JPS6381792A - 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】 〔概要〕 本発明は、薄膜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。

ＥＬ膜を形成する期間、母材を構成する元素のソースと
発光中心を構成する元素のソースとに。

特に１発光中心を構成する元素のソースに、エネルギー
線、特に、電子ビームまたはレーザビームを照射し、反
応室全体の温度は比較的低く保持しなからＥＬＩ１２の
形成領域のみを局部的に一時的に昇温してこの領域の原
子を活性化して、排斥や偏析等をともなわず結晶が良好
であり、また。

不純物を含有することがなく、シかも、発光中心を構成
する元素の濃度が十分大きく、その結果、発光効率参輝
度特性が向上している薄１ｉＥＬ素子を製造しうるよう
に改良された薄膜ＥＬ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・輝度を向上するこ
とを可能にする薄膜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１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、サマリュウム、ツリュウム、プラセ
オジュウム、ユウロピウム等または希土類元素例えばテ
ルビニウム、サマリュウム、ツリュウム、プラセオジュ
ウム、ユウロピ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ストロンチウム、硫化亜鉛、硫化
カルシウム、セレン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１
上に、ＩＴＯ等よりなり厚さが約　２．０００への透明
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ニウムとハロゲン元素例えばフッ
素とを含有する硫化ストロンチウム等よりなるＥＬ膜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 交流駆動型の薄膜ＥＬ素子にあっては、上記の７５２図
に示す層構成に加えて、Ｅ　Ｌ　１１！２４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の絶縁膜３
とｔＪ５２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ハロゲン元素のうち
、テルビニウムは緑色を、ユウロピウムとサマリュウム
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
ルビニウムを除き、いづれも満足すべきものではない。

薄膜ＥＬ素子の発光効率の輝度特性がすぐれているため
には、（イ）ＥＬ膜に不純物が含まれないこと、（ロ）
ＥＬ膜の結晶が良好であること、（ハ）発光中心を構成
する元素の濃度が、その母材材料の固溶限界を超えて大
きいこと等が必要であり、そのため、ＥＬ膜の製造工程
においては、基板温度を例えば１．０００℃以上等十分
に高くすることが望ましい、入射される物質の堆積面で
の易動度が大きくなるからである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、ＥＬ膜の製造工程において基板温度を例えば
ｔ、ｏｏｏ°Ｃ以上等十分に高くすると、透光性基板を
なすガラスが変質し、また、反応装置の壁を構成する材
料例えば鉄・コバルト・ニッケルその他の物質がＥＬ脱
膜中不純物として添加されるという欠点がある。

本発明の目的は、これらの欠点を解消することにあり。

イ、透光性基板をなすガラスが変質することがなく、 口、ＥＬ膜中に不純物が添加されることがなく、ハ、Ｅ
Ｌ１３の結晶性が良好であり、 二１発光中心を構成する元素の濃度も十分太きく、 ホ１発光中心を構成する元素の排斥または偏析が発生す
ることがなく、発光中心を構成する元素が高濃度に導入
され、発光中心を構成する元素が十分有効に機能するこ
とができ、へ、これらが相剰的に作用して、発光効率会
輝度特性のすぐれた薄膜ＥＬ素子を製造することができ
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〕

上記の目的を達成するために本発明が採った手段は、Ｅ
Ｌｌｉを形成する期間、母材を構成する物質のソース例
えば硫化ストロンチウム、硫化亜鉛、硫化カルシウム、
セレン化亜鉛等のソースと１発光中心を構成する元素の
ソース例えばテルビュウム、サマリュウム、ツリュウム
、プテセオジュウム、ユウロピウム等の硫化物等のソー
スとに、特に発光中心を構成する元素のソースに、エネ
ルギー線、特に、電子ビームまたはレーザビームを照射
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が上下の絶縁膜３．５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。

本発明のエネルギー線は、基板表面のみを局部的に加熱
しうる機能を有すれば足りるが、電子ビーム・レーザビ
ームが現実的に有効である０通常の電子ビームの有する
エネルギーは５〜５０ＫｅＶであり、また１通常のルビ
ーレーザビームやＹＧＡレーザビーム等のエネルギーは
０．１〜５ｅＶであり、加熱をもって実現しうるエネル
ギーの増加（１，０００℃をもって０．０１ｅＶ実現し
うる）に比し桁違いに大きいからである。

なお、エネルギー線として電子ビームを使用した場合は
、チャージアップを防止するための配慮が必要であるが
、一般に必要的に使用されるマスクの金属層等をもって
必然的に接地される。

なお、実験の結果によれば、電子ビームを使用しても、
レーザビームを使用しても、また、いずれのレーザビー
ムを使用しても、効果に大差はない、エネルギーが、加
熱をもって実現しうるエネルギーの増加（１，０００℃
をもって０．０１ｅＶ実現しうる）に比し桁違いに大き
いからであると推定される。

発光中心を構成する元素例えばユウロピウム等の、母材
を構成する物質例えば硫化ストロンチウム等に対する組
成比は、１〜２％が適当であり、発光中心を構成する元
素の導入される期間は母材を形成する期間より短いので
、母材を構成する物質のソースと発光中心を構成する元
素のソースとを分離しておき１発光中心を構成する元素
の導入期間のみエネルギー線の照射をなすこととすれば
、基板全体の温度上界も避けることができ。

その堆積レートの制御も容易・確実になり、さらに、現
実的に有利である。

〔作用〕

上記の欠点を解消するには、基板全体の温度は上げず、
結果的に反応室の温度は上昇せず。

ＥＬ膜の堆積される領域、特に希土類元素等の発光中心
を構成する元素が堆積される領域のみ温度を局部的に上
昇して、その領域の原子を活性にすればよいという着想
にもとづくものである。

この着想にもとづき、ＥＬ膜の堆積される領域特に希土
類元素等の発光中心を構成する元素が堆積される領域の
みに電子ビーム・レーザビーム等のエネルギー線を照射
し、この領域のみ温度を局部的に上昇して、この領域の
原子を活性化したものである。

その結果。

イ、透光性基板をなすガラスを変質させることがなく、 口、ＥＩｌＪ中に不純物が添加されることがなく。

ハ、ＥＬ膜の結晶状態は良好となり、 二、固溶限界を大幅に超える高濃度の発光中心を構成す
る元素を格子点に取り込むことができるようになる。

実験の結果によれば、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ＥＬ素子の輝度（交流駆動
型で６０Ｈ２で駆動したとき、発光しきい値電圧を３０
ＶＢ過した電圧に対応する輝度）は、硫化ストロンチウ
ムを母材としユウロピウムを発光中心とするＥＬ膜を用
いた赤色発光ＥＬ素子の場合を例にとると、エネルギー
線として、電子ビームを使用する場合も、レーザビーム
を使用する場合も、約４５Ｃｄ／＋ｗ２であり従来技術
の場合（約１５Ｃｄ／ｍ’）の約３倍である。

〔実施例〕

以下、図面を参照しりへ、本発明の一実施例に係る薄膜
ＥＬ素子の製造方法についてさらに説明する。

北上１ ＥＬ膜形成用スパッタ法には、硫化ストロンチュウムタ
ーゲットと硫化ユウロピウムターゲットとを使用し、ｆ
１４４図に示すような電子ビーム装置付きのスパッタリ
ング装置を使用する。

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。

第４図参照 図は、ＥＬ膜４の形成に使用される電子ビーム装置付き
の回転ターゲット型スパッタリング装置である０図にお
いて、１５は反応室であり、アルゴンガス等が０．０２
Ｔａｒｒの圧力で供給される。　ｌｌａはスキャン装置
を有する電子ビーム装置である。

７は発光中心をなすユウロピウムの化合物である硫化ユ
ウロピウムのターゲットであり、陰極８に被着される。

９は母材をなす硫化ストロンチュウムターゲットであり
、￥１１極１０に被着される。　１２は回転陽極であり
、基板１３を支持する。陰極８・１０は、それぞれ、独
立のＲＦＴｌｉ源（図示せず）に接続され、ＲＦ電源（
図示せず）の他端は回転陽極１２に接続される。

電子ビーム装置１１ａは、基板１３が硫化ユウロピウム
ターゲット７と対向するときのみ、電子ビーム１４ａを
射出し、基板１３上をスキャンする。

第１ａ図再参照 ＥＬ膜４の形成にあたっては、上記の電子ビーム装置付
きの回転ターゲット型スパッタリング装置を使用して、
基板全体の温度は４００℃に保持し、母材をなす硫化ス
トロンチュウムが堆積されるときの温度は低くし、発光
中心をなす硫化ユウロピウムが堆積されるときのみ基板
の表面に局部的に電子ビーム照射をなしてその領域のみ
を一時的に　１，０００℃以上に昇温しながら反応室内
にグロー放電を発生させて硫化ユウロピウムを堆積して
、厚さが約８．０（１（ｌ入であり、ユウロピウムを発
光中心とし硫化ストロンチュウムを母材とする膜を形成
する。

硫化ユウロピウムが堆積されるときは、その領域が１．
０００℃以上に昇温されているので、この領域では硫化
ストロンチュウムと硫化ユウロピウムとが一時的に溶融
状態となり、１２ｉｌ溶限界を超える高濃度に均一に混
合し、再凝固するので、ユウロピウムは硫化ストロンチ
ュウム結晶の格子点に取り込まれる。

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、酸窒化シリコンよ
りなり厚さが約２，０００へのｚ２の絶縁１９５を形成
し、さらに、スパッタ法または蒸着法を使用して、アル
ミニュウムよりなる対向電極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
、その母材をなす硫化ストロンチュウムの結晶は良好で
あり、発光中心をなすユウロピウムは、母材をなす硫化
ストロンチュウム結晶の格子点にストロンチュウムと置
換して取り込まれており、しかも、その濃度は固溶限界
をはるかに超えている。

その結果、輝度は極めて良好であり、実験の結果によれ
ば、約４５Ｇｄ／ｍ２である。

追」Ｌ例 ＥＬＩ１２形成用スパッタ法には、硫化ストロンチュウ
ムターゲットと硫化ユウロビウムターゲー。

トとを使用し、第５図に示すようなレーザビーム装置付
さのスパッタリング装置を使用する。

第１ｂ図参照 上記と同様にして、ガラス基板１上に厚さ約　２，００
０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Ｍ３とを
形成する。

つづいて、上記と同様にして、第５図に示すレーザビー
ム装置付きのスパッタリング装置を使用してＥＬ膜４を
形成するが、このレーザビーム装置付きのスパッタリン
グ装置は、第４図に示す電子ビーム装置付きのスパッタ
リング装置の電子ビーム装置１１ａがレーザビーム１１
ｂに置き換えられているだけで、その他は全く同一であ
る。

ＥＬ膜４の形成工程も、第１例における電子ビーム＋４
ａの照射がレーザビーム１４ｂの照射に置換されている
だけでその他は全く同一である。

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、酸窒化シリコンよ
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、スパッタ法または蒸着法を使用して、アルミ
ニュウムよりなる対向電極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
、その母材をなす硫化ストロンチュウムの結晶は良好で
あり１発光中心をなすユウロピウムは、母材をなす硫化
ストロンチュウム結晶の格子点にストロンチュウムと置
換して取り込まれており、しかも、その濃度は固溶限界
をはるかに超えている。

その結果、１１１度は極めて良好であり、実験の結果に
よれば、約４５Ｃｄ／■２である。

〔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、ＥＬ膜を形成する期間、母材を構成す
る元素例えば硫化ストロンチウム等のソースと発光中心
を構成する元素例えばテルビュウム等の硫化物のソース
とに、特に。

発光中心を構成する元素のソースに、エネルギー線、特
に、電子ビームまたはレーザビームを照射することとさ
れているので、この薄ｆＪＱ　Ｅ　Ｌ素子のＥＬ膜は、
その母材をなす硫化ストロンチュウム等の結晶は良好で
あり、発光中心をなすユウロピウム等は、母材をなす硫
化ストロンチュウム結晶等の格子点にストロンチュウム
と置換して取り込まれており、しかも、その濃度は固溶
限界をはるかに超えている。

その結果、輝度は極めて良好であり、実験の結果によれ
ば、約４５０ｔ１／−である。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は１本発明の第１の実施例に係る交流駆動型薄
膜ＥＬ素子の構造図。 第１ｂ図は、本発明の第２の実施例に係る交流駆動型薄
膜ＥＬ素子の構造図、 第２図は、従来技術に係る直流駆動型薄膜ＥＬ素子の構
造図、 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、 第４図は、本発明の第１の実施例に係る薄膜ＥＬ素子の
製造方法の実施に必要な電子ビーム装置付きの回転ター
ゲット型スパッタリング装置の構成図、 第５図は、本発明の第２の実施例に係る薄膜ＥＬ素子の
製造方法の実施に必要な電子ビーム装置付きの゛回転タ
ーゲット型スパッタリング装置の構成図である。 １・・−透光性基板（ガラス基板）、 ２・・・透光性電極（ＩＴＯ電極）、 ３・・・第１の絶縁膜（酸窒化シリコン）、４・働φＥ
Ｌ膜（硫化ストロンチュウムとユウロピウムとの組成物
）、 ５・・・第２の絶縁膜（酸窒化シリコン）、６１参対向
電極、 ７拳拳や硫化ストロンチュウムターゲット、８・・ｅ陰
極、 ９・争・硫化ユウロピウムターゲット。 １０拳・・陰極、 １１ａ・・・電子ビーム装置、 １１ｂ・φ・レーザビーム装置。 １２・・会陽極。 １３・・・基板、 １４ａ＊・・電子ビーム。 １４ｂ・・Ｏレーザビーム、 １５・・・反応室。 本発明 第１ａ図 本発明 第１ｂ図 従采技簿 業　２　図 第　３　Ｚ スノ＼０ツ７１ルフーシシ召【 第　　４　　図 ス、マ、ｖ？す〉７１叱１ 第　　５　　図 ７３Ｆ警へ・ご＼

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、母材を構成する 物質と発光中心を構成する元素とを堆積して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）を形成する工程は、エネルギー線照射
   の下になされる 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］前記エネルギー線は電子ビームであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の薄膜Ｅ
   Ｌ素子の製造方法。 ［４］前記エネルギー線はレーザビームであることを特
   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。 ［５］前記エネルギー線の照射は、前記発光中心を構成
   する元素に対してのみなされることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項、第２項、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ＥＬ膜（４）を形成する方法は、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、第３項、第４項または第５項記載の薄膜ＥＬ素
   子の製造方法。 ［７］前記ＥＬ膜（４）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１項、第２項
   、第３項、第４項または第５項記載の薄膜ＥＬ素子の製
   造方法。