JPH0765959A

JPH0765959A - Ｅｌ素子

Info

Publication number: JPH0765959A
Application number: JP5211560A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Menda; 和典免田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-08-26
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1995-03-10

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、発光効率を低下を防止し、コントラ
ストを向上させる構造のＥＬ素子を提供することを目的
とする。【構成】本発明は、発光波長を透過する透明基板１１、
導電膜（透明電極）１２、発光体１３、該発光体１３を
両側から挟む小屈折率の電子反射層１４、電子走行層
（真性またはｎ型層）１５、一部が電子走行層１５中に
埋め込まれる円錐状の突起部Ａを有する電子放出電極１
６から構成され、電界が印加されると突起部Ａに電界が
集中し、ここから電子が電子走行層１５中に放出・加速
されて、発光体１３に向かって走行する。この電子は、
格子等で走行中に散乱され、電界方向に対して横方向に
拡がるが、電子反射層１４が電子に対するポテンシャル
バリアとして働き、電子を反射して、電子の横拡がりを
抑制した高コントラストのＥＬ素子である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オプトエレクトロニク
ス技術による発光素子（ＥＬ素子）を用いた表示装置
（ディスプレイ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、蛍光体に電界を加えて発光させる
現象を利用した発光素子にはＥＬ素子（Electro Lumine
scent panel ）がある。このＥＬ素子は、駆動形式によ
りＡＣ形とＤＣ形とに分類され、さらに発光層若しくは
絶縁層の形成方法により薄膜形と分散形に分類される。

【０００３】図６には従来例の薄膜形ＥＬ素子の構造を
示す。この素子は背面電極７側の誘電体層（Ｙ₂ Ｏ₃ ）
６と発光層（ＺｎＳ：Ｍｎ）４との間に吸収層（ａ−Ｓ
ｉ）５を設けた構造になっている。通常、この吸収層５
には、赤色光をも吸収できるバンドギャップを持つＳ
ｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓなどの無添加半導体を用いられてい
る。

【０００４】この様な構造により、発光層４から背面側
に放射された光は、吸収層５で吸収されるため、横（ガ
ラス基板１と平行）方向に伝播しない。よって、コント
ラストが改善される。

【０００５】また、背面方向に放射した光が吸収層５で
吸収されると、そこでキャリア（電子）を生成する。そ
して、この生成電子は発光層４に注入され、発光中心
（Ｍｎ）の励起に寄与するため、発光輝度が向上する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した図６
の従来例では、吸収層５としてバンドギャップの小さな
Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓなどを用いている。すなわち、吸
収層５のバンドギャップは、発光層４のバンドギャップ
よりも小さいため、吸収層５と発光層４の界面に電子に
対するポテンシャルバリアが生じる。すなわち、背面方
向に放射された光によって吸収層５で生成された電子
は、この界面に存在するポテンシャルバリアを電界によ
るトンネリングで通過しなければ、発光層４へは注入さ
れない。

【０００７】従って従来例の素子構造は、コントラスト
が改善されるが、高輝度を得るためには、さらに高い電
圧の印加が必要になる。すなわち、吸収層５を設けるこ
とで、発光効率が低下する。

【０００８】また、発光層４に注入されない生成電子
は、吸収層５で再結合して消滅するが、この時、エネル
ギーを熱として放出するため、素子温度が上昇する。よ
って、素子特性が不安定になるだけでなく、素子の寿命
をも短くしてしまう。そこで本発明は、発光効率を低下
を防止し、コントラストを向上させる構造のＥＬ素子を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、発光中心となる物質を添加した発光体と、
前記発光体を挟む２つ以上の電圧印加電極とで構成さ
れ、少なくとも１つの電極に、前記発光体中に入込み印
加された電界を狭い領域に集中させる尖突起を有するＥ
Ｌ素子を提供する。

【００１０】

【作用】以上のような構成のＥＬ素子により、素子の電
極間に電圧を印加すると、電極の突起部先端に電界が集
中し、突起部から電子が放出される。この放出電子は電
界により加速され、発光体に向かって走行し、発光体中
の発光中心を励起する。すなわち、発光する場所は、放
出電子が走行する所であるため、電界が集中する突起部
周辺の狭い領域になり、狭い領域でのみ発光されコント
ラストが向上される。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１には、本発明による第１実施例として
ＥＬ素子の構造を示す。このＥＬ素子は、主として、発
光波長を透過する透明基板１１、導電膜（透明電極）１
２、発光体１３、電子反射層１４、電子走行層（真性ま
たはｎ型層）１５、電子放出電極１６から構成されてい
る。前記発光体１３は、該発光体１３よりも屈折率の小
さい電子反射層１４で両側から挟まれており、また、電
子放出電極１６は、その一部が電子走行層（真性または
ｎ型層）１５中に埋め込まれており、その埋め込まれた
部分の先端Ａが突起状になっている。

【００１２】このＥＬ素子の具体的な構成部材として、
前記基板１１は石英ガラス、透明導電膜（透明電極）１
２はＳｎＯ₂ （酸化スズ）、発光体１３はＺｎＯ：Ｍｎ
（Ｍｎ添加酸化亜鉛）、絶縁層１７，１８はＳｉＯ₂
（酸化シリコン）、電子反射層１４はＭｇＯ（酸化マグ
ネシウム）、電子走行層１５は無添加ＺｎＯ、電子放出
電極１６はＭｏ（モリブデン）である。

【００１３】この素子の形成においては、基板１１上に
スパッタリング法を用いて、透明導電膜１２を形成した
後、電子ビーム蒸着法で絶縁層１７／電子反射層１４／
絶縁層１８を順次蒸着する。

【００１４】次に図３（ａ）に示すようにフォトリソグ
ラフィによる選択エッチングで、透明電極１２が露出す
るように、絶縁層１８／電子反射層１４／絶縁層１７の
一部を開口する。

【００１５】次に図３（ｂ）に示すように、その開口部
Ｂを充填するように、電子ビーム蒸着法で発光体１３／
電子走行層１５を順次堆積した後、図示しないレジスト
マスクを剥離した。

【００１６】そして、発光体１３上部の電子走行層（真
性またはｎ型層）１５の一部をイオンビームエッチング
で円錐孔状に除去した後、円錐孔を埋めるように電子放
出電極１６を電子ビーム蒸着法で形成し、図１（ａ）に
示す様な素子を完成させた。但し、膜形成には電子ビー
ム蒸着法以外の方法、たとえばスパッタリング法やＣＶ
Ｄ等の形成技術を用いても良い。

【００１７】図２を参照して、このような構造のＥＬ素
子について説明する。まず、電子放出電極１６に負電圧
を、透明電極１２に正電圧を印加すると、電子放出電極
１６の突起部Ａに電界が集中し、そこから電子Ｃが電子
走行層（真性またはｎ型層）１５中に放出される。この
放出電子Ｃは、電子走行層１５中において電界により加
速され、発光体１３に向かって走行する。この走行電子
Ｃは、格子などにより走行中に散乱され、電界方向に対
して横方向に拡がる。しかし、電子反射層１４が電子Ｃ
に対するポテンシャルバリアとして働くため、電子反射
層１４が電子Ｃを反射して、電子の横拡がりが抑制され
る。

【００１８】よって、ほとんどの走行する電子Ｃは、電
子反射層１４によって発光体１３まで導かれ、そこに効
率良く注入され、発光中心を励起する。また発光体１３
で放射された光ｎは、発光体１３が屈折率の小さい電子
反射層１４で挟まれているため、発光体１３内に閉じ込
められ、前面（基板１１側）から光ｍとして出射され
る。図１（ａ）には、電子反射層１４への漏れ電流を抑
制するために背面電極（電子放出電極）１６と電子反射
層１４との間に絶縁膜１８が挿入されているが、この絶
縁膜１８は本発明に必須の構成要素ではない。すなわ
ち、この絶縁膜１８を形成しなくても高効率および高コ
ントラスト発光は実現できる。

【００１９】この実施例で電子反射層１４として用いた
ＭｇＯは酸素欠損型半導体であり、導電型はｐである。
よって、ＭｇＯは電子に対してポテンシャルバリアとし
て働く。ＭｇＯ以外で電子に対してポテンシャルバリア
として働く材料として、ガラス（例えばＳｉＯ₂ など）
などの絶縁体がある。

【００２０】また、電子放出１６電極の形状（突起）と
して図１（ａ）に１つの針先状のものを示したが、この
数は複数でもよい。形状も必ずしも針先状でなくてもよ
く、図１（ｂ）に示す様な凹凸であってもよい。この様
な凹凸を形成する方法としては、選択エッチングやサン
ドブラストなどがある。

【００２１】さらに、第１実施例の構成要素として電子
走行層１５を設けてあるが、この電子走行層１５は電子
が発光中心を充分に励起できるエネルギーを得るまで、
発光中心に衝突しない様に設けられた層であり、本発明
の必須構成要素ではない。

【００２２】よって、図１（ｃ）に示す様に、電子走行
部分が発光体１３であってもよい。しかし、この場合、
電子放出電極１６から放出した電子の一部が充分に加速
される前に発光中心と衝突し、エネルギーを失うため、
電子走行層１５が存在する場合と比較して、発光効率が
低下する。

【００２３】次に図４には、本発明による第２実施例と
してのＥＬ素子の構造を示し説明する。このＥＬ素子
は、不透明基板を用いた実施例であり、電子放出電極と
して、高濃度にドーピングされた導電性Ｓｉ基板を異方
性エッチングにより円錐（コーン）状に加工した電界放
射エミッタを用いている。

【００２４】このＥＬ素子は、以下のように形成され
る。まず、図４（ａ）に示すように、ｎ型導電性のＳｉ
基板２１上にスパッタリング法でＳｉＮ（窒化シリコ
ン）膜２２とＷ（タングステン）膜２３を順次形成し、
その上層の一部にレジストマクス２４を塗布する。

【００２５】次に図４（ｂ）に示すように、レジストマ
スク２４で被われていないＷ膜２３／ＳｉＮ膜２２をエ
ッチングして除去し、続いて図４（ｃ）に示すように、
ウェットエッチング等の異方性エッチングによりサイド
エッチングを行い、Ｓｉ基板２１の一部に円錐状の突起
２１ｂを形成する。

【００２６】そして図４（ｄ）に示すように、Ｓｉ基板
２１ａ上に電子ビーム蒸着法を用いて絶縁膜（ＳｉＯ
₂ ）２５、ｐ型層（ＭｇＯ）２６、絶縁膜（ＳｉＯ₂ ）
２７、レジスト膜２８を順次形成し、それを超音波洗浄
して円錐先端のＷ／ＳｉＮ（破線）を除去する。

【００２７】図４（ｅ）に示すように、真性またはｎ型
層（無添加ＺｎＯ）２９、発光体（Ｍｎ添加ＺｎＯ）３
０を電子ビーム蒸着法で形成し、レジスト膜２８を剥離
した後、透明電極（ＳｎＯ₂ ）３１とコンタクト電極
（Ａｌ）３２を付けて、素子を完成させた。

【００２８】次に図５には第３実施例として、電界放射
エミッタを用いたＥＬ素子の例を示す。この第３実施例
は前述した第２実施例を変形したものであり、Ｓｉ基板
２１上に電界放射エミッタ２１ｂを複数個並べて配置
し、さらに上層に無添加ＺｎＯからなる電子走行層２
９、ＺｎＯ：Ｍｎからなる発光体３０が形成され、透明
電極の代りに反射率の高いアルミニウム（Ａｌ）層３３
を設けている。また、図示しない電子反射層は、図面の
紙面方向の手前および奥に位置し、電子走行層２９と発
光体３０を図面の表裏で挟んだ構造になっている。Ｚｎ
Ｏ：Ｍｎ発光体２９で発光した光は、発光体上のＡｌ電
極で反射されながら、横方向に伝播し、素子端面から放
射される。

【００２９】以上説明した様に本実施例のＥＬ素子は、
電子放出電極から突起に電界が集中し放出され、電子走
行層中で電界により加速されつつ、電子反射層で横拡が
りが抑制されて発光体に注入され、効率良く発光体を励
起でき、高い輝度で高いコントラストが実現できる。ま
た本発明は、前述した実施例に限定されるものではな
く、他にも発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形や
応用が可能であることは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した様に本発明のＥＬ素子は、
突起が設けられた電子放出電極により、効率良く発光体
を励起でき、且つコントラストを向上させることができ
る。また、電子走行層中を走行する電子の拡がりを抑制
する電子反射層を設けることにより、さらに高輝度で高
コントラスト比が実現できる。よって本発明によれば、
発光効率を低下を防止し、コントラストを向上させる構
造のＥＬ素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施例としてＥＬ素子の構造
を示す図である。

【図２】第１実施例としてＥＬ素子の動作を説明するた
めの図である。

【図３】第１実施例の製作過程を説明するための図であ
る。

【図４】本発明による第２実施例としてのＥＬ素子の構
造を示す図である。

【図５】第２実施例の製作過程を説明するための図であ
る。

【図６】従来例の発光素子（薄膜ＥＬ素子）の構造を示
す図である。

【符号の説明】

１…ガラス基板、２…ＩＴＯ膜、３…誘電体層（Ｙ₂ Ｏ
₃ ）、４…発光層（ＺｎＳ：Ｍｎ）、５…吸収層（ａ−
Ｓｉ）、６…誘電体層（Ｙ₂ Ｏ₃ ）、７…背面電極、８
…スイッチ、１１…透明基板、１２…導電膜（透明電
極）、１３…発光体、１４…電子反射層、１５…電子走
行層（真性またはｎ型層）、１６…電子放出電極、１
７，１８…絶縁層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光中心となる物質を添加した発光体
と、前記発光体を挟む２つ以上の電圧印加電極とで構成さ
れ、少なくとも１つの電極に、前記発光体中に入込み印加さ
れた電界を狭い領域に集中させる尖突起を具備すること
を特徴とするＥＬ素子。