JPH07282978A - Thin film electroluminescence(el) element - Google Patents
Thin film electroluminescence(el) elementInfo
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- JPH07282978A JPH07282978A JP6067434A JP6743494A JPH07282978A JP H07282978 A JPH07282978 A JP H07282978A JP 6067434 A JP6067434 A JP 6067434A JP 6743494 A JP6743494 A JP 6743494A JP H07282978 A JPH07282978 A JP H07282978A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、薄型でかつ平板状の表
示手段として好適に用いられる薄膜ＥＬ（エレクトロル
ミネセント）素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film EL (electroluminescent) element which is suitable for use as a thin and flat plate display means.
【０００２】[0002]
【従来の技術】エレクトロルミネセンス（電界発光）と
いう現象を応用したＥＬ素子としては、従来から分散型
と薄膜型が知られている。分散型ＥＬ素子は、所望の元
素で付活した蛍光体粒子を誘電体材料中に分散させたＥ
Ｌ発光層を備え、蛍光体粒子を遊離して分散させたもの
は交流駆動用として用いられ、蛍光体粒子を互いに接触
するようにして分散させたものは直流駆動用として用い
られる。このようなＥＬ発光層は、たとえば２０μｍ〜
１００μｍの厚さに形成される。一方、薄膜型ＥＬ素子
は、母体材料中に発光中心材料を添加したＥＬ発光層を
備え、該ＥＬ発光層が、たとえば蒸着法、スパッタリン
グ法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition）法あるいは
ＡＬＥ（Atomic Layer Epitaxy）法で５０００Å〜１０
０００Åの厚さに形成される。薄膜型ＥＬ素子の中で
も、後述する二重絶縁層構造を有する薄膜型ＥＬ素子
は、分散型ＥＬ素子に比べて高い発光輝度が得られ、ま
た発光寿命が長い。さらに、薄型であることから実用化
に向けて開発が進められている。2. Description of the Related Art Dispersion type and thin film type EL devices have been known as EL devices to which a phenomenon called electroluminescence (electroluminescence) is applied. Dispersion type EL devices are prepared by dispersing phosphor particles activated by a desired element in a dielectric material.
The L light-emitting layer is provided and the phosphor particles are separated and dispersed to be used for AC driving, and the phosphor particles dispersed so as to be in contact with each other are used for DC driving. Such an EL light emitting layer has a thickness of, for example, 20 μm or less.
It is formed to a thickness of 100 μm. On the other hand, the thin film type EL device includes an EL light emitting layer in which an emission center material is added to a base material, and the EL light emitting layer is, for example, a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or an ALE (Atomic Layer Epitaxy). ) Method 5,000Å-10
It is formed to a thickness of 000Å. Among the thin film type EL devices, the thin film type EL device having a double insulating layer structure described later can obtain higher emission luminance and has a longer light emission life than the dispersion type EL device. Furthermore, since it is thin, it is being developed for practical use.
【０００３】図５は、一般的な二重絶縁層構造を有する
薄膜ＥＬ素子１の構成を示す断面図である。薄膜ＥＬ素
子１は、透光性基板２、下部電極３、下部絶縁層４、Ｅ
Ｌ発光層５、上部絶縁層６および上部電極７を含む。た
とえばガラスで実現される透光性基板２の一方表面２ａ
上に、たとえばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透
明電極で実現される下部電極３が形成される。下部電極
３は、たとえば互いに平行に複数本形成される。下部電
極３が形成された基板２の表面２ａ上には、下部絶縁層
４、ＥＬ発光層５および上部絶縁層６がこの順に形成さ
れる。上部絶縁層６の上には、たとえばＡｌなどの金属
電極で実現される上部電極７が形成される。上部電極７
は、前記下部電極３と直交する方向に複数本形成され
る。前記下部電極３、下部絶縁層４、ＥＬ発光層５、上
部絶縁層６および上部電極７は、いわゆるＥＬ構造体８
である。FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a thin film EL element 1 having a general double insulating layer structure. The thin film EL element 1 includes a transparent substrate 2, a lower electrode 3, a lower insulating layer 4, E
The L light emitting layer 5, the upper insulating layer 6, and the upper electrode 7 are included. For example, one surface 2a of the transparent substrate 2 made of glass
A lower electrode 3 realized by a transparent electrode such as ITO (Indium Tin Oxide) is formed on the upper surface. A plurality of lower electrodes 3 are formed, for example, in parallel with each other. A lower insulating layer 4, an EL light emitting layer 5, and an upper insulating layer 6 are formed in this order on the surface 2a of the substrate 2 on which the lower electrode 3 is formed. On the upper insulating layer 6, an upper electrode 7 realized by a metal electrode such as Al is formed. Upper electrode 7
Are formed in a direction orthogonal to the lower electrode 3. The lower electrode 3, the lower insulating layer 4, the EL light emitting layer 5, the upper insulating layer 6 and the upper electrode 7 are so-called EL structures 8.
Is.
【０００４】前記ＥＬ発光層５の材料によって薄膜ＥＬ
素子１の発光色が決定する。従来から、母体材料として
は、たとえばＺｎＳ、ＣａＳ、ＳｒＳが選ばれ、発光中
心材料は遷移金属元素群の中から選ばれる。ＺｎＳ：Ｍ
ｎを用いた黄色発光素子、ＺｎＳ：Ｔｂを用いた緑色発
光素子、ＣａＳ：ＥｕあるいはＺｎＳ：Ｓｍを用いた赤
色発光素子、およびＳｒＳ：ＣｅあるいはＺｎＳ：Ｔｍ
を用いた青色発光素子が知られている。これらの中で
も、ＺｎＳ：Ｍｎを用いた素子は、発光輝度が高く、安
定して良好な発光特性が得られることから、実用化され
ている。Depending on the material of the EL light emitting layer 5, a thin film EL
The emission color of the element 1 is determined. Conventionally, for example, ZnS, CaS, and SrS are selected as the base material, and the emission center material is selected from the transition metal element group. ZnS: M
yellow light emitting device using n, green light emitting device using ZnS: Tb, red light emitting device using CaS: Eu or ZnS: Sm, and SrS: Ce or ZnS: Tm.
A blue light emitting device using is known. Among these, the device using ZnS: Mn has been put into practical use because it has high emission brightness and can stably obtain good emission characteristics.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述したように現在実
用化されている薄膜ＥＬ素子は、黄色の発光色が得られ
る素子のみであり、他の発光色の素子については実用化
に対して充分な発光輝度が得られていない。また、製造
時において必要な加熱処理による輝度の劣化および閾値
電圧の変化など、素子の安定性にも問題がある。さら
に、カラー表示を行うためには、白色発光あるいは三原
色である赤、青、緑の発光色が必要であるけれども、従
来技術では、無彩色に近い白色発光や色純度の高い赤、
青、緑の発光色が得られていない。As described above, the thin film EL elements currently in practical use are only those elements that can obtain a yellow emission color, and other emission color elements are sufficient for practical use. The emission brightness is not obtained. In addition, there is a problem in stability of the element such as deterioration in luminance and change in threshold voltage due to heat treatment required in manufacturing. Further, in order to perform color display, white emission or three primary colors of red, blue, and green emission colors are required, but in the conventional technology, white emission close to achromatic color and red with high color purity,
Blue and green emission colors are not obtained.
【０００６】本発明の目的は、所望とする高純度で高輝
度な発光色が得られる薄膜ＥＬ素子を提供することであ
る。An object of the present invention is to provide a thin film EL device which can obtain a desired high purity and high brightness emission color.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、いずれか一方
が透光性を有する一対の電極間に母体材料と発光中心材
料とを含むＥＬ発光層が配置され、前記ＥＬ発光層と電
極との間に絶縁層がそれぞれ配置されたＥＬ構造体を備
える薄膜ＥＬ素子において、前記母体材料としてＢａ2
ＺｎＳ3が選ばれ、前記発光中心材料が遷移金属元素群
の中から選ばれることを特徴とする薄膜ＥＬ素子であ
る。According to the present invention, an EL light emitting layer containing a base material and an emission center material is disposed between a pair of electrodes, one of which has a light transmitting property, and the EL light emitting layer and the electrode are provided. In a thin-film EL device having an EL structure in which an insulating layer is respectively disposed between the two , Ba 2 is used as the base material.
ZnS 3 is selected, and the emission center material is selected from the group of transition metal elements, which is a thin film EL element.
【０００８】また本発明は、前記発光中心材料としてＭ
ｎが選ばれることを特徴とする。In the present invention, M is used as the emission center material.
n is selected.
【０００９】また本発明は、前記発光中心材料としてＣ
ｅが選ばれることを特徴とする。In the present invention, C is used as the emission center material.
e is selected.
【００１０】また本発明は、前記ＥＬ発光層と前記絶縁
層との間に前記絶縁層の剥離を防止する剥離防止膜がそ
れぞれ配置されることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that a peel preventing film for preventing peeling of the insulating layer is arranged between the EL light emitting layer and the insulating layer.
【００１１】[0011]
【作用】本発明に従えば、薄膜ＥＬ素子は、いずれか一
方が透光性を有する電極間にＥＬ発光層が配置され、該
ＥＬ発光層と電極との間に絶縁層がそれぞれ配置された
ＥＬ構造体を備え、前記ＥＬ発光層は、Ｂａ2ＺｎＳ3か
ら成る母体材料と遷移金属元素群の中から選ばれる発光
中心材料とを含む。母体材料として前記Ｂａ2ＺｎＳ3を
用い、遷移金属元素群の中から所望とする元素を選ぶこ
とによって、高純度でかつ高輝度な所望の発光色が得ら
れる。前記遷移金属元素群の中には、一般的に用いられ
る発光中心材料が含まれている。According to the present invention, in the thin film EL device, the EL light emitting layer is disposed between the electrodes, one of which has a light transmitting property, and the insulating layer is disposed between the EL light emitting layer and the electrode. An EL structure is provided, and the EL light emitting layer includes a host material made of Ba 2 ZnS 3 and an emission center material selected from the group of transition metal elements. By using Ba 2 ZnS 3 as the base material and selecting a desired element from the transition metal element group, a desired emission color with high purity and high brightness can be obtained. The transition metal element group includes generally used emission center materials.
【００１２】また本発明に従えば、発光中心材料として
Ｍｎが選ばれる。Ｂａ2ＺｎＳ3：Ｍｎから成るＥＬ発光
層とすることによって、高純度で高輝度な赤色の発光色
が得られることが確認された。Further, according to the present invention, Mn is selected as the emission center material. It was confirmed that by using an EL light emitting layer made of Ba 2 ZnS 3 : Mn, a red emission color with high purity and high brightness can be obtained.
【００１３】また本発明に従えば、発光中心材料として
Ｃｅが選ばれる。Ｂａ2ＺｎＳ3：Ｃｅから成るＥＬ発光
層とすることによって、高輝度な青緑色の発光色が得ら
れることが確認された。この場合、所定の波長帯域の光
のみを透過させるフィルタを設けることによって高純度
な青色あるいは緑色の発光色が得られる。According to the present invention, Ce is selected as the emission center material. It was confirmed that the EL light emitting layer made of Ba 2 ZnS 3 : Ce can provide a blue-green light emitting color with high brightness. In this case, a highly pure blue or green emission color can be obtained by providing a filter that transmits only light in a predetermined wavelength band.
【００１４】また本発明に従えば、前記ＥＬ発光層と絶
縁層との間には前記絶縁層の剥離を防止する剥離防止膜
が設けられる。絶縁層材料としてＳｉ3Ｎ4を用い、剥離
防止膜としてＺｎＳを用いた場合には、薄膜ＥＬ素子を
作成する際の熱処理時において、絶縁層とＥＬ発光層と
の間で生じていた剥離が低減することが確認された。該
剥離は、たとえば絶縁層材料とＥＬ発光層材料との熱膨
張係数の差によって生じると考えられる。前記ＺｎＳか
ら成る剥離防止膜によって、熱膨張係数の差が緩和さ
れ、これによって剥離が低減するものと考えられる。ま
た、前記剥離防止膜によってＥＬ発光層への酸素の侵入
が防止され、該ＥＬ発光層の酸化を防ぐことが可能とな
る。したがって、発光特性の低下を防止することが可能
となる。Further, according to the invention, a peeling preventing film for preventing peeling of the insulating layer is provided between the EL light emitting layer and the insulating layer. When Si 3 N 4 is used as the insulating layer material and ZnS is used as the peeling prevention film, the peeling that has occurred between the insulating layer and the EL light emitting layer during the heat treatment when forming the thin film EL element is performed. It was confirmed that the amount would be reduced. It is considered that the peeling occurs due to a difference in thermal expansion coefficient between the insulating layer material and the EL light emitting layer material. It is considered that the peeling prevention film made of ZnS alleviates the difference in the coefficient of thermal expansion, thereby reducing peeling. Further, the peeling prevention film prevents oxygen from penetrating into the EL light emitting layer, and prevents oxidation of the EL light emitting layer. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the light emission characteristics.
【００１５】[0015]
【実施例】図１は、本発明の一実施例である薄膜ＥＬ素
子１１の構成を示す断面図である。薄膜ＥＬ素子１１
は、透光性基板１２、下部電極１３、下部絶縁層１４、
ＥＬ発光層１５、上部絶縁層１６、上部電極１７および
剥離防止膜１８，１９を含む。たとえばガラスで実現さ
れる透光性基板１２の一方表面１２ａ上に、たとえばＩ
ＴＯなどの透明電極で実現される下部電極１３が形成さ
れる。下部電極１３は、たとえば互いに平行に複数本形
成される。また下部電極１３は、たとえばＥＢ（電子ビ
ーム）蒸着法あるいは高周波スパッタリング法で２００
ｎｍ程度の厚さに形成される。1 is a sectional view showing the structure of a thin film EL element 11 which is an embodiment of the present invention. Thin film EL element 11
Is a transparent substrate 12, a lower electrode 13, a lower insulating layer 14,
It includes an EL light emitting layer 15, an upper insulating layer 16, an upper electrode 17, and peeling prevention films 18 and 19. On one surface 12a of the transparent substrate 12, which is realized by glass, for example, I
The lower electrode 13 realized by a transparent electrode such as TO is formed. A plurality of lower electrodes 13 are formed, for example, in parallel with each other. The lower electrode 13 is formed by, for example, EB (electron beam) evaporation method or high frequency sputtering method,
It is formed to a thickness of about nm.
【００１６】前記下部電極１３が形成された基板１２の
表面１２ａ上には、下部絶縁層１４、剥離防止膜１８、
ＥＬ発光層１５、剥離防止膜１９および上部絶縁層１６
がこの順に形成される。下部絶縁層１４は、たとえば高
周波スパッタリング法で４０ｎｍ程度の厚さにＳｉＯ2
を堆積し、さらに２００ｎｍ程度の厚さにＳｉ3Ｎ4を堆
積して形成される。剥離防止膜１８，１９は、たとえば
ＺｎＳ膜で実現され、駆動電圧を考慮し、高電圧駆動と
ならないような膜厚に形成される。たとえば剥離防止膜
１８は、６０ｎｍ〜１５０ｎｍの厚さに形成され、剥離
防止膜１９は、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さに形成
される。剥離防止膜１８，１９は、後述するＥＬ発光層
１５から下部および上部絶縁層１３，１６が剥離するの
を防ぐために設けられる膜である。On the surface 12a of the substrate 12 on which the lower electrode 13 is formed, a lower insulating layer 14, a peeling prevention film 18,
EL light emitting layer 15, peeling prevention film 19 and upper insulating layer 16
Are formed in this order. The lower insulating layer 14 is formed of, for example, SiO 2 with a thickness of about 40 nm by a high frequency sputtering method.
And Si 3 N 4 are further deposited to a thickness of about 200 nm. The peeling prevention films 18 and 19 are realized by, for example, a ZnS film, and are formed to have a film thickness that prevents high voltage driving in consideration of the driving voltage. For example, the peel preventing film 18 is formed to a thickness of 60 nm to 150 nm, and the peel preventing film 19 is formed to a thickness of about 50 nm to 100 nm. The peeling prevention films 18 and 19 are films provided to prevent peeling of the lower and upper insulating layers 13 and 16 from the EL light emitting layer 15 described later.
【００１７】ＥＬ発光層１５は、母体材料中に発光中心
材料を添加したもので実現される。母体材料としては、
Ｂａ2ＺｎＳ3が用いられる。また、発光中心材料は遷移
金属元素群の中から選ばれ、Ｍｎを選んだ場合には６２
５ｎｍ付近に発光スペクトルのピークを有する赤色の発
光色が得られ、Ｃｅを選んだ場合には４３０ｎｍ〜６２
０ｎｍの波長帯域に発光スペクトルのピークを有する青
緑色の発光色が得られることが確認された。本実施例で
は、予めＭｎが０．４５ｗｔ％添加されたＺｎＳ粉末を
用意し、該ＺｎＳ粉末とＢａＳ粉末とを１：２（モル
比）で混合し、８５０℃のＡｒ雰囲気中で焼成してペレ
ットを作成した。該ペレットをターゲットとしたＥＢ蒸
着法によって６００ｎｍ〜１５００ｎｍの厚さのＥＬ発
光層１５を作成した。ＥＢ蒸着は、６×１０-3ＰａのＨ
2 Ｓ雰囲気中で、基板温度を２００℃〜５００℃の範囲
の温度に設定して行った。The EL light emitting layer 15 is realized by adding a light emitting center material to a base material. As the base material,
Ba 2 ZnS 3 is used. Further, the emission center material is selected from the group of transition metal elements, and when Mn is selected, it is 62
A red emission color having an emission spectrum peak near 5 nm was obtained, and when Ce was selected, it was 430 nm to 62.
It was confirmed that a blue-green emission color having an emission spectrum peak in the wavelength band of 0 nm was obtained. In this example, ZnS powder to which Mn was added in an amount of 0.45 wt% was prepared in advance, the ZnS powder and BaS powder were mixed at a ratio of 1: 2 (molar ratio), and fired in an Ar atmosphere at 850 ° C. Pellets were made. An EL light emitting layer 15 having a thickness of 600 nm to 1500 nm was formed by an EB vapor deposition method using the pellet as a target. EB evaporation is H of 6 × 10 −3 Pa
The substrate temperature was set to a temperature in the range of 200 ° C. to 500 ° C. in a 2 S atmosphere.
【００１８】上部絶縁層１６は、たとえば１００ｎｍ程
度の厚さのＳｉ3Ｎ4膜上に、３５ｎｍ程度の厚さのＡｌ
2Ｏ3膜を積層して形成される。透光性基板１２上に下部
電極１３、下部絶縁層１４、剥離防止膜１８、ＥＬ発光
層１５、剥離防止膜１９および上部絶縁層１６がこの順
に積層して形成された後、６３０℃に設定された真空雰
囲気中において１時間熱処理が施される。さらに、前記
上部絶縁層１６上には、たとえばＡｌなどの金属電極で
実現される上部電極１７が形成される。上部電極１７
は、前記下部電極１３と直交する方向に複数本形成され
る。また上部電極１７は、たとえば真空蒸着法で形成さ
れる。The upper insulating layer 16 is composed of, for example, a Si 3 N 4 film having a thickness of about 100 nm and an Al having a thickness of about 35 nm.
It is formed by stacking 2 O 3 films. After the lower electrode 13, the lower insulating layer 14, the peeling prevention film 18, the EL light emitting layer 15, the peeling prevention film 19 and the upper insulating layer 16 are laminated in this order on the transparent substrate 12, the temperature is set to 630 ° C. Heat treatment is performed for 1 hour in the vacuum atmosphere. Further, an upper electrode 17 which is realized by a metal electrode such as Al is formed on the upper insulating layer 16. Upper electrode 17
Are formed in a direction orthogonal to the lower electrode 13. The upper electrode 17 is formed by, for example, a vacuum vapor deposition method.
【００１９】前記下部電極１３、下部絶縁層１４、ＥＬ
発光層１５、上部絶縁層１６、上部電極１７および剥離
防止膜１８，１９は、いわゆるＥＬ構造体２１である。
このような薄膜ＥＬ素子１１の下部電極１３および上部
電極１７間には、交流電源２０が接続され、前記電極１
３，１７の間に配置されるＥＬ発光層１５に電圧が印加
される。Lower electrode 13, lower insulating layer 14, EL
The light emitting layer 15, the upper insulating layer 16, the upper electrode 17, and the peeling prevention films 18 and 19 are so-called EL structures 21.
An AC power source 20 is connected between the lower electrode 13 and the upper electrode 17 of such a thin film EL element 11, and the electrode 1
A voltage is applied to the EL light emitting layer 15 arranged between 3 and 17.
【００２０】図２は、前記薄膜ＥＬ素子１１に６０Ｈｚ
の交流電圧を印加したときの印加電圧（Ｖ）と輝度（ｃ
ｄ／ｍ2）との関係を示すグラフである。薄膜ＥＬ素子
１１は、閾値電圧を有し、急峻な輝度の立上りを示すこ
とが確認された。このため、電極１３，１７に閾値電圧
以上の電圧を印加してＥＬ発光層１５を発光状態とする
こと、および前記閾値電圧未満の電圧を印加して非発光
状態とすることによる表示が実現できる。FIG. 2 shows that the thin film EL element 11 has 60 Hz.
Applied voltage (V) and brightness (c)
It is a graph which shows the relationship with d / m < 2 >. It was confirmed that the thin film EL element 11 has a threshold voltage and exhibits a sharp rise in luminance. Therefore, display can be realized by applying a voltage equal to or higher than the threshold voltage to the electrodes 13 and 17 to bring the EL light emitting layer 15 into the light emitting state, and applying a voltage lower than the threshold voltage to bring it into the non-light emitting state. .
【００２１】図３は、前記薄膜ＥＬ素子１１の発光スペ
クトルを示すグラフである。曲線Ｌ１は、ＥＬ発光層１
５が、Ｂａ2ＺｎＳ3：Ｍｎから成る場合を示しており、
曲線Ｌ２はＥＬ発光層１５が、Ｂａ2ＺｎＳ3：Ｃｅから
成る場合を示している。前述した薄膜ＥＬ素子１１は、
曲線Ｌ１に示されるように６２５ｎｍ付近にピークを有
する赤色の発光色が得られることが確認された。FIG. 3 is a graph showing an emission spectrum of the thin film EL element 11. The curve L1 is the EL light emitting layer 1
5 shows a case of Ba 2 ZnS 3 : Mn,
The curve L2 shows the case where the EL light emitting layer 15 is made of Ba 2 ZnS 3 : Ce. The thin film EL element 11 described above is
It was confirmed that a red emission color having a peak near 625 nm was obtained as shown by the curve L1.
【００２２】以下の表１は、前記薄膜ＥＬ素子１１の色
度座標（ｘ，ｙ）と飽和輝度（ｃｄ／ｍ2 ）とを示すも
のである。なお、表１には比較例１として前述したＥＬ
発光層１５がＺｎＳ：Ｓｍ，Ｆから成るもの、比較例２
としてＥＬ発光層１５がＺｎＳ：Ｓｍ，Ｃｌから成るも
の、比較例３としてＥＬ発光層１５がＣａＳ：Ｅｕから
成るもの、および比較例４としてＥＬ発光層１５がＣＲ
Ｔ（Cathod Ray Tube）用の蛍光体から成るものをそれ
ぞれ示している。Table 1 below shows the chromaticity coordinates (x, y) and the saturation luminance (cd / m 2 ) of the thin film EL element 11. In Table 1, the EL described above as Comparative Example 1 was used.
Light emitting layer 15 made of ZnS: Sm, F, Comparative Example 2
As the EL light emitting layer 15 made of ZnS: Sm, Cl, as the comparative example 3 the EL light emitting layer 15 made of CaS: Eu, and as the comparative example 4 the EL light emitting layer 15 is CR.
Each of them is composed of a phosphor for T (Cathod Ray Tube).
【００２３】なお、本実施例では閾値電圧に５０Ｖを加
えた値の電圧を印加したときの輝度を飽和輝度としてい
る。ここで、閾値電圧とは輝度が１ｃｄ／ｍ2となると
きの電圧であり、本実施例では１８０Ｖである。したが
って、前記飽和輝度が得られたときの印加電圧は２３０
Ｖである。In this embodiment, the luminance when a voltage having a value obtained by adding 50 V to the threshold voltage is applied is the saturated luminance. Here, the threshold voltage is a voltage when the brightness becomes 1 cd / m 2, and is 180 V in this embodiment. Therefore, the applied voltage is 230 when the saturated brightness is obtained.
V.
【００２４】[0024]
【表１】 [Table 1]
【００２５】比較例４として示したＣＲＴ用蛍光体で得
られた色度を望ましい値としたところ、本実施例の薄膜
ＥＬ素子１１は、前記ＣＲＴ用蛍光体と同じ色度が得ら
れ、また比較例１〜３よりも高い飽和輝度が得られるこ
とが確認された。また、薄膜ＥＬ素子１１は、比較例３
でみられた発光開始の時間的遅れ、すなわち電圧印加
後、直ちに発光が開始されないという現象も生じないこ
とが確認された。When the chromaticity obtained with the CRT phosphor shown as Comparative Example 4 is set to a desired value, the thin film EL element 11 of this embodiment obtains the same chromaticity as the CRT phosphor, and It was confirmed that a saturated brightness higher than those of Comparative Examples 1 to 3 was obtained. In addition, the thin film EL element 11 is the same as Comparative Example 3.
It was confirmed that the time delay of the start of light emission, that is, the phenomenon that light emission does not start immediately after the application of voltage does not occur.
【００２６】なお、比較例１，２の発光層材料として添
加しているＦ，Ｃｌは、発光中心イオンの価数と母体材
料の陽イオンの価数とが異なる場合（たとえばＳｍ3+と
Ｚｎ2+）にＥＬ発光層を電気的に中性に保つために添加
される電荷補償元素であり、該元素を添加することによ
って素子特性の向上を図ることができる。F and Cl added as the light emitting layer materials of Comparative Examples 1 and 2 are different from each other in the case where the valence of the emission center ion and the cation of the base material are different (for example, Sm 3+ and Zn). 2+ ) is a charge-compensating element added to keep the EL light-emitting layer electrically neutral, and by adding the element, the device characteristics can be improved.
【００２７】続いて本発明の他の実施例について説明す
る。本実施例は、前記薄膜ＥＬ素子１１のＥＬ発光層１
５が、Ｂａ2ＺｎＳ3：Ｃｅから成る以外は前述したのと
同様にして実現される。本実施例のＥＬ発光層１５は、
ＺｎＳ粉末に対して０．１モル％のＣｅＦ3 粉末を加
え、前述したのと同様にしてペレットを作成し、同様の
ＥＢ蒸着法によって作成した。この薄膜ＥＬ素子の発光
スペクトルは、図３の曲線Ｌ２で表され、４３０ｎｍ〜
６２０ｎｍの波長帯域に発光スペクトルのピークを有す
る青緑色の発光色が得られることが確認された。Next, another embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the EL light emitting layer 1 of the thin film EL element 11 is used.
It is realized in the same manner as described above except that 5 is made of Ba 2 ZnS 3 : Ce. The EL light emitting layer 15 of this embodiment is
0.1 mol% CeF 3 powder was added to ZnS powder, pellets were prepared in the same manner as described above, and the same EB vapor deposition method was used. The emission spectrum of this thin film EL element is represented by the curve L2 in FIG.
It was confirmed that a blue-green emission color having an emission spectrum peak in the wavelength band of 620 nm was obtained.
【００２８】本実施例の場合、たとえば透光性基板１２
のＥＬ発光層１５とは反対側にフィルタを設けることに
よって青色の発光素子あるいは緑色の発光素子を実現す
ることが可能となる。たとえば４２０ｎｍ〜４９０ｎｍ
の波長帯域の光を透過するフィルタを設けることによっ
て青色の発光素子が実現され、４９０ｎｍ〜５５０ｎｍ
の波長帯域の光を透過するフィルタを設けることによっ
て緑色の発光素子が実現される。In the case of this embodiment, for example, the transparent substrate 12
By providing a filter on the side opposite to the EL light emitting layer 15, it is possible to realize a blue light emitting element or a green light emitting element. For example, 420 nm to 490 nm
A blue light emitting element is realized by providing a filter that transmits light in the wavelength band of 490 nm to 550 nm.
A green light emitting element is realized by providing a filter that transmits light in the wavelength band of.
【００２９】以上のようにＢａ2ＺｎＳ3：Ｍｎから成る
ＥＬ発光層１５を用いることによって優れた赤色の発光
色が得られることが確認された。また、Ｂａ2ＺｎＳ3：
Ｃｅから成るＥＬ発光層１５を用ることによって青緑色
の発光色が得られることが確認され、この場合フィルタ
を用いることによって青色あるいは緑色の発光色を得る
ことができる。なお、発光中心材料はＭｎ、Ｃｅに限ら
ず、遷移金属元素群の中から適当な元素が選択される。
一般的には、遷移金属元素群の中の希土類元素群の中か
ら多くの元素が選ばれる。たとえば、Ｔｂ，Ｅｕ，Ｓｍ
あるいはＴｍが選ばれる。As described above, it was confirmed that an excellent red emission color can be obtained by using the EL light emitting layer 15 made of Ba 2 ZnS 3 : Mn. In addition, Ba 2 ZnS 3 :
It was confirmed that a blue-green emission color can be obtained by using the EL emission layer 15 made of Ce, and in this case, a blue or green emission color can be obtained by using a filter. The emission center material is not limited to Mn and Ce, and an appropriate element is selected from the transition metal element group.
Generally, many elements are selected from the group of rare earth elements in the group of transition metal elements. For example, Tb, Eu, Sm
Alternatively, Tm is selected.
【００３０】また本実施例では、下部および上部絶縁層
１４，１６のＥＬ発光層１５側の材料としてＳｉ3Ｎ4を
用い、剥離防止膜１８，１９としてＺｎＳを用いた。ま
た、ＥＬ発光層１５の材料はＢａ2ＺｎＳ3である。剥離
防止膜１８，１９を設けなかった場合、薄膜ＥＬ素子１
１を形成する際の熱処理時において、下部絶縁層１４と
ＥＬ発光層１５との間、またはＥＬ発光層１５と上部絶
縁層１６との間で剥離が生じた。しかしながら、剥離防
止膜１８，１９を設けることによって、前記剥離が生じ
ないことが確認された。In this embodiment, Si 3 N 4 is used as the material of the lower and upper insulating layers 14 and 16 on the EL light emitting layer 15 side, and ZnS is used as the peeling prevention films 18 and 19. The material of the EL light emitting layer 15 is Ba 2 ZnS 3 . When the peeling prevention films 18 and 19 are not provided, the thin film EL element 1
During the heat treatment for forming No. 1, peeling occurred between the lower insulating layer 14 and the EL light emitting layer 15 or between the EL light emitting layer 15 and the upper insulating layer 16. However, it was confirmed that the peeling does not occur by providing the peeling prevention films 18 and 19.
【００３１】前記剥離は、たとえば絶縁層１４，１６と
される材料の熱膨張係数と、ＥＬ発光層１５とされる材
料の熱膨張係数の差が比較的大きいために生じるものと
考えられる。前記剥離防止膜１８，１９を形成すること
によって、絶縁層１４，１６と剥離防止膜１８，１９と
の間、および剥離防止膜１８，１９とＥＬ発光層１５と
の間でそれぞれ熱膨張係数の差が生じる。この熱膨張係
数の差が前記差よりも小さくなることによって、それぞ
れの層の間での剥離が低減し、全体として、絶縁層１
４，１６と、ＥＬ発光層１５との間の剥離も低減したと
考えられる。したがって、前記剥離防止膜１８，１９の
材料としては、絶縁層１４，１６の材料の熱膨張係数
と、ＥＬ発光層１５の材料の熱膨張係数とのほぼ中間の
熱膨張係数を有する材料を選ぶのが好ましいと考えられ
る。It is considered that the peeling occurs because, for example, the difference between the thermal expansion coefficient of the material used for the insulating layers 14 and 16 and the thermal expansion coefficient of the material used for the EL light emitting layer 15 is relatively large. By forming the peel preventing films 18 and 19, the thermal expansion coefficient between the insulating layers 14 and 16 and the peel preventing films 18 and 19 and between the peel preventing films 18 and 19 and the EL light emitting layer 15 is increased. There is a difference. By making the difference in the coefficient of thermal expansion smaller than the above difference, peeling between the layers is reduced, and the insulating layer 1 as a whole is reduced.
It is considered that peeling between the EL emission layers 15 and 4 and 16 was also reduced. Therefore, as the material of the peeling prevention films 18 and 19, a material having a thermal expansion coefficient substantially intermediate between the thermal expansion coefficients of the materials of the insulating layers 14 and 16 and the EL light emitting layer 15 is selected. Is considered preferable.
【００３２】また、前記剥離防止膜１８，１９を設ける
ことによってＥＬ発光層１５への酸素の侵入を防止する
ことができ、ＥＬ発光層１５の酸化を防止して、発光特
性の低下を防止することが可能となる。Further, by providing the peeling prevention films 18 and 19, it is possible to prevent oxygen from entering the EL light emitting layer 15, prevent the EL light emitting layer 15 from being oxidized, and prevent deterioration of light emitting characteristics. It becomes possible.
【００３３】なお、本発明の母体材料として選ばれるＢ
ａ2ＺｎＳ3は、分散型ＥＬ素子において検討され、充分
な特性が得られなかったことがＳＩＤ ８０ ＤＩＧＥ
ＳＴ１１０−１１１，ＳＩＤ ７７ ＤＩＧＥＳＴ ８
８−８９，あるいはＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．７８９−７９５に開示されている。本発明は該材料
を薄膜型ＥＬ素子に用いたものである。薄膜型ＥＬ素子
は、分散型ＥＬに比べて高輝度であり、また発光寿命が
長いけれども、従来の薄膜型ＥＬ素子のＥＬ発光層材料
では実用に適した発光特性が得られていなかった。本実
施例によって、上述したようなＥＬ発光層材料を用いて
優れた発光特性が得られることが確認された。B selected as the base material of the present invention
a 2 ZnS 3 was investigated in a dispersion type EL device, and it was found that sufficient characteristics were not obtained.
ST110-111, SID 77 DIGEST 8
8-89, or J. Vac. Sci. Techno
l. 789-795. The present invention uses the material for a thin film type EL device. Although the thin film type EL device has higher brightness and longer emission life than the dispersion type EL device, the EL light emitting layer material of the conventional thin film type EL device has not been able to obtain the light emitting characteristics suitable for practical use. It was confirmed by this example that excellent light emitting characteristics can be obtained by using the above-mentioned EL light emitting layer material.
【００３４】前記Ｂａ2ＺｎＳ3は、Ｚｎ、Ｂａ，Ｓを構
成要素とするけれども、これらの要素から構成されるＺ
ｎＳやＢａＳとは異なる結晶構造を示す。すなわちＺｎ
ＳおよびＢａＳはいずれも立方晶であるのに対しＢａ2
ＺｎＳ3は斜方晶である。また、前記Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃ
ｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．７８９−７９５にはＸ線回折パタ
ーンが異なることが開示されている。さらに、ＺｎＳ：
Ｍｎから成る発光層では黄色の発光色が得られ、Ｂａ
Ｓ：Ｍｎから成る発光層では緑色の発光色が得られるの
に対し、Ｂａ2ＺｎＳ3：Ｍｎから成る発光層では黄色と
緑色とからは合成することができない赤色の発光色が得
られることが確認されている。したがって本発明は特公
平４−５８１５８および特開昭６３−９９３に開示され
ているＺｎＳやＢａＳを母体材料として用いる例とは異
なるものである。Although Ba 2 ZnS 3 has Zn, Ba, and S as constituent elements, Z composed of these elements is used.
It exhibits a crystal structure different from nS and BaS. Ie Zn
Both S and BaS are cubic, while Ba 2
ZnS 3 is orthorhombic. Further, the aforementioned J. Vac. Sc
i. Technol. 789-795 discloses different X-ray diffraction patterns. Furthermore, ZnS:
In the light emitting layer made of Mn, yellow emission color is obtained, and Ba
A light emitting layer made of S: Mn gives a green light emission color, whereas a light emitting layer made of Ba 2 ZnS 3 : Mn gives a red light emission color that cannot be synthesized from yellow and green. It has been confirmed. Therefore, the present invention is different from the examples disclosed in JP-B-4-58158 and JP-A-63-993 in which ZnS and BaS are used as the base material.
【００３５】図４は、本発明に基づく薄膜ＥＬ素子を応
用した薄膜ＥＬ素子３０の構成を示す断面図である。薄
膜ＥＬ素子３０は、本発明に基づく２枚の薄膜ＥＬ素子
を重ねて配置したものであり、白色の発光色が得られる
ものである。薄膜ＥＬ素子３０は、透光性基板１２の一
方表面１２ａに前記ＥＬ構造体２１、絶縁層２２および
ＥＬ構造体３１をこの順に積層して構成される。ＥＬ構
造体３１はＥＬ構造体２１と同様にして構成され、ＥＬ
構造体２１と同様にして実現される下部電極２３、下部
絶縁層２４、ＥＬ発光層２５、上部絶縁層２６、上部電
極２７および剥離防止膜２８，２９を含む。ＥＬ発光層
１５は、前述したようにＢａ2ＺｎＳ3：Ｍｎで実現さ
れ、ＥＬ発光層２５はＢａ2ＺｎＳ3：Ｃｅで実現され
る。したがって、電極１３，１７間に電圧を印加すると
赤色の発光色が得られ、電極２３，２７間に電圧を印加
すると青緑色の発光色が得られる。また、電極１３，１
７間および電極２３，２７間に同時に電圧を印加すると
白色の発光色が得られる。FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a thin film EL element 30 to which the thin film EL element according to the present invention is applied. The thin-film EL element 30 is formed by stacking two thin-film EL elements according to the present invention so as to obtain a white emission color. The thin film EL element 30 is configured by laminating the EL structure 21, the insulating layer 22, and the EL structure 31 in this order on the one surface 12a of the transparent substrate 12. The EL structure 31 has the same structure as the EL structure 21.
It includes a lower electrode 23, a lower insulating layer 24, an EL light emitting layer 25, an upper insulating layer 26, an upper electrode 27, and peeling prevention films 28 and 29, which are realized in the same manner as the structure 21. The EL light emitting layer 15 is realized by Ba 2 ZnS 3 : Mn as described above, and the EL light emitting layer 25 is realized by Ba 2 ZnS 3 : Ce. Therefore, when a voltage is applied between the electrodes 13 and 17, a red emission color is obtained, and when a voltage is applied between the electrodes 23 and 27, a bluish green emission color is obtained. Also, the electrodes 13, 1
When a voltage is applied between 7 and electrodes 23 and 27 at the same time, a white emission color is obtained.
【００３６】また図示した以外に、ＥＬ発光層として母
体材料であるＢａ2ＺｎＳ3中にＭｎとＣｅとをともに添
加することによっても白色の発光色が得られると考えら
れる。このような白色発光素子に赤、緑、青のカラーフ
ィルタを設けることによってカラー表示を実現すること
が可能となる。It is considered that a white emission color can also be obtained by adding Mn and Ce together to the base material Ba 2 ZnS 3 other than the one shown in the figure. Color display can be realized by providing red, green, and blue color filters to such a white light emitting element.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、薄膜ＥＬ
素子のＥＬ発光層はＢａ2ＺｎＳ3を母体材料とし、発光
中心材料は遷移金属元素群の中から選ばれる。たとえば
発光中心材料としてＭｎを選ぶと、高純度でかつ高輝度
な赤色の発光色が得られる。またたとえば発光中心材料
としてＣｅを選ぶと、高輝度な青緑色の発光色が得られ
る。なお、Ｃｅを選んだ場合、特定の波長帯域の光のみ
を透過するフィルタを設けることによって青色あるいは
緑色の発光色を得ることができる。また、Ｍｎによる赤
色の発光素子とＣｅによる青緑色の発光素子とを積層す
ることによって白色発光素子を得ることができ、カラー
フィルタを設けてカラー表示を実現することが可能とな
る。また、母体材料中にＭｎとＣｅとをともに添加する
ことによっても白色発光が得られる。As described above, according to the present invention, the thin film EL
The EL light emitting layer of the device has Ba 2 ZnS 3 as a base material, and the emission center material is selected from the group of transition metal elements. For example, when Mn is selected as the emission center material, a highly pure and highly bright red emission color can be obtained. Further, for example, when Ce is selected as the emission center material, a high-luminance blue-green emission color can be obtained. When Ce is selected, a blue or green emission color can be obtained by providing a filter that transmits only light in a specific wavelength band. Further, a white light emitting element can be obtained by stacking a red light emitting element made of Mn and a blue green light emitting element made of Ce, and a color display can be realized by providing a color filter. White light emission can also be obtained by adding Mn and Ce together in the base material.
【００３８】また本発明によれば、ＥＬ発光層と絶縁層
との間にそれぞれ設けられる剥離防止膜によって、薄膜
ＥＬ素子を作成する際の熱処理時におけるＥＬ発光層か
らの絶縁層の剥離を低下することができる。絶縁層とし
てＳｉ3Ｎ4膜を用い、剥離防止膜としてＺｎＳ膜を用い
た場合、熱処理時において生じたＥＬ発光層と絶縁層と
の間の剥離が低減することが確認された。Further, according to the present invention, the peeling preventing film provided between the EL light emitting layer and the insulating layer reduces peeling of the insulating layer from the EL light emitting layer during the heat treatment for manufacturing the thin film EL element. can do. It was confirmed that when the Si 3 N 4 film was used as the insulating layer and the ZnS film was used as the peeling prevention film, peeling between the EL light emitting layer and the insulating layer, which occurred during the heat treatment, was reduced.
【図１】本発明の一実施例である薄膜ＥＬ素子１１の構
成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a thin film EL element 11 which is an embodiment of the present invention.
【図２】前記薄膜ＥＬ素子１１における印加電圧と輝度
との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a relationship between applied voltage and brightness in the thin film EL element 11.
【図３】前記薄膜ＥＬ素子１１の発光スペクトルを示す
グラフである。FIG. 3 is a graph showing an emission spectrum of the thin film EL element 11.
【図４】薄膜ＥＬ素子３０の構成を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a thin film EL element 30.
【図５】従来の薄膜ＥＬ素子１の構成を示す断面図であ
る。FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a conventional thin film EL element 1.
１１ 薄膜ＥＬ素子 １２ 透光性基板 １３ 下部電極 １４ 下部絶縁層 １５ ＥＬ発光層 １６ 上部絶縁層 １７ 上部電極 １８，１９ 剥離防止膜 ２１ ＥＬ構造体 Reference Signs List 11 thin film EL element 12 translucent substrate 13 lower electrode 14 lower insulating layer 15 EL light emitting layer 16 upper insulating layer 17 upper electrode 18, 19 peeling prevention film 21 EL structure
Claims (4)
極間に母体材料と発光中心材料とを含むＥＬ発光層が配
置され、前記ＥＬ発光層と電極との間に絶縁層がそれぞ
れ配置されたＥＬ構造体を備える薄膜ＥＬ素子におい
て、 前記母体材料としてＢａ2ＺｎＳ3が選ばれ、前記発光中
心材料が遷移金属元素群の中から選ばれることを特徴と
する薄膜ＥＬ素子。1. An EL light emitting layer including a base material and an emission center material is disposed between a pair of electrodes, one of which is translucent, and an insulating layer is disposed between the EL light emitting layer and the electrode. In the thin film EL device having the above EL structure, Ba 2 ZnS 3 is selected as the base material, and the emission center material is selected from the group of transition metal elements.
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜ＥＬ素子。2. The thin film EL device according to claim 1, wherein Mn is selected as the emission center material.
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜ＥＬ素子。3. The thin film EL device according to claim 1, wherein Ce is selected as the emission center material.
記絶縁層の剥離を防止する剥離防止膜がそれぞれ配置さ
れることを特徴とする請求項１記載の薄膜ＥＬ素子。4. The thin film EL element according to claim 1, wherein a peeling prevention film for preventing peeling of the insulating layer is arranged between the EL light emitting layer and the insulating layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6067434A JPH07282978A (en) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | Thin film electroluminescence(el) element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6067434A JPH07282978A (en) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | Thin film electroluminescence(el) element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07282978A true JPH07282978A (en) | 1995-10-27 |
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|---|---|---|---|
| JP6067434A Pending JPH07282978A (en) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | Thin film electroluminescence(el) element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07282978A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6942932B2 (en) * | 2002-02-13 | 2005-09-13 | Tdk Corporation | Phosphor and EL panel |
| JP2005302693A (en) * | 2004-03-19 | 2005-10-27 | Fuji Photo Film Co Ltd | Electroluminescence device |
-
1994
- 1994-04-05 JP JP6067434A patent/JPH07282978A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6942932B2 (en) * | 2002-02-13 | 2005-09-13 | Tdk Corporation | Phosphor and EL panel |
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| US7816862B2 (en) | 2004-03-19 | 2010-10-19 | Fujifilm Corporation | Electroluminescent device with enhanced color rendition |
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