JPH05283168A - 薄膜ｅｌディスプレイ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高輝度、高信頼性を有する薄膜ＥＬディスプ
レイ素子を提供すること。 【構成】 実装された薄膜ＥＬディスプレイ素子３００
は、黄橙色発光の薄膜ＥＬディスプレイ素子１００と緑
色発光の薄膜ＥＬディスプレイ素子２００とから構成さ
れている。そして、それらの中間部分に防湿を兼ねた赤
色油溶性染料が溶解分散されたシリコンオイル５０を注
入し貼り合わせて封止されている。矢印方向の光取り出
し側で、薄膜ＥＬディスプレイ素子１００の黄橙色発光
はシリコンオイル５０のフィルタ効果により赤色発光と
なり、薄膜ＥＬディスプレイ素子２００の緑色発光はシ
リコンオイル５０の影響を受けることなく本来の緑色発
光のままである。これにより、本発明の薄膜ＥＬディス
プレイ素子は緑色発光及び高輝度な赤色発光が得られる
と共に安定した発光特性を有し信頼性も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、計器類のバッ
クライト用の面発光源などに使用される薄膜ＥＬ(Elect
roluminescence）ディスプレイ素子に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、薄膜ＥＬディスプレイ素子は、硫化
亜鉛(ＺnＳ）などの蛍光体に電界をかけたときに発光す
る現象を利用したもので自発光型の平面ディスプレイを
構成するものとして注目されている。図４は、従来の薄
膜ＥＬディスプレイ素子１０の典型的な断面構造を示し
た模式図である。薄膜ＥＬディスプレイ素子１０は、絶
縁性基板であるガラス基板１上に、光学的に透明なＩＴ
Ｏ膜から成る第１電極２、五酸化タンタル（Ｔa₂Ｏ₅)な
どから成る第１絶縁層３、発光層４、第２絶縁層５及び
ＩＴＯ膜から成る第２電極６を順次積層して形成されて
いる。ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜は、酸化インジウ
ム（Ｉn₂Ｏ₃)に錫（Ｓn)をドープした透明の導電膜で、
低抵抗率であることから従来より透明電極用として広く
使用されている。発光層４としては、例えば、硫化亜鉛
を母体材料とし、発光中心としてマンガン（Ｍn)や三フ
ッ化テルビウム(ＴbＦ₃)を添加したものが使用される。
薄膜ＥＬディスプレイ素子の発光色は硫化亜鉛中の添加
物の種類によって決まり、例えば、発光中心としてマン
ガン（Ｍn)を添加した場合には黄橙色、三フッ化テルビ
ウム(ＴbＦ₃)を添加した場合には緑色の発光が得られ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の構造から成る薄
膜ＥＬディスプレイ素子１０において、赤色発光を得る
発光層４の構成材料として、三フッ化サマリウム(ＳmＦ
₃)を添加した硫化亜鉛などが検討されている。この構成
材料から成る発光層４を有する薄膜ＥＬディスプレイ素
子１０は、発光輝度が最大でも1000cd/m²(５ＫＨz 駆
動）と低く、発光スペクトルに赤色より短波長側の成分
を含むため色純度が悪く、現状ではＥＬパネルなど表示
器としては実用性に乏しいものである。ここで、特開平
１−３１５９８７号公報「多色表示型薄膜エレクトロル
ミネツセンス素子」にて開示されたものが知られてい
る。このものでは、黄橙色発光を呈するＺnＳ：Ｍn系の
発光層から成る薄膜ＥＬディスプレイ素子に 570nm以下
の光をカットするフィルタを用いて赤色発光を得る方法
が提案されている。この薄膜ＥＬディスプレイ素子は発
光層の元々の黄橙色発光の輝度が高いのでフィルタを介
しても十分な赤色発光の輝度を確保することができると
するものである。しかしながら、色素とバインダを含む
塗料を印刷法により形成したフィルタにおいては、耐熱
温度が約 200℃と低いものとなる。このため、蒸着、ス
パッタなどでガラス基板を加熱しながら各層を堆積させ
薄膜ＥＬディスプレイ素子を形成する製造工程途中に上
記フィルタを挿入することは不可能である。従って、薄
膜ＥＬディスプレイ素子の各層を堆積後に上記フィルタ
は形成するしかなく、挿入位置が限定される。更に、薄
膜ＥＬディスプレイ素子が発光中の発熱により塗料の特
性が変化し、発光色が経時変化すると共に素子特性の劣
化にもつながるという問題があった。又、上記フィルタ
を形成するためには、塗料印刷、乾燥工程、電極取り出
し部を露出させるためのパターニング工程などが追加さ
れる。この分、薄膜ＥＬディスプレイ素子の製造工程が
煩雑となり歩留りの低下やコストの上昇などを引き起こ
すという問題があった。

【０００４】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、高輝度、
高信頼性を有する赤色発光の薄膜ＥＬディスプレイ素子
を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、絶縁性基板上に第１電極、第１絶縁
層、発光層、第２絶縁層及び第２電極を、少なくとも光
取り出し側の材料を光学的に透明なものにて順次積層し
形成した薄膜ＥＬディスプレイ素子であって、光取り出
し側を覆うように油溶性染料が溶解分散されたシリコン
オイルを有することを特徴とする。

【０００６】

【作用及び効果】シリコンオイルは薄膜ＥＬディスプレ
イ素子の光取り出し側を覆うように配設され、その中に
は油溶性染料が溶解分散されている。この油溶性染料と
しては、薄膜ＥＬディスプレイ素子の発光層が例えば、
硫化亜鉛：マンガン(ＺnＳ：Ｍn)から成り、黄橙色発光
を赤色発光とするならばアゾ系、アントラキノン系など
の赤色染料中間体とされる。即ち、このように構成され
た薄膜ＥＬディスプレイ素子におけるシリコンオイル
は、従来の防湿効果に加え、硫化亜鉛：マンガン(Ｚn
Ｓ：Ｍn)から成る発光層の黄橙色発光を赤色発光に変更
するフィルタ効果を有する。上記油溶性染料が溶解分散
されたシリコンオイルの注入は、絶縁性基板を加熱して
絶縁層や発光層を堆積し形成した薄膜ＥＬディスプレイ
素子の製造工程の後に行われる。従って、薄膜ＥＬディ
スプレイ素子の製造工程で上記基板の加熱温度に制限が
生じたり、工程そのものが煩雑となることはない。又、
シリコンオイルは、発光中に発熱する薄膜ＥＬディスプ
レイ素子と比較して体積が大きく、素子と直接接する面
積も小さい。このため、上記発熱により油溶性染料が溶
解分散されたシリコンオイルの特性が変化することはな
く、発光色の経時変化もない。即ち、本発明の薄膜ＥＬ
ディスプレイ素子は発光色を変更しても高輝度でその発
光特性が安定すると共に信頼性が向上する。

【０００７】

【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は本発明に係る薄膜ＥＬディスプレイ素子
３００の縦断面を示した模式図である。尚、図１の薄膜
ＥＬディスプレイ素子３００では矢印方向に光を取り出
している。薄膜ＥＬディスプレイ素子３００は、黄橙色
発光を呈する薄膜ＥＬディスプレイ素子１００と緑色発
光を呈する薄膜ＥＬディスプレイ素子２００とが実装工
程で貼り合わせられ構成されている。

【０００８】一方の薄膜ＥＬディスプレイ素子１００
は、絶縁性基板であるガラス基板１１上に順次、以下の
薄膜が積層形成され構成されている。尚、以下各層の膜
厚はその中央部分を基準として述べてある。ガラス基板
１１上には、光学的に透明な酸化亜鉛(ＺnＯ）から成る
第１透明電極（第１電極）１２が形成され、その上面に
は、光学的に透明な五酸化タンタル（Ｔa₂Ｏ₅)から成る
第１絶縁層１３、マンガン（Ｍn)が添加された硫化亜鉛
(ＺnＳ）から成る発光層１４、光学的に透明な五酸化タ
ンタル（Ｔa₂Ｏ₅)から成る第２絶縁層１５、光学的に透
明な酸化亜鉛(ＺnＯ）から成る第２透明電極（第２電
極）１６が形成されている。

【０００９】他方の薄膜ＥＬディスプレイ素子２００
は、薄膜ＥＬディスプレイ素子１００と基本的に同じ層
構造から成る。つまり、薄膜ＥＬディスプレイ素子２０
０は、ガラス基板２１上に順次、第１透明電極（第１電
極）２２、第１絶縁層２３、発光層２４、第２絶縁層２
５、第２透明電極（第２電極）２６の薄膜が積層され構
成されている。この内、発光層２４に添加する発光中心
の組成や添加量が異なるのみである。具体的には、薄膜
ＥＬディスプレイ素子２００では、薄膜ＥＬディスプレ
イ素子１００の中でマンガン（Ｍn)が添加された硫化亜
鉛(ＺnＳ）から成る発光層１４に替えてテルビウム（Ｔ
b)が添加された硫化亜鉛(ＺnＳ）から成る発光層２４が
形成されている。そして、両薄膜ＥＬディスプレイ素子
１００，２００は、それら中間部分に油溶性染料が溶解
分散されたシリコンオイル５０を注入し貼り合わせるこ
とにより封止されている。

【００１０】次に、上述の薄膜ＥＬディスプレイ素子１
００の製造方法を以下に述べる。先ず、ガラス基板１１
上に第１透明電極１２を成膜した。蒸着材料としては、
酸化亜鉛(ＺnＯ）粉末に酸化ガリウム（Ｇa₂Ｏ₃)を加え
て混合し、ペレット状に成形したものを用い、成膜装置
としては、イオンプレーティング装置を用いた。具体的
には、ガラス基板１１の温度を 150℃に保持したままイ
オンプレーティング装置内を５×10^-3Ｐa まで排気し
た。その後、アルゴン（Ａr)ガスを導入して 6.5×10^-1
Ｐa に保ち、成膜速度が1.0〜3.0Å/secの範囲となるよ
うビーム電力及び高周波電力を調整した。

【００１１】次に、第１透明電極１２上に五酸化タンタ
ル（Ｔa₂Ｏ₅)から成る第１絶縁層１３をスパッタにより
形成した。具体的には、ガラス基板１１の温度を 200℃
に保持し、スパッタ装置内を 1.0Ｐa に維持し、装置内
にアルゴン（Ａr)と酸素（Ｏ₂)の混合ガスを導入（200c
c/min)し、１ＫＷの高周波電力で堆積速度２Å/secの条
件で行った。

【００１２】上記第１絶縁層１３上に硫化亜鉛(ＺnＳ）
を母体材料とし、発光中心としてマンガン（Ｍn)を添加
した硫化亜鉛：マンガン(ＺnＳ：Ｍn)発光層１４を蒸着
により形成した。具体的には、ガラス基板１１の温度を
120℃に保持し、スパッタ装置内を５×10^-4Ｐa 以下に
維持し、堆積速度1.0〜3.0Å/secの条件で電子ビーム蒸
着を行った。

【００１３】次に、上記発光層１４上に、五酸化タンタ
ル（Ｔa₂Ｏ₅)から成る第２絶縁層１５を第１絶縁層１３
と同一の方法で形成した。以上の各層をガラス基板１１
上に形成後、５×10^-4Ｐa の真空中、400〜600℃で２時
間熱処理を行った。この熱処理により、発光層１４の結
晶性が向上して発光輝度が高くなった。熱処理後、酸化
亜鉛(ＺnＯ）膜から成る第２透明電極１６を、上述の第
１透明電極１２と同一の方法により、第２絶縁層１５上
に形成した。各層の膜厚は、第１、第２透明電極１２，
１６が3000Å、第１、第２絶縁層１３，１５が4000Å、
発光層１４が6000Åである。

【００１４】上述したように、薄膜ＥＬディスプレイ素
子２００では発光層２４を除いて薄膜ＥＬディスプレイ
素子１００と層構造が同一であるので、その発光層２４
の製造方法についてのみ説明する。発光層２４は硫化亜
鉛(ＺnＳ）を母体材料とし、発光中心としてテルビウム
（Ｔb)を添加した硫化亜鉛：テルビウム(ＺnＳ：Ｔb)を
ターゲットとして高周波スパッタによって形成した。具
体的には、ガラス基板２１の温度を 200℃に保持し、ス
パッタ装置内を 0.5〜10Ｐa に維持しスパッタを行っ
た。

【００１５】次に、薄膜ＥＬディスプレイ素子１００と
薄膜ＥＬディスプレイ素子２００とを実装した。具体的
には、ガラス基板１１，２１の周辺部でオイル注入口を
除いて接着剤をスクリーン印刷した。そして、ガラス基
板１１とガラス基板２１とを貼り合わせた後、 150℃で
１時間加熱して接着剤を硬化させた。次に、シリコンオ
イル中にアゾ系又はアントラキノン系の赤色油溶性染料
を0.01〜１wt％溶解させた。そして、赤色油溶性染料が
溶解分散し赤色となったシリコンオイル５０をオイル注
入口から真空注入し、最後にオイル注入口を封止剤を用
いて封止した。上記シリコンオイル５０は、従来の防湿
効果と共に赤色透過フィルタの役割も有したものとな
る。

【００１６】実装された薄膜ＥＬディスプレイ素子３０
０において、薄膜ＥＬディスプレイ素子１００を発光さ
せ矢印方向から発光スペクトルを測定したところそのピ
ークが 610nmと長波長側にシフトし色純度の良好な赤色
発光が得られた。このように、薄膜ＥＬディスプレイ素
子３００においては、薄膜ＥＬディスプレイ素子１００
の黄橙色発光はガラス基板２１側より観察されるため、
赤色油溶性染料が溶解分散されたシリコンオイル５０を
透過することにより赤色発光となるのである。一方、薄
膜ＥＬディスプレイ素子２００の緑色発光は上記シリコ
ンオイル５０を透過しないためその影響を受けることは
ない。即ち、実装された薄膜ＥＬディスプレイ素子３０
０において、薄膜ＥＬディスプレイ素子１００，２００
に単独に電圧を印加したときにはそれぞれ赤色、緑色発
光が得られる。又、実装された薄膜ＥＬディスプレイ素
子３００において、薄膜ＥＬディスプレイ素子１００，
２００に同時に電圧を印加しそれらの電圧を調整するこ
とにより赤色、緑色の混色が表示できマルチカラー化が
可能となる。

【００１７】上述したように、薄膜ＥＬディスプレイ素
子３００は薄膜ＥＬディスプレイ素子１００及び薄膜Ｅ
Ｌディスプレイ素子２００をガラス基板１１，２１を外
側にし各々の第２透明電極１６，２６を対向させそれら
の中間部分に赤色油溶性染料が溶解分散されたシリコン
オイル５０を注入し封止して形成されている。ここで、
薄膜ＥＬディスプレイ素子１００の第２透明電極１６上
にガラス基板２１のみを載置しその空間部分を赤色油溶
性染料が溶解分散されたシリコンオイル５０にて満たし
実装することにより赤色単色発光の薄膜ＥＬディスプレ
イ素子が形成できることは明らかである。

【００１８】図２は、上述の薄膜ＥＬディスプレイ素子
３００で使用されているシリコンオイルの分光光度計に
よる可視光透過曲線を示した特性図である。赤色油溶性
染料を添加しない（０wt％）ものでは、波長 300nm付近
まで90％以上の透過率を維持しており、 0.1％添加した
ものでは、波長 610nmより短波長側の透過率は３％以下
となった。赤色油溶性染料を添加しないシリコンオイル
を用いた場合の硫化亜鉛：マンガン(ＺnＳ：Ｍn)発光層
１４を有する薄膜ＥＬディスプレイ素子の黄橙色発光の
輝度は約2800cd/m²(１ＫＨz 駆動）であり、赤色油溶性
染料を添加したシリコンオイルを用いた場合では、透過
した赤色発光の輝度は約700cd/m²（１ＫＨz 駆動）であ
った。

【００１９】図３は、本発明に係る薄膜ＥＬディスプレ
イ素子の第２の実施例の縦断面を示した模式図である。
本実施例に係る薄膜ＥＬディスプレイ素子５００は、第
１の実施例の赤色発光の薄膜ＥＬディスプレイ素子１０
０及び緑色発光の薄膜ＥＬディスプレイ素子２００の構
造上に、更に、発光層３４を有する薄膜ＥＬディスプレ
イ素子４００を組み合わせて３重積層型の薄膜ＥＬディ
スプレイ素子を構成している。尚、第１の実施例の薄膜
ＥＬディスプレイ素子１００，２００の各層には同じ符
号を付してその説明を省略する。薄膜ＥＬディスプレイ
素子４００のガラス基板３１上（図面では下側）には、
酸化亜鉛(ＺnＯ）から成る第１透明電極３２及び五酸化
タンタル（Ｔa₂Ｏ₅)から成る第１絶縁層３３を先の実施
例と同一の方法で形成した。次に、その上に発光層３４
をスパッタ法により形成した。この発光層３４は、硫化
亜鉛(ＺnＳ）を母体材料とし、発光中心として三フッ化
ツリウム（ＴmＦ₃）を添加したもので、青色発光を呈す
る。発光層３４上には五酸化タンタル（Ｔa₂Ｏ₅)から成
る第２絶縁層３５及び第２透明電極３６を上述の実施例
と同一の方法で形成した。第１、第２透明電極３２，３
６の膜厚は3000Å、第１、第２絶縁層３３，３５の膜厚
は4000Å、発光層３４の膜厚は6000Åとした。そして、
これら３つの薄膜ＥＬディスプレイ素子１００，２０
０，４００を実装する際には、上述のガラス基板１１と
ガラス基板２１との間には赤色油溶性染料が溶解分散さ
れたシリコンオイル５０、又、ガラス基板２１とガラス
基板３１との間には通常のシリコンオイル５１のみを注
入した。

【００２０】上述の構造から成る薄膜ＥＬディスプレイ
素子５００では、発光層１４又は発光層２４又は発光層
３４に電圧を印加することにより、それぞれ赤色、緑
色、青色の発光色が得られる。更に、３つの発光層１
４，２４，３４のうちの２つ又は３つを同時に発光させ
ることにより混色が得られ、これらを組み合わせること
によりマルチカラー、フルカラー化が可能となる。

【００２１】上述の第１及び第２の実施例では共に、黄
橙色発光の薄膜ＥＬディスプレイ素子を作成するプロセ
スの中で、従来の防湿のためのシリコンオイルそのもの
の替わりに赤色油溶性染料が溶解分散されたシリコンオ
イルを用いるだけである。即ち、従来からの工程そのま
まで、本発明の実装された薄膜ＥＬディスプレイ素子は
高輝度で信頼性の高い赤色発光を得ることができる。
又、本発明に係る薄膜ＥＬディスプレイ素子の赤色発光
の輝度は上述したように約 700cd/m²(１ＫＨz 駆動）と
十分実用に耐え得るものであった。更に、本発明に係る
薄膜ＥＬディスプレイ素子は 10000時間の連続発光試験
においても、赤色油溶性染料が溶解分散されたシリコン
オイルのフィルタ特性の変化や発光特性の経時変化も見
られなかった。

【００２２】本発明は上述の実施例に限定されるもので
はなく、以下のような種々の変形が可能である。 (1) 発光層を黄橙色発光を呈する硫化亜鉛：マンガン
(ＺnＳ：Ｍn)に替えて例えば、青緑色発光を呈する硫化
ストロンチウム：セリウム(ＳrＳ：Ｃe)とする。そし
て、薄膜ＥＬディスプレイ素子の光取り出し側を覆う油
溶性染料として、例えば、アゾ系、アントラキノン系な
どの青色染料中間体が溶解分散されたシリコンオイルを
用いる。このように構成された薄膜ＥＬディスプレイ素
子は、色純度の良い青色とすることができる。 (2) 第１、第２絶縁層１３，１５，２３，２５，３３，
３５は五酸化タンタル（Ｔa₂Ｏ₅)で構成したが、Ａl₂Ｏ
₃,ＰbＴiＯ₃,Ｙ₂Ｏ₃,ＳiＯＮ,Ｓi₃Ｎ₄で構成しても良
い。 (3) 第２の実施例における薄膜ＥＬディスプレイ素子２
００，４００の形成位置はこの構成に限定されることな
く、例えば、図３で薄膜ＥＬディスプレイ素子２００を
ガラス基板２１の下側に、又、薄膜ＥＬディスプレイ素
子４００をガラス基板２１の上側としても良い。即ち、
赤色油溶性染料が溶解分散されたシリコンオイルを注入
する位置は、黄橙色発光の薄膜ＥＬディスプレイ素子よ
り光取り出し側で且つ、緑色又は青色発光の薄膜ＥＬデ
ィスプレイ素子より光取り出しの反対側であれば良い。 (4) 緑色発光の薄膜ＥＬディスプレイ素子２００及び青
色発光の薄膜ＥＬディスプレイ素子４００の位置関係に
ついても、各発光素子のデバイスとして必要な色度や輝
度を考慮して両者を入れ替えても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的な一実施例に係る薄膜ＥＬディ
スプレイ素子の縦断面を示した模式図である。

【図２】同実施例装置の薄膜ＥＬディスプレイ素子で使
用されているシリコンオイルの分光光度計による可視光
透過曲線を示した特性図である。

【図３】本発明に係る薄膜ＥＬディスプレイ素子の他の
実施例の縦断面を示した模式図である。

【図４】従来の薄膜ＥＬディスプレイ素子の縦断面を示
した模式図である。

【符号の説明】

１１，２１−ガラス基板（絶縁性基板） １２，２２−第１透明電極（第１電極） １３，２３−第１絶縁層 １４，２４−発光層 １５，２５−第２絶縁層 １６，２６−第２透明電極（第２電極） ５０−（赤色油溶性染料が溶解分散された）シリコンオ
イル １００，２００−薄膜ＥＬディスプレイ素子 ３００−（実装された）薄膜ＥＬディスプレイ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石原 元 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 伊藤 信衛 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板上に第１電極、第１絶縁層、
   発光層、第２絶縁層及び第２電極を、少なくとも光取り
   出し側の材料を光学的に透明なものにて順次積層し形成
   した薄膜ＥＬディスプレイ素子であって、 光取り出し側を覆うように油溶性染料が溶解分散された
   シリコンオイルを有することを特徴とする薄膜ＥＬディ
   スプレイ素子。