電界誘発型発光素子
【課題】 発光素子の発光効率を向上させる。
【解決手段】 電界誘発型発光素子１０は、負極２０、発光層３０、絶縁層４０および正極５０を備える。発光層３０は、負極２０と正極５０との間に設けられ、一方の面が負極２０と接する。絶縁層４０は、発光層３０と正極５０とを絶縁する。発光層３０は、ポリチオフェンまたはポリチオフェン誘導体を含む。負極２０と正極５０との間に電源６０を用いて所定の電圧を印加すると、発光層３０が発光する。
【解決手段】 電界誘発型発光素子１０は、負極２０、発光層３０、絶縁層４０および正極５０を備える。発光層３０は、負極２０と正極５０との間に設けられ、一方の面が負極２０と接する。絶縁層４０は、発光層３０と正極５０とを絶縁する。発光層３０は、ポリチオフェンまたはポリチオフェン誘導体を含む。負極２０と正極５０との間に電源６０を用いて所定の電圧を印加すると、発光層３０が発光する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物を用いた発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表示デバイスに用いられる発光素子として有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子やp-n接合型発光ダイオードが知られている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、一対の電極間に設けられた有機素材に電流を流すことにより発光させるデバイスである（特許文献１参照）。
【０００４】
また、p-n接合型発光ダイオードは、化合物半導体にp-n接合を形成させて，電気を流すことにより発光させるデバイスである（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平０８−３１１４４２号公報
【特許文献２】特開平０５−０４８１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
有機ＥＬ素子、p-n接合型発光ダイオードの両者とも電流を流すことにより、発光現象を引き起こしているので、発光効率には限界がある。
【０００６】
また、p-n接合型発光ダイオードに関しては、化合物半導体の発光寿命は比較的長いものの、柔軟性に乏しいという欠点がある。
【０００７】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は発光効率が向上した発光素子の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電界誘発型発光素子である。電界誘発型発光素子は、正極と負極とからなる一対の電極と、一対の電極の間において負極と接する、有機化合物を含む発光層と、発光層と正極とを絶縁する絶縁層または真空層と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
これによれば、電流を流すことなく発光層において発光現象が生じるため、発光効率を向上させることができる。
【００１０】
上記構成において、発光層は、有機半導体が好ましく、ポリチオフェンまたはポリチオフェン誘導体がより好ましい。
【００１１】
上記構成において、発光層と絶縁層または真空層との界面に微細な凹凸が設けられていてもよい。
【００１２】
これによれば、発光層表面の突起部において電界強度が高まるので、発光に必要な印加電圧を低下させることができる。
【００１３】
また、上記構成において、正極および負極の少なくとも一方が透明電極であってもよい。
【００１４】
これによれば、発光層から放射される光を効率的に外部に放射させることができるので、電界誘発型発光素子の輝度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発光素子の発光効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電界誘発型発光素子の構成を示す。電界誘発型発光素子１０は、負極２０、発光層３０、絶縁層４０および正極５０を備える。
【００１７】
負極２０および正極５０は、一対の電極を構成し、所定電圧の電源６０と接続される。負極２０と正極５０との間に、発光層３０および絶縁層４０が狭持されている。負極２０には、Ｎｉなどの金属を用いることができ、正極５０にはＰｔなどの金属を用いることができる。
【００１８】
なお、負極２０または／および正極５０は、透明電極であることが好ましい。これにより、発光層３０から放射された光が電界誘発型発光素子１０の外部に効率的に放射されるので、電界誘発型発光素子１０の輝度が向上する。透明電極としては、たとえば、ＩＴＯ（酸化インジウム-スズ、Indium Tin Oxide）膜を用いることができる。
【００１９】
発光層３０は、ポリチオフェンまたはポリチオフェン誘導体などの有機半導体を含むことが好ましい。発光層３０の膜厚は、用途に応じて、数百nmから数mmまで変えることができる。
【００２０】
絶縁層４０は、発光層３０に接合され、発光層３０と正極５０とを電気的に絶縁する。絶縁層４０は、たとえば、ガラス、テフロン（登録商標）樹脂、エポキシ樹脂などの絶縁材料の薄膜により形成される。絶縁層４０の膜厚を薄くするほど、負極２０と正極５０との間に印加する電圧を下げることができる。また。絶縁層４０の絶縁耐圧が高いほど、電界誘発型発光素子１０の耐久性を向上させることができる。
【００２１】
以上のように構成された電界誘発型発光素子１０に電源６０を用いて数100V〜数kVの電圧を印加すると、発光層３０が発光し、赤色の光が放射される。
【００２２】
電界誘発型発光素子１０では発光層３０と正極５０との間が絶縁されているため、電流が流れない。このため、電流を流すことによって発光現象が生じる従来の発光素子に比べて発光効率が向上する。
【００２３】
また、電界誘発型発光素子１０では、ポリチオフェンまたはポリチオフェン誘導体のような有機材料で発光層３０が形成されているので、電界誘発型発光素子１０の柔軟性を確保することができる。
【００２４】
また、ポリチオフェンまたはポリチオフェン誘導体は、大気中でも安定なので、長寿命化が実現される。
【００２５】
発光層３０が発光するために必要な電界強度は数V/nmであることが、発明者が開発した走査型アトムプローブによる分析により確認されている。このため、絶縁層４０の膜厚を仮に1μmとすると、発光に必要な印加電圧は数kVになる。しかし、図２のように、絶縁層４０と接する側の発光層３０の表面に微細な凹凸を形成すると、発光層３０の表面凹凸の突起部において電界が集中するため、絶縁層４０の膜厚が同じで、かつ印加電圧が数kVより低い条件においても、発光層３０を発光させることができる。
【００２６】
現時点では、電界誘発型発光素子１０における発光の原理は以下のように推測される。なお、以下の説明は、現時点で考えられる最も合理的な説明であり、今後の研究の進展により、新たな発光機構が提唱される可能性がある。
【００２７】
図３は、発光層３０と絶縁層４０との界面におけるエネルギー状態を示す。発光層３０に含まれる有機半導体内の価電子帯および伝導帯には、印加電界によって歪み(Band Bending)が生じる。つまり、外部に発生した電界によって、有機半導体の伝導帯および価電子帯の界面近傍の電位が上昇する。この結果、界面近傍の価電子帯のエネルギー準位がそれより内部の伝導帯のエネルギー準位より高くなる。この状態では、価電子帯より電子が伝導帯に移る確率は顕著であると考えられる。しかし、伝導帯に移った電子は直ちに価電子帯に戻るが、その際に、両エネルギー準位の差に応じた光が放射される。観測された赤色光の波長から換算すると、このエネルギー準位の差は2eV程度であると推測される。
（微細凹凸形成方法）
以下に、発光層３０の表面に微細な凹凸形状を形成する方法について説明する。
【００２８】
まず、銅、アルミニウムなどの金属で形成された基板１００の表面にポリッシング加工などにより微細な凹凸を形成する（図４（Ａ）参照）。基板１００の表面に形成される凹凸形状における凹部と凸部との典型的な差Ｈは100nm〜10μm程度であり、凹凸形状における凹部の典型的な周期Ｗは100nm〜10μmである。このとき、凹部の曲率Ｒは、50nm以下であることが好ましい。
【００２９】
次に、微細な凹凸が形成された基板１００の表面に、ポリチオフェン膜１１０をキャスティングする（図４（Ｂ）参照）。
【００３０】
次に、ポリチオフェン膜１１０を基板１００から剥離する。これにより、一方の表面に、基板１００の凹凸が反転した凹凸形状を有する発光層３０が得られる。
【００３１】
このようにして形成された発光層３０の表面には曲率Ｒが50nm以下の突起部が形成されるので、電圧が印加された場合に突起部における電界強度が高まる。この結果、発光層３０の発光に必要な印加電圧を低下させることができる。また、発光層３０の一方の面に突起部を密に分布させることにより、発光層３０の大部分の面積を発光に寄与させることができるので、発光層３０の発光輝度が上昇する。
【００３２】
（実施形態２）
図５は、実施形態２に係る電界誘発型発光素子の構成を示す。実施形態２の電界誘発型発光素子１２は、実施形態１の電界誘発型発光素子１０が備える絶縁層４０に代えて真空層４２を備える。真空層４２は、絶縁層４０と同様に、発光層３０と正極５０とを電気的に絶縁する。発光層３０と正極５０との間の空間をシール剤１４により密閉した後、シール剤１４または正極５０に設けた開口（図示せず）を用いて発光層３０と正極５０との間の空気を真空ポンプで排気することにより、真空層４２が形成される。
【００３３】
このように、絶縁層４０に代えて真空層４２を設けた構成においても、所定の電圧を印加することにより発光層３０を発光させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態１に係る電界誘発型発光素子の構成を示す断面図である。
【図２】発光層の表面に微細な凹凸が形成された電界誘発型発光素子の構成を示す断面図である。
【図３】発光層と絶縁層との界面におけるエネルギー状態を示す図である。
【図４】発光層表面の微細凹凸の形成方法を示す工程断面図である。
【図５】実施形態２に係る電界誘発型発光素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０ 電界誘発型発光素子、２０ 負極、３０ 発光層、４０ 絶縁層、５０ 正極、６０ 電源。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物を用いた発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表示デバイスに用いられる発光素子として有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子やp-n接合型発光ダイオードが知られている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、一対の電極間に設けられた有機素材に電流を流すことにより発光させるデバイスである（特許文献１参照）。
【０００４】
また、p-n接合型発光ダイオードは、化合物半導体にp-n接合を形成させて，電気を流すことにより発光させるデバイスである（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平０８−３１１４４２号公報
【特許文献２】特開平０５−０４８１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
有機ＥＬ素子、p-n接合型発光ダイオードの両者とも電流を流すことにより、発光現象を引き起こしているので、発光効率には限界がある。
【０００６】
また、p-n接合型発光ダイオードに関しては、化合物半導体の発光寿命は比較的長いものの、柔軟性に乏しいという欠点がある。
【０００７】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は発光効率が向上した発光素子の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電界誘発型発光素子である。電界誘発型発光素子は、正極と負極とからなる一対の電極と、一対の電極の間において負極と接する、有機化合物を含む発光層と、発光層と正極とを絶縁する絶縁層または真空層と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
これによれば、電流を流すことなく発光層において発光現象が生じるため、発光効率を向上させることができる。
【００１０】
上記構成において、発光層は、有機半導体が好ましく、ポリチオフェンまたはポリチオフェン誘導体がより好ましい。
【００１１】
上記構成において、発光層と絶縁層または真空層との界面に微細な凹凸が設けられていてもよい。
【００１２】
これによれば、発光層表面の突起部において電界強度が高まるので、発光に必要な印加電圧を低下させることができる。
【００１３】
また、上記構成において、正極および負極の少なくとも一方が透明電極であってもよい。
【００１４】
これによれば、発光層から放射される光を効率的に外部に放射させることができるので、電界誘発型発光素子の輝度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発光素子の発光効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電界誘発型発光素子の構成を示す。電界誘発型発光素子１０は、負極２０、発光層３０、絶縁層４０および正極５０を備える。
【００１７】
負極２０および正極５０は、一対の電極を構成し、所定電圧の電源６０と接続される。負極２０と正極５０との間に、発光層３０および絶縁層４０が狭持されている。負極２０には、Ｎｉなどの金属を用いることができ、正極５０にはＰｔなどの金属を用いることができる。
【００１８】
なお、負極２０または／および正極５０は、透明電極であることが好ましい。これにより、発光層３０から放射された光が電界誘発型発光素子１０の外部に効率的に放射されるので、電界誘発型発光素子１０の輝度が向上する。透明電極としては、たとえば、ＩＴＯ（酸化インジウム-スズ、Indium Tin Oxide）膜を用いることができる。
【００１９】
発光層３０は、ポリチオフェンまたはポリチオフェン誘導体などの有機半導体を含むことが好ましい。発光層３０の膜厚は、用途に応じて、数百nmから数mmまで変えることができる。
【００２０】
絶縁層４０は、発光層３０に接合され、発光層３０と正極５０とを電気的に絶縁する。絶縁層４０は、たとえば、ガラス、テフロン（登録商標）樹脂、エポキシ樹脂などの絶縁材料の薄膜により形成される。絶縁層４０の膜厚を薄くするほど、負極２０と正極５０との間に印加する電圧を下げることができる。また。絶縁層４０の絶縁耐圧が高いほど、電界誘発型発光素子１０の耐久性を向上させることができる。
【００２１】
以上のように構成された電界誘発型発光素子１０に電源６０を用いて数100V〜数kVの電圧を印加すると、発光層３０が発光し、赤色の光が放射される。
【００２２】
電界誘発型発光素子１０では発光層３０と正極５０との間が絶縁されているため、電流が流れない。このため、電流を流すことによって発光現象が生じる従来の発光素子に比べて発光効率が向上する。
【００２３】
また、電界誘発型発光素子１０では、ポリチオフェンまたはポリチオフェン誘導体のような有機材料で発光層３０が形成されているので、電界誘発型発光素子１０の柔軟性を確保することができる。
【００２４】
また、ポリチオフェンまたはポリチオフェン誘導体は、大気中でも安定なので、長寿命化が実現される。
【００２５】
発光層３０が発光するために必要な電界強度は数V/nmであることが、発明者が開発した走査型アトムプローブによる分析により確認されている。このため、絶縁層４０の膜厚を仮に1μmとすると、発光に必要な印加電圧は数kVになる。しかし、図２のように、絶縁層４０と接する側の発光層３０の表面に微細な凹凸を形成すると、発光層３０の表面凹凸の突起部において電界が集中するため、絶縁層４０の膜厚が同じで、かつ印加電圧が数kVより低い条件においても、発光層３０を発光させることができる。
【００２６】
現時点では、電界誘発型発光素子１０における発光の原理は以下のように推測される。なお、以下の説明は、現時点で考えられる最も合理的な説明であり、今後の研究の進展により、新たな発光機構が提唱される可能性がある。
【００２７】
図３は、発光層３０と絶縁層４０との界面におけるエネルギー状態を示す。発光層３０に含まれる有機半導体内の価電子帯および伝導帯には、印加電界によって歪み(Band Bending)が生じる。つまり、外部に発生した電界によって、有機半導体の伝導帯および価電子帯の界面近傍の電位が上昇する。この結果、界面近傍の価電子帯のエネルギー準位がそれより内部の伝導帯のエネルギー準位より高くなる。この状態では、価電子帯より電子が伝導帯に移る確率は顕著であると考えられる。しかし、伝導帯に移った電子は直ちに価電子帯に戻るが、その際に、両エネルギー準位の差に応じた光が放射される。観測された赤色光の波長から換算すると、このエネルギー準位の差は2eV程度であると推測される。
（微細凹凸形成方法）
以下に、発光層３０の表面に微細な凹凸形状を形成する方法について説明する。
【００２８】
まず、銅、アルミニウムなどの金属で形成された基板１００の表面にポリッシング加工などにより微細な凹凸を形成する（図４（Ａ）参照）。基板１００の表面に形成される凹凸形状における凹部と凸部との典型的な差Ｈは100nm〜10μm程度であり、凹凸形状における凹部の典型的な周期Ｗは100nm〜10μmである。このとき、凹部の曲率Ｒは、50nm以下であることが好ましい。
【００２９】
次に、微細な凹凸が形成された基板１００の表面に、ポリチオフェン膜１１０をキャスティングする（図４（Ｂ）参照）。
【００３０】
次に、ポリチオフェン膜１１０を基板１００から剥離する。これにより、一方の表面に、基板１００の凹凸が反転した凹凸形状を有する発光層３０が得られる。
【００３１】
このようにして形成された発光層３０の表面には曲率Ｒが50nm以下の突起部が形成されるので、電圧が印加された場合に突起部における電界強度が高まる。この結果、発光層３０の発光に必要な印加電圧を低下させることができる。また、発光層３０の一方の面に突起部を密に分布させることにより、発光層３０の大部分の面積を発光に寄与させることができるので、発光層３０の発光輝度が上昇する。
【００３２】
（実施形態２）
図５は、実施形態２に係る電界誘発型発光素子の構成を示す。実施形態２の電界誘発型発光素子１２は、実施形態１の電界誘発型発光素子１０が備える絶縁層４０に代えて真空層４２を備える。真空層４２は、絶縁層４０と同様に、発光層３０と正極５０とを電気的に絶縁する。発光層３０と正極５０との間の空間をシール剤１４により密閉した後、シール剤１４または正極５０に設けた開口（図示せず）を用いて発光層３０と正極５０との間の空気を真空ポンプで排気することにより、真空層４２が形成される。
【００３３】
このように、絶縁層４０に代えて真空層４２を設けた構成においても、所定の電圧を印加することにより発光層３０を発光させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態１に係る電界誘発型発光素子の構成を示す断面図である。
【図２】発光層の表面に微細な凹凸が形成された電界誘発型発光素子の構成を示す断面図である。
【図３】発光層と絶縁層との界面におけるエネルギー状態を示す図である。
【図４】発光層表面の微細凹凸の形成方法を示す工程断面図である。
【図５】実施形態２に係る電界誘発型発光素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０ 電界誘発型発光素子、２０ 負極、３０ 発光層、４０ 絶縁層、５０ 正極、６０ 電源。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極と正極とからなる一対の電極と、
前記一対の電極の間において前記負極と接する、有機化合物を含む発光層と、
前記発光層と前記正極とを絶縁する絶縁層または真空層と、
を備えることを特徴とする電界誘発型発光素子。
【請求項２】
前記発光層は、有機半導体を含むことを特徴とする請求項１に記載の電界誘発型発光素子。
【請求項３】
前記発光層は、ポリチオフェンまたはポリチオフェン誘導体を含むことを特徴とする請求項２に記載の電界誘発型発光素子。
【請求項４】
前記発光層と前記絶縁層または真空層との界面に微細な凹凸が設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電界誘発型発光素子。
【請求項５】
前記正極および前記負極の少なくとも一方が透明電極であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電界誘発型発光素子。
【請求項１】
負極と正極とからなる一対の電極と、
前記一対の電極の間において前記負極と接する、有機化合物を含む発光層と、
前記発光層と前記正極とを絶縁する絶縁層または真空層と、
を備えることを特徴とする電界誘発型発光素子。
【請求項２】
前記発光層は、有機半導体を含むことを特徴とする請求項１に記載の電界誘発型発光素子。
【請求項３】
前記発光層は、ポリチオフェンまたはポリチオフェン誘導体を含むことを特徴とする請求項２に記載の電界誘発型発光素子。
【請求項４】
前記発光層と前記絶縁層または真空層との界面に微細な凹凸が設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電界誘発型発光素子。
【請求項５】
前記正極および前記負極の少なくとも一方が透明電極であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電界誘発型発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２６９２６５（Ｐ２００６−２６９２６５Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８６２３２（Ｐ２００５−８６２３２）
【出願日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（５９３１６５４８７）学校法人金沢工業大学 (202)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（５９３１６５４８７）学校法人金沢工業大学 (202)
【Ｆターム（参考）】
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