JPS62180988A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄ＩＩＩ　Ｅ　Ｌ素子に関し、特に透明電極の
保護手段の改良に関する。

〔従来の技術〕

第５図は従来の一般的な薄膜Ｅし素子の構成を示す断面
図である。第５図に示すように、この簿膜ＥＬ素子は、
基板１の上に電極２．絶縁体＠３゜Ｅし発光層４．ＩＩ
！！縁体唐５．電痩６を積層したものとなっている。つ
まり、ＥＬ発光層４の両側を二層の絶縁体層３．５で挟
み、この絶縁体ｆｆ３゜５の外側に電極２．６を取付け
たものを、基板１に固定したものとなっている。なお上
記ＥＬ発光層４を絶縁体層３．５で挟み込んだ部分をＥ
ヒ素子構成膜と呼ぶ。かくして、二つの電極２．６間に
電圧を印加すると、ＥＬ発光層４が発光する構造になっ
ている。

上記１１１ＥＬ素子におけるＥＬ発光１１ｆ４は、０．
１〜２．０重量％程度のＭｎあるいはＣｕ。

Ａｊ２．Ｂｒ、Ｔｂ、Ｅｕ、希土類フッ化物等をドープ
したＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ等の半導体（以下これらをＺｎＳ
　：Ｍｎと記す）である。このＥＬ発光層４に１×１０
８■／Ｃｍ程度の電界が印加されると、ＥＬ発光層４と
絶縁体層３．５との界面にある界面単位から電子がＥＬ
発光層４の伝導帯にトンネル注入される。この点に関す
る基本的技術に関しては、文献ｒＧ、Ｏ，ＭＵＩ　ｌ　
ｅｒ、Ｐｈｙｓｉｃａ　　３ｔａｔｕｓ　　３ｏｌｉｄ
ｉ　　　（ａ）８１．５９７　（１９８４）Ｊに記載さ
れている。

上記注入された電子はさらに伝導帯中で加速され、十分
なエネルギーを得た電子が、直接Ｍｎなどの発光センタ
ーを励起し、励起された発光センターが基底状態に戻る
際に発光する。

絶縁体層３，５の形成の材料としては、一般にＳｉｎ、
ＳｉＯ２，ＧｅＯ２，Ｙ２Ｏ３゜ＴｉＯ２，Ａρ２０ａ
、Ｓｉ３Ｎ４．シリコン酸化窒化物などが用いられる。

そしてこれらの材料を用いて電子ビーム蒸着法やスパッ
タリング法等による膜形成手段を講じることにより、絶
縁体層３．５が得られる。

電極２は、通常は透明の電極になっている。すなわち実
際のｔ［ＥＬ素子は第６図に示したような構造になって
おり、６１発光をガラス基板１側から見れるように、ガ
ラス基板１上に形成する電（盃２は透明のものが用いら
れる。この透明電極２としては一般に、ＩＴＯ膜やＳｎ
Ｏ２膜等が用いられる。また透明電極２の端部は、外部
電源リード線との接続を行なうために、ＥＬ素子構成膜
の！ａ層領域外まで引出され、この引出し領域２ａにて
行なうものとなっている。したがってこの引出し領域２
ａは外気に直接さらされる状態になっている。

ところで、上記絶縁体層３．５の間にあるＥＬ発光層４
は、熱処理を施すことにより、高輝度特性を有するもの
となる。

その第１の理由は、ＥＬ発光層母体の結晶化を促すため
である。前記したＥ「発光層の発光メカニズムからも明
らかなように、高効率、高輝度で６１発光を行なわせる
ためには、ＥＬ発光層４中により多くの伝導電子を存在
させ、かつ十分な運動エネルギーを与えることが必要で
ある。この際、ＥＬ発光層母体半導体が十分に結晶化し
ていなかったり、非晶質であったりすると、結晶欠陥が
伝導電子に対するトラップとして働き、発光センターを
励起できる伝導電子の数を減少させてしまうことになる
。また多結晶質の各々の結晶粒が小さいと、発光中心を
励起せずに結晶粒の境界に達してしまう伝導電子の数が
多くなり、励起の効率が悪い。

第２の理由は、発光中心が活性化するためである。例え
ばＺｎＳ半導体中にＭｎをドーピングしたＥ［発光層中
では、Ｍ　ｎＺ＋がｚｎの空格子点に置き換わることに
なり、発光中心として活性化される。

上記熱処理温度は、高ければ商い程、より高い輝度がｔ
ｌられることが判っている。しかるに、この熱処理温度
が高過ぎると、熱によるガラス基板１の反りの発生を招
くために、最高熱処理温度は自ずから制限を受ける。例
えばガラス基板として通常用いられるコーニング社の７
０５９ガラスでは、最高熱処理温度は５９０℃であり、
これ以上のｍＯ！になると、ガラス基板１に反りが発生
して品質が低下する。したがって上記熱処理温度は５９
０℃以下に設定されるのが普通である。

（発明が解決しようとする問題点〕 しかるに、上記熱処理温度を５９０°Ｃ以下に設定して
も、薄１］ｌＥＬ素子を真空中で熱処理すると、ＩＴ○
や５ｎ０２などからなる透明電（距２の品質が低下する
という問題があった。

すなわち透明電極２の形成材料であるＩＴ○や５ｎ０２
などは、比較的蒸発温度が低い上、引出し領域２ａが外
気に直接さらされる状態になっているために、前述した
よう・に真空中で高温処理を行なうと蒸発してしまい、
膜厚が薄くなる。その結果、電気抵抗が増加しなり、導
電性を失ったりすることがある。さらに高温処理時の雰
囲気中に酸素が残留していると、透！！＋１電極、２の
膜表面が酸化してしまい、やはり電気抵抗の増加や導電
性喪失等を生じることになる。件のような事態になると
、たとえ電極間に電圧を印加しても、十分な電界がＥ１
発光層４に印加されず、ＥＬ発光輝度が不十分となった
り、２１発光効率が低下したりする。

そこで本発明は、ＥＬ発光層の熱処理工程において、透
明電極がダメージを受けるおそれがなく、電気抵抗が変
化する等のおそれのない＠吸Ｅ　Ｌ　ｍ子を提供するこ
とを目的とする。。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決し、目的を達成するために次
のような手段を講じた。

透明Ｎ極を絶縁体層等によって完全に被覆した状態とな
し、かつ電源リード線と接続するための引出し電極は比
較的蒸発しにくい難蒸発性物質たとえばＡｆｆｉ、ＡＵ
、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎ　ｉなどの導電部材によって作製する
。

〔作用〕

このような手段を請じたことにより、比較的蒸発し易い
ＩＴＯやＳｎＯり等からなる透明電極部材が、真空中で
高温下に直接さらされるのを回避でき、熱処理の際に透
明電極膜がダメージを受けずに済む。

〔実施例〕

第１図は本発明の薄１１１ＥＬ素子の第１実施例を示す
断面図である。第１図において１１はガラス基板、１２
は透明電極、１３は絶縁体層、１４はＥＬ発光層、１５
は絶縁体層、１６は背面Ｎ極、１７は引出し電極である
。第１図に示すように、この薄膜ＥＬ素子は、基本的に
は第６図に示したものと同様な二重絶縁構造を有する薄
１１ＥＬ素子であるが、透明電極１２の引出し端部に例
えばＡＱ、、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎ　ｉなどの比較的蒸
発しにくい金属からなる引出し電極１７を接続し、その
接続部Ａが外気にざらされないように絶縁体層１３の端
部１３ａにより被覆する構造とした点が特徴点である。

上記薄膜ＥＬ素子の作製法としては、透明１！極１２を
形成した後、その端部に一部が重なり合うように、引出
し電極１７を蒸着などの手段により形成する。そしてこ
の上に絶縁体層１３を、その一部１３ａで接続部Ａを覆
うように形成し、ざらにＥ１発光層１４を形成する。こ
の状態で熱処理を行ない、しかるのち絶縁体層１５を形
成し、電極１６を形成する。

このように本実施例によれば、透明Ｎ極１２が外気にさ
らされない状態に保護されるので、この状態で熱処理が
行なわれても、透明Ｎ極１２の蒸発が阻止される。この
ため、透明電極１２は、電気抵抗の増加あるいは導電性
喪失といったダメージを受けずに済む。また引出し電極
１７は蒸発しにくい材料で形成されているので、真空中
で高温下にさらされても、電気抵抗が変化するおそれは
ない。

次に上記第１実施例に対応した実験例■、■について説
明する。

（実験例■） ガラス基板１１として７０５９ガラスを用い、十分に洗
浄したその表面に、ＩＴＯ透明電極１２を電子ビーム蒸
着法により膜厚が１０００人となるように形成した。さ
らにフォトエツチング法により上記ＩＴＯ透明電極１２
を適当な表示パターン例えば第２図に示すように幅０．
２ｎｒｍ、ピッチ０．３５ｍの縞状にエツチング加工し
た。しかるのら、上記ＩＴ○透明電極１２の端部に対し
て１履程度重なるようにＡｌ１からなる引出し電極１７
を真空蒸着し、ＩＴＯ透明電極１２と同様の幅およびピ
ッチを有する縞錠にエツチング加工した。

その上に絶縁体層１３としてＡ（１２０＊を高周波反応
性スパッタリング法により膜厚が約５０００人となるよ
うに形成した。ざらにその上にＥＬ発光層１４として、
ＺｎＳとＭｎからなる焼結ベレットをターゲットとして
電子ビーム蒸着法により、膜厚が約１岬となるようにＺ
ｎＳ　：Ｍｎ層を作製した。

第２図は上記状態における上面図である。第２図に示す
ようにＩＴＯ透明電極１２は絶縁層１３により完全に覆
われており、外気に直接触れるところはない。

この状態で上記素子を真空中で５９０℃、２時間の熱処
理を行なった。この熱処理の後で透明電極１２および引
出し電極１７の電気抵抗を測定したところ、何等変化が
なかった。

さらにその上に絶縁体層１５としてＡＱ２０３を高周波
反応性スパッタリング法により膜厚が約５０００人とな
るように形成した。さらにその上に背面電極１６として
へλ電極を真空蒸着し、前記ＩＴＯ透明電極２２と同様
に、縞状の表示パターンにフォトエツチング加工した。

この場合の縞の方向は、前記ＩＴ○透明電極の縞の方向
とは直交する方向であり、これによりドツトマトリクス
駆動を可能ならしめた。

このようにして作製した薄１１ｉ２ＥＬ素子について、
ＥＬ発光輝度および発光効率を計測したところ、発光輝
度の場所によるバラツキや発光不能画素の発生がなく、
均一で十分な発光輝度かえられると共に、効率のよい発
光表示を行なえることが確認できた。

く実験例■） 薄膜ＥＬ素子の基本的構成は前記実験例■と同様である
が、本実験例■においては、ＥＬ発光パターンを「７」
セグメントとした。

すなわち、ガラス基板１１上に「７」セグメントの表示
パターンを有するＩＴＯ透明電極１２を形成し、これに
接続される引出し電極１７を形成し、’Ｅ　Ｌ発光層１
４を形成した。

第３図はこの状態を示す上面図である。図示の如く、本
例においても透明電極１２は絶縁体層１３により完全に
覆われた状態となっている。

上記の如く構成した素子を、前記実験例■と同法に簀空
中で５９０℃、２時間の熱ｔＪ８理を行なったのち電気
抵抗を測定した。その結果、透明電極１２および引出し
電極１７のいずれにおいても、電気抵抗の変化はなかっ
た。

また絶縁層１５および背面電極１６を形成したのち、Ｅ
Ｌ発光輝度および発光効率を計測したところ、十分な発
光輝度および発光効率が得られることが判明した。

次に本発明の第２実施例について説明する。第４図は本
発明の第２実施例の構成を示す断面図である。この第２
実施例が前記第１実施例と異なる点は、ガラス基板１１
と透明電極１２との間に絶縁体層１８を設けた点であり
、その他はすべて前記第１実施例と同一構成である。

このように構成された本実施例によれば、絶縁体層１８
がガラス基板１１上に形成されているので、ガラス基板
１１になんらかの欠陥があったとしても、その欠陥がＥ
Ｌ発光素子に悪影響を与えないものとなる。しかもこの
絶縁体層１８によりガラス基板１１からのアルカリ成分
の溶出を防止できる利点がある。さらに絶縁体層１８は
ガラス基板１１全面に形成されるので、□透明電極部材
が上記絶縁体層１８と前記絶縁体層１３および引出し電
極１７からなる素子構成膜のみにより、完全に被覆され
た状態を呈する。したがって外気には一切接触しないも
のとなる。したがって第１実施例と画廊以上の透明電極
保護作用が生じる。

次に下記第２実施例に対応した実験例■について説明す
る。

（実験例■） 分ウス塞板１１として７０５９ガラスを用い、十分に洗
浄したその表面に、絶ｉ体層１８としてＡｌ２Ｏ２を高
周波反応性スパッタリング法により膜厚が約２０００人
となるように形成した。その上に実験例■と同様に、Ｉ
ＴＯ透明電恢１２゜Ａρ引出し電ＫＡ１７．ＡＱ２０３
’絶縁体層１３゜Ｚ　ｎ　Ｓ　”：’　Ｍ　ｎ　Ｅ　Ｌ
発光層１４．八Ｒ２０３絶縁体層１５．Ａａ背面電惜１
６を作顧した。

このようにして作製したｆｌｌＢＩＥＬ素子について、
ＥＬ発光輝度および発光効率を計測したところ、透明電
極゛１２の熱処理工程におけ□るダメージがほとんどな
いために、実験例■、■と同様に、発光輝度の場所によ
るバラツキや発光不能−素の発生がなく、均一で十分な
発光輝度がえられると共に、効率のよい発光表示を行な
えることが確認できた。

なお本発明は前記各実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲も種々変形実部可能であ
るのは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、透明電極を絶縁体層等にで完全に被覆
した状態となし、かつ電源リード線と接続するための引
出し電極を比較的蒸発しにくい導電部材例えばＡｌ１．
Ａ１１．八ｇ、Ｃｕ、Ｎｉなどの金属によって作製する
ようにしたので、比較的蒸発し易いＩＴ○や５ｎ６２等
からなる透明電極部材が、真空中で高温下に直接さらさ
れ葛のを回避でき、ＥＬ発光層の熱処理工程においそ、
透明電極がダメージを受けるお≠れがなり、電気抵抗が
変化する等のおそれのない薄ＩＩＩＥＬ素子を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１の実施例を示す図で、第
１図は構成を示す断面図、第２図および第３図はそれぞ
れ第１実施例に対応する実験例■。 ■を示す平面図である。第４図は本発明の第２実施例の
構成を示す断面図である。第５図および第６図は従来例
の構成を示す断面図である。 １．１１・・・ガラス基板、２，７２・・・透明電極、
３．１３および５．１５・・・絶縁体層、４，１４・・
・ＥＬ発光層、６．１６・・・背面電極、１７・・・引
出し電極、１８・・・絶縁体層。 出願人代理人　弁理士　坪井　淳 第４図 第５図 第６　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板上に透明電極，絶縁体層，ＥＬ発光層，背面電極
   等を積層した薄膜ＥＬ素子において、前記透明電極に難
   蒸発性物質からなる導電部材で形成した引出し電極を接
   続し、この引出し電極の引出し端部を残して前記透明電
   極全体を前記絶縁体層等により被覆したことを特徴とす
   る薄膜ＥＬ素子。