JPS6369193A - Ｅｌ素子とその製造方法 - 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〕 本発明は１発光表示装置や面光源として利用されるＢｌ
、素子とその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

ＥＬ素子ｒｉ　Ｚ　ｎ　８　：　Ｍ　ｎ等の電場発光現
象を有する蛍光体物質に電圧を印加することによ多発光
を得るものである。ＥＬ素子には粉末の蛍光体を使用し
た分散型ＥＬと蛍光体薄膜を採用した薄膜型ＥＬがある
０分散型ＥＬｒｉ製造が容易であるが。

輝度や寿命に問題があシ、比較的低輝度で利用できるバ
ックライト的な用途が主である。これに対して、薄模型
ＢＬｒｉ高輝度、長寿命の特徴を有しておシ各種の表示
装置に利用されている。第３図に従来のもっとも簡単な
構造の薄膜ＥＬ素子を示す。第３図に示すように、ガラ
ス等の基板３１上に第１電極３２．ＺｎＳ：Ｍｎ−？Ｚ
ｎ８ｅ：ＭｎやＺ　ｎ　Ｓ　：　Ｔ　ｂ　、　Ｆ等の薄
膜からなる薄膜発光層３３゜第２電極３４から構成され
る。電極３２及び３４の少なくとも一方の表示側となる
電極はＩＴＯやＡｕ薄膜等の透明電極で形成されている
。このような構造の素子に電圧を印加すると一定の閾値
電圧以上で発光が得られる。しかしながら２発光と共に
安定な発光動作を維持することができず実用的な素手を
製造することが困難である。現在、実用的な薄膜ＥＬ素
子は絶縁体層を挿入した構造において実現されている。

第４図に代表的な２重絶縁型薄膜ＢＬ素子の構造を示す
、第４図に示すように、ガラス等の基板４１上に第１）
１極４２．第１絶縁体層４３．薄膜発光層４４．第２絶
縁体層４５、第２電極４６からなシ１通常は第１電極４
２はＩＴＯ透明導電膜で形成されている。絶縁体層４３
．４ｓｒｔｙ、ｏｓ　、Ａ１２０Ｂ、Ｔａ１０ｇ　、８
ｉ０＠　、８ｉＮ、ＢａＴｉ０１．ＰｂＴｉＯ３，８ｒ
Ｔｉ０１等の誘電体薄膜であシ、スパッタや蒸着等によ
シ０．１〜１ミクロン程度の厚さに形成されている。

第４図においてどちらか一方の絶縁体層を省略した片絶
縁構造としてもよい、絶縁体層の主な役割は直流的に流
れる・１流を防止するものであシ、これによシ素子破壊
の問題が大幅に低減された。この素子の問題としては絶
縁体層の採用によシ交流駆動が余儀無くされることや駆
動電圧が高くなることである。このため１表示装置とし
ては高価格な高耐圧ＩＣの採用や非常に複雑な駆動方式
が必要となる問題がある。

そこで直流低電圧で発光させることができる素子を実現
する努力がなされている。第５図はその一例である。第
５図に示すように、基板５１上に第１電極５２．薄膜発
光層５３．薄膜電流制限層５４、第２電極５５を積層し
たものである。薄膜電流制限層５４の抵抗によシ素子を
流れる電流が制限され素子破壊が防止される。この薄膜
・１流制限層５４としてｄＺｎｓｅ、Ｓｅ、８ｉ　、Ｇ
ｅ等の薄膜が利用されている。この構造の素子は微小な
発光面積のものでは比較的安定に動作させることができ
るが１表示装置や面光源として実用上意味のある面積の
ものでは多くの破壊点が発生し、実用に供することが困
難であった。これは薄膜プロセスではピンホールの発生
や汚染物の付着を完全に排除することは非常に困難であ
シ、また。上述の構造のＥＬ素子ではこれらの欠陥を核
として電圧印加によシ破壊しやすいためである。

第６図に直流で発光する薄膜ＥＬ素子のもうひとつの例
を示す。第６図において、６１は第１電極であシ、６２
は牛導体単結晶板、６３ｒｉ薄膜発光層、６４は透明導
電膜からなる第２１Ｅ極である。

半導体単結晶板としてｒｉ８ｉ−？Ｇａ人３が使用され
ている。この場合は第５図の薄膜抵抗層を採用したもの
よシ格段に安定な動作を得ることができるが、半導体単
結晶板は著しく高価であり、また表示装置に要求される
大面積化に非常に大きな問題を有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ＥＬ素子は各種の構造のものが開発検討されているが、
それぞれ問題点を有している。実用上はなるべく低電圧
の直流で高輝度発光きせることか好まじり。上述したよ
うに直流駆動型の薄膜ＥＬ素子も各種検討されてはいる
が、安定性や価格。

大面積化等の問題がち如実用性を得るに至っていない。

本発明の目的は、駆動電圧を低くでき、しかも直流駆動
可能で、高安定な発光特性が高・４トで実現でき、大面
積化への対応を可能とし、また電流制限層の制御が容易
で製造が比較的に容易であるＢＬ素子とその製造方法を
提供することにある。

〔問題を解決するための手段〕

本発明の第１の発明のＥＬ素子は１対の電極間に薄膜発
光層と共に抵抗性あるいはバリスター特性を有するセラ
ミック焼結体の電流制限層が挾持されて―ることを特徴
とする。

更に１本発明の第２の発明のＥＬ素子は絶縁体のセラミ
ック焼結体基板上に第１電極、セラミック焼結体の抵抗
性あるいはバリスター特性を有した電流制限層、薄膜発
光層、透明導電膜の第２１）極からなシ、前記セラミッ
ク焼結体基板と第１電極とセラ）ｖり焼結体電流制限層
が一体的に焼結されたセラミック焼結体であることを特
徴とする。

また１本発明の第３の発明のＥＬ素子の製造方法は絶縁
体の基板となる第１のグリーンシートを作成する工程と
、焼成することによυ抵抗性あるいはバリスター特性を
有するセラミックとなる第２のグリーンシートを作成す
る工程と、第１あるいは第２のグリーンシートの少なく
とも一方に第１電極を厚膜で形成し第１ｆｉ極形成面を
挾むように前記第１及び第２のグリーンシートを張り合
わせ加圧接合後焼成する工程によシセラミック構造物を
作成する工程と、真党蒸着やスパッタ等の薄膜形成手段
によシ前記セラミック構造物上に薄膜発光層、第２′＃
を極を作成する工程とを含むことを特徴とする。

〔作用〕

従来、薄膜発光層を有する直流駆動型のＥＬ素子におい
て電流制限のために薄膜の抵抗層や半導体単結晶板が使
用されていたが１本発明の第１の発明においてｒｉ、こ
れらの代わシに抵抗性、あるいは非線型の抵抗特性であ
るバリスター特性を有したセラミック焼結体層を採用し
たものである。

このセラミック焼結体の電流制限層によシ素子破壊に至
る過剰な電流を効果的に抑制することができる。従来の
薄膜では不可避的に生じるピンホール等の欠陥部から素
子破壊が生じやすかった。これに対して本発明の電流制
限層であるセラミック焼結体は薄膜よシ格段に淳い５ミ
クロン以上の膜厚を容易に実現することができる。また
、セラミックにおいては各種組成や焼成条件によシミ党
籍性を制御することが容易である。これらの特長によシ
薄膜の電流制限層を採用していたＢＬ素子では実現でき
なかった高安定な発光動作が実現される。

薄膜発光層として一般的に使用されているＺｎＳ：Ｍｎ
−？Ｚｎ８ｅ：Ｍｎ等は電圧印加に対してアバランシェ
現象による抵抗値の非線型性を示す。略々電流【比例し
て発光を生じるので発光輝度−電圧特性も電圧上昇と共
に急激に輝度が増加する非線型性を有して−る。とのよ
うな非線型性は、特にＶルチプレヴクス駆動の表示装置
としてＥＬ素子を利用する場合には好ましいものである
。電流制限層にも抵抗値の非線型特性を付与することに
よりＥＩ、素子の発光特性の非線型性を更に改善するこ
とができると共に、薄膜発光層を流れる電子の運動エネ
ルギーを大きくすることも可能であシ、発光効率の改善
にも寄与すると期待される。従来の薄膜電流制限層にお
いてもＺｎ５ｅ等は非線型性を有していたが、非線型の
程度や非線型特性の制御は困難であった。本発明におい
ては所謂セラミックバリスターとして知られているよう
に材料組成や焼成条件によシ最適な非線型特性を実現す
ることができ、優れた発光特性が得られる。

本発明の第２の発明ｒｔ要するにセラミック焼結体の電
流制限層と第１電極とがこれらを支持する電気絶縁性の
セフイック焼結体基板と一体的に焼結された構造物にな
っていることである。上述したようにセラミック焼結体
の電流制限層の効果は良好であるが、あ−！！シ厚い層
にすることは不適轟である。厚い場合は薄膜発光層の欠
陥部に電流集中が生じ、その部分が破壊しやすい。従っ
て、ある程度薄い方が好ましい。後述の実施例において
詳しく述べるが第１図のような素子構造ではセラミック
焼結体電流制限層・自体に機械的強度が要求されるため
に薄くすることは困難である。微小な素子では良いが大
面積の表示装置では０．５１）１以上の厚さが機械的強
度の確保のために必要である。

これは上述の電流集中効果に対しても不一キある複数の
第１や第２電極が形成配置されたものではクロストーク
や電極間相互の導通の問題があシネ都合を生じる。本発
明の第２の発明はこれらの点を考慮してなされたもので
あシ、十分厚く機械的強度を有する絶縁性セラミックと
一体的に電流制限層が形成されているために電流制限層
を薄くすることに何ら制限、はなく、微細な電極パター
ンを有する大面積の表示装置を実現することができる。

このような構造のセラミック構造物はセラミックの原料
からなる生シートであるグリーンシートを積層焼成する
ことによシ実現することができる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の断面図である。微量の
人ｔを添加したＺｎＯを主成分とする厚さ４關のセラミ
ック焼結体電流制限層１２の一方の面にＮｉ−Ｃｒの第
１’ｉｔ極１）を真空蒸着により形成し、もう一方の面
に０．３ミクロン厚さのＺｎ５ｅ：Ｍｎを、Ｚｎ５ｅと
Ｍｎの別々のルツボから蒸発させる共蒸着法によυ薄膜
発光層１３として成膜した。更に、ＩＴＯ透明導電膜を
第２電極１４としてスパッタ法によ多形成してＷＬ素子
を作成した。この素子に直流電圧を印加することによ！
＋１５Ｖ以上から発光が観察され８０Ｖの印加において
も素子破壊はなく明るい黄橙色の発光が得られた。更に
セラミック焼結体電流制限層１２としてＺｎＯを主成分
としＢｉ！０３や他の微量の添加物を混合した粉末原料
をもとに焼成して作成したセラばヴク焼結体を採用した
場合では３０Ｖ以下ではほとんど電流は流れず発光も観
察されなかりたが４０Ｖ以上で急激に電流が流れ明るい
発光が得られた。これは電流制限層として採用したＢｉ
添加ＺｎＯ系のセラミ、クスのバリスター特性の効果で
ある。このバリスター特性は各種の添加物の配合や焼成
条件により制御することができ、要求されるＥＬ素子特
性に応じて作成することができる。セラミック焼結体電
流制限層の材料としてｒｉＺ　ｎ　Ｏ基以外にも酸化チ
タンや酸化スズ、酸化”１７ガｙ、ＢａＴｉＯ３，８ｒ
Ｔｉ０３等の各種の酸化物を主成分とした系の材料やＳ
ｉＣ等を使用することができる。

次に、第２の実施例につ―て第２図を参照して構造及び
製造方法について説明する。

ＡＺ、Ｏ，粉末を主成分としてガラスフリット。

有機バインダーを混合してなる泥漿をドクタープレイド
法によυ中ヤスティング成膜し厚さ０．４ミリの第１の
グリーンシートを作成した。第１のグリーンシートの一
部のものには金属′ペーストを所定の第１電極パターン
に応じてスクリーン印刷した。主成分のＺｎＯとＢｉ、
ｏ、に金属酸化物の微量添加物を混入し、更に有機バイ
ンダーを混合してなる泥漿をドクタープレイド法罠より
キャスティング成膜し厚さ３．０ミクロンの第２のグリ
ーンシートを作成した。金属ペーストが印刷されていな
い第１のグリーンシート上に金属ペーストが印刷されて
いる第１のグリーンシートを印刷面が上になるように積
層し、更にその上に、第２のグリーンシートを重ね合わ
せて加圧接着した。その後電気炉により焼成して絶縁性
セラミック焼結体基板２１と第１ＩＩｔ極２２とセラミ
ック焼結体電流制限層２３が一体的に焼結された厚さ約
０．８ミリの十分な機械的強度を有するセラミック構造
物を作成した０次にＺ　ｎ　８　：　Ｍ　ｎの薄膜発光
層２４を真空蒸着により０．３ミクロンの厚さに成膜し
、その後ＩＴＯ透明導電膜からなる第２電極２５をスパ
ッタ法により形成してｌ１３Ｌ素子を作成した。

このＥＬ素子に直流電圧を印加すると６０Ｖ以上で急激
に発光が立上り、明るい黄橙色の発光が得られた。また
第１電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・・・・・の相互間
の距離に比較してセラミック焼結体電流制限層の厚さが
十分薄く、更にこの電流制限層がバリスター特性を有し
ているために第１電極相互間のもれ電流も無視でき、発
光表示のクロストークもなかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明は電流制限層として少なく
とも１層がセラピック焼結体が用いられているので、安
定に動作する直流電圧で動作するＥＬ素子が得られ発光
の立上がり特性にも優れて−る。製造も比較的容易であ
シ大面積化への対応も十分可能である。従来の２重絶縁
型ＥＬ素子に対しても駆動電圧を低くする仁とができ、
また直流で駆動できるために回路コストの犬＠な低減が
もたらされる。また、セラミ叩り上に透明薄膜が形成さ
れておシ、セラＺ’ｌりの微小な凹凸やセラミックの色
がその！！ま表示面の状態になるためにノングレアで高
コアトラストの表示ができる利点もある。従って本発明
は工業的価値の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明の第１および第２
の実施例の断面図、第３図、第４図、第５図、第６図は
何れも従来のＥＬ素子の断面図である。 １）・・・・・・第１電極、１２・・・・・・セラミッ
ク焼結体電流制限層、１３・・・・・・薄膜発光層、１
４・・・・・・第２電極、２１・・・・・・絶縁性セラ
ミヅク焼結体基板。 ２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）・−・・・第
１電極、２３・・・・・・セラミ＋ｙり焼結体電流制限
層。 ２４・・・・・・薄膜発光層、２５・・・・・・第２電
極、３１・・・・・・基板、３２・・・・・・第１電極
、３３・・・・・・薄膜発光層、３４・・・・・・第２
電極、４１・・・・・・基板％　４２・・・・・・第１
電極、４３・・・・・・第１絶縁体層、４４・・・・・
・薄膜発光層、４５・・・・・・第２絶縁体層、４６・
・・・・・第２電極。 ５１・・・・・・基板、５２・・・・・・第１電極、５
３・・・・・・薄膜発光層、５４・・・・・・薄膜電流
制限層、５５・・・・・・第２電極、６１・・・・・・
第１　’Ｉ［極、６２・・・・・・半導体単結晶板、６
３・・・・・・薄膜発光層、６４・・・・・・第２電極
。 Ｘ＋＋Ｉ’ 牛１図 第２　凹

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　少なくとも一方の電極が透明である１対の電極
   間に薄膜発光層と１層以上の電流制限層が挾持されてな
   る直流駆動可能なＥＬ素子において，前記電流制限層の
   うち少なくとも１層がセラミック焼結体からなることを
   特徴とするＥＬ素子。
2. （２）　セラミック焼結体の電流制限層がバリスター特
   性を有していることを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項記載のＥＬ素子。
3. （３）　絶縁体のセラミック焼結体基板上に形成された
   第１電極，セラミック焼結体の抵抗性あるいはバリスタ
   ー特性を有した電流制限層，薄膜発光層，透明導電膜の
   第２電極からなり，前記セラミック焼結体基板と前記第
   １電極と前記セラミック焼結体電流制限層が一体的に焼
   結されたセラミック構造物であることを特徴とするＥＬ
   素子。
4. （４）　絶縁体の基板となる第１のグリーンシートを作
   成する工程と、焼成することにより抵抗性あるいはバリ
   スター特性を有するセラミックとなる第２のグリーンシ
   ートを作成する工程と、第１あるいは第２のグリーンシ
   ートの少なくとも一方に第１電極を厚膜で形成し該第１
   電極形成面を挾むように前記第１及び第２のグリーンシ
   ートを張り合わせ加圧接着後焼成する工程によりセラミ
   ック構造物を作成する工程と、真空蒸着やスパッタ等の
   薄膜形成手段により前記セラミック構造物上に薄膜発光
   層、第２電極を作成する工程とを含むことを特徴とする
   ＥＬ素子の製造方法。