JPH01255194A - 薄膜el素子 - Google Patents
薄膜el素子Info
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- JPH01255194A JPH01255194A JP63081517A JP8151788A JPH01255194A JP H01255194 A JPH01255194 A JP H01255194A JP 63081517 A JP63081517 A JP 63081517A JP 8151788 A JP8151788 A JP 8151788A JP H01255194 A JPH01255194 A JP H01255194A
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Landscapes
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
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。
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〕
本発明は情報表示装置等に用いる薄膜EL素子、特に新
しい構成の絶縁層が採用された安定性の高い薄膜EL素
子に関する。
しい構成の絶縁層が採用された安定性の高い薄膜EL素
子に関する。
蛍光体物質に電圧を印加することにより発光させる、い
わゆるエレクトロルミネセンス([EL)が1936年
に発見されて以来、面光源や表示装置への応用を目的と
して多くの研究開発が行われてきた。
わゆるエレクトロルミネセンス([EL)が1936年
に発見されて以来、面光源や表示装置への応用を目的と
して多くの研究開発が行われてきた。
その間、種々の素子構造が検討されたが、現在ではZn
S:Mn等の薄膜発光層を使用した交流駆動の薄IIX
EL素子が発光輝度特性、安定性に優れ、各種の表示装
置として実用に供されている。
S:Mn等の薄膜発光層を使用した交流駆動の薄IIX
EL素子が発光輝度特性、安定性に優れ、各種の表示装
置として実用に供されている。
第3図に代表的なEL素子として刊行物「ニス・アイ・
デイ・74・ダイジェスト・オブ・テクニカル・ペーパ
ーズ(SID 74 digest of techn
ical pa−pers)Jの84頁に発表された2
重絶縁型薄膜EL素子の断面図を示す。図において、こ
の2重絶縁型薄膜EL素子は、ガラス基板11上に透明
電極12.下部絶縁層132発光層14.上部絶縁層1
5.背面電極16が順次積層された素子構造を有してい
る。下部及び上部絶縁層13.15としては、Y2O,
、Ta205 、 Si。
デイ・74・ダイジェスト・オブ・テクニカル・ペーパ
ーズ(SID 74 digest of techn
ical pa−pers)Jの84頁に発表された2
重絶縁型薄膜EL素子の断面図を示す。図において、こ
の2重絶縁型薄膜EL素子は、ガラス基板11上に透明
電極12.下部絶縁層132発光層14.上部絶縁層1
5.背面電極16が順次積層された素子構造を有してい
る。下部及び上部絶縁層13.15としては、Y2O,
、Ta205 、 Si。
N、 、 S i O,、BaTi0. 、5rTiO
,、Al1.0.等の絶縁体薄膜が真空蒸着やスパッタ
、プラズマCVD法により形成される。また、発光層1
4としては黄橙色に発光するZnS : Mnが最も高
輝度でありこれが実用的に多用されている。
,、Al1.0.等の絶縁体薄膜が真空蒸着やスパッタ
、プラズマCVD法により形成される。また、発光層1
4としては黄橙色に発光するZnS : Mnが最も高
輝度でありこれが実用的に多用されている。
このような薄膜EL素子は完全な面発光であるために視
認性に優れ、また微細なパターン化や時分割駆動性に優
れているために簡単なインデイケータから高精細大表示
容量の平型表示装置として広範に使用されることが期待
されている。
認性に優れ、また微細なパターン化や時分割駆動性に優
れているために簡単なインデイケータから高精細大表示
容量の平型表示装置として広範に使用されることが期待
されている。
第3図に素子構造を示したように薄膜EL素子にとって
発光層の両側に設けられた絶縁層の役割は重要である。
発光層の両側に設けられた絶縁層の役割は重要である。
即ち、絶縁層は素子破壊を招く過剰な電流を制限して安
定な発光動作を可能にすると共に、分極電界が形成され
ることにより電圧輝度特性の急峻性の付与にも大きな効
果がある。但し、この絶縁層の設置は絶縁層にも印加電
圧が分割されるために素子の発光動作に高い外部駆動電
圧が必要となる。また、交流駆動により実効的に発光層
内に流れる電流は絶縁層の容量に反比例して減少するた
めに輝度が低下するという問題がある。
定な発光動作を可能にすると共に、分極電界が形成され
ることにより電圧輝度特性の急峻性の付与にも大きな効
果がある。但し、この絶縁層の設置は絶縁層にも印加電
圧が分割されるために素子の発光動作に高い外部駆動電
圧が必要となる。また、交流駆動により実効的に発光層
内に流れる電流は絶縁層の容量に反比例して減少するた
めに輝度が低下するという問題がある。
従って、絶縁層の容量をあまり小さくすることはできず
、絶縁層の膜厚や材料を最適なものにすることは実用上
重要である。
、絶縁層の膜厚や材料を最適なものにすることは実用上
重要である。
絶縁材料については、製造が容易で絶縁性が高く特性的
にも安定な誘電体薄膜として従来よりSiO□、AらQ
、、5IJ4等が知られており、薄膜EL素子の絶縁層
に使用することができる。しかし、これらの材料の誘電
率は小さく、薄膜EL素子の絶縁層には薄い膜厚として
使用する必要がある。しかし、薄い膜ではピンホールが
発生しやすく、これを核とした絶縁破壊損傷が多発し、
製造歩留りや素子破壊に対する安定性に欠けるという問
題がある。
にも安定な誘電体薄膜として従来よりSiO□、AらQ
、、5IJ4等が知られており、薄膜EL素子の絶縁層
に使用することができる。しかし、これらの材料の誘電
率は小さく、薄膜EL素子の絶縁層には薄い膜厚として
使用する必要がある。しかし、薄い膜ではピンホールが
発生しやすく、これを核とした絶縁破壊損傷が多発し、
製造歩留りや素子破壊に対する安定性に欠けるという問
題がある。
これに対して比較的高い誘電率を有するTa、 0.や
Tie、 、 ZrO,t YzO3,PbTi0a
t BaTi0i t 5rTiOz等の薄膜は絶縁体
層としての使用が可能である。この場合は比較的厚い膜
厚とすることができ、ピンホールの発生並びに絶縁破壊
の発生数を大巾に減少しうる点で有利である。しかし5
発光特性を改善するための熱処理や長時間の動作により
電圧輝度特性の急峻性が損なわれたり、また、長時間に
わたって絶縁破壊の発生が散発的に続くといった問題が
ある。
Tie、 、 ZrO,t YzO3,PbTi0a
t BaTi0i t 5rTiOz等の薄膜は絶縁体
層としての使用が可能である。この場合は比較的厚い膜
厚とすることができ、ピンホールの発生並びに絶縁破壊
の発生数を大巾に減少しうる点で有利である。しかし5
発光特性を改善するための熱処理や長時間の動作により
電圧輝度特性の急峻性が損なわれたり、また、長時間に
わたって絶縁破壊の発生が散発的に続くといった問題が
ある。
本発明の目的は上記問題を解決した薄膜EL素子を提供
することにある。
することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、基板上に電極、下
部絶縁層9発光層、上部絶縁層、電極が順次形成された
薄膜EL素子において、少なくとも前記下部絶縁層は第
1.第2.第3の誘電体層を順に積層した3層構造から
なり、中間の前記第2誘電体層は前記第1及び第3の誘
電体層よりも高い誘電率と厚い膜厚とを有するものであ
る。
部絶縁層9発光層、上部絶縁層、電極が順次形成された
薄膜EL素子において、少なくとも前記下部絶縁層は第
1.第2.第3の誘電体層を順に積層した3層構造から
なり、中間の前記第2誘電体層は前記第1及び第3の誘
電体層よりも高い誘電率と厚い膜厚とを有するものであ
る。
絶縁層として誘電率の高いTa2O,やPbTi0i
のスパッタ膜を使用し、zns:Mnを発光層とした薄
膜EL素子を作成し、この素子の膜厚方向の組成分布を
5INSにより分析した。熱処理工程や長時間の動作で
絶縁層内にITO透明電極からのInや背面電極のAQ
の拡散が観察された。また、ZnS : Mn発光層内
にも絶縁層からのTaやTi、 Pb等の金属イオンや
絶縁層内を通り抜けてきたAΩやIn等の電極材料から
の拡散もamされた。このような構成膜の金属イオンの
拡散が、前述した高誘電率材料を絶縁層として使用した
場合の素子劣化に関与していると判断された9例えば、
発光層や絶縁層内、あるいは界面に拡散イオンによる不
純物準位が形成されることにより、電圧輝度特性がシフ
トしたり、印加電圧に対する発光輝度の立上り特性の急
峻性が損なわれたりする。また、発光層や絶縁層の欠陥
部に拡散イオンが集中し、絶縁破壊発生の核となる低抵
抗部位が形成される等の問題を生じる。これに対して、
本発明の薄膜EL素子の絶縁層は順次積層された第1.
第2.第3の誘電体膜からなる3層構造となっている。
のスパッタ膜を使用し、zns:Mnを発光層とした薄
膜EL素子を作成し、この素子の膜厚方向の組成分布を
5INSにより分析した。熱処理工程や長時間の動作で
絶縁層内にITO透明電極からのInや背面電極のAQ
の拡散が観察された。また、ZnS : Mn発光層内
にも絶縁層からのTaやTi、 Pb等の金属イオンや
絶縁層内を通り抜けてきたAΩやIn等の電極材料から
の拡散もamされた。このような構成膜の金属イオンの
拡散が、前述した高誘電率材料を絶縁層として使用した
場合の素子劣化に関与していると判断された9例えば、
発光層や絶縁層内、あるいは界面に拡散イオンによる不
純物準位が形成されることにより、電圧輝度特性がシフ
トしたり、印加電圧に対する発光輝度の立上り特性の急
峻性が損なわれたりする。また、発光層や絶縁層の欠陥
部に拡散イオンが集中し、絶縁破壊発生の核となる低抵
抗部位が形成される等の問題を生じる。これに対して、
本発明の薄膜EL素子の絶縁層は順次積層された第1.
第2.第3の誘電体膜からなる3層構造となっている。
中央の第2の誘電体膜は膜厚の厚い高誘電率の誘電体薄
膜が使用されているのに対して第1.第3の誘電体膜は
誘電率は小さいが安定で、且つイオン拡散の障壁として
優れた性能をもつ物質が使用されており、その膜厚は薄
い。
膜が使用されているのに対して第1.第3の誘電体膜は
誘電率は小さいが安定で、且つイオン拡散の障壁として
優れた性能をもつ物質が使用されており、その膜厚は薄
い。
この第1.第3の誘電体膜を第2の誘電体膜の上下に積
層して上述したような高誘電率誘電体膜、電極、発光層
間の金属イオンの拡散が防止される。
層して上述したような高誘電率誘電体膜、電極、発光層
間の金属イオンの拡散が防止される。
この第1.第3の誘電体膜としてはSi、N4.5in
2゜5iON、 AQ、O,、AQN、 SiC等を主
成分とした薄膜が使用される。また、膜厚は駆動電圧を
あまり高くさせず、且つ十分な拡散防止性能が発揮でき
る範囲として0.02mから0.14程度が好ましい。
2゜5iON、 AQ、O,、AQN、 SiC等を主
成分とした薄膜が使用される。また、膜厚は駆動電圧を
あまり高くさせず、且つ十分な拡散防止性能が発揮でき
る範囲として0.02mから0.14程度が好ましい。
高誘電率の第2の誘電体膜としてはTa、O,、TiO
□、 PbTiO3,BaTiO3,ZrO,、Nb2
O,、5rTiO,等が使用され、膜厚はピンホール等
の発生が減少する0、25虜以上とすることが好ましい
。なお、上部絶縁層、下部絶縁層の両方をともに3層構
造にする必要はなく、少なくとも下部絶縁層に上述のよ
うな3層構造とすれば実用上十分な効果を得ることがで
きる。
□、 PbTiO3,BaTiO3,ZrO,、Nb2
O,、5rTiO,等が使用され、膜厚はピンホール等
の発生が減少する0、25虜以上とすることが好ましい
。なお、上部絶縁層、下部絶縁層の両方をともに3層構
造にする必要はなく、少なくとも下部絶縁層に上述のよ
うな3層構造とすれば実用上十分な効果を得ることがで
きる。
以下に本発明の実施例について図を参照して説明する。
第1図において、ガラス基板1上に厚さ0.1LsのI
TO膜を形成しこれを透明電極2とした0次に下部絶縁
層9の第1誘電体層3としてSi、、N、の薄膜を0.
054の厚さに形成した後、第2誘電体層4として厚さ
0.44のTa2O,膜で形成した。さらに第3誘電体
層5として、再びo、osaの厚さのSi、N。
TO膜を形成しこれを透明電極2とした0次に下部絶縁
層9の第1誘電体層3としてSi、、N、の薄膜を0.
054の厚さに形成した後、第2誘電体層4として厚さ
0.44のTa2O,膜で形成した。さらに第3誘電体
層5として、再びo、osaの厚さのSi、N。
薄膜を形成した。なお、これらの第1〜第3誘電体層3
,4.5はSi、N4とTa、 O,焼結体ターゲット
を装備した高周波スパッタ装置により真空を破ることな
く連続的に成膜した。次に発光層6としてZnS:Mn
薄膜を真空蒸着により0.5.の厚さに形成した後、真
空中で550’C,1時間の熱処理を行った。
,4.5はSi、N4とTa、 O,焼結体ターゲット
を装備した高周波スパッタ装置により真空を破ることな
く連続的に成膜した。次に発光層6としてZnS:Mn
薄膜を真空蒸着により0.5.の厚さに形成した後、真
空中で550’C,1時間の熱処理を行った。
この後、上部絶縁層7として再びSi、N4薄膜を0゜
12虜の厚さに形成した。最後にAQ薄膜の背面電極8
を形成し本実施例の薄膜EL素子を完成した。
12虜の厚さに形成した。最後にAQ薄膜の背面電極8
を形成し本実施例の薄膜EL素子を完成した。
第2図にこの素子の電圧輝度特性を示す。図中、実施例
の素子Aについて実線は初期特性であり。
の素子Aについて実線は初期特性であり。
破線は2000時間動作後の特性である。なお、参考と
して第1及び第3誘電体層を持たない従来型の薄膜EL
素子Bの特性をもあわせて示した。本実施例の素子Aに
よれば、発光開始電圧は若干高いが、飽和輝度及び輝度
特性の急峻性に優れている。また、長時間動作により従
来素子では大巾に特性が変化するのに対して本実施例の
素子Aの経時変化は僅かである。
して第1及び第3誘電体層を持たない従来型の薄膜EL
素子Bの特性をもあわせて示した。本実施例の素子Aに
よれば、発光開始電圧は若干高いが、飽和輝度及び輝度
特性の急峻性に優れている。また、長時間動作により従
来素子では大巾に特性が変化するのに対して本実施例の
素子Aの経時変化は僅かである。
また、従来素子Bでは絶縁破壊の発生がかなりあったが
、本実施例の素子Aでは数分の1以下の発生数であった
。
、本実施例の素子Aでは数分の1以下の発生数であった
。
なお、上部絶縁体層も下部絶縁体層と同じSi。
N4\Ta、 O,\Si、 N、構成とした素子では
さらに絶縁破壊の発生数を少なくすることができた。ま
た、5iJ4以外に第1あるいは第3誘電体層としてS
in。
さらに絶縁破壊の発生数を少なくすることができた。ま
た、5iJ4以外に第1あるいは第3誘電体層としてS
in。
や5iON、 AQ、O□AΩN、SiCを使用しても
ほぼ同様の効果を得た。勿論、第1及び第3誘電体層と
して同じ材料を使用する必要はなく、例えば密着性の改
善を考慮して第1誘電体層にSin、を使用し、第3誘
電体層にSiNを採用した素子でも良好な特性が得られ
た。
ほぼ同様の効果を得た。勿論、第1及び第3誘電体層と
して同じ材料を使用する必要はなく、例えば密着性の改
善を考慮して第1誘電体層にSin、を使用し、第3誘
電体層にSiNを採用した素子でも良好な特性が得られ
た。
以上詳述したように本発明の薄膜EL素子によれば、良
好な発光特性、即ち1発光電圧9発光輝度。
好な発光特性、即ち1発光電圧9発光輝度。
輝度特性の急峻性がバランス良く良好であり、経時変化
も少ない特性が得られる。また、本発明の素子は絶縁破
壊の発生も少なく高い製造歩留りと信頼性をもたらす意
味でも工業的価値の大なるものである。
も少ない特性が得られる。また、本発明の素子は絶縁破
壊の発生も少なく高い製造歩留りと信頼性をもたらす意
味でも工業的価値の大なるものである。
第1図は本発明の実施例の薄膜EL素子の断面構造を示
す図、第2図は実施例の素子と従来型の素子の電圧輝度
特性を示す図、第3図は従来の薄膜EL素子の構造を示
す断面図である。 1・・・ガラス基板 2・・・透明電極3・・
・第1誘電体層 4・・・第2誘電体層5・・・
第3誘電体層 6・・・発光層7・・・上部絶縁
層 8・・・背面電極9・・・下部絶縁層
す図、第2図は実施例の素子と従来型の素子の電圧輝度
特性を示す図、第3図は従来の薄膜EL素子の構造を示
す断面図である。 1・・・ガラス基板 2・・・透明電極3・・
・第1誘電体層 4・・・第2誘電体層5・・・
第3誘電体層 6・・・発光層7・・・上部絶縁
層 8・・・背面電極9・・・下部絶縁層
Claims (1)
- 1. 基板上に電極、下部絶縁層、発光層、上部絶縁層
、電極が順次形成された薄膜EL素子において、少なく
とも前記下部絶縁層は第1、第2、第3の誘電体層を順
に積層した3層構造からなり、中間の前記第2誘電体層
は前記第1及び第3の誘電体層よりも高い誘電率と厚い
膜厚とを有することを特徴とする薄膜EL素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63081517A JPH01255194A (ja) | 1988-04-01 | 1988-04-01 | 薄膜el素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63081517A JPH01255194A (ja) | 1988-04-01 | 1988-04-01 | 薄膜el素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01255194A true JPH01255194A (ja) | 1989-10-12 |
Family
ID=13748536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63081517A Pending JPH01255194A (ja) | 1988-04-01 | 1988-04-01 | 薄膜el素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01255194A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6899916B2 (en) | 2001-10-29 | 2005-05-31 | The Westaim Corporation | Composite substrate, EL panel using the same, and making method |
-
1988
- 1988-04-01 JP JP63081517A patent/JPH01255194A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6899916B2 (en) | 2001-10-29 | 2005-05-31 | The Westaim Corporation | Composite substrate, EL panel using the same, and making method |
| KR100497213B1 (ko) * | 2001-10-29 | 2005-06-28 | 더 웨스타임 코퍼레이션 | 복합기판 및 이를 사용한 el패널과 그 제조방법 |
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