JP2004356024A - 複合基板とｅｌ素子の製造方法、および複合基板とｅｌ素子の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来にない簡単かつ低コストに厚膜絶縁体層の表面を平坦化することができ、これを用いた複合基板及び発光特性の良好なＥＬ素子の製造方法、製造装置を提供する。
【解決手段】電気絶縁性を有する基板１１の一方の側に第１の電極層１２を形成する第１の工程と、前記第１の電極層１２上に粉体又は粒体上のセラミックス材料を用いた厚膜グリーンを形成し、この厚膜グリーンを焼成して厚膜絶縁体層１３を形成する第２の工程と、前記厚膜絶縁体層の多数の凹凸を有する表面に、摩擦ヘッドを摺り合わせることで、前記凹凸を有する表面の構成材料により凹部内が充填されるか、あるいは前記凹部の内面の少なくとも一部が覆われる第３の工程とを有する複合基板の製造方法およびこの方法に使用される製造装置とした。
【選択図】 図１
【解決手段】電気絶縁性を有する基板１１の一方の側に第１の電極層１２を形成する第１の工程と、前記第１の電極層１２上に粉体又は粒体上のセラミックス材料を用いた厚膜グリーンを形成し、この厚膜グリーンを焼成して厚膜絶縁体層１３を形成する第２の工程と、前記厚膜絶縁体層の多数の凹凸を有する表面に、摩擦ヘッドを摺り合わせることで、前記凹凸を有する表面の構成材料により凹部内が充填されるか、あるいは前記凹部の内面の少なくとも一部が覆われる第３の工程とを有する複合基板の製造方法およびこの方法に使用される製造装置とした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体と電極を有する複合基板の製造方法、この製造方法により得られた複合基板を用いたエレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ素子）の製造方法、複合基板、ＥＬ素子の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電界の印加によって物質が発光する現象をエレクトロルミネセンス（ＥＬ）といい、この現象を用いた素子は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や時計のバックライトとして実用化されている。
【０００３】
ＥＬ素子には粉末蛍光体を有機物やホウロウに分散させ、上下に電極を設けた構造をもつ分散型素子と、電気絶縁性の基板上に２つの電極と２つの薄膜絶縁体の間に挟む形で形成した薄膜蛍光体を用いた薄膜型の素子がある。また、それぞれについて、駆動方式により直流電圧駆動型、交流電圧駆動型がある。分散型ＥＬ素子は古くから知られており、製造が容易であるという利点があるが、輝度が低く寿命も短いのでその利用は限られていた。一方、薄膜型ＥＬ素子は高輝度、長寿命という特性を有することから、近年広く利用されている。
【０００４】
従来の薄膜ＥＬ素子は、液晶ディスプレイやＰＤＰ等に用いられている青板ガラスなどの透明基板上に膜厚０．２μｍ〜１μｍ程度のＩＴＯなどからなり所定のストライプ状のパターンを有する透明電極層、薄膜透明第１絶縁体層、０．２μｍ〜１μｍ程度の膜厚の発光層、薄膜透明第２絶縁体層とが積層され、さらに透明電極層と直交するようにストライプ状にパターニングされたＡｌ薄膜等の電極層が形成され、透明電極層と電極層で構成されるマトリックスで選択された特定の発光体に電圧を選択的に印加することにより特定画素の発光体を発光させ、その発光を基板側から取り出す。このような薄膜絶縁体層は発光層内を流れる電流を制限する機能を有し薄膜ＥＬ素子の絶縁破壊を抑えることが可能であり安定な発光特性が得られることに寄与し、この構造の薄膜ＥＬ素子は商業的にも広く実用化されている。
【０００５】
しかしながら、このような薄膜ＥＬ素子は、絶縁体層が薄膜で形成されているため、大面積のディスプレイとしたとき、透明電極のパターンエッジの段差部や、製造工程で発生するゴミ等による薄膜絶縁体の欠陥を皆無にすることが難しく、局所的な絶縁耐圧の低下により発光層の破壊が生じるという構造上の問題があった。このような欠陥は、ディスプレイデバイスとして致命的な問題となる。特に、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイと比較した場合、大面積のディスプレイとして広く実用化する上で大きな問題となっていた。
【０００６】
このような薄膜絶縁体の欠陥が生じるという問題を解決するため、下記特許文献５（特公平７−４４０７２公報）に基板として電気絶縁性のセラミック基板を用い、発光体下部の薄膜絶縁体のかわりに、印刷・塗布などを用いた厚膜法にて厚膜誘電体を形成したＥＬ素子が開示されている。このＥＬ素子は従来の薄膜ＥＬ素子の構造とは異なり、発光体の発光を基板とは反対の上部側から取り出すため、透明電極層は上部に構成されている。
【０００７】
このＥＬ素子では厚膜絶縁体層は数１０μｍ 〜数１００μｍ と薄膜絶縁体層の数１００〜数１０００倍の厚さに形成される。そのため、電極の段差や製造工程のゴミ等によって形成されるピンホールに起因する絶縁破壊が非常に少なく、高い信頼性と製造時の高い歩留まりを得ることができるという利点を有している。また、この厚膜絶縁体層を用いることによって発光層に印加される実効電圧が降下する問題を生じるが、例えば前記特許文献５では鉛を含む複合ペロブスカイト高誘電率材料を厚膜絶縁体層に用いることによりこの問題を改善している。
【０００８】
このように、セラミックス高誘電率誘電体厚膜を用いることにより、下部電極層のパターンエッジの段差部や、製造工程で発生するゴミ等による薄膜絶縁体の欠陥を回避し、局所的な絶縁耐圧の低下により発光層の破壊が生じるといった問題を解決することができる。
【０００９】
しかしながら、厚膜絶縁体層上に形成される発光層は数１００ｎｍと厚膜絶縁体層の１／１００程度の厚さしか有していない。このため、厚膜絶縁体層は、その表面が発光層の厚み以下のレベルで平滑でなければならないが、通常の厚膜工程で作製された誘電体表面を十分平滑にすることは困難であった。
【００１０】
すなわち、厚膜絶縁体層は本質的に粉体原料を用いたセラミックスで構成されるため、緻密に焼結させるためには通常３０〜４０％程度の体積収縮を生じる。通常のセラミックスが焼結時に３次元的に体積収縮して緻密化するのに対し、基板上に形成された厚膜セラミックスの場合、厚膜は基板に拘束されているため、基板の面内方向には収縮できず、厚さ方向に１次元的にしか体積収縮できない。このため厚膜絶縁体層の焼結は不十分なまま本質的に多孔質体となってしまう。さらに厚膜の表面粗さは、多結晶焼結体の結晶粒サイズ以下にはならないため、その表面はサブミクロンサイズ以上の凹凸形状になる。
【００１１】
このように厚膜絶縁体層の表面の欠陥、あるいは膜質が多孔質であることや凹凸形状であると、その上に蒸着法やスパッタリング法で形成される発光層が表面形状に追随して均一に形成する事が出来ない。このため、このような基板の非平坦部に形成された発光層部には効果的に電界を印加できないために、有効発光面積が減少することや、膜厚の局所的な不均一性から発光層が部分的に絶縁破壊して発光輝度の低下を生じ、信頼性の上でも問題があった。さらに、膜厚が局所的に大きく変動するため、発光層に印加される電界強度が局所的に大きくばらつき、明確な発光電圧しきい値が得られないという問題があった。
【００１２】
このような問題を解決するために、下記特許文献４（特開平７−５０１９７公報）では、ニオブ酸鉛からなる厚膜誘電体表面にゾル−ゲル法によって形成されるチタン酸ジルコン酸鉛等の高誘電率層を積層し表面の平坦性を改善する事が開示されている。
【００１３】
しかしながら、前記のゾル−ゲル法を用いても簡便に十分な表面の平坦化処理を行うことが困難な場合がある。例えば、下地の凹凸や低密度（ポアが多い）などの原因により、ゾル−ゲル液が凹部やポア部に染み込み、所望の層を形成させるには、複数回の塗布を要し、工程数の増加によってコストアップにつながる。またゾル−ゲル法にて１μｍを超えるような膜厚で層を形成しようとすると、通常、応力の関係からクラックが生じてしまう。逆に応力に耐えるように膜自体をポアにする方法もあるが、それでは平坦化およびバリア層の効果が得られない。
【００１４】
厚膜絶縁体層焼成前に平坦化を達成する目的の技術も開示されおり、厚膜絶縁体層焼成前に金型プレスあるいは加圧ロール処理することが特開２００１−２５０６７７号公報に、厚膜絶縁体層焼成前に温間静水圧プレス処理することが特開２００２−０６３９８７号公報に、厚膜絶縁体層焼成前にラビング処理することが特開２００２−２８０１７３号公報に記載されている。
【００１５】
しかし、誘電体焼成後に行う機械的研磨では、研磨砥粒ペーストによる汚染の問題を解決するのは困難である。また、下記特許文献６（特開昭６４−６３２９２号公報）には、誘電体表面をスパッタエッチング法、サンドブラスト法で処理する手法が記載されている。しかし、スパッタエッチング法に関しては、真空装置使用によるタクト時間の増加など製造工程的に不利である。サンドブラスト法に関しては、厚膜絶縁体層静電破壊の問題を解決しなければならない。さらに誘電体焼成前に各種表面平坦化処理を施す方法は、数１０μｍ以上の大きなうねりを軽減する効果は認められるが、焼成によりバインダー樹脂成分が抜けることで発生するポアに関しては効果が得られない。
【００１６】
結局、厚膜絶縁体層焼成後の処理は行わずに、ゾル−ゲル液を使用して複数回塗布・焼成を繰り返し行って所望の表面性を実現させているのが現状である。つまり工程数も多く、コスト的にも不利なため、より簡便な方法で良好な厚膜絶縁体層表面が得られる方法が望まれていた。
【００１７】
【特許文献１】
特開２００１−２５０６７７号公報
【特許文献２】
特開２００２−０６３９８７号公報
【特許文献３】
特開２００２−２８０１７３号公報
【特許文献４】
特開平７−５０１９７公報
【特許文献５】
特公平７−４４０７２号公報
【特許文献６】
特開昭６４−６３２９２号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、発光特性の異常、発光輝度の低下、耐圧欠陥の発生を防止した複合基板とＥＬ素子の製造方法、ＥＬ素子の製造装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
すなわち上記目的は、以下の本発明の構成により達成される。
（１） 電気絶縁性を有する基板の一方の側に第１の電極層を形成する第１の工程と、
前記第１の電極層上に粉体または粒体状のセラミックス材料を用いた厚膜グリーンを形成し、この厚膜グリーンを焼成して厚膜絶縁体層を形成する第２の工程と、
前記厚膜絶縁体層の多数の凹凸を有する表面に、摩擦ヘッドを摺り合わせることで、前記凹凸を有する表面の構成材料により凹部内が充填されるか、あるいは前記凹部の内面の少なくとも一部が覆われる第３の工程と、
を有する複合基板の製造方法。
（２） 前記摩擦ヘッドが、砥粒を含まない面を有する上記（１）の複合基板の製造方法。
（３） 前記摩擦ヘッドが、前記基板と平行な平面を有する上記（１）または（２）の複合基板の製造方法。
（４） 上記（１）〜（３）のいずれかの方法で複合基板を形成し、
さらに前記厚膜絶縁体層上に発光層を形成する第４の工程と、
前記発光層上に第２の電極層を形成する第５の工程と、
を有するＥＬ素子の製造方法。
（５） 電気絶縁性を有する基板の一方の側に第１の電極層が形成され、前記第１の電極層上に粉体または粒体状のセラミックス材料を用いた厚膜グリーンを焼成した厚膜絶縁体層が形成されている複合基板の製造装置であって、
前記厚膜絶縁体層の多数の凹凸を有する表面に、摩擦ヘッドを摺り合わせて前記凹凸を有する表面の構成材料により凹部内を充填させるか、あるいは前記凹部の内面の少なくとも一部が覆われるように平坦化する複合基板の製造装置。
（６） 前記摩擦ヘッドが、砥粒を含まない面を有する上記（５）の複合基板の製造装置。
（７） 前記摩擦ヘッドが、前記基板と平行な平面を有する上記（５）または（６）の複合基板の製造装置。
（８） 上記（５）〜（７）の複合基板上にはさらに発光層および第２の電極が形成されるＥＬ素子の製造装置。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の方法により製造される複合基板、これを用いたＥＬ素子の基本構成例を示す。本発明の方法により製造される複合基板は、電気絶縁性を有する基板１１上に、所定のパターンを有する第一の電極（下部電極）層１２と、その上に厚膜法で形成された厚膜絶縁体層（誘電体層）１３とを有する。また、このような複合基板を有するＥＬ素子は、前記厚膜絶縁体１３上にゾルゲル平坦化層１４、薄膜絶縁体層１５、発光層１６、薄膜絶縁層１７、第二の電極層である透明電極１８を有している。
【００２１】
このうち、ゾルゲル平坦化層１４、薄膜絶縁体層１５、薄膜絶縁体層１７は省略してもよいが、これらの層を備えることが好ましい。
【００２２】
下部電極層１２と上部透明電極層１８はそれぞれストライプ状に形成され、互いに直交する方向に配置される。この下部電極層と上部透明電極層をそれぞれ選択し、両電極の直交部の発光層に選択的に電圧を印加することによって特定画素の発光を得ることが可能である。
【００２３】
基板は電気絶縁性を有しその上に形成される下部電極層、厚膜絶縁体層を汚染することなく、所定の耐熱強度を維持できるもので有れば特に限定されるものではない。
【００２４】
具体的な材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英ガラス（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、ベリリア（ＢｅＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）等のセラミック基板や結晶化ガラスや、高耐熱ガラス等を用いてもよく、またホウロウ処理を行った金属基板等も使用可能である。
【００２５】
これらのなかでも特にアルミナ基板が好ましく、熱伝導性が必要な場合にはベリリア、窒化アルミニウム、炭化シリコン等が好ましい。基板材料として厚膜絶縁体層と同じ組成物を用いた場合、熱膨張の違いによる反り、剥がれ現象等を生じないので好ましい。
【００２６】
第１の電極である下部電極層は、複数のストライプ状のパターンを有するように形成され、その線幅が１画素の幅となりライン間のスペースは非発光領域となるため、極力ライン間のスペースを小さくしておくことが好ましく、目的とするディスプレイの解像度にもよるが、例えば線幅２００〜５００μｍ、スペース２０μｍ程度が必要である。
【００２７】
下部電極層の材料としては、高い導電性が得られ、かつ厚膜絶縁体層形成時にダメージを受けず、さらに厚膜絶縁体層や発光層と反応性が低い材料が好ましい。このような下部電極層材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｇ等の貴金属や、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｔ等の貴金属合金や、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ等の貴金属を主成分とし非金属元素を添加した電極材料が厚膜絶縁体層焼成時の酸化雰囲気に対する耐酸化性が容易に得られるため好ましい。また、ＩＴＯやＳｎＯ２（ネサ膜）、ＺｎＯ−Ａｌ等の酸化物導電性材料を用いてもよく、あるいは、Ｎｉ，Ｃｕ等の卑金属を用い、厚膜絶縁体層を焼成するときの酸素分圧をこれらの非金属が酸化されない範囲に設定して用いることもできる。
【００２８】
下部電極層は、通常の厚膜法により製造することができる。前述のようなＡｌ２Ｏ３ や結晶化ガラスなどの電気絶縁性を有するセラミック基板上に、ＰｄやＡｇ／Ｐｄのような導体粉末にバインダーや溶媒を混合して作製された電極ペーストを、スクリーン印刷法等によりストライプ状のパターンに印刷する。
【００２９】
この電極層を、例えばベルト炉にて大気中で８００〜９００℃（８５０℃）、１０〜２０分（１５分）程度焼成することにより、電極層が形成される。
【００３０】
なお下部電極層の形成方法としては、スクリーン印刷法で直接パターンに印刷せず、全面に形成し、焼成後、通常のフォトリソグラフィーの手法を用いてエッチングで形成してもよい。また、電極層の形成方法として、印刷法に限る必要はなく、スパッタ法、蒸着法、めっき法等の公知の技術を用いればよい。
【００３１】
次いで、その上に厚膜絶縁体層を形成する。具体的には、粉末状の誘電体材料に、必要によりバインダーと溶媒を混合して作製された厚膜ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、厚膜グリーン層を形成する。あるいは、厚膜ペーストをキャスティング成膜することによりグリーンシートを形成し、これを電極上に積層してもよい。
【００３２】
以上のようにして形成された厚膜グリーン層を、所定の時間と温度で乾燥後、表面を処理して平坦・緻密化する。
【００３３】
厚膜絶縁体層は、所定の絶縁性を有していればよいが、望ましくは高誘電率でかつ高耐圧であることが必要であり、さらに基板の耐熱性を考慮して低温焼成可能な物質であることが要求される。
【００３４】
厚膜絶縁体層を構成する材料としては、特に限定されるものではなく、種々の厚膜用絶縁材料を用いることができ、特に誘電体材料を用いるとよい。例えば高誘電率系誘電体材料である、ペロブスカイト系強誘電体材料、すなわちチタン酸系複合酸化物（ＢａＴｉＯ３ ，ＰＺＴ等）や、複合ペロブスカイト型リラクサー強誘電体（ＰＭＮ，ＰＷＮ，ＰＦＷ等）、やタングステンブロンズ系強誘電体材料（ＰＢＮ，ＳＢＮ）等や、これらの複合材料が、高誘電率が得られるため、特にＥＬ素子への応用に適している。
【００３５】
厚膜ペーストの有機バインダーとしては、特に限定されるものではなく、セラミックス材のバインダーとして一般的に使用されているものの中から、適宜選択して使用すればよい。このような有機バインダーとしては、エチルセルロース、アクリル樹脂、ブチラール樹脂等が挙げられ、溶剤としては、α−ターピネオール、ブチルカルビトール、ケロシン等が挙げられる。ペースト中の有機バインダーおよび溶剤の含有量は、特に限定されるものではなく、通常使用されている量、例えば有機バインダー１〜５質量％、溶剤１０〜５０質量％程度とすればよい。
【００３６】
さらに、厚膜ペースト中には、必要に応じて各種分散材、可塑剤、絶縁体等の添加物が含有されていてもよい。
【００３７】
厚膜絶縁体層の抵抗率としては、１０８ Ω・ｃｍ以上、特に１０１０ 〜１０１８ Ω・ｃｍ程度である。
【００３８】
また、比較的高い誘電率を有する物質であることが好ましく、その誘電率εとしては、好ましくはε＝１００〜１００００程度である。膜厚としては、１００μｍ 以下、特に５〜５０μｍ が好ましく、さらには１０〜４０μｍ が好ましい。
【００３９】
本発明では、誘電体焼成前にその表面を平坦・緻密化処理することが好ましい。誘電体焼成前の平坦・緻密化処理（以下予備平坦化処理と称する）は、スクリーン印刷などによる網目のうねりを緩和し、焼結密度を高める為に行われる。この予備平坦化処理は、特開２００１−２５０６７７号公報に記載されているような機械的な金型プレスなども使用できるが、凹凸のある基板にも均一に加圧できる特開２００２−０６３９８７号公報等に記載されているような温間静水圧プレス方法が好ましい。予備平坦化処理は、必要に応じて行っても行わなくてもよいが、上記の理由から複合基板、ＥＬ素子の性能向上の面からは行うことが望ましい。
【００４０】
次に、厚膜グリーン層を焼成し、厚膜絶縁体層を形成する。
【００４１】
厚膜グリーン層の焼成条件は、その材料およびバインダーの種類に応じて適量決定すればよいが、通常、脱バインダー処理として、酸化性雰囲気中で３５０〜５００℃にて５分〜１０時間程度、脱バインダー処理後の焼成条件として６５０〜１２００℃程度である。焼成温度が前記範囲未満であると、緻密化が不十分であり、前記範囲を超えると、電極層や基板との反応が起こりやすくなる。また、焼成時の温度保持時間は５分から１時間程度が好ましい。
【００４２】
図２に未処理の厚膜絶縁体層表面ＳＥＭ写真を、図３に本発明の平坦化処理を行った厚膜絶縁体層表面ＳＥＭ写真を示す。この処理によって、厚膜絶縁体層表面の凹凸の凸部構成材料が凹部に移動するように、換言すれば凸凹やポア等が押し潰されるように埋まり、シーリング性が向上する。
【００４３】
本発明の平坦化処理とは、一般に金属部品の仕上げ研磨等に用いるバフ研磨に近似した手法を用いることが望ましい。部材としては特に限定されるものではないが、例えばフェルト、綿布、フィルム等を円筒や円盤状に成形した部材を高速回転させ、厚膜絶縁体層上に所定の圧力で接触させながら処理すればよい。また、このとき部材は研磨剤を含まないことが好ましい。
【００４４】
処理条件としては、用いる部材の種類にもよるが、例えばフェルト、不織布、綿布、クロス等を円盤状や円筒状に成形したバフ部材を用いる場合、押圧時の圧力：０．１〜１ｋｇ／ｃｍ２ 、線速度：１〜５０ｍ／ｓｅｃ 程度である。なお、バフ部材の大きさとしては、円筒状に成形したもので、直径１〜３０ｃｍ程度が取り扱い上の面から好ましい。
【００４５】
この処理は、厚膜絶縁体層表面の凹凸やポアの消滅・平坦化を目的とし行われるものであり、その平均膜厚を変化させない程度に処理することが好ましい。すなわち、研削するのではなく、凸部を滑らかにさせる程度とすればよい。
【００４６】
ここで、本発明方法に用いられる複合基板、ＥＬ素子の製造装置について一例を示して説明する。図４は、本発明装置の第１の態様を示した外観斜視図である。この例では、円筒状の摩擦ヘッド２１の端面、つまり円盤状の面を用いて処理を行う装置を示している。この端面は、被加工面となる基板に対して平行となるように配置されている。また、この摩擦ヘッドの少なくとも基板と接触する面には砥粒等の研磨剤は含まない。
【００４７】
図４において、ｘ−ｙ方向に移動可能なｘ−ｙテーブル２０上に複合基板１０が固定されている。この複合基板１０の表面には、回転可能な支持軸２２に支持された摩擦ヘッド２１が矢印ｃ方向に回転しながら押圧される。このため、摩擦ヘッド２１と凹凸を有する基板表面とが摺り合わされ、複合基板１０表面の凹凸は押しつぶされるようにして平坦化される。なお、支持軸２２は図示しない回転機構に接続され、摩擦ヘッド２１を所定の回転数で回転させるとともに、基板１０に対して一定の圧力で押圧できるようになっている。また、必要に応じて摩擦ヘッド自体が基板に対してｘ−ｙ方向に自在に移動できるようにしてもよい。
【００４８】
平坦化処理に当たっては基板面を均一に平坦化処理できるように、ｘ−ｙテーブルが駆動されるが、上記のように摩擦ヘッド２１を移動させてもよいし、両者を相互に移動させるようにしてもよい。
【００４９】
図５は本発明装置の第２の態様を示した概略側面図である。この例では、円筒状の摩擦ヘッド２１の周面を用いて処理を行う装置を示している。また、この摩擦ヘッドの少なくとも基板と接触する面には砥粒等の研磨剤は含まない。
【００５０】
図５において、ｙ方向に移動可能なテーブル２０ａ上に複合基板１０が固定されている。この複合基板１０の表面には、外枠２４に支持された摩擦ヘッド２１が矢印ｃ方向に回転しながら押圧される。この場合も、摩擦ヘッドの周面と基板表面とが摺り合わされ、複合基板１０表面の凹凸は押しつぶされるようにして平坦化される。
【００５１】
なお、外枠２４は支持軸２２を介して駆動装置２３に固定されていて、図示しない動力伝達装置により、摩擦ヘッド２１を所定の回転数で回転させるとともに、基板１０に対して一定の圧力で押圧できるようになっている。また、図示例では摩擦ヘッド２１の幅は、基板１０の幅と略同一であるため、テーブル２０はｙ方向の移動のみ行えばよいようになっているが、摩擦ヘッド２１の幅を小さくして、テーブルをｘ−ｙ方向に移動させてもよい。また、矢印ｄで示すようように、支持軸２２を左右に回動させることで、平坦化ムラを少なくすることもできる。
【００５２】
これらの装置は平坦化処理を行うための機構の一例を示したにすぎず、上記方法を実現可能なものであれば図示例の構造に規制されるものではない。
【００５３】
処理後の洗浄等は、研磨砥粒ペースト等を使用していないので、ワイプ材等でふき取る程度で良い。または、空気等のガスを吹き付けて行う乾式洗浄であっても、純水超音波洗浄などの湿式洗浄を施しても良い。
【００５４】
その後、さらにゾルゲル法によりＰＺＴ等の誘電体を溶液塗布焼成法により形成し、表面を平坦化させるとさらに効果的である。この場合、通常のゾルゲル法により平坦化してもよいが、プロパンジオールなどのジオール類（ＯＣ（ＣＨ２）ｎＯＨ）の溶媒中に金属化合物を溶解させることにより作製されるものが好ましい。金属化合物原料として、金属アルコキシドがゾルゲル溶液作製にはよく用いられるが、金属アルコキシドは加水分解しやすいので、高密度溶液を作製する場合、原料の析出沈殿や溶液の同化を防ぐためにアセチルアセトネート化合物およびその誘導体を用いるのが好ましい。
【００５５】
ゾルゲル平坦化層の膜厚としては、０．１〜５μｍ 、特に０．５μｍ 以上が好ましい。
【００５６】
本発明の複合基板は、その上に発光層、他の絶縁層、他の電極層（第二の電極層）等の機能性膜を形成することにより、ＥＬ素子とすることができる。特に本発明の複合基板の厚膜絶縁体層に高誘電率材料を用いることで、良好な特性のＥＬ素子を得ることができる。本発明の複合基板は焼結材料であるため、機能性膜である発光層を形成した後に加熱処理を行うようなＥＬ素子にも適している。
【００５７】
発光層の材料としては、例えば、月刊ディスプレイ ’９８ ４月号 最近のディスプレイの技術動向 田中省作 ｐ１〜１０に記載されているような材料を挙げることができる。具体的には、赤色発光を得る材料として、ＺｎＳ、Ｍｎ／ＣｄＳＳｅ等、緑色発光を得る材料として、ＺｎＳ：ＴｂＯＦ、ＺｎＳ：Ｔｂ等、青色発光を得るための材料として、ＳｒＳ：Ｃｅ、（ＳｒＳ：Ｃｅ／ＺｎＳ）ｎ、Ｃａ２Ｇａ２Ｓ４：Ｃｅ、Ｓｒ２Ｇａ２Ｓ４：Ｃｅ等を挙げることができる。
【００５８】
また、白色発光を得るものとして、ＳｒＳ：Ｃｅ／ＺｎＳ：Ｍｎ等が知られている。
【００５９】
なお、上記したＥＬ素子は単一発光層のみを有するように説明しているが、本発明のＥＬ素子は、このような構成に限定されるものではなく、膜厚方向に発光層を複数積層してもよいし、マトリックス状にそれぞれ種類の異なる発光層（画素）を組み合わせて平面的に配置するような構成としてもよい。
【００６０】
これらのなかでも、上記ＩＤＷ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ）’９７ Ｘ．Ｗｕ ”Ｍｕｌｔｉｃｏｌｏｒ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｈｙｂｒｉｄ ＥＬ Ｄｉｓｐｌａｙｓ” ｐ５９３ ｔｏ ５９６ で検討されている、ＳｒＳ：Ｃｅの青色発光層を有するＥＬに本発明を適用することにより特に好ましい結果を得ることができる。
【００６１】
発光層の膜厚としては、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、特に３００〜１５００ｎｍ程度である。
【００６２】
発光層の形成方法は、気相堆積法を用いることができる。気相堆積法としては、スパッタ法や蒸着法等の物理的気相堆積法や、ＣＶＤ法等の化学的気相堆積法を挙げることができる。
【００６３】
また、特に上記ＩＤＷに記載されているように、ＳｒＳ：Ｃｅの発光層を形成する場合には、Ｈ２Ｓ雰囲気下、エレクトロンビーム蒸着法により形成すると、高純度の発光層を得ることができる。
【００６４】
発光層の形成後、好ましくは加熱処理を行う。加熱処理は、基板側から電極層、絶縁層、発光層と積層した後に行ってもよいし、基板側から電極層、絶縁層、発光層、絶縁層、あるいはこれに電極層を形成した後にアニールしてもよい。熱処理の温度は、好ましくは３００〜基板の焼結温度、より好ましくは４００〜９００℃程度、処理時間は１０〜６００分、特に１０〜１８０分程度である。アニール処理時の雰囲気としては、大気雰囲気中、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ雰囲気中で行うことができる。また、６００℃以上の高温で処理を行う場合には、Ｎ２ 、Ａｒ、Ｈ２ 等の不活性ガス雰囲気が好ましい。
【００６５】
発光層の上下に形成される上部または下部薄膜絶縁体層は、前記したように省略してもよいがこれを有することが好ましい。
【００６６】
この薄膜絶縁体層は、その機能として発光層と厚膜絶縁体層との間の界面の電子状態を調節し発光層への電子注入を安定化、効率化する事と、この電子状態が発光層の両面で対象的に構成することにより交流駆動時の発光特性の正負対称性を改善することが主要な目的であり、発光層厚膜絶縁体層の役割である絶縁耐圧を保持する機能を考慮する必要はないため膜厚は小さくてよい。
【００６７】
この薄膜絶縁体層は抵抗率として、１０８Ω・ｃｍ以上、特に１０１０〜１０１８Ω・ｃｍ程度が好ましい。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＝３以上である。この薄膜絶縁体層の構成材料としては、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、等を用いることができる。また、薄膜絶縁体層を形成する方法としては、スパッタ法や蒸着法、ＣＶＤ法を用いることができる。また、薄膜絶縁体層の膜厚としては、好ましくは１０〜１０００ｎｍ、特に好ましくは２０〜２００ｎｍ程度である。
【００６８】
透明電極層は膜厚０．２μｍ〜１μｍのＩＴＯやＳｎＯ２（ネサ膜）、ＺｎＯ−Ａｌ等の酸化物導電性材料等が用いられる。透明電極層の形成方法としては、スパッタ法のほか蒸着法等の公知の技術を用いればよい。
【００６９】
本発明の薄膜ＥＬ素子は、焼成により得られる基板材料を用いることにより、高輝度の青色発光が可能な発光層も容易に得られ、しかも、発光層が積層される厚膜絶縁体層の表面が平坦、平滑であるため、高性能、高精細のカラーディスプレイを構成することもできる。また、比較的製造工程が容易であり、製造コストを低く抑えることができる。そして、効率の良い、高輝度の青色発光が得られることから、白色発光の素子としてカラーフィルターと組み合わせてもよい。
【００７０】
カラーフィルター膜には、液晶ディスプレイ等で用いられているカラーフィルターを用いればよいが、ＥＬ素子の発光する光に合わせてカラーフィルターの特性を調整し、取り出し効率、色純度を最適化すればよい。
【００７１】
本発明の薄膜ＥＬ素子は、通常、パルス駆動、交流駆動され、その印加電圧は、５０〜３００Ｖ程度である。
【００７２】
なお、上記例では、複合基板の応用例として、薄膜ＥＬ素子について記述したが、本発明の複合基板はこのような用途に限定されるものではなく、種々の電子材料等に適用可能である。例えば、薄膜／厚膜ハイブリツド高周波用コイル素子等への応用が可能である。
【００７３】
【実施例】
次に、実施例により本発明をより具体的に説明する。
【００７４】
まず、下部電極としてレジネート金ペースト（ヘラウスＲＰ２００３／２３７−２２％）を、９６％Ａｌ２Ｏ３ 基板上に１．５ｍｍ幅、ギャップ０．５ｍｍのストライプ状のパターンに印刷し、１１０℃で数分間乾燥を行った後、８５０℃で１５分焼成を行い、膜厚１μｍの金電極を形成した。
【００７５】
この下部電極が形成された基板上に、さらにスクリーン印刷法により厚膜ペーストを印刷・乾燥し、厚膜グリーン層を形成した。
【００７６】
厚膜ペーストは、平均粒径が約０．２〜０．３μｍのＰｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３ ）Ｏ３ −ＰｂＴｉＯ３ 粉末原料に、焼結助剤としてＰｂＯ−ＣｕＯを約７ｗｔ％添加したものを用い、バインダーとして、エチルセルロース（平均分子量２０，０００）５ｗｔ％と溶媒としてα−ターピネオール３０〜５０ｗｔ％、不飽和脂肪酸系分散剤０．５ｗｔ％、フタル酸エステル系可塑剤２ｗｔ％混合することにより作製した。
【００７７】
厚膜法によって形成された厚膜グリーン層を、液温３０℃−圧力３ｔ／ｃｍ２−保持時間１ｍｉｎにて温間静水圧プレス処理した。その後、ベルト炉を用い、十分な空気を供給した雰囲気で８５０℃−２０ｍｉｎの保持時間条件で焼成した。焼成後で約２０μｍの膜厚であった。
【００７８】
比較例１および２は、未処理で次の工程に進み、実施例１は、図４に示すような装置を用い、回転数１０，０００ｒｐｍ、直径１０ｍｍの円筒状回転ポリッシングディスク（フェルト）を圧力１ｋｇｆ／ｃｍ２の条件で押し付けながら平坦化処理を施した後、次の工程に進んだ。なお汚染原因となる研磨砥粒ペーストは使用しておらず、処理後ワイプ材で軽く拭取ってゴミ等を除去した。
【００７９】
この基板に、溶液塗布焼成法を用いてゾル−ゲル平坦化層であるＰＺＴ厚膜絶縁体層を形成した。溶液塗布焼成法による形成方法として、以下の方法で作製したゾル−ゲル液をＰＺＴ前駆体溶液として基板にスピンコーティング法にて塗布し、７００℃で１５分間焼成した。
【００８０】
基本的なゾルゲル液の作製方法は、８．４９ｇの酢酸鉛三水和物と４．１７ｇの１，３プロパンジオールを約２時間、加熱攪拌し、透明な溶液を得た。これとは別に、３．７０ｇのジルコニウム・ノルマルプロポキシド７０ｗｔ％１−プロパノール溶液と、１．５８ｇのアセチルアセトンを乾燥窒素雰囲気中で３０分間加熱攪拌し、これに３．１４ｇのチタニウム・ジイソプロポキシド・ビスアセチルアセトネート７５ｗｔ％２−プロパノール溶液と、２．３２ｇの１，３プロパンジオールを加え、更に２時間加熱攪拌した。これら２つの溶液を８０℃で混合し、乾燥窒素雰囲気中で２時間加熱攪拌し、褐色透明な溶液を作製した。この溶液を１３０℃で数分間保持することにより副生成物を取り除き、さらに３時間加熱攪拌することによりＰＺＴ前駆体溶液を作製した。この前駆体溶液は、スピンコーティングに適するように溶媒にて希釈し、粘度を２０ｃｐとした。
【００８１】
比較例１及び実施例１においては、１回塗布・焼成のみとした。また比較例２においては、ＰＺＴ前駆体溶液を３回塗布・焼成を繰り返した。
【００８２】
以上の実施例、比較例において、溶液塗布焼成法によるゾル−ゲル平坦化層形成後に表面性を測定した。結果を表１に示す。
【００８３】
【表１】
【００８４】
表面性の測定は、レーザーテック株式会社製、高詳細コンフォーカル顕微鏡ＶＨ２０００を用いて行った。表面粗さの算出はＪＩＳＢ０６０１に準拠し、測定機付帯の計測コマンドにて行った。なお測定長は７０μｍとした。
【００８５】
ＥＬ素子は、上記実施例および比較例で作製された複合基板上に、気相堆積法にて、ＴｉＯ３Ｂａバリア層（４００ｎｍ）、Ａｌ２Ｏ３下部薄膜絶縁層（３０ｎｍ）、蛍光層、Ａｌ２Ｏ３ 上部薄膜絶縁層（７０ｎｍ）、ＩＴＯ透明電極層（２００ｎｍ）を順に積層して作製した。
【００８６】
なお蛍光層は、バリウムチオアルミネートを母体材料・Ｅｕを発光中心として用いた２００ｎｍの層をＺｎＳ１００ｎｍで上下挟み込んだ構造となっている。
【００８７】
発光特性は、得られた素子構造の下部電極層、透明電極層から電極を引き出し、１２０Ｈｚのパルス幅１００μｓの電界を印加して測定した。
【００８８】
比較例１はほとんど発光せず、２００Ｖ加電圧時で輝度は１ｃｄ／ｍ２ であった。
【００８９】
比較例２と実施例１においては、同様な輝度−加電圧曲線を描き、２００Ｖ加電圧時で、共に輝度は１５０ｃｄ／ｍ２ であった。
【００９０】
比較例１と実施例１の比較により、本発明の平坦化処理を行った厚膜絶縁体層はゾル−ゲル法による表面平坦化効果に優れていることが明らかである。
【００９１】
さらにＥＬ素子としたときの特性から見ても、実施例１において発光特性が比較例２と同等であることから、工数が少なく、より簡便に良好なＥＬ素子の作製が可能となっていることがわかる。
【００９２】
これは、厚膜絶縁体層表面のＳＥＭ写真図２、３から明らかなように、平坦化処理を行うことで、表面に微細なうねりは残るが極端な凹凸やポア等が押しつぶされているように埋まっており、ゾル−ゲル液の浸透を防ぎ、少量及び少数回の塗布でも平坦化層を形成できることを示している。
【００９３】
このような凹凸やポア等が押しつぶれたような表面が得られる理由として、熱やせん断力、押し圧などが考えられるが未だ明確ではない。本実施例では、フェルトを使用したポリッシングディスクにて処理することで、この表面状態を得ることができたが、同様な表面性が得られる材質や処理方法があれば、同様な効果が得られる。ただし研磨砥粒ペーストの汚染による問題解決は困難であり、それらを回避した形態でなければ、実用性には乏しい。
【００９４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来にない簡単かつ低コストに厚膜絶縁体層の表面を平坦化することができ、これを用いた複合基板及び発光特性の良好なＥＬ素子の製造方法、製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合基板、ＥＬ素子の基本構成を示した概略断面図である。
【図２】厚膜グリーン層焼成後の表面ＳＥＭ写真である。
【図３】本発明の厚膜グリーン層焼成後に平坦化処理を施した表面ＳＥＭ写真である。
【図４】本発明装置の第１の態様を示した外観斜視図である。
【図５】本発明装置の第２の態様を示した概略側面図である。
【符号の説明】
１０ 複合基板
１１ 基板
１２ 下部電極層
１３ 厚膜絶縁体層（誘電体層）
１４ ゾルゲル平坦化層
１５ 下部薄膜絶縁体層
１６ 発光層
１７ 上部薄膜絶縁体層
１８ 透明電極層
２０ ｘ−ｙテーブル
２０ａ テーブル
２１ 摩擦ヘッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体と電極を有する複合基板の製造方法、この製造方法により得られた複合基板を用いたエレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ素子）の製造方法、複合基板、ＥＬ素子の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電界の印加によって物質が発光する現象をエレクトロルミネセンス（ＥＬ）といい、この現象を用いた素子は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や時計のバックライトとして実用化されている。
【０００３】
ＥＬ素子には粉末蛍光体を有機物やホウロウに分散させ、上下に電極を設けた構造をもつ分散型素子と、電気絶縁性の基板上に２つの電極と２つの薄膜絶縁体の間に挟む形で形成した薄膜蛍光体を用いた薄膜型の素子がある。また、それぞれについて、駆動方式により直流電圧駆動型、交流電圧駆動型がある。分散型ＥＬ素子は古くから知られており、製造が容易であるという利点があるが、輝度が低く寿命も短いのでその利用は限られていた。一方、薄膜型ＥＬ素子は高輝度、長寿命という特性を有することから、近年広く利用されている。
【０００４】
従来の薄膜ＥＬ素子は、液晶ディスプレイやＰＤＰ等に用いられている青板ガラスなどの透明基板上に膜厚０．２μｍ〜１μｍ程度のＩＴＯなどからなり所定のストライプ状のパターンを有する透明電極層、薄膜透明第１絶縁体層、０．２μｍ〜１μｍ程度の膜厚の発光層、薄膜透明第２絶縁体層とが積層され、さらに透明電極層と直交するようにストライプ状にパターニングされたＡｌ薄膜等の電極層が形成され、透明電極層と電極層で構成されるマトリックスで選択された特定の発光体に電圧を選択的に印加することにより特定画素の発光体を発光させ、その発光を基板側から取り出す。このような薄膜絶縁体層は発光層内を流れる電流を制限する機能を有し薄膜ＥＬ素子の絶縁破壊を抑えることが可能であり安定な発光特性が得られることに寄与し、この構造の薄膜ＥＬ素子は商業的にも広く実用化されている。
【０００５】
しかしながら、このような薄膜ＥＬ素子は、絶縁体層が薄膜で形成されているため、大面積のディスプレイとしたとき、透明電極のパターンエッジの段差部や、製造工程で発生するゴミ等による薄膜絶縁体の欠陥を皆無にすることが難しく、局所的な絶縁耐圧の低下により発光層の破壊が生じるという構造上の問題があった。このような欠陥は、ディスプレイデバイスとして致命的な問題となる。特に、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイと比較した場合、大面積のディスプレイとして広く実用化する上で大きな問題となっていた。
【０００６】
このような薄膜絶縁体の欠陥が生じるという問題を解決するため、下記特許文献５（特公平７−４４０７２公報）に基板として電気絶縁性のセラミック基板を用い、発光体下部の薄膜絶縁体のかわりに、印刷・塗布などを用いた厚膜法にて厚膜誘電体を形成したＥＬ素子が開示されている。このＥＬ素子は従来の薄膜ＥＬ素子の構造とは異なり、発光体の発光を基板とは反対の上部側から取り出すため、透明電極層は上部に構成されている。
【０００７】
このＥＬ素子では厚膜絶縁体層は数１０μｍ 〜数１００μｍ と薄膜絶縁体層の数１００〜数１０００倍の厚さに形成される。そのため、電極の段差や製造工程のゴミ等によって形成されるピンホールに起因する絶縁破壊が非常に少なく、高い信頼性と製造時の高い歩留まりを得ることができるという利点を有している。また、この厚膜絶縁体層を用いることによって発光層に印加される実効電圧が降下する問題を生じるが、例えば前記特許文献５では鉛を含む複合ペロブスカイト高誘電率材料を厚膜絶縁体層に用いることによりこの問題を改善している。
【０００８】
このように、セラミックス高誘電率誘電体厚膜を用いることにより、下部電極層のパターンエッジの段差部や、製造工程で発生するゴミ等による薄膜絶縁体の欠陥を回避し、局所的な絶縁耐圧の低下により発光層の破壊が生じるといった問題を解決することができる。
【０００９】
しかしながら、厚膜絶縁体層上に形成される発光層は数１００ｎｍと厚膜絶縁体層の１／１００程度の厚さしか有していない。このため、厚膜絶縁体層は、その表面が発光層の厚み以下のレベルで平滑でなければならないが、通常の厚膜工程で作製された誘電体表面を十分平滑にすることは困難であった。
【００１０】
すなわち、厚膜絶縁体層は本質的に粉体原料を用いたセラミックスで構成されるため、緻密に焼結させるためには通常３０〜４０％程度の体積収縮を生じる。通常のセラミックスが焼結時に３次元的に体積収縮して緻密化するのに対し、基板上に形成された厚膜セラミックスの場合、厚膜は基板に拘束されているため、基板の面内方向には収縮できず、厚さ方向に１次元的にしか体積収縮できない。このため厚膜絶縁体層の焼結は不十分なまま本質的に多孔質体となってしまう。さらに厚膜の表面粗さは、多結晶焼結体の結晶粒サイズ以下にはならないため、その表面はサブミクロンサイズ以上の凹凸形状になる。
【００１１】
このように厚膜絶縁体層の表面の欠陥、あるいは膜質が多孔質であることや凹凸形状であると、その上に蒸着法やスパッタリング法で形成される発光層が表面形状に追随して均一に形成する事が出来ない。このため、このような基板の非平坦部に形成された発光層部には効果的に電界を印加できないために、有効発光面積が減少することや、膜厚の局所的な不均一性から発光層が部分的に絶縁破壊して発光輝度の低下を生じ、信頼性の上でも問題があった。さらに、膜厚が局所的に大きく変動するため、発光層に印加される電界強度が局所的に大きくばらつき、明確な発光電圧しきい値が得られないという問題があった。
【００１２】
このような問題を解決するために、下記特許文献４（特開平７−５０１９７公報）では、ニオブ酸鉛からなる厚膜誘電体表面にゾル−ゲル法によって形成されるチタン酸ジルコン酸鉛等の高誘電率層を積層し表面の平坦性を改善する事が開示されている。
【００１３】
しかしながら、前記のゾル−ゲル法を用いても簡便に十分な表面の平坦化処理を行うことが困難な場合がある。例えば、下地の凹凸や低密度（ポアが多い）などの原因により、ゾル−ゲル液が凹部やポア部に染み込み、所望の層を形成させるには、複数回の塗布を要し、工程数の増加によってコストアップにつながる。またゾル−ゲル法にて１μｍを超えるような膜厚で層を形成しようとすると、通常、応力の関係からクラックが生じてしまう。逆に応力に耐えるように膜自体をポアにする方法もあるが、それでは平坦化およびバリア層の効果が得られない。
【００１４】
厚膜絶縁体層焼成前に平坦化を達成する目的の技術も開示されおり、厚膜絶縁体層焼成前に金型プレスあるいは加圧ロール処理することが特開２００１−２５０６７７号公報に、厚膜絶縁体層焼成前に温間静水圧プレス処理することが特開２００２−０６３９８７号公報に、厚膜絶縁体層焼成前にラビング処理することが特開２００２−２８０１７３号公報に記載されている。
【００１５】
しかし、誘電体焼成後に行う機械的研磨では、研磨砥粒ペーストによる汚染の問題を解決するのは困難である。また、下記特許文献６（特開昭６４−６３２９２号公報）には、誘電体表面をスパッタエッチング法、サンドブラスト法で処理する手法が記載されている。しかし、スパッタエッチング法に関しては、真空装置使用によるタクト時間の増加など製造工程的に不利である。サンドブラスト法に関しては、厚膜絶縁体層静電破壊の問題を解決しなければならない。さらに誘電体焼成前に各種表面平坦化処理を施す方法は、数１０μｍ以上の大きなうねりを軽減する効果は認められるが、焼成によりバインダー樹脂成分が抜けることで発生するポアに関しては効果が得られない。
【００１６】
結局、厚膜絶縁体層焼成後の処理は行わずに、ゾル−ゲル液を使用して複数回塗布・焼成を繰り返し行って所望の表面性を実現させているのが現状である。つまり工程数も多く、コスト的にも不利なため、より簡便な方法で良好な厚膜絶縁体層表面が得られる方法が望まれていた。
【００１７】
【特許文献１】
特開２００１−２５０６７７号公報
【特許文献２】
特開２００２−０６３９８７号公報
【特許文献３】
特開２００２−２８０１７３号公報
【特許文献４】
特開平７−５０１９７公報
【特許文献５】
特公平７−４４０７２号公報
【特許文献６】
特開昭６４−６３２９２号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、発光特性の異常、発光輝度の低下、耐圧欠陥の発生を防止した複合基板とＥＬ素子の製造方法、ＥＬ素子の製造装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
すなわち上記目的は、以下の本発明の構成により達成される。
（１） 電気絶縁性を有する基板の一方の側に第１の電極層を形成する第１の工程と、
前記第１の電極層上に粉体または粒体状のセラミックス材料を用いた厚膜グリーンを形成し、この厚膜グリーンを焼成して厚膜絶縁体層を形成する第２の工程と、
前記厚膜絶縁体層の多数の凹凸を有する表面に、摩擦ヘッドを摺り合わせることで、前記凹凸を有する表面の構成材料により凹部内が充填されるか、あるいは前記凹部の内面の少なくとも一部が覆われる第３の工程と、
を有する複合基板の製造方法。
（２） 前記摩擦ヘッドが、砥粒を含まない面を有する上記（１）の複合基板の製造方法。
（３） 前記摩擦ヘッドが、前記基板と平行な平面を有する上記（１）または（２）の複合基板の製造方法。
（４） 上記（１）〜（３）のいずれかの方法で複合基板を形成し、
さらに前記厚膜絶縁体層上に発光層を形成する第４の工程と、
前記発光層上に第２の電極層を形成する第５の工程と、
を有するＥＬ素子の製造方法。
（５） 電気絶縁性を有する基板の一方の側に第１の電極層が形成され、前記第１の電極層上に粉体または粒体状のセラミックス材料を用いた厚膜グリーンを焼成した厚膜絶縁体層が形成されている複合基板の製造装置であって、
前記厚膜絶縁体層の多数の凹凸を有する表面に、摩擦ヘッドを摺り合わせて前記凹凸を有する表面の構成材料により凹部内を充填させるか、あるいは前記凹部の内面の少なくとも一部が覆われるように平坦化する複合基板の製造装置。
（６） 前記摩擦ヘッドが、砥粒を含まない面を有する上記（５）の複合基板の製造装置。
（７） 前記摩擦ヘッドが、前記基板と平行な平面を有する上記（５）または（６）の複合基板の製造装置。
（８） 上記（５）〜（７）の複合基板上にはさらに発光層および第２の電極が形成されるＥＬ素子の製造装置。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の方法により製造される複合基板、これを用いたＥＬ素子の基本構成例を示す。本発明の方法により製造される複合基板は、電気絶縁性を有する基板１１上に、所定のパターンを有する第一の電極（下部電極）層１２と、その上に厚膜法で形成された厚膜絶縁体層（誘電体層）１３とを有する。また、このような複合基板を有するＥＬ素子は、前記厚膜絶縁体１３上にゾルゲル平坦化層１４、薄膜絶縁体層１５、発光層１６、薄膜絶縁層１７、第二の電極層である透明電極１８を有している。
【００２１】
このうち、ゾルゲル平坦化層１４、薄膜絶縁体層１５、薄膜絶縁体層１７は省略してもよいが、これらの層を備えることが好ましい。
【００２２】
下部電極層１２と上部透明電極層１８はそれぞれストライプ状に形成され、互いに直交する方向に配置される。この下部電極層と上部透明電極層をそれぞれ選択し、両電極の直交部の発光層に選択的に電圧を印加することによって特定画素の発光を得ることが可能である。
【００２３】
基板は電気絶縁性を有しその上に形成される下部電極層、厚膜絶縁体層を汚染することなく、所定の耐熱強度を維持できるもので有れば特に限定されるものではない。
【００２４】
具体的な材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英ガラス（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、ベリリア（ＢｅＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）等のセラミック基板や結晶化ガラスや、高耐熱ガラス等を用いてもよく、またホウロウ処理を行った金属基板等も使用可能である。
【００２５】
これらのなかでも特にアルミナ基板が好ましく、熱伝導性が必要な場合にはベリリア、窒化アルミニウム、炭化シリコン等が好ましい。基板材料として厚膜絶縁体層と同じ組成物を用いた場合、熱膨張の違いによる反り、剥がれ現象等を生じないので好ましい。
【００２６】
第１の電極である下部電極層は、複数のストライプ状のパターンを有するように形成され、その線幅が１画素の幅となりライン間のスペースは非発光領域となるため、極力ライン間のスペースを小さくしておくことが好ましく、目的とするディスプレイの解像度にもよるが、例えば線幅２００〜５００μｍ、スペース２０μｍ程度が必要である。
【００２７】
下部電極層の材料としては、高い導電性が得られ、かつ厚膜絶縁体層形成時にダメージを受けず、さらに厚膜絶縁体層や発光層と反応性が低い材料が好ましい。このような下部電極層材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｇ等の貴金属や、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｔ等の貴金属合金や、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ等の貴金属を主成分とし非金属元素を添加した電極材料が厚膜絶縁体層焼成時の酸化雰囲気に対する耐酸化性が容易に得られるため好ましい。また、ＩＴＯやＳｎＯ２（ネサ膜）、ＺｎＯ−Ａｌ等の酸化物導電性材料を用いてもよく、あるいは、Ｎｉ，Ｃｕ等の卑金属を用い、厚膜絶縁体層を焼成するときの酸素分圧をこれらの非金属が酸化されない範囲に設定して用いることもできる。
【００２８】
下部電極層は、通常の厚膜法により製造することができる。前述のようなＡｌ２Ｏ３ や結晶化ガラスなどの電気絶縁性を有するセラミック基板上に、ＰｄやＡｇ／Ｐｄのような導体粉末にバインダーや溶媒を混合して作製された電極ペーストを、スクリーン印刷法等によりストライプ状のパターンに印刷する。
【００２９】
この電極層を、例えばベルト炉にて大気中で８００〜９００℃（８５０℃）、１０〜２０分（１５分）程度焼成することにより、電極層が形成される。
【００３０】
なお下部電極層の形成方法としては、スクリーン印刷法で直接パターンに印刷せず、全面に形成し、焼成後、通常のフォトリソグラフィーの手法を用いてエッチングで形成してもよい。また、電極層の形成方法として、印刷法に限る必要はなく、スパッタ法、蒸着法、めっき法等の公知の技術を用いればよい。
【００３１】
次いで、その上に厚膜絶縁体層を形成する。具体的には、粉末状の誘電体材料に、必要によりバインダーと溶媒を混合して作製された厚膜ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、厚膜グリーン層を形成する。あるいは、厚膜ペーストをキャスティング成膜することによりグリーンシートを形成し、これを電極上に積層してもよい。
【００３２】
以上のようにして形成された厚膜グリーン層を、所定の時間と温度で乾燥後、表面を処理して平坦・緻密化する。
【００３３】
厚膜絶縁体層は、所定の絶縁性を有していればよいが、望ましくは高誘電率でかつ高耐圧であることが必要であり、さらに基板の耐熱性を考慮して低温焼成可能な物質であることが要求される。
【００３４】
厚膜絶縁体層を構成する材料としては、特に限定されるものではなく、種々の厚膜用絶縁材料を用いることができ、特に誘電体材料を用いるとよい。例えば高誘電率系誘電体材料である、ペロブスカイト系強誘電体材料、すなわちチタン酸系複合酸化物（ＢａＴｉＯ３ ，ＰＺＴ等）や、複合ペロブスカイト型リラクサー強誘電体（ＰＭＮ，ＰＷＮ，ＰＦＷ等）、やタングステンブロンズ系強誘電体材料（ＰＢＮ，ＳＢＮ）等や、これらの複合材料が、高誘電率が得られるため、特にＥＬ素子への応用に適している。
【００３５】
厚膜ペーストの有機バインダーとしては、特に限定されるものではなく、セラミックス材のバインダーとして一般的に使用されているものの中から、適宜選択して使用すればよい。このような有機バインダーとしては、エチルセルロース、アクリル樹脂、ブチラール樹脂等が挙げられ、溶剤としては、α−ターピネオール、ブチルカルビトール、ケロシン等が挙げられる。ペースト中の有機バインダーおよび溶剤の含有量は、特に限定されるものではなく、通常使用されている量、例えば有機バインダー１〜５質量％、溶剤１０〜５０質量％程度とすればよい。
【００３６】
さらに、厚膜ペースト中には、必要に応じて各種分散材、可塑剤、絶縁体等の添加物が含有されていてもよい。
【００３７】
厚膜絶縁体層の抵抗率としては、１０８ Ω・ｃｍ以上、特に１０１０ 〜１０１８ Ω・ｃｍ程度である。
【００３８】
また、比較的高い誘電率を有する物質であることが好ましく、その誘電率εとしては、好ましくはε＝１００〜１００００程度である。膜厚としては、１００μｍ 以下、特に５〜５０μｍ が好ましく、さらには１０〜４０μｍ が好ましい。
【００３９】
本発明では、誘電体焼成前にその表面を平坦・緻密化処理することが好ましい。誘電体焼成前の平坦・緻密化処理（以下予備平坦化処理と称する）は、スクリーン印刷などによる網目のうねりを緩和し、焼結密度を高める為に行われる。この予備平坦化処理は、特開２００１−２５０６７７号公報に記載されているような機械的な金型プレスなども使用できるが、凹凸のある基板にも均一に加圧できる特開２００２−０６３９８７号公報等に記載されているような温間静水圧プレス方法が好ましい。予備平坦化処理は、必要に応じて行っても行わなくてもよいが、上記の理由から複合基板、ＥＬ素子の性能向上の面からは行うことが望ましい。
【００４０】
次に、厚膜グリーン層を焼成し、厚膜絶縁体層を形成する。
【００４１】
厚膜グリーン層の焼成条件は、その材料およびバインダーの種類に応じて適量決定すればよいが、通常、脱バインダー処理として、酸化性雰囲気中で３５０〜５００℃にて５分〜１０時間程度、脱バインダー処理後の焼成条件として６５０〜１２００℃程度である。焼成温度が前記範囲未満であると、緻密化が不十分であり、前記範囲を超えると、電極層や基板との反応が起こりやすくなる。また、焼成時の温度保持時間は５分から１時間程度が好ましい。
【００４２】
図２に未処理の厚膜絶縁体層表面ＳＥＭ写真を、図３に本発明の平坦化処理を行った厚膜絶縁体層表面ＳＥＭ写真を示す。この処理によって、厚膜絶縁体層表面の凹凸の凸部構成材料が凹部に移動するように、換言すれば凸凹やポア等が押し潰されるように埋まり、シーリング性が向上する。
【００４３】
本発明の平坦化処理とは、一般に金属部品の仕上げ研磨等に用いるバフ研磨に近似した手法を用いることが望ましい。部材としては特に限定されるものではないが、例えばフェルト、綿布、フィルム等を円筒や円盤状に成形した部材を高速回転させ、厚膜絶縁体層上に所定の圧力で接触させながら処理すればよい。また、このとき部材は研磨剤を含まないことが好ましい。
【００４４】
処理条件としては、用いる部材の種類にもよるが、例えばフェルト、不織布、綿布、クロス等を円盤状や円筒状に成形したバフ部材を用いる場合、押圧時の圧力：０．１〜１ｋｇ／ｃｍ２ 、線速度：１〜５０ｍ／ｓｅｃ 程度である。なお、バフ部材の大きさとしては、円筒状に成形したもので、直径１〜３０ｃｍ程度が取り扱い上の面から好ましい。
【００４５】
この処理は、厚膜絶縁体層表面の凹凸やポアの消滅・平坦化を目的とし行われるものであり、その平均膜厚を変化させない程度に処理することが好ましい。すなわち、研削するのではなく、凸部を滑らかにさせる程度とすればよい。
【００４６】
ここで、本発明方法に用いられる複合基板、ＥＬ素子の製造装置について一例を示して説明する。図４は、本発明装置の第１の態様を示した外観斜視図である。この例では、円筒状の摩擦ヘッド２１の端面、つまり円盤状の面を用いて処理を行う装置を示している。この端面は、被加工面となる基板に対して平行となるように配置されている。また、この摩擦ヘッドの少なくとも基板と接触する面には砥粒等の研磨剤は含まない。
【００４７】
図４において、ｘ−ｙ方向に移動可能なｘ−ｙテーブル２０上に複合基板１０が固定されている。この複合基板１０の表面には、回転可能な支持軸２２に支持された摩擦ヘッド２１が矢印ｃ方向に回転しながら押圧される。このため、摩擦ヘッド２１と凹凸を有する基板表面とが摺り合わされ、複合基板１０表面の凹凸は押しつぶされるようにして平坦化される。なお、支持軸２２は図示しない回転機構に接続され、摩擦ヘッド２１を所定の回転数で回転させるとともに、基板１０に対して一定の圧力で押圧できるようになっている。また、必要に応じて摩擦ヘッド自体が基板に対してｘ−ｙ方向に自在に移動できるようにしてもよい。
【００４８】
平坦化処理に当たっては基板面を均一に平坦化処理できるように、ｘ−ｙテーブルが駆動されるが、上記のように摩擦ヘッド２１を移動させてもよいし、両者を相互に移動させるようにしてもよい。
【００４９】
図５は本発明装置の第２の態様を示した概略側面図である。この例では、円筒状の摩擦ヘッド２１の周面を用いて処理を行う装置を示している。また、この摩擦ヘッドの少なくとも基板と接触する面には砥粒等の研磨剤は含まない。
【００５０】
図５において、ｙ方向に移動可能なテーブル２０ａ上に複合基板１０が固定されている。この複合基板１０の表面には、外枠２４に支持された摩擦ヘッド２１が矢印ｃ方向に回転しながら押圧される。この場合も、摩擦ヘッドの周面と基板表面とが摺り合わされ、複合基板１０表面の凹凸は押しつぶされるようにして平坦化される。
【００５１】
なお、外枠２４は支持軸２２を介して駆動装置２３に固定されていて、図示しない動力伝達装置により、摩擦ヘッド２１を所定の回転数で回転させるとともに、基板１０に対して一定の圧力で押圧できるようになっている。また、図示例では摩擦ヘッド２１の幅は、基板１０の幅と略同一であるため、テーブル２０はｙ方向の移動のみ行えばよいようになっているが、摩擦ヘッド２１の幅を小さくして、テーブルをｘ−ｙ方向に移動させてもよい。また、矢印ｄで示すようように、支持軸２２を左右に回動させることで、平坦化ムラを少なくすることもできる。
【００５２】
これらの装置は平坦化処理を行うための機構の一例を示したにすぎず、上記方法を実現可能なものであれば図示例の構造に規制されるものではない。
【００５３】
処理後の洗浄等は、研磨砥粒ペースト等を使用していないので、ワイプ材等でふき取る程度で良い。または、空気等のガスを吹き付けて行う乾式洗浄であっても、純水超音波洗浄などの湿式洗浄を施しても良い。
【００５４】
その後、さらにゾルゲル法によりＰＺＴ等の誘電体を溶液塗布焼成法により形成し、表面を平坦化させるとさらに効果的である。この場合、通常のゾルゲル法により平坦化してもよいが、プロパンジオールなどのジオール類（ＯＣ（ＣＨ２）ｎＯＨ）の溶媒中に金属化合物を溶解させることにより作製されるものが好ましい。金属化合物原料として、金属アルコキシドがゾルゲル溶液作製にはよく用いられるが、金属アルコキシドは加水分解しやすいので、高密度溶液を作製する場合、原料の析出沈殿や溶液の同化を防ぐためにアセチルアセトネート化合物およびその誘導体を用いるのが好ましい。
【００５５】
ゾルゲル平坦化層の膜厚としては、０．１〜５μｍ 、特に０．５μｍ 以上が好ましい。
【００５６】
本発明の複合基板は、その上に発光層、他の絶縁層、他の電極層（第二の電極層）等の機能性膜を形成することにより、ＥＬ素子とすることができる。特に本発明の複合基板の厚膜絶縁体層に高誘電率材料を用いることで、良好な特性のＥＬ素子を得ることができる。本発明の複合基板は焼結材料であるため、機能性膜である発光層を形成した後に加熱処理を行うようなＥＬ素子にも適している。
【００５７】
発光層の材料としては、例えば、月刊ディスプレイ ’９８ ４月号 最近のディスプレイの技術動向 田中省作 ｐ１〜１０に記載されているような材料を挙げることができる。具体的には、赤色発光を得る材料として、ＺｎＳ、Ｍｎ／ＣｄＳＳｅ等、緑色発光を得る材料として、ＺｎＳ：ＴｂＯＦ、ＺｎＳ：Ｔｂ等、青色発光を得るための材料として、ＳｒＳ：Ｃｅ、（ＳｒＳ：Ｃｅ／ＺｎＳ）ｎ、Ｃａ２Ｇａ２Ｓ４：Ｃｅ、Ｓｒ２Ｇａ２Ｓ４：Ｃｅ等を挙げることができる。
【００５８】
また、白色発光を得るものとして、ＳｒＳ：Ｃｅ／ＺｎＳ：Ｍｎ等が知られている。
【００５９】
なお、上記したＥＬ素子は単一発光層のみを有するように説明しているが、本発明のＥＬ素子は、このような構成に限定されるものではなく、膜厚方向に発光層を複数積層してもよいし、マトリックス状にそれぞれ種類の異なる発光層（画素）を組み合わせて平面的に配置するような構成としてもよい。
【００６０】
これらのなかでも、上記ＩＤＷ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ）’９７ Ｘ．Ｗｕ ”Ｍｕｌｔｉｃｏｌｏｒ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｈｙｂｒｉｄ ＥＬ Ｄｉｓｐｌａｙｓ” ｐ５９３ ｔｏ ５９６ で検討されている、ＳｒＳ：Ｃｅの青色発光層を有するＥＬに本発明を適用することにより特に好ましい結果を得ることができる。
【００６１】
発光層の膜厚としては、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、特に３００〜１５００ｎｍ程度である。
【００６２】
発光層の形成方法は、気相堆積法を用いることができる。気相堆積法としては、スパッタ法や蒸着法等の物理的気相堆積法や、ＣＶＤ法等の化学的気相堆積法を挙げることができる。
【００６３】
また、特に上記ＩＤＷに記載されているように、ＳｒＳ：Ｃｅの発光層を形成する場合には、Ｈ２Ｓ雰囲気下、エレクトロンビーム蒸着法により形成すると、高純度の発光層を得ることができる。
【００６４】
発光層の形成後、好ましくは加熱処理を行う。加熱処理は、基板側から電極層、絶縁層、発光層と積層した後に行ってもよいし、基板側から電極層、絶縁層、発光層、絶縁層、あるいはこれに電極層を形成した後にアニールしてもよい。熱処理の温度は、好ましくは３００〜基板の焼結温度、より好ましくは４００〜９００℃程度、処理時間は１０〜６００分、特に１０〜１８０分程度である。アニール処理時の雰囲気としては、大気雰囲気中、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ雰囲気中で行うことができる。また、６００℃以上の高温で処理を行う場合には、Ｎ２ 、Ａｒ、Ｈ２ 等の不活性ガス雰囲気が好ましい。
【００６５】
発光層の上下に形成される上部または下部薄膜絶縁体層は、前記したように省略してもよいがこれを有することが好ましい。
【００６６】
この薄膜絶縁体層は、その機能として発光層と厚膜絶縁体層との間の界面の電子状態を調節し発光層への電子注入を安定化、効率化する事と、この電子状態が発光層の両面で対象的に構成することにより交流駆動時の発光特性の正負対称性を改善することが主要な目的であり、発光層厚膜絶縁体層の役割である絶縁耐圧を保持する機能を考慮する必要はないため膜厚は小さくてよい。
【００６７】
この薄膜絶縁体層は抵抗率として、１０８Ω・ｃｍ以上、特に１０１０〜１０１８Ω・ｃｍ程度が好ましい。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＝３以上である。この薄膜絶縁体層の構成材料としては、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、等を用いることができる。また、薄膜絶縁体層を形成する方法としては、スパッタ法や蒸着法、ＣＶＤ法を用いることができる。また、薄膜絶縁体層の膜厚としては、好ましくは１０〜１０００ｎｍ、特に好ましくは２０〜２００ｎｍ程度である。
【００６８】
透明電極層は膜厚０．２μｍ〜１μｍのＩＴＯやＳｎＯ２（ネサ膜）、ＺｎＯ−Ａｌ等の酸化物導電性材料等が用いられる。透明電極層の形成方法としては、スパッタ法のほか蒸着法等の公知の技術を用いればよい。
【００６９】
本発明の薄膜ＥＬ素子は、焼成により得られる基板材料を用いることにより、高輝度の青色発光が可能な発光層も容易に得られ、しかも、発光層が積層される厚膜絶縁体層の表面が平坦、平滑であるため、高性能、高精細のカラーディスプレイを構成することもできる。また、比較的製造工程が容易であり、製造コストを低く抑えることができる。そして、効率の良い、高輝度の青色発光が得られることから、白色発光の素子としてカラーフィルターと組み合わせてもよい。
【００７０】
カラーフィルター膜には、液晶ディスプレイ等で用いられているカラーフィルターを用いればよいが、ＥＬ素子の発光する光に合わせてカラーフィルターの特性を調整し、取り出し効率、色純度を最適化すればよい。
【００７１】
本発明の薄膜ＥＬ素子は、通常、パルス駆動、交流駆動され、その印加電圧は、５０〜３００Ｖ程度である。
【００７２】
なお、上記例では、複合基板の応用例として、薄膜ＥＬ素子について記述したが、本発明の複合基板はこのような用途に限定されるものではなく、種々の電子材料等に適用可能である。例えば、薄膜／厚膜ハイブリツド高周波用コイル素子等への応用が可能である。
【００７３】
【実施例】
次に、実施例により本発明をより具体的に説明する。
【００７４】
まず、下部電極としてレジネート金ペースト（ヘラウスＲＰ２００３／２３７−２２％）を、９６％Ａｌ２Ｏ３ 基板上に１．５ｍｍ幅、ギャップ０．５ｍｍのストライプ状のパターンに印刷し、１１０℃で数分間乾燥を行った後、８５０℃で１５分焼成を行い、膜厚１μｍの金電極を形成した。
【００７５】
この下部電極が形成された基板上に、さらにスクリーン印刷法により厚膜ペーストを印刷・乾燥し、厚膜グリーン層を形成した。
【００７６】
厚膜ペーストは、平均粒径が約０．２〜０．３μｍのＰｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３ ）Ｏ３ −ＰｂＴｉＯ３ 粉末原料に、焼結助剤としてＰｂＯ−ＣｕＯを約７ｗｔ％添加したものを用い、バインダーとして、エチルセルロース（平均分子量２０，０００）５ｗｔ％と溶媒としてα−ターピネオール３０〜５０ｗｔ％、不飽和脂肪酸系分散剤０．５ｗｔ％、フタル酸エステル系可塑剤２ｗｔ％混合することにより作製した。
【００７７】
厚膜法によって形成された厚膜グリーン層を、液温３０℃−圧力３ｔ／ｃｍ２−保持時間１ｍｉｎにて温間静水圧プレス処理した。その後、ベルト炉を用い、十分な空気を供給した雰囲気で８５０℃−２０ｍｉｎの保持時間条件で焼成した。焼成後で約２０μｍの膜厚であった。
【００７８】
比較例１および２は、未処理で次の工程に進み、実施例１は、図４に示すような装置を用い、回転数１０，０００ｒｐｍ、直径１０ｍｍの円筒状回転ポリッシングディスク（フェルト）を圧力１ｋｇｆ／ｃｍ２の条件で押し付けながら平坦化処理を施した後、次の工程に進んだ。なお汚染原因となる研磨砥粒ペーストは使用しておらず、処理後ワイプ材で軽く拭取ってゴミ等を除去した。
【００７９】
この基板に、溶液塗布焼成法を用いてゾル−ゲル平坦化層であるＰＺＴ厚膜絶縁体層を形成した。溶液塗布焼成法による形成方法として、以下の方法で作製したゾル−ゲル液をＰＺＴ前駆体溶液として基板にスピンコーティング法にて塗布し、７００℃で１５分間焼成した。
【００８０】
基本的なゾルゲル液の作製方法は、８．４９ｇの酢酸鉛三水和物と４．１７ｇの１，３プロパンジオールを約２時間、加熱攪拌し、透明な溶液を得た。これとは別に、３．７０ｇのジルコニウム・ノルマルプロポキシド７０ｗｔ％１−プロパノール溶液と、１．５８ｇのアセチルアセトンを乾燥窒素雰囲気中で３０分間加熱攪拌し、これに３．１４ｇのチタニウム・ジイソプロポキシド・ビスアセチルアセトネート７５ｗｔ％２−プロパノール溶液と、２．３２ｇの１，３プロパンジオールを加え、更に２時間加熱攪拌した。これら２つの溶液を８０℃で混合し、乾燥窒素雰囲気中で２時間加熱攪拌し、褐色透明な溶液を作製した。この溶液を１３０℃で数分間保持することにより副生成物を取り除き、さらに３時間加熱攪拌することによりＰＺＴ前駆体溶液を作製した。この前駆体溶液は、スピンコーティングに適するように溶媒にて希釈し、粘度を２０ｃｐとした。
【００８１】
比較例１及び実施例１においては、１回塗布・焼成のみとした。また比較例２においては、ＰＺＴ前駆体溶液を３回塗布・焼成を繰り返した。
【００８２】
以上の実施例、比較例において、溶液塗布焼成法によるゾル−ゲル平坦化層形成後に表面性を測定した。結果を表１に示す。
【００８３】
【表１】
表面性の測定は、レーザーテック株式会社製、高詳細コンフォーカル顕微鏡ＶＨ２０００を用いて行った。表面粗さの算出はＪＩＳＢ０６０１に準拠し、測定機付帯の計測コマンドにて行った。なお測定長は７０μｍとした。
【００８５】
ＥＬ素子は、上記実施例および比較例で作製された複合基板上に、気相堆積法にて、ＴｉＯ３Ｂａバリア層（４００ｎｍ）、Ａｌ２Ｏ３下部薄膜絶縁層（３０ｎｍ）、蛍光層、Ａｌ２Ｏ３ 上部薄膜絶縁層（７０ｎｍ）、ＩＴＯ透明電極層（２００ｎｍ）を順に積層して作製した。
【００８６】
なお蛍光層は、バリウムチオアルミネートを母体材料・Ｅｕを発光中心として用いた２００ｎｍの層をＺｎＳ１００ｎｍで上下挟み込んだ構造となっている。
【００８７】
発光特性は、得られた素子構造の下部電極層、透明電極層から電極を引き出し、１２０Ｈｚのパルス幅１００μｓの電界を印加して測定した。
【００８８】
比較例１はほとんど発光せず、２００Ｖ加電圧時で輝度は１ｃｄ／ｍ２ であった。
【００８９】
比較例２と実施例１においては、同様な輝度−加電圧曲線を描き、２００Ｖ加電圧時で、共に輝度は１５０ｃｄ／ｍ２ であった。
【００９０】
比較例１と実施例１の比較により、本発明の平坦化処理を行った厚膜絶縁体層はゾル−ゲル法による表面平坦化効果に優れていることが明らかである。
【００９１】
さらにＥＬ素子としたときの特性から見ても、実施例１において発光特性が比較例２と同等であることから、工数が少なく、より簡便に良好なＥＬ素子の作製が可能となっていることがわかる。
【００９２】
これは、厚膜絶縁体層表面のＳＥＭ写真図２、３から明らかなように、平坦化処理を行うことで、表面に微細なうねりは残るが極端な凹凸やポア等が押しつぶされているように埋まっており、ゾル−ゲル液の浸透を防ぎ、少量及び少数回の塗布でも平坦化層を形成できることを示している。
【００９３】
このような凹凸やポア等が押しつぶれたような表面が得られる理由として、熱やせん断力、押し圧などが考えられるが未だ明確ではない。本実施例では、フェルトを使用したポリッシングディスクにて処理することで、この表面状態を得ることができたが、同様な表面性が得られる材質や処理方法があれば、同様な効果が得られる。ただし研磨砥粒ペーストの汚染による問題解決は困難であり、それらを回避した形態でなければ、実用性には乏しい。
【００９４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来にない簡単かつ低コストに厚膜絶縁体層の表面を平坦化することができ、これを用いた複合基板及び発光特性の良好なＥＬ素子の製造方法、製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合基板、ＥＬ素子の基本構成を示した概略断面図である。
【図２】厚膜グリーン層焼成後の表面ＳＥＭ写真である。
【図３】本発明の厚膜グリーン層焼成後に平坦化処理を施した表面ＳＥＭ写真である。
【図４】本発明装置の第１の態様を示した外観斜視図である。
【図５】本発明装置の第２の態様を示した概略側面図である。
【符号の説明】
１０ 複合基板
１１ 基板
１２ 下部電極層
１３ 厚膜絶縁体層（誘電体層）
１４ ゾルゲル平坦化層
１５ 下部薄膜絶縁体層
１６ 発光層
１７ 上部薄膜絶縁体層
１８ 透明電極層
２０ ｘ−ｙテーブル
２０ａ テーブル
２１ 摩擦ヘッド
Claims (8)
- 電気絶縁性を有する基板の一方の側に第１の電極層を形成する第１の工程と、
前記第１の電極層上に粉体または粒体状のセラミックス材料を用いた厚膜グリーンを形成し、この厚膜グリーンを焼成して厚膜絶縁体層を形成する第２の工程と、
前記厚膜絶縁体層の多数の凹凸を有する表面に、摩擦ヘッドを摺り合わせることで、前記凹凸を有する表面の構成材料により凹部内が充填されるか、あるいは前記凹部の内面の少なくとも一部が覆われる第３の工程と、
を有する複合基板の製造方法。 - 前記摩擦ヘッドが、砥粒を含まない面を有する請求項１の複合基板の製造方法。
- 前記摩擦ヘッドが、前記基板と平行な平面を有する請求項１または２の複合基板の製造方法。
- 請求項１〜３のいずれかの方法で複合基板を形成し、
さらに前記厚膜絶縁体層上に発光層を形成する第４の工程と、
前記発光層上に第２の電極層を形成する第５の工程と、
を有するＥＬ素子の製造方法。 - 電気絶縁性を有する基板の一方の側に第１の電極層が形成され、前記第１の電極層上に粉体または粒体状のセラミックス材料を用いた厚膜グリーンを焼成した厚膜絶縁体層が形成されている複合基板の製造装置であって、
前記厚膜絶縁体層の多数の凹凸を有する表面に、摩擦ヘッドを摺り合わせて前記凹凸を有する表面の構成材料により凹部内を充填させるか、あるいは前記凹部の内面の少なくとも一部が覆われるように平坦化する複合基板の製造装置。 - 前記摩擦ヘッドが、砥粒を含まない面を有する請求項５の複合基板の製造装置。
- 前記摩擦ヘッドが、前記基板と平行な平面を有する請求項５または６の複合基板の製造装置。
- 請求項５〜７の複合基板上にはさらに発光層および第２の電極が形成されるＥＬ素子の製造装置。
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