JPH05234679A - 薄膜発光素子 - Google Patents
薄膜発光素子Info
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- JPH05234679A JPH05234679A JP4036328A JP3632892A JPH05234679A JP H05234679 A JPH05234679 A JP H05234679A JP 4036328 A JP4036328 A JP 4036328A JP 3632892 A JP3632892 A JP 3632892A JP H05234679 A JPH05234679 A JP H05234679A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 薄膜EL素子の発光特性の改善をはかる。
【構成】 対向する一対の電極（２，６）間に印加する
交流または両極性パルス電圧に対応して発光する薄膜EL
素子において、当該EL素子が高電圧印加時に伝導電流の
流れる誘電体薄膜（３，５）を積層して構成される。図
１の場合発光層（４）は２つの誘電体薄膜（３，５）に
挟まれている。
交流または両極性パルス電圧に対応して発光する薄膜EL
素子において、当該EL素子が高電圧印加時に伝導電流の
流れる誘電体薄膜（３，５）を積層して構成される。図
１の場合発光層（４）は２つの誘電体薄膜（３，５）に
挟まれている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、表示、照明などに使
用する発光素子に係り、特に印加電圧に対応してEL（エ
レクトロルミネセンス）発光する薄膜発光素子に関する
ものである。
用する発光素子に係り、特に印加電圧に対応してEL（エ
レクトロルミネセンス）発光する薄膜発光素子に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】薄膜EL（エレクトロルミネセンス）素子
が開発されて以来、発光色の多色化や高輝度化に関する
研究が続けられており、高輝度化に関しては新たな発光
材料の開発や発光層の成膜方法の改善による発光効率の
向上が進められている。
が開発されて以来、発光色の多色化や高輝度化に関する
研究が続けられており、高輝度化に関しては新たな発光
材料の開発や発光層の成膜方法の改善による発光効率の
向上が進められている。
【０００３】硫化亜鉛(ZnS) にマンガン(Mn)を付活した
発光層を持つ黄橙色発光EL素子においては、発光層を二
組の誘電体薄膜で挟むいわゆる二重絶縁構造を採ること
により、素子動作の安定化と長寿命化を図り軽量薄型の
ELディスプレイパネルが商品化されている。
発光層を持つ黄橙色発光EL素子においては、発光層を二
組の誘電体薄膜で挟むいわゆる二重絶縁構造を採ること
により、素子動作の安定化と長寿命化を図り軽量薄型の
ELディスプレイパネルが商品化されている。
【０００４】研究レベルでは有機金属材料を用いた化学
気相成長法(Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)による
ZnS:Mn素子で、１kHz 正弦波駆動時の効率4.8lm/W 、輝
度4300cd/m2 が報告されている（参考文献１）。また、
硫化亜鉛にテルビウムを付活したZnS:Tbを発光層とする
緑色EL素子は、発光層の成膜方法に高周波スパッタリン
グ法を採用することにより高輝度化が達成され、５kHz
正弦波駆動で9600cd/m 2 以上の輝度が得られている（参
考文献２）。
気相成長法(Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)による
ZnS:Mn素子で、１kHz 正弦波駆動時の効率4.8lm/W 、輝
度4300cd/m2 が報告されている（参考文献１）。また、
硫化亜鉛にテルビウムを付活したZnS:Tbを発光層とする
緑色EL素子は、発光層の成膜方法に高周波スパッタリン
グ法を採用することにより高輝度化が達成され、５kHz
正弦波駆動で9600cd/m 2 以上の輝度が得られている（参
考文献２）。
【０００５】（参照文献） (1) M.Shiiki et al.:“Efficient ZnS:Mn Electrolumi
nescent Films Grown byMetal Organic Chemical Vapor
Deposition（有機金属CVD 法による高効率ZnS:Mnエレ
クトロルミネセンス成長薄膜)"，Electroluminescence,
Proceedings ofthe Fourth International Workshop,
Tottori, Japan, October 11-14(1988),p.224. (2) 大西：“高周波スパッタ法によるEL薄膜形成に関す
る一検討”，電子情報通信学会技術研究報告，Vol.87,
No.408(EID87-89),1988 年３月19日, 31頁. (3) 桑田他：“ペロブスカイト形酸化物薄膜を用いたEL
ディスプレイ”，電子通信学会技術研究報告，電子デバ
イス，VoL.85, No.32(ED85-6), 1985 年５月24日, １
頁．
nescent Films Grown byMetal Organic Chemical Vapor
Deposition（有機金属CVD 法による高効率ZnS:Mnエレ
クトロルミネセンス成長薄膜)"，Electroluminescence,
Proceedings ofthe Fourth International Workshop,
Tottori, Japan, October 11-14(1988),p.224. (2) 大西：“高周波スパッタ法によるEL薄膜形成に関す
る一検討”，電子情報通信学会技術研究報告，Vol.87,
No.408(EID87-89),1988 年３月19日, 31頁. (3) 桑田他：“ペロブスカイト形酸化物薄膜を用いたEL
ディスプレイ”，電子通信学会技術研究報告，電子デバ
イス，VoL.85, No.32(ED85-6), 1985 年５月24日, １
頁．
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ZnS:MnやZnS:Tbを発光
層とするEL素子では、上述の様に高輝度が得られている
が、これは駆動周波数が１kHz またはそれ以上の場合に
限られる。表示用ELディスプレイは通常60Hzの低周波で
駆動され、その時の輝度は１kHz で駆動したときの10分
の１程度まで低下する。これは、通常のEL素子では輝度
が駆動周波数とほぼ比例関係にあるためである。
層とするEL素子では、上述の様に高輝度が得られている
が、これは駆動周波数が１kHz またはそれ以上の場合に
限られる。表示用ELディスプレイは通常60Hzの低周波で
駆動され、その時の輝度は１kHz で駆動したときの10分
の１程度まで低下する。これは、通常のEL素子では輝度
が駆動周波数とほぼ比例関係にあるためである。
【０００７】ここで、簡単にEL素子の輝度について説明
する。一般に、EL素子の輝度は、発光効率が一定ならば
単位時間内に発光層中を移動する電荷量に比例する。交
流（または両極性パルス）電圧を印加して駆動するEL素
子（以下単に交流EL素子という) の場合、発光層中を移
動する電荷とは、通常、その電荷の面積密度が誘電体層
と発光層の電束密度の差のピーク値に等しい、いわゆる
移動電荷であり、それは印加電圧の反転に伴い発光層内
を移動する。従って、交流EL素子の場合、駆動周波数が
小さくなると電荷の移動回数も少なくなるため輝度は駆
動周波数に比例して小さくなる。
する。一般に、EL素子の輝度は、発光効率が一定ならば
単位時間内に発光層中を移動する電荷量に比例する。交
流（または両極性パルス）電圧を印加して駆動するEL素
子（以下単に交流EL素子という) の場合、発光層中を移
動する電荷とは、通常、その電荷の面積密度が誘電体層
と発光層の電束密度の差のピーク値に等しい、いわゆる
移動電荷であり、それは印加電圧の反転に伴い発光層内
を移動する。従って、交流EL素子の場合、駆動周波数が
小さくなると電荷の移動回数も少なくなるため輝度は駆
動周波数に比例して小さくなる。
【０００８】この問題を解決するため、誘電率の大きい
ペロブスカイト構造の誘電体であるジルコニウム酸チタ
ン酸ストロンチウム（SrZr X Ti1-X O3 ）の薄膜を積層
する方法が報告されている（参考文献３）。この誘電体
は電束密度の最大値が約0.2C/m2 であり、交流薄膜EL素
子によく用いられる五酸化タンタル（Ta2O5 ）誘電体に
比べ約２倍の値であり、移動電荷量もそれに相応して大
きくなる。しかし、輝度が周波数に比例する点に変わり
はなく、本質的な改善とは言えない。
ペロブスカイト構造の誘電体であるジルコニウム酸チタ
ン酸ストロンチウム（SrZr X Ti1-X O3 ）の薄膜を積層
する方法が報告されている（参考文献３）。この誘電体
は電束密度の最大値が約0.2C/m2 であり、交流薄膜EL素
子によく用いられる五酸化タンタル（Ta2O5 ）誘電体に
比べ約２倍の値であり、移動電荷量もそれに相応して大
きくなる。しかし、輝度が周波数に比例する点に変わり
はなく、本質的な改善とは言えない。
【０００９】そこで本発明の目的は前述の問題点の克服
された、低周波駆動でも高周波駆動と殆ど変わらない発
光輝度の得られる交流駆動の薄膜発光素子を提供しよう
とするものである。
された、低周波駆動でも高周波駆動と殆ど変わらない発
光輝度の得られる交流駆動の薄膜発光素子を提供しよう
とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明に係る薄膜発光素子は、対向する一対の電極間に
印加する交流または両極性パルス電圧に対応して発光す
る薄膜EL素子において、当該EL素子が高電圧印加時に伝
導電流の流れる誘電体薄膜を積層して構成されることを
特徴とするものである。
本発明に係る薄膜発光素子は、対向する一対の電極間に
印加する交流または両極性パルス電圧に対応して発光す
る薄膜EL素子において、当該EL素子が高電圧印加時に伝
導電流の流れる誘電体薄膜を積層して構成されることを
特徴とするものである。
【００１１】
【作用】この様な構造の交流EL素子においては、発光層
を移動する電荷は通常の移動電荷と素子全体を流れる伝
導電流によるものの和になる。伝導電流は誘電体層の電
束密度によって制限されるものではなく、また、駆動周
波数にも直接影響を受けない。伝導電流を時間積分した
伝導電荷は周波数の低下と共に周波数にほぼ反比例して
増大する。従って、この様な伝導電流の流れる交流EL素
子では低周波駆動でも高周波と殆ど変わらない輝度を得
ることができ、通常の交流EL素子の持つ問題点が抜本的
に解決される。
を移動する電荷は通常の移動電荷と素子全体を流れる伝
導電流によるものの和になる。伝導電流は誘電体層の電
束密度によって制限されるものではなく、また、駆動周
波数にも直接影響を受けない。伝導電流を時間積分した
伝導電荷は周波数の低下と共に周波数にほぼ反比例して
増大する。従って、この様な伝導電流の流れる交流EL素
子では低周波駆動でも高周波と殆ど変わらない輝度を得
ることができ、通常の交流EL素子の持つ問題点が抜本的
に解決される。
【００１２】
【実施例】以下添付図面を参照し実施例により本発明を
詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す交
流薄膜EL素子の構成図である。ガラス基板１上に錫添加
酸化インジウム(In2O3:Sn)の透明電極２（膜厚200nm)、
さらにその上にTa2O5 の第１誘電体層３（膜厚200nm)が
形成されている。Ta2O5 薄膜の製作は高周波マグネトロ
ンスパッタリング法を用い、Ta2O5 焼結ターゲットを酸
素とアルゴンの混合ガスプラズマでスパッタリングし
た。成膜時の基板温度は200℃とした。第１誘電体層３
の上に発光層４（膜厚500nm)を電子ビーム蒸着法で形成
する。蒸着源としては、硫化亜鉛(ZnS) 粉末に発光中心
として２mol ％の濃度でフッ化テルビウム(TbF3)粉末を
混合、成型したペレットを用い成膜時の基板温度は180
℃とした。発光層成膜後400 ℃、１時間の熱処理を行っ
た。発光層４の上には第２誘電体層５（膜厚50nm) を成
膜する。製作方法は第１誘電体層３と同様である。第２
誘電体層５の上部にアルミニウムを抵抗加熱法で蒸着し
（膜厚200nm)背面電極６とする。EL素子はシリカゲルと
共にプラスチック容器に封入する。透明電極２と背面電
極６の間に交流または両極性パルス電圧を印加して素子
を駆動する。
詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す交
流薄膜EL素子の構成図である。ガラス基板１上に錫添加
酸化インジウム(In2O3:Sn)の透明電極２（膜厚200nm)、
さらにその上にTa2O5 の第１誘電体層３（膜厚200nm)が
形成されている。Ta2O5 薄膜の製作は高周波マグネトロ
ンスパッタリング法を用い、Ta2O5 焼結ターゲットを酸
素とアルゴンの混合ガスプラズマでスパッタリングし
た。成膜時の基板温度は200℃とした。第１誘電体層３
の上に発光層４（膜厚500nm)を電子ビーム蒸着法で形成
する。蒸着源としては、硫化亜鉛(ZnS) 粉末に発光中心
として２mol ％の濃度でフッ化テルビウム(TbF3)粉末を
混合、成型したペレットを用い成膜時の基板温度は180
℃とした。発光層成膜後400 ℃、１時間の熱処理を行っ
た。発光層４の上には第２誘電体層５（膜厚50nm) を成
膜する。製作方法は第１誘電体層３と同様である。第２
誘電体層５の上部にアルミニウムを抵抗加熱法で蒸着し
（膜厚200nm)背面電極６とする。EL素子はシリカゲルと
共にプラスチック容器に封入する。透明電極２と背面電
極６の間に交流または両極性パルス電圧を印加して素子
を駆動する。
【００１３】本発明に係る第２の実施例を以下に述べる
が、発光層４の成膜までは実施例１と同一である。実施
例２では第２誘電体層５を省き、発光層の上にアルミニ
ウムの背面電極６を成膜した。成膜方法およびその後の
駆動方法は実施例１と同様である。
が、発光層４の成膜までは実施例１と同一である。実施
例２では第２誘電体層５を省き、発光層の上にアルミニ
ウムの背面電極６を成膜した。成膜方法およびその後の
駆動方法は実施例１と同様である。
【００１４】Ta2O5 第１誘電体層は400 ℃の熱処理によ
り高電界時の伝導度は増大する。この原因としては、熱
処理による誘電体層と電極、発光層との界面状態の変
化、また、イオンの拡散などが考えられる。Ta2O5 第２
誘電体層は50nmと膜厚が薄いため、リーク電流が大き
く、素子全体の伝導度には殆ど影響を与えない。これに
対し、通常用いられる約300nm 厚のTa2O5 薄膜やリーク
電流の小さい誘電体である二酸化ケイ素（SiO2）薄膜を
積層した第２誘電体層を持つEL素子の場合は、素子全体
の伝導度は第２誘電体層の影響が支配的となる。従っ
て、素子全体を流れる伝導電流は変位電流や移動電荷に
よる電流に比べ無視できる程度に小さくなる。
り高電界時の伝導度は増大する。この原因としては、熱
処理による誘電体層と電極、発光層との界面状態の変
化、また、イオンの拡散などが考えられる。Ta2O5 第２
誘電体層は50nmと膜厚が薄いため、リーク電流が大き
く、素子全体の伝導度には殆ど影響を与えない。これに
対し、通常用いられる約300nm 厚のTa2O5 薄膜やリーク
電流の小さい誘電体である二酸化ケイ素（SiO2）薄膜を
積層した第２誘電体層を持つEL素子の場合は、素子全体
の伝導度は第２誘電体層の影響が支配的となる。従っ
て、素子全体を流れる伝導電流は変位電流や移動電荷に
よる電流に比べ無視できる程度に小さくなる。
【００１５】実施例２で発光層を流れる電荷密度の印加
電圧特性11(60Hz 駆動) 、12(1kHz駆動) を図２に示
す。なお、比較のため第２誘電体層が伝導性のないTa2O
5 （膜厚300nm)である通常の素子の特性13(60Hz 駆動)
、14(1kHz 駆動) も併せて示してある。通常の素子13,
14では電荷密度の最大値は、駆動周波数に依らず0.1C/
m 2 程度である。伝導性のない素子では発光層を流れる
電荷はいわゆる移動電荷であり、これは誘電体層中の電
束密度の最大値（絶縁破壊時）により制限されるため、
大きな値にはなり得ない。伝導性のある素子、実施例２
の場合、１kHz 駆動12での電荷密度の最大値は伝導性の
ない素子と変わらない。高周波駆動では消費電力が大き
くなり素子の温度上昇のため伝導性の有無に関係せず絶
縁破壊が発生するためである。これに対し、60Hz駆動11
では大きな伝導電流が発生し、電荷密度は伝導性のない
素子に比べ20倍にまで達している。
電圧特性11(60Hz 駆動) 、12(1kHz駆動) を図２に示
す。なお、比較のため第２誘電体層が伝導性のないTa2O
5 （膜厚300nm)である通常の素子の特性13(60Hz 駆動)
、14(1kHz 駆動) も併せて示してある。通常の素子13,
14では電荷密度の最大値は、駆動周波数に依らず0.1C/
m 2 程度である。伝導性のない素子では発光層を流れる
電荷はいわゆる移動電荷であり、これは誘電体層中の電
束密度の最大値（絶縁破壊時）により制限されるため、
大きな値にはなり得ない。伝導性のある素子、実施例２
の場合、１kHz 駆動12での電荷密度の最大値は伝導性の
ない素子と変わらない。高周波駆動では消費電力が大き
くなり素子の温度上昇のため伝導性の有無に関係せず絶
縁破壊が発生するためである。これに対し、60Hz駆動11
では大きな伝導電流が発生し、電荷密度は伝導性のない
素子に比べ20倍にまで達している。
【００１６】図３は輝度電圧特性である。伝導性のない
通常素子では、60Hz駆動の輝度23は１kHz 駆動24の５分
の１程に減少する。これに比べ、実施例２の素子は60Hz
駆動時21に大きな伝導電流が発生するため、輝度は１kH
z 駆動の時22と殆ど変わらない値を保っている。以上で
は、実施例２と通常の素子の特性を比較したが、第２誘
電体層のある実施例１の素子でも大きな伝導電流が生
じ、EL発光時のTa2O5 薄膜の伝導率は１×10-5〔Ω-1m
-1〕であった。60Hz駆動時では実施例２と同様の高輝度
が得られた。
通常素子では、60Hz駆動の輝度23は１kHz 駆動24の５分
の１程に減少する。これに比べ、実施例２の素子は60Hz
駆動時21に大きな伝導電流が発生するため、輝度は１kH
z 駆動の時22と殆ど変わらない値を保っている。以上で
は、実施例２と通常の素子の特性を比較したが、第２誘
電体層のある実施例１の素子でも大きな伝導電流が生
じ、EL発光時のTa2O5 薄膜の伝導率は１×10-5〔Ω-1m
-1〕であった。60Hz駆動時では実施例２と同様の高輝度
が得られた。
【００１７】本願明細書冒頭の請求項２で本願発明者ら
は本願発明に係る誘電体薄膜の伝導率をEL発光時に10-7
〜10-4Ω-1m -1と規定したが、伝導率が10-7Ω-1m -1以
下の場合伝導電流による電荷量（伝導電流を半周期時間
積分した値）が移動電荷に比べて小さくなり、電気伝導
の効果がなくなり、伝導率が10-4Ω-1m -1以上の場合素
子の消費電力が非常に大きくなり実用的でなくなるから
である。以上いくつかの実施例をあげ本願発明を説明し
てきたが、本願発明はこれに限定されることなく、発明
の要旨内で各種の変更、変形が可能である。
は本願発明に係る誘電体薄膜の伝導率をEL発光時に10-7
〜10-4Ω-1m -1と規定したが、伝導率が10-7Ω-1m -1以
下の場合伝導電流による電荷量（伝導電流を半周期時間
積分した値）が移動電荷に比べて小さくなり、電気伝導
の効果がなくなり、伝導率が10-4Ω-1m -1以上の場合素
子の消費電力が非常に大きくなり実用的でなくなるから
である。以上いくつかの実施例をあげ本願発明を説明し
てきたが、本願発明はこれに限定されることなく、発明
の要旨内で各種の変更、変形が可能である。
【００１８】
【発明の効果】従来のEL素子では発光輝度が駆動周波数
にほぼ比例するという特徴があった。これは60Hz程度で
駆動する表示用ELディスプレイにとって大きな欠点であ
り、ELディスプレイの輝度を制限する最大の原因であっ
た。これに対し、本願発明に係る伝導性のある誘電体薄
膜を用いたEL素子の場合、本質的に、輝度は駆動周波数
に依って制限を受けることがなく、60Hz程度の低周波駆
動でも１kHz 以上の高周波で駆動した時と変わらない高
輝度が得られる。
にほぼ比例するという特徴があった。これは60Hz程度で
駆動する表示用ELディスプレイにとって大きな欠点であ
り、ELディスプレイの輝度を制限する最大の原因であっ
た。これに対し、本願発明に係る伝導性のある誘電体薄
膜を用いたEL素子の場合、本質的に、輝度は駆動周波数
に依って制限を受けることがなく、60Hz程度の低周波駆
動でも１kHz 以上の高周波で駆動した時と変わらない高
輝度が得られる。
【図１】本発明第１の実施例を示す交流薄膜EL素子の構
成図である。
成図である。
【図２】実施例２で発光層を流れる電荷密度の印加電圧
特性図である。
特性図である。
【図３】実施例２の発光輝度対電圧特性図である。
１ ガラス基板 ２ 透明電極 ３ 第１誘電体層 ４ 発光層 ５ 第２誘電体層 ６ 背面電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 信治 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 対向する一対の電極間に印加する交流ま
たは両極性パルス電圧に対応して発光する薄膜EL素子に
おいて、当該EL素子が高電圧印加時に伝導電流の流れる
誘電体薄膜を積層して構成されることを特徴とする薄膜
発光素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の発光素子において、前記
誘電体薄膜の伝導率がEL発光時に10-7〜10-4Ω-1m -1で
あることを特徴とする薄膜発光素子。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の発光素子におい
て、前記誘電体薄膜の材料が五酸化タンタルであること
を特徴とする薄膜発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4036328A JPH05234679A (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 薄膜発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4036328A JPH05234679A (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 薄膜発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05234679A true JPH05234679A (ja) | 1993-09-10 |
Family
ID=12466775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4036328A Pending JPH05234679A (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 薄膜発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05234679A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014509050A (ja) * | 2011-02-25 | 2014-04-10 | 蘇州大学 | 薄膜により封止された有機発光ダイオード及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-02-24 JP JP4036328A patent/JPH05234679A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014509050A (ja) * | 2011-02-25 | 2014-04-10 | 蘇州大学 | 薄膜により封止された有機発光ダイオード及びその製造方法 |
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