JPS6386388A - 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 本発明は文字や図形などの表示に用いる薄膜ＥＬ素子に
関するものであり、更に詳しくは発光特性が長期に渡っ
て安定な薄膜ＥＬ素子に関する。

従来の技術 従来より電場発光螢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シ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
インジウム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
極に二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
が大きな酸化物誘電体薄膜（特開昭６６−４６５９５号
公報参照）の方が誘電率が小さな酸化珪素や窒化珪素（
特公昭５３−４２３９８号公報参照）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ＸＩ、素子を、−斉反転
方式により線順次駆動（特公昭５５−２７３６４号公報
参照）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挾まれた各絵素においては絵素が配
置された場所によって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接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、前記第１誘電体層および前記第
２誘電体層の前記ＥＬ発光体層側の少くとも一部を１’
ｇＡＬＯ４薄膜で構成する。

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新たに形成されるこ
とや、ＥＬ発光体層と誘電体層との反応により生じるも
のと考えられる。誘電体層のＥＬ発光層と接する部分に
、少くともＭｇＡＡ’２０４薄膜を介在させた複合誘電
体層にすることにより、トラップ準位の形成が抑制され
、長時間に渡り安定した動作が可能になったものと考え
られる。もちろん複合誘電体層とせず、単にＭｇＡｌ２
Ｏ４薄膜で誘電体層を形成しても同様な効果がある。と
言うのは誘電体層とＥＬ発光層の界面の性質が重要であ
るからでちる。

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
。同図において、１はガラス基板であり、その上に合金
ターゲットを用いてインジウム、スズ混晶酸化物薄膜（
以下ＩＴＯ薄膜と略称する）を直流スパッタ法で形成し
、ホトリングラフィ技術によりストライブ状に加工し、
透明電極２としだ。その上にチタンジルコン酸ストロン
チウム５ｒ（ＺｒＯ，２Ｔｉｏ、ａ　）Ｏｓからなる酸
化物誘電体薄膜３を酸化物セラミックターゲ、ソトを用
い、高周波マグネトロンスパッタ法で、厚さｅｏｏｎｍ
に形成した。

さらにその上に、ＭｇＡｌ２Ｏ４酸化物セラミツクター
ゲ・フトを用い、５Ｑｎｍの厚さのＭｇＡｌ２Ｏ４薄膜
４を高周波マグネトロンスパ・フタ法で形成した。

Ｓｒ　（Ｚｒ　ｏ、２Ｔｉ　ｏ、ａ　）０３誘電体薄膜
３とＭ（７（Ａ１２０４薄膜４によシ、第１誘電体層５
が形成される。

ＭｇＡｌ２Ｏ４薄膜４の上には、共蒸着法により、基板
温度２００’Ｃで、厚さ４００１ｍのマンガン添加硫化
亜鉛薄膜からなるＥＬ発光体層６を形成した。その後、
真空中４５０〜５８０°Ｃの温度範囲で１時間熱処理を
して発光体層の光学的活性化を行った。

発光体層の上に再びＭｇＡｌ２Ｏ４薄膜７を前記と同様
な手法でｓｏｎｍの厚さに形成した。その上にタンタル
酸バリウム！３ａＴ２Ｌ２０６からなる酸化物誘電体薄
膜８を、酸化物セラミックをターゲットとして、高周波
スパッタ法で厚さ２００ｎｍに形成した。ＢａＴ２Ｌ２
０６誘電体薄膜８とＭｇＡ＃２０４薄膜７により、第２
誘電体層９が形成される。最後にその上に厚さ１５０ｎ
ｍのＡｆｉを真空蒸着し、ホトリングラフィ技術により
、工ＴＯ透明電極とは直交する方向に、ストライプ状の
背面電極１０を形成し、薄膜ＥＬ素子を完成した。

本発明の一実施例にかかる薄膜ＥＬ素子と、その薄膜Ｅ
Ｌ素子からＭｇＡｌ２Ｏ４薄膜４および７を除いた従来
の薄膜Ｅｌ、素子とに、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た。その結果第３図に示すよ
うに、従来の薄膜ＥＬ素子では１００時間で約６係発光
開始電圧が低下したのに対しく第２図ａ）、本発明の薄
膜ＥＬ素子では１．０　％以下であった（第２図ｂ）。

更にそれ以後５Ｑ００時間までほとんど発光開始電圧の
低下は見られなかった。

本実施例では、ＭｇＡ６２０ａ薄膜をＥＬ発光体層の両
側に接して形成したが、第１誘電体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。すなわち、
ＥＬ発光体層と接する第１．第２誘電体層の薄膜誘電体
材料によって、上記発光開始電圧の経時変化の割合が変
り、ＭｇＡ１２ｏ４薄膜が発光体層と接していなくては
ならない。もちろん、Ｍｇ）、ｌ□０４薄膜のみで第１
誘電体層と第２誘電体層の片方または両方を形成しても
かまわない。しかし、特に低電圧駆動のＥＬ素子を作成
する場合、複合誘電体層を形成した方が打合が良い。

一般に低電圧駆動のＥＬ素子を作成する場合、厚さの薄
い誘電体薄膜を用いるか、厚くとも誘電率の高い誘電体
薄膜を用いればよい。薄い誘電体薄膜の使用はＥＬ素子
の耐絶縁破壊特性に難があるので、本発明の目的の経時
的に安定な発光開始電圧を持ち、かつ低電圧駆動のＥＬ
素子を得ようとする場合、実施例のごときペロブスカイ
ト組成酸化物であるチタン酸ストロンチウム系の厚い誘
電体と薄いＭｇＡｇ２０ａ薄膜を組合わし、ＥＬ発光体
層とＭｆＡｌｚｏｎ薄膜が接するように配置すればよい
。この時、ＭｇＡｌ２Ｏ４の膜厚はよυ薄い方が低電圧
駆動に都合がよいが、ＭｇＡｌ２Ｏ４薄膜の効果は１０
　ｎｍ以上で現われるので、製膜時の膜厚コントロール
のし易さを考慮して実施例のように５Ｑｎｍ付近が適当
である。ペロブスカイト組成酸化物誘電体は一般に高い
誘電率を持ち、５ｒＴｉＯ。

で１４０．Ｔｉ位置に更にＺｒを２０％固溶させた実施
例で示したｓｒ　（Ｚｒ　（１，２ＴＬｏ、８）　０５
ば１００の誘電率を持つ。他にｓｒの位置をＢａ　、　
Ｐｂ　、　Ｃａイオン等で部分的あるいは全部置換して
もよいし、Ｔ工の位置をＳｎ、Ｈｆ等で置換しても安定
な高誘電率薄膜が得られる。第１誘電体層は上記のごと
き厚いペロブスカイト組成酸化物誘電体と薄いＭｇＡｌ
２Ｏ４薄膜との複合層を用い、第２誘電体層としては実
施例のごとき比較的誘電率が２２と小さいが膜厚の薄い
Ｂ１！ＬＴ１Ｌ２０６薄膜とＭｇＡｌ２Ｏ４薄膜との複
合誘電体層を用いることで本発明の目的にかなった、耐
電圧特性の良好な低電圧駆動型のＥＬ素子を作成できる
。

第２誘電体層は比較的誘電率の低い誘電体薄膜を用いた
方が、一般にＥＬ素子の伝播性絶縁破壊を抑制すること
ができ、更に低電圧駆動をさせる場合はその厚さを薄く
すればよい。

ＥＬ発光体層６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。活性物質としては実施例の
Ｍｎ以外に、ＴｂＦ、　、　ＳｍＦ、　、　ＥｒＦ、　
。

ＴｍＦ３．　ＤｙＦ３．　ＰｒＦ３　　が適当である。

ＥＩ、発光体層６はＺｎＳ以外のもの、たとえばＣａＳ
やＳｒＳに活性物質を含んだものも利用でき、電場発光
を示すものであればよい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、低電圧駆動も可能であり
、長時間の駆動によっ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
に広く利用でき、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素子の一実施例の構成
を示す断面図、第２図は薄膜ＥＬ素子の駆動電圧波形を
示す波形図、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・・・・・・酸化物誘電体薄膜、４・・・・・・Ｍｇ
ＡＡ’２０４薄膜、５・・・・・・第１誘電体層、６・
・・・・・ＥＬ発光体層、７・・・・・・ＭｇＡｌ２Ｏ
４薄膜、８・・・・・・酸化物誘電体薄膜、９・・・・
・・第２誘電体層、１０・・・・・・背面電極。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名噸ぐ
　　　　　　嗜ぐ 〜　　　　　　　　Ｎ− 牡　　　　セ ０−　　　め 第２図 第３図 將関

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　透光性基板上に順次積層された、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
   電極を備えた薄膜ＥＬ素子において、前記第１誘電体層
   および前記第２誘電体層の前記ＥＬ発光体層と接する側
   の少くとも一部がＭｇＡｌ＿２Ｏ＿４薄膜で構成されて
   いることを特徴とする薄膜ＥＬ素子。
2. （２）　第１誘電体層をＥＬ発光体層に接する部分の１
   ０ｎｍ以上の厚さを持つＭｇＡｌ＿２Ｏ＿４薄膜と、ペ
   ロブスカイト組成酸化物誘電体薄膜との積層膜としたこ
   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）　第１誘電体層をＥＬ螢光体層と接する部分の１
   ０ｎｍ以上の厚さを持つＭｇＡｌ＿２Ｏ＿４薄膜とチタ
   ン酸ストロンチウム系酸化物誘電体薄膜とで構成したこ
   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。
4. （４）　第２誘電体層をＥＬ発光体層と接する１０ｎｍ
   以上の厚さを持つＭｇＡｌ＿２Ｏ＿４薄膜とタンタル酸
   バリウム系酸化物誘電体薄膜とで構成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項，第２項又は第３項記載の薄
   膜ＥＬ素子。