JP2005513741A - エレクトロルミネセンス表示装置の薄膜層をパターン形成するレーザ・アブレーション法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置の薄膜層のパターン形成するレーザ・アブレーション法に関する。
【解決手段】
厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置の薄膜蛍光体層をパターン形成するレーザ・アブレーション法は、薄膜蛍光体層を他の層の実質的な除去や破損なしにパターン形成するためのレーザ放射の波長、レーザ・パルス幅、レーザ・エネルギー密度、および十分なレーザ・パルス数を選択する段階を含み、レーザ放射の波長は、レーザ放射が実施的に薄膜蛍光体層によって吸収され他の層による吸収が最小になるようなものであり、レーザ・パルス幅は、レーザ・パルスの持続時間中に、薄膜蛍光体層から他の層への熱の流れが最小になる十分な短さであり、レーザ・エネルギー密度と十分なレーザ・パルス数は、薄膜蛍光体層内にエネルギーが投入され、薄膜蛍光体層の少なくとも一部分の厚さ全体が除去されるような十分な高さである。

Description

本発明は、厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置の薄膜層をパターン形成するレーザ・アブレーション法に関する。より詳細には、本発明は、薄膜蛍光体層を、他の層の実質的な除去（ablation）や損傷なしにパターン形成するレーザ・アブレーション法に関する。

厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置（ＴＤＥＬ）は、フラットパネルディスプレイ技術を大きく進歩させた。ＴＤＥＬ表示装置は、順々に基板、下側電極を形成する導電体層、厚膜誘電体層、厚膜誘電体層上に付着された蛍光体膜、および構造内の上側電極となる光透過性でかつ導電性の膜からなる基本構造を含む。
ＴＤＥＬ表示装置を製造する様々な態様は、２０００年１２月２２日に出願にされた本出願人の同時係属米国特許出願第号０９／７４７，３１５号、２００１年１月１７に出願にされた第０９／７６１，９７１号、２００１年５月２９に出願にされた第０９／８６７，０８０号、２００１年５月３０日に出願された第０９／８６７，８０６号、２００１年６月１３日に出願にされた第０９／８８０，４１０号、ならびに本出願人の米国特許第５，４３２，０１５号ならびに国際特許出願ＰＣＴ／ＣＡ０１／０１２３４とＰＣＴ／ＣＡ００／００５６１に記載されている。以上の出願および発行された特許の開示は、参照により全体が本開示に組み込まれる。

ＴＤＥＬ表示装置は、プラズマディスプレイ（ＰＯＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜エレクトロルミネセンス表示装置（ＴＦＥＬ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、および有機エレクトロルミネセンス装置装置（ＯＬＥＤ）を含む他の種類のフラットパネルディスプレイよりも優れたいくつかの利点を提供する。例えば、ＴＤＥＬ表示装置は、ＴＦＥＬ表示装置などの他の種類のフラットパネルディスプレイと比べて、発光が強く、絶縁破壊に対する耐性が高く、動作電圧が低い。これは、主に、ＴＤＥＬ表示装置に使用されている厚膜誘電体材料の高い誘電率によるものであり、これにより、厚膜層の使用を容易にしさらにある程度低い表示動作電圧が可能になる。厚膜誘電体構造は、セラミックスや他の耐熱性基板に付着されたとき、通常ガラス基板上に作成されるＴＦＥＬ装置よりも高い処理温度に耐えることができる。この耐熱性によって、後で付着される蛍光体膜の輝度と安定性を高めるためのアニールが容易になる。

残念ながら、厚膜エレクトロルミネセンス表示装置は、陰極線管（ＣＲＴ）表示装置、特により強い発光とより鮮明な色に向かう最近のＣＲＴ仕様の傾向に完全に競合できるようにするために必要な蛍光体発光と色をまだ達成していない。表示装置の動作電圧を高めることによってある程度の改良されたが、これにより、電源消費が増大し、表示装置の信頼性が低下する。
厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置の性能のさらなる改善は、蛍光体性能の改善によって実現された。例えば、これは、２００１年３月２日に出願された本出願人の同時係属米国特許出願第０９／７９８，２０３号（この開示は参照により全体が本明細書に組み込まれた）において、チオアルミン酸塩（thioaluminate）、チオオキシアルミン酸塩（thiooxyaluminate）、チオ没食子酸塩（thiogallate）、チオオキシ没食子酸塩（thiooxygallate）、チオインジウム酸塩（thioindate）、チオオキシインジウム酸塩（thiooxyaluminate）、およびこれらの混合物からなるグループから選択されたユウロピウム活性化アルカリ希土類含有硫化物を使用して高輝度青色蛍光体を提供し、したがって蛍光体性能を改善できることが開示されている。

もう１つの例では、前述の青色蛍光体などの蛍光体膜をパターン形成し、その後で完全に形成し安定させる結果として蛍光体損傷を減少させることにより、改善された蛍光体性能がある程度達成された。例えば、フォトリソグラフィ・プロセスは、本出願人の同時係属国際特許出願ＰＣＴ／ＣＡＯＯ／００５６１に記載されている（この開示は参照により本明細書に組み込まれる）。パターン形成した蛍光体膜は、最初に電子ビーム蒸着を使用して均一な蛍光体層を付着させ、次にフォトレジストを塗布して蛍光体膜をパターン形成することによって製造された。フォトレジストは、必要なパターンを形成するために、適切な露光マスクを使用して選択された光パターンにさらされ、次に適切な腐食剤を使用して選択された蛍光体膜部分がエッチングされる。パターン形成は、熱処理前に、蛍光体がより活性なとき、すなわちエッチング可能な状態のときに行われる。しかしながら、そのような方法を使用するときの問題は、付着させたパターン形成した蛍光体膜が、フォトリソグラフィ・プロセスで使用される腐食剤や他の化学薬品と反応しやすく、それにより、処理し終わった蛍光体の性能と安定性が低下することである。この種の劣化をなくすために、蛍光体膜を付着させた後ではなく蛍光体膜を付着させている最中にパターン形成を達成するように、シャドウマスクを使用して蛍光体膜を付着させる別のプロセスが使用された。しかしながら、この方法は、一般に、パターン形成した膜の必要空間精細度が、シャドウマスクを使用して達成できる空間精細度よりも高い高解像度表示装置には適用できない。

膜をパターン形成する他の技法は、米国特許第４，９７０，３６６号と第４，９７０，３６９号に記載されている。これらの特許は、液晶ディスプレイのような表示装置の透明導電体層のレーザ・パターン形成を対象としている。
したがって、従来技術の限界を克服する厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置の薄膜をパターン形成する方法を提供することによって、厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置の性能、詳細にはそのような表示装置の発光とエネルギー効率を改善することが望ましい。

本発明は、厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置の薄膜層をパターン形成するレーザ・アブレーション法に関する。
本発明の態様によれば、薄膜蛍光体層の他の層を有する厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置の薄膜蛍光体層をパターン形成するレーザ・アブレーション法であって、薄膜蛍光体層を他の層の実質的な除去や破損なしにパターン形成するために、レーザ放射の波長、レーザ・パルス幅、レーザ・エネルギー密度、および十分なレーザ・パルス数を選択する段階を含み、それにより、レーザ放射の波長は、レーザ放射が実質的に膜蛍光体層によって吸収されて他の層による吸収が最小になるようなものであり、レーザ・パルス幅は、レーザ・パルスの持続時間中に、薄膜蛍光体層から他の層への熱の流れが最小になるのに十分な短さであり、レーザ・エネルギー密度と十分なレーザ・パルス数は、エネルギーが薄膜蛍光体層に投入され、それにより 薄膜蛍光体層の少なくとも一部分の厚さ全体が除去されるのに十分な高さである方法を提供する。

本発明のもう１つの態様によれば、蛍光体層の他の層を含む厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置内の希土類活性化アルカリ土類硫化物蛍光体層をパターン形成するレーザ・アブレーション法であって、
前記蛍光体層のパターン形成を他の層の実質的な除去や損傷なしに達成するために、レーザ放射の波長、レーザ・パルス幅、レーザ・エネルギー密度、および十分なレーザ・パルス数を前記蛍光体層に提供する段階を含み、
前記波長が実質的に前記蛍光体層によって吸収され、前記蛍光体層から他の層への熱の流れが最小であり、前記レーザ・エネルギー密度とレーザ・パルス数が、エネルギーが前記蛍光体層内に投入され前記蛍光体層の少なくとも一部分の厚さ全体が除去されるほど十分に高い。

好ましい態様において、厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置が、基板、導電性金属膜を含む下側電極層、厚膜誘電体層、厚膜誘電体層上に付着された蛍光体層、および光透過性導電体膜を含む上側電極層を順々に含む。好ましい態様において、蛍光体層は、希土類金属で活性化されたアルカリ土類含有硫化物である。チオアルミン酸塩、チオオキシアルミン酸塩、チオ没食子酸塩、チオオキシ没食子酸塩、チオインジウム酸塩、チオオキシインジウム酸塩およびこれらの混合物から成るグループから選択されたユウロピウム活性化アルカリ土類含有硫化物がより好ましい。

本発明のさらにも１つの態様によれば、この方法は、さらに、約１００ｋＨｚ未満、好ましくは約１０Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲のレーザ・パルス繰り返し周期を選択する段階を含む。
本発明のさらにもう１つの態様によれば、方法は、さらに、光透過性導電体膜の除去を含む。好ましい態様において、光透過性導電体膜は、酸化物、好ましくはインジウム・スズ酸化物である。
本発明のさらにもう１つの態様において、レーザ波長は、約１９３ナノメートル〜約３５１ナノメートルの範囲である。好ましい態様において、レーザは、フッ化クリプトン・エキシマ・レーザ、フッ化キセノン・エキシマ・レーザ、塩化キセノン・エキシマ・レーザおよびフッ化アルゴン・エキシマ・レーザから成るグループから選択されたエキシマ・レーザである。

本発明のさらにもう１つの態様によれば、薄膜蛍光体層は、電子バンドギャップを有する材料であり、レーザ波長は、この電子バンドギャップに対応する波長未満である。
本発明のさらにもう１つの態様によれば、レーザ・エネルギー密度は、薄膜蛍光体層の比熱と単位面積質量に依存する。好ましい態様において、レーザ・エネルギー密度は、約１ジュール／表面積１平方センチメートル〜約２ジュール／表面積１平方センチメートルの範囲であり、レーザ・パルス幅は、約１マイクロ秒未満、好ましくは少なくとも約２０ナノ秒である。

本発明のさらにもう１つ態様によれば、薄膜蛍光体層は、一般に約０．３〜約１マイクロメートルの範囲の厚さを有する。好ましい態様において、レーザ・アブレーションは、不活性雰囲気中で行われ、好ましくは不活性雰囲気は、アルゴン、ヘリウム、窒素およびこれらの混合物から成るグループから選択される。
本発明のさらにもう１つ態様によれば、薄膜蛍光体層の隣りに少なくとも１つの保護層がある。本発明の好ましい態様において、少なくとも１つの保護層は、レーザ放射を薄膜蛍光体層まで通過させかつ／または薄膜蛍光体層から放出された放射を実質的に反射する材料を含む。もう１つの好ましい態様では、薄膜蛍光体層がカプセル化されるように薄膜蛍光体層の隣りに２つの保護層がある。

本発明のさらにもう１つの態様によれば、少なくとも１つの保護層は、酸化物と硫化物から成るグループから選択された材料である。材料は、結晶質であることが好ましく、アルミナ、インジウム・スズ酸化物、硫化バリウムおよびこれらの混合物から成るグループから選択されることがさらに好ましい。本発明の好ましい態様において、少なくとも１つの保護層が、アブレーション中に薄膜蛍光体層から放出される放射の波長範囲を実質的に含む波長範囲の放射を実質的に反射する光学フォノン周波数範囲を有する結晶質材料を含む。もう１つの好ましい態様において、少なくとも１つの保護層がアブレーション中に薄膜蛍光体層から放出される少なくとも約１マイクロメートル〜約４マイクロメートルの範囲、より好ましくは約１．８マイクロメートル〜約３マイクロメートルの範囲の波長の放射を実質的に反射する。

本発明のさらにもう１つの態様によれば、基板、導電性金属皮膜を含む下側電極層、厚膜誘電体層、前述の方法に従ってパターン形成されたパターン形成蛍光体層、および光透過性導電体膜を含む上側電極層を順々に含む厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置が提供される。好ましい態様において、厚膜誘電体層と蛍光体層の間に、０．５マイクロメートル未満の厚さを有する薄膜層がある。薄膜層はチタン酸バリウムであることが好ましい。もう１つの好ましい態様において、蛍光体層の隣りに少なくとも１つの保護層がある。少なくとも１つの保護層は、レーザ放射を薄膜蛍光体層まで通過させかつ／または薄膜蛍光体層から放出された放射を実質的に反射する材料を含むことが好ましい。より好ましくは、薄膜蛍光体層がカプセル化されるように薄膜蛍光体層の隣りに２つの保護層がある。少なくとも１つの保護層は、前述の特性を有する材料から作成することができる。

本発明は、単なる例示として示され本発明の意図する範囲を限定しない本明細書に示した説明および添付図面からより完全に理解されるであろう。

本明細書で使用されるとき、用語「パターン」は、薄膜層の模様（design）を指す。「パターン形成」は、薄膜層の模様を作成するプロセスである。用語「順々に（in sequence）」は、特定の順序であることが定義されるが、この用語は、例えば表示装置を形成するために積層する事例において層が互いに隣り合っているという意味に限定されない。
本発明は、厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置の薄膜層を、他の層の実質的な除去（ablation）や損傷なしにパターン形成するレーザ・アブレーション法に関する。図１に、代表的な厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置１０を示す。厚膜エレクトロルミネセンス表示装置１０は、順々に基板１２、下側電極１４を形成する導電体層、厚膜誘電体層１６、蛍光体膜１８、および構造内の上側電極を形成する光透過性でかつ導電性の膜２０からなる基本構造を含む。基板１２は、セラミックス、ガラス・セラミック複合物、耐熱ガラス、セラミックス被覆金属、処理温度に耐える任意の他の剛性材料など耐熱基板であることが好ましい。下側電極１４は、金か銀であることが好ましい。下側電極は、厚膜誘電体構造を付着させる前に基板に付着されることが好ましい。厚膜誘電体層１６は、表示装置が、表示ルミネセンスを生成するのに必要な電圧で動作するときに絶縁破壊に対する高い耐性を提供するように設計されている。一般に、厚膜誘電体層１６は、絶縁破壊を防ぐために数千の誘電率と約１０マイクロメートルよりも大きい厚さを有するマグネシウム・ニオブ酸チタン酸鉛（ＰＭＮ−ＰＴ）などの焼結ペロブスカイト圧電性または強誘電性材料を含む。蛍光体膜１８は、一般に、例えば希土類金属で活性化されたアルカリ土類含有硫化物、好ましくはチオアルミン酸塩、チオオキシアルミン酸塩、チオ没食子酸塩、チオオキシ没食子酸塩、チオインジウム酸塩、チオオキシインジウム酸塩およびこれらの混合物から成るグループから選択されたユウロピウム活性化アルカリ土類含有硫化物など、蛍光体を含む硫化物を含む。上側電極２０は、透明導電体層であり、一般に、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）などの酸化物である。一般に、参照により本明細書に組み込まれた国際特許出願ＰＣＴ／ＣＡＯＯ／００５６１に記載されているように、厚膜誘電体層と蛍光体層の間には別の薄膜層が配置される。この別の薄膜層は、０．５マイクロメートル未満の厚さを有することが好ましく、この別の薄膜層は、チタン酸バリウムであることがより好ましい。

実施形態において、レーザ・アブレーション法は、薄膜蛍光体層１８を、他の層の実質的な除去や損傷なしにパターン形成することに関する。関連した実施形態において、レーザ・アブレーション法は、薄膜蛍光体層１８と透明導電体層２０を、他の層の実質的な除去や損傷なしにパターン形成することを対象とする（図２を参照）。
概略的に、この方法は、除去する（ablate）層を、熱エネルギーが他の層に伝わるのを制限しながら、蒸発させることができる温度よりも高い温度まで輻射加熱する段階を含む。これは、例えば、すぐ隣りの薄膜層が溶けて、薄膜層自体の内部で、除去する層や、エレクトロルミネセンス表示装置の大きな劣化を引き起こす可能性のある構造の他の部分との化学反応が進行するのを防ぐ。

好ましい実施形態において、このレーザ・アブレーション法は、パターン形成した層を得るために除去する膜の特定領域に送られるレーザ放射の波長、レーザ・パルス幅、レーザ・エネルギー密度、および十分なレーザ・パルス数の選択を必要とする。これらのパラメータは、除去する層と除去しない他の層の物理的特性と適合するように選択される。これらの特性には、特定のレーザ波長で除去される層と特定の波長で除去されない他の層の光吸収率と光屈折率、除去される層の熱容量と除去されない他の層の熱容量、および除去される層の熱伝導率と除去されない他の層の熱伝導率が含まれることがある。

１つの実施形態において、レーザ・アブレーション法は、ａ）レーザ放射が、除去する層内で実質的に吸収され、この層で吸収されない放射が、他のどの層でも実質的に吸収されることなく放散し、例えば、吸収されない放射が、除去する層とその下の薄膜の界面から反射されるように、レーザ波長を選択する段階と、
ｂ）レーザ・パルスの持続時間中に、除去する層から他の層、詳細には下にある薄膜への熱の流れが実質的にないような十分に短いレーザ・パルス幅を選択する段階と、
ｃ）層の少なくとも一部分の厚さ全体を蒸発させるのに十分に高いエネルギーが層に投入されるように、レーザ・パルスのレーザ・エネルギー密度を選択する段階と、
ｄ）層の少なくとも一部分の厚さ全体を蒸発させるのに十分な高さのエネルギーが層に投入されるように、十分なレーザ・パルス数とレーザ・パルス繰り返し周期を選択する段階とを含む。例えば、除去する層が、１つのレーザ・パルスを使用して一部分だけ除去される場合、ユーザが選択した場合は、連続するパルスを使用して層を完全に除去することができる。

レーザ波長は、除去する層の材料の対応する電子バンドギャップ以下であることが好ましい。電子バンドギャップは、不純物の存在、材料の結晶構造の欠陥、および材料の結晶粒界による影響を受けることがある。例えば、除去する層が、複数の化合物または結晶相を含むことがあり、その場合は、他の構成材料のバンドギャップを考慮しなければならないことがある。同様に、例えば、除去する層とその下の層の間の境界面で吸収されずに反射される放射は、不純物の存在、結晶粒組織、および層の材料の他の形態学的特徴によって影響を受けることがある。除去する層と除去しない他の層の熱伝導率も、これらの層の他の構成材料の結晶粒組織および物理的形態構造による影響を受けることがある。好ましい実施形態において、アブレーション用のレーザ波長は、約１９３ナノメートル〜約３５１ナノメートルの範囲である。この選択された波長範囲を得るために、エキシマ・レーザが使用されることがある。より好ましくは、そのようなレーザは、フッ化クリプトン・エキシマ・レーザ、フッ化キセノン・エキシマ・レーザ、塩化キセノン・エキシマ・レーザ、およびフッ化アルゴン・エキシマ・レーザから成るグループから選択される。

レーザ・パルス幅は、除去する層の下にある他の層を加熱し過ぎないように、少なくとも約２０ナノ秒であることが好ましく、約１マイクロ秒未満であることがより好ましい。除去する層は、一般に約０．３〜約１マイクロメートルの範囲の厚さを有する。
レーザ・エネルギー密度は、除去する層の比熱と単位面積質量に依存することが好ましい。一般に、完全なアブレーションには、約１ジュール／表面積１平方センチメートル〜２ジュール／表面積１平方センチメートルのエネルギー密度が必要である。エキシマ・レーザは、一般に、３ジュール／平方センチメートルを超えるエネルギー密度を加えることができる。

パルス繰り返し周期は、約１００ｋＨｚ未満であることが好ましい。商業的に製造されているほとんどのエキシマ・レーザは、一般に、約１０Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲のパルス繰り返し周期を有する。繰り返し周期が高すぎると、入射レーザ・パルスからの熱が、別のパルスが到達するまでに層内に放散されず、その結果、他の層、詳細には除去する層の下にある層が過熱する可能性がある。
好ましい実施形態において、レーザ・アブレーションは、本質的に不活性雰囲気中で行われる。一般に、不活性雰囲気は、アルゴン、ヘリウム、窒素およびこれらの混合物から成るグループから選択されたガスからなる。

層を適切に除去するには、材料の完全なアブレーションを達成するように除去する層の温度分布を制御できることが望ましい。例えば、下の材料が溶融または蒸発する間に材料の表面が凝固すると、材料は、完全に除去されず、一部分が再凝結または凝固することがある。これが起こると、除去した領域の上に、凝結し凝固した破片が散乱することがあった。除去する層の温度分布を制御し、材料の完全なアブレーションを実現するために、保護層を使用することがきる。１つの実施形態において、除去する層の上に保護層を付着させることができる。保護層は、除去する層までレーザ放射が通過できるようにし、また保護層は、除去する層から放出された放射を実質的に反射する。同様に、除去する層から放出された放射を実質的に反射するように、保護層が、除去する層の下に配置されてもよい。さらに、除去する層が保護層によってカプセル化されてもよい。例えば、保護層が、除去する層の上と下に配置される。除去する層と保護層を合わせた厚さは、約０．３〜約１．５マイクロメートルの範囲であることが好ましい。

保護層はアブレーション後に所定の場所に残るので、保護層は、アブレーション工程後にエレクトロルミネセンス表示装置および表示装置の残りの部分の処理工程と両立できるように選択される。保護層を含む実施形態において、方法は、保護層の材料と厚さ、成果を達成するために除去する膜の固有領域に加えられるレーザ放射の波長、レーザ・パルス幅、レーザ・エネルギー密度、パルス繰り返し周期、および全パルス数の選択を必要とすることが好ましい。保護層は、一般に、レーザ放射が除去する層を通過できかつ除去する層から放出された放射を実質的に反射させる材料であり、この材料は、結晶質材料であることが好ましい。一般に、保護層は、酸化物や硫化物などの軽原子を含む化合物を含み、結晶格子内に比較的高度のイオン結合を有することが好ましい。より好ましくは、保護層は、アルミナ、インジウム・スズ酸化物、硫化バリウムおよびこれらの混合物から成るグループから選択される。

好ましい実施形態において、保護層は、蒸発温度に近づくときに除去する層から放出される放射の波長範囲、詳細には黒体放射を実質的に反射できるように広範囲の光学フォノン周波数を有する結晶質材料である。光学フォノンという用語は、Ｃ．Ｋｉｔｔｅｌの「Introduction to Solid State Physics Third edition, Chapter 5」に定義されているようなものである。詳細には、保護層は、アブレーション・プロセスで除去材料から放出される放射の波長範囲、詳細には黒体放射を実質的に含む波長範囲の放射を実質的に反射するような光学フォノン周波数範囲を有する材料を含む。特定の実施形態において、保護層は、少なくとも約１マイクロメートル〜約４マイクロメートルの範囲、好ましくは約１．８マイクロメートル〜約３マイクロメートルの範囲の黒体放射波長を蛍光体層に実質的に反射するように選択される。

保護層は、また、層を環境による劣化から保護することができる。例えば、保護層は、除去していない部分を雰囲気およびその雰囲気による水分から保護することができる。
除去する層が蛍光体である特定の実施形態において、アブレーションが行われる蒸発温度は、一般に、約１５００℃〜約２５００℃の範囲である。蛍光体層から放射（すなわち黒体放射）が放出されたときに蒸発温度が低下するのを防ぐために、保護層は、蛍光体層から放出された波長範囲の黒体放射を蛍光体層に実質的に反射するように選択される。一般に約１５００℃〜約２５００℃の範囲の蒸発温度を有する蛍光体の場合、そのような温度で蛍光体層から放出される黒体放射の波長は、主に、約１．８マイクロメートル〜約３マイクロメートルの波長範囲であり、これは、電磁スペクトルの赤外線領域にある。したがって、保護層は、少なくとも約１．８マイクロメートル〜約３マイクロメートルの範囲の黒体放射波長を蛍光体層に実質的に反射するように選択される。

以上の開示は、本発明を概略的に説明したものである。以下の特定の例を参照するとことにより、より完全に理解することができる。これらの例は、単に例示のために示されており、本発明の範囲を限定するものではない。状況によって方策が示唆または提供されるので、形態の変更と等価物の代用が意図される。本明細書において特定の用語を使用したが、そのような用語は、限定のためのものではなく説明的な意味で意図されている。
例
以下の例のエレクトロルミネセンス表示装置は、本出願人の同時係属国際特許出願ＰＣＴ／ＣＡＯＯ／００５６１（この出願の全体は参照により本明細書に組み込まれた）の方法に従って、薄膜金電極と複合厚膜誘電体層が順々に付着された５センチメートル×５センチメートルのアルミナ基板上に薄膜層を付着させパターン形成することにより製造した。次に、２００１年１月１７日に出願にされた本出願人の同時係属米国特許出願第０９／７６１，９７１号（この出願の全体は参照により本明細書に組み込まれた）の方法に従って、その上にチタン酸バリウム薄膜誘電体層を付着させた。チタン酸バリウム膜を付着させた後で、２００１年３月２日に出願にされた本出願人の同時係属米国特許出願第０９／７９８，２０３号（この出願の全体は参照により本明細書に組み込まれた）の方法を使用して、その上に蛍光体層を付着させた。この蛍光体層は、マグネシウムとバリウムに対するユウロピウムの比率でユウロピウムが３原子パーセントのユウロピウム活性化チオアルミン酸バリウム・マグネシウムを含む。

アブレーションは、表示装置の蛍光体層の可変寸法の正方形スポット、詳細には２６０マイクロメートル×２６０マイクロメートルの正方形スポットに集束されたエキシマ・レーザを使用して達成された。レーザ・パルス幅は、２０ナノ秒であった。スポットが３００センチメートル／分以下の速度で蛍光体層を横切って走査されるように、表示装置を、スポット下でレーザ光線と垂直な向きに移動させた。走査速度は、連続するレーザ・パルスが重なり、その結果、繰り返し除去されたスポットによって除去溝ができるように選択された。いくつかの平行な溝が除去され、それにより蛍光体層が、平行なストリップに分割された。繰り返し周期は、除去溝内の各箇所が少なくとも２つから５つ以内のレーザ・パルスにさらされるように変更された。

蛍光体層を除去した後、その上に追加のアルミナ薄膜層を付着させ、次にインジウム・スズ酸化物の透明電極層を付着させた。これらの層は、アブレーション工程の前に既に付着されていてもよく、その場合、アルミナは、除去する層とその他の層を保護する保護層として働くことがある。
次に、できたエレクトロルミネセンス表示装置を、しきい電圧約６０ボルト、パルス幅３２マイクロ秒、およびパルス繰り返し周期２４０Ｈｚの交番極性電圧パルスを印加して試験した。
実施例１
以上のように厚膜エレクトロルミネセンス表示装置を作成し、ユウロピウム活性化チオアルミン酸バリウム・マグネシウム蛍光体層は、厚さ約２７０ナノメートル、その下のチタン酸バリウム層は、厚さ約１５ナノメートルであった。蛍光体層の上に、厚さ約４５ナノメートルのアルミナ保護層と、次に、厚さ約１００ナノメートルのインジウム・スズ酸化物層をスパッタした。インジウム・スズ酸化物は、表示装置の電極と保護層の両方としてはたらく。

蛍光体層を、重なっている層と共に、レーザ波長２４８ナノメートル、レーザ・エネルギー密度１．５ジュール／平方センチメートル、およびアブレーション・パスに沿って２６マイクロメートルごとにパルスを提供するレーザ・パルス繰り返し周期を有するエキシマ・レーザを使用して除去した。
その結果、金電極とインジウム・スズ酸化物層の間に電圧を印加することによって個別に発光させることができる蛍光体層が得られた。蛍光体の輝度を測定し、除去していない領域が、パターン形成していない他は同一の装置のものに匹敵することが分かった。
実施例２
レーザ・エネルギー密度が２ジュール／平方センチメートルと高く、レーザ・パルス繰り返し周期が、アブレーション溝に沿って５２マイクロメートルごとにパルスを印加するように低いことを除き、実施例１と類似の表示装置を製造した。

この表示装置は、実施例１の装置と同じように動作した。
本明細書で本発明の好ましい実施形態を詳細に示したが、当業者は、本発明の趣旨から逸脱することなく実施形態に変更を行うことができることを理解されよう。

厚膜誘電体エレクトロルミネセンス素子表示装置の厚膜誘電体の断面図である。 パターン形成した層を有する厚膜誘電体エレクトロルミネセンス素子表示装置の断面図である。

符号の説明

１０ 厚膜エレクトロルミネセンス表示装置
１２ 基板
１４ 下側電極
１６ 厚膜誘電体層
１８ 蛍光体膜
２０ 上側電極

Claims (56)

1. 薄膜蛍光体層の他の層を有する厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置の薄膜蛍光体層をパターン形成するレーザ・アブレーション法であって、
   薄膜蛍光体層を、他の層の実質的な除去（ablation）や破損なしにパターン形成するためにレーザ放射の波長、レーザ・パルス幅、レーザ・エネルギー密度、および十分なレーザ・パルス数を選択する段階を含み、
   レーザ放射の波長が、レーザ放射が実質的に薄膜蛍光体層によって吸収され、他の層による吸収が最小になるようなものであり、
   レーザ・パルス幅が、レーザ・パルスの持続時間中に、薄膜蛍光体層から他の層への熱の流れが最小になるのに十分な短さであり、
   レーザ・エネルギー密度と十分なレーザ・パルス数が、エネルギーが薄膜蛍光体層に投入されるのに十分な高さであり、
   薄膜蛍光体層の少なくとも一部分の厚さ全体が除去されるレーザ・アブレーション法。
2. 約１００ｋＨｚ未満のレーザ・パルス繰り返し周期を選択する段階をさらに含む請求項１に記載のレーザ・アブレーション法。
3. 光透過性導電体膜のアブレーションを含む請求項１に記載のレーザ・アブレーション法。
4. 蛍光体層が、希土類金属で活性化されたアルカリ土類含有硫化物である請求項１に記載のレーザ・アブレーション法。
5. 希土類金属で活性化されたアルカリ土類含有硫化物が、チオアルミン酸塩、チオオキシアルミン酸塩、チオ没食子酸塩、チオオキシ没食子酸塩、チオインジウム酸塩、チオオキシインジウム酸塩およびこれらの混合物から成るグループから選択されたユウロピウム活性化アルカリ土類含有硫化物である請求項４に記載のレーザ・アブレーション法。
6. 光透過性導電体層が酸化物である請求項３に記載のレーザ・アブレーション法。
7. 光透過性導電体層が、インジウム・スズ酸化物である請求項６に記載のレーザ・アブレーション法。
8. 薄膜蛍光体層が、電子バンドギャップを有する材料を含み、レーザ波長が、電子バンドギャップに対応する波長よりも短いかまたはそれと等しい請求項１に記載のレーザ・アブレーション法。
9. レーザ波長が、約１９３ナノメートル〜約３５１ナノメートルの範囲である請求項８に記載のレーザ・アブレーション法。
10. レーザが、フッ化クリプトン・エキシマ・レーザ、フッ化キセノン・エキシマ・レーザ、塩化キセノン・エキシマ・レーザ、およびフッ化アルゴン・エキシマ・レーザから成るグループから選択されたエキシマ・レーザである請求項９に記載のレーザ・アブレーション法。
11. レーザ・エネルギー密度が、薄膜蛍光体層の比熱と単位面積質量に依存する請求項１に記載のレーザ・アブレーション法。
12. レーザ・エネルギー密度が、約１ジュール／平方センチメートル表面積〜約２ジュール／平方センチメートル表面積の範囲である請求項１１に記載のレーザ・アブレーション法。
13. レーザ・パルス繰り返し周期が、約１０Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲である請求項２に記載のレーザ・アブレーション法。
14. レーザ・パルス幅が、約１マイクロ秒未満である請求項１に記載のレーザ・アブレーション法。
15. レーザ・パルス幅が、少なくとも約２０ナノ秒である請求項１４に記載のレーザ・アブレーション法。
16. 薄膜蛍光体層が、一般に約０．３〜約１マイクロメートルの範囲の厚さを有する請求項１に記載のレーザ・アブレーション法。
17. レーザ・アブレーションが、不活性雰囲気中で行われる請求項１に記載のレーザ・アブレーション法。
18. 不活性雰囲気が、アルゴン、ヘリウム、窒素およびこれらの混合物からなるグループから選択されたガスからなる請求項１７に記載のレーザ・アブレーション法。
19. 薄膜蛍光体層の隣りに少なくとも１つの保護層がある請求項１に記載のレーザ・アブレーション法。
20. 少なくとも１つの保護層が、レーザ放射を薄膜蛍光体層まで通過させる材料を含む請求項１９に記載のレーザ・アブレーション法。
21. 少なくとも１つの保護層が、薄膜蛍光体層から放出された放射を実質的に反射する材料を含む請求項１９に記載のレーザ・アブレーション法。
22. 少なくとも１つの保護層が、薄膜蛍光体層から放出された放射を実質的に反射する材料を含む請求項２０に記載のレーザ・アブレーション法。
23. 薄膜蛍光体層がカプセル化されるように薄膜蛍光体層の隣りに２つの保護層がある請求項１９に記載のレーザ・アブレーション法。
24. 少なくとも１つの保護層が、酸化物と硫化物から成るグループから選択された材料を含む請求項１９に記載のレーザ・アブレーション法。
25. 材料が、結晶質である請求項２４に記載のレーザ・アブレーション法。
26. 結晶質材料が、アルミナ、インジウム・スズ酸化物、硫化バリウムおよびこれらの混合物から成るグループから選択された請求項２５に記載のレーザ・アブレーション法。
27. 少なくとも１つの保護層が、アブレーション中に薄膜蛍光体層から放出される放射の波長範囲を実質的に含む波長範囲の放射を実質的に反射する光学フォノン周波数範囲を有する結晶質材料を含む請求項１９に記載のレーザ・アブレーション法。
28. 少なくとも１つの保護層が、アブレーション中に薄膜蛍光体層から放出される少なくとも約１マイクロメートル〜約４マイクロメートルの範囲の波長の放射を実質的に反射する請求項１９に記載のレーザ・アブレーション法。
29. 少なくとも１つの保護層が、アブレーション中に薄膜蛍光体層から放出される少なくとも約１．８マイクロメートル〜約３マイクロメートルの範囲の波長の放射を実質的に反射する請求項１９に記載のレーザ・アブレーション法。
30. 基板、導電性金属膜を含む下側電極層、厚膜誘電体層、請求項１の方法に従ってパターン形成されたパターン形成蛍光体層、および光透過性導電体膜を含む上側電極層とを順々に含む厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
31. 基板、導電性金属膜を含む下側電極層、厚膜誘電体層、請求項２の方法に従ってパターン形成されたパターン形成蛍光体層、および光透過性導電体膜を含む上側電極層を順々に含む厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
32. 蛍光体層が、希土類金属で活性化されたアルカリ土類含有硫化物である請求項３０に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
33. 希土類金属で活性化されたアルカリ土類含有硫化物が、チオアルミン酸塩、チオオキシアルミン酸塩、チオ没食子酸塩、チオオキシ没食子酸塩、チオインジウム酸塩、チオオキシインジウム酸塩およびこれらの混合物から成るグループから選択されたユウロピウムで活性化されたアルカリ土類含有硫化物である請求項３２に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
34. レーザ波長が、約１９３ナノメートル〜約３５１ナノメートルの範囲である請求項３０に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
35. レーザが、フッ化クリプトン・エキシマ・レーザ、フッ化キセノン・エキシマ・レーザ、塩化キセノン・エキシマ・レーザ、およびフッ化アルゴン・エキシマ・レーザから成るグループから選択されたエキシマ・レーザである請求項３４に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
36. レーザ・エネルギー密度が、蛍光体層の比熱と単位面積質量に依存する請求項３０に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
37. レーザ・エネルギー密度が、約１ジュール／表面積１平方センチメートル〜約２ジュール／表面積１平方センチメートルの範囲である請求項３６に記載の厚誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
38. レーザ・パルス幅が、約１マイクロ秒未満である請求項３０に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
39. 蛍光体層が、一般に約０．３〜約１マイクロメートルの範囲の厚さを有する請求項３０に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
40. 厚膜誘電体層と蛍光体層の間に、０．５マイクロメートル未満の厚さを有する薄膜層がある請求項３０に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
41. 薄膜層が、チタン酸バリウムである請求項４０に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
42. 蛍光体層の隣りに少なくとも１つの保護層がある請求項３０に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
43. 少なくとも１つの保護層が、レーザ放射が蛍光体層を通過できるようにする材料を含む請求項４２に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
44. 少なくとも１つの保護層が、蛍光体層から放出された放射を実質的に反射する材料を含む請求項４２に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
45. 少なくとも１つの保護層が、蛍光体層から放出された放射を実質的に反射する材料を含む請求項４３に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
46. 蛍光体層がカプセル化されるように蛍光体層の隣りに２つの保護層がある請求項４２に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
47. 少なくとも１つの保護層が、酸化物と硫化物から成るグループから選択された材料を含む請求項４２に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
48. 材料が結晶質である請求項４７に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
49. 結晶質材料が、アルミナ、インジウム・スズ酸化物、硫化バリウムおよびこれらの混合物から成るグループから選択された請求項４８に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
50. 少なくとも１つの保護層が、アブレーション中に蛍光体層からの放出される放射の波長範囲を実質的に含む波長範囲の放射を実質的に反射する光学フォノン周波数範囲を有する結晶質材料を含む請求項４２に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
51. 少なくとも１つの保護層が、アブレーション中に蛍光体層から放出される少なくとも約１マイクロメートル〜約４マイクロメートルの範囲の波長の放射を実質的に反射させる請求項４２に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
52. 少なくとも１つの保護層が、アブレーション中に蛍光体層から放出される少なくとも約１．８マイクロメートル〜約３マイクロメートルの範囲の波長の放射を実質的に反射する請求項４２に記載の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置。
53. 蛍光体層の他の層を含む厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置内の希土類活性化アルカリ土類硫化物蛍光体層をパターン形成するレーザ・アブレーション法であって、
    レーザ放射の波長、レーザ・パルス幅、レーザ・エネルギー密度、十分なレーザ・パルス数を前記蛍光体層に提供して、前記蛍光体層のパターン形成を、他の層の実質的な除去や破損なしに実現する段階を含み、
    前記波長が、実質的に前記蛍光体層によって吸収され、前記蛍光体層から他の層への熱の流れが最小であり、前記レーザ・エネルギー密度とレーザ・パルス数が、前記蛍光体層内にエネルギーを投入し、前記蛍光体層の少なくとも一部分の厚さ全体を除去するのに十分に高いレーザ・アブレーション法。
54. 前記レーザ波長が約１９３ｎｍ〜３５１ｎｍであり、前記レーザ・パルス幅が少なくとも約２０ナノ秒であり、前記レーザ・エネルギー密度が約１〜２ジュール／ｃｍ²であり、前記パルス繰り返し周期が約１００ｋＨｚ未満である請求項５３に記載のレーザ・アブレーション法。
55. 前記蛍光体層の約０．３〜１．０マイクロメートルが除去される請求項５４に記載のレーザ・アブレーション法。
56. 前記方法が、不活性ガス雰囲気中で行われる請求項５３〜５５のいずれかに記載のレーザ・アブレーション法。
    

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