JPH0544157B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、電界の印加によつて発光する薄膜
型電界発光素子に関する。

〔背景技術〕

マンガンや希土類弗化物等を添加した硫化亜鉛や
セレン化亜鉛、希土類元素を添加した硫化カルシ
ウムや硫化ストロンチウム等の蛍光体を薄膜化
し、両面から電界を印加させることで発光させる
薄膜型の電界発光素子がある。このような薄膜型
電界発光素子には、上記蛍光体薄膜発光層を、酸
化イツトリウム、酸化シリコン、酸化タンタル、
酸化アルミニウム、窒化シリコン、チタン酸バリ
ウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウム等か
らなる二つの誘電体層で挟んだ高電圧交流型のも
のから、前記蛍光体薄膜発光層を直接電極で挟ん
だ低電圧直流型のものまで様々なタイプがある。
最近では特に、上記低電圧直流型のものが、駆動
方法の選択自由度が広く、その他の素子との連携
も自由であるため、着目されている。

これら薄膜型電界発光素子の用途の一つに、テ
レビデイスプレイ等のＸ−Ｙドツトマトリクスが
ある。このものは、蛍光体薄膜発光層の両面に、
互いに交差するよう２組の帯状電極群を形成して
なるもので、両帯状電極群の所定の帯状電極に電
圧を印加すると、蛍光体薄膜発光層の、電圧が印
加された二つの帯状電極に挟まれた部分（画素部
分）が発光し、全体として、所定の表示がなされ
るようになつている。

第３図に、そのようなマトリクス状の薄膜型電
界発光素子の一例を示す。この例の薄膜型電界発
光素子は、基板１上に第１の帯状電極群２′…が
設けられ、その上に、所定の画素部分の全てにわ
たる連続した蛍光体薄膜発光層３が形成され、さ
らに、その上に第２の帯状電極群４′…が形成さ
れたものである。

ところが、このような構成の薄膜型電界発光素
子では、蛍光体薄膜発光層３のしたに形成される
第１の帯状電極群２′…が連続的な層でないため、
第４図にみるように、その上に形成される蛍光体
薄膜発光層３に段差が発生する。このような段差
があると、素子駆動時に、図中矢印で示したよう
に電界集中が発生する。このような電界集中は、
画素の発生を不均一にするばかりでなく、素子破
壊の危険性を高める原因ともなる。

これを防ぐため、段差を小さくすることが考え
られるが、帯状電極群２′…は、通常、光取り出
しのため透明導電膜で形成されており、膜厚が薄
いと抵抗値が増大して電圧効下が著しくなり、素
子の発光効率の低下を引き起こすため、この帯状
電極群２′…の膜厚を薄くして段差を小さくする
ことはできない。

また、有用性を高めるためには、加えて、従来
の薄膜型電界発光素子において、より低い印加電
圧で発光させることが出来、電流ロスが少なく効
率よくきれいな発光を行わせることが出来ること
が望まれる。

発明の目的 この発明は、上記事情に鑑み、安定した発光を
行うことができて素子破壊の危険性が低減され、
しかも、より低い印加電圧で発光させることが出
来る上に、電流ロスが少なく効率よくきれいな発
光を行わせることの出来る薄膜型電界発光素子を
提供することを課題とする。

〔発明の開示〕

上記目的を達成するため、この発明は、蛍光体
薄膜発光層に、少なくとも一方が透明導電膜であ
る印加電極が両面から直に接触して両面の印加電
極が交差する部分で複数の画素部分が構成されて
おり、これら画素部分に接触する印加電極間にそ
れぞれ独立した電圧が印加されて各画素部分が
別々に発光するようになつている薄膜型電界発光
素子であつて、前記蛍光体薄膜発光層では各画素
部分のみに導電性材料が含ませられており、前記
各画素部分の上には、複数の信号電極からなる信
号電極群のいずれかの信号電極にゲートが繋が
れ、複数の動作電極からなる動作電極群のいずれ
かの動作電極にソースが繋がれ、画素部分に接触
した一方の印加電極にドレインが繋がれた複数の
薄膜トランジスタが形成されていて、各画素部分
への独立した電圧の印加がこの薄膜トランジスタ
からなされるようになつているとともに、他方の
印加電極が複数の画素間にわたる全体として一枚
の膜で出来ていることを特徴とする薄膜型電界発
光素子を要旨としている。

以下に、この発明を、その一実施例をあらわす
第１図を参照しつつ、詳しく説明する。

図にみるように、基板１上に、第１の印加電極
２が設けられ、その上に、蛍光体薄膜発光層３が
形成され、さらに、その上に複数の第２の印加電
極４…が形成されている。第２の印加電極４は必
要とする画素部分の数だけ設けられており、それ
によつて前記蛍光体薄膜発光層３に複数の画素部
分３_a（図中破線で囲んだ部分）が構成されてい
る。第１の印加電極２は、これら複数の画素部分
３_aの全てにわたるよう全体として一枚の膜で形
成されている。このため、この第１の印加電極２
上に形成される蛍光体薄膜発光層３には段差がな
く、電界集中の発生しない、安定した発光を行え
るものとなるのである。

基板１としては、無アルカリガラス等、従来と
同様のものが使用できる。

第１および第２の印加電極２，４のうち、少な
くとも一方は、素子外に光を取り出す必要から、
透明導電膜で形成される必要がある。もう一方の
印加電極は、透明導電膜であつてもよいし、単な
る金属膜であつてもよい。この例では、第１の印
加電極２が透明導電膜で構成され、第２の印加電
極４が金属膜で構成されている。

透明導電膜の材料としては、酸化スズ、酸化イ
ンジウム、酸化スズを添加した酸化インジウム
（ITO）、酸化亜鉛、酸化アルミニウムを添加した
酸化亜鉛等、通常のものが使用できる。これら透
明導電膜は、高周波スパツタリング法や電子ビー
ム蒸着法等で形成でき、その膜厚は3000Å程度が
好ましい。

金属膜としても、アルミニウム、金等、通常の
電極材料が使用できる。これら金属膜は、真空蒸
着法等で形成することができ、その膜厚は2000Å
程度が好ましい。

蛍光体薄膜発光層３としては、前述したよう
に、動作電圧が低く直流によつて駆動できるタイ
プのものが好ましい。その中でも、蛍光体に導電
性材料を含ませたものは、より低電圧で作動でき
るため、さらに好ましい。この実施例では、その
ような導電性材料が、画素部分３_aにのみ含まれ
ている。このように、画素部分３_aにのみ導電性
材料をふくませておけば、発光が必要な画素部分
３_aは導電性が高く、それ以外の部分は導電性が
低くなる（ほぼ絶縁状態となる）ため、電流のロ
スが少なくなり、効率のよいきれいな発光を行え
るようになるのである。

そのような蛍光体薄膜発光層３としては、マン
ガンや希土類弗化物を添加した硫化亜鉛が主に用
いられるが、その他の蛍光体を使用するようであ
つてもよい。上記構成のものでは、硫化亜鉛に対
するマンガン等の添加量は0.5重量％程度が好ま
しい。このような、蛍光体薄膜発光層３の導電性
を高める導電性材料としては、たとえば、銅等の
金属製材料が挙げられる。蛍光体薄膜発光層３
は、高周波スパツタリング法、電子ビーム蒸着法
等で、形成することができ、その膜厚は１〜4μm
程度が好ましい。

蛍光体薄膜発光層３の画素部分3_aに銅等の導電
性材料を含ませる（選択拡散させる）には、たと
えば、下記の方法を用いるようにすればよい。

まず、所定の方法で基板１表面に形成された第
１の印加電極２上の、画素に相当する位置に、真
空蒸着法、高周波スパツタリング法等の方法によ
つて30〜300Å程度の銅薄膜を堆積させる。

つぎに、この上に、電子ビーム蒸着法や高周波
スパツタリング法等の方法によつて、膜厚１〜
4μm程度の連続した蛍光体薄膜発光層３を形成す
る。

そして、真空中、あるいは、アルゴンガス、窒
素ガス等の不活性ガス中で600〜650度、１〜４時
間程度の加熱を行うと、前記銅が画素部分3_a中に
熱拡散し、そこに含まれるのである。

なお、銅薄膜の形成と蛍光体薄膜発光層３の形
成とは、逆の順序で行うようであつてもよいし、
蛍光体薄膜発光層３の上下に銅薄膜を形成するよ
うであつてもよい。

蛍光体薄膜発光層３に銅等の導電性材料を含ま
せる方法としては、これ以外の方法を用いること
もできる。特に、画素部分3_aと、それ以外の部分
とを区別しない場合には、通常用いられるあらゆ
る方法を適用できる。たとえば、銅と蛍光体とを
別の蒸発源から同時に基板上に堆積させる多元蒸
着法や、あらかじめ、蛍光体中に銅を含ませた蒸
発材料を用いる電子ビーム蒸着法、高周波スパツ
タリング法等を用いることができるのである。

蛍光体薄膜発光層３の上には、各画素部分3_aに
対応して、複数の薄膜トランジスタＴ…が、絶縁
層５を介して形成されている。絶縁層５は、薄膜
トランジスタＴと印加電極４とを電気的に分離す
るため、たとえば、酸化シリコン等で形成されて
いる。

薄膜トランジスタＴは、前記絶縁層５上にクロ
ム等で形成されたゲート電極６、このゲート電極
６を覆うように窒化シリコン等で形成された絶縁
層７、絶縁層７上にアモルフアスシリコン等で形
成された不純物濃度の低いｉ型半導体層８、およ
び、このｉ型半導体層８上に形成され、前記ゲー
ト電極６に対応する位置で互いに離間された比較
的不純物濃度の高い半導体層９，１０からなつて
いる。そして、前記ｉ型半導体層８をチヤネル領
域、半導体層９をソース、半導体層１０をドレイ
ンとして、電界効果トランジスタが構成されてい
るのである。これら半導体層８，９，１０は、ポ
リシリコンで形成されるようであつてもよいし、
硫化カドミウム等の化合物半導体で形成されるよ
うであつてもよい。

半導体層９には電極１１が接続し、半導体層１
０には電極１２が接続している。電極１２は、前
記各画素部分3_aの印加電極４に接続し、それによ
つて薄膜トランジスタＴのドレインと印加電極４
とが１対１で繋がれるようになつている。

ゲート電極６は、第２図にみるマトリクスを構
成する信号電極群Ｓ…のいずれかに接続されてお
り、ソースとなる半導体層９に接続する電極１１
は、同じく動作電極群Ｄ…のいずれかに接続され
ている。直流型電界発光素子では、各画素部分3_a
…がダイオードに逆電位をかけたのと同じ特性を
示すため、ここでは、それをダイオード記号Ｌ…
であらわしている。ダイオードＬ…（画素部分3_a
…）が繋がれた接地記号は、前記共通の印加電極
２に相当する。印加電極２は、接地されていても
よいし、一定電位に保たれていてもよい。

以上のように、各画素部分3_a…に１対１で薄膜
トランジスタＴ…が繋がれた、この発明の薄膜型
電界発光素子は、従来のものと同様、マトリクス
信号で作動させることができる。

たとえば、第２図中L₂₂の画素部分を発光させ
るには、動作電極D₂に発光動作のための電圧を
印加しつつ、信号電極S₂にトランジスタT₂₂点弧
のための電圧を印加する。そうすると、トランジ
スタT₂₂が点弧して、動作電極D₂がL₂₂の画素部
分と接続され、画素部分L₂₂が発光するのである。

〔発明の効果〕

この発明の薄膜型電界発光素子は、上記構成を
備えることにより、以下のような効果を奏し得る
有用な薄膜型電界発光素子である。

非常に低い印加電圧で発光させることが出来
る。これは、蛍光体薄膜発光層の印加電極が両面
から直に接触している点に加えて、蛍光体薄膜発
光層の画素部分に導電性材料が含ませられている
点のあることによる。

電流ロスが少なく効率よくきれいな発光を行わ
せることが出来る。これは、蛍光体薄膜発光層の
画素部分のみに導電性材料が選択的に含ませられ
ていて、画素部分の周囲は抵抗値が高く抵抗値の
低い画素部分に電流が集中するからである。

安定した発光を行わせることが出来る。これ
は、他方の印加電極が複数の画素間にわたる全体
として一枚の膜で出来ていて、蛍光体薄膜発光層
に段差がなくて電界集中を回避できるからであ
る。

素子破壊の危険性が低くなつている。これも、
他方の印加電極が複数の画素間にわたる全体とし
て一枚の膜で出来ていて、蛍光体薄膜発光層に段
差がなく電界集中が回避できることに困る。

また、下側の印加電極を分離する工程が不要に
なるとともに、その膜厚を充分に厚くできるた
め、素子の発光効率が低下する恐れもなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の薄膜型電界発光素子の一実
施例の構成を模式的にあらわす層構成図、第２図
はこの実施例を等価的にあらわす回路図、第３図
は従来の薄膜型電界発光素子の一例をあらわす斜
視図、第４図は従来の薄膜型電界発光素子におけ
る問題点を説明する説明図である。 ２，４……印加電極、３……蛍光体薄膜発光
層、3_a，Ｌ……画素部分、Ｔ……薄膜トランジス
タ、６……ゲート電極、９……ソース、１０……
ドレイン、Ｄ……動作電極、Ｓ……信号電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蛍光体薄膜発光層に、少なくとも一方が透明
   導電膜である印加電極が両面から直に接触して両
   面の印加電極が交差する部分で複数の画素部分が
   構成されており、これら画素部分に接触する印加
   電極間にそれぞれ独立した電圧が印加されて各画
   素部分が別々に発光するようになつている薄膜型
   電界発光素子であつて、前記蛍光体薄膜発光層で
   は各画素部分のみに導電性材料が含ませられてお
   り、前記各画素部分の上には、複数の信号電極か
   らなる信号電極群のいずれかの信号電極にゲート
   が繋がれ、複数の動作電極からなる動作電極群の
   いずれかの動作電極にソースが繋がれ、画素部分
   に接触した一方の印加電極にドレインが繋がれた
   複数の薄膜トランジスタが形成されていて、各画
   素部分への独立した電圧の印加がこの薄膜トラン
   ジスタからなされるようになつているとともに、
   他方の印加電極が複数の画素間にわたる全体とし
   て一枚の膜で出来ていることを特徴とする薄膜型
   電界発光素子。 ２ 導電性材料が銅である請求項１記載の薄膜型
   電界発光素子。