JPH0883686A - 薄膜発光素子 - Google Patents
薄膜発光素子Info
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- JPH0883686A JPH0883686A JP6215780A JP21578094A JPH0883686A JP H0883686 A JPH0883686 A JP H0883686A JP 6215780 A JP6215780 A JP 6215780A JP 21578094 A JP21578094 A JP 21578094A JP H0883686 A JPH0883686 A JP H0883686A
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- thin film
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- insulating layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 現在十分な輝度が得られていない発光色（青
色，赤色など）のＥＬ発光についても、十分な発光輝度
が得られ、かつ発光開始電圧の低減化、輝度の立ち上が
り特性の改善、長寿命化などを達成できる薄膜発光素子
を提供する。 【構成】 薄膜発光素子を構成する絶縁層３ａ，５ａ
に、膜の垂直方向に自発分極の成分を有しかつペロブス
カイト構造の強誘電体薄膜を用い、その強誘電体薄膜の
自発分極の反転を利用することにより、上記目的が達成
できるような薄膜発光素子を実現した。
色，赤色など）のＥＬ発光についても、十分な発光輝度
が得られ、かつ発光開始電圧の低減化、輝度の立ち上が
り特性の改善、長寿命化などを達成できる薄膜発光素子
を提供する。 【構成】 薄膜発光素子を構成する絶縁層３ａ，５ａ
に、膜の垂直方向に自発分極の成分を有しかつペロブス
カイト構造の強誘電体薄膜を用い、その強誘電体薄膜の
自発分極の反転を利用することにより、上記目的が達成
できるような薄膜発光素子を実現した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、表示、照明等に用いる
発光素子に係わり、特に、電圧の印加に対応してＥＬ
（Electroluminescence)発光する薄膜発光素子に関す
る。
発光素子に係わり、特に、電圧の印加に対応してＥＬ
（Electroluminescence)発光する薄膜発光素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】印加した交流または両極性パルス電圧に
対応してＥＬ発光する薄膜発光素子においては、それを
構成する発光層として通常、硫化亜鉛（ＺｎＳ）や硫化
ストロンチウム（ＳｒＳ）等の硫化物が用いられる。表
示パネルとして商品化されている薄膜発光素子として
は、発光層に、硫化亜鉛にマンガンを微量添加した蛍光
体（ＺｎＳ：Ｍｎ）が用いられており、これにより黄橙
色発光が得られている。緑色発光薄膜発光素子ではテル
ビウム（Ｔｂ）を付活した硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ｔｂ）に
よって高輝度が得られたことが報告されている。
対応してＥＬ発光する薄膜発光素子においては、それを
構成する発光層として通常、硫化亜鉛（ＺｎＳ）や硫化
ストロンチウム（ＳｒＳ）等の硫化物が用いられる。表
示パネルとして商品化されている薄膜発光素子として
は、発光層に、硫化亜鉛にマンガンを微量添加した蛍光
体（ＺｎＳ：Ｍｎ）が用いられており、これにより黄橙
色発光が得られている。緑色発光薄膜発光素子ではテル
ビウム（Ｔｂ）を付活した硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ｔｂ）に
よって高輝度が得られたことが報告されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、カラーテレビ
ジョン画像を表示するためのフルカラーの薄膜発光素子
を実現するために必要な青色、赤色発光素子に関して
は、輝度や寿命などの点で実用化可能なものはいままで
報告されていない。青色発光素子の中では最も高輝度な
セリウム（Ｃｅ）を付活した硫化ストロンチウム（Ｓｒ
Ｓ：Ｃｅ）蛍光体は色調が白色を帯びた青緑色であるた
め、青色発光を得るにはフィルタを必要とし、また化学
的な安定性も良くない。ツリウム付活硫化亜鉛（Ｚｎ
Ｓ：Ｔｍ）やセリウムを付活したテトラチオガリウム酸
ストロンチウム（ＳｒＧａ2 Ｓ4 ：Ｃｅ）は青色として
の色調は良好であるが、輝度が十分でない。一方、赤色
蛍光体のユーロピウム付活硫化カルシウム（ＣａＳ：Ｅ
ｕ）は空気中の水蒸気と反応する性質があるため、寿命
の点で問題がある。このように、青色、赤色発光の従来
のＥＬ蛍光体には実用条件を満足するものはない。
ジョン画像を表示するためのフルカラーの薄膜発光素子
を実現するために必要な青色、赤色発光素子に関して
は、輝度や寿命などの点で実用化可能なものはいままで
報告されていない。青色発光素子の中では最も高輝度な
セリウム（Ｃｅ）を付活した硫化ストロンチウム（Ｓｒ
Ｓ：Ｃｅ）蛍光体は色調が白色を帯びた青緑色であるた
め、青色発光を得るにはフィルタを必要とし、また化学
的な安定性も良くない。ツリウム付活硫化亜鉛（Ｚｎ
Ｓ：Ｔｍ）やセリウムを付活したテトラチオガリウム酸
ストロンチウム（ＳｒＧａ2 Ｓ4 ：Ｃｅ）は青色として
の色調は良好であるが、輝度が十分でない。一方、赤色
蛍光体のユーロピウム付活硫化カルシウム（ＣａＳ：Ｅ
ｕ）は空気中の水蒸気と反応する性質があるため、寿命
の点で問題がある。このように、青色、赤色発光の従来
のＥＬ蛍光体には実用条件を満足するものはない。
【０００４】一方、発光層の表裏両側を挟む絶縁層（Ｅ
Ｌ発光を行う薄膜発光素子の構造については後述する
が、図１乃至図３を参照されたい）としては、通常、五
酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）や二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ2 ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）等の常誘電体薄膜や
それらの積層膜が用いられている。このような常誘電体
では電束密度が印加電界に比例するので、ＥＬ発光の励
起源である発光層中の移動電荷密度やそれと比例関係に
ある発光輝度は、印加電圧がクランプ開始電圧を越えた
領域では、印加電圧の増分に比例して増加する。この結
果、高輝度を得るためには高い印加電圧が必要となる。
特に、Ｘ−Ｙマトリクスで駆動する表示パネル用薄膜発
光素子においては、駆動素子の制限により発光画素と非
発光画素とに印加する電圧に大きな差をつけることがで
きないため、輝度やコントラスト比が低下するという実
用上の問題を生じている。
Ｌ発光を行う薄膜発光素子の構造については後述する
が、図１乃至図３を参照されたい）としては、通常、五
酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）や二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ2 ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）等の常誘電体薄膜や
それらの積層膜が用いられている。このような常誘電体
では電束密度が印加電界に比例するので、ＥＬ発光の励
起源である発光層中の移動電荷密度やそれと比例関係に
ある発光輝度は、印加電圧がクランプ開始電圧を越えた
領域では、印加電圧の増分に比例して増加する。この結
果、高輝度を得るためには高い印加電圧が必要となる。
特に、Ｘ−Ｙマトリクスで駆動する表示パネル用薄膜発
光素子においては、駆動素子の制限により発光画素と非
発光画素とに印加する電圧に大きな差をつけることがで
きないため、輝度やコントラスト比が低下するという実
用上の問題を生じている。
【０００５】また、常誘電体以外にも、強誘電体をＥＬ
発光の薄膜発光素子用の絶縁層に用いる試みも報告され
ている。チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）やチタン酸バリウ
ム（ＢａＴｉＯ3 ）薄膜を硫化亜鉛系ＥＬ素子の絶縁層
に用いた例では、絶縁層の誘電率が大きいことにより、
発光開始電圧が低減されたことが主な改善点であるとさ
れている。また、強誘電体セラミクスを基板として利用
した薄膜発光素子も過去に報告されている（T. Minami
ほか、Jpn. J. Appl. Phys. 30 (1991) L117)。この報
告では、基板には２００μｍ厚のＢａＴｉＯ3 セラミク
スを、またマンガン（Ｍｎ）を付活したオルトケイ酸亜
鉛（Ｚｎ2 ＳｉＯ4 ：Ｍｎ）薄膜を発光層として用い、
緑色発光を得ている。しかし、２００μｍ厚という通常
の絶縁層薄膜に比べ４００倍以上も厚いセラミクスを絶
縁層としているため、低電圧駆動が難しく、また機械的
強度が弱いことも問題である。
発光の薄膜発光素子用の絶縁層に用いる試みも報告され
ている。チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）やチタン酸バリウ
ム（ＢａＴｉＯ3 ）薄膜を硫化亜鉛系ＥＬ素子の絶縁層
に用いた例では、絶縁層の誘電率が大きいことにより、
発光開始電圧が低減されたことが主な改善点であるとさ
れている。また、強誘電体セラミクスを基板として利用
した薄膜発光素子も過去に報告されている（T. Minami
ほか、Jpn. J. Appl. Phys. 30 (1991) L117)。この報
告では、基板には２００μｍ厚のＢａＴｉＯ3 セラミク
スを、またマンガン（Ｍｎ）を付活したオルトケイ酸亜
鉛（Ｚｎ2 ＳｉＯ4 ：Ｍｎ）薄膜を発光層として用い、
緑色発光を得ている。しかし、２００μｍ厚という通常
の絶縁層薄膜に比べ４００倍以上も厚いセラミクスを絶
縁層としているため、低電圧駆動が難しく、また機械的
強度が弱いことも問題である。
【０００６】以上のように、青色、赤色発光の薄膜発光
素子では実用に耐える輝度、寿命などの特性を持ったも
のはない。また、絶縁層には通常、常誘電体が用いられ
ているため、輝度の立ち上がり特性が十分でない。強誘
電体絶縁層を用いた薄膜発光素子では絶縁層の高誘電性
を利用し低電圧駆動化しているものの、いまだ発光色や
発光特性などの点での本質的な改善が認められたとの報
告はない。
素子では実用に耐える輝度、寿命などの特性を持ったも
のはない。また、絶縁層には通常、常誘電体が用いられ
ているため、輝度の立ち上がり特性が十分でない。強誘
電体絶縁層を用いた薄膜発光素子では絶縁層の高誘電性
を利用し低電圧駆動化しているものの、いまだ発光色や
発光特性などの点での本質的な改善が認められたとの報
告はない。
【０００７】本発明の目的は、以下に説明する認識にも
とづいて、特定の強誘電体薄膜を絶縁層に使用すること
によって、上記問題点を解決するとともに、輝度、寿命
などの点に関し所期の特性が得られる薄膜発光素子を提
供することにある。
とづいて、特定の強誘電体薄膜を絶縁層に使用すること
によって、上記問題点を解決するとともに、輝度、寿命
などの点に関し所期の特性が得られる薄膜発光素子を提
供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明薄膜発光素子は、膜の垂直方向に自発分極の
成分を有する強誘電体薄膜を、薄膜発光素子の絶縁層
（少なくとも一部の絶縁層）に用い、強誘電体薄膜の自
発分極の反転を利用することにより、立ち上がり特性の
良い強力なＥＬ発光を得るようにしたものである。ま
た、本発明は、既存の硫化物系発光層のほか、従来の薄
膜発光（ＥＬ発光）素子では発光しなかった酸化物系の
発光層にも応用でき、その酸化物系の発光層を用いたこ
とにより色純度、輝度特性、化学安定性（長寿命化）な
どの点で優れた性能が得られるようにしたものである。
め、本発明薄膜発光素子は、膜の垂直方向に自発分極の
成分を有する強誘電体薄膜を、薄膜発光素子の絶縁層
（少なくとも一部の絶縁層）に用い、強誘電体薄膜の自
発分極の反転を利用することにより、立ち上がり特性の
良い強力なＥＬ発光を得るようにしたものである。ま
た、本発明は、既存の硫化物系発光層のほか、従来の薄
膜発光（ＥＬ発光）素子では発光しなかった酸化物系の
発光層にも応用でき、その酸化物系の発光層を用いたこ
とにより色純度、輝度特性、化学安定性（長寿命化）な
どの点で優れた性能が得られるようにしたものである。
【０００９】すなわち、本発明薄膜発光素子は、発光層
を表裏両側からそれぞれ１層乃至複数層からなる絶縁層
により挟持した形態の積層体を、交流または両極性パル
スが印加される一対の電極間に挟んでなる薄膜発光素子
において、前記絶縁層のうち前記表裏両側またはそのい
ずれか一方の少なくとも１層は、膜の垂直方向に自発分
極の成分を有しかつペロブスカイト構造の強誘電体薄膜
により構成し、前記発光層は、前記絶縁層を構成する前
記強誘電体薄膜の前記交流または両極性パルスの印加に
よる自発分極の反転に対応してＥＬ発光することを特徴
とするものである。
を表裏両側からそれぞれ１層乃至複数層からなる絶縁層
により挟持した形態の積層体を、交流または両極性パル
スが印加される一対の電極間に挟んでなる薄膜発光素子
において、前記絶縁層のうち前記表裏両側またはそのい
ずれか一方の少なくとも１層は、膜の垂直方向に自発分
極の成分を有しかつペロブスカイト構造の強誘電体薄膜
により構成し、前記発光層は、前記絶縁層を構成する前
記強誘電体薄膜の前記交流または両極性パルスの印加に
よる自発分極の反転に対応してＥＬ発光することを特徴
とするものである。
【００１０】また、本発明薄膜発光素子は、前記強誘電
体薄膜が、（Ｐｂx Ａ1-x ）（Ｚｒ y Ｔｉ1-y ）Ｏ
3 （ここに、ＡはＣａ，ＳｒまたはＢａ、また、ｘ，ｙ
はそれぞれ0.6 ≦ｘ≦１，0.4 ≦ｙ≦0.6 ）にＹ，Ｎ
ｂ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅ
ｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌ
ｕ，ＴａまたはＢｉを０〜１０ａｔ．％添加させて成膜
したものであることを特徴とするものである。
体薄膜が、（Ｐｂx Ａ1-x ）（Ｚｒ y Ｔｉ1-y ）Ｏ
3 （ここに、ＡはＣａ，ＳｒまたはＢａ、また、ｘ，ｙ
はそれぞれ0.6 ≦ｘ≦１，0.4 ≦ｙ≦0.6 ）にＹ，Ｎ
ｂ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅ
ｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌ
ｕ，ＴａまたはＢｉを０〜１０ａｔ．％添加させて成膜
したものであることを特徴とするものである。
【００１１】また、本発明薄膜発光素子は、前記強誘電
体薄膜が、（Ｐｂx Ａ1-x ）（Ｚｒ y Ｔｉ1-y ）Ｏ
3 （ここに、ＡはＣａ，ＳｒまたはＢａ、また、ｘ，ｙ
はそれぞれ0.6 ≦ｘ≦１，0.4 ≦ｙ≦0.6 ）と他のペロ
ブスカイト構造の強誘電体との固溶体を用いて成膜した
ものであることを特徴とするものである。
体薄膜が、（Ｐｂx Ａ1-x ）（Ｚｒ y Ｔｉ1-y ）Ｏ
3 （ここに、ＡはＣａ，ＳｒまたはＢａ、また、ｘ，ｙ
はそれぞれ0.6 ≦ｘ≦１，0.4 ≦ｙ≦0.6 ）と他のペロ
ブスカイト構造の強誘電体との固溶体を用いて成膜した
ものであることを特徴とするものである。
【００１２】また、本発明薄膜発光素子は、前記絶縁層
の厚さが、前記発光層の厚さの５０倍を越えないでかつ
0.1 μｍ以上の厚さであることを特徴とするものであ
る。
の厚さが、前記発光層の厚さの５０倍を越えないでかつ
0.1 μｍ以上の厚さであることを特徴とするものであ
る。
【００１３】また、本発明薄膜発光素子は、前記発光層
が、酸素を含む化合物を母体とする材料を用いて成膜し
た層からなることを特徴とするものである。
が、酸素を含む化合物を母体とする材料を用いて成膜し
た層からなることを特徴とするものである。
【００１４】また、本発明薄膜発光素子は、前記酸素を
含む化合物が、ピロリン酸塩、けい酸塩またはタングス
テン酸塩であることを特徴とするものである。
含む化合物が、ピロリン酸塩、けい酸塩またはタングス
テン酸塩であることを特徴とするものである。
【００１５】また、本発明薄膜発光素子は、前記発光層
が、酸素を含む化合物を母体とする材料にＥｕを付活剤
として添加した材料を用いて成膜した層からなることを
特徴とするものである。
が、酸素を含む化合物を母体とする材料にＥｕを付活剤
として添加した材料を用いて成膜した層からなることを
特徴とするものである。
【００１６】
【実施例】以下に添付図面を参照し実施例により本発明
を詳細に説明する。本発明は膜の垂直方向に自発分極の
成分を持つ強誘電体薄膜を薄膜発光（ＥＬ発光）素子の
絶縁層（少なくとも一部の絶縁層）に用い、強誘電体薄
膜の自発分極の反転を利用して発光を得ることを特徴と
している。そこで本発明の実施例について説明するに先
立ち、薄膜発光素子における絶縁層の役割について説明
する。
を詳細に説明する。本発明は膜の垂直方向に自発分極の
成分を持つ強誘電体薄膜を薄膜発光（ＥＬ発光）素子の
絶縁層（少なくとも一部の絶縁層）に用い、強誘電体薄
膜の自発分極の反転を利用して発光を得ることを特徴と
している。そこで本発明の実施例について説明するに先
立ち、薄膜発光素子における絶縁層の役割について説明
する。
【００１７】薄膜発光素子に電圧を印加したとき、発光
層と絶縁層は積層されているので、発光層、絶縁層の電
束密度をそれぞれ、Ｄs , Ｄi とすると、両者は等し
い。印加電圧Ｖが素子のクランプ開始電圧Ｖｃまで増加
すると、発光層の電束密度Ｄsは最大値Ｄsmaxをとり、
発光層は導通状態になると共に、発光が始まる。クラン
プ開始電圧Ｖｃを越えると電界や電束密度の増加は絶縁
層だけで起こり、絶縁層の電束密度Ｄi と発光層の最大
電束密度Ｄsmaxとの差の２倍に相当する移動電荷密度Δ
ＤがＥＬ発光の励起源となる。通常用いられる絶縁層は
常誘電体であるので、移動電荷密度ΔＤは印加電圧Ｖに
比例して増加する。その結果、移動電荷密度ΔＤやそれ
とほぼ比例関係にある輝度Ｌは印加電圧ＶがＶｃを越え
ると発生するが、その後の立ち上がりが鈍いため、実用
上の問題としてコントラスト比の低下を引き起こしてい
る。
層と絶縁層は積層されているので、発光層、絶縁層の電
束密度をそれぞれ、Ｄs , Ｄi とすると、両者は等し
い。印加電圧Ｖが素子のクランプ開始電圧Ｖｃまで増加
すると、発光層の電束密度Ｄsは最大値Ｄsmaxをとり、
発光層は導通状態になると共に、発光が始まる。クラン
プ開始電圧Ｖｃを越えると電界や電束密度の増加は絶縁
層だけで起こり、絶縁層の電束密度Ｄi と発光層の最大
電束密度Ｄsmaxとの差の２倍に相当する移動電荷密度Δ
ＤがＥＬ発光の励起源となる。通常用いられる絶縁層は
常誘電体であるので、移動電荷密度ΔＤは印加電圧Ｖに
比例して増加する。その結果、移動電荷密度ΔＤやそれ
とほぼ比例関係にある輝度Ｌは印加電圧ＶがＶｃを越え
ると発生するが、その後の立ち上がりが鈍いため、実用
上の問題としてコントラスト比の低下を引き起こしてい
る。
【００１８】薄膜発光素子における絶縁層の性能指数は
通常、最大電束密度、つまり絶縁破壊直前の電束密度で
規定される。絶縁層が常誘電体の場合、最大電束密度Ｄ
imaxは Ｄimax＝εo εr Ｅimax で表され、比誘電率εr と絶縁耐圧Ｅimaxの積に比例す
る。ここに、εo は真空の誘電率である。
通常、最大電束密度、つまり絶縁破壊直前の電束密度で
規定される。絶縁層が常誘電体の場合、最大電束密度Ｄ
imaxは Ｄimax＝εo εr Ｅimax で表され、比誘電率εr と絶縁耐圧Ｅimaxの積に比例す
る。ここに、εo は真空の誘電率である。
【００１９】ＺｎＳ薄膜（発光層）の最大電束密度Ｄ
smaxは0.01Ｃ／ｍ2 程度であり、ＳｉＯ2 ，Ｔａ2 Ｏ5
薄膜（絶縁層）の最大電束密度Ｄimaxはそれぞれ、0.0
2, 0.06Ｃ／ｍ2 である。従って、移動電荷密度の最大
値ΔＤmax は絶縁層がＴａ2 Ｏ5の場合、 ΔＤmax ＝２（Ｄimax−Ｄsmax）＝0.1 Ｃ／ｍ2 となる。また、絶縁層がＳｉＯ2 の場合にはＴａ2 Ｏ5
の場合の１／５となる。
smaxは0.01Ｃ／ｍ2 程度であり、ＳｉＯ2 ，Ｔａ2 Ｏ5
薄膜（絶縁層）の最大電束密度Ｄimaxはそれぞれ、0.0
2, 0.06Ｃ／ｍ2 である。従って、移動電荷密度の最大
値ΔＤmax は絶縁層がＴａ2 Ｏ5の場合、 ΔＤmax ＝２（Ｄimax−Ｄsmax）＝0.1 Ｃ／ｍ2 となる。また、絶縁層がＳｉＯ2 の場合にはＴａ2 Ｏ5
の場合の１／５となる。
【００２０】一方、強誘電体は自発分極を持ち、かつ自
発分極の向きを電界により変えられることが特徴であ
る。ペロブスカイト構造の強誘電体であるＰｂ（Ｚｒy
Ｔｉ1- y ）Ｏ3 （以下ＰＺＴと呼ぶ，ｙ≒0.5 ）では約
0.3 Ｃ／ｍ2 の自発分極Ｐs を持つ。Ｐs 》Ｄsmaxであ
るので、自発分極が反転したときの移動電荷密度は自発
分極Ｐs の２倍になり、 ΔＤ＝２Ｐs ＝0.6 Ｃ／ｍ2 とＴａ2 Ｏ5 の最大電荷密度ΔＤmax に比べ６倍も大き
い。従って、膜の垂直方向に自発分極の成分を持つ強誘
電体膜をＥＬ発光を行う素子の絶縁層に使うことによ
り、通常の常誘電体の絶縁層を用いた場合に比べ数倍ま
たはそれ以上の輝度の向上を期待することができる。更
に、強誘電体の自発分極反転は比較的低電界で起こるの
で、低電圧で強力な発光を得ることが可能となる。
発分極の向きを電界により変えられることが特徴であ
る。ペロブスカイト構造の強誘電体であるＰｂ（Ｚｒy
Ｔｉ1- y ）Ｏ3 （以下ＰＺＴと呼ぶ，ｙ≒0.5 ）では約
0.3 Ｃ／ｍ2 の自発分極Ｐs を持つ。Ｐs 》Ｄsmaxであ
るので、自発分極が反転したときの移動電荷密度は自発
分極Ｐs の２倍になり、 ΔＤ＝２Ｐs ＝0.6 Ｃ／ｍ2 とＴａ2 Ｏ5 の最大電荷密度ΔＤmax に比べ６倍も大き
い。従って、膜の垂直方向に自発分極の成分を持つ強誘
電体膜をＥＬ発光を行う素子の絶縁層に使うことによ
り、通常の常誘電体の絶縁層を用いた場合に比べ数倍ま
たはそれ以上の輝度の向上を期待することができる。更
に、強誘電体の自発分極反転は比較的低電界で起こるの
で、低電圧で強力な発光を得ることが可能となる。
【００２１】次に、以上説明した原理に基づく本発明薄
膜発光素子を、従来の薄膜発光素子と対比し説明する。
図１は、強誘電体薄膜を絶縁層とし、自発分極の反転を
利用してＥＬ発光を行う本発明による薄膜発光素子の構
造を示している。また、図３は、従来の薄膜発光素子の
構造を示し、両者の違いは絶縁層にある。素子構造は、
図１、図３から分かるように、ともにガラス基板１上に
積層された構造を有し、基板上に下部電極２、第１絶縁
層３ａ，３ｂ、発光層４、第２絶縁層５ａ，５ｂおよび
Ａｌ背面電極（上部電極）が順次積層されている。ここ
に、発光層４はＺｎＳ：Ｔｂ薄膜（0.5 μｍ厚）を使用
するものとし、また、第１，第２絶縁層（それぞれ３
ａ，５ａおよび３ｂ，５ｂ）としては、図１の場合、と
もに0.5 μｍ厚のＰＺＴを使用し、また図３の場合に
は、ともに0.3 μｍ厚のＴａ2 Ｏ5 を使用するものとす
る。発光層、第１および第２絶縁層の諸特性は通常報告
されているような表１に挙げた値を用いる。
膜発光素子を、従来の薄膜発光素子と対比し説明する。
図１は、強誘電体薄膜を絶縁層とし、自発分極の反転を
利用してＥＬ発光を行う本発明による薄膜発光素子の構
造を示している。また、図３は、従来の薄膜発光素子の
構造を示し、両者の違いは絶縁層にある。素子構造は、
図１、図３から分かるように、ともにガラス基板１上に
積層された構造を有し、基板上に下部電極２、第１絶縁
層３ａ，３ｂ、発光層４、第２絶縁層５ａ，５ｂおよび
Ａｌ背面電極（上部電極）が順次積層されている。ここ
に、発光層４はＺｎＳ：Ｔｂ薄膜（0.5 μｍ厚）を使用
するものとし、また、第１，第２絶縁層（それぞれ３
ａ，５ａおよび３ｂ，５ｂ）としては、図１の場合、と
もに0.5 μｍ厚のＰＺＴを使用し、また図３の場合に
は、ともに0.3 μｍ厚のＴａ2 Ｏ5 を使用するものとす
る。発光層、第１および第２絶縁層の諸特性は通常報告
されているような表１に挙げた値を用いる。
【００２２】
【表１】
【００２３】まず、本発明による薄膜発光素子（図１）
について考える。発光層４の電界が最大値1.4 ×１０8
Ｖ／ｍになる時、発光層には７０Ｖの電圧がかかってい
る。ＰＺＴ絶縁層３ａ，５ａの電界は1.9 ×１０6 Ｖ／
ｍになるので、その時の印加電圧つまりクランプ開始電
圧は７２Ｖとなる。発光開始後は発光層４の電界はクラ
ンプされ、最大値1.4 ×１０8 Ｖ／ｍを保つので、印加
電圧を増加させた場合、電界の増加はＰＺＴ絶縁層３
ａ，５ａだけで起こる。さらに電界の増加が進み、絶縁
層の電界が６×１０6 Ｖ／ｍに達するとＰＺＴ絶縁層の
自発分極は反転する。この時の印加電圧は７６Ｖであ
り、反転による移動電荷密度ΔＤはΔＤ＝２ＰS ＝0.6
Ｃ／ｍ2 である。駆動電圧波形を１００Ｈｚの正弦波と
すれば、自発分極の反転は５ｍｓｅｃに１回起こるの
で、素子の消費電力密度は8.4 ×１０3Ｗ／ｍ2 とな
る。発光効率を１ｌｍ／Ｗと仮定しているので、輝度は
２７００ｃｄ／ｍ2 となる。すなわち、本発明による素
子では印加電圧をクランプ開始電圧より４Ｖだけ高くす
ると、２７００ｃｄ／ｍ2 の輝度が得られることにな
る。
について考える。発光層４の電界が最大値1.4 ×１０8
Ｖ／ｍになる時、発光層には７０Ｖの電圧がかかってい
る。ＰＺＴ絶縁層３ａ，５ａの電界は1.9 ×１０6 Ｖ／
ｍになるので、その時の印加電圧つまりクランプ開始電
圧は７２Ｖとなる。発光開始後は発光層４の電界はクラ
ンプされ、最大値1.4 ×１０8 Ｖ／ｍを保つので、印加
電圧を増加させた場合、電界の増加はＰＺＴ絶縁層３
ａ，５ａだけで起こる。さらに電界の増加が進み、絶縁
層の電界が６×１０6 Ｖ／ｍに達するとＰＺＴ絶縁層の
自発分極は反転する。この時の印加電圧は７６Ｖであ
り、反転による移動電荷密度ΔＤはΔＤ＝２ＰS ＝0.6
Ｃ／ｍ2 である。駆動電圧波形を１００Ｈｚの正弦波と
すれば、自発分極の反転は５ｍｓｅｃに１回起こるの
で、素子の消費電力密度は8.4 ×１０3Ｗ／ｍ2 とな
る。発光効率を１ｌｍ／Ｗと仮定しているので、輝度は
２７００ｃｄ／ｍ2 となる。すなわち、本発明による素
子では印加電圧をクランプ開始電圧より４Ｖだけ高くす
ると、２７００ｃｄ／ｍ2 の輝度が得られることにな
る。
【００２４】つぎに、従来の薄膜発光素子（図３）につ
いては、クランプ開始電圧は９８Ｖである。印加電圧が
４Ｖ高い１０２Ｖのときの移動電荷密度ΔＤは3.0 ×１
０-3Ｃ／ｍ2 であるので、本発明による素子と同じ駆動
条件での輝度は１３ｃｄ／ｍ 2 となる。このままでは輝
度は本発明による素子に比べ２００分の１の値でしかな
い。次に、Ｔａ2 Ｏ5 絶縁層３ｂ，５ｂが最大電界 2.7
×１０8 Ｖ／ｍになる時の、印加電圧は２３３Ｖであ
り、その時の移動電荷密度ΔＤはΔＤ＝0.1 Ｃ／ｍ2 と
なり、４５０ｃｄ／ｍ2 の輝度を生ずる。すなわち、従
来の薄膜発光素子では、クランプ開始電圧より１３５Ｖ
高い電圧を印加しても、本発明による薄膜発光素子でク
ランプ開始電圧＋４Ｖで得られる輝度の１／６の輝度し
か得られないことになる。
いては、クランプ開始電圧は９８Ｖである。印加電圧が
４Ｖ高い１０２Ｖのときの移動電荷密度ΔＤは3.0 ×１
０-3Ｃ／ｍ2 であるので、本発明による素子と同じ駆動
条件での輝度は１３ｃｄ／ｍ 2 となる。このままでは輝
度は本発明による素子に比べ２００分の１の値でしかな
い。次に、Ｔａ2 Ｏ5 絶縁層３ｂ，５ｂが最大電界 2.7
×１０8 Ｖ／ｍになる時の、印加電圧は２３３Ｖであ
り、その時の移動電荷密度ΔＤはΔＤ＝0.1 Ｃ／ｍ2 と
なり、４５０ｃｄ／ｍ2 の輝度を生ずる。すなわち、従
来の薄膜発光素子では、クランプ開始電圧より１３５Ｖ
高い電圧を印加しても、本発明による薄膜発光素子でク
ランプ開始電圧＋４Ｖで得られる輝度の１／６の輝度し
か得られないことになる。
【００２５】以上から、本発明のように強誘電体薄膜の
自発分極の反転を利用することにより、低電圧で立ち上
がりの良い輝度電圧特性を持った強力な薄膜発光素子を
得ることが可能となることが分かる。
自発分極の反転を利用することにより、低電圧で立ち上
がりの良い輝度電圧特性を持った強力な薄膜発光素子を
得ることが可能となることが分かる。
【００２６】強誘電体絶縁層の膜厚に関しては、発光層
の膜厚が通常0.5 〜１μｍの範囲にあり、強誘電体層の
膜厚が発光層の膜厚に比べ５０倍以上であると駆動電圧
低減の効果が小さくなる。その理由は、表１よりＰＺＴ
絶縁層の比誘電率はＺｎＳ：Ｔｂ発光層に比べ約７２倍
大きく、従って、強誘電体層の膜厚が発光層の膜厚の５
０倍の場合、強誘電体層にかかる電圧は発光層にかかる
電圧の５０／７２＝0.694 、すなわちほぼ７０％に達す
る。これにより、強誘電体膜の膜厚は発光層の膜厚の５
０倍以内にしないと駆動電圧低減の効果が小さくなるか
らである。また一方で、0.1 μｍ以下まで薄くなると強
誘電体薄膜の自発分極や誘電率の大きさ等の誘電特性が
低下する。
の膜厚が通常0.5 〜１μｍの範囲にあり、強誘電体層の
膜厚が発光層の膜厚に比べ５０倍以上であると駆動電圧
低減の効果が小さくなる。その理由は、表１よりＰＺＴ
絶縁層の比誘電率はＺｎＳ：Ｔｂ発光層に比べ約７２倍
大きく、従って、強誘電体層の膜厚が発光層の膜厚の５
０倍の場合、強誘電体層にかかる電圧は発光層にかかる
電圧の５０／７２＝0.694 、すなわちほぼ７０％に達す
る。これにより、強誘電体膜の膜厚は発光層の膜厚の５
０倍以内にしないと駆動電圧低減の効果が小さくなるか
らである。また一方で、0.1 μｍ以下まで薄くなると強
誘電体薄膜の自発分極や誘電率の大きさ等の誘電特性が
低下する。
【００２７】また、強誘電体薄膜の自発分極の反転を利
用することにより、以下に説明するように、従来の常誘
電体絶縁層を用いた場合には発光させることができなか
った酸素を含む蛍光体を発光させることが可能となる。
すなわち、薄膜発光素子は絶縁層と発光層の最大電束密
度の差Ｄimax−Ｄsmaxに比例した最大移動電荷量ΔＤ
max を生じ、それがＥＬ発光の励起源となり、発光が得
られる。しかし、酸素を含む蛍光体ではＤsmaxの値がＴ
ａ2 Ｏ5 等の常誘電体のＤimaxと同程度の大きさである
ため、ΔＤmax が小さくなり（または負になる）、Ｔａ
2 Ｏ5 等の常誘電体を絶縁層とする通常の薄膜発光（Ｅ
Ｌ発光）素子では酸素を含む蛍光体を発光させることは
困難である。
用することにより、以下に説明するように、従来の常誘
電体絶縁層を用いた場合には発光させることができなか
った酸素を含む蛍光体を発光させることが可能となる。
すなわち、薄膜発光素子は絶縁層と発光層の最大電束密
度の差Ｄimax−Ｄsmaxに比例した最大移動電荷量ΔＤ
max を生じ、それがＥＬ発光の励起源となり、発光が得
られる。しかし、酸素を含む蛍光体ではＤsmaxの値がＴ
ａ2 Ｏ5 等の常誘電体のＤimaxと同程度の大きさである
ため、ΔＤmax が小さくなり（または負になる）、Ｔａ
2 Ｏ5 等の常誘電体を絶縁層とする通常の薄膜発光（Ｅ
Ｌ発光）素子では酸素を含む蛍光体を発光させることは
困難である。
【００２８】一方、強誘電体の自発分極ＰS は、先に述
べたように、ＰＺＴの場合、0.3 Ｃ／ｍ2 程度の大きさ
であり、電界をＥi とすると、電束密度Ｄi は Ｄi ＝ε0 Ｅi ＋ＰS ≒ＰS ＝0.3 Ｃ／ｍ2 となり、従って、絶縁層がＴａ2 Ｏ5 の場合の最大電束
密度Ｄimaxの５倍も大きく、同時に、常誘電体であるピ
ロリン酸塩等の酸素を含む蛍光体のＤimaxより大きい。
よって、ＰＺＴ薄膜を絶縁層として使用することにより
十分な移動電荷量ΔＤを発生させることができ、酸素を
含む蛍光体からもＥＬ発光を得ることが可能となる。
べたように、ＰＺＴの場合、0.3 Ｃ／ｍ2 程度の大きさ
であり、電界をＥi とすると、電束密度Ｄi は Ｄi ＝ε0 Ｅi ＋ＰS ≒ＰS ＝0.3 Ｃ／ｍ2 となり、従って、絶縁層がＴａ2 Ｏ5 の場合の最大電束
密度Ｄimaxの５倍も大きく、同時に、常誘電体であるピ
ロリン酸塩等の酸素を含む蛍光体のＤimaxより大きい。
よって、ＰＺＴ薄膜を絶縁層として使用することにより
十分な移動電荷量ΔＤを発生させることができ、酸素を
含む蛍光体からもＥＬ発光を得ることが可能となる。
【００２９】例えば、ユーロピウム（Ｅｕ）で付活した
ピロリン酸ストロンチウム（Ｓｒ2Ｐ2 Ｏ7 ：Ｅｕ2+）
は高効率な蛍光ランプ用の蛍光体であり、0.42μｍの発
光ピーク波長を有し、良好な色調の青色蛍光体である
（蛍光体ハンドブック、ｐｐ．２１６−２１７、蛍光体
同学会編、オーム社、１９８７年刊行参照）。また、Ｓ
ｒＳやＣａＳ等の発光層に通常使用される硫化物は化学
的に不安定であり、空気中の水蒸気と容易に反応し、水
酸化物に変化するが、ピロリン酸塩等の酸素を含む蛍光
体は一般に、化学的安定性が良好である。従って、本発
明により安定性の良好な蛍光体をＥＬ発光させることが
可能となり、現在不十分である発光色の色調や寿命特性
の改善を図ることができる。
ピロリン酸ストロンチウム（Ｓｒ2Ｐ2 Ｏ7 ：Ｅｕ2+）
は高効率な蛍光ランプ用の蛍光体であり、0.42μｍの発
光ピーク波長を有し、良好な色調の青色蛍光体である
（蛍光体ハンドブック、ｐｐ．２１６−２１７、蛍光体
同学会編、オーム社、１９８７年刊行参照）。また、Ｓ
ｒＳやＣａＳ等の発光層に通常使用される硫化物は化学
的に不安定であり、空気中の水蒸気と容易に反応し、水
酸化物に変化するが、ピロリン酸塩等の酸素を含む蛍光
体は一般に、化学的安定性が良好である。従って、本発
明により安定性の良好な蛍光体をＥＬ発光させることが
可能となり、現在不十分である発光色の色調や寿命特性
の改善を図ることができる。
【００３０】試 作 例：本発明薄膜発光素子の試作例
について以下に説明する。図２は、本発明によって試作
した薄膜発光素子の構造図である。まず、ガラス基板１
上に錫添加酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ：Ｓｎ）の透明
な下部電極２（膜厚0.2 μｍ）をスパッタリング法によ
り成膜した。次いでこの成膜した下部電極２上に膜厚0.
5 μｍのＰＺＴ第１絶縁層３ａ（図１の第１絶縁層３ａ
と同じ）をスパッタ法により形成した。スパッタターゲ
ットとしては、ＰＺＴ粉末に２０ａｔ．％の酸化鉛（Ｐ
ｂＯ）を混合し、８００℃で１時間焼結したものを用い
た。スパッタ時の基板温度は５００℃とし、アルゴンと
２０ｍｏｌ％の酸素の混合ガスを３Ｐａの圧力まで真空
層に導入し、約２Ｗ／ｃｍ2 の高周波電力を投入し、４
５分間スパッタリングした。成膜後、赤外線ランプによ
る高速アニールを行い、ペロブスカイト構造の強誘電体
ＰＺＴ膜とした。高速アニールは大気圧の酸素雰囲気中
で室温より５０℃／ｓｅｃの昇温速度で６００℃まで加
熱し、その後、この６００℃を保持する時間は１０分間
とした。
について以下に説明する。図２は、本発明によって試作
した薄膜発光素子の構造図である。まず、ガラス基板１
上に錫添加酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ：Ｓｎ）の透明
な下部電極２（膜厚0.2 μｍ）をスパッタリング法によ
り成膜した。次いでこの成膜した下部電極２上に膜厚0.
5 μｍのＰＺＴ第１絶縁層３ａ（図１の第１絶縁層３ａ
と同じ）をスパッタ法により形成した。スパッタターゲ
ットとしては、ＰＺＴ粉末に２０ａｔ．％の酸化鉛（Ｐ
ｂＯ）を混合し、８００℃で１時間焼結したものを用い
た。スパッタ時の基板温度は５００℃とし、アルゴンと
２０ｍｏｌ％の酸素の混合ガスを３Ｐａの圧力まで真空
層に導入し、約２Ｗ／ｃｍ2 の高周波電力を投入し、４
５分間スパッタリングした。成膜後、赤外線ランプによ
る高速アニールを行い、ペロブスカイト構造の強誘電体
ＰＺＴ膜とした。高速アニールは大気圧の酸素雰囲気中
で室温より５０℃／ｓｅｃの昇温速度で６００℃まで加
熱し、その後、この６００℃を保持する時間は１０分間
とした。
【００３１】この得られたＰＺＴ第１絶縁層３ａ上にＺ
ｎＳ：Ｔｂ発光層４（膜厚0.5 μｍ）をスパッタ法で形
成した。スパッタターゲットには、硫化亜鉛（ＺｎＳ）
粉末に発光中心として２ｍｏｌ％の濃度でフッ化テルビ
ウム（ＴｂＦ3 ）粉末を混合、成型、焼成したものを用
いた。発光層成膜後、真空中で５００℃、１時間の熱処
理を行った。形成されたＺｎＳ：Ｔｂ発光層４上には膜
厚0.3 μｍのＴａ2 Ｏ 5 第２絶縁層５ｂ（図３の第２絶
縁層と同じ）をスパッタにより形成した。Ｔａ 2 Ｏ5 第
２絶縁層５ｂ上にはアルミニウムを抵抗加熱法で蒸着
し、これを背面電極６とした。下部電極２と背面電極６
間に交流または両極性パルス電圧を印加して素子を駆動
した。
ｎＳ：Ｔｂ発光層４（膜厚0.5 μｍ）をスパッタ法で形
成した。スパッタターゲットには、硫化亜鉛（ＺｎＳ）
粉末に発光中心として２ｍｏｌ％の濃度でフッ化テルビ
ウム（ＴｂＦ3 ）粉末を混合、成型、焼成したものを用
いた。発光層成膜後、真空中で５００℃、１時間の熱処
理を行った。形成されたＺｎＳ：Ｔｂ発光層４上には膜
厚0.3 μｍのＴａ2 Ｏ 5 第２絶縁層５ｂ（図３の第２絶
縁層と同じ）をスパッタにより形成した。Ｔａ 2 Ｏ5 第
２絶縁層５ｂ上にはアルミニウムを抵抗加熱法で蒸着
し、これを背面電極６とした。下部電極２と背面電極６
間に交流または両極性パルス電圧を印加して素子を駆動
した。
【００３２】比較のため、Ｔａ2 Ｏ5 常誘電体絶縁層で
２重絶縁した通常素子（従来技術による薄膜発光素子）
も作製した。この作製したものと図２の実施例のものと
の違いは、透明下部電極上の絶縁層の材質および厚さだ
けである。図４に両素子の輝度−印加電圧特性を示す。
このときの印加電圧は周波数１ｋＨｚの正弦波であるＴ
ａ2 Ｏ5 常誘電体絶縁層で２重絶縁した通常素子の発光
開始電圧、すなわち、１ｃｄ／ｍ2 の輝度を生ずる印加
電圧は約１５５Ｖである。これに対し、本発明によるＰ
ＺＴ強誘電体絶縁層を用いた素子の発光開始電圧は１０
０Ｖであり、５０Ｖ以上低電圧化されていることが判明
した。
２重絶縁した通常素子（従来技術による薄膜発光素子）
も作製した。この作製したものと図２の実施例のものと
の違いは、透明下部電極上の絶縁層の材質および厚さだ
けである。図４に両素子の輝度−印加電圧特性を示す。
このときの印加電圧は周波数１ｋＨｚの正弦波であるＴ
ａ2 Ｏ5 常誘電体絶縁層で２重絶縁した通常素子の発光
開始電圧、すなわち、１ｃｄ／ｍ2 の輝度を生ずる印加
電圧は約１５５Ｖである。これに対し、本発明によるＰ
ＺＴ強誘電体絶縁層を用いた素子の発光開始電圧は１０
０Ｖであり、５０Ｖ以上低電圧化されていることが判明
した。
【００３３】上述の本発明素子の試作例では下部電極２
を透明電極として、発光をガラス基板１を通して得る構
造としたが、これに対し、下部電極２を金属電極、Ａｌ
背面電極６を透明電極にし、上方から発光を取り出す構
造とすることも可能である。この場合、基板１としてガ
ラス、ＭｇＯ結晶、ＳｒＴｉＯ3 結晶等のほか、Ｓｉ結
晶等の不透明な材料を使用することができる。ＭｇＯや
ＳｒＴｉＯ3 結晶を基板１とし、下部電極２として、例
えば、Ｐｔを用いることにより、ＰＺＴ強誘電体絶縁層
との格子整合性の改善が図れ、ＰＺＴ強誘電体絶縁層の
自発分極の向きを膜面に対してより垂直にできるなど、
誘電特性を向上させることができる。また、ＰＺＴ強誘
電体絶縁層中のＰｂをアルカリ土類金属（Ｃａ，Ｓｒ，
Ｂａ）で一部置換したり、ＰＺＴ強誘電体絶縁層にＩＩ
Ｉａ属金属（Ｙ，Ｌａ），希土類金属（Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔ
ｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）、Ｖａ属金属（Ｎｂ，Ｔａ）、ＩＶｂ
属金属（Ｓｎ）またはＶｂ属金属（Ｓｂ，Ｂｉ）を微量
（０〜１０ａｔ．％）添加することによってもＰＺＴ強
誘電体絶縁層の誘電特性を向上させることができる。ま
た、ＰＺＴ強誘電体絶縁層と他のペロブスカイト構造の
強誘電体との固溶体を用いることもできる。以上の方策
は本発明に含まれ、それにより薄膜発光素子の輝度およ
びその立ち上がり特性を改善することができる。
を透明電極として、発光をガラス基板１を通して得る構
造としたが、これに対し、下部電極２を金属電極、Ａｌ
背面電極６を透明電極にし、上方から発光を取り出す構
造とすることも可能である。この場合、基板１としてガ
ラス、ＭｇＯ結晶、ＳｒＴｉＯ3 結晶等のほか、Ｓｉ結
晶等の不透明な材料を使用することができる。ＭｇＯや
ＳｒＴｉＯ3 結晶を基板１とし、下部電極２として、例
えば、Ｐｔを用いることにより、ＰＺＴ強誘電体絶縁層
との格子整合性の改善が図れ、ＰＺＴ強誘電体絶縁層の
自発分極の向きを膜面に対してより垂直にできるなど、
誘電特性を向上させることができる。また、ＰＺＴ強誘
電体絶縁層中のＰｂをアルカリ土類金属（Ｃａ，Ｓｒ，
Ｂａ）で一部置換したり、ＰＺＴ強誘電体絶縁層にＩＩ
Ｉａ属金属（Ｙ，Ｌａ），希土類金属（Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔ
ｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）、Ｖａ属金属（Ｎｂ，Ｔａ）、ＩＶｂ
属金属（Ｓｎ）またはＶｂ属金属（Ｓｂ，Ｂｉ）を微量
（０〜１０ａｔ．％）添加することによってもＰＺＴ強
誘電体絶縁層の誘電特性を向上させることができる。ま
た、ＰＺＴ強誘電体絶縁層と他のペロブスカイト構造の
強誘電体との固溶体を用いることもできる。以上の方策
は本発明に含まれ、それにより薄膜発光素子の輝度およ
びその立ち上がり特性を改善することができる。
【００３４】以上説明した試作例は硫化物発光層の場合
であったが、前述したように、自発分極を利用する本発
明においては、酸素を含む発光層を用いることもでき
る。発光層としては、例えば、Ｓｒ2 Ｐ2 Ｏ7 ：Ｅ
ｕ2+，Ｂａ3 ＭｇＳｉ2 Ｏ8 ：Ｅｕ 2+，Ｙ2 ＳｉＯ5 ：
Ｃｅ3+，Ｔｂ3+，ＣａＷＯ4 ，Ｙ2 Ｏ3 ：Ｅｕ3+等を使
用する。これらの薄膜はＰＺＴ強誘電体絶縁層の場合と
同様、スパッタ法で形成し、その後高速アニールするこ
とにより作製する。
であったが、前述したように、自発分極を利用する本発
明においては、酸素を含む発光層を用いることもでき
る。発光層としては、例えば、Ｓｒ2 Ｐ2 Ｏ7 ：Ｅ
ｕ2+，Ｂａ3 ＭｇＳｉ2 Ｏ8 ：Ｅｕ 2+，Ｙ2 ＳｉＯ5 ：
Ｃｅ3+，Ｔｂ3+，ＣａＷＯ4 ，Ｙ2 Ｏ3 ：Ｅｕ3+等を使
用する。これらの薄膜はＰＺＴ強誘電体絶縁層の場合と
同様、スパッタ法で形成し、その後高速アニールするこ
とにより作製する。
【００３５】最後に、本発明薄膜発光素子においては、
発光層の表裏両側を挟む絶縁層のすべてが強誘電体薄膜
でなくてもよいことに注意すべきである。すなわち、絶
縁層は表裏両側またはそのいずれか一方の少なくとも１
層が強誘電体薄膜で構成されていればよく、このこと
は、上述の試作例（ＰＺＴ第１絶縁層３ａのみが強誘電
体）からも証明されるところである。
発光層の表裏両側を挟む絶縁層のすべてが強誘電体薄膜
でなくてもよいことに注意すべきである。すなわち、絶
縁層は表裏両側またはそのいずれか一方の少なくとも１
層が強誘電体薄膜で構成されていればよく、このこと
は、上述の試作例（ＰＺＴ第１絶縁層３ａのみが強誘電
体）からも証明されるところである。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、薄膜発光素子を構成す
る絶縁層に強誘電体の自発分極の反転を利用することに
より、常誘電体薄膜または自発分極の成分を有しない強
誘電体薄膜を用いている通常の薄膜発光素子と比較し、
次のような特性改善が可能となる。 ・発光開始電圧の低減化 ・急峻な輝度電圧（立ち上がり）特性 ・高輝度化 ・酸素を含む蛍光体からのＥＬ発光（従来技術では発光
不可能） ・発光色の色調や寿命特性の改善
る絶縁層に強誘電体の自発分極の反転を利用することに
より、常誘電体薄膜または自発分極の成分を有しない強
誘電体薄膜を用いている通常の薄膜発光素子と比較し、
次のような特性改善が可能となる。 ・発光開始電圧の低減化 ・急峻な輝度電圧（立ち上がり）特性 ・高輝度化 ・酸素を含む蛍光体からのＥＬ発光（従来技術では発光
不可能） ・発光色の色調や寿命特性の改善
【図１】本発明による薄膜発光素子の構造を示してい
る。
る。
【図２】試作した本発明による薄膜発光素子の構造を示
している。
している。
【図３】従来の薄膜発光素子の構造を示している。
【図４】試作した本発明薄膜発光素子の輝度−印加電圧
特性を示している。
特性を示している。
１ ガラス基板 ２ 下部電極 ３ａ ＰＺＴ第１絶縁層 ３ｂ Ｔａ2 Ｏ5 第１絶縁層 ４ ＺｎＳ：Ｔｂ発光層 ５ａ ＰＺＴ第２絶縁層 ５ｂ Ｔａ2 Ｏ5 第２絶縁層 ６ Ａｌ背面電極（上部電極）
Claims (7)
- 【請求項１】 発光層を表裏両側からそれぞれ１層乃至
複数層からなる絶縁層により挟持した形態の積層体を、
交流または両極性パルスが印加される一対の電極間に挟
んでなる薄膜発光素子において、前記絶縁層のうち前記
表裏両側またはそのいずれか一方の少なくとも１層は、
膜の垂直方向に自発分極の成分を有しかつペロブスカイ
ト構造の強誘電体薄膜により構成し、前記発光層は、前
記絶縁層を構成する前記強誘電体薄膜の前記交流または
両極性パルスの印加による自発分極の反転に対応してＥ
Ｌ発光することを特徴とする薄膜発光素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の薄膜発光素子において、
前記強誘電体薄膜は、（Ｐｂx Ａ1-x ）（Ｚｒy Ｔｉ
1-y ）Ｏ3 （ここに、ＡはＣａ，ＳｒまたはＢａ、ま
た、ｘ，ｙはそれぞれ0.6 ≦ｘ≦１，0.4 ≦ｙ≦0.6 ）
にＹ，Ｎｂ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｌｕ，ＴａまたはＢｉを０〜１０ａｔ．％添加させ
て成膜したものであることを特徴とする薄膜発光素子。 - 【請求項３】 請求項１記載の薄膜発光素子において、
前記強誘電体薄膜は、（Ｐｂx Ａ1-x ）（Ｚｒy Ｔｉ
1-y ）Ｏ3 （ここに、ＡはＣａ，ＳｒまたはＢａ、ま
た、ｘ，ｙはそれぞれ0.6 ≦ｘ≦１，0.4 ≦ｙ≦0.6 ）
と他のペロブスカイト構造の強誘電体との固溶体を用い
て成膜したものであることを特徴とする薄膜発光素子。 - 【請求項４】 請求項１記載の薄膜発光素子において、
前記絶縁層の厚さは、前記発光層の厚さの５０倍を越え
ないでかつ0.1 μｍ以上の厚さであることを特徴とする
薄膜発光素子。 - 【請求項５】 請求項１記載の薄膜発光素子において、
前記発光層は、酸素を含む化合物を母体とする材料を用
いて成膜した層からなることを特徴とする薄膜発光素
子。 - 【請求項６】 請求項５記載の薄膜発光素子において、
前記酸素を含む化合物は、ピロリン酸塩、けい酸塩また
はタングステン酸塩であることを特徴とする薄膜発光素
子。 - 【請求項７】 請求項１記載の薄膜発光素子において、
前記発光層は、酸素を含む化合物を母体とする材料にＥ
ｕを付活剤として添加した材料を用いて成膜した層から
なることを特徴とする薄膜発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6215780A JPH0883686A (ja) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | 薄膜発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6215780A JPH0883686A (ja) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | 薄膜発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0883686A true JPH0883686A (ja) | 1996-03-26 |
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|---|---|
| JP (1) | JPH0883686A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001060125A1 (fr) * | 2000-02-07 | 2001-08-16 | Tdk Corporation | Substrat composite, dispositif electroluminescent a film mince comprenant ce dernier et procede de production associe |
| US7830077B2 (en) | 2005-04-07 | 2010-11-09 | Panasonic Corporation | Light-emitting device configured to emit light by a creeping discharge of an emitter |
| JP2012510177A (ja) * | 2008-11-26 | 2012-04-26 | ネーデルランデ オルガニサチエ ヴォール トエゲパスト−ナツールウェテンスハペリエク オンデルゾエク ティーエヌオー | 調整可能な発光ダイオード |
| US9196800B2 (en) | 1996-06-26 | 2015-11-24 | Osram Gmbh | Light-radiating semiconductor component with a luminescence conversion element |
| WO2020232763A1 (zh) * | 2019-05-23 | 2020-11-26 | 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 | 一种发光器件及其驱动方法、显示面板 |
-
1994
- 1994-09-09 JP JP6215780A patent/JPH0883686A/ja active Pending
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| US6800322B2 (en) | 2000-02-07 | 2004-10-05 | Tdk Corporation | Method of making a composite substrate |
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| WO2020232763A1 (zh) * | 2019-05-23 | 2020-11-26 | 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 | 一种发光器件及其驱动方法、显示面板 |
| US11569407B2 (en) | 2019-05-23 | 2023-01-31 | Shenzhen China Star Optoelectronics Semiconductor Display Technology Co., Ltd. | Display panel, light-emitting device, and driving method thereof |
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