JPH01246790A - 薄膜ｅｌ素子およびその製造方法 - 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素子およびその製造方法に関するも
のであり、発光輝度、および効率が高く、長期間安定に
動作し、広い面積に渡り均一な特性を有する薄膜ＥＬ素
子およびその製造方法に関するものである 従来の技術 近年、コンピュータ端末などに用いるフラットデイスプ
レィとして、薄膜ＥＬ素子が盛んに研究されている。こ
のような薄膜ＥＬ素子には２つのタイプがある。その１
つは蛍光体薄膜の両面を絶縁体薄膜で挟み、さらにその
外側から、錫添加酸化インジウム（ＩＴＯ）やアンチモ
ン添加酸化錫などから成る透明電極と、アルミニウムな
どからなる金属電極で挟んだ二重絶縁層タイプであり、
縁体薄膜を介在させない一重絶縁層タイブである。これ
らのどちらのタイプの素子においても、絶縁体薄膜とし
ては酸化イツトリウム、酸化タンタル、酸化アルミニウ
ム、チタン酸ストロンチウム、窒化珪素などからなるス
パッター膜、真空蒸着膜、あるいはＣＶＤ膜が用いられ
ており、これらの絶縁体薄膜の特性はＥＬ素子の発光効
率や安定性、信頼性に大きな影響を与えることはよ（知
られている（特開昭６ｌ−１８５８９０）。

発明が解決しようとする課題 従来の技術を用いて作成した、たとえばガラス基板／Ｉ
ＴＯ電極／第１絶縁体薄膜／蛍光体薄膜／第２絶縁体薄
膜／アルミニウム電極からなる構成の二重絶縁層タイプ
のＥＬ素子においては、長期間の駆動により輝度−電圧
特性が変化することがあった。また、高効率化のため蛍
光体薄膜形成後の熱処理温度を高くした場合、駆動中に
絶縁破壊を生じやすいという課題があった。本発明の目
的は前記課題を解決した発光輝度、および効率が高（、
長期間安定に動作し、広い面積に渡り均一な特性を有す
る薄膜ＥＬ素子およびその製造方法を提供することであ
る。

課題を解決するための手段 磁場およびマイクロ波によりプラズマ化された酸素、窒
素、あるいは酸素および窒素の混合ガス雰囲気中でアル
ミニウムを蒸発させることにより形成した酸化、窒化、
あるいは酸窒化アルミニウム薄膜上に蛍光体薄膜が積層
された構成とする。

作用 磁場およびマイクロ波によりプラズマ化された酸素、窒
素、あるいは酸素および窒素の混合ガス雰囲気中でアル
ミニウムを蒸発させることにより形成した酸化、窒化、
あるいは酸窒化アルミニウム薄膜は、酸化度、あるいは
窒化度が高（、ストイキオメトリに優れ、熱的にも極め
て安定であるため、長時間の駆動によっても蛍光体薄膜
との界面が変質することがなく、輝度−電圧特性の安定
性が確保され、また蛍光体薄膜の形成後、高温で熱処理
してもＩＴＯの成分元素やアルミニウム、窒素などが蛍
光体薄膜に拡散することがなく、そのため発光輝度、お
よび効率が高く、長期間安定に動作し、広い面積に渡り
均一な特性を有する薄膜ＥＬ素子が形成できた。

実施例 第１図に本発明の薄膜ＥＬ素子および製造法の１実施例
を説明するための素子構造を示す。ガラス基板１上にス
パッタリング法により厚さ２００ｎＩＩｌの錫添加酸化
インジウム（ＩＴＯ）薄膜を堆積し、フォトリソグラフ
ィー技術によりストライブ状の透明電極２を形成した。

その上に第２図に示す装置を用いて２００止の厚さの酸
化アルミニウムからなる第１絶縁体薄膜３を形成した。

この際、金属容器１１内が１ｘｌＯ→ＴＯ「「の圧力と
なるように酸素ガスをガス導入口１２より導入しながら
、１５０Ｗのマイクロ波をマイクロ波導入窓１６より印
加することによりドーナツ状マグネット１３の近傍で酸
素ガスをプラズマ化し、酸素のイオンや活性種を基板１
５上に照射した。同時にアルミニウムをるつぼ１４より
蒸発させることによリ１５ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度で基
板１５上に酸化アルミニウム薄膜を形成した。ドーナツ
状マグネット１３の中心部での磁束密度は９００ガウス
のものを用いた。第１絶縁体薄膜３の上には電子ビーム
蒸着法により１原子％のマンガンを含む硫化亜鉛からな
る厚さ５００ｎｍの蛍光体薄膜４を形成し、その後真空
中６５０℃で１時間熱処理を行った。蛍光体薄膜４の上
には厚さ１５０ｎｓ＋の酸化アルミニウムからなる第２
絶縁体薄膜５を第１絶縁体薄膜と同様の方法で形成した
。最後に、電子ビーム蒸着法により厚さ２００ｒｖのア
ルミニウムを第２絶縁体薄膜５上に蒸着し、フォトリソ
グラフィー技術により透明電極２とは直交する方向のス
トライブ状の背面電極６を形成することにより薄膜ＥＬ
素子を完成した。

本発明の薄膜ＥＬ素子と、第１および第２絶縁体薄膜と
して高周波スパッタリング法で作成した酸化アルミニウ
ムをもちいた従来の薄膜ＥＬ素子との、６０　ＩＩ　ｚ
　ｓパルス幅３０μｓの交流パルス電圧を印加したとき
の輝度−電圧特性の比較を第３図に示す。また５０００
時間後の輝度−電圧特性の変化を第４図に示す。両図に
おいて、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明の素子
および従来の素子の特性を示す。本発明の素子は従来の
素子と比較して、発光輝度が高（長期間にわたり安定で
あることがわかる。蛍光体薄膜４を形成後の熱処理温度
が５００℃より低い場合、発光輝度−電圧特性は従来の
素子とほぼ同じであるが、輝度の絶対値は熱処理温度が
低いほど小さ（なった。したがって、蛍光体薄膜を形成
後の熱処理温度が高いほど従来の素子との輝度の差は大
きかった。このことから本発明の製法は、蛍光体膜の高
効率化のために高温熱処理を必要とするＥＬ素子を製造
する場合に特に有効であると考えられる。

本実施例においては、第１絶縁体薄膜として酸化アルミ
ニウムを用いた場合について説明したが、これ以外に窒
化アルミニウムや酸窒化アルミニウムもプラズマ化させ
る雰囲気ガスをそれぞれ、窒素や酸素と窒素の混合ガス
とすることにより形成することができ、ＥＬ素子として
の特性においても、酸化アルミニウムを用いた場合と同
様、従来の素子と比較して発光輝度が高（長期間にわた
り安定であることがわかった。

酸素、窒素あるいは酸素と窒素の混合ガスの圧力として
は、Ｉ　Ｘ　１０−３　トールより高い場合、薄膜表面
が少し粗くなることがあり絶縁破壊電界強度が低下した
。５　Ｘ　１０−６　トールより低い場合、雰囲気ガス
を十分プラズマ化できず、薄膜の酸化あるいは窒化が不
完全となり、この場合も絶縁破壊電界強度が低下した。

アルミニウムを蒸発させる手段としては、抵抗加熱や電
子ビーム加熱の他にスパッタリング蒸発も可能であった
。たとえば、ターゲットとしてアルミニウム金属板を用
い、イオンビーム発生装置により１ｋＶに加速されたア
ルゴンイオンを照射することにより効果的にアルミニウ
ムをスパッタリング蒸発させることができた。

蛍光体薄膜としては、マンガン、希土類元素、あるいは
これらの元素のフッ化物や塩化物などを不純物として含
む硫化亜鉛、セレン化亜鉛、硫化カルシウム、硫化スト
ロンチウム、硫化バリウム、あるいはこれらの化合物の
うち２種以上を主成分とする材料を用いて、本発明の効
果を発揮することができた。特に、硫化亜鉛、硫化カル
シウム、硫化ストロンチウムなどのように、高温熱処理
や高温基板上での薄膜形成が発光効率の向上に必要であ
る蛍光体薄膜においては、本発明の効果を特に有効に発
揮することができた。

第２絶縁体薄膜として第１絶縁体薄膜と同様の方法で形
成した酸化アルミニウム薄膜を用いた場合について説明
したが、スパッタリング法などで形成した酸化アルミニ
ウム薄膜を用いても実施例と同様の優れた輝度−電圧特
性が得られた。ただ、湿度８０％の室温中での駆動試験
によれば、スパッタリング法で形成した第２絶縁体薄膜
を用いた素子の方が駆動中に微小な剥離を生゛じ易かっ
た。第１絶縁体薄膜として、スパッタリング法などで形
成した酸化物や窒化物からなる絶縁体薄膜上に、本発明
の方法で作成した酸化アルミニウムの薄膜を積層し２層
構造としても、蛍光体薄膜と共に熱処理を受け、蛍光体
薄膜と接する側の絶縁体薄膜を本発明の方法で形成する
ことにより優れた特性の素子を形成することができた。

また本実施例では、２重絶縁層タイプの薄膜ＥＬ素子の
製造法について説明したが、低電圧で駆動が可能なよう
に、第２絶縁体薄膜の代わりに、直流電圧の印加により
電流を若干流すことができる酸化タンタル、酸化クロム
珪素などの半導体層（抵抗体層）を用いた１重絶縁層タ
イプの薄膜ＥＬ素子にも本発明の効果を発揮できること
はもちろんである。

発明の効果 本発明によれば、発光輝度、および効率が高く、長期間
安定に動作し、広い面積に渡り均一な特性を有する薄膜
ＥＬ素子を提供することが可能となり、実用的価値は大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を説明するための薄膜ＥＬ素
子断面図、第２図は本発明のＥＬ素子を製造するために
用いた装置の構成図、第３図、および第４図はそれぞれ
薄膜ＥＬ素子の輝度−電圧特性、および５０００時間後
の輝度−電圧特性の変化をを示すグラフであり、両図に
おいて（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明の素子お
よび従来の素子の特性を示す。 １・・・ガラス基板、２・・・ストライプ状透明電極、
３・・・第１絶縁体薄膜、４・・・蛍光体薄膜、５・・
・第２絶縁体薄膜、６・・・背面電極、１１・・・真空
容器、１２・・・ガス導入口、１３・・・マグネット、
１４・・・蒸着用るつぼ、１５・・・基板、１６・・・
マイクロ波導入窓。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図 第２図 城　　　　！焦（本砿匍坤）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　磁場およびマイクロ波によりプラズマ化された
   酸素、あるいは窒素ガス雰囲気中でアルミニウムを蒸発
   させることにより形成した酸化、あるいは窒化アルミニ
   ウム薄膜上に蛍光体薄膜が積層された構成を有すること
   を特徴とする薄膜ＥＬ素子。
2. （２）　磁場およびマイクロ波によりプラズマ化された
   酸素および窒素の混合ガス雰囲気中でアルミニウムを蒸
   発させることにより形成した酸窒化アルミニウム薄膜上
   に蛍光体薄膜が積層された構成を有することを特徴とす
   る薄膜ＥＬ素子。
3. （３）　酸化、あるいは窒化アルミニウム薄膜上に蛍光
   体薄膜が積層された構成の薄膜ＥＬ素子の製造方法にお
   いて、前記酸化、あるいは窒化アルミニウム薄膜を、磁
   場およびマイクロ波によりプラズマ化された酸素、ある
   いは窒素ガス雰囲気中でアルミニウムを蒸発させること
   により形成することを特徴とする薄膜ＥＬ素子の製造方
   法。
4. （４）　酸窒化アルミニウム薄膜上に蛍光体薄膜が積層
   された構成の薄膜ＥＬ素子の製造方法において、前記酸
   窒化アルミニウム薄膜を、磁場およびマイクロ波により
   プラズマ化された酸素および窒素の混合ガス雰囲気中で
   アルミニウムを蒸発させることにより形成することを特
   徴とする薄膜ＥＬ素子の製造方法。
5. （５）　アルミニウムを蒸発させる際の酸素、あるいは
   窒素ガス雰囲気の圧力が１×１０＾−＾３トール以下、
   ５×１０＾−＾６トール以上であることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項に記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
6. （６）　アルミニウムを蒸発させる際の酸素および窒素
   の混合ガス雰囲気の圧力が１×１０＾−＾３トール以下
   、５×１０＾−＾６トール以上であることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項に記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法
   。
7. （７）　酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、あるい
   は酸窒化アルミニウム薄膜上に蛍光体薄膜を形成後、５
   ００℃以上の温度で熱処理をすることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項あるいは第４項に記載の薄膜ＥＬ素子
   の製造方法。