JPH02239592A - 薄膜エレクトロルミネッセンス素子及びその駆動方法及び画像読み取り装置 - 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］ 本発明は薄膜エレクトロルミネッセンス素子の構造及び
その駆動方法及びそれを光源として用いた画像読み取り
装置に関する。

［従来の技術］ 端面発光形の薄膜エレクトロルミネッセンス素子（以後
ＩＴＦＥＬと称する．）はＰｒｏ−ｃｓｅｄｉｎｈ　　
Ｏｆ　　ｔｈｅ　　ｆ３工ｐ，Ｖｏｌ．２８．８１（１
９８７）等圧見られるよ５ｋＭ膜エレクトロルミネッセ
ンス素子の活性層を素子面上での導波路と成るような条
件で作製したもので、その断面図の一例を第２図Ｋ示す
。

同図Ｋ於て２０１は絶縁性の基板、２０２は下部電極層
、２０５及び２０５は誘電体層、２０４はエレクトロル
ミネッセンスの活性層で、基本的な構造は表示や照明に
用いられる通常の薄膜エレクトロルミネクセ／ス素子と
変わりがなく、この上下電極間に数百Ｈｚ−数百ＫＨｚ
の交流電圧を加えることにより活性層内で発光が起こる
。

通常の薄膜エレクトロルミネッセンス素子では電極のう
ちの一方を透明電極とし、素子面に垂直な方向κ光を取
り出し表示やバックライ｝Ｋ用いている。その様な利用
法の場合には駆動電圧の低減が望まれるため活性層もで
きるだけ薄く作られ、通常５０００〜ｅｏｏｏＸ程度の
値が用いられて これに対してＩＣＴＩＦＥＬとして用いようとする場合
には活性層内で２１０Ｋ示すような素子面Ｋ平行な方向
Ｋ光が伝搬する必要がある。一般Ｋ活性層は誘電体層と
比べて屈折率が大きいため、この屈折率の差を利用して
ステップインデックス型の導波路を構成することが出来
る。通常の表示やバックライトκ用いられるものの場合
活性層の厚さが薄いため、導波路として十分な伝搬特性
が得られないが、この活性層の厚さを厚くすることでこ
の導波路の伝搬特性を向上させ、１！ｉＴＩＰＥＬとし
て利用することが出来る。この活性層が厚いほど導波路
内を伝搬するモードの数が増え伝搬特性が向上するが、
駆動電圧の増加及び端面から出射する光の指向性が低下
することになる。このため発光色にも依るが、活性層の
厚みとしては８０００１〜２μｍ程度の値を採るのが普
通である。

このＥＴＦＫＬは発光する面積は小さいものの、高い輝
度が得られること、得られる光の指向性が高いこと、固
体素子であるため信頼性が高いことなどの特徴があり広
範囲な応用が考えられている。

特Ｋ線状の光源を必要とする感光ド゛ラムを用いたプリ
ンターや、画像読み取り装置に対しての応用が期待され
ている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したような応用分野に於いては、光量Ｋ対する要求
に非常Ｋ高いものがある。プリンターに於いては印字速
度の向上や感光ドラムに対する要求性能の緩和のためよ
り大きな光量が求められるし、画像読み取り装置にして
も読み取り速度の向上のため光量の増加が要求される。

ＥｉＴＩＰＩＬの輝度を向上する手段としては材料や作
製方法の改良を別とすれば、活性層の厚さを大きくする
こと、駆動の電圧を上げること、駆動周波数を高くする
こと等が上げられる。活性層の厚さを太き《することは
駆動電圧の上昇を招くため、これらの手段は何れもＩ！
ｉＴ？Ｉ！Ｌから発生する電気的な雑音を増加させてし
まう。雑音の発生はどんな装置に対する応用でも望まし
いものではない。特に画像読み取り装置Ｋ応用する場合
、光電変換素子による画像の読み取りは微小電荷を扱う
ものであり、この雑音の増加は大きな問題となる，なか
でも原稿と同じ長さの画素列長を有する密着型の撮像装
置を用いる場合Ｋは、光源と光電変換素子とが近接して
おりその影響は非常Ｋ大きなものとなる。

そこで本発明はこの様な課題を解決するためのもので、
電気的雑音の増加を招くことな＜ＥＴＦＥＬの光量を増
加させることを目的とする。

［課題を解決するための手段コ 本発明のＨＴＩＰＭＬは複数の活性層を有することを特
徴とする。

また、外周側の電極を一定電位とし、内側の電位を変化
させ活性層を発光させることを特徴とする。

また、本発明の画像読み取り装置は光源として複数の活
性層を有することを特徴とする。

［実施例］ 以下実施例により本発明を説明する。

第１図は本発明の実施例Ｋ於けるＩ！：ＴＩＦＩＩＬの
一例を示す断面図である。

同図に於て１０１は絶縁性の基板、１０２は下部電極層
、１０３，１０５，１０７及び１０９は誘電体層、１０
４及び１０８はエレクトロルミネッセンスの活性層、１
０６は中央電極層、１１０は上部電極層である。下部電
極層はスバッタ法により形成したパラジウム膜で膜厚は
１ａＯａｌ、誘電体層は電子ビーム蒸着法により形成し
た酸化イットリウム（ＹｚＯｘ　）ｇで膜厚はそれぞれ
２５００Ｘ，活性層はスバッタ法Ｋより形成したマンガ
ンを添加した硫化亜鉛膜（ＺｎＳ：Ｍｎ）で膜厚は１．
３μｍ１中央電極層及び上部電極層はスバッタ法により
形成したアルミニウム膜で、膜厚は４ｏｏｏＸである。

この様に簡単な構造のため、大面積にこの素子を形成す
ることも比較的容易であり、長尺の発光面を持つものを
作製することも可能である。

この下部電極と中央電極及び中央電極と上部電極の間に
数百Ｈｚ−数百ＫＨＺの交流電圧を加えることＫより各
活性層１０４，１０９内で発光が起こる。二層構造と成
っているものの発光面の厚さは１５μｍ程で、通常の利
用方法に対しては一層の場合と殆ど変わりが無い。

この活性層が厚いほど導波路内を伝搬するモー，ドの数
が増え伝搬特性が向上するが、駆動電圧の増加及び端面
から出射する光の指向性が低下してしまう。このため発
光色Ｋも依るが、活性層の厚みとしては８０００＾〜２
μ薄程度の値を採るのが良い。

下部電極と中央電極の間及び中央電極と上部電極の間［
１１７１別に交流電圧を印加し発光させる駆動方法の他
に、下部電極と上部電極を一定電位Ｋ固定し中央電極の
みに交流電圧を印加して発光させる駆動方法も可能であ
る。この様な駆動方法をとっても各活性層に同様の交流
電界を加えることが可能であり、しかも外側に位置する
電極が中央電極に対してのシールドの働きをするため電
気的雑音の発生を大幅に抑えることが出来る。つまり単
層構造のものに比べて光量を大きくしながら雑音の低減
を図ることが可能になる。この例では下部電極と上部電
極を接続した構造とはしていないが、接続した構造とす
ることも可能である。またこの例では二層構造の場合の
みを示したが、それ以外の数の積層構造とした場合でも
以上説明した効果が有効なことは言うまでもない。

ここではＫＴＩＦＩＩＩを構成する材料として特定のも
のを記載したが、導波路を構成することが出来るもので
あれば通常の薄膜エレクトロルミネッセンス素子を構成
する材料のほとんどを利用することが可能である。例え
ば誘電体層の材料として酸化タンタル（ｆｆａ，ｏ，）
，アルミナ（Ａｌ，Ｏ，），酸化珪素，窒化珪素，チタ
ン酸バリウム（　Ｂａ　Ｔ　１ｏ　３　）　ｐ　醗化窒
化珪素（　＋１１　１　０ｘＮ，）等を利用することも
可能であるし、活性層の材料として硫化亜鉛の他Ｋも硫
化カドミウム（Ｏｄ＆），硫化ストロンチウム（８ｒＳ
）やこれらの材料を有機材料中に分散させたもの等を利
用することも可能である。また活性層中Ｋ添加する活性
剤についても銅，鉛，テルビニウム，塩素，弗素等を用
いることが可能である。

第３図は本発明によるｌ！：ＴＩＭＣ．Ｌを用いた画像
読み取り装置の一例を示す断面図である。

同図Ｋ於て光電変換素子３１１は下部電極３０２，光導
電層３０３と透明上部電極３０４により構成され、紙面
に垂直な方向Ｋ多数配列されているものとする。下部電
極はスバッタ法により形成したクロム膜で膜厚は２　０
　０　０　Ｋ、光導電層はプラズマＯＶＤ法により形成
した非品質シリコン膜で膜厚はｓｏａＯｙ，透明上部電
極層はスバッタ法Ｋよづ形成した工Ｔｏ膜で膜厚は２０
００１である。また下部電極層と同じ材料により照明窓
３３１を形成してある。

該光電変換素子上Ｋは信頼性向上及び原稿面から素子を
保護するため、３層のバクシベーシ璽ン層が設けられて
いる。３０７及び３０９は酸化珪素等の無機材料κよる
バクシベーション層で、耐湿性及び耐摩耗性を向上させ
る働きをしている。

３０８はポリイミド等の有機材料Ｋよるパッシベーシ曹
ン層で素子面上を平担化する働きをするものである。

光源としてのＥＴＩＦＫＬ５２１は該絶縁性透明基板の
素子面と反対の側に絶縁性透明基板と同程度の屈折率を
持った光学接着剤！ｌ２２により結合されている。この
ＥＴＩＦＫＬＫ先Ｋ述べたような構造と駆動方法を採用
することで、画像読み取り装置としての高感度化を図る
ことが出来ると共に電気的雑音が低減した効果も太き《
、大幅ＫＳ／Ｎを向上することができた。またこの様な
基板との結合方法は非常に効率よく絶縁性透明基板中に
照明光を入射させることが可能で、これもＬＫＤを光源
として用いる場合より有利な点である。通常１！４’Ｉ
ＰＫＬの光が出射する端面には屈折率の違いを緩和して
出射の効率を高めるために、第１図１１１に示すような
ガラス等によるコーティングが施される。しかしこの様
にすることで出射面での屈折率の差が小さくでき、コー
ティング層を設ける必要も無ぐなる。

ＥＴＦＫＬの駆動は光量の変動が光電変換素子の読み取
り走査に影響を与えないような周波数で行う必要がある
。通常この様な目的Ｋ用いられる蓄積モードの読み取夛
の場合には、走査時間が数ｍＢでこの場合Ｋは数ＫＨＺ
〜数十ＫＨｚの範囲が効率等の点でも適当である。電流
モードで読み出しを行５場合には方式にも依るがより高
い周波数が要求される。

該１ｉ：ＴＦＫＬから出射した照明光３５１は光学接着
剤３２１．絶縁性透明基板３０１，照明窓３３１を介し
て原稿面５４１Ｋ入射する．Ｋ’ｌ’ＦＫＬからの光は
鋭い指向性を持っているため、１ｊ０１１程度の基板を
介した場合でもその光の広がりは余り大きなものではな
い。絶対的な光量ではＬｌｌ！Ｄに劣るものの、原稿面
上の照度としてはより高いものを得ることが出来る。こ
のため照明窓を小さくすることが可能で、画素の面積を
縮小して解像度を向上することが出来た。またＥＴ　Ｆ
ＩＬは線状の光源のため、長手方向の明るさの均一性が
高く、光源のばらつきを補正することも不要でこのため
のコストを低減をすることも可能である。

更に薄膜トランジスタ等により走査”回路等を光電変換
素子と同一基板上Ｋ形成すれば、より読み取りの高解像
度化、低コスト化、装置の小型化を図る場合Ｋ有利であ
る。

第３図に示した実施例の様に画素の中央に照明窓をＲけ
た構造には、より高解像度化を図る場合に作製が難しく
なると言う問題がある。照明窓な充電変換素子内に殺げ
た場合、充電変換素子を構成する各層のパターン形成を
行う際に高い精度の位置合わせが要求される。高解像度
化を図るためにパターンを微細化した場合にこの位置合
わせの精度も厳し《なるためである。

第４図はこの点に留意した実施例を示すものである。

同図に於て照明室４３１は光電変換素子の下部電極層を
利用して光電変換素子４１１の外側Ｋ設けｂれている。

照明窓を構成する層は一層のみであるから、各層間の位
置合わせＫ要求される精度は大幅に低域される。

充電変換素子上Ｋは信頼性の向上を図るために酸化珪素
等の無機材料によるバクシベーシッンｌｍ４０６を設け
、その上に原稿面との摩擦による静電気の影響を防ぐた
めの導電層４０７を形成してある。この導電層の材料と
して工ＴＯ等の透明な材料を用いればこの例のようにパ
ターン形成を行う必要は無い。素子面上Ｋは光学接着剤
層４０８Ｋより原稿面から素子を保護するためのカバー
ガラス４０９を接着してある。カバーガラスとしては市
販されている５０μ肩程度の厚さのものが利用でき、読
み取り面の信頼性を大幅に向上させることが出来る。光
学接着剤層とカバーガラスとの境界面に於ける反射光は
、迷光となって画像読み取りのｓ　／　Ｈの低下を招く
可能性が高いため、光学接着剤層のとしてはカバーガラ
スの屈折率と同等かやや小さい屈折率を持つものを選ん
でいる。

またこの様な読み取り面の構造は第１図に示した実施例
でも利用することが出来る。

第３図Ｋ示した実施例と同様、ＥＴＦＥＬは絶縁性透明
基板の素子面と反対の側に光学接着剤４２２！Ｃより結
合されている。この光学接着剤を用いた結合方法は、こ
の例のように原稿面への照明光の入射角度を大きく取ろ
うとする場合に、効率よく絶縁性透明基板内に照明光を
入射させることが出来ると言５特徴がある。この入射角
度が小さすぎる場合には、殆ど垂直に近い場合を除いて
、原稿面及びカバーガラスの表面での表面反射光が光電
変換素子に入射してしまい、Ｓ／Ｎが低下してしまう。

大きすぎる場合にはカバーガラスの表面から照明光が出
射出来なくなり画像の読み取りが行えない。このため読
み取りを行うことの出来る範囲は、殆ど垂直な場合か１
０度〜５０度位の間である。照明窓と光電変換素子との
距離にもよるが５０度〜４０度の範囲で特に良好な読み
取りを行うことが出来る。

以上原稿面に光電変換素子を近接させて読み取りを行５
方式の画像読み取り装置の光源としての応用のみを説明
したが、画像読み取り装置の光源として広《用いること
が出来る。そればかりでな《指向性の高い線状光源を必
要とするものに対して広く応用することが可能である。

例えばプリンター用の液晶シャッターアレイの光源とし
て利用することも可能である。更に複数の素子を形成し
、各素子間忙遺択機能を付与し感光ドラムを用いたプリ
ンターの書き込み用のヘッドとして用いるような場合に
於いても、光量の増大させることが出来有用である。

［発明の効果］ 以上述べたようＫ本発明を用いることＫより、ＥＴＦＫ
Ｌの光量の増大を図りながら発生する電気雑音を低減す
ることが可能となった。このためＫＴｌＰＫＬの光源と
しての指向性の高さ、輝度の大きさ、信頷性の高さを生
かすことが可能になりより広範囲の応用が可能になった
。

またこの様なＫＴ　ＦＥＬを光源として用いることで、
低コスト性やコンパクト性を損なうことなく画像読み取
り装置の高感度化、Ｓ／Ｈの向上を図ることが出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本茜明の１！ｉｌＦ１！ｉＬの実施例の一例を
示す断面図である。 第２図は従来のＫＴＩＫＬの一例を示す断面図である。 第３図，第４図は本発明のＫＴ？ＩｆｉＬを光源として
用いた画像読み取り装置の例を示す断面図である。 １０１，２０ｔ・・・・・・絶縁性基板１０２，２０２
・・・・・・下部電極眉１０３，１０５，１０７，１０
９，２０５，２０５・・・・・・・・・・・・・・・・
・・誘電体層１０４，１０８，２０４・・・・・・活性
層１０６・・・・・・・・・・・・・・・・・・中央電
極層１　１　０　，　２０６・・・・・・上部電極層１
１１，２０７・・・・・・コーティング層３０１，４０
１・・・・・・絶縁性透明基板５０２　，４０２・・・
・・・下部電極層３０３，４０！５・・・・・・光導電
層３０４，４０４・・・・・・上部電極層３０５，３０
６，５０７，４０５・・・・・・バッシベーシラン層 ５１１，４１１・・・・・・充電変換素子３２１　，４
２１・・・・・・端面発光型薄膜エレクトロルミネッセ
ンス素子 ５２２，４２２・・・・・・光学接着剤５２３，４２５
・・・・・・照明光 ３３１，４３１・・・・・・照明窓

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　複数の活性層を有することを特徴とする薄膜エ
   レクトロルミネッセンス素子。
2. （２）　外周側の電極を一定電位とし、内側の電位を変
   化させ活性層を発光させることを特徴とする請求項１記
   載の薄膜エレクトロルミネッセンス素子の駆動方法。
3. （３）　請求項１記載の薄膜エレクトロルミネッセンス
   素子を用いたことを特徴とする画像読み取り装置。