JP2808886B2

JP2808886B2 - エレクトロルミネッセンス表示板

Info

Publication number: JP2808886B2
Application number: JP2300577A
Authority: JP
Inventors: 朋之河島; 久人加藤; 利明加藤; 春隆谷口; 一喜柴田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1990-11-06
Filing date: 1990-11-06
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: JPH04171698A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はエレクトロルミネッセンス（以下ELという）
発光を利用した表示板ないし表示パネルであって、透明
なガラス等の絶縁基板の上にEL発光膜を絶縁膜や電極膜
等とともに積層してなる薄膜積層構造のものに関する。

〔従来の技術〕

周知のように、EL表示板にはEL発光物質の粉末を樹脂
やガラスに分散させた塗布膜を用いるいわゆる分散形の
ものもあるが、最近では上述の薄膜積層構造のものが文
字や図形等の可変画像を表示できるマトリックス形に適
する点等から広く採用されるようになり、現在は黄色系
の単色表示用からその実用化が始まり、自発光性のフラ
ットパネルとしての将来性が期待されている。以下、こ
のマトリックス形の代表的な従来のEL表示板の構成を第
５図を参照して簡単に説明する。

第５図において、EL表示板の本体である絶縁基板１に
はふつう透明で平坦なガラス板を用い、その表面にITO
（インジウム錫酸化物）等からなる薄い透明電極膜３を
紙面に直角方向に延びるストライプ状パターンで多数個
図のように並べて配設する。次に、全面上に酸化イット
リューム，アルミナ，酸化シリコン等の絶縁膜４を被覆
し、その上に0.5％程度のマンガンを含む硫化亜鉛の発
光膜５を配設して、さらにその全面を上と同じ絶縁膜６
で覆う。最上層の裏面電極膜７はふつうアルミ膜で、透
明電極膜３と直交するストライプ状パターンで多数個並
べて配設され、その端部が接続部7aとされる。なお、絶
縁膜４および６の内の一方が省略される場合もある。

透明電極膜３および裏面電極膜７を順次走査しながら
両者間に表示電圧を与えた時、発光膜５内の両電極膜の
交点に対応する部分がマトリックス表示上の画素にな
り、そのEL発光である各画素の表示光Ldが図示のように
絶縁基板１側から取り出される。このEL表示板は表示電
圧を走査周期ごとに正負に切り換えていわゆる交流駆動
されるのがふつうである。

〔発明が解決しようとする課題〕

第５図の従来構造のEL表示板では、薄膜積層構造を真
空蒸着，スパッタ，フォトエッチング等の半導体製造技
術を利用しながら1mm程度の厚みの絶縁基板上に２μｍ
程度以下の厚みで作り込んだフラットパネルを構成で
き、かつ絶縁膜の膜厚を薄くすることにより比較的低い
表示電圧で駆動できるが、その反面、使用時間を経過に
つれて表示輝度が次第に低下しやすい傾向があり、可使
寿命が必ずしもまだ充分でない問題がある。

この原因の一つは、0.3〜0.5μｍの薄い絶縁膜中の電
解強度が10⁵V/cm程度と非常に高く、電界の集中部で絶
縁破壊が発生しやすい点にある。このため、例えば絶縁
膜に局部的な絶縁破壊が起きてもそれが拡大しないいわ
ゆる自己回復性を備える前述の酸化イットリューム等の
材料が用いられるが、かかる絶縁膜の改善だけでは表示
輝度の漸減傾向を止めるのは困難である。

これはもう一つの原因に発光膜自体のEL発光特性の劣
化があるためで、この劣化機構にも種々な因子が関連し
ていると考えられるが、その主なものに不純物，とくに
アルカリ金属原子の発光膜への侵入がある。Na等のアル
カリ金属の不純物源はもちろん絶縁基板用のガラスであ
り、Na含有率が高いガラスを絶縁基板に用いたEL表示板
では発光輝度が初期値からすでに低く、逆にNa含有率が
とくに低いガラスを用いると発光特性の劣化を減少させ
ることができる。

従って、絶縁基板にはアルカリ金属の含有量ができる
だけ少ないガラスを用いればよいことになるが、非常に
高価につくので材料コストが嵩んで実用的でない問題が
ある。また、絶縁膜の膜厚を増して不純物の侵入を防ぐ
ことも考えられるが、従来の絶縁膜はこのためにはあま
り適せず、表示電圧が実用性のある値を越えるまで絶縁
膜の膜厚を増さないと充分な効果が得られない。

かかる現状に鑑み本発明は、アルカリ金属類の発光膜
への侵入を有効に防止し、発光特性の劣化が少なく経済
性のあるEL表示板を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明によれば、絶縁基板上にエレクトロルミネッセンス発光膜を絶縁
膜，電極膜等とともに積層してなる表示板であって、積
層構造中の少なくとも絶縁基板に接する部分にアルカリ
金属の含有量が小な絶縁性材料からなるバリア膜が配設
されたエレクトロルミネッセンス表示板において、前記バリア膜が、アルカリ金属の含有量が0.1％以下
の、珪酸アルミナ系の材料もしくは硼珪酸アルミナ系の
材料からなることとする。

ここで、積層構造中の発光膜に接する絶縁膜に対し、
前記バリア膜が用いられるようにしても良い。

尚、前記バリア膜が、さらに亜鉛やバリウム等の２価
の金属の酸化物を含有しても良い。

バリア膜に適するかかる材料中の各構成成分の含有量
範囲は重量％で表して、珪酸ないし酸化シリコンが40〜
80％、アルミナが５〜20％、硼酸が０〜20％、２価金属
の酸化物が０〜30％である。

また、このバリア膜はスパッタ法で成膜するのが最も
望ましく、真空蒸着法とくにソースを電子ビームで加熱
する電子ビーム真空蒸着法によって成膜することも可能
である。また、スパッタ法による場合にはバリア膜をア
モルファス状態で成膜するのがとくに望ましい。

〔作用〕

本発明は、前項の構成にいうようにアルカリ金属含有
量が小な珪酸アルミナ系等の絶縁性材料からなるピンホ
ール等の欠陥が非常に少ない緻密な膜をスパッタ法等に
より成膜してバリア膜とし、これを発光膜を含む積層膜
構造中の少なくとも絶縁基板に接する部分に配設するこ
とによって、絶縁基板から有害なアルカリ金属イオン等
の不純物が発光膜に移動するのを阻止して、EL発光特性
の劣化を防止するものである。以下、このバリア膜のア
ルカリ金属イオンの移動阻止性能の試験結果を第３図と
第４図を参照して説明する。

第３図に試験試料を示す。試料の絶縁基板２には約15
％Na等のアルカリ金属酸化物を含む通常のソーダガラス
の1mmの厚みの10x10cmの方形板を用いた。バリア膜10用
にはアルカリ金属酸化物含有量が0.1％以下のHOYA社製
無アルカリのアルミノ珪酸ガラスNA40を用い、その板を
ターゲットとするArと酸素を含む5mTorrの減圧をふん囲
気内の常温下のスパッタ法によって絶縁基板２の両面に
バリア膜10を0.01μm/分のスパッリング速度で0.1μｍ
の膜厚に成膜した。このように成膜されたバリア膜10は
Ｘ線回折結果によればアモルファス状態である。なお、
絶縁基板２の周面をあらかじめ斜めに加工して置くこと
により、試料の全面が周面を含め図のようにバリア膜10
によって完全に覆われるようにした。

この試料を圧力容器内の純水中に浸漬して試験温度下
で24時間加熱した上で純水中に溶出したNa分をプラズマ
発光分析法によりNa₂Oの形で微量分析した。比較試料に
はバリア膜10がないソーダガラスだけの絶縁基板２を用
いた。この試験結果をバリア膜10ありの試料をA,なしの
試料をＢとして示したのが第４図で、その横軸は試験温
度Ｔであり、縦軸はNa₂Oで示した溶出量の常温下での試
料Ｂを溶出量を１とする相対値である。

図のように、常温では試料Ａの溶出量が試料Ｂより１
桁以上低く、試料Ｂでは試験温度が200℃を越えると溶
出量が急激に増加するが試料Ａでは増加率はずっと緩や
かで、これからバリア膜10がNaイオンの移動に対し高い
阻止効果を有することがわかる。なお、EL表示板は常温
下で使用されるのはもちろんであるが、製造工程中で発
光膜の特性向上のため最高450〜500℃,1時間程度の熱処
理を受ける。図の試験結果からこの熱処理時にもバリア
膜10によりNaイオンの移動を防止できることがわかる。

〔実施例〕

以下、第１図と第２図を参照しながら本発明の第１と
第２の実施例を説明する。いずれも本発明によるEL表示
板の一部拡大断面図で、第５図と同じ部分には同じ符号
が付けられている。また、両実施例とも材料費低減のた
めにその絶縁基板２にはソーダガラスを用いるものとす
る。

第１図の第１実施例において、絶縁基板２にはできる
だけ表面が平滑でもちろん無色透明な1mm程度の厚みの
ソーダガラス板を用い、その一方の全面にアルカリ金属
酸化物の含有量が0.1％以下のアルミナ珪酸バリア膜10
を前項で述べた条件で0.1μｍの膜厚で成膜する。この
バリア膜10用材料としては、前述のHOYA社製のガラスNA
40のほかに同社のNA35,NA45や米国Coring社製1729,173
3,7059や旭硝子（株）製ANや日本電気硝子（株）製OA−
２等を適宜利用でき、スパッタ法による場合はこれらの
板ガラスを水冷銅板に接着したものをターゲットとし、
真空蒸着法による場合は同様なガラス板を電子ビーム加
熱の蒸発ソースとすることにより、粉末を焼結したター
ゲットやソースを用いるより膜内に不純物や飛散粉末を
含まずピンホール等の欠陥が被以上に少ない緻密な膜質
のバリア膜10を成膜できる。

次に、このバリア膜10上に従来の同様にITO酸化錫等
の0.2μｍ程度の膜厚の透明電極膜３を前述のストライ
プ状パターンで多数条並べて形成する。さらにこの全面
上に、この第１実施例では第５図の絶縁膜４に当たる絶
縁膜11をバリア膜10と同じ材料で0.3μｍ程度の膜厚で
成膜して、その上に配設される発光膜５に接する絶縁膜
とする。もちろん、これは絶縁基板２のソーダガラスか
らのアルカリ金属イオンの発光膜５への侵入を極力防止
するためで、絶縁基板２をアルカリガラスを用いる場合
には従来どおりでもよい。

発光膜５はふつう0.3〜0.5％のMnを黄色発光用の活性
物質として含むZnSであり、通例のように電子ビーム真
空蒸着法により0.5μｍ程度の膜厚に成膜し、フォトエ
ッチングによって図のように周縁部だけが取り除かれた
パターンに形成する。次に、この発光膜５の周面を覆う
全面に絶縁膜６として例えば窒化シリコンをCVD法等に
よって0.3μｍ程度の厚みに成膜し、さらに0.5μｍ程度
の厚みのアルミの裏面電極膜７を前述のように透明電極
膜３と直交するストライプ状パターンで多数条その上に
並べて配設する。この裏面電極膜７と透明電極膜３の交
点に対応する発光膜５の部分によりEL表示上の各画素が
構成されるのは従来と同じである。

EL表示板は裏面電極膜７を露出させた状態のままでも
使用できるが、この第１実施例ではその上をバリア膜10
と同じ材料からなる0.3μｍ程度の膜厚の保護膜13によ
り覆った上で、その周縁部をフォトエッチングにより除
去して裏面電極膜７を露出させて接続部7aとする。この
ための保護膜13のパターニングは、通常のフォトレジス
ト膜をマスクとするふっ酸水溶液等の化学エッチングに
より容易に行なうことができる。

第２図に示す第２実施例は第１実施例より構成を簡略
化してコスト低減を図るもので、第１図のバリア膜10を
省略してそのかわりにこれと同材料からなる絶縁膜11と
12を発光膜５に接して設け、第１図の保護膜７も省略さ
れる。両絶縁膜の膜厚は絶縁膜11の方が例えば0.3μm,
絶縁膜12の方が0.5μｍ程度にそれぞれされる。絶縁基
板２からのアルカリ金属イオンの発光膜５への侵入は絶
縁膜11によって防止される。この実施例の絶縁膜12には
従来からの窒化シリコン等を用いてもよいが、絶縁膜の
材料をできるだけ統一した方がEL表示板の量産上有利で
ある。

これらいずれの実施例においても、発光膜５の発光効
率を上げるために450〜500℃の温度下で１時間程度の熱
処理が施される。この際もちろんバリア膜10や絶縁膜1
1,場合により絶縁膜12にもこの温度が掛かるが、絶縁基
板２のソーダガラスからのNaイオン等のアルカリ金属イ
オンの侵入による発光膜２の発光輝度の低下は見られな
いことが確認されている。

以上のように構成されたEL表示板はもちろん従来と全
く同じ要領で表示駆動することでよい。なお、バリア膜
用のアルミナ珪酸系材料を発光膜に接する絶縁膜として
用いた場合、その誘電率が従来から多く使用されて来た
窒化シリコンやアルミナと同程度なので発光膜のEL発光
輝度に全く遜色はなく表示電圧も同程度でよい。

第１実施例によるEL表示板の100℃温度下の加熱劣化
促進試験の結果によれば、発光輝度の劣化速度が従来の
数分の１以下と低いことが認められているので、その可
使寿命が従来の数倍以上に改善されるものと推定され
る。

第１および第２の実施例の説明からわかるように、本
発明はこれらの実施例に限らず種々な態様で実施をする
ことができる。実施例では絶縁基板にソーダガラスを用
いる場合につき説明したが、これに従来どおりの電気用
ガラスを用いる場合にもより簡単な構成で適用してアル
カリ金属イオンの移動阻止効果を上げることができる。
このほか実施例で述べたEL表示板中の各部の材料組成，
膜厚，成膜条件等はあくまでも例示であり、本発明をそ
の要旨内で仕様や使用条件等に応じ適宜取捨選択された
態様で実施できる。

〔発明の効果〕

以上に述べたとおり、本発明によれば、上記の各構成
を採用した結果、以下の効果を奏することができる。

（ａ）アルカリ金属の含有量が0.1％以下の珪酸アルミ
ナ系もしくは硼珪酸アルミナ系の絶縁材料からなるピン
ホール等の欠陥が少ない緻密な膜をバリア膜として絶縁
基板からアルカリ金属イオンの発光膜への侵入を防ぐこ
とにより、発光膜の劣化を防止してEL表示板の寿命を従
来の数倍以上に延ばすことができる。

（ｂ）積層膜構造中の絶縁基板に接する部分にバリア膜
を配設して絶縁基板からのアルカリ金属イオンの移動を
有効に阻止できるので、絶縁基板にアルカリ金属含有量
が多いソーダガラスを用いることができ、その材料費を
無アルカリガラスに比べて10分の１に節約してEL表示板
の経済性を大幅に向上できる。

（ｃ）バリア膜を発光膜に接する絶縁膜にも利用するよ
うにすれば、発光膜へのアルカリ金属イオンの侵入防止
効果を一層高め、かつその無欠陥性により絶縁性能を向
上して、EL表示板の発光特性の劣化をより一層少なくで
きる。

なお、バリア膜はスパッタ法等により短時間内に容易
に成膜でき、これを組み込んだEL表示板は発光輝度や表
示電圧等の表示特性面で従来品と比べてなんら遜色がな
い。

このように、本発明はEL表示板の可使寿命と経済性の
改善面で著効を奏し得るもので、とくに積層薄膜構造の
マトリックス形EL表示板に適用して効果が高く、その一
層の発展と普及に大きな貢献を果たすことが期待され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図までが本発明に関し、第１図は本発明
の第１実施例によるEL表示板の一部拡大断面図、第２図
は第２実施例によるEL表示板の一部拡大断面図、第３図
は本発明用バリア膜のアルカリ金属イオンの移動阻止性
能の試験用試料の断面図、第４図はこのバリア膜の性能
試験結果を示すNaイオンの溶出量の試験温度に対する特
性線図である。第５図は従来の代表的なEL表示板の一部
拡大断面図である。図において、 2:絶縁基板ないしソーダガラスの基板、3:透明電極膜、
5:発光膜、6:絶縁膜、7:裏面電極膜、10:バリア膜、11,
12:バリア膜を利用した発光膜に接する絶縁膜、13:バリ
ア膜を利用した保護膜、である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷口春隆神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者柴田一喜神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (56)参考文献特開平２−56894（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−190294（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−128596（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−43997（ＪＰ，Ａ) 実開平１−177897（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05B 33/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上にエレクトロルミネッセンス発
光膜を絶縁膜，電極膜等とともに積層してなる表示板で
あって、積層膜構造中の少なくとも絶縁基板に接する部
分にアルカリ金属の含有量が小な絶縁性材料からなるバ
リア膜が配設されたエレクトロルミネッセンス表示板に
おいて、前記バリア膜が、アルカリ金属の含有量が0.1％以下
の、珪酸アルミナ系の材料もしくは硼珪酸アルミナ系の
材料からなることを特徴とするエレクトロルミネッセン
ス表示板。
【請求項２】請求項１記載のエレクトロルミネッセンス
表示板において、積層構造中の発光膜に接する絶縁膜に対し、前記バリア
膜が用いられていることを特徴とするエレクトロルミネ
ッセンス表示板。
【請求項３】請求項１または２記載のエレクトロルミネ
ッセンス表示板において、前記バリア膜が、さらに亜鉛やバリウム等の２価の金属
の酸化物を含有してなることを特徴とするエレクトロル
ミネッセンス表示板。