JPH0574570A - エレクトロルミネツセンス発光膜の成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エレクトロルミネッセンス表示パネルの発光膜
をスパッタリング法により成膜する場合の発光膜の膜質
を向上してその発光輝度を高める。 【構成】発光膜を成膜すべき基板を保持するスパッタ設
備の電極に直流電圧を賦与して成膜中に発生する自己バ
イアス電圧を打ち消すことにより、スパッタリング堆積
物が自己バイアス電圧により加速されるのを防止して、
発光膜を欠陥の少ない良好な膜質で成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエレクトロルミネッセン
ス（以下、ＥＬという）表示パネル等のＥＬ発光膜をス
パッタリング法により成膜する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにＥＬ表示パネルはラップト
ップ形やデスクトップ形の計算機等に組み込まれる自己
発光性の表示装置として広く使用されるが、極薄形のフ
ラットパネルとするために発光膜を含む薄膜の積層体と
するのが通例で、本発明はその積層構造中のＥＬ発光膜
の成膜方法に関する。このＥＬ発光膜には硫化亜鉛等の
母材にマンガン等の発光中心元素を微量添加したものを
用いるので、その成膜に際しては添加元素を母材内に均
一に含有させ、かつ高発光輝度が得られる良好な膜質と
する必要があるため、従来から主には電子ビーム加熱蒸
着法が利用されて来ている。以下、図３以降を参照して
従来方法の概要を説明する。

【０００３】図３はＥＬ表示パネル10の端部の拡大断面
であり、まずこのパネルの積層構造を簡単に説明する。
表示パネル10の基板11は透明なガラス板であり、その表
面にインジウム錫酸化物等の透明な導電性膜12を被着し
て所定のパターンに形成した後、窒化シリコン等の絶縁
膜13と15の間に発光膜14を挟んだ積層構造を成膜し、そ
の上にアルミ等の裏面電極膜16を被着して所定のパター
ンに形成する。図示のＥＬ表示パネル10は可変画像表示
用のマトリックス形なので、導電性膜12と裏面電極膜16
はそれぞれ図の左右方向と前後方向に細長いストライプ
状に多数並べて形成され、発光膜14の両者の交点部分が
画素としてＥＬ発光し、表示光DLとして透明な基板１側
から取り出される。

【０００４】図４に電子ビーム加熱蒸着法により発光膜
14を成膜する要領を模式的に示す。真空蒸着装置の台板
81上に蒸発源70用の蒸発皿71が置かれ、その上方に発光
膜14を成膜すべき基板11が装置の支承板82に治具83を介
して固定される。蒸発源70は例えば発光中心元素として
0.5％程度のマンガンを含む硫化亜鉛であり、通常の真
空蒸着法ではこれを単に加熱して蒸発させるが、蒸気圧
が低い発光中心元素が硫化亜鉛の母材より先に蒸発する
分溜が起きるので、発光膜14内の発光中心元素の濃度分
布が不均一になりやすい。

【０００５】このため、電子ビーム加熱蒸着法では蒸発
源70を電子ビームEBにより局部加熱する。電子ビーム発
生器90はこの電子ビームEBを発生して磁気偏向手段91に
より蒸発源70の表面に図のように集中させかつ移動させ
る。この電子ビームEBの集中による蒸発源70の局部加熱
部のみが瞬時に蒸発するので分溜が発生せず、従って成
膜された発光膜14内の発光中心元素の濃度分布が均一化
される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の電子ビーム加熱
蒸着法により母材内の発光中心元素の濃度分布を一様に
して高発光輝度の発光膜を成膜できるが、ＥＬ表示パネ
ルの量産面では発光膜をスパッタリング法で成膜する方
が有利になる。

【０００７】これは、図３のように発光膜14を挟む絶縁
膜13と15がスパッタリング法により成膜されるためであ
って、パターンニングを要する導電性膜12や裏面電極膜
16は別としても、これらの膜13〜15からなる薄膜積層構
造を同じスパッタリング法によってできるだけ同じ設備
内の連続した工程で作り込むのが量産面で当然有利にな
るからである。また、スパッタリング法では真空蒸着法
のように蒸発源を加熱により蒸発させるのではなく、タ
ーゲットの表面からイオンでいわば叩き出した原子や分
子を堆積させるから、成膜された発光膜内の発光中心元
素の濃度分布を電子ビーム加熱蒸着法と同様にないしそ
れ以上に均一化できる。

【０００８】このため、従来からスパッタリング法によ
る発光膜の成膜が試みられている。いままでの結果によ
れば、上述の原理どおり母材中の発光中心元素の濃度分
布は容易に均一化できるが、実際には発光膜を欠陥の少
ない良好な膜質で成膜するのが意外に容易でなく、ＥＬ
発光輝度を実用に耐える得る程度にまで向上するのはま
だかなり困難なのが現状である。この発光膜の膜質を改
善するためにスパッタリング時のふん囲気ガスにヘリウ
ムを用いる試みの報告もあるが、良好な膜質の発光膜を
安定して成膜するのはまだ必ずしも容易でなく、同じ設
備内で発光膜を絶縁膜と連続して成膜する上でもあまり
有利といえない。

【０００９】かかる現状に立脚して、本発明の目的はス
パッタリング法によりＥＬ発光膜を極力高い発光輝度が
得られるようる良好な膜質で安定して成膜できる方法を
得ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のＥＬ発光膜の成
膜方法によれば、表示パネル用基板の絶縁性の素地の上
に発光中心元素を含む母材からなるエレクトロルミネッ
センス発光膜を、その堆積中に発生する自己バイアスを
ほぼ打ち消すに足る直流の電圧をパネル基板を保持する
電極に印加した状態でスパッタリング法で堆積すること
によって上述の目的が達成される。

【００１１】この本発明方法では、マンガンや種々の稀
土類元素を発光中心元素として含有する硫化亜鉛，硫化
カルシュウム, 硫化ストロンチウム等を母材とする発光
膜をスパッタリング法により成膜でき、スパッタリング
用ふん囲気ガスはアルゴンとするのが発光膜を絶縁膜と
ともに連続して成膜する上で有利である。マンガンを発
光中心元素として含み硫化亜鉛を母材とする発光膜を成
膜するには、スパッタリング用ガスのふん囲気の圧力を
１〜20ｍTorr，望ましくは10ｍTorr程度とするのがよ
く、そのプラズマ化用高周波電力の密度は基板に対して
２〜10Ｗ／cm² ，望ましくは５Ｗ／cm² 程度とするのが
好適である。上記の自己バイアス補償用の直流電圧はふ
つう正の極性とすることでよく、その電圧値は発光膜の
母材の種類やスパッタリングの条件により異なるが、ふ
つうは１〜20Ｖ，とくに数〜10Ｖの範囲内に設定するの
がよく、発光膜の堆積速度等のスパッタリング条件に応
じて調節できるようにして置くのがとくに望ましい。

【００１２】

【作用】本発明は、ＥＬ発光膜の場合必ず基板等の絶縁
性の素地上に成膜されるので、スパッタリングによるそ
の母材等の堆積中にその電荷が蓄積されて自己バイアス
電圧が発生し、この電圧により堆積中の原子や分子のイ
オンが加速されて発光膜の膜質の低下を招きやすい点に
着目したもので、前項の構成にいう直流の電圧をＥＬ表
示パネルの基板を保持する電極に印加してその電界によ
り自己バイアスをほぼ打ち消した状態，つまり堆積する
原子や分子のイオンが自己バイアスによる加速をほぼ受
けない状態でスパッタリングを施すことにより、成膜さ
れた発光膜中の欠陥を減少させて膜質を向上させ、高い
ＥＬ発光輝度が得られるようにするものである。

【００１３】

【実施例】以下、図を参照しながら本発明の実施例を説
明する。図１は本発明方法の実施に適するスパッタリン
グ装置を例示するその構成断面図、図２はこれにより成
膜された発光膜のＥＬ発光特性線図である。

【００１４】図１に示すスパッタリング設備は通例のよ
うに例えば台21と蓋22からなる密封構造の容器20内の下
部と上部に互いに対向する板状の電極31と32をそれぞれ
配設し、真空Ｖに接続された排気管23から密封容器20内
を真空引きしてガス導入管24からスパッタリングガスSG
を導入するようにしたものである。本発明では図３に示
すＥＬ表示パネル10の発光膜14を絶縁膜12と13で挟んだ
積層体を連続的に成膜するのが有利であり、この場合に
はいわゆるマルチチャンバ形のスパッタリング設備を用
いるのがふつうであるが、図１はこの設備の一部である
発光膜成膜用のチャンバを示すものである。なお、本発
明方法により発光膜14と絶縁膜13, 14を含むかかる複合
積層体を成膜するには上述のスパッタリングガスSGにア
ルゴンを用いるのが有利である。

【００１５】下側電極31がターゲット40が載置される側
のプラズマ放電電極であり、絶縁34を介して容器20から
絶縁され、かつプラズマ発生用の例えば 13.56ＭHzの高
周波電源50と通例のようにマッチング回路51を介して接
続されている。ターゲット40としては発光膜14の種類に
応じ前述のように硫化亜鉛, 硫化カルシュウム, 硫化ス
トロンチウム等の母材にマンガンや稀土類等の発光中心
元素を微量含有させたものを用いるが、この実施例では
発光膜14が黄色のＥＬ発光用で, ターゲット40はマンガ
ンを含有する硫化亜鉛であるものとする。本発明方法で
もそのマンガン含有量は従来と同じであってよく、 0.3
〜0.8 ％, とくに 0.5％程度とするのが高輝度の発光膜
14を成膜する上で望ましい

【００１６】上側電極32が発光膜14の成膜用であり、そ
の下面に発光膜14を成膜すべき図３のＥＬ表示パネル10
の基板11が適宜な保持治具33によりその周縁部が抱持さ
れて固定される。なお、基板11上には実際には図３の導
電性膜12と絶縁膜13が付いているが図では省略されてお
り、保持治具33はその周縁部を除く部分に発光膜14を成
膜するためのマスクを兼ねている。この上側電極32は通
常は容器20と同電位に置かれるが、本発明では絶縁34に
より容器20から絶縁されて直流電源60とこの例では可変
抵抗61と固定抵抗62からなる電圧調節回路を介して接続
される。

【００１７】本発明により図３のＥＬ表示パネル10用に
薄膜積層体を作り込む際には、その窒化シリコンや酸化
タンタル等からなる絶縁膜13と15を例えば各 0.4μｍの
膜厚に, この例では 0.5％程度のマンガンを含む硫化亜
鉛からなる発光膜14を例えば0.6μｍの膜厚にそれぞれ
成膜する。この内の発光膜14を図１のスパッタリング設
備ないしチャンバ内で成膜する際には、容器20内のこの
例ではアルゴンであるスパッタリングガスSGの圧力を１
〜20ｍTorrの範囲内, 望ましくは10ｍTorr程度に保ち、
高周波電源50とマッチング回路51をプラズマ化電力密度
が基板11の面積に対して２〜10Ｗ／cm² の範囲内, 望ま
しくは５Ｗ／cm² 程度になるように設定ないし調節す
る。なお、この高周波電力密度が５Ｗ／cm² の場合は
0.1μｍ／分程度の成膜速度が得られる。

【００１８】また、上側電極32に直流電源60から抵抗6
1, 62の電圧調節回路を介して与える電圧はふつう正極
性の１〜20Ｖの範囲内がよく、上述の 0.1μｍ／分程度
の成膜速度では数〜10Ｖに設定するのがよい。図１の保
持治具33は基板11の表面の図３の導電性膜12の周縁部に
接触しているので、上側電極32に与えたこの直流電圧は
導電性膜12に伝達され、発光膜14に対する絶縁性の素地
である上述のようにごく薄い絶縁膜13を介して成膜中の
発光膜14の付近に電界を作る。

【００１９】スパッタリングによる発光膜14の成膜中は
母材の硫化亜鉛の堆積に伴ってその分子のイオン電荷な
いしは帯電が蓄積されて前述の自己バイアス電圧が発生
するが、本発明方法ではそれによる電界が上側電極32と
導電性膜12に与えられた直流電圧が作る電界によってほ
ぼ相殺されるので、母材の分子は電界加速をほとんど受
けない状態で堆積されて発光膜14として成膜される。

【００２０】図２に以上の本発明方法で発光膜14を成膜
して得られたＥＬ表示パネルの発光特性を示す。図の横
軸はその商用周波の交流駆動時に導電性膜12と裏面電極
膜16の間に掛ける表示電圧DVで、縦軸はcd／cm² で表し
た発光輝度Ｉである。なお、測定試料は基板11が５cm角
のものを用いた。

【００２１】図２の本発明方法による特性Ａを従来のス
パッタリング法による特性Ｂと比較すると、従来の特性
Ｂでは表示電圧Ｖの高い領域での飽和輝度が 100cd／cm
² を若干下回るのに対して、本発明の特性Ａでは 200cd
／cm² 以上が得られており、ＥＬ発光の輝度Ｉが約２倍
に向上している。また、輝度Ｉが急に立ち上がる発光し
きい値は本発明では図のように従来より約20Ｖ低減され
ている。この結果から判断すると、本発明の場合は自己
バイアスによってスパッタリング堆積物が加速される悪
影響がないので、発光膜14の膜質が向上してＥＬ発光の
効率が高まり、これに応じてその発光輝度が向上したも
のと考えられる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明のＥＬ発光膜
の成膜方法では、表示パネル用基板の絶縁性の素地の上
に発光中心元素を含む母材からなるＥＬ発光膜をその堆
積中に発生する自己バイアスをほぼ打ち消すに足る直流
の電圧をパネル基板を保持する電極に印加した状態でス
パッタリング法により堆積させて発光膜を成膜すること
により、次の効果を得ることができる。

【００２３】(a) 基板を保持する電極に与える直流電圧
により発光膜のスパッタリング中に配設する自己バイア
スをほぼ打ち消して堆積中の母材の分子等が加速をほと
んど受けない状態で発光膜を成膜することにより、発光
膜中の欠陥を減少させて膜質を向上させ、ＥＬ発光輝度
を従来の約２倍に向上することができる。 (b) 発光膜の膜質の向上に伴いＥＬ発光の効率が向上し
て発光しきい値が低減するので、ＥＬ表示パネルを従来
より低い表示電圧で駆動でき、その電力消費を低減しか
つ駆動回路を合理化することができる。 (c) スパッタリング法により発光膜と絶縁膜からなる薄
膜積層構造を同じ設備内で連続して成膜できるので、Ｅ
Ｌ表示パネルの製造工程を簡略化してその量産コストを
低減することができる。 (d) 従来の電子ビーム加熱蒸着法に比べてずっと低い設
備費用で同等の性能のＥＬ表示パネルを製造することが
できる。

【００２４】以上の効果をもつ本発明はＥＬ表示パネル
の量産用に適し、その実施によって製造コストと設備費
用を低減しながら高発光輝度で低表示電圧のＥＬ表示パ
ネルを提供してその一層の発展と普及に貢献することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＥＬ発光膜の成膜方法の実施に適する
スパッタリング設備を例示するその構成断面図である。

【図２】本発明方法により成膜された発光膜の性能を示
すＥＬ発光特性線図である。

【図３】本発明方法の適用例としてのＥＬ表示パネルの
端部の断面図である。

【図４】従来の電子ビーム加熱蒸着法による発光膜の成
膜の要領を示す蒸着設備の模式構成図である。

【符号の説明】

10 ＥＬ表示パネル 11 基板 14 発光膜 33 基板を保持する電極 40 スパッタリング用ターゲット 50 スパッタリング用高周波電源 60 自己バイアス補償用直流電源 Ａ 本発明方法による発光膜の発光特性 Ｂ 従来のスパッタリング法による発光膜の発光特
性 DV 表示パネルの表示電圧 Ｉ ＥＬ発光輝度 SG スパッタリングガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 春隆 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示パネル用基板の絶縁性の素地上に発光
   中心元素を含む母材からなるエレクトロルミネッセンス
   発光膜をその堆積中に発生する自己バイアスをほぼ打ち
   消すに足る直流の電圧をパネル基板を保持する電極に印
   加した状態でスパッタリング法により堆積させることを
   特徴とするエレクトロルミネッセンス発光膜の成膜方
   法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において、発光中心
   元素としてマンガンを含み母材を硫化亜鉛とする発光膜
   をスパッタリング法により堆積させることを特徴とする
   エレクトロルミネッセンス発光膜の成膜方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の方法において、発光膜を
   スパッタリング法により１〜20ｍTorrのアルゴンふん囲
   気内で堆積することを特徴とするエレクトロルミネッセ
   ンス発光膜の成膜方法。