JPH01239793A - 多色表示型薄膜エレクトロルミネツセンス素子 - 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】 （産業上の利用分野〕 この発明はデイスプレィ装置などに使用されるエレクト
ロルミネッセンス（以下、ＥＬという）素子、とくに赤
および緑の２原色とその間の全ての中間色の発光が可能
な多色表示型の薄膜ＥＬ素子に関する。

〔従来の技術〕

従来、赤および緑の２原色とその中間色の発光が可能な
多色表示型の薄膜ＥＬ素子として、ＺｎＳ：Ｔｂ、Ｆ発
光層を有する緑色発光ＥＬ素子とＺｎＳ：Ｓｍ、Ｆ発光
層を有する赤色発光ＥＬ素子とを積層して３端子構造と
したもの（ＪＡＰＡＮ　ＤＩＳＰＬＡＹ　　’８３　Ｄ
ＩＧＥＳＴ）、フォトリソグラフィーによるパターンニ
ングによってＺｎＳ：Ｔｂ、ＦとＺｎＳ：ｓｍ、Ｆの両
全光体部分が平面的に配置された発光層を有するもの（
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　　’８７　Ｓ１０１ｎｔ
、　Ｓｙｍｐ、）、ＣａＳ：Ｅｕからなる赤色発光ＥＬ
素子とＳｒＳ：Ｃｅからなる青緑色発光ＥＬ素子とを透
明電極同志を対向させて重ね合わ・けたちの（同上文献
）などが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記一番目の３端子構造とした素子では
、素子全体としての薄膜積層数が多くなることから特性
的に不安定になりやすく素子形成も面倒であった。また
、二番目の発光層をパターンニングした素子では、発光
層の形成とそのパターンに対応した電極の形成に極めて
高度な微細加工技術を必要とし、とくに大面積で高精細
なデイスプレィの作製が非常に困難であるという問題が
あった。その上、上記画素子で使用する赤色発光体であ
るＺｎＳ：Ｓｍ、Ｆは輝度が最大でも１．０００　ｃｄ
／　ｍ程度と低いため、ＥＬパネルなどの表示１ｐとし
ては輝度不足で実用性に乏しい。

一方、前記三番目の素子でも、現状ではまだ輝度が不充
分で実用段階に達しておらず、かつ両光光層の発光体の
母体材料であるＣａＳおよびＳｒＳは吸湿による劣化が
著しいために素子の耐久性が悪くなりやすいという欠点
があった。

したがって、この発明は、上記従来の課題を解決し、輝
度および発光効率に優れて製作容易な多色表示型）Ｗ膜
ＥＬ素子を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

この発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を
重ねた結果、発光層をそれぞれ特定の発光体からなる２
層構造とするとともに、両光光層の発光を２種のフィル
ターを通して取り出すようにした場合に、赤および緑の
２原色ならびに赤から緑にわたる全ての中間色の発光が
高輝度かつ高発光効率で得られ、しかも素子作製上で格
別高度な微細加工技術を要さず駆動回路も簡素に構成し
うろことを見い出し、この発明をなすに至った。

すなわち、この発明は、透光性の表示側電極と背面側電
極との間に発光層および絶縁層が配設されてなる薄膜Ｅ
Ｌ素子において、上記発光層がＺｎＳ：Ｍｎ発光層とＺ
ｎＳ：Ｔｂ、Ｆ発光層との２層からなるとともに、表示
側表面に赤色光透過フィルターと緑色光透過フィルター
とが面方向に交互に形成されてなる多色表示型薄膜ＩＥ
　Ｌ素子に係るものである。

そして、この発明のＥＬ素子では、上記両光光層の間に
絶縁層を介在させた構成、ならびに側電極の少なくとも
一方を多数の電極部に区割して各電極部に対応する各表
示側表面部に上記２種のフィルターのうらのいずれか一
方のみを有し、隣接する上記各表面部のフィルター同志
が互いに異なるようにした構成をそれぞれ好適態様とし
ている。

〔発明の構成・作用〕

第１図および第２図はこの発明を適用した二重絶縁形の
多色表示型薄膜Ｅ　Ｌ素子の一例を示すものである。

第１図のＥＬ素子Ａは、ガラス製の基板１上にＡ６薄膜
あるいはインジウム−スズ複合酸化物（以下、ＩＴＯと
いう）やフッ素を含む酸化スズの如き透明性導電材料の
薄膜などからなる背面側電極２が平行ストライプパター
ンで形成されており、この電極２を設けた基板ｌの表面
に順次、背面側絶縁層３、ＺｎＳ：Ｔｂ、Ｆ発光層４、
ＺｎＳ：Ｍｎ発光層５、表示側絶縁層６が積層形成され
、さらに表示側絶縁層６上に前記同様の透明性導電材料
の薄膜からなる表示側電極７が背面側電極２に対して直
交する方向の平行ストライプパターンで形成されている
。この表示側表面には赤色光透過フィルター８ｒと緑色
光透過フィルター８ｇとが表示側電極７の各ストライブ
を覆うように面方向に交互に設けである。

また、第２図のＥＬ素子Ｂは、ＺｎＳ：Ｔｂ。

Ｆ発光層４とＺｎＳ：Ｍｎ発光層５との間に中間絶縁層
９が介在されていることを除けば第１図のＥ　Ｌ素子Ａ
と同様構成である。

上記構成のＥＬ素子Ａ、Ｂでは、側電極２，７間に発光
層４，５の発光開始電圧以上の交流電圧を印加した際に
、側電極２，７の各交差部分において両光光層４．５が
発光する。この発光は、発光層４ではＺｎＳ：Ｔｂ、Ｆ
による緑色発光、発光層５ではＺｎＳ：Ｍｎによる黄橙
色発光であり、両光光層４，５が上下に重なっているこ
とから表示側表面へは両者の混色発光として到達するが
、赤色光透過フィルター８ｒの各領域では赤色よりも短
波長側の光がカットされて赤色発光として放出され、緑
色光透過フィルター８ｇの各領域では逆に緑色よりも長
波長側の光がカットされて緑色発光として放出される。

したがって、側電極２，７のパターンをそのストライプ
が一画素上で多数配置するように細かく設定し、表示側
電極７を赤色光透過フィルター８ｒで覆われるストライ
プ群（以下、赤色電極部という）と緑色光透過フィルタ
ー８ｇで覆われるストライプ群（以下、緑色電極部とい
う）とに分離してそれぞれ個別に背面側電極２との間で
電圧を印加しうる構成とすれば、同一画素を赤緑の２原
色および両色間の全ての中間色の発光で任意に表示する
ことができる。すなわち、赤色電極部のみの使用によっ
て赤色の原色発光表示、緑色電極部のみの使用により緑
色の原色発光表示がそれぞれ行えるとともに、側電極部
の使用によって両売光色の混合による中間色発光表示が
行える。

なお、中間色発光は、マトリックス表示つまり画素上に
細かいドツト状の赤色発光部と緑色発光部とが平面的に
交互に並んでいるために視覚的に両党光の中間色として
認められるもので、側電極部に印加する電圧、パルス幅
、パルス数、周波数などを変化させて両党光の強度を変
えることにより、赤色に近い混色から緑色に近い混色ま
で全ての中間色発光を任意に選択できるとともに、連続
的な色調変化も可能である。

ここで、上記ＥＬ素子Ａ、Ｂの発光層５を構成するＺｎ
Ｓ：Ｍｎは、本来の発光色がオレンジ色であるが、波長
５００〜７００ｎｍにわたる広い発光スペクトルを有し
、波長６００〜７００ｎｍにかけてかなりの赤色成分を
含んでおり、しかも６，０００ｃｄ／ｍ以上という非常
に高い発光輝度と３１ｍ　／　Ｗ以上の高い発光効率を
示すものである。したがって、これらＥＬ素素子上　Ｂ
における赤色発光は、赤色光透過フィルター８ｒの透過
によっである程度は減衰しているが、従来の赤色発光用
ＥＬ材料として一般的なＺｎＳ：Ｓｍ、Ｆによる発光に
比較して格段に高輝度でより赤の原色に近く、カラーＣ
ＲＴ　（Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｒａｙ　Ｔｕｂｅ）の赤色に
ほぼ一致するものとなしうる。

一方、ＥＬ素子Ｂでは、両光光層４．５間に中間絶縁層
９が介在しているため、両光光層４，５間でのＭｎ原子
やＴｂ原子の相互拡散のような界面反応が阻止され、そ
の結果としてＥＬ素素子上りもさらに高い発光効率で赤
緑の２原色および中間色の発光が得られる。

赤色光透過フィルター８ｒとしては、波長５７０ｎｍ以
下の光をカットするものが好ましいが、−般には波長５
８０ｎｍ以下の光をカットして波長６００ｎｍ以上の光
を９０％以上透過させるものであればよい。また、緑色
光透過フィルター８ｇとしては、カットする光の波長の
下限が低すぎては輝度が不充分となり、逆に高すぎては
色調が黄緑となるため、この下限が５６０〜５８０ｎｍ
の範囲となるものが好ましいが、一般には波長５５０ｎ
ｍ以下で４５０ｎｍ以上の範囲の光を９０％以上透過さ
せるものであればよい。

これらフィルター３ｒ、８ｇを形成するには、所要の選
択的光吸収能を有する色素とバインダを含む塗料を調製
し、これをスクリーン印刷法などの印刷塗布手段によっ
て表示側電極７上にそのパターンに対応したパターン形
状で乾燥後の厚さが０．５〜２０μｍ程度となるように
塗布、乾燥すればよい。

絶縁層３，６．９の構成材料としては、既存の絶縁材料
をいずれも使用でき、たとえば’［’ａｚ　Ｏｓ、Ａｌ
ｚ　Ｏｘ、Ｙｚ　０３．５ｔＯｚ、ｓ＋３Ｎａ　、Ｔｉ
１ｔ　、Ｎｂｚ　０５　、ＢａＴｉＯ３，５ｒＴｉＯ：
＋　、ＰｂＴｉ０＊などが挙げられ、各絶縁層で異なる
ものを使用してもよい。なお、背面側および表示側絶縁
層３，６としては、それぞれの層を構成材料の異なる２
＊以上の積層物としても差し支えない。

各層の厚さは、再発光層４，５では２，５００〜６．０
００人程度、背面側および表示側絶縁層３゜６では２，
０００〜５．０００人程度、中間絶縁層９では１，００
０〜４，０００人程度、側電極２，７では１，０００〜
３，０００人程度である。なお、これら各層の形成手段
としては、電子ビーム蒸着や抵抗加熱蒸着の如き真空蒸
着法、高周波スパッタリングの如きスパッタリング法、
イオンブレーティング法などの既存の種々の真空中薄膜
形成法を使用材料種に応じて適宜採用できる。

なおまた、ＺｎＳ：Ｔｂ、Ｆ発光層３とＺｎＳ：Ｍｎ発
光層６との上下関係は、第１．２図のものとは逆であっ
てもよい。

この発明のＥＬ素子では、例示したＥＬ素子Ａ。

Ｂのように背面側および表示側の両電極２．７をパター
ン化する以外に、両電極の一方のみをパターン化しても
よく、またそのパターンは平行ストライプに限らず種々
設定できる。

すなわち、一方の電極を多数の電極部に区割して他方の
電極をこれら電極部に対する共通電極とし、各電極部に
対応する各表示側表面部に前記二種のフィルターのうち
のいずれか一方を有し、かつ隣接する上記各表面部のフ
ィルター同志が相互に異なるものとなるようにすること
により、前記同様の発光色変化による多色表示が可能で
ある。

また、この発明では、素子全体の発光色を変化させる以
外に、フォトリソグラフィーなどを利用して電極パター
ンを精細化すれば、ダイナミック駆動つまり線順次走査
を用いたドツトマトリックス駆動方式によって一画素ご
とに赤緑の２原色およびその中間色の発光色変化を行う
ことができる。

また、この発明は、上述した二重絶縁形のＢＬ素子とし
て適用効果が大きいが、一方の電極と発光層との間のみ
に絶縁層を介在させた卓絶縁層形のＥＬ素子にも適用可
能である。

〔発明の効果〕

この発明に係る多色表示型薄膜ＥＬ素子は、発光層がＺ
ｎＳ：Ｍｎ発光層とＺｎＳ：Ｔｂ、Ｆ発光層との２層か
らなり、表示側表面に赤色光透過フィルターと緑色光透
過フィルターとが面方向に交互に形成されたものである
ため、赤および緑の２原色とその間の全ての中間色の発
光を高輝度かつ高発光効率で行うことができ、しかも素
子作製が容易であるという利点がある。

また、上記ＥＬ素子における両全光層の間に絶縁層を介
在させることにより、両党光層間での界面反応が阻止さ
れることから、発光効率を一層高めること力＜ｉＪ能と
なる。さらに、上記Ｅｌ、素子の表示側電極と背面側電
極の少なくとも一方を多数の電極部に区割し、各電極部
に対応する各表示側表面部に上記２種のフィルターのう
ちの一方のみを有し、隣接する上記各表面部のフィルタ
ー同志が互いに異なるような構成とすることにより、上
記２原色と中間色の発光を確実に行うことができる。

〔実施例〕

以下、この発明を実施例によって具体的に説明する。

実施例１ 縦３４璽鳳、横３４蓋菖、厚さ１．１璽ｌの力゛ラス製
基板の一面側に厚さ２，０００人のｒｒｏ薄膜からなる
背面側電極を電子ビーム蒸着法によって各ストライプ幅
が３００μｍの平行ストライプパターンとなるように形
成した。

つぎに、この背面側電極上に高周波スパッタリング法に
よってＡｌ２Ｏ，からなる厚さ１，０００人の下層と’
ｒａｏｓからなる厚さ３，０００人の上層とで構成され
る背面側絶縁層を形成し、この上に電子ビーム蒸着法に
よって順次、厚さ４，０００のＺｎＳ：Ｔｂ、Ｆ発光層
とｊ￥さ４，０００人のＺｎＳ：Ｍｎ発光層とを積層形
成し、この上にさらに高周波スパッタリング法によって
’ｌ’ａｚ　ｏｓからなる厚さ３，０００人の下層とＡ
ＮｚＣｈからなる厚さ１，０００の上層とで構成される
表示側絶縁層を積層形成した。

ついで、この表示側絶縁層上に厚さ２，０００人のＩＴ
Ｏ膜からなる表示側電極を電子ビーム蒸着法によって背
面側電極のストライプパターンに対して直交する同様の
平行ストライプパターンで形成したのち、厚さ約５μｍ
の赤色光透過フィルターおよび緑色光透過フィルターを
スクリーン印刷法によって表示側電極の各ストライプを
交互に覆うように形成し、第１図で示す構造の多色表示
型薄膜ＥＬ素子Ａを作製した。

なお、このＥｌ−素子への赤色光透過フィルターは波長
５１３０ｎｍ以−ドの光をカツトシて波長６００ｎｍ以
上の光を９５％透過さセるものであり、緑色光透過フィ
ルターは波長５７０ｎｍ以上の光をカットして波長５５
０ｎｍ以下の光を９５％透過させるものであった。また
、表示側電極は赤色光透過フィルターで覆われたストラ
イブ群である赤色電極部と緑色光透過フィルターで覆わ
れたストライプ群である緑色電極部とで別途に印加電圧
、パルス幅、パルス数、周波数などを調整しうるように
設定した。

このようにして作製したＥＬ素素子−ついて、±２８０
■、６０１１ｚの交流電圧を用いて駆動させたところ、
表示側電極の赤色電極部の背面側電極との間の電圧印加
では第３図で示す発光スペクトルの赤色発光が得られた
。この赤色発光は、色度座標値がＸ＝０．６３、Ｙ＝０
．３２、輝度が１８ｃｄ／ｄであり、カラーＣＲＴにお
ける赤色の色調および輝度にほぼ一致していた。また、
同様に表示側電極の緑色電極部と背面電極との間に電圧
を印加したところ、第４図で示す発光スペクトルの緑色
発光が得られた。この緑色発光は、色度座標値がＸ＝０
．３１、Ｙ＝０．６２、輝度が５５ｃｄ／ｍであり、赤
色の場合と同じくカラーＣＲＴにおける緑色の色調およ
び輝度にほぼ一致していた。

ちなみに、両フィルターを設けずに他は上記ＥＬ素子Ａ
と同一構成したＥＬ素子を同様にして駆動させた場合で
は、第５図で示す発光スペクトルの黄色発光が得られる
。

つぎに、実施例１のＥＬ素素子−ついて、背面側電極を
アース状態として、表示側電極の赤色電極部と緑色電極
部に６０　Ｈｚの交流電圧を加え、画電極部における印
加電圧の振幅を異ならせて赤色発光と緑色発光の相対輝
度を変化させることにより、視認される発光色を赤−橙
一黄一黄緑−−緑と連続的に変化させることができた。

実施例２ 背面側絶縁層の上層（Ｔ　ａ　２０ｓ　）と表示側絶縁
層の下層（’ｌ’ａ２０．）の厚みをそれぞれ２，００
０人に変更するとともに、再発光層間に高周波スパッタ
リング法にて形成した厚さ２．０００人のＴａ２０５か
らなる中間絶縁層を形成した以外は、実施例１と同様に
して第２図で示す構造の多色表示型薄膜ＥＬ素子Ｂを作
製した。

このＥＬ素子Ｂを実施例１と同様にして駆動させたとこ
ろ、赤色発光の輝度は２０ｃｄ／ｍ、緑色発光の輝度は
６０ｃｄ、／ｒ＋（を示し、実施例１のＥＬ素素子束り
もさらに高い発光効率を有することが判明した。また、
このＥＬ素子ＢにおいてもＥ　Ｌ素子Ａと同様の連続的
な発光色変化がｉｉＪ能であった。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明に係る多色表示型エレク
トロルミネッセンス素子の構造例を示す縦断面図、第３
図はこの発明の実施例１の同素子における赤色発光時の
発光スペクトル特性図、第４図は同上の緑色発光時の発
光スペクトル特性図、第５図は上記実施例１の同素子に
おいて赤色光および緑色光透過フィルターを設けていな
い場合の発光スペクトル特性図である。 ２・・・背面側電極、３，６．９・・・絶縁層、４・・
・ＺｎＳ：Ｔｂ、Ｆ発光層、５−ＺｎＳ：Ｍｎ発光層、
７・・・表示側電極、８ｒ・・・赤色光透過フィルター
、８ｇ・・・緑色光透過フィルター、９・・・中間絶縁
層 特許出願人　　日立マクセル株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　透光性の表示側電極と背面側電極との間に発光
   層および絶縁層が配設されてなる薄膜エレクトロルミネ
   ツセンス素子において、上記発光層がＺｎＳ：Ｍｎ発光
   層とＺｎＳ：Ｔｂ、Ｆ発光層との２層からなるとともに
   、表示側表面に赤色光透過フイルターと緑色光透過フイ
   ルターとが面方向に交互に形成されてなる多色表示型薄
   膜エレクトロルミネツセンス素子。
2. （２）　ＺｎＳ：Ｍｎ発光層とＺｎＳ：Ｔｂ、Ｆ発光層
   との間に絶縁層が介在されてなる請求項（１）に記載の
   多色表示型薄膜エレクトロルミネツセンス素子。
3. （３）　両電極の少なくとも一方が多数の電極部に区割
   され、各電極部に対応する各表示側表面部に上記二種の
   フイルターのうちのいずれか一方のみを有し、隣接する
   上記各表面部のフイルター同志が互いに異なるものであ
   る請求項（１）または（２）に記載の多色表示型薄膜エ
   レクトロルミネツセンス素子。