JPH02250291A - 多色発光薄膜エレクトロルミネセンス装置 - Google Patents

多色発光薄膜エレクトロルミネセンス装置

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JPH02250291A
JPH02250291A JP1072422A JP7242289A JPH02250291A JP H02250291 A JPH02250291 A JP H02250291A JP 1072422 A JP1072422 A JP 1072422A JP 7242289 A JP7242289 A JP 7242289A JP H02250291 A JPH02250291 A JP H02250291A
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film
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純 桑田
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    • H05B33/22Light sources with substantially two-dimensional [2D] radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of auxiliary dielectric or reflective layers
    • HELECTRICITY
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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、OA機器の情報端末に用いられる薄型平板デ
イスプレィへの利用等に適している薄膜エレクトロルミ
ネセンス装置に関する。
従来の技術 従来、薄膜エレクトロルミネセンス(以下薄膜ELと略
す)装置を用いたデイスプレィとして以下に示すような
構成が提案されている。第13図は、発光体層5の両側
に誘電体層4.6を設け、さらにそれを透明電極2と背
面電極7で挟み込んだ構造をしている。発光体層5とし
て緑色発光する ZnS: Tb、  F’l  黄橙
色発光するZnS: Mnを用いた薄膜ELデイスプレ
ィがある。いづれも、発光の取出は、透明電極が設けら
れた側のガラスの面より行なっており、発光中心より放
出される光強度の約10%以下しか取り出せていない。
これは、フレネルの法則に従っており、蛍光体層内の発
光中心より放出される光が発光体層5と誘電体層4,6
あるいは透明電極層2の界面で反射してしまう量が90
%以上あることを表している。言い換えれば、発光波長
に対する全反射角が約25度と大変狭いためである。
一方、幅広い発光波長を持つ光源の波長選択を行なうた
めにファプリー・ベロー型干渉計を用いることが知られ
ている。このファプリー・ベロー型干渉計は、第14図
(a)、  (b)に示すように2枚の反射鏡8を平行
に配置し、この面間隔をLとし、反射鏡内の波数をqと
するときの光の干渉条件である L @q=に・π (πは円周率) という条件を満足する光だけがこの干渉計を透過する。
但し、Kは、正の整数である。実際には反射鏡の反射率
Rが大きくなると第15図(a)。
(b)のように光のスペクトルの半値幅は、狭くなるこ
とがわかっている。これに関しては霜田光−著レーザー
物理入門(1983年4月22日、岩波書店発行)の5
1頁から56頁に記載されている。
またさらに、この干渉計の中にレーザー媒体を挿入する
とレーザー共振器となることも知られている。
一方、繰り返し多層膜ではさまれた薄膜の干渉(いわゆ
る、多層膜光干渉フィルタ)は、第16図に示した構造
をしているが、この様な構造を持ちしかも高い反射層を
両面にもつ薄膜の干渉特性は、第17図に示したように
前述のファプリー・ベロー干渉計と同様の効果が得られ
ることが明らかにされている。これは、屈折率の異なる
光学薄膜を発光波長λに対し反射防止の条件;(n会d
= (1/4+m/2)*λ;nは屈折率、 dは膜厚
、m=o+  L  2・・・)を満たす膜厚で積層し
、形成される。このことに関しては例えば、藤原史朗編
光学薄膜(1985年2月25日、共立出版株式会社発
行)の30頁から34頁や98頁から129頁に記載さ
れている。
発明が解決しようとする課題 第13図に示した薄膜EL装置では、製法が容易である
利点を有し、輝度−電圧特性が急に立ち上がる性質を利
用してマl−IJフックスの電極構造を持つ薄膜ELデ
イスプレィが実用化されている。
一方、この薄膜EL装置の発光色は、蛍光体層にZnS
:Mnを用いた黄橙色とZnS: Tbを用いた緑色し
か実用化されていない。3原色を持つ薄膜EL表示装置
を製造しようとするには、赤色と青色の発光色を持ち発
光効率の高い蛍光体層用材料が各々必要であるが実用化
できるまでには至っていないのが現状である。発光効率
の向上が非常に大きな課題である。
本発明は、このような従来技術の課題を解決することを
目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、少なくとも一方が光透過性を有する一対の電
極層により、蛍光体層あるいは蛍光体層と誘電体層の積
層構造体に電圧が印加されるように構成されるとともに
、前記蛍光体層あるいは前記蛍光体層と誘電体層の積層
構造体内における、光の取出側に、蛍光体層より放射さ
れる発光波長の任意の波長を選択的に透過する多層膜の
干渉フィルタを含む構成にする。あるいは1本発明は、
少なくとも一方が光透過性を有する一対の電極層により
、蛍光体層あるいは蛍光体層と誘電体層の積層構造体に
電圧が印加されるように構成されるとともに、前記蛍光
体1層あるいは前記蛍光体層と誘電体層の積層構造体自
体を発光波長の任意の波長を選択的に透過する多層膜光
干渉フィルタを構成する。さらに、異なる波長に対して
光が透過する多層膜光干渉フィルタをEL装置の両側の
透明電極に設けて異なる発光色を取り出す構成にする。
作用 本発明は、薄膜EL装置内にファプリー・ペロー光干渉
計と同様の作用をする手段を設けたことになり、蛍光体
層より自然放出される光がこの干渉計により任意の発光
波長に対して、方向が揃えられて取り出せる。従って、
蛍光体層内の発光中心から放出される所望の発光波長の
光を効率良く表示面から取り出せるので、発光効率が1
0倍以上の赤拳青・緑の3原色が得られる。また、反射
鏡として多層膜干渉フィルタを用いることにより、金属
薄膜を用いた場合に比べて光の減衰が少なく取出効率が
向上する。また、異なる発光波長をそれぞれの面より取
り出せる。
実施例 以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。
実施例1 第1図は、本発明の薄膜エレクトロルミネセンス装置に
がかる一実施例の基本構成を示す断面図である。
この薄膜エレクトロルミネセンス装置は次のようにして
製造される。即ち、ガラス基板1の上にITO透明電極
2を成膜し、その上に所望の発光波長を透過する多層膜
光干渉フィルタ層3を成膜し、さらに誘電率εい膜厚d
1の第1誘電体層4を成膜する。次に、この上に膜厚d
3の蛍光体層5を成膜し、誘電率ε2、膜厚d2の第2
誘電体層6を順に積層し、その上に反射鏡層と電極層を
兼ねた背面電極7を形成する。ここで第1誘電体層4と
蛍光体層5と第2誘電体層6の積層体の蛍光体層5の発
光波長に対する屈折率nは、エリプソメータによって測
定した。
この積層体の総膜厚dは、 d ”  d + +  d 1!+  d s   
 ・ 拳 ・ ・  (1)で表されるが、このときに
蛍光体層5の発光波長λと屈折率nと総膜厚dとの間に
次に示すような関係が成立するようにそれぞれ決定する
d=に・n・λ/2 ・・・拳(2) ここでKは、1以上の正の整数である。
この第1図に示した本発明の一実施例の薄膜EL装置の
電圧−輝度特拌は、第2図のようになり、蛍光体層から
の輝度を発光面より効率的に取り出せることができるこ
とが確かめられた。
さらに蛍光体層5に用いる蛍光体材料としては主な発光
波長が580nmで黄橙色に発光するzns: Mnの
ほかに、主な発光波長が544nmで緑色発光するZn
S: Tb、FあるいはZnS:Tb、  Pl  主
な発光波長が850nm近傍で赤色発光するCaS: 
Eut  あるいはZnS: Sm1480nm近傍で
青色発光するSrS:Ce、  あるいはZnS: T
mを用いた。また、各第1.2誘電体層4.6とし、で
は、酸化イツトリウム膜、酸化タンタル膜、酸化アルミ
ニウム膜、酸化けい素膜、窒化けい素膜や、チタン酸ス
トロンチウム膜で代表されるペロブスカイト形酸化物誘
電体膜を用いた。
第1表に本発明に用いた誘電体膜の特性を示した。
(以下余白) 第1表 本は、アモルファスのチタン酸バリウム。
また、実施した本発明の誘電体層4,6と蛍光体層5の
組合せと、積層構造体の総膜厚dの決定は、第2表に示
すような発光波長λと、エリプソメータにより決定され
た誘電体層と蛍光体層の積層構造体における発光波長に
対するμ折率nの値から、第2式に従って行われた。
第2表 K=1の場合の総膜厚dの値 第2表(続き) (単位nm) (以下余白) 本発明により所望の発光波長をもつ高発光効率の薄膜E
L装置が製造できることをに認した。
第3図、第4図、第6図に、それぞれ蛍光体層にZnS
: Tb、Fl ZnS: Sm1 SrS: Ceを
用いて製造した薄膜EL装置の発光スペクトルを示した
。本発明によれば、多層膜光干渉フィルタと反射鏡層を
持たない従来の薄膜EL装置に較べて所望の発光波長に
対して5ないし80倍の発光効率の増加とともに所望の
発光色選択でき緑・赤・青の3原色に発光する薄膜EL
装置が得られることが明らかになった。この時、Kの値
は、小さい方が、その効果が著しく、選択する発光波長
の半値幅を狭くしたほうが発光効率の増加が顕著に現わ
れた。さらに、光干渉フィルタと金属電極のふたつの反
射鏡層の反射率は発光を取り出す側の光干渉フィルタの
方を低く設定した。なお、この実施例の構成では、背面
電極側から光を取り出した方が輝度が高かった。
実施例2 本発明の他の実施例を図面に基づいて説明する。
第6図は、本発明の薄膜エレクトロルミネセンス装置の
基本構成を示す断面図である。
ガラス基板11の上にITO透明電極12を成膜し、そ
の上に、誘電率ε0、膜厚d+の第1誘電体B13を成
膜し、さらに反射鏡を兼ねた多層膜光干渉フィルタ層1
4を成膜する。次に、この上に膜厚d3の蛍光体層15
を成膜し、誘電率ε2、膜厚d2の第2誘電体層16を
順に積層し、その上に反射鏡層と電極層を兼ねた背面電
極17を形成する。ここで蛍光体層15と第2誘電体層
16の積層体の蛍光体層15の発光波長に対する屈折率
nは、エリプンメータによって測定した。
この積層体の総膜厚dは d=d2+da  ・・Φ・(3) で表されるが、このときに蛍光体層の発光波長λと屈折
率nと総膜厚dとの間に次に示すような関係が成立する
ようにそれぞれ決定する。
d=に拳n・λ/2 ・・・・(4) ここでKは、1以上の正の整数である。
この第6図に示した本発明の一実施例の薄膜EL装置の
電圧−輝度特性は、第7図のようになり、蛍光体層から
の輝度を発光面より効率的に取り出せることができるこ
とが確かめられた。
さらに蛍光体層に用いる蛍光体材料としては主な発光波
長が580nn1で黄橙色に発光するZ n L):M
nのほかに、主な発光波長が544nmで緑色発光する
ZnS: Tb、FあるいはZnS: Tb、P、主な
発光波長が650nm近傍で赤色発光す′るCaS:E
u1  あるいはZnS: 8111%  480nm
近傍で青色発光するSr3:Ce、  あるいはZnS
: Tmを用いた。また、各第1.2誘電体層13.1
8としては、酸化イツトリウム膜、酸化タンタル膜、酸
化アルミニウム膜、酸化けい素膜、窒化けい素膜や、チ
タン酸ストロンチウム膜で代表されるペロブスカイト形
酸化物誘電体膜を用いた。第1表に本発明に用いた誘電
体膜の特性を示した。
また、実施した本発明の誘電体層と蛍光体層の組合せと
総膜厚dの決定は、第2表に示すような発光波長λとエ
リプソメータにより決定された誘電体層と蛍光体層の積
層体における発光波長に対する屈折率nの値から、第4
式に従って行われた。
本発明により所望の発光波長をもつ高発光効率の薄膜E
L装置が製造できることを確認した。第8図、第9図、
第10図にそれぞれ蛍光体層にZnS: Tb+  F
、ZnS: Sm1 SrS: Ceを用いて製造した
薄膜EL装置の発光スペクトルを示した。本発明によれ
ば、光干渉フィルタと反射鏡層を持たない従来の薄膜E
L装置に較べて6ないし80倍の発光効率の増加ととも
に所望の発光色が選択でき緑・赤・青の3原色に発光す
る薄膜EL装置が得られることが明らかになった。また
、選択する発光波長の半値幅を狭くしたほうが発光効率
の増加が顕著に現われた。さらに、ふたつの光干渉多層
膜フィルタを用いた反射鏡層の反射率は発光を取り出す
側の方を低く設定した。なお、この実施例の構成では、
背面電極側から光を取り出した方が輝度が高かった。
実施例3 本発明の更に他の実施例を図面に基づいて説明する。
第11図は、本発明の薄膜エレクトロルミネセンス装置
の基本構成を示す断面図である。
ガラス基板31の上に透明電極32を成膜し、その上に
、発光波長に対する屈折率n+が1.5程度の光学薄膜
(例えば、MgF2(n+=1.38)、SfO*(n
+=i、52))を誘電率ε4、膜厚d+の第1誘電体
層33として成膜する。次に、この上に、屈折率n3が
2.4程度で膜厚d3の蛍光体層34を成膜し、再び第
1誘電体層と同じ誘電体薄膜を第2誘電体層35として
順に積層し、再び屈折率n3が2.4程度で膜厚d3の
蛍光体層36を成膜し、再び第1誘電体層と同じ誘電体
薄膜を第3誘電体層37として順に積層し、さらにこの
上に、屈折率nsが2.4程度で膜厚d4(2倍のda
)の蛍光体層38を成膜し、再び第1誘電体層と同じ誘
電体薄膜を第4誘電体層39として順に積層し、再び屈
折率n3が2.4程度で膜厚d3の蛍光体層40を成膜
し、再び第1誘電体層と同じ誘電体薄膜を15誘電体層
41さらにこの上に、屈折率n3が2.4程度で膜厚d
3の蛍光体層42を成模し、再び第1誘電体層と同じ誘
電体薄膜を第6誘電体層43を順に積層し、反射鏡層と
電極層・を兼ねた背面電極44を形成する。ここで、第
1誘電体層と蛍光体層と第2誘電体層の発光波長久−に
対する屈折率n1とn3は、エリプソメータによって測
定した。さらに、第1、第2誘電体層の膜厚パd+と蛍
光体層の膜厚d3は多層膜光干渉フィルタの設計法に従
って、 n+ @  d+= n3”  ds=λ。/4なる式
が満足されるように決定された。
すなわち、エレクトロルミネセンスと光干渉多層膜フィ
ルタを兼ね備えたEL素子を形成したことになる。
この第11図に示した本発明の一実施例の薄膜EL装置
の電圧−輝度特性は、蛍光体層から発光波長λ3の光を
発光面より効率的に取り出せることができることが確か
められた。
さらに蛍光体層に用いる蛍光体材料と12、ては主な発
光波長が580nmで黄橙色に発光するZnS:Mnの
ほかに、主な発光波長が544nmで緑色発光するZn
S: Tb+  FあるいはZnS: Tb+  Pi
主な発光波長がθ50nm近傍で赤色発光するCaS:
Eu、  あるいはZnS: Sm、480nm近傍で
青色発光するSrS:Ce1  あるいはZnS:Tm
を用いた。また、各第1.2誘電体届としては、酸化イ
ツトリウム膜、酸化タンタル膜、酸化アルミニウム膜、
酸化けい素膜、窒化けい素膜や、チタン酸ストロンチウ
ム膜で代表されるペロブスカイト形酸化物誘電体膜を用
いた。
実施例4 本発明の他の実施例を図面に基づいて説明する。
第12図は、本発明の薄膜エレクトロルミネセンス装置
の基本構成を示す断面図である。
ガラス基板45の上にITO透明電極46を成膜し、そ
の上に所望の発光波長λ1を中心に透過する多層膜光干
渉フィルタ層47を成膜し、さらに誘電率ε宣、膜厚d
+の第1誘電体層48を成膜する。次に、・ この上に
膜厚d3の蛍光体層4θを成膜し、誘電率ε2、膜厚d
2の第2誘電体層50を順に積層し、その上に所望の発
光波長λ2(λ2はλ。
と異なる)を中心に透過する多層膜光干渉フィルタ層5
1と透明電極52を形成する。ここで第1誘電体層48
と蛍光体層49と第28電体層50の積層体の蛍光体層
の発光波長に対する屈折率nは、エリプソメータによっ
て測定した。
この積層体の総膜厚dは、 d=d++ds+da    ”  ”  ・ ・ (
5)で表されるが、このときに蛍光体層の発光波長λと
屈折率nと総膜厚dとの間に次に示すような関係が成立
するようにそれぞれ決定する。
d=K  拳 n*  λ /2   −−−−(6)
ここでKは、1以上の正の整数である。
この第12図に示した本発明の一実施例の薄膜EL装置
の電圧−輝度特性は、蛍光体層からの輝度を発光面より
効率的に取り出せることができることが確かめられた。
これは、多層膜の光干渉フィルタが反射鏡層の役割を果
たし、第1、第2誘電体層と蛍光体層の積層部がファプ
リー・ペロー干渉計を形成しているためであると考えら
れる。
さらに蛍光体層に用いる蛍光体材料としては屈折率が2
.4程度で主な発光波長が580nmで黄橙色に発光す
るZnS:Mnのほかに、白色発光するSrS: Ce
、に、EuあるいはZnS:PrFsやSrS: Pr
、Fを用いた。また、各第1.2誘電体層としては、酸
化イツトリウム膜、酸化タンタル膜、酸化アルミニウム
膜、酸化けい素膜、窒化けい素膜や、チタン酸ストロン
チウム膜で代表されるペロブスカイト形酸化物誘電体膜
を用いた。
発明の効果 本発明によれば、OA機器用端末、テレビジョン用画像
表示装置としてのフルカラーフラットデイスプレィ等に
利用できる、高い発光効率で所望の発光波長で発光する
薄膜エレクトロルミネセンス装置を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の薄膜エレクトロルミネセン
ス装置の基本構成を示す断面図、第2図は本発明の一実
施例の薄膜EL装置の輝度−電圧特性を示すグラフ、第
3図は本発明の一実施例の薄膜エレクトロルミネセンス
装置の発光スペクトルを示すグラフ、第4図は本発明の
一実施例の薄膜エレクトロルミネセンス装置の発光スペ
クトルを示すグラフ、第5図は本発明の一実施例の薄膜
エレクトロルミネセンス装置の発光スペクトルを示すグ
ラフ、第6図は本発明の他の実施例の薄膜エレクトロル
ミネセンス装置の基本構成を示す断面図、第7図は本発
明の実施例の薄膜EL装置の輝度−電圧特性を示すグラ
フ、第8図は本発明の実施例の薄膜エレクトロルミネセ
ンス装置の発光スペクトルを示すグラフ、第9図は本発
明の実施例の薄膜エレクトロルミネセンス装置の発光ス
ペクトルを示すグラフ、第10図は本発明の実施例の薄
膜エレクトロルミネセンス装置の発光スペクトルを示す
グラフ、第11図は本発明の他の実施例の薄膜エレクト
ロルミネセンス装置の基本構成を示す断面図、第12図
は発明の他の実施例の多色発光薄膜エレクトロルミネセ
ンス装置の基本構成を示す断面図、第13図は従来例で
ある薄膜EL素子の断面構造図、第14図はファプリー
脅ベロー型干渉計を示す部分正面図、第15図はファプ
リm−ペロー型干渉計の動作原理を示す光路図及びグラ
フ、第16図は多層膜光干渉フィルタを示す正面図、第
17図は多層膜光干渉フィルタの基本特性を示すグラフ
である。 工・・・・ガラス基板、2・・・・透明電極、3・・・
・多層膜光干渉フィルタ、4・・・・第1誘電体層、5
・・・蛍光体層、6・・・・第2誘電体層、7・・・・
反射鏡層を兼ねた背面電極。 第 l 図 襄廿岨駅頑奴 第 図 丘■ マロ 亀 氏 !!l!に釈衆銀侭憚−訃貝) 区 爬t2掘鼓粥 粥 図 r=p 、t+c+ 艷 瓦 処 因 1g−動習電源 浮す牟象顕璽 早賃嫁〈匍鰹(喫綱亨皺) 第11図 =廿駅架@擲 区 第12図 入2の5艮黍ケ弛光 番 入fの汲曇の発光 第13因 第15図 (α2 (b) 第1 4図 ((lン 茫策rI:i玲、 (b)透明」体開晩 第16図 第17図 、奪さの炭化(S入)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1.  (1)少なくとも一方が光透過性を有する一対の電極
    層により、蛍光体層あるいは蛍光体層と誘電体層の積層
    構造体に電圧が印加されるように構成されるとともに、
    前記蛍光体層あるいは前記蛍光体層と誘電体層の積層構
    造体内における、光の取出側に、蛍光体層より放射され
    る発光波長の任意の波長を選択的に透過する多層膜の光
    干渉フィルタを備えたことを特徴とする薄膜エレクトロ
    ルミネセンス装置。
  2. (2)少なくとも一方が光透過性を有する一対の電極層
    により、蛍光体層あるいは蛍光体層と誘電体層の積層構
    造体に電圧が印加されるように構成されるとともに、前
    記蛍光体層あるいは前記蛍光体層と誘電体層の積層構造
    体を発光波長の任意の波長を選択的に透過する多層膜光
    干渉フィルタに構成にしたことを特徴とする薄膜エレク
    トロルミネセンス装置。
  3. (3)光透過性を有する一対の電極層により、蛍光体層
    あるいは蛍光体層と誘電体層の積層構造体に電圧が印加
    されるように構成されるとともに、前記蛍光体層あるい
    は前記蛍光体層と誘電体層の積層構造体内における、両
    側の光の取出面側に、蛍光体層より放射される発光波長
    より異なる任意の波長を選択的に透過する2種類の多層
    膜の光干渉フィルタが設けられたことを特徴とする多色
    発光薄膜エレクトロルミネセンス装置。
JP1072422A 1989-03-24 1989-03-24 多色発光薄膜エレクトロルミネセンス装置 Expired - Lifetime JP2553696B2 (ja)

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