JP4928329B2 - 薄膜型無機el素子 - Google Patents
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Description
図3は、従来の薄膜型無機EL素子の代表的な構成の要部を示す斜視図である。EL素子10は、二重絶縁型の薄膜型無機EL素子であり、電気絶縁性を有する透明基板11上に、下部透明電極層12、下部絶縁体層13、発光体層14、上部絶縁体層15、及び上部電極層16がこの順に積層されたものである(特許文献1の図3を参照)。
[1] 上部電極層及び下部電極層とそれら電極層の間に位置する発光体層とを含んでなる薄膜型無機EL素子であって、発光体層は、無機組成物を蒸着源とする蒸着工程と、Ir元素を含む組成物を蒸着源とする蒸着工程との少なくとも二つの蒸着工程により形成されることを特徴とする、薄膜型無機EL素子。
[3] 前記発光体層のPL強度が、前記無機組成物からなる蒸着源のみを蒸着して得られる発光体層のPL強度に比べて、10%以上向上していることを特徴とする[1]又は[2]に記載の薄膜型無機EL素子。
[5] 発光体層がその発光体層を蒸着後に熱処理することにより得られる、[1]〜[4]のいずれかに記載の薄膜型無機EL素子。
[7] 上部電極層と発光体層との間及び下部電極層と発光体層との間の内の少なくとも一方に正孔輸送層及び電子輸送層の少なくともいずれか一方を含んでなる[1]〜[5]のいずれかに記載の薄膜型無機EL素子。
[10] [8]又は[9]に記載の方法により製造される薄膜型無機EL素子。
本発明の薄膜型無機EL素子の発光体層中に添加されたIr元素がどのようなメカニズムにより発光輝度を向上させるかは明らかではない。しかし、本発明者らは、各種元素を発光体層に添加する蒸着実験において、微量のIr元素が他の発光中心による発光輝度を著しく向上させる効果を持つ事実を発見したものである。前記発光体層中のIr元素の濃度は0.003〜5重量%であることが好ましい。添加量が少ないと効果が現れにくく、また、添加量が多すぎると金属Irの析出による透過率の低下が生じる。添加量は0.05〜3重量%がより好ましく、0.1〜1重量%がさらに好ましい。
なお、膜厚の決定は、予め蒸着物質(IrCl3、ZnS)を電子線蒸着したときの水晶振動式膜厚モニター(株式会社アルバック製:CRTM−9000)の読み取り値と、得られた薄膜の断面のSEM写真による実際の膜厚測定の結果から、膜厚モニターの読み取り値をキャリブレーションして行った。
また蒸着物質の付着量は膜厚モニターにより求められる膜厚とIr及びZnSの比重から求めた。
以下の例において、トッキ株式会社製、CME−60を使用して電子線蒸着を行った。
図1は、本発明の実施例1による発光体層のPL測定用サンプルの断面模式図である。このサンプルは、無アルカリガラス基板1と、基板1上にスパッタリング法により成膜された膜厚500nmのITO層2と、前記ITO上に電子線蒸着法により成膜された発光体層3とにより構成されている。発光体層3は、無機組成物層3aと3cとの間にIr元素を含む組成物層3bを挟んだ構造である。無機組成物層3aと3cは、0.5重量%のMnを添加したZnS粉末を焼結したペレットを蒸着源として、電子線蒸着法により成膜される。蒸着時の真空度は5×10−4Pa以下、基板温度は200℃、蒸着速度は20Å/秒に設定している。ZnS:Mnペレットの焼結条件は、Arガス雰囲気中で、900℃、30MPa、1時間である。Ir元素を含む組成物層3bは、IrCl3粉末を焼結したペレットを蒸着源とし、電子線蒸着法により成膜される。IrCl3ペレットの焼結条件は、Arガス雰囲気中で、700℃、30MPa、30分である。IrCl3ペレットの蒸着前に、ZnS:Mn蒸着源の蒸着を一旦停止し、IrCl3ペレットの蒸着を実施した後、ZnS:Mn蒸着源の蒸着を再開する。発光体層3の膜厚は計600nm程度であり、発光体層3aが約300nm、発光体層3cが約300nm、Ir組成物層3bの厚みは、発光体層3中にIr元素が0.3重量%含まれるような膜厚に調節している。成膜後の発光体層3には、電気炉で熱処理が施され、発光中心元素であるMnの活性化とIr元素の熱拡散が行われる。熱処理条件は、N2ガス雰囲気中で、550℃、1時間である。
Ir元素の添加量を0.5重量%とする以外は、実施例1と同様にして、PL測定用サンプルを得た。
Ir元素の添加量を1.0重量%とする以外は、実施例1と同様にして、PL測定用サンプルを得た。
図2は、本発明の実施例4による発光体層のPL測定用サンプルの断面模式図である。このサンプルは、無アルカリガラス基板1と、基板1上にスパッタリング法により成膜された膜厚500nmのITO層2と、前記ITO上に電子線蒸着法により成膜された発光体層3とにより構成されている。発光体層3の中には、無機組成物の蒸着源からの蒸着とIr元素を含む組成物の蒸着源とからの蒸着が同時に実施された層4を含む。すなわち、本実施例4の蒸着には二つのペレットから同時蒸着可能な2式の電子銃をもつ電子線蒸着装置(トッキ株式会社製、CME−60)を用いる。無機組成物は0.5重量%のMnを添加したZnSであり、この粉末にArガス雰囲気中で、900℃、30MPa、1時間のホットプレス処理を施し、ペレット形状に加工した。Ir元素を含む組成物はIrCl3であり、これにArガス雰囲気中で、700℃、30MPa、30分のホットプレス処理を施し、ペレット形状に加工した。発光体層3の膜厚は約600nmであり、蒸着時の真空度は5×10−4Pa以下、基板温度は200℃、蒸着速度は20Å/秒に設定している。IrCl3ペレットからの蒸着は、ZnS:Mnの蒸着が約300nmに達したときから開始され、発光体層中にIr元素が0.5重量%だけ含まれる量に達した時点で蒸着を終了する。ZnS:Mnの蒸着はその膜厚が約600nmになるまで継続して行われる。成膜後の発光体層3には、電気炉で熱処理を施され、発光中心であるMnの活性化とIr元素の熱拡散が行われる。熱処理条件は、N2ガス雰囲気中で、550℃、1時間である。
IrCl3ペレットは使わず、0.5重量%のMnを添加したZnSを焼結したペレットのみを蒸着源とした以外は、実施例1と同様にして、PL測定用サンプルを得た。
図5より、ZnS:Mnに比べて、Ir添加したサンプルでは、EL発光開始電圧が約30%低下し、最大発光輝度も約30%向上しており、EL発光効率が改善していることが明らかである。
発光中心元素をMnの代わりにCuとし、ZnSに対して0.05重量%を添加する。また、Ir元素の添加量を0.1重量%とする以外は、実施例1と同様にして、PL測定用サンプルを得た。
IrCl3ペレットは使わず、0.05重量%のCuを添加したZnSを焼結したペレットのみを蒸着源とした以外は、実施例1と同様にして、PL測定用サンプルを得た。
2 下部透明電極層(ITO)
3 発光体層
3a ZnS:Mn発光体層
3b Ir層
3c ZnS:Mn発光体層
4 ZnS:MnとIrが混合した発光体層
5 絶縁体層
6 上部電極層
7 交流電源
10 EL素子
11 透明基板
12 下部透明電極層
13 下部絶縁体層
14 発光体層
15 上部絶縁体層
16 上部電極層
17 交流電源
Claims (9)
- 上部電極層及び下部電極層とそれら電極層の間に位置する発光体層とを含んでなる薄膜型無機EL素子であって、発光体層は、無機組成物を蒸着源とする蒸着工程と、Ir元素を含む組成物を蒸着源とする蒸着工程との少なくとも二つの蒸着工程により形成されることを特徴とする、薄膜型無機EL素子。
- 前記二つの蒸着工程が、少なくとも一定時間以上同時に行われることを特徴とする請求項1に記載の薄膜型無機EL素子。
- 前記発光体層のPL強度が、前記無機組成物からなる蒸着源のみを蒸着して得られる発光体層のPL強度に比べて、10%以上向上していることを特徴とする請求項1又は2に記載の薄膜型無機EL素子。
- 前記発光体層中に含まれる前記Ir元素の量が、0.003〜5重量%の範囲であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜型無機EL素子。
- 発光体層がその発光体層を蒸着後に熱処理することにより得られる、請求項1〜4のいずれかに記載の薄膜型無機EL素子。
- 上部電極層と発光体層との間及び下部電極層と発光体層との間の内の少なくとも一方に絶縁体層を含んでなる請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜型無機EL素子。
- 下部電極層を形成し、下部電極層の上に位置する発光体層を形成し、発光体層の上に位置する上部電極層を形成する工程を含んでなる薄膜型無機EL素子の製造方法であって、発光体層を形成する工程は、無機組成物を蒸着源とする蒸着工程と、Ir元素を含む組成物を蒸着源とする蒸着工程との少なくとも二つの蒸着工程を含んでなる薄膜型無機EL素子の製造方法。
- 発光体層を熱処理する工程をさらに含む、請求項7に記載の薄膜型無機EL素子の製造方法。
- 請求項7又は8に記載の方法により製造される薄膜型無機EL素子。
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