JP5351882B2 - 発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、発光体粒子を用いた発光素子に関するものである。

近年、軽量・薄型の面発光型素子としてエレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子という）が注目されている。ＥＬ素子は大別すると、有機材料からなる発光体に直流電圧を印加し、電子と正孔とを再結合させて発光させる有機ＥＬ素子と、無機材料からなる発光体に交流電圧を印加し、およそ１０⁶Ｖ／ｃｍもの高電界で加速された電子を無機発光体の発光中心に衝突させて励起させ、その緩和過程で無機発光体を発光させる無機ＥＬ素子がある。

この無機ＥＬ素子には、無機発光体粒子を高分子有機材料からなるバインダ中に分散させて発光層とする分散型ＥＬ素子（特開２００６−１２０３２８号公報参照）と、無機発光体を薄膜化して厚さが１μｍ程度の薄膜発光層とし、この薄膜発光層の両側あるいは片側に絶縁層を設けた薄膜型ＥＬ素子とがある。

これらのうち分散型ＥＬ素子は、消費電力が少なく、しかも製造が簡単なため製造コストが安くなる利点があるとして注目されている。

しかし、交流電圧を使用する従来の無機ＥＬ素子は、駆動に高い交流電圧を必要とすることから、アクティブ駆動ができない、輝度及び効率が不十分等、高品位の表示装置として用いるためには多くの課題がある。

そこで本発明者らは、無機材料からなる発光体粒子に直流電圧を印加し、発光体粒子内で電子と正孔を再結合させて発光させる発光素子を考案した。図７は、発光素子１００の断面図である。図７に示す発光素子１００は、互いに対向する背面電極１０２及び透明電極１０３と、背面電極１０２と透明電極１０３に挟まれた発光体粒子１０４と、背面電極１０２を支持する基板１０１とを備えている。この発光素子１００に直流電源１０６を電気的に接続し、直流電圧を印加した。しかし、この構成では、各電極１０２，１０３と発光体粒子１０４との電気的な接続部分が少ないため、キャリアが発光体粒子１０４へ十分に供給されにくいという課題があった。そのため、十分な発光輝度を得ることができなかった。

特開２００６−１２０３２８号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、発光体粒子に対してキャリアを効率良く供給することにより、発光輝度が高い発光素子を提供することを目的とする。

上記目的は、以下の発光素子により達成される。

発光素子は、基板上に形成した背面電極及び前記背面電極に対向して設けられた透明電極と、前記背面電極と透明電極との間に設けられ、前記背面電極及び透明電極と電気的に接続されている発光体粒子とを備え、前記背面電極は、前記基板に形成された凹部に沿って設けられることにより前記透明電極と対向する面に凹部を有し、前記背面電極の凹部の深さは、前記発光体粒子の平均粒径よりも小さく、かつ背面電極の凹部の幅は、前記発光体粒子の平均粒径よりも大きく、前記発光体粒子は、前記背面電極の凹部に嵌まり込む形で配置され、前記背面電極の前記凹部の内面で前記背面電極と接触していることを特徴とする。ただし、前記背面電極の凹部の幅とは、凹部の縁部における接平面を基準面と想定した場合に、その基準面と前記縁部との接点によって形成される凹部の開口の最大径または幅である。

当該発光素子によれば、背面電極を上記のような形状とすることによって、発光体粒子に対してキャリアを効率的に供給することができるので、発光輝度が高い発光素子を提供することができる。

図１は、実施の形態１に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、実施の形態１に係る発光素子の凹部の形状の例の概略を示す断面図である。 図３Ａ〜図３Ｄは、実施の形態１に係る発光素子の凹部の形状の例を示す斜視図である。 図４は、実施の形態２に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。 図５は、実施の形態３に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。 図６Ａは、凹部と発光体粒子との大きさの関係を説明するための図であり、図６Ｂは、凹部が図３Ｂに示す溝状の形状の場合の凹部の幅を説明する図であり、図６Ｃは、凹部が図３Ｄに示す円錐状の形状の場合の凹部の幅を説明する図である。 図７は、従来の発光素子の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、同様の部分に同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。

（実施の形態１）
１ 実施の形態１に係る発光素子の概略構成
本発明に係る発光素子の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態１に係る発光素子１０の概略構成を示す断面図である。この発光素子１０は、互いに対向して設けられている背面電極（第１電極）２及び透明電極（第２電極）３と、背面電極２と透明電極３の間に設けられ、背面電極２及び透明電極３と電気的に接続されている発光体粒子４とを備えている。背面電極２は、透明電極３と対向する面に凹部を有している。さらに、発光素子１０は、背面電極２、発光体粒子４及び透明電極３を支持する基板（支持基板）１を有している。基板１は、背面電極２に接しており、背面電極２側に凹部が設けられた面を有している。背面電極２は、基板１における凹部が設けられた面に沿って設けられている。背面電極２の厚みは実質的に均一となっている。直流電源６は発光素子１０に直流電圧を印加するものであり、直流電源６の正極側に背面電極２が電気的に接続され、直流電源６の負極側に透明電極３が電気的に接続されている。ここで、背面電極２の厚みが実質的に均一であるとは、背面電極２の厚みの最大値と最小値との差が５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下であることをいう。

発光体粒子４は、背面電極２の凹部に配置され、背面電極２と電気的に接続されている。詳しく説明すると、発光体粒子４は、背面電極２の凹部に嵌まり込む形で配置され、凹部の内面で背面電極２と接触している。背面電極２が有する凹部は、発光体粒子４の形状に近い円弧状の形状に形成されている。そのため、発光体粒子４における背面電極側の表面は、背面電極２が有する凹部内面のほぼ全面に渡って接触している。ただし、発光体粒子４の粒径を完全に同じ粒径に揃えることや、背面電極の凹部の形状を完全に発光体粒子４の形状に合わせることは容易ではないので、発光体粒子４は必ずしも凹部内面の全面で背面電極２と接触する必要はない。

また、透明電極３は、発光体粒子４を挟んで背面電極２と対向する位置に設けられ、発光体粒子４と直接接触している。ここで、発光体粒子４の粒径が背面電極２に設けられた凹部の深さよりも小さいと、発光体粒子４が凹部内に入り込んでしまう。発光体粒子４が背面電極２の凹部内に入り込んでしまうと、透明電極３は発光体粒子４と直接接触し難くなる。そのため、発光体粒子４の平均粒径は、背面電極２に設けられた凹部の深さよりも大きい。ここで、発光体粒子４の粒径とは、レーザ回折・散乱法により測定した場合の光散乱相当径のことである。平均粒径は、複数の発光体粒子４に対しての前述の測定結果から得られた粒径の度数分布全体の平均値である。なお、平均粒径は、粒径の度数分布のピーク値のうち、最も度数が高いものである。

発光素子１０は、直流電源６から電力が供給されると、正極に接続された背面電極２からは正孔が、負極に接続された透明電極３からは電子が、それぞれ発光体粒子４に供給される。発光体粒子４に供給された電子と正孔は、発光体粒子４内で再結合する。この再結合により発光体粒子４は発光する。発光体粒子４からの発光は、透明電極３を透過して発光素子１０の外部に取り出される。

ここで、「正孔」とは、半導体や絶縁体の結晶で価電子が欠けている場所のことであり、正の電荷を持った粒子のように振舞って、電気伝導の担い手となるものである。本明細書における「発光体粒子への正孔の供給」とは、価電子の移動に伴い相対的に正極側から発光体粒子内に正孔が移動することを言う。

本実施の形態１に係る発光素子１０において、発光体粒子４は、背面電極２の凹部に嵌め込む形で配置されている。このような構成にすることで、発光体粒子４と背面電極２との接触面積が増加することになり、背面電極２と発光体粒子４との電気的な接続部分が増加する。したがって、背面電極２から発光体粒子への正孔の供給効率が向上する。発光体粒子４へ正孔が十分に供給されるため、発光体粒子４内で電子と正孔が再結合する確率が増加する。その結果、発光体粒子４の発光輝度が高くなる。

次に、この発光素子を構成する各構成要素について詳述する。

１.１ 基板
基板１は、その上に形成する各部材を支持する。基板１には、シリコン、Ａｌ₂Ｏ₃及びＡｌＮ等のセラミック基板、あるいはポリエステル及びポリイミド等のプラスチック基板等を用いることができる。また、基板１側から光を取り出す場合、発光体粒子４から発せられる光の波長に対し光透過性を有する材料であることが求められる。このような材料としては、例えば、コーニング社製の「コーニング１７３７」等のガラス、石英等を用いることができる。通常のガラスに含まれるアルカリイオン等が発光素子へ影響しないように、無アルカリガラスや、ガラス表面にイオンバリア層としてアルミナ等をコートしたソーダライムガラスであってもよい。

実施の形態１では、基板１は、凹部が設けられた面を有している。基板１にあらかじめ凹部を設けておけば、この凹部が設けられた面に沿わせて背面電極２を形成することができるので、容易に背面電極２に凹部を設けることができる。

１.２ 電極
電極には、背面電極２と透明電極３とがある。光を取り出す側の電極は透明電極３とし、他方は背面電極２としている。

光を取り出す側の透明電極３の材料は、発光体粒子４から発せられる光の波長に対し光透過性を有するものであればよく、低抵抗であることが好ましい。透明電極の材料として、特に好適なものは、ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃にＳｎＯ₂をドープしたものであり、インジウム錫酸化物ともいう。）、ＺｎＯ、ＡｌＺｎＯ、ＧａＺｎＯ等の金属酸化物、あるいはポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（Poly(3,4-ethylnedioxythiophene) / Poly(styrene sulfonate)、ポリチオフェン等の導電性高分子等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

ＩＴＯはその透明性を向上させ、あるいは抵抗率を低下させる目的で、スパッタリング法、エレクトロンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等の成膜方法で成膜できる。また成膜後に、抵抗率制御の目的でプラズマ処理等の表面処理を施してもよい。透明電極３の膜厚は、必要とされるシート抵抗値と可視光透過率とから決定される。

光を取り出さない側の背面電極２は、一般に良く知られている導電材料であればいずれでも適用できる。例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ及びＰｔ等の金属薄膜を、一種あるいは一種以上積層させたもの等を用いることができる。

背面電極２、透明電極３は、層内を全面覆うように構成されてもよい。また、層内に複数の電極がストライプ状になるよう構成されてもよい。

さらに、ストライプ状に形成された背面電極２とストライプ状に形成された透明電極３とが、それぞれねじれの位置の関係であり、かつ、透明電極３の各ストライプ状の電極を発光面（発光体粒子４の層に平行な面）に投影したものと背面電極２のすべてのストライプ状の電極を発光面に投影したものとがそれぞれ交わるように構成してもよい。この場合、背面電極２の各ストライプ状の電極、及び、透明電極３の各ストライプ状の電極からそれぞれ選択した電極に電圧を印加することにより、所定位置（所定画素）が発光されるディスプレイを構成することが可能となる。

１.２.１ 凹部
実施の形態１において、発光体粒子４と背面電極２との電気的な接続部分を大きくするため、背面電極２は、透明電極３と対向する面に、凹部を有する面を有している。なお、実施の形態１では、予め基板１に凹部を有する面を設けている。背面電極２を、基板１における凹部が設けられた面に沿って実質的に均一な厚みで設けることで、背面電極２に凹部が形成される。なお、基板１に凹部が設けられていなくてもよく、その場合は背面電極２の透明電極３に対向する面に、凹部を形成すればよい。

背面電極２が有する凹部の断面形状は、図１に示すような円弧状の形状以外に、図２Ａに示すような波型の形状、図２Ｂに示すような三角形形状等、適宜変更可能である。当然、これらの形状以外であってもよく、図示はしていないが、三角形以外の多角形形状であってもよい。

断面が波型形状の凹部は、比較的発光体粒子の粒子形状に近いため、発光体粒子４と背面電極２とが面接触することが可能となる。そのため、背面電極２と発光体粒子４との電気的な接続部分が増える。

凹部の断面が三角形形状や多角形形状の場合、発光体粒子４と背面電極２は、少なくとも二点以上で点接触するので、電気的な接続部分が増える。電気的な接続部分がより増加するため、断面が多角形形状のものが好ましい。

発光体粒子４と背面電極２との電気的な接触部分をより多く確保するため、凹部の形状は、発光体粒子の粒子形状に近い円弧状である方が好ましい。このような構成にすることで、発光体粒子４における背面側の粒子表面が、背面電極２における凹部内面のほぼ全面で接触することができる。

また、背面電極２が有する凹部は、図３Ａや図３Ｂに示すような溝状の形状でもよく、図３Ｃに示すようなお椀状の凹部が複数形成された形状、図３Ｄに示すような円錐状の凹部が複数形成された形状でもよい。溝状の凹部は、一方向に向かって複数の溝状凹部が平行に形成されるストライプ状や、複数の溝状凹部が互いに直交するように形成される格子状であってもよい。このような構成にすることで、発光体粒子４を背面電極２上に均一に配置することができる。また、溝状凹部とお椀状凹部を両方用いて、背面電極２に凹部を形成してもよい。このように溝状凹部とお椀状凹部とを種々組み合わせることによって、発光体粒子４が配置されるパターンを制御することも可能となる。このような構成にすることで、容易に任意の文字やマークを表現することができる。

上述したように、背面電極２は、凹部の深さが発光体粒子４の平均粒径よりも大きすぎると、発光体粒子４が凹部の内側に入り込んでしまい、発光体粒子４と透明電極３とが接触し難くなるので、凹部の深さは、発光体粒子４の平均粒径よりも小さい。すなわち、凹部の深さＤと発光体粒子４の平均粒径ｄとは、Ｄ＜ｄの関係である。また、凹部の幅は、発光体粒子４の平均粒径よりも大きく、発光体粒子４が凹部の内面で背面電極２とより確実に接触することとなる。すなわち、凹部の幅Ｗと発光体粒子４の平均粒径ｄとは、Ｗ＞ｄの関係を有する。なお、凹部の幅Ｗとは、図６Ａに示すように、凹部の縁部８における接平面を基準面Ａと想定した場合に、この基準面Ａと縁部８との接点によって形成される凹部の開口９（図６Ｂ及び図６Ｃ参照）の最大径（凹部がお椀状の場合）または幅（凹部が溝状の場合）である。例えば凹部が図３Ｂに示す溝状の形状の場合、凹部の幅は図６Ｂに示すとおりであり、例えば凹部が図３Ｄに示す円錐状（お椀状）の形状の場合、凹部の幅は図６Ｃに示すとおりとなる。また、凹部の深さＤは、基準面Ａから測定した凹部の最大深さのことである。

背面電極２が有する凹部が溝状の場合、溝状凹部に対し、複数の発光体粒子４が一列になるよう配置される方が好ましい。また、背面電極２が有する凹部がお椀状の場合、１つの凹部に１つの発光体粒子４が配置される方が好ましい。このような構成にすることで、１つ１つの発光体粒子４に対して、背面電極２との電気的な接続部分を多く確保することができる。

背面電極２が有する凹部の形成手段としては、サンドブラスト法、リアクティブイオンエッチング法等が挙げられる。以下に、凹部の形成方法の例を、より具体的に説明する。

サンドブラスト法を用いる場合、例えばガラス基板を用い、ガラス基板上に塗布型のガラスペーストを塗布し、レジストパターンを形成する。次に、サンドブラスト法によりガラスペースト部分をエッチングし、凹部を形成する。塗布型のガラスペーストには、サンドブラストによりエッチングされやすい材料を選択する。これにより、塗布型のガラスペースト部分のみをエッチングすることが可能であり、塗付膜厚を変更することにより、凹部の深さをコントロールすることができ、また、レジストパターンを変更することにより形状及び凹部の寸法をコントロールすることができる。

以上の方法により、例えば図３Ｃに示すような形状の凹部を形成することができる。

リアクティブイオンエッチング法を用いる場合、例えばガラス基板を用い、ガラス基板上に例えばレジストパターンを形成する。ガラス基板上に形成されたレジストパターンを用い、リアクティブイオンエッチングによりガラス基板のエッチングを行う。エッチングガスには、例えばＣＦ₄、ＣＨＦ₃のフッ素を含むガスを用い、所望の形状を得るためにＡｒ等の不活性ガス等も添加する。

以上の方法により、例えば図３Ｃに示すような形状の凹部を形成することができる。なお、エッチングする部分の深さの調整は、エッチング時間により調整することができる。

ウエットエッチング法を用いる場合、例えば単結晶シリコンを基板に用い、単結晶シリコン基板上に例えば酸化シリコンにより形成されたマスクパターンを形成する。次に、エッチング液には水酸化カリウムを用い、酸化シリコンをエッチングする。水酸化カリウムを用いることにより結晶方位に従いエッチングが進むため、例えば図２Ｂに示すような断面の形状を有する凹部を形成することができる。穴の深さは、ウエットエッチングの時間によりコントロールすることができる。基板にガラス基板を用い、マスクパターンにはレジスト、エッチング液にフッ酸を用いてパターンを形成する場合は、例えば図２Ａに示すような断面の形状を有する凹部を形成することができる。

１.３ 発光体粒子
発光体粒子４としては、第１３族−第１５族化合物半導体であるＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＰ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ及びＡｌＳｂ等を用いることができる。特に、ＧａＮに代表される第１３族窒化物半導体が好ましい。また、これらの混晶（例えばＧａＩｎＮ等）であってもよい。さらに、伝導性を制御するために、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｇｅ及びＭｎからなる群より選択される１種または複数種の元素をドーパントとして含んでいてもよい。

また、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＮ等の窒化物や、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＳｒＳ、ＣａＳ及びＺｎＯ等を母材とする材料で、発光体粒子４が形成されていてもよい。発光体粒子４は、これらの母材のみからなる材料で形成されていてもよいし、これらの母材に添加剤としてＡｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｌ、Ｔｂ及びＬｉから一種以上選択される元素を添加した材料によって形成されていてもよい。また、ＺｎＳＳｅのような多元化合物や、チオガレート系蛍光体も使用できる。

またさらに、発光体粒子４内において、上記複数の組成が層状構造や偏析構造をなしていてもよい。

（実施の形態２）
２ 実施の形態２に係る発光素子の概略構成
本発明の実施の形態２に係る発光素子について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態２に係る発光素子２０の概略構成を示す断面図である。発光素子２０は、図１に示す発光素子１０と比べて、発光体粒子４の表面が正孔輸送材料（キャリア輸送材料）５で被覆されている点で相違する。その他の構成については、実施の形態１と同じであるため、説明は省略する。

表面が正孔輸送材料５で被覆された発光体粒子４へのキャリアの供給について説明する。正孔は、直流電源６の正極側に接続された背面電極２から、正孔輸送材料５を介して、発光体粒子４へ供給される。一方、電子は、背面電極２と正孔輸送材料５との障壁を越えて発光体粒子４に供給される。これは、本発明に使用される発光体粒子４の電子親和力は一般的に有機ＥＬで使用される有機発光材料に比べて大きいため、相対的に障壁は小さくなるからだと考えられる。さらに、発光体粒子４の表面に被覆された正孔輸送材料５の膜厚は薄く（例えば５ｎｍ〜２００ｎｍ）、発光体粒子４に比べて抵抗の高い正孔輸送材料５からなるこの膜には大きな電界強度が加わるため、部分的にはトンネリングによる電子供給もなされていると考えられる。

実施の形態２に係る発光素子２０は、正孔を供給する背面電極２に、凹部が設けられている。表面が正孔輸送材料５で被覆された発光体粒子４は、この凹部の内面において背面電極２と接して配置されている。詳しく説明すると、表面が正孔輸送材料５で被覆された発光体粒子４は、背面電極２の凹部に嵌まり込む形で配置され、背面電極２と電気的に接続されている。キャリアである正孔の多くは、正孔輸送材料５内における抵抗の小さい経路、すなわち背面電極２から発光体粒子４に至る最短の経路を通って発光体粒子４に到達する。すなわち、実施の形態２のような構成を採用することにより、抵抗の小さな経路が複数存在することになる。

したがって、発光体粒子４への正孔の供給効率を向上させることができ、発光体粒子内で電子と正孔が再結合する確率が増加する。その結果、発光体粒子の発光輝度が向上する。

ＧａＮに代表される窒化物半導体粒子は、キャリア、特に正孔が供給されにくい。そのため、上述したような構成は、ＧａＮに代表される窒化物半導体粒子を発光体粒子４として用いた場合に特に有効である。

２.１ 正孔輸送材料
次に、正孔輸送材料５について説明する。実施の形態２では、有機正孔輸送材料を用いている。

この有機正孔輸送材料は、以下の式（１）〜式（３）に示された構成単位から選択される少なくとも何れか１種と、式（４）に示された構成単位とを有する有機化合物を含むことが好ましい。このような有機化合物を含む有機正孔輸送材料は、例えばＧａＮに代表される窒化物半導体に対して優れた正孔注入性を有する。そのため、例えばＧａＮに代表される窒化物半導体からなる発光体粒子４と組み合わせて用いることにより、発光効率を向上させることができる。

［式（４）中、ｎは０〜１０の整数を示す。］

有機正孔輸送材料が、上記の式（１）〜式（３）に示された構成単位から選択される少なくとも何れか１種と、式（４）に示された構成単位とを含むことによる効果は、発光体粒子４に対して効率良く正孔を供給することであると考えられる。

さらに、この有機正孔輸送材料としては、以下の式（５）〜式（７）で示される有機化合物から選ばれる少なくとも何れか１種を含んでいてもよい。

また、有機正孔輸送材料としては、大きく分けて、低分子系材料と高分子系材料とがある。正孔輸送性を備える低分子系材料としては、Ｎ，Ｎ'−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ'−ビス（α−ナフチル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）等、Ｔａｎｇらの用いたジアミン誘導体、特に日本国特許第２０３７４７５号に開示されたＱ１−Ｇ−Ｑ２構造のジアミン誘導体等が挙げられる。なお、Ｑ１及びＱ２は、別個に窒素原子及び少なくとも３個の炭素鎖（それらの少なくとも１個は芳香族のもの）を有する基である。Ｇは、シクロアルキレン基、アリーレン基、アルキレン基または炭素−炭素結合からなる連結基である。また、これらの構造単位を含む多量体（オリゴマー）であってもよい。これらにはスピロ構造やデンドリマー構造を持つものが挙げられる。またさらに、非導電性ポリマーに低分子系の正孔輸送材料を分子分散させた形態も同様に可能である。分子分散系での具体例としては、ＴＰＤをポリカーボネート中に高濃度で分子分散させた例があり、そのホール移動度は１０^-4から１０^-5ｃｍ²／Ｖｓ程度である。

一方、正孔輸送性を備える高分子系材料としては、π共役ポリマーやσ共役ポリマー等があり、例えばアリールアミン系化合物等が組み込まれたものがある。具体的には、ポリ−パラ−フェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ誘導体）、ポリチオフェン誘導体（ＰＡＴ誘導体）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ誘導体）、ポリアルキルフェニレン（ＰＤＡＦ）、ポリアセチレン誘導体（ＰＡ誘導体）、ポリシラン誘導体（ＰＳ誘導体）等が挙げられるが、これらに限定されない。さらに、低分子系で正孔輸送性を示す分子構造を分子鎖中に組み込んだポリマーでもよく、これらの具体的な例としては、芳香族アミンを側鎖に有するポリメタクリルアミド（ＰＴＰＡＭＭＡ、ＰＴＰＤＭＡ）、芳香族アミンを主鎖に有するポリエーテル（ＴＰＤＰＥＳ、ＴＰＤＰＥＫ）等が挙げられる。中でも特に好適な例として、中でもポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）は、１０^-6ｃｍ²／Ｖｓと極めて高いホール移動度を示す。他の具体例としては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳやポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）等がある。

またさらに、前述した正孔輸送材料を複数種混合して用いてもよい。また、光または熱で架橋または重合する架橋性または重合性材料を含んでいてもよい。

（実施例１）
本発明の実施例について説明する。実施例として、図４に示すような発光素子を作製した。

まず、基板１としてシリコン基板を用い、このシリコン基板に、サンドブラスト法を用いて半径２μｍ深さ１μｍの円弧状の凹部を形成した。本実施例においては、段差計（原子間力顕微鏡（ＡＦＭ））を用いて凹部の半径及び深さを測定した。本実施例で形成された凹部の形状は円弧状であるため、本実施例における凹部の幅は４μｍということになる。次に、シリコン基板の凹部を形成した面上に、背面電極２としてＡｕを抵抗蒸着法により成膜した。膜厚は約３００ｎｍであった。

発光体粒子４として、直径４μｍのＧａＮ：Ｚｎ粒子を用いた。このＧａＮ：Ｚｎ粒子は、直径４μｍの酸化ガリウム粉末５ｇと酸化亜鉛粉末５ｇとを混合してボートに乗せ、そのボートを内径５０ｍｍの石英管の中にセットし、Ｎ₂を１００ｃｃ／ｍｉｎ、ＮＨ₃を１５０ｃｃ／ｍｉｎ流しながら、管状炉を用いて１０００℃で３時間焼成を行うことによって作製されたものである。

正孔輸送材料５として、上記式（５）に示す有機化合物と上記式（６）に示す有機化合物との混合物からなる有機正孔輸送材料（「Ｔ７７０」（株式会社高砂ケミカル製））を用いた。この有機正孔輸送材料に発光体粒子４を混合させて、発光体粒子４の表面に有機正孔輸送材料を被覆させた。

次に、有機正孔輸送材料に被覆された発光体粒子４を、シリコン基板の凹部に配置した。その上に、透明電極３として、ＩＴＯ薄膜を成膜したガラス基板を、ＩＴＯ薄膜が有機正孔輸送材料に被覆された発光体粒子４に接するよう配設した。

以上のように作製した発光素子について発光輝度を測定した。電源６として直流電源を用い、背面電極２に正電圧を、透明電極３に負電圧を印加した。輝度測定は、携帯型輝度計を用いて行った。その結果、直流電圧５Ｖでオレンジ色発光を開始し、１５Ｖで発光輝度約３５００ｃｄ／ｍ²が得られた。

（比較例１）
比較例として、背面電極２に凹部を形成しない他は実施例と同条件にて発光素子を製作した。この比較例の素子に直流電圧を印加して評価したところ、発光に３０Ｖ以上を要し、発光輝度も数１０ｃｄ／ｍ²と低かった。

（実施の形態３）
３ 実施の形態３に係る発光素子の概略構成
本発明の実施の形態３に係る発光素子について、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態３に係る発光素子３０の概略構成を示す断面図である。発光素子３０は、図１に示す発光素子１０と比べて、背面電極２上に正孔輸送層（キャリア輸送層）７がさらに設けられている点で相違する。その他の構成については、実施の形態１と同じであるため、説明は省略する。

正孔輸送層７は、背面電極２における凹部を有する面に沿って設けられている。正孔輸送層７の膜厚は、例えば０．０５〜２μｍとすることができる。また、正孔輸送層７の膜厚は、実質的に均一になっているため、背面電極２が有する凹部と実質的に同一の凹部を有している。正孔輸送層７は、抵抗加熱蒸着法等により得ることができる。なお、正孔輸送層７の厚みが実質的に均一であるとは、正孔輸送層７の厚みの最大値と最小値との差が２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下であることをいう。

実施の形態３に係る発光素子３０において、正孔輸送層７は凹部を有しており、発光体粒子４は、この凹部の内面において正孔輸送層７と接して配置されている。詳しく説明すると、発光体粒子４は、正孔輸送層７の凹部に嵌まり込む形で配置され、発光体粒子４の少なくとも一部が正孔輸送層７と接触している。キャリアである正孔の多くは、正孔輸送層７内における抵抗の小さい経路、すなわち背面電極２から発光体粒子４に至る最短の経路を通って発光体粒子４に到達する。すなわち、実施の形態３のような構成を採用することにより、抵抗の小さな経路が複数存在することになる。そのため、背面電極２から正孔輸送層７を介して発光体粒子へ供給される正孔の供給効率が向上する。発光体粒子４へ正孔が十分に供給されるため、発光体粒子４内で再結合する確率が増加し、発光輝度が高くなる。

＜その他の実施の形態＞
本発明の発光素子は、上記実施の形態１〜３について、以下のような構成としてもよい。

基板１は、凹部を有さない構成であってもよい。例えば、平板状の基板の上に背面電極２を形成し、背面電極２にエッチング等の処理をすることで凹部を形成しても、実施の形態１〜３の発光素子と同様の効果が得られる。

また、背面電極２と透明電極３とを入れ替える構成であってもよい。この場合、基板１側から光が取り出されることになるので、光透過性を有する基板を用いればよい。

また、直流電源の替わりに交流電源を用いてもよい。

また、背面電極２及び透明電極３が、ともに、互いに対向する面に凹部を有する構成であってもよい。このような構成にすることにより、電子と正孔両方を効率的に発光体粒子４内に供給することができる。

また、キャリア輸送材料は、電子輸送材料であってもよい。すなわち、電子が供給されにくい発光体粒子に対しては、正孔輸送材料の替わりに電子輸送材料を用いてもよい。電子輸送材料としては、電子を生成、輸送する機能を備えた有機物材料であれば、いずれも使用できる。具体的には、トリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミキノリノール、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、８−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体等の高分子化合物等である。

また、実施の形態３において、透明電極３と発光体粒子４との間に電子輸送材料をさらに設ける構成であってもよい。この構成は、例えば透明電極３の発光体粒子４側の面に電子輸送材料からなる層を設けることによって実現できる。

また、正孔輸送材料は、無機正孔輸送材料であってもよい。無機正孔輸送材料としては、透明または半透明であって、ｐ型伝導性を示す材料であればよい。好適なものとしては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、Ｓｅ、ＳｅＴｅ及びＡｓ₂Ｓｅ₃等の半金属系半導体、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯ及びＣｕＩ等の２元化合物半導体、ＣｕＧａＳ₂、ＣｕＧａＳｅ₂及びＣｕＩｎＳｅ₂等のカルコパイライト型半導体、さらにこれらの混晶、ＣｕＡｌＯ₂及びＣｕＧａＯ₂等の酸化物半導体さらにこれらの混晶等が挙げられる。またさらに、伝導性を制御するために、これらの材料にドーパントを添加してもよい。

本発明に係る発光素子は、発光輝度が高いため、特にテレビ等の表示装置の発光素子や、通信、照明等に用いられる各種光源として有用である。

Claims (1)

1. 基板上に形成した背面電極及び前記背面電極に対向して設けられた透明電極と、前記背面電極と透明電極との間に設けられ、前記背面電極及び透明電極と電気的に接続されている発光体粒子とを備え、
   前記背面電極は、前記基板に形成された凹部に沿って設けられることにより前記透明電極と対向する面に凹部を有し、
   前記背面電極の凹部の深さは、前記発光体粒子の平均粒径よりも小さく、かつ背面電極の凹部の幅は、前記発光体粒子の平均粒径よりも大きく、
   前記発光体粒子は、前記背面電極の凹部に嵌まり込む形で配置され、前記背面電極の前記凹部の内面で前記背面電極と接触している
   ことを特徴とする発光素子。
   ただし、前記背面電極の凹部の幅とは、凹部の縁部における接平面を基準面と想定した場合に、その基準面と前記縁部との接点によって形成される凹部の開口の最大径または幅である。

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