JPS6388790A - 薄膜ｅｌ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】 〔産業上利用分野〕 本発明は交流電界の印加に依ってＥ　Ｌ　（Ｅｌｅｃｔ
ｒｏ−１ｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃａ）発光を呈する薄膜Ｅ
Ｌ素子の構造に係り、特に発光層の母体材料と発光中心
となる活性物質の組み合わせを制御して混色発光を得る
薄膜ＥＬ素子に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、交流駆動の薄膜ＥＬ素子に関して５発生層に規制
的に高い電界（１０“Ｖ　／　ｃｎ程度）を印加し絶縁
耐圧１発光効率及び動作の安定性等を高めるために発光
層を絶縁体薄膜でサンドインチした２重絶縁膜構造薄膜
ＥＬ素子が開発され発光諸特性の向上が確められている
。

＊臆ＥＬ素子の発光色に関しては、ＺｎＳ。

Ｚｎ５Ｑ等の発光母体材料中に発光中足・とじてＭｎを
付活した場合には黄橙色、ＴｂＦ、を付活した場合には
緑色、ＳｍＦ、を付活した場合は橙色、Ｔｍ　Ｆ、を付
活した場合は青色のＥＬ発光が得られることが知られて
いる。前記ＥＬ発光色を混色して種々の色温度の白色発
光を呈する薄膜ＥＬ素子の構造として特開昭５６−１０
７２８８号及び特開昭５６−１０７２８９号に記載のよ
うに。異なる発光色を有する発光層を積層するものがあ
った。第２図に１例を示す。添附図面に基いて該発光層
積層型薄ＨＥＬ素子の構造を具体的に説明すると、ガラ
ス基板１上にＩ　ｎ、Ｏ，Ｉ　Ｓ　ｎ０２等の透明電極
２゜さらにその上に積層してＹ２Ｏ）ｌ　Ｔ　ｉ　Ｏ，
ｔＡ　１２０．、　Ｓ　ｉ、Ｎ４．　Ｓ　ｉ　Ｏ２，Ｔ
　ａｚＤｌ等からなる第１の絶隷層３がスパッタあるい
は電子ビーム蒸着法等により重畳形成されいる。第１絶
＃Ｃ層３上の発光層はＺｎＳにＳｍＦ３を付活した第１
層４ａ、Ｚｎ、ＳにＴｂＦ、を付活した第２層４ｂ、Ｚ
ｎＳにＴｒｎＦ、を付活した第３層４ｃを電子ビーム蒸
着法やスパッタ等で積層形成されている９発光ＮＪＪ上
には第１絶縁層と同様の材質からなる第２の絶縁Ｍ５　
が積層され、更にその上にＡ１等からなる背面電極６が
蒸着形成されている。透明電極２と背面電極６は交流電
源７に接続され、′８膜ＥＬ素子が駆動される。

白色発光を呈する他の薄膜ＥＬ素子構造としては特開昭
５７−２５６９２号に記載のように、補色関係にある青
緑色発光と赤色発光を呈する活性物質としてＰｒＦ、を
ＺｎＳに付活したものを発光層として使ったものがある
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、発光店積層型薄［ＥＬ素子については
、高輝度発光を得るためには発光層の膜厚を厚くする必
要があり、駆動電圧が高くなりすぎる問題があった。さ
らにＺｎＳにＴｍＦ、を付活した青色発光Ｓ膜ＥＬ素子
の発光輝度はＺｎＳにＴｂＦ、　を付活した緑色発光薄
膜ＥＬ素子の発光輝度よりも２桁以上低く、ＺｎＳにＳ
ｍＦ、を付活した橙色発光＊膜ＥＬ素子の発光輝度はＺ
ｎＳにＴｂＦ、を付活した緑色発光薄膜ＥＬ素子の発光
輝度よりも１桁低く、色調も赤色からずれており、色調
の良い高輝度の白色が得られないという問題があった。

一方ＺｎＳにＰｒＦ、を付活した薄膜ＥＬ素子について
は輝度が低いという問題があった。

本発明の目的は、高輝度で色調の良い白色発光を呈する
薄［１３ＥＬ素子の構造を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するためには光の三原色である赤色、緑
色、青色のスペクトルをもつ＊ｌＥＬ素子の高輝度化が
必要となる。これに対し情報表示学会の１９８６年国際
シンポジウム論文集第２９頁から第３２頁（１９８Ｇ　
ＳＩＤ　（Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒＩｎｆｏｒｚａｔｉ
ｏｎ　　Ｄｉｓｐｌａｙ）　　Ｉｎｔｅｒｎａｔｌｏｎ
ａｌ　　ＳｙｍｐｏｓｉｕｍＤｉｇｅｓｔ　ｏｆ　Ｔｅ
ｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒｓ、ｐｐ、２９−３２）に
おいてＳｒＳにＣｅを付活した青緑色発光薄膜ＥＬ素子
と、ＣａＳにＥｕを付活した赤色発光薄膜ＥＬ素子で高
輝度化が報告されている。５に、Ｈｚ正正弦波駆動時Ｓ
　ｒｓ　：　Ｃｅ薄膜ＥＬ素子とＣａＳ：Ｅｕ＊膜ＥＬ
素子の輝度−Ｍ動電正特性を第３図に、ＳｒＳ：Ｃｅ薄
膜ＥＬ素子のＥＬスペクトル図を第４図に、ＣａＳ：Ｅ
ｕ薄１１ｇＥＬ素子のＥＬスペクトル図を第５図に示す
。第４図と第５のスペクトル強度の振動は、薄膜ＥＬ素
子が多重積層膜から構成されているためＥＬ発光の干渉
に起因する。第４図に示すように、　Ｓ　ｒ　Ｓ　：　
Ｃｅａｌｉ’ＪＥＬ、１子の発光スペクトルには、青色
に対応する波長領域４３０ｎｍ−５００ｎｍと緑色に対
応する波長領域５００　ｎ　ｍ−５８０ｎ　ｍにピーク
をもつので−ＥＬ発光色は第６図のＡで示されるように
ＣＩＥ色度座’Ｂ　ｘ　＝　０　、２１　、　ｙ　＝　
０　、３８をもち刺激純度０．３１主波長５００ｎｍの
白っぽい青緑色となる。−力筒５図に示すようにＣａＳ
：Ｅｕ薄膜ＥＬ素子の発光スペクトルは。

赤色に対応する波長領域６００ｎｍ−７３０ｎｍにピー
クをもつのでＥＬ発光色は第６図のＢで示されるように
ＣＩＥ色度座ｍ　ｘ　＝　Ｏ−６８ｔ　’Ｊ　＝０．３
２をもち刺激純度１．Ｏ１主波長６１６ｎｍの赤色とな
る。

前記Ｓ　ｒＳ　：　Ｃｅ薄膜ＥＬ素子からの青緑色ＥＬ
発光を青色のみを透過させる色フイルタ−、例えば４０
０ｎｍから５００ｎｍの波長領域のみの光を透過させる
青色フィルターを通したときのＥＬ発光色は第６図のＣ
で示されるようにＣＩＥ色度座標Ｘ＝１．Ｏ，ｙ＝０．
１９をもち刺激純度０．８９、主波長４８５ｎｍの色調
の良い青色となる。尚発光輝度は前記青色フィルターを
通さない場合の約１／４となる。同様に前記ＳｒＳ：Ｃ
ｅ薄膜ＥＬ素子からのＥＬ開発光緑色の光のみを透過さ
せる色フイルタ−、例えば５００ｎｍから５８０ｎｍの
波長領域のみの光を透過させる緑色フィルターを通した
ときのＥＬ発光色は第６図のＤで示されるようにＣＩＥ
色度座＠　ｘ　＝０−２５．ｙ＝０．６６をもち、刺激
純度０．７８．主波長５４２ｎｍの色調の良い緑色とな
る。尚発光輝度は前記緑色フィルターを通さない場合の
約３／４となる。一方前記Ｃａｓ：Ｅｕ薄膜ＥＬ素子か
らのＥＬ開発光赤色の光のみを透過させる色フイルタ−
、例えば５８０ｎｍから７３０ｎｍの波長領域のみの光
を透過させる赤色フィルターを通したときには、第５図
に示すようにＣａ　ｓ　：　Ｅｕ薄膜ＥＬ素子からの赤
色発光の発光スペクトルは前記赤色フィルターの透過ス
ペクトルと一致してるので色度座標、刺激純度、主波長
は前記のままで第６図のＢで示される色調の良い赤色と
なる。

白色発光を得るためには、赤色、緑色、青色発光を重ね
あわせればよいが、上記のごとく青色と緑色にわたる発
光スペクトルをもつＳ　ｒＳ　：　Ｃａ薄［ＥＬ素子か
らのＥＬ開発光赤色の発光スペクトルをもつＣａＳ：Ｅ
ｕ８膜ＥＬ素子からのＥＬ開発光重ね合わせることによ
り白色ＥＬ発光を得ることができる。さらに前記色フィ
ルターを組み合わせることにより、Ｓ　ｒＳ　：　Ｃｅ
薄膜ＥＬ素子からのＥＬ開発光ＣａＳ：Ｅｕｌ膜ＥＬ素
子からのＥＬ開発光重ね合わせることにより、第６図の
ＣＩＥ色度図のＢ、Ｃ，Ｄで囲ま九る色三角形の中の発
光色が得られる。

Ｓ　ｒＳ　：　Ｃｅ薄膜ＥＬ素子とＣａ　Ｓ　：　Ｅ　
ｕ薄膜ＥＬ素子からのＥＬ開発光重ねた時の発光スペク
トル図の１例を第７図に、色度位置を第８図の丸印で示
す、ＣＩＥ色度座ａｘ＝ｏ、３３．ｙ＝０．３７、刺激
純度０．１９、主波長５６７ｍｎの白色発光を得る。第
８図の点線で囲んだ領域が白色領域である。

〔作用〕

ＳｒＳ：Ｃｓからの青緑色発光とＣａ　Ｓ　：　Ｅｕか
らの赤色発光の混色を薄ＢｕＥＬ素子の発光面で得る方
法としては、Ｓ　ｒＳ　：　Ｃｅ発光層とＣａＳ：Ｅｕ
発光層を積層する方法が類推されるが、前述の様に積層
により膜厚の増加から高電圧駆動が必要となり、実用に
は適さない。発光層の膜厚を増加させないで白色発光を
得る方法として筆者らはＣａＳ　：　ＥｕとＳ　ｒＳ　
：　Ｃｅの混晶を用いると効果が大きいことを見い出し
た。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。ガラ
ス基板１上にＩｎ２Ｏ，・Ｓｎ○２等の透明電極２）さ
らにその上に積層してｙ、ｏ、。

Ｔｉｅ、、ＡＱ、Ｏ，，５ｉ３Ｎ９．Ｔａ２０５゜Ｓ　
ｉ　Ｔ　ｉ　０３等からなる第１の絶縁層３がスパッタ
あるいは電子ビーム蒸着法等により形成されている。第
１絶ａＭｓ上の発光層４は発光中心としてＥｕを付活し
たＣａｓ粉末とＣｅを付活したＳｒＳ粉末を混合焼結し
たペレットあるいはターゲットを用いて電子ビーム蒸着
法あるいはスパッタ法等で積層形成される９発光層４上
には第１絶縁層を同様の材質からなる第２の絶縁層５が
積層され、更にその上にＡＱ等からなる背面電極６が蒸
着形成される。透明電極２と背面電極６は交流電源７に
接続され、ａ膜ＥＬ素子が駆動される。

第９図は第】、図の実施例を説明するＣＩＥ色度図であ
る０図中ＡはＳ　ｒＳ　：　Ｃｅのみで発光層を形成し
たときの色度位置であり、Ｂ　ｌｔ　Ｃａ　Ｓ　：Ｅｕ
のみで発光層を形成したときの色度位ｎである。

混晶発光層材料のＳ　ｒＳ　：　ＣｅとＣａＳ　：　Ｅ
ｕの混合比を変化させることによりＥＬ発光の色調をＷ
４整することができ、第９図に示すＡ、Ｂの２点を結ぶ
直線上で任意の色度の発光色が得られることになる９点
線で囲まれた白色領域の発光を得るための発光層材料の
混合比と得られた発光色の色度を下表に示す。

発光層の作成方法としてＥｕを付活したＣａＳ粉末とＣ
ｅを付活したＳｒＳ粉末を別々に焼結したベレットを電
子ビーム蒸着装置の異なるハースに霞き、共蒸着をする
ことにより基板上でＣａＳ：ＥｕとＳ　ｒＳ　：　Ｃｅ
の混晶をつくってもよい、このとき色調の調整は各々の
電子ビームガンにかける電流を制御することにより達成
される。またＥｕを付活したＣａＳ粉末とＣｅを付活し
たＳｒＳ粉末を別々に焼結したターゲットを用いて共ス
パッタあるいはスイッチスパッタにより基板上でＣ：ａ
ｇ：ＥｕとＳ　ｒＳ　：　Ｃｅの混晶をつくってもよい
。

白色発光を得る発光層の母体あるいは発光中心の組み合
わせは上記のものに制限されず、ＳｒＳ：ＣｅとＳｒＳ
：Ｅｕの組み合わせ、ＳｒＳ：ＣｅとＺｎＳ：Ｍｎの組
み合わせ等がある。第２の実施例として発光層をＳ　ｒ
　Ｓ　：　ＣｅとＳｒＳ：ＥＵの混晶で作成した薄膜Ｅ
Ｌ素子のＥＬ発光状態を第１０図、第１１図、第１２図
を用いて説明する。第１０図にＳ　ｒＳ　：　Ｅｕ薄ｇ
ＩＥＬ素子のＥＬ発光スペクトル図を、第１１図にＳ　
ｒｓ　：　ＣｅとＳ　ｒＳ　：　Ｅｕとの混晶発光層か
らのＥＬ発光スペクトル図の一例を示すｓ　ＳｒＳ：Ｃ
ｅとＳｒＳ：Ｅｕの混晶発光層からのＥＬ発先の色度位
置は第１２図のＡ（ＳｒＳ：ＧｏのみからのＥＬ発光の
色度位置）とＥ（ＳｒＳ：ＥｕのみからのＥＬ発光の色
度位１）との２点を結ぶ直線上にあり、点線で囲まれた
白色発光領域のＥＬ発光を得ることができる。特に丸印
で示される白色発光は第１１図で示されるスペクトル強
度をもつＳｒＳ：ＣｅとＳ　ｒＳ　：　Ｅｕとの混晶発
光層からのＥＬ発光に相当する。

マルチカラーＥＬ発光を得るために前記色フイルタ−（
赤フイルタ−、緑色フィルター、青色フィルター）を用
いた実施例を第１３図、第１４図を用いて説明する。第
１３図には断面図を第１４図には斜視図を示す、ガラス
基Ｆｉｌ上に前述のプロセスでＥＬ素子を作成後１色フ
ィルター８をガラス基板１上のＥＬ素子積暦部とは反対
側にストライプ状に設置し、方向とピッチは背面電極６
に合わせである。なお色フイルタ−８は赤色フィルター
、緑色フィルター、青色フィルターの順に繰り返して並
べである。ＥＬ＊子作成中、特に発光層端層時に高輝度
化のために基板温度を５００℃程度に保持する必要があ
り、色フィルタをガラス基板１と発光層４の間に設置す
ると高温のため変質等がおこるため、色フィルターの設
置はＥＬ素子作成後とした。

色フィルタの配置は上記のものに制限されず、ストライ
プ状に配置された透明電極２に方向とピッチを合わせて
もよい。

色フィルターの配置の別の実施例を第１５図に示す、第
１３図及び第１４図と異なる点のみ記述すると、ガラス
基板上にＡＱ等からなる背面電極を蒸着形成し、続けて
第１絶縁層３９発光層４゜第２絶縁層５を積層し、第２
絶縁層Ｓ上にＩｎ、Ｏ，・ＳｎＯ，等の透明電極２を作
成する。

色フィルタ８はストライプ状の透明電極２上に方向とピ
ッチをあわせて作成する。本実施例ではＥＬ発光はガラ
スと反対面の透明電極２側から出て来るので色ずれは最
小限におさえられる。色フィルタの配置はストライプ状
に配置さ九た背面電極６にピッチと方向を合わせてもよ
い。

もし耐熱性の良い６５０℃以上の雰囲気中でも変質しな
い色フィルターができれば第１６図で示す実施例が可能
となる。ガラス基板１上にＩ　ｎ、Ｏ，・ＳｎＯ，等の
透明電極２をストライプ状に積層し、透明電極２上に方
向とピッチを透明電極と合わせた色フィルタ８を積層す
る０色フィルタ８上には第１絶縁層３１発光層４．第２
絶縁Ｊ！！５を積層形成し、第２絶′Ｒ層５上に、Ａｆ
ｌ等からなる背面電極６をストライプ状に透明電極２と
直角に交わるように蒸着する。この配置をとれば色ずれ
の問題はほとんど無視できる。

ディスプレイの精細度が高くなると透明電極や背面電極
をホトリソ工程を用いて作成する必要がでてくる５５５
０℃以上の耐熱性をもちＩｎオ０．・ＳｎＯ，等からな
る透明電極のエツチング液に対する耐エッチ性をもつ色
フィルタができれば、第１７図で示す実施例が可能とな
る。ガラス基板ｌ上に色フィルタ８をストライプ状に作
成し、色フイルタ８上に方向とピッチを色フィルタ８に
あわせて透明電極２を形成する。透明電極２上には第１
絶縁層３９発光層４．第２絶、１１Ｊｉ！！Ｆ５を順次
積層形成し、第２絶縁層５上にＡｌ１等からなる背面電
極６をストライプ状↓こ透明電極２と直交するように蒸
着する０本実施例の配はをとれば色ずれの問題は解決し
、さらに透明電極作成以降の真空中でのプロセスの一貫
処理が可能となりＥＬ素子の性能向上が可能となる。

色フィルタの方向とピッチは上記のものに制限されず、
第１６図と第１７図において背面電極６の方向とピッチ
に合わせてもよい。

〔発明の効果〕

本発明による薄膜ＥＬ素子は、発光層を混晶母体材料よ
り作成しているので、母体材料の混合比を制御すること
により、容易に白色領域の発光色が得られ１色調のＩＩ
！１も可能である。また発光層は混晶により一層で作成
されているので駆動電圧も低くおさえられ、パワーも低
く駆動用ＩＣも安くなる効果がある。さらに赤色、緑色
、青色の色フィルタを配置することによりマルチカラー
表示が可能となり、ディスプレイの情報量増加等の利用
範囲が広がる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す薄膜ＥＬ素子の基本的
構造を示す構成図、第２図は従来の発光層を積層した薄
膜ＥＬ素子の構成図、第３図はＣａ５８Ｅｕ赤色発光薄
！！ｉＥＬ素子とＳｒＳ：Ｃａ青緑色発光ｗＩ膜ＥＬ素
子のＩＲ度−駆動電圧特性図、第４図はＳｒＳ　：　Ｃ
ｅ青緑色発光薄膜ＥＬ素子のＥＬ発光スペクトル図、第
Ｓ図はＣａＳ：Ｅｕ赤色発光＊膜ＥＬ素子のＥＬ発光ス
ペクトル図、第６図はＳｒＳ：Ｃｅ’Ｊ膜ＥＬ素子から
のＥＬ発光を青色フィルター、緑色フィルターを通した
後の発光色のＣＩＥ色度図とＳ　ｒＳ　：　Ｃｅ薄膜Ｅ
Ｌ素子及びＣａＳ　：　Ｅｕ薄［ＥＬ素子からのＥＬ発
光色のＣＩＥ色度図、第７図はＳｒＳ：Ｃｅ薄膜ＥＬ素
子からのＥＬ発光とＣａＳ：Ｅｕ薄ＩＡＥＬ素子からの
ＥＬ発光を重ね合わせた時の発光スペクトル図、第８図
は第７図の発光スペクトルに相当するＣＩＥ色度図、ｆ
ｇｂ図は第１図の実施例を説明するＣＩＥ色度図、第１
０図はＳｒＳ：Ｅｕ薄膜ＥＬ素子の発光スペクトル図。 第１１図は第２図の実施例を説明する白色発光薄膜ＥＬ
素子の発光スペクトル図、第１２図は第２の実施例を説
明するＣＩＥ色度図、第１３図はマルチカラーＥＬ発光
を得るために色フィルターを設置したＥＬ素子の断面図
、第１４図は斜視図、第１５図は色フィルターを設置し
たＥＬ素子の第２の実施例を説明する図、第１６ｒＭ、
第１７図は色フィルターを設置したＥＬ素子の第３．第
４の実施例を説明する図である。 １・・・ガラス基板、２・・・透明電極、３・・・第１
絶縁層、４・・・発光層、５−・・第２＃！ｌＪｌ＃、
　６−ＩＦｉＭ［ｔｉ、　７代理人　弁理士　小川勝男
　゛） 晰１図 も３０ 」早４キカ電ａ　　Ｖｒｍｓ（） 羞長　（ＴＶｍ） 躬５図 波長ｕｔｍフ 高６図 栗′１図 ５式乏、−ｉｃｎｍン 不８図 もｑｔｇ 病１０口　　　　　率１１図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）交流電界の印加によりＥＬ発光を呈する発光層を有
   する薄膜ＥＬ素子に於いて、赤色，緑色，青色の領域に
   わたる発光スペクトル幅の広い発光を呈する１つあるい
   はそれ以上の発光層母体材料と１つあるいはそれ以上の
   発光中心となる活性物質の組み合わせを制御することに
   より白色領域の発光を得ることを特徴とする薄膜ＥＬ素
   子。 ２）前記発光層を単層で構成したことを特徴とする特許
   請求範囲第１項記載の薄膜ＥＬ素子。 ３）前記発光層を混晶で構成したことを特徴とする特許
   請求範囲第１項記載の薄膜ＥＬ素子。 ４）前記混晶を青緑色を呈するＳｒＳ：Ｃｅと赤色を呈
   するＣａＳ：Ｅｕで構成したことを特徴とする特許請求
   範囲第２項及び第３項記載の薄膜ＥＬ素子。 ５）前記混晶を青緑色を呈するＳｒＳ：Ｃｅと赤橙色を
   呈するＳｒＳ：Ｅｕで構成したことを特徴とする特許請
   求範囲第１項及び第２項記載の薄膜ＥＬ素子。 ６）前記発光層とＥＬ発光出射面との間に赤色，緑色，
   青色の波長領域に相当した狭い波長域のみの光を透過せ
   しめる色フイルタを具備したことを特徴とする特許請求
   範囲第１項記載の薄膜ＥＬ素子。