JP2007317536A

JP2007317536A - 無機エレクトロルミネッセンス素子用酸化ジルコニウム系バリア膜

Info

Publication number: JP2007317536A
Application number: JP2006146589A
Authority: JP
Inventors: Shuhin Cho; 守斌張; Isato Sasaki; 勇人佐々木; Shozo Komiyama; 昌三小見山; Terushi Mishima; 昭史三島
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】各種電子機器、情報機器のディスプレイなどに使用される無機エレクトロルミネッセンス素子（以下、無機ＥＬ素子という）を構成する酸化ジルコニウム系バリア膜を提供する。
【解決手段】酸化イットリウム：１〜１２モル％を含有し、さらに必要に応じて二酸化珪素：１〜５０モル％および／または酸化アルミニウム：１〜５０モル％を二酸化珪素＋酸化アルミニウム≦６６モル％含有し、残部が酸化ジルコニウムおよび不可避不純物からなる組成を有する無機ＥＬ素子用酸化ジルコニウム系バリア膜。
【選択図】なし

Description

この発明は、各種電子機器、情報機器のディスプレイなどに使用される無機エレクトロルミネッセンス素子（以下、無機ＥＬ素子という）を構成する酸化ジルコニウム系バリア膜に関するものである。

近年、各種電子機器、情報機器のディスプレイなどに無機ＥＬ素子が使用されるようになってきた。この無機ＥＬ素子は、蛍光体膜を中心膜としてその両面にチタン酸バリウムなどの誘電体膜が形成されており、さらにこの誘電体膜の外側にバリア膜が形成されており、さらにこのバリア膜の外側にインジウム−錫酸化物などからなる透明導電体膜が形成されており、さらにこの透明誘電体膜の外側にガラス基板が積層されている構造を有している。したがって、無機ＥＬ素子は蛍光体膜を中心膜としてその両側に誘電体膜−バリア膜−透明導電体膜−ガラス基板の順に積層されている積層構造を有している。また、このバリア膜は透明導電体膜とガラス基板の間に形成されることもある。

この無機ＥＬ素子に使用されるバリア膜は、一般に、光透過率が高く、酸素透過率および水蒸気透過率が低い特性を有することを必要とし、この条件を満たすバリア膜として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、フッ化アルミニウムなどのアルミニウム化合物で構成されることが知られており（特許文献１、２参照）、さらにＳｉＯｘ（１≦ｘ≦１．８）で構成されることも知られている（特許文献３参照）。
ＰＣＴ／ＣＡ２００３／００１８９２明細書ＰＣＴ／ＣＡ２００３／００１８５０明細書特開平６−１３６１６１号公報

前記アルミニウム化合物からなるバリア膜は酸素透過率および水蒸気透過率が低いものの光透過率が低く、一方、ＳｉＯｘ（１≦ｘ≦１．８）からなるバリア膜は光透過率が高いものの酸素透過率および水蒸気透過率が高いという欠点があった。

そこで、本発明者らは、光透過率が高くかつ酸素透過率および水蒸気透過率が低い特性を有するバリア膜を得るべく研究を行なった結果、イットリアを含む酸化ジルコニウム、並びにイットリアを含む酸化ジルコニウムにさらにＳｉＯ_２および／またはＡｌ_２Ｏ_３を含む酸化ジルコニウム系バリア膜は、光透過率が高くかつ酸素透過率および水蒸気透過率が低い特性を有するという研究結果が得られたのである。

この発明は、かかる研究結果に基づいて成されたものであって、

（１）酸化イットリウム：１〜１２モル％を含有し、残部が酸化ジルコニウムおよび不可避不純物からなる組成を有する無機ＥＬ素子用酸化ジルコニウム系バリア膜、
（２）酸化イットリウム：１〜１２モル％を含有し、さらに二酸化珪素：１〜５０モル％を含有し、残部が酸化ジルコニウムおよび不可避不純物からなる組成を有する無機ＥＬ素子用酸化ジルコニウム系バリア膜、
（３）酸化イットリウム：１〜１２モル％を含有し、さらに酸化アルミニウム：１〜５０モル％を含有し、残部が酸化ジルコニウムおよび不可避不純物からなる組成を有する無機ＥＬ素子用酸化ジルコニウム系バリア膜、
（４）酸化イットリウム：１〜１２モル％を含有し、さらに二酸化珪素：１〜５０モル％および酸化アルミニウム：１〜５０モル％を二酸化珪素＋酸化アルミニウム≦６６モル％となるように含有し、残部が酸化ジルコニウムおよび不可避不純物からなる組成を有する無機ＥＬ素子用酸化ジルコニウム系バリア膜、に特徴を有するものである。

この発明の（１）〜（４）記載の無機ＥＬ素子用酸化ジルコニウム系バリア膜を作製するには、まず、原料粉末として酸化イットリウム含有酸化ジルコニウム粉末、二酸化珪素粉末および酸化アルミニウム粉末を用意し、これら原料粉末を前記（１）〜（４）記載の成分組成と同じ成分組成となるように配合し、混合して混合粉末を作製し、この混合粉末をプレス成形したのち大気または酸化性雰囲気中、温度１０００〜１５００℃、２〜８時間保持の条件の焼成を行うことにより焼結体を作製し、この焼結体を切削加工することにより前記（１）〜（４）記載の成分組成と同じ成分組成を有するターゲットを作製する。
また、前記ターゲットは、前記混合粉末を真空雰囲気中、温度１０００〜１４００℃、圧力：１０〜５０ＭＰａにて２〜８時間保持の条件のホットプレスを行うことによりホットプレス体を作製し、このホットプレス体を切削加工することにより作製することもできる。
このようにして得られたターゲットを用いて通常の条件でスパッタリングすることにより無機ＥＬ素子用酸化ジルコニウム系バリア膜を作製することができる。

この発明の無機ＥＬ素子用バリア膜の成分組成を上記のごとく限定した理由を説明する。
酸化イットリウム：
酸化イットリウムは酸化ジルコニウムを安定化させるために成分であることは知られており、無機ＥＬ素子用酸化ジルコニウム系バリア膜を形成するためのターゲットを製造する際に割れが発生するのを防止し、さらにスパッタ中の割れが発生するのを防止する作用があるが、酸化イットリウムの含有量が１モル％未満で所望の効果が得られないので好ましくなく、一方、１２モル％を越えて含有すると酸素に対するバリア性が低下するようになるので好ましくない。したがって、この発明の無機ＥＬ素子用酸化ジルコニウム系バリア膜に含まれる酸化イットリウムの含有量を１〜１２モル％に定めた。

二酸化珪素および酸化アルミニウム：
酸化イットリウム含有酸化ジルコニウムに含まれる二酸化珪素および酸化アルミニウムは、共に膜の密着性を向上させるので必要に応じて含有させるが、その含有量が：１モル％未満では所望の効果が得られず、一方、酸化アルミニウムの含有量が５０モル％を越えると光透過率が低下し、二酸化珪素の含有量が５０モル％を越えると酸素および水蒸気のバリア特性が低下するようになるので好ましくない。したがって、二酸化珪素および酸化アルミニウムの含有量はそれぞれ１〜５０モル％に定めた。なお二酸化珪素および酸化アルミニウムを共に含有する場合は二酸化珪素および酸化アルミニウムの合計含有量を二酸化珪素＋酸化アルミニウム≦６６モル％となるように定めた。それは二酸化珪素＋酸化アルミニウムの含有量が６６モル％を越えるようになると、膜の透明性および強度が低下するようになって好ましくないからである。

この発明の酸化ジルコニウム系バリア膜を無機エレクトロルミネッセンス素子の用いることにより無機エレクトロルミネッセンス素子の性能および寿命が向上し、各種電子機器、情報機器のディスプレイ産業の発展に大いに貢献し得るものである。

実施例１
原料粉末として、平均粒径：２μｍを有し表１に示される割合でＹ_２Ｏ_３を含有するＹ_２Ｏ_３含有ＺｒＯ_２粉末を用意した。これら原料粉末を直径：５ｍｍのジルコニアボールととものＰＥＴポットに入れ、エタノールを適量添加後、ボールミルで１２時間混合し、粉砕し、篩にかけて２５０μｍアンダーのＹ_２Ｏ_３含有ＺｒＯ_２粉末を作製した。この混合粉末をカーボンモールドに充填し、温度:１２００℃、圧力：４０ＭＰａにて２時間保持する条件のホットプレスを行うことにより直径：１２５ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有し、前記表１に示されるＹ_２Ｏ_３含有ＺｒＯ_２粉末と同じ成分組成を有するターゲットを作製した。
さらに市販のＡｌＮからなるターゲットおよびＳｉＯ_２からなるターゲットを用意した。
さらに、光透過率測定用として５０ｍｍ×５０ｍｍの寸法に切断したコーニング社製７０５９ガラスを用意した。
さらに、酸素透過率および水蒸気透過率測定用として、直径：６０ｍｍ、厚さ：７５μｍの寸法を有するポリアリレートフィルムを用意した。

次に、これらターゲットをＲＦ電源を用いたマグネトロン式スパッタリング装置に取り付け、５×１０^−５Ｐａになるまで排気し、この状態でＡｒガスを毎分３０ｃｍの流速で導入し、弁の開度を調節してＡｒ（圧力：０．５Ｐａ）雰囲気とし、出力：１０００Ｗの高周波電力を投入し、ガラス基板およびポリアリレートフィルムにそれぞれ厚さ：５０ｎｍを有する本発明バリア膜１〜１０、比較バリア膜１〜２および従来バリア膜１〜２を形成した。膜厚はいずれも接針式段差計により測定した。

これら厚さ：５０ｎｍの本発明バリア膜１〜１０、比較バリア膜１〜２および従来バリア膜について下記の装置を用いて光透過率、酸素透過率および水蒸気透過率を測定した。
（イ）光透過率の測定：

日本分光(株)製自動絶対反射率測定システムＡＲＳ−５５０型を使用し、光の波長：４３０μｍ、５５０μｍ、７００μｍ領域の透過率を測定し、その平均値を求め、その結果を表１に示した。
（ロ）水蒸気透過率：
ＪＩＳＫ７１２６Ａに規定される方法に従い、モダンコントロール社製ＰＥＲＭＡＴＲＡＮＷ３−３１を用いて４０℃、ＲＨ９０％の条件で測定し、その結果を表１に示した。
（ハ）酸素透過率
ＭＯＤＥＲＮＣＯＮＴＲＯＬ社製、酸素透過率測定装置ＯＸ−ＴＲＡＮ１００を使用して測定し、その結果を表１に示した。

表１に示される結果から、本発明バリア膜１〜１０は、従来バリア膜１に比べて酸素透過率および水蒸気透過率が低い特性を有すること、さらに従来バリア膜２は光透過率が高いので好ましくないことがわかる。さらにＹ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎる比較バリア膜１はターゲットを作製することができず、一方、Ｙ_２Ｏ_３の含有量が多すぎる比較バリア膜２は光透過率が低下して好ましくないことがわかる。

実施例２

原料粉末として、平均粒径：２μｍを有し表２に示される割合でＹ_２Ｏ_３を含有するＺｒＯ_２粉末を用意した。さらに、いずれも平均粒径：１μｍを有するＳｉＯ_２粉末およびＡｌ_２Ｏ_３粉末を用意した。これら原料粉末を表２に示される割合で配合して配合粉末を作製し、これら配合粉末を直径：５ｍｍのジルコニアボールととものＰＥＴポットに入れ、エタノールを適量添加後、ボールミルで１２時間混合し、乾燥後、粉砕し、篩にかけて２５０μｍアンダーの混合粉末を作製した。この混合粉末をカーボンモールドに充填し、温度:１２００℃、圧力：４０ＭＰａにて２時間保持する条件のホットプレスを行うことにより直径：１２５ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有し、表２に示される配合組成と同じ成分組成を有するターゲットを作製した。
さらに、光透過率測定用として５０ｍｍ×５０ｍｍの寸法に切断したコーニング社製７０５９ガラスを用意した。
さらに、酸素透過率および水蒸気透過率測定用として、直径：６０ｍｍ、厚さ：７５μｍの寸法を有するポリアリレートフィルムを用意した。

次に、これらターゲットをＲＦ電源を用いたマグネトロン式スパッタリング装置に取り付け、５×１０^−５Ｐａになるまで排気し、この状態でＡｒガスを毎分３０ｃｍ３の流速で導入し、弁の開度を調節してＡｒ（圧力：０．５Ｐａ）雰囲気とし、出力：１０００Ｗの高周波電力を投入し、ガラス基板およびポリアリレートフィルムにそれぞれ厚さ：５０ｎｍを有する本発明バリア膜１１〜１９および比較バリア膜１〜２を形成した。膜厚はいずれも接針式段差計により測定した。

これら厚さ：５０ｎｍの本発明バリア膜１１〜１９および比較バリア膜１〜２について実施例１と同様にして光透過率、酸素透過率および水蒸気透過率を測定し、その結果を表２に示した。

表２に示される結果から、本発明バリア膜１１〜１９は、表１に示される従来バリア膜１に比べて酸素透過率および水蒸気透過率が低い特性を有すること、さらに表１に示される従来バリア膜２に比べて光透過率が高いことがわかる。しかし、ＳｉＯ_２の含有量が多すぎる比較バリア膜３は光透過率および酸素透過率が大きくなるので好ましくなく、一方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると光透過率が低下して好ましくないことがわかる。

Claims

酸化イットリウム：１〜１２モル％を含有し、残部が酸化ジルコニウムおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする無機エレクトロルミネッセンス素子用酸化ジルコニウム系バリア膜。
酸化イットリウム：１〜１２モル％を含有し、さらに二酸化珪素：１〜５０モル％を含有し、残部が酸化ジルコニウムおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする無機エレクトロルミネッセンス素子用酸化ジルコニウム系バリア膜。
酸化イットリウム：１〜１２モル％を含有し、さらに酸化アルミニウム：１〜５０モル％を含有し、残部が酸化ジルコニウムおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする無機エレクトロルミネッセンス素子用酸化ジルコニウム系バリア膜。
酸化イットリウム：１〜１２モル％を含有し、さらに二酸化珪素：１〜５０モル％および酸化アルミニウム：１〜５０モル％を二酸化珪素＋酸化アルミニウム≦６６モル％となるように含有し、残部が酸化ジルコニウムおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする無機エレクトロルミネッセンス素子用酸化ジルコニウム系バリア膜。
請求項１、２、３または４記載の成分組成を有する無機エレクトロルミネッセンス素子用酸化ジルコニウム系バリア膜を形成するためのターゲット。