JPS63239796A - 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 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、誘電
率の大きな酸化物誘電体薄膜（特開昭５６−４５５９５
号公報参照）の方が誘電率の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
子を提供することにある。

問題点を解決するための手段 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、第１誘電体層および第２誘電体
層と前記ＥＬ発光体層の間に、硫化亜鉛とフッ化セリウ
ムとの混合膜からなる混合層を形成する。

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、従って、そ
の界面に硫化亜鉛とフッ化セリウムとの混合膜を介在さ
せることにより、変動の原因が解消されるものと考えら
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７０
５９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２００ｎｍ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ブ状に
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　（ＴｉｘＺｒ　１−ｘ）Ｏ：
＋　１を基板温度４００℃でスパッタリングすることに
より、厚さ６００ｎｓの酸化物誘電体薄膜３を形成した
。さらにその上に、硫化亜鉛［ＺｎＳ］とフッ化セリウ
ムＥＣｅＦｓ　］との混合（重量比７：３）ペレットを
蒸発源として基板温度２００℃で電子ビーム蒸着するこ
とにより厚さ５０ｎｍの硫化亜鉛とフッ化セリウムとの
混合膜からなる混合層混合層４を形成した。このとき混
合層４中の硫化亜鉛とフッ化セリウムとの混合比は重量
比で７．５二２．５であった。混合層４の上には、共蒸
着法により、基板温度２００℃で、厚さ５００ｎｍのマ
ンガン添加硫化亜鉛薄膜からなるＥＬ発光体層５を形成
した。真空中で５００℃、１時間熱処理の後、その上に
再び硫化亜鉛とフッ化セリウムとの混合（重量比７：３
）ベレットを蒸発源として基板温度２００℃で電子ビー
ム蒸着することにより厚さ５０ｎｍの硫化亜鉛とフッ化
セリウムとの混合膜からなる混合層６を形成した。その
上にタンタル酸バリウム［ＢａＴａｚ　Ｏｅ　］焼結体
を、基板温度１５０℃でスパッタリングすることにより
厚さ２００ｎ−の酸化物誘電体薄膜７を形成した。最後
にその上に厚さ１５０ｎＩｌｌ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
向にストライブ状の背面電極８を形成し、薄膜ＥＬ素子
ａを完成した。

本発明の薄膜ＥＬ素子すは薄膜ＥＬ素子ａと同様にガラ
ス基板上に、スパッタリング法により厚さ２００ｎｍ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ブ状に加工し透明電極とした。その
上にタンタル酸バリウム［ＢａＴａｚ　Ｏｓ　］を基板
温度１５０℃でスパッタリングすることにより、厚さ３
００ｎｍの酸化物誘電体薄膜を形成した。さらにその上
に、硫化亜鉛とフッ化セリウムとの混合（重量比８：２
）ベレットを蒸発源として基板温度２２０℃で電子ビー
ム蒸着することにより厚さ５０ｎｍの硫化亜鉛とフッ化
セリウムとの混合膜からなる混合層混合層を形成した。

このとき混合層中の硫化亜鉛とフッ化セリウムとの混合
比は重量比で８．３＝１．７であった。混合層の上には
、共蒸着法により、基板温度２００℃で、厚さ４００ｎ
ｍのマンガン添加硫化亜鉛薄膜からなるＥＬ発光体層を
形成した。真空中で５５０℃、１時間熱処理の後、その
上に再び硫化亜鉛とフッ化セリウムとの混合（重量比８
：２）ベレットを蒸発源として基板温度２２０℃で電子
ビーム蒸着することにより厚さ５０ｔ＋ｍの硫化亜鉛と
フッ化セリウムとの混合膜かうする混合層混合層を形成
した。その上にタンタル酸′ゝ’Ｊ　ウＬ　［ＢａＴａ
２０５　］焼結体を、基板温度１５０℃でスパッタリン
グすることにより厚さ３００ｎｎ＋の酸化物誘電体薄膜
を形成した。最後にその上に厚さ１５０ｎｎ＋のＡｌを
真空蒸着し、ホトリソグラフィ技術により、透明電極と
は直交する方向にストライブ状の背面電極を形成し、薄
膜ＥＬ素子すを完成した。

本発明の薄膜ＥＬ素子ａ１薄膜ＥＬ素子す及びそれらか
ら硫化亜鉛とフッ化セリウムとの混合膜を除いた従来の
薄膜ＥＬ素子Ｃと薄膜ＥＬ素子ｄ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４〜６％発光開始
電圧が低下したのに対しく第３図ｃ、ｄ）、本発明の薄
膜ＥＬ素子では１．２％以下であった（第３図ａ、ｂ）
。本実施例では硫化亜鉛とフッ化セリウムとの混合膜か
らなる層を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。

混合層の厚さは、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かった。また２０
０ｎｍより厚いと駆動電圧の上昇が大きくなるため不利
である。

混合層中に占めるフッ化セリウムの混合比は１０重量パ
ーセント以上が望ましく、それより少ないと湿度の影響
をうけやすくなり、素子の安定性が低下して好ましくな
かった。

ＥＬ発光体層としては、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＋
　Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、ＴｂＦｓ　、ＳｍＦｓ　。

ＥｒＦｓ　＃　ＴｍＦａ　、ＤｙＦ３　、ＰｒＦ３．Ｅ
ｕＦ３などが適当である。ＥＬ発光体層は硫化亜鉛以外
のものでもよく、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。

誘電体薄膜は比誘電率と絶縁破壊電界強度の積が大きい
ほど好ましい。このような誘電体薄膜としては、ペロブ
スカイト組成酸化物薄膜とタングステンブロンズ組成酸
化物薄膜が適していた。その中でも５ｒＴｉＯｓ　、Ｓ
ｒｘＭｇｔ−ｘＴｉｏｓ　。

５ｒＴｉｘＺｒ　５−ｘＣｈ　、あるいはＳｒｘＭｇｔ
−ｘ’ｌ’１ｙＺｒｔ−ｙｏ３などのチタン酸ストロン
チウム系の薄膜とＢａＴａ２０Ｂ、ＢａｘＳｒ　１−ｘ
Ｔａ２０Ｇなどのタンタル酸バリウム系薄膜は、混合層
との反応等の相互作用もな（、これらを第１誘電体層に
用いれば極めて安定な薄膜ＥＬ素子を構成することがで
きた。又、タンタル酸バリウム系薄膜を第２誘電体層に
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ＥＬ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、長時間の駆動に際しても
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（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グラフである。 １・・・ガラス基板、　２・・・透明電極、　３・・・
誘電体薄膜、　４・・・混合層、５・・・ＥＬ発光体層
、　６・・・混合層、　７・・・誘電体薄膜、　８・・
・背面電極。

Claims (6)

【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、Ｅ
   Ｌ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誘電体層と前記ＥＬ発光体層の間に各々、硫
   化亜鉛とフッ化セリウムとの混合膜からなる混合層が形
   成されていることを特徴とする薄膜ＥＬ素子。
2. （２）　第１誘電体層がペロブスカイト組成の酸化物誘
   電体薄膜であ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。
3. （３）　ペロブスカイト組成の酸化物誘電体薄膜がチタ
   ン酸ストロンチウム系薄膜で構成されたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の薄膜ＥＬ素子。
4. （４）　第１誘電体層と第２誘電体層の内少なくとも一
   方がタンタル酸バリウム系薄膜であ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。
5. （５）　混合層の厚さが１０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下
   であ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。
6. （６）　混合層中におけるフッ化セリウムの混合比が１
   ０重量パーセント以上であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第５項記載の薄膜ＥＬ素子。