JPH04249094A - 薄膜エレクトロルミネッセンス素子の製造法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光輝度のコントラス
トを向上させた薄膜エレクトロルミネッセンス（以下Ｅ
Ｌという）素子の製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜ＥＬ素子はガラス基板等の透明絶縁
基板上に縞模様状の透明電極を形成し、更にその上に第
一の絶縁層、ＥＬ発光層、第二の絶縁層及び透明電極と
直行する背面電極を積層形成させて製造されており、透
明電極と背面電極に交流電圧を印加すると電極の交差し
た部分が発光する。

【０００３】従来、背面電極材料にはＡｌなどの反射率
の大きい金属が使用され、その他は透明な材料が使用さ
れている。このためガラス基板側からＥＬ素子を見た場
合、外光（周囲光）がＡｌ電極で反射され、素子全体が
鏡面の様になってしまう。従って外光の強い環境におい
てはコントラスト（発光部と非発光部の輝度比）が低下
するという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこでコントラストを
向上させるために、図２に示すようにＥＬ発光層４と背
面電極６の間の第二の絶縁層５の一部に光吸収係数の大
きい黒色絶縁層７を形成し、背面電極６からの光反射を
防止することが行われている（特開昭５８ー２１６３９
２号公報、特公平１−４８６３０号公報、特公平２−３
０１５５号公報）。図２に於て、１はガラス基板等の透
明絶縁基板、２は縞模様状の透明電極、３は第一の絶縁
層、４はＥＬ発光層、５は第二の絶縁層、６は背面電極
、７は黒色絶縁層である。

【０００５】このような薄膜ＥＬ素子において第二の絶
縁層の一部に黒色絶縁層を介在させることによりコント
ラストを向上させることが可能である。しかし一般に光
吸収係数が大きい黒色で、絶縁性の良い薄膜は得にくい
ため、黒色絶縁層を介在させる方法では、電子が黒色絶
縁層中を膜と平行な方向に流れやすくなるため、電極ス
ペース部が発光したり、絶縁破壊を起こしやすくなると
いう問題点があった。このため従来のコントラスト向上
法に使用できる黒色絶縁層はごく一部の高抵抗な材料に
限られていた。

【０００６】本発明は従来のコントラスト向上法のよう
に高抵抗の黒色絶縁層を必要としないでコントラストを
向上させた薄膜ＥＬ素子の製造法を提供するものである
。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の第一の発明は、透
明絶縁基板上に透明電極、ＥＬ発光層、背面電極及びＥ
Ｌ発光層の少なくとも片側の絶縁層を順次積層形成する
薄膜ＥＬ素子の製造法において、背面電極とＥＬ発光層
の間にＳｉおよび／またはＳｉ炭化物の層を形成して背
面電極をＳｉおよび／またはＳｉ炭化物の層の上に形成
し、背面電極形成後に酸素雰囲気中で熱処理をすること
を特徴とするものである。

【０００８】本願の第二の発明は、透明絶縁基板上に透
明電極、ＥＬ発光層、背面電極及びＥＬ発光層の少なく
とも片側の絶縁層を順次積層形成する薄膜ＥＬ素子の製
造法において、背面電極とＥＬ発光層の間に化学量論組
成から酸素不足組成にずれた状態であって黒色を示す酸
化物の層を形成して背面電極を化学量論組成から酸素不
足組成にずれた状態であって黒色を示す酸化物の層の上
に形成し、背面電極形成後に酸素雰囲気中で熱処理をす
ることを特徴とするものである。

【０００９】本願の第三の発明は、透明絶縁基板上に透
明電極、ＥＬ発光層、背面電極及びＥＬ発光層の少なく
とも片側の絶縁層を順次積層形成する薄膜ＥＬ素子の製
造法において、背面電極とＥＬ発光層の間に硫化物層を
形成して背面電極を硫化物層の層の上に形成し、背面電
極形成後に真空中または不活性ガス中で熱処理をするこ
とを特徴とするものである。

【００１０】図１は本願の第一の発明による薄膜ＥＬ素
子の製造法を示す断面図である。図１（ａ）に示すよう
に透明絶縁基板１の上に透明電極２、第一の絶縁層３，
ＥＬ発光層４，第二の絶縁層５，Ｓｉおよび／またはＳ
ｉ炭化物の層８、背面電極６をこの順に積層する。この
素子を酸素雰囲気中で例えば３００〜７００℃で３０分
〜５時間の熱処理を施すことにより、背面電極スペース
部９のＳｉおよび／またはＳｉ炭化物の層８は充分に酸
化され、図１（ｂ）に示すように透明酸化物層（ＳｉＯ
２）１０になるために高抵抗な膜となる。一方背面電極
６直下のＳｉおよび／またはＳｉ炭化物の層８は酸素が
供給されないために変化せず、光吸収層１１として働く
。

【００１１】ＳｉまたはＳｉ炭化物は大きな光吸収係数
を示し、酸化することにより透明で高抵抗なＳｉＯ２と
なる。Ｓｉ炭化物は炭素をドープしたＳｉからＳｉＣま
での幅広い不定比化合物である。ＳｉまたはＳｉ炭化物
の形成法は、電子ビーム蒸着法，抵抗加熱蒸着法，スパ
ッタリング法，ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉ
ｃ　ＣＶＤ）法，ＡＬＥ（Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　
Ｅｐｉｔａｘｙ）法等の真空成膜法が好ましい。膜厚は
黒色層の形成が可能な１０ｎｍ以上で、駆動電圧の上昇
を極力防止する目的から１００ｎｍ以下であることが望
ましい。

【００１２】本願の第二の発明では、背面電極とＥＬ発
光層の間に化学量論組成から酸素不足組成にずれた状態
であって黒色を示す酸化物の層を形成して背面電極を化
学量論組成から酸素不足組成にずれた状態であって黒色
を示す酸化物の層の上に形成する。この素子を酸素雰囲
気中で例えば３００〜７００℃で３０分〜５時間の熱処
理を施すことにより、背面電極スペース部の化学量論組
成から酸素不足組成にずれた状態の酸化物の層は充分に
酸化され化学量論組成の酸化物層になると同時に高抵抗
な膜となる。一方背面電極直下の化学量論組成から酸素
不足組成にずれた状態の酸化物の層は酸素が供給されな
いために変化せず、光吸収層として働く。

【００１３】化学量論組成から酸素不足組成にずれた状
態であって黒色を示す酸化物は背面電極間の絶縁を確保
するため、熱処理により充分酸化され化学量論組成の酸
化物になったのちは、１０８〜１０９Ω／□以上のシー
ト抵抗を持つことが要求される。このように化学量論組
成から酸素不足組成にずれた状態において大きな光吸収
係数を示し、化学量論組成の酸化状態においては充分高
抵抗な材料としてＣｒ，Ｔａ，Ｙ，Ｓｍの酸化物が好ま
しい。化学量論組成から酸素不足組成にずれた状態であ
って黒色を示す酸化物層の形成法は、蒸着源に酸素不足
状態の原料を用いること、または蒸着雰囲気ガス中の酸
素源を化学量組成をつくる成分量より少なくして例えば
真空成膜法により形成する。成膜厚は黒色層の形成が可
能な１０ｎｍ以上で、駆動電圧の上昇を極力防止する目
的から１００ｎｍ以下であることが望ましい。

【００１４】本願の第三の発明では、背面電極とＥＬ発
光層の間に硫化物層を形成して背面電極を硫化物層の層
の上に形成する。この素子を真空中または不活性ガス雰
囲気中で例えば３００〜７００℃で３０分〜５時間の熱
処理を施すことにより、図３に示すように硫化物層１２
中の硫黄と背面電極６が反応し、背面電極金属の硫化物
１３が形成される。背面電極６に黒色の硫化物を形成す
る材料を選択すれば、硫化物層１２と背面電極６の間に
黒色硫化物層１３が形成される。黒色硫化物層１３は背
面電極６直下にのみ形成されるため、その抵抗率は素子
特性に影響を与えない。一方熱処理は真空中または不活
性ガス中で行われるため、背面電極スペース部では硫化
物層１２のまま変化しない。

【００１５】硫化物層は背面電極間の絶縁を確保するた
め、１０８〜１０９Ω／□以上のシート抵抗を持つこと
が要求される。このため高抵抗なＺｎＳ，ＣｄＳ等のＩ
Ｉｂ族硫化物，ＣａＳ，ＳｒＳ等のＩＩａ族硫化物が好
ましい。また化学的に安定なＩＩｂ族硫化物は特に好ま
しい。 硫化物層の形成法は、電子ビーム蒸着法，抵抗加熱蒸着
法，スパッタリング法，ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒ
ｇａｎｉｃ　ＣＶＤ）法，ＡＬＥ（Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａ
ｙｅｒ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法等の真空成膜法が好ましい
。成膜厚は黒色層の形成が可能な１０ｎｍ以上で、駆動
電圧の上昇を極力防止する目的から１００ｎｍ以下であ
ることが望ましい。膜厚は黒色層の形成が可能な１０ｎ
ｍ以上で、駆動電圧の上昇を極力防止する目的から１０
０ｎｍ以下であることが望ましい。

【００１６】透明絶縁基板としてはガラス板等が使用さ
れる。透明電極は、ＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ３、インジウム
スズオキサイド（ＩＴＯ）等が使用され、電子ビーム蒸
着法，抵抗加熱蒸着法，スパッタリング法，ＣＶＤ（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
法，プラズマＣＶＤ法等によって形成される。絶縁層は
、Ｔａ２Ｏ５，Ｙ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｓｉ
３Ｎ４、ＡｌＮ，ＳｒＴｉＯ３等が使用され、これらの
層を２層以上積層して絶縁層としてもよい。これらの層
の形成方法は、透明導電膜の形成方法と同様である。Ｅ
Ｌ発光層は、Ｍｎ、Ｔｂ等の発光中心を含むＺｎＳ、Ｃ
ａＳ、ＳｒＳ、ＺｎＳｅ等のＶＩＢ族元素を含む母体か
らなる蛍光体が使用され、電子ビーム蒸着法，抵抗加熱
蒸着法，スパッタリング法，ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　
Ｏｒｇａｎｉｃ　ＣＶＤ）法，ＡＬＥ（Ａｔｏｍｉｃ　
Ｌａｙｅｒ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法等で形成される。背面
電極は、Ａｌ，Ｃｒ，Ａｕ等の金属が使用されまた透明
電極と同様のものでもよい。

【００１７】絶縁層は、ＥＬ発光層の少なくとも片側に
あれば良く、薄膜ＥＬ素子の層構成は、第一の発明では
透明絶縁基板・透明電極・絶縁層・ＥＬ発光層・絶縁層
・Ｓｉおよび／またはＳｉ炭化物の層・背面電極、透明
絶縁基板・透明電極・ＥＬ発光層・絶縁層・Ｓｉおよび
／またはＳｉ炭化物の層・背面電極または透明絶縁基板
・透明電極・絶縁層・ＥＬ発光層・Ｓｉおよび／または
Ｓｉ炭化物の層・背面電極となる。第二の発明では透明
絶縁基板・透明電極・絶縁層・ＥＬ発光層・絶縁層・化
学量論組成から酸素不足組成にずれた状態であって黒色
を示す酸化物の層・背面電極、透明絶縁基板・透明電極
・ＥＬ発光層・絶縁層・化学量論組成から酸素不足組成
にずれた状態であって黒色を示す酸化物の層・背面電極
または透明絶縁基板・透明電極・絶縁層・ＥＬ発光層・
化学量論組成から酸素不足組成にずれた状態であって黒
色を示す酸化物の層・背面電極となる。第三の発明では
透明絶縁基板・透明電極・絶縁層・ＥＬ発光層・絶縁層
・硫化物層・背面電極、透明絶縁基板・透明電極・ＥＬ
発光層・絶縁層・硫化物の層・背面電極または透明絶縁
基板・透明電極・絶縁層・ＥＬ発光層・硫化物層・背面
電極となる。

【００１８】

【実施例】実施例１ 図１により説明する。透明絶縁基板１としてのホウケイ
酸ガラス上にＩＴＯ膜をスパッタリング法で形成し、こ
れをエッチングして透明電極２としてのストライプ状Ｉ
ＴＯ透明電極（膜厚０．２μｍ，幅０．１５ｍｍ，電極
間隔０．１ｍｍ）３２０本を形成した。この上に、第一
の絶縁層３としてＳｉ３Ｎ４膜をプラズマＣＶＤ法で０
．２５μｍ　の厚さに形成し、さらにＥＬ発光層４とし
て電子ビーム蒸着法でマンガン付活硫化亜鉛（ＺｎＳ：
Ｍｎ）層を０．５μｍ　の厚さに形成した。ついで、第
二の絶縁層５のとしてＳｉ３Ｎ４膜をスパッタリング法
で０．２μｍ　の厚さに形成した。その後ＳｉＨ４ガス
を使用したプラズマＣＶＤ法によりアモルファスＳｉ層
８を０．０５μｍの厚さに形成した。最後に、電子ビー
ム蒸着法でＡｌ層を形成し、エッチングしてストライプ
状Ａｌの背面電極６（膜厚０．２μｍ，幅０．１５ｍｍ
，電極間隔０．１ｍｍ）を２００本、ＩＴＯ透明電極と
直交するように形成した。引き続き大気中、５００℃、
１時間の熱処理を施し薄膜ＥＬ素子を製造した。

【００１９】比較例１ 実施例１において、黒色絶縁層の形成及び熱処理を施さ
ないこと以外は、実施例１と同様にして薄膜ＥＬ素子を
製造した。

【００２０】実施例２ 透明絶縁基板としてのホウケイ酸ガラス上にＩＴＯ膜を
スパッタリング法で形成し、これをエッチングして透明
電極としてのストライプ状ＩＴＯ透明電極（膜厚０．２
μｍ，幅０．１５ｍｍ，電極間隔０．１ｍｍ）３２０本
を形成した。この上に、第一の絶縁層としてＳｉ３Ｎ４
膜をプラズマＣＶＤ法で０．２５μｍ　の厚さに形成し
、さらにＥＬ発光層として電子ビーム蒸着法でマンガン
付活硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ｍｎ）層を０．５μｍ　の厚さ
に形成した。 ついで、第二の絶縁層のとしてＳｉ３Ｎ４膜をスパッタ
リング法で０．２μｍ　の厚さに形成した。その後、黒
色絶縁層としてＴａ金属をタ−ゲットとし１０％の酸素
を混合したアルゴンガスをスパッタリングの作動ガスに
使用した。リアクテイブスパッタ法により、電力密度２
Ｗ／ｃｍ２で酸素不足状態の黒色のＴａＯｘ（ｘ＜２．
５）層を０．０５μｍの厚さに形成した。最後に、電子
ビーム蒸着法でＡｌ層を形成し、エッチングしてストラ
イプ状Ａｌの背面電極（膜厚０．２μｍ，幅０．１５ｍ
ｍ，電極間隔０．１ｍｍ）を２００本、ＩＴＯ透明電極
と直交するように形成した。引き続き大気中、５００℃
、１時間の熱処理を施し薄膜ＥＬ素子を製造した。

【００２１】比較例２ 実施例２において、黒色絶縁層の形成及び熱処理を施さ
ないこと以外は、実施例２と同様にして薄膜ＥＬ素子を
製造した。

【００２２】実施例３ 図３により説明する。透明絶縁基板１としてのホウケイ
酸ガラス上にＩＴＯ膜をスパッタリング法で形成し、こ
れをエッチングして透明電極２としてのストライプ状Ｉ
ＴＯ透明電極（膜厚０．２μｍ，幅０．１ｍｍ，電極間
隔０．１ｍｍ）３２０本を形成した。この上に、第一の
絶縁層３としてＳｉ３Ｎ４膜をプラズマＣＶＤ法で０．
２５μｍ　の厚さに形成し、さらにＥＬ発光層４として
電子ビーム蒸着法でマンガン付活硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ｍ
ｎ）層を０．５μｍ　の厚さに形成した。ついで、第二
の絶縁層５のとしてＳｉ３Ｎ４膜をスパッタリング法で
０．２μｍ　の厚さに形成した。その後硫化物層１２と
して電子ビ−ム蒸着法でＺｎＳ層を０．０３μｍの厚さ
に形成した。 最後に、電子ビーム蒸着法でＡｌ層を形成し、エッチン
グしてストライプ状Ａｌの背面電極６（膜厚０．２μｍ
，幅０．１５ｍｍ，電極間隔０．１ｍｍ）を２００本、
ＩＴＯ透明電極と直交するように形成した。引き続き真
空中、５００℃、１時間の熱処理を施し薄膜ＥＬ素子を
製造した。

【００２３】比較例３ 実施例３において、硫化物層の形成及び熱処理を施さな
いこと以外は、実施例３と同様にして薄膜ＥＬ素子を製
造した。実施例１〜３、比較例１〜３膜ＥＬ素子の発光
輝度特性をフレーム周波数６０Ｈｚ、パルス幅３０μｓ
ｅｃの双極性矩形波を用いて測定した。透明電極と背面
電極の間に印加する駆動電圧は、外光のない状態におい
て輝度０．５ｃｄ／ｍ２を示す電圧をしきい値電圧とし
、しきい値電圧＋４０Ｖとした。コントラストは薄膜Ｅ
Ｌ素子の面照度が４００ｌｘの時の発光画素が発光して
いる時と、発光していないと時の輝度比として表した。

【００２４】次表にこの結果をしきい値電圧と合わせて
示す。次表の結果から、本発明によりコントラストの良
好なＥＬ素子作成できることがわかる。 　　　　　　　　　　　　　　しきい値電圧（Ｖ）　　
　　輝度（ｃｄ／ｍ２）　　コントラスト　　━━━━
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
━━　　　　実施例１　　　　　　　　１９５　　　　
　　　　　　　　　　　　５６　　　　５．８：１　　
　　比較例１　　　　　　　　１９０　　　　　　　　
　　　　　　１０４　　　　２．５：１　　　　実施例
２　　　　　　　　１９２　　　　　　　　　　　　　
　　　６０　　　　５．５：１　　　　　　比較例２　
　　　　　　　１９０　　　　　　　　　　　　　　１
０４　　　　２．５：１　　　　実施例３　　　　　　
　　１９６　　　　　　　　　　　　　　　　６２　　
　　５．０：１　　　　　　比較例３　　　　　　　　
１９０　　　　　　　　　　　　　　１０４　　　　２
．５：１

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、高コントラストで信頼
性の高い薄膜ＥＬ素子を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を説明する断面図である。

【図２】従来の方法を説明する断面図である。

【図３】本発明の方法を説明する断面図である。

【符号の説明】

１．透明絶縁基板 ２．透明電極 ３．第一の絶縁層 ４．ＥＬ発光層 ５．第二の絶縁層 ６．背面電極 ７．黒色絶縁層 ８．Ｓｉ炭化物の層 ９．背面電極スペース部 １０．透明酸化物層 １１．光吸収層 １２．硫化物層 １３．黒色硫化物層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明絶縁基板上に透明電極、エレクトロル
   ミネッセンス発光層、背面電極及びエレクトロルミネッ
   センス発光層の少なくとも片側の絶縁層を順次積層形成
   する薄膜エレクトロルミネッセンス素子の製造法におい
   て、背面電極とエレクトロルミネッセンス発光層の間に
   Ｓｉおよび／またはＳｉ炭化物の層を形成して背面電極
   をＳｉおよび／またはＳｉ炭化物の層の上に形成し、背
   面電極形成後に酸素雰囲気中で熱処理をすることを特徴
   とする薄膜エレクトロルミネッセンス素子の製造法。
2. 【請求項２】透明絶縁基板上に透明電極、エレクトロル
   ミネッセンス発光層、背面電極及びエレクトロルミネッ
   センス発光層の少なくとも片側の絶縁層を順次積層形成
   する薄膜エレクトロルミネッセンス素子の製造法におい
   て、背面電極とエレクトロルミネッセンス発光層の間に
   化学量論組成から酸素不足組成にずれた状態であって黒
   色を示す酸化物の層を形成して背面電極を化学量論組成
   から酸素不足組成にずれた状態であって黒色を示す酸化
   物の層の上に形成し、背面電極形成後に酸素雰囲気中で
   熱処理をすることを特徴とする薄膜エレクトロルミネッ
   センス素子の製造法。
3. 【請求項３】透明絶縁基板上に透明電極、エレクトロル
   ミネッセンス発光層、背面電極及びエレクトロルミネッ
   センス発光層の少なくとも片側の絶縁層を順次積層形成
   する薄膜エレクトロルミネッセンス素子の製造法におい
   て、背面電極とエレクトロルミネッセンス発光層の間に
   硫化物層を形成して背面電極を硫化物層の層の上に形成
   し、背面電極形成後に真空中または不活性ガス中で熱処
   理をすることを特徴とする薄膜エレクトロルミネッセン
   ス素子の製造法。
4. 【請求項４】熱処理の温度が３００〜７００℃である請
   求項１、２または３記載の薄膜エレクトロルミネッセン
   ス素子の製造法。