JPH0745367A

JPH0745367A - 薄膜ｅｌ素子の製造方法

Info

Publication number: JPH0745367A
Application number: JP5190135A
Authority: JP
Inventors: Mikihiro Noma; 幹弘野間; Koichi Tanaka; 康一田中; Noriaki Nakamura; 憲明中村; Kimihiko Yamada; 公彦山田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1995-02-14
Anticipated expiration: 2015-03-27
Also published as: JP3027286B2

Abstract

(57)【要約】【構成】ガラス基板上に透明電極、第一絶縁層、およ
び発光層を順次形成した後、酸素雰囲気中において発光
層表面を酸化処理し、続いて真空中において基板温度４
５０℃で発光層の熱処理を行う。【効果】薄膜ＥＬパネルにおける発光閾電圧の高電圧
化を伴うことなく、短時間で発光特性を安定化すること
ができ、また長期信頼性の向上もできるため薄膜ＥＬパ
ネルの特性・信頼性を向上できる。さらに、薄膜ＥＬパ
ネルの量産プロセス上多くの時間を費やしている初期エ
ージング時間の短縮化が図れるため、製造工程で量産性
を大きく向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平面薄型ディスプレイ
デバイスとして用いられている薄膜ＥＬ(Electro Lumin
escence)素子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、平面薄型ディスプレイとして用い
られている薄膜ＥＬパネルは、初期発光が不安定で、時
間の経過に伴い発光閾電圧が高電圧側に１０〜２０Ｖ移
動するため、２０〜４０時間かけて初期エージングを行
い安定化させる必要がある。したがって、薄膜ＥＬパネ
ルの製造プロセスにおいては、このような長時間にわた
る初期エージングにより、量産性の低下が招来されると
共に、長期信頼性にも欠けるという問題がある。そこ
で、従来では、薄膜ＥＬパネルの製造工程において、予
め発光層に安定化処理を行うことが提案されており、例
えば特公平３−２４７５６号、特開昭６１−４７０９６
号、特開平２−３０６５８９、特開平２−３０６５９０
号、特開平２−３０６５９３号、および特開平５−４１
２８４号の各公報には、このような安定化処理として、
酸素雰囲気中で発光層表面に酸化処理あるいは酸素プラ
ズマ処理を行う方法が開示されている。

【０００３】一方、第３４回応用物理学関係連合講演会
講演予稿集（１９８７）ｐ８８２には、発光層を熱処理
することにより、発光輝度および発光効率を向上させる
方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、安定化処理
として上記のような酸化処理を行うと、短時間で発光特
性を安定化することが可能であるため、初期エージング
に要する時間が短縮され、量産性および長期信頼性も向
上できるが、エージングの初期段階から発光閾電圧が高
電圧化するため、薄膜ＥＬパネルの駆動電圧が高くなる
という問題が生じる。

【０００５】一方、発光輝度および発光効率の向上を目
的として熱処理を行った場合には、発光特性を短時間で
安定化させることができないため、これにより量産性の
低下を招来するものとなる。

【０００６】そこで、上記酸化処理と熱処理とを組み合
わせた安定化処理を、上記発光層に施すことが考えられ
るが、単にこれらの処理を組み合わせただけでは、双方
の処理による効果が十分発揮されず、初期エージング時
間の短縮化と発光閾電圧の低電圧化との両方の効果を得
ることはできない。

【０００７】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであって、その目的は、発光層の安定化処理として
酸化処理と熱処理との両方を行う場合に、各処理を行う
順序、さらには条件等を最適に設定することにより、発
光閾電圧の高電圧化を招来することなく、発光特性を短
時間で安定させ、量産性および長期信頼性を向上できる
薄膜ＥＬ素子の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る薄
膜ＥＬ素子の製造方法は、上記の課題を解決するため
に、基板上に透明電極、発光層、および背面電極を順次
形成する薄膜ＥＬ素子の製造方法において、上記発光層
を形成した後、この発光層表面に対して酸素雰囲気中あ
るいは酸素を含む雰囲気中で酸化処理を行い、さらに、
真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で上記酸化処理後の
発光層に対して基板温度４００〜５５０℃の範囲で熱処
理を行うことを特徴としている。

【０００９】また、請求項２の発明に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項１
記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法において、上記酸化処理
は、酸素プラズマ雰囲気中あるいは酸素と不活性ガスと
の混合ガスのプラズマ雰囲気中で行う酸素プラズマ処理
であることを特徴としている。

【００１０】また、請求項３の発明に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項１
記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法において、上記酸化処理
は、オゾン雰囲気中あるいはオゾンと不活性ガスとの混
合ガスの雰囲気中で行うオゾン処理であることを特徴と
している。

【００１１】また、請求項４の発明に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法は、上記の課題を解決するために、基板上に
透明電極、発光層、および背面電極を順次形成する薄膜
ＥＬ素子の製造方法において、上記発光層の形成後、真
空中あるいは不活性ガス雰囲気中でこの発光層に対して
熱処理を行い、さらに、熱処理後の発光層表面に対して
酸素雰囲気中あるいは酸素を含む雰囲気中で酸化処理を
行うことを特徴としている。

【００１２】また、請求項５の発明に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項４
記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法において、上記熱処理
は、基板温度４００〜９００℃の範囲で行うことを特徴
としている。

【００１３】また、請求項６の発明に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項４
記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法において、上記酸化処理
は、基板温度２５０〜４５０℃の範囲で行うことを特徴
としている。

【００１４】また、請求項７の発明に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項４
記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法において、上記酸化処理
は、酸素分圧１×１０²〜１×１０⁵Ｐａの範囲で行う
ことを特徴としている。

【００１５】また、請求項８の発明に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項４
記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法において、上記酸素処理
は、処理時間１０分〜３時間の範囲で行うことを特徴と
している。

【００１６】

【作用】請求項１の方法では、基板に形成した発光層に
対して、まずその表面を酸素雰囲気中あるいは酸素を含
む雰囲気中で酸化処理し、その後、上記発光層に対して
基板温度４００〜５５０℃の範囲で熱処理を行うように
なっている。上記酸化処理では、例えば発光層としてＺ
ｎＳが用いられている場合、発光層表面のＳ欠陥をＯ原
子が穴埋めすることによって、発光層の組成比ずれが補
正されると考えられており、これにより、発光特性の安
定化に要する時間が短縮される。

【００１７】このような酸化処理後に駆動電圧の低電圧
化を目的として熱処理を行う場合、熱処理時の温度が高
すぎると、酸化処理により得られる効果は損なわれる。
そこで、このような順序で処理を行う際の熱処理時の基
板温度を４００〜５００℃の範囲に設定することによ
り、酸化処理による初期エージング時間の短縮効果を損
なうことなく、発光閾電圧の低電圧化を実現することが
可能になり、結果として、薄膜ＥＬ素子の量産性および
長期信頼性を向上できると共に、駆動電圧を低減するこ
とが可能である。

【００１８】また、上記酸化処理を、請求項２記載のよ
うに酸素プラズマ雰囲気中あるいは酸素と不活性ガスと
の混合ガスのプラズマ雰囲気中で行う、または、請求項
３記載のように、オゾン雰囲気中あるいはオゾンと不活
性ガスとの混合ガスの雰囲気中で行うと、活性な酸素に
より酸化処理することになるので、純酸素雰囲気中もし
くは大気中等において酸化処理を行う場合と比較して、
処理温度を低く設定することが可能である。したがっ
て、発光層形成温度（例えば２００〜３００℃）でも酸
化処理を実施することが可能であり、発光層形成時の温
度のままで連続して酸化処理を行える。

【００１９】また、請求項４の方法では、基板に形成し
た発光層に対して、まず真空中あるいは不活性ガス雰囲
気中で熱処理を行い、さらに、酸素雰囲気中あるいは酸
素を含む雰囲気中で酸化処理を行うものである。酸化処
理後に熱処理を行う場合には、上述のように、熱処理時
の基板温度に制限を受けることになるが、熱処理は、温
度が高いほど、発光閾電圧の低減、発光輝度の向上等の
効果が大きいので、酸化処理を行う前に熱処理を行うこ
とにより、酸化処理後に熱処理を行う場合と比較して、
熱処理時の基板温度をさらに高温領域、例えば請求項５
記載のように４００〜９００℃の範囲に設定することが
可能である。

【００２０】このように、より高温領域での熱処理が可
能になることにより、請求項１に係る作用と同様に、初
期エージング時間の短縮および薄膜ＥＬ素子における駆
動電圧の低減を実現できると共に、さらに、発光輝度を
向上させることが可能である。

【００２１】また、上記の酸化処理においては、請求項
６記載のように基板温度を２５０〜４５０℃の範囲に、
請求項７記載のように、酸素分圧を１×１０²〜１×１
０⁵Ｐａの範囲に、請求項８記載のように処理時間を１
０分〜３時間の範囲にそれぞれ設定することにより、薄
膜ＥＬ素子における発光特性、量産性等に関してより優
れた作用を得ることが可能である。

【００２２】

【実施例】

〔実施例１〕本発明の一実施例について図１ないし図４
に基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００２３】本実施例の製造方法により作製される薄膜
ＥＬパネル（薄膜ＥＬ素子）は、図４に示すように、ガ
ラス基板１上に、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜からなる
透明電極層２、Ｓｉ₃Ｎ₄／ＳｉＯ₂からなる第１絶縁
層３、ＺｎＳ：Ｍｎからなる黄色発光層４、Ｓｉ₃Ｎ₄
／ＳｉＯ₂からなる第２絶縁層５、およびＡｌからなる
背面電極層６の計五層が順次形成された構造である。

【００２４】上記透明電極２および背面電極６は、図示
しない交流電源に接続されており、これにより薄膜ＥＬ
パネルに駆動電圧が印加される。駆動電圧が印加される
と、発光層４内に発生した電界によって伝導帯に励起さ
れ、かつ加速されて十分なエネルギーを得た電子が、発
光層４に添加されたＭｎ発光中心に衝突励起し、励起さ
れたＭｎ発光中心が基底状態に戻る際に黄色の光を放射
するようになっている。

【００２５】このような薄膜ＥＬパネルを作製するに
は、まず始めに、例えばスパッタ法や電子ビーム蒸着法
等の薄膜形成法により、ガラス基板１上にＩＴＯ膜から
なる膜厚２００ｎｍの透明電極層２を形成し、続いて同
様の薄膜形成方法により、上記透明電極層２上にＳｉ₃
Ｎ₄／ＳｉＯ₂からなる膜厚２００ｎｍの第１絶縁層３
を形成する。尚、上記透明電極層２には、上記ＩＴＯの
他にＺｎＯ：Ａｌ等を用いることができる。また、絶縁
層３には、ＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃等を用いることが可能
である。

【００２６】次に、発光中心としてのＭｎが半導体母材
としてのＺｎＳに添加された発光層４を、電子ビーム蒸
着法等の薄膜形成法等により上記第１絶縁層３上に膜厚
８００ｎｍで形成する。この発光層４には、ＺｎＳ、Ｓ
ｒＳ、ＣａＳ等のII−VI族半導体母材に、Ｓｍ、Ｔｍ、
Ｐｒ等の希土類元素やＭｎなどの遷移金属元素、その他
Ａｌ、Ａｇ、Ｃｌ等の元素を添加したものが用いられ
る。

【００２７】この後、上記発光層４に対して、安定化処
理として酸化処理および熱処理を順次行う。この安定化
処理を行う際の最適な条件設定については、後に詳しく
説明する。安定化処理を行った後は、第１絶縁層３と同
様の方法および材料を用いて、上記発光層４上に膜厚２
００ｎｍの第２絶縁層５を形成し、さらにＡｌからなる
膜厚１５０ｎｍの背面電極層６を形成して、薄膜ＥＬパ
ネルを完成させる。

【００２８】ところで、このように作製した薄膜ＥＬパ
ネルにおける発光輝度−印加電圧特性には、閾値現象が
存在し、印加電圧をある値以上にすると発光輝度は急激
に増大し、さらに印加電圧を上昇させると飽和傾向を示
す。ところが、薄膜ＥＬパネルを所定時間動作させた後
では、作製した直後と比較して、発光閾電圧が高電圧側
に移動する。そこで、安定した発光閾電圧が得られるよ
うに、作製直後の薄膜ＥＬパネルには、初期エージング
という動作が所定時間行われる。

【００２９】この初期エージングに要する時間や、薄膜
ＥＬパネルの駆動電圧は、上記安定化処理をどのような
順序および条件で行うかによって左右される。そこで、
安定化処理の最適条件を見出すため、上記熱処理におけ
る基板温度や、酸化処理における設定条件を変えて、そ
れぞれ安定化処理を行い、各々薄膜ＥＬパネルを作製し
た。

【００３０】表１には、その一例として、Ａ〜Ｅの五通
りの方法で、各々安定化処理を行い、薄膜ＥＬパネルを
作製した例を示しており、また、各安定化処理Ａ〜Ｅに
より、初期エージング時間の短縮化および発光閾電圧の
低電圧化の効果が得られたか否かを示している。

【００３１】尚、上記安定化処理Ａは、酸化処理として
酸素処理のみを行った従来の方法、安定化処理Ｂ・Ｃ
は、酸素処理とその後の熱処理とを組み合わせた方法で
あり、安定化処理Ｂにおける熱処理時の基板温度は６３
０℃、安定化処理Ｃにおける熱処理時の基板温度は４５
０℃である。また、安定化処理Ｄは、酸素プラズマ処理
とその後の熱処理（基板温度４５０℃）とを組み合わせ
た方法、安定化処理Ｅはオゾン処理とその後の熱処理
（基板温度４５０℃）とを組み合わせた方法である。

【００３２】

【表１】

【００３３】上記安定化処理Ａ〜Ｃにおける酸素処理
は、いずれも同一の酸素処理条件（酸素分圧１０００Ｐ
ａ・基板温度３２５℃・１時間）でそれぞれ行った。ま
た、安定化処理Ｂでは、酸素処理後に熱処理条件（真空
中１×１０^-4Ｐａ・基板温度６３０℃・１時間）で熱処
理を行い、安定化処理Ｃでは、酸素処理後に熱処理条件
（真空中１×１０^-4Ｐａ・基板温度４５０℃・１時間）
で、熱処理を行った。

【００３４】図１のグラフは、上記安定化処理Ａ〜Ｃに
より得られた各薄膜ＥＬパネルが、５００Ｈｚエージン
グに対して有する発光閾電圧とエージング時間との関係
を示すものである。また、図２のグラフは、上記安定化
処理Ａ〜Ｃにより得られた各薄膜ＥＬパネルの印加電圧
と発光輝度との関係を示すものである。

【００３５】図１および図２のグラフから明らかなよう
に、安定化処理Ａを行った薄膜ＥＬパネル（従来）は、
５００Ｈｚエージングに対して短時間で発光特性が安定
化し、初期エージング時間の短縮化を実現できるが、発
光閾電圧の高電圧化が見られる。尚、ここでいう発光閾
電圧とは、発光輝度が１ｆｔ−Ｌ（フートランバート）
のときの印加電圧である。すなわち、酸素処理のみを安
定化処理として行う前記従来の方法では、このような発
光閾電圧の高電圧化が問題となっていた。

【００３６】一方、酸素処理と熱処理とを組み合わせた
安定化処理Ｂ・Ｃを行った薄膜ＥＬパネルでは、いずれ
も輝度特性を損なうことなく、発光閾電圧の低電圧化を
実現できる。また、発光特性の安定化については、Ｂの
場合には、初期エージング時間が長くなるという問題が
生じるのに対して、Ｃの場合には、Ａの場合と略同様
に、短時間で発光特性が安定化し、初期エージング時間
を短縮できる。

【００３７】つまり、６３０℃の熱処理を行ったＢの場
合には、発光閾電圧の低電圧化が実現できても、初期エ
ージング時間を短縮できず、量産性および長期信頼性が
低下するが、４５０℃で熱処理を行ったＣの場合には、
発光閾電圧の低電圧化を実現できると共に、初期エージ
ング時間が短縮され、量産性および長期信頼性を向上で
きる。

【００３８】このように、上記熱処理の温度は、高くな
るほど輝度向上の効果が大きいが、５５０℃を超える
と、酸化処理による初期エージング時間の短縮効果が急
激に低減するため、基板温度が４００〜５５０℃の範囲
にあることが望ましく、より好ましくは、４５０〜５０
０℃の範囲である。尚、上記の熱処理は、必ずしも真空
中で行う必要はなく、不活性ガス中であっても良い。

【００３９】また、酸素処理については、必ずしも純酸
素雰囲気中で行う必要はなく、酸素と不活性ガスとの混
合ガス中、あるいは大気中で行っても良いが、酸素分圧
１×１０²〜１×１０⁵Ｐａ下で、基板温度２５０〜４
５０℃、より好ましくは３００〜３５０℃の範囲で行う
ことが望ましい。さらに、酸化処理は、発光層４を形成
した後、第２絶縁層５を形成する前に行う必要がある
が、熱処理は、酸化処理以後なら、第２絶縁層５および
Ａｌ背面電極層６の形成後に行っても良い。

【００４０】図３は、安定化処理Ｄ・Ｅにより得られた
薄膜ＥＬパネルが、５００Ｈｚエージングに対して有す
る発光閾電圧とエージング時間との関係をそれぞれ示す
グラフである。尚、安定化処理Ｄは、酸素プラズマ雰囲
気中で酸素プラズマ処理（酸素分圧１Ｐａ・投入電力５
００Ｗ・基板温度２５０℃・１０分）を行った後、前記
安定化処理Ｃと同様の条件で熱処理を行う方法であり、
安定化処理Ｅは、オゾン雰囲気中でオゾン処理（オゾン
分圧１０Ｐａ・オゾン流量１リットル／ｍｉｎ・基板温
度２５０℃・３０分）を行った後、前記安定化処理Ｃと
同様の条件で熱処理を行う方法である。また、比較のた
め、このグラフには、熱処理を含まない前記安定化処理
Ａを行った場合についても図示している。

【００４１】このグラフから明らかなように、安定化処
理Ｄ・Ｅを行った場合には、安定化処理Ａを行った場合
と比較して、いずれも、初期エージング時間の短縮効果
を損なうことなく、発光閾電圧を低電圧化することが可
能である。

【００４２】尚、上記酸素プラズマ処理は、酸素分圧１
×１０^-3〜１×１０³Ｐａの酸素プラズマ雰囲気中、あ
るいは酸素と不活性ガスとの混合ガスのプラズマ雰囲気
中で行うことが望ましく、また、基板温度は１５０〜４
５０℃、より好ましくは２５０〜３００℃の範囲で行う
ことが望ましい。また、オゾン処理は、オゾン分圧１×
１０^-3〜１×１０⁴Ｐａのオゾン雰囲気中、あるいはオ
ゾンと不活性ガスとの混合ガス雰囲気中で行うことが望
ましく、また、基板温度は１５０〜４５０℃、より好ま
しくは２５０℃〜３００℃の範囲で行うことが望まし
い。

【００４３】上記プラズマ処理・オゾン処理は、共に活
性な酸素を用いて酸化処理を行うものなので、酸化処理
温度を低く設定することが可能であり、発光層形成温度
（例えば２００〜３００℃）でも酸化処理が十分可能で
ある。したがって、発光層を形成した温度のままで連続
して酸化処理ができるという長所がある。

【００４４】以上のような条件で、発光層４の酸化処理
を行った後、熱処理を行うことにより、初期エージング
時間の短縮による量産性および長期信頼性の向上等、酸
化処理による効果を損なうことなく、発光閾電圧の低電
圧化による駆動電圧の低減等、熱処理による効果を得る
ことが可能になる。

【００４５】〔実施例２〕次に、本発明の他の実施例
を、図５ないし図１１に基づいて説明すれば、以下の通
りである。尚、説明の便宜上、前記の実施例の図面に示
した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を
付記し、その説明を省略する。本実施例の製造方法によ
り作製された薄膜ＥＬパネルは、前記実施例１の製造方
法により作製された薄膜ＥＬパネルと略同様の構造を有
しているが、その製造工程において発光層に対して行わ
れる安定化処理が、前記実施例１とは異なっている。

【００４６】すなわち、前記実施例１における安定化処
理では、酸化処理を行った後、熱処理を行ったのに対
し、本実施例における安定化処理では、まず、熱処理を
行った後、酸化処理を行う。ここで、安定化処理として
酸素処理のみを行う従来の方法（Ａ）と、酸化処理、熱
処理の順序で安定化処理を行う前記実施例１の方法
（Ｂ）と、熱処理、酸素処理の順序で安定化処理を行う
本実施例の方法（Ｆ）との比較を行うため、ガラス基板
上に透明電極、第１絶縁層、発光層を順次形成した後、
この発光層に対して、表２に示すように、上記三通りの
方法に対応する安定化処理を行って、薄膜ＥＬパネルを
作製した。また、表２には、各方法により作製された各
薄膜ＥＬパネルについて、発光閾電圧の低電圧化、初期
エージング時間の短縮化、および発光輝度の効果が得ら
れたか否かを示す。

【００４７】

【表２】

【００４８】尚、上記安定化処理Ａ・Ｂ・Ｆにおける酸
素処理（酸化処理）は、いずれも同様の酸素処理条件
（酸素分圧１０００Ｐａ・基板温度３２５℃・１時間）
で行い、安定化処理Ｂ・Ｆにおける熱処理は、いずれも
同様の熱処理条件（真空中１×１０^-4Ｐａ・基板温度６
３０℃・１時間）で行った。

【００４９】図５は、上記安定化処理Ａ・Ｂ・Ｆをそれ
ぞれ実施して作製した薄膜ＥＬパネルが、それぞれ５０
０Ｈｚエージングに対して有する発光閾電圧とエージン
グ時間との関係を示すグラフである。また、図６は、上
記各薄膜ＥＬパネルにおける発光輝度と印加電圧との関
係を示すグラフである。

【００５０】図５および図６から明らかなように、酸素
処理のみを行ったＡの場合には、５００Ｈｚエージング
に対して比較的短時間で発光特性が安定化するが、発光
閾電圧の高電圧化が見られる。また、酸素処理の後に６
３０℃で熱処理を行ったＢの場合には、発光閾電圧は低
電圧化するが、発光特性を安定化させるのに時間がかか
り、初期エージング時間を短縮できない。一方、６３０
℃で熱処理を行った後に酸素処理を施したＦの場合に
は、初期エージング時間の短縮化が可能になると共に、
発光閾電圧の低電圧化、発光輝度の向上が可能である。

【００５１】このように、酸素処理後に熱処理を行うＢ
の場合には、６３０℃で熱処理を行うと初期エージング
時間が長くなるという問題があったが、熱処理の後に酸
素処理を行うＦの場合には、６３０℃で熱処理を行って
ても、初期エージング時間が延長されることはなく、ま
た、発光閾電圧の低電圧化も実現できる。したがって、
酸素処理の後に熱処理を行うことにより、より高温領域
での熱処理が可能となり、初期エージング時間の短縮化
による量産性、長期信頼性の向上等、酸化処理による効
果を損なうことなく、発光閾電圧の低電圧化による駆動
電圧の低減、発光輝度の向上等、熱処理による効果を十
分に得ることができる。

【００５２】次に、３００℃・４５０℃・６３０℃の三
通りに温度を設定してそれぞれ熱処理を行った後、酸素
処理を行い、これにより作製された各薄膜ＥＬパネルに
ついて、初期エージング時間の短縮化、発光閾電圧の低
電圧化、および発光輝度の向上の効果が得られるか否か
を検討した。尚、６３０℃は、無アルカリガラス基板を
使用した場合の耐熱限界温度付近である。また、温度以
外の熱処理条件は、真空中１×１０^-4Ｐａ・１時間と
し、酸素処理条件は、酸素分圧１０００Ｐａ・基板温度
３２５℃・１時間とした。

【００５３】図７のグラフは、エージング時間と発光閾
電圧との関係を熱処理の温度ごとに示している。このグ
ラフから明らかなように、上記三通りのいずれの温度で
も、発光特性は比較的短時間で安定化するが、３００℃
の基板温度では、発光閾電圧の低電圧化は実現できない
ことがわかる。また、図８のグラフは、印加電圧と発光
輝度との関係を熱処理の温度ごとに示している。このグ
ラフから明らかなように、発光輝度は、熱処理温度が高
いほど向上している。したがって、基板の限界温度に近
い６３０℃で熱処理を行うことにより、初期エージング
時間、発光閾電圧、および発光輝度のいずれについても
良好な結果が得られることがわかる。

【００５４】このように、熱処理の温度は、４００°以
上であれば、温度が高くなる程、発光閾電圧の低電圧化
および発光輝度の向上等の効果が大きいが、９００℃以
上になると、ＺｎＳを母材として用いている発光層の硫
黄抜けが生じ、再び発光輝度特性が劣化するので好まし
くない。したがって、上記熱処理の温度は、４００〜９
００℃が好ましいが、通常薄膜ＥＬパネルに用いられる
無アルカリガラス基板の耐熱限界温度が約６５０℃であ
ることを考慮すると、４５０〜６５０℃であることが望
ましく、その中でも特に、６１０〜６４０℃の範囲にあ
ることが最も望ましい。

【００５５】次に、熱処理後に行う酸素処理の条件につ
いて検討を行った。すなわち、真空中１×１０^-4Ｐａ・
基板６３０℃・１時間の条件で熱処理を行った後、温
度、酸素分圧、時間をそれぞれ異なる値に設定して酸素
処理を行い、各々薄膜ＥＬパネルを作製して、発光閾電
圧の安定化に要する時間を比較した。

【００５６】図９のグラフは、酸素処理における温度依
存性を示すものであり、３００℃、３２５℃、３５０
℃、３７５℃、および４００℃の五通りの温度を設定
し、酸素分圧１０００Ｐａでそれぞれ１時間酸素処理を
行った各薄膜ＥＬパネルについて、各々エージング時間
と発光閾電圧との関係を示している。尚、このグラフに
は、熱処理のみを安定化処理として行い酸素処理を行わ
なかった薄膜ＥＬパネルの場合についても参考のために
示している。

【００５７】このグラフから明らかなように、３２５〜
３５０℃の範囲で酸素処理を行ったときに、発光閾電圧
の高電圧化が最も少なく、かつ発光閾電圧が短時間で安
定している。これに対し、３７５℃および４００℃で酸
素処理を行った場合には、全体的に高い発光閾電圧が必
要になり、反対に３００℃で酸素処理を行った場合に
は、発光閾電圧の高電圧化が見られる。しかしながら、
３００〜４００℃のいずれの場合にも、未処理の場合と
比較して、発光特性の安定化に要する時間は短縮でき
る。

【００５８】このような酸素処理は、１００〜７００℃
の範囲で行うことにより効果が得られることが、既に特
公平３−２４７５６号公報に開示されているが、上記の
結果より、発光閾電圧の高電圧化を伴わず、発光閾電圧
を短時間で安定化させるには、２５０〜４５０℃の範囲
で行うのが好ましく、特に３２５〜３５０℃の範囲が望
ましいことがわかる。

【００５９】また、図１０のグラフは、酸素処理におけ
る酸素分圧の依存性を示すものであり、酸素分圧を１×
１０²Ｐａ、１×１０³Ｐａ、１×１０⁴Ｐａ、１×１
０⁵Ｐａの四通りに設定し、他の条件は同じにして酸素
処理を行った薄膜ＥＬパネルについて、エージング時間
と発光閾電圧との関係を示している。尚、このグラフに
は、熱処理のみを安定化処理として行い酸素処理を行わ
なかった薄膜ＥＬパネルの場合についても参考のために
示している。

【００６０】このグラフから明らかなように、１×１０
²〜１×１０⁵Ｐａのいずれの酸素分圧で処理を行った
場合でも、未処理の場合と比較して、発光閾電圧の高電
圧化の割合が少なく、発光閾電圧が短時間で安定した。
つまり、上記の酸素処理においては、酸素分圧に依ら
ず、発光閾電圧の安定化効果が得られる。しかしなが
ら、圧力が１×１０⁵Ｐａ以上になると、酸素処理の効
果は期待できるが、熱処理炉の内部が陽圧になるので、
あまり実用的でない。これにより、酸素処理中の酸素分
圧は、１×１０²〜１×１０⁵Ｐａの範囲にあることが
望ましい。

【００６１】また、図１１のグラフは、酸素処理におけ
る処理時間の依存性を示すものであり、処理時間を１０
分、３０分、１時間、及び３時間の四通りに設定し、酸
素分圧１×１０³Ｐａ、３２５℃でそれぞれ酸素処理を
行った各薄膜ＥＬパネルについて、各々エージング時間
と発光閾電圧との関係を示している。尚、このグラフに
は、熱処理のみを安定化処理として行い酸素処理を行わ
なかった薄膜ＥＬパネル、すなわち酸素処理時間が０分
の場合についても参考のために示している。

【００６２】このグラフから明らかなように、１０分〜
３時間の処理範囲では、未処理の場合に比べて、発光閾
電圧が高電圧化する割合を低減できる。特に、処理時間
が３０分〜１時間の場合に、発光閾電圧における高電圧
化の抑制効果が大きく、発光閾電圧の低電圧化について
も顕著な効果が得られるので、３０分〜１時間が処理時
間の最適条件であることがわかる。また、処理時間が１
０分では、発光閾電圧が高電圧化する割合が若干大きく
なり、発光特性の安定にも時間を要するので、１０分未
満では、酸素処理不足になる。また、処理時間が３時間
を超えると、発光閾電圧が高電圧化する割合は小さい
が、高い発光閾電圧が必要になり、酸素処理過多にな
る。つまり、発光閾電圧の高電圧化を抑制し、発光閾電
圧を短時間で安定させるには、１０分〜３時間、最も好
ましくは３０分〜１時間の範囲で酸素処理を行うことが
望ましい。

【００６３】以上の結果から、ガラス基板上に形成した
発光層に対して、真空中１×１０^−４Ｐａ・６３０℃・
１時間の条件で熱処理を行った後、酸素分圧１×１０
^２〜１×１０⁵Ｐａ・３２５〜３５０℃・３０分〜１
時間の条件で酸素処理を行うことが、安定化処理の最適
条件であることがわかった。この条件下で安定化処理を
行うことにより、発光閾電圧を低電圧化できると共に、
初期エージング時間を約５時間まで短縮できる。

【００６４】尚、上記の各安定化処理において、熱処理
条件としては、必ずしも真空中に限定されるものではな
く、不活性ガス中であっても良い。また、熱処理後に行
われる酸素処理は、必ずしも純酸素雰囲気中である必要
はなく、酸素と不活性ガスとの混合ガス中もしくは大気
中であってもよい。

【００６５】また、薄膜ＥＬパネルの作製条件における
適当な制御によって、印加電圧の昇圧過程と降圧過程と
で異なった発光輝度−印加電圧特性を示すヒステリシス
メモリ効果を薄膜ＥＬパネルに付与させた場合において
も、メモリ効果の特性値を安定化するために、初期エー
ジングを行う必要があるので、前記実施例１・２におけ
る安定化処理を適用することにより、同様の効果を得る
ことが可能である。

【００６６】

【発明の効果】請求項１の発明に係る薄膜ＥＬ素子の製
造方法は、以上のように、発光層を形成した後、この発
光層表面に対して酸素雰囲気中あるいは酸素を含む雰囲
気中で酸化処理を行い、さらに、真空中あるいは不活性
ガス雰囲気中で上記酸化処理後の発光層に対して基板温
度４００〜５５０℃の範囲で熱処理を行うものである。

【００６７】それゆえ、発光層に対して酸素雰囲気中あ
るいは酸素を含む雰囲気中で酸化処理を行った後に、４
００〜５００℃の範囲の基板温度で熱処理を行うことに
より、酸化処理による初期エージング時間の短縮効果を
損なうことなく、発光閾電圧の低電圧化を実現すること
が可能になり、結果として、薄膜ＥＬ素子の量産性およ
び長期信頼性を向上できると共に、駆動電圧を低減する
ことが可能になるという効果を奏する。

【００６８】また、請求項２の発明に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法は、以上のように、酸化処理は、酸素プラズ
マ雰囲気中あるいは酸素と不活性ガスとの混合ガスのプ
ラズマ雰囲気中で行う酸素プラズマ処理である。

【００６９】また、請求項３の発明に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法は、以上のように、酸化処理は、オゾン雰囲
気中あるいはオゾンと不活性ガスとの混合ガスの雰囲気
中で行うオゾン処理である。

【００７０】それゆえ、請求項２記載のように酸素プラ
ズマ雰囲気中あるいは酸素と不活性ガスとの混合ガスの
プラズマ雰囲気中、または、請求項３記載のように、オ
ゾン雰囲気中あるいはオゾンと不活性ガスとの混合ガス
の雰囲気中で酸化処理を行うことにより、純酸素雰囲気
中もしくは大気中等において酸化処理を行う場合と比較
して、処理温度を例えば発光層形成温度（例えば２００
〜３００℃）程度の低い温度に設定できるので、発光層
形成時の温度のままで連続して酸化処理を行うことが可
能になり、製造プロセスを簡略化できるという効果を奏
する。

【００７１】また、請求項４の発明に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法は、以上のように、発光層の形成後、真空中
あるいは不活性ガス雰囲気中でこの発光層に対して熱処
理を行い、さらに、熱処理後の発光層表面に対して、酸
素雰囲気中あるいは酸素を含む雰囲気中で酸化処理を行
う方法である。

【００７２】また、請求項５の発明に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法は、以上のように、熱処理は、基板温度４０
０〜９００℃の範囲で行うものである。

【００７３】それゆえ、熱処理は、温度が高いほど、発
光閾電圧の低減、発光輝度の向上等の効果が大きいの
で、酸化処理を行う前に熱処理を行うことにより、酸化
処理後に熱処理を行う場合と比較して、熱処理時の基板
温度をさらに高温領域、例えば請求項５記載のように４
００〜９００℃の範囲に設定することが可能になり、初
期エージング時間の短縮および薄膜ＥＬ素子における駆
動電圧の低減を実現できると共に、さらに、発光輝度を
向上させることが可能になるという効果を奏する。

【００７４】また、請求項６の発明に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法は、以上のように、酸化処理は、基板温度２
５０〜４５０℃の範囲で行うものである。

【００７５】また、請求項７の発明に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法は、以上のように、上記酸化処理は、酸素分
圧１×１０²〜１×１０⁵Ｐａの範囲で行うものであ
る。

【００７６】また、請求項８の発明に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法は、以上のように、酸素処理は、処理時間１
０分〜３時間の範囲で行うものである。

【００７７】それゆえ、酸化処理における基板温度、酸
素分圧、処理時間等を上記のようにそれぞれ設定するこ
とにより、薄膜ＥＬ素子における発光特性、量産性等に
関してより優れた効果を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例および従来の製造方法により
作製された薄膜ＥＬパネルの発光閾電圧とエージング時
間との関係をそれぞれ示すグラフである。

【図２】上記薄膜ＥＬパネルの発光輝度と印加電圧との
関係をそれぞれ示すグラフである。

【図３】上記薄膜ＥＬパネルの発光閾電圧とエージング
時間との関係をそれぞれ示すグラフである。

【図４】本発明の一実施例における製造方法により作製
された薄膜ＥＬパネルを示す断面図である。

【図５】本発明の他の実施例および従来の製造方法によ
り作製された薄膜ＥＬパネルの発光閾電圧とエージング
時間との関係をそれぞれ示すグラフである。

【図６】上記薄膜ＥＬパネルの発光輝度と印加電圧との
関係を示すグラフである。

【図７】上記他の実施例における製造方法において、熱
処理温度を変えて作製した薄膜ＥＬパネルの発光閾電圧
とエージング時間との関係をそれぞれ示すグラフであ
る。

【図８】上記熱処理温度を変えて作製した薄膜ＥＬパネ
ルの発光輝度と印加電圧との関係をそれぞれ示すグラフ
である。

【図９】上記他の実施例における製造方法において、酸
素処理温度を変えて作製した薄膜ＥＬパネルの発光閾電
圧とエージング時間との関係をそれぞれ示すグラフであ
る。

【図１０】上記酸素処理の酸素分圧を変えて作製した薄
膜ＥＬパネルの発光閾電圧とエージング時間との関係を
それぞれ示すグラフである。

【図１１】上記酸素処理の処理時間を変えて作製した薄
膜ＥＬパネルの発光閾電圧とエージング時間との関係を
それぞれ示すグラフである。

【符号の説明】１ガラス基板２透明電極層３第１絶縁層４発光層５第２絶縁層６背面電極層

フロントページの続き (72)発明者山田公彦大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に透明電極、発光層、および背面電
極を順次形成する薄膜ＥＬ素子の製造方法において、上記発光層を形成した後、この発光層表面に対して酸素
雰囲気中あるいは酸素を含む雰囲気中で酸化処理を行
い、さらに、真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で上記
酸化処理後の発光層に対して基板温度４００〜５５０℃
の範囲で熱処理を行うことを特徴とする薄膜ＥＬ素子の
製造方法。
【請求項２】上記酸化処理は、酸素プラズマ雰囲気中あ
るいは酸素と不活性ガスとの混合ガスのプラズマ雰囲気
中で行う酸素プラズマ処理であることを特徴とする請求
項１記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
【請求項３】上記酸化処理は、オゾン雰囲気中あるいは
オゾンと不活性ガスとの混合ガスの雰囲気中で行うオゾ
ン処理であることを特徴とする請求項１記載の薄膜ＥＬ
素子の製造方法。
【請求項４】基板上に透明電極、発光層、および背面電
極を順次形成する薄膜ＥＬ素子の製造方法において、上記発光層の形成後、真空中あるいは不活性ガス雰囲気
中でこの発光層に対して熱処理を行い、さらに、熱処理
後の発光層表面に対して酸素雰囲気中あるいは酸素を含
む雰囲気中で酸化処理を行うことを特徴とする薄膜ＥＬ
素子の製造方法。
【請求項５】上記熱処理は、基板温度４００〜９００℃
の範囲で行うことを特徴とする請求項４記載の薄膜ＥＬ
素子の製造方法。
【請求項６】上記酸化処理は、基板温度２５０〜４５０
℃の範囲で行うことを特徴とする請求項４記載の薄膜Ｅ
Ｌ素子の製造方法。
【請求項７】上記酸化処理は、酸素分圧１×１０²〜１
×１０⁵Ｐａの範囲で行うことを特徴とする請求項４記
載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
【請求項８】上記酸素処理は、処理時間１０分〜３時間
の範囲で行うことを特徴とする請求項４記載の薄膜ＥＬ
素子の製造方法。