JPH0778689A

JPH0778689A - 薄膜エレクトロルミネセンス素子

Info

Publication number: JPH0778689A
Application number: JP5222682A
Authority: JP
Inventors: Harutaka Taniguchi; 春隆谷口; Tomoyuki Kawashima; 朋之河島; Yukinori Kawamura; 幸則河村; Kazuyoshi Shibata; 一喜柴田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1993-09-08
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】発光層の両面に絶縁層を介して電極を設けた薄
膜ＥＬ素子の輝度を向上させる。【構成】発光層で発生した光が積層された各層を通過す
るための干渉効果による干渉ピーク波長と、発生した光
の発光ピーク波長とを一致させることにより高輝度が得
られる。このような一致は、各層の材料、屈折率に対応
して膜厚を最適化することによって得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電界の印加によっ
てエレクトロルミネセンス (以下ＥＬと略す) 発光を呈
する薄膜ＥＬ素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より電場発光螢光体を用いた固体映
像装置としてＸ−Ｙマトリックス表示装置が知られてい
る。この装置は、電場発光層の両面に水平平行電極群と
垂直電極群とを互いに直行するように配置し、それぞれ
の電極群に接続された給電線により切替え装置を通して
信号を加えて、両電極の交点部分の電場発光層 (ＥＬ発
光層) を発光させ、発光した交点部分のいわゆる絵素の
組合わせによって文字信号、図形を表示させるものであ
る。

【０００３】ここで用いられる固体映像表示装置の表示
板としては、通常、図３に示すように透光性基板１上に
平行な下部透明電極群２を形成し、その上に第一絶縁層
３、ＥＬ発光層４、第二絶縁層５を順次積層し、さらに
その上に背面平行電極群６を図４に示すように下部透明
電極群２と絵素７で直交する配置で積層して形成する。
透光性基板１の材料には、ソーダガラス、ほうけい酸ガ
ラス、バリウムほうけい酸ガラスの一つを用い、その基
板上にSnＯ₂あるいはＩＴＯ (In₂Ｏ₃＋SnＯ ₂) のよ
うな透明導電材料を、電子ビーム (ＥＢ) 蒸着法、スパ
ッタリング法により150 〜400nm の間の厚さで形成して
透明電極２とする。第一、第二絶縁層３、５の材料に
は、Ｙ₂Ｏ₃、SiＯ₂、Si₃Ｎ₄、Al₂Ｏ₃、Ta
₂Ｏ₅、SiＯＮ、SiAlＯＮ等より一種ないし二種を選
び、１層ないし２層を厚さ200 〜400nm の間でＥＢ蒸着
法、スパッタリング法で形成する。ＥＬ発光層４は、Zn
Ｓを母体とし、添加物としてMn、Tb、Eu、Sm、Tma を加
え、あるいはSrＳを母体とし、添加物としてCe等を加
え、ＥＢ蒸着法、原子層結晶成長 (ＡＬＥ) 法、スパッ
タリング法、有機金属ＣＶＤ法などにより、400 〜900n
m の厚さに形成する。背面電極６は、Alなどの金属材料
によりＥＢ蒸着法あるいはスパッタリング法で１層ない
し２層、合計厚さ300 〜1000nmに形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】薄膜ＥＬ素子の発光閾
値電圧は、第一絶縁層、第二絶縁層の各膜厚と誘電率で
決まる。発光輝度は、発光層母材に添加した励起源の添
加物濃度が最適値であるとき、発光母材の膜質等によ
り、また、絶縁層の材料特性により影響されて、その発
光輝度が概略決まる。このような、一般的なＥＬ素子に
おいて、高輝度化はかねてよりの課題である。また、最
近、カラー薄膜ＥＬ素子の開発が急速に進展しつつあ
る。しかし現状は、赤色発光、緑色発光、青色発光等
は、実用的な輝度に達していない。

【０００５】本発明の目的は、このような現状に鑑み、
輝度を向上させた薄膜ＥＬ素子を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、絶縁性基板上で発光層の両面にそれぞ
れ絶縁層を介して基板側が透光性である条状電極を備え
た薄膜ＥＬ素子において、発光層で発生する光の発光ピ
ーク波長と、発光層で発生する光が積層された各層を通
過することによって干渉して生ずる干渉ピーク波長とが
一致しているものとする。発光ピーク波長と干渉ピーク
波長とが、各層の材料、屈折率に対応して各層の膜厚を
調整することにより一致させられたことが良い。発光層
の材料がZnＳを母体としたこと、あるいはSrＳを母体と
したことが有効である。

【０００７】

【作用】薄膜ＥＬ素子の積層膜の各膜厚を適当に設定し
て発光させると、膜厚と各層の屈折率によって多層薄膜
の干渉が発生する。これを、図３を用いて詳細に説明す
ると、発光層で発生した光は、一部は、第一絶縁層３、
下部透明電極２および基板１を通って出射され、透過光
10となる。一方、背面側に出た光は、第二絶縁層を通
り、背面電極６で反射して、第二絶縁層５、発光層４、
第一絶縁層３、下部透明電極２、透明基板１を通して出
射され、反射光20となる。

【０００８】この構成の薄膜ＥＬ素子の各構成材料とし
て、絶縁層は、誘電率、絶縁耐圧、tan δの良い特性が
要求され、ＥＬ発光層は、実用的な所望の発光輝度が得
られる特性が要求される。このため絶縁性、誘電性、Ｅ
Ｌ発光特性よりさまざまな材料が使用あるいは開発され
ている。このような構成材を用いた時、多層薄膜のため
多重干渉が発生し、その干渉ピークと干渉の谷の差は、
例えば透過光10では、10〜15％透過率となる。一方、反
射光20の場合も同様となるため、全体での干渉特性は20
〜30％となる。このため、薄膜ＥＬ素子の各膜厚値が、
干渉ピークとなるように設定されていると、輝度が20〜
30％増加し、一方、多重干渉の谷となるよう設定されて
いると輝度が20〜30％減少することとなる。

【０００９】ZnＳ：Mn螢光体を例にして説明すると、発
光範囲が550nm 〜640nm で、発光ピークが585nm ないし
580nm である。ＥＬ素子の膜厚のばらつきが大きい場
合、干渉効果の山と谷が両方出現する。この場合、干渉
効果の山と谷の両方が作用し、発光分光スペクトルに影
響がでる。これによって、低波長の緑が０〜30％強く出
たり、あるいは長波長側の赤が０〜30％強く出たりする
と、肉眼では、ＥＬ素子面内で色むらとして見える。こ
れを防ぐのには、発光ピーク波長で薄膜多重干渉ピーク
となるように、各層の材料、屈折率に対応して最適膜厚
を設定すればよく、それによって高輝度が得られる。

【００１０】

【実施例】図５は本発明の一実施例の薄膜ＥＬ素子を示
し、透明基板１の材料としてバリウムほうけい酸ガラス
を用い、透明電極２の材料としてＩＴＯを用いた。第一
絶縁層３、第二絶縁層５には、それぞれ30nmの厚さのSi
Ｏ₂膜、180 〜200nm の厚さのSi₃Ｎ₄膜を積層して用
い、発光層４には、ZnＳ：MnをＥＢ蒸着法で形成したも
のを用い、背面電極６にはAl膜を用いた。発光層の膜厚
を400 〜800nm の範囲で２種類選定した。図２は、分光
透光率を示し、ＥＬ発光層４、第一絶縁層３、透明電極
２による透過光10の干渉効果により干渉ピークと干渉の
谷ができているが、実線21の場合は、ZnＳ：Mnの発光ピ
ーク波長585nm に対し、透過率の干渉ピークが一致して
いるのに対し、点線22の場合は、透過率が干渉の谷と発
光ピーク波長が重なっている。この結果からＥＬ発光の
透過光10の強度が最大10〜15％違ってくる。同様にＥＬ
発光の背面電極から反射した光、反射光20もあるため、
全体としては、20〜30％の光の強度が変わることにな
る。

【００１１】図１は、図２の分光透過率曲線21が得られ
た発光層４の膜厚750 〜800nm のＥＬ素子と分光透過率
曲線22が得られたＥＬ素子との駆動電圧180 Ｖ以下での
発光分光スペクトルをそれぞれ線11、12で示し、線11で
は多層薄膜干渉ピークと発光ピークが、一致した時の発
光分光スペクトルが得られている。このスペクトルは、
緑色や赤色の波長は強く出ていないため、黄橙色であ
る。しかし、線12では、多層薄膜の干渉の谷と発光ピー
クが一致しているため、この発光分光スペクトルは、緑
色と赤色の波長が強く出て、ZnＳ：Mnの585nm ピーク強
度が少し低く出ている。このため、多少黄橙色からはず
れている。

【００１２】本発明は、薄膜ＥＬ素子として記載した
が、実用的には、ＥＬ素子が外気の温度の影響を受ける
ため、ＥＬ素子自体を外気遮断のため封止構造を取るこ
とは言うまでもない。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、発光層の発光スペクト
ルのピークと多層薄膜の干渉効果によって生ずる分光ス
ペクトルのピークを一致させるように、各層の材料、屈
折率に応じて各層の膜厚を最適化することにより、発光
輝度を従来よりも20〜30％向上させ、発光分光スペクト
ルによる色むらを抑えた薄膜ＥＬ素子を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例および比較例の薄膜ＥＬ素子
の発光分光スペクトル線図

【図２】本発明の一実施例および比較例の薄膜ＥＬ素子
の分光透過率線図

【図３】薄膜ＥＬ素子の構造および光の通路を示す断面
図

【図４】薄膜ＥＬ素子の電極配置を示す平面図

【図５】本発明の一実施例の薄膜ＥＬ素子の断面図

【符号の説明】

１透光性基板２透明電極３第一絶縁層４発光層５第二絶縁層６背面電極７絵素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柴田一喜神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板上で発光層の両面にそれぞれ絶
縁層を介して基板側が透光性である条状電極を備えた薄
膜エレクトロルミネセンス素子において、発光層で発生
する光の発光ピーク波長と、発光層で発生する光が積層
された各層を通過することによって干渉して生ずる干渉
ピーク波長とが一致していることを特徴とする薄膜エレ
クトロルミネセンス素子。
【請求項２】発光ピーク波長と干渉ピーク波長とが、各
層の材料、屈折率に対応して各層の膜厚を調整すること
により一致させられた請求項１記載の薄膜エレクトロル
ミネセンス素子。
【請求項３】発光層の材料が硫化亜鉛を母体とした請求
項１あるいは２記載の薄膜エレクトロルミネセンス素
子。
【請求項４】発光層の材料が硫化ストロンチウムを母体
とした請求項１あるいは２記載の薄膜エレクトロルミネ
センス素子。