JPS6293897A - 薄膜エレクトロルミネセンス素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、薄膜エレクトロルミネセンス素子（以下、
「薄膜ＥＬ素子」という）に関するものであり、特に、
薄膜ＥＬ素子の視認性の向上に係るものである。

〔従来技術〕

螢光層を対向する電極間に配設し、前記電極間に発生す
る電界に応じて、前記螢光層の発光を前記電極の少なく
とも一方から照射するよう構成した薄膜Ｅ　Ｌ素子は、
軽量な平面ディスプレイへの応用が可能である。

近年、周囲が明るい環境における視認性を高めるため、
すなわち、太陽光線等強力な照明状況下における発光部
輝度と非発光部輝度との差を発光部輝度にて除算した値
で求まるコントラスト比を改善するため、螢光層の背後
に暗色の光吸収層を設けることが発表されている。

たとえば、特開昭６０４０１５８４号公報には、前記光
吸収層の一例として、硫化砒素、セレン化砒素、スレホ
セレン砒素あるいはその混合物から成る砒素化合物やテ
ルル化カドミウムを用いること、および、それらの問題
点が示されている。そして、前記問題点を解決するもの
として、前記光吸収層に金属酸化物を用いる改良技術が
示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記公報に開示された改良技術によれば、最適な結果を
与える成分比率の正確な管理が可能であって、コントラ
スト比を改善することができ、しかも、非毒性である光
吸収層を有する薄膜ＥＬ素子を提供しうるのであるが、
金属酸化物は抵抗値が高く、この光吸収層を螢光層と電
極との間に介設すると光吸収層に大きな電界が発生する
ことから、その分螢光層に発生する電界が小さくなり、
従来と同様の発光輝度を得るためには薄膜ＥＬ素子全体
に印加する電圧を高めなければならないという新たな問
題がある。

〔目的〕

この発明は、このような問題に着目してなされたもので
あって、低電圧駆動を可能とする薄膜ＥＬ素子の実現を
めざす光吸収層の改善を目的とするものである。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するため、この発明は、少なくとも透光
性の表面電極、螢光層、光吸収層、背面電極を透光性の
基板上に順次積層形成し、前記表面電極と前記背面電極
との間に電圧を印加することにより前記螢光層に電界が
発生して前記螢光層ざ発光を行う薄膜エレクトロルミネ
センス素子において、前記光吸収層を比較的抵抗値の小
さい暗色の半導体材料にて形成したものである。

〔作用〕

透光性の表面電極と、螢光層と、光吸収層と、背面電極
とを有し、光吸収層として比較的抵抗値の小さい暗色の
半導体材料を用いることにより、光吸収層が外光を吸収
してコン１−ラスト比を高め、また、抵抗値が小さいこ
とから光吸収層に発生する電界は小さく螢光層に発生す
る電界のロスを改善する。

〔実施例〕

大侮銖工 第１図は、この発明に係る薄膜ＥＬ素子Ａの要部を示し
ており、透光性の絶縁性平板材料から成る基板１上に、
透光性の導電性材料から成る表面電極２、比較的高誘電
率を有する絶縁材料から成る第１絶縁層３、母体材料内
に発光中心となる不純物をドープした螢光体材料から成
る螢光層４、第１絶縁Ｎ３と同様な材料から成る第２絶
縁層５、比較的抵抗値の小さい暗色の半導体材料から成
る光吸収Ｎ６および導電性材料から成る背面電極７を順
次積層形成して成る。

具体的には、基板１はガラス板、表面電極２は電子ビー
ム加熱法で膜厚約２０００人に形成した酸化インジウム
と酸化スズとの混合物（ＩＴＯ）、第１絶縁層３は高周
波スパッタリング法で膜厚約５０００人に形成したチタ
ン酸バリウム（ＢａＴｉ０３）、螢光層４は重量比０．
８％のマンガン（ＭＴｌ）をドープした硫化亜鉛（Ｚｎ
Ｓ）の真空焼結ベレットを蒸着源とする電子ビーム加熱
法で膜厚約４５００人に形成しである。

また、第２絶縁層５は電子ビーム加熱法で膜厚約１２０
０人に形成した酸化ハフニウム（Ｈｆ０１）、光吸収層
６は電子ビーム加熱法で後述する膜厚に形成したガリウ
ム砒素（ＧａＡｓ）、背面電極７は電子ビーム加熱法で
膜厚２００〜１ｏｏｏｏ人に形成したアルミニウム（Ａ
Ｉ）である。

去薯圀」− 第２図は、この発明に係る薄膜ＥＬ素子Ｂの要部を示し
ており、前記実施例Ｉの薄膜ＥＬ素子Ａの相当部分には
同一符号を付し、その詳細な説明は除く。

この薄膜ＥＬ素子Ｂでは、光吸収層６が第２絶縁層５の
間に介設されている。すなわち、螢光層４の上に、一方
の第２絶縁層５、光吸収層６、他方の第２地縁層５を順
次積層形成して成る。

具体的には、一方の第２絶縁Ｎ５は電子ビーム加熱法で
膜厚約４００人に形成したｕｒｏｚ、光吸収層６は電子
ビーム加熱法で後述する膜厚に形成したＧａＡｓ、他方
の第２絶縁層５は電子ビーム加熱法で膜厚約８００人に
形成したＨｆＯ，である。

大施五見 第３図は、この発明に係る薄膜ＥＬ素子Ｃの要部を示し
ており、前記実施例Ｉの薄膜ＥＬ素子Ａと相当部分には
同一符号を付し、その詳細な説明は除く。

この薄膜ＥＬ素子Ｃでは、光吸収層６が螢光層４と第２
絶縁層５との間に介設されている。すなわち、螢光層４
の上に光吸収層６、第２絶縁層５を順次積層形成して成
る。

具体的には、光吸収層６は電子ビーム加熱法で後述する
膜厚に形成したＧａＡｓ、第２絶縁層５は電子ビーム加
熱法で膜厚約８００人に形成した１１　ｆ　Ｏ、である
。

Ｘ飛」１１１因艮匡 第４図は、前記光吸収Ｎ６に用いるＧａＡｓの透過率を
測定した結果を示すものであり、ガラス基板上に電子ビ
ーム加熱法で蒸着速度２００人／ｗｉｎ、基板温度２５
℃、真空度５Ｘ１０　　Ｔｏｒｒにて、膜厚約２００人
、約６００人、約１０００人、約１４００人の計４タイ
プを形成したものである。

これによると、ＧａＡｓが２００人程変であると透過率
は可視光領域で３０〜５０％であるが、６００人を超え
ると透過率は急激に低下して、１０００Å以上の膜厚で
は目視によるとＧａＡｓ表面は鏡面状態に近づく。

すなわち、膜厚が約２００人より薄いと透過率が高く光
の吸収効果が低いものとなり、−友釣１０００人を超え
た厚膜になると透過率は低下するものの逆に反射効果が
高まってしまう。

この結果、ＧａＡｓを用いる光吸収層６の場合、膜厚は
約２００〜約１０００人の範囲が望ましい。よって、前
記実施例Ｉ〜ｍにおける光吸収層６の膜厚を約６００人
に設定し、以下説明をする。

逍過許作 第５図は、前記実施例■〜■の各薄膜Ｅ　Ｌ素子Ａ−Ｃ
についての可視光領域における透過特性を測定した結果
を示すものであり、同図中、Ａは実施例１Ｂは実施例■
、Ｃは実施例■の特性であり、Ｄは各薄膜ＥＬ素子Ａ−
Ｃと同様の構成であって光吸収層６を設けない従来タイ
プの薄膜ＥＬ素子（図示しない）の特性である。

これにより、光吸収層６を介設すると透過率が極端に低
下していることが分かる。

舅よ二Ｉ旦翌五 第６図は、前記実施例■〜■の各薄膜ＥＬ素子Ａ−Ｃに
ついての輝度−電圧特性を測定した結果を示すものであ
り、同図中のＡ−Ｄは、前記透過特性における説明を準
用する。なお、駆動電源としては、周波数４００Ｈｚの
正弦波を用いた。

これにより、発光開始電圧は、光吸収層６の影響を殆ど
受けずに、４タイプともほぼ等しいことが分かる。この
時、実施例Ｉ〜■の発光状態は、均一であって光吸収層
６の光吸収効果によって発光部と非発光部との差が大き
いことが発明者によって確認された。なお、発光開始電
圧は、Ａ−Ｄあった。

；に」Ｕシミ性 第７図は、前記実施例Ｉ〜■の各薄膜Ｅ　Ｌ素子Ａ−Ｃ
についての電流−電圧特性を測定した結果を示すもので
あり、同図中のＡ−Ｄは、前記透過特性における説明を
準用する。なお、駆動電源としては、周波数４００Ｈｚ
の正弦波を用いた。

これにより、ＡとＣは、ＢとＤに比べて電流が多く流れ
ることが分かる。

コントラスト　特 第８図は、前記実施例■〜■の各薄１ＩＩＥＬ素子Ａ−
Ｃについてのコントラスト比特性を測定した結果を示す
ものであり、同図中のＡ−Ｄは、前記透過特性における
説明を準用する。なお、コントラスト比Ｃｏは、下式で
示す表示部と非表示部の輝度であり、コントラスト比Ｃ
Ｏの測定系は、第９図に示すように、太陽光に近いキセ
ノンランプ（Ｘ　ｅｎｏｎ　　Ｌ　ａｍｐ）　８と輝度
計（Ｂ　ｒｉｇｈｔｎｅｓｓ　Ｍｅｔｅｒ）９とを用い
、キセノンランプからの光の強度は、しぼりとフィルタ
を用いて、通常の室内照度約１０００１ｘより暗い状態
から屋外光の１０５１ｘまで変化させた。また、発光輝
度は、Ａ−Ｃが３０ｆＬ、　Ｄが６０ｆＬで測定した。

これにより、光吸収層６を設けることにより、発光輝度
を従来タイプであるＤの半分としてもコントラスト比Ｃ
Ｏは向上する。一般に視認することのできる最低のコン
トラスト比Ｃｏ　＝　０．５となる点の照度は、従来タ
イプのＤでは約８０００１　Ｘであるが、光吸収層６を
設けたＡ−Ｃはいずれもかなり高い照度でもクリヤーし
ており、Ｃは約７００００１ｘと大幅に改善されたこと
が分かる。

また、光吸収層６を第２絶縁層５ではさんだタイプのＢ
は、第２絶縁層５の膜厚および膜厚比を変えることで、
コントラスト比Ｃｏを更に改善することが可能と思われ
る。

このように、光吸収層６を設けることにより、視認性が
向上し、たとえば従来タイプと同程度のコントラスト比
で発光表示する場合には、薄膜ＥＬ素子Ａ−Ｃの発光輝
度を低くすることができるので、薄膜ＥＬ素子Ａ−Ｃの
駆動電圧、電流も小さく、消費電力も少なく済む。

また、屋外光と等しい照明条件下においてもコントラス
ト比Ｃｏを高く保つことができる。

土族 以上の緒特性の結果より、光吸収Ｎ６の最適な構造を考
えると、消費電力が少な（比較的高いコントラスト比Ｃ
ｏが得られる点から、前後を第２絶縁層５ではさんだ実
施例■が望ましいことが分かった。

そこで、以下においては、前記実施例Ｈにつぃて、光吸
収層６の膜厚を種々設定した３種類のサンプルについて
の説明を行う。

丈７１西工ご」ゆ１朋。

サンプル１〜■は、いずれも前記実施例■の薄膜ＥＬ素
子Ｂをヘースにしたもので、光吸収Ｎ６の膜厚だけが異
なり、サンプル１は約２００人、サンプルｉ蔦は約６０
０人（前記薄膜ＥＬ素了Ｂ）、サンプル１ｉｉは約１０
００人に設定しである。

込遇■立 第１０図は、前記サンプルｉ〜１ｉｉについて、前記実
施例■〜■と同様な方法により透過特性を測定した結果
を示すものであり、同図中、ａはサンプルｉ、ｂはサン
プルｉ＋ｓｅはサンプルｉｉｉの特性である。

これにより、光吸収膜６の膜厚を増加させていくことに
より透過率は極端に低下することが分かる。サンプルｉ
　＝　ｉｉｉの色調は、肉眼で基板１　（第２図参照）
表面より見ると、サンプル１では茶色、サンプル＋１で
は青黒色、サンプル１ｉｉではサンプルｉｉと大差ない
ものの鏡面反射を持つようになる。

輝ズニ」Ｉ臼ｌ咀 第１１図は、前記サンプル童〜ｉｉｉについて、前記実
施例Ｉ〜■と同様な方法により輝度−電圧特性を測定し
た結果を示すものであり、同図中のａ〜Ｃは、前記透過
特性における説明を準用する。

これにより、サンプルｆ〜Ｉｊｉの発光開始電圧は約７
０νｒｍｓで、３サンプルとも等しく、光吸収層６が発
光開始電圧に影響を及ぼしていないことが分かるが、こ
れは、半導体材料を使用した光吸収層６の絶縁性が低い
ためと思われる。また、飽和輝度および立ち上がりにつ
いては余り差が生じていないことが分かる。

１に」■１毘法 第１２囲は、前記サンプル１〜ｉｊｉについて、前記実
施例■〜■と同様な方法により電流−電圧特性を測定し
た結果を示すものであり、同図中のａ〜Ｃは、前記透過
特性における説明を準用する。

これにより、発光開始電圧以下での電流密度は、３サン
プルとも等しく、光吸収膜６の膜厚が増加すると電流が
わずかに減少していることが分かる。

ユ詠」二九丞」１ＵＹ性 第１３図は、前記サンプル１〜■について、前記実施例
１−［［［と同様な方法によりコントラスト比特性を測
定した結果を示すものであり、同図中のａ−ｃは、前記
透過特性における説明を準用する。

これにより、サンプルｉｊが最ｔ）良好なコントラスト
比特性を有していることが分かる。これは、光吸収Ｎ６
の膜厚が増加すると黒色化は進むが、光沢をもってくる
ため逆に外光を反射しやすくなってしまうためと思われ
る。そのため、ある程度の黒色でしかも反射が弱い膜厚
が望ましく、サンプルｉｉはこの条件に近いものと思わ
れる。

４括 以上の実施例■〜■およびサンプル１〜ｉｉｉの緒特性
の測定結果より、光吸収層６を設けることにより、コン
トラスト比が向上すなわち視認性が改善され、外光によ
る影響を抑えることができることが分かった。

また、光吸収層６の形成位置によって前記緒特性が変化
し、螢光層４の上に第２絶縁層５、光吸収Ｎ６を順次積
層形成した薄膜Ｅ　Ｌ、素子Ａはコントラスト比特性に
劣り消費電流も大きく、螢光層４の上に光吸収層６、第
２絶縁層５を順次積層形成した薄膜ＥＬ素子Ｃはコント
ラスト比特性は優れているものの消費電流も大きく、螢
光層４の上に一方の第２絶縁層５、光吸収層６、他方の
第２絶縁層５を順次積層形成した薄膜ＢＬ素子Ｂはコン
トラスト比特性では薄膜ＥＬ素−７０に若干劣るものの
消費電流が少ないという特徴を有するものであり、これ
ら緒特性を総合判断すれば薄膜Ｅ　Ｌ素子Ｂが最も実用
に適しているものと考えられ、この場合の光吸収層６の
最適な膜厚は約６００人である。

〔発明の応用例〕

この発明は、前記実施例に限られるものではなく、基板
１〜背面電極７に使用される材料は前記述べたものに限
定されるものではなく、同様な作用を有するものであれ
ば同様に使用できることは勿論である。また形状も任意
に設定できることは言うまでもない。

さらζこ、第１絶縁Ｎ３は省略することもできる。

〔発明の効果〕

このように、この発明は、少なくとも透光性の表面電極
、螢光層、光吸収層、背面電極を透光性の基板上に１噴
次積層形成し、前記表面電極と前記背面電極との間に電
圧を印加することにより前記螢光層に電界が発生して前
記螢光層が発光を行う″Ｆｉ膜エレクトロルミネセンス
素子において、前記光吸収層を比較的抵抗値の小さい暗
色の半導体材料にて形成したものであり、光吸収層によ
り外光を吸収し２て薄膜ＥＬ素子の視認性を向上させる
ことができる。このため、発光輝度を低下させることが
でき、消費電力も小さくするこ止が可能となる。

また、光吸収層に比較的抵抗値の小さい半導体材料を使
用することにより、光吸収層に発生する電界を抑えるこ
七ができ、その分螢光層に発生する電界を低下させずに
済むため、光吸収層を設けることによる薄膜ＥＬ素子全
体に印加する電圧の昇圧という従来の問題を解決するこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はいずれもこの発明に係るｙｉ膜ＥＬ素
子の実施例の要部断面図、第４図は同上実施例に設けた
光吸収層に用いられるＧａＡｓの透過特性図、第５図は
同上実施例の透過特性図、第６図は同上実施例の輝度−
電圧特性図、第７図は同」二実施例の電流−電圧特性図
、第８図は同上実施例のコントラスト比特性図、第９図
は同上実施例のコントラスト比特性を測定する測定系を
説明する図、第１０図は同上実施例において光吸収層の
膜厚を異ならせたサンプルの透過特性図、第１１図は同
上サンプルの輝度−電圧特性図、第１２図は同上サンプ
ルの電流−電圧特性図、第１３図は同上サンプルのコン
トラスト比特性図である。 １−・基板　　２・・−表面電極　　３・−・第１絶縁
層４・・−螢光層　５−・−第２絶縁層　６−＝光吸収
層７−・−背面電極 第１図 第４図 第５図 １７Ｖａｖｅｌｅｎｇｔｈ　（ｎｍ） Ａｐｐｌｉｅｄ　ＶＯ１ｔａ９ｅ（Ｖｒｍ５）Ａｐｐｌ
ｉｅｄ　Ｖｏｌ　ｔａｇｅ　（Ｖｒｍｓ、）第８図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　少なくとも透光性の表面電極、螢光層、光吸収層、背
   面電極を透光性の基板上に順次積層形成し、前記表面電
   極と前記背面電極との間に電圧を印加することにより前
   記螢光層に電界が発生して前記螢光層が発光を行う薄膜
   エレクトロルミネセンス素子において、前記光吸収層を
   比較的抵抗値の小さい暗色の半導体材料にて形成したこ
   とを特徴とする薄膜エレクトロルミネセンス素子。