JPH07118388B2 - 薄膜el素子およびその製造方法 - Google Patents

薄膜el素子およびその製造方法

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JPH07118388B2
JPH07118388B2 JP61273340A JP27334086A JPH07118388B2 JP H07118388 B2 JPH07118388 B2 JP H07118388B2 JP 61273340 A JP61273340 A JP 61273340A JP 27334086 A JP27334086 A JP 27334086A JP H07118388 B2 JPH07118388 B2 JP H07118388B2
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隆夫 任田
純 桑田
洋介 藤田
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はキャラクタやグラフィックスなどの表示に用
いる薄膜EL素子およびその製造方法に関するものであ
り、さらに詳しくは発光特性が長期にわたって安定な薄
膜EL素子およびその製造方法に関する。
従来の技術 従来より電場発光蛍光体を用いた固体映像表示装置とし
てX−Yマトリクス表示装置が知られている。この装置
は電場発光層の両面に水平平行電極群と垂直平行電極群
とを互いに直交するように配置し、それぞれの電極群に
接続された給電線により切換え装置を通して信号を加え
て両電極の交点部分の電場発光層(以下EL発光体層と略
称する)を発光させ(この交点の発光部分面を絵素と称
する)、発光した絵素の組み合わせによって文字記号、
図形等を表示させるものである。
ここで用いられる固体映像表示装置の表示板としては、
通常ガラス等の透光性基板上に透明な平行電極群を形成
し、その上に第1誘電体層、EL発光体層、第2誘電体層
を順次積層し、さらにその上に背面平行電極群を下層の
透明平行電極群に直交する配置で積層して形成する。一
般に透明平行電極としては平滑なガラス基板上に酸化錫
を被着するなどにより形成される。これに直交し、対向
する背面電極としてはアルミニウムが真空蒸着などによ
り形成される。
第1誘電体層や第2誘電体層に用いる材料としては、誘
電率が大きく、絶縁破壊電界強度が大きい材料が低電圧
駆動に適している。前者は、主に透明電極および背面電
極により印加される電圧の、より多くの割合をEL発光体
層に印加し、駆動電圧を低下させるためであり、後者は
主に絶縁破壊を起こさない安定な動作のために重要であ
る。このような低電圧で駆動ができ、安定性の優れた薄
膜EL素子を構成するための誘電体層としては誘電率が大
きな酸化物誘電体薄膜(特開昭56−45595号公報参照)
の方が法が誘電率が小さな酸化珪素や窒化珪素(特公昭
53−42398号公報)より適しており、酸化物誘電体薄膜
を用いた薄膜EL素子が広く研究されている。
発明が解決しようとする問題点 マトリクス状電極を有する薄膜EL素子を、一斉反転方式
により線順次駆動(特公昭55−27354号公報)し、1走
査期間で2回の発光を行わせる場合、透明電極と背面電
極に挟まれた各絵素においては、正極性のパルスが印加
されてから逆方向のパルスが印加されるまでの時間と、
逆極性のパルスが印加されてから正極性のパルスが印加
されるまでの時間が異なる。このような正・逆パルスの
位相が異なる駆動法により従来技術による薄膜EL素子を
長時間駆動した場合表示情報に応じて発光させた絵素で
は、発光させなかった絵素と比較して、発光開始電圧が
数ボルト変動するという問題点があった。
本発明の目的は、前記問題点を解決し、位相が異なる交
流パルスや正・逆方向の振幅が異なる交流パルスで駆動
しても、長期間に渡り安定した動作が可能な薄膜EL素子
およびその製造方法を提供することにある。
問題点を解決するための手段 本発明においては、透光性基板上に、透明電極、第1誘
電体層、EL発光体層、第2誘電体層、および背面電極を
順次積層してなる薄膜EL素子において、前記第1誘電体
層の前記EL発光体層側の部分は、厚さ10nm以上、200nm
以下の硫化カルシウム薄膜で構成し、前記第1誘電体層
の前記透明電極側の部分は比誘電率が15以上の酸化物誘
電体薄膜で構成し、前記第2誘電体層の前記EL発光体層
側の部分は、厚さ10nm以上、200nm以下の硫化カルシウ
ム薄膜で構成し、その上に厚さ20nm以上、100nm以下の
前記EL発光体層を構成する蛍光体薄膜と同じ主成分から
なる薄膜を積層して構成し、前記第2誘電体層の背面電
極側の部分は酸化物誘電体薄膜で構成する。
また製造工程においては、前記EL発光体層を500℃以
上、600℃以下の温度で加熱処理する。
作用 発光開始電圧の変動は、EL発光体層と誘電体層との界面
に種々の深さのトラップ準位が形成されることや、EL発
光体層と誘電体層との反応により生じるものと考えられ
る。EL発光体層と誘電体層との間に10nm以上200nm以下
の硫化カルシウム薄膜を介在させることにより、トラッ
プ準位の形成が抑制され、長期間に渡り安定した動作が
可能になったものと考えられる。
実施例 第1図は本発明にかかる薄膜EL素子の製造方法の一実施
例により作製した薄膜EL素子の断面構造を示す。図にお
いて、1はガラス基板であり、コーニング7059ガラスを
用いた。ガラス基板1上に、スパッタリング法により厚
さ200nmの錫添加酸化インジウム薄膜を形成し、ホトリ
ソグラフィ技術によりストライプ状に加工し透明電極2
とした。その上にチタンジルコン酸ストロンチウム[Sr
(TixZr1−x)O3]を基板温度400℃でスパッタリング
することにより厚さ600nmの酸化物誘電体薄膜3を形成
した。さらにその上に、硫化カルシウムペレットを蒸発
源として基板温度300℃で電子ビーム蒸着することによ
り厚さ50nmの硫化カルシウム薄膜4を形成した。酸化物
誘電体薄膜3と硫化カルシウム薄膜4により、第1誘電
体層5が形成される。硫化カルシウム薄膜4の上には、
共蒸着法により、基板温度200℃で、厚さ400nmのマンガ
ン添加硫化亜鉛薄膜からなるEL発光体層6を形成した。
さらにその上に、硫化カルシウムペレットを蒸発源とし
て基板温度300℃で電子ビーム蒸着することにより厚さ5
0nmの硫化カルシウム薄膜7を形成した。さらにその上
に基板温度300℃で、厚さ50nmの硫化亜鉛薄膜8を形成
し、その後真空中・550℃で1時間熱処理の後、その上
にタンタル酸バリウム[BaTa2O6]焼結体を、基板温度1
00℃でスパッタリングすることにより厚さ200nmの酸化
物誘電体薄膜9を形成した。酸化物誘電体薄膜9、硫化
カルシウム薄膜7および硫化亜鉛薄膜8により、第2誘
電体層10が形成される。最後にその上に厚さ150nmのAl
を真空蒸着し、ホトリソグラフィ技術により、透明電極
2とは直交する方向にストライプ状の背面電極11を形成
し、薄膜EL素子を完成した。
本発明の一実施例にかかる薄膜EL素子と、本発明の一実
施例にかかる薄膜EL素子から硫化カルシウム薄膜4、7
および硫化亜鉛薄膜8を除いた従来の薄膜EL素子とに、
第2図に示すような位相の異なる交流パルス電圧を印加
し、発光開始電圧の経時変化を測定したところ、第3図
に示すように、従来の薄膜EL素子では100時間で約6%
発光開始電圧が低下したのに対し(第2図b)、本発明
の薄膜EL素子では1%以下であった(第2図a)。
このような効果は硫化亜鉛薄膜8を除いてもほとんど変
わらないが、薄い硫化カルシウム薄膜は剥離しやすく、
とくにEL発光体層6の上に形成する硫化カルシウム薄膜
7は付着力が弱く、膜の端部より剥離を生じることがあ
る。もし端部より剥離を生じた場合には、この上に形成
される第2誘電体層の剥離はもちろん、背面電極の断線
にもつながる。しかし硫化カルシウム薄膜7の上を比較
的付着力の強い硫化亜鉛薄膜8で覆うことで改善され
る。硫化亜鉛薄膜8はEL発光体層6を形成するマンガン
添加硫化亜鉛薄膜と主成分は同一であり、したがってワ
ンポンプダウンで簡単にこの層を形成することができ
る。
本実施例では硫化カルシウム薄膜の形成に電子ビーム蒸
着法を用いたが、他の方法例えばスパッタリング法では
膜が剥離を起こし易く、さらにEL発光体層の熱処理温度
が500℃以上では薄膜EL素子の発光開始電圧の経時変化
を抑制する効果が消滅してしまい使用できなかった。
硫化カルシウム薄膜4、7の厚さは、10nmより薄い場合
は、発光開始電圧の経時変化を抑制する効果が少なく、
200nmより厚くした場合は、硫化カルシウム薄膜の誘電
率は小さいため、厚くするほど薄膜EL素子を駆動するの
に必要な電圧が高くなり、駆動用のICが高価なものとな
って好ましくない。
硫化亜鉛薄膜8の膜厚としては、10nmより薄い場合は、
硫化カルシウム薄膜7の剥離を防止する効果が少なく、
200nmより厚くした場合は、硫化亜鉛薄膜の誘電率は小
さいため、厚くするほど薄膜EL素子を駆動するのに必要
な電圧が高くなり、駆動用のICが高価なものとなって好
ましくない。
EL発光体層6としては活性物質を含む硫化亜鉛(ZnS)
を用いることができる。活性物質としてはMn,Cu,Ag,Au,
TbF3,SmF3,ErF3,TmF3,DyF3,PrF3,EuF3などが適当であ
る。EL発光体層6は硫化亜鉛以外のものでもよく、たと
えば活性物質を含むSrSやCaSなどの電場発光を示すもの
であればよい。
第1誘電体層に用いる酸化物誘電体薄膜の厚さは、第2
誘電体層より厚くした方が、絶縁破壊に対する安定性が
高い。厚い第1誘電体層を用いるには、酸化物誘電体薄
膜の比誘電率が大きいほど好ましく、実験結果からは15
以上が好ましかった。比誘電率が15より小さい場合、10
0〜180Vの電圧で安定に駆動できる薄膜EL素子を形成す
るのは困難であった。このような酸化物誘電体薄膜とし
ては、ペロブスカイト形の結晶構造を含む薄膜が、絶縁
破壊電圧の面からも適していた。その中でもSrTiO3,Srx
Mg1-xTiO3,SrTixZr1-xO3,SrxMg1-xTiyZr1-yO3等のチタ
ン酸ストロンチウム系の薄膜を第1誘電体層の酸化物誘
電体薄膜に用いることにより、極めて安定な薄膜EL素子
を構成することができた。
第2誘電体層の酸化物誘電体薄膜の一つとしては、比誘
電率が約22のタンタル酸バリウム系薄膜が適しており、
タンタンル酸バリウム系薄膜を用いることにより、伝播
性絶縁破壊を抑制することができ、信頼性の高い薄膜EL
素子を形成する事ができた。
発明の効果 以上のように本発明によれば、低電圧駆動が可能であ
り、長時間の駆動によっても発光開始電圧の変動が極め
て小さい薄膜EL素子を再現性良く形成することができ、
コンピュータ端末などの薄形、高品位ディスプレィなど
に広く利用でき、実用的価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる薄膜EL素子の製造方法の一実施
例により作製した薄膜EL素子の構成を示す断面図、第2
図は薄膜EL素子の駆動電圧波形を示す図、第3図は発光
開始電圧の経時変化を示すグラフである。 1……ガラス基板、2……透明電極、3……酸化物誘電
体薄膜、4……硫化カルシウム薄膜、5……第1誘電体
層、6……EL発光体層、7……硫化カルシウム薄膜、8
……硫化亜鉛薄膜、9……酸化物誘電体薄膜、10……第
2誘電体層、11……背面電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 洋介 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 松岡 富造 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 阿部 惇 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透光性基板上に、透明電極、第1誘電体
    層、EL発光体層、第2誘電体層、および背面電極を順次
    積層してなる薄膜EL素子において、前記第1誘電体層の
    前記EL発光体層側の部分は、厚さ10nm以上、200nm以下
    の硫化カルシウム薄膜で構成し、前記第1誘電体層の前
    記透明電極側の部分は比誘電率が15以上の酸化物誘電体
    薄膜で構成し、前記第2誘電体層の前記EL発光体層側の
    部分は、厚さ10nm以上、200nm以下の硫化カルシウム薄
    膜で構成し、その上に厚さ20nm以上、100nm以下の前記E
    L発光体層を構成する蛍光体薄膜と同じ主成分からなる
    薄膜を積層して構成し、前記第2誘電体層の背面電極側
    の部分は酸化物誘電体薄膜で構成したことを特徴とする
    薄膜EL素子。
  2. 【請求項2】第1誘電体層が酸化物誘電体薄膜を含んで
    構成され、その酸化物誘電体薄膜がペロブスカイト形構
    造の結晶部分を有する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. 【請求項3】第1誘電体層が酸化物誘電体薄膜を含んで
    構成され、その酸化物誘電体薄膜としてチタン酸ストロ
    ンチウム系薄膜を用い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. 【請求項4】第2誘電体層が酸化物誘電体薄膜を含んで
    構成され、その酸化物誘電体薄膜としてタンタル酸バリ
    ウム系薄膜を用いることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項、第2項または第3項のいずれかに記載の薄膜EL素
    子。
  5. 【請求項5】EL発光体層がマンガン添加硫化亜鉛薄膜を
    含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項、
    第3項または第4項のいずれかに記載の薄膜EL素子。
  6. 【請求項6】電子ビーム蒸着法にて硫化カルシウム薄膜
    を形成し、その上にEL発光体層を積層して形成する工程
    と、その上に電子ビーム蒸着法にて硫化カルシウム薄膜
    と前記EL発光体層を構成する蛍光体薄膜と同じ主成分か
    らなる薄膜を積層して形成する工程と、前記EL発光体層
    を500℃以上、600℃以下の温度で加熱処理する工程とを
    含むことを特徴とする薄膜EL素子の製造方法。
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