JPH046279B2 - - Google Patents

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JPH046279B2
JPH046279B2 JP60038391A JP3839185A JPH046279B2 JP H046279 B2 JPH046279 B2 JP H046279B2 JP 60038391 A JP60038391 A JP 60038391A JP 3839185 A JP3839185 A JP 3839185A JP H046279 B2 JPH046279 B2 JP H046279B2
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JP
Japan
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insulating layer
thin film
zno
light
transparent electrode
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JP60038391A
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Hiroyuki Seto
Katsuhiko Tanaka
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication of JPH046279B2 publication Critical patent/JPH046279B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、交流電圧もしくは直流電圧を印加
されて発光するEL素子の改良に関し、特に発光
層が電子ビームまたはスパツタリングなどの薄膜
形成法により形成されている薄膜EL素子の改良
に関する。
[従来の技術] たとえば電子通信学会誌第65巻第7号第741頁
−747頁(昭57−7)に示されているように、従
来より、交流もしくは直流で駆動される薄膜EL
素子が公知である。第2図は、このうちの一例と
しての交流で駆動される薄膜EL素子を示す略図
的断面図である。この薄膜EL素子1では、透明
なガラスよりなる透光性基板2上に蒸着もしくは
スパツタで透明電極3が形成されている。透明電
極3は、In2O3−SnO2酸化物合金からなるITO電
極で構成されている。該透明電極3の上面には、
さらに第1絶縁層4が形成されており、該第1絶
縁層4の上面にZnS:Mnからなる発光層5が形
成されており、該発光層5は、さらに上面に形成
された第2絶縁層6と第1絶縁層4とにより挾ま
れた構成とされている。第1絶縁層4、発光層5
および第2絶縁層6は、いずれもスパツタにより
形成され、透明電極3の上面において順に形成さ
れるものである。なお、第1絶縁層4および第2
絶縁層6は、通常Si3N4、Y2O3またはAl2O3など
の材料により構成される。第2絶縁層6の上面に
は、他方の電極としての背面電極7が形成されて
おり、該背面電極7は、第2図の紙面および紙背
方向に複数本延びて形成されており、透明電極3
と交差して格子を形成するように配置されてい
る。
第2図に示した従来の交流駆動薄膜EL素子1
では、透明電極3および背面電極7より交流電圧
を印加することにより、EL発光が得られる。
他方、特に図示はしないが、直流で駆動される
薄膜EL素子では、発光層と電極との間を絶縁す
る必要がないため、第2図に示した交流駆動の薄
膜EL素子1から第1絶縁層4および第2絶縁層
6が除去された構成を有する。
[発明が解決しようとする問題点] EL素子は、表示装置としての機能を目的とす
るものである以上、第1に高輝度、高効率である
ことが要求され、第2により低い電圧で駆動され
得るものであることが好ましい。ところで、薄膜
EL素子の効率および駆動電圧は、発光層を構成
するZnSの結晶性に依存し、該発光層の結晶性が
優れているほど望ましい。
第2図に示した従来の薄膜EL素子1を例にと
れば、発光層5の結晶性を向上させるには、発光
層5が第1絶縁層4の表面にスパツタにより形成
されるものであるため、第1絶縁層4の結晶配向
性を向上させることが必要である。このため第1
絶縁層4には結晶配向性の良好な絶縁層を用いれ
ばよいが、通常Y2O3やAl2O3の結晶配向性はよく
ない。したがつて、この上に形成される発光層5
の結晶性は十分ではない。
それゆえに、この発明の目的は、発光層の結晶
性が向上されており、したがつて高効率で低電圧
駆動可能な薄膜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] この発明は、上述の問題点を解決すべく鋭意検
討の結果なされたものであり、その要旨とすると
ころは、透光性基板、該透光性基板上に形成され
た透明電極、発光層および該発光層を介して透明
電極とは反対側に設けられた電極を備える薄膜
EL素子において、透光性基板の上にAlをドープ
した結晶配向性ZnOからなるスパツタリング透明
電極が形成され、その上に発光層が形成されてい
ることを特徴とする薄膜EL素子である。
Alをドープした結晶配向性ZnOからなるスパ
ツタリング透明電極が厚み方向における結晶配向
性に優れているので、その上に形成される発光層
の結晶性を大幅に向上させることができる。
なお、交流駆動薄膜EL素子の場合には、透明
電極と発光層との間に第1の絶縁層が形成される
が、この場合には該第1の絶縁層はスパツタリン
グ膜からなる結晶配向性ZnO絶縁層で構成され、
たとえばZnOにLiなどをドープした材料を用いる
ことができ、上記透明電極と同様に厚み方向にお
ける結晶配向性に優れた絶縁層とすることができ
る。したがつて、交流駆動薄膜EL素子において
も、発光層の結晶性を大幅に改善することができ
る。
[実施例の説明] 第1図は、この発明の一実施例を示す部分切欠
断面図である。この実施例の薄膜EL素子11は、
交流で駆動される形式の薄膜EL素子である。こ
こでは、たとえばコーニング社7059ガラスからな
る透光性基板12上に、Alよりなる取出用電極
18が蒸着により形成されている。該取出用電極
18に電気的に接続され得るように、透光性基板
12上には、透明電極13が形成されている。該
透明電極13は、Alをドープした結晶配向性
ZnOからなるもので、後述するように、スパツタ
リングにより形成されている。また、ZnO透明電
極13の上面には第1絶縁層としての結晶配向性
ZnO絶縁層14がrfマグネトロンスパツタにより
形成されている。ZnO絶縁層14の上面には、
ZnS:TbF3発光層15がスパツタにより形成さ
れており、さらにその上面には第2絶縁層16お
よび背面電極17,17が形成されている。
上記したような各層の積層構造は、第2図に示
した従来の薄膜EL素子1とほぼ同様である。し
かしながら、この実施例の薄膜EL素子11では、
透明電極13および第1絶縁層14がc軸配向性
に優れているため、発光層15の形成にあたつて
は結晶性に優れたZnS膜が成長する。ところで、
このような結晶配向性に優れたZnO膜を得るに
は、約1μm以上の膜厚を必要とする。したがつ
て、薄膜EL素子の絶縁層として用いるには、駆
動電圧の増大等を招来し、不適当なものである。
しかしながら、この実施例では、ZnOにAlが
ドープされた配向性透明電極13の上にZnOにLi
がドープされた絶縁層14を成膜するものである
ため結晶配向性ZnO電極13の膜厚がある程度厚
ければ、絶縁層14の膜厚が薄いにもかかわら
ず、結晶性の良いc軸配向膜を形成することがで
きる。したがつて、1絶縁層14の膜厚を薄くし
たままで、結晶性に優れた発光層15を形成し得
る。第3図に、c軸結晶配向性ZnO膜よりなる絶
縁層14の上に発光層を形成したこの実施例と、
従来のAl2O3膜からなる絶縁層上に発光層を形成
した例のX線回折パターンを示す(実線Xが実施
例、実線Yが従来例を示す。)。なお、発光層はい
ずれもZnS:TbF3膜により形成した。またこの
実施例のZnO透明電極13の膜厚は約8000Å、
ZnO絶縁層14の膜厚は約2000Åである。同様
に、第4図に、この実施例の輝度−電圧特性を実
線Aで示す。なお、比較のために、同一構造の従
来の薄膜EL素子の輝度−電圧特性を実線Bで示
す。第3図および第4図の結果から、この実施例
の薄膜EL素子11では、ZnS発光層の結晶性が
向上することにより、低電圧駆動、高輝度化を実
現することができ、高効率の薄膜EL素子の作製
ができる。
なお、上記実施例では、交流駆動型の薄膜EL
素子11について説明したが、直流駆動型の薄膜
EL素子についてもこの発明を適用し得るもので
あることを指摘しておく。すなわち、透明電極と
して結晶配向性ZnO電極を用いることにより、第
1絶縁層が形成されない直流駆動型の薄膜EL素
子であつても、その上に形成される発光層の結晶
性を同様に改善し得るからである。
また、発光層については、上記実施例では
ZnS:TbF3を用いたが、これに限らず、ZnS:
Mn、ZnS:PrF3、ZnS:DyF3、ZnS:TmF3
よびZnS:Cuなどの任意のZnSを用いた発光層を
用いることができ、またZnSに代わりSrF、CaS
などを主体とする発光層を用いることも可能であ
る。
さらに、第1図に示した実施例では、第2絶縁
層16を設けたが、該第2絶縁層16は必ずしも
必要なものではなく、除去してもよい。また第2
絶縁層16を形成する場合、第2絶縁層16は、
結晶配向性ZnO絶縁層により構成されずともよ
い。すなわち第2絶縁層16については、従来か
ら用いられているY2O3、Si3N4、Al2O3などの任
意の材料により構成することも可能である。
次に、上記した第1図に示した実施例の製造方
法につき説明する。
まず、上面に取出用電極18がAlを蒸着する
ことにより形成されたガラスよりなる透光性基板
12を準備する。次に、基板ホルダ(図示せず)
に、該透光性基板12が、取出電極18の一部を
マスクした状態でセツトされる。この状態を第5
図に平面図で示す。第5図において、21はマス
クを示す。次に、真空槽を2×10-6Torr以下の
真空度に排気した後、マルチターゲツト方式のス
パツタ法にて下記の工程により各層が透光性基板
12上に形成される。
ZnO透明電極の形成 スパツタにより、結晶配向性ZnO透明電極1
3を形成する。ターゲツトは、ZnO粉末に
Al2O3粉末を2重量%添加して混合したものを
用いる。このスパツタ条件を第1表に示す。得
られた結晶配向性ZnO透明電極の膜厚は約8000
Åとなる。 第1表 スパツタ条件 ターゲツト ZnO粉末−2重量% Al2O3粉末 スパツタ方式 RFマグネトロン スパツタリングパワー 50W スパツタガス Ar ガス圧 8×−10-3Torr 時 間 40分基板加熱 無 結晶配向性ZnO絶縁層の形成 同一真空槽内で、ZnO焼結体ターゲツトを用
いてRFマグネトロンスパツタにより結晶配向
性ZnO絶縁層を形成する。この結晶配向性ZnO
絶縁層は、ZnOにLiをドープしたものであり、
第2表に示すスパツタ条件により製膜される。
膜厚は、約2000Åである。 表2 スパツタ条件 ターゲツト Ziをドープされた ZnO 焼結ターゲツト スパツタ方式 RFマグネトロン パワー 50W ガ ス Ar/O2=90/10 ガス圧 5×10-3Torr 時 間 10分基板温度 120℃ 発光層の形成 スパツタにより、ZnS:TbF3発光層を形成
する。ターゲツトは、純度99.99%のZnS粉末
に、純度99.999%TbF3粉末を4重量%添加し
たものを、ステンレス皿に仕込んだものを用い
た。このスパツタ条件を第3表に示す。発光層
の膜厚は約5000Åである。発光層を形成した後
に450℃の温度で1時間真空中にて熱処理を施
した。 表3 スパツタ条件 ターゲツト ZnS粉末−4重量% TbF3 スパツタ方式 RFマグネトロン パワー 60W ガ ス Ar ガス圧 5×10-3Torr 時 間 40分基板温度 150℃ 第2絶縁層の形成 上記のようにして得られた構造体に、背面電
極としてAlを電子ビーム蒸着により形成し、
第1図に示した実施例の交流駆動型薄膜EL素
子を得る。
上述のように、第1図に示した実施例の薄膜
EL素子11の作成にあたつては、透明電極13、
第1絶縁層としての結晶配向性ZnO絶縁層14お
よび発光層15が、すべて同一の真空チヤンバ内
で行ない得る。したがつて、各層の界面は清浄に
保たれ、また真空引き作業も1度行なうだけでよ
いため、操作時間を短縮することができ、したが
つて作業性および量産性に優れることがわかる。
なお、第2絶縁層16を、Y2O3以外のAl2O3
Si3N4などでスパツタリング法により形成する場
合には、ターゲツトとしてはこれらの材料の焼結
体を同一の真空チヤンバ内に設けることができ
る。したがつて、この場合には同一真空チヤンバ
内で各層をすべて形成することができる。また、
透明電極をマトリツクス状に形成するには、まず
透光性基板の上に下地層として結晶配向性ZnO絶
縁層を形成し、さらにその上にZnO透明電極を形
成する。この状態でエツチングによりマトリツク
ス状のZnO透明電極に加工形成する。さらにこの
上に結晶配向性ZnO絶縁層を形成すればよい。こ
のように下地層として適当な厚みの結晶配向性
ZnO絶縁層を形成することにより、その表面には
膜厚が薄くても良好な結晶配向性を有するZnO透
明電極およびZnO絶縁層が形成され、ZnO透明電
極を厚くした場合に生じるエツジ部分での耐圧低
下を防止することができる。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、透光性基板
と発光層との間に形成される透明電極が、Alを
ドープした結晶配向性ZnOからなるスパツタリン
グ透明電極により構成されるため、その上側に形
成される発光層の結晶性を向上することができ、
したがつて高輝度の薄膜EL素子を得ることが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例の薄膜EL素子
を示す部分切欠断面図である。第2図は、従来の
薄膜EL素子を示す略図的断面図である。第3図
は、第1図に示した実施例および従来の薄膜EL
素子のX線回折パターンを示す図である。第4図
は、第1図に示した実施例と、従来例の輝度−電
圧特性を示す図である。第5図は、第1図に示し
た実施例の製作にあたり、取出電極が形成された
透光性基板を薄膜形成に際してマスクした状態を
示す平面図である。 図において、11は薄膜EL素子、12は透光
性基板、13は結晶配向性ZnO透明電極、14は
結晶配向性ZnO絶縁層、15は発光層、17,1
7は電極を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 透光性基板、該透光性基板上に形成された透
    明電極、発光層および該発光層を介して前記透明
    電極とは反対側に設けられた電極を備える薄膜
    EL素子において、 前記透光性基板の上にAlをドープした結晶配
    向性ZnOからなるスパツタリング透明電極が形成
    され、その上に発光層が形成されていることを特
    徴とする、薄膜EL素子。 2 前記Alをドープした結晶配向性ZnOからな
    るスパツタリング透明電極と前記発光層との間
    に、スパツタリング膜からなる結晶配向性ZnO絶
    縁層が形成されている、特許請求の範囲第1項記
    載の薄膜EL素子。 3 前記透光性基板と前記Alをドープした結晶
    配向性ZnOからなるスパツタリング透明電極との
    間にスパツタリング膜からなる結晶配向性ZnO絶
    縁層が形成されている、特許請求の範囲第1項記
    載の薄膜EL素子。 4 前記結晶配向性ZnO絶縁層は、ZnOにLiがド
    ープされた材料よりなる、特許請求の範囲第2項
    ないし第3項のいずれかに記載の薄膜EL素子。
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