JPS61198592A - 薄膜el素子 - Google Patents

薄膜el素子

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JPS61198592A
JPS61198592A JP60038391A JP3839185A JPS61198592A JP S61198592 A JPS61198592 A JP S61198592A JP 60038391 A JP60038391 A JP 60038391A JP 3839185 A JP3839185 A JP 3839185A JP S61198592 A JPS61198592 A JP S61198592A
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thin film
light
zno
crystal
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弘之 瀬戸
克彦 田中
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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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】 [産業上の利用分野コ こ□の発明は、交流電圧もしくは直流電圧を印加されて
発光するF[素子の改良に関し、特に発光層が電子ビー
ムまたはスパッタリングなどの薄膜形成法により形成さ
れている薄膜EL素子め改良に関する。
[従来の技術]“ たとえ□ば電子通信学会誌第65巻第7号第741頁−
747頁(昭57= 7 )に示されているように、従
来より、交流もしくは直流で駆動される薄膜E L素子
が公知である。第2図は、このうちの−例としての交流
で駆動される薄膜EL素子を示す略図的正面断面図であ
る。この薄膜EL素子1では、透明なガラスよりなる透
光性基板2.1−に蒸着もしくはスパッタで透明電極3
が形成されてイル。透明電極3は、In 20s  S
n 02酸化物合金からなるITO電極で構成されてい
る。該透明電極3の上面には、さらに第1絶縁層4が形
成されており、該第7絶縁層4の上面にZnS:Mnか
らなる発光層5が形成されてd3す、該発光層5は、さ
らに上面に形成された第2絶縁H6と第1絶縁層4とに
より挾まれた構成どされている。
第1絶縁m41発光層5および第2絶縁層6は、いずれ
もスパッタにより形成され、透明電極3の上面において
順に形成されるものである。なお、第1絶縁層4および
第2絶縁層6は、通常5iaN4 、Y20−またはA
蛙、03などの月利により構成される。第2絶R層6の
」二面には、他方の電極としての背面電極7が形成され
ており、該背面電極7は、第2図の紙面および紙背方向
に複数本延びて形成されており、透明電極3と交差して
格子を形成するにうに配回されている。
第2図に示した従来の交流駆動薄膜[L素子1では、透
明電極3および背面電極7より交流電圧を印加すること
により、「1−発光が19られる。
使方、特に図示はしないが、直流で駆動さねろ薄膜EL
索子では、発光層と電極どの間を絶縁ηる必要がないた
め、第2図に示した交流駆Wa)の薄膜[L索子1から
第1絶縁層’I Ijよび第2絶縁層6が除去された構
成を有Jる。
[発明が解決【)ようとする問題点I E L素子は、表示装回としての機能を目的とでるもの
である以上1、第1に高輝疫、高効率であることが要求
され、第2により低い電圧で駆動され得るものであるこ
とが好ましい。ところで、薄膜E l−素子の効率およ
び駆動N圧は、発光層を構成するZnSの結晶性に依存
し、該発光層の結晶性が優れているほど望ましい。
第2図に示しl、:従来の薄膜[1索子1を例にとれば
、発光層5の結晶性を向上させるには、発光層5が第1
絶縁層1の表面にスパッタにより形成されるものである
ため、第1絶縁図4の結晶配向性を向上させることが必
要である。このため第1絶縁層4には結晶配向性の良好
な絶縁層を用いればよいが、通常Y2O3やAQ、0.
の結晶配向性はよくない。したがって、この上に形成さ
れる発光層5の結晶性は十分ではない。
それゆえに、この発明の目的は、発光層の結晶性が向−
卜されており、したがって高効率で低電圧駆動可能な薄
膜E[素子を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] この発明は1.ト述の問題点を解消すべく鋭意検討の結
果なされたものであり、その要旨とするところは、透光
性基板、該透光性基板上に形成された透明電極、発光層
および該発光層を介して透明電極とは反対側に設けられ
た電極を備える薄膜EL素子において、透光性基板と発
光層との間に形成される透明電極を結晶配向性ZnO電
極で構成したことを特徴とするi模EL素子である。
結晶配向性Zn 01!極は、たとえばZnOに、/1
などがドープされた材料より構成されるものであり、厚
み方向における結晶配向性に優れた透明電極を構成する
ことができる。よって、その上に形成される発光層の結
晶性を大幅に向上させることができる。
なお、交流駆動薄膜EL素子の場合には、透明電極と発
光層との間に第1の絶縁層が形成されるが、この場合に
は該第1の絶縁層は結晶配向性ZnO絶縁層で構成され
、たとえばZnOに11などをドープした材料を用いる
ことができ、上記透明電極と同様に厚み方向における結
晶配向性に侵れた絶縁層どJoることができる。したが
って、交流駆動薄膜EL−素子においても、発光層の結
晶性を大幅に改善することができる。
[実施例の説明] 第1図は、この発明の一実施例を示す部分切欠断面図で
ある。この実施例の薄膜EL素子11は、交流で駆動さ
れる形式の薄膜E L素子である。ここでは、たとえば
コーニング社7059ガラスからなる透光性基板12−
1−に、Allよりなる取出用電極18が蒸着により形
成されている。該取出用電極18に電気的に接続され得
るように、透光性基板12上には、透明電極13が形成
されている。
該透明電極13は、結晶配向性ZnO電極により構成さ
れており、後述づるようにZnOにA麩がドープされた
り$81よりなるものである。またくZnO透明電極1
3の上面には第1絶縁層としての結晶配向性ZnO絶縁
層14がr[マグネトロンスパッタにJ:り形成されて
いる。ZnO絶縁層14の−に而には、ZnS:TbF
、発光層15がスパッタにJ−り形成されており、さら
にその上面には第2絶縁層16および背面電極17.1
7が形成されている。
上記したような各層のl?i層構造は、第2図に示した
従来の薄膜EL素子1とほぼ同様である。しかしながら
、この実施例の薄膜「[素子11では、透明電極13お
J:び第1絶縁層1/1がC軸配向性に優れているlC
め、発光層15の形成にあたっては結晶性に優れたZn
S膜が成長する。ところで、このような結晶配向性に優
れたZnO膜を得るには、約1μm以上の膜厚を必要と
する。したがって、薄膜EL素子の絶縁層として用いる
には、駆動電圧の増大等を招来し、不適当なものである
しかしながら、この実施例では、ZnOにAαがドープ
された配向性透明電極13の−ににZnOにliがドー
プされた絶縁層17′Iを成膜ηるものであるため結晶
配向性ZnO電[j13の膜厚がある稈痘厚(〕れば、
絶縁層171の膜厚が薄いにもかかわらず、結晶性の良
いC軸配向膜を形成することができる。したがって、第
1絶縁層14の膜厚を薄<シたままで、結晶性に優れた
発光層15を形成し得る。第3図に、む軸結晶配向性Z
、nO膜よりなる絶縁m14の上に発光層を形成したこ
の実施例と、従来のへ廷、0.膜からなる絶縁層上に発
光層を形成した例のX11回折パターンを示す(実線X
が実施例、実線Yが従来例を示す。)。
なお、発光層はいずれもZnS:TbF3膜により形成
1ツノ、:。またこの実施例のZnO透明電極13の膜
厚は約8000A、Zn O絶縁層14の膜厚は約20
00Aである。同様に、第4図に、この実施例の輝度−
電圧特性を実線Aで示1゜なお、比較のために、同一構
造の従来の薄膜EL素子の輝度−電圧特性を実線Bで示
す。第3図および第4図の結果から、この実施例の薄膜
E L素子11では、ZnS発光層の結晶性が向上する
ことにより、低電圧駆動、高輝度化を実現することがで
き、高効率の薄膜EL素子の作製ができる。
なお、上記実施例では、交流駆動型の薄膜EL素子11
について説明したが、直流駆動型の薄膜E L素子につ
いてもこの発明を適用し得るものであることを指摘して
おく。すなわち、透明電極として結晶配向性ZnO電極
を用いることにより、第1絶縁層が形成されない直流駆
動型の薄膜EL素子であっても、その上に形成される発
光層の結晶性を同様に改善し得るからである。
また、発光層については、上記実施例ではZnS:Tb
F3を用いたが、これに限らず、ZnS:Mn、ZnS
:PrFs、ZnS:DyFa、Zn3:TmFaおよ
びZnS:Cuなど任意の2nSを用いた発光層を用い
ることができ、またZnsに代わりSr F、Ca S
などを主体とする発光−を用いることも可能である。
さらに、第1図に示した実施例では、第2絶縁層16を
設けたが、該第2絶帽16は必ずしも必要なものではな
く、除去してもよい。また第2絶縁層16を形成する場
合、第2絶縁層16は、結晶配向性ZnO絶縁層により
構成されずともよ“ い。すなわち第2絶Ii層16に
ついては、従来から用いられているY203 、 S!
 s Ns 、A ’M20、などの任意の材料により
構成することも可能である。
次に、上記した第1図に示した実施例の製造方法につき
説明する。
まず、上面に取出用電極18がAflを蒸着することに
より形成されたガラスよりなる透光性基板12を準備す
る。次に、基板ホルダ(図示せず)に、該透光性基板1
2が、取出電極18の一部をマスクした状態で1?ツI
−される。この状態を第5図に平面図で示す。第5図に
おいて、21はマスクを示す。次に、真空槽を2X 1
0− ’ Torr以下の真空度に排気した後、マルチ
ターゲット方式のスパッタ法にて下記の工程により各層
が透光性基板12上に形成される。
■ ZnO透明電極の形成 スパッタにより、結晶配向性ZnO透明電極13を形成
する。ターゲットは、ZnO粉末に八〇。
20B粉末を2手間%添加して混合したものを用いる。
このスパッタ条件を第1表に示す。得られた結晶配向性
ZnO透明電極の膜厚は約800OAとなる。
第1表 スパッタ衆生 ターゲット      ZnO粉末−2重量%A立、0
.粉末 スパッタ方式     RFマグネトロンスパッタリン
グパワー 50W スパッタガス     Ar ガス圧        8X −10−” Torr時
間         40分 東且迦a         #−−−−−−−−−−−
■ 結晶配向性ZnO絶縁層の形成 同一真空槽内で、ZnO焼結体ターゲットを用いてRF
マグネトロンスパッタにより結晶配向性ZnO絶縁層を
形成する。この結晶配向f417n O絶縁層は、Zn
OにLiをドープしたものであり、第2表に示Jスパッ
タ条件により製膜される。膜厚は、約2000Aである
表2 スパッタ条件 ターゲット      l−tをドープされたZnO焼
結ターゲラi〜 スパッタ方式     RFマグネ1へロンパワー  
      300W ガス         Ar 102 =90/ 10
ガス圧        5X10”’ 8Torr時間
         10分 基板温If        120℃ ■ 発光層の形成 スパッタにより、ZnS:TbF、発光層を形成する。
ターゲットは、純度99.99%の7nS粉末に、純度
99.999%Tb F、粉末を411%添加したもの
を、ステンレス冊に仕込んだものを用いた。このスパッ
タ条件を第3表に示す。
発光層の膜厚は約5000Aである。発光層を形成した
後に450℃の温度で1時間真空中にて熱処理を施した
表3 スパッタ条牛 ターゲット      7nS粉末−4重量%TbF。
スパッタ方式     RFマグネトロンパワー   
     60W ガス         Ar ガス圧        5X10− ” Torr時間
         40分 基板温度       150℃ ■ 第2絶縁層の形成 上記のようにして得られた構造体に、背面電極としてA
lを電子ビーム蒸着により形成し、第1図に示した実施
例の交流駆動型WmEL素子を得る。
上述のように、第1図に示した実施例の薄膜FL素子1
1の作成にあたっては、透明電極13゜第1絶縁層とし
ての結晶配向性ZnO絶縁層14および発光層15が、
すべて同一の真空チャンバ内で行ない得る。したがって
、各層の界面は清浄に保たれ、また真空引き作業も1度
行なうだけでよいため、操作時間を短縮することができ
、したがって作業性および量産性に優れることがわかる
なお、第2絶縁層16を、Y2O,以外のAfL20s
 * Si a N4などでスパッタリング法により形
成する場合には、ターゲットとしてはこれらの材料の焼
結体を同一の真空チャンバ内に設けることができる。し
たがって、この場合には同一真空チャンバ内で各層をす
べて形成することができる。また、透明電極をマトリッ
クス状に形成するには、まず透光性基板の上に下地層と
して結晶配向性ZnO絶縁層を形成し、さらにその上に
7no透明N極を形成J−る。この状態でエツチングに
よりマトリックス状のZno透明電極に加工形成する。
さらにこの上に結晶配向性ZnO絶縁層を形成すればよ
い。このように下地層として適当な厚みの結晶配向性Z
nO絶縁層を形成することにより、その表面には膜厚が
薄くても良好な結晶配向性を有するZnO透明電極およ
びZnO絶縁層が形成され、ZnO透明電極を厚くした
場合に生じるエツジ部分での耐圧低下を防止することが
できる。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、透光性基板と発光層
との門に形成される透明電極が、結晶配向性ZnO電極
により構成されるため、その上側に形成される発光層の
結晶性を向上することができ、したがって高輝度の薄膜
EL素子を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例の薄膜FL素子を示す部
分切欠断面図である。第2図は、従来の薄膜EL素子を
示す略図的断面図である。第3図は、第1図に示した実
施例および従来の薄膜E L素子のX11回折パターン
を示す図である。第4図は、第1図に示した実施例と、
従来例の輝度−電圧特性を示1−図である。第5図は、
第1図に示した実施例の製作にあたり、取出電極が形成
された透光性基板を薄膜形成に際してマスク1ノだ状態
を示す平面図である。 図において、11は薄膜EL−素子、12は透光性基板
、13は結晶配向性ZnO透明電極、14は結晶配向性
ZnO絶縁層、15は発光層、17゜17は電極を示す

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1.  (1)透光性基板、該透光性基板上に形成された透明
    電極、発光層および該発光層を介して前記透明電極とは
    反対側に設けられた電極を備える薄膜EL素子において
    、 前記透光性基板と発光層との間に形成される透明電極が
    、結晶配向性ZnO電極であることを特徴とする、薄膜
    EL素子。
  2.  (2)前記結晶配向性ZnO電極と発光層との間に、
    結晶配向性ZnO絶縁層が形成されている、特許請求の
    範囲第1項記載の薄膜EL素子。
  3.  (3)前記透光性基板と前記結晶配向性ZnO電極と
    の間に結晶配向性ZnO絶縁層が形成されている、特許
    請求の範囲第1項記載の薄膜EL素子。
  4.  (4)前記結晶配向性ZnO電極は、ZnOにAlが
    ドープされた材料よりなる、特許請求の範囲第1項また
    は第3項記載の薄膜EL素子。
  5.  (5)前記結晶配向性ZnO絶縁層は、ZnOにLi
    がドープされた材料よりなる、特許請求の範囲第2項な
    いし第4項のいずれかに記載の薄膜EL素子。
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