JPH05205877A - 薄膜ｅｌ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄膜ＥＬ素子の硫化物発光層を、設備投資的
に有利にして、かつ、発光層の結晶組成を良好にして熱
処理する製造方法の提供。 【構成】 密閉容器（３）内にＥＬ素子（１）と硫黄発
生源（２）を収納し、密閉容器（３）とその内部をヒー
タ（６）で５００℃〜６５０℃に加熱して、ＥＬ素子
（１）の硫化物発光層を熱処理する。密閉容器（３）
は、ステンレス、セラミック、石英などの耐熱耐蝕材料
であり、硫黄発生源（２）は、硫黄固形物か硫化水素の
気体が適当である。密閉容器（３）内にアルゴンなどの
不活性ガスを封入しておいて、ヒータ（６）で密閉容器
（３）とその内部を加熱し、この加熱温度を約２時間維
持させると、ＥＬ素子（１）の硫化物発光層の結晶性が
良くなり、輝度が上がる。また、ＥＬ素子（１）より温
度の低い硫黄凝縮部（４）を形成することにより、降温
時に硫黄がＥＬ素子（１）の表面に凝縮することがな
く、硫黄膜除去作業が不要になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硫化物発光層を有する
ＥＬ素子の製造方法に関し、特に、その発光層の輝度を
上げる目的で行う熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜ＥＬ素子の発光層は、硫化亜鉛〔Ｚ
ｎＳ〕や硫化ストロンチウム〔ＳｒＳ〕などの硫化物発
光層が一般的である。特に、硫化ストロンチウム〔Ｓｒ
Ｓ〕などのアルカリ土類硫化物発光層が、カラー化や高
輝度化に優れる理由で注目されている。この種の発光層
はＥＬ素子に成膜された後、輝度を上げる目的で熱処理
される。

【０００３】発光層の熱処理は、発光層が成膜されたＥ
Ｌ素子を真空容器内で６００℃前後に加熱することで行
われている。この熱処理で発光層の結晶性が良くなり、
その結果、ＥＬ素子の発光輝度が向上する。

【０００４】ところが、真空雰囲気内でＥＬ素子の発光
層を熱処理すると、発光層を形成する例えば硫化ストロ
ンチウム〔ＳｒＳ〕の結晶から硫黄原子が熱的励起によ
り飛び出し、いわゆる硫黄抜けが発生し易い。

【０００５】また、真空容器内には若干の酸素が残留し
ており、この残留酸素が発光層の硫黄と置換したり、発
光層の硫黄抜け箇所に結合したりして、発光層内に酸化
ストロンチウム〔ＳｒＯ〕を形成する。その結果、発光
層の化学量論比のずれが大きく発生して、発光層の結晶
性が低下する。そのため、微量でも酸素を残留した状態
での熱処理は、発光特性を逆に低下させる場合がある。

【０００６】かかる問題を解決する熱処理方法として、
ＥＬ素子の硫化物発光層をアルゴンと硫黄雰囲気で熱処
理する方法が学術論文などで知られている。この熱処理
方法を図２を参照して説明する。

【０００７】ヒータ（10）で加熱される石英管（11）の
内部に、ＥＬ素子（１）と硫黄粉末（12）を適当な間隔
で配置する。ＥＬ素子（１）の表面には、例えば硫化ス
トロンチウム〔ＳｒＳ〕の発光層が形成されている。硫
黄粉末（12）は石英製などのボート（13）に収納され
て、石英管（11）内に配置される。

【０００８】石英管（11）の一方の開口からアルゴン
〔Ａｒ〕のキャリアガスを供給し、他方の開口から排気
して、石英管（11）内をヒータ（10）で加熱する。ＥＬ
素子（１）が６３０℃程度になるまで加熱すると、石英
管（11）内がアルゴンガスと硫黄粉末（12）から蒸発し
た硫黄ガスで充満され、ＥＬ素子（１）の周辺雰囲気の
硫黄分圧が上がる。この硫黄分圧でＥＬ素子（１）の発
光層からの硫黄抜けと、発光層での酸素置換が抑制され
る。また、発光層の硫黄抜け箇所への外部硫黄原子の注
入が促進される。従って、発光層の結晶組成、結晶性良
好にして、発光層の輝度が向上する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図２の熱処
理方法においては、石英管（11）内から排出される硫黄
成分を含むガスが有害で環境汚染をすることから、この
排出ガスの無害化処理に大掛りで高価な設備が必要であ
る。そのため、薄膜ＥＬ素子の製造コストが高くなる問
題があった。

【００１０】また、石英管（11）内での硫黄分圧を上げ
る程、ＥＬ素子（１）の発光層の硫黄抜けと酸素置換の
抑制効果、及び発光層への外部硫黄原子の注入効果に優
れると考えられるが、この方法ではアルゴンガスが供給
され排気される石英管（11）内での硫黄分圧は大気圧程
度であるため、発光層の硫黄抜け、酸素置換の抑制効
果、及び外部硫黄原子の注入効果が薄いといった問題が
残されていた。

【００１１】本発明の目的とするところは、ＥＬ素子の
発光層の熱処理を設備的に有利に行い得る、しかも、硫
黄抜けや酸素置換の抑制効果を一段と上げる薄膜ＥＬ素
子の製造方法、即ち、熱処理方法を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、表面に硫化物
発光層を有するＥＬ素子と、ＥＬ素子の発光層に硫黄を
供給するための硫黄発生源とを、密閉容器内で５００℃
〜６５０℃に加熱することにより、上記目的を達成す
る。

【００１３】前記硫黄発生源は、粉末状の硫黄固形物、
若しくは硫化水素の気体が適当である。

【００１４】また、ＥＬ素子の熱処理降温時に、ＥＬ素
子から離れた密閉容器内の少なくとも１箇所に、熱処理
されたＥＬ素子より低温となる硫黄凝縮部を設けた密閉
容器を用いて熱処理を実施することが工程を短縮する上
で望ましい。

【００１５】

【作用】密閉容器内でＥＬ素子と硫黄発生源を加熱し
て、ＥＬ素子の硫化物発光層を熱処理した場合、密閉容
器内での硫黄分圧は硫黄発生源の硫黄量、加熱温度の調
整で大気圧以上に上げることが容易にできる。この硫黄
分圧の増大化で、ＥＬ素子の発光層からの硫黄抜け抑制
効果、発光層への外部硫黄原子の注入促進効果、さらに
発光層での硫黄と酸素の置換の抑制効果が一段と増大す
る。

【００１６】また、熱処理降温時において、密閉容器内
にＥＬ素子より低温となる硫黄凝縮部を設けておけば、
密閉容器内の硫黄ガスのほとんどが硫黄凝縮部に集中し
て凝縮し、ＥＬ素子表面にはほとんど凝縮しないので、
不要な硫黄膜の除去などＥＬ素子の後処理が容易にな
る。

【００１７】

【実施例】本発明方法を、図１の実施装置例を参照して
説明する。

【００１８】図１に示される装置は、密閉容器（３）内
にＥＬ素子（１）と硫黄発生源（２）を収納し、密閉容
器（３）とその内部をヒータ（６）で加熱して、ＥＬ素
子（１）の硫化物発光層を熱処理する。密閉容器（３）
は、ステンレス、セラミック、石英などの耐熱耐蝕材料
が適当である。硫黄発生源（２）は、硫黄固形物か硫化
水素の気体が適当である。

【００１９】なお、図１には硫黄発生源（２）に硫黄粉
末を使用した例が示してある。この粉末の硫黄発生源
（２）は、石英製のボート（５）に収容されて、密閉容
器（３）内にＥＬ素子（１）と離して配置される。

【００２０】密閉容器（３）内にアルゴンなどの不活性
ガスを封入しておいて、ヒータ（６）で密閉容器（３）
とその内部を５００℃〜６５０℃まで加熱し、この加熱
温度を約２時間維持させると、ＥＬ素子（１）の硫化物
発光層が次のように熱処理される。

【００２１】密閉容器（３）内で加熱された硫黄発生源
（２）から硫黄原子が蒸発し、密閉容器（３）内の硫黄
分圧が時間経過と共に上がる。硫黄分圧が大気圧以上に
上がるように硫黄発生源（２）の量、加熱温度が設定さ
れる。

【００２２】密閉容器（３）内での高い硫黄分圧の不活
性ガス雰囲気で、ＥＬ素子（１）の発光層からの硫黄抜
けが抑制され、発光層の硫黄抜け箇所への外部硫黄原子
の注入が促進される。また、密閉容器（３）内に残留酸
素が在っても、酸素分圧より硫黄分圧が高いため、発光
層の硫黄と外部酸素の置換が抑制される。これら硫黄抜
けと酸素置換の抑制効果、及び硫黄注入促進効果は、硫
黄分圧の上昇分に比例して効果的に行われる。

【００２３】そのため、硫化ストロンチウム発光層を上
記条件で熱処理した場合には、発光層のストロンチウム
と硫黄の比はほぼ１対１であり、化学量論比のずれがほ
とんど無い状態を維持した上で結晶性の向上が図れるこ
とが確認された。

【００２４】また、熱処理時の加熱温度を５００℃より
低く設定すると、発光層の結晶性改善効果が低く、ＥＬ
素子（１）の輝度を上げる効果が低い。逆に６５０℃を
超える温度で熱処理した場合、熱処理効果は、５００℃
〜６５０℃で熱処理したときの効果と差が無いが、高温
のため装置が硫黄で損傷しやすいという問題点があるこ
とも分かった。従って、熱処理温度は５００℃〜６５０
℃の範囲が実用上有効である。

【００２５】上記熱処理温度で約２時間保持された後、
密閉容器（３）とその内部が冷却される。この冷却は、
密閉容器（３）内の少なくとも１箇所に、熱処理された
ＥＬ素子（１）より適宜の冷却手段により低温となる硫
黄凝縮部（４）を設けて行うことが望ましい。

【００２６】すなわち、降温開始直後の密閉容器（３）
内には硫黄ガスが充満しており、密閉容器（３）内を単
に冷却すると硫黄ガスは、密閉容器（３）の内壁やＥＬ
素子（１）の表面に凝縮して、ＥＬ素子（１）の表面に
硫黄膜が形成される。この種の硫黄膜はＥＬ素子（１）
を１００℃程度に加熱することで蒸発するが、この硫黄
膜除去作業が面倒である。

【００２７】そこで、密閉容器（３）内のＥＬ素子
（１）から離れた箇所に、ＥＬ素子（１）より温度の低
い硫黄凝縮部（４）を積極的に形成しておくと、硫黄ガ
スは硫黄凝縮部（４）に集中して凝縮し、ＥＬ素子
（１）の表面にはほとんど凝縮しない。その結果、ＥＬ
素子（１）の表面に硫黄膜が形成されず、上記硫黄膜除
去作業が省略できる。

【００２８】密閉容器（３）内の硫黄凝縮部（４）は、
ＥＬ素子（１）の近くでもよいが、ＥＬ素子（１）から
遠い硫黄発生源（２）の側に設けることが、ＥＬ素子
（１）に硫黄ガスの凝縮をより少なくする上で、また、
密閉容器（３）に対するＥＬ素子（１）の出し入れの作
業性の点から望ましい。

【００２９】なお、硫黄発生源に硫化水素の気体を適用
しても、上記同様の熱処理効果が得られることが実験の
結果分かっているが、硫黄粉末を使用することが材料経
費、設備と作業の安全性の点で有利であり、実用的であ
る。

【００３０】また、図１では、炉芯管を用いないで密閉
容器（３）を直接ヒータ（６）で加熱する場合を示して
いるが、図２のような炉芯管（11）を用いて、この炉芯
管（11）内に密閉容器（３）を収納するようにしてもよ
い。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、密閉容器内でＥＬ素子
と硫黄発生源を加熱することで、密閉容器内での硫黄分
圧を大気圧以上に上げることが容易にできて、ＥＬ素子
の発光層からの硫黄抜け抑制効果や、発光層への外部硫
黄原子の注入促進効果、さらには発光層での硫黄と酸素
の置換の抑制効果が一段と増大して、発光層の化学量論
比のずれの少ない、高品質で特性の安定した高輝度のＥ
Ｌ素子が製造できる効果がある。

【００３２】また、密閉容器内にＥＬ素子と硫黄発生源
を封入した状態で熱処理するため、有害ガスの無害化処
理等が不要となり、薄膜ＥＬ素子の製造コストを下げる
効果もある。

【００３３】また、熱処理降温時に、密閉容器内にＥＬ
素子より低温となる硫黄凝縮部を設けておくことによ
り、降温時に密閉容器内の硫黄ガスのほとんどが硫黄凝
縮部に集中して凝縮し、ＥＬ素子の表面にはほとんど凝
縮しないためせず、ＥＬ素子の硫黄膜除去等の後処理工
程が簡略化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を説明するための熱処理装置の概略
断面図

【図２】従来の薄膜ＥＬ素子熱処理方法を説明するため
の熱処理装置の概略断面図

【符号の説明】

１ ＥＬ素子 ２ 硫黄発生源 ３ 密閉容器 ４ 硫黄凝縮部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に硫化物発光層を有するＥＬ素子
   と、前記発光層に硫黄を供給するための硫黄発生源と
   を、密閉容器内で５００℃〜６５０℃に加熱する熱処理
   工程を有することを特徴とする薄膜ＥＬ素子の製造方
   法。
2. 【請求項２】 硫黄発生源が硫黄固形物である請求項１
   記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
3. 【請求項３】 硫黄発生源が硫化水素の気体である請求
   項１記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
4. 【請求項４】 熱処理降温時に、ＥＬ素子から離れた密
   閉容器内の少なくとも１箇所に熱処理されたＥＬ素子よ
   り低温となる硫黄凝縮部を設けた密閉容器を用いて熱処
   理することを特徴とする請求項１、２又は３記載の薄膜
   ＥＬ素子の製造方法。