JP3941125B2 - Ｅｌ素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば計器類の自発光型のセグメント表示やマトリクス表示、或いは各種情報端末機器のディスプレイなどに利用されるＥＬ素子（エレクトロルミネッセンス素子、Electroluminescence）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＬ素子は数種の色があり、フルカラーの三原色となる赤、緑、青色の各色を発色されるＥＬ素子が求められているが、そのうち赤色は、従来より、赤橙色の発光を呈する硫化亜鉛(ZnS)にマンガン(Mn)を添加したZnS:Mn発光層を用いて、赤色フィルタを組み合わせて純色の赤色が得られるようにしている。このような構成のＥＬ素子として従来例えば、特開平1-315978号公報に記載されているように、特定の波長を透過または遮断する光学フィルタを用いて、これを介してＥＬ素子の発光として特定色を得るという手段が取り入れられている。
【０００３】
光学フィルタを電極上に設ける場合（図３）、光学フィルタが電極に影響を与え、やはり自己修復不可能型の破壊が生じ、問題があることが判明している。
【０００４】
表裏の電極に挟まれた誘電体薄膜のある一点で絶縁破壊が起こったとき、破壊が隣接点に伝播して次第に広範囲に破壊領域が拡大していく（自己修復不可能型、あるいは伝播モードという）場合と、破壊がその一点のみに留まる（点破壊、あるいは自己修復モードという）場合との差異がある。特に自己修復不可能型はEL素子に致命的であり、これらのモードは、電極の材質や厚さにも依存していて種々の材料が試用されているが、破壊のはっきりした原因はまだ解明されておらず、実用的に安定な素子を提供するに至っていない。
【０００５】
それで光学フィルタの形成位置として、例えば実公平5-21278号公報の様に、酸化インジウム（In₂O₃)電極５６の上に直接色素入りカラーフィルタをスクリーン印刷により形成したEL素子５００が提案されている（図５）。この第２電極５６上に直接光学フィルタ５７を形成した構造では、独立した色を選択して取り出すことができるが、エージング及び連続発光試験を行った結果、EL素子の絶縁破壊の率が極めて高い状態であることが判明している。
【０００６】
このため、本発明者らは、図４に示すように光学フィルタを第２電極に直接接触しないように第３絶縁層を設けた構造を提案している（特願平5-259368号、および特願平6-87666号）。これらの発明の構成で絶縁破壊はかなり抑制されるようになった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、色純度を上げようとして第三絶縁層上に設けたフィルタ厚さを厚くすると、絶縁破壊の面積が増え、大きい面積の破壊点、すなわち自己修復不可能な破壊も生じるという問題が発生することが判明した。つまり、色純度を良くしようとして光学フィルタを厚くすると、このフィルタが直接第２電極に接触していなくても、発光層に、絶縁破壊によって発光しなくなる領域の発生が多くなり、品質等の観点から実用上問題があることが明らかになった。
【０００８】
従って本発明の目的は、光学フィルタを必要とするＥＬ素子で、フィルタ機能の質を低下させずに、絶縁破壊を防止し、高輝度、高信頼性を有した、安定かつ実用的なEL素子を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため本発明の構成は、絶縁性の支持基板上に第１電極、第１絶縁層、発光層、第２絶縁層及び第２電極が順次積層され、少なくとも該発光層、第２絶縁層及び第２電極が光学的に透明なものにて構成されたＥＬ素子において、光取り出し側に設けられた組み合わせガラスと、前記第２電極の上に積層された第３絶縁層と、前記第３絶縁層の上に0.5 μ m 以上、２μ m 以下の膜厚で形成された、前記発光層の光を選択する第１の光学フィルタ層と、前記組み合わせガラスの前記支持基板側の面上に、前記第１の光学フィルタ層と対面するように設けられ、前記第１の光学フィルタ層と同色の第２の光学フィルタ層とを有することである。
【００１０】
また関連発明の構成は、絶縁性の支持基板上に第１電極、第１絶縁層、発光層、第２絶縁層及び第２電極が順次積層され、少なくとも該発光層、第２絶縁層及び第２電極が光学的に透明なものにて構成された、異なる発光色の第一ＥＬ素子と第二ＥＬ素子を組み合わせた多色のＥＬ素子において、第一ＥＬ素子と第二ＥＬ素子のいずれもが、前記第２電極の上に積層された第３絶縁層と、第３絶縁層上に膜厚が 0.5 μ m 以上、２μ m 以下で形成された光学フィルタとを有し、下層に長波長発光色の発光層をもつ第一ＥＬ素子、上層に第一ＥＬ素子の発光層の発光波長よりも短波長の発光層を有する第二ＥＬ素子を、各々の光学フィルタを対面させて配置したものであり、第一ＥＬ素子と第二ＥＬ素子のそれぞれの光学フィルタが、共に第一ＥＬ素子用であることを特徴とする。
【００１１】
本発明はまた、請求項１に記載の発光層または請求項２に記載の第一ＥＬ素子の発光層が赤橙色発光層であって、光学フィルタが赤色フィルタであることを特徴とする。
【００１２】
また別の発明の構成は、請求項１または２に記載の第３絶縁層が、前記第２絶縁層からみた膜厚において、前記第２電極の膜厚よりも大きな膜厚を有し、かつ前記第３絶縁層で前記第２電極の領域を完全に被覆して構成されていることである。
【００１３】
【作用】
光学フィルタが厚すぎると発光層に自己修復不可能型の破壊が生じやすくなる原因は、フィルタ厚さという要因からは、先願の特願平6-87666号と同じく膜応力の影響があると推察されるが、はっきりした原因は不明である。しかし現実に光学フィルタの膜厚の影響が第２電極以下の層に及び易く、厚すぎるフィルタは点破壊全点数に対して面積規模の大きい破壊の割合が大きくなるので、光学フィルタを２μm以下の薄さで形成する。光学フィルタの膜厚が0.5μm以下となると、実質、光学フィルタとして機能しなくなるため、0.5μm以上は確保する。素子に構成したフィルタ厚さでは色純度が不足する場合に、いわば蓋となる組み合わせガラスの側に、同色の光学フィルタの層を形成する。
【００１４】
多色ＥＬ素子の場合、第３絶縁層側を向かい合わせにして組み合わせて構成するが、従来、片側のＥＬ素子にのみ光学フィルタを設けていたものを、両側のＥＬ素子に、下側にくるＥＬ素子（第一ＥＬ素子）の発光色に対する同じ光学フィルタを設ける。上記のいずれの構造のＥＬ素子においても、第２電極の上に構成された第３絶縁層は第２電極を保護し、第３絶縁層上に形成した光学フィルタからの影響を抑制する。従って、第３絶縁層が完全に第２電極を被覆していると、光学フィルタの発光層に対する直接の影響が抑制される。
【００１５】
【発明の効果】
光学フィルタの厚さを厚くしないことで、発光層に対する絶縁破壊の影響が少なくなり、表示品質が低下しない。また、組み合わせガラスに同色の光学フィルタを形成することで、素子に直接形成する光学フィルタの厚さを補う。多色ＥＬ素子でも、薄い光学フィルタを二箇所に分散させて形成する構成となるので、色純度を低下させることなく、絶縁破壊を抑制し表示品質を低下させない。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
図１(a)は、ＥＬ素子１００の模式的な構成断面図で、図１(a)は、従来構造と同じ構造（Ａ部分）のＥＬ素子１００の第２電極６の上に第３絶縁層７が、第２電極６をすっかり覆うように形成され、さらにその上に光学フィルタ８が薄く形成されている。この光学フィルタ８は、厚さが２μmを越えないでほぼ２μm厚さに成膜されている。これは光学フィルタとしては、なるべく厚い方がフィルタとしては効果が大きいためである。しかしこの厚さが0.5μm以下であると、光学フィルタとしての効果がなくなり実用性に欠ける。それで、色純度の不足を補うことが必要な場合に、さらに、組み合わせガラス９の裏面に、同色の光学フィルタ８’を形成する。
【００１７】
光学フィルタの膜厚が２μm以下である場合に、発光層に対する破壊の様子が従来よりも著しく減少することを以下に示す。図２は、光学フィルタ膜厚に対して、全点破壊数に対する点破壊発生率の割合を光学フィルタ膜厚で見たものである。横軸に光学フィルタの膜厚をとり、縦軸に全点破壊数に対する肉眼で確認可能な点破壊率をパーセントで示してある。この図２から明らかなように、光学フィルタ膜厚が２μmを越えると、規模が大きい破壊発生率が20％を越え、素子上にかなり目立ってくる。したがって光学フィルタ膜厚は２μm以下が有効である。なお、膜厚が0.5μm以下では、大規模破壊の発生率は全く０となるが、色を特定するための光学フィルタとしての効果が薄くなるにつれて弱くなり、実質効果がなくなる。
【００１８】
ＥＬ素子１００の第３絶縁層７は、第２絶縁層５と第２電極６とでできた凹凸を埋め込んでしまい、表面がほぼ平坦化し、この上に形成される光学フィルタもやはり平坦に形成され、膜厚がほぼ一定したものになる。そして第２電極と光学フィルタとが直接に接触しない構成となるので、発光層４に対する影響が抑制される。
【００１９】
図１(b)に示すように、第一ＥＬ素子（図１ (b) では「丸１」ＥＬ素子と表示）、第二ＥＬ素子（図１ (b) では「丸２」ＥＬ素子と表示）を二つ組み合わせて、多色ＥＬ素子２００として構成する場合に、第一ＥＬ素子と第二ＥＬ素子に設ける光学フィルタ１４（例えば赤色フィルタ）を、下側の第一ＥＬ素子の発光色に対する光学フィルタとする。なお、二つのＥＬ素子の間は、透明で屈折率のほぼ等しいシリコーンオイルなどを充填することが多い。第一ＥＬ素子と第二ＥＬ素子のそれぞれに対して光学フィルタ１４を形成する工程は全く同一でよい。
【００２０】
この多色ＥＬ素子２００の場合も、光学フィルタ１４の厚さが２倍になったことに等しい。従来構成で同じ効果とするには、光学フィルタの厚さを４μmとする必要があり、そのような構成では第一ＥＬ素子の発光層に負担がかかってしまい、破壊が生じることが避けられなかった。従って本発明の如く、光学フィルタの厚さを２μm以下で構成したものを第一ＥＬ素子と第二ＥＬ素子に設けることで、発光層の点破壊を抑制し、表示品質を保つ効果を発揮できる。即ち第一ＥＬ素子と第二ＥＬ素子のそれぞれに対しては発光層に自己回復不可能型の破壊を生じさせることなく、表示品質の維持が見込める。
【００２１】
光学フィルタ８、８’や１４の膜厚は、この光学フィルタが有機材料であることから、スピンコータを用いて第３絶縁層７の表面に薄膜を形成しており、材料の粘度やスピンコータの回転速度、維持時間等で制御され、任意の厚さが形成できる。従って目標の厚さとして、２μmを越えないで２μm近くの厚さにするということは容易である。また第３絶縁膜７が、第２電極６を完全に埋め込んで構成されていることから、第２電極に直接接触しないで光学フィルタが形成でき、かつ第３絶縁膜７の表面が平坦であり、フィルタ８、８’や１４の膜厚もほぼ全体に渡って一定とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用したＥＬ素子の模式的な構成断面図。
【図２】 ＥＬ素子の発光層における全点破壊数に対する大規模な（肉眼で確認可能な）点破壊発生率と光学フィルタ膜厚の依存性を示す説明図。
【図３】 光学フィルタを第２電極上に直接構成した、従来構成のＥＬ素子の模式的構成断面図。
【図４】 第３絶縁層を第２電極上に設けた、先願のＥＬ素子の模式的構成断面図。
【図５】 第２電極上のみに光学フィルタを設けた、従来構成のＥＬ素子の模式的構成断面図。
【符号の説明】
１００ ＥＬ素子
２００ 多色ＥＬ素子
３００、４００、５００ ＥＬ素子（従来構成）
１、１１ ガラス基板
４、１４ 発光層

Claims (4)

1. 絶縁性の支持基板上に第１電極、第１絶縁層、発光層、第２絶縁層及び第２電極が順次積層され、少なくとも該発光層、第２絶縁層及び第２電極が光学的に透明なものにて構成されたＥＬ素子において、
   光取り出し側に設けられた組み合わせガラスと、
   前記第２電極の上に積層された第３絶縁層と、
   前記第３絶縁層の上に0.5 μ m 以上、２μ m 以下の膜厚で形成された、前記発光層の光を選択する第１の光学フィルタ層と、
   前記組み合わせガラスの前記支持基板側の面上に、前記第１の光学フィルタ層と対面するように設けられ、前記第１の光学フィルタ層と同色の第２の光学フィルタ層とを有することを特徴とするＥＬ素子。
2. 絶縁性の支持基板上に第１電極、第１絶縁層、発光層、第２絶縁層及び第２電極が順次積層され、少なくとも該発光層、第２絶縁層及び第２電極が光学的に透明なものにて構成された、異なる発光色の第一ＥＬ素子と第二ＥＬ素子を組み合わせた多色のＥＬ素子において、
   第一ＥＬ素子と第二ＥＬ素子のいずれもが、
   前記第２電極の上に積層された第３絶縁層と、
   前記第３絶縁層上に膜厚が 0.5 μ m 以上、２μ m 以下で形成された光学フィルタとを有し、
   下層に長波長発光色の発光層をもつ第一ＥＬ素子、上層に第一ＥＬ素子の発光層の発光波長よりも短波長の発光層を有する第二ＥＬ素子を、各々の光学フィルタを対面させて配置したものであり、
   第一ＥＬ素子と第二ＥＬ素子のそれぞれの光学フィルタが、共に第一ＥＬ素子用であることを特徴とするＥＬ素子。
3. 請求項１に記載の発光層または請求項２に記載の第一ＥＬ素子の発光層が赤橙色発光層であって、光学フィルタが赤色フィルタであることを特徴とするＥＬ素子。
4. 請求項１または２に記載の第３絶縁層が、前記第２絶縁層からみた膜厚において、前記第２電極の膜厚よりも大きな膜厚を有し、かつ前記第３絶縁層で前記第２電極の領域を完全に被覆して構成されていることを特徴とするＥＬ素子。

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