JPS63119195A - 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 本発明は文字や図形などの表示に用いる薄膜ＥＬ素子に
関するものである。

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３１、
−； 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素子を構成するだめの誘電体層としては誘電率
が犬き々酸化物誘電体薄膜（特開昭５６−４５５９５参
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）より適しており、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５５−２７３５４参照）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、発光させ々
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、位相が異々る交
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、長期間に渡り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。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、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発光体層側の一部分、
捷たけ全部を特定された薄膜材料であるＺｎＡｌ２Ｏ４
薄膜で構成するものである。

作　　用 本発明は、誘電体層のＥＬ発光層と接する部分に、少く
ともＺｎＡｌ２Ｏ４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、６　へ−／゛ 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、ホトリソグラフィ技術によりストライプ
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Ｓ　ｒ　（Ｚ　ｒｏ、　２Ｔ　１　
ｏ、　ｓ　）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
６００　ｎｍに形成した。

さらにその上に、ＺｎＡ１２Ｑ４　酸化物セラミックタ
ーゲットを用い、５０ｎｍの厚さのＺｎＡｌ２Ｏ４薄膜
４を高周波マグネトロンスパッタ法で形成した。

５ｒ（Ｚｒｏ、２Ｔｉ０．８）０３誘電体薄膜３とＺｎ
Ａｌ２Ｏ４薄膜４により、第１誘電体層６が形成される
。

ＺｎＡｌ　２０４薄膜４の上には、共蒸着法により、基
板温度２００℃で、厚さ４００ｎｍ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℃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。

７　ｌ　−７ 発光体層の上に再びＺｎＡｌ２Ｏ４薄膜７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　ａ２０６　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２００ｎｍに形成した。Ｂ　ａ　Ｔ　ａ２０ｓ誘
電体薄膜８とＺｎＡｌ２Ｏ４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１６０ｎｍのＡ
ｄを真空蒸着し、ホトリングラフィ技術により、ＩＴＯ
透明電極とは直交する方向に、ストライプ状の背面電極
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ＺｎＡｌ２Ｏ４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％発光開
始電圧が低下したのに対しく第２図ａ）、本発明の薄膜
ＥＬ素子では１．３％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ＺｎＡｌ２Ｏ４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。

す彦わち、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ＺｎＡｌ２Ｏ４薄膜のように実験の
結果併示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ＺｎＡｌ２Ｏ４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
もかまわない。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灯台が良い。

一般に低電圧駆動のＥＩ、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Ｅ
Ｌ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　ｌ− あるチタン酸ストロンチウム系の厚い誘電体と薄いＺｎ
Ａｌ２Ｏ４薄膜を組合わし、ＥＬ発光体層とＺｎＡｌ２
Ｏ４薄膜が接するように配置すればよい。

この時ＺｎＡｌ２Ｏ４膜厚はより薄い方が低電圧駆動に
都合がよいが、ＺｎＡ１３２０４薄膜の効果は１０画以
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５０ｎｍ付近が適当である。

ペロプ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　ｉＯ３で１４０．Ｔｆ位置に更にＺ
ｒ　を２０％固溶させた実施例で示した５ｒ（Ｚｒｏ、
２Ｔｉ０．８）ｏ３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
ごとき厚いペロプスカイト組成酸化物誘電体と薄いＺｎ
Ａｌ２Ｏ４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２２と小さいが膜厚の
薄いＢ　ａ　Ｔ　ａ２０６　薄膜とＺｎＡｌ２Ｏ４薄膜
との複合誘電体層を用いることで０　ｌ−７ 本発明の目的にかなった、耐電圧特性の良好な低電圧駆
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
、ＴｂＦ３．　ＳｍＦ３．　ＥｒＦ３．　ＴｍＦ３．　
ＤｙＦ３゜Ｐ　ｒ　Ｆｓが適当である。ＥＬ発光体層６
はＺｎＳ以外のもの、たとえばＣａＳやＳｒＳ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、実用的価値が太きい。

１１　ｌ　−

【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・・・・・・Ｚｎ
Ａｌ２Ｏ４薄膜、５・・・・・・第１誘電体層、６・・
・・・・ＥＬ発光体層、７・・・・・・ＺｎＡｌ２Ｏ４
　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名鍔 一５３０＝ ′　　　タギ区爬ぜ田、９ 釈

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少な
   くとも一部分がＺｎＡｌ＿２Ｏ＿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１０
   ｎｍ以上の厚さを持つＺｎＡｌ＿２Ｏ＿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１０
   ｎｍ以上の厚さを持つＺｎＡｌ＿２Ｏ＿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１０ｎｍ以
   上の厚さを持つＺｎＡｌ＿２Ｏ＿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。