JPH02265193A - 多色エレクトロルミネッセンス表示素子及びその製造方法 - 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】 技術分野 本発明は、電気信号に応答して発光する多色エレクトロ
ルミネッセンス表示素子に関する。

背景技術 電気信号に応答して多色表示するカラー表示装置として
はブラウン管が広く利用されている。装置の薄型化のた
めに液晶型表示素子も開発されている。更に、完全固体
型として高輝度の発光が得られるエレクトロルミネッセ
ンス（以下ＥＬという）を用いた表示素子も開発されて
いる。

かかるＥＬ表示素子は構造で分類すると、電極とＥＬ層
との間に絶縁層又は誘電層をもたない直流形と、電極と
ＥＬ層との間に絶縁層をもつ交流形とに分類され、該交
流形のものはドツトマトリクスＥＬ表示素子として適し
ている。

また、ＥＬ表示素子を発光するＥＬ層で分類すると、Ｅ
Ｌ層物質の微粒子をバインダで結合させ塗布形成した分
散形と、ＥＬ層物質で蒸着、スパッタ等の薄膜形成方法
で成膜した薄膜形とに分けられる。

第５図に二重絶縁形交流ＥＬ表示素子の概略断面を示す
。該ＥＬ表示素子は、ガラス透明基板１上に、ＩＴＯ等
の透明電極２、第１絶縁膜３．　　ＥＬ層５、第２絶縁
膜３、背面電極９を順に積層、形成したものである。Ｅ
Ｌ層５はＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ、ＣａＳ、ＳｒＳ等のＩＩ−
Ｖｌｌ金金属化合物半導体物質を母体物質として数％の
発光中心物質を含む層である。

かかるＥＬ表示素子の発光機構は、背面電極９と透明電
極２との間に電圧を印加して第１及び第２絶縁膜３を介
してＥＬ層５に電界が印加される。

かかる印加電界によりＥＬ層５の母体物質中に自由電子
が発生し、電界での自由電子が加速されて高エネルギー
状態のホットエレクトロンになる。

このホットエレクトロンがＥＬ層５の発光中心物質を励
起して、励起状態の緩和により所定スペクトル分布を有
する発光をする。発光色はＥＬ層５の母体物質と発光中
心物質の組合せで決定される。

例えば、ＺｎＳを母体物質とする場合、発光中心物質が
Ｓｍでは赤色発光を呈し、同様にＭｎでは黄色発光、Ｔ
ｂでは緑色発光、Ｔｍでは青色発光を呈する。

かかるＥＬ表示素子の多色化する方法としては、複数種
類のＥＬ層を平面基板上に逐次積み重ねて素子を構成す
る方法がある。しかし、この場合、ＥＬ表示素子全体の
輝度の不足やＥＬ層に欠陥が発生し易いという問題があ
る。

そこで平面基板上にＥＬ層を形成する多色の発光領域を
二次元的に配列してＥＬ表示素子を構成する方法が開発
されている。かかる平面型多色ＥＬ表示素子を製造する
方法としては、ガラス基板上にＥＬ層物質を蒸着し、ホ
トリソグラフィ法によってＥＬ層物質の薄膜を所望部分
のみ残しこれ以外を基板からフォトレジスト膜と共に剥
離除去して発光領域を形成する工程を繰り返して、複数
種類のＥＬ層物質の発光領域薄膜を二次元的に隣り合わ
せに作成する方法がある（月刊セミコンダクター・ワー
ルド、１９８７年、（８）、１５６〜１５７頁）。

かかる複数種類の発光領域作成方法は第６図に示す工程
を経ておこなわれる。まず、ガラス基板１上に透明電極
２と誘電層３とを順に積層し、その上にフォトレジスト
４を塗布し、ホトリソグラフィ法によって第１の発光領
域を設けるべき部分のフォトレジストを除去する（第６
図ａ）。続いてこの上に第１の発光領域物質５を蒸着す
る（第６図ｂ）。フォトレジスト４と共に第１の発光領
域物質５を剥離することによって所望部分のみに第１の
発光領域物質５を残す（第６図Ｃ）。

次に、フォトレジスト４を塗布し、ホトリソグラフィ法
によって第２の発光領域を設けるべき部分のフォトレジ
ストを除去する（第６図ｄ）。続いてこの上に第２の発
光領域物質６を蒸着する（第６図ｅ）。次に、フォトレ
ジスト４と共に第２の発光領域物質６を剥離することに
よって所望部分のみに第２の発光領域物質６を残し、第
１の発光領域物質５と第２の発光領域物質６とを夫々所
望部分に配設した基板が得られる（第６図ｆ）。

次に、以上の工程を第３の発光領域物質７について繰返
して、所定の発光領域すべてを所定部分に配設した基板
体を得る（第６図ｇ）。これを誘電層８で被覆しく第６
図ｈ）、それぞれの発光領域の上に対応する電極９を公
知の工程に従ってそれぞれの位置に設けてＥＬ表示素子
が製造される（第６図ｉ）。

上述のような従来の製造方法では、フォトレジスト層に
形成した孔の部分に付着堆積した発光領域層を残してフ
ォトレジスト層上の他の発光領域層をフォトレジスト層
と共に剥離して除去するので、基板の全面にわたってレ
ジスト層のパターン形状を精密に形成する必要がある。

また、発光領域層の堆積厚さなどを正確に制御する必要
もある。

このようなＥＬ素子製造方法においては、パターンの微
細化と共に工程管理の厳密さが要求されるので、発光領
域パターンの高密度化には限度がある。

発明の概要 本発明の目的は、工程管理及び発光領域パターンの高密
度化が容易に達成できる多色ＥＬ表示素子及びその製造
方法を提供することである。

本発明の多色エレクトロルミネッセンス表示素子は、発
光色の互いに異なる複数の発光領域を含むエレクトロル
ミネッセンス層を有するエレクトロルミネッセンス表示
素子であって、 前記エレクトロルミネッセンス層は母体物質及び少なく
とも１種類の発光中心物質を含む母体層と、前記発光領
域のうちの少なくとも１に対応する所定領域内に混在す
る異なる発光色の発光中心物質とからなることを特徴と
する。

本発明の多色エレクトロルミネッセンス表示素子の製造
方法は、発光色の互いに異なる発光領域を含むエレクト
ロルミネッセンス層を有するエレクトロルミネッセンス
素子の製造方法であって、母体物質と少なくとも１種類
の発光中心物質とを含む母体層を形成する成膜工程と、 前記少なくとも１種類の発光中心物質の発光色より長波
長の発光色の発光中心物質を前記母体層の前記発光領域
の少なくとも１に対応する所定領域に拡散する拡散工程
とを含むことを特徴とする。

実施例 以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ説明する。

まず、ガラス基板１の面上に透明電極２と第１誘電層３
とを順に積層したものを用意する。次に、第１図（ａ）
に示すように、この基板面の第１誘電層３上に、母体物
質と予定されるＥＬ層の複数の発光領域の中で最も短波
長の光を主に発光する発光中心物質とを含む母体層１０
を、例えば化学蒸着やスパッタリングなどの物理蒸着な
どの方法によって、均一に形成する。

母体層１０は例えば真空蒸着法などの物理蒸着法によっ
て０．３〜１．０μｍの膜厚に成膜することが好ましい
。母体層１０は、予定されるＥＬ層の複数の発光領域に
共通な母体組成である、例えば硫化亜鉛ＺｎＳなどが選
ばれる。こうした母体層１０は良好な発光特性を得るた
めに発達した結晶構造を有するものであることが望まし
い。また、予めＺｎＳの母体層を形成しておいてその上
に短波長の発光中心物質を付着させて熱拡散によって短
波長の発光中心物質を含有する母体層を形成してもよい
。

次に、第１図（ｂ）に示すように、母体層１０上におい
て発光中心物質１１ａ、１２ａをそれぞれ異なった発光
領域となるように真空蒸着によって層状に二次元的に成
膜する。この際、母体層１０は既に発光をしつる状態に
あるので発光中心物質１１ａ、１２ａの薄膜によって母
体層１０の全表面を覆うことはしない。

その薄膜付着方法としては、例えば水性塗料として母体
層１０上に印刷するなどの方法や、スパッタ蒸着などの
物理蒸着法が利用できる。特に高精密度が要求されない
ときは、通常の印刷方法を利用することが好ましい。微
細なパターンが要求されるときは印刷または蒸着とホト
エツチング工程とを併用することもできる。

次に、発光中心物質１１ａ、１２ａが薄膜状に付着した
基板１を加熱して、発光中心物質を母体層１０中に拡散
させ、第１図（ｃ）に示すように、母体層１０中に異な
った発光をなす発光領域１１゜１２を形成する。かかる
熱拡散の条件は、真空中４００〜８００℃で、５〜５０
時間程度である。

これらの発光領域１１．１２においては、母体層１０に
予め含まれている短波長の発光中心物質とこれより長波
長の発光中心物質１１ａ、１２ａが混在している。この
ように第１誘電層３上に、母体層１０である短波長発光
領域と、長波長の発光領域１１．１２とが形成される。

次に、第１図（ｄ）に示すように、短波長及び長波長の
発光領域１０，１１．１２を担持した第１誘電層３上に
、第２誘電層８を蒸着し、次に各色発光領域のそれぞれ
に対応する第２電極層５をその上に重ねて蒸着形成する
ことにより、第１図（ｅ）に示すように、本発明のＥＬ
表示素子が得られる。

具体的に本実施例のＥＬ表示素子の発光を調べた。第２
図のグラフは、母体物質ＺｎＳと短波長の発光中心物質
ＴｂＦ３とからなる母体層に長波長の発光中心物質Ｍｎ
が混在した第１図（ｅ）に示す長波長の発光領域１１か
ら発する光のスペクトル分布を示す。第３図のグラフは
、母体物質ＺｎＳと短波長の発光中心物質ＴｂＦ３とか
らなる母体層の第１図（ｅ）に示す短波長の発光領域１
０から発する光のスペクトル分布を示す。

比較例として従来のＥＬ表示素子の発光を調べた。第４
図のグラフは、熱拡散によって形成した母体物質ＺｎＳ
と長波長の発光中心物質Ｍｎとからなる従来の母体層の
長波長の発光領域から発する光のスペクトル分布を示す
。

尚、成膜条件は以下の表のとおりであり、拡散条件は何
れも５５０℃、８時間である。

このように、以上の結果から、母体層が短波長（緑）の
発光中心物質とを含むものであっても、母体層が長波長
の発光中心物質によって活性化することにより長波長の
発光中心物質が支配的となり、長波長（黄）の発光する
発光領域に転化することが判る。

なお、ここでは多色化されたＥＬ表示素子として二重絶
縁型の交流電圧印加方式のものを例として説明したが、
誘電層を省略するか又は導電層として直流電圧印加方式
とすることもできる。また、電極を透明電極材料により
形成したうえ多色化発光領域層を重積するなどしてもよ
い。

発明の効果 本発明のＥＬ表示素子によれば、多色ＥＬ層が母体物質
及び少なくとも１種類の発光中心物質を含む母体層と、
発光領域のうちの少なくとも１に対応する所定領域内に
混在する異なる発光色の発光中心物質とからなる故に、
発光中心物質の種類により長波長及び短波長の発光領域
が二元的に入り交じったＥＬ層であっても長波長の光が
優先して発光されるので複数の発光領域やその境界の設
計が容易になる。

本発明のＥＬ表示素子の製造方法によれば、各色の発光
領域に共通の母体物質と最も短波長を発光する発光中心
物質とを含む母体層上に、母体を各色発光領域にそれぞ
れ転化させつる長波長発光中心物質の薄層を付着させた
うえ、これを熱処理して各発光中心物質を母体層内に一
挙に拡散させることにより多色ＥＬ層を形成するので、
従来の製法にくらべて工程が少なくなる。そして従来、
ホトフォトレジスト上に発光領域層を形成するので高温
条件を採用できず、発光領域の組成や結晶構造等を決定
する成膜条件を自由に選択できなかったのに対し、本発
明においてはそのような制約は一切なく、任意の成膜条
件を選択できる利点がある。

更に、発光中心物質層を母体層上に付着させる方法は精
度と経済性とを満たし得るものを適宜選択でき、特に印
刷工程などが用い得るので量産性をも兼ね備えることが
できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＥＬ表示素子の製造工程における基板
の概略断面図、第２図及び第３図は本発明のＥＬ表示素
子の長波長及び短波長の発光領域における発光のスペク
トルの分布グラフ、第４図は従来のＥＬ表示素子の長波
長の発光領域における発光のスペクトルの分布グラフ、
第５図は従来のＥＬ表示素子の断面図、第６図は従来の
多色ＥＬ表示素子を製造する工程における基板の概略断
面図である。 主要部分の符号の説明

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 　（１）発光色の互いに異なる複数の発光領域を含むエ
   レクトロルミネッセンス層を有するエレクトロルミネッ
   センス表示素子であって、 前記エレクトロルミネッセンス層は、母体物質及び少な
   くとも１種類の発光中心物質を含む母体層と、前記発光
   領域のうちの少なくとも１に対応する所定領域内に混在
   する異なる発光色の発光中心物質とからなることを特徴
   とする多色エレクトロルミネッセンス表示素子。
2. （２）前記母体物質はＺｎＳであり、前記少なくとも１
   種類の発光中心物質はＴｂＦ＿３であり、かつ前記異な
   る発光色の発光中心物質はＭｎであることを特徴とする
   請求項１記載の多色エレクトロルミネッセンス表示素子
   。
3. （３）発光色の互いに異なる発光領域を含むエレクトロ
   ルミネッセンス層を有するエレクトロルミネッセンス表
   示素子の製造方法であって、 母体物質と少なくとも１種類の発光中心物質とを含む母
   体層を形成する成膜工程と、 前記少なくとも１種類の発光中心物質の発光色より長波
   長の発光色の発光中心物質を前記母体層の前記発光領域
   の少なくとも１に対応する所定領域に拡散する拡散工程
   とを含むことを特徴とする多色エレクトロルミネッセン
   ス表示素子の製造方法。
4. （４）前記母体物質はＺｎＳであり、前記少なくとも１
   種類の発光中心物質はＴｂＦ＿３であり、かつ前記長波
   長の発光色の発光中心物質はＭｎであることを特徴とす
   る請求項３記載の方法。
5. （５）前記成膜工程においては前記母体層を物理蒸着法
   により形成することを特徴とする請求項３記載の方法。
6. （６）前記拡散工程においては、前記長波長の発光色の
   発光中心物質を前記母体層上に薄膜層として成膜して、
   固相・固相直接熱拡散法により前記長波長の発光色の発
   光中心物質を前記母体層中に拡散することを特徴とする
   請求項３記載の方法。
7. （７）前記薄膜層を物理蒸着法により形成することを特
   徴とする請求項６記載の方法。
8. （８）前記薄膜層を印刷により形成することを特徴とす
   る請求項６記載の方法。