JPH0744072B2 - EL device and manufacturing method thereof - Google Patents

EL device and manufacturing method thereof

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JPH0744072B2
JPH0744072B2 JP60072159A JP7215985A JPH0744072B2 JP H0744072 B2 JPH0744072 B2 JP H0744072B2 JP 60072159 A JP60072159 A JP 60072159A JP 7215985 A JP7215985 A JP 7215985A JP H0744072 B2 JPH0744072 B2 JP H0744072B2
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green sheet
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ceramic
layer
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の利用分野) 本発明は平型ディスプレイや面光源に利用されるEL(エ
レクトロルミネセンス)素子とその製造方法に関するも
のである。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an EL (electroluminescence) device used for flat displays and surface light sources, and a method for manufacturing the same.

(従来技術とその問題点) 螢光体物質に電圧を印加することにより発光を呈する、
所謂エレクトロルミネセンスが1936年に発見されて以
来、面光源や表示装置への応用を目的として多くの研究
開発が行なわれてきた。各種のEL素子構成が提案検討さ
れてきたが、現時点では絶縁体薄膜を挿入した交流駆動
の薄膜EL素子が輝度特性、安定性に優れ、各種のディス
プレイとして実用に供されている。第2図に代表的な2
重絶縁型薄膜EL素子の基本構造を示す(エス・アイ・デ
ィ・74・ダイジェスト・オブ・テクニカル・ペーバーズ
84頁,SID74 diaest of tcchnical papers)。透明ガラ
ス基体21上にITOやネサ膜等の透明電極22、薄膜第1絶
縁体層23、ZnS:Mn等のエレクトロルミネセンスを呈する
螢光体薄膜からなる薄膜発光層24、更にその上に薄膜第
2絶縁体層25、Al薄膜等の背面電極26からなる多層薄膜
構造を有している。第1及び第2絶縁体層はY2O3,Ta2O
5,Al2O3,Si3N4,BaTiO3,SrTiO3等の透明誘電体薄膜
でありスパッタリングや蒸着等により形成されている。
このような絶縁体層は発光層内を流れる電流を制限し、
EL素子の動作の安定性,発光特性の改善に寄与すると共
に湿気や有害なイオンの汚染から発光層を保護しEL素子
の信頼性を改善するものである。しかしながら、このよ
うな素子においてもいくつかの実用上の問題がある。即
ち、素子の絶縁破壊を広い面積にわたって皆無にするこ
とが困難であり歩止りが低いことや、絶縁体層に電圧が
分割印加されるために発光に必要な素子に印加する駆動
電圧が高くなることである。前述の素子の絶縁破壊の問
題に関しては絶縁耐圧特性の良好な絶縁体層材料の採用
が要求される。また、発光駆動電圧に関しては絶縁体層
への印加電圧の分割分を少なくするためになるべく絶縁
体層の容量を大きくすることが好ましい。またこのよう
な交流駆動型EL素子の動作原理上、発光に寄与する発光
層内を流れる電流は絶縁体層の容量にほぼ比例する。従
って絶縁体層の容量を大きくすることは駆動電圧を低下
させると共に発光輝度を高くする点でも重要である。即
ち、絶縁体層としては、絶縁破壊耐圧が高く、容量の大
きいものが求められている。このような観点から絶縁体
層材料の良好さの指標として誘導率(ε)×絶縁破壊電
界(Eb.d)が広く採用されている。このε・Eb.d.値は
最低でもZnS発光層のε・Eb.d.値(約1.3μc/cm2)の約
3倍の値が実用的には必要である(アイ・イー・イー・
イー・トランザアクションズ・オン・エレクトロン・デ
ハイスズ IEEE Trans Electron Devices ED−24,p903
(1977)。Eb.d.が非常に大きい絶縁体物質であればε
が小さくても非常に薄い膜厚で使用することにより絶縁
体層の大きな容量を実現可能であるが、現実的には表示
装置や面光源として要求される広い面積にわたって微小
な汚れや微粒子の付着等の欠陥を皆無にすることはきわ
めて困難であり、数100Å程度以下の薄い絶縁体層の採
用は不敵である。このような観点から高誘電率の薄膜を
採用することが検討されている。例えばスパッタ法によ
り形成されたPbTiO3膜を絶縁体層として採用することに
より低電圧駆動が試みられている。(アイ・イー・イー
・イー・トランザクションズ・オン・エレクトロン・デ
ハイスズ,IEEE Trans Electron Devices ED−28,p698
(1981))PbTiO3スパッタ膜は最高190の比誘電率で0.5
MV/cmの絶縁耐圧を示すが、PbTiO3膜の成膜時の基板温
度は600℃程度の高温が必要であり実用的ではない。ま
た、比較的良好なε・Eb.d.値を示す薄膜としてスパッ
タによるSrTiO3膜が知られている(ジャパン・ディスプ
レイ・'83,Japan Display−'83,p76(1983))。SrTiO3
スパッタ膜の比誘電率は140,絶縁破壊電圧は1.5〜2MV/c
mでありε・Eb.d.値は19〜25μc/cm2である。これはPbT
iO3のε・Eb.d.値・7μc/cm2より優れている。しか
し、SrTiO3膜も成膜時に400℃の高基板温度が要求さ
れ、またスパッタ成膜中にITO透明電極を還元して黒化
させる等の実用上の問題がある。また、ZnS発光層との
密着性が弱い欠点があるほかに、これらの比較的高い誘
電率の絶縁体層を採用した薄膜EL素子は、絶縁破壊が生
じた場合、微小な破壊孔を残して破壊が完了する自己回
復型の破壊とはならず、実用的には致命的である伝播型
の破壊となる傾向が強い。
(Prior art and its problems) When a voltage is applied to a fluorescent substance, it emits light.
Since the discovery of so-called electroluminescence in 1936, much research and development has been conducted with the aim of applying it to surface light sources and display devices. Various EL element configurations have been proposed and studied, but at the present time, AC-driven thin film EL elements in which an insulator thin film is inserted have excellent brightness characteristics and stability and are put to practical use as various displays. Typical 2 in Figure 2
The basic structure of a heavy insulation type thin film EL element is shown (S.I.D.74.Digest of Technical Pavers)
84 pages, SID74 diaest of tcchnical papers). A transparent electrode 22 such as ITO or a NES film, a thin film first insulator layer 23, a thin film light emitting layer 24 made of a fluorescent thin film exhibiting electroluminescence such as ZnS: Mn on a transparent glass substrate 21, and a thin film thereon. It has a multi-layered thin film structure including a second insulator layer 25 and a back electrode 26 such as an Al thin film. The first and second insulator layers are Y 2 O 3 and Ta 2 O
5 , a transparent dielectric thin film of Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , BaTiO 3 , SrTiO 3, etc., which is formed by sputtering or vapor deposition.
Such an insulator layer limits the current flowing in the light emitting layer,
It contributes to the stability of the operation of the EL element and the improvement of the light emission characteristics, and protects the light emitting layer from the contamination of moisture and harmful ions, and improves the reliability of the EL element. However, there are some practical problems with such a device. That is, it is difficult to eliminate the dielectric breakdown of the device over a wide area, and the yield is low, and the driving voltage applied to the device required for light emission is high because the voltage is divided and applied to the insulating layer. That is. With respect to the above-mentioned problem of dielectric breakdown of the element, it is required to adopt an insulating layer material having a good dielectric strength characteristic. Further, regarding the light emission drive voltage, it is preferable to increase the capacity of the insulating layer as much as possible in order to reduce the divided amount of the voltage applied to the insulating layer. Further, according to the operating principle of such an AC drive type EL element, the current flowing in the light emitting layer that contributes to light emission is almost proportional to the capacity of the insulator layer. Therefore, it is important to increase the capacity of the insulator layer in order to reduce the driving voltage and increase the emission brightness. That is, as the insulator layer, one having a high dielectric breakdown voltage and a large capacitance is required. From this point of view, the dielectric constant (ε) × dielectric breakdown electric field (Eb.d) is widely adopted as an index of the goodness of the insulating layer material. This ε · Eb.d. Value is practically necessary to be at least about three times the ε · Eb.d. Value of the ZnS light emitting layer (about 1.3 μc / cm 2 ).・
E-Transactions on Electron De Haiths IEEE Trans Electron Devices ED-24, p903
(1977). If Eb.d. is a very large insulator material, ε
Even if the size is small, it is possible to realize a large capacity of the insulator layer by using it with a very thin film thickness, but in reality, adhesion of minute dirt and fine particles over a wide area required for display devices and surface light sources. It is extremely difficult to eliminate such defects, and the adoption of a thin insulator layer of several hundreds of liters or less is invincible. From such a point of view, adoption of a thin film having a high dielectric constant has been studied. For example, low-voltage driving has been attempted by using a PbTiO 3 film formed by a sputtering method as an insulator layer. (IEE Transactions on Electron DeHais, IEEE Trans Electron Devices ED-28, p698
(1981)) PbTiO 3 sputtered film has a maximum relative dielectric constant of 190 of 0.5.
Although it has a withstand voltage of MV / cm, it is not practical because the substrate temperature at the time of forming the PbTiO 3 film requires a high temperature of about 600 ° C. Further, a SrTiO 3 film formed by sputtering is known as a thin film showing a relatively good ε · Eb.d. Value (Japan Display-'83, Japan Display-'83, p76 (1983)). SrTiO 3
The relative permittivity of the sputtered film is 140, and the breakdown voltage is 1.5-2 MV / c.
m and the ε · Eb.d. value is 19 to 25 μc / cm 2 . This is PbT
It is superior to the ε · Eb.d. value of iO 3 · 7 μc / cm 2 . However, the SrTiO 3 film also requires a high substrate temperature of 400 ° C. at the time of film formation, and has practical problems such as blackening by reducing the ITO transparent electrode during sputtering film formation. In addition to the drawback that the adhesion to the ZnS light emitting layer is weak, thin-film EL devices that employ these relatively high-dielectric-constant insulator layers leave minute breakage holes when dielectric breakdown occurs. It is not a self-healing type destruction that completes destruction, but there is a strong tendency to be a propagation type destruction that is fatal in practical use.

以上のように誘電率、ε・Eb.d.値の大きな絶縁体薄膜
層を採用し、低電圧駆動,高輝度,発光特性,絶縁破壊
に対する安定性を実現することは現実的には困難であ
る。
As described above, it is practically difficult to realize low voltage driving, high brightness, light emission characteristics, and stability against dielectric breakdown by adopting an insulator thin film layer having a large dielectric constant and ε · Eb.d. is there.

また、EL素子の安定性や特性改善のための熱処理工程の
ためにガラス基体はアルカリ・フリーで且つ高い軟化点
の高価格なものを使用する必要があり薄膜EL素子のコス
ト高の原因にもなっている。このように高価なガラスを
採用しても600℃以下のプロセス温度に限定する必要が
ある。また、透明電極として使用しているITO膜の比抵
抗が十分小さくなく、更にITO膜を厚くしてもちいた場
合にはエッジ部での絶縁破壊が発生しやすくなるために
0.2ミクロン程度以下の厚さにする必要があり、電極抵
抗を十分小さくすることができず、より大面積,大表示
容量のディスプレイの実現の阻害要因となっていた。
In addition, it is necessary to use a glass substrate that is alkali-free and expensive with a high softening point for the heat treatment process to improve the stability and characteristics of the EL device, which is also a cause of the high cost of the thin film EL device. Has become. Even if such expensive glass is adopted, it is necessary to limit the process temperature to 600 ° C or lower. In addition, the specific resistance of the ITO film used as the transparent electrode is not sufficiently small, and if the ITO film is thickened, dielectric breakdown is likely to occur at the edge part.
It was necessary to reduce the thickness to about 0.2 micron or less, and the electrode resistance could not be made sufficiently small, which was an obstacle to the realization of a display having a larger area and a larger display capacity.

以上のように従来の薄膜EL素子は構成材料が高価であ
り、また歩止りが低く、更に高耐電圧の高価な駆動回路
が必要であり表示装置として高価格なものにならざるを
得ず、また大面積化も困難であった。
As described above, the conventional thin film EL element is expensive in the constituent material, has a low yield, and requires an expensive drive circuit with a high withstand voltage, and thus the display apparatus is inevitably expensive. Also, it was difficult to increase the area.

(発明の目的) 以上述べたように従来のガラス基板上に多層薄膜で形成
された薄膜EL素子の有する種々の欠点を解決した、高信
頼で且つ低電圧駆動で高輝度発光するEL素子とその製造
方法を提供することが本発明の目的である。
(Object of the Invention) As described above, an EL element which emits high brightness with high reliability and low voltage driving, which solves various drawbacks of a thin film EL element formed of a multilayer thin film on a conventional glass substrate, and its It is an object of the present invention to provide a manufacturing method.

(発明の構成) 本発明によればセラミックの基体と所定のパターンに形
成された厚膜電極と高誘電率セラミックの第1絶縁体層
が積層された構造のグリーンシート法により製造された
積層セラミック構造体上にZnS:Mn,ZnS:TbF3,ZnS:SmF3
の薄膜発光層,薄膜の第2絶縁体層,ITO等の透明導電膜
からなる透明電極が積層された構造か、あるいは該構造
において薄膜の第2絶縁体層が省略された構造のEL素子
が得られる。また前記積層セラミック構造体が第1絶縁
体層としてPbを含む複合ペロブスカイトからなり1000℃
以下の低温焼成により製造されるEL素子の製造方法が得
られる。
(Structure of the Invention) According to the present invention, a laminated ceramic manufactured by a green sheet method having a structure in which a ceramic substrate, a thick film electrode formed in a predetermined pattern, and a first insulator layer of a high dielectric constant ceramic are laminated. A structure in which a thin film light emitting layer of ZnS: Mn, ZnS: TbF 3 , ZnS: SmF 3, etc., a thin second insulating layer, a transparent electrode made of a transparent conductive film such as ITO is laminated on the structure, or An EL device having a structure in which the thin second insulator layer is omitted in the structure is obtained. The laminated ceramic structure is made of a composite perovskite containing Pb as the first insulating layer, and is 1000 ° C.
The following method for manufacturing an EL element manufactured by low temperature firing is obtained.

(構成の詳細な説明) 本発明のEL素子の基本構造を第1図に示す。本発明のEL
素子はセラミック基体11と厚膜第1電極12,高誘電率セ
ラミック第1絶縁体層13とからなる積層セラミック構造
体と真空蒸着、スパッタリング法、CVD法等で形成され
る薄膜発光層14薄膜第2絶縁体層15、透明第2電極16か
らなる基本構造を有している。尚、薄膜第2絶縁体層を
省略した片絶縁構造としてもよい。発光層や第2絶縁体
層は通常の薄膜EL素子と同様であり、本発明のEL素子は
要するに基体,第1電極,第1絶縁体層がグリーンシー
トを積層焼成して作成される積層セラミック構造体であ
るとともに第1絶縁体層が高誘電率材料で構成されてい
ることを特徴としている。更に、該第1絶縁体層をPbを
含む複合ペロブスカイト材料とすることにより低温焼成
プロセスにより製造することを特徴とするものである。
(Detailed Description of Configuration) FIG. 1 shows the basic structure of the EL device of the present invention. EL of the present invention
The element is a laminated ceramic structure composed of a ceramic substrate 11, a thick film first electrode 12, and a high dielectric constant ceramic first insulator layer 13, and a thin film light emitting layer 14 formed by vacuum deposition, sputtering, CVD or the like. It has a basic structure composed of two insulator layers 15 and a transparent second electrode 16. A single insulating structure in which the thin film second insulator layer is omitted may be used. The light emitting layer and the second insulating layer are the same as those of a normal thin film EL element, and the EL element of the present invention is essentially a laminated ceramic in which the substrate, the first electrode, and the first insulating layer are formed by laminating and firing green sheets. The structure is characterized in that the first insulator layer is composed of a high dielectric constant material. Further, it is characterized in that the first insulating layer is made of a composite perovskite material containing Pb and is manufactured by a low temperature firing process.

尚、本発明のEL素子はセラミック基板上に順次積層され
た透明電極側から表示を見て使用するものであり、通常
のガラス基板を使用するものと異なりセラミック製の基
体や第1電極、第1絶縁体層は透光性である必要はな
く、かえって表示のコントラストを上げる効果のために
濃く着色されている方が好ましい。
The EL element of the present invention is used by observing the display from the transparent electrode side sequentially laminated on the ceramic substrate, and unlike the one using a normal glass substrate, the ceramic substrate, the first electrode, the The 1-insulator layer does not need to be translucent, and it is preferable that the 1-insulator layer is deeply colored for the effect of increasing the contrast of display.

上記のような積層セラミック構造体は通常のグリーンシ
ートの積層技術により製造される。即ち基体となるセラ
ミック原料粉末にバインダ混合し泥漿,キャスティング
成膜し、グリーンシートを製造する。セラミックの内部
電極となる第1電極はグリーンシートにスクリーン印刷
法などにより印刷される。更に同様の工程により高誘電
率誘電体材料を原料とした第1絶縁体層となるグリーン
シートを作成する。尚、第1電極の厚膜印刷は該グリー
ンシートに印刷形成しても良い。以上の基体部及び第1
絶縁体層となるグリーンシートを厚膜電極面を埋設する
ように積層圧着後、焼成し積層セラミック構造部が作成
される。尚、基体部は第1絶縁体層と同一の材料により
構成しても良いが材料コストや電極の容量を低減するた
めにアルミナ系やそれにガラスフリットが混入された低
コストの低誘電率の絶縁体セラミックとする方が好まし
い。EL素子では第1電極と第2電極で画定された部分で
発光表示を行なうものであり、電極は電流供給の機能と
画素表示の機能を兼るものであり、各種の表示装置への
応用に応じて任意のパターンに形成されるものである。
第1電極のパターン形成は印刷法により容易に実現され
る。通常、EL素子の表示パネルにおいては極端に微細な
電極パターンが要求されることはほとんどなく、スクリ
ーン印刷法で十分であり、大面積に低コストで電極形成
できる利点を有している。微細なパターンが要求れる場
合にはフォトリゾグラフ技術を援用して厚膜電極の微細
パターンを形成しても良い。
The laminated ceramic structure as described above is manufactured by a usual green sheet laminating technique. That is, a green sheet is manufactured by mixing a ceramic raw material powder as a base material with a binder and forming a slurry and casting film. The first electrode, which is an internal electrode of ceramic, is printed on the green sheet by a screen printing method or the like. Further, by the same process, a green sheet to be the first insulator layer is prepared using a high dielectric constant dielectric material as a raw material. The thick film printing of the first electrode may be performed by printing on the green sheet. The above base part and the first
A green sheet to be an insulating layer is laminated and pressure-bonded so that the thick film electrode surface is buried, and then fired to form a laminated ceramic structure portion. The base portion may be made of the same material as that of the first insulator layer, but in order to reduce the material cost and the capacitance of the electrode, an alumina-based material or a glass frit mixed with it at a low cost and with a low dielectric constant is used. A body ceramic is preferable. The EL element performs light emission display in a portion defined by the first electrode and the second electrode, and the electrode has both a current supply function and a pixel display function, which is suitable for various display devices. According to this, it is formed in an arbitrary pattern.
The pattern formation of the first electrode is easily realized by a printing method. Normally, an extremely fine electrode pattern is rarely required in a display panel of an EL element, and a screen printing method is sufficient, and it has an advantage that electrodes can be formed in a large area at low cost. When a fine pattern is required, the photolithographic technique may be used to form the fine pattern of the thick film electrode.

以上述べたように、本発明のEL素子は第1絶縁体層と基
体の間に電極が埋設された積層セラミック構造体上に薄
膜発光層が形成されるものであるが、交流型EL素子の重
要な構成要素である絶縁体層をセラミックで構成するこ
とによって絶縁体層の大容量と高い絶縁破壊強度が実現
される。従来の薄膜EL素子での絶縁体薄膜の比誘電率は
一般的な材料では5〜25程度であり、厳しい製造条件で
達成されるPbTiO3薄膜等においても100〜200程度である
が、本発明のグリーンシートの焼成により得られるセラ
ミックでは適当な高誘電率材料の選定により10,000以上
もの高い比誘電率さえ容易に実現することが可能であ
る。また誘電率がこのように大きいためにε・Eb.d.値
も従来の薄膜絶縁体層に比較して数10倍から100倍もの
値が実現される。従って、例えば30ミクロンの厚さで形
成しても、この第1絶縁体層の容量は通常の薄膜EL素子
で採用されているY2O3,Si3N4、Ta2O5,Al2O3等の一般
的な絶縁体層の容量より2桁も大きく、また薄膜絶縁体
層として前述のPbTiO3やSrTiO3薄膜と比較しても10倍程
度の大容量が容易に実現される。また、数10ミクロンも
の厚さで用いることができるので絶縁破壊のない素子が
実現される。従って、高誘電率セラミックの絶縁体層の
採用により絶縁破壊に安定な、且つ大容量の絶縁体層が
実現され、低電圧駆動で高輝度発光特性が可能となる。
As described above, the EL element of the present invention is one in which the thin film light emitting layer is formed on the laminated ceramic structure in which the electrode is embedded between the first insulator layer and the substrate. By forming the insulator layer, which is an important component, from ceramic, a large capacity and high dielectric breakdown strength of the insulator layer are realized. The relative dielectric constant of the insulator thin film in the conventional thin film EL element is about 5 to 25 for general materials, and about 100 to 200 for PbTiO 3 thin films and the like that are achieved under severe manufacturing conditions. With the ceramics obtained by firing the green sheet, it is possible to easily realize even a dielectric constant as high as 10,000 or more by selecting an appropriate high dielectric constant material. In addition, since the permittivity is so large, the ε · Eb.d. Value is several tens to 100 times that of the conventional thin film insulator layer. Therefore, even if the first insulator layer is formed to have a thickness of, for example, 30 microns, the capacitance of the first insulator layer is Y 2 O 3 , Si 3 N 4 , Ta 2 O 5 , and Al 2 which are used in ordinary thin film EL elements. It is two orders of magnitude larger than the capacity of a general insulator layer such as O 3, and even as a thin film insulator layer, a large capacity of about 10 times can be easily realized compared with the above-mentioned PbTiO 3 or SrTiO 3 thin film. Further, since it can be used with a thickness of several tens of microns, an element free from dielectric breakdown is realized. Therefore, by adopting the insulator layer of high dielectric constant ceramic, an insulator layer which is stable against dielectric breakdown and has a large capacity is realized, and a high-luminance light emission characteristic can be obtained by driving at low voltage.

このような高誘電率の絶縁体セラミック層はグリーンシ
ート法により厚さの均一性よく低コストで大面積に製造
することができる。厚さは製造上の問題や素子としての
安定性の点で数ミクロン以上あることが好ましい。ま
た、厚くすることにより局所的な絶縁破壊に対して安定
性は向上するが、当然厚さに反比例して容量が減少する
と共に、表示素子とした場合の隣接表示画素とのクロス
トークの問題が生じるために300ミクロン以下が好まし
い。本発明のEL素子の利点を明確にするためにはこのセ
ラミック層の比誘電率は数100以上とすることが好まし
いが、グリーンシート法により1,000〜20,000程度の高
誘電率セラミック層は各種の材料組成で製造可能であ
る。しかし一般的には酸化雰囲気での高い焼成温度が要
求され第1電極としてPt,Au,Pd等の高価な貴金属ペース
トを使用する必要がある。BaTiO3系の特殊な材料では中
性還元雰囲気中で焼結できるものもあり、この場合はニ
ッケルを電極材料として使用することも可能である。し
かしながら製造容易さや特性の安定性の点でPbを含む複
合ペロブスカイトを代表とする低温焼成型の高誘電材料
を使用することがもっとも好ましく、低価格なAgやAg含
有量の多いAg−Pd合金を採用することができる。
Such an insulating ceramic layer having a high dielectric constant can be manufactured in a large area at a low cost with good thickness uniformity by the green sheet method. The thickness is preferably several microns or more in terms of manufacturing problems and device stability. Further, although the stability is improved against a local dielectric breakdown by increasing the thickness, naturally the capacity is reduced in inverse proportion to the thickness, and the problem of crosstalk with an adjacent display pixel when used as a display element occurs. Less than 300 microns is preferred to occur. In order to clarify the advantages of the EL element of the present invention, the relative dielectric constant of this ceramic layer is preferably several hundreds or more, but the high dielectric constant ceramic layer of about 1,000 to 20,000 is made of various materials by the green sheet method. It can be manufactured with a composition. However, a high firing temperature in an oxidizing atmosphere is generally required, and it is necessary to use an expensive precious metal paste such as Pt, Au, or Pd as the first electrode. Some special BaTiO 3 materials can be sintered in a neutral reducing atmosphere. In this case, nickel can also be used as an electrode material. However, in terms of ease of production and stability of properties, it is most preferable to use a low-dielectric-type high-dielectric material typified by a Pb-containing composite perovskite, and a low-cost Ag or Ag-Pd alloy with a high Ag content is used. Can be adopted.

以上説明した積層セラミック構造体の上に蒸着やスパッ
タ等の薄膜プロセスにより発光層等を形成し本発明のEL
素子が得られる。表面状態を改良するために積層セラミ
ック表面を発光層の成膜前に研磨しても良いが、研磨せ
ずに直接発光層を形成しても特別な不都合は生じない。
The EL layer of the present invention is formed by forming a light emitting layer and the like on the laminated ceramic structure described above by a thin film process such as vapor deposition and sputtering.
The device is obtained. In order to improve the surface condition, the surface of the laminated ceramic may be polished before forming the light emitting layer. However, even if the light emitting layer is directly formed without polishing, no particular inconvenience occurs.

(実施例) アルミナとホウケイ酸鉛ガラスからなる粉末にバインダ
ー混合し、泥漿とした後キャスティング成膜により厚さ
0.7mmのセラミック基体となるグリーンシートを作成し
た。このセラミック生シート上にスクリーン印刷により
Agが85原子パーセント、Pdが15原子パーセントからなる
Ag−Pdペーストを0.33ミリ巾、ピッチ0.55ミリのストラ
イプ状のパターンに形成した。低温焼成用のPb系複合ペ
ロブスカイト材料としてPb(Fe2/3W1/30.3(Fe1/2Nb
1/20.7O3の予焼粉末にバインダ混合、キャスティング
成膜を行ない40ミクロン厚さの第1絶縁体層用のグリー
ンシートを作成した。このグリーンシートを前述の電極
パターンが印刷された基体用のグリーンシート上に積層
圧着し、端部の不用部分を切断したのち950℃で焼成し
積層セラミック構造体を作成した。この焼成により約10
%の収縮があったが、そりの発生はなかった。次にZnS
とMnの共蒸着法によりZnS:Mnを0.3ミクロンの厚さに真
空蒸着した。特性の改善のためにAr中で650℃,2時間の
熱処理を行なった。この後、Ta2O5とAl2O3の混合物から
なるターゲットを使用してスパッタ法によりTaAIO絶縁
体層を0.3ミクロン形成し第2絶縁体層とした。次にス
パッタ法によりITO膜を0.4ミクロンを形成し、前記のAg
−Pd厚膜ストライプ電極と直交する配置で0.3mm巾、0.5
mmピッチにエッチングし透明ストライプ電極とした。
尚、ITO膜は0.4ミクロンと厚いために面積抵抗は約5オ
ームであり低くできた。
(Example) A binder was mixed with a powder composed of alumina and lead borosilicate glass to prepare a slurry, which was then cast to form a film.
A green sheet was prepared as a 0.7 mm ceramic substrate. By screen printing on this ceramic green sheet
85 atomic percent Ag and 15 atomic percent Pd
The Ag-Pd paste was formed into a striped pattern with a width of 0.33 mm and a pitch of 0.55 mm. Pb (Fe 2/3 W 1/3 ) 0.3 (Fe 1/2 Nb as a Pb-based composite perovskite material for low temperature firing
1/2 ) 0.7 O 3 pre-calcined powder was mixed with a binder and casting was performed to form a 40 μm thick green sheet for the first insulator layer. This green sheet was laminated and pressure-bonded onto the green sheet for a substrate on which the above-mentioned electrode pattern was printed, the unnecessary portions at the ends were cut, and then fired at 950 ° C. to form a laminated ceramic structure. About 10 by this firing
There was no shrinkage, but there was no warpage. Then ZnS
ZnS: Mn was vacuum-deposited to a thickness of 0.3 micron by the co-evaporation method of Mn and Mn. To improve the properties, heat treatment was performed in Ar for 2 hours at 650 ℃. Then, a TaAIO insulator layer having a thickness of 0.3 μm was formed as a second insulator layer by a sputtering method using a target made of a mixture of Ta 2 O 5 and Al 2 O 3 . Next, an ITO film of 0.4 micron was formed by sputtering, and
-Pd thick film stripe electrode orthogonal to 0.3 mm width, 0.5
Etching was performed at a mm pitch to form a transparent stripe electrode.
Since the ITO film was as thick as 0.4 μm, the sheet resistance was about 5 ohms and could be lowered.

このようにして作成したEL素子はセラミックの第1絶縁
体層の容量が非常に大きいためにこの層での電圧降下は
ほとんどなく、また、発光層の高温熱処理による結晶性
やMnの分布が改善され、更に電極抵抗が低いことも加わ
って、交流パルス電圧印加による発光開始電圧は55Vと
低く、且つ発光輝度は80V,500Hzで約500cd/m2と良好な
特性を示した。なお、薄膜の第2絶縁体層を排除した片
絶縁構造の場合は電流値が大きく発光効率を悪くしてい
たが、発光開始電圧は40V程度と低く、また発光輝度は
同程度であった。本実施例の素子では200Vまでの電圧印
加においても絶縁破壊は皆無であり高い安定性を示し
た。
In the EL device thus produced, the capacitance of the ceramic first insulator layer is very large, so there is almost no voltage drop in this layer, and the crystallinity and Mn distribution of the light emitting layer are improved by high temperature heat treatment. Moreover, in addition to the low electrode resistance, the light emission starting voltage due to the application of the AC pulse voltage was as low as 55 V, and the light emission luminance was good at about 500 cd / m 2 at 80 V, 500 Hz. In the case of the one-sided insulation structure in which the thin second insulating layer was excluded, the current value was large and the light emission efficiency was poor, but the light emission starting voltage was as low as about 40 V, and the light emission luminance was about the same. The device of this example showed no dielectric breakdown even when a voltage of up to 200 V was applied, and showed high stability.

以上のような良好な発光特性と安定性はZnS:Mn以外に縁
色発光のZnS:TbF3や赤色発光のZnS:SmF3等を発光層とし
た場合も同様であり本発明のEL素子構造の有効性が示さ
れた。
The good light emission characteristics and stability as described above are the same when ZnS: TbF 3 of edge color light emission and ZnS: SmF 3 of red light emission are used as the light emitting layer in addition to ZnS: Mn. Was shown to be effective.

(発明の効果) 以上説明したように本発明のEL素子は高安定,低電圧駆
動,高輝度発光,高コントラストであり、電極抵抗も低
くできるためにセグメント表示から大表示容量のドット
マトリックス表示まで可能とするものである。また、絶
縁破壊による素子の破壊がほとんどなく歩止りが改善さ
れ、また積層セラミックの採用や厚膜プロセスは従来の
高価格なガラス基板、薄膜プロセスの多用に比較してコ
スト低減が実現されるものである。更に駆動電圧の低電
圧化により大巾な駆動回路部の低コスト化をももたらす
ものであり本発明の工業的価値は大である。
(Effects of the Invention) As described above, the EL device of the present invention has high stability, low voltage drive, high brightness light emission, high contrast, and low electrode resistance, so that segment display to large display capacity dot matrix display are possible. It is possible. In addition, there is almost no breakdown of the element due to dielectric breakdown and the yield is improved. Also, the adoption of laminated ceramics and the thick film process realize cost reduction compared to conventional high-priced glass substrates and heavy use of thin film processes. Is. Further, by lowering the driving voltage, the cost of the driving circuit section can be greatly reduced, and the industrial value of the present invention is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のEL素子の断面を模式的に示したもので
ある。第2図は従来の薄膜EL素子の断面構造を示したも
のである。 11…セラミック基体、12…厚膜第1電極、13…高誘電率
セラミック第1絶縁体層、14,24…薄膜発光層、15,25…
薄膜第2絶縁体層、16…透明第2電極、21…ガラス基
板、22…透明電極、23…薄膜第1絶縁体層、26…背面電
FIG. 1 schematically shows a cross section of an EL device of the present invention. FIG. 2 shows a cross-sectional structure of a conventional thin film EL element. 11 ... Ceramic substrate, 12 ... Thick film first electrode, 13 ... High dielectric constant ceramic first insulator layer, 14, 24 ... Thin film light emitting layer, 15, 25 ...
Thin film second insulator layer, 16 ... Transparent second electrode, 21 ... Glass substrate, 22 ... Transparent electrode, 23 ... Thin film first insulator layer, 26 ... Back electrode

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電気絶縁性の基板と所定のパターンに形成
された第1電極と第1絶縁体層とエレクトロルミネセン
スを生じる発光層と第2の電極が順次積層された構造体
か、あるいは該構造体の発光層と第2電極の間に第2の
絶縁体層が介設されてなる構造体のEL素子において、前
記基板がセラミックであり、前記第1絶縁体層が粉末原
料を焼結させて得られる高誘電率のセラミックであり、
発光層及び第2絶縁体層が薄膜であり、第2電極が透明
電極であることを特徴とするEL素子。
1. A structure in which an electrically insulating substrate, a first electrode formed in a predetermined pattern, a first insulating layer, an electroluminescent light emitting layer and a second electrode are sequentially laminated, or In an EL device having a structure in which a second insulating layer is interposed between a light emitting layer of the structure and a second electrode, the substrate is ceramic, and the first insulating layer is a powder raw material. It is a high dielectric constant ceramic obtained by binding,
An EL device, wherein the light emitting layer and the second insulator layer are thin films, and the second electrode is a transparent electrode.
【請求項2】特許請求範囲第1項記載のEL素子において
第1絶縁体層がPbを含む複合ペロブスカイトからなるセ
ラミックであることを特徴とするEL素子。
2. The EL device according to claim 1, wherein the first insulator layer is a ceramic composed of a composite perovskite containing Pb.
【請求項3】主に酸化物からなる粉末原料にバインダー
を混合し泥漿とした後キャスティングにより第1のグリ
ーンシートを作成する工程と高誘電率酸化物粉末を主原
料としバインダー混合し、泥漿とした後キャスティング
により第2のグリーンシートを作成する工程と第1のグ
リーンシートあるいは第2のグリーンシートあるいは両
方のグリーンシートに電極を印刷する工程と第1のグリ
ーンシートと第2のグリーンシートを積層圧着し焼成す
ることにより積層セラミック構造体を作成する工程と、
該積層セラミック構造体上にZnS:MnやZnS:TbF3等のEL発
光層薄膜を形成する工程と透明電極となる透明導電薄膜
を形成する工程を含むことを特徴とするEL素子の製造方
法。
3. A step of forming a first green sheet by casting after mixing a binder with a powder raw material mainly composed of an oxide to form a slurry, and mixing the binder with a high dielectric constant oxide powder as a main raw material to prepare a slurry. After that, a step of forming a second green sheet by casting, a step of printing electrodes on the first green sheet, the second green sheet, or both green sheets, and laminating the first green sheet and the second green sheet A step of creating a laminated ceramic structure by pressure bonding and firing,
A method for manufacturing an EL element, comprising: a step of forming an EL light emitting layer thin film of ZnS: Mn, ZnS: TbF 3 or the like on the laminated ceramic structure, and a step of forming a transparent conductive thin film to be a transparent electrode.
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