JPS61269895A - 薄膜発光素子 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は薄膜発光素子に関するもので、特に絶縁層の構
造を改良することによυ、高輝度、低電圧、高信頼性金
遣゛成し友ものである。

なお、薄膜発光素子を以下、薄膜ＥＬ累子ともいう。

〔発明の背景〕

従来の薄膜ＥＬ素子の基本的な断面構造を第６図に示す
。第６図に基づいて薄膜ＥＬ素子の構造を具体的に説明
すると、ガラス基板１上にＩｎｚ０３１８　ｎ　０２等
の透明電極２、さらにその上に積層してＹｘＯｓ　、Ｓ
　１ｓＮ４，８４０２等からなる第１絶縁層３がスパッ
タリングあるいは電子ビーム蒸着法等により形成される
。第１絶縁層３の上には発光層４が形成される。この発
光層は、黄橙色の発光の場合にはＺｕＳ中に付加剤とし
てＭｆｌｔ−ドープした焼結ベレットを電子ビームある
いはスパッタリングすることによシ形成される。その他
に、発光層を形成する几めの焼結ベレットとしては、Ｚ
ｕＳ中に付加剤としてＴｂＦｓ　、ＴｂＰ（発光色：緑
）。

ＳｍＦｓ（発光色：赤）　、ＴｍＦｉ　（発光色：青）
をドープしたものなどがある。発光層４上には第１絶縁
層３と同様な材質から成る第２絶縁層５が積層され、更
にその上にＡｔ、Ａｕ等から成る背面電極６が蒸着形成
される。透明電極２と背面電極６との間に交流電圧が接
続され、薄膜ＥＬ素子が駆動される。このような２重絶
縁構造の薄膜ＥＬ素子は、現在既に一部では市販されて
いるが、まだ発光輝度が低い、駆動電圧が高い、発光効
率が低い、さらに素子の信頼性が低いなどの問題がある
。このため高輝度化、低電圧化、高効率化及び高信頼化
などの発光緒特性向上を目標に、精力的に研究開発がな
さられているのが現状である。このような薄膜発光素子
は特開昭５２−１２９２９６号公報、特開昭５４−５５
１９０号公報等に記載されている。

このような薄膜ＥＬ素子特性の目標を達成する方法とし
ては、いかに高品質な絶縁層を作製するか、或いはいか
に最適な絶縁膜構成を選定するかにある。何故ならば、
薄膜ＥＬ素子の発光は、発光層に約１０’Ｖ／ｃＷ１の
電界が印加されることによシ起るものであシ、そのため
にはそれ以上の絶縁破壊強度を有する絶縁層を必要とす
るからである。

ところで、上記絶縁層材料としては、従来ＳｉＯ。

Ｓ　ｉＯｚ　＋　ＹｚＯｓ　＊　Ａ１２ｏｓ　、　Ｓ　
１ｓＮ４等が用いられているが、これらの絶縁層材料は
比誘電率が小さいために、絶縁層にかかる印加電圧の分
圧分が極めて大きくなる。したがって、発光層を発光さ
れるためには極めて高い駆動電圧が必要となる欠点があ
る。そこで、駆動電圧を下げる方法としてはＳｉＯ２よ
りも比誘電率が大きいＴａ２０５．　ｐｂＴ１０３　＋
５ｒＴｉＯｓ　、ＰｂＴｉＯｓ　＋ＢａＴａ２Ｏ６を用
いた薄膜ＥＬ素子が検討されているが、発光前のエージ
ング処理（ＺｎＳ中に付加剤、例えばＨｕ、ＴｂＦｓ　
。

ＳｍＦｓ　、ＴｍＦｓなどを均一拡散させるための工程
）で、絶縁破壊が起こりやすく、画素が破壊してしまう
問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記で述べ友ように従来の薄膜ＥＬ累
子が有する絶縁層の欠点を除去し、素子特性及び信頼性
が飛躍的に向上した新規な薄膜ＥＬ素子を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

本発明者らは、従来の薄膜ＥＬ素子の絶縁層の問題点全
解決すべく検討した結果、高輝度、低電圧及び信頼性の
高い薄膜ＥＬ素子を得る九めには、絶縁１１槽材料とし
て、比誘電率の大小を組合せて混合膜、つま）複合膜【
することにより、達成できることを見出し念。

まず、本発明者らは発光層に発光が黄澄色を呈すＺｎＳ
　：　ＭｎＯ，５μｍを用い、絶Ｒ層に比誘電率が小さ
い８ｉ０ｚ　（εｒ　＝４．０　）０．５　μｍを用い
て、薄膜ＥＬ素子を作製し之結果、駆動電圧を３００ｖ
以上にしても発光が認められなかつ友。しかし絶縁層に
ＳｉＯ□を用い几場合は、画素の絶縁破壊がまったく起
こらなかった。このことは、比誘電率が小さい材料は絶
縁破壊電圧が大きいことを意味する。そこで、次に比誘
電率が大きいＴ　ａ　２０　ｓ　（ε１＝２５）或いは
５ｒＴＩＯｓ　（ｇｒ＝１４０）を用いて薄膜ＥＬ素子
を作製し九結果、駆動電圧は約１００Ｖと低下が認めら
れ次が、エージング処理中に画素の破壊が著しいことが
わかった。このことは、比誘電率が大きい材料は、駆動
電圧の低下は期待されるが、絶縁破壊電圧が小さいため
に、素子の信頼性を低下させることがわかった。

そこで、本発明者らは、絶縁層として比誘電率が大きい
材料と小さい材料すなわち、絶縁破壊電圧の大小を混合
し、複合膜にすることによりそれぞれの特徴を生かせる
のではないかと推定した。

その結果を第２図〜第４図に示す。第２図は比誘電率が
大きいＴａ２０ｓ（ε、＝２５）と比誘電率が小さいＳ
ｉｎｇ（ε、＝４．０）ｆｔ混合し、複合膜にした場合
の絶縁層の電圧−電流特性（Ｖ−Ｉ特性）を示す。この
Ｖ−Ｉ特性から、絶縁膜のもれ電流及び絶縁破壊電圧（
もれ電流が急激に立上がつ比電圧）ｔ−読みとることが
できる。絶縁層のもれ電流としてはできるだけ小さい方
が良い。何故ならば、薄膜ＥＬ素子にした場合、発光層
に電流が流れ、発光層の劣化を促進するからである。こ
の図から明らかなように、ＴａｚＯｓ（０，５μｍ）の
もれ電流は大きく、絶縁破壊電圧も小さいことがわかる
。

そこで、この’Ｉ”　ａ　２Ｑ　Ｓ膜中に５ｉＱ２を２
０ｗｔ％添加した複合膜（ＴａｚＯｓ　Ｈ２Ｑｗｉ％Ｓ
　ｒ　０１と書き表わす）のもれ電流は、Ｔａ２０ｇ単
独膜に比較して小さくなシ改善されていることがわかる
。がっ、絶縁破壊電圧も大きくなっている。

第３図はＴａ２０５と５ｊ０２との複合膜の見掛の比誘
電率を求めたものである。Ｔａ２０５と５ＩＯｚとの混
合比をかえることによシ、Ｔａｇ　０５・５ｉＯｚ複合
膜の比誘電率は５ｉｎ２とＴａ２’ｓの比誘電率の間で
任意にコントロールできることを確認した。

以上の結果から、Ｔａ２０５・５ＩＯｚ複合膜により、
Ｔａ２ｅｓの比誘電率を有し、かつ８１０ｚの絶縁破壊
電圧を有する、絶縁層を作製できることを確認した。

さらに、本発明者らは薄膜ＥＬ素子を作製する場合、作
製工程において電極（透明電極、背面電極）と絶縁層と
の間で、はく離する現象が時々認められた。その原因に
ついて検討した結果、比誘電率が大きい材料はど、電極
との密着力が小さいことを明らかにした。その結果を第
４図に示す。

これから明らかなように、比誘電率が２０以上になると
比誘電率が小さい材料の約１／２程度になる。この結果
から、本発明では複合膜にする場合、比誘電率が１５以
下の材料と、比誘電率が２５以上の材料とを混合するこ
とにした。

そこで、次に比誘電率１５以下の材料と、比誘電率２５
以上の材料を混合し、複合膜にした場合の電極にした場
合の密着力を調べ次。その結果を第５図に示す。第５図
の縦軸は密着力を示し、横軸は複合膜中に含有される比
誘電率１５以下の材料の重量パーセントを示す。これか
ら明らかなように、比誘電率が２０ｗｔ％以上含有され
ると密着力は向上し、比誘電率１５以下の材料単独とは
ぼ同じ値を示すことがわかった。

〔発明の実施例〕

実施例１ 第１図は本発明の１笑施例を示す薄膜ＥＬ素子金利用し
た表示パネルの断面構成図である。以下、第１図の工程
順に従って説明する。

コーニングナ７０５９ガラス基板１上に、　８ｎＯｚ及
びＩ　ｎ　１０　ｓ等から成る透明電極２を膜厚２００
０Ａ程度で、面積抵抗が１０〜２０Ω／口になるように
形成する。形成方法としては、スパッタリング法あるい
は電子ビーム蒸着法が最適である。スパッタリング法で
形成する場合の条件としては、反応ガスとしてＡｒ＋１
０ｗｔ％Ｏｘを用い、ターゲットにＳｎあるいはＩｎ’
に用いてリアクティブスパッタリングすればよい。

次に、ＥＬ素子に必要な所定の電極パターンにするには
、透明電極２をフォトエツチング技術を用いて、帯状に
平行配列にエツチングする。その際の透明電極のエツチ
ング液としては、ＨＯ２−ＨＮＯ３系エツチング液など
全角いればよい。

上記透明電極２の上に、第１複合絶縁層７ｆ：。

０、５μｍ形成した。第１複合絶縁膜７としてはＴａ２
Ｑ５　・’ｌＱｗｔ％５ｉＯｚｔ用いた。この形成方法
としては、スパッタリングが最適であり、ターゲットに
Ｔａｚ０５　・２Ｑｗｔ％８１０２、反応ガスにＡｒ＋
１０％０２を用いて形成した。引き続いて、ＺｎＳ：Ｍ
ｎ焼結体を電子ビーム蒸着法を用いて、発光層４を０．
５μｍ形成し、続いて基板温度を５５０Ｃに上げて真空
熱処理をする。この熱処理により、ＺｎＳ中に付加剤で
あるＭｎｆ均一に拡散させる。発光層４の上に第２複合
絶縁層８０，５μｍを第１複合絶縁層７と同じ方法を用
いて形成する。

更にその上に、背面電極６ｆ、抵抗加熱及び電子ビーム
蒸着法で形成する。背景電極６としては、Ａ４．Ａｕ及
び透明導電膜でよく、その膜厚は０．２μｍとしｔｏ 以上のようにして得られた本発明のＥＬ素子に、Ｉ　Ｋ
　Ｈｚ正弦波の電圧を加えることによシ、十分なエージ
ング処理を行なった後、寿命特性を調べ友結果を第７図
に示す。

第７図は連続動作時間と画素破壊率を調べたものであり
、図中の（ａ）は絶縁膜として°ｒａｓｈｓを用いた従
来の薄膜ＥＬ素子、（ｂ）は本発明の絶縁膜にＴａ２Ｑ
、　・２０ｗｔ％５ｔＣｈ複合絶縁膜を用いたものであ
る。これから明らかなように、本発明の薄膜ＥＬ素子は
画素破壊率が小さく、高信頼性、長寿命化を達成してい
ることがわかる。

実施例２ 実施例１においては、５ｉＯｚ　（ε＝４．０）とＴａ
２０ｓ（ε＝２５）とを混合し次複合膜についてのＥＬ
素子であるが、実施例２では比誘電率がＴａ２０５より
非常に大きいｓｒ’ｒ　＋Ｏｓ　（’　ｒ　＝１４０）
を取り上げ、その複合膜を採用し７ｔＥＬ、素子につい
て述べる。

素子構造は、実施例１の第１図に示すものとまったく同
じであり、第１，２複合絶縁膜である７゜８を５ｒＴｉ
Ｑ３　・２０％Ｓ　ｉ（ｈにし友ものである。

この場合のＳｒＴｉＯ３・２０％５ｊＯｚ複合絶縁膜の
比誘電率は約２０である。この８ｒＴｉＯｓ・２０％５
ｊ０２膜の形成方法としては、スパッタリング法が最適
であり、ターゲットとして５ｒＴｊＯｓ・２０％５ｊ０
２焼結体全用い、反応ガスＡｒ＋１０％０２でスパッタ
リングすればよい。その他の、電極及び発光層は実施例
１と同じである。

このようにして作成され友ＥＬ素子は実施例１と同じ寿
命特性を示し、従来のものに比較して高信頼性が得られ
ることを確認した。

〔発明の効果〕

以上の通シ、本発明によれば絶縁層の欠点を解消し、素
子の信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の薄膜ＥＬ素子の一実施例を示す断面図
、第２図は本発明のＴａ２０５・８１０２複合膜のＶ−
Ｉ特性図、第３図はＴａｚｆＪｓ　・５ｉＯｚ複合膜の
比誘電率を示す特性図、第４図は各種絶縁膜の電極に対
する密着力を示す特性図、第５図は複合膜の密着力を示
す特性図、第６図は従来の薄膜ＥＬ素子の断面図、第７
図は本発明の薄膜ＥＬ素子の寿命特性図である。 １・・・基板、２・・・透明電極、３・・・第１絶縁層
、４・・・発光層、５・・・第２絶縁層、６・・・背面
電極、７・・・第１複合絶縁膜、８・・・第２複合絶縁
膜。　　　　　　、４・で）１′　　□゛′ 代理人　弁理士　小川勝男　パ１、′２＋、、−− 茅　２　固 電圧 第３　躬 第４図 沈荷省李 第　５　固

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．絶縁基板上に、透明電極、第１絶縁層、発光層、第
   ２絶縁層及び背面電極を順次積層した構造を有する薄膜
   発光素子において、前記絶縁層の少なくとも一方が比誘
   電率１５以下の材料と比誘電率２５以上の材料の混合物
   よりなることを特徴とする薄膜発光素子。
2. ２．特許請求の範囲第１項において、前記絶縁層がいず
   れも前記混合物よりなることを特徴とする薄膜発光素子
   。
3. ３．特許請求の範囲第１項において、前記比誘電率が１
   ５以下の材料がＳｉＯ＿２，Ｙ＿２Ｏ＿３，Ａｌ＿２Ｏ
   ＿３，ＨｆＯ＿３及びＳｉ＿３Ｎ＿４の少なくとも１つ
   よりなることを特徴とする薄膜発光素子。
4. ４．特許請求の範囲第１項において、前記比誘電率が２
   ５以上の材料がＴａ＿２Ｏ＿５，ＴｉＯ＿２，ＢａＴａ
   ＿２Ｏ＿５ＰｂＮｂ＿２Ｏ＿６，ＳｒＴｉＯ＿３及びＰ
   ｂＴｉＯ＿３の少なくとも１つよりなることを特徴とす
   る薄膜発光素子。