JP3984005B2 - Inorganic thin film electroluminescence device - Google Patents

Description

【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
誘電率εが高い絶縁層材料は、同時に絶縁破壊耐圧Ｅ_Bが低い傾向にあるため、高誘電率を有するという本来の利点が発揮しきれない。具体的に言うと、絶縁層材料の誘電率εの値が十分大きいにもかかわらず、絶縁破壊耐圧Ｅ_Bを補うために絶縁層５４，５６の膜厚ｄ_insを大きくせざるを得えなくなる。よって、上式からもわかるように、絶縁層材料の誘電率ε、すなわち絶縁層の誘電率ε_insと膜厚ｄ_insとが互いに打ち消し合うことになり、高誘電率を有する絶縁層材料を用いたとしても、ＥＬ素子５０の発光輝度Ｌを高めるのに十分な静電容量Ｃ_insを得られないことになる。
【００１４】
このように、これまで採用されてきた高い誘電率を有する絶縁層材料を用いることでは、絶縁破壊耐圧Ｅ_Bが高い絶縁層５４，５６を有し、かつ、低い駆動電圧で高輝度に発光するＥＬ素子５０を提供できない。
【００１５】
これらの弊害を取り除くことを目的としたＥＬ素子として、たとえば特開平７−４０５１５号公報および特開平８−２４０７２号公報には誘電率と絶縁破壊耐圧のそれぞれを補完するために絶縁層を多層構造にしたＥＬ素子が開示され、特開平７−４４０７２号公報および特開平７−５０１９７号公報には高温焼結材料を用いた絶縁層を有するＥＬ素子が開示されている。しかしながら、これらのＥＬ素子は、低い駆動電圧で高輝度に発光するものとして実用化されるまでには至っていない。そのためにＥＬ素子の駆動には未だ高耐圧駆動回路が必要であり、エレクトロルミネッセンス表示装置のコストを押上げる要因となっている。
【００１６】
本発明の目的は、絶縁破壊耐圧が高い絶縁層を有し、かつ、低い駆動電圧でも高輝度に発光する無機薄膜エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に、第一電極層、第一絶縁層、発光層、第二絶縁層、および第二電極層を順次積層して成る無機薄膜エレクトロルミネッセンス素子において、導電性材料から成る電極層であって、前記第一電極層および前記第二電極層のいずれにも接することがないように、前記第一絶縁層および前記第二絶縁層の少なくとも一方の中に設けられた内挿フローティング電極層を有し、
前記第一電極層は、複数本の同一幅の帯状電極を、等間隔で平行に配列して構成され、前記第二電極層は、複数本の同一幅の帯状電極を、等間隔で平行に、かつ、前記第一電極層の帯状電極と直交するように配列して構成され、前記内挿フローティング電極層は、複数本の帯状の内挿フローティング電極を平行に配列して構成され、前記内挿フローティング電極は、その配列ピッチが、前記第一電極層および前記第二電極層のいずれか一方の電極の配列ピッチと同一となるように、かつ、前記いずれか一方の電極とほぼ重なるように配列されていることを特徴とする無機薄膜エレクトロルミネッセンス素子である。
【００２０】
好ましくは、前記内挿フローティング電極は、幅が前記いずれか一方の電極の幅の０．９倍以上１．２倍以下とし、長さが、第一電極層の帯状電極と第二電極層の帯状電極とが重複する部分である画素の長さであって、前記いずれか一方の帯状電極の長辺方向に沿う画素の長さの２倍以上とする。
【００２１】
本発明に従えば、前記第一電極層および前記第二電極層のいずれにも接することがないように、絶縁層の中に導電性材料から成る内挿フローティング電極層が設けられている。無機薄膜エレクトロルミネッセンス素子においては、第一電極層と第二電極層とが重複する部分が発光部となり、複数の発光部が間隔をあけて配置されている。そのため内挿フローティング電極層は複数の発光部と重なるように設けられている。これによって、複数の発光部の絶縁層部分同士が電気的に接続されることになる。したがって、発光部における絶縁層部分の静電容量が、内挿フローティング電極層により電気的に接続された他の発光部における絶縁層部分の静電容量分増加する。
さらに、前記内挿フローティング電極の配列ピッチが、前記第一電極層および前記第二電極層のいずれか一方の電極の配列ピッチと同一となるように、かつ、その幅が、前記いずれか一方の電極とほぼ重なるように配列されているので、内挿フローティング電極が目立たない。
【００２２】
また本発明は、前記内挿フローティング電極層の厚みは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、前記内挿フローティング電極層の厚みが、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲であるので、内挿フローティング電極の最適な抵抗値が得られるとともに、内挿フローティング電極が設けられた絶縁層に段差ができない。
【００２４】
また本発明は、前記導電性材料が、透明な導電性材料であることを特徴とする。
【００２５】
好ましくは、前記透明な導電性材料は、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系材料、ＺｎＯ系材料、およびＳｎＯ系材料のいずれかとする。
【００２６】
本発明に従えば、内挿フローティング電極に、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系材料、ＺｎＯ系材料、ＳｎＯ系材料などの透明な導電性材料を用いるので、ＥＬ素子の基板側からでも、その反対側の膜面側からでも光を取り出せる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である無機薄膜エレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子という）１の平面図であり、図２（ａ）は、図１に示す切断面線ａ−ａの断面図であり、図２（ｂ）は、図１に示す切断面線ｂ−ｂの断面図である。ＥＬ素子１は、発光層１０を一対の絶縁層５，１１で狭持する構造である二重絶縁構造を有する。
【００２８】
このＥＬ素子１は以下のような構成を有する。透明である基板２上に、第一電極層である透明電極層４が形成されている。この透明電極層４は、複数本の同一幅の帯状透明電極３を、等間隔で平行に配列して構成されている。
【００２９】
この透明電極層４の上に、第一絶縁層５が形成されており、さらに、前記第一絶縁層５の上に発光層１０が形成され、その発光層１０の上に、第二絶縁層１１が形成されている。
【００３０】
さらにこの第二絶縁層１１の上に、第二電極層である金属電極層１３が形成されている。この金属電極層１３は、複数本の同一幅の帯状金属電極１２を、等間隔で平行に、かつ、帯状の前記透明電極３と直交するように配列して構成されている。
【００３１】
このようなＥＬ素子１は、透明電極３と金属電極１２との間に存在する発光層部分および絶縁層部分が画素であり、この画素がＸ−Ｙマトリクス状に配列されている。ＥＬ素子１の駆動は、上述した典型的な従来例であるＥＬ素子５０と同様であり、変調電圧が印加される電極である前記透明電極３および書込み電圧が印加される電極である前記金属電極１２のそれぞれ選択された電極である選択ラインに交流電圧を印加することで行われる。この交流電圧の印加により、両選択ラインの間に存在する画素の発光層１０を発光させる。
【００３２】
本実施形態の特徴は、前記第一絶縁層５の中に、内挿フローティング電極層９を設けたことである。第一絶縁層５は、下部層６と上部層７とから成り、この下部層６および上部層７の間に挟まれるように内挿フローティング電極層９が設けられている。この内挿フローティング電極層９は、複数本の帯状の透明な内挿フローティング電極８が平行に配列されて構成されている。ここで、図１の斜線部は、内挿フローティング電極８である。
【００３３】
内挿フローティング電極８は、透明電極３の配列ピッチと同一の配列ピッチであって、かつ、前記透明電極３とほぼ重なるように設けられている。すなわち、１つの内挿フローティング電極８は、内挿フローティング電極８が存在する領域が、４つの画素が存在する領域に重なるように設けられている。この内挿フローティング電極８は、第一絶縁層５で囲まれているので他の電極などとの接点がなく、絶縁性が保たれている。なお、内挿フローティング電極８は、内挿フローティング電極８が存在する領域に、４つの画素が存在する領域が含まれるように設けてもよいし、図１に示すように内挿フローティング電極８が存在する領域から、４つの画素が存在する領域がはみ出るように設けてもよい。
【００３４】
複数の画素が存在する領域に重なるように内挿フローティング電極８を設けることで、内挿フローティング電極８が設けられた領域内に存在する画素の第一絶縁層５の部分同士が電気的に接続されることになる。このように、内挿フローティング電極８が、変調電圧が印加される電極である透明電極３の配列ピッチと同一となるように、かつ、該透明電極３とほぼ重なるように第一絶縁層５中に配列されることで、交流電圧が印加された画素における第一絶縁層５の静電容量を増加させることができる。また、第一絶縁層５の中に設けられた前記内挿フローティング電極８が目立たない。
【００３５】
図１、図３および図４を用い、内挿フローティング電極を設けることによる絶縁層の静電容量の増加について説明する。図１に示すように、内挿フローティング電極８は、画素イ〜ニが存在する領域に重なるように設けられている。ＥＬ素子１の画素イ〜ニにおける第一絶縁層５、発光層１０および第二絶縁層１１は、それぞれ静電容量を有しており、図３に示すように、３つのコンデンサーが直列に結合して、透明電極３および金属電極１２に接続されていると考えることができる。ここで、画素イ〜ニにおける第一絶縁層５の静電容量をＣ_insu、発光層１０の静電容量をＣ_lum、第二絶縁層１１の静電容量をＣ_insoとする。
【００３６】
画素イ〜ニが存在する領域に重なるように内挿フローティング電極８を設けると、その内挿フローティング電極８が設けられた領域内に存在する画素の第一絶縁層５の部分同士が電気的に接続されることになる。この電気的な接続によって、画素イ〜ニにおける第一絶縁層５に相当するコンデンサーが並列に結合されると考えることができる。たとえば、画素ロに交流電圧が印加された場合を考える。図４に示すように、画素ロにおける第一絶縁層５が、内挿フローティング電極８により、他の画素イ、ハおよびニにおける第一絶縁層５と電気的に接続され、画素イ〜ニにおける第一絶縁層５に相当する各コンデンサーが並列に結合されると考えることができる。したがって、交流電圧が印加された場合の画素ロにおける第一絶縁層５の静電容量Ｃ´_insuは、画素イ、ハおよびニにおける第一絶縁層５の静電容量分だけ増加したと考えられ、
Ｃ´_insu ＝ ４×Ｃ_insu
と表わせる。
【００３７】
またｎ個の画素における絶縁層部分を内挿フローティング電極で電気的に接続すれば、交流電圧が印加された画素における絶縁層部分の静電容量Ｃは、ｎ倍されることになる。すなわち、静電容量Ｃ＝ｎ×Ｃ_insuと表わせる。したがって、内挿フローティング電極の長さが長いほど、接続される絶縁層部分の数が増加し、交流電圧が印加された画素における絶縁層部分の静電容量Ｃが増加する。
【００３８】
図５は、本発明の実施の他の形態を示す概念図である。上述した実施形態では第一絶縁層に内挿フローティング電極を設けたが、本実施形態のように、第二絶縁層に内挿フローティング電極を設けてもよい。第一絶縁層に内挿フローティング電極を設ける場合は、内挿フローティング電極２０，２１のように設けられ、第二絶縁層の中に内挿フローティング電極を設ける場合は、内挿フローティング電極２２，２３のように設けられる。内挿フローティング電極２０，２１、または内挿フローティング電極２２，２３は、透明電極の配列ピッチと同一となるように、かつ、透明電極とほぼ重なるように配列されている。金属電極には順次書き込み電圧（＋Ｖｗまたは−Ｖｗ）が印加される。一方、透明電極には、書き込み電圧が印加されている金属電極（選択ライン）における画素に対応した変調電圧が印加される。また、書込み電圧が印加されない金属電極（非選択ライン）は、フローティング電位を有している。
【００３９】
このように第一絶縁層または第二絶縁層に内挿フローティング電極２０，２１、または内挿フローティング電極２２，２３を設ければ、該内挿フローティング電極２０，２１、または内挿フローティング電極２２，２３によって電気的に接続された絶縁層部分の静電容量の合計が、交流電圧が印加された画素における絶縁層の静電容量となる。したがって、各画素における絶縁層の静電容量が増加する。
【００４０】
以上のように、絶縁層に内挿フローティング電極を設けるだけで、絶縁層の静電容量を増加させることができる。したがって、絶縁破壊耐圧を高めるために絶縁層の膜厚を適当な厚さにしても、絶縁層の静電容量を十分に増加させることができる。
【００４１】
以下に、本発明におけるＥＬ素子１の作製方法を説明する。基板２としては、透明ガラス基板、透明プラスチック基板などが挙げられる。基板２は、支持物であると同時に、光を取り出す面であるフェースプレートを兼ねるので、光の透過特性、熱的安定性などを考慮して選択される。
【００４２】
透明電極層４は、基板２の上に形成される。透明電極層４に用いられる材料としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＳｎＯ₂などが挙げられる。この透明電極層４は、基板２上に真空蒸着法、スパッタリング法などによって、膜厚１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の透明電極膜を形成した後、フォトリソグラフ技術により、複数本の同一幅の帯状電極であって、等間隔で平行に配列されている透明電極３を形成することで得られる。
【００４３】
第一絶縁層５およびその中に設けられる内挿フローティング電極層９は、透明電極層４の上に形成される。まず、透明電極層４の上に、第一絶縁層５の下部層６を形成する。次に、その下部層６の上に内挿フローティング電極層９を形成する。さらに、下部層６および内挿フローティング電極層９の上に、第一絶縁層５の上部層７を形成する。
【００４４】
第一絶縁層５の下部層６および上部層７に用いられる材料としては、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｔａ₂Ｏ₅などが挙げられる。また、第一絶縁層５の下部層６および上部層７の形成方法としては、スパッタリング法、スプレー塗布法、電子ビーム蒸着法などが挙げられる。膜厚としては、下部層６が２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下、上部層７が３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
【００４５】
内挿フローティング電極層９に用いられる材料としては、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系材料、ＺｎＯ系材料、ＳｎＯ系材料などの透明な導電性材料が挙げられる。ＺｎＯ系材料としては、ＺｎＯに、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎなどを添加した、ＺｎＯ：Ｍ系材料（Ｍ＝Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎなど）などが挙げられる。
【００４６】
この内挿フローティング電極層９の形成方法としては、まず、下部層６の上にスパッタリング法、真空蒸着法などにより、膜厚１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の透明電極膜を形成する。膜厚を１０ｎｍ以上とするのは、１０ｎｍ未満であると、内挿フローティング電極層の抵抗値が高くなり、電極としての機能が損なわれるからである。また、膜厚を２００ｎｍ以下とするのは、２００ｎｍより厚くすると、第一絶縁層５に段差ができ、画素内での電界集中が顕著に起こることで、ＥＬ素子の歩留まりの低下、絶縁破壊耐圧の低下などを引き起こすからである。
【００４７】
次に、この透明電極膜をフォトリソグラフ技術により、配列ピッチが透明電極３の配列ピッチと同一であって、幅が透明電極３の幅の０．９倍、長さが表示領域の辺の長さであって、透明電極３の長辺方向に沿う表示領域の辺の長さの０．９７倍となるような帯状のフローティング電極８を形成する。ここで、表示領域とは、画素が配列されている領域のことである。
【００４８】
本発明の実施の一形態であるＥＬ素子１の内挿フローティング電極８は、前記形状を有しているが、本発明におけるＥＬ素子では、配列ピッチが透明電極３の配列ピッチと同一であり、幅が透明電極３の幅の０．９倍以上１．２倍以下、好ましくは１．１倍以上１．２倍以下であり、長さが画素の長さであって、透明電極３の長辺方向に沿う画素の長さの２倍以上、表示領域の辺の長さであって、透明電極３の長辺方向に沿う表示領域の辺の長さ以下であるような帯状の内挿フローティング電極８であればよい。
【００４９】
内挿フローティング電極８は、図６に示すＥＬ素子３０のように設けられてもよい。ＥＬ素子３０には、配列ピッチが透明電極３の配列ピッチと同一、幅が透明電極３の幅の１．１倍、長さが画素の長さであって、透明電極３の長辺方向に沿う長さの２倍である内挿フローティング電極８を配列して構成される内挿フローティング電極層９が、第一絶縁層５に設けられている。この内挿フローティング電極８は、内挿フローティング電極８が存在する領域が、２つの画素が存在する領域を含むように設けられ、表示領域内の画素が存在する領域すべてとほぼ重なるように複数並べられる。このように内挿フローティング電極８を配列することによって、２つの画素における第一絶縁層５が電気的に接続され、交流電圧が印加された画素における第一絶縁層５の静電容量が２倍になる。ここで、図６の斜線部は、内挿フローティング電極８である。
【００５０】
本実施形態では、光を透過するガラス基板を用いたＥＬ素子について説明しているが、本発明では、内挿フローティング電極層９、すなわち内挿フローティング電極８を透明な導電性材料を用いて形成しているため、基板２がセラミック材などのように光を透過しない材料であっても、本発明を適用することができる。すなわち、ＥＬ素子の基板側からではなくその反対の膜面側から光を取るＥＬ素子、いわゆる反転構造をとるＥＬ素子においても、本発明を適用できる。
【００５１】
また内挿フローティング電極８の抵抗値は、形成過程における透明電極膜の成膜時に酸素流量を増加させたり、成膜後に大気もしくは酸素雰囲気でアニール処理したりすることで、５０Ω／□以上とする。
【００５２】
発光層１０は、前記第一絶縁層５の上に形成される。発光層１０に用いられる材料としては、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＳｒＳ：Ｃｅ、ＢａＡｌ₂Ｓ₄：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｔｂなどが挙げられる。形成方法としては、電子ビーム蒸着法、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法（化学的気相堆積法）、ＡＬＥ法（原子層エピタキシー法）などが挙げられる。膜厚としては、５００ｎｍ〜５μｍの範囲である。発光層１０を成膜後、真空、もしくは不活性ガス雰囲気中において、基板２の熱歪み点以下の温度でアニール処理を施す。具体的に、基板２がガラス材である場合は、６００〜６３０℃でアニール処理を施す。
【００５３】
第二絶縁層１１は、前記発光層１０の上に形成される。第二絶縁層１０に用いられる材料は、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｔａ₂Ｏ₅、ＰＺＴ（Ｐｂ−Ｚｒ−Ｔｉ系材料）などが挙げられる。形成方法としては、スパッタリング法、ゾルゲル法、スクリーン印刷法などが挙げられる。膜厚としては、スパッタリング法であれば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下、ゾルゲル法であれば１μｍ以上である。また、ゾルゲル法で成膜した場合は、真空下もしくは不活性ガス雰囲気でアニール処理を施す。
【００５４】
金属電極層１３は、前記第二絶縁層１１の上に形成される。材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、それらの合金類などの金属材料が挙げられる。この金属電極層１３は、前記第二絶縁層１１の上に真空蒸着法、スパッタリング法、メッキ法、スクリーン印刷法などによって、膜厚３００ｎｍ以上の金属電極膜を形成した後、フォトリソグラフ技術により、複数本の同一幅の帯状電極であって、等間隔で平行に配列され、帯状の前記透明電極３と直交する金属電極１２を形成することで得られる。膜厚を３００ｎｍ以上とするのは、３００ｎｍ未満となると、金属電極１２の抵抗値が増加するからである。
【００５５】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により説明する。
【００５６】
透明ガラス基板上に、スパッタリング法により、１５０〜３００ｎｍ、好ましくは２００ｎｍの厚さのＩＴＯからなる透明電極膜を形成した。次に、フォトリソグラフ技術により透明電極膜に所望の電極パターンを有する透明電極を形成することで透明電極層を形成した。この透明電極層の上に、スパッタリング法により、２００〜５００ｎｍ、好ましくは２５０ｎｍの厚さの、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｙ₂Ｏ₃およびこれらの材料の複合膜からなる第一絶縁層の下部層を形成した。この第一絶縁層の下部層の上に、スパッタリング法により、２０ｎｍの厚さのＩＴＯからなる透明電極膜を形成した。次に、フォトリソグラフ技術により、この透明電極膜に、下層の透明電極の配列ピッチと同一の配列ピッチを有し、透明電極の１．１〜１．２倍の電極幅、膜厚２０ｎｍで、かつ、画素の長さの２〜１０倍、好ましくは４倍の長さとなるような内挿フローティング電極を形成した。また、内挿フローティング電極の抵抗値は、５０Ω／□以上となるように大気雰囲気で焼成処理した。この内挿フローティング電極の上に、スパッタリング法により、１００〜２００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍの厚さのＡｌ₂Ｏ₃からなる第一絶縁層の上部層を形成した。この第一絶縁層の上に、電子ビーム蒸着法により、膜厚８００ｎｍのＺｎＳ：Ｍｎからなる発光層を形成した。その後、真空下でガラス基板の熱歪み点以下の温度である６００℃でアニール処理した。この発光層の上に、スパッタリング法により膜厚１００〜２００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃からなる第二絶縁層を形成した。この第二絶縁層の上に、真空蒸着法により、膜厚３００ｎｍ〜１μｍ、好ましくは５００ｎｍのアルミニウムからなる金属電極膜を形成した。さらに、フォトリソグラフ技術により、前記金属電極膜に前記透明電極の配列ピッチと同一、かつ前記透明電極と直交するような金属電極を形成した。
【００５７】
このように作製したＥＬ素子の透明電極および金属電極の両選択ラインに交流電圧を印加した。交流１００Ｈｚ、パルス波（パルス幅４０μｓ）で、両電極において任意の１ラインを選択して、交流電圧を印加した場合、図７に示すように、従来のＥＬ素子と比べて、発光開始電圧が１７０Ｖから１４０Ｖに低減していた。
【００５８】
本発明の実施の形態では、目立たないようにするために、変調電圧が印加される電極である透明電極３の配列ピッチと同一の配列ピッチとなるように、かつ、前記透明電極３とほぼ重なるように配列されている内挿フローティング電極８について説明しているが、内挿フローティング電極８は、絶縁層中に設けられ、絶縁性が保たれた状態にあればどのように設けてもよい。たとえば、前記金属電極１２の配列ピッチと同一の配列ピッチとなるように、かつ、前記金属電極１２とほぼ重なるように配列されてもよく、これらの場合でも絶縁層の静電容量は増加する。
【００５９】
また、内挿フローティング電極８を透明な導電性材料で作製した場合について述べているが、透明でなくても導電性材料であれば、本発明に適用できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上より本発明によれば、絶縁層の中に、絶縁性が保たれ、導電性材料から成る内挿フローティング電極層が設けられているので、交流電圧が印加された発光部における絶縁層部分の静電容量が増加する。したがって、低い駆動電圧でも高輝度に発光するＥＬ素子を提供できる。さらに、従来からある誘電率の高い絶縁層材料を用いた場合であっても、静電容量の低下を気にせずに絶縁層の膜厚を適当な厚さとすることで、絶縁破壊耐圧を高めることができる。
【００６１】
また本発明によれば、前記内挿フローティング電極の配列ピッチが、前記第一電極層および前記第二電極層のいずれか一方の電極の配列ピッチと同一となるように、かつ、前記いずれか一方の電極とほぼ重なるように配列されているので、内挿フローティング電極が目立たない。したがって、本発明のＥＬ素子を用いて製造した表示装置において、より鮮明な画像を表示できる。
【００６２】
また本発明によれば、前記内挿フローティング電極の厚みが、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲であるので、内挿フローティング電極の最適な抵抗値が得られる。また、内挿フローティング電極が設けられた絶縁層に大きな段差ができないので、画素内での電界集中が顕著に起こらず、最適な絶縁破壊耐圧を得ることができる。
【００６３】
また本発明によれば、内挿フローティング電極に、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系材料、ＺｎＯ系材料、ＳｎＯ系材料などの透明な導電性材料を用いることで、ＥＬ素子の基板側からでも、その反対側の膜面側からでも光を取り出せるので、あらゆるＥＬ素子に本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるＥＬ素子１の平面図である。
【図２】本発明の実施の一形態であるＥＬ素子１の断面図である。
【図３】本発明の実施の一形態であるＥＬ素子１の各層の配置概念図である。
【図４】本発明の実施の一形態であるＥＬ素子１に内挿フローティング電極８を設けたときの各層の配置概念図である。
【図５】本発明の実施の他の形態であるＥＬ素子の各層の配置概念図である。
【図６】本発明のさらに他の形態であるＥＬ素子３０の平面図である。
【図７】実施例のＥＬ素子の発光特性と従来のＥＬ素子の発光特性を示すグラフである。
【図８】従来のＥＬ素子５０の平面図である。
【図９】従来のＥＬ素子５０の断面図である。
【符号の説明】
１，３０ ＥＬ素子
２ 基板
３ 透明電極
４ 透明電極層
５ 第一絶縁層
６ 下部層
７ 上部層
８，２０，２１，２２，２３ 内挿フローティング電極
９ 内挿フローティング電極層
１０ 発光層
１１ 第二絶縁層
１２ 金属電極
１３ 金属電極層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inorganic thin film electroluminescence element used for a display device or the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a plan view of an inorganic thin film electroluminescence element (hereinafter referred to as EL element) 50 which is a typical conventional example, and FIG. 9A is a cross-sectional view taken along the section line aa shown in FIG. FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the section line bb shown in FIG. The EL element 50 has a double insulating structure in which the light emitting layer 55 is sandwiched between a pair of insulating layers 54 and 56.
[0003]
Specifically, the EL element 50 has the following configuration. On the transparent glass substrate 51, a transparent electrode layer 53, which is a first electrode layer made of an In—Sn—O (Indium-Tin Oxide, ITO) material or the like, is formed. The transparent electrode layer 53 is configured by arranging a plurality of strip-like transparent electrodes 52 having the same width in parallel at equal intervals.
[0004]
On this transparent electrode layer 53, Al₂O_Three, Y₂O_Three, SiO₂, Si_ThreeN_Four, Ta₂O_FiveA first insulating layer 54 made of or the like is formed. Further, a light emitting layer 55 made of ZnS: Mn or the like is formed on the first insulating layer 54, and a second insulating layer 56 made of the same material as the first insulating layer 54 described above is formed on the light emitting layer 55. Is formed.
[0005]
Further, a metal electrode layer 58 which is a second electrode layer made of a metal material such as aluminum is formed on the second insulating layer 56. The metal electrode layer 58 is configured by arranging a plurality of strip-shaped metal electrodes 57 having the same width in parallel at equal intervals and orthogonal to the strip-shaped transparent electrode 52.
[0006]
In the EL element 50 as described above, the light emitting layer portion and the insulating layer portion existing between the transparent electrode 52 and the metal electrode 57 are pixels, and the pixels are arranged in an XY matrix. The EL element 50 is driven by applying an AC voltage to a selection line that is a selected electrode of each of the transparent electrode 52 and the metal electrode 57. The transparent electrode 52 is a data side electrode, and the metal electrode 57 is a scanning side electrode.
[0007]
The application of the AC voltage is performed as follows. First, a writing voltage is applied to the scanning side electrode in a line sequential manner. Here, the sequential application of a write voltage to the scan side electrode is called one scan. On the other hand, a modulation voltage corresponding to the pixel in the scanning side electrode to which the writing voltage is applied is applied to the data side electrode. By applying this AC voltage, the light emitting layer 55 existing between the respective selected lines is caused to emit light. The drive frequency refers to the number of scans performed per second on the scanning side electrode. When the drive frequency is increased, the number of times of light emission of the light emitting layer 55 is increased, and thus the light emission luminance of the EL element 50 is increased.
[0008]
In the double insulating structure of the EL element 50, the first insulating layer 54 and the second insulating layer 56 limit the current flowing through the light emitting layer 55, thereby preventing dielectric breakdown of the EL element 50. It plays a role of providing operational stability, good light emission characteristics, and the like. The first insulating layer 54 and the second insulating layer 56 also have a role of imparting high reliability to the EL element 50 by passivating the light emitting layer 55 made of a hygroscopic material. Therefore, the insulating layers 54 and 56 have a high breakdown voltage, that is, the breakdown voltage E of the insulating layer material._BIs required to be high.
[0009]
Further, in order to obtain the EL element 50 that emits light with high luminance at a low driving voltage, the capacitance C of the insulating layers 54 and 56 as shown in the following theoretical formula regarding the light emission luminance L of the EL element._ins(= Ε_ins・ (Ε₀・ S / d_ins)) Should be increased. Capacitance C of the insulating layers 54 and 56_insIn order to increase the dielectric constant ε of the insulating layers 54 and 56,_insIn other words, a material having a high dielectric constant ε may be used as the material of the insulating layers 54 and 56.
L = k · η · f · E_Z・ D_Z・ Ε_ins・ (Ε₀・ S / d_ins) ・ V_m
(L: luminance, k: coefficient, η: luminous efficiency, f: drive frequency, E_Z: Voltage applied to the light emitting layer, d_Z: Light emitting layer thickness, ε_ins: Dielectric constant of insulating layer, ε₀: Vacuum dielectric constant, S: area of light emitting layer, d_ins: Insulating layer thickness, V_m: Modulation voltage)
[0010]
Here, the light emission luminance L is the modulation voltage V to the light emission start voltage of the light emitting layer._mThis is the luminance observed when a voltage is applied. The luminous efficiency η is the ratio of output light power to input power.
[0011]
From the above, the dielectric breakdown voltage E of the insulating layer material is used as an index for determining the characteristics of the insulating layer material._BX The value of the dielectric constant ε of the insulating layer material is adopted. Based on this index, the insulating layers 54 and 56 are made of Al as described above.₂O_Three, Y₂O_Three, SiO₂, Si_ThreeN_FourAnd Ta₂O_FiveIs commonly used. Table 1 shows the characteristic values of each material.
[0012]
[Table 1]

[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Insulating layer material with a high dielectric constant ε is at the same time dielectric breakdown voltage E_BTherefore, the original advantage of having a high dielectric constant cannot be fully exhibited. Specifically, although the dielectric constant ε of the insulating layer material is sufficiently large, the dielectric breakdown voltage E_BIn order to compensate for the film thickness d of the insulating layers 54 and 56_insMust be increased. Therefore, as can be seen from the above formula, the dielectric constant ε of the insulating layer material, that is, the dielectric constant ε of the insulating layer_insAnd film thickness d_insAnd a capacitance C sufficient to increase the light emission luminance L of the EL element 50 even if an insulating layer material having a high dielectric constant is used._insYou won't get.
[0014]
Thus, by using the insulating layer material having a high dielectric constant that has been adopted so far, the dielectric breakdown voltage E_BTherefore, it is impossible to provide the EL element 50 having the high insulating layers 54 and 56 and emitting light with high luminance at a low driving voltage.
[0015]
As an EL element for the purpose of removing these adverse effects, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-40515 and 8-24072 disclose an insulating layer having a multilayer structure in order to complement each of dielectric constant and dielectric breakdown voltage. Japanese Patent Laid-Open Nos. 7-44072 and 7-50197 disclose EL elements having an insulating layer using a high-temperature sintered material. However, these EL elements have not yet been put into practical use as light emitting with high luminance at a low driving voltage. For this reason, a high-voltage drive circuit is still required for driving the EL element, which increases the cost of the electroluminescence display device.
[0016]
An object of the present invention is to provide an inorganic thin-film electroluminescent element that has an insulating layer with a high breakdown voltage and emits light with high luminance even at a low driving voltage.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
  BookThe present invention relates to an inorganic thin film electroluminescent device in which a first electrode layer, a first insulating layer, a light emitting layer, a second insulating layer, and a second electrode layer are sequentially laminated on a substrate, and an electrode layer made of a conductive material. An interpolating floating electrode provided in at least one of the first insulating layer and the second insulating layer so as not to contact either the first electrode layer or the second electrode layer Has a layer,
  The first electrode layer is formed by arranging a plurality of strip electrodes having the same width in parallel at equal intervals, and the second electrode layer is formed by arranging a plurality of strip electrodes in the same width in parallel at equal intervals. And the first and second electrode layers are arranged so as to be orthogonal to the strip electrode, and the interpolated floating electrode layer is constructed by arranging a plurality of strip interpolated floating electrodes in parallel, The insertion floating electrode has an arrangement pitch that is the same as the arrangement pitch of one of the first electrode layer and the second electrode layer, and substantially overlaps one of the electrodes. An inorganic thin film electroluminescent device characterized by being arranged.
[0020]
  Preferably, the interpolated floating electrode has a width not less than 0.9 times and not more than 1.2 times the width of any one of the electrodes, and has a length of the strip electrode of the first electrode layer and the second electrode layer. It is the length of the pixel which is a part which overlaps with a strip-shaped electrode, Comprising: The long side direction of either said strip-shaped electrode is followedPixelIt should be at least twice the length.
[0021]
  According to the present invention,An interpolated floating electrode layer made of a conductive material is provided in the insulating layer so as not to contact either the first electrode layer or the second electrode layer. In the inorganic thin film electroluminescence element, a portion where the first electrode layer and the second electrode layer overlap is a light emitting portion, and a plurality of light emitting portions are arranged at intervals. Therefore, the interpolated floating electrode layer is provided so as to overlap with the plurality of light emitting portions. As a result, the insulating layer portions of the plurality of light emitting portions are electrically connected to each other. Therefore, the capacitance of the insulating layer portion in the light emitting portion is increased by the capacitance of the insulating layer portion in another light emitting portion electrically connected by the interpolated floating electrode layer.
  further,The arrangement pitch of the interpolated floating electrodes is the same as the arrangement pitch of any one of the first electrode layer and the second electrode layer, and the width thereof is the same as that of any one of the electrodes. Since they are arranged so as to almost overlap, the interpolated floating electrodes are not conspicuous.
[0022]
In the invention, it is preferable that the thickness of the interpolated floating electrode layer is in the range of 10 nm to 200 nm.
[0023]
According to the present invention, since the thickness of the interpolating floating electrode layer is in the range of 10 nm or more and 200 nm or less, the optimum resistance value of the interpolating floating electrode can be obtained, and the insulating layer provided with the interpolating floating electrode There is no step.
[0024]
Further, the present invention is characterized in that the conductive material is a transparent conductive material.
[0025]
Preferably, the transparent conductive material is any of an In—Sn—O based material, a ZnO based material, and a SnO based material.
[0026]
According to the present invention, since a transparent conductive material such as an In—Sn—O-based material, a ZnO-based material, or a SnO-based material is used for the interpolating floating electrode, even from the substrate side of the EL element, the opposite side is used. Light can be extracted even from the film surface side.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a plan view of an inorganic thin film electroluminescence element (hereinafter referred to as EL element) 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 (a) is a cross-sectional line aa shown in FIG. It is sectional drawing and FIG.2 (b) is sectional drawing of the cut surface line bb shown in FIG. The EL element 1 has a double insulating structure that is a structure in which the light emitting layer 10 is sandwiched between a pair of insulating layers 5 and 11.
[0028]
The EL element 1 has the following configuration. A transparent electrode layer 4 as a first electrode layer is formed on a transparent substrate 2. The transparent electrode layer 4 is formed by arranging a plurality of strip-like transparent electrodes 3 having the same width in parallel at equal intervals.
[0029]
A first insulating layer 5 is formed on the transparent electrode layer 4, and a light emitting layer 10 is formed on the first insulating layer 5. A second insulating layer is formed on the light emitting layer 10. 11 is formed.
[0030]
Furthermore, a metal electrode layer 13 as a second electrode layer is formed on the second insulating layer 11. The metal electrode layer 13 is configured by arranging a plurality of strip-shaped metal electrodes 12 having the same width in parallel at equal intervals and perpendicular to the strip-shaped transparent electrode 3.
[0031]
In such an EL element 1, the light emitting layer portion and the insulating layer portion existing between the transparent electrode 3 and the metal electrode 12 are pixels, and the pixels are arranged in an XY matrix. The driving of the EL element 1 is the same as that of the EL element 50 which is a typical conventional example described above, and the transparent electrode 3 which is an electrode to which a modulation voltage is applied and the metal electrode which is an electrode to which a writing voltage is applied. This is performed by applying an AC voltage to a selection line that is each of 12 selected electrodes. By applying the AC voltage, the light emitting layer 10 of the pixel existing between the two selection lines is caused to emit light.
[0032]
A feature of this embodiment is that an interpolating floating electrode layer 9 is provided in the first insulating layer 5. The first insulating layer 5 includes a lower layer 6 and an upper layer 7, and an interpolated floating electrode layer 9 is provided so as to be sandwiched between the lower layer 6 and the upper layer 7. The interpolated floating electrode layer 9 is composed of a plurality of strip-shaped transparent interpolated floating electrodes 8 arranged in parallel. Here, the shaded portion in FIG. 1 is the interpolated floating electrode 8.
[0033]
The interpolated floating electrode 8 has the same arrangement pitch as the arrangement pitch of the transparent electrodes 3 and is provided so as to substantially overlap the transparent electrode 3. That is, one interpolated floating electrode 8 is provided such that a region where the interpolated floating electrode 8 exists overlaps a region where four pixels exist. Since the interpolated floating electrode 8 is surrounded by the first insulating layer 5, there is no contact with other electrodes and the like, and insulation is maintained. The interpolating floating electrode 8 may be provided so that the region where the interpolating floating electrode 8 is present includes a region where four pixels are present, or the interpolating floating electrode 8 may be provided as shown in FIG. You may provide so that the area | region where four pixels may protrude from the area | region which exists.
[0034]
By providing the interpolating floating electrode 8 so as to overlap the region where a plurality of pixels exist, the portions of the first insulating layer 5 of the pixels existing in the region where the interpolating floating electrode 8 is provided are electrically connected to each other. Will be. In this way, the interpolated floating electrode 8 is in the first insulating layer 5 so as to have the same pitch as the arrangement pitch of the transparent electrodes 3 to which the modulation voltage is applied and substantially overlaps the transparent electrodes 3. The capacitance of the first insulating layer 5 in the pixel to which the AC voltage is applied can be increased. Further, the interpolated floating electrode 8 provided in the first insulating layer 5 is not conspicuous.
[0035]
The increase in the capacitance of the insulating layer by providing the interpolated floating electrode will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the interpolated floating electrode 8 is provided so as to overlap with a region where the pixels a to d exist. The first insulating layer 5, the light emitting layer 10, and the second insulating layer 11 in the pixels (i) to (d) of the EL element 1 each have a capacitance, and three capacitors are coupled in series as shown in FIG. Thus, it can be considered to be connected to the transparent electrode 3 and the metal electrode 12. Here, the capacitance of the first insulating layer 5 in the pixels A to D is expressed as C._insu, The capacitance of the light emitting layer 10 is C_lum, The capacitance of the second insulating layer 11 is C_insoAnd
[0036]
When the interpolated floating electrode 8 is provided so as to overlap the region where the pixels A to D exist, the portions of the first insulating layer 5 of the pixels existing in the region where the interpolated floating electrode 8 is provided are electrically connected. Will be connected. It can be considered that the capacitor corresponding to the first insulating layer 5 in the pixels A to D is coupled in parallel by this electrical connection. For example, consider a case where an AC voltage is applied to pixel B. As shown in FIG. 4, the first insulating layer 5 in the pixel B is electrically connected to the first insulating layer 5 in the other pixels A, C, and D by the interpolated floating electrode 8. It can be considered that the capacitors corresponding to the first insulating layer 5 are coupled in parallel. Accordingly, the capacitance C ′ of the first insulating layer 5 in the pixel B when an AC voltage is applied._insuIs considered to have increased by the capacitance of the first insulating layer 5 in the pixels A, C and D,
C '_insu= 4 x C_insu
It can be expressed as
[0037]
If the insulating layer portions in the n pixels are electrically connected by the interpolated floating electrode, the capacitance C of the insulating layer portion in the pixel to which the AC voltage is applied is multiplied by n. That is, capacitance C = n × C_insuIt can be expressed as Therefore, as the length of the interpolated floating electrode is longer, the number of insulating layer portions to be connected increases, and the capacitance C of the insulating layer portion in the pixel to which an AC voltage is applied increases.
[0038]
FIG. 5 is a conceptual diagram showing another embodiment of the present invention. In the embodiment described above, the interpolating floating electrode is provided in the first insulating layer, but the interpolating floating electrode may be provided in the second insulating layer as in the present embodiment. When the interpolating floating electrode is provided in the first insulating layer, the interpolating floating electrodes 20 and 21 are provided. When the interpolating floating electrode is provided in the second insulating layer, the interpolating floating electrodes 22 and 23 are provided. It is provided as follows. The interpolating floating electrodes 20 and 21 or the interpolating floating electrodes 22 and 23 are arranged so as to be the same as the arrangement pitch of the transparent electrodes and substantially overlap the transparent electrodes. A write voltage (+ Vw or -Vw) is sequentially applied to the metal electrodes. On the other hand, a modulation voltage corresponding to a pixel in a metal electrode (selection line) to which a writing voltage is applied is applied to the transparent electrode. Further, the metal electrode (non-selected line) to which no write voltage is applied has a floating potential.
[0039]
Thus, if the interpolating floating electrodes 20 and 21 or the interpolating floating electrodes 22 and 23 are provided in the first insulating layer or the second insulating layer, the interpolating floating electrodes 20 and 21 or the interpolating floating electrodes 22 and 23 The sum of the capacitances of the insulating layer portions electrically connected to each other through 23 is the capacitance of the insulating layer in the pixel to which the AC voltage is applied. Therefore, the capacitance of the insulating layer in each pixel increases.
[0040]
As described above, the capacitance of the insulating layer can be increased only by providing the interpolating floating electrode in the insulating layer. Therefore, even if the thickness of the insulating layer is set to an appropriate thickness in order to increase the dielectric breakdown voltage, the capacitance of the insulating layer can be sufficiently increased.
[0041]
Hereinafter, a method for manufacturing the EL element 1 in the present invention will be described. Examples of the substrate 2 include a transparent glass substrate and a transparent plastic substrate. The substrate 2 is selected in consideration of light transmission characteristics, thermal stability, and the like because it serves as a support and also as a face plate that is a surface from which light is extracted.
[0042]
The transparent electrode layer 4 is formed on the substrate 2. Materials used for the transparent electrode layer 4 include ITO (Indium Tin Oxide), SnO₂Etc. The transparent electrode layer 4 is a plurality of strip-like electrodes having the same width formed by a photolithographic technique after a transparent electrode film having a thickness of 100 nm to 300 nm is formed on the substrate 2 by vacuum deposition, sputtering, or the like. Thus, the transparent electrodes 3 are arranged in parallel at equal intervals.
[0043]
The first insulating layer 5 and the interpolated floating electrode layer 9 provided therein are formed on the transparent electrode layer 4. First, the lower layer 6 of the first insulating layer 5 is formed on the transparent electrode layer 4. Next, an interpolated floating electrode layer 9 is formed on the lower layer 6. Further, the upper layer 7 of the first insulating layer 5 is formed on the lower layer 6 and the interpolated floating electrode layer 9.
[0044]
The material used for the lower layer 6 and the upper layer 7 of the first insulating layer 5 is Al.₂O_Three, Y₂O_Three, SiO₂, Si_ThreeN_Four, Ta₂O_FiveEtc. Examples of the method for forming the lower layer 6 and the upper layer 7 of the first insulating layer 5 include a sputtering method, a spray coating method, and an electron beam evaporation method. Regarding the film thickness, the lower layer 6 is 200 nm to 500 nm and the upper layer 7 is 30 nm to 200 nm.
[0045]
Examples of the material used for the interpolating floating electrode layer 9 include transparent conductive materials such as In—Sn—O-based materials, ZnO-based materials, and SnO-based materials. Examples of the ZnO-based material include ZnO: M-based materials (M = Al, Ga, In, etc.) obtained by adding Al, Ga, In, or the like to ZnO.
[0046]
As a method for forming the interpolated floating electrode layer 9, first, a transparent electrode film having a film thickness of 10 nm or more and 200 nm or less is formed on the lower layer 6 by a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like. The reason why the film thickness is 10 nm or more is that when it is less than 10 nm, the resistance value of the interpolated floating electrode layer is increased, and the function as an electrode is impaired. The reason why the film thickness is 200 nm or less is that when the thickness is larger than 200 nm, a step is formed in the first insulating layer 5 and the electric field concentration in the pixel is conspicuous, thereby reducing the yield of the EL element and the dielectric breakdown voltage. This is because it causes a decrease in the number of people.
[0047]
  Next, this transparent electrode film is formed by a photolithographic technique in which the arrangement pitch is the same as the arrangement pitch of the transparent electrodes 3, the width is 0.9 times the width of the transparent electrodes 3, and the length is the length of the side of the display area. Then, along the long side direction of the transparent electrode 3Display areaA band-like floating electrode 8 is formed so as to be 0.97 times the side length. Here, the display area is an area where pixels are arranged.
[0048]
  The interpolated floating electrode 8 of the EL element 1 which is an embodiment of the present invention has the above-mentioned shape, but in the EL element of the present invention, the arrangement pitch is the same as the arrangement pitch of the transparent electrodes 3, The width is 0.9 to 1.2 times the width of the transparent electrode 3, preferably 1.1 to 1.2 times, the length is the length of the pixel, and the length of the transparent electrode 3 Along the side directionPixelMore than twice the length and the length of the side of the display area, along the long side direction of the transparent electrode 3Display areaAny band-shaped interpolated floating electrode 8 that is not longer than the length of the side may be used.
[0049]
The interpolated floating electrode 8 may be provided like the EL element 30 shown in FIG. The EL element 30 has an arrangement pitch that is the same as the arrangement pitch of the transparent electrodes 3, a width that is 1.1 times the width of the transparent electrodes 3, and a length that is the length of the pixel. An interpolated floating electrode layer 9 configured by arranging interpolated floating electrodes 8 that are twice the length along the length is provided on the first insulating layer 5. The interpolating floating electrode 8 is provided so that the region where the interpolating floating electrode 8 exists includes a region where two pixels exist, and a plurality of interpolating floating electrodes 8 are arranged so as to substantially overlap all the regions where pixels exist in the display region. It is done. By arranging the interpolated floating electrodes 8 in this way, the first insulating layer 5 in the two pixels is electrically connected, and the capacitance of the first insulating layer 5 in the pixel to which an AC voltage is applied is doubled. become. Here, the hatched portion in FIG. 6 is the interpolated floating electrode 8.
[0050]
In this embodiment, an EL element using a glass substrate that transmits light is described. In the present invention, the interpolated floating electrode layer 9, that is, the interpolated floating electrode 8 is formed using a transparent conductive material. Therefore, even if the substrate 2 is a material that does not transmit light, such as a ceramic material, the present invention can be applied. That is, the present invention can also be applied to an EL element that takes light not from the substrate side of the EL element but from the opposite film surface side, that is, an EL element having a so-called inversion structure.
[0051]
Further, the resistance value of the interpolated floating electrode 8 is set to 50Ω / □ or more by increasing the oxygen flow rate during the formation of the transparent electrode film during the formation process, or by performing an annealing process in the air or an oxygen atmosphere after the film formation. .
[0052]
The light emitting layer 10 is formed on the first insulating layer 5. As a material used for the light emitting layer 10, ZnS: Mn, SrS: Ce, BaAl₂S_Four: Eu, ZnS: Tb and the like. Examples of the forming method include an electron beam evaporation method, a vacuum evaporation method, a sputtering method, a CVD method (chemical vapor deposition method), and an ALE method (atomic layer epitaxy method). The film thickness is in the range of 500 nm to 5 μm. After the light emitting layer 10 is formed, annealing is performed at a temperature not higher than the thermal strain point of the substrate 2 in a vacuum or in an inert gas atmosphere. Specifically, when the substrate 2 is a glass material, annealing is performed at 600 to 630 ° C.
[0053]
The second insulating layer 11 is formed on the light emitting layer 10. The material used for the second insulating layer 10 is Al.₂O_Three, Y₂O_Three, SiO₂, Si_ThreeN_Four, Ta₂O_FiveAnd PZT (Pb—Zr—Ti-based material). Examples of the forming method include a sputtering method, a sol-gel method, and a screen printing method. The film thickness is 100 nm or more and 500 nm or less for the sputtering method, and 1 μm or more for the sol-gel method. In addition, when the film is formed by a sol-gel method, annealing is performed in a vacuum or in an inert gas atmosphere.
[0054]
The metal electrode layer 13 is formed on the second insulating layer 11. Materials include aluminum (Al), nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), platinum (Pt), palladium (Pd), and others Metal materials such as alloys of The metal electrode layer 13 is formed by forming a metal electrode film having a film thickness of 300 nm or more on the second insulating layer 11 by a vacuum deposition method, a sputtering method, a plating method, a screen printing method, etc. A plurality of strip-like electrodes having the same width, which are obtained by forming metal electrodes 12 arranged in parallel at equal intervals and perpendicular to the strip-like transparent electrode 3. The reason why the film thickness is 300 nm or more is that when the thickness is less than 300 nm, the resistance value of the metal electrode 12 increases.
[0055]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described by way of examples.
[0056]
A transparent electrode film made of ITO having a thickness of 150 to 300 nm, preferably 200 nm, was formed on the transparent glass substrate by sputtering. Next, a transparent electrode layer was formed by forming a transparent electrode having a desired electrode pattern on the transparent electrode film by a photolithographic technique. On this transparent electrode layer, Si having a thickness of 200 to 500 nm, preferably 250 nm is formed by sputtering._ThreeN_Four, SiO₂, Al₂O_Three, Ta₂O_Five, Y₂O_ThreeAnd the lower layer of the 1st insulating layer which consists of a composite film of these materials was formed. A transparent electrode film made of ITO having a thickness of 20 nm was formed on the lower layer of the first insulating layer by sputtering. Next, by this photolithographic technique, this transparent electrode film has an arrangement pitch that is the same as the arrangement pitch of the lower transparent electrode, an electrode width 1.1 to 1.2 times that of the transparent electrode, and a film thickness of 20 nm. In addition, an interpolating floating electrode was formed so as to be 2 to 10 times, preferably 4 times the length of the pixel. The resistance value of the interpolated floating electrode was fired in an air atmosphere so that the resistance value was 50Ω / □ or more. On this interpolated floating electrode, Al having a thickness of 100 to 200 nm, preferably 100 nm is formed by sputtering.₂O_ThreeAn upper layer of the first insulating layer made of was formed. A light emitting layer made of ZnS: Mn having a thickness of 800 nm was formed on the first insulating layer by electron beam evaporation. Thereafter, annealing was performed under vacuum at 600 ° C., which is a temperature below the thermal strain point of the glass substrate. On this light emitting layer, an Al film having a thickness of 100 to 200 nm, preferably 100 nm, is formed by sputtering.₂O_ThreeThe 2nd insulating layer which consists of was formed. On the second insulating layer, a metal electrode film made of aluminum having a film thickness of 300 nm to 1 μm, preferably 500 nm, was formed by a vacuum deposition method. Furthermore, a metal electrode having the same arrangement pitch as that of the transparent electrodes and orthogonal to the transparent electrodes was formed on the metal electrode film by a photolithographic technique.
[0057]
An alternating voltage was applied to both the selection lines of the transparent electrode and the metal electrode of the EL element thus fabricated. When an alternating voltage is applied by selecting an arbitrary line at both electrodes with an alternating current of 100 Hz and a pulse wave (pulse width 40 μs), as shown in FIG. 7, the emission start voltage is higher than that of a conventional EL element. It was reduced from 170V to 140V.
[0058]
In the embodiment of the present invention, the arrangement pitch is the same as the arrangement pitch of the transparent electrodes 3 to which the modulation voltage is applied so as not to stand out, and substantially overlaps the transparent electrodes 3. The interpolating floating electrode 8 arranged in this manner is described, but the interpolating floating electrode 8 may be provided in any manner provided that it is provided in the insulating layer and the insulating property is maintained. For example, it may be arranged so as to have the same arrangement pitch as the arrangement pitch of the metal electrodes 12 and substantially overlap with the metal electrodes 12, and in these cases, the capacitance of the insulating layer increases.
[0059]
Moreover, although the case where the interpolated floating electrode 8 is made of a transparent conductive material is described, any conductive material can be applied to the present invention as long as it is not transparent.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the insulating floating electrode layer made of a conductive material is provided in the insulating layer, so that the insulating layer portion of the light emitting unit to which an AC voltage is applied is provided. The capacitance increases. Therefore, an EL element that emits light with high luminance even at a low driving voltage can be provided. Furthermore, even when a conventional insulating layer material having a high dielectric constant is used, the dielectric breakdown voltage can be increased by setting the thickness of the insulating layer to an appropriate thickness without worrying about a decrease in capacitance. be able to.
[0061]
According to the invention, the arrangement pitch of the interpolated floating electrodes is the same as the arrangement pitch of one of the first electrode layer and the second electrode layer, and Therefore, the interpolated floating electrode is inconspicuous. Therefore, a clearer image can be displayed on the display device manufactured using the EL element of the present invention.
[0062]
According to the present invention, since the thickness of the interpolating floating electrode is in the range of 10 nm to 200 nm, an optimum resistance value of the interpolating floating electrode can be obtained. In addition, since a large step cannot be formed in the insulating layer provided with the interpolated floating electrode, electric field concentration does not remarkably occur in the pixel, and an optimum breakdown voltage can be obtained.
[0063]
Further, according to the present invention, by using a transparent conductive material such as an In—Sn—O-based material, a ZnO-based material, or a SnO-based material for the interpolating floating electrode, the opposite is possible even from the substrate side of the EL element. Since light can be extracted even from the side of the film surface, the present invention can be applied to any EL element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an EL element 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an EL element 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an arrangement conceptual diagram of each layer of an EL element 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a conceptual diagram of arrangement of layers when an interpolating floating electrode 8 is provided in an EL element 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an arrangement conceptual diagram of each layer of an EL element according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view of an EL element 30 according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing light emission characteristics of an EL element of an example and light emission characteristics of a conventional EL element.
8 is a plan view of a conventional EL element 50. FIG.
9 is a cross-sectional view of a conventional EL element 50. FIG.
[Explanation of symbols]
1,30 EL element
2 Substrate
3 Transparent electrodes
4 Transparent electrode layer
5 First insulation layer
6 Lower layer
7 Upper layer
8, 20, 21, 22, 23 Interpolated floating electrode
9 Interpolated floating electrode layer
10 Light emitting layer
11 Second insulation layer
12 Metal electrodes
13 Metal electrode layer

Claims (5)

In an inorganic thin film electroluminescent device in which a first electrode layer, a first insulating layer, a light emitting layer, a second insulating layer, and a second electrode layer are sequentially laminated on a substrate, an electrode layer made of a conductive material, An interpolated floating electrode layer provided in at least one of the first insulating layer and the second insulating layer so as not to contact either the first electrode layer or the second electrode layer. And
The first electrode layer is formed by arranging a plurality of strip electrodes having the same width in parallel at equal intervals, and the second electrode layer is formed by arranging a plurality of strip electrodes in the same width in parallel at equal intervals. And the first and second electrode layers are arranged so as to be orthogonal to the strip electrode, and the interpolated floating electrode layer is constructed by arranging a plurality of strip interpolated floating electrodes in parallel, The insertion floating electrode has an arrangement pitch that is the same as the arrangement pitch of one of the first electrode layer and the second electrode layer, and substantially overlaps one of the electrodes. An inorganic thin film electroluminescent device, characterized by being arranged . The interpolated floating electrode has a width that is not less than 0.9 times and not more than 1.2 times the width of any one of the electrodes, and the length is a strip electrode of the first electrode layer and a strip electrode of the second electrode layer 2. The inorganic thin film electro of claim 1 , wherein the length of the pixel is an overlapping portion and is at least twice the length of the pixel along the long side direction of one of the strip electrodes. Luminescence element. The inorganic thin film electroluminescent element according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the interpolated floating electrode layer is in the range of 10 nm to 200 nm . The inorganic thin-film electroluminescent element according to claim 1, wherein the conductive material is a transparent conductive material . The inorganic thin-film electroluminescent device according to claim 4, wherein the transparent conductive material is any one of an In-Sn-O-based material, a ZnO-based material, and a SnO-based material .

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