JPH027390A

JPH027390A - 薄膜エレクトロルミネセンス素子

Info

Publication number: JPH027390A
Application number: JP63158932A
Authority: JP
Inventors: Masumi Arai; 荒井　真澄; Shinya Mizuki; 水木　伸也; Nobue Ito; 伊藤　信衛; Tadashi Hattori; 正服部
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1988-06-27
Filing date: 1988-06-27
Publication date: 1990-01-11

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】［産業上の利用分野コ本発明は、電界の印加によりエレクトロルミネセンス発
光する薄膜エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子に関す
る。ＥＬ素子は平面薄型表示素子として広範な用途を有
し、例えば各種情報端末機器等の表示手段として有効で
ある。

［従来の技術］従来のＥＬ素子の基本構造としては、ガラス基板上に絶
縁層を電子ビーム蒸着あるいはスパッタ法により形成し
、この絶縁層上面に、発光中心として例えばマンガンを
添加した硫化亜鉛（ＺｎＳ）セレン北面Ｓｊ：（ＺｎＳ
ｅ）等よりなる発光層、絶縁層、アルミニウム等よりな
る背面電極を順次形成したものが一般的である。

上記構造のＥＬ素子において、電極に交流電圧を印加す
ると、上記発光層内に高電界が誘起される。この高電界
により加速されてエネルギーを得た電子が、ホットエレ
クトロンとなり、発光層の界面から他方の界面へ電界の
極性に応じて移動する際に発光中心に衝突してこれを励
起する。そして励起された発光中心が基底状態に落ちる
時にＥＬ発光する。

ところで、ＥＬ発光を生起するには、１０６Ｖ　／　ａ
ｎ以上の高電界が必要とされるが、Ｅ、Ｌ素子は、ガラ
ス基板を除く厚さがせいぜい１〜２μｍ程度と極薄であ
るため、絶縁破壊により欠陥が生ずるおそれがあり、素
子の信頼性において大きな問題となる。

そこで、絶縁層について、材質面から様々な検討が試み
られており、従来は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａ、ｌ！
　２０３といった絶縁破壊強度の大きい材料が用いられ
ているが、これらは比誘電率が小さいので、駆動電圧が
高くなる傾向にあり、これを抑制するために絶縁層の膜
厚を薄くする必要があった。しかしながら、膜厚が薄く
なると均一に成膜することが困難となり、歩留まりを低
下させる原因となっている。

また、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３等の誘電体は、比誘
電率が大きいので駆動電圧を低くすることができるが、
３元化合物であるため組成がずれやすく、また高温中で
成膜しなければならないなめ生産性が悪い。

このため、例えば特開昭５７−１７２６９２号公報には
、比誘電率が大きく絶縁耐力の大きい五酸化タンタルで
絶縁層を構成することが提案されている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、五酸化タンタル薄膜は発光層との付着力
が低く、特に、緻密な膜が得られるため絶縁耐力の向上
に効果的であるスパッタ法で成膜した場合には、発光層
との熱膨脹係数の差などから、成膜時に剥離等の膜異常
が発生することがあった。また、真空蒸着法により成膜
した場合には、剥離等の膜異常は発生しにくいが、緻密
な膜が得に＜＜、絶縁耐力が低下して絶縁破壊による画
素欠陥が発生ずるおそれがあるという問題があった。

しかして、本発明の目的は、五酸化タンタル薄膜と発光
層との間の付着力を向上させ、高誘電率で絶縁耐力が大
きい五酸化タンタル薄膜の利点を生かし、しかも剥離等
の膜異常の発生のない、高い信頼性を有するＥＬ素子を
歩留まりよく提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明の構成を第１図で説明すると、絶縁基板１上に、
少なくとも一方が透明電極である一対の電極２．５間に
挟持せしめて発光体薄膜層４を形成し、上記発光体薄膜
層４と上記一対の電極２．５のうち少なくとも一方の電
極との間に絶縁体薄膜層３１．３２を介在させた薄膜エ
レクトロルミネセンス素子において、上記絶縁体薄膜層
３１．３２を五酸化タンタル薄膜で格成し、かつ上記絶
縁体薄膜層３１．３２と発光体薄膜層４との間に窒化ケ
イ素薄膜よりなるバッファ層６１．６２を介在させであ
る。

［作用］窒化ケイ素薄膜よりなるバッファ層６１．６２は、絶縁
体薄膜層（以下、絶縁層という）３１．３２、および発
光体薄膜層（以下、発光層という）４のいずれとも密着
性が良く、絶縁層３１．３２と発光層４の間に介在して
、両者の付着力を向上させる。また、窒化ケイ素は比誘
電率が７〜８と比較的高く、絶縁破壊強度が５〜６Ｘ１
０６Ｖ／ｌと高いため、ＥＬ素子特性を低下させること
なく、信頼性の向上が実現できる。

［実施例］以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
１図は本発明を適用したＸＹマトリクスＥＬ素子の全体
断面図であり、ガラス基板１上には、透明電極２、五酸
化タンタル（ＴａｚＯ５）薄膜よりなる第１絶縁層３１
、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）薄膜よりなる第１バツフア
ＪｉＪ６１、発光層４、窒化ケイ素薄膜よ゛りなる第２
バッファ層６２、五酸化タンタル薄膜よりなる第２絶縁
層３２、背面電極５が順次形成しである。

上記素子の製造方法を次に示す。

図において、ガラス基板１上に、ＩＴＯ（酸化インジウ
ム・スズ）をアルゴンおよび酸素の混合ガス雰囲気中で
高周波スパッタして２０００人の厚さに成膜し、ウェッ
トエツチングによりＸ方向にストライプ状の透明電極２
を形成した。

次に五酸化タンタルをターゲットとし、アルゴンおよび
酸素の混合ガス雰囲気中で高周波スパッタして、透明電
極２上に第１絶縁層３１を形成した。膜厚は５０００人
とした。

第１絶縁層３１上には、シリコンをターゲットとし〜、
窒素雰囲気中で高周波スパッタして窒化ケイ素薄膜を１
００ＯＡの厚さに成膜し、第１バッファ層６１とした。

続いて、第１バッファ層６１上に、マンガンを０．８重
量％の割合で含有する硫化亜鉛（ＺｎＳ）ペレットを電
子ビーム蒸着法で６０００人の厚さに成膜して発光層４
を形成した。そして、発光層４上に、膜厚１０００人の
第２バッファ層６２、膜厚５０００Ａの第２絶縁層３２
を、それぞれ第１バッファ層６１、第１絶縁層３１と同
様の方法で形成した。さらにその上面にはアルミニウム
を電子ビーム蒸着法で４０００人の厚さに成膜し、ホト
エツチング法によりＹ方向にストライプ状の背面電極５
を形成してＥＬ素子とした１゜第２図には、絶縁層３１
．３２の成膜法と、絶縁耐力の関係を示す。図中、第２
図（ａ）が本実施例のＥＬ素子、（ｂ）は第１絶縁層３
１をスパッタ法で、第２絶縁層３２を真空蒸着法で成膜
した場合、（ｃ）は第１絶縁層３１および第２絶縁層３
２の両方を真空蒸着法で成膜した場合である。

このように絶縁層３１．３２の成膜法としてはスパッタ
法を採用するのが最適であり、（ｂ）あるいは（Ｃ）の
場合に比べ、高密度な五酸化タンタル薄膜が得られ、絶
縁耐力を向上させることができる。

なお、一般に、薄膜の密度の大小は屈折率の大小に比例
することが知られており、上記２つの成膜法により成膜
した五酸化タンタル薄膜の屈折率を測定したところ、ス
パッタ法による五酸化タンタル薄膜の屈折率がｎ＝２．
０〜２．２、真空蒸着法による五酸化タンタル薄膜の屈
折率はｎ；１．９〜２゜０であった。これより、五酸化
タンタル薄膜は、絶縁耐力の向上という点から・、屈折
率がｎ＝２．０以上であることが望ましい。

このようにして得られたＥＬ素子について、輝度１００
Ｃｄ／ｒｙｆから絶縁破壊までの電圧を測定し、結果を
平均絶縁耐力として第１表に示した。第１表に明らかな
ように、平均絶縁耐力は１３０■と良好な結果を示した
。また、剥離などの膜異常は認められず、発光耐久試験
後の劣化も見られなかった。

また、比較のため、バッファ層の材質を酸化イツトリウ
ム、酸化アルミニウムに変更した場合について同様の実
験を行ない、結果を第１表に併記した。酸化アルミニウ
ムでは剥離が発生し、酸化イツトリウムでは平均絶縁耐
力は大きな差はないが、発光耐久試験中、絶縁破壊や背
面電極の剥離による劣化が発生した。これは吸湿性のあ
る酸化イツトリウム中の水分の影響によるものと推定さ
れる。

第表胃で］なお、上記実施例では、バッファ層の膜厚を１０００Ａ
としたが、バッファ層は密着性を高めるのに必要な最少
限の厚さがあればよく、通常、２００〜１０００人の範
囲で適宜選択される。・また、バッファ層の屈折率は１
．６以上とすることが好ましい。

本発明では、発光層と絶縁層との間にバッファ層を介在
させることにより、バッファ層において電圧降下を生ず
るが、バッファ層を密着性を高めるに必要な最少限の厚
さとし、絶縁層を構成する五酸化タンタル薄膜の膜厚を
加減することにより電圧降下は最少限に抑制される。

上記実施例では、二重絶縁構造を有するＥＬ素子につい
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく
、発光層の片側のみに絶縁層を有する構造のＥＬ素子に
も好適に適用できる。

［発明の効果］以上のように、本発明によれば、発光層と五酸化タンタ
ル薄膜よりなる絶縁層の間にバッファ層として窒化ケイ
素薄膜を介在させることにより、発光層と絶縁層の密着
性を飛躍的に向上させることができる。従って、剥離等
の膜異常が生ずることがなく、高歩留りが実現でき、低
駆動電圧で絶縁耐力に優れた信頼性の高いＥＬ素子が得
られるので、実用上高い価値を有する。

また、窒化ケイ素薄膜は防湿性にも優れているので、Ｅ
Ｌ素子の防湿対策にも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示し、第１図
は本発明のＥＬ素子の全体断面図、第２図は本発明実施
例におけるＥＬ素子の絶縁耐力分布を示す特性図である
。１・・・・・・ガラス基板（絶縁基板）２・・・・・・
透明電極３１・・・・・・第１絶縁層（絶縁体薄膜層）３２・・
・・・・第２絶縁層（絶縁体薄膜層）４・・・・・・発
光層（発光体Ｆｓ膜層）５・・・・・・背面電極

Claims

【特許請求の範囲】

　絶縁基板上に、少なくとも一方が透明電極である一対
の電極間に挟持せしめて発光体薄膜層を形成し、上記発
光体薄膜層と上記一対の電極のうち少なくとも一方の電
極との間に絶縁体薄膜層を介在させた薄膜エレクトロル
ミネセンス素子において、上記絶縁体薄膜層を五酸化タ
ンタル薄膜で構成し、かつ上記絶縁体薄膜層と発光体薄
膜層との間に窒化ケイ素薄膜よりなるバッファ層を介在
させたことを特徴とする薄膜エレクトロルミネセンス素
子。