JP2002280185A - Thin film el element - Google Patents

Thin film el element

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JP2002280185A
JP2002280185A JP2001078334A JP2001078334A JP2002280185A JP 2002280185 A JP2002280185 A JP 2002280185A JP 2001078334 A JP2001078334 A JP 2001078334A JP 2001078334 A JP2001078334 A JP 2001078334A JP 2002280185 A JP2002280185 A JP 2002280185A
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thin film
film
thin
light emitting
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JP2001078334A
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Katsu Tanaka
克 田中
Shinji Okamoto
信治 岡本
Isao Tanaka
功 田中
Yoji Inoue
陽司 井上
Yoshitaka Izumi
佳孝 和泉
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Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide technology capable of enhancing luminescent efficiency of a thin film EL element. SOLUTION: In this thin EL element provided with a pair of a first electrode layer and a second electrode layer interposing a luminescent layer on an insulating base, a thin layer having a quantum size is provided between the luminescent layer and the first electrode layer and between the luminescent layer and the second electrode layer are provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜発光素子に関
し、特に、薄膜エレクトロルミネッセンス素子(以下、
薄膜EL素子と記す)の発光層界面の構造に適用して有
効な技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film light emitting device, and more particularly, to a thin film electroluminescence device (hereinafter, referred to as a thin film light emitting device).
(Referred to as a thin-film EL element) and a technology effective when applied to the structure of the light emitting layer interface.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜EL素子を発光素子として用いた従
来の表示装置は、フルカラー化実現のために、赤色、緑
色、青色の発光を示す各種薄膜EL素子の発光層材料の
開発が進められている。しかし、これら発光層材料のう
ち、特に青色については、現在までに実用に耐えるに十
分な発光効率を有する材料が得られていない。また、赤
色、緑色についても、更に高い発光効率の実現が強く望
まれている。
2. Description of the Related Art In a conventional display device using a thin-film EL element as a light-emitting element, light-emitting layer materials for various thin-film EL elements that emit red, green, and blue light have been developed in order to realize full color. I have. However, among these light-emitting layer materials, in particular, for blue, a material having sufficient luminous efficiency to withstand practical use has not been obtained so far. Also for red and green, it is strongly desired to realize higher luminous efficiency.

【0003】これら発光層材料の発光効率改善のため
に、従来から新規発光層材料の開発が盛んに行われてき
た。従来の主な発光層材料の発光効率については、例え
ばYoshimasa A.Ono著「Electro
luminescent Displays」(Wor
ld Scientific社1995年出版)の84
ページのTable13に開示されている。この文献に
よると、全ての発光層材料の中で最大の発光効率を有す
るのは、硫化亜鉛(ZnS)にマンガン(Mn)を付活
したZnS:Mn(硫化亜鉛:マンガン)を発光層とし
て有する黄橙色発光の薄膜EL素子である。なお、19
95年以降も現在までに幾つかの新規発光層材料が開発
されたが、ZnS:Mnを凌ぐ発光効率を有する発光層
材料は、未だに開発されていない。
In order to improve the luminous efficiency of these light emitting layer materials, new light emitting layer materials have been actively developed. Regarding the luminous efficiency of conventional main light emitting layer materials, see, for example, Yoshimasa A. Ono "Electro
luminescent displays "(Wor
ld Scientific, published in 1995) 84
It is disclosed in Table 13 of the page. According to this document, the material having the highest luminous efficiency among all the luminescent layer materials has ZnS: Mn (zinc sulfide: manganese) obtained by activating manganese (Mn) on zinc sulfide (ZnS) as a luminescent layer. It is a thin film EL element that emits yellow-orange light. Note that 19
Several new light emitting layer materials have been developed since 1995, but no light emitting layer material having a luminous efficiency exceeding ZnS: Mn has been developed yet.

【0004】図5はZnS:Mnを発光層とした従来の
2重絶縁構造の薄膜EL素子の基本構造を説明するため
の断面図であり、図6は図5に示す薄膜EL素子の印加
電圧V(V)−発光効率η(lm/W)、印加電圧V
(V)−輝度L(cd/m2)の発光特性例を示す図で
ある。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the basic structure of a conventional double-insulated thin film EL device using ZnS: Mn as a light emitting layer. FIG. 6 is a sectional view showing the applied voltage of the thin film EL device shown in FIG. V (V) -luminous efficiency η (lm / W), applied voltage V
It is a figure which shows the example of the light emission characteristic of (V)-brightness | luminance L (cd / m < 2 >).

【0005】図5から明らかなように、従来の薄膜EL
素子では、ガラス基板506の上面にITO(Indi
um Tin Oxide)の透明電極層505が形成
され、この透明電極層505の上面に窒化シリコン(S
34)の絶縁層504が形成される構造となってい
る。この絶縁層504の上面にはZnS:Mnの発光層
503が形成され、この発光層503を取り囲むように
して窒化シリコン(Si 34)の絶縁層502が形成さ
れ、この絶縁層502の上面にアルミニウム(Al)の
金属電極層501が形成され、薄膜EL素子が形成され
ている。
As is clear from FIG. 5, a conventional thin film EL
In the device, ITO (Indi) is formed on the upper surface of the glass substrate 506.
um Tin Oxide) transparent electrode layer 505 is formed.
Then, silicon nitride (S
iThreeNFour) Has a structure in which the insulating layer 504 is formed.
You. On the upper surface of the insulating layer 504, a light emitting layer of ZnS: Mn
503 is formed and surrounds the light emitting layer 503.
Silicon nitride (Si ThreeNFour) Is formed.
The upper surface of the insulating layer 502 is made of aluminum (Al).
A metal electrode layer 501 is formed, and a thin film EL element is formed.
ing.

【0006】この薄膜EL素子の駆動すなわち発光で
は、金属電極層501と透明電極層505との間に、駆
動回路507からの交流電圧あるいは両極性パルス電圧
を印加する構成となっていた。
In driving or light emission of the thin film EL element, an AC voltage or a bipolar pulse voltage from a drive circuit 507 is applied between the metal electrode layer 501 and the transparent electrode layer 505.

【0007】この場合の発光効率ηは、図6の測定値6
02から明らかなように、最大2〜4(lm/W)程度
である。また、輝度Lは測定値601から明らかなよう
に、1kHzの交流電圧で駆動した場合、最大2000
〜4000(cd/m2)程度である。
The luminous efficiency η in this case is the measured value 6 in FIG.
02, it is about 2 to 4 (lm / W) at the maximum. Further, as is apparent from the measured value 601, the luminance L is a maximum of 2000 when driven by an AC voltage of 1 kHz.
It is about 4000 (cd / m 2 ).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記従来
技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventor has found the following problems as a result of studying the prior art.

【0009】ZnS:Mnを発光層503に用いた薄膜
EL素子の発光機構については、既に詳しい解析がなさ
れている。例えば、S.Shionoya and
W.M.Yen編Phosphor handbook
(CRC Press 1999年出版)の135ペー
ジに開示されている。この文献によると、薄膜EL素子
の発光効率を示す発光中心の励起割合(励起確率ともい
う)Pは、下記の(1)式で与えられる。
The light emitting mechanism of a thin film EL device using ZnS: Mn for the light emitting layer 503 has been analyzed in detail. For example, Shionoya and
W. M. Hen Phosphor handbook
(CRC Press, 1999). According to this document, the excitation ratio P (also referred to as excitation probability) of the emission center, which indicates the luminous efficiency of the thin-film EL element, is given by the following equation (1).

【0010】[0010]

【数1】 ただし、σ(E)は、Mn2+イオンの励起断面積、f
(E)は電子のエネルギー分布関数、E0はしきい値エ
ネルギーである。
(Equation 1) Where σ (E) is the excitation cross section of Mn 2+ ion, f
(E) is the energy distribution function of the electrons, and E0 is the threshold energy.

【0011】図7はZnS:Mnについて求められたf
(E)とσ(E)との分布を示した図である。また、図
7には、参考のためにMn2+イオンのエネルギー準位も
併せて示す。
FIG. 7 shows the f obtained for ZnS: Mn.
It is a figure showing distribution of (E) and σ (E). FIG. 7 also shows the energy levels of Mn 2+ ions for reference.

【0012】この図7から、ZnS:Mnに印加された
電界の強度が、1×106(V/cm)から2×10
6(V/cm)へと2倍も増えたにも関わらず、f
(E)の分布のピーク値は、1.8eVから2.1eV
とわずかしか増えず、その結果(1)式で示される発光
効率Pも、大きな改善は生じない。また、実際にZn
S:Mnに印加される電界強度を、1×106(V/c
m)から2×106(V/cm)まで2倍に増やすため
には、薄膜EL素子の耐圧を大幅に向上させなければな
らない。この結果、従来のEL材料の中で、最も発光効
率の高いZnS:Mnにおいてさえ、従来の薄膜EL素
子の素子構造のままでは、薄膜EL素子の発光効率を改
善することは大変難しかった。
FIG. 7 shows that the intensity of the electric field applied to ZnS: Mn ranges from 1 × 10 6 (V / cm) to 2 × 10
Despite having doubled to 6 (V / cm), f
The peak value of the distribution (E) is from 1.8 eV to 2.1 eV.
, And as a result, the luminous efficiency P shown by the equation (1) does not greatly improve. In addition, Zn
S: The electric field intensity applied to Mn is 1 × 10 6 (V / c
m) to 2 × 10 6 (V / cm), the withstand voltage of the thin-film EL element must be significantly improved. As a result, it has been very difficult to improve the luminous efficiency of the thin-film EL element even with ZnS: Mn, which has the highest luminous efficiency among the conventional EL materials, without changing the element structure of the conventional thin-film EL element.

【0013】本発明の目的は、薄膜EL素子の発光効率
を向上させることが可能な技術を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the luminous efficiency of a thin film EL device.

【0014】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.

【0016】(1)絶縁基板上に発光層を介在した一対
の第1の電極層と第2の電極層とを備えてなる薄膜EL
素子において、前記発光層と前記第1の電極層及び前記
第2の電極層との間に量子サイズの薄膜層を備えた。
(1) A thin-film EL comprising a pair of a first electrode layer and a second electrode layer with a light-emitting layer interposed on an insulating substrate
In the device, a quantum-sized thin film layer is provided between the light emitting layer, the first electrode layer, and the second electrode layer.

【0017】(2)絶縁基板上に発光層を介在した一対
の第1の電極層と第2の電極層とを備えてなる薄膜EL
素子において、前記発光層と前記第1の電極層又は前記
第2の電極層との間に、量子サイズの粒径を有するポー
ラス状の薄膜層を備えた。
(2) A thin film EL comprising a pair of a first electrode layer and a second electrode layer with a light emitting layer interposed on an insulating substrate
In the device, a porous thin film layer having a quantum particle size is provided between the light emitting layer and the first electrode layer or the second electrode layer.

【0018】前述した手段によれば、絶縁基板上に発光
層を介在した一対の第1の電極層と第2の電極層とを備
えてなる薄膜EL素子において、前記発光層と前記第1
の電極層及び前記第2の電極層との間に量子サイズの薄
膜層すなわち量子サイズ効果が現れるサイズの薄膜層を
備えることによって、この量子サイズの薄膜層と発光層
とにおける電子のエネルギー分布f(E)のピークエネ
ルギー値を高エネルギー側に大きくずらすことができる
ので、(1)式で示された発光中心の励起確率Pが大幅
に向上させることができ、その結果として薄膜EL素子
の発光効率を改善することができる。
According to the above-described means, in a thin-film EL device comprising a pair of first and second electrode layers having a light-emitting layer interposed on an insulating substrate, the light-emitting layer and the first
Between the first electrode layer and the second electrode layer, a thin film layer having a quantum size, that is, a thin film layer having a size in which a quantum size effect appears, is provided. Since the peak energy value of (E) can be largely shifted to the high energy side, the excitation probability P of the emission center shown in the equation (1) can be greatly improved, and as a result, the light emission of the thin film EL element can be improved. Efficiency can be improved.

【0019】また、絶縁基板上に発光層を介在した一対
の第1の電極層と第2の電極層とを備えてなる薄膜発光
素子において、前記発光層と前記第1の電極層又は前記
第2の電極層との間に、量子サイズの粒径すなわち量子
サイズ効果が現れるサイズの粒径を有するポーラス状の
薄膜層を備えることによっても、電子の電子エネルギー
の分布f(E)のピークエネルギー値を、高エネルギー
側に大きくずらすことができるので、(1)式で示され
た発光中心の励起確率Pが大幅に向上し、薄膜EL素子
の発光効率を改善することができる。
In a thin film light emitting device comprising a pair of a first electrode layer and a second electrode layer having a light emitting layer interposed on an insulating substrate, the light emitting layer and the first electrode layer or the first By providing a porous thin film layer having a particle size of quantum size, that is, a particle size at which a quantum size effect appears, between the two electrode layers, the peak energy of the electron energy distribution f (E) of the electrons can be obtained. Since the value can be greatly shifted to the high energy side, the excitation probability P of the luminescence center shown in the equation (1) is greatly improved, and the luminous efficiency of the thin film EL device can be improved.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明について、発明の実
施の形態(実施例)とともに図面を参照して詳細に説明
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings together with embodiments (examples) of the present invention.

【0021】なお、発明の実施の形態を説明するための
全図において、同一機能を有するものは同一符号を付
け、その繰り返しの説明は省略する。
In all the drawings for describing the embodiments of the present invention, components having the same functions are denoted by the same reference numerals, and their repeated description will be omitted.

【0022】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1の薄膜エレクトロルミネッセンス素子(以下、薄膜
EL素子と記す)の概略構成を説明するための図であ
る。特に、図1の(a)は実施の形態1の薄膜発光素子
の基本構造を説明するための断面図であり、図1の
(b)は積層薄膜層の基本構造を説明するための図であ
る。ただし、以下の説明では、発光層103の材料とし
て、黄橙色発光が得られるZnS:Mnを用いた場合に
ついて説明するが、発光層103の材料としては多数挙
げられるが、硫化亜鉛にテルビウムを付活した緑色発光
が得られるZnS:Tbをはじめとして、ZnS:C
u、SrS:Cu、ZnS:Sm、CaS:Eu、Sr
S:Ce、SrGa24:Ce、CaGa24:Ce、
CaS:Pb、BaAl24:Eu等の他の発光色の材
料でもよいことはいうまでもない。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a thin-film electroluminescence element (hereinafter, referred to as a thin-film EL element) according to Embodiment 1 of the present invention. In particular, FIG. 1A is a cross-sectional view for explaining the basic structure of the thin-film light emitting device of Embodiment 1, and FIG. 1B is a diagram for explaining the basic structure of the laminated thin-film layer. is there. However, in the following description, a case will be described in which ZnS: Mn capable of emitting yellow-orange light is used as the material of the light-emitting layer 103. A large number of materials are used for the light-emitting layer 103, and terbium is added to zinc sulfide. In addition to ZnS: Tb, which provides active green light emission, ZnS: C
u, SrS: Cu, ZnS: Sm, CaS: Eu, Sr
S: Ce, SrGa 2 S 4 : Ce, CaGa 2 S 4 : Ce,
It goes without saying that other light emitting color materials such as CaS: Pb and BaAl 2 S 4 : Eu may be used.

【0023】図1において、101は金属電極層(第1
の電極層)、102は第1の絶縁層、103は発光層、
104は第2の絶縁層、105は透明電極層(第2の電
極層)、106はガラス基板、107は駆動回路、10
8a,108bは界面層、109は第1の薄膜層、11
0は第2の薄膜層を示す。
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a metal electrode layer (first
, 102 is a first insulating layer, 103 is a light emitting layer,
104 is a second insulating layer, 105 is a transparent electrode layer (second electrode layer), 106 is a glass substrate, 107 is a drive circuit, 10
8a and 108b are interface layers, 109 is a first thin film layer, 11
0 indicates a second thin film layer.

【0024】図1の(a)から明らかなように、実施の
形態1の薄膜EL素子は、絶縁基板となるガラス基板1
06上に形成される構造となっており、このガラス基板
106上にITOを堆積して作製した第2の電極層10
5が形成され、この第2の電極層105上にSi34
堆積して作製した第2の絶縁層104が形成されてい
る。第2の絶縁層104の上部には、量子サイズすなわ
ち量子サイズ効果が現れるサイズ(膜厚)である4nm
以下のSi34薄膜とZnS薄膜とを交互に堆積して作
製した界面層108bが形成されている。界面層108
bの上部には、ZnS:Mnを堆積して作製した発光層
103が形成され、この発光層103の上部に、量子サ
イズすなわち量子サイズ効果が現れる膜厚である4nm
以下のSi 34薄膜とZnS薄膜とを交互に堆積して作
製した界面層108aが形成されている。
As is apparent from FIG.
The thin-film EL element according to mode 1 is a glass substrate 1 serving as an insulating substrate.
06 on the glass substrate
Second electrode layer 10 formed by depositing ITO on 106
5 is formed on the second electrode layer 105.ThreeNFourTo
A second insulating layer 104 formed by deposition is formed.
You. On the upper part of the second insulating layer 104, a quantum size wire
4 nm, which is the size (film thickness) where the quantum size effect appears
The following SiThreeNFourIt is made by alternately depositing thin films and ZnS thin films.
The manufactured interface layer 108b is formed. Interface layer 108
a light emitting layer formed by depositing ZnS: Mn
103 is formed. On the light emitting layer 103, a quantum
4 nm, which is the film thickness at which the quantum size effect appears.
The following Si ThreeNFourIt is made by alternately depositing thin films and ZnS thin films.
The manufactured interface layer 108a is formed.

【0025】この界面層108aの上部には、Si34
を堆積して作製した第1の絶縁層102が形成され、特
に実施の形態1では、この第1の絶縁層102が界面層
108a,108b及び発光層103の側面部分を覆い
第2の絶縁層104に達するように形成されている。す
なわち、実施の形態1の薄膜EL素子では、第1の絶縁
層102と第2の絶縁層104とによって、界面層10
8a,108b及び発光層103を包み込む構造となっ
ている。
On top of this interface layer 108a, Si 3 N 4
Is formed. In particular, in the first embodiment, the first insulating layer 102 covers the side surfaces of the interface layers 108a and 108b and the light emitting layer 103, and the second insulating layer 102 is formed. It is formed so as to reach 104. That is, in the thin-film EL element of Embodiment 1, the first insulating layer 102 and the second insulating layer 104 form the interface layer 10
8a, 108b and the light emitting layer 103 are wrapped.

【0026】このように、実施の形態1の薄膜EL素子
では、発光層103のガラス基板106側の面に形成さ
れた界面層108bと、この発光層103のガラス基板
106側の面に対向する側の面に形成された界面層10
8aとによって、発光層103を挟み込む構造となって
いる。
As described above, in the thin-film EL device of the first embodiment, the interface layer 108b formed on the surface of the light emitting layer 103 on the glass substrate 106 side faces the surface of the light emitting layer 103 on the glass substrate 106 side. Interface layer 10 formed on the side surface
8a, the light emitting layer 103 is sandwiched therebetween.

【0027】なお、実施の形態1では、界面層108
a,108bとしてSi34とZnSとの積層膜の場合
について説明するが、これに限定されることはなく、具
体的な積層材料としては多数挙げられるが、例えば、T
25、SiO2、Al23、SrTiO3、AlTiO
3、Si、SrS、CaS、SrGa24、CaGa2
4、BaAl24等の各種絶縁層材料や半導体材料およ
びELの母体材料の組合せ等でもよいことはいうまでも
ない。
In the first embodiment, the interface layer 108
The case of a laminated film of Si 3 N 4 and ZnS will be described as “a” and “108b”. However, the present invention is not limited to this, and there are many specific laminated materials.
a 2 O 5 , SiO 2 , Al 2 O 3 , SrTiO 3 , AlTiO
3, Si, SrS, CaS, SrGa 2 S 4, CaGa 2 S
4. Needless to say, a combination of various insulating layer materials such as BaAl 2 S 4 , a semiconductor material, and a base material of EL may be used.

【0028】次に、前述した薄膜EL素子の成膜条件を
表1及び表2に示し、以下、実施の形態1の薄膜発光素
子である薄膜EL素子の製造方法の概略を説明する。
Next, the film forming conditions of the above-described thin film EL device are shown in Tables 1 and 2, and the outline of the method of manufacturing the thin film EL device which is the thin film light emitting device of the first embodiment will be described below.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】[0030]

【表2】 まず、絶縁基板であるガラス基板106の基板上に第2
の電極層105であるITO薄膜を形成する。このIT
O薄膜は真空蒸着あるいはスパッタリング法によって成
膜され、実施の形態1では、スパッタリング法により、
例えば200nm程度に形成される。
[Table 2] First, a second substrate is placed on a glass substrate 106 which is an insulating substrate.
The ITO thin film which is the electrode layer 105 is formed. This IT
The O thin film is formed by a vacuum evaporation or sputtering method. In the first embodiment, the O thin film is formed by a sputtering method.
For example, it is formed to have a thickness of about 200 nm.

【0031】次に、この第2の電極層105の上部に第
2の絶縁層104を形成する。この第2の絶縁層104
は、表1の絶縁層の項に示すように、高周波マグネトロ
ンスパッタ法で成膜された例えば膜厚が200nmの薄
膜である。第2の絶縁層104の成膜条件は、例えばS
34のターゲットをアルゴン(Ar)100パーセン
トのガスプラズマでのスパッタであり、この成膜条件に
よって、Si34の単一層膜を成膜し第2の絶縁層10
4としている。なお、第2の絶縁層104を成膜する際
の他のスパッタ条件は、表1に示すとおりである。
Next, a second insulating layer 104 is formed on the second electrode layer 105. This second insulating layer 104
Is a thin film having a thickness of, for example, 200 nm formed by a high-frequency magnetron sputtering method as shown in the section of the insulating layer in Table 1. The conditions for forming the second insulating layer 104 are, for example, S
The target of i 3 N 4 is sputtering with a gas plasma of 100% argon (Ar). Under this film forming condition, a single layer film of Si 3 N 4 is formed and the second insulating layer 10 is formed.
It is set to 4. Other sputtering conditions for forming the second insulating layer 104 are as shown in Table 1.

【0032】次に、この第2の絶縁層104の上部に界
面層108bを形成する。第2の絶縁層104と発光層
103との間に形成される界面層108bは、表1の発
光層界面の項に示すように、高周波マグネトロンスパッ
タ法で成膜される。
Next, an interface layer 108b is formed on the second insulating layer 104. The interface layer 108b formed between the second insulating layer 104 and the light emitting layer 103 is formed by a high-frequency magnetron sputtering method, as shown in the section of the light emitting layer interface in Table 1.

【0033】この界面層108a,108bは、例えば
厚さ1nmのSi34薄膜と厚さ4nmのZnS薄膜と
を交互に20回ずつ堆積させ、合計100nmからなる
積層薄膜により作製することができる。この場合、発光
層103と接することとなる層は、Si34薄膜または
ZnS薄膜のどちらかであるが、どちらが発光層103
に接した場合にも、その電子の加速性向上の効果に違い
は生じない。
The interface layers 108a and 108b can be made of, for example, a laminated thin film having a total thickness of 100 nm in which a 1 nm-thick Si 3 N 4 thin film and a 4 nm-thick ZnS thin film are alternately deposited 20 times. . In this case, the layer that comes into contact with the light emitting layer 103 is either the Si 3 N 4 thin film or the ZnS thin film,
Even when it comes into contact with, there is no difference in the effect of improving the electron acceleration.

【0034】また、この電子の加速性向上の生じる原因
は、積層膜よりなる界面層108a,108bを多数の
電子が通過する際、加速が不十分であった電子について
のみ選択的に界面層108a,108b内で再加速され
る現象が生じるため、電子分布全体のエネルギーが大き
く向上すると考えられる。
The cause of the improvement in the acceleration of electrons is that when a large number of electrons pass through the interface layers 108a and 108b made of a laminated film, only the electrons whose acceleration has been insufficient are selectively applied to the interface layer 108a. , 108b, it is considered that the energy of the entire electron distribution is greatly improved.

【0035】また、量子サイズの薄膜が一層からなる界
面層108a,108bであった場合にも、界面層10
8a,108bを挿入しないときに比べて電子加速性の
改善効果は見られるものの、10層以上の多層の積層膜
からなる界面層108a,108bを挿入することによ
って、電子加速性向上の効果を十分に発揮させることが
でき、電子ピークエネルギー値を大きく高エネルギー側
にシフトさせることができる。
Further, even when the interface layers 108a and 108b are composed of a single thin film of quantum size, the interface layer 10
Although the effect of improving the electron acceleration can be seen as compared with the case where 8a and 108b are not inserted, the effect of improving the electron acceleration can be sufficiently improved by inserting the interface layers 108a and 108b composed of a multilayer film having 10 or more layers. And the electron peak energy value can be largely shifted to a higher energy side.

【0036】この界面層108bの成膜条件は、例えば
ZnSとSi34とのターゲットを、アルゴン(Ar)
が95パーセント及び硫化水素(H2S)が5パーセン
トのガスプラズマでのスパッタであり、特にZnSとS
34とのターゲットがそれぞれ交互にスパッタされる
ようにシャッター制御を行うことで、図1の(b)に示
す4nm以下の量子サイズとなるZnS薄膜とSi34
薄膜とが交互に積層される多層薄膜である界面層108
bを成膜する。このように、シャッター制御を行い、ス
パッタするターゲットを順次切り替えることによって、
多層薄膜の成膜を容易としている。また、界面層108
bを成膜する際の他のスパッタ条件は、表1に示すとお
りである。
The conditions for forming the interface layer 108b include, for example, setting a target of ZnS and Si 3 N 4 to argon (Ar).
Was sputtered with a gas plasma of 95% and 5% hydrogen sulfide (H2S), especially ZnS and S
By controlling the shutter so that the target of i 3 N 4 is alternately sputtered, the ZnS thin film having a quantum size of 4 nm or less and Si 3 N 4 shown in FIG.
Interface layer 108 which is a multilayer thin film in which thin films are alternately stacked
b is formed. In this way, by performing shutter control and sequentially switching the target to be sputtered,
It facilitates the formation of a multilayer thin film. Also, the interface layer 108
Other sputtering conditions when forming b are as shown in Table 1.

【0037】次に、この界面層108bの上部の同一平
面内に発光層103を形成する。この発光層103は、
表2に示すように、多源蒸着法で成膜された例えば膜厚
が500nmの薄膜である。発光層103の成膜条件
は、例えばZnSとMnとをそれぞれ蒸着材とし、Zn
Sを920℃、Mnを680℃、基板温度を120℃に
それぞれヒーターの抵抗加熱又は電子ビーム照射等によ
って加熱して、界面層108bの上部の同一平面内に蒸
着させることによって、ZnS:Mn薄膜を成膜する。
Next, the light emitting layer 103 is formed on the same plane above the interface layer 108b. This light emitting layer 103
As shown in Table 2, it is a thin film having a thickness of, for example, 500 nm formed by a multi-source evaporation method. The film forming conditions of the light emitting layer 103 are as follows.
The ZnS: Mn thin film is formed by heating S at 920 ° C., Mn at 680 ° C., and the substrate temperature at 120 ° C. by resistance heating of a heater or electron beam irradiation, and vapor-depositing them on the same plane above the interface layer 108b. Is formed.

【0038】次に、この発光層103の上部の同一平面
内に界面層108aを形成する。発光層103と第1の
絶縁層102との間に形成される界面層108aは、前
述の界面層108bと同様に、表1の発光層界面の項に
示すように、高周波マグネトロンスパッタ法で成膜され
る。
Next, an interface layer 108a is formed in the same plane above the light emitting layer 103. The interface layer 108a formed between the light emitting layer 103 and the first insulating layer 102 is formed by a high-frequency magnetron sputtering method as shown in the section of the light emitting layer interface in Table 1, similarly to the above-described interface layer 108b. Filmed.

【0039】次に、この界面層108aの上部に第1の
絶縁層102を形成する。この第1の絶縁層102は、
前述の第2の絶縁層と同様に、表1の絶縁層の項に示す
ように、高周波マグネトロンスパッタ法で成膜される。
ただし、実施の形態1では、第1の絶縁層102は、こ
の第1の絶縁層102が界面層108a,108b及び
発光層103の側面部分を覆い、第2の絶縁層104に
達するように成膜する。
Next, the first insulating layer 102 is formed on the interface layer 108a. This first insulating layer 102
Similarly to the above-mentioned second insulating layer, as shown in the section of the insulating layer in Table 1, the film is formed by a high-frequency magnetron sputtering method.
However, in Embodiment 1, the first insulating layer 102 is formed such that the first insulating layer 102 covers the side surfaces of the interface layers 108a and 108b and the light emitting layer 103 and reaches the second insulating layer 104. Film.

【0040】次に、この第1の絶縁層102の上部に金
属電極層101を形成する。この金属電極層101は、
例えばアルミニウム(Al)を蒸着法やスパッタリング
法によって蒸着あるいは堆積させることによって成膜さ
れる。なお、実施の形態1の薄膜EL素子では、ガラス
基板106の側が発光の取り出し側となるので、この金
属電極層101は背面電極となる。
Next, a metal electrode layer 101 is formed on the first insulating layer 102. This metal electrode layer 101
For example, a film is formed by depositing or depositing aluminum (Al) by an evaporation method or a sputtering method. In the thin-film EL element according to the first embodiment, the side of the glass substrate 106 is a side from which light is emitted, so that the metal electrode layer 101 becomes a back electrode.

【0041】このように形成された薄膜EL素子では、
従来と同様に、交流電圧や両極性パルス電圧を発生する
所望の駆動回路107に金属電極層101と透明電極層
105とを接続し、金属電極層101と透明電極層10
5との間に所定の電圧を印加することによって、発光層
103が発光しその発光がガラス基板106側から放出
される。このとき、薄膜EL素子を、例えば、プラスチ
ック容器やガラス容器等に封入することによって、ガラ
ス基板106上に形成される各薄膜層を保護することが
できる。
In the thin-film EL device thus formed,
As before, the metal electrode layer 101 and the transparent electrode layer 105 are connected to a desired drive circuit 107 for generating an AC voltage or a bipolar pulse voltage, and the metal electrode layer 101 and the transparent electrode layer 10 are connected.
When a predetermined voltage is applied between the light emitting layer 5 and the light emitting layer 5, the light emitting layer 103 emits light, and the emitted light is emitted from the glass substrate 106 side. At this time, each thin film layer formed on the glass substrate 106 can be protected by enclosing the thin film EL element in, for example, a plastic container or a glass container.

【0042】ただし、ガラス基板106上に形成される
各薄膜層を保護する方法は、例えば、まず、薄膜EL素
子の形成後に、ガラス基板106上の下縁部に接続端子
部を設け、金属電極層101及び透明電極層105から
延設される電極層によって、接続端子部と金属電極層1
01及び透明電極層105とを接続する。なお、この接
続端子部は、例えばニッケルや金等の導電金属層を蒸着
法やスパッタ法等で形成した後に、フォトエッチング法
等によって導電金属層を分割することによって形成可能
である。
However, as a method of protecting each thin film layer formed on the glass substrate 106, for example, after a thin film EL element is formed, a connection terminal portion is provided on a lower edge portion on the glass substrate 106, and a metal electrode is formed. The connection terminal portion and the metal electrode layer 1 are formed by an electrode layer extending from the layer 101 and the transparent electrode layer 105.
01 and the transparent electrode layer 105 are connected. Note that this connection terminal portion can be formed by forming a conductive metal layer such as nickel or gold by an evaporation method, a sputtering method, or the like, and then dividing the conductive metal layer by a photoetching method or the like.

【0043】次に、薄膜EL素子が形成されたガラス基
板106の背面側すなわち薄膜EL素子の形成側に、例
えばガラス基板106と同じ第2のガラス板を固定する
ことによって、ガラス基板106上に形成された各薄膜
層はガラス基板106と第2のガラス板とによって形成
される空間での内側となるので、保護されることとな
る。なお、第2のガラス基板の固定は、例えば、ガラス
基板106の背面側の内側周囲に接着剤等を塗り、この
ガラス基板106と第2のガラス板とを接着することに
よって可能である。
Next, for example, the same second glass plate as the glass substrate 106 is fixed on the back side of the glass substrate 106 on which the thin film EL element is formed, that is, on the side on which the thin film EL element is formed. Since each of the formed thin film layers is inside the space formed by the glass substrate 106 and the second glass plate, it is protected. Note that the second glass substrate can be fixed, for example, by applying an adhesive or the like around the inside on the back side of the glass substrate 106 and bonding the glass substrate 106 and the second glass plate.

【0044】従って、例えば図1の(a)に示す実施の
形態1の薄膜EL素子を形成するガラス基板106の上
面に縦方向の複数本の透明電極層105を形成すると共
に、複数本の横方向の金属電極層101を形成し、金属
電極層101と透明電極層105とが交差する領域に発
光層103と界面層108a,108bとからなる薄膜
を形成することによって、単純マトリクス方式の薄膜E
L表示装置を作製することができる。
Therefore, for example, a plurality of vertical transparent electrode layers 105 are formed on the upper surface of the glass substrate 106 on which the thin film EL element of the first embodiment shown in FIG. Of the light emitting layer 103 and the interface layers 108a and 108b in a region where the metal electrode layer 101 and the transparent electrode layer 105 intersect with each other.
An L display device can be manufactured.

【0045】さらには、表示用データに基づいて、例え
ば図1の(a)に示す実施の形態1の薄膜EL素子に印
加する電力を制御するスイッチング素子であるTFTを
ガラス基板106に形成したいわゆるアクティブマトリ
クス方式の薄膜EL表示装置を作成してもよい。
Further, a so-called TFT, which is a switching element for controlling the power applied to the thin-film EL element of the first embodiment shown in FIG. An active matrix thin film EL display device may be manufactured.

【0046】図2は実施の形態1の薄膜EL素子におけ
る電子のエネルギーの分布を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing the energy distribution of electrons in the thin film EL device of the first embodiment.

【0047】図2は、図7と同様に、特に発光層103
に印加される電界強度を1×106(V/cm)、1.
3×106(V/cm)、1.6×106(V/cm)と
変化させた場合の電子エネルギーの分布を示した図であ
る。ただし、201は平均電界強度が1×106(V/
cm)のときの電子のエネルギー分布、202は平均電
界強度が1.3×106(V/cm)のときの電子のエ
ネルギー分布、203は平均電界強度が1.6×106
(V/cm)のときの電子のエネルギー分布を示す。
FIG. 2 shows, similarly to FIG.
1 × 10 6 (V / cm);
FIG. 3 is a diagram showing a distribution of electron energy when the electron energy is changed to 3 × 10 6 (V / cm) and 1.6 × 10 6 (V / cm). However, 201 has an average electric field intensity of 1 × 10 6 (V /
cm), 202 is the electron energy distribution when the average electric field strength is 1.3 × 10 6 (V / cm), 203 is the average electric field strength is 1.6 × 10 6
4 shows the energy distribution of electrons at (V / cm).

【0048】この図2から明らかなように、実施の形態
1の薄膜EL素子では、発光層103すなわち量子サイ
ズ(通常4nm以下)の薄膜層を多層に積層して形成し
た界面層108a,108bにおける平均電界強度が、
1×106(V/cm)から1.6×106(V/cm)
まで1.6倍しか増えていないのにもかかわらず、電子
のエネルギー分布f(E)のピーク値は2.5eVから
5.3eVと2.1倍も増えていることが分かる。
As is apparent from FIG. 2, in the thin-film EL device of the first embodiment, the light-emitting layer 103, ie, the interface layers 108a and 108b formed by laminating a plurality of thin layers having a quantum size (usually 4 nm or less) in multiple layers. The average electric field strength is
1 × 10 6 (V / cm) to 1.6 × 10 6 (V / cm)
It can be seen that the peak value of the energy distribution f (E) of the electrons has increased 2.1 times from 2.5 eV to 5.3 eV, although it has increased only 1.6 times.

【0049】これに対して、図7の(a)に示した従来
のZnS:Mnの薄膜EL素子では、電子のエネルギー
分布f(E)のピークエネルギー値は、電界の強度が1
×106(V/cm)から2×106(V/cm)と2倍
も増えたにも関わらず、1.8eVから2.1eVと、
わずか1.2倍程度しか増えていない。このように、実
施の形態1の薄膜EL素子では、発光層103の界面に
量子サイズの多層の積層薄膜すなわち界面層108a,
108bを形成することにより、電子のエネルギー分布
f(E)のピークエネルギー値を高エネルギー側に大き
くずらすことができる。その結果、(1)式で示された
発光中心の励起確率Pが大幅に向上させることができ、
薄膜EL素子の発光効率を改善することができる。
On the other hand, in the conventional ZnS: Mn thin-film EL element shown in FIG. 7A, the peak energy value of the electron energy distribution f (E) is 1
Despite the double increase from × 10 6 (V / cm) to 2 × 10 6 (V / cm), from 1.8 eV to 2.1 eV,
It has increased only about 1.2 times. As described above, in the thin-film EL device of the first embodiment, a quantum-sized multilayer thin film, that is, the interface layer 108a,
By forming 108b, the peak energy value of the electron energy distribution f (E) can be largely shifted to the higher energy side. As a result, the excitation probability P of the luminescence center represented by the equation (1) can be greatly improved,
The luminous efficiency of the thin film EL device can be improved.

【0050】図3は実施の形態1の薄膜EL素子の印加
電圧V(V)−発光効率η(lm/W)、印加電圧V
(V)−輝度L(cd/m2)の発光特性の測定結果を
示す図である。ただし、301は印加電圧V−輝度L特
性の測定値、302は印加電圧V−発光効率η特性の測
定値を示す。
FIG. 3 shows the relationship between the applied voltage V (V) -luminous efficiency η (lm / W) and the applied voltage V of the thin film EL device of the first embodiment.
It is a figure which shows the measurement result of the light emission characteristic of (V) -luminance L (cd / m < 2 >). Here, 301 indicates a measured value of the applied voltage V-luminance L characteristic, and 302 indicates a measured value of the applied voltage V-luminous efficiency η characteristic.

【0051】この図3から明らかなように、前述する構
造すなわちZnS:Mnの発光層103を界面層108
a,108bを挟み込むように形成した実施の形態1の
薄膜EL素子の輝度Lは、1kHzの交流電圧で駆動し
た場合の測定値301より最大2000〜5000(c
d/m2)程度であり、図6に示す従来の薄膜EL素子
と比較した場合でも輝度の低下は見られない。
As is apparent from FIG. 3, the light emitting layer 103 of the above-mentioned structure, that is, ZnS: Mn
The luminance L of the thin-film EL element according to the first embodiment formed so as to sandwich a and 108b is 2,000 to 5,000 (c max.) from the measured value 301 when driven by an AC voltage of 1 kHz.
d / m 2 ), and no decrease in luminance is observed even when compared with the conventional thin film EL device shown in FIG.

【0052】これに対して、実施の形態1の薄膜EL素
子の発光効率ηは、測定値301より最大4〜10(l
m/W)となる。すなわち、図6に示す従来の薄膜EL
素子の2〜4(lm/W)に比べて2倍以上発光効率が
高効率化したことが分かる。
On the other hand, the luminous efficiency η of the thin film EL device of the first embodiment is 4 to 10 (l
m / W). That is, the conventional thin film EL shown in FIG.
It can be seen that the luminous efficiency has been improved by a factor of 2 or more compared to 2 to 4 (lm / W) of the device.

【0053】従って、前述するように、実施の形態1の
薄膜EL素子を用いて薄膜EL表示装置を作製した場合
には、少ない消費電力で十分な発光量を得ることが可能
となる。少ない消費電力で十分な発光量を得ることがで
きることにより、耐圧を大幅に向上させる必要もなくな
るので、薄膜EL素子を微細化することが可能となり、
限られた領域により多くの薄膜EL素子を形成すること
ができる。その結果、実施の形態1の薄膜EL素子を用
いた表示装置を作成した場合には、限られた表示領域で
より精細な画像表示を行うことが可能となる。
Therefore, as described above, when a thin-film EL display device is manufactured using the thin-film EL device of Embodiment 1, it is possible to obtain a sufficient light emission amount with low power consumption. Since a sufficient light emission amount can be obtained with low power consumption, it is not necessary to greatly improve the withstand voltage, so that the thin film EL element can be miniaturized.
More thin film EL elements can be formed in a limited area. As a result, when a display device using the thin-film EL element according to the first embodiment is created, it is possible to display a finer image in a limited display area.

【0054】また、実施の形態1の薄膜EL素子を用い
て薄膜EL表示装置を作製した場合に、従来よりも表示
装置の単位表示面積当たりの消費電力が少なくて十分な
発光量を得ることができるので、大面積の表示装置を作
製した場合の消費電力についても従来よりも大幅に低く
抑えることができる。
When a thin-film EL display device is manufactured using the thin-film EL element of the first embodiment, it is possible to obtain a sufficient amount of light emission with less power consumption per unit display area of the display device than before. Accordingly, power consumption in the case where a large-area display device is manufactured can be significantly reduced as compared with the related art.

【0055】また、実施の形態1では、絶縁基板として
ガラス基板106を用いた場合について説明したが、絶
縁基板としてはセラミックス基板等を用いてもよいこと
はいうまでもない。例えば、図1のガラス基板106に
代えてセラミックス基板の上方(表面側)に金属電極を
設け、その上に表1,2に示す作製条件で絶縁層、界面
層、発光層、界面層、絶縁層となる各薄膜を順番に堆積
させた後に、透明電極ITOを真空蒸着もしくはスパッ
タリング法で堆積させた構造の薄膜EL素子を形成する
ことによって、前述した効果を得られる。
In the first embodiment, the case where the glass substrate 106 is used as the insulating substrate has been described, but it goes without saying that a ceramics substrate or the like may be used as the insulating substrate. For example, instead of the glass substrate 106 of FIG. 1, a metal electrode is provided above (on the front side of) a ceramic substrate, and an insulating layer, an interface layer, a light emitting layer, an interface layer, and an insulating layer are formed thereon under the manufacturing conditions shown in Tables 1 and 2. The above-described effects can be obtained by forming a thin-film EL element having a structure in which the transparent electrodes ITO are deposited by vacuum evaporation or sputtering after sequentially depositing the thin films to be layers.

【0056】また、実施の形態1では、絶縁層102,
104の絶縁材料としてSi34を使用した場合を述べ
たが、これに限定されることはなく、具体的な絶縁材料
としては多数挙げられるが、例えば、Ta25、SiO
2、Al23、SrTiO3、AlTiO3、Si34
からなる絶縁層薄膜、またはそれらの絶縁材料の組合せ
による堆積膜でもよいことはいうまでもない。
In the first embodiment, the insulating layer 102,
Although the case where Si 3 N 4 is used as the insulating material of 104 has been described, the present invention is not limited to this, and there are many specific insulating materials. For example, Ta 2 O 5 , SiO 2
Needless to say, an insulating layer thin film made of 2 , Al 2 O 3 , SrTiO 3 , AlTiO 3 , Si 3 N 4 or the like, or a deposited film made of a combination of these insulating materials may be used.

【0057】(実施の形態2)図4は本発明の実施の形
態2である薄膜EL素子の概略構成を説明するための図
である。ただし、以下の説明では、前述の実施の形態1
と同様に、発光層402の材料として、黄橙色発光が得
られるZnS:Mnを用いた場合について説明するが、
発光層402の材料としては多数挙げられるが、硫化亜
鉛にテルビウムを付活した緑色発光が得られるZnS:
Tbをはじめとして、ZnS:Cu、SrS:Cu、Z
nS:Sm、CaS:Eu、SrS:Ce、SrGa2
4:Ce、CaGa24:Ce、CaS:Pb、Ba
Al24:Eu等の他の発光色の材料でもよいことはい
うまでもない。
(Embodiment 2) FIG. 4 is a view for explaining a schematic configuration of a thin-film EL element according to Embodiment 2 of the present invention. However, in the following description, the first embodiment is described.
Similarly to the case described above, the case where ZnS: Mn that can emit yellow-orange light is used as the material of the light emitting layer 402 will be described.
As a material of the light emitting layer 402, there are many materials, and ZnS which can provide green light emission by activating terbium to zinc sulfide:
Tb, ZnS: Cu, SrS: Cu, Z
nS: Sm, CaS: Eu, SrS: Ce, SrGa 2
S 4 : Ce, CaGa 2 S 4 : Ce, CaS: Pb, Ba
It goes without saying that a material of another emission color such as Al 2 S 4 : Eu may be used.

【0058】図4において、401は透明電極層、40
2は発光層、403はポーラス状薄膜層、404はセラ
ミックス基板、405は金属電極層を示す。
In FIG. 4, reference numeral 401 denotes a transparent electrode layer;
2 denotes a light emitting layer, 403 denotes a porous thin film layer, 404 denotes a ceramic substrate, and 405 denotes a metal electrode layer.

【0059】図4から明らかなように、実施の形態2の
薄膜EL素子は、セラミックス基板404を用いた薄膜
EL素子であり、セラミックス基板404の背面側(裏
面側)すなわち発光層402からの照射光が照射される
側と対向する面側に、金属電極層405が形成される構
成となっている。
As is clear from FIG. 4, the thin-film EL device of the second embodiment is a thin-film EL device using a ceramic substrate 404, and is irradiated from the back side (back side) of the ceramic substrate 404, that is, from the light emitting layer 402. The structure is such that a metal electrode layer 405 is formed on a surface side opposite to a side irradiated with light.

【0060】一方、セラミックス基板404の表面側に
は、量子サイズすなわち量子サイズ効果が現れる大きさ
である4nm以下の粒径をもつポーラス状のセラミック
ス薄膜からなるポーラス状薄膜層403が形成されてい
る。このポーラス状薄膜層403の上部には、ZnS:
Mnを堆積して作製した発光層402が形成され、この
発光層402の上部にITOを堆積して作製した透明電
極層401が形成されている。
On the other hand, on the surface side of the ceramic substrate 404, a porous thin film layer 403 made of a porous ceramic thin film having a quantum size, that is, a particle size of 4 nm or less, at which the quantum size effect appears, is formed. . On top of the porous thin film layer 403, ZnS:
A light emitting layer 402 formed by depositing Mn is formed, and a transparent electrode layer 401 formed by depositing ITO is formed on the light emitting layer 402.

【0061】次に、実施の形態2の薄膜発光素子である
薄膜EL素子の製造方法の概略を説明する。
Next, an outline of a method for manufacturing a thin-film EL device which is a thin-film light-emitting device according to the second embodiment will be described.

【0062】まず、セラミックス基板404として、厚
さ0.1mmのチタン酸バリウム基板の背面にAl電極
を蒸着法により作製し、金属電極層405を形成する。
次に、フッ化水素HF(60wt%)とエチルアルコー
ルの配合比が1:1になるように混合した溶液に、セラ
ミックス基板を浸し、周知の陽極酸化の方法でタングス
テンランプを照射しながら電流密度が0から100mA
/cm2程度になるまで、除々に増加させる。このと
き、途中で、数回2mA/cm2程度まで電流密度を落
とした領域を形成し、深さ方向に粒径が変調されたポー
ラス状薄膜層403を形成する。このようにして、セラ
ミックス基板404の表面にナノ構造のポーラス状薄膜
層403を形成する。次に、このポーラス状薄膜層40
3が形成されたセラミックス基板404上に、実施の形
態1の表2で示したZnS:Mnの発光層402となる
薄膜を形成した後に、この発光層402の上にさらに透
明電極(ITO)層401をスパッタ法等により形成し
て、実施の形態2の薄膜EL素子が完成する。
First, as a ceramic substrate 404, an Al electrode is formed on the back surface of a barium titanate substrate having a thickness of 0.1 mm by a vapor deposition method, and a metal electrode layer 405 is formed.
Next, the ceramic substrate is immersed in a solution obtained by mixing hydrogen fluoride HF (60 wt%) and ethyl alcohol at a mixing ratio of 1: 1. Is 0 to 100 mA
/ Cm 2 . At this time, a region in which the current density is reduced to about 2 mA / cm 2 several times is formed on the way, and a porous thin film layer 403 whose grain size is modulated in the depth direction is formed. Thus, a porous thin film layer 403 having a nano structure is formed on the surface of the ceramic substrate 404. Next, the porous thin film layer 40
3 is formed on the ceramic substrate 404 on which the ZnS: Mn light emitting layer 402 shown in Table 2 of Embodiment 1 is formed, and then a transparent electrode (ITO) layer is further formed on the light emitting layer 402. 401 is formed by a sputtering method or the like, and the thin-film EL element of Embodiment 2 is completed.

【0063】このセラミックス基板を使用した薄膜EL
素子においても、セラミックス基板404と発光層40
2との界面に、量子サイズである4nm以下の粒径をポ
ーラス状薄膜層403を形成することによって、実施の
形態1に述べたのと同様に、発光層402及びポーラス
状薄膜層403における電子の電子エネルギーの分布f
(E)のピークエネルギー値を、高エネルギー側に大き
くずらすことができるので、前述の(1)式で示された
発光中心の励起確率Pが大幅に向上し、薄膜EL素子の
発光効率を改善することができる。
A thin film EL using this ceramic substrate
Also in the device, the ceramic substrate 404 and the light emitting layer 40
By forming the porous thin film layer 403 having a particle size of 4 nm or less, which is the quantum size, at the interface with the light emitting layer 2, electrons in the light emitting layer 402 and the porous thin film layer 403 are formed in the same manner as described in the first embodiment. Electron energy distribution f
Since the peak energy value of (E) can be largely shifted to the high energy side, the excitation probability P of the luminescence center shown in the above-mentioned equation (1) is greatly improved, and the luminous efficiency of the thin film EL device is improved. can do.

【0064】このように形成された薄膜EL素子では、
従来と同様に、交流電圧や両極性パルス電圧を発生する
所望の駆動回路107に透明電極層401と金属電極層
405とを接続し、透明電極層401と金属電極層40
5との間に所定の電圧を印加することによって、発光層
402が発光しその発光が透明電極層401側から放出
される。このとき、実施の形態1と同様に、例えば薄膜
EL素子をプラスチック容器やガラス容器等に封入する
ことによって、セラミックス基板404上に形成される
各薄膜層を保護することができる。
In the thin film EL device thus formed,
As in the conventional case, the transparent electrode layer 401 and the metal electrode layer 405 are connected to a desired drive circuit 107 for generating an AC voltage or a bipolar pulse voltage, and the transparent electrode layer 401 and the metal electrode layer 40 are connected.
When a predetermined voltage is applied between the light emitting layer 5 and the light emitting layer 5, the light emitting layer 402 emits light, and the emitted light is emitted from the transparent electrode layer 401 side. At this time, similarly to the first embodiment, for example, each thin film layer formed on the ceramic substrate 404 can be protected by enclosing the thin film EL element in a plastic container, a glass container, or the like.

【0065】従って、実施の形態1と同様に、実施の形
態2の薄膜EL素子を用いて薄膜EL表示装置を作製し
た場合にも、少ない消費電力で十分な発光量を得ること
が可能となる。少ない消費電力で十分な発光量を得るこ
とができることにより、薄膜EL素子の耐圧を大幅に向
上させる必要もなくなるので、薄膜EL素子を微細化す
ることが可能となり、限られた領域により多くの薄膜E
L素子を形成することができる。その結果、実施の形態
2の薄膜EL素子を用いた表示装置を作成した場合であ
っても、限られた表示領域でより精細な画像表示を行う
ことが可能となる。
Therefore, similarly to the first embodiment, even when a thin-film EL display device is manufactured using the thin-film EL element of the second embodiment, a sufficient amount of light can be obtained with low power consumption. . Since a sufficient amount of light emission can be obtained with low power consumption, it is not necessary to greatly improve the breakdown voltage of the thin film EL element. Therefore, the thin film EL element can be miniaturized, and more thin films can be formed in a limited area. E
An L element can be formed. As a result, even when a display device using the thin-film EL element according to the second embodiment is created, it is possible to display a finer image in a limited display area.

【0066】また、実施の形態2の薄膜EL素子を用い
て薄膜EL表示装置を作製した場合にも、従来よりも表
示装置の単位表示面積当たりの消費電力が少なくて十分
な発光量を得ることができるので、大面積の表示装置を
作製した場合の消費電力についても従来よりも大幅に低
く抑えることができる。
Also, when a thin-film EL display device is manufactured using the thin-film EL device of the second embodiment, it is possible to obtain a sufficient amount of light emission with less power consumption per unit display area of the display device than before. Therefore, the power consumption in the case where a large-area display device is manufactured can be significantly reduced as compared with the related art.

【0067】なお、実施の形態1,2では、薄膜発光素
子を構成する第1及び第2の電極層101,105、第
1及び第2の絶縁層102,104、発光層103の膜
厚を200nmとしたが、これに限定されることはな
く、他の膜厚でもよいことはいうまでもない。
In the first and second embodiments, the film thicknesses of the first and second electrode layers 101 and 105, the first and second insulating layers 102 and 104, and the light emitting layer 103 constituting the thin film light emitting device are changed. Although the thickness is 200 nm, it is not limited to this, and it goes without saying that another film thickness may be used.

【0068】また、実施の形態2では、セラミックス基
板404上に、ポーラス状薄膜層403を設けた場合に
ついて述べたが、ポーラス状薄膜層403の代わりに、
実施の形態1で述べた界面層108a,108bを設け
る場合の薄膜EL素子も本発明に含む。
In the second embodiment, the case where the porous thin film layer 403 is provided on the ceramic substrate 404 has been described, but instead of the porous thin film layer 403,
The present invention also includes the thin film EL element in the case where the interface layers 108a and 108b described in Embodiment 1 are provided.

【0069】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。
As described above, the invention made by the present inventor is:
Although the present invention has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the embodiments of the present invention, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. .

【0070】[0070]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。 (1)発光層の界面に量子サイズの多層の積層薄膜であ
る界面層を形成することにより、電子のエネルギー分布
f(E)のピークエネルギー値を高エネルギー側に大き
くずらすことができるので、発光中心の励起確率Pが大
幅に向上させることができ、薄膜EL素子の発光効率を
改善することができる。 (2)基板と発光層との界面に、量子サイズである4n
m以下の粒径のポーラス状薄膜層を形成することによっ
て、発光層における電子のエネルギー分布f(E)のピ
ークエネルギー値を、高エネルギー側に大きくずらすこ
とができるので、発光中心の励起確率Pが大幅に向上
し、薄膜EL素子の発光効率を改善することができる。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. (1) By forming an interface layer which is a multilayer thin film having a quantum size at the interface of the light emitting layer, the peak energy value of the electron energy distribution f (E) can be largely shifted to the high energy side. The center excitation probability P can be greatly improved, and the luminous efficiency of the thin-film EL element can be improved. (2) At the interface between the substrate and the light emitting layer, a quantum size of 4n
By forming a porous thin film layer having a particle diameter of not more than m, the peak energy value of the energy distribution f (E) of electrons in the light emitting layer can be largely shifted to the high energy side, so that the excitation probability P of the emission center can be increased. Can be greatly improved, and the luminous efficiency of the thin-film EL element can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1の薄膜発光素子である薄
膜エレクトロルミネッセンス素子の概略構成を説明する
ための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a thin-film electroluminescence device which is a thin-film light-emitting device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】実施の形態1の薄膜EL素子における電子のエ
ネルギーの分布を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing a distribution of electron energy in the thin-film EL element according to the first embodiment.

【図3】実施の形態1の薄膜EL素子の印加電圧V
(V)−発光効率η(lm/W)、印加電圧V(V)−
輝度L(cd/m2)の発光特性の測定結果を示す図で
ある。
FIG. 3 shows an applied voltage V of the thin-film EL element according to the first embodiment.
(V)-luminous efficiency η (lm / W), applied voltage V (V)-
It is a figure showing the measurement result of the luminescence characteristic of luminance L (cd / m 2 ).

【図4】本発明の実施の形態2の発光素子である薄膜E
L素子の概略構成を説明するための図である。
FIG. 4 is a thin film E which is a light emitting device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a schematic configuration of an L element.

【図5】ZnS:Mnを発光層とした従来の2重絶縁構
造の薄膜EL素子の基本構造を説明するための断面図で
ある。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a basic structure of a conventional thin film EL element having a double insulating structure using ZnS: Mn as a light emitting layer.

【図6】従来の薄膜EL素子の印加電圧V(V)−発光
効率η(lm/W)、印加電圧V(V)−輝度L(cd
/m2)の発光特性例を示す図である。
FIG. 6 shows applied voltage V (V) -luminous efficiency η (lm / W), applied voltage V (V) -luminance L (cd) of a conventional thin film EL element.
/ M 2 ) is a diagram showing an example of light emission characteristics.

【図7】従来の薄膜EL素子でのZnS:Mnについて
求められたf(E)とσ(E)の分布を示した図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing distributions of f (E) and σ (E) obtained for ZnS: Mn in a conventional thin film EL device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…金属電極層 102…第1の
絶縁層 103…発光層 104…第2の
絶縁層 105…透明電極層 106…ガラス
基板 107…駆動回路 108a,10
8b…界面層 109…第1の薄膜層 110…第2の
薄膜層 201…平均電界強度が1×106(V/cm)のとき
の電子のエネルギー分布 202…平均電界強度が1.3×106(V/cm)の
ときの電子のエネルギー分布 203…平均電界強度が1.6×106(V/cm)の
ときの電子のエネルギー分布 301…印加電圧V−輝度L特性の測定値 302…印加電圧V−発光効率η特性の測定値 401…透明電極層 402…発光層 403…ポーラス状薄膜層 404…セラミ
ックス基板 405…金属電極層 501…金属電
極層 502,504…絶縁層 503…発光層 505…透明電極層 506…ガラス
基板 507…駆動回路 601…印加電圧V−輝度L特性の測定値 602…印加電圧V−発光効率η特性の測定値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Metal electrode layer 102 ... 1st insulating layer 103 ... Light emitting layer 104 ... 2nd insulating layer 105 ... Transparent electrode layer 106 ... Glass substrate 107 ... Drive circuit 108a, 10
8b: Interface layer 109: First thin film layer 110: Second thin film layer 201: Energy distribution of electrons when the average electric field intensity is 1 × 10 6 (V / cm) 202: Average electric field intensity is 1.3 × Energy distribution of electrons at 10 6 (V / cm) 203: Energy distribution of electrons at an average electric field intensity of 1.6 × 10 6 (V / cm) 301—Measured value of applied voltage V-luminance L characteristic Reference numeral 302: applied voltage V-measured value of luminous efficiency η characteristic 401: transparent electrode layer 402: light emitting layer 403: porous thin film layer 404: ceramic substrate 405: metal electrode layer 501: metal electrode layer 502, 504: insulating layer 503 Light emitting layer 505 Transparent electrode layer 506 Glass substrate 507 Drive circuit 601 Measured value of applied voltage V-luminance L characteristic 602 Measured value of applied voltage V-luminance efficiency η characteristic

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 功 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 井上 陽司 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 和泉 佳孝 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 Fターム(参考) 3K007 AB03 CA01 CA02 CB01 DA05 DB02 DC02 EA03 EA04  ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Isao Tanaka 1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo Japan Broadcasting Corporation Research Institute (72) Inventor Yoji Inoue 1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo No. Japan Broadcasting Corporation Broadcasting Research Institute (72) Inventor Yoshitaka Izumi 1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo F-term in Japan Broadcasting Corporation Broadcasting Research Institute 3K007 AB03 CA01 CA02 CB01 DA05 DB02 DC02 EA03 EA04

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁基板上に発光層を介在した一対の第
1の電極層と第2の電極層とを備えてなる薄膜EL素子
において、前記発光層と前記第1の電極層及び前記第2
の電極層との間に量子サイズの薄膜層を備えたことを特
徴とする薄膜EL素子。
1. A thin film EL device comprising a pair of a first electrode layer and a second electrode layer having a light emitting layer interposed on an insulating substrate, wherein the light emitting layer, the first electrode layer and the first 2
A thin film layer having a quantum size between the first and second electrode layers.
【請求項2】 請求項1に記載の薄膜EL素子におい
て、前記量子サイズの薄膜層を2層以上積層したことを
特徴とする薄膜EL素子。
2. The thin-film EL device according to claim 1, wherein two or more quantum-sized thin-film layers are stacked.
【請求項3】 絶縁基板上に発光層を介在した一対の第
1の電極層と第2の電極層とを備えてなる薄膜EL素子
において、前記発光層と前記第1の電極層又は前記第2
の電極層との間に、量子サイズの粒径を有するポーラス
状の薄膜層を備えたことを特徴とする薄膜EL素子。
3. A thin film EL device comprising a pair of a first electrode layer and a second electrode layer having a light emitting layer interposed on an insulating substrate, wherein the light emitting layer and the first electrode layer or the first 2
Characterized in that a porous thin film layer having a quantum particle size is provided between the thin film EL element and the electrode layer.
【請求項4】 請求項1乃至3の内の何れか1項に記載
の薄膜EL素子において、前記量子サイズの薄膜層ある
いは前記量子サイズの粒径は、4nm以下であることを
特徴とする薄膜EL素子。
4. The thin-film EL device according to claim 1, wherein the quantum-size thin-film layer or the quantum-size thin film has a particle size of 4 nm or less. EL element.
【請求項5】 請求項1乃至4の内の何れか1項に記載
の薄膜EL素子において、前記量子サイズの薄膜層ある
いは前記ポーラス状の薄膜層と、前記第1の電極層及び
前記第2の電極層との間に、それぞれ絶縁層を形成した
ことを特徴とする薄膜EL素子。
5. The thin-film EL device according to claim 1, wherein the thin film layer having the quantum size or the porous thin film layer, the first electrode layer and the second thin film layer are formed. A thin-film EL element, wherein an insulating layer is formed between each of the electrode layers.
【請求項6】 請求項1乃至5の内の何れか1項に記載
の薄膜EL素子において、前記絶縁基板はセラミックス
基板であることを特徴とする薄膜EL素子。
6. The thin-film EL device according to claim 1, wherein the insulating substrate is a ceramic substrate.
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US7473942B2 (en) 2004-09-01 2009-01-06 Canon Kabushiki Kaisha Light-emitting device with at least one triple junction formed in a plane

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