JPH06251875A - エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発光を長時間継続しても輝度むらが生じること
なく、過大電流による素子のブレークダウンが発生する
のを防止したＥＬ素子を提供する。 【構成】透明な電気絶縁性基板上に透明電極、発光層、
導電性微粉末を有機樹脂バインダーで固定した電流制限
層および背面電極をこの順序で積層したエレクトロルミ
ネッセンス素子で、電流制限層の導電性微粉末として、
錫原子の０．０１〜１％をアンチモン原子に置換させた
アンチモン含有酸化錫微粉末を用いたエレクトロルミネ
ッセンス素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、改良されたエレクトロ
ルミネッセンス（以下ＥＬと略す）素子に関し、さらに
詳述すると電流制限層が改良されて、輝度ムラが無く、
かつ、発光のブレークダウンが生じないようにされた直
流駆動可能な混成型ＥＬ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＥＬ素子を応用したＥＬディスプレイ
は、近年ポータブルタイプのコンピュータの端末などに
急速に普及しつつある有望なフラットディスプレイの１
つである。ＥＬ素子には、薄膜型ＥＬ素子とパウダー型
ＥＬ素子の２つのタイプが知られているが、最近では薄
膜層とパウダー層とを組み合わせた混成型ＥＬ素子が、
有力なＥＬ素子の１種として注目されるようになってき
た（例えば英国特許公報２１７６３４０号公報、同２１
７６３４１号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の混成型
ＥＬ素子においては、電流制限層を構成する導電性微粉
末として、二酸化マンガン（ＭｎＯ₂）が用いられてい
る。導電性微粉末として二酸化マンガンを用いて電流制
限層を形成したＥＬ素子は、ＥＬ素子が発光している間
に電流制限層の温度が上昇するので、それにより電流制
限層の電気抵抗の低下をきたし、ＥＬ素子の発光を開始
した時点よりも大きな電流がＥＬ素子中に流れるように
なる。これにより更に電流制限層の温度が上昇するとい
う現象が生じ、ＥＬ素子を長時間安定して連続発光させ
ることが困難になり、またこの現象はＥＬ素子に輝度む
らを発生させる原因になっていた。また、発光を停止し
たときに、完全に発光が認められない状態で消光せず、
残光が一定時間肉眼で認められ、ＥＬデイスプレイとし
て表示品位を低下させる原因となっていた。本発明は、
上記の問題点を解決するためになされたものであって、
その目的は発光を長時間継続しても輝度むらが生じるこ
となく、過大電流による素子のブレークダウンが発生す
るのを防止したＥＬ素子を提供するにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、透明な電気絶
縁性基板上に透明電極、発光層、導電性微粉末を有機樹
脂バインダーで固定した電流制限層および背面電極をこ
の順序で積層したエレクトロルミネッセンス素子であっ
て、前記電流制限層の導電性微粉末として、錫原子の
０．０１〜１％をアンチモン原子に置換させたアンチモ
ン含有酸化錫微粉末を用いたエレクトロルミネッセンス
素子である。

【０００５】本発明に用いられる透明な電気絶縁性基板
は、窓ガラスに用いられるソーダライムシリカ組成のガ
ラス板、低膨張ガラス（たとえばコーニングガラス社製
商品名７０５９）などのガラス板が用いられる。電気絶
縁性基板上の透明電極は、錫をドープした酸化インジウ
ム（以下ＩＴＯという）などの透明電極材料をスパッ
タ、真空蒸着法などの方法により成膜して設けられる。
本発明の発光層に用いる物質は、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｃ
ｄＳなどの２−６族化合物にＭｎ、Ｃｕなどの遷移金属
やＴｂ、Ｓｍ、Ｄｙなどの希土類元素あるいはそれらの
フッ化物、塩化物などを発光中心としてドープしたもの
が例示でき、発光層は真空蒸着法、スパッタ法、ＭＯＣ
ＶＤ法などの方法を用いて設けることができる。

【０００６】本発明の電流制限層は、錫原子の０．０１
〜１％をアンチモン原子に置換させたアンチモン含有酸
化錫微粉末が有機樹脂バインダーにより固定されて形成
されている。本発明の電流制限層に用いることができる
有機樹脂バインダーとしては、例えばビニル系樹脂、ポ
リエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、セルロース系樹
脂、ポリウレタン系樹脂、尿素系樹脂、エポキシ系樹
脂、メラミン系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる
が、特に、水酸基、カルボキシル基、スルホニル基、ニ
トロ基等の極性基や、エポキシ基、イソシアヌル基、シ
ラノール基等の反応性基を有した有機樹脂が好適に用い
られる。本発明に用いる酸化錫微粉末は、酸化錫微粉末
のみを、１００ｋｇ／ｃｍ²程度の圧力をかけて固めて
錠剤形状としたものの抵抗率は、約１×１０³Ωｃｍ〜
約２×１０⁵Ωｃｍを示す。本発明の電流制限層の抵抗
値が大きくなると、過電流が流れることによる素子破壊
が生じる危険性が小さくなるが、電流制限層での電圧降
下が大きくなり、素子の駆動に要する電圧が大きくなる
ので、両特性から電流制限層は、その厚みを５μｍ〜３
０μｍとし、厚み方向に対し単位面積（１ｃｍ²）当り
１０Ω〜２０００Ωの抵抗値とするのが好ましい。その
ために電流制限層の抵抗率は、約１×１０⁴Ωｃｍ〜約
２×１０⁶Ωｃｍにするのが好ましい。

【０００７】本発明の電流制限層に用いられる酸化錫微
粉末の粒子径は１μｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下
がより好ましい。特に１００ｎｍ以下の粒子径を主とし
て含む酸化錫微粒子を用いると電流制限層が可視光線に
対して透明になるので、背面電極に透明電極を使用すれ
ば発光を背面電極側からも取り出すことができる。本発
明のアンチモン含有酸化錫微粉末は、錫およびアンチモ
ンの塩化物、オキシ塩化物などの加水分解によって沈澱
を析出させその後焼成する公知の方法により得ることが
できる。

【０００８】そして、アンチモン含有酸化錫微粉末と有
機樹脂バインダーの比率は、電流制限層内の占有体積比
率で表して、微粉末／有機樹脂バインダー＝０．４〜
２．５の範囲内にするのが好ましい。上記比率が０．４
よりも小さいと、電流制限層の抵抗が大きくなり、２．
５よりも大きいと、電流制限層に亀裂が生ずるなどの層
の安定性が低下するので好ましくない。電流制限層を発
光層の上に設ける具体的方法としては、アンチモン含有
酸化錫微粉末と有機樹脂バインダーの混合物や、アンチ
モン含有酸化錫微粒子を水あるいは有機溶剤に分散させ
たゾルとバインダー溶液の混合物を例えばスプレーなど
により塗布する。本発明の背面電極は、アルミニウム
（Ａｌ）などの金属を真空蒸着あるいはスパッタ法で成
膜することにより設けられる。そして、ＥＬ素子の耐湿
性を確保するために、背面電極を覆うようにしたカバー
ガラスで素子を封止することができる。

【０００９】また、本発明のＥＬ素子の電流制限層を用
いるアンチモン含有酸化錫微粉末を粒径１００ｎｍ以下
の粒子が主として含まれるようにして可視光線に対して
透明になるようにし、かつ、背面電極に公知のＩＴＯ
（錫をドープした酸化インジュウム）や酸化錫などの透
明導電物質を用いることにより、発光を背面電極からも
取り出すことができるＥＬ素子とすることができる。こ
のとき、発光層で生ずる発光のうち背面電極側に取り出
す光の割合を多くするには、電気絶縁性基板上に設ける
透明電極の透明性を低下させ、または不透明にして、発
光が前記電気絶縁性基板を通して外部に出ないようにす
るのがよい。前記のように発光を背面電極側のみから外
部に出るようにしたＥＬ素子は、素子の耐湿性を確保す
るために背面電極を覆うようにしてＥＬ素子を構成する
積層体を封止するためのガラス板を設け、そのガラス板
の内面あるいは外面に背面電極の形状に応じて、または
背面電極表面に直接有機染料や有機顔料からなるカラー
フィルターを設ければ、輝度が大きい多色表示が可能な
ＥＬ素子とすることができる。

【００１０】

【作用】本発明のＥＬ素子の電流制限層に用いるアンチ
モン含有酸化錫微粉末は、電子伝導性であり、その電気
抵抗の温度係数はほぼゼロである。したがって、ＥＬ素
子が発光しているときの発熱により電流制限層の温度が
上昇しても、電流制限層の電気抵抗が変化せず一定の電
流がＥＬ素子に流れるので、素子の温度上昇により電流
制限層の電気抵抗が低下して、より大きな電流が流れ、
それによりさらに温度上昇が生じるという従来のＥＬが
有していた欠点が解消される。これにより、ＥＬ素子の
発光中に輝度むらが生じたり、寿命短縮を起こすことが
抑制される。また、発光を停止したときに生ずる発光パ
ターンの残光が見られなくなる。

【００１１】また、本発明に用いる酸化錫微粒子には、
錫原子の０．０１〜１％をアンチモン原子に置換させ
て、微粒子の電気抵抗率を調整しているので、有機樹脂
バインダーと混合固定した電流制限層の電気抵抗率を最
適に調整することができる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の混成型ＥＬ素子の一実施例
の積層構造を示す断面図である。図２は混成型ＥＬ素子
の他の実施例の積層構造を示す断面図である。図１を用
いて本発明の混成型ＥＬ素子を説明する。ガラス基板１
上に、透明電極２としてＩＴＯなどの透明電極材料をス
パッタ、真空蒸着法などの方法により成膜する。その上
に発光層３を真空蒸着法、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法な
どの方法を用いて形成する。発光層３の上に、電流制限
層としてアンチモンを０．０１〜１％含有する酸化錫導
電性の微粉末を有機樹脂バインダーで固めた数十μｍ程
度の粉末層をスプレー法などの方法によって成膜し固め
る。そして、電流制限層の上に背面電極としてアルミニ
ウム（Ａｌ）などの金属を真空蒸着あるいはスパッタ法
で成膜することによりＥＬ素子とする。ドットマトリッ
クス型のディスプレイパネルを製造する場合は、背面電
極と電流制限層をダイアモンド針等を用いて機械的に引
っかいて背面電極と電流制限層のパターン加工を同時に
行うのがよい。かかる方法でパターン加工をするために
は、電流制限層の膜厚としては、５μｍから３０μｍの
範囲が好ましい。図１の電流制限層４および背面電極５
は、紙面に垂直な方向にストライプ状のパターン加工を
引っかきにより行った後の断面形状を示している。必要
に応じてこのＥＬ素子は、樹脂あるいはガラスで封止し
耐湿防止対策が施される。

【００１３】実施例１ ガラス基板１上に、透明電極２としてＩＴＯを反応性ス
パッタ法を用いて約５００ｎｍの厚さに成膜した後、フ
ォトリソグラフィ法により紙面とは平行な方向にストラ
イプ形状にパターニング加工した。続いて、発光層３と
してマンガン（Ｍｎ）を０．３重量％ドープしたＺｎＳ
を約１μｍ、電子ビーム蒸着法を用いて成膜した。次
に、アンチモンを錫原子に対して０．５原子％置換して
含有する酸化錫微粉末とポリエステル系バインダー樹脂
（日本合成製商品名ＴＰ−２４９）の固化後の体積比率
が４対６になるようにバインダー樹脂とシンナーとの混
合液と若干量の黒色顔料を加えてビーズミルで１時間攪
拌し、１０μｍテフロンメンブランフィルターで濾過
し、次に５μｍテフロンメンブランフィルターで濾過し
た塗料をスプレー法で塗装、乾燥させ、抵抗率が１×１
０⁵Ωｃｍで、膜厚が１０μｍの電流制限層を形成し
た。作製した電流制限層は、空隙の見られない、樹脂バ
インダーによって固定された、ほぼ均一厚みの黒色層と
なっていた。

【００１４】次に、背面電極として、Ａｌ膜を真空蒸着
法で１μｍ程度成膜し、その後前記の電流制限層とＡｌ
膜を、ダイヤモンド針を用いて同時にスクライブするこ
とにより、ストライプ状の背面電極５を形成した。この
ようにして作製したＥＬ素子の層構造を図１に示す。こ
のＥＬ素子を直流駆動回路に接続して発光させたとこ
ろ、均一に発光しており、輝度むらは観測されなかっ
た。

【００１５】実施例２ 図２に示すようにガラス基板１上に、電極２Ａとして可
視光線に対して不透明なタンタル金属膜をスパッタ法を
用いて約５００ｎｍの厚さに成膜した後、フォトリソグ
ラフィ法により所定の形状にパターニングした。続い
て、電極２Ａ上に発光層３としてＭｎを０．３重量％ド
ープした約１μｍのＺｎＳ層をスパッタ法を用いて成膜
した。次に、アンチモンを錫原子に対して０．３原子％
置換して含有する酸化錫微粉末とポリエステル系バイン
ダー樹脂（日本合成製商品名ＴＰ−２４９）の固化後の
体積比率が５対５になるように樹脂バインダーとシンナ
ーとの混合液を加えてビーズミルで１時間攪拌し、１０
μｍテフロンメンブランフィルターで濾過し、次に５μ
ｍテフロンメンブランフィルターで濾過して得た塗料
を、スプレー法で塗装し乾燥させて、抵抗率が２×１０
⁵Ωｃｍで膜厚が１５μｍの電流制限層を形成した。作
製した電流制限層は、空隙の見られない、樹脂バインダ
ーによって固定された、ほぼ均一な厚みの無色透明な層
となっていた。

【００１６】次に、背面電極として、ＩＴＯをスパッタ
法で１μｍ程度成膜し、その後、前記の電流制限層とＩ
ＴＯ膜とを、ダイヤモンド針を用いて同時にスクライブ
することにより、図２に示すような紙面と垂直な方向に
並んだストライプ状の背面電極５を形成し、このストラ
イプ状にパターン形成されたＩＴＯ背面透明電極上に有
機顔料を着色成分とする透明着色物質（カラーフイルタ
ー）を公知の電着法によって形成した。カラーフイルタ
ーは１本おきに交互に赤色（図２中でＲで示される）、
緑色（図２中でＧで示される）となるように設けた。得
られたＥＬ素子を直流駆動回路に接続し、背面電極５に
１本おきに交互に電圧をかけて発光させたところ、赤色
と緑色が交互に均一に発光する多色ＥＬ素子が得られ
た。また、輝度むらは観測されなかった。ここで、上記
実施例１および２で作製したＥＬ素子の電流制限層の、
温度による電気抵抗率の変化を測定した。３６℃（１０
００／絶対温度が３．２４に相当）〜１７１℃（１００
０／絶対温度が２．２５に相当）の温度範囲での測定結
果を図３に示す。図３から明らかなように、実施例１お
よび実施例２の電流制限層の抵抗率は温度によらず、ほ
ぼ一定の値を示していた。

【００１７】実施例３ ガラス基板１上に、電極２として可視光線に対して不透
明なタンタル金属膜をスパッタ法を用いて約５００ｎｍ
の厚さに成膜した後、フォトリソグラフィ法により所定
の形状にパターニングした。続いて、発光層３としてＭ
ｎを０．３重量％ドープしたＺｎＳを約１μｍスパッタ
法を用いて成膜した。次に、錫原子に対してアンチモン
を０．３原子％置換して含有する酸化錫微粉末をジメチ
ルアセトアミド中に分散させたゾルを微粉末とポリエス
テル系樹脂バインダー（日本合成製商品名ＴＰ−２４
９）の固化後の体積比率が５対５になるようにシンナー
で薄めた混合液を作成し、この液をビーズミルで１時間
攪拌し、１０μｍテフロンメンブランフィルターで濾過
し、次に５μｍテフロンメンブランフィルターで濾過し
て塗料とし、この塗料をスプレー法で発光層の上に塗布
し乾燥させて、抵抗率が１×１０⁵Ωｃｍで膜厚が１５
μｍの電流制限層を形成した。作製された電流制限層
は、空隙の見られない、樹脂によって固定化された、ほ
ぼ均一厚みの無色透明な層となっていた。

【００１８】次に、背面電極としてＩＴＯをスパッタ法
で１μｍ程度成膜し、その後前記の電流制限層とＩＴＯ
膜を、ダイヤモンド針を用いて同時にスクライブするこ
とにより、実施例２と同じようにストライブ状の背面電
極パターンを形成した。このストライプ状にパターン形
成されたＩＴＯ背面電極上に電着法によって１本おきに
交互に赤色と緑色のカラーフイルター（透明着色膜）を
設け、図２で示される積層構造を有する多色ＥＬ素子を
得た。このＥＬ素子を直流駆動回路に接続し、背面電極
に１本おきに交互に電圧をかけて発光させたところ、赤
色と緑色が交互に均一に発光するＥＬ素子が得られた。
また輝度むらは観測されなかった。

【００１９】比較例 電解法により作製した二酸化マンガン（ＭｎＯ₂）粉末
をボールミルで粉砕して平均粒径０．３μｍとし、これ
をＭｎＯ₂粉末の体積と樹脂バインダー（日本ゼオン製
商品名ＭＲ−１１０）との体積の比率が３対７になるよ
うに混合したシンナーを溶媒とする液を作成し、実施例
１と同様に１０μｍテフロンメンブランフィルターで濾
過し、次に５μｍテフロンメンブランフィルターで濾過
して塗料を作製した。この塗料を実施例１と同様に、ガ
ラス基板上に形成した透明電極２と発光層３を積層した
ものの上にスプレー法で塗装し、乾燥させ、抵抗率が５
×１０⁴Ωｃｍで膜厚が２０μｍの電流制限層を形成し
た。次に、実施例１と同様に背面電極を形成し、ダイヤ
モンド針を用いてスクライブすることにより、所定の背
面電極パターンを形成した。得られたＥＬ素子を直流駆
動回路に接続して発光させたところ、輝度を上げるに従
いパネルの温度が上昇し、パネル内の最も明るい部分の
素子から順次ブレークダウンが生じた。このＥＬ素子の
電流制限層の温度による抵抗率の変化を、実施例と同様
に測定した結果を図３中に示す。上記温度範囲で約１桁
の抵抗率の変化があった。

【００２０】図３から、上記実施例の電流制限層の抵抗
率は、比較例の電流制限層のそれよりも温度依存性が小
さく、その特性がＥＬ素子の輝度特性に影響を及ぼして
いることが判明した。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、電流制限層に電気抵抗
率の温度依存性が小さい酸化錫を樹脂バインダーにより
固定して形成し、かつ、酸化錫には錫原子の所定量がア
ンチモンに置換して含ませたことにより、電流制限層の
電気抵抗率を最適にしている。これにより、発光の輝度
むらが抑制されブレークダウンが生じないＥＬ素子を得
ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＥＬ素子の一実施例の積層構造を説明
するための断面図である。

【図２】ＥＬ素子の他の実施例の積層構造を説明するた
めの断面図である。

【図３】電流制限層の抵抗率の温度変化を示す図であ
る。

【符号の説明】

１・・・ガラス基板、２・・・透明電極、２Ａ・・・不
透明な電極、３・・・発光層、４・・・電流制限層、５
・・・背面電極、７・・・カラーフィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 俊司 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号 日本板硝子株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明な電気絶縁性基板上に透明電極、発光
   層、導電性微粉末を有機樹脂バインダーで固定した電流
   制限層および背面電極をこの順序で積層したエレクトロ
   ルミネッセンス素子において、前記電流制限層の導電性
   微粉末として、錫原子の０．０１〜１％をアンチモン原
   子に置換させたアンチモン含有酸化錫微粉末を用いたこ
   とを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
2. 【請求項２】前記導電性微粉末は、前記電流制限層中の
   占有体積比率で表して、導電性微粉末／有機樹脂バイン
   ダー＝０．４〜２．５の範囲内で固定されていることを
   特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス
   素子。