(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが独立に駆動可能な青・緑色発光ＥＬパネルと実質的な赤色発光ＥＬパネルとを、画像表示側から前記青・緑色発光ＥＬパネルおよび前記実質的な赤色発光ＥＬパネルの順に積み重ね配置するとともに、それら両ＥＬパネルの間に、赤色の色補正と電気的絶縁の機能を有する赤色フィルムを介挿してなるフルカラー薄膜ＥＬディスプレイパネルであって、
前記青・緑色発光ＥＬパネルを構成するＥＬ層は、ＲＥが希土類元素を表すものとして、ＭＡｌｘＳｙＯｚ：ＲＥの組成式（但し、ｘ、ｙおよびｚは０を含まない）で表される材料を用いて形成するものとし、前記組成式において、前記Ｍで表される物質は、Ｂａ，ＣａおよびＳｒからなる群から選択されたアルカリ土類元素またはＺｎであることを特徴とするフルカラー薄膜ＥＬディスプレイパネル。
【請求項２】
請求項１記載のフルカラー薄膜ＥＬディスプレイパネルにおいて、前記希土類元素ＲＥはＥｕまたはＣｅであることを特徴とするフルカラー薄膜ＥＬディスプレイパネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フルカラーの表示を行う薄膜エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フルカラー薄膜ＥＬディスプレイパネルを作製するには、赤色、緑色、青色を呈するＥＬ材料が必要である。しかし従来では、色純度が優れた高輝度の青色を発光する材料がなかった。代表的な青色発光材料としてＳｒＳ：Ｃｅがあるが、ＳｒＳ自体に潮解性があり、完全な合成には１４００℃以上の加熱が必要であるため製造上の障害を生じる。さらに、その発光は青緑色のため色補正フィルターを用いなければならなかった。また、従来提案されている Color by white 方式は、ガラス基板上に金属電極（下部電極）を設け、その上に白色発光層、さらに上部電極にＩＴＯ透明電極を形成し、塗り分けられた赤、緑、青のカラーフィルターを装着することによって赤、緑、青の３原色光を得る方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
また、素子中の白色発光層として、青・緑発光を示すＳｒＳ：Ｃｅと黄橙色発光を示すＺｎＳ：Ｍｎとを積層した薄膜を用いることも提案されている。（S.Tanaka, et el., “ White Light Emitting Thin-Film Electroluminescent Devices with ＳｒＳ：Ｃｅ, Ｃｌ／ＺｎＳ：Ｍｎ Double Phosphor Layers " ,Jpn.J.Appl. Phys.vol.25,pp.L225-L227(1986) 参照) 。しかし、この場合、ＳｒＳ：Ｃｅからの青色成分には陰極線管（ＣＲＴ）と同程度の色純度を達成するために必要な４６０ｎｍ付近の発光成分が弱く、赤、緑、青の発光に対して要求輝度を満足することは困難である。
【０００４】
カナダのWesteim 社は Color by white を改良した方式を提案している (D.Seale and X.Wu, “  Full Colour Solid State EL Display  " , Proceedings of the Sixth International Display Workshops pp.861- 864(1999)参照) 。この方式は、青色成分としてＳｒＳ：Ｃｅに青色のフィルターを装着した素子を用い、緑色と赤色成分として、ＺｎＳ：Ｍｎよりも短波長の黄色発光を示す（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｓ：Ｍｎに緑と赤色のフィルターをそれぞれ装着した素子を用いるパネルであり、ＣＲＴや液晶表示デバイス（ＬＣＤ）と同様に２次元マトリックス状に赤、緑、青の発光素子を並べている（平面配列法）。同社では、この方式で画面サイズ対角８．５インチ、画素数３２０×２４０（ＱＶＧＡ）で１５０ｃｄ／ｍ2 以上の輝度のフルカラーＥＬディスプレイパネルが試作されている。しかし、このディスプレイパネルは、同一走査線で異なるＥＬ特性をもつ発光材料を駆動するために発光開始電圧の調整が困難であることのほか、青色および緑色の色調が不十分で、フルカラーの再現範囲が狭いという問題点を有している。
【０００５】
また、解像度を向上させるために、青色ＥＬの基板と緑色と赤色ＥＬの基板とを組み合わせた二重基板構造をもつディスプレイパネルも試作されている（A.Kato,et al. ，“ An RGB 8-Color EL Display in a Stacked Panel Configuration Using UnfilteredＳｒＳ：Ｃｅ”, Proceedings of Asia Display '95 pp.287-290  (1995)参照) 。この方法では、赤色発光を得るために赤・緑色発光パネル中のＺｎＳ：Ｍｎ上だけに赤色フィルター顔料を塗布する工程が必要となる。また、２枚のパネルをシリコンオイルで接着するため、パネル間の短絡事故が起こる可能性が大きいという問題点も生じる。
【０００６】
これらの発光材料に起因する問題点を改善するため、青色ＥＬ材料として（ＭＳ）x （Ａｌ2 Ｓ3 ）y ：ＲＥ（ただし、ＭはＣａ，ＳｒまたはＢａを示し、ＲＥは希土類元素を示す）で表されるアルカリ土類チオアルミネートが提案され（特開平８−１３４４４０号参照）、最近ではＢａＡｌ2 Ｓ4 ：Ｅｕの高輝度な青色ＥＬも報告されている（N.Miura,et al.，“ High-Luminance Blue-EmittingＢａＡｌ2 Ｓ4:Ｅｕ Thin-Film Electroluminescent Devices ”, Jpn.J.Appl.Phys.vol.38, pp.L1291-L1292(1999)参照) 。しかし、これらの純粋な三元化合物の合成は、二元化合物を含みやすく再現性が低いため、工業的生産に採用するのは非常に難しい。
【０００７】
また、高輝度なフルカラーＥＬディスプレイパネルを作製するためには、効率面、製造面から多くの色補正フィルターを使用することは好ましくない。特に満足な輝度が得られていない青色発光成分に関しては、フィルターなしで表示できる高輝度の青色発光材料が必要である。
【０００８】
さらに、ディスプレイパネルの構造上の問題としては、上述した Color by white 方式で用いられているそれぞれ赤、緑、青の３種類のＥＬ素子を同一平面上に配置する方式と比較して、１画素の面積上に赤、緑、青の３種類のＥＬ素子を積層配置する方式（３層の積み重ね配置法）の方が、画素そのものが混合色で発光する点で、高解像度のディスプレイパネルを実現するのに適している。しかし、この積み重ね配置法は実用的な画素サイズと画素の密度とを考えると、視差による色分離が生じて視野角が制限されるという問題点がある。
【０００９】
本発明の目的は、上述した種々の問題点を解決し、薄型でかつ高視認性のフルカラー薄膜ＥＬディスプレイパネルを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明フルカラー薄膜ＥＬディスプレイパネルは、それぞれが独立に駆動可能な青・緑色発光ＥＬパネルと実質的な赤色発光ＥＬパネルとを、画像表示側から前記青・緑色発光ＥＬパネルおよび前記実質的な赤色発光ＥＬパネルの順に積み重ね配置するとともに、それら両ＥＬパネルの間に、赤色の色補正と電気的絶縁の機能を有する赤色フィルムを介挿してなるフルカラー薄膜ＥＬディスプレイパネルであって、前記青・緑色発光ＥＬパネルを構成するＥＬ層は、ＲＥが希土類元素を表すものとして、ＭＡｌｘＳｙＯｚ：ＲＥの組成式（但し、ｘ，ｙおよびｚは０を含まない）で表される材料を用いて形成するものとし、前記組成式において、前記Ｍで表される物質は、Ｂａ，ＣａおよびＳｒからなる群から選択されたアルカリ土類元素またはＺｎであることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明フルカラー薄膜ＥＬディスプレイパネルは、前記希土類元素ＲＥがＥｕまたはＣｅであることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明フルカラー薄膜ＥＬディスプレイパネルの一実施形態の構造を示している。
上述したように、本発明による薄膜ＥＬディスプレイパネルは、青・緑色発光ＥＬパネルと実質的な赤色発光ＥＬパネルの２層の積み重ね構造（二重基板方式とも言う）となっていて、図１において矢印で示す発光出力が生じる側からみて、最右端のガラス基板から横長の格子で示される透明電極までが青・緑色発光ＥＬパネル（これを、上部パネルとも言う）、そして赤色フィルターから最左端の黒色板までが赤色発光ＥＬパネル（これを、下部パネルとも言う）である。
【００１４】
下部パネルには絶縁層（Ｔａ2 Ｏ5)で挟んだ黄橙色( 実質的な赤色) 発光層（ＺｎＳ：Ｍｎ）を用い、その表面（上部パネルのある側）に、完全な赤色発光を得るために赤色フィルター顔料を塗布した０．１ｍｍの赤色フィルムを貼り付けた。この赤色フィルムには、同時に上部パネルとの絶縁性をとるために保護層としての役割ももたせた。また、上部パネルの素子構造としては、青・緑色発光層をバッファ層（ＺｎＳ）で挟み、さらにその外側を絶縁層（Ｔａ2 Ｏ5)で挟んだ二重絶縁構造であり、透明電極にはＩＴＯを用いた。以上の発光層、バッファ層、絶縁層は電子ビーム蒸着法により成膜した。
【００１５】
図２は、上部パネルの青・緑色発光層（ＥＬ素子）の作製状況を概念的に示している。
薄膜の作成は、図２に示すように、真空成膜室内で１０ｋｅＶ程度のエネルギーの電子ビームをターゲットに当て、ターゲットのみを直接加熱して蒸着粒子を作り蒸着を行う。ドーパントとして、希土類元素のユーロピウムＥｕを用いた。構成元素の組成比を調整するために、出発材料となるＢａＳ：ＥｕとＡｌ2 Ｓ3に電子ビームを交互に照射し、その照射時間の調整を行った。この方法によれば、電子ビームが出発材料に連続的に照射されることがないので、硫黄Ｓなど非常に蒸気圧の高い材料も制御して蒸着することができる。
【００１６】
真空成膜室内での化学反応
ＢａＳ＋Ａｌ2 Ｓ3 →ＢａＡｌ2 Ｓ4
ＢａＳ＋（１／４）Ａｌ2 Ｓ3 →ＢａＡｌ0.5 Ｓ1.75
から分かるように、この方法によれば、電子ビームを照射する時間を調整して、母体材料としてさまざまな組成のＢａＡｌx Ｓy バリウムチオアルミネートを作製することができる。
【００１７】
ここでは、青色と緑色の発光層を平面上の位置に応じて塗り分ける（図１参照）ために、マスクを用いて青色発光層を成膜した後、基板面上のマスクを移動して緑色発光層を成膜した。その際、 基板温度は150 ℃とした。 その後、成膜した発光層は、上部パネルのバッファ層（ＺｎＳ）でコーティングした後、Ａｒ＋Ｏ2 雰囲気中で熱処理を行い、硫黄Ｓへの酸素置換量を調整した。その後、９００℃で２分間の熱処理を行うことにより、青色ＥＬ材料ＢａＡｌ2 Ｓ1.9 Ｏ2.1 ：Ｅｕ蛍光体薄膜と緑色ＥＬ材料ＢａＡｌ0.5 Ｓ1.5 Ｏ0.25：Ｅｕ薄膜を作製した。
【００１８】
下部パネルの発光層は、Ａｒ＋Ｏ2 雰囲気中６００℃で熱処理を行った。本発明では、上部パネルと下部パネルとに分離した構造を有しているので、上部パネルと下部パネルとで相互に独立した駆動を行うことができる。これに加えて、上部パネルと下部パネルとで大きく異なる熱処理温度のＥＬ素子を作製することが可能で、それぞれ熱処理などの最適成膜条件を見つけることができる。さらに、下部パネルにおいては、面全体を赤色成分としているので、従来の Color by white 方式において必要であったフィルターの赤、緑、青の塗り分けが不要となる。これは、製造上の工程を大変簡略化することにつながる。
【００１９】
図３は、ＢａＡｌ2 Ｓ1.9 Ｏ2.1 ：Ｅｕ薄膜（青）、ＢａＡｌ0.5 Ｓ1.5 Ｏ0.25：Ｅｕ薄膜（緑）および赤色フィルターを装着したＺｎＳ：Ｍｎ薄膜（赤）の発光スペクトルをそれぞれ示している。
上記において、ＢａＡｌ2 Ｓ1.9 Ｏ2.1 ：Ｅｕ薄膜（青）、ＢａＡｌ0.5 Ｓ1.5 Ｏ0.25：Ｅｕ薄膜（緑）および赤色フィルターを装着したＺｎＳ：Ｍｎ薄膜（赤）のピーク波長は、それぞれ４７５ｎｍ、５４３ｎｍおよび６０５ｎｍである。なお、青と緑色のＥＬ材料の発光はＥｕ2+イオンの４ｆ6 ５ｄ→４ｆ7 遷移に由来するものである。
【００２０】
また、青、緑、赤のＥＬ材料の示す色度点は、それぞれ、ＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）軸上で（０．１３，０．１３）、（０．２８，０．６４）、（０．６３，０．３７）となり、図４に示すように、ＮＴＳＣ標準方式の定める値に近い色度点が得られ、フルカラーＥＬディスプレイパネルとして使用することが十分に可能であることが判明した。また、同パネルを駆動する際には、青・緑色発光ＥＬパネルと赤色発光ＥＬパネルの２枚の基板を互いに独立に駆動することができ、さらに、上部パネルは、青色発光ＥＬパネルと緑色発光ＥＬパネルとで類似した２種類の発光材料を用いているため、容易に駆動可能である。
【００２１】
図５は、図２に示す方法で、電子ビーム照射時間および熱処理時間を変えて作製したＥＬ材料の発光スペクトルを示している。
このＥＬ材料は、パネル作成後１０００℃での高温熱処理により、多くの酸素に置換されたＢａＡｌ2 ＳＯ3 ：Ｅｕ薄膜が形成されていて、発光ピーク波長５１０ｎｍ（図５参照）の緑色発光（ｘ，ｙ）＝（０．３１，０．５４）が得られた。次に、マスクを移動して９００℃で熱処理して、ＢａＡｌ2 Ｓ1.9 Ｏ2.1 ：Ｅｕ薄膜を形成した。これにより、同一のターゲットを用いて、熱処理温度だけを変えることにより、青・緑発光成分を有する上部パネルを得ることができた。
【００２２】
以上の説明においては、得られた青色発光のＥＬ材料としてＢａＡｌ2 Ｓ1.9Ｏ2.1 ：Ｅｕを、そして緑色発光のＥＬ材料としてＢａＡｌ0.5 Ｓ1.5 Ｏ0.25：Ｅｕを使用するものとしたが、本発明で使用する青・緑色発光のＥＬ材料を、一般に、ＭＡｌx Ｓy Ｏz ：ＲＥで表したとき、元素Ｍは、上述のＢａに代えてＣａ，Ｓｒ，Ｚｎを、また、ドーパントとしての希土類元素ＲＥをＥｕに代えてＣｅを用いることもできる。
【００２３】
また、青・緑色発光のＥＬ薄膜の作製は、図２に基づいて説明した蒸着法に限られるものでなく、多元蒸着法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法、ＡＬＥ法などの成膜法を使用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、2 枚のＥＬパネルを用いて駆動と製造を容易にすることにより、 薄型でかつ高視認性のフルカラー薄膜ＥＬディスプレイパネルを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明フルカラー薄膜ＥＬディスプレイパネルの一実施形態の構造を示している。
【図２】  上部パネルの青・緑色発光層の作製状況を概念的に示している。
【図３】  ＢａＡｌ2 Ｓ1.9 Ｏ2.1 ：Ｅｕ薄膜（青）、ＢａＡｌ0.5 Ｓ1.5 Ｏ0.25：Ｅｕ薄膜（緑）および赤色フィルターを装着したＺｎＳ：Ｍｎ薄膜（赤）の発光スペクトルをそれぞれ示している。
【図４】  図３に示す発光スペクトルの薄膜ＥＬ材料の色度点をＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）軸上に示している。
【図５】  図２に示す方法で、電子ビーム照射時間および熱処理時間を変えて作製したＥＬ材料の発光スペクトルを示している。
【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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