JPH01227395A - 薄膜ｅｌ素子の製造方法 - 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 本発明はキャラクタやグラフィックスなどの表示に用い
るものであシ、さらに詳しくは発光特性が長期間にわた
って安定な薄膜ＩＣＬ素子の製造方法に関する。

従来の技術 従来よシミ場発光蛍光体を用いた個体映像表示装置とし
てＸ−Ｙマトリクス表示装置が知られている。この装置
は電場発光層の両面に水平平行電翫群と垂直平行電極群
とを互いに直交するように配置し、それぞれの電極群に
接続された給電線により切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板としては、
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、その上に第一誘電体層、ＥＬ発光体層、第二誘電体
層を順次積層し、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する。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
着するなどによシ形成される。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シ形
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太きい材料が低電圧
駆動に適している。前者は、主に透明電極および背面電
極によシ印加される電圧のよシ多くの割合を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重要であ
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さな酸化珪素や
窒化珪素よシ適しており、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。

発明が解決しようとする課題 マトリクス状電極を有する薄膜ＥＬ素子を、−斉反転方
式によシ線順次駆動し、１走査期間で２回の発光を行わ
せる場合、透明電極と背面電極に挟まれた各絵素におい
ては、正極性のパルスが印加されてから逆方向のパルス
が印加されるまでの時間と、逆極性のパルスが印加され
てから正極性のパルスが印加されるまでの時間とが異な
る。このような正・逆パルスの位相が異なる駆動法によ
υ従来技術による薄膜ＥＬ素子を長時間駆動した場合表
示情報に応じて発光させた絵素では、発光させなかった
絵素と比較して、発光開始電圧が数ボルト変動するとい
う問題点があった。

本発明の目的は、前記問題点を解決し、位相が異なる交
流パルスや正・逆方向の振幅が異なる交流パルスで駆動
しても、長期間に渡り安定した動作が可能な薄膜ＥＬ素
子の製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、透光性基板上に、透明電極、第１誘電体層、
少なくとも硫化カルシウムを含む薄膜、ＥＬ発光体層、
少なくとも硫化カルシウムを含む薄膜、第２誘電体層−
および背面電極を順次積層して薄膜ＥＬ素子を形成する
工種において、前記少なくとも硫化カルシウムを含む薄
膜がホットプレス法により形成された焼結体ベレットを
蒸発源として電子ビーム蒸着法を用いて形成することで
上記問題点を解決した。

作用 発光開始電圧の変動は、ＩＣＬ発光体層と誘電体層との
界面に種々の深さのトラップ準位が形成される事や、Ｅ
Ｌ発光体層と誘電体層との反応により生じるものである
。ＥＬ発光体層と誘電体層との間に少なくとも硫化カル
シウムを含む薄膜を介在させることによシ、トラップ準
位の形成が抑制され、長期間に渡り安定した動作が可能
になった。

実施例 第１図は本発明にかかる薄膜ＥＬ素子の製造方法の第１
実施例によシ作製した薄膜ＥＬ素子の断面構造を示す。

図において、１はガラス基板であシ、コーニング７０５
９ガラスを用いた。ガラス基板１上に、スパッタリング
法により厚さ２００ｎｍの錫添加酸化インジウム薄膜を
形成し、ホトリングラフィ技術によりストライプ状に加
工し透明電極２とした。その上にチタン酸ジルコン酸ス
トロンチウム（Ｓｒ　（’ｒｉｘｚｒ１−Ｘ　）　Ｏｓ
　〕を基板温麿４０ｏ℃でスパッタリングすることによ
り厚さ６ＱＱｎｍの酸化物誘電体薄膜３を形成した。そ
の上に、ホットプレス法により形成した硫化カルシウム
焼結体ベレットを蒸発源として基板温度２８０℃で電子
ビーム蒸着することによシ厚さ６Ｑｎｍの硫化カルシウ
ム薄膜４、を形成した。硫化カルシウム薄膜４の上には
、共蒸着法によシ、基板温度２００’Ｃで厚さ４ＱＱｎ
ｍのマンガン添加硫化亜鉛薄膜からなるＥＬ発光体層５
を形成した。その上に再びホットプレス法にて形成した
硫化カルシウム焼結体ペレットを蒸発源として基板温度
２８Ｑ℃で電子ビーム蒸着することによシ厚さ８Ｑｎｍ
の硫化カルシウム薄膜らを形成し、更にその上に、硫化
亜鉛ペレットを蒸発源として基板温度２８０℃で電子ビ
ーム蒸着することによシ厚さ５Ｑｎｍの硫化亜鉛薄膜７
を形成した。その後真空中・５２０Ｃで１時間熱処理の
後その上にタンタル酸バリウム（ＢａＴａ２Ｏ６”ｌ焼
結体を基板温度１００℃でスパッタリングすることによ
り厚さ２００ｎｍの酸化物誘電体薄膜８を形成した。最
後にその上に厚さ’＋ｓｏｎｍＯ五ｌを真空蒸着し、ホ
トリングラフィ技術により、透明電極２とは百交する方
向にストライプ状の背面電極９を形σし、薄膜ＥＬ素子
を完成した。

本発明の第１実施例にかかる薄膜ＥＬ素子と、本発明の
第１実施例にかかる薄膜ＥＬ素子から硫化亜鉛薄膜７と
硫化カルシウム薄膜４および６を除いた従来の薄膜ＥＬ
素子とに、第２図に示すような位相の異なる交流パルス
電圧を印加し、発光開始電圧の経時変化を測定したとこ
ろ、第３図に示すように、従来の薄膜ｘＬ素子では１０
０時間で約６．３％発光開始電圧が低下（第３図ａ）し
たのに対し、本発明の薄膜ＥＬ素子では１％以下（第３
図ｂ）であった。

第４図は本発明にかかる薄膜ＩＣＬ素子の製造方法の第
２実施例によシ作製した薄膜ＥＬ素子の断面構造を示す
。図において、２１けガラス基板でアリ、コーニング７
ｏ６９ガラスを用いた。ガラス基板２１上に、スパッタ
リング法により厚さｓｏｏｎｍ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ストライプ
状に加工し透明電極２２とした。その上にタンタル酸バ
リウム（ＢａＴａ２Ｏ６）焼結体を基板温度２００℃で
スパッタリングすることにより厚さ３００ｎｍの酸化物
誘電体薄膜２３を形成した。その上に、ホットプレス法
にて形成された硫化カルシウムと硫化亜鉛との混合ペレ
ットを蒸発源として基板温度２９０℃で電子ぐ−ム蒸着
することによシ厚さ５Ｑｎｌ１１の硫化カルシウム混合
薄膜２４（硫化カルシウムの含有量は約１０％であった
）を形成した。硫化カルシウム混合薄膜２４の上には、
共蒸着法によシ、基板温度１８０℃で厚さｓｏｏｎｍの
マンガン添加硫化亜鉛薄膜からなるＥＬ発光体層２５を
形成した。その上に、再びホットプレス法にて形成され
た硫化カルシウムと硫化亜鉛との混合ペレットを蒸発源
として基板温度２９０Ｃで電子ビーム蒸着することによ
シ厚さ６０ｎｍの硫化カルシウム混合薄膜２６を形成し
、更にその上に、硫化亜鉛ペレットを蒸発源として基板
温度２９０℃で電子ビーム蒸着することによシ厚さ７Ｑ
ｎｍの硫化亜鉛薄膜２７を形成した。その後真空中・６
７０℃で１時間熱処理の後、その上にタンタル酸バリウ
ムＣＢＩＬＴ＆２０６　）焼結体を基板温度１ｏＯ℃で
スパッタリングすることにより厚さ２ＱＱｎｍの酸化物
誘電体薄膜２８を形成した。

最後にその上に厚さ１６Ｑｎｌ！１のムｌを真空蒸着し
、ホトリソグラフィ技術により、透明電極２２とは直交
する方向にストライプ状の背面電極２９を形成し、薄膜
ＩＣＬ素子を完成した。

本発明の第２実施例にかかる薄膜ＥＬ素子と、本発明の
第２実施例にかかる薄膜ＲＬ素子から硫化亜鉛薄膜２８
と硫化カルシウム混合薄膜２４および２６を除いた従来
の薄膜ＥＬ素子とに、第２図に示すような位相の異なる
交流パルス電圧を印加し、発光開始電圧の経時変化を測
定したところ、第３図に示すように、従来の薄膜ＥＬ素
子では１００時間で約５．５％発光開始電圧が低下（第
３図ｄ）したのに対し、本発明の薄膜ＥＬ素子では１％
以下（第３図ｅ）であった。

本実施例では、少なくとも硫化カルシウムを含む薄膜の
形成に、ホットプレス法を用いて形成した焼結体ペレッ
トを用いたが、通常の整形ペレットを用いても前述の素
子の経時変化に対する安定性に於ては効果は殆ど同じで
あるが、その場合には、大きさ１０μ程度のペレットか
らの微小クラスターが発光体層の膜中に多数飛来して付
着する。

そのため、クラスターを中心として素子の構成膜間で剥
離が発生したり、或は絶縁破壊が発生し易くなることが
ある。

本実施例では少なくとも硫化カルシウムを含む薄膜と第
２誘電体層との間に硫化亜鉛薄膜を設けたが、取シ除い
た場合でも、前述のＥＬ素子の経時変化に対する安定性
においてはほとんど効果は失われないが、少なくとも硫
化カルシウムを含む薄膜と第２誘電体層との間の硫化亜
鉛薄膜を取り除いた場合には、背面電極形成工程時に少
なくとも硫化カルシウムを含む薄膜と第２誘電体層との
間で膜の剥離が発生しゃすくなシ、歩留まシが著しく低
下した。

少なくとも硫化カルシウムを含む薄膜の厚さは、１０ｎ
ｍよシ薄い場合は、発光開始電圧の経時変化を抑制する
効果が少なく、２００ｎｍより厚くした場合は、硫化カ
ルシウムの誘電率は小さいため、素子を駆動するのに必
要な電圧が高くなり過ぎて好ましくない。

少なくとも硫化カルシウムを含む薄膜の形成には電子ビ
ーム蒸着法を用いたが、他の方法例えばスパッタリング
法の場合には、長時間の駆動に対して発光開始電圧の変
動を効果的に抑制するという作用が大きく低下してしま
い、とくにＥＬ発光体層の熱処理温度を高くする程、そ
の傾向は顕著であった。

少なくとも硫化カルシウムを含む薄膜に含まれる硫化カ
ルシウムの量は多いほど良く、１００％の場合が最も効
果的であるが、他の薄膜との付着力の関係や、他の製造
工程との関係で他の材料を混合しても良い。この場合硫
化カルシウムの量の比率としては５％程度以上であれば
実用的な効果は得ることが出来た。硫化カルシウムと混
合する他の材料としては、ＥＬ素子の特性を損ねるもの
でなければ特に限定されるものではな論が、硫化物はお
おむね良論結果が得られ、なかでも硫化亜鉛は最も効果
的であった。

硫化亜鉛薄膜の厚さは、１０ｎｍよシ薄い場合は、薄膜
間の剥離を防止する効果が少なく、１１００ｎより厚く
した場合は、硫化亜鉛の誘電率は小さいため、素子を駆
動するのに必要な電圧が高くなシ過ぎて好ましくない。

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　。

Ｃｕ　、ムｇ、ムｕ　、　ＴｂＦ３　　、　ＳｍＦ３　
、　ＫｒＦ５　。

ＴｍＦ３　　、　Ｄ７Ｆ３　、　ＰｒＦ３　、　ＫｕＦ
５　などが適幽である。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
を向上させるために施され、４５０℃以上で効果がある
が、望ましくは５ｏＯ℃以上の方が高い輝度が得られ易
い。また６５０℃以上ではガラス基板の変形などが発生
するようになシ、実用的でなくなる。

第１誘電体層に用いる酸化物誘電体膜の厚さは、第２誘
電体層よシ厚くしたほうが、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１６以上が
好ましかった。比誘電率が１６よシ小さい場合、１００
〜１　ａｏｖの電圧で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、ペロブ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５ｒ
Ｔｉ０３　、　ＳｒｚＭｇ、−２Ｔｉ０５　　、５ｒＴ
ｉｚＺｒ１ｚ０５、あるいはＳｒｚＭｇｌ　−２Ｔｉｙ
Ｚｒ　１−ｙ０３　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シ、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ＥＬ素子を形成するこ
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ＥＬ素子を形成することができた。

発明の効果 以上のように本発明によれば、長時間の駆動に対しても
発光開始電圧の変動が極めて小さく、構成層間の剥離や
絶縁破壊の極めて少ない薄膜ＥＬ素子を効率的に再現性
良く製造することができ、コンピュータ端末などの薄形
、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図は本発明の薄膜ＥＬ素子の製造方法を用いて作製
した薄膜ＩＣＬ素子の構成を示す断面図、第２図はその
薄膜ＥＬ素子の駆動電圧波形を示す図、第３図は発光開
始電圧の経時変化を示す特性曲線図、第４図は本発明の
方法によシ作製した他の薄膜ＥＬ素子の構成を示す断面
図である。 １・・・・・・ガラス基板、２・・・・・・透明電極、
３・・・・・・誘電体薄膜、４・・・・・・硫化カルシ
ウム薄膜、５・・・・・・・・・ＥＬ発光体層、６・・
・・・・硫化カルシウム薄膜、７・・・・・・硫化亜鉛
薄膜、８・・・・・・誘電体薄膜、９・・・・・・背面
電極。 第　２　図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　透光性基板上に、透明電極、第１誘電体層、少
   なくとも硫化カルシウムを含む薄膜、ＥＬ発光体層、少
   なくとも硫化カルシウムを含む薄膜、第２誘電体層、お
   よび背面電極を順次積層して薄膜ＥＬ素子を形成する工
   程において、前記少なくとも硫化カルシウムを含む薄膜
   がホットプレス法により形成された焼結体ペレットを蒸
   発源として電子ビーム蒸着法を用いて形成されたことを
   特徴とする薄膜ＥＬ素子の製造方法。
2. （２）　少なくとも硫化カルシウムを含む薄膜の膜厚が
   １０ｎｍから２００ｎｍであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
3. （３）　少なくとも硫化カルシウムを含む薄膜が硫化カ
   ルシウムと硫化亜鉛との混合膜からなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項および第２項記載の薄膜ＥＬ素
   子の製造方法。
4. （４）　第１誘電体層がペロブスカイト形構造の結晶部
   分を有する酸化物誘電体薄膜で構成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜ＥＬ素子の製
   造方法。
5. （５）　第１誘電体層がチタン酸ストロンチウム系薄膜
   で構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
6. （６）　ＥＬ発光体層がマンガンで活性化した硫化亜鉛
   薄膜であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の薄膜ＥＬ素子の製造方法。