JPH04294094A - 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】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明はＥＬ素子に係り、特に発
光効率を高め、製造工程を大幅に簡素化することが可能
なＥＬ素子に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来からＥＬ素子の構造は種々提案され
ているが、その１つとして本発明者が特願平２−１７３
３２０号にて提案したカラー表示用ＥＬ素子の構造例に
ついて図５を参照しながら以下に説明する。

【０００４】図５に示すカラー表示用ＥＬ素子１は、少
なくとも一方が透明で対向して配置された一対の基板２
ａ，２ｂ間に、電界で発光する発光層３を介在させ、こ
の発光層３の両主面にそれぞれバリア層４ａ，４ｂおよ
び絶縁層５ａ，５ｂを介して、互いに直交するようにス
トライプ状電極６ａ，６ｂを配置することによってマト
リックス表示が可能となるように構成され、さらに透明
な基板２ｂとその基板２ｂ側のストライプ状電極６ｂと
の間にストライプ状色フィルタ７を配設することにより
前記発光層３が呈する発光スペクトルのうち所望のスペ
クトル範囲が取り出されるように構成されている。

【０００５】また図５に示すようなフルカラー表示への
応用を目指したＥＬ素子の発光層３は、各三原色に対応
する発光材料で形成したそれぞれの発光層を積層して形
成される。

【０００６】現在、最も有力な緑色用発光材料としては
、発光中心となるＴｂを、母体（マトリックス）として
のＺｎＳ中にドープしたＺｎＳ：Ｔｂが実用化されてい
る。また青色発光材料としてはＳｒＳ：Ｃｅ、赤色発光
材料としてはＣａＳ：Ｅｕなどが採用されている。そし
てフルカラー表示を目的として発光色を白色とするＥＬ
素子においては、ＺｎＳと上記のようなアルカリ土類金
属硫化物をそれぞれ母体にした蛍光体の薄膜を三層に積
層して発光層３が形成される。

【０００７】発光層３の両面には、バリア層４ａ，４ｂ
を介して絶縁層５ａ，５ｂがそれぞれ形成され、この絶
縁層を構成する材料としては、従来のモノクロＴＦＥＬ
と同様に、絶縁破壊電圧が大きな金属の酸化物、例えば
Ｔａ２　Ｏ５　，Ｙ２　Ｏ３　またはＡｌ２　Ｏ３　な
どが使用される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな発光材料で形成した発光層および絶縁層を積層して
形成されるＥＬ素子においては、ある種の発光層と絶縁
層との反応が著しいため、特別な配慮が必要とされてい
た。すなわち各種の発光材料のうち、ＳｒＳおよびＣａ
Ｓ等のアルカリ土類金属硫化物は潮解性を有する等、化
学的に不安定な性質を有し、さらに酸化物で形成した絶
縁層と反応し易い性質を有する、そのため、製造当初の
発光層の化学量論的組成が経時的に変化し、ＥＬ素子の
信頼性が著しく低下する問題点がある。このため発光層
３と酸化物製の絶縁層５ａ，５ｂとの間に、両層と反応
しない物質、例えばＺｎＳ、ＡｌＮまたはＳｉの窒化物
等で形成したバリア層４ａ，４ｂを配設することが必須
となっていた。

【０００９】このバリア層４ａ，４ｂを配設することは
ＥＬ素子の性能および製造工数に大きな影響を及ぼす。 すなわち、外部からＥＬ素子への印加電圧を一定とした
場合、このバリア層は電界形成の抵抗として作用し、発
光層に形成される有効電界を低下せしめる。その結果、
ＥＬ素子の主要性能である発光効率および発光開始電圧
に直接的に悪影響を及ぼすことになる。

【００１０】一方、発光層の両面にバリア層を形成する
ことは、積層する全層数の増大を招き、製造プロセスの
煩雑化と製造コストの上昇を招くという問題点がある。

【００１１】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、発光効率を高め、製造工程を大幅に
簡素化することが可能であり、バリア層を設けることを
不要にしたＥＬ素子を提供することを目的とする。 〔発明の構成〕

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明に係るＥＬ素子は、少なくとも一方が透明で対
向して配置された一対の基板間に電界で発光する発光層
を介在させ、この発光層の両主面に絶縁層を介して電極
を配置したＥＬ素子において、上記発光層がＺｎＳおよ
びアルカリ土類金属硫化物をそれぞれ母材とする複数の
蛍光体薄膜を積層して形成され、上記ＺｎＳを母材とす
る蛍光体薄膜が、発光層の両主面に配置された絶縁層に
それぞれ直接に接するように配置されたことを特徴とす
る。

【００１３】

【作用】上記構成に係るＥＬ素子によれば、発光層の両
主面に配置された絶縁層に、絶縁層と反応しないＺｎＳ
を母体とする蛍光体薄膜が直接接するように配置され、
アルカリ土類金属硫化物を母体する蛍光体薄膜が絶縁層
から隔離される構造であるため、アルカリ土類金属硫化
物を母体する蛍光体薄膜の化学的安定性が維持される。 そのためＥＬ素子の機能の経時変化がなく、素子の信頼
性を大幅に改善することができる。

【００１４】また絶縁層と、発光層との間にバリア層を
設ける必要がなくなるため、発光層全体の厚さを低減す
ることができ、発光層に形成する有効電界を増大化させ
ることができる。そして有効電界の増大化により、発光
効率の向上および発光開始電圧の低減等、ＥＬ素子の性
能向上に大きく寄与するとともに、バリア層の膜形成工
程を省略でき、ＥＬ素子の製造工程が簡略化され、製造
コストを大幅に低減することができる。

【００１５】

【実施例】次に本発明の一実施例について添付図面を参
照して説明する。図１は本発明に係るＥＬ素子の一実施
例を模式的に示す分解斜視図であり、特にカラー表示用
ＥＬ素子を例にとって説明する図である。また図２は図
１に示す発光層の構成例を示す斜視断面図である。

【００１６】すなわち本実施例に係るカラー表示用ＥＬ
素子１ａは、図１に示すように少なくとも一方が透明で
対向して配置された一対の基板２１，２３間に電界で発
光する発光層２７を介在させ、この発光層２７の両主面
にそれぞれ絶縁層２５，２６を介して互いに直交させて
ストライプ状電極２４，２８を配置したことによりマト
リックス表示が可能であり、かつ前記発光層２７が呈す
る発光スペクトルのうち所望のスペクトル範囲を取り出
すためのストライプ状フィルタ２２が、透明な基板２１
とその基板側のストライプ状電極２２との間に配設され
る一方、図２に示すように、上記発光層２７がＺｎＳお
よびアルカリ土類金属硫化物をそれぞれ母材とする複数
の蛍光体薄膜２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄを積層し
て形成されたカラー表示用ＥＬ素子１ａにおいて、Ｚｎ
Ｓを母材とする蛍光体薄膜２９ａ，２９ｄが、発光層２
７の両主面に配置された絶縁層２５，２６にそれぞれ直
接に接するように配置されて構成される。

【００１７】ここで基板２１は透明な基板であり、この
透明基板２１上には、三原色を個別に取り出すためのス
トライプ状色フィルタ２２が一体的に配置される。スト
ライプ状色フィルタ２２を構成する材料としては、無機
または有機であるを問わず、各三原色に適合する透過率
分布を有する材料が使用される。

【００１８】一方、透明基板２１を構成する材料として
は、一般にガラスが望ましい。しかし、ストライプ状色
フィルタ２２の素材が有機物である場合や、コントラス
トを上げるために基板２１を偏光板で形成する場合等に
おいては、透明プラスチック材を使用してもよい。

【００１９】また図１において透明基板２１と対向する
、他方の基板２３の下面には、高い反射率を有するスト
ライプ状電極（背面電極）２４が配設されており、この
ストライプ状電極２４の下側に、一対の絶縁層２５，２
６に挟持された発光層２７が設けられている。

【００２０】そして発光層２７の図中下側に、絶縁層２
６を介して上記ストライプ状電極（背面電極）２４と直
交する方向に、他方のストライプ状電極（透明電極）２
８が設けられており、これらの直交するストライプ状電
極２４，２８によってマトリックス表示を可能としてい
る。

【００２１】ここで、発光層２７は、三原色の個々の発
光色を呈する発光中心元素を母体中に混在させた複数種
類の蛍光体薄膜２９ａ〜２９ｄを積層して形成されてい
る。発光中心となる元素は、概ね、希土類元素から選択
される。

【００２２】特に本発明においては、酸化物製の絶縁層
２５，２６に対する化学的安定性が優れたＺｎＳを母体
として蛍光体薄膜２９ａ，２９ｄをそれぞれ絶縁層２５
，２６に直接接するように配置したことを特徴としてい
る。

【００２３】すなわち本発明者は絶縁層に対して化学的
安定性を有する蛍光体を種々検討した結果、ＺｎＳを母
体とした蛍光体を発光層として他のモノクロ表示用のＴ
ＦＥＬ（薄膜ＥＬ）に実装した場合に優れた安定性を発
揮するという知見を得て、上記の積層構造を採用した。

【００２４】一方、ストライプ状電極（透明電極）２８
は、図１に示すようにその１本の幅をＷＤ　とし、また
ストライプ状色フィルタ２２の１本の幅をＷＦ　とした
場合に、ＷＤ　≦ＷＦ　の関係を満足するように形成さ
れている。さらに所望のスペクトル範囲を複数に分割し
て取り出す場合、それぞれのスペクトル範囲に対応する
ストライプ状色フィルタ２２のピッチとストライプ状電
極（透明電極）２８のピッチが等しくなるように形成さ
れている。

【００２５】なお、対向する基板２３は透明もしくは非
透明の基板であり、また対向基板２３側に形成されたス
トライプ状電極２４、絶縁層２５，２６、発光層２７、
ストライプ状電極２８から構成される部分は、通常の二
重絶縁型ＴＦＥＬ素子と同一構造を有しており、これら
は一体に構成されている。

【００２６】そして、ストライプ状色フィルタ２２が一
体形成された透明基板２１と、同様にストライプ状電極
２４と絶縁層２５，２６と、発光層２７とストライプ状
電極２８とが一体化された対向基板２３とが、それぞれ
膜形成面側で密着されて単一発光層の電界発光部が構成
され、交流電界で駆動されるカラー表示用のＥＬ素子１
ａが構成されている。

【００２７】また、上記密着面におけるストライプ状色
フィルタ２２とストライプ状電極（透明電極）２８とは
、平行にかつそれぞれ規則的に繰り返して対向するよう
に配置される。

【００２８】また、上記両基板２１，２３の密着面にＴ
ＦＥＬの防湿のため、例えばシリコーンオイルのような
透明流体を介在させることは、信頼性の向上に有効であ
る。

【００２９】次に、上記構成のＥＬ素子の具体的構成例
とその評価結果について述べる。

【００３０】図１において、対向基板２３としてガラス
基板を用い、このガラス基板２３上に厚さ１２０ｎｍの
アルミニウム膜からなる背面電極２４を被覆形成し、こ
れを幅２ｍｍで、３ｍｍピッチのストライプ状にパター
ニングした。次いで、この背面電極２４上に厚さ４７０
ｎｍのＴａ２　Ｏ５からなる第１の絶縁層２５を被覆し
た。

【００３１】次に発光層２７の構成例について、図２を
参照して説明する。図２は図１における発光層２７を部
分的に拡大して示す斜視断面図である。

【００３２】すなわちＺｎＳを母体とし、緑色発光する
発光中心元素としてＴｂを３重量％ドープした厚さ１５
０ｎｍの蛍光体薄膜２９ａを絶縁層２５の下面に形成し
た。次にＳｒＳを母体とし、青緑色発光する発光中心元
素として、Ｃｅを０．５重量％ドープした厚さ３５０ｎ
ｍの蛍光体薄膜２９ｂを上記蛍光体薄膜２９ａの下面に
形成し、さらにこの蛍光体薄膜２９ａの下面にＣａＳを
母体とし、赤色発光する発光中心元素としてＥｕを１重
量％ドープした厚さ３００ｎｍの蛍光体薄膜２９ｃを形
成し、さらに蛍光体薄膜２９ａと同一の組成を有する蛍
光体薄膜２９ｄを蛍光体薄膜２９ｃの下面側に形成した
。

【００３３】さらに上記蛍光体薄膜２９ｄの下面に、厚
さ４７０ｎｍのＴａ２　Ｏ５　からなる第２の絶縁層２
６を被覆し、この第２の絶縁層２６の下面に、図１に示
すように、Ｉ．Ｔ．Ｏ．（インジウム−スズ酸化物）か
ら成る厚さ１７０ｎｍの透明電極２８を形成し、この透
明電極２８が上記背面電極２４と直交する方向に配列す
るように、２ｍｍ幅で、３ｍｍピッチのストライプ状に
パターニングした。

【００３４】上記の各薄膜のうち、絶縁層２５，２６お
よび透明電極２８はマグネトロンスパッタリング法によ
り形成する一方、他の薄膜は全て通常の二重絶縁型ＴＦ
ＥＬ素子の形成で実施される蒸着法によって形成した。

【００３５】一方、透明基板２１としてガラス基板を用
いて、このガラス基板２１上へのストライプ状色フィル
タ２２の形成は別プロセスで行なった。すなわち、緑、
青および赤の各フィルタを周期的繰返しでストライプ状
に設け、各フィルタの幅はいずれも３ｍｍで互いに密接
させて形成した。

【００３６】そして、上記ストライプ状のフィルタ２２
および透明電極２８を平行状態で対面させると共に、各
ピッチを合せながら、透明基板２１と対向基板２３とを
、この間隙にシリコーンオイルを介在させて密着させ、
カラー表示用ＥＬ素子１ａを作製した。

【００３７】このようにして得たカラー表示用ＥＬ素子
１ａに対し、６０Ｈｚ正弦波の交流電圧１３０Ｖｒｍｓ
を電極間に印加して発光させ、フィルタ透過後の発光輝
度を測定した。その結果、緑色が６２ｎｔ、青色が７ｎ
ｔおよび赤色が１５ｎｔと、いずれも従来例と比較して
高い値であった。

【００３８】また、図３にストライプ状色フィルタ２２
がない場合の発光スペクトルを示す。図４には、各フィ
ルタの分光透過率を示す。

【００３９】次に実施例に係るＥＬ素子の安定性および
耐久性を確認するために、ＥＬ素子を５００時間放置し
た後に、各薄膜の状態を観察したところ、各薄膜の外観
の変化はなく、また各発光色の輝度を測定した結果、放
置前後において顕著な差は求められなかった。

【００４０】次にバリア層を有する従来のＥＬ素子と特
性を比較するため、実施例と同様な積層構造に加えて、
Ｔａ２　Ｏ５　製の絶縁層２５とＺｎＳ：Ｔｂ製蛍光体
薄膜２９ａとの間およびＴａ２　Ｏ５　製の絶縁層２６
とＺｎＳ：Ｔｂ製蛍光体薄膜２９ｄとの間にそれぞれ厚
さ１５０ｎｍのＡｌＮから成るバリア層を介在させて比
較例のＥＬ素子を作製した。

【００４１】作製した実施例および比較例のＥＬ素子を
同一条件で動作せしめて特性を比較したところ、比較例
と比べて実施例のＥＬ素子の発光効率は約１８％向上す
るとともに、発光開始電圧は約３７％低減され、本実施
例のＥＬ素子の優れた特性を確認することができた。

【００４２】このように本実施例に係るカラー表示用Ｅ
Ｌ素子においては、現在最も有用性があるものの、化学
的安定性に欠けるアルカリ土類金属硫化物を母体とする
蛍光体薄膜を、特別なバリア層を介在させることなく積
層することが可能になり、長期間に亘って安定な発光層
を形成することができる。したがって、発光効率や発光
開始電圧等の性能が優れ信頼性が高く、かつ製造コスト
が低いカラー表示用ＥＬ素子を得ることができる。

【００４３】なお実施例においては、カラー表示用ＥＬ
素子を例にとって説明したが、本発明はこれらに限定さ
れることはなく、互いに反応を起こし易い蛍光体薄膜と
絶縁層とを有するモノクロ表示用のＥＬ素子にも同様に
適用することが可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明の通り本発明に係るＥＬ素子に
よれば、発光層の両主面に配置された絶縁層に、絶縁層
と反応しないＺｎＳを母体とする蛍光体薄膜が直接接す
るように配置され、アルカリ土類金属硫化物を母体する
蛍光体薄膜が絶縁層から隔離される構造であるため、ア
ルカリ土類金属硫化物を母体する蛍光体薄膜の化学的安
定性が維持される。そのためＥＬ素子の機能の経時変化
がなく、素子の信頼性を大幅に改善することができる。

【００４５】また絶縁層と、発光層との間にバリア層を
設ける必要がなくなるため、ＴＦＥＬを積層した発光層
全体の厚さを低減することができ、発光層に形成する有
効電界を増大化させることができる。そして有効電界の
増大化により、発光効率の向上および発光開始電圧の低
減等、ＥＬ素子の性能向上に大きく寄与するとともに、
バリア層の膜形成工程を省略でき、ＥＬ素子の製造工程
が簡略化され、製造コストを大幅に低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＥＬ素子の一実施例を模式的に示
す分解斜視図。

【図２】図１に示す発光層の構成例を示す斜視断面図。

【図３】図１に示す構造を有するカラー表示用ＴＦＥＬ
素子の実施例における色フィルタがない場合の発光スペ
クトルを示すグラフ。

【図４】図１に示す構造を有するカラー表示用ＴＦＥＬ
素子の実施例における色フィルタりの分光透過率を示す
グラフ。

【図５】従来のカラー表示用ＥＬ素子の構造例を示す分
解斜視図。

【符号の説明】

１，１ａ　　ＥＬ素子 ２ａ，２ｂ　　基板 ３　　発光層 ４ａ，４ｂ　　バリア層 ５ａ，５ｂ　　絶縁層 ６ａ，６ｂ　　ストライプ状電極 ７　　ストライプ状色フィルタ ２１　　基板（透明基板） ２２　　ストライプ状色フィルタ ２３　　基板 ２４　　ストライプ状電極（背面電極）２５　　絶縁層 ２６　　絶縁層 ２７　　発光層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも一方が透明で対向して配置
   された一対の基板間に電界で発光する発光層を介在させ
   、この発光層の両主面に絶縁層を介して電極を配置した
   ＥＬ素子において、上記発光層がＺｎＳおよびアルカリ
   土類金属硫化物をそれぞれ母材とする複数の蛍光体薄膜
   を積層して形成され、上記ＺｎＳを母材とする蛍光体薄
   膜が、発光層の両主面に配置された絶縁層にそれぞれ直
   接に接するように配置されたことを特徴とするＥＬ素子
   。