JPS62294280A - 多様表示用薄膜形エレクトロルミネツセンス素子 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 この発明はディスプレイ装置などに使用される薄膜形エ
レクトロルミネッセンス（以下、ＥＬという）素子、と
くに交流駆動方式において発光色および表示パターンを
ともに変化させうる多様表示用のＥＬ素子に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来、任意の表示パターンが得られるＥＬ素子としてマ
トリックス駆動方式のものが知られている。しかしなが
ら、このようなＥＬ素子は、電極のパターンニングおよ
び取出しの面で極めて高度な技術を必要とし、かつ駆動
回路が非常に複雑となる難点がある。とくに、表示パタ
ーンの変化と同時に発光色をも変化させて表示機能の増
大を図る目的で従来より研究されてきた３端子型の可変
色発光ＥＬ素子では、電極形成およびマトリックス駆動
がより一層困難になる。

したがって、目的とする表示パターンが数種程度に限定
される場合は、上記マトリックス駆動方式のものではな
く、電極形成および駆動がともに簡単なＥＬ素子が望ま
れる。

一方、交流駆動により発光色を可逆的に変化させること
が可能なＥＬ素子として、第９図に示すような３端子構
造のものが提案されている（特開昭５８−３００９３号
公報）。

同図において、２１はガラス基板であり、このガラス基
板２１上に第１の透明電極２２を介して第１および第２
の絶縁層２３．２５ならびにこれら両絶縁層２３．２５
に挾み込まれた第１の発光体層２４を積層状に形成し、
さらに第２の絶縁層２５上に第２の透明電極２６を介し
て第３および第４の絶縁層２７．２９ならびに第１の発
光体層２４とは異なる発光色を有し、上記両絶縁層２７
゜２９に挾み込まれた第２の発光体層２８を積層状に形
成して、その上に背面電極３０を形成しである。

この構成のＥＬ素子においては、第１の透明電極２２と
第２の透明電極２６との間に第１の交流電源３１を、第
２の透明電極２６と背面電極３゜との間に第２の交流電
源３２をそれぞれ接続し、各電極間に独立に電圧を印加
させることにより、たとえば第１の発光体層２４によっ
て赤色に発光させることができ、また第２の発光体層２
８によって緑色に発性させることができるとともに、上
記２色の混合色を表示させることも可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記提案の３端子構造のＥＬ素子では、
表示領域全体として表示パターンが１種類である場合に
は上述のように発光色を変化できるが、表示領域全体を
異なる表示パターンに変化させる場合には各表示パター
ンごとに上記の発光色の変化を行うことが不可能であり
、また表示パターンの変化も２種のみとなり、表示の多
様性に乏しい。

すなわち、たとえば第１の透明電極２２と背面電極３０
とを相互に異なる表示パターンとなるようにそれぞれパ
ターン化するとともに、第２の透明電極２６をこれらの
表示領域全体を覆う形とした場合、第１の透明電極２２
の表示パターンは第１の発光体層２４の発光色に、また
背面電極３０の表示パターンは第２の発光体層２８の発
光色にいずれも限定される。また、パターン化する２電
極と表示領域全体を覆う形とする１電極とを上記以外の
組み合わせとしても、やはり各表示パターンごとに前記
の発光色変化を行うことはできない。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、表示
パターンが固定された複数種に限られる場合において、
該表示パターンの変化とともに発光色の変化も可能であ
り、表示の多様性に富み、しかも電極形成および駆動の
容易な交流駆動方式のＥＬ素子を提供することを目的と
している。

〔問題点を解決するための手段１ この発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討す
る過程において、交流駆動するこの種のＥＬ素子では素
子に流れる電流が変位電流と導電電流からなり、発光開
始しきい値電圧（以下、ｖｔｈと称す）に達するまでは
変位電流のみが流れ、Ｖｔｈ以上になると導電電流が流
れ始めて発光が開始すること、また電圧（あるいは電流
）の増加にしたがって発光輝度が増して電圧（あるいは
電流）がある一定値に達すると飽和することから、ｖｔ
ｈの異なる２種のＥＬ素子を２端子間に直列に接続すれ
ば、各ＥＬ素子を流れる電流が常に等しくなることを利
用して印加電圧の値に応じて発光色を変化させることが
可能になるという考察を得た。

これを、発光体層としてＺｎＳ　：ＴｂＦ３を用いた緑
色のＥＬ素子とＺｎＳ　：ＳｍＦ３を用いた赤色のＥＬ
素子とを例にとると、赤色ＥＬ素子のＶｔｈは緑色ＥＬ
素子のｖｔｈよりも低く、また赤色ＥＬ素子は緑色ＥＬ
素子に比して電流に対する輝度の増加の割合が緩やかで
あって到達輝度が低いことから、２種のＥＬ素子の電流
−電圧特性は第２図、輝度−電流特性は第３図に示すと
おりになる。すなわち、２種のＥＬ素子が直列に接続さ
れた形態における発光挙動は、印加電圧値に応じて第３
図に示すように、赤色ＥＬ素子のｖｔｈ以下で発光が全
く生じない領域■、赤色ＥＬ素子のｖｔｈ以上であって
緑色ＥＬ素子のｖｔｈ以下の赤色の発光を生じる領域■
、緑色ＥＬ素子のｖｔｈ以上であって赤と緑の輝度が等
しくなる電圧値以下の赤橙色から黄色までの発光を生じ
る領域■、および赤と緑の輝度が等しくなる電圧値以上
で黄から黄緑色までの発光を生じる領域■に分かれるこ
とになる。

したがって、対向する電極間に発光色およびｖｔｂの異
なるＣもちろん、輝度−電圧特性も異なる）複数の発光
体層をこれら相互間ならびに上記両電極との間に絶縁層
を介して配設した構造、つまり上記特性を有する複数の
ＥＬ素子が直列接続した２端子構造のＥＬ素子では、対
向する電極間に交流電圧を印加することにより、その印
加電圧の大小によってＶｔｈの最も低い発光体層の固有
色から順次ｖｉｈの高い発光体層の発光色を加えた合成
色まで発光色を可逆的に変化できる。

この発明者らは、上記知見に基づいて、さらに表示の多
様性を高めるために種々の検討を行った結果、上記の如
く発光色およびｖｔｈの異なるＥＬ素子が直列接続した
交流駆動方式の２端子構造のＥＬ素子において、対向す
る両電極を特定構造とした場合に、表示パターンの変化
が単なる接点の切り換えのみで可能となり、しかも各表
示パターンごとに発光色を上述の如く印加電圧の大小に
よってｖｔｈの最も低い発光体層の固有色から順次Ｖｔ
ｈの高い発光体層の発光色を加えた合成色まで可逆的に
変化でき、表示の多様性に極めて富むとともに駆動容易
でかつ電極形成も簡単に行いうるＥＬ素子が得られるこ
とを知り、この発明をなすに至った。

すなわち、この発明は、少なくとも一方が透明である対
向する電極間に、発光色およびＶ　ｔ　ｈの異なる複数
の発光体層がこれら相互間ならびに上記両電極との間に
絶縁層を介して配設されてなる交流駆動方式の薄膜形Ｅ
Ｌ素子において、上記の対向する一方の電極が表示領域
全体を覆う形であり、他方の電極が相互間に絶縁層を介
在して積層された異なる表示パターンを有する複数の電
極層から構成されていることを特徴とする多様表示用薄
膜形ＥＬ素子に係る。

〔発明の構成・作用］ 第１図はこの発明に係る多様表示用薄膜形ＥＬ素子の一
例を示すものである。

図において、■は無アルカリガラスなどの透光性材料か
らなる基板であり、この基板１上にスパッタ法などによ
って第１の透明電極層２ａが形成され、この第１の透明
電極層２ａ上に電子ビーム蒸着法などによって順次、第
１の絶縁層３、第２の透明電極層２ｂ、第２の絶縁＠４
、第３の透明電極層２ｃが形成され、さらに第３の透明
電極層２ｃ上に電子ビーム蒸着法などによって順次、第
３の絶縁層５、第１の発光体層６、第４の絶縁層７、第
２の発光体層８、第５の絶縁層９が形成され、第５の絶
縁層９上には抵抗加熱蒸着法などによって背面電極１０
が形成されている。

そして、第１〜３の透明電極層２ａ〜２ｃは、いずれも
Ｉｎ２Ｏ３−５ｎＯ２膜すなわちＩＴＯ膜にて構成され
ており、相互に異なる表示パターンとなるようにそれぞ
れパターン化されている。また、背面電極１０は、Ａｌ
なとからなり、対向する透明電極２つまり第１〜３の透
明電極層２ａ〜２ｃによる表示領域全体を覆う形に構成
されている。

一方、第１の発光体層６と第２の発光体層８は、その発
光色およびＶｔｈかともに相互に異なる、もちろん発光
輝度−工圧持住も異なる発光体材料から構成されている
。

上記構成のＥＬ素子を駆乃するには、第１図で示すよう
に透明電極２の各透明電極層２ａ〜２ｃより導出される
リード端子１１ａ〜ｌｌｃに切換えスイッチ１２を介し
て接続するリード線１１と、背面電極１０より導出され
るリード端子１３との間に交流電源１４にて交流電圧を
印加すればよく、切換えスイッチ１２の位置によって接
続状態にある透明電極層２ａ〜２ｃの１つと背面電極１
０との間に印加される電界によって該透明電極層の表示
パターンが印加電圧に対応する発光色でもって基板１の
表面側から視認される。

ここで、透明電極層２ａ〜２ｃのいずれが接続状態にあ
る場合でも、その表示パターンの発光色は、両発光体層
６，８のうちＶ　ｔ　ｈの低い方の固有色からこれに他
方の°発光体層の発光色が低ないし高濃度で加わった合
成色まで、交流電源１４による印加電圧の大小によって
可逆的かつ連続的に変化させることができる。すなわち
、たとえば第１の発光体層６として赤色発光体材料であ
るＺｎＳ：ＳｍＦ３、第２の発光体層８として緑色発光
体材料であるＺｎＳ：ＴｂＦ３をそれぞれ用いた場合、
既述した第２図および第３図の特性に基づいて、発光色
は印加電圧を増大させるにしたがって赤−橙一黄一黄緑
と連続的に変化し、また印加電圧を減少させるにしたが
って上記とは逆に連続的に変化する。なお、これは両発
光体層６，８に用いる発光体材料を上記とは逆にしても
同じである。

一方、表示パターンの変化は切換えスイッチ１２の切換
え操作にて簡単に行えるが、交流電源１４の印加電圧を
一定に保持した状態下で単に上記切換え操作を行うだけ
で表示パターンの変化と同時に発光色をも変化させるこ
とが可能である。

すなわち、透明電極層２ａ〜２Ｃは相互間に絶縁層３，
４を介在した積層構造であることから、各透明電極層と
背面電極１０との電極間距離が異なり、交流電源１４の
印加電圧が一定であっても両発光体層６，８に加わる電
界強度が異なる、つまり第１の透明電極層２ａの接続状
態で最も弱く、第３の透明電極層２Ｃの接続状態で最も
強くなるため、この電界強度（発光体材料に加わる電圧
）に応じて発光色は２種の発光体層６，８の発光輝度−
電圧特性の違いに基づいて変化する。

したがって、介在する絶縁層３，４の厚みならびに各透
明電極層２ａ〜２Ｃ自体の厚みを調整して上記電極間距
離を適当に設定することにより、たとえば再発光１４６
．８として前記の赤色用および緑色用発光体材料を用い
た場合に、交流電源１４による印加電圧を一定に保持し
た状態下で切換えスイッチ１２を単に切換え操作するこ
とにより、たとえば第１の透明電極層２ａの表示パター
ンが赤色、第２の透明電極層２ｂの表示パターンが黄色
、第３の透明電極層２Ｃの表示パターンが黄緑色となる
ように変化させることが可能である。

ところで、上述のような発光色の変化、つまり交流電源
１４の印加電圧の大小による発光色変化ならびに切換え
スイッチ１２の切換え操作のみによる発光色変化のいず
れにおいても、同時に輝度変化を伴う。すなわち、たと
えば両発光体層６，８として前記の赤色用および緑色用
発光体材料を用いた場合、第４図で示すように、低電圧
側の赤色の輝度が低く、高電圧側の黄緑色の輝度が高く
なる。

このような発光輝度の変化は、表示パターンおよび発光
色の変化とともにＥＬ素子の表示の多様性を増大させる
目的で利用することもできるが、用途によっては輝度レ
ベルの均等化が要望される場合がある。この点につき、
この発明のＥＬ素子では、交流駆動方式として通常の交
流正弦波を印加する代わりに交流パルス電圧を印加して
上記輝度レベルを一定にすることが可能である。

すなわち、ＥＬ素子の輝度を変化させる方法として、交
流パルス電圧では電圧変調の他にパルス数変調やパルス
幅変調がある。したがって、上記２端子構造のものでは
２種の発光体層６，８に等しい電流が流れることから、
印加電圧の変化もしくは切換えスイッチ１２の切換え操
作と同時に印加パルスのパルス数もしくはパルス幅を変
化させれば、電圧による色変化とは別に輝度を変化させ
ることができ、これによって輝度を一定のレベルにして
色変化をさせることができる。つまり、印加パルスのパ
ルス数もしくはパルス幅を減少させれば、輝度が低下す
ることから、パルス数もしくはパルス幅を適当に選択す
ることにより、各発光色調ごとの輝度レベルを一定にさ
せることが可能となる。

上記のパルス数の変調は、たとえば第５図で示すように
交流パルスのサイクル単位で変化させるようにしてもよ
いし、第６図で示すように半サイクル単位で変化させる
ようにしてもよい。また、パルス幅の変調も、上記同様
に、たとえば第７図で示すようにサイクル単位で行って
もよいし、第８図で示すように半サイクル単位で行って
もよい。

なお、この発明に係る多様表示用薄膜形ＥＬ素子は、上
述の例のように対向する１対の電極のうち基板側つまり
視認側の電極が相互間に絶縁層を介在して積層された異
なる表示パターンを有する複数の電極層に分割構成され
た構造のもの以外に、これとは逆に背面側つまり非視認
側の電極が上記同様に異なる表示パターンを有する複数
の電極層に分割構成されるとともに視認側の電極が表示
領域全体を覆う形の一層より構成されたものでもよい。

そして、分割構成される一方の電極が上記前者の如く視
認側にあるＥＬ素子および上記後者の如く非視認側にあ
るＥＬ素子のいずれにおいても、発光体層の発光を支障
なく造渦させる必要から視認側の電極がＩＴＯ膜などの
透明性導電材料にて形成される必要があるが、非視認側
の電極はＡｌなどの不透明材料であっても差し支えない
。

また、分割構成される一方の電極は上述の例の如く３層
とする以外に、２層あるいは４層以上とすることも可能
である。さらに発光体１ｇも発光色およびｖｔｈの異な
る３層以上の多層としてもよい。

発光体層に使用する発光体材料としては、従来よりＥＬ
素子用として知られるものをいずれも使用可能であり、
通常、ＺｎＳなどの母体に少量の発光付活剤を加えたも
の、たとえば前記したＺｎＳ　：ＴｂＦ３（緑色発光用
）およびＺｎＳ：ＳｍＦ３（赤色発光用）のほか、Ｚｎ
Ｓ：Ｍｎ（黄橙色発光用）、ＺｎＳ：ＴｍＦ３（青色発
光用）　、ＺｎＳ　：　ＰｒＦ３（白色発光用）、Ｚｎ
Ｓ　：　ＤＹＦ３　（黄色発光用）などが好適に使用さ
れる。

また絶縁層に使用する材料としては、既存の絶縁材料を
いずれも使用でき、たとえばＹ２Ｏ３、ＡＩ！２０３、
Ｓ　ｉｏ２、Ｓ　ｉ３Ｎ、、　Ｔ　ｉＯ，、、Ｔ　ａ２
０５　、Ｂ　ａＴ　ｉＯ３，５ｒＴｉ０３、ＰｂＴｉＯ
３などが挙げられ、これらは２種以上併用してもよく、
また各絶縁層で異なるものを使用してもよい。

各層の厚さは、発光体層では２，０００〜４，０００人
程度、発光体層相互間ならびに両電極間に介在する絶縁
層では２，０００〜４，０００人程度、分割構成される
一方の電極の各電極層間に介在する絶縁層では５００〜
２，０ＯＯＡ程度とするのがよい。

また分割構成される一方の電極の各電極層の厚さは５０
０〜３，０ＯＯＡ程度、他方の表示領域全体を覆う形の
電極の厚さは１，０００〜３．ｏｏｏＸ程度である。な
お、これら発光体層、絶縁層、電極の形成手段としては
、スパッタ法、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法など
の既存の種々の薄膜形成法を使用材料種に応じて適宜採
用できる。

〔発明の効果〕

この発明に係る多様表示用薄膜形ＥＬ素子は、対向する
電極間に発光色およびｖｔｈの異なる複数の発光体層が
これら相互間ならびに上記両電極との間に絶縁層を介し
て配設されるとともに、上記両電極の一方が表示領域全
体を覆う形であり、かつ他方の電極が相互間に絶縁層を
介して積層された異なる表示パターンを有する複数の電
極層から構成された交流駆動方式のものであるから、上
記の対向する電極を端子とする２端子構造において他方
の電極側の端子接続をその複数の電極層間で切換えるこ
とによって表示パターンを変化させることが可能であり
、しかも印加電圧の大小によって各表示パターンごとに
発光色を変化させることができ、さらに印加電圧を一定
に保持した状態下で単に上記切換えを行うだけで表示パ
ターンの変化と同時に発光色の変化を行うことも可能で
ある。

したがって、表示の多様性に極めて富み、また交流パル
ス電圧にて駆動させてパルス数変ンあないしパルス幅変
調を行うことによって各発光色ごとの輝度レベルを一定
にさせることもてき、加えて電極形成および駆動がとも
に容易であるという太きな利点がある。

〔実　施　例〕

以下、この発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

実施例 厚さ１１朋の無アルカリガラスからなる基板上にスパッ
タ法にてＩＴＯからなる厚さ２．０ＯＯＡの第１の透明
電極層を形成し、この透明電極層上に電子ビーム蒸着法
によって順次、Ｙ２Ｏ，からなる厚さ５００Ａの第１の
絶縁層、ＩＴＯからなる厚さ１．ｏｏｏＸの第２の透明
電極層、Ｙ２Ｏ３からなる厚さ５００人の第２の絶縁層
、ＩＴＯからなる厚さ１，０ＯＯＡの第３の透明電極層
を積層形成し、かつ第１の透明電極層にはアルファベッ
トの’Ａ　％第２の透明電極層には同’Ｂｕ、第３の透
明電極層には同ｒｃヨの表示パターンをそれぞれ形成し
た。

つぎに、第３の透明電極層上に電子ビーム蒸着法によっ
て順次、Ｙ２Ｏ３からなる第３の絶縁層、ＺｎＳ：Ｓｍ
Ｆ３からなる第１の発光体層（赤色発色、Ｙ２Ｏ３力）
らなる第４の辛色縁層、ＺｎＳ：ＴｂＦ３からなる第２
の発光体層（緑色発光）　、Ｙ２Ｏ３からなる第５の絶
縁層を各層の厚みがいずれも２，５ｏｏＸとなるように
積層形成し、さらに第５の絶縁層上に抵抗加熱蒸着法に
よってＡｌからなる厚さ２，０００人の背面電極を第１
〜３の透明電極層の表示パターン全体を覆う形で形成し
、第１図で示す構成の多様表示用薄膜形ＥＬ素子を作製
した。

かくして作製したＥＬ素子の分割構成された透明電極２
および背面電極１０を第１図の如く交流電源に接続し、
５　ＫＨｚ交流パルス駆動によって２５０Ｖの電圧を印
加したところ、切換えスイッチ１２が第１の透明電極層
２ａの接続状態にあるとき文字１ＡＪが赤色で表示され
た。次に切換えスイッチ１２の操作にて第２の透明電極
層２ｂを接続状態にすると文字Ｂヨが黄色で表示され、
また同様に第３の透明電極層２Ｃを接続状態にすると文
字１Ｃ，４が黄緑色で表示された。これによって上記Ｅ
Ｌ素子は透明電極２の各透明電極層２ａ〜２ｃの接続を
切換えるだけで表示パターンの変化と同時に発光色の変
化を行えることが確認された。

つぎに、上記ＥＬ素子を駆動する５ＫＨｚの交流パルス
電圧のパルス数を８ビット単位で変化させ、透明電極２
の接続の切換えとともにパルス数を第１の透明電極層２
ａでは８／８、第２の透明電極層２ｂでは５／８、第３
の透明電極層２Ｃでは３／８となるように設定したとこ
ろ、赤色の１Ａ１、黄色の′Ｂヨ、黄緑色のｒｃｌの表
示の発光輝度がいずれもほぼ８０ｃｄ／ｍ”となった。

さらに、切換えスイッチ１２が第１の透明電極層２ａの
接続状態にあるとき、５ＫＨｚの交流パルス電圧を２５
０Ｖから次第に増大させたところ、文字１Ａヨを表示す
る発光色は初期の赤色から２６０Ｖで橙色、２６５Ｖで
黄色、２７５Ｖ以とで黄緑色と連続的に変化したつまた
、このような印加電圧の増大による発光色の変化は第２
および第３の透明電極層２ｂ、２ｃの接続状態でも確認
された。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る多様表示用薄膜形エレクトロル
ミネッセンス素子の一例を示す断面図、第２図は発光色
および発光開始しきい値電圧の異なる２種の発光体層の
電流−電圧特性図、第３図は同２種の発光体層の輝度−
電流特性図、第４図は同２種の発光体層を適用した第１
図のエレクトロルミネッセンス素子における輝度−電圧
特性図、第５図は交流パルス電圧のパルス数をサイクル
単位で変化させたときの波形図、第６図は同じく半サイ
クル単位で変化させたときの波形図、第７図は交流パル
ス電圧のパルス幅をサイクル単位で変化させたときの波
形図、第８図は同じく半サイクル単位で変化させたとき
の波形図、第９図は従来の三端子構造の薄膜形エレクト
ロルミネッセンス素子を示す断面図である。 ２・・透明電極、２ａ、２ｂ、２ｃ・電極層、３，４゜
５．７．９・・・絶縁層、６，８・・・発光体層、１０
・・背面電極、１４・・・交流電源 特許出願人　　日立マクセル株式会社 第１　図 碇ミ　−シ 第２区 を化

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一方が透明である対向する電極間に、
   発光色および発光開始しきい値電圧の異なる複数の発光
   体層がこれら相互間ならびに上記両電極との間に絶縁層
   を介して配設されてなる交流駆動方式の薄膜形エレクト
   ロルミネツセンス素子において、上記の対向する一方の
   電極が表示領域全体を覆う形であり、他方の電極が相互
   間に絶縁層を介在して積層された異なる表示パターンを
   有する複数の電極層から構成されていることを特徴とす
   る多様表示用薄膜形エレクトロルミネツセンス素子。