JPH08162272A - El素子およびその製造方法 - Google Patents

El素子およびその製造方法

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JPH08162272A
JPH08162272A JP6331701A JP33170194A JPH08162272A JP H08162272 A JPH08162272 A JP H08162272A JP 6331701 A JP6331701 A JP 6331701A JP 33170194 A JP33170194 A JP 33170194A JP H08162272 A JPH08162272 A JP H08162272A
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JP
Japan
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emitting layer
layer
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brightness
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JP6331701A
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English (en)
Inventor
Masayuki Suzuki
正幸 鈴木
Kazuhiro Inokuchi
和宏 井ノ口
Hajime Ishihara
元 石原
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】平面配置の、発光バランスの良い多色のEL素
子を提供すること。 【構成】絶縁層3,8 の構成が同一であれば、クランプ電
界が低い発光層5 のものであると発光開始電圧が低くな
るため、発光層膜厚を増加させて発光開始電圧を上げる
ことで、他の発光層7 の発光開始電圧に揃えて同一の駆
動波形での駆動が可能となる。また発光層5 の膜厚を増
加させると発光輝度も増加するが、設置するカラーフィ
ルタ10のフィルタ特性を調整し、必要な輝度に調整して
パネルの色バランスを向上させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種情報機器のディス
プレイ等に利用されるEL素子およびEL素子の製造方
法に関し、特に、多色表示EL素子とその製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、EL素子を用いたパネルで多色発
光をさせる素子構造として、異なる発光色を呈する発光
層、あるいはEL素子を積層する構造や、異なった発光
層を平面に配置させる構造が提案されているが、多くは
信頼性、コスト面を考慮して後者の平面配置構造が多く
検討されている。
【0003】中でも発光層を平面に配置するための方法
として、例えば発光層母材を形成した後、発光中心とし
て複数種の金属イオンをイオン注入により多色の発光領
域を形成する方法が知られている(特公昭62-50958号公
報)。また複数種の発光層をホトリソ技術を用いて所望
の形状に形成するために様々な方法が提案されている。
その際、発光素層母材が同一の場合、第一の発光層形成
後、第二の発光層を形成するのにエッチングレートの差
が取れないため、様々な工夫が提案されている。例え
ば、第一発光層形成後、熱処理してエッチングレートを
下げた後、第二の発光層を成膜してエッチング形成する
方法(特公平5-150037号公報)や、第一の発光層を形成
後、エッチングストッパ層を形成してから第二の発光層
を形成する方法(特公平1-19759 号公報)、またレジス
トを用いたリフトオフ法(特公平1-55757 号公報)など
がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】平面配置構造の多色E
L素子において、単純に発光層を平面に配置するだけで
は、各発光色の輝度のバランスを欠いたり、発行層の違
いによりクランプ電界が異なるため発光開始電圧のずれ
を生じてしまい、ディスプレイとしての表示品位を欠く
ことになる(クランプ電界とは、発光層が発光し出す臨
界電界強度)。またこの電圧のずれを駆動回路で補正す
るため、発光色ごとに駆動波形を制御すると、回路構成
が複雑となり、パネルコストの上昇を招くことになる。
【0005】また製造方法について、イオン注入による
方法は、高価な機器を用いることに加え、スループット
が低いため量産には不向きである。また熱処理によるエ
ッチングレートの差を付ける方法は、エッチング条件や
成膜条件をうまく調整しないと十分なエッチングレート
の差がとれず、発光層の形成が困難になり、製造上の条
件が厳しいという問題がある。エッチングストッパ層を
形成する方法では、発光開始電圧の上昇を招き、製品と
しての特性を低下させることになる。これに対し、リフ
トオフ法では、平面配置多色の発光層形成はできるもの
の、レジストの耐熱温度が150 ℃程度しかないため、発
光層の成膜温度が低温の範囲に制限され、従って発光層
の発光効率が低下し、輝度の低下を引き起こしたり、絶
縁層/発光層界面に有機物が残留し信頼性の低下を引き
起こす。
【0006】従って本発明の目的は、平面配置の、発光
バランスの良い多色のEL素子を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明の構成は、少なくとも片側が透明である一対の
電極間に、一対の透明絶縁層で挟持された少なくとも二
種類以上の発光層を同一平面上に分割して配置して、少
なくとも一種類以上の発光層の上方にカラーフィルタを
設置してなるEL素子において、クランプ電界の低い発
光層の膜厚を他の発光層の膜厚より厚くすることであ
る。また関連発明の構成は、前記クランプ電界の低い発
光層の上方に前記カラーフィルタを設置することを特徴
とする。本発明はまた、前記クランプ電界の低い発光層
を挟む絶縁層の膜厚を、他の発光層を挟む絶縁層の膜厚
より厚くすることを特徴とする。
【0008】本発明の構造を製造する方法として、少な
くとも一つが透明である一対の電極間に、一対の透明絶
縁層で挟持させる、少なくとも二種類以上の発光層を同
一平面上に分割して配置するEL素子の製造方法におい
て、絶縁性基板上に、第一電極、第一絶縁層を順次形成
後、発光層を形成しない部分に、発光層よりもエッチン
グレートの高い無機材料からなる層を形成する工程と、
前記無機材料を形成した第一絶縁層上に発光層を形成す
る工程と、前記無機材料から成る層と、その直上の発光
層材料とを同時に取り去る工程とを含むことを特徴とす
る。またその関連発明の構成は、前記無機材料を酸化亜
鉛(ZnO) とすること、またはさらに、前記無機材料から
成る層の膜厚を、発光層の膜厚以上とすることが特徴で
ある。
【0009】
【作用および発明の効果】絶縁層の構成が同一であれ
ば、発光層のクランプ電界が低いものであると発光開始
電圧が低くなるため、発光層膜厚を増加させて発光開始
電圧を上げることで、他の発光層の発光開始電圧に揃え
て同一の駆動波形での駆動が可能となる。また発光層の
膜厚を増加させると発光輝度も増加するが、設置するカ
ラーフィルタのフィルタ特性を調整し、必要な輝度に調
整してパネルの色バランスを向上させることが可能とな
る。請求項2の構成では、クランプ電界が低いと、他の
発光層と同じ電圧を印加すると発光輝度が大きくなるこ
とから、カラーフィルタを用いて輝度を調整することで
バランスのとれた発光とすることができる。請求項3の
構成では、絶縁層の膜厚を調整することで、発光印加電
圧を等しくでき、駆動回路の簡素化が図れる。
【0010】製造面では、請求項4の構成により、無機
材料から成る層を用いたリフトオフ法により発光層の成
膜温度が低温領域に限られていた制限がなくなり、比較
的高温でもよくなったため発光効率の高い発光層が形成
でき、リフトオフ後のレジスト等の有機物が残らないた
め、高輝度で信頼性の高い多色発光のEL素子を形成す
ることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。 (構成)図1は、本発明にかかるEL素子の模式的な断
面構造について示す。無アルカリのガラス基板1上に、
ITO等から成る透明電極が第一電極2として形成さ
れ、SiON/Ta2O5-Al2O3 から成る第一絶縁層3、ZnS:Mn
から成る発光層(橙)5、ZnS:TbOFから成る発光層
(緑)7、SiON/Ta2O5-Al2O3 から成る第二絶縁層8、
ZnO:Ga2O3 から成る第二電極9が順次形成されて、前記
発光層5の上部にカラーフィルタ10が形成されてい
る。
【0012】上記構成を用いた多色表示EL素子の特性
の一例を図2に示す。図2(a) に示すように、例えば発
光開始電圧を220 Vに揃えようとすると、ZnS:Mn橙色発
光層5の膜厚を700nm 、ZnS:TbOF緑色発光層7の膜厚を
510nm にする必要がある。これはZnS:Mn層のクランプ電
界が低いためである。一方、その膜厚でのそれぞれの発
光層の輝度を見ると図2(b) のようになり、緑色では12
0cd/m2、橙色では420cd/m2となるため、人間の比視感度
を考慮しても、多色発光をすると橙色が強く感じられて
アンバランスな表示しかできない。そこでZnS:Mn層の赤
色発光成分を透過させる所望の赤色カラーフィルタを設
置することにより、輝度バランスのとれた緑色と赤色及
びその混色のマルチカラー表示が可能となる。
【0013】即ち、発光中心が異なると、発光層が発光
するのに必要な電界(即ちクランプ電界)が異なる。こ
の結果、複数種の発光層を形成するのに同一の膜厚にす
ると、発光開始電圧の差が生じて、表示パネルとしては
不都合を生じる。クランプ電界の低い発光層の膜厚を、
他の発光層より厚く形成し、発光開始電圧を揃えること
で回路的なバランスをとることができる。そして膜厚が
厚くなると発光輝度が上昇する傾向があるので、各発光
色間で輝度の差が大きくなると、色バランスの欠いた表
示となり、製品としての品質を低下させることから、膜
厚を厚くした発光層側にカラーフィルタを配置させて輝
度バランスをとるとともに、発光色の純度向上が成され
る。
【0014】次に、前述の多色発光EL素子の製造方法
について述べる。 (a) まず、ガラス基板1上にITOからなる第一電極2
をDCスパッタ法により成膜する。具体的には、ITO
をターゲットして、スパッタガスとしてアルゴン(Ar)、
酸素(O2)ガスを導入し、成膜圧力を1.0Pa に保って、ガ
ラス基板1を300℃に加熱してスパッタリングパワーを
1.5kW の出力で成膜する。 (b) 次に、第一絶縁層3を、高周波スパッタ法により成
膜する。具体的にはシリコン(Si)をターゲットし、スパ
ッタガスとしてアルゴン(Ar)、酸素(O2)、窒素(N2)ガス
の混合ガスを導入し、0.5Pa の圧力で、基板1を300 ℃
に加熱し、3kW の高周波電力でSiONを成膜する。続けて
Ta2O5 とAl2O3 の混合焼結体をターゲットとし、スパッ
タガスとしてアルゴン(Ar)、酸素(O2)の混合ガスを導入
し、1.0Paの圧力で2kW の高周波電力でTa2O5-Al2O3
成膜する。 (c) 次にリフトオフに用いる層4として、酸化亜鉛(Zn
O) を真空蒸着により成膜する。具体的には、酸化亜鉛
(ZnO) ペレットを蒸着材として、基板1を200 ℃に加熱
し、電子ビーム蒸着を行う。 (d) 次に、上記の酸化亜鉛(ZnO) 層のうち、次工程で成
膜する第一発光層の発光させる部分を、通常知られてい
るホトリソグラフィ法を用いて取り去る。(以上、図3
(a)) (e) そして第一発光層5を、電子ビーム蒸着により成膜
する。具体的には、硫化亜鉛(ZnS) にマンガン(Mn)を添
加したペレットを蒸着材とし、基板1を200 ℃に加熱し
て、電子ビーム蒸着を行う。(図3(b))(f) 次に、10%
希釈した酢酸溶液に浸して、酸化亜鉛(ZnO) とその直上
の発光層材料を同時に取り除く。それで発光される部分
のみが残されて形成される。(図3(c)) (g) 同様にして、リフトオフ層6の形成、第二発光層7
の成膜、リフトオフを行い、発光層の形成を行う(図3
(d) 、図4(e) (f))。ここで、第二発光層7としてZnS:
TbOF層を高周波スパッタで成膜するが、具体的には硫化
亜鉛(ZnS) にTbOFを添加した焼結体をターゲットとし、
スパッタガスとしてアルゴン(Ar)とヘリウム(He)ガスの
混合ガスを導入し、成膜圧力を3Pa に保って、基板1を
250 ℃に加熱して、2.2kW の高周波電力で成膜する。 (h) 次に、真空中において、500 ℃、3時間、熱処理加
え、発光層5、7の結晶性を向上させる。 (i) 次に第二絶縁層8を、高周波スパッタ法により成膜
する。具体的には第一絶縁層3と同様な方法で、SiON/
Ta2O5・Al2O3 を成膜する。(図4(g)) (j) そして第二電極9を、イオンプレーティング法によ
り成膜する。具体的には酸化亜鉛(ZnO) に酸化ガリワム
(Ga2O3) を添加したペレットを蒸着材とし、アルゴン(A
r)ガスを導入して0.04Paに保ち、基板1を250 ℃に加熱
して、40W の高周波電力を印加して成膜する。(図4
(h))
【0015】なお、図3、図4に示す工程では、二種類
の発光層の膜厚を同じ厚さで形成するように描いてある
が、図1に示すように、膜厚を変化させるようにして
も、工程としては同じである。
【0016】このようにして作製した多色表示EL素子
は、高々150 ℃までしか加熱できない従来のレジスト
(特公平1-55757 号公報)を用いたリフトオフ法と比較
し、発光層にダメージを与えない酸化亜鉛(ZnO) などの
無機材料でパターニングできて、発光層成膜温度を高温
にできるために高輝度が得られ、さらにレジストのよう
な有機材料が素子中に残留しないので、耐圧の低下や、
連続発光による輝度低下が生じにくい、信頼性の高いE
L素子となる。そして発光層の膜厚を調節して発光開始
電圧を等しくできるので、駆動回路が簡素化される。そ
してカラーフィルタを用いて、発光色の輝度のバランス
を向上させEL素子のディスプレイ性能を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のEL素子の模式的な構造断面図。
【図2】発光層の膜厚と発光開始電圧との関係、および
発光輝度との関係を示す説明図。
【図3】本発明のEL素子の模式的な製造工程図(その
1)
【図4】本発明のEL素子の模式的な製造工程図(その
2)
【符号の説明】
1 ガラス基板 2 第一電極 3 第一絶縁層 4 リフトオフ層 5 第一の発光層 6 リフトオフ層 7 第二の発光層 8 第二絶縁層 9 第二電極 10 フィルタ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも片側が透明である一対の電極間
    に、一対の透明絶縁層で挟持された少なくとも二種類以
    上の発光層を同一平面上に分割して配置して、少なくと
    も一種類以上の発光層の上方にカラーフィルタを設置し
    てなるEL素子において、 クランプ電界の低い発光層の膜厚を他の発光層の膜厚よ
    り厚くすることを特徴とするEL素子。
  2. 【請求項2】前記クランプ電界の低い発光層の上方に前
    記カラーフィルタを設置することを特徴とする請求項1
    に記載のEL素子。
  3. 【請求項3】前記クランプ電界の低い発光層を挟む絶縁
    層の膜厚を、他の発光層を挟む絶縁層の膜厚より厚くす
    ることを特徴とする請求項1に記載のEL素子。
  4. 【請求項4】少なくとも一つが透明である一対の電極間
    に、一対の透明絶縁層で挟持させる、少なくとも二種類
    以上の発光層を同一平面上に分割して配置するEL素子
    の製造方法において、 絶縁性基板上に、第一電極、第一絶縁層を順次形成後、
    発光層を形成しない部分に、発光層よりもエッチングレ
    ートの高い無機材料からなる層を形成する工程と、 前記無機材料を形成した第一絶縁層上に発光層を形成す
    る工程と、 前記無機材料から成る層と、その直上の発光層材料とを
    同時に取り去る工程とを含むことを特徴とするEL素子
    の製造方法。
  5. 【請求項5】前記無機材料を酸化亜鉛(ZnO) とすること
    を特徴とする請求項4に記載のEL素子の製造方法。
  6. 【請求項6】前記無機材料から成る層の膜厚を、発光層
    の膜厚以上とすることを特徴とする請求項4に記載のE
    L素子の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1361560A2 (en) * 2002-05-07 2003-11-12 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Semiconductor driver circuit, display device and method of adjusting brightness balance for display device
KR101199164B1 (ko) * 2005-05-11 2012-11-12 삼성디스플레이 주식회사 발광표시장치 및 그 제조방법

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