JPS60202687A - 薄膜エレクトロルミネツセンス素子 - Google Patents

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】 （技術分野） 本発明は、コンピュータの端末装置における平型表示装
置等として使用される交流駆動の薄膜エレクトロルミネ
ッセンス素子（以下、薄膜ＥＬ素子と略す）に関する。

（従来技術とその問題点） 第１図に一般的な薄膜ＥＬ素子の断面構造を示す。ガラ
ス基板１上にＩＴＯ等からなる透明電極２１、第１絶縁
体層３９発光層４．第２絶縁体層５゜Ａ４等の背面電極
６が順次積層された構造である。

発光層４は、Ｚｎ８＋’Ｚｎ８６等を母体とし、Ｍｎや
ＴｂＦｓが発光中心として添加された螢光体薄膜である
。これに１０６ボルト／ｃｒ１１以上の高電界を印加す
ることによシ、加速された熱電子が発光中心を衝突励起
し発光を生じさせるものである。絶縁体層３，５は、発
光層４′ｔ−流れる過剰な電流を制限し、薄膜ＢＬ素子
が破壊に至ることを防止すると共に各種の有害なイオン
や湿気の拡散、浸透を押さえ劣化を防止するものである
。第１図に示すのは所謂、２重絶縁構造の交流駆動薄膜
ＥＬ素子であり、このような構造にする仁とにより始め
て実用的な輝度特性と信頼性が得られた。従って、絶縁
体層の性質は薄膜ＥＬ素子の特性を大きく左右するもの
である。

絶縁体ノーは次の如き特性を備えることが望ましい。ま
ず、当然のことであるが表示側に使用される絶縁体層は
透明であること。次に絶縁破壊電圧、及び誘電率が大き
いこと。これは発光層に有効に電圧を印加し素子を駆動
するのに必要な外部電圧を低くすることに１要である。

絶縁膜の誘電体損失（ｔａｎδ）が小さいことは消費電
力の観点から好ましい。金属イオンの拡散や湿気の浸透
の防止効果に優れていると共に、製造法や製造条件にも
影響されることでもあるがピンホールやクラックがなく
密着性に優れていることも特に重要である。

通電初期に欠陥部で発生する放電破壊に際しては自己回
復性を有していることが好ましい。まだ機構は明確とは
云えないが、発光輝度、発光効率、電圧輝度特性の経時
変化等に対しても絶縁体層の性質が影響していると判断
されている。これらの特性を高い水準で満足するととも
に生産性にも優れたものが望まれている。

従来、絶縁体層として多用されているものに、Ｙ２Ｏ３
等の希土類酸化物の電子ビーム蒸着膜がある。これは発
光層に用いられるＺｎ８よシ２〜３倍大きい誘電率をも
ち、真空蒸着によシ容易に作成される。これらを用いた
薄膜ＥＬ素子は、自己回復性の放電破壊を示し、発光輝
度も良好である。

しかしながら、希土類酸化物の電子ビーム蒸着膜は、電
気的特性の不安定性、耐湿性の欠如、真空蒸着であるこ
とにも起因していると思われるが放電破壊密度が高い等
の欠点があシ、工業的に信頼性のあるものではない。Ａ
［ｚＯｓやＳｌＯ等の真空蒸着膜も同様の欠点を有して
いる。

近年、スパッタリングによる成膜も生産性の向上が図ら
れ、薄膜ＥＬ素子の絶縁体層として各種スパッタ膜の適
用も検討されている。例えば、Ｂａ−ＴｉＯｓ、ＰｂＴ
ｉ０ｍ等の高誘電率の薄膜がある。これらは、１００〜
２００の大きな誘電率をもつから、薄膜ＫＬ素子の低電
圧化に有効であるが、製造時に高い基板温度、あるいは
高い熱処理温度が要求されるとともに製造条件の制御、
再現性に問題があり、絶縁耐圧が低く、また、電気的特
性。

耐湿性等の安定性に劣ると共に、伝播型の放電破壊を生
じやすい等の点で工業的には採用しにくいものである。

５１０ｚ膜、Ｔａｇ’ｓ膜、５ｔｓＮ４膜はスパッタに
よシ作成される代表的な絶縁体薄膜である。しかし、８
ｉ０２膜は、誘電率が３程度と非常に小さく低電圧化に
不利であるとともに、これをもちいた薄膜ＥＬ素子は低
輝度であった。また、’ｆ　ａ２　Ｑ　Ｂ　’ｐ　８　
ｉ　８　Ｎ　４のスパッタ膜は、Ｚｎ８の発光層との密
着性が非常に悪く、成膜時や熱処理によ）剥離を生じや
すく、また通電発光時においても剥離による劣化が速く
進行する傾向があった。

以上のように、材料特性にも一長一短があり、すべてを
満足するものはなく、またピンホールの多発やステップ
カバレッジの不完全性を避けることができない。従って
、従来の薄膜ＥＬ素子をもちいた表示パネルではオイル
シール等による耐湿防止対策、放電破壊孔をできるだけ
小さくするための慎重な初期通電工程、特性安定化のだ
めの長時間のエージング工程等を必要とするものである
。

（発明の目的） 本発明の目的は、信頼性が高く、輝度も高い薄膜ＥＬ素
子の提供にある。

（発明の構成） 本発明の構成は、少なくとも一方が透明である一対の電
極で発光層と１層以上の絶縁体層とを挾持した構造の薄
膜ＥＬ素子において、前記絶縁体層のうちの少なくとも
１層はプラズマＣＶＤ法によシ形成した窒化硅素膜又は
酸化窒化硅素膜であることを特徴とする。

（構成の詳細な説明） 本発明の薄膜ＥＬ素子はプラズマＣＶＤ法によシ作成さ
れた窒化硅素膜（又は酸化窒化硅素膜）を絶縁体層とし
て使用していることを特徴としているが、窒化硅素膜自
体は緻密な優れた絶縁体膜として良く知られている。薄
膜ＥＬ素子の絶縁体層としてもすでに検討されている。

しかしながら、これらはすべて窒化硅素板、あるいは硅
素板をターゲットとしたスパッタリング、あるいは窒素
を利用した反応性スパッタリングによるものであった。

本発明に先立って窒化硅素スパッタ膜を作成し、評価し
たが、薄膜ＫＬ素子用の絶縁体層として優れたものでは
なかった。

窒化硅素スパッタ膜は、まず、Ｚｎ８発光層との付着力
が著しく小さく、成膜時や熱処理工程で剥離するために
ほとんど使用することができなかった。付着力は窒素以
外にも酸素を導入した８ｉ−Ｎ−〇膜とすることによシ
改善することは可能であったが、この場合、誘電率が４
程度に小さくなる問題を生じた。また、ＹｘＯｓ膜等を
Ｚｎ８発光層との間に介在させることにより付着力の改
善を図ることも可能であったが、工程の複雑化をもたら
した。これらの窒化硅素スパッタ膜や付着力を改善され
た上述の膜においても薄膜ＥＬ素子用の絶縁体層として
優れてはいなかった。これらの膜は、ＹｚＯｓ蒸着膜を
使用したものと同程度の放電破壊箇所の発生が見られ、
更に悪いことに大きな破壊孔となったシ破壊が伝播しｆ
ｃヤする傾向を示した。また、これらの放電破壊孔やピ
ンホール、段差部等のステップカバレッジの不十分な部
分を核として湿気による剥離、非発光化が生じた。これ
らは付着力が不十分のため、ＹｚＯｓ尋よりかえって進
行が速い傾向も見られた。以上のように窒化硅素スパッ
タ膜は薄膜ＥＬ素子用として適したものではなかった。

そこで、本願発明者はプラズマＣＶＤ法を適用し本発明
を完成した。

プラズマＣＶＤ法によル成膜された窒化硅素膜は半導体
工業等において良好な絶縁膜、保護膜等として利用され
ている。しかし、薄膜ＥＬ素子用の絶縁体層としては検
討されてこなかった。その理由は前述のように窒化硅素
スパッタ膜での種々の問題が同様に生じると予想される
と共に、誘電率の点でも魅力がなかったからである。更
に、プラズマＣＶＤ法では成膜中に水素を始め活性な化
学種が発生し、また成膜された窒化シリコン膜中にも多
量の水素が吸蔵されている。これらがＺｎ８発光層やＩ
ＴＯ電極への悪影響をおよほすと共に、高電界下での使
用であシネ安定性が予想されたからである。しかしなが
ら、窒化硅素プラズマＣＶＬ）膜を使用した薄膜ＥＬ素
子を試作評価した結果、スパッタ膜の欠点が解消された
良好な特性を示すことが判った。すなわち、スパッタ膜
と異なル。

Ｚｎ８発光層とも十分強い付着力を示した。

（実施例） 次に実施例を挙げ本発明の詳細な説明する。

本発明の第１の実施例は、断面構造が第１図の一般的な
薄膜ＥＬ素子と同様であるが、絶縁体層３及び５がプラ
ズマＣＶＤ法により形成した窒化硅素膜である。プラズ
マＣＶＤ法の窒化硅素膜である第１絶縁体層３の上に０
．６５ミクロンのＺｎ８：Ｍｎの発光層４を蒸着により
形成した後、５８０Ｃで真空中熱処理を行なっても剥離
は生じなかった。また、この窒化硅素膜の絶縁耐圧はス
ノくツタ膜の２倍以上の８〜１２　Ｘ　ｉｏ’ｖ　７ｃ
ｍの高い値を示し、薄膜ＥＬ素子に装求される高い電界
にも十分な安定性を有することが判った。更に優れた特
徴は放電破壊が著しく少ないことである。放電破壊の発
生が薄膜ＫＬ素子の歩留りを決定する大きな装置であり
、また同時にピンホールも著しく少ないために耐湿劣化
も少なく薄膜ＥＬ素子の信頼性の向上をもたらすことが
判った。全工程で注意深く取り扱かわれた場合はオイル
シール等の付加的な耐湿防止対策を不用にする可能性も
見出された。また、通電発光による発光開始電圧の上昇
をもたらす輝度−電圧特性の経時変化も従来のものに比
較して少なかりた。

以上のように、プラズマＣＶＤ法による窒化硅素膜を絶
縁体層とすることによシ、信頼の高い薄膜ＥＬ素子が実
現される。なお、この窒化硅素膜は誘電率が６前後であ
シ薄膜ＥＬ素子用として望まれる値としては、むしろ小
さいが、通常使用されている絶縁体層の厚さの半分程度
である１５００人でも十分高い信頼性が得られるから駆
動電圧の点で不利になるものではない。また、第１絶縁
層３ｆ：高誘電率材料で形成し、第２絶縁ｌｉ！５に窒
化硅素膜を採用することによシ低電圧化と高信頼性との
両立を図ることも可能である。

本発明の第２の実施例は、やはシ第１図の一般的な薄膜
ＥＬ素子と同様の断面構造であり、絶縁体層３及び５が
プラズマＣＶＤ法により形成しである。この第２の実施
例では、ガラス基板１上に透明電極２として０．２ミク
ロンのＩＴＯ膜をスパツタリングによシ作成した。面積
抵抗は約１００である。この上に第１絶縁体層３として
０．１５ミクロンの窒化硅素膜をプラズマＣＶＤ法によ
シ作成した。更にその上にＺｎ８：Ｍｎの発光層４を共
蒸着法によシ作成した。基板温度を１８０Ｃ’としてＭ
ｎが１モルチ添加されるようにＺｎＳとＭｎの蒸着速度
を制御し、厚さ０．５５ミクロンの発光層４とした。真
空中で５５０Ｃの熱処理を行なった後、再びプラズマＣ
ＶＤ法により　Ｏ，１２ミクロンの窒化硅素膜を第２絶
縁体層５として形成した。

最後にＡ！の背面電極６を形成し、薄膜ＥＬ素子を作成
した。

ここで窒化硅素膜の作成東件は次の通シである。

平行平板電極型の高周波プラズマＣＶＤ装置ｆ！：０＃
！用し、基板温度３００　Ｇ、ガス圧０，５トール、放
電電力８０Ｗ、ガス流量はＮ２を２００８ＣＣＭ。

８ｉＨ４ｉ３８ＣＣ１ｌｉｌｌ、ＮＨｓｉ５８ＣＣＭと
した。膜成長速度は約０．０２ミクロン／分であった。

なお、このプラズマＣＶＤ工程でＩＴＯ膜の黒化、高抵
抗化の現象であったが、シャッターの採用や各原料ガス
の導入、放電開始の順序を最適にすることによｊＤＩＴ
ｏ膜への悪影響を避けることができた。

このようにして作成された窒化硅素膜は透明であり、８
〜１２Ｘ１０６　ｖ／ｃｒ１Ｍの高絶縁破Ｊｉ強ｊｌ有
するものである。なお、誘電率は５．５〜６．５であっ
た。本実施例の薄膜ＥＬ素子にＩＫＨｚで０．１ミリ秒
のパルス幅の交番電圧パルスを印加した。初期のエージ
ングを行なった後、発光開始電圧が１５０ｖテｓ　１８
０　Ｖ　テＯ発光輝度１）”　１０００　ｃ　ｄ／ｍ’
　（Ｄ　良好な輝度特性を得た。

この第２の実施例の製造と同様の工程で１画系の寸法が
０．３　Ｘ　Ｏ，３ミリメートルで１６３８４画系を構
成するドツトマトリックス型の表示パネルを試作した結
果、７割のパネルにおいて放電破壊が発生せず、またこ
れらのパネルではオイルシールをしなくても１０００時
間の寿命試験中湿気による剥離や非発光部の出現は見ら
れず輝度低下も５％以内であった。

以上のように薄膜ＥＬ素子用として窒化硅素プラズマＣ
ＶＤ膜は総合的に優れたものである。なお、原料ガスに
微量のＮｚＱ等を導入し酸化窒化硅素膜としてもほぼ同
様の特性を有していた。

（発明の効果） 上述してきたように、プラズマＣＶＤ法による窒化硅素
膜（又は酸化窒化硅素膜）を絶縁体層として使用するこ
とによシ、信頼性が高く輝度も高い薄膜ＥＬ素子を実現
することが可能である。この薄膜ＥＬ素子は製造歩留シ
がよいから安価に製造できる。更に、汚れやごみに細心
の注意を払って製造した場合にはオイルシール等の付加
的な耐湿保膜手段を不用にすることも可能であるから、
この面からも本薄膜ＥＬ素子は安価に製造できる。

なお、２重絶縁構造において、例えば第１絶縁層にＹ２
Ｏ３やＢａＴ１０１　等の他の絶縁膜を使用し。

第２絶縁体層にグツズ１ＣＶＤ法による窒化硅素膜を採
用した薄膜ＥＬ素子にも本発明は適用できる。更に、前
述の実施例では２重絶縁構造を示したが、発光層と背面
電極の間だけにプラズマＣＶＤ法による窒化硅素を採用
した片絶縁型の薄膜ＥＬ素子にも本発明は適用で睡る。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な２重絶縁型の薄膜ＥＬ素子の断面図で
ある。 ｌ・・・・・・透明ガラス、２・・・・・・透明電極、
３・・・・・・第１絶縁体層、４・・・・・・発光層、
５・・・・・・第２絶縁体層、６・・・・・・背面電極
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも一方が透明である一対の電極で発光層と１層
   以上の絶縁体層とを挾持した構造の薄膜エレクトロルミ
   ネッセンス素子において、前記絶縁体層のうちの少なく
   とも１層はプラズマＣＶＤ法により形成した窒化硅素膜
   又は酸化窒化硅素膜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。