JPS6168892A - 薄膜el素子の製造方法 - Google Patents

薄膜el素子の製造方法

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JPS6168892A
JPS6168892A JP59191290A JP19129084A JPS6168892A JP S6168892 A JPS6168892 A JP S6168892A JP 59191290 A JP59191290 A JP 59191290A JP 19129084 A JP19129084 A JP 19129084A JP S6168892 A JPS6168892 A JP S6168892A
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JP
Japan
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thin film
emitting layer
light emitting
gas
zns
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JP59191290A
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English (en)
Inventor
松平 他家夫
洋 河野
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Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Publication date
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、平面薄型ディスプレイ・デバイスとして、文
字、記号及び図形等を含むコンピュータの出力表示端末
機器その他種々の表示装置に文字、記号及び図形等の静
止画像、動画像の表示手段として利用される薄膜EL素
子の製造方法に関し、より詳しくは薄膜EL素子に設け
られる硫化亜鉛発光層の成膜方法に関するものである。
〔従来技術とその問題点) この種の交流駆動型1lyiEL素子の基本構造として
は、第1図に示されるものがある。すなわち、1は、ガ
ラス等の基板、2は、In2 03 、 Sn 02等
からなる透明電極、3は、Y2 03 、 Ta2 0
5 。
Si3  N4等からなる第1誘電体層、4は、発光中
心としTO,1〜2.0重a%のHn(又は、Tb、 
Tm。
Yb、 Er、 Sm、 Cu、  An 、 Br等
)ドープしたZnS発光層、5は、Y2 03 、 T
a2 05 、 Si3  N4等からなる第2誘電体
層、6は、Fe、 Ni、  An 、 Ta。
HO等からなる背面電極である。
従来、この簿膜EL素子のZnS発光層1.4を成膜す
る方法は、下記のとおりであった。
先ず、公知の真空蒸着装置内に基板1を配置し、この基
板1上に透明電極2を積層し、この透明電極2上に第1
誘電体層3を積層する。次に、前記真空蒸着装置内を1
×10〜1x 10’mm11gの烏貝空にし、前記透
明電極2.前記第1誘電体層3を積層した基板1を加熱
しながら、蒸着源として前記した発光中心をドープした
ZnSの焼結ペレットをW、 80. Ta等の加熱用
ボートに入れ、この加熱用ボートを抵抗加熱して蒸着に
より前記第1誘電体層3上にZnS発光層4を成膜する
。または、前記焼結ペレットを蒸着源として電子ビーム
加熱法によって、前記同様にZnS発光層4を成膜する
しかしながら、従来の7nS発光層の成膜方法では、成
膜するときの雰囲気が高真空であるがゆえに、ZnS発
光層が成膜されるとき、蒸着源である2nSの焼結ペレ
ットから蒸発するZnSの一部が解離して、ZnS発光
層は硫黄(S)成分の不足した状態の発光層となってし
まう欠点があった。これは、ZnS発光層中にSと結合
していないZn原子が存在づることを意味するもので、
このために、透明電極と背面電極とを介して2nS発光
層に電界を印加すると、前記2n原子が加S発光層中の
2nS結晶粒界又はZnS発光層の界面に析出し、薄膜
EL素子の発光輝度電圧特性に悪影響を及ぼす欠点があ
った。すなわち、発光の閾値電圧が低くなる方向へ発光
輝度特性が変化する。このことは、通常の表示状態にお
いて消去状態の輝度(通常1 ft−L以下)が高くな
ることを意味するもので、長期間使用した表示内容の浮
き上り現象として現われ、表示画像を著しく阻害する欠
点となった。また、ZnS発光層を成膜中において、真
空蒸着装置内の820やCO2等の残留酸化性気体によ
って、2nS 。
2n原子が一部ZnOとなつt、ZnS発光層中に混入
してしまうので、発光効率が低下してしまう欠点があっ
た。さらに、ZnOが多くなると発光色が変化してしま
う欠点もあった。
〔発明の目的と構成〕
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、その目
的は、ZnS発光層中にSと結合していない2n原子を
生じせしめることを防止し、かつZnOを2nS発光層
中に生じさせないことにより、発光効率が高く、かつ発
光輝度電圧特性の良好な薄膜EL素子を製造することで
あり、この目的を達成するために、透明電極と背面電極
との間に硫化亜鉛発光層を設けた薄膜EL素子の製造方
法において、基板を加熱しながら、硫化水素ガス雰囲気
又は硫化水素ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気中で
高周波放電を行い、真空蒸着により前記発光層を成膜す
ることを特徴とする薄膜EL素子の製造方法を提供する
。以下、本発明の一実施例を第1図の?a薄膜EL素子
是本構造及び第2図に基づき下記に詳述する。
(実施例) 先ず、第2図に示すような高周波放電を発生させる高周
波コイルを設けた公知の真空蒸着装置7内に、アルミノ
シリケートガラスNA40 (株式会社保谷硝子製)の
基板1を基板ホルダー8に嵌合して配置し、この基板1
上にIn2 03を主成分とする透明電極2を積層し、
次に、3000人のY2O3からなる第1誘電体層3を
成膜する。次に、前記真空蒸着装置7内を1X 10’
1lllllll(l以下の高真空にすべく排気口9か
ら排気した後、H2Sガス雰囲気にすべくH2Sガスを
ガス導入口10から導入して、前記真空蒸着装置7内の
H2Sガス分圧を1X 10−4mm11g、  82
0 、 CO2等(1)残留気体分圧ヲ1X 10’m
1llH(]以下にし、前記真空蒸着装置7内の高周波
コイル11から、高周波電源12によって高周波放電を
発生させ、かつ前記基板1をヒータ13で加熱して20
0℃に保持し、0.5重け%の)lnをドープしたZn
S焼結ペレット14を、電子ビーム加熱法(電子銃15
)により加熱して蒸発させ、前記第1誘電体層3上に約
6000人のHnをドープした1nS発光層4を成膜す
る。この際、蒸発したZnSが、前記第1誘電体層3上
に成膜されるとぎ、一部の2nSは、S原子を失いln
原子となるが、高周波放電によって生成した112Sラ
ジカル、11Sラジカル。
Sラジカル又はH2S、H3,S  の活性種が、第1
誘電体層3上で分解し、この分解により生じたS原子が
前記7n原子と反応することによりZnSとなって成膜
される。よって、前記第1誘電体層3上に成膜されたZ
nS発光層4中に、S原子を失ったIn原子の混入を防
止することができる。さらに、H2Sガス分圧が残留気
体分圧より大であるので、ZnOの発生を防止し、前記
ZnS発光層4中に、ZnOの混入を防止することもで
きる。次に、前記透明電極2.前記第1誘電体層3及び
前記ZnS発光層4を順次積層した前記基板1を真空蒸
着装置内で、350〜650℃の温度範囲で1〜2時間
熱処理する。この熱処理によって、前記ZnS発光層4
内に緩い結合状態で存在している2nSが、強固な結合
となり、かつ発光中心としてのHnが、2nS発光層4
内に均一に分散するので、発光効率が高くなる。次に、
再度、前記基板1上に設けられたZnS発光層4上に3
000人のY2O3からなる第2誘電体層5を積層し、
さらに、この第2誘電体層5FにAlからなる背面電極
6を積層する。
次に、本実施例による薄膜EL素子の発光輝度電圧特性
を第3図の曲線Aで示す。比較例として、112Sガス
を導入せずに製造した薄II!EL素子の発光輝度特性
を曲線Bで示す。この図で示すとおり、本実施例による
薄膜EL素子の方が、発光輝度が高く、さらに、発光の
閾値電圧も高いので発光輝度電圧特性も良好である。こ
のように特性を良好にした原因としては、前記したよう
にS原子を失ったZn原子をZnS発光層中に混入する
ことを防止したことのみならず、高周波放電中でZnS
発光層を成膜することにより、蒸着源(本実施例ではZ
nS焼結ベレット。)から蒸発したZnS 、 Zn。
S等の粒子の一部が、プラズマ状態に活性化されている
ものと考えられ、これらの活性種の勤ぎによってZnS
発光層の結晶性がより高くなったとも考えられる。
前記実施例では、82 Sガス雰囲気において■2Sガ
ス分圧ヲ1 xlo−’mmHgトLタケレトモ、これ
に限定されない。しかし望ましくは、2×10〜1X1
lX10−3II1がヨイ。マタ、前記実施例ではH2
Sガス雰囲気中でZnS発光層を成膜したが、高周波放
電を一層安定に維持するために、82 SガスとAr等
の不活性ガスとの混合ガスを前記実施例と同一の真空蒸
着装置内に導入し、混合ガス雰囲気(混合ガスのみなら
ず、残留気体が含まれていてもよい。)中で成膜しても
よい。ざらに、前記混合ガスの分圧は、望ましくは2 
X 10’〜1×10’mm11gがよい。またさらに
、前記混合ガス雰囲気中(7) tl 2 S jj 
ス(7) 分圧ハ、1 x 10−”mmHg以上で1
 X 1O−3n+m11g未満が望ましい。前記した
望ましいH2Sガス分圧の範囲及び混合ガス分圧の範囲
の理由は、下記のとおりである。先ず、H2Sガス雰囲
気によるH2 Sガス分圧及び混合ガス雰囲気による混
合ガス分圧が、1 x 10−3mm11gを越えると
気体分子の平均自由行程が短かくなり、ZnSの蒸発粒
子が、気相中のH2S 、 Arあるいはこれらから生
ずる活性種と衝突して、ZnS発光層の成膜に非常に時
間を貸すこととなる。一方、H2Sガス雰囲気による1
(2Sガス分圧及び混合ガス雰囲気による混合ガス分圧
を2 x 10’mmHg未満とすると、高周波放電を
安定に維持することが困難となる。
また、混合ガス雰囲気によるH2Sガス分圧が1X 1
0−”mmHg未満であると、ZnS発光層の成膜中に
おいて、S原子が不足した状態、すなわちS原子を失っ
たZn原子がZnS発光層中にとり残された状態で成膜
されてゆくこととなり、かつ残留気体によって生ずるZ
nOを防止する。I:でより完全とはならない。
また、ZnS発光層の成膜時における基板の温度は、2
nS発光層の結晶性をよくするために、出来る限り高温
がよいが、300°Cを越えると前記実施例によれば第
1誘電体層へのlnSの付着確率が極めて小さくなるた
めに、300℃以下が望ましい。
さらに望ましくは、第1誘電体層等のZnS発光層を積
層する層上でのH2Sラジカル等の活性種の分解反応を
促進するために、150〜300℃の範囲がよい。
また、前記実施例によれば、蒸着源として焼結ベレット
を用いたが、抵抗加熱法のときは、発光中心となる元素
をドープしたInsの粉末を用いてもよい。ここで、蒸
着源を加熱する方法としては、lnSの特性を考慮すれ
ば、前記した電子ビーム加熱法や抵抗加熱法がよい。さ
らに、前記実施例では、スパッタリング法でlnS発光
層を形成しないが、その理由は、スパッタリング法では
、形成されたlnS発光層の結晶性が然いために、高輝
度の薄膜ELi子が得られないためである。またさらに
、本発明が使用される薄膜EL素子は、前記実施例の構
造のものに限らず、第1.第2誘電体層としてそれぞれ
多層膜からなる複合誘電体層でもよく、また、光吸収性
の薄膜をlnS発光層と背面電極との間に介在させたも
のでもよい。さらに、誘電体層を1層しか有しない薄膜
EL素子や、直流型薄膜EL素子の発光層に対しても同
様の効果がある。
〔発明の効果〕
以上、本発明によれば、ZnS発光層中には、Sと結合
していないZn原子や加0がほとんど存在することなく
、したがって、薄膜EL素子の発光輝度も高くなり、発
光輝度電圧特性も良好となる。
さらに、発光効率も良好となる。
【図面の簡単な説明】
第1刃は、薄膜EL素子の基本構造を示す断面図、第2
図は、本発明の一実施例で用いた高周波コイルを設けて
いる真空蒸着装置の概略図、第3図は、本発明の一実施
例による簿膜EL素子の発光輝度電圧特性を示す図であ
る。 1・・・基板、2・・・透明電極、3・・・第1誘電体
層、4・・・2nS発光層、5・・・第2誘電体層、6
・・・背面電極、11・・・高周波コイル 第1図 第3図 too   200  300 斤Y 力1] 電圧 (V)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)透明電極と背面電極との間に硫化亜鉛発光層を設
    けた薄膜EL素子の製造方法において、基板を加熱しな
    がら、硫化水素ガス雰囲気又は硫化水素ガスと不活性ガ
    スとの混合ガス雰囲気中で高周波放電を行い、真空蒸着
    により前記発光層を成膜することを特徴とする薄膜EL
    素子の製造方法。
  2. (2)特許請求の範囲(1)項記載の硫化水素ガス雰囲
    気において、前記硫化水素ガスの分圧が2×10^−^
    5〜1×10^−^3mmHgの範囲であることを特徴
    とする薄膜EL素子の製造方法。
  3. (3)特許請求の範囲第(1)項記載の硫化水素ガスと
    不活性ガスとの混合ガス雰囲気において、前記混合ガス
    の分圧が2×10^−^5〜1×10^−^3mmHg
    の範囲であることを特徴とする薄膜EL素子の製造方法
  4. (4)特許請求の範囲第(3)項記載の混合ガス雰囲気
    中のH_2Sガスの分圧が1×10^−^5mmHg以
    上で1×10mmHg未満の範囲であることを特徴とす
    る薄膜EL素子の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61232597A (ja) * 1985-04-09 1986-10-16 富士通株式会社 エレクトロルミネセンスパネルの製造方法

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