(57)【要約】【課題】  エレクトロルミネッセンス素子において、輝度を向上させることの可能な新規な構成を提供する。【解決手段】  絶縁性基板１０上に第１電極２０、第１絶縁層３０、発光中心を含む発光層５０、第２絶縁層６０および第２電極７０が順次積層されてなる画素８０を有し、少なくとも光取り出し側が光学的に透明な材料にて構成されているエレクトロルミネッセンス素子１００において、第１絶縁層３０と発光層５０との間に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）などの酸化インジウムを含む層４０が設けられている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板（１０）上に第１電極（２０）、第１絶縁層（３０）、発光中心を含む発光層（５０）、第２絶縁層（６０）および第２電極（７０）が順次積層されてなる画素（８０）を有し、少なくとも光取り出し側が光学的に透明な材料にて構成されているエレクトロルミネッセンス素子において、
前記第１絶縁層（３０）と前記発光層（５０）との間に酸化インジウムを含む層（４０）が設けられている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】
前記発光層（５０）は、ＺｎＳを母体とする材料からなることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記酸化インジウムを含む層（４０）は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）であることを特徴とする請求項１または２に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記画素（８０）が複数個配置されており、
前記酸化インジウムを含む層（４０）は、隣接する前記画素（８０）の間で隔離されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光中心を含む発光層を有するエレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ素子）に関し、特に発光特性の改善された薄膜ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的なエレクトロルミネッセンス素子は、絶縁性基板上に第１電極、第１絶縁層、発光中心を含む発光層、第２絶縁層および第２電極が順次積層されてなる画素を有し、少なくとも光取り出し側が光学的に透明な材料にて構成されている。
【０００３】
ここで、第１および第２絶縁層、発光層は、容量性負荷である。そして、第１、第２電極の両端に交流電圧を印加すると、発光層、第１および第２絶縁層の静電容量に応じた電荷が蓄えられる。
【０００４】
そして、発光層、各絶縁層の材料および膜厚によって決まる電圧であるクランプ電圧以上の電圧を印加すると、それまで蓄えられていた電荷が発光層中を流れる。その電荷が発光層中の発光中心に衝突し発光中心を励起し、そのエネルギーが基底状態に落ちるときに発光する。
【０００５】
このようなエレクトロルミネッセンス素子は、スパッタや蒸着法などにより絶縁性基板上に、上記した第１電極、第１絶縁層、発光層、第２絶縁層および第２電極の各層を、順次成膜することにより製造される。
【０００６】
ここにおいて、従来より、発光層の成膜初期において、その下地の絶縁層と発光層との界面に結晶性の低下した層が形成されるという問題がある。この界面における結晶性の低下した層は、発光に寄与しないため、発光特性を改善するためには、この層の結晶性を改善する必要がある。
【０００７】
そして、従来では、発光層とその下地の絶縁層との界面における層の結晶性を改善する方法として、発光層の下地の層としてＺｎＯを形成する方法（特許文献１参照）や、シリコンを形成する方法（特許文献２参照）が提案されている。
【特許文献１】特開平５−１１４４８２号公報
【特許文献２】特開平８−１７１９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来では、発光層とその下地の絶縁層との界面における層の結晶性を改善する方法として、ＺｎＯやシリコンを形成する方法が提案されているが、本発明者は、エレクトロルミネッセンス素子において、さらに輝度を向上させるために、新規な手法の開発を進めている。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、絶縁性基板上に第１電極、第１絶縁層、発光層、第２絶縁層および第２電極が順次積層されてなる画素を有し、少なくとも光取り出し側が光学的に透明な材料にて構成されているエレクトロルミネッセンス素子において、輝度を向上させることの可能な新規な構成を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、絶縁性基板（１０）上に第１電極（２０）、第１絶縁層（３０）、発光中心を含む発光層（５０）、第２絶縁層（６０）および第２電極（７０）が順次積層されてなる画素（８０）を有し、少なくとも光取り出し側が光学的に透明な材料にて構成されているエレクトロルミネッセンス素子において、第１絶縁層（３０）と発光層（５０）との間に酸化インジウムを含む層（４０）が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
それによれば、第１絶縁層（４０）と発光層（５０）との間に酸化インジウムを含む層（４０）を設ければ、第１絶縁層（３０）上に形成する発光層（５０）の成長初期に形成される結晶性の低下した層の結晶性を改善できると考えられ、実際に、輝度の向上を図れることが実験的に確認できている（図２参照）。
【００１２】
つまり、本発明によれば、絶縁性基板（１０）上に第１電極（２０）、第１絶縁層（３０）、発光中心を含む発光層（５０）、第２絶縁層（６０）および第２電極（７０）が順次積層されてなる画素（８０）を有し、少なくとも光取り出し側が光学的に透明な材料にて構成されているエレクトロルミネッセンス素子において、輝度を向上させることの可能な新規な構成を提供することができる。
【００１３】
ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子において、発光層（５０）としては、ＺｎＳを母体とする材料からなるものを採用することができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載のエレクトロルミネッセンス素子において、酸化インジウムを含む層（４０）としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を採用することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３に記載のエレクトロルミネッセンス素子において、画素（８０）が複数個配置されており、酸化インジウムを含む層（４０）は、隣接する画素（８０）の間で隔離されていることを特徴としている。
【００１６】
もし、各画素（８０）の間で酸化インジウムを含む層（４０）が隔離されておらず、連続した膜となっていると、各画素（８０）間が、酸化インジウムを含む層（４０）により電気的に接続されてしまい、表示上の不具合が生じる。
【００１７】
その点、本発明のように、酸化インジウムを含む層（４０）を、隣接する画素（８０）の間で隔離することにより、各画素（８０）を電気的に独立させ、良好な表示を実現することができ、好ましい。
【００１８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るエレクトロルミネッセンス素子としての無機ＥＬ素子１００の概略断面構成を示す図である。
【００２１】
図１に示されるように、本無機ＥＬ素子１００は、絶縁性基板であるガラス基板１０上に順次、以下に述べられる薄膜２０〜７０が積層形成されることによって構成された薄膜ＥＬ素子である。
【００２２】
ガラス基板１０上には、光学的に透明な、たとえばＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）膜や酸化亜鉛などからなる透明な第１電極２０が、下部電極として形成されている。本例では、第１電極２０は、好ましい形態としてＩＴＯ膜から構成されている。
【００２３】
第１電極２０の上面には、たとえばアルミナとチタニアの積層膜であるＡＴＯ膜（Ａｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜）や五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などからなる第１絶縁層３０が形成されている。本例では、第１絶縁層３０は、好ましい形態としてＡｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜から構成されている。
【００２４】
第１絶縁層３０の上には、酸化インジウムを含む層４０が形成されている。この酸化インジウムを含む層４０は、たとえば数十ｎｍから２００ｎｍ程度の厚さである。本例では、酸化インジウムを含む層４０は、第１電極２０を構成するＩＴＯよりも導電性を低下させたＩＴＯ膜から構成されている。
【００２５】
この酸化インジウムを含む層４０の上には、発光部としての無機ＥＬ材料からなる発光層５０が形成されている。ここで、発光層５０としては、特に限定するものではないが、希土類元素などの発光中心を添加したII−VI族化合物半導体が用いられる。
【００２６】
ここで、II−VI族化合物半導体は、旧周期律表におけるＣａ、Ｓｒ、Ｚｎ、ＣｄなどのIIＡ族（現２族）およびIIＢ族（現１２族）とＯ、ＳなどのVIＢ族（現１６族）との化合物半導体である。
【００２７】
具体的には、本実施形態の発光層５０としては、少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料とし、発光中心としてマンガン（Ｍｎ）やテルビウム（Ｔｂ）、サマリウム（Ｓｍ）などの希土類元素を添加したものが使用される。本例では、発光層５０は、ＺｎＳを母体材料とし、発光中心としてＭｎを添加した硫化亜鉛：マンガン（ＺｎＳ：Ｍｎ）の膜からなる。
【００２８】
発光層５０の上には、たとえば上記ＡＴＯ膜や五酸化タンタルなどからなる第２絶縁層６０が形成されている。本例では、第２絶縁層６０は、好ましい形態としてＡｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜から構成されている。
【００２９】
第２絶縁層６０の上には、光学的に透明な、たとえばＩＴＯ膜や酸化亜鉛などからなる透明な第２電極７０が、上部電極として形成されている。本例では、第２電極７０は、好ましい形態としてＩＴＯ膜から構成されている。
【００３０】
ここで、この第１電極２０と第２電極７０とが重なり合う部分が、これら電極２０、７０の膜間に挟まれている第１絶縁層３０、酸化インジウムを含む層４０、発光層５０、および第２絶縁層６０とともに、表示領域である画素８０として構成されている。
【００３１】
そして、第１電極２０、第２電極７０間に電圧を印加することで、この発光画素８０が発光可能となっている。つまり、本無機ＥＬ素子１００は、通電により発光する発光部としての発光層５０を一対の電極２０、７０により挟んでなる発光画素８０を有するものとなっている。
【００３２】
本例では、無機ＥＬ素子１００は、第１電極２０と第２電極７０とが光学的に透明であるため、ガラス基板１０側および第２電極７０側の両方の側から光の取り出しが可能となっている。
【００３３】
次に、上記図１に示される本実施形態のＥＬ素子１００の製造方法について、上記した一具体例の膜構成に基づいて説明する。
【００３４】
まず、ガラス基板１０上に、第１電極２０として光学的に透明であるＩＴＯ膜をスパッタ法によって形成する。
【００３５】
次に、その上に、第１絶縁層３０として、Ａｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜をＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ−Ｌａｙｅｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって作製する。このＡｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜の具体的な形成方法について説明する。
【００３６】
まず、第１のステップとして、アルミニウム（Ａｌ）の原料ガスとして三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3）、酸素（Ｏ）の原料ガスとして水（Ｈ2Ｏ）を用いて、Ａｌ2Ｏ3層をＡＬＤ法で形成する。
【００３７】
ＡＬＤ法では１原子層ずつ膜を形成していくために、原料ガスを交互に供給する。従って、この場合には、ＡｌＣｌ3を窒素（Ｎ2）のキャリアガスで反応炉に１秒導入した後に、反応炉内のＡｌＣｌ3ガスを排気するのに十分なパージを行う。
【００３８】
次に、Ｈ2Ｏを同様に窒素キャリアガスで反応炉に１秒導入した後に、反応炉内のＨ2Ｏを排気するのに十分なパージを行う。このサイクルを繰り返して所定の膜厚のＡｌ2Ｏ3層を形成する。
【００３９】
第２のステップとして、Ｔｉの原料ガスとして四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、酸素の原料ガスとしてＨ2Ｏを用いて、酸化チタン層を形成する。
【００４０】
具体的には、第１のステップと同様にＴｉＣｌ4を窒素キャリアガスで反応炉に１秒導入した後に、反応炉内のＴｉＣｌ4を排気するのに十分なパージを行う。次に、Ｈ2Ｏを同様に窒素キャリアガスで反応炉に１秒導入した後に、反応炉内のＨ2Ｏを排気するのに十分なパージを行う。そして、このサイクルを繰り返して所定の膜厚の酸化チタン層を形成する。
【００４１】
そして、上述した第１のステップと第２のステップを繰り返し、所定膜厚のＡｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜を形成して、これを第１絶縁層３０とする。なお、Ａｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜の最初と最後の層は、Ａｌ2Ｏ3層とＴｉＯ2層のいずれであってもよいが、最下層すなわち第１電極２０上の最初の層はＡｌ2Ｏ3層であることが好ましい。
【００４２】
次に、第１絶縁層３０上に、酸化インジウムを含む層４０としてのＩＴＯ膜をスパッタ法により形成する。
【００４３】
そして、酸化インジウムを含む層４０の上に、発光層５０として、ＺｎＳを母体材料とし発光中心としてＭｎを添加した硫化亜鉛：マンガン（ＺｎＳ：Ｍｎ）からなる膜を蒸着法によって形成する。
【００４４】
その後、第２絶縁層６０を第１絶縁層３０と同様の構造と膜厚で成膜し、最後に第２電極７０として、第１電極２０と同様にしてＩＴＯ膜を成膜する。こうして、本実施形態のＥＬ素子１００ができあがる。
【００４５】
ところで、本実施形態によれば、絶縁性基板１０上に第１電極２０、第１絶縁層３０、発光中心を含む発光層５０、第２絶縁層６０および第２電極７０が順次積層されてなる画素８０を有し、少なくとも光取り出し側が光学的に透明な材料にて構成されているエレクトロルミネッセンス素子において、第１絶縁層３０と発光層５０との間に酸化インジウムを含む層４０が設けられていることを特徴とするＥＬ素子１００が提供される。
【００４６】
それによれば、第１絶縁層４０と発光層５０との間に酸化インジウムを含む層４０を設ければ、第１絶縁層３０上に形成する発光層５０の成長初期に形成される結晶性の低下した層の結晶性を改善できると考えられる。
【００４７】
実際に、図１に示される本実施形態のＥＬ素子１００において、上記した好ましい具体例としたもの、すなわち、発光層５０としてＺｎＳ：Ｍｎを用い、酸化インジウムを含む層４０として２００ｎｍの厚さのＩＴＯ膜を用いた構成のものと、比較例として図１の構成において酸化インジウムを含む層４０の無い一般的な構成のものとについて、輝度特性を調査した。
【００４８】
図２は、その輝度調査の結果を示す図である。この図２に示されるように、本実施形態に無機ＥＬ素子１００によれば、従来の一般的な構成のものに比べて、輝度の向上を図れることが実験的に確認できた。
【００４９】
このように、本実施形態によれば、絶縁性基板１０上に第１電極２０、第１絶縁層３０、発光中心を含む発光層５０、第２絶縁層６０および第２電極７０が順次積層されてなる画素８０を有し、少なくとも光取り出し側が光学的に透明な材料にて構成されているＥＬ素子１００素子において、輝度を向上させることの可能な新規な構成を提供することができる。
【００５０】
なお、本実施形態の無機ＥＬ素子１００を表示素子として用いる場合には、たとえば、区画された複数個の画素８０が配列された構成とすることができる。図３は、画素８０がドットマトリクス表示パターンにて配列された無機ＥＬ素子１００の例を示す概略断面図である。
【００５１】
図３に示される無機ＥＬ素子１００では、第１電極２０は、複数本のストライプ状に配置されたものであり、第２電極７０は、第１電極２０と直交する複数本のストライプ状に配置されたものである。
【００５２】
ここで、第１電極２０は、図３中の左右方向に延びる複数本のものであり、図３では、複数本の第１電極２０が示されてはいないが、実際には、紙面垂直方向に複数本の第１電極２０がストライプ状に配列されている。
【００５３】
また、第２電極７０は、図３における紙面垂直方向に延びる複数本のものであり、これら複数本の第２電極７０が、図３中の左右方向にストライプ状に配列されている。
【００５４】
そして、これら両電極２０、７０が重なり合った部分としての画素８０は、平面的にみたとき、すなわち図３中の上方からみて格子状に配置されている。こうして、図３に示される例では、画素８０はドットマトリクス表示パターンにて配置されている。
【００５５】
なお、これらストライプ状の第１電極２０および第２電極７０は、上記第１および第２電極２０、７０の形成において、フォトリソグラフやエッチング技術を用いて、ストライプ状にパターニング形成することができる。
【００５６】
そして、このような格子状に配列された複数個の画素８０において、酸化インジウムを含む層４０は、隣接する画素８０の間で隔離されている。つまり、酸化インジウムを含む層４０は、各画素８０と同様に、フォトリソグラフやエッチング技術を用いて格子状にパターニングされている。
【００５７】
もし、各画素８０の間で酸化インジウムを含む層４０が隔離されておらず、連続した膜となっていると、各画素８０間が、酸化インジウムを含む層４０により電気的に接続されてしまい、表示上の不具合が生じる。
【００５８】
その点、図３に示されるように、酸化インジウムを含む層４０を、隣接する画素８０の間で隔離することにより、各画素８０を電気的に独立させ、良好な表示を実現することができる。
【００５９】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態に示した各層の具体例は、あくまで本発明に適用が可能な一例を示すものであり、これらに限定されるものではない。
【００６０】
また、複数個の画素の配置形態も、上記図３に示されたようなドットマトリクス表示パターンに限定されるものではなく、たとえば、セグメント表示パターンであってもよいことはもちろんである。
【００６１】
要するに、本発明は、絶縁性基板上に第１電極、第１絶縁層、発光中心を含む発光層、第２絶縁層および第２電極が順次積層されてなる画素を有し、少なくとも光取り出し側が光学的に透明な材料にて構成されているＥＬ素子において、第１絶縁層と発光層との間に酸化インジウムを含む層を設けたことを要部とするものであり、その他の部分については、適宜設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係る無機ＥＬ素子の概略断面構成を示す図である。
【図２】上記実施形態のＥＬ素子について輝度調査を行った結果を示す図である。
【図３】上記実施形態において画素がドットマトリクス表示パターンにて配列された無機ＥＬ素子の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０…絶縁性基板としてのガラス基板、２０…第１電極、３０…第１絶縁層、
４０…酸化インジウムを含む層、５０…発光層、６０…第２絶縁層、
７０…第２電極、８０…画素。
【図１】
2006216439.tif 000003
【図２】
2006216439.tif 000004
【図３】
2006216439.tif 000005