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    公开号:WO1988000382A1
    申请号:PCT/JP1987/000469
    申请日:1987-07-03
    公开日:1988-01-14
    发明作者:Takashi Nire；Takehito Watanabe；Satoshi Tanda
    申请人:Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho；
    IPC主号:H05B33-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 カ ラ ー表示装置 技 術 分 野
    [0002] 本発明 は 、 カ ラ ー表示装置に係 り 、 特に 、 E L パネ ル と カ ラ ー フ ィ ルタ と を一体化 し て構成 し た カ ラ ー表 示装置に 関する 。 背 景 技 術
    [0003] 最近、 カ ラ ー表示装置の分野でも小型薄型で、 消費 電力 の低いものを求める傾向が強ま っ て きてお り 、 液 晶をシ ャ ッ タ ー と し て用 いた ポケ ッ 卜 テ レ ビ等の商品 化が注目 さ れ始めて いる 。
    [0004] 従来の ポケ ッ 卜 テ レ ビ に用 い ら れている フ ルカ ラ ー 薄型表示装置 は第 Ί 8 図 に 示 す 如 く 、 液晶 セ ル 〇 が マ ト リ ク ス 状 に 配 列 せ し め ら れ て な る シ ャ ツ タ 手段 1 0 0 と 、 シ ャ ツ タ 手 段 の 後 方 に 配 設 さ れ た 光源 1 0 と 、 該液晶セルに対応 し て順次赤色透過フ ィ ル タ 、 緑色透過フ ィ ルタ G 、 青色透過フ ィ ルタ B が配 列さ れ該シ ャ ツ タ 手段の前方に配設さ れた フ ィ ルタ 手 段 1 0 2 と か らな り 、. 画情報に応 じ て前記液晶 ルへ の印加電圧を制御する こ と に よ り 、 光源か ら の光が液 晶セルを透過する光量を調整 し 、 各画素の輝度お よ び 色度を調整する よ う に し た ちのである 。 ― —— しかしなが ら、 このよう なフルカ ラー薄型表示裝置 は、 液晶自体の特性によ り 、 コ ン ト ラス 卜が悪く 、 視 野角が非常に狭い という 問題があ っ た。 またこのよう な装置では、 パ ッ クライ 卜 と しての光源が必要であ り 、 このために液晶部は薄いが装置全体と しては厚く な つ て しま う という 問題もあ っ た。
    [0005] ところで薄膜 E L素子は、 発光層が透明な薄膜で構 成されていて粒状性がないため、 外部から入射する光 および発光層内部で発光 した光が散乱されてハ レーシ ヨ ンやにじみを生じるこ とがなく 、 鮮明でコ ン ト ラス 卜 が高いこ とから、 表示装置あるいは照明甩と して脚 光を浴びている。
    [0006] 薄膜 E L素子の基本構造は、 透光性の基板上に、 酸 化錫 ( S n 0 2 ) 層等からなる透明電極と、 五酸化タ ンタ ル （ T a 2 0 5 ) 層等からなる第 Ί の誘電体層と、 マンガン （ M π ) 等を含む硫化亜紛 ( Z n S ) 等の薄 膜からなる発光層 と、 五酸化タ ンタル層等からなる第 2 の誘電体層 と、 アルミ ニゥム （ A i ) 層等からなる 背面電極とが照次積層せ しめれた 2重誘電体構造をな している。
    [0007] そ して、. 発光の過程は、. J¾下に示す如 く である。 前 記透明電極と前記背面電極との間に電圧を印加する と、 発光層内に誘起された電界によ っ て界面準位に 卜 ラ ッ プされていた電子が引き出されて加速され充分なエネ ルギーを得、 この電子が M π ( 発光中心） の軌道電子 に衝突 し これを励起する。
    [0008] そ して この励起された発光中心が基底状態に'戻る際に 発光を行なう 。
    [0009] ところで、 薄膜 E L 素子を用いて多色表示パネルを 作製する研究が最近、 盛んにな つ てきてお り 、 フル力 ラー化を目指 してさ ま ざま な研究が試みられている。
    [0010] ま た、 白色光を発する薄膜 E L素子と しては、 例え ば、 浜川圭弘他、 電子通信学会技術研究報告、 G P M 82-10, 1982に示されているよ う に、 発光層 と して硫 化亜鉛に弗化プラセオジム （ P 「 F 3 ) を含有させた おのを用いている。
    [0011] この発光層 と して硫化亜鉛に弗化プラセオジムを含 有させたものを用いた薄膜 E L素子では第 1 9 図に発 光スぺク 卜ルを示す如 く 約 5 0 O nraと 6 5 O nraに発光 スペク ト ルの ピー クがある。 この 5 0 0 nraと 6 5 0 nm の光は互いに補色の関係にあ り 、 人間の目 には白色で あるかのよ う に見える。 しか しなが ら 、 3 原色を含ん でいないため、 フルカ ラー表示に利用するこ とはでき ない という 問題があ っ た。
    [0012] ま た、 このよ う な構造の薄膜 E L素子においては、 背面電極を除いてすベて透明であ り 、 外部か らの入射 光が背面電極に反射されてこの反射光が発光層からの 発光 と干渉 し合い十分なコ ン 卜 ラス 卜 比が得られず、 表示品位の低いもの しか得られない という 問題がある。
    [0013] 本発明は、 前記実情に鑑みてなされたもので、 コ ン 卜ラス 卜 が高く 、 視野角の広い薄型のカ ラー表示装置 を提供するこ とを目 的とする。
    [0014] 本発明はまた、 上記カ ラー表示装置の薄膜 E L素子 の高耐圧化をはかるこ とを目 的とする。
    [0015] 更に本発明はまた、 上記薄膜 E L素子のコ ン ト ラス 卜 の向上をはかるこ とを目 的とする。 図面の簡単な説明
    [0016] 第 1 図 （ a ) および （ b 〉 は、 夫々 、 本発明実施例 のカ ラ ー表示裝置を示す断面図および平面図、 第 2 図 ( a ) および （ b ) は夫々同装置の発光層の発光原理 を示す図おょぴ同発光雇からのスぺク 卜ルを示す図、 第 3 図は同装置のコ ン ト ラス 卜比を示す図、 第 4図は、 同装置および従来例の装置の視野角の比較図、 第 5 図 は本発明の他の例の発光層の発光スぺク トルを示す図、 第 6 図は、 本発明の第 2 の実施例の薄膜 E L素子の構 造を示す図、 第 7 図は、 同薄膜 E七素子の発光スぺク 卜 ルを示す図、 第 8 図は、 本発明の第 3 の実施例の薄 膜 E L素子を示す図、 第 9 図は、 同素子で用い られる 第 2 の誘電体層の透過率を示す図、 第 Ί 0 図は、 本発 明の第 3 の実施例および従来例の絶縁膜を用いた薄膜 E L素 コ ン ト ラス 卜 比の比較を示す図、 第 1 1 図は、 第 3 の実施例の素子で用いた絶緣膜を用いた他の構造 の薄膜 E L素子 （ 第 3 の実施例の変形例 ） を示す図、 第 Ί 2 図はこの実施例の絶縁膜の成膜時における酸素 分圧 と透遏率との関係を示す図、 第 1 3 図は、 本発明 の第 4 の実施例の薄膜 E L 素子を示す図 、 第 1 4 図 { a ) および第 1 4 図 （ b 》 は、 タ ンタ ル酸化膜の成 膜時における酸素量と透通率および抵抗率 との関係を 夫々示す曲線、 第 1 5 図は、 本発明の第 4 の実施例の 薄膜 E L 素子と従来例の薄膜 E L素子の電圧一輝度特 性の比較図、 第 1 6 図は、 第 4 の実施例の変形例を示 す図、 第 1 7 図は第 Ί 6 図に示 した薄膜 E L 素子のコ ン 卜 ラス 卜 'を一定の範囲に維持するためのま わ り の照 度 （ 横軸 〉 に対する輝度の制御曲線を示す図である。 第 1 8 図 は 、 従来例の カ ラ ー表示装置を示す図、 第 1 9 図は、 従来の白色光を発する薄膜 E L 素子の発光 スぺク ト ルを示す図である。 発 明 の 開 示
    [0017] そこで本発明では、 白色光を発する薄膜 E L素子を 配列せ しめてなる E Lパネル と 、 カ ラー フ ィ ルタ と に よ っ てカ ラー表示装置を構成 している。
    [0018] 例えば、 ガラス基板上に E L 素子か らなるセルをマ 卜 リ ク ス状に配列 し 、 この E L 素子の発光面側に この 各 セル に 対応 し て順次操 り 返 し 配列さ れた 赤色透過 フ ィ ルタ 、 緑色透過フ ィ ルタ 、 青色透過フ ィ ルタ から なる色フ ィ ルタ を形成するよ う に し、 画情報に応 じて 各セルに印加する電圧を制御するこ とによ り 、 色フ ィ ルタ を介 して所望の輝度および色度を有する光を発す 一 — るよう に している。
    [0019] すなわち 、 この装置では、 液晶を用いるのではな く 、 例えば 3 原色を含む白色光を発する E L素子を光源お よび光量調整手段と して用いるよう に しているため、 コ ン ト ラス 卜 および視野角を増大するこ とができる。
    [0020] ま た、 パ ッ クライ 卜 が不要となるため、 薄型化するこ とができる。
    [0021] また、 本発明では、 上述のカ ラー表示装置において、 薄膜 E L素子の発光層 と して、 窒素を含有。する硫化亜 鉛を用いるよう に している。
    [0022] また、 本発明の方法では、 この発光曆を、 硫化亜紛 薄膜を形成し、 更に該碡化亜紛薄膜中に窒素イ オンを イ オン注入するこ とによ っ て ¾成している。
    [0023] 硫化亜紛に窒素を含有させるこ とによ り 、 硫化亜鉛 中に窒素原子および分子の電子軌道エネルギー準位が 生 じる と同時に硫化亜鉛中に複数の欠陷準位が生じる。
    [0024] このよう な発光層に電界を加える と、 前述の準位の ' 電子が衝突によ り励起され、 複数の準位閭で遷移発光 が起るため、 いろいろな波長の光が放出され 3原色を 含む白色光を得るこ とができる。
    [0025] また本発明では、 上述の薄膜 E L素子の第 2 の誘電 体層を黒色の酸化タ ンタル膜から遠明な酸化タ ンタル 膜へ と連続的に変化させるよう に している。
    [0026] 例えば、 第 2 の誘電体層を、 タ ーゲ ッ ト と して五酸 化タ ンタル （ T 2 0 5 ) を用い、 アルゴン （ A 「 〉 + 一 Ί 一 酸素 < 0 2 〉 の混合ガスを流 しつつスパ ッ タ リ ング法 に よ っ て成膜する際、 徐々 に反応室内の酸素分圧を上 げ て い く こ と に よ り 、 黒 色 の 酸化 タ ン タ ル膜 （ T a 0 X ： X < 2 . 5 ) か ら 透 明 の 酸化 タ ン タ ル膜 （ T a 2 0 5 ) へ と連続的に変化 し た第 2 の誘電体層が得 ら れる。
    [0027] 化学量論比が連続的に変化 し て いるため 、 界面での 絶縁破壊が生 じる こ と もな く 、 ま た界面に おける反射 に よ る コ ン 卜 ラス 卜 の低下ちな く 、 コ ン ト ラ ス 卜 が高 く かつ高耐圧の薄膜 E L 素子を得る こ と がてきる 。
    [0028] ま た 、 上述の薄膜 E L 素子の第 2 の誘電体層を 、 絶 縁性の酸化物あるい は窒化物 に おい て化学量論的に酸 素あるい は窒素の組成比を少な く する よ う に し た黒色 の層一層で構成 し て も よ い 。
    [0029] すなわち 、 化学垦論的に酸素あるい は窒素の粗成比 を少な く する と 、 酸素あるいは窒素の抜けた部分で欠 陥が生 じ 、 こ の欠陥準位に よ っ て光が吸収さ れ、 黒色 と なる もの と考え ら れる 。
    [0030] 例えば、 五酸化タ ン タ ル （ T a 2 0 5 ) は透明絶縁 膜であるが成膜時の酸素分圧を小さ く し 酸素の粗成比 を小さ く する と T a O x ( X < 2 . 5 ) と な り 、 黒色 の絶縁膜 と なる 。 こ の よ う に し て 、 コ ン 卜 ラ ス 卜 の向 上を はかる こ と ができる 。 発明を実施するた めの最良の形態 以下、 本発明の実施例について図面を参照 しつつ詳 細に説明する。
    [0031] 実施例 1
    [0032] 第 1 図 （ a ) および （ b ) は、 本発明実施例の薄型 カ ラー表示装置を示す図である。 （ 第 1図 （ a ) は第 Ί 図 （ b ) の A— A断面図である。 ）
    [0033] このカ ラー表示装置は、 夫々が画素に対応する多数 の薄膜 E L素子のセル Gがマ 卜 リ クス状に配列せ しめ られてなる E L素子部丄と、 該 E L素子部の表面に一 体的に配設せ しめ られた色フ ィ ルタ部 とから構成さ れてお り 、 各セルからの光を色フ ィ ルタ部を介 して出 力せ しめるよう に したものである。
    [0034] そ して、 該 E L素子部 1は、 ガラス基板 3上に所定 . の間隔で複数の第 1 のス ト ライプライ ン ^ τ - n を 構成するよう に配設された酸化イ ンジウム鍚 （ I T O ) 層か ら なる透明雷極 4 と 、 五酸化タ ン タ ル （ T a2 05 ) 層からなる第 1 の誘電体層 5 と、 硫化亜鉛 ( Z n S ) にツ リ ウム （ T m》 とフ ッ 素 （ F》 とを夫々 1 %含有せ しめてなる膜厚 0.5 の青色発光層 6 aと、 硫化亜鉛にエルビウム （ E 「 〉 とフ ッ 素とを夫々約 1 %含有せ しめてなる膜厚 0.2卿の緑色発光層 6 b、 硫 化亜鉛にサマ リ ウム （ S m〉 とフ ッ 素とを夫々約 1 % 含有せ しめてなる膜厚約 0.2 の赤色発光層 6 cとの 3層構造の発光雇 と、 五漦化タンタル層からなる第 2の誘電体層 7と、 前記第 Ί のス 卜ライプライ ン ^ 1 一 n に直交するよ う に配列さ れた第 2 のス 卜 ラ イ プ ラ イ ン V 1 … V n か ら なる アルミ ニ ウ ム （ A ^ ) 層か ら なる背面電極 8 と か ら構成さ れてお り 、 前記透明電 極 4 の各ス 卜 ライ プラ イ ン と前記背面電極 8 の各ス 卜 ラ イ プライ ン と の間に夫々 画情報に応 じ た電圧を印加 し 、 両者の交差部に位置する発光層 6 を発光せ し める よ う に構成さ れて いる。 こ の発光原理は第 2 図 （ a ) に示す如 く であ り 、 こ の よ う に し て各波長の光が発光 せ し め ら れる 。 第 2 図 （ b ) に 、 こ の発光層か ら の光 の発光スぺ ク 卜.ルを示す。 すなわち 、 こ こで は、 こ の 交差部が 1 つのセルを構成する こ と に なる 。
    [0035] ま た 、 色 フ ィ ル タ 部 £ は 、 各 セ ル c に 対応 し て 、
    [0036] E L 素子部の ラ ス基板側 に配設さ れてお り 、 第 1 図 ( b ) に平面図を示す如 く 、 夫々 染色性のポ リ マ ー層 か ら なる赤色透過フ ィ ルタ R 、 緑色透過 フ ィ ルタ G、 青色透過 フ ィ ルタ B が順次配列せ し め ら れて構成され て いる 。
    [0037] こ の カ ラ ー表示装置の コ ン 卜 ラ ス 卜 特性を第 3 図 に 示す。 こ の図か ら 明 ら かな よ う に 1 O O O i x 以下で ： 1 0 0 程度 と な っ て お り 、 極めて良好である 。 ま た 、 従来のものの Ί ： 1 0 に比べて も大幅に 向上 し て い る
    [0038] ま た 、 輝度の視角依存性を第 4 図 に示す 。 本発明の カ ラ ー表示装置は実線で示さ れて お り 、 6 0 度以上ま でほ と ん ど輝度が低下 し て いない 。 ま た 、 点線で示さ れている従来のカ ラー表示装置に比べても非常に高視 野角であるこ とがわかる。
    [0039] 更に、 この表示装置ではパ ッ クライ 卜 が不用であ り 、 ガラス基板を含めても厚さは約 1 卿 と非常に薄い。
    [0040] なお、 実施例では、 各セルを一体的に形成したが、 発光層をは じめ各層を夫々 、 セル毎に分離して配設す るよう に してちょい。 電極について ¾同様である。
    [0041] ま た、 発光層の構造自体についても 3層構造とする 必要はな く 、 例えば窒素 （ N 〉 を含有する硫化亜鉛あ るいは、 セ リ ウム （ C e ) と.ユー ロ ピウム （ E u ) と カ リ ウム （ K ) を含有する硫化ス ト ロンチウム （ S 「 S 》 ， あるい は、 セ リ ウ ム （ G e 》 と ユ ー ロ ピウム ( E u 》 とカ リ ウム ( K ) を含有する G a S r S , ま た は B a S e ま た は Z n S ま た は Z π 〇 d Sまたは Z n F 2 または S 「 T i 03 または B a T i 03 等を 発光層 と して用いれば一層で白色光を発するよう にす るこ とも可能である。 第 5図に G e， E u , Kを含有 する S 「 Sの発光スペク トルを示す。 更に、 実施例に おける各発光層の発光中心となる不純物の含有量は、 Ί %に限定されるものではな く 0.1〜 5 %の範囲で適 宜変更可能であ り 、 不純物の種類についても適宜変更 可能である。
    [0042] 加えて、 色フ ィ ルタ についても、 実施例に示したよ う に 、 ガラス基板上に直接塗布された染色性ポ リ マー 層を用いる他、 別体と して形成したものを被着する等、 適宜変更可能である。
    [0043] ま た、 保護膜等を適宜付加するこ と 可能である。 実施例 2
    [0044] 次に上述のカ ラ ー表示装置に用い られる薄膜 E L 素 子の他の例について示す。
    [0045] この薄膜 E L 素子は、 1 層で発出光を発するこ との できる発光層を用いたもので第 6 図に示す如 く 、 二重 誘電体構造の薄膜 E L素子の発光層 1 1 を、 硫化亜鉛 中に窒素を含有せ しめてなる薄膜 5000 Aの薄膜層によ つ て構成 したものである。
    [0046] すなわち 、 透光性のガラス基板 1 2 上に 、 酸化錫層 ( S n 0 2 ) 等からなる透明電極 1 3 、 第 1 の誘電体 層 1 4 、 上記の如 く 、 窒素を含有する 化亜鉛層から なる発光層 1 1 、 第 2 の誘電体層 1 5 、 アルミ ニウム ( A ) 薄膜からなる背面電極 1 6 とが順次積層せ し め られ構成されている。
    [0047] 発光層の形成に際 して は、 スパ ッ タ リ ング法によ り 硫化亜鉛曆を成膜 した後、 イ オン注入法によ り 該硫化 亜鉛層内に窒素を注入する方法を とる。
    [0048] この薄膜 E L素子に交番電界を加えて発光せ しめた と きの発光スペク ト ルは、 第 7 図に示す如 く であ り 、 3 原色を含む広範囲の発光波長を有するこ とを示 して いる。
    [0049] このよ う に 、 この薄膜 E L 素子に よれば真の白色光 を得るこ とができ、 フルカ ラ ーの表示パネルを形成す - - るこ とが可能となる。
    [0050] なお、 発光層の形成に際 しては、 硫化亜鉛の成膜後 に窒素イ オンを注入する という方法を と つ たが、 これ に限定されるこ とな く 、 窒素雰囲気中でのスパ ッ タ リ ング工程あるいは G V D 工程等によ っ て形成する方法 を とるよう に してもよ く 、 必要に応じて適宜選択可能 である。
    [0051] 実施例 3
    [0052] 上述のカ ラー表示装置に用い られる薄膜 E L素子の. 他の倒について示す。
    [0053] この薄膜 E L素子は、 第 8 図に示す如 く 、 透光性の ガラス基板 2 1 上に、 酸化錫層 （ S n 02 ) 等からな る透明電極 2 2 、 第.1 の誘電体層 2 3 、 Z n S ： M n からなる発光層 2 4 、 酸化タ ンタル （ T a O x ( < 2 . 5 ) ) からなる黒色の誘電体層 2 5 、 アルミニゥ ム （ A ^ ) 薄膜からなる背面電極 2 6 とが順次積層せ しめ られ、 二重誘電体層構造をなすものである。
    [0054] 該第 2 の誘電体層は、 波長と、 透過率との関係を第 9 図に示す如 く 、 可視光域で Ί 0 %以下である α
    [0055] また、. この薄膜 E L素子の輝度 （ c d Ζ έ〉 とコ ン 卜 ラス ト比との関係は第 1 0 図の曲線 a に示す如 く で ある。
    [0056] 比較のために、 第 2 の誘電体層 と して透光性の五酸 化タ ンタル （ T a 2 05 ) を用いた従来の薄膜 E L素 子の輝度をコ ン 卜 ラス 卜比との関係曲線と しての曲線 bに示す。
    [0057] こ れ ら の比較か ら も明 ら かな よ う に 、 照度 1 0 0 0 ル ッ ク スの時に コ ン 卜 ラ ス 卜 比 1 ： 1 0 0を得る に は 従来例の薄膜 E L素子で は 2 0 0 c d / ^の輝度が必 要で あ っ た の に 対 し 、 本発 明 の薄膜 E L素子で は 、 2 0 c d / ^ですむよ う にな り 、 コ ン ト ラ ス 卜 が大幅 に 向上 し て いるこ と がわかる 。
    [0058] 更に 、 こ の黒色の酸化 タ ン タ ル膜は 、 従来用 い ら れ て いた透光性の五酸化タ ン タ ル層の形成工程一 例えば スパ ッ タ リ ング法では周一条件下で酸素分圧のみを下 げる等一 で 1 部条件の変更のみで容易に得る こ と がで き製造作業性ち高い 。
    [0059] なお 、 実施例で は 、 従来の透光性の五酸化タ ン タ ル 膜に代えて黒色の酸化タ ン タ ル膜を用 いたが、 第 Ί Ί 図 に示す如 く 、 第 2の誘電体層を黒色の酸化タ ン タ ル 膜 2 5 a と他の誘電体層 2 5 b と の複合膜 2 5 ' で構 成する よ う に し て もよい 。 ま た 、 薄膜 ト ラ ンジス タ の 場合 と同様、 酸化イ ツ 卜 リ ウ ム 、 酸化シ リ コ ン 、 窒化 シ リ コ ン 等 、 他 の 酸 化物 、 窒化物 に も 適用 可能であ る 。
    [0060] ま た 、 発光層 、 透明電極、 背面電極の構成材料につ いて は実施例 に 限定さ れる こ と な く 、 他のもの に対 し て も有効である こ と はい う ま でちない 。
    [0061] 更に 、 酸化タ ンタ ル膜につ いて は 、 可視域での透過 率が 3 0 %以下のものか ら適宜選択すればよ い 。 3 0 一 一
    [0062] %以上となる とコ ン 卜 ラス 卜比は低下する。
    [0063] 次に、 酸素分圧と、 透過率との関係は、 以下に示す よう な実験からも確認される。
    [0064] ターゲッ 卜 と して T a 2 O s を使用 し、 酸素分圧を 変化させなが ら高周波スパッ タ （ R Fスパッ タ ） 法に よ りガラス基板上に、 T a Ox 膜を形成した。
    [0065] アルゴン （ A 「 ） 分圧を 5 X 1 0 _3Torrと した時、 成膜時の酸素分圧と成膜された T a Ox 膜の透過率と の関係を測定した結果を第 1 2図に示す。 （ 図中、 横 軸は酸素分圧 X 0 '5(Torr)、 たて軸は透過率 （ ％ ) である。 〉
    [0066] この図からも明 らかなよう に、 酸素分圧を小さく し、 酸素の組成比を小さ く するこ とによ り透過率が低下し ているこ とがわかる σ ここで酸素分圧を 0 と して成膜 した T a 0 膜の透過率は約 2 %であ っ た。
    [0067] 更に、 本発明によれば、 絶縁性の酸化物あるいは窒 化物において酸素あるいは窒素の組成比を化学量論的 に少なく するよう に しているため、. 製造工程もぽとん ど変更するこ となく 、 極めて容易に黒色絶緣膜を提供 するこ とができる。
    [0068] 実施倒 4
    [0069] 上述のカ ラー表示装置に用い られる薄膜 E し素子の 他の例について示す。
    [0070] 第 Ί 3図は、 本発明実施例の薄膜 E L素子を示す図 である。 一 Ί 5 — こ の薄膜 Ε L素子は透光性のガラ ス基板 3 1 上に酸 化錫 （ S n 02 〉 層等か ら なる透明電極 3 2 , 酸化ィ ッ 卜 リ ウ ム （ Y 2 03 ) 雇か らなる第 1 の誘電体層 3 3 , 硫化亜鉛 （ Z n S ) ： マ ンガン （ M π ) 雇か ら な る発光層 3 4 , 黒色か ら透明へ と連続的に組成比が変 化 し てなる第 2の誘電体層 3 5 と 、 アルミ ニ ウ ム層か ら なる背面電極 3 6 とが順次積層せ し め ら れて構成さ れている。
    [0071] こ こで前記第 2 の誘電体層 は、 膜厚 3 0 0 0 Aの黒 色の酸化タ ン タ ル膜 （ T a O x ： X < 2 . 5 〉 か ら始 ま り 透明の五酸化タ ン タ ル膜 （ T 22 05 ) へ と化学 量論 的組成比 が 連続 的 に 変化 し て お り 、 全体 と し て 5 0.0 0 Aの膜厚 と な っ て いる 。
    [0072] こ の第 2 の誘電体層の成膜は 、 R F スパ ッ タ リ ング に よ っ て行なわれ、. 五酸化タ ン タ ルを タ ーゲ ッ ト と し て使用 し 、 最初は酸素分圧を下げた状態で 3 0 0.0 A の 酸 化 タ ン タ ル 膜 （ T a 0 X ： X < 2 , 5 ) を 堆 積 し た 後 、 徐 々 に 酸素分圧 を上げ て い き 、 連続的に 2 0 0 0 Aの酸化タ ン タ ル膜 （ T a O x ' ： x ' = x 〜 2 . 5 ) を堆積する よ う に する 。
    [0073] こ こで 、 R Fスパ ッ タ リ ング法で五酸化タ ン タ ルを タ ーゲ ッ ト と し 、 酸化タ ン タ ル膜を成膜する際、 酸素 量を変化させた場合の波長 ス = 6 0 0 nmの光に対する 透過率 （ ％ 〉 と 抵抗 率 （ Ω ΟΒ 〉 と の 関係 を第 1 4 図 ( a ) お よ び第 1 4 阅 （ b 》 に示す。 こ の図か ら 明 ら - - かなよう に、 酸素量が少な く なる と、 透通率は下がる が抵抗率も下が り 、 酸素蠆が多く なる と抵抗率も上が る。
    [0074] このよう に して形成された薄膜 E L素子の輝度—電 圧特性を第 1 5図の曲線 aで示す。 比較のために第 2 の誘電体曆を膜厚 5 0 0 0 Aの （黒色の ） 酸化タ ンタ ル膜 （ T a 0 X ： X < 2. 5 ) Ί 雇で構成 し、 他は実 施例 と同一構造の薄膜 E L素子、 および膜厚 40 0 0
    [0075] Aの黒色の酸化タ ンタル膜 （ T a O x : x < 2. 5 ) と膜厚 1 0 0 0 Aの透明な五酸化タ ンタル膜 （ T a 2
    [0076] 05 ) との 2層構造と し他は実施例 と同一構造の薄膜 ' E L素子の輝度一電圧特性を夫々第 1 5図の曲線 b ,
    [0077] Gで示す。 コ ン ト ラス 卜 は a， bがほぽ同程度で、 c はやや低い。 （ ここでたて軸は輝度、 横軸は印加電圧 を表わす。 ） 更に 、. 長時間にわた っ て耐えるこ とので きる電圧 （ 耐圧〉 は aは 1 6 5 V， bは 1 2 5 V , c は 1 5 0 Vとな っ てお り 、 連続的に第 2の誘電体曆を 変化させた本発明実施例の薄膜 E L素子が耐圧が大幅 に向上しているこ とがわかる。
    [0078] このよう に、 本発明実施例の薄膜 E L素子は、 コ ン 卜 ラス 卜 が高く かつ高耐圧とな っ ている。
    [0079] なお、 第 2の誘電体層における黒色層と、 連続層お よび透明層 との膜厚の比率については、 実施例に限定 されるこ となく 、 適宜変更可能である。
    [0080] また、 他の各層の構成材料については、 実施例に限 定されるこてな く 、 適宜変更可能である。 加えて 、 こ の薄膜 E L 素子は、 表示装置以外に照明用 と して、 光 記録媒体ぺの信号の軎き込み、 読み出 し 、 消去用の光 源 と してち使用可能である。
    [0081] 加えて 、 表示装置のよ う に、 まわ り の明るさが変化 するよ う な環境条件下で使用される薄膜 E L 素子の場 合、 まわ り の明るさ —照度が上っ た場合、 コ ン ト ラス 卜 は低下 し 、 見えに く く なるのに対 し、 照度が極度に 低い ときには、 一定輝度では明る過ぎる等の問題があ る。 そこで、 例えば第 1 6 図に示す如 く 、 フ ォ 卜 セン サ 3 7 を配設 し、 このフ ォ 卜 センサからの信号に基づ いて 、 薄膜 E L 素子ぺの印加電圧を制御 し 、 輝度を変 化させるこ と によ り 、 コ ン ト ラス 卜 を一定に保つ こ と ができ、 更に効果を高めるこ とができる。
    [0082] こ の印加電圧の制御 につ いて は 、 第 1 7 図 に示す 如 く 、 フ ォ 卜 セ ンサか ら の信号が所定 の値以上にな る と印加電圧を段階的に変化させ、 コ ン 卜 ラス 卜 を一 定の範囲内 < a — b ) に保つ よう にするのが簡単であ る
    [0083] 例えば、 ある耀瘃 Aで薄噶 F I 素子が穽光 している とする と 、 ま わ り の照度すなわち フ ォ ト センサ 7 に よ る検出値が Ί 0 0 0ル ッ ク スになる と輝度が B となる よ う に印加電圧を高め、 更に照度が上が り 約 5 0 0 0 ル ッ ク ス に なる と輝度を C に 変える … と い う ふう に 輝度を A , B , C , D … と 段階的 に変化せ し める。 一 一 このよう に して、 コ ン ト ラス 卜 はまわ り の照度に左右 されるこ とな く 、 ほぼ一定の範囲内に保つ こ とができ る α
    [0084] ま た、 印加電圧をフ ォ 卜 センサの検出値に基づいて 連続的に変化させるよう に してもよい。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    ( 1 ) 白色光を発するよう に形成された薄膜 E L 素子 か らなるセルを複数個配列 してなる E L 素子部 と、
    この E し素子部の表面に 、 各セルに対応 して所定の 色の色フ ィ ルタ を配設 してなる色フ ィ ルタ部からな り 、 各薄膜 E L 素子への印加電圧を画情報に応 じて制御 するこ とによ り 、 カ ラー表示を行なう よ う に した こ と を特徴 とするカ ラー表示装置。
    ( 2 ) 前記各薄膜 E L 素子は、 同一のガラス基板上に 配列せ しめ られ、 透明電極 と 、 第 "！ の誘電钵層 と、 発 光層 と 、 第 2 の誘電体層 と 、 背面電極 とが順次積層せ しめ られてなる二重誘電体構造の薄膜 E L素子である こ とを特徴 とする請求の範囲第（1 ) 項記載の力.ラー表 示 fe置。
    ( 3 〉 前記 E し素子部は、 各セルの誘電体層、 発光層 および第 2 の誘電体層が一体的に形成される と共に、 透明電極および背面電極は互いに直交するよ う に所定 の間隔で配列せ しめ られたス 卜 ライ プライ ンからな り 、 量ス 卜 ライ プライ ンの交差部を発光部 とするよう に し た こ とを特徴 とする請求の範囲第 （υ 項記載のカ ラ ー 表示装置。
    〈 4 ) 前記発光層は、 赤色発光層、 緑色発光層、 青色 発光層の 3 層構造で構成されているこ とを特徴 とする 請求の範囲第（3 ) 項記載のカ ラ ー表示装置。
    ( 5 ) 前記赤色発光層は、 サマ リ ウム （ S m ) とフ ッ 素 （ F 〉 とを含有 してなる硫化亜鉛雇 （ Z n S ) であ るこ とを特徴とする請求の範囲第 （ 4.) 項記載のカラ 一表示装置。
    ( 6 ) 前記緑色発光雇は、 エルビウム （ E 「 〉 と弗素 とを含有してなる硫化亜鉛層であるこ とを特徴とする 請求の範囲第（4) 項記載のカ ラー表示装置。
    ( 7 ) 前記青色発光曆は、 ツ リ ウム （ T m ) とフ ッ素 を含有してなる硫化亜鉛層であるこ-とを特徴とする請 求の範囲第（4) 項記載のカラー表示装置。
    ( 8 〉 前記発光層は、 窒素 （ N 〉 を含有してなる白色 発光層であるこ とを特徴とする請求の範囲第（3) 項記 載のカ ラー表示装置。
    ,
    ( 9 ) 前記発光層は窒素を含有する硫化亜鉛薄膜であ るこ とを特徴とする請求の範囲第（3) 項記載のカ ラー 表示装置 c
    ( 10) 前記発光屨は、. セ リ ウム （ G e 》 とユ ー 口 ピゥ ム （ E u 〉 を含有 してなる硫化ス ト ロ ンチウム （ S r S ) 層であるこ とを特徴とする請求の範囲第（3) 項記 載のカ ラ ー表示装置。
    ( 11) 前記色フ ィ ルタ部は、 各色に染色せ しめ られた 染色性ホ リ マー屬から構成されているこ とを特徴とす る請求の範囲第（1) 項記載のカ ラー表示裝置。
    ( 12) 基板上に、 透明電極と 、 第 Ί の誘電体層と、 発 光層 と、 第 2の誘電体層 と、 背面電極とを j頃次積層せ しめ、 発光層に電界を供給するこ と によ り発光層を発 光せ しめるよ う に した薄膜 E L 素子において、
    該第 2 の誘電体層を黒色から透明ぺ と化学量論比が 連続的に変化するよ う な酸化タ ンタル膜で構成 した こ とを特徴 とする薄膜 E L 素子。
    ( 1 3 ) 前記発光層に印加する電界が、 前記発光層の近 傍に配設されたフ ォ 卜 センサの検出値によ っ て制御さ れるよ う に構成されているこ とを特徴 とする請求の範 囲第（1 2 )項記載の薄膜 E L 素子。
    ( 1 4 ) 基板上に透明電極と第 1 の誘電体層 と発光層 と 、 第 2 の誘電体層 と、 背面電極 とを順次積層せ しめてな る薄膜 E L 素子の製造方法において 、
    発光層の形成ェ程，が、
    硫化亜鈴薄膜を形成する工程と、
    該硫化亜鉛薄膜に対 してイ オン注入法によ り窒素ィ オンを注入するイ オン注入工程を含むこ とを特徴とす る薄膜 E L 素子の製造方法。
    ( 1 5 ) 発光層 と背面電極 との間に誘電体層を介在せ し めてな り 発光層に電界を供給するこ と によ り発光層を 発光せ しめるよう に した薄膜 E L 素子において 、
    前記誘電体層を酸素あるいは窒素の粗成比を化学量 論的な値よ り も小さ く した絶縁性の酸化物あるいは窒 化物か らなる絶縁膜で構成 したこ とを特徴 とする薄膜 E L 素子。
    ( 1 6 ) 前記酸化物は、 酸化タ ンタ ル （ T a 0 χ , x <
    2 . 5 ) であるこ とを特徴とする請求の範囲第（15)項 記載の薄膜 E L素子。
    ( 17》 前記酸化物は、 酸化イ ツ ト リ ウム （ Y 0 , X < 3 X 2 ) であるこ とを特徴とする請求の範囲第（15) 項記載の薄膜 E L素子。
    ( 18) 前記酸化物は、 酸化シ リ コ ン （ S ί 0，， ： X < 2 ) であるこ とを特徴とする請求の範囲第（15)項記載 の薄膜 E L素子。
    ( 19) 前記窒化物は、 窒化シ リ コ ン （ S i N χ , x < 4 / 3 } であるこ とを特徴とする請求の範囲第（15)項 記載の薄膜 E L素子。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0313656A1|1989-05-03|
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