JPH0773971A

JPH0773971A - Ｅｌ素子

Info

Publication number: JPH0773971A
Application number: JP5220195A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Terada; 幸祐寺田; Akiyoshi Mikami; 明義三上; Katsuji Okibayashi; 勝司沖林
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1995-03-17

Abstract

(57)【要約】【目的】光の三原色の光強度をバランスよく持ち、か
つ高輝度な白色の発光色を得る。【構成】透光性基板２の表面２ａ上にＥＬ構造体であ
る透明電極３、下部絶縁層４、ＥＬ発光層５、上部絶縁
層６、金属電極７がこの順に積層される。ＥＬ発光層５
は、第１発光層８、第２発光層９、第３発光層１０から
成り、第１発光層８はＳｒＳ：Ｃｅ（０．５ｍｏｌ％）
を含み、緑色に発光する。第２発光層９はＳｒＳ：Ｃｅ
（０．３ｍｏｌ％）を含み、青色に発光する。第３発光
層１０はＳｒＳ：Ｃｅ（０．１ｍｏｌ％）：Ｅｕ（０．
１ｍｏｌ％）を含み、赤色に発光する。第１〜第３発光
層８〜１０は、それぞれ効率よく発光し、高輝度な白色
の発光色が得られる。また、光の三原色である各発光色
の光強度がバランスよく得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば平面・薄型の
表示手段として好適に用いられるＥＬ（エレクトロルミ
ネセント）素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＥＬ素子は、自発光型で応答速度が速い
などの優れた性能を有する発光素子であり、たとえば平
面・薄型の表示手段として好適に用いられている。ＥＬ
素子は、少なくとも一対の電極間にＥＬ発光層を介在し
たＥＬ構造体を有し、前記ＥＬ発光層の材料によって発
光色が決定される。たとえばＥＬ発光層材料としてＳｒ
Ｓ：Ｃｅを用いた場合、青色の発光色が得られる。ま
た、ＺｎＳ：Ｍｎを用いた場合、黄色の発光色が得ら
れ、ＺｎＳ：Ｔｂを用いた場合、緑色の発光色が得ら
れ、さらにＣａＳ：Ｅｕを用いた場合、赤色の発光色が
得られる。特に、ＺｎＳ：Ｍｎを用いた黄色の発光色を
有するＥＬ素子は、表示手段として既に実用化されてい
る。

【０００３】前述した青や黄の発光色を有するＥＬ素子
の他に、白色の発光色を有するＥＬ素子は、白黒表示を
行う表示手段として期待されるとともに、カラーフィル
タとの組合せによるカラー表示を行う表示手段として期
待されている。このようなＥＬ素子のＥＬ発光層として
は、たとえばＳｒＳ：Ｃｅ，Ｅｕ膜、ＳｒＳ：Ｃｅ膜と
ＺｎＳ：Ｍｎ膜とを積層したもの、およびＳｒＳ：Ｃｅ
膜とＣａＳ：Ｅｕ膜とを積層したものがある。このよう
な例は、たとえば特開平４−７１１９２や特開平２−２
２５５８９に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した白色の発光色
が得られるＥＬ素子は、いずれも発光効率が低く、実用
的な輝度が得られないという問題がある。また、カラー
表示を行う場合、光の三原色（赤、青、緑）の光強度を
バランスよく持つ光が必要であるけれども、上述した従
来のＥＬ素子では緑色成分の光強度が小さく、光強度の
バランスが悪いという問題があり、良好なカラー表示が
得られない。

【０００５】本発明の目的は、光の三原色の光強度をバ
ランスよく持ち、高輝度な白色の発光色が得られるＥＬ
素子を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも一
対の電極間にＥＬ発光層が介在されたＥＬ構造体を有す
るＥＬ素子において、前記ＥＬ発光層は、ＳｒＳを母材
とした複数の発光層から成り、各発光層は、それぞれ異
なる濃度で添加されたＣｅを含み、かつ低濃度のＣｅを
含む発光層にはＥｕが含まれていることを特徴とするＥ
Ｌ素子である。

【０００７】また本発明は、前記ＥＬ発光層は、ＳｒＳ
を母材とした第１〜第３の発光層から成り、前記第１の
発光層は、Ｃｅを０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％以
下の割合で含み、前記第２の発光層は、Ｃｅを０．１ｍ
ｏｌ％以上０．５ｍｏｌ％以下の割合で含み、前記第３
の発光層は、Ｃｅを０．０５ｍｏｌ％以上０．１ｍｏｌ
％以下の割合で含み、かつＥｕを含むことを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】本発明に従えば、ＥＬ素子は少なくとも一対の
電極間にＥＬ発光層が介在されたＥＬ構造体を有し、前
記ＥＬ発光層はＳｒＳを母材とした複数の発光層から成
る。各発光層は、それぞれ異なる濃度で添加されたＣｅ
を含み、また低濃度のＣｅを含む発光層にはＥｕが含ま
れている。

【０００９】ＳｒＳ：Ｃｅから成る発光層は、Ｃｅ濃度
の違いによって発光スペクトルが変化する。すなわち、
Ｃｅ濃度が高くなるに従って発光スペクトルのピーク
が、４７５ｎｍ付近の青色から５１０ｎｍ付近の緑色へ
と変化する。また、ＳｒＳ：Ｃｅ，Ｅｕから成る発光層
は、Ｃｅ発光中心が励起されて起こる青色の発光色と、
Ｃｅ発光のエネルギー伝達によってＥｕが励起されて起
こる赤色の発光色とによって白色の発光色が得られるけ
れども、Ｅｕ発光中心の吸収スペクトルのピークは４５
０ｎｍ付近にあり、Ｃｅの発光スペクトルが短波長であ
るほどＥｕへのエネルギー伝達が効率よく行われて、赤
色の発光色が効率よく得られる。

【００１０】たとえば発光層を２層とした場合、各発光
層の発光色をそれぞれ赤色および青緑色とすることによ
って、白色の発光色が得られる。また、たとえば３層、
４層…とした場合にも、各発光層の発光色を適宜選択す
ることによって、白色の発光色が得られる。

【００１１】また本発明に従えば、前記ＥＬ発光層は、
ＳｒＳを母材としてＣｅを０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍ
ｏｌ％以下の割合で含む第１の発光層と、ＳｒＳを母材
としてＣｅを０．１ｍｏｌ％以上０．５ｍｏｌ％以下の
割合で含む第２の発光層と、ＳｒＳを母材としてＣｅを
０．０５ｍｏｌ％以上０．１ｍｏｌ％以下の割合で含
み、かつＥｕを含む第３の発光層とから成る。

【００１２】第１の発光層からは、緑色の発光色が得ら
れ、第２の発光層からは青色の発光色が得られ、第３の
発光層からは赤色の発光色が得られる。各発光色は、そ
れぞれ効率よく得られるため、高輝度な白色の発光色が
得られる。また、光の三原色である各発光色の光強度が
バランスよく得られるため、たとえばカラーフィルタと
組合せることによって、良好なカラー表示が得られる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の一実施例であるＥＬ素子１
の構成を示す断面図であり、図２は、ＥＬ素子１の切欠
斜視図である。ＥＬ素子１は、いわゆる二重絶縁型の薄
膜ＥＬ素子であり、透光性基板２、透明電極３、下部絶
縁層４、ＥＬ発光層５、上部絶縁層６および金属電極７
を含む。たとえばガラスで実現される透光性基板２の一
方表面２ａ上には、透明電極３が形成される。透明電極
３は、たとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜で実現さ
れ、複数の帯状に形成される。また、透明電極３は、互
いに平行にかつ等間隔に形成される。透明電極３が形成
された基板２の表面２ａ上には、下部絶縁層４が形成さ
れる。下部絶縁層４は、たとえばＳｉＯ₂膜とＳｉ₃Ｎ₄
膜とをこの順に積層したもので実現される。下部絶縁層
４は、たとえば高周波スパッタリング法によって、約２
００ｎｍの膜厚に形成される。

【００１４】前記下部絶縁層４上には、ＥＬ発光層５が
形成される。ＥＬ発光層５は、第１発光層８、第２発光
層９および第３発光層１０から成る。第１発光層８は、
ＳｒＳ（硫化ストロンチウム）を母体としてＣｅ（セリ
ウム）を０．５ｍｏｌ％添加したものを含み、第２発光
層９はＳｒＳを母体としてＣｅを０．３ｍｏｌ％添加し
たものを含み、第３発光層１０はＳｒＳを母体としてＣ
ｅを０．１ｍｏｌ％、Ｅｕ（ユウロピウム）を０．１ｍ
ｏｌ％添加したものを含む。また、第１〜第３発光層８
〜１０はともに、たとえば電子ビーム蒸着法によって形
成され、前記下部絶縁層４上に第１発光層８、第２発光
層９、第３発光層１０の順に積層して形成される。たと
えば第１発光層８は４００ｎｍの膜厚に、第２発光層９
は３００ｎｍの膜厚に、第３発光層１０は３００ｎｍの
膜厚にそれぞれ形成され、ＥＬ発光層５としては約１０
００ｎｍの膜厚に形成される。

【００１５】前記ＥＬ発光層５上には、上部絶縁層６が
形成される。上部絶縁層６は、たとえばＳｉ₃Ｎ₄膜とＡ
ｌ₂Ｏ₃膜とをこの順に積層したもので実現される。上部
絶縁層６は、前記下部絶縁層４と同様に、たとえば高周
波スパッタリング法によって、約２００ｎｍの膜厚に形
成される。前記ＥＬ発光層５は、下部および上部絶縁層
４，６によって完全に包み込まれる。上部絶縁層６上に
は、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、複数の帯状に形成
される。また金属電極７は、前記透明電極３と直交する
方向に形成される。

【００１６】上述した透光性基板２上に形成される透明
電極３、下部絶縁層４、ＥＬ発光層５、上部絶縁層６お
よび金属電極７はＥＬ構造体であり、このようなＥＬ素
子１は、電極３，７間に配置されるＥＬ発光層５に交流
電圧を印加することによって、前記ＥＬ発光層５を発光
させるものである。表示手段とするときは、前記電極
３，７の交差部が画素とされる。

【００１７】図３は、ＳｒＳ：Ｃｅから成るＥＬ発光層
の発光スペクトルを示すグラフである。曲線Ｌ１はＳｒ
Ｓを母材としてＣｅを０．１ｍｏｌ％添加したＥＬ発光
層の発光スペクトルを示し、曲線Ｌ２はＳｒＳを母材と
してＣｅを０．５ｍｏｌ％添加したＥＬ発光層の発光ス
ペクトルを示す。また、破線で示される曲線Ｌ３は、Ｅ
ｕの吸収スペクトルを示す。

【００１８】ＳｒＳ：Ｃｅから成るＥＬ発光層は、Ｃｅ
濃度が異なると発光スペクトルが異なることが知られて
いる。すなわち、図３の曲線Ｌ１，Ｌ２に示すように、
Ｃｅ濃度が高くなるに従って発光スペクトルのピークが
長波長側へシフトする傾向がある。Ｃｅを０．１ｍｏｌ
％添加した場合（曲線Ｌ１）、４７５ｎｍ付近にピーク
を有する青色の発光色が得られる。一方、Ｃｅを０．５
ｍｏｌ％添加した場合（曲線Ｌ２）、４９０ｎｍ〜５４
０ｎｍ付近にピークを有する緑色の発光色が得られる。
Ｃｅを０．１ｍｏｌ％〜０．５ｍｏｌ％の間の濃度で添
加した場合には、曲線Ｌ１，Ｌ２間の発光スペクトルが
得られる。

【００１９】また、ＳｒＳ：Ｃｅ，Ｅｕから成るＥＬ発
光層は、Ｃｅ発光中心が励起されて起こる青色の発光色
と、Ｃｅ発光のエネルギー伝達によってＥｕが励起され
て起こる赤色の発光色とによって、白色の発光色が生じ
る。Ｅｕの吸収スペクトル（曲線Ｌ３）のピークは、４
５０ｎｍ付近にあることから、ＳｒＳ：Ｃｅ，Ｅｕから
成るＥＬ発光層では、Ｃｅ濃度を低くして、より短波長
側の発光スペクトルが得られるようにすると、Ｃｅ発光
からＥｕへのエネルギーの伝達効率が高くなり、赤色の
発光色が効率よく得られる。

【００２０】図４は、第１発光層８の発光スペクトルを
示すグラフである。第１発光層８、すなわちＳｒＳを母
材としてＣｅを０．５ｍｏｌ％含むＥＬ発光層は、４９
０ｎｍ〜５４０ｎｍ付近にピークを有する緑色の発光色
が得られる。なお、本実施例ではＣｅの添加量を０．５
ｍｏｌ％としたけれども、Ｃｅの添加量を０．５ｍｏｌ
％以上１．０ｍｏｌ％以下の割合とすることも本発明の
範囲に属するものであり、前記第１発光層８と同様の緑
色の発光色が得られる。Ｃｅの添加量が１．０ｍｏｌ％
よりも多くなると、発光層の発光輝度がほぼ半分以下に
低下して実用的でなくなるため、好ましくない。

【００２１】図５は、第２発光層９の発光スペクトルを
示すグラフである。第２発光層９、すなわちＳｒＳを母
材としてＣｅを０．３ｍｏｌ％含むＥＬ発光層は、４７
５ｎｍ付近にピークを有する青色の発光色が得られる。
なお、本実施例ではＥＬ素子１において最も高輝度な青
色が得られるよう、Ｃｅの添加量を０．３ｍｏｌ％とし
たけれども、ＥＬ素子の作成方法などによっては最も高
輝度な青色が得られるＣｅの添加量は異なる。また、Ｃ
ｅの添加量が多すぎると緑色の発光色となり、少なすぎ
るとその効果が得られない。したがって、Ｃｅの添加量
はこのような不都合が生じない量に適宜選択され、好ま
しくは０．１ｍｏｌ％以上０．５ｍｏｌ％以下の範囲で
決定される。

【００２２】図６は、第３発光層１０の発光スペクトル
を示すグラフである。第３発光層１０、すなわちＳｒＳ
を母材としてＣｅを０．１ｍｏｌ％、Ｅｕを０．１ｍｏ
ｌ％含むＥＬ発光層は、６００ｎｍ〜６２０ｎｍ付近に
ピークを有する赤色の発光色が得られる。なお、本実施
例ではＣｅの添加量を０．１ｍｏｌ％としたけれども、
Ｃｅの添加量を０．０５ｍｏｌ％以上０．１ｍｏｌ％以
下の割合としても、前述したようにＣｅ発光中心による
発光スペクトルは短波長側へシフトするものと考えら
れ、前記範囲のＣｅを添加する例も本発明の範囲に属す
るものである。また、Ｅｕの添加量は、Ｅｕ発光中心に
よる赤色の発光色が得られる量に適宜選択され、好まし
くは０．０５ｍｏｌ％〜０．２ｍｏｌ％の割合とされ
る。本実施例のＥＬ素子１において、Ｅｕの添加量を
０．１ｍｏｌ％とするとＣｅ発光中心による発光が弱く
なり、Ｅｕ発光中心による発光が支配的となることが確
認された。また、ＥＬ素子１において、上述したＣｅお
よびＥｕの添加量とすると最も効率よくＥｕが発光する
ことが確認された。なお、Ｃｅの添加量が０．０５ｍｏ
ｌ％よりも少なくなると、発光層の発光輝度がほぼ半分
以下に低下して実用的でなくなるため、好ましくない。

【００２３】このようなＥＬ素子１は、ＥＬ発光層５の
各発光層８〜１０がそれぞれ効率よく発光するため、高
輝度な白色の発光色が得られる。また、光の三原色であ
る各発光色の光強度がバランスよく得られるため、たと
えばカラーフィルタと組合せることによって良好なカラ
ー表示を得ることができる。なお、各発光色の光強度の
バランスの調整は、たとえば各発光層８〜１０の膜厚を
変えることによって調整することができる。

【００２４】以下の表１は、本実施例および比較例１，
２の輝度を示すものである。比較例１は、ＥＬ発光層を
ＳｒＳ：Ｃｅ，Ｅｕ膜から成る１層としたものであり、
比較例２は、ＥＬ発光層をＳｒＳ：Ｃｅ膜とＺｎＳ：Ｍ
ｎ膜とを積層した２層としたものである。本実施例は、
従来例である比較例１，２と比較して白色時の輝度が向
上していることが確認された。また、カラーフィルタを
用いたときの青色、緑色、赤色の輝度は、その比が１：
６：３になっていることが確認された。これは、フルカ
ラーディスプレイを作製する上で最も好ましい比率であ
る。比較例１では緑色の輝度が低く、比較例２では緑色
および赤色の輝度が低いため、前記比率が得られず、カ
ラー表示を行っても各発光色の光強度のバランスが悪い
ものとなる。

【００２５】

【表１】

【００２６】なお、本実施例では、３層から成るＥＬ発
光層５の例について説明したけれども、ＥＬ発光層５は
３層に限る必要はなく、３層以外の層から成るＥＬ発光
層５の例も本発明の範囲に属するものである。たとえば
２層とする場合、上述した第２発光層（青色）９と第３
発光層（赤色）１０とを用いることによって実現するこ
とができる。この場合、図７の点１１に示されるような
色度を有する白色表示が得られるけれども、カラーフィ
ルタを用いても緑色を取出すことができないため、バラ
ンスの良いカラー表示を実現することはできない。この
ため、白黒表示を行う表示手段として利用される。な
お、白色表示時の輝度は、前述した従来例である比較例
１に比べておよそ２〜３割程度上昇したものとなる。ま
た、各発光層の発光色を適宜選択することによって、４
層、５層…としても本実施例と同様の効果を得ることが
可能であるけれども、発光層の数が増すため製造する上
で不利である。

【００２７】また本実施例では、下部絶縁層４上に第１
発光層８、第２発光層９、第３発光層１０の順に積層す
る例について説明したけれども、積層する順番はこれに
限るものではない。さらに、本実施例では、二重絶縁型
の薄膜ＥＬ素子の例について説明したけれども、これ以
外の薄膜ＥＬ素子や、分散型ＥＬ素子の例も本発明の範
囲に属するものである。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＥＬ発光
層を構成する複数の発光層は、ＳｒＳを母材としてそれ
ぞれ異なる濃度で添加されたＣｅを含み、さらに低濃度
のＣｅを含む発光層にはＥｕが含まれている。このた
め、赤、青、緑の発光色から成る白色の発光色が得られ
る。

【００２９】また本発明によれば、前記ＥＬ発光層は第
１〜第３の発光層から成る。第１の発光層からは緑色の
発光色が得られ、第２の発光層からは青色の発光色が得
られ、第３の発光層からは赤色の発光色が得られる。第
１〜第３の発光層の発光色は、それぞれ効率よく得ら
れ、高輝度な白色の発光色が得られる。また、光の三原
色である各発光色の光強度がバランスよく得られるた
め、たとえばカラーフィルタと組合わせることによって
良好なカラー表示を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるＥＬ素子１の構成を示
す断面図である。

【図２】前記ＥＬ素子１の切欠き斜視図である。

【図３】ＳｒＳ：Ｃｅから成るＥＬ発光層の発光スペク
トルを示すグラフである。

【図４】第１発光層８の発光スペクトルを示すグラフで
ある。

【図５】第２発光層９の発光スペクトルを示すグラフで
ある。

【図６】第３発光層１０の発光スペクトルを示すグラフ
である。

【図７】ＥＬ発光層５を２層とした場合の色度図であ
る。

【符号の説明】

１ＥＬ素子３透明電極５ＥＬ発光層７金属電極８第１発光層９第２発光層１０第３発光層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一対の電極間にＥＬ発光層が
介在されたＥＬ構造体を有するＥＬ素子において、前記ＥＬ発光層は、ＳｒＳを母材とした複数の発光層か
ら成り、各発光層は、それぞれ異なる濃度で添加されたＣｅを含
み、かつ低濃度のＣｅを含む発光層にはＥｕが含まれて
いることを特徴とするＥＬ素子。
【請求項２】前記ＥＬ発光層は、ＳｒＳを母材とした
第１〜第３の発光層から成り、前記第１の発光層は、Ｃｅを０．５ｍｏｌ％以上１．０
ｍｏｌ％以下の割合で含み、前記第２の発光層は、Ｃｅを０．１ｍｏｌ％以上０．５
ｍｏｌ％以下の割合で含み、前記第３の発光層は、Ｃｅを０．０５ｍｏｌ％以上０．
１ｍｏｌ％以下の割合で含み、かつＥｕを含むことを特
徴とする請求項１記載のＥＬ素子。