JPS63231897A

JPS63231897A - 薄膜ｅｌ素子

Info

Publication number: JPS63231897A
Application number: JP62067163A
Authority: JP
Inventors: 謙次岡元; 渡邉　和廣; 琢也吉見; 佐藤　精威
Original assignee: Fujitsu Ltd; Research Development Corp of Japan
Current assignee: Fujitsu Ltd; Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1987-03-19
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1988-09-27

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】〔概要〕薄膜ＥＬ素子の改良である。

交流駆動型の薄膜ＥＬ素子のしきい値電圧を低下するこ
とができ、また、ＥＬ膜の膜厚を増加する必要なく輝度
を向上することができ、さらに、ＥＬ膜の膜厚を増加す
る必要なく印加電圧に対する輝度の変化率を増大してＥ
Ｌパネルの消費電力を低減することができるようにする
ために、交流駆動型の薄膜ＥＬ素子のＥＬ膜と絶縁膜の
それぞれとの間に、発光母材の禁制帯幅より大きい禁制
帯幅を有し厚さが５０〜１００人である第１の半導体層
とこの第１の半導体層に接して形成され発光母材の禁制
帯幅と同一またはこれより小さい禁制帯幅を有し厚さが
５０〜１００八である第２の半導体層とこの第２の半導
体層に接して形成され発光母材の禁制帯幅より大きい禁
制帯幅を有し厚さが５０〜１００人であり第１の半導体
層と絶縁膜のそれぞれとの界面に発生する界面準位のエ
ネルギーレベルと発光母材の導電帯の下端のエネルギー
レベルとの間に共鳴準位を発生させる第３の半導体層と
の積層体をもって構成される共鳴トンネリング層を介在
させたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、薄膜ＥＬ素子の改良に関する。

特に、しきい値電圧を低下することができ、また、ＥＬ
膜の膜厚を増加する必要なく輝度を一向上することがで
き、さらに、ＥＬ膜の膜厚を増加する必要なく印加電圧
に対する輝度の変化率を増大してＥＬパネルの消費電力
を低減する改良に関する。

〔従来の技術〕

薄膜ＥＬ素子は発光中心として機能する希土類元素例え
ばテルビュウム、サマリュウム、ツリュウム、ブラセオ
ジュウム、セリュウム、ユウロピュウム等とハロゲン元
素例えばフッ素、塩素、ブロム、ヨウ素等とを含有する
硫化亜鉛、硫化カルシュウム、硫化ストロンチュウム等
のけい光体（発光母材）の多結晶薄膜に電界を印加し、
エレクトロルミネッセンス現象にもとづいて発光させる
発光素子であり、交流駆動型と直流駆動型とがあるが、
従来第２図に示すような交流駆動型が多く実用されてい
る。

第２図参照交流駆動型の薄膜ＥＬ素子にあっては、ガラス基板等１
上に、ＩＴＯ等よりなり厚さが約２　、０００への透明
電極２が形成され、その上に、酸窒化シリコン、酸化ア
ルミニュウム、酸化イットリュウム等よりなり厚さが約
２，０００人の第１の絶縁１ｐＪ３が形成され、その上
に、発光中心として機能する希土類元素例えばテルビュ
ウムとハロゲン元素例えばフッ素とを含有し、発光母材
として機能する硫化亜鉛等よりなるＥＬ膜４が形成され
、さらにその上に、酸窒化シリコン、酸化アルミニュウ
ム、酸化イットリュウム等よりなり厚さが約２，０００
人の第２の絶縁膜５が形成され、その上に、アルミニュ
ウム等よりなる対向電極６が形成されている。

ところで、上記の層構成を有する薄膜ＥＬ素子が発光す
るには、例えば交流駆動型の場合、第３図に示すように
、絶縁膜３または５とＥＬ膜４との界面に発生する界面
準位７に蓄積している電荷がトンネリング現象によって
ＥＬ膜膜中中導入されねばならず、そのためには、図に
角度ａをもって示す大きさの電圧がＥＬ膜４に印加され
ねばならないことになり、この電圧の大きさは、薄膜Ｅ
Ｌ素子のしきい値電圧を決定する大きな要素の一つであ
る。

また、薄膜ＥＬ素子の消費電力は、しきい値電圧と定格
電圧との差、すなわち、第４図にΔＶをもって示す値に
依存することが知られており、このことは、印加電圧に
対する輝度の変化率が大きいとＥＬパネルとしたときの
消費電力が小さいことを示す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、発光中心として機能する希土類元素のうち、
テルビュウムは緑色を、サマリュウムは赤色を、ツリュ
ウムは青色を、プラセオジュウムは白色を、それぞれ発
光するが、その発光効率・輝度は、テルビュウムを除き
、いづれも満足すべきものではない。最もすぐれている
テルビュウムにおいても、発光効率は０．１〜０．２ル
ーメン／Ｗであり、また、輝度は３０フートランバート
であり、いづれも十分満足すべきものとは言い難く、し
かも、再現性も十分とは言えない。

本発明の目的は、これらの欠点を解消することにあり、
しきい値電圧を低下することができ、また、ＥＬ膜の膜
厚を増加する必要なく輝度を向上することができ、さら
に、ＥＬＩＩＩの膜厚を増加する必要なく印加電圧に対
する輝度の変化率を増大してＥＬパネルの消費電力を低
減することができる薄膜ＥＬ素子を提供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明が採った手段は、発
光中心材を含有する発光母材よりなるＥＬ膜４を挟んで
二つの絶縁膜３．５が形成され、二つの絶縁膜３．５を
挟んで、二つの電極２．６が形成される交流駆動型の薄
膜ＥＬ素子のＥＬ膜４と絶縁膜３．５のそれぞれとの間
に、発光母材の禁制帯幅より大きい禁制帯幅を有し厚さ
が５０〜１００Ａである第１の半導体層とこの第１の半
導体層８２に接して形成され発光母材の禁制帯幅と同一
またはこれより小さい禁制帯幅を有し厚さが５０〜１０
０人である第２の半導体層とこの第２の半導体層８２に
接して形成され発光母材の禁制帯幅より大きい禁制帯幅
を有し厚さが５０〜１００人であり第１の半導体層と絶
縁膜のそれぞれとの界面に発生する界面準位のエネルギ
ーレベルと発光母材の導電帯の下端のエネルギーレベル
との間に共鳴準位を発生させる第３の半導体層との積層
体をもって構成される共鳴トンネリング層を介在させた
ものである。

ここで、発光母材には、硫化亜鉛、硫化カルシュウムま
たは硫化ストロンチュウムが使用可能である。

また、発光中心材には、テルビュウム、サマリュウム、
ツリュウム、セリュウム、ユウロピュウム、または、ブ
ラセオジュウムが使用可能である。

また、第１°の半導体層８１には、硫化ストロンチュウ
ム、硫化カルシュウム、または、セレン化ストロンチュ
ウムが使用可能である。

第２の半導体層８２には、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、硫
化カドミュウム、セレン化カドミュウム、硫化ストロン
チュウムまたはセレン北方ルシュウムもしくはこれらの
混晶、または、これらと硫化亜鉛との混晶が使用可能で
ある。

第３の半導体層８３には、硫化ストロンチュウム、ｔｉ
　北方／ｌ／　シュラム、または、セレン化ストロンチ
ュウムが使用可能である。

〔作用〕

本発明に係る薄膜ＥＬ素子においては、ＥＬＩＩＩ　４
と絶縁膜３，５のそれぞれとの間に共鳴トンネリング層
８が形成されているので、電圧印加時のバンドダイヤグ
ラムは第５図に示すようになり、共鳴準位９はおへむね
界面準位７と対向する位置に発生する。

ここで、もし、共鳴準位９が存在しなければ、第５図に
ａをもって示す角度に相当する電圧を与えられなければ
界面準位７に存在する電荷はトンネリング現象によって
ＥＬ膜４中に導入されることはない。しかし、本発明に
係る薄膜ＥＬ素子においては、共鳴準位９が存在するの
で、界面準位７に存在する電荷は、この共鳴準位９を中
継点としてトンネリング現象によって第１の半導体層８
１と第３の半導体層８３を貫通してＥＬ膜膜中中供給さ
れるが、このとき、第５図に角度すをもって示す電圧が
印加されるのみで十分である。しかも、この電荷は相当
な大きさのエネルギーを保持している。

以上、要するに、本発明にあっては、第５図に角度すを
もって示す電圧をもって発光を開始するので、それだけ
しきい値電圧が低下するのみならず、ＥＬ脱膜中供給さ
れる電荷は相当な大きさのエネルギーを保持しているの
で、ＥＬ膜の膜厚を増加する必要なく、輝度も向上し、
また、ΔＶも低下するので、消費電力も低下する。　　
′〔実施例〕　。

以下、図面を参照しつ＼、本発明の一実施例に係る薄膜
ＥＬ素子についてさらに説明する。

第１図参照ガラス基板１上に厚さ約２，０００人のＩＴＯ膜よりな
る透光性電極２と酸窒化シリコンよりなり厚さ約２，０
００人の第１の絶縁膜３とをスパッタ法を使用して形成
する。

次に、厚さ５０人の硫化ストロンチュウム、硫化カルシ
ュウム、または、セレン化ストロンチュウムの層よりな
る第１の半導体層８１を形成する。

この工程は通常のスパッタ法をもっても実施しうるが、
有機金属ＣＶＤ法をもって実施すると膜質が良好になり
、しきい値電圧がさらに低下する。

次に、厚さ５０Ａの硫化亜鉛、セレン化亜鉛、硫化カド
ミュウム、セレン化カドミュウム、硫化ストロンチュウ
ムまたはセレン化カルシュウムもしくはこれらの混晶、
または、これらと硫化亜鉛との混晶の層よりなる第２の
半導体層８２を形成する。この工程も通常のスパッタ法
をもって実施しうるが、有機金属ＣＶＤ法をもって実施
すると膜質が良好になり、しきい値電圧がさらに低下す
る。

次に、厚さ５０人の硫化ストロンチュウム、硫化力Ｊレ
シュウム、または、セレン化ストロンチュウムの層より
なる第３の半導体層８３を形成する。

上記の３層８１．８２．８３の積層体が本発明の要旨に
係る共鳴トンネリング層８を構成する。

次に、発光中心としてのフッ化テルビュウム等を含有す
る硫化亜鉛、セレン化亜鉛、硫化カドミュウム、セレン
化カドミュウム、硫化ストロンチュウムまたはセレン化
カルシュウムの層を厚さ　８，０００人に形成した後、
約４５０℃においては約１時間熱処理して、ＥＬ膜４を
形成する。

次に、再び、厚さ５０人の硫化ストロンチュウム、Ｎｆ
、　化カルシュラム、または、セレン化ストロンチュウ
ムの層よりなる第３の半導体層８３を形成する。　　　
” 次に、再び、厚さ５０人の硫化亜鉛、セレン化亜鉛、硫
化カドミュウム、セレン化カドミュウム、硫化ストロン
チュウムまたはセレン化カルシュウムもしくはこれらの
混晶、または、これらと硫化亜鉛との混晶の層よりなる
第２の半導体層８２を形成する。

次に、再び、厚さ５０人の硫化ストロンチュウム、硫化
カルシュウム、または、セレン化ストロンチュウムの層
よりなる第１の半導体層８１を形成する。

次に、酸窒化シリコンよりなり厚さ約２，０００人の第
２の絶縁Ｍ５をスパッタ法を使用して形成する。

最後に、蒸着法を使用してアルミニュウムの対向電極６
を形成する。

以上の工程をもって製造した薄膜ＥＬ素子には、ＥＬ膜
４と絶縁膜３．５のそれぞれとの間に共鳴トンネリング
層８が付加されているので、ＥＬＨ莫４の厚さが８，０
ＯＯＡの従来技術（第６図にＡをもって示す）に係る薄
膜ＥＬ素子に比し、しきい値電圧が約１００ｖ低下し　
１００■であり、しかも、ＥＬ膜の厚さは８，０００八
で従来技術の場合と同一であるにもかかわらず、輝度も
約２０フートランバート向上して５０フートランバート
であった（第６図にＢをもって示す）。

なお、共鳴トンネリング層８を有機金属ＣＶＤ法でなく
、通常のスパッタ法を使用して形成した時のしきい値電
圧は１５０Ｖであり、しかも、ＥＬ膜の厚さはｓ、ｏｏ
ｏＡで従来技術の場合と同一であるにもかかわらず、輝
度も、この場合も約２０フートランバート向上して５０
フートランバートであった（第６図にＣをもって示す）
。

〔発明の効果〕

以上説明せるとおり、本発明に係る薄１１ｉＥＬ素子に
は、そのＥＬ膜と絶縁膜との間に共鳴トンネリング層が
介在しているので、ＥＬ膜と絶縁膜との界面に発生する
界面準位から、上記の共鳴トンネリング層によって発生
される共鳴準位を介して、電荷が容゛易にＥＬ模膜中導
入され、しかも、導入される電荷は相当なエネルギーを
有しているので、しきい値電圧を低下することができ、
また、ＥＬ膜の厚さを増加させることなく、輝度を向上
することができ、さらに、Ｅｌ、ＪＩＩの膜厚を大きく
する必要なく印加電圧に対する輝度の変化率を増大して
ＥＬパネルの消費電力を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る薄膜ＥＬ素子の断面
図である。第２図は、従来技術に係る薄膜ＥＬ素子の断面図である
。第３図、第４図は、本発明の詳細な説明する図である。第５図は、本発明の詳細な説明する図である。第６ｒｇＪは、本発明の効果を示すグラフである。ｌ・・・透光性基板（ガラス基板）。２・＃Φ透光性電極（ＩＴＯ電極）。３・・令弟１の絶縁膜（酸化窒化シリコン膜）。４φ−−ＥＬＩＩＩ（フッ化テルビュウムを含む硫化亜
鉛膜）、５・・・第２の絶縁膜（酸化窒化シリコン膜）、６・・
・対向電極。８・争・共鳴トンネリング層、８１・・・第１の半導体層（硫化ストロンチュウム、Ｗ
ｔ化北方シュウム、または、セレン化ストロンチュウム
の層）、８２・・・第２の半導体層（硫化亜鉛、セレン化亜鉛、
硫化カドミュウム、セレン化カドミュウム、硫化ストロンチュウムまたはセレン化カルシ
ュウムもしくはこれらの混晶、または、これらと硫化亜
鉛との混晶の層）、８３・拳・第３の半導体層（硫化ストロンチュウム、硫
化カルシュウム、または、セレン化ストロンチュウムの
層）。第１、発明の名称第２図目的比胡因第４図＼、ａ＼／゛〜□

Claims

【特許請求の範囲】［１］　発光中心材を含有する発光母材よりなるＥＬ膜
（４）を挟んで二つの絶縁膜（３、５）が形成され、該
二つの絶縁膜（３、５）を挟んで、二つの電極（２、６
）が形成されてなる薄膜ＥＬ素子において、前記ＥＬ膜（４）と前記絶縁膜（３、５）のそれぞれと
の間には、前記発光母材の禁制帯幅より大きい禁制帯幅
を有し厚さが５０〜１００Åである第１の半導体層（８
１）と該第１の半導体層（８１）に接して形成され前記
発光母材の禁制帯幅と同一またはこれより小さい禁制帯
幅を有し厚さが５０〜１００Åである第２の半導体層（
８２）と該第２の半導体層（８２）に接して形成され前
記発光母材の禁制帯幅より大きい禁制帯幅を有し厚さが
５０〜１００Åであり前記第１の半導体層（８１）と前
記絶縁膜（３、５）のそれぞれとの界面に発生する界面
準位（７）のエネルギーレベルと前記発光母材の導電帯
の下端のエネルギーレベルとの間に共鳴準位（９）を発
生させる第３の半導体層（８３）との積層体をもって構
成される共鳴トンネリング層（８）が介在してなることを特徴とする薄膜ＥＬ素子。［２］　前記発光母材は、硫化亜鉛、硫化カルシュウム
、または、硫化ストロンチュウムであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の薄膜ＥＬ素子。［３］　前記発光中心材は、テルビュウム、サマリュウ
ム、ツリュウム、セリュウム、ユウロピュウム、または
、プラセオジュウムであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項または第２項記載の薄膜ＥＬ素子。［４］　前記第１の半導体層（８１）は、硫化ストロン
チュウム、硫化カルシュウム、または、セレン化ストロ
ンチュウムであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項、第２項または第３項記載の薄膜ＥＬ素子。［５］　前記第２の半導体層（８２）は、硫化亜鉛、セ
レン化亜鉛、硫化カドミュウム、セレン化カドミュウム
、硫化ストロンチュウムまたはセレン化カルシュウムも
しくはこれらの混晶、または、前記これらと硫化亜鉛と
の混晶であることを特徴とする特許請求の範囲第１項、
第２項、第３項または、第４項記載の薄膜ＥＬ素子。［６］　前記第３の半導体層（８３）は、硫化ストロン
チュウム、硫化カルシュウム、または、セレン化ストロ
ンチュウムであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項、第２項、第３項、第４項、または、第５項記載の薄
膜ＥＬ素子。