JPS636779A - 薄膜el素子及びその製造方法 - Google Patents

薄膜el素子及びその製造方法

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JPS636779A
JPS636779A JP61149037A JP14903786A JPS636779A JP S636779 A JPS636779 A JP S636779A JP 61149037 A JP61149037 A JP 61149037A JP 14903786 A JP14903786 A JP 14903786A JP S636779 A JPS636779 A JP S636779A
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JP
Japan
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film
zinc sulfide
thin film
transparent electrode
electrode
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JP61149037A
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Inventor
渡邉 和廣
謙次 岡元
佐藤 精威
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Fujitsu Ltd
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Research Development Corp of Japan
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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】 〔概要〕 本出願に含まれる第1の発明は薄膜EL素子の改良であ
り、硫化亜鉛と希土類元素とアルカリ元素またはマンガ
ンとの組成物よりなる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に近づけて発光効率・輝度特
性を向上した薄膜EL素子を構成するEL膜が、その下
地をなす膜(下部絶縁膜または透光性電極)から剥離す
ることを防止する改良である。
本出願に含まれる第2の発明は薄[EL素子の製造方法
の改良であり、i化亜鉛と希土類元素とハロゲン元素と
の組成物よりなる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に近づけて発光効率・輝度特性を
向上するために。
または、硫化亜鉛とマンガンとの組成物よりなるEL膜
の亜鉛とマンガンとが置換して硫黄が過少になってEL
膜の膜質が悪くなることを防止するために、硫化水素を
含むガスをスパッタガスとしてなすスパッタ法を使用し
てEL膜を形成するEL膜の製造方法に不可避の欠点、
すなわち、EL膜が、その下地をなす膜(下部絶縁膜ま
たは透光性電極)から剥離しやすいという欠点を改良す
るELl19の製造方法である。
これら第1の発明と第2の発明の要旨は、EL膜の下面
に、硫化亜鉛膜を介在させたものである。
〔産業上の利用分野〕
本発明は薄膜EL素子及びその製造方法の改良に関する
。特に1発光効率・輝度特性を向上するために、母材た
る硫化亜鉛に含有される発光中心たる希土類元素とハロ
ゲン元素との組成比を1に近づけたEL膜とその下地を
なす層(下部絶1a115Nまたは透光性電極)との付
着性が向上する構造の薄膜EL素子と1発光効率会輝度
特性を向上するために母材たる硫化亜鉛に□含有される
発光中心たる希土類元素とハロゲン元素との組成比を1
に近づけるために、または、発光中心としてマンガンを
含有する硫化亜鉛よりなるELMの膜質を向上するため
に、硫化水素をスパッタガスとするスパッタ法を使用し
てEL膜を製造する薄膜EL稟子の製造方法において、
EL膜とその下地をなす層(下部絶縁膜または透光性電
極)との付着性を再現性よく向上する改良に関する。
〔従来の技術〕
薄膜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、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人の透明
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ュウムとハロゲン元素例えばフッ
素との組み合せまたはマンガンを含有する硫化亜鉛等よ
りなるEL改番が形成され、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 交流駆動型の薄119jEL素子にあっては、上記の第
2図に示す層構成に加えて、EL改番を挟んで酸窒化シ
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v3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、また、マン
ガンは橙色を、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フートランバートであり、いづれも十分満足
すべきものとは言い難く、しかも、再現性も必ずしも良
くない。
この問題を解決する手段として、本発明の発明者は、E
I膜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O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・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I1gEL素子の発
明を完成した。
また、発光中心としてマンガンを含有する硫化亜鉛より
なるEI膜を有するか1膜EL素子においては、マンガ
ンと亜鉛との化学的性質が近似しているため、fll材
の一成分たる亜鉛と発光中心たるマンガンとが置換して
、EI膜に含まれるilが過小となりEI膜の膜質が不
良になり、発光効率・輝度特性が悪くなると言う欠点が
ある。
上記発光中心たる希土類元素とハロゲン元素の組成比を
1に近づける目的と1発光中心たるマンガンの添加にと
もないEI膜の膜質が不良になり、発光効率・輝度特性
が悪くなることを防止する目的とを実現するために、本
発明者は、硫化水素を成分の一部とするガスをスパッタ
ガスとし硫化亜鉛とハロゲン化希土類元素とをターゲッ
トとしてなすスパッタ法、または、硫化水素を成分の一
部とするガスをスパッタガスとし硫化亜鉛とマンガンと
をターゲットとしてなすスパッタ法を使用してEI膜を
製造する薄119EL素子の製造方法を完成した。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記せる薄膜EL素子の製造方法(硫化水素を成分の一
部とするスにツタガス中においてなすスパッタ法を使用
してEI膜を製造する薄It!EL素子の製造方法)を
実施して製造した薄膜EL素子は、その製造当初は発光
効率拳輝度特性が十分満足すべき程度にすぐれているが
、EI膜とその下地(交流駆動型にあっては下部絶縁膜
(第1の絶縁!l) 、直流駆動型にあってはITO等
よりなる透光性電極)との付着性が悪く、スライス工程
や実装工程等の取い扱い期間中等にEI膜が下地から剥
離しやすいと言う欠点がある。
本発明の第1の目的は、発光中心たる希土類元素とハロ
ゲン元素との組成比が1に近い硫化亜鉛をEI膜とする
薄膜EL素子において、EI膜とその下地との付着性が
向上しており、EI膜がその下地から剥離することのな
い薄膜EL素子を提供することにある。
本発明の第2の目的は、発光中心たる希土類元素とハロ
ゲン元素との組成比を1に近づけて発光効率・輝度特性
を向上するために、または、硫化亜鉛の膜質を良好にし
て発光効率・輝度特性を向上するために、硫化水素を成
分の一部とするスパッタガス中において、ELl19を
製造する薄膜EL素子の製造方法において、ELMとそ
の下地との付着性を向上しうる薄膜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〕
上記の第1の目的を達成するために本発明が採った手段
は、 (イ)透光性基板l上に透光性電極2が形成されており
、この透光性電極2上にEI、膜4が形成されており、
このELI144上に対向電極6が形成されている薄膜
EL素子、または、透光性基板1上に透光性電極2が形
成されており、この透光性電極2上に第1の絶縁11Q
 3が形成されており、この第1の絶縁膜3上にELI
y24が形成されており。
このEL膜膜上上第2の絶縁膜5が形成ざれており、こ
の第2の絶縁膜5上に対向電極6が形成されている薄膜
EL素子において、 (ロ)前記の透光性電極2と前記のEL改番との間に、
または、前記の第1の絶縁膜3と前記のEL改番との間
に、硫化亜鉛膜7を介在させたことにある。
上記の第2の目的を達成するために本発明が採った手段
は。
(イ)透光性基板l上に透光性電極2を形成し、この透
光性電極2上に、硫化水素を含むガスをスパッタガスと
してなすスパッタ法を使用して、硫化亜鉛単体、または
、希土類元素とアルカリ元素もしくはマンガンを含む硫
化亜鉛組成物よりなるE L IIQ 4を形成し、こ
のEL改番上に対向電極6を形成する薄膜EL素子の製
造方法、または、透光性基板1上に透光性電極2を形成
し、この透光性基板l上に第1の絶縁膜3を形成し、こ
の第1の絶縁膜3Fに、硫化水素を含むガスをスパッタ
ガスとしてなすスパッタ法を使用して、硫化亜鉛単体、
または、希土類元素とアルカリ元素もしくはマンガンを
含む硫化亜鉛組成物よりなるEl、IP24を形成し、
このEL改番上に第2の絶縁1tJ5を形成し、この第
2の絶縁膜5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、 (ロ)前記のEL改番の形成に先立ち、硫化水素を成分
の一部としない不活性ガス中においてなす真空蒸着法ま
たはスノ(ツタ法を使用して硫化亜鉛の@7を形成する
ことにある。
〔作用〕
と記せる付着性不良の原因が、EL膜の材料と下地をな
す材料との化学的結合力が小さl、%ことに起因するこ
とは明らかである。
上記せる場合は、下地をなす第1の絶縁膜またはITO
等よりなる透光性電極の表面に硫化水素が接触すると、
硫化水素の強力な還元性により。
下地の表面は硫化され、その表面に硫黄が一面に付着す
る。ところが、この硫黄は、ファンデルワールス力によ
り、下地をなす第1の絶縁膜またはITO等よりなる透
光性電極と吸着されているにすぎない、換言すれば、T
&黄と、第東の絶縁膜をなすシリコン原子や酸素原子や
ITOをなすインジュウム原子、スズ原子、酸素原子等
とは化学的に結合していない、そのため、スライス工程
や実装工程等においてELIQがその下地から剥離する
のである。
この原因を解消するためには、ELl15Iの材料とも
、また、下地の材料とも化学的に強固に結合しうる硫化
亜鉛の膜を、EL膜とその下地との間に介在させればよ
いことは明らかである。
このようにすれば、iMの蒸気圧は非常に高し−ので、
硫黄と硫黄との結合は成立せず、下地をなす硫化亜鉛の
硫黄とEL膜をなす発光中心を含有する硫化亜鉛の亜鉛
とが直接に強固に結合し。
ELMがその下地から剥離することはない。
〔実施例〕
以下1図面を参照しつ一1特許請求の範囲第2項と第4
項と第5項との組み合わせの実施例に係る交流駆動型薄
膜EL素子1例と、特許請求の範囲第1項と第3項と第
6項との組み合わせの実施例に係る直流駆動型薄膜EL
素子1例とについてさらに説明する。
乳11 本発明の要旨に係る硫化亜鉛膜を真空蒸着法を使用して
形成して交流駆動型薄膜EL素子を製造する場合につい
て述べる。
第1a図参照 スパッタ法を使用して、ガラス基板l上にHさ約 2,
000人のITOMよりなる透光性電極2と酸化シリコ
ンまたは酸窒化シリコンよりなり厚さ約2,000人の
第1の絶縁膜3とを形成する。
つづいて、真空蒸着法を使用して厚さ約500人の硫化
亜鉛膜7を形成する。このとき、真空蒸若装置中には硫
化水素等の不純物が残留せず、要すれば、不活性ガス以
外は残留しないように注意する。
次に、硫化水素(5%)を含むアルゴンをスパッタガス
とし、硫化亜鉛と、フッ化テルビュウムをターゲットと
して、厚さ約s、ooo人のEL&I4を形成する0代
表的なスパッタ条件は、ガス圧はl X 1O−2ta
rtであり、パワーは硫化亜鉛ターゲットに対して2.
07Wc濡 、フッ化テルビュウムターゲットに対して
0.82Wc鳳 であり、基板温度は約230℃である
。成膜後、eoo ”c・1時間熱処理をなして、結晶
性を向上し、同時に、フッ素とテルビエウムとが最適の
格子位置に位置するようにする。
次ニ、スパッタ法を使用して1m化シリコンまたは酸窒
化シリコンよりなり厚さ約2.000人の第2の絶縁1
III5を形成し、さらに、蒸着法またはスパッタ法を
使用して厚さ約3,000人のアルミニュウム膜よりな
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改番は
、その下地と強固に化学的に結合しており、スライス工
程や実装工程等の取い扱い期間中等に剥離することはな
い、また、このEL改番に含まれるテルビエウムの原子
数とフッ素の原子数とは、お−むね同一である。その輝
度(IK)Iz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8I膜EL素子の輝度対電圧
関係Aを従来技術の輝度対電圧関係Bと比較して表すグ
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、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。
図より明らかなように、発光効率と輝度(IK)+2で
駆動するとき発光しきい電圧を30VJfl過する電圧
に対する輝度)はそれぞれ1.1ルーメン/Wと200
フートラン八−トとに向上している。
丑」し例 本発明の要旨に係る硫化亜鉛膜をスパッタ法を使用して
形成して直流駆動型薄膜EL素子を製造する場合につい
て述べる。
第tb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l上に厚さ約2,000人のITO膜よりなる透光
性電極2を形成する。
つづいて、アルゴン(硫化水素等の硫黄成分を含まない
アルゴン)をスパッタガスとし、硫化亜鉛をターゲット
として、厚さ約500人の硫化亜鉛膜7を形成する。
次に、硫化水素(5%)を含むアルゴンをスパッタガス
とし、Vt化亜鉛と、フッ化テルビュウムをターゲット
として、厚さ約e 、ooo人のEL改番を形成する0
代表的なスパッタ条件は、ガス圧はl X lN2jo
rrであり、パワーは硫化亜鉛ターゲットに対して2.
O7Wcm−2、フッ化テルビュウムターゲットに対し
て0.62Wc*−2であり、基板温度は約 230℃
である。成膜後、800℃@1時間熱処理をなして、結
晶性を向上し、同時に、フッ素とテルビエウムとがaX
の格子位置に位置するようにする。
次に、第1例の場合と同様に、蒸着法またはスパッタ法
を使用して厚さ約 3.000人のアルミニュウム膜よ
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改番は
、その下地と強固に化学的に結合しており、スライス工
程や実装工程等の取い扱い期間中等に剥離することはな
い、また、このEL改番に含まれるテルビエウムの原子
数とフッ素の原子数とは、お−むね同一である。その輝
度(発光しきい電圧をIOV超過する電圧に対する輝度
)は、第5図C本実施例を実施して製造した直流駆動型
薄膜EL素子の輝度対電圧関係Aを従来技術の輝度対電
圧関係Bと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0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発光効率と輝度(発光しきい
電圧をIOVM遇する電圧に対する輝度)はそれぞれ0
.4ルーメン/Wと 400フートランバートとに向上
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EL
膜と透光性電極との間に、または、ELMと第1の絶縁
膜との間には、ELMの材料である硫化亜鉛とも、また
、第1の絶縁膜の材料である酸窒化物とも、また、透光
性電極の材料であるITO等とも強固に結合する硫化亜
鉛膜が介在されているので、EL膜は、その下地と強固
に化学的に結合しており、スライス工程や実装工程等の
取い扱い期間中等に剥離することはない、しかも、この
ELM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、おへむね同一であるから、その輝度は大幅に向
上している。
【図面の簡単な説明】
第1a図は、本発明の特許請求の範囲第2項と第4項と
第5項との組み合わせの実施例に係る交流駆動型薄膜E
L素子の断面図である。 第1b図は、本発明の特許請求の範囲第1項と第3項と
第6項との組み合わせの実施例に係る直流駆動型薄膜E
L素子の断面図である。 第2図は、従来技術に係る直流駆動型薄膜EL素子の断
面図である。 第3図は、従来技術に係る交流駆動型薄膜EL素子の断
面図である。 第4図は1本発明の特許請求の範囲第2項と第4項と第
5項の実施例に係る交流駆動型薄膜EL素子の輝度(I
K)Iz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)対電圧関係と従来技術の輝度対電
圧関係とを比較して表すグラフである。 第5図は、本発明の特許請求の範囲第1項と第3項と第
6項の実施例に係る直流駆動型薄膜EL素子の輝度(発
光しきい電圧をIOV超過する電圧に対する輝度)対電
圧関係と従来技術の輝度対電圧関係とを比較して表すグ
ラフである。 l・1透光性基板、 2・・−透光性電極。 3・・・第1の絶縁膜 4 ・ ・ ・ E  LM。 5φ・・M2の絶縁膜 6・・−対向電極。 7・・・硫化亜鉛膜。 本fa明 第1a図 本発明 第1b図 従来技術 第 2!!I 従来技術 第3fA 乞ブLffノ 螺屋−雪、斥特在 第41!1 貢15シ」

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)が形成さ
    れ、 該透光性電極(2)上にEL膜(4)が形成され、 該EL膜(4)上に対向電極(6)が形成されてなる薄
    膜EL素子において、 前記透光性電極(2)と前記EL膜(4)との間には、
    硫化亜鉛膜(7)が介在してなることを特徴とする薄膜
    EL素子。 [2]前記透光性電極(2)と前記硫化亜鉛膜(7)と
    の間と、前記EL膜(4)と前記対向電極(6)との間
    とには、それぞれ、第1の絶縁膜(3)と第2の絶縁膜
    (5)とが介在してな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]透光性基板(1)上に透光性電極(2)を形成し
    、 硫化水素を含むガスをスパッタガスとしてなすスパッタ
    法を使用して、硫化亜鉛単体、または、希土類元素とア
    ルカリ元素もしくはマンガンを含む硫化亜鉛組成物より
    なる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)の形成に先立ち、硫化亜鉛膜(7)を
    形成することを特徴とする薄膜EL素子の製造方法。 [4]前記透光性電極(2)と前記硫化亜鉛膜(7)と
    の間と、前記EL膜(4)と前記対向電極(6)との間
    とに、それぞれ,第1の絶縁膜(3)と第2の絶縁膜(
    5)とを形成することを特徴とする特許請求の範囲第3
    項記載の薄膜EL素子の製造方法。 [5]前記硫化亜鉛膜(7)を形成する方法は真空蒸着
    法であることを特徴とする特許請求の範囲第3項または
    第4項記載の薄膜EL素子の製造方法。 [6]前記硫化亜鉛膜(7)を形成する方法はスパッタ
    法であることを特徴とする特許請求の範囲第3項または
    第4項記載の薄膜EL素子の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01272096A (ja) * 1988-04-23 1989-10-31 Kenwood Corp 薄膜el素子の構造

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01272096A (ja) * 1988-04-23 1989-10-31 Kenwood Corp 薄膜el素子の構造

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