JPH0322392A - 薄膜ｅｌ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（友　薄型で表示の視認性が優ｈ　　ＯＡ機器等
の端末ディスプレイとして最適である薄膜ＥＬ素子に関
するものであり、更に詳しくは発光特性が長期にわたっ
て安定な薄膜ＥＬ素子に関すも従来の技術 従来より薄膜ＥＬ素子をＸ−Ｙマトリックス構戊にした
薄膜ＥＬディスプレイパネルが知られていも　このパネ
ルは第ｌ誘電体層／蛍光体層／第２誘電体層の積層薄膜
の両面に水平平行電極群と垂直平行電極群とを互いに直
交するように配置しそれぞれの電極群に接続された給電
線により、切り換え装置を通して信号を加えて両電極の
交点部分の蛍光体層を発光させ（この交点の発光部分面
を絵素と称する）、発光した絵素の組み合わせによって
文字記蛛　図形等を表示させるものであん上記薄膜ＥＬ
ディスプレイパネル（友　通常ガラス製の透光性基板上
に　スズをドープした酸化インジウム（以下ＩＴＯと略
称する）からなる透明な平行電極群を形威し　その上に
第１誘電体層、蛍光体鳳　第２誘電体層を順次形或レ　
さらにその上に一般にＡｌ金属からなる背面平行電極群
を前記透明平行電極群に直交する配置で積層して作製す
も 蛍光体層は一般にＺｎＳ母体に発光センターとし７てＭ
ｎや希土類元素等をドープしたもＱ　あるいはＣａＳや
ＳｒＳ母体に発光センターとしてＣｅ，　　Ｅｕ等をド
ーブしたものが用いられる。

第１１第２誘電体層にはＹ＊Ｏｓ、ＳｉＯき、Ａｌ２０
３、Ｔ旧０５、Ｓｍ２０ｓ，Ｓ　ｉ３Ｎ４、ＢａＴｉＯ
ｓ、Ｓ　ｒＴｉＯｓ、Ｐ　ｂＴ　ｉｏ　ｓ、およびＢａ
Ｔａ２０ｅ等から選ばれた誘電体薄膜が用いられも　誘
電体層は蛍光体層の中を流れる電流を制御する電流リミ
ッターとしての働きを持板　ＥＬディスプレイパネルの
電気的ブレークダウンを防止し　耐電圧信頼性を保つた
めに重要であも 更に誘電体層は輝度一電圧特性ＣＢ／Ｖ特性）の経時変
化に対して大きな影響力を持＆　　Ｂ／Ｖ特性が駆動時
間と共に変化すると画面が乱れたり、コントラスト特性
が悪くなるの弘　できる限りその経時変化が少なくなる
ような誘電体薄膜を選ばなくてはならなＩ．％ 発明が解決しようとする課題 １ｍｍあたり５本以上のマトリックス状電極を有する高
精細薄膜ＥＬパネルを駆動；一　透明電極と背面電極に
挟まれた各絵素を発光させる場合、各絵素の大きさＬ　
　Ｏ．　　１　６ｍｍＸ０．　　１　６ｍｍと、非常に
小さくなるた吹　単層の誘電体層を用いた薄膜ＥＬバネ
ルを駆動した場合、ビンホール密度が多く、駆動初期に
おける絶縁破壊によって上記マトリクス状電極の上部Ａ
１電極が断線するという問題点があった 上記の問題点を解決するため＋’）３ｉＱ＊／Ｓｉ３Ｎ
４、Ｓｉｓｌ’Ｊａ／Ａ１ｇＱｓＳ　ＳｉＯ＊／Ｔａ＊
Ｏｓの多層絶縁膜が用いられている戟　蛍光体層に接す
る側に窒化珪素膜を用いた上記多層膜で（友　薄膜ＥＬ
素子の発光輝度が酸化物絶縁膜が蛍光体層に接した場合
と比較して低下する問題があり、また蛍光体層に接する
側に酸化物を用いた誘電体薄膜ではＥＬ素子の輝度一印
加電圧特性がＥＬ素子の駆動時間とともにシフトすると
いう欠点がある。

本発明は　前記従来の課題を解決し　高精細ＥＬバネル
製作後の初期駆動の際にも絶縁破壊が生じ哄　長時間に
わたり安定した輝度一印加電圧特性を持つ高輝度、かつ
信頼性の高い薄膜ＥＬｓ′ｆ−を提供する事を目的とす
る。

課題を解決するための手段 本発明番よ　透光性基板上に　透明電服　第１誘電体層
、　蛍光体凰　第２誘電体層および背面電極を順次積層
してなる薄膜ＥＬ素子において、前記第１誘電体層と第
２誘電体層の少なくとも一つの誘電体層をＳ　ｉＡ　１
０　Ｎ薄膜を含む誘電体層とずもＳ　ｉＡ　１０　Ｎ薄
膜の製膜には　窒素と亜酸化窒素の混合ガスを使用する
とともＧＱ　　ＳｌとＡ１の原子比がＳｉ／Ａｌ＝０．
　　８以上になるようＳｉとＡｌ金属の混合物からなる
蒸着源物質の比を調整したものであも 作用 Ａ１電極の断線ｉＬＥＬ素子駆動時に誘電体膜のビンホ
ール欠陥部分に電界が集中し絶縁破壊により誘電体薄膜
が破壊Ｌ　　Ａｔ電極を損傷させるため生じる。これを
解決するために　誘電体薄膜を緻密性や均質性の良い混
合誘電体薄膜とし　かつ多層膜構造とすることによって
、ピンホール密度が軽減されも　また　比誘電率と破壊
電界強度の積で示される誘電膜の性能指数力交　単膜で
大きいＢ　ａＴ　ａ２Ｑ　＊薄膜をＳ　ｉＡ　１０　Ｎ
薄膜に組み合わせることによって誘電膜の性能指数をよ
り大きくすることができる。これらの結気　初期駆動す
る際にも絶縁破壊が生じない信頼性の高い薄膜ＥＬ素子
を製作することができも 一方、誘電体層による発光輝度負　発光開始電圧の変動
１；ＬＥＬ蛍光体層と誘電体層との界面に形或されるト
ラップ準位の密度や深さが窒化膜誘電体層と酸化膜誘電
体層とで異なり、まｒ．，，ＥＬ素子の駆動に伴う新た
なトラップ単位の形戒速度も異なる為に生じると考えら
れも　これを解決するために　ＥＬ蛍光体層に接し　重
要な界面を形戊する誘電体薄膜をＳ　ｉＡ　１０　Ｎ薄
膜にすることによって、総合的に優れた界面が形戒さｈ
１　　輝度が高く長時間にわたって安定した輝度一印加
電圧特性を示すようになる。

以上説明したよう阪　ＥＬ素子の誘電体薄膜にＳ　ｉＡ
　１０　Ｎ薄膜を用し＼　更に多層膜構造にすることに
より、すべての薄膜間の密着性が優れ　ビンホールの少
ない誘電体薄膜を製膜でき、初期の耐電圧特性も優れた
高輝度のＥＬ素子を作製できも実施例 以下に　本発明の実施例について図面を参照しながら説
明すも 第１図は本発明にかかる薄膜ＥＬ素子の断面構造を示す
。図において、　■はガラス基板であり、その上に合金
ターゲットを用いてＩＴＯ薄膜を直流スパッタ法で形或
獣　ホトリソグラフィ技術によりストライブ状に加エレ
　透明電極２としたその上に第１誘電体層としてＳｉＯ
ｅ／ＳｉＡｌＯＮの多層膜３を形或し？Ｑ＋　　多層膜
の厚さは２００ｎｍであも　作製はＳｉ金属板及びＳｊ
．−Ａｌ混合金属板をターゲットにした高周波マグネト
ロン活性スパッタ法を用いｔも 以下上記Ｓ　ｉＡ　］Ｏ　Ｎ薄膜の作製条件を説明すも
スパッタ雰囲気はＮ２＋Ｎ２０混合ガスを使用しｆ，混
合ガス中のＮａＯガスの割合は１容量％から１０容量％
の範囲が適当であん　上記範囲よりＮ２０ガスの割合が
少ないと酸化反応が不十分になり、薄膜の内部応力が大
きくなり、蛍光体層製膜後の熱処理によって、Ｓ　ｉＡ
　１０　Ｎ薄膜の上の蛍光体薄膜が剥離しゃすくなも　
ま？ＱＥＬ素子の発光輝度も低くなる。逆にＮ２０ガス
の割合が多いと誘電体薄膜の絶縁特性が悪くなるととも
に性能指数も低下すも　また　ＥＬ素子の輝度一印加電
圧特性が経時変化しやすくなり、長時間安定に動作しな
くな７）ｃ，Ｎ２０の割合を上記の範囲で変化させるこ
とによって、絶縁膜中の酸素と窒素の割合を制御する事
ができ，Ｌ　　Ｓｔ−Ａｌ混合金属ターゲット中のＳｊ
１１度を０，２０，４０、　６０、　８０、　１００ｗ
ｔ％と変化させてＳ　ｉＡ　１０　Ｎ薄膜を製膜した力
交Ｓｉ濃度が低い場合で法　製膜したＳ　ｉＡ　１０　
Ｎ薄膜を蛍光体層上下に設けたＥＬ素子の輝度一印加電
圧特性が経時変化しやすくなる傾向にあった　まｆ：．
．　　ＳＬ，　　Ａｌ単一のターゲットを用いた場合で
（上ＥＬ素子に採用した場合にＥＬ素子が破壊しやすく
なる傾向にあっ？．：，，Ｓｉ濃度が４０％以上のＳｉ
−Ａｌ合金ターゲットを使用した場合によい結果が得ら
れた。スパッタ圧力は２〜２　０　Ｘ　１　０　−’Ｔ
ｏｒｒ，基板温度は室温〜４５０ａ　バワー密度は２〜
５Ｗ／ａｍ”の範囲で本発明に適したＳ　ｉＡ　１０　
Ｎ薄膜を作製できも 以上説明した条件で誘電体薄膜を２　０　０　ｎｍの厚
さの多層膜に形或し？＝ＳｉＯ２、Ｓ　ｉＡ　ｌ○Ｎ誘
電体薄膜の各々の膜厚は２０〜５０ｒｚｕ，１８０〜１
５０ｎｍであも　その上にＥＢ蒸着法でＺｎＳ：Ｍｎ蛍
光体薄膜４を４５０ｎｍの厚さに形或し１，発光センタ
ーのＭｎの含量は０．８原子％にし九蛍光体薄膜形或後
輝度アップのため真空雰囲気中で５５０ｔ，　　１時間
の熱処理を行っ九つぎにＳｉＡｌ○Ｎ　／　Ｂ　ａ　Ｔ
　ａｔ　Ｏ　ｅ積層構造の第２誘電体層５を蛍光体層４
の上に２００〜４００ｎｍの厚さに形或し九　ＳｉＡｌ
ＯＮ，　　ＢａＴａｔ○６各々の膜厚は５０〜１００ｎ
臥　３５０〜１００ｎｍであ４　　Ｓ　ｉＡ　１０　Ｎ
誘電体薄膜の製膜法は第１誘電体層の時と同じである力
＜　　ＢａＴａ＊Ｑ＠誘電体薄膜はＢａＴａ２０●セラ
ミックスターゲットを用（Ｘ．　Ａｒ＋０２混合ガスを
用いた高周波スパッタ法によって製膜した 最後にＡ１背面電極６をＥＢ蒸着法で付けた抵ホトリソ
グラフィ技術でＩＴ○電極と直交するストライプ状に加
工して薄膜ＥＬ素子を完或した本発明の一実施例にかか
る上記薄膜ＥＬ素子において、まず薄膜間の付着力と誘
電膜の緻密性について調べ九　蛍光体薄膜を形戊した後
の熱処理中の剥離と、ＥＬ素子駆動後の破壊状態を調べ
１，熱処理後、薄膜間の剥離は全く観察されなかっｒ＝
また　破壊モード（よ　いずれの場合も自己回復型であ
り低電界領域に置ける破壊も認められｆ．ＥＬパネルの
作製に適することが分かった。Ｓｉ３ＮｉやＡｌＮの窒
化膜あるいは窒素を比較的多く含むＳ　ｉＡ　１０　Ｎ
単膜を絶縁膜とした場合で（＊ＩＴＯとの間で剥離が生
じるとともに　第２誘電体層に用いた場合には素子の破
壊モードが伝搬型になる。

酸窒化膜の酸化の程度を太きくず瓜　もしくは酸化膜と
の積層構造とすることによって、　ＩＴＯおよびＡ１薄
膜に対する付着力を高くすることができも　また同時に
信頼性も高めることができも次にＳ　ｉＡ　１０　Ｎを
含む多層誘電体層を有する薄膜ＥＬ素子と、従来よく用
いられてきた誘電体薄膜Ｙ２０！、Ｔａａ○６、および
ＡＬａＯ＊を第１と第２誘電体層に使用した素子（第１
、第２誘電体層の厚さは各々２　０　０　ｎｍ）　ｉ；
ｘ　　第２図に示したような位相の異なる交流パルス電
圧を印加しｔラ　　印加電圧ＶＨは薄膜ＥＬ素子の発光
しきい電圧ｖｔｈに更に３０Ｖプラスした電圧とし九　
交流パルスを各薄膜ＥＬ素子に印加し　時間と共に発光
しきい電圧の変動を調べた　その結果を第３図に示し１
，Ｙ２０３、Ｔａ２０６およびＡｌ２０３を誘電体に用
いた従来の素子でｉ；ｉ，１００時間の駆動で約７％発
光しきい電圧が低下したのに対し（第３図（ａ）、（ｂ
）、　（Ｃ））、本発明の薄膜ＥＬ素子では１％以下で
あった（第３図（ｄ））これζよ　蛍光体層に接する側
に窒化珪素膜誘電層を設けた従来のＥＬ素子と同程度に
優れていも また、発光輝度は、蛍光体層に接する側にＳｉｆｔやＡ
１２０３等の酸化物誘電体層を設けたＥＬ素子に比較し
て、　５〜１０％低下しただけであっ１，　　本発明の
ＥＬ素子は更にそれ以後５０００時間ま玄ほとんど発光
しきい電圧や輝度の低下は見られず総合的に優れた発光
特性を示しｔも　　交流パルス電圧の印加によって発光
しきい電圧が移動するのＣ上蛍光体層と誘電体層の界面
の界面トラップ準位の分布や密度が駆動時間と共に変化
したためと考えられ　この変化がＺｎＳとＳ　ｉＡ　ｔ
ｏ　Ｎ誘電体層薄膜界面では非常に抑えら札　安定化し
たと言えもその効果は主に窒化珪素膜戒分によることが
確認されていも　しかし窒化膜のみでは前に説明したよ
うにＩＴＯやＡｌ電極薄膜との付着力が十分でなく、時
として製造時や駆動時にそれら薄膜との界面で剥離を生
じることがあっｆ， 次に　ＩＴｏ／ＳｉＯ＊／ＳｉＡｌＯＮ／ＺｎＳ／Ｓ　
ｉＡ　１０　Ｎ　／　ＢａＴａ２０ｅ　／　Ａ　Ｉ構造
と更に製作したＩＴ○／ＳｉＯ＊／ＳｉＡｌＯＮ／Ｚｎ
Ｓ／ＳｉＡｌＯＮ／　Ａ　Ｉｓ　Ｏ　ｓ　／　Ａ　ｌ構
造そして、従来用いられているＩ　ＴＯ／Ｓ　ｉｏｔ／
Ｓ　ｉ３Ｎａ／ＺｎＳ／Ｓｉ３Ｎ４／Ａ１２０ｇ　／　
Ａ　ｌ構造の３種類の薄膜ＥＬ素子を製作し　前記の駆
動条件のもとで５０時間駆動し特性を安定化させた後、
輝度と素子の破壊について調べ１，　　その結果を第４
図に示しｆＱ，　　実際のＥＬディスプレイパネルへの
応用を考えた場合、発光の始まる電圧（　Ｖ　ｔｈ＞か
ら更に印加できる電圧が大きいほど信頼性の面で有利で
あり、Ｖｔｈから一定の電圧を印加した時の輝度が高い
毘　つまり、第４図において曲線の傾きが急な毘　低い
電力で明るいディスプレイを製作する事ができるのは衆
知の通りであ’ｓ−　　Ｓｉ３Ｎ４を発光層上下に用い
た従来の素子でｌ＆　　ＳｉＡｌＯＮを発光層上下に用
いた今回の素子に比べて前記の曲線の傾きが緩やかにな
り、Ｖｔｈから一定電圧を印加した時の輝度が約２０％
低くなも　まｆ＝　　ＢａＴａａ○●を用いない従来構
造ではｖｔｈから破壊に至るまでの電圧幅が狭くなも　
また　この隊　輝度が飽和する以前に　微少な破壊が生
じやすい傾向にあも　従って、蛍光体層の上下はＳ　ｉ
Ａ　１０　Ｎとし好ましくは第４図に記述したようなＢ
ａ’Ｉ”ａｔＱｓ等の最大蓄積電荷量の大きい薄膜との
多層構造にする事が良いことがわかも ＥＬ素子駆動初期における絶縁破壊と輝度一電圧特性の
変動さらに　薄膜間の剥離を防止する方法として実施例
で挙げたように第１および第２誘電体層をＳ　ｉＡ　１
０　Ｎを含む多層薄膜とする事が効果的であも 同じ２００ｎｍの厚さのＳｉｎｇＳ　ＡｈＯｓ酸化薄膜
に比較Ｌ　　ＳｉＡｌＯＮを含む多層膜では誘電体自身
の最大蓄積電荷量が２〜４μＣ　／　ｃ　ｍ　”から４
〜６μＣ／ａｍ”に改善されも　この値（友　前記Ｓｉ
ｎｇ／Ｓｉ３Ｎａ、Ｓｉ３Ｎ４／ＡＬａｏｓＳ　Ｓｉｏ
ｓ／’Ｉ’ａ２０６多層絶縁膜と比較して大きく、ＥＬ
パネルへの適用に適すも 上記のように　Ｓ　ｉＡ　１０　Ｎを含む多層構造の誘
電体層を用いることによって、初期の耐電圧特性に優へ
　低駆動電圧領域における微少破壊の全く生じなＩ，Ｘ
．且つ輝度の低下、発光しきい電圧の変紘薄膜間の剥離
という駆動ならびに製造上の不安定要素子全く無い薄膜
ＥＬ素子を得ることができｔラ以上の説明において誘電
体層の膜厚は薄膜ＥＬ素子によく用いられる２００〜４
００ｎｍとした場合について記しｔも　　誘電体層の膜
厚は薄膜ＥＬ素子の目的とする輝度でほぼ決定される蛍
光体層の膜厚に従って変えねばならな（〜　すなわち薄
い蛍光体層の時は一般に薄い誘電体層でよ八　本発明は
誘電体層の緻密性や均質性と蛍光体層と誘電体層の界砥
　並びに各薄膜間の密着性を技術的な問題としたもので
あも　従って、耐電圧特性が満たされた誘電体の膜尾　
膜構戒であればよく、特に制限されるものではなし１ ＥＬ蛍光体層４はＭｎ以外のたとえば希土類元素の活性
物質を含むＺｎＳ蛍光体ＡＰ，ＣａＳやＳｒＳにＣｅや
Ｅｕの活性物質を含んだものに対しても本発明のＥＬ薄
膜構或は効果があっｔも　　これは界面トラップ準位が
蛍光体母体と誘電体の種類でほぼ決まること、およびＣ
ａＳやＳｒＳ母体が特に蛍光体としてＺｎＳに似ている
ためであも 発明の効果 以上のように本発明によれば　耐剥離および耐電圧特性
に優れ　かつ長時間の駆動によっても発光しきい電圧の
変動が極めて少ない高輝度の薄膜ＥＬ素子を歩留りよく
製造でき、コンピュータ端末などの薄瓢　高品位ディス
プレイとして広く利用でき、実用的価値は大き鶏

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる薄膜ＥＬ素子の構或
を示す断面は　第２図は同薄膜ＥＬ素子を駆動する電圧
を示すは　第３図は同薄膜ＥＬ素子の発光しきい電圧の
経時変化を示すグラフ、第４図は同薄膜ＥＬ素子の輝度
と破壊電圧を示すグラフであも

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 　（１）透光性基板上に　透明電極、第１誘電体層、蛍
   光体層、第２誘電体層および背面電極を順次積層してな
   る薄膜ＥＬ素子において、誘電体層の少なくとも一方に
   酸化珪素（ＳｉＯ＿２）、窒化珪素（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）
   、酸化アルミニウム（Ａｌ＿２Ｏ＿３）、窒化アルミニ
   ウム（ＡｌＮ）の系からなる混合誘電体層（以下ＳｉＡ
   ｌＯＮと記述）を含むことを特徴とする薄膜ＥＬ素子。
2. 　（２）ＳｉＡｌＯＮ誘電体層のＳｉとＡｌの原子比を
   Ｓｉ／Ａｌ＝０．８以上にしたことを特徴とした請求項
   １記載の薄膜ＥＬ素子。
3. 　（３）　ＳｉＡｌＯＮ誘電体層を窒素（Ｎ＿２）と亜
   酸化窒素（Ｎ＿２Ｏ）ガスの混合ガス、及び、ＳｉとＡ
   ｌを混合した金属ターゲットを使用する事によるスパッ
   タ法で製膜したことを特徴とする請求項１記載の薄膜Ｅ
   Ｌ素子。
4. 　（４）ＳｉＡｌＯＮ誘電体層を窒素（Ｎ＿２）と５％
   以下の濃度の亜酸化窒素（Ｎ＿２Ｏ）ガスの混合ガスを
   使用する事によって製膜したことを特徴とする請求項３
   記載の薄膜ＥＬ素子。
5. 　（５）ＳｉＡｌＯＮ誘電体層を含む多層構造としたこ
   とを特徴とする請求項１記載の薄膜ＥＬ素子。
6. 　（６）多層構造誘電体層の蛍光体層に接する側をＳｉ
   ＡｌＯＮとし、透明電極に接する側をＳｉ、Ａｌの組成
   比は同じであるが、Ｎを抜いた酸化膜としたことを特徴
   とする請求項５記載の薄膜ＥＬ素子。
7. 　（７）多層構造誘電体層の蛍光体層に接する側をＳｉ
   ＡｌＯＮとし、透明電極に接する側を酸化珪素（ＳｉＯ
   ＿２）膜としたことを特徴とする請求項１記載の薄膜Ｅ
   Ｌ素子。
8. 　（８）発光層上下をＳｉＡｌＯＮ誘電体層としたこと
   を特徴とする請求項１記載の薄膜ＥＬ素子。
9. 　（９）第２誘電体層をタンタル酸バリウム（ＢａＴａ
   ＿２Ｏ＿６）とＳｉＡｌＯＮ誘電体層の多層構造とした
   ことを特徴とする請求項１記載の薄膜ＥＬ素子。