JPH08330074A - エレクトロルミネッセンス発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 透明基体１０、透明導電層２０、発光体層３
０、背面電極４０を順次積層したエレクトロルミネッセ
ンス発光素子の透明導電層に、酸化スズを１５〜５０重
量％含有した酸化インジウムを用いることを特徴とする
エレクトロルミネッセンス発光素子。 【効果】 初期発光輝度を低下させることなく、発光継
続時の輝度低下をも抑制した耐久性に優れた、エレクト
ロルミネッセンス発光素子を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエレクトロルミネッセン
ス発光素子に関し、より詳しくは発光継続時における輝
度低下を抑制した、耐久性に優れたエレクトロルミネッ
センス発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エレクトロルミネッセンス発光素
子は、薄型の発光体が得られるため特にそれを活かした
用途、例えば液晶ディスプレイのバックライトや装飾用
発光体などに用いられている。エレクトロルミネッセン
ス発光素子には、その駆動方式により交流駆動型と直流
駆動型の２種があり、前者は強い発光強度が得られるた
め交流駆動回路が必要であるにもかかわらず広く用いら
れている。一方後者は、発光強度は交流駆動方式に劣る
ものの直流駆動が可能なため駆動回路が簡素化される利
点をもち、この２種の駆動方式は用途によって使い分け
られている。

【０００３】エレクトロルミネッセンス発光素子は、透
明基体上に透明導電膜を形成した透明導電性基体をベー
スにし、上記透明導電膜上に発光体層、誘電体層、及び
背面電極を順次形成し、さらに全体を透明防湿層で被覆
した構造のものが知られている。透明導電膜には酸化ス
ズ、酸化インジウム等が用いられている。発光体層には
硫化亜鉛に弗化物をドープしたものが知られており、適
当な弗化物材料を選択することにより発光色を変化させ
ることができる。例えば、ドープ材料に弗化ネオジウム
（ＮｄＦ₃ ）を用いた場合にはオレンジ色、弗化テルビ
ウム（ＴｂＦ₃）を用いた場合には緑色に発光する。ま
た、発光体層へ電界を効果的に印加するために誘電体層
を透明電極層と発光体層との間、もしくは発光体層と背
面電極との間、またもしくはその両方に設けることも一
般的に行われている。該誘電体層は誘電率の高い酸化イ
ットリウム、窒化シリコン、酸化タリウム等が用いら
れ、背面電極にはアルミニウムが用いられている。

【０００４】従来、エレクトロルミネッセンス発光素子
の透明導電層には、酸化スズを５重量％程度含有した酸
化インジウムが用いられてきた。上記透明導電層は、発
光体層で発光した可視光を効率的に外部に放出させるた
めに透明性に優れていること、駆動電圧の点から抵抗値
がある程度低いことに加え、長時間の使用に耐えること
が要求されるが、酸化スズを５重量％程度含有させた酸
化インジウムは、透明性に優れ、かつ抵抗値についても
十分要求を満たす透明導電層が得られていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
エレクトロルミネッセンス発光素子の透明導電層には酸
化スズを５重量％程度含有した酸化インジウム膜が用い
られている。それは、酸化インジウムに酸化スズを５重
量％程度含有させることにより、そのシート抵抗値を最
小にでき、かつ可視光透過率も高いものが得られるため
である。シート抵抗値を低くしなければならないのは、
発光にかかる消費電力を少なくする上で必要であり、ま
た高い可視光透過率は発光した光を透明導電層で吸収さ
せることなく有効にとり出すために必要である。エレク
トロルミネッセンス発光素子として実用的にそれを使用
するためには、１５００（カンデラ／ｍ² ）以上程度の
発光輝度が必要である。透明導電層のシート抵抗値が高
く、可視光透過率が低いと前述した理由により、その発
光輝度が得られなくなる。上記の酸化スズを５重量％程
度含有した酸化インジウムは、その条件については満足
したものが得られていたわけである。しかしながら、酸
化スズを５重量％程度含有した酸化インジウムをエレク
トロルミネッセンス発光素子の透明導電層に用いると、
発光体である硫化亜鉛と接触することでその界面が劣化
し、発光を継続させた時に発光輝度が著しく低下してし
まう問題があった。

【０００６】このため、発光層と透明導電膜との界面の
劣化を抑制する方法として、劣化の発生する主として酸
化インジウムからなる透明導電層上に金属薄膜を積層さ
せ、透明導電層が発光体層に直接接触しないようにする
方法が開示されている（特開平６−７１８０４号公
報）。しかしながら、金属薄膜の積層は工程が複雑にな
るのみならず、可視光透過率の低下を招くこととなり、
必ずしも最善の解決法ではなかった。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑み、透明導電膜自
体の発光体層に対する耐久性を向上させ、エレクトロル
ミネッセンス発光素子の耐久性を改善するとともに、透
明導電層を１層構成にしたことによる工程の簡素化、可
視光透過率の低下防止といった効果により、初期輝度が
十分に高く、長時間発光に対しても輝度低下が著しく抑
制されたエレクトロルミネッセンス素子を、簡便な工程
で提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、酸化スズを
１５〜５０重量％含有した酸化インジウムが、発光材料
として好ましい硫化亜鉛に対する耐久性に優れていて、
これをエレクトロルミネッセンス発光素子の透明導電層
として用いると発光継続時の輝度低下が著しく抑制され
ることを見いだし、本発明を完成するにいたった。

【０００９】すなわち本発明は、（１）透明基体（Ａ）
の一方の面に、少なくとも、透明導電層（Ｂ）、発光体
層（Ｃ）、背面電極（Ｄ）をＡＢＣＤなる順序で積層し
たエレクトロルミネッセンス発光素子において、該透明
導電層（Ｂ）に酸化スズを１５〜５０重量％含有した酸
化インジウムを用いることを特徴とするエレクトロルミ
ネッセンス発光素子であり、また、（２）発光体層
（Ｃ）に主として硫化亜鉛を発光体として用いることを
特徴とする（１）記載のエレクトロルミネッセンス発光
素子であり、また、（３）透明基体（Ａ）に透明な高分
子成形体を用いることを特徴とする（１）又は（２）に
記載のエレクトロルミネッセンス発光素子に関するもの
である。

【００１０】本発明は、添付図面の図１をもって説明す
るに、透明基体（Ａ）１０の一方の主面に、酸化スズを
１５〜５０重量％含有した酸化インジウムからなる透明
導電層（第１層）（Ｂ）２０と、好ましくは硫化亜鉛か
らなる発光体層（第２層）（Ｃ）３０と、背面電極層
（Ｄ）４０、とを順次形成したエレクトロルミネッセン
ス発光素子に関するものである。

【００１１】本発明において使用する透明基体１０とし
ては、可視光領域において透明性を有するもので、ある
程度表面が平滑であり、耐熱性が１００℃以上程度のも
のであれば使用できる。具体的には透明なガラス、ある
いは透明な高分子成形体が使用できる。ガラスは可視光
領域における透明性、表面平滑性、耐熱性に優れている
ため本発明の透明基体として好適に使用できる。

【００１２】また、高分子成形体としては、透明性、耐
熱温度において上記条件を満たしているものとしてポリ
エチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポ
リエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリプ
ロピレン、ポリイミドなどが挙げられる。高分子成形体
はガラスに比べて軽く、割れにくく、薄型化が可能なた
め、本発明の透明基体としてより好適に使用できる。こ
れら高分子成形体は透明導電層を形成する主面が平滑で
あれば板状であってもフィルム状であってもよい。板状
の高分子基体は寸法安定性と機械的強度に優れているた
め、特にそれが要求される場合には好適に使用できる。
また高分子フィルムは可撓性を有しており、透明導電層
をロールツロール法で連続的に形成することができるた
め、これを使用した場合には効率よく透明導電性基体を
生産できる故に、これもまた好適に使用できる。この場
合フィルムの厚さは通常１０〜２５０μｍのものが用い
られる。フィルムの厚さが１０μｍより薄いと、基材と
しての機械的強度に不足し、２５０μｍより厚いと可撓
性が不足するためフィルムをロールで巻きとって利用す
るのに適さない。

【００１３】上記の透明な高分子成形体のなかでもポリ
エチレンテレフタレートは透明性及び加工性に優れてい
るため、より好適に利用できる。また、ポリエーテルサ
ルフォンは耐熱性に優れているため、透明導電性積層体
作製後に熱処理を必要とする場合、また該透明導電性積
層体を使用してエレクトロルミネッセンスディスプレイ
を組み立てる際に加熱処理を必要とする場合に、より好
適に使用できる。

【００１４】この透明高分子基体はその表面に予めスパ
ッタリング処理、コロナ処理、火炎処理、紫外線照射、
電子線照射などのエッチング処理や、下塗り処理など、
この上に形成される主として酸化インジウムからなる透
明導電層の上記フィルムに対する密着性を向上させる処
理を施してもよい。また、主として酸化インジウムから
なる透明導電層を成膜する前に、必要に応じて溶剤洗浄
や超音波洗浄などの防塵処理を施してもよい。

【００１５】本発明においては、かかる透明基体の一方
の主面に酸化スズを１５〜５０重量％含有した酸化イン
ジウムからなる透明導電層を第１層として形成する。酸
化スズを１５重量％以上含有させることにより、酸化イ
ンジウムの化学的安定性が向上し、エレクトロルミネッ
センス発光材料に対する耐久性が向上する。酸化スズの
含有量が１５重量％よりあまり少ない酸化インジウムは
耐久性が得られないため、そのような透明導電層を利用
してエレクトロルミネッセンス発光素子を形成しても十
分な耐久性は得られない。酸化スズを５０重量％を越え
てあまり含有させると、耐久性に関しては優れたものが
得られるが、可視光領域における透明性が損なわれ、発
光体層で発光した光が効果的にとり出せないのに加え、
抵抗値も高くなってしまい、エレクトロルミネッセンス
発光素子とした時に十分な発光輝度が得られないため、
これもまた好ましくない。

【００１６】酸化スズを１５〜５０重量％含有した酸化
インジウムからなる透明導電層の厚さは通常１０ｎｍ〜
２００ｎｍが好ましい。透明導電層の厚さは、そのシー
ト抵抗値及び可視光透過率に影響する。シート抵抗値を
小さくするためには、該透明導電層の厚さをできる限り
厚くすればよいが、あまり厚くすると可視光透過率が低
下してしまう。そのため、要求されるシート抵抗値及び
可視光透過率によって該透明導電層の厚さが決定され
る。該透明導電層の厚さが１０ｎｍより薄いとシート抵
抗値が高くなってしまうため、エレクトロルミネッセン
ス発光素子の透明電極として使用するには不適である。
シート抵抗値を下げるためには膜厚を厚くすればよい
が、２００ｎｍよりあまり厚いと可視光透過率が低くな
ってしまうためこれもまた好ましくない。

【００１７】このように、透明基体の一方の主面に、酸
化スズを１５〜５０重量％含有する酸化インジウムから
なる、好ましくは厚さが１０〜２００ｎｍの透明導電層
を形成することで、エレクトロルミネッセンス発光素子
の透明導電層に要求されるシート抵抗値及び可視光透過
率を有したものが得られるため、それを用いてエレクト
ロルミネッセンス発光素子を形成し、透明導電層と背面
電極との間に電圧を印加し発光させたときに、十分な発
光輝度が得られるのに加え、透明導電層の耐久性が優れ
ているために、発光を継続させた時の輝度低下を著しく
抑制したエレクトロルミネッセンス発光素子が得られる
のである。

【００１８】酸化スズを１５〜５０重量％含有した酸化
インジウムからなる透明導電層の成膜方法としては真空
蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法と
いった従来公知の物理的気相成長法のいずれも採用でき
る。スパッタリング法においては、ターゲットに所定量
の酸化スズを含有した酸化インジウムあるいは、スパッ
タガスにアルゴン等の不活性ガスを用いた直流（ＤＣ）
あるいは高周波（ＲＦ）マグネトロンスパッタ法が利用
できる。また、透明導電層の透明性および導電性を高く
するためにスパッタガス中に０．１〜２０流量％の酸素
ガスを混合しても良い。また、ターゲットに所定の組成
比をもったスズ・インジウム合金を、スパッタガスにア
ルゴン等の不活性ガスを、反応性ガスに酸素ガスを用い
た直流あるいは高周波反応性スパッタリング法も好適に
利用できる。この方法では透明導電層の透過率および導
電性が、反応性ガスである酸素ガスの分圧に非常に敏感
に影響するので、その制御を厳密に行うことが好まし
い。上記のスパッタリング法はいずれも、透明性及び導
電性に優れた透明導電層が容易に得られるため、好適に
利用できる。

【００１９】上記の方法により得られた透明導電膜を、
耐環境性をさらに向上させるために、熱処理（アニーリ
ング）を施してもよい。熱処理温度は通常、１００〜２
００℃程度である。

【００２０】本発明においては、その後発光体層を形成
する。発光体層は主として硫化亜鉛からなる発光材料が
使用できる。硫化亜鉛に発光中心となる希土類の弗化
物、例えば弗化プラセオジウム（ＰｒＦ₃ ）、弗化ネオ
ジウム（ＮｄＦ₃ ）、弗化テルビウム（ＴｂＦ₃ ）など
を、０．０１〜１０ｗｔ％程度添加することにより発光
色を変化させることができる。発光体層は発光輝度の十
分得られる程度の厚さに設定すればよく、一般的には１
〜１００μｍ程度である。

【００２１】該発光体層は従来公知の真空蒸着法や塗布
法によって形成できる。真空蒸着法においては、好まし
くは硫化亜鉛に所定の添加物を加えた発光材料を、真空
装置内加熱し蒸発させ、対向して配置した透明導電層が
形成された透明基体上に付着させることで発光体層が形
成できる。塗布法ではアセトンなどの適当な溶媒中に、
例えば硫化亜鉛及び添加物の粉末を分散させそれを透明
導電層が形成された透明基体上に塗布し、加熱すること
で溶媒を気化させ発光体層を形成する。この塗布法は比
較的簡単な工程で発光体層が得られるため好んで用いら
れる。

【００２２】発光体層に効果的に電界を印加するため
に、透明電極と発光体層との間、あるいは発光体層と背
面電極との間、またあるいはその両方に誘電体層を設け
ることができる。該誘電体層を設けることにより発光効
率を上げることができ、発光輝度の向上が図られる。誘
電体層の材料としては、効果的に電界を発光体層に印加
するために誘電率の高いものが好ましく、例えば酸化イ
ットリウム、窒化珪素、酸化タリウム、チタン酸バリウ
ムなどが利用できる。なかでもチタン酸バリウムは高誘
電率材料としてよく知られており好適に使用できる。誘
電体層の厚さは、一般的には５００〜３０００Å程度で
ある。

【００２３】誘電体層の形成には発光体層の形成方法と
同様、真空蒸着法や塗布法が利用できる。塗布法におい
ては所定の材料の粉末をアセトンなどの適当な溶媒に分
散させて塗布し、加熱し溶媒を気化させる簡便な工程で
誘電体層を形成できるため、ここでも好んで用いられ
る。

【００２４】以上の如く形成した発光体層（あるいは誘
電体層）上にさらに背面電極を形成する。背面電極には
発光体層において発光した光を効果的に透明基体側へ導
くために可視領域で反射率の高い金属が好んで用いられ
る。なかでもアルミニウムは反射率が比較的高く、安定
性に優れ、また安価でもあるため好適に利用できる。

【００２５】該背面電極の形成方法は真空蒸着法、スパ
ッタリング法など従来公知の物理的成膜気相成長法のい
ずれも使用できる。より簡便には金属箔を発光体層ある
いは誘電体層上に貼り合わせてもよい。背面電極の厚さ
は可視光を十分に反射する程度の厚さがあればよく、
０．１〜１００μｍ程度である。また、エレクトロルミ
ネッセンス発光素子をディスプレイとして利用する場合
には、必要に応じて背面電極にパターニングを施しても
よい。

【００２６】さらに、湿気によるエレクトロルミネッセ
ンス発光素子の劣化を防ぐために、以上の如く作製した
エレクトロルミネッセンス発光素子を、透明な防湿フィ
ルム例えば三弗化塩化エチレン等で挟み込んで封印して
もよい。上記の方法により形成した透明導電層の原子組
成は、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、誘導結合プラズ
マ法（ＩＣＰ）、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）等
により測定できる。またこれらの膜厚は、オージェ電子
分光の深さ方向観察、透過型電子顕微鏡による断面観察
等により測定できる。

【００２７】

【実施例】つぎに、本発明を実施例により具体的に説明
する。 〔実施例１〕ポリエチレンテレフタレートフィルム（厚
さ１８８μｍ）の一方の面に、ターゲットに酸化スズを
１５重量％含有した酸化インジウムを、スパッタリング
ガスにアルゴンガス、反応性ガスに酸素ガス（流量比、
アルゴン：酸素＝１０：０．１）を用いて、３ｍＴｏｒ
ｒの雰囲気の下で、ＤＣマグネトロン反応性スパッタリ
ング法により厚さ５０ｎｍの透明導電層を形成した。さ
らにその上に、硫化亜鉛に弗化ネオジウムを２ｗｔ％添
加した蛍光粉末をアセトン溶媒中に分散させた溶液をロ
ールコータにより塗布し、その後１５０℃で３分間加熱
処理することによりアセトンを気化させ厚さ３０μｍの
発光体層を得た。さらにその上にチタン酸バリウム粉末
をアセトン溶媒中に分散させた溶液をロールコータによ
り塗布し、６０℃で１２０分間加熱することによってア
セトンの大部分を気化させた後、厚さ２５μｍのアルミ
ニウム箔をこの上に貼り合わせ、さらに１５０℃で３分
間加熱処理することにより誘電体層のアセトンを完全に
気化させると同時に、アルミニウム箔を密着させた。こ
れをさらに透明な防湿フィルムである三弗化塩化エチレ
ンで挟み込み、端部を密着させることによりエレクトロ
ルミネッセンス発光素子を得た。

【００２８】〔実施例２〜実施例４〕透明導電層を作製
する際、酸化スズの含有量が２０重量％（実施例２）、
または３５重量％（実施例３）、または５０重量％（実
施例４）のターゲットを使用した以外は実施例１と同じ
手法でエレクトロルミネッセンス発光素子を作製した。

【００２９】〔比較例１〜比較例２〕透明導電層を作製
する際、酸化スズの含有量が１０重量％（比較例１）、
または７５重量％（実施例２）、のターゲットを利用し
た以外は実施例１と同じ手法でエレクトロルミネッセン
ス発光素子を作製した。

【００３０】以上のようにして作製したエレクトロルミ
ネッセンス発光素子の、透明導電層のスズ含有量、シー
ト抵抗、可視光透過率、初期発光輝度、耐久性は以下の
手法で評価した。

【００３１】透明導電層の酸化スズ含有量［ＳｎＯ₂
（ｗｔ％）］：オージェ電子分光法により測定した。 シート抵抗［Ｒ（Ω／□）］：透明基体の一方の主面
に透明導電層を形成した段階で、４端子法により測定し
た。 可視光透過率［Ｔｖｉｓ（％）］：透明基体の一方の
主面に透明導電層を形成した段階で、日立製作所（株）
製、分光光度計Ｕ−３４００により測定した。 初期発光輝度［Ｉ₀ （カンデラ／ｍ² ）］：温度５０
℃、湿度６０％の雰囲気下で、交流１００Ｖ（周波数：
１ｋＨｚ）の電圧を透明電極と背面電極との間に印加し
てエレクトロルミネッセンス素子を発光させ、その発光
輝度をミノルタ（株）製の輝度：ＬＳ−１１０を用いて
測定した。 耐環境性［Ｉ／Ｉ₀ ］：の発光輝度測定後そのまま
発光を３０００時間継続した後の発光輝度Ｉ（カンデラ
／ｍ² ）とをミノルタ（株）製の輝度計：ＬＳ−１１０
を用いて測定し、その変化率Ｉ／Ｉ₀ で評価した。 以上の測定結果を表１に掲げる。

【００３２】

【表１】

【００３３】上記表の結果から明らかなように、本発明
のエレクトロルミネッセンス発光素子は、初期輝度が高
く、なおかつ発光を継続させたときの輝度低下が少ない
耐久性に優れたものであることが判る。

【００３４】

【発明の効果】以上のごとく、本発明においては、透明
基体の一方の主面に、酸化スズを１５〜５０重量％含有
した酸化インジウムからなる透明導電層を透明電極とし
て用いることで、初期発光輝度が高く、なおかつ発光を
継続させたときの輝度低下を抑制した耐久性に優れたエ
レクトロルミネッセンス発光素子を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の透明導電性積層体の一例を示す断面図

【符号の説明】

１０ 透明基体 ２０ 酸化スズを１５〜５０重量％含有した酸化インジ
ウムからなる透明導電層 ３０ 発光体層 ４０ 背面電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基体（Ａ）の一方の面に、少なくと
   も、透明導電層（Ｂ）、発光体層（Ｃ）、背面電極
   （Ｄ）をＡＢＣＤなる順序で積層したエレクトロルミネ
   ッセンス発光素子において、該透明導電層（Ｂ）に酸化
   スズを１５〜５０重量％含有した酸化インジウムを用い
   ることを特徴とするエレクトロルミネッセンス発光素
   子。
2. 【請求項２】 発光体層（Ｃ）に主として硫化亜鉛を発
   光体として用いることを特徴とする請求項１記載のエレ
   クトロルミネッセンス発光素子。
3. 【請求項３】 透明基体（Ａ）に透明な高分子成形体を
   用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のエレク
   トロルミネッセンス発光素子。