(57)【要約】【課題】誘電体層のポーラス部や亀裂部に充填材を埋め込み、短絡の問題を改善したＥＬ素子を提供する。【解決手段】対向する２つの電極(11,17)間に少なくとも誘電体層(1)と発光層(15)を含むＥＬ素子(10)において、前記誘電体層(1)の膜厚が１μｍ以上２０μｍ以下の範囲であり、その表面に電気的絶縁体層(14)の膜厚を１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲で積層し、前記誘電体層(1)と前記絶縁体層(14)と膜厚と誘電率との関係が、１０≦（Ａ／εａ）＋（Ｂ／εｂ）≦３０（但し、Ａは絶縁体層の膜厚（ｎｍ）、εａは絶縁体層の比誘電率、Ｂは誘電体層の膜厚（ｎｍ）、εｂは誘電体層の比誘電率を示す。）とする。【選択図】  図１
2005322630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの電極間に少なくとも誘電体層と発光層を含むエレクトロルミネッセンス素子において、
前記誘電体層の膜厚が１μｍ以上２０μｍ以下の範囲であり、その表面に電気的絶縁体層の膜厚を１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲で積層し、前記誘電体層と前記絶縁体層と膜厚と誘電率との関係が、
１０≦（Ａ／εａ）＋（Ｂ／εｂ）≦３０
（但し、Ａは絶縁体層の膜厚（ｎｍ）、εａは絶縁体層の比誘電率、Ｂは誘電体層の膜厚（ｎｍ）、εｂは誘電体層の比誘電率を示す。）であ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】
前記誘電体層は、ＢａＴｉＯ3，ＳｒＴｉＯ3，ＰｂＺｒＴｉＯ3，ＰｂＴｉＯ3，ＳｒＴａ2Ｏ6，又はＢａＴａ2Ｏ6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】
前記絶縁体層がＡｌ2Ｏ3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。
【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】
ＥＬ素子は、上下電極間に誘電体層と蛍光体層を挟み、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。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】
【０００３】
しかし、前記誘電体層はポーラスな構造であり、また亀裂が入りやすいので、電気的短絡の問題が懸念される。また、前記特許文献２〜３の提案もいまだ完全ではなく、さらに改善が求められていた。
【０００４】
本発明は前記従来の問題を解決するため、誘電体層のポーラス部や亀裂部に充填材を埋め込み、短絡の問題を改善したＥＬ素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のＥＬ素子は、対向する２つの電極間に少なくとも誘電体層と発光層を含むＥＬ素子において、前記誘電体層の膜厚が１μｍ以上２０μｍ以下の範囲であり、その表面に電気的絶縁体層の膜厚を１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲で積層し、前記誘電体層と前記絶縁体層と膜厚と誘電率との関係が、
１０≦（Ａ／εａ）＋（Ｂ／εｂ）≦３０      （１）
（但し、Ａは絶縁体層の膜厚（ｎｍ）、εａは絶縁体層の比誘電率、Ｂは誘電体層の膜厚（ｎｍ）、εｂは誘電体層の比誘電率を示す。）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、誘電体層の上に電気的絶縁層を前記式（１）を満たして形成することにより、誘電体層の欠陥を無くし、短絡が起こらないＥＬ素子を提供できる。さらに誘電体層の表面が凹凸状態であっても、平滑面とすることができる。その結果、誘電体層を薄膜化でき、誘電体層の電気容量が向上して、ＥＬ素子の駆動電圧低減と発光輝度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の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、無機又は有機の蛍光体等の発光物体を層状にしたものである。前記発光層の両側又は片側には電気絶縁層（誘電体層）を配置する。無機蛍光体の場合は、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をさせるためである。さらに、下側（背面）電極と蛍光体との間には誘電体層を介在させる。このとき、前記誘電体層の膜厚を１μｍ以上２０μｍ以下の範囲とする。この範囲であれば、輝度は高くかつ均一であり、発光電圧は低くできる。誘電体層の膜厚が１μｍ未満では、膜厚が不均一で輝度むらが生じやすい。誘電体層の膜厚が２０μｍを超えると、電気容量が小さくなり、輝度が低下するとともに、発光電圧が高くなる。通常の電圧１５０Ｖ程度では発光しなくなる。
【０００８】
また、前記誘電体層の表面に電気的絶縁体層の膜厚を１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下で積層する。この範囲であると電気容量が高く、輝度高く発光でき、また絶縁破壊も生じない。電気的絶縁体層の膜厚が１００ｎｍ未満では、通常の電圧１５０Ｖ程度で絶縁破壊を生じる。また電気的絶縁体層の膜厚が３００ｎｍを超えると、容量低下を招いて発光しないか、又は著しい輝度の低下が生ずる。
【０００９】
次に、絶縁体層の膜厚Ａ（ｎｍ）と、絶縁体層の比誘電率εａと、誘電体層の膜厚Ｂ（ｎｍ）と、誘電体層の比誘電率εｂの関係を次式（１）を満たすようにする。
【００１０】
１０≦（Ａ／εａ）＋（Ｂ／εｂ）≦３０      （１）
この式は、絶縁体層の比誘電率εａが大きくなると絶縁体層の膜厚Ａを厚くでき、同様に誘電体層の比誘電率εｂが大きくなると誘電体層の膜厚Ｂを厚くできることを意味する。前記式を満たせば、低電圧でかつ高輝度の発光が得られる。前記式（１）において、１０未満では電気的絶縁が不十分という問題があり、３０を超えると、輝度が低下し、若しくは発光しなくなる蛍光となり好ましくない。
【００１１】
前記誘電体層としては、ＢａＴｉＯ3，ＳｒＴｉＯ3，ＰｂＺｒＴｉＯ3，ＰｂＴｉＯ3，ＳｒＴａ2Ｏ6，又はＢａＴａ2Ｏ6を使用できる。
【００１２】
前記誘電体層は、例えばスパッタ法で形成することができる
また、絶縁体層としては、例えばスパッタ法でできる。絶縁体層もスパッタ法で形成できる。例えばＡｌ2Ｏ3をスパッタ法で形成するには、次のような条件が好ましい。
（１）スパッタ時の基板温度：１００℃〜３５０℃、好ましくは３００℃付近に保持
（２）スパッタ時の通気ガス：Ａｒ１００ｖｏｌ％又はＡｒ８０ｖｏｌ％以上／Ｏ2２０ｖｏｌ．％以下
（３）スパッタ時のガス圧力：５０Ｐａ以下、好ましくは５Ｐａ付近
（４）スパッタリング速度：３ｎｍ／分以下
（５）スパッタリング時間：２時間
（６）Ａｌ2Ｏ3の膜厚：１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ付近
（実施形態１）
以下、図面を用いて説明する。図１はスパッタ法で誘電体層１の表面にＡｌ2Ｏ3層を形成する工程を示す断面図である。まず、ガラス基板３の表面に電極（図示せず）を形成し、その上に厚み５μｍのＢａＴｉＯ3からなる誘電体層１を形成しておく。ガラス基板１を基板挿入治具４により把持し、誘電体層１を下に向けて保持する。誘電体層１の下側に置いたＡｌ2Ｏ3ターゲットに高周波電力で１００Ｗに相当する電力を印加した。通気ガスとしてＡｒ１００ｖｏｌ．％を流してスパッタリングをした。基板温度は３００℃、ガス圧力は５Ｐａ、スパッタリング時間２時間とし、Ａｌ2Ｏ3の膜厚を２００ｎｍとした。
【００１３】
この結果、図２Ａ及びその拡大図の図２Ｂに示すように誘電体層１の表面にＡｌ2Ｏ3が堆積され、誘電体層１表面の凸凹やポーラス部はＡｌ2Ｏ3によって埋められた。
【００１４】
次に図３に示すＥＬ素子１０の誘電体層１として組み込んだ。ＥＬ素子１０は、背面ガラス１１の上の背面電極１２と、前記埋め込み処理した厚み５μｍのＢａＴｉＯ3からなる誘電体層１と、厚み０．５μｍのＢａＴｉＯ3有機酸からなる平滑層１４と、厚み０．５μｍのＢａＡｌ2Ｓ4：Ｅｕからなる蛍光体層１５と、厚み０．３μｍのＡｌ2Ｏ3からなる拡散防止層１６と、厚み０．２μｍのインジウム−スズ酸化物合金（ＩＴＯ）層からなる透明電極１７と、厚み１．０μｍの色変換層１８と、厚み３．０μｍのカラーフィルターと、厚み２．８ｍｍの表面ガラス２０をこの順番に配置した。１３はＡｌ2Ｏ3からなる絶縁層である。
【００１５】
絶縁体層Ａの膜厚は５０００ｎｍ、絶縁体層の比誘電率εａは２０００、誘電体層の膜厚Ｂは２００ｎｍ、誘電体層の比誘電率εｂは８．５であり、（Ａ／εａ）＋（Ｂ／εｂ）＝２６であった。
【００１６】
このＥＬ素子１０に対して、０．１ｋＨｚ、１０μＡ、１８０Ｖの交流電圧を印加して、１０時間連続操作したが、輝度は良好であり、短絡現象は見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１におけるスパッタリングによるＡｌ2Ｏ3の膜形成方法を示す断面図。
【図２】Ａは本発明の実施形態１におけるスパッタリングによるＡｌ2Ｏ3の膜形成方法を示す断面図、ＢはＡの誘電体層の表面部を拡大した断面図。
【図３】本発明の一実施形態におけるＥＬ素子の断面図。
【符号の説明】
【００１８】
１  誘電体層
２  Ａｌ2Ｏ3膜層
３  ガラス基板
４  基板挿入治具
１０  ＥＬ素子
１１  背面ガラス
１２  背面電極
１３  絶縁層
１４  電気的絶縁体層（平滑層）
１５  蛍光体層
１６  拡散防止層
１７  透明電極
１８  色変換層
１９  カラーフィルター
２０  表面ガラス
【図１】
2005322630.tif 000003
【図２】
2005322630.tif 000004
【図３】
2005322630.tif 000005