JPS63126192A - 薄膜ｅｌ素子の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 この発明はキャラクタやグラフィックスなどの表示に用
いる薄膜ＥＬ素子の製造方法に関するものであり、さら
に詳しくは発光特性が長期にわたって安定な薄膜ＥＬ素
子の製造方法に関する。

従来の技術 従来より、電場発光蛍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
透明平行電極は平滑なガラス基板上に酸化錫を被着する
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
電率が太き（、絶縁破壊電界強度が太きい材料が低電圧
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（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５６−４５５９５
号公報参照）の方が誘電率が小さな酸化珪素や窒化珪素
（特公昭５３−４２３９８号公報）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（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号公報）
し、１走査期間で２回の発光を行わせる場合、透明電極
と背面電極に挟まれた各絵素においては、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、長期間に渡り安定した動作が可能な薄膜ＥＬ素
子の製造方法を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明においては、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素子の製造方法において、
電子ビーム蒸着法を用いて基板温度１５０℃〜２４０℃
の範囲で硫化カルシウム薄膜を形成し、その上に前記基
板温度と同じ基板温度でＥＬ発光体層を積層して形成し
、さらに前記ＥＬ発光体層の上に電子ビーム蒸着法を用
いて基板温度２５０℃〜４００℃の範囲で硫化カルシウ
ム薄膜を形成し、その後前記ＥＬ発光体層を５００℃以
上、６００℃以下の温度で加熱処理する工程を含む。

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形成されることや、Ｅ
Ｌ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。ＥＬ発光体層と誘電体層との間に１０ｒｖ以上
２００ｎｍ以下の硫化カルシウム薄膜を介在させること
により、トラップ準位の形成が抑制され、長期間に渡り
安定した動作が可能になったものと考えられる。。

実施例 第１図は本発明にかかる薄膜ＥＬ素子の製造方法の一実
施例により作製した薄膜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、コーニング７０５９
ガラスを用いた。ガラス基板１上に、スパッタリング法
により厚さ２００ｎＩ１１の錫添加酸化インジウム薄膜
を形成し、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［Ｓｒ　（ＴｉｘＺｒｌ−ｘ）Ｃ）＋　］
を基板温度４００℃でスパッタリングすることにより厚
さ６００ｎａ＋の酸化物誘電体薄膜３を形成した。さら
にその上に、硫化カルシウムペレットを蒸発源として基
板温度１８０℃で電子ビーム蒸着することにより厚さ５
０’ｎｉの硫化カルシウム薄膜４を形成した。酸化物誘
電体薄膜３と硫化カルシウム薄膜４により、第１誘電体
層５が形成される。硫化カルシウム薄膜４の上には、共
蒸着法により、基板温度１８０℃で、厚さ４００ｒｖ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。その上に再び硫化カルシウムペレットを蒸発源
として基板温度３００℃で電子ビーム蒸着することによ
り厚さ５０ｎｍの硫化カルシウム薄膜７を形成した。そ
の後真空中・５５０℃で１時間熱処理の後、その上にタ
ンタル酸バリウム［ＢａＴａ２Ｏθ］焼結体を、基板温
度１００℃でスパッタリングすることにより厚さ２００
ｎｍの酸化物誘電体薄膜８を形成した。酸化物誘電体薄
膜８と硫化カルシウム薄膜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、透明電極２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、本発明の一
実施例にかかる薄膜ＥＬ素子から硫化カルシウム薄膜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、発光開
始電圧の経時変化を測定したところ、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ｂ）、本発明の薄膜
ＥＬ素子では１％以下であった（第２図ａ）。

本実施例では硫化カルシウム薄膜をＥＬ発光体層の両側
に形成したが、第１誘電体層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。また硫化カルシウ
ム薄膜の形成に電子ビーム蒸着法を用いたが、他の方法
例えばスパッタリング法では膜が剥離を起こし易（、さ
らにＥＬ発光体層の熱処理温度が５００℃以上では薄膜
ＥＬ素子の発光開始電圧の経時変化を抑制する効果が消
滅してしまい使用できなかった。

硫化カルシウム薄膜の厚さは、１０ｎｍより薄い場合は
、発光開始電圧の経時変化を抑制する効果が少なく　、
２００　ｎｍより厚（した場合は、硫化カルシウム薄膜
の誘電率は小さいため、厚くするほど薄膜ＥＬ素子を駆
動するのに必要な電圧が高くなり、駆動用のＩＣが高価
なものとなって好ましくない。

硫化カルシウム薄膜４の基板温度としては、なるべ（高
いほど付着力は強いが、その上に積層して形成するＥＬ
発光体層は成膜速度の基板温度依存性が大きく、膜厚分
布が生じやすいため、ＥＬ発光体層の基板温度は２４０
℃以下が望ましい。

したがってＥＬ発光体層の基板温度より硫化カルシウム
薄膜４の基板温度のほうが高い場合には、ワンポンプダ
ウンでＥＬ発光体層と硫化カルシウム薄膜４とを積層し
て形成することを考えると、硫化カルシウム薄膜４の形
成後ＥＬ発光体層の基板温度まで温度が低下するのには
長時間を必要とし、極めて効率が悪い。これはＥＬ発光
体層と硫化カルシウム薄膜４の基板温度を同一にするこ
とで改善される。この場合硫化カルシウム薄ＩＩＩ　４
の付着力は多少弱くなるが、上にＥＬ発光体層が積層し
て形成されるため問題はない。また１５０℃より低いと
付着力が急激に弱くなるだけでなく、ＥＬ発光体層の特
性も低下して良（なかった。

硫化カルシウム薄膜７の基板温度としては、ワンポンプ
ダウンでＥＬ発光体層の上に硫化カルシウム薄膜７を積
層して形成する場合でも昇温にはあまり時間を要しない
ため、なるべく高いほど付着力は強く、２５０℃以上で
あることが望ましく、４００℃より高くなると成膜速度
の低下や蒸着装置の構成上あまり実用的でな（なる。

ＥＬ発光体層６としては活性物質を含む硫化亜鉛（Ｚｎ
Ｓ）を用いることができる。活性物質としてはＭｎ、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ａｕ、ＴｂＦ３．５ＩＩＩＦＧ　。

ＥｒＦ３．ＴｍＦｓ　、ＤｙＦ３．ＰｒＦ：＋　、Ｅｕ
Ｆ＊などが適当である。ＥＬ発光体層６は硫化亜鉛以外
のものでもよ（、たとえば活性物質を含むＳｒＳやＣａ
Ｓなどの電場発光を示すものであればよい。

第１誘電体層に用いる酸化物誘電体薄膜の厚さは、第２
誘電体層より厚（した方が絶縁破壊に対する安定性が高
い。厚い第１誘電体層を用いるには、酸化物誘電体薄膜
の比誘電率が大きいほど好ましく、実験結果からは１５
以上が好ましかった。

比誘電率が１５より小さい場合、１００〜１８０Ｖの電
圧で安定に駆動できる薄膜ＥＬ素子を形成するのは困難
であった。このような酸化物誘電体薄膜としては、ペロ
ブスカイト形の結晶構造を含む薄膜が、絶縁破壊電圧の
面からも適していた。

その中でも、Ｓ　ｒ　Ｔ　ｉ　Ｏｏ　、　Ｓ　ｒ　ＸＭ
　ｇ　１　、　Ｔ　ｉ○３゜５ｒＴｉＸＺｒ１−ＸＯ＋
　、ＳｒＸＭｇ１−ＸＴｉｙＺｒｌ−、Ｃｈなどのチタ
ン酸ストロンチウム系の薄膜を、第１誘電体層の酸化物
誘電体薄膜に用いることにより極めて安定な薄膜ＥＬ素
子を構成することができた。

第２誘電体層の酸化物誘電体薄膜の一つとじては、比誘
電率が約２２のタンタル酸バリウム系薄膜が適しており
、タンタル酸バリウム系薄膜を用いることにより、伝播
性絶縁破壊を抑制することができ、信頼性の高い薄膜Ｅ
Ｌ素子を形成する事ができた。

発明の効果 以上のように本発明によれば、低電圧駆動が可能であり
、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（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素子の製造方法の一実
施例により作製した薄膜ＥＬ素子の構成を示す断面図、
第２図は薄１１１ＥＬ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グラフである。 １・・・ガラス基板、　２・・・透明電極、　３・・・
酸化物誘電体薄膜、　４・・・硫化カルシウム薄膜５・
・・第１誘電体層、　６・・・ＥＬ発光体層、７・・・
硫化カルシウム薄膜、　８・・・酸化物誘電体薄膜、　
９・・・第２誘電体層、　１０・・・背面電極。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図

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素子の製造方法において、電子ビーム蒸
   着法を用いて基板温度１５０℃〜２４０℃の範囲で硫化
   カルシウム薄膜を形成し、その上に前記基板温度と同じ
   基板温度で前記ＥＬ発光体層を積層して形成する工程と
   、前記ＥＬ発光体層の上に電子ビーム蒸着法を用いて基
   板温度２５０℃〜４００℃の範囲で硫化カルシウム薄膜
   を形成する工程と、前記ＥＬ発光体層を５００℃以上、
   ６００℃以下の温度で加熱処理する工程とを含むことを
   特徴とする薄膜ＥＬ素子の製造方法。
2. （２）第１誘電体層を、ペロブスカイト形構造の結晶部
   分を有する酸化物誘電体薄膜を含ん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素子の製
   造方法。
3. （３）第１誘電体層を酸化物誘電体薄膜を含んで構成し
   、その酸化物誘電体薄膜としてチタン酸ストロンチウム
   系薄膜を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
4. （４）第２誘電体層を酸化物誘電体薄膜を含んで構成し
   、その酸化物誘電体薄膜としてタンタル酸バリウム系薄
   膜を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第
   ２項または第３項のいずれかに記載の薄膜ＥＬ素子の製
   造方法。