JPH0963769A - 薄膜エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
薄膜エレクトロルミネッセンス素子Info
- Publication number
- JPH0963769A JPH0963769A JP7216937A JP21693795A JPH0963769A JP H0963769 A JPH0963769 A JP H0963769A JP 7216937 A JP7216937 A JP 7216937A JP 21693795 A JP21693795 A JP 21693795A JP H0963769 A JPH0963769 A JP H0963769A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- thin film
- light emitting
- film
- linear expansion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】発光層にクラックや膜剥離などを生じない、輝
度低下の少なく、信頼性の高いＥＬ素子を提供する。 【解決手段】基板上に第１の電極層、第１の絶縁層、ア
ルカリ土類硫化物よりなる発光層、第２の絶縁層および
第２の電極層が積層されてなる薄膜エレクトロルミネッ
センス素子において、前記基板の線膨張係数を前記アル
カリ土類硫化物の線膨張係数の０．５〜１．５倍とす
る。図１は薄膜ＥＬ素子の輝度変化のグラフであり、ａ
は本発明に係る素子のカーブ、ｂは従来の素子のカーブ
である。
度低下の少なく、信頼性の高いＥＬ素子を提供する。 【解決手段】基板上に第１の電極層、第１の絶縁層、ア
ルカリ土類硫化物よりなる発光層、第２の絶縁層および
第２の電極層が積層されてなる薄膜エレクトロルミネッ
センス素子において、前記基板の線膨張係数を前記アル
カリ土類硫化物の線膨張係数の０．５〜１．５倍とす
る。図１は薄膜ＥＬ素子の輝度変化のグラフであり、ａ
は本発明に係る素子のカーブ、ｂは従来の素子のカーブ
である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアルカリ土類硫化物
よりなる発光層を有する薄膜エレクトロルミネッセンス
素子に関する。
よりなる発光層を有する薄膜エレクトロルミネッセンス
素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】フラットディスプレイ装置の１つである
薄膜エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと記す）デ
ィスプレイ装置は、鮮明でコントラストが高く、視野角
依存性も小さいためＦＡ用表示装置、車両への搭載用表
示装置、コンピュータ端末の表示装置として研究開発が
進められている。
薄膜エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと記す）デ
ィスプレイ装置は、鮮明でコントラストが高く、視野角
依存性も小さいためＦＡ用表示装置、車両への搭載用表
示装置、コンピュータ端末の表示装置として研究開発が
進められている。
【０００３】黄橙色発光のZnS:Mnからなる蛍光体を用い
たモノクローム薄膜ＥＬディスプレイは既に実用化され
ているが、ディスプレイの多様化に伴いカラー化が不可
欠となっている。カラー薄膜ＥＬディスプレイを実現す
る方式には、白色のＥＬ発光を赤、緑、青（以下、ＲＧ
Ｂと記す）の３種のフィルターを透過させて色分離する
第１の方式と、ＲＧＢの発光材料の画素を組み合わせる
第２の方式とがある。このために用いるカラーＥＬ用の
蛍光材料には、第１の方式に用いる白色用の蛍光材料に
はSrS:CeとZnS:Mnがあり、積層膜として用いられる。第
２の方式に用いる蛍光材料としては、赤色用としてはCa
S:Eu、ZnS:Sm、SrS:Euなど、緑色用としてはZnS:Tb、Ca
S:Ceなど、青色用としてはSrS:Ce、CaGa2S4:Ceなど、ア
ルカリ土類硫化物を母体とした材料が高輝度材料として
よく知られている。
たモノクローム薄膜ＥＬディスプレイは既に実用化され
ているが、ディスプレイの多様化に伴いカラー化が不可
欠となっている。カラー薄膜ＥＬディスプレイを実現す
る方式には、白色のＥＬ発光を赤、緑、青（以下、ＲＧ
Ｂと記す）の３種のフィルターを透過させて色分離する
第１の方式と、ＲＧＢの発光材料の画素を組み合わせる
第２の方式とがある。このために用いるカラーＥＬ用の
蛍光材料には、第１の方式に用いる白色用の蛍光材料に
はSrS:CeとZnS:Mnがあり、積層膜として用いられる。第
２の方式に用いる蛍光材料としては、赤色用としてはCa
S:Eu、ZnS:Sm、SrS:Euなど、緑色用としてはZnS:Tb、Ca
S:Ceなど、青色用としてはSrS:Ce、CaGa2S4:Ceなど、ア
ルカリ土類硫化物を母体とした材料が高輝度材料として
よく知られている。
【０００４】いずれの方式においてもＥＬ発光に必要な
部分を薄膜ＥＬ素子といい、同じ構成である。図２は一
般的な薄膜ＥＬ素子の断面図である。ガラス基板１に第
１の電極層２、第１の絶縁層３、ＥＬ発光層４、第２の
絶縁層５および第２の電極層６が順次積層されている。
第１の電極層２と第２の電極層６は互いに直交する細長
いストライプであり、各１本の交差部分が１画素とな
る。
部分を薄膜ＥＬ素子といい、同じ構成である。図２は一
般的な薄膜ＥＬ素子の断面図である。ガラス基板１に第
１の電極層２、第１の絶縁層３、ＥＬ発光層４、第２の
絶縁層５および第２の電極層６が順次積層されている。
第１の電極層２と第２の電極層６は互いに直交する細長
いストライプであり、各１本の交差部分が１画素とな
る。
【０００５】カラーＥＬ用に多く用いられるSrS 、CaS
などのアルカリ土類硫化物薄膜発光層の成膜には、アト
ミックレーヤーエピタキシー法、蒸着法（多元蒸着法、
電子線蒸着法）などが用いられる。ＥＬ蛍光体は結晶性
の良い膜が輝度が高いので、このために成膜時の基板温
度は高温（５００〜６５０℃）となっている。従って、
薄膜ＥＬ素子用の基板は、５００〜６５０℃の高温でも
機械的強度の安定な、歪点の高い無アルカリガラス基板
が用いられている。
などのアルカリ土類硫化物薄膜発光層の成膜には、アト
ミックレーヤーエピタキシー法、蒸着法（多元蒸着法、
電子線蒸着法）などが用いられる。ＥＬ蛍光体は結晶性
の良い膜が輝度が高いので、このために成膜時の基板温
度は高温（５００〜６５０℃）となっている。従って、
薄膜ＥＬ素子用の基板は、５００〜６５０℃の高温でも
機械的強度の安定な、歪点の高い無アルカリガラス基板
が用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＳｒＳなどのアルカリ
土類硫化物は非常に吸湿性の高い材料であり、吸湿によ
り輝度が低下する。従って、信頼性を確保するためには
充分な湿度対策を行う必要があり、電極層から発光層へ
の電荷のブロッキングと水分に対する保護とを兼ねた絶
縁層を発光層に積層する。ところが、蒸着時に高温で形
成された発光層にはクラックや膜剥離などが発生するこ
とがあるので、薄い絶縁層はこれらのクラックや膜剥離
など部分では被覆は完全ではなく、水分の侵入の原因と
なり、薄膜ＥＬ素子の信頼性の低下をきたす。
土類硫化物は非常に吸湿性の高い材料であり、吸湿によ
り輝度が低下する。従って、信頼性を確保するためには
充分な湿度対策を行う必要があり、電極層から発光層へ
の電荷のブロッキングと水分に対する保護とを兼ねた絶
縁層を発光層に積層する。ところが、蒸着時に高温で形
成された発光層にはクラックや膜剥離などが発生するこ
とがあるので、薄い絶縁層はこれらのクラックや膜剥離
など部分では被覆は完全ではなく、水分の侵入の原因と
なり、薄膜ＥＬ素子の信頼性の低下をきたす。
【０００７】本発明の目的は、発光層にクラックや膜剥
離などを生じない、輝度低下の少なく、信頼性の高い薄
膜ＥＬ素子を提供することである。
離などを生じない、輝度低下の少なく、信頼性の高い薄
膜ＥＬ素子を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、基板上に第１の電極層、第１の絶縁層、アルカリ
土類硫化物よりなる発光層、第２の絶縁層および第２の
電極層が積層されてなる薄膜エレクトロルミネッセンス
素子において、前記基板の線膨張係数は前記アルカリ土
類硫化物の線膨張係数の０．５〜１．５倍であることと
する。このように、基板とアルカリ土類硫化物の発光層
の線膨張係数の差を小さくしたので、成膜後の室温まで
の降温時に線膨張係数の差による発光層のクラックは発
生せず、発光層に段差は生じないので第２の絶縁層は発
光層を欠陥なく被覆することができる。従って雰囲気中
の水分は発光層に至らず、発光層の経時変化は少ないこ
とが期待できる。
めに、基板上に第１の電極層、第１の絶縁層、アルカリ
土類硫化物よりなる発光層、第２の絶縁層および第２の
電極層が積層されてなる薄膜エレクトロルミネッセンス
素子において、前記基板の線膨張係数は前記アルカリ土
類硫化物の線膨張係数の０．５〜１．５倍であることと
する。このように、基板とアルカリ土類硫化物の発光層
の線膨張係数の差を小さくしたので、成膜後の室温まで
の降温時に線膨張係数の差による発光層のクラックは発
生せず、発光層に段差は生じないので第２の絶縁層は発
光層を欠陥なく被覆することができる。従って雰囲気中
の水分は発光層に至らず、発光層の経時変化は少ないこ
とが期待できる。
【０００９】前記アルカリ土類硫化物はSrS が主であ
り、前記基板の線膨張係数は（７〜２３）×１０-6／℃
であると良い。さらに、SrS が主である場合には、前記
基板はソーダガラス、酸化マグネシウムあるいはステン
レス鋼であると良い。
り、前記基板の線膨張係数は（７〜２３）×１０-6／℃
であると良い。さらに、SrS が主である場合には、前記
基板はソーダガラス、酸化マグネシウムあるいはステン
レス鋼であると良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】クラック、膜剥離などが発生する
原因を検討するため、無アルカリ基板上に同じ基板温度
５００℃で作製したSrS:Ce膜とZnS:Mn膜（線膨張係数：
約７×１０-6／℃）とのクラックの発生する様子を観察
したところ、SrS:Ce膜はクラックが発生しているのに対
し、ZnS:Mn膜はクラックが発生していなかった。そこ
で、ＳｒＳの線膨張係数を熱機械分析で測定したとこ
ろ、約１５×１０-6／℃が得られ、無アルカリガラス基
板の線膨張係数約４×１０-6／℃と大きく異なっている
ことが判った。このことは、無アルカリガラス基板とＳ
ｒＳ膜との線膨張係数の差が、クラックや膜剥離の大き
な原因であることを示している。
原因を検討するため、無アルカリ基板上に同じ基板温度
５００℃で作製したSrS:Ce膜とZnS:Mn膜（線膨張係数：
約７×１０-6／℃）とのクラックの発生する様子を観察
したところ、SrS:Ce膜はクラックが発生しているのに対
し、ZnS:Mn膜はクラックが発生していなかった。そこ
で、ＳｒＳの線膨張係数を熱機械分析で測定したとこ
ろ、約１５×１０-6／℃が得られ、無アルカリガラス基
板の線膨張係数約４×１０-6／℃と大きく異なっている
ことが判った。このことは、無アルカリガラス基板とＳ
ｒＳ膜との線膨張係数の差が、クラックや膜剥離の大き
な原因であることを示している。
【００１１】そこで、線膨張係数の異なる基板上に形成
したＳｒＳ薄膜に発生するクラックの様子を観察した。
観察した結果を表１に示す。
したＳｒＳ薄膜に発生するクラックの様子を観察した。
観察した結果を表１に示す。
【００１２】
【表１】 表１から、ＳｒＳに近い線膨張係数をもつ基板上に成膜
したＳｒＳ薄膜にはクラックは発生していないことが判
る。
したＳｒＳ薄膜にはクラックは発生していないことが判
る。
【００１３】また、ソーダガラス基板の場合は、線膨張
係数の差がＳｒＳのそれの０．５倍あってもクラックは
発生していないことから、一般に、クラックの発生しな
い線膨張係数の大きい側の限界値は１．５倍であると推
定できる。すなわち、発光層がＳｒＳの場合は、クラッ
クの発生を抑制するためには、線膨張係数として（７〜
２３）×１０-6／℃をもつ薄膜ＥＬ素子基板が望まし
い。
係数の差がＳｒＳのそれの０．５倍あってもクラックは
発生していないことから、一般に、クラックの発生しな
い線膨張係数の大きい側の限界値は１．５倍であると推
定できる。すなわち、発光層がＳｒＳの場合は、クラッ
クの発生を抑制するためには、線膨張係数として（７〜
２３）×１０-6／℃をもつ薄膜ＥＬ素子基板が望まし
い。
【００１４】以下の実施例により、クラックの発生して
ない発光層を有する薄膜ＥＬ素子では輝度低下が小さい
ことを確認した。 実施例１ 本実施例では、線膨張係数が８×１０-6／℃のソーダガ
ラス基板を使用して、白色発光ＥＬデバイスを作製した
例である。
ない発光層を有する薄膜ＥＬ素子では輝度低下が小さい
ことを確認した。 実施例１ 本実施例では、線膨張係数が８×１０-6／℃のソーダガ
ラス基板を使用して、白色発光ＥＬデバイスを作製した
例である。
【００１５】ソーダガラス基板にはアルカリ障壁層とし
て厚さ１００nmのAl2O3 膜をコートしてある。この基板
上に、第１の電極として厚さ２００nmのＩＴＯ膜を成
膜、パターニングした後、第１の絶縁層として厚さ２０
０nmのAl2O3 膜を成膜した。その後、赤色と緑色成分を
もつZnS:Mn（厚さ３００nm）と、緑色と青色成分をもつ
SrS:Ce（厚さ１０００nm）とを積層し、白色発光層を形
成した。この時、ソーダガラ基板は歪点が５００℃であ
るので、発光層成膜温度は５００℃とした。その後、発
光層の結晶性改善の為に硫黄雰囲気中において５００℃
で熱処理を施した後、第２絶縁層としてAl2O3 膜（厚さ
２００nm）、第２の電極としてＡｌ膜（厚さ５００nm）
を成膜、パターニングして薄膜ＥＬ素子を作製した。
て厚さ１００nmのAl2O3 膜をコートしてある。この基板
上に、第１の電極として厚さ２００nmのＩＴＯ膜を成
膜、パターニングした後、第１の絶縁層として厚さ２０
０nmのAl2O3 膜を成膜した。その後、赤色と緑色成分を
もつZnS:Mn（厚さ３００nm）と、緑色と青色成分をもつ
SrS:Ce（厚さ１０００nm）とを積層し、白色発光層を形
成した。この時、ソーダガラ基板は歪点が５００℃であ
るので、発光層成膜温度は５００℃とした。その後、発
光層の結晶性改善の為に硫黄雰囲気中において５００℃
で熱処理を施した後、第２絶縁層としてAl2O3 膜（厚さ
２００nm）、第２の電極としてＡｌ膜（厚さ５００nm）
を成膜、パターニングして薄膜ＥＬ素子を作製した。
【００１６】このようにして作製した薄膜ＥＬ素子は、
基板とＳｒＳ膜との線膨張係数が近いのでＳｒＳ膜にク
ラック、膜剥離が発生していない（表１参照）。この薄
膜ＥＬ素子を長時間発光試験を行い、輝度変化を調べ
た。図１は本発明に係る薄膜ＥＬ素子の輝度変化のグラ
フである。カーブａは本発明に係る薄膜ＥＬ素子の輝度
変化である。図には比較のため無アルカリガラス基板を
用いた従来の薄膜ＥＬ素子の輝度変化を付記した（符号
ｂのカーブ）。
基板とＳｒＳ膜との線膨張係数が近いのでＳｒＳ膜にク
ラック、膜剥離が発生していない（表１参照）。この薄
膜ＥＬ素子を長時間発光試験を行い、輝度変化を調べ
た。図１は本発明に係る薄膜ＥＬ素子の輝度変化のグラ
フである。カーブａは本発明に係る薄膜ＥＬ素子の輝度
変化である。図には比較のため無アルカリガラス基板を
用いた従来の薄膜ＥＬ素子の輝度変化を付記した（符号
ｂのカーブ）。
【００１７】図１より、本発明に係る薄膜ＥＬ素子の発
光輝度の対初期値８０％までの到達時間は約３万時間で
あり、信頼性は向上していることが判った。 実施例２ 本実施例は、線膨張係数が１３×１０-6／℃の酸化マグ
ネシウム基板を使用して、反転構造白色発光ＥＬデバイ
スを作製した例である。
光輝度の対初期値８０％までの到達時間は約３万時間で
あり、信頼性は向上していることが判った。 実施例２ 本実施例は、線膨張係数が１３×１０-6／℃の酸化マグ
ネシウム基板を使用して、反転構造白色発光ＥＬデバイ
スを作製した例である。
【００１８】酸化マグネシウム基板上に、第１の電極と
してＷＳｉ2 膜（厚さ２００nm）を成膜、ドライプロセ
スによりパターニングした後、第１の絶縁層としてAl2O
3 膜（厚さ２００nm）を成膜する。その後、実施例１と
同様にZnS:Mn（厚さ３００nm）と、SrS:Ce（厚さ１００
０nm）積層し、白色発光層を形成する。発光層成膜温度
は５００℃とした。その後、発光層の結晶性改善のため
に硫黄雰囲気において８００℃で熱処理を施した後、第
２絶縁層としてAl2O3 膜: ２００nm、第２の電極として
ＩＴＯ膜（厚さ２００nm）を作製、パターニングして薄
膜ＥＬ素子を作製した。
してＷＳｉ2 膜（厚さ２００nm）を成膜、ドライプロセ
スによりパターニングした後、第１の絶縁層としてAl2O
3 膜（厚さ２００nm）を成膜する。その後、実施例１と
同様にZnS:Mn（厚さ３００nm）と、SrS:Ce（厚さ１００
０nm）積層し、白色発光層を形成する。発光層成膜温度
は５００℃とした。その後、発光層の結晶性改善のため
に硫黄雰囲気において８００℃で熱処理を施した後、第
２絶縁層としてAl2O3 膜: ２００nm、第２の電極として
ＩＴＯ膜（厚さ２００nm）を作製、パターニングして薄
膜ＥＬ素子を作製した。
【００１９】このようにして作製した薄膜ＥＬ素子も、
実施例１と同様にクラックが発生することなく、輝度変
化は小さく、信頼性の高い薄膜ＥＬ素子が作製できる。
実施例１と同様にクラックが発生することなく、輝度変
化は小さく、信頼性の高い薄膜ＥＬ素子が作製できる。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、基板上に第１の電極
層、第１の絶縁層、アルカリ土類硫化物よりなる発光
層、第２の絶縁層および第２の電極層が積層されてなる
薄膜エレクトロルミネッセンス素子において、前記基板
の線膨張係数を前記アルカリ土類硫化物の線膨張係数の
０．５〜１．５倍とするので、発光層に発生するクラッ
クや膜剥離を抑制することができ、薄膜ＥＬ素子は長時
間の発光後も発光輝度の低下は少なく、信頼性が高い。
層、第１の絶縁層、アルカリ土類硫化物よりなる発光
層、第２の絶縁層および第２の電極層が積層されてなる
薄膜エレクトロルミネッセンス素子において、前記基板
の線膨張係数を前記アルカリ土類硫化物の線膨張係数の
０．５〜１．５倍とするので、発光層に発生するクラッ
クや膜剥離を抑制することができ、薄膜ＥＬ素子は長時
間の発光後も発光輝度の低下は少なく、信頼性が高い。
【００２１】特に、前記アルカリ土類硫化物はSrS が主
であり、前記基板の線膨張係数が（７〜２３）×１０-6
／℃の基板として、ソーダガラス、酸化マグネシウムあ
るいはステンレス鋼を用いると発光輝度の対初期値８０
％までの到達時間は３万時間にもなる。
であり、前記基板の線膨張係数が（７〜２３）×１０-6
／℃の基板として、ソーダガラス、酸化マグネシウムあ
るいはステンレス鋼を用いると発光輝度の対初期値８０
％までの到達時間は３万時間にもなる。
【図１】本発明に係る薄膜ＥＬ素子の輝度変化のグラフ
【図２】薄膜ＥＬ素子の断面図
１ 基板 ２ 第１の絶縁層 ３ 第１の電極層 ４ 発光層 ５ 第２の絶縁層 ６ 第２の電極層
Claims (3)
- 【請求項１】基板上に第１の電極層、第１の絶縁層、ア
ルカリ土類硫化物よりなる発光層、第２の絶縁層および
第２の電極層が積層されてなる薄膜エレクトロルミネッ
センス素子において、前記基板の線膨張係数は前記アル
カリ土類硫化物の線膨張係数の０．５〜１．５倍である
ことを特徴とする薄膜エレクトロルミネッセンス素子用
基板。 - 【請求項２】前記アルカリ土類硫化物はSrS が主であ
り、前記基板の線膨張係数は（７〜２３）×１０-6／℃
であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜エレクト
ロルミネッセンス素子。 - 【請求項３】前記基板はソーダガラス、酸化マグネシウ
ムあるいはステンレス鋼であることを特徴とする請求項
２に記載の薄膜エレクトロルミネッセンス素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7216937A JPH0963769A (ja) | 1995-08-25 | 1995-08-25 | 薄膜エレクトロルミネッセンス素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7216937A JPH0963769A (ja) | 1995-08-25 | 1995-08-25 | 薄膜エレクトロルミネッセンス素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0963769A true JPH0963769A (ja) | 1997-03-07 |
Family
ID=16696271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7216937A Pending JPH0963769A (ja) | 1995-08-25 | 1995-08-25 | 薄膜エレクトロルミネッセンス素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0963769A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001060124A1 (fr) * | 2000-02-07 | 2001-08-16 | Tdk Corporation | Substrat composite et dispositif el comprenant ce dernier |
-
1995
- 1995-08-25 JP JP7216937A patent/JPH0963769A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001060124A1 (fr) * | 2000-02-07 | 2001-08-16 | Tdk Corporation | Substrat composite et dispositif el comprenant ce dernier |
| EP1178705A1 (en) * | 2000-02-07 | 2002-02-06 | TDK Corporation | Composite substrate and el device comprising the same |
| KR100443276B1 (ko) * | 2000-02-07 | 2004-08-04 | 티디케이가부시기가이샤 | 복합기판 및 이를 사용한 ｅｌ소자 |
| US6797413B2 (en) | 2000-02-07 | 2004-09-28 | Tdk Corporation | Composite substrate and EL device using the same |
| EP1178705A4 (en) * | 2000-02-07 | 2009-05-06 | Ifire Ip Corp | SUBSTRATE COMPOSITE AND ELECTROLUMINESCENT ELEMENT THEREOF COMPRISING |
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