JPS62113386A - 薄膜型ｅｌ素子及びその製造方法 - 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】 （Ｊ！Ｅ要〕 薄膜型ＥＬ素子の発光効率と輝度とを向とする改良と、
薄■り型ＥＬ素子の生産性を向−ヒする改良とである。

薄膜型ＥＬ素子を構成するＥＬ膜の配向性・結晶性を向
上して発光効率を改善するために、透光性基板とＥＬ膜
との間の層間のいづれかに単結品または多結晶シリコン
の膜を介在させておき。

ＥＬ膜の配向性・結晶性が向上するようにしたものであ
る。さらに、このようにして、ＥＬＩＩＱの配向性参結
晶性が向上しうることを利用して。

蒸着法に比して本来所要時間が短いため生産性が高いス
パッタ法を使用してＥＬ膜を形成することとして、薄膜
型ＥＬ素子の製造時間を短縮し。

その生産性と再現性とを向上したものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は薄膜型ＥＬ素子及びその製造方法に関する。特
に、発光効率と輝度とが向上した薄膜型ＥＬ素子と、生
産性と再現性との向上した薄膜型ＥＬ素子の製造方法と
に関する。

〔従来の技術〕

薄膜型ＥＬ素子は１発光中心として機能するマンガンや
希土類元素例えば三フッ化テルビウム、三塩化テルビウ
ム等を含有する硫化亜鉛等の蛍光体の多結晶薄膜に電界
を印加し、エレクトロルミネッセンス現象にもとづいて
発光させる発光素子であるが、従来、第３図に示すよう
な構造が知られている。

第３図参照 ガラス基板等ｌ上に、ＩＴＯ等よりなり厚さが約２，０
００人の透光性電極３をスパッタ法を使用して形成する
０次に、酸窒化シリコン等よりなり厚さが約２，０００
人の第１の絶縁膜４をスパッタ法を使用して形成する。

ここで、一旦真空を破って蒸着装置に装入し１発光中心
として機能するマンガンまたは希土類元素例えば三フフ
化テルビウム、三塩化テルビウムを含有する硫化亜鉛よ
りなるＥＬ膜５を厚さ約５，０００人に蒸着する。温度
約　５００℃において約１時間熱処理を施す、ここで、
再び真空を破ってスパッタ装置に装入し。

スパッタ法を使用して、酸窒化シリコンよりなり厚さが
約２，０００人の＄２の絶縁膜６を形成する。

その後、アルミニュウムよりなる対向電極７を形成する
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

薄膜層ＥＬ素子の発光効率や輝度特性は、発光中心とし
て４１　岨するマンガンまたは希土類元素例えば三フフ
化テルビウム、三塩化テルビウムを含有する硫化亜鉛よ
りなるＥＬｆｉの配向性嗜結晶性に支配されるが、硫化
亜鉛膜の結晶性は、下地の表面状態の影響を受けやすい
ので、下地の結晶構造が硫化亜鉛の結晶構造と近似して
おらず、それらの格子間隔の整合性が不良であると、上
記せる従来技術に係る薄膜型ＥＬ素子のＥＬＭ５の結晶
性は、絶縁膜４と接触する領域近傍において不良となり
いわゆるデッドレーヤとなりやすく、その発光効率・輝
度特性が必ずしも満足しうるちのとはならない０例えば
発光中心がツー、化テルビウムの場合、　０．１〜０．
２ルーメン／Ｗであり、発光中心がマンガンの場合、ｌ
−１，５ルーメン／Ｗであり、いづれも満足すべきもの
ではない、そこで、発光効率−輝度特性がよりすぐれた
薄膜型ＥＬ素子の開発が望まれていた。

また　白質な６１鱒を１杉済すムにｌ±、スバ、、タン
尖より真空蒸着法がより適するので、従来技術において
は、ＥＬ膜の配向性多結晶性を良好にするため、その形
成に真空蒸着法が使用されていた。

しかし、もし、スパッタ法を使用して良好なＥＬ膜を形
成することが可能であれば、スパッタ法の堆積速度は真
空蒸着法の堆積速度の２倍以上であるから、その製造速
度を大幅に向上しうることは明らかである。また、ＥＬ
＠の形成にスパッタ法の使用が許され覧ば、　第３図に
示す第１の絶縁膜３とＥＬ膜５と第２の絶縁膜６とを一
工程をもって形成しうろことになり、その場合は、工程
毎に真空を破り、また、真空を回復する必要がなくなり
、そのための時間が減縮され、所要時間が短縮されて生
産性が向上する筈である。ところが、ＥＬ膜の形成にス
パッタ法を使用すると、ＥＬ膜の配向性・結晶性が低く
発光効率・輝度特性が極度に悪くなり使用に耐えない、
そこで、ＥＬｎ’２の形成にスパッタ法の使用が許され
、生産性のすぐれた薄膜型ＥＬ素子の製造方法の開発が
望まれていた。

〔問題点を解決するための手段〕

上記第１の目的を達成するために本発明が採った手段は
、薄膜型ＥＬ素子を構成する透光性基板とＥＬ膜との間
のいずれかの層間（ＥＬ膜の下地として機能しうる層）
に単結晶または多結晶シリコン膜を介在させることにあ
る。

このシリコン膜を介在させる位置は。

（イ）Ｅ’Ｌｆｉと第２の絶縁膜との間でも、（ロ）第
２の絶縁膜と透光性電極との間でも、（ハ）透光性電極
と透光性基板との間でもよい。

たＣ１上記（イ）〜（ハ）に述べたシリコン膜を介在す
る位置に対応してそれぞれ下記する利害得失がある。（
イ）においては、ＥＬ膜の結晶性は極めて良好になるが
、駆動電圧が上昇する不利益がある。（ａ）においては
、シリコンに不純物を添加し十分低抵抗とすることがで
きるため、駆動電圧は全く上昇しないが、ＥＬ膜の結晶
性を改善する効果はいくらか劣る。しかし、この位置が
現実的に最も有利である。（ハ）においても駆動電圧は
全く上昇しないが、ＥＬ膜の結晶性を改善する効果はか
なり劣り、現実的利益は乏しい。

上記第２の目的を達成するために本発明が採った手段は
、従来技術に係る薄膜ＥＬ素子の製造工程に付加して、
その透光性基板とＥＬｌ１５Ｉとの間のいづれかの層間
（ＥＬ膜の下地として機能しうる層）に、単結晶または
多結晶シリコン膜を形成し、かつ、ＥＬ膜の形成をスパ
ッタ法を使用してなすものである。

〔作用〕

硫化亜鉛膜の結晶性が下地となる膜の表面状態の影響を
受けやすく、その下地の結晶構造が硫化亜鉛の結晶構造
と相違し、結晶格子間隔の整合が不良であると、この下
地の上に形成される硫化亜鉛膜の配向性・結晶性が特に
その接触領域近傍において悪くなり、薄膜型ＥＬ素子の
発光効率争輝度特性が悪くなることは上記せるとおりで
ある。

そこで、薄膜型ＥＬ素子を構成する透光性基板とＥＬ膜
との間のいづれかの層間（Ｅ　Ｌ膜の下地として機能し
うる層）に結晶構造が硫化亜鉛の結晶構造と類似してお
り、硫化亜鉛との格子間隔の整合性が良好な材料である
シリコンの単結晶または多結晶の膜を介在させれば、Ｅ
Ｌ膜の配向性・結晶性が良好となり、薄膜型ＥＬ素子の
発光効率や輝度特性が向上する。

上記の構造とすると、ＥＬ膜の配向性単結晶性は良好に
なるため、ＥＬ膜をなす硫化亜鉛の膜の形成に蒸着法を
使用するに及ばず（ＥＬ膜形成方法に対する制約は解除
され）、より生産性の高いスパー７タ法を使用して形成
することができ。

特に、上記（イ）〜（ハ）のうち、（イ）を除く場合は
、真空回復時間が不要となり生産性が大幅に向ヒする。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつ一１本発明の第１の１段と第２の
手段との実施例を２例説明して１本発明の構成と特有の
効果とを明らかにする。

第」二例 第１図参照 スパッタ法を使用して、ガラス基板ｌ上に厚さ約２，０
００へのＩＴＯ膜よりなる透光性電極３を形成する。

再びスパッタ法を使用して、厚さ約２，０００＾の酸窒
化シリコン膜よりなる第１の絶縁膜４を形成する。

ＣＶＤ法を使用して一１絶縁１１１１４上に厚さ約１．
０００への多結晶シリコン薄Ｉｆ！Ｉ２を形成する。

電子ビーム蒸着法または抵抗加熱蒸着法を使用して１発
光中心として機能するマンガンを含有する硫化亜鉛膜５
を厚さ約５，０００人に形成し、約５００℃の温度にお
いて約１時間熱処理を施こして、Ｅ　Ｌ　ＩＩＱ　５を
形成する。このＥＬｇ１５は、結晶構造が類似で結晶格
子間隔の整合性が良好であるシリコン薄膜２上に形成さ
れるので、その配向性拳結品性が極めて良好である。

スパッタ法を使用して、厚さ約２，０ＯＯＡの酸窒化シ
リコン膜よりなる第２の絶縁膜６を形成する。

最後にスパッタ法を使用して、アルミニュウム電極７を
形成して薄膜型ＥＬ素子を完成する。

以上の工程をもって製造された薄膜型ＥＬ素子は、上記
せるとおり、そのＥＬ＠の配向性拳結晶性が良好であり
、いわゆるデッドレーヤが殆ど存在しない、このことは
、Ｘ線回折法を使用して測定したＸ線回折強度が従来技
術の場合に比し約３倍であることから明らかである。

また９発光効率は２〜３ルーメン／Ｗであり。

従来技術に比し約２倍に改善されている。輝度も同様に
大幅に改善されている。

ここで、特筆すべきことは、特性の再現性が極めて良好
なことであり、精密制御の必要が少ないため、現実的利
益は極めて大きい、たゾ、上記せるとおり、駆動電圧は
いくらか高くなるという欠点は避は難い。

剃又遺 第２図参照 スパッタ法を使用して、厚さ約２，０００へのＩＴＯ膜
よりなる透光性電極３を形成する。

ＣＶＤ法を使用して、厚さ約　ｔ、ｏｏｏへの多結晶シ
リコン薄膜２を形成する。

スパッタ法を使用して、厚さ約２，０００への酸窒化シ
リコン膜よりなる第１の絶縁Ｉ８！４を形成する。この
第１の絶縁膜４の表面は、下地である多結晶シリコン薄
膜２の影響を受けている。

上記の絶縁膜４形成のためのスパッタ工程後に、真空を
破ることなく続けて、スパッタ法を使用して、発光中心
としてＩＮ　ｔ＠するフッ化テルビウムを含有する硫化
亜鉛膜５を厚さ約５，０００人に形成し、約５００℃の
温度において約１時間熱処理を施して、ＥＬ膜５を形成
する。このＥＬ膜５は、多結晶シリコン薄膜２の表面状
態を反映している第１の絶縁＠４上に形成されているの
で、その配向性・結晶性は良好である。

真空を破ることなく、さらに続けてスパッタ法を使用し
て、厚さ約２，０００への酸窒化シリコン膜よりなる第
２の絶縁膜６を形成する。

Ｆｔ後にスパッタ法を使用して、アルミニュウム電極７
を形成して薄膜型ＥＬ素子を完成する。

以−Ｌの工程をもって製造された薄膜型ＥＬ素子は、そ
のＥＬｌｉの配向性・結晶性が良好であり、いわゆるデ
ッドレーヤが殆ど存在しない、このことは、ｘｉ９回折
法を使用して測定したＸ線回折強度が従来技術の場合に
比し約２倍であることから明らかである。

また、発光効率は０．５ルーメン／Ｗであり、従来技術
に比し約５倍に改善されている。輝度も同様に大幅に改
善されている。

ここで、特筆すべきことは、スパッタ法を使用してＥＬ
膜の形成が可能となった結果、ＥＬＩＦＪの堆積速度の
向上（スパッタ法の堆積速度は蒸着法のそれより２倍以
上である。）に加えて、ｉｌの絶縁膜とＥＬ膜と第２の
絶縁１漠とを、真空を破ることなく、一工程をもって形
成可ｔＦとなったことであり、その結果真空回復のため
の時間（各口約２時間）が不要となり、製造時間が大幅
に短縮して生産性が向−１−シたことである。また、特
性の再現性が極めて良、好であり、精密制御の必要が少
なく現実的利益は極めて大きいことは上記第１の例の場
合と同様である。

〔発明の効果〕

以上説明せるとおり、本発明の第１の手段に係る薄膜型
ＥＬ素子は、透光性基板とＥＬ膜との間のいづれかの層
間に、硫化亜鉛と結晶構造が類似している単結晶または
多結晶シリコンの膜が設けられているので、ＥＬ膜の結
晶状態が良好であり、いわゆるデッドレーヤが存在せず
、結晶回折強度が大きく１発光効率が高く、輝度特性も
すぐれており、しかも、再現性もすぐれている。

また、本発明の第２の手段に係る薄膜型ＥＬ素子の製造
方法は、従来の製造工程に付加して、透光性基板とＥＬ
膜との間のいづれかの層間に。

硫化亜鉛と結晶構造が類似している単結晶または多結晶
のシリコン膜を形成することとされているので、ＥＬ膜
をなす硫化亜鉛の膜の配向性・結晶性は良好になるため
、ＥＬＶｆＪをなす硫化亜鉛の膜の形成に蒸着法を使用
するに及ばず（ＥＬ膜形成方法に対する制約は解除され
）、より生産性の高いスパッタ法を使用してＥＬ膜を形
成することとされているので、上記第１の手段の効果に
加えて、スパッタ法の本来的利益である短い所要時間に
加えて、特に、真空回復時間が不要となり、製造時間が
短縮され生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１例に係る薄膜型ＥＬ素子の断面
図である。 第２図は、本発明の第２例に係る薄膜型ＥＬ素子の断面
図である。 第３図は、従来技術に係る薄膜型ＥＬ素子の断面図であ
る。 ■・争・透光性基板（ガラス基板）、　　２−ｅｅ本発
明の要旨に係るシリコン薄膜、　　３・−・透光性電極
（ＩＴＯ電極）、　　４・・　・第１の絶縁膜（酸窒化
シリコン膜）、　　５・・・ＥＬ膜、６・・・第２の絶
縁膜（酸窒化シリコン膜）、く′□・　　　　−ソ 一＼　：、＋ １　例 第１図 第　　２　イシｊ 第２図 従来技術 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］透光性基板（１）上に、透光性電極（３）が形成
   され、 　該透光性電極（３）上に第１の絶縁膜（４）と第２の
   絶縁膜（６）とに挟まれて、硫化亜鉛と希土類元素また
   はマンガンとの組成物よりなるＥＬ膜（５）が形成され
   、 　前記第２の絶縁膜（６）上に対向電極（７）が形成さ
   れてなる薄膜型ＥＬ素子において、 　前記透光性基板（１）と前記ＥＬ膜（５）との間の層
   間のいづれかに、シリコンの薄膜（２）が介在してなる
   ことを特徴とする薄膜型ＥＬ素子。 ［２］透光性基板（１）上に、透光性電極（３）を形成
   し、 　該透光性電極（３）上に第１の絶縁膜（４）を形成し
   、 　該第１の絶縁膜（４）上に、硫化亜鉛と希土類元素ま
   たはマンガンとの組成物よりなるＥＬ膜（５）を形成し
   、 　該ＥＬ膜（５）上に第２の絶縁膜（６）を形成し、 　該第２の絶縁膜（６）上に対向電極（７）を形成する
   薄膜型ＥＬ素子の製造方法において、　前記透光性基板
   （１）と前記ＥＬ膜（５）との間の層間のいづれかに、
   シリコンの薄膜（２）を形成し、 　前記ＥＬ膜（５）をスパッタ法を使用して形成するこ
   とを特徴とする薄膜型ＥＬ素子の製造方法。