JP2837007B2 - EL display element - Google Patents

EL display element

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JP2837007B2
JP2837007B2 JP3306900A JP30690091A JP2837007B2 JP 2837007 B2 JP2837007 B2 JP 2837007B2 JP 3306900 A JP3306900 A JP 3306900A JP 30690091 A JP30690091 A JP 30690091A JP 2837007 B2 JP2837007 B2 JP 2837007B2
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film
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emitting layer
layer
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Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
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Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
Denso Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、各種情報端末機器のデ
ィスプレイ等に使用されるEL(Electroluminescence)
ディスプレイ素子に関し、特に、絶縁耐圧が高く破壊し
難くして信頼性を向上したELディスプレイ素子構造に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an EL (Electroluminescence) used for a display of various information terminal equipment.
The present invention relates to a display element, and more particularly to an EL display element structure which has a high withstand voltage and is hardly broken to improve reliability.

【0002】[0002]

【従来技術】従来、薄膜ELディスプレイ素子は、硫化
亜鉛(ZnS)やアルカリ土類硫化物(CaS,SrS)等を
発光母体とし、それに発光中心としてマンガン(Mn),
テルビウム(Tb),サマリウム(Sm)などを少量ドーピ
ングして形成した発光層に電界をかけた時に発光する現
象を利用したものであり自発光型の平面ディスプレイ素
子として注目されている。薄膜ELディスプレイ素子
は、特に、車載用ディスプレイ装置のように高い表示品
質が要求される用途に適したディスプレイ素子であると
いえる。図8は、薄膜ELディスプレイ素子の典型的な
断面構造を示した模式図である。薄膜ELディスプレイ
素子10は、絶縁性基板であるガラス基板1上に、下部
電極(透明電極)2、下部絶縁層3、発光層4、上部絶
縁層5及び上部電極(金属電極又は透明電極)6を順次
積層し形成されている。このうち、発光層4を上下から
覆うように形成された下部絶縁層3及び上部絶縁層5は
薄膜ELディスプレイ素子10の信頼性を決定する大き
な要素である。下部絶縁層3及び上部絶縁層5の材料と
しては、Al23,SiO2,Ta25等の酸化物、Si34,
AlN 等の窒化物、PbTiO3 やPZTのような複合酸
化物等が提案されている。又、それらを複数組み合わせ
た積層構造の絶縁層も提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a thin-film EL display element has a luminescent base material such as zinc sulfide (ZnS) or alkaline earth sulfide (CaS, SrS), and manganese (Mn) or manganese (Mn) as a luminescent center.
It utilizes the phenomenon of emitting light when an electric field is applied to a light emitting layer formed by doping a small amount of terbium (Tb), samarium (Sm), or the like, and is attracting attention as a self-luminous type flat display element. It can be said that the thin-film EL display element is a display element particularly suitable for applications requiring high display quality, such as an in-vehicle display device. FIG. 8 is a schematic diagram showing a typical sectional structure of a thin film EL display element. The thin-film EL display element 10 includes a lower electrode (transparent electrode) 2, a lower insulating layer 3, a light-emitting layer 4, an upper insulating layer 5, and an upper electrode (metal electrode or transparent electrode) 6 on a glass substrate 1, which is an insulating substrate. Are sequentially laminated. Among these, the lower insulating layer 3 and the upper insulating layer 5 formed so as to cover the light emitting layer 4 from above and below are major factors that determine the reliability of the thin-film EL display element 10. As the material of the lower insulating layer 3 and the upper insulating layer 5, oxides such as Al 2 O 3, SiO 2, Ta 2 O 5 , and Si 3 N 4
There have been proposed nitrides such as AlN, and composite oxides such as PbTiO 3 and PZT. Further, an insulating layer having a laminated structure in which a plurality of them are combined has been proposed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ここで、薄膜ELディ
スプレイ素子は高電圧下で駆動されるため、絶縁層の絶
縁耐圧が高いことや誘電率が大きいことが要求される。
更に、薄膜ELディスプレイ素子を完成させるには、次
に述べるような性能も絶縁層には必要である。第1に、
硫化亜鉛(ZnS)を母体材料とした発光層との密着性が
薄膜ELディスプレイ素子の完成品に対してだけでな
く、その素子を構成する全プロセスを通じて良好でなけ
ればならない。つまり、プロセス途中で電極を希望の形
状に微細加工する際のウェットエッチング工程などにお
いても、発光層−絶縁層間でしばしば膜剥離が発生する
からである。第2に、絶縁破壊した場合においては、そ
の破壊が次々と伝播して大きな破壊となる破壊モードで
はなく破壊部分がピンポイントでおさまり破壊がそれ以
上拡大しない自己回復型の破壊モードの方が望ましい。
つまり、この自己回復型の破壊モードであれば、例え、
絶縁破壊が起きても目に見えない小さな破壊点が残るだ
けであり、薄膜ELディスプレイ素子の歩留り向上にも
つながることになる。ここで、絶縁層に窒化物を用いる
ことは公知である。これは、酸素プラズマを使用し発光
層上に酸化物系絶縁膜を形成しようとすると発光層の硫
化亜鉛が酸化され再結合中心が増加し発光効率が低下す
るためという理由による。しかしながら、従来、上述の
発光層に対して密着性と破壊モードの改善を総合的に考
慮した提案はなく、経験的に絶縁層の種類を決定してい
たのである。
Here, since the thin film EL display element is driven under a high voltage, it is required that the insulating layer has a high withstand voltage and a high dielectric constant.
Furthermore, in order to complete a thin-film EL display element, the insulating layer must have the following performance. First,
Adhesion with a light emitting layer containing zinc sulfide (ZnS) as a base material must be good not only for a completed thin film EL display element but also throughout the entire process of forming the element. That is, even in a wet etching step when the electrode is finely processed into a desired shape during the process, film peeling often occurs between the light emitting layer and the insulating layer. Secondly, in the case of dielectric breakdown, a self-healing type breakdown mode in which the breakdown portion is pinpointed and the breakdown does not spread further is desirable, rather than a breakdown mode in which the breakdown propagates one after another to cause a large breakdown. .
In other words, in this self-healing destruction mode,
Even if a dielectric breakdown occurs, only a small invisible breakdown point remains, which leads to an improvement in the yield of the thin film EL display element. Here, it is known to use a nitride for the insulating layer. This is because zinc sulfide in the light-emitting layer is oxidized when an oxide-based insulating film is formed on the light-emitting layer using oxygen plasma, the number of recombination centers increases, and the light-emitting efficiency decreases. However, conventionally, there has been no proposal that comprehensively considers the improvement of the adhesion and the destruction mode with respect to the light emitting layer described above, and the type of the insulating layer has been empirically determined.

【0004】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、絶縁層と
発光層との密着性の向上を図ると共にその絶縁層の破壊
モードが絶縁破壊の進行しない自己回復型であるEL
ィスプレイ素子を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. It is an object of the present invention to improve the adhesion between an insulating layer and a light emitting layer and to improve the mode of destruction of the insulating layer. An object of the present invention is to provide a self-healing EL display element in which dielectric breakdown does not progress.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、絶縁性基板上に電極間に挟持された発
光層を有し、該発光層と前記何れかの電極との間に絶縁
層を配置したELディスプレイ素子であって、前記発光
層と隣接する前記下部絶縁層又は前記上部絶縁層を窒化
物系絶縁膜で構成し、該窒化物系絶縁膜の厚み方向の少
なくとも前記発光層との接触部分では酸素を含まない窒
化物とし、前記窒化物系絶縁膜の厚み方向の少なくとも
前記発光層から最も離れた部分では酸素を含む窒化物又
は酸化物としたことを特徴とする。
According to an aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, there is provided a light emitting device having an electrode sandwiched between electrodes on an insulating substrate.
A light layer, and insulated between the light emitting layer and any of the electrodes;
An EL display device having a layer disposed therein, wherein the lower insulating layer or the upper insulating layer adjacent to the light emitting layer is formed of a nitride insulating film, and at least the light emitting layer in a thickness direction of the nitride insulating film. And a nitride or an oxide containing oxygen at a portion at least farthest from the light-emitting layer in a thickness direction of the nitride-based insulating film.

【0006】[0006]

【作用及び効果】ELディスプレイ素子の発光層と隣接
する絶縁層は窒化物系絶縁膜にて構成される。そして、
その窒化物系絶縁膜の厚み方向の少なくとも上記発光層
との接触部分では酸素を含まない窒化物とし、上記窒化
物系絶縁膜の厚み方向の少なくとも上記発光層から最も
離れた部分では酸素を含む窒化物又は酸化物とされる。
即ち、本発明のELディスプレイ素子の絶縁層には窒化
物系絶縁膜を用い、その窒化物系絶縁膜内の含有酸素を
膜厚方向に制御する。これにより、硫化亜鉛( ZnS)
に代表される発光層と窒化物系絶縁膜との密着性の向上
を図ると共に窒化物系絶縁膜の破壊モードを初期の絶縁
破壊が伝播することがない自己回復型とすることができ
る。
[Operation and Effect] The insulating layer adjacent to the light emitting layer of the EL display element is composed of a nitride-based insulating film. And
At least a portion of the nitride-based insulating film that is in contact with the light-emitting layer in the thickness direction is a nitride containing no oxygen, and at least a portion of the nitride-based insulating film that is farthest from the light-emitting layer in the thickness direction contains oxygen. Nitride or oxide.
That is, a nitride-based insulating film is used for the insulating layer of the EL display element of the present invention, and oxygen contained in the nitride-based insulating film is controlled in the thickness direction. Thereby, zinc sulfide (ZnS)
In addition, it is possible to improve the adhesion between the light emitting layer and the nitride-based insulating film typified by the above, and to set the breakdown mode of the nitride-based insulating film to a self-recovery type in which the initial dielectric breakdown does not propagate.

【0007】発明者らは、ELディスプレイ素子の発光
層と絶縁層との間でしばしば生じる膜剥離現象の大きな
原因として以下のことを見出した。ELディスプレイ素
子の絶縁層形成法には緻密で良質な膜層が得られるとい
う理由からスパッタリング法、特に、反応性スパッタリ
ング法が用いられることが多い。この方法では、例え
ば、絶縁層として酸化物系絶縁膜を形成しようとすると
絶縁層形成時のチャンバー内に酸素が存在し、それによ
る酸素プラズマは硫化亜鉛( Zn S)から成る発光層表
面を酸化する。この発光層表面の酸化により酸化亜鉛(
Zn O)が直接生じるという説が一般的な概念であっ
た。これに対して、発明者らは上述の発光層表面の酸素
プラズマによる酸化により硫酸亜鉛(Zn SO4 )が発
光層表面近傍に形成されることを見出した。この硫酸亜
鉛は硫化亜鉛或いは酸化亜鉛に比べて、図7に示したよ
うに、約10万倍も水に溶け易い物質であり、洗浄工程や
ウェットエッチング工程のように周囲に水が存在する
と、工程途中で形成された硫酸亜鉛が溶け出し、その部
分から膜剥離を生じるのである。
The inventors have found the following as a major cause of a film peeling phenomenon that often occurs between a light emitting layer and an insulating layer of an EL display element. As a method for forming an insulating layer of an EL display element, a sputtering method, in particular, a reactive sputtering method is often used because a dense and high-quality film layer can be obtained. In this method, for example, when an oxide-based insulating film is to be formed as an insulating layer, oxygen is present in a chamber at the time of forming the insulating layer, and oxygen plasma thereby oxidizes the surface of the light emitting layer made of zinc sulfide (ZnS). I do. Oxidation of the surface of the light emitting layer causes zinc oxide (
The concept that ZnO) occurs directly was a general concept. In contrast, the inventors have found that zinc sulfate (Zn SO4) is formed near the surface of the light emitting layer by the above-described oxidation of the surface of the light emitting layer by oxygen plasma. As shown in FIG. 7, zinc sulfate is a substance which is about 100,000 times more soluble in water than zinc sulfide or zinc oxide. The zinc sulfate formed during the process melts out and causes film peeling from that part.

【0008】以上の原因による膜剥離を防止するために
は、絶縁層成膜時の初期段階で酸素プラズマが存在しな
いようにしなければならない。非酸化物系の絶縁膜とし
て、最も代表的な窒化膜には、窒化珪素(SiNx)膜が
ある。又、発明者らは破壊モードについて鋭意実験研究
を行ったところ以下のような現象を見出した。つまり、
窒化珪素膜において、酸素を含有しない状態(SiNx
の膜は絶縁破壊が伝播モードとなり一度破壊が起きると
その破壊は大きな面積まで広がってしまった。一方、酸
素を含有する状態(SiOxy)の膜は初期の絶縁破壊が
伝播しない自己回復型の破壊モードを示した。以上述べ
たような結果から、発明者らは発光層−絶縁層の間の膜
剥離を防止すると共に破壊モードを自己回復型とするた
めの絶縁層は本発明の構成のようにすれば良いことが分
かった。即ち、絶縁膜の膜剥離現象は発光層との接触部
分の状態に、又、絶縁膜の破壊モードは逆に発光層から
最も離れた部分の状態に支配されるためである。
In order to prevent film peeling due to the above reasons, it is necessary to prevent oxygen plasma from being present in the initial stage of forming the insulating layer. The most typical nitride film as a non-oxide insulating film is a silicon nitride (SiN x ) film. Further, the inventors have conducted intensive experimental research on the fracture mode and found the following phenomena. That is,
In the silicon nitride film, a state without oxygen (SiN x )
In this film, the dielectric breakdown became a propagation mode, and once breakdown occurred, the breakdown spread to a large area. On the other hand, the film containing oxygen (SiO x N y ) exhibited a self-recovery breakdown mode in which the initial breakdown did not propagate. From the results described above, the inventors have found that the insulating layer for preventing the peeling of the film between the light emitting layer and the insulating layer and for setting the destruction mode to the self-healing type may have the structure of the present invention. I understood. That is, the film peeling phenomenon of the insulating film is dominated by the state of the contact portion with the light emitting layer, and the breakdown mode of the insulating film is dominated by the state of the portion farthest from the light emitting layer.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図1は本発明に係る薄膜ELディスプレイ素子
の縦断面を示した模式図である。薄膜ELディスプレイ
素子100は、絶縁性基板であるガラス基板1(厚さ
1.1mm,HOYA製NA40:ノンアルカリガラス)上に順次、
以下の薄膜が形成され構成されている。ガラス基板1上
には、ITO(Indium TinOxide:酸化インジウム−
錫)透明導電膜から成る下部電極(透明電極)2、窒化
物系絶縁膜から成る下部絶縁層3、発光層4、窒化物系
絶縁膜から成る上部絶縁層5及びAl 薄膜から成る上部
電極5が形成されている。尚、発光層4としては、母体
材料を硫化亜鉛(ZnS)としマンガン(Mn)を少量添加
してオレンジ色発光を呈するZnS:Mnを用いた。窒化
物系絶縁膜から成る下部絶縁層3及び上部絶縁層5の発
光層4に隣接した部分は酸素を含まない状態の無酸素層
3a,5aである。これら無酸素層3a,5aは酸素を
含まない窒化物から成る。又、窒化物系絶縁膜から成る
下部絶縁層3及び上部絶縁層5の発光層4から最も離れ
た部分では酸素を含んだ状態の有酸素層3b,5bであ
る。これら有酸素層3b,5bは酸素を含む窒化物又は
酸化物から成る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to specific embodiments. FIG. 1 is a schematic view showing a longitudinal section of a thin film EL display element according to the present invention. The thin-film EL display element 100 has a glass substrate 1 (thickness) which is an insulating substrate.
1.1mm, HOYA NA40: non-alkali glass)
The following thin films are formed and configured. On the glass substrate 1, ITO (Indium TinOxide: indium oxide-
(Tin) a lower electrode (transparent electrode) 2 made of a transparent conductive film, a lower insulating layer 3 made of a nitride-based insulating film, a light-emitting layer 4, an upper insulating layer 5 made of a nitride-based insulating film, and an upper electrode 5 made of an Al thin film. Are formed. The light emitting layer 4 was made of ZnS: Mn, which emits orange light by adding zinc sulfide (ZnS) as a base material and adding a small amount of manganese (Mn). Portions of the lower insulating layer 3 and the upper insulating layer 5 made of a nitride insulating film adjacent to the light emitting layer 4 are oxygen-free layers 3a and 5a containing no oxygen. These oxygen-free layers 3a and 5a are made of a nitride containing no oxygen. Further, portions of the lower insulating layer 3 and the upper insulating layer 5 made of a nitride-based insulating film farthest from the light emitting layer 4 are oxygen-containing layers 3b and 5b containing oxygen. These oxygen layers 3b and 5b are made of nitride or oxide containing oxygen.

【0010】図2は、下部絶縁層3及び上部絶縁層5の
窒化物系絶縁膜の膜厚方向における窒素濃度及び酸素濃
度の分布を示した説明図である。窒化物系絶縁膜として
は、SiNxを基にした。窒化物系絶縁膜は、発光層に隣
接した接触部分ではSiNxの形であり、発光層から離れ
るにつれSiOxy の形となり、発光層から最も離れた
(表面)部分ではSiOxの形とした。即ち、上記無酸素
層3a,5aはSiNxから成り、上記有酸素層3b,5
bはSiOxから成る。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the distribution of the nitrogen concentration and the oxygen concentration in the thickness direction of the nitride insulating film of the lower insulating layer 3 and the upper insulating layer 5. The nitride insulating film was based on SiN x . The nitride-based insulating film is in the form of SiN x at a contact portion adjacent to the light emitting layer, is in the form of SiO x N y as it is separated from the light emitting layer, and is in the form of SiO x at a portion (surface) farthest from the light emitting layer. And That is, the oxygen-free layers 3a and 5a are made of SiN x and the oxygen-containing layers 3b and 5a are
b is made of SiO x .

【0011】次に、上述の薄膜ELディスプレイ素子1
00の製造方法を以下に述べる。ガラス基板1上にIT
Oをアルゴン(Ar)及び酸素(O2)の混合ガス雰囲気中
で高周波スパッタして2000Åの厚さに成膜し、ウェット
エッチングにより図面の左右方向であるX方向にストラ
イプ状の透明な下部電極2を形成した。次に、Si 金属
をターゲットとし、アルゴン、酸素及び窒素(N2)の混
合ガスをチャンバー内に供給できるスパッタ装置を用
い、その混合ガス雰囲気中で高周波スパッタして下部電
極2上に窒化物系絶縁膜である下部絶縁層3を形成し
た。この成膜開始時には、チャンバー内にアルゴンガス
と酸素ガスのみを供給した。成膜途中では、徐々に供給
酸素量を減少させ、代わりに窒素ガスを供給し、徐々に
供給窒素量を増加させた。そして、成膜終了直前には、
酸素ガスの供給を停止し、アルゴンガスと窒素ガスのみ
を供給した。この膜厚は2000Åとした。下部絶縁層3上
の発光層4は、ZnS:Mnのペレットを作成し、電子ビ
ーム蒸着法で成膜した。Mn濃度は1wt%であり、膜厚
は6000Åである。次に、発光層4上に、窒化物系絶縁膜
である上部絶縁層5を形成した。上部絶縁層5は上記下
部絶縁層3の逆の構造である。即ち、成膜開始時にはス
パッタ装置のチャンバー内にアルゴンガスと窒素ガスの
みを供給し、徐々に窒素ガスを減少させ、酸素ガスを増
加させ最後は窒素ガスを0にし、アルゴンガスと酸素ガ
スのみで成膜した。この膜厚は下部絶縁層3と同様の20
00Åである。最後に、Alを電子ビーム蒸着法により200
0Åの厚みに成膜し、フォトエッチング法により図面に
垂直方向であるY方向にストライプ状の上部電極6を形
成した。尚、上述の構成の素子をSiNx-SiOxy-Si
x 品とする。
Next, the above-mentioned thin-film EL display element 1
00 is described below. IT on glass substrate 1
O is sputtered in a mixed gas atmosphere of argon (Ar) and oxygen (O 2 ) by high frequency sputtering to form a film having a thickness of 2000 mm, and a transparent lower electrode is formed by wet etching in a stripe shape in the X direction, which is the horizontal direction of the drawing. 2 was formed. Next, using a sputtering apparatus capable of supplying a mixed gas of argon, oxygen and nitrogen (N 2 ) into the chamber with a target of Si metal, high-frequency sputtering is performed in the mixed gas atmosphere to form a nitride-based material on the lower electrode 2. A lower insulating layer 3 as an insulating film was formed. At the start of the film formation, only the argon gas and the oxygen gas were supplied into the chamber. During the film formation, the supplied oxygen amount was gradually decreased, and instead, a nitrogen gas was supplied, and the supplied nitrogen amount was gradually increased. And immediately before the end of film formation,
The supply of oxygen gas was stopped, and only argon gas and nitrogen gas were supplied. This film thickness was 2000 mm. The light emitting layer 4 on the lower insulating layer 3 was formed by ZnS: Mn pellets and formed by electron beam evaporation. The Mn concentration is 1 wt% and the film thickness is 6000 °. Next, an upper insulating layer 5 which was a nitride-based insulating film was formed on the light emitting layer 4. The upper insulating layer 5 has a structure opposite to that of the lower insulating layer 3. That is, at the start of film formation, only the argon gas and the nitrogen gas are supplied into the chamber of the sputtering apparatus, the nitrogen gas is gradually reduced, the oxygen gas is increased, and finally the nitrogen gas is set to 0, and only the argon gas and the oxygen gas are used. A film was formed. This film thickness is the same as that of the lower insulating layer 3.
00Å. Finally, Al was deposited by electron beam evaporation for 200 hours.
A film was formed to a thickness of 0 °, and a stripe-shaped upper electrode 6 was formed by a photoetching method in the Y direction perpendicular to the drawing. Incidentally, the elements of the above-described configuration SiN x -SiO x N y -Si
Ox product.

【0012】上記SiNx-SiOxy-SiOx 品と比較実
験するため、下部絶縁層3及び上部絶縁層5の各々をS
iNxのみで形成した素子をSiNx品とする。又、下部絶
縁層3及び上部絶縁層5の各々をSiOxのみで形成した
素子をSiOx品とする。即ち、SiNx品の下部絶縁層3
及び上部絶縁層5はSi ターゲットをアルゴンガスと窒
素ガスのみの混合ガス雰囲気中でスパッタし、SiOx
の下部絶縁層3及び上部絶縁層5はアルゴンガスと酸素
ガスのみの混合ガス雰囲気中でスパッタし製作した。こ
れら下部絶縁層3及び上部絶縁層5の膜厚は全て2000Å
とした。
For comparison with the above-mentioned SiN x -SiO x N y -SiO x product, each of the lower insulating layer 3 and the upper insulating layer 5 is made of S
An element formed of only iN x is a SiN x product. An element in which each of the lower insulating layer 3 and the upper insulating layer 5 is formed of only SiO x is referred to as a SiO x product. That is, the lower insulating layer 3 of the SiN x product
The upper insulating layer 5 is sputtered on a Si target in a mixed gas atmosphere of only argon gas and nitrogen gas, and the lower insulating layer 3 and the upper insulating layer 5 of SiO x are formed in a mixed gas atmosphere of only argon gas and oxygen gas. It was produced by sputtering. The thicknesses of the lower insulating layer 3 and the upper insulating layer 5 are all 2000 Å
And

【0013】本発明のSiNx-SiOxy-SiOx 品及び
SiNx品は、上部電極6のフォトエッチング工程でも膜
剥離を起こすことなく問題がなかった。しかし、SiOx
品は洗浄工程やフォトエッチング工程のウェットエッチ
ング工程で膜剥離を生じ満足な薄膜ELディスプレイ素
子を作ることができなかった。この場合の膜剥離は発光
層4と上部絶縁層5との間で生じた。この原因をX線光
電子分光法により分析した。その結果、膜剥離したSi
x品は発光層(ZnS:Mn)の最表面部分にZnSO4
形成されていることが判明した。図7にて分かるよう
に、ZnSO4はZnS,ZnOに比べ10万倍も水に対して
溶け易く、発光層と絶縁層との間に形成されたZnSO4
層が洗浄工程やフォトエッチング工程のウェットエッチ
ング工程で水に溶解し、そこから膜剥離が生じたと考え
られる。このZnSO4は発光層の母材であるZnSが絶
縁膜(SiOx)形成時のスパッタで生じる酸素プラズマ
により酸化され形成されたと考えられる。ここで、従
来、ZnS は酸化により直接ZnO となるというのが通
説であった。本発明のSiNx-SiOxy-SiOx 品及び
SiNx品は、発光層のZnS が直接酸素プラズマに曝さ
れないためZnSO4が形成されず膜剥離が生じなかった
と考えられる。
The SiN x -SiO x N y -SiO x product and the SiN x product of the present invention did not have any problem even in the photoetching step of the upper electrode 6 without causing film peeling. However, SiO x
The product was delaminated in the wet etching process of the cleaning process and the photo etching process, and a satisfactory thin-film EL display element could not be produced. In this case, the film peeling occurred between the light emitting layer 4 and the upper insulating layer 5. The cause was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy. As a result, the Si
O x article luminescent layer: It has been found that ZnSO the outermost surface portion of the (ZnS Mn) 4 is formed. As can be seen from FIG. 7, ZnSO 4 is 100,000 times more soluble in water than ZnS and ZnO, and ZnSO 4 formed between the light emitting layer and the insulating layer.
It is considered that the layer was dissolved in water in the cleaning step or the wet etching step of the photo etching step, and the film was peeled therefrom. It is considered that ZnSO 4 was formed by oxidizing ZnS, which is the base material of the light emitting layer, by oxygen plasma generated by sputtering when forming the insulating film (SiO x ). Here, it has been generally accepted that ZnS is directly converted to ZnO by oxidation. It is considered that in the SiN x -SiO x N y -SiO x product and the SiN x product of the present invention, ZnS 4 in the light emitting layer was not directly exposed to oxygen plasma, so that ZnSO 4 was not formed and no film peeling occurred.

【0014】次に、完成した本発明のSiNx-SiOxy
-SiOx 品とSiNx品とに対して絶縁破壊するまで駆動
電圧を上昇させ絶縁破壊後の様子を比べた。両者が絶縁
破壊する電圧値にはあまり差がなかったが、両者の破壊
モードは大きく異なった。即ち、SiNx-SiOxy-Si
x 品は絶縁破壊が直径0.1mm〜0.5mm程度の穴が形成さ
れただけでそれ以上進行しなかった(自己回復型)。そ
れに対して、SiNx品は最初小さな絶縁破壊が生じると
瞬時にして伝播し、発光画素全体がまたたく間に壊れて
しまった(伝播型)。この破壊モードの違いの原因は不
明であるが、窒化物系絶縁膜の発光層に接触する面とは
反対の最表面部分に酸素が存在する場合に自己回復型の
破壊モードを示す実験結果が得られている。
Next, the completed SiN x -SiO x N y of the present invention.
Increasing the driving voltage until breakdown against the -SiO x article and SiN x article compared the state after the dielectric breakdown. Although there was not much difference between the voltage values at which the two breakdown occurred, the breakdown modes of the two were greatly different. That is, SiN x -SiO x N y -Si
O x article did not proceed further with only breakdown is formed a hole having a diameter of about 0.1 mm to 0.5 mm (self-healing). In contrast, SiN x article is instantaneously propagated when the first small dielectric breakdown occurs, the entire light-emitting pixel is broken quickly emerging (propagating). Although the cause of this difference in the breakdown mode is unknown, an experimental result showing a self-healing type failure mode when oxygen is present on the outermost surface portion of the nitride-based insulating film opposite to the surface in contact with the light emitting layer has been reported. Have been obtained.

【0015】図3は、本発明に係る薄膜ELディスプレ
イ素子の他の実施例における縦断面を示した模式図であ
る。尚、この図では、発光層4より上側の構成を示して
いるが、発光層4の下側に対しても対象的に構成されて
いる。発光層4上に上部絶縁層5が形成してある。この
上部絶縁層5は上述の実施例と同様のSiNx-SiOxy
-SiOx の構成である。本実施例では、上部絶縁層5上
に五酸化タンタル(Ta25)の膜厚4000Åから成る絶縁
層7が形成されている。この絶縁層7は絶縁耐圧を上部
絶縁層5のみの場合から更に向上させるために形成した
ものである。このように、他の種類の絶縁層を上部絶縁
層5上に積み重ねて形成しても効果は上述と同様とな
る。
FIG. 3 is a schematic view showing a longitudinal section of another embodiment of the thin film EL display element according to the present invention. In this figure, the configuration above the light emitting layer 4 is shown, but the configuration is also directed to the lower side of the light emitting layer 4. An upper insulating layer 5 is formed on the light emitting layer 4. This upper insulating layer 5 has the same SiN x -SiO x N y as in the above embodiment.
-SiO x configuration. In the present embodiment, an insulating layer 7 of tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) having a film thickness of 4000 ° is formed on the upper insulating layer 5. The insulating layer 7 is formed in order to further improve the withstand voltage from the case where only the upper insulating layer 5 is used. As described above, even if another type of insulating layer is formed by being stacked on the upper insulating layer 5, the effect is the same as described above.

【0016】図4〜図6は、本発明に係る窒化物系絶縁
膜の膜厚方向の他の実施例における窒素濃度及び酸素濃
度の分布を示した説明図である。図4では、窒化物系絶
縁膜のうち発光層との接触部分のみSiNx層で構成し、
発光層から離れるとSiOxy 層の構成となっている。
このものでは、SiOx層は存在しない。図5では、窒化
物系絶縁膜は発光層との接触部分からSiNx層が続き、
発光層から最も離れた部分である最外殻表面にSiOx
y 層を形成したものである。図6では、窒化物系絶縁膜
は発光層との接触部分からSiNx層が続き、発光層から
最も離れた部分である最外殻表面にSiOx層が形成され
ている。図4〜図6に示された窒化物系絶縁膜の構造は
全て上述の実施例と同様に膜剥離及び破壊モードの改善
に効果を発揮する。上述の実施例での発光層としてはZ
nS:Mnで説明したが、ZnS:Tb(緑色発光)やZn
S:Sm(赤色発光)など他の添加物を入れた場合も同
様である。本発明では窒化物系絶縁膜にSiNx系を用い
たがAlN 系のような他の窒化物で構成しても良い。
尚、本実施例では、下部絶縁層と上部絶縁層とを対称的
に構成したが、絶縁破壊モードの改善と膜剥離防止効果
は、上部絶縁層が支配的であり上部絶縁層のみ本発明で
構成してもかまわない。
FIGS. 4 to 6 are explanatory diagrams showing the distributions of the nitrogen concentration and the oxygen concentration in another example of the thickness direction of the nitride insulating film according to the present invention. In FIG. 4, only the portion of the nitride-based insulating film that is in contact with the light-emitting layer is formed of a SiN x layer,
When it is away from the light emitting layer, it has a structure of SiO x N y layer.
In this case, there is no SiO x layer. In FIG. 5, the nitride insulating film is followed by a SiN x layer from the contact portion with the light emitting layer,
The surface of the outermost shell, which is the farthest part from the light emitting layer, is made of SiO x N
This is one in which a y layer is formed. In FIG. 6, in the nitride-based insulating film, the SiN x layer continues from the contact portion with the light emitting layer, and the SiO x layer is formed on the outermost shell surface which is the portion farthest from the light emitting layer. All of the structures of the nitride-based insulating films shown in FIGS. 4 to 6 are effective in improving the film peeling and the breakdown mode as in the above-described embodiment. The light emitting layer in the above-described embodiment is Z
nS: Mn, but ZnS: Tb (green emission) and Zn
The same applies when other additives such as S: Sm (red emission) are added. Was used SiN x based on the nitride-based insulating film may be composed of other nitrides such as AlN system in the present invention.
In the present embodiment, the lower insulating layer and the upper insulating layer are configured symmetrically. However, the improvement of the dielectric breakdown mode and the effect of preventing film peeling are dominated by the upper insulating layer. It may be configured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の具体的な一実施例に係る薄膜ELディ
スプレイ素子の縦断面を示した模式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing a longitudinal section of a thin-film EL display device according to a specific example of the present invention.

【図2】同実施例に係る窒化物系絶縁膜の膜厚方向にお
ける窒素濃度及び酸素濃度の分布を示した説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing distributions of a nitrogen concentration and an oxygen concentration in a thickness direction of a nitride-based insulating film according to the example.

【図3】本発明に係る薄膜ELディスプレイ素子の他の
実施例における縦断面を示した模式図である。
FIG. 3 is a schematic view showing a longitudinal section in another embodiment of the thin-film EL display element according to the present invention.

【図4】本発明に係る窒化物系絶縁膜の膜厚方向の他の
実施例における窒素濃度及び酸素濃度の分布を示した説
明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing distributions of a nitrogen concentration and an oxygen concentration in another example of the thickness direction of the nitride-based insulating film according to the present invention.

【図5】本発明に係る窒化物系絶縁膜の膜厚方向の他の
実施例における窒素濃度及び酸素濃度の分布を示した説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing distributions of a nitrogen concentration and an oxygen concentration in another example of the thickness direction of the nitride-based insulating film according to the present invention.

【図6】本発明に係る窒化物系絶縁膜の膜厚方向の他の
実施例における窒素濃度及び酸素濃度の分布を示した説
明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing distributions of a nitrogen concentration and an oxygen concentration in another example of the thickness direction of the nitride-based insulating film according to the present invention.

【図7】硫化亜鉛とその酸化物の水に対する溶解度を示
した表である。
FIG. 7 is a table showing the solubility of zinc sulfide and its oxide in water.

【図8】従来の薄膜ELディスプレイ素子の縦断面を示
した模式図である。
FIG. 8 is a schematic view showing a longitudinal section of a conventional thin film EL display element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−ガラス基板(絶縁性基板) 2−下部電極 3−下部絶縁層(窒化物系絶縁膜) 3a−無酸素層(酸素を含まない窒化物) 3b−有酸素層(酸素を含む窒化物又は酸化物) 4−発光層 5−上部絶縁層(窒化物系絶縁膜) 5a−無酸素層(酸素を含まない窒化物) 5b−有酸素層(酸素を含む窒化物又は酸化物) 6−上部電極 1—Glass substrate (insulating substrate) 2—Lower electrode 3—Lower insulating layer (nitride-based insulating film) 3a—Oxygen-free layer (nitride containing no oxygen) 3b—Oxygenated layer (nitride containing oxygen or Oxide) 4-light-emitting layer 5-upper insulating layer (nitride-based insulating film) 5a-oxygen-free layer (nitride containing no oxygen) 5b-oxic layer (nitride or oxide containing oxygen) 6-top electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 芳康 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 鈴木 正幸 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−148596(JP,A) 特開 平2−306583(JP,A) 特開 平2−306588(JP,A) 特開 平3−4483(JP,A) 特開 平4−36994(JP,A) 特開 平2−117096(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05B 33/22──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshiyasu Ando 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Japan Inside Denso Corporation (72) Inventor Masayuki Suzuki 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Japan Japan Denso Stock In-company (56) References JP-A-2-148596 (JP, A) JP-A-2-306658 (JP, A) JP-A-2-306588 (JP, A) JP-A-3-4483 (JP, A) JP-A-4-36994 (JP, A) JP-A-2-117096 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H05B 33/22

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 絶縁性基板上に電極間に挟持された発光
層を有し、該発光層と前記何れかの電極との間に絶縁層
を配置したELディスプレイ素子であって、前記発光層
と隣接する前記絶縁層を窒化物系絶縁膜で構成し、かつ
該窒化物系絶縁膜の厚み方向の少なくとも前記発光層と
の接触部分では酸素を含まない窒化物とし、前記窒化物
系絶縁膜の厚み方向の少なくとも前記発光層から最も離
れた部分では酸素を含む窒化物又は酸化物としたことを
特徴とするELディスプレイ素子。
1. A light-emitting device sandwiched between electrodes on an insulating substrate.
An insulating layer between the light emitting layer and any of the electrodes.
A EL display elements were arranged, oxygen in the contact portion between the light-emitting layer and the insulating layer formed of a nitride insulating film adjacent and at least the light emitting layer in the thickness direction of the nitride-based insulating film An EL display element comprising: a nitride containing no oxygen; and a nitride or an oxide containing oxygen at least at a portion farthest from the light emitting layer in a thickness direction of the nitride-based insulating film.
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