(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
いずれか１方が透光性を有する１対の電極間に、発光層としてのＣｅを付活したＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 薄膜とこれと接するようＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5薄膜の少なくとも基板側に接合されたＳｒＳ薄膜とが配設されるとともに、これら配設された複合薄膜と前記１対の電極のそれぞれとの間にさらに絶縁層がそれぞれ配設され、前記Ｃｅを付活したＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 発光層が〔１００〕軸方向に配向されたＳｒＳ薄膜上に〔００１〕軸方向に配向されて接合されることを特徴とする薄膜ＥＬ素子。
【請求項２】
前記発光層が４８０ｎｍ以下に第１ピーク発光波長を有し、前記発光層の発光色がＣＩＥ色度座標上０．１≦ｘ≦０．２、０．０５≦ｙ≦０．２の青色領域に位置することを特徴とする請求項１記載の薄膜ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は薄型、平面、長寿命、高コントラストなどを特徴とする薄膜ＥＬディスプレイに使用される青色用薄膜ＥＬ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ネッセンスを応用したＥＬ素子は、平面型ディスプレイに用いられている。このディスプレイのフルカラー化のためには、赤、緑、青の三原色を呈する発光層が必要である。青色発光層については、セリウム（Ｃｅ）を付活したＳｒＳ（ＳｒＳ：Ｃｅ）等が用いられてきた。しかし、この発光層の発光ピーク波長は４８０ｎｍ程度よりも短波長にならないため純粋な青色とならず色再現範囲を狭くしている。そこで最近では特開平５−６５４７８号公報「青色光発光リン光体を有する交流薄膜エレクトロルミネッセンス装置」、特開平８−１６２２７３号公報「薄膜ＥＬ素子」あるいは特開平８−８３６８５号公報「白色ＥＬ素子」に開示されているように青色発光材料としてチオガレートが検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
薄膜ＥＬディスプレイでフルカラー表示を実現するには、高輝度で純粋な色調をもつ青色発光素子が必要であるが、特開平５−６５４７８号公報では薄膜作成時に高温の熱処理が必要であったり、特開平８−１６２２７３号公報では青色の色純度が劣る欠点や複雑な構造を必要としたり、また、特開平８−８３６８５号公報における白色発光に用いるチオガレートの発光成分である青色成分は弱く、カラーフィルタと組み合わせた時の青色発光が不足するため十分広い色再現範囲にならないなどの欠点があった。
【０００４】
そこで本発明の目的は、高輝度で純粋な青色発光を有し、薄膜ＥＬディスプレイでフルカラー表示に適する青色発光用薄膜ＥＬ素子を提供せんとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明薄膜ＥＬ素子は、いずれか１方が透光性を有する１対の電極間に、発光層としてのＣｅを付活したＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 薄膜とこれと接するようＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 薄膜の少なくとも基板側に接合されたＳｒＳ薄膜とが配設されるとともに、これら配設された複合薄膜と前記１対の電極のそれぞれとの間にさらに絶縁層がそれぞれ配設され、前記Ｃｅを付活したＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 発光層が〔１００〕軸方向に配向されたＳｒＳ薄膜上に〔００１〕軸方向に配向されて接合されることを特徴とするものである。
【０００７】
またさらに、本発明薄膜ＥＬ素子は、前記発光層が４８０ｎｍ以下に第１ピーク発光波長を有し、前記発光層の発光色がＣＩＥ色度座標上０．１≦ｘ≦０．２、０．０５≦ｙ≦０．２の青色領域に位置することを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明によれば第１に、Ｃｅを付活したＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 発光層がその少なくとも基板側に配設されたＳｒＳ薄膜と接合されるので、Ｓｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 薄膜多結晶粒子の配向性が良好となり、発光のためのキャリア注入効率が上昇して発光輝度が向上し、前記特開平８−１６２２７３号記載の素子のように発光層を複数積層する必要がなく複雑な構造を排除することができる。
【０００９】
第２に、〔１００〕軸方向に配向されたＳｒＳ薄膜上に接合されたＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層は〔００１〕軸方向にかなり良好に配向されるので、結晶性が改善され発光層中の多結晶粒子の配向性の単一化がはかられて、多結晶内の電子散乱を低減でき発光輝度がさらに向上する。
またさらに第３に、セリウムイオンは前記Ｓｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 発光層の単一配向と結晶性改善によって均一分散した青色発光する発光中心を形成しやすくなり、セリウムイオン濃度を工夫するなどして、発光層の第１ピーク発光波長を４８０ｎｍ以下、ＣＩＥ色度座標上０．１≦ｘ≦０．２，０．０５≦ｙ≦０．２の青色領域に選定することにより、色純度のよい青色発光が得られディスプレイの色再現範囲を広くとることができるようになる。
【００１０】
以下添附図面を参照し実施例により本発明の実施の形態をより詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例における薄膜ＥＬ素子の断面図である。
ガラス基板１上にＩＴＯ（インジウム、錫の酸化物）透明電極２を電子線蒸着法により約２００ｎｍ程度の厚さになるよう形成する。複合薄膜７上下の絶縁層３，８は高周波マグネトロンスパッタ法により形成した約１００ｎｍのＳｉＯ2 膜と約５００ｎｍのＴａ2 Ｏ5 膜を積層した複合絶縁層とする。
【００１１】
複合薄膜７の形成要素ＳｒＳ薄膜４，６（この実施例ではＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層５を挟む形に形成されているが、ＳｒＳ薄膜は勿論基板側のみでもよい）は電子線蒸着法やスパッタ法あるいはＣＶＤ法などでも形成できるが、この実施例では共蒸着法によって形成した。詳細には、Ｓｒ金属とＨ2 Ｓガスを５００℃から６００℃に保った基板上で化学反応させて約１００ｎｍ〜２００ｎｍの厚みに形成した。またＳｒ金属とＧａ2 Ｓ3 化合物を基板温度６００℃以上で共蒸着することによっても形成した。この場合化学反応式は
２Ｓｒ＋Ｇａ2 Ｓ3 →２ＳｒＳ＋Ｇａ2 Ｓ（蒸発）
となる。
【００１２】
基板側のＳｒＳ薄膜４形成後にＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層５を形成させるが、この時注意すべきことは形成されたＳｒＳ薄膜表面を空気に曝すことなく、すなわち汚染させることなく連続して発光層Ｓｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅを形成し、下側にできている配向性のよい多結晶ＳｒＳ粒子を利用して配向性のよいＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ多結晶粒子を形成させることである（エピタキシャル生成に近いといえるかもしれない）。本実施例では、ＳｒＳ薄膜形成後連続して基板温度を５７０℃に保ち、Ｓｒ金属、Ｇａ2 Ｓ3 化合物およびドーパント形成用ＣｅＣｌ3 化合物を同時に真空中蒸発させ、ＳｒＳ薄膜上で化学反応させて膜厚約４００ｎｍに形成した。この場合の化学反応式は
２Ｓｒ＋２Ｇａ2 Ｓ3 →Ｓｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ＋Ｇａ2 Ｓ（蒸発）
となる。
【００１３】
Ｃｅイオン濃度は１０原子％以下が好ましく、これ以上の濃度になると発光層Ｓｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅの輝度が低下する。本実施例では薄膜形成後の熱処理は行なわれず、最終的に上部電極９は真空蒸着法による金属Ａｌ蒸着膜で膜厚は約２００ｎｍである。
【００１４】
本発明実施例で作成されたＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層およびその下に配置されたＳｒＳ薄膜のＸ線回折パターンを図２に示す。図の横軸はブラッグ角θの２倍を表わし、縦軸はＸ線回折強度（任意単位）、図のピーク１１，１２，１３および１４はそれぞれ（００４）Ｓｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ，（２００）ＳｒＳ，（１１１）ＳｒＳおよび（２２０）ＳｒＳによる回折線である。２θが約２９°付近のピーク１１がＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 結晶の（００４）配向に対応している。他のいくつかのピーク１２，１３および１４はＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層の下に配置したＳｒＳ薄膜からのものであり、ＳｒＳ結晶の（２００）が主配向となっている。Ｓｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層が良好な単一性配向を示しており、層内の高電界で加速された電子は配向面境界による散乱を回避でき、輝度や効率を向上させる効果がある。
【００１５】
（２００）配向したＳｒＳ薄膜と（００４）配向したＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層の格子位置を図３（ａ），（ｂ）に示す。図で白ヌキ丸印はＳ原子の、斜線のはいった丸印はＳｒ原子の、黒丸印はＧａ原子の位置を示す。わずかなずれはあるが、ｃ軸に垂直な面内にＳｒとＳの格子位置がＳｒＳの格子位置の整数倍になるＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 結晶面があり格子整合する。図３に示した硫黄（Ｓ）の格子位置についてみると、ｘ軸方向に３．８％、ｙ軸方向に０．０３％と格子不整合はわずかである。これによってＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 は〔００１〕に単一配向し、しかもＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層へのキャリヤ注入が効率よく起こる。
【００１６】
図４に本発明によるＳｒＳ薄膜を配置したＥＬ素子の輝度−印加電圧特性２１と配置しないＥＬ素子の輝度−印加電圧特性２２を示す。この発光輝度−印加電圧特性は電極間に１ｋＨｚ交流電圧を印加したときに得られる発光輝度を測定したものである。ＳｒＳ薄膜の配置によって発光輝度が向上することがわかる。
【００１７】
本発明によって作成したＥＬ発光層の発光スペクトルを図５に示す。Ｃｅ3+イオンの５ｄ−４ｆ電子遷移による発光である。第一ピーク波長２３が４４３ｎｍ付近にあるため、青色成分を十分にもった発光である。
【００１８】
本発明によるＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層２４、特開平８−１６２２７３号公報によるＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層２５、ＳｒＳ：Ｃｅ発光層２６それぞれの色度座標を示した色度図を図６に示す。本発明によるＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層は（ｘ，ｙ）＝（０．１５，０．１２）付近に位置し、ＣＲＴ蛍光体と同じ色純度の優れた青色発光であり、ディスプレイに使用した場合色再現が広くなる。
【００１９】
以上本発明一実施例の構成とそれが諸特性について従来技術と比較して説明してきたが、本発明はこの実施例に限定されることなく、発明の要旨内で各種の変形変更の可能なことは当業者に自明であろう。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば高輝度で純粋な青色発光を有し、薄膜ＥＬディスプレイでフルカラー表示に適する青色発光用薄膜ＥＬ素子が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施例薄膜ＥＬ素子の断面図。
【図２】本発明によるＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層とその下に配設されたＳｒＳ薄膜のＸ線回折パターン。
【図３】本発明による（００４）単一配向Ｓｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層（ｂ）とＳｒＳ薄膜（ａ）との格子位置を表す結晶構造図。
【図４】本発明によるＳｒＳ薄膜を配設した薄膜ＥＬ素子（２１）と配設しない薄膜ＥＬ素子（２２）の輝度−印加電圧特性を示すグラフ。
【図５】本発明によるＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層の発光スペクトル（４４３ｎｍ付近に第１ピーク２３を有する）。
【図６】本発明によるＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層（２４）、特開平８−１６２２７３号公報によるＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅ発光層（２５）および同ＳｒＳ：Ｃｅ発光層（２６）それぞれの色度座標を示した色度図。
【符号の説明】
１  ガラス基板
２  透明電極
３，８  複合絶縁層
４，６  ＳｒＳ薄膜
５  発光層
７  複合薄膜
９  上部電極
【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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