JPH046277B2 - - Google Patents
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- JPH046277B2 JPH046277B2 JP58098343A JP9834383A JPH046277B2 JP H046277 B2 JPH046277 B2 JP H046277B2 JP 58098343 A JP58098343 A JP 58098343A JP 9834383 A JP9834383 A JP 9834383A JP H046277 B2 JPH046277 B2 JP H046277B2
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Description
産業上の利用分野
本発明は電場発光をする薄膜発光素子に関し、
特に、特定の誘電体材料を使用することにより動
作特性および信頼性のよい薄膜発光素子に関す
る。 従来例の構成とその問題点 交流電界の印加により発光する薄膜EL（エレク
トロルミネセンス）素子では、螢光体薄膜層の片
面また両面に誘電体薄膜層を設け、これを二つの
電極層ではさむ構造で高い輝度を得ている。誘電
体薄膜層が一層の素子は、構造が簡単で駆動電圧
が低いという特徴がある。誘電体薄膜層が二層の
素子は、絶縁破壊を起こしにくく輝度が特に高い
という特徴がある。ここに用いる螢光体材料は活
性物質を添加したZnSやZnSe、ZnF2などが知ら
れている。ZnS：Mn発光層等に代表されるよう
に、EL発光を得るための電界強度は106V／cmと
高く、誘電体薄膜としては発光層に効率よく電界
を加えるためには、比誘電率の高い材料がよい。 また安定した動作を行なわせるためには、誘電
体薄膜としては、絶縁耐圧が高く、漏れ電流が小
さいことが望まれる。他にも、透明度が高いこ
と、作製が容易であることなどが必要である。 現在誘電体薄膜の材料としては、Y2O3や、
SiO、SiO2、Si3N4、Al2O3などが代表的なもの
であるが、これらの材料は比誘電率が４〜10と低
い。交流駆動する場合、素子に印加された電圧は
ZnS層と誘電体薄膜層とに分圧され、前者に効率
よく高電界を加えることができない。駆動電圧が
高いと、駆動回路のIC（集積回路）化や小形化が
困難となり、特別な高耐圧ICを必要とするため、
コストアツプにもつながる。 駆動電圧を下げるために、Ta2O5やBaTiO3な
どの高誘電率材料を誘電体薄膜層に用いることが
提案されている。これらの薄膜は比誘電率（以下
εrと記す）が25〜100と比較的高い反面、ピンホ
ールが多く、漏れ電流が大きいため螢光面の輝度
が不均一となり、湿気などが発光層中に浸入し、
故障の原因となる。また、絶縁破壊電界強度（以
下Ebと記す）が、0.5×106〜1.5×106V／cmと小
さいので、従来用いられて来た誘電体材料に比べ
て膜厚を大幅に厚くしなければならない。このた
め透明度が悪くなり、Ｘ−ＹマトリツクスEL素
子の場合クロストークなどの原因となる。 駆動電圧を下げかつ信頼性の向上をはかるた
め、誘電体薄膜層を二層構造にすることが提案さ
れている。この場合形成工程が余分に付加され、
工程数が増す。また処理条件の制御が複雑とな
り、量産に向かず、コストアツプにつながる。 発明の目的 本発明は、従来の薄膜発光素子における前記問
題を解決すべくなされたものであつて、駆動電圧
が低く、安定な特性を有し、作製の容易な薄膜発
光素子を提供することを目的とするものである。 発明の構成 本発明は前記の目的を達成するため、薄膜発光
素子の螢光体薄膜層の少なくとも一方の面上にタ
ンタルとアルミニウムとの複合酸化膜からなる誘
電体薄膜層を少なくとも一層設けることを特徴と
する。 タンタルとアルミニウムとの複合酸化膜は、た
とえば、第１図のようにタンタル板１の上に透孔
を有するアルミニウム板２を重ねた構造のターゲ
ツトを、アルゴンと酸素との混合ガス中で反応性
スパツタすることにより、得られる。タンタルと
アルミニウムとの複合酸化膜中の酸化タンタルと
酸化アルミニウムとの組成比は、第１図で表面に
露出しているタンタルの部分の面積を変えること
により容易に所望の値とすることができる。 前記複合酸化膜の効果をAl電極ではさんで測
定した誘電特性から説明する。 第２図はタンタルとアルミニウムとの複合酸化
膜中の酸化タンタルの分子比率とεr、tanδとの関
係を示す。第２図から明らかなように、εrを７か
ら25までの範囲内で自由に選択することができ
る。分子比率を変えることにより、εrの高い材料
を得ることができる。一方tanδはほとんど変化せ
ず、すぐれた誘電特性を持つ。 第３図は、分子比率を変えたときの、容量あた
りの漏れ電流と印加電圧との関係を示す。実線
ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ酸化タンタルの分子比
率が100％、84％、37％、０％のときの測定結果
である。この図より明らかなように、タンタルと
アルミニウムの複合酸化膜（ｂ，ｃ）はTa2O5の
み(a)に比べて容量あたりの漏れ電流が極端に小さ
く、たとえば酸化タンタルが37％である場合(c)に
は、印加電圧が60V以下では、Al2O3(d)よりも容
量あたりの漏れ電流が小さくなつている。これ
は、誘電体薄膜中のイオン伝導に寄与していた空
格子点がアルミニウム原子により埋められたため
であると考えられる。 下表に酸化タンタルの分子比率とEbとの関係
を示す。
特に、特定の誘電体材料を使用することにより動
作特性および信頼性のよい薄膜発光素子に関す
る。 従来例の構成とその問題点 交流電界の印加により発光する薄膜EL（エレク
トロルミネセンス）素子では、螢光体薄膜層の片
面また両面に誘電体薄膜層を設け、これを二つの
電極層ではさむ構造で高い輝度を得ている。誘電
体薄膜層が一層の素子は、構造が簡単で駆動電圧
が低いという特徴がある。誘電体薄膜層が二層の
素子は、絶縁破壊を起こしにくく輝度が特に高い
という特徴がある。ここに用いる螢光体材料は活
性物質を添加したZnSやZnSe、ZnF2などが知ら
れている。ZnS：Mn発光層等に代表されるよう
に、EL発光を得るための電界強度は106V／cmと
高く、誘電体薄膜としては発光層に効率よく電界
を加えるためには、比誘電率の高い材料がよい。 また安定した動作を行なわせるためには、誘電
体薄膜としては、絶縁耐圧が高く、漏れ電流が小
さいことが望まれる。他にも、透明度が高いこ
と、作製が容易であることなどが必要である。 現在誘電体薄膜の材料としては、Y2O3や、
SiO、SiO2、Si3N4、Al2O3などが代表的なもの
であるが、これらの材料は比誘電率が４〜10と低
い。交流駆動する場合、素子に印加された電圧は
ZnS層と誘電体薄膜層とに分圧され、前者に効率
よく高電界を加えることができない。駆動電圧が
高いと、駆動回路のIC（集積回路）化や小形化が
困難となり、特別な高耐圧ICを必要とするため、
コストアツプにもつながる。 駆動電圧を下げるために、Ta2O5やBaTiO3な
どの高誘電率材料を誘電体薄膜層に用いることが
提案されている。これらの薄膜は比誘電率（以下
εrと記す）が25〜100と比較的高い反面、ピンホ
ールが多く、漏れ電流が大きいため螢光面の輝度
が不均一となり、湿気などが発光層中に浸入し、
故障の原因となる。また、絶縁破壊電界強度（以
下Ebと記す）が、0.5×106〜1.5×106V／cmと小
さいので、従来用いられて来た誘電体材料に比べ
て膜厚を大幅に厚くしなければならない。このた
め透明度が悪くなり、Ｘ−ＹマトリツクスEL素
子の場合クロストークなどの原因となる。 駆動電圧を下げかつ信頼性の向上をはかるた
め、誘電体薄膜層を二層構造にすることが提案さ
れている。この場合形成工程が余分に付加され、
工程数が増す。また処理条件の制御が複雑とな
り、量産に向かず、コストアツプにつながる。 発明の目的 本発明は、従来の薄膜発光素子における前記問
題を解決すべくなされたものであつて、駆動電圧
が低く、安定な特性を有し、作製の容易な薄膜発
光素子を提供することを目的とするものである。 発明の構成 本発明は前記の目的を達成するため、薄膜発光
素子の螢光体薄膜層の少なくとも一方の面上にタ
ンタルとアルミニウムとの複合酸化膜からなる誘
電体薄膜層を少なくとも一層設けることを特徴と
する。 タンタルとアルミニウムとの複合酸化膜は、た
とえば、第１図のようにタンタル板１の上に透孔
を有するアルミニウム板２を重ねた構造のターゲ
ツトを、アルゴンと酸素との混合ガス中で反応性
スパツタすることにより、得られる。タンタルと
アルミニウムとの複合酸化膜中の酸化タンタルと
酸化アルミニウムとの組成比は、第１図で表面に
露出しているタンタルの部分の面積を変えること
により容易に所望の値とすることができる。 前記複合酸化膜の効果をAl電極ではさんで測
定した誘電特性から説明する。 第２図はタンタルとアルミニウムとの複合酸化
膜中の酸化タンタルの分子比率とεr、tanδとの関
係を示す。第２図から明らかなように、εrを７か
ら25までの範囲内で自由に選択することができ
る。分子比率を変えることにより、εrの高い材料
を得ることができる。一方tanδはほとんど変化せ
ず、すぐれた誘電特性を持つ。 第３図は、分子比率を変えたときの、容量あた
りの漏れ電流と印加電圧との関係を示す。実線
ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ酸化タンタルの分子比
率が100％、84％、37％、０％のときの測定結果
である。この図より明らかなように、タンタルと
アルミニウムの複合酸化膜（ｂ，ｃ）はTa2O5の
み(a)に比べて容量あたりの漏れ電流が極端に小さ
く、たとえば酸化タンタルが37％である場合(c)に
は、印加電圧が60V以下では、Al2O3(d)よりも容
量あたりの漏れ電流が小さくなつている。これ
は、誘電体薄膜中のイオン伝導に寄与していた空
格子点がアルミニウム原子により埋められたため
であると考えられる。 下表に酸化タンタルの分子比率とEbとの関係
を示す。
【表】
上表よりタンタルとアルミニウムとの複合酸化
膜は、Ta2O5（100％）よりもEbがずつと向上して
いることがわかる。 以上説明したように、本発明による薄膜発光素
子は、誘電体薄膜層として、εrが大きく、漏れ電
流が非常に小さく、Ebの大きいタンタルとアル
ミニウムとの複合酸化膜を使用しているので、駆
動電圧が低く安定な特性を有している。また前記
複合酸化膜は、電極材料（ITO、Alなど）との
結合性もよく耐水性にも優れている。 また、一層だけ十分な効果があるため、製造工
程も簡略化することができる。 実施例の説明 本発明による薄膜発光素子の一実施例をならび
にその比較例について第４図を用いて説明する。
ガラスからなる絶縁基板３上に100nｍ程度の膜
厚を有するITO（インジウム錫酸化物）よりなる
透明電極４を、さらにその上に40nｍ程度の膜厚
を有するY2O3膜５を電子ビーム蒸着法で順次蒸
着した。この上に200nｍ程度の膜厚を有する
ZnS：Mnの螢光体層６をスパツタ法により形成
した。その後、真空中において620℃で１時間熱
処理を行なつた。この素子を三分割し、そのうち
の素子１及び素子２は比較用の試料として、第４
図Ａ，Ｂに示すように、それぞれ300nｍ程度の
膜厚を有するTa2O5膜７およびAl2O3膜８をスパ
ツタ法により形成した。一方本発明の一実施例と
しての素子３には、第４図Ｃに示すように、
300nｍ程度の膜厚を有するTa2O5の分子比率が60
％であるタンタルとアルミニウムとの複合酸化膜
からなる誘電体薄膜層９をスパツタ法により形成
した。最後に100nｍ程度の膜厚を有する光反射
用Al電極１０を真空蒸着した。 以上の三素子について5kHzの正弦波電圧を印
加して駆動したところ、発光輝度Ｂは第５図に示
すようになつた。図においてｅ，ｆ，ｇはそれぞ
れ素子１、素子２、素子３の発光輝度特性を示し
ている。この図より明らかなように、誘電体薄膜
層がTa2O5である場合(e)には、漏れ電流が多いた
めに高電界では発光輝度Ｂは飽和状態となる。一
方、Al2O3の場合(f)には、駆動電圧が高い。これ
に対して、本発明の実施例素子３の場合(g)に駆動
電圧がAl2O3場合に比べて大幅に低く、Ta2O5の
みの場合より若干高い程度であり、絶縁耐圧も向
上しており高輝度が得られることがわかる。ま
た、この素子３は、経時変化も少なく、長寿命で
あることも確認された。 本実施例では、透明電極側の誘電体薄膜層を
Y2O3膜としたが、これもタンタルとアルミニウ
ムとの複合酸化膜としてよいことは言うまでもな
いことである。 発光活性物質としてはMn以外に、Cu、Ag、
Al、Tb、Dy、Er、Pr、Sm、Ho、Tm、および
これらのハロゲン化物からなるグループのなかか
ら選ばれた少なくとも１種を用いることにより、
種々の発光色の薄膜発光素子を構成することがで
きた。 第６図は、タンタルとアルミニウムとの複合酸
化膜において、Ta2O5の分子比率と印加電圧が
20Vのときの容量あたりの漏れ電流との関係を示
している。測定は前述と同様Al電極で挾んで行
なつた。この図からわかるように、Ta2O5の分子
比率を20％から70％までとしたとき、比較的漏れ
電流が小さく、εrの高い誘電体薄膜層を得ること
ができる。 ガラス基板上の複数本のストライプ状透明電極
と複数本のストライプ状背面電極との間に螢光体
薄膜層および誘電体薄膜層を積層し、透明電極と
背面電極が互いに交差してマトリツクス電極とな
るような構造の薄膜発光素子を作製したが、この
場合にも前述と同様の効果が得られた。 本発明のタンタルとアルミニウムとの複合酸化
膜と他の誘電体薄膜を積層しても同様の効果が得
られることは言うまでもない。 発明の効果 以上のように本発明によれば、誘電体薄膜層と
して、比誘電率（εr）が大きく、漏れ電流が非常
に小さく、絶縁破壊電界強度（Eb）の大きいタ
ンタルとアルミニウムとの複合酸化膜を使用する
ことにより、駆動電圧が低く、安定な特性を有す
る薄膜発光素子を提供することができる。また、
構造が簡単であるので、量産にも適し製造コスト
を大幅に引き下げることができるため工業的価値
も高い。
膜は、Ta2O5（100％）よりもEbがずつと向上して
いることがわかる。 以上説明したように、本発明による薄膜発光素
子は、誘電体薄膜層として、εrが大きく、漏れ電
流が非常に小さく、Ebの大きいタンタルとアル
ミニウムとの複合酸化膜を使用しているので、駆
動電圧が低く安定な特性を有している。また前記
複合酸化膜は、電極材料（ITO、Alなど）との
結合性もよく耐水性にも優れている。 また、一層だけ十分な効果があるため、製造工
程も簡略化することができる。 実施例の説明 本発明による薄膜発光素子の一実施例をならび
にその比較例について第４図を用いて説明する。
ガラスからなる絶縁基板３上に100nｍ程度の膜
厚を有するITO（インジウム錫酸化物）よりなる
透明電極４を、さらにその上に40nｍ程度の膜厚
を有するY2O3膜５を電子ビーム蒸着法で順次蒸
着した。この上に200nｍ程度の膜厚を有する
ZnS：Mnの螢光体層６をスパツタ法により形成
した。その後、真空中において620℃で１時間熱
処理を行なつた。この素子を三分割し、そのうち
の素子１及び素子２は比較用の試料として、第４
図Ａ，Ｂに示すように、それぞれ300nｍ程度の
膜厚を有するTa2O5膜７およびAl2O3膜８をスパ
ツタ法により形成した。一方本発明の一実施例と
しての素子３には、第４図Ｃに示すように、
300nｍ程度の膜厚を有するTa2O5の分子比率が60
％であるタンタルとアルミニウムとの複合酸化膜
からなる誘電体薄膜層９をスパツタ法により形成
した。最後に100nｍ程度の膜厚を有する光反射
用Al電極１０を真空蒸着した。 以上の三素子について5kHzの正弦波電圧を印
加して駆動したところ、発光輝度Ｂは第５図に示
すようになつた。図においてｅ，ｆ，ｇはそれぞ
れ素子１、素子２、素子３の発光輝度特性を示し
ている。この図より明らかなように、誘電体薄膜
層がTa2O5である場合(e)には、漏れ電流が多いた
めに高電界では発光輝度Ｂは飽和状態となる。一
方、Al2O3の場合(f)には、駆動電圧が高い。これ
に対して、本発明の実施例素子３の場合(g)に駆動
電圧がAl2O3場合に比べて大幅に低く、Ta2O5の
みの場合より若干高い程度であり、絶縁耐圧も向
上しており高輝度が得られることがわかる。ま
た、この素子３は、経時変化も少なく、長寿命で
あることも確認された。 本実施例では、透明電極側の誘電体薄膜層を
Y2O3膜としたが、これもタンタルとアルミニウ
ムとの複合酸化膜としてよいことは言うまでもな
いことである。 発光活性物質としてはMn以外に、Cu、Ag、
Al、Tb、Dy、Er、Pr、Sm、Ho、Tm、および
これらのハロゲン化物からなるグループのなかか
ら選ばれた少なくとも１種を用いることにより、
種々の発光色の薄膜発光素子を構成することがで
きた。 第６図は、タンタルとアルミニウムとの複合酸
化膜において、Ta2O5の分子比率と印加電圧が
20Vのときの容量あたりの漏れ電流との関係を示
している。測定は前述と同様Al電極で挾んで行
なつた。この図からわかるように、Ta2O5の分子
比率を20％から70％までとしたとき、比較的漏れ
電流が小さく、εrの高い誘電体薄膜層を得ること
ができる。 ガラス基板上の複数本のストライプ状透明電極
と複数本のストライプ状背面電極との間に螢光体
薄膜層および誘電体薄膜層を積層し、透明電極と
背面電極が互いに交差してマトリツクス電極とな
るような構造の薄膜発光素子を作製したが、この
場合にも前述と同様の効果が得られた。 本発明のタンタルとアルミニウムとの複合酸化
膜と他の誘電体薄膜を積層しても同様の効果が得
られることは言うまでもない。 発明の効果 以上のように本発明によれば、誘電体薄膜層と
して、比誘電率（εr）が大きく、漏れ電流が非常
に小さく、絶縁破壊電界強度（Eb）の大きいタ
ンタルとアルミニウムとの複合酸化膜を使用する
ことにより、駆動電圧が低く、安定な特性を有す
る薄膜発光素子を提供することができる。また、
構造が簡単であるので、量産にも適し製造コスト
を大幅に引き下げることができるため工業的価値
も高い。
第１図は本発明による複合酸化膜をスパツタす
るためのターゲツトの構成図、第２図、第３図お
よび第６図は誘電体薄膜の特性説明図、第４図
Ａ，Ｂは本発明に対する比較例の、また同図Ｃは
本発明の薄膜発光素子の一実施例の各構造を示す
図、第５図はこの実施例の特性を示す図である。 １……Ta板、２……Al板、９……タンタルと
アルミニウムとの複合酸化膜。
るためのターゲツトの構成図、第２図、第３図お
よび第６図は誘電体薄膜の特性説明図、第４図
Ａ，Ｂは本発明に対する比較例の、また同図Ｃは
本発明の薄膜発光素子の一実施例の各構造を示す
図、第５図はこの実施例の特性を示す図である。 １……Ta板、２……Al板、９……タンタルと
アルミニウムとの複合酸化膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 螢光体薄膜層の少なくとも一方の面上に、タ
ンタルとアルミニウムとの複合酸化膜からなる誘
電体薄膜層を少なくとも一層設けたことを特徴と
する薄膜発生素子。 ２ 螢光体薄膜層が発光活性物質を含む硫化亜鉛
を主成分とする発光体層であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の薄膜発光素子。 ３ 発光活性物質が、Mn、Cu、Ag、Al、Tb、
Dy、Er、Pr、Sm、Ho、Tmおよびこれらのハ
ロゲン化物から成るグループのなかから選ばれた
少なくとも１種であることを特徴とする特許請求
の範囲第２項記載の薄膜発光素子。 ４ タンタルとアルミニウムとの複合酸化膜中の
酸化タンタルの分子比率が20％から70％までであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
薄膜発光素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58098343A JPS59224098A (ja) | 1983-06-02 | 1983-06-02 | 薄膜発光素子 |
| US06/678,547 US4602192A (en) | 1983-03-31 | 1984-03-29 | Thin film integrated device |
| DE8484901397T DE3480243D1 (en) | 1983-03-31 | 1984-03-29 | Method of manufacturing thin-film integrated devices |
| EP84901397A EP0139764B1 (en) | 1983-03-31 | 1984-03-29 | Method of manufacturing thin-film integrated devices |
| PCT/JP1984/000145 WO1984003992A1 (en) | 1983-03-31 | 1984-03-29 | Thin-film integrated device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58098343A JPS59224098A (ja) | 1983-06-02 | 1983-06-02 | 薄膜発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59224098A JPS59224098A (ja) | 1984-12-15 |
| JPH046277B2 true JPH046277B2 (ja) | 1992-02-05 |
Family
ID=14217256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58098343A Granted JPS59224098A (ja) | 1983-03-31 | 1983-06-02 | 薄膜発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59224098A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5027488A (ja) * | 1973-07-10 | 1975-03-20 | ||
| JPS58216391A (ja) * | 1982-06-10 | 1983-12-16 | 株式会社リコー | 薄膜ｅｌ素子 |
-
1983
- 1983-06-02 JP JP58098343A patent/JPS59224098A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5027488A (ja) * | 1973-07-10 | 1975-03-20 | ||
| JPS58216391A (ja) * | 1982-06-10 | 1983-12-16 | 株式会社リコー | 薄膜ｅｌ素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59224098A (ja) | 1984-12-15 |
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