JPS63190295A - 電界発光表示素子 - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は、低電圧駆動および高耐圧、高耐湿を図るこ
とができる電界発光表示素子に関する。

「従来の技術」 電界発光（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）
を利用した表示素子（以下ＥＬ素子という）が種々開発
され、薄形、軽量の平面ディスプレイとして計測器やそ
の他の機器に使用されている。

ＥＬ水素子は、粉末型とＦ１模型の２種が知られている
。薄膜ＥＬ素子は、ガラス等の基板の上に発光層と絶縁
層と電極とが真空蒸着やスパッタリング法等にて成膜さ
れ、また、そのパターニングはフォトリソグラフィ技術
によりなされるのが一般的である。したがって、薄膜Ｅ
Ｌ素子は、高精度化が比較的容易であるという利点を有
している。

ここで、第３図は、従来の薄膜ＥＬ素子の構造を示す断
面図であり、図において、ｌは基板、２は基板１１に形
成されている透明電極である。透明電極２」二には第１
絶縁層３、発光層４および第２絶縁層５が順次積層され
、発光層４が第１絶縁層３および第２絶縁層５によって
上下に挟まれろ構成となっている。絶縁層５上ｌこは、
背面電極６が設けられており、この背面電極６と透明電
極２との間に交流電源７により交流電圧が印加されると
、発光層４が発光する。

この場合、透明電極２としてはインジウムスズオキサイ
ド、酸化スズ、酸化亜鉛ニアルミニウム等が、発光層４
としてはマンガン付活硫化亜鉛等が、背面電極としては
アルミニウム、インジウムスズオキサイド等が、また、
第１絶縁層３および第２絶縁届５としては、酸化ケイ素
、酸化アルミニウム、窒化ケイ素等が用いられる。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、薄膜ＥＬ素子においては、より低い電圧で駆
動するようにすることが、当初より課題となっているが
、上述した従来の薄膜ＥＬ素子においては、以下に述べ
る理由により低電圧駆動化が困難であった。

■ここで、第４図は、第３図に示すＥＬ水素子等価回路
であり、第４図に示ずＣ，、Ｃ，、Ｃ，は各々第２絶縁
層５、発光層４および第１絶縁層３の静電容量を示して
いる。この場合、各静電容量Ｃ＋６Ｃ＊、Ｃ３１７）分
圧値Ｖ　Ｉｎ　Ｖ　ｔ、’　Ｖ　ｓｔＤ合計が駆動電圧
ｖ７になる訳であるが、駆動電圧ＶＴを下げるには発光
層４にかかる電圧Ｖ、の割合を大きく、第１絶縁召３お
よび第２絶縁届５にかかる電圧Ｖ、、Ｖ、の割合を小さ
くすることが必要である。

しかしながら、従来の第２絶縁層５は誘電率が小さい酸
化ケイ素、酸化アルミニウム等で構成されているため、
その静電容量は小さく、シたがって、静電容量Ｃ，重電
荷および電圧Ｖの間の関係を示す一般式Ｖ＝Ｑ／Ｃから
理解されるように、電圧Ｖ、の割合が大きくなってしま
い、駆動電圧ＶＴを下げることができない。

■次に、従来のＥＬ水素子構成において、Ｏｑ記電圧ｖ
１の割合を小さくするには、第２絶縁層５を薄くし静電
容量　ＣＩを大きくすることが考えられる。

しかし、薄膜ＥＬ素子は周知のように湿度に対し非常に
弱い性質を持っているため、第２絶縁層５の膜厚を小さ
くすると耐湿性が悪化し、第２絶縁層５が剥離するとい
う問題が生じ易くなってしまう。したがって、第２絶縁
層５の膜厚を薄くするには所定の限度があり、このため
に、従来のＥＩ、素子にあっては効果的な低電圧駆動化
が図れなかった。

また、従来の素子にあっては、第１絶縁層３の膜厚を所
定限度内で薄く形成する必要があるため、その性状が透
明電極２の上面の凹凸の影響を受は易く、このため、電
界が集中する部分が生じて耐電圧性か悪いという欠点が
あった。なお、周知のように、透明電極２としては金属
酸化物を用いるためセラミック状となって凹凸ができ易
い。第１絶縁層３の耐電圧（以下単に耐圧という）を上
げるには、その材料として耐圧性の高い材料を用いるこ
とが考えられるが、この部分は誘電率も高くなければな
らないため、耐圧性のみを考慮した材料選択は行えなか
った。この場合、双方の条件を良好に満す材料は開発さ
れておらず、耐圧性の向上を図ることは極めて困難であ
った。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、駆
動電圧の低下が図れるとともに、耐湿性、耐圧性を向上
させることができるＥＬ表示素子を提供することを目的
としている。

ｒ問題点を解決するための手段」 この発明は、上記問題点を解決するために、発光層と第
２絶縁層との間に導電体膜を設けるとともに、従来単層
であった第２絶縁層を、高耐圧層と高誘電体層とにより
並列的に構成し、これにより、前記高耐圧層と前記高誘
電体層の静電容量が電気的に並列となるようにしている
。

この場合、上記手段のより好ましい態様としては、以下
のものがある。

■前記発光層は前記第１絶縁層の上面であって前記透明
電極の１一方に対応する部分にのみ形成され、かつ、前
止導電体膜はｎη記発光居を覆うとと乙に前記透明電極
より大きな面積ををして前記第１絶縁層の」二面に延び
ていること。

■前記発光層は前記第１絶縁層の上面であって前記透明
電極の上方に対応する部分にのみ形成され、かつ、前記
導電体膜は前記発光層を覆うととらに前記透明電極より
大きな面積を有して前記第１絶縁層の上面に延び、さら
に、前記高耐圧層は前記透明電極の上方に対応する部分
に形成され、前記高誘電体層は前記透明電極の上方に対
応しない部分に形成されること。

■前記発光層は前記第１絶縁居の上面にあって部分的に
形成はされておらず、かつ、前記導電体膜は前記透明電
極より大きな面積を有して前記発光層の上面に形成され
ていること。

■前記発光層は前記第１絶縁層の上面であって部分的に
形成はされておらず、かつ前記導電体膜は、前記透明電
極より大きな面積を有して前記発光層の上面に形成され
、さらに、前記高耐圧層は前記透明電極の上方に対応す
る部分に形成され、前記高誘電体層は前記透明電極の上
方に対応しない部分に形成されていること。

「作用」 前記第２絶縁居が、等価的に高誘電体層の静電容量と高
耐圧層の静電容量との並列回路となり、高誘電体層の容
量を大きく設定することにより、高耐圧層を任意の特性
の材料で形成することができ、かつ、第２絶縁層にかか
る電圧を小さくすることができる。

以下、図面を参照してこの発明について説明する。

第１図は、この発明による素子の構成の一例を示す断面
図である。図において、透明電極！２は、インジウムス
ズオキサイド、酸化スズ、酸化亜鉛ニアルミニウム等に
よって基板！上にストライプ状に形成されており、この
透明電極１２を覆うようにして第１絶縁Ｉｒ１１３が積
層されている。第１絶縁ＰＪ１３は、酸化アルミニウム
、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化タンタル等によって形
成されている。この第１絶縁層１３上であって透明電極
１２の上方に対応する部分にはマンガン付活硫化亜鉛に
よって発光層１４が形成されている。導電体膜１５は、
発光層１４の上面および側面を覆い、さらに第１絶縁層
１３の上面に延びている。この導電体膜１５を構成する
材料は、金属材料としては、アルミニウム、タンタル、
モリブデン等が用いられ、透明導電材料としては、イン
ジウムスズオキサイド、酸化スズ、酸化亜鉛ニアルミニ
ウム等が用いられ、また、半導体材料としては、シリコ
ン、水素化アモルファスシリコン、ガリウムリン等が用
いられる。この導電体膜１５上には、透明電極１２の上
方に対応する部分に高耐圧誘電体層１７が形成され、透
明電極１２の上方に対応しない部分に高誘電体５１６が
形成されている。高誘電体層１６には、例えば、チタン
酸バリウム、チタン酸ストロンヂウム等が用いられ、高
耐圧誘電体層１７としてはピンホールの発生の少ない誘
電体、例えば、窒化ケイ素、酸化ケイ素−窒化ケイ素組
成変化膜、窒化酸化ケイ素（５ｉＮｘＯｙ）　、酸化ア
ルミニウム、サイアロン（５ｔ−ＡＩ−０−Ｎ系化合物
の総称）等が用いられる。なお、高誘電体層１６と高耐
圧誘電体層１７とで第２絶縁層２０が構成されている。

上述した高誘電体層１６と高耐圧誘電体層１７の各上面
には、導電体膜１５と同様の面積を有する背面電極１８
が、導電体膜１５に対向して形成されている。この背面
電極１８には、金属材料としてはアルミニウム、モリブ
デン、タンタル等が用いられ、透明電極材料としてはイ
ンジウムスズオキサイド、酸化スズ、酸化亜鉛ニアルミ
ニウム等が用いられる。

上述した構成によれば、導電体膜１５が導体であるため
、この導電体膜１５の電位は場所によらず等しくなる。

すなわち、導電体膜１５は等電位面を形成する。この結
果、この実施例の等価回路。

は第２図に示すようになり、導電体膜！５と背面電極１
８との間に、高誘電体層１６による静電界ｆｆｉ　Ｃｙ
と、高耐圧誘電体層１７による静電容量　Ｃｘとが並列
に介挿されたことになる。したがって、背面電極１８と
導電体膜１５との間の静電容量　Ｃ＋は、（ＣＸ＋　Ｃ
ｙ）となる。この場合、高誘電体層１６の誘電率が高い
から、静電界ｆｉＩＣＹの値は大きく、したがって、静
電容量Ｃ３の値が高耐圧誘電体層１７の静電容量　ＣＸ
によらずに大となって、電圧Ｖｌが小さくなる。すなわ
ち、駆動電圧ＶＴの多くを発光層１４に印加することが
でき、低電圧駆動を図ることができる。

この際、高耐圧誘電体層１７の静電容量Ｃｘが小さくと
も、合成容舟であるＣ１は大きな値となるから、高耐圧
誘電体層１７の材料としては、特に高誘電率であること
は要求されず、任意の材料を用いることができる。すな
わち、誘電率にかかわらず、高耐圧かつ高耐湿の材料を
用いろことができろ。

また、上記構成においては、導電体膜１５と背面電極１
８の対向面積が透明電極の面積より大となっているので
、静電容量Ｃ！、Ｃ３に比し静電界ｆｉ１ｃｔを増大さ
せることができ、電圧Ｖ、の低減化に寄与する。

さらに、上記構成においては、誘電率め高い材料を用い
て高誘電体層１６が構成されているので、高誘電体Ｗ！
Ｊ１６の膜厚をある程度厚くしても静電界ｆｆｔ　ＣＹ
を高い値にすることができる。したがって、膜厚増加に
よる耐湿性の向上が図れる。また、高誘電体層１６は、
導電体膜１５の上面であって透明電極１２の上方でない
部分に形成されているので、透明？Ｉｄ＆１２の凹凸の
影響を受けず、しかも膜厚を厚くできるため、導電体膜
１５の凹凸の影響を受けにくく、耐圧性が向上する。こ
の際、透明ＴＪＳ極１２の凹凸の影響を受は易い高耐圧
層重７にあっては、高耐圧の材料を用いることができる
とともに、層厚を厚く形成することができるので、これ
らの効果により凹凸の悪影響を除去することができる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、基板上に形成
された透明電極と、この透明電極を覆って前記基板上に
形成された第１絶縁層と、この第１絶縁層の上面に形成
された発光層と、前記発光層を覆う導電体膜と、この導
電体膜の上面に形成された高耐圧層および前記高耐圧層
より高誘電率の材料によって形成された高誘電体層から
成る第２絶縁層と、この第２絶縁層の上面に設けられろ
背面電極とを具備したので、前記第２絶縁層が等価的に
高誘電体層の静電容量と高耐圧層の静電容量との並列回
路となり、高誘電体層の静電容量を大きく設定すること
ができ、これにより、第２絶縁層にかかる電圧を小とし
得て駆動電圧の低減を図ることができる。また、高誘電
体層が高誘電率の材料によって形成されているから、第
２絶縁層の静電容量値を比較的大きな値に保持しっつ層
厚を厚く形成することができ、耐湿性を向上さ什ること
ができる。さらに、高耐圧層の静電容量を大とする必要
がないから、その静電容量の値にかかわらず任意の材質
を選択することができるから、高耐圧Ｈの耐湿性、耐圧
性を向上させることができる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す断面図、第２
図は同実施例の等価回路図、第３図は従来のＥＬ表示素
子の構成を示す断面図、第４図は従来のＥＬ表示素子の
等価回路図である。 １・・・・・・基板、Ｉ２・・・・・・透明電極、Ｉ３
・・・・・・第１絶縁層、１４・・・・・・発光居、１
５・・・・・・導電体膜、１Ｇ・・・・・・高誘電体層
、１７・・・・・・高耐圧誘電体層（高耐圧５）、１８
・・・・・・背面電極、２０・・・・・・第２絶縁層。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成された透明電極と、この透明電極を
   覆つて前記基板上に形成された第１絶縁層と、この第１
   絶縁層の上面に形成された発光層と、前記発光層を覆う
   導電体膜と、この導電体膜の上面に形成された高耐圧層
   および前記高耐圧層より高誘電率の材料によつて形成さ
   れた高誘電体層から成る第２絶縁層と、この第２絶縁層
   の上面に設けられた背面電極とを具備することを特徴と
   する電界発光表示素子。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記発光層は前
   記第１絶縁層の上面であつて前記透明電極の上方に対応
   する部分にのみ形成され、かつ、前記導電体膜は前記発
   光層を覆うとともに前記透明電極より大きな面積を有し
   て前記第１絶縁層の上面に延びていることを特徴とする
   電界発光表示素子。
3. （３）特許請求の範囲第１項において、前記発光層は前
   記第１絶縁層の上面にあつて部分的に形成はされておら
   ず、かつ、前記導電体膜は前記透明電極より大きな面積
   を有して前記発光層の上面に形成されていろことを特徴
   とする電界発光表示素子。
4. （４）特許請求の範囲第１項において、前記発光層は前
   記第１絶縁層の上面であつて前記透明電極の上方に対応
   する部分にのみ形成され、から、前記導電体膜は、前記
   発光層を覆うとともに前記透明電極より大きな面積を有
   して前記第１絶縁層の上面に延び、さらに、前記高耐圧
   層は前記透明電極の上方に対応する部分に形成され、前
   記高誘電体層は前記透明電極の上方に対応しない部分に
   形成されたことを特徴とする電界発光表示素子。
5. （５）特許請求の範囲第１項において、前記発光層は前
   記第１絶縁層の上面であつて部分的に形成はされておら
   ず、かつ前記導電体膜は、前記透明電極より大きな面積
   を有して前記発光層の上面に形成され、さらに、前記高
   耐圧層は前記透明電極の上方に対応する部分に形成され
   、前記高誘電体層は前記透明電極の上方に対応しない部
   分に形成されていることを特徴とする電界発光表示素子
   。