JPH02162685A - 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するものであり
、発光輝度および効率が高く、かつ急峻な輝度−電圧特
性を有する薄膜ＥＬ素子の製造方法に関するものである
。

従来の技術 近年、コンピュータ端末などに用いるフラットデイスプ
レィ装置として、薄膜ＥＬデイスプレィ装顛−が盛んに
研究されている。黄橙色発光のマンガン添加硫化亜鉛か
らなる蛍光体薄膜を用いたモノクロ薄膜ＥＬデイスプレ
ィ装置は既に実用化されている。デイスプレィとしての
広汎な用途に対応するためにはカラー化が必要不可欠で
あり、現在カラー薄膜ＥＬデイスプレィ装置の開発に多
くの力が注がれている。カラー薄膜ＥＬデイスプレィ装
置に用いる蛍光体薄膜としては、赤色用としてはサマリ
ウムを発光不純物とする硫化亜鉛やユーロピウムを発光
不純物とする硫化カルシウムを用い、緑色用としてはテ
ルビウムを発光不純物とする硫化亜鉛やセリウムを発光
不純物とする硫化カルシウムを用い、青色用としてはセ
リウムを発光不純物とする硫化ストロンチウムを用いて
三原色の発光が得られている。しかしながら、たとえば
赤色、緑色および青色用として、それぞれユーロピウム
添加硫化カルシウム、テルビウム添加硫化亜鉛およびセ
リウム添加硫化ストロンチウムの焼結体を用いて電子ビ
ーム蒸着法により、三原色の蛍光体薄膜を形成し、二重
絶縁層型カラー薄膜ＥＬデイスプレィ装置を形成した場
合、各色の発光輝度が必要とされる値の１／４から１／
２０であり、輝度および色再現性が不十分であり、品位
の優れたカラー薄膜ＥＬデイスプレィ装置は実現されて
いない。

蛍光体薄膜の発光輝度を改善する１つの手法として、硫
化水素プラズマ中で蛍光体薄膜を形成する試みもなされ
ている（特開昭６１−２７３８９３号公報）。

発明が解決しようとする課題 薄膜ＥＬ素子に用いる硫化物蛍光体薄膜を、硫化水素プ
ラズマ中で形成した場合、発光輝度は高いが輝度−電圧
特性の傾きが急峻でなく、マトリックス駆動時にクロス
トークが生じ易く、駆動中に絶縁破壊を生じやすいとい
う問題点があった。

本発明の目的は、前記問題点を解決し、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
な特性を有し、かつ揮度−電圧特性の傾きが急峻な特性
を有する薄膜ＥＬ素子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 直流、高周波あるいはマイクロ波によりプラズマ化され
た硫化水素中、あるいは直流、高周波あるいはマイクロ
波によりプラズマ化された硫化水素を含むガス中で真空
蒸着法により形成した硫化物蛍光体薄膜を、プラズマ化
された硫化水素を含まないガス中で形成した硫化亜鉛薄
膜で挟持することにより薄膜ＥＬ素子を製造する。

作用 硫化水素プラズマ中で形成した硫化物蛍光体薄膜は結晶
性に優れ発光効率も高いが、その表面に配設される絶縁
体薄膜との界面に多くの浅いトラップが形成されるため
、輝度−電圧特性の傾きが急峻にならず、経時的な安定
性にも問題があった。

硫化水素プラズマ中で形成した硫化物蛍光体薄膜の両面
を、プラズマ化された硫化水素を含まないガス中で形成
した硫化亜鉛薄膜で挟持することにより、その表面に配
設される絶縁体薄膜との界面にはあまり多くのトラップ
は形成されないため、発光輝度および効率が高（、輝度
−電圧特性が急峻な薄膜ＥＬ素子が形成できると考えら
れる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する 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１つの形態を示す。金属製容器１は、
真空排気系１１により内部を真空にすることができる。

金属製容器１の内部には、基板加熱ヒータ４が埋め込ま
れた基板保持具２、基板３、シャッタ１０、磁界発生装
置５、抵抗加熱蒸発源７．８．９などが設置されている
。磁界発生装置５は、サマリウム、コバルト、鉄、銅す
どを主成分とするドーナツ状の希土類磁石であり、外径
２００　ｍｍ１　　内径１２０ｍｍ、　厚さ３５０１Ｉ
１１の形状を有し、中心部の磁束密度は約９００Ｇａｕ
ｓｓであった。この磁界発生装置５により生ずる磁界は
、主に基板３の表面へ向かって発散する。磁界発生装置
５の上方には、ガス導入口６がある。磁界発生装置５の
下方にはマイクロ波導入窓１２を設置し、発振器１４に
より発生させた２　、４５ＧＨｚの電磁波を、電力計１
３を介して導波管１５によりマイクロ波導入窓１２から
金属製容器１へ導入した。

この装置を用いてセリウム添加硫化ストロンチラム薄膜
からなる蛍光体薄膜を有する薄膜ＥＬ素子を製造する場
合について説明する。抵抗加熱蒸発源７には金属ストロ
ンチウム、抵抗加熱蒸発源８には三塩化セリウム、抵抗
加熱蒸発源９には塊状の硫化亜鉛をセットする。基板保
持具２には、透明電極１７および厚さ５００ｎｍのチタ
ン酸ストロンチウム誘電体薄膜よりなる第１絶縁体層１
日が順次形成されたガラス基板１６をセットする。基板
温度を１５０℃に保ち金属製容器１を１Ｏ−７）−ルま
で排気後、抵抗加熱蒸発源９に通電し１０５０℃に保持
した後、シャッタ１０を開き蒸着を開始する。５分間の
蒸着により厚さ１１００ｎの第１の硫化亜鉛薄膜１９を
形成した。次に基板温度を４５０°Ｃに保ちガス導入口
６より硫化水素を導入し、圧力？ｔｘｔｏ−４トールと
する。抵抗加熱蒸発源７および８に通電し、金属ストロ
ンチウムと三塩化セリウムの堆積速度の割合り月０００
７２となるように印加電力を制御する。

このときの抵抗加熱蒸発源７および８の温度はそれぞれ
５００℃および６７０°Ｃであった。さらに発振器１４
を動作させ、２００Ｗのマイクロ波電力を印加し、金属
製容器１に硫化水素のプラズマを発生させた後、シャッ
タ８を開き蒸着を開始する。１５分間の蒸着により厚さ
８００ｎｍのセリウム添加硫化ストロンチウムの蛍光体
薄膜２０を形成した。さらにその上に、基板温度を１５
０℃で、前記の方法により厚さ１０ＱｎｌＩの第２の硫
化亜鉛薄膜２１を形成した。さらにその上に厚さ２０Ｑ
ｎｍのタンタル酸バリウム誘電体薄膜よりなる第２絶縁
体層２２およびアルミニウムよりなる背面電極２３をそ
れぞれ高周波スパッタリング法および真空蒸着法により
順次形成し薄膜ＥＬ素子（第２図参照）を作成した。

本実施例の薄膜ＥＬ素子と、蛍光体薄膜の両側に硫化亜
鉛薄膜を配設せず、他は本実施例と同様にして作成した
比較例の薄膜ＥＬ素子との輝度−電圧特性の比較を第３
図に示す。図よりわかるように、本実施例の薄膜ＥＬ素
子は発光輝度が高く、かつ輝度−電圧特性の傾きが急峻
であった。

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、の中から選ばれた１種ある
いは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。

本実施例では、硫化水素プラズマを作るため硫化水素の
みを用いたが、アルゴンやネオンなどの希ガスとの混合
ガスを用いても本発明の効果を発揮することができた。

硫化水素あるいは硫化水素を含むガスの圧力は、２Ｘ１
０−”）−ル以上で安定なプラズマが発生し本発明の効
果を発揮することができたが、５Ｘ１０−’トールより
高い場合は、形成された薄膜の付着力が小さく、表面の
平滑性が悪いこともあり実用的ではなかった。またプラ
ズマ化する手段として本実施例では有磁場マイクロ波放
電を用いたが、この他に直流放電や高周波放電を用いる
こともできた。ただ、有磁場マイクロ波放電を用いるこ
とにより低い圧力においても安定な放電が得られるため
、密度が高く、結晶性の優れた蛍光体薄膜を再現性よく
形成する事ができた。

本実施例では、蛍光体薄膜を挟持する硫化亜鉛薄膜を真
空蒸着法で形成したが、たとえばアルゴン中で硫化亜鉛
ターゲットを高周波スパッタリングすることにより作成
した硫化亜鉛薄膜を用いても、本発明の効果を発揮する
ことができた。

また本実施例では、二重絶縁層タイプの薄膜ＥＬ素子に
ついて説明したが、低電圧で駆動が可能なように、一方
の絶縁体薄膜のみを用いる片側絶縁層タイプの薄膜ＥＬ
素子や、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）を用いた直流タイプの
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 以上で説明したように、本発明によれば発光輝度、経時
的安定性および効率が高く、かつ輝度−電圧特性の傾き
が急峻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図は本発明の薄膜ＥＬ素子の製造方法に用いた薄膜
形成装置の断面図、第２図は本発明の実施例の薄膜ＥＬ
素子の断面図、第３図傘；日鯰出１１本発明の実施例の
薄膜ＥＬ 素子および比較例の薄膜ＥＬ素子の輝度−電圧特性を示
す特性曲線図である。 １・・・・・・金属製容器、３・・・・・・基板、５・
・・・・・磁界発生装置、６・・・・・・ガス導入口、
７．　８．　９・・・・・・抵抗加熱蒸発源、１１・・
・・・・真空排気系、１２・・・・・・マイクロ波導入
窓、１４・・・・・・発振器、１５・・・・・・導波管
、　１６・・・・・・ガラス基板、１７・・・・・・透
明電極、１８・・・・・・第１絶縁体層、１９・・・・
・・第１の硫化亜鉛薄膜、２０・・・・・・蛍光体薄膜
、２１・・・・・・第２の硫化亜鉛薄膜、２２・・・・
・・第２絶縁体層、２３・・・・・・背面電極。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　直流、高周波あるいはマイクロ波によりプラズ
   マ化された硫化水素中、あるいは直流、高周波あるいは
   マイクロ波によりプラズマ化された硫化水素を含むガス
   中で真空蒸着法により形成した硫化物蛍光体薄膜を、プ
   ラズマ化された硫化水素を含まないガス中で形成した硫
   化亜鉛薄膜で挟持することを特徴とする薄膜ＥＬ素子の
   製造方法。
2. （２）　硫化物蛍光体薄膜が硫化亜鉛、セレン化亜鉛、
   硫化カルシウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウムの
   中から選ばれた１種あるいは２種以上からなる材料を主
   成分とする請求項１に記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
3. （３）　硫化水素を含むガスが、硫化水素と希ガスとの
   混合ガスであることを特徴とする請求項１もしくは２に
   記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
4. （４）　硫化水素あるいは硫化水素を含むガスの圧力が
   ２×１０＾−＾５トール以上、５×１０＾−＾４トール
   以下であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載
   の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
5. （５）　硫化物蛍光体薄膜をプラズマ化された硫化水素
   、あるいはプラズマ化された硫化水素を含むガス中で、
   少なくともII族元素と、発光中心元素あるいは発光中心
   元素を含む化合物とを同時に加熱蒸発させることにより
   形成する請求項１もしくは２に記載の薄膜ＥＬ素子の製
   造方法。