(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性の基板と、
前記基板上に形成された電極層と、
前記電極層の上に形成され、１０００℃超１３００℃未満の温度で焼成した、チタン酸バリウムを主成分とし副成分を含有するセラミック焼結体で構成される誘電体層と、
前記誘電体層の上に形成された発光体層と、
前記発光体層の上に形成された透明電極層とを有し、
前記副成分として、少なくとも珪酸リチウムを含むエレクトロルミネセンス素子。
【請求項２】
前記発光体層と透明電極層との間に、絶縁層が介在してある請求項１に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項３】
前記誘電体層が、酸化シリコン、酸化ビスマス、酸化ホウ素および酸化アルミニウムのうち１種以上を少なくとも含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項４】
前記チタン酸バリウムをＢａＴｉＯ３ に換算して１００モルとした場合に、珪酸リチウムをＬｉ２ ＳｉＯ３ に換算して、０．１〜２０モルの含有量で前記誘電体層に含む請求項１〜３のいずれかに記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項５】
前記誘電体層が、酸化マンガン、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化シリコン、酸化カルシウム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブおよび酸化コバルトのうちの１種以上を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項６】
前記誘電体層における前記副成分の含有量が、５〜２０モル％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエレクトロルミネセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体層と電極層とを具備する複合基板、およびその複合基板を用いたエレクトロルミネセンス素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電界の印加によって物質が発光する現象をエレクトロルミネセンス（ＥＬ）といい、この現象を用いた素子は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や時計のバックライトとして実用化されている。エレクトロルミネセンス素子には、粉末蛍光体を有機物や琺瑯に分散させ、上下に電極を設けた構造をもつ分散型素子と、電気絶縁性の基板上に２つの電極の間に挟む形で形成した薄膜蛍光体を用いた薄膜型の素子がある。またそれぞれについて、駆動方式により直流電圧駆動型、交流電圧駆動型がある。
【０００３】
分散型エレクトロルミネセンス素子は古くから知られており、製造が容易であるという利点があるが、輝度が低く寿命も短いのでその利用は限られていた。一方、薄膜型エレクトロルミネセンス素子は、高輝度、長寿命という特性をもち、エレクトロルミネセンス素子の実用範囲を大きく広げた。
【０００４】
従来、薄膜型エレクトロルミネセンス素子において、基板としてガラスを用い、かつ基板に接する電極をＩＴＯなどの透明電極層とし、蛍光体層で生じた発光を基板側から取り出す方式が主流であった（たとえば特公昭６２−４０８３６号公報）。しかし近年、基板として電気絶縁性のセラミック基板を用い、薄膜絶縁層のかわりに厚膜誘電体層を用いた素子の開発が報告された。
【０００５】
この素子の基本的な構造は、従来の構造とは異なり、蛍光体の発光を、基板とは反対側の上部から取り出すため、透明電極層は上部に設けられている。この素子の特徴として、厚膜誘電体を絶縁層として用いているので、絶縁破壊に強く、高い信頼性と、高い製造時の歩留まりとを得ることができる。また、通常のガラス基板を用いた場合には、せいぜい６００℃程度以下の温度で蛍光層の熱処理を行わなければならなかったのを、セラミック基板と厚膜誘電体層を用いることにより、熱処理温度を高めることができる。その結果、発光体層中の結晶欠陥を減らし、高い発光特性を得ることができる。
【０００６】
過去に開発が行われた厚膜誘電体を使用したエレクトロルミネセンス素子では、誘電体として鉛を含む材料を用いた例が多い（たとえば特公平７−４４０７２号公報、特開平７−５０１９７号公報）。これは、鉛を含む誘電材料は焼成温度が通常１０００℃以下と低く、特性劣化をもたらす基板との反応無しに焼成ができるという理由による。しかし、蛍光体層もその温度以下で熱処理をしなければならないので、十分な発光特性をもつ素子を作製することが困難であった。さらに、鉛は、その毒性が問題となり、現在、その使用が制限されつつある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、焼成時に基板と反応しない温度範囲で焼結でき、十分な高い発光特性をもつエレクトロルミネセンス素子を作り込むことが可能な複合基板と、それを用いた発光素子とを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る複合基板は、
電気絶縁性の基板と、
前記基板上に形成された電極層と、
前記電極層の上に形成され、１０００℃超１３００℃未満の温度で焼成したチタン酸バリウムを主成分とするセラミック焼結体で構成される誘電体層と、を有する。
【０００９】
本発明において、チタン酸バリウムは、組成式Ｂａｍ  ＴｉＯ２＋ｍ  で表され、前記組成式中のｍが０．９≦ｍ≦１．１であり、ＢａとＴｉとの比が０．９５≦Ｂａ／Ｔｉ≦１．０５であることが好ましい。
【００１０】
前記誘電体層は、アルカリ成分を含むことが好ましい。また、アルカリ成分としては、特に限定されないが、酸化リチウム、酸化カリウムおよび酸化ナトリウムのうちの少なくとも１種以上であることが好ましい。またアルカリ成分の替わりに、酸化シリコン、酸化ビスマス、酸化ホウ素および酸化アルミニウムのうち１種以上を少なくとも含んでいてもよい。
【００１１】
特に好ましくは、前記チタン酸バリウムをＢａＴｉＯ３  に換算して１００モルとした場合に、珪酸リチウムをＬｉ２  ＳｉＯ３  に換算して、０．１〜２０モルの含有量で前記誘電体層に含む。また、前記誘電体層には、酸化マンガン、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化シリコン、酸化カルシウム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブおよび酸化コバルトのうちの１種以上を含ませても良い。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係るエレクトロルミネセンス素子は、
前記複合基板と、
前記複合基板の誘電体層の上に形成された発光体層と、
前記発光体層の上に形成された透明電極層とを有する。
前記発光体層と透明電極層との間には、絶縁層が介在してあっても良い。
【００１３】
【作用および効果】
チタン酸バリウム（以下、単にＢａＴｉＯ３  とも言う）は、高誘電率材料として一般によく知られており、誘電率、絶縁耐圧が高く、安価でもあるという理由で広くキャパシター材料として用いられている。
【００１４】
しかし、ＢａＴｉＯ３  は、一般に１３００℃以上という高い焼成温度が必要である。そのため従来のＢａＴｉＯ３  系材料をセラミック基板上に厚膜形成して焼成を行うと、誘電体層と基板が反応し、誘電体層の電気特性が劣化するという問題が生じていた。
【００１５】
本発明では、ＢａＴｉＯ３  系誘電体の焼結温度が低いため、セラミック基板との反応がなく、高い誘電率、絶縁抵抗、耐電圧、高信頼性を有する誘電体付きの複合基板を作製することができる。
【００１６】
本発明においては、上記組成の誘電体を用いることにより、１３００℃未満の温度で焼成可能な複合基板を作製することが可能となる。この複合基板を用いたエレクトロルミネセンス素子において、発光開始電圧の低減、同一印加電圧のもとでは発光輝度の向上を図ることが可能となる。
【００１７】
本発明の複合基板は、その上に発光体層、絶縁層、他の電極層等の機能性膜を形成することにより、薄膜／厚膜混成ＥＬ素子とすることができる。特に本発明の複合基板は焼結材料であるため、機能性膜である発光体層を形成した後に加熱処理を行うような薄膜／厚膜混成ＥＬ素子にも適している。
【００１８】
本発明の複合基板を用いて薄膜／厚膜混成ＥＬ素子を得るには、誘電体層上に発光体層／他の絶縁層（誘電体層）／他の電極層の順で形成すればよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明に係るエレクトロルミネセンス素子の要部断面図である。
本発明の実施形態に係るエレクトロルミネセンス素子（ＥＬ素子）２は、複合基板１０を有する。複合基板１０は、電気絶縁性の基板４と、この基板４上に形成された内部電極層６と、内部電極層６の上に形成され、１０００℃超１３００℃未満の温度で焼成したチタン酸バリウムを主成分とするセラミック焼結体で構成される誘電体層８とを有する。複合基板１０における誘電体層８の上には、発光体層１２が形成してあり、この発光体層１２の上には、絶縁層１４を介して透明電極層１６が形成してある。なお、絶縁層１４は省略しても良い。
【００２０】
基板４
基板４は、電気絶縁性を有し、その上に形成される内部電極層６および誘電体層８を汚染することなく、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。具体的な材料としては、アルミナ（Ａｌ２  Ｏ３  ）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２  ）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２  ）、ムライト（３Ａｌ２  Ｏ３  ・２ＳｉＯ２  ）、ベリリア（ＢｅＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ＋ＢｅＯ）等のセラミック基板を挙げることができる。また、耐熱性のある結晶化ガラスを、基板４として使用することも可能である。
基板の厚みとしては、通常、０．１〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜５ｍｍ、さらに好ましくは１〜３ｍｍ程度である。
【００２１】
内部電極層６
内部電極層６としては、特に限定されないが、たとえばＭｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｐｂ等の１種または２種以上の卑金属、Ｎｉ−Ｃｕ，Ｎｉ−Ｍｎ，Ｎｉ−Ｃｒ，Ｎｉ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ａｌなどの卑金属合金など、または、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，ＩｒおよびＰｄの１種または２種以上の貴金属、またはＡｇ−Ｐｄ，Ａｕ−Ａｇなどの貴金属合金などで構成される。
電極層には、ガラスフリットを含有していてもよい。下地となる基板４との接着性を高めることができる。
【００２２】
電極層用のペーストを調整する場合、有機バインダーを有していてもよい。有機バインダーとしては、上記基板と同様である。さらに、電極層用ペースト中には、必要に応じて各種分散剤、可塑剤、絶縁体等の添加物が含有されていてもよい。これらの総含有量は、１質量％以下であることが好ましい。
【００２３】
内部電極層６の膜厚としては、通常、０．５〜５μｍ、好ましくは１〜３μｍ程度である。
内部電極層６は、基板４の表面に、たとえば所定間隔でストライプ状に、スクリーン印刷法などの厚膜法により形成される。
【００２４】
誘電体層８
誘電体層８は、ＢａＴｉＯ３  を主成分とする高誘電率セラミック焼結体で構成してあり、この焼結体中に、酸化リチウム、酸化カリウムおよび酸化ナトリウムなどのアルカリ成分、あるいは酸化シリコン、酸化ビスマス、酸化ホウ素または酸化アルミニウムを一種以上含む第１副成分が添加してある。第１副成分としては、特に好ましくは、珪酸リチウム（Ｌｉ２  ＳｉＯ３  ）が用いられる。このような添加物を添加することにより、誘電体層８は、１３００℃未満で焼成可能になっている。
【００２５】
ＢａＴｉＯ３  を１００モルとした場合に、誘電体層８中の第１副成分の添加量は、第１副成分をＬｉ２  Ｏ，Ｋ２  Ｏ，Ｎａ２  Ｏ，ＳｉＯ２  ，Ｂ２  Ｏ３  またはＡｌ２  Ｏ３  に換算して、好ましくは０．０１〜２０モル、さらに好ましくは０．１〜１０モル、特に好ましくは０．５〜５モルである。第１副成分の添加量が少なすぎると、焼成温度が高くなる傾向にあり、多すぎると、誘電率の低下をもたらす傾向にある。
【００２６】
また、誘電体層８中には、酸化マンガン、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化シリコン、酸化カルシウム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブおよび酸化コバルトのうちの１種以上を含む第２副成分を含ませても良い。第２副成分としては、ＭｇＯ，ＭｎＯまたは（Ｂａ，Ｃａ）ＳｉＯ３  などが、特に好ましい。
【００２７】
第２副成分の含有量は、ＢａＴｉＯ３  を１００モルとした場合に、第２副成分をＭｎＯ，ＭｇＯ，Ｙ２  Ｏ３  ，Ｖ２  Ｏ５  ，ＷＯ３  ，ＳｉＯ２  ，ＣａＯ，ＺｒＯ２  ，Ｎｂ２  Ｏ５  またはＣｏ２  Ｏ３  に換算して、好ましくは０．０５〜５モル、さらに好ましくは０．１〜３モル、特に好ましくは０．５〜２モルである。第２副成分の添加量が少なすぎると、信頼性が低下する傾向にあり、多すぎると、誘電率が下がる傾向にある。
【００２８】
特に好ましい誘電体材料として次に示すものが挙げられる。誘電体層８の主成分としてチタン酸バリウムを含み、副成分として、珪酸リチウムと、酸化マグネシウムと、酸化マンガンと、酸化イットリウムと、酸化バナジウムと、酸化バリウムと、酸化カルシウムと、酸化ケイ素とを含有する。チタン酸バリウムをＢａＴｉＯ３  に、珪酸リチウムをＬｉ２  ＳｉＯ３  に、酸化マグネシウムをＭｇＯに、酸化マンガンをＭｎＯに、酸化イットリウムをＹ２  Ｏ３  に、酸化バナジウムをＶ２  Ｏ５  に、酸化バリウムをＢａＯに、酸化カルシウムをＣａＯに、酸化ケイ素をＳｉＯ２  にそれぞれ換算したとき、誘電体層中における各化合物の比率は、ＢａＴｉＯ３  １００モルに対し、Ｌｉ２  ＳｉＯ３  ：０．１〜２０モル、好ましくは１〜１０モル、ＭｇＯ：０．１〜３モル、好ましくは１〜３モル、ＭｎＯ：０．０５〜１．０モル、好ましくは０．１〜０．３モル、Ｙ２  Ｏ３  ：０．１〜３モル、好ましくは１〜３モル、Ｖ２  Ｏ５  ：０．０１〜１モル、好ましくは０．０５〜０．１５モル、ＢａＯ＋ＣａＯ：２〜１２モル、ＳｉＯ２  ：２〜１２モルである。
【００２９】
（ＢａＯ＋ＣａＯ）／ＳｉＯ２  は、特に限定されないが、通常、０．９〜１．１とすることが好ましい。ＢａＯ，ＣａＯおよびＳｉＯ２  は、（Ｂａｘ  Ｃａ１−ｘ  Ｏ）ｙ  ・ＳｉＯ２  として含まれていてもよい。この場合、緻密な焼結体を得るためには０．３≦ｘ≦０．７，０．９５≦ｙ≦１．０５とすることが好ましい。（Ｂａｘ  Ｃａ１−ｘ  Ｏ）ｙ  ・ＳｉＯ２  の含有量は、誘電体層８の全質量に対し、好ましくは１〜１０質量％、より好ましくは４〜６質量％である。なお、各酸化物の酸化状態は特に限定されず、各酸化物を構成する金属元素の含有量が上記範囲であればよい。
【００３０】
上記各副成分の含有量の限定理由は下記のとおりである。
珪酸リチウムの含有量を前記範囲とすることにより、１０００℃超１３００℃未満の温度で基板と反応せずに、誘電特性に良好な誘電体層を焼成することができる。
【００３１】
酸化マグネシウムの含有量を、前記範囲とすることにより、誘電体層における静電容量の温度特性を所望の範囲とすることができると共に、静電容量の経時変化を抑えることができる。その結果、エレクトロルミネセンス素子における発光輝度の温度変化および経時変化を抑制することができる。
酸化マンガンの含有量を、前記範囲とすることにより、絶縁抵抗の信頼性を向上させ、破壊電圧を上げることができる。これにより、エレクトロルミネセンス素子の安定性および信頼性が向上する。
酸化イットリウムの含有量を、前記範囲とすることにより、誘電体層の静電容量および絶縁抵抗の経時変化を抑制することができる。このため、エレクトロルミネセンス素子の信頼性および発光輝度の安定性が向上する。
酸化バナジウムの含有量を、前記範囲とすることにより、静電容量の温度特性を所望の範囲とすることができると共に、破壊電圧を上げることができる。このため、エレクトロルミネセンス素子の発光輝度の温度安定性が向上すると同時に、信頼性を高めることができる。
また、ＢａＯ＋ＣａＯや、ＳｉＯ２  、（Ｂａｘ  Ｃａ１−ｘ  Ｏ）ｙ  ・ＳｉＯ２  の含有量を、前記範囲とすることにより、誘電体層の静電容量の温度特性を所望の範囲とすることができると共に、焼結性の向上に寄与する。これにより、エレクトロルミネセンス素子の発光輝度の温度安定性が向上する。
【００３２】
誘電体層８は、粉末状の誘電材料を原料として作製された誘電体ペーストを、内部電極層６と同様に、スクリーン印刷法などの厚膜法により印刷することにより形成される。あるいは、誘電体ペーストをキャスティング成膜することによりグリーンシートを形成し、これを内部電極６上に積層圧着してもよい。さらには、誘電体のグリーンシート（誘電体層８）上に内部電極層６を印刷し、これを、基板４上に圧着してもよい。
【００３３】
誘電体層８は、内部電極層６と共に、基板４の上で同時に焼成される。焼成温度は、１０００℃超１３００℃未満、好ましくは１０００℃超１２５０℃以下、より好ましくは１１００℃以上１２００℃以下の温度である。
誘電体層８の厚みは、製造上の問題から２〜３μｍ以上が必要である。誘電体層８が厚すぎると、静電容量が減少し発光体層１２への印加電圧が減少するのみならず、内部電界の拡がりにより、表示素子とした場合に像がにじんだり、クロストークが発生する可能性がある。そこで、誘電体層８の厚みは、３００μｍ以下が好ましく、さらに好ましくは、５〜１００μｍである。
【００３４】
発光体層１２
発光体層１２の材料としては、例えば、月刊ディスプレイ  ’９８  ４月号  最近のディスプレイの技術動向（田中省作の著作）ｐ１〜１０に記載されているような材料を挙げることができる。具体的には、赤色発光を得る材料として、ＺｎＳ，Ｍｎ／ＣｄＳＳｅ等、緑色発光を得る材料として、ＺｎＳ：ＴｂＯＦ，ＺｎＳ：Ｔｂ，ＺｎＳ：Ｔｂ等、青色発光を得るための材料として、ＳｒＳ：Ｃｅ，（ＳｒＳ：Ｃｅ／ＺｎＳ）ｎ，ＣａＣａ２  Ｓ４  ：Ｃｅ，Ｓｒ２  Ｇａ２  Ｓ５  ：Ｃｅ等を挙げることができる。
また、白色発光を得るものとして、ＳｒＳ：Ｃｅ／ＺｎＳ：Ｍｎ等が知られている。
【００３５】
これらのなかでも、ＩＤＷ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ）’９７  Ｘ．Ｗｕ  ”Ｍｕｌｔｉｃｏｌｏｒ  Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｈｙｂｒｉｄ−ＥＬ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ”  ｐ５９３ｔｏ  ５９６  で検討されている、ＳｒＳ：Ｃｅの青色発光体層を有するＥＬ素子に、本発明の複合基板を適用することにより特に好ましい結果を得ることができる。
【００３６】
発光体層の膜厚としては、特に制限されるものではないが、厚すぎると駆動電圧が上昇し、薄すぎると発光効率が低下する。具体的には、蛍光材料にもよるが、好ましくは１００〜１０００ｎｍ、特に１５０〜５００ｎｍ程度である。
【００３７】
発光体層１２の形成方法は、気相堆積法などの薄膜法を用いることができる。気相堆積法としては、スパッタ法や蒸着法等の物理的気相堆積法や、ＣＶＤ法等の化学的気相堆積法を挙げることができる。
【００３８】
また、特に上記ＩＤＷに記載されているように、ＳｒＳ：Ｃｅの発光体層を形成する場合には、Ｈ２  Ｓ雰囲気下、エレクトロンビーム蒸着法により形成すると、高純度の発光体層を得ることができる。
【００３９】
発光体層の形成後、好ましくは加熱処理を行う。加熱処理は、基板側から電極層、誘電体層、発光体層と積層した後に行ってもよいし、基板側から電極層、絶縁層、発光体層、絶縁層、あるいはこれに透明電極層を形成した後に、キャップアニールしてもよい。通常、キャップアニール法を用いることが好ましい。熱処理の温度は、好ましくは６００〜基板の焼結温度、より好ましくは６００〜１３００℃、特に６００〜１２００℃程度、処理時間は１０〜６００分、特に３０〜１８０分程度である。アニール処理時の雰囲気としては、Ｎ２  ，Ａｒ，ＨｅまたはＮ２  中にＯ２  が０．１％以下の雰囲気が好ましい。
【００４０】
絶縁層１４
発光体層１２上に形成される絶縁層は、その抵抗率として、１０８  Ω・ｃｍ以上、特に１０１０〜１０１８Ω・ｃｍ程度が好ましい。また、比較的高い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＝３〜１０００程度である。
【００４１】
この絶縁層の構成材料としては、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２  ）、窒化シリコン（Ｓｉ３  Ｎ４  ）、酸化タンタル（Ｔａ２  Ｏ５  ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３  ）、酸化イットリウム（Ｙ２  Ｏ３  ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３  ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３  ）、ジルコニア（Ｚｒ２  Ｏ３  ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、アルミナ（Ａｌ２  Ｏ３  ）、ニオブ酸鉛（ＰｂＮｂＯ３  ）等を挙げることができる。
【００４２】
これらの材料で絶縁層１４を形成する方法としては、上記発光体層１２と同様である。この場合の絶縁層１４の膜厚としては、好ましくは５０〜１０００ｎｍ、特に１００〜５００ｎｍ程度である。
【００４３】
透明電極層１６
透明電極層１６としては、特に限定されないが、ＩＴＯ（異種添加物としてスズをドープしたインジウム酸化物）膜；ＳnＯ２  膜；ＳｂおよびＦをドープしたＳｎＯ２  膜；Ａｌ、Ｉｎ、ＢおよびＦをドープしたＺｎＯなどを例示することができる。なお、透明電極層１６としては、必ずしも完全に透明である必要はなく、半透明であっても良い。このような観点からは、透明電極層１６は、金属膜の膜厚を調整して光透過率を高めた電極層であっても良い。
【００４４】
透明電極層１６のパターンは、特に限定されないが、たとえばストライプ状の内部電極層６に対して略直角な方向にストライプ状であっても良い。ストライプ状の透明電極層１６とストライプ状の内部電極層６との交差部に対応する発光体層１２が、選択的されて発光することにより、透明電極側から見て、何らかの表示が成される。透明電極層１６のパターン加工は、たとえばフォトリソグラフィにより行うことができる。
【００４５】
その他の構成
なお、上記例では、単一発光体層のみの場合を例示して説明したが、本発明の薄膜ＥＬ素子はこのような構成に限定されるものではなく、膜厚方向に発光体層を複数積層してもよいし、マトリクス状にそれぞれ種類の異なる発光体層（画素）を組み合わせて平面的に配置するような構成としてもよい。
【００４６】
本発明の薄膜ＥＬ素子は、焼成により得られる複合基板材料を用いることにより、高輝度の青色発光が可能な発光体層も容易に得られ、しかも、発光体層が形成される絶縁層の表面が平滑であるため、高性能、高精細のカラーディスプレイを構成することもできる。また、比較的製造工程が容易であり、製造コストを低く押さえることができる。そして、効率のよい、高輝度の青色発光が得られることから、白色発光の素子とするために、カラーフィルターと組み合わせてもよい。
【００４７】
カラーフィルター膜には、液晶ディスプレイ等で用いられているカラーフィルターを用いれば良いが、ＥＬ素子の発光する光に合わせてカラーフィルターの特性を調整し、取り出し効率・色純度を最適化すればよい。
【００４８】
また、ＥＬ素子材料や蛍光変換層が光吸収するような短波長の外光をカットできるカラーフィルターを用いれば、素子の耐光性・表示のコントラストも向上する。
また、誘電体多層膜のような光学薄膜を用いてカラーフィルターの代わりにしても良い。
【００４９】
蛍光変換フィルター膜は、ＥＬ発光の光を吸収し、蛍光変換膜中の蛍光体から光を放出させることで、発光色の色変換を行うものであるが、組成としては、バインダー、蛍光材料、光吸収材料の三つから形成される。
【００５０】
蛍光材料は、基本的には蛍光量子収率が高いものを用いれば良く、ＥＬ発光波長域に吸収が強いことが望ましい。実際には、レーザー色素などが適しており、ローダミン系化合物・ペリレン系化合物・シアニン系化合物・フタロシアニン系化合物（サブフタロシアニン等も含む）ナフタロイミド系化合物・縮合環炭化水素系化合物・縮合複素環系化合物・スチリル系化合物・クマリン系化合物等を用いればよい。
【００５１】
バインダーは、基本的に蛍光を消光しないような材料を選べば良く、フォトリソグラフィー・印刷等で微細なパターニングが出来るようなものが好ましい。また、基板上に透明電極と接する状態で形成される場合、透明電極層（ＩＴＯ）に対してダメージを受けないような材料が好ましい。
【００５２】
光吸収材料は、蛍光材料の光吸収が足りない場合に用いるが、必要のない場合は用いなくても良い。また、光吸収材料は、蛍光性材料の蛍光を消光しないような材料を選べば良い。
本発明の薄膜ＥＬ素子は、通常、パルス駆動または交流駆動され、その印加電圧は、５０〜２００Ｖ程度である。
【００５３】
なお、上記例では、複合基板の応用例として、薄膜ＥＬ素子について記載したが、本発明の複合基板はこのような用途に限定されるものではなく、種々の電子材料等に適用可能である。例えば、薄膜／厚膜ハイブリッド高周波用コイル素子等への応用が可能である。
【００５４】
複合基板１０の製造方法
まず、基板４の表面に、厚膜法により、内部電極層６を形成するための導電性ペーストと、誘電体層８を形成するための誘電体ペーストを印刷する。その後、脱バインダ処理および焼成処理を行う。
【００５５】
焼成前に行う脱バインダ処理の条件は、通常のものであってよいが、特に下記の条件で行うことが好ましい。
昇温速度：５〜３００℃／時間、特に１０〜１００℃／時間、
保持温度：２００〜７００℃、特に３００〜６００℃、
温度保持時間：０．５〜２４時間、特に５〜２０時間、
雰囲気：空気中。
【００５６】
焼成時の雰囲気は、電極層用ペースト中の導電材の種類に応じて適宜決定すればよい。
焼成時の保持温度は、１０００℃超１３００℃未満、特に１１００〜１２００℃とすることが好ましい。保持温度が前記範囲未満であると緻密化が不十分であり、前記範囲を超えると、基板と誘電体が反応してしまう。焼成雰囲気は、還元性雰囲気中でも可能である。また、焼成時の温度保持時間は、０．５〜８時間、特に１〜３時間が好ましい。
以上のようにして、図１に示す複合基板１０を得ることができる。
【００５７】
【実施例】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
実施例１
９９．５％の純度のアルミナ製基板４を準備した。この基板４の厚みは、１．１ｍｍであった。この基板４の上に、Ｐｄペーストを、１．５ｍｍ幅、ギャップ１．５ｍｍのストライプ状のパターンで、スクリーン印刷し、１１０℃で数分間乾燥を行った。
【００５８】
これとは別に、ＢａＴｉＯ３  粉末に、エチルセルロースとα−ターピネオールで構成されるバインダーと混合し、誘電体ペーストを作製した。
作製した誘電体ペーストを、前記の電極パターンを印刷した基板上に、２０μｍの厚さとなるように印刷し、乾燥を行った後、１２５０゜Cにて２時間焼成を行い、複合基板１０を作製した。焼成後の誘電体層８の厚みは１２μｍであった。
【００５９】
次に、この複合基板１０の誘電体層８の表面に、発光体層１２を形成した。発光体層１２は、複合基板を６００〜７００゜Cに加熱した状態で、ＣｅをドープしたＳｒＳ薄膜を、厚さ０．７μｍとなるように、Ｓ雰囲気中でエレクトロンビーム蒸着法により形成した。その後、発光体層１２の表面に、絶縁層１４として、Ｓｉ３  Ｎ４  薄膜を、スパッタリング法により、０．２μｍの厚みで形成し、その後、透明電極１６として、ＩＴＯ薄膜を、Ａｒ＋Ｏ２  雰囲気中でスパッタリング法により０．３μｍの厚みで形成し、ＥＬ素子を得た。
以上のようにして作製した複合基板１０上の誘電体層８の電気特性と、この複合基板１０を用いて作製したＥＬ素子の発光特性を、表１に示す。
【００６０】
【表１】
0004705212.tif 000002
【００６１】
なお、誘電体層８の電気特性は、ＥＬ素子用複合基板とは別の試験用基板を用いて行った。試験用基板は、複合基板１０における誘電体層８の表面に発光体層１２を形成する代わりに、焼成前の誘電体層８の表面に、Ｐｄペーストを１．５ｍｍ幅、ギャップ１．５ｍｍのストライプ状のパターンで、内部電極層６のストライプ状パターンに直交するように印刷して乾燥を行った後に、前記の温度で焼成を行うことにより製造した。
【００６２】
誘電体層８の電気特性は、ＬＣＲメータを用いて１ＫＨｚ、１Ｖｒｍｓの条件下における静電容量及び誘電損失（ｔａｎδ）を測定し、得られた静電容量、電極寸法および電極間距離から、比誘電率（εｒ）を算出して求めた。また、絶縁耐圧は、自動昇圧試験器を用いて求めた。
【００６３】
また、ＥＬ素子の発光開始電圧は、ＥＬ素子の内部電極と透明電極との間に、０Ｖから徐々に電圧を印可し、発光を開始した電圧を電圧計により読み取り求めた。表１において、発光開始電圧の数値がないものは、２５０Ｖでも発光を開始しなかったＥＬ素子を示す。また、発光輝度は、ＥＬ素子に２１０Ｖの電圧を印加し、透明電極層１６に対して接触して色彩輝度計（ＴＯＰＣＯＮ社製の製品番号ＢＭ−５Ａ）を置き測定した。
【００６４】
実施例２
誘電体層を形成するための誘電体ペーストを下記に示す方法で調整すると共に、複合基板の焼成温度を１１００℃とし、焼成後の誘電体層の厚みを１６μｍとした以外は、実施例１と同様にして、複合基板、ＥＬ素子および試験用基板を作成し、実施例１と同様にして誘電体層の電気特性およびＥＬ素子の発光特性を測定した。結果を表１に示す。
【００６５】
誘電体層用ペーストを調整するために、まず、ＢａＴｉＯ３  粉末に、ＢａＴｉＯ３  ：１００モルに対し、Ｌｉ２  ＳｉＯ３  ：５モル、ＭｎＯ：０．１９モル、ＭｇＯ：２モル、Ｙ２  Ｏ３  ：２．１モル、Ｖ２  Ｏ５  ：０．１モル、（Ｂａ０．８  Ｃａ０．４  ）ＳｉＯ３  ：３モルを添加し、水中で混合を行った。混合した粉末を乾燥した後に、エチルセルロースとα−ターピネオールで構成されるバインダーと混合し、誘電体ペーストを作製した。
【００６６】
比較例１
複合基板の焼成温度を９５０℃とし、焼成後の誘電体層の厚みを１４μｍとした以外は、実施例２と同様にして、複合基板、ＥＬ素子および試験用基板を作成し、実施例１と同様にして誘電体層の電気特性およびＥＬ素子の発光特性を測定した。結果を表１に示す。ＥＬ素子において、２１０Ｖの印加時にも、発光が観察されなかった。
【００６７】
比較例２
複合基板の焼成温度を１３５０℃とし、焼成後の誘電体層の厚みを１５μｍとした以外は、実施例２と同様にして、複合基板、ＥＬ素子および試験用基板を作成し、実施例１と同様にして誘電体層の電気特性およびＥＬ素子の発光特性を測定した。結果を表１に示す。複合基板の焼成時に、誘電体層が基板と反応し、比誘電率、誘電損失および絶縁耐圧の測定ができなかった。
【００６８】
実施例３
焼成後の誘電体層の厚みを１１μｍとし、複合基板の焼成温度を１２００℃とした以外は、実施例１と同様にして、複合基板、ＥＬ素子および試験用基板を作成し、実施例１と同様にして誘電体層の電気特性およびＥＬ素子の発光特性を測定した。結果を表１に示す。
【００６９】
実施例４
Ｌｉ２  ＳｉＯ３  の添加量を１モルとし、複合基板の焼成温度を１２００℃とし、焼成後の誘電体層の厚みを１２μｍとした以外は、実施例２と同様にして、複合基板、ＥＬ素子および試験用基板を作成し、実施例１と同様にして誘電体層の電気特性およびＥＬ素子の発光特性を測定した。結果を表１に示す。
【００７０】
実施例５
Ｌｉ２  ＳｉＯ３  の添加量を１０モルとし、複合基板の焼成温度を１２００℃とし、焼成後の誘電体層の厚みを１７μｍとした以外は、実施例２と同様にして、複合基板、ＥＬ素子および試験用基板を作成し、実施例１と同様にして誘電体層の電気特性およびＥＬ素子の発光特性を測定した。結果を表１に示す。
【００７１】
実施例６
Ｌｉ２  ＳｉＯ３  の添加量を２０モルとし、複合基板の焼成温度を１２００℃とし、焼成後の誘電体層の厚みを１５μｍとした以外は、実施例２と同様にして、複合基板、ＥＬ素子および試験用基板を作成し、実施例１と同様にして誘電体層の電気特性およびＥＬ素子の発光特性を測定した。結果を表１に示す。
【００７２】
実施例７
Ｌｉ２  ＳｉＯ３  の代わりにＫ２  ＳｉＯ３  を用い、その添加量を５モルとし、複合基板の焼成温度を１２００℃とし、焼成後の誘電体層の厚みを１５μｍとした以外は、実施例２と同様にして、複合基板、ＥＬ素子および試験用基板を作成し、実施例１と同様にして誘電体層の電気特性およびＥＬ素子の発光特性を測定した。結果を表１に示す。
【００７３】
実施例８
Ｌｉ２  ＳｉＯ３  の代わりにＮａ２  ＳｉＯ３  を用い、その添加量を５モルとし、複合基板の焼成温度を１２００℃とし、焼成後の誘電体層の厚みを１０μｍとした以外は、実施例２と同様にして、複合基板、ＥＬ素子および試験用基板を作成し、実施例１と同様にして誘電体層の電気特性およびＥＬ素子の発光特性を測定した。結果を表１に示す。
【００７４】
実施例９
Ｌｉ２  ＳｉＯ３  の代わりにＢｉ２  Ｏ３  を用い、その添加量を５モルとし、複合基板の焼成温度を１２００℃とし、焼成後の誘電体層の厚みを１６μｍとした以外は、実施例２と同様にして、複合基板、ＥＬ素子および試験用基板を作成し、実施例１と同様にして誘電体層の電気特性およびＥＬ素子の発光特性を測定した。結果を表１に示す。
【００７５】
実施例１０
Ｌｉ２  ＳｉＯ３  の代わりにＢ２  Ｏ３  を用い、その添加量を５モルとし、複合基板の焼成温度を１２００℃とし、焼成後の誘電体層の厚みを１５μｍとした以外は、実施例２と同様にして、複合基板、ＥＬ素子および試験用基板を作成し、実施例１と同様にして誘電体層の電気特性およびＥＬ素子の発光特性を測定した。結果を表１に示す。
【００７６】
実施例１１
Ｌｉ２  ＳｉＯ３  の代わりにＡｌ２  Ｏ３  を用い、その添加量を５モルとし、複合基板の焼成温度を１２００℃とし、焼成後の誘電体層の厚みを１０μｍとした以外は、実施例２と同様にして、複合基板、ＥＬ素子および試験用基板を作成し、実施例１と同様にして誘電体層の電気特性およびＥＬ素子の発光特性を測定した。結果を表１に示す。
【００７７】
比較例３
誘電体層を、スパッタリング法により形成した厚み０．６μｍのＹ２  Ｏ３  薄膜で構成した以外は、実施例１と同様にして、複合基板、ＥＬ素子および試験用基板を作成し、実施例１と同様にして誘電体層の電気特性およびＥＬ素子の発光特性を測定した。結果を表１に示す。
【００７８】
比較例４
誘電体層を、スパッタリング法により形成した厚み０．６μｍのＳｉ３  Ｏ４  薄膜で構成した以外は、実施例１と同様にして、複合基板、ＥＬ素子および試験用基板を作成し、実施例１と同様にして誘電体層の電気特性およびＥＬ素子の発光特性を測定した。結果を表１に示す。
【００７９】
評価
表１に示すように、実施例に係るＥＬ素子では、高誘電率材料の誘電体層を用いているため、比較例３および４のＥＬ素子に比べて発光開始電圧が低くなり、また同じ印加電圧のもとでは発光輝度が高くなった。また、実施例２と３とを比較することで、熱処理温度を高めることにより発光輝度が高くなることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明に係るエレクトロルミネセンス素子の要部断面図である。
【符号の説明】
２…  エレクトロルミネセンス素子（ＥＬ素子）
４…  基板
６…  内部電極層
８…  誘電体層
１０…  複合基板
１２…  発光体層
１４…  絶縁層
１６…  透明電極層
【図１】
0004705212.tif 000003