JPH027072B2 - - Google Patents
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- JPH027072B2 JPH027072B2 JP55011362A JP1136280A JPH027072B2 JP H027072 B2 JPH027072 B2 JP H027072B2 JP 55011362 A JP55011362 A JP 55011362A JP 1136280 A JP1136280 A JP 1136280A JP H027072 B2 JPH027072 B2 JP H027072B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- zns
- light
- layer
- thin film
- light emitting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
- Illuminated Signs And Luminous Advertising (AREA)
Description
本発明は交流電界の印加に依つてEL（Electro
Luminescence）発光を呈する薄膜発光素子（薄
膜EL素子）の構造に関し、特に複数の発光層を
積層して混色発光を得る薄膜発光素子に関するも
のである。 従来、交流動作の薄膜EL素子に関して、発光
層に規則的に高い電界（106V／cm）を印加し、
絶縁耐圧、発光効率及び動作の安定性等を高める
ために、0.1〜2.0wt％のMn（あるいは、Cu、Al、
Br等）をドープしたZnS、ZnSe等の半導体発光
層をY2O3、TiO2等の誘電体薄膜でサンドイツチ
した三層構造ZnS：Mn（又はZnSe：Mn）EL素
子が開発され、発光諸特性の向上が確かめられて
いる。この薄膜EL素子は数ＫHzの交流電界印加
によつて高輝度発光し、しかも長寿命であるとい
う特徴を有している。またこの薄膜EL素子の発
光に関しては印加電圧を昇圧していく過程と高電
圧側より降圧していく過程で、同じ印加電圧に対
して発光輝度が異なるといつたヒステリシス特性
を有していることが発見され、そしてこのヒステ
リシス特性を有する薄膜EL素子に印加電圧を昇
圧する過程に於いて、光、電界、熱等が付与され
ると薄膜EL素子はその強度に対応した発光輝度
の状態に励起され、光、電界、熱等を除去して元
の状態に戻しても発光輝度は高くなつた状態で維
持される、いわゆるメモリー現象が表示技術の新
たな利用分野を開拓するに到つた。 薄膜EL素子の１例としてZnS：Mn薄膜EL素
子の基本的構造を第１図に示す。 添附図面に基いて薄膜EL素子の構造を具体的
に説明すると、ガラス基板１上にln2O3、SnO2等
の透明電極２、さらにその上に積層してY2O3、
TiO2、Al2O3、Si3N4、SiO2等からなる第１の誘
電体層３がスパツタあるいは電子ビーム蒸着法等
により重畳形成されている。第１の誘電体層３上
にはZnS：Mn焼結ペレツトを電子ビーム蒸着す
ることにより得られるZnS発光層４が形成されて
いる。この時蒸着用のZnS：Mn焼結ペレツトに
は活性物質となるMnが目的に応じた濃度に設定
されたペレツトが使用される。ZnS発光層４上に
は誘電体層３と同様の材質から成る第２の誘電体
層５が積層され、更にその上にAl等から成る背
面電極６が蒸着形成されている。透明電極２と背
面電極６は交流電源７に接続され、薄膜EL素子
が駆動される。 電極２，６間にAC電圧を印加すると、ZnS発
光層４の両側の誘電体層３，５間に上記AC電圧
が誘起されることになり、従つてZnS発光層４内
に発生した電界によつて伝導帯に励起されかつ加
速されて充分なエネルギーを得た電子が、直接
Mn発光センターを励起し、励起されたMn発光
センターが基底状態に戻る際に黄橙色の発光を行
なう。即ち高電界で加速された電子がZnS発光層
４中の発光センターであるZnサイトに入つたMn
原子の電子を励起し、基底状態に落ちる時、略々
5850Åをピークに幅広い波長領域で、強い発光を
呈する。活性物質としてMn以外に希土類の弗化
物を用いた場合にはこの希土類に特有の緑色その
他の発光色が得られる。 上記の如き構造を有する薄膜EL素子はスペー
ス・フアクタの利点を生かした平面薄型デイスプ
レイ・デバイスとして、文字及び図形を含むコン
ピユータの出力表示端末機器その他種々の表示装
置に文字、記号、静止画像、動画像等の表示手段
として利用することができる。平面薄型表示装置
としての薄膜ELパネルは従来のブラウン管
（CRT）と比較して動作電圧が低く、同じ平面型
デイスプレイ・デバイスであるブラズマデイスプ
レイパネル（PDP）と比較すれば重量や強度面
で優れており、液晶（LCD）に比べて動作可能
温度範囲が広く、応答速度が速い等多くの利点を
有している。また純固体マトリツクス型パネルと
して使用できるため動作寿命が長く、そのアドレ
スの正確さとともにコンピユータ等の入出力表示
手段として非常に有効なものである。 薄膜発光素子の発光色に関しては、ZnS、
ZnSe等の発光母体材料中に発光中心としてMnを
添加した場合は上述した如く黄橙色、TbF3を添
加した場合は緑色、TmF3を添加した場合は青色
のEL発光が得られることがすでに確かめられて
いる。 ところで、近年実用上の見地からは視感的に白
色に近いものが要求されている。白色発光薄膜
EL素子の開発により、表示品質の良い白黒表示
の平面薄型デイスプレイ（例えば、各種OA機器
及び計測機器等のデイスプレイ或は白黒表示壁掛
テレビなど）の実現が可能となる。 本発明は異なる発光色を有する発光層を積層
し、種々の色温度の白色発光を呈する薄膜発光素
子を提供することを目的とするものである。 第２図は本発明の１実施例を示す薄膜発光素子
の素子構成図である。図中第１図と同一符号は同
一内容を示し説明を省略する。 発光層はZnSにMnをドープした第１層４ａ、
ZnSにTbF3をドープした第２層４ｂ、ZnSに
TmF3をドープした第３層４ｃの３層構造積層体
で構成される。 第３図は第２図の実施例を説明するCIE色度図
に色温度をプロツトしたものである。図中Ａは第
１層４ａを構成するZnS：Mn層、Ｂは第２層４
ｂを構成するZnS：TbF3層、Ｃは第３層４ｃを
構成するZnS：TmF3層の発光色度位置である。 ここで、第３図中の色度位置がａである薄膜発
光素子は第１層４ａ：第２層４ｂ：第３層４ｃで
表される発光輝度比が20：10：１である。この白
色発光薄膜EL素子について、膜厚比及び不純物
濃度別に具体的な調整法を詳細に説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。 膜厚比による調整 第４図ａ〜ｃは発光センター濃度を最適にし
た場合の発光層の膜厚と発光輝度の関係を示す
ものであり、同図ａはZnS：Mnの、同図ｂは
ZnS：TbF3の、同図ｃはZnS：TmF3の関係を
示す。これらの図から明らかなように膜厚と発
光輝度はほぼ比例関係にあり、膜厚を8000Åと
した場合の各層の発光輝度は、 ZnS：Mn 約2700cd／m2 ZnS：TbF3 約 600cd／m2 ZnS：TmF3 約 6cd／m2 となる。 したがつて、第３図での色度位置ａ、即ち第
１層４ａ：第２層４ｂ：第３層４ｃで示される
発光輝度比が20：10：１である白色発光を実現
するためには次のような膜厚設計となる。
Luminescence）発光を呈する薄膜発光素子（薄
膜EL素子）の構造に関し、特に複数の発光層を
積層して混色発光を得る薄膜発光素子に関するも
のである。 従来、交流動作の薄膜EL素子に関して、発光
層に規則的に高い電界（106V／cm）を印加し、
絶縁耐圧、発光効率及び動作の安定性等を高める
ために、0.1〜2.0wt％のMn（あるいは、Cu、Al、
Br等）をドープしたZnS、ZnSe等の半導体発光
層をY2O3、TiO2等の誘電体薄膜でサンドイツチ
した三層構造ZnS：Mn（又はZnSe：Mn）EL素
子が開発され、発光諸特性の向上が確かめられて
いる。この薄膜EL素子は数ＫHzの交流電界印加
によつて高輝度発光し、しかも長寿命であるとい
う特徴を有している。またこの薄膜EL素子の発
光に関しては印加電圧を昇圧していく過程と高電
圧側より降圧していく過程で、同じ印加電圧に対
して発光輝度が異なるといつたヒステリシス特性
を有していることが発見され、そしてこのヒステ
リシス特性を有する薄膜EL素子に印加電圧を昇
圧する過程に於いて、光、電界、熱等が付与され
ると薄膜EL素子はその強度に対応した発光輝度
の状態に励起され、光、電界、熱等を除去して元
の状態に戻しても発光輝度は高くなつた状態で維
持される、いわゆるメモリー現象が表示技術の新
たな利用分野を開拓するに到つた。 薄膜EL素子の１例としてZnS：Mn薄膜EL素
子の基本的構造を第１図に示す。 添附図面に基いて薄膜EL素子の構造を具体的
に説明すると、ガラス基板１上にln2O3、SnO2等
の透明電極２、さらにその上に積層してY2O3、
TiO2、Al2O3、Si3N4、SiO2等からなる第１の誘
電体層３がスパツタあるいは電子ビーム蒸着法等
により重畳形成されている。第１の誘電体層３上
にはZnS：Mn焼結ペレツトを電子ビーム蒸着す
ることにより得られるZnS発光層４が形成されて
いる。この時蒸着用のZnS：Mn焼結ペレツトに
は活性物質となるMnが目的に応じた濃度に設定
されたペレツトが使用される。ZnS発光層４上に
は誘電体層３と同様の材質から成る第２の誘電体
層５が積層され、更にその上にAl等から成る背
面電極６が蒸着形成されている。透明電極２と背
面電極６は交流電源７に接続され、薄膜EL素子
が駆動される。 電極２，６間にAC電圧を印加すると、ZnS発
光層４の両側の誘電体層３，５間に上記AC電圧
が誘起されることになり、従つてZnS発光層４内
に発生した電界によつて伝導帯に励起されかつ加
速されて充分なエネルギーを得た電子が、直接
Mn発光センターを励起し、励起されたMn発光
センターが基底状態に戻る際に黄橙色の発光を行
なう。即ち高電界で加速された電子がZnS発光層
４中の発光センターであるZnサイトに入つたMn
原子の電子を励起し、基底状態に落ちる時、略々
5850Åをピークに幅広い波長領域で、強い発光を
呈する。活性物質としてMn以外に希土類の弗化
物を用いた場合にはこの希土類に特有の緑色その
他の発光色が得られる。 上記の如き構造を有する薄膜EL素子はスペー
ス・フアクタの利点を生かした平面薄型デイスプ
レイ・デバイスとして、文字及び図形を含むコン
ピユータの出力表示端末機器その他種々の表示装
置に文字、記号、静止画像、動画像等の表示手段
として利用することができる。平面薄型表示装置
としての薄膜ELパネルは従来のブラウン管
（CRT）と比較して動作電圧が低く、同じ平面型
デイスプレイ・デバイスであるブラズマデイスプ
レイパネル（PDP）と比較すれば重量や強度面
で優れており、液晶（LCD）に比べて動作可能
温度範囲が広く、応答速度が速い等多くの利点を
有している。また純固体マトリツクス型パネルと
して使用できるため動作寿命が長く、そのアドレ
スの正確さとともにコンピユータ等の入出力表示
手段として非常に有効なものである。 薄膜発光素子の発光色に関しては、ZnS、
ZnSe等の発光母体材料中に発光中心としてMnを
添加した場合は上述した如く黄橙色、TbF3を添
加した場合は緑色、TmF3を添加した場合は青色
のEL発光が得られることがすでに確かめられて
いる。 ところで、近年実用上の見地からは視感的に白
色に近いものが要求されている。白色発光薄膜
EL素子の開発により、表示品質の良い白黒表示
の平面薄型デイスプレイ（例えば、各種OA機器
及び計測機器等のデイスプレイ或は白黒表示壁掛
テレビなど）の実現が可能となる。 本発明は異なる発光色を有する発光層を積層
し、種々の色温度の白色発光を呈する薄膜発光素
子を提供することを目的とするものである。 第２図は本発明の１実施例を示す薄膜発光素子
の素子構成図である。図中第１図と同一符号は同
一内容を示し説明を省略する。 発光層はZnSにMnをドープした第１層４ａ、
ZnSにTbF3をドープした第２層４ｂ、ZnSに
TmF3をドープした第３層４ｃの３層構造積層体
で構成される。 第３図は第２図の実施例を説明するCIE色度図
に色温度をプロツトしたものである。図中Ａは第
１層４ａを構成するZnS：Mn層、Ｂは第２層４
ｂを構成するZnS：TbF3層、Ｃは第３層４ｃを
構成するZnS：TmF3層の発光色度位置である。 ここで、第３図中の色度位置がａである薄膜発
光素子は第１層４ａ：第２層４ｂ：第３層４ｃで
表される発光輝度比が20：10：１である。この白
色発光薄膜EL素子について、膜厚比及び不純物
濃度別に具体的な調整法を詳細に説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。 膜厚比による調整 第４図ａ〜ｃは発光センター濃度を最適にし
た場合の発光層の膜厚と発光輝度の関係を示す
ものであり、同図ａはZnS：Mnの、同図ｂは
ZnS：TbF3の、同図ｃはZnS：TmF3の関係を
示す。これらの図から明らかなように膜厚と発
光輝度はほぼ比例関係にあり、膜厚を8000Åと
した場合の各層の発光輝度は、 ZnS：Mn 約2700cd／m2 ZnS：TbF3 約 600cd／m2 ZnS：TmF3 約 6cd／m2 となる。 したがつて、第３図での色度位置ａ、即ち第
１層４ａ：第２層４ｂ：第３層４ｃで示される
発光輝度比が20：10：１である白色発光を実現
するためには次のような膜厚設計となる。
【表】
不純物濃度による調整
第５図ａ〜ｃは発光センターとなる不純物の
濃度と発光輝度の関係を示すものであり、同図
ａはZnS：Mnの、同図ｂはZnS：TbF3の、同
図ｃはZnS：TmF3の関係を示す。この時、
ZnS：TmF3は最も発光輝度が低いため、予め
他の二層より膜厚を厚く設定する必要があり、
ここではZnS：TmF3を8000Åに、ZnS：Mn及
びZnS：TbF3をそれぞれ1000Åに設定した。 最も発光輝度の低いZnS：TmF3の不純物濃
度を最適濃度に選ぶのが、この場合好ましく、
第５図ｃよりTmF3濃度は約2mol％が最適で
あり、この時6cd／m2の輝度を有する青色発光
が得られる。 したがつて、第３図での色度位置ａ、即ち第
１層４ａ：第２層４ｂ：第３層４ｃで示される
発光輝度比が20：10：１である白色発光を実現
するために、ZnS：Mn、及びZnS：TbF3の発
光輝度は120cd／m2、及び60cd／m2である必要
があり、不純物濃度設計は次のようになる。
濃度と発光輝度の関係を示すものであり、同図
ａはZnS：Mnの、同図ｂはZnS：TbF3の、同
図ｃはZnS：TmF3の関係を示す。この時、
ZnS：TmF3は最も発光輝度が低いため、予め
他の二層より膜厚を厚く設定する必要があり、
ここではZnS：TmF3を8000Åに、ZnS：Mn及
びZnS：TbF3をそれぞれ1000Åに設定した。 最も発光輝度の低いZnS：TmF3の不純物濃
度を最適濃度に選ぶのが、この場合好ましく、
第５図ｃよりTmF3濃度は約2mol％が最適で
あり、この時6cd／m2の輝度を有する青色発光
が得られる。 したがつて、第３図での色度位置ａ、即ち第
１層４ａ：第２層４ｂ：第３層４ｃで示される
発光輝度比が20：10：１である白色発光を実現
するために、ZnS：Mn、及びZnS：TbF3の発
光輝度は120cd／m2、及び60cd／m2である必要
があり、不純物濃度設計は次のようになる。
【表】
３種類の発光層４ａ，４ｂ，４ｃの膜厚比、濃
度等を変化させることにより各発光層での発光輝
度比を調整することができ、第３図に示すＡ，
Ｂ，Ｃの３点を結ぶ三角形に囲まれた範囲で任意
の色度の発光色が得られることになる。各層の輝
度比と得られる発光色の色度を下表に示す。
度等を変化させることにより各発光層での発光輝
度比を調整することができ、第３図に示すＡ，
Ｂ，Ｃの３点を結ぶ三角形に囲まれた範囲で任意
の色度の発光色が得られることになる。各層の輝
度比と得られる発光色の色度を下表に示す。
【表】
本発明による薄膜発光素子は発光効率の最も低
いZnS：TmF3層の発光輝度が低くなつても他の
２層の発光輝度をZnS：TmF3層の発光輝度に適
合させることにより容易に白色領域の発光色が得
られ、しかも色温度の制御が自在に可能である。 また、ZnS：Mn層、ZnS：TbF3層、及び
ZnS：TmF3層と発光効率の高いものから順に積
層することにより、積層の上層ほど結晶性がよく
なつて発光効率の低い材料でも明るくなるという
ZnS膜の特性を活かすことが可能となる。
いZnS：TmF3層の発光輝度が低くなつても他の
２層の発光輝度をZnS：TmF3層の発光輝度に適
合させることにより容易に白色領域の発光色が得
られ、しかも色温度の制御が自在に可能である。 また、ZnS：Mn層、ZnS：TbF3層、及び
ZnS：TmF3層と発光効率の高いものから順に積
層することにより、積層の上層ほど結晶性がよく
なつて発光効率の低い材料でも明るくなるという
ZnS膜の特性を活かすことが可能となる。
第１図は従来の薄膜発光素子の基本的構造を示
す構成図である。第２図は本発明の１実施例を示
す薄膜発光素子の構成図である。第３図は第２図
の実施例を説明するCIE色度図である。第４図ａ
〜ｃは発光層の膜厚と発光輝度の関係を示す図、
第５図ａ〜ｃは発光層の不純物濃度と発光輝度の
関係を示す図である。 ４ａ……第１発光層、４ｂ……第２発光層、４
ｃ……第３発光層。
す構成図である。第２図は本発明の１実施例を示
す薄膜発光素子の構成図である。第３図は第２図
の実施例を説明するCIE色度図である。第４図ａ
〜ｃは発光層の膜厚と発光輝度の関係を示す図、
第５図ａ〜ｃは発光層の不純物濃度と発光輝度の
関係を示す図である。 ４ａ……第１発光層、４ｂ……第２発光層、４
ｃ……第３発光層。
Claims (1)
- １ ZnSを発光層とする薄膜発光素子であつて、
黄橙色のEL発光を得る不純物がドープされた第
１の発光層と、緑色のEL発光を得る不純物がド
ープされた第２の発光層と、青色のEL発光を得
る不純物がドープされた第３の発光層との三層構
造を上下一対の電極間に順次積層して成り、前記
各発光層より生起される発光輝度比の調整された
EL発光の混合色が色度図中のほぼ白色領域に位
置していることを特徴とする薄膜発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1136280A JPS56107288A (en) | 1980-01-30 | 1980-01-30 | Thin film light emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1136280A JPS56107288A (en) | 1980-01-30 | 1980-01-30 | Thin film light emitting element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56107288A JPS56107288A (en) | 1981-08-26 |
| JPH027072B2 true JPH027072B2 (ja) | 1990-02-15 |
Family
ID=11775908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1136280A Granted JPS56107288A (en) | 1980-01-30 | 1980-01-30 | Thin film light emitting element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56107288A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60150583U (ja) * | 1984-03-12 | 1985-10-05 | 伊勢電子工業株式会社 | 複合表示装置 |
| JPS60202685A (ja) * | 1984-03-27 | 1985-10-14 | セイコーエプソン株式会社 | 固体発光装置 |
| JPS6129094A (ja) * | 1984-07-18 | 1986-02-08 | 関西日本電気株式会社 | 白色発光電界発光灯 |
| JP5327872B2 (ja) * | 2009-11-25 | 2013-10-30 | Ｎｅｃライティング株式会社 | 照明装置および調光モード切替方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5186991A (en) * | 1975-01-28 | 1976-07-30 | Sharp Kk | Hakumakuhatsukososhi |
| JPS54155789A (en) * | 1978-05-30 | 1979-12-08 | Sharp Corp | Structure of thin-film el element |
-
1980
- 1980-01-30 JP JP1136280A patent/JPS56107288A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56107288A (en) | 1981-08-26 |
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