JPH0266867A - カラーｅｌディスプレイ装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、薄型カラーＥＬディスプレイ装置に関するも
のであり、とりわけ発光輝度が高（、色純度が優れた三
原色でカラー表示可能なＥＬディスプレイ装置に関する
。

従来の技術 近年、コンピュータ端末なとに用いるフラットディスプ
レイ装置りして、薄型ＥＬディスプレイ装置が盛んに研
究されている。その中でもカラーＥＬディスプレイ装置
の開発は、将来のディスプレイとしての位置付けを左右
するため、現在最も多くの力が注がれている。

カラーフィルタを用いる方式のカラーＥＬディスプレイ
についてすでに提案されている。しかしながら、い（つ
かの課題が残されている。そのひとつが、有機カラーフ
ィルタを用いるとＥＬ光の輝度が４０％程度減衰するこ
とである。一方、ＥＬ光の透過率が少なくとも９０％以
上になるという長所を持った無機フィルタは膜厚が厚（
、その上にＥＬ層を積層するときにはフィルタと基板と
の段差が大きすぎて断線などの製造上の問題が発生した
。

カラーＥＬディスプレイ装置の構成としては、赤色光と
してはサマリウムを発光不純物とする硫化亜鉛蛍光体層
やユーロピウムを発光不純物とする硫化カルシウム蛍光
体層からの発光を用い、緑色光としてはテルビウムを発
光不純物とする硫化亜鉛蛍光体層やセリウムを発光不純
物とする硫化カルシウム蛍光体層からの発光を用い、青
色光としてはセリウムを発光不純物とする硫化ストロン
チウム蛍光体層からの発光を用いて三原色発光がなされ
ている。（特開昭６１−２６０５９４号公報参照） 発明が解決しようとする課題 従来の無機フィルタを用いてその上にＥＬ層を積層する
構成のカラーＥＬディスプレイはフィルタの厚さが厚す
ぎて安定に製造することができない。

また従来の技術、たとえば赤色、緑色、および青色用と
して、それぞれユーロピウム添加硫化カルシウム、テル
ビウム添加硫化亜鉛、およびセリウム添加硫化ストロン
チウムを用いてカラーＥＬディスプレイ装置を形成した
場合、青色の色純度や三原色の発光輝度のバランスが最
適でなく、色再現性が不十分であり、高品位のカラーＥ
Ｌディスプレイ装置を実現できなかった。本発明の目的
は前記問題点を解決した従来に比べて格段に高輝度で色
再現性が広く、表示品位の優れたカラーＥＬディスプレ
イ装置を構成するための薄膜構成と、フィルターの組み
合わせを提供することである。

課題を解決するための手段 透光性の基板上に複数種類の色フィルタを選択的に設け
、前記色フィルタ上あるいは色フィルタ上および色フィ
ルタの間隙に複数種類のＥＬ発光層を設け、前記ＥＬ発
光層の間隙に誘電体層を設けた上部に背面電極を設け、
かつ前記色フィルタとＥＬ発光層とを対応させる。

作用 上記の構成によれば、ＥＬ発光層と色フィルタの組み合
わせにより、高輝度で色再現性が広いカラーＥＬディス
プレイ装置を実現することができ、しかも、ＥＬ発光層
の間隙に設けた誘電体層により、フィルタと基板との段
差に起因する断線を防止することができる。

鉛蛍光体は、発光効率が２〜８１ａ＋／Ｗときわめて高
く、発光スペクトルは５９０ｎｍを中心波長とするブロ
ードな発光であるため、適当なフィルターを用いること
により、色純度、輝度の高い赤色を実現できる。３価テ
ルビウムイオンを発光不純物とする硫化亜鉛蛍光体の発
光は、４９０ｎｍを中心波長とする青色成分、５５０ｎ
ｍ付近の緑色成分、および５９０ｎｎ、６２０ｎｍ付近
の波長成分からなり、その中でも５５０ｎｍ付近の発光
が最も強（色純度の優れた緑色発光を示す。また発光効
率も高いためフィルターを用いることにより、さらに純
度の高い緑色を実現できる。３価セリウムイオンを発光
不純物とする硫化ストロンチウムの発光は４８０ｎｍを
中心波長とする緑青色のブロードな発光であるため、適
当なフィルターを用いることにより、色純度の高い青色
を実現できる。

本発明は、蛍光体とフィルターを組み合わせる構成を可
能にするため、以下のような構成を用いる。

図に本発明のカラーＥＬディスプレイ装置の−実施例を
説明するための断面図を示す。ガラス基板１上に選択的
にカラーフィルタ２を形成する。

この実施例では緑色用のフィルタは形成せずに赤色用の
フィルタ２Ａと青色用のフィルタ２Ｃとを形成した。

これらのカラーフィルタ２を形成したのちに、膜３から
膜８を形成する工程および形成されたＥＬ発光層５のア
ニール処理のときにフィルタが変質したりフィルタ膜に
クラックが入らないことなどのために、耐熱性のあるフ
ィルタが要求される。従って現在の技術レベルでは有機
フィルタは使えない。

光透過率などの分光特性および耐熱性を考慮すれば好ま
しい材料の一つが無機干渉フィルタである。例えば、屈
折率が２．２０のＴｉＯ２、屈折率が１．４７のＳｉｎ
ｇ、屈折率が１．６２のＡｌ２Ｏ３薄膜を、電子ビーム
蒸着法を用いて交互に積層したものである。

しかしながら、例えば緑色用フィルタを形成する場合（
図示せず）、厚さ７５ｎｍのＴｉ（ｈと厚さ１１３ｎｍ
の５ｉ０２を１９層積層する必要が生ずる。このときト
ータルの厚さは約１．８μｍにもなってしまう。透過特
性をより急峻にするためには積層数を増加させる必要が
ある。そのためこのフィルタ上に薄膜を積層する場合段
差部分では膜厚が薄くなったり切れたりする。マトリク
スタイプのＥＬディスプレイを構成する透明電極３と背
面電極８とは必ず交差することが必要になるが上に述べ
た理由で背面電極８がフィルタの段差部分で断線してし
まう。

この問題を解決するために、ＥＬ発光層の間隙部分に誘
電体層７を形成し段差を少な（することが必要不可欠で
ある。図にも示したように２Ａと２０の厚さは同じにで
きないことが多い。透明電極３はスパッタリング法によ
り形成された厚さ２００ｎｍの錫添加酸化インジウム（
ＩＴＯ）薄膜である。ＩＴＯ薄膜をホトリソグラフィ技
術を用いて加工することによりストライプ状の透明電極
３を形成した。その上に、酸素を１０％含むアルゴン雰
囲気中で５ｒＴｉ０３セラミツクターゲツトを高周波ス
パッタリングすることにより、厚さ５００ｎｍの下部誘
電体薄膜４を形成した。

下部誘電体薄膜４の上には、１ｘｌＯ−２Ｔｏｒｒの圧
力で硫化水素を５％含むアルゴン雰囲気中、２５０℃の
基板温度で、フッ化テルビウム（ＴｂＦ３）を１モル％
含むＺｎＳ焼結体をターゲットとして高周波スパッタリ
ングすることにより、厚さ５００ｎｍのｌｎＳ：Ｔｂ、
Ｆから成る蛍光体膜を成膜した。その後フォトリソグラ
フィ技術を用いてストライプ状の緑色用発光層５Ｂを形
成し、真空中５００℃で１時間熱処理を行った。その上
に電子ビーム加熱真空蒸着法により、厚さ６００ｎｍの
ＺｎＳ　：　Ｍｎから成る蛍光体膜を成膜し、フォトリ
ソグラフィ技術を用いてストライプ状の赤色用発光層５
Ａを形成し、その後真空中５００℃で１時間熱処理を行
った。さらにその上に電子ビーム加熱真空蒸着法により
、厚さ６００ｎｍのＳｒＳ：Ｃｅ、Ｆから成る蛍光体膜
を成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いてストライプ
状の青色用発光層５Ｃを形成し、その後真空中５００℃
で１時間熱処理を行った。

発光層５Ａ、５Ｂ、５Ｃ上には電子ビーム蒸着法により
厚さ２００ｎｍの酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ２）からな
る上部誘電体薄膜６、ＥＬ発光層５の間隙に設けた誘電
体層７および厚さ２００ｎｍのＡＩからなるストライプ
状の背面電極８を順次形成した。

ガラス製の透光性基板１の一方の面には、６００ｎｍよ
り短い波長の光を遮断するストライプ状の赤色用フィル
ター２Ａと青色光のみを透過させるストライプ状バンド
パスフィルター２０が形成されている。ストライプ状の
赤色用フィルター２Ａと青色用フィルター２０はそれぞ
れストライプ状の赤色用発光層５Ａと青色用発光層５Ｃ
に対応するように配置した。

本発明のカラーＥＬディスプレイ装置のストライプ状の
背面電極８とストライプ状の透明電極３との間に交流電
圧を印加することにより、これらの電極の交差部分の発
光層を発光させることができ、透光性基板１を透過さぜ
ることにより赤色、緑色、青色の三原色を用いて、カラ
ー画像を表示することができた。実施例では青色用フィ
ルターとして、青色光のみを透過させるバンドパスフィ
ルターを用いたが、長波長カットフィルターを用いても
同様の効果が得られた。また緑色光にたいしてはフィル
ターを用いなかったが、適当なバンドパスフィルターを
用いることにより、より優れた色再現性を実現できた。

本発明の第２の実施例について以下に述べる。

カラーフィルタ２として第１の実施例に用いた光の干渉
効果を用いたフィルターの替わりに半導体の基礎吸収端
を用いた無機フィルタを用いることができる。例えば、
膜厚０．８μｍ程度以上のＺｎｘＣｄ＋−Ｘｓ膜あるい
はＺｎｘＣｄ＋−ｘｓｙｓｅ＋−ｙ膜の組成比を制御す
ることにより半値波長の制御を行うことができる。例え
ば、抵抗加熱蒸着法により形成したＺｎｘＣｄ＋−ｘＳ
膜の組成比ｘ　ｆｉ：０．０２〜０．０８まで変化させ
たときフィルタの半値波長が４９３〜５０３ｎｍの範囲
で変化させることができた。

以下に本発明のＥＬディスプレイ装置の製造方法につい
て述べる。

カラーフィルタ２Ａおよび２Ｃのパターニングは反応性
スパッタエツチングによって行う。この様なカラーフィ
ルタに関する技術は、例えば電子通信学会研究委員会資
料（ＥＤ−４４５、ＩＰＤ４２−１６；頁３７〜４１　
；　１９７９）　、およびナショナル　テクニカル　レ
ポート（ＮａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｐ
ｏｒｔ）　、　Ｖ　ｏ　Ｉ　、　２８　；頁１２７〜１
３６　；　１９８２）において知られている。このドラ
イエツチングを有効に行わせるためにはエツチングスト
ッパ層としてガラス基板１とカラーフィルタ２との間に
Ａｌ２Ｏ３薄膜を設ける。（図示せず） カラーフィルタ２Ａを選択的に設けたのちに基板全面に
Ａｌ２Ｏ３薄膜を設け（図示せず）、２Ａの場合と同様
にしてカラーフィルタ２Ｃを選択的に設ける。このとき
のＡｌ２Ｏ３薄膜はカラーフィルタ２Ａを保護するため
のものである。

誘電体層７はポリイミド系高分子材料、好ましくは感光
性ポリイミド材料を用いて形成される。

ポリイミド系高分子材料を層間絶縁膜として用いる多層
配線技術は既に開発されている。例えば電子材料（頁５
８〜６５；１９８５年７月号）および電子通信学会論文
誌（Ｖｏｌ、Ｊ６８−Ｃ１頁１０６０〜１０６５　；　
１９８５年〉において詳細に述べられている。図におい
て上部誘電体薄膜６まで形成した後、回転塗布法により
全面に１〜２μｍ程度の膜厚の感光性のポリイミド系樹
脂（例えば、感光性ポリイミド：シーメンス製、ＵＲ３
１００：束し製、感光性ポリイミド：日立−日立化成製
）の層を形成する（図示せず）。この後露光、現像を行
いＥＬ発光層５Ａ、５Ｂ、５Ｃの上の部分を選択的に除
去する（図において背面電極８が形成されるまえの状態
に相当する）。現像はジメチルアセトアミドを主成分と
する現像液（例えば、東し社製ＤＶ−１４０）を用い、
超音波印加浸漬法で行った。現像後イソプロピルアルコ
ールでリンスを行い、乾燥した。本発明においては上部
誘電体薄膜６あるいは上部誘電体薄膜６がないときには
ＥＬ発光層５Ａ、５Ｂ、５Ｃが誘電体層７をエツチング
するときのストッパ層となる。したがってＥＬ発光層５
Ａ、５Ｂ、５Ｃの上部のポリイミド系樹脂層を確実に除
去することができる。ポリイミド系樹脂層の除去はＮ−
メチル２−ピリドンやｏ２ガスプラズマによっても除去
することができる。反応性イオンエツチングを用いると
スルーホールのテーパ角の制御がやりやすくなる。した
がって、図に示したように透明電極３と背面電極との間
の距離を同一に保つことができる。この材料の特徴は下
地の凹凸に左右されずに容易に平坦化でき、しかも厚膜
化しやすいことである。また残留応力も膜厚に無関係に
小さ（、さらには背面電極であるＡｌの線膨張係数とも
非常に近いという大きな長所がある。本発明の特徴は感
光性を持たないポリイミド系樹脂層（例えば、ＰＩＱ：
日立化成製、ＰＹＲＡＬＩＮ　　ＰＩ−２５４５および
Ｐ　ｌ−２５５５：デュポン製）を用いても失われるこ
とはないが、図のパターンを形成する場合にポリイミド
系樹脂層の上に感光性樹脂層を新たに設ける必要がある
ことはいうまでもない。（例えば特開昭６０−１８２１
３４号公報参照） 誘電体層７を無機絶縁膜とポリイミド樹脂層との積層膜
にした場合にも本発明の効果は発揮される。また、背面
電極８を超伝導材料によって構成するならばＡＩ電極面
での外光反射がな（なり、電気抵抗値も低下するので実
用的な価値が大きい。

発明の効果 本発明によれば、色再現性に優れた、高輝度の高品位の
カラーＥＬディスプレイ装置を提供することができ実用
的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の１実施例を説明するためのカラーＥＬディ
スプレイ装置の断面図を示す。 １・・・ガラス基板、２・・・カラーフィルタ、３・・
・透明電極、４・・・下部誘電体薄膜、５・・・ＥＬ発
光層、６・・・上部誘電体薄膜、７・・・誘電体層、８
・・・背面電極。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）透光性の基板上に複数種類の色フィルタを選択的
   に設け、前記色フィルタ上あるいは色フィルタ上および
   色フィルタの間隙に複数種類のＥＬ発光層を設け、前記
   ＥＬ発光層の間隙に誘電体層を設けた上部に背面電極を
   設け、かつ前記色フィルタとＥＬ発光層とを対応させた
   ことを特徴とするカラーＥＬディスプレイ装置。
2. （２）色フィルタが光の干渉効果を利用した多層膜ある
   いは半導体の基礎吸収端を利用した膜であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のカラーＥＬディス
   プレイ装置。
3. （３）赤色光として、透光性基板上に形成された赤色用
   フィルターを透過した、２価マンガンイオンを発光不純
   物とする硫化亜鉛蛍光体層からの発光を用い、緑色光と
   して、３価テルビウムイオンを発光不純物とする硫化亜
   鉛蛍光体層、あるいは緑色用フィルターを透過した、３
   価テルビウムイオンを発光不純物とする硫化亜鉛蛍光体
   層からの発光を用い、青色光として、青色用フィルター
   を透過した、３価セリウムイオンを発光不純物とする硫
   化ストロンチウム蛍光体層からの発光を用いることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のカラーＥＬデイ
   スプレイ装置。
4. （４）特許請求の範囲第１項に記載のカラーＥＬディス
   プレイ装置を製造する方法であって、誘電体層を、ポリ
   イミド系高分子材料を用いてホトリソグラフィ技術によ
   り作成することを特徴とするカラーＥＬディスプレイ装
   置の製造方法。