JPH04121992A - エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 - Google Patents
エレクトロルミネッセンス素子の製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
ルミネッセンス素子(以下、“EL素子゛と略記する)
その製造方法に関するものである。
を添加したものに高電圧を印加するコトで発光するエレ
クトロルミネッセンスの現象は古くから知られている。
、74ダイジエストーオブ・テクニイカル・ベーバーズ
、84頁、1974年; SID 74 Digest
of TechnicalPapers 1974、
ジャーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサエティ、
114巻、106B頁、1967年; Journal
of Electrochesical 5ocie
ty。
飛躍的に向上し、薄膜EL素子は薄型デイスプレィに応
用されるようになり、市販されるまでになった。
添加される発光中心の組合せで決まる。例えばZnS母
体に発光中心としてM nを添加すると黄どう色、又、
Tbを添加すると緑色のエレクトロルミネッセンス発光
(以下″EL発光”と略記する)か得られる。
用いて作製する場合、赤、青、緑の3原色を発光するE
L素子が必要であり、各色を高輝度に発光するEL素子
の開発か精力的に進められている。これらの3原色のう
ち、青色についてはZnSにTmをドープしたZnS:
Tm発光層や5rSl:CeをドープしたSrS:Ce
発光層で青色EL発光が得られることが知られている(
特公昭83−46117 、小林洋志他、テレビジョン
学会誌、40巻、991頁、1986年)。
という問題点を有する。中でも、青色EL素子は特に低
輝度である。S rS : Ce発光層を有する素子は
電子ビーム蒸着法で作製しH2S雰囲気中、600℃で
30分間アニールする方法で駆動周波数2.5K Hz
で約100フートランバート(3500d/■2)の輝
度が得られた(特公昭B3−48117号公報)。その
後、SrSを電子ビーム蒸着する際に、硫黄を共蒸着す
る方法で駆動周波数5K )lzで最高輝度IBOOc
d/m ’が達成され、この値がこれまでの最高の輝度
であった。(エア争アイ帝デイ、8Bダイジエスト・オ
ブ・ベーバーズ、29頁、1986年、 SID8BD
i−gest of Technical Paper
s P、29.1986)。
輝度発光を示すEL素子を製造するための条件が数多く
検討されている。例えばMBE(モレキュラー ビーム
・エピタキシャル)法やMOCVD (有機金属ガス気
相成長)法を用いて高結晶性の発光層を製造する方法な
どが知られている。これらの方法により、Z n S
: M n発光層を有する、黄とう色発光を示すEL素
子では、かなり効果を得ているが、青色を示すS rS
: Ce発光層では顕著な効果は得られていない。
有する薄膜EL素子を提供して従来技術の上記問題点を
解消しようとするものである。
すSrS素子の製造方法について鋭意検討した。本発明
者等は金属硫化物を母材とする発光層を硫化性ガスで加
熱処理する方法について詳細に検討した結果、特公昭[
i3−48117号公報に記載されているような温度が
650℃未満で熱処理時間が1時間未満の場合や、特開
平1−272093号公報の実施例に記載されているよ
うな発光層をEB蒸着で作製し、加熱処理時の硫化性ガ
ス濃度がtopa以下と低い場合には高輝度発光しない
が、発光層をスパッタ法で作製し、さらに分圧20Pa
以上の硫化性ガス雰囲気中で、加熱温度を650℃以上
にし、かつ、時間を1時間以上とすることで、輝度が急
激に増加することを見出だし、本発明をなすにいたった
。
S4で表せる硫化物を母材とする発光層を分圧が2OP
a以上の硫化性ガス雰囲気中、650℃以上850℃以
下の温度で1時間以上加熱処理を行うことを特徴とする
薄膜エレクトロルミネッセンス素子の製造方法である。
よびSrとCa5Bax Zn、Cclから選ばれる1
種以上との合金のうち何れかであり、Sは硫黄である。
5SS rx Ca、−8S1Sr、Ba+−5SZn
S、Srx Zn、−s。
る金属硫化物は硫化性ガスによるアニールの効果が大き
く好ましく、上記一般式中Xは0.6以上1未満が好ま
しい。
が用いられるが、スパッタ法により作製した素子は特に
高輝度発光を示し好ましい。
二硫化炭素、硫黄蒸気、エチルメルカプタン、メチルメ
ルカプタン等のメルカプタン類、ジメチル硫黄、ジエチ
ル硫黄等を挙げることかできる。中でも、硫化水素ガス
は輝度向上の効果が大きく好ましい。これは硫化水素が
一部加熱分解して発生する水素に、微量酸素を除去する
大きな効果があるためてはないかと推定される。
ある。650℃未満では硫化性ガスの効果が小さく、真
空中又は不活性ガス中で加熱処理した素子と比較して若
干高輝度となる程度である。
著しい。850℃を越えると透明電極の劣化や絶縁耐圧
の低下があり好ましくない。
o、1を母材とし、CeF3を発光中心とした発光層に
おいて、700℃で、H2Sを1.Omo1%含むアル
ゴン気流中で加熱した時の輝度(5KHz、 sin波
駆動駆動び平均結晶粒径と加熱時間の関係を示すが、1
時間以上で輝度は、急激に増加する。加熱処理時間は加
熱温度により異なるが、2時間以上が好ましく、3時間
以上ではさらに好ましい。24時間以上の加熱を行って
も輝度の増加は飽和しており、それ以上の大きな効果は
ない。
しくは100Pa以上である。この条件を作る方法とし
ては、真空排気等により減圧したところに硫化性ガスを
導入する方法、硫化性ガス、あるいは不活性ガス等で希
釈した硫化性ガスを流す方法等がある。不活性ガスで希
釈した硫化性ガスの場合、分圧10Paは全圧1気圧で
は0.01%に相当する。不活性ガスで希釈した硫化性
ガスを雰囲気ガスとして用いる場合の硫化性ガス濃度は
0.02〜100mo1%、より好ましくは0.1〜1
00mo1%である。希釈ガスとしてはAr、He等の
不活性ガスが用いられる。又、加圧下の加熱処理でも良
い。第2図にS r o9Z no、+を母材とし、C
eF、を発光中心とした発光層において、加熱温度70
0℃、加熱時間4時間の時の加熱処理時の雰囲気ガス中
の硫化性ガス分圧と輝度(5KH2Ssin波駆動)の
関係を示す。硫化性ガス分圧が1OPaを越えると輝度
は増加しだす。硫化性ガス分圧103以上では輝度の増
加は飽和する。
限定されないが、Ce % E u SP r sTb
、Tm、Sm、Nd、Dy、Ho、E r。
とができる。中でもCeを発光中心として含む場合が高
輝度発光を示すために好ましい。発光中心は金属で添加
しても化合物で添加してもかまわない。例えば、Ceの
場合は、Ce5CeF3、CeCl 3、Ce I 3
、CeBr3、Ce2S3、Euの場合はEu。
、 EuBr5 、Eu2S3、Prの場合は、P
r5PrF3、PrCl3 、 Pr13 、 PrB
r3 、Pr2S3、Tmの場合は、TmSTmF3
、TmCl :t 、 Tm1y 、 Tm
Br3 、Tm2S3、Smの場合は、Sm、SmF
x、SmC13、SmI 3 、 SmB r
3 、Sm2S3、Ndの場合は、Nd1NdF3
、NdC1x 、 Nd1z 、 NdBrx
、Nd2S3、Dyの場合は、Dy、DYF3、D
)/C13、Dyl 3、DyBr3、Dy5283
、Hoの場合は、HO,HOF3、HOC13、HOI
3 、HoBr3 、HO253、Erの場合は、Er
、ErFa、ErC1z、Er13、ErBr)、 Er2Sz、Mnの場合は、Mn、、MnF2、MnC
l2 、Mn12 、MnBr2 、MnS。
CuC1、CuCI 2、Cur、Cul 2、Cu
B r % Cu B r 2 、Cu 2 S −、
Cu Sが挙げられる。発光中心の濃度は特に限定され
ないが、あまり少ないと発光輝度が上からす、又、あま
り多すぎると発光層の結晶性が悪くなったり、濃度消光
が起って輝度か上からない。好ましくは母体に対して0
.01〜511o1%、より好ましくは0.05〜2m
o1%の範囲である。本発明のSrS発光層では、電荷
補償材を添加した方か添加しない場合と比べて高輝度に
発光する。電荷補償材の濃度としては、特に限定されな
いが、好ましくは母体に対して0.01〜5mo196
、より好ましくは0.05〜2a+o!%の範囲である
。
ITOと略記する)電極を作製し、その上に絶縁層、硫
化物を主成分とする発光層を形成し、次いで硫化性ガス
の雰囲気中で加熱処理をおこなうと、上に絶縁層と硫化
物発光層が形成されていない、露出したITO電極は硫
化性ガスとの接触により絶縁体となり、素子に電圧を印
加するのが不可能となる。本発明者らも、当初この現象
により、硫化性ガス雰囲気中での加熱処理は不可能と考
えたが、絶縁層と硫化物発光層で覆われたITO電極は
導電性を維持していることを見い出し、加熱処理後に、
絶縁層と硫化物発光層を一部分剥離し、ITO電極を露
出させ、この部分に電圧印加用のリード線を接続するこ
とで、EL素子を作製する方法を開発した。又、露出し
たITO電極部分だけをPt、Aus又はMoS i
2、Mo2 S i 3などのモリブデンシリサイド、
WSi2、W5Si3などのタングステンシリサイド等
の硫化性ガスの浸透を防止する導電層でカバーする方法
でも素子を作製できる。硫化性ガスに対して耐性を有す
る電極上に絶縁層及び発光層を形成し、硫化性ガス雰囲
気中での加熱処理後に、最上部にITO電極を形成する
構造のEL素子では、このような工夫は必要ない。
されない。例えばSiO2、Y2O3、Ti0z、Al
2O3、HfO2、TazOs、BaTa205、Sr
TiO3、PbTiO3、Si3N4、Zr0z等やこ
れらの混合膜又は2種以上の積層膜を挙げることができ
る。絶縁層の膜厚は特に限定されないが、好ましくは5
00〜30000人の範囲であり、より好ましくは10
00〜15000人の範囲である。
反応を防ぐためにバッファー層を用いることが好ましい
。バッファー層としては特に限定されないが、金属硫化
物層、中でもZ n S %Cd S SS r S
SCa S % B a S −CuS等が挙げられる
。バッファー層の膜厚は特に限定されないが100〜1
0000 A、の範囲であり、より好ましくは500〜
3000人の範囲である。
薄すぎると発光輝度が低く、厚すぎると発光開始電圧が
高くなるため、好ましくは500〜30000 人の範
囲であり、より好ましくは1000〜15000人の範
囲である。
子が得られる理由としては、硫化性ガスは発光層中及び
加熱雰囲気中に微量存在する酸素ガスを除去する効果も
あると推定される。
低下の原因になると指摘され[ジャバニズ・ジャーナル
・オブ・アブライドフィジイックス、27巻、L 19
23頁、1988年; JAPANESE)QUl?N
AL OF APPLID P)tYsIcs、
27.L 1923(19H)]微量酸素を除く方法
か望まれていた。本発明法は膜中の微量酸素を除く効果
も有し、SrS:Ce発光層系において、特に大きな輝
度向上効果が得られるものと推定される。
会社製、 NA−40)に厚さ約1000人のITo電
極を形成した。
いて、酸素30%、アルゴン70%の混合ガスを導入し
て反応性スパッタ蒸着を行い、厚さ4000人のTa2
05と厚さ1000人のSiO2を順次形成し、絶縁層
とした。
ッタ蒸着により厚さ約1000人のZnS薄膜を作製し
た。その後SrSとZnSを9対1のモル比で混合し、
さらに0.3IIlo1%のCeF3及びKCIを混合
した粉末をターゲットに用い、2mo1%の硫化水素を
含むArガスを30mTorrの圧力で導入して、基板
温度250”Cてスパッタ蒸着を行い 厚さ約6000
人のS ro、g Zno、、 S : Ce膜を作製
した。このようにして得られた膜を硫化水素をlOmo
1%含むArガスを100a+I/sinで流しつツ、
720”Cで、4時間加熱処理した。
及び5i02と厚さ4000人のTa 20sを順次形
成し絶縁層とした。
光層及び絶縁層の一部を剥離させてITO電極を露出し
、これを用いた。
、 sin ?ti駆動で4000cd/m ’であっ
た。比較のために、加熱処理をAr中で行い、他は実施
例1と同様にして作製した素子の最高輝度は500cd
/m ’であった。
して素子を作製した。最高輝度は1BOOcd/m 2
であった。
で30分行ったこと以外は、実施例1と同様にして素子
を作製した。素子の最高輝度は5KHz、 sin波駆
動駆動00cd/a+ 2であった。
と以外は実施例1と同様にして素子を作製した。この素
子は最大輝度3500cd/m2(5kHz、 sin
波駆動駆動示した。
rSに変えたこと以外は、実施例1と同様にして素子を
作製した。この素子は最大輝度4500cd/m ’
(5K)I’z、 sin波駆動駆動示した。
外は実施例1と同様にして素子を作製した。この素子は
最大輝度4300cd/m 2(5KHz。
ように変化させた以外は1.8実施例1と同様にして、
薄膜EL素子を得た。発光輝度の測定結果を第1表に示
す。
0.Bao1%のCeFzとPrF3とKCIを添加し
た、粉末ターゲットを用いたスノク・フタ法で作製した
Sr、、Ca、、、S:Ce、Prを使用する以外はす
べて実施例1と同様にしてSro 9Ca、、、S:
Ce、Pr薄膜EL素子を作製した。この素子は最大輝
度3000 cd/+n’(5KHz、 sin波駆
動)を示した。
に0JIIlo1%のCeF3とKCl、及び0.02
111゜%のEuF3を添加した、粉末ターゲットを用
いたスパッタ法で作製したS ro、 gB ao、I
S :Ce s E uを使用する以外はすべて実施
例1と同様にしてSrO,gBao、I S:Ce、E
u薄膜EL素子を作製した。この素子は最大輝度320
0c、67m2(5KHzSsin波駆動)を示した。
、温度680℃で加熱処理したこと以外は実施例1と同
様にしてSro、 Bao、IS:Ce素子を作製し
た。この素子は最大輝度2800cd/m2(5KHz
、 sin波駆動)を示した。
中に0.3io1%のSmF 3とKCIを添加した粉
末ターゲットを用いたスパッタ法で作製したS ro、
’)Zno、、S : Smを使用する以外はすべて実
施例1と同様にしてS ro、9Z no、+ S ’
Sm薄膜EL素子を作製した。この素子は最大輝度32
0cd/m ’ (5KHz、 sin波駆動)を示
した。
ように変化させた以外は、実施例1と同様にして薄膜E
L素子を得た。発光輝度測定結果を第2表に示す。
たZnSを用いた事以外は実施例1と同様にして素子を
作製した。本素子はAr中で熱処理して作製した素子の
約3倍の輝度を示した。
たCaSを用いた事以外は実施例1と同様にして素子を
作製した。本素子はAr中で熱処理して作製した素子の
約2倍の輝度を示した。
%添加したSrGa2S4用いた事以外は実施例1と同
様にして素子を作製した。本素子はAr中で熱処理して
作製した素子の約2倍の輝度を示した。
トロルミネッセンス素子を用いることにより、フルカラ
ーのELデイスプレィを作製することができる。
の輝度と加熱処理時間との関係を示すグラフ、第2図は
S ra、e Zno、+ S : Ce素子の輝度と
加熱処理時の雰囲気ガス中のH2S分圧との関係を示す
グラフである。 第 図 第 H2Sの分圧(Pa)
Claims (2)
- (1)一般式MSまたはSrGa_2S_4で表せる母
材に、発光中心をドープした発光層を有する薄膜エレク
トロルミネッセンス素子の製造方法において、以下に記
載する(a)〜(f)の製造行程を有することを特徴と
するエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。 但し、上記一般式において、 MはCa、Zn、およびSrとCa、Ba、Zn、Cd
、から選ばれる1種以上との合 金のうち何れか、 Sは硫黄である。 (a)基板上に電圧印加用の導電性の薄膜電極をつける
。 (b)導電性薄膜上に電気絶縁層をつける。 (c)上記絶縁性薄膜上に金属硫化物を母材とし、発光
中心が付与された発光薄膜をつ ける。 (d)基板上に発光層まで順次成膜したものを、650
℃以上850℃以下の温度で1時間以上、20Pa以上
の分圧を有する硫化性ガス雰囲気中でアニールする。 (e)アニールの後、発光層の上に電気絶縁層をつける
。 (f)絶縁性薄膜の上に電圧印加用の導電性の薄膜電極
をつける。 - (2)一般式MSで表せる母材がCaS、 Sr_xCa_1_−_xS、Sr_xBa_1_−_
xS、ZnS、Sr_xZn_1_−_xS、 Sr_xCd_1_−_xS、 (但し、上記式中xは1未満の正の数値を示す。) の何れかである請求項(1)記載のエクトロルミネッセ
ンス素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2238986A JP3005027B2 (ja) | 1990-09-11 | 1990-09-11 | エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996001549A1 (fr) * | 1994-07-04 | 1996-01-18 | Nippon Hoso Kyokai | Couche formee d'un compose ternaire et procede de production de cette couche |
WO1996015648A1 (fr) * | 1994-11-14 | 1996-05-23 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | Element electroluminescent a couche mince |
KR100430565B1 (ko) * | 2001-05-31 | 2004-05-10 | 한국전자통신연구원 | 알루미늄설파이드를 포함하는 형광체 및 그 제조방법 |
-
1990
- 1990-09-11 JP JP2238986A patent/JP3005027B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO1996001549A1 (fr) * | 1994-07-04 | 1996-01-18 | Nippon Hoso Kyokai | Couche formee d'un compose ternaire et procede de production de cette couche |
US5773085A (en) * | 1994-07-04 | 1998-06-30 | Nippon Hoso Kyokai | Method of manufacturing ternary compound thin films |
WO1996015648A1 (fr) * | 1994-11-14 | 1996-05-23 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | Element electroluminescent a couche mince |
KR100430565B1 (ko) * | 2001-05-31 | 2004-05-10 | 한국전자통신연구원 | 알루미늄설파이드를 포함하는 형광체 및 그 제조방법 |
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