JPS6319797A - 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】 ［発明の属する技術分野］ 本発明は交流電界の印加によってＥ　Ｌ　（Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｌｕｍｌｎｅｓｃｅｎｃｅ）発光を呈する薄膜ＥＬ
索子に関し。

特に該薄膜発光層が母体中で光学的に活性である遷移金
属あるいは希土類の元素をドープしたＳｒＳとＺｎＳと
の複合体を母材とする薄膜発光層に於て。

ＳｒＳとＺｎＳとの組成比を変えることにより、この薄
膜発光層を具備する薄膜ＥＬ素子の発光色を変えること
を特徴とする新規薄膜ＥＬ素子に関する。

さらには、蒸着法あるいはスパッタリング法により、薄
膜発光層を調装する場合、　ＳｒＳ及びｚｎＳの゛組成
の異なるターゲットを用いるか、若しくは薄膜調製用チ
ェンバー内のガス圧力あるいは基ＥｌＨ度を調節するこ
とによって光学的に活性なドーバントを含むＳｒＳとＺ
ｎＳとの複合体からなる薄膜発光層を調製することを特
徴とする薄膜ＥＬ索子の製造法に関する。

［発明の技術的背景コ 従来、交流で駆動する薄膜ＥＬ索子の絶縁耐圧。

発光効率及び動作の安定性を高めるために、　Ｍｎをド
ープしたＺｎＳやＺｎ５ｅ等の発光層をＡｔ　２Ｑ　３
．　Ｙ２Ｏ３あるいはＴ【０３等の誘電体薄膜で挟んだ
型の二重絶縁構造ＥＬ素子が開発され１発光諸特性など
が研究されてきた。特にＭｎをドープしたＺｎＳを発光
層とする薄膜ＥＬ素子に関しては良く研究されているが
、近年、ＥＬパネルの多色化を目的としてＺｎＳのみな
らずＧａｓ、ＳｒＳ等を母材とする薄膜ＥＬ索子が注目
されてきている。例えばＥｕをドープしたＣａＳを発光
層として用いた薄膜ＥＬ素子は赤色に、又Ｃｅをドープ
したＳｒＳを発光層として用いた薄膜ＥＬ索子は緑青色
に発光する。しかしながら、これらの系は母材の吸湿性
がＺｎＳに比べて顕著であり、加水分解しやすいという
性質を有する。この様な性質は、これらの系を母材とし
て用いた発光層の欠陥密度を高め、その結果素子の発光
輝度や耐久性を低下させる原因となる。又。

ＺｎＳに比べてＧａｓやＳｒＳ等は緑色あるいは青色発
光のドーパントであるＣｅが母材中に容易に挿入され、
高輝度発光する発光層を与える。これに対してＺｎＳは
母材として十分な安定性を有するが、　Ｃｅ等の一部の
ドーパントはこの母材中に挿入されにくいという欠点を
有する。そこでこれらの母材の弱点を補い、ドーパント
を容易にドーピングでき。

且つ耐湿性、耐候性に優れた母材が望まれている。

Ｉ［−Ｖｌ族化合物の中でＣａＳやＳｒＳ等のｎ　８−
Ｖｌ。

族化合物の結晶型は食塩型構造であり、　ＺｎＳ　、　
Ｚｎ５ｅ等のｎ　、　−Ｖｌｂ族化合物の結晶型はウル
ツ鉱型あるいは閃亜鉛鉱型構造である。同じ結晶型の異
なる化合物は比較的容易に固溶し、混晶を形成すること
は知られている。しかしながら結晶型の異なる化合物の
混合焼結体を薄膜形成材料として用い１例えば蒸着やス
パッタリング法によって基板上に薄膜を形成する場合、
生成した薄膜の結晶性や結晶構造についてはほとんど報
告されていない。

ＩＩ　　−Ｖｌ　　族化合物及びＥｌ　、−Ｖ１５族化
合物のｂ 両者共まったく異なる結晶型を有するが１例えばドーパ
ントを含むＳｒＳとＺｎＳとの混合体を薄膜調製用組材
としてもちい、蒸着法あるいはスパッタリング法によっ
て調製した薄膜発光層の母材にはＳｒＳ及びＺｎＳの両
者が有する母材としての特徴を合せ持った特性を示す可
能性を有する。さらには同じドーパントを用いても母材
を構成するＳｒＳとＺｎＳとの組成比を変えることによ
り、薄膜ＥＬ索子の発光色が変化する可能性を何する。

そこで母体中で光学的に活性である遷移金属あるいは希
土類の元素の化合物とＳｒＳ及びＺｎＳとを蒸着あるい
はスパッタリング用材料として用い、二重絶縁構造の薄
膜ＥＬ索子を作成し、素子の発光特性を調べた結果、こ
れらの素子が良好なＥＬ特性を発揮することを見出し本
発明を完成した。

［発明の目的コ 本発明の目的は薄膜ＥＬ素子において母体中で光学的に
活性である遷移金属あるいは希土類の元素をドープした
ＳｒＳとＺｎＳとの複合体を母材とする薄膜発光層に於
て、　ＳｒＳとＺｎＳとの組成比を変えることにより、
この薄膜発光層を具備する薄膜ＥＬ素子の発光色を変え
ることができることを特徴とする新規薄膜ＥＬ素子及び
その製造法を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は薄膜ＥＬ索子において母体中で光学的に活性で
ある遷移金属あるいは希土類の元素をドープしたＳｒＳ
とｚｎＳとの複合体を母材とする薄膜発光層に於て、　
ＳｒＳとＺｎＳとの組成比を変えることにより、この薄
膜発光層番具備する薄膜ＥＬ索子の発光色を変えること
を特徴とする新規薄膜ＥＬ索子及びその製造法を提供す
るものである。

従来、薄膜ＥＬ索子の薄膜発光層には■−■族化合物で
あるＺｎＳにＭｎ　、　Ｔｂ　、　Ｓｍ　、あるいはＣ
ｅなどの遷移金属あるいは希土類元素の化合物をドープ
した薄膜層を用いた素子が研究の対象とされてきた。

ＺｎＳは他のＩＩ−Ｖｌ族化合物であるＣａＳなどにく
らべて、吸湿性が少なく分解しにくいなど化学的に安定
であり、十分大きなバンドギャップを有するので薄膜発
光層の母材として適している。すなわちＺｎＳに種々の
ドーパントをドープすれば多様な色を発光するような薄
膜ＥＬ素子を作製することができる。例えばＪｉｏ　Ｐ
　ａ　、Ｅｒ　Ｆ　ａ、Ｓａ＋　Ｆ　ａ、Ｔｂ　Ｆａ　
、Ｎｄ　Ｆ　ａ、あるいはＴａＩＦ５等をドープして調
製した薄膜ＥＬ素子は赤、青、緑などの種々の色で発光
するが、青色はいま一歩発光輝度が弱く、改善が要求さ
れており、特にカラーパネルに応用するために光の三原
色である赤、青、緑の色を発光する薄膜ＥＬ素子の高輝
度、長寿命化が望まれている。又１発光色は薄膜発光層
とこれに含まれるドーパントとの組み合せによって制限
されるので。

その色純度等を調節することは容易でなく、特に二種類
以上の発光色の組み合せにより白色を作り出す目的で色
純度の微妙な調節を容易にできる方法が要求されている
。このような目的を達成するためにはドーパントの改質
のみならず、その母材をも改善する必要がある。ＳｒＳ
はＺｎＳに比べて化学的安定性という点において劣るが
、これにＣｅ　Ｆ３をドープして調製した薄膜ＥＬ素子
は青色に発光し、しかもＴｌｌＩＦ５をドープしたＺｎ
Ｓの発光層を具備する薄膜ＥＬ索子による青色発光輝度
に比べて、より高輝度である。しかしながら薄膜ＥＬ素
子の長寿命化という観点からは母材自体が化学的に安定
であることが望ましい。そこで本発明では発光の輝度が
高く、耐湿性、耐候性に優れ、さらに発光色の色純度を
容易に変えることができる様な薄膜発光層を具備する薄
膜ＥＬ索子の作成を目的としてＳｒＳとＺｎＳとの複合
化を試みた。ＣｅをドープしたＳｒＳからなる薄膜発光
層は緑青色に、またＣｅをドープしたＺｎＳからなる薄
膜発光層は青緑色に発光する。従ってＣｅをドープした
ＳｒＳとＺｎＳとからなる複合薄膜発光層を具備する薄
膜ＥＬ素子は両者の中間色を発光する可能性があり、さ
らには発光層中のＳｒＳとＺｎＳとの組成比を変えるこ
とにより所望の色度を示す薄膜ＥＬ素子を調製すること
ができる。そこで複合発光層を構成するＳ「ＳとＺｎＳ
との混合割合を変えることにより１発光色の色純度を調
節した。複合膜中におけるＳｒＳとＺｎＳとの混合割合
を変える方法としては１例えばスパッタリング法や蒸着
法によって薄膜発光層を調製する場合にはＳｒＳ及びＺ
ｎＳの組成の異なるターゲットを用いるか、若しくは薄
膜調製用チェンバー内のガス圧力あるいは基板温度を調
節すること等がある。

本発明の薄膜ＥＬ素子における薄膜発光層はドーパント
とＳｒＳ及びＺｎＳとの温合体をそのまま蒸着法やその
ほかの適当な方法によって調製してもよい。あるいはド
ーパントとＳｒＳ及びＺｎＳを混合せずに多元蒸着法等
の方法によって薄膜発光層を調製することもできる。薄
膜ＥＬ素子作成の作業性を考慮するならば、ドーパント
を含むＳｒＳとＺｎＳとの混合焼結体をターゲットとし
て用いたスパッタリグ法あるいは蒸着法などの方法が好
ましく用いられる。又上記ドーパントには適当な遷移金
属あるいは希土類元素の化合物を用いることができる。

このようにして形成される複合体は通常全体が一つの相
となる固溶体であるが、一種以上の結晶型の異なる相が
混在して、薄膜層を構成する場合もある。

［発明の効果］ 本発明によれば耐湿性、耐候性等の耐久性に優れた薄膜
発光層を具備する薄膜ＥＬ素子を作成することができる
。しかも薄膜発光層には新規母材として種々の遷移金属
あるいは希土類元素の化合物をドープすることができる
ので、ドーパントを変えることによって多様な色を発光
する薄膜ＥＬ素子を作成でき、特にＣｅＦ　　ａをドー
プしたＳｒＳとＺｎＳとの複合体からなる薄膜発光層を
用いれば。

青色に近い色を高輝度発光する薄膜ＥＬ素子を作成する
ことができる。さらにこの薄膜発光層のＳ「ＳとＺｎＳ
との混合割合を変えることにより青色から緑色の間の色
純度を混合割合に応じて調節することができる。

以下実施例により本発明をさらに具体的に説明するが８
本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない
。

実施例１ 最初に薄膜発光層を調製するためのスパッタリング用タ
ーゲットを調製した。ＳｒＳ粉末（純度９９．９％）と
ＺｎＳ　　（純度９９．９％）およびＣｅＦａ（純度９
９．９９％）とを３０分間混合し、混合粉体をｉ与た。

これをホットプレス法によりスパッタリング用ターゲッ
トとした。係る発光層用ターゲット及びＡ１゜０３の誘
電体層用ターゲットを用い、　Ａｒ雰囲気中でスパッタ
リング法により透明電極上に二重絶縁構造の薄膜層を形
成し、薄膜ＥＬ素子を作成した。

本実施例における薄膜ＥＬ素子の構成を第１図に示す。

ガラス基板１上に透明電極２を帯状に多数平行配列し、
その上にＡｌ２Ｏ３からなる第１の誘電体層３を２００
０〜３０００Ａ程度形成し９発光層４としてＳｒＳとＺ
ｎＳとの複合膜中にＣｃＣｌａが添加された層を８００
０〜ＬＱＯＯＯＡ程度積層し、さらにＡｌ　２０３から
なる第２の誘電体層５を２０００〜３０００Ａ程度重畳
し肩の背面電極６を蒸管するとともに透明電極２と直交
する方向へ帯状に成型配列する事により構成されている
。

薄膜ＥＬ索子の薄膜発光層を異なるＡ「ガスの圧力下（
５〜２０　ｍＴｏｒｒ　）において調製し、上記のよう
に構成した薄膜ＥＬ索子をＡｒ雰囲気中５００　’Ｃで
１時間熱処理した後、これらのＥＬ素子の発光特性を周
波数５ｋＨｚの交流正弦電圧を印加して調べた。発光輝
度の印加電圧（Ｖ　　　）に対する依ｌＳ 存性の一例を第２図に示す。図から明らかなように本発
明の薄膜ＥＬ索子は明瞭な発光特性を示すことがわかる
。これらの薄膜ＥＬ素子による発光スペクトルを第３図
に示す。又、これらの発光スペクトルに基ずく発光色の
色度座標を第４図に示す。これらのＥＬ索子の発光色は
青緑色であり。

ＣｅＦ　３を発光中心とするＳｒＳ薄膜発光層による発
光色とほぼ一致するが、薄膜発光層の調製条件に依存し
て発光スペクトルが変化するとともに色度の移動が認め
られた。すなわち薄膜発光層の調製用、チェンバー内に
おけるＡｒ圧が低下するに従い。

発光スペクトルは第３図（Ａ）から第３図（Ｂ）のよう
に変化し、これにともない色度は青緑色（第４図（Ａ）
）から緑色方向（第４図（Ｂ））へ移動した。

次ぎに該薄膜ＥＬ素子における薄膜発光層の結晶構造を
Ｘ線回折法によって調べた。Ｘ線回折パターンを第５図
（Ａ）及び（Ｂ）に示す。比較のために青緑色に発光す
るＣｅＦ　ａをドープしたＳｒＳ薄膜発光層のＸ線回折
パターンを第５図（Ｃ）に示した。後者の薄膜ＥＬ素子
は前者と同様にして作製したものである。蒸着法により
基板上に調製したＳｒＳ薄膜の結晶（を造が食塩型結晶
でることは周知である。本発明において比較のためにス
パッタリング法によって調製したＳｒＳ薄膜のＸ線回折
パターン（第５図（Ｃ））は蒸着法によって調製したＳ
ｒＳ薄膜のＸ線回折パターンとほぼ一致しており、その
結晶型は食塩型構造であると認められる。さらに１本発
明のＣｅＦ　ａをドープしたＳｒＳとＺｎＳとからなる
複合薄膜発光層のＸ線回折パターンにはＺｎＳ薄膜に特
有のウルツ鉱型若しくは閃亜鉛鉱型構造の結晶に基ずく
ピークは認められず。

これらのＸ線回折パターンは第５図（Ｃ）に示したＳｒ
Ｓ薄膜のそれとほぼ一致している。さらに。

これらの複合薄膜の組成をＸｉマイクロアナライザ（Ｅ
ＰＭＡ）によって調べた結果、複合薄膜を構成する原子
Ｓｒ、Ｚｎ及びＳの原子％は薄膜発光層を調製する際の
Ａ「圧によって異なり、Ａｒ圧が１０　ｍＴｏｒｒのと
きＳｒ：Ｚｎ：Ｓ　＝　４４：１：５５であり、　Ａｒ
圧が５　ｍＴｏｒｒのときＳｒ：Ｚｎ：Ｓ　−２０：２
７：５３であった。これらの結果から本発明における複
合薄膜はその結晶型がＳｒＳ薄膜と同じように食塩型構
造であり、　ＳｒＳ結晶格子中のＳ「がＺｎによって一
部分置換されたと考えられる。さらに薄膜発光層を調製
する際のＡｒ圧が低下するに従い２発光層中のＺｎ原子
の組成比が増加し１色度はより緑色側へ移行する。

以上のように薄膜発光層の調製条件を変えることによっ
て発光層におけるＳｒＳとＺｎＳとの組成比を変えるこ
とができ、これらの薄膜発光層を具備する薄膜ＥＬ索子
の発光色の色度を調節することができる。

実施例２ 実施例１と同様にＣａｒ　３をドープしたＳｒＳとＺｎ
Ｓからなる複合薄膜を発光層とする薄膜ＥＬ素子を実施
例１に示した方法に従って調製した。ここでは薄膜調製
用チェンバー内におけるガラス基板温度を変えて薄膜発
光層を調製した。基板温度をそれぞれ３００，２５０及
び２００℃に設定して作成した薄膜ＥＬ素子の発光色に
基ずく色度をそれぞれ第６図（Ａ）、　　ＣＢ）及び（
Ｃ）に示した。基板温度が降下するに従い薄膜中のＺｎ
原子の組成比が増加し、これにともない色度は緑色側へ
移行した。

このようにＡｒ圧ばかりでなく基１！Ｚ温度を変えるこ
とによっても薄膜発光層中のＳ「とＺｎの組成比を変え
ることができ、それによって所望の色度を示す薄膜ＥＬ
索子を作成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における薄膜ＥＬ素子の基本的構造を示
す構成図である。 第２図は本発明におけるＣ０Ｆ３をドープしたＳ「Ｓと
ＺｎＳとの複合膜を発光層とする薄膜ＥＬ索子の発光特
性を示す。 第３図は上記薄膜ＥＬ索子による発光スペクトルを示す
。 第４図は第３図の発光スペクトルに基ずく色度座標を示
す。 第５図（Ａ）及び（Ｂ）はは本発明におけるＣｅＦ３を
ドープしたＳｒＳとＺｎＳとの複合膜からなる薄膜発光
層のＸ線回折パターンであり、　（Ｃ）はＣｅＦ　３を
ドープしたＳｒＳからなる薄膜発光層のＸ線回折パター
ンである。 第６図は色度座標を示す。 １・・・ガラス基盤、２・・・透明電極、３・・・第１
の誘電体層、４・・・発光層、５・・・第２の誘電体層
、６・・・背面電極、７・・・電源。 特許出願人　　　東洋曹達工業株式会社第１図 第２図 印加電圧　　（Ｖｒｍｓ） 第３図 回伽角、２ｅ（度）／　Ｃｕにα 第６図 手続ン市正書（方式） ％式％ １事件の表示 昭和６１年特許願第１６３８１８号 ２発明の名称 薄膜ＥＬ索子 ３補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所〒７４６山ロ県新南陽市大字富田４５６０番地（連
絡先）〒１０７東京都港区赤坂１丁目７番７号（東西ビ
ル）東洋曹達工業株式会社　特許情報部 電話番号（５０５）４４７１ ４補正命令の日付 昭和６１年９月３日 （発送日　昭和６１年９月３０日） ５補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄・ ６捕正の内容 （１）明細書、１６頁、１４行〜１８行「第５図（Ａ）
及び（Ｂ）はは本発明におけるＣｅ「第５図は、薄膜発
光層のＸ線回折パターンを示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）母体中で光学的に活性である遷移金属あるいは希
   土類の元素をドープしたＳｒＳとＺｎＳとの複合体を母
   材とする薄膜発光層に於て，ＳｒＳとＺｎＳとの組成比
   を変えることにより，この薄膜発光層を具備する薄膜Ｅ
   Ｌ素子の発光色を変えることを特徴とする新規薄膜ＥＬ
   素子。
2. （２）薄膜ＥＬ素子に於て該薄膜発光層を形成する，Ｓ
   ｒＳとＺｎＳとの複合体から成る母材において，これに
   含まれるＺｎ元素の混合割合が０．２モル％〜９５．０
   モル％であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載された薄膜ＥＬ素子。
3. （３）蒸着法あるいはスパッタリング法等の方法により
   ，薄膜発光層を調製する場合，ＳｒＳ及びＺｎＳの組成
   の異なるターゲットを用いるか，若しくは薄膜調製用チ
   ェンバー内のガス圧力あるいは基板温度を調節すること
   によって光学的に活性なドーパントを含むＳｒＳとＺｎ
   Ｓとの複合体からなる薄膜発光層を調製することを特徴
   とする薄膜ＥＬ素子の製造法。