JPS636774A - 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】 〔Ｎ要〕 薄膜ＥＬ素子の製造方法の改良であり、Ｑ膜ＥＬ素子の
発光効率・輝度特性を向上する改良である。

１＋Ｊ材をなす硫化亜鉛中に発光中心として添加される
為土類元素とハロゲン元素との組成比を制御することに
より、硫化亜鉛を母材とし希土類元素のハロゲン化物を
発光中心とする薄膜ＥＬ素子の発光効率・輝度を制御し
うる、という新たに発見された性質を利用して、希土類
元素とハロゲン元素との組成比を化学量論的組成比より
前記希土類元素の組成比を大きく１１発光効率・Ｉｌｉ
度特性を向上するｖｉＩｌ’ｆｆ　Ｅ　Ｌ素子を製造す
る方法の改良であり、希土類元素と亜鉛との組成物例え
ば合金よりなるターゲットと、ハロゲン元素の亜鉛化物
よりなるターゲットとを使用し、硫化水素を含むスパッ
タガス中においてなすスパッタ法を使用して、希土類元
素とハロゲン元素との組成比がお−むねｌであるＥＬ膜
を形成することを特徴とするｈ１ＭＥＬ素子の製造方法
である。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、薄１１ｉＥＬ素子の発光効率・輝度を向上す
ることを可能にする薄１ｇ！ＥＬ素子の製造方法の改良
に関する。特に、希土類元素とハロゲン元素との組成比
を化学量論的組成比に比し希土類元素の組成比を大きく
し、発光効率・輝度特性を向上する薄ｐｌ！ＪＥＬ素子
の製造方法の改良である。

更に、薄膜ＥＬ素子の発光効率・輝度を実現可能な大き
さの範囲で所望の値に選択しうるようになす６Ｉ膜ＥＬ
素子の製造方法の改良に関する。

〔従来の技術〕

薄１１５！ＥＬ素子は発光中心として機能する希土類元
素例えばテルビュウム、サマリュウム、ツリュウム、プ
ラセオジュウム等とハロゲン元素例えばフッ素、ｋＩＸ
素等とを含有する硫化亜鉛等のけい光体の多結晶薄膜に
電界を印加し、エレクトロルミネッセンス現象にもとづ
いて発光させる発光素子であり、従来第２図に示すよう
な直流駆動型と第３図に示すような交流駆仙型とが知ら
れている。

第２図参照 直流駆動型の薄膜ＥＬ素子にあっては。

ガラス基板等１上に、ＩＴＯ等よりなり厚さが約２，０
００人の透明ｉｔ極２が形成され、その上に発光中心と
して機能する希土類元素例えばテルビュウムとハロゲン
元素例えばフッ素とを含有する硫化亜鉛等よりなるＥＬ
［４が形成され、さらに、その上にアルミニュウム等よ
りなる対向電極６が形成されている。

第３図参照 交流駆動型の６１膜ＥＬ素子にあっては、上記の第２図
に示す層構成に加えて、ＥＬ膜４を挟んで酸窒化シリコ
ン、酸化アルミニュウム、酸化イットリュウム等よりな
り厚さが約　２．０００人の第１の絶縁ｌ１１３と第２
の絶縁膜５とが形成されている。

ところで１発光中心として機能する希土類元素のうち、
テルビュウムは緑色を、サマリュウムは赤色を、ツリュ
ウムは青色を、プラセオジュウムは白色を、それぞれ発
光するが、その発光効率・輝度は、テルビュウムを除き
、いづれも満足すべきものではない、最もすぐれている
テルビュウムにおいても、発光効率は０．１〜０．２ル
ーメン／Ｗであり、また、輝度は３０フートランパート
であり、いづれも十分満足すべきものとは言い難く、し
かも、再現性が悪い。

この問題を解決する手段として、本発明の発明者は、Ｅ
ＩＦＩに含まれる希土類元素とハロゲン元素との組成比
と発光効率Φ輝度との間に相関関係があり、希土類元素
の原子数とハロゲン元素の原子数とが同一の場合、最も
すぐれた発光効率等輝度を実現することができ、ＥＬ脱
膜中含有される希土類元素とハロゲン元素との組成比を
少なくとも化学量論的組成比に比べて希土類元素の組成
比を大きくしておくことが有効であることを発見して、
発光効率・輝度のすぐれた薄膜ＥＬ素子の発明を完成し
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記せる発明に係る薄１１５！ＥＬ素子を製造する一方
法として、亜鉛と硫黄と希土類元素とＩ＼ロゲン元素と
を所望の混合比に含有する複合ターゲットを使用してな
すスパッタ法を使用しうる。

例えば、硫化亜鉛とテルビュウムとニフッ化亜鉛とを　
１００：　３　：　ｌ　ｆｆ１ｆｆｌ比に含有する複合
ターゲットを使用してなすスパッタ法を使用しうる。

この製造方法をもっても、希土類元素と／％ロゲン元素
との組成比が同一ですぐれた発光効率・輝度特性を有す
る薄膜ＥＬ素子の製造は可能であるが、ｈ記せる複合タ
ーゲット（亜鉛と硫黄と希土類元素とハロゲン元素とを
所望の混合比に有する複合ターゲット）を製造すること
は煩雑であり。

また、容易でもないうえ、硫化亜鉛のスパッタレートと
希土類元素のスパッタレートとハロゲン元素のスパッタ
レートとが大幅に相違するため。

ＥＬＩＩｉに含まれる硫化亜鉛、希土類元素、ハロゲン
元素の組成比が厚さ方向に不均一になり、要すれば十分
な厚さのＥＬ［を再現性よく製造することが容易でなく
１発光効率−輝度が予期したほど向上しない場合もある
という欠点がある。

本発明はこれらの欠点を解消するものであり。

その目的は、特殊のソースを使用することが必要ではな
く、希土類元素とハロゲン元素との組成比が極めて１に
近くなり、その結果、発光効率・輝度特性が向上し、し
かも、十分な厚さく駆動電圧を十分大きくすれば輝度を
極めて大きくするに十分な厚さ）のＥＬＩＩｉを製造す
ることができる６１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〕

上記の目的を達成するために本発明が採った手段は、希
土類元素と亜鉛との組成物例えば合金よりなるターゲッ
トと、ハロゲン元素の亜鉛化物よりなるターゲットとを
使用し、硫化水素を含むスパッタガス中においてなすス
パッタリング法を使用してＥＬ膜を形成することにある
。

本発明は、ＥＬ膜４が上下の絶縁膜３．５によって挟ま
れていない直流駆動型の薄膜ＥＬ素子にも、また、ＥＬ
膜４が上下の絶縁１ＩＱ３．５によって挟まれている交
流駆動型の薄膜ＥＬ素子にも実現可能である。

ターゲットとして使用される希土類元素と亜鉛との組成
物例えば合金としては、テルビュウムと亜鉛との合金が
適当であり、また、ハロゲン元素の亜鉛化物としてはニ
フッ化亜鉛が適当である。

〔作用〕

本発明の基本的思想は、硫化亜鉛を母材とし、希土類元
素とハロゲン元素とが発光中心として添加されてなるＥ
Ｌ膜に含まれる希土類元素とハロゲン元素との組成比を
ｔｉｔにすることにある。

ところで、硫化亜鉛を母材とし、希土類元素とハロゲン
元素とを発光中心とするＥＬ膜を形成するには、硫化亜
鉛と希土類元素のハロゲン化物をソースとして使用する
ことが最も現実的である。

ところが、希土類元素とハロゲン元素との化合物は、例
えば三フフ化テルビュウムのように、その組成比がｌ：
ｌではない、そのため、このようなソースを使用して形
成されるＥＬＩＱは、Ｉ＼ロゲン元素を多量に含有しが
ちである。そこで、＃Ｊ土類元素の添加量を増大するこ
とを目的として、上記せるように１例えば、硫化亜鉛と
チルどニウムと二フッ化亜鉛とを　１００：　３　：　
１重績比に含有する複合ターゲットを使用してなすスパ
ッタ法を使用していたが、上記せる種々な欠点を避は難
かった。

このような欠点をともなわずに、希土類元素の添加量を
増大するため、未発ＩＪＩにおいては、希土類元素例え
ばテルビュウムと亜鉛との組成物例えば合金よりなるタ
ーゲットとハロゲン元素例えばフッ素の亜鉛化物よりな
るターゲットとを使用し、硫化水素を含むスパッタガス
中において反応性スパッタリングをなしてＥＬＭを形成
することとしたものである。

希土類元素例えばテルビュウムと亜鉛との合金よりなる
ターゲットは、硫化水素中においてアルゴン等でスパッ
タされると、その表面が殆ど硫化されて、希土類元素例
えばテルビュウムを含有する硫化亜鉛に転換される。こ
の硫化亜鉛に転換されたターゲットがスパッタされるの
で、基板に堆積される物質は希土類元素例えばテルビュ
ウムを含有する硫化亜鉛となる。また、ハロゲン元素例
えばフッ素の亜鉛化物よりなるターゲットはそのま−ス
パッタされ、これらが結合して、結果的に、希土類元素
例えばテルビュウムとハロゲン元素例えばフッ素とが含
まれた硫化亜鉛が堆積されることになる。そして、希土
類元素例えばテルビュウムの濃度は希土類元素例えばテ
ルビュウムと亜鉛との合金よりなるターゲットの組成を
もって制御することができ、ハロゲン元素例えばフッ素
の濃度は、ハロゲン元素例えばフッ素の亜鉛化物よりな
るターゲットの組成と印加電圧すなわち堆積レート（希
土類元素例えばテルビュウムと亜鉛との合金よりなるタ
ーゲットの組成との関連において決定される印加電圧す
なわち堆積レート）をもって制御することができる。

そのため、希土類元素とハロゲン元素との組成比は、容
易に、再現性よく、極めてｌに近く制御することができ
る。

実験の結果によれば、２ａｔ％にテルビュウムを含む亜
鉛の合金ターゲットとニフフ化亜鉛の焼結ターゲットと
を使用し、硫化水素を２０％含むアルゴンガス中でスパ
ッタをなす場合、合金ターゲットにＩＫＷ印加し２ニフ
ツ化亜鉛の焼結ターゲットに２００Ｗ印加した場合、硫
化亜鉛中に含まれるテルビュウムとフッ素との組成比は
お−むねｌとなることが確認されている。

この場合、＃１４度（発光しきいイ１電圧を３０ｖＩｔ
ｆｌ過する電圧に対応する輝度）対電圧特性は第４図に
示すように、従来技術の５０７−トランバートに比し、
本発明においては２００フートランバートである。なお
、Ａは本発明の結果を示し、Ｂは従来技術の結果を示す
。

〔実施例〕

以下１図面を参照しつ−、本発明の二つの実施例に係る
薄膜ＥＬ素子の製造方法についてさらに説明する。

匙±１ ２ａｔ％にテルビュウムを含む亜鉛・テルビュウム合金
のターゲットと、ニフフ化亜鉛の焼結ターゲットとを使
用し、硫化水素を２０％含むアルゴンガスをスパッタガ
スとしてなす反応性スパッタ法を使用して、交流駆動型
薄膜ＥＬ素子を製造する方法について述べる。

第１ａ図参照 スパッタ法を使用して、ガラス基板１上に厚さ約　２，
０００人のＩＴＯ膜よりなる透光性電極２と酸化アルミ
ニュウムよりなり厚さ約２，０００人の第１の絶縁ｖ３
とを形成する。

つづいて、上記の反応性スパッタ法を使用して、厚さ約
ｓ、ｏｏｏ人の硫化亜鉛膜を形成する。このとき、合金
ターゲットにはＩＫＷを、また焼結ターゲットには２０
ＱＷを印加する。

上記せるように、亜鉛・テルビュウム合金ターゲットの
表面は硫化されてテルビュウムを２ａｔ％含む硫化亜鉛
ターゲットに転換される。′このテルビュウムを２ａｔ
％含む硫化亜鉛がターゲットとして機能するから、この
テルビュウムを２ａｔ％含む硫化亜鉛が基板上に堆積す
る。さらに、焼結ターゲットの二フフ化亜鉛も・同時に
堆積するが、この焼結ターゲットには２００Ｗ印加され
ているので、実験の結果を上記したように、基板上に形
成される硫化亜鉛中にはテルビュウムとフッ素とが等量
含有されることになる。

その後、約４５０℃において約１時間熱処理をなしＥＬ
膜４を形成する。

次に、電子ビーム蒸着法を使用して、酸化イットリュウ
ムよりなりＨさが約２，０００人の第２の絶縁膜５を形
成し、さらに、′Ａ層着法たはスバ７り法を使用してア
ルミニュウムよりなる対向電極（＃￥而主電極６を形成
する。

以上の工程をもって製造した薄膜ＥＬ素子のＥＬ膜４は
、テルビュウムとフッ素の組成比がお＼むねｌ：１に近
くされており、しかも、硫化亜鉛とテルビュウム・フッ
素の組成比は　１００：２であるので１発光効率・輝度
（発光しきい値電圧を３０ｖＩｆｉ過する電圧に対応す
る輝度）は、それぞれ、ｌルーメン／Ｗ、　２００フー
トランバートであり、従来技術に比し約４倍に向上して
いる。

Ｌ」 ２ａｔ％にテルビュウムを含む亜鉛・テルビュウム合金
のターゲットと、二フフ化亜鉛の焼結ターゲットとを使
用し、Ｆ＆化水素を２０％含むアルゴンガスをスパッタ
ガスとしてなす反応性スパッタ法を使用して、直流駆動
型薄膜ＥＬ素子を製造する方法について述べる。

第ｔｂ図参照 上記と同様にして、スパッタ法を使用して。

ガラス基板ｌ上に厚さ約２，０００人のＩ　Ｔ］１２よ
りなる透光性電極２を形成する。

つづいて、上記と同゛様にして、上記の反応性スパッタ
法を使用して、厚さ約８，０００人の硫化亜鉛膜を形成
する。このとき、合金ターゲットにはＩＫＷを、また焼
結ターゲットには２００Ｗを印加する。

上記せるように、亜鉛・テルビュウム合金ターゲットの
表面は硫化されてテルビュウムを２ａｔ％含む硫化亜鉛
ターゲットに転換される。

このテルビュウムを２ａｔ％含む硫化亜鉛がターゲット
として機能するから、このテルビュウムを２ａｔ％含む
硫化亜鉛が基板上に堆積する。さらに、焼結ターゲット
の二７フ化亜鉛も回持に堆積するが、この焼結ターゲッ
トには２００Ｗ印加されているので、実験の結果を上記
したように、基板上に形成される硫化亜鉛中にはテルビ
ュウムとフッ素とが等量含有されることになる。

その後、約４５０℃において約１時間熱処理をなしＥＬ
膜４を形成する。

さらに、薄着法またはスパッタ法を使用してアルミニュ
ウムよりなる対面室８ｉ（背面電極）６を形成する。

以上の工程をもって製造した薄膜ＥＬ素子のＥＬｌ１９
４は、テルビュウムとフッ素の組成比がお−むね１：１
に近くされており、しかも、硫化亜鉛とテルビュウム・
フッ素の組成比は　１００：２であるので、発光効率・
輝度（発光しきいイめ電圧を２０Ｖ超過する電圧に対応
する輝度）は、それぞれ、　０．３ルーメン／Ｗ、　８
００フートランバートであり、従来技術に比し約３倍に
向上している。

〔発明の効果〕

以上説明せるとおり、本発明に係る薄膜ＥＬ素子の製造
方法においては、希土類元素と亜鉛との組成物例えば合
金よりなるターゲットと、ハロゲン元素の亜鉛化物より
なるターゲットとを使用し、硫化水素を含むスパッタガ
ス中においてなすスパッタリング法を使用してＥＬ膜を
形成することとされているので、希土類元素の原子数と
７＼ロゲン元素の原子数とはお〜むね同一とされ、しか
も、硫化亜鉛の組成比も望ましい状態に保持され、すぐ
れた発光効率・輝度の薄膜ＥＬ素子を製造することがで
きる。更に、本発明に係る薄膜ＥＬ素子の製造方法によ
れば、ＥＬ膜の発光効率・輝度をある範囲で所望の値に
選択・制御しうるので１色彩画像を実現するために有効
である。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は１本発明の実施例に係る交流駆動型線１１り
ＥＬ素子の構造図である。 第ｉｂ図は、本発明の実施例に係る直流駆動望薄１膜Ｅ
Ｌ素子の構造図である。 第２図は、従来技術に係る直流駆動型線１１！２ＥＬ素
子の構造図である。 第３図は、従来技術に係る交流駆動型薄膜ＥＬ素子の構
造図である。 第４図は、本発明の一実施例に係る薄膜ＥＬ素子の製造
方法を実施して製造した交流駆動型薄膜ＥＬ素子の輝度
対電圧関係を従来技術の輝度（発光しきい値電圧を３０
Ｖ超過する電圧に対応する輝度）対電圧関係とを比較し
て表すグラフである。 ｌ・・・透光性基板（ガラス基板）。 ２・す・透光性電極（ＩＴＯ電極）。 ３・Φ・第１の絶縁膜（酸化窒化シリコン、酸化アルミ
ニュウム、酸化イットリュウム）、４０争、・ＥＬＭ（
硫化亜鉛と希土類元素とハロゲン元素との組成物）、 ５・争・第２の絶縁膜（酸化窒化シリコン、酸化アルミ
ニュウム、ｍ化イットリュウム）、６争−・対向電極（
ｆＹ而主電極。 −４１＼、 代理人　弁理士　井桁貞−２，１゜ 第　２　図 従来技術 第３図 従来技術 第１Ｃ図 本発明 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］透光性基板（１）上に透光性電極（２）を形成し
   、 該透光性電極（２）上に、ＥＬ膜（４）を形成し、 該ＥＬ膜（４）上に対向電極（６）を形成する薄膜ＥＬ
   素子の製造方法において、 前記ＥＬ膜（４）は、希土類元素と亜鉛との組成物より
   なるターゲットと、ハロゲン元素の亜鉛化物よりなるタ
   ーゲットとを使用し、硫化水素を含むスパッタガス中に
   おいてなすスパッタリング法を使用して形成することを
   特徴とする薄膜ＥＬ素子の製造方法。 ［２］前記ＥＬ膜（４）を挟んで第１の絶縁膜（３）と
   第２の絶縁膜（５）とを形成する工程を有することを特
   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。 ［３］前記希土類元素と亜鉛との組成物は、テルビュウ
   ムと亜鉛との合金であり、前記ハロゲン元素の亜鉛化物
   は二フッ化亜鉛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２項記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。