JPS6386294A - 薄膜形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薄膜形
のエレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬという）素子
、とくに二重絶縁型の上記ＥＬ素子に関する。

〔従来の技術〕

二重絶縁型の薄膜形ＥＬ素子は、一般に第１図で示すよ
うな積層構造を備えている。同図において、１は無アル
カリガラスなどの透明材料からなる基板、２は基板１上
にスパッタリング法などで形成されたｉ　ｎ　２０３　
　Ｓ　ｎ　０２（以下、ＩＴＯという）などからなる表
示側の透明電極であり、この透明電極２上に第１の絶縁
層３、発光体層４および第２の絶縁層５が順次積層形成
され、さらに第２の絶縁層５上にＡｌあるいはＩＴＯな
どからなる背面側の電極６が形成されている。

このようなＥＬ素子は、両電極２，６間にたとえば交流
電圧を印加して発光体層４にその発光開始しきい値電圧
以上の電界を与えて発光させることにより、基板１を通
して所定の表示パターンが視認されるように構成されて
おり、一般にその発光効率が卓絶縁型つまり絶縁層が一
層のみであるＥＬ素子に比較してすぐれ、かつ破壊に対
して安定であるという特徴がある。

そして、このような二重絶縁型のＥＬ素子における上記
第１および第２の絶縁層３．５を構成する材料として、
従来ではＹｚ　Ｏｓ　、Ａ　ｌ　ｚ　Ｏｙ、Ｔａ２０５
　、Ｓ　ｉｚ　Ｎａ　、Ｓ　ｔｏｚ　、ＢａＴｉＯ３な
どが使用されている（文献不詳）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、近年では上述の如き二重絶縁型の薄膜形
ＥＬ素子においてもさらに高性能化が要望されており、
発光効率をより高めて、駆動電圧つまり発光開始に要す
る印加電圧を低下させ、かつ発光輝度を増大させること
が望まれている。

この発明は、かかる要望に対処すべくなされたものであ
り、発光効率にすぐれ、駆動電圧が低くしかも発光輝度
の大きい二重絶縁型の薄膜形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、上記目的に沿って鋭意検討を重ねた結
果、二重絶縁型のＥＬ素子において、発光体層を挟む両
側の絶縁層の少なくとも一方を特定の高誘電体材料で構
成することにより、両絶縁層が前記従来の材料にて構成
されたものに比較して、発光効率が著しく改善され、駆
動電圧が格段に低下するとともに発光輝度も大幅に増大
することを見い出し、この発明をなすに至った。

すなわち、この発明は、表示側の透明電極とこれに対向
する背面側の電極との間に、発光体層とこれを両側から
挟む第１および第２の絶縁層とが配設されてなる薄膜形
ＥＬ素子において、上記第１および第２の絶縁層の少な
くとも一方がチタン酸鉛（Ｐ　ｂ　Ｔ　ｔ　Ｏｓ　）に
て構成されていることを特徴とする薄膜形ＥＬ素子に係
る。

〔発明の構成・作用〕

この発明のＥＬ素子は、発光体層を挟む第１および第２
の絶縁層がともにチタン酸鉛からなるもの、ならびに両
絶縁層の一方がチタン酸鉛からなり他方が他の材料から
なるものを包含し、そのいずれにおいても両絶縁層が前
記従来の材料からなるＥＬ素子に比べて著しくすぐれた
発光効率を示し、低い印加電圧で発光を開始するととも
に大きな発光輝度が得られるが、上記のうちとくに表示
側の第１の絶縁層がチタン酸鉛であって背面側の第２の
絶縁層が他の材料からなるものが好適である。この理由
は以下のとおりである。

すなわち、この種ＥＬ素子を製作する場合、第１図を例
にとると、一般的にまず基板１上に表示側の透明電極２
を形成したのち、この透明電極２上に第１の絶縁層３、
発光体層４、第２の絶縁層５、背面側の電極６の順に各
層を積層形成するので、上位層の形成時の条件下に下位
層の表面が晒されることになる。一方、チタン酸鉛から
なる絶縁層は、既存の種々の薄膜形成法にて成膜可能で
あるが、中でも膜の緻密性および膜組成の均一性の面か
ら高周波スパッタリング法によるものが最適である。

ところが、高周波スパッタリング法にてチタン酸鉛を成
膜するには基板温度を６００℃以上の高温にする必要が
あるため、この方法によってチタン酸鉛からなる第２の
絶縁層を形成した際、先に形成されている発光体層に熱
劣化を生じやすく、かつ発光体層との界面の密着性が低
下して剥離しやすくなる。そして、このような問題は、
発光体材料がこの種ＥＬ素子に汎用されているＺｎＳか
らなる母体に希土類フッ化物あるいはＭｎからなる発光
付活剤を含有させたものである場合、とくに顕著である
。

したがって、表示側の第１の絶縁層を高周波スパッタリ
ング法にて形成するチタン酸鉛にて構成し、背面側の第
２の絶縁層を発光体層に悪影響のない条件下で良好な成
膜を行いうる他の材料にて構成することが推奨されるの
である。

上記の高周波スパッタリング法にてチタン酸鉛からなる
絶縁層を形成する場合の条件としては、真空度１〜３Ｘ
１０−’Ｔｏｒｒ程度、高周波出力１００〜２００Ｗ程
度、基板温度５５０〜６５０℃程度で成膜速度を５０〜
１００人／分程度とするのがよい。

また、第１および第２の絶縁層の一方（とくに第２の絶
縁層）をチタン酸鉛以外の材料にて構成する場合の該材
料としては、窒化けい素（５１３Ｎ４）やその他Ｓ　ｉ
　Ｏｚ　、Ａｌｚ　Ｏｘ　、Ｙｚ　Ｏ３、Ｔａ、Ｏｓ　
、ＢａＴｉＯ３などが挙げられる。これらの中でもとく
に窒化けい素が絶縁層と発光体層との界面に、発光に望
ましい界面準位が形成される点から好適である。

上記窒化けい素からなる絶縁層の形成手段としては、既
存の種々の薄膜形成方法を採用できるが、とくにプラズ
マＣＶＤ法によれば、緻密性および膜組成の均一性にす
ぐれて比較的薄い膜厚で絶縁破壊を生じにくい膜が得ら
れ、ＥＬ素子の駆動電圧の低下に好都合であるとともに
、成膜時の基板゛温度を低くできるという利点がある。

このようなプラズマＣＶＤ法にて窒化けい素からなる絶
縁層を形成する場合の条件としては、ソースガスとして
ＳｉＨ４とＮＨ３を使用し、真空度０．５〜２Ｔｏｒｒ
程度、高周波出力５０〜１５０Ｗ程度、基板温度１５０
〜３００℃程度で堆積速度を５０〜２００人／分程度と
するのがよい。

発光体層を構成する発光体材料としては、この種ＥＬ素
子用として知られるものをいずれも使用可能であり、通
常ＺｎＳからなる母体に少量の希土類フッ化物やＭｎな
どからなる発光付活剤を含存させたもの、たとえばＺｎ
Ｓ：ＴｂＦｚ（緑色発光）　、ＺｎＳ　：　ＳｍＦ＋（
赤色発光）、ＺｎＳ：Ｍｎ（黄橙色発光）　、ＺｎＳ　
：　ＴｍＦｚ（青色発光）、ＺｎＳ：ＰｒＦ＊（白色発
光）　、Ｚ　ｎ　Ｓ　：　Ｄ　ｙ　Ｆ　ｓ　（黄色発光
）などが好適に使用される。また、発光体層の形成手段
としては、電子ビーム蒸着法を始めとする既存の種々の
薄膜形成方法を採用できるや各層の厚みは、一般に第１
および第２の絶縁層では３，０００〜６，０００人程度
、発光体層では４゜ＯＯＯ〜６，０００人程度であるが
、とくに表示側の第１の絶縁層をチタン酸鉛として背面
、側の第２の絶縁層を窒化けい素とする場合は前者を４
，０００〜６，０００人として後者を５００〜２，００
０人とするのが最も好適である。

〔発明の効果〕

この発明に係る薄膜形ＥＬ素子は、二重絶縁型構造にお
いて発光体層を挟む第１および第２の絶縁層の少なくと
も一方がチタン酸鉛にて構成されるものであるため、従
来の二重絶縁型の薄膜形ＥＬ素子に比較して、発光効率
が著しく改善され、駆動電圧が格段に低下するとともに
発光輝度も大幅に増大するというすぐれた効果を奏する
。

〔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 厚さ２．０００人のＩＴＯからなる表示側の透明電極が
一面上に形成された厚さ１．１　ｍｍの無アルカリガラ
スからなる基板（コーニング社製の商品名コーニング７
０５９）の上記透明電極上に、高周波スパッタリング法
により、真空度２Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ、高周波出力１５
０Ｗ、基板温度６４０℃、成膜速度８０人／分の条件で
厚さ５，０００人のＰｂＴｉｏ、からなる第１の絶縁層
を形成した。

つぎに、この絶縁層上に、電子ビーム蒸着法により、真
空度５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ、基板温度２００℃、蒸着速
度３００人／分の条件で厚さ５．０００人の発光体層を
形成した。なお、発光体材料としてはＺｎＳにＴ　ｂ　
Ｆ　３を３重量％添加したものを使用した。

つぎに、この発光体層上に、プラズマＣＶＤ法により、
ソースガスとしてＳｉＨ４とＮ　Ｈ３を使用し、真空度
ＩＴｏｒｒ、高周波出力１５０Ｗ。

基板温度２５０℃、堆積速度５０人／分の条件で厚さ５
００人のＳｉ、Ｎ、からなる第２の絶縁層を形成し、さ
らにこの上に抵抗加熱蒸着法により厚さ２，０００人の
Ａｌからなる背面側の電極を形成し、ＥＬ素子Ａを作製
した。

実施例２ 第２の絶縁層を電子ビーム蒸着法により、真空度５ｘ　
１０−’Ｔｏ　ｒ　ｒ、基板温度１５０°Ｃ２蒸着速度
６００λ／分の条件で形成した厚さ４，０００人のＹ２
Ｏ３にて構成した以外は、実施例１と同様にしてＥＬ素
子Ｂを作製した。

実施例３ 第２の絶縁層を電子ビーム蒸着法により、真空度ｌＸｌ
０−’Ｔｏｒｒ、基板温度２００℃、蒸着速度３００人
／分の条件で形成した厚さ３，０００人のＡＩ！２ｏｚ
にて構成した以外は、実施例１と同様にしてＥＬ素子Ｃ
を作製した。

比較例１ 第１の絶縁層を第２の絶縁層と同様条件のプラズマＣＶ
Ｄ法にて形成した厚さ１，５００人のＳｉ３　Ｎ４より
構成した以外は、実施例１と同様にしてＥＬ素子りを作
製した。

比較例２ 第１の絶縁層を第２の絶縁層と同様条件の電子ビーム蒸
着法にて形成した厚さ４，０００人のＹ２Ｏ３より構成
した以外は、実施例２と同様にしてＥＬ素子Ｅを作製し
た。

比較例３ 第１の絶縁層を第２の絶縁層と同様条件の電子ビーム蒸
着法にて形成した厚さ３，０００人のＡｆ２０３より構
成した以外は、実施例３と同様にしてＥＬ素子Ｆを作製
した。

以上の実施例および比較例のＥＬ素子Ａ−Ｆについて、
それぞれ両電極間に５　Ｋ　Ｈｚの交流正弦波電圧を印
加して発光開始電圧特性を測定したところ、第２図で示
す結果が得られた。図中の曲線Ａ−Ｆはそれぞれ同符号
のＥｌ、素子の上記特性を示す。

第２図の結果から、この発明に係るＥＬ素子Ａ。

Ｂ、Ｃは、従来構成のＥＬ素子り、　Ｅ、　　Ｆに比較
して、いずれも駆動電圧（発光開始電圧）が格段に低く
、かつ発光輝度が大幅に高く、発光効率が大きく改善さ
れていることが明らかである。また、第１の絶縁層がＰ
　ｂ　Ｔ　ｉ　Ｏ３、第２の絶縁層がＳｉ、Ｎ４にて構
成されるこの発明のＥＬ素子Ａは、とくに発光効率にす
ぐれ、駆動電圧が著しく低く、しかも発光輝度が極めて
高いことが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は二重絶縁型の薄膜形エレクトロルミネッセンス
素子の構造を示す断面図、第２図はこの発明の実施例お
よび比較例の上記素子の発光輝度−電圧特性図である。 ２・・・表示側の透明電極、３・・・第１の絶縁層、４
・・・発光体層、５・・・第２の絶縁層、６・・・背面
例の電極 特許出願人　　日立マクセル株式会社（外１名）第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　表示側の透明電極とこれに対向する背面側の電
   極との間に、発光体層とこれを両側から挟む第１および
   第２の絶縁層とが配設されてなる薄膜形エレクトロルミ
   ネツセンス素子において、上記第１および第２の絶縁層
   の少なくとも一方がチタン酸鉛にて構成されていること
   を特徴とする薄膜形エレクトロルミネツセンス素子。
2. （２）　表示側の第１の絶縁層がチタン酸鉛にて構成さ
   れた特許請求の範囲第（１）項記載の薄膜形エレクトロ
   ルミネツセンス素子。
3. （３）　背面側の第２の絶縁層が窒化けい素にて構成さ
   れた特許請求の範囲第（２）項記載の薄膜形エレクトロ
   ルミネツセンス素子。