JPS6122597A - 薄膜エレクトロルミネセンス素子およびその製造方法 - Google Patents
薄膜エレクトロルミネセンス素子およびその製造方法Info
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- JPS6122597A JPS6122597A JP59140639A JP14063984A JPS6122597A JP S6122597 A JPS6122597 A JP S6122597A JP 59140639 A JP59140639 A JP 59140639A JP 14063984 A JP14063984 A JP 14063984A JP S6122597 A JPS6122597 A JP S6122597A
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- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
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。
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)
本発明は電場発光をする薄膜発光素子に関するものであ
シ、コンビーータ端末装置をはじめとするOA機器用の
高精細度フラットパネルディスプレイとして応用できる
ものである。
シ、コンビーータ端末装置をはじめとするOA機器用の
高精細度フラットパネルディスプレイとして応用できる
ものである。
(従来例の構成とその問題点)
交流電界印加により発光する電場発光素子(以下EL素
子と略記する)は螢光体薄膜層の片面あるいは両面に誘
電体薄膜層を設け、これを二つの電極層で挾む構造を持
っている。ここに用いる螢光体薄膜層は、ZnS 、
Zn5eおよびZ n F 2等の母体の中に発光中心
としてMnや稀土類フ、化物を添加したものである。M
nを発光中心として添加したZnS螢光体素子において
は周波数5kHy、の電圧印加で、最高3500〜50
00Cd/nf’の輝度が達成されている。誘電体材料
としてはY2O3,St、2゜Si3N4. At20
5およびTa205などが代表的なものである。各層の
厚みはZnS層が5000〜7000 X。
子と略記する)は螢光体薄膜層の片面あるいは両面に誘
電体薄膜層を設け、これを二つの電極層で挾む構造を持
っている。ここに用いる螢光体薄膜層は、ZnS 、
Zn5eおよびZ n F 2等の母体の中に発光中心
としてMnや稀土類フ、化物を添加したものである。M
nを発光中心として添加したZnS螢光体素子において
は周波数5kHy、の電圧印加で、最高3500〜50
00Cd/nf’の輝度が達成されている。誘電体材料
としてはY2O3,St、2゜Si3N4. At20
5およびTa205などが代表的なものである。各層の
厚みはZnS層が5000〜7000 X。
誘電体薄膜層が4000〜8000 X程度である。
交流駆動する場合、EL素子に印加された電圧は、Zn
S層と誘電体薄膜層に分圧される。EL素子は二つのコ
ンデンサーが直列接続されているのと等価であるから、
εiVi/li=ε7.V2/12(ε:比誘電率、V
:印加電圧、t、厚み、添え字i:誘電体、添え字z
: ZnS )の関係から、各々の分圧はti = t
zであるならば誘電率に逆比例する。したがって、上記
Y2O5等の誘電体ではεiが約4〜25、ZnSの6
3が約9であるので、ZnS層には全印加電圧の4〜6
割程度しかかからない。よって、かかるEL素子におい
ては、数kHzのパルス駆動で200V以上の電圧がか
けられているのが現状である。この高電圧は駆動回路に
多大な負担を負わせてお9、高耐圧駆動ICが必要とな
シ、コストアップにつながっている。
S層と誘電体薄膜層に分圧される。EL素子は二つのコ
ンデンサーが直列接続されているのと等価であるから、
εiVi/li=ε7.V2/12(ε:比誘電率、V
:印加電圧、t、厚み、添え字i:誘電体、添え字z
: ZnS )の関係から、各々の分圧はti = t
zであるならば誘電率に逆比例する。したがって、上記
Y2O5等の誘電体ではεiが約4〜25、ZnSの6
3が約9であるので、ZnS層には全印加電圧の4〜6
割程度しかかからない。よって、かかるEL素子におい
ては、数kHzのパルス駆動で200V以上の電圧がか
けられているのが現状である。この高電圧は駆動回路に
多大な負担を負わせてお9、高耐圧駆動ICが必要とな
シ、コストアップにつながっている。
駆動電圧を下げるには、εi/liが大きくなければな
らない。発光開始後は、電圧がもっばら誘電体薄膜層に
印加されるので、vib(誘電体薄膜層の絶縁破壊電圧
)も大きくなければ優秀な誘電体薄膜とはいえない。す
なわち、誘電体薄膜層の性能指数rは、 r−ε1VZb/l、−ε6E?、b (”’ib ’誘電体薄膜の絶縁破壊電場強度)で示さ
れる。
らない。発光開始後は、電圧がもっばら誘電体薄膜層に
印加されるので、vib(誘電体薄膜層の絶縁破壊電圧
)も大きくなければ優秀な誘電体薄膜とはいえない。す
なわち、誘電体薄膜層の性能指数rは、 r−ε1VZb/l、−ε6E?、b (”’ib ’誘電体薄膜の絶縁破壊電場強度)で示さ
れる。
rは式から示されるように、誘電体薄膜が絶縁破壊する
時の単位面積あたシに蓄積された電荷に比例する。この
rが太きければ大きいほど低電圧駆動を行なうことがで
きる。低電圧発光の目安としてZnSのε7.−9、E
7B = 1.6 X 106V/CrIL を前記
の式に代入して得られるr=14xio6v/cmよ9
10倍以上であることが望まれる。
時の単位面積あたシに蓄積された電荷に比例する。この
rが太きければ大きいほど低電圧駆動を行なうことがで
きる。低電圧発光の目安としてZnSのε7.−9、E
7B = 1.6 X 106V/CrIL を前記
の式に代入して得られるr=14xio6v/cmよ9
10倍以上であることが望まれる。
従来知られている誘電薄膜の性能指数は、例えば、YO
で約50×106v/cIrL1S16N4で約70×
106V/crfLと小さく低電圧発光には向かない。
で約50×106v/cIrL1S16N4で約70×
106V/crfLと小さく低電圧発光には向かない。
一方、近年、高誘電率を持つ、P b T 10!、、
Pb(T+ 1−XZrx) 03等を主成分とする薄
膜を誘電体薄膜層に用いることが提案された。これらは
、εiが150以上ある反面、”’ib カ5×10
” V/m程度と小さく、厚みを厚くしなければならず
、薄膜形成時の基板温度も高く、薄膜中の粒子が成長し
て白濁しやすいという欠点を持っている。
Pb(T+ 1−XZrx) 03等を主成分とする薄
膜を誘電体薄膜層に用いることが提案された。これらは
、εiが150以上ある反面、”’ib カ5×10
” V/m程度と小さく、厚みを厚くしなければならず
、薄膜形成時の基板温度も高く、薄膜中の粒子が成長し
て白濁しやすいという欠点を持っている。
本発明者らは上記のことを考慮し、Eib31びEzb
とεiの積が共に高くて低電圧駆動に適した白濁しない
誘電体薄膜としてS r T io 3を主成分とする
誘電体薄膜を用いたEL素子をすでに提案した。駆動電
圧が下がることは、駆動回路の信頼性ならびにコストの
面から好ましい。この点技術的解決が十分なされていな
い。特に、螢光体薄膜層の発光輝度を増すために、薄膜
形成後に熱処理を行なうのであるが、その際に螢光体薄
膜層の下に誘電体薄膜層がある場合、同時に熱処理を受
ける。その結果、誘電体薄膜層と螢光体薄膜層の境界で
、相互拡散、螢光体薄膜層形成時の結晶成長の状態等の
複雑な現象が重なシ、螢光体薄膜層本来の輝度が充分発
輝されず周波数5 kHzで高々4000 Cd/m2
の輝度しか得られない。
とεiの積が共に高くて低電圧駆動に適した白濁しない
誘電体薄膜としてS r T io 3を主成分とする
誘電体薄膜を用いたEL素子をすでに提案した。駆動電
圧が下がることは、駆動回路の信頼性ならびにコストの
面から好ましい。この点技術的解決が十分なされていな
い。特に、螢光体薄膜層の発光輝度を増すために、薄膜
形成後に熱処理を行なうのであるが、その際に螢光体薄
膜層の下に誘電体薄膜層がある場合、同時に熱処理を受
ける。その結果、誘電体薄膜層と螢光体薄膜層の境界で
、相互拡散、螢光体薄膜層形成時の結晶成長の状態等の
複雑な現象が重なシ、螢光体薄膜層本来の輝度が充分発
輝されず周波数5 kHzで高々4000 Cd/m2
の輝度しか得られない。
(発明の目的)
本発明は、前記S rT IOsを主成分とする誘電体
薄膜のような低電圧駆動に適した信頼性の高い誘電体薄
膜を用い、螢光体薄膜自身の持つ電界発光の能力を充分
発輝できる構成を得ようとするものである。
薄膜のような低電圧駆動に適した信頼性の高い誘電体薄
膜を用い、螢光体薄膜自身の持つ電界発光の能力を充分
発輝できる構成を得ようとするものである。
(発明の構成)
本発明は、螢光体薄膜層の少なくとも一方の側に誘電体
薄膜層が設けられるとともに、少なくとも一方が光透過
性を有する二つの電極層により前記螢光体薄膜層と前記
誘電体薄膜層に電圧が印加されるように構成され、前記
誘電体薄膜層と螢光体薄膜層との界面に酸素欠乏の非化
学量論的組成を有している酸化物薄膜層を挾むと七を特
徴とする薄膜エレクトロルミネセンス素子に関するもの
である。
薄膜層が設けられるとともに、少なくとも一方が光透過
性を有する二つの電極層により前記螢光体薄膜層と前記
誘電体薄膜層に電圧が印加されるように構成され、前記
誘電体薄膜層と螢光体薄膜層との界面に酸素欠乏の非化
学量論的組成を有している酸化物薄膜層を挾むと七を特
徴とする薄膜エレクトロルミネセンス素子に関するもの
である。
(実施例の説明)
本発明は、従来の薄膜発光素子に用いられる誘電体薄膜
ににロブスカイト型酸化物を用い、螢光体薄膜との界面
を酸素欠乏状態のペロブスカイト型酸化物薄膜層を挾む
ことにより輝度が向上することを見い出したことに基づ
いている。同一の磁器ターゲットを用いたスパッタ膜で
も、基板温度ス・やツタガスの種類を選択すれば結晶性
、電気的特性、組成等の異なる薄膜が形成される。
ににロブスカイト型酸化物を用い、螢光体薄膜との界面
を酸素欠乏状態のペロブスカイト型酸化物薄膜層を挾む
ことにより輝度が向上することを見い出したことに基づ
いている。同一の磁器ターゲットを用いたスパッタ膜で
も、基板温度ス・やツタガスの種類を選択すれば結晶性
、電気的特性、組成等の異なる薄膜が形成される。
表1に一例としてチタン酸ジルコン酸ストロンチウム〔
Sr (Tl a、e Zr a、2 ) 03 )を
ターゲットに用いた場合のスパッタガス圧による諸物性
の変化を示しである。希ガスと酸素ガス圧比を変えるだ
けで、結晶性、電気的特性が大きく変わることが表よシ
明らかである。
Sr (Tl a、e Zr a、2 ) 03 )を
ターゲットに用いた場合のスパッタガス圧による諸物性
の変化を示しである。希ガスと酸素ガス圧比を変えるだ
けで、結晶性、電気的特性が大きく変わることが表よシ
明らかである。
また、酸素欠乏状態の様子は、X線光電子分光法による
組成分析により知ることができる。結晶構造は、X線回
折法を用いて観測できる。その結果、スパッタガスの比
を変えて作製した薄膜はペロプスカイト構造の(110
)、(111)、(200)面の回折線が主に観測でき
、各線は、幅広く格子定数が変動していることがわかる
。また各線の回折強度から配向性もガス圧比で変動する
6比誘電率ε7.誘電損失−δを1 kHz正弦波で測
定したところ、65≦6.≦81.tanδ:1.O−
と多少の変動はあるが、それほど変化なく、比抵抗ρは
、スパッタがスをアルゴンのみとした場合4X107Ω
鋸と低く、酸素量を増加すると1014Ωm以上の値に
まで達し、犬きく変化する。それと同様に絶縁破壊電界
強度E1bも変化する。ス・ぐ、タガスをアルゴンのみ
とした場合、o、 2 MV/crn程度であるのに対
し、酸素量を増加すると4 MV/crn捷で大きくな
る。このように誘電体薄膜をスパッタ法で形成する場合
、スパッタガス圧比が大変重要であることがわかる。
組成分析により知ることができる。結晶構造は、X線回
折法を用いて観測できる。その結果、スパッタガスの比
を変えて作製した薄膜はペロプスカイト構造の(110
)、(111)、(200)面の回折線が主に観測でき
、各線は、幅広く格子定数が変動していることがわかる
。また各線の回折強度から配向性もガス圧比で変動する
6比誘電率ε7.誘電損失−δを1 kHz正弦波で測
定したところ、65≦6.≦81.tanδ:1.O−
と多少の変動はあるが、それほど変化なく、比抵抗ρは
、スパッタがスをアルゴンのみとした場合4X107Ω
鋸と低く、酸素量を増加すると1014Ωm以上の値に
まで達し、犬きく変化する。それと同様に絶縁破壊電界
強度E1bも変化する。ス・ぐ、タガスをアルゴンのみ
とした場合、o、 2 MV/crn程度であるのに対
し、酸素量を増加すると4 MV/crn捷で大きくな
る。このように誘電体薄膜をスパッタ法で形成する場合
、スパッタガス圧比が大変重要であることがわかる。
薄膜エレクトロルミネセンス素子に用いられるがちり、
螢光体薄膜形成時の出発点である誘電体薄膜の表面状態
は極めて重要である。本発明は、この表面状態を酸素欠
乏の非化学量論的組成を有する酸化物薄膜層にすること
により飛躍的に輝度が向上することを見い出したことに
よるもので、画質の良いEL素子を得ることができ、信
頼性の高いEL素子を高い歩留りで製作することができ
る。
螢光体薄膜形成時の出発点である誘電体薄膜の表面状態
は極めて重要である。本発明は、この表面状態を酸素欠
乏の非化学量論的組成を有する酸化物薄膜層にすること
により飛躍的に輝度が向上することを見い出したことに
よるもので、画質の良いEL素子を得ることができ、信
頼性の高いEL素子を高い歩留りで製作することができ
る。
以下、本発明の実施例について、図を用いて説明する。
図に示すようにITO透明電極2の付与されたガラス基
板1上に5r(Tlo、sZr+12)03なる組成の
誘電体薄膜3をマグネトロンRFス・クノタリング法に
より厚さ5000X付着させた。スパッタリングガスと
しては02とArの混合ガス(02分圧80%)を用い
た。スパッタ時のガス圧は、0.8Paである。ターケ
゛ットとしては、上記組成に混合し、1200℃で焼結
したセラミック板を用いた。基板温度は400℃である
。次の誘電体薄膜4は2種類の酸素欠乏の弗化、学量論
的組成を有する酸化物薄膜の複合膜である。この誘電体
薄膜4を誘電体薄膜3と同じターケ゛ット、基板温度で
、スパッタリングガスをArのみとして1000 X付
着させた。
板1上に5r(Tlo、sZr+12)03なる組成の
誘電体薄膜3をマグネトロンRFス・クノタリング法に
より厚さ5000X付着させた。スパッタリングガスと
しては02とArの混合ガス(02分圧80%)を用い
た。スパッタ時のガス圧は、0.8Paである。ターケ
゛ットとしては、上記組成に混合し、1200℃で焼結
したセラミック板を用いた。基板温度は400℃である
。次の誘電体薄膜4は2種類の酸素欠乏の弗化、学量論
的組成を有する酸化物薄膜の複合膜である。この誘電体
薄膜4を誘電体薄膜3と同じターケ゛ット、基板温度で
、スパッタリングガスをArのみとして1000 X付
着させた。
その後さらに電子ビーム蒸着法を用いてY2O5セラミ
、りより10 Torr程度の真空中でY2O3膜を
500又付着させた。その後、誘電体薄膜の上にZnS
とMnを電子ビーム蒸着法により同時蒸着し、ZnS:
Mnの螢光体層5を厚さ5ooo3形成した。その熱処
理を550℃で1時間真空中で行なった。さらに、Y2
O3膜6を電子ビーム蒸着法により厚さ3000X刊着
させた。最後に上部電極としてAt膜7を電子ビーム蒸
着法により厚さ1o o o’ X付着させてEL素子
を完成した。EL素子を繰返し周波数5 kHzの交流
パルスで駆動し、電圧輝度特性を求めた。
、りより10 Torr程度の真空中でY2O3膜を
500又付着させた。その後、誘電体薄膜の上にZnS
とMnを電子ビーム蒸着法により同時蒸着し、ZnS:
Mnの螢光体層5を厚さ5ooo3形成した。その熱処
理を550℃で1時間真空中で行なった。さらに、Y2
O3膜6を電子ビーム蒸着法により厚さ3000X刊着
させた。最後に上部電極としてAt膜7を電子ビーム蒸
着法により厚さ1o o o’ X付着させてEL素子
を完成した。EL素子を繰返し周波数5 kHzの交流
パルスで駆動し、電圧輝度特性を求めた。
その結果を表2にまとめである。ここでSZT 1とは
、スノeツタガス圧を02とArの混合ガスとした誘電
体薄膜3のことで、5zT2は、アルコゝンのみをス・
ぐツタガスに用いて形成した誘電体薄膜4で、Youは
、電子ビーム蒸着して形成された誘電体薄膜2から明ら
かなように、誘電体薄膜と、螢光体薄膜の間に酸素欠乏
の非化学量論的組成を有している酸化物薄膜層を挾むこ
とにより、従来のEL発光特性の約2倍の輝度を得るこ
とができる。
、スノeツタガス圧を02とArの混合ガスとした誘電
体薄膜3のことで、5zT2は、アルコゝンのみをス・
ぐツタガスに用いて形成した誘電体薄膜4で、Youは
、電子ビーム蒸着して形成された誘電体薄膜2から明ら
かなように、誘電体薄膜と、螢光体薄膜の間に酸素欠乏
の非化学量論的組成を有している酸化物薄膜層を挾むこ
とにより、従来のEL発光特性の約2倍の輝度を得るこ
とができる。
(発明の効果)
以上のように、本発明によれば、薄膜エレクトロルミネ
センス素子の誘電体薄膜層と螢光体薄膜層の間に新たに
酸素欠乏の非化学量論的組成を有する酸化物薄膜層を設
けることにより、輝度が高く、画質ならびに信頼性の高
い低電圧駆動型発光素子を歩留り良く得ることができる
。このことは、駆動回路の信頼性向上及びコスト面から
工業的価値は太きい。
センス素子の誘電体薄膜層と螢光体薄膜層の間に新たに
酸素欠乏の非化学量論的組成を有する酸化物薄膜層を設
けることにより、輝度が高く、画質ならびに信頼性の高
い低電圧駆動型発光素子を歩留り良く得ることができる
。このことは、駆動回路の信頼性向上及びコスト面から
工業的価値は太きい。
図は本発明の一実施例である薄膜発光素子の断面図であ
る。 1・・・ガラス基板、2・・・透明電極、3・・・誘電
体薄7・・・M電極。
る。 1・・・ガラス基板、2・・・透明電極、3・・・誘電
体薄7・・・M電極。
Claims (6)
- (1)螢光体薄膜層の少なくとも一方の側に誘電体薄膜
層が設けられるとともに、少なくとも一方が光透過性を
有する二つの電極層により前記螢光体薄膜層と前記誘電
体薄膜層に電圧が印加されるように構成され、前記誘電
体薄膜層と螢光体薄膜層との界面に酸素欠乏の非化学量
論的組成を有している酸化物薄膜層を挾むことを特徴と
する薄膜エレクトロルミネセンス素子。 - (2)酸素欠乏の非化学量論的組成を有している酸化物
薄膜層が希ガス中で形成されたスパッタ膜あるいは真空
蒸着法で形成された蒸着膜であることを特徴とする特許
請求の範囲第(1)項記載の薄膜エレクトロルミネセン
ス素子。 - (3)誘電体薄膜層及び酸素欠乏の非化学量論的組成を
有している酸化物薄膜層の構成元素が同じであることを
特徴とする特許請求の範囲第(1)項又は第(2)項記
載の薄膜エレクトロルミネセンス素子。 - (4)誘電体薄膜層及び酸素欠乏の非化学量論的組成を
有している酸化物薄膜層の主成分がペロブスカイト型酸
化物であるチタン酸ジルコン酸ストロンチウムであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第(3)項記載の薄膜エ
レクトロルミネセンス素子。 - (5)主成分をペロブスカイト型酸化物であるチタン酸
ジルコン酸ストロンチウムである誘電体薄膜層及び酸化
物薄膜層にさらに真空蒸着法で形成された酸化イットリ
ウム薄膜を螢光体薄膜層との間に挾むことを特徴とする
特許請求の範囲第(1)項又は第(2)項記載の薄膜エ
レクトロルミネセンス素子。 - (6)透明基板上に順次透明電極層、第1の誘電体薄膜
、第2の誘電体薄膜、第3の誘電体薄膜、螢光体薄膜層
、第4の誘電体薄膜、電極を形成させる薄膜エレクトロ
ルミネセンス素子の製造方法において、前記第1の誘電
体薄膜をペロブスカイト構造を成すチタン酸ジルコン酸
ストロンチウム磁器をターゲットに用いて酸素雰囲気中
でスパッタすることにより形成し、第2の誘電体薄膜を
第1の誘電体薄膜を形成する際に用いた同じターゲット
を用い希ガス雰囲気中でスパッタすることにより形成し
、第3の誘電体薄膜を酸化イットリウム磁器を真空中で
電子ビーム蒸着法あるいはスパッタ法により形成させる
ことを特徴とする薄膜エレクトロルミネセンス素子の製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59140639A JPH0632308B2 (ja) | 1984-07-09 | 1984-07-09 | 薄膜エレクトロルミネセンス素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59140639A JPH0632308B2 (ja) | 1984-07-09 | 1984-07-09 | 薄膜エレクトロルミネセンス素子およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6122597A true JPS6122597A (ja) | 1986-01-31 |
JPH0632308B2 JPH0632308B2 (ja) | 1994-04-27 |
Family
ID=15273351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59140639A Expired - Lifetime JPH0632308B2 (ja) | 1984-07-09 | 1984-07-09 | 薄膜エレクトロルミネセンス素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0632308B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5193122A (en) * | 1990-12-03 | 1993-03-09 | Xerox Corporation | High speed halftone detection technique |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57101378A (en) * | 1980-12-12 | 1982-06-23 | Omron Tateisi Electronics Co | Method of producing el device |
-
1984
- 1984-07-09 JP JP59140639A patent/JPH0632308B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57101378A (en) * | 1980-12-12 | 1982-06-23 | Omron Tateisi Electronics Co | Method of producing el device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5193122A (en) * | 1990-12-03 | 1993-03-09 | Xerox Corporation | High speed halftone detection technique |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0632308B2 (ja) | 1994-04-27 |
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