電界発光素子及び表示装置
電界発光素子（１０）は、互いに対向する一対の陽電極（１２）及び陰電極（１３）と、前記一対の陽電極と陰電極との間に形成された一層または複数層の発光層（１４）とを備え、少なくとも一層の前記発光層は、蛍光体層（１６）とワイドバンドギャップの半導体層（１５）とから構成されている。前記発光層を構成する前記半導体層又は前記蛍光体層は、層の一部分が不連続な不連続層であってもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、平面光源や平面表示装置に用いる電界発光素子に関する。
【背景技術】
平面光源や平面表示装置に用いる従来の発光装置には、発光ダイオードや電界発光素子（ＥＬ素子と称す）等が用いられる。
発光ダイオードは、輝度や発光効率が高い点で優れているが、化合物半導体基板上に形成する必要があり、一つの半導体基板を大面積化することは困難である。また、平面表示装置の大型化を図るためには、多数の発光ダイオードを二次元的に配列する必要がある。
図５を用いてＥＬ素子の構造について説明する。図５は、ＥＬ素子の構成を示す断面図である。ＥＬ素子５０は、発光層５４を２枚の電極５２、５５で挟んだセル構造であり、図５に示すように、基板５１の上に電極５２、絶縁層５３ａ、発光層５４、絶縁層５３ｂ、電極５５が順次形成されている。発光層５４は、ＺｎＳ等の蛍光体で構成されており、その厚さは、例えば、０．５μｍ〜１μｍである。また、ＥＬ素子５０の外部において、電極５２と電極５５との間には交流電源５６が接続されており、この交流電源５６によって電極５２と電極５５間に電圧を印加することでＥＬ素子５０が発光する。ＥＬ素子５０は、基板５１の材料の制限を受けにくく、単一基板による大面積化が可能である。
【発明の開示】
しかしながら、上述した発光ダイオードを用いた平面発光装置を、大型化するためには、複数の発光ダイオードが必要となり、その素子数に比例して製造コストが増大するという問題がある。
また、上述したＥＬ素子を用いた平面発光装置は、大型化するには問題がなく、薄型化、高速応答性、広視野角、高コントラストといった視点からも他のディスプレイよりも総合的に勝っているが、発光効率や輝度が低い上、寿命も約１万時間程度と短く、実用的には課題がある。また、通常数百Ｖの交流電圧を数ｋＨｚの高周波で印加する必要があり、汎用の薄膜トランジスタを使用したアクティブマトリクス方式の駆動が困難で、駆動回路が高コスト化するという問題もある。
さらに、一般的にＥＬ素子に用いられるＣａＳ：ＥｕやＹ２Ｏ３：Ｍｎ等の無機蛍光体は、ＣａＳ等の硫化物やＹ２Ｏ３等の酸化物等の無機化合物の結晶中にＭｎ等の遷移金属やＥｕ等の希土類金属等の発光中心を添加したものである。そのため、紫外光励起による発光は実現するが、一方、電界を印加しても電子は無機蛍光体に浸透しにくく、帯電反発も強いために、高電界で加速された高速電子を衝突させて無機蛍光体中の発光中心を励起する必要がある。そのため、通常、数百Ｖの交流電圧を数ｋＨｚの高周波で印加する必要があり、駆動回路が高コストになるという問題があった。
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであって、数Ｖ〜数十Ｖの低電圧で駆動（低消費電力化）し、発光効率が高く、低コストで大面積化できる発光素子を提供することを目的とする。
本発明に係る電界発光素子は、互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に形成された一層または複数層の発光層と
を備えた電界発光素子であって、
少なくとも一層の前記発光層は、蛍光体とワイドバンドギャップの半導体とを含んでいることを特徴とする。
また、前記発光層は、蛍光体層とワイドバンドギャップの半導体層との積層構造を有するものであってもよい。
さらに、前記一対の電極の間に挟まれた少なくとも一層の透明導電体層をさらに備えていてもよい。上記透明導電体層は、層の一部分が不連続な不連続層であってもよい。あるいは連続層であってもよい。
また、前記発光層を構成する前記蛍光体層と前記半導体層のうち少なくとも一層は、層の一部分が不連続な不連続層であってもよい。この場合、半導体層及び蛍光体層が共に不連続層の場合、半導体層は連続層であって蛍光体層が不連続の場合、半導体層は不連続層であって蛍光体層が連続層の場合、あるいは半導体層及び蛍光体層が共に連続層の場合であってもよい。
さらに、前記発光層は、表面の少なくとも一部がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された蛍光体粒子を有するものであってもよい。
またさらに、前記発光層は、略全表面がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された蛍光体粒子を有するものであってもよい。
また、前記発光層は、表面の少なくとも一部がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された前記蛍光体粒子がマトリックス材料中に分散しているものであってもよい。
さらに、前記発光層は、略全表面がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された前記蛍光体粒子がマトリックス材料中に分散しているものであってもよい。
また、前記マトリックス材料は、透明導電体であってもよい。
さらに、前記発光層に含まれる前記半導体は、電界印加によって青色より短波長領域の発光を生じるバンドギャップを有することが好ましい。上記半導体としては、バンドギャップが２．０ｅＶ以上、さらに好ましくは２．５ｅＶ以上となる化合物半導体を用いることができる。例えば、第１３族−第１５族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物や、第１２族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、また、第２族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、第１２族−第１３族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、第１１族−第１３族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、第１２族−第１４族−第１５族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物等のいずれかがさらに好ましい。
さらに、発光体層中の電子の流れをよくするために、Ａｌｑ３等の８−ヒドロキシキノリンの金属錯体やチオフェン化合物のＢＭＢ−２Ｔ等のアモルファス材料等の電子輸送層が、発光層と少なくとも一方の電極との間に設けられていることが好ましい。
通常のＥＬ素子を発光させるためには、高加速度電子を蛍光体に衝突させて、電子線励起させる必要があり、数百Ｖの高電圧の印加が必要となる。一方、本発明の電界発光素子では、先ず、低電圧でバンドギャップの大きな半導体層若しくは半導体被覆層が波長３００〜３５０ｎｍの紫外領域から５００ｎｍ帯の青緑色領域で発光する。さらに好ましくは、波長３００〜３５０ｎｍの紫外領域から４００ｎｍ帯の青色領域で発光する。その光で蛍光体層若しくは蛍光体粒子が励起されて、発光層全体が発光するので高い輝度と高い発光効率が得られる。そして、電子は隣接する透明導電体層に流れ、次の発光を誘発する。この発光機構を繰り返すため、電子の流れが持続し、低電圧駆動（低消費電力）と長寿命化が実現される。
さらに、前記一対の電極は、陽電極と陰電極であってもよい。この場合には、一対の陽電極と陰電極との間には直流電圧が印加される。また、発光層を構成する半導体層の少なくとも一層は、蛍光体層より陰電極側にあってもよい。
また、本発明に係る電界発光素子は、前記一対の電極のうち一方の電極に接続された薄膜トランジスタをさらに備えることができる。本発明の電界発光素子では、上記のように駆動電圧が数Ｖ程度と低電圧であるので薄膜トランジスタを使用できる。
本発明に係る表示装置は、前記電界発光素子が２次元配列されている電界発光素子アレイと、
前記電界発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記電界発光素子アレイの面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と
を備え、
前記電界発光素子アレイの前記薄膜トランジスタは、前記ｘ電極及び前記ｙ電極とそれぞれ接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る電界発光素子によれば、低電圧でバンドギャップの大きな半導体が紫外域や青色発光し、その短波長の光で蛍光体が励起され、発光層全体が発光するので高い輝度と高い発光効率が得られる。更に、マトリックスが透明導電体よりなるため、電子の流れが持続し、低電圧駆動（低消費電力）と長寿命化が実現される。また、大面積化も容易であるため、低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
以下、図面を参照して本発明に係る好ましい実施形態について説明する。なお、図面において、同一の符号は同様のものを示す。
図１は、本発明の実施の形態１に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
図２は、本発明の実施の形態２に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
図３は、本発明の実施の形態３に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
図４は、本発明の実施の形態４に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
図５は、従来の電界発光素子の構造を示す断面図である。
図６は、本発明の実施の形態５に係る発光素子の斜視図である。
図７は、本発明の実施の形態６に係る発光素子を用いた表示装置の平面概略図である。
図８は、本発明の実施の形態７に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
図９は、実施の形態７の別例として、略全表面をバンドギャップの大きな半導体で被覆した蛍光体粒子の断面構造を示す断面図である。
図１０は、本発明の実施の形態８に係る電界発光素子の構成を示す断面図である。
図１１は、本発明の実施の形態９に係る発光素子の斜視図である。
図１２は、本発明の実施の形態１０に係る発光素子を用いた表示装置の平面概略図である。
図１３は、本発明の実施の形態１１に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
図１４は、本発明の実施の形態１２に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
図１５は、本発明の実施の形態１３に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の実施の形態に係る電界発光素子について添付図面を用いて説明する。なお、図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。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る電界発光素子について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る電界発光素子１０の構成を示す断面図である。この電界発光素子１０は、多層構造であって、基板１１の上に、互いに対向している一対の陽電極１２と陰電極１３を備える。また、該陽電極１２と陰電極１３との間に半導体層１５と蛍光体層１６とで構成される発光層１４が透明導電体層１７を介して繰り返して積層されている。この発光層１４を構成する半導体層１５と蛍光体層１６とは不連続層であり、それぞれの発光層１４の間の不連続部分には透明導電体層１７が充填されている。なお、図１では、発光層１４は２組のみが記載されているが、これに限られず、一組の場合や、３組以上の場合であってもよい。また、直流電源によって陽電極１２と陰電極１３との間に数Ｖ〜数十Ｖの低電圧を印加することによって電界発光素子１０が発光する。また、陽電極１２は、透明電極であって、発光層１４からの発光は陽電極１２の側から取り出される。
次に、この電界発光素子を構成する各部材について説明する。
まず、基板１１には、好ましくは、透光性の良い石英、ガラス、セラミックである。また、陽電極１２は、基板１１の上に形成されている。この陽電極１２としては、透明導電体であるＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３にＳｎＯ２をドープしたもの）、ＩｎＺｎＯ、酸化錫、酸化亜鉛等が好ましい。また陽電極１２と対向して陰電極１３が設けられている。陰電極１３には、ＰｔやＩｒ等を用いることができる。また、仕事関数の低い材料、例えば、Ａｌ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等であってもよい。
また、陽電極１２と陰電極１３との間には、半導体層１５と蛍光体層１６とで構成される発光層１４が透明導電体層１７を介して繰り返して積層されている。この発光層１４を構成する半導体層１５と蛍光体層１６とは不連続層であり、それぞれの発光層１４の間の不連続部分には透明導電体層１７が充填されている。
上記透明導電体層１７には、ＩＴＯ、ＩｎＺｎＯ、酸化錫等が好ましい。これによって帯電防止を図り、後続する電子の反発を防止できる上に、発光層１４で発光した光を遮断することなく、外部に光を取り出すことができる。また、その他の好適な例としては、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３等の金属酸化物や、これらを含む複合酸化物が挙げられる。またさらに、透明導電体層１７として透明導電性樹脂材料を用いてもよい。この透明導電性樹脂材料として好適な例には、ポリアセチレン系、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイドに代表されるポリフェニレン系、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリテルロフェンに代表される複素環ポリマ系、ポリアニリンに代表されるイオン性ポリマ系、ポリアセン系、ポリオキサジアゾール系、金属フタロシアニン系、ポリビニル系等やこれらの誘導体、共重合体、混合体が挙げられる。またさらに好ましくは、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）、ポリ−［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシルオキシ）−１，４−（１−シアノビニレン）フェニレン］（ＣＮ−ＰＰＶ）、ポリキノキサリン等が挙げられる。これらに導電性を調整する目的で、Ｈ２ＳＯ４等のドーピングを行ってもよい。また、さらに、前記導電性樹脂又は非導電性樹脂中に、後述する低分子系電子輸送性材料を分子分散した形態や、その構造を分子鎖中に組み込んだ形態であってもよい。またさらに、前記導電性樹脂又は非導電性樹脂中に前述の金属酸化物や複合金属酸化物等の導電性又は半導電性無機材料を分散して、導電性を付与した形態であってもよい。
上記バンドギャップの大きな半導体層１５は、電界印加によって青色より短波長領域の発光を生じるバンドギャップを有することが好ましい。具体的には、バンドギャップが２．０ｅＶ以上の化合物半導体を用いることができ、より好ましくはバンドギャップが２．５ｅＶ以上の化合物半導体を用いることができる。上記半導体としては、例えば、第１３族−第１５族化合物半導体であるＡｌＮ（バンドギャップ：５．７ｅＶ）、ＡｌＰ（２．４ｅＶ）、ＡｌＡｓ（２．２ｅＶ）、ＧａＮ（３．４ｅＶ）、ＧａＰ（２．３ｅＶ）等や、これらの混晶（例えば、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＮ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＰ等）、あるいは、部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、さらに第１２族−第１６族化合物半導体であるＺｎＯ（３．２ｅＶ）、ＺｎＳ（３．７ｅＶ）、ＺｎＳｅ（２．６ｅＶ）、ＺｎＴｅ（２．３ｅＶ）、ＣｄＯ（２．１ｅＶ）、ＣｄＳ（２．５ｅＶ）、ＨｇＳ（２．０ｅＶ）等や、これらの混晶（例えば、ＺｎＣｄＳ、ＺｎＣｄＳｅ、ＺｎＣｄＴｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ、ＺｎＣｄＳｅＴｅ等）、あるいは、部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、またさらに第２族−第１６族化合物半導体であるＢｅＳｅ（３．８ｅＶ）、ＢｅＴｅ（３．４ｅＶ）、ＭｇＳ（４．５ｅＶ）、ＭｇＳｅ（３．６ｅＶ）、ＭｇＴｅ（３．２ｅＶ）等や、これらの混晶（例えば、ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＭｇＢｅＳｅ等）、あるいは、部分的に偏析していてもよいこれらの混合物またさらに、別例の３元系化合物として、ＺｎＧａ２Ｏ４（４．４ｅＶ）に代表される（Ｚｎ，Ｃｄ）−（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）−（Ｏ，Ｓ，Ｓｅ）等の第１２族−第１３族−第１６族化合物半導体や、これらの混晶、あるいは、部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、またさらに、第１１族−第１３族−第１６族化合物半導体であるＣｕＡｌＳ２（３．５ｅＶ）、ＣｕＡｌＳｅ２（２．７ｅＶ）、ＣｕＡｌＴｅ２（２．１ｅＶ）、ＣｕＧａＳ２（２．４ｅＶ）、ＡｇＡｌＳ２（３．１ｅＶ）、ＡｇＡｌＳｅ２（２．６ｅＶ）、ＡｇＡｌＴｅ２（２．３ｅＶ）、ＡｇＧａＳ２（２．７ｅＶ）等や、これらの混晶、あるいは、部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、またさらに、第１２族−第１４族−第１５族化合物半導体であるＺｎＳｉＰ２（３．０ｅＶ）、ＺｎＳｉＡｓ２（２．１ｅＶ）、ＺｎＧｅＰ２（２．３ｅＶ）、ＣｄＳｉＰ２（２．５ｅＶ）等や、これらの混晶、あるいは、部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、のいずれかがさらに好ましい。なお、前述の化合物例は一例であって、これらに限定されるものではない。またさらに、これらの化合物半導体にドナーやアクセプターとなる不純物元素を１種類若しくは複数種類、ドーピングすることにより、バンドギャップを調整してもよい。例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属及び非金属元素、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ等の希土類元素、ＴｂＦ３やＰｒＦ３といったフッ化物、ＺｎＯやＣｄＯといった酸化物から選択される。
また、蛍光体層１６は、前述のＣａＳ：Ｅｕに代表されるＣａＳ、ＳｒＳ、ＣａＳｅ、ＳｒＳｅ等の第２族−第１６族化合物蛍光材料、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ等の第１２族−第１６族化合物蛍光材料、ＺｎＭｇＳ、ＣａＳＳｅ、ＣａＳｒＳ等の前記化合物の混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、さらに、ＣａＧａ２Ｓ４、ＳｒＧａ２Ｓ４、ＢａＧａ２Ｓ４等のチオガレート系蛍光材料、またさらに、ＣａＡｌ２Ｓ４、ＳｒＡｌ２Ｓ４、ＢａＡｌ２Ｓ４等のチオアルミネート蛍光材料、またさらに、Ｇａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＧｅＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の金属酸化物蛍光材料、またさらに、Ｚｎ２ＳｉＯ４、Ｚｎ２ＧｅＯ４、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＣａＧａ２Ｏ４、ＣａＧｅＯ３、ＭｇＧｅＯ３、Ｙ４ＧｅＯ８、Ｙ２ＧｅＯ５、Ｙ２Ｇｅ２Ｏ７、Ｙ２ＳｉＯ５、ＢｅＧａ２Ｏ４、Ｓｒ３Ｇａ２Ｏ６、（Ｚｎ２ＳｉＯ４−Ｚｎ２ＧｅＯ４）、（Ｇａ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３）、（ＣａＯ−Ｇａ２Ｏ３）、（Ｙ２Ｏ３−ＧｅＯ２）等の多元酸化物蛍光材料等が挙げられる。これらの蛍光材料にはそれぞれ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ等の群から選ばれる少なくとも１種類の元素が賦活剤として賦活されていてもよい。また、この賦活剤は、Ｃｌ、Ｉのような非金属元素やＴｂＦ３やＰｒＦ３といったフッ化物でもよく、更にこれらのうち２種類以上を同時に賦活してもよい。なお、ＥＬ素子用に用いられる蛍光体であれば特に限定されない。
以上のように、本実施の形態の電界発光素子によれば、低電圧でバンドギャップの大きな半導体が紫外域や青色発光し、その短波長の光で蛍光体粒子が励起され、発光層全体が発光するので高い輝度と高い発光効率が得られる。更に、マトリックス材料が透明導電体であるため、電子の流れが持続し、低電圧駆動（低消費電力）と長寿命化が実現される。また、大面積化も容易であるため、低コストであるという効果も有する。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る電界発光素子２０について、図２を用いて説明する。この電界発光素子２０は、実施の形態１に係る電界発光素子と比較すると、発光層２４を構成するバンドギャップの大きな半導体層２５が連続層である点で相違する。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る電界発光素子３０について、図３を用いて説明する。この電界発光素子３０は、実施の形態１に係る電界発光素子と比較すると、発光層３４を構成するバンドギャップの大きな半導体層３５及び蛍光体層３６が共に連続層である点で相違する。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る電界発光素子４０について、図４を用いて説明する。この電界発光素子４０は、実施の形態１に係る電界発光素子と比較すると、発光層１４と陽電極１２との間に電子輸送層１８、発光層１４と陰電極１３との間に電子輸送層１９がさらに設けられている点で相違する。この電子輸送層を設けることによって発光層中の電子の流れをよくすることができる。
この電子輸送層１８、１９には、特に、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）等の８−ヒドロキシキノリンの金属錯体やチオフェン化合物の５，５’−ビス（ジメシチルボリル）−２，２’ビチオフェン（ＢＭＢ−２Ｔ）等のアモルファス材料等を用いることができる。また、他の好適な例としては、低分子材料では、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、１，１０−フェナントロリン誘導体、フルオレン誘導体、キノン誘導体、スチリルベンゼン誘導体、シロール誘導体等やこれらの２量体、３量体が挙げられる。中でも２−（４−ビフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＢＮＤ）、２，５−ビス［１−（３−メトキシ）−フェニル］−１，３，４−オキサジアゾール（ＢＭＤ）、１，３，５−トリス［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（ＴＰＯＢ）、３−（４−ビフェニル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、３−（４−ビフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（ｐ−ＥｔＴＡＺ）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、３，５−ジメチル−３’，５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４，４’−ジフェノキノン（ＭＢＤＱ）、２，５−ビス［２−（５−ｔｅｒｔ−ブチルベンゾキサゾリル）］−チオフェン（ＢＢＯＴ）、トリニトロフルオレノン（ＴＮＦ）等が挙げられる。さらに、高分子系材料としては、前述のＣＮ−ＰＰＶやポリキノキサリン、または低分子系で電子輸送性を示す分子構造を分子鎖中に組み込んだポリマ等が挙げられる。これらの単一種または複数種の混合物であってもよいが、これらに限定されるものではない。また、ｎ型化合物半導体やｎ型酸化物半導体等の無機材料の単結晶体、多結晶体、及びその粒子粉末の樹脂分散層等を用いてもよい。なお、陽電極１２側に設けられる電子輸送層１８は、ホールブロック層としても機能する。
なお、上記実施の形態１から４においては電極１２、１３の間に直流電圧を印加した場合について説明したが、これに限定されず、交流電圧を印加しても、あるいはパルス電圧を印加してもよい。
また、上記実施の形態１から４において、発光素子より取り出される発光色は、発光層１４を構成する半導体層１５と蛍光体層１６とによって決定されるが、多色表示や白色表示、ＲＧＢ各色の色純度調整のために、発光層１４の光取り出し方向前方に色変換層をさらに備えたり、透明導電体層１７内に色変換材料を混在させてもよい。色変換層及び色変換材料には、光を励起源として発光するものであればよく、有機材料、無機材料を問わず、公知の蛍光体、顔料、染料等を用いることができる。無機材料であれば、前述の蛍光体層１６として用いられる材料を用いることができる。また、有機材料としては、ナフタレン、ペリレン、ルブレン、アントラセン、ピレン、ナフタセン等の多環芳香族炭化水素系化合物及びその誘導体や、クマリン、キノリン、オキサジアゾール、ロフィン、ナイルレッド、４Ｈ−ピラニリデンプロパンジニトリル、フェノキサゾン等のヘテロ芳香族系化合物及びその誘導体が用いられる。さらに他の発光材料としては、シアニン、オキソール、アズレニウム、ピリリウム等のポリメチン系化合物、ビス−（ジフェニルビニル）ビフェニル等のスチリルベンゼン系化合物、クロロフィル等のポルフィリン系化合物、アルミニウムキノリノール錯体、亜鉛ヒドロキシフェニルオキサゾール錯体、亜鉛ヒドロキシフェニルチアゾール錯体、アゾメチン金属錯体等のキレート金属錯体、キレートランタノイド錯体、フェノールフタレイン、マラカイトグリーン、フルオレセイン、ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ等のキサンテン系化合物、キナクリドン、ジケトピロロピロール、マグネシウムフタロシアニン及びこれらの誘導体が用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。
また、上記実施の形態１から４に係る電界発光素子は、ドクターブレード法、ホットプレス法、ＨＩＰ法、ゾルゲル法等のセラミックス形成法、または蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法等の薄膜形成法、及びウエットエッチングやイオンエッチング等の薄膜加工法、あるいはスピンコート法、インクジェット法等で作製できる。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る電界発光素子６０について、図６を用いて説明する。図６は、この電界発光素子６０の電極構成を示す斜視図である。この発光素子６０は、実施の形態１に係る電界発光素子１０の陽電極１２に接続された薄膜トランジスタ６２をさらに備える。薄膜トランジスタ６２には、ｘ電極６４とｙ電極６６とが接続されている。この発光素子６０では、ワイドバンドギャップの半導体層１５と蛍光体層１６とを隣接して積層しているので、低電圧駆動でも半導体層１５の青色発光又は紫外光発光によって蛍光体層１６を励起することができるので、薄膜トランジスタ６２を使用することができる。また、薄膜トランジスタ６２を用いることによって電界発光素子６０にメモリ機能を持たせることができる。この薄膜トランジスタ６２としては、低温ポリシリコンやアモルファスシリコン薄膜トランジスタ等が用いられる。さらに、有機材料を含む薄膜により構成された有機薄膜トランジスタであってもよい。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る表示装置について、図７を用いて説明する。図７は、この表示装置７０の互いに直交するｘ電極６４とｙ電極６６とによって構成されるアクティブマトリックスを示す概略平面図である。この表示装置７０は、薄膜トランジスタを有するアクティブマトリックス型表示装置である。このアクティブマトリックス型表示装置７０は、図６に示した薄膜トランジスタ６２を備えた複数の電界発光素子６０が２次元配列されている発光素子アレイと、該電界発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極６４と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極６６とを備える。この発光素子アレイの薄膜トランジスタ６２は、ｘ電極６４及びｙ電極６６とそれぞれ接続されている。一対のｘ電極６４とｙ電極６６とによって特定される発光素子が一つの画素となる。このアクティブマトリックス表示装置７０によれば、上述のように、各画素の発光素子を構成する蛍光体層１６は、ワイドバンドギャップを有する半導体層１５と隣接して積層している。これにより、低電圧駆動でもワイドバンドギャップを有する半導体１５に青色発光又は紫外光発光を起こさせて、蛍光体層１６を発光させることができる。このように低電圧駆動できるので、薄膜トランジスタ６２を使用でき、メモリ効果を利用できる。また、低電圧駆動するので、長寿命の表示装置が得られる。また、カラーの表示装置の場合、発光層をＲＧＢの各色で色分けして成膜すればよい。あるいは、電極により挟持されたＲＧＢ各色毎の発光ユニットを積層してもよい。また更に、別例のカラー表示装置の場合、単一色又は２色の発光層による表示装置を作成した後、カラーフィルター及び／又は色変換フィルターを用いて、ＲＧＢの各色を表示することもできる。
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る電界発光素子８０について図８を用いて説明する。図８は、この電界発光素子８０の構造を示す断面図である。この電界発光素子８０は、多層構造であって、基板８１の上に、互いに対向している一対の陽電極８２と陰電極８７と、該陽電極８２と陰電極８７との間に形成された一層の発光層８３とを備える。直流電源によって陽電極８２と陰電極８７との間に数Ｖ〜数十Ｖの低電圧を印加する。また、陽電極８２は透明電極であって、発光層８３からの発光は、陽電極８２の側から取り出される。
また、陽電極８２の上に発光層８３が形成されている。この発光層８３は、透明導電体８４からなるマトリックス材料中に蛍光体粒子８６を分散させたものである。蛍光体粒子８６は、その表面の少なくとも一部をバンドギャップの大きな半導体８５で被覆、好ましくは化学吸着されていることが好ましい。さらに、図９に示すように、上記半導体８５で蛍光体粒子８６の略全表面を被覆することがさらに好ましい。このように略全表面を被覆することによって、蛍光体粒子８６の防湿に大きな効果がある。なお、この電界発光素子８０を構成する透明導電体８４、蛍光体粒子８６、蛍光体粒子８６を被覆する半導体８５については、それぞれ実施の形態１に係る電界発光素子１０を構成する透明導電体層１７、蛍光体層１６、半導体層１５と実質的に同一であり、詳細の説明を省略する。さらに、この電界発光素子８０の他の構成部材についても、実施の形態１に係る電界発光素子１０と実質的に同一であり、詳細の説明を省略する。
以上のように、本実施の形態の電界発光素子によれば、低電圧でバンドギャップの大きな半導体が紫外域や青色発光し、その短波長の光で蛍光体粒子が励起され、発光層全体が発光するので高い輝度と高い発光効率が得られる。更に、マトリックス材料が透明導電体であるため、電子の流れが持続し、低電圧駆動（低消費電力）と長寿命化が実現される。また、大面積化も容易であるため、低コストであるという効果も有する。
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８に係る電界発光素子１００について、図１０を用いて説明する。図１０は、この電界発光素子の構成を示す断面図である。この電界発光素子１００は、実施の形態７に係る電界発光素子８０と比較すると、発光層８３と陽電極８２との間に電子輸送層８８、発光層８３と陰電極８７との間に電子輸送層８９を設けている点で相違する。この電子輸送層８８、８９は、発光層８３中の電子の流れをよくするために設けられている。なお、この電界発光素子１００を構成する電子輸送層８８、８９は、実施の形態４に係る電界発光素子４０を構成する電子輸送層１８、１９と実質的に同一であり、詳細の説明を省略する。
なお、上記実施の形態７及び８においては電極８２、８７の間に直流電圧を印加した場合について説明したが、これに限定されず、交流電圧を印加しても、あるいはパルス電圧を印加してもよい。
また、上記実施の形態７及び８に係る電界発光素子は、ドクターブレード法、ホットプレス法、ＨＩＰ法、ゾルゲル法等のセラミックス形成法、または蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法等の薄膜形成法、あるいはスピンコート法、インクジェット法等で作製できる。
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９に係る電界発光素子１１０について、図１１を用いて説明する。図１１は、この電界発光素子１１０の電極構成を示す斜視図である。この電界発光素子１１０は、実施の形態７に係る電界発光素子８０の陽電極８２に接続された薄膜トランジスタ１１２をさらに備える。薄膜トランジスタ１１２には、ｘ電極１１４とｙ電極１１６とが接続されている。この発光素子１１０では、ワイドバンドギャップの半導体８５で蛍光体粒子８６を被覆しているので、低電圧で駆動することができ、薄膜トランジスタ１１２を使用することができる。また、薄膜トランジスタ１１２を用いることによって電界発光素子１１０にメモリ機能を持たせることができる。この薄膜トランジスタ１１２としては、低温ポリシリコンやアモルファスシリコン薄膜トランジスタ等が用いられる。さらに、有機材料を含む薄膜により構成された有機薄膜トランジスタであってもよい。
（実施の形態１０）
本発明の実施の形態１０に係る表示装置１２０について、図１２を用いて説明する。図１２は、この表示装置１２０の互いに直交するｘ電極１１４とｙ電極１１６とによって構成されるアクティブマトリックスを示す概略平面図である。この表示装置１２０は、薄膜トランジスタを有するアクティブマトリックス型表示装置である。このアクティブマトリックス型表示装置１２０は、図１１に示した薄膜トランジスタ１１２を備えた複数の電界発光素子１１０が２次元配列されている発光素子アレイと、該電界発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極１１４と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極１１６とを備える。この発光素子アレイの薄膜トランジスタ１１２は、ｘ電極１１４及びｙ電極１１６とそれぞれ接続されている。一対のｘ電極１１４とｙ電極１１６とによって特定される発光素子が一つの画素となる。このアクティブマトリックス表示装置１２０によれば、上述のように、各画素の発光素子を構成する発光層８３は、表面にワイドバンドギャップを有する半導体８５を被覆している蛍光体粒子８６が透明導電体８４のマトリックス材料に分散している。これにより、低電圧駆動でもワイドバンドギャップを有する半導体８５の青色発光又は紫外光励起を起こさせて、蛍光体粒子８６を発光させることができる。このように低電圧駆動できるので、薄膜トランジスタを使用でき、メモリ効果を利用できる。また、低電圧駆動するので、長寿命の表示装置が得られる。また、カラーの表示装置の場合、発光層をＲＧＢの各色で色分けして成膜すればよい。あるいは、電極により挟持されたＲＧＢ各色毎の発光ユニットを積層してもよい。また更に、別例のカラー表示装置の場合、単一色又は２色の発光層による表示装置を作成した後、カラーフィルター及び／又は色変換フィルターを用いて、ＲＧＢの各色を表示することもできる。
（実施の形態１１）
本発明の実施の形態１１に係る電界発光素子１３０について図１３を用いて説明する。図１３は、この電界発光素子１３０の構造を示す断面図である。この電界発光素子１３０は、多層構造であって、基板１３１の上に、互いに対向している一対の第１電極１３２と第２電極１３７と、該第１電極１３２と第２電極１３７との間に形成された一層の発光層１３３とを備える。また、交流電源によって第１電極１３２と第２電極１３７との間に数十Ｖの電圧を印加する。
さらに、発光層１３３は、透明導電体１３４からなるマトリックス材料中に蛍光体粒子１３６を分散させたものである。蛍光体粒子１３６は、その表面の少なくとも一部をバンドギャップの大きな半導体１３５で被覆、好ましくは化学吸着されていることが好ましい。またさらに、上記半導体１３５で蛍光体粒子１３６の略全表面を被覆することがさらに好ましい。このように略全表面を被覆することによって、蛍光体粒子１３６の防湿に大きな効果がある。
また、この電界発光素子１３０を構成する透明導電体１３４には、透明導電性樹脂を用いることができる。透明導電性樹脂は、前述した透明導電層体層１７や透明導電体８４の一例であるＩＴＯ、ＩｎＺｎＯ、酸化錫等に比べて導電性は劣るが、ピンホール等の欠陥が生じにくく、耐圧性において好ましい。数十Ｖ〜百数十Ｖの交流電圧を印加しても、安定した素子特性が得られる。なお、この透明導電性樹脂材料として好適な例は、実施の形態１に係る電界発光素子１０の透明導電体層１７に用いられる材料と実質的に同一であるため、詳細の説明を省略する。また、この電界発光素子１３０の他の構成部材については、それぞれ実施の形態７に係る電界発光素子８０と実質的に同一であり、詳細の説明を省略する。また、この電界発光素子１３０の構成においては、第１電極１３２が透明電極であり、該第１電極１３２の側から光を取り出す。
以上のように、本実施の形態の電界発光素子によれば、バンドギャップの大きな半導体が紫外域や青色発光し、その短波長の光で蛍光体粒子が励起され、発光層全体が発光するので高い輝度と高い発光効率が得られる。また、大面積化も容易であるため、低コストであるという効果も有する。
（実施の形態１２）
本発明の実施の形態１２に係る電界発光素子１４０について図１４を用いて説明する。図１４は、この電界発光素子１４０の構造を示す断面図である。この電界発光素子１４０は、実施の形態１１に係る電界発光素子１３０と比較すると、バンドギャップの大きな半導体よりなる微粒子１３８がマトリックス材料中にさらに分散している点で相違する。そのため、前述の実施の形態と同様、高輝度で高発光効率の電界発光素子を提供できる。また、大面積化も容易であるため、低コストであるという効果も有する。なお、発光層１３３内には、表面の少なくとも一部をバンドギャップの大きな半導体１３５で被覆された蛍光体粒子１３６が共に含まれていてもよい。また、この電界発光素子１４０の各構成部材については、実施の形態１１に係る電界発光素子１３０と実質的に同一であり、詳細の説明を省略する。
なお、上記実施の形態１１及び１２においては電極１３２、１３７の間に交流電圧を印加した場合について説明したが、これに限定されず、直流電圧を印加しても、あるいはパルス電圧を印加してもよい。
また、上記実施の形態１１及び１２に係る電界発光素子は、ドクターブレード法、ホットプレス法、ＨＩＰ法、ゾルゲル法等のセラミックス形成法、または蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法等の薄膜形成法、あるいはスピンコート法、インクジェット法等で作製できる。
（実施の形態１３）
本発明の実施の形態１３に係る電界発光素子１５０について図１５を用いて説明する。図１５は、この電界発光素子１５０の構造を示す断面図である。この電界発光素子１５０は、多層構造であって、基板１５１の上に、互いに対向している一対の陽電極１５２と陰電極１５４と、該陽電極１５２と陰電極１５４との間に形成された一層の発光層１５３とを備える。また、直流電源によって陽電極１５２と陰電極１５６との間に数Ｖ〜数十Ｖの低電圧を印加する。また、陽電極１５２は透明電極であって、発光層１５３からの発光は、陽電極１５２の側から取り出される。
さらに、発光層１５３は、蛍光体材料とバンドギャップの大きな半導体材料からなり、共蒸着によって成膜されている。そのため、前述の実施の形態と同様、高輝度で高発光効率の電界発光素子を提供できる。また、大面積化も容易であるため、低コストであるという効果も有する。なお、この電界発光素子１５０の各構成部材については、実施の形態１に係る電界発光素子１０と実質的に同一であり、詳細の説明を省略する。
なお、上記実施の形態１３においては電極１５２、１５４の間に直流電圧を印加した場合について説明したが、これに限定されず、交流電圧を印加しても、あるいはパルス電圧を印加してもよい。
また、上記実施の形態７，８及び１１から１３において、発光素子より取り出される発光色は、発光層８３，１３３及び１５３中の蛍光体材料と半導体材料とによって決定されるが、多色表示や白色表示、ＲＧＢ各色の色純度調整のために、該発光層の光取り出し方向前方に色変換層をさらに備えたり、該発光層中に、色変換材料を混合してもよい。
上述の通り、本発明は好ましい実施形態により詳細に説明されているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲内において多くの好ましい変形例及び修正例が可能であることは当業者にとって自明なことであろう。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【技術分野】
本発明は、平面光源や平面表示装置に用いる電界発光素子に関する。
【背景技術】
平面光源や平面表示装置に用いる従来の発光装置には、発光ダイオードや電界発光素子（ＥＬ素子と称す）等が用いられる。
発光ダイオードは、輝度や発光効率が高い点で優れているが、化合物半導体基板上に形成する必要があり、一つの半導体基板を大面積化することは困難である。また、平面表示装置の大型化を図るためには、多数の発光ダイオードを二次元的に配列する必要がある。
図５を用いてＥＬ素子の構造について説明する。図５は、ＥＬ素子の構成を示す断面図である。ＥＬ素子５０は、発光層５４を２枚の電極５２、５５で挟んだセル構造であり、図５に示すように、基板５１の上に電極５２、絶縁層５３ａ、発光層５４、絶縁層５３ｂ、電極５５が順次形成されている。発光層５４は、ＺｎＳ等の蛍光体で構成されており、その厚さは、例えば、０．５μｍ〜１μｍである。また、ＥＬ素子５０の外部において、電極５２と電極５５との間には交流電源５６が接続されており、この交流電源５６によって電極５２と電極５５間に電圧を印加することでＥＬ素子５０が発光する。ＥＬ素子５０は、基板５１の材料の制限を受けにくく、単一基板による大面積化が可能である。
【発明の開示】
しかしながら、上述した発光ダイオードを用いた平面発光装置を、大型化するためには、複数の発光ダイオードが必要となり、その素子数に比例して製造コストが増大するという問題がある。
また、上述したＥＬ素子を用いた平面発光装置は、大型化するには問題がなく、薄型化、高速応答性、広視野角、高コントラストといった視点からも他のディスプレイよりも総合的に勝っているが、発光効率や輝度が低い上、寿命も約１万時間程度と短く、実用的には課題がある。また、通常数百Ｖの交流電圧を数ｋＨｚの高周波で印加する必要があり、汎用の薄膜トランジスタを使用したアクティブマトリクス方式の駆動が困難で、駆動回路が高コスト化するという問題もある。
さらに、一般的にＥＬ素子に用いられるＣａＳ：ＥｕやＹ２Ｏ３：Ｍｎ等の無機蛍光体は、ＣａＳ等の硫化物やＹ２Ｏ３等の酸化物等の無機化合物の結晶中にＭｎ等の遷移金属やＥｕ等の希土類金属等の発光中心を添加したものである。そのため、紫外光励起による発光は実現するが、一方、電界を印加しても電子は無機蛍光体に浸透しにくく、帯電反発も強いために、高電界で加速された高速電子を衝突させて無機蛍光体中の発光中心を励起する必要がある。そのため、通常、数百Ｖの交流電圧を数ｋＨｚの高周波で印加する必要があり、駆動回路が高コストになるという問題があった。
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであって、数Ｖ〜数十Ｖの低電圧で駆動（低消費電力化）し、発光効率が高く、低コストで大面積化できる発光素子を提供することを目的とする。
本発明に係る電界発光素子は、互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に形成された一層または複数層の発光層と
を備えた電界発光素子であって、
少なくとも一層の前記発光層は、蛍光体とワイドバンドギャップの半導体とを含んでいることを特徴とする。
また、前記発光層は、蛍光体層とワイドバンドギャップの半導体層との積層構造を有するものであってもよい。
さらに、前記一対の電極の間に挟まれた少なくとも一層の透明導電体層をさらに備えていてもよい。上記透明導電体層は、層の一部分が不連続な不連続層であってもよい。あるいは連続層であってもよい。
また、前記発光層を構成する前記蛍光体層と前記半導体層のうち少なくとも一層は、層の一部分が不連続な不連続層であってもよい。この場合、半導体層及び蛍光体層が共に不連続層の場合、半導体層は連続層であって蛍光体層が不連続の場合、半導体層は不連続層であって蛍光体層が連続層の場合、あるいは半導体層及び蛍光体層が共に連続層の場合であってもよい。
さらに、前記発光層は、表面の少なくとも一部がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された蛍光体粒子を有するものであってもよい。
またさらに、前記発光層は、略全表面がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された蛍光体粒子を有するものであってもよい。
また、前記発光層は、表面の少なくとも一部がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された前記蛍光体粒子がマトリックス材料中に分散しているものであってもよい。
さらに、前記発光層は、略全表面がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された前記蛍光体粒子がマトリックス材料中に分散しているものであってもよい。
また、前記マトリックス材料は、透明導電体であってもよい。
さらに、前記発光層に含まれる前記半導体は、電界印加によって青色より短波長領域の発光を生じるバンドギャップを有することが好ましい。上記半導体としては、バンドギャップが２．０ｅＶ以上、さらに好ましくは２．５ｅＶ以上となる化合物半導体を用いることができる。例えば、第１３族−第１５族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物や、第１２族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、また、第２族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、第１２族−第１３族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、第１１族−第１３族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、第１２族−第１４族−第１５族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物等のいずれかがさらに好ましい。
さらに、発光体層中の電子の流れをよくするために、Ａｌｑ３等の８−ヒドロキシキノリンの金属錯体やチオフェン化合物のＢＭＢ−２Ｔ等のアモルファス材料等の電子輸送層が、発光層と少なくとも一方の電極との間に設けられていることが好ましい。
通常のＥＬ素子を発光させるためには、高加速度電子を蛍光体に衝突させて、電子線励起させる必要があり、数百Ｖの高電圧の印加が必要となる。一方、本発明の電界発光素子では、先ず、低電圧でバンドギャップの大きな半導体層若しくは半導体被覆層が波長３００〜３５０ｎｍの紫外領域から５００ｎｍ帯の青緑色領域で発光する。さらに好ましくは、波長３００〜３５０ｎｍの紫外領域から４００ｎｍ帯の青色領域で発光する。その光で蛍光体層若しくは蛍光体粒子が励起されて、発光層全体が発光するので高い輝度と高い発光効率が得られる。そして、電子は隣接する透明導電体層に流れ、次の発光を誘発する。この発光機構を繰り返すため、電子の流れが持続し、低電圧駆動（低消費電力）と長寿命化が実現される。
さらに、前記一対の電極は、陽電極と陰電極であってもよい。この場合には、一対の陽電極と陰電極との間には直流電圧が印加される。また、発光層を構成する半導体層の少なくとも一層は、蛍光体層より陰電極側にあってもよい。
また、本発明に係る電界発光素子は、前記一対の電極のうち一方の電極に接続された薄膜トランジスタをさらに備えることができる。本発明の電界発光素子では、上記のように駆動電圧が数Ｖ程度と低電圧であるので薄膜トランジスタを使用できる。
本発明に係る表示装置は、前記電界発光素子が２次元配列されている電界発光素子アレイと、
前記電界発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記電界発光素子アレイの面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と
を備え、
前記電界発光素子アレイの前記薄膜トランジスタは、前記ｘ電極及び前記ｙ電極とそれぞれ接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る電界発光素子によれば、低電圧でバンドギャップの大きな半導体が紫外域や青色発光し、その短波長の光で蛍光体が励起され、発光層全体が発光するので高い輝度と高い発光効率が得られる。更に、マトリックスが透明導電体よりなるため、電子の流れが持続し、低電圧駆動（低消費電力）と長寿命化が実現される。また、大面積化も容易であるため、低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
以下、図面を参照して本発明に係る好ましい実施形態について説明する。なお、図面において、同一の符号は同様のものを示す。
図１は、本発明の実施の形態１に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
図２は、本発明の実施の形態２に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
図３は、本発明の実施の形態３に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
図４は、本発明の実施の形態４に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
図５は、従来の電界発光素子の構造を示す断面図である。
図６は、本発明の実施の形態５に係る発光素子の斜視図である。
図７は、本発明の実施の形態６に係る発光素子を用いた表示装置の平面概略図である。
図８は、本発明の実施の形態７に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
図９は、実施の形態７の別例として、略全表面をバンドギャップの大きな半導体で被覆した蛍光体粒子の断面構造を示す断面図である。
図１０は、本発明の実施の形態８に係る電界発光素子の構成を示す断面図である。
図１１は、本発明の実施の形態９に係る発光素子の斜視図である。
図１２は、本発明の実施の形態１０に係る発光素子を用いた表示装置の平面概略図である。
図１３は、本発明の実施の形態１１に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
図１４は、本発明の実施の形態１２に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
図１５は、本発明の実施の形態１３に係る電界発光素子の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の実施の形態に係る電界発光素子について添付図面を用いて説明する。なお、図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。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る電界発光素子について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る電界発光素子１０の構成を示す断面図である。この電界発光素子１０は、多層構造であって、基板１１の上に、互いに対向している一対の陽電極１２と陰電極１３を備える。また、該陽電極１２と陰電極１３との間に半導体層１５と蛍光体層１６とで構成される発光層１４が透明導電体層１７を介して繰り返して積層されている。この発光層１４を構成する半導体層１５と蛍光体層１６とは不連続層であり、それぞれの発光層１４の間の不連続部分には透明導電体層１７が充填されている。なお、図１では、発光層１４は２組のみが記載されているが、これに限られず、一組の場合や、３組以上の場合であってもよい。また、直流電源によって陽電極１２と陰電極１３との間に数Ｖ〜数十Ｖの低電圧を印加することによって電界発光素子１０が発光する。また、陽電極１２は、透明電極であって、発光層１４からの発光は陽電極１２の側から取り出される。
次に、この電界発光素子を構成する各部材について説明する。
まず、基板１１には、好ましくは、透光性の良い石英、ガラス、セラミックである。また、陽電極１２は、基板１１の上に形成されている。この陽電極１２としては、透明導電体であるＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３にＳｎＯ２をドープしたもの）、ＩｎＺｎＯ、酸化錫、酸化亜鉛等が好ましい。また陽電極１２と対向して陰電極１３が設けられている。陰電極１３には、ＰｔやＩｒ等を用いることができる。また、仕事関数の低い材料、例えば、Ａｌ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等であってもよい。
また、陽電極１２と陰電極１３との間には、半導体層１５と蛍光体層１６とで構成される発光層１４が透明導電体層１７を介して繰り返して積層されている。この発光層１４を構成する半導体層１５と蛍光体層１６とは不連続層であり、それぞれの発光層１４の間の不連続部分には透明導電体層１７が充填されている。
上記透明導電体層１７には、ＩＴＯ、ＩｎＺｎＯ、酸化錫等が好ましい。これによって帯電防止を図り、後続する電子の反発を防止できる上に、発光層１４で発光した光を遮断することなく、外部に光を取り出すことができる。また、その他の好適な例としては、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３等の金属酸化物や、これらを含む複合酸化物が挙げられる。またさらに、透明導電体層１７として透明導電性樹脂材料を用いてもよい。この透明導電性樹脂材料として好適な例には、ポリアセチレン系、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイドに代表されるポリフェニレン系、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリテルロフェンに代表される複素環ポリマ系、ポリアニリンに代表されるイオン性ポリマ系、ポリアセン系、ポリオキサジアゾール系、金属フタロシアニン系、ポリビニル系等やこれらの誘導体、共重合体、混合体が挙げられる。またさらに好ましくは、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）、ポリ−［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシルオキシ）−１，４−（１−シアノビニレン）フェニレン］（ＣＮ−ＰＰＶ）、ポリキノキサリン等が挙げられる。これらに導電性を調整する目的で、Ｈ２ＳＯ４等のドーピングを行ってもよい。また、さらに、前記導電性樹脂又は非導電性樹脂中に、後述する低分子系電子輸送性材料を分子分散した形態や、その構造を分子鎖中に組み込んだ形態であってもよい。またさらに、前記導電性樹脂又は非導電性樹脂中に前述の金属酸化物や複合金属酸化物等の導電性又は半導電性無機材料を分散して、導電性を付与した形態であってもよい。
上記バンドギャップの大きな半導体層１５は、電界印加によって青色より短波長領域の発光を生じるバンドギャップを有することが好ましい。具体的には、バンドギャップが２．０ｅＶ以上の化合物半導体を用いることができ、より好ましくはバンドギャップが２．５ｅＶ以上の化合物半導体を用いることができる。上記半導体としては、例えば、第１３族−第１５族化合物半導体であるＡｌＮ（バンドギャップ：５．７ｅＶ）、ＡｌＰ（２．４ｅＶ）、ＡｌＡｓ（２．２ｅＶ）、ＧａＮ（３．４ｅＶ）、ＧａＰ（２．３ｅＶ）等や、これらの混晶（例えば、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＮ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＰ等）、あるいは、部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、さらに第１２族−第１６族化合物半導体であるＺｎＯ（３．２ｅＶ）、ＺｎＳ（３．７ｅＶ）、ＺｎＳｅ（２．６ｅＶ）、ＺｎＴｅ（２．３ｅＶ）、ＣｄＯ（２．１ｅＶ）、ＣｄＳ（２．５ｅＶ）、ＨｇＳ（２．０ｅＶ）等や、これらの混晶（例えば、ＺｎＣｄＳ、ＺｎＣｄＳｅ、ＺｎＣｄＴｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ、ＺｎＣｄＳｅＴｅ等）、あるいは、部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、またさらに第２族−第１６族化合物半導体であるＢｅＳｅ（３．８ｅＶ）、ＢｅＴｅ（３．４ｅＶ）、ＭｇＳ（４．５ｅＶ）、ＭｇＳｅ（３．６ｅＶ）、ＭｇＴｅ（３．２ｅＶ）等や、これらの混晶（例えば、ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＭｇＢｅＳｅ等）、あるいは、部分的に偏析していてもよいこれらの混合物またさらに、別例の３元系化合物として、ＺｎＧａ２Ｏ４（４．４ｅＶ）に代表される（Ｚｎ，Ｃｄ）−（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）−（Ｏ，Ｓ，Ｓｅ）等の第１２族−第１３族−第１６族化合物半導体や、これらの混晶、あるいは、部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、またさらに、第１１族−第１３族−第１６族化合物半導体であるＣｕＡｌＳ２（３．５ｅＶ）、ＣｕＡｌＳｅ２（２．７ｅＶ）、ＣｕＡｌＴｅ２（２．１ｅＶ）、ＣｕＧａＳ２（２．４ｅＶ）、ＡｇＡｌＳ２（３．１ｅＶ）、ＡｇＡｌＳｅ２（２．６ｅＶ）、ＡｇＡｌＴｅ２（２．３ｅＶ）、ＡｇＧａＳ２（２．７ｅＶ）等や、これらの混晶、あるいは、部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、またさらに、第１２族−第１４族−第１５族化合物半導体であるＺｎＳｉＰ２（３．０ｅＶ）、ＺｎＳｉＡｓ２（２．１ｅＶ）、ＺｎＧｅＰ２（２．３ｅＶ）、ＣｄＳｉＰ２（２．５ｅＶ）等や、これらの混晶、あるいは、部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、のいずれかがさらに好ましい。なお、前述の化合物例は一例であって、これらに限定されるものではない。またさらに、これらの化合物半導体にドナーやアクセプターとなる不純物元素を１種類若しくは複数種類、ドーピングすることにより、バンドギャップを調整してもよい。例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属及び非金属元素、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ等の希土類元素、ＴｂＦ３やＰｒＦ３といったフッ化物、ＺｎＯやＣｄＯといった酸化物から選択される。
また、蛍光体層１６は、前述のＣａＳ：Ｅｕに代表されるＣａＳ、ＳｒＳ、ＣａＳｅ、ＳｒＳｅ等の第２族−第１６族化合物蛍光材料、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ等の第１２族−第１６族化合物蛍光材料、ＺｎＭｇＳ、ＣａＳＳｅ、ＣａＳｒＳ等の前記化合物の混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物、さらに、ＣａＧａ２Ｓ４、ＳｒＧａ２Ｓ４、ＢａＧａ２Ｓ４等のチオガレート系蛍光材料、またさらに、ＣａＡｌ２Ｓ４、ＳｒＡｌ２Ｓ４、ＢａＡｌ２Ｓ４等のチオアルミネート蛍光材料、またさらに、Ｇａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＧｅＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の金属酸化物蛍光材料、またさらに、Ｚｎ２ＳｉＯ４、Ｚｎ２ＧｅＯ４、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＣａＧａ２Ｏ４、ＣａＧｅＯ３、ＭｇＧｅＯ３、Ｙ４ＧｅＯ８、Ｙ２ＧｅＯ５、Ｙ２Ｇｅ２Ｏ７、Ｙ２ＳｉＯ５、ＢｅＧａ２Ｏ４、Ｓｒ３Ｇａ２Ｏ６、（Ｚｎ２ＳｉＯ４−Ｚｎ２ＧｅＯ４）、（Ｇａ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３）、（ＣａＯ−Ｇａ２Ｏ３）、（Ｙ２Ｏ３−ＧｅＯ２）等の多元酸化物蛍光材料等が挙げられる。これらの蛍光材料にはそれぞれ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ等の群から選ばれる少なくとも１種類の元素が賦活剤として賦活されていてもよい。また、この賦活剤は、Ｃｌ、Ｉのような非金属元素やＴｂＦ３やＰｒＦ３といったフッ化物でもよく、更にこれらのうち２種類以上を同時に賦活してもよい。なお、ＥＬ素子用に用いられる蛍光体であれば特に限定されない。
以上のように、本実施の形態の電界発光素子によれば、低電圧でバンドギャップの大きな半導体が紫外域や青色発光し、その短波長の光で蛍光体粒子が励起され、発光層全体が発光するので高い輝度と高い発光効率が得られる。更に、マトリックス材料が透明導電体であるため、電子の流れが持続し、低電圧駆動（低消費電力）と長寿命化が実現される。また、大面積化も容易であるため、低コストであるという効果も有する。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る電界発光素子２０について、図２を用いて説明する。この電界発光素子２０は、実施の形態１に係る電界発光素子と比較すると、発光層２４を構成するバンドギャップの大きな半導体層２５が連続層である点で相違する。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る電界発光素子３０について、図３を用いて説明する。この電界発光素子３０は、実施の形態１に係る電界発光素子と比較すると、発光層３４を構成するバンドギャップの大きな半導体層３５及び蛍光体層３６が共に連続層である点で相違する。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る電界発光素子４０について、図４を用いて説明する。この電界発光素子４０は、実施の形態１に係る電界発光素子と比較すると、発光層１４と陽電極１２との間に電子輸送層１８、発光層１４と陰電極１３との間に電子輸送層１９がさらに設けられている点で相違する。この電子輸送層を設けることによって発光層中の電子の流れをよくすることができる。
この電子輸送層１８、１９には、特に、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）等の８−ヒドロキシキノリンの金属錯体やチオフェン化合物の５，５’−ビス（ジメシチルボリル）−２，２’ビチオフェン（ＢＭＢ−２Ｔ）等のアモルファス材料等を用いることができる。また、他の好適な例としては、低分子材料では、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、１，１０−フェナントロリン誘導体、フルオレン誘導体、キノン誘導体、スチリルベンゼン誘導体、シロール誘導体等やこれらの２量体、３量体が挙げられる。中でも２−（４−ビフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＢＮＤ）、２，５−ビス［１−（３−メトキシ）−フェニル］−１，３，４−オキサジアゾール（ＢＭＤ）、１，３，５−トリス［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（ＴＰＯＢ）、３−（４−ビフェニル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、３−（４−ビフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（ｐ−ＥｔＴＡＺ）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、３，５−ジメチル−３’，５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４，４’−ジフェノキノン（ＭＢＤＱ）、２，５−ビス［２−（５−ｔｅｒｔ−ブチルベンゾキサゾリル）］−チオフェン（ＢＢＯＴ）、トリニトロフルオレノン（ＴＮＦ）等が挙げられる。さらに、高分子系材料としては、前述のＣＮ−ＰＰＶやポリキノキサリン、または低分子系で電子輸送性を示す分子構造を分子鎖中に組み込んだポリマ等が挙げられる。これらの単一種または複数種の混合物であってもよいが、これらに限定されるものではない。また、ｎ型化合物半導体やｎ型酸化物半導体等の無機材料の単結晶体、多結晶体、及びその粒子粉末の樹脂分散層等を用いてもよい。なお、陽電極１２側に設けられる電子輸送層１８は、ホールブロック層としても機能する。
なお、上記実施の形態１から４においては電極１２、１３の間に直流電圧を印加した場合について説明したが、これに限定されず、交流電圧を印加しても、あるいはパルス電圧を印加してもよい。
また、上記実施の形態１から４において、発光素子より取り出される発光色は、発光層１４を構成する半導体層１５と蛍光体層１６とによって決定されるが、多色表示や白色表示、ＲＧＢ各色の色純度調整のために、発光層１４の光取り出し方向前方に色変換層をさらに備えたり、透明導電体層１７内に色変換材料を混在させてもよい。色変換層及び色変換材料には、光を励起源として発光するものであればよく、有機材料、無機材料を問わず、公知の蛍光体、顔料、染料等を用いることができる。無機材料であれば、前述の蛍光体層１６として用いられる材料を用いることができる。また、有機材料としては、ナフタレン、ペリレン、ルブレン、アントラセン、ピレン、ナフタセン等の多環芳香族炭化水素系化合物及びその誘導体や、クマリン、キノリン、オキサジアゾール、ロフィン、ナイルレッド、４Ｈ−ピラニリデンプロパンジニトリル、フェノキサゾン等のヘテロ芳香族系化合物及びその誘導体が用いられる。さらに他の発光材料としては、シアニン、オキソール、アズレニウム、ピリリウム等のポリメチン系化合物、ビス−（ジフェニルビニル）ビフェニル等のスチリルベンゼン系化合物、クロロフィル等のポルフィリン系化合物、アルミニウムキノリノール錯体、亜鉛ヒドロキシフェニルオキサゾール錯体、亜鉛ヒドロキシフェニルチアゾール錯体、アゾメチン金属錯体等のキレート金属錯体、キレートランタノイド錯体、フェノールフタレイン、マラカイトグリーン、フルオレセイン、ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ等のキサンテン系化合物、キナクリドン、ジケトピロロピロール、マグネシウムフタロシアニン及びこれらの誘導体が用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。
また、上記実施の形態１から４に係る電界発光素子は、ドクターブレード法、ホットプレス法、ＨＩＰ法、ゾルゲル法等のセラミックス形成法、または蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法等の薄膜形成法、及びウエットエッチングやイオンエッチング等の薄膜加工法、あるいはスピンコート法、インクジェット法等で作製できる。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る電界発光素子６０について、図６を用いて説明する。図６は、この電界発光素子６０の電極構成を示す斜視図である。この発光素子６０は、実施の形態１に係る電界発光素子１０の陽電極１２に接続された薄膜トランジスタ６２をさらに備える。薄膜トランジスタ６２には、ｘ電極６４とｙ電極６６とが接続されている。この発光素子６０では、ワイドバンドギャップの半導体層１５と蛍光体層１６とを隣接して積層しているので、低電圧駆動でも半導体層１５の青色発光又は紫外光発光によって蛍光体層１６を励起することができるので、薄膜トランジスタ６２を使用することができる。また、薄膜トランジスタ６２を用いることによって電界発光素子６０にメモリ機能を持たせることができる。この薄膜トランジスタ６２としては、低温ポリシリコンやアモルファスシリコン薄膜トランジスタ等が用いられる。さらに、有機材料を含む薄膜により構成された有機薄膜トランジスタであってもよい。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る表示装置について、図７を用いて説明する。図７は、この表示装置７０の互いに直交するｘ電極６４とｙ電極６６とによって構成されるアクティブマトリックスを示す概略平面図である。この表示装置７０は、薄膜トランジスタを有するアクティブマトリックス型表示装置である。このアクティブマトリックス型表示装置７０は、図６に示した薄膜トランジスタ６２を備えた複数の電界発光素子６０が２次元配列されている発光素子アレイと、該電界発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極６４と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極６６とを備える。この発光素子アレイの薄膜トランジスタ６２は、ｘ電極６４及びｙ電極６６とそれぞれ接続されている。一対のｘ電極６４とｙ電極６６とによって特定される発光素子が一つの画素となる。このアクティブマトリックス表示装置７０によれば、上述のように、各画素の発光素子を構成する蛍光体層１６は、ワイドバンドギャップを有する半導体層１５と隣接して積層している。これにより、低電圧駆動でもワイドバンドギャップを有する半導体１５に青色発光又は紫外光発光を起こさせて、蛍光体層１６を発光させることができる。このように低電圧駆動できるので、薄膜トランジスタ６２を使用でき、メモリ効果を利用できる。また、低電圧駆動するので、長寿命の表示装置が得られる。また、カラーの表示装置の場合、発光層をＲＧＢの各色で色分けして成膜すればよい。あるいは、電極により挟持されたＲＧＢ各色毎の発光ユニットを積層してもよい。また更に、別例のカラー表示装置の場合、単一色又は２色の発光層による表示装置を作成した後、カラーフィルター及び／又は色変換フィルターを用いて、ＲＧＢの各色を表示することもできる。
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る電界発光素子８０について図８を用いて説明する。図８は、この電界発光素子８０の構造を示す断面図である。この電界発光素子８０は、多層構造であって、基板８１の上に、互いに対向している一対の陽電極８２と陰電極８７と、該陽電極８２と陰電極８７との間に形成された一層の発光層８３とを備える。直流電源によって陽電極８２と陰電極８７との間に数Ｖ〜数十Ｖの低電圧を印加する。また、陽電極８２は透明電極であって、発光層８３からの発光は、陽電極８２の側から取り出される。
また、陽電極８２の上に発光層８３が形成されている。この発光層８３は、透明導電体８４からなるマトリックス材料中に蛍光体粒子８６を分散させたものである。蛍光体粒子８６は、その表面の少なくとも一部をバンドギャップの大きな半導体８５で被覆、好ましくは化学吸着されていることが好ましい。さらに、図９に示すように、上記半導体８５で蛍光体粒子８６の略全表面を被覆することがさらに好ましい。このように略全表面を被覆することによって、蛍光体粒子８６の防湿に大きな効果がある。なお、この電界発光素子８０を構成する透明導電体８４、蛍光体粒子８６、蛍光体粒子８６を被覆する半導体８５については、それぞれ実施の形態１に係る電界発光素子１０を構成する透明導電体層１７、蛍光体層１６、半導体層１５と実質的に同一であり、詳細の説明を省略する。さらに、この電界発光素子８０の他の構成部材についても、実施の形態１に係る電界発光素子１０と実質的に同一であり、詳細の説明を省略する。
以上のように、本実施の形態の電界発光素子によれば、低電圧でバンドギャップの大きな半導体が紫外域や青色発光し、その短波長の光で蛍光体粒子が励起され、発光層全体が発光するので高い輝度と高い発光効率が得られる。更に、マトリックス材料が透明導電体であるため、電子の流れが持続し、低電圧駆動（低消費電力）と長寿命化が実現される。また、大面積化も容易であるため、低コストであるという効果も有する。
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８に係る電界発光素子１００について、図１０を用いて説明する。図１０は、この電界発光素子の構成を示す断面図である。この電界発光素子１００は、実施の形態７に係る電界発光素子８０と比較すると、発光層８３と陽電極８２との間に電子輸送層８８、発光層８３と陰電極８７との間に電子輸送層８９を設けている点で相違する。この電子輸送層８８、８９は、発光層８３中の電子の流れをよくするために設けられている。なお、この電界発光素子１００を構成する電子輸送層８８、８９は、実施の形態４に係る電界発光素子４０を構成する電子輸送層１８、１９と実質的に同一であり、詳細の説明を省略する。
なお、上記実施の形態７及び８においては電極８２、８７の間に直流電圧を印加した場合について説明したが、これに限定されず、交流電圧を印加しても、あるいはパルス電圧を印加してもよい。
また、上記実施の形態７及び８に係る電界発光素子は、ドクターブレード法、ホットプレス法、ＨＩＰ法、ゾルゲル法等のセラミックス形成法、または蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法等の薄膜形成法、あるいはスピンコート法、インクジェット法等で作製できる。
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９に係る電界発光素子１１０について、図１１を用いて説明する。図１１は、この電界発光素子１１０の電極構成を示す斜視図である。この電界発光素子１１０は、実施の形態７に係る電界発光素子８０の陽電極８２に接続された薄膜トランジスタ１１２をさらに備える。薄膜トランジスタ１１２には、ｘ電極１１４とｙ電極１１６とが接続されている。この発光素子１１０では、ワイドバンドギャップの半導体８５で蛍光体粒子８６を被覆しているので、低電圧で駆動することができ、薄膜トランジスタ１１２を使用することができる。また、薄膜トランジスタ１１２を用いることによって電界発光素子１１０にメモリ機能を持たせることができる。この薄膜トランジスタ１１２としては、低温ポリシリコンやアモルファスシリコン薄膜トランジスタ等が用いられる。さらに、有機材料を含む薄膜により構成された有機薄膜トランジスタであってもよい。
（実施の形態１０）
本発明の実施の形態１０に係る表示装置１２０について、図１２を用いて説明する。図１２は、この表示装置１２０の互いに直交するｘ電極１１４とｙ電極１１６とによって構成されるアクティブマトリックスを示す概略平面図である。この表示装置１２０は、薄膜トランジスタを有するアクティブマトリックス型表示装置である。このアクティブマトリックス型表示装置１２０は、図１１に示した薄膜トランジスタ１１２を備えた複数の電界発光素子１１０が２次元配列されている発光素子アレイと、該電界発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極１１４と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極１１６とを備える。この発光素子アレイの薄膜トランジスタ１１２は、ｘ電極１１４及びｙ電極１１６とそれぞれ接続されている。一対のｘ電極１１４とｙ電極１１６とによって特定される発光素子が一つの画素となる。このアクティブマトリックス表示装置１２０によれば、上述のように、各画素の発光素子を構成する発光層８３は、表面にワイドバンドギャップを有する半導体８５を被覆している蛍光体粒子８６が透明導電体８４のマトリックス材料に分散している。これにより、低電圧駆動でもワイドバンドギャップを有する半導体８５の青色発光又は紫外光励起を起こさせて、蛍光体粒子８６を発光させることができる。このように低電圧駆動できるので、薄膜トランジスタを使用でき、メモリ効果を利用できる。また、低電圧駆動するので、長寿命の表示装置が得られる。また、カラーの表示装置の場合、発光層をＲＧＢの各色で色分けして成膜すればよい。あるいは、電極により挟持されたＲＧＢ各色毎の発光ユニットを積層してもよい。また更に、別例のカラー表示装置の場合、単一色又は２色の発光層による表示装置を作成した後、カラーフィルター及び／又は色変換フィルターを用いて、ＲＧＢの各色を表示することもできる。
（実施の形態１１）
本発明の実施の形態１１に係る電界発光素子１３０について図１３を用いて説明する。図１３は、この電界発光素子１３０の構造を示す断面図である。この電界発光素子１３０は、多層構造であって、基板１３１の上に、互いに対向している一対の第１電極１３２と第２電極１３７と、該第１電極１３２と第２電極１３７との間に形成された一層の発光層１３３とを備える。また、交流電源によって第１電極１３２と第２電極１３７との間に数十Ｖの電圧を印加する。
さらに、発光層１３３は、透明導電体１３４からなるマトリックス材料中に蛍光体粒子１３６を分散させたものである。蛍光体粒子１３６は、その表面の少なくとも一部をバンドギャップの大きな半導体１３５で被覆、好ましくは化学吸着されていることが好ましい。またさらに、上記半導体１３５で蛍光体粒子１３６の略全表面を被覆することがさらに好ましい。このように略全表面を被覆することによって、蛍光体粒子１３６の防湿に大きな効果がある。
また、この電界発光素子１３０を構成する透明導電体１３４には、透明導電性樹脂を用いることができる。透明導電性樹脂は、前述した透明導電層体層１７や透明導電体８４の一例であるＩＴＯ、ＩｎＺｎＯ、酸化錫等に比べて導電性は劣るが、ピンホール等の欠陥が生じにくく、耐圧性において好ましい。数十Ｖ〜百数十Ｖの交流電圧を印加しても、安定した素子特性が得られる。なお、この透明導電性樹脂材料として好適な例は、実施の形態１に係る電界発光素子１０の透明導電体層１７に用いられる材料と実質的に同一であるため、詳細の説明を省略する。また、この電界発光素子１３０の他の構成部材については、それぞれ実施の形態７に係る電界発光素子８０と実質的に同一であり、詳細の説明を省略する。また、この電界発光素子１３０の構成においては、第１電極１３２が透明電極であり、該第１電極１３２の側から光を取り出す。
以上のように、本実施の形態の電界発光素子によれば、バンドギャップの大きな半導体が紫外域や青色発光し、その短波長の光で蛍光体粒子が励起され、発光層全体が発光するので高い輝度と高い発光効率が得られる。また、大面積化も容易であるため、低コストであるという効果も有する。
（実施の形態１２）
本発明の実施の形態１２に係る電界発光素子１４０について図１４を用いて説明する。図１４は、この電界発光素子１４０の構造を示す断面図である。この電界発光素子１４０は、実施の形態１１に係る電界発光素子１３０と比較すると、バンドギャップの大きな半導体よりなる微粒子１３８がマトリックス材料中にさらに分散している点で相違する。そのため、前述の実施の形態と同様、高輝度で高発光効率の電界発光素子を提供できる。また、大面積化も容易であるため、低コストであるという効果も有する。なお、発光層１３３内には、表面の少なくとも一部をバンドギャップの大きな半導体１３５で被覆された蛍光体粒子１３６が共に含まれていてもよい。また、この電界発光素子１４０の各構成部材については、実施の形態１１に係る電界発光素子１３０と実質的に同一であり、詳細の説明を省略する。
なお、上記実施の形態１１及び１２においては電極１３２、１３７の間に交流電圧を印加した場合について説明したが、これに限定されず、直流電圧を印加しても、あるいはパルス電圧を印加してもよい。
また、上記実施の形態１１及び１２に係る電界発光素子は、ドクターブレード法、ホットプレス法、ＨＩＰ法、ゾルゲル法等のセラミックス形成法、または蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法等の薄膜形成法、あるいはスピンコート法、インクジェット法等で作製できる。
（実施の形態１３）
本発明の実施の形態１３に係る電界発光素子１５０について図１５を用いて説明する。図１５は、この電界発光素子１５０の構造を示す断面図である。この電界発光素子１５０は、多層構造であって、基板１５１の上に、互いに対向している一対の陽電極１５２と陰電極１５４と、該陽電極１５２と陰電極１５４との間に形成された一層の発光層１５３とを備える。また、直流電源によって陽電極１５２と陰電極１５６との間に数Ｖ〜数十Ｖの低電圧を印加する。また、陽電極１５２は透明電極であって、発光層１５３からの発光は、陽電極１５２の側から取り出される。
さらに、発光層１５３は、蛍光体材料とバンドギャップの大きな半導体材料からなり、共蒸着によって成膜されている。そのため、前述の実施の形態と同様、高輝度で高発光効率の電界発光素子を提供できる。また、大面積化も容易であるため、低コストであるという効果も有する。なお、この電界発光素子１５０の各構成部材については、実施の形態１に係る電界発光素子１０と実質的に同一であり、詳細の説明を省略する。
なお、上記実施の形態１３においては電極１５２、１５４の間に直流電圧を印加した場合について説明したが、これに限定されず、交流電圧を印加しても、あるいはパルス電圧を印加してもよい。
また、上記実施の形態７，８及び１１から１３において、発光素子より取り出される発光色は、発光層８３，１３３及び１５３中の蛍光体材料と半導体材料とによって決定されるが、多色表示や白色表示、ＲＧＢ各色の色純度調整のために、該発光層の光取り出し方向前方に色変換層をさらに備えたり、該発光層中に、色変換材料を混合してもよい。
上述の通り、本発明は好ましい実施形態により詳細に説明されているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲内において多くの好ましい変形例及び修正例が可能であることは当業者にとって自明なことであろう。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に形成された一層または複数層の発光層と
を備えた電界発光素子であって、
少なくとも一層の前記発光層は、蛍光体とワイドバンドギャップの半導体とを含んでいることを特徴とする電界発光素子。
【請求項２】
前記発光層は、蛍光体層とワイドバンドギャップの半導体層との積層構造を有す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】
前記一対の電極の間に挟まれた少なくとも一層の透明導電体層をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電界発光素子。
【請求項４】
前記透明導電体層は、層の一部分が不連続な不連続層であることを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
【請求項５】
前記発光層を構成する前記蛍光体層と前記半導体層のうち少なくとも一層は、層の一部分が不連続な不連続層であることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項６】
前記発光層は、表面の少なくとも一部がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された蛍光体粒子を有す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７】
前記発光層は、略全表面がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された蛍光体粒子を有す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８】
前記発光層は、表面の少なくとも一部がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された前記蛍光体粒子がマトリックス材料中に分散してい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９】
前記発光層は、略全表面がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された前記蛍光体粒子がマトリックス材料中に分散してい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１０】
前記マトリックス材料は、透明導電体であることを特徴とする請求項８又は９に記載の電界発光素子。
【請求項１１】
前記発光層を構成する前記半導体は、電界印加によって青色より短波長領域の発光を生じるバンドギャップを有す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電界発光素子。
【請求項１２】
前記発光層を構成する前記半導体は、２．０ｅＶ以上のバンドギャップを有す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電界発光素子。
【請求項１３】
前記発光層を構成する前記半導体は、２．５ｅＶ以上のバンドギャップを有す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電界発光素子。
【請求項１４】
前記半導体は、第１３族−第１５族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物を主成分とすることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項１５】
前記半導体は、第１２族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物を主成分とすることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項１６】
前記半導体は、第２族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物を主成分とすることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項１７】
前記半導体は、第１２族−第１３族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物を主成分とすることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項１８】
前記半導体は、第１１族−第１３族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物を主成分とすることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項１９】
前記半導体は、第１２族−第１４族−第１５族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物を主成分とすることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項２０】
前記発光層と、少なくとも一方の前記電極との間にさらに電子輸送層が設けられていることを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項２１】
前記一対の電極は、陽電極と陰電極であることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項２２】
前記発光層を構成する少なくとも一層の前記半導体層は、前記蛍光体層より前記陰電極側にあることを特徴とする請求項２１に記載の電界発光素子。
【請求項２３】
前記一対の電極のうち一方の電極に接続された薄膜トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項１から２２のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項２４】
請求項２３に記載の電界発光素子が２次元配列されている電界発光素子アレイと、
前記電界発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記電界発光素子アレイの面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と
を備え、
前記電界発光素子アレイの前記薄膜トランジスタは、前記ｘ電極及び前記ｙ電極とそれぞれ接続されていることを特徴とする表示装置。
【請求項１】
互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に形成された一層または複数層の発光層と
を備えた電界発光素子であって、
少なくとも一層の前記発光層は、蛍光体とワイドバンドギャップの半導体とを含んでいることを特徴とする電界発光素子。
【請求項２】
前記発光層は、蛍光体層とワイドバンドギャップの半導体層との積層構造を有す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】
前記一対の電極の間に挟まれた少なくとも一層の透明導電体層をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電界発光素子。
【請求項４】
前記透明導電体層は、層の一部分が不連続な不連続層であることを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
【請求項５】
前記発光層を構成する前記蛍光体層と前記半導体層のうち少なくとも一層は、層の一部分が不連続な不連続層であることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項６】
前記発光層は、表面の少なくとも一部がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された蛍光体粒子を有す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７】
前記発光層は、略全表面がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された蛍光体粒子を有す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８】
前記発光層は、表面の少なくとも一部がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された前記蛍光体粒子がマトリックス材料中に分散してい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９】
前記発光層は、略全表面がワイドバンドギャップを有する半導体で被覆された前記蛍光体粒子がマトリックス材料中に分散してい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１０】
前記マトリックス材料は、透明導電体であることを特徴とする請求項８又は９に記載の電界発光素子。
【請求項１１】
前記発光層を構成する前記半導体は、電界印加によって青色より短波長領域の発光を生じるバンドギャップを有す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電界発光素子。
【請求項１２】
前記発光層を構成する前記半導体は、２．０ｅＶ以上のバンドギャップを有す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電界発光素子。
【請求項１３】
前記発光層を構成する前記半導体は、２．５ｅＶ以上のバンドギャップを有す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電界発光素子。
【請求項１４】
前記半導体は、第１３族−第１５族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物を主成分とすることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項１５】
前記半導体は、第１２族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物を主成分とすることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項１６】
前記半導体は、第２族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物を主成分とすることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項１７】
前記半導体は、第１２族−第１３族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物を主成分とすることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項１８】
前記半導体は、第１１族−第１３族−第１６族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物を主成分とすることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項１９】
前記半導体は、第１２族−第１４族−第１５族化合物半導体、あるいはこれらの混晶、あるいは部分的に偏析していてもよいこれらの混合物を主成分とすることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項２０】
前記発光層と、少なくとも一方の前記電極との間にさらに電子輸送層が設けられていることを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項２１】
前記一対の電極は、陽電極と陰電極であることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項２２】
前記発光層を構成する少なくとも一層の前記半導体層は、前記蛍光体層より前記陰電極側にあることを特徴とする請求項２１に記載の電界発光素子。
【請求項２３】
前記一対の電極のうち一方の電極に接続された薄膜トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項１から２２のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項２４】
請求項２３に記載の電界発光素子が２次元配列されている電界発光素子アレイと、
前記電界発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記電界発光素子アレイの面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と
を備え、
前記電界発光素子アレイの前記薄膜トランジスタは、前記ｘ電極及び前記ｙ電極とそれぞれ接続されていることを特徴とする表示装置。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００４５４６
【国際公開日】平成１７年１月１３日（２００５．１．１３）
【発行日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１１４０１（Ｐ２００５−５１１４０１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００９６７３
【国際出願日】平成１６年７月１日（２００４．７．１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年１月１３日（２００５．１．１３）
【発行日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００９６７３
【国際出願日】平成１６年７月１日（２００４．７．１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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