JPH06104088A - 薄膜発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】輝度と発光効率に優れる薄膜発光素子を得る。 【構成】二重絶縁型薄膜発光素子の発光層として硫化亜
鉛ＺｎＳに賦活剤であるマンガンＭｎと一価の元素と七
価の元素の内の少なくとも一価の元素を共賦活剤として
加えたものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は薄膜発光素子の発光層
に係り、特に輝度と発光効率に優れる発光層の賦活剤と
この賦活剤の導入方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Mnを発光中心とする蛍光体である発光層
の両面を絶縁層を介して透明電極(ITO) と金属電極で挟
んだ二重絶縁型の薄膜エレクトロルミネセントディスプ
レイ（以下薄膜発光素子と称する）は、高輝度発光，高
解像度，大容量表示化が可能であることから、薄型表示
用のディスプレイパネルとして注目されている。

【０００３】図４は一般的な二重絶縁型の薄膜発光素子
を示す破断斜視図である。硝子基板１上に第一の電極で
ある透明電極２、その上にSiO₂やSi₃N₄ からなる第一の
絶縁層３、発光層４、第一の絶縁層と同様の材料からな
る第二の絶縁層５、第二の電極であるAl電極６またはNi
電極７から薄膜発光素子が構成される。この様な薄膜発
光素子の発光層は硫化亜鉛ＺｎＳ膜を母材として、その
中に少量の発光中心Ｍｎを添加した材料で構成されてい
る。薄膜発光素子は、実用的な輝度（100cd/m²) を得る
ために発光層中の発光中心Ｍｎは最適濃度(Mn の濃度は
硫化亜鉛に対し0.4 〜0.6wt% ) が存在する。この様な
薄膜発光素子の発光層の製造方法は、真空蒸着法，スパ
ッタリング法，ALE 法などにより作製されており、いず
れも単色の発光では実用的な輝度が得られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら輝度，効
率を最大にするために各方法とも発光層中のMn濃度の制
御により行っているのが実情であり、現時点よりさらに
輝度上昇を行う手段がその他にはないという問題があ
る。また現在の方法のなかでもＺｎＳ：Ｍｎ焼結ターゲ
ットを用いたスパッタリング法は、成膜速度が高く大面
積で均一な濃度、膜厚の制御が簡単に行える方法である
ものの、他の製法に比し輝度が低いという問題がある。
またいずれの方法においても、ディスプレイ前面に偏向
フィルタを設けた場合やカラーフィルターを設けた場合
に充分な輝度が安定的に得られないといった問題があっ
た。

【０００５】この発明は上述の点に鑑みてなされ、その
目的は硫化亜鉛ＺｎＳ中の新規な賦活剤を開発すること
により輝度と発光効率に優れる薄膜発光素子及びその製
造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的は第一の発明
によれば透明基板と、第一の電極と、第一の絶縁層と、
発光層と、第二の絶縁層と、第二の電極を有し、透明基
板上に第一の電極、第一の絶縁層、発光層、第二の絶縁
層、第二の電極が順次積層され、発光層は硫化亜鉛中に
賦活剤としてマンガンＭｎをまた共賦活剤として一価の
元素と七価の元素のうち少なくとも一価の元素を含むと
すること、また第二の発明によれば第一の工程と第二の
工程と第三の工程を有し、第一の工程は透明基板上に第
一の電極と、第一の絶縁層とを順次積層し、第二の工程
は前記工程に続いてマンガンＭｎと七価の元素の内少な
くともマンガンＭｎを含む硫化亜鉛ＺｎＳをスパッタ法
により成膜し、次いで熱処理により透明基板より一価の
元素を硫化亜鉛ＺｎＳ中に拡散させて発光層を形成する
工程であり、第三の工程は前記工程に続いて発光層上に
第二の絶縁層と、第二の電極を積層する工程であるとす
ることにより達成される。

【０００７】

【作用】一価の元素は硫化亜鉛ＺｎＳ結晶中にアクセプ
タ順位を形成して発光中心であるＭｎ²⁺に対して電子の
供給源になるものと推定される。七価の元素は発光中心
であるＭｎ²⁺のクラスタ形成を抑制するものと推定され
る。

【０００８】

【実施例】図５はこの発明の実施例に係るＲＦマグネト
ロンスパッタリング装置を示す配置図である。ターゲッ
ト８が装着された陰極９は整合回路１２を介して13.56M
Hzの高周波電源１１に接続されている。一方陽極１０は
ターゲットと対向する位置にあり、基板１は陽極１０に
載置される。この陽極をターゲットに対して平行に保ち
ながら移動させることにより大面積化が可能である。

【０００９】薄膜発光素子は、その製造のプロセスにお
いてソーダガラス基板上に透明電極(ITO) ２、Al₂O₃ よ
りなる第一の絶縁層（厚さ 300nm）３Ａ、発光層（600
〜700nm ）４Ａを形成し、次いで５００℃の温度で２ｈ
の熱処理が加えられる。図３はこの発明の実施例に係る
薄膜発光素子の元素分布を示す線図である。ソーダガラ
ス中のナトリウムが前記の５００℃の加熱処理によりＩ
Ｔ０とアルミナ絶縁層を拡散して発光層に到達すること
がＩＭＡの分析で明らかとなった。絶縁層としてAl₂O₃
を用いることにより、さらに拡散速度が高まる。

【００１０】次いで第一の絶縁層と同じ材料を用い第二
の絶縁層（300nm ）を成膜したのち、Al電極６．Ni電極
７よりなる第二の電極を700nm 形成した。 発光層４Ａ
の成膜は、硫化亜鉛にMnF₂、MnCl₂ またはMnS をMn濃度
としてO.3wt%加えた焼結ターゲットを用いた。スパッタ
リングガスはガス導入口１３よりArまたはHeガスを反応
室１４に導入した。スパッタリング条件はガス圧力5 〜
20mtorr 、基板温度250 ℃、放電電力は2 〜5W/cm²であ
る。MnF₂またはMnCl₂ が混合されたターゲットを用いる
ことにより、発光層中に発光センターであるMnと共賦活
剤としての微量の FまたはClが含まれた薄膜発光素子が
形成される。

【００１１】得られた薄膜発光素子を６０Ｈｚ、３０μ
ｓのパルス波で駆動させた。図２はこの発明の実施例に
係るＮａが発光層に添加された薄膜発光素子の輝度特性
を示す線図である。硫化亜鉛ＺｎＳにマンガンとナトリ
ウムとフッ素を含む薄膜発光素子の輝度特性が最も良好
であることがわかる。表１にこの発明の実施例に係る薄
膜発光素子の特性を示す。輝度は発光開始電圧に60Ｖを
加えた電圧を印加して測定した。

【００１２】

【表１】 輝度，発光効率の最大値いずれも従来より向上してい
る。特に賦活剤としてターゲットよりドープされたF と
基板からの拡散によりドープされたNaを含む薄膜発光素
子は他のものに比べて発光効率が大幅に向上している。

【００１３】比較例 透明基板にノンアルカリガラスを用いる他は上記実施例
と同様にして薄膜発光素子を調製した。図１は比較例に
係るＮａ添加のない薄膜発光素子の輝度特性を示す線図
である。ナトリウムを含む場合に比し、発光開始電圧が
高くなっている。

【００１４】表２に比較例に係る薄膜発光素子の特性を
示す。

【００１５】

【表２】 発光層 ZnS:Mn 中に賦活剤として七価の元素を添加して
も大きな輝度向上は得られない。しかしながらこの素子
は信頼性に問題はなく例えば２万時間の駆動に対しても
輝度低下は見られなかった。

【００１６】本発明では発光層の成膜法としてスパッタ
法を用いたが、他の方法も用いることができる。特に種
々の原料を独立に供給可能なＣＶＤ法（代表的にはＡＬ
Ｅ法）、さらに原料をガス化して供給するスパッタ法は
本発明を実行する有力な手段である。

【００１７】

【発明の効果】第一の発明によれば第一の発明によれば
透明基板と、第一の電極と、第一の絶縁層と、発光層
と、第二の絶縁層と、第二の電極を有し、透明基板上に
第一の電極、第一の絶縁層、発光層、第二の絶縁層、第
二の電極が順次積層され、発光層は硫化亜鉛中に賦活剤
としてマンガンＭｎをまた共賦活剤として一価の元素と
七価の元素のうち少なくとも一価の元素を含むとするの
で、従来の賦活剤であるマンガンＭｎに加えてさらに一
価の元素と七価の元素のうち少なくとも一価の元素が微
量加わるのみで輝度と発光効率に優れる薄膜発光素子が
得られる。

【００１８】また第二の発明によれば第一の工程と第二
の工程と第三の工程を有し、第一の工程は透明基板上に
第一の電極と、第一の絶縁層とを順次積層し、第二の工
程は前記工程に続いてマンガンＭｎと七価の元素の内少
なくともマンガンＭｎを含む硫化亜鉛ＺｎＳをスパッタ
法により成膜し、次いで熱処理により透明基板より一価
の元素を硫化亜鉛ＺｎＳ中に拡散させて発光層を形成す
る工程であり、第三の工程は前記工程に続いて発光層上
に第二の絶縁層と、第二の電極を積層する工程であるの
で一価の元素と七価の元素のうち少なくとも一価の元素
を共賦活剤として容易に硫化亜鉛ＺｎＳ中に導入するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】比較例に係る薄膜発光素子の輝度特性を示す線
図

【図２】この発明の実施例に係る薄膜発光素子の輝度特
性を示す線図

【図３】この発明の実施例に係る薄膜発光素子の元素分
布を示す線図

【図４】一般的な二重絶縁型の薄膜発光素子を示す破断
斜視図

【図５】この発明の実施例に係るＲＦマグネトロンスパ
ッタリング装置を示す配置図

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ 透明電極 ３ 第一の絶縁層 ４ 発光層 ５ 第二の絶縁層 ６ Ａｌ電極 ７ Ｎｉ電極 ８ ターゲット ９ 陰極 １０ 陽極 １１ ＲＦ電源 １２ 整合回路 １３ ガス導入口 １４ 反応室

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板と、第一の電極と、第一の絶縁層
   と、発光層と、第二の絶縁層と、第二の電極を有し、 透明基板上に第一の電極、第一の絶縁層、発光層、第二
   の絶縁層、第二の電極が順次積層され、 発光層は硫化亜鉛中に賦活剤としてマンガンＭｎをまた
   共賦活剤として一価の元素と七価の元素のうち少なくと
   も一価の元素を含むことを特徴とする薄膜発光素子。
2. 【請求項２】請求項１記載の薄膜発光素子において、一
   価の元素はナトリウムＮａであることを特徴とする薄膜
   発光素子。
3. 【請求項３】請求項１記載の薄膜発光素子において、七
   価の元素はフッ素Ｆであることを特徴とする薄膜発光素
   子。
4. 【請求項４】第一の工程と第二の工程と第三の工程を有
   し、 第一の工程は透明基板上に第一の電極と、第一の絶縁層
   とを順次積層し、 第二の工程は前記工程に続いてマンガンＭｎと七価の元
   素の内少なくともマンガンＭｎを含む硫化亜鉛ＺｎＳを
   スパッタ法により成膜し、次いで熱処理により透明基板
   より一価の元素を硫化亜鉛ＺｎＳ中に拡散させて発光層
   を形成する工程であり、 第三の工程は前記工程に続いて発光層上に第二の絶縁層
   と、第二の電極を積層する工程であることを特徴とする
   薄膜発光素子の製造方法。
5. 【請求項５】請求項４記載の製造方法において、透明基
   板はソーダガラスであることを特徴とする薄膜発光素子
   の製造方法。
6. 【請求項６】請求項４記載の製造方法において、第一の
   絶縁層はアルミナであることを特徴とする薄膜発光素子
   の製造方法。