JPS60182692A - 薄膜el素子とその製造方法 - Google Patents

薄膜el素子とその製造方法

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JPS60182692A
JPS60182692A JP59037765A JP3776584A JPS60182692A JP S60182692 A JPS60182692 A JP S60182692A JP 59037765 A JP59037765 A JP 59037765A JP 3776584 A JP3776584 A JP 3776584A JP S60182692 A JPS60182692 A JP S60182692A
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layer
light
thin film
emitting layer
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松平 他家夫
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Hoya Corp
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00Electroluminescent light sources
    • H05B33/12Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/14Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source
    • H05B33/145Arrangements of the electroluminescent material
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00Electroluminescent light sources
    • H05B33/12Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/22Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of auxiliary dielectric or reflective layers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10S428/917Electroluminescent

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、コンピュータ出力表示端末機その他種々の表
示装置に文字、記号、静止画像、動画像等の表示手段と
して利用される薄膜エレクトロルミネセンス素子(以下
、riWtF、tEL素子」という。
)とその製造方法に関する。
この薄膜E L素子の基本構造は、第1図に示すように
、透明基板1[に酸化インジウム(1口203)等の透
明導電性の透明電極2と、酸化イツトリウム(Y2O2
)等の第1誘電体N3とをスパッタリング法または電子
ビーム蒸着法等により順次積層し、次に、第1誘電体層
3上には2nS:Hn焼結ペレットを電子ビーム蒸着J
ることにより発光層4を積層する。この時7nS蒸着材
料に添加するHnのm度は目的により異なるが、通常0
.1〜2.0wt%に設定される。この発光層4上には
第1誘電体層3と同様の物質からなる第2誘電体層5を
積層し、この上にはアルミニウム等からなる背面電極6
を蒸着形成する。そして、透明電極2と背面電極6との
間に電界を加えることにより、このMWAEL素子は駆
動し、発光層4の両側の第1誘電体層3と第2誘電体層
5との間に誘起された電界が発光層4内に発生し、伝導
帯に励起され、かつ加速された充分なエネルギーを得た
電子が直接Hn発光センターを励起し、その励起された
Hn発光センターが基底状態に戻る際に黄橙色を呈して
発光する。
このような薄膜E L素子に使用される誘電体層として
は、絶縁耐圧と誘電率が共に高く、かつ誘電損失が小さ
いことが望まれる。
この誘電体層は、前述した酸化イツトリウムの他に、酸
化アルミニウム、窒化シリコン、シリコンオキシナイト
ライド、五酸化タンタル、チタン酸鉛、チタン酸バリウ
ム等の物質が単層又は多層として使用されていた。しか
しながら、これらの物質による誘電体層には一長−・短
がある。先ず、酸化イツトリウムの誘電体層は比誘電率
が10〜15と許容できる値を有していることから、試
験用として好んで使用されているが、耐湿性に乏しい欠
点があった。酸化アルミニウム、窒化シリ」ン及びシリ
」ンオキシナイトライドの誘電体層は高い耐湿性を有し
ているが、比誘電率が低いICめに、高い駆動電圧を必
要とし、不都合であった。チタン酸鉛及びチタン酸バリ
ウムの誘電体層は、組成のずれが生じやすいばかりか、
結晶性であるために、絶縁耐圧が低い欠点があった。五
酸化タンタルのスパッタリング法による誘電体層は、緻
密で比誘電率も20〜30と比較的高いが、発光層及び
背面電極との付着力が弱いために、EL素子製造中又は
EL発光中に剥離を生じゃ覆い欠点があった。
このような物質の単層からなる誘電体層の欠点を除去す
るために、2種以上の膜を多層に重ねることも試みられ
でいるが、異なる材質の界面での構造上又は組成上の接
合が不充分となり、誘電損失が大ぎくなる欠点や、成膜
工程が煩雑となる欠点があった。
本発明は、上記のような欠点を除去するためになされた
もので、耐湿性と絶縁耐圧を共に高くし、発光層及び又
は背面電極と誘電体層との付着力を向上し、長寿命の薄
膜EL素子を提供することを目的としでいる。
このような目的を達成するために、本発明による簿膜E
L素子は、少なくとも1層の誘電体層がタンタル酸化物
とアルミニウム酸化物との混合層であることを特徴とし
ている。また本発明による8g成膜L素子の製造方法は
、少なくとも1層の誘電体層がスパッタリング法又はマ
グネトロン・スパッタリング法により五酸化タンタルと
酸化アルミニウムを素材にして形成された混合層である
ことを特徴としている。
次に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
第1図は本発明による一実施例の薄膜EL素子を示し、
アルミノシリケートガラス(i保谷硝子製: HA−4
0)からなるガラス基板1上に、スズ酸化物を混入した
酸化インジウム(以下、rl’rOJという。)からな
る透明電極2(膜厚: 2000人)を直流スパッタリ
ング法(基板温g Ts=200℃、スにより成膜りる
。次に、五酸化タンタル(■a205〉と酸化アルミニ
ウム(八fL283〉の粉末を重量比で、80%:20
%の割合で混合したものを高温プレスで成型後焼結した
ターゲットを使用して、タンタル酸化物(Ta、O,)
とアルミニウム酸化物(AfLxO,)との第1誘電体
混合13(Ill厚: 3000人)を高周波マグネト
1」ン・スパッタリング法により酸素分圧20%のAr
ガス雰囲気中(TS=200℃、全圧: 5 x 1O
−3Torr) F成膜づる。次に、この第1誘電体混
合層3の上に、活性物質としてo、 5wt%のHnを
添加したZnS:Hn焼結ペレットを素材にして真空蒸
着法(Ts=200℃〉で発光層4(膜厚: 5000
人)を成膜する。次に、第1誘電体混合層3と同様な物
質及び製法で第2誘電体混合層5(膜厚: 3000人
)を成膜りる。そして、この第2誘電体混合層5上に、
へ克からなる背面電極6(膜厚: 3000人)を真空
蒸着法(Ts=100℃)ににり透明電極2と直交する
方向に帯状に成員する。
本例の薄膜EL素子の動作は、透明電極2と背面電極9
との間に交流電圧を印加づることにより、前述したのと
同様、発光層4が励起されて黄e色のEL発光し、この
EL発光がガラス基板1を通して外部に導出される。
本発明の特徴である第1及び第2誘電体混合層3.5は
、非晶質のスパッタリング膜であるため緻密であり、発
光層4及び背面電極6との付着力が強いことから、これ
ら層間の剥離を防止することができる。そして、比誘電
率は交流電圧の周波数1に+12において21〜24で
あり、本例の薄膜[L素子は第2図に示ずような輝度−
電圧特性を示し、比較的低い駆動電圧で使用することが
できる。特に、第2誘電体混合層5の存在により、高い
耐湿性と耐薬品性を有し、例えば背面電極6を)4トエ
ツヂングにより形成する際に、エツチング溶液に侵され
ることなく、発光層4へのエツチング液の浸入を防ぎ、
水分による絶縁破壊を防止することができる。なお、こ
の第1及び第2誘電体混合層3,5の膜厚は1000人
〜5000人が好ましい。
1000人未満になると、ピンホール等の発生、絶縁耐
圧の低下等のおそれがあり、5000人を超えると、E
L素子の駆動電圧が高くなると共に製造上不利になる。
第1及び第2誘電体混合層のターゲットとなる五酸化タ
ンタルと酸化アルミニウムの混合比を種々変えて得られ
る第1及び第2誘電体混合層3゜表1 この表1によれば、五酸化タンタルと酸化アルミニウム
の混合比(wt%)は、50 : 50〜95:5の範
囲内であることが望ましい。酸化アルミニウムの混合比
が5%未満になると、誘電損失が大きく、かつ絶縁耐圧
が低下し、発光層4との界面で剥離しやづい。5%以上
になると、誘電損失が小さく、かつ絶縁耐圧が高くなり
、比誘電率も許容値を確保することができる。一方、酸
化アルミニウムの混合比が50%を超えると、比誘電率
が低くなり、高い駆動電圧が必要になって好ましくない
本発明のもう一つの特徴である第1及び第2誘電体混合
層3.5の製造方法は、前述したように五酸化タンタル
と酸化アルミニウムの粉末を瞭児したターゲットを素材
にして高周波マグネトロン・スパッタリング法を使用し
たが、これに限定されず、例えば、五酸化タンタルのタ
ーグツ1への上に酸化アルミニウムの粉末を焼結したペ
レットを配置したものをターゲットとしてもよい。この
場合、ペレットの大きさ、位置及び数mを変えることに
より、前述した五酸化タンタルと酸化アルミニウムの混
合比(wt%)を50:50〜95:5の範囲内で調節
することができる。また、ff1llt化タンタルのタ
ーゲットと酸化゛アルミニウムのターゲットを所望の混
合比が得られるようにそれぞれ一定の面積を占めて配置
したターゲットを使用しCもよい。更に、磁界をかけな
い高周波スパッタリング法を使用してもよい。これら高
周波ングネ;へ[−1ン・スパッタリング法(M −S
 p法)及び高周波スパッタリング(Sp法)による好
ましい製造条件は、表2に示1とおりである。
なお、表2に示づ条件の範囲から外れると、誘電特性、
付着ツノ等において安定した良好な股は得られにくくな
る。特に、最産性を考虚して成膜速度の大きい条件で成
膜りるには、表2の酸素分圧の範囲内で、酸素分圧を高
めに設定した方が右利である。これらの製法以外に、熱
電子放出源及び3番目の電極等を真空装置内に導入した
新しいスパッタリング法も使用づることができ、この場
合、表2の製造条件は多少変化する。
本発明による薄膜E1−素子は第1図に示すとおりCあ
るが、これに限定されず、第3図(a)及び(b)に示
すようにそれぞれ第1誘電体混合層3及び第2誘電体混
合層5を一層ずつ使用し−Cもよいし、第3図(C)及
び(d)に示りょうにC(ITe等の光吸収層7をそれ
ぞれ発光層4と第2誘電体混合層5との間及び第2誘電
体混合層5ど背面電極6との間に介在して、高い二■ン
1ヘラストを右するEL素子にしてもよい。更に、イ」
加面構造どして、両電極2,6の取り出し部分を除く成
膜表面全体を耐湿性の高い誘電体層又は有機樹脂層等で
保護したり、ガラス等で保護カバーを被けて封止しても
よい。
その他の変形例を挙げれば、先ず、透明基板については
アルミノシリケートガラスに代えて、ソーダライムガラ
ス等の多成分系のガラス基板又は石英ガラスでもよく、
透明電極についてはITOに代えて、In2O3若しく
はこれにWを添加したもの又は5n02にSt)、 F
等を添加したものであってもJ:い。次に、発光層につ
いては母材としてZnSの代わりに、Zn5e又はこれ
ら混合物等を使用してもよく、これらの母材に対して活
性材としてHn、 Cu、八n 、希土類、ハロゲン等
が添加される。
例えば、ZnS :Cu、Aiでは黄緑色、Zn(S−
8e):Cu、B+・では緑色、Bl材ZnSに対して
活性材としてSmは赤色、Tbは緑色、1mは青色を発
光する。また、この発光層は沖間廠としC第3図(e)
に示づ透明誘電体層8(Y O、Ta O、TiO2゜
23 25 Al 0.SiN 又は、Si 02等)を介在23 
34 して第1及び第2の発光層、jO,41に分()てもよ
く、その場合に第1及び第2の発光層40.41は同一
材質に選定できることは勿論のこと、異種材質、例えば
第1の発光層40としてTbF3を添加したlns簿膜
を使用した場合、第1の発光層40からは緑色を発光し
、第2の発光層41としてSm F3を添加しI、ニー
Zn5il膜を使用した場合、第2の発光層41からは
赤色を発光して、全体として緑色と赤色との中間色を発
光する薄膜E L素子が得られる。次に背面電極につい
てはAlに代えて、Ta、 No、 Fe、旧。
旧Cr等の金属を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による薄膜F1−素子を示す断面図、第
2図は本発明による薄膜EL素子の輝度−電圧特性図、
並びに第3図(a)、(b)、(c)、(d)、及び(
e)はそれぞれ本発明による他の実施例の薄膜EE1素
子を示す断面図である。 1・・・透明基板、2・・・透明電極、3・・・第1誘
電体混合層、4・・・発光層、5・・・第2誘電体混合
層、6・・・背面電極 (c’l) 、 (b) (c) (d) (e) 手 続 補 正 書 く自発) 2、発明の名称 薄膜[「素子とその製造方法3、補正
をする者 事f1どの関係 特許出願人 住所 東京都新宿区西新宿1丁目13番12号〒160
 王E l 03 (348) 1221ホ ヤ ガラ
ス 名称 株式会社 保 谷 硝 子 明細内の[発明の詳細な説明−1の欄 5、補正の内容 (1) III]細書2頁10行目〜3頁1o行目ニ1
コノ薄膜E=L素子の基本構造は、・・・・その励起さ
れたHn発光センターが基底状態に戻る際に黄橙色を呈
して発光する。」とあるを「この薄膜E L素子の基本
構造は、先ず、透明基板上に酸化インジウム(In2 
03 )等の透明導電性の透明電極と、酸化イツトリウ
ム(Y2O2)等の第1誘電体層とをスパッタリング法
または電子ビーム蒸着法等により順次積層し、次に、第
1誘電体層上にはZnS:Hn焼結ペレットを電子ビー
ム蒸着することにより発光層を積層する。この時、Zn
S蒸着材料に添加するHnの濃度は目的により異なるが
、通常0,1〜2.0wt%に設定される。この発光層
上には第1誘電体層と同様の物質からなる第2誘電体層
を積層し、この上にはアルミニウム等からなる背面電極
を蒸着形成する。そして、透明電極と背面電極との間に
電界を加えることにより、この薄膜Eし素子は駆動し、
発光層の両側の第1誘電体層と第2誘電体層どの間に誘
起された電界が発光層内に発生し、伝導体に励起され、
かつ加速された充分なエネルギーを得た電子が直接Hn
発光センターを励起し、その励起されたHn発光センタ
ーが基底状態に戻る際に黄橙色を呈して発光する。」と
補正する。 (2) 明11I店7頁3行目〜4行目に「背面電極9
」とあるを「背面電極6」と補正する。 以上

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 透明電極と背面電極との間に少なくとも1層の
    、誘電体層と発光層とを介在して、両電極間に電界を加
    えることにより、前記発光層がEし発光する薄膜EL素
    子において、前記誘電体層がタンタル酸化物どアルミニ
    ウム酸化物との混合層であることを特徴とする薄膜E 
    L素子。
  2. (2) 透明電極ど背面電極との間に少なくとも1層の
    、誘電体層と発光層とを介在して、両電極間に電界を加
    えることにより、前記発光層がEL発光づる薄膜EL素
    子の製造方法において、前記誘電体層はスパッタリング
    法又はマグネトロン・スパッタリング法により五酸化タ
    ンタルと酸化アルミニウムを素材にして形成された混合
    層であることを特徴とする薄膜EL素子の製造方法。
  3. (3) 特許請求の範囲第2項記載において、前記五酸
    化タンタルと酸化アルミニウムとの混合比が重量比で5
    0%:50%から95%:5%までの範囲内であること
    を特徴とする薄膜E1−素子の製造方法。
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