JPH077710B2 - 薄膜el素子の製造方法 - Google Patents

薄膜el素子の製造方法

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JPH077710B2
JPH077710B2 JP61149033A JP14903386A JPH077710B2 JP H077710 B2 JPH077710 B2 JP H077710B2 JP 61149033 A JP61149033 A JP 61149033A JP 14903386 A JP14903386 A JP 14903386A JP H077710 B2 JPH077710 B2 JP H077710B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 薄膜EL素子の製造方法の改良であり、薄膜EL素子の発光
効率・輝度特性を向上する改良である。
母材をなす硫化亜鉛中に発光中心として添加される希土
類元素とハロゲン元素との組成比を制御することによ
り、硫化亜鉛を母材とし希土類元素のハロゲン化物を発
光中心とする薄膜EL素子の発光効率・輝度を制御しう
る、という新たに発見された性質を利用して、希土類元
素とハロゲン元素との組成比を化学量論的組成比に比し
希土類元素の組成比を大きくし、発光効率・輝度特性を
向上する薄膜EL素子を製造する方法の改良であり、硫化
亜鉛と、希土類元素の硫化物例えば硫化テルビュウム
と、亜鉛のハロゲン化物例えばフッ化亜鉛とを、独立の
ソースとしてなすスパッタリング法または真空蒸着法を
使用してEL膜を形成することを特徴とする薄膜EL素子の
製造方法である。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、薄膜EL素子の発光効率・輝度特性を向上する
ことを可能にする薄膜EL素子の製造方法の改良に関す
る。特に、希土類元素とハロゲン元素との組成比を化学
量論的組成比に比し希土類元素の組成比を大きくし、発
光効率・輝度特性を向上する薄膜EL素子の製造方法の改
良に関する。
〔従来の技術〕
薄膜EL素子は発光中心として機能する希土類元素例えば
テルビュウム、サマリュウム、ツリュウム、プラセオジ
ュウム等とハロゲン元素例えばフッ素、塩素等とを含有
する硫化亜鉛等のけい光体の多結晶薄膜に電界を印加
し、エレクトロルミネッセンス現象にもとづいて発光さ
せる発光素子であり、従来第2図に示すような直流駆動
型と第3図に示すような交流駆動型とが知られている。
第2図参照 直流駆動型の薄膜EL素子にあっては、ガラス基板等1上
に、ITO等よりなり厚さが約2,000Åの透明電極2が形成
され、その上に発光中心として機能する希土類元素例え
ばテルビュウムとハロゲン元素例えばフッ素とを含有す
る硫化亜鉛等よりなるEL膜4が形成され、さらに、その
上にアルミニュウム等よりなる対向電極6が形成されて
いる。
第3図参照 交流駆動型の薄膜EL素子にあっては、上記の第2図に示
す層構成に加えて、EL膜4を挟んで酸窒化シリコン、酸
化アルミニュウム、酸化イットリュウム等よりなり厚さ
が約2,000Åの第1の絶縁膜3と第2の絶縁膜5とが形
成されている。
ところで、発光中心として機能する希土類元素のうち、
テルビュウムは緑色を、サマリュウムは赤色を、ツリュ
ウムは青色を、プラセオジュウムは白色を、それぞれ発
光するが、その発光効率・輝度は、テルビュウムを除
き、いづれも満足すべきものではない。最も優れている
テルビュウムにおいても、発光効率は0.1〜0.2ルーメン
/Wであり、また、輝度は30フートランバートであり、い
づれも十分満足すべきものとは言い難く、しかも、再現
性が悪い。
この問題を解決する手段として、本発明の発明者は、EL
膜に含まれる希土類元素とハロゲン元素との組成比と発
光効率・輝度特性との間に相関関係があり、希土類元素
の原子数とハロゲン元素の原子数とが同一の場合、最も
すぐれた発光効率・輝度を実現することができ、EL膜中
に含有される希土類元素とハロゲン元素との組成比を少
なくとも化学量論的組成比に比べて希土類元素の組成比
を大きくしておくことが有効であることを発見して、発
光効率・輝度特性のすぐれた薄膜EL素子を製造する方法
の発明を完成した。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記せる発明に係る薄膜EL素子の製造方法の一つとし
て、亜鉛と硫黄と希土類元素とハロゲン元素とを所望の
混合比に有する複合ターゲットを使用してなすスパッタ
法を使用しうる。例えば、硫化亜鉛とテルビュウムと二
フッ化亜鉛とを100:3:1重量比に含有する複合ターゲッ
トを使用してなすスパッタ法を使用しうる。
この製造方法をもっても、希土類元素とハロゲン元素と
の組成比が同一ですぐれた発光効率・輝度特性を有する
薄膜EL素子の製造は可能であるが、上記せる複合ターゲ
ット(亜鉛と硫黄と希土類元素とハロゲン元素とを所望
の混合比に有する複合ターゲット)を製造することは煩
雑であり、また、容易でもないうえ、硫化亜鉛のスパッ
タレートと希土類元素のスパッタレートとハロゲン元素
のスパッタレートとが大幅に相違するため、EL膜に含ま
れる硫化亜鉛、希土類元素、ハロゲン元素の組成比が厚
さ方向に不均一になり、要すれば、十分な厚さのEL膜を
再現性よく製造することが容易でなく、また、発光効率
・輝度が予期したほど向上しない場合もあるという欠点
がある。
本発明はこれらの欠点を解消するものであり、その目的
は、特殊なソースを使用する必要が全くなく、発光効率
・輝度特性がすぐれており、しかも、再現性よく十分な
厚さ(駆動電圧を十分大きくすれば輝度を極めて大きく
するに十分な厚さ)のEL膜を製造することができる薄膜
EL素子の製造方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するために本発明が採った手段は、硫
化亜鉛と、希土類元素の硫化物と、亜鉛のハロゲン化物
との3種の物質を独立の3個のソースとして使用してな
す堆積法を使用し、これら3個のソースの堆積レートを
独立に制御して、EL膜を形成することにある。堆積法と
しては、真空蒸着法またはスパッタリング法が適当であ
る。換言すれば、最も容易に入手しうる3種の物質、す
なわち、硫化亜鉛と、希土類元素の硫化物例えば三硫化
二テルビュウムと、亜鉛のハロゲン化物例えば二フッ化
亜鉛とを、3個の独立したソースとして使用し、各ソー
スに印加するパワーを制御する等して各ソースの堆積レ
ートを独立に制御し、さらに、必要とあれば、各ソース
と被堆積基板との間にスリット等飛行物体遮蔽手段を設
けて堆積レートの微細制御を可能として、各ソースの構
成物質が所望の量だけ堆積するようにしてEL膜中に含ま
れる希土類元素の原子数とハロゲン元素の原子数とを同
一にするものである。
本発明は、EL膜4が上下の絶縁膜3、5によって挟まれ
ていない直流駆動型の薄膜EL素子にも、また、EL膜4が
上下の絶縁膜3、5によって挟まれている交流駆動型の
薄膜EL素子にも実現可能である。
〔作用〕
本発明の基本的思想は、硫化亜鉛を母材とし、希土類元
素とハロゲン元素とが発光中心として添加されてなるEL
膜に含まれる希土類元素とハロゲン元素との組成比を1:
1にすることにある。
希土類元素とハロゲン元素の組成比を1:1に制御するに
は、それぞれが独立に制御しうることが有効であること
は明らかである。しかも、硫黄分が過小になりやすいと
いう欠点もあるから、希土類元素の硫化物とハロゲン元
素と亜鉛との化合物と、硫化亜鉛とを、3種の独立のソ
ースとし、これらのそれぞれの堆積レート(印加電圧)
を独立に制御することとしたものである。さらに、希土
類元素の硫化物は例えば三硫化二テルビュウムのように
硫黄分が多く、一方、ハロゲン元素と亜鉛との化合物は
例えば二フッ化亜鉛のように亜鉛分が少ないので、硫黄
分が過小になる欠点も防止することができ、これらが総
合的に機能して、希土類元素とハロゲン元素との組成比
が1:1であり、良好な膜質のEL膜を製造することができ
る。
本発明に係る薄膜EL素子の製造方法を使用して、製造し
た薄膜EL素子の輝度(1KHzで駆動するとき発光しきい電
圧を30V超過する電圧に対する輝度)は、第4図及び第
5図に示すように、従来技術の約5倍に向上して、約20
0フートランバートとなっている。
〔実施例〕
以下、図面を参照しつゝ、本発明の二つの実施例に係る
薄膜EL素子の製造方法についてさらに説明する。
第1例 硫化亜鉛と、三硫化二テルビュウムと、二フッ化亜鉛と
の3種の物質を3個の独立のソースとする真空蒸着法を
使用してEL膜を形成する、交流駆動型薄膜EL素子の製造
方法について述べる。
第1a図参照 スパッタ法を使用して、ガラス基板1上に厚さ約2,000
ÅのITO膜よりなる透光性電極2と酸化アルミニュウム
よりなり厚さ約2,000Åの第1の絶縁膜3とを形成す
る。
つづいて、上記のソースを使用して厚さが約6,000Åの
膜を真空蒸着する。このとき、各ソースに印加するパワ
ーを制御して、EL膜中に導入されるテルビュウムの原子
数とフッ素の原子数とが同一になるように、それぞれの
堆積レートを制御する。すなわち、例えば、硫化亜鉛の
堆積レートは300Å/分、三硫化二テルビュウムの堆積
レートは5Å/分、二フッ化亜鉛の堆積レートは3Å/
分とする。基板温度は約230℃が適当である。その後、
約450℃において約1時間熱処理をなしEL膜4を形成す
る。
次に、電子ビーム蒸着法を使用して、酸化イットリュウ
ムよりなり厚さが約2,000Åの第2の絶縁膜5を形成
し、さらに、蒸着法またはスパッタ法を使用してアルミ
ニュウムよりなる対向電極(背面電極)6を形成する。
以上の工程をもって製造した薄膜EL素子のEL膜4に含ま
れるテルビュウムの原子数とフッ素の原子数とは、おゝ
むね同一である。その輝度(1KHzで駆動するとき発光し
きい電圧を30V超過する電圧に対する輝度)は、第4図
(本実施例を実施して製造した交流駆動型薄膜EL素子の
輝度対電圧関係を従来技術の輝度対電圧関係とを比較し
て表すグラフ)に従来技術と比較して示してあるよう
に、大幅に向上している。なお、図においてAは本実施
例の値を示し、Bは従来技術の値を示す。図より明らか
なように、発光効率と輝度(1KHzで駆動するとき発光し
きい電圧を30V超過する電圧に対する輝度)はそれぞれ
1ルーメン/Wと200フートランバートとに向上する。
第2例 硫化亜鉛と、三硫化二テルビュウムと、二フッ化亜鉛と
の3種の物質を3個の独立のターゲットとするスパッタ
法を使用してEL膜を形成する、交流駆動型薄膜EL素子を
製造する場合について述べる。
第1b図参照 第1例の場合と同様に、スパッタ法を使用して、ガラス
基板1上に厚さ約2,000ÅのITO膜よりなる透光性電極2
と酸化アルミニュウムよりなり厚さ約2,000Åの第1の
絶縁膜3とを形成する。
つづいて、上記のターゲットを使用して厚さ約6,000Å
の膜をスパッタして形成する。このとき、各ターゲット
に印加するパワーを制御して、EL膜中に導入されるテル
ビュウムの原子数とフッ素の原子数とが同一になるよう
に、それぞれの堆積レートを制御する。すなわち、例え
ば、硫化亜鉛の堆積レートは400Å/分、三硫化二テル
ビュウムの堆積レートは6Å/分、二フッ化亜鉛の堆積
レートは4Å/分とする。基板温度は約300℃が適当で
ある。その後、約450℃において約1時間熱処理をなしE
L膜4を形成する。
次に、第1例の場合と同様に、電子ビーム蒸着法を使用
して、酸化イットリュウムよりなり厚さが約2,000Åの
第2の絶縁膜5を形成し、さらに、蒸着法またはスパッ
タ法を使用してアルミニュウムよりなる対向電極(背面
電極)6を形成する。
以上の工程をもって製造して薄膜EL素子のEL膜4に含ま
れるテルビュウムの原子数とフッ素原子数とは、おゝむ
ね同一である。その輝度(1KHzで駆動するとき発光しき
い電圧を30V超過する電圧に対する輝度)は、第5図
(本実施例を実施して製造した交流駆動型薄膜EL素子の
輝度対電圧関係を従来技術の輝度対電圧関係とを比較し
て表すグラフ)に従来技術と比較して示してあるよう
に、大幅に向上している。なお、図においてAは本実施
例の値を示し、Bは従来技術の値を示す。図より明らか
なように、発光効率と輝度(1KHzで駆動する発光しきい
電圧を30V超過する電圧に対する輝度)はそれぞれ1.0ル
ーメン/Wと200フートランバートとに向上する。
〔発明の効果〕
以上説明せるとおり、本発明に係る薄膜EL素子の製造方
法においては、硫化亜鉛と、希土類元素の硫化物と、亜
鉛のハロゲン化物との3種の物質を独立の3個のソース
として使用してなす堆積法を使用し、これら3個のソー
スの堆積レートを独立に制御して、EL膜を形成すること
とされているので、EL膜中に含有される希土類元素の原
子数とハロゲン元素の原子数とはおゝむね同一とされ、
すぐれた発光効率・輝度特性の薄膜EL素子を製造するこ
とができる。なお、本発明に係る薄膜EL素子の製造方法
によれば、EL膜の発光効率・輝度特性を、ある程度所望
の値に制御しうるので、色彩画像を実現するために有効
である。また、特殊なソースを必要とすることもなく、
十分な厚さのEL膜を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1a図は、本発明の第1の実施例に係る薄膜EL素子の製
造方法を使用して製造した交流駆動型薄膜EL素子の構造
図である。 第1b図は、本発明の第2の実施例に係る薄膜EL素子の製
造方法を使用して製造した交流駆動型薄膜EL素子の構造
図である。 第2図は、従来技術に係る直流駆動型薄膜EL素子の構造
図である。 第3図は、従来技術に係る交流駆動型薄膜EL素子の構造
図である。 第4図は、本発明の一実施例に係る薄膜EL素子の製造方
法を実施して製造した交流駆動型薄膜EL素子の輝度(1K
Hzで駆動するとき発光しきい電圧を30V超過する電圧に
対する輝度)対電圧関係を従来技術の輝度(1KHzで駆動
するとき発光しきい電圧を30V超過する電圧に対する輝
度)対電圧関係とを比較して表すグラフである。 第5図は、本発明の他の実施例に係る薄膜EL素子の製造
方法を実施して製造した交流駆動型薄膜EL素子の輝度
(1KHzで駆動するとき発光しきい電圧を30V超過する電
圧に対する輝度)対電圧関係を従来技術の輝度(1KHzで
駆動するとき発光しきい電圧を30V超過する電圧に対す
る輝度)対電圧関係とを比較して表すグラフである。 1……透光性基板(ガラス基板)、 2……透光性電極(ITO電極)、 3……第1の絶縁膜(酸化窒化シリコン、酸化アルミニ
ュウム、酸化イットリュウム)、 4……EL膜(硫化亜鉛と希土類元素とハロゲン元素との
組成物)、 5……第2の絶縁膜(酸化窒化シリコン、酸化アルミニ
ュウム、酸化イットリュウム)、 6……対向電極(背面電極)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 精威 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−140394(JP,A) 特開 昭61−253797(JP,A) 特開 昭61−34890(JP,A) 特開 昭59−141192(JP,A)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透光性基板(1)上に透光性電極(2)を
    形成し、 該透光性電極(2)上に、EL膜(4)を形成し、 該EL膜(4)上に対向電極(6)を形成する薄膜EL素子
    の製造方法において、 前記EL膜(4)は、硫化亜鉛と、希土類元素の硫化物
    と、亜鉛のハロゲン化物とを、独立のソースとしてなす
    堆積法を使用して形成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】前記EL膜(4)を挟んで第1の絶縁膜
    (3)と第2の絶縁膜(5)とを形成する工程を有する
    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
    子の製造方法。
  3. 【請求項3】前記希土類元素の硫化物は三硫化二テルビ
    ュウムであり、前記亜鉛のハロゲン化物は二フッ化亜鉛
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第
    2項記載の薄膜EL素子の製造方法。
  4. 【請求項4】前記堆積法はスパッタリング法であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項または第3
    項記載の薄膜EL素子の製造方法。
  5. 【請求項5】前記堆積法は真空蒸着法であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項、第2項または第3項記載
    の薄膜EL素子の製造方法。
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