JPS6260799B2 - - Google Patents
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- JPS6260799B2 JPS6260799B2 JP58175352A JP17535283A JPS6260799B2 JP S6260799 B2 JPS6260799 B2 JP S6260799B2 JP 58175352 A JP58175352 A JP 58175352A JP 17535283 A JP17535283 A JP 17535283A JP S6260799 B2 JPS6260799 B2 JP S6260799B2
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Landscapes
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は電場発光をする薄膜発光素子に関す
る。
る。
従来例の構成とその問題点
交流電界の印加により発光する薄膜EL（エレ
クトロルミネセンス）素子は螢光体薄膜層の片面
ないし両面に誘電体薄膜層を設け、これを二つの
電極層ではさむ構造で高輝度が得られている。誘
電体薄膜層が１層の素子は、構造が簡単で、駆動
電圧が低いという特徴をもつている。誘電体薄膜
層が二層の素子は、絶縁破壊を起こしにくく、輝
度が特に高いという特徴をもつている。螢光体材
料としては、活物質を添加したZnS、ZnSe、およ
びZnF2等が知られており、特にZnSを母体とし
Mnを発光中心として添加した素子では、最高
3500〜5000cd／m2の輝度が達成されている。誘
電体材料はY2O3、SiO、Si3N4、Al2O3、および
Ta2O5等が代表的なものである。ZnSは厚さ500〜
700nｍ、比誘電率が約９で、誘電体薄膜は厚さ
400〜800nｍ、比誘電率が４〜25である。交流駆
動する場合、素子に印加された電圧はZnS層と誘
電体薄膜層に分圧され、前者には４〜６割程度し
かかからない。発光に必要な電圧は見掛け上高く
なつている。ZnS層の両面に誘電体薄膜層を設け
た素子においては、数ＫHzのパルス駆動で200V
以上の電圧がかけられているのが現状である。こ
の高電圧は駆動回路に多大な負担をおわせてお
り、特別な高耐圧集積回路（IC）が必要とな
り、コストアツプにもつながるものである。
クトロルミネセンス）素子は螢光体薄膜層の片面
ないし両面に誘電体薄膜層を設け、これを二つの
電極層ではさむ構造で高輝度が得られている。誘
電体薄膜層が１層の素子は、構造が簡単で、駆動
電圧が低いという特徴をもつている。誘電体薄膜
層が二層の素子は、絶縁破壊を起こしにくく、輝
度が特に高いという特徴をもつている。螢光体材
料としては、活物質を添加したZnS、ZnSe、およ
びZnF2等が知られており、特にZnSを母体とし
Mnを発光中心として添加した素子では、最高
3500〜5000cd／m2の輝度が達成されている。誘
電体材料はY2O3、SiO、Si3N4、Al2O3、および
Ta2O5等が代表的なものである。ZnSは厚さ500〜
700nｍ、比誘電率が約９で、誘電体薄膜は厚さ
400〜800nｍ、比誘電率が４〜25である。交流駆
動する場合、素子に印加された電圧はZnS層と誘
電体薄膜層に分圧され、前者には４〜６割程度し
かかからない。発光に必要な電圧は見掛け上高く
なつている。ZnS層の両面に誘電体薄膜層を設け
た素子においては、数ＫHzのパルス駆動で200V
以上の電圧がかけられているのが現状である。こ
の高電圧は駆動回路に多大な負担をおわせてお
り、特別な高耐圧集積回路（IC）が必要とな
り、コストアツプにもつながるものである。
一方駆動電圧を下げるために、高誘電率をもつ
PbTiO3やPb（Ti1-xZrx）O3等を主成分とした薄
膜を誘電体薄膜層に用いることが提案されてい
る。これらの薄膜は比誘電率（以下εｒと記す）
が100以上ある反面、絶縁破壊電界強度（以下Ｅb
と記す）が0.5MV／cmと小さいので、従来用いら
れて来た誘電体材料に比べて膜厚を大幅に厚くす
る必要がある。高輝度の素子の場合、ZnS層の厚
さが0.6μｍ程度は必要で、素子の信頼性の面か
ら上記誘電体薄膜層の厚さは1.5μｍ以上必要と
なる。膜厚を厚くすると、基板温度が高いため
に、膜中の粒子が成長する。このため膜が白濁し
て光の透過率が下る。このような白濁膜を用いた
EL素子は、Ｘ−Ｙマトリツクス等にした場合、
非発光のセグメントまでも、他セグメントの発光
を散乱することによりクロストークを生じるとい
う難点がある。
PbTiO3やPb（Ti1-xZrx）O3等を主成分とした薄
膜を誘電体薄膜層に用いることが提案されてい
る。これらの薄膜は比誘電率（以下εｒと記す）
が100以上ある反面、絶縁破壊電界強度（以下Ｅb
と記す）が0.5MV／cmと小さいので、従来用いら
れて来た誘電体材料に比べて膜厚を大幅に厚くす
る必要がある。高輝度の素子の場合、ZnS層の厚
さが0.6μｍ程度は必要で、素子の信頼性の面か
ら上記誘電体薄膜層の厚さは1.5μｍ以上必要と
なる。膜厚を厚くすると、基板温度が高いため
に、膜中の粒子が成長する。このため膜が白濁し
て光の透過率が下る。このような白濁膜を用いた
EL素子は、Ｘ−Ｙマトリツクス等にした場合、
非発光のセグメントまでも、他セグメントの発光
を散乱することによりクロストークを生じるとい
う難点がある。
発明の目的
本発明は輝度がこれまでのEL素子と同等以上
であつて駆動電圧の低い薄膜EL素子を提供する
ことを目的とする。
であつて駆動電圧の低い薄膜EL素子を提供する
ことを目的とする。
発明の構成
本発明は誘電体層にεrとＥbが大きな一般式
AB2O6で表わされる複合酸化物を主成分とする誘
電体層を用いることにより、上記目的を達成でき
たものである。ここでＡはPb、Ca、Sr、Ba、Cd
のうち少なくとも１種を、またＢはTa、Nbのう
ちの少なくとも１種を表わす。
AB2O6で表わされる複合酸化物を主成分とする誘
電体層を用いることにより、上記目的を達成でき
たものである。ここでＡはPb、Ca、Sr、Ba、Cd
のうち少なくとも１種を、またＢはTa、Nbのう
ちの少なくとも１種を表わす。
交流駆動薄膜EL素子において、誘電体層にか
かる電圧は、誘電体薄膜層における膜厚ｔiと、
電界強度Ｅiとの積ｔi・Ｅiである。ｔi・Ｅiが小
さいほど螢光体薄膜層に有効に電圧が印加されて
いる。素子が絶縁破壊を起こさずに安定に動作す
るには、ｔiは誘電体薄膜層のＥbに反比例すると
考えてよい。Ｅiは螢光体薄膜層における電界強
度Ｅzと比誘電率εzと誘電体薄膜層のεrより、
Ｅi＝Ｅz・εz／εrという関係にある。Ｅzおよび
εzは一定とすれば、Ｅiはεrに反比例する。した
がつて、ｔi・ＥiはおおまかにＥbとεrの積Ｅb・
εrに反比例すると言える。Ｅb・εrが大きない
ほど誘電体薄膜層として優れているわけである。
かる電圧は、誘電体薄膜層における膜厚ｔiと、
電界強度Ｅiとの積ｔi・Ｅiである。ｔi・Ｅiが小
さいほど螢光体薄膜層に有効に電圧が印加されて
いる。素子が絶縁破壊を起こさずに安定に動作す
るには、ｔiは誘電体薄膜層のＥbに反比例すると
考えてよい。Ｅiは螢光体薄膜層における電界強
度Ｅzと比誘電率εzと誘電体薄膜層のεrより、
Ｅi＝Ｅz・εz／εrという関係にある。Ｅzおよび
εzは一定とすれば、Ｅiはεrに反比例する。した
がつて、ｔi・ＥiはおおまかにＥbとεrの積Ｅb・
εrに反比例すると言える。Ｅb・εrが大きない
ほど誘電体薄膜層として優れているわけである。
本発明において用いられる一般式AB2O6で表わ
される複合酸化物薄膜はＥb・εiが従来の材料よ
り大きくEL用誘電体薄膜として優れたものであ
る。ここで、ＡはPb、Cd、Ba、Sr、Caの２価金
属元素のうちの少なくとも１種、ＢはTa、Nbの
いずれか一方または両方である。これらの複合酸
化物のバルクのεrは大きく、たとえばPbNb2O6
は300、PbTa2O6も300、（Pb0.55Sr0.45）Nb2O6は
1600の値が報告されている。薄膜にした場合に
は、バルクと同じεrを得ることは困難である
が、40以上のεrはスパツタリングにより容易に
得られる。また、薄膜のＥbは２×106V／cm以上
と高い。これらの薄膜のＥb・εrは80×106V／cm
以上の値となる。従来用いられてきた材料のＥ
b・εrは、たとえばY2O3では約50×106V／cm、
Al2O3では30×106V／cm、Si3N4では70×106V／
cmであるのに比較して、本発明において用いられ
るAB2O6で表わされる複合酸化物薄膜が優れてい
ることがわかる。
される複合酸化物薄膜はＥb・εiが従来の材料よ
り大きくEL用誘電体薄膜として優れたものであ
る。ここで、ＡはPb、Cd、Ba、Sr、Caの２価金
属元素のうちの少なくとも１種、ＢはTa、Nbの
いずれか一方または両方である。これらの複合酸
化物のバルクのεrは大きく、たとえばPbNb2O6
は300、PbTa2O6も300、（Pb0.55Sr0.45）Nb2O6は
1600の値が報告されている。薄膜にした場合に
は、バルクと同じεrを得ることは困難である
が、40以上のεrはスパツタリングにより容易に
得られる。また、薄膜のＥbは２×106V／cm以上
と高い。これらの薄膜のＥb・εrは80×106V／cm
以上の値となる。従来用いられてきた材料のＥ
b・εrは、たとえばY2O3では約50×106V／cm、
Al2O3では30×106V／cm、Si3N4では70×106V／
cmであるのに比較して、本発明において用いられ
るAB2O6で表わされる複合酸化物薄膜が優れてい
ることがわかる。
この優れた性質は２価金属元素酸化物や５価金
属酸化物では得られない性質である。たとえば
PbOやCdOは電気抵抗が低く絶縁体とは言えない
材料であり、当然耐圧は非常に低い。CaO、
SrO、BaOは化学的に安定な薄膜を作ることが不
可能で、耐圧が低く実用的でない。一方、Nb2O5
薄膜も電気抵抗力が低く、耐圧も非常に低い。
Ta2O5薄膜は以上の材料に比べるとかなりよい特
性をもつものであるが、εrが25程度であり、耐
圧も1.5×106V／cm以上の値は陽極酸化膜の化成
時の極性方向でしか得にくいものである。
属酸化物では得られない性質である。たとえば
PbOやCdOは電気抵抗が低く絶縁体とは言えない
材料であり、当然耐圧は非常に低い。CaO、
SrO、BaOは化学的に安定な薄膜を作ることが不
可能で、耐圧が低く実用的でない。一方、Nb2O5
薄膜も電気抵抗力が低く、耐圧も非常に低い。
Ta2O5薄膜は以上の材料に比べるとかなりよい特
性をもつものであるが、εrが25程度であり、耐
圧も1.5×106V／cm以上の値は陽極酸化膜の化成
時の極性方向でしか得にくいものである。
本発明は、２価金属元素酸化物と５価金属元素
酸化物の複合させたAB2O6の組成を有する複合酸
化物が優れた性質を有することを見い出したこと
にもとづいている。なかでもAB2O6のＡ元素が
PbであるところのPbTa2O6とPbNb2O6はＥb・εr
が150×106V／cm、120×106V／cmあり非常に優
れたEL用薄膜材料である。これらの薄膜は、セ
ラミツクスをターゲツトとし、RFスパツタリン
グにより形成する。基板温度が高ければ高いほ
ど、εrの高い薄膜が得られる。Ｅbは基板温度が
約400℃以下ではほぼ一定の値であり、それ以上
に加熱する少しずつ減少して行く。Ｅb・εrの値
がもつとも大きくなるのは、基板温度が400℃前
後である。この温度域であるならば、螢光体薄膜
層に悪影響も及ぼさないし、ガラス基板も熱的な
変形等の問題もなしに使用できる。また、上記一
般式AB2O6で表わされる薄膜層も粒成長による白
濁化はまつたく起らない。
酸化物の複合させたAB2O6の組成を有する複合酸
化物が優れた性質を有することを見い出したこと
にもとづいている。なかでもAB2O6のＡ元素が
PbであるところのPbTa2O6とPbNb2O6はＥb・εr
が150×106V／cm、120×106V／cmあり非常に優
れたEL用薄膜材料である。これらの薄膜は、セ
ラミツクスをターゲツトとし、RFスパツタリン
グにより形成する。基板温度が高ければ高いほ
ど、εrの高い薄膜が得られる。Ｅbは基板温度が
約400℃以下ではほぼ一定の値であり、それ以上
に加熱する少しずつ減少して行く。Ｅb・εrの値
がもつとも大きくなるのは、基板温度が400℃前
後である。この温度域であるならば、螢光体薄膜
層に悪影響も及ぼさないし、ガラス基板も熱的な
変形等の問題もなしに使用できる。また、上記一
般式AB2O6で表わされる薄膜層も粒成長による白
濁化はまつたく起らない。
実施例の説明
次に本発明の実施例を図面を用いて説明する。
なお、ここでは比較のために、従来例もあわせ
て説明する。
て説明する。
従来例を第１図に、また本発明の一実施例を第
２図にそれぞれ示すように、ITO（インジウム錫
酸化物）よりなる透明電極２，１２の付与された
ガラス基板１，１１上に、厚さ40nｍのY2O3膜
３，１３を電子ビーム蒸着した。この上にZnSと
Mnを同時蒸着しZnS：Mnの螢光体層４，１４を
形成した。膜厚は600nｍである。熱処理は真空
中580℃で１時間行なつた。この素子を５分割
し、そのうちの素子１は、比較用の従来例とし
て、第１図に示すように、400nｍの厚さのY2O3
膜５を形成した。一方、本発明の一実施例として
素子２には、第２図に示すように、ZnS：Mnの
保護用に厚さ30nｍのTa2O5膜１５を電子ビーム
蒸着し、その上にPbNb2O6のセラミツクスをター
ゲツトに用いてマグネトロンRFスパツタリング
によりPbNb2O6膜１６を形成した。スパツタリン
グ雰囲気は、O2：Ar＝１：４で圧力は0.6Paであ
る。基板温度は420℃、膜厚は700nｍである。ま
た本発明の他の実施例として素子３には、ターゲ
ツトとしてPbNb2O6のかわりにPbTa2O6を用い、
他は素子２の場合と同一の条件にし、PbTa2O6膜
を形成した。膜厚は700nｍである。
２図にそれぞれ示すように、ITO（インジウム錫
酸化物）よりなる透明電極２，１２の付与された
ガラス基板１，１１上に、厚さ40nｍのY2O3膜
３，１３を電子ビーム蒸着した。この上にZnSと
Mnを同時蒸着しZnS：Mnの螢光体層４，１４を
形成した。膜厚は600nｍである。熱処理は真空
中580℃で１時間行なつた。この素子を５分割
し、そのうちの素子１は、比較用の従来例とし
て、第１図に示すように、400nｍの厚さのY2O3
膜５を形成した。一方、本発明の一実施例として
素子２には、第２図に示すように、ZnS：Mnの
保護用に厚さ30nｍのTa2O5膜１５を電子ビーム
蒸着し、その上にPbNb2O6のセラミツクスをター
ゲツトに用いてマグネトロンRFスパツタリング
によりPbNb2O6膜１６を形成した。スパツタリン
グ雰囲気は、O2：Ar＝１：４で圧力は0.6Paであ
る。基板温度は420℃、膜厚は700nｍである。ま
た本発明の他の実施例として素子３には、ターゲ
ツトとしてPbNb2O6のかわりにPbTa2O6を用い、
他は素子２の場合と同一の条件にし、PbTa2O6膜
を形成した。膜厚は700nｍである。
本発明のもう一つの実施例としては、素子４に
はターゲツトとしてPbNb2O6のかわりにBaTa2O6
を用い、他は素子２の場合と同一の条件にして、
BaTa2O6膜を形成した。膜厚は500nｍである。
はターゲツトとしてPbNb2O6のかわりにBaTa2O6
を用い、他は素子２の場合と同一の条件にして、
BaTa2O6膜を形成した。膜厚は500nｍである。
さらに本発明の実施例として、素子５にはター
ゲツトとしてPbNb2O6のかわりにSrTa2O6を用
い、他は素子２の場合と同一の条件にして、
SrTa2O6膜を形成した。膜厚は450nｍである。
ゲツトとしてPbNb2O6のかわりにSrTa2O6を用
い、他は素子２の場合と同一の条件にして、
SrTa2O6膜を形成した。膜厚は450nｍである。
以上の条件で作製したPbNb2O6膜とPbTa2O6
膜、BaTa2O6膜、SrTa2O6膜の特性は、Ｅbがそ
れぞれ2.2×106V／cm、2.6×106V／cm、4.2×
106V／cm、4.5×106V／cmεrがそれぞれ70、48、
25、22である。そして、一方膜の白濁は認められ
なかつた。
膜、BaTa2O6膜、SrTa2O6膜の特性は、Ｅbがそ
れぞれ2.2×106V／cm、2.6×106V／cm、4.2×
106V／cm、4.5×106V／cmεrがそれぞれ70、48、
25、22である。そして、一方膜の白濁は認められ
なかつた。
なお第１図、第２図に示すように、光反射Al
電極６，１７としてAlの薄膜を蒸着した。
電極６，１７としてAlの薄膜を蒸着した。
以上のようにして作製されたEL素子は、5KHz
の正弦波駆動をしたところ、素子１では約150V
で輝度がほぼ飽和し、素子２では100Vで、素子
３では110Vで、素子４では125Vで、素子５では
125Vで輝度がほぼ飽和し安定に発光した。飽和
輝度は３素子ともに約3000cd／cm2であつた。
の正弦波駆動をしたところ、素子１では約150V
で輝度がほぼ飽和し、素子２では100Vで、素子
３では110Vで、素子４では125Vで、素子５では
125Vで輝度がほぼ飽和し安定に発光した。飽和
輝度は３素子ともに約3000cd／cm2であつた。
発明の効果
本発明の薄膜発光素子は、従来素子に比べて駆
動電圧が低く、安定に動作するものである。
動電圧が低く、安定に動作するものである。
第１図は従来の薄膜発光素子の断面図、第２図
は本発明の一実施例である薄膜発光素子の断面図
である。 １，１１……ガラス基板、２，１２……透明電
極、３，１３……Y2O3膜、４，１４……ZnS：
Mn膜、５……Y2O3膜、１５……Ta2O5膜、１６
……PbNb2O6膜、１７……Al電極。
は本発明の一実施例である薄膜発光素子の断面図
である。 １，１１……ガラス基板、２，１２……透明電
極、３，１３……Y2O3膜、４，１４……ZnS：
Mn膜、５……Y2O3膜、１５……Ta2O5膜、１６
……PbNb2O6膜、１７……Al電極。
Claims (1)
- １ 螢光体薄膜層の少なくとも一方の面上に誘電
体薄膜層が設けられるとともに、少なくとも一方
が光透過性を有する、二つの電極層により、上記
薄膜層に電圧が印加されるよう構成され、上記誘
電体薄膜層が、一般式AB2O6で表わされ、上記一
般式中のＡがPb、Ca、Sr、BaおよびCdよりなる
グループのなかから選ばれた少なくとも一種であ
り、ＢがTaおよびNbのうちの少なくとも一種で
ある複合酸化物を主成分とする誘電体からなるこ
とを特徴とする薄膜発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58175352A JPS6068589A (ja) | 1983-09-22 | 1983-09-22 | 薄膜発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58175352A JPS6068589A (ja) | 1983-09-22 | 1983-09-22 | 薄膜発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6068589A JPS6068589A (ja) | 1985-04-19 |
| JPS6260799B2 true JPS6260799B2 (ja) | 1987-12-17 |
Family
ID=15994564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58175352A Granted JPS6068589A (ja) | 1983-09-22 | 1983-09-22 | 薄膜発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6068589A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63994A (ja) * | 1986-06-18 | 1988-01-05 | 松下電器産業株式会社 | 薄膜電場発光素子の製造法 |
-
1983
- 1983-09-22 JP JP58175352A patent/JPS6068589A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6068589A (ja) | 1985-04-19 |
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