JPH03225791A - 薄膜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】 ぐ産業上の利用分野〉 本発明は交流電界の印加によって、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏ　　Ｌｕｍ１ｎｅｓｃｅｎｃｅ）発光を呈する薄膜Ｅ
Ｌ素子の構造に関し、特に外部発光効率を改善すること
ｔ企図するものである。

〈従来技術〉 従来、交流動作の薄膜ＥＬ素子として、絶縁耐圧、発光
効率及び動作の安定性等を高めるために０、１〜２．０
　Ｗ　ｔ％のＭｎ（或いはＣｕ　、Ａ）。

Ｂｒ等）をドープしたＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ等の半導体発光
層をＹｚ０３　、ＴｉＯ３等の誘電体薄膜でサンドイツ
チした三層溝造ＺｎＳ二Ｍｎ（又はＺｎ５ｅ：Ｍｎ）Ｅ
Ｌ素子が開発され、発光緒特性の向上が確かめられてい
る。この薄１ＥＬｉ子はＫＨｚの交流電界印加によって
高輝度発光し、しかも長寿命であるという特徴を有して
いる。

また、この薄膜ＥＬ素子の発光に関しては、印加電圧を
昇圧していく過程と、高電圧側よシ降圧していく過程で
、同じ印加電圧に対して発光輝度が異なるとい−たヒス
テリシス特性を有していることが発見され、そしてこの
ヒステリシス特性を有する薄膜ＥＬ素子に印加電圧を昇
圧する過程において、光、電界、熱等が付与されると、
薄膜ＥＬ素子はその強度に対応した発光輝度の状態に励
起され、光、電界、熱等を除去して元の状態に戻しても
発光輝度が高くなった状態で維持されるいわゆるメモリ
ー現象が表示技術の新たな利用分野を開拓するに至また
。

薄膜ＥＬ素子の一例としてＺｎＳ　：Ｍｎ薄膜ＥＬ素子
の基本構造を第８図に示す。

第８図に基いて薄膜ＥＬ素子の構造を具体的に説明する
と、ガラス基板１上にＩ　ｎ３０３　＋　Ｓ　ｎ０２等
の透明電極２、さらにその上に積層してＹ２Ｏ３Ｔ　ｉ
０２　、　Ａ１２２０３　　、　Ｓ　１３Ｎａ　、　Ｓ
　ｊｏｇ等からなる第１の誘電体層８がスバ・りあるい
は電子ビーム蒸着法等により重畳形成されている。第１
の誘電体層８上にはＺｎＳ：Ｍｎ焼結ベレ・トを電子ビ
ーム蒸着することにより得られるＺｎＳ発光層４が形成
されている。この時蒸着用のＺｎＳ二Ｍｎ焼結ペレット
には活性物質となるＭｎが目的に応じた濃度に設定され
たベレ・トが使用される。

ＺｎＳ発光層４上には第１の誘電体層８と同様の材料群
より選定された材質からなる第２の誘電体層５が積層さ
れ、更にその上にＡノ等からなる背面電極６が蒸着形成
されている。透明電極２と背面電極６は交流電源７に接
続され、薄膜ＥＬ素子が駆動される。

電極２．６間にＡＣ電圧を印加すると、ＺｎＳ発光層４
０両側の誘電体層８．５間に上記ＡＣ電圧が誘起される
ことになシ、従ってＺｎＳ発光層４内に発生した電界に
よって伝導帯に励起され、かつ加速されて充分なエネル
ギーを得た電子が、直接Ｍｎセンターを励起し、励起さ
れたＭｎ発光センターが基底状態に戻る際に黄燈色の発
光を行う。即ち、高電界で加速された電子がＺｎＳ発光
層４中の発光センターであるＺｎサイトに入ったＭｎ原
子の電子を励起し、基底状態に落ちるときほぼ５ｓ５ｏ
Ｌｉピークに幅広い波長領域で、強い発光を呈する。活
性物質としてＭｎ以外に希土類の弗化物を用いた場合に
はこの希土類に特有の緑色その池の発光色が得られる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記構造の薄膜ＥＬ素子において、発光
層内部の出力光はそのすべてを外部に導出することは不
可能である。即ち、発光層での発光は等方的であるが、
このうちの大部分が外部に取り出される途中の光学的界
面における全反射により薄膜ＥＬ素子内部に閉じ込めら
れる。透明電極、誘電体層、発光層の屈折率をそれぞれ
ｎＴＥ、ｎｌＮ５．”ＥＭで表し・　ｎＥＭ＞ｎＴＥ；
ｎｌＮ５〉１とすれば、素子面に対し全反射臨界角６以
上の発光角度をもつ光子はすべて全反射され、素子内に
閉じ込められる。

この素子を第４図に示す。ここでθはスネルの角４π（
１−ＣＯ５θ）の光のみ外部に取シ出される。外部発光
強度Ｂｏは内部発光強度Ｂｉによシ次式で与えられる。

Ｂｏ−４ｙｒ（１−ＣＯ５θ）−Ｂ　ｉ　　−−（１）
４　π たとえばｎＥＭ　＝２．８　（Ｚ　ｎ　Ｓに相当）とす
れば内部発光の９０優が外部に導出されなくなシ、内部
に閉じ込められる。

ここで、この様な問題に鑑みてなされた出願として、特
開昭５７−４８８９１（以下、従来例）がある。本従来
例においては第２図に示す如くガラス基板１上に透明電
極２、第１の誘電体層８、及び発光層４を順次形成した
後、この発光層４に選択的にレーザビームを照射して照
射領域の発光層４の密度を高め、発光層４上面にビーム
スポツト径（１０〜４０μｍ）ピッチの凹凸状摺曲面を
形成し、ひき続いて発光層４上面に第２の誘電体層５及
び背面電極６を形成するものである。この時第２の誘電
体層５及び背面室ｇｉｉ６にも凹凸状摺曲面が転写され
る。

本従来例においてもある程度の光の閉じ込めが解消され
る。しかしながら、その程度は低く充分に発光輝度が上
昇するとは言い難い。

本発明は上記問題点に鑑み、上記（１）式が成立しない
薄膜発光素子の構造を確立し、内部発光効率でなく外部
発光効率を高めた新規有用な薄膜ＥＬ素子を提供するこ
とを目的とするものである。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、電圧印加によ、９ＥＬ発光を呈する発光層を
有する薄膜構造部を一対の電極間に介設して成る薄膜Ｅ
Ｌ素子に於いて、前記薄膜構造部は白濁を示す程度に粗
面化されたＥＬ発光の多方向散乱放射用界面を具備する
薄膜ＥＬ素子を提供するものである。

〈作　用〉 上述の如く、白濁を示す程度即ち可視光領域が強く散乱
するように、界面を粗面化することにより、素子内部で
の出力光の散乱が充分に生じることとなる。

〈実施例〉 以下、本発明を実施例に従−て図面を参照しながら詳説
する。第１図は本発明の一実施例を説明する薄膜ＥＬ素
子の要部構成説明図である。

透明電極２．誘電体層８．５、発光層４の少なくとも一
層の形成過程で同図に示す如く界面を平坦とせず、ピッ
チ２ａｏｏｏ〜６０００人、高低差を８０．０〜２ｏｏ
ｏＡとした凹凸を形成する。

この後、背面電極６を形成することによシ、この凹凸を
背面電極６に転写する。こうして背面１１極より下層の
少なくとも一層の形成過程で、界面を平坦とせずに可視
光が充分に散乱し得る凹凸形状の接合界面とし、背面電
極までこの凹凸を転写することによシ、（１）式が成立
しない構造とする。

（１）式の成立しない素子構造においては、全反射臨界
角６以上の放射角度をも−た成分が生成されて外部へ取
り出される。

以上より、（１）式の代わりに次式が成立する。

Ｂｏ＞　　４７（１−ＣＯ８Ｑ）、Ｂ。

４　π 本発明による素子は外部光の入射に対しても散乱が生じ
るため、いわゆる白濁を示す。

次に接合界面の凹凸の形成について述べる。最も好まし
い凹凸形成領域は第１図の如＜ＥＬ素子構成暎（透明電
極２・誘電体層８，５、発光層４）のうち最も膜厚の厚
い発光層４上面に凹凸を形成し、この凹凸を背面電極６
まで伝えることである。

上記発光層４への凹凸形成には次のような方法がある。

■　発光層４、例えばＺｎ５Ｉ７）膜成長特性を利用す
る方法である。一般にＺｎＳ膜は多結晶膜となるが、結
晶粒径は成長時の基板温度が高い程大きくなシ、粒径に
反映した凹凸が形成される。

即ち、通常２００℃で膜成長を行うところを２５０℃と
より高温に設定すると、成長が起こり易い部分と成長が
おこり難い部分が発生するため、成長時の基板温度全高
くすることによシ凹凸が形成されるものである。

■　発光層４、例えばＺｎＳが多結晶膜であるとと、Ｚ
ｎＳのエツチング速度は一般に結晶の面方位に依存する
こと、及び結晶粒界で工・チングされ易いことを利用す
る方法である。即ち、発光層４をなすＺｎＳ膜をＥＬ素
子構成膜として必要な膜厚よシ厚く形成し、その後ＨＣ
ノ等の酸を用いたエツチングによって所定の膜厚にする
と、上述の工・チング不均一性により凹凸が形成される
。

■　発光層４をなす膜をＥＬ素子構成膜として必要な膜
厚より厚く形成し、その後Ａ７！２０３粒子からなる研
摩剤によシ表面を荒く削り凹凸を形成する。

第２図は印加電圧対発光輝度（Ｂ−Ｖ）特性を示すグラ
フである。図中の曲線ノｌは上記実施例（第１図）の素
子であシ、ノ２は鏡面反射・を主とする従来の素子であ
る。曲線ノ、で明らかな如く上記実施例の薄膜ＥＬ素子
は発光輝度の著しい増加が達成される。

〈発明の効果〉 以上、本発明により、可視光領域全体が強く散乱し、白
濁を示す状態とな−て、出力光の散乱反射構造を素子内
部に形成できるため、外部発光効率を著しく増加するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す薄膜ＥＬ素子の要部構
成説明図、第２図は印加電圧対発光輝度特性を示す特性
図、第３図は薄膜ＥＬ素子の基本的構造を示す構成図、
第４図は出力光の進行過程を示す説明図である。 １・・・ガラス基板、　　２・・・透明電極、８．５・
・・誘電体層、　　　４・・・発光層、６・・・背面電
極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電圧印加によりＥＬ発光を呈する発光層を有する薄
   膜構造部を一対の電極間に介設して成る薄膜ＥＬ素子に
   於いて、 前記薄膜構造部は、白濁を示す程度に粗面化されたＥＬ
   発光の多方向散乱放射用界面を具備して成ることを特徴
   とする薄膜ＥＬ素子。