JPH0240891A - 薄膜型エレクトロルミネッセンス表示素子 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、薄膜型エレクトロルネッセンス表示素子（以
下、ＴＦＥＬと称す）に関する。

（従来の技術） ＴＦＥＬに使用される発光材料としては、従来より下記
第１表に示すように母材に発光中心となる元素イオンを
添加したものが知られている。

ところで、ＴＦＥＬの発光機構は数Ｍｖ／ｃ１１の高電
界によって発生したホットエレクトロンが発光材料の母
材の結晶中を走行し、母材中に存在する発光中心となる
元素イオンを直接衝突励起するか、もしくはホットエレ
クトロンのエネルギーが母材の結晶格子を介して伝達す
ることにより発光中心となる元素イオンを励起する。前
記元素イオンが励起されると、そのイオンの不完全電子
殻内でエネルギー遷移が行われ、この時発光現象が現わ
れる。ＴＦＥＬの発光効率は、前記発光機構の諸段階に
おけるエネルギー損失によって見積もられるが、中でも
損失要因の大なるものの１つとして母材となる化合物と
発光中心となる元素のイオン価の整合性がある。

このような観点から上記従来の発光材料を考察すると、
母材となる化合物は２価である。このため、発光中心と
して用いるマンガンイオン（Ｍｎ　２”　）は母材とイ
オン価の整合性がとれていることになる。しかしながら
、ランタニド元素イオンの場合は発光中心となるイオン
価はＥｕ以外全てプラス３（ａｌｉであり、整合性がな
い。この整合性をとる（以下、電荷補償と称す）ために
は、Ｆ″″　ＣＩ！−等のハロゲンイオンの付与が必要
となる。例えば、ＺｎＳの母材で緑の発光色を得る場合
には発光中心にＴｂＦ３を用いる。しかしＴＦＥＬにお
ける薄膜形成方法では一般的に電子ビーム蒸着法又はス
パッタ蒸着法が採用されるため、化学量論的組成の薄膜
が得られない場合がある。ＺｎＳ：ＴｂＦ３の例では、
Ｆが不足する傾向となり、ＴｂイオンがＺｎＳ格子に入
り難くなり、結果的にＴｂイオンのホットキャリアに対
する衝突断面積が小さくなり、発光効率が低下する。

このようなことから、本出願人はカラー化に必要な発光
中心としてのプラス３価の元素イオンと、この元素イオ
ンに電荷補償を行なわずに容易に整合し得るＧａＮなど
のｍｂ−ｖｂ族化合物からなる母材とにより構成された
発光層を備えた高発光効率のＴＦＥＬ　（特願昭［１３
−１８９２４号）を提案した。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、既に出願したＴＦＥＬを更に改良して輝度向
上を達成したＴＦＥＬを提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、発光層の両面もしくは片面に誘電体層をｑす
る薄膜型エレクトロルネッセンス表示素子において、前
、２発光層はＡｆ　Ｇ　ａ　１−ｘＮ（０＜ｘ　＜１　
）で表されるｍｂ−ｖｂ族３元系化合物からなる母材に
発光中心となる元素イオンを添加したものから構成され
ることを特徴とする薄膜型エレクトロルネッセンス表示
素子である。

上記発光中心となる元素イオンとしては、マンガンイオ
ン及びランタニド元素イオンから選ばれる１袖又は２種
以上のものを使用することができる。

（作用） 本発明によれば、発光層の一構成成分としてＡＪ！Ｇａ
　　　Ｎ　（０＜ｘ　＜１　）で表されるｍｂＸ　　　
Ｉ−１［ −ｖｂ族３元系化合物からなる母材を用いることによっ
て、キャリア移動度を阻害することなくバンドギャップ
を大きくでき、しかも電気抵抗率を高めることが可能と
なるため、前記発光機構との関係でＴＦＥＬの輝度向上
を達成できる。即ち、前記ｍｂ−ｖｂ族３元系化合物に
おけるバンドギャップ（Ｅｇ　）はＡＩ！　Ｇａ　　　
ＮのＸとの関係Ｘ　　　　　　ｌ−ｘ で　　Ｅｇ　　−３，４３＋３．６２ｘ　　−０，８８
６ｘ　　２　（ｅＶ）　　で表されるが、これはｘ−０
の時、つまりＧａＮの状態でＥｇが最小となるので、輝
度向上の点でＧａＮに比べて優位な性質を有する。また
、電気抵抗率については第１図に示すように前記Ａｆ　
Ｇａ　　　ＮのＸ値が増加するに伴って指数ｘ　　　１
−ｘ 関数的に高くなる。電気抵抗率が高くなることは、前記
発光機構との関係でホットエレクトロンのエネルギーを
増大させＴＦＥＬの輝度向上を達成できる。更に、キャ
リア移動度は第２図に示すように前記ＡＪ　　Ｇａ　　
　ＮのＸ値の変化に対する関　　　ＬＸ 速性が薄く、キャリア移動度の変動（阻害）要因とはな
らない。

また、フルカラー表示に必要な青色、緑色、赤色の発光
に対しては前記発光機構を前提した場合、Ｔｌｌ１３÷
　（青色）、Ｔｂ”（緑色）、ＳＩＢ”（赤色）等の３
価のランタニド元素イオンが発光中心に用いられるが、
母材がＡｆ　Ｇａ　　　Ｎｘ　　　１−ｘ （０＜ｘ　＜１　）で表される３価のｍｂ−ｖｂ族３元
系化合物であるため、３価の元素イオンに電荷補償を行
なわずに容易に整合できる。

従って、発光層の一構成成分として Ａｆ　　Ｇａ　　　Ｎ　（０＜Ｘ　＜１　）で表される
ｘ　　　１−ｘ ｍｂ−ｖｂ族３元系化合物からなる母材を用いることに
よって、カラー化に必要な所望の色を効率よく、しかも
高輝度で発光することが可能なＴＦＥＬを得ることがで
きる。また、ＡＩ　　Ｇａ　　　図中のＸ値を変えるこ
とによってｘ　　　１−ｘ 発光現象に対して適切な物性をａするＴＦＥＬを得るこ
とが可能となる。

（発明の実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

実施例１ 第３図は、本実施例のＴＦＥＬの一形態を示す概略断面
図であり、図中の１はガラス基板である。

この基板１上には、ＩＴＯからなる厚さ１７００人の透
明電極２が被覆されている。この透明電極２上には、厚
さ４０００〜５０００人のＴａ２０５からなる誘電体層
３か被覆されている。この誘電体層３上には、ＡＩ！　
　Ｇａ　　　Ｎの母材に発光中心として０．３５　　０
．６５ のＴｍ’十を０．１ｗｔ％添加した組成を有する厚さ４
０００〜４５００人の発光層４が被覆されている。この
発光層４上には、厚さ４０００〜５０００人のＴａ２０
５からなる誘電体層５が被覆されており、かつ該誘電体
層５上にはＡ７電極６が設けられている。なお、発光層
４の電気抵抗率は１Ｘ１０５Ωα、光学バンドギャップ
は４．３ｅＶであった。

しかして、本実施例１のＴＦＥＬにおける透明電極２と
Ａ、ｆｆ電極６間に周波数（正弦波）７００　Ｈｚ　、
電圧１００　Ｖ　ｒＩｌｓの条件で印加させた時の発光
スペクトルを測定したところ、第４図に示す発光スペク
トル特性図が得られ、Ｔ■３＋固有の青色の発光が確認
された。

また、実施例１のＴＦＥＬについて同一周波数において
電圧を変えた時の電圧−輝度特性を第５図に実線で示す
。なお、同第５図中には参照例１としてＧａＮからなる
母材を用いた以外、実施例１と同構成のＴＦＥＬの電圧
−輝度特性を点線で示す。かかる第５図より明らかなよ
うに本実施例１のようにＡＩ　　　Ｇａ　　　Ｎを母材
とすることＯ４００，６５ によって輝度及びその立ち上がり特性を大幅に改良され
ることがわかる。

実施例２ 発光層として実施例１と同様な Ａ、１１’　　　　　Ｇａ Ｏ，３５０，６５Ｎの母材に発光中心としてのＴｂ３＋
を４ｗｔ９６添加した組成のものを用いた以外、実施例
１と同構造のＴＦＥＬを組立てた。

しかして、本実施例２のＴＦＥＬについて実施例１と同
様な条件で電極間に電圧を印加させた時の発光スペクト
ルを測定したところ、第６図に示す発光スペクトル特性
図が得られ、Ｔｂ３＋固有の緑色の発光が確認された。

また、同一周波数において電圧を変えた時の電圧−輝度
特性を第７図に実線で示す。なお、同第７図中には参照
例２としてＧａＮからなる母材を用いた以外、実施例２
と同構成のＴＦＥＬの電圧−輝度特性を点線で示す。か
かる第７図より明らがなように本実施例２のようにＡＩ
　　　Ｇａ 。、３５　　０．６５Ｎを母材とすることによって輝度
及びその立ち上がり特性を大幅に改良されることがわか
る。

実施例３ 発光層として実施例１と同様な Ａｉ　　Ｇａ　　　Ｎの母材に発光中心として０．３５
　　０．６５ ＳＩＤ３÷を０．５　ｖｔ％添加した組成のものを用い
た以外、実施例１と同構造のＴＦＥＬを組立てた。

しかして、本実施例３のＴＦＥＬについて実施例１と同
様な条件で電極間に電圧を印加させた時の発光スペクト
ルを測定したところ、第８図に示す発光スペクトル特性
図が得られ、Ｓｍ３＋固有の赤色の発光が確認された。

また、同一周波数において電圧を変えた時の電圧−輝度
特性を第９図に実線で示す。なお、同第９図中には参照
例３としてＧａＮからなる母材を用いた以外、実施例３
と同構成のＴＦＥＬの電圧−輝度特性を点線で示す。か
かる第９図より明らかなように本実施例３のようにＡ、
ｌ’　　　Ｇａ　　　Ｎを母材とすることに０．３５　
　０．６５ よって輝度及びその立ち上がり特性を大幅に改良される
ことがわかる。

実施例４ 発光層として実施例１と同様な ＡＩ！　　Ｇａ　　　Ｎの母材に発光中心としての０．
３５　　０．８５ ＭｎＺ＋をｌ　ｉｚｔ％添加した組成のものを用いた以
外、実施例１と同構造のＴＦＥＬを組立てた。

しかして、本実施例４のＴＦＥＬについて実施例１と同
様な条件で電極間に電圧を印加させた時の発光スペクト
ルを測定したところ、第１０図に示す発光スペクトル特
性図が得られ、Ｍｎ２＋固有のオレンジの発光が確認さ
れた。また、同一周波数において電圧を変えた時の電圧
−輝度特性を第１１図に実線で示す。なお、同第１１図
中には参照例４としてＧａＮからなる母材を用いた以外
、実施例４と同構成のＴＦＥＬの電圧−輝度特性を点線
で示す。かかる第１１図より明らかなように本実施例４
のようにＡＩ　　　Ｇａ　　　Ｎを母材と０．３５　　
０．６５ することによって輝度及びその立ち上がり特性を大幅に
改良されることがわかる。本実施例４では、母材（Ａ、
ｆｆ　　　Ｇａ　　　Ｎ）と発光中心の元素イ０．３５
　　０．［ｉ５ オン（Ｍｎ　２”　）とのイオン価の整合性がとれてい
ないが、Ｍｎイオン固有の発光がなされた。

実施例５．６ 実施例１と同様なＡＪ　　　Ｇａ　　　Ｎの母材に０．
３５　　０．８５ 発光中心としてのＣｅ３＋及びＳＩ３＋より色純度の優
れたＥｕ３＋を夫々添加した組成のものを用いた以外、
実施例１と同構造の２種のＴＦＥＬを組立て、これらＴ
ＦＥＬについて実施例１と同様な発光動作条件で発光さ
せたところ、前者のＴＦＥＬはＣｅ３＋固有の青緑色の
発光、後者のＴＦＥＬはＥｕ３＋固有の赤色の発光が確
認された。

上記各実施例から例えば白色の発光色を得るためには、
ランタニド元素に属するプラセオジウムイオン（Ｐｒ　
３÷）、又はセリウムイオン（Ｃｅ　３”　）とユウロ
ピウム（Ｅｕ”）（７）１１合体を夫々発光中心として
用いることが荷動である。

また、ディスプロシウムイオン（Ｄｙ　３”　）、ホル
ミウムイオン（ＨＯ３＋）、エルビウムイオン（Ｅｒ　
３”　）又はネオデイラムイオン（Ｎｄ　３”　）等の
他のランタニド元素イオンを発光中心として用いた場合
、夫々の元素イオン回付の発光色が得られることは上述
した発光機構及び実施例により容易に予想し得るもので
ある。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば ＡＪ　Ｇａ　　　Ｎ　（０＜ｘ　＜１　）で表されるｍ
ｂｘ　　　ｌ−１Ｆ −ｖｂ族３元系化合物を母材とすることによりプラス３
価のランタニド元素イオンが電荷補償を行なうことなく
最適な発光中心として作用でき、更にキャリア移動度に
影響を与えることなく電気抵抗利率及びバンドギャップ
を高めることができ、ひいてはカラー化に必要な所望の
色を効率よく、かつ高輝度で発光しｉする薄膜型エレク
トロルミネッセンス表示素子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＡＩ！　Ｇａ　　　ＮのＸ値と電気ｘ　　　ｌ
−ｘ 抵抗率との関係を示す特性図、第２図はＡｉ　Ｇａ　　
　ＮのＸ値の変化に対するキャリアｘ　　　ｌ−ｘ 移動度との関係を示す特性図、第３図は本発明のＴＦＥ
Ｌの一形態を示す概略断面図、第４図は本実施例１のＴ
ＦＥＬの発光スペクトル図、第５図は本実施例１及び参
照例１のＴＦＥＬにおける電圧−輝度特性図、第６図は
本実施例２のＴＦＥＬの発光スペクトル図、第７図は本
実施例２及び参照例２のＴＦＥＬにおける電圧−輝度特
性図、第８図は本実施例３のＴＦＥＬの発光スペクトル
図、第９図は本実施例３及び参照例３のＴＦＥＬにおけ
る電圧−輝度特性図、第１０図は本実施例４のＴＦＥＬ
の発光スペクトル図、第１１図は本実施例４及び参照例
４のＴＦＥＬにおける電圧−輝度特性図である。 ｌ・・・ガラス基板、２．６・・・電極、３．５・・・
誘電体層、４・・・発光層。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 第 ２図 Ａ鳥３ｓＧａｏ６ｓＮ：Ｔｍ 第４図 ａＦｆ＜イ４−＊−ｖ＊＞ 第 ５図 第 ３図 Ａｆｏ３ｓＧａｏ６ｓ　Ｎ　：Ｍ　ｎ 第 １０図 第 １１図 ＡＪ’ｏ、ａｓＧａｏ６ｓＮ：丁す 第６図 第７図 Ａｌｏ３ｓＧａｏ６ｓＮ：Ｓｒｎ 第８図 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　発光層の両面もしくは片面に誘電体層を有する
   薄膜型エレクトロルネッセンス表示素子において、前記
   発光層はＡｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＮ（０＜ｘ＜１）で
   表されるIIIｂ−Ｖｂ族３元系化合物からなる母材に発
   光中心となる元素イオンを添加したものから構成される
   ことを特徴とする薄膜型エレクトロルネッセンス表示素
   子。
2. （２）　発光中心となる元素イオンは、マンガンイオン
   及びランタニド元素イオンから選ばれる１種又は２種以
   上のものであることを特徴とする請求項１記載の薄膜型
   エレクトロルネッセンス表示素子。