(57)【要約】【課題】発光層が、青色を含む種々の色光を発光し得る新規な酸化物蛍光体薄膜により構成された薄膜ＥＬ素子を提供する。【解決手段】表示装置用の無機薄膜ＥＬ素子の発光層４において、ＭＳｂ２ＯＸ（ＭはＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａのいずれか、あるいはこれらの組合せ；Ｘ＝４，５，６）を母体材料とし、これにＭｎイオン等による発光中心を付活する。この薄膜ＥＬ素子は、ガラス基板１上に、下部電極層２、下部絶縁層３、発光層４、上部絶縁層５および上部電極層６を順次積層することにより形成されており、発光層４のＥＬ発光７はガラス基板１を介して出力される。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの電極層間に配設された発光層の母体材料を、ＳｒＳｂ２ＯＸ（但し、Ｘ＝４，５，６）により形成したことを特徴とする薄膜エレクトロルミネッセント素子。
【請求項２】
前記母体材料にＭｎイオンを発光中心として付活した発光層を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜エレクトロルミネッセント素子。
【請求項３】
前記母体材料に希土類元素のイオンを発光中心として付活した発光層を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜エレクトロルミネッセント素子。
【請求項４】
２つの電極層間に配設された発光層の母体材料を、ＭＳｂ２ＯＸ（但し、ＭはＭｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒのうちから選択される元素、Ｘ＝４，５，６）により形成したことを特徴とする薄膜エレクトロルミネッセント素子。
【請求項５】
前記ＭＳｂ２ＯＸを構成するＭが、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒのうちから選択される２つ以上の元素の組合せとされたことを特徴とする請求項４記載の薄膜エレクトロルミネッセント素子。
【請求項６】
前記２つの電極層間に前記発光層を積層したセラミックス板を配設したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載された薄膜エレクトロルミネッセント素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄型で平面性に優れ、長寿命かつ高コントラストという特長を有するエレクトロルミネッセントディスプレイに用いられる薄膜エレクトロルミネッセント素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光現象の一つであるエレクトロルミネッセンスを応用したエレクトロルミネッセント素子（以下、ＥＬ素子と称する）を、平面型ディスプレイに用いることが広く知られている。
【０００３】
このようなＥＬ素子を構成する発光層として、従来より、ＺｎＳ：Ｍｎなどの硫化物蛍光体薄膜を用いたものが知られている。その一方で、上記発光層として、大気中での取り扱いや安定性において優れた酸化物蛍光体薄膜を用いることが試みられている。例えば、緑色発光するＺｎ２ＳｉＯ４：ＭｎやＺｎＧａ２Ｏ４：Ｍｎ、赤色発光するＣａＯ：Ｍｎ、さらには青色発光するＣａＯ：Ｐｂ等が酸化物蛍光体薄膜として知られている（非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
『フラットパネルディスプレイ大辞典』、監修  内田，内池、工業調査会
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した酸化物蛍光体薄膜、特にＭｎイオンを発光中心とした蛍光体薄膜により、上述した如き緑色，赤色さらには黄色等の各種発光が得られているが、青色の発光については得られていない。そのため、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光を発光するフルカラーパネルを作製する上で、各色光用の発光中心材料を同一の材料とすることは困難とされていた。その結果、各色光発光用の蛍光体薄膜を形成する際に、その熱処理温度等の成膜条件が互いに異なることによってパネル製造プロセスが複雑になったり、発光特性が十分引き出せない等の問題が生じていた。
【０００６】
勿論、青色成分は、発光された青緑色成分からカラーフィルタを用いて取り出すことができるが、このようにして得られる青色成分の発光輝度は，色純度やカラーフィルタの特性によっても多少異なるものの、元の青緑色成分の発光輝度の約１０分の１程度となってしまう。
【０００７】
また、上述した酸化物蛍光体薄膜を、硫化物系薄膜と組み合わせてフルカラーパネルを作製することが考えられる。例えば、３元化合物のチオガレートであるＣａＧａ２Ｓ４あるいはＳｒＧａ２Ｓ４を母体材料とし、Ｃｅ３＋イオンを発光中心として付活した場合、さらにはチオアルミネートであるＢａＡｌ２Ｓ４を母体材料とし、Ｅｕ２＋イオンを付活した場合には実用可能な青色発光が得られる。
【０００８】
しかしながら、酸化物系蛍光体薄膜の形成には大気中あるいは酸素雰囲気中での高温加熱処理が必要とされるため、これによって硫化物系蛍光体薄膜が酸化されてしまい、本来の発光性能を発揮することが困難となる。
【０００９】
したがって、酸化物蛍光体薄膜のみを用いて、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色光を発光し得るフルカラーパネルを作製することが要望されている。
特に、高温加熱処理による酸化物系蛍光体薄膜の形成プロセスを考慮すると、発光中心元素だけでなく母体材料もできるだけ同じ系列の材料を用いることが要望されている。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、発光層が酸化物蛍光体薄膜よりなり、青色を含む種々の色光を発光し得る新規な母体材料により構成された薄膜ＥＬ素子を提供することを目的とするものである。
【００１１】
また、本発明は、同一の発光中心元素および／または同一系列の発光層の母体材料を用いてＲ，Ｇ，Ｂの３原色光を発生し得る、酸化物蛍光体薄膜よりなる発光層を備えた薄膜ＥＬ素子を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る薄膜エレクトロルミネッセント素子（薄膜ＥＬ素子）は、２つの電極層間に配設された発光層の母体材料を、ＳｒＳｂ２ＯＸ（但し、Ｘ＝４，５，６）により形成したことを特徴とするものである。
このように、発光層の母体材料としてＳｒＳｂ２ＯＸを用いれば、発光中心元素を適宜変更することにより、青色を含む、種々の色光を発光することが可能となる。
【００１３】
発光層の母体材料としてＳｒＳｂ２ＯＸを用いるという本発明は、このＳｒＳｂ２ＯＸの結晶構造内において、発光中心元素のイオンと置換するＳｒイオンと、酸素イオンとの間隔が広いことから、発光中心元素のイオンに対する酸素イオンの影響が小さいであろうという本願発明者の着想およびその後の実験により、初めてなし得たものである。
【００１４】
また、上記母体材料であるＳｒＳｂ２ＯＸにＭｎイオンを発光中心として付活することにより、従来から要望されていた青色ＥＬ発光が可能となった。
また、このように構成された薄膜ＥＬ素子によれば、青色発光の蛍光体薄膜としてはＳｒＳｂ２ＯＸ：Ｍｎ（Ｘ＝４，５，６）を用い、緑色発光の蛍光体薄膜としては前述したＺｎ２ＳｉＯ４：ＭｎやＺｎＧａ２Ｏ４：Ｍｎを用いることにより、少なくとも発光中心元素が同じとなりプロセスの簡略化を図ることができる。
【００１５】
さらに、このＳｒＳｂ２ＯＸと同一系列の母体材料であるＣａＳｂ２ＯＸ（Ｘ＝４，５，６）にＭｎを発光中心として付活して緑色発光用の蛍光体薄膜として用いれば，さらに温度プロセスの共通化が図られ、コスト低減を促進することができる。また、同一系列の母体材料と発光中心元素の組合せによって種々の発光色を得ることができ、マルチカラーパネルの作製も容易となる。
【００１６】
また、本発明に係る他の薄膜エレクトロルミネッセント素子は、以下のように構成されている。
すなわち、２つの電極層間に配設された発光層の母体材料を、ＭＳｂ２ＯＸ（但し、ＭはＭｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒのうちから選択される元素、Ｘ＝４，５，６）により形成してなるものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る薄膜エレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子について図面を用いて説明する。
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る薄膜ＥＬ素子について具体的に説明する。
本発明の一実施形態に係る薄膜ＥＬ素子は、発光中心としてＭｎ２＋イオンを用い、発光層に３元化合物ＳｒＳｂＯＸ（Ｘ＝４，５，６）を用いたものである。
この薄膜ＥＬ素子は図１に示すような断面構造をなす、２重絶縁構造タイプのものである。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係る薄膜ＥＬ素子は、ガラス基板１上に、下部電極層２、下部絶縁層３、発光層４、上部絶縁層５および上部電極層６を順次積層することにより形成されており、発光層４のＥＬ発光７はガラス基板１を介して出力される。なお、上記発光層４の上下隣接位置の少なくとも一方にバッファ層を設けてもよい。
【００２０】
上記下部電極層２は、例えば、ＩＴＯ（錫添加酸化インジウム）やＺｎＯ等からなる透明電極層であり、一方上記上部（背面）電極層６は、Ａｌ等からなる不透明な電極層である。これら電極層２、６の層厚は各々例えば約２００ｎｍである。なお、この上部電極層６は、透明電極層とすることも可能である。
また、上記上下部各絶縁層３、５は、例えばＴａ２Ｏ５により形成されており、その層厚は例えば約５００ｎｍである。
【００２１】
さらに、上記発光層４は酸化物蛍光体薄膜であって、前述したように、ＳｒＳｂ２ＯＸ：Ｍｎ（Ｘ＝４、５、６）により形成されている。その層厚は例えば約０．８μｍとされている。
【００２２】
ところで、Ｍｎ２＋イオンは３ｄ電子の禁制遷移によって発光するが、配位子による影響を強く受けてその発光色が決定する。しかし、これまで知られている酸化物蛍光体薄膜では、Ｍｎ２＋イオンを取り巻く配位子である酸素イオンの影響がＭｎ２＋イオンに強く影響しているため、赤色から緑色（青緑色）までの間の色光発光は得られるものの、青色発光のものは得られていなかった。
【００２３】
そこで、本願発明者はJanin等により、その結晶構造が報告されているＳｒＳｂ２ＯＸ結晶に着目した（J. Janin and R. Bernard: Compt. Rend. 240 614 (1953))やM. l. Y. Allusalu(Tr. Inst. Fiz. Astron. Akad. Nauk. Est. SSR. 8 58 (1958))。すなわち、この報告によれば、Ｓｒ（Ｃａ）Ｓｂ２ＯＸ結晶において、Ｓｒイオンと酸素イオンとの距離が２．５Åと大きい。
【００２４】
本願発明者は、このＳｒＳｂ２ＯＸを母体材料とし、Ｍｎイオンを発光中心とすれば、Ｍｎイオンと置換されるＳｒイオンと、酸素イオンとの距離が２．５Åと大きいことから、Ｍｎイオンが酸素イオンの束縛を受け難く青色発光させることができると考えた。
しかして、ＳｒＳｂ２ＯＸ：Ｍｎ（Ｘ＝４，５，６）により形成された発光層４から青色の発光が得られることが確認された。
【００２５】
以下各層１〜６の成膜方法について説明する。
【００２６】
上記下部電極層２および上記上部電極層６は、電子線蒸着法により成膜しているが、その他の成膜方法、例えば、その他の蒸着法やスパッタ法、イオンプレーティング法あるいはＣＶＤ法などで形成することも可能である。
【００２７】
また、上記各絶縁層３、５は、高周波マグネトロンスパッタ法により成膜しているが、例えば、蒸着法、イオンプレーティング法あるいはＣＶＤ法などで形成することも可能である。
【００２８】
また、上記発光層４は、電子線蒸着法によって形成しているが、その他の成膜方法、例えば、共蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、ゾル−ゲル法あるいはＣＶＤ法などで形成することも可能である。
【００２９】
以下、上記発光層４の成膜方法について説明する。
上記発光層４の成膜方法は以下の２つの製造工程からなる。
【００３０】
すなわち、まず、ガラス基板１を温度２００℃程度まで加熱するとともに、ＳｒＯ，Ｓｂ２Ｏ５，ＭｎＯの各材料を混合し、固めたペレットに対して電子線を照射することにより該材料を蒸発させて、絶縁層３上にＳｒＳｂ２ＯＸ：Ｍｎ（Ｘ＝４，５，６）の薄膜を形成する（第１工程）。
【００３１】
続いて、大気中で約１時間に亘り約５００℃の加熱処理を行って結晶化を促進させる（第２工程）。
【００３２】
【実施例】
上述した実施形態において説明した成膜方法によって、発光層４を形成した。
発光層４の成膜は２回行った。
【００３３】
図２は、このようにして形成された本実施例の発光層４のＸ線回折パターンを示すものである。（Ａ）は第１回目に形成した発光層４についてのＸ線回折パターンを示すものであり、（Ｂ）は第２回目に形成した発光層４についてのＸ線回折パターンを示すものである。第１回目と第２回目とでは、熱処理温度等の成膜条件が若干相違する。
【００３４】
図２（Ａ）、（Ｂ）から明らかなように、本実施例によれば、互いに組成比が若干相違するものの、いずれもＳｒＳｂ２ＯＸ：Ｍｎ（Ｘ＝４，５，６）の多結晶薄膜が形成されていることが確認できた。
【００３５】
また、図３に、上記実施例によって形成した発光層を備えた薄膜ＥＬ素子を駆動したときのＥＬ発光スペクトルを示す。この図３において、４５０ｎｍ付近に位置するピークがＭｎ２＋イオンによる青色発光を示すものである。なお、紫外域に近い４００ｎｍ付近に位置するピークはＳｂ５＋による発光を示すものであり、Ｍｎ２＋による発光が増大すれば、それに応じて減少する。
【００３６】
また、前述した実施形態のものでは、蛍光体薄膜としてＳｒＳｂ２ＯＸ：Ｍｎ（Ｘ＝４，５，６）を用いているが、Ｍｎイオンに替えてＣｕ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｂｉ等のイオンを発光中心として用いても類似した結果が得られると考えられる。また、Ｍｎイオンに替えて希土類元素のイオンを発光中心として用いれば、発光中心として用いた希土類元素の種類に応じて、種々の色光（例えばＲ、Ｇ、Ｂの各色光）を発光させることができ、各色光用の発光層の母体材料を共通化しつつフルカラーパネルを作製することができるので、製造工程における温度プロセスの共通化を図ることができ、製造コストを低減することができる。
【００３７】
また、上述した蛍光体薄膜ＳｒＳｂ２ＯＸ：Ｍｎ（Ｘ＝４，５，６）において、母体材料のＳｒを他の元素、特にＭｇ，Ｃａ，Ｂａ等の他の２Ａ族に替えて蛍光体薄膜を形成することにより、種々の色光を発光することが可能である。例えば、ＳｒをＣａに替えることにより得られる蛍光体薄膜ＣａＳｂ２ＯＸ：Ｍｎ（Ｘ＝４，５，６）からは、５１０ｎｍ付近にピークをもつ緑色発光が得られることが確認されている。このような構成を採用することにより、同一系列の母体材料および同一の発光中心元素を用いてフルカラーパネルの製造が可能となり、これにより、さらなる温度プロセスの共通化が図られ、コスト低減をさらに促進することができる。また、同一系列の母体材料と発光中心材料の組合せによって種々の発光色を得ることができ、マルチカラーパネルの製作も容易となる。
【００３８】
また、上述した蛍光材料ＳｒＳｂ２ＯＸ：Ｍｎ（Ｘ＝４，５，６）の、母体材料のＳｒを他の元素に替える場合において、Ｓｒと替える元素を、例えば、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ等の２Ａ族元素の中から選択される２以上の元素とし、選択された２以上の元素の混合割合を調整することで、発光する色光の波長を任意の値に設定することが可能である。
【００３９】
また、上述した実施形態に係る薄膜ＥＬ素子は、ガラス基板１上に、下部電極層２、下部絶縁層３、発光層４、上部絶縁層５および上部電極層６を順次積層することにより形成しているが、ガラス基板１に替えてセラミックス基板を用いることが可能である。特に、高誘電率のセラミックス材料からなるセラミックス基板を用いることにより、基板としての機能に加えて絶縁層としての機能を併せ持たすことが可能である。これにより、上述した絶縁層３、５を省略することができる。高誘電率のセラミックス基板の具体例としては、例えば、０．２ｍｍ厚のチタン酸バリウム板（ＢａＴｉＯ３）を用いる。この基板上に直接、ＳｒＳｂ２ＯＸ：Ｍｎ（Ｘ＝４，５，６）薄膜からなる発光層が、上述した成膜方法を用いて形成される。なお、この後、結晶化を促進させるために、大気中で約１時間に亘り約５００℃の加熱処理を行う。
【００４０】
なお、この場合において、上部電極層は発光層上に、また下部電極層は発光層配置側とは逆側のセラミックス基板表面に直接形成する。
【００４１】
なお、本発明の実施形態としては、上述したものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。
例えば、本発明の薄膜ＥＬ素子の層構成としては、上述した実施形態のものに限られるものではなく、その他の層、例えばバッファ層等が上述した層間に介在する層構成であってもよく、また一方の絶縁層のみが存在するような層構成も可能である。
【００４２】
また、各層の構成材料、厚みあるいは成膜方法も上記のものに限られるものではないことは勿論である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の薄膜ＥＬ素子によれば、２つの電極層間に配設された発光層の母体材料を、ＳｒＳｂ２ＯＸ（但し、Ｘ＝４，５，６）により形成しており、これにより、発光層が、青色を含む種々の色光を発光させることが可能となる。特に、この母体材料に対してＭｎイオンを発光中心として付活した場合、Ｍｎイオンを発光中心とした従来の酸化物蛍光体薄膜では得られなかった青色発光を得ることができる。
【００４４】
また、２つの電極層間に配設された発光層の母体材料を、ＭＳｂ２ＯＸ（但し、ＭはＭｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒのうちから選択される元素、Ｘ＝４，５，６）により形成することで、同一系列の母体材料を用いてＲ，Ｇ，Ｂの３原色光を発生し得る発光層を備えた薄膜ＥＬ素子を得ることができ、製造工程における温度プロセスの共通化を図ることができ、フルカラー表示を行うディスプレイ等の製造コストを低減することができる。
【００４５】
また、この場合において、同一の発光中心元素、例えば上記Ｍｎを用いてＲ，Ｇ，Ｂの３原色光を発生し得る発光層を形成すれば、同一系列の母体材料のみならず、同一の発光中心元素を用いてＲ，Ｇ，Ｂの３原色光を発生し得る発光層を備えた薄膜ＥＬ素子を得ることができるので、製造工程における温度プロセスのさらなる共通化を図ることができ、フルカラーの表示を行うディスプレイの製造コストをさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る薄膜ＥＬ素子の層構成を示す断面図
【図２】本発明の実施例に係る薄膜ＥＬ素子の発光層のＸ線回折パターンを示す図
【図３】本発明の実施例に係る薄膜ＥＬ素子のＥＬ発光スペクトルを示す図
【符号の説明】
１      ガラス基板
２      下部電極層
３      下部絶縁層
４      発光層
５      上部絶縁層
６      上部電極層
７      ＥＬ発光
【図１】
2004192987.tif 000003
【図２】
2004192987.tif 000004
【図３】
2004192987.tif 000005