JP2842956B2 - 特にエレクトロルミネセントディスプレイのための薄膜マトリクス構成 - Google Patents

特にエレクトロルミネセントディスプレイのための薄膜マトリクス構成

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JP2842956B2
JP2842956B2 JP3139049A JP13904991A JP2842956B2 JP 2842956 B2 JP2842956 B2 JP 2842956B2 JP 3139049 A JP3139049 A JP 3139049A JP 13904991 A JP13904991 A JP 13904991A JP 2842956 B2 JP2842956 B2 JP 2842956B2
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/26—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the composition or arrangement of the conductive material used as an electrode

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  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電力消費が低いエレク
トロルミネセント(electroluminescent)薄膜マトリクス
構成、並びにそのような、一般的にはディスプレイの発
光薄膜構成を製造する際に必要な高い処理温度に耐えら
れない放射フィルタ材料の使用に関する。尚、これらの
技術は請求項１の前段部分によるものである。
【０００２】発光可能な電気光学(electro-optic) 構成
は、２個の電極上に電界を接続し、該電極間に配置した
蛍光材料を発光させることにより、可視光線を発生する
のが特徴である。通常、エレクトロルミネセントや液晶
ディスプレイにおけるように電極の一方を通して発光を
見る場合、電極の少なくとも一方は透明でなければなら
ない。
【０００３】
【従来の技術】従来、エレクトロルミネセントディスプ
レイは、交差点(cross-points)で光が発生するマトリク
ス型、または透明列電極(transparent column electrod
e)および高導電率の金属製行電極(metallic row electr
ode)からなる画素(pixels)と称される画像素子からなる
ものがある。透明電極パターン層は発光する蛍光層の堆
積前に堆積させるので、放射された光はガラス基材を通
して見る。通常のエレクトロルミネセント薄膜構成を図
１に図式的に示す。一般にインジウム−スズ酸化物(IT
O) である透明な導電層２がガラス基材１上に堆積して
いる。この層は、例えばマトリクスディスプレイ用に
は、直線的な平行電極として適切なパターンを付ける。
次に、薄膜絶縁層、薄膜蛍光層および薄膜絶縁層を順次
堆積させ、層構成３、４、５を形成するが、これがエレ
クトロルミネセントディスプレイの中心成分として機能
する。最後に、金属製の薄膜層６を、マトリクスディス
プレイにおける列電極として堆積、パターン形成する。
個々の薄膜層の厚さは一般に200乃至700 nmのオーダー
である。
【０００４】実際には、この薄膜構成は周囲の湿分から
保護されなければならない。これは保護用のガラス板を
この構成にエポキシで張り合せることにより、若しくは
シリコンオイルまたは不活性気体を充填したガラスカプ
セルに収容することにより達成される。
【０００５】図１に示す薄膜構成は、現在製造されてい
るエレクトロルミネセントマトリクスディスプレイに実
用されている。しかし、この構成には少なくとも２つの
大きな問題がある。
【０００６】ディスプレイの電力消費を最小に抑えるに
は、透明列電極の導電率を最大限に高くすべきである。
３オーム／平方より低いシート抵抗を達成しようとする
場合実際的な困難に直面する。一般的に、シート抵抗は
５オーム／平方を超えることさえある。この事実によ
り、エレクトロルミネセントマトリクスディスプレイに
おける電力消費の大部分が、透明列電極における電力損
失に関わっている。
【０００７】原理的には、基材ガラス上に堆積させる透
明電極を高導電率の細い金属細片により増大させること
により、この状況は改善することができよう。しかし、
その様な解決策は実際的な問題点により妨げられる。と
いうのは、その金属細片は十分に導電性を有するもので
あって、しかもその幅によりディスプレイの読み取り性
を妨害しないように又はその厚さにより次に堆積させる
層の処理を妨害しないように十分細くしなければならな
いからである。
【０００８】従来のエレクトロルミネセント薄膜構成の
もう一つの弱点は、光フィルタおよび白色光を放射する
エレクトロルミネセント構成を使用する多色ディスプレ
イの実現に関連している。ここでは、パララックス効果
(parallax effect) を避けるために、光フィルタは発光
する蛍光層から例えば10乃至50μm を超えない距離に配
置すべきである。そのためには、光フィルタをガラス基
材と透明電極との間に配置する必要があろう。その結
果、エレクトロルミネセント薄膜構成の製造には高い処
理温度が必要なために、有機材料系の光フィルタを使用
することができなくなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、新規
なエレクトロルミネセント薄膜構成により上記の欠点を
解決することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、必ずしも透明
でなくてもよい基材を使用し、その基材上にまず少なく
とも部分的に金属製または合金製の薄膜電極層を堆積さ
せ、次いで該層を列または行電極にパターン形成する。
対照的に、このエレクトロルミネセント薄膜層上に加工
すべき電極は、透明な、導電性薄膜パターンからスター
トするが、その導電率は図２に示す様な薄い金属細片に
より改良する。したがって、この構成から放射される光
は、ガラス基材を通して見る従来の方法とは対照的に、
堆積させた薄膜層の側面から見る。
【００１１】本発明の特に有利な実施形態では、列電極
は、基材に面した金属製電極層になるように設計されて
いる。
【００１２】さらに詳しくは、本発明に関するエレクト
ロルミネセント薄膜構成は請求項１の特徴部分に記載さ
れている。
【００１３】以下に、添付の図面を参照しながら、実施
例により本発明を詳細に説明する。
【００１４】
【実施例】［実施例１］図２は本発明に係わるエレクト
ロルミネセント薄膜構成の断面図である。この場合のデ
ィスプレイマトリクスは６４０×４００画素のサイズを
有する。まず、ソーダガラス基材７上に、Al2O3 の様な
従来のイオン−拡散バリヤ層８を堆積させるが、この層
自体は、例えばホウケイ酸ガラスまたは石英の様な好適
なガラス基材を使用する場合は過剰になる。次の工程
は、モリブデン薄膜層９のスパッタリングであるが、こ
の層は、それに続く工程で堆積させるどの層とも反応し
ないのが特徴である。モリブデン層の厚さは約50乃至50
0 nmで、好ましくは約200 nmであり、従来の市販アルミ
ニウムエッチング剤（メルク(Merck) 社製のPES-83.5-
5.5-5.5, H3PO4-CH3COOH-HNO3) に関連してこの技術で
良く知られた写真平版印刷方法を使用して処理し、図３
に示す列電極パターンを形成する。
【００１５】次の工程で堆積させるのは、二重絶縁層を
備えた通常のルミネセント多層薄膜構成１０、１１、１
２であるが、これはこの実施例においては、ALE 法（米
国特許第4,058,430 号）により500 oCで作製した厚さ約
300 nmのAl2O3/TiO2薄膜層１０を、厚さ約500 nmのZnS:
Mn薄膜層１１および厚さ約300 nmのAl2O3/TiO2薄膜層１
２と組み合わせる。次に、スパッタリング法により、厚
さ約10乃至300nm、好ましくは約80 nm のITO 薄膜層１
３の様な層を成長させる。層１３の厚さの下限はこの層
に必要な最低導電率により決定される。この層は、従来
の写真平版印刷を使用して図３に示す行電極にパターン
加工する。この層は、50% HCl エッチング剤を使用し、
50oCでエッチングする。次に、スパッタリング法によ
り、厚さ約10乃至50 nm 、好ましくは約20 nm のクロム
層１４’を成長させ、その後、この層をITO 電極パター
ンの上を走る細片にパターン加工するが、その細片幅が
ITO電極幅の約5 乃至30% 、好ましくは約10% になる様
にするが、これはこの場合約20μm の細片幅になる。処
理の際、従来の写真平版印刷法を使用し、硝酸アンモニ
ウム−セリウムを使用してエッチングを行なう。エッチ
ング時間は約30秒間である。次に、銅の薄膜層１４を約
0.5 乃至3 μm 、好ましくは１μm の厚さにスパッタリ
ング処理する。これらの層は、図３に示す様にパターン
加工し、銅により最大クロム導体の幅まで被覆されたク
ロム導体１４’を残す。やはり従来の写真平版印刷方法
を25% HNO3エッチング剤と組み合わせて使用する。
【００１６】細片導体層１４は、厚さが約0.5 乃至3 μ
m のアルミニウム層から出発して処理することもでき
る。
【００１７】最後に、この構成を、エポテック301-2 の
様な市販のエポキシで接着した保護ガラス１６の下にカ
プセル収容する。
【００１８】より大型のディスプレイが必要な場合は、
モリブデン電極および銅細片の導電率を増加させなけれ
ばならない。実際には、これはより厚い層を使用して達
成する。
【００１９】［実施例２］この実施例で使用する処理パ
ラメータは、この場合直径６”のシリコンウェハである
不透明基材上に作成した2.5 ライン／mmの解像度を有す
るディスプレイに関連する。あるいは、基材は例えば金
属板または金属被覆した、あるいは不透明に被覆した透
明基材でよく、その際、導電性材料にまず絶縁材料を被
覆し、電極の第一層の短絡を防ぐ。あるいは、セラミッ
ク基材も使用できる。
【００２０】最初に、この技術で公知（VLSIテクノロジ
ー(VLSI Technology) 、エス・エム・スゼ(S.M.Sze) 、
131 乃至149 頁）の熱酸化法を使用し、シリコンウェハ
１７上に、0.1 乃至1 μm 厚の、好ましくは約500 nm厚
の二酸化ケイ素層１８を堆積させる。次に、約100 乃至
1000 nm 厚の、好ましくは約300 nm厚のチタン−タング
ステン薄膜層１９をスパッタリング加工する。この層
を、従来の写真平版印刷により（実施例１参照）ディス
プレイユニットの列電極にパターン形成する。この層は
H2O2の15% 溶液を使用し、50oCでエッチングするが、エ
ッチング時間は約５分間である。
【００２１】次の工程で二重絶縁層を備えた通常のルミ
ネセント多層薄膜構成２０、２１、２２を成長させる
が、この場合、基材を予備加熱せずにスパッタリングに
より成長させた約250 nm厚の第一SiOxNy薄膜層を含む。
第二層２１は、約210 oCに維持した基材上に蒸着により
成長させた約0.5 μm 厚のZnS:Mn薄膜層２１である。第
三層２２を第一層２０と同じ方法で形成した後、この構
成を450oCで約１時間アニール(anneal)する。次に、ス
パッタリング法を使用し、約50乃至600 nm厚の、好まし
くは約200 nm厚の酸化亜鉛薄膜層２３(ZnO:Al)を堆積さ
せる。この酸化亜鉛層は、従来の写真平版印刷によりデ
ィスプレイユニットの行電極にパターン形成する。この
層は室温でHCl エッチング剤を使用してエッチングす
る。次に、スパッタリング法を使用し、アルミニウム層
を約１乃至３μm 好ましくは約２μmの厚さに成長させ
る。次いで、この層を、透明電極導体の上を走る、図４
に示す細片にパターン形成する。これらの細片は、酸化
亜鉛電極幅の約5 乃至30% 好ましくは約10% の幅を有す
るが、これはこの場合約25μm の細片幅になる。パター
ン形成の際は、従来の写真平版印刷法を使用し、エッチ
ングは、通常のアルミニウム用エッチング剤、即ち、HP
O3、HNO3及び酢酸の混合物を使用して行なう。最後にこ
の構成を、実施例１に記載する様に、エポキシ２５で接
着した保護ガラス２６の下にカプセル収容する。
【００２２】［実施例３］この実施例は、実施例１に示
す型のディスプレイ構成に関する。
【００２３】最初に、ソーダガラス２７上に、イオン拡
散バリヤーフィルム２８を堆積させるが、これは、この
実施例の場合は300 nm厚の酸化アルミニウム層２８であ
る。次に、この実施例の半頁ディスプレイユニットの場
合は約400 乃至1000 nm 、好ましくは約600 nmの厚さを
有するタングステン薄膜層２９をスパッタリング加工す
る。この層は、従来の写真平版印刷により図７に示すデ
ィスプレイユニットの行電極にパターン形成し、H2O2エ
ッチング剤を使用して約40oCでエッチングするが、エッ
チング時間は約15分間である。次いで、実施例１に記載
する様にして、二重絶縁層を備えた通常のルミネセント
多層薄膜構成３０、３１、３２を成長させる。次の工程
で、スパッタリングにより、約20乃至200 nm好ましくは
約50 nm厚のITO 薄膜層３３（実施例１参照）を成長さ
せ、その後、この層を従来の写真平版印刷法および実施
例１に記載するエッチング剤を使用して処理し、図６に
示す列電極パターンにする。次に、次に、スパッタリン
グ法を使用し、アルミニウム薄膜層３３（実施例２参
照）を約200 乃至800 nm、好ましくは約500 nmの厚さに
堆積させ、この層をITO 行電極幅の約5 乃至30% 、好ま
しくは10% の細片幅にパターン形成するが、これはこの
場合約25μm の細片幅になる。最後に、この構成を真空
中（１ミリバール未満の圧力）で120 oCで約１時間加熱
した後、この構成を保護ガラス２６の下にカプセル収容
し、空気の透き間をシリコンオイル３５で充填する。
【００２４】本発明では、下側電極構成９である第一電
極構成は、モリブデン(Mo)、タングステン(W) 、タンタ
ル(Ta)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)または類似の金属
またはそれらの合金の様な、反応性が適度に低い金属か
ら加工することができる。あるいは、下側電極の材料
は、必要であれば例えばクロムまたはモリブデンのよう
な他の金属により保護した高導電率金属でもよい。この
場合、下側電極構成は、主として金(Au)、銀(Ag)、アル
ミニウム(Al)または銅(Cu)またはそれらの合金である。
不可欠な条件は、十分な安定性を有する金属電極材料を
使用することである。
【００２５】第二の、透明な上側電極構成１３は、厚さ
が例えば50 nm 未満の、非常に薄い金属フィルムからス
タートして作成することができるが、該フィルムは、例
えばアルミニウム(Al)、銀(Ag)、クロム(Cr)、ニッケル
(Ni)、金(Au)または類似の金属製である。
【００２６】あるいは、第二の透明な上側電極構成１３
は、酸化インジウム−スズ(ITO) 、酸化スズ(SnO2)、酸
化亜鉛(ZnO) または必要であればさらに適宜ドーピング
することができる類似の化合物の様な化合物で作成する
こともできる。
【００２７】
【発明の効果】本発明は、著しい利点を提供する。特
に、列電極の抵抗による損失を先行技術と比較して問題
にならなくなる程度まで低下させることができる。これ
により、携帯用コンピュータにエレクトロルミネセント
マトリクスディスプレイを使用できる程度に電力消費を
下げるだけではなく、ディスプレイの明るさを増加する
ためにより高い励起フィールド周波数(excitation fiel
d frequency)を使用することもできる。
【００２８】同じ理由から、列電極の導電率が著しく改
善されるので多行(multirow)ディスプレイの製造が容易
になる。更に本発明により、200 oCを超える温度に耐え
られない光フィルタ材料も使用することができる。例え
ば、本発明により、ポリイミド系カラーフィルタフィル
ムをエレクトロルミネセントディスプレイと関連させて
使用することができる。
【００２９】本発明により、高導電率の、透明な薄膜電
極層を堆積させる必要がなくなる。その代わりに、１キ
ロオームあるいはそれ以上のシート抵抗を有する透明薄
膜層を成長させれば十分である。
【図面の簡単な説明】
【図１】エレクトロルミネセントディスプレイに使用す
る、先行技術の薄膜マトリクス構成の断面図である。
【図２】エレクトロルミネセントディスプレイに使用す
るのに特に適した、本発明に係わる薄膜マトリクス構成
の断面図である。
【図３】図２に示す薄膜マトリクス構成の上面図であ
る。
【図４】エレクトロルミネセントディスプレイに使用す
るのに特に適した、本発明に係わる第二の薄膜マトリク
ス構成の断面図である。
【図５】図４に示す薄膜マトリクス構成の上面図であ
る。
【図６】エレクトロルミネセントディスプレイに使用す
るのに特に適した、本発明に係わる第三の薄膜マトリク
ス構成の断面図である。
【図７】図６に示す薄膜マトリクス構成の上面図であ
る。
【符号の説明】
７ 基材 ９ 第一電極構成 １０、１１、１２ ルミネセント多層薄膜構成 １３、１４ 第二電極構成
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−194207（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−195894（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−160594（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−81799（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−133895（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−194499（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05B 33/26

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 作成すべき薄膜構成を支持できる基材
    （７）と、 該基材（７）上に形成された第１の電極構成(9)とから
    なり、該第１の電極構成は電極長い平行電極導体で構成
    され、さらに、 該第１の電極構成（９）上に形成されたルミネセント多
    層薄膜構成（１０、１１、１２）と、 該ルミネセント多層薄膜構成（１０、１１、１２）上に
    形成された第２の透明電極構成（１３、１４）とからな
    り、該第２の電極構成は、該第１の電極構成（９）の電
    極導体と本質的に直角に並んだ細長い平行電極導体で構
    成されている、特にエレクトロルミネセントディスプレ
    イ用の薄膜マトリクス構成であって、 該第１の電極構成（９）が、少なくとも部分的に金属又
    は合金の組成を有し、そして該第２の電極構成（１３、
    １４）の各透明電極導体（１３）が高導電率の高い細片
    （１４）を備え、該細片自体は透明である必要はないこ
    とを特徴とする薄膜マトリクス構成。
  2. 【請求項２】 該細片（１４）が、少なくとも部分的に
    銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)または金(Au)からな
    ることを特徴とする請求項１記載の薄膜マトリクス構
    成。
  3. 【請求項３】 該細片（１４）が約20 nm 厚のクロム接
    着層として形成され、その接着層の上に約１μm 厚の銅
    またはアルミニウム層が堆積していることを特徴とする
    請求項２記載の薄膜マトリクス構成。
  4. 【請求項４】 該第１の電極構成（９）が主として、モ
    リブデン(Mo)、タングステン(W) 、タンタル(Ta)、ニッ
    ケル(Ni)、チタン(Ti)、コバルト(Co)または類似の金属
    若しくはそれらの合金の様な、反応性が適度に低い金属
    から形成されていることを特徴とする請求項１記載の薄
    膜マトリクス構成。
  5. 【請求項５】 該第１の電極構成（９）が主として、金
    (Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)または銅(Cu)若しくは
    それらの合金の様な、導電率の高い金属から形成されて
    いることを特徴とする請求項１記載の薄膜マトリクス構
    成。
  6. 【請求項６】 該第１の電極構成（９）が、高導電率の
    金属層の上に、不動態の保護層を有することを特徴とす
    る請求項５記載の薄膜マトリクス構成。
  7. 【請求項７】 該第２の電極構成（１３）が、例えば50
    nm 未満の極めて薄い金属フィルムから形成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の薄膜マトリクス構成。
  8. 【請求項８】 該第２の電極構成（１３乃至１６）が、
    アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、金(Au)またはニッケル
    (Ni)または類似の金属若しくはそれらの合金から形成さ
    れていることを特徴とする請求項７記載の薄膜マトリク
    ス構成。
  9. 【請求項９】 該第２の電極構成（１３）が、酸化イン
    ジウム−スズ(ITO)、酸化スズ(SnO2)または酸化亜鉛(Zn
    O) から形成されていることを特徴とする請求項１記載
    の薄膜マトリクス構成。
  10. 【請求項１０】 薄膜構成の少なくとも一つがALE 技術
    を使用して作成されることを特徴とする請求項１乃至９
    のいずれか１に記載の電極構成。
  11. 【請求項１１】 該第１の電極構成（９）が列電極構成
    として作用し、該第２の電極構成（１３）がそれに対応
    して行電極構成として作用するように設計されることを
    特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１に記載の薄膜
    マトリクス構成。
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