JPS59154794A - 薄膜ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は薄膜ＥＬ素子に関する。

薄膜ＥＬ累子はＺｎＳ：Ｍｎ薄膜等の光学的に活性な発
光層に電圧全印加し発光を得るものである。

薄膜ＥＬ素子の特質として透明薄膜の面発光であり視認
性に優れている。′＃Ｆ、た薄膜プロセスで製造される
全固体デバイスであり表示パネルとして軽量、極薄型、
機械的衝撃に強い特長があり、ホトリングラフ技術によ
り容易に高解像度化が可能である。また発光輝度が高く
、印加電圧に対して発光輝度が臨界電圧以上で急激に立
上る特性を示すために表示パネルとして時分割駆動性に
優れている。これらの特長から薄膜ＥＬ素子はドツトマ
トリックス型の平面ディスプレーとして注目され情報端
末等の表示装置として期待されている。

薄膜ＥＬ素子は発光層の両側に電極を形成し、直流電圧
で発光するＤＣ型と、発光層と電極間に電気絶縁層を設
置し、交番電圧で発光するＡＣ型がある。現在のところ
、発光電圧は高いが発光輝度、信頼性の点でＡＣ型が優
れている。

第１図は従来のＡＣ型ＥＬ素子の一例の断面図である。

このＥＬ素子は二重絶縁型と言われるＡＣ型ＥＬ素子で
ある。透明ガラス基板上にインジウム錫酸化物（以下Ｉ
ＴＯという９等の透明電接２゜Ｙ２０３　、　Ｔａ２０
５　、　Ｓｉ３Ｎ４等の第１絶縁層３゜ＺｎＳやＺｎ５
ｅ　等を母体としＭｎ２＋イオンやＴ　ｂ　Ｆ　３等の
希土類フッ化物等を付活した発光層４゜第１絶縁層と同
じ利料か、あるいは異なった絶縁体で形成された第２絶
縁ＩｖＪ５　、背面電極６からなる基本構造であり透明
電極と背面’ａ＜　ｉｔ？間に交番電圧を印加すること
により電場発光させうる。

このようなＥＬ素子においては基本特性である輝度の向
上と低電圧駆動化が重要である。これらの特性向上のた
めに、構成相料、成膜及び熱処理プロセスの最適化、各
層の膜厚の最適化が検討されている。例えば、絶縁層を
薄くするか、ＰｂＴｉＯ３等の高誘電率の絶縁層の採用
は発光層に印加される実効的な電圧の増大をもたらし、
発光に必要な外部電圧を低下させつる。しかし、逆に前
者の場合ではＥＬ素子が破壊しやすく寿命等において信
頼性の欠如をもたらす、また後者の場合でも成膜の再現
性に困難があるとともにＥＬ素子の容開゛が増大するた
めに高速駆動には適していない等の欠点を有している。

また、発光層母体についてはバンドギャップに対応して
Ｚｎ５ｅの方がＺｎＳ　より低電圧で発光を開始するこ
とが知られているが、飽和輝度が低い欠点を有している
。更に、発光中心に関しても現在多用されているＭｎｚ
＋を越える特性のものは得られていない。

以上のように発光輝度、信頼性を犠牲にすることなく駆
動電圧を低くすることには大きな困難性があり、現在の
ところ１５０〜２００■程度の駆動電圧が必要でおる。

このように動作電圧が高いことは表示装置として不可欠
である駆動回路のＩＣ化に大きな障害となるという１次
点があった。

本発明の目的は、上記欠点を除去し、駆動電圧を低くす
ることができ、しかも高輝度である薄膜ＥＬ素子を提供
することにある。

本発明によれば、透明基板と、該透明基板の一主面に設
けられた透明電極と、該透明電極に対向して設けられた
背面電極と前記透明電極と背面電極との間に設けられた
発光層及び絶縁層と、前記発光層と絶縁膜との間に設け
られ、かつ前記発光層より狭いエネルギーバンドギャッ
プを有する半導体の界面層とを含むことを特徴とする薄
膜ＥＬ素子が得られる。

前記半導体はＺｎ５ｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ
及びこれら１晶から成るＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体の群
から選ばれる。

前記半導体はＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ及びこ
れらの混晶から成る■−■族化合物半導体の群から選ば
れる。

次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第２図は本発明の一実施例の断面図である。

透明なガラス基板１の上に透明電極２として工ＴＯ蒸着
膜を０．０２μｍの厚さに設け、その上に第１絶縁層３
として反応性スパッタ法によ、ｊ）ＳｉｇＮ４膜を０．
２５μｍの厚さに形成する。第１の界面層７を蒸着法で
設ける。これについては後述する。第１の界面層７の上
に発光層４としてＭｎを０．５モル％含むＺｎＳ：Ｍｎ
　ｉｏ、６μｍの厚さに蒸着する。

この上に第２の界面層８を設ける゛。これについても後
述する。第２の界面層８の上に第２ｉ縁膜５としてＹ２
Ｏ３を０．３０μｍの厚さに蒸着し、その上に背面電極
６をＡｔ蒸Ｎ膜で形成する。前述の第１及び第２の界面
層７，８は、３１１１を類の材料について試料を作成し
た、即ち（１１ＺｎＳｅを０．０３μｍの厚さに蒸着し
た試料、（２）ＣｄＳ　ｔ　０．０１μｍの厚さに蒸着
した試料（３）　Ｇ　ａ　Ｐを０，０１μｍの厚さにヌ
パッタした試料の３種である。

第３図は第２図に示す一実施例の印加電圧−発光輝度の
関係を示す特性曲腺図である。

図でＡは前記の界面層を設けていない従来のＥＬ素子、
Ｂ、Ｃ，Ｄはそれぞれ第１及び第２の界面層としてＺｎ
５ｅ、ＣｄＳ、ＧａＰを用いたＥＬ素子である。輝度測
定は５　ｋＨｚの正弦波を用いて行った。第３図から明
らかなように、界面層を設けたＥＬ素子Ｂ、Ｃ，Ｄは界
面層のない従来のＥＬ素素子例対して印加電圧を低くし
ても従来と同等もしくはそれ以上の発光輝度が得られる
。このように界面層を設けることにより駆動電圧の低圧
化と輝度向上が実現できる。

上記実施例では界面層を発光層の両側に設けたが、片側
のみに設けても良い。特に背面側に設ける場合には光吸
収による損失が小さくなる利点と発光層の熱処理に伴う
拡散の悪影＃全回避できるオリ点がある。また、上記実
施例は二重絶縁型のＥＬ素子で説明したが、本発明は片
側絶縁型ＥＬ索子に対しても適用できることはもちろん
である。

ＺｎＳ：Ｍｎ　　等の電場発光の原理は次のように考え
られている。発光層に印加された市電場により伝導電子
が加速され熱電子になる。十分なエネルギー（Ｍｎ励起
では２．２８Ｖ　以上）を得た熱電子が発光中心に衝突
し、発光中心の価電子を基底状態から励起状態へ直接励
起する。励起状態から基底状態への回復時に発光を生ず
る。

このような励起過程のほかに熱電子の起源となる伝導電
子の創出過程も特にＡＣ型ＥＬ素子では重要である。Ａ
Ｃ型ＥＬ素子は絶Ｒ層で囲まれておｐ１外部から直接電
子を供給できない、従って伝導電子の供給源としては絶
縁層との界面にできる界面準位にトラップされている電
子や螢光体内部の浅いトラップから茜電場によりトンネ
ル効果で伝導帯に注入されると考えられている。本発明
の界面層は低い電場で多量の伝導電子の供給源となる界
面準位を形成することに寄与しているものと思われる。

即ち界面層と螢光体及び界面層と絶縁層の界面に多量の
界面準位が形成され、またその界面準位にトラップされ
た′電子は界面層のバンドギャップが狭いためにより低
い電場で自由電子になるものと思われる。

本発明の界面層を採用することは、バンド幅が狭いため
に光吸収し不透明である欠点を有しているが、しかし界
面層の効果は数分子層から数１００Å以下のｆｆｆ　？
ｉｔの薄膜で十分効果を示すために、光吸収による損失
全上廻る改善効果がある。

以上詳細゛に説明したように、本発明によれば、駆動電
圧の低圧化と高輝度化とが計れる薄膜ＥＬ素子が得られ
るのでその効果は太きい。

【図面の簡単な説明】

第、１図は従来のＡＣ型ＥＬ素子の一例の断面図、第２
図は本発明の一実施例の断面図、第３図は第２図に示す
一実施例の印加電圧−輝度の関係を示す特性曲線図であ
る。 １・・・・・・透明ガラス基板、２・・・・・・透明電
極、３・・・・・・第１絶縁層、４・・・・・・発光層
、訃・・・・・第２絶縁層、６・・・・・・背面電極、
７・・・・・・第１界面層、８・・・・・・第２界面層
。 第１図 θ　　　　　　　　　／θθ　　　　　　　　　ＺＯρ
Ｅｎ　　７７ｎ＠Ｉｆ−（Ｖ） 革　−？　斤

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１ン　　透明基板と、該透明基板の一生面に設けられ
   た透明電極と、核透明電極に対向して設けられた背面電
   極と前記透明電極と背面電極との間に設けられた発光層
   及び絶縁層と、前記発光層と絶縁膜との間に設けられ、
   かつ前記発光層より狭いエネルギーバンドギャップを有
   する半導体の界面層と金含むことを特徴とする薄膜ＢＬ
   素子。 （２）前記半導体がＺｎ５ｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳｅ、Ｃ
   ｄＴｅ及びこれらの混晶から成るＩＩ−Ｖｌ族化合物半
   導体の群から選ばれる特許請求の範囲第（１）項記載の
   薄膜ＥＬ素子。 （３）前記半導体がＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ
   及びこれらの混晶から成る■−■族化合物半導体の群か
   ら選ばれる特許諸求範囲第（１）項記載の薄膜ＥＬ素子
   。