エレクトロルミネッセンス素子
【課題】蛍光体の発光を均一化できるＥＬ素子を提供する。
【解決手段】背面基板(1)と、背面側電極(2)と、誘電体層(3)と、平滑化層(4)と、蛍光体層(6)と、絶縁層(7)と、光取り出し側電極(8)を含むＥＬ素子において、前記誘電体層(3)から上であって前記蛍光体層(6)より下の部分であって、１画素に対応する領域にダミー電極(9)を介在させる。これにより、背面側電極と光取り出し側電極の間のキャパシター作用を、見掛け上光取り出し側電極とダミー電極の間で起こさせることができ、蛍光体からの発光を均一にすることができる。この結果、誘電体層の表面に凹凸が存在し、内部がポーラスな構造であっても、蛍光体からの発光を均一にすることができる。
【解決手段】背面基板(1)と、背面側電極(2)と、誘電体層(3)と、平滑化層(4)と、蛍光体層(6)と、絶縁層(7)と、光取り出し側電極(8)を含むＥＬ素子において、前記誘電体層(3)から上であって前記蛍光体層(6)より下の部分であって、１画素に対応する領域にダミー電極(9)を介在させる。これにより、背面側電極と光取り出し側電極の間のキャパシター作用を、見掛け上光取り出し側電極とダミー電極の間で起こさせることができ、蛍光体からの発光を均一にすることができる。この結果、誘電体層の表面に凹凸が存在し、内部がポーラスな構造であっても、蛍光体からの発光を均一にすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置等に使用されるエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイデバイスとして平面型のディスプレイが注目されており、一例としてプラズマディスプレイが実用化されている。プラズマディスプレイは大型化が容易であること、高い輝度が得られること、視野角が広いことなどから注目されている。しかし、ディスプレイの構造が複雑であり、その製造工程も複雑であるため、改良が進んではいるものの現時点ではまだ高価なものとなっている。
【０００３】
また、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）現象を利用するディスプレイも提案されている。無機ＥＬでは半導体の無機蛍光体に電極を配置し、電圧印加により無機蛍光体の電子とホールの再結合又は励起子により発光するか、又は半導体中の加速された電子が発光中心に衝突し、発光中心となる原子又はイオンが励起され、それが元の状態に戻る際に発光するものである。無機ＥＬディスプレイとして、蛍光体発光層はスパッタなどの気相堆積法により形成し、その上と下を誘電体層により電気的に絶縁した構造とする。このようにＥＬ素子は、上下電極間に蛍光体層を挟み、前記蛍光体層に電界をかけることにより発光する原理を利用して、文字や画像（以下「画像等」という。）を表示する。単一光表示はもちろん可能であるが、単一光を色変換層により色変換してフルカラー表示することもできる。前記誘電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛（下記特許文献１）、チタン酸バリウムと窒化シリコン又は酸窒化シリコンを積層する提案がある（下記特許文献２）。また、誘電体層を研磨し、その際に発生する研磨粉を凹部に埋め込む提案がある（下記特許文献３）。
【特許文献１】特開平８−８３６８６号公報
【特許文献２】特開２００３−７７６７７号公報
【特許文献３】特開２００３−１５７９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記誘電体層は表面が凹凸で内部もポーラスな構造であり、蛍光体の発光が均一にならないという問題がある。
【０００５】
本発明は前記従来の問題を解決するため、蛍光体の発光を均一化できるＥＬ素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のＥＬ素子は、背面基板と、背面側電極と、誘電体層と、平滑化層と、蛍光体層と、絶縁層と、光取り出し側電極を含むＥＬ素子において、前記誘電体層から上であって前記蛍光体層より下の部分であって、１画素に対応する領域にダミー電極を介在させたことを特徴とする。本発明において、ダミー電極とは、電源に接続されていない浮き電極をいう。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、前記誘電体層から上であって前記蛍光体層より下の部分であって、１画素に対応する領域にダミー電極を介在させたことにより、背面側電極と光取り出し側電極の間のキャパシター作用を、見掛け上光取り出し側電極とダミー電極の間で起こさせることにより、蛍光体からの発光を均一にすることができる。この結果、誘電体層の表面に凹凸が存在し、内部がポーラスな構造であっても、蛍光体からの発光を均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の無機ＥＬ素子は、対向する２つの電極間に少なくとも発光層を備える。前記発光層は、無機の蛍光体等の発光物体を層状にしたものである。前記発光層の両側には電気絶縁層（誘電体層）を配置する。無機ＥＬは、対向する２つの電極間に誘電体層を設け、キャパシターの原理を用いて電界により発光させるものである。さらに、下側（背面）電極と蛍光体との間には高誘電体層を介在させてもよい。
【０００９】
前記高誘電体層としては、厚みが２μｍ以上２０μｍ以下の範囲のＢａＴｉＯ3，ＳｒＴｉＯ3，ＰｂＺｒＴｉＯ3，ＢａＴａＯ6，ＢａＴａ2Ｏ6又はＢａ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ3等を使用できる。
【００１０】
また、平滑層と絶縁体層としては、例えば厚みが０．１μｍ以上１μｍ以下の範囲のＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，ＢａＴｉＯ3等を使用できる。
【００１１】
前記ダミー電極の位置は、前記平滑化層の上又は下のいずれであってもよいし、平滑層がない場合は誘電体層の上にあってもよい。
【００１２】
また、前記ダミー電極は、Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｔｉ，ＳｉＯ2-x，ＣｒＯ2-x及びＴｉＯ2-x（但し、０＜ｘ≦１）から選ばれる少なくとも一つで構成されることが好ましい。
【００１３】
また、前記ダミー電極の面積は、有効画素面積に対し、８０％以上１２０％以下の範囲であることが好ましい。
【００１４】
また、前記ダミー電極の厚みは０．０５μｍ以上１μｍ以下の範囲であることが好ましい。
（実施形態１）
【００１５】
図１は本発明にかかる無機ＥＬ素子の構造を示す斜視分解図である。
【００１６】
まず、基板１として高融点ガラス基板上に下部電極層２としてＡｕ薄膜を耐熱性ガラス基板上に膜厚０．５μｍとなるように蒸着法で形成した。下部電極層２は表示装置を単純マトリクスタイプとする場合、複数のストライプ状パターンを有するように形成しその線幅が１画素の幅となる。本実施形態では線幅６００μｍ、スペース５０μｍで形成した。
【００１７】
下部電極２の上に誘電体層３を形成した。誘電体層３は、高誘電率で高耐圧の材質で構成することが望ましく、本実施形態ではブチラール樹脂を含むビヒクル中にＢａＴｉＯ3粉体を分散したスラリーを作成し、ドクタープレード法を用いてグリーンシートを作成し、これを基板に熱転写して、６００℃、１０分で焼成し形成した。なお、ＢａＴｉＯ3粉体だけでは、膜は形成するものの、基板への密着力がないため、若干の有機酸金属塩を含有させて密着させた。このときの誘電体層３の厚みは２０μｍとなるようにした。
【００１８】
次に平滑化層４を形成するため、オクチル酸Ｂａ、オクチル酸Ｔｉをモル等量含む溶液を基板上にスピンコートし、１２０℃、１０分乾燥し、６００℃、１０分焼成して平滑化層４を形成した。このときの厚みは０．６μｍであった。
【００１９】
次にダミー電極層９としてＣｒを蒸着法で平滑化層上に成膜し、１画素に相当する矩形上にパターニングした。さらに第１薄膜絶縁層５としてアルミナをスパッタした。この第１薄膜絶縁層５上に発光層６として、２００℃に加熱した状態でＭｎをドープしたＺｎＳ蒸着源を用い、ＺｎＳ発光体薄膜を厚さ０．６μｍとなるよう蒸着法により形成した後、真空中４５０℃で１０分間熱処理した。
【００２０】
次に、第２薄膜絶縁層７としてＳｉ3Ｎ4薄膜と、透明電極層８としてＩＴＯ薄膜をスパッタリング法により順次形成することにより薄膜ＥＬ素子とした。その際、上部電極層のＩＴＯ薄膜はメタルマスクを成膜時に用いることにより幅１ｍｍのストライプ状にパターニングした。発光特性は、得られた素子構造の下部電極、上部透明電極から電極を引き出し、１ｋＨｚ、パルス幅５０μｓにて発光輝度が飽和するまでの電界を印加して棚定した。また、それぞれの薄膜ＥＬ素子を所定の個数づつ作製し評価した。
【００２１】
その結果、ダミー電極９を形成した無機薄膜ＥＬ素子は印可電圧１８０Ｖにて最高輝度１２００ｃｄ／ｍ2この薄膜ＥＬ素子１画素中の微小輝度分布を測定したところ、輝度分布の標準偏差が±１０ｃｄ／ｍ2であった。これに対しダミー電極９を有しない無機薄膜ＥＬ素子の最高輝度は１０００ｃｄ／ｍ2で微小輝度分布の標準偏差は±５０ｃｄ／ｍ2であった。
【００２２】
この結果は、従来発光層６から下部電極層２側に放射される光がポーラスな誘電体層３で散乱、吸収されていたものが、ダミー電極９に垂直反射され効果的に透明電極層８側に到達しため、ＥＬ素子の実質的な発光輝度に寄与した結果と考えられる。また、微小輝度分布の標準偏差が小さくなっているのは、誘電体層３上を平滑層４で平滑化したもののキャパシタンスと容量が各画索内で分布していたものが、ダミー電極９を挿入することにより１画素中のキャパシタンス分布がなくなり均一化したためと考えられる。
【００２３】
本実施形態１ではダミー電極９として、Ｃｒを用いたが、導電率の高いＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉなどを用いても同様の効果が得られる。また、ＳｉＯ2-x、ＣｒＯ2-x、およびＴｉＯ2-x（０＜Ｘ≦１）のような半導体的な導電率を持つものも可能であり、とくにＴｉＯなどは黒色であり、発光輝度分布の低減とコントラスト向上に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態における無機ＥＬ素子の斜視分解図。
【符号の説明】
【００２５】
１ 基板
２ 下部電極層
３ 誘電体層
４ 平滑化層
５ 第１薄膜絶縁層
６ 発光層（蛍光体層）
７ 第２薄膜絶縁層
８ 透明電極層
９ ダミー電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置等に使用されるエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイデバイスとして平面型のディスプレイが注目されており、一例としてプラズマディスプレイが実用化されている。プラズマディスプレイは大型化が容易であること、高い輝度が得られること、視野角が広いことなどから注目されている。しかし、ディスプレイの構造が複雑であり、その製造工程も複雑であるため、改良が進んではいるものの現時点ではまだ高価なものとなっている。
【０００３】
また、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）現象を利用するディスプレイも提案されている。無機ＥＬでは半導体の無機蛍光体に電極を配置し、電圧印加により無機蛍光体の電子とホールの再結合又は励起子により発光するか、又は半導体中の加速された電子が発光中心に衝突し、発光中心となる原子又はイオンが励起され、それが元の状態に戻る際に発光するものである。無機ＥＬディスプレイとして、蛍光体発光層はスパッタなどの気相堆積法により形成し、その上と下を誘電体層により電気的に絶縁した構造とする。このようにＥＬ素子は、上下電極間に蛍光体層を挟み、前記蛍光体層に電界をかけることにより発光する原理を利用して、文字や画像（以下「画像等」という。）を表示する。単一光表示はもちろん可能であるが、単一光を色変換層により色変換してフルカラー表示することもできる。前記誘電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛（下記特許文献１）、チタン酸バリウムと窒化シリコン又は酸窒化シリコンを積層する提案がある（下記特許文献２）。また、誘電体層を研磨し、その際に発生する研磨粉を凹部に埋め込む提案がある（下記特許文献３）。
【特許文献１】特開平８−８３６８６号公報
【特許文献２】特開２００３−７７６７７号公報
【特許文献３】特開２００３−１５７９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記誘電体層は表面が凹凸で内部もポーラスな構造であり、蛍光体の発光が均一にならないという問題がある。
【０００５】
本発明は前記従来の問題を解決するため、蛍光体の発光を均一化できるＥＬ素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のＥＬ素子は、背面基板と、背面側電極と、誘電体層と、平滑化層と、蛍光体層と、絶縁層と、光取り出し側電極を含むＥＬ素子において、前記誘電体層から上であって前記蛍光体層より下の部分であって、１画素に対応する領域にダミー電極を介在させたことを特徴とする。本発明において、ダミー電極とは、電源に接続されていない浮き電極をいう。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、前記誘電体層から上であって前記蛍光体層より下の部分であって、１画素に対応する領域にダミー電極を介在させたことにより、背面側電極と光取り出し側電極の間のキャパシター作用を、見掛け上光取り出し側電極とダミー電極の間で起こさせることにより、蛍光体からの発光を均一にすることができる。この結果、誘電体層の表面に凹凸が存在し、内部がポーラスな構造であっても、蛍光体からの発光を均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の無機ＥＬ素子は、対向する２つの電極間に少なくとも発光層を備える。前記発光層は、無機の蛍光体等の発光物体を層状にしたものである。前記発光層の両側には電気絶縁層（誘電体層）を配置する。無機ＥＬは、対向する２つの電極間に誘電体層を設け、キャパシターの原理を用いて電界により発光させるものである。さらに、下側（背面）電極と蛍光体との間には高誘電体層を介在させてもよい。
【０００９】
前記高誘電体層としては、厚みが２μｍ以上２０μｍ以下の範囲のＢａＴｉＯ3，ＳｒＴｉＯ3，ＰｂＺｒＴｉＯ3，ＢａＴａＯ6，ＢａＴａ2Ｏ6又はＢａ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ3等を使用できる。
【００１０】
また、平滑層と絶縁体層としては、例えば厚みが０．１μｍ以上１μｍ以下の範囲のＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，ＢａＴｉＯ3等を使用できる。
【００１１】
前記ダミー電極の位置は、前記平滑化層の上又は下のいずれであってもよいし、平滑層がない場合は誘電体層の上にあってもよい。
【００１２】
また、前記ダミー電極は、Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｔｉ，ＳｉＯ2-x，ＣｒＯ2-x及びＴｉＯ2-x（但し、０＜ｘ≦１）から選ばれる少なくとも一つで構成されることが好ましい。
【００１３】
また、前記ダミー電極の面積は、有効画素面積に対し、８０％以上１２０％以下の範囲であることが好ましい。
【００１４】
また、前記ダミー電極の厚みは０．０５μｍ以上１μｍ以下の範囲であることが好ましい。
（実施形態１）
【００１５】
図１は本発明にかかる無機ＥＬ素子の構造を示す斜視分解図である。
【００１６】
まず、基板１として高融点ガラス基板上に下部電極層２としてＡｕ薄膜を耐熱性ガラス基板上に膜厚０．５μｍとなるように蒸着法で形成した。下部電極層２は表示装置を単純マトリクスタイプとする場合、複数のストライプ状パターンを有するように形成しその線幅が１画素の幅となる。本実施形態では線幅６００μｍ、スペース５０μｍで形成した。
【００１７】
下部電極２の上に誘電体層３を形成した。誘電体層３は、高誘電率で高耐圧の材質で構成することが望ましく、本実施形態ではブチラール樹脂を含むビヒクル中にＢａＴｉＯ3粉体を分散したスラリーを作成し、ドクタープレード法を用いてグリーンシートを作成し、これを基板に熱転写して、６００℃、１０分で焼成し形成した。なお、ＢａＴｉＯ3粉体だけでは、膜は形成するものの、基板への密着力がないため、若干の有機酸金属塩を含有させて密着させた。このときの誘電体層３の厚みは２０μｍとなるようにした。
【００１８】
次に平滑化層４を形成するため、オクチル酸Ｂａ、オクチル酸Ｔｉをモル等量含む溶液を基板上にスピンコートし、１２０℃、１０分乾燥し、６００℃、１０分焼成して平滑化層４を形成した。このときの厚みは０．６μｍであった。
【００１９】
次にダミー電極層９としてＣｒを蒸着法で平滑化層上に成膜し、１画素に相当する矩形上にパターニングした。さらに第１薄膜絶縁層５としてアルミナをスパッタした。この第１薄膜絶縁層５上に発光層６として、２００℃に加熱した状態でＭｎをドープしたＺｎＳ蒸着源を用い、ＺｎＳ発光体薄膜を厚さ０．６μｍとなるよう蒸着法により形成した後、真空中４５０℃で１０分間熱処理した。
【００２０】
次に、第２薄膜絶縁層７としてＳｉ3Ｎ4薄膜と、透明電極層８としてＩＴＯ薄膜をスパッタリング法により順次形成することにより薄膜ＥＬ素子とした。その際、上部電極層のＩＴＯ薄膜はメタルマスクを成膜時に用いることにより幅１ｍｍのストライプ状にパターニングした。発光特性は、得られた素子構造の下部電極、上部透明電極から電極を引き出し、１ｋＨｚ、パルス幅５０μｓにて発光輝度が飽和するまでの電界を印加して棚定した。また、それぞれの薄膜ＥＬ素子を所定の個数づつ作製し評価した。
【００２１】
その結果、ダミー電極９を形成した無機薄膜ＥＬ素子は印可電圧１８０Ｖにて最高輝度１２００ｃｄ／ｍ2この薄膜ＥＬ素子１画素中の微小輝度分布を測定したところ、輝度分布の標準偏差が±１０ｃｄ／ｍ2であった。これに対しダミー電極９を有しない無機薄膜ＥＬ素子の最高輝度は１０００ｃｄ／ｍ2で微小輝度分布の標準偏差は±５０ｃｄ／ｍ2であった。
【００２２】
この結果は、従来発光層６から下部電極層２側に放射される光がポーラスな誘電体層３で散乱、吸収されていたものが、ダミー電極９に垂直反射され効果的に透明電極層８側に到達しため、ＥＬ素子の実質的な発光輝度に寄与した結果と考えられる。また、微小輝度分布の標準偏差が小さくなっているのは、誘電体層３上を平滑層４で平滑化したもののキャパシタンスと容量が各画索内で分布していたものが、ダミー電極９を挿入することにより１画素中のキャパシタンス分布がなくなり均一化したためと考えられる。
【００２３】
本実施形態１ではダミー電極９として、Ｃｒを用いたが、導電率の高いＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉなどを用いても同様の効果が得られる。また、ＳｉＯ2-x、ＣｒＯ2-x、およびＴｉＯ2-x（０＜Ｘ≦１）のような半導体的な導電率を持つものも可能であり、とくにＴｉＯなどは黒色であり、発光輝度分布の低減とコントラスト向上に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態における無機ＥＬ素子の斜視分解図。
【符号の説明】
【００２５】
１ 基板
２ 下部電極層
３ 誘電体層
４ 平滑化層
５ 第１薄膜絶縁層
６ 発光層（蛍光体層）
７ 第２薄膜絶縁層
８ 透明電極層
９ ダミー電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
背面基板と、背面側電極と、誘電体層と、平滑化層と、蛍光体層と、絶縁層と、光取り出し側電極を含むエレクトロルミネッセンス素子において、
前記誘電体層から上であって前記蛍光体層より下の部分であって、１画素に対応する領域にダミー電極を介在させたことを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記ダミー電極の位置が、前記平滑化層の上又は下である請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記ダミー電極がＡｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｔｉ，ＳｉＯ2-x，ＣｒＯ2-x及びＴｉＯ2-x（但し、０＜ｘ≦１）から選ばれる少なくとも一つで構成される請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記ダミー電極の面積が、有効画素面積に対し、８０％以上１２０％以下の範囲である請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記ダミー電極の厚みが０．０５μｍ以上１μｍ以下の範囲である請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１】
背面基板と、背面側電極と、誘電体層と、平滑化層と、蛍光体層と、絶縁層と、光取り出し側電極を含むエレクトロルミネッセンス素子において、
前記誘電体層から上であって前記蛍光体層より下の部分であって、１画素に対応する領域にダミー電極を介在させたことを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記ダミー電極の位置が、前記平滑化層の上又は下である請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記ダミー電極がＡｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｔｉ，ＳｉＯ2-x，ＣｒＯ2-x及びＴｉＯ2-x（但し、０＜ｘ≦１）から選ばれる少なくとも一つで構成される請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記ダミー電極の面積が、有効画素面積に対し、８０％以上１２０％以下の範囲である請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記ダミー電極の厚みが０．０５μｍ以上１μｍ以下の範囲である請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【図１】
【公開番号】特開２００６−３０２６９９（Ｐ２００６−３０２６９９Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２３７６１（Ｐ２００５−１２３７６１）
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（５０３２１７７８３）松下東芝映像ディスプレイ株式会社 (176)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（５０３２１７７８３）松下東芝映像ディスプレイ株式会社 (176)
【Ｆターム（参考）】
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