JPH0160917B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、平面薄型デイスプレイ・デバイスと
して文字、記号及び図形等を含むコンピユータの
出力表示端末機器、その他種々の表示装置に文
字、記号及び図形等の静止画像や動画像の表示手
段として利用される薄膜EL素子に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、この種の薄膜EL素子としては、第７図
ａ及びｂに示すものが紹介されており、同図にお
いて、１はガラスからなる透光性基板、２は
In₂O₃，SnO₂等からなる透明電極、３はY₂O₃，
Si₃N₄，Ta₂O₅等からなる第１誘電体層、４は発
光中心として0.1〜2.0wt％Mn（又はTb，Sm，
Cu，Al，Br等）をドープしたZnS（又はZnSe等）
のEL発光層、５はY₂O₃，Si₃N₄，Ta₂O₅等から
なる第２誘電体層、６はAl等からなる背面電極、
７はCdTe等からなる光吸収層である。ここで、
透明電極２は透光性基板１上に複数帯状に平行に
配列され、背面電極６は透明電極２と直交する方
法に複数帯状に平行配列されており、透明電極２
と背面電極６とが平面図的に見て交叉した位置が
パネルの１絵素に相当する。そして、両電極２，
６間にAC電圧を印加することにより、EL発光層
４内に発生した電界によつて伝導体に励起され、
かつ加速されて十分なエネルギーを得た電子が、
直接Mn発光中心を励起し、この励起されたMn
発光中心が基底状態に戻る際に橙黄色の発光を呈
する。その際、光吸収層７は、ガラス基板１側か
ら入射した外部光を吸収して、EL素子のコント
ラストを高くすることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、第７図ａによる薄膜EL素子において、
背面電極６のパターニングに際し、EL発光層４
との界面で第２誘電体層５が膜剥離や膜割れを生
ずる場合があつた。これは、通常第２誘電体層５
がスパツタリング法で成膜される場合に多くみら
れた。このような現象を防止するために、例えば
蒸着法によるY₂O₃の薄膜層をEL発光層４とスパ
ツタリング法による第２誘電体層５との間に挿入
する方法がとられている。しかしながら、蒸着法
による膜とスパツタリング法による膜とを組み合
わせることは、製造工程を煩雑にするばかりか、
誘電体層の一部を蒸着法で形成することは絶縁破
壊を起こしやすくなる問題点があつた。

また、第７図ｂによる薄膜EL素子においては、
EL発光層４と第２誘電体層５との間に英国特許
GB2039146Aに開示されているように比抵抗が
10²〜10⁵Ω・cmのCdTe系の光吸収層７を介在さ
せると、印加電圧に対する発光輝度の立ち上りが
ゆるやかであり、発光輝度を高くするためには、
印加電圧を相当高くしなければならず、高電圧の
印加に伴つて絵素が絶縁破壊を起こしやすくなる
問題点があつた。

また、CdTe系のAl電極エツチング液に容易に
溶解するため、この光吸収層７上に第２誘電体層
５を積層しても、EL発光層４との間で膜の剥離
を生ずる場合もあつた。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもの
でその第１の目的は、EL発光層と誘電体層との
付着力を高め、誘電体層の膜割れや膜剥離を防止
するとともに、発光輝度―印加電圧特性を良好に
維持した薄膜EL素子を提供することである。第
２の目的は、第１の目的の他に、コントラストの
向上により、表示品位を高め、クロストークを防
止した薄膜EL素子を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

前述した目的を達成するために、１番目の本発
明は、EL発光層の背面電極側表面上に接するよ
うにゲルマニウムに窒素を含有する層を積層して
いることを特徴とする薄膜EL素子であり、２番
目の本発明は、前記したゲルマニウムに窒素を含
有する層を第１層とし、この第１層上に誘電体層
とゲルマニウムに窒素を含有する第２層とを順次
積層していることを特徴とする薄膜EL素子であ
る。

本発明の実施態様としては、ゲルマニウムに窒
素を含有する層の窒素が実質的に均一に分布して
いること、ゲルマニウムに窒素を含有する層の窒
素が、EL発光層側から背面電極側に向かつて段
階的又は連続的に減少していることが挙げられ
る。そして、窒素を段階的又は連続的に減少する
対象となる「ゲルマニウムに窒素を含有する層」
は、１層又は２層以上の膜であつて、それぞれの
層の一部又は全部において窒素を段階的又は連続
的に減少することにある。

以下、本発明の実施例を図に基づき詳細に説明
する。

実施例 １ 本発明を第１図に基づいて詳述する。

先ず、アルミノシリケートガラス（例えば、
HOYA(株)製のNA40）からなる透光性基板１の主
表面上に、スズ酸化物を混入した酸化インジウム
からなる透明導電膜（膜厚：2000Å）を真空蒸着
法により成膜した後、この透明導電膜を、フオト
リソ法によりエツチング液として、塩酸と塩化第
２鉄の混合溶液を用いて複数帯状（第１図におい
て左右方向）に配列し、透明電極２を形成した。
次に、金属タンタルをスパツターゲートとして、
酸素ガスを30％混入したArガス（分圧６×
10^-1Pa）をスパツタ装置に導入し、高周波出力
9W／cm²で反応性スパツタを行い、Ta₂O₅からな
る第１誘電体層３（膜厚：3000Å）を成膜した。
次に、前記第１誘電体層３上に、活性物質として
0.5重量％のMnを添加したZnS：Mn焼結ペレツ
トを蒸着源として真空蒸着法によりZns：Mnか
らなるEL発光層４（膜厚：6000Å）を成膜した。
次に、ゲルマニウムのスパツタターゲツトを用い
て、100％の窒素ガス（分圧：６×10^-1Pa）をス
パツタ装置に導入し、高周波出力6W／cm²にて反
応性スパツタを行い、ゲルマニウムに窒素を前記
窒素ガスの導入量に応じた実質的に均一に含有し
てなる窒化ゲルマニウム層８（膜厚：100Å、比
抵抗：10⁹Ω・cm、成膜速度：80Å／分）を前記
EL発光層４上に積層した。次に、前述した第１
誘電体層３と同様に反応性スパツタリング法によ
りTa₂O₅からなる第２誘電体層５（膜厚：3000
Å）を成膜した。そして、この第２誘電体層５上
にAl膜（膜厚：3000Å）を真空蒸着法により成
膜した後、このAl膜を、フオトリソ法によりエ
ツチング液として硝酸とリン酸の混合溶液を用い
て、複数帯状（第１図において紙面垂直方向）に
配列し、背面電極６を形成した。したがつて、透
明電極２と背面電極６とは、従来と同様に互いに
直交するように複数帯状に配列している。

このようにして製作した本実施例の薄膜EL素
子は、透明電極２と背面電極６との間に交流電圧
を印加することにより、ピーク波長580nmで橙黄
色に発光した。

本実施例によれば、従来のCdTe系の薄膜より
も硝酸に対する耐エツチング性がつよい窒化ゲル
マニウム層８の介在と、この窒化ゲルマニウム層
８上の第２誘電体層５とによつて、背面電極６の
湿式エツチングに際しても第２誘電体層５の膜割
れや膜剥離の生じにくい薄膜EL素子が得られる。
窒化ゲルマニウム層８の膜厚は本実施例では100
Åであつたが、10Å以上であれば付着力の改善が
認められる。なお、膜厚が大きくなると、発光閾
値が次第に高くなる傾向が認められること及び製
造工程上の理由から、5000Å以下であることが望
ましい。

また、EL発光層４と接している窒化ゲルマニ
ウム層８の比抵抗が10⁹Ω・cmと大きいために、
発光輝度―印加電圧特性は、第５図の曲線Ａで示
すように、第７図ｂに示した従来の薄膜EL素子
による曲線Ｄと対比して発光輝度の立ち上りが非
常に急峻となり、100Hzの正弦波を用いて低い印
加電圧で150cd／m²の発光輝度が容易に得られ
る。その結果、長時間の駆動によつても絶縁破壊
が発生しない、EL特性が良好で長寿命なEL素子
が得られる。

次に、第４図はArガス中の窒素ガス混入率に
対する、窒化ゲルマニウム層の光学定数（ｎ：屈
折率、ｋ：消哀係数）を波長600nmにおいて測定
した特性図である。なお、反応性スパツタリング
法において窒素ガスの混入率が高くなれば、当
然、膜中に含まれる窒素含有量も多くなる。

本実施例におけるEL発光層４及び第２誘電体
層５の各屈折率n₄及びn₅がn₄＝2.3及びn₅＝2.2で
あり、両層間に介在される窒化ゲルマニウム層８
の屈折率n₈及び消哀係数k₈がn₈＝2.6及びk₈＝0.1
であることから、EL発光層４と窒化ゲルマニウ
ム層８との間及び窒化ゲルマニウム層８と第２誘
電体層５との間の各界面における外部入射光の反
射率R_4.8及びR_8.5は、R_4.8＝0.4％及びR_8.5＝0.7％
となり、背面電極６による反射率50〜60％と対比
して極めて小さいことから、ほとんど無視するこ
とができる。

したがつて、窒化ゲルマニウム層８は、第４図
に示すように窒素ガス混入率によつて屈折率ｎ及
び消哀係数ｋを選定することができ、この選定に
より所望な光吸収効果を奏して、高いコントラス
トを有するEL素子が得られる。

次に、実施例１の効果を奏した上で、更に一層
コントラストを向上させた実施例について説明す
る。

実施例 ２ 本実施例を第２図に基づいて詳述する。

先ず、前述した透光性基板１の主表面に、透明
電極２、第１誘電体層３及びEL発光層４を前記
実施例１と同様に順次積層する。次に、ゲルマニ
ウムのスパツタターゲツトを用いて、100％の窒
素ガス（分圧：６×10^-1Pa）をスパツタ装置に
導入して、高周波出力6W／cm²にて反応性スパツ
タを行い、ゲルマニウムに窒素を窒素ガス100％
の導入量に応じて実質的に均一に含有してなる第
１窒化ゲルマニウム層９（膜厚：1000Å、比抵
抗：10⁹Ω・cm、成膜速度：80Å／分）を成膜し、
引き続き、窒素ガスを40％混入したArガス（分
圧：６×10^-1Pa）をスパツク装置に導入し、高
周波出力6W／cm²にて反応性スパツタを行い、ゲ
ルマニウムに窒素と窒素ガス40％の混入量に応じ
て実質的に均一に含有してなる第２窒化ゲルマニ
ウム層１０（膜厚：1500Å、比抵抗：10⁵Ω・cm、
成膜速度：120Å／分）を成膜し、前記第１窒化
ゲルマニウム層９と前記第２窒化ゲルマニウム層
１０とからなる。すなわち、背面電極６側に向か
つて段階的に窒素含有率を減少させた窒化ゲルマ
ニウム層１１を成膜した。次に、第２誘電体層５
及び背面電極６を前記実施例１と同様に成膜し形
成した。

このようにして製作した本実施例の薄膜EL素
子は、前記実施例１と同様に電圧印加して、ピー
ク波長580nmで橙黄色に発光した。

本実施例によれば、透光性基板１から入射した
外部光の強さと、観測表面から観測した入射光の
戻り光の強さとの比、すなわち透光性基板１の観
測表面側の反射率特性は、第６図の曲線Ｅに示す
ように低く、可視光領域における平均反射率は７
〜８％であり、コントラストの良好な薄膜EL素
子が得られた。

このような反射率特性を得た理由について説明
すると、先ず、本実施例の窒化ゲルマニウム層１
１について、第４図に示すとおり、第１窒化ゲル
マニウム層９の屈折率はn₉＝2.6、消哀係数はk₉
＝0.1であり、また第２窒化ゲルマニウム層１０
の屈折率はn₁₀＝３、消哀係数はk₁₀＝0.3であるこ
とから、EL発光層４と第１窒化ゲルマニウム層
９との界面での反射率はR_4.9＝0.4％となる。ま
た、第１窒化ゲルマニウム層９と第２窒化ゲルマ
ニウム１０との界面での反射率についてもR_9.10
＝0.8％となつて、低くすることができる。また、
第１窒化ゲルマニウム層９（k₉＝0.1）と第２窒
化ゲルマニウム層１０（k₁₀＝0.3）の消哀係数は
段階的に増大させている。その結果、窒化ゲルマ
ニウム層１１は、比較的薄い膜厚で外部からの入
射光を効果的に吸収することができる。

本実施例による発光輝度―印加電圧特性は、第
５図の曲線Ｂで示すように従来例の曲線Ｄと対比
して発光輝度の立ち上りが急峻となり、かつ発光
輝度100cd／m²を得るための印加電圧も低く抑え
ることができ、その結果、絶縁破壊も十分防止す
ることができる。本実施例の曲線Ｂは、実施例１
の曲線Ａと比べて輝度が低いが、これは、EL発
光した光のうち背面側に放射された成分が窒化ゲ
ルマニウム層１１により吸収されるためである。
さらに、本実施例の窒化ゲルマニウム層１１を構
成する第１窒化ゲルマニウム層９及び第２窒化ゲ
ルマニウム層１０の比抵抗がそれぞれ10⁹Ω・cm
及び10⁵Ω・cmであつて比較的高く、かつ比較的
薄い膜厚（それぞれ1000Å及び1500Å）で十分に
光吸収していることから、クロストークも十分に
防止することができる。

本実施例の窒化ゲルマニウム層１１は、第１層
９と第２層１０により段階的に窒素の含有を減少
したが、窒素ガスの導入率を順次減少しながら一
部又は全部に亘つて成膜することにより、一部又
は全部の層において連続的に窒素含有率を減少し
てもよい。

実施例 ３ 本実施例を第３図に基づいて詳述する。

先ず、前述した透光性基板１の主表面上に、透
明電極２、第１誘電体層３及びEL発光層４を前
記実施例１と同様に順次積層する。次に、ゲルマ
ニウム層のスパツタターゲツトを用いて、100％
の窒素ガス（分圧：６×10^-1Pa）をスパツタ装
置に導入し、高周波出力6W／cm²にて反応性スパ
ツタを行い、ゲルマニウムに窒素を実質的に均一
に含有してなる第１窒化ゲルマニウム層１２（膜
厚：300Å、比抵抗：10⁹Ω・cm、成膜速度：80
Å／分）を成膜し、次に、第１誘電体層３と同様
にして、Ta₂O₅からなる第２誘電体層５（膜厚：
3000Å）を成膜した。次に、ゲルマニウムのスパ
ツタターゲツトを用いて窒素ガスを45％混入した
Arガス（分圧：６×10^-1Pa）を用いて、反応性
スパツタリング法により、第２窒化ゲルマニウム
層１３（膜厚：2500Å、比抵抗：10⁶Ω・cm、成
膜速度：115Å／分）を成膜した。そして、
Ta₂O₅からなる第３誘電体層１４（膜厚：1000
Å）及び背面電極６を前記実施例１と同様に成膜
し形成した。

本実施例においても第１窒化ゲルマニウム層１
２の介在により、第２誘電体層５の膜割れや膜剥
離は認められず、発光輝度―印加電圧特性は、第
５図の曲線Ｃで示すように前記実施例２と同様に
良好であり、第１窒化ゲルマニウム層１２及び第
２窒化ゲルマニウム層１３の比抵抗はそれぞれ
10⁹Ω・cm、10⁶Ω・cmであつて、前記実施例２と
同様にクロストークの生じにくい良好なEL素子
が得られる。また透光性基板１の観測表面側の反
射率特性は、第６図の曲線Ｅに示すように低く、
前記実施例２と同様に、コントラストの良好な薄
膜EL素子が得られる。

第２窒化ゲルマニウム層１３と背面電極６との
間に挿入した第３誘電体層１４（Ta₂O₅）は、背
面電極６（Al）を形成する湿式エツチング液で
ある硝酸酸性液によつて、第２窒化ゲルマニウム
層１３が侵されることを防止するのみならず、薄
膜EL素子の絶縁破壊を防止する上でも有効であ
る。

なお、本実施例では、第１及び第２の窒化ゲル
マニウム層１２，１３の窒素含有率はそれぞれの
窒素ガスの導入量に応じて実質的に均一に分布
し、かつ第２層１３の窒素含有率を第１層１２の
それよりも小さくして、段階的に減少させたが、
第１層１２から第２層１３までの一部又は全部に
おいて窒素含有率を段階的又は連続的に減少させ
てもよい。また、Al背面電極６をKOH等アルカ
リ性溶液を用いるエツチングによつてストライプ
化する場合は、必ずしも本実施例の第３誘電体層
１４を成膜しなくてもよい。

以上、実施例１，２について詳述したが、本発
明はこれ等の実施例の材料、膜厚及び成膜方法に
限定されない。透光性基板についてはソーダライ
ムガラス等の多成分系ガラス又は石英ガラスでも
よい。透明電極についてはIn₂O₃若しくはこれに
Ｗを添加したもの又はSnO₂にSb，Ｆ等を添加し
たものであつてもよい。第１、第２及び第３誘電
体層については、Al₂O₃，SrTiO₃，BaTa₂O₆，
Y₂O₃，HfO₂等の酸化物、Si₃N₄、シリコンオキ
シナイトライド又はこれらの複合物でもよい。
EL発光層については母材としてZnSe，CaS又は
SrS等、ドーパントとしてEu，Sm，Tb，Tm等
の希土類元素を使用してもよい。また、窒化ゲル
マニウム層形成のスパツタリング法においてAr
ガスの代わりにNe，Kr，Xe等の不活性ガスを使
用してもよい。成膜方法についてはスパツタリン
グ法の代わりに、活性反応蒸着法及びイオンプレ
ーテイング法等を使用してもよい。

さらに、背面電極については、Ta，Mo，Fe，
Ni，Ni，Al，NiCr等の金属を使用してもよい。
透明電極のストライプ化手段として湿式法の代わ
りに、CCl₄等のガスを主成分として用いるドラ
イエツチング法や、マスク蒸着法等を用いて複数
帯状に形成してもよい。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明によれば、EL発光層の
表面上に接するように窒化ゲルマニウム層を用い
ているので、EL素子の膜割れや膜剥離を防止す
ることができ、発光輝度―印加電圧特性を良好に
維持することができ、寿命の長いEL素子が得ら
れる。更に、窒化ゲルマニウムの光吸収効果によ
つてコントラストを向上させることができ、クロ
ストークを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図であ
る。第２図は本発明の他の実施例を示す断面図で
ある。第３図は本発明のもう一つの他の実施例を
示す断面図である。第４図は本発明によるArガ
ス中の窒素ガス混入率に対する窒化ゲルマニウム
層の屈折率と消哀係数とを示す特性図である。第
５図は従来例と本発明の実施例による発光輝度―
印加電圧を示す特性図である。第６図は本発明の
実施例による反射率を示す特性図である。第７図
ａ及びｂはそれぞれ従来の薄膜EL素子を示す断
面図である。 １…透光性基板、２…透明電極、３…第１誘電
体層、４…EL発光層、５…第２誘電体層、６…
背面電極、８，１１…窒化ゲルマニウム層、９，
１２…第１窒化ゲルマニウム層、１０，１３…第
２窒化ゲルマニウム層、１４…第３誘電体層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 透光性基板上に形成された透明電極と背面電
   極との間にEL発光層を有する薄膜EL素子におい
   て、EL発光層の背面電極側表面上に接するよう
   にゲルマニウムに窒素を含有する層を積層してい
   ることを特徴とする薄膜EL素子。 ２ ゲルマニウムに窒素を含有する層の窒素が実
   質的に均一に分布し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。 ３ ゲルマニウムに窒素を含有する層の窒素が
   EL発光層側から背面電極側に向かつて段階的又
   は連続的に減少し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。 ４ 透光性基板上に形成された透明電極と背面電
   極との間にEL発光層を有する薄膜EL素子におい
   て、EL発光層の背面電極側表面上に接するよう
   にゲルマニウムに窒素を含有する第１層と、前記
   第１層上に誘電体層と、前記誘電体層上にゲルマ
   ニウムに窒素を含有する第２層とをそれぞれ積層
   していることを特徴とする薄膜EL素子。 ５ ゲルマニウムに窒素を含有する第１層と第２
   層の各窒素が実質的に均一に分布し、かつ第２層
   の窒素含有率が第１層の窒素含有率よりも小さい
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の薄
   膜EL素子。 ６ ゲルマニウムに窒素を含有する第１層と第２
   層の各窒素が、EL発光層側から背面電極側に向
   かつて段階的又は連続的に減少していることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の薄膜EL素
   子。