JPH07192871A

JPH07192871A - 薄膜ｅｌ素子

Info

Publication number: JPH07192871A
Application number: JP5328622A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Mikami; 明義三上; Kosuke Terada; 幸祐寺田; Katsuji Okibayashi; 勝司沖林; Katsuhiro Okada; 勝博岡田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】発光輝度の経時的な低下を抑制し、高輝度で
安定した発光特性を得る。【構成】透光性基板１２の一方表面１２ａに透明電極
１３、絶縁層１４、発光層１５、絶縁層１６、金属電極
１７をこの順に積層して薄膜ＥＬ素子１１が構成され
る。前記発光層１５は、発光中心材を含む発光母材から
成る複数のＥＬ層１８，２０と、前記ＥＬ層１８，２０
間に配置される中間層１９とを含む。前記中間層１９
は、前記ＥＬ層１８，２０の材料の電子に対する電気伝
導率よりも小さい電気伝導率を有する材料から成り、
０．００５μｍ以上の膜厚に形成される。中間層１９に
よって、発光層１５内を移動する電子がせき止められ、
移動電荷量の経時的な減少が抑制される。したがって、
発光輝度の経時的な低下が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電圧印加に伴って、い
わゆるエレクトロルミネセンス（以下、「ＥＬ」とい
う。）と称される発光を発現する薄膜ＥＬ素子に関し、
特にその高輝度化および多色化を実現することによって
全固体型の平面表示装置とし、ＯＡ（オフィスオートメ
ーション）機器、ＦＡ（ファクトリーオートメーショ
ン）機器、その他の各種電子機器、計測機器などの表示
手段として好適に用いられる薄膜ＥＬ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の薄膜ＥＬ素子１の構成を
示す断面図である。薄膜ＥＬ素子１は、いわゆる二重絶
縁構造の薄膜ＥＬ素子であり、透光性基板２、透明電極
３、絶縁層４，６、ＥＬ層５および金属電極７を含んで
構成される。たとえば、ガラスや合成樹脂で実現される
透光性基板２の一方表面２ａに、透明電極３が形成され
る。透明電極３は、たとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxid
e）膜で実現される。透明電極３の表面には、絶縁層４
が形成され、さらにＥＬ層５が形成される。ＥＬ層５
は、いわゆるＥＬ発光層と称され、発光母材中に発光中
心材を添加したもので実現される。ＥＬ層５の表面に
は、絶縁層６が形成され、さらに金属電極７が形成され
る。金属電極７は、たとえばＡｌ（アルミニウム）膜で
実現される。前記透光性基板２上に形成される厚さが１
μｍ程度のＥＬ層５に、数１０〜３００Ｖの電圧を印加
することによって発光中心材の種類に依存した種々の発
光色が得られる。

【０００３】前記ＥＬ層５として用いられる適切な材料
は、１ＭＶ／ｃｍ程度の高電界を実現するために、非線
形な高電界導電特性を有する半導体あるいは半絶縁性の
電気伝導機構を有すること、および可視光を外部へ有効
に放出するために、可視光帯域で顕著な光吸収を示さな
いことが必要である。このため、ＺｎＳ，ＺｎＳｅなど
のＩＩｂ−ＶＩｂ族化合物、ＣａＳ，ＳｒＳ，ＢａＳな
どのＩＩａ−ＶＩｂ族化合物が用いられ、最近ではＺｎ
₂ＳｉＯ₄，ＣａＦ₂，ＣａＧａ₂Ｓ₄ などの蛍光体母体材
料も検討されている。

【０００４】また、発光中心材料には電界発光過程の下
で発光効率の高いＭｎなどの遷移金属およびＴｂ，Ｓ
ｍ，Ｔｍ，Ｃｅ，Ｅｕなどの希土類元素が適しており、
特にＺｎＳ：Ｍｎ発光層を用いた二重絶縁構造の薄膜Ｅ
Ｌ素子で高輝度の黄色発光が得られ、高い信頼性と表示
品質に優れた平面ディスプレイが実用化されている。

【０００５】このようなＥＬ素子の発光機構として一般
的に認められている過程を簡単に説明する。ＥＬ発光層
と絶縁層の界面に蓄積された電子が１ＭＶ／ｃｍ程度の
高電界でＥＬ発光層内部へ注入され、電界から高い運動
エネルギを獲得して加速され、発光中心と直接に衝突し
てエネルギを与える。発光中心はこのエネルギにより励
起あるいは電離されて高いエネルギ状態へ遷移し、一定
寿命の後の緩和過程の際、そのエネルギを発光の形で外
部へ放出する。

【０００６】前述した二重絶縁構造を基本構成とし、さ
らに発光特性を改善することを目的として、種々の素子
構造が提案されている。たとえば、電子通信学会論文誌
１９８５年１月Ｖｏｌ．Ｊ６８−Ｃ、Ｎｏ．１、ｐｐ．
１４〜２２はＥＬ発光層の内部に種々の材料から成るゲ
ート層を設けた新型薄膜ＥＬ素子が提案されており、金
属あるいは半導体材料から成るゲート層を設けることで
発光色の電圧制御が可能になり、また駆動電圧が低減さ
れることが記載されている。また、特開平１−２６５４
９４には、ＥＬ発光層が、２つの発光層部分と、これら
両発光層部分の間に配置され、前記発光層部分より実質
的に小さい禁止帯幅を有する他の発光層部分とから構成
される井戸構造薄膜ＥＬ素子が開示されており、いわゆ
るキャリアの閉じ込め効果を利用して発光効率を高める
工夫が成されている。さらに、特開昭６３−２３１８９
７には、ＥＬ発光層と絶縁層の界面部分にＥＬ発光層に
比べて禁止帯幅が大きい絶縁層を配置し、供給される電
子のエネルギを制御することで発光効率を高める技術が
開示されている。

【０００７】これらのように、ＥＬ発光層内部にまたは
近接部分に異なる薄膜材料を設けることで発光輝度の改
善、色調制御、キャリア注入効率の向上などが実現さ
れ、こうした構造設計はＥＬ発光層が注入、加速、励
起、発光など複数の過程を効率的に働かせる役割を担う
ため、どの過程に着目した改良かに対応して多様な構造
設計が可能であることを示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ＥＬ素子を用いたカラ
ー平面ディスプレイの実現には、色純度に優れた赤色、
緑色、青色発光材料の高輝度化と高信頼性化の確立が必
要である。現在、検討が進められているカラー表示用の
ＥＬ発光層材料としては、ＣａＳ：Ｅｕ（赤色）、Ｚｎ
Ｓ：Ｔｂ（緑色）、およびＳｒＳ：Ｃｅ（青色）が挙げ
られるが、いずれの材料についても輝度、色純度、信頼
性の全てを充分には満足していない。特に、駆動に伴う
輝度劣化や、輝度−電圧特性の経時変化は実用化に際し
て極めて重要な要因であり、安定性の改善がカラーＥＬ
ディスプレイ開発における大きな課題である。たとえ
ば、青色のＥＬ発光層材料として活発な研究開発が続け
られているＳｒＳ：Ｃｅ発光層材料は、発光輝度が最初
の数１０時間で１／２程度まで低下することが知られて
おり、同様な傾向は他のカラー発光層材料にも観察され
ている。

【０００９】本発明の目的は、経時的な発光輝度の低下
を抑制し、高輝度で安定した発光特性を得ることができ
る薄膜ＥＬ素子を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくともい
ずれか一方が透光性を有する一対の電極間に発光層を配
置し、前記発光層と少なくともいずれか一方の電極との
間に絶縁層を配置した薄膜ＥＬ素子において、前記発光
層は、発光中心材を含む発光母材から成る複数のＥＬ層
と、前記ＥＬ層材料の電子に対する電気伝導率よりも小
さい電気伝導率を有する材料から成り、前記ＥＬ層間に
配置される中間層とを含むことを特徴とする薄膜ＥＬ素
子である。

【００１１】また本発明は、前記中間層の厚さが、０．
００５μｍ以上に選ばれることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明に従えば、薄膜ＥＬ素子は少なくともい
ずれか一方が透光性を有する一対の電極間に発光層を配
置し、前記発光層と少なくともいずれか一方の電極との
間に絶縁層を配置して構成され、前記発光層は複数のＥ
Ｌ層と、前記ＥＬ層間に配置される中間層とを含む。前
記ＥＬ層は、発光中心材を含む発光母材から成り、前記
中間層は前記ＥＬ層材料の電子に対する電気伝導率より
も小さい電気伝導率を有する材料から成る。

【００１３】ＥＬ素子における発光は、ＥＬ層内を移動
する電子が発光中心に衝突して生じる。従来技術におい
て問題となっている発光輝度の経時的な低下は、時間経
過とともに移動電荷量が減少するためと考えられる。発
光層内に中間層を設けることによって、電子の移動がせ
き止められ、移動電荷量の減少が抑制されると考えられ
る。このため、本発明の薄膜ＥＬ素子は発光輝度の低下
が少なく、高輝度で安定した発光特性が得られる。

【００１４】また、中間層の厚さは０．００５μｍ以上
に選ばれる。一般的に、前記厚さよりも小さいと、トン
ネリング現象が生じ、電子が中間層を通り抜けてしま
う。しかしながら、本発明では中間層の厚さは前述した
値に選ばれ、前記現象による電子の通り抜けは生じず、
上述したように発光輝度の低下が抑制される。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である薄膜ＥＬ素
子１１の構成を示す断面図である。薄膜ＥＬ素子１１
は、いわゆる二重絶縁構造の薄膜ＥＬ素子であり、透光
性基板１２、透明電極１３、絶縁層１４，１６、発光層
１５および金属電極１７を含んで構成される。たとえ
ば、ガラスや合成樹脂で実現される透光性基板１２の一
方表面１２ａには、透明電極１３が形成される。透明電
極１３は、たとえばＩＴＯ膜で実現され、薄膜ＥＬ素子
１１の使用目的に応じて適当な形状に形成され、たとえ
ばドットマトリクス表示を行う表示手段として用いる場
合には、互いに平行な複数の帯状に形成される。透明電
極１３の表面には、絶縁層１４が形成される。絶縁層１
４は、たとえばＳｉ₃Ｎ₄ 膜、ＳｉＯ₂膜で実現され、前
記膜を１層だけ設けてもよいし、複数層を積層して設け
てもよい。本実施例では、絶縁層１４を０．２６μｍの
厚さに形成した。

【００１６】前記絶縁層１４の表面には、発光層１５が
形成される。発光層１５は、複数のＥＬ層と、該ＥＬ層
の間に配置される中間層とを含み、本実施例では、絶縁
層１４の表面にＥＬ層１８、中間層１９、ＥＬ層２０を
この順に積層して発光層１５を構成した。ＥＬ層１８，
２０は、発光母材に発光中心材を添加したもので実現さ
れる。本実施例では、発光母材としてＳｒＳを用い、発
光中心材としてＣｅを用いた。また、Ｃｅを含むＳｒＳ
を電子ビーム蒸着法によって１．２μｍの厚さに付着さ
せてＥＬ層１８，２０を形成した。また、前記中間層１
９は、ＥＬ層１８，２０の膜材料の電子に対する電気伝
導率よりも小さい電気伝導率を有する材料で実現され
る。本実施例では、Ｓｉ₃Ｎ₄を高周波スパッタリング法
によって０．０２μｍの厚さに付着させて、中間層１９
を形成した。

【００１７】前記発光層１５の表面には、絶縁層１６が
形成される。絶縁層１６は、たとえばＳｉ₃Ｎ₄膜、Ｓｉ
Ｏ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃ 膜で実現され、前記膜を１層だけ設け
てもよいし、複数層積層して設けてもよい。本実施例で
は、絶縁層１６を０．１４５μｍの厚さに形成した。絶
縁層１６の表面には、金属電極１７が形成される。金属
電極１７は、たとえばＡｌ膜で実現され、前述したよう
に、たとえばドットマトリクス表示を行う場合には、前
記透明電極１３とは直交する方向に複数本形成される。

【００１８】前述した電気伝導率とは、次の数式（１）
で表されるσ値であり、物質固有の値である。

【００１９】 σ ＝ｎｅμ …（１）ここで、ｎは電子密度を表し、ｅは電荷素量を表し、μ
は電子移動度を表す。前記中間層１９として用いたＳｉ
₃Ｎ₄の電気伝導率は、１０^-12ｏｈｍ^-1・ｃｍ^-1〜１０
^-13ｏｈｍ^-1・ｃｍ^-1である。ＥＬ層１８，２０として
用いたＳｒＳ：Ｃｅの電気伝導率は、１０^-7ｏｈｍ^-1・
ｃｍ^-1〜１０^-11ｏｈｍ^-1・ｃｍ^-1である。

【００２０】従来技術における時間の経過に伴う発光輝
度の低下は、次のようなメカニズムによるものと考察さ
れる。発光に必要な電子はＥＬ発光層の内部と、ＥＬ発
光層と絶縁層との界面層とで生じる。結晶欠陥に起因し
てＥＬ発光層内で電子が生じると、言い換えれば正の空
間電荷（正孔またはホールといわれるもの）が誘起され
ると、前記正の空間電荷によってＥＬ発光層内の電位分
布が不均一となる。また、前記正の空間電荷は、キャリ
ア（電子）の注入過程においてＳ型負性抵抗現象を発生
する。前記Ｓ型負性抵抗現象とは、電流が増加するに従
って電圧が減少する現象である。比較的初期の段階で
は、このような状態にあり、移動電荷量が多く、従って
発光輝度も高い。

【００２１】しかしながら、時間が経過すると、前記正
の空間電荷が減少する。すなわち、正の空間電荷が減少
するような前記結晶欠陥とは異なる欠陥が生じる。この
ため、ＥＬ発光層内の電位分布が均一なものとなり、ま
たＳ型負性抵抗現象は生じなくなる。したがって、移動
電荷量が減少し、発光輝度が低下する。

【００２２】図２は、前記薄膜ＥＬ素子１１の各層にお
ける電位分布および電界強度分布を示すグラフである。
この分布は、以下の２つの数式（２），（３）で表され
るポアソン方程式とガウスの定理とに基づいたシミュレ
ーションから得られれたものである。

【００２３】

【数１】

【００２４】

【数２】

【００２５】ここで、ψｉ，ψｊはｉ層、ｊ層の電子電
位をそれぞれ表し、ｘは厚み方向の位置を表し、Ｑｉは
ｉ層内の実電荷密度を表し、εｉ，εｊはｉ層、ｊ層の
比誘電率をそれぞれ表し、ｑｉｊはｉ層とｊ層との界面
の実電荷密度を表す。また、計算上、空間電荷密度はＥ
Ｌ層内で一様であり、電極からの実電荷の流入はなく、
さらに中間層の電子に対する電気伝導率は０であると仮
定している。さらに、各層の膜厚ｄおよび比誘電率ε
は、以下の表１のようであり、移動電荷量は２μＣ／ｃ
ｍ²とし、空間電荷密度は動作電界強度から算出した
５．２×１０¹⁶／ｃｍ³ を基準として、０／ｃｍ³，
５．２×１０¹⁶／ｃｍ³，１０．４×１０¹⁶／ｃｍ³の３
種類とし、印加電圧を２００Ｖとしている。

【００２６】

【表１】

【００２７】図中の曲線２１ａ，２１ｂは空間電荷密度
が０のときの電位分布と電界強度分布とをそれぞれ示
し、曲線２２ａ，２２ｂは空間電荷密度が５．２×１
０¹⁶／ｃｍ³ のときの電位分布と電界強度分布とをそれ
ぞれ示し、曲線２３ａ，２３ｂは空間電荷密度が１０．
４×１０¹⁶／ｃｍ³のときの電位分布と電界強度とをそ
れぞれ示す。

【００２８】図３は、前述したのと同様にして得られた
従来例の薄膜ＥＬ素子１の各層における電位分布および
電界強度分布を示すグラフである。曲線２４ａ，２４ｂ
は空間電荷密度が０のときの電位分布と電界強度分布と
をそれぞれ示し、曲線２５ａ，２５ｂは空間電荷密度が
５．２×１０¹⁶／ｃｍ³のときの電位分布と電界強度分
布とをそれぞれ示し、曲線２６ａ，２６ｂは空間電荷密
度が１０．４×１０¹⁶／ｃｍ³のときの電位分布と電界
強度分布とをそれぞれ示す。

【００２９】図３から、空間電荷密度が大きい場合、電
位分布に湾曲が見られる。以後、この現象をバンドベン
ディング現象という。また、電界強度分布において、絶
縁層４とＥＬ層５との界面近傍の電界強度は、１．８Ｍ
Ｖ／ｃｍである。しかしながら、空間電荷密度が小さく
なるにつれて、電位分布におけるバンドベンディング現
象が著しく消失している。また、前記界面近傍の電界強
度は、空間電荷密度が０となると０．３ＭＶ／ｃｍとな
る。

【００３０】図２から、前述したのと同様に空間電荷密
度が大きい場合、電位分布にバンドベンディング現象が
見られるけれども空間電荷密度の減少に伴う電位分布の
変化の度合が従来と比較して小さいことが判る。また、
絶縁層１４とＥＬ層１８との界面近傍の電界強度は、空
間電荷密度が大きい場合、１．１ＭＶ／ｃｍであり、０
の場合０．３ＭＶ／ｃｍであり、該電界強度分布の変化
の度合も従来と比較して小さいことが判る。

【００３１】すなわち、本実施例の薄膜ＥＬ素子１１で
は、中間層１９を設けることによって、中間層１９の電
界強度が高くなっており、これが障壁となってキャリア
（電子）の移動がせき止められる。このため、時間の経
過に伴う正の空間電荷の減少が緩和され、発光輝度の低
下も抑制されるものと考えられる。前述したように、キ
ャリア（電子）の移動をせき止めることは、放出される
電子の数を一定とすると、ＥＬ層１８から放出される電
子の数に比べて絶縁層１４とＥＬ層１８との界面層から
放出される電子の数の方が多くなる。このため、誘起さ
れる正の空間電荷は相対的に減少し、この空間電荷の経
時的な変化が小さくなる。したがって、前記界面層から
の電子が増加することによって、正の空間電荷の減少率
は緩和され、輝度の低下が抑制される。

【００３２】図４は、前記薄膜ＥＬ素子１１，１の発光
輝度の経時変化を示すグラフである。なお、各薄膜ＥＬ
素子１１，１は、周波数５００Ｈｚ、温度５５℃の条件
下で駆動している。また、初期における輝度を１００ｃ
ｄ／ｍ²として示している。曲線２７は、本実施例の薄
膜ＥＬ素子１１の結果を示し、曲線２８は従来例の薄膜
ＥＬ素子１の結果を示す。従来の薄膜ＥＬ素子１では、
約３０時間経過した時点での輝度が５０ｃｄ／ｍ²に低
下しているのに対し、本実施例の薄膜ＥＬ素子１１では
７０ｃｄ／ｍ²に抑制されていることが判る。

【００３３】図５は、前記薄膜ＥＬ素子１１，１の輝度
−印加電圧特性を示すグラフである。曲線２９は本実施
例の薄膜ＥＬ素子１１の結果を示し、曲線３０は従来例
の薄膜ＥＬ素子１の結果を示す。従来の薄膜ＥＬ素子１
では印加電圧に伴う輝度の値が電圧上昇時（曲線３０ａ
で示す）と、電圧降下時（曲線３０ｂで示す）とで異な
ることが判る。この様なヒステリシス特性は、ＥＬ素子
を駆動する上で発光開始電圧の設定が困難となり、発現
しないことが好ましく、従来技術では、たとえば膜厚の
低減や、発光中心材料の濃度の低減などで対応してい
る。

【００３４】しかしながら、本実施例の薄膜ＥＬ素子１
１では、前記薄膜ＥＬ素子１と同じ膜厚で、発光中心材
料の濃度も同じであるにも拘わらず、ヒステリシス特性
は見られない。したがって、発光開始電圧の設定が容易
であり、薄膜ＥＬ素子としての安定な動作が可能とな
る。

【００３５】前述したシミュレーションでは、中間層１
９の電気伝導率を０と仮定した。この場合、図２から中
間層１９に３ＭＶ／ｃｍ〜４ＭＶ／ｃｍの高電界が加わ
るとキャリア（電子）が中間層１９でせき止められず、
該中間層１９を通り抜けてしまうと推定される。しかし
ながら、実際に中間層１９として用いることができる材
料は、電気伝導率が比較的低いけれども、前述したよう
に０ではない。図４および図５に示した結果は、電気伝
導率が０でなくとも、比較的低い場合においても効果が
あることを示しており、本実施例で用いたＳｉ₃Ｎ₄以外
にも、電気伝導率が比較的低い以下の材料も用いること
ができる。

【００３６】たとえば、ＡｌＮなどの窒化物絶縁材料、
ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，Ｔａ₂Ｏ₅ などの酸化物絶縁材料、
ＣａＦ₂，ＳｒＦ₂などのフッ化物絶縁材料など、ＥＬ層
１８，２０の材料に比べて電気伝導率の低い材料を用い
ることができる。さらに、この点では本来高い伝導性を
示すＧａＡｓ，ＧａＰ，Ｓｉなどの半導体材料について
も、正孔を多数キャリアとするＰ型の伝導性を有する材
料に限定すれば、電子に対する電気伝導率は極めて小さ
いために同様な効果が期待できる。

【００３７】前記電気伝導率の大きさは、エネルギーギ
ャップ（禁止帯の幅）に依存する。ＥＬ素子に用いられ
る材料のエネルギーギャップは、硫化物＜窒化物＜酸化
物＜フッ化物の順であり、電気伝導率は逆に硫化物＞窒
化物＞酸化物＞フッ化物の順である。すなわち、電気伝
導率は、ＺｎＳ，ＳｒＳ＞Ｓｉ₃Ｎ₄，ＡｌＮ＞Ｓｉ
Ｏ₂，Ａｌ₂Ｏ₃＞ＣａＦ₂，ＳｒＦ₂の順になる。したが
って、前記ＥＬ層１８，２０としてＺｎＳ，ＳｒＳなど
の硫化物を用いた場合、中間層１９として窒化物、酸化
物、フッ化物を用いることが可能である。また、ＥＬ層
１８，２０として酸化物を用いた場合には、中間層１９
としてフッ化物を用いることが適当である。

【００３８】また、中間層１９の設置は、分離されたＥ
Ｌ層１８，２０間の電子の流れを制限あるいは調整する
働きがある。このために、中間層１９の膜厚の最小値は
電子がトンネリング現象によって中間層１９を通り抜け
ることのない厚さに制限され、一般的には０．００５μ
ｍ以上の膜厚が好ましく、上限についてはＥＬ素子の駆
動電圧で制限される。前記駆動電圧は駆動用ＩＣ（Inte
grated Circuit）の定格値に基づいて約２６０Ｖが限界
とされ、現在では約２３０Ｖでの駆動が行われている。
たとえば、限界の駆動電圧値と実際の駆動電圧値との差
である３０Ｖを図２に示す中間層１９の電界強度である
３ＭＶ／ｃｍを用いて膜厚に換算すると、（３０Ｖ）／
（３ＭＶ／ｃｍ）＝０．１μｍとなる。

【００３９】さらに、中間層１９の位置についても前記
シミュレーションから推定できるように、ＥＬ発光層１
５内部のいずれの箇所でも効果が期待され、中間層１９
の設定数にも１層に限るものではなく、２層以上であっ
てもよい。

【００４０】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。本実施例のＥＬ素子は、前記実施例の薄膜ＥＬ素子
１１と同様に構成されるけれけども、中間層１９の材料
としてＳｒＦ₂を用いたことを特徴とする。ＳｒＦ₂は、
電子ビーム蒸着法によって約０．０２μｍの厚さに付着
させて中間層１９としている。ＳｒＦ₂は、化学式ＡＸ₂
（Ａは陽性元素、Ｘは陰性元素）で表される化合物に見
られる結晶構造、すなわちホタル石型構造を有し、結晶
系としては立方晶系に属する材料である。この材料は、
結晶の成長温度に依存して、結晶配向性が変わることが
知られている。

【００４１】すなわち、１００℃以下の温度では、（１
１１）配向の多結晶膜が得られ、２００℃〜３００℃で
は（１００）配向の膜が得られる。さらに、３５０℃以
上では、結晶化せずにアモルファス構造の膜が得られ
る。本実施例では、ＥＬ層１８，２０に（１００）配向
したＳｒＳ：Ｃｅ膜を用い、ＳｒＦ₂から成る中間層１
９の結晶性と輝度低下の関係を求めた。その結果、（１
００）配向のＳｒＦ₂を中間層１９に用いたＥＬ素子の
輝度低下が８５％であり、アモルファス構造のＳｒＦ₂
を用いたＥＬ素子の輝度低下は７０％であり、（１１
１）配向のＳｒＦ₂を用いたＥＬ素子の輝度低下は４０
％であった。

【００４２】中間層１９の結晶性は、その上に積層され
るＥＬ層２０の膜質に大きな影響を与えるものと考えら
れ、上記結果は、配向性が互いに異なる中間層１９と、
ＥＬ層２０との組合わせが好ましくないことを示唆して
いる。このことから、中間層１９およびＥＬ層２０とし
て同じ配向性を確保するか、あるいはむしろ無配向のア
モルファス構造の中間層１９を用いるとよい結果が得ら
れる。

【００４３】上述した２つの実施例では、ＥＬ層１８，
２０の材料に従来において輝度低下の著しいＳｒＳ：Ｃ
ｅを用いて、その効果を述べたが、同じく電子を多数キ
ャリアとするｎ型半導体であれば、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，
ＣａＳ，ＢａＳ，ＭｇＳなど、他のＩＩ−ＶＩ族化合物
で実現される母体材料においも同様な効果が得られるも
のと推定される。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、中間層の
配置により電子の移動がせき止められ、移動電荷量の減
少が抑制される。このため、輝度の低下が改善され、高
輝度で信頼性に優れた発光特性を有する薄膜ＥＬ素子を
提供することができる。さらに、輝度−電圧特性のヒス
テリシス性がなくなり、安定な動作が可能となる。

【００４５】また、中間層の厚さが０．００５μｍ以上
に選ばれるので、トンネリング現象による電子の通り抜
けは生じず、輝度低下が改善され、高輝度で信頼性に優
れた発光特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である薄膜ＥＬ素子１１の構
成を示す断面図である。

【図２】シミュレーションによって求めた前記薄膜ＥＬ
素子１１の各層における電位分布および電界分布を示す
グラフである。

【図３】前記シミュレーションによって求めた従来の薄
膜ＥＬ素子１の各層における電位分布および電界分布を
示すグラフである。

【図４】前記薄膜ＥＬ素子１１，１の発光輝度の経時変
化特性を示すグラフである。

【図５】前記薄膜ＥＬ素子１１，１の輝度−印加電圧特
性を示すグラフである。

【図６】従来の薄膜ＥＬ素子１の構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１１薄膜ＥＬ素子１２透光性基板１３透明電極１４，１６絶縁層１５発光層１７金属電極１８，２０ＥＬ層１９中間層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田勝博大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともいずれか一方が透光性を有す
る一対の電極間に発光層を配置し、前記発光層と少なく
ともいずれか一方の電極との間に絶縁層を配置した薄膜
ＥＬ素子において、前記発光層は、発光中心材を含む発光母材から成る複数
のＥＬ層と、前記ＥＬ層材料の電子に対する電気伝導率
よりも小さい電気伝導率を有する材料から成り、前記Ｅ
Ｌ層間に配置される中間層とを含むことを特徴とする薄
膜ＥＬ素子。
【請求項２】前記中間層の厚さが、０．００５μｍ以
上に選ばれることを特徴とする請求項１記載の薄膜ＥＬ
素子。