JPS63119196A - 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３′＼−／ 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
着などによシ形成される。

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（特
公昭５３−４２３９８参照）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６５−２７３５４参照）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寸での時間と、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素子を長時間部６ベー
／ 動じた場合表示情報に応じて発光させだ絵素では、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、
または全部が特定された薄膜材料である酸窒化アルミニ
ウム薄膜で構成することで上記問題点を解決した。

作　　用 発光開始電圧の経時的な変動は、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。

６′−７ 誘電体層のＥＬ発光層と接する部分に、少くとも酸窒化
アルジニウム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、単に酸窒化アルミニウム薄膜の
み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、２’ｒ　ｌｏ、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６０Ｑｎｍに形成し
た。さら７′・　／ にその上に酸窒化アルミニウムＡ　Ｂ、　Ｎ　−ｎＡ　
１２０３薄膜で組成がｎ＝＝２　、３．５　、および６
の各々の薄膜４を、それぞれの組成を持つ酸窒化アルミ
ニウムセラミックターゲットを用い、高周波マグネトロ
ンスパンタリング法で窒素アルゴンプラズマ中で厚さ６
０ｎｍに形成した。酸窒化アルミニウムは一般に上記組
成式においてｎ二２〜５の広い固溶液を持つ。セラミッ
クのスパッタリングターゲットは所定の組成になるよう
に配合された微粉末ＡｆｉＮとＡＬ２０３の混合物をカ
ーボン金型につめ、真空雰囲気中で１６００°Ｃでホッ
トプレソシングすることで作成した。

以上のようにして組成の違う酸窒化アルミニウムを形成
した３種のガラス基板／工ＴＯ／５ｒ（ｚｒｏ、２Ｔｉ
０．８）０３／酸窒化アルミニウム構成基板を作成した
。

５ｒ（Ｚｒｏ、２Ｔｉｏ、８）０３誘電体薄膜３と酸窒
化アルミニウム薄膜４により、第１誘電体層５が形成さ
れる。

３種類の酸窒化アルミニウム薄膜４の上には、同時に共
蒸着法により、基板温度２００°Ｃで、厚さ４００ｎｍ
のマンガン添加硫化亜鉛薄膜からなるＥＬＬ光体層６を
形成した。その後、同じく３種類の基板を同時に真空中
４５０〜５８０°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前記と同様な手法で酸窒化アルミニ
ウム７を３種の基板で各々第１誘電体層と同一組成のも
のを５０ｎｍの厚さに形成した。

その上に三種類の基板に同時にタンタル酸バリウムＢａ
　Ｔ　ａ　２０６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−電体薄膜８と酸窒
化アルミニウム薄膜７によシ、第２誘電体層９が形成さ
れる。最後にその上に厚さ１６０　ｎｍのＡｎを真空蒸
着し、ホトリソ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９パ−・ の薄膜ＥＬ素子から酸窒化アルミニウム薄膜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１．５％以下であった（第２
図ｂ）。窒素含量の多い酸窒化アルミニウムを組込んだ
ＥＬ素素子像低下率小さく、３種類のＥＬ素子とも１０
０時間後はほとんど低下は見られなかつ牟。

本実施例では酸窒化アルミニウム薄膜をＥＬＬ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
、ＥＬＬ光体層と接する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、本発明の酸窒化アル
ミニウム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
酸窒化アルミニウム薄膜のみで第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１ｏ′−一 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ブスカイ
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
電体と薄い酸窒化アルミニウム薄膜を組合わせ、ＥＬＬ
光体層と酸窒化アルミニウム薄膜が接するように配置す
ればよい。酸窒化アルミニウムの膜厚は１０ｎｍ以上で
効果が見られたが、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、５ｒＴｉ○３で１４０、Ｔｉ　位置に更にＺｒを
２０％固溶させた実施例で示したＳ　ｒ　（Ｚｒ　ｏ、
２Ｔｉｏ、８）０３　は１００の誘電率を持つ。他にＳ
ｒの１１　′・−／ 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
ような厚いペロブスカイト組成酸化物誘電体と薄い酸窒
化アルミニウム薄膜との複合層を用い、第２誘電体層と
しては実施例のように比較的誘電率が２２と小さいが膜
厚の薄いＢ　ａ　Ｔａ　２０ｓ薄膜と酸窒化アルミニウ
ム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駆動型のＥＬ素子
を作成できる。

第２誘電体層はＢ　ａ　Ｔａ　２０６　薄膜のような比
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、
ＴｂＦ　　ＳｍＦ　　ＥｒＦ　　ＴｍＦ　　、　ＤｙＦ
３゜３’　　　　　３１　　　　３　　ツ　　　　３Ｐ
　ｒ　Ｆ３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・・・・・・酸窒
化アルミニウム薄膜、５・・・・・・第１誘電体層、６
・・・・・・ＥＬ発光体層、７・・・・・・酸窒化アル
ミニウム薄膜、８・・・・・酸化物誘電体薄膜、９・・
・・・第２誘電体層、１０・・・・・背面電極。

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
   、または全部が酸窒化アルミニウムＡｌＮ＿−＿ｎＡｌ
   ＿２Ｏ＿３（ｎ＝２〜５）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以上の厚さを持つ酸窒化アルミニウム薄膜と、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螢光体層を接する部分の１０
   ｎｍ以上の厚さを持つ酸窒化アルミニウム薄膜とチタン
   酸ストロンチウム系酸化物誘電体薄膜で構成したことを
   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
   上の厚さを持つ酸窒化アルミニウム薄膜とタンタル酸バ
   リウム系酸化物誘電体薄膜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。