JPH1020819A

JPH1020819A - 発光表示素子

Info

Publication number: JPH1020819A
Application number: JP19520396A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nakamura; 修中村
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 1998-01-23
Anticipated expiration: 2016-07-08
Also published as: JP3671233B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低消費電力で寿命の長い発光表示素子を提供
する。【解決手段】基板２上にＡｌ膜３を形成し、その上に
イットリウム膜４Ａと体心立方格子の結晶系をもつ酸化
イットリウム膜４Ｂを形成してカソード電極５とする。
酸化イットリウム膜４Ｂ上に、順次、電子輸送層６、正
孔輸送層７、ＩＴＯでなるアノード電極８を形成する。
このように、カソード電極５における電子輸送層６と接
合する面に酸化イットリウム膜４Ｂを形成することによ
り、カソードから電子輸送層４Ｂへ電子を注入し易くな
る。このため、低消費電力でカソード寿命の長いの発光
表示素子を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、発光表示素子に
関し、さらに詳しくは、ＥＬ（electro luminescence）
表示素子、フィールドエミッションディスプレイ（以
下、ＦＥＤという）、プラズマディスプレイパネル（以
下、ＰＤＰという）などの自発光を行う表示素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、自発光を行う表示素子としては、
ＣＲＴ（cathode-ray tube）、ＥＬ表示素子、ＦＥＤ、
ＰＤＰなどがある。なかでも、ＥＬ表示素子、ＦＥＤ、
ＰＤＰに関しては、薄型・軽量・低消費電力化を達成さ
せる可能性があるため、その改良が盛んに行われてい
る。特に、ＥＬ表示素子においては、近年、電荷注入型
の発光寿命の長い有機ＥＬ材料が開発されて注目を浴び
ている。このＥＬ表示素子は、有機ＥＬ層をカソード電
極とアノード電極とで挟んだ構成となっている。カソー
ド電極には仕事関数の小さいアルカリ金属、アルカリ土
類金属などの金属材料が使われている。また、アノード
電極には透明なＩＴＯ（indium tin oxide）が使われて
いる。

【０００３】ＦＥＤは、アノード電極とカソード電極と
の間に蛍光体が配置された構成であり、カソード電極か
ら放出された冷電子が蛍光体に入射して発光を起こす仕
組みになっている。ＰＤＰは、アノード電極とカソード
電極との間に希ガスが封止された構成である。このＰＤ
Ｐにおいては、カソード電極から放出された冷電子が、
電界で加速されてガス分子と衝突し、励起したり電離を
起こさせたりしながらアノード電極に進み、発生された
陽イオンもカソード電極と衝突して二次電子放出を起こ
し、絶縁破壊である放電を始める。このとき、励起され
た電子は、そのエネルギーを光として放出する仕組みに
なっている。この光のスペクトルは、封止されたガスの
種類によってことなるが、それ自体を表示光とするか或
いはこの光を蛍光体やカラーフィルタに入射させて、色
表示を行うことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したＥＬ表示素子
においては、アノード電極が化学的に安定な材料である
のに対し、カソード電極を構成するアルカリ金属やアル
カリ土類金属が非常に酸化されやすいため、素子寿命を
縮める原因となっている。このため、アルカリ金属やア
ルカリ土類金属と同等もしくはそれ以上の電子放出性を
有し、かつ化学的安定性の高いカソード電極材料の開発
が望まれている。ＦＥＤおよびＰＤＰのカソード電極に
おいては、電極材料自体が電子放出にともなってスパッ
タしてしまい、輝度が低下してしまうという問題があっ
た。

【０００５】この発明の解決しようとする課題は、カソ
ード電極の安定性と電子放出性の向上を図り、長寿命で
低消費電力な発光表示素子を得るにはどのような手段を
講じればよいかという点にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
カソード電極とアノード電極とを備え、前記カソード電
極から電子が放出される発光表示素子において、前記カ
ソード電極の少なくとも表面に希土類酸化物層が形成さ
れていることを特徴としている。請求項１記載の発明に
おいては、電子放出性の高い希土類酸化物層がカソード
電極の表面に形成されているため、低電圧で電子放出を
行うことができ、発光表示素子の低消費電力化を達成す
ることができる。また、化学的安定性の高い希土類酸化
物を用いることにより、カソード電極の耐久性を高める
ことができ、ひいては発光表示素子の長寿命化を達成す
ることができる。

【０００７】請求項２記載の発明は、前記カソード電極
が、導電性材料層上に希土類元素膜が形成され、かつ前
記希土類元素膜の表面に前記希土類酸化物層が形成され
てなることを特徴としている。請求項２記載の発明にお
いては、導電性の高い導電性材料層上に比較的導電性の
高い希土類元素が形成され、希土類元素膜の表面に電子
放出性の高い希土類酸化物層が形成されているため、カ
ソード電極から効率的に電子を放出させることができ
る。このため、発光表示素子の低消費電力化を達成する
ことができる。

【０００８】請求項３記載の発明は、前記カソード電極
が、導電性材料層上に希土類酸化物層が成膜された構成
であることを特徴としている。請求項３記載の発明にお
いては、希土類酸化物を、膜厚制御性の良好な、例えば
イオンプレーティングや蒸着法などを用いて、導電性材
料層上に直接形成することができるため均一性の高いカ
ソード電極を形成することができる。このため、面方向
に画素が複数配置された発光表示素子とした場合に、面
内均一性の高い表示を行うことが可能となる。

【０００９】請求項４記載の発明は、前記希土類酸化物
が、Ｒ₂Ｏ_3-x（Ｒは希土類元素、ｘは０.０以上１.０以
下）で表されることを特徴としている。請求項４記載の
発明においては、電子放出性の高い希土類酸化物（Ｒ₂
Ｏ_3-x）層がカソード電極の表面に形成されているた
め、低電圧で電子放出を行うことができ、発光表示素子
の低消費電力化を達成することができる。また、化学的
安定性の高い希土類酸化物を用いることにより、カソー
ド電極の耐久性を高めることができ、ひいては発光表示
素子の長寿命化を達成することができる。

【００１０】請求項５記載の発明は、希土類酸化物が、
酸化イットリウムであることを特徴としている。酸化イ
ットリウムは仕事関数が低く、高い電子放出性であるの
で、効率よく発光することができ、また、耐スパッタ性
にも優れているので長い時間発光することができる。

【００１１】請求項６記載の発明では、前記カソード電
極と前記アノード電極との間に有機ＥＬ層が挟まれてい
ることを特徴としている。請求項６記載の発明において
は、アノード電極から有機ＥＬ層へ正孔が注入され、カ
ソード電極から有機ＥＬ層へ電子が注入されて発光を起
こす。このとき、カソード電極から有機ＥＬ層への電子
注入性（放出性）が高いため、低電圧で電子注入を行う
ことができ、ＥＬ発光素子の低消費電力化を達成するこ
とが可能となる。

【００１２】請求項７記載の発明は、前記有機ＥＬ層
が、前記カソード電極に接合する電子輸送層と、前記ア
ノード電極に接合する正孔輸送層と、を備えた積層構造
であることを特徴としている。有機ＥＬ層としては、例
えばアルミニウム錯体であるトリス（８−キノリレー
ト）アルミニウム錯体（以下、Ａｌｑ３という）でなる
電子輸送層と、例えばポリビニルカルバゾール（以下、
ＰＶＣｚという）と2,5−ビス（１−ナフチル）オキサ
ジアゾール（以下、ＢＮＤという）とを混合してなる正
孔輸送層と、を積層して構成する。請求項７記載の発明
においては、アノード電極から正孔輸送層へ正孔が注入
され、カソード電極から電子輸送層へ電子が注入され、
正孔輸送層と電子輸送層との界面近傍で電子と正孔とが
再結合して発光を起こす。特に、この発明によれば、発
光表示素子の長寿命化に加え、カソード電極が電子輸送
層への電子注入性の向上に起因して、有機ＥＬ発光素子
の低消費電力化を進めることができる。

【００１３】請求項８記載の発明は、前記カソード電極
および前記アノード電極間には希ガスが封止され、前記
カソード電極および前記アノード電極間に電圧の印加に
よりプラズマを発生させることを特徴としている。請求
項８記載の発明においては、カソード電極とアノード電
極との間に電圧を印加すると、カソード電極から放出さ
れた電子は電界で加速されて希ガス分子と衝突し、励起
されたり電離を起こしたりしながらアノード電極へ進
む。このとき、陽イオンもカソード電極と衝突して二次
電子放出を起こして放電を始める。励起された電子は、
エネルギーを光として放出して通常の状態に戻る。この
ような作用において、この発明ではカソード電極からの
電子放出性が高くなるため、ＰＤＰの低消費電力化を達
成することができる。

【００１４】請求項９記載の発明は、前記カソード電極
から放出される電子が蛍光材料層に入射することを特徴
としており、ＦＥＤの構成を有している。請求項９記載
の発明においては、カソード電極表面を希土類酸化物層
とすることにより、カソード電極からの電子放出性が高
くなり、ＦＥＤの低消費電力化を達成することができ
る。また、カソード電極表面の希土類酸化物が化学的安
定性を有しているため、カソード電極からのスパッタ物
が発生するのを抑制することができる。このため、電極
の耐久性ならびに発光寿命を向上することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る発光表示素
子の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。（実施形態１）図１はこの発明に係る発光表示素子の実
施形態１を示す断面図である。同図中１は発光表示素子
としての電荷注入型の有機ＥＬ発光素子であり、耐熱性
を有する例えばシリカガラスまたは、合成樹脂でなる絶
縁性の基板２の上に、順次、導電性材料層としてのアル
ミニウム（Ａｌ）膜３、希土類元素膜としてのイットリ
ウム膜４Ａ、希土類酸化物層としての酸化イットリウム
膜４Ｂ、電子輸送層６、正孔輸送層７、およびアノード
電極８が積層されて構成されている。Ａｌ膜３とイット
リウム膜４Ａと酸化イットリウム膜４Ｂとは、カソード
電極５を構成している。電子輸送層６は、Ａｌｑ３で形
成されている。正孔輸送層７は、ＰＶＣｚとＢＮＤと蛍光
色素としてのクマリン６；（3-（2′-Benzothiazolyl）
-7-diethylaminocoumarin）との混合物で形成されてい
る。これら電子輸送層６と正孔輸送層７は、有機ＥＬ層
を構成している。アノード電極８は、ＩＴＯで形成され
ている。以下に、Ａｌｑ３、ＰＶＣｚ、ＢＮＤおよびク
マリン６の構造式を示す。

【化１】

【化２】

【化３】

【化４】

【００１６】上記した酸化イットリウム膜４Ｂは、その
結晶格子として単純立方格子、面心立方格子、体心立方
格子、体心立方格子と単純立方格子との中間型、単純立
方格子と面心立方格子との中間型があり、いずれも良好
な電子放出性を有する。また、これら各種の結晶格子を
有する酸化イットリウム膜４Ｂをカソード電極表面に用
いることにより、安定的に電子放出を行うカソード電極
となる。

【００１７】ここで、各結晶系の酸化イットリウムにつ
いて説明する。図２はイットリウムが大気酸化されてな
る酸化イットリウムの結晶格子のＸ線回折パターンを、
図３はイットリウムが主に水素雰囲気中で酸化されてな
る酸化イットリウムの結晶格子の状態を示すＸ線回折パ
ターンを示している。図２に示した酸化イットリウム
は、その格子定数が１０.６０Åであり、その結晶系は
体心立方格子（以下、Ｉ型格子という）と指数づけられ
た。図３に示した酸化イットリウムは、その格子定数が
１４.８５Åであり、その結晶系は単純立方格子（以
下、II型格子という）と指数づけられた。図１０に示し
た酸化イットリウムは、その格子定数が５.２１Åであ
り、その結晶系は面心立方格子（以下、III型格子とい
う）と指数付けされた。他に結晶系がＩ型格子とII型格
子との中間型のＩ−II型格子やII型格子とIII型格子の
中間型のII−III型格子があり、これら異なる結晶系の
酸化イットリウム膜の厚さ方向の電気抵抗を調べたとこ
ろ、いずれも電気伝導性が確認された。

【００１８】放電特性では、II型格子の酸化イットリウ
ム膜、II−III型格子の酸化イットリウム膜、III型格子
の酸化イットリウム膜を用いた電極が相対的に最も放電
電圧が低く、次いでＩ−II型格子、Ｉ型格子の順に低
い。このような酸化イットリウムは仕事関数が低く、極
めて良好な電子放出特性を有しているため、低電流で効
率よく電子を電子輸送層または電子輸送性の発光層に注
入することができるので、有機ＥＬ素子のカソード電極
として用いることにより高い発光効率を実現することが
できる。また、３０００時間以上連続放電を行うことが
でき、カソード電極の長寿命化を可能にした。

【００１９】上記実施形態では、カソード電極５および
アノード電極８を互いに直交する複数のストライプ形状
にした高時分割駆動のドットマトリクス表示にしてもよ
いし、カソード電極５あるいはアノード電極８の一方
を、それぞれ薄膜トランジスタに接続された複数の画素
電極とし、他方を共通電極としたアクティブ駆動でもよ
く、また、カソード電極５およびアノード電極８の少な
くとも一方を、文字、図形の形状にして表示を行っても
よい。

【００２０】次に、本実施形態のＥＬ発光素子１の製造
方法１〜４について説明する。（製造方法１）以下、本実施形態１のＥＬ発光素子１の
製造方法１について説明する。この方法によって、電極
表面にＹ₂Ｏ_3-x（ｘは０.０以上１.０以下である）でな
る電子放出性を有する膜が形成できる。まず、基板２を
洗浄する。次いで、基板２の表面に、Ａｌ膜３をスパッ
タ法により形成し、その上にイットリウムを例えば抵抗
加熱や電子ビームなどの手法を用いて蒸着またはスパッ
タして、膜厚が５００Å〜５０００Å程度のイットリウ
ム膜を成膜する。

【００２１】その後、基板２を反応炉内に搬入し、イッ
トリウム膜の表面を酸化処理する。この反応炉は、気体
導入路と気体排出路とを備え、所定の流量で水素
（Ｈ₂）ガスが気体導入路から導入され、常に炉内が水
素ガスで満たされるように設定されている。なお、この
反応炉内には、酸素（Ｏ₂）および／または酸素含有物
の濃度が１体積％以下、望ましくは１０００ｐｐｍ以
下、さらに望ましくは１００ｐｐｍ以下存在するように
制御されている。酸素含有物としては、例えば水蒸気を
用いることができる。なお、酸素および／または酸素含
有物の濃度は、気体導入路と気体排出路とに繋がってい
る酸素を吸着するフィルタおよび水を吸着するフィルタ
と、炉内に導入される水素濃度を制御することにより予
め制御することができる。

【００２２】次に、炉内の温度を常温から６００℃程度
の温度まで１００℃／１５分〜１００℃／５分の割合で
昇温し、６００℃程度で１０〜６０分間加熱する。この
酸化処理工程は、３００℃以上１０００℃以下の範囲、
望ましくは５００℃以上７００℃以下の範囲で行えばよ
い。また、昇温の割合は、１００℃／２０分〜１００℃
／５分の割合であればよい。このようにして、基板２上
のイットリウム膜４Ａ表面に酸化イットリウム膜４Ｂを
形成することができる。

【００２３】この後は、脱水素処理工程を行う。すなわ
ち、基板２を減圧雰囲気（１×１０^-3Torr以下、望まし
くは１×１０^-6Torr以下）中で、３５０℃以上、望まし
くは４５０℃以上８００℃以下で１５分間加熱し、イッ
トリウム膜４Ａおよび酸化イットリウム膜４Ｂ中に含ま
れている水素を除去する。

【００２４】次に、酸化イットリウム膜４Ｂ上にＡｌｑ
３をディップコートもしくはスピンコートなどの湿式成
膜により塗布して電子輸送層６を形成する。その後、電
子輸送層６上に、ＰＶＣｚとＢＮＤとクマリン６との混
合物を同じくディップコートもしくはスピンコートなど
の湿式成膜により塗布して正孔輸送層７を形成する。そ
の後、正孔輸送層７上にＩＴＯでなるアノード電極８
を、スパッタ法により形成する。なお、カソード電極５
とアノード電極８とは、対向する部分に駆動電圧が印加
されることにより発光する領域が形成される訳である
が、この発光領域を画素単位に形成する際には、カソー
ド電極５とアノード電極８とが互いに平面的に見て交差
するようなパターン、すなわちカソード電極５とアノー
ド電極８とをそれぞれストライプ状に形成する場合に
は、両電極が互いに異なる方向に延在されるようにパタ
ーニングする工程が必要となることは言うまでもない。
また、両電極のうち一方が表示領域全面に亙って形成さ
れた平板状の電極で、他方の電極が各画素毎に矩形状ま
たは円形状にパターニングされた構成としてもよい。

【００２５】以上、製造方法１について説明したが、上
記方法において酸素および／または酸素含有物の濃度を
変えると以下に説明するような特徴を有する酸化イット
リウムとなる。

【００２６】まず、酸素および／または酸素含有物の濃
度が１００ｐｐｍオーダを越える水素雰囲気下で膜厚３
０００Å程度のイットリウム膜を加熱酸化すると、図４
のＸ線回折パターンに示されるような４５００Å程度の
Ｉ型格子（体心立方格子）に指数付けされた酸化イット
リウム膜が形成される。このＩ型格子の酸化イットリウ
ム膜は、格子定数が１０.６０Åであり、図５に示すよ
うに２９°近傍の強度ピークに特徴がある。

【００２７】上記製造方法において、酸素および／また
は酸素含有物の濃度が１０ｐｐｍオーダ程度の水素雰囲
気下で膜厚３０００Å程度のイットリウム膜を加熱酸化
すると図６のＸ線回折パターンに示されるような４５０
０Å程度のII型格子と指数付けされた酸化イットリウム
膜が形成される。このII型格子の酸化イットリウム膜
は、格子定数が１４.８５Åであり、図７に示すように
２９°近傍に大きい強度ピークが１つと２９.６°近傍
に大きい強度ピークが１つあるのが特徴である。

【００２８】上記製造方法において、酸素および／また
は酸素含有物の濃度が１００ｐｐｍオーダ程度（II型格
子のみの酸化イットリウム膜が形成されるより薄い程
度）の水素雰囲気下で膜厚３０００Å程度のイットリウ
ム膜を加熱酸化すると、図８のＸ線回折パターンに示さ
れるような４５００Å程度のＩ型格子とII型格子（単純
立方格子）との中間型（I-II型）と指数付けされた酸化
イットリウム膜が形成される。このI-II型格子の酸化イ
ットリウム膜は、図９に示すように２９°近傍に大きい
強度ピークが１つと、その右肩（２９.６近傍）に小さ
い強度ピークが１つあるのが特徴である。

【００２９】上記製造方法において、酸素および／また
は酸素含有物の濃度が１ｐｐｍオーダ程度の水素雰囲気
下で膜厚３０００Å程度のイットリウム膜を加熱酸化す
ると、図１０のＸ線回折パターンに示されるような４５
００Å程度の面心立方格子（以下、III型格子という）
と指数付けされた酸化イットリウム膜が形成される。こ
のIII型格子の酸化イットリウム膜は、格子定数が５.２
１Åであり、図１１に示すように２９.６°近傍に大き
い強度ピークが１つあるのが特徴である。

【００３０】上記製造方法において、酸素および／また
は酸素含有物の濃度が、III型格子のみの酸化イットリ
ウム膜が形成される濃度より濃く、II型格子のみの酸化
イットリウム膜が形成されるより薄い程度の水素雰囲気
下で膜厚３０００Å程度のイットリウム膜を加熱酸化す
ると、図１２のＸ線回折パターンに示されるような４５
００Å程度の、II型格子とIII型格子との中間型（以
下、II-III型格子という）と指数付けされた酸化イット
リウム膜が形成される。このII-III型格子の酸化イット
リウム膜は、２９.６°近傍に大きい強度ピークが１つ
と、その左肩（２９°近傍）に小さい強度ピークが１つ
あるのが特徴である。

【００３１】上記したように、水素雰囲気内の酸素濃度
を制御することにより、酸化イットリウム膜の結晶系を
制御することができる。上記製造方法により形成された
酸化イットリウムからなる電極を、希ガスと水銀が封入
された、管径２.６φ、長さ６３.５ｍｍの管内に対向し
て配置して定電流下での放電試験を行なった。III型格
子、II-III型格子の管は、いずれも放電電圧が１６７
Ｖ、II型格子の管は、１７２Ｖ、Ｉ−II型格子、Ｉ型格
子の管は、それぞれ１７６Ｖ、１８２Ｖであった。比較
実験としてＮｉ電極を用いた管では、２２５Ｖであっ
た。ニッケル電極より大幅に放電電圧が低いということ
は、これら結晶系の酸化イットリウムのほうが大幅に電
子放出性が高いことを示している。因に、ニッケルの仕
事関数は５.１５ｅＶであるが、これらの結晶系の酸化
イットリウムの仕事関数はこの値より大幅に小さいとい
うことが確認できる。このため、上記した実施形態１の
ように、上記結晶系の酸化イットリウム膜をＥＬ発光素
子のカソード電極として用いれば、図１に示した電子輸
送層６への電子を注入し易くなり、ＥＬ発光素子の低消
費電力化を達成することができる。また、これらの酸化
イットリウムは、放電によるスパッタが少なく、表面を
覆うことにより下地である金属のスパッタを抑制できる
ことが確認された。

【００３２】なお、本実施形態では、希土類酸化物を構
成する希土類元素としてしては、イットリウムを用いた
が、この他に、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌ
ａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオ
ジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓ
ｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、
テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミ
ウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔ
ｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）の
中から選択することができる。また、希土類酸化物は、
アノード電極材料より低仕事関数の材料であれば、上記
材料に限定されるものではない。（製造方法２）以下、本実施形態のＥＬ発光素子１の製
造方法２を説明する。この方法においても、電極表面に
Ｙ₂Ｏ_3-x（ｘは０.０以上１.０以下である）でなる電子
放出性を有する膜が形成できる。

【００３３】まず、基板２を洗浄する。次いで、基板２
の表面に、Ａｌ膜３をスパッタ法により形成し、その上
にイットリウムを例えば抵抗加熱や電子ビームなどの手
法を用いて蒸着またはスパッタして、膜厚が５００Å〜
５０００Å程度のイットリウム膜を成膜する。

【００３４】その後、基板２を反応炉内に搬入し、イッ
トリウム膜の表面を酸化処理する。この反応炉は、気体
導入路と気体排出路とを備え、所定の流量でアルゴン
（Ａｒ）が気体導入路から導入され、常に炉内がアルゴ
ンで満たされるように設定されている。なお、この反応
炉内には、酸素（Ｏ₂）および／または酸素含有物の濃
度が１体積％以下、望ましくは１０００ｐｐｍ以下、さ
らに望ましくは１００ｐｐｍ以下存在するように制御さ
れている。酸素含有物としては、例えば水蒸気が炉内に
存在し、また極微量の水素が存在する。なお、酸素およ
び／または酸素含有物の濃度は、気体導入路と気体排出
路とに繋がっている酸素を吸着するフィルタおよび水を
吸着するフィルタと、炉内に導入されるアルゴン濃度を
制御することにより予め制御することができる。

【００３５】次に、アルゴン雰囲気で炉内の温度を常温
から６００℃程度の温度まで１００℃／１５分〜１００
℃／５分の割合で昇温し、６００℃程度で１０〜６０分
加熱する。この酸化処理工程は、３００℃以上１０００
℃以下の範囲、望ましくは５００℃以上７００℃以下の
範囲で行えばよい。また、昇温の割合は、１００℃／２
０分〜１００℃／５分の割合であればよい。このように
して、基板２上のイットリウム膜４Ａ表面に酸化イット
リウム膜４Ｂを形成することができる。

【００３６】このように形成された酸化イットリウム膜
の結晶系は、実質的に上記した製造方法１と同様であ
り、酸素および／または酸素含有物の濃度に応じて制御
することができ、Ｉ型格子、I-II型格子、II型格子の酸
化イットリウム膜の生成が確認できた。この製造方法２
では、上記製造方法１が水素雰囲気でイットリウム膜を
参加しているのに対し、アルゴン雰囲気下で酸化が行わ
れている点で異なる。また、この製造方法２では、アル
ゴン雰囲気下で酸化が行われているので基板２、Ａｌ膜
３、イットリウム膜内に水素が実質的に混入されていな
ければ、生成された酸化イットリウム膜内に水素がほと
んど混入されず、脱水素処理を施す必要がない。このた
め、上記製造方法１に比較して工程数が少なくてすむ。
ただし、基板２、Ａｌ膜３、イットリウム膜のいずれか
に水素が含まれている場合は、脱水素処理を必要とす
る。また、電子輸送層６、正孔輸送層７、アノード電極
８などの形成方法は、上記した製造方法１と同様であ
る。

【００３７】（製造方法３）以下、本実施形態のＥＬ発
光素子１の製造方法３を説明する。この方法において
も、電極表面にＹ₂Ｏ_3-x（ｘは０.０以上１.０以下であ
る）でなる電子放出性を有する膜が形成できる。

【００３８】まず、基板２を洗浄する。次いで、基板２
の表面に、Ａｌ膜３をスパッタ法により形成し、その上
にイットリウムを例えば抵抗加熱や電子ビームなどの手
法を用いて蒸着またはスパッタして、膜厚が２００００
Å〜４００００Å程度のイットリウム膜を成膜する。次
に、イットリウム膜の上に、アモルファス状の酸化イッ
トリウム膜を、イオンプレーティング法により５００〜
２０００Å程度の膜厚に成膜する。

【００３９】その後、基板２を反応炉内に搬入し、イッ
トリウム膜の表面を酸化処理する。この反応炉は、気体
導入路と気体排出路とを備え、所定の流量で水素
（Ｈ₂）ガスが気体導入路から導入され、常に炉内が水
素ガスで満たされるように設定されている。なお、この
反応炉内には、酸素（Ｏ₂）および／または酸素含有物
の濃度が１体積％以下、望ましくは１０００ｐｐｍ以
下、さらに望ましくは１００ｐｐｍ以下存在するように
制御されている。なお、酸素含有物としては、例えば水
蒸気を用いることができる。なお、酸素および／または
酸素含有物の濃度は、気体導入路と気体排出路とに繋が
っている酸素を吸着するフィルタおよび水を吸着するフ
ィルタと、炉内に導入される水素濃度を制御することに
より予め制御することができる。

【００４０】次に、炉内の温度を常温から６００℃程度
の温度まで１００℃／１５分〜１００℃／５分の割合で
昇温させ、６００℃程度で１０〜６０分間加熱する。こ
の酸化処理工程は、３００℃以上１０００℃以下の範
囲、望ましくは５００℃以上７００℃以下の範囲で行え
ばよい。また、昇温の割合は、１００℃／２０分〜１０
０℃／５分の割合であればよい。このようにして、基板
２上のイットリウム膜４Ａ表面に酸化イットリウム膜４
Ｂを形成することができる。

【００４１】この後は、脱水素処理工程を行う。すなわ
ち、基板２を減圧雰囲気（１×１０^-3Torr以下、望まし
くは１×１０^-6Torr以下）中で、３５０℃以上、望まし
くは４５０℃以上８００℃以下で１５分間加熱し、酸化
イットリウム膜４Ｂ内に含まれている水素を除去する。
また、電子輸送層６、正孔輸送層７、アノード電極８な
どの形成方法は、上記した製造方法１と同様である。

【００４２】このような製造方法３によって、Ｉ型格
子、I-II型格子、II型格子の酸化イットリウム膜の生成
が確認された。

【００４３】（製造方法４）以下、本実施形態のＥＬ発
光素子１の製造方法４を説明する。この方法において
も、電極表面にＹ₂Ｏ_3-x（ｘは０.０以上１.０以下であ
る）でなる電子放出性を有する膜が形成できる。

【００４４】まず、基板２を洗浄する。次いで、基板２
の表面に、Ａｌ膜３をスパッタ法により形成し、その上
にイットリウムを例えば抵抗加熱や電子ビームなどの手
法を用いて蒸着またはスパッタして、膜厚が２００００
Å〜４００００Å程度のイットリウム膜を成膜する。次
に、イットリウム膜の上に、アモルファス状の酸化イッ
トリウム膜を、イオンプレーティング法により５００〜
２０００Å程度の膜厚に成膜する。

【００４５】その後、基板２を反応炉内に搬入し、酸化
処理を施す。この反応炉は、気体導入路と気体排出路と
を備え、所定の流量でアルゴン（Ａｒ）が気体導入路か
ら導入され、常に炉内がアルゴンで満たされるように設
定されている。なお、この反応炉内には、酸素（Ｏ₂）
および／または酸素含有物の濃度が１体積％以下、望ま
しくは１０００ｐｐｍ以下、さらに望ましくは１００ｐ
ｐｍ以下存在するように制御されている。酸素含有物と
しては、例えば水蒸気が炉内に存在する。なお、酸素お
よび／または酸素含有物の濃度は、気体導入路と気体排
出路とに繋がっている酸素を吸着するフィルタおよび水
を吸着するフィルタと、炉内に導入されるアルゴン濃度
を制御することにより予め制御することができる。

【００４６】次に、アルゴン雰囲気で炉内の温度を常温
から６００℃程度の温度まで１００℃／１５分〜１００
℃／５分の割合で昇温し、６００℃程度で１０〜６０分
間加熱する。この酸化処理工程は、３００℃以上１００
０℃以下の範囲、望ましくは５００℃以上７００℃以下
の範囲で行えばよい。また、昇温の割合は、１００℃／
２０分〜１００℃／５分の割合であればよい。このよう
にして、基板２上のイットリウム膜４Ａ表面に所定結晶
系の酸化イットリウム膜４Ｂを形成することができる。
なお、電子輸送層６、正孔輸送層７、アノード電極８な
どの形成方法は、上記した製造方法１と同様である。

【００４７】なお、この製造方法４では、アルゴン雰囲
気下で酸化を行っているため、基板２、Ａｌ膜３、イッ
トリウム膜内に水素が実質的に混入されていなければ、
生成された酸化イットリウム膜内に水素がほとんど混入
されない。このため、脱水素処理を施す必要がなく、工
程数を製造方法１に比較して少なくすることができる。
ただし、基板２、Ａｌ膜、イットリウム膜のいずれかに
水素が含まれている場合は、脱水素処理を行うことが望
ましい。このように形成された酸化イットリウム膜の結
晶系は、酸素および／または酸素含有物の濃度に応じて
制御することができ、Ｉ型格子、I-II型格子、II型格子
の酸化イットリウム膜の生成が確認できた。なお、イオ
ンプレーティング法で成膜された酸化イットリウム膜の
酸化前の膜厚が１０００Å程度の場合、酸素濃度が１０
０ｐｐｍオーダでＩ型格子、１０ｐｐｍオーダでII型格
子の酸化イットリウムの生成が確認された。

【００４８】本実施形態のＥＬ発光素子１では、カソー
ド電極５の表面に形成された酸化イットリウム膜４Ｂの
電気抵抗が、数十Ω以下と小さく、電気伝導性を示して
いる。これに加えて、酸化イットリウムは、その仕事関
数が小さく、高い電子放出性を有する。酸化イットリウ
ムは、このような特性を持つため良好なカソード電極と
して用いることができる。このため、本実施形態のＥＬ
発光素子は、発光電圧の低い低消費電力な駆動を行うこ
とができる。また、酸化イットリウム自体が、化学的に
安定な物質であるため、電極の寿命を長くすると共に、
素子自体の寿命を長くすることができる。なお、本実施
形態では、電子輸送層としてＡｌｑ３を、正孔輸送層と
してＰＶＣｚとＢＮＤを混合したものを用いたが、この
他各種のＥＬ材料を適用することができる。また、ＥＬ
層の構造も２層構造に限定されるものではなく、電子輸
送層と正孔輸送層との間に発光層を設けた３層構造でも
よい。

【００４９】図１７に示すように、４５００Å程度のＩ
型格子の酸化イットリウム膜では可視光波長域での透過
性は概ね５０％を超えており、基板２、Ａｌ膜３、イッ
トリウム膜４Ａの厚さ等を制御して可視光波長域におい
て透過性を持たせれば、Ｉ型格子のＥＬ発光素子１の発
光を基板２側から出射することができる。

【００５０】イットリウム膜４Ａは、酸化イットリウム
４Ｂを生成する際にＡｌ膜３の酸化による電気的絶縁を
防止するとともに各層間の接合性を良好にするものであ
るが、このような中間層はイットリウムに限ることな
く、所定の仕事関数であれば他の導電性材料でもよい。

【００５１】以上、実施形態１に係るＥＬ発光素子とそ
の製造方法１〜４について説明したが、次に、実施形態
２に係るＥＬ発光素子について以下に説明する。

【００５２】（実施形態２）図１３は、本発明をＥＬ発
光素子に適用した実施形態２の断面図である。本実施形
態においては、基板２上にＡｌ膜３が形成され、このＡ
ｌ膜３の上に酸化イットリウム膜４Ｂが形成され、酸化
イットリウム膜４Ｂの上に順次、電子輸送層６、正孔輸
送層７、アノード電極８が形成された構成となってい
る。なお、他の構成は、上記した実施形態１と同様であ
る。

【００５３】次に、本実施形態のＥＬ発光素子１の製造
方法を説明する。この方法においても、電極表面にＹ₂
Ｏ_3-x（ｘは０.０以上１.０以下である）でなる電子放
出性を有する膜が形成できる点では、上記した製造方法
１および２と同様であるが、この製造方法ではＡｌ膜３
上に直接、酸化イットリウム膜を形成する点で異なる。

【００５４】まず、基板２を洗浄する。次いで、基板２
の表面にＡｌ膜３をスパッタ法により形成し、その上に
イオンプレーティングによりアモルファス状の酸化イッ
トリウム膜を、膜厚が１０００Å〜５０００Å程度にな
るように成膜する。

【００５５】その後、基板２を反応炉内に搬入する。こ
の反応炉は、気体導入路と気体排出路とを備え、所定の
流量で水素（Ｈ₂）ガスが気体導入路から導入され、常
に炉内が水素ガスで満たされるように設定されている。
なお、この反応炉内には、酸素（Ｏ₂）および／または
酸素含有物の濃度が１体積％以下、望ましくは１０００
ｐｐｍ以下、さらに望ましくは１００ｐｐｍ以下存在す
るように制御されている。酸素含有物としては、例えば
水蒸気を用いることができる。なお、酸素および／また
は酸素含有物の濃度は、気体導入路と気体排出路とに繋
がっている酸素を吸着するフィルタおよび水を吸着する
フィルタと、炉内に導入される水素濃度を制御すること
により予め制御することができる。

【００５６】次に、炉内の温度を常温から６００℃程度
の温度まで１００℃／１５分〜１００℃／５分の割合で
昇温し、６００℃程度で１０〜６０分加熱する。この酸
化処理工程は、３００℃以上１０００℃以下の範囲、望
ましくは５００℃以上７００℃以下の範囲で行えばよ
い。また、昇温の割合は、１００℃／２０分〜１００℃
／５分の割合であればよい。このようにして、基板２表
面に酸化イットリウム膜を形成することができる。

【００５７】この後は、脱水素処理工程を行う。すなわ
ち、基板２を減圧雰囲気（１×１０^-3Torr以下、望まし
くは１×１０^-6Torr以下）中で、３５０℃以上、望まし
くは４５０℃以上８００℃以下で１５分間加熱し、酸化
イットリウム膜中に含まれている水素を除去する。ま
た、電子輸送層６、正孔輸送層７、アノード電極８など
の形成方法は、上記した製造方法１と同様である。

【００５８】このような製造方法によって、Ｉ型格子、
I-II型格子、II型格子の酸化イットリウム膜の生成が確
認された。本実施形態のＥＬ発光素子においても、上記
した実施形態１のＥＬ発光素子と同様に、カソード電極
５の表面に形成された、上記の結晶系をもつ酸化イット
リウム膜４Ｂの電気抵抗が、数十Ω以下と小さく、電気
伝導性を示している。これに加えて、酸化イットリウム
は、その仕事関数が小さく、高い電子放出性を有する。
酸化イットリウムは、このような特性を持つため良好な
カソード電極として用いることができる。このため、本
実施形態のＥＬ発光素子は、発光電圧を低い低消費電力
な駆動を行うことができる。また、酸化イットリウム自
体が、化学的に安定な物質であるため、電極の寿命を長
くすると共に、素子自体の寿命を長くすることができ
る。

【００５９】（実施形態３）図１４は、本発明をＥＬ発
光素子に適用した実施形態３の断面図である。本実施形
態においては、上記実施形態１のカソード電極５を構成
するＡｌ膜３を、ＩＴＯ膜９に代えたものであり、他の
構成、作用、効果は上記実施形態１と同様である。ま
た、ＩＴＯ膜９上にイットリウム膜４Ａと酸化イットリ
ウム膜４Ｂとを形成する方法も上記実施形態１と同様で
ある。

【００６０】（実施形態４）以下、アドレス信号光を発
生させるアドレス発光部と、表示光を発生させる表示部
と、を有する発光表示素子に、本発明を適用した実施形
態４について説明する。図１５は、実施形態４の発光表
示素子の断面図である。同図中１１は、発光表示素子で
ある。この発光表示素子１１は、表示部１２と、アドレ
ス発光部１３と、から大略構成されている。

【００６１】表示部１２は、例えばシリカガラス或いは
合成樹脂などの透明基板１４の裏面に、表示領域全面に
亙って、順次ＩＴＯ膜１５、酸化イットリウム膜１６が
積層されている。これらＩＴＯ膜１５と酸化イットリウ
ム膜１６とが、表示駆動用カソード電極１７を構成して
いる。この表示駆動用カソード電極１７の形成方法は、
透明基板１４上にＩＴＯ膜１５を形成した後、上記した
実施形態２と同様の方法を用いて形成することができ
る。なお、本実施形態において酸化イットリウム膜１６
の結晶系は、特に光透過性の良好な上記したＩ型格子
（体心立方格子）のものを用いる。

【００６２】次に、酸化イットリウム膜１６上（裏面）
には、表示領域全面に亙って、順次、Ａｌｑ３でなる電
子輸送層１８、ＰＶＣｚとＢＮＤとを混合してなる正孔
輸送層１９が周知の方法で形成されている。なお、発光
領域である正孔輸送層１９の各ドット部分には、電子と
正孔の再結合により発光する光を吸収し、それぞれＲ
（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）に発光する
蛍光材料を含有するように形成すれば、多色表示が可能
となる。正孔輸送層１９の上（裏面）には、アモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ）にｎ型不純物（例えば、リン）
をドープしてなるドープ層２０が表示領域全面に亙って
形成されている。また、ドープ層２０の上（裏面）に
は、アモルファスシリコンでなる光導電層２１が表示領
域全面に亙って形成されている。なお、ドープ層２０と
光導電層２１は、後記するアドレス発光部１３側から照
射される白色光（アドレス光）が入射した部分だけに内
部に電子−正孔対を生成し、導電性を示すようになる。
そして、光導電層２１の上（裏面）には、所定方向に平
行に並ぶ複数の表示駆動用アノード電極２２がストライ
プ状に形成されている。なお、この表示駆動用アノード
電極２２の材料としては、後記するアドレス光に対して
透明性をもつＩＴＯが用いられている。上記したＩＴＯ
膜１５から表示駆動用アノード電極２２までの部材によ
り、表示部１２が構成されている。

【００６３】表示駆動用アノード電極２２が形成された
光導電層２１の上（裏面）には、例えばシリコン窒化膜
やシリコン酸化膜でなる、平坦化絶縁膜２３が周知の平
坦化技術を用いて形成されている。そして、この平坦化
絶縁膜２３の上（裏面）には、表示駆動用アノード電極
２２と対向して平面的に重なるように、表示駆動用アノ
ード電極２２と同じ本数のアドレス駆動用カソード電極
２４が形成されている。このアドレス駆動用カソード電
極２４は、ＩＴＯでなる電極基体２５の表面に薄い膜厚
の酸化イットリウム膜２６が形成されて構成されてい
る。なお、酸化イットリウム膜２６の結晶系は、上記し
た表示駆動用カソード電極１７の酸化イットリウム膜１
６と同様に、光透過性の良好なＩ型格子（体心立方格
子）のものを用いる。

【００６４】そして、アドレス駆動用カソード電極２４
が形成された平坦化絶縁膜２３の上（裏面）にはＡｌｑ
３でなる電子輸送層２７、ＰＶＣｚとＢＮＤと白色発光
材料とを混合してなる正孔輸送層２８が周知の技術で順
次積層するように形成されている。さらに、正孔輸送層
２８の裏面には、ＩＴＯでなる、複数のアドレス駆動用
アノード電極２９が、上記したアドレス駆動用カソード
電極２４と平面的に見て交差するように、ストライプ状
に形成されている。

【００６５】以下、本実施形態の発光表示素子１１の作
用・動作を説明する。まず、アドレス発光部１３におい
て、線順次走査により選択されたアドレス駆動用カソー
ド電極２４とアドレス駆動用アノード電極２９との間に
所定電圧が印加されると、電子輸送層２７と正孔輸送層
２８との界面近傍で電子と正孔との再結合が起こり、図
１５に示すようにアドレス光（白色光）ａが光導電層２
１およびドープ層２０に向けて出射する。なお、このと
き、電子輸送層２７と正孔輸送層２８との界面と、光導
電層２１およびドープ層２０と、の距離は、実際には十
分に近い距離（アドレス光が空間周波数を維持して入射
し得る距離）であるため、対応する領域の光導電層２１
およびドープ層２０のみに入射する。このため、所定の
アドレスから発光するアドレス光が、隣接するドット部
分の光導電層２１およびドープ層２０に入射してその領
域に電子−正孔対を生成することはない。電子−正孔対
が生成された光導電層２１およびドープ層２０を介する
ことにより、表示駆動用アノード電極２２から正孔輸送
層１９へ正孔を注入することが可能となる。これによっ
て、表示駆動用アノード電極２２と表示駆動用カソード
電極１７との間に印加されていた表示駆動電圧は、正孔
輸送層１９と電子輸送層１８とでなる有機ＥＬ層の対応
するドット部分に印加される。なお、表示駆動用の電極
間には、直流駆動電圧、パルス電圧、交流電圧などを用
いることができる。この結果、表示部１２の発光により
図１５に示すように表示光ｂが前方に向けて照射され、
表示を行うことができる。

【００６６】特に、本実施形態の発光表示素子１１にお
いては、上記したように、表示駆動用カソード電極１７
およびアドレス駆動用カソード電極２４の表面層が酸化
イットリウム膜１６、２６で構成されている。酸化イッ
トリウム膜は、その電気抵抗が、上記したように数十Ω
以下と小さく電気伝導性をもち、これに加えて、仕事関
数が十分小さいため、高い電子放出性を有する。このた
め、本実施形態の発光表示素子１１は、表示部１２およ
びアドレス発光部１３において、発光電圧を低くするこ
とができ、低消費電力な駆動を行うことができる。ま
た、酸化イットリウム自体が、化学的に安定な物質であ
るため、従来からの課題であるカソード電極の寿命を長
くすると共に、素子自体の寿命を長くすることができ
る。

【００６７】次に、上記した発光表示素子１１における
各構成部材の光透過性について説明する。透明基板１
４、ＩＴＯ膜１５、電子輸送層１８は、表示光（可視
光）ｂに対して良好な光透過性をもつ。また、表示駆動
用アノード電極２２、平坦化絶縁膜２３、電極基体２
５、電子輸送層２７は、アドレス光（可視光）に対して
透過性をもつ。そこで、酸化イットリウム膜１６の表示
光ｂに対する透過性と、酸化イットリウム膜２６のアド
レス光ａに対する透過性が重要となる。

【００６８】ここで、酸化イットリウムの光学的特性に
ついて説明する。まず、石英基板上に電子ビーム蒸着に
より成膜された膜厚３０００Å程度のイットリウム膜を
所定濃度の水素雰囲気下で６００℃程度の温度で１５分
間加熱して得られた酸化イットリウム膜と、石英基板上
に電子ビーム蒸着により成膜された膜厚３０００Å程度
のイットリウム膜を大気中で７００℃程度の温度で３０
分間加熱して得られた酸化イットリウム膜を用意した。

【００６９】上記した所定濃度の水素雰囲気下で酸化さ
れた酸化イットリウムは、上記したII型格子であり、石
英基板上の酸化イットリウムの光透過特性を図１６に示
す。光透過率は、石英および酸化イットリウムのいずれ
も介さない光の光量を１００とした場合の、石英および
酸化イットリウムを透過した光の光量の相対的な割合で
ある。光反射率は、所定の光量の光に対して表面が平滑
なアルミニウム（Ａｌ）板の反射光量を１００とした場
合の、石英および酸化イットリウムで反射された光の光
量の相対的な割合ある。

【００７０】大気酸化された酸化イットリウムはＩ型格
子であり、その光透過特性を図１７に示す。図１７に示
すＩ型格子の酸化イットリウム膜の場合は、光透過率が
波長が５００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲において常に５
０％を越えている。これに対して、図１６に示したII型
格子の酸化イットリウム膜の場合は、光透過率が波長５
００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲において常に２０％より
低い。また、Ｉ型格子の酸化イットリウム膜の場合に
は、光反射率が波長５００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲で
常に４０％以下である。これに対しII型格子の酸化イッ
トリウム膜の場合には、光反射率が波長５００ｎｍ〜２
５００ｎｍの範囲において数％〜７５％の間で変化して
おり、最大反射率は６０％を越えている。このように異
なる結晶系の酸化イットリウムどうしは、光学的特性が
大きく異なることがわかる。このことから、本実施形態
の発光表示素子１１のカソードとしては、Ｉ型格子の酸
化イットリウムを用いることで、アドレス光ａや表示光
ｂの光利用効率を向上できることがわかる。

【００７１】次に、物質固有の光学的指標の１つとして
吸収端（absorption edge）について、上記Ｉ型格子お
よびII型格子の酸化イットリウムについて調べてみた。
吸収端は、一般的にＸ線または光の連続吸収スペクトル
において、波長がこれ以上長くなると吸収率が急激に減
少するようになる部分またはその端のことをいう。ここ
では、吸収端を光透過率が測定不可となる値まで落ち込
んだところと定義する。図１８は、所定濃度の水素雰囲
気下で酸化されたII型格子の酸化イットリウムの吸収端
を示している。図１９は、大気中で酸化されたＩ型格子
の酸化イットリウムの吸収端を示している。図１９に示
した酸化イットリウムでは、約５.９ｅＶであるのに対
し、図１８に示した酸化イットリウムでは、４.０ｅＶ
以下になっている。このことからII型格子の酸化イット
リウムがＩ型格子の酸化イットリウムに比べ低エネルギ
ー側にシフトしていることがわかる。以上のことから、
酸化イットリウムでは、その結晶系に応じて様々な光学
的特性が異なることがわかる。

【００７２】上記各実施形態では、正孔輸送層および電
子輸送層で再結合による発光を表示光として用いてもよ
いし、再結合による発光を吸収してより長波長域の可視
光を発光してもよい。

【００７３】また実施形態４では、光導電層２１に、可
視光に光吸収性がなく紫外線に光吸収性があるＺｎＯ
（酸化亜鉛）を用い、正孔輸送層１９にはＰＶＣｚとＢ
ＮＤとの混合物、電子輸送層１８にはＡｌｑ３を用いれ
ば、アドレス発光部１３から紫外線の発光させ、紫外線
が照射されない状態では絶縁性であった光導電層２１が
アドレス発光部１３からの紫外線の波長域の光を吸収す
ることにより厚さ方向に導電性をもたらすことができ
る。この作用に従って、予め表示駆動用カソード電極１
７および表示駆動用アノード電極２２間に印加される電
圧により、表示駆動用アノード電極２２から光導電層２
１およびドープ層２０を介して正孔輸送層１９に正孔が
注入され、表示駆動用カソード電極１７から電子輸送層
１８に電子が注入され、表示部１２で再結合を行ない、
表示光ｂが照射される。このように光導電層２１が紫外
線の波長域のみで導電性をもたらすよう設定されている
ので、表示部１２にアドレス光以外の可視光が入射した
としても誤動作が発生することはない。

【００７４】（実施形態５）図２０は、本発明をＰＤＰ
に適用した実施形態５を示す断面図である。本実施形態
のＰＤＰは、直流駆動のカラーＰＤＰである。同図中９
１はＰＤＰであり、それぞれ赤色、緑色、青色を表示す
る複数の画素から構成されている。各画素は、透明な上
基板９２と下基板９３との間に設けられた格子状あるい
はストライプ状の障壁１０１により区分けされている。
下基板９３上には、補助カソード電極９４が各画素の中
央に配置されている。補助カソード電極９４は、ニッケ
ル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、
マンガン（Ｍｏ）の中から少なくとも１つ選択される導
体からなる基体９５と、基体９５上に形成された希土類
酸化物層としての酸化イットリウム膜９６と、から構成
されている。補助カソード電極９４の周囲には、データ
電極９７が電極９４と離間して配置されている。補助カ
ソード電極９４を中心としたデータ電極９７の外側方向
にはアモルファスシリコンなどでなる電流制御膜９８が
配置されている。また、電流制御膜９８のさらに外側に
はカソード電極１０２が配置されている。カソード電極
１０２は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏの中から少なくとも
１つ選択される導体からなる基体１０３と、基体１０３
上に形成された希土類酸化物層としての酸化イットリウ
ム膜１０４と、から構成されている。この電流制御膜９
８は、データ電極９７からの電流のふらつきを抑制して
いる。電流制御膜９８の抵抗は、膜厚、長さ、アモルフ
ァスシリコン中に添加される不純物などにより設定する
ことができる。

【００７５】また、下基板９３上には、補助カソード電
極９４の酸化イットリウム膜９６とカソード電極１０２
の酸化イットリウム膜１０４を除く全面に絶縁膜１０５
が設けられている。補助カソード電極９４の周囲の絶縁
膜１０５上には、補助障壁１０６が形成されている。障
壁１０１および補助障壁１０６は、各画素毎に、赤色に
発光する蛍光体１０７Ｒ、緑色に発光する蛍光体１０７
Ｇ、青色に発光する蛍光体１０７Ｂがそれぞれ設けられ
ている。蛍光体１０７Ｒとしては、（Ｙ，Ｇｄ）Ｂ
Ｏ₃：Ｅｕ³⁺：Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ³⁺があり、蛍光体１０７Ｇ
としては、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ，ＢａＡｌ₁₂Ｏ₁₉：Ｍｎ
があり、蛍光体１０７Ｂとしては、ＢａＭｇＡｌ
₁₄Ｏ₂₃：Ｅｕ²⁺，ＳｒＭｇ（ＳｉＯ₄）₂：Ｅｕ²⁺があ
る。

【００７６】上基板９２には、各画素に応じて、赤色に
分光するカラーフィルタ１１１Ｒ、緑色に分光するカラ
ーフィルタ１１１Ｇ、青色に分光するカラーフィルタ１
１１Ｂが設けられている。カラーフィルタ１１１Ｒ、１
１１Ｇ、１１１Ｂの表面には、ＩＴＯからなる透明電極
１１２が設けられている。また、上基板９２と下基板９
３と障壁１０１に囲まれた空間には、ヘリウム（Ｈ
ｅ）、キセノン（Ｘｅ）を含む希ガス１１３が封入され
ている。

【００７７】上記した構成のＰＤＰ９１においては、カ
ソード側の表面層に酸化イットリウム膜１０４が形成さ
れているため、電子放出性を大幅に向上させ、ＰＤＰの
低消費電力化を達成することができる。酸化イットリウ
ム膜９６、１０４は、結晶系として、Ｉ型格子、Ｉ−II
型格子、II型格子、II−III型格子、III型格子がある
が、放電特性の観点からは、II−III型格子、III型格子
が最も好ましく、次いでII型格子、I−II型格子、Ｉ型
格子の順によく、いずれも発光輝度の高い表示を行なう
ことができる。また、本実施形態では、カソード電極の
一部として耐スパッタ性に優れている酸化イットリウム
が電極９４、１０２の基体９５、１０３を覆うように形
成されているので酸化イットリウム膜１２８のみならず
基体９５、１０３のスパッタも抑制することができ、画
素内のスパッタによる汚染や電子放出性の経時的な逓減
にともなう発光輝度の低下を抑制することができる。

【００７８】次に、上記したＰＤＰ９１の駆動方法につ
いて説明する。第１に、透明電極１１２と補助カソード
電極９４との間に所定の電圧を印加することにより補助
プラズマを発生させる。第２に、各画素には表示に応じ
たデータ電圧がデータ電極９７に印加され、電流制御膜
９８から制御された電流がカソード電極１０２に流れ
る。カソード電極１０２と透明電極１１２との間には、
補助プラズマの補助により、プラズマがすばやく発生す
る。このプラズマにより希ガスからの紫外線が発生し、
紫外線が各画素の蛍光体に当たり、所定の波長域の光を
発光し、上基板９２を透過して表示される。

【００７８】また、外光がＰＤＰ９１に入射すると、カ
ラーフィルタ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂにより各色
に分光されて上基板９２から出射されるので、蛍光体１
０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの発光に加え、より色相の
濃い色で表示することができる。また、カラーフィルタ
１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂは分光しているので、外
光の反射によるちらつきを抑制することができ、見やす
い表示が可能となる。

【００７９】なお、上記したＰＤＰ９１は、蛍光体を用
いたカラー発光であったが、蛍光体を用いずにプラズマ
発光による橙色を表示色に用いるＰＤＰにも本発明をで
きることは言うまでもない。

【００８０】上記ＰＤＰ９１に用いる希土類酸化物を構
成する希土類元素としてしては、イットリウムの他に、
スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム
（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、
プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピ
ウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔ
ｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、
エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウ
ム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）の中から選択すること
ができる。また、基体９５、１０３は、アノード電極で
ある透明電極１１２より低仕事関数の材料であれば、上
記材料に限定されるものではない。

【００８１】（実施形態６）図２１は、本発明をＦＥＤ
に適用した実施形態６の断面図である。同図中１２１は
ＦＥＤであり、それぞれ赤色、緑色、青色を表示する複
数の画素から構成され、各画素は、互いに離間して配置
された透明な上基板１２２と下基板１２３との間に格子
状あるいはストライプ状の障壁により区分けされてい
る。下基板１２３上には、輝度データ電圧が印加される
データ電極１２４が設けられ、そのデータ電極１２４の
上には、アモルファスシリコンからなる電流制御膜１２
５が形成されている。電流制御膜１２５の上には、１画
素につき、約２０００程度の数の円錐状のカソード電極
１２６が設けられている。カソード電極１２６は、円錐
状のＮｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏの中から少なくとも１つ選
択される基体１２７と、その表面に形成された酸化イッ
トリウム膜１２８と、から構成されている。各カソード
電極１２６は、隣接するカソード電極１２６と絶縁膜１
２９を介している。絶縁膜１２９上には、カソード電極
１２６上が解放しているゲート電極１３０が設けられて
いる。この電流制御膜１２５は、データ電極１２４から
の電流のふらつきを抑制するため、電流を制限してい
る。電流制御膜１２５の抵抗は、膜厚、長さ、アモルフ
ァスシリコン中に添加される不純物などにより設定する
ことができる。

【００８２】上基板１２２には、カソード電極１２６と
対向面にＩＴＯからなるアノード電極の透明電極１３１
が設けられており、透明電極１３１の表面には、赤色に
発光する蛍光体１３２Ｒ、緑色に発光する蛍光体１３２
Ｇ、青色に発光する蛍光体１３２Ｂがそれぞれ設けられ
ている。

【００８３】次に、本実施形態のＦＥＤの駆動方法につ
いて説明する。まず、透明電極１３１おデータ電極１２
４との間に各画素の応じたデータ電圧が印加される。デ
ータ電極１２４からは、電流制御膜１２５を介して制御
された電流がカソード電極１２６の基体１２７に流れ
る。色表示する画素のゲート電極１３０には選択電圧が
印加され、ゲート電極１３０により選択されたカソード
電極１２６は、データ電圧に応じてカソード電極１２６
の先端の酸化イットリウム膜１２８から電子が放出され
る。

【００８４】放出された電子は、所定の電圧が印加され
た透明電極１３１の方に寄せられている。このため、電
子は透明電極１３１の表面にある蛍光体１３２Ｒ、１３
２Ｇ、１３２Ｂに当たり、蛍光体１３２Ｒ、１３２Ｇ、
１３２Ｂが可視光を発光して、可視光が透明基板１２２
を透過してカラー表示される。なお、本実施形態ではカ
ラー表示を行うＦＥＤの構成について説明したが、単色
表示を行う構成としても勿論よい。酸化イットリウム膜
１２８は、結晶系として、I型格子、I−II型格子、II型
格子、II−III型格子、III型格子があるが、放電特性の
観点からは、II−III型格子、III型格子が最も好まし
く、次いでII型格子、I−II型格子、I型格子の順によ
く、いずれも発光輝度の高い表示を行なうことができ
る。また、ＦＥＤ１２１は、上基板１２２と下基板１２
３との間の空間は電子の授受を良好に行なうために減圧
雰囲気下にあり、このため放電による電極のスパッタが
著しい装置であるが、本実施形態では、カソード電極の
一部として耐スパッタ性に優れている酸化イットリウム
が基体１２７を覆うように形成されているので酸化イッ
トリウム膜１２８のみならず基体１２７のスパッタも抑
制することができ、画素内のスパッタによる汚染や電子
放出性の経時的な逓減にともなう発光輝度の低下を抑制
することができる。

【００８５】以上、本実施形態では酸化イットリウム膜
を用いて電子放出性の向上を図ったＦＥＤについて説明
したが、希土類酸化物を構成する希土類元素としてイッ
トリウムの他に、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌ
ａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオ
ジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓ
ｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、
テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミ
ウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔ
ｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）の
中から選択することができる。

【００８６】また、上記した実施形態６においては、円
錐状のＮｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏの中から少なくとも１つ
選択される材料でなる基体１２７の表面に酸化イットリ
ウム膜１２８を形成した構成であるが、円錐状の酸化イ
ットリウムのみを電流制御膜１２５の上に直接形成して
も同様の効果を得ることが可能である。このような構成
のカソード電極１２６を形成するには、図２２に示すよ
うな形成方法を用いればよい。すなわち、図２２（ａ）
に示すように、下基板１２３の上にメタルでなるデータ
電極１２４をパターニングする。さらに、データ電極１
２４の上にアモルファスシリコン膜でなる電流制御膜１
２５を形成する。その後、全面に酸化イットリウム膜１
２８を形成する。なお、酸化イットリウム膜の形成方法
は、例えばイオンプレーティングによりアモルファス状
の酸化イットリウム膜を形成して水素雰囲気下で酸化処
理を行う。その後、酸化イットリウム膜１２８上にフォ
トレジスト１４０を塗布して、露光・現像を行って図２
２（ａ）に示すようなパターンを形成する。次に、下地
のアモルファスシリコン膜と選択比のとれるエッチング
液を用いて酸化イットリウム膜１２８を等方性エッチン
グする。すると、図２２（ｂ）に示すように略円錐状の
酸化イットリウム膜１２８が形成できる。これを用いて
下基板１２３側を形成することができる。

【００８７】なお、上記した本実施形態においては、メ
タルでなる基体１２７の表面に酸化イットリウム膜１２
８を形成した構成であるが、基体１２７の表面に、順次
イットリウム膜、酸化イットリウム膜を形成した構成と
しても勿論よい。

【００８８】以上、実施形態１〜６について説明した
が、希土類酸化物としては、上記したもの他に、希土類
を含むペロブスカイト酸化物をカソード電極の表面に用
いることができる。希土類を含むペロブスカイト酸化物
としては、例えば、Ｌａ_1-xＳｒ_xＭｎＯ_3-y、Ｎｄ_1-xＳ
ｒ_xＭｎＯ_3-y、Ｌａ_1-xＣａ_xＭｎＯ_3-y、Ｎｄ_1-xＣａ_x
ＭｎＯ_3-y、Ｎｄ_1-xＰｄ_xＭｎＯ_3-y、（ＬａＮｄ）_1-x
Ｓｒ_xＭｎＯ_3-y、（ＬａＮｄ）_1-xＣａ_xＭｎＯ_3-y、
（０≦ｘ＜０.５、ｙ≧０）などを用いることができ
る。

【００８９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、カソード電極の電子放出性が向上すると共
に、耐久性を向上させることができる。このため、低消
費電力で寿命の長い発光表示素子を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をＥＬ発光素子に適用した実施形態１を
示す断面図。

【図２】イットリウムが大気酸化されてなる酸化イット
リウムの結晶格子のＸ線回折パターンを示すグラフ。

【図３】イットリウムが主に水素雰囲気中で酸化されて
なる酸化イットリウムの結晶格子の状態を示すＸ線回折
パターンを示すグラフ。

【図４】酸素および／または酸素含有物の濃度が１００
ｐｐｍオーダを越える水素雰囲気下でイットリウム膜を
加熱酸化して形成された酸化イットリウムのＸ線回折パ
ターンを示すグラフ。

【図５】酸素および／または酸素含有物の濃度が１００
ｐｐｍオーダを越える水素雰囲気下でイットリウム膜を
加熱酸化して形成された酸化イットリウムのＸ線強度を
示すグラフ。

【図６】酸素および／または酸素含有物の濃度が１０ｐ
ｐｍオーダ程度の水素雰囲気下でイットリウム膜を加熱
酸化して形成された酸化イットリウムのＸ線回折パター
ンを示すグラフ。

【図７】酸素および／または酸素含有物の濃度が１０ｐ
ｐｍオーダ程度の水素雰囲気下でイットリウム膜を加熱
酸化して形成された酸化イットリウムのＸ線強度を示す
グラフ。

【図８】酸素および／または酸素含有物の濃度が１００
ｐｐｍオーダ程度の水素雰囲気下でイットリウム膜を加
熱酸化して形成された酸化イットリウムのＸ線回折パタ
ーンを示すグラフ。

【図９】酸素および／または酸素含有物の濃度が１００
ｐｐｍオーダ程度の水素雰囲気下でイットリウム膜を加
熱酸化して形成された酸化イットリウムのＸ線強度を示
すグラフ。

【図１０】酸素および／または酸素含有物の濃度が１ｐ
ｐｍオーダ程度の水素雰囲気下でイットリウム膜を加熱
酸化して形成された酸化イットリウムのＸ線回折パター
ンを示すグラフ。

【図１１】酸素および／または酸素含有物の濃度が１ｐ
ｐｍオーダ程度の水素雰囲気下でイットリウム膜を加熱
酸化して形成された酸化イットリウムのＸ線強度を示す
グラフ。

【図１２】酸素および／または酸素含有物の濃度が、II
I型格子のみの酸化イットリウム膜が形成される濃度よ
り濃く、II型格子のみの酸化イットリウム膜が形成され
るより薄い程度の水素雰囲気下でイットリウム膜を加熱
酸化して形成された酸化イットリウムのＸ線回折パター
ンを示すグラフ。

【図１３】本発明をＥＬ発光素子に適用した実施形態２
を示す断面図。

【図１４】本発明をＥＬ発光素子に適用した実施形態３
を示す断面図。

【図１５】本発明に係る発光表示素子の実施形態４を示
す断面図。

【図１６】II型格子の結晶系をもつ酸化イットリウムの
光透過特性を示すグラフ。

【図１７】Ｉ型格子の結晶系をもつ酸化イットリウムの
光透過特性を示すグラフ。

【図１８】水素雰囲気下で酸化されたII型格子の酸化イ
ットリウムの吸収端を示すグラフ。

【図１９】大気中で酸化されたＩ型格子の酸化イットリ
ウムの吸収端を示すグラフ。

【図２０】本発明をＰＤＰに適用した実施形態５を示す
断面図。

【図２１】本発明をＦＥＤに適用した実施形態６を示す
断面図。

【図２２】（ａ）および（ｂ）はＦＥＤのカソード電極
の形成方法を示す工程断面図。

【符号の説明】

１ＥＬ発光素子３Ａｌ膜４Ａイットリウム膜４Ｂ酸化イットリウム膜５カソード電極６電子輸送層７正孔輸送層８アノード電極９ＩＴＯ膜１１発光表示素子１６酸化イットリウム膜２６酸化イットリウム膜１０４酸化イットリウム膜１２８酸化イットリウム膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｊ 31/12 Ｈ０１Ｊ 31/12 ＣＨ０５Ｂ 33/26 Ｈ０５Ｂ 33/26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カソード電極とアノード電極とを備え、
前記カソード電極から電子が放出される発光表示素子に
おいて、前記カソード電極の少なくとも表面に希土類酸化物層が
形成されていることを特徴とする発光表示素子。
【請求項２】前記カソード電極は、導電性材料層上に
希土類元素膜が形成され、前記希土類元素膜の表面に前
記希土類酸化物層が形成されていることを特徴とする請
求項１記載の発光表示素子。
【請求項３】前記カソード電極は、導電性材料層上に
希土類酸化物層が成膜されていることを特徴とする請求
項１記載の発光表示素子。
【請求項４】前記希土類酸化物は、Ｒ₂Ｏ_3-x（Ｒは希
土類元素、ｘは０.０以上１.０以下）で表されることを
特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光表示素
子。
【請求項５】前記希土類酸化物は、酸化イットリウム
であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか
に記載の発光表示素子。
【請求項６】前記カソード電極と前記アノード電極と
の間に有機ＥＬ層が挟まれていることを特徴とする請求
項１〜請求項５のいずれかに記載の発光表示素子。
【請求項７】前記有機ＥＬ層は、前記カソード電極に
接合する電子輸送層と、前記アノード電極に接合する正
孔輸送層と、を備えた積層構造であることを特徴とする
請求項６記載の発光表示素子。
【請求項８】前記カソード電極および前記アノード電
極間には希ガスが封止され、前記カソード電極および前
記アノード電極間に電圧の印加によりプラズマが発生さ
せることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに
記載の発光表示素子。
【請求項９】前記カソード電極から放出される電子が
蛍光材料層に入射することを特徴とする請求項１〜請求
項５のいずれかに記載の発光表示素子。