JPH0530039B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0530039B2 JPH0530039B2 JP58233015A JP23301583A JPH0530039B2 JP H0530039 B2 JPH0530039 B2 JP H0530039B2 JP 58233015 A JP58233015 A JP 58233015A JP 23301583 A JP23301583 A JP 23301583A JP H0530039 B2 JPH0530039 B2 JP H0530039B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dielectric
- thin film
- voltage
- film
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B33/00—Electroluminescent light sources
- H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional [2D] radiating surfaces
- H05B33/22—Light sources with substantially two-dimensional [2D] radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of auxiliary dielectric or reflective layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
- H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
- H01B3/12—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances ceramics
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10S428/917—Electroluminescent
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
- Y10T428/263—Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
- Y10T428/264—Up to 3 mils
- Y10T428/265—1 mil or less
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は、電場発光をする薄膜発光素子に関す
るものであり、近年コンピユーター端末装置など
に見やすい高精細度フラツトパネルデイスプレイ
として応用できるものである。 従来例の構成とその問題点 交流電界印加により発光する電場発光素子（以
後EL素子と略記）は螢光体薄膜層の片面あるい
は両面に誘電体薄膜層を設け、これを二つの電極
層で挟む構造を持つ。ここに用いる螢光体層は
ZnS、ZnSe、ZnF2等の母体の中に発光中心とし
てMnや稀土類フツ化物を添加したものである。
Mnを発光中心として添加したZnS螢光体素子に
おいては周波数5KHzの電圧印加で、最高3500〜
5000Cd／m2の輝度が達成されている。 誘電体材料としては、Y2O3、SiO2、Si3N4、
Al2O3、Ta2O5等が代表的なものである。各層の
厚みはZnS層が5000〜7000Å、誘電体層が4000〜
8000Å程度である。 交流駆動する場合、素子に印加された電圧は
ZnS層と誘電体層に分圧される。EL素子は二つ
のコンデンサが直列接続されているのと等価であ
るから、εiVi＝εzVz／tz（ε：比誘電率、Ｖ：印加
電圧、ｔ：厚み、添え字ｉ：誘電体を示す、添え
字ｚ：ZnSを示す）の関係から、各各の分圧はiｔ
＝zｔであるならば誘電率に逆比例する。したが
つて、上記Y2O3等の誘電体ではεiが約４〜25、
ZnSのεzが約９であるので、ZnS層には全印加電
圧の４〜６割程度しかかからない。したがつて、
このような素子においては、数数ｋHzのパルス駆
動で200V以上の電圧がかけられているのが現状
である。この高高電圧は駆動回路他に多大な負担
をおわせており、特別な高耐圧駆動ICが必要と
なり、価格高につながつている。 駆動電圧を下げるために、該電体層がいかなる
特性を持つべきかつぎに述べる。すでに述べた電
圧分割の関係からεi／tiが大きくなければならな
い。発光が始まつた後は、電圧がもつぱら誘電体
層に印加されるので、Vib（誘電体層の絶縁破壊電
圧）も大きくなければ優秀な誘電体薄膜といえな
い。したがつて、誘電体層の性能指数γは γ＝εi／tiVib＝εiEib （Eib：誘電体膜の絶縁破壊電場強度） で示される。 γは式から示されるように、誘電体膜が絶縁破
壊する時の単位面積あたりに蓄積された電荷に等
しい。このγが大きければ大きい程低電圧駆動を
安定して行なうことができる。その理由は、今、
螢光体膜厚が同じく、かつ誘電体膜厚も同じEL
素子を２種において、片方の素子は誘電体膜がεi
＝100、Eib＝１×106V／cm、γ＝100×106V／
cm、他方の素子は誘電体がεi＝50、Eib＝３×
105V／cm、γ＝150×106V／cmなる特性であつた
場合、当然誘導体の厚みが同じであるので前者の
εi＝100の方がより低い電圧で発光する。ところ
が、εi＝50、Eib＝３×106V／cmの方は絶縁破壊
電圧が大きいので、前者と同等の耐電圧にした場
合、膜厚を1/3にできる。その結果、誘電体の容
量が３倍になり、等価的にεi＝150となる。した
がつて、εiにかかわらず、性能指数の大きい方が
より低電圧発光の素子を作製することができる。
γの値はできるだけ大きく、低電圧発光の目安と
してZnSのεz＝９、Ezb＝1.6×106V／cmを前記の
式に代入して得られるγ＝14.4×106V／cmより10
倍以上であることが望まれる。 従来知られている誘電体膜の性能指数は、たと
えばY2O3で約50×106V／cm、Al2O3で約30×
106V／cm、Si3N4で約70×106V／cmと小さく、低
電圧発光には向かない。 ところで、近年、高誘電率を持つPbTiO3やPb
（Ti1-xZrx）O3等を主成分とした薄膜を誘電体層
に用いることが提案された。これらはεiが150以
上ある反面、Eibが５×105V／cm程度で、性能指
数εi×Eibは75×106V／cmとなり、従来の誘電体
材料と変わらないが、絶縁破壊電場強度Eibが小
さいので、従来用いられてきた誘電体材料に比べ
て、膜厚を大幅に厚くする必要がある。したがつ
て、ZnSの6000Åに対して、素子の信頼性の面か
ら上記誘電体薄膜の厚さは15000Å以上必要とな
り、一般にこのような材料では、薄膜形成時の基
板温度が高いため、膜中の粒子が成長して白濁し
やすい。このような白濁膜を用いたＸ−Ｙマトリ
ツクスデイスプレイでは、非発光セグメントから
も、他セグメントからの発光が散乱されることに
よつて光が放出されるために画質が悪くなる。 本発明者等は上記のことを考慮し、Eibおよび
Eibとεiの積がともに高くて低電圧駆動に適した白
濁しない誘電体薄膜としてSrTiO3を主成分とす
る誘電体薄膜を用いたEL素子をすでに提案した。
駆動電圧が下がることは、駆動回路の信頼性なら
びに価格の面から好ましい。この点、まだ技術的
解決が十分なされていない。特に、螢光体薄膜層
の発光輝度を増すために、薄膜形成後に熱処理を
行なうのであるが、その際に螢光体薄層の下に誘
電体層がある場合、同時に熱処理を受ける。その
結果、誘電体層の膜厚が0.5μｍ程度以上の場合誘
電体膜内に欠陥を生じ、耐圧が低下する。また、
絶縁破壊状態が伝播性になりやすく、自己回復し
にくいという欠点がある。 発明の目的 本発明者等は、SrTiO3誘電性膜に対して一層
組成的に検討を加え、より低電圧駆動に適し、か
つ信頼性の高い誘電体膜を得ようとするものであ
る。特に、EL素子としては、致命的とも言える
伝播性絶縁破壊が起こらないいわゆる自己回復形
絶縁破壊する誘電体膜を得ようとするものであ
る。 発明の構成 本発明は、膜厚0.5μｍ以下の誘電体薄膜層の一
方の側に蛍光体薄膜層、他方の側に光透過性電極
を設け、前記誘電体薄膜層と前記蛍光体薄膜層と
を介して対向電極を設け、前記誘電体薄膜層の主
成分の組成式が、 ｘ（Ti1-yAyO2）−（１−ｘ）（BaO）、 0.4≦ｘ≦0.69、0.12≦ｙ≦0.3 但しＡはZr、Snのうちから選ばれた少なくも
１種からなることを特徴とする薄膜発光素子であ
る。 実施例の説明 本発明は、従来の薄膜発光素子に用いられる誘
電体薄膜の新しい組成を見い出したことを特徴と
している。すなわち、上記に示したように、Ti
の位置にZr、Snで置換し、従来の欠点を改善し
たものである。薄膜形成は、マグネトロンRFス
パツタリング法を用いて行なわれた。その際、用
いたターゲツトは、焼結体磁器ターゲツトをそれ
ぞれの組成物について作製されたものである。形
成された薄膜の組成は化学分析の結果、ターゲツ
トのそれとほぼ一致する。 上記組成ならびに構造の誘電体膜において、例
えばBaO−TiO2−SnO2系をとつてみると、
BaTiO3膜やSrTiO3膜よりもεiあるいはEibの優れ
た特性が得られ、εi×Eibの値もBaTiO3、SrTiO3
膜に比べて高くなることを見い出した。形成され
た膜は、粒成長による白濁も見られず透明であ
り、EL素子の誘電体薄膜層に使用した場合、画
質のよいEL素子を得ることができる。さらに、
TiをZrで置換することにより、Snで置換した場
合と同様に高いεibが得られ、しかも耐熱性のあ
る特徴的な誘電体薄膜層が得られることも見い出
した。熱処理時に膜にクラツクが入ることは、
EL素子の信頼性の低下につながる。なぜならば、
稀であるが、クラツチに起因するマトリツクス電
極の断線が見られるからである。したがつて、こ
こに示した多成分系の誘電体薄膜層を用いると誘
電体薄膜層にクラツクのない信頼性の高いEL素
子を高い歩留りで製作することができる。 以下、本発明の実施例について、図面を用いて
説明する。 第１図に示すように、ITO透明電極２の付与さ
れたガラス基板１上にｘ（Ti0.8Sn0.2O2）−（１−
ｘ）BaOなる組成の誘電体薄膜３をｘの値を0.4、
0.5、0.6、0.7、0.8と変化させてマグネトロンRF
スパツタリング法により各々厚さ5000Å付着させ
た。スパツタリングガスとしては、O2とArの混
合ガス（O2分圧25％）を用いた。スパツタ時の
ガス圧は、0.8Paである。ターゲツトとしては、
上記組成に混合し、1400℃で焼結したセラミツク
板を用いた。基板温度は400℃である。得られた
薄膜は全組成とも透明で、白濁は見られなかつ
た。誘電体薄膜３を形成したこの時点で、各組成
のεiとEibの値をチエツクした。その後、誘電体薄
膜３の上にZnSとMnを電子ビーム蒸着法により
同時蒸着し、ZnS：Mnの螢光体薄膜４を厚さ
5000Å形成した。その熱処理を600℃で１時間真
空中で行なつた。ZnS：Mn膜の保護用にTa2O5
膜５を電子ビーム蒸着法により厚さ400Å付着さ
せた。その上にPbNb2O6膜６をマグネトロンRF
スパツタリング法により厚さ1000Å付着させた。
スパツタリングガスとして25％のO2を含むAr混
合ガスを用い、そのスパツターガス圧は3Paであ
る。ターゲツトにはPbNb2O6のセラミツクを用
い、基板温度を380℃とした。最後に上部電極と
してAl膜７を抵抗加熱蒸着法により厚さ1000Å
付着させて、EL素子を完成した。 EL素子を繰り返し周波数5kHzの交流パルスで
駆動し、電圧輝度特性を求めた。第１表に各誘電
体組成（ｘ値）について電気的特性および発光特
性を、また、第２図に誘電体組成（ｘ値）と電気
的特性の関係を示す。
るものであり、近年コンピユーター端末装置など
に見やすい高精細度フラツトパネルデイスプレイ
として応用できるものである。 従来例の構成とその問題点 交流電界印加により発光する電場発光素子（以
後EL素子と略記）は螢光体薄膜層の片面あるい
は両面に誘電体薄膜層を設け、これを二つの電極
層で挟む構造を持つ。ここに用いる螢光体層は
ZnS、ZnSe、ZnF2等の母体の中に発光中心とし
てMnや稀土類フツ化物を添加したものである。
Mnを発光中心として添加したZnS螢光体素子に
おいては周波数5KHzの電圧印加で、最高3500〜
5000Cd／m2の輝度が達成されている。 誘電体材料としては、Y2O3、SiO2、Si3N4、
Al2O3、Ta2O5等が代表的なものである。各層の
厚みはZnS層が5000〜7000Å、誘電体層が4000〜
8000Å程度である。 交流駆動する場合、素子に印加された電圧は
ZnS層と誘電体層に分圧される。EL素子は二つ
のコンデンサが直列接続されているのと等価であ
るから、εiVi＝εzVz／tz（ε：比誘電率、Ｖ：印加
電圧、ｔ：厚み、添え字ｉ：誘電体を示す、添え
字ｚ：ZnSを示す）の関係から、各各の分圧はiｔ
＝zｔであるならば誘電率に逆比例する。したが
つて、上記Y2O3等の誘電体ではεiが約４〜25、
ZnSのεzが約９であるので、ZnS層には全印加電
圧の４〜６割程度しかかからない。したがつて、
このような素子においては、数数ｋHzのパルス駆
動で200V以上の電圧がかけられているのが現状
である。この高高電圧は駆動回路他に多大な負担
をおわせており、特別な高耐圧駆動ICが必要と
なり、価格高につながつている。 駆動電圧を下げるために、該電体層がいかなる
特性を持つべきかつぎに述べる。すでに述べた電
圧分割の関係からεi／tiが大きくなければならな
い。発光が始まつた後は、電圧がもつぱら誘電体
層に印加されるので、Vib（誘電体層の絶縁破壊電
圧）も大きくなければ優秀な誘電体薄膜といえな
い。したがつて、誘電体層の性能指数γは γ＝εi／tiVib＝εiEib （Eib：誘電体膜の絶縁破壊電場強度） で示される。 γは式から示されるように、誘電体膜が絶縁破
壊する時の単位面積あたりに蓄積された電荷に等
しい。このγが大きければ大きい程低電圧駆動を
安定して行なうことができる。その理由は、今、
螢光体膜厚が同じく、かつ誘電体膜厚も同じEL
素子を２種において、片方の素子は誘電体膜がεi
＝100、Eib＝１×106V／cm、γ＝100×106V／
cm、他方の素子は誘電体がεi＝50、Eib＝３×
105V／cm、γ＝150×106V／cmなる特性であつた
場合、当然誘導体の厚みが同じであるので前者の
εi＝100の方がより低い電圧で発光する。ところ
が、εi＝50、Eib＝３×106V／cmの方は絶縁破壊
電圧が大きいので、前者と同等の耐電圧にした場
合、膜厚を1/3にできる。その結果、誘電体の容
量が３倍になり、等価的にεi＝150となる。した
がつて、εiにかかわらず、性能指数の大きい方が
より低電圧発光の素子を作製することができる。
γの値はできるだけ大きく、低電圧発光の目安と
してZnSのεz＝９、Ezb＝1.6×106V／cmを前記の
式に代入して得られるγ＝14.4×106V／cmより10
倍以上であることが望まれる。 従来知られている誘電体膜の性能指数は、たと
えばY2O3で約50×106V／cm、Al2O3で約30×
106V／cm、Si3N4で約70×106V／cmと小さく、低
電圧発光には向かない。 ところで、近年、高誘電率を持つPbTiO3やPb
（Ti1-xZrx）O3等を主成分とした薄膜を誘電体層
に用いることが提案された。これらはεiが150以
上ある反面、Eibが５×105V／cm程度で、性能指
数εi×Eibは75×106V／cmとなり、従来の誘電体
材料と変わらないが、絶縁破壊電場強度Eibが小
さいので、従来用いられてきた誘電体材料に比べ
て、膜厚を大幅に厚くする必要がある。したがつ
て、ZnSの6000Åに対して、素子の信頼性の面か
ら上記誘電体薄膜の厚さは15000Å以上必要とな
り、一般にこのような材料では、薄膜形成時の基
板温度が高いため、膜中の粒子が成長して白濁し
やすい。このような白濁膜を用いたＸ−Ｙマトリ
ツクスデイスプレイでは、非発光セグメントから
も、他セグメントからの発光が散乱されることに
よつて光が放出されるために画質が悪くなる。 本発明者等は上記のことを考慮し、Eibおよび
Eibとεiの積がともに高くて低電圧駆動に適した白
濁しない誘電体薄膜としてSrTiO3を主成分とす
る誘電体薄膜を用いたEL素子をすでに提案した。
駆動電圧が下がることは、駆動回路の信頼性なら
びに価格の面から好ましい。この点、まだ技術的
解決が十分なされていない。特に、螢光体薄膜層
の発光輝度を増すために、薄膜形成後に熱処理を
行なうのであるが、その際に螢光体薄層の下に誘
電体層がある場合、同時に熱処理を受ける。その
結果、誘電体層の膜厚が0.5μｍ程度以上の場合誘
電体膜内に欠陥を生じ、耐圧が低下する。また、
絶縁破壊状態が伝播性になりやすく、自己回復し
にくいという欠点がある。 発明の目的 本発明者等は、SrTiO3誘電性膜に対して一層
組成的に検討を加え、より低電圧駆動に適し、か
つ信頼性の高い誘電体膜を得ようとするものであ
る。特に、EL素子としては、致命的とも言える
伝播性絶縁破壊が起こらないいわゆる自己回復形
絶縁破壊する誘電体膜を得ようとするものであ
る。 発明の構成 本発明は、膜厚0.5μｍ以下の誘電体薄膜層の一
方の側に蛍光体薄膜層、他方の側に光透過性電極
を設け、前記誘電体薄膜層と前記蛍光体薄膜層と
を介して対向電極を設け、前記誘電体薄膜層の主
成分の組成式が、 ｘ（Ti1-yAyO2）−（１−ｘ）（BaO）、 0.4≦ｘ≦0.69、0.12≦ｙ≦0.3 但しＡはZr、Snのうちから選ばれた少なくも
１種からなることを特徴とする薄膜発光素子であ
る。 実施例の説明 本発明は、従来の薄膜発光素子に用いられる誘
電体薄膜の新しい組成を見い出したことを特徴と
している。すなわち、上記に示したように、Ti
の位置にZr、Snで置換し、従来の欠点を改善し
たものである。薄膜形成は、マグネトロンRFス
パツタリング法を用いて行なわれた。その際、用
いたターゲツトは、焼結体磁器ターゲツトをそれ
ぞれの組成物について作製されたものである。形
成された薄膜の組成は化学分析の結果、ターゲツ
トのそれとほぼ一致する。 上記組成ならびに構造の誘電体膜において、例
えばBaO−TiO2−SnO2系をとつてみると、
BaTiO3膜やSrTiO3膜よりもεiあるいはEibの優れ
た特性が得られ、εi×Eibの値もBaTiO3、SrTiO3
膜に比べて高くなることを見い出した。形成され
た膜は、粒成長による白濁も見られず透明であ
り、EL素子の誘電体薄膜層に使用した場合、画
質のよいEL素子を得ることができる。さらに、
TiをZrで置換することにより、Snで置換した場
合と同様に高いεibが得られ、しかも耐熱性のあ
る特徴的な誘電体薄膜層が得られることも見い出
した。熱処理時に膜にクラツクが入ることは、
EL素子の信頼性の低下につながる。なぜならば、
稀であるが、クラツチに起因するマトリツクス電
極の断線が見られるからである。したがつて、こ
こに示した多成分系の誘電体薄膜層を用いると誘
電体薄膜層にクラツクのない信頼性の高いEL素
子を高い歩留りで製作することができる。 以下、本発明の実施例について、図面を用いて
説明する。 第１図に示すように、ITO透明電極２の付与さ
れたガラス基板１上にｘ（Ti0.8Sn0.2O2）−（１−
ｘ）BaOなる組成の誘電体薄膜３をｘの値を0.4、
0.5、0.6、0.7、0.8と変化させてマグネトロンRF
スパツタリング法により各々厚さ5000Å付着させ
た。スパツタリングガスとしては、O2とArの混
合ガス（O2分圧25％）を用いた。スパツタ時の
ガス圧は、0.8Paである。ターゲツトとしては、
上記組成に混合し、1400℃で焼結したセラミツク
板を用いた。基板温度は400℃である。得られた
薄膜は全組成とも透明で、白濁は見られなかつ
た。誘電体薄膜３を形成したこの時点で、各組成
のεiとEibの値をチエツクした。その後、誘電体薄
膜３の上にZnSとMnを電子ビーム蒸着法により
同時蒸着し、ZnS：Mnの螢光体薄膜４を厚さ
5000Å形成した。その熱処理を600℃で１時間真
空中で行なつた。ZnS：Mn膜の保護用にTa2O5
膜５を電子ビーム蒸着法により厚さ400Å付着さ
せた。その上にPbNb2O6膜６をマグネトロンRF
スパツタリング法により厚さ1000Å付着させた。
スパツタリングガスとして25％のO2を含むAr混
合ガスを用い、そのスパツターガス圧は3Paであ
る。ターゲツトにはPbNb2O6のセラミツクを用
い、基板温度を380℃とした。最後に上部電極と
してAl膜７を抵抗加熱蒸着法により厚さ1000Å
付着させて、EL素子を完成した。 EL素子を繰り返し周波数5kHzの交流パルスで
駆動し、電圧輝度特性を求めた。第１表に各誘電
体組成（ｘ値）について電気的特性および発光特
性を、また、第２図に誘電体組成（ｘ値）と電気
的特性の関係を示す。
【表】
発光特性は飽和輝度3400〜3500d／m2に達する
電圧が記してある。第１表から明らかなようにｘ
が0.5の時誘電率εiは最高値に達し、εi×Eibの値も
最大となつている。また誘電体薄膜の性能指数は
前述のZnSの14.4×106V／cmの10倍以上、すなわ
ち144×106V／cm以上であることが望ましいが、
これは第１表および第２図より0.4≦ｘ≦0.69の
範囲で満足されることが明らかである。特にこの
系で注目すべき点は、絶縁破壊電場Eibが３×
106V／cm以上と、SrTiO3に比べてはるかに優れ
ており、さらに絶縁破壊状態が自己回復形となつ
ている点である。また600℃で１時間熱処理をす
ると誘電率が100以上になるものがあつた。上記
εiおよびEibの組成比の変動に対する依存性からｘ
の値が0.4〜0.69の間では、SrTiO3と同程度の性
能指数を持ち、しかもEibがはるかに優れている
ことを見い出した。Eibが高いことは、薄膜発光
素子の信頼性を向上する意味で不可欠である。発
光特性を見ると飽和輝度3400〜3500Cd／m2に達
する電圧はｘ＝0.5で最低値を示しており、110V
と低電圧で駆動できる。またｘの値が0.4〜0.69
の範囲内でも140V以下と低電圧駆動になる。 上記結果から総合的に判断し、 ｘ（Ti0.8Sn0.2O2）−（１−ｘ）BaOなる組成式
で、0.4≦ｘ≦0.69の範囲内で低電圧駆動型EL素
子の誘電体膜としてSrTiO3、BaTiO3膜より優れ
た薄膜を得ることができる。 つぎに、上記ｘ（Ti0.8Sn0.2O2）−（１−ｘ）BaO
系の特性の優れた組成領域ｘが0.5において、さ
らに、Tiの一部をSnに置換する量を変化させた
場合について以下に示す。Snの置換量を０から
0.4まで変化させた結果を記す。誘電体薄膜の評
価、素子の構成と作成条件および発光特性の測定
の条件は、前記Ti0.8Sn0.2O2−BaO系と同じであ
る。第２表および第３図にTiの位置にSnを置換
した結果を示した。特性項目の中に新たに誘電体
薄膜３の上部に形成されたZnS：Mn螢光体薄膜
４をアニールする時に誘電体薄膜に何％クラツク
が入るか（10枚のサンプルのうちクラツクの入つ
た枚数から計算）を示す項目を設けた。さらに絶
縁破壊電場測定後の絶縁破壊状態の様子を観察
し、自己回復形絶縁破壊状態になるかどうかを定
性的に示す項目も設けた。
電圧が記してある。第１表から明らかなようにｘ
が0.5の時誘電率εiは最高値に達し、εi×Eibの値も
最大となつている。また誘電体薄膜の性能指数は
前述のZnSの14.4×106V／cmの10倍以上、すなわ
ち144×106V／cm以上であることが望ましいが、
これは第１表および第２図より0.4≦ｘ≦0.69の
範囲で満足されることが明らかである。特にこの
系で注目すべき点は、絶縁破壊電場Eibが３×
106V／cm以上と、SrTiO3に比べてはるかに優れ
ており、さらに絶縁破壊状態が自己回復形となつ
ている点である。また600℃で１時間熱処理をす
ると誘電率が100以上になるものがあつた。上記
εiおよびEibの組成比の変動に対する依存性からｘ
の値が0.4〜0.69の間では、SrTiO3と同程度の性
能指数を持ち、しかもEibがはるかに優れている
ことを見い出した。Eibが高いことは、薄膜発光
素子の信頼性を向上する意味で不可欠である。発
光特性を見ると飽和輝度3400〜3500Cd／m2に達
する電圧はｘ＝0.5で最低値を示しており、110V
と低電圧で駆動できる。またｘの値が0.4〜0.69
の範囲内でも140V以下と低電圧駆動になる。 上記結果から総合的に判断し、 ｘ（Ti0.8Sn0.2O2）−（１−ｘ）BaOなる組成式
で、0.4≦ｘ≦0.69の範囲内で低電圧駆動型EL素
子の誘電体膜としてSrTiO3、BaTiO3膜より優れ
た薄膜を得ることができる。 つぎに、上記ｘ（Ti0.8Sn0.2O2）−（１−ｘ）BaO
系の特性の優れた組成領域ｘが0.5において、さ
らに、Tiの一部をSnに置換する量を変化させた
場合について以下に示す。Snの置換量を０から
0.4まで変化させた結果を記す。誘電体薄膜の評
価、素子の構成と作成条件および発光特性の測定
の条件は、前記Ti0.8Sn0.2O2−BaO系と同じであ
る。第２表および第３図にTiの位置にSnを置換
した結果を示した。特性項目の中に新たに誘電体
薄膜３の上部に形成されたZnS：Mn螢光体薄膜
４をアニールする時に誘電体薄膜に何％クラツク
が入るか（10枚のサンプルのうちクラツクの入つ
た枚数から計算）を示す項目を設けた。さらに絶
縁破壊電場測定後の絶縁破壊状態の様子を観察
し、自己回復形絶縁破壊状態になるかどうかを定
性的に示す項目も設けた。
【表】
第２表および第３図から明らかなようにTiの
一部をSnで置き換えると、εi、Eibがともに上る
傾向がある。その結果、Snを置換して0.12≦ｙ≦
0.3の領域で、0.5TiO2−0.5BaO膜より上まわる
性能指数が得られる。特にSnの置換量ｙが0.2の
近傍でεi×Eibの性能指数が最高値を示している。
したがつて、この領域内でアニール時にクラツク
の入らない低電圧駆動EL素子を歩留りよく作製
することができる。また、アナール後の誘電体薄
膜の誘電率は、Snの置換量ｙの値が0.1、0.2、0.3
の場合、それぞれ、150、130、100とアニール前
よりも大きくなり、EL素子の駆動電圧をさらに
低下させることを見い出した。 上記のTiをSnで置換するのと全く同様な手法
で、Snの代わりにZrについて調べたが、これら
両者の場合、置換量とともに、Snと同様にｙが
0.2の近傍でεi×Eibが最高値を示し、さらにクラ
ツクも入りにくいことを見い出した。しかしなが
ら、Zrの場合は、これらの性能指数が高い範囲
が広く、置換量ｙは0.5でも十分低電圧駆動EL素
子として利用できる誘電体薄膜であることを確認
した。たとえば0.5（Ti0.7Zr0.3O2）−0.5BaOでは、
εiが60で、Eibが2.5×106V／cmとなつており、し
かも絶縁破壊後の様子は、自己回復形であつた。
しかし0.5（Ti0.5Zr0.5O2）−0.5BaOではεiが30、Eib
が３×106V／cmであつた。 またTiの位置に置き換える元素、Sn、Zrを組
み合わせることにより、優れた低電圧駆動EL素
子が作製できることは言うまでもない。 なお次にBaの位置をMg、Caにて置換した結
果を記す。 誘電体薄膜の評価、素子の構成と作製条件およ
び発光特性の測定条件は前記0.5Ti1-ySnyO2−
0.5BaO系と同じである。 第３表および第４図にBaの位置にMgを置換し
た結果を示した。
一部をSnで置き換えると、εi、Eibがともに上る
傾向がある。その結果、Snを置換して0.12≦ｙ≦
0.3の領域で、0.5TiO2−0.5BaO膜より上まわる
性能指数が得られる。特にSnの置換量ｙが0.2の
近傍でεi×Eibの性能指数が最高値を示している。
したがつて、この領域内でアニール時にクラツク
の入らない低電圧駆動EL素子を歩留りよく作製
することができる。また、アナール後の誘電体薄
膜の誘電率は、Snの置換量ｙの値が0.1、0.2、0.3
の場合、それぞれ、150、130、100とアニール前
よりも大きくなり、EL素子の駆動電圧をさらに
低下させることを見い出した。 上記のTiをSnで置換するのと全く同様な手法
で、Snの代わりにZrについて調べたが、これら
両者の場合、置換量とともに、Snと同様にｙが
0.2の近傍でεi×Eibが最高値を示し、さらにクラ
ツクも入りにくいことを見い出した。しかしなが
ら、Zrの場合は、これらの性能指数が高い範囲
が広く、置換量ｙは0.5でも十分低電圧駆動EL素
子として利用できる誘電体薄膜であることを確認
した。たとえば0.5（Ti0.7Zr0.3O2）−0.5BaOでは、
εiが60で、Eibが2.5×106V／cmとなつており、し
かも絶縁破壊後の様子は、自己回復形であつた。
しかし0.5（Ti0.5Zr0.5O2）−0.5BaOではεiが30、Eib
が３×106V／cmであつた。 またTiの位置に置き換える元素、Sn、Zrを組
み合わせることにより、優れた低電圧駆動EL素
子が作製できることは言うまでもない。 なお次にBaの位置をMg、Caにて置換した結
果を記す。 誘電体薄膜の評価、素子の構成と作製条件およ
び発光特性の測定条件は前記0.5Ti1-ySnyO2−
0.5BaO系と同じである。 第３表および第４図にBaの位置にMgを置換し
た結果を示した。
【表】
第３表および第４図から明らかなように、Ba
の一部をMgで置き換えると、εiは減少し、逆に
Eibは上る傾向がある。その結果、Mgを10〜30％
程度置換した領域で性能指数がMgを置換しない
膜よりも向上する。クラツクはBaをMgで置換し
ても全然観察されなかつた。Mgが60％以上で
は、誘電率が20と低くなり、低電圧発光に適した
性能指数に対して100×106V／cm（ZnSの性能指
数の約７倍）以下と低い値になつてしまう。した
がつて、適当なMgのBaに対する置換割合は第４
図に示すように0.22≦ｚ≦0.38の範囲といえる。
この領域内でアニール時にクラツクの入らない低
電圧駆動EL素子を歩留りよく作製できる。 上記Mg、Baと全く同様な手法でCaについて
さらに検討した。この場合、εiとEibの傾向は、
Mgの場合と同様であつた。クラツクに関しては
Mg同様全く観察されなかつた。適当な置換範囲
は30％以内で、それより多い領域で性能指数は
100×106V／cmより小さく、また多少白濁のしや
すい膜になる。0.5（Ti0.9Sn0.1O2）−0.5（Ba0.7Ca0.3
Ｏ）なる組成の膜は、εi＝60、Eib＝2.3×106V／
cm、εi×Eib＝138×106V／cmであつた。さらにこ
の誘電体薄膜の絶縁破壊状態は、Tiの位置にSn
を0.1〜0.3程度置換すると自己回復形絶縁破壊す
ることも見い出した。 以上説明したように、共通してクラツクに対し
て効果的で、また特徴的にεiが比較的高く、Eibの
高い誘電体薄膜が得られ性能指数も高くTiをSn、
Zr、Hfで置換すると自己回復形絶縁破壊するこ
とも見い出された。 したがつて、TiO2−BaOに対して、各々置換
した各元素（Tiに対しSn、Zr、Baに対しMg、
Ca）の長所を組合せる目的で、すでに説明した
置換割合の範囲内で適当に４成分系にすることも
可能である。 発明の効果 以上のように本発明によれば、薄膜発光素子の
誘電体薄膜層をｘ（Ti1-yAyO2）−（１−ｘ）
（BaO）の組成を持つ性能指数の高い、あるいは
同時にクラツクの入りにくく、自己回復形絶縁破
壊しやすい誘電体で構成しているので、画質なら
びに信頼性の高い低電位駆動型発光素子を歩留り
よく得ることができる。このことは、駆動回路の
信頼性向上および価格面から工業的価値は大き
い。
の一部をMgで置き換えると、εiは減少し、逆に
Eibは上る傾向がある。その結果、Mgを10〜30％
程度置換した領域で性能指数がMgを置換しない
膜よりも向上する。クラツクはBaをMgで置換し
ても全然観察されなかつた。Mgが60％以上で
は、誘電率が20と低くなり、低電圧発光に適した
性能指数に対して100×106V／cm（ZnSの性能指
数の約７倍）以下と低い値になつてしまう。した
がつて、適当なMgのBaに対する置換割合は第４
図に示すように0.22≦ｚ≦0.38の範囲といえる。
この領域内でアニール時にクラツクの入らない低
電圧駆動EL素子を歩留りよく作製できる。 上記Mg、Baと全く同様な手法でCaについて
さらに検討した。この場合、εiとEibの傾向は、
Mgの場合と同様であつた。クラツクに関しては
Mg同様全く観察されなかつた。適当な置換範囲
は30％以内で、それより多い領域で性能指数は
100×106V／cmより小さく、また多少白濁のしや
すい膜になる。0.5（Ti0.9Sn0.1O2）−0.5（Ba0.7Ca0.3
Ｏ）なる組成の膜は、εi＝60、Eib＝2.3×106V／
cm、εi×Eib＝138×106V／cmであつた。さらにこ
の誘電体薄膜の絶縁破壊状態は、Tiの位置にSn
を0.1〜0.3程度置換すると自己回復形絶縁破壊す
ることも見い出した。 以上説明したように、共通してクラツクに対し
て効果的で、また特徴的にεiが比較的高く、Eibの
高い誘電体薄膜が得られ性能指数も高くTiをSn、
Zr、Hfで置換すると自己回復形絶縁破壊するこ
とも見い出された。 したがつて、TiO2−BaOに対して、各々置換
した各元素（Tiに対しSn、Zr、Baに対しMg、
Ca）の長所を組合せる目的で、すでに説明した
置換割合の範囲内で適当に４成分系にすることも
可能である。 発明の効果 以上のように本発明によれば、薄膜発光素子の
誘電体薄膜層をｘ（Ti1-yAyO2）−（１−ｘ）
（BaO）の組成を持つ性能指数の高い、あるいは
同時にクラツクの入りにくく、自己回復形絶縁破
壊しやすい誘電体で構成しているので、画質なら
びに信頼性の高い低電位駆動型発光素子を歩留り
よく得ることができる。このことは、駆動回路の
信頼性向上および価格面から工業的価値は大き
い。
第１図は本発明の一実施例である薄膜発光素子
の断面図、第２図は同じく本発明の一実施例の薄
膜発光素子の誘電体組成（ｘ値）と電気的特性の
関係を示す図、第３図は同じく誘電体組成（ｙ
値）と電気的特性の関係を示す図、第４図は同じ
く誘電体組成（ｚ値）と電気的特性の関係を示す
図である。 １……ガラス基板、２……透明電極、３……誘
電体薄膜、４……螢光体薄膜、５……Ta2O5膜、
６……PbNb2O6膜、７……Al膜（電極）。
の断面図、第２図は同じく本発明の一実施例の薄
膜発光素子の誘電体組成（ｘ値）と電気的特性の
関係を示す図、第３図は同じく誘電体組成（ｙ
値）と電気的特性の関係を示す図、第４図は同じ
く誘電体組成（ｚ値）と電気的特性の関係を示す
図である。 １……ガラス基板、２……透明電極、３……誘
電体薄膜、４……螢光体薄膜、５……Ta2O5膜、
６……PbNb2O6膜、７……Al膜（電極）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 膜厚0.5μｍ以下の誘電体薄膜層の一方の側に
蛍光体薄膜層、他方の側に光透過性電極を設け、
前記誘電体薄膜層と前記蛍光体薄膜層とを介して
対向電極を設け、前記誘電体薄膜層の主成分の組
成式が、 ｘ（Ti1-yAyO2）−（１−ｘ）（BaO）、 0.4≦ｘ≦0.69、0.12≦ｙ≦0.3 但しＡはZr、Snのうちから選ばれた少なくと
も１種、 からなることを特徴とする薄膜発光素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58233015A JPS60124396A (ja) | 1983-12-09 | 1983-12-09 | 薄膜発光素子 |
| US06/678,406 US4613546A (en) | 1983-12-09 | 1984-12-05 | Thin-film electroluminescent element |
| DE8484308539T DE3478382D1 (en) | 1983-12-09 | 1984-12-07 | Thin-film electroluminescent element |
| EP84308539A EP0145470B1 (en) | 1983-12-09 | 1984-12-07 | Thin-film electroluminescent element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58233015A JPS60124396A (ja) | 1983-12-09 | 1983-12-09 | 薄膜発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60124396A JPS60124396A (ja) | 1985-07-03 |
| JPH0530039B2 true JPH0530039B2 (ja) | 1993-05-07 |
Family
ID=16948472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58233015A Granted JPS60124396A (ja) | 1983-12-09 | 1983-12-09 | 薄膜発光素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4613546A (ja) |
| EP (1) | EP0145470B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60124396A (ja) |
| DE (1) | DE3478382D1 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6113595A (ja) * | 1984-06-28 | 1986-01-21 | シャープ株式会社 | 薄膜ｅｌ素子 |
| JPH0679513B2 (ja) * | 1985-12-25 | 1994-10-05 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 薄膜エレクトロルミネセンス素子の製造方法 |
| JPH0697704B2 (ja) * | 1986-01-27 | 1994-11-30 | シャープ株式会社 | ＭＩＳ型ＺｎＳ青色発光素子 |
| EP0326615B1 (en) * | 1986-09-19 | 1993-11-10 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Thin-film el device |
| JPS63146398A (ja) * | 1986-12-09 | 1988-06-18 | 日産自動車株式会社 | 薄膜ｅｌパネル |
| JP2650730B2 (ja) * | 1988-08-08 | 1997-09-03 | シャープ株式会社 | 炭化珪素半導体を用いたｐｎ接合型発光ダイオード |
| US5432015A (en) * | 1992-05-08 | 1995-07-11 | Westaim Technologies, Inc. | Electroluminescent laminate with thick film dielectric |
| JP4252665B2 (ja) * | 1999-04-08 | 2009-04-08 | アイファイヤー アイピー コーポレイション | Ｅｌ素子 |
| US6771019B1 (en) | 1999-05-14 | 2004-08-03 | Ifire Technology, Inc. | Electroluminescent laminate with patterned phosphor structure and thick film dielectric with improved dielectric properties |
| KR100818058B1 (ko) * | 2002-06-28 | 2008-03-31 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 엠아이엠 캐패시터 형성방법 |
| CN111676456B (zh) * | 2020-06-04 | 2022-10-25 | 西安交通大学 | 一种自组装Ba(Hf,Ti)O3:HfO2纳米复合无铅外延单层薄膜及其制备方法 |
| JP2023175506A (ja) * | 2022-05-30 | 2023-12-12 | キヤノン株式会社 | 圧電素子、液体吐出ヘッド、及び画像記録装置 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB798503A (en) * | 1953-12-09 | 1958-07-23 | Thorn Electrical Ind Ltd | Improvements in and relating to electroluminescent lamps |
| US3143682A (en) * | 1954-12-20 | 1964-08-04 | British Thomson Houston Co Ltd | Electroluminescent devices with a barium titanate layer |
| US3014813A (en) * | 1955-01-17 | 1961-12-26 | Sylvania Electric Prod | Electroluminescent lamp |
| DE1057251B (de) * | 1955-05-20 | 1959-05-14 | Standard Elek K Lorenz Ag | Bildwandler, bei welchem ein strahlungs-empfindlicher Stoff die Lumineszenz eines elektrolumineszierenden Stoffes steuert |
| US3283194A (en) * | 1955-11-16 | 1966-11-01 | Sylvania Electric Prod | Electroluminescent lamp with a barium titanate layer |
| US3107178A (en) * | 1956-06-28 | 1963-10-15 | Sylvania Electric Prod | High dielectric constant glass |
| US2894854A (en) * | 1958-07-29 | 1959-07-14 | Hughes Aircraft Co | Electroluminescent device |
| US3104339A (en) * | 1960-08-08 | 1963-09-17 | Sylvania Electric Prod | Electroluminescent device |
| US3073982A (en) * | 1960-12-23 | 1963-01-15 | Westinghouse Electric Corp | Electroluminescent device |
| DE1179300B (de) * | 1961-12-02 | 1964-10-08 | Standard Elektrik Lorenz Ag | Elektrolumineszenter Leuchtkondensator zur Darstellung von Zeichen und Verfahren zu seiner Herstellung |
| GB1481047A (en) * | 1973-07-05 | 1977-07-27 | Sharp Kk | Electroluminescent element |
| JPS5324600A (en) * | 1976-08-19 | 1978-03-07 | Murata Manufacturing Co | Nonnreducing dielectric ceramic composition |
| DE2659672B2 (de) * | 1976-12-30 | 1980-12-04 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Kondensatordielektrikum mit inneren Sperrschichten und Verfahren zu seiner Herstellung |
| JPS59125B2 (ja) * | 1978-10-20 | 1984-01-05 | ティーディーケイ株式会社 | 非直線性誘電体素子 |
| JPS5693289A (en) * | 1979-12-26 | 1981-07-28 | Ngk Spark Plug Co | Electroluminescent light transmitting ceramic dielectric substrate |
| FI62448C (fi) * | 1981-04-22 | 1982-12-10 | Lohja Ab Oy | Elektroluminensstruktur |
| EP0111568B1 (en) * | 1982-05-28 | 1986-10-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thin film electric field light-emitting device |
-
1983
- 1983-12-09 JP JP58233015A patent/JPS60124396A/ja active Granted
-
1984
- 1984-12-05 US US06/678,406 patent/US4613546A/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-12-07 DE DE8484308539T patent/DE3478382D1/de not_active Expired
- 1984-12-07 EP EP84308539A patent/EP0145470B1/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4613546A (en) | 1986-09-23 |
| EP0145470A3 (en) | 1987-06-03 |
| EP0145470A2 (en) | 1985-06-19 |
| DE3478382D1 (en) | 1989-06-29 |
| EP0145470B1 (en) | 1989-05-24 |
| JPS60124396A (ja) | 1985-07-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6797413B2 (en) | Composite substrate and EL device using the same | |
| Kitai | Oxide phosphor and dielectric thin films for electroluminescent devices | |
| US4547703A (en) | Thin film electroluminescent element | |
| US20010015619A1 (en) | EL device | |
| CN100456903C (zh) | 电致发光功能膜和电致发光元件 | |
| US4613546A (en) | Thin-film electroluminescent element | |
| US5955835A (en) | White-light emitting electroluminescent display device and manufacturing method thereof | |
| US6403204B1 (en) | Oxide phosphor electroluminescent laminate | |
| KR100497523B1 (ko) | 형광체박막, 그 제조방법 및 ｅｌ패널 | |
| JPWO2003080765A1 (ja) | 蛍光体薄膜およびその製造方法ならびにｅｌパネル | |
| JP2004031101A (ja) | 発光素子及び発光パネル | |
| JPS6260800B2 (ja) | ||
| JPH0744072B2 (ja) | Ｅｌ素子とその製造方法 | |
| JP3574829B2 (ja) | 無機エレクトロルミネッセンス材料およびそれを用いた無機エレクトロルミネッセンス素子ならびに画像表示装置 | |
| JP4831939B2 (ja) | 発光体薄膜及び発光素子 | |
| JPH027072B2 (ja) | ||
| JPS60257098A (ja) | 薄膜エレクトロルミネセンス素子及びその製造方法 | |
| JPH0632308B2 (ja) | 薄膜エレクトロルミネセンス素子およびその製造方法 | |
| KR100496400B1 (ko) | 형광체박막, 그 제조방법 및 ｅｌ패널 | |
| JPH0130279B2 (ja) | ||
| JPH046278B2 (ja) | ||
| JPS6260799B2 (ja) | ||
| JPH0634389B2 (ja) | 薄膜発光素子の製造法 | |
| JPH0878162A (ja) | 薄膜電場発光素子 | |
| JPS593039B2 (ja) | 薄膜エレクトロルミネセンス素子及びその製造方法 |