JPS62108496A

JPS62108496A - 薄膜ｅｌ素子

Info

Publication number: JPS62108496A
Application number: JP60248358A
Authority: JP
Inventors: 保暁田村; 純一大脇; 小沢口　治樹; 辻山　文治郎
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-11-05
Filing date: 1985-11-05
Publication date: 1987-05-19
Also published as: JPS6320000B2

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】〔発明の技術分野〕本発明は薄膜ＥＬ素子、さらに詳細には、発光特性の優
れた高輝度、高効率の薄膜ＥＬ素子に関する。

〔発明の技術的背景〕

ガラスなどの基板上に形成した薄膜に電圧をかけて発光
させる薄膜エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子は平面
型表示デバイスとして有望であり、活発な研究開発がな
されている。

従来より、この種の薄膜ＥＬ素子用発光層材料としては
、マンガンや希土類金属を添加した硫化亜鉛（ＺｎＳ　
）薄膜が広く用いられている。しかしＺｎＳ薄膜を発光
層とする薄膜ＥＬ素子では高輝度の青色や赤色発光が得
られにくいという問題がある。このような点に鑑み、最
近高輝度青色、赤色発光が期待できるセリウム（Ｃｅ）
やユーロピウム（Ｅｕ）を添加したアルカリ土類硫化物
（ＳｒＳ　、　ＣａＳ　、　ＢａＳ等）の薄膜を発光層
とする薄膜ＥＬ素子が研究されている。これらの薄膜Ｅ
Ｌ素子では、いかに発光層の結晶性を上げるかが大きな
課題である。

この課題に対しては、これまでアルカリ土類硫化物発光
層材料を蒸着する際にイオウを共蒸着する試みがなされ
ている。しかし、高真空蒸着装置内でイオウを蒸着する
と蒸着装置内に付着した蒸気圧の高いイオウの再蒸発に
よる真空度の低下や蒸着装置部品として用いられている
銅製品の腐食が起きるなど蒸着装置が受けるダメージが
大きい　・という欠点があった。

また、発光層と絶縁層との反応を防止するため、発光層
と絶縁層との間に硫化亜鉛（ＺｎＳ　）層を形成する試
みもなされているが、結晶性の悪い硫化亜鉛層上に発光
層を形成すると発光層それ自体の結晶性も低下するとい
う欠点があった。

このような発光層の結晶性の低下は薄膜ＥＬ素子とした
とき、輝度低下および効率低下を招来し、また発光層母
材材料であるＣａＳ　、、　ＳｒＳ　、　ＢａＳなどの
アルカリ土類硫化物の一種にＥｕまたはＣｅを添加した
場合、結晶性低下により発光波長の長波長シフトおよび
発光スペクトル幅の広がりを引き起こすという欠点があ
った。

〔発明の概要〕

本発明は上述の点に鑑みなされたものであり、アルカリ
土類硫化物薄膜を発光層に用いた薄膜ＥＬ素子において
、発光層の結晶性を向上させることにより、発光波長の
長波長シフトを防ぎ、発光スペクトル幅を小さくし、か
つ高輝度、高効率の薄１１ＥＬ素子を提供することを目
的とする。

したがって本発明による薄膜ＥＬ素子は、少なくとも一
方が透明である一対の電極間に発光層あるいは発光層と
絶縁膜を挟持した薄膜ＥＬ素子において、前記基板側に
形成した電極と発光層あるいは絶縁層と発光層との間に
、（１１１）面からのｘ線回析線の半値幅が０．３　　
°以下であるノンドープ硫化亜鉛薄膜層を有し、かつ発
光層がアルカリ土類硫化物薄膜であることを特徴とする
ものである。

本発明によれば、（１１１）面からのｘ線回析線半値幅
が０．３　　°以下である高結晶性の硫化亜鉛（ＺｎＳ
　）層上にアルカリ土類硫化物薄膜発光層を形成するこ
とにより、発光層の結晶性を向上せしめたことを特徴と
している。

〔発明の詳細な説明〕

第１図は本発明による薄膜ＥＬ素子の一構成例の断面図
であり、図中、■はガラスなどの基板、２は透明電極、
３および７は絶縁層、４は硫化亜鉛（ＺｎＳ　）膜、５
は薄膜発光層、６は絶縁層として酸化物を用いた場合に
使用する発光層の酸化を防止するための薄膜（酸化防止
膜）、８は背面電極を示す。

この第１図より明らかなよう−に、本発明による一構成
例によれば、ガラスなどの基板１上に透明電極２を設け
るとともに、この透明電極２に絶縁層３を形成し、この
絶縁膜３上に発光層５の下地となるＺｎＳ　ｌｔ’４を
形成しである。そしてこのＺｎＳ膜４を下地層として、
アルカリ土類硫化物よりなる３１ｉｆｌｌ！発光層５を
形成するとともに、絶縁層７が酸化物のときには、第１
図に示すように酸化防止膜６を積層し、その後絶縁膜７
を形成したのち、背面電極８を設け、薄膜ＥＬ素子とし
ている。

このような薄膜ＥＬ素子は素子構成に応じ、電子ビーム
蒸着法、スパッタ法などにより、順次基板１上に透明電
極２、絶縁膜層３　、ＺｎＳ膜４、薄膜発光層５、酸化
防止膜６、絶縁層７、背面電極８を積層することによっ
て、製造することができる。

本発明において、上記基板１、透明電極２、絶縁層３お
よび７、酸化防止膜６、背面電極８の材料は基本的に限
定されるものではなく、従来の薄膜ＥＬ素子に用いられ
る材料を有効に用いることができる。たとえば、基板１
としては、石英ガラスなどのガラスなどを有効に用いる
ことができる。

透明電極２としては、たとえばＩｎ２Ｏ３、Ｓｎ０２な
ど、絶縁層３および７としては、Ｙ　２０３　、Ｓｍ＠
　０３　、Ｔａ２０５　、Ａ１１２０３　、Ｓｉ３　　
ＮＡ　、ＢａＴｉＯ３，５ｒＴｉ０３などを用いること
ができる。また、酸化防止膜６としてはＺｎＳ　％　Ｚ
ｎ５ｅ、　Ｓ’ｒｓ　　ＮＡなどを有効に用いることが
可能である。

なお、絶縁膜３および７は、省略してもよく、絶縁膜７
の材料として酸化物以外のものを用いるときには酸化防
止膜６を省略してもよいのは前述の通りである。

このような薄膜ＥＬ素子において、本発明による薄膜Ｅ
ｌ、素子は薄膜発光層５の下地としてｘ線回析線の（１
１１）配向の回折線の半値幅が０．３以下のノンドープ
ＺｎＳ膜を用いている。

本発明において、前述のようにＺｎＳ膜４は（１１１）
面からのｘ線回析線半値幅が０．３　　°以下である高
結晶性の硫化亜鉛（ＺｎＳ　）を用いているが、この半
値幅が０．３　　°を超えると、後述の実施例より明ら
かなように、このＺｎＳ膜上に形成されるアルカリ土類
硫化物の結晶性が充分でなくなるからである。

さらに、このようなＺｎＳ膜４は、製造法によって好ま
しい厚さは変化するが、たとえば電子ビーム法によって
製造する場合、好ましくは１００人〜１μｍの厚さであ
るのがよい。このＺｎＳ膜４の厚さが１００人未満であ
ると、前記ＺｎＳ膜が下地の作用を営むのが困難になる
虞を生じ、一方１μｍを超えると、薄膜ＥＬ素子の駆動
電圧が高くなりすぎて実用的でなくなる虞がある。

前述のようなＺｎＳｎＳ上に薄膜発光層５を形成するも
のであるが、この薄膜発光層５は前述のようにＳｒＳ　
、　ＣａＳ　、　ＢａＳなどのアルカリ土類硫化物薄膜
に発光中心としてＣｅ、　ＥｕおよびＣｅ、　Ｅｕの化
合物を若干添加したものである。これらのアルカリ土類
硫化物は前記のＺｎＳｎＳ上に結晶性の良好な薄膜を形
成するために選択されたものである。

このような薄膜発光層４の厚さは好ましくは、１．５μ
ｍ以下であるのがよい。１．５μｍを超えると、素子と
しての駆動電圧が高くなりすぎて、実用的ではないから
である。

以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１第１図に示した薄膜ＥＬ素子を下記のように製造した。

まず、ガラス（コーニング社製、＃７０５９）基板１上
に酸化インジウム（Ｉｎ２０３　）と酸化錫（Ｓｎ０２
）との混合膜（ＩＴＯ膜）よりなる透明電極２、五酸化
タンタル（Ｔａ１１０５　）のスパッタ膜よりなる絶縁
層３を順次形成した。この基板１を高真空蒸着装置内に
接地し、ＺｎＳ膜４を電子ビーム蒸着法により形成した
。このとき基板温度は２００℃であり、ＺｎＳ蒸着後、
前記基板を４００℃に加熱して１時間熱処理を施した。

この熱処理はＺｎＳ膜４の結晶性を向上させ、（１１１
）配向を向上させたものである。

このようにして製造したＺｎＳ膜４をＸ線回折装置を用
いて測定した結果、ｃｕｂ　−ＺｎＳ　　（１１１）回
折線の半値幅は０．２　　°で、（１１１）に強く配向
していることが確かめられた。

前記のように作製した（１１１　）配向ＺｎＳｎＳ上に
塩化セリウム添加硫化ストロンチウム（ＳｒＳ　）膜を
形成して薄膜発光層５とした。この薄膜発光Ｎ５に、Ｚ
ｎＳ酸化防止膜６、Ｙ２Ｏ３絶縁膜７およびＡＩ背面電
極８をそれぞれ電子ビーム真空蒸着法により形成し、薄
膜ＥＬ素子とした。

この薄膜ＥＬ素子を動作させるには、透明電極２と背面
電極８との間に交流電源を印加する。これにより薄膜発
光層５を発光させる。この発光は透明ガラス基板工の表
面側より観測することができる。

第２図は本発明により製造された薄膜ＥＬ素子のＸ線回
折スペクトルを、従来のＥＬ素子のそれとともに示した
図である。図中、Ａは本発明による実施例で製造された
発光層のＸ線回折スペクトルであり、Ｂは下地ＺｎＳ薄
膜の（１１１）配向のｘ線回析線の半値幅が０．３５°
の本発明の範囲外の薄膜ＥＬ素子のＸ線回折スペクトル
を示している。

この第２図より明らかなように、ＳｒＳ　　（１１１）
　配向のＸ線回折強度は、本発明を用いないものの５゜
８倍であった。

（１１１）配向を示す指数として、従来（１１１）配向
のＸ線回折強度１（１１１）と（２２０）配向のＸ線回
折強度１（２２０）との比Ｉ　　（１１１）　／■（２
２０）が用いられている。すなわち、Ｉ（１１１）／Ｉ
　　（２２０）　＞１の場合には、（１１１）配向が（
２２０）配向に比較して強いことを示している。このＩ
　　（１１１）　／Ｉ　　（２２０）も、本発明の実施
例の薄膜ＥＬ素子は５．２あり、本発明の範囲外の薄膜
ＥＬ素子の０．６に比較して８倍以上大きがった。

このことは、強い（１１１）配向ＺｎＳｎＳ上に蒸着し
たＳｒＳ発光層は強＜　　（１１１）配向を示し、その
結晶性が高いことを示すものである。

第３図は、発光層配向性をＺｎＳ層の結晶性に対して表
したものであり、ＺｎＳ膜の（１１１）配向のｘ線回析
線半値幅Δ２ｅが０．３　　°以下であると、１　　（
１１１’）　／Ｉ　　（２２０）が１以上になっており
、（１１１）配向が得られるが、Δ２θが０．３　　°
より大きいと、Ｉ　　（１１１）　／Ｉ　　（２２０＞
が１以下となり、（１１１）配向が得られない。すなわ
ち、本発明による薄１ｌＩｉＥＬ素子では、強＜　　（
１１１）配向をしていることを示している。

、起ホトルミネセンススペクトルを示したものである。

図中、Ｃは本発明による薄膜ＥＬ素子を用いたものであ
り、Ｄは従来のＮ膜ＥＬ素子を用いたものである。この
図より明らかなように、本発明による発光層薄膜として
５ｄ　（２Ｄ　）　−４ｆ　（２Ｆ　５／２遷移（４７
０〜４８０　ｎｍ付近）の遷移強度が強く、かつ同遷移
の中心波長は４７５　ｎｍであり、本発明の範囲を逸説
する薄膜ＥＬ素子の場合の４８０　ｎｍに比較して、短
波長にシフトしている。このことは本発明による薄膜Ｅ
Ｌ素子は色純度の高い青色発光が得られることを示して
いる。

第５図は薄膜ＥＬ素子の輝度−電圧特性を示したもので
あり、図中、Ｅが本発明による薄膜ＥＬ素子、Ｆが従来
の薄膜ＥＬ素子の輝度−電圧特性を示している。この第
５図より明らかなように、本発明による薄膜ＥＬ素子は
発光輝度が３倍以上向上し、１０００ｎｔ以上の高輝度
青色発光ＥＬ素子であ、ることがわかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による薄ＢｔＡＥＬ素子に
よれば、薄膜発光層の直下に下地層として結晶性の良好
なＺｎＳ薄膜を用い、このＺｎＳ薄膜上にアルカリ土類
硫化物発光層を形成しているので、前記発光層の結晶性
が改良され、その結果薄膜ＥＬ素子の特性が向上すると
いう利点がある。また発光層の発光中心としてＣｅ、　
Ｅｕを用いた場合には前記発光層の結晶性の向上によっ
て発光色の純色化、短波長化が図れるという利点があり
、特にＣｅ添加ＳｒＳ発光層を用いた青色ＥＬ素子にお
いては純色に近い青色発光が得られるという点で優れて
いる。

また、発光層形成時にイオウを共蒸着することなく、発
光層の結晶性を向上させることができるため、イオウに
よる薄膜形成装置へのダメージを除去できるという利点
も生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は￥ＩｉＭ＊ＥＬ素子の構成を示す断面図、第２
図は発光層薄膜のＸ線回折スペクトル、例の薄膜ＥＬ素
子の断面図、第３図は発光層薄膜の（１１１）配向性を
示す指数Ｉ　　（１１１）　／Ｔ　　（２２０”）をＺ
ｎＳ層のＣｕｂ　　（１１１）配向のｘ線回析線半値幅
Δ２ｅに対して表した図、第４図は発光層薄膜のＰＬス
ペクトル、第５図は薄膜ＥＬ素子に５　Ｋ　ＩＩ　ｚの
交流電圧を印加したときの発光輝度−印加電圧特性を示
す図である。１　・・・基板、２　・・・透明電極、３．７　・・・
絶縁層、４　・・・ＺｎＳ膜、５　・・・薄膜発光層、
６　・“・・酸化防止膜、８　・・・背面電極。

Claims

【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間に発光
層あるいは発光層と絶縁膜を挟持した薄膜ＥＬ素子にお
いて、前記基板側に形成した電極と発光層あるいは絶縁
層と発光層との間に、（１１１）面からのｘ線回析線の
半値幅が０．３以下であるノンドープ硫化亜鉛薄膜層を
有し、かつ発光層がアルカリ土類硫化物薄膜であること
を特徴とする薄膜ＥＬ素子。