JP2622390B2 - 薄膜ｅｌ素子 - Google Patents
薄膜ｅｌ素子Info
- Publication number
- JP2622390B2 JP2622390B2 JP62323753A JP32375387A JP2622390B2 JP 2622390 B2 JP2622390 B2 JP 2622390B2 JP 62323753 A JP62323753 A JP 62323753A JP 32375387 A JP32375387 A JP 32375387A JP 2622390 B2 JP2622390 B2 JP 2622390B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- emitting layer
- thin
- oxygen
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Description
【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は薄膜EL素子、特に、アルカリ土類金属のカル
コゲン化物を母材とした薄膜EL素子に関する。
コゲン化物を母材とした薄膜EL素子に関する。
［従来技術］ EL薄膜の母材としては、ZnS、ZnSe、SrS、CaS、SrS
e、CaSe等のカルコゲン化物が知られている。
e、CaSe等のカルコゲン化物が知られている。
一方、従来より特公昭53-42398号記載のごとく、EL薄
膜が酸化すると、その発光輝度や寿命等のEL特性が劣化
すると考えられていた。したがって、特に酸化しやすい
ことで知られているアルカリ土類金属Ca、Srを構成元素
とする母材が、その影響も特に大きいことは容易に考え
られる。
膜が酸化すると、その発光輝度や寿命等のEL特性が劣化
すると考えられていた。したがって、特に酸化しやすい
ことで知られているアルカリ土類金属Ca、Srを構成元素
とする母材が、その影響も特に大きいことは容易に考え
られる。
これらアルカリ土類金属のカルコゲン化物から成る母
材はいろいろな発光色の薄膜EL素子をそろえるためには
有用であるが、現在のところ発光輝度が低いために実用
に至っているものは無い。そのため、高輝度化を目的と
した様々な試みがなされている。しかし、酸化の影響に
関しては、上記の様な考えかたはあるものの、これを定
量的に示した報告は無く、わずかに最近になって一二の
報文が見られるだけである。
材はいろいろな発光色の薄膜EL素子をそろえるためには
有用であるが、現在のところ発光輝度が低いために実用
に至っているものは無い。そのため、高輝度化を目的と
した様々な試みがなされている。しかし、酸化の影響に
関しては、上記の様な考えかたはあるものの、これを定
量的に示した報告は無く、わずかに最近になって一二の
報文が見られるだけである。
［目的］ 本発明は、従来技術の上記問題点を解明し、アルカリ
土類金属のカルコゲン化物を母材とする薄膜EL素子にお
いて、発光層中に存在する酸素濃度を限定することによ
り高輝度を維持する薄膜EL素子を提供することを目的と
している。
土類金属のカルコゲン化物を母材とする薄膜EL素子にお
いて、発光層中に存在する酸素濃度を限定することによ
り高輝度を維持する薄膜EL素子を提供することを目的と
している。
［構成］ 上記目的を達成するための本発明の構成は、一般式が
MXで表させる母材に希土類元素からなる発光中心物質を
添加した発光層を有する薄膜EL素子において、この発光
層中の酸素濃度が２原子％以下である薄膜EL素子であ
る。
MXで表させる母材に希土類元素からなる発光中心物質を
添加した発光層を有する薄膜EL素子において、この発光
層中の酸素濃度が２原子％以下である薄膜EL素子であ
る。
（ただし、上記一般式において、 ＭはCa、SrおよびCaとSrとの合金のうちの何れかであ
る。
る。
ＸはＳ、SeおよびＳとSeとの混合物のうちの何れかであ
る。） まず、はじめに、本発明の上記構成を有する薄膜EL素
子の一具体例を第１図に示す。言うまでもなく、本発明
は発光層４の組成を特定したものであるので、その他の
構成要素は第１図のものから改変されてもよい。
る。） まず、はじめに、本発明の上記構成を有する薄膜EL素
子の一具体例を第１図に示す。言うまでもなく、本発明
は発光層４の組成を特定したものであるので、その他の
構成要素は第１図のものから改変されてもよい。
図示するように、本発明の薄膜EL素子はガラス基板
１、透明電極２、絶縁層３、発光層４、絶縁層５および
背面電極６で構成されている。
１、透明電極２、絶縁層３、発光層４、絶縁層５および
背面電極６で構成されている。
ガラス基板１は例えば硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガ
ラス等のアルカリ成分のすくない材質のものであること
が望ましい。
ラス等のアルカリ成分のすくない材質のものであること
が望ましい。
透明電極２の材料はITO等、透明電極としての機能を
もつ材料であれば特に制限なく利用できるが、特に、Zn
O:Al等、ZnO系材料は耐熱性にすぐれており透明電極２
の材料として好適である。後述の実施例では透明電極２
としてRFマグネトロンスパッタ法で作製した比抵抗-10
-4ΩcmのZnO:Alの薄膜が用いられた。
もつ材料であれば特に制限なく利用できるが、特に、Zn
O:Al等、ZnO系材料は耐熱性にすぐれており透明電極２
の材料として好適である。後述の実施例では透明電極２
としてRFマグネトロンスパッタ法で作製した比抵抗-10
-4ΩcmのZnO:Alの薄膜が用いられた。
絶縁層３の材料としては、Si3N4、BN、AlN等の窒化
物、Ta2O5、SiO2、Y2O3、Al2O3等の酸化物を用いること
ができる。また、タングステンブロンズ構造やペロブス
カイト構造の結晶構造を取る強誘電体材料を用いること
もできる。また、さらにはこれら材料の混合系による膜
や材料のことなる薄膜を積層した複合膜の形態で絶縁層
３を構成してもよい。
物、Ta2O5、SiO2、Y2O3、Al2O3等の酸化物を用いること
ができる。また、タングステンブロンズ構造やペロブス
カイト構造の結晶構造を取る強誘電体材料を用いること
もできる。また、さらにはこれら材料の混合系による膜
や材料のことなる薄膜を積層した複合膜の形態で絶縁層
３を構成してもよい。
絶縁層５は絶縁３の材料としてすでに述べた種々の材
料のうちから任意の材料を選択して形成することができ
る。絶縁層５と絶縁層３の材料と構造は同一でもことな
っていてもよい。
料のうちから任意の材料を選択して形成することができ
る。絶縁層５と絶縁層３の材料と構造は同一でもことな
っていてもよい。
さらに、絶縁層が３、５のどちらか一方のみである、
いわゆる片側絶縁構造でも、また、両方とも用いないい
わゆる直流型構造でもよい。ただし、発光層への酸素の
混入を防ぐためには、少なくとも発光層と接する絶縁層
は酸化物ではないほうが良い。
いわゆる片側絶縁構造でも、また、両方とも用いないい
わゆる直流型構造でもよい。ただし、発光層への酸素の
混入を防ぐためには、少なくとも発光層と接する絶縁層
は酸化物ではないほうが良い。
発光層４は前記のごとくアルカリ土類金属Ｍ（Ｍ＝C
a、Sr）とカルコゲン元素×（Ｘ＝Ｓ、Se）からなるMX
を母材とし、それに、Ce、Eu、Tb、Sm、Tm、Pr等希土類
元素あるいはその化合物からなる発光中心を添加して構
成する。発光層４の成膜方法としては真空蒸着法、スパ
ッタリング法、イオンプレーティング法等をもちいるこ
とができる。
a、Sr）とカルコゲン元素×（Ｘ＝Ｓ、Se）からなるMX
を母材とし、それに、Ce、Eu、Tb、Sm、Tm、Pr等希土類
元素あるいはその化合物からなる発光中心を添加して構
成する。発光層４の成膜方法としては真空蒸着法、スパ
ッタリング法、イオンプレーティング法等をもちいるこ
とができる。
同じ方法で作製した場合、発光層中心に取り込まれる
酸素濃度は、MXのマトリクスにより異なる。この酸素濃
度を支配する因子は、その結晶の格子エネルギーであ
る。格子エネルギーは大きいほど安定でありしたがって
酸素濃度も低い。
酸素濃度は、MXのマトリクスにより異なる。この酸素濃
度を支配する因子は、その結晶の格子エネルギーであ
る。格子エネルギーは大きいほど安定でありしたがって
酸素濃度も低い。
一般にCaXはSrXより、又、MSはMSeより格子エネルギ
ーが大きいといわれている。しかしながら酸素濃度と発
光輝度とのあいだにはMXのマトリクスには関係なく、お
よそ一定の関係があることがわかった。したがってＭが
CaとSrとの合金、ＸがＳとSeとの混合物である混合系の
場合でも上記関係は成立する。本発明はこのような定量
的関係をはじめて明らかにしたことにもとづいている。
ーが大きいといわれている。しかしながら酸素濃度と発
光輝度とのあいだにはMXのマトリクスには関係なく、お
よそ一定の関係があることがわかった。したがってＭが
CaとSrとの合金、ＸがＳとSeとの混合物である混合系の
場合でも上記関係は成立する。本発明はこのような定量
的関係をはじめて明らかにしたことにもとづいている。
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
実施例１ 発光層４をSrS:Ceとし第１図に示した構成による薄膜
EL素子を作製した。
EL素子を作製した。
透明電極２は前記のとおりRFマグネトロンスパッタ法
により基板温度300℃で作製した膜厚1500ÅのZnO:Al薄
膜とした。又、絶縁層３及び５は同じくRFマグネトロン
スパッタ法により、いずれも基板温度400℃で作製した
膜厚2000ÅのアモルファスBN薄膜とした。背面電極６は
Al薄膜である。
により基板温度300℃で作製した膜厚1500ÅのZnO:Al薄
膜とした。又、絶縁層３及び５は同じくRFマグネトロン
スパッタ法により、いずれも基板温度400℃で作製した
膜厚2000ÅのアモルファスBN薄膜とした。背面電極６は
Al薄膜である。
SrS:Ce発光層はEB蒸着により膜中に取り込まれる酸素
濃度を変えて数点試作した。
濃度を変えて数点試作した。
チャンバー内に導入する微量の酸素の流量をマスフロ
ーコントローラーで制御して、膜中酸素濃度を変化させ
た。
ーコントローラーで制御して、膜中酸素濃度を変化させ
た。
最も低濃度の試料は、蒸着の前工程として十分に真空
引きしたチャンバー内にH2Sガス導入とベーキングをく
り返し行って酸素脱気することにより作製した。もちろ
んこの時、チャンバー内への酸素導入は行わない。
引きしたチャンバー内にH2Sガス導入とベーキングをく
り返し行って酸素脱気することにより作製した。もちろ
んこの時、チャンバー内への酸素導入は行わない。
その他の作製条件は一定とした。発光中心CeはCeCl3
の形態で母材タブレットにあらかじめ分散混合してあっ
た。混合濃度は0.1mol％とした。また、上記タブレット
にはSrS薄膜のＳ欠乏を防ぐ目的でSrSに対して約５倍の
Ｓを分散混合してある。
の形態で母材タブレットにあらかじめ分散混合してあっ
た。混合濃度は0.1mol％とした。また、上記タブレット
にはSrS薄膜のＳ欠乏を防ぐ目的でSrSに対して約５倍の
Ｓを分散混合してある。
基板温度は550℃、成膜速度は100Å/min、膜厚は1.0
μｍとした。
μｍとした。
こうして得られたSrS:Ce薄膜EL素子において発光層中
の酸素濃度とEL輝度の関係について調べた。
の酸素濃度とEL輝度の関係について調べた。
膜中の酸素濃度はオージェ電子分光法により以下の手
順で求めた。すなわち発光中心CeCl3を除く検出元素S
r、Ｓ、Ｏのオージェスペクトル強度を検量線法に相当
する手法で濃度換算した値ISr、IS、IOより として算出した値を酸素濃度とした。
順で求めた。すなわち発光中心CeCl3を除く検出元素S
r、Ｓ、Ｏのオージェスペクトル強度を検量線法に相当
する手法で濃度換算した値ISr、IS、IOより として算出した値を酸素濃度とした。
又、EL輝度はパルス幅40μｓ、1KHzの交流パルス駆動
による飽和輝度（最高輝度）で評価した。
による飽和輝度（最高輝度）で評価した。
第２図の白丸（○）は各試料における発光層中の酸素
濃度と飽和輝度の関係を示したものである。酸素濃度０
％の試料は前記最も低濃度を得るべく酸素ガス導入をせ
ずに作製したものである。酸素濃度０％は、オージェ電
子分光法における検出限界以下を意味する。輝度はこの
試料による値を1.0として相対値で示してある。
濃度と飽和輝度の関係を示したものである。酸素濃度０
％の試料は前記最も低濃度を得るべく酸素ガス導入をせ
ずに作製したものである。酸素濃度０％は、オージェ電
子分光法における検出限界以下を意味する。輝度はこの
試料による値を1.0として相対値で示してある。
第２図より発光層中の酸素濃度が２原子％以下であれ
ばEL素子として良好に機能することがわかる。
ばEL素子として良好に機能することがわかる。
実施例２ 発光中心EuをEuCl3の形態で用い、母材CaS:Euを発光
層とし実施例１と同じ構成の薄膜EL素子を作製した。
層とし実施例１と同じ構成の薄膜EL素子を作製した。
発光層を作製するためのタブレットには、実施例１と
同様に、CaSに対して約５倍のＳを分散混合してある。
同様に、CaSに対して約５倍のＳを分散混合してある。
実施例１の場合と同様に発光層中の酸素濃度を変えた
サンプルで酸素濃度と飽和輝度の関係を調べた。結果を
第２図の黒丸（●）に示す。
サンプルで酸素濃度と飽和輝度の関係を調べた。結果を
第２図の黒丸（●）に示す。
前記のような格子エネルギーの関係から同じ条件によ
り成膜した場合でもCaSはSrSより取り込む酸素濃度は低
いという傾向は認められたが、少なくとも酸素濃度とEL
輝度との関係においてはSrS:Ceの場合とほぼ同等の傾向
が得られた。
り成膜した場合でもCaSはSrSより取り込む酸素濃度は低
いという傾向は認められたが、少なくとも酸素濃度とEL
輝度との関係においてはSrS:Ceの場合とほぼ同等の傾向
が得られた。
実施例３ SrとSeとCeCl3との共蒸着によりSrSe:Ce発光層を成膜
した。SrSe:Ce発光層においても膜中に取り込まれる酸
素濃度を変えた試料を準備するために成膜中のチャンバ
ー内に微量の酸素を導入した。流量はマスフローコント
ローラにより制御した。
した。SrSe:Ce発光層においても膜中に取り込まれる酸
素濃度を変えた試料を準備するために成膜中のチャンバ
ー内に微量の酸素を導入した。流量はマスフローコント
ローラにより制御した。
最も低濃度の試料は蒸着の前工程として十分に真空引
きしたチャンバー内にH2Sガスを導入した後ベーキング
し、これを数回くり返して作製した。もちろんこのとき
チャンバー内への酸素導入は行わない。
きしたチャンバー内にH2Sガスを導入した後ベーキング
し、これを数回くり返して作製した。もちろんこのとき
チャンバー内への酸素導入は行わない。
その他の作製条件は各試料とも一定とした。SrとSeと
の蒸発量比（mol比）は1:50とした。
の蒸発量比（mol比）は1:50とした。
又、CeCl3の蒸発量は、予備実験により最も高い輝度
が得られる蒸発温度を求め、その値を保った。
が得られる蒸発温度を求め、その値を保った。
基板温度は550℃、成膜速度は100Å/min、膜厚は1.0
とした。
とした。
こうして得たSrSe:Ce薄膜EL素子について実施例2,3と
同様に評価したところ第２図のバツ印（×）の様な関係
が得られた。
同様に評価したところ第２図のバツ印（×）の様な関係
が得られた。
［効果］ 以上説明したように、本発明によれば高輝度薄膜EL素
子を得ることができる。
子を得ることができる。
第１図は本発明の薄膜EL素子の構成の説明図、第２図は
発光層膜中酸素濃度とEL飽和輝度の関係を示すグラフで
ある。 １……ガラス基板、２……透明電極、３および５……絶
縁層、４……発光層、６……背面電極
発光層膜中酸素濃度とEL飽和輝度の関係を示すグラフで
ある。 １……ガラス基板、２……透明電極、３および５……絶
縁層、４……発光層、６……背面電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 出口 浩司 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭62−150688（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−176093（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−98597（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−10596（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】一般式がMXで表わせる母材に希土類元素か
らなる発光中心物質を添加した発光層を有する薄膜EL素
子において、この発光層中心の酸素濃度が２原子％以下
であることを特徴とする薄膜EL素子。 ただし上記一般式において、 ＭはCa、SrおよびCaとSrとの合金のうちの何れかであ
る。 ＸはＳ、SeおよびＳとSeとの混合物のうちの何れかであ
る。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62323753A JP2622390B2 (ja) | 1987-12-23 | 1987-12-23 | 薄膜ｅｌ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62323753A JP2622390B2 (ja) | 1987-12-23 | 1987-12-23 | 薄膜ｅｌ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01166485A JPH01166485A (ja) | 1989-06-30 |
| JP2622390B2 true JP2622390B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=18158238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62323753A Expired - Lifetime JP2622390B2 (ja) | 1987-12-23 | 1987-12-23 | 薄膜ｅｌ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2622390B2 (ja) |
-
1987
- 1987-12-23 JP JP62323753A patent/JP2622390B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01166485A (ja) | 1989-06-30 |
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