JPS63307691A - セラミック絶縁薄膜ｅｌ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〕 本発明は発光表示装置や面光源として利用されるセラミ
ック絶縁薄膜ＥＬ素子に関し、特に高誘電率セラミック
層を絶縁層に用いた交流駆動式のセラミック絶縁薄ｗＡ
ＥＬ素子に関する。

〔従来の技術〕

従来、低電圧交流駆動が可能で絶縁破壊に対して非常に
安定な構造を有するＥＬ素子としては、所謂、セラミッ
ク絶縁薄膜ＥＬ素子が知られている０例えば、かかる素
子は１９８５年度インターナショナル・ディスプレイ・
リサーチ・コンファレンス予稿集１７３頁（Ｃｏｎｆｅ
ｒｅｎｃｅＲｅｃｏｒｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈＣ
ｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　１９８５）に報告されている。

第２図は従来のかかるセラミック絶縁薄膜ＥＬ素子の断
面図であり、駆動源を付加した状態を示す。

第２図に示すように、このＥＬ素子はセラミック基部１
上にプラチナや銀・パラジウム合金等からなる内部電極
２とＰＺＴ系、ＢａＴｉＯ３系。

またはＰ　ｂＴ　ｉ　０３系統のペロブスカイト化合物
等からふる高誘電率のセラミック絶縁層３とを積層して
形成されたセラミック基板１２と、このセラミック基板
１２のセラミック絶縁層３上に真空蒸着法やスパッタ蒸
着法により蒸着されたＭｎ。

ＴｂＦ３．５ｎＦ３　、ＰｒＦｌ等の発光中心を含むＺ
ｎＳからなる薄膜の発光層４と、この発光層４の上に成
膜されたＩＴＯ等からなる透明電極５とから構成される
。このＥＬ素子を発光させるには、内部電極２と透明電
極５とに接続された低電圧交流電源６により駆動させる
。

尚、第２図に示した例は所謂片絶縁型のものであるが、
発光７１４と透明電極５の間にＹ２ｏ、やＴａ２０５等
の薄膜絶縁層を挿入した二重絶縁構造としてもよい。

次に、上述した構造を有するセラミック絶縁薄膜ＥＬ素
子の発光原理について説明する。

第２図に示す発光層４は発光開始前は単純なコンデンサ
と考えられる。従って、内部電極２と透明電極５との間
に交流電源６から交流電圧を印加すると、発光層４及び
セラミック絶縁層３にはそれぞれの静電容量に応じた電
圧が加えられる０発光層４に加えられる電界が十分大き
くなると（約１０６Ｖ／Ｃ１１以上）、発光層４の伝導
帯に電子が励起される。この電子は電界によって加速さ
れ十分なエネルギーを持って発光中心に衝突する。この
衝突時のエネルギーにより適当な励起状態に上がった発
光中心の電子が基底状態へ戻るとき、発光中心に固有な
エネルギー値を持った光が放出される。尚、実際には結
晶格子との相互作用等により発光スペクトルはある程度
の拡がりを持っており、また発光中心としてＭｎ、Ｔｂ
Ｆ３゜５ｎＦ３またはＰｒＦ３を用いた場合はそれぞれ
黄橙色、緑色、赤色、白色の発光が観測される。

このようなセラミック絶縁薄膜ＥＬ素子の発光原理は従
来のガラス基板上に薄膜の絶縁層や発光層を積層した交
流駆動型の薄膜ＥＬ素子〔ニス・アイ・ディ・７４・ダ
イジェスト・第１・テクニカル・ペーパーズ　８４頁、
（ＳＩＤ　　７４Ｄｉｇｅｓｔ　ｐｆ　Ｔｅｃｈｎｉｃ
ａｌ　Ｉ’ａｐｃｒｓ））とかわるものではない、しか
し、かかるセラミック絶縁薄膜ＥＬ素子は数１０μｍ程
度の厚さの非常に誘電率の高いセラミック絶縁層３の効
果により動作電圧の大幅な低減や絶縁破壊電圧に対する
非常に高い安定性がともに実現されたものであり、低コ
ストの面光源や発光表示装置として期待されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したようにセラミック絶縁薄膜ＥＬ素子は低電圧動
作が可能で絶縁破壊電圧に対する高い安定性を有してい
るが、絶縁層として用いている高誘電率セラミックは電
圧を印加されると電歪を生じる。すなわち、セラミック
絶縁薄膜ＥＬ素子に発光に必要な交流電圧を印加すると
、この電圧の一部がセラミック絶縁層に分圧されてセラ
ミック絶縁層に歪を生じる。

第３図はかかる電歪状態にあるセラミック絶縁薄膜Ｅ素
子の断面図である。

第３図に示すように、電圧印加によりセラミック絶縁層
３が矢印の方向に伸び（材料によっては逆に縮む場合も
考えられる）、このためセラミック絶縁薄膜ＥＬ素子全
体が交流電圧の変化に応じて変形する。従来のセラミッ
ク絶縁薄膜ＥＬ素子はこの変形により振動を生じ騒音を
発するという欠点があった。

本発明の目的は、かかる電歪に起因する振動および振動
による騒音を解決するセラミック絶縁薄膜ＥＬ素子を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は内部電極と高誘電率セラミック絶縁層とを有す
るセラミック基板の上に発光層と透明電極とを設けたセ
ラミック絶縁薄膜ＥＬ素子において、前記セラミック基
板の内部および前記セラミック絶縁層とは反対側の表面
のいづれかに前記内部電極と前記透明電極とにそれぞれ
対応する制振電極を制振層を介して形成される。

〔作用〕

本発明のセラミック絶縁薄膜ＥＬ素子はセラミック基板
内部またはセラミック絶縁層と反対側のセラミック表面
に内部電極及び透明電極に各々対応する制振電極を配置
することにより、従来技術の欠点であったセラミック絶
縁薄膜ＥＬ素子の発する龜音を低減するものである。す
なわち上記の制振電極にＥＬ素子の発光のために印加さ
れる電圧もしくは電流に同期した電圧もしくは電流を印
加し、それにより制振電極ではさまれた電歪を生ずる制
振層が、発光のために印加する電圧の一部をセラミック
絶縁層に印加した除虫じる電歪振動とは逆相の振動をセ
ラミック基板内に生じせしめることにある。これにより
セラミック絶縁薄膜ＥＬ素子全体の振動を減少させ、以
って低騒音化をはかるものである。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の一実施例を説明するための駆動源を付
加したセラミック絶縁薄膜ＥＬ素子の断面図である。

第１図に示すように、かかるＥＬ素子はセラミック基部
１上に内部電極２．セラミツク絶縁層３１発光層４およ
び透明電極５を形成し、一方セラミック基部１の下面に
第一の制振電極７゜制振層８および第二の制振電極９を
形成し、その第二の制振電極９上を保護絶縁層１０によ
り被覆保護している。かかるＥＬ素子を駆動して発光さ
せるために、交流電源６を内部電極２と透明電極５とに
接続する一方、ＥＬ素子の振動を防止するためトランス
１１を介し交流電源６が第一の制振電極７と第二の制振
電極９とにトランス結合されている。

上述したセラミック基部１の形状は厚さが約１龍、−辺
の長さが２０龍の正方形であり、またそのセラミック材
料としては一般的なアルミナとホウケイ酸ガラスの混合
物を用いる。内部電極２は厚さが約３μｍであり、その
材料としては安価な銀・パラジウム合金を用いる。高誘
電率のセラミック絶縁層３は厚さが５〜１０００μｍ程
度であればよいが本実施例では３５μｍとし、その材料
はＰＺＴ系、ＢａＴｉＯ３系、もしくはＰｂＴｉＯ３系
などの高誘電率が得られる材料であればよい０本実施例
では低温焼成が可能なｐｂを含む複合ペロブスカイト化
合物を用いている。

この材料の比誘電率は常温で１５，０００以上と非常に
大きい、薄膜の発光層４はＭｎを約１モル％含むＺｎＳ
を０．４μｍの厚さに蒸着する。

尚、この発光層４の材料としてはＺｎＳだけでな（Ｚｎ
ＳｅＪＩｐＣａＳ、ＳｒＳなどの硫化物やフッ化物また
はその他の蛍光体材料を使用することも可能である。ま
た、発光中心となる材料はＭｎに限らずＴｂＦｌ　、５
ｎＦ３　、ＰｒＦ３などの希土類フッ化物や希土類その
もの等を用いることもできる。透明電極５は発光層４の
上に形成され、ＩＴＯをマグネトロンスパッタ法により
厚さが０．３μｍ、１０＋ｕ角の正方形に成膜する。

ＥＬ素子を駆動する低電圧交流電源６は透明電極５と後
述する第一の制振電極７に接続されている。この第一の
制振電極７は厚さや材料が内部電極２と同様であり、ま
たその平面的形状は内部電極２やセラミック基部１と同
じく２０龍角の正方形である。制振層８はセラミック絶
縁層３の振動を効果的に押えるために、厚さ、材料、平
面寸法ともにセラミック絶縁層３に合わせている。第二
の制振電極９は厚さ、材料とも内部電極２と同様であり
、平面的形状は透明電極５と同じく１０龍角の正方形と
している。保護絶縁層１０はこの第二の制振電極９を外
部から電気的および機械的に保護するため全体を覆うよ
うに形成され、その材料はエポキシ樹脂等を用いている
。

尚、実際の製造においては、セラミック基部１とセラミ
ック絶縁層３と制振層８とは所謂グリーンシートを用い
、一方向部電極２と第一の制振電極７と第二の制振電極
９とはグリーンシート上にそのパターンをスクリーン印
刷しておき、必要数のグリーンシートを積層して加圧・
接着し焼成して一体に形成する。すなわち、セラミック
基部１、内部電極２．セラミック絶縁層３．第一の制ｉ
ｔ極７．制振層８．．第二の制振電極９を一体に焼結し
ている。

このようにして作成したセラミック絶縁薄膜ＥＬ素子の
透明電極５及び内部電極２に交流電源６を接続し、また
トランス１１を介して第一の制振電極７と第二の制振電
極９とに交流電源６の電圧を印加して発光を行わせる。

このとき、素子の発光面から約１０Ｃ１１の距離にマイ
クロホンを置き音圧を測定しなところ、制振電極７，９
及び制振層８を用いずに交流電源６を内部電極２及び透
明電極５のみに接続した場合に比較して２０デシベル（
ｄＢ）前後の音圧の減少を実現することができる。これ
は聴感上も非常に静かなセラミック絶縁薄ＦｙＡＥＬ素
子を実現しうろことになる。

本実施例は、最も基本的な構造を有するセラミック絶縁
薄膜ＥＬ素子に制振電極及び制振層を設けた例について
説明したが、セラミック絶縁薄膜ＥＬ素子の薄膜部分は
ここに述べた例に限らず、セラミック絶縁層３と発光層
４の間に金属イオンがセラミック絶縁層３から発光層４
に拡散することを防止する薄膜絶縁層を備えたセラミッ
ク絶縁薄膜ＥＬ素子や、輝度の立上り特性を改善するた
めに発光層４と透明電極５の間に薄膜絶縁層を挿入した
セラミック絶縁薄膜ＥＬ素子に対しても本発明を適用す
ることができる。

また、本実施例における制振電極の平面的形状について
は、一対の制振電極により狭まれる部分の平面的形状が
透明電極と内部電極とにより狭まれる部分の平面的形状
に似ていればよく、必ずしも相似形である必要はない、
また、この制振電極は必ずしも平面的に切れ目なく続い
ている必要はなく、一部切り欠きを有するものであって
もよい。

更に、制振層の材料や厚さがセラミック絶縁層と異なっ
ている場合であっても、制振層に印加される電圧または
電流を適宜調節することにより同様な機能を発揮するこ
とができる。

尚、ここで述べた実施例の数値や材料などについては、
あくまでも一実施例として述べたものであり本発明の適
用範囲を限定するものではない。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明のセラミック絶縁薄膜ＥＬ素
子は各電極に対応する制振電極を具備することにより、
ＥＬ素子の振動を著しく減少させることができ、そのた
め振動音を非常に小さくできる効果がある。従って、本
発明は室内等における静寂を要する場所でのＥＬ素子の
使用も可能になるなど実用的価値が非常に高いものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための駆動源を付
加したセラミック絶縁薄膜ＥＬ素子の断面図、第２図は
従来の一例を説明するための駆動源を付加したＥＬ素子
の断面図、第３図は従来の電歪状態にあるセラミック絶
縁薄膜ＥＬ素子の断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　内部電極と高誘電率セラミック絶縁層とを有するセラ
   ミック基板上に発光層と透明電極とを設けたセラミック
   絶縁薄膜ＥＬ素子において、前記セラミック基板の内部
   および前記セラミック絶縁層とは反対側の表面のいづれ
   かに前記内部電極と前記透明電極とにそれぞれ対応する
   制振電極を制振層を介して形成したことを特徴とするセ
   ラミック絶縁薄膜ＥＬ素子。