JPS63239797A - 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】 〔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エレクト
ロルミネッセンス（以下、ＥＬといつ）素子に関する。

［従来の技術〕 この種のＥＬ素子は、少なくとも一方が透明でかつ通常
ではどちらか一方がパターン化された一対の電極間に、
発光体層とこれに隣接する絶縁層とが配設された構造を
有しており、上記絶縁層が発光体層の片側のみに設けら
れた卓絶縁形ならびに同じく両側に設けられた二重絶縁
形のものが知られており、また発光体層が一層に限らず
絶縁層を介して二層以上に積層されたものもある。この
ようなＥＬ素子の駆動は、交流駆動方式では、両電極間
に交流電圧を印加することにより、発光体層にその発光
開始しきい値電界以上の電界をかけて発光させ、この発
光色を透明電極側の基板表面に表出させることにより、
所定パターンの表示を行わせるものである。

そして一般に、上記絶縁層にはＹ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、
Ｓ　ｉ０２、Ｓ　ｉ３Ｎ４などの絶縁材料からなる薄膜
、また表示側となる透明電極にはインジウム−スズ複合
酸化物（以下、ＩＴＯという）などの透明性導電材料か
らなる電極膜、これに対向する背面側の電極には上記Ｉ
ＴＯ膜や不透明なＡｌ膜がそれぞれ用いられている。

ところで、このようなＥＬ素子にあっては、発光効率を
高めて低い駆動電圧で高輝度を達成することが望まれる
。そこで、従来においても、たとえば絶縁層の一部に１
０〜１０　Ω・ｍ程度の比較的低い抵抗率のＴａ２０５
膜を用いることにより、発光効率および輝度を向上させ
ることが提案されている（電子通信学会論文誌１９８５
／４　Ｖｏ　１゜Ｊ６８−Ｃ童４）。

〔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ＥＬ素子では、発光開始しき
い値電圧（以下、ｖｔｈにて表わす）は高抵抗率の材料
のみからなる絶縁層を用いたものに比較してＩＯＶ程度
低くなっているが、電圧に対する輝度の立ち上がりが急
峻でない、つまり印加電圧の増大に伴う発光輝度の上昇
が小さいため、実際の駆動電圧の低減効果は僅かなもの
に過ぎない。また、これに類似する傾向は絶縁層にＹ２
Ｏ３膜を用いた場合にも認められている［Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、３５［７）１９７９　）。

このように、従来の素子構成では充分な輝度特性は得ら
れておらず、より高輝度でかつ低電圧駆動が可能なＥＬ
素子の出現が望まれる現状である。

この発明は、上記要望に対処すべくなされたもので、発
光効率にすぐれて高輝度が得られるとともに、電圧に対
する輝度の立ち上がりが急峻であって低電圧駆動できる
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］ この発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を
重ねた結果、少なくとも片側の電極と発光体層との間に
絶縁層とは別に特定の低抵抗層を介在させた場合、発光
効率が著しく向上し、高輝度が達成され、しかも電圧に
対する輝度の立ち上がりが急峻となり、駆動電圧を従来
のＥＬ素子に比して大幅に低減できることを見い出し、
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体層および絶縁層が配設されてなる
ＥＬ素子において、少なくとも片側の電極と発光体層と
の間に抵抗率が１０〜１０Ω・ｍの範囲にある酸化物薄
膜層が介在されていることを特徴とするＥＬ素子に係る
。

〔発明の構成・作用〕

この発明において電極と絶縁層との間に介在させる酸化
物薄膜は、上述の如く抵抗率が１０〜１０Ω・ｍの範囲
にあることから、導電性を有してかつある程度の抵抗を
示す層つまり低抵抗層として作用し、発光体層へのキャ
リアの注入効率を上昇させるとともに、発光に寄与しな
い不要なリーク電流を減少させると考えられ、これらに
よってＥＬ素子の発光効率を著しく向上させて高輝度が
達成されるように機能するものと推定される。

また、この酸化物薄膜層は、抵抗率が低いために素子に
電圧を印加した際に該薄膜層自体にかかる電圧が少なく
、たとえば抵抗率が１００・ｍ以下では数千Ａの薄膜層
であっても通常１ｖ以下の電圧しかかからず、その存在
が電圧の面からはほとんど無視できるものとなる。した
がって、この酸化物薄膜層を備えたこの発明のＥＬ素子
では、該薄膜層による上記の発光効率の向上効果がその
存在による電圧上昇を伴うことなく顕著に発揮されるた
め、印加電圧に対する輝度の立ち上がりが急峻となり、
該薄膜層を設けていない通常のＥＬ素子に比較して同一
輝度を得る駆動電圧が大幅に低減される。

これに対して、前記従来提案のＴａ２０５膜やＹ２Ｏ３
膜を用いたＥＬ素子では、これら膜が低抵抗と言っても
１０〜１０　程度の抵抗率を有しており、素子に電圧を
印加した際にこれら膜にもかなりの電圧がかかることに
なるため、キャリヤの注入効率の向上などでｖｔｈがあ
る程度低下することはあっても、電圧に対する輝度の立
ち上がりが急峻にならず、駆動電圧の大幅な低減は望め
ない。

この発明における上述の低抵抗率の酸化物薄膜層を構成
し得る酸化物としては、ＴｉＯ□、Ｔｂ、０ア、ＷＯ３
、Ｔａ２０５、Ｎｂ２Ｏ５などが代表例として挙げられ
るが、これら以外の酸化物でも差し支えない。

また、酸化物薄膜の形成手段としては、上記酸化物を不
活性算囲気中で蒸着またはスパッタリングする方法が好
適である。

そして、形成される酸化物薄膜層の抵抗率は、使用する
酸化物の種類と成膜条件との組み合わせによって任意に
設定可能である。この抵抗率は、既述の如く１０〜１０
　　Ω・ｍの範囲とすべきであり、１０　Ω・ｍを越え
ると抵抗層にかかる電圧が高くなって駆動電圧を充分に
低くすることが困難になり、逆に１００・ｍより低くな
ると抵抗層としての作用が果たしにくくなる。なお、最
も効果的な上記低抵抗率の範囲は１０〜１０Ω・ｍであ
る。

このような酸化物薄膜層は、既述の如く少なくとも片側
の電極と発光体層との間に介在させればよく、一般的に
は背面電極と発光体層との間に設けられるが、薄膜層の
光透過率が高くて発光の透過に支障のない場合は表示側
の透明電極と発光体層との間に設けてもよく、また発光
体層を境として両側に設けても差し支えない。さらに、
発光体層と電極との間に配設される絶縁°層に対しては
、上記薄膜層は電極側と発光体層側のいずれに位置して
いてもよい。なお、酸化物薄膜層の厚さは２００〜５，
０ＯＯＡ程度とするのがよく、薄すぎる吉前記効果が充
分に発揮されず、逆にあまりに厚すぎると膜表面の凹凸
の増大を招く。

第１図および第２図はこの発明を適用した二重絶縁形の
ＥＬ素子の構造例を示すものである。

両図において、１はガラス板などの透光性材料からなる
基板、２はＩＴＯ膜などの透明導電膜からなる厚さｉ、
ｏｏｏ〜３，０ＯＯＡ程度の表示側の電極、３は表示側
の第１の絶縁層、４は発光体層、５は背面側の第２の絶
縁層、６はＩＴＯ膜やＡｌ膜などからなる厚さ１，００
０〜３．０００　Ａ程度の背面側の電極、７は前記の低
抵抗率の酸化物薄膜層である。そして、この酸化物薄膜
Ｍ７は、第１図のＥＬ素子では背面側の電極６と第２の
絶縁層５との間に介在され、また第２図のＥＬ素子では
第２の絶縁層５と発光体層４との間に形成されている。

第１および第２の絶縁層３，５の構成材料としては、Ｙ
２Ｏ３、Ａｅ２０３、ＳｉＯ２、Ｓｉ３ＮいＴａ２０５
など従来よりこの種ＥＬ素子の絶縁層に使用される種々
の絶縁材料がいずれも使用可能である。また、これら絶
縁層３，５は、電子ビーム蒸着法の如き各種蒸着法、ス
パッタリング法、イオンブレーティング法などの種々の
薄膜形成方法により３，０００〜６，０ＯＯＡ程度の厚
みに形成されるが、単層構造とする以外に絶縁材料の異
なる２層以上の積層構造としても差し支えない。なお、
これら絶縁層３．５の抵抗率は１０　Ω・ｍ以上である
ことが望ましい。

発光体層４の構成材料としては、ＥＬ素子用として知ら
れる各種発光体材料がいずれも使用可能であり、通常で
はＺｎＳなどの母材に少量の発光付活剤を配合したもの
、たとえばＺｎＳ：ＴｂＦ３（緑色発光）、ＺｎＳ：Ｓ
ｍＦ３（赤色発光）、ＺｎＳ：Ｍｎ（黄橙色発光）、Ｚ
ｎＳ：ＴｍＦ３（青色発光）、ＺｎＳ：ＰｒＦ３（白色
発光）、ＺｎＳ：ＤｙＦ、（黄色発光）などが好適に使
用される。このような発光体層４は、上記絶縁層３．５
と同様の各種薄膜形成方法によって３，０００〜８，０
ＯＯＡ程度の厚みに形成される。

上記構成のＥＬ素子では、発光体層４にその発光開始し
きい値電界を越える電界がかがりうる電圧を両電極２，
６間に印加することにより、発光体層４が発光し、この
発光が基板１を通して視認される。そして、このとき、
低抵抗率の酸化物薄膜層７の既述作用により、低電圧駆
動によって高輝度の発光表示が実現できる。

一方、この発明のＥＬ素子では、表示側の電極２あるい
はこれと背面側の電極６の両電極がＩＴＯ膜にて構成さ
れる場合に、低抵抗率の酸化物薄膜層７をこれら電極に
接して設けることにより、ＩＴＯ膜に含まれるＩｎ原子
やＳｎ原子の拡散による悪影響を抑制するという副次的
効果が奏される。すなわち、ＩＴＯ膜形成時の粒子エネ
ルギーや発光体層形成後に一般的に行われアニール処理
時の熱エネルギーによってＩＴＯ膜中のＩｎ原子やＳｎ
原子が隣接する層中へ拡散しゃすく、この拡散によって
従来では絶縁層がそれ本来の絶縁性を損い、素子にリー
ク電流が流れやすくなって局部破壊を招来する。そこで
、ＩＴＯ膜に隣接する絶縁層の厚みを大きくして上記拡
散の影響を緩和しようとすると、これによって発光に要
する印加電圧が高くなるという問題を生じるが、上記の
如（ＩＴＯ膜に接して低抵抗率の酸化物薄膜層を設けれ
ば、この薄膜層が上記拡散に対するバリヤ一層となって
上記悪影響が抑制される。

なお、この発明は、上述した二重絶縁形のＥＬ素子のほ
か、卓絶縁形のＥＬ素子や、発光体層が２層以上の多層
構造であるＥＬ素子などにも同様に適用可能である。

［発明の効果］ 。この発明に係るＥＬ素子は、対向する電極の少なくと
も片側の電極と発光体層との間に低抵抗率の酸化物薄膜
層が介在されていることから、この酸化物薄膜層の作用
により、従来構成のＥＬ素子に比較して、発光効率が著
しく向上して高輝度が得られ、しかも駆動電圧を大幅に
低減できるという効果を奏する。

［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１ 一面側に予め厚さ２．ｏｏｏＡのＩＴＯ膜からなる表示
側の電極が形成されている厚さ１１朋のガラス板からな
るＩＴＯ基板を使用し、この基板の電極上に電子ビーム
蒸着法によって順次、Ｙ２Ｏ３からなる厚さ４，０ＯＯ
Ａの第１の絶縁層、ＺｎＳ：Ｍｎからなる厚さ５，０Ｏ
ＯＡの発光体層、Ｙ２Ｏ３からなＴｉＯ２薄膜層を形成
し、最後に抵抗加熱蒸着法によってＡ７？膜からなる厚
さ２，０ＯＯＡの所定パターンを有する背面電極を形成
し、第１図で示す構成のＥＬ素子Ａを作製した。この時
、ＴｉＯ２薄膜層の形成は、基板温度１５０°Ｃ１真空
度５Ｘ１０′Ｔｏｒｒ１蒸着速度１０Ａ／秒にて行った
。また、このＴｉＯ２薄膜層の抵抗率は３〜５×１０Ω
・ｍであった。

実施例２ Ｔｉ０２薄膜層を実施例と同一の成膜条件によって発光
体層と第２の絶縁層との間に厚さ３，０ＯＯＡで設けた
以外は、実施例１と同様にして第２図で示す構成のＥＬ
素子Ｂ１を作製した。

実施例３ ＴｉＯ２薄膜層に代えて厚さ３，０ＯＯＡのＴｂ、Ｏ。

薄膜層を基板温度１５０　’Ｃ１真空度５Ｘ１０　　’
Ｔｏｒｒ、蒸着速度１０Ａ／秒の条件で形成した以外は
、実施例２と同様にして第２図で示す構成のＥＬ素子Ｂ
２を作製した。このＥＬ素子のＴｂ４０．薄膜層の抵抗
率は３〜８×１００・ｍであった。

実施例４ ＴｉＯ２薄膜層に代えて厚さ３，０ＯＯＡのＮｂ２Ｏ５
薄膜層を基板温度２００°Ｃ１真空度５Ｘ１０−６Ｔｏ
ｒｒ、蒸着速度１０Ａの条件で形成した以外は、実施例
２と同様にして第２図で示す構成のＥＬ素子Ｂ３を作製
した。このＥＬ素子のＮｂ２Ｏ２薄膜層の抵抗率は１〜
４×１００・ｍであった。

比較例 ＴｉＯ２薄膜層を形成しなかった以外は、実施例１と同
様にしてＥＬ素子Ｃを作製した。

以上の実施例および比較例のＥＬ素子Ａ、Ｂ、。

Ｂ２．Ｂ３およびＣについて、５　ＫＨｚの交流正弦波
電圧の印加による輝度−電圧特性を測定した結果を第３
図に示す。なお、図中の各曲線の符号はＥＬ素子の符号
に対応している。

この第３図の結果から、低抵抗率の酸化物薄膜層を備え
たこの発明のＥＬ素子Ａ、Ｂ１．Ｂ２．Ｂ３はいずれも
、上記薄膜層を有さない従来構成のＥＬ素子Ｃに比較し
て、到達輝度が１．５〜２倍も高く、かつ電圧に対する
輝度の立ち上がりが急峻であり、発光効率にすぐれるこ
とが明らかであり、ｖｔｈも１０〜２０Ｖ低くなってい
る。そして、１．５Ｘ１０３Ｃｄ／ｍ”の輝度を得る駆
動電圧は、ＥＬ素子Ｃに比較し、ＥＬ素子Ａでは約２０
Ｖ、ＥＬ素子Ｂ１では約４０Ｖ、ＥＬ素子Ｂ２テハ約４
０Ｖ、ＥＬ素子Ｂ３では約５０Ｖと大幅に低下している
。また上記薄膜層が第２の絶縁層と背面電極との間に介
在されたＥＬ素子Ａでは、とくに破壊電圧が高く、該薄
膜層が抵抗層としてリーク電流を制限する作用が強く表
わされていることが判る。さらに上記薄膜層が第２の絶
縁層と発光体層との間に介在されたＥＬ素子Ｂｌ　＋　
Ｂ２　＋　Ｂ３では、とくにＶｔｈの低下が大きく、該
薄膜層によるキャリヤの注入効率の向上効果が大きく表
われていることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明に係るエレクトロルミネ
ッセンス素子の異なる構造例を示す断面図、第３図はこ
の発明の実施例および比較例のエレクトロルミネッセン
ス素子の輝度−電圧特性図である。 ２．６・・電極、３．５・・・絶縁層、４・・・発光体
層、７・・・酸化物薄膜層 特許出願人　日立マクセル株式会社（外１名）代　理　
人　弁理士祢亘元邦夫］・−Ｔ＝：ｉ三−０５，１ 宕１図 ３．５：細糸ν１

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
   発光体層および絶縁層が配設されてなるエレクトロルミ
   ネツセンス素子において、少なくとも片側の電極と発光
   体層との間に抵抗率が１０＾１〜１０＾６Ω・ｍの範囲
   にある酸化物薄膜層が介在されていることを特徴とする
   エレクトロルミネツセンス素子。