JPS636775A - 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】 〔Ｊ！要〕 −）膜ＥＬ素子の製造方法の改良であり、薄膜ＥＬ素子
の発光効率・輝度特性を向上する改良である。

母材をなす硫化亜鉛中に発光中心として添加される希土
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／Ｘ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１組成比を大きく１１発光効率・輝度特性
を向上する薄膜ＥＬ素子を製造する方法の改良であり、
Ｆ＆化亜鉛と、希土類元素の硫化物例えば硫化テルビュ
ウムと、亜鉛のハロゲン化物例えばフッ化亜鉛とを、独
立のソースとしてなすスパッタリング法または真空蒸若
法を使用してＥＬ膜を形成することを特徴とする薄膜Ｅ
Ｌ素子の製造方法である。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、薄膜ＥＬ素子の発光効率・輝度特性を向上す
ることを可１敵にする薄膜ＥＬ素子の製造方法の改良に
関する。特に、希土類元素とノ＼ロゲン元素との組成比
を化学量論的組成比に比し冷土類元素の組成比を大きく
シ１発光効率番輝度特性を向上する薄膜ＥＬ素子の製造
方法の改良に関する。

〔従来の技術〕

薄膜ＥＬ素子は発光中心としてａ脂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ｌ＼ロゲン元素例えばフッ素、塩素等とを
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動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ｌ
上に、ＩＴＯ等よりなり厚さが約２，０００人の透１１
電極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ニ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膜４が形成され
、さらＧこ、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 交流駆動型の薄膜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７トリュウム等よりなり
厚さが約　２．０００人のｍｌの絶縁膜３と第２の絶縁
膜５とが形成されている。

ところで、発光中心としてｎｔｍする希土類元素のうち
、テルビニウムは緑色を、サマリュウムは赤色を、ツリ
ュウムは９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、テルビニウムを除
き、いづれも満足すべきものではない、最もすぐれてい
るテルビニウムにおいても１発光効率は０．１−０．２
ルーメン／Ｗであり、また、輝度は３０フートラン八−
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１本発明の発Ｉｊ′１者
は、ＥＬ膜に含まれる希土類元素とｌ＼ロゲン元素との
組成比と発光効率・輝度特性との間に相関関係があり、
希土類元素の原子数とノ＼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・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・輝度特性のすぐれた薄膜ＥＬ素
子を製造する方法の発明を完成した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記せる発明に係る薄膜ＥＬ素子の製造方法の一つとし
て、亜鉛と硫黄と希土類元素とノ＼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使用してなすスパッ
タ法を使用しうる０例えば、硫化亜鉛とテルビニウムと
二フッ化亜鉛とを１００：　３　：　１重量比に含有す
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Ｉ＼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、上記せる複合タ
ーゲット（亜鉛と硫黄と希土類元素とハロゲン元−とを
所望の混合比に有する複合ターグー２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、ＥＬ
膜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Ｈさ方向に不均一になり、要すれば、十分な厚さ
のＥＬＭを再現性よく製造することが容易でなく、また
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、特殊なソースを使用する必要が全くなく１発光効率
−輝度特性がすぐれており、しかも、再現性よく十分な
厚さく駆動電圧を十分大きくすれば輝度を極めて大Ｓく
するに十分な厚さ）のＥＬ膜を製造することができるｔ
ｉＩＭＥＬ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子役〕

上記の目的を達成するために本発明が採った手段は、硫
化亜鉛と、希土類元素の硫化物と。

亜鉛のハロゲン化物との３種の物質を独立の３個のソー
スとして使用してなす堆積法を使用し。

これら３個のソースの堆積レートを独立に制御して、Ｅ
Ｌ膜を形成することにある。堆積法としては、真空蒸着
法またはスパッタリング法が適当である。換言すれば、
最も容易に入手しうる３種の物質、すなわち、硫化亜鉛
と、希土類元素の硫化物例えば三硫化二テルビュウムと
、亜鉛のハロゲン化物例えば二フッ化亜鉛とを、３個の
独立したソースとして使用し、各ソースに印加するパワ
ーを制御する等して各ソースの堆積レートを独立に制御
し、さらに、必要とあれば、各ソースと被堆積基板との
間にスリット等飛行物体ｊ！蔽手段を設けて堆積レート
の微細制御をｏＴ能として、各ソースの構成物質が所望
の量だけ堆積するようにしてＥＬ模膜中含まれる希土類
元素の原子数とハロゲン元素の原子数とを同一にするも
のである。

本発明は、ＥＬ膜４が上下の絶縁Ｍ３．５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
ＩＩ！Ｉ４が上下の絶縁Ｍ３，５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。

〔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ＥＬ膜に含まれる希土類元素とハロゲン元素との
組成比を１：ｌにすることにある。

希土類元素とハロゲン元素の組成比をｌ＝１に制御する
には、それぞれが独立に制御しうろことが有効であるこ
とは明らかである。しかも、　ＭＭ分が過小になりやす
いという欠点もあるから。

希土類元素の硫化物とハロゲン元素と亜鉛との化合物と
、硫化亜鉛とを、３種の独立のソースとし、これらのそ
れぞれの堆積レート（印加電圧）を独立に制御すること
としたものである。さらに、希土類元素の硫化物は例え
ば三硫化二テルビュウムのようにＴ＆黄分が多く、−方
、ハロゲン元素と亜鉛との化合物は例えば二フッ化亜鉛
のように亜鉛分が少ないので、硫黄分が過小になる欠点
も防止することができ、これらが総合的に機能して、希
土類元素とハロゲン元素との組成比がｌ：１であり、良
好な膜質のＥＬ膜を製造することができる。

本発明に係る薄膜ＥＬ素子の製造方法を使用して、製造
した薄膜ＥＬＪ子の輝度（１ＫＨ２で駆動するとき発光
しきい電圧を３０Ｖ超過する電圧に対する輝度）は、第
４図及び第５図に示すように、従来技術の約５倍に向上
して、約２００フートランバートとなっている。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつ一１本発明の二つの実施例に係る
薄１１ＱＥＬ素子の製造方法についてさらに説明する。

追」−例 硫化亜鉛と、三酸化二テルビュウムと、二フフ化亜鉛と
の３種の物質を３個の独立のソースとする真空蒸着法を
使用してＥＬ膜を形成する。交流駆動型薄膜ＥＬ素子の
製造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ｌ上に厚さ約２，０
００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２，０ＯＯＡの第１の絶縁膜３と
を形成する。

つづいて、上記のソースを使用して厚さが約　ｓ、ｏｏ
ｏ人の膜を真空ノに着する。このとき、各ソースに印加
するパワーを制御して、ＥＬ脱膜中導入されるテルビュ
ウムの原子数とフッ素の原子数とが同一になるように、
それぞれの堆積レートを制御する。すなわち、例えば、
硫化亜鉛の堆積レートは３００人／分、三酸化二テルビ
ュウムの堆積レートは５人／分、ニフッ化亜鉛の堆積レ
ートは３人／分とする。基板温度は約２３０”Ｃが適昌
である。その後、約４５０’０において約１時間熱処理
をなしＥＬ膜４を形成する。

次に、＠子ビーム蒸着法を使用して、酸化イットリュウ
ムよりなり厚さが約２，０００人の第２の絶縁膜５を形
成し、さらに、蒸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向電極（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Ｅ　Ｌ　ｆ
Ｊ’Ｊ　４に含まれるテルビュウムの原子数とフッ素の
原子数とは、お−むね同一である。その輝度（１ＫＨｚ
で駆動するとき発光しきい電圧を３０Ｖ超過する電圧に
対する輝度）は、第４図（本実施例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
輝度対電圧関係とを比較して表すグラフ）に従来技術と
比較して示しであるように、大幅に向上している。なお
１図においてＡは木実施例の値を示し、Ｂは従来技術の
伯を示す０図より明らかなように１発光効率と輝度（１
ＫＨｚで駆動するとき発光しきい電圧を３０Ｖ超過する
電圧に対する輝度）はそれぞれｌルーメン／Ｗと　２０
０７−トランバートとに向上する。

追」し例 硫化亜鉛と、三酸化二テルビュウムと、ニフッ化亜鉛と
の３種の物質を３個の独立のターゲットとするスパッタ
法を使用してＥＬＭを形成する。

交流駆動型薄膜ＥＬ素子を製造する場合について述べる
。

第１ｂ図参照 第１例の場合と同様に、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２，０Ｏ
ＯＡの第１の絶縁膜３とを形成する。

つづいて、上記のターゲットを使用して厚さ約８，００
０人のＩＩ！２をスパッタして形成する。このとき、各
ターゲットに印加するパワーを制御して。

ＥＬ脱膜中導入されるテルピュウムの原子数とフッ素の
原子数とが同一になるように、それぞれの堆ＩＡレート
を制御する。すなわち、例えば、硫化亜鉛の堆積レート
は４００Ａ／分、三酸化二テルビュウムの堆積レートは
６へ／分、二フフ化亜鉛の堆積レートは４人／分とする
。基板温度は約３００℃が適当である。その後、約４５
０℃において約１時間熱処理をなしＥＬ膜４を形成する
。

次に、第１例の場合と同様に、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厚さが約２，０ＯＯ
Ａの第２の絶縁膜５を形成し、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向電極（
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ＥＬ膜４に
含まれるチルどニウムの原子数とフッ素の原子数とは、
お−むね同一である。その輝度（ＩＫＨｚで駆動すると
き発光しきい電圧を３０Ｖ超過する電圧に対する輝度）
は、第５図（木実施例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対電圧関
係とを比較　　。

して表すグラフ）に従来技術と比較して示しであるよう
に、大幅に向上している。なお１図においてＡは本実施
例の値を示し、Ｂは従来技術の値を示す０図より明らか
なように１発光効率と輝〔発明の効果〕 以上説明せるとおり１本発明に係る薄膜ＥＬ素子の製造
方法においては、硫化亜鉛と、希土類元素の硫化物と、
亜鉛のハロゲン化物との３！ｆの物質を独立の３個のソ
ースとして使用してなす堆植法を使用し、これら３個の
ソースの堆請レートを独立に制御して、ＥＬ膜を形成す
ることとされているので、ＥＬＭ中に含有される希土類
元素の原子数とハロゲン元素の原子数とはお−むね同一
とされ、すぐれた発光効率・輝度特性の薄８ＥＬ素子を
製造することができる。なお、本発明に係る薄膜ＥＬ素
子の製造方法によれば、ＥＬｖの発光効率−輝度特性を
、ある程度所望の値に制御しうるので１色彩画像を実現
すために有効である。

また、特殊なソースを必要とすることもなく、十分な厚
さのＥＬ膜を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、本発明のｍｌの実施例に係る＋８１膜ＥＬ
素子の製造方法を使用して製造した交流駆動型薄膜ＥＬ
素子の構造図である。 第１ｂ図は、本発明の第２の実施例に係る薄膜ＥＬ素子
の製造方法を使用して製造した交流駆動型薄膜ＥＬ素子
の構造図である。 第２図は、従来技術に係る直筺駆動型ｇ膜ＥＬ素子のＷ
造図である。 第３図は、従来技術に係る交流駆動型薄膜ＥＬＩ子の構
造図である。 第４図は１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
（ＩＫＨｚで駆動するとき発光しきい電圧を３０Ｖ、ｔ
ｆｌ遇する電圧に対する輝度）対電圧関係を従来技術の
輝度（ＩＫＨｚで駆動するとき発光しきい電圧を３０Ｖ
超過する電圧に吋する輝度）対電圧関係とを比較して表
すグラフである。 第５図は１本発明の他の実施例に係る薄膜ＥＬ１ｇ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（ＩＫＨｚで駆動するとき発光しきい電圧を３０Ｖ
Ｊｌｌ過する電圧に対する輝度）対電圧関係を従来技術
の輝度（ＩＫＨｚで駆動するとき発光しきい電圧を３０
Ｖ超過する電圧に対する輝度）対電圧関係とを比較して
表すグラフである。 １・・−透光性基板（ガラス基板）。 ２・・・透光性電極（ＩＴＯ電極）。 ３拳φΦ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）。 ４−・−ＥＬ膜（硫化亜鉛と希土類元素とハロゲン元素
との組成物）。 ５・・・第２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）。 ６・・・対向電極（背面電極）。 第　２　図 従来技術 第３図 従来技術 第１ａ図 本発明 ＪＥＬ（Ｖ） 第１ｂ　図 本発明 を五（Ｖ） 第５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、硫化亜鉛と、希土類元素の硫化物
   と、亜鉛のハロゲン化物とを、独立のソースとしてなす
   堆積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］前記希土類元素の硫化物は三硫化二テルビュウム
   であり、前記亜鉛のハロゲン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。 ［４］前記堆積法はスパッタリング法であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載
   の薄膜ＥＬ素子の製造方法。 ［５］前記堆積法は真空蒸着法であることを特徴とする
   特許請求の範囲１項、第２項または第３項記載の薄膜Ｅ
   Ｌ素子の製造方法。