(57)【要約】厚膜エレクトロルミネセントディスプレイの性能と安定性が、これらのディスプレイの厚膜誘電体層と蛍光体との間に挿入された無孔層によって向上する。挿入された層が輝度の向上とエネルギー効率の向上と動作安定性の向上を促進する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚膜誘電体層及び蛍光体層を有する厚膜エレクトロルミネセントディスプレイにおいて、その改良点は、
厚膜誘電体層と蛍光体層との間に接着性の薄膜無孔層を介装し、前記薄膜無孔層は、永久又は電界誘起の双極子モーメントを有する結晶構造を備えた結晶性物質からなり、
前記薄膜無孔層は、前記蛍光体層に対して、前記厚膜誘電体層よりも化学的に安定しており、
前記無孔層は前記厚膜誘電体層よりも少ない原子種の拡散特性を示すことを特徴とする厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項２】
前記結晶構造が、反転対称性の中心を有していないことを特徴とする請求項１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項３】
前記無孔層が、前記厚膜誘電体層及び前記蛍光体層の両方に隣接していることを特徴とする請求項１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項４】
前記無孔層が、（ｉ）前記厚膜誘電体層上の薄膜誘電体層と（ｉｉ）前記蛍光体層とに隣接していることを特徴とする請求項１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項５】
前記無孔層の厚みが、０．０５−１．０ミクロンであることを特徴とする請求項１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項６】
無孔層の厚みが、０．１−０．３ミクロンであることを特徴とする請求項１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項７】
結晶性物質が、３元素又は４元素化合物であることを特徴とする請求項５記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項８】
無孔層が、常誘電体であることを特徴とする請求項７記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項９】
無孔層が、強誘電体であることを特徴とする請求項７記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１０】
無孔層が、反強誘電体であることを特徴とする請求項７記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１１】
無孔層の比誘電率が、２０より大きいことを特徴とする請求項７記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１２】
無孔層の比誘電率が、５０より大きいことを特徴とする請求項１１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１３】
無孔層の比誘電率が、１００より大きいことを特徴とする請求項１１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１４】
無孔層が、０＜ｘ＜１としたとき化学式ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3の化合物又はＢａＴａ2Ｏ6で形成されていることを特徴とする請求項１１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１５】
無孔層が、チタン酸バリウムで形成されていることを特徴とする請求項１１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１６】
薄膜誘電体層が、前記蛍光体層の上に形成されていることを特徴とする請求項１１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１７】
薄膜誘電体層が、Ａｌ2Ｏ3であることを特徴とする請求項１６記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１８】
薄膜誘電体層が、ＢａＴｉＯ3であることを特徴とする請求項１６記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１９】
酸化錫インジウムの層が、前記薄膜誘電体層の上に形成されていることを特徴とする請求項１６記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項２０】
厚膜誘電体層及び蛍光体層を有する厚膜エレクトロルミネセントディスプレイにおいて、その改良点は、
接着性の薄膜無孔層が前記蛍光体層に隣接して形成され、前記薄膜無孔層が、永久又は電界誘起の双極子モーメントを有する結晶構造を備えた結晶性物質からなることを特徴とする厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項２１】
無孔層が、０＜ｘ＜１としたとき化学式ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3の化合物又はＢａＴａ2Ｏ6で形成されていることを特徴とする請求項２０記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項２２】
無孔層が、チタン酸バリウムで形成されていることを特徴とする請求項２０記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項２３】
永久又は電界誘起の双極子モーメントを有する結晶構造を備えた接着性の薄膜無孔結晶性物質であって、厚膜エレクトロルミネセントディスプレイにおける薄膜層であることを特徴とする物質。
【請求項２４】
０＜ｘ＜１としたときのＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3及びＢａＴａ2Ｏ6からなるグループから選択された請求項２３記載の物質。
【請求項２５】
チタン酸バリウムである請求項２３又は２４記載の物質。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚膜エレクトロルミネセントディスプレイのための挿入層（insertion layers）に関し、特に、そのようなディスプレイにおける厚膜誘電体層と蛍光体との間の無孔層（non-porous layers）に関する。
【０００２】
この特許明細書で使用される用語「無孔」は、有害な原子種の蛍光体層へのマイグレーションに起因するエレクトロルミネセントディスプレイの性能低下、特に蛍光体の性能低下を実質的に防ぐために必要な程度まで、有害な原子種の層間移動を抑制するための層を意味する。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、高誘電率の厚膜誘電体層を有するエレクトロルミネセントディスプレイの輝度及び動作安定性の向上に関する。このようなディスプレイでは、２枚の誘電体層に挟まれた蛍光体膜の表裏の面に設けられた選択アドレス行と選択アドレス列との間に電圧を印加することによってディスプレイ画素のアドレスが行われる。２枚の誘電体層のうちの１枚が厚膜誘電体層である。印加された電圧によって、選択された行と列との交点に位置する画素において、蛍光体膜に電界が発生する。
【０００４】
厚膜誘電体層を有するエレクトロルミネセントディスプレイが従来の薄膜エレクトロルミネセント（ＴＦＥＬ）ディスプレイより特に有利な点は、厚膜高誘電率層が、絶縁破壊を防ぐためにかなり厚く形成され得ることである。使用される物質の高い比誘電率は、画素が光るときに誘電体層の厚み方向の電圧降下を最小化する。絶縁破壊を防ぐために、厚膜層は通常、比誘電率が数千で厚みが約１０μｍより大きい焼結された灰チタン石や圧電性の又は強誘電体の物質、例えばＰＭＮ−ＰＴで構成される。ＰＭＮ−ＰＴは、鉛とニオブ酸マグネシウムとチタン酸塩を含む物質である。更に、親和性の圧電物質、例えば鉛ジルコンチタン酸塩の薄い上層が金属有機蒸着（ＭＯＤ）又はゾル・ゲル技術を用いて追加され、引き続いて行われる薄膜蛍光体構造の形成のために厚膜の表面を滑らかにする。上層の形成に使用されるプロセスは通常、約３ミクロンより厚くない層の形成にとって実用的なものであり、したがって厚膜誘電体層の基本構成要素の形成には適していない。また、ゾル・ゲル又はＭＯＤプロセスを用いて形成された物質の比誘電率は、ＰＭＮ−ＰＴの比誘電率よりかなり低く、通常は１０００以下であるが、その物質の絶縁破壊強度はＰＭＮ−ＰＴに匹敵する強度である。その結果、絶縁破壊を防ぐ基本厚膜誘電体としてかなり厚い層を使用する必要があり、これは実用的な選択肢ではない。
【０００５】
厚膜誘電体エレクトロルミネセントディスプレイは、セラミック又は他の耐熱性基板上に構成される。ディスプレイの製造工程は、基板上に行（row）電極のセットを形成する第１形成を含む。厚膜誘電体層は、米国特許第５，４３２，０１５号に例示されている厚膜形成技術を用いて基板上に形成される。次に、１又は複数の薄い蛍光体膜を挟む１又は複数の薄膜誘電体層からなる薄膜構造が形成され、続いて、公開されたウー（Ｗｕ  ｅｔ  ａｌ）の国際特許出願ＷＯ００／７０９１７に例示されているような真空技術を用いて、光学的に透明の列電極のセットが形成される。結果としての全体構造は、厚膜及び薄膜構造を水分又は他の大気汚染物質に起因する劣化から保護する密封層で覆われる。得られた厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ構造は、薄膜エレクトロルミネセント（ＴＦＥＬ）ディスプレイに比べて、絶縁破壊に対する優れた耐性と低減された動作電圧を提供する。これは、使用される厚膜誘電体物質の高い比誘電率によるものであり、厚い層の使用を容易にしながら、満足し得る低いディスプレイ動作電圧を許容する。
【０００６】
厚膜誘電体構造は、セラミック基板上に形成される際に、通常はガラス基板上に形成されるＴＦＥＬデバイスよりも高い処理温度に耐える。この向上した耐温度性は、続いて形成される蛍光体膜のアニールを容易にし、輝度が向上する。しかしながら、これらの向上にもかかわらず、厚膜エレクトロルミネセントディスプレイは、陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイと十分に競争するために、特に高い輝度及び色温度へ向かう最近のＣＲＴの仕様の傾向と競争するために必要な蛍光体の輝度及び色の調和をまだ達成していない。輝度の向上は動作電圧を上げることによって実現できるが、そうするとディスプレイの消費電力が増え、信頼性が低下し、ディスプレイの駆動回路コストが上昇することになる。
【０００７】
輝度の向上は、ＴＦＥＬディスプレイに使用される伝統的な非パターン化白色発光蛍光体システムに代えて、パターン化蛍光体構造を使用することによっても達成し得る。これは、蛍光体の発光スペクトルをそれぞれの色の必要なＣＩＥ座標を達成するために必要な発光スペクトルに少なくとも部分的に適合させることにより、赤、緑及び青の満足し得るＣＩＥ色座標を達成するために使用されるフィルターにおける光学損失を低減する。しかしながら、そのようなパターン化には、高分解能ディスプレイを組み立てるためのフォトリソグラフィのプロセスが必要となる。エレクトロルミネセント蛍光体のためにフォトリソグラフィを使用することは、先に挙げた公開された国際特許出願ＷＯ００／７０９１７に例示されているように、要求されるパターンを提供するために、フォトレジスト膜を形成し、蛍光体膜の部分のエッチング又はリフトオフを行う必要がある。フォトレジスト膜の形成及び除去と蛍光体膜のエッチング又はリフトオフには通常、水又は他の反応溶剤及び溶質を含む溶剤ベースの溶液を使用する必要がある。これらの溶液又は残余物は、土台となるディスプレイ構造と反応し、完成品のディスプレイ装置の性能を劣化する可能性がある。この劣化は、溶液の残留物が残り、後の蛍光体アニール工程において構造内で拡散すれば、増加する。
【０００８】
厚膜エレクトロルミネセントディスプレイの性能は、ディスプレイ内に使用される蛍光体膜を挟むために使用される薄膜誘電体層を思慮深く選択することによって高めることができる。高められた性能は、厚膜構造から薄膜構造への有害な種の移動を抑制することと、蛍光体性能の劣化の原因となることに関係している。また、蛍光体膜に注入された電子の有効な表面密度が、光の発生にとって適切な条件下で増加する。それにもかかわらず、このような薄膜誘電体層は限界を有する。原子種の拡散の抑制に一層効果的なように薄膜誘電体層がより厚く形成されると、光の発生のための蛍光体への電子注入に必要とされる蛍光体膜における電圧に対して、層間の電圧降下が相対的に増加する。電圧降下の増加によって一層高いディスプレイ動作電圧が必要となり、その不利な点は上述した通りである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
絶縁破壊を防ぐ基本厚膜誘電体としてかなり厚い層を使用する必要があり、これは実用的な選択肢ではない。また、厚膜エレクトロルミネセントディスプレイは、陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイと十分に競争するために、特に高い輝度及び色温度へ向かう最近のＣＲＴの仕様の傾向と競争するために必要な蛍光体の輝度及び色の調和をまだ達成していない。さらに、原子種の拡散の抑制に一層効果的なように薄膜誘電体層がより厚く形成されると、光の発生のための蛍光体への電子注入に必要とされる蛍光体膜における電圧に対して、層間の電圧降下が相対的に増加する。電圧降下の増加によって一層高いディスプレイ動作電圧が必要となる。
【００１０】
そこで、本発明は、輝度及び動作寿命を高めることができる、厚膜エレクトロルミネセントディスプレイエレメントのための新規な構造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】
【００１１】
厚膜エレクトロルミネセントディスプレイのための無孔挿入層が開発された。
【００１２】
したがって、本発明の１つの特徴によれば、厚膜誘電体層及び蛍光体層を有する厚膜エレクトロルミネセントディスプレイにおいて、その改良点は、
厚膜誘電体層と蛍光体層との間に接着性の薄膜無孔層を介装し、前記薄膜無孔層は、永久又は電界誘起の双極子モーメントを有する結晶構造を備えた結晶状物質からなり、
前記薄膜無孔層は、前記蛍光体層に対して、前記厚膜誘電体層よりも化学的に安定しており、
前記無孔層は、前記厚膜誘電体層よりも少ない原子種の拡散特性を示す点にある。
【００１３】
本発明の別の特徴によれば、永久又は電界誘起の双極子モーメントを備えた結晶構造を有する接着性の薄膜無孔結晶性物質が提供され、前記物質は、薄膜エレクトロルミネセントディスプレイにおける薄膜層として提供される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態において、前記結晶構造は、反転対称性の中心を有していない。
【００１５】
更なる実施形態において、前記無孔層が厚膜誘電体層及び蛍光体層の両方に近接しているか、もしくは、前記無孔層が（ｉ）厚膜誘電体層上の薄膜誘電体層と（ｉｉ）蛍光体層とに近接している。
【００１６】
他の実施形態において、前記無孔層が常誘電体（paraelectric）、強誘電体、又は反強誘電体である。
【００１７】
更に別の実施形態において、前記無孔層の比誘電率が２０より大きく、特に５０より大きく、更には１００より大きい。
【００１８】
好ましい実施形態において、前記無孔層は化学式ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3の化合物で形成され、但し０＜ｘ＜１である。あるいは、ＢａＴａ2Ｏ6、特にチタン酸バリウムで形成されている。
【００１９】
更に別の実施形態において、前記無孔層の厚みが０．０５−１．０ミクロンであり、特に０．１−０．３ミクロンである。
【００２０】
本発明の更に別の実施形態において、薄膜誘電体層は蛍光体層の上に形成され、特にＡｌ2Ｏ3又はＢａＴｉＯ3の薄膜誘電体層の上に形成されている。
【００２１】
好ましい実施形態において、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）の層が薄膜誘電体層の上に形成されている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、厚膜エレクトロルミネセントディスプレイエレメントのための新規な構造に関し、チタン酸バリウム層がエレメントの厚膜及び薄膜構造の間に介装されることにより輝度及び動作寿命が高められている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、厚膜エレクトロルミネセントディスプレイにおける厚膜誘電体層と蛍光体層との間の薄膜無孔層の挿入に関する。厚膜エレクトロルミネセントディスプレイが多層の蛍光体層を有する場合に、厚膜誘電体層とその隣の蛍光体層との間に薄膜無孔層が介装される。
【００２４】
薄膜無孔層は、結晶性物質における永久又は電界誘起の双極子モーメントの形成を容易にする結晶構造を備えた結晶性物質からなる。特に、結晶性物質は反転対称性の中心を欠き、それは永久又は電界誘起の双極子モーメントの形成を容易にする。輝度と動作安定性の向上を目的として、薄膜無孔層がエレクトロルミネセントディスプレイの厚膜誘電体層と蛍光体層又はその隣の蛍光体層との間に挿入又は介装される。ここに述べるように、エレクトロルミネセントデバイスは、厚膜誘電体層と蛍光体層との間に、特に厚膜誘電体層の上に、１又は複数の薄膜誘電体層を有する。そのような層は、厚膜誘電体層の上の円滑化層として働く。無孔層は、任意のそのような層に近接している。
【００２５】
結晶性物質は、常誘電体（paraelectric）、強誘電体、又は反強誘電体であり、例えばシー・キッテル著「固体物理入門」第３版、１９６８（ニューヨーク州ジェイ・ウィレイ・アンド・サンズ）（C.Kittel,Introduction to Solid State Physics, third edition 1968(J.Willy&Sons,New York）の４１９ページで参照されているように、これらの用語の通常の科学的な定義によって理解される。
【００２６】
無孔層は、ある種の有害な原子種が移動する（ｍｉｇｒａｔｅ）物質を含んでおらず、特に、チタン酸−ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やＰＭＮ−ＰＴのような物質を含んでいないことが理解される。これらの物質は鉛を含み、これは、高温において、つまり、蛍光体の形成又はアニール中に容易に拡散する。更に、ＰＺＴ及びＰＭＴ−ＰＴは蛍光体と反応する傾向がある。従来技術においてＡｌ2Ｏ3の層を使用する主たる理由は、鉛の化学反応及び拡散を低減するためである。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態において、無孔層の結晶性物質の比誘電率は約２０より大きく、特に約５０より大きく、更には約１００より大きい。
【００２８】
本発明の実施形態において、無孔層の結晶性物質３又は４の化学元素を含む３元素又は４元素化合物である。特に、無孔層は、０＜ｘ＜１としたときの化学式ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3、又は、化学式ＢａＴａ2Ｏ6の化合物から形成される。好ましい物質はチタン酸バリウムである。
【００２９】
無孔結晶層は０．０５から１．０ミクロンの厚みを有し、好ましくは０．１から０．３ミクロンの厚みを有する。このような厚みは、主要な厚膜誘電体層、又は、上述したエレクトロルミネセントデバイスに一般に形成される表面円滑化層のいずれの厚みよりも薄い。結晶層の厚みは、層の形成に使用されるゾル・ゲル又は真空沈着プロセスによって部分的に制限され、主要な厚膜誘電体物質と比べて比較的低い誘電率の無孔層物質によって部分的に制限される。結晶層は、ここに述べた薄膜誘電体層の目的にかない、それらのうちの１又は複数を置き換える。通常の薄膜誘電体物質に比べて高誘電率の結晶層の結果として、層の厚み方向における過大な電圧降下を被ることなく、層を比較的厚く形成することができる。これにより、層の厚み方向における原子種の拡散に対する抵抗を向上することができる。
【００３０】
理解されるように、層が例えばアルミナ又は酸化窒化シリコンで形成されている場合の電荷に比べて、本発明における無孔層の表面での電荷が増加する。層が例えばアルミナ又は酸化窒化シリコンで形成されている場合は、比誘電率が１０より小さく、エレクトロルミネセントディスプレイの薄膜誘電体層に以前から使用されている。理解されるように、適切な環境下で電荷の増加は蛍光体に注入される電子の表面密度の増加を生じ、輝度の増加を容易にする。
【００３１】
原子種の拡散に対する抵抗の向上は、一層高い蛍光体アニール温度の使用とアニール雰囲気の一層広い範囲と一層長いアニール時間とを容易にする。また、厚膜構造から蛍光体及び隣接する薄膜構造への原子種の拡散を抑制することにより、動作中のエレクトロルミネセントディスプレイの性能の劣化が低減される。適切なバリアが無い場合は、ディスプレイ構造内に電界が存在するときに、そのような拡散は周囲温度においてさえ顕著になる。
【００３２】
理解されるように、本発明の無孔結晶層は、無孔層の堆積に続くエレクトロルミネセントディスプレイの製作の種々の工程のうちの任意の工程で無孔層と接触し得る種々の化学種と好ましくない反応をしてはならない。それらの種は、蛍光体膜を覆う薄膜誘電体層、蛍光体膜自体、そして、ディスプレイの製作に関係するフォトリソグラフィのプロセスで使用されるフォトレジスト物質及びエッチング剤に含まれる種を含む。したがって、隣接層の組成物、チタン酸バリウム層の形成に続くプロセス段階で使用される化学物質、及び使用されるプロセス段階は、選択された無孔結晶層と相性のよいものとなるように選択しなければならない。特に、無孔層は、蛍光体物質に関して厚膜誘電体層よりも安定していなければならない。蛍光体堆積及び蛍光体アニール段階において、蛍光体と無孔層との反応を回避し、又は最小限にする必要がある。そのような反応が無いことが特に好ましい。ＰＺＴ及びＰＭＮ−ＰＴは、堆積及びアニールにおける蛍光体との化学反応のゆえに、そのような要求に適合しない。
【００３３】
理解されるように、更なる要求として、無孔層は、それが接触する層、つまり、ディスプレイ構造における無孔層の直ぐ下及び直ぐ上の層に対する接着性を有しなければならない。通常、そのような層の一つはジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）のような高誘電体物質であり、他のそのような層は蛍光体膜又は蛍光体への最適の電子注入を提供するように選ばれた薄膜誘電体層である。理解されるように、層間の接着性は隣接層の物質間の相互表面張力による。これは、界面に平行な方向の化学接着力に対する界面に直角な方向の化学接着力に関係している。したがって、無孔結晶層と接触する層の組成物は、これらの層と無孔結晶層との十分な接着を容易にするように選ばれ、ディスプレイの製作中又は動作中に層の剥離が生じないようにしている。
【００３４】
その高誘電率に起因する層の厚みの増加に加えて、原子種の拡散を妨げるために本発明の無孔結晶層の能力にはいくつかの要素がある。理解されるように、原子種の移動はいくつかのメカニズムを介して生じる。重要度を下げる順番として信じられているところによれば次のとおりである。（ａ）移動は、蒸気移動又は表面拡散によって無孔層のピンホールを介して発生する。これらは比較的急なプロセスであり、層におけるピンホールの数及び大きさを最小化することが重要な考慮すべきことである。（ｂ）原子拡散は、粒子の境界に沿って、また、比較的急な速度で発生し、粒子境界の面積密度の最小化が望ましい。（ｃ）移動は、個々の粒子の結晶格子を通るバルク拡散によって生じ、これは結晶格子中の空格子点間を跳ぶ原子種によって、あるいは、１つの間隙箇所から別の箇所へ跳ぶ原子種によって引き起こされる。通常、空格子点は跳ぶ原子を一層容易に収容できるので、空格子点間を跳ぶプロセスは早く生じる。間隙箇所間の拡散は、高い原子密度を有する結晶格子にとって低くなる傾向がある。なぜなら、これらの格子の間隙は小さいからである。したがって、良好な拡散バリアの開発における要因は、結晶構造と共に、粒子構造と堆積膜の形態を含んでいる。これらの要因は、可能な代替の拡散バリア物質の選択に使用される。
【００３５】
ここでは挿入層が「無孔」と記述されているが、原子種の移動を完全に抑制する層は本発明の趣旨を達成できないと認識すべきである。無孔層は、改良されたエレクトロルミネセント特性の結果として原子種の移動を低減し、又は抑制すると理解すべきである。
【００３６】
理解されるように、上側の薄膜誘電体層は典型的には、蛍光体層の上に形成され、例えば酸化錫インジウム（ＩＴＯ）の層が続く。薄膜誘電体層は典型的には、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）である。しかしながら、本発明の実施形態において、上側の薄膜誘電体層は、ここに記述したような無孔層、特にチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）でもよい。
【００３７】
図１は、従来技術のエレクトロルミネセントエレメントの断面図を示している。図２は、図１のエレクトロルミネセントデバイスの平面図を示している。エレクトロルミネセントデバイスは全体として１０で示され、行電極１４が配置された基板１２を有する。厚膜誘電体１６は、その上に薄膜誘電体１８を有する。薄膜誘電体１８は、その上に配置された３つの画素列２０、２２及び２４と共に示されている。画素列は、３つの基本色、すなわち、赤、緑及び青を生ずる蛍光体を含んでいる。画素列２０は、薄膜誘電体１８と接触するように配置された赤色蛍光体２６を有する。別の薄膜誘電体２８が赤色蛍光体２６の上に配置され、列電極３０が薄膜誘電体２８の上に配置されている。同様に、画素列２２は薄膜誘電体１８上に緑色蛍光体３２を有し、その上に薄膜誘電体３４及び列電極３６が設けられている。画素列２４は薄膜誘電体１８上に青色蛍光体３８を有し、その上に薄膜誘電体４０及び列電極４２が設けられている。
【００３８】
本発明のエレクトロルミネセントデバイスの特定の実施形態が図３に示されている。エレクトロルミネセントデバイスは全体として６０で示され、金属導電体層６４、すなわち金導電体層を備えた基板６２、すなわち、アルミナを有する。厚膜誘電体層６６、つまりＰＭＴ−ＰＴが、金属導電体層６４の上に設けられている。薄膜誘電体層、例えばジルコン酸チタン酸鉛が厚膜誘電体層６６に形成される。この薄膜誘電体層は図３には示されていないが、実施例Ｉに例示されている。
【００３９】
本発明の無孔層６８が厚膜誘電体層６６の上に配置されている。無孔層６８は、実施例Ｉに記述されているように、好ましくはチタン酸バリウムである。蛍光体７０が無孔層６８の上に配置されている。実施例Ｉの実施形態において、蛍光体７０は化学式ＭｇxＺｎ1-xＳ：Ｍｎで表され、ｘ＝０．１であり、０．４原子パーセントのマンガンが添加されている。上側の薄膜誘電体層７２であるＡｌ2Ｏ3と、酸化錫インジウムの層７４が蛍光体７０の上に配置されている。
【００４０】
本発明は、厚膜エレクトロルミネセントディスプレイエレメントのための新規な構造に関し、チタン酸バリウム層がエレメントの厚膜及び薄膜構造の間に介装されることにより輝度及び動作寿命が高められている。
【００４１】
本発明は、以下の実施例によって説明される。これらの実施例は、ゾル・ゲルプロセスを用いて製作されるチタン酸バリウム層を有するエレクトロルミネセントエレメントの製作及びテスト結果を説明するものである。理解されるように、そのような層は、等価の大きくピンホールの無い層の形成を可能にする任意の手段によって形成され得る。
実施例Ｉ
図３に全体が示されたタイプのエレクトロルミネセントエレメントが製作された。
【００４２】
エレクトロルミネセントエレメントが５ｃｍ×５ｃｍのアルミナ基板の上に形成された。コンタクトに接続された下側電極を形成すべくパターン形成された金導電体を有する厚膜層構造が基板上に形成され、続いて米国マサチューセッツ州ノースアダムスのＭＲＡ社のペースト９８−４２、又は米国ペンシルバニア州Ｗ．コンショッケンのヘレウス（Ｈｅｒａｅｕｓ）社のＣＬ−９０−７２３９をベースにしたＰＭＮ−ＰＴを用いてスクリーン印刷され焼かれた厚膜誘電体層有する複合誘電体層が形成された。そして、金属有機堆積プロセスを用いたスピンコート及び焼結によってジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の２つの層が基板上に形成された。この方法は、前述の国際特許出願ＷＯ００／７０９１７に開示されている。
【００４３】
チタン酸バリウム層が、下記の手順を用いて厚膜構造の上のＰＺＴ層の表面に形成された。メトキシプロパノール中のチタン酸バリウムゾル懸濁液（０．５Ｍ）が用意された製品として得られた。これは、米国ペンシルバニア州タリータウンのゲレスト（Ｇｅｌｅｓｔ）社のＤＢＡＴ１５０である。この懸濁液は、空気中の貯蔵寿命が非常に短い傾向があるので、空気中の使用時間を延ばすためにゲレスト懸濁液１に対してメタノール２の割合で希釈した。希釈懸濁液を厚膜構造にスピンコートし、その結果得られた構造をベルト炉内においてピーク温度７００℃で１０分間焼いて、約０．１ミクロン厚のチタン酸バリウム層を形成した。
【００４４】
このチタン酸バリウム形成プロセスは、チタン酸バリウム層の厚みを０．２ミクロンまで増加するために２回繰り返された。
【００４５】
化学式ＭｇxＺｎ1-xＳ：Ｍｎ（但しｘ＝０．１）で表され、０．４原子パーセントのマンガンが添加された厚み０．６ミクロンのマンガン活性化マグネシウム硫化亜鉛蛍光体膜が、電子ビーム蒸発を用いてチタン酸バリウム層の上に形成された。厚み５０ナノメートルのＡｌ2Ｏ3からなる薄い上側誘電体膜が蛍光体膜の上に形成され、最後に酸化錫インジウム層が表面に形成されて、コンタクトパッドに接続された表面電極を形成すべくパターン形成が行われた。
【００４６】
全体の堆積物がガラス板で覆われ、エポキシ周部シール剤を用いて基板に取り付けられることによって大気中の水分から絶縁され、接触パッドが電気接続のために露出された。
【００４７】
本発明のデバイスである完成したデバイスの電子輝度が、印加された１２０Ｈｚの二極矩形波励起電圧波形のピーク電圧の関数として測定された。
【００４８】
チタン酸バリウム層が厚み５０ナノメートルのＡｌ2Ｏ3層で置き換えられたこと以外は同一の比較デバイスが作られ、電子輝度が測定された。
【００４９】
その結果が図４に示されている。
【００５０】
データから分かるように、チタン酸バリウム層を有する本発明のデバイスは輝度の立ち上がりに関して急激なしきい値電圧を有し、２００ボルトで約７００カンデラ／ｍ２の輝度を示している。他方、チタン酸バリウム層を有していない比較デバイスは、もっと緩やかなしきい値を有し、２００ボルトで約１００カンデラ／ｍ２の輝度に過ぎない。また、チタン酸バリウムを有するデバイスは、輝度がしきい値電圧に対して直線的な関係を示し、したがって、輝度が非直線的に変化するチタン酸バリウム無しのデバイスに比べて、階調制御の向上に役立つ。
実施例ＩＩ
米国フェロ（Ｆｅｒｒｏ）コーポレーションナイアガラフォールズのＰＭＮ−ＰＴを有するペーストがＭＲＡペーストの代わりに厚膜構造に使用され、セリウム濃度が０．３原子パーセントのセリウム活性化硫化ストロンチウムからなる厚み１．０ミクロンの蛍光体膜がマグネシウム硫化亜鉛蛍光体膜の代わりに使用された以外は実施例Ｉと同様のエレクトロルミネセントエレメントが作られた。チタン酸バリウムの代わりに厚み５０ナノメートルのＡｌ2Ｏ3を有する比較デバイスも作製された。
【００５１】
その結果が図５に示されている。
【００５２】
チタン酸バリウム層を有する本発明のデバイスのテスト結果によれば、チタン酸バリウム層の代わりに厚み５０ナノメートルのＡｌ2Ｏ3層を有する比較デバイスに対して、２６０ボルト１２０Ｈｚにおいて輝度の改善がみられる。更に、しきい値電圧より上の輝度が本発明のデバイスの電圧に対しては直線的に変化し、他方のチタン酸バリウム層を有しないデバイスの電圧の上昇に対しては輝度が一定の値に近づいていた。こうして本発明によれば、階調制御の実用性が高くなる。
実施例ＩＩＩ
蛍光体膜が、２０００年９月１４日に出願された米国の仮特許出願Ｎｏ．６０／２３２５４９に開示されている方法にしたがって形成されたユーロピウム活性化バリウムチオアルミネートの厚み１５０ナノメートルの膜である以外は実施例ＩＩと同様のエレクトロルミネセントエレメントが作製された。このバリウムチオアルミネート蛍光体は青色発光の蛍光体である。チタン酸バリウム層の代わりに厚み２００ナノメートルのＡｌ2Ｏ3を有する比較デバイスも作製された。
【００５３】
その結果が図６に示されている。
【００５４】
チタン酸バリウム層を備えた本発明のデバイスの測定された輝度は、２５０ボルト１２０Ｈｚで約８０カンデラ／ｍ２であった。チタン酸バリウム層の代わりに厚み２００ナノメートルのＡｌ2Ｏ3層を用いた比較デバイスの同じテスト条件での輝度は約１０カンデラ／ｍ２であった。
実施例ＩＶ
マンガン活性化マグネシウム硫化亜鉛の代わりにマンガン活性化硫化亜鉛からなる蛍光体以外は実施例Ｉと同様のエレクトロルミネセントエレメントが作製された。本発明のデバイスのチタン酸バリウム層の代わりに厚み５０ナノメートルのＡｌ2Ｏ3層を用いて比較デバイスが作られた。
【００５５】
２００ボルト２．４ｋＨｚ双極矩形波パルスを用いて両方のデバイスが動作され、輝度が動作時間の関数として測定された。
【００５６】
その結果が図７に示されている。
【００５７】
２つのデバイスの相対輝度が、見かけの動作周波数１２０Ｈｚにおいて対数目盛で、動作時間に対してプロットされ、輝度の劣化速度が印加電圧信号の周波数に比例すると仮定された。図７から分かるように、チタン酸バリウム層を有するデバイス、すなわち本発明のデバイスでは、輝度の低下がかなり遅くなる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、厚膜エレクトロルミネセントディスプレイエレメントのための新規な構造に関し、チタン酸バリウム層がエレメントの厚膜及び薄膜構造の間に介装されることにより輝度及び動作寿命を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来技術のエレクトロルミネセントエレメントの断面図を示す模式図である。
【図２】図１のエレクトロルミネセントエレメントの平面図を示す模式図である。
【図３】本発明の挿入層を示すエレクトロルミネセントエレメントの断面図を示す模式図である。
【図４】本発明の挿入層がある場合と無い場合のマンガン活性化マグネシウム硫化亜鉛蛍光体膜を有する２つの厚膜エレクトロルミネセントエレメントの印加電圧と輝度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の挿入層がある場合と無い場合のセリウム活性化硫化ストロンチウム蛍光体膜を有する２つの厚膜エレクトロルミネセントエレメントの印加電圧と輝度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の挿入層がある場合と無い場合のユーロピウム活性化バリウムチオアルミネート蛍光体膜を有する２つの厚膜エレクトロルミネセントエレメントの印加電圧と輝度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の挿入層がある場合と無い場合のマンガン活性化硫化亜鉛蛍光体膜を有する２つの厚膜エレクトロルミネセントエレメントの動作時間と輝度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
６２  基板
６４  金属導電体
６６  厚膜誘電体層（複合誘電体層）
６８  ＢａＴｉＯ3
７０  蛍光体
７２  上側の薄膜誘電体層
７４  酸化錫インジウム
【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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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年9月16日(2003.9.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚膜誘電体層及び蛍光体層を有する厚膜エレクトロルミネセントディスプレイにおいて、その改良点は、
厚膜誘電体層と蛍光体層との間に厚み約０．０５〜０．３μｍの接着性の無孔層を介装し、前記無孔層は、永久又は電界誘起の双極子モーメントを有する結晶構造を備えた結晶性物質からなり、
前記無孔層は、前記蛍光体層に対して、前記厚膜誘電体層よりも化学的に安定しており、
前記無孔層は前記厚膜誘電体層よりも少ない原子種の拡散特性を示すことを特徴とする厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項２】
前記結晶構造が、反転対称性の中心を有していないことを特徴とする請求項１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項３】
前記無孔層が、前記厚膜誘電体層及び前記蛍光体層の両方に隣接していることを特徴とする請求項１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項４】
前記ディスプレイが、前記厚膜誘電体層の上に誘電体円滑化層を更に備えていることを特徴とする請求項１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項５】
前記結晶性物質が、３元素又は４元素化合物であることを特徴とする請求項１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項６】
前記無孔層が、常誘電体であることを特徴とする請求項５記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項７】
前記無孔層が、強誘電体であることを特徴とする請求項５記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項８】
前記無孔層が、反強誘電体であることを特徴とする請求項５記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項９】
前記無孔層の比誘電率が、２０より大きいことを特徴とする請求項５記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１０】
前記無孔層の比誘電率が、５０より大きいことを特徴とする請求項９記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１１】
前記無孔層の比誘電率が、１００より大きいことを特徴とする請求項９記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１２】
前記無孔層が、０≦ｘ≦１としたとき化学式ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3の化合物又はＢａＴａ2Ｏ6からなるグループから選択された化合物で形成されていることを特徴とする請求項１１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１３】
前記無孔層が、チタン酸バリウムで形成されていることを特徴とする請求項９記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１４】
薄膜誘電体層が、前記蛍光体層の上に形成されていることを特徴とする請求項９記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１５】
前記薄膜誘電体層が、Ａｌ2Ｏ3であることを特徴とする請求項１４記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１６】
前記薄膜誘電体層が、ＢａＴｉＯ3であることを特徴とする請求項１４記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１７】
酸化錫インジウムの層が、前記薄膜誘電体層の上に形成されていることを特徴とする請求項１４記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１８】
厚膜誘電体層及び蛍光体層の上に厚膜誘電体層円滑化誘電体層を有する厚膜エレクトロルミネセントディスプレイにおいて、その改良点は、
接着性の無孔層が前記蛍光体層に隣接して形成され、前記無孔層が、永久又は電界誘起の双極子モーメントを有する結晶構造を備えた結晶性物質からなることを特徴とする厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１９】
前記無孔層が、０≦ｘ≦１としたとき化学式ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3の化合物又はＢａＴａ2Ｏ6からなるグループから選択された化合物で形成されていることを特徴とする請求項１８記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項２０】
前記無孔層が、チタン酸バリウムで形成されていることを特徴とする請求項１８記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項２１】
厚膜誘電体層及び蛍光体層を有する厚膜エレクトロルミネセントディスプレイにおいて、その改良点は、
厚膜誘電体層と蛍光体層との間に接着性の無孔層を介装し、前記無孔層が、０≦ｘ≦１としたときのＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3及びＢａＴａ2Ｏ6からなるグループから選択された化合物で形成されていることを特徴とする厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項２２】
前記無孔層が、前記厚膜誘電体層に直接隣接していないことを特徴とする請求項１又は２１記載の厚膜エレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項２３】
永久又は電界誘起の双極子モーメントを有する結晶構造を備えた接着性の薄膜無孔結晶性物質であって、厚膜エレクトロルミネセントディスプレイにおける薄膜層であることを特徴とする物質。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
更なる実施形態において、前記無孔層が厚膜誘電体層及び蛍光体層の両方に近接しているか、もしくは、前記無孔層が（ｉ）厚膜誘電体層上の円滑化誘電体層と（ｉｉ）蛍光体層とに近接している。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
好ましい実施形態において、前記無孔層は化学式ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3の化合物で形成され、但し０≦ｘ≦１である。あるいは、ＢａＴａ2Ｏ6、特にチタン酸バリウムで形成されている。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
薄膜無孔層は、結晶性物質における永久又は電界誘起の双極子モーメントの形成を容易にする結晶構造を備えた結晶性物質からなる。特に、結晶性物質は反転対称性の中心を欠き、それは永久又は電界誘起の双極子モーメントの形成を容易にする。輝度と動作安定性の向上を目的として、薄膜無孔層がエレクトロルミネセントディスプレイの厚膜誘電体層と蛍光体層又はその隣の蛍光体層との間に挿入又は介装される。ここに述べるように、エレクトロルミネセントデバイスは、厚膜誘電体層と蛍光体層との間に、特に厚膜誘電体層の上に、１又は複数の誘電体層を有する。そのような層は、厚膜誘電体層の上の円滑化層として働く。無孔層は、任意のそのような層に近接している。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
本発明の実施形態において、無孔層の結晶性物質３又は４の化学元素を含む３元素又は４元素化合物である。特に、無孔層は、０≦ｘ≦１としたときの化学式ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3、又は、化学式ＢａＴａ2Ｏ6の化合物から形成される。好ましい物質はチタン酸バリウムである。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
本発明のエレクトロルミネセントデバイスの特定の実施形態が図３に示されている。エレクトロルミネセントデバイスは全体として６０で示され、金属導電体層６４、すなわち金導電体層を備えた基板６２、すなわち、アルミナを有する。厚膜誘電体層６６、つまりＰＭＴ−ＰＴが、金属導電体層６４の上に設けられている。円滑化誘電体層、例えばジルコン酸チタン酸鉛が厚膜誘電体層６６に形成される。この薄膜誘電体層は図３には示されていないが、実施例Ｉに例示されている。




【国際調査報告】
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2004520691.tif 000036
2004520691.tif 000037