JPS62285397A - 直流駆動薄膜ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明は直流駆動薄膜ＥＬ素子に関し、とりわけ、コン
トラストおよび安定性に浸れ、駆動が容易な直流駆動薄
膜ＥＬ素子に関する。

従来の技術 ］ンピュータ端末等に用いるフラットパネルディスプレ
イとして、交流駆動薄膜ＥＬ素子が盛んに研究されてい
る。従来このような薄嘆ＥＬ素子は、ガラス基板上にイ
ンジウム、スズ混晶酸化物（以後ＩＴＯと記す）からな
る透明電極、酸化イツトリウム、酸化チタニウム、チタ
ン酸ストロンチウム、酸化タンタル、酸化珪素、酸化ア
ルミニウムおよび窒化珪素等からなる第１誘電体層、マ
ンガン、テルビウムおよびサマリウム等を添加した硫化
亜鉛からなる螢光体層、第１誘電体層と同材質から成る
第２誘電体層、およびアルミニウム１嘆からなる背面電
極を順次積層した構造を有するものである。

ドツトマトリックスを形成するためにＩＴＯ電極とアル
ミニウム電極はストライプ状に加工され、互いに直交し
ている。この両電極間に交流パルス電圧を印加すること
により、両電極にはさまれた交点を発光せしめ、文字や
図形を表示する。かがる交流駆動薄膜ＥＬ素子は、輝度
が高く、長時間に渡り安定に動作するという大きな特徴
を有するが、動作電圧が高くまた前流パルスで駆動する
ため、駆動回路が複雑になり高価なものとなる欠点があ
った。また輝度変調がしにくいという欠点もあった。

これて対し直流駆動薄膜ＥＬ素子は、誘電体層を用いず
ＥＬ発光体層を直接電極で挾んだ構成のものや、誘電体
層のかわりに抵抗体層や半導体層を用いた構成のものが
試作されている（特開昭５９−１８１４８５号公報）。

直流駆動薄膜ＥＬ素子は、マトリックス型表示装置を構
成した場合１、駆動回路が単純で低コストの表示装置が
可能となり、輝度変調も容易であるという特徴を有する
。

発明が解決しようとする問題点 直流駆動薄膜ＥＬ素子は前記のような長所を有するが、
安定性に欠けるという欠点がある。つまり電圧を印加し
て素子を発光させた時、絶縁破壊が生じ易く、長時間駆
動した場合、絵素欠けや断線が発生するという問題点が
あった。また薄膜ＥＬ素子は交流および直流駆動タイプ
両方とも一般にコントラストが悪いが、本発明は直流駆
動ＥＬ素子のコントラストも改善するものである。

問題点を解決するための手段 透明電極と、ＥＬ発光体層と、ＰｒとＣｏの混合酸化物
薄膜からなる電流制御層と、背面電極とを順次配置した
構成の素子とする。

作　　　用 ＰｒとＣｏの混合酸化物薄膜は抵抗率として４Ｘ１０〜
４×１Ｑ　Ω・ａの値を持ち、また絶縁破壊電界強度も
大きく、長期間に渡り安定な抵抗体として動作する。そ
の結果、直流、駆動ＥＬ素素子の電流制御層として用い
ることにより、長期間に渡り安定に発光する直ｉＥＬ素
子が可能になるものと考えられる。またこの材料は完全
に黒色を呈し、１ｏ（７）　以上の大きい光吸収係数を
有するので、外光を効果的に吸収し、パネルの外光反射
率を低減してコントラストの高い素子を形成することが
できる。

実施例 第１図に本発明の薄膜ＥＬ素子の断面図を示す。

コーニング７０５９−ガラスからなるガラス基板１に、
スパッタリング法により厚さ２０００人の錫添加酸化イ
ンジウム薄膜（ＩＴ○薄膜と以後略記）を形成し、ホト
リソグラフィ技術によりストライプ状に加工し透明電極
２とした。その上にマンガンと硫化亜鉛との共蒸着法に
より、基板温度２００℃で厚さ４ｏ○〇へのマンガン添
加硫化亜鉛薄膜から成るＥＬ発光体層３を形成した。そ
の後真空中、４５０℃で１時間熱処理を行い、ＥＩ、発
光体層３の活性化を行った。

その上にＰｒ、：Ｃｏ　の混合酸化物薄膜からなる電流
制御層４を形成した。その作成法や特性を以下詳しく説
明する。

原子比でＰｒとＣｏが各々５０原子チになるようにＰ　
ｒ　ｅ○１１とＣｏｏ酸化物を秤量配合し、よく混合し
た。ついで空気中、１２００℃で２時間熱処理をして原
子的な拡散を行い、粉砕してスパッタリングターゲット
とした。ＲＦスパッタリング装置を用い、基板温度２０
０℃で３×１０−２７’ｏｒｒのＡｒガス中でスパッタ
ーして４０００人の厚さのＰｒとＣｏの混合酸化物薄膜
を形成した。このＰｒとＣｏの混合酸化物薄膜電流制御
層は完全に黒色を呈する抵抗体で、別途の実験で比抵抗
１．２Ｘ１０　　Ω＠口　、従って４ｏ○〇人の厚さの
時は面積抵抗は３×１０９０／口　である。比抵抗は組
成比によって大きく変化し、Ｃｏが６０原子％より多く
なると急激に低下する。６０原子％以下の組成で４ＸＩ
Ｑ３Ω・（７）以上の比抵抗、４０００人の膜厚で１０
８９／口　以上の面積抵抗値が上記スパッタ条件で再現
性良く得られる。黒色抵抗体として外光を吸収させ、素
子の外光反射率を下げるためにば１０５Ｇｆｆ−’　以
上の光吸収係数が波長５ｏｏｏ人付近で望まれる。その
ためにはｃｏの含毒が１ｏ原子チ以上必要であることが
判った。

従って本発明に適しているＰｒとＣｏの混合酸化物電流
制御層の組成はＣｏが１０〜６０原子係含んだものであ
る。以上の説明はＡｒガス中でスパツタリングして形成
した薄膜についてであるが、Ａｒガスに酸素を混入する
ことは好ましくない。

というのは抵抗体薄膜は光吸収係数は変りないがＰ−タ
イプ的性質のため多少抵抗が下りぎみになるし、下地の
螢光体層に酸素プラズマによる悪影響がある。またスパ
ッタリングレートが下が、り製作上効率が悪い。スパッ
タリング条件の基板温度とＡｒガス圧は前に記した通常
よく用いられる２００℃、　３　Ｘ　１０−２Ｔｏｒｒ
前後で行えばよい。

これら条件によって比抵抗は多少変化を受けるが組成に
よる変化に較べれば非常に小さいので、上記通常よく用
いられる範囲で選べばよい。Ｃｏ　が１０〜６０原子チ
含まれる組成範囲で作成された薄膜はＸ線回折で調べる
とハローパターンを示し、Ｘ線的にみてアモルファスで
あシ、このことは膜質の均一性から考えて都合がよく、
膜面内の欠陥も少いと考えられる。

以上のようにして電流制限層を形成した後、最後に厚さ
２０００人のアルミニウムを真空蒸着し、ホトリングラ
フィ技術によりＩＴＯ透明電極とは直交する方向のスト
ライプ状の背面電極５を形成し、薄膜ＥＬ素子を完成し
た。

全く同じ構成で、ただし電流制御層のみ従来からよく知
られている２０００人の厚さのＴ　ａ　２０５薄膜に変
えたＥＬ素子も比較のため作成した。

Ｔ　ａ　２０５薄膜はＴａ金属ターゲットを用いＡｒ　
＋　０２雰囲気中で活性スパッタリング法により形成し
、直流ＥＬ素子用として作成条件を最適化したものであ
る。

本発明のＥＬ素子を背面電極５を陽罹として第２図に示
すようなデユティ１１５２０．周波数６０出、パルス巾
３２μｓのパルスで線順次駆動を行ったところ第３図に
示すような輝度電圧特性が得られた。ＥＬ素子の発光部
分は全面積の６４％に相当し、発光、非発光部分を含ん
だ平均輝度を示しである。４５Ｖより立上り６５Ｖで実
用的な４４ｃｄ／ｍ　　を得た。ｅｓＶで１０００時間
駆動した後の輝度変化特性を破線で示した。図に示され
たようにその変化は小さく６６■で輝度が９．１チ低く
なるのみで、１０００時間の駆動中安定に動作し、何ら
絶縁破壊による電極断線を示さなかった。また本発明の
ＥＬ素子は電流制御層を螢光体とアルミニウム背面電極
との間に設けたが、黒色なので、特にアルミニウム電極
による外光反射が効果的に防止され、外光反射率が６％
と低かった。従って高コントラストＥＬ素子が得られる
。

一方Ｔ　ａ　２０　ｓ薄膜を用いた従来形のＥＬ素子は
ｓｓＶより発光が立上り、本発明の黒褐色電流制御層の
場合と異り、透明でかつアルミニウム背面電極での発光
の反射も効いているためｓｓＶで８０　ｃｄ　／ｒｐｆ
の輝度が得られるが、同様に１０００時間、８５ｖで駆
動を行ったところ６０％に輝度が低下し、部分的に断線
も生じた。また外光反射率はθγチと高い。もし２００
　ｃｄ　／ｙｐ？　の外光光源が素子の表面で正反射し
たとしたら、本発明の素子は４４ｃｄ／７７２′の輝度
で３．７：１のコントラストが得られる。一方上記従来
型ＥＬ素子は輝度がＢＯｃｄｌｙｄ　でも０．６：１と
小さい。

以上説明したように本発明の直流薄膜ＥＬ素子は従来例
に比較し、より安定な輝度電圧特性、駆動安定性および
より浸れたコントラスト特性を持つ。

更にＥＬ発光層としては上記マンガン添加硫化亜鉛以外
忙、テルビウム、サマリウムなどの希土類元素を添加し
た硫化亜鉛や、同じく希土類元素を添加した硫化カルシ
ウムや硫化ストロンチウムを用いても安定に動作する高
コントラストの直流駆動薄膜ＥＬ素子を作成することが
できだ。

発明の効果 本発明によれば、コントラストが高く、長期間に渡り安
定に駆動できる直流駆動薄膜ＥＬ素子を形成することが
できる。直流駆動型であるため、輝度階調制御が容易で
、駆動回路も低コストで構成でき、素子の構成も単純で
あるので、廉価な視認性が優れた薄型ディスプレイとし
て実用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における直流１駆動薄膜ＥＬ
素子の断面図、第２図は素子の駆動に用いた直流パルス
を示す波形図、第３図は本発明の素子の輝度電圧特性を
示すグラフである。 １・・・・・・ガラス基板、２・・・・・・透明電極、
３・・・・・・ＥＬ発光体層、４・・・・・・電流制御
層、５・・・・・・背面電極。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 　（１）透明電極と、ＥＬ発光体層と、ＰｒとＣｏの混
   合酸化物薄膜からなる電流制御層と、背面電極とを順次
   配置して構成したことを特徴とする直流駆動薄膜ＥＬ素
   子。
2. 　（２）　ＰｒとＣｏの混合酸化物薄膜において、Ｃｏ
   の含量が１０〜６０原子％であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の直流，駆動薄膜ＥＬ素子。
3. （３）ＰｒとＣｏの混合酸化物薄膜が、Ｐｒ酸化物とＣ
   ｏ酸化物の混合体を空気雰囲気中で熱処理し、ついでそ
   れをターゲットにしてＡｒ雰囲気中でスパッタリング法
   にて作成したものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の直流駆動薄膜ＥＬ素子。