JPS62271396A - 薄膜エレクトロルミネセンス構造体の製造方法 - 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】 発明の分野 本発明は、薄膜型エレクトロルミネセンス（ＥＬ）装置
に関する。特には、本発明は、薄膜型エレクトロルミネ
センス装置の発（螢）光層をスパツタリングにより付着
形成するに際しての改善方法と関係する。

発明の背景 薄膜型エレクトロルミネセンス装置は様々の形態のディ
スプレイ用に使用される。代表的Ｋ、この装置は、−面
に、実質上透明である非常に薄い電導性電極を具備する
透明基板を使用する。この第１電極には絶縁層が被覆さ
れる。適当な発光材料の層がこの絶縁層に被覆される。

発光層はもう一つの絶縁層で被覆されそして適宜のパタ
ーンを有する第２の電導性電極が該第２絶縁層上に形成
される。作動条件下で、上下電極間に電圧が印加されて
、両電極間の発光層部分を発光せしめ、以つて透明基板
を透視する時目視可能パターンを与える。

薄膜型エレクトロルミネセンス装置を構成する各種層を
付着するのに、熱的蒸着、電子ビーム蒸着、化学蒸着（
ＣＶＤ）及びスパツタリングを含め様々の方法が使用さ
れてきた。経済的な製造プロセスの観点からは、すべて
の層がスパツタリングにより付着されることが所望され
る。電導層及び絶縁層に関しては、これら暦月に代表的
に使用される材料に対してのスパツタ付着技術が確立さ
れているから問題はない。しかし、これまでは、スパツ
タ技術を使用することにより満足しうる特性を有する発
光層を得ることが困難であった。満足しうる発光層を得
る為に、これらは通常蒸着法を使用することにより形成
されてきたが、そうした方法は大規模生産へ容易に適応
し難く、従って一層費用がかかった。

代表的に、発（螢）光層は、硫化亜鉛を主体としそこに
賦活剤、多（はマンガン（Ｍ　ｎ　）を加えたものであ
る。スパツタリングにより硫化亜鉛発光層を形成するに
除して、従来技術は、アルゴンと少量の硫化水素から成
るスパツタリング雰囲気にある室内に収納された硫化亜
鉛ターゲットにｒｆ　（ラジオ周波数）のエネルギーを
適用することによった。エレクトロルミネセンス装置に
おいて発光層を生成するに際してのこの方法の欠点の一
つは、ターゲットスパツタ侵食過程中硫化亜鉛の非常に
小さな粒子が形成される傾向があることである。これら
粒子の多くは基板上に衝突しそして成長皮膜中に巻込ま
れ、その部位ではこれら粒子は、それらが存在しなけれ
ば高度に配向されたはずの発光層の結晶構造及び幾何学
的形状両方において不連続部を呈する。加えて、硫化◆
鉛ターゲットを空気ＫＩ！曝した後には、それをスパツ
タリング用ターゲットとしての使用の為の満足しうる状
態に戻す為に長時間の予備スパツタリングが必要である
（酸化表面層を除去するため）。

発明の概要 一様で高品質の硫化亜鉛発光層皮膜を有する薄膜エレク
トロルミネセンス構造体が本発明に従うスパツタリング
法により生成される。本方法は、１！導性材料製の透明
皮漠な付着せしめそして断熱材料コーテイングを該皮膜
上に被覆した透明材料製基板を用意することから始まる
。この基板と元素亜鉛を含むターゲットとが、硫化水素
を含む雰囲気を有する室内に置かれる。電気エネルギー
がターゲットに適用されて、そこからスパツタリングを
生ぜしめ、それにより元素亜鉛は硫化水素と反応して絶
縁材料コーテイング上に硫化亜鉛層を付着形成する。

図面は、薄膜エレクトロルミネセンス装置の一部を例示
する。この装置は、透明でありそして代表的にはガラス
製である基板１０を含んでいる。

代表的にはインジウム−錫酸化物或いは酸化錫である簿
い透明電導性電極１１が基板１０の表面上に形成される
。透明電極１１は通常ディスプレイに応じて特定された
所定のパターンを有する。電極１１は絶縁材料層１２に
より覆われる。絶縁材料は、窒化ケイ素、タンタル酸バ
リウムその他の材料とされうる。薄膜エレクトロルミネ
センス発（螢）光材料層１Ｓが絶縁材料層１２上に付着
される。代表的に、発光層１３は硫化亜鉛（ＺｎＳ　）
を母体としそこにマンガンのような賦活剤を添加したも
のから成る。第２の絶縁材料層１４が発光層１３上に付
着される。第２絶縁材料層は鵠１絶縁材料層１２と同じ
材料でもよいし、異ったものでもよい。一般にアルミニ
ウムである第２電極１５が絶縁材料層１４０表面上に所
定のパターンで形成される。リード線２１及び２２とし
て略示されるように、電気的接続体が電極１１及び１５
それぞれに適用される。上下両電極を横切って印加され
る電圧が介在発光層材料部分なエレクトロルミネセンス
現象により発光せしめ、以ってガラス基板１０を通して
見ている人に目視可能な表示を現出する。

第１電極１１は公知のスパツタリング技術を使用するこ
とによりガラス基板１０上に付着されうる。同じく、絶
縁材料層１２もスパツタリングにより第１電極１１上に
付着されうる。後述の態様で発光層１５が付着された後
、第２の絶縁材料層１４がやはりスパツタリングにより
付着される。

第２１！極１５が通常然着技術を使用することにより付
着される。

本発明に従う薄膜エレクトロルミネセンス装置の作製に
おいて、発光層の硫化亜鉛は、硫化水素（Ｈ，Ｓ）と不
活性ガスとを含む雰囲気中で元素亜鉛から成る金属ター
ゲットを使用するスパツタ反応過程により付着される。

この過程は従来型式のスパツタ装置において実施されう
る。適当な基板温度及び硫化水素圧力の下で、化学量論
の硫化亜鉛の付着層が得られる。特には、満足すべき結
果は、基板温度が約１００〜３５０℃の範囲に維持され
そしてスパツタリング気体中の硫化水素の濃度が約５〜
２０容積チの範囲内にありそして残部が不活性ガス（ア
ルゴン）の時に得られる。

有用なエレクトロルミネセンス皮膜を提供する為には、
硫化亜鉛母体は、代表的にはマンガンである適当な賦活
剤で賦活即ちドープされる。賦活皮膜は別個のターゲッ
トからマンガンを同時スノくツタリングすることにより
形成されうる。米国特許第４．２７９．７２６号の教示
に習えば、基板は亜鉛及びマンガンターゲット下を順次
通過するよう回転され５る。マンガンがスパツタ時に通
る孔の寸法と２つのターゲットに適用されるｒｆエネル
ギーは、約０．５〜ｔＯ重ｉ−チの範囲内のマンガン含
有量を持つ硫化亜鉛発光皮膜を生成するようなものとさ
れる。マンガンは、ターゲット全体を通して分散せしめ
ることにより或いは亜鉛と合金化することにより単一タ
ーゲットにおいて亜鉛と共に組入れることも出来る。亜
鉛とマンガンの相対量は、スパツタリングに際して付着
発光皮膜が所望のマンガン比率を有するように選択され
る。マンガン以外の賦活剤も使用出来、特に希土類元素
のうちの様々のものが有用である。希土類賦活剤はまた
共賦活剤と共にも使用されうる。

実施例 図面に例示した構造の装置を作製するべく、ガラス基板
１０上に約１０００〜２０００人の厚さの第１電極１１
を形成するべく所定のパターンにおいてインジウム−錫
酸化物を付着した。２０００〜４０００人厚のタンタル
酸バリウム絶縁層１２を適当なターゲット源を用いての
スパツタリング技術により付着した。次いで、硫化亜鉛
発光層１３を、元素状亜鉛から成る一つのターゲットと
マンガン製のもう一つのターゲットを用い、基板１０と
層１１及び１２との組立体を回転しながら同時スパツタ
リングすることＫより形成した。基板温間が約２００〜
２５０℃に維持されそしてスパツタリング気体が約１０
答積チ硫化水索−残部アルゴンである時に特に良い結果
が得られた。総気体圧力は約１０ミクロンに維持された
。元素亜鉛ターゲットに適用されたｒｆ［力密度は８　
ｗ　／ｉｎ２　であった。０．５〜ｔＯ重ｉ％マンガン
を含有する生成発光層１３は４０００〜６０００人厚で
あった。その後、発光層１ｓｒｓ、スパツタリングによ
りやはり形成された２０００〜４０００人厚のタンタル
酸バリウムの第２絶縁層１４で禎覆された。最終の第２
電極１５はアルミニウムを所望のパターンで蒸着するこ
とにより形成された。

アルミニウム電極は１０００〜２０００人厚を有した。

本発明に従って生成された薄膜エレクトロルミネセンス
構造体において、一様な、化学量論比の硫化亜鉛薄膜が
得られた。これまでの硫化亜鉛ターゲットからスパツタ
リングにより形成された硫化亜鉛皮膜中に固有に埋入さ
れた粒状５ｉ１質は実質上排除されたことが確認された
。

エレクトロルミネセンス装置の重要な特性は電気的破壊
即ちブレークダウンなく維持されうる電荷密度である。

代表的に、エレクトロルミネセンス装置は２．５μＣ／
ｃＩｒＬ！以下の電荷密度で作動されている。多（の型
式の先行技術装置において、適用電圧が増大されるにつ
れ電荷密度がｔＯ〜ｔ５μＣ／儂１に達する時局所的帯
域においてアークが発生する傾向がある。一般に、この
アーク発生は、アルミニウム電極がアークのと（近傍で
焼えた後自然に装置が通常の安定操作に戻る点で自己回
復性である。しかし、電荷密度の水準が′：；Ｌ５〜＆
５μＣ／Ｃｒ！Ｌ！の範囲にまで増加すると、局所的ア
ーク発生は、装置を安定状態に達することなく焼損せし
めるまでに充分大きくかつてしまう。

約α０５（１７７１”面積の個々の部片を有する本発明
に従って作製された装置の高い割合のものが、局所的ア
ーク発生を生ずることなく約４μＣ／ｃＭＬ”の電荷密
度まで直接的に持ちきたされた。また、自己回復式ブレ
ークダウン現象をほとんど伴うことなく５μＣ／ｃｍ”
を超える電荷密度で安定性を実現することが可能であっ
た。多くの装置において、壊滅的な装置焼損は７〜８μ
Ｃ／儂２の電荷＠度が達成されるまで起らなかった。加
えて、本発明に従って作製された装置の作動電圧が上昇
するＫつ扛、照光がかなり一様な態様で起ることが観察
された。先行技術の装置において起るような、発光層に
おける不連続を示す光の散乱した点状部の存在なく、高
い輝度が得られた。

以上、本発明について具体的に説明したが、本発明の範
囲内で多くの改変を為しうろことを銘記されたい。

【図面の簡単な説明】

因習は本発明に従う薄膜エレクトロルミネセンス構造体
の一部の断面図である。 １０：基板 １１：第１′１！極 １２：絶縁層 １３：発光層 １４：絶縁層 １５：第２電極 ２１．２２　：　リード線 ′Ｔ′１ 代理人の氏名　　倉　内　基　弘　“、　。 ５、・′＼ 同　　　　　　　風　　間　　弘　　志　　ｒ　　　・
（、−１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）薄膜エレクトロルミネセンス構造体を製造する方法
   であつて、 電導性材料製透明皮膜を付着せしめると共に該透明皮膜
   を上被する絶縁材料製コーテイングを具備する透明材料
   製基板を用意し、 前記基板及び元素状亜鉛を含むターゲツトを硫化水素を
   含む雰囲気を有する室内に置き、そして 前記ターゲツトに電気エネルギーを適用して該ターゲツ
   トからスパツタリングを生ぜしめ、それにより元素状亜
   鉛を硫化水素と反応せしめて前記絶縁材料製コーテイン
   グ上に硫化亜鉛の層を付着形成することを特徴とする 薄膜エレクトロルミネセンス構造体を製造する方法。 ２）ターゲツトに電気エネルギーを適用している間基板
   を約１００〜３５０℃の温度に加熱する特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ３）室雰囲気が約５〜２０容積％硫化水素と残部不活性
   ガスから成る特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４）ターゲツトに電気エネルギーを適用している間基板
   を約２００〜２５０℃の温度に加熱しそして室雰囲気が
   約１０容積％硫化水素と残部不活性ガスから成る特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ５）不活性ガスがアルゴンである特許請求の範囲第４項
   記載の方法。 ６）室内に硫化亜鉛用賦活剤物質を含む第２ターゲツト
   を置きそして硫化亜鉛層が付着せしめられている間該第
   ２ターゲツトに電気エネルギーを適用してそこから賦活
   剤物質のスパツタリングを生ぜしめることを含み、それ
   によりスパツタリングされた賦活剤物質が硫化亜鉛と共
   に付着して賦活剤物質を含有する硫化亜鉛層を形成する
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７）賦活剤物質がマンガンである特許請求の範囲第６項
   記載の方法。 ８）ターゲツトが硫化亜鉛用賦活剤物質と元素状亜鉛か
   ら実質成り、そして該ターゲツトへの電気エネルギーの
   適用が賦活剤物質のスパツタリングを生ぜしめ、それに
   よりスパツタリングされた賦活剤物質が硫化亜鉛と共に
   付着して、賦活剤物質を含む硫化亜鉛層を形成する特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ９）賦活剤物質がマンガンである特許請求の範囲第８項
   記載の方法。 １０）硫化亜鉛層を上被する第２の絶縁材料コーテイン
   グを付着する段階及び該第２絶縁材料コーテイングを上
   被して所定のパターンで電導性材料層を形成する段階を
   含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 １１）電導性材料製透明皮膜を付着せしめると共に該透
   明皮膜を上被する絶縁材料製コーテイングを具備する透
   明材料製基板を用意する段階が、 所定のパターンにおいて電導性材料製透明 皮膜を付着せしめた透明材料基板を用意し、そして 該電導性材料製透明皮膜を上被して絶縁材 料製の薄いコーテイングを付着すること を含む特許請求の範囲第１０項記載の方法。 １２）電導性材料の透明皮膜を上被して絶縁材料の薄い
   コーテイングを付着する段階が、 所定のパターンにおいて電導性材料製透明 皮膜を付着せしめた透明材料製基板を、絶 縁材料用源であるターゲツトを収納しそし てスパツタリング用気体雰囲気を有するス パツタリング室内に置き、そして前記ター ゲツトに電気エネルギーを適用してスパツ タリングを生ぜしめ、スパツタリングされ た絶縁材料を前記基板及び透明皮膜上に付 着せしめて絶縁材料コーテイングを形成す ること を含み、そして 硫化亜鉛層を上被して第２の絶縁材料コーテイングを付
   着する段階が、 電導性材料製透明皮膜、絶縁材料コーテイ ング及び硫化亜鉛層を具備する透明材料製基板を絶縁材
   料用源であるターゲツト を収納しそしてスパツタリング用気体雰囲気を有するス
   パツタリング室内に置き、そして前記ターゲツトに電気
   エネルギーを適用し てスパツタリングを生ぜしめ、スパツタリ ングされた絶縁材料を前記硫化亜鉛層上に 付着せしめて第２の絶縁材料コーテイング を形成すること を含む特許請求の範囲第１１項記載の方法。 １３）元素状亜鉛を含むターゲツトに電気エネルギーを
   適用しつつ基板を約２００〜２５０℃の範囲の温度に加
   熱しそして室雰囲気が約１０容積％硫化水素及び残部ア
   ルゴンを含む特許請求の範囲第１２項記載の方法。