(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロルミネセンスによる発光層を、透明共通電極層と各走査用電極層との間に有する発光部が、基板上に形成され、
基板は、ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする、透光性を備えた多結晶体であり、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系であることを特徴とするエレクトロルミネセンス素子。
【請求項２】
エレクトロルミネセンスによる発光層を、透明共通電極層と各走査用電極層との間に有する発光部が、基板上に形成され、
基板は、ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする、透光性を備えた多結晶体であり、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ３系であることを特徴とするエレクトロルミネセンス素子。
【請求項３】
基板は、屈折率が１．９以上、かつ常誘電体であることを特徴とする請求項１または２に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項４】
発光層の母体材料が、アルカリ土類金属の硫化物であることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信頼性に優れたエレクトロルミネセンス（以下、ＥＬと略す）素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＬ素子を用いた表示装置については、薄型化でき、かつ、視野角依存性が小さく、自発光型であるため鮮明でコントラストが高い表示ができるという利点を有するものであるため、種々開発されてきた。
【０００３】
例えば、特開平１１−１１１４５０号公報（従来技術▲１▼．）には、絶縁性基板上に金属電極層、第１の絶縁層、発光層、第２の絶縁層および透明電極が順次積層され、透明電極側から発光する反転構造の薄膜ＥＬ素子において、上記絶縁性基板は、ガラスより高耐熱性の多結晶体であり、その平均表面粗さＲａは０．０２μｍ以下であり、かつ散在する不定型の凹状欠陥の直径は１μｍφ以下である薄膜ＥＬ素子が開示されている。
【０００４】
上記薄膜ＥＬ素子においては、絶縁性基板に、一般に用いられているガラスよりも高耐熱の多結晶体を用いることで、発光層の熱処理温度を高め、発光輝度を向上させている。そのような多結晶体としては、アルミナが挙げられている。
【０００５】
また、特開平９−１６７６８６号公報（従来技術▲２▼．）には、一対の電極間に、母体材料に発光センタを添加混合した材料からなる発光層を挟持してなる発光構造部を透光性基板上に形成する薄膜ＥＬ素子において、上記発光層の母体材料として少なくとも一種類以上のアルカリ土類金属硫化物を用い、且つ、上記透光性基板の熱膨張係数を８×１０-6／℃〜１２×１０-6／℃の範囲とした薄膜ＥＬ素子が開示されている。上記薄膜ＥＬ素子では、熱膨張係数が８×１０-6／℃〜１２×１０-6／℃の透光性基板を用いたことにより、熱処理時の発光層でのクラック発生を抑制している。
【０００６】
さらに、特開平７−１４６７８号公報（従来技術▲３▼．）には、ＥＬ発光層を挟んで配置される透明電極と金属電極とを含むＥＬ構造がガラス基板表面に形成されるＥＬ素子において、上記ＥＬ構造が形成されるガラス基板表面に、第１イオンバリア層と第二イオンバリア層とがこの順に形成されているＥＬ素子が開示されている。
【０００７】
上記ＥＬ素子においては、上記各バリア層を設けたことにより、発光層の熱処理時に生じる、ガラス基板に含まれるアルカリイオンの発光層中への拡散が防止できるものとなっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術▲１▼．では、用いられている基板は透光性が無いため、封止基板側から発光させる反転構造の薄膜ＥＬ素子にしか利用できないという問題を生じている。
【０００９】
また、前記従来技術▲２▼．では、ガラス基板（熱膨張係数８×１０-6／℃）やＳｒＴｉＯ3 単結晶（熱膨張係数１０×１０-6／℃〜１１×１０-6／℃）とを透光性基板として用いた実施例を示しており、発光層でのクラックの発生がないと記載されている。しかしながら、例示されているガラス材料では発光層の熱膨張係数（熱膨張係数１１×１０-6／℃〜１４×１０-6／℃）とに差があることにより、やはりクラックの発生が見られるという問題や、ＳｒＴｉＯ3 単結晶を透光性基板として用いた場合、高価なものとなるという問題も生じている。
【００１０】
さらに、前記従来技術▲３▼．では、拡散防止のために特別なバリア層を設ける必要があり、ＥＬ素子の製造工程が煩雑になるという問題を生じている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のＥＬ素子は、以上の課題を解決するために、エレクトロルミネセンスによる発光層を、透明共通電極層と各走査用電極層との間に有する発光部が、基板上に形成され、基板は、ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする、透光性を備えた多結晶体である。上記透光性セラミックスは、焼成により形成される、透光性を有する多結晶体（つまり複屈折を示さないもの）であるセラミックスである。
【００１２】
上記構成によれば、基板が透光性セラミックスからなるので、耐熱性に優れ、、発光層の高温熱処理が可能となり、上記熱処理により、発光層の発光効率を向上できる。
【００１３】
その上、上記構成では、透光性セラミックスからなる基板は、表面平滑性を高くでき（Ｒａ≦１０ｎｍ）、表面の欠陥を極めて低減できる（表面欠陥の面積率０．１％以下）。これにより、上記基板上に形成された透明電極層との密着性を向上できて、基板と透明電極層との間での剥離といった不都合を抑制できると共に、上記基板を表示面としても、その表示面での表示画質を向上できる。
【００１４】
さらに、上記基板は、熱膨張係数が１０×１０-6／℃〜１１×１０-6／℃にできるから、発光層の熱膨張係数との差を少なくできて、熱処理時に発光層にクラックや基板上での剥離の発生を抑制できる。
【００１５】
また、上記基板の直線透過率を高く設定できるため、基板を通して発光させることができて、反転構造以外のＥＬ素子にも適用可能である。その上、上記構成においては、ホットプレスといった高価かつ煩雑な工程を省いて作製できるので、安価にできる。
【００１６】
したがって、上記構成では、従来のものより、信頼性を改善でき、かつ安価なものにできる。
【００１７】
上記ＥＬ素子においては、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系であることを特徴としている。上記構成によれば、熱膨張係数が１０×１０-6／℃〜１１×１０-6／℃であるから、発光層の熱膨張係数との差をより少なくできて、発光層において熱処理時のクラックやはがれの発生をより確実に抑制できる。
【００１８】
上記基板は、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ３系であることを特徴としている。上記構成によれば、熱膨張係数が１０×１０-6／℃〜１１×１０-6／℃であるから、発光層の熱膨張係数との差をより少なくできて、発光層において熱処理時のクラックやはがれの発生をより確実に抑制できる。
【００１９】
上記ＥＬ素子では、基板は、屈折率が１．９以上、かつ常誘電体であることが望ましい。常誘電体とは、電界が印加されても誘電率が変化しないものであり、よって、複屈折を生じないものである。
【００２０】
上記構成によれば、常誘電体であるので、複屈折を示さず、基板の表示装置の表示画面側に用いても、上記表示面での表示が複屈折のために歪んだり、その補正をしたりすることを回避できて、表示装置として好適なものとなる。さらに、上記構成では、屈折率が１．９以上であるので、表示画面での視野角を大きくできて、視野角視認性を向上できる。
【００２１】
上記ＥＬ素子においては、発光層の母体材料が、アルカリ土類金属の硫化物であることが好ましい。上記構成によれば、発光層の母体材料に、アルカリ土類金属の硫化物を用いたことにより、発光層と基板との熱膨張係数の違いを、より一層小さく設定できるので、発光層に対する熱処理時のクラックやはがれの発生をより確実に抑制できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１ないし図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２４】
本発明に係るＥＬ素子では、図１に示すように、透光性セラミックスからなる、透光性を備えた基板１が板状に、かつ表面粗さＲａ０．００５μｍ、基板１の表面の欠陥面積０．１％に形成して用いられている。この基板１上に、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明電極層２が、例えば２００ｎｍの厚みにスパッタリンク法等により形成されている。上記透明電極層２は共通電極層となっている。
【００２５】
この透明電極層２上に、下部絶縁層３、発光層４、上部絶縁層５がこの順にて形成されている。下部絶縁層３として、酸化ケイ素と窒化ケイ素との積層膜を用いた。このときの層厚はそれぞれ例えば５０ｎｍ、２００ｎｍとした。上部絶縁層５として、窒化ケイ素と酸化ケイ素との積層膜を用いた。このときの層厚はそれぞれ例えば２００ｎｍ、５０ｎｍとした。
【００２６】
発光層４の発光母材には硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）を用い、発光層４の発光センタとして硫化セリウム（Ｃｅ2 Ｓ3 ）が５００℃に加熱した基板１上に電子ビーム蒸着法で、０．８μｍ〜１．８μｍの厚みにそれぞれ形成されている。
【００２７】
このような発光層４には、発光層４の結晶性の改善および発光センタをより均一に分布させて発光効率を高めるために、真空中、例えば６００℃で２時間アニールが施されている。
【００２８】
最後に、上部絶縁層５上に、エッチング工程を用いてストライプ状の各アルミニウム電極が背面電極６として互いに平行に離間して形成されている。上記各背面電極６は、画像を表示するための各走査電極となっている。これにより、薄膜型のＥＬ素子となっている。
【００２９】
上記透光性セラミックスとしては、焼成により形成され、かつ、光の直線透過率が２０％以上、より好ましくは５０％以上のものであれば、どのような屈折率のものでも、また、複屈折を有するものでもよいが、屈折率が１．９以上であるものであり、かつ、常誘電体（複屈折を示さないもの）が好ましい。
【００３０】
次に、上記基板１の素材としてのＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系の複合ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする透光性セラミックスについて以下に説明する。
【００３１】
まず、原料粉末として、高純度のＢａＣＯ3 、ＳｎＯ2 、ＺｒＯ2 、ＭｇＣＯ3 およびＴａ2 Ｏ5 の各粉末を準備した。続いて、上記各原料粉末を、Ｂａ〔（Ｓｎu Ｚｒ1-u ）x Ｍｇy Ｔａz 〕v Ｏw なる組成式において、ｕ＝０．６７、ｘ＝０．１６、ｙ＝０．２９、ｚ＝０．５５、ｖ＝１．０２、となる組成が得られるようにそれぞれ秤量し、一緒にボールミルで１６時間湿式混合して混合物を得た。なお、ｗについては、焼成後において、ほぼ３となっている。ｘ、ｙ、ｚについては、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．００の関係を満たすものである。
【００３２】
この混合物を乾燥した後、１３００℃で３時間仮焼して仮焼物を得た。この仮焼物を水および有機バインダーと共に、ボールミルに入れ、１６時間湿式粉砕して粉砕物を得た。有機バインダーとしては、結合剤としての機能を備え、かつ、焼結時に、焼結温度に達する前に、大気中で例えば５００℃程度で大気中の酸素と反応して炭酸ガスや水蒸気等にガス化して消失するものであればよく、例えばエチルセルロース等が挙げられる。
【００３３】
この粉砕物を乾燥した後、５０メッシュの網（篩）を通して造粒し、得られた造粒粉末を、例えば２０００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で所定形状の直方体形状に成形して成形物を得た。その次に、この成形物を、同組成粉末中に埋め込んだ。
【００３４】
上記の同組成粉末は上記成形物と同組成系に調整したものを焼成して得られた焼成物を粉砕したものであり、特に透光性を備えていなくともよい。上記同組成系としては、上記成形物と各成分が同一であれば、それらの組成比が相違していてもよいが、略同一のものが好ましい。したがって、同組成粉末中に埋め込んだ成形物は、上記成形物と同組成系に近接して配置され、焼成されることになる。
【００３５】
この成形物を、焼成炉中において、上記同組成粉末と共に、まず、大気組成の雰囲気中にて、加熱して昇温させ成形物に含まれる有機バインダーを加熱により消失させる脱バインダーが生じる温度領域まで昇温させ、脱バインダー後、昇温させながら上記大気中に酸素を注入して酸素濃度を大気中の酸素濃度から上昇、例えば９５％（容量％）に設定して、焼成炉中の焼成雰囲気を調整した。
【００３６】
その後、上記焼成雰囲気を維持して、例えば１６００℃の焼成温度まで焼成炉内を昇温し、その焼成雰囲気および焼成温度を維持しながら２０時間、上記成形物を焼成して、上記成形物から焼結体を得た。
【００３７】
このようにして、図１に示すように、本実施の形態に係る、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系の複合ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする焼結体である透光性セラミックスからなる基板１を作製した。
【００３８】
このようにして得られた透光性セラミックスは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）による分析の結果、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系の結晶構造を有することが確認された。ここで、Ｂａは、複合ペロブスカイト型結晶構造のＡサイトに、また、ＭｇとＴａとがＢサイトに入ることは、それらのイオン半径と原子価とから制約されるものである。
【００３９】
上記焼成温度および焼成時間については、用いる組成により設定されるが、上記組成では１５５０℃〜１６５０℃の範囲内で、焼成時間を１０時間以上焼成すればよい。上記条件にて焼成すれば、透光性の高い焼結体である透光性セラミックスが得られる。上記透光性セラミックスは、常誘電体の多結晶体であるため、複屈折を示さないものである。
【００４０】
上記基板１に用いた透光性セラミックスについて、直線透過率と屈折率をそれぞれ測定した。屈折率は、２．１であった。また、直線透過率は、図２に示すように、光の波長が３００ｎｍから９００ｎｍまでの範囲で４０％以上、３５０ｎｍから９００ｎｍまでの範囲で６０％以上、３８０ｎｍから９００ｎｍまでの範囲で７０％以上であった。
【００４１】
直線透過率は、島津製分光光度計（ＵＶ−２００Ｓ）を用いて測定波長λが１８０ｎｍ〜９００ｎｍの範囲で、また、屈折率はプリズムカプラー（Metricon社製、MODEL 2010）を用い、測定波長λが６３３ｎｍで測定した。
【００４２】
以下に、用いた透光性セラミックスからなる基板１において、直線透過率がほぼ理論値であることについて説明する。まず、直線透過率の測定時には、空気中から試料に対し垂直に光が入射する。このため、屈折率（ｎ）が２．１の場合、基板１の表面と背面とでの反射率の合計が２３％となる。よって、上記基板１の直線透過率の理論値（理論最大値）は７７％となる。
【００４３】
上記基板１では、その直線透過率が４００ｎｍ以上において、ほぼ７５％であり、理論値と同等の値を示した。このことは、上記基板１である透光性セラミックスの結晶内の欠陥がほとんど無いことを示しており、この透光性セラミックスが光学部品として利用可能であることを裏付けている。このような透光性セラミックスでは、表面にＡＲ（反射防止膜）コートを施すことで、ほぼ１００％の直線透過率を有するものにできる。
【００４４】
このようなＥＬ素子では、前記の透光性セラミックスからなる基板１を用いたことにより、ＳｒＳの発光層４の厚みを種々変えても、アニール後の発光層４の剥離やクラックは観察されなかった。また、各薄膜形成時の断線等の不良も見られなかった。これは、用いた基板１の熱膨張係数が１０×１０-6／℃〜１１×１０-6／℃であるので、発光層４の熱膨張係数１１×１０-6／℃〜１４×１０-6／℃）との差を小さくできるので、上記発光層４に対しクラックや剥離の発生を回避できたからである。
【００４５】
その上、上記ＥＬ素子においては、ＳｒＴｉＯ3 単結晶といった高価なものを基板１として用いずとも同様な効果を発揮でき、また、ＨＰやＨＩＰといった高価な装置を用いる方法を回避できるので、安価なものとすることが可能となる。
【００４６】
次に、前記の焼成雰囲気の酸素濃度の直線透過率に対する影響を調べた。まず、焼成雰囲気の酸素濃度を、種々代えて各透光性セラミックスをそれぞれ調製した。続いて、各透光性セラミックスの直線透過率を調べ、その結果を図３に示した。この結果では、酸素濃度と直線透過率との関係は正の相関を示し、焼成雰囲気の酸素濃度としては、４５％以上（直線透過率２０％以上が得られる範囲）が好ましく、７５％以上（直線透過率６０％以上が得られる範囲）がより好ましく、さらに９０％以上がより好ましいことが分かった。
【００４７】
また、上記では、基板１の透光性セラミックスとして、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系を用いた例を挙げたが、他の透光性セラミックスでもよく、例えば、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ3 系の透光性セラミックスを用いることもできる。この透光性セラミックスの製造方法に基づいて説明すると以下の通りである。まず、原料として、高純度のＢａＣＯ3 、ＺｒＯ2 、ＺｎＯおよびＴａ2 Ｏ5 を準備した。
【００４８】
続いて、これらの各原料を、Ｂａ（Ｚｒx Ｚｎy Ｔａz ）a Ｏw なる組成式において、ｘ＝０．０３、ｙ＝０．３２、ｚ＝０．６５、ａ＝１．０２、となる組成が得られるようにそれぞれ秤量し、それらを一緒にボールミルで１６時間湿式混合して混合物を得た。なお、ｗについては、焼成後において、ほぼ３となっている。
【００４９】
この混合物を乾燥した後、１２００℃で３時間仮焼して仮焼物を得た。この仮焼物を水および有機バインダーと共に、ボールミルに入れ、１６時間湿式粉砕して粉砕物を得た。この粉砕物を用いて、焼成温度を１５００℃、焼成時間を１０時間に代えた以外は、前述のＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系と同様にして基板１を調製した。
【００５０】
上記焼成温度および焼成時間については、用いる組成により設定されるが、上記組成では１５００℃〜１６００℃の範囲内で、かつ、焼成時間を５時間以上であればよい。上記条件にて焼成すれば、透光性の高い焼結体が得られる。
【００５１】
この透光性セラミックスについて同様に直線透過率と屈折率をそれぞれ測定した。上記透光性セラミックスの屈折率は２．１であった。また、直線透過率の結果を図２に合わせて示した。上記結果では、直線透過率は４００ｎｍから９００ｎｍにおいて５０％以上であった。以上のように、上記では、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ3 系の透光性セラミックスの例を示しており、前記のＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系とは相違する複合ペロブスカイト型結晶相を主結晶相とする材料系においても、高い直線透過率および高屈折率のものが得られていることが判る。
【００５２】
さらに、他のＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系の複合ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする透光性セラミックスを用いたＥＬ素子について説明すると以下の通りである。
【００５３】
まず、原料として、高純度のＢａＣＯ3 、ＭｇＣＯ3 およびＴａ2 Ｏ5 を準備した。続いて、上記各原料を、Ｂａ（Ｍｇy Ｔａz ）v Ｏw なる組成式において、ｙ＝０．３３、ｚ＝０．６７、ｖ＝１．０３となる組成が得られるようにそれぞれ秤量した。
【００５４】
続いて、前記のＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系を用いた基板１と同様にしてＥＬ素子を作製した。その透光性セラミックスの直線透過率を測定し、その結果を図２に合わせて示した。その結果から、直線透過率は２０％程度であり、前述の透光性セラミックスより若干直線透過率が低くなっているが、反射防止コートを施すことにより、基板１の素材として用いることが可能なものである。
【００５５】
なお、上記の各例では、特定の組成比を有する各透光性セラミックスの例を挙げたが、本発明のＥＬ素子に用いる透光性セラミックスは、これらに限定されるものではない。
【００５６】
さらに、上記の各例では、成形物を上記成形物と同組成系に近接して配置させるために、上記成形物を同組成粉末中に埋め込んだ例を挙げたが、上記に特に限定されるものではなく、例えば、上記成形物と同組成系の焼結体の板やサヤを用いてもよい。上記の板を用いる場合には、板の上に成形物を載置して焼成すればよく、また、上記のサヤを用いる場合には、そのサヤの中に成形物を載置して焼成すればよい。
上記透光性セラミックスとしては、ＡサイトにＢａ、Ｓｒ、Ｃａの中から１種以上を含み、ＢサイトにＺｒ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ａｌ、希土類の中から１種以上を含む一般式ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型結晶構造を備えているものが望ましい。上記ペロブスカイト型結晶構造には、複合ペロブスカイト型結晶構造が含まれる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明のＥＬ素子は、以上のように、ＥＬによる発光層を、透明共通電極層と各走査用電極層との間に有する発光部が基板上に形成され、基板は、ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする透光性を備えた多結晶体であり、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系またはＢａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ３系である構成である。
【００５８】
それゆえ、上記構成は、基板が透光性を備えた多結晶体からなることによって、発光層に対する熱処理を高温にて実施できるから、上記発光層の発光効率を高めることができ、また従来の高価な素材や方法を回避できて安価にできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＥＬ素子の概略断面図である。
【図２】本発明のＥＬ素子の基板に用いた各透光性セラミックスに関する、各波長での直線透過率をそれぞれ示すグラフである。
【図３】上記ＥＬ素子に用いた透光性セラミックスにおける焼成雰囲気の酸素濃度と、直線透過率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    基板
２    透明電極（透明共通電極層）
４    発光層
６    背面電極（走査用電極層）
【図１】
0003767380.tif 000002
【図２】
0003767380.tif 000003
【図３】
0003767380.tif 000004