JPS62150690A - 薄膜ｅｌ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】 〔概要〕 本発明は薄膜ＥＬパネルの絶縁破壊に対する信頼性を向
上させることを目的としたもので、発光層と背面電極の
間の絶縁膜を、絶縁破壊時に破壊の止まらないプロパゲ
ートモードで破壊したり電極間がショートしたりするこ
とのない構成とすることにより目的の達成を図っている
。

〔産業上の利用分野〕

本発明は薄膜ＥＬ素子に係り、特に絶縁破壊に対する信
頼性を向上させることができしかも良好な電圧−輝度特
性を実現することのできる絶縁層の構造、材料に関する
。

ＥＬパネルは、透光性基板上に薄膜ＥＬ素子を形成して
構成され各種機器の表示用、光源用として広く使用され
ている。薄膜ＥＬ素子は、透明電極とこれと交差する背
面電極の間にＥＬ発光層を設けてなり、該ＥＬ発光層は
、両電極間に電圧を印加することによりこれらの交点に
おいて発光する。

〔従来の技術〕

従来の薄膜ＥＬ素子は、第７図に示すように、透明電極
２．第１絶縁層３．ＥＬ発光層４．第２絶縁層５．背面
電極６より構成され、これらはガラス基板１上に順次形
成されている。透明電極２は第７図の紙面と垂直なＸ方
向に等間隔に複数本並設されてそれぞれＹ方向（第７図
の左右方向）に伸びており、背面電極６は、Ｙ方向に等
間隔に複数本並設されてそれぞれＸ方向に伸びている。

すなわち、従来の薄膜ＥＬ素子は、ＥＬ発光層の両側を
誘電体薄膜からなる第１．第２の絶縁層ではさんだ２重
絶縁構造が一般的である。この種のＥＬ素子は約１０’
Ｖ／Ｃｍの高電界下で駆動するため、絶縁破壊に対する
信頼性が問題となるが、破壊のモードは第２の絶縁層に
左右される。第２絶縁層５は、Ｓ　ｉ３Ｎ４．Ｓ　Ｉ　
ＯＮ、Ａ　１２０３　。

ＴｉＯ３をはじめ数多くの材料で形成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記の材料で形成される従来の一層構造の第
２絶縁層には、素子の絶縁破壊時に、破壊の止まらない
プロパゲートモードで破壊したり電極間がショートする
という欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述の問題点を解決することのできる薄膜ＥＬ
素子を提供するもので、そのための手段として、第１図
に例示したように、ＥＬ発光層と背面電極の間に誘電体
薄膜からなる絶縁層を有する薄膜ＥＬ素子において、該
絶縁層を少なくとも２層の誘電体薄膜より構成している
。この各誘電体薄膜の線膨張率の関係は次のようになっ
ている。

すなわち、発光層側の誘電体薄膜の線膨張率よりも背面
電極側の誘電体薄膜の線膨張率が大きくなっている。

また、このような構成の絶縁層と発光層の間に、背面電
極側の前記誘電体薄膜と同材料でかつ該誘電体薄膜より
厚さの薄い中間層を設けてなる構成を採用しても良い。

〔作用〕

発光層側の誘電体薄膜の線膨張率よりも背面電極側の誘
電体薄膜の線膨張率が太き（設定されているため、絶縁
破壊時に破壊点周縁の絶縁層がめくれ上がり、破壊が止
まるセルフヒーリングモードが実現できかつ電極間ショ
ートを防止できる。

なお、低電圧化を目的として、誘電率が大きくかつ絶縁
耐圧が大きい材料であるＴａ、Ｏ，に着目し、これをい
ずれか一層の誘電体薄膜に用いると、低電圧駆動、高耐
圧化、セルフヒールモードの３つを実現することができ
る。

また、発光層と絶縁層の間に中間層を設ける場合は、初
期の電圧−輝度特性が良好な薄膜ＥＬ素子が得られる。

〔実施例〕

以下、第１図乃至第６図に関連して本発明の詳細な説明
する。

まず始めに本発明の詳細な説明する。

プロパゲートモードの破壊は、破壊点周縁の劣化部に電
圧がかかり順次破壊が生じるために起こるもので、第２
図（ａ）にこの破壊の発生状況を示す。

図中、１０１はガラス基板、１０２は透明電極、１０３
は第１絶縁層、１０４はＥＬ発光層、１０５は第２絶縁
層、１０６は背面電極である。１０７は破壊点周縁の劣
化部を示している。このモードの破壊を防ぐためには、
劣化部１０７に電圧が加わらないように背面電極１０６
を破壊点周縁部から遠ざける必要がある。具体的には、
破壊時に破壊点周縁の第２絶縁層１０５が第２図（ｂ）
にしめすようにめくり上がるようにすることが必要で、
これにより破壊の止まるセルフヒーリングモードを実現
することができる。

本発明では、この実現のために、第２絶縁層を少なくと
も２層の誘電体薄膜より構成し、発光層側の該誘電体薄
膜の線膨張率よりも背面電極側の該誘電体薄膜の膨張率
を大きく設定している。

この場合、これらの各誘電体薄膜は高周波スパツタリン
グ等で形成され、この形成時には加熱されて温度が上が
っている。第３図（ａｌはこの状態を示し、１０８は線
膨張率の小さい発光層側の誘電体薄膜、１０９はこれよ
り線膨張率の大きい背面電極側の誘電体薄膜である。そ
して、形成完了後に温度が下がると、上記線膨張率の差
によって、第３図（ｂｌに矢印線で示すように背面電極
側の誘電体薄膜１０９の収縮が大きく、その結果第３図
（Ｃ１に示すように第２絶縁膜を変形させようとする応
力が働く。従って、第２図（ｂ）の状態が実現される。

次に本発明の具体的な構成１作用について詳細に説明す
る。

第１図に第１の実施例を示す。

第１図は本発明に係る薄膜ＥＬ素子の断面図で、図中、
１１はガラス基板、１２は透明電極、１３は第１絶縁層
、１４はＥＬ発光層、１５は第２絶縁層、１６は背面電
極である。第２絶縁層１５は、発光層側の誘電体薄膜１
７と、背面電極側の誘電体薄膜１８とよりなり、誘電体
薄膜１８は誘電体薄膜１７より大きい線膨張率を有して
いる。

透明電極１２は、ガラス基板１１上にスパッタリングに
よりｒＴｏの透明導電膜を２０００人形成した後、これ
をストライプ状にエツチングして構成される。

第１絶縁層１３は、３１３　Ｎａをスパッタリングによ
り２０００人形成して構成される。

ＥＬ発光層１４は、ＺｎＳ：Ｍｎを電子ビーム蒸着によ
り５０００人積層して構成される。

第２絶縁層１５の１層目の誘電体薄膜１７は３ｉ３Ｎ、
（線膨張率２　、　５　Ｘ　１０−６／ａｎｑ　）を１
５００人形成することにより、２層目の誘電体薄膜１８
は、Ｔｉ０ｚ　　（＆’ｊ膨張率７Ｘ１０−６／１．）
を５００人形成することにより、それぞれ構成される。

この場合、Ｔ　ｉ　Ｏ３は、ＴｉＯ２のセラミックをタ
ーゲットとしてＡｒ＋Ｏ□（１０％）ガス雰囲気中で高
周波スパッタリングにより形成する。スパッタ中はター
ゲ・ノドからの輻射熱により基板が加熱されるため、特
にヒータによる加熱は必要としない。

背面電極１６は、第２へ色縁層１５形成後にＡＩを２０
００人蒸着し、これを透明電極１２と直交するストライ
プ状にエツチングして構成される。

本例の場合、第２絶縁層１５が上述のような２層構造を
有しているため、ＥＬ素子の絶縁破壊時に、破壊点の広
がらないセルフヒールモードラ実現することができる。

なお、２層目の誘電体薄膜１８を形成する際に基板加熱
を行えば、第３図（Ｃ）で説明した応力をさらに大きく
することができ、より一層の効果を奏することができる
。

第４図に第２の実施例を示す。

ＥＬ素子を低電圧で駆動できるようにするためには、よ
り誘電率、絶縁耐圧の大きいＴａ２０Ｓ（ε−２５、Ｅ
　ｅ　＝　５　Ｍ　Ｖ　／　ｃ　ｍ　）等の材料が絶縁
層として望まれている。本例は、前例の効果の他にこの
要望を実現するもので、第４図にその構成を示す。図中
、２１はガラス基板、２２は透明電極、２３は第１絶縁
層、２４はＥＬ発光層、２５は第２絶８ｉ層、２６は背
面電極である。

本例の場合も、第２絶縁層２５は２層構造のものである
が、その構成材料が前例と異っている。

すなわち、第２絶縁層２５は、１層目の誘電体薄膜２７
と２層目の誘電体薄膜２８とよりなり、誘電体２７は、
’［”ａｚＯｓ（線膨張率０．５×１０−６／ｄ、、　
）を１５００人形成することにより、誘電体薄膜２８は
、Ａ　１２０３　　（線膨張率７×１０−’／ｄ、、　
）を５００人形成することによりそれぞれ構成される。

Ｔａ２０５の誘電体薄膜２７は、Ｔａ２０５のセラミッ
クをターゲットとし、Ａｒ＋Ｏ□　（１０％）の雰囲気
中で反応性のＲ’Ｆスパッタリングにより形成し、誘電
体薄膜２８は、ＡｌｚＯ３ターゲットにより同様に形成
する。

Ａｔ２０．スパッタ中はターゲットからの輻射熱により
基板が加熱されるため、特にヒータによる加熱は必要と
しない。本例の場合は、上述のように、第２絶縁層２５
が２層構造を有し、上側（背面電極側）の誘電体薄膜２
８が下側（発光層側）の誘電体薄膜２７より線膨張率の
大きい材料で形成されているため、前例と同様にセルフ
ヒーリングモードを実現することができる。また、本例
の場合は、１層目の誘電体薄膜２７としてＴａ２Ｏ。

を用いているので、従来の例えばＳｉ３Ｎ、を用いたも
のより３０〜４０％の低電圧化が実現できる。なお、こ
の効果は、第１絶縁層２３をＴａ２０５で形成した場合
一層顕著になる。

第５図及び第６図に第３の実施例を示す。

ＥＬ素子の電圧−輝度特性は、素子完成直後の初期にお
いては第６図の曲線Ａに示すように輝度の立ち上がりが
ゆるく、数百時間駆動することによって第６図の曲線Ｂ
に示すように輝度の立ち上がりが急峻になり安定する（
エージング効果）。

従って、従来はＥＬ素子作成後にエージングを行わなけ
ればならなかった。本例は絶縁破壊モード改善の他に初
期の電圧−輝度特性の改善をも実現するもので、第５図
にその構成を示す。図中、３１はガラス基板、３２は透
明電極、３３は第１絶縁層（Ｓｉ’＋　Ｎａ　）、３４
はＥＬ発光層（ＺｎＳ：Ｍｎ）、３５は中間層、３６ば
第２絶縁層、３７は背面電極である。

本例が前例と異なるのは、中間層３５を設けたことと、
第２絶縁層３６の構成で、次にこれらの構成２作用につ
いて説明する。

中間層３５の挿設理由、構成、及び作用効果は次の通り
である。

初期のエージング効果は、ＥＬ発光層と絶縁層の界面の
浅い準位が原因と考えられており、界面に酸化物、例え
ばＡ１□０３を挿入することで浅い準位をなくし、初期
においても良好な電圧−輝度特性が得られることが確認
されている。中間層３５の挿設はこのために行われるも
ので、該中間層３５はＡ１□０３で構成されている。こ
の中間層３５の形成は、ＡＩをターゲットとし、Ａｒ＋
０ｚ（５０％）の雰囲気中で反応性スパッタリングによ
りＡ１．Ｏ８を１００人形成することにより行われる。

この中間層３５の挿設により初期の電圧−輝度特性を向
上させることができる。

第２絶縁層３６は、ＥＬ発光層側の誘電体薄膜３８と背
面電極側の誘電体薄膜３９とよりなる。

誘電体薄膜３９は、中間層３５と同じＡ１２０３（線膨
張率７　Ｘ　１０−’／　ａｍｑ　）で構成され、その
厚さは中間層３５より大きい。誘電体薄膜３８は、誘電
体薄膜３９より線膨張率の小さい５ｉ３Ｎ４（線膨張率
２　、　５　Ｘ　１０　”ｂ／ａ＊＊　）で構成されて
いる。これらの各誘電体薄膜３８．３９は、スパッタリ
ングにより積層される。このような構成の第２絶縁層３
６を設けることによって、中間層３５が存在していても
前例と同様にセルフヒーリングモードを実現することが
できる（誘電体薄膜３９がこれと同じ材料の中間層３５
より厚いため、中間層の影響を無視できる）。

すなわち、本例の場合は、電圧−輝度特性、破壊モード
とも良好なＥＬ素子が得られる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、次の各種の優れた
効果を奏することが可能である。

（１）第２絶縁層が２層構造となっており、上側（背面
電極側）の誘電体薄膜が下側の誘電体薄膜より大きい線
膨張率有しているため、絶縁破壊のモードをセルフヒー
ルモードにすることができ、素子の信頼性１表示品質を
向上させることが可能になる。

（２）上側の誘電体薄膜を酸化物で形成するとともに、
これと同じ材料でこれより厚さの薄い中間層をＥＬ発光
層と第２絶縁層の間に挿設することによって、上記効果
の他に良好な電圧−輝度特性を得ることができる。

（３）誘電体、絶縁耐圧が大きいＴａ、Ｏ，によりいず
れか１層の誘電体薄膜を形成すれば、低電圧駆動を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の薄膜ＥＬ素子の断面図
、 第２図（ａｌ、　（ｂ）は絶縁層の各種破壊状況説明図
、第３図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）は未発明の原理説
明図、第４図は本発明の第２の実施例の薄膜ＥＬ素子の
断面図、 第５図は本発明の第３の実施例の薄膜ＥＬ素子の断面図
、 第６図はＥＬ素子の電圧−輝度特性説明図、第７図は従
来の薄膜ＥＬ素子の断面図で、図中、 １４．２４．３４はＥＬ発光層、 １５，２５．３６は第２絶縁層、 １６．２６．３７背面電極、 １７．１８，２７，２８，３８．３９は誘電体薄膜であ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．ＥＬ発光層と背面電極の間に誘電体薄膜の絶縁層を
   有する薄膜ＥＬ素子において、 前記絶縁層を少なくとも２層の誘電体薄膜より構成して
   なり、 ＥＬ発光層側の該誘電体蒲膜の線膨張率よりも背面電極
   側の該誘電体薄膜の線膨張率が大きく設定されたことを
   特徴とする薄膜ＥＬ素子。
2. ２．　ＥＬ発光層と背面電極の間に形成される絶縁層が
   ２層の誘電体薄膜より構成され、ＥＬ発光層側の該誘電
   体薄膜の線膨張率よりも背面電極側の該誘電体薄膜の線
   膨張率が大きく設定された薄膜ＥＬ素子において、 背面電極側の前記誘電体薄膜を酸化物で形成するととも
   に、 前記ＥＬ発光層と前記絶縁層との間に、背面電極側の前
   記誘電体薄膜と同材料でかつ該誘電体薄膜より厚さの薄
   い中間層を設けたことを特徴とする薄膜ＥＬ素子。
3. ３．　いずれか一層の誘電体薄膜がＴａ＿２Ｏ＿５で形
   成された特許請求の範囲第１項又は第２項記載の薄膜Ｅ
   Ｌ素子。