JPS6177883A

JPS6177883A - 薄膜ｅｌ素子

Info

Publication number: JPS6177883A
Application number: JP59201269A
Authority: JP
Inventors: 河合　久雄; 松平　他家夫
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1984-09-26
Filing date: 1984-09-26
Publication date: 1986-04-21
Also published as: JPH0369158B2

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】（発明の利用分野）本発明は、平面薄型ディスプレイ・デバイスとして、文
字、記号及び図形等を含むコンピュータの出力表示端末
機器その他種々の表示装置に文字、記号及び図形等の静
止画像、動画像の表示手段として利用される薄膜ＥＬ素
子に関し、より詳しくはコン１〜ラストを向上させた薄
膜ＥＬ素子に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

従来、この種の簿膜ＥＬ素子としては、第１図（ａ）及
び（ｂ）に示すものがあった。ずなわら、１はガラス基
板等の透光性基板、２はＩｎ２Ｏ３゜５ｎ０２等からな
る透明電極、３はＹ２Ｏ３゜丁ａ２　０５等からなる第
１誘電体層、４は発光中心どして０．１〜２．０重量％
のＭｎ（又はＴｂ、　Ｔｍ、　Ｙｂ。

［ｒ、　Ｓｍ、　Ｃｕ、　　ＡＩ、、　Ｂｒ等）をドー
プしたＺｎＳ゛（又は１ｎｓｅ等）からなるＥＬ発光層
、５はｙ２ｏ３゜ｆａ２０５害からなる第２誘電体層、
６はＣｄＴｅからイ（る光吸収層、及び７はＡ１等から
なる背面電穫である。ここで、透明電極２は透光性基板
１上に複数帯状に平行配列され、背面電極７は透明電極
２と直交する方向に複数帯状に平行配列されており、透
明電極２と背面電極７とが平面図的に見て交叉した位置
がパネルの１絵素に相当する。そして、電極２，７間に
ＡＣ電圧を印加することにより、発光層４内に発生した
電界によって伝導帯に励起され、かつ加速されて充分な
エネルギーを得た電子が、直接ｔ４ｎ発光中心を励起し
、この励起されたＨｎ発光中心が基底状態に戻る際に黄
色の発光を呈する。

しかしながら、第１図（ａ）に示す薄膜ＥＬ素子、すな
わち、第２誘電体層５と背面電極７との間に光吸収層６
が介在し°Ｃいる薄膜ＥＬ素子は、Ａｆｆｉからなる背
面電極７をリン酸と酢酸と硝酸との混合液からなるエツ
チング液によってエツチングして形成すると、ＣｄＴｅ
からなる光吸収層６も浸食されてしまい光吸収効果を減
少せしめる欠点があった。さらに、絶縁性の光吸収層の
存在によって、高電界を加えた場合に絶縁破壊を起こし
やすいという欠点もあった１７次に、第１図（１））に
示す薄膜ＥＬ素子、づなわら、発光層４と第２絶縁層５
との間に光吸収層６が介在している薄膜Ｅｌ素子は、第
２図の曲線Ｂに示すように、第２図の曲線Ａ（第１図（
ａ）に示す薄膜ＥＬ素子の印加電圧−発行輝度特性）と
比較して、発光同値電圧は小さくなるものの、印加電圧
に対する発光輝度の立ち上りがゆるヤ）かであり、発光
輝度を高くするために、印加電圧を相当高くしなければ
ならず、また前述したと同様の理由により高電圧を加え
た場合に絶縁破壊を起こしやすい欠点があった。

〔発明の目的及び構成〕

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、その目
的は、コントラストを向上させるための光吸収層を設り
た薄膜ＥＬ素子において、背面電極を形成するためのエ
ツチング手段に対して、光吸収層が浸食されないように
することであり、また、印加電圧−発光輝度特性を良好
に維持することであり、更にまた、ＥＬ発光層と、この
ＥＬ発光層と当接している背面電極側の誘電体層との界
面による反射を減少させることである。

この目的を達成するために、透光性基板上に、透明電極
を設け、ｉｙｉ記透明電極上に第１誘電体層。

ＥＬ発光層、第２誘電体層、光吸収層、第３誘電体居を
順次Ｍ居し、前記第３誘電体層上に背面電極を設け、か
つ前記光吸収層がゲルマニウムの低級酸化物からなり、
さらに前記第３誘電体層が、前記背面電極を形成すると
きに使用されるエツチング手段に対して耐エツチング性
を有する材質からなることを特徴とする簿膜ＥＬ素子を
提供し、さらに、印加電圧−発光輝度特性を良好に維持
するために、第２誘電体層の厚さを１００人以Ｆとし、
また更に、第２誘電体層をＥＬ発光層との界面で光の反
射が軽減される材質を選定する。以下、本発明の実施例
を図に基づき詳細に説明する。

（実施例１）第３図に基づき詳述する。

先ず、アルミノシリケートガラスＮＡ４０（ｆｍ保谷硝
子製）からなるガラス基板１上に、スズ酸化物を混入し
た酸化インジウムからなる層（膜厚：２０００人）を成
膜し、エツチング液によって帯状のパターンを形成して
透明電極２を設け、次に、酸化ハフニウム（）Ｉｆ　ｏ
２）からなる第１誘電体層３（膜厚：　３０００人）を
前記透明電極２上に積層する。

次に、前記第１誘電体層３上に、活性物質としてＯ１５
屯年％のｔ４ｎを添加したＺｎＳ：Ｈｎ焼結ベレットを
蒸着源として真空蒸着法により、ＺｎＳ：Ｈｎからなる
Ｅ　Ｌ発光層４（膜厚：６０００人、屈折率：２．３５
　）を成膜する。次に、Ｉｆ　０２からなる第２誘電体
Ｆ？８（膜厚：３００人、屈折率：　　１．９）を真空
蒸着法により成膜し、次に、基板温度３５０℃。

酸素圧力１　ｘ　１０’Ｔｏｒｒ及び蒸着速度２人／５
ｅｃ（７）条件で、Ｇｅを電子ビーム加熱し、反応性真
空蒸着法によって、前記第２誘電体層８上に光吸収層で
あるゲルマニウムの低級酸化物層９（膜厚：　１０００
人、屈折率二３．８．消衰係数：　　Ｏ，ａ、シート抵
抗：約１０１０Ω／口、光吸収係数二波長５８０　ｎｍ
において１、７ｘ　１０５ｃｍ”　）を積層する。次に
、前記Ｇａの低級酸化物層９に、！１ｆ（ｈからなる第
３誘電体層１０（膜厚：　３０００人）を成膜し、さら
に、ＡＪ２．膚を真空蒸着法によって、前記第３誘電体
層１０上に積層して、リン酸と酢酸と硝酸との混合液の
エツチング液によって、前記Ａ１層を帯状のパターンに
エツチングし、Ａｉかうなる背面電極７を設けて本実施
例の薄膜Ｅ１−素子を形成する。なお、透明電極２と背
面電極７は、第１図に示したちのと同様に互いに直交す
るように複数帯状に配列させている。

本実施例による薄膜ＥＬ素子は、第３誘電体層としてＨ
ｆ　０２を使用しているので、ＡＩ、の背面電極を形成
するときに使用されるエツチング液（リン酸と酢酸と硝
酸との混合液）に対して耐エツチング性を示し、光吸収
層を浸食することはない。

また、第２誘電体層の厚さが３００人であるので、透明
電極２と背面電極７間に交流電圧（周波数１０００Ｈ７
正弦波）を印加したとき、第５図の曲線−Ｃに示すよう
に、従来の第１図（ｂ）の簿膜ＥＬ素子のように、印加
電圧に対する発光輝度の立ち上りがゆるやかになること
もなく、良好な印加電圧−発光輝度特性を示す。また、
本実施例の薄膜［Ｌ（子のガラス基板１側での分光反射
率特性は、第；う図の曲線Ｅに示づ−ように低く、波長
４５０〜７００ｎｍに４３ける平均反射率をよ、約１３
％であり、低い反射率の／Ｉ９膜Ｅ１素子が得られた。

この理由は、ＥＬ発光層としてのＺｎＳ：Ｈｎの屈折率
が２．３５に対して、Ｈｒ　０２からなる第２誘電体層
の屈折率が１．９であり、かつ光吸収層としてのＧｅの
低級酸化物の屈折率が３．８．消衰係数が０．８である
ので、ぞれぞれの界面での反射率を低減することができ
たためである。ここで、光吸収層としてＧｅの低級醇化
物を用いたのは、基板温度、蒸着速度、酸素圧力等の蒸
着条件を変化させることにより、光学定数の屈折率と消
衰係数とを制御することが一可１１１ｉとなり、第２誘
電体層と光吸収層との界面による反射を防止することが
でき、コントラストを向上させることもできる。さらに
、本実施例では、光吸収層のシー］〜抵抗が約１０１０
Ω／口であるので、クロス１−−り及び絵素のにじみと
いう現象も発生しなかった。

〔実施例２〕第４図に基づき詳述する。

先ず、前記実施例１と同一のガラス基板１上に、前記実
施例１と同一の透明電極２を形成する。次に、五酸化タ
ンタル（丁ａ２　　ｏｓ　）からなる第１誘電体Ｆ４３
（膜厚：　３０００人）と、活性物質として０．５重量
％のＨｎを添加したＩｎｓ：Ｈｎ焼結ベレットを蒸着源
とした７ｎＳ：ＨｎからなるＥＬ発光層４（膜厚：　６
０００人、屈折率：　　２．３５　）と、旧０２からな
る第２誘電体層８（膜厚：３００人、屈折率：１．９）
とをそれぞれ高周波イオンプレティング法により成膜す
る。次に、Ｇｃをターゲットとして電子ビームにより加
熱して、温度３５０℃、酸素分圧１　Ｘ　１０’Ｔｏｒ
ｒ、　蒸着速度１人／５ｅｃｔ”反応性真空蒸着法によ
り、Ｇｅの低級酸化物から成る第１光吸収層９１（膜厚
：５００人）を前記第２誘電体層８上に成膜し、続いて
、温度３５０℃、酸素分圧５×１０’Ｔｏｒｒ、蒸着速
度２人／ＳＣＣテ反応性ｎ　空蒸Ｈ法により、Ｇｅの低
級酸化物から成る第２光吸収層９２（膜厚：８００人）
を成膜し、前記第１光吸収層９１と前記第２光吸収侍り
らなる光吸収層９を設けた。第１光吸収層９１及び第２
光吸収層９２の光吸収係数αは、波長５ｇ０ｎａにおい
てそれぞれ、０．７Ｘ１０５ｃｍ　　及ヒ２．３ｘ１０
Ｓ　ｃｍ−’テａＶ）、２層からな−する光吸収層シート抵抗は約１０９Ω／口である。次に、
前記第２光吸収層９２−Ｆに、高周波スパッタリング法
により酸化アルミニウム（Ａｊ！２０１）からなる第３
誘電体層１０（膜厚：　２３００人）を成膜し、さらに
、真空蒸着法によりＡｉａｉ（膜厚：　５００Ｇ人）を
積層し、アルカリ性である炭酸カルシウムの溶液をエツ
チング液として、前記Ａ１層を帯状のパターンにエツチ
ングしてＡｉ、からなる背面電極７を設けて本実施例の
薄膜ＥＬ素子を形成する。なお、透明型（＠２ど背面電
極７は、首記実施例１と同様の配列となっている。

本実施例による薄膜ＥＬ素子は、第３誘電体層としてＡ
、Ｍ２Ｏ３を使用しているので、Ａ４の背面電極を形成
するときに使用されるエツチング液（炭酸カルシウム溶
液）に対して耐エツチング性を示す。また、第２誘電体
層の厚さが３００人であるので、前記実施例と同様に、
第５図の曲線りで示すとおり、良好な印加電圧−発光輝
度特性を示す。また、本実施例の薄膜Ｅ　Ｌ素子のガラ
ス基板１側での分光反射率特性は、第６図の曲線Ｆに示
でように低く、前記実施例１と同様の波長範囲、４５０
〜７００ｎｍにおける平均反射率は、約８％であった。

この理由は、前記実施例１と同様の理由に加え、さらに
前記実施例１と比較して反射率が低いのは、第１光吸収
層９１ど第２光吸収層９２との間の反射波の相互干渉を
起こして光学的バッファ層の作用をしているためである
。さらに、Ｇｅの低級酸化物のシート抵抗が１０９Ω／
口と高いためクロストーク及び絵素のにじみに対しても
、前記実施例１と同様に効果がある。

また、本実施例においては、光吸収層９を第１光吸収層
９１と第２光吸収層９２との２層にして光吸収係数を段
階的に増大させたが、Ｇｅの低級酸化物の蒸着速度を、
例えば、Ｏ人／　Ｓｅｃから連続的に蒸着速度を高めて
４人／　ｓｅｃにし、ｊπ続的に光吸収係数を増大させ
、１ＦＪの光吸収層としてもよい。

以上、前記実施例１及び２において、Ａｎの背面Ｋｔｆ
ｉをエツチングするエツチング液と耐エツチング性を有
する第３誘電体層の材質は、それぞれリン酸と酢酸と硝
酸どの混合液に対してＨｆ　０２　。

＝Ｍカルシ・ラムに灼して八ｆＬ２０３であるが、これ
らに限らず、希塩酸、希硫酸等の酸性溶液をエツチング
液として用いるときは、第３誘電体層の（Ａ質としてＴ
、１２　０Ｓ　、　Ｓｉ３　８４　、　　Ａｉｚ　　０
３゜１ｒ０２（ただし、１ｒ０２は硫酸のとぎは不適。

）し使用することができ、水酸化ナトリウム等のアルカ
リ性溶液を用いるときは、第３誘電体層の材質としＴ　
Ｙ２　０３　、　ＨｆＯ２、Ｓｉ３　　Ｎ４　、　Ｚｒ
Ｏ２も使用することができる。また、背面電極として＾
Ｌを用いたときは、前述のようなエツチング液を用いた
が、他の材質（例えば、Ｆｅ、　Ｎｉ等の金属）からな
る背面電極のときは、それをエツチングすることができ
るエツチング液を適宜選択すればよい。すなわち、本発
明においては、背面電極の材質に適するエツチング液を
選択し、かつ選択されたエツチング液に対して耐エツチ
ング性を有する（イ質からなる第３誘電体層を設ければ
よい。

次に、本発明において、クロストーク及び絵素のにじみ
を防止するためには、前記実施例１，２では、それぞれ
約１０１０Ω／口、約１０９Ω／口としたが、低電圧で
簿膜Ｅｌ素子を駆動させるときは、シート抵抗は１０９
Ω／口より低くてもよい。

次に、本発明の第２誘電体層の膜厚は、１００Å以上が
望ましい。すなわら、１００人未満であると、印加電圧
−発光輝度特性が、従来の第１図（１１）のＦＪ膜ＥＬ
素子の特性のようになる傾向があるので、より印加電圧
−発光輝度特性を良好に保つために、第２誘電体層の膜
厚は１００Å以上が望ましい。

さらに、本発明は以上の実施例１．２に使用した各物質
以外にガラス基板についてはソーダライムガラス等の多
成分系ガラス又は石英ガラス、透明電極についてはＴｎ
２　０３若しくはこれにＷを添加したもの又はＳｎ　０
２にｓｂ、Ｆ等を添加したもの、第１誘電体居及び第２
誘電体層については、Ａｆｔ２　０３　、　ｔＨＯ２、
Ｔａ２　０５　、　　Ｙ２　０３　。

Ｄ　０２等の酸化物又はＳｉ３　　Ｎ４等の窒化物をそ
れぞれ使用してもよい。また、第２誘電体層の材質は、
ＥＬ光光層がＺｎＳからなるとき、ＥＬ発光層と第２誘
電体筈との界面の反射を極力防止するため、屈折率が１
．８以上の材質（例えば、ｙ２ｏ３゜丁ａ２　０５　、
　Ｉｆ　０２　、　ＳＩ３　　Ｎ４　、７ｒ０２　）が
望ましい、ＥＬ発光層に−）イてはｌｎｓ　：　Ｃｕ、
　ＺｎＳ　　：　　ＡｊＬ（何れも黄緑色発光）　、　
ｌｎ＜Ｓ−３ｅ）　：　Ｃｕ、　Ｚｎ（Ｓ−３ｅ）　：
　Ｂｒ（何れも緑色発光）、ＺｎＳ：Ｓｍ（赤色発光）
　、　ＺｎＳ　：　Ｔｂ（緑色発光）、ＺｎＳ：Ｔｍ（
青色発光）を使用してもよい。

〔発明の効果］以上のとおり、本発明によれば、光吸収層が浸けされな
いので、光吸収効果及びコントラストを向上させること
ができ、印加電圧−発光輝度特性し良好に肩１持するこ
とができるので、発光輝度を高くするために印加電圧を
高くすることもないので、絶縁破壊ら起こりにくくなっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＲ膜ＥＬ素子を示す断面図、第２図は従
来の薄膜Ｅ　Ｌ素子における印加電圧−発光輝度特性図
、第３図は本発明の一実施例の薄膜ＥＬ素子を示す断面
図、第４図は本発明の他の実施例の薄膜［Ｌ素子を示す
断面図、第５図は、前記第３図及び第４図で示寸薄１１
！、！ＥＬ素子の印加電圧−発光揮度特性図、第６図は
前記第３図及び第４図で示す薄膜ＥＬ素子における分光
反射率特性図である。１・・・ガラス基板、２・・・透明電極、３・・・第１
誘電体層、４・・・ＥＬ発光層、７・・・背面電極、８
・・・第２誘電体層、９・・・光吸収層、１０・・・第
３誘電体層、９１・・・第１光吸収層、９２・・・第２
光吸収層扉か１　　’ｔよ（Ｖ）１’ｉ’　　／Ｊ＋コ　　９邸二Ｉ王ヨ（１１）第６図成長（ｎｍ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透光性基板上に、透明電極を設け、前記透明電極
上に、第１誘電体層，ＥＬ発光層，第２誘電体層，光吸
収層，第３誘電体層を順次積層し、前記第３誘電体層上
に、背面電極を設け、かつ前記光吸収層がゲルマニウム
の低級酸化物からなり、さらに前記第３誘電体層が、前
記背面電極を形成するときに使用されるエッチング手段
に対して耐エッチング性を有する材質からなることを特
徴とする薄膜ＥＬ素子。
（２）前記光吸収層の光吸収係数が前記ＥＬ発光層側か
ら前記背面電極の膜厚方向に沿つて連続的又は段階的に
増大していることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項記戟の薄膜ＥＬ素子。
（３）前記第２誘電体層の厚さが１００Å以上であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（２）
項記載の薄膜ＥＬ素子。