JP2000208257A

JP2000208257A - 発光素子及び画像表示装置

Info

Publication number: JP2000208257A
Application number: JP11005733A
Authority: JP
Inventors: Sakuya Tamada; 作哉玉田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2000-07-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】発光輝度を向上させる。【解決手段】紫外光を反射して可視光を透過する誘電
体膜３と、紫外光を放射する紫外発光ＥＬ素子１０と、
紫外光を波長変換して、この紫外光の入射方向に可視光
を放射する波長変換膜９とをこの順で透明基板２上に積
層して形成する。これにより、紫外発光ＥＬ素子１０か
ら誘電体膜３側に放射された紫外光が、この誘電体膜３
によって反射され、波長変換膜９に入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紫外光を波長変換
して可視光を放射する発光素子に関する。また、本発明
は、可視光を放射する波長変換膜の励起エネルギ源とし
て紫外発光素子を用いる薄型の画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像表示装置は、例えば情報処理装置や
各種放送用受信機等と組み合わせて使用され、画像情報
や文字情報を表示する装置である。画像表示装置は、近
年、薄型化・大画面化されることが望まれており、各種
の表示方式が研究され、開発を進められている。

【０００３】画像表示装置においては、薄膜型の発光素
子を用いることによって薄型化及び大画面化を実現容易
とする薄型の画像表示装置が提案されている。このよう
な薄型の画像表示装置に用いられる薄膜型の発光素子と
しては、例えば、薄膜型エレクトロルミネッセンス素子
（以下、薄膜型ＥＬ素子と称する。）がある。

【０００４】薄膜型ＥＬ素子は、基板上に、第１の導電
膜と、第１の絶縁膜と、発光膜と、第２の絶縁膜と、第
２の導電膜とを順次積層した構造とされる。薄膜型ＥＬ
素子においては、母体材料中に発光中心となる元素が添
加されることによって発光膜が形成されてなり、第１の
導電膜と第２の導電膜との間に電界を印加することによ
って発光膜が発光する構成とされる。

【０００５】薄膜型ＥＬ素子を用いた画像表示装置とし
ては、発光膜をＺｎＳ：Ｍｎによって形成した薄膜型Ｅ
Ｌ素子に対して赤色と緑色とのカラーフィルタを配設
し、発光膜をＳｒＳ：ＣｅやＳｒＧａ₂Ｓ₄：Ｃｅ等によ
って形成した薄膜型ＥＬ素子によって青色の発光を得る
ことで、画素を構成するとした提案がなされている（El
ectroluminescent Displays, Y.Ono, World Scientifi
c）。

【０００６】また、同様の画像表示装置としては、Ｓｒ
Ｓ：ＣｅとＺｎＳ：Ｍｎとを積層形成した発光膜を備え
て白色発光する薄膜型ＥＬ素子に対して、赤色、緑色及
び青色のカラーフィルタを配設することで、画素を構成
するとした提案もなされている。

【０００７】一方、画像表示装置においては、紫外光を
放射する紫外発光素子と、この紫外光を波長変換して可
視光を放射する波長変換膜とを備える発光素子によっ
て、画素を構成するとした提案がなされている。すなわ
ち、この画像表示装置においては、紫外発光素子によっ
て放射された紫外光を、波長変換素子の励起エネルギと
して利用してなる。具体的には、例えば、特開昭６１−
１６４９５号公報、特開昭６３−１８３１９号公報、
「Japanese Journal of Applied Physics, Vol.30,NO.1
0A, 1991, L1815」等に記載されているように、紫外発
光エレクトロルミネッセンス素子（以下、紫外発光ＥＬ
素子と称する。）と、蛍光体とを組み合わせることによ
って、画素が構成された画像表示装置が提案されてい
る。

【０００８】また、画像表示装置においては、特開平５
−２９９１７５号公報「ＥＬ発光素子」に記載されてい
るように、波長変換層が薄膜蛍光体で形成されるととも
に、透明電極と紫外発光膜との間に形成された構成が提
案されている。これにより、画像表示装置は、透明電極
によって紫外光が吸収されることを防止し、輝度を向上
することができる。

【０００９】画像表示装置は、紫外発光素子から放射さ
れた紫外光を波長変換膜によって可視光に波長変換する
構成とすることにより、発光材料の選択が容易となり、
画像情報又は文字情報を高品位に表示することができ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、画像表示装
置においては、上述したように紫外光を可視光に波長変
換する構成とした場合に、紫外発光素子から放射される
紫外光が、この紫外発光素子の両面から等しく放射され
る。このため、従来の画像表示装置においては、波長変
換膜に対して反対側の面から放射された紫外光が、波長
変換膜の励起エネルギとして有効に利用されていないと
いった問題があった。すなわち、従来の画像表示装置
は、十分な発光輝度を効率よく得ることができないとい
った問題があった。

【００１１】そこで、本発明は、紫外光を反射して可視
光を透過する誘電体膜を備えることによって、紫外光の
利用効率を向上させた発光素子を提供することを目的と
する。また、本発明は、マトリクス状に配置された複数
の紫外発光素子に対して、紫外光を反射して可視光を透
過する誘電体膜を配設することによって、紫外光の利用
効率を向上させて高輝度で画像を表示する画像表示装置
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明に係る発光素子は、少なくとも、一対の
導電膜の間に紫外発光膜を備えて紫外光を放射する紫外
発光素子と、紫外光を反射して可視光を透過する誘電体
膜と、紫外光を波長変換して可視光を放射する波長変換
膜とを備えて、これらが積層して形成され、上記誘電体
膜は、上記紫外発光膜に対して上記波長変換膜と反対側
に形成されるとともに、上記紫外発光膜から入射された
紫外光を反射して上記波長変換膜に入射させてなる。

【００１３】以上のように構成された発光素子は、紫外
発光膜から誘電体膜が位置する側に放射された紫外光
を、この誘電体膜によって波長変換膜に向けて反射する
ことができる。これにより、発光素子は、紫外発光膜か
ら放射される紫外光を効率よく利用して波長変換膜の励
起エネルギとすることができる。

【００１４】また、本発明に係る画像表示装置は、マト
リクス状に配置され、各々一対の電極の間に紫外発光膜
を備えて紫外光を放射する複数の紫外発光素子と、紫外
光を反射して可視光を透過する誘電体膜と、紫外光を波
長変換して可視光を放射する波長変換膜とを備えて、こ
れらが積層して形成され、上記誘電体膜は、上記紫外発
光膜に対して上記波長変換膜と反対側に形成されるとと
もに、上記各紫外発光膜から入射された紫外光を反射し
て上記波長変換膜に入射させてなる。

【００１５】以上のように構成された画像表示装置は、
紫外発光膜から誘電体膜が位置する側に放射された紫外
光を、この誘電体膜によって波長変換膜に向けて反射す
ることができる。これにより、画像表示装置は、紫外発
光膜から放射される紫外光を効率よく利用して波長変換
膜の励起エネルギとすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明に
おいては、先ず、図１に示すような発光素子１について
説明することとする。なお、以下の説明においては、各
部材並びにその材料、大きさ、膜厚及び成膜方法等につ
いて具体的な例を挙げるが、本発明は、以下の例に限定
されるものではない。

【００１７】発光素子１は、透明基板２の一方の主面２
ａ上に、誘電体膜３と、第１の導電膜４と、第１の絶縁
膜５と、紫外発光膜６と、第２の絶縁膜７と、第２の導
電膜８と、波長変換膜９とがこの順で形成されており、
全体で積層構造を呈している。また、発光素子１におい
ては、第１の導電膜４と、第１の絶縁膜５と、紫外発光
膜６と、第２の絶縁膜７と、第２の導電膜８とによって
紫外発光エレクトロルミネッセンス素子１０（以下、紫
外発光ＥＬ素子１０と称する。）が構成されている。

【００１８】発光素子１は、第１の導電膜４と第２の導
電膜８との間に電界を印加することによって紫外発光膜
６が紫外光を放射する構成とされる。また、発光素子１
においては、紫外発光膜６から放射された紫外光が波長
変換膜９に入射されることによって、この波長変換膜９
が、紫外光の入射方向に向けて可視光を放射する構成と
される。そして、発光素子１は、波長変換膜９が放射し
た可視光が、透明基板２を透過して、この透明基板２の
他方の主面２ｂから出射する構成とされている。すなわ
ち、発光素子１においては、透明基板２の主面２ｂが可
視光の発光面とされてなる。

【００１９】なお、以下の説明において、紫外光とは、
波長４５０ｎｍ以下の電磁波のことをいう。

【００２０】透明基板２は、例えば合成石英ガラス等の
透光性を有する硬質材料によって、略平板状に形成され
ている。透明基板２は、大きさ、厚み、形状等を限定さ
れるものではなく、目的に応じた所定の機械的強度を有
する厚みに形成されていればよい。

【００２１】誘電体膜３は、透明基板２の主面２ａ上
に、薄膜状に形成されてなる。誘電体膜３は、高屈折率
層と低屈折率層とが１周期以上積層されて多層構造とさ
れてなる。高屈折率層は、例えば、ＨｆＯ₂（屈折率
２．３０），ＺｎＳ（屈折率２．３０），ＺｒＯ₂（屈
折率２．２０），Ｙ₂Ｏ₃（屈折率２．１０），ＭｇＯ
（屈折率１．８０）等のような、高い誘電率を有し、且
つ高い屈折率と透光性とを有する材料によって薄膜状に
形成されている。また、低屈折率層は、例えば、ＳｉＯ
₂（屈折率１．４６），ＭｇＦ₂（屈折率１．３８），Ｌ
ｉＦ（屈折率１．３６）等のような、高い誘電率を有
し、且つ低い屈折率と透光性とを有する材料によって薄
膜状に形成されている。

【００２２】誘電体膜３においては、高屈折率層及び低
屈折率層を構成する材料の組み合わせと、各層の層厚と
を、紫外光を反射して可視光を透過するように適宜選択
して形成されればよい。具体的には、反射させる光の波
長をλ、高屈折率層を形成する材料の屈折率をｎ
（Ｈ）、低屈折率層を形成する材料の屈折率をｎ（Ｌ）
とした場合に、高屈折率層の層厚がｎ（Ｈ）・λ／４、
低屈折率層の層厚がｎ（Ｌ）・λ／４となるように形成
される。

【００２３】上述したような、多層構造とされた誘電体
膜の設計及び作製に関しては、例えば、「レンズ光学、
草川徹著、東海大学出版」、「応用光学Ｉ・ＩＩ、鶴田
匡夫著、培風館」、「光学薄膜、藤原史郎著、共立出
版」等に詳説されている。

【００２４】また、誘電体膜３は、電子ビーム蒸着法、
イオンプレーティング法、スパッタ法、イオンビームス
パッタ法等の各種成膜方法を用いて、高屈折率層と低屈
折率層とのそれぞれの層厚を精密に制御されて形成され
る。

【００２５】誘電体膜３は、上述したように、高屈折率
層と低屈折率層との積層構造とされて、紫外光を反射し
て可視光を透過するように構成されている。したがっ
て、誘電体膜３は、紫外発光膜６から放射される紫外光
を、波長変換膜９に向けて反射することができる。ま
た、誘電体膜３は、波長変換膜９から放射される可視光
を発光面である透明基板２の主面２ｂに向けて透過する
ことができる。

【００２６】第１の導電膜４は、例えば、Ｉｎ₂Ｏ₃，Ｓ
ｎＯ₂，ＺｎＯ，酸化インジウム錫（ＩＴＯ），酸化イ
ンジウム亜鉛（Ｉｎ₂Ｏ₃：Ｚｎ）等の導電性を有し、且
つ透光性を有する材料によって、薄膜状に形成されてい
る。第１の導電膜４は、透光性を有することによって、
波長変換膜９から放射される可視光を、発光面に向けて
透過させることができる。

【００２７】第２の導電膜４は、例えば、真空蒸着法、
スパッタ法、反応性スパッタ法、イオンプレーティング
法、電子ビーム蒸着法等に代表される各種のＰＶＤ法に
よって形成することができる。

【００２８】第１の絶縁膜５は、電気絶縁性を有する材
料によって薄膜状に形成されている。第１の絶縁膜５
は、第１の導電膜４と紫外発光膜６及び第２の導電膜８
との電気的短絡を防止する機能を有している。また、第
１の絶縁膜５は、紫外発光膜６に過大な電圧を印加した
際に微細欠陥が形成されることによる電気的短絡（ブレ
イクダウンモード）を防止するとともに、水分、酸素、
二酸化炭素等の外環境から紫外発光膜６を保護する機能
を有している。

【００２９】また、第１の絶縁膜５は、例えば、ＳｉＯ
₂，ＳｉＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＯＮ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＡｌ
ＯＮ，ＢａＴｉＯ₃，ＳｒＴｉＯ₃，Ｔａ₂Ｏ₅，Ｓｍ
₂Ｏ₃，ＢａＴａ₂Ｏ₆，ＴｉＯ₂，Ｙ₂Ｏ₃等のように、電
気絶縁性を有し、且つ大きな誘電率を有する材料によっ
て形成されることが望ましい。これにより、第１の絶縁
膜５は、紫外発光膜６との界面に蓄積される電荷量を増
大し、紫外発光膜６内の電荷移動量を増大することで、
発光輝度を向上することができる。

【００３０】紫外発光膜６は、薄膜状に形成されてお
り、母体材料中に発光中心を添加して形成されている。
紫外発光膜６においては、母体材料として、例えば３Ｂ
族元素の窒化物やＺｎ₂ＳｉＯ₄で表される化合物が選ば
れ、発光中心として、Ｇｄ等の希土類元素及び／又は希
土類元素の化合物が選ばれる。また、紫外発光膜６は、
第１の導電膜４と第２の導電膜８との間に挟まれて形成
されており、これら第１の導電膜４と第２の導電膜８と
の間に電界を印加されることによって紫外光を放射す
る。

【００３１】紫外発光膜６において、発光中心として添
加する希土類元素は、単体希土類元素であってもよい
し、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、酸化物又は
窒化物等であってもよい。また、これらの混合物であっ
てもよい。

【００３２】また、紫外発光膜６においては、発光中心
の添加量が１０原子％を超えると、共鳴エネルギ移動等
の非輻射過程による濃度消失が生じてしまう。したがっ
て、紫外発光膜６においては、発光中心を母体材料に対
して０．１原子％〜１０原子％なる割合で添加すること
が望ましい。

【００３３】紫外発光膜６は、具体的には、母体材料
を、例えばＢＮ，ＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，ＩｎＧａＡ
ｌＮ等のような３Ｂ族元素の窒化物によって形成され、
この母体材料中に発光中心として、例えばＧｄ等の希土
類元素及び／又は希土類元素の化合物を添加されること
によって形成される。これにより、紫外発光膜６は、電
界を印加されることによって紫外光を放射することがで
きるとともに、３Ｂ族元素の窒化物が化学的に安定した
化合物であるために、強電界下や紫外線暴露下において
も、大気中の水分、酸素、二酸化炭素等によって劣化す
ることがなく、長期的に安定した輝度を維持することが
できる。

【００３４】また、紫外発光膜６は、母体材料を、例え
ばＺｎ₂ＳｉＯ₄で表される化合物によって形成され、こ
の母体材料中に発光中心として、例えばＧｄ等の希土類
元素及び／又は希土類元素の化合物を添加されることに
よって形成されてもよい。これにより、紫外発光膜６
は、電界を印加されることによって紫外光を放射するこ
とができるとともに、母体材料が酸化物によって形成さ
れたことによって、大気中の水分等による特性の劣化が
生じにくい。

【００３５】また、このとき、紫外発光膜６は、母体材
料中のＳｉのうちの一部をＧｅで置換し、若干の酸素欠
損を有するように形成されてもよい。すなわち、紫外発
光膜６は、母体材料が一般式Ｚｎ₂Ｓｉ_1-xＧｅ_xＯ
_4-y（０≦ｘ≦１，０≦ｙ＜１）で表される化合物によ
って形成されてもよい。これにより、母体材料のバンド
ギャップエネルギは、５ｅＶ以上に向上する。また、Ｇ
ｄ原子は、⁶Ｐ_7/2状態から⁸Ｓ状態に内殻遷移する際の
エネルギ準位差が４ｅＶである。したがって、紫外発光
膜６は、発光中心がＧｄ原子の内殻遷移によって紫外光
を放射した際に、この紫外光を母体材料が吸収してしま
うことがない。

【００３６】第２の絶縁膜７は、第１の絶縁膜５と同様
に、電気絶縁性を有する材料によって薄膜状に形成され
ている。第２の絶縁膜５は、第２の導電膜９と紫外発光
膜６及び第１の導電膜４との電気的短絡を防止するとと
もに、紫外発光膜６の保護膜としての機能を有してい
る。

【００３７】また、第２の絶縁膜７は、第１の絶縁膜５
と同様に、電気絶縁性を有し、且つ大きな誘電率を有す
る材料によって形成されることが望ましい。

【００３８】第２の絶縁膜７は、紫外発光膜６が形成さ
れた第１の絶縁膜５上に形成されており、紫外発光膜６
を覆うように形成されている。言い換えると、紫外発光
ＥＬ素子１０は、紫外発光膜６が第１の絶縁膜５と第２
の絶縁膜７とによって完全に囲まれた、いわゆる二重絶
縁構造とされてなる。

【００３９】第２の導電膜８は、Ｉｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂：
Ｆ，ＺｎＯ：Ａｌ，酸化インジウム錫（ＩＴＯ），酸化
インジウム亜鉛（Ｉｎ₂Ｏ₃：Ｚｎ）等のように、導電性
を有し、且つ透光性を有する材料によって薄膜状に形成
されている。第２の導電膜８は、透光性を有しているこ
とによって、紫外発光膜６から放射された紫外光を透過
させて波長変換膜９に入射させることができる。

【００４０】波長変換膜９は、紫外光を吸収して可視光
を放射する材料によって、第２の導電膜８が形成された
第２の絶縁膜７上に薄膜状に形成されてなる。波長変換
膜９を形成する材料としては、例えば、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅ
ｕ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ等のように赤色発光する無機蛍光
体粉末、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、Ｙ₂ＳｉＯ₅：Ｔｂ，Ｃ
ｅ、等のように緑色発光する無機蛍光体粉末、ＺｎＳ：
Ａｇ，Ａｌ、ＢａＭｇＡｌ₁₄Ｏ₂₃：Ｅｕ等のように青色
発光する無機蛍光体粉末を用いることができる。また、
波長変換膜９は、これらの無機蛍光体粉末を、例えば、
ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリメチル
メタクリレート等の有機バインダに分散した蛍光シート
によって形成されてもよい。

【００４１】また、波長変換膜９は、上述したような蛍
光体材料の他、色素レーザ媒質として一般的なローダミ
ン、クマリン等の有機色素材料によって形成されてもよ
い。

【００４２】さらに、波長変換膜９は、例えば、ユーロ
ピウムトリフルオロアセトネート（ＥｕＴＴＡ）、Ｎ、
Ｎ−ビス（２，５−ジターシャリブチルフェニル）−
３，４，９，１０−ペリレンジカルボキシイミド（Ｐ
Ｄ）、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−
ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）、
トリフェニルアミン誘導体（ＮＳＤ）、８−ヒドロキシ
キノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）、３−（２’−ベン
ゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリ
ン６）、２，５−ビス（５−ターシャリブチル−２−ベ
ンゾオキサゾル）チオフェン（ＢＢＯＴ）、アントラセ
ン等の有機色素を、例えば、ポリメチルメタクリレート
等の高分子に分散したポリマシートによって形成されて
もよい。

【００４３】波長変換膜９は、「J.Appl.Phys82(8), 19
97,p.4126」に記載されているように、色素濃度が高い
場合に、色素間の共鳴エネルギ移動による消失過程が顕
著になるため、低い色素濃度で形成する。そのため、波
長変換膜９は、厚みが０．３μｍ未満である場合に、紫
外発光ＥＬ素子１１から放射される紫外光を完全に吸収
することが困難となる。また、波長変換膜９は、厚みが
１００μｍを超える場合に、紫外光によって励起される
部分が紫外光の入射面表面近傍のみとなってしまい、波
長変換された可視光を効率よく放射することが困難とな
る。したがって、波長変換膜９は、０．３μｍ〜１００
μｍの厚みで形成されることが望ましい。

【００４４】以上のように構成された発光素子１は、第
１の導電膜４と第２の導電膜８との間に電界を印加され
ることによって、紫外発光膜６が紫外光を放射する。そ
して、発光素子１は、紫外発光膜６から放射された紫外
光を、波長変換膜９によって可視光に波長変換し、発光
面から外方に向けて放射する。発光素子１は、以上のよ
うに動作することによって、可視光を発光する。

【００４５】ところで、発光素子１において、紫外発光
膜６から放射される紫外光は、図２において矢印Ａと矢
印Ｂとで示すように、この紫外発光膜６の波長変換膜９
側の主面６ａと発光面側の主面６ｂとから等しく放射さ
れる。

【００４６】発光素子１は、紫外発光膜６の主面６ａか
ら図２中矢印Ａで示すように放射された紫外光を、波長
変換膜９によって可視光に波長変換して、図２中矢印Ｃ
で示すように発光面から放射する。また、発光素子１
は、紫外発光膜６の主面６ｂから図２中矢印Ｂで示すよ
うに放射された紫外光を、誘電体膜３によって反射し
て、図２中矢印Ｄで示すように波長変換膜９に入射させ
る。そして、発光素子１は、誘電体膜３によって反射さ
れた紫外光を、波長変換膜９によって可視光に波長変換
して、図２中矢印Ｅで示すように発光面から放射する。

【００４７】すなわち、発光素子１は、紫外発光膜６に
対して波長変換膜９と反対側に形成された誘電体膜３が
紫外光を反射して可視光を透過することによって、紫外
発光膜６の波長変換膜９と反対側の主面６ｂから放射さ
れた紫外光を反射して、波長変換膜９に入射させること
ができる。これにより、発光素子１は、紫外発光膜６の
主面６ａと主面６ｂとから放射される紫外光を、波長変
換膜９の励起エネルギとして有効に利用することができ
る。したがって、発光素子１は、波長変換膜９から放射
される可視光の輝度を向上させることができる。言い換
えると、発光素子１は、誘電体膜３を備えることによっ
て、発光面での発光輝度を向上させることができる。

【００４８】また、発光素子１は、波長変換膜９が、入
射された紫外光を可視光に波長変換し、この可視光を紫
外光の入射方向に反射して放射する構成とされているこ
とから、いわゆる反射型の発光素子とされてなる。

【００４９】したがって、発光素子１は、高い発光効率
を有しており、特に、高い可視光取り出し効率を有して
いる。また、発光素子１は、波長変換素子が励起エネル
ギの入射方向と反対の方向に可視光を放射する、いわゆ
る透過型の発光素子のように、波長変換膜９からの発光
が透過減衰してしまうことがない。そのため、発光素子
１においては、波長変換膜９の発光効率が、この波長変
換膜９の物性に依存する紫外光吸収効率及び紫外・可視
光変換効率のみに規制され、波長変換膜９からの可視光
取り出し効率をほぼ１．０とみなすことができる。

【００５０】また、発光素子１において、紫外発光膜６
は、その断面形状を台形状とされて、誘電体膜３が位置
する主面６ｂ側を幅広となるように形成されることが望
ましい。具体的には、例えば、図３に示すように、紫外
発光膜６の両側端部６ｃがテーパ角Θ（４５゜＜Θ＜９
０゜）を有するように形成されることが望ましい。

【００５１】紫外発光膜６は、その周囲に形成される第
１の絶縁膜５及び第２の絶縁膜７等よりも高い屈折率を
示す材料によって形成されるために、これら第１の絶縁
膜５及び第２の絶縁膜７との界面での光の全反射の臨界
角が小さい。

【００５２】そのため、発光素子１においては、紫外発
光膜６をコア層、第１の絶縁膜５及び第２の絶縁膜７を
クラッド層とする光導波路が形成されることになり、紫
外発光膜６から放射される紫外光が主面から効率よく放
射されない。具体的には、紫外発光膜６の屈折率が２．
３程度、第１の絶縁膜５及び第２の絶縁膜７の屈折率が
１．５〜２．０であり、紫外発光膜６の内部での光散乱
を考慮せずとした場合に、この紫外発光膜６の主面から
放射される紫外光が２０％程度となり、残りの８０％程
度の紫外光が側端部から放射されることとなる。

【００５３】したがって、紫外発光膜６は、その端部が
垂直に形成された場合に、側端部から放射される紫外光
を波長変換膜９に入射させることができず、波長変換膜
９の励起エネルギとして利用されずに無駄となってしま
う。

【００５４】しかしながら、発光素子１は、紫外発光膜
６の両側端部６ｃがテーパ角Θを有するように形成され
ることによって、図４において矢印Ｆで示すように、こ
の両側端部６ｃに向けて放射された紫外光を、図４中矢
印Ｇで示すように、誘電体膜３に向けて反射することが
できる。そして、発光素子１は、両側端部６ｃで反射さ
れた紫外光を、図４中矢印Ｈで示すように、誘電体膜３
が反射して波長変換膜９に入射させ、波長変換された可
視光を図４中矢印Ｉで示すように、発光面から放射する
ことができる。すなわち、発光素子１は、紫外発光膜６
の両側端部６ｃがテーパ角Θを有するように形成される
ことによって、この両側端部６ｃから放射された紫外光
を波長変換膜の励起エネルギとして利用することができ
る。

【００５５】なお、紫外発光膜６は、両側端部６ｃだけ
でなく、図５に示すように、側端での全域に亘って、側
端部６ｄがテーパ角Θ（４５゜＜Θ＜９０゜）を有する
ように形成されてもよい。

【００５６】また、発光素子１においては、波長変換膜
９を蛍光体粉末によって形成した場合に、この蛍光体粉
末の粒径が２μｍ程度であることが一般的である。その
ため、発光素子１においては、大きな入射角で紫外光を
波長変換膜９に入射させることが望ましい。したがっ
て、紫外発光膜６は、その側端部でのテーパ角Θを６０
゜＜Θ＜８０゜の範囲で形成されることが望ましい。こ
れにより、紫外発光膜６は、側端部から放射する紫外光
を大きな入射角で波長変換膜９に入射させることができ
る。

【００５７】なお、上述した説明においては、透明基板
２の一方の主面２ａ上に、誘電体膜３と、第１の導電膜
４と、第１の絶縁膜５と、紫外発光膜６と、第２の絶縁
膜７と、第２の導電膜８と、波長変換膜９とが、この順
で形成されるとしたが、本発明は斯かる構成に限定され
るものではない。本発明に係る発光素子は、少なくと
も、一対の導電膜の間に紫外発光膜を備えて紫外光を放
射する紫外発光素子と、紫外光を反射して可視光を透過
する誘電体膜と、紫外光を波長変換して可視光を放射す
る波長変換膜とを備えて、これらが積層して形成されれ
ばよい。

【００５８】具体的には、図６に示すような発光素子２
０のように、波長変換膜９を透明基板２の主面２ｂ側に
形成し、誘電体膜３を第２の導電膜８上に形成してもよ
い。発光素子２０は、波長変換膜９と誘電体膜３との形
成位置が異なる点を除いて、上述した発光素子１と同等
の構成とされる。したがって、以下では、発光素子２０
を構成する各部の説明を省略し、図６において、発光素
子１と同じ符号を付すこととする。

【００５９】発光素子２０は、透明基板２の主面２ａ上
に紫外発光ＥＬ素子１０と、誘電体膜３とがこの順で形
成され、透明基板２の主面２ｂ上に波長変換膜９が形成
されてなる。また、発光素子２０は、第２の絶縁膜７の
外方に臨む主面７ａ及び誘電体膜３の外方に臨む主面３
ａが発光面とされる。すなわち、発光素子２０において
は、紫外発光膜６から波長変換膜９側に向けて放射され
た紫外光が、透明基板２を透過して波長変換膜９に入射
されるとともに、紫外発光膜６から誘電体膜３側に向け
て放射された紫外光が、この誘電体膜３によって反射さ
れて波長変換膜９に入射される。そして、これら紫外光
は、波長変換膜９で可視光に波長変換されて発光面から
放射される。

【００６０】この発光素子２０においては、誘電体膜３
と第２の導電膜８とを、紫外光を反射するＡｌ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ等の各種金属材料によって形成さ
れてもよい。

【００６１】また、図７に示すような発光素子３０のよ
うに、誘電体膜３を透明基板２の主面２ｂ側に形成して
もよい。発光素子３０は、誘電体膜３の形成位置が異な
る点を除いて上述した発光素子１と同等の構成とされ
る。したがって、以下では、発光素子３０を構成する各
部の説明を省略し、図７において、発光素子１と同じ符
号を付すこととする。

【００６２】発光素子３０は、透明基板２の主面２ａ上
に紫外発光ＥＬ素子１０と、波長変換膜９とがこの順で
形成され、透明基板２の主面２ｂ上に誘電体膜３が形成
されてなる。また、発光素子３０は、誘電体膜３の外方
に臨む主面３ａが発光面とされる。すなわち、発光素子
３０においては、紫外発光膜６から波長変換膜９側に向
けて放射された紫外光が、この波長変換膜９に入射され
るとともに、紫外発光膜６から誘電体膜３側に向けて放
射された紫外光が、透明基板２を透過して誘電体膜３で
波長変換膜９側に向けて反射され、波長変換膜９に入射
される。そして、これら紫外光は、波長変換膜９で可視
光に波長変換されて発光面から放射される。

【００６３】さらに、図８に示すような発光素子４０の
ように、第１の絶縁膜５及び第２の絶縁膜７の代わりに
第１の蛍光体薄膜４１及び第２の蛍光体薄膜４２を備え
てもよい。発光素子４０は、第１の絶縁膜５及び第２の
絶縁膜７と第１の蛍光体膜４１及び第２の蛍光体膜４２
とが異なり、波長変換膜９を備えない点を除いて上述し
た発光素子１と同等の構成とされる。したがって、以下
では、発光素子１と同一又は同等の部位についての説明
を省略し、図８において、発光素子１と同じ符号を付す
こととする。

【００６４】発光素子４０は、透明基板２の主面２ａ上
に誘電体膜３と、紫外発光ＥＬ素子１０とがこの順で形
成されている。紫外発光ＥＬ素子１０は、第１の導電膜
４と、第１の蛍光体薄膜４１と、紫外発光膜６と、第２
の蛍光体薄膜４２と、第２の導電膜８とがこの順で積層
されてなる。また、発光素子４０は、透明基板２の外方
に臨む主面２ｂが発光面とされてなる。

【００６５】第１の蛍光体薄膜４１及び第２の蛍光体薄
膜４２は、上述した発光素子１における第１の絶縁膜５
及び第２の絶縁膜７に相当するものであるとともに、波
長変換膜９としての機能を有するものである。すなわ
ち、発光素子４０においては、紫外発光ＥＬ素子１０の
一対の導電膜４，８と紫外発光膜６との間に、紫外光を
波長変換して可視光を放射する第１の蛍光体薄膜４１と
第２の蛍光体薄膜４２とが形成された構成とされてな
る。

【００６６】第１の蛍光体薄膜４１及び第２の蛍光体薄
膜４２を形成する材料としては、例えば、赤色発光する
ものとして、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ、ＹＶＯ₄：Ｅｕ等を用い
ることができる。また、緑色発光するものとして、Ｂａ
ＭｇＡｌ₁₄Ｏ₂₃：Ｅｕ、Ｚ₂ＳｉＯ₄：ＭｎＹ₂ＳｉＯ₅：
Ｔｂ，Ｃｅ等を用いたり、青色発光するものとして、Ｂ
ａＭｇＡｌ₁₄Ｏ₂₃：Ｅｕ、Ｓｒ₂Ｐ₂Ｏ₇：Ｅｕ、ＺｎＧ
ａ₂Ｏ₄等を用いることができる。

【００６７】また、発光素子４０において、第２の導電
膜８は、透光性を有する必要がないので、例えば、Ａ
ｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ等の各種金属材料によ
って形成されてもよい。第２の導電膜８は、このような
金属材料によって形成されることによって、紫外発光膜
６から放射されて第２の蛍光体薄膜４２を透過してきた
紫外光を反射して、再び第１の蛍光体薄膜４１及び第２
の蛍光体薄膜４２に入射させることができる。また、第
２の導電膜は、金属材料によって形成されることによっ
て、第１の蛍光体薄膜４１及び第２の蛍光体薄膜４２か
ら放射された可視光を反射して、発光面に向けて一方向
に放射させることができる。

【００６８】発光素子４０は、紫外発光膜６から放射さ
れた紫外光を、この紫外発光膜６の周囲に形成された第
１の蛍光体薄膜４１及び第２の蛍光体薄膜４２に入射す
る。そして、この紫外光は、第１の蛍光体薄膜４１と第
２の蛍光体薄膜４２とによって可視光に波長変換されて
発光面から放射される。また、発光素子４０は、第１の
蛍光体薄膜４１によって吸収されずに誘電体膜３の側に
透過してきた紫外光を、この誘電体膜３によって反射し
て、再び第１の蛍光体薄膜４１及び第２の蛍光体薄膜４
２へ入射させることができる。

【００６９】発光素子４０は、紫外光を可視光に波長変
換する第１の蛍光体薄膜４１及び第２の蛍光体薄膜４２
が一対の導電膜４，８の間に形成されたことによって、
紫外光が第１の導電膜４又は第２の導電膜８を透過して
減衰してしまう前に、この紫外光を第１の蛍光体薄膜４
１及び第２の蛍光体薄膜４２の励起エネルギとして利用
することができる。したがって、発光素子４は、紫外光
の利用効率を向上させることができるために、発光輝度
を向上させることができる。

【００７０】なお、上述した説明においては、紫外光を
放射する紫外発光素子として、紫外発光ＥＬ素子１０が
発光素子１、発光素子２０、発光素子３０及び発光素子
４０に備えられるとしたが、本発明は斯かる構成に限定
されるものではない。上述した発光素子においては、紫
外発光素子として、紫外発光ＥＬ素子１０の代わりに、
例えば、特開昭６３−１８３１９号公報及び特開平３−
２０７７８６号公報等に記載されているようなＺｎＭｇ
Ｓ：Ｇｄを紫外発光膜として用いた紫外発光素子や、
「Japanese Journal of Applied Physics, Vol.30, No.
10A, 1991, L1815」に記載されているようなＺｎＦ₂：
Ｇｄを紫外発光膜として用いた紫外発光素子を用いても
よい。

【００７１】また、紫外発光素子として、特開平９−１
５３６４５号公報、「Japanese Journal of Applied Ph
ysics, Vol.37, 1998, L129」及び「Appl. Phys. Let
t., 67(13), 1995, p1868」等に記載されているような
ＩｎＡｌＧａＮ等の３族窒化物系の発光ダイオード等を
用いてもよい。

【００７２】本発明においては、紫外発光素子の構成に
限定されるものではなく、紫外発光素子として、従来か
ら一般的に用いられている他の各種の紫外光を発光する
素子を用いることができる。

【００７３】次に、図９及び図１０に示すような画像表
示装置５０について説明する。画像表示装置５０は、透
明基板５１上に、誘電体膜５２と、互いに略平行な第１
の電極５３と、第１の絶縁膜５４と、紫外発光膜５５
と、第２の絶縁膜５６と、第１の電極５４と略直交し、
且つ互いに略平行な複数の第２の電極５７と、波長変換
膜５９とが、この順で積層されてなる。

【００７４】画像表示装置５０においては、第１の電極
５３と、第１の絶縁膜５４と、紫外発光膜５５と、第２
の絶縁膜５６と、第２の電極５７とが紫外発光ＥＬ素子
５９を構成している。また、画像表示装置５０は、図９
に示すように、第１の電極５３と第２の電極５７との交
差部にそれぞれ紫外発光ＥＬ素子５９が形成され、紫外
発光ＥＬ素子５９がマトリクス状に複数配設された構成
とされている。

【００７５】さらに、画像表示装置５０は、制御部６０
を備えており、この制御部６０と第１の電極５３及び第
２の電極５７とが、それぞれ第１の配線６１と第２の配
線６２とによって電気的に接続されている。制御部６０
は、第１の電極５３と第２の電極５７との間に印加する
電界を制御する。そして、画像表示装置５０において
は、第１の電極５３と第２の電極５７との間に電界を印
加することによって、各紫外発光ＥＬ素子５９が紫外光
を放射し、この紫外光を波長変換膜５８が可視光に波長
変換して、透明基板５１から外方に向けて出射する構成
とされている。すなわち、画像表示装置５０において
は、透明基板５１の外方に臨む主面５１ａが画像表示面
とされてなる。

【００７６】画像表示装置５０は、紫外発光ＥＬ素子５
９が複数個備えられてマトリクス状に配設されているこ
とによって、全体としてひとつの画像を表示することが
できる。

【００７７】なお、図９においては、誘電体膜５２、第
１の絶縁膜５４、第２の絶縁膜５６及び波長変換膜５８
を図示せず、第２の電極５７と第２の配線６２との一部
を省略して示す。

【００７８】また、画像表示装置５０は、その基本的構
成を上述した発光素子１と略同等とされている。すなわ
ち、画像表示装置５０において、透明基板５１と、誘電
体膜５２と、第１の電極５３と、第１の絶縁膜５４と、
紫外発光膜５５と、第２の絶縁膜５６と、第２の電極５
７と、波長変換膜５８とは、それぞれ、発光素子１にお
ける透明基板２と、誘電体膜３と、第１の導電膜４と、
第１の絶縁膜５と、紫外発光膜６と、第２の絶縁膜７
と、第２の導電膜８と、波長変換膜９とに相当する。し
たがって、以下の説明においては、発光素子１と同一又
は同等の部材についての説明を省略することとする。

【００７９】第１の電極５３は、発光素子１における第
１の導電膜４と同様な材料によって短冊状に形成され、
誘電体膜５２上に互いに略平行となるように複数配設さ
れている。第１の電極５３は、例えば、真空蒸着法、ス
パッタ法、反応性スパッタ法、イオンプレーティング
法、電子ビーム蒸着法等に代表される各種のＰＶＤ法に
よって誘電体膜５２上に形成することができる。

【００８０】第２の電極５７は、発光素子１における第
２の導電膜８と同様な材料によって短冊状に形成され、
第２の絶縁膜５６上に互いに略平行となるように複数配
設されている。第２の電極５７は、上述した第１の電極
５３と同様な方法によって形成することができる。

【００８１】画像表示装置５０は、上述したように、互
いに略平行な複数の第１の電極５３と、この第１の電極
５３と略直交し、且つ互いに略平行な複数の第２の電極
５７とを備えてなる。これにより、画像表示装置５０
は、マトリクス状に複数配設された紫外発光ＥＬ素子５
９を独立して制御することができる。

【００８２】波長変換膜５８は、発光素子１における波
長変換膜９と同様の材料によって、第２の電極５７上に
薄膜状に形成されてなる。また、画像表示装置５０にお
いては、マトリクス状に複数配設された紫外発光ＥＬ素
子５９の各列に対して、波長変換膜５８が順に、赤色発
光する材料と、緑色発光する材料と、青色発光する材料
とによって形成された構造とされている。

【００８３】すなわち、画像表示装置５０においては、
赤色発光する材料と、緑色発光する材料と、青色発光す
る材料とによって形成された波長変換膜５８がそれぞれ
配設された３つの紫外発光ＥＬ素子５９を１組として画
像の基本単位（以下、画素と称する。）とされている。
画像表示装置５０においては、各画素における各色の発
光輝度が調整されることによって、各画素が多色を表示
することができる。

【００８４】制御部６０は、第１の配線６１と第２の配
線６２とを介して、第１の電極５３と第２の電極５７と
に接続されており、各紫外発光ＥＬ素子５９の発光を個
別に制御する機能を有している。画像表示装置５０は、
制御部６０を備えることによって、複数の紫外発光ＥＬ
素子５９の発光を各々制御されて、全体としてひとつの
画像を表示することができる。

【００８５】以下では、制御部６０の具体的な構成の例
を示すこととする。なお、制御部６０は、以下に示す例
に限定されるものではなく、上述したような機能を適宜
備えればよいことは勿論である。

【００８６】制御部６０は、例えば、駆動電源と、制御
回路とを備える。制御回路は、図１１に示すように、制
御指示部と、この制御指示部からの信号Ｓ１〜Ｓ４に応
じて動作するスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４と、スイッチ
ング素子Ｔ１，Ｔ２と並列に接続されたダイオードＤ
３，Ｄ４と、スイッチング素子Ｔ３，Ｔ４と直列に接続
されたダイオードＤ３，Ｄ４とにより構成される。

【００８７】斯かる制御回路においては、スイッチング
素子Ｔ１，Ｔ３及びダイオードＤ１が一方の端子をそれ
ぞれ駆動電源に接続されており、スイッチング素子Ｔ
２，Ｔ４及びダイオードＤ２が一方の端子をそれぞれ接
地されている。制御回路は、スイッチング素子Ｔ１及び
ダイオードＤ１の他方の端子と、スイッチング素子Ｔ２
及びダイオードＤ２の他方の端子とが接続されるととも
に、紫外発光ＥＬ素子５９の第１の電極５３に接続され
ている。また、制御回路は、ダイオードＤ３，Ｄ４がそ
れぞれスイッチング素子Ｔ３，Ｔ４と接続された端子と
反対側の端子同士を接続されるとともに、紫外発光ＥＬ
素子５９の第２の電極５７に接続されている。ダイオー
ドＤ１〜Ｄ４は、紫外発光ＥＬ素子５９からの電荷の逆
流を防止する機能を有している。

【００８８】スイッチング素子Ｔ１は、制御指示部から
の信号Ｓ１に応じて、駆動電源と第１の電極５３とを接
続し、この第１の電極５３に電圧を印加する。スイッチ
ング素子Ｔ２は、制御指示部からの信号Ｓ２に応じて、
第１の電極５３を接地する。スイッチング素子Ｔ３は、
制御指示部からの信号Ｓ３に応じて、駆動電源と第２の
電極５７とを接続し、この第２の電極５７に電圧を印加
する。スイッチング素子Ｔ４は、制御指示部からの信号
Ｓ４に応じて、第２の電極５７を接地する。

【００８９】制御部６０は、例えば以上のように構成さ
れてなり、複数設けられた第１の電極５３及び第２の電
極５７のうち、所定の第１の電極５３第２の電極５７と
に対して電圧を印加したり接地したりすることによっ
て、これら第１の電極５３と第２の電極５７との交差部
に位置する紫外発光ＥＬ素子５９の発光を制御する。制
御部６０は、第１の電極５３と第２の電極５７とを選ん
で電圧を印加したり接地したりすることによって、各紫
外発光ＥＬ素子５９の発光を個別に制御することができ
る。

【００９０】以上のように構成された画像表示装置５０
は、制御部６０が、マトリクス状に配設された複数の紫
外発光ＥＬ素子５９の各々に対して印加する電界を制御
することによって、それぞれの紫外発光ＥＬ素子５９が
紫外光の放射を制御されてなる。そして、画像表示装置
５０においては、各紫外発光ＥＬ素子５９から放射され
た紫外光が波長変換膜５８に吸収されて可視光に波長変
換され、この可視光が透明基板５１の主面５１ａ側に透
過する。これにより、画像表示装置５０は、全体として
ひとつの画像を表示する。

【００９１】画像表示装置５０は、発光素子１と同様
に、誘電体膜５２が紫外発光膜５５に対して波長変換膜
５８と反対側に形成されているとともに、紫外光を反射
して可視光を透過することによって、紫外発光膜５５か
ら放射される紫外光を、波長変換膜５８の励起エネルギ
として有効に利用することができる。したがって、画像
表示装置５０は、波長変換膜５８から放射される可視光
の輝度を向上させることができる。言い換えると、画像
表示装置５０は、誘電体膜５２を備えることによって、
画像表示面での輝度を向上させることができる。

【００９２】また、画像表示装置５０は、発光素子１と
同様に、波長変換膜５８が、入射された紫外光を可視光
に波長変換し、この可視光を紫外光の入射方向に反射し
て放射する構成とされていることから、いわゆる反射型
の画像表示装置とされてなる。したがって、画像表示装
置５０は、発光素子１と同様に、高い発光効率を有して
おり、特に、高い可視光取り出し効率を有している。

【００９３】また、画像表示装置５０において、紫外発
光膜５５は、その断面形状を台形状とされ、誘電体膜５
２が位置する側が幅広となるように形成されることが望
ましい。これにより、画像表示装置５０は、発光素子１
と同様に、紫外発光膜５５の端部から放射される紫外光
を波長変換膜５８に入射させることができ、紫外光の利
用効率を向上させることができる。したがって、画像表
示装置５０は、画像表示面での輝度がさらに向上する。

【００９４】なお、上述した説明においては、画像表示
装置５０が紫外光を放射する紫外発光素子として、紫外
発光ＥＬ素子５９を備えるとしたが、本発明は斯かる構
成に限定されず、上述した発光素子１の場合と同様に、
各種の紫外発光素子を用いてもよい。

【００９５】また、画像表示装置５０は、透明基板５１
上に、誘電体膜５２と、第１の電極５３と、第１の絶縁
膜５４と、紫外発光膜５５と、第２の絶縁膜５６と、第
２の電極５７と、波長変換膜５９とが、この順で形成さ
れるとしたが、本発明は斯かる構成に限定されるもので
はない。本発明に係る画像表示装置は、マトリクス状に
配設され、各々一対の電極の間に紫外発光膜を備えて紫
外光を放射する複数の紫外発光素子と、紫外光を反射し
て可視光を透過する誘電体膜と、紫外光を波長変換して
可視光を放射する波長変換膜とを備えて、これらが積層
して形成されればよい。具体的には、例えば、上述した
発光素子２０、発光素子３０及び発光素子４０等と同様
の積層構造とされて、紫外発光素子１０がマトリクス状
に配設された構成とされてもよい。

【００９６】画像表示装置５０は、制御部６０を備えず
に構成されてもよい。この場合に、画像表示装置５０
は、他の各種装置に備えられた制御部によって紫外発光
ＥＬ素子５９の動作を制御される構成とすることもでき
る。

【００９７】また、画像表示装置５０は、第１の電極５
３と第２の電極５７とを、いわゆる単純マトリクス構造
としなくともよい。画像表示装置５０においては、例え
ば、各紫外発光ＥＬ素子５９の第１の電極５３と第２の
電極５７とを任意の電極パターンで形成してもよい。

【００９８】

【実施例】＜第１の実施例＞以下では、上述した発光素
子１に基づいて、第１の発光素子を作製した場合の実施
例について説明する。

【００９９】先ず、石英ガラス製の透明基板を用意し、
この透明基板に対して中性洗剤及び有機溶剤等で超音波
洗浄を施した。次に、この透明基板上に、ＲＦマグネト
ロンスパッタ法によって、誘電体膜を成膜した。この成
膜工程においては、紫外光反射の設計中心波長λを３１
４ｎｍとして、高屈折率層をＭｇＯ（屈折率ｎ（Ｈ）＝
１．８０）、低屈折率層をＳｉＯ₂（屈折率ｎ（Ｌ）＝
１．４６）によって成膜した。また、高屈折率層と低屈
折率層とは、それぞれの層厚がｎ（Ｈ）・λ／４，ｎ
（Ｌ）・λ／４となるように成膜し、各々６層ずつ積層
した。

【０１００】したがって、誘電体膜は、高屈折率層と低
屈折率層とが交互に積層されてなり、全体で１２層の積
層構造を呈する。また、この誘電体膜の反射率を測定し
たところ、図１２に示すような光学特性を示すことが確
認された。誘電体膜は、図１２から分かるとおり、波長
３１４ｎｍの紫外光を９０％以上反射し、可視光をほぼ
全域に亘って９５％以上透過することが確認された。

【０１０１】次に、誘電体膜上に、ＲＦマグネトロンス
パッタ法によって、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を材料
として第１の導電膜を膜厚１００ｎｍで成膜した。次
に、第１の導電膜上に、ＲＦマグネトロンスパッタ法に
よって、ＳｉＯ₂を材料として第１の絶縁膜を膜厚３０
０ｎｍで成膜した。

【０１０２】次に、第１の絶縁膜上に、ＲＦマグネトロ
ンスパッタ法によって、紫外発光膜を膜厚５００ｎｍで
成膜した。この紫外発光膜の成膜工程においては、Ｇｄ
金属チップを載置したＺｎ₂ＳｉＯ₄ターゲットを用いて
スパッタを行い、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄によって形成された母体
材料中に発光中心としてＧｄ³⁺が添加された紫外発光膜
を成膜した。

【０１０３】また、この成膜工程においては、放電ガス
としてＡｒを用いたが、ＡｒとＯ₂との混合ガスを用い
てもよい。この成膜工程においては、ＡｒとＯ₂との混
合ガスを用いることによって、紫外発光膜を化学量論的
組成に基づいて成膜することが容易となるが、紫外発光
膜を効率よく紫外発光させるためには酸素欠損を多少含
む状態で成膜して電荷移動量を多くすることが重要とな
る。本実施例においては、Ａｒのみを放電ガスとして用
いることによって、紫外発光膜に対して意図的に酸素欠
損を導入し、母体材料の組成がＺｎ₂ＳｉＯ_4-y（０＜ｙ
＜１）となるように図った。

【０１０４】さらに、この成膜工程においては、基板を
４００℃に加熱した状態で紫外発光膜を成膜し、成膜後
に真空中で６５０℃の赤外線ランプ光を５分間照射する
ことによってアニール処理を施した。紫外発光膜に対し
てアニール処理を施すことによって、この紫外発光膜の
結晶性が改善することがＸ線回析によって確認されてい
る。また、紫外発光膜に対してアニール処理を施すこと
によって、母体材料のバンドギャップエネルギがエネル
ギ分布の両端部で減少し、紫外線透過率が向上する。

【０１０５】次に、紫外発光膜を略台形台状に整形し
た。この整形工程においては、先ず、紫外発光膜上に正
方形状の開口を有するマスクパターンを用い、Ｓｉ₃Ｎ₄
を材料として膜厚５００ｎｍで正方形状のエッチング用
マスクを形成した。次に、反応性イオンエッチング法
（ＲＩＥ法）によって等方性エッチングを行い、エッチ
ング用マスクの周囲で、紫外発光膜の端部がテーパ角を
有するように整形した。その後、エッチング用マスクを
除去することによって、最終的に紫外発光膜の断面形状
が台形状となるように整形した。

【０１０６】次に、紫外発光膜上に、上述した第１の絶
縁膜と同様にして、第２の絶縁膜をＳｉＯ₂によって膜
厚３００ｎｍで成膜した。次に、第２の絶縁膜上に、上
述した第１の導電膜と同様にして、酸化インジウム錫
（ＩＴＯ）を材料として第２の導電膜を膜厚１００ｎｍ
で成膜した。この第２の導電膜は、紫外発光膜を整形す
るときと同様に、正方形状の開口を有するマスクパター
ンを用いて、紫外発光膜と略同じ大きさで、且つ紫外発
光膜の直上に形成した。

【０１０７】次に、第１の導電膜と、第１の絶縁膜と、
紫外発光膜と、第２の絶縁膜と、第２の導電膜とによっ
て構成された紫外発光ＥＬ素子に対して、駆動波形が正
弦波で１ｋＨｚの交流電圧を、第１の導電膜と第２の導
電膜とに印加し、そのＥＬ発光スペクトルを測定した。
その結果、３００Ｖの印加電圧の下では、図１３に示す
ように、波長３１４ｎｍで強い発光ピークが確認され
た。

【０１０８】次に、第２の絶縁膜上に、波長変換膜を形
成した。波長変換膜は、バインダとしてのポリビニルア
ルコールを水に溶かし、界面活性剤と蛍光材料とを分散
させたものを塗布法によって１００μｍの厚みで形成し
て、約１１０℃で乾燥させた。界面活性剤としては、例
えば、株式会社ライオン製のポリティＰＳ−１９００等
のポリステレンスルホン酸ナトリウム塩を用いた。ま
た、蛍光材料としては、緑色光を放射する蛍光体粉末で
あるＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌを用いた。この蛍光材料は、平
均粒径が２μｍのものを用いた。

【０１０９】この波長変換膜の成膜工程においては、上
述した組み合わせの他に、例えば、バインダとしてのポ
リカーボネートをメチルエチルケトンに溶かし、界面活
性剤として、スルホコハク酸ジ−２−エチルヘキシルエ
ステルナトリウム塩を用いてもよい。この場合は、約９
０℃で乾燥させる。

【０１１０】以上のように作製した第１の発光素子に対
して、紫外発光ＥＬ素子の第１の導電膜と第２の導電膜
との間に１ｋＨｚの正弦波を示す交流電圧を印加した。
この結果、第１の発光素子は、中心波長５３０ｎｍであ
る緑色光を発光することが確認された。

【０１１１】また、この第１の発光素子と、誘電体膜を
成膜せずに作製した発光素子とに対して、２５０Ｖの印
加電圧の下でそれぞれの発光輝度を測定した。この結
果、第１の発光素子は、誘電体膜を成膜せずに作製した
発光素子と比較して、約４倍の発光輝度を示した。これ
は、第１の発光素子が誘電体膜を備えることによって、
紫外発光膜から誘電体膜側に放射された紫外光が、この
誘電体膜によって波長変換膜側に反射されたためである
と考えられる。したがって、第１の発光素子は、紫外発
光膜から放射された可視光が、効率よく波長変換膜に入
射されていることが分かる。

【０１１２】さらに、この第１の発光素子と、紫外発光
膜の断面形状を台形状に整形せずに作製した発光素子と
に対して、２５０Ｖの印加電圧の下でそれぞれの発光輝
度を測定した。この結果、第１の発光素子は、紫外発光
膜の断面形状を台形状に整形せずに作製した発光素子と
比較して、約２倍の発光輝度を示した。これは、第１の
発光素子の紫外発光膜が、その断面形状を台形状となる
ように整形されたことによって、この紫外発光膜の端部
から放射された紫外光が誘電体膜に向けて反射され、結
果として、効率よく波長変換膜に入射されたためである
と考えられる。

【０１１３】＜第２の実施例＞次に、上述した発光素子
４０に基づいて、第２の発光素子を作製した場合の実施
例について説明する。第２の発光素子は、第１の絶縁膜
及び第２の絶縁膜の代わりに第１の蛍光体薄膜及び第２
の蛍光体薄膜が形成され、波長変換膜を備えずに形成さ
れた点で、上述した第１の発光素子と異なる。

【０１１４】先ず、石英ガラス製の透明基板を用意し、
この透明基板に対して中性洗剤及び有機溶剤等で超音波
洗浄を施した。次に、第１の実施例と同様にして、この
透明基板上に、誘電体膜と、第１の導電膜とを成膜し
た。

【０１１５】次に、第１の導電膜上に、第１の蛍光体薄
膜を成膜した。この成膜工程においては、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅ
ｕの焼結体ターゲットを用いてＲＦマグネトロンスパッ
タ法により、膜厚が３００ｎｍとなるように第１の蛍光
体薄膜を成膜した。Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕは、ＣＲＴディスプ
レイの赤色発光用蛍光体として一般に使用されているも
のである。なお、この成膜工程においては、他の各種焼
結体ターゲットを用いて成膜することができるととも
に、ＲＦマグネトロンスパッタ法によらず、例えばＥＢ
蒸着法等の各種薄膜形成技術によって成膜することがで
きる。

【０１１６】次に、第１の蛍光体薄膜上に、第１の実施
例と同様にして、紫外発光膜を成膜した。次に、紫外発
光膜上に、第１の蛍光体薄膜と同様にして、第２の蛍光
体薄膜を膜厚が３００ｎｍとなるように成膜した。次
に、第２の蛍光体薄膜上に、Ａｌを材料として、膜厚が
１００ｎｍとなるように第２の導電膜を成膜した。第２
の導電膜は、第１の実施例と同様にして、正方形状のマ
スクパターンを用いて、紫外発光膜と略同じ大きさで、
且つ紫外発光膜の直上に形成した。

【０１１７】以上のように作製した第２の発光素子と、
誘電体膜を成膜せずに作製した従来構造の発光素子とに
対して、２５０Ｖの印加電圧の下でそれぞれの発光輝度
を測定した。この結果、第２の発光素子は、誘電体膜を
成膜せずに作製した発光素子と比較して、約４倍の発光
輝度を示した。これは、第２の発光素子が誘電体膜を備
えることによって、紫外発光膜から放射されて第１の蛍
光体薄膜で吸収されずに透過してきた紫外光を、この誘
電体膜によって反射して、再び第１の蛍光体薄膜及び第
２の蛍光体薄膜に向けて入射されたためであると考えら
れる。したがって、第２の発光素子は、紫外発光ＥＬ素
子から放射された紫外光を、波長変換膜の励起エネルギ
として効率よく利用することができることが分かる。

【０１１８】＜第３の実施例＞次に、上述した画像表示
装置５０に基づいて、画像表示装置を作製した場合の実
施例について説明する。先ず、合成石英ガラス製の透明
基板を用意し、この基板に対して中性洗剤及び有機溶剤
等で超音波洗浄を施した。次に、第１の実施例と同様に
して、透明基板の全面に対して誘電体膜を成膜した。

【０１１９】次に、ｉ線露光用ポジ型フォトレジストに
よって、誘電体膜上にストライプ状のレジストパターン
を形成した。その後、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）薄膜
をＲＦマグネトロンスパッタ法によって薄膜状に形成し
た。そして、レジストパターンをアセトン等の有機溶剤
を用いて超音波洗浄することによって除去し、ストライ
プ状の電極パターンを形成した。酸化インジウム錫（Ｉ
ＴＯ）薄膜は、このストライプ状の電極パターンに成形
されて、最終的に第１の電極となる。

【０１２０】次に、第１の実施例と同様にして、第１の
電極上に、第１の絶縁膜と、紫外発光膜と、第２の絶縁
膜とを成膜した。このとき、第１の絶縁膜と第２の絶縁
膜とは、その形成面の全面に対して成膜し、紫外発光膜
は、第１の電極と、後述する第２の電極との交差部のそ
れぞれに形成し、複数の独立した紫外発光膜がマトリク
ス状に並ぶように成膜した。次に、第１の電極と同様に
して、この第１の電極と直交するように、酸化インジウ
ム錫（ＩＴＯ）によって第２の電極をストライプ状の電
極パターンで形成した。これにより、第１の電極と第２
の電極との交差部に、それぞれ紫外発光ＥＬ素子が形成
される。

【０１２１】次に、第２の電極が形成された第２の絶縁
膜上で、第１の電極と第２の電極との交差部に相当する
位置に、それぞれ波長変換膜を形成した。波長変換膜
は、バインダとしてポリビニルアルコールを水に溶か
し、界面活性剤と蛍光材料とを分散させたものを、パタ
ーンマスクを用いて形成した。

【０１２２】蛍光材料としては、赤色、緑色、青色を放
射する波長変換膜のそれぞれに対して、ＺｎＳ：Ａｇ，
Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕを用いた。
蛍光材料は、それぞれ平均粒径が２μｍのものを用い
た。また、界面活性剤としては、例えば、第１の実施例
と同様に、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩を用い
た。

【０１２３】以上のように作製した画像表示装置に対し
て、上述した制御部６０と同様の制御部を接続した。こ
の画像表示装置において、所望の第１の電極と第２の電
極とに対して電圧を印加することによって、これら第１
の電極と第２の電極との交差部に位置する紫外発光ＥＬ
素子が紫外発光し、これにより波長変換膜が可視光を放
射することが確認された。

【０１２４】画像表示装置は、制御部によって各々の画
素を発光させる駆動電圧及びタイミングを制御すること
によって、全体としてひとつのカラー画像を表示できる
ことが確認された。

【０１２５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る発
光素子は、紫外光を反射して可視光を透過する誘電体膜
を備え、この誘電体膜が紫外発光膜に対して波長変換膜
と反対側に形成されてなる。したがって、発光素子は、
紫外発光膜から放射された紫外光を誘電体膜によって反
射して波長変換膜に向けて入射させることができる。こ
れにより、発光素子は、紫外光の利用効率を向上させる
ことができ、波長変換膜から放射される可視光の発光輝
度を向上させることができる。すなわち、発光素子は、
電力消費量を増加させることなく、発光輝度を向上させ
ることができる。

【０１２６】また、本発明に係る画像表示装置は、紫外
光を反射して可視光を透過する誘電体膜を備え、この誘
電体膜が紫外発光膜に対して波長変換膜と反対側に形成
されるとともに、紫外発光素子がマトリクス状に配置さ
れてなる。したがって、画像表示装置は、紫外発光膜か
ら放射された紫外光を誘電体膜によって反射して波長変
換膜に向けて入射させることができる。これにより、画
像表示装置は、紫外光の利用効率を向上させることがで
き、波長変換膜から放射される可視光の発光輝度を向上
させることができる。すなわち、画像表示装置は、電力
消費量を増加させることなく、輝度の高い画像を表示す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発光素子を示す断面図である。

【図２】同発光素子における紫外光と可視光との光路を
説明するための断面図である。

【図３】同発光素子の紫外発光膜を示す３面図である。

【図４】同発光素子における紫外光の光路を説明するた
めの断面図である。

【図５】同発光素子の他の紫外発光膜を示す３面図であ
る。

【図６】本発明に係る他の発光素子を示す断面図であ
る。

【図７】本発明に係る他の発光素子を示す断面図であ
る。

【図８】本発明に係る他の発光素子を示す断面図であ
る。

【図９】本発明に係る画像表示装置を示す平面図であ
る。

【図１０】同画像表示装置を示す断面図である。

【図１１】同画像表示装置における制御部を示す回路図
である。

【図１２】本発明の実施例に係る発光素子における誘電
体膜の反射率を示す図である。

【図１３】同発光素子における紫外発光膜のＥＬ発光強
度を示す図である。

【符号の説明】

１発光素子、２透明基板、３誘電体膜、４第１
の導電膜、５第１の絶縁膜、６紫外発光膜、７第
２の絶縁膜、８第２の導電膜、９波長変換膜、１０
紫外発光ＥＬ素子

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 33/14 Ｈ０５Ｂ 33/14 Ｚ 33/24 33/24 Ｆターム(参考） 2H048 FA05 FA09 FA18 FA22 GA07 GA12 GA24 GA33 GA61 3K007 AB02 AB03 AB04 BA06 BB00 BB06 CA01 CA02 CB01 DA02 DA05 DB01 DB02 DC02 DC04 EA04 EC01 EC02 EC03 EC04 FA01 FA03 5C094 AA10 BA29 DA13 ED20 FB16 HA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、一対の導電膜の間に紫外発
光膜を備えて紫外光を放射する紫外発光素子と、紫外光
を反射して可視光を透過する誘電体膜と、紫外光を波長
変換して可視光を放射する波長変換膜とを備えて、これ
らが積層して形成され、上記誘電体膜は、上記紫外発光膜に対して上記波長変換
膜と反対側に形成されるとともに、上記紫外発光膜から
入射された紫外光を反射して上記波長変換膜に入射させ
ることを特徴とする発光素子。
【請求項２】上記誘電体膜は、高屈折率層と低屈折率
層とが１周期以上積層された多層構造を有することを特
徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】上記紫外発光膜は、断面形状を台形状と
されて、上記誘電体膜が位置する側を幅広とされたこと
を特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項４】上記波長変換膜は、上記一対の導電膜の
間に備えられたことを特徴とする請求項１記載の発光素
子。
【請求項５】上記一対の導電膜のうちの少なくとも一
方は、透光性を有することを特徴とする請求項１記載の
発光素子。
【請求項６】マトリクス状に配置され、各々一対の電
極の間に紫外発光膜を備えて紫外光を放射する複数の紫
外発光素子と、紫外光を反射して可視光を透過する誘電
体膜と、紫外光を波長変換して可視光を放射する波長変
換膜とを備えて、これらが積層して形成され、上記誘電体膜は、上記紫外発光膜に対して上記波長変換
膜と反対側に形成されるとともに、上記各紫外発光膜か
ら入射された紫外光を反射して上記波長変換膜に入射さ
せることを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】上記一対の電極として、互いに略平行な
複数の第１電極と、この第１電極と略直交し、且つ互い
に略平行な複数の第２の電極とを備えることを特徴とす
る請求項６記載の画像表示装置。
【請求項８】上記誘電体膜は、高屈折率層と低屈折率
層とが１周期以上積層された多層構造を有することを特
徴とする請求項６記載の画像表示装置。
【請求項９】上記紫外発光膜は、断面形状を台形状と
されて、上記誘電体膜が位置する側を幅広とされたこと
を特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
【請求項１０】上記一対の導電膜のうちの少なくとも
一方は、透光性を有することを特徴とする請求項６記載
の画像表示装置。