JPS63121297A - 薄膜型電界発光素子の製法 - 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】 〔技術分野〕 この発明は、薄膜型電界発光素子の製法に関する。

〔背景技術〕

近時、電子機器等の表示用素子として、薄膜型電界発光
素子が用いられるようになってきた。第２図は、薄膜型
電界発光素子の基本構成の一例である二重絶縁型交流駆
動電界発光素子をあられしたものである。表面に透明電
極層１６を備えたガラス基板３の上に、第１絶縁層１７
．蛍光体薄膜発光層１８．第２絶縁層１９が、この順に
重ねられ、その上に光反射性の金属電極層２０が設けら
れている。

このような構造の薄膜型電界発光素子を作るにあたり、
問題となるのは、蛍光体薄膜発光層１８の形成方法であ
る。従来行われている形成方法としては、電子ビーム加
熱蒸着法（以下ＦＥＢ蒸着法」と記す）、スパッタリン
グ法１分子線エピタキシャル法（以下ｒＭＢＥ法」と記
す）、有機金属化学気相成長法（以下ｒＭＯｃＶＤ法」
と記す）等が挙げられる。

これらの方法のうち、ＭＢＥ法では装置が高価で超高真
空を必要とし、かつ、制御方法が難しいことが問題とな
る。ＭＯＣＶＤ法では反応に用いるガスが高価で、かつ
、取扱が難しいことが問題である。

そこで、一般には、ＥＢ蒸着法で蛍光体薄膜発光層１８
を形成することが行われているが、このＥＢ蒸着法では
、クラスタが発生し易いと言う問題がある。クラスタが
発生すると、絶縁破壊や発光の不均一の原因となる。ま
た、図の例のような二重絶縁型交流駆動電界発光素子で
は、第１．第２絶縁層１７．１９をスパッタリング法で
形成しているため、その間にある蛍光体薄膜発光層１日
を全く装置の異なるＥＢ蒸着法で形成すると言うのは、
製造コスト等の点でも望ましくない。このため、蛍光体
薄膜発光Ｎ１８をもスパッタリング法で形成することが
望まれるが、従来のスパッタリング法では、基板がプラ
ズマ中に曝されるため、形成途中の蛍光体薄膜発光層１
８や、下地となる第１絶縁Ｎ１７が、イオン衝撃や電子
衝撃によるダメージを受け、良好な蛍光体薄膜発光層１
８を得ることができない、と言う問題がある。たとえば
、スパッタリング法による蛍光体薄膜発光層１８をＥＢ
蒸着法によるそれと較べると、輝度等の特性が劣ったも
のしか得られないのである。

〔発明の目的〕

この発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであって
、従来のスパッタリング法によるものよりも輝度等の特
性に優れ、しかも、ＥＢ蒸着法によるものに較べて発光
の不均一や絶縁破壊等の発生する恐れが少ない蛍光体薄
膜発光層を有する薄膜型電界発光素子を製造する方法を
提供することを目的としている。

〔発明の開示〕

以上の目的を達成するため、この発明は、少なくとも蛍
光体薄膜発光層を備えた薄膜型電界発光素子の製法であ
って、前記蛍光体薄膜発光層をスパッタリング法によっ
て堆積するにあたり、ターゲットとは異なる電位状態に
接続されたメツシュ電極をターゲットと基板との間に介
在させておくことを特徴とする薄膜型電界発光素子の製
法を要旨としている。

以下に、この発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明に使用されるスパッタリング装置の
一例である高周波マグネトロンスパッタリング装置をあ
られしている。

チャンバー１内にはターゲット２と基板３とが、互いに
対向するように配置されている。ターゲット２は、内部
に冷却水４を通すことで冷却されるようになっているタ
ーゲットホルダ５によって支えられているとともに、タ
ーゲット２の裏面には、プラズマを集束させるための磁
界を発生させるマグネット６・・・が設けられている。

ターゲットホルダ５は、そのまわりがシールド７で覆わ
れているとともに、プラズマ発生のための高周波電源８
がマツチングボックス９を介して接続されている。一方
、基板３は基板ホルダ１０を介して陽極電極１１上に保
持されている。

この発明に使用されるスパッタリング装置は、以上のよ
うなターゲット２と基板３との間に、ターゲットとは異
なる電位状態に接続されたメツシュ電極１２が置かれる
ことで構成されている。この実施例では、そのようなメ
ツシュ電極１２が、図にみるように、チャンバー１やシ
ールド７とともに、アース電位に接続されているが、正
電位に接続されるようであってもよい。要するに、ター
ゲットとは異なる電位に接続されていればよいのである
。メツシュ電極１２は基板前面０．５〜３ｃｍの位置に
、基板と平行に配置されていることが好ましい。

なお、図中１３は基板を加熱するためのヒータ、１４は
シャッタ、１５はターゲットホルダ５をチャンバー１と
電気的に分離するための絶縁体である。

以上のような高周波マグネトロンスパッタリング装置を
使用するこの実施例の工程は、以下のようである。

まず、ターゲットホルダ５に、蛍光体薄膜発光層となる
材料で形成されたターゲット２をセントする。蛍光体薄
膜発光層となる材料は、この発明では特に限定されない
が、たとえば、硫化亜鉛。

硫化ストロンチウム、硫化カルシウム等の母体材料に発
光付活剤として金属、ハロゲン価希土類等を添加したも
の等を使用することができる。

形成しようとする薄膜型電界発光素子が第２図にみるよ
うな二重絶縁型交流駆動電界発光素子である場合、基板
３としては、その表面に、透明電極層１６および第１絶
縁Ｎ１７が、この順に形成されたものを使用する。基板
３自体は、通常、ガラス製であることが多いが、その他
の材料からなっていてもよい。第１絶縁層１７をスパッ
タリング法で形成する場合には、第１図の装置を使用し
て、蛍光体薄膜発光層１８の形成に先立って、第１絶縁
Ｊ’！１７を形成するようにすればよい。さらには、第
２絶縁層１９や透明電極層１６等をも、同様にスパッタ
リング法で形成するようにすれば、第２図にみる薄膜型
電界発光素子のほとんどの部分を、１台のスパッタリン
グ装置で形成できるようになるのである。

つぎに、排気管２１より排気を行って、チャンバー１内
を高真空状態にしたあと、アルゴン、ヘリウム、ネオン
、硫化水素、酸素等のガスを単独で、あるいは複数混合
した状態でガス導入管２２から導入し、チャンバー１内
を一定のガス圧力にする。チャンバー１内のガス圧力は
特に限定されないが、通常、プラズマ発生に通した圧力
範囲とされている１　０−４〜１０−”Ｔｏｒｒオーダ
ーであることが好ましく、５　Ｘ　１０−４〜５　Ｘ　
１０−”Ｔｏｒｒ程度であることがより好ましい。基板
３を加熱する場合には、温度にもよるが、排気開始直後
から徐々に加熱していく等の方法を行えばよい。基板３
の加熱温度も、この発明では特に限定されず、基板の種
類や各層の材料、蛍光体薄膜発光層１８の形成条件等の
各種条件によって異なるが、通常、１５０〜２５０℃の
範囲が好ましい。

チャンバー１内のガス圧力が一定になり、また、基板を
加熱する場合には基板の温度が所定の温度になった段階
で、高周波電源８を作動させてターゲットホルダ５に高
周波電流を印加する。そうすると、ターゲツト２前面の
チャンバ−１内空間にプラズマが発生する。プラズマ発
生のためターゲットホルダ５に印加される高周波電流の
出力は、この発明では特に限定されないが、パワー密度
に換算して、１．０〜５．０Ｗ／ｃｊ程度が好ましい範
囲として挙げられる。

この段階でシャッタ１４を開くと、プラズマ中に曝され
たターゲット２からスパッタされて飛び出した蛍光体薄
膜発光層となる材料物質が基板３の表面に到達し、そこ
に堆積される。この際、従来のスパッタリング装置では
、基板３の表面もプラズマ中に曝されるようになってい
たため、形成途中の蛍光体薄膜発光層１８や、下地とな
る第１絶縁層１７が、イオン衝撃や電子衝撃によるダメ
ージを受け、良好な蛍光体薄膜発光層１８を得ることが
できなかった。これに対し、この発明では、基板３の直
前に、ターゲット２とは異なる電位状！３（ここではア
ース電位）に接続されたメツシュ電極１２が設けられて
いるため、プラズマはターゲット２とメツシュ電極１２
との間の空間に閉じ込められ、基板３がプラズマに曝さ
れることを防げるようになる。このため、基板３表面の
各層がダメージを受けることなく、第２図にみるような
薄膜型電界発光素子を得ることができるようになるので
ある。

以上のようにして形成された蛍光体薄膜発光層１８の上
に、さらに、第２絶縁層１９．光反射性の金属電極層２
０を積層すれば、第２図にみるような薄膜型電界発光素
子が得られる。

なお、これまでは、図面にあられされた実施例にもとづ
いてのみ、この発明の薄膜型電界発光素子の製法を説明
してきたが、この発明は図の実施例に限定されるもので
はない。たとえば、図の実施例では、スパッタリング装
置として高周波マグネトロンスパッタリング装置を使用
していたが、その他の形式のスパッタリング装置を用い
るようであってもよい。また、この発明によって作成さ
れる薄膜型電界発光素子は第２図の層構成のものに限ら
れず、その他の層構成をとるようであってもよい。要す
るに、少なくとも蛍光体薄膜発光層を備えた薄膜型電界
発光素子の製法であって、前記蛍光体薄膜発光層をスパ
ッタリング法によって堆積するにあたり、ターゲットと
は異なる電位状態に接続されたメツシュ電極をターゲッ
トと基板との間に介在させておくのであれば、その他の
構成は特に限定されないのである。

以下に、この発明を、具体的に説明する。

（確認試験１） ０．５重量％のマンガンをドープした硫化亜鉛の焼結タ
ーゲットを用い、第１表に示した条件下、第１図の高周
波マグネトロンスパッタリング装置を使用して、ガラス
基板上に膜厚６０００人の硫化亜鉛蛍光体薄膜を形成し
、それをＸ線回折法で評価した。

第１表 その結果、従来の、メツシュを使用しない方法で形成し
た硫化亜鉛蛍光体薄膜における、（１１１）に対応する
ピークの回折角２θであられしたピーク位置が２８．７
〜２８．９°であったのに対し、メツシュを使用したこ
の発明の方法で形成された硫化亜鉛蛍光体薄膜における
同測定値は２８．５５〜２　Ｂ、　６５°であって、硫
化亜鉛単結晶での値２８、５７°と非常に近い値を示し
た。このことから、この発明の方法で形成される蛍光体
薄膜発光層は、プラズマのイオン衝撃や電子衝撃による
ダメージが少なく、非常に良好な膜となっていることが
わかった。

（実施例１） 無アルカリガラスを基板とし、酸化インジウムに１０モ
ル％の酸化スズが配合された焼結体をターゲットとして
、高周波スパッタリング法によって前記無アルカリガラ
ス基板表面に膜厚３０００人の透明電極層を形成した。

形成された透明導電膜を５００℃、３０分間真空中で熱
処理したあと、この上に、チタン酸ストロンチウムの焼
結体をターゲットとして、同じく高周波スパッタリング
法によって膜厚６０００人の第１絶縁層を形成した。

以上のようにして透明電極層と第１絶縁層とが積層され
た無アルカリガラス基板を、第１図に示した高周波マク
ネトロンスパンタリング装置にセットし、０．５重量％
のマンガンがドープされた硫化亜鉛焼結体をターゲット
に使用してスパッタリングを行い、膜厚６０００人の蛍
光体薄膜発光層を形成した。なお、このとき、メツシュ
電極の設置条件（メツシュ番号、メツシュ位置、メツシ
ュ電位）は、先の確認試験１の場合と同様とした。

つぎに、この蛍光体薄膜発光層の上に、窒化シリコンの
焼結体をターゲットとして、同じく高周波スパッタリン
グ法によって膜厚３０００人の第２絶縁層を形成し、そ
の上に抵抗加熱真空蒸着法によって膜厚３０００人のア
ルミニウム電極膜を形成して、第２図にみるような二重
絶縁型交流駆動電界発光素子を得た。

なお、上記各層の形成条件は第２表に示した。

（比較例１） 蛍光体薄膜発光層の形成にあたり、メツシュを設置しな
かった以外は、実施例１と同様にして二重絶縁型交流駆
動電界発光素子を得た。

以上の実施例１および比較例１の二重絶縁型交流駆動電
界発光素子について、同一条件下での電圧（Ｖ）−輝度
（ｃｄ／ｎｆ）特性を測定した。結果を第３図に示す。

図の結果より、この発明の薄膜型電界発光素子の製法で
得られた実施例１の二重絶縁型交流駆動電界発光素子（
１）は、比較例１のもの（ＩＦ）に較べて、立ち上がり
が急峻で、かつ、飽和輝度も高いことがわかった。この
ことから、この発明による蛍光体薄膜発光層の膜質の向
上が、素子特性の向上に寄与していることがわかった。

〔発明の効果〕

この発明の薄膜型電界発光素子の製法は、以上のようで
あり、蛍光体薄膜発光層をスパッタリング法によって堆
積するにあたり、ターゲットとは異なる電位状態に接続
されたメツシュ電極をターゲットと基板との間に介在さ
せておくようにしており、形成途中の蛍光体薄膜発光層
や、下地となる第１絶縁層が、プラズマのイオン衝撃や
電子衝撃によるダメージを受けることがないため、従来
のスパッタリング法によるものよりも輝度等の特性に優
れ、しかも、スパッタリング法によればクラスタ等の発
生する恐れもないため、ＥＢ蒸着法によるものに較べて
発光の不均一や絶縁破壊等の発生する恐れが少ない蛍光
体薄膜発光層を有する薄膜型電界発光素子を製造できる
ようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に使用されるスパッタリング装置の一
例を説明する説明図、第２図はこの発明によって得られ
る薄膜型電界発光素子の一例の層構成を説明する説明図
、第３図はこの発明の実施例によって得られた薄膜型電
界発光素子と従来法による薄膜型電界発光素子との電圧
−輝度特性をあられすグラフである。 ２・・・ターゲット　３・・・基板　１２・・・メツシ
ュ電極　１８・・・蛍光体薄膜発光層 第１図 ＠２図 りｎ 第３図 印加電圧（Ｖｒ＋ｗｓ） 零り積す〒ネｔｈ］三書（自発 昭和６２年　１月１９日 昭和６１年特■藤２６６２６８号 ３、？鉦をする者 事件との菌糸　　　　　特許出願人 任　　所　　　大服府門真市大字門真１０４８番地名　
称　（５８３）松下電工株式会社 代表者　（１ｍ役藤井貞　夫 ４、代理人 ５、補正によ引動的−る発明の数 ６、補正の対象 明１［１ｍＦ ７、　補正の内容 （１１明細書第２頁第７行、および、第１０頁第２行な
いし同頁第３行に、それぞれ、「光反射性の」とあるを
削除する。 （２）明細書第６頁第１９行に「ハロゲン価ｊとあるを
、「ハロゲン化」と訂正する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも蛍光体薄膜発光層を備えた薄膜型電界
   発光素子の製法であつて、前記蛍光体薄膜発光層をスパ
   ツタリング法によつて堆積するにあたり、ターゲツトと
   は異なる電位状態に接続されたメツシユ電極をターゲツ
   トと基板との間に介在させておくことを特徴とする薄膜
   型電界発光素子の製法。
2. （２）メツシユ電極が基板前面０．５〜３ｃｍの位置に
   、基板と平行に設けられている特許請求の範囲第１項記
   載の薄膜型電界発光素子の製法。