JPS62115689A

JPS62115689A - 薄膜ｅｌ素子

Info

Publication number: JPS62115689A
Application number: JP60255485A
Authority: JP
Inventors: 磯野　靖雄; 三村　義行; 戸田　明敏
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1985-11-14
Filing date: 1985-11-14
Publication date: 1987-05-27

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】〔産業上の利用分野〕本発明は薄膜ＥＬ素子に関し、特に素子構造の改良に関
する。

〔従来の技術〕

第４図は従来の一般的な薄膜ＥＬ素子の構成を示す断面
図である。第４図に示すように、この薄膜ＥＬ索子は、
基板１の上に電極２．絶縁体層３゜ＥＬ発光層４．絶縁
体層５．電極６を積層したものとなっている。つまり、
ＥＬ発光層４の両側に二層の絶縁体層３．５を設け、こ
の絶縁体層３゜５の外側に電極２．６を取付けたものを
、基板１に固定したものとなっている。かくして、二つ
の電極２，６間に電圧を印加すると、ＥＬ発光層４が発
光する構造になっている。

上記薄膜ＥＬ素子におけるＥＬ発光層４は、０．１〜２
．０重量％のＭｎあるいはＣｕ、Ａｆ。

Ｂｒ、Ｔｂ等をドープしたＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ等の半導体
（以下これらをＺｎＳ：Ｍｎと記す）である。このＥＬ
発光層４に１×１０６Ｖ／ＣＴ１１程度の電界が印加さ
れると、ＥＬ発光層４と絶縁体層３゜５との界面にある
界面準位から電子がＥＬ発光層４の伝導帯にトンネル注
入される。この点に関する基本的技術に関しては、文献
　ｒＧ、Ｏ。

Ｍｕｌｌｅｒ、　　　Ｐｈｙｓｉｃａ　　５ｔａｔｕｓ
Ｓｏｌｉｄｉ　　　（ａ）　　８１，５９７（１９８４
）　Ｊに記載されている。上記注入された電子はさらに
伝導帯中で゛加速され、十分なエネルギーを得た電子が
、直接Ｍｎなどの発光センターを励起し、励起された発
光センターが基底状態に戻る際に発光する。

絶縁体層３．５は、漏洩電流を生じさせないものである
ことが理想である。このような漏洩電流を生じさせない
絶縁体層を用いた場合は、薄膜ＥＬ素子を流れる電流は
容量性変位電流のみとなり、ＥＬ発光層４が必要以上に
加熱されないものとなり、素子の安定性が向上する。ま
た絶縁体層３゜５の材料としては、ＥＬ発光層４にかか
るを効電界強度を大きくするために、比誘電率の高い材
料であることが望まれる上、絶縁耐圧が高いことも重要
なポイントとなる。

上記絶縁体層３，５として、従来はＳ　ｉ　Ｏ。

Ｓ　ｉ０２　、ＧｅＯ２、Ｙ２０Ｊ、ＴｉＯ２。

Ａ、ｉ７．、　ｏ３．　Ｓ　ｉ３　Ｎ４　、　シリコン
酸化窒化物などからなる膜を、電子ビーム蒸着法やスパ
ッタリング法等で形成していたが、これらの膜は、いず
れも前記したような絶縁体層としての要求を満たしてい
ない。特に問題であるのは、膜中にピンホールあるいは
マイクロクラックなどが存在しているため、その部分に
水分が浸入すると、絶縁耐圧が低下し、放電現象を起こ
し易い点である。放電現象が発生すると、薄膜ＥＬ素子
に熱損傷が生じ、素子特性を劣化させることになる。

この問題を解決すべく、薄膜ＥＬ素子を外囲器内に収容
し、その外囲器中に絶縁性液体を注入してピンホールや
マイクロクラックなどへの水分の浸入を防止する手段が
提案されている。この手段によれば、ピンホール、マイ
クロクラ・ツクなどへの水分の浸入は防止され、通電時
の放電現象を防止できる効果がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記した手段すなわち薄膜ＥＬ素子を外
囲器内に収容し、その中に絶縁性液体を注入する手段で
は、製作工程が著しく増大するため、製作に多くの時間
と煩雑な手間を必要とする上、コスト高となる欠点があ
る。なお絶縁性液体が、ピンホール、マイクロクラック
などの内部に浸透した場合には、単に水分の浸入防止効
果を発揮するだけでなく、その部分の絶縁耐圧を向上さ
せる可能性がある筈であるが、前記手段では、単に薄膜
ＥＬ素子の周囲に絶縁性液体を注入するだけであるので
、絶縁性液体がピンホール、マイクロクラックなどの内
部へ積極的に浸透することはなく、絶縁耐圧の向上は期
待できなかった。

そこで本発明は、（１）絶縁体層のピンホール。

マイクロクラックなどに起因する放電が抑制され、素子
の安定性および寿命特性にすぐれており、（２）しかも
素子の製作工程は簡略なものであり、製作に多くの時間
を必要とせず、容易かつ安価に製作でき、（３）特に絶
縁性気体が、ピンホール。

マイクロクラックなどの内部に十分に浸透・拡散し、絶
縁体層の絶縁耐圧を向上させ得る、薄膜ＥＬ素子を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決し、目的を達成するために次
のような手段を５１４じた。

（１）活性物質を添加されたＥＬ発光層を設ける。

（２）上記ＥＬ発光層の少なくとも片側面に絶縁体層を
設ける。

（３）上記絶縁体層の外側に電界印加用の電極を設ける
。

（４）前記ＥＬ発光層、絶縁体層、電極からなる薄膜Ｅ
Ｌ素子本体を所定間隙をもって囲繞するように外囲器を
設ける。

（５）この外囲器内に絶縁性気体を封入する。

〔作用〕

外囲器内に封入された絶縁性気体は、絶縁体層のピンホ
ール、マイクロクラックなどに浸透し易く、ピンホール
、マイクロクラックなどに起因する放電が抑制される。

しかも簡単な構造の外囲器を設けるだけでよいので、素
子の製作工程は比較的簡略なものとなる。そして特に絶
縁性気体が、ピンホール、マイクロクラックなどの内部
に十分に浸透し、かつ拡散するので、絶縁体層の絶縁耐
圧を向上させ得ることになる。

以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。第１図は本
発明の薄膜ＥＬ索子の概念を示す断面図である。第１図
において１１は基板、１２は電極、ｌ３は絶縁体層、１
４はＥＬ発光層、１５は絶縁体層、１６は電極、１７は
封止部材、１８は絶縁性気体である。第１図に示すよう
に、この薄膜ＥＬ索子は、基本的には第４図に示したも
のと同様な二重絶縁構造の薄膜ＥＬ素子であるが、ＥＬ
発光層１４．絶縁体層１３，１５．電極１２゜１６から
なる薄膜ＥＬ素子本体が、基板１１および封止部材１７
からなる外囲器によって、所定間隙をもって囲繞されて
おり、かつこの外囲器内に絶縁性気体１８が封入されて
いる点が特徴点であ・る。

Ｆ記絶縁性気体１８としては、例えばＳＦ６゜ＣＦ２　
Ｃ１２，Ｃ３Ｆ８　、Ｃｚ　ＣノＦ５゜ＳｅＦ６などが
好ましい。

このような構成の薄膜ＥＬ素子は、次のような作用効果
を奏する。従来のように、素子全体を絶縁性液体で封止
する構造のものでは、液体の粘性や表面張力などの影響
により、ピンホール、マイクロクラックなどに絶縁性液
体が十分に浸透するのが困難であったが、上記第１図の
構成によれば、絶縁性気体１８が抵抗なく絶縁体層１２
．１５などに対して浸透し、かつ拡散するものとなる。

また外囲器は、基板１１に簡単な構造の封止部材１７を
接合するだけで簡単に製作できるので、従来のものに比
べて工程が簡略化される。

なお絶縁体層を結晶性の高い物質で形成すると、多結晶
膜になってしまい、ピンホールの発生が増大するので、
従来は放電による素子特性の劣化を防止するために非晶
質性の物質を絶縁体層に用いていた。例えば窒化シリコ
ーンあるいはシリコーン酸化窒化物を、スパッタリング
法で膜質化すると非晶質化し、誘電特性の安定した耐電
圧の良好な膜になり、薄膜ＥＬ索子には適していると評
されてきた。しかしこのような非晶質性の膜の上に、蒸
着あるいはスパッタリングなどの手段によりＥＬ発光層
を作製すると、結晶化が全く妨げられ、ドナーレベルと
なる格子欠陥が多量に発生し、ＥＬ発光層が低抵抗化す
る。そのため、電子が発光センターを励起するのに十分
な運動エネルギーを持てなくなり、発光効率が著しく低
下する。そこでＥＬ発光層の結晶化を促すためには、絶
縁体層が結晶性のよい膜であることが要求される。した
がってＥＬ発光層を作製する際の下地になる側の絶縁体
層１３は結晶性の高い物質でつくられている。かくして
絶縁体層１３によりＥＬ発光層１４の結晶性を確保でき
、発光効率の低下が防止される。この結果、絶縁性気体
１８により放電の発生が抑制され、絶縁体層１３により
ＥＬ発光層１４の結晶性が確保され、絶縁耐圧特性およ
び結晶性共にすぐれた状態のものが得られる。

このように本発明の薄膜ＥＬ素子は、従来の素子の種々
の欠点を補うものである。

〔実施例〕

第２図は本発明の第１の実施例を示す断面図である。基
板２１としては、７θ５９ガラスを用いる。そして十分
に洗浄した基板２１０表面に、ＩＴＯ透明電極２２を電
子ビーム蒸着により膜厚か１５００人となるように形成
した。さらにフォトエツチング法により上記ＩＴＯ透明
電極２２を適当な表示パターンにエツチング加工した。

しかるのち、その上に絶縁体層２３としてＡＪ２２０３
を高周波反応性スパッタリング法により膜厚が約０．５
ｍとなるように形成した。さらにその上にＥＬ発光層２
４として、ＺｎＳとＭｎからなる焼結ベレットをターゲ
ットとして電子レーム蒸着法により、膜厚が約１−とな
るようにＺｎＳ：Ｍｎ層を作製した。さらにその上に絶
縁体層２５とし′！ｌ″ｌｆ’２　ｏ、、を高周波反応
性スパッタリング法により膜厚が約０．ｓｕとなるよう
に形成した。さらにその上に背面電極２６としてＡノミ
極を真空蒸着し、前記ＩＴＯ透明電極２２と同様に、適
当な表示パターンにフォトエツチング加工した。

上記工程により作製した薄膜ＥＬ素子本体を、１気圧の
ＳＦ６ガスを満たしたグローブボックス内に入れ、ガラ
ス基板２１の上に、封止部材２７としてのフリットガラ
ス容器の開口端を接合し、エポキシ樹脂で接着すること
により、上記基板２１とフリットガラス容器とからなる
外囲器内にＳＦｓを充填密封した。

このように構成したことにより、薄膜ＥＬ素子庫体が大
気中の湿気にさらされることがない。しかも、Ａ／！ｚ
　０３中に存在（、ているピンホール。

マイクロクラックなどに対してＳＦａが十分浸透し、か
・つ拡散する結果、Ａ）２０３層にあるピンホールやマ
イクロクラックなどに起因する放電現象が完全に抑制さ
れ、素子としての耐久性が飛躍的に向上した。

第３図は本発明の第２の実施例を示す断面図である。こ
の実施例が前記実施例と異なる点は、第２図の絶縁体層
２３としてのＡ１２０３層を省いた点であり、その他は
すべて前記実施例と同一構成である。従来は絶縁体層の
絶縁性が不十分であったことから、絶縁体層をＥＬ発光
層の上下両側に一層設け、絶縁性の不完全さを補う必要
があつ“か、本発明のように、外囲器内にＳＦ６などの
絶縁性気体を封入したものでは、絶縁性が飛躍的に向上
するので、本実施例の如く絶縁体層の片側を省いても同
等支障がない。事実、第３図のように構成したものにお
いても、十分な絶縁性が保たれ、耐久性等に同等支障は
生じなかった。なお絶縁体層を二層設けたものにおいて
は、印加電界は絶縁体層二層とＥＬ発光層とに分配され
る。しかし本実施例のように絶縁体層の一つを省いたも
のでは、絶縁体層１層分の分配電界がＥＬ発光層２４へ
の印加電界として更に加わることになる。

つまりＥＬ発光層２４への分配電界の比率が高くなる。

その結果、前記実施例よりも低い電圧印加で十分な発光
輝度を得ることができる利点がある。

また層の作製工程が１層分省けるので、その分製作工程
が簡略化され、コスト低減となる利点もある。

なお本発明は前記各実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であ
るのは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、薄膜ＥＬ索子本体の周囲を外囲器で囲
み、その中に絶縁性気体を封入したので、（１）絶縁体
層のピンホール、マイクロクラックなどに起因する放電
が抑制され、素子の安定性および寿命特性にすぐれてお
り、（２）しかも素子の製作工程は比較的簡略なものであり
、製作に多くの時間を必要とせず、容易かつ安価に製作
でき、（３）特に絶縁性気体が、ピンホール、マイクロクラッ
クなどの内部に十分に浸透・拡散し、絶縁体層の絶縁耐
圧を向」ニさせ得る、といった効果を奏する薄膜ＥＬ素子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第Ｎ図は本発明の概念を示す断面図、第２図は本発明の
第１の実施例の構成を示す断面図、第３図は本発明の第
２の実施例の構成を示す断面図、第４図は従来例の構成
を示す断面図である。１．１１．２１・・・基板、２，１２．２２および６．
１６．２６・・・電極、３，１３．２３および５゜１５
．２５・・・絶縁体層、４，１４．２４・・・ＥＬ発光
層、１７．２７・・・封止部材、１８．２８・・・絶縁
性気体。；）３願人代理人　弁理士　坪井　淳第２図

Claims

【特許請求の範囲】

活性物質を添加されたＥＬ発光層と、このＥＬ発光層の
少なくとも片側面に形成された絶縁体層と、この絶縁体
層の外側に設けられた電界印加用の電極と、前記ＥＬ発
光層、絶縁体層、電極からなる薄膜ＥＬ素子本体を所定
間隙をもって囲繞するように設けられた外囲器と、この
外囲器内に封入された絶縁性気体とを具備したことを特
徴とする薄膜ＥＬ素子。