JPS58157887A - Thin film electroluminescence (el) element - Google Patents

Abstract

PURPOSE:A thin film electroluminescence (EL) element, prepared by forming an EL illuminant having two dielectric layers of different thicknesses and a means for applying an AC voltage through the two layers, having improved luminous efficiency and brightness, capable of driving at a low voltage, and suitable for display devices, etc. CONSTITUTION:A thin film electroluminescence (EL) element having the first dielectric layer 3 of preferably 0.01-0.05mum thickness and the second dielectric layer 5 of preferably 0.2-3mum thickness, both capable of acting as efficient electron emitting layers for an EL illuminant layer 4. The thickness of the first dielectric layer is much smaller than that of the second dielectric layer. Aluminum oxide, silicon oxide, yttrium oxide, etc. may be cited as the first and the second dielectric layers, and Mn, Cu, Ag, Al, Tb, etc. may be cited as the EL illuminant.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は表示デバイスなどに用いる薄膜ＥＬ（エレクト
ロルミネセンス）素子に関し、と９わイ（−一 は発光輝度の向上、および軸電圧駆動を可能にする新し
い構造の薄膜ＥＬ素子を提供するものである０ 従来、交流電圧を印加して発光させる薄膜ＫＬ素子には
、ＫＬ発光体層の両面をほぼ等しい厚さの誘電体層で挾
み、さらにその外側から電極で挾んだ構造の二重絶縁層
タイプ−と、ＥＬ発光体層の一方の面にのみ誘電体層を
設け、その外側から電極で挾んだ構造の一重絶縁層タイ
ブとがある。これらの二つのタイプの素子を、誘電体層
および発光体層の厚さを同一にして形成し、その電圧（
周波数５ＫＨｚ　）と相対輝度との関係を示べたところ
、第１図の曲線人に示すように一重絶縁層タイブは、同
図曲線Ｂの二重絶縁層タイプに比べて、発光しきい値電
圧が低いという長所を有してはいるものの、発光輝度お
よび発光効率が低いという短所をもっていることが判明
した。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a thin film EL (electroluminescence) element used in display devices, etc. 0 Conventionally, in a thin-film KL element that emits light by applying an alternating current voltage, a KL luminescent layer is sandwiched between dielectric layers of approximately equal thickness on both sides, and electrodes are connected from the outside. There is a double insulating layer type with a sandwiched structure, and a single insulating layer type with a structure in which a dielectric layer is provided only on one side of the EL light emitting layer and is sandwiched between electrodes from the outside. Two types of devices are formed with the same thickness of the dielectric layer and the emitter layer, and the voltage (
When we showed the relationship between the frequency (5KHz) and relative brightness, we found that the single insulating layer type, as shown in curve 1 in Figure 1, has a higher luminescence threshold voltage than the double insulating layer type, shown in curve B in the same figure. Although it has the advantage of low luminance, it has been found that it has the disadvantage of low luminance and luminous efficiency.

本発明は、二重絶縁層タイプに類似する構造を有し、Ｋ
Ｌ発光体層の一方の面上に、厚さＯ，ＣＭ〜０．０５μ
ｍのきわめて薄い第１の誘電体層を設け、他方の面上に
従来の二重絶縁層タイプにおけるものと同程度の厚さく
０．２〜３．０μｍ）の第２の誘電体層を設けることに
より、上記従来例の問題点を解決し、発光輝度および発
光効率が高く、駆動電圧の低い薄膜ＫＬ素子を再現性よ
く実現することができるものである。第１の誘電体層を
、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化イツトリウム。The present invention has a structure similar to double insulation layer type, and K
On one side of the L emitter layer, the thickness O, CM ~ 0.05μ
A very thin first dielectric layer of m is provided, and a second dielectric layer with a thickness of 0.2 to 3.0 μm, which is similar to that in the conventional double insulating layer type, is provided on the other side. Thereby, the problems of the conventional example described above can be solved, and a thin film KL element with high luminance and luminous efficiency and low driving voltage can be realized with good reproducibility. The first dielectric layer is made of aluminum oxide, silicon oxide, or yttrium oxide.

窒化珪素、窒化アルミニウム、チタン酸カルシウム、チ
タン酸ストロンチウム、チタン酸ビスマス。Silicon nitride, aluminum nitride, calcium titanate, strontium titanate, bismuth titanate.

およびチタン酸鉛のような絶縁破壊電界強度と誘電率の
積が大きい誘電体材料群から選ばれた少なくとも一つで
構成することにより、より優れた特性のＫＬ素子を得る
ことができる。また、ＥＬ発光体層としては、Ｍｎ　、
　Ｃｕ　、ムｇ、ムｌ、Ｔｂ、Ｄ７゜Ｅｒ　、　Ｐｒ　
、　Ｓｍ　、　Ｈｏ　、　Ｔｍ　、およびこれらノハロ
ゲン化物からなる添加成分群から選ばれた少なくとも一
つを添加含有させた硫化亜鉛層を使用することができる
。さらに、第２誘電体層として、厚さ０．６〜３μｍの
チタン酸ストロンチウム層を用いることにより、安定性
がきわめて優れた、低電圧駆動が可能で輝度の高いＫＬ
素子が構成できる。By using at least one material selected from the group of dielectric materials having a large product of dielectric breakdown field strength and dielectric constant, such as lead titanate, a KL element with more excellent characteristics can be obtained. In addition, as the EL emitter layer, Mn,
Cu, Mug, Mul, Tb, D7゜Er, Pr
, Sm , Ho , Tm , and a zinc sulfide layer containing at least one selected from the additive component group consisting of these nohalides can be used. Furthermore, by using a strontium titanate layer with a thickness of 0.6 to 3 μm as the second dielectric layer, KL with extremely excellent stability, low voltage driving, and high brightness can be achieved.
Elements can be configured.

本発明のＫＬ素子は、素子に印加される交流電圧と発光
体層に印加される電圧との関係においては、実質的に一
重絶縁層タイブのＥＬ素子と等価になり、駆動電圧を低
下させることができる。そして、発光体層表面近傍から
内部に放出される電子の振舞は、二重絶縁層タイプのＥ
Ｌ素子と等価になり、−重絶縁層タイブで見られるよう
な輝度低下が生じなかったものと考えられる。The KL element of the present invention is substantially equivalent to a single insulating layer type EL element in terms of the relationship between the AC voltage applied to the element and the voltage applied to the light emitting layer, thereby reducing the driving voltage. I can do it. The behavior of electrons emitted from near the surface of the light emitter layer to the inside is different from that of the double insulating layer type E.
This is considered to be equivalent to the L element, and the reduction in brightness as seen in the -heavy insulating layer type did not occur.

壕だ、本発明の素子と、等しい厚さの発光体層を有する
二重絶縁層タイプのＫＬ素子とを比較したところ、本発
明の素子の第２誘電体層の厚さを二重絶縁層タイプの片
側の誘電体層の厚さの約２倍にしたとき、両者の発光特
性が同じくなった。When comparing the device of the present invention with a double insulating layer type KL device having a luminescent layer of the same thickness, it was found that the thickness of the second dielectric layer of the device of the present invention was When the thickness of the dielectric layer on one side of the type was made approximately twice, the light emission characteristics of both types became the same.

本発明のｚＬ素子において、第２誘電体層を、発光体層
の基板側とは反対側の面に位置するように構成した場合
、湿度などの雰囲気が発光体層に及ぼす悪影響を低減す
ることができ、長期間にわたり安定に作動するＥＬ素子
を再現性よく形成することができた。In the zL element of the present invention, when the second dielectric layer is configured to be located on the surface of the light emitting layer opposite to the substrate side, the adverse effects of the atmosphere such as humidity on the light emitting layer can be reduced. It was possible to form an EL element that operates stably over a long period of time with good reproducibility.

以下、本発明の一実施例のＩＣＬ素子につき、第２図を
用いて説明する。An ICL element according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

図において、１は透明なガラス基板であり、その上に高
周波スパッタリング法により、錫添加酸化インジウムか
らなる厚さ０．１μｍの透明電極２を形成した。さらに
その上に、電子ビーム蒸着法により酸化タンタルを０．
０３μｍの厚さに被着させ、第１誘電体層３とした。こ
こでは第１誘電体層３の厚さを０．０３μｍとしたが、
実験によれば０．０１〜０゜０６μｍの範囲内が効果的
であった。In the figure, reference numeral 1 denotes a transparent glass substrate, on which a transparent electrode 2 made of tin-doped indium oxide and having a thickness of 0.1 μm was formed by high-frequency sputtering. Furthermore, 0.0% tantalum oxide is applied on top of it by electron beam evaporation.
The first dielectric layer 3 was deposited to a thickness of 0.3 μm. Here, the thickness of the first dielectric layer 3 was set to 0.03 μm, but
According to experiments, a range of 0.01 to 0.06 μm was effective.

この第１誘電体層３が０．０１μｍよシ薄いと、高輝度
化に対する再現性に欠ける場合があシ、００６μｍより
厚いと、低電圧化に対る効果が少なくなった。第１誘電
体層３の上に、電子ビーム蒸着法によりマンガン付活硫
化亜鉛膜からなる発光体層４を形成した。このとき基板
温度を２２０’Ｃに保ち、毎分０．１μｍの蒸着速度で
、０．５μｍの厚さに形成した。その後、真空中で５０
０°Ｃ％２時間め熱処理を行なった。次に基板温度を１
００°Ｃに保持して、発光体層４の上に酸化イツトリウ
ムをｏ、２６μｍの厚さに被着させて第２誘電体層６と
しだ。第２誘電体層５の厚さは０．２〜３μｍの範囲内
にあることが望ましく、０．２μｍより薄いとＥＬ素子
が絶縁破壊を起しゃすくなって不安定であり、また、３
μｍよシ厚いと発光開始電圧が高くなり、いずれも実用
的でなかった。If the first dielectric layer 3 is as thin as 0.01 .mu.m, the reproducibility for increasing brightness may be lacking, and if it is thicker than 0.06 .mu.m, it is less effective for lowering the voltage. A luminescent layer 4 made of a manganese-activated zinc sulfide film was formed on the first dielectric layer 3 by electron beam evaporation. At this time, the substrate temperature was maintained at 220'C, and the film was formed to a thickness of 0.5 μm at a deposition rate of 0.1 μm per minute. Then 50 minutes in vacuum
Heat treatment was performed at 0°C% for 2 hours. Next, increase the substrate temperature to 1
While maintaining the temperature at 00°C, yttrium oxide was deposited on the luminescent layer 4 to a thickness of 26 μm to form the second dielectric layer 6. The thickness of the second dielectric layer 5 is preferably within the range of 0.2 to 3 μm; if it is thinner than 0.2 μm, the EL element is likely to cause dielectric breakdown and is unstable;
When the thickness is on the order of μm, the luminescence starting voltage becomes high, and neither is practical.

最後にアルミニウムを真空蒸着することにより、反射電
極６を形成し、薄膜ＲＬ素子を完成した。Finally, a reflective electrode 6 was formed by vacuum evaporating aluminum to complete a thin film RL element.

電極１．６の形状はその使用目的に応じて適宜選ぶこと
ができるものであり、いずれも細条とし、その配列方向
を直角方向とすれば、表示デバイスで一般に実施されて
いるマトリクス走査による表示が可能となる。また、そ
のいずれか一方、または両方の形状を表示パターンにあ
わせて選ぶこともできるのは、言うまでもないことであ
る。The shape of the electrodes 1.6 can be selected as appropriate depending on the purpose of use, and if they are all striped and their arrangement direction is perpendicular, display by matrix scanning, which is commonly used in display devices, can be achieved. becomes possible. It goes without saying that the shape of one or both of them can be selected according to the display pattern.

このように作製したＫＬ素子の特性について調べたとこ
ろ、その電圧（周波数５ＫＨ２）と相対輝度との関係は
第３図の曲線Ｃのとおりであった。When the characteristics of the KL element produced in this manner were investigated, the relationship between the voltage (frequency 5KH2) and relative brightness was as shown by curve C in FIG. 3.

また、第１誘電体層を０．２６μｍの厚さの酸化タンタ
ル層とし、他の構成要素については上記実施例と同じ素
子の特性は曲線りのとおシである。比較のため、第１誘
電体層を設けずに他の構成要素を上記実施例と同じ素子
を作製したところ、この素子の特性は曲線Ｘのとおりで
あった。Further, the first dielectric layer is a tantalum oxide layer with a thickness of 0.26 μm, and the characteristics of the device are the same as those of the above embodiment with respect to the other components. For comparison, a device was fabricated without the first dielectric layer and other components were the same as in the above example, and the characteristics of this device were as shown by curve X.

第３図の結果からも明らかなように、本発明のＩＥＬ素
子は、発光輝度を低下させることなく、駆動電圧のみを
低下させることが可能であり、駆動回路の低電圧化を可
能にするものである。As is clear from the results shown in FIG. 3, the IEL element of the present invention is capable of reducing only the drive voltage without reducing the luminance of light emission, making it possible to reduce the voltage of the drive circuit. It is.

さらに安定性、低電圧化に関する研究の結果、第２誘電
体層として、０．６〜３μｍの原本のチタン酸ストロ／
チウムを用いることにより、安定性が特に優れた低電圧
で駆動可能なＫＬ素子が形成できることが判明した。チ
タン酸ストロンチウムの薄膜は、アルゴンと酸素の混合
ガス雰囲気中で、基板温度をたとえば３５０″Ｃに保ち
、チタン酸ストロンチウムの焼結体を高周波スパッタリ
ングすることにより形成することができる。Furthermore, as a result of research on stability and low voltage, we found that the original titanate strontium/trifluoride with a thickness of 0.6 to 3 μm was used as the second dielectric layer.
It has been found that by using lithium, it is possible to form a KL element that has particularly excellent stability and can be driven at low voltage. A thin film of strontium titanate can be formed by high-frequency sputtering of a sintered body of strontium titanate while maintaining the substrate temperature at, for example, 350''C in a mixed gas atmosphere of argon and oxygen.

以上説明したように、本発明によれば、第一誘電体層を
第２誘電体層に比べてきわめて薄くすることにより、単
なる誘電体層としてではなく、発光体層への有効な電子
放射層として働くため、発光効率、輝度が亮く、低電圧
駆動の可能なＫＬ素子を実現することができるものであ
る。As explained above, according to the present invention, by making the first dielectric layer extremely thin compared to the second dielectric layer, it is not only used as a mere dielectric layer, but also as an effective electron emitting layer for the light emitting layer. Therefore, it is possible to realize a KL element that has high luminous efficiency and brightness and can be driven at a low voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は従来の代表的なＲＬ素子の電圧−輝度特性を示
す図、第２図は本発明の薄膜ＫＬ素子の一実施例を示す
断面図、第３図は本発明の薄膜ＫＬ素子と比較用ＥＬ素
子の電圧−輝度特性を示す図である。 １・・・・・・ガラス基板、２・・・・・・透明電極、
３・・・・・・第１誘電体層、４・・・・・・発光体層
、６・・・・・・第２誘電体層、６・・・・・・反射電
極。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名−１
１璽　図 １２５！ｌｆ 鶴３図 ７ｔ　ろし　　　　　　　　　　Ｖ（どｍｓ）第１頁゛
の続き ０発　明　者　新田恒治 門真市大字門真１００６番地松下電 器産業株式会社内Fig. 1 is a diagram showing the voltage-luminance characteristics of a typical conventional RL element, Fig. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the thin-film KL element of the present invention, and Fig. 3 is a diagram showing the voltage-luminance characteristics of a typical conventional RL element. FIG. 3 is a diagram showing voltage-luminance characteristics of a comparison EL element. 1...Glass substrate, 2...Transparent electrode,
3...First dielectric layer, 4...Light emitter layer, 6...Second dielectric layer, 6...Reflecting electrode. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person-1
1 Seal Figure 125! lf Crane 3 Figure 7t Roshi V (doms) Page 1 ゛Continued 0 Inventor Tsuneji Nitta Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., 1006 Kadoma, Kadoma City

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）ＥＬ発光体層、とのＥＬ発光体層の一方の面上に
設けられている第１誘電体層、前記ＫＬ発光体層の他方
の面上に設けられる第２誘電体層、および前記二つの誘
電体層を介してＫＬ発光体層に交流電圧を印加する手段
を有し、前記第１誘電体層の厚みが前記第２誘電体層に
比べて薄いことを特徴とする薄膜ＫＬ素子。(1) an EL emitter layer; a first dielectric layer provided on one surface of the EL emitter layer; a second dielectric layer provided on the other surface of the KL emitter layer; A thin film KL comprising means for applying an alternating current voltage to the KL light emitter layer via the two dielectric layers, and wherein the first dielectric layer is thinner than the second dielectric layer. element. （２）第１誘電体層の厚さが０．０１〜０．０５　Ｉｔ
　ｍであり、第２誘電体層の厚さが０．２〜３μｍであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の薄膜
ＥＩ、素子。(2) The thickness of the first dielectric layer is 0.01 to 0.05 It
2. The thin film EI and device according to claim 1, wherein the thickness of the second dielectric layer is 0.2 to 3 μm. （３）第１および第２誘電体層が、それぞれ、酸化アル
ミニウム、酸化珪素、酸化イツトリウム、ヱ 酸化タンタル、酸化ハフニウム、希千類酸化物、窒化珪
素、窒化アルミニウム、チタン酸カルシウム、チタン酸
ストロンチウム、チタン酸ビスマス、およびチタン酸鉛
からなる誘電体材料から選ばれた少なくとも一つで構成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の薄膜ＫＬ素子。(3) The first and second dielectric layers are made of aluminum oxide, silicon oxide, yttrium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, rare oxide, silicon nitride, aluminum nitride, calcium titanate, strontium titanate, respectively. 2. The thin film KL element according to claim 1, wherein the thin film KL element is made of at least one dielectric material selected from dielectric materials consisting of , bismuth titanate, and lead titanate. （４）　ｚＬ発光体層が、Ｍｎ　、　Ｃｕ　、　Ａｇ　
、　Ａｌ　、　Ｔｂ　、　Ｄｙ　。 Ｅｒ　、　Ｐｒ　、　Ｓｍ　、　Ｈｏ　、　Ｔｍ　　お
よびこれらのハロゲン化物からなる添加成分群から選ば
れた少なくとも一つを含む硫化亜鉛で構成されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の薄膜ＫＬ
素子。(4) The zL emitter layer is made of Mn, Cu, Ag.
, Al, Tb, Dy. Claim 1, characterized in that it is composed of zinc sulfide containing at least one selected from the group of additive components consisting of Er, Pr, Sm, Ho, Tm and halides thereof. Thin film KL
element.