JPH03165494A - 薄膜型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〕 本発明は薄膜型エレクトロルミネッセンス素子に係り、
さらに詳しくはその絶縁層の改良に関する。

〔従来の技術〕

薄膜型エレクトロルミネッセンス素子の一般的構造は、
第１図に示すように、透明電極（２）と背面電極（６）
との間に第１絶縁層（３）、発光層（４）および第２絶
縁層（５）を配設したものである。

この薄膜型エレクトロルミネッセンス素子は、薄型で高
精細であるという特長を有し、平面情報表示素子として
、その価値が高く評価され、注目を集めている。

そのため、高輝度で信頬性の高いことが要求され、その
実現のために従来がらも絶縁層や発光層の材料および成
膜法に関して各種の研究がなされ、絶縁層には５ｒｘＮ
ｓ、ＡＩＮなどの窒化物（例えば、特開昭５４−４４８
８５号公報、特開昭５４−５５１９０号公報）やＡ　ｌ
　ｚ０３　、Ｓ　ｉ　Ｏ！　、Ｔ　ａ　ｚｏｓなどの酸
化物などが用いられてきた（例えば、特開昭５８−２０
６０９５号公報、特開昭５７−１７２６９２号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、Ｓ　１３Ｎａ　、Ａ　Ｉ　Ｈなどの窒化
物は膜歪みが大きく、厚（成膜すると、透明電極や背面
電極から剥離しやすいので、長寿命化が達成しにくく、
信頼性に欠けるという欠点があった。

また１、Ａ　Ｉ、０３．Ｓ　ｉＯ，、ＴａｚＯｓなどの
酸化物は透明電極を構成するＩＴＯ膜の電気抵抗を増加
させるので、高輝度の素子が得られにくいという問題が
あった。

したがって、本発明は上記従来の薄膜型エレクトロルミ
ネッセンス素子が持っていた信頼性の欠如や輝度が低い
という問題点を解決し、高輝度でかつ信頼性の高い薄膜
型エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は第１絶縁層および第２絶縁層の少なくとも一方
を下記の式（１）で示されるサイアロンで形成すること
によって、上記目的を達成したものである。

式（１） ％式％ （式中、ｗ＝　４．８〜５．２　、ｘ　＝　０．９〜１
．３　、ｙ　＝４．２〜１１、ｚ＝０．５〜５．０であ
る）上記のサイアロンは、５ｊＡＩの窒化物に酸素を導
入し、かつその組成を制御したものであって、酸素の導
入により窒化物の欠点である膜歪みを抑制し、また、酸
化物の欠点であるＩＴＯ膜の電気抵抗増加を引き起こさ
せず、しかも、高電界でも絶縁破壊が少な（、かつ水分
の透過が少ないという特性を有している。

上記サイアロンを示す式（１）の５１ｗＡｌｘ０ｙＮｚ
において、Ｓｉはケイ素で、ＡＩはアルミニウム、０は
酸素で、Ｎは窒素であり、それらの組成を示すｗ、ｘ、
ｙ、ｚは、それぞれ、ｗ＝４．８〜５．２　、ｘ＝　０
．９〜１．３　、ｙ　＝　４．２〜１１、Ｚ−０，５〜
５．０であるが、Ｓｉ、ＡＩ、Ｏ，Ｈの組成を上記のよ
うにするのは次の理由によるものである。

つまり、Ｗが４．８より小さいときは、膜歪みが大きく
なって電極から剥離しやすくなり、Ｗが５２より大きく
なると、比誘電率が小さくなって好ましくない。

Ｘが０．９より小さいときは、比誘電率が小さくなり、
Ｘが１．３より大きくなると、膜歪みが大きくなって電
極から剥離しやすくなるので好ましくない。

ｙが４．２より小さいときは、膜歪みが大きくなって電
極から剥離しやすくなり、ｙが１１より大きくなると、
比誘電率が小さくなって好ましくない。

２が０．５より小さいときは、比誘電率が小さくなり、
２が５．０より大きくなると、膜歪ろが大きくなり電極
から剥離しやすくなるので好ましくない。

つぎに、図面を参照しつつ本発明の薄膜型エレクトロル
ミネッセンス素子を説明する。

第１図は本発明の薄膜型エレクトロルミネッセンス素子
の一例を示すものであり、この薄膜型エレクトロルミネ
ッセンス素子は、透明ガラス坂などからなる透明基板（
１）上にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜、Ｓ　ｎ　Ｏ
ｚ膜などの透明導電膜からなる透明電極（２）が形成さ
れ、その上に式（Ｔ）で示されるサイアロンからなる第
１絶縁層（３）がスパッタ法、イオンビームスパッタ法
などで形成されている。そして、その第１絶縁層（３）
上にＺｎＳ　：　Ｔｂ、Ｆなどの蛍光体を電子ビーム蒸
着法、スパッタ法などにより成膜することによって発光
Ｍ（４）が形成されている。上記発光層（４）上には上
記第１絶縁層（３）と同様に式（１）で示されるサイア
ロンからなる第２絶縁層（５）が形成され、上記第２絶
縁層（５）上にはアルミニウム蒸着膜などからなる背面
電極（６）が形成されている。そして、透明電極（２）
と背面電極（６）は交ｉＪｔ電ａ（８）に接続され、素
子が駆動できるようになっている。

この薄膜型エレクトロルミネッセンス素子の透明電極（
２）と背面電極（６）との間に交流電圧を印加すると、
発光層（４）の両側の第１絶縁層（３）および第２絶縁
層（５）に上記交流電圧が誘起されることになり、発光
層（４）にエネルギーが与えられて発光層（４）が発光
する。

そのため、第１絶縁層（３）や第２絶縁層（５）には高
電界が印加されることになり、上記絶縁Ｎ（３）、（５
）は高電界でも破壊されないことが要求される。また、
発光層（４）の劣化は水分の存在下で発光層（４）に電
界が印加されることによって生しるため、絶縁層（３）
、（５）は水分の透過が少ないものであることが要求さ
れる。

そこで、従来は、ＡＩＮ、５ｉｓＮａなどの窒化物やＡ
　Ｉ　ｚ○３　、Ｓ　ｉ　Ｏ２、Ｔａｘｅｓなどの酸化
物を絶縁層（３）、（５）に用いて、上記要求に応える
ようにしてきたが、ＡＩＮ、Ｓｉ、Ｎ、などの窒化物は
、酸化物に比べて結合エネルギーが大きく、合成するの
に多くのエネルギーを必要とするため、均一な組成の膜
を作りがたく、そのため、膜歪みが大きくなり、厚く成
膜すると、透明電極（２）や背面電極（６）から剥離し
やすいという欠点があり、また、Ａ　ｌ　ｇｏｓ　、Ｓ
　Ｉ　Ｏｘ　、Ｔ　ａ　ｚｏｓなどの酸化物は、成膜時
の過剰な酸素供給により透明電極（２）を構成するＩＴ
Ｏ膜の電気抵抗を増加させるという欠点があって、充分
に満足できるものとはいえなかった。

そのため、本発明では、絶縁層（３）、（５）を５ｉＡ
ｌの窒化物に酸素を導入したサイアロンと呼ばれる酸窒
化物で、かつ、その組成を制御したもので形成すること
によって、絶縁層（３）、（５）を高電界でも絶縁破壊
が少なく、かつ水分の透過が少なく、しかも膜歪みの発
生を抑制して透明電極（２）や背面電極（６）からの剥
離が少なく、かつその形成時に透明電極（２）を構成す
るＩＴＯ膜の電気抵抗増加を弓き起こさせないものにし
たのである。

第２図は本発明の薄膜型エレクトロルミネッセンス素子
の他の例を示す断面図であり、この第２図に示すもので
は、背面電極（６）上に絶縁層（３）、（５）の場合と
同様のサイアロンからなるバンシヘーンヨン層（７）が
設けられている。

つまり、この第２図に示す薄膜型エレクトロルミネッセ
ンス素子は、サイアロンの存する優れた耐水分透過性を
利用して、背面電極（６）上にサイアロンでパンシベー
ション層（７）を形成し、発光層（４）への水分侵入を
より確実に防止して、発光層（４）の劣化を防止し、長
寿命化を達成できるようにしたものである。

〔実施例〕

つぎに参考例および実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明する。

まず、参考例においては、０２ガスの圧力を変えてサイ
アロン膜を成膜することにより第３図に示す構造の試験
用素子を作製し、そのサイアロン膜の組成、比誘電率お
よび絶縁破壊を起こす電界強度を調べ、実施例では、上
記参考例で得たサイアロン膜の特性についての知見に基
づいて薄１１エレクトロルミネッセンス素子を作製し、
その特性を調べた。

参考例１ アルミナシリケートガラスＮＡ−４０（商品名、ＨＯＹ
Ａ［）からなるガラス基板（１１）上に、スパントン去
によりＩＴＯ膜を膜厚２，５００人（２５０ｎｍ）で成
膜して、ＩＴＯ電極（１２１を形成した。

つぎに、第４図に示すニュートラルイオンビームスパッ
ク装置を用い、ターゲットにはサイアロン（Ｓ　Ｉｓ、
ｓ　Ａ　Ｉ。、、０゜、ｓ　Ｎｑ、ｓ　）焼結体を用い
て、Ａｒガス、Ｎ２ガス、０□ガスをそれぞれ２　Ｘｌ
０−５Ｔｏｒｒ、　６　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒ、　４　Ｘ
ｌ０−５Ｔｏｒｒになるように装置内に導入し、加速電
圧６００ｖでスパッタリングして、ＩＴＯ電極０２）上
にサイアロン膜０３）を膜厚４　、０００人で形成した
。

この時、上記基板（１１）は２５０°Ｃに加熱し、マス
クによりＴＴＯ電極（＋２１の一部が露出する状態にし
てサイアロン膜面の形成を行った。

ここで、第４図のニュートラルイオンビームスパック装
置について説明すると、（２１）はガスの導入口で、（
２２）はイオン化電極、（２３）はイオン化電子供給源
、（２４）は加速電極、（２５）はターゲット、（２６
）は被成膜基板、（２７）はヒータ、（２８）は排気口
、（２９）はニュートラライザ−である。

この装置では、導入口（２１）から装置内に導入された
ガス（Ａ　ｒ　、　Ｎ２．０□など）はイオン化電極（
２２）でイオン化され、加速電極（２４）で加速されて
、イオンビームとなり、イオン化したガスはニュートラ
ライザー（２９）により中性化される。そして、中性化
されたガスはターゲフト（２５）に入射し、ターゲソ）
　（２５）をスパッタリングさせて、被成膜基板（２６
）上にサイアロン膜を形成させる。

イオン化電子供給ｆｉ　（２３）は上記の導入ガスのイ
オン化に際し、熱電子を供給し、ヒータ（２７）は被成
膜基板（２６）の加熱に使われ、排気口（２８）は装置
内を真空に維持するために真空ポンプで装置内の空気を
吸引する際の排気口となるものである。そして、破戒膜
基板（２６）は、この参考例１では、ガラス基板（１１
）上にＩＴＯ電ｐｉＧ２］を形成したものであり、この
ＩＴＯ電極０り上にサイアロンＨａ　０３）が形成され
る。

つぎに、上記サイアロン膜０３）上に抵抗加熱法により
アルミニウムをＩｉ！径２ｗＩｍの円形で２．０００人
の厚さに蒸着してアルミニウム電極側を形成して、第３
図に示す構造の試験用素子を作製した。

参考例２ サイアロン膜０渇の形成にあたり、スパッタガスとして
ＡｒおよびＮ２を用い、０２は用いずに、Ａｒガス圧お
よびＮ２ガス圧を参考例１と同一にしてスパッタリング
を行い、第３図に示す構造の試験用素子を作製した。

参考例３ サイアロン膜０Ｊの形成にあたり、スパッタガスとして
実施例１と同様にＡ「、Ｎｚ、０２を用い、Ａ「ガス圧
およびＮ！ガス圧は実施例１と同一にし、０□ガス圧の
みを２　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒに変えてスパッタリングを
行い、第３図に示す構造の試験用素子を作製した。

参考例４ サイアロン膜ｑ田の形成にあたり、スパッタガスとして
実施例１と同様にＡｒ、Ｎｚ、Ｏ□を用い、Ａｒガス圧
およびＮ２ガス圧は実施例１と同一にし、０２ガス圧の
みを６　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒに変えてスパッタリング
を行い、第３図に示す構造の試験用素子を作製した。

参考例５ サイアロン膜面の形成にあたり、スパッタガスとして実
施例１と同様にＡ　ｒ　、、Ｎｚ　、Ｏ□を用い、Ａｒ
ガス圧およびＮ２ガス圧は実施例１と同一にし、０２ガ
ス圧のみを８　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒに変えてスパッタリ
ングを行い、第３図に示す構造の試験用素子を作製した
。

上記のようにして作製した試験用素子のサイアロン膜０
りの組成を分析した結果を第１表に示す。

また、上記試験用素子のＩＴＯ電極とアルミニウム電極
との間の静電容量をＬＣＲメータ（インピーダンスメー
タ）を用いて周波数１　ｋＨｚで測定し、サイアロン膜
の比誘電率を測定した。さらに、上記試験用素子の両電
極間に直流電圧をステップ状印加し、サイアロン膜の絶
縁破壊を起こす電界強度を測定した。それらの結果を第
１表に併せて示す。

第１表に示すように、サイアロン膜の組成が式（１）の
範囲内（すなわち、５１ｗＡｌｘ０ｙＮｚで、ｗ＝　４
．８−５．２　、ｘ　＝　０．９〜１．３　、　Ｙ　＝
　４．２〜１１、ｚ＝０．５〜５．０の範囲内）に入る
参考例１、参考例３および参考例４は、サイアロン膜の
絶縁破壊を起こす電界強度が大きく、また比誘電率もそ
れほど大きく低下しなかったが、酸素の組成が小さい参
考例２は、サイアロン膜の比誘電率は大きいものの、絶
縁破壊を起こす電界強度が小さかった。また、酸素の組
成が式（Ｉ）の範囲より若干大きく、窒素の組成が式（
１）の範囲より若干小さい参考例５は、サイアロン膜の
比誘電率の低下と絶縁破壊を起こす電界強度の低下が生
じはしめていた。

つぎに本発明の実施例を挙げる。実施例１〜３では第１
図に示す構造の薄膜型エレクトロルミ７ンセンス素子を
作製し、実施例４〜５では第２図に示す構造の薄膜型エ
レクトロルミネッセンス素子を作製して、それぞれの発
光開始電圧、発光開始電圧＋６０Ｖの輝度、マージン（
絶縁破壊を起こす電圧−発光開始電圧）および寿命（輝
度が３０％低下するまでの時間）を測定した。

実施例１ アルミナシリケートガラスＮＡ−４０（商品名、ＨＯＹ
Ａ■〕からなる透明基板（１）上にスパッタ法によりＩ
ＴＯ膜からなる透明導電膜を膜厚２．０００人（２０Ｏ
ｎ＋ｗ）で全面に形成した後、フォトリングラフィのエ
ツチングにより透明導電膜を部分的に除去し、透明導電
膜が横方向に多数帯状に平行配列するようにして透明電
極（２）を形成した。

つぎに、第４図に示すニエートラルイオンビームスパッ
タ装置を用い、クーゲットにはサイアロン（Ｓｌｓ、ｓ
ＡＩ。、ｓ　Ｏｏ、ｓ　Ｎｔ、ｓ　）焼結体を用いて、
Ａ「ガス、Ｎ２ガス、０□ガスをそれぞれ２　Ｘ　１０
−　’Ｔｏｒｒ、６　Ｘ　１０−　’Ｔｏｒｒ、４　Ｘ
　１０−’Ｔｏｒｒになるよう上記スパッタ装置に導入
し、加速電圧６００■でスパッタリングして、サイアロ
ン膜を１，０００人の厚さに成膜して第１絶縁層（３）
を形成した。この時、被成Ｍ基＋Ｉｉ（透明基板（１）
上に透明電極（２）を形成したもの）は２５０°Ｃに加
熱した。

つぎに、活性物質として３重量％のＴｂＦ、をドープし
たＺｎＳを上記第１絶縁層（３）上に電子ビーム蒸着法
により膜厚６，０００人に成膜して発光層（４）を形成
した。

発光層（４）を５００°Ｃでアニール後、再びサイアロ
ン膜を前記と同一条件で成膜して第２絶縁層（５）を形
成しくただし、発光Ｎ（４）を覆うように形成する）、
この第２絶縁Ｎ（５）上に挺抗加熱法によりアルミニウ
ムの蒸着膜を形成し、フォトリングラフィのエツチング
により上記アルミニウム蒸着膜を部分的に除去し、前記
透明電極（２）と相互に直交する帯状の背面電極（６）
を形成して、第１図に示す構造の薄膜型エレクトロルミ
ネッセンス素子を作製した。

実施例２ 第１絶縁層（３）および第２絶縁層（５）の形成にあた
り、スパッタガスとして実施例１と同様にＡｒ。

Ｎ２．０□を用い、Ａｒガス圧およびＮ２ガス圧は実施
例１と同一にし、０□ガス圧のみを２　Ｘｌ０−５Ｔｏ
ｒｒに変えてスパッタリングして第１絶縁層（３）およ
び第２絶縁層（５）を形成したほかは、実施例１と同様
にして第１図に示す構造の薄膜型エレクトロルミネッセ
ンス素子を作製した。

実施例３ 第１絶縁層（３）および第２絶縁層（５）の形成にあた
り、スパッタガスとして実施例１と同様にＡｒ、Ｎ２．
０□を用い、Ａｒガス圧およびＮｔガス圧は実施例１と
同一にし、０２ガス圧のみを６Ｘ１０Ｔｏｒｒに変えて
スパッタリングして第１絶縁層（３）および第２絶縁Ｎ
（５）を形成したほかは、実施例】と同様にして第１図
に示す構造の薄膜型エレクトロルミネッセンス素子を作
製した。

実施例４ 実施例１と同様にして背面電極（６）まで形成した後、
上記背面電極（６）上に（ただし、背面電極（６）が存
在していないところは第２絶縁層（５）上に）、実施例
１の第１絶縁層（３）および第２絶縁層（５）の形成と
同一条件下でサイアロン膜を成膜することによりパッシ
ベーション層（７）を形成して、第２図に示す構造の薄
膜型エレクトロルミネッセンス素子を作製した。

実施例５ 実施例４の背面電極（６）形成後のバンシベーシａン層
（７）の形成にあたり、０□ガス圧を６　Ｘｌ０−５Ｔ
。

ｒｒに変えてパッシベーション層（７）の形成を行い、
第２図に示す構造の薄膜型エレクトロルミネッセンス素
子を作製した。

比較例１ 第ト絶縁Ｎ（３）および第２絶縁層（５）の形成にあた
り、スパッタガスとしてＡｒおよびＮ２を用い、０２ガ
スは用いずに、Ａｒガス圧およびＮ２ガス圧を実施例１
と同一にしてスパッタリングすることにより第１絶縁層
（３）をおよび第２絶縁層（５）を形成したほかは、実
施例１と同様にして第１図に示すものと同し構造の’ｉ
ｌ　ＩＩＩ型エレクトロルミネッセンス素子を作製した
。

比較例２ 第１絶縁層（３）および第２絶縁層（５）の形成にあた
り、スパッタガスとして実施例１と同様にＡｒ、Ｎ２．
０□を用い、Ａｒガス圧およびＮｔガス圧は実施例１と
同一にし、０２ガス圧のみを８×１０Ｔｏｒｒに変えて
スパッタリングして第１絶縁層（３）および第２絶縁層
（５）を形成したほかは、実施例１と同様にして第１図
に示すものと同じ構造の薄膜型エレクトロルミネッセン
ス素子を作製した。

つぎに、上記のようにして作製した実施例１〜５および
比較例１〜２の薄膜型エレクトロルミネッセンス素子を
２０’Ｃ１相対湿度６５％の雰囲気中に入れ、それらの
素子の透明電極（２）と背面室ｉ　（６）の間に１ｋＨ
ｚパルス波を印加し、発光開始電圧、発光開始電圧＋６
０Ｖの輝度、マージン（！！縁破壊を起こす電圧−発光
開始電圧）および寿命（輝度が初期輝度から３０％低下
するまでの時間）を測定した。その結果を第２表に示す
。

第２表に示すように、実施例１〜５の薄膜型エレクトロ
ルミネッセンス素子は、輝度が高く、かつ長寿命で、発
光開始電圧、マージンとも適正な範囲にあり、高輝度で
信組性の高い薄膜型エレクトロルミネッセンス素子とし
ての品質を備えていた。特に、背面電極（６）上にパッ
シベーション層（７）を設けた実施例４〜５の薄膜型エ
レクトロルミネッセンス素子は長寿命であった。

これに対し、比較例１の薄膜型エレクトロルミネンセン
ス素子では、絶縁層を構成するサイアロン膜の酸素の組
成が少ないために、膜がリーキーとなり（膜が電流を流
しやすくなる）、発光層に有効な電界がかかりにくくな
って、輝度が低下した。また、比較例２の薄膜型エレク
トロルミネッセンス素子では、絶縁層を構成するサイア
ロン膜の酸素の組成増加により窒素の組成が低下して、
発光開始電圧が高くなって輝度が低下し、また、水分が
透過しやすくなって寿命が低下した。

〔発明の効果］ 以上説明したように、本発明では、絶縁層を特定組成の
サイアロンで形成することにより、高輝度で、かつ信組
性の高いＦｉ！膜型二型エレクトロルミネッセンス素子
供することができた。また、上記特定組成のサイアロン
でパッシベーション層を形成することにより、薄膜型エ
レクトロルミネッセンス素子の寿命を向上させることが
できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の薄膜型エレクトロルミネッセンス素子
の一例を示す断面図であり、第２図は本発明の薄膜型エ
レクトロルミネンセンス素子の他の例を示す断面図であ
る。第３図はサイアロン膜の特性を調べるための試験用
素子の断面図であり、第４図はサイアロン膜を成膜する
ためのニュートラルイオンビームスバンタ装置の説明図
である。 （１）・・・透明基板、（２）・・・透明電極、（３）
・・・第１絶縁層、（４）・・・発光層、　（５）・・
・第２絶縁層、（６）・・・背面雪掻、（７）・・・パ
ッシベーション層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　透明電極（２）と背面電極（６）との間に、第
   １絶緑層（３）、発光層（４）および第２絶緑層（５）
   を配設してなる薄膜型エレクトロルミネツセンス素子に
   おいて、 上記第１絶縁層（３）および第２絶縁層（５）の少なく
   とも一方が下記の式（Ｉ）で示されるサイアロンで形成
   されていることを特徴とする薄膜型エレクトロルミネツ
   センス素子。 式（Ｉ）： ＳｉｗＡｌｘＯｙＮｚ （式中、ｗ＝４．８〜５．２、ｘ＝０．９〜１．３、ｙ
   ＝４．２〜１１、ｚ＝０．５〜５．０である）（２）　
   背面電極（６）上に式（Ｉ）で示されるサイアロンから
   なるパツシベーション層（７）を設けた請求項１記載の
   薄膜型エレクトロルミネツセンス素子。