JPS63207091A - 薄膜型電界発光素子 - 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】 〔技術分野〕 この発明は、電界の印加によって発光する薄膜型電界発
光素子に関する。

〔背景技術〕

マンガンや希土類弗化物等を添加した硫化亜鉛やセレン
化亜鉛、希土類元素を添加したカルシウムや硫化ストロ
ンチウム等の蛍光体を薄膜化し、両面から電界を印加さ
せることで発光させる薄膜型の電界発光素子がある。こ
のような薄膜型電界発光素子には、上記蛍光体薄膜発光
層を、酸化イツトリウム、酸化シリコン、酸化タンタル
、酸化アルミニウム、窒化シリコン、チタン酸バリウム
、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウム等からなる二つ
の誘電体層で挟んだ高電圧交流型のものから、前記蛍光
体薄膜発光層を直接電極で挟んだ低電圧直流型のものま
で様々なタイプがある。最近では特に、上記低電圧直流
型のものが、駆動方法の選択自由度が広く、その他の素
子との連携も自由であるため、着目されている。

これら薄膜型電界発光素子の用途の一つに、テレビディ
スプレイ等のＸ−Ｙドツトマトリクスがある。このもの
は、蛍光体薄膜発光層の両面に、互いに交差するよう２
組の帯状電極群を形成してなるもので、両帯状電極群の
所定の帯状電極に電圧を印加すると、蛍光体薄膜発光層
の、電圧が印加された二つの帯状電極に挟まれた部分（
画素部分）が発光し、全体として、所定の表示がなされ
るようになっている。

第３図に、そのようなマトリクス状の薄膜型電界発光素
子の一例を示す。この例の薄膜型電界発光素子は、基板
１上に第１の帯状電極群２′・・・が設けられ、その上
に、所定の画素部分の全てにわたる連続した蛍光体薄膜
発光層３が形成され、さらに、その上に第２の帯状電極
群４′・・・が形成されたものである。

ところが、このような構成の薄膜型電界発光素子では、
蛍光体薄膜発光層３の下に形成される第１の帯状電極群
２′・・・が連続的な層でないため、第４図にみるよう
に、その上に形成される蛍光体薄膜発光層３に段差が発
生する。このような段差があると、素子駆動時に、図中
矢印で示したように電界集中が発生ずる。このような電
界集中は、画素の発光を不均一にするばかりでなく、素
子破壊の危険性を高める原因ともなる。

これを防ぐため、段差を小さくすることが考えられるが
、帯状電極群２′・・・は、通常、光取り出しのため透
明導電膜で形成されており、膜厚が薄いと抵抗値が増大
して電圧降下が著しくなり、素子の発光効率の低下を引
き起こすため、この帯状電極群２′・・・の膜厚を薄く
して段差を小さくすることはできない。

〔発明の目的〕

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、
蛍光体薄膜発光層に段差がないため電界集中が発生せず
、安定した発光を行うことができて素子破壊の危険性も
ない薄膜型電界発光素子を提供することを目的としてい
る。

〔発明の開示〕

上記目的を達成するため、この発明は、蛍光体薄膜発光
層に、少なくとも一方が透明導電膜である印加電極が上
下両面から接触して複数の画素部分を構成しているとと
もに、これら画素部分に接触する印加電極間にそれぞれ
独立した電界が印加されて各画素部分が別々に発光する
ようになっている薄膜型電界発光素子であって、前記各
画素部分の上には、複数の信号電極からなる信号電極群
のいずれかの信号電極にゲートが繋がれ、複数の動作電
極からなる動作電極群のいずれかの動作電極にソースが
繋がれ、画素部分に接触した一方の印加電極にドレイン
が繋がれた複数の薄膜トランジスタが形成されており、
各画素部分への独立した電界の印加がこの薄膜トランジ
スタからなされるようになっているとともに、もう一方
め印加電極が複数の画素間にわたる連続した層であるこ
とを特徴とする薄膜型電界発光素子を要旨としている。

以下に、この発明を、その一実施例をあられす第１図を
参照しつつ、詳しく説明する。

図にみるように、基板１上に、第１の印加電極２が設け
られ、その上に、蛍光体薄膜発光層３が形成され、さら
に、その上に複数の第２の印加電極４・・・が形成され
ている。第２の印加電極４は必要とする画素部分の数だ
け設けられており、それによって前記蛍光体薄膜発光層
３に複数の画素部分３ａ（図中破線で囲んだ部分）が構
成されている。第１の印加電極２は、これら複数の画素
部分３ａの全てにわたるよう連続した層で形成されてい
る。このため、この第１の印加電極２上に形成される蛍
光体薄膜発光Ｎ３には段差がなく、電界集中の発生しな
い、安定した発光を行えるものとなるのである。

基板１としては、無アルカリガラス等、従来と同様のも
のが使用できる。

第１および第２の印加電極２，４のうち、少なくとも一
方は、素子外に光を取り出す必要から、透明導電膜で形
成される必要がある。もう一方の印加電極は、透明導電
膜であってもよいし、虫なる金属膜であってもよい。こ
の例では、第１の印加電極２が透明導電膜で構成され、
第２の印加電極４が金属膜で構成されている。

透明導電膜の材料としては、酸化スズ、酸化インジウム
、酸化スズを添加した酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化
亜鉛、酸化アルミニウムを添加した酸化亜鉛等、通常の
ものが使用できる。これら透明導電膜は、高周波スパッ
タリング法や電子ビーム蒸着法等で形成でき、その膜厚
は３０００人程度が好ましい。

金属膜としても、アルミニウム、金等、通常の電極材料
が使用できる。これら金属膜は、真空蒸着法等で形成す
ることができ、その膜圧は２０００人程度が好ましい。

蛍光体薄膜発光層３としては、前述したように、動作電
圧が低く直流によって駆動できるタイプのものが好まし
い。その中でも、蛍光体に導電性材料を含ませたものは
、より低電圧で作動できるため、さらに好ましい。この
実施例では、そのような導電性材料が、画素部分３ａに
のみ含まれている。このように、画素部分３ａにのみ導
電性材料を含ませておけば、発光が必要な画素部分３ａ
は導電性が高く、それ以外の部分は導電性が低（なる（
はぼ絶縁状態となる）ため、電流のロスが少なくなり、
効率のよいきれいな発光を行えるようになるのである。

そのような蛍光体薄膜発光層３としては、マンガンや希
土類弗化物を添加した硫化亜鉛が主に用いられるが、そ
の他の蛍光体を使用するようであってもよい。上記構成
のものでは、硫化亜鉛に対するマンガン等の添加量は０
．５重量％程度が好ましい。このような、蛍光体薄膜発
光層３の導電性を高める導電性材料としては、たとえば
、銅等の金属材料が挙げられる。蛍光体薄膜発光層３は
、高周波スパッタリング法、電子ビーム蒸着法等で形成
することができ、その膜厚は１〜４μ諺程度が好ましい
。

蛍光体薄膜発光層３の画素部分３ａに銅等の導電性材料
を含ませる（選択拡散させる）には、たとえば、下記の
方法を用いるようにすればよい。

まず、所定の方法で基板１表面に形成された第１の印加
電極２上の、画素に相当する位置に、真空蒸着法、高周
波スパッタリング法等の方法によって３０〜３００人程
度の銅薄膜を堆積させる。

つぎに、この上に、電子ビーム蒸着法や高周波スパッタ
リング法等の方法によって、膜厚１〜４ｐ程度の連続し
た蛍光体薄膜発光層３を形成するそして、真空中、ある
いは、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガス中で６０
０〜６５０度、１〜４時間程度の加熱を行うと、前記銅
が画素部分３ａ中に熱拡散し、そこに含まれるのである
。

なお、銅薄膜の形成と蛍光体薄膜発光層３の形成とは、
逆の順序で行うようであってもよいし、蛍光体薄膜発光
層３の上下に銅薄膜を形成するようであってもよい。

蛍光体薄膜発光層３に銅等の導電性材料を含ませる方法
としては、これ以外の方法を用いることもできる。特に
、画素部分３ａと、それ以外の部分とを区別しない場合
には、通常用いられるあらゆる方法を適用できる。たと
えば、銅と蛍光体とを別の蒸発源から同時に基板上に堆
積させる多元蒸着法や、あらかじめ、蛍光体中に銅を含
ませた蒸発材料を用いる電子ビーム蒸着法、高周波スパ
ッタリング法等を用いることができるのである。

蛍光体薄膜発光層３の上には、各画素部分３ａに対応し
て、複数の薄膜トランジスタＴ・・・が、絶縁層５を介
して形成されている。絶縁層５は、薄膜トランジスタＴ
と印加電極４とを電気的に分離するため、たとえば、酸
化シリコン等で形成されている。

薄膜トランジスタＴは、前記絶縁層５上にクロム等で形
成されたゲート電極６、このゲート電極６を覆うように
窒化シリコン等で形成された絶縁層７、絶縁層７上にア
モルファスシリコン等で形成された不純物濃度の低いｉ
型半導体層８、および、このｉ型半導体層８上に形成さ
れ、前記ゲート電極６に対応する位置で互いに離間され
た比較的不純物濃度の高い半導体層９．１０からなって
いる。そして、前記ｉ型半導体層８をチャネル領域、半
導体層９をソース、半導体層１０をドレインとして、電
界効果トランジスタが構成されているのである。これら
半導体Ｆｉ８，９．１０は、ポリシリコンで形成される
ようであってもよいし、硫化カドミウム等の化合物半導
体で形成されるようであってもよい。

半導体層９には電極１１が接続し、半導体層１０には電
極１２が接続している。電極１２は、前記各画素部分３
ａの印加電極４に接続し、それによって薄膜トランジス
タＴのドレインと印加電極４とが１対ｌで繋がれるよう
になっている。

ゲート電極６は、第２図にみるマトリクスを構成する信
号電極群Ｓ・・・のいずれかに接続されており、ソース
となる半導体層９に接続する電極１１は、同じく動作電
極群Ｄ・・・のいずれかに接続されている。直流型電界
発光素子では、各画素部分３ａ・・・がダイオードに逆
電位をかけたのと同じ特性を示すため、ここでは、それ
をダイオード記号Ｌ・・・であられしている。ダイオー
ドＬ・・・（画素部分３ａ・・・）が繋がれた接地記号
は、前記共通の印加電極２に相当する。印加電極２は、
接地されていてもよいし、一定電位に保たれていてもよ
い。

以上のように、各画素部分３ａ・・・に１対１で薄膜ト
ランジスタＴ・・・が繋がれた、この発明の薄膜型電界
発光素子は、従来のものと同様、マトリクス信号で作動
させることができる。

たとえば、第２図中Ｌ２□の画素部分を発光させるには
、動作電極Ｄ２に発光動作のための電圧を印加しつつ、
信号電極Ｓ２にトランジスタＴｉｔ点弧のための電圧を
印加する。そうすると、トランジスタＴ。が点弧して、
動作電極Ｄ２がＬ２□の画素部分と接続され、画素部分
Ｌ２□が発光するのである。

〔発明の効果〕

この発明の薄膜型電界発光素子は、以上のようであり、
蛍光体薄膜発光層に、少なくとも一方が透明導電膜であ
る印加電極が上下両面から接触して複数の画素部分を構
成しているとともに、これら画素部分に接触する印加電
極間にそれぞれ独立した電界が印加されて各画素部分が
別々に発光するようになっている薄膜型電界発光素子で
あって、前記各画素部分の上には、複数の信号電極から
なる信号電極群のいずれかの信号電極にゲートが繋がれ
、複数の動作電極からなる動作電極群のいずれかの動作
電極にソースが繋がれ、画素部分に接触した一方の印加
電極にドレインが繋がれた複数の薄膜トランジスタが形
成されており、各画素部分への独立した電界の印加がこ
の薄膜トランジスタからなされるようになっているため
、もう一方の印加電極を複数の画素間にわたる連続した
層で形成することができ、その上に形成される蛍光体薄
膜発光層に段差がないため電界集中が発生せず、安定し
た発光を行うことができて素子破壊の危険性がなくなる
。また、下側の印加電極を分離する工程が不要になると
ともに、その膜厚を充分厚（できるため、素子の発光効
率が低下する恐れもなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の薄膜型電界発光素子の一実施例の構
成を模式的にあられす層構成図、第２図はこの実施例を
等測的にあられす回路図、第３図は従来の薄膜型電界発
光素子の一例をあられす斜視図、第４図は従来の薄膜型
電界発光素子における問題点を説明する説明図である。 ２．４・・・印加電極　３・・・蛍光体薄膜発光層　３
ａ　　（Ｌ）・・・画素部分　Ｔ・・・薄膜トランジス
タ　６・・・ゲート電極　９・・・ソース　１０・・・
ドレイン　Ｄ・・・動作電極　Ｓ・・・信号電極 代理人　弁理士　　松　本　武　彦 第４図 ］ミ沼にネｓＫ正７）（自発） １、事件の表示 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 柱　　　所　　　　大阪府門真市大字門真１０４８番地
名　称　（５８３）松下電工株式会社 代表者　　（１１ｍ役　藤　井　貞　夫４、代理人 な　　　し ６、補正の対象　　　号１皿のとおり ７、補正の内容　　　別紙のとおり ６、補正の対象 明細書 ７、補正の内容 ■　明細書の特許請求の範囲欄の全文を下記のとおりに
訂正する。 一記一 「（■）蛍光体薄膜発光層に、少なくとも一方が透明導
電膜である印加電極ｆｉ面から接触して複数の画素部分
左構成旦、これら画素部分に接触する印加電極間にそれ
ぞれ独立した１正が印加されて各画素部分が別々に発光
するようになっている薄膜型電界発光素子であって、前
記各画素部分の上には、複数の信号電極からなる信号電
極群のいずれかの信号電極にゲートが繋がれ、複数の動
作電極からなる動作電極群のいずれかの動作電極にソー
スが繋がれ、画素部分に接触した一方の印加電極にドレ
インが繋がれた複数の薄膜トランジスタが形成されてお
り、各画素部分への独立した蚕、圧、の印加がこの薄膜
トランジスタからなされるようになっているとともに、
血１の印加電極が複数の画素間にわたる　　とじて−　
の−でで　てい−るーことを特徴とする薄膜型電界発光
素子。」■　明細書第２頁第７行ないし同頁第８行に「
希土類元素を添加したカルシウム」とあるを、「希土類
元素を添加した硫化カルシウム」と訂正する。 ■　明ｌｌ１ｌ書第５頁第２行、第１２頁第１５行の計
２個所に「上下」とあるを、それぞれ削除する■　明細
書第５頁第２行ないし同頁第３行、第１２頁第１６行の
計２個所に「画素部分を構成しているとともに」とある
を、それぞれ「画素部分が構成され」と訂正する。 ■　明細書第５頁第４行、同頁第１３行、第１２頁第１
８行、第１３頁第６行の計４個所に「電界」とあるを、
それぞれ「電圧」と訂正する。 ■　明細書第５頁第１４行ないし同頁第１５行に「よう
になっている・・・連続した層である」とあるを、下記
のごとくに訂正する。 −記一 「ようになっているとともに、他方の印加電極が複数の
画素間にわたる全体として一枚の膜でできている」 ■　明細書第６頁第８行、第１３頁第８行の計２個所に
「連続した屓」とあるを、それぞれ［全体として一枚の
膜」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）蛍光体薄膜発光層に、少なくとも一方が透明導電
   膜である印加電極が上下両面から接触して複数の画素部
   分を構成しているとともに、これら画素部分に接触する
   印加電極間にそれぞれ独立した電界が印加されて各画素
   部分が別々に発光するようになつている薄膜型電界発光
   素子であつて、前記各画素部分の上には、複数の信号電
   極からなる信号電極群のいずれかの信号電極にゲートが
   繋がれ、複数の動作電極からなる動作電極群のいずれか
   の動作電極にソースが繋がれ、画素部分に接触した一方
   の印加電極にドレインが繋がれた複数の薄膜トランジス
   タが形成されており、各画素部分への独立した電界の印
   加がこの薄膜トランジスタからなされるようになつてい
   るとともに、もう一方の印加電極が複数の画素間にわた
   る連続した層であることを特徴とする薄膜型電界発光素
   子。