JP3569625B2 - Manufacturing method of thin film EL element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面薄型表示装置に応用される薄膜EL素子の製造方法に関するもので、特に、熱処理方法の改良により、高輝度の薄膜EL素子が得られる製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の情報化産業の発展に伴って、軽量で空間占有率の低い平面表示装置への需要が高まっている。このような平面薄型表示装置に応用されるデバイスの中で薄膜EL素子は自己発光型で視認性が良いことから表示品位の優れた表示装置として開発が積極的に進められている。
【0003】
この薄膜EL素子は、ガラス基板上に、少なくとも一方に透明電極を含む2組の電極とそれに挟まれた絶縁層と発光層を備えた構造を有しており、この2組の電極間に交流電界を加えることにより発光が得られるものである。発光色は発光層材料により決まり、現在発光効率が良く、安定して発光する発光層材料としてZnS:Mn層を用いた黄色のモノクロ表示装置が実用化されている。
【0004】
このZnS:Mn以外の発光層として、青色発光を示すZnS:Tm,SrS:Ce,緑色発光を示すZnS:Tb,CaS:Ce,赤色発光を示すZnS:Sm,CaS:Eu等のIIa−VIb族またはIIb一VIb族化合物薄膜に発光中心を添加したもの、特にVIb族元素が硫黄であるものが良く知られている。そして、カラー表示を実現するためにも、これらZnS:Mn以外の材料の特性向上が進められている。
【0005】
現在、最も実用に近いものとして開発が進められているカラー表示装置の構造は、図5に示すように、SrS:Ce発光層142とZnS:Mn発光層143とで構成された積層発光層141を持つ薄膜EL素子に、赤,緑,青のカラーフィルター146,147,148を組み合わせた構造である。上記SrS:Ce発光層142からの発光は青から緑にかけての発光領域を持ち、ZnS:Mn発光層143からの発光は緑から赤にかけての発光領域を持っている。このため、上記SrS:Ce発光層142とZnS:Mn発光層143との積層発光層141は、赤,緑,青の発光領域を持つ白色発光を示す。この積層発光層141に上記カラーフィルター146,147,148を組み合わせることで、赤,緑,青それぞれの単色を取り出すことができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記ZnS:Mn発光層以外の発光層(ZnS:Tm,SrS:Ce,ZnS:Tb等)は、実用化されているZnS:Mn発光層に比べて、発光輝度等の発光特性が劣り現在実用化されていない。この実用化されていない発光層が十分な輝度を得ることができない原因としては、作製された膜の結晶性の問題が指摘されている。特に、蒸気圧の高いVIb族元素が蒸発することによるストイキオメトリーのずれ(化学量論的なずれ)が問題とされている。
【0007】
このストイキオメトリーのずれを埋め、発光特性を向上させるために、VIb族元素の硫黄蒸気または不活性ガスに硫黄蒸気あるいは硫化水素を混合したガス雰囲気中での熱処理が提案されている(特開平1−272093号)。さらには、分解されたVI族元素ガスを含む不活性ガス、水素ガス等のキャリアガス雰囲気での第1ステップ熱処理と水素ガスまたはVI族水素化合物ガス雰囲気での第2ステップ熱処理を含む2段階熱処理等が提案されている(特開平8−83684号)。
【0008】
しかし、未だ十分な特性が得られているとは言えず、実用化には更に改良が必要である。
【0009】
そこで、この発明の目的は、現在では実用化されていない発光材料の発光輝度等の発光特性を向上させて、実用化を図ることができる薄膜EL素子の製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決しようとする手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、IIa−VIb族またはIIb−VIb族化合物薄膜を発光層とする薄膜EL素子の製造方法において、
上記発光層は硫化亜鉛膜を有し、
上記発光層を形成した後に、VIb族元素を構成材料とするガス雰囲気中で熱処理を行い、
この熱処理の後、上記発光層上に絶縁膜を形成した後に、
さらに、高真空中で熱処理を行う薄膜EL素子の製造方法であって、
上記ガス雰囲気の構成材料である VI b族元素を硫黄とし、
上記発光層を構成する化合物薄膜がセリウムを添加した硫化ストロンチウム層とマンガンを添加した硫化亜鉛層とを積層した積層膜で構成されており、
上記セリウムを添加した硫化ストロンチウム層上に第1のマンガン添加硫化亜鉛層を形成した直後に、硫化性ガス雰囲気中で熱処理を行い、
その後、上記第1のマンガン添加硫化亜鉛層上に第2のマンガン添加硫化亜鉛層を積層して、上記積層膜を形成することを特徴としている。
【0011】
この請求項1の発明では、発光層を形成した後にVIb族元素を構成材料とするガス雰囲気中で熱処理し、さらに、高真空中で熱処理を行う。この組み合わせアニールによれば、発光効率の向上の度合いが顕著で高性能の発光層が得られることが実験により判明した。
【0012】
また、一実施形態の薄膜EL素子の製造方法では、上記VIb族元素を構成材料とするガス雰囲気中での熱処理を、上記発光層を形成した直後に行う。
【0013】
この実施形態では、発光層を形成した直後に上記ガス雰囲気中での熱処理を行うから、上記ガス雰囲気中での熱処理が上記発光層の上に形成する絶縁膜の絶縁特性を低下させる心配がない。
【0014】
また、請求項1の発明の薄膜EL素子の製造方法では、上記ガス雰囲気の構成材料であるVIb族元素を硫黄とした。
【0015】
この請求項1の発明では、硫化性ガス雰囲気中で発光層を熱処理することによって、発光層の硫黄抜けによるストイキオメトリーのずれを防げる。
【0016】
また、一実施形態の薄膜EL素子の製造方法では、上記ガス雰囲気のガス材料を硫化水素とした。
【0017】
この実施形態では、硫化性ガスの内で最も一般的で扱いやすい硫化水素ガスを採用したから、硫化性ガスによるアニールを容易に実行できる。
【0018】
また、一実施形態の薄膜EL素子の製造方法では、上記発光層は、セリウムを添加した硫化ストロンチウムからなる化合物薄膜で構成されている。
【0019】
この実施形態では、発光層を、SrS:Ceで構成したから、発光特性の優れた薄膜EL素子を製造できる。
【0020】
また、一実施形態の薄膜EL素子の製造方法では、上記化合物薄膜におけるセリウム添加濃度が0.15mol%以上である。
【0021】
この実施形態では、上記SrS:Ceで構成した化合物薄膜におけるCe添加濃度を、0.15mol%以上にすることによって、Ce添加濃度が0.15mol%未満である場合に比べて発光効率を向上できることが実験で判明した。
【0022】
また、請求項1の発明の薄膜EL素子の製造方法は、上記発光層を構成する化合物薄膜がセリウムを添加した硫化ストロンチウム層とマンガンを添加した硫化亜鉛層とを積層した積層膜で構成されている。
【0023】
この請求項1の発明では、SrS:Ce層は青から緑にかけての発光領域を持ち、ZnS:Mn層は緑から赤にかけての発光領域を持つ。したがって、上記発光層は赤,緑,青の発光領域を持つ白色発光を示す。この白色発光を示す発光層にカラーフィルタを組み合わせれば、赤,緑,青それぞれの単色を取り出せる。
【0024】
また、一実施形態の薄膜EL素子の製造方法では、上記セリウムを添加した硫化ストロンチウム層を形成した直後に、硫化性ガス雰囲気中での熱処理を行う。
【0025】
この実施形態では、硫化性ガス雰囲気中でSrS:Ce層からなる発光層を熱処理することによって、この発光層のS(硫黄)抜けによる化学量論的ずれを防いで、発光特性を向上できる。
【0026】
また、請求項1の発明の薄膜EL素子の製造方法は、セリウムを添加した硫化ストロンチウム層上に第1のマンガン添加硫化亜鉛層を形成した直後に、硫化性ガス雰囲気中で熱処理を行い、その後、上記第1のマンガン添加硫化亜鉛層上に第2のマンガン添加硫化亜鉛層を積層して、上記積層膜を形成することを特徴としている。
【0027】
この請求項1の発明では、セリウムを添加した硫化ストロンチウム層上に第1のマンガン添加硫化亜鉛層を形成した直後に、硫化性ガス雰囲気中で熱処理を行うから、上記マンガン添加硫化亜鉛層が、外気に対する上記硫化ストロンチウム層の保護膜の役目を果たす。これにより、発光特性の向上を図れる。
【0028】
また、一実施形態の薄膜EL素子の製造方法では、上記セリウムを添加した硫化ストロンチウム層のセリウム添加濃度が0.15mol%以上である。
【0029】
この実施形態では、SrS:Ce層上にZnS:Mn層を積層した積層膜を発光層とする薄膜EL素子の製造方法において、SrS:Ce層のCe添加濃度を0.15mol%以上にした。これにより、Ce添加濃度が0.15mol%未満である場合に比べて、発光効率を向上できることが判った。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【0031】
〔参考例〕
図1に、この発明の薄膜EL素子の製造方法の参考例で作製した薄膜EL素子の断面を示す。この図1を参照しながら、この参考例を説明する。
【0032】
まず、ガラス基板1上に、ITO(インジウム・ティン・オキサイド)をEB(電子ビーム)蒸着法あるいは高周波スパッタ法で200nm程度の厚さに形成し、さらにフォトレジストを用いたウェットエッチングを行って、ストライプ状の第1電極2を作製する。
【0033】
次に、上記第1電極2上に、膜厚40nm程度のSiO2膜3と膜厚220nm程度のSi3N4膜5を、高周波スパッタ法によって順に形成する。このSiO2膜3とSi3N4膜5とが第1絶縁膜6をなす。
【0034】
次に、上記第1絶縁膜6上に、SrS:CeからなるSrS:Ce層7を形成する。このSrS:Ce層7は、成膜時の硫黄抜けを防ぐために3×10−3Paの硫化水素雰囲気中で、基板温度を500℃に保ち、SrSにCeを添加したペレットを蒸着源としたEB蒸着法により、1000〜1500nmの膜厚で作製した。
【0035】
上記ペレットは、SrS粉末と所定の濃度のCeNを混合し、焼結成形したもので、このペレット中のCe濃度を0.15mol%にした。
【0036】
SrS:Ce層7は、大気中の炭酸ガスと水分によって容易に化学反応を起こすので、大気中のこれらのガスからSrS:Ce層7を保護するために、上記SrS:Ce層7上に膜厚100nm程度のZnS層8をEB蒸着法を用いて形成した。
【0037】
上記SrS:Ce層7とZnS層8とが発光層10を構成する。
【0038】
この発光層10を形成した後、硫化水素ガス雰囲気中でアニールを施す。硫化性ガスとして硫化水素を用いたのは、硫化水素が硫化性ガスの中で最も一般的で扱い易いものであるからである。この硫化水素ガスによるアニールは、硫化水素を1%含むArガス雰囲気中でランプアニールにより630℃に加熱保持することで行った。また、この硫化水素ガスによるアニールは、次で述べる絶縁膜形成前、すなわち、発光層10の形成直後に行うことが望ましい。その理由は、アニールによる熱処理中に硫化水素で絶縁膜が硫化されるのを防いで、絶縁特性低下を防ぐようにするためである。
【0039】
次に、上記発光層10の上に、第2絶縁層13を形成する。この第2絶縁層13は、膜厚100nm程度のSi3N4膜11上に膜厚35nm程度のSiO2膜12を積層した積層膜で構成されている。この積層膜は、高周波スパッタ法によって作製する。そして、この第2絶縁層13を作製した後に高真空アニールを行う。この高真空アニールは、1×10−4Pa以下の高真空中で630℃に加熱し保持して実行した。
【0040】
最後に、上記第2絶縁層13上に、第2電極15としてAlを500nm程度の膜厚で加熱蒸着により作製し、フォトレジストを用いたウェットエッチングにより上記第1電極2と直交するようなストライプ状に形成する。
【0041】
図2に、上記製造方法で作製したSrS:Ce青色EL素子についての発光特性を示す。図2において、Ce濃度が0.15mol%で、かつ、(硫化水素アニール+真空アニール)のケースが、上記製造方法で作製した青色EL素子の発光特性であり、発光効率は0.355(lm/W)、発光輝度は85.3(cd/m2)であった。なお、駆動は、周波数100Hzの交流パルス電圧で行い、発光輝度が0.1cd/m2となる発光開始電圧よりも60Vだけ高い電圧で行った。
【0042】
なお、図2に、上記SrS:Ce層7を形成する際のペレットのCe濃度を、0.15mol%より低い0.1mol%としたケース、0.15mol%より高い0.2mol%としたケース、さらには、真空アニールのみを行うケース、硫化水素アニールのみを行うケースについて、発光特性を示す。なお、アニール時間は、1時間30分とし、真空アニールと硫化水素アニールの両方を行うケースについては、真空アニールを1時間とし硫化水素アニールを30分にした。図2における数値は、上から駆動電圧、発光輝度、発光効率を示している。
【0043】
図2に示すように、硫化水素アニールを行った素子に更に真空アニールを施した場合には、硫化水素アニールのみを行った場合、真空アニールのみを行った場合に比べて、Ce濃度0.1mol%,0.15mol%,0.2mol%のケース共に駆動電圧の低下、発光輝度の上昇等の発光特性の向上が見られた。
【0044】
また、図3に、上記3種類のCe濃度と、3種類のアニール方法についての発光効率を示す。上述の駆動電圧や発光輝度等は、EL素子作製時の各層の膜厚誤差等で変化するから、発光効率を採用することで、発光層の性能そのものを正確に比較できる。図3を参照すれば分かるように、発光効率もまた、組み合わせアニール(硫化水素アニール+真空アニール)がその他のアニール(真空アニールのみ,硫化水素アニールのみ)より高くなる。特に、この組み合わせアニールによれば、Ce濃度が0.15mol%以上にしたときの発光効率の向上の度合いが顕著で高性能の発光層が得られることが分かる。
【0045】
すなわち、上記参考例によれば、発光効率が優れた薄膜EL素子を製造できる。
【0046】
〔実施形態〕
次に、図4に、この発明の薄膜EL素子の製造方法の実施形態で作製した薄膜EL素子の断面を示す。この実施形態が、前述の参考例と異なる点は、発光層の構成とカラーフィルターを備えた点だけであるから、この点を重点的に説明する。
【0047】
この実施形態で作製した薄膜EL素子の発光層41は、SrS:Ce層42上にZnS:Mn層43を積層した構造であり、青、緑、赤の発光領域を持つ白色発光を示す。この薄膜EL素子とRGBカラーフィルター45とを組み合わせることにより、カラー表示装置を実現できる。
【0048】
カラーフィルター45は、視野角による色ずれを防ぐために、第2電極46との間に20μmの空隙を保って近接設置した。そして、第1電極47を、例えばMoで形成される金属電極とし、第2電極46はITO等で形成される透明電極とした。したがって、発光層41からの発光は第2電極46側から取り出す。
【0049】
上記第1電極47は、ガラス基板50上に高周波スパッタ法によってMo薄膜を100nm程度の厚さで作製し、フォトレジストを用いたウェットエッチングでストライプ状に形成する。また、上記第2電極46は、第2絶縁層13上にITOをEB蒸着法あるいは高周波スパッタ法で200nm程度の厚さで作製し、フォトレジストを用いたウェットエッチングによって、第1電極47と直交するストライプ状に形成する。
【0050】
ZnS:Mn層43は基板温度を200〜300℃に保ち、ZnS粉末に0.35wt%程度のマンガンを添加し、形成焼結して作製したペレットを蒸着源としたEB蒸着により作製した。また、SrS:Ce層42を形成するために用いるCe添加SrSペレットのCe濃度を0.1mol%とした。
【0051】
また、この実施形態では、SrS:Ce層42を外気から保護するために、SrS:Ce層42の上に膜厚100nm程度の第1のZnS:Mn層43を形成した後に、前述の実施形態1と同じ方法で、硫化水素雰囲気アニールを行い、次に、第2のZnS:Mn層44を200nm程度の膜厚で形成した後に高真空アニールを行った。上記アニールの条件,アニール時間は、前述の実施形態1と同じである。
【0052】
なお、SrS:Ce層42上にZnS:Mn層43を形成する前に、硫化水素アニールを実行した場合には、SrS:Ce層42を十分に硫化できる。
【0053】
上記実施形態で作製した薄膜EL素子によれば、駆動電圧が240Vになり、発光輝度が120cd/m2となった。これに対し、この実施形態2において、上記硫化水素雰囲気アニールを行わずに上記高真空アニールだけを行って作製した薄膜EL素子によれば、駆動電庄250V,発光輝度75cd/m2となる。また、実施形態において、上記硫化水素雰囲気アニールを行い高真空アニールを行わずに作製した薄膜EL素子では、駆動電圧242V,発光輝度92cd/m2となる。
【0054】
すなわち、この実施形態のように硫化水素アニールと真空アニールを組み合わせたアニールによれば、真空アニールのみ、硫化水素アニールのみを行う場合に比べて、発光輝度を約1.6倍,1.3倍に向上させることができる。
【0055】
尚、この実施形態では、SrS:Ce層42を形成するときのCe添加SrSペレットのCe濃度を0.1mol%にしたが、Ce濃度0.15mol%以上にしても良い。また、上記実施形態では、発光層へ熱処理を行うときのガス雰囲気の構成材料を硫黄としたが、硫黄以外のIVb族元素としてもよい。
【0056】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項1の発明は、発光層を形成した後にVIb族元素を構成材料とするガス雰囲気中で熱処理し、さらに、高真空中で熱処理を行う。この組み合わせアニールによれば、発光効率の向上の度合いが顕著で高性能の発光層が得られる。
【0057】
また、一実施形態では、上記発光層を形成した直後に上記ガス雰囲気中での熱処理を行うから、ガス雰囲気中での熱処理が発光層の上に形成する絶縁膜の絶縁特性を低下させる心配がない。
【0058】
また、請求項1の発明の薄膜EL素子の製造方法では、上記ガス雰囲気の構成材料であるVIb族元素を硫黄とした。このように、硫化性ガス雰囲気中で発光層を熱処理することによって、発光層の硫黄抜けによるストイキオメトリーのずれを防げる。
【0059】
また、一実施形態の薄膜EL素子の製造方法では、上記ガス雰囲気のガス材料を硫化水素とした。この実施形態では、硫化性ガスの内で最も一般的で扱いやすい硫化水素ガスを採用したから、硫化性ガスによるアニールを容易に実行できる。
【0060】
また、一実施形態の薄膜EL素子の製造方法では、発光層をSrS:Ceで構成したから、青色発光する発光特性の優れた薄膜EL素子を製造できる。
【0061】
また、一実施形態では、上記SrS:Ceで構成した化合物薄膜におけるCe添加濃度を、0.15mol%以上にすることによって、Ce添加濃度が0.15mol%未満である場合に比べて発光効率を向上できる。
【0062】
また、請求項1の発明の薄膜EL素子の製造方法では、上記発光層を構成する化合物薄膜を、セリウムを添加した硫化ストロンチウム層とマンガンを添加した硫化亜鉛層とを積層した積層膜で構成した。
【0063】
この請求項1の発明では、SrS:Ce層は青から緑にかけての発光領域を持ち、ZnS:Mn層は緑から赤にかけての発光領域を持つ。したがって、上記発光層は赤,緑,青の発光領域を持つ白色発光を示す。この白色発光を示す発光層にカラーフィルタを組み合わせれば、赤,緑,青それぞれの単色を取り出せる。
【0064】
また、一実施形態の薄膜EL素子の製造方法では、上記セリウムを添加した硫化ストロンチウム層を形成した直後に、硫化性ガス雰囲気中での熱処理を行う。この実施形態では、硫化性ガス雰囲気中でSrS:Ce層からなる発光層を熱処理することによって、この発光層のS(硫黄)抜けによる化学量論的ずれを防いで、発光特性を向上できる。
【0065】
また、請求項1の発明は、セリウムを添加したストロンチウム層上に第1のマンガン添加硫化亜鉛層を形成した直後に、硫化性ガス雰囲気中で熱処理を行うから、上記マンガン添加硫化亜鉛層が、外気に対する上記ストロンチウム層の保護膜の役目を果たす。これにより、発光特性の向上を図れる。
【0066】
また、一実施形態では、SrS:Ce層上にZnS:Mn層を積層した積層膜を発光層とする薄膜EL素子の製造方法において、SrS:Ce層のCe添加濃度を0.15mol%以上にした。これにより、Ce添加濃度が0.15mol%未満である場合に比べて、発光効率を向上できる。
【0067】
以上のように、本発明の製造方法によれば、IIa−VIb族またはIIb−VIb族化合物薄膜を発光層とする薄膜EL素子、特に発光層にSrS:CeあるいはSrS:CeとZnS:Mnの積層膜を用いた薄膜EL素子の発光輝度を向上でき、従来実用化されていない薄膜EL素子を用いたカラー表示装置、特に赤、緑、青の三原色を含むカラーEL表示装置の開発に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄膜EL素子の製造方法の参考例で作製した薄膜EL素子の断面構造図である。
【図2】上記参考例で作製した薄膜EL素子の発光特性を、Ce濃度、アニール方法の違いにより比較したものである。
【図3】上記参考例で作製した薄膜EL素子の発光効率を、Ce濃度、アニール方法の違いにより比較した特性図である。
【図4】本発明の薄膜EL素子の製造方法の実施形態で作製した薄膜EL素子の断面構造図である。
【図5】従来の薄膜EL素子の製造方法を説明する断面構造図である。
【符号の説明】
1…ガラス基板、2…第1電極、3…SiO2膜、5…Si3N4膜、
6…第1絶縁膜、7…SrS:Ce層、8…ZnS層、10…発光層、
11…Si3N4膜、12…SiO2膜、13…第2絶縁膜、
15…第2電極、41…発光層、42…SrS:Ce層、
43…ZnS:Mn層、45…RGBカラーフィルター、46…第2電極、
47…第1電極。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a thin-film EL element applied to a flat display device, and more particularly to a method for manufacturing a thin-film EL element having high luminance by improving a heat treatment method.
[0002]
[Prior art]
With the development of the information technology industry in recent years, the demand for a flat display device that is lightweight and has a low space occupancy is increasing. Among the devices applied to such flat-panel thin display devices, thin-film EL devices are self-luminous and have good visibility, and are being actively developed as display devices having excellent display quality.
[0003]
This thin film EL element has a structure in which at least one of two sets of electrodes including a transparent electrode, an insulating layer and a light emitting layer sandwiched between the two sets of electrodes is provided on a glass substrate. Light emission can be obtained by applying an electric field. The luminescent color is determined by the luminescent layer material, and a yellow monochrome display device using a ZnS: Mn layer as a luminescent layer material having good luminous efficiency and emitting light stably has been put to practical use.
[0004]
Other light-emitting layers other than ZnS: Mn include IIa-VIb such as ZnS: Tm, SrS: Ce, which emits blue light, ZnS: Tb, CaS: Ce, which emits green light, ZnS: Sm, which emits red light, and CaS: Eu. It is well known that a luminescent center is added to a group IIb or group IIb-group VIb compound thin film, particularly one in which the group VIb element is sulfur. In order to realize color display, the properties of materials other than ZnS: Mn are being improved.
[0005]
At present, the structure of a color display device which is being developed as being closest to practical use has a laminated light emitting layer 141 composed of a SrS: Ce
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Light-emitting layers other than the ZnS: Mn light-emitting layer (ZnS: Tm, SrS: Ce, ZnS: Tb, etc.) have inferior light-emitting characteristics such as light-emission luminance as compared with practically used ZnS: Mn light-emitting layers. Not converted. It has been pointed out that the reason why the light emitting layer which has not been put into practical use cannot obtain sufficient luminance is a problem of crystallinity of the formed film. In particular, a shift in stoichiometry (stoichiometric shift) due to evaporation of a group VIb element having a high vapor pressure has been a problem.
[0007]
In order to fill the deviation in stoichiometry and improve the light emission characteristics, heat treatment in a gas atmosphere in which sulfur vapor or hydrogen sulfide is mixed with sulfur vapor or an inert gas of a group VIb element has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. HEI 9-163572). 1-272093). Further, a two-step heat treatment including a first step heat treatment in a carrier gas atmosphere such as an inert gas containing a decomposed group VI element gas or a hydrogen gas and a second step heat treatment in a hydrogen gas or a group VI hydrogen compound gas atmosphere. And the like have been proposed (JP-A-8-83684).
[0008]
However, it cannot be said that sufficient characteristics have yet been obtained, and further improvement is required for practical use.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin-film EL element that can be put to practical use by improving light-emitting characteristics such as light-emitting luminance of a light-emitting material that has not been put into practical use at present.
[0010]
[Means to solve the problem]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 provides a method for manufacturing a thin film EL device using a IIa-VIb group or IIb-VIb group compound thin film as a light emitting layer,
The light emitting layer has a zinc sulfide film,
After forming the light emitting layer, heat treatment is performed in a gas atmosphere containing a group VIb element as a constituent material,
After this heat treatment, after forming an insulating film on the light emitting layer,
Furthermore, a method of manufacturing a row cormorants thin-film EL device to a heat treatment in a high vacuum,
The VI b group element is the material of the gas atmosphere with sulfur,
The compound thin film constituting the light emitting layer is formed of a laminated film in which a strontium sulfide layer to which cerium is added and a zinc sulfide layer to which manganese is added,
Immediately after forming the first manganese-added zinc sulfide layer on the cerium-added strontium sulfide layer, a heat treatment is performed in a sulfide gas atmosphere,
Thereafter, a second manganese-added zinc sulfide layer is laminated on the first manganese-added zinc sulfide layer to form the laminated film .
[0011]
According to the first aspect of the present invention, after forming the light emitting layer, heat treatment is performed in a gas atmosphere containing a group VIb element as a constituent material, and further heat treatment is performed in a high vacuum. Experiments have revealed that this combination annealing can provide a high-performance light-emitting layer with a remarkable improvement in luminous efficiency.
[0012]
In the method of manufacturing a thin film EL element of one embodiment, a heat treatment in a gas atmosphere which a constituent material of the group VIb element, intends line immediately after the formation of the luminescent layer.
[0013]
In this embodiment , since the heat treatment in the gas atmosphere is performed immediately after the formation of the light emitting layer, there is no concern that the heat treatment in the gas atmosphere deteriorates the insulating properties of the insulating film formed on the light emitting layer. .
[0014]
Further, in the manufacturing method of inventions of the thin film EL element according to claim 1, and the group VIb element is a constituent material of the gas atmosphere with sulfur.
[0015]
In the first aspect of the present invention, the luminescent layer is subjected to a heat treatment in a sulfide gas atmosphere, thereby preventing a shift in stoichiometry due to sulfur release from the luminescent layer.
[0016]
In one embodiment of the method for manufacturing a thin film EL device, the gas material in the gas atmosphere is hydrogen sulfide .
[0017]
In this embodiment , the most common and easy-to-handle hydrogen sulfide gas among the sulfide gases is used, so that annealing with the sulfide gas can be easily performed.
[0018]
Further, in the method for manufacturing a thin-film EL element of one embodiment, the light emitting layer that contains the compound thin film consisting of strontium sulfide with the addition of cerium.
[0019]
In this embodiment , since the light emitting layer is composed of SrS: Ce, a thin film EL device having excellent light emitting characteristics can be manufactured.
[0020]
Further, in the method for manufacturing a thin-film EL element of one embodiment, the cerium additive concentration in the compound thin film is not less than 0.15 mol%.
[0021]
In this embodiment , the luminous efficiency can be improved by setting the Ce added concentration in the compound thin film composed of SrS: Ce to 0.15 mol% or more as compared with the case where the Ce added concentration is less than 0.15 mol%. Was found in experiments.
[0022]
The manufacturing method of inventions of the thin film EL element according to claim 1 is constituted by a laminated film obtained by laminating the light emitting layers constituting the compound thin film is zinc sulfide layer added strontium sulfide layer and manganese added cerium Tei Ru.
[0023]
In the invention as claimed in claim 1, SrS: Ce layer has a light emitting region of the toward blue to green, ZnS: Mn layer having an emission region of toward red from green. Therefore, the light emitting layer emits white light having red, green, and blue light emitting regions. If a color filter is combined with the light emitting layer that emits white light, each single color of red, green, and blue can be extracted.
[0024]
Further, in the method for manufacturing a thin-film EL element of one embodiment, immediately after the formation of the strontium sulfide layer added the cerium intends line heat treatment in a sulfide gas atmosphere.
[0025]
In this embodiment , the luminescent layer composed of the SrS: Ce layer is subjected to a heat treatment in a sulfide gas atmosphere, thereby preventing the stoichiometric deviation due to S (sulfur) loss of the luminescent layer and improving the luminescent characteristics.
[0026]
The manufacturing method of inventions of the thin film EL element according to claim 1, immediately after the formation of the first manganese added zinc sulfide layer on the strontium sulfide layer added cerium, was heat-treated in a sulfide gas atmosphere, Thereafter, a second manganese-added zinc sulfide layer is laminated on the first manganese-added zinc sulfide layer to form the laminated film.
[0027]
According to the first aspect of the present invention, the heat treatment is performed in a sulfide gas atmosphere immediately after the first manganese-added zinc sulfide layer is formed on the cerium-added strontium sulfide layer. The strontium sulfide layer serves as a protective film against the outside air. Thereby, the emission characteristics can be improved.
[0028]
Further, in the method for manufacturing a thin-film EL element of one embodiment, the cerium concentration of added strontium sulfide layer added the cerium Ru der least 0.15 mol%.
[0029]
In this embodiment , in a method for manufacturing a thin-film EL element using a laminated film in which a ZnS: Mn layer is laminated on a SrS: Ce layer as a light-emitting layer, the Ce concentration of the SrS: Ce layer is set to 0.15 mol% or more. Thereby, it was found that the luminous efficiency can be improved as compared with the case where the Ce addition concentration is less than 0.15 mol%.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiment.
[0031]
( Reference example )
FIG. 1 shows a cross section of a thin film EL device manufactured in a reference example of the method for manufacturing a thin film EL device of the present invention. This reference example will be described with reference to FIG.
[0032]
First, ITO (indium tin oxide) is formed on a glass substrate 1 to a thickness of about 200 nm by EB (electron beam) evaporation or high frequency sputtering, and wet etching is performed using a photoresist. A
[0033]
Next, an SiO 2 film 3 having a thickness of about 40 nm and a Si 3 N 4 film 5 having a thickness of about 220 nm are sequentially formed on the
[0034]
Next, an SrS: Ce layer 7 of SrS: Ce is formed on the first insulating film 6. The SrS: Ce layer 7 was kept at a substrate temperature of 500 ° C. in a hydrogen sulfide atmosphere of 3 × 10 −3 Pa in order to prevent sulfur release during film formation, and a pellet obtained by adding Ce to SrS was used as an evaporation source. It was manufactured to a thickness of 1000 to 1500 nm by EB evaporation.
[0035]
The pellets were obtained by mixing SrS powder and a predetermined concentration of CeN and sintering the mixture. The pellets had a Ce concentration of 0.15 mol%.
[0036]
Since the SrS: Ce layer 7 easily causes a chemical reaction by carbon dioxide gas and moisture in the atmosphere, a film is formed on the SrS: Ce layer 7 in order to protect the SrS: Ce layer 7 from these gases in the atmosphere. A ZnS layer 8 having a thickness of about 100 nm was formed by using the EB evaporation method.
[0037]
The SrS: Ce layer 7 and the ZnS layer 8 constitute the
[0038]
After forming the
[0039]
Next, a second insulating
[0040]
Finally, a second electrode 15 is formed on the second insulating
[0041]
FIG. 2 shows the emission characteristics of the SrS: Ce blue EL device manufactured by the above-described manufacturing method. In FIG. 2, the case where the Ce concentration is 0.15 mol% and the case of (hydrogen sulfide annealing + vacuum annealing) is the emission characteristic of the blue EL device manufactured by the above-described manufacturing method, and the emission efficiency is 0.355 (lm). / W), and the emission luminance was 85.3 (cd / m 2 ). The driving was performed with an AC pulse voltage having a frequency of 100 Hz and a voltage higher by 60 V than a light emission start voltage at which light emission luminance was 0.1 cd / m 2 .
[0042]
FIG. 2 shows the case where the Ce concentration of the pellet when forming the SrS: Ce layer 7 is 0.1 mol% lower than 0.15 mol%, and the case where the Ce concentration is 0.2 mol% higher than 0.15 mol%. Further, the emission characteristics are shown for the case where only vacuum annealing is performed and the case where only hydrogen sulfide annealing is performed. The annealing time was 1 hour and 30 minutes, and in the case where both the vacuum annealing and the hydrogen sulfide annealing were performed, the vacuum annealing was 1 hour and the hydrogen sulfide annealing was 30 minutes. Numerical values in FIG. 2 indicate a driving voltage, light emission luminance, and light emission efficiency from the top.
[0043]
As shown in FIG. 2, when the element subjected to hydrogen sulfide annealing is further subjected to vacuum annealing, the Ce concentration is 0.1 mol higher than that obtained when only hydrogen sulfide annealing is performed. %, 0.15 mol%, and 0.2 mol%, an improvement in light emission characteristics such as a decrease in drive voltage and an increase in light emission luminance was observed.
[0044]
FIG. 3 shows the luminous efficiencies of the three Ce concentrations and the three annealing methods. Since the above-described driving voltage, light emission luminance, and the like change due to a film thickness error of each layer at the time of manufacturing an EL element, the performance itself of the light emitting layer can be accurately compared by employing light emission efficiency. As can be seen from FIG. 3, the luminous efficiency is also higher in the combination annealing (hydrogen sulfide annealing + vacuum annealing) than in the other annealing (vacuum annealing only, hydrogen sulfide annealing only). In particular, it can be seen that according to this combination annealing, when the Ce concentration is 0.15 mol% or more, the degree of improvement in luminous efficiency is remarkable, and a high-performance luminescent layer can be obtained.
[0045]
That is, according to the above reference example , a thin-film EL element having excellent luminous efficiency can be manufactured.
[0046]
EXAMPLES shaped state]
Next, FIG. 4 shows a cross section of a thin film EL elements fabricated in form status of the manufacturing method of a thin film EL device of the present invention. The exemplary type condition is, differs from the above-described reference example, since only the point having the configuration and color filter of the light emitting layer be mainly illustrate this point.
[0047]
Emitting layer 41 of the thin-film EL element manufactured in this embodiment shaped state is, SrS: ZnS on the Ce layer 42: a structure formed by laminating
[0048]
The
[0049]
The
[0050]
The ZnS:
[0051]
Further, in this embodiment, in order to protect the SrS:
[0052]
If the hydrogen sulfide annealing is performed before forming the ZnS:
[0053]
According to the thin-film EL devices fabricated in the above-described type condition, the driving voltage becomes 240V, the emission luminance becomes 120 cd / m 2. In contrast, in the second embodiment, according to the thin-film EL element manufactured by performing only the high vacuum annealing without performing the hydrogen sulfide atmosphere annealing, the driving voltage is 250 V and the emission luminance is 75 cd / m 2 . Further, Oite the implementation type state, in the thin film EL devices fabricated without high vacuum annealing perform the above hydrogen sulfide atmosphere annealing, drive voltage 242V, the emission luminance 92 cd / m 2.
[0054]
That is, according to the annealing in combination with hydrogen sulfide annealing and vacuum annealing as in the present form condition, vacuum annealing only, as compared with the case of performing only hydrogen sulfide anneal, about 1.6 times the emission luminance, 1.3 Can be improved by a factor of two.
[0055]
Incidentally, in the present type condition, SrS: although the Ce concentration of Ce added SrS pellets for forming the
[0056]
【The invention's effect】
As is clear from the above, according to the invention of claim 1, after forming the light emitting layer, heat treatment is performed in a gas atmosphere containing a group VIb element as a constituent material, and further heat treatment is performed in a high vacuum. According to this combination annealing, a high-performance light-emitting layer having a remarkable improvement in luminous efficiency can be obtained.
[0057]
In one embodiment , the heat treatment in the gas atmosphere is performed immediately after the formation of the light emitting layer. Therefore, the heat treatment in the gas atmosphere may deteriorate the insulating characteristics of the insulating film formed on the light emitting layer. There is no.
[0058]
Further, in the manufacturing method of inventions of the thin film EL element according to claim 1, and the group VIb element is a constituent material of the gas atmosphere with sulfur. As described above, by performing the heat treatment on the light emitting layer in the sulfide gas atmosphere, it is possible to prevent the stoichiometric deviation due to the sulfur release of the light emitting layer.
[0059]
In one embodiment of the method for manufacturing a thin film EL device, the gas material in the gas atmosphere is hydrogen sulfide. In this embodiment , the most common and easy-to-handle hydrogen sulfide gas among the sulfide gases is used, so that annealing with the sulfide gas can be easily performed.
[0060]
Further, in the method for manufacturing a thin-film EL element of one embodiment, the light-emitting layer SrS: because constituted by Ce, can produce excellent thin film EL device having an emission characteristic which emits blue light.
[0061]
In one embodiment, the luminous efficiency is improved by making the Ce added concentration in the compound thin film composed of SrS: Ce 0.15 mol% or more as compared with the case where the Ce added concentration is less than 0.15 mol%. Can be improved.
[0062]
Further, in the manufacturing method of inventions of the thin film EL element according to claim 1, constituted by a laminated film in which a compound thin film constituting the light emitting layer, and laminating the zinc sulfide layer added strontium sulfide layer and manganese added cerium did.
[0063]
In the invention as claimed in claim 1, SrS: Ce layer has a light emitting region of the toward blue to green, ZnS: Mn layer having an emission region of toward red from green. Therefore, the light emitting layer emits white light having red, green, and blue light emitting regions. If a color filter is combined with the light emitting layer that emits white light, each single color of red, green, and blue can be extracted.
[0064]
In one embodiment of the method for manufacturing a thin film EL device, a heat treatment in a sulfide gas atmosphere is performed immediately after the strontium sulfide layer to which cerium is added is formed. In this embodiment , the luminescent layer composed of the SrS: Ce layer is subjected to a heat treatment in a sulfide gas atmosphere, thereby preventing the stoichiometric deviation due to S (sulfur) loss of the luminescent layer and improving the luminescent characteristics.
[0065]
In the invention of claim 1 , the heat treatment is performed in a sulfide gas atmosphere immediately after the first manganese-added zinc sulfide layer is formed on the strontium layer to which cerium is added. The strontium layer serves as a protective film for the outside air. Thereby, the emission characteristics can be improved.
[0066]
In one embodiment, in a method of manufacturing a thin-film EL device in which a laminated film in which a ZnS: Mn layer is laminated on a SrS: Ce layer is used as a light-emitting layer, the concentration of Ce added to the SrS: Ce layer is 0.15 mol% or more. I made it. Thereby, the luminous efficiency can be improved as compared with the case where the Ce addition concentration is less than 0.15 mol%.
[0067]
As described above, according to the production method of the present invention, a thin film EL device having a IIa-VIb group or IIb-VIb group compound thin film as a light emitting layer, particularly SrS: Ce or SrS: Ce and ZnS: Mn in a light emitting layer. The emission luminance of the thin film EL device using the laminated film can be improved, and this is effective for the development of a color display device using the thin film EL device which has not been put into practical use, particularly a color EL display device including the three primary colors of red, green and blue. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional structural view of a thin film EL device manufactured in a reference example of a method for manufacturing a thin film EL device of the present invention.
FIG. 2 is a graph comparing the light emission characteristics of the thin film EL devices manufactured in the above-described reference example with different Ce concentrations and different annealing methods.
FIG. 3 is a characteristic diagram comparing the luminous efficiencies of the thin-film EL devices manufactured in the above-mentioned reference example with differences in Ce concentration and annealing method.
4 is a sectional view of a thin-film EL elements fabricated in form status of the manufacturing method of a thin film EL device of the present invention.
FIG. 5 is a sectional structural view for explaining a conventional method for manufacturing a thin film EL element.
[Explanation of symbols]
1 ... glass substrate, 2 ... first electrode, 3 ... SiO 2 film, 5 ... Si 3 N 4 film,
6 first insulating film, 7 SrS: Ce layer, 8 ZnS layer, 10 light emitting layer,
11 ... Si 3 N 4 film, 12 ... SiO 2 film, 13 ... second insulating film,
15 second electrode, 41 light emitting layer, 42 SrS: Ce layer,
43 ... ZnS: Mn layer, 45 ... RGB color filter, 46 ... second electrode,
47 ... First electrode.
Claims (1)
上記発光層は硫化亜鉛膜を有し、
上記発光層を形成した後に、VIb族元素を構成材料とするガス雰囲気中で熱処理を行い、
この熱処理の後、上記発光層上に絶縁膜を形成した後に、
さらに、高真空中で熱処理を行う薄膜EL素子の製造方法であって、
上記ガス雰囲気の構成材料である VI b族元素を硫黄とし、
上記発光層を構成する化合物薄膜がセリウムを添加した硫化ストロンチウム層とマンガンを添加した硫化亜鉛層とを積層した積層膜で構成されており、
上記セリウムを添加した硫化ストロンチウム層上に第1のマンガン添加硫化亜鉛層を形成した直後に、硫化性ガス雰囲気中で熱処理を行い、
その後、上記第1のマンガン添加硫化亜鉛層上に第2のマンガン添加硫化亜鉛層を積層して、上記積層膜を形成することを特徴とする薄膜EL素子の製造方法。In a method for producing a thin film EL device having a IIa-VIb or IIb-VIb group compound thin film as a light emitting layer,
The light emitting layer has a zinc sulfide film,
After forming the light emitting layer, heat treatment is performed in a gas atmosphere containing a group VIb element as a constituent material,
After this heat treatment, after forming an insulating film on the light emitting layer,
Furthermore, a method of manufacturing a row cormorants thin-film EL device to a heat treatment in a high vacuum,
The VI b group element is the material of the gas atmosphere with sulfur,
The compound thin film constituting the light emitting layer is formed of a laminated film in which a strontium sulfide layer to which cerium is added and a zinc sulfide layer to which manganese is added,
Immediately after forming the first manganese-added zinc sulfide layer on the cerium-added strontium sulfide layer, a heat treatment is performed in a sulfide gas atmosphere,
Thereafter, a second manganese-doped zinc sulfide layer is laminated on the first manganese-doped zinc sulfide layer to form the laminated film .
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