JPH01137592A - 薄膜ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はキャラクタやグラフィックスなとの表示に用
いるものであり、さらに詳しくは電極の断線が長期間に
わたって発生せず安定な薄膜ＥＬ素子に関する。

従来の技術 従来より電場発光蛍光体を用いた個体映像表示装置とし
てＸ−Ｙマド９９フ表装置薗が知られている。この装置
は電場発光層の両面に水平平行゛１を極群と垂直平行電
極群とを互いに直交するようζこ配置し、それぞれの電
極群に接続された給電線によりす１り換え装置を通して
信号を加え、画電極の交点部分の電場発光層（以下ＥＬ
発光体層と略称する）を発光させ（この交点の発光部分
面を絵素と称する）、発光した絵素の組み合わせによっ
て文字記号、図形等を表示させるものである。

ここで用いられる個体映像表示装置の表示素子としては
、通常ガラス等の透光性基板上に透明な平行電極群を形
成し、その上に第１誘電体層、ＥＬ発光体層、第２誘電
体層を順次ｆｎＮし、その上に背面平行電極群を下層の
透明平行電極群に直交する配置で積層して形成した薄膜
ＥＬ素子を用いる。

一般に透明平行電極としては平滑なガラス基板上に酸化
錫を被着するなどにより形成される。これに直交し、対
向する背面電極としてはアルミニウムが真空蒸着などに
より形成される。

第１誘電体層や第２誘電体層に用いる材料としては、誘
電率が大きく、絶縁破壊電界強度が大きい材料が低電圧
駆動に適している。前者は、主に透明電極および背面電
極により印加される電圧の、より多くの割合をＥＬ発光
体層に印加し、駆動電圧を低下させるためであり、後者
は主に絶縁破壊を起こさない安定な動作のために１要で
ある。このような低電圧で駆動ができ、安定性の優れた
薄膜ＥＬ素子を構成するための誘電体層としては誘電率
が大きな酸化物誘電体膜の方が誘電率が小ざな酸化珪素
や窒化珪素より適しており、酸化物誘電体膜を用いた薄
膜ＥＬ素子が広く研究されている。

ところで、前記誘電体層としては各種の誘電体膜が用い
られるが、ＥＬ発光体層の発光時には誘電体膜中の電界
強度はｌ０６Ｖ／ｃｍ以上の高電場になることが多い。

誘電体膜は蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の方法で形
成されるが、膜の中にはピンホールやホコリ等の欠陥が
発生する。これらの欠陥においては、欠陥のない箇所よ
りも低い電界強度で膜は絶縁破壊を起こしやすい。薄膜
Ｅ　Ｌ素子の構成膜における５ｉ！縁破壊は大きく分け
て２種類ある。一つは自己回復型絶縁破壊と呼ばれるも
ので、第２図に示すように絶縁ｆｔｉ壊した箇所Ｉｌの
周囲の上部電極１２が放電エネルギーにより数十１１ｍ
の範囲で飛散し、上部電極１２と下部電極１３が電気的
に開放状態になるタイプである。

ここで１４は基板、１５．１６は誘電体層、１７はＵ？
、Ｌ発光体層を示す。もう一つは自己回復型絶縁破壊を
しない伝播型のタイプで、第３図に示すように−Ｌ部電
極１２が十分に飛散しないで、絶縁破壊した箇所１８を
通じて上部電極１２と下部電極１３が電気的に短絡状態
になる。この状態で史に電圧を印加していけば絶縁破壊
は誘電体膜全体に広がることもあり、このタイプの絶縁
破壊が起きれば、従ってＬ下の電極の断線となり、この
薄膜ｒΣ■７素子は使用不能となり、致命的なものとな
る。このタイプの絶縁破壊による電極の断線を防１ヒず
ろために例えば給電線と取り出し電極との間に抵抗体を
設け、絶縁破壊が発生したときにこの部分で電圧を降下
させて電流をセ１限し、大電流が絶縁破壊の箇所に流れ
込み、絶縁破壊が広がらないようにする提案が成されて
いる。

発明が解決しようとする問題点 給電線と取り出し電極との間に抵抗体を設けることによ
り絶縁破壊が広がって電極の断線に至ることを防止する
ことは確かに有効であり、特に背面電極が透明電極の場
合には効果が大きい。しかし、給電線と取り出し電極と
の間に抵抗体を設けることは発光部電極に直列に抵抗を
接続したことでもある。従って、電極の一部に切り欠き
部を設ける方法では電極の抵抗がヒ昇してしまい駆動時
の時定数が大きくなり、充電時間か増大して不利であり
、特に薄膜Ｅ　Ｌ素子が大面積化し７セ極抵抗を低下さ
せる必要が生じたときに大きな問題になっていた。

本発明の目的は、前記問題点を解決し、電極抵抗を増大
させることなく、長時間駆動しても絶縁破壊が広がって
電極が断線することがない薄膜ピし素子を提供すること
にある。

問題点を解決するための手段 互いに直交する方向にマトリクス状に複数本配列された
ストライプ状の電極であって透光性基板−Ｌに設けられ
た第１の電極とｌ−テ面側ごこ設けられた第２の電極と
の間に、誘電体層を介して発光体層が層設されてなる薄
膜ＥＬ素子において、前記第１、第２の電極のうち少な
くとも一方の取り出し電極の少なくとも一部に超伝導体
膜が直列に接続して形成する。

作用 超伝導体の電気抵抗は、超伝導体が超伝導状態にあると
きはほとんどゼロに等しく、他の回路に直列に接続して
も抵抗値を増大させない。また超伝導体が臨界条件を越
えると常伝導状態となり、有限の電気抵抗値を持つよう
になり、すなわち絶縁破壊が発生した場合には超伝導体
の臨界電流を上回る大きな電流が超伝導体を流れるため
超伝導状態から常伝導状態へと転移し、抵抗体となフて
電流を制限し、絶縁破壊がそれ以−ヒ進行しにくくなっ
たものと考えられる。

実施例 第１図は本発明の一実施例にかかる薄膜ＥＬ素子の断面
構造を示す。図において、ｌはガラス基板であり、アル
ミノ硅酸塩ガラスを用いた。ガラス基板ｌ上に、スパッ
タリング法により厚さ２００１１ｍの錫添加酸化インジ
ウム薄膜を形成し、ホトリソグラフィ技術により幅３０
０　ｔｔ　ｍのストライプ状に加工し透明電極２とした
。その上に第１誘電体層としてチタン酸ジルコン酸スト
ロンチウム［Ｓ　ｒ　（Ｔ　ｉｘＺ　ｒ＋−ｘ）　０＋
］を基板温度４００℃でスパッタリングすることにより
厚さ６００　ｎｍの酸化物誘電体薄膜３を図１に示すよ
うに、あらかじめ取り出し電極が形成される箇所に形成
した。その上には、共蒸着法により、基板温度２００℃
で厚ざ５００％ｍのマンガン添加硫化亜鉛薄膜からなる
ＥＬ発光体層４を形成した。つぎに、真空中・５００℃
で１時間熱処理の後、そのヒに第２誘電体層としてタン
タル酸バリウム［ＢａＴａ２Ｏ６］焼結体を基板温度１
００℃でスパッタリングすることにより厚ざ５００　ｎ
　ｔｎの酸化物誘電体薄膜５を形成した。その上にスパ
ッタリング法により厚ざ１５０％ｍのアルミニウム薄膜
を形成し、エツチング技術により透明電極２とは直交す
る方向に幅３００　Ｉｔ　ｍのストライプ状の背面電極
６を形成し、晟後に透明電極２と背面′ｒ、極６の取り
出し電極としてＹ　Ｂａ２ｃｕ３０　ｖからなる超伝導
体膜７をスパッタリング法により幅３００μｍで長さ１
０ｍｍ形成し薄膜ＥＬ素子を完成した。

超伝導体膜８は以下のようにして形成した。ガラス基板
１１−に形成した酸化物誘電体薄膜３の上に、高周波ブ
レナーマグネトロンスバッタにより、Ｙ−Ｈａ−Ｃｕ−
０焼結体ターゲットを、Ａｒと０２の混合ガス雰囲気で
スパッタリングして前記酸化物誘電体薄膜３上に結晶性
のＹ　１３　ａ　２ＣＩＩ　３０７ａ膜を付着させた。

この場合、基板温度は７００℃、ガス圧力は０．５Ｐａ
、スパッタリング時間は１時間で膜厚は５０％ｍであっ
た。このようにして得られた薄膜は超伝導を示し、その
転移温度は９０にであった。

このようにして作製した薄膜ＥＬ素子を液体窒素で冷却
しながらパルス幅３０　／ＩＳ　ｅｃ、周波数６０Ｈ７
の交流パルスで駆動したところ、安定に発光動作し抵抗
体挿入による輝度の低下が全くなく、超伝導体が超伝導
状態を示していた。駆＋ｊＪ電圧の大きさを序々に大き
くし発光開始電圧（輝度がｌｃｄ／ｍ２を示すときの電
圧とする）より５０Ｖ高くまで印加していったところ、
絶縁破壊の数は増加したが電極の断線は全く発生しなか
った。

これに対して従来の１膜ＥＬ素子では同じ駆動電圧で電
極の０．０３％に断線が発生した。屯なる抵抗体を挿入
した薄膜Ｅ［、素子では断線の発生はなかったものの、
時定数の増大により、駆動電圧の供給側と反対側の端と
では輝度差を生し、輝度ムラが見られた。

本実施例では超伝導体膜を形成するための一１段として
高周波プレナーマグｆ、　トＤンスバッタのｆ法を用い
たが、他の方法でも構わないことば看−うまでもない。

たとえばセラミックの厚膜にして形成するなどが考えら
れるが、効果は全く変わらない。超伝導体膜の膜厚につ
いては本実施例では５０％ｍとしたが、臨界電流密度と
の関係で決まるものであり、制限されるものではない。

；した本実施例では超伝導体を超伝導状態に保つのに液
体窒素を用いたが、超伝導体の転移温度が室温近辺の材
料を用いれは必要なく、たとえば５ｒＹＢａｃｕ３０７
の場合は３３８にで超伝導特性を示す。超伝導体膜を形
成する場合その下地についてはカラス基板よりベロアス
カイト系の膜のほうが望ましいが、他の基板の上では全
く超伝導膜が得られないわけではない。

本実施例では超電導体膜を透明電極と背面電極との両方
に接続したが、どちらか片方でも効果はあるが、両方に
接続した方が効果は大きい。

ＥＬ発光体層は活性物質を含む硫化亜鉛（ＺｎＳ）を用
いることができる。活性物質としてはＭｎ。

ＣＩＪ、　　Ａｇ、　　Ａｕ、　　ＴｂＦａ、　　Ｓｍ
Ｆ３．　　ＥｒＦｔｔ′Ｉ’ｍＦ１．　　Ｄ　ｙ　Ｆ３
．　　Ｐ　ｒ　Ｆ３．　　Ｅ　ＩＩ　Ｆ３などが適当で
ある。ＥＬ発光体層は活性物質を含む硫化亜鉛以外のも
のでもよく、たとえば活性物質を含むＳｒＳやＣａＳな
どの電場発光を示すものであればよい。

ＥＬ発光体層の熱処理温度は、ＥＬ発光体層の発光特性
を向−ヒさせるために施され、４５０℃以上で効果があ
るが、望ましくは５００℃以Ｈの方が高い輝度が得られ
易い。また本実施例ではＥＬ発光体層を形成後真空中・
５００℃で１時閘熱処理を施したが、超伝導体膜を形成
するときの基板温度が熱処理温度より高い場合には、こ
の熱処理は省略できる。

第１誘電体層に用いる酸化物誘電体膜の１ヴざは、第２
誘電体層より厚くしたほうが、絶縁破壊に対する安定性
が高い。厚い第１誘電体層を用いるには、誘電体膜の比
誘電率が大きいほど好ましく、実験結果からは１５以上
が好ましかった。比誘電率が１５より小さい場合、１０
０〜１８０Ｖの電圧て安定に駆動できる薄膜ＥＬ素子を
形成するのは困難であった。このような酸化物誘電体薄
膜としては、ペロプスカイト形の結晶構造を含む薄膜が
、絶縁破壊電圧の面からも適していた。その中でも、　
Ｓ　ｒ　Ｔ　ｉ　０３．　　Ｓ　ｒ　ＸＭｇＩ−ＸＴ　
ｉ○３．Ｓ「Ｔ　ｉ　ｘＺ　ｒ　＋−ｘ０３．　　ある
いはＳ　ｒｘＭｇ＋−ｘＴ　ｉ、ｚｒ＋−，１０３など
のチタン酸ストロンチウム系の薄膜を、第１誘電体層に
用いることにより極めて安定な薄膜ＥＬ素子を構成する
ことができた。

第２誘電体層の一つとしては、比誘電率が約２２のタン
タル酸バリウム系薄膜が適しており、タンタル酸バリウ
ム系薄膜を用いることにより、伝播性絶縁破壊を抑制す
ることができ、信頼性の高い薄膜ＥＬｇ子を形成するこ
とができた。このタンタル酸バリウム系薄膜は第一誘電
体層として用いても優れた特性を示し、高耐圧で安定な
薄膜Ｅ１、素子を形成することができた。

発明の効果 本発明によれば、電極抵抗を増大させることなく、長時
間駆動しても絶縁破壊が広がって電極が断線することが
ない薄膜Ｅ　Ｌ素子を提供することができ、コンビズー
タ端末などの１形、高品位デイスプレィなどに広く利用
でき、実用的価値が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１［’ｆｆｌ　（ａ）および（ｂ）は、各々本発明の
実施例にかかる薄膜ＥＬ素子の構成を示す平面図および
そのＡ−Ａ’断面図、第２［Ｍ　（ａ）および（ｂ）は
、各々自己回復型絶縁破壊を説明するための膜構成を示
す平面図及び断面図、第３図（ａ）および（ｂ）は、各
々自己回復型でない絶縁破壊を説明するための膜構成を
示す平面図及び断面図である。 ｌ・・・ガラス基板、２・・・透明電極、３・・・誘電
体薄膜、４・・・ＥＬ発光体層、５・・・誘電体薄膜、
６・・・背面電極、７・・・超電導体膜。 代理人の氏名　井理士　中尾敏男　ばか１名第　１　図 ２透明を極 第２図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　互いに直交する方向にマトリクス状に複数本配
   列されたストライプ状の電極であつて透光性基板上に設
   けられた第１の電極と背面側に設けられた第２の電極と
   の間に、誘電体層を介して発光体層が層設されてなる薄
   膜ＥＬ素子において、前記第１、第２の電極のうち少な
   くとも一方の取り出し電極の少なくとも一部に超伝導体
   膜が直列に接続して形成されていることを特徴とする薄
   膜ＥＬ素子。
2. （２）　超伝導体膜がＹＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７の薄膜
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の薄膜ＥＬ素子。
3. （３）　超伝導体膜がＳｒＹＢａＣｕ＿３Ｏ＿７の薄膜
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の薄膜ＥＬ素子。
4. （４）　超伝導体膜が薄膜ＥＬ素子を構成する誘電体層
   の上に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の薄膜ＥＬ素子。
5. （５）　前記誘電体膜がペロブスカイト系の酸化物誘電
   体膜であることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第４項に記載の薄膜ＥＬ素子。
6. （６）　ペロブスカイト系の酸化物誘電体膜がチタン酸
   ストロンチウム系の誘電体薄膜からなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項、第４項または第５項に記載の
   薄膜ＥＬ素子。