(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロルミネセント素子であって、
第１電極層と、
前記第１電極層上の蛍光体層と、
前記蛍光体層上の蓄積電荷保持用エレクトレット層と、
前記蓄積電荷保持用エレクトレット層上の第２電極層と、
を備えたエレクトロルミネセント素子。
【請求項２】
直流電源または交流電源である電源をさらに備える請求項１に記載のエレクトロルミネセント素子。
【請求項３】
前記第１電極層と前記蛍光体層との間に配置された第１誘電体層をさらに備える請求項１に記載のエレクトロルミネセント素子。
【請求項４】
前記蛍光体層と前記蓄積電荷保持用エレクトレット層との間に配置された第２誘電体層をさらに備える請求項１に記載のエレクトロルミネセント素子。
【請求項５】
前記蛍光体層と前記蓄積電荷保持用エレクトレット層との間に配置された第２誘電体層をさらに備える請求項３に記載のエレクトロルミネセント素子。
【請求項６】
前記電源が交流電源である場合、前記蓄積電荷保持用エレクトレット層は正電荷を有するエレクトレット層または負電荷を有するエレクトレット層である、請求項２に記載のエレクトロルミネセント素子。
【請求項７】
前記第１電極層と前記蛍光体層との間に別の蓄積電荷保持用エレクトレット層をさらに備える請求項１に記載のエレクトロルミネセント素子。
【請求項８】
前記蛍光体層と前記蓄積電荷保持用エレクトレット層との間に配置された第１誘電体層、および前記蛍光体層と前記別の蓄積電荷保持用エレクトレット層との間に配置された第２誘電体層をさらに備える請求項７に記載のエレクトロルミネセント素子。
【請求項９】
エレクトロルミネセント素子であって、
第１電極層と、
前記第１電極層上の蛍光体層と、
前記蛍光体層上の第２電極層と、
前記第２電極層上の蓄積電荷保持用エレクトレット層と、
を備えるエレクトロルミネセント素子。
【請求項１０】
直流電源または交流電源である電源をさらに備える請求項９に記載のエレクトロルミネセント素子。
【請求項１１】
前記第１電極層の下に別の蓄積電荷保持用エレクトレット層をさらに備える請求項９に記載のエレクトロルミネセント素子。
【請求項１２】
前記電源が交流電源である場合、前記蓄積電荷保持用エレクトレット層は正電荷を有するエレクトレット層または負電荷を有するエレクトレット層である、請求項１０に記載のエレクトロルミネセント素子。
【請求項１３】
前記第１電極層と前記蛍光体層との間に第１誘電体層をさらに備える請求項９に記載のエレクトロルミネセント素子。
【請求項１４】
前記第２電極層と前記蛍光体層との間に第２誘電体層をさらに備える請求項９に記載のエレクトロルミネセント素子。
【請求項１５】
前記第２電極層と前記蛍光体層との間に第２誘電体層をさらに備える請求項１３に記載のエレクトロルミネセント素子。
【請求項１６】
前記エレクトロルミネセント素子がディスプレイ・パネルとして供される、請求項１に記載のエレクトロルミネセント素子。
【請求項１７】
前記エレクトロルミネセント素子がディスプレイ・パネルとして供される、請求項９に記載のエレクトロルミネセント素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネセント素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、米国特許法（３５ＵＳＣ）第１１９条（ｅ）の（１）に基づき、２００７年８月６日に出願した特許文献１の出願日の利益を主張するものである。
エレクトロルミネセンス（ＥＬ）は、電界を印加することにより蛍光体層から光を放出するものである。エレクトロルミネセント素子（ＥＬ）は、ランプおよびディスプレイとしての実用性を有する。図１は、底部基板１００と、底部基板１００上に形成された第１電極層１０１と、第１電極層１０１上に形成された蛍光体層１０２と、蛍光体層１０２上に形成された第２電極層１０３とを含む従来のエレクトロルミネセント素子の概略断面図である。エレクトロルミネセント素子を駆動するために、交流電力が第１電極層１０１および第２電極層１０３に供給される。黄色光放出の場合、蛍光体層１０２は、電子ビーム気相成長、スパッタリング、スクリーン印刷、スピン・コーティング、またはインク・ジェット印刷などの方法によりドーパントとしてのＭｎ（発光中心）がドープされたＺｎＳ（母材）の焼結ペレットにより形成される。蛍光体層１０２用の他の焼結ペレットとして、緑色光放出用に、ドーパントとしてのＴｂＦ３またはＴｂＰがドープされたＺｎＳの焼結ペレット、青色光放出用に、ＴｍＦ３がドープされたＺｎＳの焼結ペレットを利用することもできる。ランプの適用例では、第１電極層１０１および第２電極層１０３がいずれも連続層の形状を有し、それによって、この２つの電極層間の蛍光体層１０２全体に電界がかかる。典型的なディスプレイの適用例では、第１電極層１０１および第２電極層１０３が、行電極および列電極を画定する電気的アドレス線を用いて適切にパターン形成される（図示せず）。行電極と列電極とが重なり合ったところに画素が画定される。エレクトロルミネセント素子に対して電界を印加すると、第１電極層１０１からの電子は、蛍光体層１０２を通過するときに電界によって加速される。蛍光体層１０２の発光中心の外殻電子が、加速された１次電子と衝突し、それによって外殻電子が母材の伝導帯に移動して、自由電子が形成され、発光中心が電離する。自由電子と電離した発光中心とが再結合すると、それらの間のエネルギー差が光の形で放出される。
【特許文献１】米国仮出願第６０／９３５，３０８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のエレクトロルミネセント素子には、高駆動電圧や低放出輝度などの問題が依然としてある。したがって、光放出特性の改善を求めて、エレクトロルミネセント素子の研究および開発が広範囲にわたって行われている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、第１電極層と、第１電極層上の蛍光体層と、蛍光体層上の蓄積電荷保持層と、蓄積電荷保持層上の第２電極層とを含むエレクトロルミネセント素子を提供する。
本発明は、第１電極層と、第１電極層上の蛍光体層と、蛍光体層上の第２電極層と、第２電極層上の蓄積電荷保持層とを含む別のエレクトロルミネセント素子を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明は、外部駆動電圧を低減させるために、エレクトロルミネセント素子内に蛍光体層に対する励起エネルギーを増大させるための蓄積電荷保持層を追加することにより形成されたエレクトロルミネセント素子を提供する。
【０００６】
本発明は、基板、基板上に配置された下部電極層、下部電極層上に配置された蛍光体層、蛍光体層上に配置された上部電極層、および蛍光体層と下部電極層との間、または蛍光体層と上部電極層との間に挿入された蓄積電荷保持層とを含むエレクトロルミネセント素子を提供する。なお、蓄積電荷保持層は、下部電極層の下、または上部電極層の上に配置することもできる。また、本エレクトロルミネセント素子では、一つの蓄積電荷保持層が下部電極層に近接して配置され、別の蓄積電荷保持層が上部電極層に近接して配置されてもよい。基板は不透明でも透明でもよい。下部電極層は基板に応じて、透明導電材料または反射導電材料から形成される。不透明基板の場合、下部電極層は、好ましくは反射導電材料から形成される。透明基板の場合、基板は発光面としての役割を果たし、下部電極層が透明導電材料から形成される。
【０００７】
本発明のエレクトロルミネセント素子を、添付の図面と併せて下記の実施形態に従って詳細に説明する。
図２は、本発明の第１実施形態によるエレクトロルミネセント素子の概略断面図である。第１実施形態では、スパッタリング、電子ビーム気相成長、スクリーン印刷、スピン・コーティング、またはインク・ジェット印刷などの方法により、第１電極層２０１が底部基板２００上に形成される。第１電極層２０１は、Ａｕ、Ａｇ、またはＡｌなどの反射材料である。第１電極層２０１上に蛍光体層２０２が、電子ビーム気相成長、スパッタリング、スクリーン印刷、スピン・コーティング、またはインク・ジェット印刷などの方法によって形成される。蛍光体層２０２としては、ドーパントとしてのＭｎ（発光中心）がドープされたＺｎＳ（母材）の焼結ペレット（ＺｎＳ：Ｍｎ）などが挙げられる。蛍光体層２０２用の他の焼結ペレットとしては、緑色光放出用に、ドーパントとしてのＴｂＦ３またはＴｂＰがドープされたＺｎＳの焼結ペレット（ＺｎＳ：ＴｂＦ３；ＺｎＳ；ＴｂＰ）や、青色光放出用に、ＴｍＦ３がドープされたＺｎＳの焼結ペレット（ＺｎＳ：ＴｍＦ３）を使用することもできる。蛍光体層２０２上に蓄積電荷保持層２０３が形成される。この蓄積電荷保持層２０３は、電荷を備えたエレクトレット層である。蓄積電荷保持層２０３上には、ＩＴＯまたはＩＺＯ電極層などによる、透明な第２電極層２０４が形成される。エレクトロルミネセント素子の電源としては、直流電源を用いることができる。図２に示すエレクトロルミネセント素子は、１対の平板電極を備えたコンデンサと見なすことができる。コンデンサ内に蓄積されるエネルギーは、Ｅｓｔｏｒｅｄ＝１／２ＶＱの式によって算出される。ここで、Ｑは平板電極上に蓄積される電荷、Ｖは平板電極間の電圧差であり、ＱまたはＶのいずれかが増大すると、Ｅｓｔｏｒｅｄが増大することが知られている。第１実施形態では、エレクトロルミネセント素子内に電界を誘起し、それにより、光の放出を刺激するためにエレクトロルミネセント素子に印加すべき外部電界を低下させることができるように、エレクトロルミネセント素子内に蓄積電荷保持層２０３が追加される。その結果、外部駆動電圧が低減される。換言すれば、第１実施形態によるエレクトロルミネセント素子は、従来のエレクトロルミネッセント素子よりも低い駆動電圧を有することとなる。外部駆動電圧が従来のエレクトロルミネセント素子と同じに保持された場合でも、蛍光体層２０２に対する励起エネルギーが、蓄積電荷保持層２０３を追加することによって増大される。したがって、蛍光体層２０２の放出効率が改善され、エレクトロルミネセント素子の放出輝度が増大する。このエレクトロルミネセント素子の動作時、第１電極層２０１からの電子は、電界によって加速され、蛍光体層２０２を通過する。蛍光体層２０２の発光中心の外殻電子が、加速された１次電子と衝突し、それによって外殻電子が母材の伝導帯に移動して、自由電子が形成され、発光中心が電離する。そして、自由電子と、電離した発光中心とが再結合し、それらの間のエネルギー差が光の形で放出される。
【０００８】
なお、他の構成として、蓄積電荷保持層２０３と透明な第２電極層２０４との位置を、互いに入れ替えることもできる（図示略）。すなわち蛍光体層２０２上に透明な第２電極層２０４を形成し、透明な第２電極層２０４上に蓄積電荷保持層２０３を積層してもよい。
【０００９】
エレクトロルミネセント素子がディスプレイ・パネル内で使用される場合、第１電極層２０１および第２電極層２０４は、エレクトロルミネセント素子に適した電極パターンを得るために、所望のパターンを用いてフォト・エッチングによってエッチングされる。第１電極層２０１と第２電極層２０４の電極パターンの各交点が、画素領域を画定する。
【００１０】
さらに、第１実施形態では、エレクトロルミネセント素子の電源を交流電源とすることもできる。その場合、蓄積電荷保持層２０３の蓄積電荷は、正電荷に限定されない。換言すれば、図２の蓄積電荷保持層２０３は、正電荷を有するエレクトレット層とすることもできるし、負電荷を有するエレクトレット層とすることもできる。第１電極層２０１および第２電極層２０４の極性は、それらに印加される交流電源の極性に応じて変化する。
【００１１】
図３は、本発明の第２実施形態によるエレクトロルミネセント素子の概略断面図である。第２実施形態では、スパッタリング、電子ビーム気相成長、スクリーン印刷、スピン・コーティング、またはインク・ジェット印刷などの方法により、第１電極層３０１が底部基板３００上に形成される。第１電極層３０１は、Ａｕ、Ａｇ、またはＡｌなどの反射材料である。第１電極層３０１上に、蓄積電荷保持層３０２が形成される。蓄積電荷保持層３０２は、電荷を備えたエレクトレット層である。蓄積電荷保持層３０２上に蛍光体層３０３が、電子ビーム気相成長、スパッタリング、スクリーン印刷、スピン・コーティング、またはインク・ジェット印刷などの方法によって形成される。蛍光体層３０３としては、ドーパントとしてのＭｎ（発光中心）がドープされたＺｎＳ（母材）の焼結ペレットなどが挙げられる。蛍光体層３０３用の他の焼結ペレットとしては、緑色光放出用に、ドーパントとしてのＴｂＦ３またはＴｂＰがドープされたＺｎＳの焼結ペレットや、青色光放出用に、ＴｍＦ３がドープされたＺｎＳの焼結ペレットを使用することもできる。蛍光体層３０３上に、ＩＴＯまたはＩＺＯ電極層などによる、透明な第２電極層３０４が形成される。エレクトロルミネセント素子の動作時、第１電極層３０１からの電子は、電界によって加速され、蛍光体層３０３を通過する。蛍光体層３０３の発光中心の外殻電子が、加速された１次電子と衝突し、それによって外殻電子が母材の伝導帯に移動して、自由電子が形成され、発光中心が電離する。そして、自由電子と、電離した発光中心とが再結合し、それらの間のエネルギー差が光の形で放出される。図３のエレクトロルミネセント素子の電源は、直流電源とすることもできるが、交流電源とすることもできる。電源が交流電源である場合、蓄積電荷保持層３０２の蓄積電荷は、負の電荷に限定されない。換言すれば、蓄積電荷保持層３０２は、負電荷を有するエレクトレット層とすることもできるし、正電荷を有するエレクトレット層とすることもできる。第１電極層３０１および第２電極層３０４の極性は、それらに印加される交流電源の極性に応じて変化する。
【００１２】
なお、他の構成として、蓄積電荷保持層３０２と第１電極層３０１との位置を、互いに入れ替えることもできる（図示略）。すなわち、蓄積電荷保持層３０２を底部基板３００上に形成し、第１電極層３０１を蓄積電荷保持層３０２上に形成してもよい。また、エレクトロルミネセント素子の電源が交流電源である場合、蓄積正電荷保持層または蓄積負電荷保持層を、底部基板３００と第１電極層３０１との間に配置することもできる（図示略）。第１電極層３０１および第２電極層３０４の極性は、それらに印加される交流電源の極性に応じて変化する。
【００１３】
あるいは、本エレクトロルミネセント素子では、蛍光体層と、第１電極層および第２電極層のいずれか一方との間、または蛍光体層と、第１電極層および第２電極層の各々との間に、誘電体層を追加することもできる。
【００１４】
図４は、本発明の第３実施形態によるエレクトロルミネセント素子の概略断面図である。第３実施形態では、スパッタリング、電子ビーム気相成長、スクリーン印刷、スピン・コーティング、またはインク・ジェット印刷などの方法により、第１電極層４０１が底部基板４００上に形成される。第１電極層４０１は、Ａｕ、Ａｇ、またはＡｌなどの反射材料である。第１電極層４０１上に第１誘電体層４０２が、スパッタリングまたは電子ビーム気相成長によって形成される。第１誘電体層４０２は、駆動電圧を低下させるために、高誘電率を有することが好ましい。第１誘電体層４０２の例示的材料としては、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、およびＰｂＮｂＯ３などが挙げられる。第１誘電体層４０２上に蛍光体層４０３が、電子ビーム気相成長、スパッタリング、スクリーン印刷、スピン・コーティング、またはインク・ジェット印刷などの方法によって形成される。蛍光体層４０３としては、ドーパントとしてのＭｎ（発光中心）がドープされたＺｎＳ（母材）の焼結ペレットなどが挙げられる。蛍光体層４０３用の他の焼結ペレットとしては、緑色光放出用に、ドーパントとしてのＴｂＦ３またはＴｂＰがドープされたＺｎＳの焼結ペレットや、青色光放出用に、ＴｍＦ３がドープされたＺｎＳの焼結ペレットを使用することもできる。蛍光体層４０３上に、第１誘電体層４０２で使用された材料と類似の材料からなる第２誘電体層４０４が形成される。第２誘電体層４０４上に蓄積電荷保持層４０５が形成される。蓄積電荷保持層４０５は透明なエレクトレット層である。蓄積電荷保持層４０５上に、ＩＴＯまたはＩＺＯ電極層などによる、透明な第２電極層４０６が形成される。エレクトロルミネセント素子の動作時、第１誘電体層４０２と蛍光体層４０３との間の境界面からの電子が、電界によって加速され、蛍光体層４０３を通過する。蛍光体層４０３の発光中心の外殻電子が、加速された１次電子と衝突し、それによって外殻電子が母材の伝導帯に移動して、自由電子が形成され、発光中心が電離する。そして、自由電子と、電離した発光中心とが再結合し、それらの間のエネルギー差が光の形で放出される。第２誘電体層４０４は、第１誘電体層４０２と蛍光体層４０３との間の境界面からの電子が蓄積電荷保持層４０５に引き込まれないようにするための保護層として提供される。図４のエレクトロルミネセント素子の電源は、直流電源とすることができるが、直流電源の代わりに交流電源とすることもできる。電源が交流電源である場合、蓄積電荷保持層４０５の蓄積電荷は正の電荷に限定されない。換言すれば、蓄積電荷保持層４０５は、正電荷を有するエレクトレット層とすることもできるし、負電荷を有するエレクトレット層とすることもできる。第１電極層４０１および第２電極層４０６の極性は、それらに印加される交流電源の極性に応じて変化する。
【００１５】
なお、第３実施形態の変形例として、第１誘電体層４０２および第２誘電体層４０４のいずれか一方を、エレクトロルミネセント素子構造から省略してもよい（図示略）。また、第３実施形態の別の変形例として、蓄積電荷保持層を、第１電極層４０１と第１誘電体層４０２との間に配置してもよい。また、エレクトロルミネセント素子の電源が交流電源である場合、蓄積電荷保持層の蓄積電荷は、正または負の電荷に限定されない。すなわち、蓄積電荷保持層は、正または負の電荷を有するエレクトレット層とすることができる。第１電極層４０１および第２電極層４０６の極性は、それらに印加される交流電源の極性に応じて変化する。
【００１６】
図５は、本発明の第４実施形態によるエレクトロルミネセント素子の概略断面図である。第４実施形態では、スパッタリング、電子ビーム気相成長、スクリーン印刷、スピン・コーティング、またはインク・ジェット印刷などの方法により、第１電極層５０１が底部基板５００上に形成される。第１電極層５０１は、Ａｕ、Ａｇ、またはＡｌなどの反射材料である。第１電極層５０１上に、蓄積電荷を有するエレクトレット層などの蓄積電荷保持層５０２が形成される。蓄積電荷保持層５０２上に第１誘電体層５０３が形成される。第１誘電体層５０３は、駆動電圧を低下させるために、高誘電率を有することが好ましい。第１誘電体層５０３の例示的材料としては、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、およびＰｂＮｂＯ３などが挙げられる。第１誘電体層５０３上に蛍光体層５０４が形成される。蛍光体層５０４としては、ドーパントとしてのＭｎ（発光中心）がドープされたＺｎＳ（母材）の焼結ペレットなどが挙げられる。蛍光体層５０４用の他の焼結ペレットとしては、緑色光放出用に、ドーパントとしてのＴｂＦ３またはＴｂＰがドープされたＺｎＳの焼結ペレットや、青色光放出用に、ＴｍＦ３がドープされたＺｎＳの焼結ペレットを使用することもできる。蛍光体層５０４上に、第１誘電体層５０３で使用された材料と類似の材料からなる第２誘電体層５０５が形成される。第２誘電体層５０５上に、蓄積電荷を有するエレクトレット層などの蓄積電荷保持層５０６が形成される。蓄積電荷保持層５０６上に、ＩＴＯまたはＩＺＯ電極層などによる、透明な第２電極層５０７が形成される。エレクトロルミネセント素子の動作時、第１誘電体層５０３と蛍光体層５０４との間の境界面からの電子が、電界によって加速され、蛍光体層５０４を通過する。蛍光体層５０４の発光中心の外殻電子が、加速された１次電子と衝突し、それによって外殻電子が母材の伝導帯に移動して、自由電子が形成され、発光中心が電離する。そして、自由電子と、電離した発光中心とが再結合し、それらの間のエネルギー差が光の形で放出される。第２誘電体層５０５は、第１誘電体層５０３と蛍光体層５０４との間の境界面からの電子が蓄積電荷保持層５０６に引き込まれないようにするための保護層として提供される。この実施形態では、２つの蓄積電荷保持層によって発生される誘起電界強度が、図２〜図４に示す素子の２倍である。図５に示す素子は、図２〜図４に示す素子よりも小さな外部駆動電圧を必要とする。図５のエレクトロルミネセント素子の電源は、直流電源とすることができるが、直流電源の代わりに交流電源とすることもできる。電源が交流電源である場合、第１電極層５０１および第２電極層５０７の極性は、それらに印加される交流電源の極性に応じて変化する。蓄積電荷保持層５０２と蓄積電荷保持層５０６との位置を、互いに入れ替えることもできる（図示略）。
【００１７】
上記実施形態のエレクトロルミネセント素子およびそれらの変形例はディスプレイ・パネルで使用することができ、その第１電極層および第２電極層は、適切な電極パターンを得るために、所望のパターンを用いてフォト・エッチングによってエッチングされる。第１電極層と第２電極層の電極パターンの各交点が、画素領域を画定する。
【００１８】
なお、第４実施形態の変形例として、第１誘電体層５０３および第２誘電体層５０５のいずれか一方を、エレクトロルミネセント素子構造から省略してもよい（図示略）。
本発明は、蓄積電荷保持層の形成工程を従来のエレクトロルミネセント素子の製造工程に組み込むものである。この蓄積電荷保持層の追加により、エレクトロルミネセント素子の駆動電圧が低減される。エレクトロルミネセント素子の製造コストを、大幅に低下させることができる。エレクトロルミネセント素子の実用性も拡張することができる。
【００１９】
以上、本発明を種々の実施形態に関して例述して説明したが、当業者であれば、本発明の種々の変更の形態ならびに類似の構成および手順を実施することができ、本発明の有効性を達成することができる。本発明の記載は、当業者にとって最も広義の解釈として与えられるべきであり、本発明は上記実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来のエレクトロルミネセント素子の概略断面図。
【図２】本発明の第１実施形態によるエレクトロルミネセント素子の概略断面図。
【図３】本発明の第２実施形態によるエレクトロルミネセント素子の概略断面図。
【図４】本発明の第３実施形態によるエレクトロルミネセント素子の概略断面図。
【図５】本発明の第４実施形態によるエレクトロルミネセント素子の概略断面図。
【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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