JPS629995B2 - - Google Patents
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- JPS629995B2 JPS629995B2 JP55134234A JP13423480A JPS629995B2 JP S629995 B2 JPS629995 B2 JP S629995B2 JP 55134234 A JP55134234 A JP 55134234A JP 13423480 A JP13423480 A JP 13423480A JP S629995 B2 JPS629995 B2 JP S629995B2
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- JP
- Japan
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- thin film
- light
- layer
- light emitting
- dielectric layer
- Prior art date
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、電界の印加によつて発光する薄膜エ
レクトロルミネセンス素子に関するものである。
レクトロルミネセンス素子に関するものである。
従来のこの種の薄膜エレクトロルミネセンス素
子は第１図に示すごとく、ガラスなどからなる透
明基板１の上に、基板面に平行に酸化すずあるい
は酸化インジウムなどからなる透明電極２，酸化
イツトリウム、酸化サマリウム，あるいはチタン
酸バリウムなどからなる第１誘電体層３，マンガ
ンやテルビウム等を添加した硫化亜鉛などからな
る発光層４，第２誘電体層５，アルミニウム，金
などからなる金属電極６を順次真空蒸着，スパツ
タリングなどの方法で積層して構成されていた。
この種の素子は第２図に示すとく、透明電極２と
金属電極６との間に交流電源７を接続し、交流電
界を多層薄膜に印加することにより、発光層４部
分が発光し、直接第１誘電体層３，透明電極２基
板１を透過した光と、第２誘電体層５を透過し、
金属電極６に反射したのち、第２誘電体層５，発
光層４，第１誘電体層３，透明電極２，透明基板
１をつぎつぎと透過した光が外部へ取り出される
構造となつていた。このような構造では、透明電
極２，誘電体層３，５および発光層４の屈折率が
透明基板１の屈折率よりかなり大きいため、透明
電極２または第一誘電体層３と透明基板１との界
面では全反射が生じ易く、そのため発光層４から
出た光の一部分しか取り出せないという欠点があ
つた。一具体例をあげると、誘電体層３，５に酸
化イツトリウム（屈折率；2.00），発光層４に硫
化亜鉛（屈折率；2.40），透明電極２に酸化イン
ジウム（屈折率；2.00），透明基板１に硬質ガラ
ス（屈折率；1.50）を用いた従来の構造の素子で
は、第１誘電体層３または透明電極２と透明基板
１との界面の光の臨界角は24.6゜となる結果、点
光源の集合体と考えられる発光層３における全発
光量のうち、基板を通過して外部にとり出される
光量の割合は、第１誘電体層３あるいは透明電極
２から透明基板１への光の入射角をφで表わす
と、 となる。
子は第１図に示すごとく、ガラスなどからなる透
明基板１の上に、基板面に平行に酸化すずあるい
は酸化インジウムなどからなる透明電極２，酸化
イツトリウム、酸化サマリウム，あるいはチタン
酸バリウムなどからなる第１誘電体層３，マンガ
ンやテルビウム等を添加した硫化亜鉛などからな
る発光層４，第２誘電体層５，アルミニウム，金
などからなる金属電極６を順次真空蒸着，スパツ
タリングなどの方法で積層して構成されていた。
この種の素子は第２図に示すとく、透明電極２と
金属電極６との間に交流電源７を接続し、交流電
界を多層薄膜に印加することにより、発光層４部
分が発光し、直接第１誘電体層３，透明電極２基
板１を透過した光と、第２誘電体層５を透過し、
金属電極６に反射したのち、第２誘電体層５，発
光層４，第１誘電体層３，透明電極２，透明基板
１をつぎつぎと透過した光が外部へ取り出される
構造となつていた。このような構造では、透明電
極２，誘電体層３，５および発光層４の屈折率が
透明基板１の屈折率よりかなり大きいため、透明
電極２または第一誘電体層３と透明基板１との界
面では全反射が生じ易く、そのため発光層４から
出た光の一部分しか取り出せないという欠点があ
つた。一具体例をあげると、誘電体層３，５に酸
化イツトリウム（屈折率；2.00），発光層４に硫
化亜鉛（屈折率；2.40），透明電極２に酸化イン
ジウム（屈折率；2.00），透明基板１に硬質ガラ
ス（屈折率；1.50）を用いた従来の構造の素子で
は、第１誘電体層３または透明電極２と透明基板
１との界面の光の臨界角は24.6゜となる結果、点
光源の集合体と考えられる発光層３における全発
光量のうち、基板を通過して外部にとり出される
光量の割合は、第１誘電体層３あるいは透明電極
２から透明基板１への光の入射角をφで表わす
と、 となる。
したがつて、従来の構造の薄膜エレクトロルミ
ネセンス素子は、発光層部４における全光量のう
ち、約90％の光が発光層４，誘電体層３，５，透
明電極２あるいは透明基板１において、その内部
に閉じこめられたり、その側面からもれてしま
い、透明基板１を透過し基板正面へ出てくる光量
は高々10％という、光の取り出し効率のきわめて
低いものであつた。
ネセンス素子は、発光層部４における全光量のう
ち、約90％の光が発光層４，誘電体層３，５，透
明電極２あるいは透明基板１において、その内部
に閉じこめられたり、その側面からもれてしま
い、透明基板１を透過し基板正面へ出てくる光量
は高々10％という、光の取り出し効率のきわめて
低いものであつた。
本発明は、これらの欠点を解決するため、金属
電極膜で発光層と誘電体層を覆い、発光を効率良
く外部に取り出し得る構成としたもので、その目
的は高輝度発光素子を提供するにある。
電極膜で発光層と誘電体層を覆い、発光を効率良
く外部に取り出し得る構成としたもので、その目
的は高輝度発光素子を提供するにある。
第３図は、本発明の素子構成の一断面概略図で
あつて、１は透明基板，２は透明電極，３は第１
誘電体層，４は発光層，５は第２誘電体層，６は
金属電極である。この素子を作製するには、まず
透明基板１上に透明電極２を真空蒸着法またはス
プレー法で形成したのち、第１誘電体層３，発光
層４，第２誘電体層５を順次蒸着法，スパツタ法
で形成する。この際基板とマスクとの距離を適当
に制御することによつて、または多層薄膜層形成
後ホトエツチング法によつて、多層薄膜層端面を
第３図のように傾斜させる。しかる後に背面金属
電極６を真空蒸着法で形成する。このように金属
電極６で多層薄膜層をおおう構造になつているた
め、発光層４から出た光は光路８，９のように直
接あるいは背面金属電極６に反射して外へ出る他
に、従来形素子では取り出し得なかつた薄膜内を
横方向へ拡散していく発光成分も、光路１０，１
１のように金属電極６の傾斜面に反射させて外へ
取り出すことが出来る。なお金属電極としてはア
ルミニウム、銀等の反射率の高い金属を用いる。
あつて、１は透明基板，２は透明電極，３は第１
誘電体層，４は発光層，５は第２誘電体層，６は
金属電極である。この素子を作製するには、まず
透明基板１上に透明電極２を真空蒸着法またはス
プレー法で形成したのち、第１誘電体層３，発光
層４，第２誘電体層５を順次蒸着法，スパツタ法
で形成する。この際基板とマスクとの距離を適当
に制御することによつて、または多層薄膜層形成
後ホトエツチング法によつて、多層薄膜層端面を
第３図のように傾斜させる。しかる後に背面金属
電極６を真空蒸着法で形成する。このように金属
電極６で多層薄膜層をおおう構造になつているた
め、発光層４から出た光は光路８，９のように直
接あるいは背面金属電極６に反射して外へ出る他
に、従来形素子では取り出し得なかつた薄膜内を
横方向へ拡散していく発光成分も、光路１０，１
１のように金属電極６の傾斜面に反射させて外へ
取り出すことが出来る。なお金属電極としてはア
ルミニウム、銀等の反射率の高い金属を用いる。
次に本発明の効果を、前記従来形素子の一具体
例と同じ物質で透明電極，誘電体層および発光層
を形成した場合について説明する。
例と同じ物質で透明電極，誘電体層および発光層
を形成した場合について説明する。
第４図は、光線１０に関して、発光点からの光
束の放射角φ１と透明基板１への光束の入射角φ
２との関係を、金属電極の側面傾斜角θをパラメ
ータとして示した図である。第４図から明らかな
如く基板１への入射角φ２は、傾斜角θによつて
大きく変化し、20゜＜θ＜40゜のとき、発光点か
らの放射角φ１が基板―薄膜界面の臨界角（＝
24.6゜）より大きい場合でも、入射角φ２は前記
臨界角より小さくなるので、光束は透明基板１内
に入射し、外部に取り出すことが可能となる。
束の放射角φ１と透明基板１への光束の入射角φ
２との関係を、金属電極の側面傾斜角θをパラメ
ータとして示した図である。第４図から明らかな
如く基板１への入射角φ２は、傾斜角θによつて
大きく変化し、20゜＜θ＜40゜のとき、発光点か
らの放射角φ１が基板―薄膜界面の臨界角（＝
24.6゜）より大きい場合でも、入射角φ２は前記
臨界角より小さくなるので、光束は透明基板１内
に入射し、外部に取り出すことが可能となる。
第５図は、光線１１に関して、発光点からの光
束の放射角φ1′と透明基板１への光束の入射角φ
2′との関係を、金属電極の側面傾斜角θをパラメ
ータとして示した図である。第５図から明らかな
如く、金属電極の傾斜角θが０゜＜θ＜40゜のと
き、発光点からの放射角φ1′が基板―薄膜界面の
臨界角より大きい場合でも、入射角φ2′は前記臨
界角より小さくなるので、光を外部に取り出すこ
とが可能となる。
束の放射角φ1′と透明基板１への光束の入射角φ
2′との関係を、金属電極の側面傾斜角θをパラメ
ータとして示した図である。第５図から明らかな
如く、金属電極の傾斜角θが０゜＜θ＜40゜のと
き、発光点からの放射角φ1′が基板―薄膜界面の
臨界角より大きい場合でも、入射角φ2′は前記臨
界角より小さくなるので、光を外部に取り出すこ
とが可能となる。
第６図は、本発明による素子の発光の取り出し
効率（＝外部発光出力／全発光量）と金属電極の
側面傾斜角θとの関係を示した図であつて、図か
ら傾斜角θを10゜＜θ＜40゜の範囲に選ぶと、取
り出し効率が前記従来形素子の9.1％に比べて大
幅に増大することが明らかである。とくにθ＝25
±５゜のとき、取り出し効率は従来形素子の約９
倍の80％となり、透明基板内に閉じこもり、横方
向に拡散して失なわれる光量以外のほとんどを、
外部に取り出すことが出来る。なお傾斜角θが10
゜未満の場合及び40゜超越の場合は光束の取り出
し効率が少くなり、実用上好ましくない。
効率（＝外部発光出力／全発光量）と金属電極の
側面傾斜角θとの関係を示した図であつて、図か
ら傾斜角θを10゜＜θ＜40゜の範囲に選ぶと、取
り出し効率が前記従来形素子の9.1％に比べて大
幅に増大することが明らかである。とくにθ＝25
±５゜のとき、取り出し効率は従来形素子の約９
倍の80％となり、透明基板内に閉じこもり、横方
向に拡散して失なわれる光量以外のほとんどを、
外部に取り出すことが出来る。なお傾斜角θが10
゜未満の場合及び40゜超越の場合は光束の取り出
し効率が少くなり、実用上好ましくない。
実施例
第７図ａおよびｂは、本発明の一実施例を示す
図である。
図である。
この場合ガラス基板１２上に透明電極として
1000Å厚の酸化インジウム層１３を設け、この層
１３の上に第１誘電体層として3000Å厚の第１酸
化サマリウム薄膜層１４を、次いで発光層として
マンガンを0.5重量％添加した硫化亜鉛薄膜層１
５を5000Å厚で、それぞれ蒸着形成する。この際
薄膜端面が傾斜するようにするために、蒸着時に
マスクを基板から３mm程度離して蒸着を行なう。
次いで硫化亜鉛発光層１５の上に、前記第１酸化
サマリウム薄膜層１４、硫化亜鉛発光層１５を覆
う様に、第２誘電体層として3000Å厚の第２酸化
サマリウム薄膜層１６と、背面金属電極としてア
ルミニウム薄膜層１７を蒸着し、なめらかに傾斜
した金属反射面を形成する。
1000Å厚の酸化インジウム層１３を設け、この層
１３の上に第１誘電体層として3000Å厚の第１酸
化サマリウム薄膜層１４を、次いで発光層として
マンガンを0.5重量％添加した硫化亜鉛薄膜層１
５を5000Å厚で、それぞれ蒸着形成する。この際
薄膜端面が傾斜するようにするために、蒸着時に
マスクを基板から３mm程度離して蒸着を行なう。
次いで硫化亜鉛発光層１５の上に、前記第１酸化
サマリウム薄膜層１４、硫化亜鉛発光層１５を覆
う様に、第２誘電体層として3000Å厚の第２酸化
サマリウム薄膜層１６と、背面金属電極としてア
ルミニウム薄膜層１７を蒸着し、なめらかに傾斜
した金属反射面を形成する。
このようにして作成された薄膜エレクトロルミ
ネセンス素子は、酸化インジウム層１３とアルミ
ニウム薄膜層１７との間に交流電界を印加するこ
とで、黄橙色に発光し、2KHz交流駆動で約
5000cd／m2の輝度が得られた。誘電体層および
発光層材料に本実施例と同じ物質を用いて作製し
た標準的な従来形素子の発光輝度は約2000cd／
m2であることから、本実施例の素子は従来形素子
に比べて、2.5倍の輝度向上が図られたことにな
る。これは本発明の薄膜層を金属反射膜で覆う構
造をとることにより、効率良く光束を外部へ取り
出し得た結果を示すものである。
ネセンス素子は、酸化インジウム層１３とアルミ
ニウム薄膜層１７との間に交流電界を印加するこ
とで、黄橙色に発光し、2KHz交流駆動で約
5000cd／m2の輝度が得られた。誘電体層および
発光層材料に本実施例と同じ物質を用いて作製し
た標準的な従来形素子の発光輝度は約2000cd／
m2であることから、本実施例の素子は従来形素子
に比べて、2.5倍の輝度向上が図られたことにな
る。これは本発明の薄膜層を金属反射膜で覆う構
造をとることにより、効率良く光束を外部へ取り
出し得た結果を示すものである。
なおこの実施例では、薄膜層の端面の傾斜角を
完全に制御しきれておらず、またその薄膜層の端
面のうち２面のみをアルミニウム薄膜層１７で覆
う構造となつている。したがつてホトエツチング
等により傾斜面を作り、前記第６図から明らかな
最適傾斜角（＝25゜）に合致させ、かつ薄膜端面
全部をアルミニウム電極で覆う構造とすれば、さ
らに高輝度化を図ることが可能である。
完全に制御しきれておらず、またその薄膜層の端
面のうち２面のみをアルミニウム薄膜層１７で覆
う構造となつている。したがつてホトエツチング
等により傾斜面を作り、前記第６図から明らかな
最適傾斜角（＝25゜）に合致させ、かつ薄膜端面
全部をアルミニウム電極で覆う構造とすれば、さ
らに高輝度化を図ることが可能である。
またアルミニウム薄膜層１７を内に凹なる球面
状にした構成であつても、本実施例と同様な効果
が可能である。
状にした構成であつても、本実施例と同様な効果
が可能である。
以上のように、本発明によれば、透明電極，誘
電体層，発光層からなる多層薄膜層の端面を傾斜
せしめ、該端面及び頂部を反射率の高い金属電極
でおおい、その傾斜角度を10゜〜40゜とすること
により、発光層および誘電体層に光が閉じこめら
れることなく、発光量のほとんどすべてを透明基
板を通し外部に取り出すことが出来るので、従来
なかつた高輝度の薄膜エレクトロルミネセンス素
子が実現でき、小形で輝度あるいは照度の高い表
示装置又は照明装置を構成することが出来る。
電体層，発光層からなる多層薄膜層の端面を傾斜
せしめ、該端面及び頂部を反射率の高い金属電極
でおおい、その傾斜角度を10゜〜40゜とすること
により、発光層および誘電体層に光が閉じこめら
れることなく、発光量のほとんどすべてを透明基
板を通し外部に取り出すことが出来るので、従来
なかつた高輝度の薄膜エレクトロルミネセンス素
子が実現でき、小形で輝度あるいは照度の高い表
示装置又は照明装置を構成することが出来る。
第１図は従来の薄膜エレクトロルミネセンス素
子の断面概略図、第２図は従来形素子内での光の
反射，屈折の形態を示す図、第３図は本発明によ
る薄膜エレクトロルミネセンス素子の構造断面
図、第４図は第３図の光線１０について、放射角
φ１とガラス面への入射角φ２との関係を示す
図、第５図は第３図の光線１１について、放射角
φ1′とガラス面への入射角φ2′との関係を示す
図、第６図は本発明による素子の発光の取り出し
効率と金属反射面の傾斜角との関係を示す図、第
７図は本発明の一実施例の断面概略図である。 １…透明基板、２…透明電極、３…第１誘電体
層、４…発光層、５…第２誘電体層、６…金属電
極、７…交流電源、８…発光層からの直接出力
光、９…金属電極に反射してから外へ出る光、１
０，１１…金属反射膜の傾斜面に反射して素子外
へ出る光、１２…ガラス基板、１３…酸化インジ
ウム薄膜層、１４，１６…酸化サマリウム薄膜
層、１５…硫化亜鉛薄膜層、１７…アルミニウム
薄膜層。
子の断面概略図、第２図は従来形素子内での光の
反射，屈折の形態を示す図、第３図は本発明によ
る薄膜エレクトロルミネセンス素子の構造断面
図、第４図は第３図の光線１０について、放射角
φ１とガラス面への入射角φ２との関係を示す
図、第５図は第３図の光線１１について、放射角
φ1′とガラス面への入射角φ2′との関係を示す
図、第６図は本発明による素子の発光の取り出し
効率と金属反射面の傾斜角との関係を示す図、第
７図は本発明の一実施例の断面概略図である。 １…透明基板、２…透明電極、３…第１誘電体
層、４…発光層、５…第２誘電体層、６…金属電
極、７…交流電源、８…発光層からの直接出力
光、９…金属電極に反射してから外へ出る光、１
０，１１…金属反射膜の傾斜面に反射して素子外
へ出る光、１２…ガラス基板、１３…酸化インジ
ウム薄膜層、１４，１６…酸化サマリウム薄膜
層、１５…硫化亜鉛薄膜層、１７…アルミニウム
薄膜層。
Claims (1)
- １ 透明基板上に、透明電極，誘電体層，金属電
極等からなる多層薄膜を積層し、前記透明電極と
金属電極との間に交流電界を印加することによつ
て、誘電体層を介して発光層に電界を印加し、電
界発光せしめる薄膜エレクトロルミネセンス素子
において、前記透明電極，誘電体層，発光層から
なる多層薄膜層の端面を基板法線に対して10度か
ら40度の角度に傾斜せしめ、かつ該端面及び頂部
を反射率の高い金属電極で覆い、透明電極に対し
素子全体を台形状に成形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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55134234A JPS5760691A (en) | 1980-09-29 | 1980-09-29 | Thin film electroluminescent element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55134234A JPS5760691A (en) | 1980-09-29 | 1980-09-29 | Thin film electroluminescent element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5760691A JPS5760691A (en) | 1982-04-12 |
| JPS629995B2 true JPS629995B2 (ja) | 1987-03-03 |
Family
ID=15123555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55134234A Granted JPS5760691A (en) | 1980-09-29 | 1980-09-29 | Thin film electroluminescent element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5760691A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4062171B2 (ja) | 2003-05-28 | 2008-03-19 | ソニー株式会社 | 積層構造の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5647918Y2 (ja) * | 1976-11-02 | 1981-11-09 |
-
1980
- 1980-09-29 JP JP55134234A patent/JPS5760691A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5760691A (en) | 1982-04-12 |
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