JPH0115876B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエレクトロルミネセンス（以下ELと
略称する）表示装置、特に電子計算機の端末装置
における各種モニタデイスプレイやキーボードデ
イスプレイなどに用いて有効な多色EL表示装置
の発光制御方法に関するものである。

電子計算機などで処理された情報を表示する際
単色でなく数種の色を用いて表示することが要望
されている。このような多色表示装置をEL表示
装置で実現するためには、発光色の異なつたEL
材からなるEL素子を多数平面的に配設して構成
する方法が考えられるが、このような方法では分
解能が低下することや、各EL素子に対する配線
の複雑さなどといつた点に多くの問題があり、実
用化には至つていない。

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、簡単
な構造の多色EL表示装置を含む発光制御方法の
提供を目的とし、その特徴は絶縁基板上に配設し
た一方の電極と、それに対向する他方の電極とか
らなる少なくとも片側が透明もしくは半透明の一
組の電極の間に、発光色の異なる２種類以上の
EL層ならびに非発光性の高抵抗層を順次積層し
た構成を有する多層膜EL素子に対し、該素子の
一方の電極と他方の電極との間に駆動電圧源を接
続し、該駆動電圧源より出力する電圧の電極と、
パルス幅、パルス数、振幅の少なくとも１つとを
制御することにより、それぞれのEL層の時分割
的に発光する色に依存して発光色を変えるように
したところにある。このような異色発光多層膜
EL素子構造によれば、駆動電圧の印加極性に依
存して発光色に非対称性が現れるので、この現象
を利用して容易に多色化を図ることが可能とな
る。

以下本発明の実施例につき図面を参照して説明
する。

第１図は本発明によるEL表示装置の一実施例
の基本構造を示す要部断面図であり、１はたとえ
ば透明なガラスからなる絶縁基板であつてその絶
縁基板１上に配設した酸化インジウム（In₂O₃）
などの透明電極２上には、発光中心材としてマン
ガンを添加した硫化亜鉛（ZnS：Mn）からなる
橙色発光を呈する第１のEL層３と、発光中心材
を添加していないEL母材の硫化亜鉛（ZnS）を
主体とした高抵抗層４と、さらに発光中心材とし
て弗化テルビウムを添加した硫化亜鉛（ZnS：
TbF₃）からなる緑色発光を呈する第２のEL層５
とが順次積層してあり、さらに該第２のEL層５
上にたとえばアルミニウム（Al）などの背面電
極６が配設してある。そして透明電極２と背面電
極６との間には駆動電圧源DSが接続されている。

ここで、上記第１および第２の異色発光EL層
間に介在せしめた高抵抗層４は、両EL層間の発
光中心の相互干渉を防止する分離層として働くも
のである。すなわち、異なる励起エネルギを必要
とする発光中心が隣接していると電子の平均自由
行程の関係から低い励起エネルギの発光中心が良
く励起され、高い励起エネルギを必要とする発光
中心は励起されにくく、発光色の制御が実質的に
不能となる。またEL層にMn、TbF₃の２種の発
光中心を添加した薄膜EL素子ではそれぞれの発
光色である橙色と緑色の混合色発光を得ることは
できなくてMnFによる赤色の発光を示すことと
なり、色調の制御ができないのであるが、本発明
による高抵抗層４を設けることにより上記問題点
を有効に解決し、励起効率を改善するとともに所
定の発光色を得ることができる。なおこの高抵抗
層４は駆動電流の通過を許すために完全な絶縁基
であつてはならないが、逆に抵抗が小さすぎると
マトリクスアドレス構成とした場合隣接画素間の
電気的分離ができなくて個別アドレスが不能とな
るので、弱い導電性を持つた10⁶Ωcm程度の高抵
抗層として形成するのが好ましい。このような高
抵抗層は例えばサーメツトなどのセラミツク材で
形成することもできるが、発光中心の代わりに
Gaなどを添加したZnSのようなEL母材で形成す
るのが蒸着法を利用した多層膜形成作業の工程か
らみて有利である。

以上のような構成において、透明電極２と背面
電極６との間に直流電圧を印加した場合、その発
光スペクトルは、印加電圧の電極に依存して非対
称性を示す。このような発光スペクトルの印加電
圧の極性に対する非対称性を観察した結果を第２
図および第３図に示す。第２図は第１図に示した
背面電極６を透明電極２に対して負の電位とした
場合の発光スペクトルを示し、第３図は透明電極
２を背面電極６に対して負の電圧とした場合の発
光スペクトルを示したもので、両図における横軸
は発光波長を、縦軸は光量の相対値をそれぞれ示
す。これらの図から明らかなごとく背面電極６を
透明電極２に対して負の電位にすると、第２図に
示すごとく第２のEL層５に発光色（つまり緑色）
が優勢となり、また透明電極２を背面電極６に対
して負の電位にすると、第３図に示すごとく第１
のEL層３の発光色（つまり橙色）が優勢となつ
ている。すなわち負の電位にある電極に近い側の
EL層の発光スペクトルが優勢となる。

このように発光色の異なる多層膜EL層に電圧
を印加した場合、その印加電圧の極性により発光
スペクトルが非対称性を示すことと、人間の眼が
感じる色彩はある時間内における発光源からのス
ペクトルの時間積分が決まることを利用すれば、
前述のように多層膜構成のEL表示装置を用いて
その電極２，６間に印加する電圧の極性や印加時
間の比または振幅を制御することにより、２種類
のEL層３，５の各発光色の中間色を任意に得る
ことができる。

次に前述のEL表示装置を用いて多色発光を得
るための発光制御方法として印加電圧の極性とパ
ルス数を制御した場合につき、第４図ａ〜ｅを参
照して説明する。第４図ａ〜ｅは駆動電圧波形を
示すものであつて、横軸は時間を縦軸は電圧を示
し、各図における上側は第１図で示した透明電極
２側に、また下側は同じく背面電極６側に各々印
加する電圧波形を示す。

まず第４図ａにおいては透明電極２の側に印加
されるパルスはなく背面電極６にのみ正のパルス
電圧が印加されており、背面電極６に対して透明
電極２が相対的に負の電位にあるので発光色は第
１のEL層３の発光色をつまり橙色に近いものと
なる。また同図ｂにおいては背面電極６の側に印
加されるパルスはなく、透明電極２にのみ正のパ
ルス電圧が印加されて、同図ａの場合とは逆極性
になるので発光色は第２のEL層５の発光色つま
り緑色に近いものとなる。また同図ｃに示すごと
く、背面電極６に印加するパルスの数と透明電極
２に印加するパルスの数の比を１：３となるよう
にする。この場合同図ａの波形に相当する橙色発
光と同図ｂの波形に相当するに緑色発光の回数の
比が１：３となる。その結果緑色と橙色の中間色
でも緑色に近い中間色が得られる。同様に、同図
ｄに示す波形においては、背面電極６および透明
電極２に各々印加されるパルスの数の比が３：１
になるように設定してあり、その結果緑色と橙色
の中間で橙色に近い発光色が得られる。また同図
ｅに示す波形においては背面電極６に印加される
パルスの数と透明電極２に印加されるパルスの数
の比が１：１となるように設定してあり、その結
果緑色と橙色の中間に近い発光色が得られる。

なお、印加パルスの周期は表示のちらつきをな
くすため、30ミリ秒（msec）以下であればよい
が、第４図ｃ〜ｅに示すようなパルス数の比によ
つて中間色を出す場合には色のちらつきを押える
ために、色を決定するだけのパルスを含んで１サ
イクルの期間Ｔを30ｍsec以下にするのが望まし
い。

次に第１図に示したEL表示装置の発光制御方
法として、印加電圧の極性とパルス幅を制御した
場合につき第５図を参照して説明する。第５図ａ
〜ｅは駆動電圧波形を示す図であつて、横軸は時
間、縦軸は電圧を示す。まず、同図ａに示す波形
においては背面電極６にパルス幅τa6の正のパル
スが印加され、透明電極２には零電位に保たれ
る。その結果発光色は第１のEL層３の発光色
（橙色）が優勢となる。また同図ｂに示す波形で
は背面電極６が零電位に保たれ、透明電極２にパ
ルス幅τb2の正のパルスが印加される結果、発光
色は第２のEL層５の発光色（緑色）が優勢とな
る。次に同図ｃにおいては背面電極６にパルス幅
τc6の細幅パルスが印加され、さらにパルス幅τc6
＜τc2なる関係をもつパルス幅τc2の広幅パルスが
透明電極２に印加される結果、EL層５とEL層３
の中間色でもEL層５の発光色（緑色）に近い発
光色が得られ、さらに同図ｄにおいては同図ｃの
場合とは逆に背面電極６にパルス幅τd6の広幅パ
ルスが印加され、さらにτd6＞τd2なるパルス幅
τd2の細幅パルスが透明電極２に印加されるた
め、EL層５及び３の中間色べも第１のEL層３の
発光色（橙色）に近い発光色が、得られることに
なる。また第５図ｅは透明電極２と背面電極６に
パルス幅の等しいパルスτe2とτe6を交互に印加し
た場合を示し、第１および第2EL層３，５の中間
の発光色が得られる。

またEL素子の電圧・輝度特性は、通常ある印
加電圧で発光を開始し、印加電圧の増加にともな
い発光輝度も増加する。したがつて印加電圧の振
幅による色制御も可能であり、以下にその実施例
を第１図に示したりEL表示装置に適用した場合
について説明する。

第６図はａ〜ｅ駆動電圧波形の一例を示す図で
あり、ここで透明電極２および背面電極６に印加
されるパルス数の比およびパルス幅は同一とす
る。同図ａにおいては透明電極２に印加されるパ
ルスの波高値Va₂を第２のEL層５の発光しきい
値より低く設定し、背面電極６には第１のEL層
３が発光するような電圧のの波高値Va₆を持つよ
うなパルスが印加され、第１のEL層３の発光色
（橙色）が優勢となる。

また同図ｂにおいては背面電極６に印加される
パルスの波高値Vb₆を第1EL層３の発光しきい値
より低く設定し、透明電極２には第2EL層５が発
光するような電圧の波高値Vd₂を持つようなパル
スが印加されて、第2EL層５の発光色（緑色）が
優勢となる。また同図ｃにおいては第1EL層３の
発光輝度が第2EL層５の発光輝度より低くなるよ
うに電圧Vc₂，Vc₆を設定してあり、その結果発
光色は橙色と緑色の中間色でも緑色に近いものが
得られる。また逆に同図ｄでは第1EL層３の発光
輝度が第2EL層５の発光輝度より高くなるように
電圧Vd₂，Vd₆を設定してあり、発光色は橙色に
近い中間色が得られる。さらに同図ｅにおいて
は、透明電極２および背面電極６に各々印加され
るパルスの波高値Ve₂，Ve₆をEL層３および５の
発光輝度がそれぞれ同程度になるように説定して
あり、その結果第１および第2EL層のちようど中
間の発光色が得られる。

なお駆動方法として第４図〜第６図に示したよ
うに駆動電圧を透明電極２および背面電極６の
各々に正のパルス電圧として印加する方法に限ら
ず、透明電極２あるいはAl電極６のいずれか片
側を基準として他側の電極に正負のパルス電圧を
組合せて印加するようにすることもできるし、ま
たパルス数、パルス幅あるいはパルス波高値など
を任意に組合せて印加電圧の極性を制御すること
も勿論可能である。

次に本発明によるEL表示装置の他の実施例に
つき第７図を参照して説明する。第７図は前記多
層膜EL層と各電極との間にキヤリア注入電極を
設けた構成のEL表示装置を模式的に示す要部断
面図である。７はたとえば透明なガラスからなる
絶縁基板であり、その絶縁基板７上にたとえば
In₂O₃等の透明電極８を配説し、その上にたとえ
ば弱い導電性を持たせた酸化イツトリウム
（Y₂O₃）などの第１のキヤリア注入電極９が形成
してある。そしてその上にたとえばZnS：Mnか
らなる橙色発光を呈する第１のEL層１０、発光
中心を添加していないZnSのEL母材からなる弱
い導電性をもつた高抵抗層１１およびZnS：
TbF₃からなる緑色発光を呈する第２のEL層１２
を順次積層し、さらにその上に第２のキヤリア注
入電極１３を介してAlの背面電極１４が配設し
てある。ここで上記キヤリア注入電極９および１
３は弱い導電性をもつたY₂O₃のほか硫化カドミ
ウム（Cds）のよううにEL層１０，１２の母材
ZnSと禁止帯幅の異なる半導体層からなり、EL
層１０および１２とヘテロ接合を形成する形で設
けられている。かくしてこのキヤリア注入電極に
より、透明電極８または背面電極１４から注入さ
れたキヤリア（電子）が加速されてEL層に効率
よく注入されることとなり、発光効率が向上する
わけである。

このようなEL表示装置においても、第１図に
示したEL表示装置を同様に駆動電圧の極性なら
びにパルス数、パルス幅、パルス波高値をそれぞ
れ制御することにより発光色を変えることが可能
である。なお、このような構造の表示装置におい
て、充分な発光を得るためには第８図の等価回路
における電極間容量C₁〜C₃と電極間の直流抵抗
成分R₁〜R₃とによつて決まる時定数よりも駆動
パルスの周期を長くすべきことはいうまでもな
い。

また上記第７図の実施例におけるヘテロ接合構
成の半導体キヤリア注入電極９および１３は
Si₃N₄やY₂O₃のような誘電体層に置き代えても良
く、この場合は完全なAC駆動型の素子として動
作することになるが、発光色の制御の仕方は第４
〜６図に示した上記他の実施例の場合と変わらな
い。

第９図は上述のような各実施例のEL表示装置
を第４〜６図にａ〜ｅで示した波形で駆動した場
合の各発光色を色度図上にプロツトしたものであ
つて、a′〜e′の各点は第４〜６図に示した各ａ〜
ｅの駆動波形における発光色に対応している。

このように透明電極２および８と背面電極６お
よび１４との間に印加する電圧の波形を制御する
ことにより、第1EL層３，１０および第２のEL
層５，１３の各発光色Ｏ（橙色）およびＧ（緑色）
の２点を結ぶ線分上の任意の中間色を得ることが
できる。

なお以上は２色のEL層を積層した構成例につ
いての説明であるが、さらに多色のEL層をそれ
ぞれ高抵抗層を介して積層することにより発光色
の変化範囲を広げることも可能である。

以上の説明から明らかなように要するに本発明
は発光色の異なる２種類以上のEL層と非発光性
の高抵抗層とを順次積層して多層膜EL素子を構
成し、駆動電圧に対する発光色の極性依存性を利
用してそれぞれのEL層を時分割的に駆動し多色
発光せしめるようにしたことを特徴とするもの
で、DC駆動型、AC駆動型をとわず簡単な構造の
多色EL表示装置を安価に得ることができる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第７図はそれぞれ本発明に適用す
るEL表示装置の実施例を模式的に示す要部断面
図、第２図および第３図は、第１図および第７図
で示したEL表示装置において直流印加電圧の極
性を変えて測定した発光スペクトルを示す図、第
４図〜第６図は駆動電圧波形図、第８図は第７図
に示したEL表示装置の電気的等価回路図、第９
図は第１図および第７図に示したEL表示装置の
発光色を色度図上にプロツトして示した図であ
る。 １，７：絶縁基板、２，８：透明電極、３，
５，１０，１２：発光色の異なるEL層、４，１
１：非発光性の高抵抗層、６，１４：背面電極、
９，１３：キヤリア注入電極、DSは駆動電圧源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁基板１上に配設した一方の電極２とそれ
   に対向する他方の電極６とからなる少なくとも片
   側が透明または半透明な１組の電極の間に、発光
   色の異なる２種類以上のEL層３，５ならびに非
   発光性の高抵抗層４を順次積層した構成を有する
   多層膜EL素子に対し、該素子の一方の電極と他
   方の電極との間に駆動電圧源DSを接続し、この
   駆動電圧源より出力する電圧の極性と、パルス
   幅、パルス数、振幅の少なくとも１つとを制御す
   ることにより、それぞれのEL層の時分割的に発
   光する色に依存して発光色を変えるようにしたこ
   とを特徴とするEL表示装置の発光制御方法。 ２ 上記多層膜EL層１０，１２と少なくとも片
   側の電極８，１４との間に、当該ELの母材層と
   禁止帯幅の異なる半導体層をヘテロ接合して構成
   したキヤリア注入電極９，１３を設けたことを特
   徴とする請求項１に記載のEL表示装置の発光制
   御方法。 ３ 上記多層膜EL層１０，１２と少なくとも片
   側の電極８，１４との間に、誘電体層９，１３を
   設けたことを特徴とする請求項１に記載のEL表
   示装置の発光制御方法。 ４ 上記非発光性の高抵抗層４が発光中心を添加
   しないEL母材を主体としてなることを特徴とす
   る請求項１に記載のEL表示装置の発光制御方法。