JPH0326919B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、平面薄型デイスプレイ・デバイスと
して文字、記号及び図形等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、記号及び図形等の静止画像や動画像の表示手
段として利用される薄膜EL素子に関し、詳しく
はコントラストを向上させた薄膜EL素子に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の薄膜EL素子としては、第７図
及び第８図に示すものが紹介されており、同図に
おいて、１はガラス基板、２はIn₂ O₃、Sn O₂等
からなる透明電極、３はY₂ O₃、Si₃ N₄、Ta₂
O₅等からなる第１誘電体層、４は発光中心とし
て0.1〜2.0wt％Mn（又はTb、Sm、Cu、Al、Br
等）をドープしたZnS（又はZnSe等）のEL発光
層、５はY₂ O₃、Si₃ N₄、Ta₂ O₅等からなる第
２誘電体層、６はAl等からなる背面電極、７は
V₂ O₃、BC₄等からなる光吸収層、及び８はAl低
級酸化物とAlとの多層膜からなる複合電極であ
る。ここで、透明電極２はガラス基板１上に複数
帯状に平行配列され、背面電極６と複合電極８は
透明電極２と直交する方向に複数帯状に平行配列
されており、透明電極２と背面電極６又は複合電
極８とが平面図的に見て交叉した位置がパネルの
１絵素に相当する。そして、両電極２，６（又は
８）間にAC電圧を印加することにより、EL発光
層４内に発生した電界によつて伝導帯に励起さ
れ、かつ加速されて十分なエネルギーを得た電子
が、直接Mn発光中心を励起し、この励起された
Mn発光中心が基底状態に戻る際に橙黄色の発光
を呈する。その際、光吸収層７は、ガラス基板１
側から入射した外部光を吸収して、EL素子のコ
ントラストを高くすることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、第７図による薄膜EL素子は、印加電
圧に対する発光輝度の立ち上りがゆるやかであ
り、発光輝度を高くするためには、印加電圧を相
当高くしなければならず、高電圧の印加に伴つて
絶縁破壊を起こしやすい欠点があつた。ここで、
印加電圧に対する発光輝度の立ち上りを急峻にす
るために、第７図に示す光吸収層７と第２誘電体
層５とを逆にして形成、すなわちEL発光層４上
に、第２誘電体層５を積層し、次に光吸収層７を
積層することも考えられる。ところが、前述した
V₂ O₃、BC₄等からなる従来の光吸収層は光吸収
効果が十分でないと共に、比抵抗が比較的小さ
い。そこで、光吸収量を多くするために、このよ
うな小さい比抵抗の光吸収層の膜厚を大きくした
場合、マトリツクス型の薄膜EL素子においては
クロストークが発生する欠点があつた。また、前
述した第８図に示す薄膜EL素子においては、単
に背面電極をAlで形成したときよりも光吸収効
果はあるが、前述した第７図の薄膜EL素子と比
較してコントラストは劣化することを余儀なくさ
れる。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、コントラストを向上させ、印加
電圧−発光輝度特性を良好に維持し、クロストー
クを防止した薄膜EL素子を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

前述した目的を達成するために、本発明は、光
吸収層が、ゲルマニウムに窒素を含有している層
であることを特徴とする薄膜EL素子である。

そして、本発明の実施態様としては、光吸収層
中の窒素の含有が実質的に均一に分布しているこ
と、光吸収層中の窒素の含有がEL発光層側から
背面電極側に向かつて連続的又は段階的に減少し
ていること、EL発光層上に誘電体層と、光吸収
層と、誘電体層又は、半導体層と、背面電極とを
順次積層したこと、及びEL発光層上に誘電体層
と、光吸収層と、背面電極とを順次積層したこと
をそれぞれ特徴とする薄膜EL素子である。

以下、本発明の実施例を図に基づき詳細に説明
する。

実施例 １ 本実施例を第１図に基づいて詳述する。

先ず、アルミノシリケートガラス（例えば、
HOYA(株)製のNA40）からなる透光性基板１の観
測表面９と対向する表面１０上に、スズ酸化物を
混入した酸化インジウムからなる透明導電膜（膜
厚：2000Å）を真空蒸着法により成膜した後、こ
の透明導電膜を、フオトリソ法によりエツチング
液として、塩酸と塩化第２鉄の混合溶液を用いて
複数帯状（第１図において左右方向）に配列し、
透明電極２を形成した。次に、金属タンタルをス
パツタターゲツトとして、酸素ガスを30％混入し
たArガス（分圧：６×10＝^-1Pa）をスパツタ装
置に導入し、高周波出力9W／cm²で反応性スパツ
タを行い、Ta₂ O₅からなる第１誘電体層３（膜
厚：3000Å）を成膜した。次に、前記第１誘電体
層３上に、活性物質として0.5重量％のMnを添加
したZnS：Mn焼結ペレツトを蒸着源として真空
蒸着法によりZnS：MnからなるEL発光層４（膜
厚：6000Å）を成膜し、次に前記第１誘電体層３
と同様に反応性スパツタリング法によりTa₂ O₅
からなる第２誘電体層５（膜厚：3000Å）を成膜
した。次に、ゲルマニウムのスパツタターゲツト
を用いて、窒素ガスを40％混入したArガス（分
圧：６×10^-1Pa）をスパツタ装置に導入し、高
周波出力6W／cm²にて反応性スパツタを行い、ゲ
ルマニウムに窒素を実質的に均一に含有してなる
光吸収層１１（膜厚：15000Å、比抵抗：10⁵Ω・
cm、成膜速度：120Å／分）を前記第２誘電体層
５上に積層した。次に前述した第１、第２誘電体
層３，５と同様に反応性スパツタリング法により
Ta₂ O₅からなる第３誘電体層１２（膜厚：1000
Å）を成膜した。そして、この第３誘電体層１２
上に、Al膜（膜厚：3000Å）を真空蒸着法によ
り成膜した後、このAl膜を、フオトリソ法によ
りエツチツング液として硝酸とリン酸の混合溶液
を用いて、複数帯状（第１図において紙面垂直方
向）に配列して背面電極６形成した。したがつ
て、透明電極２と背面電極６とは、従来と同様に
互いに直交するように複数帯状に配列している。

このようにして製作した本実施例の薄膜EL素
子は、透明電極２と背面電極６との間に交流電圧
（周波数 100Hzの正弦波）を印加することによ
り、ピーク波長580nｍで橙黄色に発光し、その
ときの発光輝度は100cd／m²であつた。

以上、本実施例によれば、透光性基板１側から
入射した外部光は、光吸収層１１によりほとんど
吸収されて、背面電極６への到達が防止され、一
部到達して背面電極６から反射した戻り光があつ
ても、この光吸収層１１により同様に吸収され
る。その結果、透光性基板１から入射した外部光
の強さと、観測表面９から観測した入射光の戻り
光の強さとの比、すなわち透光性基板１の観測表
面９側の反射率特性は、第４図の曲線Ａに示すよ
うに低く、可視光領域（波長400〜700nｍ）にお
ける平均反射率は約10％であり、コントラストの
良好な薄膜EL素子が得られた。

第５図はArガス中の窒素ガス混入率に対する、
光吸収層１１の光学定数（ｎ：屈折率、ｋ：消衰
係数）を波長600nｍにおいて測定した特性図で
ある。

ここで、第５図から言えることは、反応性スパ
ツタリング法において窒素ガスの混入率が高くな
れば、膜中に含まれる窒素の含有量が増え、その
特性が変化しているのであろうということであ
る。

なお、光吸収層の構造は、はつきりとしたこと
は言えないが、全てのゲルマニウムに窒素が化学
量論的に結合しているものではなく、不完全な結
合となつているようである。本実施例の光吸収層
１１の屈折率ｎ及び消衰係数ｋは、波長600nｍ
においてｎ＝３及びｋ＝0.3であり、第２誘電体
層５と光吸収層１１との界面における反射率を後
述する式(1)に準じて計算すると2.7％である。な
お、第２誘電体層５と光吸収層１１との界面にお
ける反射を低減するために、本実施例の光吸収層
１１の可視光領域における平均屈折率及び平均
消衰係数は、第２誘電体層５のTa₂ O₅やその
他Hf O₂、Si₃ N₄及びY₂ O₃等の誘電体の屈折率
が２前後であることから、≦４、≦１である
ことが望ましい。光吸収層１１の光学定数は、薄
膜EL素子の反射率特性が良好になるように、前
述した窒素ガス混入率と成膜速度を適宜選択して
設定される。

また、本実施例によれば、EL発光層４と光吸
収層１１との間に第２誘電体層５を設けているの
で、第６図の印加電圧−発光輝度特性図において
曲線Ｅで示すように（比較例として前述の第７図
で示した薄膜EL素子の特性を曲線Ｄで示す。）発
光輝度の立ち上りが急峻となり、かつ前述した発
光輝度100cd／m²を得るための印加電圧も低く抑
えることができ、絶縁破壊をも防止することがで
きる。さらに、光吸収層１１の比抵抗は、光吸収
効果を得る膜厚（数百Å以上）のもとでは、一般
的に10³Ω・cm以上であれば、クロストークの防
止効果を奏する。したがつて、本実施例の光吸収
層１１の膜厚が1500Åであり、かつその比抵抗が
10⁵Ω・cmであることから、クロストークも十分
に防止することができる。さらに、本実施例の光
吸収層はゲルマニウムに窒素を含有させたことで
耐薬品性に優れ、電界中における計時変化が極め
て少なく安定している。

光吸収層１１と背面電極６との間に挿入した第
３誘電体層１２（Ta₂ O₅）は、背面電極６
（Al）を形成する湿式エツチング液である硝酸酸
性液によつて、光吸収層１１が侵されることを防
止するのみならず、薄膜EL素子の絶縁破壊を防
止する上でも有効である。第２誘電体層５の膜厚
を小さくして（例：3000Å→1000Å）、第３誘電
体層１２の膜厚を大きくしても（例：1000Å→
3000Å）、印加電圧−発光輝度特性及びコントラ
スト比は、基本的には本実施例と同様である。第
３誘電体層１２の代りにSi、SiC等の半導体層を
使用しても、本実施例と同様な効果を奏し、この
半導体層の比抵抗もクロストークを防止する上
で、10³Ω・cm以上であることが望ましい。

一方、本実施例の製造方法は、スパツタリング
法によつて、前記光吸収層１１を成膜しているの
で、膜質を緻密にし、かつ経時変化も抑えること
ができる。

実施例 ２ 本実施例を第２図に基づいて詳述する。

先ず、前述した透光性基板１の観測表面９と対
向する表面１０上に透明電極２、第１誘電体層
３、EL発光層４及び第２誘電体層５を前記実施
例１と同様に順次積層する。次に、ゲルマニウム
のスパツタターゲツトを用いて、窒素ガスを50％
混入したArガス（分圧：６×10^-1Pa）をスパツ
タ装置に導入し、高周波出力6W／cm²にて反応性
スパツタを行い、ゲルマニウムに窒素を実質的に
均一に含有してなる第１光吸収層１３（膜厚：
300Å、比抵抗：10⁶Ω・cm、成膜速度110Å／分）
を成膜し、引き続き、窒素ガスを30％混入した
Arガス（分圧：６×10^-1Pa）をスパツタ装置内
に導入し、高周波出力6W／cm²にて反応性スパツ
タを行い、ゲルマニウムに窒素を実質的に均一に
含有してなる第２光吸収層１４（膜厚：1000Å、
比抵抗：10⁵Ω・cm、成膜速度125Å／分）を成膜
し、前記第１光吸収層１３と前記第２光吸収層１
４とからなる、すなわち、後記する背面電極６側
に向つて段階的に窒素含有率を減少させた光吸収
層１５を成膜した。

次に、第３誘電体層１２及び背面電極６を前記
実施例１同様に成膜し形成した。

このようにして製作した本実施例の薄膜EL素
子は、前記実施例１と同様に電圧印加して、ピー
ク波長5800nｍで橙黄色に発光し、そのときの発
光輝度も100cd／m²であつた。

そして、本実施例の光吸収層１５について、第
５図に示すとおり、第１光吸収層１３の屈折率は
n₁₃＝2.9、消衰係数はk₁₃＝0.2であり、また第２
光吸収層１４の屈折率はn₁₄＝3.5、消衰係数はk₁₄
＝0.6であり、一方、本実施例の第２誘電体層５
の屈折率はn₅＝2.2であることから、第２誘電体
層５と第１光吸収層１３との界面での反射率
R₅

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ EL発光層と、入射光を吸収する光吸収層と、
   誘電体層とを透明電極と背面電極との間に介在し
   てそれぞれ透光性基板上に積層し、両電極間に電
   圧印加することにより前記EL発光層からEL発光
   を呈する薄膜EL素子において、前記光吸収層が
   ゲルマニウムに窒素を含有している層であること
   を特徴とする薄膜EL素子。 ２ 光吸収層中の窒素の含有が実質的に均一に分
   布していることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の薄膜EL素子。 ３ 光吸収層中の窒素の含有がEL発光層側から
   背面電極側に向つて連続的又は段階的に減少して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の薄膜EL素子。 ４ EL発光層上に、誘電体層と、光吸収層と、
   誘電体層又は半導体層と、背面電極とを順次積層
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第
   ２項又は第３項記載の薄膜EL素子。 ５ EL発光層上に、誘電体層と、光吸収層と、
   背面電極とを順次積層したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の薄膜
   EL素子。