JP2003332081A - El fluorescent material laminated thin film and el element - Google Patents

El fluorescent material laminated thin film and el element

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JP2003332081A JP2002138383A JP2002138383A JP2003332081A JP 2003332081 A JP2003332081 A JP 2003332081A JP 2002138383 A JP2002138383 A JP 2002138383A JP 2002138383 A JP2002138383 A JP 2002138383A JP 2003332081 A JP2003332081 A JP 2003332081A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an EL element of a long service life, capable of reliably generating a high luminance, and suitable for a full-color EL panel. <P>SOLUTION: In EL fluorescent material laminated thin films 50 formed on a substrate 2, an EL fluorescent material thin film 51 including a matrix material and a luminescent center, a buffer thin film 52B including a sulfide and having a thickness of 30-300 nm, and a barrier thin film 53B including an oxide and having a thickness of 5-150 nm, are laminated in this order from the side of the substrate 2. The atomic ratio of oxygen in the oxide included in the barrier thin film 53B to that of oxygen in the oxide of stoichiometric composition is more than 94% and less than 100%. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、EL(エレクトロ
ルミネセンス)素子およびこれに用いられるEL蛍光
体、特にEL蛍光体の薄膜積層構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an EL (electroluminescence) device and an EL phosphor used for the same, and particularly to a thin film laminated structure of the EL phosphor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、小型または、大型軽量のフラット
ディスプレイパネルとして、薄膜EL素子が盛んに研究
されている。黄橙色発光のマンガン添加硫化亜鉛からな
る蛍光体薄膜を用いたモノクロ薄膜ELディスプレイ
は、図5に示すような薄膜の絶縁層4A、4Bを用いた
2重絶縁型構造で既に実用化されている。図5におい
て、ガラスからなる基板2の上には所定パターンの下部
電極3Aが形成されており、この下部電極3A上に下部
絶縁層4Aとして誘電体薄膜が形成されている。また、
この下部絶縁層4A上には、蛍光体薄膜からなる発光層
5、上部絶縁層4Bが順次形成されるとともに、上部絶
縁層4B上に前記下部電極3Aとマトリクスを構成する
ように上部電極3Bが所定パターンで形成されている。
蛍光体薄膜は、輝度向上のため、ガラスからなる基板2
の歪み点以下でのアニールを行うのが普通である。
2. Description of the Related Art In recent years, thin-film EL devices have been actively researched as small or large-sized lightweight flat display panels. A monochrome thin film EL display using a phosphor thin film of manganese-doped zinc sulfide that emits yellow-orange light has already been put to practical use with a double insulating structure using thin film insulating layers 4A and 4B as shown in FIG. . In FIG. 5, a lower electrode 3A having a predetermined pattern is formed on a substrate 2 made of glass, and a dielectric thin film is formed as a lower insulating layer 4A on the lower electrode 3A. Also,
A light emitting layer 5 made of a phosphor thin film and an upper insulating layer 4B are sequentially formed on the lower insulating layer 4A, and an upper electrode 3B is formed on the upper insulating layer 4B so as to form a matrix with the lower electrode 3A. It is formed in a predetermined pattern.
The phosphor thin film is a glass substrate 2 for improving brightness.
It is common to anneal below the strain point.

【0003】また、最近では基板2をセラミックスから
構成し、下部絶縁層4Aに厚膜誘電体層を用いた構造が
提案されている。さらに基板に高誘電率のBaTiO3
薄板を用い、基板の裏側に電極を形成し、前記薄板を絶
縁層兼基板として用いる素子構造も提案されている。こ
れらの構造では、基板として酸化アルミニウム、BaT
iO3などのセラミックスを用いているため蛍光体薄膜
の高温アニールが可能なので、高輝度化が可能である。
また、絶縁層に厚膜または薄板の誘電体層を用いている
ため、絶縁層に薄膜を用いたEL素子に較べて、絶縁破
壊に強く、信頼性に強い素子ができることが特徴であ
る。また、2重絶縁型構造のように蛍光体薄膜をサンド
イッチにする構造は、必ずしも必要ではない。絶縁層
は、厚膜または薄板誘電体層のみの片側のみでもよい。
Recently, a structure has been proposed in which the substrate 2 is made of ceramics and a thick dielectric layer is used as the lower insulating layer 4A. Furthermore, BaTiO 3 having a high dielectric constant is used as the substrate.
There has also been proposed an element structure in which a thin plate is used, an electrode is formed on the back side of the substrate, and the thin plate is used as an insulating layer / substrate. In these structures, the substrate is aluminum oxide, BaT
Since the phosphor thin film can be annealed at high temperature because ceramics such as iO 3 is used, high brightness can be achieved.
In addition, since a thick film or thin plate dielectric layer is used for the insulating layer, an element that is more resistant to dielectric breakdown and more reliable than an EL element that uses a thin film as the insulating layer is characterized. Further, the structure in which the phosphor thin film is sandwiched like the double insulation type structure is not always necessary. The insulating layer may be on one side only of the thick film or thin plate dielectric layer.

【0004】ディスプレイとしてパソコン用、TV用、
その他表示用に対応するためにはカラー化が必要不可欠
である。硫化物蛍光体薄膜を用いた薄膜ELディスプレ
イは、信頼性、耐環境性に優れているが、現在のとこ
ろ、赤色、緑色、青色の3原色に発光するEL用蛍光体
の特性が十分でないため、カラー用には不適当とされて
いる。青色発光蛍光体は、母体材料としてSrS、発光
中心としてCeを用いたSrS:CeやSrGa24
Ce、ZnS:Tm、赤色発光蛍光体としてはZnS:
Sm、CaS:Eu、緑色発光蛍光体としてはZnS:
Tb、CaS:Ceなどが候補であり研究が続けられて
いる。
As a display for a personal computer, a TV,
In addition, colorization is indispensable to support display. Thin-film EL displays using sulfide phosphor thin films have excellent reliability and environmental resistance, but at present, the characteristics of EL phosphors that emit light in the three primary colors of red, green, and blue are not sufficient. , Is not suitable for color. The blue light emitting phosphor is SrS: Ce or SrGa 2 S 4 using SrS as a base material and Ce as an emission center:
Ce, ZnS: Tm, and ZnS: as a red light emitting phosphor.
Sm, CaS: Eu, and ZnS: as a green light emitting phosphor.
Tb, CaS: Ce, etc. are candidates and are being studied.

【0005】これらの赤色、緑色、青色の3原色に発光
する蛍光体薄膜は発光輝度、効率、色純度が不足してお
り、現在、カラーELパネルの実用化には至っていな
い。特に、青色は、SrS:Ceを用いて、比較的高輝
度が得られてはいるが、フルカラーディスプレー用の青
色としては、色純度が緑側にシフトしているため、さら
によい青色発光層の開発が望まれている。
These phosphor thin films which emit light in the three primary colors of red, green and blue have insufficient emission brightness, efficiency and color purity, so that a color EL panel has not yet been put into practical use. In particular, although blue has a relatively high brightness obtained by using SrS: Ce, as blue for a full-color display, the color purity is shifted to the green side, and therefore, a better blue light emitting layer is obtained. Development is desired.

【0006】これらの課題を解決するため、特開平7−
122364号公報、特開平8−134440号公報、
信学技報EID98-113、19-24ページ、およびJpn.J.Appl.Ph
ys.Vol.38(1999)pp.L1291-1292に述べられているよう
に、SrGa24 :Ce、CaGa24 :CeやBa
Al24 :Euなどのチオガレートまたはチオアルミ
ネート系の輝度、色純度に優れる青色蛍光体が開発され
つつある。
In order to solve these problems, Japanese Patent Laid-Open No. 7-
122364, JP-A-8-134440,
IEICE Technical Report EID98-113, pages 19-24, and Jpn.J.Appl.Ph
ys.Vol.38 (1999) pp.L1291-1292, SrGa 2 S 4 : Ce, CaGa 2 S 4 : Ce and Ba.
A thiogallate or thioaluminate-based blue phosphor having excellent brightness and color purity such as Al 2 S 4 : Eu is being developed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このような現状の中、
高輝度、高品質のフルカラーEL素子を再現性よく製造
するためには、蛍光体薄膜のさらなる改善も必要である
が、蛍光体薄膜および絶縁膜を含む薄膜積層構造も発光
輝度と密接に関係するため、その最適化も不可欠である
と考えられる。特に、チオアルミネート系、チオガレー
ト系の蛍光体薄膜のように、形成後に高温アニールが必
要とされるものを用いる場合には、高温アニールの際
に、基板や絶縁層から蛍光体薄膜への元素拡散が生じや
すいこと、隣接層間の平坦性が低下しやすいこと、隣接
層間で剥離が生じやすいこと、などの問題があり、これ
により輝度特性の再現性や素子寿命が悪影響を受けるこ
とがある。
Under such circumstances,
In order to manufacture a high-luminance, high-quality full-color EL device with good reproducibility, further improvement of the phosphor thin film is necessary, but the thin film laminated structure including the phosphor thin film and the insulating film is also closely related to the emission brightness. Therefore, its optimization is considered to be essential. In particular, when a thioaluminate-based or thiogallate-based phosphor thin film that requires high-temperature annealing after formation is used, an element from the substrate or insulating layer to the phosphor thin film is used during high-temperature annealing. There are problems that diffusion is likely to occur, flatness between adjacent layers is likely to be deteriorated, peeling is likely to occur between adjacent layers, and this may adversely affect the reproducibility of the luminance characteristics and the element life.

【0008】本発明の目的は、安定して高輝度が得ら
れ、かつ長寿命であり、フルカラーELパネルに適した
EL素子を提供することである。
An object of the present invention is to provide an EL element which is stable in high brightness and has a long life and which is suitable for a full-color EL panel.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的は、下記(1)
〜(12)の本発明により達成される。 (1) 基板上に形成されたEL蛍光体積層薄膜であっ
て、前記基板側から、母体材料と発光中心とを含有する
蛍光体薄膜と、硫化物を含有し、厚さが30〜300nm
であるバッファ薄膜と、酸化物を含有し、厚さが5〜1
50nmであるバリア薄膜とがこの順で積層されており、
バリア薄膜に含有される酸化物における酸素の原子比
が、化学量論組成のその酸化物における酸素の原子比に
対し94%超100%未満であるEL蛍光体積層薄膜。 (2) バリア薄膜に含有される酸化物における酸素の
原子比が、化学量論組成のその酸化物における酸素の原
子比に対し94.3〜99.9%である上記(1)のE
L蛍光体積層薄膜。 (3) 前記基板と前記蛍光体薄膜との間に、第2のバ
ッファ薄膜が設けられている上記(1)または(2)の
EL蛍光体積層薄膜。 (4) 前記基板と前記第2のバッファ薄膜との間に、
第2のバリア薄膜が設けられている上記(3)のEL蛍
光体積層薄膜。 (5) 前記バッファ薄膜に含有される硫化物が硫化亜
鉛である上記(1)〜(4)のいずれかのEL蛍光体積
層薄膜。 (6) 前記バリア薄膜に含有される酸化物が酸化アル
ミニウムである上記(1)〜(5)のいずれかのEL蛍
光体積層薄膜。 (7) 前記母体材料が、アルカリ土類チオアルミネー
ト、アルカリ土類チオガレートおよびアルカリ土類チオ
インデートから選ばれた少なくとも1種の化合物の硫黄
の一部を酸素で置換したオキシサルファイドを主成分と
するものであり、前記発光中心が希土類元素である上記
(1)〜(6)のいずれかのEL蛍光体積層薄膜。 (8) 前記蛍光体薄膜に含有される母体材料および発
光中心が、下記組成式で表される組成をもつ上記(1)
〜(7)のいずれかのEL蛍光体積層薄膜。 組成式 Axyzw:M [前記組成式において、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba
および希土類元素から選ばれた少なくとも1種の元素、
Bは、Al、GaおよびInから選ばれた少なくとも1
種の元素であり、x、y、zおよびwは原子比を表し、 x=1〜5、 y=1〜15、 z=0〜30(0を除く)、 w=0〜30(0を除く) であり、Mは、発光中心となる元素を表す] (9) 前記組成式において、zとwとの関係が z/(z+w)=0.01〜0.85 である上記(8)のEL蛍光体積層薄膜。 (10) 前記組成式において、xとyとの関係が y/x=2.1〜3.0 である上記(8)または(9)のEL蛍光体積層薄膜。 (11) 前記発光中心がEuである上記(1)〜(1
0)のいずれかのEL蛍光体積層薄膜。 (12) 上記(1)〜(11)のいずれかの前記EL
蛍光体積層薄膜を有するEL素子。
[Means for Solving the Problems] The above-mentioned object is as follows (1)
It is achieved by the present invention of (12). (1) An EL phosphor laminated thin film formed on a substrate, the phosphor thin film containing a host material and an emission center and a sulfide, and having a thickness of 30 to 300 nm from the substrate side.
Containing a buffer thin film which is, and an oxide, and having a thickness of 5 to 1
A barrier thin film with a thickness of 50 nm is laminated in this order,
An EL phosphor laminated thin film in which the atomic ratio of oxygen in the oxide contained in the barrier thin film is more than 94% and less than 100% with respect to the atomic ratio of oxygen in the oxide of stoichiometric composition. (2) The atomic ratio of oxygen in the oxide contained in the barrier thin film is 94.3 to 99.9% with respect to the atomic ratio of oxygen in the oxide having a stoichiometric composition.
L phosphor laminated thin film. (3) The EL phosphor laminated thin film according to (1) or (2) above, wherein a second buffer thin film is provided between the substrate and the phosphor thin film. (4) Between the substrate and the second buffer thin film,
The EL phosphor laminated thin film according to (3) above, which is provided with a second barrier thin film. (5) The EL phosphor laminated thin film according to any one of (1) to (4) above, wherein the sulfide contained in the buffer thin film is zinc sulfide. (6) The EL phosphor laminated thin film according to any one of (1) to (5) above, wherein the oxide contained in the barrier thin film is aluminum oxide. (7) The base material contains, as a main component, oxysulfide in which at least one compound selected from alkaline earth thioaluminate, alkaline earth thiogallate and alkaline earth thioindate is substituted with oxygen for part of sulfur. The EL phosphor laminated thin film according to any one of (1) to (6) above, wherein the emission center is a rare earth element. (8) In the above (1), the host material and the luminescent center contained in the phosphor thin film have a composition represented by the following composition formula.
The EL phosphor laminated thin film according to any one of to (7). Formula A x B y O z S w : in M [the composition formula, A is, Mg, Ca, Sr, Ba
And at least one element selected from rare earth elements,
B is at least 1 selected from Al, Ga and In
X, y, z, and w represent atomic ratios, x = 1-5, y = 1-15, z = 0-30 (excluding 0), w = 0-30 (0 And M represents an element serving as an emission center. (9) In the composition formula, the relation between z and w is z / (z + w) = 0.01 to 0.85 (8). EL phosphor laminated thin film. (10) The EL phosphor laminated thin film according to the above (8) or (9), wherein in the composition formula, the relation between x and y is y / x = 2.1 to 3.0. (11) The above (1) to (1) wherein the emission center is Eu.
0) An EL phosphor laminated thin film according to any one of 0). (12) The EL according to any one of (1) to (11) above.
An EL device having a phosphor laminated thin film.

【0010】[0010]

【作用および効果】本発明のEL素子は、蛍光体薄膜
と、これに隣り合い、硫化亜鉛等の硫化物を含有するバ
ッファ薄膜と、このバッファ薄膜に隣り合い、酸化アル
ミニウム等の酸化物を含有するバリア薄膜とを含むEL
蛍光体積層薄膜を有する。このような積層構造とするこ
とにより、本発明のEL素子では従来に比べ著しく高い
輝度が実現する。
The EL device of the present invention includes a phosphor thin film, a buffer thin film adjacent to the phosphor thin film, containing a sulfide such as zinc sulfide, and adjacent to the buffer thin film containing an oxide such as aluminum oxide. Including a barrier thin film
It has a phosphor laminated thin film. With such a laminated structure, the EL element of the present invention can achieve a significantly higher brightness than the conventional one.

【0011】さらに本発明では、バリア薄膜に含有され
る酸化物の酸素含有量を最適化することにより、高温ア
ニールの際にもバリア薄膜が安定な状態に保たれるよう
にする。その結果、高温アニール時に、バリア薄膜と蛍
光体薄膜との間、バリア薄膜とバッファ薄膜との間、お
よびバリア薄膜と下部絶縁層との間における相互作用が
抑制されるので、本発明では高輝度かつ長寿命のEL素
子が再現性よく得られる。
Further, in the present invention, by optimizing the oxygen content of the oxide contained in the barrier thin film, the barrier thin film can be kept stable even during high temperature annealing. As a result, during high temperature annealing, the interaction between the barrier thin film and the phosphor thin film, between the barrier thin film and the buffer thin film, and between the barrier thin film and the lower insulating layer is suppressed, so that high brightness is achieved in the present invention. Moreover, an EL element having a long life can be obtained with good reproducibility.

【0012】本発明を適用することにより、青原色、緑
原色、赤原色をこれまでにない高輝度で発光し、かつ、
発光寿命が長いEL素子が安定して得られるので、これ
らを用いればディスプレイ用のフルカラーパネルを実現
することが可能である。
By applying the present invention, blue primary colors, green primary colors, and red primary colors are emitted with a higher brightness than ever before, and
Since an EL element having a long emission life can be stably obtained, a full color panel for a display can be realized by using these.

【0013】以下、本発明者らが本発明に至った経過を
説明する。
The process by which the present inventors have reached the present invention will be described below.

【0014】本発明者らは、まず、青色EL材料として
優れているBaAl24:Euからなる蛍光体薄膜と、
硫化亜鉛からなるバッファ薄膜と、酸化アルミニウムか
らなるバリア薄膜とからなるEL蛍光体積層薄膜を有す
るEL素子を、製造条件を同一に設定して10個作製し
た。EL蛍光体積層薄膜には、空気中において700℃
でアニールを施した。これらの素子について輝度特性を
評価したところ、輝度−電圧(L−V)特性にばらつき
が認められ、同一電圧で比較した場合に輝度に数倍もの
違いが生じたものがあった。その原因は、各薄膜を真空
槽内で形成する際に、膜形成条件に微小なばらつきが生
じたり、真空槽内に残留するH2O、O2等のガス量に微
小なばらつきがあったりして、これによりEL蛍光体積
層薄膜の発光特性の再現性が影響を受けたためと推察さ
れた。
The present inventors firstly describe a phosphor thin film made of BaAl 2 S 4 : Eu, which is excellent as a blue EL material,
Ten EL elements having an EL phosphor laminated thin film composed of a buffer thin film made of zinc sulfide and a barrier thin film made of aluminum oxide were manufactured under the same manufacturing conditions. For EL phosphor laminated thin film, 700 ° C in air
Was annealed. When the luminance characteristics of these elements were evaluated, variations in the luminance-voltage (LV) characteristics were recognized, and when compared at the same voltage, the luminance was several times different. The cause is that when forming each thin film in a vacuum chamber, there are minute variations in the film forming conditions, and there are also minute variations in the amount of gas such as H 2 O and O 2 remaining in the vacuum chamber. It was speculated that this affected the reproducibility of the emission characteristics of the EL phosphor laminated thin film.

【0015】そこで、真空槽内の残留ガスを厳密に管理
した上で膜形成条件を厳密に管理することにより、各薄
膜の組成を意図的に変更して輝度特性を調べた結果、バ
リア薄膜の組成、特にその酸素含有量が、輝度特性に密
接に関連していることがわかった。具体的には、バリア
薄膜に含有される酸化物の酸素量を、化学量論組成のそ
の酸化物の酸素量よりも所定量少なくすることにより、
高輝度が得られることを見いだした。そして、酸素含有
量がこの範囲内となるようにバリア薄膜の形成条件を制
御すれば、それぞれ高温アニールが必要なチオアルミネ
ート系またはチオガレート系の蛍光体材料を用いた場合
でも、高輝度かつ発光寿命の長いEL蛍光体積層薄膜が
再現性よく得られることがわかった。
Therefore, by strictly controlling the film forming conditions after strictly controlling the residual gas in the vacuum chamber, the composition of each thin film was intentionally changed and the brightness characteristics were investigated. It has been found that the composition, especially its oxygen content, is closely related to the brightness characteristics. Specifically, by reducing the oxygen content of the oxide contained in the barrier thin film by a predetermined amount less than the oxygen content of the oxide having a stoichiometric composition,
We have found that high brightness can be obtained. If the conditions for forming the barrier thin film are controlled so that the oxygen content falls within this range, high brightness and light emission can be obtained even when using a thioaluminate-based or thiogallate-based phosphor material that requires high-temperature annealing. It was found that an EL phosphor laminated thin film having a long life can be obtained with good reproducibility.

【0016】一般に、酸化物に限らず多くの化合物は、
化学量論組成である場合に安定性が高いと考えられてい
る。しかし、このことは、単結晶や多結晶など結晶構造
が組み込まれたバルク状材料について当てはまるもので
あり、非晶質であったり、結晶相が存在していても薄膜
であったりする場合、特に、EL素子のように他の薄膜
と積層された構造である場合には、化学量論組成が安定
であるとは必ずしもいえないと考えられる。
Generally, not only oxides but also many compounds are
Stability is considered to be high when the composition is stoichiometric. However, this is true for a bulk material in which a crystal structure such as a single crystal or a polycrystal is incorporated, and particularly when the material is amorphous or a thin film even if a crystal phase exists, It is considered that the stoichiometric composition is not always stable in the case of a structure in which another thin film is laminated like an EL device.

【0017】本発明において、バリア薄膜に含有される
酸化物を酸素欠損状態とすることにより、高輝度および
長寿命が実現する理由は明確ではないが、EL素子形成
過程を模した下記実験において、以下のような現象が観
察された。
In the present invention, it is not clear why the oxide contained in the barrier thin film is in an oxygen-deficient state to realize high brightness and long life, but in the following experiment simulating the EL device formation process, The following phenomena were observed.

【0018】この実験では、まず、形成条件を制御する
ことにより酸素含有量を制御した酸化アルミニウムから
なるバリア薄膜を単独で基板上に形成した。これらのバ
リア薄膜において、酸素含有量を表す原子比O/Al
は、およそ1.4〜1.7の範囲内に設定した。なお、
バリア薄膜が化学量論組成の酸化アルミニウム(Al2
3)から構成されている場合、原子比O/Alは1.
5である。したがって、バリア薄膜における原子比O/
Alは、化学量論組成であるAl23におけるO/Al
の93.33〜113.33%である。次いで、実際の
EL素子と同様に、空気中において700℃でアニール
を施した。
In this experiment, first, a barrier thin film made of aluminum oxide whose oxygen content was controlled by controlling the forming conditions was independently formed on the substrate. In these barrier thin films, the atomic ratio O / Al, which represents the oxygen content,
Was set within the range of approximately 1.4 to 1.7. In addition,
The barrier thin film is aluminum oxide (Al 2
When it is composed of O 3 ), the atomic ratio O / Al is 1.
It is 5. Therefore, the atomic ratio O / in the barrier thin film
Al is O / Al in the stoichiometric composition of Al 2 O 3 .
Of 93.33 to 113.33%. Then, like the actual EL element, annealing was performed at 700 ° C. in air.

【0019】アニールの前後において、バリア薄膜の組
成を蛍光X線分析により測定したところ、バリア薄膜の
酸素含有量に応じて、バリア薄膜の組成安定性が異なる
結果となった。具体的には、アニール後の原子比O/A
lが本発明で限定する範囲を外れているものでは、アニ
ールによる原子比O/Alの変化が大きかった。これに
対し、アニール後の原子比O/Alが本発明で限定する
範囲内であったものでは、アニール前後で原子比O/A
lの変化はほとんど認められなかった。
When the composition of the barrier thin film was measured by X-ray fluorescence analysis before and after annealing, the composition stability of the barrier thin film was different depending on the oxygen content of the barrier thin film. Specifically, the atomic ratio O / A after annealing
When l was outside the range defined by the present invention, the change in atomic ratio O / Al due to annealing was large. In contrast, if the atomic ratio O / Al after annealing was within the range defined by the present invention, the atomic ratio O / A before and after annealing was
Almost no change was observed in l.

【0020】この結果から、実際のEL素子中において
バリア薄膜の酸素含有量が与える影響を推察すると、本
発明で限定する範囲より酸素含有量が多いバリア薄膜、
たとえば化学量論組成と同じ酸素含有量のバリア薄膜で
は、高温アニールによって活性化されたときに不安定と
なる結果、より安定となるために酸素を放出する。その
際に、近傍のバッファ薄膜および蛍光体薄膜が酸化さ
れ、輝度特性および発光寿命を悪化させると考えられ
る。一方、本発明で限定する範囲より酸素含有量が少な
いバリア薄膜は安定性が低いので、高温アニールによっ
て活性化されたときに、近傍の薄膜から酸素等の各種元
素を取り込もうとし、その結果、近傍の薄膜の組成に影
響を与え、輝度特性および発光寿命を悪化させると考え
られる。また、アニール時にバリア薄膜に元素の出入り
があると、バリア薄膜がバッファ薄膜と反応して、両薄
膜の界面の平坦性が損なわれると考えられる。
From these results, it can be inferred that the oxygen content of the barrier thin film in an actual EL device has an effect that the barrier thin film having an oxygen content higher than the range limited by the present invention,
For example, a barrier thin film with the same oxygen content as the stoichiometry will release oxygen to become more stable as a result of becoming unstable when activated by high temperature annealing. At that time, it is considered that the buffer thin film and the phosphor thin film in the vicinity are oxidized and the luminance characteristics and the light emission life are deteriorated. On the other hand, since the barrier thin film having less oxygen content than the range limited by the present invention has low stability, when activated by high temperature annealing, it tries to take in various elements such as oxygen from a thin film in the vicinity, and as a result, It is thought that this affects the composition of the thin film and deteriorates the luminance characteristics and the emission lifetime. Further, it is considered that if elements enter and leave the barrier thin film during annealing, the barrier thin film reacts with the buffer thin film, and the flatness of the interface between the two thin films is impaired.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below.

【0022】チオアルミネート、チオガレートまたはチ
オインデート系のEL蛍光体薄膜の発光メカニズムにつ
いては、依然不明な点が多い。
There are still many unclear points about the emission mechanism of the thioaluminate, thiogallate or thioindate EL thin film.

【0023】日本学術振興会光電相互変換第125委員
会EL分科会第22回研究会資料p16〜p21で、青
色発光BaAl24:Eu薄膜についての解析が行われ
ている。ここでは、BaAl24は、膜厚方向で発光す
る領域が異なり膜表面に近い所で強く発光しているこ
と、膜厚方向に組成の分布があること、多量の酸素が含
まれていること、などが述べられているが、強く発光す
るメカニズムは、明らかになっていない。
The blue emission BaAl 2 S 4 : Eu thin film is analyzed in the materials p16 to p21 of the 22nd research group of the EL Subcommittee of the 125th Committee on Photoelectric Interconversion, Japan Society for the Promotion of Science. Here, BaAl 2 S 4 has different regions emitting light in the film thickness direction, strongly emits light near the film surface, has a composition distribution in the film thickness direction, and contains a large amount of oxygen. However, the mechanism of strong light emission has not been clarified.

【0024】アルカリ土類チオアルミネート、アルカリ
土類チオガレートおよびアルカリ土類チオインデートな
どの三元系化合物は、ZnS、SrSなどの二元系化合
物に比べ、通常、結晶化温度が高いため、膜形成温度を
500℃以上にする高温プロセスでの形成や、酸化性雰
囲気中において700℃以上の高温アニールを施すアニ
ール酸素化プロセスが必要である。このようなプロセス
において、BaAl24:Eu薄膜は、適当な条件のも
とで、EL母体材料と発光中心、薄膜構造が最適とな
り、強い発光が得られると考えられる。
Ternary compounds such as alkaline earth thioaluminates, alkaline earth thiogallates and alkaline earth thioindates usually have a higher crystallization temperature than binary compounds such as ZnS and SrS, so that film formation is possible. Formation by a high temperature process that raises the temperature to 500 ° C. or higher and an annealing oxygenation process that performs high temperature annealing at 700 ° C. or higher in an oxidizing atmosphere are necessary. In such a process, it is considered that the BaAl 2 S 4 : Eu thin film has the EL matrix material, the emission center, and the thin film structure optimized under appropriate conditions, and strong light emission can be obtained.

【0025】酸化性雰囲気中でアニールを行うアニール
酸素化プロセスは、蛍光体薄膜のEL発光輝度を飛躍的
に高める効果がある。前記三元系化合物を母体材料とし
て含有する薄膜が酸素を含有する場合、この母体材料の
成膜時または成膜後のアニール等の後処理時に結晶化が
促進され、薄膜に添加された発光中心(希土類元素)が
化合物結晶場内で有効な遷移を有し、高輝度な発光が得
られるものと考えられる。
The annealing oxygenation process in which annealing is performed in an oxidizing atmosphere has the effect of dramatically increasing the EL emission brightness of the phosphor thin film. When the thin film containing the ternary compound as a base material contains oxygen, crystallization is promoted during the post-treatment such as film formation of this base material or annealing after the film formation, and the luminescence center added to the thin film It is considered that the (rare earth element) has an effective transition in the compound crystal field, and high-luminance light emission can be obtained.

【0026】発光素子には、発光時間の経過と共に輝度
が劣化する寿命が存在する。酸素と硫黄とが混在する組
成は、寿命特性を向上させ、輝度の劣化を防止する。母
体材料が純粋な硫化物である場合と比較して、酸素との
化合物が混在することにより空気中で安定になる。これ
は、膜中の硫化物成分を安定な酸化物成分が空気から保
護するためと考えられる。したがって、発明者らの検討
によれば、硫化物と酸化物との比率には、後で述べる最
適値が存在する。
The light emitting element has a life in which the luminance deteriorates with the passage of the light emitting time. The composition in which oxygen and sulfur are mixed improves the life characteristics and prevents the deterioration of brightness. Compared to the case where the base material is pure sulfide, it becomes stable in air due to the mixture of the compound with oxygen. It is considered that this is because the stable oxide component protects the sulfide component in the film from the air. Therefore, according to the studies by the inventors, the ratio of sulfide to oxide has an optimum value described later.

【0027】母体材料中の硫黄と酸素の含有量は、原料
組成で調整してもよいが、前述したように、特に薄膜形
成後に酸化性雰囲気中でアニール処理を行い、このアニ
ール処理の条件を制御することによって調整することが
好ましい。本発明では、蛍光体薄膜と、硫化物を含有す
るバッファ薄膜と、酸化物を含有するバリア薄膜とが積
層された構造のEL蛍光体積層薄膜とし、この積層薄膜
に酸化性雰囲気中でのアニールを施すことにより、アニ
ールの際に蛍光体薄膜の硫黄および酸素の量を容易に制
御できる。その結果、本発明のEL蛍光体積層薄膜を用
いることにより、これまでにない高輝度が再現性よく得
られ、かつ輝度劣化が少ないEL素子を実現することが
できる。
The contents of sulfur and oxygen in the base material may be adjusted by the composition of the raw materials, but as described above, the annealing treatment is performed especially in the oxidizing atmosphere after forming the thin film, and the conditions of this annealing treatment are set. It is preferable to adjust by controlling. The present invention provides an EL phosphor laminated thin film having a structure in which a phosphor thin film, a sulfide-containing buffer thin film, and an oxide-containing barrier thin film are laminated, and the laminated thin film is annealed in an oxidizing atmosphere. By applying the above, it is possible to easily control the amounts of sulfur and oxygen in the phosphor thin film during annealing. As a result, by using the EL phosphor laminated thin film of the present invention, it is possible to realize an EL element that can obtain unprecedented high brightness with good reproducibility and has little brightness deterioration.

【0028】バリア薄膜は、酸化性雰囲気中でのアニー
ル時に、雰囲気中からの蛍光体薄膜への酸素導入量を制
御するキャップ層として機能する。具体的には、アニー
ル時に蛍光体薄膜を適度に酸化させ、過度の酸化を防
ぐ。また、バリア薄膜は、アニール時に蛍光体薄膜から
の硫黄流出を防ぐ。一方、バッファ薄膜は、蛍光体薄膜
中の硫黄量をアニール時に最適化する硫黄制御層として
機能する。また、バッファ薄膜は、以下に記述する効果
も併せ持っている。
The barrier thin film functions as a cap layer for controlling the amount of oxygen introduced into the phosphor thin film from the atmosphere during annealing in the oxidizing atmosphere. Specifically, the phosphor thin film is appropriately oxidized during annealing to prevent excessive oxidation. The barrier thin film also prevents sulfur from flowing out of the phosphor thin film during annealing. On the other hand, the buffer thin film functions as a sulfur control layer that optimizes the amount of sulfur in the phosphor thin film during annealing. The buffer thin film also has the effects described below.

【0029】これらの機能に加え、バリア薄膜では、5
0nm程度と比較的薄い場合には、バッファ薄膜と組み合
わせて設けることにより、主に高輝度に発光させるため
の、蛍光体薄膜への電子の注入層としても機能する。バ
ッファ薄膜は、注入された電子をさらに加速して、蛍光
体薄膜に注入する電子注入増強層として機能する。
In addition to these functions, the barrier thin film has 5
In the case of a relatively thin thickness of about 0 nm, when it is provided in combination with the buffer thin film, it also functions as an electron injection layer to the phosphor thin film for mainly emitting light with high brightness. The buffer thin film functions as an electron injection enhancing layer that further accelerates the injected electrons and injects them into the phosphor thin film.

【0030】本発明のEL蛍光体積層薄膜の構成例を、
図3に示す。図3では、下部絶縁層4A上にEL蛍光体
積層薄膜50を設けた構成において、下部絶縁層4A側
から蛍光体薄膜51、バッファ薄膜52、バリア薄膜5
3の順で積層している。すなわち、本発明では、EL蛍
光体積層薄膜50の基板2とは反対側の表面がバリア薄
膜53で構成されるように各薄膜を積層し、この状態で
酸化性雰囲気中でのアニールを施せばよい。
A constitutional example of the EL phosphor laminated thin film of the present invention,
As shown in FIG. In FIG. 3, in the structure in which the EL phosphor laminated thin film 50 is provided on the lower insulating layer 4A, the phosphor thin film 51, the buffer thin film 52, and the barrier thin film 5 from the lower insulating layer 4A side.
It is laminated in the order of 3. That is, in the present invention, the respective thin films are laminated so that the surface of the EL phosphor laminated thin film 50 on the side opposite to the substrate 2 is constituted by the barrier thin film 53, and annealing is performed in an oxidizing atmosphere in this state. Good.

【0031】ただし、蛍光体薄膜51の酸素量および硫
黄量の制御を容易にするためには、図3に示す構造にお
いて、蛍光体薄膜51の基板2側に第2のバッファ薄膜
を設け、蛍光体薄膜をバッファ薄膜で挟む構造とするこ
とが好ましい。この構造を図2に示す。図2におけるE
L蛍光体積層薄膜50は、下部バッファ薄膜52A、蛍
光体薄膜51、上部バッファ薄膜52B、バリア薄膜5
3の順で積層された構造をもつ。さらに好ましくは、前
記第2のバッファ薄膜の基板側に第2のバリア薄膜を設
けることが好ましい。すなわち図1に示すように、EL
蛍光体積層薄膜50を、下部バリア薄膜53A、下部バ
ッファ薄膜52A、蛍光体薄膜51、上部バッファ薄膜
52B、上部バリア薄膜53Bの順で積層された構造と
すれば、すなわち、蛍光体薄膜を挟んで両側にバッファ
薄膜を設け、さらにその両側にバリア薄膜を設ければ、
より高い輝度が得られる。なお、蛍光体薄膜とバッファ
薄膜とは接して設けることが好ましく、また、バッファ
薄膜とバリア薄膜とは接して設けることが好ましい。
However, in order to facilitate the control of the oxygen content and the sulfur content of the phosphor thin film 51, in the structure shown in FIG. It is preferable that the body thin film is sandwiched between the buffer thin films. This structure is shown in FIG. E in FIG.
The L phosphor laminated thin film 50 includes a lower buffer thin film 52A, a phosphor thin film 51, an upper buffer thin film 52B, and a barrier thin film 5.
It has a structure of stacking in the order of 3. More preferably, a second barrier thin film is provided on the substrate side of the second buffer thin film. That is, as shown in FIG.
If the phosphor laminated thin film 50 has a structure in which the lower barrier thin film 53A, the lower buffer thin film 52A, the phosphor thin film 51, the upper buffer thin film 52B, and the upper barrier thin film 53B are laminated in this order, that is, the phosphor thin film is sandwiched between them. If buffer thin films are provided on both sides and barrier thin films are further provided on both sides,
Higher brightness can be obtained. The phosphor thin film and the buffer thin film are preferably provided in contact with each other, and the buffer thin film and the barrier thin film are preferably provided in contact with each other.

【0032】バリア薄膜およびバッファ薄膜の機能を発
揮させるためには、これらの薄膜の膜厚制御が必要であ
る。
In order to exert the functions of the barrier thin film and the buffer thin film, it is necessary to control the film thickness of these thin films.

【0033】バリア薄膜の厚さは、5〜150nm、好ま
しくは10〜100nmとし、具体的には、この範囲内で
成膜条件、アニール条件に応じて適宜決定すればよい。
バリア薄膜が薄すぎると、酸化性雰囲気中でのアニール
の際に蛍光体薄膜の酸化が進みすぎ、また、蛍光体薄膜
からの硫黄流出が多くなるため、高輝度が得られなくな
る。一方、バリア薄膜が厚すぎると、蛍光体薄膜の酸化
が不十分となるため、高輝度が得られず、また、輝度劣
化が生じやすくなる。
The thickness of the barrier thin film is 5 to 150 nm, preferably 10 to 100 nm, and specifically, it may be appropriately determined within this range depending on the film forming conditions and annealing conditions.
If the barrier thin film is too thin, the phosphor thin film is excessively oxidized during annealing in an oxidizing atmosphere, and the amount of sulfur flowing out from the phosphor thin film increases, so that high brightness cannot be obtained. On the other hand, if the barrier thin film is too thick, the phosphor thin film is not sufficiently oxidized, so that high luminance cannot be obtained and luminance deterioration is likely to occur.

【0034】バッファ薄膜の厚さは、30〜300nm、
好ましくは50nm〜200nmとし、具体的には、この範
囲内で成膜条件、アニール条件に応じて適宜決定すれば
よい。バッファ薄膜が薄すぎると蛍光体薄膜中の硫黄量
が不足しやすくなり、バッファ薄膜が厚すぎると蛍光体
薄膜中の酸素量が不足しやすくなる。また、バッファ薄
膜が薄すぎると、前述した電子注入増強層としての機能
が低くなってしまう。具体的には、発光開始電圧(閾電
圧)が上昇して、EL素子を発光駆動させるための電圧
が高くなってしまう。また、バッファ薄膜は絶縁体であ
るため、バッファ薄膜が厚いとEL蛍光体積層薄膜のキ
ャパシタンスが実効的に上がるため、発光開始電圧(閾
電圧)が上昇してしまう。
The buffer thin film has a thickness of 30 to 300 nm,
The thickness is preferably 50 nm to 200 nm, and specifically, it may be appropriately determined within this range according to the film forming conditions and the annealing conditions. If the buffer thin film is too thin, the amount of sulfur in the phosphor thin film tends to become insufficient, and if the buffer thin film is too thick, the amount of oxygen in the phosphor thin film tends to become insufficient. Further, if the buffer thin film is too thin, the function as the electron injection enhancing layer described above becomes poor. Specifically, the light emission start voltage (threshold voltage) increases, and the voltage for driving the EL element to emit light increases. Further, since the buffer thin film is an insulator, if the buffer thin film is thick, the capacitance of the EL phosphor laminated thin film is effectively increased, so that the light emission start voltage (threshold voltage) is increased.

【0035】本発明において、バリア薄膜およびバッフ
ァ薄膜の最も好ましい膜厚範囲は、下部バリア薄膜(0
〜50nm)/下部バッファ薄膜(50〜200nm)/蛍
光体薄膜/上部バッファ薄膜(50〜200nm)/上部
バリア薄膜(30〜70nm)である。
In the present invention, the most preferable thickness range of the barrier thin film and the buffer thin film is the lower barrier thin film (0
˜50 nm) / lower buffer thin film (50 to 200 nm) / phosphor thin film / upper buffer thin film (50 to 200 nm) / upper barrier thin film (30 to 70 nm).

【0036】バリア薄膜は、酸化物を含有する薄膜であ
り、微量の不純物元素を除き、実質的に酸化物から構成
されることが好ましい。この酸化物は、金属元素および
/または半金属元素を1種だけ含むものであってもよ
く、2種以上含むものであってもよい。バリア薄膜に使
用可能な酸化物としては、例えば、酸化イットリウム
(Y23)などの希土類酸化物、酸化ケイ素(Si
2)、酸化タンタル(Ta2 5)、チタン酸ストロン
チウム(SrTiO3)、チタン酸バリウム(BaTi
3)、チタン酸鉛(PbTiO3)、ニオブ酸鉛(Pb
NbO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、Pb
(Mg1/3Nb2/3)O3とPbTiO3との混合物ないし
複酸化物(PMN−PT)、酸化ジルコニウム(ZrO
2)、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化アルミニウム
(Al23)が挙げられる。これらのうち、酸化イット
リウム(Y23)などの希土類酸化物、酸化アルミニウ
ム(Al23)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化
ハフニウム(HfO2)が蛍光体薄膜への注入特性がよ
いため好ましく、特に、酸化アルミニウム(Al23
が好ましい。なお、この説明においては、酸化物を化学
量論組成の化合物として表示してあるが、バリア薄膜中
に実際に含有される酸化物には、所定量の酸素欠損が存
在する。
The barrier thin film is a thin film containing an oxide.
And is composed essentially of oxides, except for trace amounts of impurity elements
Preferably. This oxide is a metal element and
And / or may contain only one metalloid element
Or two or more types may be included. Used for barrier thin film
Examples of usable oxides include yttrium oxide.
(Y2O3) And other rare earth oxides, silicon oxide (Si
O2), Tantalum oxide (Ta2O Five), Strontium titanate
Tium (SrTiO3), Barium titanate (BaTi
O 3), Lead titanate (PbTiO3), Lead niobate (Pb
NbO3), Lead zirconate titanate (PZT), Pb
(Mg1/3Nb2/3) O3And PbTiO3Or a mixture with
Complex oxide (PMN-PT), zirconium oxide (ZrO
2), Hafnium oxide (HfO2),Aluminum oxide
(Al2O3) Is mentioned. Of these, oxide-it
Rium (Y2O3) Rare earth oxides such as aluminum oxide
Mu (Al2O3), Zirconium oxide (ZrO2), Oxidation
Hafnium (HfO2) Has good injection characteristics into the phosphor thin film.
Therefore, aluminum oxide (Al2O3)
Is preferred. In addition, in this description, the oxide is chemically
In the barrier thin film, it is shown as a stoichiometric compound.
There is a certain amount of oxygen deficiency in the oxide actually contained in
Exists

【0037】バリア薄膜は、組成の相異なる2層以上の
薄膜を積層した多層構造であってもよい。いずれの場合
でも、EL蛍光体積層薄膜を酸化性雰囲気中でアニール
する際に、EL蛍光体積層薄膜の最上層に、前記所定厚
さのバリア薄膜が存在すればよい。
The barrier thin film may have a multi-layer structure in which two or more thin films having different compositions are laminated. In any case, when the EL phosphor laminated thin film is annealed in an oxidizing atmosphere, the barrier thin film having the predetermined thickness may be present in the uppermost layer of the EL phosphor laminated thin film.

【0038】本発明において、バリア薄膜に含有される
酸化物は、化学量論組成に比べ酸素が欠損した状態にあ
る。バリア薄膜における酸素の原子比が化学量論組成に
おける酸素の原子比以上であると、酸化性雰囲気中での
高温アニールによってEL蛍光体積層薄膜の特性が劣化
してしまう。ただし、バリア薄膜における酸素の原子比
が小さすぎても、酸化性雰囲気中での高温アニールによ
ってEL蛍光体積層薄膜の特性が劣化してしまう。その
ため本発明では、バリア薄膜に含有される酸化物におけ
る酸素の原子比を、化学量論組成のその酸化物における
酸素の原子比に対し94%超100%未満、好ましくは
94.3〜99.9%とする。本発明で限定する酸素含
有量(酸素の原子比)は、EL蛍光体積層薄膜に含まれ
るすべてのバリア薄膜において満足される必要がある。
In the present invention, the oxide contained in the barrier thin film is in a state in which oxygen is deficient as compared with the stoichiometric composition. If the atomic ratio of oxygen in the barrier thin film is equal to or higher than the atomic ratio of oxygen in the stoichiometric composition, the characteristics of the EL phosphor laminated thin film will deteriorate due to high temperature annealing in an oxidizing atmosphere. However, even if the atomic ratio of oxygen in the barrier thin film is too small, the characteristics of the EL phosphor laminated thin film deteriorate due to high temperature annealing in an oxidizing atmosphere. Therefore, in the present invention, the atomic ratio of oxygen in the oxide contained in the barrier thin film is more than 94% and less than 100% with respect to the atomic ratio of oxygen in the oxide of the stoichiometric composition, preferably 94.3 to 99. 9%. The oxygen content (atomic ratio of oxygen) limited in the present invention needs to be satisfied in all barrier thin films included in the EL phosphor laminated thin film.

【0039】本明細書において酸化物中の酸素の原子比
は、その酸化物に含有される金属元素および半金属元素
をともにMeで表し、酸素をOで表したとき、O/Me
で表される。たとえば、その酸化物が酸化アルミニウム
である場合、化学量論組成の化合物はAl23であり、
その原子比O/Alは1.5である。これに対し、バリ
ア薄膜を構成する酸素欠損組成の酸化物がAl22.88
である場合、その原子比O/Alは1.44である。こ
のとき、化学量論組成における酸素の原子比に対するバ
リア薄膜における酸素の原子比の比率は、 100×1.44/1.5=96 (%) である。酸化物が金属元素および/または半金属元素を
2種以上含有する複酸化物である場合、含有されるすべ
ての金属元素と半金属元素とをMeとして、原子比O/
Meを算出する。
In the present specification, the atomic ratio of oxygen in an oxide is O / Me when the metal element and the metalloid element contained in the oxide are both represented by Me and oxygen is represented by O.
It is represented by. For example, if the oxide is aluminum oxide, the stoichiometric compound is Al 2 O 3 ,
The atomic ratio O / Al is 1.5. On the other hand, the oxide having an oxygen-deficient composition that constitutes the barrier thin film is Al 2 O 2.88.
, The atomic ratio O / Al is 1.44. At this time, the ratio of the atomic ratio of oxygen in the barrier thin film to the atomic ratio of oxygen in the stoichiometric composition is 100 × 1.44 / 1.5 = 96 (%). When the oxide is a double oxide containing two or more kinds of metal elements and / or metalloid elements, the atomic ratio O /
Calculate Me.

【0040】バリア薄膜における酸素の原子比は、電子
線プローブマイクロアナリシス(EPMA)、蛍光X線
分析(XRF)、X線光電子分析(XPS)、ラザフォ
ード後方散乱法(RBS)などにより確認することがで
きる。
The atomic ratio of oxygen in the barrier thin film can be confirmed by electron probe microanalysis (EPMA), fluorescent X-ray analysis (XRF), X-ray photoelectron analysis (XPS), Rutherford backscattering method (RBS) and the like. it can.

【0041】バッファ薄膜は、硫化物を含有する薄膜、
特に硫化物からなる薄膜であることが好ましい。硫化物
としては、例えば、硫化イットリウム(Y23)などの
希土類硫化物、硫化亜鉛(ZnS)、硫化マグネシウム
(MgS)、硫化ストロンチウム(SrS)、硫化カル
シウム(CaS)、硫化バリウム(BaS)が挙げられ
る。これらのうち、ZnSが蛍光体薄膜への注入加速層
として好ましい。
The buffer thin film is a thin film containing sulfide,
A thin film made of sulfide is particularly preferable. Examples of the sulfide include rare earth sulfides such as yttrium sulfide (Y 2 S 3 ), zinc sulfide (ZnS), magnesium sulfide (MgS), strontium sulfide (SrS), calcium sulfide (CaS), barium sulfide (BaS). Is mentioned. Of these, ZnS is preferable as the injection acceleration layer for the phosphor thin film.

【0042】バッファ薄膜は、これらの化合物の1種だ
けを含有していてもよく、2種以上を含有していてもよ
い。また、バッファ薄膜は、組成の相異なる2層以上の
薄膜を積層した多層構造であってもよい。
The buffer thin film may contain only one kind of these compounds, or may contain two kinds or more. Further, the buffer thin film may have a multi-layered structure in which two or more thin films having different compositions are laminated.

【0043】バリア薄膜およびバッファ薄膜の形成に
は、スパッタ法、電子ビーム加熱による蒸着法、抵抗加
熱による蒸着法、CVD法、イオンプレーティング法、
レーザーアブレーション法、ゾル−ゲル法によるコーテ
ィング法等の既存の各種方法を用いることができるが、
特に蒸着法を用いることが好ましい。
The barrier thin film and the buffer thin film are formed by sputtering, vapor deposition by electron beam heating, vapor deposition by resistance heating, CVD, ion plating,
Although various existing methods such as a laser ablation method and a sol-gel coating method can be used,
It is particularly preferable to use the vapor deposition method.

【0044】バリア薄膜の形成に際しては、本発明で限
定する酸素欠損量を満たす酸化物薄膜が形成できるよう
に、形成条件を制御すればよい。以下、代表的な方法に
ついて、制御対象の形成条件を説明する。
When forming the barrier thin film, the forming conditions may be controlled so that an oxide thin film satisfying the oxygen deficiency amount limited in the present invention can be formed. Hereinafter, a typical method will be described with respect to conditions for forming a controlled object.

【0045】スパッタ法は、原料となるスパッタターゲ
ットを真空槽内においてArガス等のスパッタガス中で
スパッタリングし、薄膜を形成する方法である。酸化物
からなるスパッタターゲットを用いる場合、ターゲット
使用開始初期はターゲットと同一組成の薄膜が得られる
ものの、使用時間が長くなるにつれてターゲット表面の
酸素が抜けるため、得られる薄膜も酸素欠損した状態に
なる。そのため、化学量論組成の酸化物薄膜を再現性よ
く安定して得るために、成膜中に流すスパッタガスとし
て、Arガスだけでなく、Arガスに酸素ガスを1〜5
体積%程度添加した混合ガスを用いることが一般的に行
われている。本発明では、酸素欠損酸化物からなるバリ
ア薄膜を形成するため、真空槽内の残留ガスを極力排除
し、好ましくは真空槽内圧力を1×10-4Pa以下とした
後、Arガスに0.05〜0.5体積%の酸素ガスを添
加した混合ガスをスパッタガスとして流しながらスパッ
タを行うことが好ましい。これにより、本発明で限定す
る酸素欠損状態を容易に実現することができる。
The sputtering method is a method of forming a thin film by sputtering a sputtering target as a raw material in a sputtering chamber in a sputtering gas such as Ar gas. When using a sputter target made of oxide, a thin film with the same composition as the target is obtained at the beginning of use of the target, but oxygen is released from the target surface as the usage time increases, so the resulting thin film also becomes oxygen deficient. . Therefore, in order to stably obtain an oxide thin film having a stoichiometric composition with good reproducibility, not only Ar gas but also 1 to 5 oxygen gas is added to Ar gas as a sputtering gas to be flown during film formation.
It is generally practiced to use a mixed gas added at about volume%. In the present invention, since the barrier thin film made of the oxygen-deficient oxide is formed, the residual gas in the vacuum chamber is eliminated as much as possible, preferably, the pressure in the vacuum chamber is set to 1 × 10 −4 Pa or less, and then the Ar gas is reduced to 0. Sputtering is preferably carried out while flowing a mixed gas to which 0.055 to 0.5% by volume of oxygen gas is added as a sputtering gas. Thereby, the oxygen deficiency state limited by the present invention can be easily realized.

【0046】電子ビーム加熱による蒸着法は、真空槽内
において金属製るつぼ等に入った蒸発源に加速された電
子をあて加熱することにより蒸発させ、基板上に薄膜を
形成する方法である。
The electron beam heating vapor deposition method is a method of forming a thin film on a substrate by heating by accelerating electrons to an evaporation source in a metal crucible or the like in a vacuum chamber to heat and evaporate the electrons.

【0047】薄膜を形成する際の真空槽内真空度は、ス
パッタ法では0.3〜5Pa程度であるのに対し、電子ビ
ーム加熱による蒸着法では5×10-5〜1×10-2Pa程
度であり、両者は大きく異なる。そのため蒸着法では、
蒸発源が蒸発してから基板に付着して薄膜となるまでに
様々な要因が絡み合って、得られる薄膜の特性に影響を
及ぼす。様々な要因としては、たとえば基板温度、蒸着
速度、真空槽内の残留ガス、電子ビームの加速パワーで
あり、成膜雰囲気を制御する場合は雰囲気ガスの種類お
よび流量が挙げられる。本発明においてバリア薄膜を形
成する際に酸素欠損を制御するためには、これらの要因
を制御すればよい。具体的には、蒸発源として化学量論
組成の酸化物を用いた場合には、基板温度が高いほど、
蒸着速度が速いほど、残留ガス(特にH2O成分)が少
ないほど、雰囲気ガス(酸化物では酸素ガス)流量が少
ないほど、電子ビームのパワーが高いほど酸素欠損量の
多い酸化物薄膜が得られる。一方、これらの要因を逆の
方向に変化させれば、酸素欠損量の少ない、あるいは酸
素過剰の酸化物薄膜が得られる。電子ビーム加熱による
蒸着法では、上記各要因を十分に管理・制御して初め
て、目的組成の酸化物薄膜が再現性よく得られる。
The degree of vacuum in the vacuum chamber when forming a thin film is about 0.3 to 5 Pa in the sputtering method, whereas it is 5 × 10 −5 to 1 × 10 −2 Pa in the vapor deposition method by electron beam heating. However, the two are very different. Therefore, in the vapor deposition method,
Various factors are entangled between the evaporation source is evaporated and the film is attached to the substrate to form a thin film, which affects the characteristics of the obtained thin film. Various factors include, for example, the substrate temperature, the vapor deposition rate, the residual gas in the vacuum chamber, the acceleration power of the electron beam, and the type and flow rate of the atmospheric gas when controlling the film forming atmosphere. In order to control the oxygen deficiency when forming the barrier thin film in the present invention, these factors may be controlled. Specifically, when an oxide having a stoichiometric composition is used as the evaporation source, the higher the substrate temperature,
The higher the deposition rate, the smaller the residual gas (particularly H 2 O component), the smaller the flow rate of the atmospheric gas (oxygen gas in the oxide), and the higher the power of the electron beam, the more the oxide thin film with a large amount of oxygen vacancies is obtained. To be On the other hand, if these factors are changed in the opposite direction, an oxide thin film with little oxygen deficiency or excess oxygen can be obtained. In the vapor deposition method using electron beam heating, an oxide thin film having a target composition can be obtained with good reproducibility only after the above factors are sufficiently controlled and controlled.

【0048】なお、図1に示す構造のEL素子を形成す
る際に、下部バリア薄膜53Aおよび下部バッファ薄膜
52Aを形成した後、蛍光体薄膜51を形成する前に、
アニールを施してもよい。このアニールを施すことによ
り、酸化物からなる下部バリア薄膜53Aをより安定な
状態に保つことができる。このアニールの条件は、後述
する蛍光体薄膜のアニール条件と同様とすればよい。た
だし、このアニールは酸化性雰囲気中で行っても真空中
で行ってもよい。
In forming the EL device having the structure shown in FIG. 1, after forming the lower barrier thin film 53A and the lower buffer thin film 52A and before forming the phosphor thin film 51,
It may be annealed. By performing this annealing, the lower barrier thin film 53A made of oxide can be kept in a more stable state. The annealing conditions may be the same as the annealing conditions for the phosphor thin film described later. However, this annealing may be performed in an oxidizing atmosphere or in vacuum.

【0049】本発明におけるバッファ薄膜およびバリア
薄膜は、図5に示した既に実用化されている2重絶縁型
構造における絶縁層、すなわち電荷をブロッキングする
層とは機能が全く異なる。また、それぞれ本発明で限定
する厚さをもつバリア薄膜およびバッファ薄膜を有する
EL蛍光体積層薄膜は、従来、知られていない。
The buffer thin film and the barrier thin film in the present invention have completely different functions from the insulating layer in the double insulation type structure shown in FIG. Further, an EL phosphor laminated thin film having a barrier thin film and a buffer thin film each having a thickness limited by the present invention has not been known hitherto.

【0050】前記した日本学術振興会光電相互変換第1
25委員会EL分科会第22回研究会資料p16〜p2
1には、ガラス基板上に、Ta25絶縁層(270n
m)、ZnSバッファ層(90〜360nm)、BaAl2
4:Eu2+発光層(400nm)、ZnSキャップ層
(40nm)を積層した構造をもつ試料が記載されてい
る。この試料において、Ta25絶縁層は本発明におけ
るバリア薄膜に類似し、ZnSバッファ層およびZnS
キャップ層は本発明におけるバッファ薄膜に類似する。
しかし、この試料において、ZnSキャップ層の上にバ
リア薄膜に相当する薄膜は存在しない。しかも、この試
料に対する熱処理は、BaAl24:Eu2+発光層中か
らの硫黄の離脱を防ぐためのものであり、ZnSキャッ
プ層形成後にAr雰囲気中において800〜1000℃
で2分間行われている。これに対し本発明では、酸化性
雰囲気中における熱処理の際に、蛍光体薄膜中の酸素量
および硫黄量を制御するためにバリア薄膜およびバッフ
ァ薄膜の両者を利用する必要がある。したがって、前記
試料は本発明のEL素子とは異なり、本発明による効果
は実現しない。
The above-mentioned Japan Society for the Promotion of Science Optoelectronic Mutual Conversion No. 1
25th Committee EL Subcommittee 22nd Study Group Materials p16-p2
1 has a Ta 2 O 5 insulating layer (270n) on a glass substrate.
m), ZnS buffer layer (90 to 360 nm), BaAl 2
A sample having a structure in which an S 4 : Eu 2+ light emitting layer (400 nm) and a ZnS cap layer (40 nm) are laminated is described. In this sample, the Ta 2 O 5 insulating layer is similar to the barrier thin film of the present invention, and the ZnS buffer layer and ZnS
The cap layer is similar to the buffer thin film in the present invention.
However, in this sample, there is no thin film corresponding to the barrier thin film on the ZnS cap layer. Moreover, the heat treatment for this sample is for preventing the release of sulfur from the BaAl 2 S 4 : Eu 2+ light emitting layer, and is 800 to 1000 ° C. in an Ar atmosphere after the ZnS cap layer is formed.
Has been held for 2 minutes. On the other hand, in the present invention, it is necessary to utilize both the barrier thin film and the buffer thin film in order to control the oxygen amount and the sulfur amount in the phosphor thin film during the heat treatment in the oxidizing atmosphere. Therefore, unlike the EL device of the present invention, the sample does not achieve the effects of the present invention.

【0051】また、特開平1−206594号公報に
は、ガラス基板上に、透明電極、厚さ0.5μmの第1
の誘電体層(Ta25)、ZnSバッファ層、CaS:
Eu発光層、厚さ0.5μmの第2の誘電体層(Ta2
5)および背面電極を積層した薄膜EL素子が記載され
ている。この薄膜EL素子において、発光層の組成は本
発明で限定する組成と異なり、また、第2の誘電層の厚
さは本発明におけるバリア薄膜の厚さより厚く、また、
発光層の上側にZnSバッファ層は存在せず、また、酸
化性雰囲気中でのアニールも行われていない。したがっ
て、この薄膜EL素子は本発明のEL素子とは異なり、
本発明による効果は実現しない。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 1-206594 discloses a transparent electrode on a glass substrate having a first thickness of 0.5 μm.
Dielectric layer (Ta 2 O 5 ), ZnS buffer layer, CaS:
Eu light emitting layer, 0.5 μm thick second dielectric layer (Ta 2 O
5 ) and a back electrode are laminated to form a thin film EL device. In this thin film EL device, the composition of the light emitting layer is different from the composition defined in the present invention, and the thickness of the second dielectric layer is thicker than the thickness of the barrier thin film in the present invention.
There is no ZnS buffer layer on the upper side of the light emitting layer, and no annealing is performed in an oxidizing atmosphere. Therefore, this thin film EL device is different from the EL device of the present invention.
The effect of the present invention is not realized.

【0052】本発明において蛍光体薄膜は、母体材料と
発光中心とを含有する。母体材料および発光中心は、 組成式 Axyzw:M で表されるものであることが好ましい。前記組成式にお
いて、Aは、Mg、Ca、Sr、Baおよび希土類元素
から選ばれた少なくとも1種の元素であり、Bは、A
l、GaおよびInから選ばれた少なくとも1種の元素
であり、Mは、発光中心となる元素を表す。また、x、
y、zおよびwは原子比を表し、 x=1〜5、 y=1〜15、 z=0〜30(0を除く)、 w=0〜30(0を除く) であり、好ましくは x=1〜5、 y=1〜15、 z=3〜30、 w=3〜30 である。
In the present invention, the phosphor thin film contains a base material and an emission center. Host material and the light emitting center, formula A x B y O z S w : is preferably one represented by M. In the composition formula, A is at least one element selected from Mg, Ca, Sr, Ba and rare earth elements, and B is A
At least one element selected from l, Ga, and In, and M represents an element serving as an emission center. Also, x,
y, z and w represent atomic ratios, x = 1-5, y = 1-15, z = 0-30 (excluding 0), w = 0-30 (excluding 0), and preferably x = 1 to 5, y = 1 to 15, z = 3 to 30, and w = 3 to 30.

【0053】前記組成式で表される母体材料は、アルカ
リ土類チオアルミネート、アルカリ土類チオガレート、
アルカリ土類チオインデート、希土類チオアルミネー
ト、希土類チオガレート、希土類チオインデートまたは
これらの2種以上が含まれる混合物からなる硫化物にお
いて、硫黄の一部を酸素で置換したオキシサルファイド
である。なお、本明細書においてアルカリ土類元素と
は、Mg、Ca、Sr、Baである。
The base material represented by the above composition formula is an alkaline earth thioaluminate, an alkaline earth thiogallate,
It is an oxysulfide in which a part of sulfur is replaced with oxygen in a sulfide composed of alkaline earth thioindate, rare earth thioaluminate, rare earth thiogallate, rare earth thioindate, or a mixture containing two or more of these. In addition, in this specification, an alkaline earth element is Mg, Ca, Sr, and Ba.

【0054】前記硫化物としては、アルカリ土類チオア
ルミネート、アルカリ土類チオガレートおよびアルカリ
土類チオインデートの少なくとも1種が好ましく、特
に、バリウムチオアルミネートおよびストロンチウムチ
オガレートの少なくとも1種が好ましい。これらは結晶
化温度が高いため、本発明を適用するのに好ましく、特
に、バリウムチオアルミネートに発光中心としてEuを
添加したもの、および、ストロンチウムチオガレートに
発光中心としてEuを添加したものが最も好ましく、こ
れらの組み合わせは、それぞれ色純度の高い青色および
緑色を高輝度で発光させるために有効である。また、こ
れら好ましい硫化物において、アルカリ土類元素の一部
を希土類元素で置換したものも好ましい。
The sulfide is preferably at least one of alkaline earth thioaluminate, alkaline earth thiogallate and alkaline earth thioindate, and particularly preferably at least one of barium thioaluminate and strontium thiogallate. Since these have high crystallization temperatures, they are preferable for application of the present invention. Particularly, barium thioaluminate to which Eu is added as an emission center and strontium thiogallate to which Eu is added as an emission center are most preferable. Preferably, these combinations are effective for emitting blue and green with high color purity with high brightness. Further, in these preferable sulfides, those in which a part of the alkaline earth element is replaced with a rare earth element are also preferable.

【0055】以下、元素Aとして主としてアルカリ土類
元素を用いる場合について詳細に説明する。
Hereinafter, the case where an alkaline earth element is mainly used as the element A will be described in detail.

【0056】蛍光体薄膜は、結晶化していることが好ま
しいが、明確な結晶構造を有しない非晶質状態であって
もよい。
The phosphor thin film is preferably crystallized, but may be in an amorphous state having no clear crystal structure.

【0057】蛍光体薄膜に含まれる結晶としては、A5
28 、A427 、A225 、AB24 、AB4
7 、A41425 、AB813 、AB1219 の1種
または2種以上であることが好ましく、特にAB24
晶が含まれることが好ましい。蛍光体薄膜中では、結晶
中のSの一部をOが置換していてもよい。
Crystals contained in the phosphor thin film are A 5
B 2 S 8 , A 4 B 2 S 7 , A 2 B 2 S 5 , AB 2 S 4 , AB 4
One or more of S 7 , A 4 B 14 S 25 , AB 8 S 13 , and AB 12 S 19 are preferable, and AB 2 S 4 crystal is particularly preferable. In the phosphor thin film, O may replace a part of S in the crystal.

【0058】なお、Axyzwが化学量論組成の化合
物であるとき、この化合物はx{A(O,S)}と(y
/2){B2(O,S)3}とからなると考えることがで
きる。したがって、z+w=x+3y/2のときがほぼ
化学量論組成である。高輝度の発光を得るためには蛍光
体薄膜の組成が化学量論組成付近であることが好まし
く、具体的には 0.9≦(x+3y/2)/(z+w)≦1.1 であることが好ましい。
When A x B y O z Sw is a stoichiometric compound, this compound has x {A (O, S)} and (y
/ 2) {B 2 (O, S) 3 }. Therefore, the stoichiometric composition is almost obtained when z + w = x + 3y / 2. The composition of the phosphor thin film is preferably near the stoichiometric composition in order to obtain high-luminance light emission, and specifically, 0.9 ≦ (x + 3y / 2) / (z + w) ≦ 1.1. Is preferred.

【0059】発光中心として添加する元素Mは、希土類
元素であることが好ましい。希土類元素は、少なくとも
Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Gd、Tb、H
o、Er、Tm、Lu、Sm、Eu、Dy、Ybから選
択される。バリウムチオアルミネート母体材料と組み合
わせる発光中心は、青色蛍光体とするためにはEu、緑
色蛍光体とするためにはCe、Tb、Ho、赤色蛍光体
とするためにはSm、Yb、Ndが好ましく、このう
ち、Euを用いて青色蛍光体とすることが最も好まし
い。また、ストロンチウムチオガレート母体材料とEu
とを組み合わせれば緑色蛍光体となり、ストロンチウム
チオインデート母体材料またはバリウムチオインデート
母体材料とEuとを組み合わせれば赤色蛍光体となる。
発光中心となる元素の添加量は、前記組成式における元
素Aに対して0.5〜10原子%であることが好まし
い。
The element M added as a luminescence center is preferably a rare earth element. The rare earth element is at least Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, H.
It is selected from o, Er, Tm, Lu, Sm, Eu, Dy and Yb. The emission centers to be combined with the barium thioaluminate host material are Eu for making a blue phosphor, Ce, Tb, Ho for making a green phosphor, and Sm, Yb, Nd for making a red phosphor. Of these, Eu is most preferably used as the blue phosphor. Further, the strontium thiogallate matrix material and Eu
When combined with, a green phosphor is obtained, and when a strontium thioindate host material or a barium thioindate host material is combined with Eu, a red phosphor is obtained.
The addition amount of the element serving as the emission center is preferably 0.5 to 10 atom% with respect to the element A in the composition formula.

【0060】前述したように、酸素と硫黄とが混在する
組成は、輝度特性、寿命特性を向上させ、輝度の劣化を
防止する。母体材料が純粋な硫化物である場合と比較し
て、酸素との化合物が混在することにより空気中で安定
になる。また、母体材料の組成は、化学量論的組成に対
し元素Bが過剰であることが好ましい。例えば母体材料
をBaAl24、すなわちBaS−Al23付近の組成
とする場合には、Al/Ba>2とすることが好まし
い。過剰なAl23は水分に対して不安定であるが、こ
の過剰Alに対し酸素を導入することにより、不安定な
硫化物成分としてでなく安定な酸化物成分となる。そし
て、この酸化物成分が空気から発光部を保護することに
なる。高輝度かつ長寿命を実現するためには、前記組成
式において好ましくは z/(z+w)=0.01〜0.85 となるように母体材料中の酸素量を調整し、また、前記
組成式において好ましくは y/x=2.1〜3.0、より好ましくは y/x=2.3〜2.9 とすることが望ましい。特に高輝度かつ長寿命を得るた
めには、 z/(z+w)=0.1〜0.3かつ y/x=2.6〜2.8 とすることが望ましい。
As described above, the composition in which oxygen and sulfur are mixed improves brightness characteristics and life characteristics and prevents deterioration of brightness. Compared to the case where the base material is pure sulfide, it becomes stable in air due to the mixture of the compound with oxygen. Further, the composition of the base material is preferably such that the element B is in excess with respect to the stoichiometric composition. For example, when the base material has a composition of BaAl 2 S 4 , that is, near BaS—Al 2 S 3, it is preferable that Al / Ba> 2. Excessive Al 2 S 3 is unstable to water, but by introducing oxygen into this excess Al, it becomes a stable oxide component rather than an unstable sulfide component. Then, this oxide component protects the light emitting portion from the air. In order to achieve high brightness and long life, the oxygen content in the base material is adjusted so that z / (z + w) = 0.01 to 0.85 in the above composition formula, and the above composition formula is also used. It is desirable that y / x = 2.1 to 3.0, and more preferably y / x = 2.3 to 2.9. In order to obtain a particularly high brightness and a long life, it is desirable that z / (z + w) = 0.1 to 0.3 and y / x = 2.6 to 2.8.

【0061】蛍光体薄膜の組成は、蛍光X線分析(XR
F)、X線光電子分析(XPS)、TEM−EDS(Tr
ansmission Electron Microscopy - Energy Dispersive
X-ray Spectroscopy)等により確認することができ
る。
The composition of the phosphor thin film was determined by X-ray fluorescence analysis (XR
F), X-ray photoelectron analysis (XPS), TEM-EDS (Tr
ansmission Electron Microscopy-Energy Dispersive
It can be confirmed by X-ray Spectroscopy).

【0062】蛍光体薄膜の膜厚は、特に制限されるもの
ではないが、厚すぎると駆動電圧が上昇し、薄すぎると
発光効率が低下する。具体的には、蛍光材料にもよる
が、好ましくは100〜2000nm、より好ましくは1
50〜700nm程度である。
The film thickness of the phosphor thin film is not particularly limited, but if it is too thick, the driving voltage increases, and if it is too thin, the luminous efficiency decreases. Specifically, depending on the fluorescent material, it is preferably 100 to 2000 nm, more preferably 1 nm.
It is about 50 to 700 nm.

【0063】蛍光体薄膜を得るには、例えば、以下の反
応性蒸着法によることが好ましい。ここでは、バリウム
チオアルミネート:Eu蛍光体薄膜を例にとり説明す
る。
To obtain the phosphor thin film, for example, the following reactive vapor deposition method is preferable. Here, a barium thioaluminate: Eu phosphor thin film will be described as an example.

【0064】バリウムチオアルミネート:Eu蛍光体薄
膜を形成するには、Euを添加したバリウムチオアルミ
ネートペレットを作製し、H2Sガスを導入した真空槽
内でこのペレットを蒸発源としてEB(エレクトロンビ
ーム)蒸着すればよい。ここでH2Sガスは、硫黄不足
を補うため用いる。
In order to form a barium thioaluminate: Eu phosphor thin film, a barium thioaluminate pellet containing Eu was prepared, and this pellet was used as an evaporation source in the vacuum chamber in which H 2 S gas was introduced. Electron beam) vapor deposition may be used. Here, H 2 S gas is used to make up for the lack of sulfur.

【0065】その他、多元反応性蒸着法を用いる方法も
利用可能である。その場合、例えば、Euを添加した硫
化バリウムペレット、硫化アルミニウムペレットおよび
2Sガスを用いる2元反応性蒸着法が好ましい。
In addition, a method using a multi-source reactive vapor deposition method can also be used. In that case, for example, a binary reactive vapor deposition method using Eu-added barium sulfide pellets, aluminum sulfide pellets and H 2 S gas is preferable.

【0066】発光中心のEuは、金属、フッ化物、酸化
物または硫化物の形で蒸発源に添加する。蒸発源のEu
含有量と、その蒸発源を用いて形成された薄膜中のEu
含有量とは異なるので、薄膜中において所望の含有量と
なるように蒸発源中のEu含有量を調整する。
Eu, which is the emission center, is added to the evaporation source in the form of metal, fluoride, oxide or sulfide. Eu of evaporation source
Content and Eu in the thin film formed by using the evaporation source
Since it is different from the content, the Eu content in the evaporation source is adjusted so that the desired content is obtained in the thin film.

【0067】蒸着中の基板温度は、好ましくは室温〜7
00℃、より好ましくは400〜550℃とする。基板
温度が低すぎると、蛍光体薄膜とその下に位置するバッ
ファ薄膜およびバリア薄膜との相互作用をうまく引き出
せないばかりか、蛍光体薄膜の結晶性も悪くなる。一
方、基板温度が高すぎると、蛍光体薄膜とその下に位置
するバッファ薄膜との界面が劣化したり、蛍光体薄膜表
面の凹凸が激しくなったり、薄膜中にピンホールが発生
してEL素子に電流リークの問題が発生したりしやすく
なる。また、薄膜が褐色に色づくこともある。
The substrate temperature during vapor deposition is preferably room temperature to 7
The temperature is 00 ° C, and more preferably 400 to 550 ° C. If the substrate temperature is too low, not only the interaction between the phosphor thin film and the buffer thin film and barrier thin film located therebelow cannot be well drawn out, but also the crystallinity of the phosphor thin film deteriorates. On the other hand, if the substrate temperature is too high, the interface between the phosphor thin film and the buffer thin film located thereunder deteriorates, the unevenness of the phosphor thin film surface becomes severe, and pinholes are generated in the thin film to cause EL element. The problem of current leakage easily occurs. In addition, the thin film may turn brown.

【0068】成膜後には、酸化性雰囲気中においてアニ
ール処理を行う。このアニールにより、蛍光体薄膜の母
体材料を、酸素含有量が適切に制御されたオキシサルフ
ァイドとすることができ、また、蛍光体薄膜の結晶性を
著しく向上させることができる。アニール温度は、好ま
しくは500〜1000℃、特に650〜800℃であ
る。アニールは、空気中または空気より酸素濃度の高い
雰囲気中で行うことが好ましい。アニール時間は、通
常、1〜60分間、好ましくは5〜30分間である。ア
ニール時間が短すぎると、アニールによる効果が十分に
実現しない。一方、アニール時間を著しく長くしてもア
ニールによる効果は顕著には増大しないほか、蛍光体薄
膜以外の構成要素(電極や基板など)が長時間の加熱に
よりダメージを受けてしまうことがあり、好ましくな
い。
After film formation, annealing treatment is performed in an oxidizing atmosphere. By this annealing, the host material of the phosphor thin film can be oxysulfide whose oxygen content is appropriately controlled, and the crystallinity of the phosphor thin film can be remarkably improved. The annealing temperature is preferably 500 to 1000 ° C, especially 650 to 800 ° C. The annealing is preferably performed in air or an atmosphere having a higher oxygen concentration than air. The annealing time is usually 1 to 60 minutes, preferably 5 to 30 minutes. If the annealing time is too short, the effect of annealing cannot be fully realized. On the other hand, even if the annealing time is remarkably lengthened, the effect of annealing does not remarkably increase, and constituent elements other than the phosphor thin film (electrodes, substrates, etc.) may be damaged by heating for a long time. Absent.

【0069】形成された蛍光体薄膜は、高結晶性の薄膜
であることが好ましい。結晶性の評価は、例えばX線回
折により行うことができる。結晶性を上げるためには、
できるだけ基板温度を高温にする。また、上述したアニ
ールも効果的である。
The formed phosphor thin film is preferably a highly crystalline thin film. The crystallinity can be evaluated by, for example, X-ray diffraction. To increase crystallinity,
Make the substrate temperature as high as possible. Further, the above-mentioned annealing is also effective.

【0070】蛍光体薄膜蒸着時の圧力は、好ましくは
1.33×10-4〜1.33×10-1Paである。特に、
硫黄を補償するためのH2Sガスの導入量を調整するこ
とにより、圧力を6.65×10-3〜6.65×10-2
Paとするとよい。圧力がこれより高くなると、Eガンの
動作が不安定となり、組成制御が極めて困難になってく
る。H2Sガスの導入量としては、真空系の能力にもよ
るが5〜200SCCM、特に10〜30SCCMが好ましい。
The pressure during vapor deposition of the phosphor thin film is preferably 1.33 × 10 -4 to 1.33 × 10 -1 Pa. In particular,
The pressure was adjusted to 6.65 × 10 −3 to 6.65 × 10 −2 by adjusting the introduction amount of H 2 S gas for compensating for sulfur.
Pa is good. If the pressure is higher than this, the operation of the E gun becomes unstable, and composition control becomes extremely difficult. The amount of H 2 S gas introduced is preferably 5 to 200 SCCM, particularly 10 to 30 SCCM, although it depends on the capacity of the vacuum system.

【0071】また、必要により蒸着時に基板を移動また
は回転させてもよい。基板を移動、回転させることによ
り、膜組成が均一となり、膜厚分布のバラツキが少なく
なる。
If necessary, the substrate may be moved or rotated during vapor deposition. By moving and rotating the substrate, the film composition becomes uniform and variations in the film thickness distribution are reduced.

【0072】基板を回転させる場合、基板の回転速度と
しては、好ましくは10回/min 以上、より好ましくは
10〜50回/min 、特に10〜30回/min 程度であ
る。基板の回転速度をこれ以上速くしようとすると、真
空槽の気密を保つためのシールが難しくなる。また、回
転速度が遅すぎると槽内の膜厚方向に組成ムラが生じ、
作製した発光層の特性が低下してくる。基板を回転させ
る回転手段は、モータ、油圧回転機構等の動力源と、ギ
ア、ベルト、プーリー等とを組み合わせた動力伝達機構
・減速機構等を用いた公知の回転機構により構成するこ
とができる。
When the substrate is rotated, the rotation speed of the substrate is preferably 10 times / min or more, more preferably 10 to 50 times / min, and especially about 10 to 30 times / min. If the rotation speed of the substrate is further increased, it becomes difficult to seal the vacuum chamber to keep it airtight. Also, if the rotation speed is too slow, compositional unevenness occurs in the film thickness direction in the tank,
The characteristics of the manufactured light emitting layer deteriorate. The rotating means for rotating the substrate can be configured by a known rotating mechanism using a power transmission mechanism, a reduction mechanism, and the like in which a power source such as a motor and a hydraulic rotating mechanism is combined with a gear, a belt, a pulley, and the like.

【0073】蒸発源や基板を加熱する加熱手段は、所定
の熱容量、反応性等を備えたものであればよく、例えば
タンタル線ヒータ、シースヒータ、カーボンヒータ等が
挙げられる。加熱手段による加熱温度は、好ましくは1
00〜1400℃程度、温度制御の精度は、好ましくは
1000℃で±1℃、より好ましくは±0.5℃程度で
ある。
Any heating means for heating the evaporation source or the substrate may be used as long as it has a predetermined heat capacity and reactivity, and examples thereof include a tantalum wire heater, a sheath heater, and a carbon heater. The heating temperature by the heating means is preferably 1
The temperature control accuracy is preferably about ± 1 ° C at 1000 ° C, more preferably about ± 0.5 ° C.

【0074】本発明のEL蛍光体積層薄膜をEL素子と
するためには、図5に示す2重絶縁型構造中の発光層5
として、図1〜図3に示すような本発明のEL蛍光体積
層薄膜50を用いるか、または、前述したような厚膜ま
たは薄板の誘電体層からなる絶縁層を片側のみに設けた
構造において、発光層に本発明のEL蛍光体積層薄膜を
用いる。後者の場合、例えば、図4に示すような構造と
すればよい。図4では、基板2上に、下部電極3A、厚
膜誘電体層からなる絶縁層4、発光層5(EL蛍光体積
層薄膜50)および上部電極3Bが形成されている。な
お、図4および図5にそれぞれ示すEL素子において、
絶縁層、発光層、電極等の隣り合う各層の間には、密着
を上げるための層、応力を緩和するための層、反応を制
御する層などの中間層を設けてもよい。また、厚膜表面
は、研磨したり平坦化層を用いるなどして平坦性を向上
させてもよい。
In order to use the EL phosphor laminated thin film of the present invention as an EL device, the light emitting layer 5 in the double insulation type structure shown in FIG.
As an example, the EL phosphor laminated thin film 50 of the present invention as shown in FIGS. 1 to 3 is used, or the above-described structure in which an insulating layer made of a thick or thin dielectric layer is provided on only one side. The EL phosphor laminated thin film of the present invention is used for the light emitting layer. In the latter case, for example, the structure shown in FIG. 4 may be used. In FIG. 4, a lower electrode 3A, an insulating layer 4 composed of a thick film dielectric layer, a light emitting layer 5 (EL phosphor laminated thin film 50) and an upper electrode 3B are formed on a substrate 2. In the EL elements shown in FIGS. 4 and 5, respectively,
An intermediate layer such as a layer for increasing adhesion, a layer for relieving stress, a layer for controlling reaction may be provided between adjacent layers such as an insulating layer, a light emitting layer, and an electrode. The thick film surface may be improved in flatness by polishing or using a flattening layer.

【0075】基板として用いる材料は、EL素子の各層
の形成温度、EL素子のアニール温度に耐えうるよう
に、耐熱温度または融点が好ましくは600℃以上、よ
り好ましくは700℃以上、さらに好ましくは800℃
以上のものであり、かつ、その上に形成される発光層等
の機能性薄膜によりEL素子が形成でき、所定の強度を
維持できるものであれば特に限定されるものではない。
具体的には、ガラスまたは、酸化アルミニウム(Al2
3)、フォルステライト(2MgO・SiO2)、ステ
アタイト(MgO・SiO2)、ムライト(3Al23
・2SiO2)、酸化ベリリウム(BeO)、窒化アル
ミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si34)、炭化ケ
イ素(SiC+BeO)等のセラミック基板、結晶化ガ
ラスなど耐熱性ガラス基板を挙げることができる。これ
らのなかでも特に酸化アルミニウム基板、結晶化ガラス
の耐熱温度はいずれも1000℃程度以上であり好まし
く、熱伝導性が必要な場合には酸化ベリリウム、窒化ア
ルミニウム、炭化ケイ素等が好ましい。また、このほか
に、石英、熱酸化シリコンウエハー等、チタン、ステン
レス、インコネル、鉄系などの金属基板を用いることも
できる。金属等の導電性基板を用いる場合には、基板上
に内部に電極を有した厚膜を形成した構造が好ましい。
The material used as the substrate has a heat resistant temperature or melting point of preferably 600 ° C. or higher, more preferably 700 ° C. or higher, and further preferably 800 so that it can withstand the formation temperature of each layer of the EL device and the annealing temperature of the EL device. ℃
It is not particularly limited as long as it is the above and an EL element can be formed by a functional thin film such as a light emitting layer formed thereon and can maintain a predetermined strength.
Specifically, glass or aluminum oxide (Al 2
O 3 ), forsterite (2MgO · SiO 2 ), steatite (MgO · SiO 2 ), mullite (3Al 2 O 3
2SiO 2 ), beryllium oxide (BeO), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC + BeO) and other ceramic substrates, and heat resistant glass substrates such as crystallized glass. Among these, the heat resistance temperature of the aluminum oxide substrate and the crystallized glass is particularly preferably about 1000 ° C. or higher, and when heat conductivity is required, beryllium oxide, aluminum nitride, silicon carbide and the like are preferable. In addition to this, a quartz, thermally oxidized silicon wafer, or other metal substrate such as titanium, stainless steel, Inconel, or an iron-based material can also be used. When a conductive substrate made of metal or the like is used, a structure in which a thick film having electrodes inside is formed on the substrate is preferable.

【0076】誘電体厚膜(下部絶縁層)の材料として
は、公知の誘電体厚膜材料を用いることができる。この
材料は、比較的比誘電率が大きいことが好ましく、例え
ばチタン酸鉛系、ニオブ酸鉛系、チタン酸バリウム系等
の材料が好ましい。誘電体厚膜の抵抗率としては、10
8Ω・cm以上、特に1010〜1018Ω・cm程度である。
また比較的高い比誘電率を有する物質であることが好ま
しく、その比誘電率εとしては、好ましくはε=100
〜10000程度である。膜厚としては、5〜50μm
が好ましく、10〜30μmが特に好ましい。誘電体厚
膜の形成方法は、所定厚さの膜が比較的容易に得られる
方法であれば特に限定されないが、ゾルゲル法、印刷焼
成法などが好ましい。印刷焼成法を用いる場合、材料の
粒度を適当に揃え、バインダと混合し、適当な粘度のペ
ーストとする。このペーストを基板上にスクリーン印刷
法により形成して乾燥させ、グリーンシートとする。こ
のグリーンシートを適当な温度で焼成し、厚膜を得る。
As the material of the dielectric thick film (lower insulating layer), a known dielectric thick film material can be used. This material preferably has a relatively large dielectric constant, and for example, a lead titanate-based material, a lead niobate-based material, a barium titanate-based material, or the like is preferred. The dielectric thick film has a resistivity of 10
It is 8 Ω · cm or more, especially about 10 10 to 10 18 Ω · cm.
A substance having a relatively high relative permittivity is preferable, and the relative permittivity ε is preferably ε = 100.
It is about 10,000. The film thickness is 5 to 50 μm
Is preferable, and 10 to 30 μm is particularly preferable. The method for forming the thick dielectric film is not particularly limited as long as a film having a predetermined thickness can be relatively easily obtained, but a sol-gel method, a printing firing method, or the like is preferable. When the printing and firing method is used, the particle size of the material is appropriately adjusted, and the material is mixed with a binder to obtain a paste having an appropriate viscosity. This paste is formed on a substrate by a screen printing method and dried to form a green sheet. The green sheet is fired at an appropriate temperature to obtain a thick film.

【0077】薄膜絶縁層(上部絶縁層)の構成材料とし
ては、例えば酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(S
34)、酸化タンタル(Ta25)、チタン酸ストロ
ンチウム(SrTiO3)、酸化イットリウム(Y
23)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸
鉛(PbTiO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZ
T)、ジルコニア(ZrO2)、シリコンオキシナイト
ライド(SiON)、酸化アルミニウム(Al23)、
ニオブ酸鉛、PMN−PTが好ましい。薄膜誘電体層
は、これらの少なくとも1種を含有する層の単層または
多層からなる構造とすればよい。これらの材料で絶縁層
を形成する方法としては、蒸着法、スパッタ法、CVD
法など既存の方法を用いればよい。この場合の絶縁層の
膜厚としては、好ましくは50〜1000nm、特に10
0〜500nm程度である。なお、前述したように、上部
絶縁層は設けなくてもよい。
The constituent material of the thin film insulating layer (upper insulating layer) is, for example, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (S
i 3 N 4 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), yttrium oxide (Y
2 O 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), lead titanate (PbTiO 3 ), lead zirconate titanate (PZ
T), zirconia (ZrO 2 ), silicon oxynitride (SiON), aluminum oxide (Al 2 O 3 ),
Lead niobate and PMN-PT are preferred. The thin film dielectric layer may have a structure of a single layer or a multilayer of layers containing at least one of these. As a method for forming an insulating layer with these materials, vapor deposition, sputtering, CVD
An existing method such as a method may be used. In this case, the thickness of the insulating layer is preferably 50 to 1000 nm, particularly 10
It is about 0 to 500 nm. As described above, the upper insulating layer may not be provided.

【0078】下部電極は、基板と下部絶縁層との間また
は下部絶縁層内に形成される。下部電極は、発光層のア
ニール時に高温にさらされ、また、下部絶縁層を厚膜か
ら構成する場合には、下部絶縁層形成時にも高温にさら
される。したがって下部電極は、耐熱性に優れることが
好ましく、具体的には金属電極であることが好ましい。
金属電極としては、主成分としてパラジウム、ロジウ
ム、イリジウム、レニウム、ルテニウム、白金、銀、タ
ンタル、ニッケル、クロム、チタン等の1種または2種
以上を含有する、通常用いられている金属電極であって
よい。
The lower electrode is formed between the substrate and the lower insulating layer or in the lower insulating layer. The lower electrode is exposed to a high temperature when the light emitting layer is annealed, and is also exposed to a high temperature when the lower insulating layer is formed when the lower insulating layer is formed of a thick film. Therefore, the lower electrode preferably has excellent heat resistance, and more specifically, it is preferably a metal electrode.
The metal electrode is a commonly used metal electrode containing one or more of palladium, rhodium, iridium, rhenium, ruthenium, platinum, silver, tantalum, nickel, chromium, titanium, etc. as a main component. You may

【0079】一方、上部電極は、通常、発光を基板とは
反対側から取り出すため、所定の発光波長域において透
光性を有する電極、例えばZnO、ITO、IZOなど
からなる透明電極であることが好ましい。ITOは、通
常In23とSnOとを化学量論組成で含有するが、O
量は多少これから偏倚していてもよい。In23に対す
るSnO2の混合比は、好ましくは1〜20質量%、よ
り好ましくは5〜12質量%である。また、IZOでの
In23に対するZnOの混合比は、通常、12〜32
質量%程度である。なお、透明基板を用いて発光光を基
板側から取り出す場合には、下部電極を透明電極とす
る。
On the other hand, the upper electrode is usually an electrode having a light-transmitting property in a predetermined emission wavelength range, for example, a transparent electrode made of ZnO, ITO, IZO or the like in order to take out light emission from the side opposite to the substrate. preferable. ITO usually contains In 2 O 3 and SnO in a stoichiometric composition.
The amount may deviate somewhat from this. The mixing ratio of SnO 2 with respect to In 2 O 3 is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 5 to 12% by mass. The mixing ratio of ZnO to In 2 O 3 in IZO is usually 12 to 32.
It is about mass%. When the emitted light is extracted from the substrate side using a transparent substrate, the lower electrode is a transparent electrode.

【0080】また、電極は、シリコンを主成分として含
有するものでもよい。このシリコン電極は、多結晶シリ
コン(p−Si)であってもアモルファスシリコン(a
−Si)であってもよく、必要により単結晶シリコンで
あってもよい。シリコン電極は、導電性を確保するため
不純物をドーピングする。不純物として用いられるドー
パントは、所定の導電性を確保しうるものであればよ
く、シリコン半導体に用いられている通常のドーパント
を用いることができる。具体的には、B、P、As、S
bおよびAlが好ましい。ドーパントの濃度は、0.0
01〜5原子%程度が好ましい。
The electrodes may contain silicon as a main component. This silicon electrode is made of amorphous silicon (a) even if it is polycrystalline silicon (p-Si).
-Si) may be used, and if necessary, single crystal silicon may be used. The silicon electrode is doped with impurities to ensure conductivity. The dopant used as an impurity may be any dopant that can ensure a predetermined conductivity, and a normal dopant used in silicon semiconductors can be used. Specifically, B, P, As, S
b and Al are preferred. The concentration of the dopant is 0.0
It is preferably about 01 to 5 atom%.

【0081】電極形成方法は、蒸着法、スパッタ法、C
VD法、ゾルゲル法、印刷焼成法などの既存の方法から
適宜選択すればよいが、特に、内部に電極を含む誘電体
厚膜を設けた構造とする場合、電極も誘電体厚膜と同じ
方法で形成することが好ましい。
The electrodes are formed by vapor deposition, sputtering, C
The method may be appropriately selected from existing methods such as the VD method, the sol-gel method, and the printing and firing method. Especially, when the structure is provided with a dielectric thick film including an electrode inside, the electrode is the same method as the dielectric thick film. Is preferably formed.

【0082】電極の抵抗率は、発光層に効率よく電界を
付与するため、好ましくは1×10 -2Ω・cm以下、より
好ましくは5×10-5〜1×10-3Ω・cmである。電極
の膜厚は、電極構成材料によっても異なるが、好ましく
は50〜2000nm、より好ましくは100〜1000
nm程度である。
The resistivity of the electrode is such that an electric field is efficiently applied to the light emitting layer.
To give, preferably 1 × 10 -2Ω · cm or less, more
Preferably 5 × 10-Five~ 1 x 10-3Ω · cm. electrode
The film thickness of is different depending on the electrode constituent material, but is preferable
Is 50 to 2000 nm, more preferably 100 to 1000
It is about nm.

【0083】[0083]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below by showing specific examples of the present invention.

【0084】本発明のEL蛍光体積層薄膜を用いたEL
素子を作製した。EL素子は既に説明した図4の構成で
ある。
EL using the EL phosphor laminated thin film of the present invention
A device was produced. The EL element has the configuration of FIG. 4 which has already been described.

【0085】基板2および絶縁層4を、ともにBaTi
3−PbTiO3系の誘電体材料(比誘電率2000)
から構成し、下部電極3AをPdから構成した。まず、
基板2となるシートを作製し、この上に下部電極3Aお
よび絶縁層4となるペーストをスクリーン印刷してグリ
ーンシートとし、これらを同時に焼成した。絶縁層4表
面は研磨し、さらに平坦性を向上させるため、表面に厚
さ400nmのBaTiO3膜をスパッタリングにより形
成した。その後、700℃の空気中でアニールして、3
0μm厚の厚膜絶縁層付き基板を得た。
Both the substrate 2 and the insulating layer 4 are made of BaTi.
O 3 -PbTiO 3 system dielectric material (relative permittivity 2000)
And the lower electrode 3A was made of Pd. First,
A sheet to be the substrate 2 was prepared, and a paste to be the lower electrode 3A and the insulating layer 4 was screen-printed on the sheet to form a green sheet, which was simultaneously fired. The surface of the insulating layer 4 was polished, and in order to further improve the flatness, a BaTiO 3 film having a thickness of 400 nm was formed on the surface by sputtering. Then, anneal in air at 700 ° C. for 3
A substrate with a thick insulating layer having a thickness of 0 μm was obtained.

【0086】この厚膜絶縁層付き基板上に、図1に示す
ように、下部バリア薄膜53A(30nm)/下部バッフ
ァ薄膜52A(100nm)/蛍光体薄膜51(200n
m)/上部バッファ薄膜52B(100nm)/上部バリ
ア薄膜53B(70nm)構造からなるEL蛍光体積層薄
膜50を形成した。なお、カッコ内の数値は厚さであ
る。バリア薄膜はAl23ペレットを用いたEB蒸着法
により、バッファ薄膜はZnSペレットを用いたEB蒸
着法によりそれぞれ形成した。バリア薄膜の形成に際し
ては、真空槽内を1×10-4Pa以下の圧力となるまで排
気した後、基板温度、成膜速度および成膜中の酸素ガス
流量を表1に示す値として、蒸着を行った。
As shown in FIG. 1, a lower barrier thin film 53A (30 nm) / lower buffer thin film 52A (100 nm) / phosphor thin film 51 (200n) is formed on the substrate with the thick film insulating layer.
m) / upper buffer thin film 52B (100 nm) / upper barrier thin film 53B (70 nm). The value in parentheses is the thickness. The barrier thin film was formed by the EB evaporation method using Al 2 O 3 pellets, and the buffer thin film was formed by the EB evaporation method using ZnS pellets. When forming the barrier thin film, the vacuum chamber was evacuated to a pressure of 1 × 10 −4 Pa or less, and then the substrate temperature, the film formation rate, and the oxygen gas flow rate during film formation were set to the values shown in Table 1 for vapor deposition. I went.

【0087】蛍光体薄膜は、バリウムチオアルミネート
を母体材料として用い、Euを発光中心として用いたも
のであり、Eガン2台を用いた多元蒸着法により形成し
た。まず、Euを5原子%添加したBaS粉を入れたE
B蒸発源およびAl23粉を入れたEB蒸発源を、H2
Sを導入した真空槽内に設け、それぞれのEB蒸発源か
ら同時に蒸発させることにより、400℃に加熱して回
転させた基板上に蛍光体薄膜を形成した。各々の蒸発源
の蒸発速度は、蛍光体薄膜の成膜速度が1nm/sとなるよ
うに調節した。H2Sガスの流量は10SCCMとした。
The phosphor thin film uses barium thioaluminate as a base material and Eu as a luminescent center, and is formed by a multi-source vapor deposition method using two E guns. First, E containing BaS powder added with 5 atomic% of Eu
The B evaporation source and the EB evaporation source containing Al 2 S 3 powder were mixed with H 2
The phosphor thin film was formed on the substrate which was heated to 400 ° C. and rotated by being provided in a vacuum chamber in which S was introduced and simultaneously evaporating from each EB evaporation source. The evaporation rate of each evaporation source was adjusted so that the film formation rate of the phosphor thin film was 1 nm / s. The flow rate of H 2 S gas was 10 SCCM.

【0088】上部バリア薄膜形成後に、700℃の空気
中で20分間アニールすることにより、EL蛍光体積層
薄膜を得た。
After forming the upper barrier thin film, it was annealed in air at 700 ° C. for 20 minutes to obtain an EL phosphor laminated thin film.

【0089】アニール後、EL蛍光体積層薄膜の断面を
EPMAにより組成分析して、下部バリア薄膜および上
部バリア薄膜の組成を調べた。各薄膜の原子比O/Al
を表1に示す。また、化学量論組成の酸化アルミニウム
における原子比O/Al(=1.5)に対する各薄膜の
O/Alの比を、O原子量として表1に示す。
After annealing, the cross section of the EL phosphor laminated thin film was subjected to a composition analysis by EPMA to examine the compositions of the lower barrier thin film and the upper barrier thin film. Atomic ratio of each thin film O / Al
Is shown in Table 1. Table 1 shows the ratio of O / Al of each thin film to the atomic ratio O / Al (= 1.5) in stoichiometric aluminum oxide as O atomic weight.

【0090】また、モニターとして、上記真空槽内にお
いて、同時にSi基板上にも前記EL蛍光体積層薄膜を
形成した後、同時にアニールを行った。この積層薄膜中
の蛍光体薄膜を、蛍光X線分析により組成分析した結
果、この薄膜中における原子比(任意単位)は、 Ba: 8.36、 Al:17.81、 O : 3.38、 S :31.15、 Eu: 0.41 であった。すなわち、BaxAlyzw :Euにおけ
る原子比は、 Al/Ba=y/x=2.13、 O/(S+O)=z/(w+z)=0.10、 (x+3y/2)/(z+w)=1.02 であった。なお、Si基板上とEL素子中とで、Bax
Alyzw:Eu薄膜の組成が同じとなることは、あ
らかじめ確認してある。
As a monitor, in the vacuum chamber, the EL phosphor laminated thin film was simultaneously formed on the Si substrate, and then simultaneously annealed. As a result of composition analysis of the phosphor thin film in this laminated thin film by fluorescent X-ray analysis, the atomic ratio (arbitrary unit) in this thin film was: Ba: 8.36, Al: 17.81, O: 3.38, S: 31.15 and Eu: 0.41. That, Ba x Al y O z S w: atomic ratio in Eu is, Al / Ba = y / x = 2.13, O / (S + O) = z / (w + z) = 0.10, (x + 3y / 2) /(Z+w)=1.02. It should be noted that Ba x on the Si substrate and in the EL element
It has been confirmed in advance that the Al y O z Sw : Eu thin films have the same composition.

【0091】次に、このEL蛍光体積層薄膜上に、IT
Oターゲットを用いたRFマグネトロンスパッタリング
法により、基板温度250℃で膜厚200nmのITO透
明電極(上部電極3B)を形成し、EL素子を完成し
た。
Next, on the EL phosphor laminated thin film, IT
An ITO transparent electrode (upper electrode 3B) having a film thickness of 200 nm was formed at a substrate temperature of 250 ° C. by an RF magnetron sputtering method using an O target to complete an EL element.

【0092】このEL素子の上部電極および下部電極か
ら電極を引き出し、1kHzでパルス幅50μsの両極性電
界を印加して発光特性を測定した。結果を表1に示す。
Electrodes were extracted from the upper electrode and the lower electrode of this EL device, and a bipolar electric field having a pulse width of 50 μs was applied at 1 kHz to measure the emission characteristics. The results are shown in Table 1.

【0093】[0093]

【表1】 [Table 1]

【0094】表1から本発明の効果が明らかである。す
なわち、バリア薄膜中のO原子量が本発明で限定する範
囲内である本発明のEL素子では、化学量論組成とほぼ
一致する酸化物からなるバリア薄膜を有するEL素子に
比べ、著しく高い輝度が得られている。
The effect of the present invention is clear from Table 1. That is, the EL element of the present invention in which the amount of O atoms in the barrier thin film is within the range defined by the present invention has a significantly higher brightness than the EL element having the barrier thin film made of an oxide having a stoichiometric composition. Has been obtained.

【0095】また、比較のために、上記EL蛍光体積層
薄膜に替えて、上記蛍光体薄膜を単独で形成したほかは
上記と同様にしてEL素子を作製し、発光特性を評価し
たところ、輝度は5cd/m2にすぎず、本発明に従ってバ
ッファ薄膜およびバリア薄膜を設けることによりEL素
子の輝度を飛躍的に向上できることが確認できた。
For comparison, an EL device was prepared in the same manner as above except that the phosphor thin film was formed alone instead of the EL phosphor laminated thin film, and the light emitting characteristics were evaluated. Was only 5 cd / m 2 , and it was confirmed that the brightness of the EL element can be dramatically improved by providing the buffer thin film and the barrier thin film according to the present invention.

【0096】なお、本発明のEL素子に対し、加速試験
により輝度半減寿命を評価したところ、30000時間
であった。これに対し、上部バッファ薄膜の厚さを40
0nmとしたほかは上記本発明のEL素子と同じ構成のE
L素子についても同様な評価を行ったところ、輝度半減
寿命は2000時間であった。また、本発明のEL蛍光
体積層薄膜に替えて蛍光体薄膜を単独で形成したEL素
子では、輝度半減寿命が数十分にすぎなかった。この結
果から、本発明により寿命特性が著しく改善できること
がわかる。
When the luminance half life of the EL device of the present invention was evaluated by an acceleration test, it was 30,000 hours. On the other hand, if the thickness of the upper buffer thin film is 40
E having the same structure as the EL element of the present invention except that it is 0 nm.
When the L element was also evaluated in the same manner, the luminance half life was 2000 hours. Further, in the EL element in which the phosphor thin film alone was formed instead of the EL phosphor laminated thin film of the present invention, the luminance half life was only several tens of minutes. From this result, it is understood that the present invention can significantly improve the life characteristics.

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

【図1】本発明のEL蛍光体積層薄膜の構成例を示す断
面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of an EL phosphor laminated thin film of the present invention.

【図2】本発明のEL蛍光体積層薄膜の他の構成例を示
す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another structural example of the EL phosphor laminated thin film of the present invention.

【図3】本発明のEL蛍光体積層薄膜の他の構成例を示
す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another configuration example of the EL phosphor laminated thin film of the present invention.

【図4】EL素子の一部を切り出して示す斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view showing a part of an EL element cut out.

【図5】2重絶縁型構造のEL素子の一部を切り出して
示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a part of an EL element having a double insulating structure by cutting out.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 基板 3A 下部電極 3B 上部電極 4 絶縁層 4A 下部絶縁層 4B 上部絶縁層 5 発光層 50 EL蛍光体積層薄膜 51 蛍光体薄膜 52 バッファ薄膜 52A 下部バッファ薄膜 52B 上部バッファ薄膜 53 バリア薄膜 53A 下部バリア薄膜 53B 上部バリア薄膜 2 substrates 3A lower electrode 3B upper electrode 4 insulating layers 4A Lower insulating layer 4B Upper insulating layer 5 Light emitting layer 50 EL phosphor laminated thin film 51 Phosphor thin film 52 buffer thin film 52A Lower buffer thin film 52B Upper buffer thin film 53 Barrier thin film 53A Lower barrier thin film 53B Upper barrier thin film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05B 33/20 H05B 33/20 Fターム(参考) 3K007 AB02 AB11 CA01 CA02 CA03 CA04 CB01 DA02 DB01 DC04 EB05 EC01 EC02 FA03 4H001 CA04 XA08 XA12 XA13 XA16 XA20 XA31 XA38 XA49 XA56 YA63 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H05B 33/20 H05B 33/20 F term (reference) 3K007 AB02 AB11 CA01 CA02 CA03 CA04 CB01 DA02 DB01 DC04 EB05 EC01 EC02 FA03 4H001 CA04 XA08 XA12 XA13 XA16 XA20 XA31 XA38 XA49 XA56 YA63

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成されたEL蛍光体積層薄膜
であって、 前記基板側から、母体材料と発光中心とを含有する蛍光
体薄膜と、硫化物を含有し、厚さが30〜300nmであ
るバッファ薄膜と、酸化物を含有し、厚さが5〜150
nmであるバリア薄膜とがこの順で積層されており、 バリア薄膜に含有される酸化物における酸素の原子比
が、化学量論組成のその酸化物における酸素の原子比に
対し94%超100%未満であるEL蛍光体積層薄膜。
1. An EL phosphor laminated thin film formed on a substrate, which comprises, from the substrate side, a phosphor thin film containing a host material and an emission center, and a sulfide and having a thickness of 30 to 30. Contains a buffer thin film of 300 nm and oxide, and has a thickness of 5 to 150
A barrier thin film having a thickness of nm is laminated in this order, and the atomic ratio of oxygen in the oxide contained in the barrier thin film is more than 94% and 100% of the atomic ratio of oxygen in the oxide of the stoichiometric composition. An EL phosphor laminated thin film which is less than.
【請求項2】 バリア薄膜に含有される酸化物における
酸素の原子比が、化学量論組成のその酸化物における酸
素の原子比に対し94.3〜99.9%である請求項1
のEL蛍光体積層薄膜。
2. The atomic ratio of oxygen in the oxide contained in the barrier thin film is 94.3 to 99.9% with respect to the atomic ratio of oxygen in the oxide having a stoichiometric composition.
EL phosphor laminated thin film.
【請求項3】 前記基板と前記蛍光体薄膜との間に、第
2のバッファ薄膜が設けられている請求項1または2の
EL蛍光体積層薄膜。
3. The EL phosphor laminated thin film according to claim 1, wherein a second buffer thin film is provided between the substrate and the phosphor thin film.
【請求項4】 前記基板と前記第2のバッファ薄膜との
間に、第2のバリア薄膜が設けられている請求項3のE
L蛍光体積層薄膜。
4. The E of claim 3, wherein a second barrier thin film is provided between the substrate and the second buffer thin film.
L phosphor laminated thin film.
【請求項5】 前記バッファ薄膜に含有される硫化物が
硫化亜鉛である請求項1〜4のいずれかのEL蛍光体積
層薄膜。
5. The EL phosphor laminated thin film according to claim 1, wherein the sulfide contained in the buffer thin film is zinc sulfide.
【請求項6】 前記バリア薄膜に含有される酸化物が酸
化アルミニウムである請求項1〜5のいずれかのEL蛍
光体積層薄膜。
6. The EL phosphor laminated thin film according to claim 1, wherein the oxide contained in the barrier thin film is aluminum oxide.
【請求項7】 前記母体材料が、アルカリ土類チオアル
ミネート、アルカリ土類チオガレートおよびアルカリ土
類チオインデートから選ばれた少なくとも1種の化合物
の硫黄の一部を酸素で置換したオキシサルファイドを主
成分とするものであり、前記発光中心が希土類元素であ
る請求項1〜6のいずれかのEL蛍光体積層薄膜。
7. The main component is oxysulfide in which at least one compound selected from alkaline earth thioaluminates, alkaline earth thiogallates and alkaline earth thioindates is substituted with oxygen for part of sulfur. The EL phosphor laminated thin film according to any one of claims 1 to 6, wherein the emission center is a rare earth element.
【請求項8】 前記蛍光体薄膜に含有される母体材料お
よび発光中心が、下記組成式で表される組成をもつ請求
項1〜7のいずれかのEL蛍光体積層薄膜。 組成式 Axyzw:M [前記組成式において、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba
および希土類元素から選ばれた少なくとも1種の元素、
Bは、Al、GaおよびInから選ばれた少なくとも1
種の元素であり、x、y、zおよびwは原子比を表し、 x=1〜5、 y=1〜15、 z=0〜30(0を除く)、 w=0〜30(0を除く) であり、Mは、発光中心となる元素を表す]
8. The EL phosphor laminated thin film according to claim 1, wherein the host material and the emission center contained in the phosphor thin film have a composition represented by the following composition formula. Formula A x B y O z S w : in M [the composition formula, A is, Mg, Ca, Sr, Ba
And at least one element selected from rare earth elements,
B is at least 1 selected from Al, Ga and In
X, y, z and w represent atomic ratios, x = 1-5, y = 1-15, z = 0-30 (excluding 0), w = 0-30 (0 Except), and M represents an element serving as a luminescence center.]
【請求項9】 前記組成式において、zとwとの関係が z/(z+w)=0.01〜0.85である請求項8の
EL蛍光体積層薄膜。
9. The EL phosphor laminated thin film according to claim 8, wherein in the composition formula, the relationship between z and w is z / (z + w) = 0.01 to 0.85.
【請求項10】 前記組成式において、xとyとの関係
が y/x=2.1〜3.0 である請求項8または9のEL蛍光体積層薄膜。
10. The EL phosphor laminated thin film according to claim 8, wherein in the composition formula, the relationship between x and y is y / x = 2.1 to 3.0.
【請求項11】 前記発光中心がEuである請求項1〜
10のいずれかのEL蛍光体積層薄膜。
11. The luminescent center is Eu.
10. The EL phosphor laminated thin film of any one of 10.
【請求項12】 請求項1〜11のいずれかの前記EL
蛍光体積層薄膜を有するEL素子。
12. The EL according to any one of claims 1 to 11.
An EL device having a phosphor laminated thin film.
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