JPH0282493A - 薄膜エレクトロルミネッセンス素子 - 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］ 本発明は薄膜エレクトロルミネッセンス素子（以下、薄
膜ＥＬ素子と略記する）、特に、絶縁層を改善した薄膜
ＥＬ素子に関する。

［従来の技術］ 薄膜エレクトロルミネッセンス素子は優れた視認性をも
つ人容二のフラットパネルデイスプレィとして開発が進
められている。その構造は透明ガラス基板上に透明電極
、絶縁層、発光層、絶縁層、背面電極を積層したものが
代表的である。ＥＬ索子は全固体であるため強度が大で
、耐環境性に優れ、可搬型のワードプロセッサーコンピ
ューターへの応用が進みつつある。

マルチカラー化をめざしたＥＬ索子の発光層母材として
はＳｒＳ、ＣａＳ等のアルカリ土類硫化物、５ｒＳｅ、
ＣａＳｅ等のアルカリ土類セレン化物が代表的である。

しかしこれらの発光層を用いたＥＬ素子は長期信頼性の
点で十分なものとは占いがたく、その対策として絶縁層
に窒化物層を用いることがこころみられている（特開昭
８２−５５９６、特願昭６０−２２８８６３参照）。

しかし、薄膜ＥＬ素子としては寿命が充分ではなかった
。

［発明が解決しようとする課題］ 従来技術で示されている絶縁層は一元系窒化物であり、
そのため特性的に十分満足できるものではなかった。た
とえばＳｉ３Ｎ＋層は電極との付着強度が弱く、剥離の
問題がある。

ＡｌＮ層は伝播型絶縁破壊モードを示すため、絶縁破壊
が広い面積でおこる問題がある。ＢＮ層は比誘電率が小
さいため駆動電圧が大きくなる問題がある。これらのＥ
Ｌ索子の絶縁層においては二元系窒化物の具体的検討が
これまでおこなわれていなかったのが現状であった。

本発明ではアルカリ土類カルコゲン化物を発光層とする
ＥＬ素子において、長期信頼性に優れ、なおかつ他のＥ
Ｌ諸時特性十分満足できるＥＬ素子を提供することを目
的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明のＥＬ素子は基板上に
透明電極、一層以上の絶縁層、発光層および背面電極を
有する薄膜ＥＬ素子において、上記発光層がアルカリ土
類カルコゲン化物を母体材料とするものであり、前記絶
縁層の少くとも一層がＡｌＮ−ＢＮ系、またはＡｌＮ−
３ｉ３Ｎ４系の化合物で構成されている薄膜ＥＬ素子で
ある。

以下添付図面に沿って本発明をさらに詳細に説明する。

第１図は本発明の薄膜ＥＬ素子の構成例を示す断面図で
ある。ガラス基板ｌ上に透明電極２、第１絶縁層３、発
光層４、第２絶縁層５、背面電極６が順次積層されてい
る。

絶縁層３．５としてＡｌＮ−３ｉ３Ｎ４系絶縁層を用い
る。ＡｌＮ−３ｉ３Ｎ４系絶縁層は酸素を含まないため
、これとアルカリ土類カルコゲン化物を積層したＥＬ索
子において発光層であるアルカリ土類カルコゲン層の酸
化劣化がおこらず、信頼性の高い素子を得ることができ
る。ＡｌＮ層の場合、絶縁破壊モードは伝播型であり、
絶縁破壊がおこった時の素子の破壊面積は大きくなって
しまう。ＡｌＮ−ＳｉｐＮ４系化合物では絶縁破壊モー
ドが自己回復型となるため破壊面積は小さく、絶縁層と
して適している。またＡｌＮ−８ｉ３Ｎ＜系絶縁層は電
極との接石刀も強く剥離は起こりにくい。

また絶縁層３．５としてＡｌＮ−ＢＮ系絶縁層を用いる
こともできる。ＡｌＮ−ＢＮ系絶縁層も酸素を含まない
ため信頼性の高い素子を得ることができる。ＡｌＮ−Ｂ
Ｎ系絶縁層の絶縁破壊モードは自己回復型であり、破壊
部の大きさが数＋μｍ程度と比較的小さくなった。また
絶縁耐圧もＡｌＮ単独よりも改善されており、信頼性の
高い絶縁層となっている。

ＡｌＮ−Ｓｉ３Ｎ＜系絶縁層、ＡｌＮ−ＢＮ系絶縁層の
膜厚は８００λ以上２μｍ以下が適している。６００Å
以下では絶縁耐圧が低下し、２μｍ以上ではしきい値電
圧の増加、膜の経時的剥離が発生する。

またこれらＡｌＮ−３ｉ３Ｎ＋系絶縁層、ＡｌＮ−ＢＮ
系絶縁層に積層して発光層と反対側に酸化物絶縁層を設
けることもできる。酸化物絶縁材料としてはＳｉ０２、
Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２０５あるいは５ｒＴｉ０３ ＰｂＴｉＯｚ等の強誘電材料が用いられる。酸化物層の
膜厚は数百オングストロームから数千オングストローム
が適している。

ガラス基［１としてはソーダ石灰ガラス、ボロシリケー
トガラス、アルミノシリケートガラス、石英ガラス等を
用いることができる。なかでも耐熱性、アルカリ濃度、
コストの点からボロシリケートガラス、アルミノシリケ
ートガラスが適している。

透明電極２としてｌ；ｔｌＴｏＳＳｎＯｚｌ：Ｓｂ等を
ドープしたもの、ＺｎＯにＡＩ等をドープしたものなど
が用いられる。透明電極の膜厚は数百オングストローム
から数千オングストローム程度が好適である。

発光層４としてはＳｒＳ、ＣａＳといったアルカリ土類
硫化物、５ｒＳｅＳＣａＳｅといったアルカリ土類セレ
ン化物などアルカリ土類カルコゲン化物に発光中心とし
てＣｅ、Ｅｕ等の希土類元素を添加したものを用いる。

これらの母材、発光中心の組合せにより赤、緑、青等の
発光色を得る。発光層の膜ＪＩ、ｌＩは数千オングスト
ロームから数μｍが適している。

背面電極６としてはＡ１等の金属あるいは前述の透明電
極を用いる。電極の膜厚は数百オングストロームから数
μｍが適している。

これらの薄膜は蒸芒、イオンブレーティング、スパッタ
リング、ＣＶＤ等種々の薄膜形成方法により成膜される
。

以下に本発明を実施例によって更に詳細に説明する。

実施例１ 第１図の構成のパネルにおいてガラス基板１は厚さ　１
　、１ｍｍのアルノシリケートガラスとした。

透明電極２はＺｎＯ：　Ａ　ｌで膜厚を２０００人とし
た。

第１絶縁層３はＡｌＮ−３ｉ３Ｎ＋系絶縁層とし膜厚を
３０００人とした。

発光層４はＳｒＳ：Ｃｅとし膜厚は１μｍである。

第２絶縁層５はＡｌＮ−３ｉ３Ｎ４系絶縁層とＳｉＯ２
層の積層とした。発光層側にＡｌＮＳｉ、＋Ｎ＋系絶縁
層を、その上にＳ　ｉ０２層を積層した。膜厚はそれぞ
れ３０００人、１０００人とした。

背面電極６はＡＩで膜厚は１００ＯＡとした。

ＡｌＮ−８ｉ３Ｎ４系絶縁層の成膜は反応性ＲＦスパツ
タリング法によりおこなった。ターゲットはＡｌとＳｉ
の複合ターゲットとし、面積比を変えて組成比を変化さ
せた。

またＺｎＯ：　Ａ　ＩはＤＣスパッタリング法で、発光
層はＥＢ蒸着法で、ＡＩは抵抗加熱蒸着法でそれぞれ成
膜した。

こうして作製したＥＬ素子を周波数１ｋｌｌｚ、パルス
幅１００μｓの交幡パルスで駆動し、輝度、絶縁破壊電
圧等を評価した。輝度はしきい値電圧（Ｖｔｈ）にｅｏ
ｖを加えた電圧での輝度（Ｌ　６ｏ）で評価した。ただ
ししきい値電圧は輝度がｌｅｄ／　ｍ　２となる電圧と
した。また素子が絶縁破壊する電圧（Ｖ　Ｂ　Ｄ）とし
きい値電圧（Ｖ　ｔｈ）の差を素子の絶縁耐圧の特性値
として評価した。

第２図はこうして作製した素子の絶縁耐圧と窒化物絶縁
層の組成との関係を示したものである。また第３図は素
子の輝度と窒化物絶縁層の組成との関係を示したもので
ある。

ＡｌＮ−３ｔ３Ｎ４系化合物とすることによりＡｌＮ層
よりも絶縁耐圧が増大している。また化合物とすること
によりＳｉ３Ｎ４層よりも輝度が向上している。

第２図、第３図においてＮ　（ＡＩ）　、Ｎ　（Ｓｌ）
はそれぞれオージェ電子分光よりもとめたＡｌ。

Ｓｉ濃度である。

実施例２ 実施例１と同様の構成のパネルにおいて第１絶縁層３を
Ａ　Ｉ　Ｎ−ＢＮ系絶縁層とし、第２絶縁層５をＡｌＮ
−ＢＮ系絶縁層とＳｉＯ２層の積層とした。

第４図はこうして作製した素子の絶縁耐圧と窒化物絶縁
層の組成との関係を示したものである。

また第５図は窒化物絶縁層の誘７ヒ率と組成との関係を
示したものである。

ＡｌＮ−ＢＮ系化合物とすることによりＡｌＮ層よりも
絶縁耐圧が増大している。また化合物とすることにより
、誘電率をＢＮ層よりも大きくすることができ、しきい
値電圧を下げることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の薄膜ＥＬ素子は、従来の
ＡｌＮ、ＳｉｘＮ＋、あるいはＢＮ各単一化合物の絶縁
層か゛らなる素子に比較して、それぞれ絶縁耐圧、輝度
、誘電率等の増大あるいはしきい値電圧の低下による寿
命の延長、信頼性の増大等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の薄膜ＥＬ索子の構成を示す断面の模
式図、 第２図および第４図は、本発明の薄膜ＥＬ索子の窒化物
絶縁層の組成と絶縁耐圧との関係を示すグラフ、 第３図は、本発明の薄膜ＥＬ素子の窒化物絶縁層の組成
と輝度との関係を示すグラフ、第５図は、本発明の薄膜
ＥＬ索子の窒化物絶縁層の組成と誘電率との関係を示す
グラフてあ特許用ＬｉＲ人　株式会社リコー 代理人　弁理士　小　松　秀　岳

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板上に透明電極、一層以上の絶縁層、発光層および
   背面電極を有する薄膜エレクトロルミネッセンス素子に
   おいて、上記発光層がアルカリ土類カルコゲン化物を母
   体材料とするものであり、かつ、絶縁層のうち少くとも
   一層がＡｌＮ−ＢＮ系またはＡｌＮ−Ｓｉ＿３Ｎ＿４系
   の化合物で構成されていることを特徴とする薄膜エレク
   トロルミネッセンス素子。