JPH05234680A - エレクトロルミネセンス素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表示品質が高くて安定性にすぐれ、かつ低コ
ストで製造しうる交流駆動二重絶縁層形エレクトロルミ
ネセンス素子を提供する。 【構成】 １対の電極２，７間に、電界により発光する
性質を持つ薄膜発光層４と、この発光層４を挾み込む１
対の絶縁層３，５が積層された構造の交流駆動二重絶縁
層形エレクトロルミネセンス素子において、少なくとも
一方の絶縁層５が厚膜に形成された塗膜であるか、ある
いは上記電極２，７の双方が基板１，８上に形成され
て、かつその少なくとも一方の電極７の内面に誘電率の
高い液状物質または誘電体粉末を含有したペ―ストから
なる接着層６が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パ―ソナルコンピユ―
タなどに用いられる表示素子として有用なエレクトロル
ミネセンス素子（以下、ＥＬ素子という）に関する。

【０００２】

【従来の技術】交流駆動二重絶縁層形ＥＬ素子は、特公
昭６２−３４２７号公報に示されているように、薄型の
自発光表示素子であり、均一性、広視野角などの表示品
質にすぐれている。しかし、液晶などの他の薄型表示素
子に比べて普及が進んでおらず、一部の計測機器や航空
機用などに用途が限定されている。

【０００３】この原因は幾つかあるが、中でも大きい問
題は安定性である。つまり、従来のＥＬ素子は、１対の
電極間に、電界による発光する性質を持つ薄膜発光層
と、この発光層を挟み込む１対の絶縁層がそれぞれ薄膜
状に積層された構造であるため、膜中に微小なピンホ―
ルやゴミなどの欠陥があつても、使用時すなわち電圧を
加えたときに、画素の破壊が生じて表示ができなくな
る。製造工程においてこれらの欠陥を防いで歩留りを向
上させようとすると、クリ―ンプロセスなどの設備に莫
大な費用がかかる。

【０００４】また、１対の電極のうちの一方、つまり表
示側の電極は、基板上に形成された状態でパタ―ニング
され、ついでこの上に発光層や絶縁層などが順次薄膜形
成されたのちに、他方の電極、つまり背面電極が形成さ
れ、この状態で所要のパタ―ニングが施される。ここ
で、背面電極のパタ―ニングは、通常フオトエツチング
などのウエツトプロセスによつて行うが、ＥＬ素子に用
いる発光層は水により変質劣化しやすいので、先に形成
された発光層が上記パタ―ニング中に劣化し、これが素
子の安定性を損なうひとつの原因となつている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、交流駆動
二重絶縁層形ＥＬ素子においては、表示品質がいかによ
くても、画素の破壊が生じると表示ができなくなる。こ
れを防ぐために、製造工程で欠陥が入らないようにする
には、莫大な設備のコストがかかる。また、別の問題と
して、背面電極の形成時に素子の安定性を損ないやす
い。

【０００６】本発明は、上記従来の事情に鑑み、莫大な
設備投資を要することなく素子の安定性を高め、これに
より表示品質が高くて安定性にすぐれた交流駆動二重絶
縁層形ＥＬ素子を得ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため鋭意検討した結果、ＥＬ素子は薄膜の積層
構造からなつているが、薄膜の一部を厚膜に形成された
塗膜で置き換えれば、欠陥に対する感受性が低下し、素
子の安定性が向上してくることがわかつた。

【０００８】これは、厚膜部以外の薄膜部分に欠陥が存
在しても、厚膜があるために素子中に過大電流が流れる
ことが防止され、破壊に至らないためである。この結
果、素子の製造歩留りが向上し、またクリ―ンプロセス
などに要する設備投資が緩和されて、コスト低下につな
がる。

【０００９】本発明者は、上記の知見に基づきさらに検
討を加えた結果、上述の効果を奏するうえで、特に絶縁
層を厚膜に形成することが有効であることを知つた。こ
れは、ＥＬ素子の発光原理から、発光層にかかる電界強
度は一定値に固定されるのに対し、絶縁層にかかる電界
強度は印加電圧に比例して増加するためである。

【００１０】本発明の第１は、上述のように、１対の電
極間に、電界により発光する性質を持つ薄膜発光層と、
この発光層を挾み込む１対の絶縁層が積層された構造の
交流駆動二重絶縁層形ＥＬ素子において、少なくとも一
方の絶縁層が厚膜に形成された塗膜からなることを特徴
とするＥＬ素子に係るものである。

【００１１】この第１の発明において、厚膜に形成する
絶縁層は、表示側の第１絶縁層であつてもよいし、背面
側の第２絶縁層であつてもよい。薄膜発光層の形成の面
からは、背面側の方が好ましい。これは薄膜に比べて厚
膜の表面での凹凸が大きいため、この上に薄膜発光層を
形成すると、発光層の表面平滑性に好結果を得にくくな
るためである。

【００１２】厚膜に形成する絶縁層材料としては、高分
子バインダ中に誘電体粉末を混合分散したものが適当で
ある。高分子バインダの材料としては、アクリル、ウレ
タン、エポキシ、シリコ―ン、ポリエステルなどの各種
樹脂類のほか、シアノエチル化セルロ―スなどのセルロ
―ス誘導体やこれらを溶剤に溶かしたものを使用でき
る。また、誘電体材料としては、酸化チタン、チタン酸
バリウムまたはこれにジルコニウムやストロンチウムを
添加したもの、チタン酸鉛、ランタン添加チタン酸鉛、
ランタンおよびジルコニウム添加チタン酸鉛、酸化ニオ
ブ、ニオブ酸リチウムなどの各種材料が使用できる。

【００１３】厚膜の形成には、グラビア塗布、アプリケ
―タ塗布、スクリ―ン印刷塗布などの種々の塗布法が使
用できる。膜形成時には、必要に応じて希釈のための溶
剤を加えることができる。膜厚は、材料の種類や駆動条
件によつて変化するが、一般には、１〜５０μｍの範囲
にあり、特に３〜２０μｍが適正である。１μｍ未満で
は薄膜同様ピンホ―ルなどの欠陥を生じやすく、５０μ
ｍを超えると駆動電圧が実用上問題になる程度に高くな
る。

【００１４】つぎに、本発明者は、背面電極のパタ―ニ
ングに伴う安定性の低下の問題を克服するため、さらに
検討を加え、従来のように絶縁層上に直接電極を形成し
てパタ―ニングするのではなく、ガラス板などの別の基
板上に背面電極を形成してパタ―ニングし、これを素子
上に貼り合わせることを試みた。

【００１５】ところが、この貼り合わせに一般の接着剤
を用いたのでは誘電率が低いため、数ミクロン程度の薄
い膜厚であつても、塗布した層に著しく高い電圧がかか
り、使用できない。そこで、誘電率の高い液状物質かあ
るいは誘電体粉末を含有したペ―ストを使用し、これら
を介して前記電極基板を貼り合わせるようにしたとこ
ろ、上記の如き電圧増大の問題をきたすことがなく、こ
れにより安定性の改良されたＥＬ素子が得られることを
見出した。

【００１６】本発明の第２は、このような知見に基づい
て完成されたものであり、その要旨とするところは、前
記同様の交流駆動二重絶縁層形ＥＬ素子において、１対
の電極の双方が基板上に形成されて、かつその少なくと
も一方の内面に誘電率の高い液状物質または誘電体粉末
を含有したペ―ストからなる接着層が設けられているこ
とを特徴とするＥＬ素子にある。

【００１７】この第２の発明において、接着層の形成
は、素子上または前記電極基板上のいずれでもよく、ま
た電極の貼り合わせに際しては、膜厚に応じて適当なス
ペ―サを挿入することが好ましい。接着層が接触するＥ
Ｌ素子面は、通常絶縁層であるが、この絶縁層は薄膜絶
縁層であつても、前記第１の発明に係る厚膜絶縁層であ
つてもよい。また、接着層を薄膜発光層に接触させ、接
着層自体に厚膜絶縁層としての機能を兼ねさせることも
でき、この場合発光層を挟み込むべき１対の絶縁層の一
方または双方を省くことができる。

【００１８】このような接着層の厚さは、一般に１〜２
０μｍ、特に２〜５μｍが適当である。１μｍ未満では
接着性が低下し、２０μｍを超えると、駆動電圧が実用
上問題になる程度まで高くなる。

【００１９】接着層の形成に誘電体粉末を含有したペ―
ストを用いる場合は、誘電体粉末として前記厚膜絶縁層
の形成に用いたものと同様のものがすべて使用でき、こ
れを分散させる液体としてはシリコンオイルなどのオイ
ル類が適当である。また、誘電率の高い液状物質として
は、シアノビフエニル系などの液晶やシアノエチル化サ
ツカロ―スなどの高分子化合物またはグリセリンなどが
使用できる。なお、誘電率の高い接着層を得るうえでは
前者の方が有利である。

【００２０】本発明のＥＬ素子、つまり上記第１および
第２の発明のＥＬ素子において、薄膜発光層の材料構成
やその形成方法などは従来と同様であり、たとえばＺｎ
Ｓ：Ｍｎ（黄橙色発光）、ＺｎＳ：Ｔｂ，Ｆ（緑色発
光）、ＳｒＳ：Ｃｅ（青緑色発光）などの種々の発光材
料を用いて、これらを電子ビ―ム蒸着などの手法で厚さ
が１，０００〜１０，０００Å程度となるように薄膜形
成すればよい。

【００２１】また、薄膜絶縁層を形成する場合の材料構
成やその形成方法などについても、従来と特に異なると
ころはなく、厚膜形成に用いたのと同様の誘電体材料を
使用してスパツタ法などの手法で厚さが１，０００〜１
０，０００Å程度となるように薄膜形成すればよい。

【００２２】さらに、１対の電極のうち、表示側の電極
としては、一般にガラス板などの透明基板を用いてこの
上に電子ビ―ム蒸着などの手法で厚さが通常１，０００
〜５，０００Å程度の透明電極、たとえばＩＴＯ（Ｉｎ
−Ｓｎ複合酸化物）薄膜を形成し、これをパタ―ニング
すればよい。また、背面側の電極としては、上記と同様
の透明電極で構成してもよいが、通常は抵抗加熱蒸着な
どの手法で厚さが１００〜２，０００Å程度のＡｌ薄膜
を形成し、これをパタ―ニングすればよい。

【００２３】第２の発明においては、上記のＡｌ薄膜を
ＥＬ素子上に直接形成するのではなく、既述のとおり、
ガラス板などの別の基板上に形成し、これを前記接着層
を介してＥＬ素子面に貼り合わせるものである。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を記載して、より具体
的に説明する。

【００２５】実施例１ つぎのイ〜ホの工程により、図１および図２に示すＥＬ
素子Ａを作製した。各工程は、いずれもクラス１０，０
００のクリ―ンル―ム内で行つた。

【００２６】イ）透明電極パタ―ンの形成 厚さが１．１mmで４０mm×５０mm角の無アルカリガラス
（コ―ニング７０５９）基板１上に、電子ビ―ム蒸着で
ＩＴＯ薄膜からなる透明電極２を２，０００Åの厚さに
形成した。その後、フオトエツチングにより、図１に示
す０．５mm幅のストライプ状電極を２０本形成した。

【００２７】ロ）第１絶縁層の形成 上記の透明電極２上に、スパツタでＴａ₂ Ｏ₅ 薄膜を
５，０００Åの厚さに形成して、第１絶縁層３を形成し
た。

【００２８】ハ）発光層の形成 上記の第１絶縁層３上に、電子ビ―ム蒸着でＺｎＳ：Ｍ
ｎを５，０００Åの厚さに形成して黄橙色の薄膜発光層
４を形成した。このときのＺｎＳ中へのＭｎの添加量
は、重量比で０．５重量％であつた。

【００２９】ニ）第２絶縁層の形成 上記の薄膜発光層４上に、誘電体であるチタン酸バリウ
ム粉末をウレタン樹脂中に混合分散した塗料をスクリ―
ン印刷法で塗布した。このとき、チタン酸バリウム粉末
とウレタン樹脂の混合比は、重量比で８対１とした。ま
た、ウレタン樹脂はシクロヘキサノンとトルエンの混合
溶媒（１／１）に重量比で２０％溶解させた溶液にして
使用した。塗布後、室温で４８時間放置して乾燥硬化
し、５ミクロン厚さの厚膜の第２絶縁層５を形成した。

【００３０】ホ）背面電極の形成 上記のイ工程で用いたものと同じ寸法のガラス基板８上
に、抵抗加熱蒸着によりＡｌ薄膜を１，０００Åの厚さ
に形成して背面電極７としたのち、フオトリソグラフイ
―によりイ工程と同様のパタ―ンを形成した。つぎに、
この上にチタン酸バリウム粉末をシリコンオイル中に分
散させた塗料をスクリ―ン印刷法で３ミクロンの厚さに
塗布して、誘電体粉末を含有したペ―ストからなる接着
層６を形成した。このときのチタン酸バリウム粉末とシ
リコンオイルの混合比は重量比で５対１であつた。

【００３１】しかるのち、接着層６の周囲に３ミクロン
の厚さのポリエチレンテレフタレ―トフイルムからなる
スペ―サ９を配置し、ニ工程で形成した第２絶縁層５上
にこの接着層６を介して上下の電極２，７が直交する方
向に二つのガラス基板１，８を貼り合わせ、図２に示す
ＥＬ素子Ａを作製した。直交した電極２，７の交点が画
素であり、その数は４００であつた。

【００３２】実施例２ ニ工程を省き、ホ工程における誘電体粉末を含有したペ
―ストからなる接着層の厚さを８ミクロンに変更して、
この厚膜の接着層６０にて第２絶縁層を兼ねさせるよう
にした以外は、実施例１と同様にして、図３に示す構造
のＥＬ素子Ｂを作製した。各工程は、実施例１と同じよ
うに、いずれもクラス１０，０００のクリ―ンル―ム内
で行つた。

【００３３】実施例３ ニ工程の第２絶縁層の形成に代えて、Ｔａ₂ Ｏ₅ 薄膜を
スパツタで４，０００Åの厚さに形成して第２絶縁層５
０とした以外は、実施例１と同様にして、図４に示す構
造のＥＬ素子Ｃを作製した。各工程は、実施例１と同じ
ように、いずれもクラス１０，０００のクリ―ンル―ム
内で行つた。

【００３４】実施例４ 各工程をクラス１，０００のクリ―ンル―ム内で行うよ
うにした以外は、実施例１と同様にしてＥＬ素子Ｄを作
製した。

【００３５】実施例５ ホ工程の背面電極の形成に代えて、ニ工程で形成した第
２絶縁層５上に、Ａｌ薄膜を抵抗加熱蒸着で１，０００
Åの厚さに形成して背面電極７とし、フオトリングラフ
イ―によりイ工程の透明電極と同様のパタ―ンをこれと
直交する方向に形成した以外は、実施例１と同様にし
て、図５に示す構造のＥＬ素子Ｅを作製した。各工程
は、クラス１０，０００のクリ―ンル―ム内で行つた。

【００３６】比較例１ ニ工程の第２絶縁層の形成に代えて、Ｔａ₂ Ｏ₅ 薄膜を
スパツタで５，０００Åの厚さに形成して第２絶縁層５
０とするとともに、この上に実施例５と同様の手法で背
面電極７を形成するようにした以外は、実施例１と同様
にして、図６に示す構造のＥＬ素子Ｆを作製した。各工
程は、クラス１０，０００のクリ―ンル―ム内で行つ
た。

【００３７】比較例２ 各工程を、クラス１，０００のクリ―ンル―ム内で行う
にした以外は、比較例１と同様にしてＥＬ素子Ｇを作製
した。

【００３８】以上の実施例１〜５および比較例１，２の
各ＥＬ素子について、その性能を調べるため、下記の要
領で、発光特性と安定性の評価を行つた。

【００３９】＜発光特性＞発光特性の評価は、輝度−電
圧特性を測定して行つた。測定は、ＴＯＰＣＯＮＢＭ−
３型輝度計を用いて行つた。測定結果を図７に示す。図
中、符号Ａ〜Ｇは各素子Ａ〜Ｇに対応する。この図７か
ら、素子ＢとＣがやや駆動電圧が高くなつているが、そ
の他には特に違いはみられない。

【００４０】＜安定性＞安定性の評価は、２００Ｖ、１
ｋＨｚ正弦波駆動の条件で各ＥＬ素子を大気中で１００
時間エ―ジングし、その後破壊した画素の数を調べた。
測定結果を下記の表１に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】表１に示したように、本発明のＥＬ素子Ａ
〜Ｅは、画素の破壊が少なく、安定であり、特に厚膜絶
縁層かあるいは誘電体粉末を含有したペ―ストからなる
接着層を有して、かつ背面電極が上記接着層にて貼り合
わされた構造のＥＬ素子Ａ〜Ｄは、安定性に格段にすぐ
れていることが確認された。また、素子ＡとＤの比較か
ら、本発明によれば製造工程のクリ―ン度が悪くても安
定なＥＬ素子を作製できることがわかる。

【００４３】これに対して、低いクリ―ン度で製造した
従来構造のＥＬ素子Ｆは、きわめて不安定であり、８０
％の画素が破壊した。クリ―ン度を高めて製造したＥＬ
素子Ｇでも１０％の画素の破壊が生じた。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によつて、ク
リ―ンル―ムなどの莫大な設備投資を行うことなく、し
たがつて製造安価にして、安定でかつ表示品質にすぐれ
たＥＬ素子を容易に作製できることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はＥＬ素子における透明電極の形成状態を
示す平面図である。

【図２】図２は実施例１のＥＬ素子Ａの構造を示す断面
図である。

【図３】図３は実施例２のＥＬ素子Ｂの構造を示す断面
図である。

【図４】図４は実施例３のＥＬ素子Ｃの構造を示す断面
図である。

【図５】図５は実施例５のＥＬ素子Ｅの構造を示す断面
図である。

【図６】図６は比較例１のＥＬ素子Ｆの構造を示す断面
図である。

【図７】図７は実施例および比較例の各ＥＬ素子Ａ〜Ｇ
の特性図である。

【符号の説明】

１：ガラス基板 ２：透明電極 ３：第１絶縁層（薄膜絶縁層） ４：薄膜発光層 ５：第２絶縁層（厚膜に形成された塗膜） 50：第２絶縁層（薄膜絶縁層） ６：誘電体粉末を含有したペ―ストからなる接着層 60：誘電体粉末を含有したペ―ストからなる接着層（第
２絶縁層を兼ねる） ７：背面電極 ８：ガラス基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １対の電極間に、電界により発光する性
   質を持つ薄膜発光層と、この発光層を挾み込む１対の絶
   縁層が積層された構造の交流駆動二重絶縁層形エレクト
   ロルミネセンス素子において、少なくとも一方の絶縁層
   が厚膜に形成された塗膜からなることを特徴とするエレ
   クトロルミネセンス素子。
2. 【請求項２】 厚膜に形成された塗膜からなる絶縁層が
   誘電体粉末と高分子バインダとの混合物よりなる請求項
   １に記載のエレクトロルミネセンス素子。
3. 【請求項３】 １対の電極間に、電界により発光する性
   質を持つ薄膜発光層と、この発光層を挾み込む１対の絶
   縁層が積層された構造の交流駆動二重絶縁層形エレクト
   ロルミネセンス素子において、上記電極の双方が基板上
   に形成されて、かつその少なくとも一方の内面に誘電率
   の高い液状物質または誘電体粉末を含有したペ―ストか
   らなる接着層が設けられていることを特徴とするエレク
   トロルミネセンス素子。
4. 【請求項４】 誘電体粉末を含有したペ―ストが誘電体
   粉末とシリコンオイルとの混合物よりなる請求項３に記
   載のエレクトロルミネセンス素子。