JPS6396896A - 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２治球層が発光体層の片側のみに設けら
れた半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、Ａｇ２Ｏ３、
Ｓｉｎ、、Ｓｉ３Ｎ４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）などの透明性尋電材料からな
る電極膜、これに対向する背面側の電極には上記ＩＴＯ
膜や不透明なＡｌ膜がそれぞれ用いられており、これら
の膜形成には発光体層の形成を含めて蒸着法、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
成方法が採用されている（文献不詳）。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、従来のＥＬ素子は、発光効率が不充分である
ために印加電圧の増大に伴う発光輝度の上昇が小さく、
また絶縁層や発光体層中にはその形成上からピンホール
その他の欠陥部分の生成が避けられず、これら欠陥部分
に起因して駆動中に局部的に高いリーク電流が流れてス
パーク破壊を生じやすく、とくに高輝度を得るために印
加電圧を増大するほど上記局部破壊が多くなって表示品
質の悪化を招くとともに、連続的に駆動させた場合に上
記破壊が周辺に伝播拡大して素子全体の破壊に至る傾向
があった。

したがって、従来のＥＬ素子では、電圧増大による発光
輝度の向上に限界があるとともに表示品質の安定性に乏
しく、かつ寿命が短かいという問題があった。

この発明は、上記従来の問題点を解決すべくなされたも
ので、高輝度でかつ良好な表示が安定的に得られ、かつ
長寿命な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］ この発明者は、上記目的を達成するために鋭怠検討を重
ねた結果、少なくとも片側の電極と絶縁層との間に特定
材料からなる薄膜層を介在させた場合に、この薄膜層が
導電性を有してかつある程度の抵抗を有する抵抗層とし
て作用し、局部破壊の要因となるリーク電流の発生が阻
止され、印加電圧を大きくしても表示品質の低下がない
とともに長期間連続的に駆動させても破壊を生じにくく
長寿命となり、しかも従来のＥＬ素子に比較して印加電
圧の増大に伴う発光輝度の上昇が大きくかつ飽和輝度も
高くなることを見い出し、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絶縁層との
間に酸化ニオブ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層と絶縁層との間に介在させる酸
化ニオブ薄膜層は、この酸化ニオブ（Ｎｂ２０５）の比
抵抗が通常１×１０５０・σ程度であることから、導電
性を有してかつある程度の抵抗を示す層つまり抵抗層と
して作用し、ＥＬ素子の駆動電圧を増大させることなく
局部破壊の要因となるリーク電流の発生を阻止し、これ
によって表示品質の安定性を高めるとともに素子の長寿
命化をもたらし、かつ表示品質を損なうことなく印加電
圧の増大による輝度の向上を図ることを可能にするとい
うすぐれた機能を果たす。

しかも、この酸化ニオブ薄膜層を備えたこの発明のＥＬ
素子では、該薄膜層を設けていない従来構成のＥＬ素子
に比較して、同一輝度を得るための駆動屯田が上記の如
く増大しないばかりか却って大きく低下する、つまり換
言すれば同一駆動電圧では発光輝度が著しく高くなり、
また到達輝度も高くなるという特徴を示す。この輝度向
上がもたらされる理由は明らかではないが、後述実施例
１のＥＬ素子の輝度−電圧特性を示す第３図の曲線Ａ、
と比較例１のＥＬ素子の同曲線Ｂ、との対比から明らか
なように、この発明のＥＬ素子では、上記特性曲線の立
ち上がりが急峻つまり印加電圧の増大に伴う輝度の上昇
が大きく、かつ発光開始電圧が低下し、加えて到達輝度
（飽和輝度）も高くなることが現象的に確認されている
。

また、上記の酸化ニオブ薄膜層は、たとえば５゜０００
Ａの膜厚における光透過率が波長４００〜７００ｎｍの
範囲で９５％以上を示し、発光の透過に支障のない充分
な透明性を具備するため、表示側の透明電極と絶縁層と
の間に介在させても発光表示に支障を与えない。

このような酸化ニオブ薄膜層の厚みは、５，０００Ａ以
上、トくニ好ましくは７，０００〜１５，０００＾程度
の範囲とするのがよく、薄すぎると上記効果が充分に発
揮されず、逆にあまりに厚すぎると膜表面の凹凸の増大
を招く恐れがある。また、その形成手段としては、電子
ビーム蒸着法を始めとする各種蒸着法、スパッタリング
法、イオンブレーティング法などの既存の種々の薄膜形
成方法を採用できる。

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〜３．００　ＯＡ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Ａ７７膜などからなる厚さ１，
０００〜３，０ＯＯＡ程度の背面側の電極、７は前記の
酸化ニオブ薄膜層である。そして、酸化ニオブ薄膜層７
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素子では表示
側の電極２と第１の絶縁層３との間に介在されている。

ただし、この発明では、上記２例のように表示側と背面
側のどちらか片側の電極と絶縁層との間に酸化ニオブ薄
膜層を介在させることによって前記効果が充分に得られ
るが、両側の電極と絶縁層との間にそれぞれ酸化ニオブ
薄膜層を介在させてもよいことは言うまでもない。

第１および第２の絶縁Ｍ３，５の構成材料としては、Ｙ
２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔａ２０
５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。

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　：　Ｔｂ　Ｆ３　（緑色発光）、Ｚ
ｎＳ：　ＳｍＦ３（赤色発光）、Ｚｎ　Ｓ　：　Ｍｎ（
黄橙色発光）　、　ＺｎＳ：　ＴｍＦ３（青色発光）　
、ＺｎＳ：ＰｒＦ３（白色発光）　、　ＺｎＳ　：　Ｄ
ｙＦｓ　（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３，０００〜８．０００Ａ程度の厚み
に形成される。

上記構成のＥＬ素子では、両電極２，６の一方、通常は
背面側の電極６が表示パターンに対応するパターン状に
形成されており、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かりつる電圧を両電極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を通して所定の表示パターンで視認される。そして
、このとき、酸化ニオブ薄膜層７の既述作用により、局
部破壊が阻止されて安定した良好な表示品質が得られる
とともに、印加電圧の増大によって非常に高輝度の発光
表示を実現できる。しかも、これらＥＬ素子は、長期間
の連続駆動を行っても絶縁破壊を生じにくく、長寿命で
ある。

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、酸化ニオブ薄膜Ｈ７による上記効果ととも
につぎのような副次的効果が奏される。

すなわち、ＩＴＯ膜に含まれるＩｎ原子やＳｎ原子は熱
エネルギーやその成膜時の粒子エネルギから前記薄膜形
成方法にて順次積層形成することから、たとえば、発光
体層の形成後にその発光特性を良好にするために一定時
間の高温加熱を行うアニール処理を施した際、その熱エ
ネルギーによって表示側の電極を構成するＩＴＯ膜から
第１の絶縁層や発光体層中へ上記拡散を生じ、また背面
側の電極層をＩＴＯ膜にて構成する場合、その成膜時の
粒子エネルギーによって被着面をなす第２の絶縁層およ
び発光体層中へ上記拡散を生じる。

そして、このような拡散によって絶縁層本来の絶縁性が
損なわれて素子にリーク電流が流れやすくなり、既述と
同様の局部破壊がより多発することになる。なお、この
傾向は絶縁層あるいは背面側のＩＴＯ膜を電子ビームＭ
Ｗ法にて形成した場合により顕著となる。そこで、ＩＴ
Ｏ膜に隣接する絶縁層の厚みを大きくすれば、上記拡散
の影響を緩和できるが、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がある。

しかるに、この発明のＥＬ素子では、酸化ニオブ薄膜層
７をＩＴＯ膜からなる電極に接して設けることにより、
この薄膜層７が上記拡散に対するバリヤ一層として機能
し、拡散が第１あるいは第２の絶縁層３，５へ及ばなく
なり、該拡散による上記悪影響が回避されるという副次
的効果がある。

なお、この発明は、上述した二重絶縁形のＥＬ素子のほ
か、半絶縁形のＥＬ素子や、発光体層が２層以上の多層
構造であるＥ　Ｌ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
片側の電極と絶縁層との間に酸化ニオブ薄膜層が介在さ
れていることから、この酸化ニオブ薄膜層の作用により
、従来構成のＥＬ素子に比較して、表示品質の安定性に
すぐれるとともに長寿命であり、しかも高輝度でかつ高
品質の発光表示が得られる。

〔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２，０ＯＯＡのＩＴＯ膜からなる電極
が形成されている厚さ１．１朋のガラス板からなるＩＴ
Ｏ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、Ａｌ２Ｏ，からなる厚さ１，０ＯＯＡの
絶縁層、Ｙ２Ｏ３からなる厚さ３．００ＯＡの絶縁層、
ＺｎＳ：Ｍｎからなる厚さ５，０００縁層、Ａｌ２Ｏ３
からなる厚さ１，０ＯＯＡの絶縁層、Ｎｂ、Ｏ，からな
る厚さ１０，０ＯＯＡの層を形成し、最後に抵抗加熱蒸
着法によってＡｌ膜からなる厚さ２，０ＯＯＡの所定パ
ターンを有する電極を形成し、第１図で示す構成で第１
および第２の絶縁層３．５がともに二層構造であるＥＬ
素子Ａ、を作製した。なお、上記のＮｂ２Ｏ５からなる
層は、膜厚方向の抵抗値が１５０Ω／朋であった。

比較例ｌ Ｎｂ２Ｏ５からなる層を設けなかった以外は実施例１と
同様にしてＥＬ素子Ｂ、を作製した。

上記実施例１および比較例１のＥＬ素子ＡＩ　＋　８１
について、５ＫＨｚ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、曲線Ａ１はＥ　Ｌ素子Ａ１、曲線Ｂ１はＥ
Ｌ素子Ｂ１のそれぞれ特性であり、曲線Ｂ１の終端の（
（至）印はその電圧下で素子全体の破壊を生じたことを
示している。

この第３図の結果から、片側の電極と絶縁層との間に酸
化ニオブ薄膜層が介在したこの発明のＥＬ素子Ａ１は、
上記薄膜層を有さない従来構成のＥＬ素子Ｂ１に比較し
て、発光開始電圧が低く、しかも電圧増大に伴う輝度の
上昇が非常に大きいことから、同一駆動電圧で高輝度が
得られることが明らかである。また、この発明のＥＬ素
子Ａ１では飽和輝度（約１０ｃｄ／ｍ”）に達するまで
絶縁破壊を生じておらず、印加電圧の増大によって飽和
輝度まで輝度の向上を図ることが可能であるのに対し、
従来構成のＥＬ素子Ｂ、では飽和輝度に達する前（２３
０Ｖ付近）に絶縁破壊を生じ、輝度の向上に限界がある
ことが判る。

実施例２ 実施例１と同様のＩＴＯ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５．０００Ａの
絶縁層、ＺｎＳ　：ＴｂＦ３からなる厚さ５，０の絶縁
層、Ｎｂ２Ｏ，からなる厚さ１０，０ＯＯＡの層、ＩＴ
Ｏ膜からなる厚さ２．０００Ａの所定パターンを有する
電極を形成し、第１図で示す構成のＥＬ素子Ａ２を作製
した。なお、上記のＮｂ２Ｏ，、からなる層は、膜厚方
向の抵抗値が４〜６Ω／ｄであった。

比較例２ Ｎｂ２０５からなる層を設けなかった以外は実施例２と
同様にしてＥＬ素子Ｂ２を作製した。

上記実施例２と比較例２のＥＬ素子Ａ２．Ｂ２について
、５ＫＨｚの交流正弦波電圧を印加して徐々に電圧を増
大させたところ、ＥＬ素子Ａ２では正常な緑色の発光表
示が得られたが、ＥＬ素子Ｂ２では発光開始と同時に素
子全体が破壊した。そこで、同様に作製したＥＬ素子Ａ
２．　Ｂ、、につぃて上記同様の過程における電圧−電
流特性を定性的に測定したところ、第４図の結果が得ら
れた。図中、曲線Ａ２はＥＬ素子Ａ２、曲線Ｂ２はＥＬ
素子Ｂ２のそれぞれ特性であり、ｖｔｈは発光開始しき
い値電圧を示す。

第４図の結果から、背面側の電極を電子ビーム蒸着法に
て形成したＩＴＯ膜にて構成した場合、該ＩＴＯ膜と絶
縁層との間に酸化ニオブ薄膜層が介在したこの発明のＥ
Ｌ素子Ａ２では、印加電圧が発光開始しきい値電圧（Ｖ
ｔｈ）に達するまでは素子の容量に応じた変位電流のみ
が流れ、該電圧（Ｖｔｈ）以とになると発光に伴う導電
電流成分が生じており、正常なＥＬ素子の特性を示して
いることが判る。これに対して、上記酸化ニオブ薄膜層
を有さないＥＬ素子Ｂ２では、発光開始しきい値電圧（
Ｖｔｈ）以下においてスパーク破壊に伴う瞬間的な高電
流が流れており、該電圧ｆｆ　ｔ　ｈ）に達した際に導
電電流が流れ始めると同時に素子全体の破壊に至ること
が判る。そして、この結果から、酸化ニオブ薄膜層がＩ
ＴＯ膜からのＩｎ原子やＳｎ原子の拡散に対するバリヤ
一層としても大きく機能することが明らかである。

実施例３ 実施例１と同様のＩＴＯ基板の電極上に電子ビーム蒸着
法により順次、Ｎｂ２Ｏ５からなる厚さ１０゜線層、Ｚ
ｎＳ：　ＴｂＦ、からなる厚さ５，０ＯＯＡの発光体層
を形成したのち、５００℃で１時間の加熱を行ってアニ
ール処理を施した。つぎに、発光体層上にＹ２Ｏ３から
なる厚さ５，０ＯＯＡの絶縁層を電子ビーム蒸着法にて
形成し、この上に抵抗加熱蒸着法によってＡｌ膜からな
る厚さ２．０ＯＯＡの所定パター７を有する電極を形成
し、第２図で示す構成のＥＬ素子Ａ３を作製した。なお
、Ｎｂ２Ｏ，、からなる層は、波長４００〜７００ｎ、
ｍの光透過率が約９５％であった。

比較例３ Ｎｂ２０．、からなる層を設けなかった以外は実施例３
、！：同様にしてＥＬ素子Ｂ、を作製した。

上記実施例３と比較例３のＥＬ素子Ａ、、、Ｂ３につい
て、それぞれ５ＫＨｚの交流正弦波電圧を印加し、該電
圧を徐々に増大して輝度−電圧特性を調べた。

その結果、従来構成のＥＬ素子Ｂ３では、１５０Ｖで発
光を開始し、２００Ｖにおいて約５００ｃｄ／　ｒｒｌ
の発光輝度が得られたが、発光開始とともに表示面に点
状の局部破壊が認められ、電圧の増大に伴ってその数が
増加し、２２０ｖで素子全体の破壊に至った。これに対
し、この発明のＥＬ素子Ａ、では、１４０Ｖで発光を開
始し、２００Ｖでは約９００ｃｄ／ｍ’という高輝度で
鮮明な発光表示が得られ、かつ飽和輝度（約２，０００
ｃｄ／ｍ’、２２０Ｖ）に達するまで全く局部破壊が認
められなかった。この結果から、酸化ニオブ薄膜層が、
輝度および安定性の向上効果を示すとともに、アニール
処理における表示側ＩＴＯ膜からのＩｎ原子やＳｎ原子
の拡散に対するバリヤ一層として作用することが明らか
となった。

【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
ッセンス素子の構造例を示す断面図、第３図はこの発明
の実施例１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、第４図は
この発明の実施例２および比較例２の工ｌ／クトロルミ
ネツセンス素子の電流−電圧特性図である。 ２．６・・・電極、３，５・・・絶縁図、４　・発光体
層、７・・酸化ニオブ薄膜層 特許出願人　　日立マクセル株式会社 第１図 第３図 電ｕ−（ｖ） 第４図

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絶縁層
   との間に酸化ニオブ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。