JPS6015115B2 - 薄膜発光素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流電界の印加に依ってＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ
Ｌｎｍｊｎｅｓｃｅｍｅ）発光を呈する薄膜発光素子（
薄膜ＥＬ素子）の構造に関し、特に複数の発光層を穣層
して濠色発光を得る薄膜発光素子に関するものである。

従来、交流動作の薄膜ＥＬ素子に関して、発光層に規則
的に高い電界（１びＶ／の程度）を印加し、絶縁耐圧、
発光効率及び動作の安定性等を高めるために０．１〜２
．仇九％のＭｎ（あるいはＣｕ、祉、Ｂ省等）をドープ
したＺｎＳ、ＺｎＳｅ等の半導体発光層をＹ２０３、Ｔ
ｉ０２等の誘電体薄膜でサンドィッチした三層構造Ｚｎ
Ｓ：Ｍｎ（又はＺｎＳｅ：Ｍｎ）ＥＬ素子が開発され、
発光諸特性の向上が確かめられている。この薄膜ＥＬ素
子は数ＫＨｚの交流電界印加によって高輝度発光し、し
かも長寿命であるという特徴を有している。またこの薄
膜ＥＬ素子の発光に関しては印加電圧を昇圧していく過
程と高電圧側より降圧していく過程で、同じ印加電圧に
対して発光輝度が異なるといったヒステリシス特性を有
していることが発見され、そしてこのヒステリシス特性
を有する薄膜ＥＬ素子に印加電圧を昇圧する過程に於い
て、光、電界、熱等が付与されると薄膜ＥＬ素子はその
強度に対応した発光輝度の状態に励起され、光、電界、
熱等を除去して元の状態に戻しても発光輝度は高くなっ
た状態で維持される、いわゆるメモリー現象が表示技術
の新たな利用分丹野を開拓するに至った。薄膜ＥＬ素子
の１例としてＺｎＳ：Ｍｍ薄膜ＥＬ素子の基本的構造を
第１図に示す。添附図面に塞いて薄膜ＥＬ素子の構造を
具体的に説明すると、ガラス基板１上にｌｎ２０３、Ｓ
ｎ０２等の透明電極２、さらにその上に積層してＹ２０
３、Ｔｉ０２、ＡＩ２０３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２等か
らなる第１の誘電体層３がスパッタあるいは電子ビーム
蒸着法等により重畳形成されている。

第１の誘電体層３上にはＺｎＳ：Ｍｎ隣結べレットを電
子ビーム蒸着することにより得られるＺｎＳ発光層４が
形成されている。この時葵着用のＺｎＳ：Ｍｎ煉結べレ
ットには活性物質となるＭｎが目的に応じた濃度に設定
されたべレットが使用される。Ｚ鷹発光層４上には第１
の誘電体層３と同様の材質から成る第２の誘電体層５が
積層され、更にその上にＡＩ等から成る背面電極６が蒸
着形成されている。透明電極２と背面電極６は交流電源
７に接続され、薄膜ＥＬ素子が駆動される。電極２，６
間にＡＣ電圧を印加すると、ＺｎＳ発光層４の両側の誘
電体層３，５間に上記ＡＣ電圧が誘起されることになり
、従ってＺｎＳ発光層４内に発生した電界によって伝導
体に励起されかつ加速されて充分なエネルギーを得た電
子が、直接Ｍｎ発光センターを励起し、励起されたＭｎ
発光センターが基底状態に戻る際に黄燈色の発光を行な
う。

即ち高電界で加速された電子がＺｎＳ発光層４中の発光
センターであるＺｎサィトに入ったＭｎ原子の電子を励
起し、基底状態に落ちる時、略々５８５０Ａをピークに
幅広い波長領域で、強い発光を呈する。活性物質として
Ｍｎ以外に希土類の※化物を用いた場合にはこの希士類
に特有の緑色その他の発光色が得られる。上記の如き構
造を有する薄膜ＥＬ素子はスペース・ファクタの利点を
生かした平面薄型ディスプレイ・デバイスとして、文字
及び図形を含むコンピューターの出力表示端末機器その
他種々の表示装置に文字、記号、静止画像、勤画像等の
表示手段として利用することができる。

平面簿型表示装置としての薄膜ＥＬパネルは従来のブラ
ウン管（ＣＲＴ）と比較して動作電圧が低く、同じ平面
型ディスプレイ・デバイスであるプラズマデイスプレィ
パネル（ＰＤＰ）と比較すれば重量や強度面で優れてお
り、液晶（ＬＣＤ）に比べて動作可能温度範囲が広く、
応答速度が速い等多くの利点を有している。また純固体
マトリックス型パネルとして使用できるため動作寿命が
長く、そのアドレスの正確さとともにコンピューター等
の入出力表示手段として非常に有効なものである。薄膜
ＥＬ素子の発光色に関しては、発光層を多層に積層して
各発光層の発光色を混合した浪合発光を得る技術が開発
されている。

この場合発光層の母体材料としてはＺｎＳ、ＺｎＳｅ等
がよく用いられるが、これらの薄膜の膜成長は異種物質
層上に成長するよりも、同一物質層上へ成長する方が成
長しやすく、結晶性も良好となる。従って同一母材で発
光層を積層化していく場合、後から形成する層の方が結
晶性が良好となり、発光にも有光に作用するものと考え
られる。即ち、結晶性が良くなると、母材の伝導帯に励
起された一次電子は、散乱をあまり受けることなく容易
に加速されて、発光中心を有効に衝突励起し、そのため
に発光輝度は上昇する。従って母材が同一で発光中心と
なる活性物質の異なる２つ以上の発光層を積層化して、
各発光層での発光色の混合色発光を得ようとする場合は
、発光効率の低い発光層の母体の結晶性を少しでも高め
てその層の輝度向上を計ることを目的に、その積層順序
を発光効率の高い層から順次積層化していく方式が適し
ており、これによって混合色の色度コントロールが容易
になり、目的とする色度の混合色が高い発光輝度で得ら
れる。

また、この方式によれべ目的とする色度の浪合色を得る
のに必要な低発光効率層の膜厚を薄くできることから発
光層全体の膜厚も薄くできることが期待でき、動作電圧
の低減化も計れる。本発明は以上の考案に基し、てなさ
れたものであり、複数の発光層を有する新規有用な薄膜
発光素子の構造を提供することを目的とするものである
。

本発明の一実施例である発光層がＺｎＳ：Ｍｎ層の上に
ＺｎＳ：ＴｂＦ３層を積層した形の薄膜発光素子につい
て、発光層の積層順序を逆にした素子と比較しつつ以下
詳細に説明する。

薄膜ＥＬ素子の発光層をＺｎＳ：Ｍｎとすると黄燈色発
光ＺｎＳ：ＴｈＦ３とすると緑色発光を呈することは実
験的に確められている。

そして発光効率はＺｎＳ：Ｍｎの方がＺｎＳ：ＴｂＦ８
よりも高い。第２図に本発明による積層順序で作製した
薄膜ＥＬ素子の素子構造の一例を、第３図に比較のため
に第２図のものと発光層の積層順序を逆にしたものの素
子構造を示す。図中、第１図と同一符号は同一内容を示
し説明を省略する。第２図、第３図の素子は発光層であ
るＺｎＳ：Ｍｎ層４とＺ鷹：ＴｂＦ３層４′との膜厚比
をある値に設定し、第２図のＺｎＳ：Ｍｎ層４と第３図
のＺｎＳ：Ｍｎ層４、第２図のＺｎＳ：ＴｂＦ３層４′
と第３図のＺｎＳ：Ｔ班３層４′は膿厚を等しく設定し
た。この様にして作製した混合色発光ＥＬ素子のうちの
一例について、その発光色の色度を第４図に示す。第４
図でａはＺｎＳ：Ｍｎ、ｂはＺｎＳ：ＴｂＦ３、ｃが本
発明によるＺｎＳ：Ｍｎ層の上にＺｎＳ：ＴｂＦ３層を
積層した素子、ｄはＺｎＳ：ＴｂＦ３層の上にＺｎＳ：
Ｍｎ層を積層した素子の色度である。

ｃ，ｄの位置はＺｎＳ：Ｍｎ層及びＺｎＳ：ＴｂＦ３層
の膜厚をある値に設定した場合の一つの例である。

ｃとｄを比較するとｃでは発光効率の低いＺｎＳ：Ｔｈ
Ｆ３層の母体（ＺｎＳ）の結晶性が向上したために、緑
の発光輝度が高くなり、色度位置をｄに比べ、ＺｎＳ：
ＴｂＦ３の緑色‘ｂ’側に引き寄せられていることがわ
かる。

一方ｄは発光効率の低いＺｎＳ：ＴｂＦ３の緑色発光に
、発光効率の高いＺｎＳ：Ｍｎの黄燈色発光が母体（Ｚ
ｎＳ）の結晶性の向上により更に強められて加わるため
に発光色度はＺｎＳ：Ｍｎの黄燈色（ａ｝側に強く引き
寄せられている。即ち、これは同一母材の発光層を積層
化する場合、後で形成した発光層の発光が結晶性の向上
によって強められていることを示す。素子の動作電圧、
即ち素子の膜厚が制限される場合は、本発明の積層順序
で素子作製を行うことが、色度コントロール及び目的と
する色度での光の高輝度化に対して有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従釆の薄膜発光素子の基本的構造を示す構成図
である。 第２図は本発明の１実施例を示す薄膜発光素子の構成図
である。第３図は本発明の１実施例を比較説明するため
の薄膜発光素子の構成図である。第４図はＣＩＥ色度図
である。４・・・・・・ＺｎＳ：Ｎｎ発光層、４′・・
・・・・ＺｎＳ：ＴｂＦ３光層。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 母体材料が同一で、該母体材料中にドープされた発
   光中心となる活性物質が異なる複数の発光層を積層し、
   各発光層の呈する発光色の混色発光を得る薄膜発光素子
   に於いて、前記発光層は発光効率の高い発光層から順次
   表示面側より積層されていることを特徴とする薄膜発光
   素子。