JPS63116394A - 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 本発明は文字図形などの表示に用いる薄膜ＥＬ素子に関
するものであり、更に詳しくは発光特性が長期に渡って
安定な薄膜ＥＬ素子に関する。

薄膜ＥＬ素子は薄型で表示の視認性が優れているため、
ＯＡ機器などの端末ディスプレイとして最適である。

従来の技術 従来より電場発光螢光体を用いた固体映像表示装置とし
てＸ−Ｙマトリクス表示装置が知られている。この装置
は電場発光層の両面に水平平行電極群と垂直平行電極群
とを互いに直交するように配置し、それぞれの電極群に
接続された給電線により切換え装置を通して信号を加え
て両電極の交点部分の電場発光層（以下ＥＬ発光体層と
略称する）を発光させ（この交点の発光部分面を絵素と
称する）、発光した絵素の組み合わせによって文字記号
、図形等を表示させるものである。

ここで用いられる固体映像表示装置の表示板としては、
通常ガラス等の透光性基板上に透明な平行電極群を形成
し、その上に第１誘電体層、ＥＬ発光体層、第２誘電体
層を順次積層し、さらにその上に背面平行電極群を下層
の透明平行電極群に直交する配置で積層して形成する。

一般に透明平行電極としては平滑なガラス基板上に酸化
インジウムを被着するなどにより形成される。これに直
交し、対向する背面電極としてはアルミニウムが真空蒸
着などにより形成される。

第１誘電体層や第２誘電体層に用いる材料としては、誘
電率が大きく、絶縁破壊電界強度が大きい材料が低電圧
駆動に適している。前者は、主に透明電極および背面電
極により印加される電圧の、より多くの割合をＥＬ発光
体層に印加し、駆動電圧を低下させるためであり、後者
は主に絶縁破壊を起こさない安定な動作のために重要で
ある。このような低電圧で駆動ができ、安定性の優れた
薄膜ＥＬ素子を構成するための誘電体層としては誘電率
が大きな酸化物誘電体薄膜（特開昭６６−４５５９５参
照）の方が誘電率が小さな酸化珪素や窒化珪素（特公昭
６３−４２３９８参照）よシ適しており、酸化物誘電体
薄膜を用いた薄膜ＥＬ素子が広く研究されている。

発明が解決しようとする問題点 マトリクス状電極を有する薄膜ＥＬ素子を、−斉反転方
式により線順次駆動（特公昭５６−２７３５４参照）し
、１走査期間で２回の発光を行わせる場合、透明電極と
背面電極に挾まれた各絵素においては絵素が配置された
場所によって、正極性のパルスが印加されてから逆方向
のパルスが印加されるまでの時間と、逆極性のパルスが
印加されてから正極性のパルスが印加されるまでの時間
が異なる。このような正・逆パルスの位相が異なる駆動
法により従来技術による薄膜ＥＬ素子を長時間駆動した
場合表示情報に応じて発光させた絵素では、発光させな
かった絵素と比較して、発光開始電圧が数ボルト変動す
るという問題点があった。

本発明の目的は、前記問題点を解決し、位相が異なる交
流パルスや正・逆方向の振幅が異なる交流パルスで、駆
動しても、長期間て渡シ安定した動作が可能な薄膜ＥＬ
素子を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明は、透光性基板上に、透ＢＡ電極、第１誘電体層
、ＥＬ発光体層、第２誘電体層、および背面電極を順次
積層してなる薄膜ＥＬ素子において、前記第１誘電体層
および前記第２誘電体層の前記ＥＬ発光体層側の一部分
、または全部を特定された薄膜材料であるＭｑ２Ｓ　ｉ
　Ｏ４薄膜で構成することにより上記問題点を解決した
。

作　　用 発光開始電圧の変動は、ＥＬ発光体層と誘電体、層との
界面に、種々の深さのトラップ準位が新たに形成される
ことや、ＥＬ発光体層と誘電体層との反応により生じる
ものと考えられる。誘電体層のＥＬ発光層と接する部分
に、少くともＭｑ２Ｓ　Ｉ　Ｏ４薄膜を介在させた複合
誘電体層にすることにより、トラップ準位の形成が抑制
され、長時間に渡り安定した動作が可能になったものと
考えられる。もちろん複合誘電体層とせず、単に狗２Ｓ
　１０４薄膜で誘電体層を形成しても同様な効果がある
。と言うのは誘電体層とＥＬ発光層の界面の性質が重要
であるからである。

実施例 第１図は本発明にかかる薄膜ＥＬ素子の断面構造を示す
。図において、１はガラス基板であり、その上に合金タ
ーゲットを用いてインジウム、スズ混晶酸化物薄膜（以
下ＩＴｏ薄膜と略称する）を直流スパッタ法で形成し、
ホ）　ＩＪソグラフィ技術によりストライブ状に加工し
、透明電極２とした。その上にチタンジルコン酸ストロ
ンチウム５ｒ（ｚｒｏ、２Ｔｉ（３Ｂ　）０３誘電体薄
膜３を酸化物セラミックターゲットを用い、高周波マグ
ネトロンスパッタ法で、厚さ６００ｎｍに形成した。

さらにその上に、Ｍｇ２５ｔ○４酸化物セラミツクター
ゲツトを用い、５０ｎｍの厚さのＭｇ２Ｓｉ○４２膜４
を高周波マグネトロンスパッタ法で形成した。

５ｒ（Ｚｒ　　　Ｔｔ　　　）Ｏ誘電体薄膜３とＭｇ２
　Ｓ　１Ｏ４０，２０，８３ 薄膜により、第１誘電体層６が形成される。

Ｍｇ　２Ｓ　ｉＯ４薄膜４の上には、共蒸着法により、
基板温度２００″Ｃで、厚さ４００　ｎｍのマンガン添
加硫化亜鉛薄膜からなるＥＬ発光体層６を形成した。

その後、真空中４５０〜６８０°Ｃの温度範囲で１時間
熱処理をして発光体層の光学的活性化を行った。発光体
層の上に再びＭｇ２　Ｓ　ｓ　Ｏ４薄膜了を前記と同様
な手法で５０ｎｍの厚さに形成した。その上にタンタル
酸バリウムＢ　ａ　Ｔ　ａ　２０ｅ誘電体薄膜８を、酸
化物セラミックをターゲットとして、高周波スパッタ法
で厚さ２０　ｎｍに形成した。Ｂ　ａ　Ｔ　ａ　２０　
ｅ誘電体薄膜８とＭｇ２Ｓｉ○４薄膜７により、第２誘
電体層９が形成される。最後にその上に厚さ１５０ｎｍ
のＡＩを真空蒸着し、ホトリソグラフィ技術により、Ｉ
Ｔｏ透明電極とは直交する方向に、ストライプ状の背面
電接１０を形成し、薄膜ＥＬ素子を完成した。

本発明の一実施例にかかる薄膜ＥＬ素子と、その薄膜Ｅ
Ｌ素子からＭｇ２Ｓｉ○４薄膜４および７を除いた従来
の薄膜ＥＬ素子とに、第２図に示すような位相の異なる
交流パルス電圧を印加した。その結果第３図に示すよう
に、従来の薄膜ＥＬ素子では１００時間で約６チ発光開
始電圧が低下したのに対しく第２図ｄ）、本発明の薄膜
ＥＬ素子では１．０係以下であった（第２図ｂ）、更に
それ以後５０００時間まで、はとんど発光開始電圧の低
下は見られなかった。

本実施例ではＭｇ２　Ｓ　ｉＯ４薄膜をＥＬ発光体層の
両側に接して形成したが、第１誘電体側だけに形成した
場合でも、効果は多少落ちるが有効であった。

すなわち、ＥＬ発光体層と接する第１．第２誘電体層の
薄膜誘電体材料によって、上記発始電圧の経時変化の割
合が変り、本発明のＭｇ　２　Ｓ　ｉ○４薄膜のように
実験の結果選定された特定誘電体薄膜が発光体層と接し
ていなくてはならない。もちろんＭｃ１２ｓｉｏ４薄膜
のみで第１誘電体層と第２誘電体層の片方または両方を
形成してもかなわない。しかし、特に低電圧駆動のＥＬ
素子を作成する場合、複合誘電体層を形成した方が都合
が良い。一般に低電圧駆動のＥＬ素子を作成する場合、
厚さの薄い誘電体薄膜を用いるか、厚くとも誘電率の高
い誘電体薄膜を用いればよい。薄い誘電体薄膜の使用は
ＥＬ素子の耐絶縁破壊特性に難があるので、本発明の目
的の経時的に安定な発光開始電圧を持ち、かつ低電圧駆
動のＥＬ素子を得ようとする場合、実施例のごときペロ
プスカイト組成酸化物であるチタン酸ストロンチウム系
の厚い誘電体と薄いＭｇ２Ｓｉ○４薄膜を組合わし、Ｅ
Ｌ発光体層とＭｇ２　Ｓ　ｉ０４薄膜が接するように配
置すればよい。この時Ｍｑ２Ｓ　１０４の膜厚はより薄
い方が低電圧駆動に都合がよいが、Ｍｇ２５　ｉ　Ｏ４
薄膜の効果は２０　ｎｍ以上で現われるので、製膜時の
膜厚コントロールのし易さを考慮して実施例のように５
０ｎｍ付近が適当である。ペロブスカイト組成酸化物誘
電体は一般に高い誘電率を持ち、Ｓ　ｒ　Ｔ　１０３で
１４０．Ｔｉ位置に更にＺｒ　を２０係固溶させた実施
例で示した５ｒ（Ｚｒ０．２Ｔ１ｏ、８）０３は１００
の誘電率を持つ。

他にＳｒの位置をＢａ、Ｐｂ、Ｃａイオン等で部分的あ
るいは全部置換してもよいし、Ｔｉの位置をＳｎ。

Ｈｆ等で置換しても安定な高誘電率薄膜が得られる。第
１誘電体層は上記のごとき厚いペロブスカイト組成酸化
物誘電体と薄いＭｇ２５１０４薄膜との複合層を用い、
第２誘電体層としては実施例のごとき比較的誘電率が２
２と小さいが膜厚の薄いＢ　ａ　Ｔａ　２０６薄膜とＭ
ｇ２５ｉｎ４薄膜との複合誘電体層を用いることで本発
明の目的にかなった、耐電圧特性の良好な低電圧１駆動
型のＥＬ素子を作成できる。

第２誘電体層は比較的誘電率の低い誘電体薄膜を用いた
方が、一般にＥＬ素子の伝播性絶縁破壊を抑制すること
ができ、更に低電圧駆動をさせる場合はその厚さを薄く
すればよい。

ＥＬ発光体層６は活性物質を含む硫化亜鉛ＺｎＳを用い
ることができる。活性物質としては実施例のＭｎ以外に
、ＴｂＦ３ｔ　Ｓ　ｍＦ　３＋　Ｅ　ｒ　Ｆ　３．　Ｔ
　ｍＦ３．ＤｙＦ３ｒＰ　ｒ　Ｆ　３が適当である。Ｅ
Ｌ発光体層６はＺｎＳ以外のもの、たとえばＣａＳやＳ
ｒＳに活性物質を含んだものも利用でき、電場発光を示
すものであればよい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、低電圧駆動も可能であり
、長時間の駆動によっても発光開始電圧の変動が極めて
小さい薄膜ＥＬ素子を再現性良く形成することができ、
コンピュータ端末などの薄形、高品位ディスプレイなど
に広く利用でき、実用的価値が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる薄膜ＥＬ素子の構成を示す断面
図、第２図は薄膜ＥＬ素子の駆動電圧波形を示す図、第
３図は発光開始電圧の経時変化を示す図である。 １・・・・・・ガラス基板、２・・・・・・透明電極、
３・・・・・・酸化物誘電体薄膜、４・・・・・・Ｍｇ
２５１０４薄膜、５・・・・・・第１誘電体層、６・・
・・・・ＥＬ発光体層、７・・・・・・Ｍｑ２Ｓｉｏ４
薄膜、８・・・・・・酸化物誘電体薄膜、９・・・・・
・第２誘電体層、１ｏ・・・・・・背面電極。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ブー
ーー力゛“ラス１すｒ文 ？−−−送朋電靴 ３−一一皺化駒誘電体應哀 ４　−Ｍ９２ＳｉＯ４傳戻 δ−−−苓１彷覧本第 ６一−−ＥＬ発光１午墨 ７−−−Ｍ９２ＳｉＱ４為朕 ３−一一卸暗ヒ午り翌）１覧１キ亭蝉哀９−−−篤２梧
亀１苓峨 １０−−一肯況霜口仮 第１図 ／ｎ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）透光性基板上に、透明電極，第１誘電体層，ＥＬ
   発光体層、第２誘電体層、および背面電極を順次積層し
   てなる薄膜ＥＬ素子において、前記第１誘電体層および
   前記第２誘電体層の前記ＥＬ発光体層と接する側の一部
   分、または全部がＭｇ＿２ＳｉＯ＿４薄膜で構成されて
   いることを特徴とする薄膜ＥＬ素子。
2. （２）第１誘電体層をＥＬ発光体層に接する部分の２０
   ｎｍ以上の厚さを持つＭｇ＿２ＳｉＯ＿４薄膜と、ペロ
   ブスカイト組成酸化物誘電体薄膜との積層膜としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜ＥＬ素子
   。
3. （３）第１誘電体層をＥＬ螢光体層と接する部分の２０
   ｎｍ以上の厚さを持つＭｇ＿２ＳｉＯ＿４薄膜とチタン
   酸ストロンチウム系酸化物誘電体薄膜とで構成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜ＥＬ素子
   。
4. （４）第２誘電体層をＥＬ発光体層と接する２０ｎｍ以
   上の厚さを持つＭｇ＿２ＳｉＯ＿４薄膜とタンタル酸バ
   リウム系酸化物誘電体薄膜とで構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の薄膜ＥＬ素子。