WO2008069174A1

WO2008069174A1 - 面状発光装置

Info

Publication number: WO2008069174A1
Application number: PCT/JP2007/073319
Authority: WO
Inventors: Eiichi Satoh; Shogo Nasu; Reiko Taniguchi; Toshiyuki Aoyama; Masayuki Ono; Kenji Hasegawa; Masaru Odagiri
Original assignee: Panasonic Corporation
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2008-06-12

Abstract

　面状発光装置は、互いに対向する２枚の平行な仮想平面上にそれぞれ設けられた第１及び第２の電極と、前記第１及び第２の電極の間に挟まれて設けられた発光層とを備え、前記第１の電極と、前記第１の電極が設けられている前記仮想平面への前記第２の電極の射影とが互いに重ならないと共に、前記発光層は、第１半導体物質よりなる多結晶体構造であって、前記多結晶体構造の粒界に前記第１半導体物質とは異なる第２半導体物質が偏析している。

Description

明細書

面状発光装置

技術分野

[0001] 本発明は、エレクト口ルミネッセンス素子（以下、 ELと略記する。）を用いた面状発光装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、多くの種類の平面型の表示装置の中でも、エレクト口ルミネッセンス素子を用いた表示装置に期待が集まっている。この EL素子を用いた表示装置は、自発光性を有し、視認性に優れ、視野角が広ぐ応答性が速いなどの特徴を持つ。また、現在開発されている EL素子には、発光体として無機材料を用いた無機 EL素子と、発光体として有機材料を用いた有機 EL素子とがある。

[0003] 無機 EL素子では、例えば硫化亜鉛等の無機蛍光体を発光体として用い、 10⁶V/ cmもの高電界で加速された電子が蛍光体の発光中心を衝突励起し、それらが緩和する際に発光する。さらに、無機 EL素子には、蛍光体粉末を高分子有機材料等に分散させた発光層を形成し、その上下に電極を設けた構造の分散型 EL素子と、一対の電極間に二層の誘電体層と、更に二層の誘電体層の間に挟まれた薄膜発光層とを設けた薄膜型 EL素子がある。これらのうち、前者の分散型 EL素子は、製造が容易ではあるが、輝度が低く寿命が短いため、その利用は限られてきた。一方、後者の薄膜型 EL素子では、 1974年に猪口らによって提案された二重絶縁構造の素子が高い輝度と長寿命を持つことを示し、車載用ディスプレイ等への実用化がなされた（例えば、特許文献 1参照。）。

[0004] 図 37を用いて、従来の無機 EL素子について説明する。図 37は、二重絶縁構造の薄膜型 EL素子 50の発光面に垂直な断面図である。この EL素子 50は、基板 51上に透明電極 52と、第 1誘電体層 53と、発光層 54と、第 2誘電体層 55と、背面電極 56と 1S この順に積層された構造となっている。透明電極 52と背面電極 56との間に交流電圧源 57から交流電圧を印加して透明電極 52側より発光を取り出す。誘電体層 53 、 55は、発光層 54内を流れる電流を制限する機能を有し、 EL素子 50の絶縁破壊を抑えることが可能であり、且つ安定な発光特性が得られるように作用する。また、透明電極 52と、背面電極 56とを、互いに直交するようにストライプ上にパターユングし、マトリックスで選択された特定の画素に電圧を印加することにより、任意のパターン表示を行うパッシブマトリックス駆動方式の表示装置が知られている。

[0005] 前記誘電体層 53、 55として用いられる誘電体材料は、高誘電率で絶縁抵抗、耐電圧が高いことが好ましぐ一般的には、 Y O 、 Ta O、 Al O、 Si N、 BaTiO 、 SrT

2 3 2 5 2 3 3 4 3 iO 、 PbTiO 、 CaTiO 、 Sr (Zr、 Ti) 0等のぺロブスカイト構造を有する誘電体材料

3 3 3 3

が用いられる。一方、前記発光層 54として用いられる無機蛍光材料は、一般に絶縁物結晶を母体結晶として、その中に発光中心となる元素をドープしたものである。この母体結晶には物理的化学的に安定であるものが用いられるため、無機 EL素子は信頼性が高ぐ寿命も 3万時間以上を実現している。例えば、発光層に ZnSを主体とし、 Mn、 Cr、 Tb、 Eu、 Tm、 Yb等の遷移金属元素や希土類元素をドープすることによって、発光輝度の向上が図られている（例えば、特許文献 2参照。）。

[0006] 一般に、発光層 54に使用される ZnS等の第 12族一第 16族間化合物半導体は、多結晶体で構成されている。このため発光層 54中には多くの結晶粒界が存在する。この結晶粒界は、電界印加によって加速された電子に対して散乱体として働くため、発光中心の励起効率が著しく低下する。又、結晶粒界では結晶方位のずれ等のために格子歪みも大きぐ EL発光に有害な非放射再結合中心も多く存在する。これらの原因によって、無機 EL素子の発光輝度は低ぐ実用上不十分である。

[0007] 上記課題を解決するために、発光層の結晶粒径の大粒径化ゃ結晶性を改善する方法が提案されている。特許文献 3に記載の技術によれば、第 1電極が特定の結晶方位を有し、その上に積層される第 1誘電体層が前記第 1電極と等価な結晶方位を有し、さらにその上に積層される発光層が第 1誘電体層と等価な結晶方位を有した無機 EL素子とすることで、厚み方向に対する結晶粒界を抑制し、発光輝度の改善が図られている。また、特許文献 4に記載の技術によれば、希土類元素を添加した発光層において、希土類元素の濃度を規定することで、成長初期における結晶成長核の数を均一で適切な量としている。これによつて、成長の初期段階から粒径の揃った柱状結晶が形成でき、発光輝度の改善が図られている。 [0008] 特許文献 1 :特公昭 52— 33491号公報

特許文献 2：特公昭 54— 8080号公報

特許文献 3 :特開平 6— 36876号公報

特許文献 4 :特開平 6— 196262号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 前述のような無機 EL素子をテレビ等の高品位のディスプレイデバイス用のバックライト等として利用する場合には、 300cd/m²程度の輝度が必要とされる。前述の提案によれば一定の効果は得られるものの、発光輝度 150cd/m²と未だ不十分である。また、発光には通常数 100Vの電圧を印加する必要がある。さらに、発光を維持するためには、交流電圧を数 10kHzの高周波で印加する必要がある等の課題があ

[0010] 本発明の目的は、寿命が長ぐ発光輝度も高い発光素子を用いた面状発光装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0011] 本発明に係る面状発光装置は、基板と、

前記基板上に設けた平面状の背面電極と、

前記背面電極と対向して設けられた平面状の透明電極と、

前記背面電極と前記透明電極との間に挟まれて設けられた少なくとも 1層の平面状の発光層と

を備え、

前記発光層は、第 1半導体物質よりなる多結晶体構造であって、前記多結晶体構造の粒界に前記第 1半導体物質とは異なる第 2半導体物質が偏析していることを特徴とする。

[0012] 本発明に係る面状発光装置は、互いに対向する 2枚の平行な仮想平面上にそれぞれ設けられた第 1及び第 2の電極と、

前記第 1及び第 2の電極の間に挟まれて設けられた発光層と

を備え、前記第 1の電極と、前記第 1の電極が設けられている前記仮想平面の前記第 2の電極の射影とが互いに重ならな!/、と共に、

[0013] 本発明に係る面状発光装置は、基板と、

前記基板上の同一面内に互いに離間して設けられた第 1及び第 2の電極と、前記第 1及び第 2の電極の上に設けられた発光層と

を備え、

[0014] 本発明に係る面状発光装置は、互いに対向する 2枚の平行な仮想平面上にそれぞれ設けられた第 1及び第 2の電極と、

前記第 1及び第 2の電極が対向する間に少なくとも一部が挟まれて設けられた誘電体層と、

前記第 1及び第 2の電極とに電気的に接続され、発光面が露出している発光層とを備え、

[0015] また、前記第 1半導体物質と前記第 2半導体物質とは、互いに異なる伝導型の半導体構造を有するものであってもよい。例えば、前記第 1半導体物質は n型半導体構造を有し、前記第 2半導体物質は p型半導体構造を有するものであってもよ!/、。

[0016] さらに、前記第 1半導体物質及び前記第 2半導体物質は、それぞれ化合物半導体であってもよい。またさらに、前記第 1半導体物質は、第 12族第 16族間化合物半導体であってもよい。また、前記第 1半導体物質は、立方晶構造を有するものであつてもよい。 [0017] さらに、前記第 1半導体物質は、 Cu、 Ag、 Au、 Ir、 Al、 Ga、 In、 Mn、 Cl、 Br、 I、 Li 、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb力もなる群より選択される少なくとも一種の元素を含んでレ、てもよ!/、。

[0018] またさらに、前記第 1半導体物質よりなる多結晶体構造の平均結晶粒子径は、 5〜

500nmの範囲にあってもよい。

[0019] また、前記第 2半導体物質は、 ZnS、 ZnSe、 ZnSSe、 ZnSeTe、 ZnTe、 GaN、 In GaNの!/、ずれかであってもよ!、。

[0020] さらに、前記第 1半導体物質が亜鉛を含む亜鉛系材料であってもよい。この場合には、前記電極のうち、少なくとも一方は、亜鉛を含む材料からなることが好ましい。またさらに、前記一方の電極を構成する前記亜鉛を含む材料は、酸化亜鉛を主体とし、アルミニウム、ガリウム、チタン、ニオブ、タンタル、タングステン、銅、銀、ホウ素からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むものであってもよい。

[0021] 本発明に係る面状発光装置は、基板と、

前記基板上に設けた平面状の背面電極と、

前記背面電極と対向して設けられた平面状の透明電極と、

を備え、

前記発光層が、 P型半導体と n型半導体とを有していることを特徴とする。

[0022] 本発明に係る面状発光装置は、互いに対向する 2枚の平行な仮想平面上にそれぞれ設けられた第 1及び第 2の電極と、

前記第 1及び第 2の電極の間に挟まれて設けられた発光層と

を備え、

前記第 1の電極と、前記第 1の電極が設けられている前記仮想平面の前記第 2の電極の射影とが互いに重ならな!/、と共に、

[0023] 本発明に係る面状発光装置は、基板と、

を備え、

[0024] 本発明に係る面状発光装置は、互いに対向する 2枚の平行な仮想平面上にそれぞれ設けられた第 1及び第 2の電極と、

[0025] 前記発光層は、 p型半導体の媒体の中に n型半導体粒子が分散して構成されていてもよい。また、前記発光層は、 n型半導体粒子の集合体で構成され、該粒子間に p 型半導体が偏析した構成にしてもょレ、。

[0026] また、前記 n型半導体粒子は、前記 p型半導体を介して前記第 1及び第 2電極と電気的に接合されてレ、ることが好まし!/、。

[0027] さらに、前記 n型半導体及び前記 p型半導体は、それぞれ化合物半導体であってもよい。またさらに、前記 n型半導体は、第 12族第 16族間化合物半導体であってもよい。また、前記 n型半導体は、第 13族—第 15族間化合物半導体であってもよい。さらに、前記 n型半導体は、カルコパイライト型化合物半導体であってもよい。またさらに、前記 n型半導体は、 ZnS、 ZnSe、 ZnSSe、 ZnSeTe、 ZnTe、 GaN、 InGaNの V、ずれかであってもよ!、。

[0028] また、前記 n型半導体が亜鉛を含む亜鉛系材料であってもよ!/、。この場合には、前記第 1の電極又は前記第 2の電極のうち、少なくとも一方の電極は、亜鉛を含む材料力、らなることが好ましい。さらに、前記一方の電極を構成する前記亜鉛を含む材料は、酸化亜鉛を主体とし、アルミニウム、ガリウム、チタン、ニオブ、タンタル、タンダステン、銅、銀、ホウ素からなる群から選ばれる少なくとも一種を含んでいてもよい。

[0029] また、前記電極の少なくとも一方に面して支持する支持体基板をさらに備えてもよい。さらに、前記電極に対向し、且つ、発光取出し方向前方に色変換層をさらに備えてもよい。

発明の効果

[0030] 本発明によれば、寿命が長ぐ発光輝度も高い発光素子を用いた面状発光装置を提供することが可能となる

図面の簡単な説明

[0031] [図 1]本発明の実施の形態 1に係る面状発光装置の構成を示す概略斜視図である。

[図 2]図 1の断面 Sを矢印の方向から見た断面図である。

[図 3]図 1の面状発光装置の平面図である。

[図 4]図 2の面状発光装置の発光層の詳細な構成を示す断面図である。

[図 5] (a)は、 ZnSからなる発光層と AZOからなる透明電極（又は、背面電極）との界面付近の模式図であり、（b)は、（a)のポテンシャルエネルギーの変位を説明する模式図である。

[図 6] (a)は、比較例として、 ZnSからなる発光層と ITOからなる透明電極との界面の模式図であり、（b)は、（a)のポテンシャルエネルギーの変位を説明する模式図であ

[図 7]面状発光装置の端子位置による電流密度不均一さを示す概略図である。

[図 8]本発明の実施の形態 2に係る面状発光装置の構成を示す概略斜視図である。

[図 9]図 8の断面 Sを矢印の方向から見た断面図である。

[図 10]図 8の面状発光装置の平面図である。

[図 11(a)]本発明の実施の形態 2に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 11(b)]本発明の実施の形態 2に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 11(c)]本発明の実施の形態 2に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 11(d)]本発明の実施の形態 2に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 11(e)]本発明の実施の形態 2に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 11(f)]本発明の実施の形態 2に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 11(g)]本発明の実施の形態 2に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 11(h)]本発明の実施の形態 2に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 l l(i)]作製された本発明の実施の形態 2に係る面状発光装置の断面図である。園 12]本発明の実施の形態 3に係る面状発光装置の構成を示す断面図である。園 13]本発明の実施の形態 4に係る面状発光装置の構成を示す断面図である。

[図 14(a)]本発明の実施の形態 4に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 14(b)]本発明の実施の形態 4に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 14(c)]本発明の実施の形態 4に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 14(d)]本発明の実施の形態 4に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 14(e)]本発明の実施の形態 4に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 14(f)]本発明の実施の形態 4に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 14(g)]本発明の実施の形態 4に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 14(h)]本発明の実施の形態 4に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 14(i)]作製された本発明の実施の形態 4に係る面状発光装置の断面図である。園 15]本発明の実施の形態 5に係る面状発光装置の構成を示す断面図である。園 16(a)]本発明の実施の形態 5に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 16(b)]本発明の実施の形態 5に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 16(c)]本発明の実施の形態 5に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 16(d)]本発明の実施の形態 5に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 16(e)]本発明の実施の形態 5に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 16(f)]本発明の実施の形態 5に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 16(g)]本発明の実施の形態 5に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 16(h)]本発明の実施の形態 5に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 16(i)]作製された本発明の実施の形態 5に係る面状発光装置の断面図である。園 17]本発明の実施の形態 6に係る面状発光装置の構成を示す断面図である。園 18]本発明の実施の形態 7に係る面状発光装置の構成を示す概略斜視図である園 19]図 18の断面 Sを矢印の方向から見た断面図である。

[図 20]図 18の面状発光装置の平面図である。

[図 21]図 19の面状発光装置の発光層の詳細な構成を示す断面図である。

[図 22]別例の面状発光装置の断面図である。

園 23]さらに別例の面状発光装置の断面図である。

[図 24] (a)は、 ZnSからなる発光層と AZOからなる透明電極（又は、背面電極）との界面付近の模式図であり、（b)は、（a)のポテンシャルエネルギーの変位を説明する模式図である。 [図 25] (a)は、比較例として、 ZnSからなる発光層と ITOからなる透明電極との界面の模式図であり、（b)は、（a)のポテンシャルエネルギーの変位を説明する模式図であ

[図 26]面状発光装置の端子位置による電流密度不均一さを示す概略図である。

[図 27]本発明の実施の形態 8に係る面状発光装置の構成を示す概略斜視図である

[図 28]図 27の断面 Sを矢印の方向から見た断面図である。

[図 29]図 27の面状発光装置の平面図である。

[図 30(a)]本発明の実施の形態 8に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 30(b)]本発明の実施の形態 8に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 30(c)]本発明の実施の形態 8に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 30(d)]本発明の実施の形態 8に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 30(e)]本発明の実施の形態 8に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 30(f)]本発明の実施の形態 8に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 30(g)]本発明の実施の形態 8に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 30(h)]本発明の実施の形態 8に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 30(i)]作製された本発明の実施の形態 8に係る面状発光装置の断面図である。園 31]本発明の実施の形態 9に係る面状発光装置の構成を示す断面図である。園 32]本発明の実施の形態 10に係る面状発光装置の構成を示す断面図である。

[図 33(a)]本発明の実施の形態 10に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 33(b)]本発明の実施の形態 10に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 33(c)]本発明の実施の形態 10に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 33(d)]本発明の実施の形態 10に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 33(e)]本発明の実施の形態 10に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 33(f)]本発明の実施の形態 10に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 33(g)]本発明の実施の形態 10に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 33(h)]本発明の実施の形態 10に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 33(i)]作製された本発明の実施の形態 10に係る面状発光装置の断面図である。園 34]本発明の実施の形態 11に係る面状発光装置の構成を示す断面図である。

[図 35(a)]本発明の実施の形態 11に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 35(b)]本発明の実施の形態 11に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 35(c)]本発明の実施の形態 11に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 35(d)]本発明の実施の形態 11に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 35(e)]本発明の実施の形態 11に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

園 35(f)]本発明の実施の形態 11に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 35(g)]本発明の実施の形態 11に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 35(h)]本発明の実施の形態 11に係る面状発光装置の製造方法の工程の 1つを示す概略断面図である。

[図 35(i)]作製された本発明の実施の形態 11に係る面状発光装置の断面図である。

[図 36]本発明の実施の形態 12に係る面状発光装置の構成を示す断面図である。

[図 37]従来例の無機 EL素子の発光面に垂直な方向から見た概略断面図である。発明を実施するための最良の形態

[0032] 以下、発明を実施するための最良の形態について添付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、その説明を省略している。

[0033] (実施の形態 1)

<面状発光装置の概略構成〉

図 1は、本発明の実施の形態 1に係る面状発光装置 10の概略的な構成を示す概略斜視図である。図 2は、図 1の断面 Sの構成を示す概略断面図である。図 3は、この面状発光装置 10の平面図である。この面状発光装置 10は、基板 1と、基板 1の上に設けられた平面状の背面電極 4と、背面電極 4と対向して設けられた平面状の透明電極 2と、背面電極 4と透明電極 2との間に挟まれて設けられた平面状の発光層 3とを備える。透明電極 2と背面電極 4とは直流電源 5を介して電気的に接続されている。この場合、負極側に接続された透明電極 2は、電子注入電極（第 2の電極）として機能し、正極側に接続された背面電極 4は、正孔注入電極（第 1の電極）として機能する。なお、ここでは、基板 1の上に背面電極 4を設ける場合について説明する力これに限られず、例えば、基板 1の上に透明電極 2を設け、その上に発光層 3、背面電極 4 を順に積層する構成としてもょレ、。

[0034] 図 4は、発光層 3の拡大概略図である。この面状発光装置 10では、発光層 3は、図

4に示すように、第 1半導体物質 21からなる多結晶体構造であって、この多結晶体構造の粒界 22に第 2半導体物質 23が偏析した構造を有する。本実施の形態では、第 1半導体物質 21は、 n型半導体物質であ、第 2半導体物質 23は、 p型半導体物質である。このように、 n型半導体物質の粒界に偏析した p型半導体物質により正孔の注入性が改善され、電子と正孔の再結合型発光が効率よく生じ、低電圧で発光が可能であって、且つ、高輝度発光する面状発光装置 10を実現することができる。

[0035] さらに、この面状発光装置 10では、透明電極 2と背面電極 4とは直流電源 5を介して電気的に接続されている。直流電源 5から電力が供給されると、透明電極 2及び背面電極 4の間に電位差が生じ、発光層 3に電圧が印加される。そして、透明電極 2及び背面電極 4の間に配置されている発光層 3が発光し、その光が透明電極 2を透過して面状発光装置 10の外部に取り出される。

[0036] さらに、上述の構成に限られず、電極と発光層との間に電流制限を目的として薄い誘電体層を複数設ける、交流電源により駆動する、背面電極を透明にする、背面電極を黒色電極とする、面状発光装置 10の全部又は一部を封止する構造を更に備える、発光取出し方向の前方に発光層 3からの発光色を色変換する構造を更に備える等、適宜変更が可能である。例えば、青色発光層と、青色を緑色及び赤色に変換する色変換層とを組み合わせて白色の面状発光装置とすることもできる。

[0037] 以下、この面状発光装置の各構成について詳述する

<基板〉

基板 1は、その上に形成する各層を支持できるものを用いる。また、発光層 3の発光体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、コーユング 1737等のガラス、石英、セラミック等を用いること力 S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。また、ポリエステノレ、ポリエチレンテレフタレート系、ポリクロ口トリフルォロエチレン系とナイロン 6の組み合わせやフッ素樹脂系材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミドなどの樹脂フィルム等を用いることもできる。樹脂フィルムは耐久性、柔軟性、透明性、電気絶縁性、防湿性の優れた材料を用いる。なお、これらは例示であって、基板 1の材料は特にこれらに限定されるものではない。 [0038] また、基板側から光を取り出さない構成の場合は、上述の光透過性は不要であり、光透過性を有して!/、な!/、材料も用いること力 Sできる。

[0039] <電極〉

電極として、光を取り出す側の透明電極 2と、他方の背面電極 4とがある。なお、ここでは、基板 1の上に背面電極 4を設ける場合について説明する力これに限られず、例えば、基板 1の上に透明電極 2を設け、その上に発光層 3、背面電極 4を順に積層する構成としてもよい。あるいは、透明電極 2及び背面電極 4の両方を透明電極としてもよい。

[0040] まず、透明電極 2について説明する。透明電極 2の材料は、発光層 3内で生じた発光を外部に取り出せるように光透過性を有するものであればよぐ特に可視光領域において高い透過率を有することが好ましい。また、電極として低抵抗であることが好ましぐ更には基板 1や発光層 3との密着性に優れていることが好ましい。透明電極 2の材料として、特に好適なものは、 ITO (In Oに SnOをドープしたものであり、インジ

2 3 2

ゥム錫酸化物ともいう。）や InZnO、 ZnO、 SnO等を主体とする金属酸化物、 Pt、 A

2

u、 Pd、 Ag、 Ni、 Cu、 Al、 Ru、 Rh、 Ir等の金属薄膜、あるいはポリア二リン、ポリピロール、 PEDOT/PSS、ポリチォフェンなどの導電性高分子等が挙げられる力特にこれらに限定されるものではない。これらの透明電極 2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、ィォ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などの表面処理を施してもよい。透明電極 2の膜厚は、必要とされるシー卜抵抗値と可視光透過率から決定される。

[0041] 透明電極 2のキャリア濃度は、 lE17〜lE22cm_³の範囲であることが望ましい。また、透明電極 2として性能を出すために、透明電極 2の体積抵抗率は 1E— 3 Ω 'cm 以下であって、透過率は 380〜780nmの波長において 75%以上であることが望ましい。また、透明電極 2の屈折率は、 1. 85〜； 1. 95が良い。さらに、透明電極 2の膜厚は一般的には 100〜200nm程度が好ましい。なお、 ZnO等の膜においては、 30 nm以下の場合に緻密で安定した特性を持つ膜が実現できる。

[0042] また、背面電極 4には、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。更には発光層 3との密着性に優れていることが好ましい。好適な例としては、例えば、 ITOや InZnO、 ZnO、 SnO等の金属酸化物、 Pt、 Au、 Pd、 Ag、 Ni、 Cu、

2

Al、 Ru、 Rh、 Ir、 Cr、 Mo、 W、 Ta、 Nb等の金属、これらの積層構造体、あるいは、ポリア二リン、ポリピロール、 PEDOT〔ポリ（3, 4—エチレンジォキシチォフェン）〕/ P SS (ポリスチレンスルホン酸)等の導電性高分子、あるいは導電性カーボンなどを用いること力 Sでさる。

[0043] <発光層〉

次に、発光層 3について説明する。図 4は、発光層 3の断面の一部を拡大した概略構成図である。発光層 3は、第 1半導体物質 21からなる多結晶体構造であって、この多結晶体構造の粒界 22に第 2半導体物質 23が偏祈した構造を有する。第 1半導体物質 21としては、多数キャリアが電子であって、 n型伝導を示す半導体材料が用いられる。一方、第 2半導体物質 23は、多数キャリアが正孔であって、 p型伝導を示す半導体材料が用いられる。また、第 1半導体物質 21と第 2半導体物質 23とは電気的に接合している。

[0044] 第 1半導体物質 21としては、バンドギャップの大きさが近紫外領域から可視光領域

(1. 7eVから 3. 6eV)を有するものが好ましぐさらに近紫外領域から青色領域（2. 6 eV力、ら 3. 6eV)を有するものがより好ましい。具体的には、前述の ZnSや、 ZnSe、 Z nTe、 CdS、 CdSe等の第 12族—第 16族間化合物やこれらの混晶（例えば ZnSSe 等）、 CaS、 SrS等の第 2族-第 16族間化合物やこれらの混晶（例えば CaSSe等）、 A1P、 AlAs、 GaN、 GaP等の第 13族-第 15族間化合物やこれらの混晶（例えば In GaN等）、 ZnMgS、 CaSSe、 CaSrS等の前記化合物の混晶等を用いることができる。またさらに、 CuAlS等のカルコパイライト型化合物を用いてもよい。またさらに、第 1

2

半導体物質 21よりなる多結晶体は、主たる部分が立方晶構造を有しているものが好ましい。またさらに、 Cu、 Ag、 Au、 Ir、 Al、 Ga、 In、 Mn、 Cl、 Br、 I、 Li、 Ce、 Pr、 Nd 、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Ybからなる群より選択される 1又は複数種の原子もしくはイオンを添加剤として含んでいてもよい。これらの元素の種類によつても、発光層 3からの発光色が決定される。

[0045] 一方、第 2半導体物質 23としては、 Cu S、 ZnS、 ZnSe、 ZnSSe、 ZnSeTe、 ZnTe 、 GaN、 InGaNを用いることができる。これらの材料には p型伝導を付与するための添加剤として、 N、 Cu、 Inから 1種又は複数種の元素を添加剤として含んでいてもよい。

[0046] 本実施の形態 1に係る面状発光装置 10の特徴は、発光層 3が n型半導体物質 21 よりなる多結晶体構造であって、この多結晶体構造の粒界 22に p型半導体物質 23 が偏析した構造を有する点にある。従来の無機 ELでは、発光層の結晶性を高めることで、高電界で加速された電子が散乱されることを防いでいた力 ZnSや ZnSe等は一般に n型伝導を示すため、正孔の供給が十分ではなぐ電子と正孔の再結合による高輝度の発光は期待できない。一方で、発光層の結晶粒が成長すると、単結晶でない限り、結晶粒界も一意的に伸びる。高電圧を印加する従来の無機 EL素子では、膜厚方向の粒界が導電パスとなり、耐圧低下を引き起こすという課題も生じる。これに対して、本発明者は、鋭意研究の結果、発光層 3を n型半導体物質 21よりなる多結晶体構造であって、この多結晶体構造の粒界 22に p型半導体物質 23が偏析した構造とすることによって、粒界に偏析した p型半導体物質により正孔の注入性が改善されることを見出した。さらに、発光層 3中に偏析部を高密度に散在させることで、電子と正孔の再結合型発光が効率よく生じることを見出した。これによつて、低電圧で高輝度発光する発光素子を実現することができ、本発明に至ったものである。また、ドナーあるいはァクセプターを導入することにより、自由電子とァクセプターに捕獲された正孔の再結合、自由正孔とドナーに捕獲された電子の再結合、ドナ一一ァクセプター対発光も同様に可能である。またさらに、他のイオン種が近傍にあることでエネルギー移動による発光も同様に可能である。

[0047] さらに、発光層 3の n型半導体粒子 21として ZnS等の亜鉛系材料を用いる場合には、透明電極 2と背面電極 4の少なくとも一方には、例えば、 ZnO、 AZO (酸化亜鉛に例えばアルミをドープしたもの）、 GZO (酸化亜鉛に、例えばガリウムをドープしたもの）等の亜鉛を含む金属酸化物からなる電極を用いることが好ましい。本発明者は、特定の n型半導体粒子 21と特定の透明電極 2 (又は背面電極 4)との組み合わせを採用することによって、高効率に発光させることができることを見出したものである。

[0048] すなわち、透明電極 2 (又は背面電極 4)における仕事関数について着目すると、 Z nOの仕事関数は 5. 8eVであるのに対して、従来、透明電極として使われてきた ITO (酸化インジウムスズ)の仕事関数は 7. OeVである。一方、発光層 3の n型半導体粒子 21である亜鉛系材料の仕事関数は 5〜6eVであることから、 ITOに比べて ZnOの仕事関数は、亜鉛系材料の仕事関数により近いため、発光層 3への電子注入性が良いというメリットがある。これは、透明電極 2 (又は背面電極 4)として同様に亜鉛系材料である AZO、 GZOを用いた場合も同様である。

[0049] 図 5 (a)は、 ZnSからなる発光層 3と AZOからなる透明電極 2 (又は、背面電極 4)との界面付近の模式図である。図 5 (b)は、図 5 (a)のポテンシャルエネルギーの変位を説明する模式図である。また、図 6 (a)は、比較例として、 ZnSからなる発光層 3と IT Oからなる透明電極との界面の模式図である。図 6 (b)は、図 6 (a)のポテンシャルェネルギ一の変位を説明する模式図である。

[0050] 図 5 (a)に示すように、上記の好ましい例では、発光層 3を構成する n型半導体粒子

21が亜鉛系材料 (ZnS)であって、透明電極 2 (又は、背面電極 4)が酸化亜鉛系材料 (AZO)であることから、透明電極 2 (又は、背面電極 4)と発光層 3との界面にできる酸化物は、酸化亜鉛 (ZnO)となる。さらに、界面では成膜時にドーピング材料 (A1 )が拡散し、低抵抗な酸化膜が形成される。また、上記の酸化亜鉛系 (AZO)の透明電極 2 (又は背面電極 4)は、六方晶の結晶構造をとるが、発光層 3を構成する n型半導体物質 21である亜鉛系材料 (ZnS)も六方晶または立方晶の結晶構造をとるため、両者の界面では歪が小さくエネルギー障壁が小さくなる。これによつて、図 5 (b)に示すように、ポテンシャルエネルギーの変位が少ない。

[0051] 一方、比較例では、図 6 (a)のように透明電極が亜鉛系材料でない ITOであるため、界面にできた酸化膜 (ZnO)は、 ITOにとつて異なる結晶構造を持つことから、その界面におけるエネルギー障壁が大きくなる。したがって、図 6 (b)に示すように、ポテンシャルエネルギーの変位が界面で大きくなり、発光素子の発光効率が低下する。

[0052] 以上のように、発光層 3の n型半導体粒子 21として、 ZnS、 ZnSeなどの亜鉛系材料を用いる場合には、酸化亜鉛系材料からなる透明電極 2 (又は、背面電極 4)と組み合わせることにより、発光効率の良い面状発光装置を提供することができる。

[0053] なお、上記の例では、亜鉛を含む透明電極 2 (又は、背面電極 4)として、アルミユウムをドープした AZOとガリウムをドープした GZOとを例にあげて説明した力 S、アルミ二ゥム、ガリウム、チタン、ニオブ、タンタル、タングステン、銅、銀、ホウ素のうち少なくとも 1種類をドープした酸化亜鉛を用レ、ても同様である。

[0054] <製造方法〉

以下、実施の形態 1に係る面状発光装置 10の製造方法の一例を説明する。なお、前述の他の材料からなる発光層についても同様の製造方法が利用可能である。

(a)基板 1としてコーユング 1737を準備する。

(b)基板 1上に、平面状の背面電極 4を形成する。例えば A1を使用し、フォトリソダラフィ法によって形成する。膜厚は 200nmとする。

(c)背面電極 4上に、平面状の発光層 3を形成する。複数の蒸発源に ZnSと Cu Sの

2 粉体をそれぞれ投入し、真空中（10— ⁶Torr台）にて、各材料にエレクトロンビームを照射し、成膜する。このとき、基板温度は 200°Cとし、 ZnSと Cu Sを共蒸着する。

2

(d)成膜後、硫黄雰囲気中、 700°Cで約 1時間焼成して発光層 3を得る。この膜を X 線回折や SEMによって調べることによって、微小な ZnS結晶粒の多結晶体構造と、その粒界における、 Cu Sの偏析部とが観察される。詳細は明らかではないが、 ZnS と Cu Sとの相分離が生じ、前記偏析構造が形成されるものと考えられる。

(e)続いて、平面状の透明電極 2を、例えば ITOを使用して形成する。膜厚は 200η mとする。

(f)続いて、発光層 3及び透明電極 2上に、保護層（図では省略）として、例えば窒化シリコン等の透明絶縁体層を形成する。

以上の工程によって、本実施の形態 1の面状発光装置 10が得られる。

[0055] この実施の形態 1に係る面状発光装置 10は、透明電極 2と背面電極 4とを直流電源 5に接続して、その間に直流電圧を印加して発光評価を行なったところ、印加電圧 15Vで発光し始め、 35Vで約 600cd/m²の発光輝度を示した。

[0056] (実施の形態 2)

<面状発光装置の概略構成〉

図 8は、本発明の実施の形態 2に係る面状発光装置 10aの構成を示す概略斜視図である。図 9は、図 8の断面 Sの構成を示す概略断面図である。図 8は、この面状発光装置 10aの平面図である。この面状発光装置 10aは、実施の形態 1に係る面状発光装置と比較すると、第 1及び第 2の電極 2a、 2bが、互いに対向する 2枚の平行な仮想平面の上にそれぞれストライプ状に設けられていると共に、第 1の電極 2aと、第 1の電極 2aが設けられて!/、る仮想平面への第 2の電極 2bの射影とが互いに重ならな!/、ことを特徴としている。第 1の電極 2aと第 2の電極 2bとの間に挟まれる発光層の部分が電流密度の高い場所であり、この箇所力も発光が生じる。この面状発光装置 10aでは、上述のように、第 1の電極 2aと第 2の電極 2bとが互いにずらせて配置されているので、発光が生じる第 1の電極 2aと第 2の電極 2bとの間に挟まれる発光層からの発光の大部分が電極に遮蔽されることなく外部に取り出すことができる。

[0057] なお、この面状発光装置 10aにおいても、実施の形態 1と同様に、もう一つの特徴は、発光層 3が、 n型半導体物質 21よりなる多結晶体構造であって、この多結晶体構造の粒界 22に p型半導体物質 23が偏析した構造を有することである。

[0058] この面状発光装置 10aでは、上述のように、第 1及び第 2の電極 2a、 2bは、互いに対向する 2枚の平行な仮想平面の上にそれぞれストライプ状に設けられていると共に、第 1の電極 2aと、第 1の電極が設けられている仮想平面の第 2の電極 2bの射影とが互いに重ならな!/、ように設けられて!/、る。

[0059] 本発明者は、面状発光装置における電極位置に関する課題を見出し、上記のような電極配置を思い至ったものである。すなわち、実施の形態 1のような面状発光装置では、発光層の抵抗が低い。一方、発光面側に平面状の透明電極膜を使用した場合、透明電極の抵抗は比較的大きい。本発明者は、発光層の抵抗が低ぐ透明電極の抵抗が比較的大きいことに起因して、透明電極において端子からの距離に応じて電圧降下が発生し、例えば、図 7に模式的に示すように、平面内で発光ムラが発生するという課題があることを見出した。

[0060] 上記課題を解決する方法として、透明電極ではなぐ低抵抗の金属電極を用いることが考えられるが、その場合には発光面が確保できない。これに対しては、金属電極をストライプ状に設け、発光面とすることができる。このように平面状の電極ではなぐ複数のストライプ状の電極とすることで、平面内での電圧降下を防ぐと共に、ストライプ状の電極の間に発光層が露出するので、発光面とすることができる。 [0061] しかし、発光層 3は、上下の金属電極 2a、 2bに挟まれた箇所で発光するため、そのままでは得られた発光が金属電極に遮られ、発光を効率的に外部に取り出すことができない。そこで、本発明者は、さらに、第 1及び第 2の電極 2a、 2bを、互いに対向する 2枚の平行な仮想平面の上にそれぞれストライプ状に設けると共に、第 1の電極 2a と、第 1の電極 2aが設けられている仮想平面への第 2の電極 2bの射影とが互いに重ならないように設けるという本発明の構成を考え出したものである。上記構成とすることによって、第 1及び第 2の電極 2a、 2bの間に挟まれた発光層 3からの発光の大部分が少なくとも一方の電極に遮られることなく外部に取り出すことができるようにすることができる。

[0062] 本実施の形態 2の面状発光装置 10aでは、基板 1上に形成されたストライプ状の第

1の電極 2aと、第 1の電極 2aに平行になるように、かつ、基板から垂直に見た場合に第 1の電極 2aに重ならないように設けられたストライプ状の第 2の電極 2bと、第 2の電極 2bおよび第 1の電極 2a間に介在する発光層 3とを有する。ストライプ状の両電極 2 a, 2bは、金属の電極である。本実施形態の表示装置では、両電極 2a, 2b間に電圧を印加することにより、両電極 2a, 2b間の領域における発光層 3が発光する。これにより、電極に透明電極材料を使用する必要がないため、均一な平面発光を得ることができ、コストダウンが可能となる。また、表側、裏側両側から光を取り出すことが可能となる。

[0063] <製造方法〉

次に、本実施の形態 2の面状発光装置 10aの製造方法について、図 11 (a)〜図 1 l (i)を用いて説明する。

(a)まず、基板 1上に、モリブデン (Mo)、タングステン (W)またはチタン (Ti)などの金属膜を蒸着またはスパッタなどの方法にて成膜する（図 11 (a) )。

(b)次に、フォトリソグラフの手法を用いて、ストライプ状のパターンをレジストによって形成する（図 11 (b) )。

(c)次いで、エッチングを行い、金属膜をパターンユングして、第 1の電極 2aを形成する（図 l l (c) )。

(d)次に、第 1の電極 2a上のレジストの除去を行う（図 11 (d) )。 (e)次に、基板 1及び第 1の電極 2aの上に、発光層 3を形成する。複数の蒸発源に Z nSと Cu Sの粉体をそれぞれ投入し、真空中（10_⁶Torr台）にて、各材料にエレクト

2

ロンビームを照射し、成膜する。このとき、基板温度は 200°Cとし、 ZnSと Cu Sを共蒸

2 着する。

(f)成膜後、硫黄雰囲気中、 700°Cで約 1時間焼成して発光層 3を得る（図 l l (e) )。この膜を X線回折や SEMによって調べることによって、微小な ZnS結晶粒の多結晶体構造と、その粒界における、 Cu Sの偏析部とが観察される。詳細は明らかではないが、 ZnSと Cu Sとの相分離が生じ、前記偏析構造が形成されるものと考えられる。

(g)次に、発光層 3上に、モリブデン (Mo)、タングステン (W)またはチタン (Ti)などの金属を蒸着またはスパッタ法などの方法にて成膜する（図 11 (f ) )。

(h)次に、フォトリソグラフの手法を用いて、第 1の電極 2aと平行になるようにすると共に、基板面から見た場合に第 1の電極 2aと重ならないようなストライプ状のパターンをレジストにより形成する（図 11 (g) )。

(i)次に、エッチングを行って、金属膜をパターンユングし、ストライプ状の第 2の電極 2bを形成する（図 11 (h) )。

(j)次に、第 2の電極 2b上のレジストを除去して、実施の形態 2に係る面状発光装置 1 Oaを得ることができる（図 11 (i) )。

[0064] 本実施の形態 2では、第 1の電極 2a、第 2の電極 2bの材料に金属を用いている力導電性の材料であれば何でもよく ZnOなどの酸化物などでもよい。また、本実施の形態 2では、フォトリソグラフの手法を用いて電極のパターンユングを行っている力これに限定されることなぐストライプ状にパターンユングできる方法であれば用いることができる。例えば、印刷によるパターンユングなどのパターンユングの方法を用いてもよい。

[0065] (実施の形態 3)

図 12は、本発明の実施の形態 3に係る面状発光装置 10bの構成を示す断面図である。この面状発光装置 10bは、実施の形態 2に係る面状発光装置と比較すると、第 1の電極 2aが基板 1側に埋設されている点で相違する力 S、その他の特徴は実施の形態 2と同様である。 [0066] (実施の形態 4)

<面状発光装置の概略構成〉

実施の形態 4に係る面状発光装置は、互いに対向する 2枚の平行な仮想平面上にそれぞれ設けられた第 1及び第 2の電極と、第 1及び第 2の電極が対向する間に少なくとも一部が挟まれて設けられた誘電体層と、前記第 1及び第 2の電極とに電気的に接続され、発光面が露出している発光層とを備え、発光層は、第 1半導体物質よりなる多結晶体構造であって、前記多結晶体構造の粒界に前記第 1半導体物質とは異なる第 2半導体物質が偏析して V、ることを特徴とする。

[0067] 図 13は、本発明の実施の形態 4に係る面状発光装置 10cの構成を示す概略断面図である。本実施の形態 4に係る面状発光装置 10cは、基板 1上に形成された平面状の第 1の電極 2aと、第 1の電極 2a上に形成された誘電体層 4と誘電体層 4の上部に形成されたストライプ状の第 2の電極 2bと、誘電体層 4と同一面内において誘電体層間に埋め込まれた発光層 3とを有する。

ストライプ状の第 2の電極 2bは第 1の電極 2aが設けられている平面と平行な仮想平面上に設けられている。第 1の電極 2aと第 2の電極 2bは対向する部分を有している。すなわち、第 1の電極である平面電極 2aと、第 1の電極 2aが設けられている仮想平面への第 2の電極 2bの投影が重なる部分を有している。

誘電体層 4は第 1の電極 2aと第 2の電極 2bが対向する間に形成されている。発光層 3は第 1の電極 2aと第 2の電極 2bが対向していない部分に形成される。発光層 3と誘電体層 4は同一面内、すなわち同一層に形成される。なお、誘電体層 4は、第 1の電極 2aと第 2の電極 2bが対向する間に少なくとも一部が挟まれて設けられていればよい。

発光層 3は第 1の電極 2aと第 2の電極 2bとにそれぞれ電気的に接続されている。本実施の形態では、発光層 3がストライプ状の第 2の電極 2bの層まで突出しており、そこで互いに接触している。具体的には、ストライプ状の第 2の電極 2bの側面が発光層 3に接触している。ここで、ストライプ状の第 2の電極 2bの側面とは、ストライプ状の第 2の電極 2bの表面のうち、ストライプ状の第 2の電極 2bの側面が設けられている仮想平面に垂直な面のことである。このような構成により、発光層 3は露出している。本実施の形態 4の面状発光装置 10cでは、両電極 2a, 2b間に電圧を印加することにより、両電極 2a, 2b間の領域における発光層 3が発光する。発光層 3は第 2の電極 2bに遮られることなく露出しており、発光層 3からの発光を容易に外部に取り出すことができる。そして、電極に透明電極材料を使用する必要がないため、均一な平面発光を得ることができ、コストダウンが可能となる。

<製造方法〉

次に、本実施の形態 4の面状発光装置 10cの製造方法について、図 14 (a)〜図 1 4 (i)を用いて説明する。

(a)まず、基板 1上に、モリブデン (Mo)、タングステン (W)またはチタン (Ti)などの金属を蒸着またはスパッタなどの方法にて成膜し、さらに、蒸着した金属膜の上に誘電体膜を形成する（図 14 (a) )。

(b)次に、フォトリソグラフの手法を用いて、ストライプ状のパターンをレジストにより形成する（図 14 (b) )。

(c)次に、第 1の電極 2aの上までエッチングを行い、金属膜、誘電体膜をパターン二ングして、第 2の電極 2b、誘電体層 4を形成する（図 14 (c) )。

(d)次に、第 2の電極 2b上のレジストを除去する（図 14 (d) )。

(e)次に、開口部内の基板 1及び第 1の電極 2aの上に、発光層 3を形成する。複数の蒸発源に ZnSと Cu Sの粉体をそれぞれ投入し、真空中（10_⁶T_OTr台）にて、各材料

2

にエレクトロンビームを照射し、成膜する。このとき、基板温度は 200°Cとし、 ZnSと C u Sを共蒸着する。

2

(f)成膜後、硫黄雰囲気中、 700°Cで約 1時間焼成して発光層 3を得る（図 14 (e) )。この膜を X線回折や SEMによって調べることによって、微小な ZnS結晶粒の多結晶体構造と、その粒界における、 Cu Sの偏析部とが観察される。詳細は明らかではないが、 ZnSと Cu Sとの相分離が生じ、前記偏析構造が形成されるものと考えられる。

(g)次に、発光層 3、誘電体層 4の上に、モリブデン (Mo)、タングステン (W)またはチタン (Ti)などの金属を蒸着またはスパッタなどの方法にて成膜する（図 14 (f ) )。

(h)次に、フォトリソグラフの手法を用いて、金属膜上にストライプ状のパターンをレジストにより形成する（図 14 (g) )。 (i)次に、エッチングを行い、金属膜をパターンユングし誘電体膜 4上に第 2の電極 2 bを形成する（図 14 (h) )。

(j)次に、第 2の電極 2b上のレジストを除去して面状発光装置 10cを得ることができる (図 14 (i) )。

[0069] 本発明の実施の形態 4では、第 1の電極 2a、第 2の電極 2bの材料として金属を用いている力 S、導電性の材料であれば何でもよく ZnOなどの酸化物などでもよい。また、本実施形態では、フォトリソグラフの手法を用いてパターンユングを行っているが、ストライプ状にパターンユングができればよぐ印刷によるパターンユングなどのパターンユングの方法を用いてもよ!/、。

[0070] (実施の形態 5)

図 15は、実施の形態 5に係る面状発光装置 10dの構成を示す概略断面図である。この面状発光装置 10dは、実施の形態 4に係る面状発光装置とほぼ同様の構成を有する力発光層 3が第 1の電極 2aを貫いて設けられている点で相違する。この場合にも、発光層 3と第 2の電極 2bとが電極 2bの側面で接続されているので、発光層 3は第 2の電極 2bに遮られることなく露出しており、発光層 3からの発光を容易に外部に取り出すこと力 Sできる。

[0071] 図 16 (a)〜図 16 (i)は、実施の形態 5に係る面状発光装置 10dの製造方法の各ェ程を示す概略断面図である。この面状発光装置 10dの製造方法は、実施の形態 4に係る面状発光装置の製造方法と比較すると、図 16 (c)に示すように、ステップ (c)について、

(c)基板 1の上までエッチングを行い、第 1の電極 2a、金属膜、誘電体膜をパターンユングして、第 1の電極 2a、第 2の電極 2b、誘電体層 4を形成する（図 16 (c) )。

と置換される。

[0072] なお、本実施の形態 5のように、発光層 3を第 1の電極 2aを貫いて設けるか、実施の形態 4に示すように、発光層 3を第 1の電極 2aの上に設けるかは、材料の特性に応じて適宜選択すればよい。

[0073] (実施の形態 6)

図 17は、実施の形態 6に係る面状発光装置 10eの構成を示す概略断面図である。本発明の実施の形態 6に係る面状発光装置 10eは、実施の形態 1から 5に係る面状発光装置と比較すると、第 1及び第 2の電極が、基板上の同一面内に互いに離間して設けられている点で相違する。このように第 1及び第 2の電極 2a、 2bが基板上の同一面上に設けられ、発光層が両方の電極 2a、 2bの上に設けられているので、発光層 3の上面を全て発光面として露出させることができ、発光層 3からの発光を容易に外部に取り出すことができる。

[0074] (実施の形態 7)

<面状発光装置の概略構成〉

図 18は、本発明の実施の形態 7に係る面状発光装置 10の概略的な構成を示す概略斜視図である。図 19は、図 18の断面 Sの構成を示す概略断面図である。図 20は、この面状発光装置 10の平面図である。この面状発光装置 10は、基板 1と、基板 1 の上に設けられた平面状の背面電極 4と、背面電極 4と対向して設けられた平面状の透明電極 2と、背面電極 4と透明電極 2との間に挟まれて設けられた平面状の発光層 3とを備える。透明電極 2と背面電極 4とは直流電源 5を介して電気的に接続されている。この場合、負極側に接続された透明電極 2は、電子注入電極（第 2の電極）として機能し、正極側に接続された背面電極 4は、正孔注入電極（第 1の電極）として機能する。

[0075] この面状発光装置 10では、発光層 3は、図 21に示すように、 n型半導体粒子 21の集合体で構成され、該粒子間に p型半導体 23が偏析していることを特徴とする。なお、ここでは、図 21に示すように、基板 1の上に背面電極 4を設ける場合について説明する力これに限られず、例えば、図 22の別例の面状発光装置 10aに示すように、基板 1の上に透明電極 2を設け、その上に発光層 3、背面電極 4を順に積層する構成としてもよい。あるいは、図 23に示す別例の面状発光装置 10bでは、発光層 3が、 p型半導体 23の媒体の中に n型半導体粒子 21が分散して構成されたことを特徴とする。このように、 n型半導体粒子と p型半導体との界面を多く形成することによって、正孔の注入性が改善され、電子と正孔の再結合型発光が効率よく生じ、低電圧で高輝度発光する面状発光装置を実現することができる。さらに、 n型半導体粒子が p型半導体を介して電極と電気的に接続されている構成とすることによって、発光効率を向上させることができ、低電圧で発光が可能で、且つ、高輝度発光する面状発光装置が得られる。

[0076] さらに、この面状発光装置 10では、透明電極 2と背面電極 4とは直流電源 5を介して電気的に接続されている。直流電源 5から電力が供給されると、透明電極 2及び背面電極 4の間に電位差が生じ、発光層 3に電圧が印加される。そして、透明電極 2及び背面電極 4の間に配置されている発光層 3が発光し、その光が透明電極 2を透過して面状発光装置 10の外部に取り出される。

[0077] さらに、上述の構成に限られず、電極と発光層との間に電流制限を目的として薄い誘電体層を複数設ける、交流電源により駆動する、背面電極を透明にする、背面電極を黒色電極とする、面状発光装置 10の全部又は一部を封止する構造を更に備える、発光取出し方向の前方に発光層 3からの発光色を色変換する構造を更に備える等、適宜変更が可能である。例えば、青色発光層と、青色を緑色及び赤色に変換する色変換層とを組み合わせて白色の面状発光装置とすることもできる。

[0078] なお、本実施の形態 7に係る面状発光装置の各構成部材は、その特徴について説明するもの以外は、上記実施の形態 1に係る面状発光装置の各構成部材と実質的に同様のものを用いることができる。

[0079] <発光層〉

この発光層 3は、透明電極 2と背面電極 4との間に挟持され、次の 2つのうち、いずれかの構造を有する。

(i) n型半導体粒子の集合体であって、該粒子間に p型半導体 23が偏祈した構造（図 21)。なお、上記 n型半導体粒子 21の集合体は、それ自体で層を構成している。

(ii) p型半導体 23の媒体中に n型半導体粒子 21が分散した構造 (図 23)。更に、発光層 3を構成する各 n型半導体粒子 21が、 p型半導体 23を介して電極 2、 4と電気的に接合されて!/、ることが好ましレ、。

[0080] <発光体〉

n型半導体粒子 21の材料は、多数キャリアが電子であり n型伝導を示す n型半導体材料である。材料としては、第 12族—第 16族間化合物半導体であってもよい。また、第 13族第 15族間化合物半導体であってもよい。具体的には、光学バンドギャップが可視光の大きさを有する材料であって、例えば、 ZnS, ZnSe GaN InGaN, Al N GaAlN GaP CdSe CdTe SrS CaSを母体とし、母体のまま使用する力、、あるいは添加剤として、 Cu Ag Au Ir Al Ga In Mn Cl Br I Li Ce Pr N d Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho, Er Tm Yb力、らなる群より選択される 1又は複数種の原子もしくはイオンを添加剤として含んでいてもよい。これらの元素の種類によっても、発光層 3からの発光色が決定される。

[0081] 一方、 p型半導体 23の材料は、多数キャリアが正孔であり、 p型伝導を示す p型半導体材料である。この p型半導体材料としては、列えば'、 Cu S ZnS ZnSe ZnSS

2

e ZnSeTe ZnTeなどの化合物や、更に GaN, InGaN等の窒化物である。この p型半導体の材料のうち、 Cu Sなどは、本来的に p型伝導を示すが、その他の材料は添

2

加剤として窒素、 Ag Cu Inから一種以上選択される元素を添加して用いる。また、 p型伝導を示す CuGaS CuAlSなどのカルコパイライト型化合物を用いても良い。

2 2

[0082] 本実施の形態に係る面状発光装置 10の特徴は、発光層 3が、（i) n型半導体粒子 2 1の粒子間に p型半導体 23が偏析した構造（図 21)、（ii) p型半導体 23の媒体中に n 型半導体粒子 21が分散した構造（図 23)のいずれかの構造を有することである。図 2 0に示す従来例のように、半導体粒子 61と電気的に接合する媒体がインジウム錫酸化物 63の場合、電子が半導体粒子 61に到達して発光することが可能である力インジゥム錫酸化物の正孔濃度は小さいため、再結合するための正孔が不足する。従つて、電子と正孔の再結合による高輝度の発光は期待できない。そこで、本発明者は、特に高輝度で効率良ぐし力、も連続した発光を得るために、発光層 3において、電子の注入とともに正孔を効率良く注入することができる構造に着目した。上記構造を実現するためには、発光体粒子内部または界面に多くの正孔が到達すること、更に電子の注入電極に対向する電極からの正孔の注入が速やかに行われかつ発光体粒子あるいは界面に到達する必要がある。そこで、本発明者は鋭意研究の結果、発光層 3の構造として、上記 (i)、（ii)のうち、いずれかの構造とすることによって、 n型半導体粒子内部または界面電子の注入とともに正孔を効率良く注入することができることを見出した。すなわち、上記各構造の発光層 3によれば、電極から注入された電子は、 p型半導体 23を通して n型半導体粒子 21に到達し、一方、他方の電極から多くの正孔が発光体粒子に到達し、電子と正孔との再結合によって効率よく発光させることができる。これによつて、低電圧で高輝度発光する面状発光装置を実現することができ、本発明に至ったものである。また、ドナーあるいはァクセプターを導入することにより、自由電子とァクセプターに捕獲された正孔の再結合、自由正孔とドナーに捕獲された電子の再結合、ドナ一一ァクセプター対発光も同様に可能である。またさらに、他のイオン種が近傍にあることでエネルギー移動による発光も同様に可能である

〇

[0083] さらに、発光層 3の n型半導体粒子 21として ZnS等の亜鉛系材料を用いる場合には、透明電極 2と背面電極 4の少なくとも一方には、例えば、 ZnO、 AZO (酸化亜鉛に例えばアルミをドープしたもの）、 GZO (酸化亜鉛に、例えばガリウムをドープしたもの）等の亜鉛を含む金属酸化物からなる電極を用いることが好ましい。本発明者は、特定の n型半導体粒子 21と特定の透明電極 2 (又は背面電極 4)との組み合わせを採用することによって、高効率に発光させることができることを見出したものである。

[0084] すなわち、透明電極 2 (又は背面電極 4)における仕事関数について着目すると、 Z ηθの仕事関数は 5. 8eVであるのに対して、従来、透明電極として使われてきた ITO (酸化インジウムスズ)の仕事関数は 7. OeVである。一方、発光層 3の n型半導体粒子 21である亜鉛系材料の仕事関数は 5〜6eVであることから、 ITOに比べて ZnOの仕事関数は、亜鉛系材料の仕事関数により近いため、発光層 3への電子注入性が良いというメリットがある。これは、透明電極 2 (又は背面電極 4)として同様に亜鉛系材料である AZO、 GZOを用いた場合も同様である。

[0085] 図 24 (a)は、 ZnSからなる発光層 3と AZOからなる透明電極 2 (又は、背面電極 4) との界面付近の模式図である。図 24 (b)は、図 24 (a)のポテンシャルエネルギーの変位を説明する模式図である。また、図 25 (a)は、比較例として、 ZnS力なる発光層 3と ITOからなる透明電極との界面の模式図である。図 25 (b)は、図 25 (a)のポテンシャルエネルギーの変位を説明する模式図である。

[0086] 図 24 (a)に示すように、上記の好ましい例では、発光層 3を構成する n型半導体粒子 21が亜鉛系材料 (ZnS)であって、透明電極 2 (又は、背面電極 4)が酸化亜鉛系材料 (AZO)であることから、透明電極 2 (又は、背面電極 4)と発光層 3との界面にできる酸化物は、酸化亜鉛 (ZnO)となる。さらに、界面では成膜時にドーピング材料（ A1)が拡散し、低抵抗な酸化膜が形成される。また、上記の酸化亜鉛系 (AZO)の透明電極 2 (又は背面電極 4)は、六方晶の結晶構造をとるが、発光層 3を構成する n型半導体物質 21である亜鉛系材料 (ZnS)も六方晶または立方晶の結晶構造をとるため、両者の界面では歪が小さくエネルギー障壁が小さくなる。これによつて、図 24 (b )に示すように、ポテンシャルエネルギーの変位が少ない。

[0087] 一方、比較例では、図 25 (a)のように透明電極が亜鉛系材料でない ITOであるため、界面にできた酸化膜 (ZnO)は、 ITOにとつて異なる結晶構造を持つことから、その界面におけるエネルギー障壁が大きくなる。したがって、図 25 (b)に示すように、ポテンシャルエネルギーの変位が界面で大きくなり、発光素子の発光効率が低下する

〇

[0088] 以上のように、発光層 3の n型半導体粒子 21として、 ZnS、 ZnSeなどの亜鉛系材料を用いる場合には、酸化亜鉛系材料からなる透明電極 2 (又は、背面電極 4)と組み合わせることにより、発光効率の良い面状発光装置を提供することができる。

[0089] なお、上記の例では、亜鉛を含む透明電極 2 (又は、背面電極 4)として、アルミユウムをドープした AZOとガリウムをドープした GZOとを例にあげて説明した力アルミ二ゥム、ガリウム、チタン、ニオブ、タンタル、タングステン、銅、銀、ホウ素のうち少なくとも 1種類をドープした酸化亜鉛を用レ、ても同様である。

[0090] <製造方法〉

以下、実施の形態 7に係る面状発光装置 10の製造方法の一例を説明する。なお、前述の他の材料からなる発光層についても同様の製造方法が利用可能である。

(a)基板 1としてコーユング 1737を準備する。

2 粉体をそれぞれ投入し、真空中（10— ⁶Torr台）にて、各材料にエレクトロンビームを照射し、基板 1上に発光層 3として成膜する。このとき、基板温度は 200°Cとし、 ZnS と Cu Sを共蒸着する。 (d)発光層 3の成膜後、硫黄雰囲気中、 700°Cで約 1時間焼成する。この膜を X線回折や SEMによって調べることによって、微小な ZnS結晶粒の多結晶構造と Cu Sの

X

偏析部とが観察される。詳細は明らかではないが、 ZnSと Cu Sとの相分離が生じ、前記偏析構造が形成されたものと考えられる。

以上の工程によって、本実施の形態 7の面状発光装置 10が得られる。

[0091] この実施の形態 7に係る面状発光装置 10は、透明電極 2と背面電極 4とを直流電源 5に接続して、その間に直流電圧を印加して発光評価を行なったところ、印加電圧 15Vで発光し始め、 35Vで約 600cd/m²の発光輝度を示した。

[0092] (実施の形態 8)

<面状発光装置の概略構成〉

図 27は、本発明の実施の形態 8に係る面状発光装置 10cの構成を示す概略斜視図である。図 28は、図 27の断面 Sの構成を示す概略断面図である。図 29は、この面状発光装置 10cの平面図である。この面状発光装置 10cは、実施の形態 7に係る面状発光装置と比較すると、第 1及び第 2の電極 2a、 2bが、互いに対向する 2枚の平行な仮想平面の上にそれぞれストライプ状に設けられていると共に、第 1の電極 2aと、第 1の電極 2aが設けられている仮想平面への第 2の電極 2bの射影とが互いに重ならないことを特徴としている。第 1の電極 2aと第 2の電極 2bとの間に挟まれる発光層の部分が電流密度の高い場所であり、この箇所から発光が生じる。この面状発光装置 1 Ocでは、上述のように、第 1の電極 2aと第 2の電極 2bとが互いにずらせて配置されているので、発光が生じる第 1の電極 2aと第 2の電極 2bとの間に挟まれる発光層からの発光の大部分が電極に遮蔽されることなく外部に取り出すことができる。

[0093] なお、この面状発光装置 10cにおいても、実施の形態 7と同様に、もう一つの特徴は、発光層 3が、（i) n型半導体粒子 21の粒子間に p型半導体 23が偏析した構造（図 21)、（ii) p型半導体 23の媒体中に n型半導体粒子 21が分散した構造（図 23)のいずれかの構造を有することである。

[0094] この面状発光装置 10cでは、上述のように、第 1及び第 2の電極 2a、 2bは、互いに対向する 2枚の平行な仮想平面の上にそれぞれストライプ状に設けられていると共に、第 1の電極 2aと、第 1の電極 2aが設けられている仮想平面の第 2の電極 2bの射影とが互いに重ならな!/、ように設けられて!/、る。

[0095] 本発明者は、面状発光装置における電極位置に関する課題を見出し、上記のような電極配置を思い至ったものである。すなわち、実施の形態 7のような面状発光装置では、発光層の抵抗が低い。一方、発光面側に平面状の透明電極膜を使用した場合、透明電極の抵抗は比較的大きい。本発明者は、発光層の抵抗が低ぐ透明電極の抵抗が比較的大きいことに起因して、透明電極において端子からの距離に応じて電圧降下が発生し、例えば、図 26に模式的に示すように、平面内で発光ムラが発生するという課題があることを見出した。

[0096] 上記課題を解決する方法として、透明電極ではなぐ低抵抗の金属電極を用いることが考えられるが、その場合には発光面が確保できない。これに対しては、金属電極をストライプ状に設け、発光面とすることができる。このように平面状の電極ではなぐ複数のストライプ状の電極とすることで、平面内での電圧降下を防ぐと共に、ストライプ状の電極の間に発光層が露出するので、発光面とすることができる。

[0097] しかし、発光層 3は、上下の金属電極 2a、 2bに挟まれた箇所で発光するため、そのままでは得られた発光が金属電極に遮られ、発光を効率的に外部に取り出すことができない。そこで、本発明者は、さらに、第 1及び第 2の電極 2a、 2bを、互いに対向する 2枚の平行な仮想平面の上にそれぞれストライプ状に設けると共に、第 1の電極 2a と、第 1の電極 2aが設けられている仮想平面への第 2の電極 2bの射影とが互いに重ならないように設けるという本発明の構成を考え出したものである。上記構成とすることによって、第 1及び第 2の電極 2a、 2bの間に挟まれた発光層 3からの発光の大部分が少なくとも一方の電極に遮られることなく外部に取り出すことができるようにすることができる。

[0098] 本実施の形態 8の面状発光装置 10cでは、基板 1上に形成されたストライプ状の第 1の電極 2aと、第 1の電極 2aに平行になるように、かつ、基板から垂直に見た場合に第 1の電極 2aに重ならないように設けられたストライプ状の第 2の電極 2bと、第 2の電極 2bおよび第 1の電極 2a間に介在する発光層 3とを有する。ストライプ状の両電極 2 a, 2bは、金属の電極である。本実施形態の表示装置では、両電極 2a, 2b間に電圧を印加することにより、両電極 2a, 2b間の領域における発光層 3が発光する。これにより、電極に透明電極材料を使用する必要がないため、均一な平面発光を得ることができ、コストダウンが可能となる。また、表側、裏側両側から光を取り出すことが可能となる。

<製造方法〉

次に、本実施の形態 8の面状発光装置 10cの製造方法について、図 30 (a)〜図 3 0 (i)を用いて説明する。

(a)まず、基板 1上に、モリブデン (Mo)、タングステン (W)またはチタン (Ti)などの金属膜を蒸着またはスパッタなどの方法にて成膜する（図 30 (a) )。

(b)次に、フォトリソグラフの手法を用いて、ストライプ状のパターンをレジストによって形成する（図 30 (b) )。

(c)次いで、エッチングを行い、金属膜をパターンユングして、第 1の電極 2aを形成する（図 30 (c) )。

(d)次に、第 1の電極 2a上のレジストの除去を行う（図 30 (d) )。

(e)次に、基板 1及び第 1の電極 2aの上に、発光層 3を形成する。複数の蒸発源に Z nSと Cu Sの粉体をそれぞれ投入し、真空中（10_⁶Torr台）にて、各材料にエレクト

2

ロンビームを照射し、基板 1上に発光層 3として成膜する。このとき、基板温度は 200 °Cとし、 ZnSと Cu Sを共蒸着する。

2

(f)成膜後、硫黄雰囲気中、 700°Cで約 1時間焼成する。これによつて発光層 3が得られる（図 30 (e) )。なお、この膜を X線回折や SEMによって調べると、微小な ZnS結晶粒の多結晶構造と Cu Sの偏析部とが観察される。詳細は明らかではないが、 ZnS

X

と Cu Sとの相分離が生じ、前記偏析構造が形成されたものと考えられる。

(g)次に、発光層 3上に、モリブデン (Mo)、タングステン (W)またはチタン (Ti)などの金属を蒸着またはスパッタ法などの方法にて成膜する（図 30 (f) )。

(h)次に、フォトリソグラフの手法を用いて、第 1の電極 2aと平行になるようにすると共に、基板面から見た場合に第 1の電極 2aと重ならないようなストライプ状のパターンをレジストにより形成する（図 30 (g) )。

(i)次に、エッチングを行って、金属膜をパターンユングし、ストライプ状の第 2の電極 2bを形成する（図 30 (h) )。

(j)次に、第 2の電極 2b上のレジストを除去して、実施の形態 8に係る面状発光装置 1 Ocを得ることができる（図 30 (i) )。

[0100] 本実施の形態 8では、第 1の電極 2a、第 2の電極 2bの材料に金属を用いている力導電性の材料であれば何でもよく ZnOなどの酸化物などでもよい。また、本実施の形態 8では、フォトリソグラフの手法を用いて電極のパターンユングを行っている力これに限定されることなぐストライプ状にパターンユングできる方法であれば用いることができる。例えば、印刷によるパターンユングなどのパターンユングの方法を用いてもよい。

[0101] (実施の形態 9)

図 31は、本発明の実施の形態 9に係る面状発光装置 10dの構成を示す断面図である。この面状発光装置 10dは、実施の形態 8に係る面状発光装置と比較すると、第 1の電極 2aが基板 1側に埋設されている点で相違する力 S、その他の特徴は実施の形態 8と同様である。

[0102] (実施の形態 10)

<面状発光装置の概略構成〉

実施の形態 10に係る面状発光装置は、互いに対向する 2枚の平行な仮想平面上にそれぞれ設けられた第 1及び第 2の電極と、前記第 1及び第 2の電極が対向する間に少なくとも一部が挟まれて設けられた誘電体層と、前記第 1及び第 2の電極とに電気的に接続され、発光面が露出している発光層とを備え、前記発光層が、 p型半導体の媒体の中に n型半導体粒子が分散して構成されていることを特徴とする。

[0103] 図 32は、本発明の実施の形態 10に係る面状発光装置 10eの構成を示す概略断面図である。本実施の形態 10に係る面状発光装置 10eは、基板 1上に形成された平面状の第 1の電極 2aと、第 1の電極 2a上に形成された誘電体層 4と誘電体層 4の上部に形成されたストライプ状の第 2の電極 2bと、誘電体層 4と同一面内において誘電体層間に埋め込まれた発光層 3とを有する。

発光層 3は第 1の電極 2aと第 2の電極 2bとにそれぞれ電気的に接続されている。本実施の形態では、発光層 3がストライプ状の第 2の電極 2bの層まで突出しており、そこで互いに接触している。具体的には、ストライプ状の第 2の電極 2bの側面が発光層 3に接触している。ここで、ストライプ状の第 2の電極 2bの側面とは、ストライプ状の第 2の電極 2bの表面のうち、ストライプ状の第 2の電極 2bの側面が設けられている仮想平面に垂直な面のことである。このような構成により、発光層 3は露出している。

本実施の形態 10の面状発光装置では、両電極 2a, 2b間に電圧を印加することにより、両電極 2a, 2b間の領域における発光層 3が発光する。発光層 3は第 2の電極 2 bに遮られることなく露出しており、発光層 3からの発光を容易に外部に取り出すことができる。そして、電極に透明電極材料を使用する必要がないため、均一な平面発光を得ることができ、コストダウンが可能となる。

<製造方法〉

次に、本実施の形態 10の面状発光装置 10eの製造方法について、図 33 (a)〜図 33 (i)を用いて説明する。

(a)まず、基板 1上に、モリブデン (Mo)、タングステン (W)またはチタン (Ti)などの金属を蒸着またはスパッタなどの方法にて成膜し、さらに、蒸着した金属膜の上に誘電体膜を形成する（図 33 (a) )。

(b)次に、フォトリソグラフの手法を用いて、ストライプ状のパターンをレジストにより形成する（図 33 (b) )。

(c)次に、第 1の電極 2aの上までエッチングを行い、金属膜、誘電体膜をパターン二ングして、第 2の電極 2b、誘電体層 4を形成する（図 33 (c) )。

(d)次に、第 2の電極 2b上のレジストを除去する（図 33 (d) )。

2

にエレクトロンビームを照射し、基板 1上に発光層 3として成膜する。このとき、基板温度は 200°Cとし、 ZnSと Cu Sを共蒸着する。

2

(f)成膜後、硫黄雰囲気中、 700°Cで約 1時間焼成する。これによつて発光層 3が得られる（図 33 (e) )。なお、この膜を X線回折や SEMによって調べると、微小な ZnS結晶粒の多結晶構造と Cu Sの偏析部とが観察される。詳細は明らかではないが、 ZnS

X

(g)次に、発光層 3、誘電体層 4の上に、モリブデン (Mo)、タングステン (W)またはチタン (Ti)などの金属を蒸着またはスパッタなどの方法にて成膜する（図 33 (f) )。

(h)次に、フォトリソグラフの手法を用いて、金属膜上にストライプ状のパターンをレジストにより形成する（図 33 (g) )。

(i)次に、エッチングを行い、金属膜をパターンユングし誘電体膜 4上に第 2の電極 2 bを形成する（図 33 (h) )。

(j)次に、第 2の電極 2b上のレジストを除去して面状発光装置 10dを得ることができる (図 33 (i) )。

[0105] 本発明の実施の形態 10では、第 1の電極 2a、第 2の電極 2bの材料として金属を用いている力 S、導電性の材料であれば何でもよく ZnOなどの酸化物などでもよい。また、本実施形態では、フォトリソグラフの手法を用いてパターンユングを行っているが、ストライプ状にパターンユングができればよぐ印刷によるパターンユングなどのパターンユングの方法を用いてもよ!/、。

[0106] (実施の形態 11)

図 34は、実施の形態 11に係る面状発光装置 10fの構成を示す概略断面図である。この面状発光装置 10fは、実施の形態 10に係る面状発光装置とほぼ同様の構成を有する力発光層 3が第 1の電極 2aを貫いて設けられている点で相違する。この場合にも、発光層 3と第 2の電極 2bとが電極 2bの側面で接続されているので、発光層 3 は第 2の電極 2bに遮られることなく露出しており、発光層 3からの発光を容易に外部に取り出すことカできる。

[0107] 図 35 (a)〜図 35 (i)は、実施の形態 11に係る面状発光装置 10fの製造方法の各工程を示す概略断面図である。この面状発光装置 10fの製造方法は、実施の形態 4 に係る面状発光装置の製造方法と比較すると、図 35 (c)に示すように、ステップ (c) について、

(c)基板 1の上までエッチングを行い、第 1の電極 2a、金属膜、誘電体膜をパターンユングして、第 1の電極 2a、第 2の電極 2b、誘電体層 4を形成する（図 35 (c) )。と置換される。

[0108] なお、本実施の形態 11のように、発光層 3を第 1の電極 2aを貫いて設ける力、、実施の形態 4に示すように、発光層 3を第 1の電極 2aの上に設けるかは、材料の特性に応じて適宜選択すればよい。

[0109] (実施の形態 12)

図 36は、実施の形態 12に係る面状発光装置 10gの構成を示す概略断面図である。本発明の実施の形態 6に係る面状発光装置 10gは、実施の形態 7から 11に係る面状発光装置と比較すると、第 1及び第 2の電極が、基板上の同一面内に互いに離間して設けられている点で相違する。このように第 1及び第 2の電極 2a、 2bが基板上の同一面上に設けられ、発光層が両方の電極 2a、 2bの上に設けられているので、発光層 3の上面を全て発光面として露出させることができ、発光層 3からの発光を容易に外部に取り出すことができる。

産業上の利用可能性

[0110] 本発明に係る面状発光装置は、平面状の発光装置として有用であり、特に液晶表示装置等のバックライトとして有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 基板と、

前記基板上に設けた平面状の背面電極と、

前記背面電極と対向して設けられた平面状の透明電極と、

を備え、

前記発光層は、第 1半導体物質よりなる多結晶体構造であって、前記多結晶体構造の粒界に前記第 1半導体物質とは異なる第 2半導体物質が偏析していることを特徴とする面状発光装置。

[2] 互いに対向する 2枚の平行な仮想平面上にそれぞれ設けられた第 1及び第 2の電極と、

前記第 1及び第 2の電極の間に挟まれて設けられた発光層と

を備え、

[3] 基板と、

を備え、

[4] 互いに対向する 2枚の平行な仮想平面上にそれぞれ設けられた第 1及び第 2の電極と、前記第 1及び第 2の電極が対向する間に少なくとも一部が挟まれて設けられた誘電体層と、

[5] 前記第 1半導体物質と前記第 2半導体物質とは、互いに異なる伝導型の半導体構造を有することを特徴とする請求項 1から 4のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[6] 前記第 1半導体物質は n型半導体構造を有し、前記第 2半導体物質は p型半導体構造を有することを特徴とする請求項 1から 5のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[7] 前記第 1半導体物質及び前記第 2半導体物質は、それぞれ化合物半導体であることを特徴とする請求項 1から 6のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[8] 前記第 1半導体物質は、第 12族第 16族間化合物半導体であることを特徴とする請求項 1から 7のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[9] 前記第 1半導体物質は、立方晶構造を有することを特徴とする請求項 1から 8のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[10] 前記第 1半導体物質は、 Cu、 Ag、 Au、 Ir、 Al、 Ga、 In、 Mn、 Cl、 Br、 I、 Li、 Ce、

Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb力もなる群より選択される少なくとも一種の元素を含んでいることを特徴とする請求項 1から 9のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[11] 前記第 1半導体物質よりなる多結晶体構造の平均結晶粒子径は、 5〜500nmの範囲にあ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面状発光装置。

[12] 前記第 2半導体物質は、 ZnS、 ZnSe、 ZnSSe、 ZnSeTe、 ZnTe、 GaN、 InGaN の!/、ずれかであることを特徴とする請求項 1から 6の、ずれか一項に記載の面状発光装置。

[13] 前記第 1半導体物質が亜鉛を含む亜鉛系材料であって、前記電極のうち、少なくとも一方は、亜鉛を含む材料からなる、請求項 1から 11のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[14] 前記一方の電極を構成する前記亜鉛を含む材料は、酸化亜鉛を主体とし、アルミ二ゥム、ガリウム、チタン、ュォブ、タンタル、タングステン、銅、銀、ホウ素からなる群力も選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項 13に記載の面状発光装置。

[15] 基板と、

前記基板上に設けた平面状の背面電極と、

前記背面電極と対向して設けられた平面状の透明電極と、

を備え、

前記発光層が、 P型半導体と n型半導体とを有していることを特徴とする面状発光装置。

[16] 互いに対向する 2枚の平行な仮想平面上にそれぞれ設けられた第 1及び第 2の電極と、

前記第 1及び第 2の電極の間に挟まれて設けられた発光層と

を備え、

[17] 基板と、

を備え、

[18] 互いに対向する 2枚の平行な仮想平面上にそれぞれ設けられた第 1及び第 2の電極と、

[19] 前記発光層は、 p型半導体の媒体の中に n型半導体粒子が分散して構成されて!/、ることを特徴とする請求項 15から 18のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[20] 前記発光層は、 n型半導体粒子の集合体で構成され、該粒子間に p型半導体が偏析していることを特徴とする請求項 15から 18のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[21] 前記 n型半導体粒子は、前記 p型半導体を介して前記第 1及び第 2電極と電気的に接合されていることを特徴とする請求項 20に記載の面状発光装置。

[22] 前記 n型半導体及び前記 p型半導体は、それぞれ化合物半導体であることを特徴とする請求項 15から 21のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[23] 前記 n型半導体は、第 12族第 16族間化合物半導体であることを特徴とする請求項 15から 22のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[24] 前記 n型半導体は、第 13族第 15族間化合物半導体であることを特徴とする請求項 15から 22のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[25] 前記 n型半導体は、カルコパイライト型化合物半導体であることを特徴とする請求項

15から 22の!/、ずれか一項に記載の面状発光装置。

[26] 前記 n型半導体粒子は、 ZnS、 ZnSe、 ZnSSe、 ZnSeTe、 ZnTe、 GaN、 InGaN のいずれかであることを特徴とする請求項 15から 22のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[27] 前記 n型半導体が亜鉛を含む亜鉛系材料であって、

前記第 1の電極又は前記第 2の電極のうち、少なくとも一方の電極は、亜鉛を含む材料からなる、請求項 15から 26のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[28] 前記一方の電極を構成する前記亜鉛を含む材料は、酸化亜鉛を主体とし、アルミ二ゥム、ガリウム、チタン、ュォブ、タンタル、タングステン、銅、銀、ホウ素からなる群力選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項 27に記載の面状発光装置。

[29] 前記電極の少なくとも一方に面して支持する支持体基板をさらに備えることを特徴とする請求項 1から 28のいずれか一項に記載の面状発光装置。

[30] 前記電極に対向し、且つ、発光取出し方向前方に色変換層をさらに備えることを特徴とする請求項 1から 29のいずれか一項に記載の面状発光装置。