JPS62147694A

JPS62147694A - 薄膜エレクトロルミネツセンス素子

Info

Publication number: JPS62147694A
Application number: JP60288968A
Authority: JP
Inventors: 均土岐; 清森本; 陽一生田
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1987-07-01
Also published as: JPH0130279B2

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、薄膜エレクトロネミネッセンス（以下ＥＬと
いう）素子に係り、特に、誘電体層の改良を図って低電
圧駆動を可能にした薄膜ＥＬ素子に関するものである。

〔従来の技術〕

従来よりＥＬ素子としては、分散形ＥＬ素子と薄膜形Ｅ
Ｌ素子とが知られており、また、＊動電圧の違いにより
、さらに直流駆動形と交流駆動形に分れる。そして、こ
れらの各タイプのうち１文字・図形表示用としては１発
光輝度、寿命等の点から薄膜交流ＥＬが有望視され、一
部では実用化されるまでに至っている。

この薄膜交流ＥＬは、一般に第３図に示すような構造を
とる。すなわち、ガラスなどの透明な絶縁材料からなる
基板１０１の上に、まずＩＴＯ（Ｉｎｓｉｕｍ−Ｔｉｎ
−Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極１０２を被着させる。そ
の上に誘電体層１０３、ＺｎＳ：Ｍｎなどの蛍光体から
なる発光層１０４．第２誘電体層１０５、ＡＱ膜などか
らなる背面電極１０６を、順次この順に積層被着してな
るものである。そして、透明電極１０２及び背面電極１
０６間に駆動電圧Ｖａが印加される。

ここで、発光層１０４を誘電体層１０３，１０５で挟ん
であるのは、発光層１０４に、その発光中心を励起する
に足る電界を有効に印加するためであって、誘型材料と
しては、酸化イツトリウム（Ｙ、、Ｏｌ）や窒化シリコ
ン（ＳＬ、　Ｎ４　）などが従来から用いられている。

また、誘電体層としては、第３図に示すように発光層を
挟んだ二重構造とせず、Ｍ電体層１０３、あるいは誘電
体層１０５のいずれかの一方でもよい。

誘電体層が一層の場合は、発光輝度、絶縁破壊電圧の点
で、二層構造のものより多少劣るが、駆動電圧は低くで
きる。

ところで、上述したように薄膜交流ＥＬ索子は、一種の
コンデンサといえる。したがっていま、誘電体層１０３
，１０５を同一誘電材料で形成するものとしてその比誘
電率をεｄ、　　トータルの厚みをＤｄ、また、発光層
１０４の比誘電率をεｅ、その厚みをＤｅとすれば、第
１図に示す構造のＥＬ素子は、それぞれ容量が、εｄ−
Ａ／Ｄｄ、εｅ−Ａ／Ｄｅ（Ａは各層の面りのコンデン
サを直列に接続したものとみなせる。

°　したがって、ＥＬ素子に印加する外部駆動電圧をＶ
ａとすれば、この駆動電圧Ｖａと実際に発光層１０４に
分配される電圧Ｖｅとの関係は、下式のようになる。

Ｖａ＝　（ｉ　ｅ／　ｔ　ｄ−Ｄｄ／Ｄｅ＋　１　）Ｖ
ｅ”・（１）ところで、発光層１０４は、前述したＺｎ
Ｓ　：にｎや、その他Ｚｎ５ｅ、　ＣａＳ、　ＳｒＳ等
の母体にＭｎや希土類元素を付活剤としてドープした蛍
光体が用いられる。

例えば、ＺｎＳを母体とする蛍光体は、比誘電率εｅが
８〜９にあることが知られている。

また、誘電体層１０３，１０５は、　Ｙ２Ｏ３，５ｉ０
２、Ｓｉ、　Ｎ４゜ＡＱ２０．、Ｔａ２０５などの誘電
材料が使用されるが、これらの比誘電率εｄは、４〜２
５程度である。

一方、発光層１０４に対してＥＬ発光を生じさせるには
、１０’Ｖ／ｃｍ以上の電界を印加することが必要であ
る。

したがっていま、第３図に示す構造のＥＬ索子において
、誘電体層１０３，１０５及び発光層１０４の各層の厚
みをそれぞれ０．５μｍ（：０．５　Ｘ　１０−’■）
程度と薄く形成し、かつそれぞれの比誘電率が等しい（
εｅ＝　ｔ　ｄ、またはＤｄ＝２Ｄｅ）とすれば、（１
）式よりＶａ＝３Ｖｅ＝３Ｘ１０’Ｖ／ａ＋＋　Ｘｏ、５ｘｌＯ−’ａ１１＝
１５０Ｖ・・・（２）となり、少なくともＶａ　＝　１
５０Ｖ以上の電圧を印加することが必要となる。しかも
、この場合発光層１０４に分配される電圧は、外部駆動
、電圧の１７３となり、効率が悪い。

ところで、（１）式から明らかなように、駆動電圧を下
げる、あるいは、発光層に対する分配電圧を上げるには
、誘電体層１０３．．１０５の厚みＤｄを薄くする、あ
るいはその比誘電率εｄが大きな材料を選定することが
考えられる。

しかしながら、絶縁耐圧上の問題から、誘電体層１０３
．１０５の膜厚を薄くすることは得策でなく、主として
比誘電率εｄの大きな材料を中心に、従来より誘電体層
材料の検討が種々行われてきている。

例えば、特公昭５７−４１２００号においては、誘電体
層を強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で
形成する例が開示されており、特公昭５８−４９９９５
号では、チタン酸鉛（ＰｂＴ４０ａ）で、また特開昭５
９−２２８３９７号には、誘電体層をチタン酸ストロン
チウム（ＳｒＴｉＯｌ）で形成する例が述べられている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように、ＥＬ素子の低電圧駆動化を目指して、
主として強誘電材料を中心に誘電体層に適する材料の検
討が種々行われている。

しかしながら、ＰｂＴｉ０．やＢａＴｉＯ３等の誘電体
薄膜は、その作製条件がむつかしく、またＰＺＴなどで
は、絶縁耐圧が低いため、その膜厚を厚くしなければな
らないという問題点があった。

すなわち、ＥＬ素子用の誘電体層が具備すべき条件とし
て、その比誘電率が大きいことも必要であるが、同時に
、絶縁耐圧が高く、また第３図に示す透明電極１０２側
に介在させる場合は、光学的に透明でなければならない
という条件もある。

さらに、製造上、その成膜が容易であることも必要であ
り、これらの基本的な要件を満し、かつ比誘電率の大き
な誘電体層が求められている。

〔問題点を解決するための手段〕

したがって本発明は、比誘電率が高く、しかも絶縁耐圧
も高く、成膜の容易なＥＬ用誘電体層を得ることを目的
としたものである。

この目的を達成するため、本発明者は、比誘電率が４０
以上あり、しかも絶縁耐圧がＥＬ発先に必要な１０’Ｖ
／ａｎ以上ある材料を種々検討した結果、ある種のニオ
ブ酸化合物が、ＥＬ素子の誘電体層として適することを
見出し、本発明をなすに至ったものである。

すなわち本発明は、ＥＬ発光を生ずる発光層に接する、
あるいは発光層をサンドイッチ状に挟み込む誘′准体層
として、　Ａ　Ｂ、Ｎｂ５０１．（Ａは、Ｌｉ，　Ｎａ
、Ｋ、　Ｒｂ、　Ｃｓから選ばれた少なくとも一種、Ｂ
は、Ｂｅ、　Ｍｇ、　Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａより選ばれた少
なくとも一種）で表わされるニオブ酸化合物を用いた構
成になるものである。

〔作　用〕

本発明のＥＬ素子は、発光層に接する誘電体層としてΛ
Ｂ　２Ｎｂｓ　Ｏｘ　ｓ　（Ａは、Ｌｉ、Ｎａ、に、　
Ｒｂ、　Ｃｓから選ばれた少なくとも一種、Ｂは、Ｂｅ
、Ｍｇ、　Ｃａ、Ｓｒ、８ａより選ばれた少なくも一種
）で表わされたニオブ酸化合物を用いている。

この種のニオブ酸化合物は、その比誘電率が４０以上あ
り１例えばＡとしてＲｈを選択し、ＢにＳｒを選んだＲ
ｂ５ｒ２Ｎｂ、０１．は、比誘電率が６０と高く、シか
も透明で成膜も容易である。絶縁破壊電圧も２Ｘ１０’
Ｖ／ａｍ以上あり、ＥＬ素子の誘電体層として。

十分使用でき得る絶縁耐圧をもっている。

したがって例えば、このＲｂＳｒ、Ｎｂ５Ｏ１，を用い
て、比誘電率εｅが８〜９程度のＺｎＳ：Ｍｎ発光層を
サンドインチ状に挟んでＥＬ素子を形成した場合を考え
る。この構造で、各層の厚みをそれぞれ５０００人に設
定すれば、外部印加電圧ＶａとＥＬ素子に分配される電
圧Ｖｅとの関係は、前述した（１）式より、Ｖａムシ４
３Ｖｅ・・・・・（３）すなわち、外部印加電圧の７５％程度を発光に分配する
ことが可能となる。したがって、低電圧駆動を行うこと
ができるようになるものである。

〔実施例〕

第１図は、本発明により作製した薄膜ＥＬ素子の構造を
説明するための断面模式図である。ここでは、簡単のた
め、誘電体層を一層とした構造のＥＬ素子を示している
。

第１図において、１は、ガラス等の透明絶縁材料からな
る基板であり、この基板１上に透明電極２として、例え
ばＩＴＯ膜が被着される。３は、本発明の要旨となる誘
電体層であり、ここではΛＢ２Ｎｂ５０，５で表わされ
るニオブ酸化合物のうち、Ｒｂ５ｒ２Ｎｂ５Ｏ１５を用
いた。また、この誘電体層の被着手段として、高周波ス
パッタリング法を採用した。蒸着条件は、以下の通りで
ある。

まず真空チャンバ内にＡｒ：Ｏ□＝１：１の混合気体を
、ガス圧が１．５　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ程度まで導入
し、１５０すの高周波電力を印加してスパッタを行った
。ターゲットはＲｂ５ｒ２Ｎｂ、、　０．５化合物粉末
を、ステンレス製シャーレにしきつめたものを使用した
。得られた誘′社体層３の厚みは、４２００人である。

なお、蒸着時の基板１の温度は１００℃〜３００℃程度
とした。

このようにして得られたＲｂ５ｒ２Ｎｂ、Ｏ，、、誘電
体層は透明であり、その比誘電率εｄは６０であった。

また絶縁破壊電圧は、２　Ｘ　ｌｏ’Ｖ／ａｎである。

次に、第１図において４は、前記誘電体層３上に被着積
層された蛍光体からなる発光層である。

この実施例では、ＺｎＳ：Ｍｎ蛍光体粉末をシャーレ内
にしきつめたものをターゲットとし、誘電体層３の形成
と同様に、高周波スパッタリング法により蒸着している
。膜厚は６０００人である。

発光層４の形成後、５００℃、１時間真空中でアニール
し、発光層４上に背面電極５となるＡＱ膜を被着し、本
発明による薄膜ＥＬ素子とした。そして駆動電圧Ｖａは
、透明電極２と背面電極５間に印加される。

第２図に、上述して得られた本発明による薄膜ＥＬ素子
の電圧−輝度特性を示す。図中実線で示す曲線ａが本発
明による薄１！ａＥＬ素子の電圧−輝度特性であり、破
線で示す曲線すは、誘電体層３にＹ２Ｏ，を使用した従
来の薄膜ＥＬ素子の電圧−輝度特性を参考に示したもの
である。印加した駆動電圧は５０１１ｚの正弦波交流電
圧であり、電圧値はピーク値（Ｖｐ）で示しである。

この第２図から明らかなように、本発明による薄膜ＥＬ
素子は、８０ｖ程度から発光を開始し、ＱＯ〜１００Ｖ
程度で十分な発光輝度が得られることがわかる。これは
、曲線すで同時に示す従来の薄膜ＥＬ素子と比較してみ
ても明らかであり、外部駆動電圧の大幅な低電圧化が実
現されたことになる。

なお、この実施例では、電圧値が前述した（１）式で算
出される値よりも高電圧側にずれているが、これは成膜
が必ずしも理想的な状態で行われているとはいえないこ
とによるものであり、膜作製条件を検討することにより
、さらに低電圧化が可能となる。

ところで、ΛＢ、Ｎｂ５０．ｓで表わされるニオブ酸化
合物としては、上述したＲｂ５ｒ２Ｎｂ、０．、以外に
も種々の化合物があり、そのうちの代表例について。

薄膜ＥＬ素子の誘電体層３として用いた場合の特性を以
下に示す。

Ｋ　５ｒ２Ｎｂ５０ｘ　ｓこのニオブ酸化合物を上述したと同様にして４０００人
の膜厚で第１図に示す透明電極２上に被着した場合、そ
の膜は透明となり、比誘電率ｉｄは一：゛約５５である
。また絶縁破壊電圧は２．Ｉ　Ｘ　１０’Ｖ／ｃｍで、
′、。

多ある。

ゴ・したがって、このＫ　５ｒ２Ｎｂｓ　０１　ｓ誘電体層
３上に、第１図に示すと同様に発光層４、背面電極５を
積層して薄膜ＥＬ素子とした場合、第２図に示す曲線ａ
とほぼ同様の電圧−輝度特性が得られた。

祖坦触Ｎｂ、Ａ月− ＮａＢａ２Ｎｂ、　０１．も誘電体層として透明であり
、その比ｖＩ電電率６０である。また絶縁破壊電圧は１
．９Ｘ１０’Ｖ／Ｑ１１であった。したがってこのＮａ
Ｂａｚ　Ｎｂ５０ｘ　−。

誘電体層を誘電体層３として、第１図に示す構造の薄膜
ＥＬ素子を構成しても、第２図に曲線ａで示すと同様の
電圧−輝度特性が得られた。

駆動１も訴はＫ　８ａ２Ｎｂ、　Ｏ□、誘電体層は、透明であり、比
誘電率は５０、絶縁破壊電圧は２．２Ｘ１０’Ｖ／ｌで
ある。この誘電体層を用いて、第１図に示す構造の薄膜
ＥＬ素子を形成した場合、その電圧−輝度特性は、第２
図中の曲線ａよりも多少高電圧側にシフトする。しかし
ながら、上述した各側と同様な特性を示し、十分実用可
能であり、低電圧駆動が実現できる。

そのほか、上述した各例以外にもΛＢ、Ｎｂ、Ｏ□５（
Ａは、Ｌｉ、　Ｎａ、　Ｋ、　Ｒｂ、　Ｃｓから選ばれ
た少なくとも一種、Ｂは、Ｂｅ、　Ｍｇ、　Ｃａ、　Ｓ
ｒ、　Ｂａから選ばれた少なくとも一種）で表わされる
ニオブ酸化合物は。

比誘電率が高く、膜も透明である。また１０’Ｖ／ａ１
１以上の絶縁破壊電圧を有し、上述した各実施例と同様
に、薄１１１Ｌ素子の誘′社体層３として使用できるも
のである。

〔効　果〕

本発明による薄膜ＥＬ素子は、Ａ　Ｂ　Ｎｂ、Ｏｌ。

（Ａは、Ｌｉ、　Ｎａ、　Ｋ、　Ｒｂ、Ｃｓから選ばれ
た少なくとも一種、Ｂは、Ｂｅ、　Ｍｇ、　Ｃａ、　Ｓ
ｒ、　Ｂａから選ばれた少なくとも一種）で表わされる
ニオブ酸化合物を誘電体層として用いた構造を有する。

このニオブ酸化合物は、比誘電率が少なくとも４０以上
あり、また膜質は透明である６さらに絶縁破壊電圧も、
少なくとも１０’Ｖ／ａｍ以上と高い。したがって、交
流駆動形の薄膜ＥＬ素子において、発光層に接する誘電
体層として用いれば、発光層側に高い分配電圧を与える
ことができ、ＥＬ素子の低電圧駆動化が可能となる効果
がある。

また、このニオブ酸化合物は、通常のスパッタリング法
等で形成でき、成膜化が容易であって、ＥＬ素子を量産
化する上で、すぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す断面構造の模式図、
第２図は、同実施例の特性を従来素子と比較して示す図
、第３図は、薄膜ＥＬ素子の一般構造の一例を示す断面
模式図である。３・・・誘電体層　　　４・・・発光層特許出願人　　
双葉電子工業株式会社第　　１　　図　　　　　　　　　　５第　　３　　図第　　２　　図電圧ＶａＣＶＥ

Claims

【特許請求の範囲】

　発光層の少なくとも一面側に誘電体層を積層し、交流
電圧を印加することによって前記発光層を発光させる薄
膜エレクトロルミネッセンス素子において、前記誘電体
層が、ΛＢ＿２Ｎｂ＿５Ｏ＿１＿５（Ａは、Ｌｉ，Ｎａ
，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓから選ばれた少なくとも一種、Ｂは、
Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａから選ばれた少なくとも
一種）で表わされるニオブ酸化合物を主成分とする薄膜
からなることを特徴とする薄膜エレクトロルミネッセン
ス素子。