JPH0460318B2

JPH0460318B2 -

Info

Publication number: JPH0460318B2
Application number: JP60067178A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kono
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1985-03-29
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1992-09-25
Also published as: JPS61225795A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、平面薄型デイスプレイ・デバイスと
して文字、記号及び図形等を含むコンピュータの
出力表示端末機器、その他種々の表示装置に文
字、記号及び図形等の静止画像や動画像の表示手
段として利用される薄膜EL素子に関し、詳しく
はコントラストを向上させる薄膜EL素子に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の薄膜EL素子としては、第７図
ａ及びｂに示すものが紹介されており、同図にお
いて、１はガラス基板、２はIn₂O₃、SnO₂等から
成る透明電極、３はY₂O₃、Ta₂O₅等からなる第
１誘電体層、４は発光中心として0.1〜2.0wt％
Mn（又はTb、Sm、Cu、Al、Br等）をドープし
たZnS（又はZnSe等）のEL発光層、５はY₂O₃、
Ta₂O₅等からなる第２誘電体層、６はAl等から
なる背面電極、７はV₂O₃、BC₄等からなる光吸
収層、及び８はAl低級酸化物とAlとの多層膜か
らなる複合電極である。ここで、透明電極２はガ
ラス基板１上に複数帯状に平行配列され、背面電
極６と複合電極８は透明電極２と直交する方向に
複数帯状に平行配列されており、透明電極２と背
面電極６又は複合電極８とが平面図的に見て交叉
した位置がパネルの１絵素に相当する。そして、
電極２，６（又は８）間にAC電極を印加するこ
とにより、EL発光層４内に発生した電界によつ
て伝導帯に励起され、且加速されて充分なエネル
ギーを得た電子が、直接Mn発光中心を励起し、
この励起されたMn発光中心が基底状態に戻る際
に黄色の発光を呈する。その際、光吸収層７は、
ガラス基板１側から入射した外部光を吸収して、
EL素子のコントラストを高くすることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、第７図ａによる薄膜EL素子は、印加
電圧に対する発光輝度の立ち上りがゆるやかであ
り、発光輝度を高くするためには、印加電圧を相
当高くしなければならず、高電圧の印加に伴つて
絶縁破壊を起こしやすい欠点があつた。ここで、
印加電圧に対する発光輝度の立ち上りを急峻にす
るために、第７図ａの光吸収層７と第２誘電体層
５とを逆にして形成、すなわちEL発光層４上に、
第２誘電体層５を積層し、次に光吸収層７を積層
することも考えられているが、前述したV₂O₃、
BC₄等からなる光吸収層は光吸収効果が十分でな
いと共に、比抵抗が十分に大きくないため、マト
リツクスの薄膜EL素子においてはクロストーク
が発生する欠点があつた。さらに、前述した第７
図ｂの薄膜EL素子においては、単に背面電極を
Alにしたときよりも光吸収効果はあるが、前述
した同図ａの薄膜EL素子と比較してコントラス
トは劣化する欠点があつた。

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、コントラストを向上させ、印加
電圧−発光輝度特性を良好に維持し、クロストー
クを防止する薄膜EL素子を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

前述した目的を達成するために、第１発明は、
透光性基板上に、電圧印加によりEL発光を呈す
るEL発光層と、入射光を光吸収する光吸収層と、
誘電体層とを透明電極と背面電極との間に介在し
てなる薄膜EL素子において、前記光吸収層がタ
ンタル酸化物とタンタル窒化物との混合膜であ
り、かつ前記吸収層のタンタル窒化物の割合が前
記EL発光層側から前記背面電極側の膜厚方向に
沿って連続的又は段階的に増大していることを特
徴とする薄膜EL素子であり、第２発明は、透光
性基板上に、電圧印加によりEL発光を呈するEL
発光層と、前記入射光を光吸収する光吸収層と、
誘電体層とを透明電極と背面電極との間に介在し
てなる薄膜EL素子の製造方法において、前記光
吸収層がタンタル酸化物とタンタル窒化物との混
合膜であり、かつ前記吸収層のタンタル窒化物の
割合が前記EL発光層側から前記背面電極側の膜
厚方向に沿って連続的又は段階的に増大するよう
に、前記光吸収層を、先ず酸素及び窒素を含有す
る雰囲気でスパツタリング法により成膜し、次に
酸素を除いた窒素含有雰囲気でスパツタリング法
により成膜することを特徴とする薄膜EL素子の
製造方法である。

そして、本発明の態様としては、前記EL発光
層上に、前記誘電体層、前記光吸収層及び前記背
面電極を順次積層したこと、前記EL発光層上に、
前記光吸収層、前記誘電体層及び前記背面電極を
順次積層したこと及び前記誘電体層がタンタル酸
化物であることがある。

なお、本発明の混合膜とは、タンタル酸化物と
タンタル窒化物とが均一に混合しているもののみ
を意味するものではなく、タンタル酸化物及びタ
ンタル窒化物が混在している部分と、タンタル窒
化物のみの部分とが存在していても混合膜を意味
する。

以下、本発明の実施例を図に基づき詳細に説明
する。

実施例１本例を第１図に基づいて詳述する。

先ず、アルミノシリケートガラス（例えば、
HOYA(株)製のNA40）からなる透光性基板１の観
測表面１１と対向する表面１２上に、スズ酸化物
を混入した酸化インジウムからなる透明電極２
（膜厚：2000Å）を真空蒸着法により成膜し、次
に、金属タンタルをスパツタターゲットとして、
酸素ガスを30％混入したArガス（分圧：６×
10^-1Pa）をスパツタ装置に導入し、高周波出力
9W／cm²で反応性スパツタを行い、Ta₂O₅からな
る第１誘電体層３（膜厚：3000Å）を成膜した。
次に、前記第１誘電体層３上に、活性物質として
0.5重量％のMnを添加したZnS：Mn焼結ペレツ
トを蒸着源として真空蒸着法によりZnS：Mnか
らなるEL発光層４（膜厚：6000Å）を成膜し、
次に前記第１誘電体層３と同様に反応性スパツタ
リング法によりTa₂O₅からなる第２誘電体層５
（膜厚：3000Å）を成膜した。次に、前述したタ
ーゲツトと同一のスパツタターゲツトを用いて、
酸素ガスを５％混入した窒素ガス（分圧：６×
10^-1Pa）をスパツタ装置に導入し、高周波出力
9W／cm²にて反応性スパツタを行い、タンタル酸
化物とタンタル窒化物とからなる第１光吸収層２
１（膜厚：300Å、比抵抗：10⁶Ω・cm）を成膜
し、次に、前述した酸素ガスと窒素ガスとの混合
ガスを排気し、スパツタ装置内へ窒素ガス（分
圧：６×10^-1Pa）を導入し、高周波出力9W／cm²
にて反応性スパツタを行い、タンタル窒化物から
なる第２光吸収層２２（膜厚：1000Å、比抵抗：
10⁵Ω・cm）を成膜し、前記第１光吸収層２１と
前記第２光吸収層２２とからなる、すなわちタン
タル酸化物とタンタル窒化物とからなり、後記す
る背面電極６側に向つて段階的にタンタル窒化物
の割合が増大している混合膜である光吸収層２０
を成膜した。そして、この光吸収層２０上に、
Alからなる背面電極６（膜厚：3000Å）を真空
蒸着法により成膜した。なお、透明電極２と背面
電極６とは、従来と同様に互いに直交するように
複数帯状に配列している。

このようにして製作した本例の薄膜EL素子の
透明電極２と背面電極６との間に交流電圧（周波
数１００Hzの正弦波）を印加することにより、ピ
ーク波長580nｍの橙黄色を発光し、そのときの
発光輝度は100cd／m²であつた。

以上、本例によれば、透光性基板１の観測表面
１１側の反射率特性は、第３図の曲線Ａに示すよ
うに低く、波長400〜700nｍにおける平均反射率
は８％であつた。そして、コントラスト特性は、
第４図の曲線Ｂに示すように、従来光吸収層を設
けていない薄膜EL素子のコントラスト特性（同
図の曲線Ｃ）と比較して非常に向上している。こ
れは、本例の光吸収層によれば、第６図（同図
は、金属タンタルをスパツタターゲツトとし、酸
素ガスを混入した窒素ガスをスパツタ装置に導入
し、反応性スパツタにより、タンタル酸化物とタ
ンタル窒化物の混合膜を成膜したときの酸素ガス
混入率に対する前記混合膜の屈折率（曲線Ｆ）と
消衰係数（曲線Ｇ）とを示した特性図である。）
に示すとおり、第１光吸収層２１の屈折率は約
2.5、消衰係数は約0.05であり、また第２光吸収
層２２の屈折率は約3.6、消衰係数は約0.25であ
り、一方、本例の第２誘電体層５の屈折率は約
2.2であることから、第２誘電体層５と第１光吸
収層２１との界面、及び第１光吸収層２１と第２
光吸収層２２との界面での反射率を低くすること
ができ、かつ透光性基板１側への戻り光も十分に
吸収することができるからである。

また、本例によれば、第２誘電体層５と背面電
極６との間に光吸収層２０を設けているので、第
５図（印加電圧−発光輝度特性図）の曲線Ｄで示
すように（比較例として前述の第７図ａで示した
薄膜EL素子の特性を曲線Ｅで示す。）発光輝度の
立ち上りが急峻となり、かつ前述した発光輝度
100cd／m²に対する発光開始電圧も低く抑えるこ
とができ、絶縁破壊をも防止することができる。
さらに、本例の光吸収層２０は、比抵抗が高いこ
とから、クロストークも十分に防止することがで
きる。なお、本例の比抵抗は約10⁵Ω・cmと約
10⁶Ω・cmであるが、約10⁴Ω・cm以上であれば同
様の効果がある。

また、前記光吸収層は塩酸、酢酸、硫酸等の酸
に耐久性があるので、前記酸のエツチング液でエ
ツチングすることにより、前記Al等の金属から
なる背面電極を帯状に形成する際、光吸収層の損
傷を防止することができる。

一方、本例の製造方法は、スパツタリング法に
よつて前記光吸収層２０を成膜しているので、絶
縁性が高く、かつ経時変化も抑えることができ
た。さらに、本例では、金属タンタルをスパツタ
ターゲツトとし、Ta₂O₅膜からなる第２誘電体層
５を成膜し、引き続き同一の金属タンタルをスパ
ツタターゲツトとして、前記光吸収層２０を成膜
することができるので、第２誘電体層及び光吸収
層ともTaを含んでいるものであることから互い
に付着力が強く、また、光吸収層内にゴミ等の異
物を混入させることもなく、光吸収層の絶縁破壊
を防止することができ、かつ作業性もよくなる。

実施例２本例を第２図に基づいて詳述する。

先ず、透光性基板１上に透明電極２、第１誘電
体層３、EL発光層４及び第２誘電体層５を前記
実施例１と同様に順次成膜する（但し、第１誘電
体層３の膜厚は4000Åである。）。次に、前記第２
誘電体層５を成膜するときに使用していた金属タ
ンタルからなるスパツタターゲツトを用い、流量
制御装置を介して酸素ガス10％を混入した窒素ガ
ス（分圧：６×10^-1Pa）をスパツタ装置内に導
入し、高周波出力9W／cm²にて反応性スパツタを
行い、タンタル酸化物とタンタル窒化物とからな
る混合膜の光吸収層３０を前記第２誘電体層５上
に成膜した。このとき、成膜開始と同時に酸素ガ
スの混入率を流量制御装置により徐々に下げ、酸
素ガスの混入率を10％→０％にする。このよう
に、酸素ガスの混入率を減少させることにより、
窒素ガスの分圧は増加する。この結果、タンタル
酸化物とタンタル窒化物からなり、かつタンタル
窒化物の割合が連続的にEL発光層４から後記す
る背面電極６側の膜厚方向に沿つて増大した第１
光吸収層３１（膜圧：500Å、比抵抗：約10⁶Ω・
cm〜10⁷Ω・cm）が得られた。引き続き、窒素ガ
ス雰囲気中で反応性スパツタによりタンネル窒化
物からなる第２光吸収層３２（膜厚：1000Å、比
抵抗：約10⁵Ω・cm）を成膜し、前記光吸収層３
０を製作した。次に、前記光吸収層３０上に、前
記実施例１と同様に背面電極６（膜厚：3000Å）
を成膜した。なお、透明電極２と背面電極６と
は、前記実施例１と同様に互いに直交するように
複数帯状に配列されている。

以上、本例によれば、第６図（屈折率を曲線
Ｆ、消衰係数を曲線Ｇで示す。）で示すように、
第１光吸収層３１の屈折率及び消衰係数がそれぞ
れ、2.2〜3.6及び０〜0.25と連続的に増大する。
したがつて、第２誘電体層５（屈折率：約2.2）
と第１光吸収層３１との界面での反射率は前記実
施例１よりも小さくなり、かつ第１光吸収層３１
と第２光吸収層３２との界面では実質的に０とな
るので、前記実施例１よりもコントラスト比は向
上する。

また、本例によれば、前記実施例１と同様に、
印加電圧−発光輝度特性も良好で、クロストーク
も防止することができる。なお、本例も光吸収層
の比抵抗が約10⁴Ω・cm以上であればよい。また、
前記光吸収層は塩酸、硝酸、硫酸等の酸に耐久性
があるので、前記酸のエツチング液で前記Al等
の金属からなる背面電極をエツチングして帯状に
形成する際、光吸収層の損傷を防止できる。そし
て、本例もスパツタリング法によつて光吸収層３
０を成膜しているので前記実施例１と同様の効果
がある。

また、前記第１光吸収層２１，３１の膜厚は前
記実施例に限らず、屈折率勾配と製造上とから
300Å〜5000Åが望ましく、前記第２光吸収層２
２，３２の膜厚は前記実施例に限らず、光吸収量
と製造上とから1000Å〜5000Åが望ましい。

また、透光性基板については、ソーダライムガ
ラス等の多成分系ガラス又は石英ガラスや、これ
らガラス部材の観測表面上にMgF₂等の反射防止
膜を被覆したものであつてもよく、透明電極につ
いてはIn₂O₃若しくはこれにＷを添加したもの又
はSnO₂にSb、Ｆ等を添加したものであつてもよ
い。また、第１誘電体層及び第２誘電体層につい
ては、Al₂O₃、Y₂O₃、HfO₂等の酸化物、Si₃N₄等
の窒化物又はこれらの混合物、EL発光層につい
てはZnS：Cu、ZnS：Al（何れも黄緑色発光）、
Zn（Ｓ・Se）：Cu、Zn（Ｓ・Se）：Br（何れも緑色
発光）、ZnS：Sm（赤色発光）、ZnS：Tb（緑色発
光）、ZnS：Tm（青色発光）をそれぞれ使用して
もよく、そして、Ta₂O₅以外の第２誘電体層を用
いるときは、その第２誘電体層の屈折率を考慮し
て、窒素ガス中に酸素ガスを混入し、連続的又は
段階的に酸素混入率を大→小にして、スパツタリ
ング法により前記光吸収層を成膜すれば、同様の
効果がある。

さらに、背面電極については、Ta、Mo、Fe、
Ni、NiCr等の金属を使用してもよい。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明によれば、EL発光層側
から背面電極側の膜厚方向に沿つて、光吸収層の
タンタル窒化物の割合が連続的又は段階的に増大
しているので、コントラストを向上させることが
でき、印加電圧−発光輝度特性を良好に維持する
ことができ、クロストークも防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２
図は本発明の他の実施例を示す断面図、第３図、
第４図及び第５図は、それぞれ本発明の一実施例
による反射率特性図、コントラスト特性図及び印
加電圧−発光輝度特性図である。第６図は窒素ガ
ス中の酸素ガス混入率に対する本発明による光吸
収層の屈折率と消衰係数とを示す特性図であり、
第７図ａ，ｂはそれぞれ従来の薄膜EL素子を示
す断面図である。１……透光性基板、２……透明電極、３……第
１誘電体層、４……EL発光層、５……第２誘電
体層、６……背面電極、２０，３０……光吸収
層、２１，３１……第１光吸収層、２２，３２…
…第２光吸収層。

Claims

【特許請求の範囲】１透光性基板上に、電圧印加によりEL発光を
呈するEL発光層と、入射光を光吸収する光吸収
層と、誘電体層とを透明電極と背面電極との間に
介在してなる薄膜EL素子において、前記光吸収
層がタンタル酸化物とタンタル窒化物との混合膜
であり、かつ前記光吸収層のタンタル窒化物の割
合が前記EL発光層側から前記背面電極側の膜厚
方向に沿って連続的又は段階的に増大しているこ
とを特徴とする薄膜EL素子。２前記EL発光層上に、前記誘電体層、前記光
吸収層及び前記背面電極を順次積層したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜EL素
子。３前記EL発光層上に、前記光吸収層、前記誘
電体層及び前記背面電極を順次積層したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜EL素
子。４前記誘電体層がタンタル酸化物であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第
３項記載の薄膜EL素子。５透光性基板上に、電圧印加によりEL発光を
呈するEL発光層と、前記入射光を光吸収する光
吸収層と、誘電体層とを透明電極と背面電極との
間に介在してなる薄膜EL素子の製造方法におい
て、前記光吸収層がタンタル酸化物とタンタル窒
化物との混合膜であり、かつ前記光吸収層のタン
タル窒化物の割合が前記EL発光層側から前記背
面電極側の膜厚方向に沿って連続的又は段階的に
増大するように、前記光吸収層を、先ず酸素及び
窒素を含有する雰囲気でスパツタリング法により
成膜し、次に酸素を除いた窒素含有雰囲気でスパ
ツタリング法により成膜することを特徴とする薄
膜EL素子の製造方法。