(57)【要約】本発明は、発光閾電圧が低くかつ高輝度な蛍光体薄膜およびそれを備えるＥＬ素子を実現することを目的とする。本発明のＥＬ素子は、基板上に、下部電極、ＺｎＳなどの硫化物を含有する下部バッファ薄膜、ガレートなどの酸化物を母体材料とする蛍光体薄膜、ＺｎＳなどの硫化物を含有する上部バッファ薄膜、および上部電極が、この順に積層されてなるものである。
2003081958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられるものであり、該基板側から、硫化物を含有する下部バッファ薄膜、酸化物からなる母体材料と発光中心とを含有する蛍光体薄膜、および、硫化物を含有する上部バッファ薄膜がこの順で積層されてなる、ＥＬ蛍光体積層薄膜。
【請求項２】
前記下部バッファ薄膜および前記上部バッファ薄膜の厚さが２０〜３００ｎｍである、
請求の範囲第１項に記載のＥＬ蛍光体積層薄膜。
【請求項３】
前記下部バッファ薄膜および前記上部バッファ薄膜に含有される前記硫化物が硫化亜鉛である、請求の範囲第１項記載のＥＬ蛍光体積層薄膜。
【請求項４】
前記蛍光体薄膜と、前記下部バッファ薄膜および前記上部バッファ薄膜のうち少なくともいずれか一方のバッファ薄膜との間に設けられており、且つ酸化物および窒化物のうち少なくともいずれか一方を含有する中間層を備える、請求の範囲第１項に記載のＥＬ蛍光体積層薄膜。
【請求項５】
前記中間層の厚さが３０〜８０ｎｍである、請求の範囲第４項に記載のＥＬ蛍光体積層薄膜。
【請求項６】
前記上部バッファ薄膜における前記蛍光体薄膜が設けられている側と反対側に設けられており、且つ酸化物および窒化物のうち少なくともいずれか一方を含有する上部電子注入薄膜、ならびに、前記基板と前記下部バッファ薄膜との間に設けられており、且つ酸化物および窒化物のうち少なくともいずれか一方を含有する下部電子注入薄膜、のうち少なくともいずれか一方の電子注入薄膜を備える、請求の範囲第１項に記載のＥＬ蛍光体積層薄膜。
【請求項７】
前記上部電子注入薄膜および前記下部電子注入薄膜のうち少なくともいずれか一方のバッファ薄膜の厚さが５〜１５０ｎｍである、請求の範囲第６項に記載のＥＬ蛍光体積層薄膜。
【請求項８】
前記上部電子注入薄膜および前記下部電子注入薄膜のうち少なくともいずれか一方のバッファ薄膜に含有される前記酸化物が酸化アルミニウムである、請求の範囲第６項に記載のＥＬ蛍光体積層薄膜。
【請求項９】
基板と、
前記基板上に、該基板側から、硫化物を含有する下部バッファ薄膜、酸化物からなる母体材料と発光中心とを含有する蛍光体薄膜、および、硫化物を含有する上部バッファ薄膜がこの順で積層されてなるＥＬ蛍光体積層薄膜と、を備えるＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子およびこれに用いられるＥＬ蛍光体、特に酸化物ＥＬ蛍光体の薄膜積層構造に関する。
背景技術
近年、小型または、大型軽量のフラットディスプレイパネルとして、薄膜ＥＬ素子が盛んに研究されている。図６は、従来のＥＬディスプレイの一例を模式的に示す斜視図である。このＥＬ素子１００は、二つの薄膜絶縁層の間に、黄橙色発光のマンガン添加硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ｍｎ）からなる蛍光体薄膜が設けられたモノクロ薄膜ＥＬディスプレイであって、いわゆる二重絶縁型構造を有しており、既に実用化されている。
詳しくは、ガラスからなる基板１２の上には所定パターンの下部電極１３ａが形成されており、その下部電極１３ａ上に下部絶縁層１４ａとして誘電体薄膜が形成されている。また、その下部絶縁層１４ａ上には、蛍光体薄膜からなる発光層１５、および上部絶縁層１４ｂが順次形成されている。さらに、その上部絶縁層１４ｂ上には、下部電極１３ａとマトリクス電極を構成するように上部電極１３ｂが所定パターンで形成されている。なお、発光層１５は、輝度向上を図るべく、通常、蛍光体薄膜が成膜された後、基板１２の歪み点以下の温度でアニール処理が施されて形成される。
また、近年、セラミックスからなる基板１２を用い、下部絶縁層１４ａに厚膜誘電体層を用いた構造が提案されている。さらに、一側に電極が形成された高誘電率を発現するＢａＴｉＯ３薄板を下部絶縁層１４ａ兼基板１２として用いた素子構造も提案されている。このような構造を有する場合、基板としてアルミナ、ＢａＴｉＯ３などのセラミックスを用いるため、蛍光体薄膜からなる発光層１５の高温アニールが可能となり、これにより高輝度化が図られる。
さらに、下部絶縁層１４ａとして厚膜または薄板で構成される誘電体層を用いるため、下部絶縁層１４ａに薄膜を用いたものに比して絶縁破壊に強く、もって信頼性が高い素子が得られるという利点が奏される。
なお、二重絶縁型構造は必ずしも必要ではなく、また、絶縁層として厚膜または薄板誘電体層のみを有していても構わない。
ところで、現在、パソコン用、ＴＶ用、その他表示用に用いられるディスプレイは、カラー化が必要不可欠である。硫化物蛍光体薄膜を用いた薄膜ＥＬディスプレイは、信頼性、および耐環境性に優れるものの、現在のところ、赤色、緑色、および青色の三原色に発光するＥＬ用蛍光体の特性が十分でなく、よって、カラーディスプレイに用いるには不適当とされている。
ここで、赤色、緑色、および青色の各色用の材料としては、以下に示す材料が候補として挙げられ、研究が続けられている。すなわち、青色発光蛍光体としては、母体材料としてＳｒＳ、発光中心としてＣｅを用いたＳｒＳ：Ｃｅや、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｃｅ、ＺｎＳ：Ｔｍなどを例示できる。また、赤色発光蛍光体としては、ＺｎＳ：Ｓｍ、ＣａＳ：Ｅｕなどを例示できる。さらに、緑色発光蛍光体としては、ＺｎＳ：Ｔｂ、ＣａＳ：Ｃｅなどを例示できる。
これらの赤色、緑色、および青色の３原色に発光する蛍光体薄膜は、発光輝度、効率、及び色純度が未だ不十分であり、今のところ、これらを用いたカラーＥＬ素子の実用化には至っていない。特に、青色は、ＳｒＳ：Ｃｅを用いて比較的高輝度な発光が得られてはいるものの、フルカラーディスプレイ用の青色に用いるには色純度が緑側にシフトしているため、更なる青色純度の高い青色発光層の開発が望まれている。
この課題の解決を図るべく、特開平７−１２２３６４号公報、特開平８−１３４４４０号公報、信学技報  ＥＩＤ９８−１１３、１９−２４ページ、およびＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３８（１９９９）ｐｐ．Ｌ１２９１−１２９２に述べられているように、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｃｅ、ＣａＧａ２Ｓ４：ＣｅやＢａＡｌ２Ｓ４：Ｅｕなどのチオガレートまたはチオアルミネート系の輝度および色純度に優れる青色蛍光体が開発されつつある。
このように、ＥＬ素子用蛍光体としては、これまで硫化亜鉛（ＺｎＳ）を中心に、二元、三元の硫化物へと拡張された硫化物組成系が多用されている。しかし、硫化物系材料は一般に水分や湿分に弱いという短所がある。例えば、Ａｌ２Ｓ４は、空気中の水分と反応し、Ｈ２Ｓを発生しつつＡｌ２Ｏ３へと変化する。そのため、硫化物系材料からなる蛍光体をＥＬ素子に適用する場合、蛍光体の寿命の観点から、水分を遮断して素子を保護するための何らかの手段を設ける必要がある。こうなると、素子構造が複雑になってしまうという問題が生じる。
そして、これらの事情から、近時、化学的に安定な酸化物系蛍光体を発光層に用いた高輝度ＥＬ素子の研究開発が活発化している。例えば、Ｄｉｓｐｌａｙ  ａｎｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｖｏｌ．８  ｓｕｐｐｌ．，ｐｐ８３−９３において、種々の発光色のＥＬ材料が提案されている。
発明の開示
しかし、本発明者らが、このような酸化物系蛍光体を用いたＥＬ素子の特性について詳細に検討したところ、発光させるための印加電圧（閾電圧）が３００〜６００Ｖと硫化物蛍光体材料に比べて高く、また、輝度−電圧特性を表す曲線（Ｌ−Ｖカーブ）に十分な急峻性が認められない。そのため、酸化物系蛍光体を用いたＥＬ素子は、実際のＥＬパネルをマトリックスドライブする上でＩＣに過度の負担がかかってしまい、現在、商品レベルで入手可能なＩＣでは駆動が実質的に不可能である。
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、発光開始電圧（「発光閾電圧」ともいう）を十分に低減でき、Ｌ−Ｖカーブにおける急峻な立上り特性を発現することが可能であると共に、輝度を向上させることができるＥＬ蛍光体積層薄膜およびそれを備えるＥＬ素子を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明者らは、従来の方法で形成されたＧａ２Ｏ３：Ｅｕ薄膜を有するＥＬ素子の特性について詳細な検討を行ったところ、当該ＥＬ素子は発光閾電圧が２６０Ｖと高く、発光輝度は１ｋＨｚ駆動および３００Ｖの印加電圧で８０ｃｄ／ｍ２程度であり、ＥＬ素子を備える実用的なＥＬパネルに適用するには、発光閾電圧及び輝度共に不十分であることが確認された。そして、本発明者らは、これらの知見に基づいて更なる研究を実施し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明によるＥＬ蛍光体積層薄膜は、基板上に設けられるものであり、その基板側から、硫化物を含有する下部バッファ薄膜、酸化物からなる母体材料と発光中心とを含有する蛍光体薄膜、および、硫化物を含有する上部バッファ薄膜がこの順で積層されてなる。
このような構成のＥＬ蛍光体積層薄膜では、酸化物母材からなる蛍光体薄膜の両側に硫化物を含有してなる下部および上部バッファ薄膜が形成されており、これらのバッファ薄膜によって蛍光体薄膜への電子注入効果が増強され、発光閾電圧の低下および輝度の向上が共に達成される。
また、バッファ薄膜の電子注入層としての機能を強化する観点より、その膜厚を所定の値に制御することが好ましく、具体的には、前記下部バッファ薄膜および前記上部バッファ薄膜の厚さがともに２０〜３００ｎｍであると好適である。
より具体的には、下部バッファ薄膜および上部バッファ薄膜に含有される硫化物が硫化亜鉛であるとより好ましい。
さらに、蛍光体薄膜と、下部バッファ薄膜および上部バッファ薄膜のうち少なくともいずれか一方との間に設けられており、且つ酸化物および窒化物のうち少なくともいずれか一方を含有する中間層を備えることが望ましい。こうすれば、ＥＬ蛍光体積層薄膜の積層構造における層界面に生じ得る剥離が抑制され、そのような剥離に起因するダークスポットの発生が抑止される。このとき、中間層の厚さが３０〜８０ｎｍであると好適である。
またさらに、上部バッファ薄膜における蛍光体薄膜が設けられている側と反対側に設けられており、且つ酸化物および窒化物のうち少なくともいずれか一方を含有する上部電子注入薄膜を備えると一層好ましく、或いは、基板と下部バッファ薄膜との間に設けられており、且つ酸化物および窒化物のうち少なくともいずれか一方を含有する下部電子注入薄膜を備えても一層好ましい。
これらの電子注入薄膜により、蛍光体薄膜への電子注入効率がより一層高められ、その観点より、両方の電子注入薄膜を備えることがより好適である。
具体的には、上部電子注入薄膜および上部電子注入薄膜のうち少なくともいずれか一方のバッファ薄膜の厚さが５〜１５０ｎｍであると特に好適であり、また、それらの電子注入薄膜が酸化アルミニウムからなると有用である。
また、本発明によるＥＬ素子は、基板と、その上に形成された本発明のＥＬ蛍光体積層薄膜、つまり、その基板上に、その基板側から、硫化物を含有する下部バッファ薄膜、酸化物からなる母体材料と発光中心とを含有する蛍光体薄膜、および、硫化物を含有する上部バッファ薄膜がこの順で積層されてなるＥＬ蛍光体薄膜とを備えるものである。
また、本発明は以下のように記述することもできる。すなわち；
（ａ）基板上に形成されたＥＬ蛍光体積層薄膜であって、基板側から、硫化物を含有する下部バッファ薄膜、酸化物からなる母体材料と発光中心とを含有する蛍光体薄膜、および、硫化物を含有する上部バッファ薄膜をこの順で有し、下部バッファ薄膜および上部バッファ薄膜の厚さが２０〜３００ｎｍであるＥＬ蛍光体積層薄膜。
（ｂ）下部バッファ薄膜および上部バッファ薄膜に含有される硫化物が硫化亜鉛である上記（ａ）のＥＬ蛍光体積層薄膜。
（ｃ）蛍光体薄膜と下部バッファ薄膜との間および蛍光体薄膜と上部バッファ薄膜との間に、酸化物および／または窒化物を含有し、厚さが３０〜８０ｎｍである中間層が設けられている上記（ａ）または（ｂ）のＥＬ蛍光体積層薄膜。
（ｄ）上部バッファ薄膜の蛍光体薄膜とは反対側に、酸化物および／または窒化物を含有し、厚さが５〜１５０ｎｍである上部電子注入薄膜を有する上記（ａ）〜（ｃ）のいずれかのＥＬ蛍光体積層薄膜。
（ｅ）上部電子注入薄膜に含有される酸化物が酸化アルミニウムである上記（ｄ）のＥＬ蛍光体積層薄膜。
（ｆ）基板と下部バッファ薄膜との間に、酸化物および／または窒化物を含有し、厚さが５〜１５０ｎｍである下部電子注入薄膜が設けられている上記（ｄ）または（ｅ）のＥＬ蛍光体積層薄膜。
（ｇ）下部電子注入薄膜に含有される酸化物が酸化アルミニウムである上記（ｆ）のＥＬ蛍光体積層薄膜。
（ｈ）上記（ａ）〜（ｇ）のいずれかのＥＬ蛍光体積層薄膜を有するＥＬ素子。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は図示の値に限定されず、また説明のものと必ずしも一致しない。さらに、上下左右等の位置関係については、特に明示しない限り、図面における位置関係に基づくものとする。
［第１実施形態］
図５は、本発明によるＥＬ素子の第１実施形態の要部を示す斜視図である。ＥＬ素子１０１は、基板２上に、下部電極３ａ、絶縁層４、発光層５、および上部電極３ｂがこの順に積層されてなる構成のＥＬ素子を備えている。また、下部電極３ａおよび上部電極３ｂには、交流電源が接続されるようになっている。
（基板２）
基板２として用いる材料は、ＥＬ素子１０１を構成するＥＬ素子の各層の形成温度、および、ＥＬ素子を形成する際に後述するアニール処理を実施する場合の温度に耐え得るように、耐熱温度または融点が好ましくは６００℃以上、より好ましくは７００℃以上、さらに好ましくは８００℃以上のものが望ましい。
また、基板２上に形成される発光層５等の機能性薄膜を積層してＥＬ素子が形成でき、所定の強度を維持できるものであれば特に限定されるものではない。
具体的には、ガラスまたは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、ベリリア（ＢｅＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ＋ＢｅＯ）などのセラミック基板、結晶化ガラスなどの耐熱性ガラス基板が挙げられる。
これらのなかでも、耐熱温度が１０００℃程度以上であることから、アルミナ基板および結晶化ガラス基板が特に好ましい。また、熱伝導性が必要な場合には、ベリリア、窒化アルミニウム、炭化ケイ素などを用いることが好ましい。
さらに、これらのほかに、石英、熱酸化シリコンウエハー等、チタン、ステンレス、インコネル、鉄系などの金属基板を用いることもできる。金属等の導電性基板を用いる場合には、内部に電極を有する厚膜が基板２上に形成された構造が好ましい。
（電極３ａ，３ｂ）
下部電極３ａは、通常、絶縁層４内に形成される。下部電極３ａは、発光層５の熱処理時に高温に曝され、また、絶縁層４を後述する厚膜で構成する場合には、その絶縁層４の形成時にも高温に曝される。したがって、下部電極３ａは、耐熱性に優れることが好ましく、具体的には金属電極であるとより好ましい。
金属電極としては、主成分としてパラジウム、ロジウム、イリジウム、レニウム、ルテニウム、白金、銀、タンタル、ニッケル、クロム、チタンなの一種または二種以上を含有するような通常用いられるものを例示できる。
一方、上部電極３ｂは、通常、発光を基板２とは反対側から取り出すため、所定の発光波長域において透光性を有する電極、例えばＺｎＯ、ＩＴＯ、ＩＺＯなどからなる透明電極であることが好ましい。
ＩＴＯは、通常Ｉｎ２Ｏ３とＳｎＯとを化学量論組成で含有するものであるが、Ｏ量は多少これから偏倚していてもよい。ＩＴＯにおけるＩｎ２Ｏ３に対するＳｎＯ２の含有割合（混合比）は、好ましくは１〜２０質量％、より好ましくは５〜１２質量％である。また、ＩＺＯにおけるＩｎ２Ｏ３に対するＺｎＯの含有割合（混合比）は、通常、１２〜３２質量％程度とされる。なお、基板２として透明基板を用い、基板２側から発光を取り出す場合には、下部電極３ａが透明電極とされる。
また、電極３ａ，３ｂは、シリコンを主成分として含有するものであってもよい。このシリコン電極としては、多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）であってもアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）であってもよく、必要に応じて単結晶シリコンであってもよい。
シリコン電極には、通常、導電性を確保するため不純物がドープされる。この不純物として用いられるドーパントとしては、所望の導電性を確保し得るものであればよく、シリコン半導体に一般に用いられている通常のドーパント物質を用いることができる。具体的には、Ｂ、Ｐ、Ａｓ、ＳｂおよびＡｌが好ましい。また、シリコン電極中のドーパント濃度は、０．００１〜５原子％程度が好ましい。
電極３ａ，３ｂの形成方法は、特に制限されず、例えば蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、印刷焼成法などの公知の方法から適宜選択して用いることができる。殊に、下部電極３ａを誘電体厚膜からなる絶縁層４の内部に含まれるように設ける場合、下部電極３ａはその誘電体厚膜と同じ方法で形成されることが好ましい。
電極３ａ，３ｂの抵抗率は、発光層５に効率よく電界を付与すべく、好ましくは１Ω・ｃｍ以下、より好ましくは０．００３〜０．１Ω・ｃｍとすることが望ましい。電極３ａ，３ｂの膜厚は、それらの構成材料によって異なるものの、５０〜２０００ｎｍであると好ましく、１００〜１０００ｎｍ程度であるとより好ましい。
（絶縁層４）
絶縁層４には誘電体厚膜が好ましく用いられ、その材料としては、公知の誘電体厚膜材料を用いることができる。誘電体厚膜材料としては、比誘電率が比較的大きいものが好ましく、例えば、チタン酸鉛系、ニオブ酸鉛系、チタン酸バリウム系などの材料がより好ましい。
誘電体厚膜の抵抗率は、好ましくは１０８Ω・ｃｍ以上とされ、特に好ましくは１０１０〜１０１８Ω・ｃｍ程度とされる。また、比較的高い比誘電率を有する物質であることが好ましく、その比誘電率εとしては、好ましくはε＝１００〜１００００程度である。さらに、誘電体厚膜の膜厚としては、５〜５０μｍであると好ましく、１０〜３０μｍであるとより好ましい。
このような誘電体厚膜からなる絶縁層４の形成方法は、特に限定されないが、所定厚さの膜が比較的容易に得られる方法が好ましく、例えばゾルゲル法、印刷焼成法などを例示できる。印刷焼成法を用いる場合の手順としては、例えば、まず、材料の粒度を適宜調製し、バインダと混合し、適度な粘度を発現するペーストとする。次に、下部電極３ａが形成された基板２上に、スクリーン印刷法によってそのペーストを付着させ、さらに乾燥させてグリーンシートとする。それから、このグリーンシートを所定の温度で焼成することにより、厚膜を得る。
（発光層５）
発光層５は、酸化物からなる母体材料と発光中心とを含有する蛍光体薄膜を備えており、後述する本発明のＥＬ素子に係る他の実施形態に備わる本発明のＥＬ蛍光体積層薄膜５０，６０，７０，８０と同等の積層構成を有するものである。
これらの構成については、後に詳説する。
［第２実施形態］
図３は、本発明によるＥＬ素子の第２実施形態の要部を示す断面図である。ＥＬ素子１０２は、基板２上に、下部電極３ａ、下部絶縁層４ａ、ＥＬ蛍光体積層薄膜５０、上部絶縁層４ｂ、上部電極３ｂがこの順に積層された構成のＥＬ素子を備えるものである。ＥＬ蛍光体積層薄膜５０は、基板２側から、下部バッファ薄膜５２ａ、蛍光体薄膜５１、および上部バッファ薄膜５２ｂがこの順で積層されてなっている。
（絶縁層４ａ，４ｂ）
下部絶縁層４ａは、図５に示すＥＬ素子１０１を構成する絶縁層４と同様の材料および同様の形成方法によって得ることが可能である。
一方、上部絶縁層４ｂには薄膜絶縁層が好ましく用いられ、その材料としては、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ＰＺＴ、ジルコニア（ＺｒＯ２）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ニオブ酸鉛、ＰＭＮ−ＰＴ系材料、および、これらの多層または混合薄膜などが挙げられる。
これらの材料で上部絶縁層４ｂを形成する方法は特に制限されず、例えば蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの公知の方法を用いることができる。その場合の上部絶縁層４ｂの膜厚は、好ましくは５０〜１０００ｎｍ、特に好ましくは１００〜５００ｎｍ程度とされる。なお、上部絶縁層４ｂは設けなくてもよい。
（蛍光体薄膜５１）
蛍光体薄膜５１は、酸化物からなる母体材料と発光中心とを含有してなる本発明の蛍光体薄膜から構成されている。この母体材料は特に限定されず、例えば、Ｇａ２Ｏ３等のガレート、ＺｎＧａ２Ｏ４、アルカリ土類ガレート（ＳｒＧａ２Ｏ４、ＳｒＧａ２Ｏ４、ＣａＧａ２Ｏ４、ＭｇＧａ２Ｏ４等）、アルカリ土類アルミネート、アルカリ土類インデート、Ｚｎ２ＳｉＯ４、Ｚｎ２（Ｓｉ，Ｇｅ）Ｏ４、ＣａＯ、Ｇａ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７、Ｙ２ＳｉＯ５などが挙げられる。発光中心は、希土類元素や遷移金属元素、例えばＥｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｃｅ、Ｔｍ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＰｂなどから、目的とする発光色に応じて適宜選択して用いることができ、これらは単独で用いてもよいし、二種以上併用してもよい。
発光中心の含有量は、発光中心と酸化物母体材料（ホスト）との組み合わせによる発光メカニズムの相違に依存するものの、通常、ホスト材に対して０．１〜１０原子％であることが好ましい。
また、発光輝度および発光効率が共に優れたＥＬ素子を備えるＥＬ素子を得るためには、蛍光体薄膜５１の膜厚を好ましくは５０〜７００ｎｍ、より好ましくは１００〜３００ｎｍとすると好適である。この膜厚が７００ｎｍを超えると駆動電圧が不都合な程に上昇してしまうおそれがあると共に、発光層５の剥離が生じ易くなる傾向にある。一方、この膜厚が５０ｎｍ未満となると、発光効率の低下を招くおそれがある。
このような本発明の蛍光体薄膜からなる蛍光体薄膜５１を形成するには、例えば、以下に説明する蒸着法を用いることが好ましい。ここでは、ＭｇＧａ２Ｏ４：Ｅｕからなる蛍光体薄膜５１を例にとり、その製法の手順について説明する。
まず、ＭｇＧａ２Ｏ４：Ｅｕ膜を形成するための蒸発源として、発光中心としてのＥｕが添加された酸化マグネシウムペレットと、酸化ガリウムペレットとを作製する。次いで、公知の方法で下部電極３ａが形成された基板２とこれらの蒸発源ペレットを酸素ガスが導入された真空槽（処理チャンバ）内に設置し、二元ＥＢ（電子ビーム）蒸着を実施する。この蒸着処理を所定時間行うことにより、ＭｇＧａ２Ｏ４：Ｅｕ膜が堆積されてなる蛍光体薄膜５１が形成される。
ここで、酸素ガスを導入するのは、形成される薄膜の酸素量が不足することを避けるためであり、この酸素ガスと蒸発物質とが反応し酸化物が生成され補われる。このように二元蒸着法を用いることにより、微量のＥｕを蛍光体薄膜５１中に均一に分散させ易くなる利点がある。
また、発光中心であるＥｕは、金属、フッ化物、酸化物または硫化物の化学形態で原料に添加される。蒸発源のＥｕ含有量と、その蒸発源を用いて形成された薄膜中のＥｕ含有量とは通常異なるので、薄膜中において所望の含有量となるように蒸発源中のＥｕ含有量を調整する。
さらに、蒸着中の基板２の温度は、好ましくは室温〜６００℃、より好ましくは１５０〜３００℃とされる。この基板温度が６００℃を超えると、形成される発光層５表面の凹凸が過度に増大したり、発光層５を構成する薄膜中にピンホールが発生し易くなり、そのためＥＬ素子のリーク電流が過度に増大するといった問題が生じ易くなる。または、発光層５が例えば褐色に色付いてしまうこともあり得る。
またさらに、蒸着時の真空層内の圧力は、好ましくは１．３３×１０−４〜１．３３×１０−１Ｐａ（１×１０−６〜１×１０−３Ｔｏｒｒ）とされる。このとき、酸素ガスなどのガスを導入することにより圧力を調整して、６．６５×１０−３〜６．６５×１０−２Ｐａ（５×１０−５〜５×１０−４Ｔｏｒｒ）とすることができる。
この圧力が１．３３×１０−４を超えると、場合によってはＥガン（電子銃）の動作が不安定となってしまい発光層５の組成制御を行うことが極めて困難となる傾向にある。なお、酸素ガスなどのガス導入量は、真空系（真空槽に接続された排気系）の能力にもよるが、好ましくは５〜２００ｓｃｃｍ、より好ましくは１０〜３０ｓｃｃｍとすることが望ましい。
また、必要に応じて、蒸着時に基板２を移動または回転させてもよい。基板２を移動または回転させることにより、膜組成が均一となり、蛍光体薄膜５１における膜厚分布のバラツキを低減できる。
このように基板２を回転させる場合、その回転速度としては、好ましくは１０回／分以上、より好ましくは１０〜５０回／分、特に好ましくは１０〜３０回／分程度である。この回転速度が５０回／分を超えると、真空槽によっては封止が破られてしまうことがある。一方、また、１０回／分を下回ると、蛍光体薄膜５１においてその膜厚方向に組成ムラが生じ易くなる場合があり、こうなると、形成される蛍光体薄膜５１の特性が不都合な程に低下してしまうおそれがある。
なお、基板２を回転させる手段としては特に制限されず、モータ、油圧回転機構等の動力源と、ギア、ベルト、プーリー等とを組み合わせた動力伝達機構・減速機構等を用いた公知の回転機構によって構成することができる。
さらに、蒸発源や基板２を加熱する手段も特に制限されず、所定の熱容量、反応性等を備えたものであればよく、例えばタンタル線ヒータ、シースヒータ、カーボンヒータ等が挙げられる。このような加熱手段による加熱温度は、好ましくは１００〜１４００℃程度とされ、温度制御の精度は、好ましくは１０００℃で±１℃、より好ましくは±０．５℃程度とされる。
また、形成された蛍光体薄膜５１は、高結晶性の蛍光体薄膜からなることが好ましい。蛍光体薄膜５１の結晶性の評価は、例えばＸ線回折により行うことができる。この結晶性を高めるには、基板２の加熱温度を極力高温にすると好適であり、また、蛍光体薄膜５１を形成した後に、真空中、Ｎ２中、Ａｒ中、Ｓ蒸気中、Ｈ２Ｓ中、空気中、酸素中などでアニール処理を施すことも効果的である。
特に、上述した二元蒸着法によって薄膜を形成し、その後、酸化雰囲気中でアニール処理を施すと、蛍光体薄膜５１の輝度をより一層高めることができるので好ましい。
この際、アニール処理時の酸化性雰囲気としては、空気または空気より酸素濃度の高い雰囲気が好ましい。アニール温度は、通常、５００〜１０００℃の範囲、特に６００〜８００℃の範囲内に設定すると良好である。
（バッファ薄膜５２ａ，５２ｂ）
蛍光体薄膜５１の両側に設けられた下部バッファ薄膜５２ａおよび上部バッファ薄膜５２ｂは、ＥＬ蛍光体積層薄膜５０に注入された電子を更に加速して蛍光体薄膜５１に注入する電子注入増強層として機能するものである。このような両バッファ薄膜５２ａ，５２ｂの電子注入増強効果により、従来２５０Ｖ以上であった酸化物蛍光体薄膜の発光閾電圧を１８０Ｖ以下に低下させることが可能となる。
バッファ薄膜５２ａ，５２ｂの機能を十分に発揮させるためには、これらの膜厚制御を行うことが望ましい。具体的には、バッファ薄膜５２ａ，５２ｂの厚さが、２０〜３００ｎｍであると好ましく、５０〜２００ｎｍであるとより好ましい。ただし、より好適な膜厚は、酸化物蛍光体材料の種類に依存する場合があり、したがって、より具体的には、この好適な範囲内で酸化物蛍光体材料の種類に応じて適宜決定することができる。
バッファ薄膜５２ａ，５２ｂの膜厚が２０ｎｍ未満となると、前述した電子注入増強層としての機能が顕著に低下してしまうおそれがある。具体的には、発光閾電圧が上昇してＥＬ素子を発光駆動させるための電圧が不都合な程度に増大してしまう。一方、バッファ薄膜５２ａ，５２ｂは絶縁体であることから、これらの膜厚が２００ｎｍを超えると、ＥＬ蛍光体積層薄膜５０のキャパシタンスが実効的に過度に増大してしまい、その結果、ＥＬ素子１０２の発光閾電圧が不都合な程度に上昇してしまうおそれがある。
また、バッファ薄膜５２ａ，５２ｂとしては、硫化物を含有してなる薄膜とされ、硫化物からなる薄膜であると特に好ましい。硫化物としては、例えば、硫化イットリウム（Ｙ２Ｓ３）などの希土類硫化物、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、硫化バリウム（ＢａＳ）が挙げられる。これらの硫化物のなかでは、蛍光体薄膜５１への注入加速特性により優れる観点から、ＺｎＳが特に好ましい。
バッファ薄膜５２ａ，５２ｂには、これらのうち一種を用いてもよく、二種以上組み合わせて用いてもよい。また、混合層としてもよいし、組成の異なる二層以上の薄膜を積層して用いても構わない。
このようなバッファ薄膜５２ａ，５２ｂを形成する方法は特に制限されず、例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法などの公知の方法を用いることができる。
このように構成されたＥＬ素子１０２によれば、酸化物母材材料を含む蛍光体薄膜５１の両側に硫化物を含んでなるバッファ薄膜５２ａ，５２ｂを備えるので、蛍光体薄膜５１への電子注入効率が格段に高められる。よって、発光閾電圧を十分に低下させることができると共にＬ−Ｖカーブにおける急峻な立ち上がり特性を実現でき、しかも輝度を向上させることが可能となる。
［第３実施形態］
図２は、本発明によるＥＬ素子の第３実施形態の要部を示す断面図である。ＥＬ素子１０３は、ＥＬ蛍光体積層薄膜５０の代わりにＥＬ蛍光体積層薄膜６０を備えること以外は、図３に示すＥＬ素子１０２と同様に構成されたものである。ＥＬ蛍光体積層薄膜６０は、上部バッファ薄膜５２ｂ上に更に上部電子注入薄膜５３ｂが形成されたこと以外は、ＥＬ蛍光体積層薄膜５０と同様の構成を有する。
上部電子注入薄膜５３ｂは、酸化物および／または窒化物を含有する。この上部電子注入薄膜５３ｂは、蛍光体薄膜５１への電子注入層として機能するものであり、バッファ薄膜５２ｂと共に設けることにより、更なる輝度向上を図ることができる。なお、上部電子注入薄膜５３ｂの詳細については、後述する第４実施形態において説明する。
［第４実施形態］
図１は、本発明によるＥＬ素子の第４実施形態の要部を示す断面図である。ＥＬ素子１０４は、ＥＬ蛍光体積層薄膜６０の代わりにＥＬ蛍光体積層薄膜７０を備えること以外は、図２に示すＥＬ素子１０３と同様に構成されたものである。
ＥＬ蛍光体積層薄膜７０は、下部バッファ薄膜５２ａの基板２側に下部電子注入薄膜５３ａを有すること以外は、ＥＬ蛍光体積層薄膜６０と同様に構成されたものである。すなわち、ＥＬ素子１０４では、蛍光体薄膜５１の両側にバッファ薄膜５２ａ，５２ｂが設けられ、その両側に電子注入薄膜５３ａ，５３ｂが更に設けられている。こうすることにより、更に高い輝度を得ることが可能となる。
（電子注入薄膜５３ａ，５３ｂ）
バッファ薄膜５２ａ，５２ｂと同様、電子注入薄膜５３ａ，５３ｂの機能を十分に発揮させるためには、これらの膜厚制御を行うことが望ましい。電子注入薄膜５３ａ，５３ｂの厚さが、５〜１５０ｎｍであると好ましく、１０〜１００ｎｍであるとより好ましい。また、下部電子注入薄膜５３ａの厚さは１０〜５０ｎｍであると特に好ましく、上部電子注入薄膜５３ｂの厚さは１０〜７０ｎｍであると特に好ましい。
また、電子注入薄膜５３ａ，５３ｂとしては、酸化物および／または窒化物を含有する薄膜、すなわち、酸化物、窒化物および酸窒化物のうち少なくとも一種を含有する薄膜が好ましく、酸化物、窒化物または酸窒化物からなる薄膜であるとより好ましい。
このような酸化物、窒化物または酸窒化物としては、例えば、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などの希土類酸化物、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ハフニア（ＨｆＯ２）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）が挙げられる。
これらのなかでは、蛍光体薄膜５１への電子注入特性により優れる観点から、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などの希土類金属酸化物、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）またはハフニア（ＨｆＯ２）がより好ましく、これらのなかでもアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が特に好ましい。
電子注入薄膜５３ａ，５３ｂには、これらのうち一種を用いてもよく、二種以上組み合わせて用いてもよい。また、混合層としてもよいし、組成の異なる二層以上の薄膜を積層して用いても構わない。
なお、いずれの場合においても、ＥＬ蛍光体積層薄膜６０，７０を酸化性雰囲気中でアニール処理する際には、ＥＬ蛍光体積層薄膜６０，７０の最上層として、上述した好適な厚さの電子注入薄膜５３ａ，５３ｂが存在すればよい。これにより、酸化性雰囲気中でのアニール処理において、最上層として存在する電子注入薄膜５３ｂが蛍光体薄膜５１の過度の酸化を防止する酸化制御層として機能する。
このような電子注入薄膜５３ａ，５３ｂを形成する方法は特に制限されず、例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法などの公知の方法を用いることができる。
なお、上述したバッファ薄膜５２ａ，５２ｂおよび電子注入薄膜５３ａ，５３ｂは、図５に示される従来の二重絶縁型構造における絶縁層、すなわち電荷をブロッキングする層とは機能が全く異なるものである。また、先述したような好適な範囲の厚さのバッファ薄膜５２ａ，５２ｂおよび電子注入薄膜５３ａ，５３ｂがＥＬ蛍光体積層薄膜として極めて好適であることは、従来知られていない。
［第５実施形態］
図４は、本発明によるＥＬ素子の第５実施形態の要部を示す断面図である。ＥＬ素子１０５は、ＥＬ蛍光体積層薄膜７０の代わりにＥＬ蛍光体積層薄膜８０を備えること以外は、図１に示すＥＬ素子１０４と同様に構成されたものである。
ＥＬ蛍光体積層薄膜８０は、蛍光体薄膜５１と下部バッファ薄膜５２ａとの間、および、蛍光体薄膜５１と上部バッファ薄膜５２ｂとの間に、それぞれ下部中間層５４ａおよび上部中間層５４ｂを有すること以外は、ＥＬ蛍光体積層薄膜７０と同様に構成されたものである。すなわち、ＥＬ素子１０５では、蛍光体薄膜５１の両側に中間層５４ａ，５４ｂが設けられ、その両側にバッファ薄膜５２ａ，５２ｂが設けられ、さらにその両側に電子注入薄膜５３ａ，５３ｂが設けられている。こうすることにより、更に高い輝度を得ることが可能となる。
（中間層５４ａ，５４ｂ）
中間層５４ａ，５４ｂとしては特に制限はないものの、酸化物母体材料を含む蛍光体薄膜５１および硫化物を含んでなるバッファ薄膜５２ａ，５２ｂの両者との整合性に優れる材料から構成することが好ましい。具体的には、酸化物および／または窒化物を含有する薄膜、すなわち、酸化物、窒化物および酸窒化物の少なくとも１種を含有する薄膜、特に酸化物、窒化物または酸窒化物からなる薄膜であるとより好ましい。
中間層５４ａ，５４ｂに用い得る好適な酸化物、窒化物および酸窒化物としては、例えば、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などの希土類酸化物、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ハフニア（ＨｆＯ２）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）が挙げられる。これらのうち、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などの希土類酸化物、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ハフニア（ＨｆＯ２）などが好ましく、特に、バッファ薄膜５２ａ，５２ｂがＺｎＳ薄膜である場合には、中間層５４ａ，５４ｂとしてはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）がより好ましい。
ところで、これらの本発明によるＥＬ素子１０２，１０３，１０４，１０５にそれぞれ備わるＥＬ蛍光体積層薄膜５０，６０，７０，８０は、酸化物を母体材料とする蛍光体薄膜５１と硫化物を含んでなるバッファ薄膜５２ａ，５２ｂとが積層された構造をなしている。
一般に、酸化物薄膜と硫化物薄膜とは密着性が不十分な傾向にあり、両薄膜の界面で剥離が生じてしまうことがある。そのような剥離が生じた場合、顕微鏡で視認できることもあるが、通常はＥＬ素子として連続駆動したときに、発光しない点（ダークスポット）が観察され、これにより間接的に確認できる。つまり、このダークスポットは、積層薄膜内において微小な剥離が生じるために発生すると考えられる。
また、中間層５４ａ，５４ｂの厚さは、好ましくは３０〜８０ｎｍとされる。この厚さが８０ｎｍを上回ると、バッファ薄膜５２ａ，５２ｂを通して蛍光体薄膜５１に注入される電子のエネルギー低下が顕著となり、駆動電圧の上昇および発光輝度の低下を招くおそれがある。一方、この厚さが３０ｎｍを下回ると、十分な剥離防止効果が得られない。したがって、中間層５４ａ，５４ｂをかかる好適な範囲の厚さとすることにより、発光輝度および発光効率の双方の低下を防ぎつつ、剥離の発生を十分に防止することが可能となる。
以上、本発明を各実施形態に基づいて詳細に説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、ＥＬ蛍光体積層薄膜５０，６０，７０，８０は、蛍光体薄膜５１を単一ではなく複数備えていてもよい。このとき、電子注入薄膜５３ａ，５３ｂを設けずにバッファ薄膜５２ａ，５２ｂのみを設けてももちろんよいが、この場合には、複数の蛍光体薄膜とバッファ薄膜５２ａ，５２ｂとが交互に積層され、かつ、ＥＬ蛍光体積層薄膜６０，７０の最外層としてバッファ薄膜５２ａ，５２ｂが存在するように構成されることが好ましい。
また、更に電子注入薄膜５３ａ，５３ｂをも設ける場合には、二層のバッファ薄膜５２ａ，５２ｂ間に複数の蛍光体薄膜が挟設されてなる構造単位が電子注入薄膜５３ａ，５３ｂを挟むように複数積層され、かつ、ＥＬ蛍光体積層薄膜７０の最外層として電子注入薄膜５３ａ，５３ｂが存在するように構成されることが好ましい。
さらに、バッファ薄膜５２ａ，５２ｂと電子注入薄膜５３ａ，５３ｂとは必ずしも接触していなくてもよいが、電子注入効率を高める観点から、図１及び２に示す如く、両者は互いに接するように設けられることが好ましい。
またさらに、絶縁層４，４ａ，４ｂ、発光層５またはＥＬ蛍光体積層薄膜５０，６０，７０、および電極３ａ，３ｂのうち互いに隣接する層間に、密着性の更なる向上、応力の緩和、あるいは層材料の反応制御といった観点から中間層を適宜設けてもよい。また、絶縁層４，４ａに厚膜を用いる場合、表面研磨や平坦化層を被着させるなどしてその平坦性を向上させてもよい。
［実施例］
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
〈実施例１〉
まず、ＢａＴｉＯ３−ＰｂＴｉＯ３系の誘電体材料（比誘電率２０００）で基板２となるシートを作製し、この上にＰｄからなる下部電極３ａおよび絶縁層４を形成するためのペーストをスクリーン印刷してグリーンシートとし、これらを同時に焼成した。絶縁層４の材料としては、基板２と同じＢａＴｉＯ３−ＰｂＴｉＯ３系の誘電体材料（比誘電率２０００）を用いた。
次いで、絶縁層４表面を研磨し、さらに、平坦性を向上させるべくその研磨面上に厚さ４００ｎｍのＢａＴｉＯ３膜をスパッタリングにより形成した。その後、７００℃の空気中でアニール処理し、３０μｍ厚の厚膜絶縁層（絶縁層４）を形成せしめた。
次いで、その絶縁層４上に、図１に示す下部電子注入薄膜５３ａ（３０ｎｍ）、下部バッファ薄膜５２ａ（１００ｎｍ）、蛍光体薄膜５１（１００ｎｍ）、上部バッファ薄膜５２ｂ（１００ｎｍ）および上部電子注入薄膜５３ｂ（７０ｎｍ）を順次積層した。なお、ここでカッコ内の数値は厚さを示す。
また、電子注入薄膜５３ａ，５３ｂはＡｌ２Ｏ３ペレットを蒸発源に用いた蒸着により、バッファ薄膜５２ａ，５２ｂはＺｎＳペレットを蒸発源に用いた蒸着によりそれぞれ形成した。
さらに、蛍光体薄膜５１は、マグネシウムガレートを母体材料とし、かつ発光中心としてＥｕを含むものであり、Ｅガン（電子銃）二台を使用した二元蒸着法により形成した。
具体的には、まず、Ｅｕを１５モル％添加したＭｇＯペレットが蒸発源として収容されたＥＢ源と、Ｇａ２Ｏ３ペレットが蒸発源として収容されたＥＢ源とを、酸素ガスを導入した真空槽内に配置した。それから、各々の蒸発源を同時に蒸発させ、１５０℃に加熱しながら回転させた基板２上にＭｇ−Ｇａ−Ｏ：Ｅｕからなる蛍光体薄膜５１を形成した。このとき、蒸発源の蒸発速度を、蛍光体薄膜５１の成膜速度が１ｎｍ／秒となるように調節した。また、酸素ガス流量は２０ｓｃｃｍとした。
次に、上部電子注入薄膜５３ｂが形成された基板２に対し、７００℃の空気中で２０分間アニール処理を施して、本発明のＥＬ蛍光体積層薄膜７０を形成した。
この際、モニターとして、上記真空槽内において蛍光体薄膜５１と同時にＳｉ基板上にＭｇ−Ｇａ−Ｏ：Ｅｕ薄膜を形成し、その後、その薄膜の組成を蛍光Ｘ線分析で定量した結果、その原子比組成（任意単位）は、Ｍｇ：２０．４２、Ｇａ：３０．１５、Ｅｕ：０．８１であった。これより、Ｅｕは、Ｍｇ＋Ｇａに対して１．６２モル％となることが確認された。なお、本実施例の実行に先立って、Ｓｉ基板上および基板２上に堆積したＭｇ−Ｇａ−Ｏ：Ｅｕ薄膜の化学組成が一致することを予め確認した。
次に、ＥＬ蛍光体積層薄膜７０上に、ＩＴＯターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング法により、基板温度２５０℃で膜厚２００ｎｍのＩＴＯ透明電極からなる上部電極３ｂを形成し、図１に示すＥＬパネル１０４と同等の構成を有するＥＬパネルに適用できるＥＬ素子を得た。
〈特性評価１〉
実施例１で得たＥＬ素子の下部電極３ａおよび上部電極３ｂから電極を引き出し、１ｋＨｚでパルス幅４０μｓの両極性電界を印加して発光特性を測定した。その結果、印加電圧３００Ｖで輝度１２００ｃｄ／ｍ２、ＣＩＥ  １９３１色度図で（０．６６，０．３４）の赤色発光が再現性良く得られた。また、発光閾電圧は１４８Ｖであり、酸化物蛍光体を用いた従来のＥＬ素子に比して発光閾電圧の大幅な低下を達成できることが確認された。
これより、本発明の蛍光体薄膜を用いてフルカラーパネルを構成することにより、その駆動電圧ひいては駆動電力を軽減でいることが理解される。このように、本発明による蛍光体薄膜およびそれを用いたＥＬ素子ならびにＥＬパネルは、非常に実用性が高いものであることが確認された。
〈実施例２〉
下部電子注入薄膜５３ａ（５０ｎｍ）／下部バッファ薄膜５２ａ（１００ｎｍ）／蒸着法で形成したＡｌ２Ｏ３からなる中間層５４ａ（０ｎｍ）／Ｇａ−Ｏ：Ｅｕからなる蛍光体薄膜５１（１００ｎｍ）／蒸着法で形成したＡｌ２Ｏ３からなる中間層５４ｂ（０ｎｍ）／上部バッファ薄膜５２ｂ（１００ｎｍ）／上部電子注入薄膜５３ｂ（５０ｎｍ）からなる積層構造を標準構成とし、且つ、電子注入薄膜５３ａ，５３ｂの厚さ、バッファ薄膜５２ａ，５２ｂの厚さ、または中間層５４ａ，５４ｂの厚さを表１〜表４にそれぞれ示すように変化させたこと以外は、実施例１と同様にして種々のＥＬ素子を作製した。
ここで、Ｇａ−Ｏ：Ｅｕからなる蛍光体薄膜５１は、Ｅガン二台を用いた多元蒸着法により以下のように形成した。まず、Ｅｕ２Ｏ３ペレットが蒸発源として収容されたＥＢ源と、Ｇａ２Ｏ３ペレットが蒸発源として収容されたＥＢ源とを、酸素ガスを導入した真空槽内に配置した。それから、各々の蒸発源を同時に蒸発させ、１５０℃に加熱しながら回転させた基板２上に薄膜を成膜した。このとき、蒸発源の蒸発速度を蛍光体薄膜５１の成膜速度が１ｎｍ／秒となるように調節した。また、酸素ガス流量は２０ｓｃｃｍとした。
この際、モニターとして、上記真空槽内において蛍光体薄膜５１と同時にＳｉ基板上にＧａ−Ｏ：Ｅｕ薄膜を形成し、その後、その薄膜の組成を蛍光Ｘ線分析で定量した結果、その薄膜中のＥｕ添加量はＧａに対して６．８０モル％であることが確認された。なお、本実施例の実行に先立って、Ｓｉ基板上および基板２上に堆積したＧａ−Ｏ：Ｅｕ薄膜の化学組成が一致することを予め確認した。
〈特性評価２〉
実施例２で得た種々のＥＬ素子について、特性評価１と同様にして発光特性を測定し、それらに基づいて各膜の厚さに対する発光特性の依存性を評価した。結果を表１〜表３にまとめて示す。また、中間層５４ａ，５４ｂの効果を評価するため、１時間連続駆動後に発光特性を測定した。その結果を表４に示す。
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これらの結果より、所定厚さのバッファ薄膜を蛍光体薄膜と積層することにより、発光閾電圧を顕著に低下でき、かつ、輝度を格段に向上できることが確認された。また、バッファ薄膜に加えて所定厚さの電子注入薄膜を積層することにより、発光閾電圧をほとんど上昇させずに輝度を更に向上できることが判明した。さらに、蛍光体薄膜とバッファ薄膜との間に所定厚さの中間層を設けることにより、連続駆動時の積層薄膜の剥離に起因し得るダークスポットの発生を防止することができ、これによりＥＬ素子の寿命を伸長できることが確認された。
なお、表１〜表３には、上記標準構成を有するＥＬ素子の結果が各々一つずつ含まれている。これらを比較すると、製造条件の微妙な相違に起因して発光特性にも微小なばらつきが認められる。しかし、これらのいずれにおいても、極めて低い発光閾電圧と高輝度が十分に達成されることが理解される。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明のＥＬ蛍光体積層薄膜によれば、ＥＬ素子の発光閾電圧の低下、輝度の向上、および寿命特性の向上を図ることが可能となる。よって、酸化物材料をＥＬ素子、ＥＬパネルに適用する上で、その実用性が格段に高められる。したがって、本発明のＥＬ蛍光体積層薄膜およびそれを備えるＥＬ素子によれば、十分な発光特性を有するディスプレイ用のフルカラーパネルを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明によるＥＬ素子の第４実施形態の要部を示す断面図である。
図２は、本発明によるＥＬ素子の第３実施形態の要部を示す断面図である。
図３は、本発明によるＥＬ素子の第２実施形態の要部を示す断面図である。
図４は、本発明によるＥＬ素子の第５実施形態の要部を示す断面図である。
図５は、本発明によるＥＬ素子の第１実施形態の要部を示す斜視図である。
図６は、従来のＥＬディスプレイの一例を模式的に示す斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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