JP3233086B2

JP3233086B2 - Ｅｌ素子

Info

Publication number: JP3233086B2
Application number: JP34823697A
Authority: JP
Inventors: 美香川北; 裕治木村; 有服部
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2001-11-26
Anticipated expiration: 2017-12-17
Also published as: JPH11185972A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば計器類の自
発光型のセグメント表示やマトリックス表示、あるいは
各種情報端末機器のディスプレイなどに使用されるＥＬ
（エレクトロルミネッセンス）素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＥＬ素子において、絶縁性基板で
あるガラス基板上に第１透明電極、第１絶縁層、発光
層、第２絶縁層、および第２透明電極を順次積層して、
透明ＥＬとしたものがある（例えば、実公平７−２４７
９９号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】透明電極は、アルミニ
ウムなどの金属電極に比べて比抵抗が大きいため、パネ
ルを大面積化した場合、電極取り出し部から遠くなるに
従って、配線抵抗が高くなり、電圧降下が生じる。その
結果、発光輝度の低下により、輝度ムラが発生する。

【０００４】この問題を解決するために、透明電極に金
属補助電極を配設した構成が提案されている。しかしな
がら、金属補助電極に用いられるアルミニウム、銅、銀
等の金属は、低抵抗であると同時に高反射率を有するの
で、例えば太陽光などの外光が直接パネルに当たった場
合、金属補助電極で外光が反射して画面全体が白っぽく
見えたり、パネル表面の反射率が増加してパネルに対向
する景色が写り込み、表示画面のコントラストが著しく
低下してしまうという問題を生じる。

【０００５】そこで、本発明者等は、透明電極の金属補
助電極を無くし、さらに配線抵抗が高くなるのを補うた
めに、第１、第２透明電極の膜厚を大きくして低抵抗化
を図ることを検討した。しかしながら、第１、第２透明
電極の膜厚を大きくした場合、第２透明電極において
は、破壊の形態が、１つの微小破壊にとどまらず連続し
て破壊が発生する伝搬型破壊になることが分かった。す
なわち、第２透明電極の膜厚を大きくすると、絶縁破壊
時に発生する熱により、絶縁層、発光層、電極が蒸発す
る際、第２透明電極が破壊端部に残存するため、破壊が
進行し、伝搬型破壊となる。従って、単純に第１、第２
透明電極の膜厚を大きくするだけでは、ディスプレイ素
子として問題が生じる。

【０００６】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、第１、第２透明電極を用いたＥＬ素子において、金
属補助電極無しでも大面積化が可能で、伝搬型の絶縁破
壊とならないようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記問題に
ついて鋭意検討し、透明電極の膜厚を大きくすると、絶
縁破壊時にその電極が破壊端部に残存するため、破壊が
進行し伝搬型破壊となるが、透明電極の膜厚が小さい
と、電極が蒸発し易くなり、かつ破壊端部より後退する
ため、破壊の伝搬経路が止まり、自己回復型破壊となる
という点に着目し、第１、第２透明電極のうち電極の長
い方を厚くしてこれを基板に近い側に設置し、膜厚の小
さい電極を基板より遠い側に設置することを着想した。

【０００８】このような着想を基になされた請求項１に
記載の発明は、基板（１）に近い側の第１透明電極
（２）の配線長さを、基板（１）から遠い側の第２透明
電極（６）の配線長さより長く形成し、かつ膜厚を大き
くしたことを特徴としている。このように基板（１）に
近い側の第１透明電極（２）の方を厚く形成することに
よって、第１透明電極（２）を長くしてもその配線抵抗
を小さくすることができ、また、絶縁破壊時に膜厚が大
きい第１透明電極（２）側の電極が破壊端部に残存し膜
厚が小さい第２透明電極（６）側は容易に蒸発し、後退
するため、自己回復型の破壊とすることができる。従っ
て、金属補助電極無しでも大面積化が可能で、伝搬型の
絶縁破壊とならないＥＬ素子とすることができる。

【０００９】この場合、請求項２に記載の発明のよう
に、第２透明電極（６）の膜厚を６５０ｎｍより小さく
すれば伝搬型の絶縁破壊が発生する確率を小さくするこ
とができる。特に、請求項３に記載の発明のように、第
２透明電極（６）の膜厚を４５０ｎｍ以下にすれば、伝
搬型の絶縁破壊が発生する確率を極めて小さくすること
ができる。

【００１０】また、請求項４に記載の発明においては、
第１透明電極（２）の表面粗さが、ＪＩＳＢ０６０１で
定義された算術平均粗さ（Ｒａ）において２５ｎｍ以下
になっていることを特徴としている。第１透明電極
（２）の膜厚を大きくすると、第１透明電極（２）の表
面の結晶粒が大きくなるため、第１透明電極（２）表面
の結晶粒による凹凸部分や第１透明電極（２）のパター
ンのエッジ部にて電界集中によるリーク電流が増大し絶
縁破壊の原因になるが、第１透明電極（２）の表面粗さ
を２５ｎｍ以下にすることにより、上記した第１透明電
極（２）表面の結晶粒による凹凸部分や第１透明電極
（２）のパターンのエッジ部での電界集中によるリーク
電流を低減し、絶縁破壊を低減することができる。

【００１１】なお、表面粗さとしては、ＪＩＳＢ０６０
１における算術平均粗さ（Ｒａ）で定義されたものを用
いている。すなわち、対象面に直角な平面で対象面を切
断したときに、その切り口に現れる輪郭から、所定の波
長より長い表面うねり成分を除去した曲線を粗さ曲線と
する。粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さｌだけ
抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にＸ軸を、
縦倍率の方向にＹ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で
表したときに、数式１によって求められる算術平均粗さ
を表面粗さ（Ｒａ）としている。

【００１２】

【数１】

【００１３】但し、ＪＩＳＢ０６０１においては、算術
平均粗さ（Ｒａ）をμｍで表しているが、上記した表面
粗さ（Ｒａ）においてはｎｍで表している。なお、上記
した表面粗さ（Ｒａ）の値は、ＡＦＭ（原子間力顕微
鏡）を用いた測定によって得ることができる。また、請
求項５に記載の発明においては、第１透明電極（２）を
走査電極とし、第２透明電極（６）を信号電極としてい
る。従って、マトリクス表示を行うものにおいて上記し
た各請求項の発明を適切に実施することができる。

【００１４】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１に本発明の一実施形態を示す薄
膜ＥＬ素子の断面構成を示す。この薄膜ＥＬ素子は、無
アルカリガラスからなる絶縁性基板１上に、前面電極と
して光学的に透明なＩＴＯからなる第１透明電極２、光
学的に透明なＴａＳｎＯ（タンタル錫酸化物）からなる
第１絶縁層３、Ｍｎ（マンガン）が添加されたＺｎＳ
（硫化亜鉛）からなる発光層４、光学的に透明なＳｉＯ
Ｎ（酸窒化シリコン）からなる第２絶縁層５、背面電極
として光学的に透明なＩＴＯからなる第２透明電極６を
順次積層して構成されている。

【００１６】この薄膜ＥＬ素子は、次のようにして製造
される。まず、無アルカリガラス基板１上にＩＴＯから
なる透明電極をスパッタ法により１μｍの厚さに形成す
る。この後、その膜をフォトリソグラフィ工程によって
所望の電極パターンに加工する。その際のエッチング液
としては、ＨＣＩ（塩酸）とＦｅＣｌ₃（塩化第二鉄）
を主成分とした溶液を用いる。次に、Ａｌ₂Ｏ₃を主成
分とした研磨砥粒を含む研磨液を用いて機械的研磨によ
り透明電極表面の凹凸、およびパターンエッジ部の突起
を除去する。このようにして膜厚が８００〜９５０ｎｍ
の第１透明電極２をガラス基板１上にパターニング形成
する。

【００１７】次に、第１透明電極２上に、ＴａＳｎＯか
らなる第１絶縁層３をスパッタ法により３００ｎｍの厚
さに形成する。この場合、ターゲットとしては、Ｔａ₂
Ｏ₅（酸化タンタル）にＳｎＯ₂（酸化錫）を添加した
混合焼結ターゲットを用いる。そして、第１絶縁層３上
に、ＺｎＳを母体材料とし、発光中心としてＭｎを添加
したＺｎＳ：Ｍｎ発光層４を蒸着法により９００ｎｍの
厚さに形成する。

【００１８】次に、発光層４上に、ＳｉＯＮからなる第
２絶縁層５を、Ｓｉ（シリコン）をターゲットとして、
Ｏ₂（酸素）とＮ₂（窒素）ガスを導入しながらスパッ
タ法により１５０ｎｍの厚さに形成する。そして、この
第２絶縁層５上にＩＴＯからなる第２透明電極６を２０
０ｎｍの厚さに形成する。

【００１９】このような構造からなる薄膜ＥＬ素子にお
いて、第１透明電極２と第２透明電極６の間に交流電圧
を印加すると、オレンジ色に発光する。図２乃至図７
に、第１透明電極２を走査電極とし、第２透明電極６を
信号電極（データ電極）として用いたＥＬ素子の配線関
係を模式的に示す。図２は第１透明電極を両側から、第
２透明電極を片側から取り出すようにした例を示し、図
３は図２に対し第１透明電極を左右に分割した例を示
す。また、図４は第１透明電極を左右から交互に、第２
透明電極を上下から交互に取り出すようにした例を示
し、図５は図４に対し第２透明電極を上下に分割した例
を示す。さらに、図６は第２透明電極を左右に分割した
例を示し、図７は第１透明電極を左右に分割し、第２透
明電極を上下に分割した例を示す。

【００２０】通常、マトリックス表示においては、周波
数を上げるため、走査電極は本数の少ない側の電極とし
ており、図２乃至図７に示すものにおいては、発光する
領域である有効表示部（最も外側にある走査電極と信号
電極のそれぞれによって囲まれた矩形領域）において、
配線長さの長い方の電極を走査電極である第１透明電極
とし、配線長さの短い方の電極を信号電極である第２透
明電極としている。

【００２１】このように走査電極を信号電極に比べて長
くすると、電圧降下によって輝度ムラが生じるが、走査
電極である第１透明電極２の膜厚を大きくすることによ
って電圧降下を小さくし、輝度ムラを低減することがで
きる。また、第２透明電極６を第１透明電極２より薄く
しているため、絶縁破壊時に伝搬型破壊でなく自己回復
型の破壊とすることができる。図８に、第２透明電極６
の膜厚と伝搬型破壊の発生確率の実験結果を示す。この
図より第２透明電極６の膜厚が６５０ｎｍ以上になる
と、伝搬型の破壊の発生確率が高くなることが分かる。
従って、第２透明電極６の膜厚は６５０ｎｍより小さい
のが好ましく、特に４５０ｎｍ以下にした場合には、伝
搬型の破壊の発生確率を０にすることができる。

【００２２】また、この種のＥＬ素子において、前面電
極と背面電極が交差した特定の画素において発光した光
は、前面電極方向に進むととともに背面電極方向にも進
み、背面電極方向に進んだ光が、発光層の凹凸及びそれ
以降に形成される各薄膜界面の凹凸により散乱されて隣
接する画素方向にも進み、隣接する非発光画素におい
て、あたかも発光しているかのように見える現象（ハロ
ー現象）が生じ、コントラストが低下するという問題が
生じる。

【００２３】このようなハロー現象に対し、第１透明電
極２の膜厚を大きくすることによって、ハロー現象を低
減し、コントラストを向上できることが分かった。図９
に、第１透明電極２の膜厚と隣接画素の輝度との関係を
示す。なお、隣接画素の輝度は、選択画素を発光させた
際に、光取り出し方向（図１中の白抜き矢印方向）から
見て、隣接する非選択画素の輝度を測定したものであ
る。図に示すように、第１透明電極２の膜厚を大きくす
るに従って隣接画素の輝度が低下している。これは、Ｉ
ＴＯからなる第１透明電極２が、その膜厚の増加に伴っ
て光の吸収量が増大するからである。人間は、１ｃｄ／
ｍ²以上の輝度を発光していると認識するので、図９に
示す結果から、第１透明電極２の膜厚を４００ｎｍより
大きくすることによって、ハロー現象を抑制しコントラ
ストを向上させることができる。

【００２４】また、上記したように第１透明電極２の膜
厚を大きくした場合、第１透明電極２の表面の結晶粒が
大きくなり、また第１透明電極２とガラス基板１との段
差が大きくなる。このため、第１透明電極２の表面の結
晶粒による凹凸部分や第１透明電極２のパターンのエッ
ジ部などの尖った部分において電界集中によるリーク電
流が増大し絶縁破壊の原因となる。また、第１透明電極
２の表面粗さが大きいと、第１透明電極２上に成膜する
第１絶縁層３の性能指数が低下し、絶縁破壊が多発する
可能性がある。

【００２５】このような問題に対し、第１透明電極２の
表面粗さを調整することによって、上記した絶縁破壊を
防止できることが分かった。すなわち、第１透明電極２
の表面粗さと第１絶縁層３の性能指数との関係を調べた
結果、図１０に示すように、第１透明電極２の表面粗さ
を２５ｎｍ以下にした場合、第１透明電極２上の第１絶
縁層３の性能指数を飛躍的に向上させ、さらに第１透明
電極２の表面の結晶粒による凹凸部分や第１透明電極２
のパターンのエッジ部でのリーク電流を低減でき、絶縁
破壊を防止できることが分かった。

【００２６】なお、性能指数とは、絶縁層の比誘電率×
絶縁耐圧で定義されるもので、絶縁耐圧は単位厚さあた
りの破壊電圧のことを意味する。つまり、同一材料、同
一膜厚の絶縁層の場合、性能指数が低いということは、
絶縁破壊が低電圧でも発生することである。また、第１
透明電極２の表面粗さは、数式１によって求められる算
術平均粗さ（Ｒａ）であって、その値は、ＡＦＭ（原子
間力顕微鏡）を用いて測定することができる。

【００２７】上記した表面粗さが２５ｎｍ以下である平
坦面は、機械的もしくは化学的に研磨を行うことによっ
て得られる。すなわち、エッチングした後のＩＴＯ電極
の表面およびパターンエッジに機械的あるいは化学的な
研磨を行い、表面を滑らかにすることによって、第１透
明電極２の表面粗さを２５ｎｍ以下にすることができ
る。

【００２８】なお、上記した実施形態においては、第
１、第２透明電極２、６をＩＴＯを用いて構成するもの
を示したが、ＳｎＯ₂（酸化スズ）、ＺｎＯ（酸化亜
鉛）を用いてもよく、その他の透明導電膜を用いてもよ
い。また、ガラス基板１上に成膜する各層２〜６として
は、図１に示すものに限らず、いずれかの層が複数層で
構成されていたり、あるいは他の層が付加された構成に
なっていてもよい。

【００２９】また、本発明は、上記したドットマトリッ
クスタイプのＥＬ素子に限らず、セグメントタイプや、
パターンの無い面発光タイプのＥＬ素子にも同様に適用
することができる。また、ＥＬ素子としては、薄膜ＥＬ
素子に限らず、分散型のＥＬ素子にも同様に適用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すＥＬ素子の断面構成
を示す図である。

【図２】ＥＬ素子における走査電極と信号電極の第１の
配線例を示す図である。

【図３】ＥＬ素子における走査電極と信号電極の第２の
配線例を示す図である。

【図４】ＥＬ素子における走査電極と信号電極の第３の
配線例を示す図である。

【図５】ＥＬ素子における走査電極と信号電極の第４の
配線例を示す図である。

【図６】ＥＬ素子における走査電極と信号電極の第５の
配線例を示す図である。

【図７】ＥＬ素子における走査電極と信号電極の第６の
配線例を示す図である。

【図８】第２透明電極の膜厚と伝搬型破壊の発生確率と
の関係を示す図である。

【図９】第１透明電極２の膜厚と隣接画素の輝度との関
係を示す図である。

【図１０】第１透明電極２の表面粗さと第１絶縁層３の
性能指数との関係を示す図である。

【符号の説明】

１…ガラス基板、２…第１透明電極、３…第１絶縁層、
４…発光層、５…第２絶縁層、６…第２透明電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−272858（ＪＰ，Ａ) 特開平６−52990（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−996（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−77085（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 33/00 - 33/28 G09F 9/30 - 9/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板（１）の上に第１透明電極（２）が
形成され、この第１透明電極（２）の上に第２透明電極
（６）が形成され、前記第１透明電極（２）と前記第２
透明電極（６）の間に絶縁体（３、５）および発光部材
（４）が設けられてなるＥＬ素子において、前記第１透明電極（２）の配線長さを前記第２透明電極
（６）の配線長さより長く形成し、かつ膜厚を大きくし
たことを特徴とするＥＬ素子。
【請求項２】前記第２透明電極（６）の膜厚が、６５
０ｎｍより小さくなっていることを特徴とする請求項１
に記載のＥＬ素子。
【請求項３】前記第２透明電極（６）の膜厚が、４５
０ｎｍ以下になっていることを特徴とする請求項２に記
載のＥＬ素子。
【請求項４】前記第１透明電極（２）の表面粗さが、
ＪＩＳＢ０６０１で定義された算術平均粗さ（Ｒａ）に
おいて２５ｎｍ以下になっていることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれか１つに記載のＥＬ素子。
【請求項５】前記第１透明電極（２）は走査電極であ
り、前記第２透明電極（６）は信号電極であることを特
徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載のＥＬ素
子。