JPS63231898A

JPS63231898A - 薄膜ｅｌ素子

Info

Publication number: JPS63231898A
Application number: JP62067164A
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素子の輝度を同一とするときはし
きい値電圧を低下することができ。

また、印加電圧を同一とするときは輝度を向上すること
ができ、さらに、ＥＬ膜の膜厚を大きくするときは印加
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と同一またはこれより大きい
禁制帯幅を有し、厚さが５０〜１００＾の第１の半導体
層と、第１の半導体層とＥＬ膜とに挟まれ、厚さ５０〜
１００人に形成されたとき第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２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、輝度を同一とするときはしきい値電圧を低下する
ことができ、また、印加電圧を同一とするときは輝度を
向上することができ、さらに、ＥＬ膜の膜厚を大きくす
るときは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、プラセオ
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人の透明型
ａｉ２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の絶縁膜３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
ＥＬ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パネルの消費電力は、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、テルビニウムを除
き、いづれも満足すべきものではない。最もすぐれてい
るテルビニウムにおいても、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、
輝度を同一とするときはしきい値電圧を低下することが
でき、また、印加電圧を同一とするときは輝度を向上す
ることができ、さらに、ＥＬ膜の膜厚を大きくするとき
は印加電圧に対する輝度の変化率を増大して消費電力を
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と同一またはこれより大きい禁
制帯幅を有し、厚さが５０〜１００人の第１の半導体層
８１と第１の半導体層８１とＥＬ膜４とに挟まれており
、厚さ５０〜１００人に形成されたとき第１の半導体層
８１と絶縁膜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２
の半導体層８２との積層体をもって構成される共鳴トン
ネリング層８を介在させることにある。

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、テルビニウム、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、硫化亜鉛、硫化カルシ
ュラム、または、硫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、セレン化亜鉛、セレン化カド
ミュウム、硫化カドミュウムもしくはこれらの混晶、ま
たは、これと硫化亜鉛との混晶が使用可能である。

〔作用〕

本発明に係る薄膜ＥＬ素子においては、Ｅ、ＬＨ４と絶
縁ＷＩ３．５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＼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＠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膜膜中中導入されることはないが、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、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
ことになり、それだけしきい値電圧が低下する。

〔実施例〕

以下１図面を参照しつ賢、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人の硫化亜鉛層よりなる第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、ジメチル亜鉛と硫化水素とを原料ガス
とする有機金属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人のセレン化亜鉛層よりなる第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、ジメチル亜鉛とセレン化水素とを原
料ガスとする有機金属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。

上記の２層８１．８２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を含有する
硫化亜鉛の層を厚さ　ｅ、ｏｏｏ人に形成した後、約４
５０℃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人のセレン化亜鉛層よりなる第２
の半導体層８２と厚さ５０人の硫化亜鉛層よりなる第１
の半導体層８１との積層体を形成する。

この積層体が本発明の要旨に係る共鳴トンネリング層８
である。

第２の半導体層８２を形成する工程は通常のスパッタ法
をもっても実施しうるが、ジメチル亜鉛とセレン化水素
とを原料ガスとする有機金属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こ
とは上記と同様である。

また、第１の半導体層８１を形成する工程も通常のスパ
ッタ法をもって実施しうるが、ジメチル亜鉛と硫化水素
とを原料ガスとする有機金属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こ
とも上記と同様である。

次に、酸窒化シリコンよりなり厚さ約２，０００人の第
２の絶縁膜５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、ＥＬ膜４の厚さが８，０Ｏ
ＯＡ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８０Ｖ低下し　１２
０ｖ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であった（第６図にＣをもって示す）。

さらに、ＥＬ膜の厚さを厚くすると、輝度は向上し、例
えば、ＥＬ膜の厚さを　１．１１Ｌｒｓにした場合輝度
は、ＥＬ膜の厚さがｅ、ｏｏｏ人の場合に比して２倍（
有機金属ＣＶＤ法を使用した場合であり第６図にＢＢを
もって示す）または　１．５倍（通常のスパッタ法を使
用した場合であり第６図にＣＣをもって示す）となった
。

〔発明の効果〕

以上説明せるとおり、本発明に係る薄膜ＥＬ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
準位から電荷が、上記の共鳴トンネリーング層によって
発生される共鳴準位を介して、容易にＥＬ模膜中導入さ
れ、輝度を同一とするときはしきい値電圧を低下するこ
とができ、また、印加電圧を同一とするときは輝度を向
上することができ、さらに、ＥＬ膜の膜厚を大きくする
ときは印加電圧に対する輝度の変化率を増大して消費電
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６図は、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・・・透光性電極（ＩＴＯ電極）、３・・・第１の絶縁膜（酸化窒化シリコン膜）、４・・
・ＥＬ膜（フッ化テルビュウムを含む硫化亜鉛膜）、５φ・・第２の絶縁膜（酸化窒化シリコン膜）、６拳・
・対向電極、８・・・共鳴トンネリング層、８１・・・第１の半導体層（硫化亜鉛層）、本発明第１図＃７ＪｏｔＪ−（ｖ）本発明の効果第６図第２図１１ｔ（）ｔＬ日１１１１１　　　　’１１幻七崎七日
月ｔａ第４図本発明の効果

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と同一またはこれよ
り大きい禁制帯幅を有し、厚さが５０〜１００Åの第１
の半導体層（８１）と該第１の半導体層（８１）と前記
ＥＬ膜（４）とに挟まれており、厚さ５０〜１００Åに
形成されたとき前記第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２の半導体層（８２）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］　前期発光中心材は、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、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、セレン化亜鉛
、セレン化カドミュウム、硫化カドミュウムもしくはこ
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。