JP3561978B2

JP3561978B2 - エレクトロルミネッセンス素子の製造方法

Info

Publication number: JP3561978B2
Application number: JP25742594A
Authority: JP
Inventors: 有服部; 友弘米川; 正幸鈴木; 信衛伊藤; 正服部
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2019-09-08
Also published as: JPH0896965A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車載用表示器、情報機器のディスプレイ装置等に使用される薄膜ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エレクトロルミネッセンス素子（以下ＥＬ素子と記す）は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）などの蛍光体に電界をかけたときに発光する現象を利用したもので、自発光型の平面ディスプレイを構成するものとして注目されている。
図１は、ＥＬ素子１００の典型的な断面の構造を示した摸式図である。
ＥＬ素子１００は、絶縁性基板であるガラス基板１上に、光学的に透明なＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）膜から成る第一透明電極２、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）などから成る第一絶縁層３、発光層４、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）などから成る第二絶縁層５及びＩＴＯ膜から成る第二透明電極６を順次積層して形成されている。
【０００３】
ここで、ＩＴＯ膜は、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）に錫（Ｓｎ）をドープした透明の導電性膜で、低抵抗率であることから従来より透明電極用として広く使用されている。
発光層４には、例えば、硫化亜鉛（ＺｎＳ）を母体材料とし、発光中心としてマンガン（Ｍｎ）や三フッ化テルビウム（ＴｂＦ_３）を添加したものが使用される。
ＥＬ素子１００の発光色は硫化亜鉛（ＺｎＳ）中の添加物の種類によって決まり、例えば、発光中心としてマンガン（Ｍｎ）を添加した場合にはオレンジ色、三フッ化テルビウム（ＴｂＦ_３）を添加した場合にはグリーン色の発光が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構造から成るＥＬ素子１００において、電圧を印加すると絶縁破壊によって直径０．１ｍｍ程度の大きさの非発光点が発生し、ディスプレイとしての品質の低下や歩留りの低下につながるという問題がある。
この原因を究明した結果、各層中に導電性の粉末が存在することによって以下の現象が起こることが判明した。
すなわち、絶縁層中に混入している導電性の粉末が該絶縁層を貫通して、絶縁層と接する電極に接触した場合には、電気的にはＥＬ素子１００の絶縁層が欠落した構造と同一になる。
この状態のＥＬ素子１００に電圧を印加すると、その電極の相手側の電極と導電性粉末との間に電界が集中し絶縁破壊が生じる。
【０００５】
従って本発明の目的は、微小な破壊点が発生することのない、高品位で信頼性の高いＥＬ素子を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成は、絶縁性基板上の表面に設けられ、少なくとも光取り出し側が透明導電性材料から成る一対の電極間に、絶縁層、及び蛍光体から成る発光層が配設されたＥＬ素子の製造方法であって、絶縁層或いは発光層を形成後に各層中に含まれる導電性粉末を、薬液により溶解させて除去する工程を有することを特徴とする。
【００１３】
【作用】
薬液により絶縁層または発光層中に混入した導電性粉末を除去する手段を用いることにより、絶縁層または発光層中に混入している導電性粉末の最大長よりその導電性粉末が存在する層の膜厚を厚くする、または、導電性粉末と電極との距離を５ｎｍ以上となるようにする。
【００１４】
【発明の効果】
ＥＬ素子に電圧を印加した際に、絶縁破壊を防止することができ、絶縁層や発光層の絶縁耐圧が減少することがないため、ディスプレイ装置の欠陥の原因となる点破壊（非発光点＝黒点）の発生やドットマトリクス表示器におけるライン欠陥の発生を防止することができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明に係わるＥＬ素子１００の縦断面を示した模式図である。
ＥＬ素子１００は、絶縁性基板であるガラス基板１上に、光学的に透明なＩＴＯから成る第一透明電極（第一電極）２、光学的に透明な五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）から成る第一絶縁層３、マンガン（Ｍｎ）が添加された硫化亜鉛（ＺｎＳ）から成る発光層４、光学的に透明な五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）から成る第二絶縁層５、光学的に透明なＩＴＯから成る第二透明電極（第二電極）６が順次積層形成されることにより構成されている。
【００１６】
次に、ＥＬ素子１００の製造方法について説明する。
まず、ガラス基板１上に第一透明電極２が成膜される。蒸着材料としては、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）粉末に酸化錫（ＳｎＯ_２）を加えて混合し、ペレット状に成形したものを用い、成膜装置としてはイオンプレーティング装置を用いた。
具体的には、ガラス基板１の温度を１５０°Ｃに保持したままイオンプレーティング装置内を５．０×１０^−３Ｐａまで排気し、その後、アルゴン（Ａｒ）ガスを導入して６．５×１０^−１Ｐａに保ち、成膜速度が１．０〜３．０Å／ｓｅｃの範囲となるようビーム電力及び高周波電力を調整する。
第一透明電極２は、フォトリソグラフ工程によって所定の電極パターンが形成される。その際のエッチング液は塩酸（ＨＣｌ）と塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）を主成分とするものである。
【００１７】
上記第一透明電極２上には五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）から成る第一絶縁層３がスパッタにより形成される。
具体的には、ガラス基板１の温度を２００°Ｃに保持し、スパッタ装置内を１．０Ｐａに維持し、スパッタ装置内にアルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ_２）の混合ガスを導入（２００ｃｃ／ｍｉｎ）し、１ｋｗの高周波電力で、堆積速度２．０Å／ｓｅｃの条件で行う。
【００１８】
このとき、第一絶縁層３の膜厚分布を改善するため、図２に示すような形状の膜厚補正板９（ステンレス製）をターゲット７の前面に装着した。この状態の膜表面を実体顕微鏡で観察したところ、粉末が多数見られたため、その組成をＥＰＭＡ（ＥｌｅｃｔｒｏＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｓｉｓ；電子線微量分析）法で分析した結果、Ｆｅ、Ｃｒなどが検出され、膜厚補正板９と同一の材料から成る粉末が混入していることがわかった。
この金属粉末を除去するためには、基板全体を塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）を主成分とする溶液に１０ｍｉｎ浸漬させる。この溶液は、成膜プロセスにおいて混入が予想される鉄、ステンレス、鋼などをエッチングにより除去することができる。
【００１９】
上記第一絶縁層３上に、硫化亜鉛（ＺｎＳ）を母体材料とし、発光中心としてマンガン（Ｍｎ）を添加した硫化亜鉛：マンガン（Ｚｎ：Ｍｎ）発光層４が蒸着により形成される。
具体的には、ガラス基板１の温度を１２０°Ｃに保持し、スパッタ装置内を５．０×１０^−４Ｐａ以下に維持し、堆積速度１．０〜３．０Å／ｓｅｃの条件で電子ビーム蒸着を行う。
【００２０】
上記発光層４上に、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）から成る第二絶縁層５が第一絶縁層３と同一の方法により形成される。
また、第二絶縁層５中に存在する金属粉末を除去するために、第一絶縁層３の形成後に行った処理と同様に、基板全体を塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）を主成分とする溶液に１０ｍｉｎ浸漬させる。
【００２１】
さらに上記第二絶縁層５上にＩＴＯより成る第二透明電極６が第一透明電極２と同じ成膜方法、エッチング方法で形成される。
上記に示される各層の膜厚は、第一透明電極２及び第二透明電極６が２０００Å、第一絶縁層３及び第二絶縁層５が１５００Å、発光層４が６０００Åである。
【００２２】
図３は、本発明の効果の一つを説明するもので、第一絶縁層３中の導電性粉末の最大長と黒点数との関係を示すグラフである。ここで、導電性粉末の直径は第一絶縁層３の断面を電子顕微鏡で観察して測定した。
この図は、第一絶縁層３の膜厚が１５０ｎｍでの結果であるが、導電性粉末の最大長が第一絶縁層３の膜厚１５０ｎｍを超えると黒点数が急激に増加していることがわかる。この結果は、第一絶縁層３の膜厚より大きい最大長を有する導電性粉末が、第一絶縁層３を貫通した場合に黒点（点破壊）の原因となることを示している。
この結果は、第一絶縁層３だけではく、発光層４、第二絶縁層５の場合にも同様に、導電性粉末の最大長とその粉末が存在する層の膜厚との間に明確な関係が得られた。
【００２３】
図４は、本発明の他の効果を示したものであり、第二絶縁層５中に存在する導電性粉末と第二透明電極６との距離に対するＥＬ素子１００を駆動させたときに発生するライン欠陥率を示したグラフである。
導電性粉末が第二透明電極６と接触した場合、すなわち、図４において導電性粉末と第二透明電極６との距離が０ｎｍの場合には、絶縁破壊が起こりライン欠陥が１００％近く発生する。
このライン欠陥の発生は、導電性粉末と第二透明電極６との距離が５ｎｍ以上になるまで多発し、５ｎｍ以上では０％近くになる。この状態で０％にならないのは、導電性粉末の存在以外の要因と考えられる。
この効果は、第二絶縁層５中に存在する導電性粉末と第二透明電極６との間でだけ得られるものではなく、第一絶縁層３中に存在する導電性粉末と第一透明電極２との距離の関係においても同様の結果が得られた。
【００２４】
図５は、薬液により導電性粉末の除去効果を示したもので、基板全体を塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）を主成分とする溶液に１０ｍｉｎ浸漬させたサンプルと浸漬させないサンプルの黒点数を比較したものである。ここでは、ドットマトリクスパターンのＥＬ素子１００を用いて、２０００ドットあたりの黒点数を比較した。
その結果、薬液処理により導電性粉末を溶解除去したサンプルは、導電性粉末を溶解除去しなかったサンプルと比較して、ＥＬ素子１００を駆動させた際に発生する黒点数が１／１０以下に低減した。
【００２５】
次に、本発明におけるＥＬ素子１００の製造方法の第二実施例について説明する。
第一絶縁層３、第二絶縁層５及び発光層４中に存在する導電性粉末を除去するため、第一実施例で示した製造プロセスの中で、第一透明電極２のエッチング、第一絶縁層３の形成、発光層４の形成、第二絶縁層５の形成後にジェットスプレイによる洗浄を実施する。
この方法は、基板に対し常圧以上の水圧でシャワーや噴流を当てる物理洗浄の一種であり、この洗浄の結果、第一実施例に示した薬液による除去と同等の効果が得られた。
【００２６】
第三実施例について説明する。
本実施例は、導電性粉末の発生を防ぐ方法として、各層の形成を行う装置に対する対策を図るものである。
導電性粉末の発生原因の一つは、各層の形成に用いているスパッタ装置において、膜厚分布を改善するためにターゲット７の付近にステンレスなどより成る膜厚補正板９を設置するが、ターゲット７と膜厚補正板９との間で異常放電などにより膜厚補正板９が削られ、その粉末が真空成膜室内に滞留することであることが判明した。同様に、膜が真空成膜室の内壁に付着するのを防止するために用いる防着板からも粉末の発生が見られた。
【００２７】
そこで、第一実施例で示した製造プロセスの中で用いているスパッタ装置の膜厚補正板９、防着板を窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）などの絶縁体で構成した結果、導電性粉末の膜中への混入は防止でき、黒点の発生も大幅に低減できた。
なお、膜厚補正板９、防着板の材質は窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）に限らず、酸化珪素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｉ_２Ｏ_３）などの絶縁体であればよく、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）の形成装置では五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）で構成すれば異種材料の混入を防止することができる。
【００２８】
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、以下に示す種々の変形が可能である。
（１）第一透明電極２、第二透明電極６はＩＴＯで構成したが、この他に酸化錫（ＳｎＯ_２）、酸化錫カドミウム（ＣｄＳｎ_４）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの材料を用いてもよい。
（２）第一絶縁層３、第二絶縁層５は五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）で構成したが、この他にＡｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＰｂＴｉＯ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＳｉＯ_２などで構成してもよい。
（３）ＥＬ素子１００のフルカラー化を可能とするために、赤、緑、青の三色をそれぞれ発光する発光層４を３層以上に重ねてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＬ素子の縦断面の構造を示す模式図。
【図２】膜厚補正板の概要を示す構造図。
【図３】第一絶縁層中の導電性粉末の最大長とＥＬ素子の黒点数との関係を示すグラフ。
【図４】第二絶縁層中の導電性粉末と第二透明電極との距離とＥＬ素子のライン欠陥率との関係を示すグラフ。
【図５】薬液による導電性粉末除去工程の有無とＥＬ素子の黒点数との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１ガラス基板（絶縁性基板）
２第一透明電極（第一電極）
３第一絶縁層
４発光層
５第二絶縁層
６第二透明電極（第二電極）
７ターゲット
８バッキングプレート
９膜厚補正板
１００ＥＬ素子

Claims

絶縁性基板上の表面に設けられ、少なくとも光取り出し側が透明導電性材料から成る一対の電極間に、絶縁層、及び蛍光体から成る発光層が配設されたエレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
前記絶縁層或いは前記発光層を形成後に各層中に含まれる導電性粉末を、薬液により溶解させて除去する工程を有すること
を特徴とするエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。