JPH01235189A - 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 本発明は薄膜ＥＬ素子の製造方法に関し、特に平面デイ
スプレィ、或は透明デイスプレィに適した高輝度、高効
率の薄膜ＥＬ素子の製造方法に関するものである。

従来の技術 近年、コンピュータ端末等の映像情報端末の分野におい
て、高品質のデイスプレィの開発が進められている。こ
れらの映像情報端末としては、現在圧倒的にＣＲＴが用
いられているが、小型化、平面化の面からＣＲＴに変わ
る高品質の平面デイスプレィの開発が望まれており、そ
の一つとして薄膜ＥＬデイスプレィが有望視され広く研
究が行われている。

従来薄膜ＥＬの分野においては、発光層としてＺｎＳ：
Ｍｎを用いた黄橙色素子である程度満足出来るものが得
られているが、今後のマルチカラー化、或はフルカラー
化を考え、高輝度、高効率の赤色、緑色、青色等のカラ
ーＥＬ素子の開発が強く望まれている。

発明が解決しようとする課題 従来、緑色ＥＬ素子材料としてはＺｎＳ：Ｔｂ。

Ｆｌ　赤色ＥＬ素子材料としてはＣａＳ：　Ｅｕ％　Ｓ
ｒＳ：　Ｅｕ、ＺｎＳ：　Ｓｍなど、また青色ＥＬ素子
としては、ＳｒＳ：Ｃｅなどが用いられ、蒸着法、ＲＦ
スパッタ法、ＣＶＤ法等により素子の作製がなされてい
るが、これら従来の方法で作製されたＥＬ素子では十分
な輝度、効率が得られていない。

この様な問題を解決するために、発光層を成膜する際真
空容器内に硫化水素ガスを導入し、同時にこの硫化水素
ガスをプラズマ化する手段を設けることにより、硫化水
素ガスのプラズマ雰囲気中で発光層を成膜することによ
り高輝度、高効率のＥＬ素子が得られることが明らかに
されている（例えば、特開昭６２−００８５１７号公報
）。しかしながら本方法によれば、ＥＬ素子を構成する
第１絶縁層の材料によっては、発光層の成膜時における
プラズマによるダメージにより剥離が起こるなどの欠点
があることが明かとなった。

課題を解決するための手段 母体材料と発光中心となる元素を含む化合物とを各々独
立させて蒸発させる手段、若しくは母体材料に発光中心
となる元素を含む化合物を蒸発させる手段と、硫化水素
ガスを導入し且つその硫化水素ガスをプラズマ化する手
段とを備える真空容器において発光層を成膜する。この
際発光層を、硫化水素ガスをプラズマ化せずに成膜した
第１発光層と、第１発光層上に硫化水素ガスをプラズマ
化して成膜した第２発光層を積層した２層構造、若しく
は更に第２発光層上に硫化水素ガスをプラズマ化せずに
成膜した第３発光層を積層した３層構造とする。

作用 本発明の製造方法によれば、発光層を堆積する際、第１
絶縁層上に硫化水素ガスをプラズマ化せずに成膜した第
１発光層を堆積することによって、プラズマによる第１
ａ＠縁層へのダメージを防ぐことができる。この第１発
光層は、結晶成長を抑えるために１１００ｎ以下の厚さ
にする。第１発光層上に第２発光層として、硫化水素ガ
スをプラズマ化して発光層を成膜する。この第２１発光
層は、ガスをイオン化することによって母体材料と硫黄
との反応が促進されるために化学量論的組成比のずれが
小さく、またプラズマ中のイオンやラジカルが基板に衝
突することにより結晶成長が抑えられ、結晶粒の小さい
ち密な膜が得られ、その結果高輝度、高効率の素子が得
られると考えられる。更に、成膜時に１．ＯＸ　１Ｏ−
３Ｔｏｒｒ以下の高真空中で堆積しているために不純物
による汚染が少ないことも発光特性の向上に寄与してい
ると考えられる。

第３発光層は必ずしも必要ないが、第２絶縁層の材料に
よっては第２発光層との付着力が弱く剥離が起こること
があり、剥離を防止し第２絶縁層との付着力を高めるこ
とに第３発光層が寄与すると考えられる。

実施例 第１図は本発明の薄膜ＥＬ素子の製造方法において用い
た薄膜形成装置の一つの形態を示すゆ　真空排気系ｌを
備えた真空容器２内部には、基板加熱用ヒーター３を備
えた基板保持具４、基板５、シャッタ６、磁界発生装置
７、電子線加熱蒸発源８、電子線加熱装置９、抵抗加熱
蒸発源１０、抵抗加熱装薗１１などが配置されている。

電子線加熱装置９、及び抵抗加熱装＠ｌｌは各々独立に
制御できる構成となっている。磁界発生装置７はサマリ
ウム、コバルトなどを主成分とする中空状の希土類磁石
からなり、外径２００ｍ、内径１２０關、厚さ３５ａｍ
の形状を有し、中心部の磁束密度は約９００Ｇａｕｓｓ
である。磁界発生装置７は、基板５の下方約１００ｍｍ
＋の位置に配置した。この磁界発生装置７により発生す
る磁界は、基板５の表面に垂直な向きに発散する。真空
容器２の側面にはマイクロ波導入窓１２が設けられてお
り、発振器１３により発生させた２、４５ＧＨｚのマイ
クロ波を、電力計１４を介した導波管１５によりマイク
ロ波導入窓１２より真空容器２内に導入できる構成とな
っている。

第２図は本発明の製造方法により作製した薄膜ＥＬ素子
の構成の一つの形態を示す。薄膜ＥＬ素子は、ガラス基
板２１上に順次、透明電極２２、第１絶縁層２３ａ１発
光Ｆｆｉ２４、第２絶縁層２３ｂ、背面電極２５を積層
した構成になっている。

発光層２４は、マイクロ波を照射せずに堆積させた第１
発光Ｎ　２４　ａ、マイクロ波を照射して堆積させた第
２発光Ｊ’３２４ｂ、及びマイクロ波を照射せずに堆積
させた第３発光Ｆ’　２４　ｃとの積層構造となってい
る。第３発光層２４ｃは第２ｐ！縁層２３ｂの種類によ
っては形成しなくても良い。

上述の装置を用い、ＺｎＳ：　Ｔｂ、Ｆ緑色ＥＬ素子を
作製する場合について説明する。電子線加熱装置９に電
子線加熱蒸発源８としてＺｎＳベレットを、また抵抗加
熱装置１１に抵抗加熱蒸発源ｌＯとしてＴｂＦ３粉末を
セットする。基板５には、ガラス基板２１上に透明電極
２２として酸化インジウムすずを堆積させ、その上に第
１絶縁層２３ａとしてチタン酸ジルコン酸ストロンチウ
ムを堆積させたものを用いた。真空容器２内を１．０×
１Ｏ−６Ｔｏｒｒ以下まで排気した後、排気しつつガス
導入口１６より硫化水素（ＩＩ　２５　）ガスを導入し
、真空容器２内を所望の一定圧力に保った後、抵抗加熱
装置１１を動作させ、抵抗加熱蒸発源ｌＯであるＴｂＦ
３粉末を蒸発させる。ＴｂＦ３の堆積速度が所望の一定
速度になるように抵抗加熱装置１１を制御した後、引き
続いて電子線加熱装置９を動作させ電子線加熱蒸発源８
であるＺｎＳベレットに電子線を照射し、ＺｎＳを蒸発
させる。ＺｎＳの堆積速度が所望の一定速度になるよう
に電子線加熱装置９を制御した後シャッタ６を閏き、マ
イクロ波を照射しない状態で基板５にＺｎＳとＴｂＦ３
を同時に堆積させ所望の厚さの第１発光層２４ａを堆積
させる。次に一旦シャッタ６を閉じ、発振器１３を動作
させマイクロ波導入窓１２より真空容器２内にマイクロ
波を導入し、Ｈ２Ｓガスをプラズマ化する。再びシャッ
タ６を開き、基板５に所望の厚さの第２発光層２４ｂを
堆積させる。所望の厚さの第２発光層２４ｂを堆積した
らマイクロ波の導入を止め、マイクロ波を導入しない状
態で第３発光＠　２４　ｃを堆積させる。第３発光Ｈ２
４（が所望の厚さになったらシャッタ６を閑じ、抵抗加
熱装置１１、及び電子線加熱装置９の動作を止め、発光
層２４の成膜を終了する。ＥＬ素子は、発光層２４の上
に第２絶ａｊ！２３ｂとしてタンタル酸バリウムを堆積
し、更に背面電極２５としてアルミ電極を形成して得ら
れる。

上述した薄膜ＥＬ素子の製造方法により、基板温度ヲ１
５０℃、Ｈ２Ｓガスノ圧力ヲ１．ＯＸ　１Ｏ−５Ｔｏｒ
ｒ、２ｎｓ、及びＴｂＦ３の蒸発速度を各々２．Ｏｎｍ
／ｓｅｃ、及び０、Ｏ２ｎｍ／ｓｅｅとし、第１発光層
、第２発光層、及び第；（発光層を各々５０ｒｗｎ、５
００ｎｍ及び５０ｎｍとしたＺｎＳ：Ｔｂ、Ｆ緑色ＥＬ
素子を作製した。この緑色Ｅ１、素子は剥離が起こらず
、また輝度、効率は従来のＥＬ素子に比べて高く、本発
明の薄膜ＥＬ素子の製造方法の有効性が認められる。

１１２Ｓガスの圧力としては、１．ＯＸ　１Ｏ−３Ｔｏ
ｒｒより高い場合には、１．ＯｋＷ以上の高いマイクロ
波電力を必要とするが、この場合Ｈ２Ｓガスプラズマの
温度が非常に高くなるため堆積したＺｎＳの基板からの
再蒸発が大きく、良好な堆積速度が得られない。またＨ
２Ｓガスの圧力が１．ＯＸ　１Ｏ−５Ｔｏｒｒより低い
場合には、マイクロ波放電が発生せず良好な薄膜ＥＬ素
子を得ることができなかった。

基板は必ずしも加熱する必要はないが、基板によっては
、１００℃から３００℃程度に加熱した方が基板に対す
るＺｎＳ：　Ｔｂ、Ｆ膜の付着力が強くなる。

磁界発生装置として希土類磁石を用いたが、電磁石を用
いても同様の結果が得られることは明らかである。しか
し、電磁石で希土類磁石と同等の強さの磁界を発生させ
るには装置が大きくなり、構成も若干複雑になるという
欠点がある。磁界発生部の中心での磁束密度が１５０Ｇ
ａｕｓｓ以、ヒてあれば、容易にプラズマを発生させる
ことができた。

プラズマを発生させる手段としては必ずしもマイクロ波
放電を用いる必要はなく、ＲＦ放電を用いた場合にも同
様の薄膜ＥＬ素子が得られるが、プラズマを発生させな
い場合には良好な発光特性が得られなかった。

本実施例では、母体材料であるＺｎＳを蒸発させる手段
として電子ビーム加熱を、また発光中心となる元素を含
む化合物であるＴｂＦ：＋蒸発させる手段として抵抗加
熱を用いたが、それぞれの場合について、抵抗加熱、或
は電子ヒータ、加熱、スパッタリング蒸発等の他の蒸発
手段を用いることも可能である。また本実施例では、母
体材料と発光中心となる元素を含む化合物とを別々に蒸
発させたが、ｐ１体材料に発光中心となる元素を含む化
合物を単体で蒸発させても同様の高輝度薄膜ＥＬが得ら
れる。

なお以上の実施例では、硫化水素ガスをプラズマ化せず
に堆積させた第１発光層、及び第３発光層として発光中
心となる原子を含む発光層を用いたが、必ずしも発光中
心となる原子を含む必要はなく、Ｂｊ体材料のみを堆積
させても同等の効果がｊ！ｔられる。例えば発光層を、
硫化水素ガスをプラズマ化しないで堆積させる層として
ＺｎＳのみの層を５０ｎｍ、　　ｆＣ化水素ガスをプラ
ズマ化して堆ｈ１させろＴ　ｂ　Ｆ　：ｌを含むＺ　ｎ
　Ｓ層である第２発光層を６００ｎｍ、　　史にＨｐＳ
ガスをプラズマ化しないで堆積させる層としてＺｎＳの
みの層を５０ｎｍ堆積させた３層構造とした前述と同じ
構成の薄膜ＥＬ素子においても同様の高輝度、高効率が
得られた。

以上の実施例では、母体材料にＺｎＳ、発光中心となる
原子を含む化合物にＴｂＦ３を用いて作製した緑色ＥＬ
素子について説明したが、その他の母体材料、或は発光
中心となる原子を含む化合物を用いて作製した薄膜ＥＬ
素子についても同様の効果が得られる。例えば母体材料
としてはＳｒＳ、ＺｎＳ、ＣａＳ等の硫化物を用いるこ
とが出来る。

また発光中心となる原子を含む化合物としてはＴｂ２Ｓ
３、ＥＩ】Ｆ２、ＥｕＳ、ＳｍＰ、ＣｅＦ３等のＴｂ、
Ｅｕ、Ｓｍ、Ｃｅ等を含む化合物を用いることが出来る
。

発明の効果 本発明の製造方法によれは、高輝度、高効率の薄膜ＥＬ
素子を、剥離がなく、また容易に効率良く製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法のｌ実施例において用いた薄
膜形成装置の断面図、第２図は本発明の緑色ＥＬ素子の
構成図を示す。 １・・・真空排気系、２・・・真空容器、３・・・基板
加熱用ヒーター、４・・・基板保持具、５・・・基板、
６・・・シャッタ、７・・・磁界発生装置、８・・・電
子線加熱蒸発源、９・・・電子線加熱装置、１０・・・
抵抗加熱蒸発源、１１・・・抵抗加熱装置、１２・・・
マイクロ波導入窓、１３・・・発掘器、１４・・・電力
計、１５・・・導波管、１６・・・ガス導入口、２１・
・・ガラス基板、２２・・・透明電極、２３ａ・・・第
１絶縁層、２３ｂ・・・第２絶縁層、２４・・・発光層
、２４ａ・・・第１発光層、２４ｂ・・・第２発光層、
２４ｃ・・・第３発光層、２５・・・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

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　発光層の成膜に用いる真空容器が、母体材料と
   発光中心となる元素を含む化合物とを各々独立させて蒸
   発させる手段、若しくは発光中心となる元素を含む化合
   物を含む母体材料を蒸発させる手段と、硫化水素ガスを
   導入し且つその硫化水素ガスをプラズマ化する手段とを
   備え、前記硫化水素ガスをプラズマ化せずに成膜する第
   １発光層を形成する工程と、前記第１発光層上に前記硫
   化水素ガスをプラズマ化して成膜した第２発光層を積層
   する工程により、前記発光層を２層構造とすることを特
   徴とする薄膜ＥＬ素子の製造方法。
2. （２）　第２発光層上に更に硫化水素ガスをプラズマ化
   せずに成膜した第３発光層を積層することにより、発光
   層を３層構造とすることを特徴とする請求項１記載の薄
   膜ＥＬ素子の製造方法。
3. （３）　母体材料が、ＺｎＳ、ＣａＳ、ＳｒＳのうちの
   少なくとも１種以上の化合物からなることを特徴とする
   請求項１または２に記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
4. （４）　硫化水素ガスをプラズマ化せずに堆積させた発
   光層の厚さが、１００ｎｍ以下であることを特徴とする
   請求項１または２に記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
5. （５）　硫化水素ガスをプラズマ化する手段が、マイク
   ロ波放電、或はＲＦ放電であることを特徴とする請求項
   １または２に記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
6. （６）　硫化水素ガスをプラズマ化する手段がマイクロ
   波放電の場合に、硫化水素ガスの圧力が、１．０×１０
   ＾−＾３Ｔｏｒｒ以下、１．０×１０＾−＾５Ｔｏｒｒ
   以上であることを特徴とする請求項５に記載の薄膜ＥＬ
   素子の製造方法。