JP2686170B2 - 薄膜el素子 - Google Patents
薄膜el素子Info
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Description
って形成した薄膜EL素子に関する。
EL素子は、ガラスなどの透明基板上に、SnO2やITOなど
で形成した透明電極と、SiO2、Si3N4、Al2O3、Ta2O5、T
iO2あるいはY2O3などの材料を用いた単層膜あるいは積
層膜からなる下部絶縁層と、ZnSなどの母体材料中にMn,
Tbなどの発光中心を添加した発光層と、下部絶縁層と同
様の材料からなる上部絶縁層と、Alなどの金属からなる
背面電極とを順次積層した構造をしている。
スパッタ法により形成されている。しかしながら、これ
らの方法は真空を用いるために、大型の装置が必要であ
り、また、真空排気に時間かかかるという問題がある。
特に、絶縁膜を形成するためによく用いられるスパッタ
法は、成膜速度が遅いため、必要な膜厚を得るには更に
時間がかかり、薄膜EL素子の低コスト化を妨げる原因の
1つになっている。 この問題を解決するために、真空を用いないゾル−ゲ
ル法による絶縁膜を薄膜EL素子に適用することが試みら
れている。 通常、ゾル−ゲル法で絶縁膜を形成する場合には、焼
成温度が高い程、気孔が少なく絶縁耐圧の大きな膜が得
られる。しかしながら、Al2O3やTiO2のよに比較的誘電
率の大きな絶縁膜を、ZnS:Mnなどの発光層上にゾル−ゲ
ル法により形成して薄膜EL素子を作成すると、高温で焼
成した場合、発光輝度が低くなったり、全く発光しない
という問題がある。 第2図は、Al2O3膜を上部絶縁層としてゾル−ゲル法
によりZnS:Mn発光層上に形成した場合の焼成温度の違い
による薄膜EL素子の発光特性の変化を調べた実験結果を
示す図である。焼成温度が300℃の場合は従来の素子と
同等の輝度−電圧特性が得られている。しかしながら、
この場合には、耐圧が低く、素子の信頼性に問題があっ
た。また、焼成温度が600℃の場合には、発光開始電圧
が極端に低くなり、輝度も低くなる。680℃では発光し
なかった。 一方、誘電率の小さいSiO2膜をゾル−ゲル法により形
成した場合には、高温で焼成しても発光輝度の低下とい
う問題は生じないが、駆動電圧が高くなったり、画素破
壊が生じ易く、信頼性に劣るという問題がある。 つまり、ゾル−ゲル法による絶縁膜の形成は、真空を
用いる必要がないため、大型の装置を用いることも、真
空排気することも不要となるので、膜形成時間を短縮す
ることができ、薄膜EL素子の製造費の低減を可能にする
ことができる反面、比較的誘電率の大きい絶縁膜の形成
においては、薄膜EL素子の輝度特性が焼成温度に大きく
影響されると共に、輝度特性が焼成温度の影響を受けな
い誘電率の小さいSiO2膜の場合には信頼性に劣るという
問題がある。 そこで、本発明の目的は、絶縁膜をゾル−ゲル法によ
り形成して薄膜EL素子を作製する場合、高い温度で焼成
を行っても良好な輝度特性が得られ、信頼性にも優れた
薄膜EL素子を提供することである。
電圧−輝度特性の変化の原因を調べるために、オージェ
電子分光分析により、深さ方向の元素分析を行った。そ
の結果、第3図に示すように、680℃で焼成した場合に
は、ZnS:Mn発光層へAl原子やO原子が拡散していること
がわかった。 ところが、SiO2膜の場合は、前述したように、高温で
焼成しても、Al2O3膜やTiO2膜のように発光輝度の低下
は起こらない。つまり、膜中の原子の発光層への拡散が
起こらない。 そこで、本発明の薄膜EL素子は、基板上に透明電極、
下記絶縁層、発光層、上部絶縁層および背面電極を順次
積層してなり、上記下部絶縁層および上部絶縁層はゾル
−ゲル法により形成された薄膜EL素子において、上記上
部絶縁層は、SiO2膜からなる低誘電率絶縁膜と、上記低
誘電率絶縁膜の上に積層された高誘電率絶縁膜とからな
り、上記低誘電率絶縁膜は上記発光層に接触しているこ
とを特徴としている。
によって、高誘電率絶縁膜中の例えばAl原子やO原子等
の発光層への拡散が防止されるので、素子特性が劣化し
ない。また、SiO2膜は上部絶縁層の一部を占めているだ
けなので、誘電率が小さくても、駆動電圧が高くなった
り、画素破壊が生じたりすることがなく、信頼性が得ら
れる。
図である。この図において、1はガラス基板、2はITO
からなる透明電極、3はAl2O3膜からなる下部絶縁層、
4はZnS:Mn膜からなる発光層、5は上記発光層4上に形
成されたSiO2膜5aとこのSiO2膜5a上に形成されたAl2O3
膜5bとからなる上部絶縁層、6はAlの背面電極である。 上記発光層4は電子ビーム蒸着法により、また、下部
絶縁層3および上部絶縁層5はゾル−ゲル法によって形
成したものである。 以下、下部絶縁層3および上部絶縁層5を構成するAl
2O3膜およびSiO2膜の形成材料および形成方法について
説明する。 Al2O3膜はトリブトキシアルミニウムAl(OC4H9)3、
トリエタノールアミン(C2H4OH)3NおよびエタノールC2
H5OHをモル比で1:1:20の割合で混合した溶液をスピンナ
ーで塗布した後、所定の温度で1時間、空気中で焼成し
た。また、SiO2膜は、テトラエトキシシランSi(OC
2H5)4、エタノールC2H5OHおよび水H2Oをモル比で1:2
0:1の割合で混合した溶液を用いて、Al2O3膜と同様の方
法で作成した。 上記構成の薄膜EL素子の輝度−電圧特性を調べたとこ
ろ、500℃以上の高温で焼成しても、スパッタ法や蒸着
法で絶縁層を形成した場合と同等の特性が得られた。第
2図にその結果を示す。これは、上部絶縁層5におい
て、Al2O3膜5b中のAl原子やO原子の発光層4への拡散
がSiO2膜5aによって阻止されたためである。 なお、上記実施例では絶縁膜3,5bをAl2O3膜によって
形成したが、テトラプロポキシチタンTi(OC3H7)4を
用いたTiO2膜やペンタブトキシタンタルTa(OC4H9)5
を用いたTa2O5膜等によって形成してもよい。
は下部絶縁層および上部絶縁層がゾル−ゲル法により形
成されるので、膜形成時間を短縮できて低コスト化を実
現できると共に、上記上部絶縁層を、SiO2膜からなる低
誘電率絶縁膜と、上記低誘電率絶縁膜の上に積層された
高誘電率絶縁膜とから形成し、上記低誘電率絶縁膜を上
記発光層に接触させているので、高い焼成温度によって
も発光特性が損なわれず、しかも信頼性にも優れたもの
となる。
図は上部絶縁層をAl2O3膜のみを用いて形成した薄膜EL
素子と第1図に示した実施例の薄膜EL素子の特性図、第
3図は上部絶縁層にAl2O3膜のみを用いて680℃で焼成し
た場合の薄膜EL素子の深さ方向の分析結果を示す図であ
る。 1……ガラス基板、2……透明電極、3……下部絶縁
層、4……発光層、5……上部絶縁層、5a……SiO2膜、
5b……Al2O3膜、6……背面電極。
Claims (1)
- 【請求項1】基板上に透明電極、下部絶縁層、発光層、
上部絶縁層および背面電極を順次積層してなり、上記下
部絶縁槽および上部絶縁層はゾル−ゲル法により形成さ
れた薄膜EL素子において、 上記上部絶縁層は、SiO2膜からなる低誘電率絶縁膜と、
上記低誘電率絶縁膜の上に積層された高誘電率絶縁膜と
からなり、上記低誘電率絶縁膜は上記発光層に接触して
いることを特徴とする薄膜EL素子。
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