２電子捕獲放出層１８を接合させることにより、これらの接合界面に表面準位が形成され、電子を捕獲することができる。この際、第２絶縁層１７の膜厚は１００ｎｍ以下程度と薄いことが好ましい。
【００２７】
（絶縁層について）
第１絶縁層１４および第２絶縁層１７は、タンタル酸化物（ＴａＯｘ）で約５０〜５００ｎｍの膜厚に形成されている。これら第１絶縁層１４および第２絶縁層１７は、タンタル酸化物に限定されるものではなく、シリコン窒化物、シリコン酸化物、イットリウム酸化物、アルミナ、ハフニウム酸化物、バリウムタンタル酸化物など、光学的な透明性と電気的な絶縁性を有する材料から選択可能である。
【００２８】
（緩衝層について）
第１緩衝層１５および第２緩衝層１６は、量子ドットにおけるシェル層の材料であるＺｎＳやＺｎＳｅと同じ材料でなる。これらの膜厚は１〜２０ｎｍ程度である。
【００２９】
なお、第１緩衝層１５および第２緩衝層１６は、量子ドットを包含して量子ドットと結合した状態となっている。すなわち、この結合した状態とは、量子ドットがマトリクス内に単に分散されている状態ではなく、量子ドットが第１緩衝層１５および第２緩衝層１６中でパッシベートされている状態を指す。例えば、量子ドットそのものを熱非平衡状態にし、量子ドットの本質である三次元量子井戸構造を保持したままで、量子ドットの表面装飾分子を脱離させ、個々の量子ドットのシェル層表面同士、あるいは、シェル層表面と緩衝層とが化学結合している状態をいう。
【００３０】
以上、本実施の形態に係る電界発光素子１０Ａについて説明したが、電子を発生させるための第１および第２電子捕獲放出層１３、１８としては、仕事関数が３．０ｅＶ以下（好ましくは２．５ｅＶ以下）の金属原子単体もしくはその金属原子を含む化合物や、トラップ準位と真空準位のエネルギー差が３．０ｅＶ以下（好ましくは
２．５ｅＶ以下）の材料や、非化学量論比の組成を持つ金属酸化物（特に酸素欠損のある組成を持つ金属酸化物）などであることが好ましい。
【００３１】
（第１の実施の形態に係る電界発光素子の作用・効果）
本実施の形態では、第１および第２電子捕獲放出層１３、１８と、これらに接合する第１および第２絶縁層１４、１７との界面に表面準位が形成され、この表面準位での電子の捕獲、発生を促して、発光活性層へ供給する電子の量を増加させて発光強度を向上することができる。したがって、電界発光素子１０Ａにおける発光活性層２０からの発光が高輝度となる。また、本実施の形態では、量子ドットでの所謂量子閉じ込め効果を高めるため、量子ドットからの発光が狭帯域スペクトルで色純度が高くなるという利点がある。
【００３２】
（電界発光素子の製造方法）
次に、図２から図７を用いて、本実施の形態に係る電界発光素子の製造方法を説明する。
【００３３】
先ず、図２に示すように、予めＩＴＯ（Indium Tin Oxide）でなる透明電極１２が表面に形成されたガラスやプラスチック等の透明基板１１を用意する。本実施の形態において、透明基板１１はガラス基板であり、透明電極１２は、膜厚が例えば１００ｎｍ、表面粗さＲａが例えば５０ｎｍ程度である。そして、この透明基板１１には、有機溶媒による超音波洗浄を行った後、不活性ガスによりブローおよび乾燥を施しておく。
【００３４】
その後、図３に示すように、透明電極１２上に、スパッタ法によりバリウムタンタル酸化物（ＢａＴａＯｘ）焼結体をターゲットして用いてバリウムタンタル酸化物（ＢａＴａＯｘ）でなる第１電子捕獲放出層１３を形成する。この場合、スパッタリング装置内への導入酸素量を調整することにより、酸素欠損量を調整したバリウムタンタル酸化物（仕事関数２．１ｅＶ）を形成した。この第１電子捕獲放出層１３の膜厚は、０．１〜２０．０ｎｍの範囲である。
【００３５】
次に、図４に示すように、第１電子捕獲放出層１３上にタンタル酸化物（ＴａＯｘ）などの絶縁体で第１絶縁層１４を形成する。ＴａＯｘ膜の形成は、通常の高周波（１３．５６ＭＨｚ）マグネトロンスパッタリング装置を用い、金属ＴａターゲットのＡｒ＋Ｏ２混合ガス雰囲気中での反応性スパッタリングによって成膜した。堆積中の基板の温度は、常温から２００℃とした。この第１絶縁層１４の膜厚は、５０〜５００ｎｍの範囲である。
【００３６】
続いて、図４に示すように、第１絶縁層１４上に、第１緩衝層１５を、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法を用いて成膜する。この、第１緩衝層１５の膜厚は、１〜２０ｎｍである。
【００３７】
次に、図５に示すように、第１緩衝層１５の上に発光活性層２０を形成する。本実施の形態では、ＥＳ−ＩＢＤ装置を用いて量子ドットを堆積させることにより発光活性層２０を形成する。
【００３８】
次いで、図６に示すように、発光活性層２０の上に、第１緩衝層１５と同様の条件で第２緩衝層１６を成膜する。第２緩衝層１６の膜厚も第１緩衝層１５と同じ１〜２０ｎｍである。
【００３９】
その後、図７に示すように、第２緩衝層１６の上に、第２絶縁層１７、第２電子捕獲放出層１８、電極１９を順次積層する。第２絶縁層１４は、第１絶縁層１４と同じ材料で同じ膜厚に形成する。第２電子捕獲放出層１８は、第１電子捕獲放出層１３と同じ材料で同じ膜厚に形成する。電極１９は、Ａｕを蒸着法で例えば５０ｎｍの厚さに形成する。電極１９の材料は、金属の他、透明導電性材料であってもよい。
【００４０】
以上、第１の実施の形態に係る電界発光素子の製造方法について説明したが、第２電子捕獲放出層１８を、第２緩衝層１６の上でなくて、第２絶縁層１７の上に積層したため、スパッタ法に伴って第２緩衝層１６およびその下地の発光活性層２０が損傷することを防止できる。この結果、量子ドットが損傷してサイズが変化することがなく、量子ドットから放出される光のスペクトルが変わってしまうことを防ぐことができる。このような電界発光素子１０Ａでは、量子ドット２１からの発光スペクトルが量子ドットに由来する波長以外の波長の発光を抑えることができ、発光スペクトルが広帯域となることを防止する作用を奏する。
【００４１】
[第２の実施の形態]
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る電界発光素子１０Ｂの断面図である。本実施の形態に係る電界発光素子１０Ｂは、上記第１の実施の形態に係る電界発光素子１０Ａにおける第１電子捕獲放出層１３の位置が異なるだけである。すなわち、本実施の形態では、第１電子捕獲放出層１３を、第１絶縁層１４と透明電極１２との間に配置せずに、第１絶縁層１４の上に配置している。本実施の形態に係る電界発光素子１０Ｂの作用・効果は、上記第１の実施の形態と同様である。
【００４２】
[第３の実施の形態]
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る電界発光素子１０Ｃの断面図である。この電界発光素子１０Ｃは、第１の実施の形態に係る電界発光素子１０Ａにおける第１電子捕獲放出層１３と第２電子捕獲放出層１８とがそれぞれ２層で構成されたものであり、第１電子捕獲放出層１３Ａ、１３Ｂと、第２電子捕獲放出層１８Ａ、１８Ｂとで構成されている。本実施の形態における他の構成は、上記第１の実施の形態と同様である。
【００４３】
本実施の形態では、それぞれ２層構造の第１電子捕獲放出層１３Ａ，１３Ｂと第２電子捕獲放出層１８Ａ，１８Ｂとは同一材料で形成されている。このような構造としたことにより、本実施の形態では、電子捕獲放出層同士の界面での表面準位での電子の捕獲、発生を促して、発光活性層へ供給する電子の量を増加させて発光強度を向上することができる。
【００４４】
[第４の実施の形態]
図１０は、本発明の第４の実施の形態に係る電界発光素子１０Ｄの断面図である。この電界発光素子１０Ｄは、上記第１の実施の形態の電界発光素子１０Ａにおける第１電子捕獲放出層１３と第２電子捕獲放出層１８をそれぞれの２層構造とするとともに、２層のうちの１層である第１電子捕獲放出層１３Ｃと第２電子捕獲放出層１８Ｃのどちらか一方を金属で形成している。どちらか一方に透明性のない金属材料を用いても、発光活性層を挟んで反対側の層を形成する材料が全て透明であれば、透明な面側から発光を取り出せる。このとき、金属材料を用いた側は全て不透明な材料を使用することもできる。本実施の形態における他の構成、および作用・効果は、上記第３の実施の形態と同様である。
【００４５】
[第５の実施の形態]
図１１は、本発明の第５の実施の形態に係る電界発光素子１０Ｅの断面図である。この電界発光素子１０Ｅは、基板がガラスではなく、シリコン基板２１を用いている。この電界発光素子１０Ｅは、シリコン基板２１の上に、順次、電極１９、第１電子捕獲放出層１３、第１絶縁層１４、第１緩衝層１５、発光活性層２０、第２緩衝層１６、第２絶縁層１７、第２電子捕獲放出層１８、透明電極１２が形成されている。本実施の形態の電界発光素子１０Ｅでは、透明電極１２側へ発光が抜けるようになっている。
【００４６】
本実施の形態に係る電界発光素子１０Ｅの作用、動作、効果は、上記第１の実施の形態とほぼ同様であるため、その説明は省略する。
【００４７】
〈実験例〉
上記第１の実施の形態に係る電界発光素子１０Ａの構成において、第１緩衝層１５および第２緩衝層１６をＺｎＳで形成し、第１および第２電子捕獲放出層１３、１８が無い場合（比較例）と、有る場合（実施例）とを用意した。そして、第１および第２電子捕獲放出層１３、１８のそれぞれの厚さが、５ｎｍ（実施例１）、２０ｎｍ（実施例２）、２００ｎｍ（実施例３）と異なる実施例１〜３の電界発光素子を作製して、挙動を観察した。
【００４８】
その結果、第１および第２電子捕獲放出層１３、１８が無い比較例と、実施例１〜３では、挙動が変化し（異なり）、５ｎｍ〜２０ｎｍまでの電界発光素子は、発光開始電圧が８０Ｖから４０Ｖ程度に低下し、発光強度が増し、発光スペクトルが狭帯域化する効果が確認できた。
[その他の実施の形態]
【００４９】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、以下のような変更も本発明の適用範囲である。
【００５０】
例えば、上記各実施の形態で用いた第１および第２電子捕獲放出層１３、１８の材料は、伝導帯端準位が量子ドットのコア部分の材料の伝導帯端準位より大きく、価電子帯端準位がコア部分の材料の価電子帯端準位よりも小さい無機材料から適宜選ぶことができる。また、電子捕獲放出層は、単一元素でなる原子層でもよいし、これらを含む化合物であってもよい。具体的には、仕事関数が３．０ｅＶ以下であるＣａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｌａ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｂｉなどの元素を挙げることができる。
【００５１】
また、上記第５の実施の形態では、基板が不透明なシリコン基板２１を適用したが、不透明な材料であっても電極１９の成膜が可能な材料であれば、他の無機材料を用いてもよいし、可撓性を有するプラスチック基板を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ…電界発光素子
１１…透明基板
１２…透明電極
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ…第１電子捕獲放出層
１４…第１絶縁層
１５…第１緩衝層
１６…第２緩衝層
１７…第２絶縁層
１８…第２電子捕獲放出層
１９…電極
２０…発光活性層
２１…シリコン基板
３０…交流駆動源
【技術分野】
【０００１】
本発明は電界発光素子に関し、さらに詳しくは、所謂量子ドットを含有する発光活性層を有する電界発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自発光型フラットディスプレイへ展開させる技術として、量子ドット構造を持つ蛍光体の発光素子への応用が注目されている。通常、量子ドットとは、実空間において３次元全ての方向にキャリアの閉じ込めを実現する状態のことを云うが、ここで云う量子ドットとは、実空間において３次元全ての方向にキャリアの閉じ込めを実現する状態を作り出している構造体と定義する。この量子ドットの一例としては、直径数ナノメートルの球形状を持つ、相対的にバンドギャップ・エネルギーの小さい無機半導体粒子（コア部分）と、この無機半導体粒子の表面を覆う、相対的にバンドギャップ・エネルギーの大きな被覆（シェル層）と、から構成される複合材料がある。このような量子ドットはそのサイズ（直径）を精緻に制御することで、人為的にギャップ・エネルギーを規定し、所望の色を発光させることができるという特徴がある。
【０００３】
本発明者らは、湿式の化学合成手法で作製された上記量子ドットを用いて全無機質の電界発光素子を開発した（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。この電界発光素子は、量子ドットを含む発光活性層をキャリア障壁層で挟持した二重絶縁構造を持つものであり、交流電場を印加して量子ドット内にキャリアを注入することにより励起、発光させる量子ドット発光型無機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子である。
【０００４】
この電界発光素子は、基板上に、順次、第１の電極、第１の絶縁層、量子ドットを含む発光活性層、第２の絶縁層、第２の電極が積層された構造を持つ。ここで、発光活性層は、上記特許文献１に開示した所謂エレクトロスプレー・イオンビーム堆積法（以下、ＥＳ−ＩＢＤ法と称する。）を用いて、多数の量子ドットを、基板上に成膜された第１の絶縁層の表面へイオンビーム状に順次照射して堆積させることにより形成される。このＥＳ−ＩＢＤ法で用いる原料は、量子ドットのシェル層表面に界面活性剤として機能する有機配位子を結合付着させたものを溶媒中にコロイド状に分散した溶液である。この方法では、量子ドットをイオンビーム状に変化させる途中で有機配位子の結合が解離する。したがって、このＥＳ−ＩＢＤ法では、被堆積基板側へ堆積される量子ドットの殆どは有機配位子が排除された状態で堆積するため、発光活性層中に不要な不純物が少なくなるという利点がある。したがって、この方法によれば、不純物の影響を殆ど受けることのない良質な発光活性層を成膜できる。
【０００５】
また、上記特許文献１に開示された電界発光素子としては、発光活性層が無機半導体材料からなる緩衝層と量子ドットとからなり、緩衝層中に量子ドットが包含された状態のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開２００７／１４２２０３号
【特許文献２】国際公開２００８／０１３０６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の電界発光素子を自発光型フラットディスプレイに応用した場合に、更なる発光強度の増加や、発光の色純度を向上するために、量子ドットにおける閉じ込め準位に由来する発光スペクトル以外の発光ピークの発生を抑制することなどの改善が望まれている。このような改善は、量子ドットにおける量子閉じ込め効果の低下、あるいは近接井戸との相互作用やサブバンドの形成などによる発光強度の低下ならびに発光スペクトルが広帯域となることを防止しようとするものである。
【０００８】
また、上述のように交流電場を印加する電界発光素子では、発光活性層と絶縁層の界面準位が、電子を発光活性層に供給することに寄与すると考えられているが、発光活性層に供給する電子放出数を増加させることが望まれている。
【０００９】
本発明はこのような課題に着目して創案されたものであり、その目的は、発光活性層からの発光が高強度となり、かつ量子ドットからの発光が狭帯域スペクトルで色純度が高い電界発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の特徴は、量子ドットを含む発光活性層が無機半導体材料でなる一対の緩衝層に挟まれて、量子ドットが前記緩衝層に包含され、一対の前記緩衝層のそれぞれの外側に、絶縁層を挟むように電極が配され、これら電極に交流電圧を印加することにより前記発光活性層を発光させる電界発光素子であって、緩衝層と電極との間に、接合する層との界面に表面準位を形成する電子捕獲放出層が配置されていることを要旨とする。
【００１１】
本発明では、電子捕獲放出層と接合する層との界面に表面準位あるいは界面準位が形成されるため、電子を捕獲する作用があり、交流電圧が印加されることで電子を容易に放出することができる。したがって、表面準位での電子の発生を促して、発光活性層へ供給する電子の量を増加させて発光強度を向上することができる。
【００１２】
ここで、電子を発生させるための電子捕獲放出層としては、仕事関数が３．０ｅＶ以下（好ましくは２．５ｅＶ以下）の金属原子の単体もしくはその金属原子を含む化合物や、トラップ準位と真空準位のエネルギー差が３．０ｅＶ以下（好ましくは２．５ｅＶ以下）の材料や、非化学量論比の組成を持つ金属酸化物（特に酸素欠損のある組成を持つ金属酸化物）などであることが好ましい。
【００１３】
仕事関数が３．０ｅＶ以下（好ましくは２．５ｅＶ以下）の金属原子の単体もしくはその金属原子を含む化合物では、金属イオン化に伴い電子が発生し易い。また、トラップ準位と真空準位のエネルギー差が３．０ｅＶ以下（好ましくは２．５ｅＶ以下）の材料や、非化学量論比の組成を持つ金属酸化物（特に酸素欠損のある組成を持つ金属酸化物）では、電気的に不安定な結合手や電子分布を持つため、電子や正孔を捕獲したり放出したりする作用を持つ。トラップ準位では、励起された電子が正電荷に捕まるため、電極間に交流電圧を印加することにより電子を放出する。このように放出された電子は、電界により加速され、量子ドットの発光の為の励起に十分なエネルギーを得る。
【００１４】
電子捕獲放出層の配置位置は、緩衝層と絶縁層との間、または絶縁層と電極との間に介在されていることが好ましい。
【００１５】
また、電子捕獲放出層は、複数の層が積層されたものでもよく、この複数の層が互いに異なる材料であってもよい。
【００１６】
電子捕獲放出層を複数層の積層構造とすることにより、層間の表面準位からキャリアの発生を促すことが期待でき、量子ドット中において、発光に寄与する注入キャリアの単位時間当たりの数を増加させることができ、さらに高輝度を要求されるアプリケーションへの適用が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、発光活性層からの発光が高輝度となり、かつ量子ドットからの発光が狭帯域スペクトルで色純度が高い電界発光素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子における透明電極を形成した状態を示す工程断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子における第１電子捕獲放出層を形成した状態を示す工程断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子における第１絶縁層および第１緩衝層を形成した状態を示す工程断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子における発光活性層を形成した状態を示す工程断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子における第２緩衝層を形成した状態を示す工程断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子における第２絶縁層、第２電子捕獲放出層、および金属電極を形成した状態を示す工程断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電界発光素子を示す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る電界発光素子を示す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る電界発光素子を示す断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る電界発光素子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電界発光素子を説明する。但し、図面は模式的なものであり、各層の厚みや厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。
【００２０】
[第１の実施の形態]
（電界発光素子の概略構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子を示す断面図である。同図に示すように、電界発光素子１０Ａは、ガラスまたはプラスチック等からなる透明基板１１上に、順次、第１の電極としての透明電極１２、第１電子捕獲放出層１３、第１絶縁層１４、第１緩衝層１５、発光活性層２０、第２緩衝層１６、第２絶縁層１７、第２電子捕獲放出層１８、第２の電極としての電極１９が積層されてなる。図１に示すように、この電界発光素子１０Ａでは透明電極１２と電極１９とに交流駆動源３０を接続して交流電場を印加することにより、発光活性層２０からの発光を透明基板１１側から出射させるようにしたものである。
【００２１】
（発光活性層について）
発光活性層２０は、略球形状の量子ドットが多数堆積されて成膜されている。この発光活性層２０は、ＥＳ−ＩＢＤ法を用いて２０〜１００ｎｍの膜厚となるように成膜されている。個々の量子ドットは、コア部分の表面をシェル層で覆ったナノ結晶構造である。このような量子ドットは、コア部分の材料および結晶サイズを精緻に制御することで、人為的にギャップ・エネルギーを規定し、所望の色を発光させることができる。
【００２２】
本実施の形態では、コア部分の直径としては、順次、１．９ｎｍ、２．４ｎｍ、５．２ｎｍであり、シェル層の膜厚は、順次、０．４ｎｍ、１．０ｎｍ、１．４ｎｍとした。本実施の形態では、コア部分がセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）で形成され、シェル層が硫化亜鉛（ＺｎＳ）もしくはセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）で形成された量子ドットを用いる。また、本実施の形態における量子ドットのコア部分は、ＣｄＳｅ以外に、ＣｄＳ、ＰｂＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ等やこれらの混晶で構成される材料から適宜選択可能である。
【００２３】
（電極について）
透明電極１２は、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）で約１００ｎｍの膜厚に形成されている。電極１９は、金（Ａｕ）で約５０ｎｍの膜厚に形成されている。透明電極１２は、ＩＴＯの他、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）、導電性酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アモルファス酸化物導電体等、透明な導電体であれば材料は問わない。電極１９の膜厚は、必要な電気伝導性が得られるよう、材料によって適宜増減する。電極１９は、上記の透明電極と同様の材料であってもよく、金属電極でも良い。
【００２４】
（電子捕獲放出層について）
本実施の形態では、第１および第２電子捕獲放出層１３、１８は、酸素欠損のあるバリウムタンタル酸化物（ＢａＴａＯｘ）で形成されている。第１および第２電子捕獲放出層１３、１７の膜厚は、０.１〜５０ｎｍである。酸素欠損のあるＢａＴａＯｘは、非化学量論比の組成を持つ金属酸化物であり、電気的に不安定な結合手や電子分布を持つため、電子や正孔を捕獲したり放出したりする作用を持つ。酸素欠損をもつＢａＯｘ、ＢａＴａＯｘの仕事関数は、それぞれ０．９９〜１．６ｅＶ、１．１〜２．０ｅＶと報告されており、金属イオン化に伴い電子が発生し易い。
【００２５】
第１および第２の電子捕獲放出層１３、１８のトラップ準位では、励起された電子が正電荷に捕まるため、電極間に交流電圧を印加することにより電子を放出する。このように放出された電子は、電界により加速され、量子ドットでの発光に十分なエネルギーを得る。
【００２６】
特に、本実施の形態では、第１および第２の電子捕獲放出層１３、１８ともにスパッタ法で形成されるが、この第２電子捕獲放出層１８を第２緩衝層１６の上に直接成膜しようとすると、比較的重いＢａ原子がスパッタリングされて衝突することにより、第２緩衝層１６を損傷させたり発熱したりする弊害がある。したがって、バリウムタンタル酸化物で第２電子捕獲放出層１８を形成する場合は、第２絶縁層１７の上に成膜する必要がある。なお、第２絶縁層１７の上に第２電子捕獲放出層１８を接合させることにより、これらの接合界面に表面準位が形成され、電子を捕獲することができる。この際、第２絶縁層１７の膜厚は１００ｎｍ以下程度と薄いことが好ましい。
【００２７】
（絶縁層について）
第１絶縁層１４および第２絶縁層１７は、タンタル酸化物（ＴａＯｘ）で約５０〜５００ｎｍの膜厚に形成されている。これら第１絶縁層１４および第２絶縁層１７は、タンタル酸化物に限定されるものではなく、シリコン窒化物、シリコン酸化物、イットリウム酸化物、アルミナ、ハフニウム酸化物、バリウムタンタル酸化物など、光学的な透明性と電気的な絶縁性を有する材料から選択可能である。
【００２８】
（緩衝層について）
第１緩衝層１５および第２緩衝層１６は、量子ドットにおけるシェル層の材料であるＺｎＳやＺｎＳｅと同じ材料でなる。これらの膜厚は１〜２０ｎｍ程度である。
【００２９】
なお、第１緩衝層１５および第２緩衝層１６は、量子ドットを包含して量子ドットと結合した状態となっている。すなわち、この結合した状態とは、量子ドットがマトリクス内に単に分散されている状態ではなく、量子ドットが第１緩衝層１５および第２緩衝層１６中でパッシベートされている状態を指す。例えば、量子ドットそのものを熱非平衡状態にし、量子ドットの本質である三次元量子井戸構造を保持したままで、量子ドットの表面装飾分子を脱離させ、個々の量子ドットのシェル層表面同士、あるいは、シェル層表面と緩衝層とが化学結合している状態をいう。
【００３０】
以上、本実施の形態に係る電界発光素子１０Ａについて説明したが、電子を発生させるための第１および第２電子捕獲放出層１３、１８としては、仕事関数が３．０ｅＶ以下（好ましくは２．５ｅＶ以下）の金属原子単体もしくはその金属原子を含む化合物や、トラップ準位と真空準位のエネルギー差が３．０ｅＶ以下（好ましくは
２．５ｅＶ以下）の材料や、非化学量論比の組成を持つ金属酸化物（特に酸素欠損のある組成を持つ金属酸化物）などであることが好ましい。
【００３１】
（第１の実施の形態に係る電界発光素子の作用・効果）
本実施の形態では、第１および第２電子捕獲放出層１３、１８と、これらに接合する第１および第２絶縁層１４、１７との界面に表面準位が形成され、この表面準位での電子の捕獲、発生を促して、発光活性層へ供給する電子の量を増加させて発光強度を向上することができる。したがって、電界発光素子１０Ａにおける発光活性層２０からの発光が高輝度となる。また、本実施の形態では、量子ドットでの所謂量子閉じ込め効果を高めるため、量子ドットからの発光が狭帯域スペクトルで色純度が高くなるという利点がある。
【００３２】
（電界発光素子の製造方法）
次に、図２から図７を用いて、本実施の形態に係る電界発光素子の製造方法を説明する。
【００３３】
先ず、図２に示すように、予めＩＴＯ（Indium Tin Oxide）でなる透明電極１２が表面に形成されたガラスやプラスチック等の透明基板１１を用意する。本実施の形態において、透明基板１１はガラス基板であり、透明電極１２は、膜厚が例えば１００ｎｍ、表面粗さＲａが例えば５０ｎｍ程度である。そして、この透明基板１１には、有機溶媒による超音波洗浄を行った後、不活性ガスによりブローおよび乾燥を施しておく。
【００３４】
その後、図３に示すように、透明電極１２上に、スパッタ法によりバリウムタンタル酸化物（ＢａＴａＯｘ）焼結体をターゲットして用いてバリウムタンタル酸化物（ＢａＴａＯｘ）でなる第１電子捕獲放出層１３を形成する。この場合、スパッタリング装置内への導入酸素量を調整することにより、酸素欠損量を調整したバリウムタンタル酸化物（仕事関数２．１ｅＶ）を形成した。この第１電子捕獲放出層１３の膜厚は、０．１〜２０．０ｎｍの範囲である。
【００３５】
次に、図４に示すように、第１電子捕獲放出層１３上にタンタル酸化物（ＴａＯｘ）などの絶縁体で第１絶縁層１４を形成する。ＴａＯｘ膜の形成は、通常の高周波（１３．５６ＭＨｚ）マグネトロンスパッタリング装置を用い、金属ＴａターゲットのＡｒ＋Ｏ２混合ガス雰囲気中での反応性スパッタリングによって成膜した。堆積中の基板の温度は、常温から２００℃とした。この第１絶縁層１４の膜厚は、５０〜５００ｎｍの範囲である。
【００３６】
続いて、図４に示すように、第１絶縁層１４上に、第１緩衝層１５を、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法を用いて成膜する。この、第１緩衝層１５の膜厚は、１〜２０ｎｍである。
【００３７】
次に、図５に示すように、第１緩衝層１５の上に発光活性層２０を形成する。本実施の形態では、ＥＳ−ＩＢＤ装置を用いて量子ドットを堆積させることにより発光活性層２０を形成する。
【００３８】
次いで、図６に示すように、発光活性層２０の上に、第１緩衝層１５と同様の条件で第２緩衝層１６を成膜する。第２緩衝層１６の膜厚も第１緩衝層１５と同じ１〜２０ｎｍである。
【００３９】
その後、図７に示すように、第２緩衝層１６の上に、第２絶縁層１７、第２電子捕獲放出層１８、電極１９を順次積層する。第２絶縁層１４は、第１絶縁層１４と同じ材料で同じ膜厚に形成する。第２電子捕獲放出層１８は、第１電子捕獲放出層１３と同じ材料で同じ膜厚に形成する。電極１９は、Ａｕを蒸着法で例えば５０ｎｍの厚さに形成する。電極１９の材料は、金属の他、透明導電性材料であってもよい。
【００４０】
以上、第１の実施の形態に係る電界発光素子の製造方法について説明したが、第２電子捕獲放出層１８を、第２緩衝層１６の上でなくて、第２絶縁層１７の上に積層したため、スパッタ法に伴って第２緩衝層１６およびその下地の発光活性層２０が損傷することを防止できる。この結果、量子ドットが損傷してサイズが変化することがなく、量子ドットから放出される光のスペクトルが変わってしまうことを防ぐことができる。このような電界発光素子１０Ａでは、量子ドット２１からの発光スペクトルが量子ドットに由来する波長以外の波長の発光を抑えることができ、発光スペクトルが広帯域となることを防止する作用を奏する。
【００４１】
[第２の実施の形態]
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る電界発光素子１０Ｂの断面図である。本実施の形態に係る電界発光素子１０Ｂは、上記第１の実施の形態に係る電界発光素子１０Ａにおける第１電子捕獲放出層１３の位置が異なるだけである。すなわち、本実施の形態では、第１電子捕獲放出層１３を、第１絶縁層１４と透明電極１２との間に配置せずに、第１絶縁層１４の上に配置している。本実施の形態に係る電界発光素子１０Ｂの作用・効果は、上記第１の実施の形態と同様である。
【００４２】
[第３の実施の形態]
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る電界発光素子１０Ｃの断面図である。この電界発光素子１０Ｃは、第１の実施の形態に係る電界発光素子１０Ａにおける第１電子捕獲放出層１３と第２電子捕獲放出層１８とがそれぞれ２層で構成されたものであり、第１電子捕獲放出層１３Ａ、１３Ｂと、第２電子捕獲放出層１８Ａ、１８Ｂとで構成されている。本実施の形態における他の構成は、上記第１の実施の形態と同様である。
【００４３】
本実施の形態では、それぞれ２層構造の第１電子捕獲放出層１３Ａ，１３Ｂと第２電子捕獲放出層１８Ａ，１８Ｂとは同一材料で形成されている。このような構造としたことにより、本実施の形態では、電子捕獲放出層同士の界面での表面準位での電子の捕獲、発生を促して、発光活性層へ供給する電子の量を増加させて発光強度を向上することができる。
【００４４】
[第４の実施の形態]
図１０は、本発明の第４の実施の形態に係る電界発光素子１０Ｄの断面図である。この電界発光素子１０Ｄは、上記第１の実施の形態の電界発光素子１０Ａにおける第１電子捕獲放出層１３と第２電子捕獲放出層１８をそれぞれの２層構造とするとともに、２層のうちの１層である第１電子捕獲放出層１３Ｃと第２電子捕獲放出層１８Ｃのどちらか一方を金属で形成している。どちらか一方に透明性のない金属材料を用いても、発光活性層を挟んで反対側の層を形成する材料が全て透明であれば、透明な面側から発光を取り出せる。このとき、金属材料を用いた側は全て不透明な材料を使用することもできる。本実施の形態における他の構成、および作用・効果は、上記第３の実施の形態と同様である。
【００４５】
[第５の実施の形態]
図１１は、本発明の第５の実施の形態に係る電界発光素子１０Ｅの断面図である。この電界発光素子１０Ｅは、基板がガラスではなく、シリコン基板２１を用いている。この電界発光素子１０Ｅは、シリコン基板２１の上に、順次、電極１９、第１電子捕獲放出層１３、第１絶縁層１４、第１緩衝層１５、発光活性層２０、第２緩衝層１６、第２絶縁層１７、第２電子捕獲放出層１８、透明電極１２が形成されている。本実施の形態の電界発光素子１０Ｅでは、透明電極１２側へ発光が抜けるようになっている。
【００４６】
本実施の形態に係る電界発光素子１０Ｅの作用、動作、効果は、上記第１の実施の形態とほぼ同様であるため、その説明は省略する。
【００４７】
〈実験例〉
上記第１の実施の形態に係る電界発光素子１０Ａの構成において、第１緩衝層１５および第２緩衝層１６をＺｎＳで形成し、第１および第２電子捕獲放出層１３、１８が無い場合（比較例）と、有る場合（実施例）とを用意した。そして、第１および第２電子捕獲放出層１３、１８のそれぞれの厚さが、５ｎｍ（実施例１）、２０ｎｍ（実施例２）、２００ｎｍ（実施例３）と異なる実施例１〜３の電界発光素子を作製して、挙動を観察した。
【００４８】
その結果、第１および第２電子捕獲放出層１３、１８が無い比較例と、実施例１〜３では、挙動が変化し（異なり）、５ｎｍ〜２０ｎｍまでの電界発光素子は、発光開始電圧が８０Ｖから４０Ｖ程度に低下し、発光強度が増し、発光スペクトルが狭帯域化する効果が確認できた。
[その他の実施の形態]
【００４９】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、以下のような変更も本発明の適用範囲である。
【００５０】
例えば、上記各実施の形態で用いた第１および第２電子捕獲放出層１３、１８の材料は、伝導帯端準位が量子ドットのコア部分の材料の伝導帯端準位より大きく、価電子帯端準位がコア部分の材料の価電子帯端準位よりも小さい無機材料から適宜選ぶことができる。また、電子捕獲放出層は、単一元素でなる原子層でもよいし、これらを含む化合物であってもよい。具体的には、仕事関数が３．０ｅＶ以下であるＣａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｌａ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｂｉなどの元素を挙げることができる。
【００５１】
また、上記第５の実施の形態では、基板が不透明なシリコン基板２１を適用したが、不透明な材料であっても電極１９の成膜が可能な材料であれば、他の無機材料を用いてもよいし、可撓性を有するプラスチック基板を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ…電界発光素子
１１…透明基板
１２…透明電極
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ…第１電子捕獲放出層
１４…第１絶縁層
１５…第１緩衝層
１６…第２緩衝層
１７…第２絶縁層
１８…第２電子捕獲放出層
１９…電極
２０…発光活性層
２１…シリコン基板
３０…交流駆動源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子ドットを含む発光活性層が無機半導体材料でなる一対の緩衝層に挟まれて、量子ドットが前記緩衝層に包含され、一対の前記緩衝層のそれぞれの外側に、絶縁層を挟むように電極が配され、これら電極に交流電圧を印加することにより前記発光活性層を発光させる電界発光素子であって、
前記緩衝層と前記電極との間に、接合する層との界面に表面準位を形成する電子捕獲放出層が配置されていることを特徴とする電界発光素子。
【請求項２】
前記電子捕獲放出層は、トラップ準位と真空準位のエネルギー差が３．０ｅＶ以下の材料でなることを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
【請求項３】
前記電子捕獲放出層は、仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属原子の単体もしくはその金属原子を含む化合物でなることを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
【請求項４】
電子捕獲放出層は、非化学量論比の組成を持つ金属酸化物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電界発光素子。
【請求項５】
前記金属酸化物は、酸素欠損のある組成であることを特徴とする請求項４に記載の電界発光素子。
【請求項６】
前記電子捕獲放出層は、前記緩衝層と前記絶縁層との間に介在されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項７】
前記電子捕獲放出層は、前記絶縁層と前記電極との間に介在されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項８】
前記電子捕獲放出層は、複数の層が積層されてなることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項９】
前記複数の層は、互いに異なる材料でなることを特徴とする請求項８に記載の電界発光素子。
【請求項１】
量子ドットを含む発光活性層が無機半導体材料でなる一対の緩衝層に挟まれて、量子ドットが前記緩衝層に包含され、一対の前記緩衝層のそれぞれの外側に、絶縁層を挟むように電極が配され、これら電極に交流電圧を印加することにより前記発光活性層を発光させる電界発光素子であって、
前記緩衝層と前記電極との間に、接合する層との界面に表面準位を形成する電子捕獲放出層が配置されていることを特徴とする電界発光素子。
【請求項２】
前記電子捕獲放出層は、トラップ準位と真空準位のエネルギー差が３．０ｅＶ以下の材料でなることを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
【請求項３】
前記電子捕獲放出層は、仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属原子の単体もしくはその金属原子を含む化合物でなることを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
【請求項４】
電子捕獲放出層は、非化学量論比の組成を持つ金属酸化物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電界発光素子。
【請求項５】
前記金属酸化物は、酸素欠損のある組成であることを特徴とする請求項４に記載の電界発光素子。
【請求項６】
前記電子捕獲放出層は、前記緩衝層と前記絶縁層との間に介在されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項７】
前記電子捕獲放出層は、前記絶縁層と前記電極との間に介在されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項８】
前記電子捕獲放出層は、複数の層が積層されてなることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項９】
前記複数の層は、互いに異なる材料でなることを特徴とする請求項８に記載の電界発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−７６７２６（Ｐ２０１１−７６７２６Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２３７４８（Ｐ２００９−２２３７４８）
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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