(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板の一方面側に配置される上下電極と、
上下電極間に配置される２つの絶縁層と、
基板側の絶縁層上に、該絶縁層と接してエッチングによって発光層材料が複数パターニングされて並置される発光層と、
発光層上に発光層と接し、前記発光層材料と結晶性的相性が良く、発光中心を含まない材料で、エッチングを含まない成膜法によって膜厚が５０ｎｍを越え２００ｎｍ以下となるように形成され、発光させたい発光層部分を覆っている膜面改善層とを含むエレクトロルミネッセント素子を有することを特徴とするカラーＥＬパネル。
【請求項２】
前記エレクトロルミネッセント素子に対向して、透光性基板上に形成されたカラーフィルタが備えられていることを特徴とする請求項１記載のカラーＥＬパネル。
【請求項３】
前記膜面改善層の膜厚ｄｍ（ｍ）は、膜面改善層の比誘電率εｍ、カラーＥＬパネルの駆動回路によって決定される発光を開始させたい印加電圧波形の振幅値をＶａ（Ｖ）、前記発光層の比誘電率をεｐ、発光層が光始める発光層のしきい電界をＥｔｈ（Ｖ／ｍ）、発光層の膜厚をｄｐ（ｍ）、前記２つの絶縁層の膜厚の合計をｄｉ（ｍ）および２つの絶縁層の見かけ上の誘電率の合計をεｉとしたとき、
ｄｍ≦(εｍ×Ｖａ)/(εｐ×Ｅｔｈ)-εｍ×ｄｐ/εｐ-εｍ×ｄｉ/εｉ
の関係を満たすように選ばれることを特徴とする請求項１記載のカラーＥＬパネル。
【請求項４】
基板の一方面上に下電極および絶縁層を形成する工程と、
絶縁層上に、エッチングによって発光層材料を複数パターニングして並置することによって発光層を形成する工程と、
発光層上に、前記発光層材料と結晶性的相性が良く、発光中心を含まない材料を用い、発光させたい発光層部分を覆って、エッチングを含まない成膜法によって膜面改善層を膜厚が５０ｎｍを越え２００ｎｍ以下となるように形成する工程と、
膜面改善層上にもう一つの絶縁層を形成した後、積層形成された層を熱処理する工程と、
熱処理された絶縁層上に上電極を形成する工程とを含むことを特徴とするカラーＥＬパネルの製造方法。
【請求項５】
前記発光層材料にＺｎＳ：ＭｎおよびＳｒＳ：Ｃｅを用い、前記膜面改善層の材料としてＺｎＳを用いたとき、前記熱処理する工程において、温度を４００℃以上とすることを特徴とする請求項４記載のカラーＥＬパネルの製造方法。
【請求項６】
前記熱処理する工程において、温度を、前記基板の変形温度または変質温度のうち、いずれか低い方の温度より低い温度に設定することを特徴とする請求項４記載のカラーＥＬパネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光層が発光層材料を複数パターニングして並置方式によって形成されるエレクトロルミネッセント（Electroluminescent：ＥＬ）素子で構成されるカラーＥＬパネルに関し、特に該ＥＬ素子にカラーフィルタを組合わせて構成されるフィルタ方式のカラーＥＬパネルおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜ＥＬパネルは、ガラスおよびセラミックス板などからなる基板上に下部電極、下部絶縁層、発光層、上部絶縁層、上部電極を順次積層した構造を有し、上部電極と下部電極との間に交流電圧を印加することによって発光を得る。従来から実用化されている薄膜ＥＬパネルは、発光層にＺｎＳ：Ｍｎ薄膜を用いた黄色モノクロームディスプレイであり、下部電極に透光性導電膜、上部電極に金属電極を用い、下部電極側から光を取出す。
【０００３】
近年の情報産業の発達によってカラーディスプレイの需要が高まっており、薄膜ＥＬパネルのカラー化への応用が盛んに進められている。薄膜ＥＬパネルをカラー化するため、薄膜ＥＬ素子とカラーフィルタとを対向させたフィルタ方式の薄膜ＥＬパネルが多く開発されている。フィルタ方式とは、薄膜ＥＬ素子から出る単一色の光を複数色の有機物からなるカラーフィルタによって分光して、複数の発光色を得る方式をいう。
【０００４】
薄膜ＥＬパネルのカラー化の方式としては、フィルタ方式の他、異なる発光色の発光層をそれぞれ並べて絵素を形成する並置方式、異なる発光色のＥＬ素子を重ねて積層する積層方式、２枚の基板にそれぞれ異なる発光色のＥＬ素子を形成して両者を重ね合わせる二重基板方式が主な方式として挙げられる。
【０００５】
フィルタ方式は、ＥＬ素子に一種類の発光層を設ければよく、製造プロセスが簡略化されて作り易く、製造原価を低くできる利点があるので、ＥＬ素子のカラー化の方式として一般に採用されている。しかしブロードな発光スペクトルを持つ単色の発光層をカラーフィルタで複数の発光色に分光するので、発光スペクトルの何割かがカラーフィルタでカットされて輝度が不足しやすいという問題がある。
【０００６】
前記問題を解決するため、所望する発光色に近い発光スペクトルを呈する発光層材料を、所望の色に対応して複数パターニングすることによって、並置方式で形成した発光層をＥＬパネルに用いることを検討する。
現在、所望する発光色そのものの発光を得る目的では、輝度および寿命などの問題から、カラーフィルタ方式を全く採用していないというわけではない。所望する発光色による輝度を考慮すると、並置方式とカラーフィルタ方式とを併用するタイプの方が高い輝度が得られる。
【０００７】
発光層材料を複数パターニングして並置方式によって発光層を形成し、ＥＬパネルを構成したものにカラーフィルタを組合わせ、ＥＬ素子からの発光をカラーフィルタによって分光する。これによってそれぞれの色に近い発光を呈する発光層材料を用いることができるようになるので、発光スペクトルがカラーフィルタによってカットされる部分が少なくなって、パネルの発光の効率が見かけ上高くなり、結果としてカラーＥＬパネルの輝度を向上させることが可能となる。
【０００８】
発光層をパターニングして並置方式によってカラーＥＬパネルを形成する技術は、特開昭６１−１３５９７号公報に示されている。前記公報では、発光層のパターニング方法として、エッチング技術、フォトリソグラフィ法およびマスク蒸着法などが提案されている。カラーＥＬパネルの発光層パターニング方法としては、同パネルの画素が非常に小さく画素密度も高いこと、発光層材料特性がよく知られているなどの関係で、エッチング技術が用いられることが一般的である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のようにカラーフィルタを組合わせた並置方式のカラーＥＬパネルにおいては、発光層をエッチングによってパターニングするので、エッチング時のレジスト形成およびエッチング液の沁込みなどによって、細かく見ると発光層の表面上が非常に荒れた形状となる。荒れた発光層上に上部絶縁層および上部電極を形成してＥＬ素子を構成した場合、その荒れた部分では結晶欠陥が生じやすいので、発光層と絶縁層界面とで電荷の浅い準位が多く形成され、発光層電界が低いところから電荷が流れてＥＬ素子が発光を呈し始め、ＥＬ素子特性の輝度−印加電圧特性が急峻でなくなる。
【００１０】
通常ＥＬ素子は、発光開始電圧であるしきい電圧で、急激に輝度が増加する急峻な輝度−印加電圧特性を示す。輝度−印加電圧特性が急峻でないと、カラーＥＬパネルに大きな変調電圧が必要となってパネルの消費電力が増加する。また発光電界が低いところで電荷が流れるので、発光層に強い電界がかからなくなり、発光層中を流れる電荷のもつエネルギが低くなり、その結果発光輝度が低下する。
【００１１】
したがって輝度−印加電圧特性の悪化によって生じるパネルの消費電力の増加、および駆動回路の変調電圧が固定であることによる輝度の低下について対策を採る必要もある。
【００１２】
本発明の目的は、ＥＬ素子の発光層をパターニングする並置方式のカラーＥＬパネルにおいて、消費電力の増加および発光輝度の低下を防止して表示品位のよいカラーＥＬパネルおよびその製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板と、
基板の一方面側に配置される上下電極と、
上下電極間に配置される２つの絶縁層と、
基板側の絶縁層上に、該絶縁層と接してエッチングによって発光層材料が複数パターニングされて並置される発光層と、
発光層上に発光層と接し、前記発光層材料と結晶性的相性が良く、発光中心を含まない材料で、エッチングを含まない成膜法によって膜厚が５０ｎｍを越え２００ｎｍ以下となるように形成され、発光させたい発光層部分を覆っている膜面改善層とを含むエレクトロルミネッセント素子を有することを特徴とするカラーＥＬパネルである。
【００１４】
本発明に従えば、ＥＬ素子の発光層をパターニングする並置方式によって構成されるカラーＥＬパネルにおいて、発光層上の発光させたい部分全面に、発光層材料と結晶構造が近い、または発光層材料の結晶と結びつき易い材料を用いた膜面改善層を形成するので、発光層のパターニング部位において発光層の結晶の連続性がよくなる。エッチングプロセスによってダメージを受け結晶性が悪くなった発光層より、エッチングプロセスを含まない蒸着法およびスパッタ法などの各種成膜方法によって形成された膜面改善層表面の方が結晶性がよいので、絶縁層と膜質改善層との間には、結晶欠陥による電荷の浅い準位ができず電荷の深い準位が形成される。これによってＥＬ素子の輝度−印加電圧特性を急峻に保つことができるので、パネルの消費電力の増加および発光輝度の低下を防止できる表示品位のよいカラーＥＬパネルを構成することができる。
【００１５】
本発明は、前記エレクトロルミネッセント素子に対向して、透光性基板上に形成されたカラーフィルタが備えられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、発光層材料が複数パターニングされたＥＬ素子からの発光をカラーフィルタを用いて分光することによって、各々の色に近い発光を呈する発光層材料をそれぞれ用いることができるようになるので、発光スペクトルがカラーフィルタによってカットされる部分が少なくなって、パネル発光の効率が見かけ上高くなり、カラーＥＬパネルの輝度を向上させることができ、さらに表示品位のよいカラーＥＬパネルを構成することが可能である。
【００１７】
本発明は、前記膜面改善層の膜厚ｄｍ（ｍ）は、膜面改善層の比誘電率εｍ、カラーＥＬパネルの駆動回路によって決定される発光を開始させたい印加電圧波形の振幅値をＶａ（Ｖ）、前記発光層の比誘電率をεｐ、発光層が光始める発光層のしきい電界をＥｔｈ（Ｖ／ｍ）、発光層の膜厚をｄｐ（ｍ）、前記２つの絶縁層の膜厚の合計をｄｉ（ｍ）および２つの絶縁層の見かけ上の誘電率の合計をεｉとしたとき、
ｄｍ≦(εｍ×Ｖａ)/(εｐ×Ｅｔｈ)-εｍ×ｄｐ/εｐ-εｍ×ｄｉ/εｉ
の関係を満たすように選ばれることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、膜面改善層の膜厚を一定膜厚以下にすることによって、一定膜厚を越える場合のようにＥＬ素子を発光させるために必要な電圧が、設計した電圧より高くなって、カラーＥＬパネルの駆動回路の変調電圧が固定であることにより変調電圧がとれないで輝度が低下したり、駆動回路でかけられる最大電圧をかけてもＥＬ素子が発光しなくなったりする問題が生じない。また発光層が、異なる複数の材料の並置により構成されている場合は、各々の材料の部分についてｄｍを上記式より計算し、それらの中で最も小さいｄｍをＥＬ素子全体のｄｍの上限値とすればよい。
【００１９】
本発明は、基板の一方面上に下電極および絶縁層を形成する工程と、
絶縁層上に、エッチングによって発光層材料を複数パターニングして並置することによって発光層を形成する工程と、
発光層上に、前記発光層材料と結晶性的相性が良く、発光中心を含まない材料を用い、発光させたい発光層部分を覆って、エッチングを含まない成膜法によって膜面改善層を膜厚が５０ｎｍを越え２００ｎｍ以下となるように形成する工程と、
膜面改善層上にもう一つの絶縁層を形成した後、積層形成された層を熱処理する工程と、
熱処理された絶縁層上に上電極を形成する工程とを含むことを特徴とするカラーＥＬパネルの製造方法である。
【００２０】
本発明に従えば、ＥＬ素子の発光層をパターニングする並置方式によって構成されるカラーＥＬパネルにおいて、発光層上の発光させたい部分全面に、発光層材料と結晶構造が近い、または発光層材料の結晶と結びつき易い材料を用いた膜面改善層を形成するので、発光層のパターニング部位において発光層の結晶の連続性がよくなる。エッチングプロセスによってダメージを受け結晶性が悪くなった発光層より、エッチングプロセスを含まない蒸着法およびスパッタ法などの各種成膜方法によって形成された膜面改善層表面の方が結晶性がよいので、絶縁層と膜質改善層との間には、結晶欠陥による電荷の浅い準位ができず電荷の深い準位が形成される。また熱処理によってＥＬ素子の発光層のパターニング面と膜面改善層との界面状態がよくなるとともに、界面部分で結晶性がよくなって結晶欠陥が少なくなるので、さらにＥＬ素子の輝度−印加電圧特性を急峻に保て、パネルの消費電力の増加および発光輝度の低下も防止できる表示品位のよいカラーＥＬパネルを製造することができる。
【００２１】
本発明は、前記発光層材料にＺｎＳ：ＭｎおよびＳｒＳ：Ｃｅを用い、前記膜面改善層の材料としてＺｎＳを用いたとき、前記熱処理する工程において、温度を４００℃以上とすることを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、発光層材料としてＺｎＳ：ＭｎおよびＳｒＳ：Ｃｅ、膜面改善層としてＺｎＳを用いて４００℃以上で熱処理するので、膜面改善層と発光層の界面近傍の結晶性が向上して結晶欠陥が減少するため、輝度および発光効率が高いカラーＥＬパネルを得ることができる。
【００２３】
本発明は、前記熱処理する工程において、温度を、前記基板の変形温度または変質温度のうち、いずれか低い方の温度より低い温度に設定することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、基板が変形および変質する温度より低い温度で熱処理するので、カラーＥＬパネルの製造中および製造後にパネルの変形を生じることなく、パネルの歩留まりをよくしてパネル原価を低くできるとともに、パネルの歪みによる表示品位の悪化を防止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
図１は、本発明の実施の一形態によるカラーＥＬパネルの断面斜視図である。該カラーＥＬパネルは、ＥＬパネル基板１２３、カラーフィルタ基板１２０および樹脂接着剤１１５から成る。前記ＥＬパネル基板１２３は、ＥＬ素子基板１１９、絶縁性液体２０、シール板１８、注入孔１９、封止板１１０およびシール樹脂１１７とを含む。
【００２６】
ＥＬ素子基板１１９は、たとえば板厚１．１ｍｍ、ガラスサイズ１５０ｍｍ×１１０ｍｍのガラス基板である基板１１上に、ＥＬ素子１１８が形成されて成る。該ＥＬ素子１１８は、順次、たとえばＩＴＯ（Indium-tin-oxide）が膜厚５０〜５００ｎｍで形成された透光性の下部電極１２、Ｓｉ3Ｎ4／ＳｉＯ2積層膜が膜厚２００〜５００ｎｍで形成された下部絶縁層１３、膜厚３００〜１０００ｎｍでＺｎＳ：ＭｎとＳｒＳ：Ｃｅとでストライプ状にパターニングされた発光層１４、ＺｎＳ：Ｍｎと同じ結晶構造であるＺｎＳを用いて膜厚１５０ｎｍに形成した膜面改善層１５、ＳｉＯ2／Ｓｉ3Ｎ4積層膜が膜厚５０〜５００ｎｍで形成された上部絶縁層１６、ＩＴＯが膜厚１００〜８００ｎｍで形成された透光性の上部電極１７が積層されて成る。
【００２７】
膜面改善層１５には、発光層のＺｎＳ：Ｍｎの母体材料と同じＺｎＳなど、発光層との結晶性的相性がよい材料を用いる。ＺｎＳはＳｒＳと結晶構造は異なるが、結晶的には相性がよく、ＳｒＳ：Ｃｅを発光層とする青緑色発光ＥＬ素子の電荷の加速層としてよく用いられている。故に発光層中に電荷をスムーズに流す意味ではＳｒＳ：Ｃｅ上にＺｎＳ層を用いても問題は生じない。
【００２８】
膜面改善層１５が発光するような物質であると発光層をパターニングした意味がなくなり、膜面改善層１５が光るとＥＬ素子の発光色が変化してパネルの表示品位が悪化するので、膜面改善層１５には発光中心の存在しない無添加（ノンドープ）の発光層材料を用いる。膜面改善層１５の膜厚は、後述するように一定膜厚以下に設定する。
【００２９】
カラーフィルタ基板１２０は、板厚１．１ｍｍのガラス板などの透光性基板１１１の一方面上に、膜厚１．２μｍで赤、緑および青のカラーフィルタ１１２が順次ストライプ状に並列に形成され、各カラーフィルタ１１２を重ねた領域がブラックマスク１１３となっている。
【００３０】
ＥＬ素子基板１１９とカラーフィルタ基板１２０とは、ＥＬ素子１１８側で、両者が接触しないでＥＬ素子１１８とカラーフィルタ１１２が２０μｍ程度の極近い距離となるように、樹脂接着剤１１５によって貼合わされている。樹脂接着剤１１５は、カラーフィルタ基板１２０の全周にあるわけではなく、カラーフィルタ基板１２０の四隅や一辺の一部に塗布されている。
【００３１】
ＥＬ素子基板１１９と、たとえば板厚１．８ｍｍのガラスの一方面が枠部分を残して０．７ｍｍの深さに掘込まれて注入孔１９が設けられたシール板１８とが、表示部周辺に設けられたエポキシ樹脂などのシール樹脂１１７によって貼合わされている。注入孔１９から、ＥＬ素子基板１１９とシール板１８との間隙に絶縁性液体２０が注入されると、前述のように樹脂接着剤１１５がカラーフィルタ基板１２０の四隅や一辺の一部に塗布されているので、ＥＬ素子１１８とカラーフィルタ１１２との間も絶縁性液体２０で満たされる。注入孔１９は封止板１１０によって封止されてＥＬパネル基板１２３が形成されている。
【００３２】
図２は、図１のカラーＥＬパネルを法線方向２１からみた平面図である。法線方向２１からみて下部電極１２と上部電極１７とは互いに直交して格子形状をなし、下部電極１２と上部電極１７との交差部によって画素２１６が形成されている。ストライプ状に形成されたカラーフィルタ１１２同士の間にはブラックマスク１１３が形成され、透光性基板１１１とカラーフィルタ１１２とブラックマスク１１３とによってカラーフィルタ基板１２０が形成されている。
【００３３】
図３は、膜面改善層を用いてＺｎＳ：Ｍｎを発光層とするＥＬ素子の輝度−印加電圧特性を示すグラフである。図４は、膜面改善層がなくＺｎＳ：Ｍｎを発光層とするＥＬ素子の輝度−印加電圧特性を示すグラフである。図３に用いたＥＬ素子の素子構造は、発光層１４がパターニングされていないことおよびカラーフィルタ基板１２０がないことを除いて図１と同様であり、膜面改善層はＺｎＳを用いているので、発光層との結晶性的相性が極めてよい。
【００３４】
図４に用いたＥＬ素子の素子構造は、膜面改善層がないことを除いて、図３におけるＥＬ素子の素子構造と同様である。図３および図４において、発光層には同じロットのＺｎＳ：Ｍｎを用い、周波数１００Ｈｚおよびパルス幅３５μｍの同じ交流パルス電圧波形で測定した。
【００３５】
ＥＬ素子は、駆動時に変調電圧によって、画素の発光非発光状態を決定する。変調電圧は、輝度が１ｆｔ−Ｌ以下の電圧とそれより高い必要な輝度が充分に取れる発光時の電圧Ｌ５０との差であり、その値は実用上駆動回路の性能の関係で最大値が決まり、約５０Ｖ程度が取られる。発光時の電圧Ｌ５０は、１ｆｔ−Ｌの輝度を示す電圧をしきい電圧とすると、
Ｌ５０ ＝ しきい電圧 ＋ 変調電圧
で表される。パネルの輝度が１ｆｔ−Ｌ以上では人間の目に画素が発光して見え、発光時とのコントラストが落ちてパネルの表示品位が低くなるので、非発光時の電圧値は通常１ｆｔ−Ｌより若干低い値が選ばれる。発光時に印加できる電圧の最大値は固定値であるので、パネルの輝度−印加電圧特性は急峻である必要がある。
【００３６】
図３では、１ｆｔ−Ｌ付近が急峻であるので、約１７０Ｖ付近をしきい電圧とし、変調電圧を５０Ｖとすると、発光時の電圧Ｌ５０は約２２０Ｖ程度になり、１００ｆｔ−Ｌ程度の輝度が得られる。図４では、低電圧から発光を呈し始め、１ｆｔ−Ｌ付近がなだらかで、しきい電圧は１５５Ｖ付近であり、変調電圧を５０Ｖとすると発光時の電圧Ｌ５０は２０５Ｖで、輝度が５５ｆｔ−Ｌ程度でかなり低い。これによって膜面改善層がない従来のＥＬ素子をカラーＥＬパネルに用いた場合には表示品位が悪くなるのに対し、膜面改善層を備えるＥＬ素子を用いた本発明のカラーＥＬパネルにおいては、ＥＬ素子の輝度−印加電圧特性を急峻に保てパネルの消費電力の増加を防止でき、発光輝度の低下も防止して表示品位がよくなることが判る。
【００３７】
ＥＬ素子は、発光層中を流れる電荷が発光層中の発光中心を励起することによって発光する。主に発光層中の添加物が発光中心となる。この励起には１ＭＶ／ｃｍ以上の高い電界が必要で、ＥＬ素子を効率よく、輝度がより高くなるように発光させるには発光層中を電荷がスムーズに流れるようにする必要がある。このためには絶縁層と発光層とを流れる電荷が、発光層に高い電界がかかったときに流れるようにする必要があり、発光層および絶縁層間に貯えられる電荷は、深い準位に捕獲されていることが必須である。
【００３８】
膜面改善層がない従来のＥＬ素子においては、発光層と絶縁層間にトラップされる電荷は浅い準位になりやすいのに対し、膜面改善層を備えるＥＬ素子においては、深い準位が形成されるので、効率よく、輝度が高いカラーＥＬパネルを形成することができる。
【００３９】
カラーＥＬパネルにおいて、輝度が低下したり発光しなくなったりする問題を生じないようにするためには、膜面改善層１５の膜厚を一定膜厚以下に設定する必要もある。
【００４０】
発光層膜厚をｄｐ（ｍ）、発光層が光始める発光層のしきい電界をＥｔｈ（Ｖ／ｍ）、発光層にかかる電圧をＶｐ（Ｖ）とすると、発光層が発光するためには、
ｄｐ × Ｅｔｈ ≦ Ｖｐ                                   …（１）
であればよい。膜面改善層を持つＥＬ素子は電気的にみると、等価的に３種類のコンデンサの直列接続、すなわち膜面改善層容量Ｃｍ、発光層容量Ｃｐ、上下の絶縁層を合わせた総合容量Ｃｉの３つのコンデンサの直列接続とみることができる。ＣｍとＣｐとＣｉとを直列接続したときの全体の容量をＥＬ素子の全容量Ｃとし、膜面改善層にかかる電圧をＶｍ、絶縁層にかかる電圧をＶｉとすると、この素子に電圧Ｖａを印加した場合にそれぞれのコンデンサに貯えられる電荷量は電気的関係を示す公式から、
C×Va ＝ Cm×Vm ＝ Cp×Vp ＝ Ci×Vi                      …（２）
Va ＝ Vm＋Vp＋Vi                                         …（３）
となる。式（２）から、
Vm ＝ C×Va/Cm、Vp ＝ C×Va/Cp、Vi ＝ C×Va/Ci           …（４）
となる。式（４）を式（３）へ代入して整理すると、
C ＝ １／（１／Cm＋１／Cp＋１／Ci）                      …（５）
となる。式（２）と式（５）とより発光層にかかる電圧Ｖｐは、
Vp ＝ Cm×Ci×Va／（Cm×Cp＋Cp×Ci＋Cm×Cp）             …（６）
となる。
【００４１】
真空の誘電率をεｏ、膜面改善層、発光層および絶縁層の比誘電率を各々εｍ，εｐおよびεｉ、同じＥＬ素子の３つのコンデンサはすべて同じ面積となるのでＣｍ、ＣｐまたはＣｉの面積をＳ（ｍ2）、膜面改善層、発光層および絶縁膜の膜厚を各々ｄｍ（ｍ）、ｄｐ（ｍ）およびｄｉ（ｍ）で表すと、電気的関係を示す公式から、
Cm ＝ εo×εm×S/dm、Cp ＝ εo×εp×S/dp、Ci ＝ εo×εi×S/di …（７）となる。式（７）を式（６）へ代入して整理すると、
Vp ＝ dp×εm×εi×Va/(dp×εm×εi+dm×εp×εi+di×εm×εp) …（８）となる。式（８）を式（１）へ代入して整理すると、
ｄｍ ≦ (εm×Va)/(εp×Eth)−εm×dp/εp−εm×di/εi       …（９）となる。
【００４２】
膜面改善層の膜厚ｄｍが、式（９）の条件を越えて厚くすると、ＥＬ素子を発光させるために必要な電圧が、設計した電圧より高くなって変調電圧がとれないで輝度が低下したり、駆動回路でかけられる最大電圧をかけてもＥＬ素子が発光しなくなったりする。変調電圧は、実用上駆動回路の性能の関係でその最大値が決まり、現在、技術的には２５０Ｖ前後まで可能である。
【００４３】
つぎに本発明の実施の一形態によるカラーＥＬパネルの製造方法について図１を参照して詳細に説明する。
【００４４】
まず板厚１．１ｍｍおよびガラスサイズ１５０ｍｍ×１１０ｍｍのガラス基板（１７３７：コーニングジャパン社製）などを基板１１とし、基板１１上にＩＴＯなどの透明導電膜を、たとえばスパッタ法、電子ビーム蒸着法およびスプレー法などの各種の薄膜形成方法によって５０〜５００ｎｍの膜厚に成膜した後、フォトエッチングプロセスによってストライプ状に形成することによって透光性の下部電極１２を形成する。
【００４５】
次いで下部電極１２上にＳｉ3Ｎ4／ＳｉＯ2積層膜などの透光性絶縁膜を、たとえばスパッタ法によって２００〜５００ｎｍの膜厚に成膜して下部絶縁層１３を形成した。
【００４６】
次いで下部絶縁層１３上に基板温度を２００〜３００℃に保持し、ＺｎＳに０．２〜０．６重量％のＭｎを添加したＺｎＳ：Ｍｎペレットを蒸発源とし、電子ビーム蒸着法によって３００〜１０００ｎｍの膜厚のＺｎＳ：Ｍｎ層を形成した。形成したＺｎＳ：Ｍｎ層を下部電極１２に直交するストライプ状のパターンにエッチングした。
【００４７】
具体的には、ＺｎＳ：Ｍｎ層上に、フォトレジスト（ＯＦＰＲ８６００：富士フィルムオーリン社製）をスピンコート法によって塗布し、所定のストライプ状パターンにフォトマスクと紫外線露光機とによって露光した。５倍に希釈した現像液（ＦＨ２１３０：富士フィルムオーリン社製）によって現像した後、基板を水洗した。３５％の塩酸を用いて室温で２０秒間ＺｎＳ：Ｍｎをエッチングして水洗し、フォトレジストをアセトンによって除去してストライプ状のＺｎＳ：Ｍｎを形成した。
【００４８】
さらに基板温度を５００〜６５０℃に保持し、ＳｒＳに０．０５〜０．５重量％のＣｅを添加したＳｒＳ：Ｃｅペレットを蒸発源として電子ビーム蒸着法によって３００〜１０００ｎｍの膜厚のＳｒＳ：Ｃｅ層を形成した。形成したＳｒＳ：Ｃｅ層を下部電極１２に直交し、ＺｎＳ：Ｍｎがない部分にストライプ状のパターンにエッチングした。
【００４９】
具体的には、ＳｒＳ：Ｃｅ層上に、フォトレジスト（ＯＦＰＲ８６００：富士フィルムオーリン社製）をスピンコート法によって塗布し、フォトマスクをＺｎＳ：Ｍｎがない層上に用いて紫外線露光機によってストライプ状パターンに露光した。５倍に希釈した現像液（ＦＨ２１３０：富士フィルムオーリン社製）によって現像した後、基板を水洗した。５％のリン酸を用いて室温で５秒間ＳｒＳ：Ｃｅをエッチングして水洗し、フォトレジストをアセトンによって除去し、ＺｎＳ：ＭｎおよびＳｒＳ：Ｃｅがパターニングされた発光層１４を形成した。
【００５０】
次いで発光層１４の上に、基板温度を２００〜３００℃に保持し、ＺｎＳペレットを蒸発源として電子ビーム蒸着法によって、ＺｎＳ：Ｍｎと同じ結晶構造であるＺｎＳを膜面改善層１５として形成した。膜面改善層１５の膜厚ｄｍは、前述のように式（９）の条件を満たす厚さとした。たとえばＺｎＳ：Ｍｎがパターニングされた発光層１４部分では、εｍ＝８、Ｖａ＝２００（Ｖ）、εｐ＝８、Ｅｔｈ＝１．０（ＭＶ／ｃｍ）、ｄｐ＝１（μｍ）、ｄｉ＝０．５（μｍ）およびεｉ＝５となるように作製した素子では、式（９）から
ｄｍ≦(8×200)/(8×1 .0×106/1.0×10-2)−8×1.0×10-6/8−8×0.5×10-6/5
ｄｍ≦０．２×１０-6（ｍ）
となり、ＳｒＳ：Ｃｅがパターニングされた発光層１４部分では、εｍ＝８、Ｖａ＝２００（Ｖ）、εｐ＝１０、εｔｈ＝０．８（ＭＶ／ｃｍ）、ｄｐ＝１（μｍ）、ｄｉ＝０．５（μｍ）およびεｉ＝５となるように作成した素子では、式（９）から同様に計算すると、
ｄｍ ≦ ０．４×１０-6（ｍ）
となるが、ＺｎＳ：Ｍｎの方がｄｍがより小さいので、本実施例ではｄｍは０．２（μｍ）以下であればよいので、膜面改善層１５の膜厚を０．１５μｍに設定した。
【００５１】
次いでＳｉＯ2／Ｓｉ3Ｎ4積層膜などの絶縁膜を、下部絶縁層１３と同様にして成膜し、上部絶縁層１６として順次積層する。
【００５２】
このようにして各層が形成された基板を、結晶性改善などのため真空中で４５０〜６５０℃、１〜６時間熱処理した。
【００５３】
ＥＬ素子は、効率よく高輝度に発光させるためには発光層中を電荷がスムーズに流れる必要があり、このために発光層の結晶性がよりよいことが要求される。前述のように膜面改善層を発光層と結晶性的に近い材料を用いて形成したので、発光層と膜面改善層とは一体として発光層と考えることができる。このような発光層と膜面改善層との間において、結晶欠陥が存在しても熱処理によって減らすことができるので、電荷の流れをスムーズにし、ＥＬパネルの輝度および効率をよりよくすることができる。
【００５４】
４００℃以上で熱処理したのは、発光層材料として採用したＺｎＳ：ＭｎおよびＳｒＳ：Ｃｅは、４００℃以上で結晶性が図５に示すように充分よくなって輝度が向上することが知られているからである。
【００５５】
図５は、本実施例の構成によるカラーＥＬパネルのアニール温度を３００℃、３５０℃、４００℃、５００℃、６５０℃として作成したカラーＥＬパネルのＬ５０における輝度を示す。図５より４００℃以上のアニール温度で輝度が大きく向上する。４００℃未満で熱処理した場合には、輝度および効率が低いカラーＥＬパネルしか形成できない。
【００５６】
熱処理温度の上限値は、基板に用いたガラス基板（１７３７：コーニングジャパン社製）の変形変質温度より低い６５０℃としたので、基板の歪みなどによる歩留まりの悪化および表示品位の悪化を生じることはない。発光層１４および膜面改善層１５中で結晶性がよくなったので、電荷がスムーズに流れるようになり、輝度、発光効率が改善した。
【００５７】
最後に、ＩＴＯを下部電極１２と同様、各種の成膜方法で１００〜８００ｎｍの膜厚に成膜した後、フォトエッチングプロセスによって下部電極１２と直交するようにストライプ状に上部電極１７を形成する。
【００５８】
このようにして形成したＥＬ素子１１８は、下部電極１２に透光性電極、上部電極１７にも透光性電極を用い、発光層からの光の取出し方向は従来のモノクローム薄膜ＥＬパネルとは逆に、基板１１のＥＬ素子１１８形成面側の面、図１では上側の方向になる。また発光層１４からの図１で下側方向の光は、金属電極を用いたり、下部電極１２にＡｕ系などの反射性のある物質を用いると、上側に取出すことが可能である。下部電極１２は熱処理に耐えられる耐熱性が必要である。故にＭｏ、ＷおよびＴａなどの高融点金属を用いてもよい。
【００５９】
発光層１４では発光スペクトル改善のためにＭｇを含んでもよい。発光層の発光スペクトルを改善するためにＺｎＳ：Ｔｂ、ＳｒＡｌ2Ｓ4：Ｅｕが発光層中に含まれていてもよい。発光層を構成する物質の種類は、２種類より多くてもよい。
【００６０】
次に前記ＥＬ素子とは別に、板厚１．１ｍｍのガラス板などの透光性基板１１１の一方面上に、感光性樹脂に赤色顔料、緑色顔料および青色顔料をそれぞれ分散した赤色フィルタ（ＣＲ−７００１：富士フィルムオーリン社製）、緑色フィルタ（ＣＧ−７００１：富士フィルムオーリン社製）および青色フィルタ（ＣＢ−７００１：富士フィルムオーリン社製）を用いて、フォトリソグラフィ法によって赤、緑および青のカラーフィルタ１１２を膜厚１．２μｍで順次ストライプ状に並列にして、カラーフィルタ基板１２０を形成した。形成の際、先に形成した赤色のカラーフィルタに緑色のカラーフィルタがわずかに重ね、さらに緑色のカラーフィルタに青色のカラーフィルタがわずかに重なるようにして、先に形成したカラーフィルタに次に形成するカラーフィルタを画素２１６領域外でわずかに重ねあわせた領域をブラックマスク１１３とした。
【００６１】
次いで発光層１４とカラーフィルタ１１２とを、ＺｎＳ：Ｍｎが赤色および緑色、ＳｒＳ：Ｃｅが青色となるように目合わせして、カラーフィルタ基板１２０を、樹脂接着剤１１５（Ｘ−９３１８：三井化学社製）を介してＥＬ素子基板１１９と貼合わせた。なおＸ−９３１８は硬化前には流動性で粘度が低い変性エポキシ樹脂である。
【００６２】
具体的には、ＥＬ素子基板１１９上には、あらかじめ直径２０μｍのプラスチックビーズ（ミクロパールＳＰ−２２０：積水ファインケミカル社製）を、１ｍｍφに数個程度となるように散布しておき、該プラスチックビーズが散布されたＥＬ素子基板１１９を、基板の四隅にＸ−９３１８をつまようじなどで極少量つけたカラーフィルタ基板１２０と貼合わせた。これによってＥＬ素子１１８とカラーフィルタ１１２との間の距離が一定で、かつ視野角問題が発生しない程度に近付けた２０μｍで貼合わせることができる。
【００６３】
次いでシール板１８を、エポキシ樹脂などのシール樹脂１１７を介して、カラーフィルタ基板１２０が貼合わされたＥＬ素子基板１１９と貼合わせた。シール板１８は、板厚１．８ｍｍのガラスの一方面を、砥石を用い、枠部分を残して０．７ｍｍの深さまで掘込み、注入孔１９も設けて、あらかじめ作製しておいた。カラーフィルタ基板１２０が貼合わされたＥＬ素子基板１１９とシール板とが貼合わされた基板を真空チャンバー内に入れ、注入孔１９を通してＥＬ素子基板１１９とシール板１８との間隙を充分真空排気した。
【００６４】
シリカゲル２５重量％を混合したシリコーンオイルで構成される絶縁性液体２０中に、注入孔１９を浸してから、真空チャンバー内を窒素でリークすることによって、注入孔１９から絶縁性液体２０を、カラーフィルタ基板１２０が貼合わされたＥＬ素子基板１１９とシール板１８との間隙、およびＥＬ素子１１８とカラーフィルタ１１２との間隙に注入した。前述のように樹脂接着剤１１５がカラーフィルタ基板１２０の四隅に塗布されているので、注入孔１９から、ＥＬ素子基板１１９とシール板１８との間隙に絶縁性液体２０が注入されると、ＥＬ素子１１８とカラーフィルタ１１２との間も絶縁性液体２０で満たされる。ただし、前記シリコーンオイル中のシリカゲルは、粒径がＥＬ素子１１８とカラーフィルタ１１２との間の距離２０μｍより充分小さい、たとえば５μｍ程度のものを用いる。
【００６５】
該間隙に絶縁性液体２０が満たされた後、封止板１１０をエポキシ樹脂などで注入孔１９に接着することによって注入孔１９を封止し、カラーＥＬパネルであるＥＬパネル基板１２３を形成した。絶縁性液体２０は湿気に極めて弱いＥＬ素子１１８を保護する役割を担っている。
【００６６】
以上のように本発明の実施の一形態によれば、発光層上の発光させたい部分全面に、発光層材料と結晶構造が近い、または発光層材料の結晶と結びつき易い材料を用いた膜面改善層を形成することによって、発光層のパターニング部位において発光層の結晶の連続性がよくなる。
【００６７】
またエッチングプロセスによってダメージを受け結晶性が悪くなった発光層より、エッチングプロセスを含まない蒸着法およびスパッタ法などの各種成膜方法によって形成された膜面改善層表面の方が結晶性がよいので、絶縁層と膜質改善層との間には、結晶欠陥による電荷の浅い準位ができず電荷の深い準位が形成され、ＥＬ素子の輝度−印加電圧特性を急峻に保て、パネルの消費電力の増加および発光輝度の低下を防止できる。
【００６８】
さらに熱処理によってＥＬ素子の発光層のパターニング面と膜面改善層との界面状態がよくなるとともに、界面部分で結晶性がよくなって結晶欠陥が少なくなるので、さらにＥＬ素子の輝度−印加電圧特性を急峻に保て、パネルの消費電力の増加および発光輝度の低下も防止できる表示品位のよいカラーＥＬパネルを提供することができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、発光層のパターニング部位において発光層の結晶の連続性がよくなり、絶縁層と膜質改善層との間には、結晶欠陥による電荷の浅い準位ができず電荷の深い準位が形成され、ＥＬ素子の輝度−印加電圧特性を急峻に保つことができるので、パネルの消費電力の増加および発光輝度の低下を防止できる表示品位のよいカラーＥＬパネルを構成することができる。
【００７０】
本発明によれば、発光層材料が複数パターニングされたＥＬ素子からの発光をカラーフィルタを用いて分光することによって、カラーＥＬパネルの輝度を向上させることができ、さらに表示品位のよいカラーＥＬパネルを構成することが可能である。
【００７１】
本発明によれば、膜面改善層の膜厚を一定膜厚以下にすることによって、一定膜厚を越える場合のようにＥＬ素子を発光させるために必要な電圧が、設計した電圧より高くなって、カラーＥＬパネルの駆動回路の変調電圧が固定であることにより変調電圧がとれないで輝度が低下したり、駆動回路でかけられる最大電圧をかけてもＥＬ素子が発光しなくなったりする問題が生じない。
【００７２】
本発明によれば、発光層のパターニング部位において発光層の結晶の連続性がよくなり、絶縁層と膜質改善層との間には、結晶欠陥による電荷の浅い準位ができず電荷の深い準位が形成される。また熱処理によってＥＬ素子の発光層のパターニング面と膜面改善層との界面状態がよくなるとともに、界面部分で結晶性がよくなって結晶欠陥が少なくなるので、さらにＥＬ素子の輝度−印加電圧特性を急峻に保て、パネルの消費電力の増加および発光輝度の低下も防止できる表示品位のよいカラーＥＬパネルを製造することができる。
【００７３】
本発明によれば、発光層材料としてＺｎＳ：ＭｎおよびＳｒＳ：Ｃｅ、膜面改善層としてＺｎＳを用いて４００℃以上で熱処理するので、輝度および発光効率が高いカラーＥＬパネルを得ることができる。
【００７４】
本発明によれば、基板が変形および変質する温度より低い温度で熱処理するので、カラーＥＬパネルの製造中および製造後にパネルの変形を生じることなく、パネルの歩留まりをよくしてパネル原価を低くできるとともに、パネルの歪みによる表示品位の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態によるカラーＥＬパネルの斜視図である。
【図２】図１のカラーＥＬパネルを法線方向２１からみた平面図である。
【図３】膜面改善層を用いてＺｎＳ：Ｍｎを発光層とするＥＬ素子の輝度−印加電圧特性を示すグラフである。
【図４】膜面改善層がなくＺｎＳ：Ｍｎを発光層とするＥＬ素子の輝度−印加電圧特性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態によるカラーＥＬパネルのアニール温度を３００〜６５０℃とした場合のＬ５０におけるカラーＥＬパネルの輝度を示すグラフである。
【符号の説明】
１１  基板
１２  下部電極
１３  部絶縁層
１４  発光層
１５  膜面改善層
１６  上部絶縁層
１７  上部電極
１１１  透光性基板
１１２  カラーフィルタ
１１３  ブラックマスク
【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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