JPH05211094A

JPH05211094A - 薄膜ｅｌ素子及びその反射率最適化装置

Info

Publication number: JPH05211094A
Application number: JP4015894A
Authority: JP
Inventors: Aotake Kou; 青竹高; Taiji Tsuruoka; 泰治鶴岡; Mitsuro Mita; 充郎見田; Tatsushi Hasegawa; 達志長谷川
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1993-08-20

Abstract

(57)【要約】【目的】絶縁膜の界面における反射光を軽減し、輝度
の高い薄膜ＥＬ素子を実現する。【構成】発光層と絶縁層とを層状に形成してなる薄
膜ＥＬ素子において、ｋ層目の絶縁層の膜厚ｄ_kを、ｋ
層目の絶縁層の屈折率ｎ_kと設定波長λとに関して、ｎ
_kｄ_k＝ (２ｍ＋１）（λ／４）（ただし、ｍは整数、
ｋは０からの整数）の関係となるように設定し、各絶縁
層の屈折率ｎ_kの間に一定の関係を満たすように設定す
ることにより、各絶縁膜の膜厚の最適化を行う。その結
果、薄膜ＥＬ素子を構成する各絶縁膜の界面における反
射光が軽減して発光輝度が向上しする。また、絶縁層の
膜厚により透過する光の波長を制御し、フィルタとして
の機能を持たせることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像表示に使用される薄
膜ＥＬ素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】薄膜ＥＬディスプレイは、超薄型、完全
固体、自発光型、高視認性、高信頼性などのメリットを
有するフラットディスプレイである。白色ＥＬ、カラー
ＥＬには、薄膜ＥＬ素子が用いられ、発光膜の母体材料
として例えばＣａＳ、ＳｒＳ、ＢａＳを用いた薄膜ＥＬ
素子の研究が盛んになりつつある。図１４は、このよう
なアルカリ土類の硫化物を発光母体材料として用いた薄
膜ＥＬ素子の一般的な構造を示すものである。

【０００３】図１４および図１５を用いて従来の薄膜Ｅ
Ｌ素子の説明を行う。図１４の構造は発光膜の両側を絶
縁薄膜で挟んだ構造であり、一般に二重絶縁構造と呼ば
れる。絶縁薄膜は、ガラス基板８１上に透明電極８２、
第一層絶縁膜８３、ＺｎＳ膜８４、発光膜８５、ＺｎＳ
膜８６、第二層絶縁膜８７、背面電極８８の順に構成さ
れる。

【０００４】ガラス基板８１上の透明電極８２はストラ
イプ状に形成され、材料としてはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ
ＴｉｎＯｘｉｄｅ）などが用いられ、その膜厚とし
て例えば２００ｎｍが用いられる。第一層絶縁膜８３、
および第二層絶縁膜８７は、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄ある
いはＴａ₂Ｏ₅ などが用いられる。続いて、第一層絶縁
膜８３および第二層絶縁膜８７と発光膜８５の間にＺｎ
Ｓ膜８４、８６を設ける。該ＺｎＳ（１００ｎｍ）膜の
膜厚は、例えば１００ｎｍである。このＺｎＳ膜は、電
荷注入の機能を付与するものであり、これにより輝度が
向上するという効果を生じさせる。

【０００５】図１４の発光膜８５は、ＣａＳ、ＳｒＳ、
ＢａＳなどの母体材料に、０．０１〜数ｍｏｌ％程度の
希土類を発光中心材料として混合したものである。白色
発光のＥＬパネルの場合には、母体材料ＳｒＳにＣｅ、
Ｅｕの発光中心と、電荷補償材料としてＫを添加したＳ
ｒＳ：Ｃｅ、Ｅｕ、Ｋが用いられる。発光膜はスパッタ
法や、電子線蒸着法などの真空成膜法により形成され
る。

【０００６】背面電極８８は、透明電極８２と直交する
方向にストライプ状に形成され、アルミニュームの金属
電極が用いられる。透明電極８２と背面電極８８に、２
００Ｖ程度の交流電圧を印加すると、これらの電極の交
差した部分から白色ＥＬ発光が生じ、ガラス基板８１を
通して観測される。絶縁膜８３、８７の性能を極力引き
出すためにそれぞれを複合絶縁膜により構成することも
ある。図１５により、該複合絶縁膜を用いた薄膜ＥＬ素
子の説明を行う。

【０００７】図１５において、ガラス基板９１上には透
明電極９２が形成され、その上に第１層絶縁膜９３、Ｚ
ｎＳ膜９４、発光膜９５、ＺｎＳ膜９６、第２層絶縁膜
９７、背面電極９８が順次形成される。第１層絶縁膜９
３および第２層絶縁膜９７は、複合絶縁膜である。第１
層絶縁膜９３は、絶縁膜９３ａと絶縁膜９３ｂとから構
成される。絶縁膜９３ａは、例えば、膜厚８０ｎｍのＳ
ｉＯ₂ 膜により構成され、絶縁膜９３ｂは、膜厚３００
ｎｍのＴａ₂Ｏ₅ 膜あるいは膜厚１５０ｎｍのＳｉ₃Ｎ
₄ 膜などにより構成される。一方、第２層絶縁膜９７
は、絶縁膜９７ａと絶縁膜９７ｂとから構成される。第
２層絶縁膜９７は、発光膜９５を挟んで第１層絶縁膜９
３と対称的になるように配置され、絶縁膜９７ａは、例
えば、膜厚８０ｎｍのＳｉＯ₂ 膜により構成され、絶縁
膜９７ｂは、膜厚３００ｎｍのＴａ₂Ｏ₅ 膜あるいは膜
厚１５０ｎｍのＳｉ₃Ｎ₄ 膜などにより構成される。

【０００８】このような薄膜ＥＬ素子は、例えば、図１
５に示した複合絶縁膜を用いた素子の場合には、現在
（１ＫＨｚ駆動）７３０ｃｄ／ｍ² 程度の輝度が得られ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上図１５に示した薄
膜ＥＬ素子の絶縁膜を設計する際、絶縁膜の絶縁耐圧、
誘電損失、誘電率などを設計の考慮事項としていた。し
かし、輝度については考慮されていなかった。輝度の低
下の原因として、発光膜からの光が各絶縁膜を透過する
際の光の反射がある。光は、絶縁膜を通るときに膜の界
面で反射される。この反射光の分が発光量の損失分とな
り、高輝度が得られていなかった。従来、例えば、薄膜
ＥＬ素子の白色Ｌ−Ｖ特性を測定すると、１ＫＨｚ正弦
波で駆動したとき、最高輝度７３０ｃｄ／ｍ² しか得ら
れていない。また、白色ＥＬ素子についてみると、発光
スペクトルの青成分の強度の低下がみられる。この発光
スペクトルの青成分の強度の低下は、フルカラーＥＬデ
ィスプレイを実用化するには色の純度において問題とな
る。フルカラーＥＬディスプレイの高輝度化及び青色の
発光輝度を向上するために、光の反射を軽減する必要が
ある。

【００１０】従来、薄膜ＥＬ素子において、この反射光
については考慮されていなかった。本発明は、上記の問
題点を解決して、薄膜ＥＬ素子を構成する各絶縁膜の界
面における反射光を軽減し、白色ＥＬ素子の輝度の向上
及び青色光の発光強度を補う薄膜ＥＬ素子及びその反射
率最適化装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、発光膜からの光が各絶縁膜を透過する際
の膜界面での光の反射を減少させるために、薄膜ＥＬ素
子を構成する各絶縁膜の膜厚の最適化を行うものであ
る。各絶縁膜の膜厚の最適化は、発光層と絶縁層とを層
状に形成してなる薄膜ＥＬ素子において、ｋ層目の絶縁
層の膜厚ｄ_kを、ｋ層目の絶縁層の屈折率ｎ_kと設定波
長λとに関して、ｎ_kｄ_k＝ (２ｍ＋１）（λ／４）
（ただし、ｍは整数、ｋは０からの整数）の関係となる
ように設定し、また、ｋ層目の絶縁層の屈折率ｎ_kを膜
厚ｄ_kと設定波長λと屈折角φ₁との関係において、ｎ
_kｄ_kCOS φ₁＝λ／４およびＡ_k＝Ｂ_kを同時に満
たすようにして行われる。なお、上式において、Ａ_kお
よびＢ_kは、ｋが奇数のとき、つまり層数が偶数のと
き、Ａ_k＝( ｎ₁ｎ₃ｎ₅・・・ｎ_k-2)²ｎ_k Ｂ_k＝ｎ₀(ｎ₂ｎ₄ｎ₆・・・ｎ_k-1)² ただし、Ａ₁＝ｎ₁、Ｂ₁＝ｎ₀ ｋが偶数のとき、つまり層数が奇数のとき、Ａ_k＝ｎ₀(ｎ₂ｎ₄ｎ₆・・・ｎ_k-2)²ｎ_k Ｂ_k＝( ｎ₁ｎ₃ｎ₅・・・ｎ_k-1)² ただし、Ａ₂＝ｎ₀ ｎ₂、Ｂ₂＝ｎ₁ ² また、ｍは整数、ｋは０をからの整数である。

【００１２】

【作用】本発明によれば、以上のように薄膜ＥＬ素子を
構成する各絶縁膜の膜厚を最適化したので、薄膜ＥＬ素
子を構成する各絶縁膜の界面における反射光を軽減し、
白色ＥＬ素子の輝度の向上及び青色光の発光強度を補う
ことができる。また、絶縁層の膜厚により透過する光の
波長を制御し、フィルタとしての機能を持たせることが
できる。

【００１３】さらに、絶縁層の膜厚により透過する光の
波長を制御して、一つの発光素子において、部分的に発
光色を異ならせることもできる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。薄膜ＥＬ素子を構成する絶縁膜の反射率について、
以下の関係が成り立つ。図４、５により、単層膜および
多層膜の光の干渉の関係を説明する。図４は、単層膜に
おける光の多重反射の関係を示した図である。

【００１５】この図に示すように、屈折率ｎ₁で膜厚ｄ
₁の単層膜に、屈折率ｎ₂の媒質から光を入射し、屈折
率ｎ₀の媒質に透過光を透過させる。図において、屈折
率ｎ ₂の媒質から単層膜への入射角はθ、単層膜への屈
折角はφ₁である。また、媒質１から媒質０への振幅反
射率をρ_1,0、媒質２から媒質１への振幅反射率をρ
_2,1で表し、入射光の振幅に対する全反射光の合成振幅
の比を振幅反射率γで表すとすると、エネルギー反射率
Ｒは、以下の式により表される。Ｒ_2,0＝｜γ_2,0｜² ＝｛（ρ_2,1)²+（ρ_1,0)²+ 2ρ_2,1 ρ_1,0COS 〔(2π／λ) Δ〕｝／｛１＋（ρ_2,1ρ_1,0)² + 2ρ_2,1ρ_1,0COS 〔(2π/ λ) Δ〕｝・・・（１）上式においてΔは、 Δ＝相隣る反射光間の行路差＝２ｎ₁ｄ₁COS φ₁ ・・・（２）である。

【００１６】垂直入射の場合は、COS φ₁＝1 であり、
媒質ｉとｊの境界面での反射率Ｒ_ijは、Ｒ_ij＝（ｎ_i−ｎ_j)²／（ｎ_i＋ｎ_j)² ・・・（３）で表されるので、Ｒ_2,0は、Ｒ_2,0＝（ρ_2,1 −ρ_1,0)² ／（１−ρ_2,0ρ_1,0)² ＝〔( ｎ₀ｎ₂−ｎ₁ ²)²／( ｎ₀ｎ₂＋ｎ₁ ²）〕² ・・・（４）と表される。

【００１７】上式の関係において、反射が０となる条件
は、振幅条件として式（４）からｎ₀ｎ₂＝ｎ₁ ² ・・・（５）があり、位相条件として、 Δ＝相隣る反射光間の行路差＝２ｎ₁ｄ₁COS φ₁＝λ／２から、ｎ₁ｄ₁＝ (２ｍ＋１）（λ／４）（ｍは整数）・・・（６）がある。

【００１８】つまり、式（５）と式（６）の条件を満足
するときに反射が０となる。次に、多層膜場合の関係を
図５を用いて説明する。図５は、屈折率がそれぞれｎ_0,
ｎ_1,ｎ_2,・・・ｎ_kで、膜厚が d_0, d_1, d_2,・・・ d_k
の媒質０，１，２，・・・ｋを層状に重ねた多層膜場合
を示している。図５の多層膜場合、上記で説明した単層
膜の場合と同様にしてCOS φ₁＝１の場合の反射率Ｒを
求めると、Ｒ＝（Ａ_k−Ｂ_k）²／（Ａ_k＋Ｂ_k）² ・・・（７）となる。上式において、Ａ_kおよびＢ_kは、ｋが奇数の
とき、つまり層数が偶数のとき、Ａ_k＝( ｎ₁ｎ₃ｎ₅・・・ｎ_k-2)²ｎ_k Ｂ_k＝ｎ₀(ｎ₂ｎ₄ｎ₆・・・ｎ_k-1)² ただし、Ａ₁＝ｎ₁、Ｂ₁＝ｎ₀ ・・・（８）ｋが偶数のとき、つまり層数が奇数のとき、Ａ_k＝ｎ₀(ｎ₂ｎ₄ｎ₆・・・ｎ_k-2)²ｎ_k Ｂ_k＝( ｎ₁ｎ₃ｎ₅・・・ｎ_k-1)² ただし、Ａ₂＝ｎ₀ ｎ₂、Ｂ₂＝ｎ₁ ² ・・・（９）である。

【００１９】上式の関係から、反射が０となる条件は、
振幅条件は式（７）から、Ａ_k＝Ｂ_k ・・・（１０）であり、位相条件は、ｎ_kｄ_k＝ (２ｍ＋１）（λ／４）（ｍは整数）・・・（１１）である。

【００２０】以上の関係から、薄膜ＥＬ素子の絶縁膜を
の設計において、式（１０）と式（１１）を時に満足さ
せると、光の反射は０になる。このとき、λは、発光膜
から発した光の波長である。しかし、実際には、各絶縁
膜の機能（誘電率、誘電損失、耐圧など）を優先するた
め、反射率を０にすることができない。式（１１）の位
相条件ｎ_kｄ_k＝ (２ｍ＋１）（λ／４）を用いて、薄
膜ＥＬ素子の各絶縁膜の膜厚を計算すると次の表１に示
すようになる。

【００２１】

【表１】

【００２２】実際の薄膜ＥＬパネルの構成に応じて、そ
の発光が各絶縁膜を透過する際の反射率を最小するよう
膜の厚さに調節することができる。この絶縁膜の膜厚の
最適化により、薄膜ＥＬ素子の輝度の向上及び必要な発
光色の発光輝度の損失を最小限にすることが可能とな
る。つまり、上式（１０），（１１）の振幅条件および
位相条件を満足するように各絶縁膜の膜厚を最適化した
り、あるいは屈折率を選択することにより薄膜ＥＬ素子
の反射による発光光の損失を最小限にすることができ
る。

【００２３】次に、図１，２，３を用いて本発明の絶縁
膜の最適化について説明する。図１は、本発明の絶縁膜
の最適化のためのブロック図である。図１のブロック
は、概略入力部１とメモリ部１０と演算および制御部２
０とから構成される。入力部１は、絶縁材料の入力部２
と層数ｋの入力部３と屈折率ｎ_kの入力部４と絶縁膜層
の順序の入力部５と設定波長λの入力部６と入射角φの
入力部７と入力モードの入力部８から構成される。上記
入力部について説明する。

【００２４】絶縁材料の入力部２は、薄膜ＥＬ素子を構
成する絶縁膜の絶縁材料の種類を入力するものであり、
この入力により薄膜ＥＬ素子を構成する絶縁膜の絶縁材
料が選択され、後述するメモリ１１から該絶縁材料の屈
折率ｎ_kが読み出される。層数ｋの入力部３は、薄膜Ｅ
Ｌ素子を構成する絶縁膜の層の数を入力するものであ
り、最適化する絶縁膜の層数が設定される。

【００２５】屈折率ｎ_kの入力部４は、絶縁膜の屈折率
を入力するものであり、後述するメモリ１１への絶縁膜
の屈折率の入力および、絶縁材料の入力部２を介してメ
モリから屈折率を読みださずに、直接屈折率を演算部２
０に入力するものである。絶縁膜層の順序の入力部５
は、絶縁材料の入力部２で入力した絶縁膜の層の順序を
指定設定するものであり、この入力を行わない場合に
は、後述するメモリ１３から読み出される絶縁膜の層の
順序が設定される。

【００２６】設定波長λの入力部６は、発光層から発光
される光の波長を入力するものである。入射角φの入力
部７は、発光層から発光される光の絶縁層への入射角φ
を入力するものである。また、入力モードの入力部８
は、屈折率あるいは絶縁膜の層の順序の入力を絶縁材料
の入力部２の入力を介してメモリ１１，１３から読み出
して行うか、あるいは、直接屈折率ｎ_kの入力部４や絶
縁膜層の順序の入力部５から行うかの入力モードの選択
を行うものである。

【００２７】入力のための手順等を指示する表示は、制
御装置２１および表示、記録の制御装置２７により表示
装置２８において行われる。次に、メモリ部１０につい
て説明する。メモリ部１０は、絶縁材料の屈折率ｎ_kを
記憶しておくためのメモリ１１と絶縁膜の層の順序を記
憶しておくためのメモリ１３と反射率の演算を行うため
の演算式を記憶しておくためのメモリ１５とから構成さ
れる。

【００２８】メモリ１１への絶縁材料の屈折率ｎ_kの入
力は、予め入力しておくかあるいは、入力モードの入力
部８により、メモリ１１への入力モード時に屈折率ｎ_k
の入力部４からの設定により行う。また、メモリ１３へ
の絶縁膜の層の順序の入力は、予め入力しておくかある
いは、入力モードの入力部８により、メモリ１３への入
力モード時に絶縁膜層の順序の入力部５からの設定によ
り行う。

【００２９】メモリ１５は、前述した反射率の式
（７）、（８）、および（９）を記憶しておくものであ
る。この式は、層数ｋの入力部３等の入力値に応じて読
み出され、反射率Ｒの演算装置２２に出力される。次
に、演算および制御部２０について説明する。演算およ
び制御部２０は、制御装置２１と反射率Ｒの演算装置２
２とバッファメモリ２３と反射率Ｒの最小値の演算装置
２４と膜厚ｄの演算装置２５と表示、記録の制御装置２
７と表示装置２８と記録装置２９とから構成される。

【００３０】反射率Ｒの演算装置２２は、前述したよう
に反射率の演算式（７）、（８）、および（９）をメモ
リ１５から読み出し、該演算式に屈折率の値を入力して
反射率Ｒを算出するものである。該演算装置２２で算出
された反射率Ｒは、演算に使用した屈折率の値に応じて
バッファメモリ２３に記憶される。反射率Ｒの最小値の
演算装置２４は、前記バッファメモリ２３に記憶された
反射率Ｒの値の中から最小値のものを算出するものであ
る。

【００３１】膜厚ｄの演算装置２５は、前述した式（１
１）の位相条件である。ｎ_kｄ_k＝ (２ｍ＋１）（λ／４）（ｍは整
数）から層厚ｄ_kを演算するものであり、屈折率ｎ_kの
入力部４あるいはメモリ１１、設定波長λの入力部６、
入射角φの入力部７から入力される屈折率ｎ_k、波長
λ、入射角φの値が用いられる。

【００３２】表示、記録の制御装置２７は、反射率Ｒ、
反射率Ｒの最小値Ｒ_min、層厚ｄ_kをそのときの屈折率
ｎ_k、設定波長λ、入射角φ、絶縁膜層の順序ととも
に、表示装置２８および、記録装置２９に出力される。
次に、上記装置の動きを図２、３のフローチャートとと
もに説明する。図２は、反射率Ｒ、反射率Ｒの最小値Ｒ
_minを求めるフローチャートであり、図３は、層厚ｄ_k
を求めるフローチャートである。

【００３３】まず、図２により、反射率Ｒの最小値Ｒ
_minを求めるフローを説明する。ステップ３１−１にお
いて、絶縁材料の入力部２と層数ｋの入力部３とから絶
縁材料の種類と層数ｋを制御装置２１に入力する。制御
装置２１は、ステップ３２−１において、メモリ１１か
ら屈折率ｎ_kを読み出す。また、制御装置２１は、ステ
ップ３２−２において、メモリ１３から絶縁材料の層の
順序を読み出す。さらに、制御装置２１は、ステップ３
２−３において、メモリ１５から反射率Ｒを求める演算
式を読み出す。メモリ１３に記憶されている絶縁材料の
層の順序は、発光層等の順序がある程度固定されている
ものや、任意に変更が可能なもの等の可能性を考慮して
記憶されている。

【００３４】ステップ３３において、前記ステップ３２
−１、３２−２により読み出された屈折率ｎ_k、絶縁材
料の層の順序を、ステップ３２−３により読み出された
反射率Ｒを求める演算式に代入して、演算装置２２にお
いて反射率Ｒの値を演算する。なお、ステップ３１−２
において、屈折率ｎ_kの入力部４から直接屈折率ｎ_kを
入力する場合には、ステップ３２−１を省略する。ま
た、ステップ３１−３において、絶縁膜層の順序の入力
部５から直接絶縁膜層の順序を入力する場合には、ステ
ップ３２−３を省略する。

【００３５】次に、ステップ３４において、ステップ３
３において求めた反射率Ｒの値を、バッファメモリ２３
に一時記憶する。この際反射率Ｒの演算に用いた屈折率
ｎ_kおよび絶縁膜層の順序もバッファメモリ２３に同時
に記憶する。ステップ３５において、絶縁材料の層の順
序のすべての組み合わせについて反射率Ｒの演算を完了
したかを検討し、完了していない場合には、枝３５−Ｂ
により、再び３２−２によりメモリ１３から次の絶縁材
料の層の順序を読み出す。絶縁材料の層の順序のすべて
の組み合わせについて反射率Ｒの演算が完了した場合に
は、枝３５−Ａにより、ステップ３６に移る。

【００３６】ステップ３６は、バッファメモリ２３に一
時記憶されている反射率Ｒの中から反射率Ｒの最小値Ｒ
_minを求める。続くステップ３７は、反射率Ｒの最小値
Ｒ_mi _n、反射率Ｒ、および、そのときの絶縁材料の種
類、屈折率、層数、絶縁材料の層の順序等の情報ととも
に出力を行う。上記のフローにより、反射率Ｒが最小値
となる絶縁材料の種類や絶縁材料の層の順序を選定する
ことができる。

【００３７】次に、図３により、膜厚ｄ_kを求めるフロ
ーを説明する。ステップ４１−１において、絶縁材料の
入力部２から絶縁材料の種類を入力し、ステップ４１−
２において、設定波長λの入力部６から発光部から発光
する光の設定波長λを入力し、ステップ４１−３におい
て、入射角φの入力部７から入射角φの値が入力され
る。

【００３８】絶縁材料の入力部２から入力された絶縁材
料の種類に関するの情報は、ステップ４２において、メ
モリ１１から屈折率ｎ_kの値を読みだす。ステップ４２
においてメモリ１１から読み出された屈折率ｎ_kの値
は、ステップ４１−２およびステップ４１−３で入力さ
れた設定波長λ、入射角φの値とともに、ステップ４３
においてを前述した式（１１）の位相条件であるｎ_kｄ_k＝ (２ｍ＋１）（λ／４）（ｍは整
数）から演算する。

【００３９】次に、ステップ４４において、絶縁材料の
すべての種類について膜厚の演算が完了したかを調べ、
完了していない場合には、枝４４−Ｂによりステップ４
２において、メモリ１１から他の屈折率ｎ_kの値を読み
出し、膜厚の演算を行う。絶縁材料のすべての種類につ
いて膜厚の演算が完了した場合には、枝４４−Ａにより
ステップ４５において、膜厚ｄ_kの出力を行う。この
際、膜厚ｄ_kの出力とともに、屈折率ｎ_k、設定波長
λ、入射角φを出力する。

【００４０】これにより、反射率Ｒを最小にする膜厚ｄ
_kを設定することができる。絶縁膜の絶縁耐圧、誘電損
失、誘電率などの設計要件により、前記の最小反射率Ｒ
_minが選択できない場合には、第２、第３に小さい反射
率Ｒを選択して、最善の反射率Ｒを選ぶことができる。
図６において、本発明の第１の実施例を説明する。

【００４１】この実施例においては、ガラス基板５１上
に、透明電極５２を形成したのち、第一層絶縁膜５３を
形成する。この第一層絶縁膜５３は、二種類の絶縁膜を
積層した複合物である。透明電極５２側の絶縁膜５３a
としては、透明電極５２とガラス基板５１に対して付着
力の強いＳｉＯ₂を膜厚８４ｎｍに形成し、その上の絶
縁膜５３b は絶縁耐圧の高いＴａ₂Ｏ₅ を膜厚２９２ｎ
ｍとしている。更に第６図の実施例においては、ＳｉＯ
₂膜はスパッタリング法で形成し、Ｔａ₂Ｏ₅膜は電子
ビーム蒸着法で形成する。

【００４２】続いて、その上に絶縁膜５４のＺｎＳ膜を
膜厚１４７ｎｍに電子ビーム蒸着法で形成する。更に、
発光膜５５は、白色発光のＳｒＳ：Ｃｅ、Ｅｕ、Ｋにお
いて、ＳｒＳを母体材料とし、その中に、Ｃｅは青緑の
発光中心として希土類化合物ＣｅＣｌ₃の形で０．１ｍ
ｏｌ％含み、Ｅｕは赤の発光中心として希土類化合物Ｅ
ｕＳを、０．０３ｍｏｌ％、Ｃｅの電荷補償材料Ｋとし
てＫＣｌの形で０．１ｍｏｌ％を混合した粉末を加圧成
形したペレットを蒸着材料として用い、電子線蒸着法に
より成膜している。更に、その上にＺｎＳ膜５６を膜厚
１４７ｎｍに形成する。

【００４３】第二層絶縁膜５７はその二種類の絶縁膜５
７a,５７b の膜構成が、発光膜５５に対して、第一層絶
縁膜５３の二種類の絶縁膜５３a,５３b の膜構成と対称
となるように形成する。すなわち、発光膜５５側に絶縁
膜５７b のＴａ₂Ｏ₅ 膜を膜厚２９２ｎｍに形成する。
背面電極５８側には、絶縁膜５７a のＳｉＯ₂膜を膜厚
８４ｎｍに形成する。

【００４４】背面電極５８は、例えばＩＴＯなどの透明
電極により形成される。ＥＬ発光は、透明電極と背面電
極に交流電圧を印加することにより、白色発光がこれら
の電極交差した部分から生じ、ガラス基板を通して観察
される。続いて、図７において、本発明の第２の実施例
を説明する。第２の実施例においては、第一層絶縁膜と
第二層絶縁膜の絶縁材料が、第１の実施例のＴａ₂Ｏ₅
膜の代わりにＳｉ₃Ｎ₄ 膜が用いられている点で異な
り、その他の薄膜の材料、膜厚および成膜法とはまった
く同じである。そこで以下では、第２の実施例と第１の
実施例との相違点について説明する。

【００４５】第２の実施例においては、ガラス基板６１
上に、透明電極６２を形成した後、第一層絶縁膜６３を
形成する。この第一層絶縁膜６３は、二種類の絶縁膜の
うちＴａ₂Ｏ₅ 膜の代わりにＳｉ₃Ｎ₄ 膜を積層したも
のである。透明電極６２側の絶縁膜６３a は第１の実施
例と同じくＳｉＯ₂膜を膜厚８４ｎｍで形成し、その上
の絶縁膜６３b はＳｉ₃Ｎ₄ 膜を膜厚１７９ｎｍでスパ
ッタリング法で形成し、続いて、絶縁膜６４はＺｎＳ膜
を膜厚１４７ｎｍで形成する。発光膜６５、絶縁膜６６
の膜厚１４７ｎｍのＺｎＳ膜を実施例と同じ発光膜及び
膜形成法を用いるので、ここでは省略する。

【００４６】更に、第二層絶縁膜６７はその二種類の絶
縁膜６７a,６７b の膜構成が、発光膜６５に対して、第
一層絶縁膜６３の二種類の絶縁膜６３a,６３b の膜構成
と対称となるように形成する。すなわち、発光膜６５側
に絶縁膜６６を膜厚１４７ｎｍのＺｎＳ膜とし、その上
に第二絶縁膜となる絶縁膜６７b を膜厚１７９ｎｍのＳ
ｉ₃Ｎ₄ 膜で形成し、そして、背面電極６８側に絶縁膜
６７a のＳｉＯ₂膜を膜厚８４ｎｍで形成する。

【００４７】以上の第１の実施例、第２の実施例を用い
て作成した白色ＥＬ素子と従来の図１５に示したＥＬ素
子のＬ−Ｖ特性をそれぞれ図９、図１０に示す。１ＫＨ
ｚの正弦波で駆動したとき、第１の実施例、第２の実施
例の最大輝度はいずれも９００ｃｄ／ｍ² 以上であり、
膜厚を最適化することにより、従来のＳｉ₃Ｎ₄ 素子と
Ｔａ₂Ｏ₅ 素子を用いたＥＬ素子の約１．２３倍の輝度
が得られる。また、青色発光輝度についても、図に示す
ように最大輝度は膜の最適化前の約１．２３倍となって
いる。

【００４８】以上の第１の実施例、第２の実施例につい
て、前記式（７）、（８）、（９）により、反射率Ｒを
求めると以下のようになる。図８は、第１の実施例、第
２の実施例の各絶縁層の層順Ｋと屈折率ｎ_kとを示した
図である。図８の層順Ｋと屈折率ｎ_kの値を前記式
（７）、（８）、（９）に代入して求めた反射率Ｒは、
第１の実施例の場合、絶縁層の構成は、Glass −ＩＴＯ
−ＳｉＯ₂−Ｔａ₂Ｏ₅−ＺｎＳ−ＳｒＳであるので、
反射率４．８％となり、第２の実施例の場合、絶縁層の
構成は、Glass −ＩＴＯ−ＳｉＯ₂−Ｓｉ₃Ｎ₄−Ｚｎ
Ｓ−ＳｒＳであるので、反射率３．９％となる。

【００４９】膜厚の最適化を行う前の反射率は、輝度か
ら換算すれと、約２３％である。したがって、本発明の
膜厚の最適化を用いることにより、反射率は１／５に低
減でき、輝度の向上が図れる。次に、図１１、１２によ
り、本発明の第３の実施例を説明する。本発明の第３の
実施例は、絶縁層の膜厚により透過する光の波長を制御
し、フィルタとしての機能を持たせるものである。

【００５０】反射が０となる位相条件式（１１）から、ｎ_kｄ_k＝ (２ｍ＋１）（λ／４）（ｍは整
数）の関係がある。したがって、屈折率ｎ_kの絶縁層に
対して設定波長λ₁を透過させる膜厚ｄ_kで、かつ設定
波長λ₁と異なる設定波長λ₂は上式の関係を満たさな
いものを設定すると、設定波長λ₁を通すフィルタとし
ての機能を持つことになる。

【００５１】図１１は、光層から発せられる光の有する
スペクトル特性であり、発光輝度のピークは、波長λ₁
と波長λ₂にある。このスペクトル特性を有する光を前
記波長λ₁を通し、波長λ₂を阻止する膜厚ｄ_kの絶縁
層を用いると、図１２に示すように波長λ₁を通すフィ
ルタとなる。図１３により、本発明の第４の実施例を説
明する。

【００５２】本発明の第４の実施例は、一つの発光素子
において、部分的に発光色を異ならせるものである。図
１３は、図６、７の本発明の第１、２の実施例におい
て、絶縁膜の一部の膜厚を異ならせた構造のものであ
る。図１３において、ガラス基板７１上には透明電極７
２が形成され、その上に順次、第１層絶縁膜７３、第２
層絶縁膜７４、発光膜７５、第３層絶縁膜７６、第４層
絶縁膜７７、背面電極７８を順次形成する。

【００５３】第１絶縁膜７３および第４層絶縁膜７７は
二種類の絶縁膜を積層した複合物である。第１層絶縁膜
７３は、絶縁膜７３ａと絶縁膜７３ｂとからなり、さら
に、絶縁膜７３ａは、膜厚の異なる絶縁膜７３ａと絶縁
膜７３ａ´により構成され、絶縁膜７３ｂは、膜厚の異
なる絶縁膜７３ｂと絶縁膜７３ｂ´により構成される。
また、第４層絶縁膜７７は、絶縁膜７７ａと絶縁膜７７
ｂとからなり、さらに、絶縁膜７７ａは、膜厚の異なる
絶縁膜７７ａと絶縁膜７７ａ´により構成され、絶縁膜
７７ｂは、膜厚の異なる絶縁膜７７ｂと絶縁膜７７ｂ´
により構成される。

【００５４】上記のように、第１層絶縁膜７３および、
第４層絶縁膜７７の各絶縁膜内での膜厚を異ならせるこ
とにより、第３の実施例のように、フィルタ作用によ
り、絶縁膜７３ａおよび絶縁膜７３ｂを通過して発光さ
れる光と絶縁膜７３ａ´および絶縁膜７３ｂ´を通過し
て発光される光とのスペクトルを異ならせることができ
る。

【００５５】これにより、一つの発光素子において、部
分的に発光色を異ならせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の絶縁膜の最適化のためのブロック図で
ある。

【図２】本発明の反射率Ｒの最小値Ｒ_minを求めるフロ
ー図である。

【図３】本発明の膜厚ｄ_kを求めるフロー図である。

【図４】本発明の単層膜における光の多重反射を示した
関係図である。

【図５】本発明の多層膜における光の多重反射を示した
関係図である。

【図６】本発明の第１の実施例を示す薄膜ＥＬ素子の構
造を示す断面図である。

【図７】本発明の第２の実施例を示す薄膜ＥＬ素子の構
造を示す断面図である。

【図８】本発明の実施例の絶縁層の層順Ｋと屈折率ｎ_k
とを示した図である。

【図９】本発明の実施例の薄膜ＥＬ素子の印加電圧と発
光輝度との関係を示す特性図である。

【図１０】本発明の実施例の薄膜ＥＬ素子の印加電圧と
発光輝度との関係を示す特性図である。

【図１１】本発明の実施例の薄膜ＥＬ素子の発光スペク
トルと発光輝度との関係を示す特性図である。

【図１２】本発明の実施例の薄膜ＥＬ素子の発光スペク
トルと発光輝度との関係を示す特性図である。

【図１３】本発明の第４の実施例を示す薄膜ＥＬ素子の
構造を示す断面図である。

【図１４】従来の薄膜ＥＬ素子の一般的構造を示す断面
図である。

【図１５】複合絶縁膜を用いた従来の薄膜ＥＬ素子の一
般的構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１入力部２絶縁材料の入力部３層数ｋの入力部４屈折率ｎ_kの入力部５絶縁膜層の順序の入力部６設定波長λの入力部７入射角φの入力部８入力モードの入力部１０メモリ部１１、１３、１５メモリ２０演算および制御部２１制御装置２２反射率Ｒの演算装置２３バッファメモリ２４反射率Ｒの最小値の演算装置２５膜厚ｄの演算装置２７表示、記録の制御装置２８表示装置２９記録装置５１、６１ガラス基板５２、６２透明電極５３、６３、７３第一層絶縁膜５３a 、５３b 、５４、５７a 、５７b 、６３a 、６３
b 、６４、６６、６７、６７a 、６７b 、７３ａ、７３
ｂ、７３ａ´、７３ｂ´、７７ａ、７７ｂ、７７ａ´、
７７ｂ´ 絶縁膜５５、６５発光膜５６ＺｎＳ膜５７、６７、７７第二層絶縁膜５８、６８背面電極Ｋ層順ｎ_k 屈折率Ｒ反射率 λ、λ₁、λ₂ 設定波長ｄ_k 膜厚 φ₁ 屈折角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長谷川達志東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光層と絶縁層とを層状に形成してなる
薄膜ＥＬ素子において、ｋ層目の絶縁層の膜厚ｄ_kを、ｋ層目の絶縁層の屈折率
ｎ_kと設定波長λとに関して、ｎ_kｄ_k＝ (２ｍ＋１）（λ／４）ただし、ｍは整数、ｋは０からの整数の関係を有することにより最適化したことを特徴とする
薄膜ＥＬ素子。
【請求項２】発光層と絶縁層とを層状に形成してなる
薄膜ＥＬ素子において、ｋ層目の絶縁層の膜厚ｄ_kと屈折率ｎ_kと設定波長λと
屈折角φ₁を、ｎ_kｄ_kCOS φ₁＝λ／４およびＡ_k＝Ｂ_k を同時に満たすことにより最適化したことを特徴とする
薄膜ＥＬ素子。上式において、Ａ_kおよびＢ_kは、ｋが奇数のとき、つまり層数が偶数のとき、Ａ_k＝( ｎ₁ｎ₃ｎ₅・・・ｎ_k-2)²ｎ_k Ｂ_k＝ｎ₀(ｎ₂ｎ₄ｎ₆・・・ｎ_k-1)² ただし、Ａ₁＝ｎ₁、Ｂ₁＝ｎ₀ ｋが偶数のとき、つまり層数が奇数のとき、Ａ_k＝ｎ₀(ｎ₂ｎ₄ｎ₆・・・ｎ_k-2)²ｎ_k Ｂ_k＝( ｎ₁ｎ₃ｎ₅・・・ｎ_k-1)² ただし、Ａ₂＝ｎ₀ ｎ₂、Ｂ₂＝ｎ₁ ² また、ｍは整数、ｋは０からの整数である。
【請求項３】発光層と絶縁層とを層状に形成してなる
薄膜ＥＬ素子の反射率最適化装置において、（ａ）薄膜ＥＬ素子を構成する絶縁層の特性値を入力す
る手段と、（ｂ）発光光の特性値を入力する手段と、（ｃ）少なくとも反射率を演算する演算式を有するメモ
リ手段と、（ｄ）前記絶縁層の特性値に応じて前記メモリ手段から
読み出される演算式と、前記絶縁層の特性値とにより反
射率を演算する反射率演算装置と、（ｄ）前記絶縁層の特性値と前記発光光の特性値とから
絶縁層の膜厚を演算する膜厚演算装置と、（ｅ）前記絶縁層の特性を入力する手段と前記発光光の
特性を入力する手段とからの入力値を前記演算装置に入
力する制御装置とからなり、（ｆ）前記反射率を最小にする絶縁層の特性値と、該絶
縁層の特性値に対する絶縁層の膜厚とにより薄膜ＥＬ素
子の反射率を最小にすることを特徴とする薄膜ＥＬ素子
の反射率最適化装置。
【請求項４】前記絶縁層の特性値を入力する手段は、
絶縁材料の種類を入力する手段と絶縁層の層数を入力す
る手段とからなり、前記絶縁材料の種類を入力する手段
により前記メモリ手段に記憶された絶縁材料の屈折率を
読み出し、前記絶縁層の層数を入力する手段により前記
メモリ手段に記憶された絶縁層の層順を読み出すことを
特徴とする請求項３記載の薄膜ＥＬ素子の反射率最適化
装置。
【請求項５】前記絶縁層の特性値を入力する手段は、
絶縁材料の屈折率を入力する手段と絶縁層の層順を入力
する手段とからなることを特徴とする請求項３記載の薄
膜ＥＬ素子の反射率最適化装置。
【請求項６】前記発光光の特性値を入力する手段は、
設定波長λを入力する手段と屈折角φ₁入力する手段と
からなることを特徴とする請求項３記載の薄膜ＥＬ素子
の反射率最適化装置。
【請求項７】前記メモリ手段の記憶内容は、前記入力
手段から入力可能であることを特徴とする請求項３記載
の薄膜ＥＬ素子の反射率最適化装置。