JPH01232695A - 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 本発明は、薄型で表示の視認性が優れているため、０Ａ
４ｉ！器等の端末デイスプレィとして最適である薄膜Ｅ
Ｌ素子に関するものであり、更に詳しくは発光特性が長
期に渡って安定な薄膜ＥＬ素子に関する。

従来の技術 従来より薄１１ｉＥＬ素子をＸ−Ｙマトリックス構成に
した薄膜ＥＬデイスプレィパネルが知られている。この
パネルは第１誘電体Ｎ／蛍光体層／第いる。このパネル
は第１誘電体層／蛍光体層／第２誘電体層の積ｐ！！薄
膜の両面に水平平行電極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て画電
極の交点部分の蛍光体層を発光させ（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。

上記薄膜ＥＬデイスプレィパネルは、通常ガラス製の透
光性基板上に、スズをドープした酸化イ　・ンジウムか
らなる透明な平行電極群を形成し、その上に第１誘電体
層、蛍光体層、第２誘電体層を順次形成し、さらにその
上に一般にＡＩ金金属らなる背面平行電極群を前記透明
平行電極群に直交する配置で積層して作製する。

蛍光体層は一般にＺｎＳ母体に発光センターとしてＭｎ
や希土類元素等をドープしたもの、あるいはＣａＳやＳ
ｒＳ母体に発光センターとしてＣｅ、Ｅｕ等をドープし
たものが用いられる。

第１、第２誘電体層にはＹ２Ｏ３、Ｓ　ｉ　０２、ＡＩ
２０３、　Ｔａ２ｏ５、　Ｓｍ２Ｏ３、Ｓ　ｉ　３Ｎ４
、Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　０３．５ｒＴｉ○３、ＰｂＴｉＯ３
、およびＢａＴａ２０ｅ等から選ばれた誘電体薄膜が用
いられる。誘電体層は蛍光体層の中を流れる電流を制御
する電流リミッタ−としての働きを持ち、ＥＬデイスプ
レィパネルの電気的ブレークダウンを防止し、耐電圧信
頼性を保つために重要である。

更に誘電体層は輝度−電圧特性（Ｂ／Ｖ特性）の経時変
化に対して大きな影響力を持ち、Ｂ／Ｖ特性が駆動時間
と共に変化すると画面が乱れたり、コントラスト特性が
悪くなるので、できる限りその経時変化が少なくなるよ
うな誘電体薄膜を選ばなくてはならない。

発明が解決しようとする課題 マトリックス状電極を有する薄膜ＥＬ素子を、−斉反転
方式により線順次駆動（特公昭５５−２７３５４参照）
し、−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絵素が配置され
た場所によって、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印加されるまでの時間が異な
る。このように正、逆パルスの位相が異なる駆動法によ
り、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ては、発光させなか
った絵素と比較して、発光１＝！始電圧がＩＯＶ前後変
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、長時間に渡り、安定したＢ／Ｖ特性を持つ薄膜
ＥＬ素子を提供することにある。また同時に薄膜相互の
付着力が高く、かつ耐電圧特性の優れた薄膜ＥＬ素子を
提供することも目的としている。

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、
ＥＬ蛍光体層、第２誘電体層、および背面電極を順次積
層してなる薄膜ＥＬ素子において、作用 発光開始電圧の変動は、ＥＬ蛍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新たに形成されたた
めと考えられる。ＥＬ蛍光体層に接し、重要な界面を形
成する誘電体薄膜をＡＩＮとＢＮのコンポジット薄膜に
することによって、新たなトラップ準位の形成が抑制さ
れ、長時間に渡って安定したＢ／Ｖ特性を示すようにな
ったと考えられる。

ＡＩＮは酸化インジウム主成分の透明電極やＡＩ電極と
の密着性に難があるので、ＡＩＮにＢＮを添加したコン
ポジット薄膜にすることにより、すべての薄膜−の密着
性が優れ、更に一層アモルファス状の誘電体薄膜にして
耐電圧特性も優れたＥＬ素子を作成できる。

実施例 第１図は本発明にかかる薄膜ＥＬ素子の断面構造を示す
。図において、１はガラス基板であり、その上に合金タ
ーゲットを用いてインジウム・スズ混晶酸化物薄膜（以
下ＩＴＯ薄膜と略称する）ズ混晶酸化物薄膜（以下ＩＴ
Ｏ薄膜と略称する）を直流スパッター法で形成し、ホト
リソグラフィ技術によりストライブ状に加工し、透明電
極２とした。その上に第１誘電体層としてＡＩＮ単独ま
たはＢＮを１．　２．５．１Ｏ１２０，３０，４０，６
０モル％含むＡＩＮから成るコンポジット薄膜３を形成
した。薄膜の厚さは２００ｎｍである。

作成は粉末冶金法で成形した金属板をターゲットにした
高周波マグネトロン活性スパッター法を用いた。

以下上記コンボジッ）Ｎ膜の作製条件を説明する。スパ
ッター雰囲気はＮ２とＡｒの混合ガスを使用した。混合
ガス中のＮ２の割合は１０から５０容量％が適当である
。１０％より少ないと窒化反応が不十分であり、５０％
より多いと薄膜形成速度が小さくなってしまうので上記
範囲が好ましい。

スパッター圧力は２〜２０Ｘ　１０−３Ｔｏ　ｒ　ｒ、
基板温度は２００〜４５０℃、パワー密度は２〜５Ｗ／
Ｃｍ２の範囲で本発明に適したＡＩＮとＢＮからなるコ
ンポジ・シト薄膜を作製できる。

以上説明した条件で２００ｎｍの厚さのコンポジット誘
電体薄膜を形成した後その上にＥＢ蒸着法でＺｎＳ：Ｍ
ｎ蛍光体薄膜４を４００ｎｍの厚さに形成した。発光セ
ンターのＭｎの含量は０．８原子％にした。

蛍光体薄膜形成後輝度アップのため真空雰囲気中で５５
０℃、１時間の熱処理を行った。

つぎに第２誘電体Ｎ５を蛍光体Ｎ４の上に第１誘電体層
と全く同じ手法で２００ｎｍの厚さに形成した。前記の
ようにＢＮの含量を９種類変化させて各種組成の薄膜を
作製したが、第１誘電体層と第２誘電体層の組成は各素
子において同一にした。

最後にＡＩ背面電極６をＥＢ蒸着法で付けた後、ホトリ
ソグラフィ技術でＩＴＯ電極と直交するストライブ状に
加工して薄膜ＥＬ素子を完成した。

本発明の一実施例にかかる上記薄膜ＥＬ素子において、
まず薄膜間の付着力について調べた。

薄膜ＥＬ素子のＡｔ電極上に一定面積の端面を持つ金属
ビンを接着剤を用いて固定した。その金属ビンを引き抜
く力から付着力を測定し、同時に剥離した界面を観察し
た。すでに説明した異なる９種類の組成のコンポジット
薄膜を有する各薄膜ＥＬ素子について測定したところ、
第２図のような結果が得られた。すなわちコンポジット
薄膜中のＢＮの含量が０．　１モル％と少ない時、およ
び４０モル％以上と多い場合は付着力は３００ｋｇ／ｃ
ｆｆ１２以下と低い値が得られた。実用的にみて６００
ｋ　ｇ　／　ｃｍ２以上の値が必要であり、それを満足
するＢＮの含１の範囲は２〜３０モル％であった。また
剥離した界面はＩ　Ｔｏ／Ａ　Ｉ　ＮとＢＮコンポジッ
ト薄膜またはＡＩＮ＋ＢＮコンポジット薄膜／Ａ＋背面
電極薄膜のどちらかであった。従ってコンポジット薄膜
中のＢＮの含量を上記の範囲に選ぶことによってＩＴＯ
およびＡＩＮ膜に対する付着力を高くすることができる
。

次ぎにＢＮ含量が２、ｌＯおよび３０モル％のコンポジ
ット薄膜を有する薄膜ＥＬ素子と、従来よく用いられて
きた誘電体薄膜Ｙ　２０３、Ｔａ２０５、およびＡｌ２
Ｏ３を第１と第２誘電体層に使用した素子（第１、第２
誘電体層の厚さは各々２００ｎｍ）に、第３図に示した
ような位相の異なる交流パルス電圧を印加した。印加電
圧ＶＨは薄膜ＥＬ素子の発光しきい電圧ｖｔｈに更に３
０Ｖプラスした電圧とした。本発明の一実施例である上
記薄膜構成のＥＬ素子の発光しきい電圧はＢＮの含量に
かかわらず１６０Ｖであるのでｉｔは１９０Ｖ印加した
。一般に発光しきい電圧は各薄膜の膜厚と、特に誘電体
薄膜の誘電率に大きく依存し、膜厚は薄い程、誘電率は
大きい程発光しきい電圧は低くなる。本発明に用いられ
るＡＩＮとＢＮコンポジット薄膜の誘電率はＢＮの含量
にほとんど関係なく８〜９と一定であるので、上記のよ
うに一定の発光しきい電圧となる。

第３図のような交流パルスを各薄膜ＥＬ素子に印加し、
時間と共に発光しきい電圧の変動を調べた。その結果を
第４図に示した。Ｙ２Ｏ２、Ｔａ２ｏ５およびＡｌ２Ｏ
３を誘電体に用いた従来の素子では、１００時間の駆動
で約７％発光しきい電圧が低下したのに対しく第４図ａ
、　　ｂ、　　ｃ）、本発明の薄膜ＥＬ素子では１％以
下であった（第４図ｄ）。

第４図ｄにＢＮの含量が２．１０．３０モル％の３種類
のコンポジット薄膜を用いた薄膜ＥＬ素子の変動を記し
たが、それらの閏でほとんど差は無く、Ｂ、Ｎ含量が少
ないコンポジット薄膜を用いたほうが若干特性が良い。

本発明のＥＬ素子は更にそれ以後５０００時間まで、は
とんど発光しきい電圧の低下は見られなかった。位相の
異なる交流パルス電圧の印加によって発光しきい電圧が
移動するのは、蛍光体層と誘電体層の界面の界面トラッ
プ準位の分布や密度が駆動時間と共に変化したためと考
えられ、この変化がＺｎＳとＡＩＮとＢＮコンポジット
薄膜界面では非常に抑えられ、安定化したと言える。そ
の効果は主にＡＩＮ主成分によることが確認されている
。しかしＡｌＮｉ膜のみでは前に説明したようにＩＴＯ
やＡＩ電極薄膜との付着力が十分でなく、時として製造
時や駆動時にそれら薄膜との界面で剥離を生じることが
あった。これを防止し、かつ−層耐電圧特性を改善する
方法として実施例で挙げたように第１および第２誘電体
層をＡＩＮに適当な量のＢＮを添加したコンポジット薄
膜とした。これによって上記発光しきい電圧の変動と薄
膜間の剥離という駆動ならびに製造上の不安定要素を無
くし、かつ耐電圧特性の優れた薄膜ＥＬ素子を得た。す
なわち２００ｎｍの厚さのＡＩＮ薄膜に比較し、同じ厚
さのＡＩＮとＢＮコンポジット薄膜は誘電体自身の絶縁
破壊強度が６ＭＶ／ｃｍからＩＯＭＶ／ｃｍに改善され
る。またそれを用いた薄膜ＥＬ素子は絶縁破壊によるピ
ンホール密度が約１７３０に減少する。これらの事はＡ
ＩＮにＢＮを添加することにより、薄膜がよりアモルフ
ァスな構造になったためと考えられる。

以上の説明において誘電体層の膜厚は薄膜ＥＬ素子によ
く用いられる２００ｎｍの場合について記したが、誘電
体層の膜厚は薄膜ＥＬ素子の目的とする輝度でほぼ決定
される蛍光体層の膜厚に従って変えねばならない。すな
わち薄い蛍光体層の時は一般に薄い誘電体層でよい。本
発明は蛍光体層と誘電体層の界面を技術的な問題とした
ものであるので、耐電圧特性が満たされた誘電体膜厚で
あればよく、特に制限されるものではない。

ＥＬ蛍光体Ｐｉ４はＭ　ｎ以外のたとえば希土類元素の
活性物質を含むＺｎＳ蛍光体や、ＣａＳやＳｒＳにＣｅ
やＥｕの活性物質を含んだものに対しても本発明のＥＬ
薄膜構成は効果があった。これは界面トラップ準位が蛍
光体母体と誘電体の種類でほぼ決まること、およびＣａ
ＳやＳｒＳ母体が特に蛍光体としてＺｎＳに似ているた
めと考えられる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、耐剥離および耐電圧特性
に優れ、かつ長時間の駆動によっても発光しきい電圧の
変動が極めて少ない薄膜ＥＬ素子を歩留りよく製造でき
、コンピュータ端末などの薄型、高品位デイスプレィと
して広く利用でき、実用的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる薄ＪＩｉＥＬ素子の構成を示す
断面図、第２図は薄膜ＥＬ素子の薄膜間の付着力のＡＩ
ＮとＢＮコンポジット薄膜刊成に対する依存性を示す図
、第３図は薄膜ＥＬ素子の駆動電圧波形を示す図、第４
図は薄膜ＥＬ素子の発光しきい電圧の経時変化を示す図
である。 ｌ・・・ガラス基板、２・・・透明電極、３・・・第１
コンポジツト薄膜訴電体層、４・・・蛍光体層、５・・
・第２コンポジット薄膜誘電体層、６・・・ＡＩ背面電
極。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 第２図 ＡＩ−ＢＮ導腹中のＢＮ含量ｃモル″／、）第３図 第４図 眸　間　（ｈ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　透光性基板上に、透明電極、第１誘電体層、蛍光体層
   、第２誘電体層および背面電極を順次積層してなる薄膜
   ＥＬ素子において、前記第１誘電体層と第２誘電体層を
   ＡＩＮとＢＮからなるコンポジット薄膜としたことを特
   徴とする薄膜ＥＬ素子。