JPS6244986A - 薄膜ｅｌ素子の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は発光表示装置や面光源として利用される交流駆
動型の薄膜ＥＬ素子に係り、特に新規な絶縁体層薄膜を
採用した低電圧駆動、且つ高信頼な薄膜ＥＬ素子の製造
方法に関するものである。

（従来技術） 第２図に代表的な交流駆動の薄膜ＥＬ素子の断面構造を
示す（ニス・アイ・ディ・７４・ダイジェスト・オブ・
テクニカル・ペーパー１８４頁、（ＳＴＤ　７４　ｄｉ
ｇｅｓｔ　ｏｆｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐａｐｅｒｓ））
。図において前記薄膜ＥＬ素子は透明ガラス基板２１上
にＩＴＯ膜やネサ膜からなる透明電極２２、薄膜第一絶
縁体層２３、ＺｎＳ：ＭｎやＺｎＳ：ＴｂＦ３薄膜等の
発光層２４、更にその上に薄膜第二絶縁体層２５、Ａｌ
薄膜等の背面電極２６からなる多層薄膜構造を有してい
る。この素子の両電極間に交流電圧を印加することによ
り発光が得られる。この発光は２ＭＶ／ｃｍ程度の高電
場により伝導帯に上げられ、且つ高速に加速された発光
層内の電子がＭｎ等の発光中心を衝突励起することによ
り生ずるものである。発光色は発光中心の励起状態と基
底状態のエネルギー準位差で決定される、例えばＭｎで
は黄橙色でありＴｂでは緑色の発光が得られる。

また、第２図中の絶縁体層は直流的に発光層に過大な電
流が流れ素子が破壊することを防ぐと共に、分極による
電場が外部駆動の交流電場に重畳される効果により発光
効率の向上、電圧輝度特性の非線型性の増大等の発行特
性の改善をももたらしており、この絶縁体層の採用によ
り、薄膜ＥＬ素子が始めて実用的なものとなった。絶縁
体層としては従来からＹ２Ｏ５，Ａｌ２Ｏ３，５ｉａＮ
４．Ｔａ２０５．Ｓｍ２０ａ、ＴｉＯ２゜ＢａＴｉ０ａ
、５ｒＴｉＯａ、ＰｂＴｉ０ａ等の薄膜が真空蒸着やス
パッタ法により形成され使用されている。

（発明が解決しようとする問題点） 交流駆動型の薄膜ＥＬ素子にとって絶縁体層は非常に重
要である。ＥＬ素子の動作特性上は絶縁体層はコンデン
サーとして等価回路的に理解される。

即ち、両電極間に印加された外部電圧は絶縁体層と発光
層の各容量に反比例して各々の層に分割印加される。従
って絶縁体層の容量が小さい素子構成の場合は外部電圧
が有効に発光層に印加されないために非常に高い外部電
圧が必要となる。また、交流的に発光層内を流れ発光に
寄与する電流は絶縁体層の容量に比例するために、絶縁
体層の容量が小さい場合は高輝度発光を得ることができ
ない。従って絶縁体層の容量を大きくすることはＥＬ素
子の低電圧駆動化、高輝度化にとって重要である。絶縁
体層の大容量化の実現のために通常使用されテイルＹ２
ｏ３．Ａｌ２Ｏ３，Ｓｉ３Ｎ４等を極メチ薄イ膜厚とす
る方策はＥＬ素子の絶縁破壊が著しく発生するために不
適当であり、誘電率の高い材料で絶縁体層を構成するこ
とが好ましい。例えばスパッタ法により形成された約２
００の比誘電率を有するＰ））Ｔｉｏａ薄膜を絶縁体層
として採用することにより低電圧駆動ＥＬ素子が実現さ
れることが報告されている（アイ・イー・イー・イー件
うンザクションズ・オン・エレクトロン・デバイスズ、
（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎ、ｓ、　ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖ
ｉｃｅｓ　ＥＤ−２８，ｐ６９ｇ　（１９８１）））、
（特開昭５６−４５５９５）。しかし、ＥＬ素子用とし
て誘電率の高いＰｂＴｉ０ａ薄をスパッタ法により形成
するためには前記の文献で報告されているようにスパッ
タ成膜に伴なう組成ずれがあり再現性にとぼしくまた、
高誘電率の結晶相を得るためには６００°Ｃ程度の非常
に高い基板温度が要求される。表示パネルとして必要な
大面積基板への成膜にとっては」二連した問題は非常に
厳しいものであり、十分な生産性を実現することは困難
である。更に、ＰｂＴｉ０ａのスパッタ成膜により基板
ガラスの腐食やＩＴＯ透明電極の黒化等の問題があり薄
膜ＥＬ素子の絶縁体層として採用しにくいものであった
。

また、高誘電率であるために比較的厚い薄膜のＰｂＴｉ
０ａ薄を採用したとしてもスパッタ等の成膜法で作成し
た膜ではピンホール等の微小な欠陥を皆無にすることは
困難であり、この欠陥部を核として通電による素子破壊
が生じやすい傾向があった。従ってＰｂＴｉ０ａ等を代
表とする高誘電率の薄膜を絶縁体層として採用すること
はＥＬ素子特性上魅力のあるものであるが、工業的に採
用することは困難であった。

本発明は上述したような種々の問題を解決した高誘電率
薄膜を絶縁体層とした薄膜ＥＬ素子を実現し、低電圧駆
動、高輝度発光で且つ低コストで信頼性の高いＥＬ表示
装置の製造方法を提供することを目的としている。

（問題を解決するための手段） 本発明の薄膜ＥＬ素子の製造方法は少なくとも一方が透
光性を有している２枚の電極間にＺｎＳ：Ｍｎ薄膜等の
発光層と該発光層の片側あるいは両側に薄膜の絶縁体層
とが形成されてなる薄膜ＥＬ素子の製造方法において、
少なくとも一方の前記絶縁体層を形成するため少なくと
もＴｉを含む有機金属が溶媒中に溶解されてなる前駆体
溶液を塗布し、加熱焼成してＴｉを含む酸化物を形成す
る処理を複数回繰り返す工程を含むことを特徴とする薄
膜ＥＬ素子の製造方法。

（作用） 本発明のＥＬ素子の絶縁体層を形成するための前駆体溶
液は高誘電率であるＴｉを含む酸化物、例えばＴｉＯ２
，ＰｂＴｉ０ａ、ＢａＴｉＯ３，５ｒＴｉＯａやこれら
の固溶体及びＰＺＴ、ＰＬＺＴ等を加熱焼成により形成
するものであり、ｐ−ジケトン類を溶媒として、その中
にチタンアルコキシド類等の有機チタン化合物、あるい
はこれらの化合物とり、ジケトン類に可溶なＰｂ、Ｂａ
、Ｓｒ。

Ｚｒ等の化合物やＴｉとＰｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｚｒ等を含
む有機金属化合物を生成する酸化物に換算して５〜２０
重量％程度含有するものである。この前駆体溶液をＩＴ
Ｏ膜等の下部電極が形成されてなるガラス等の基板に浸
漬法やスピンコード法、ローラーコー［１、スフレ−法
等で薄く塗布した後、４５０°Ｃ〜７００°Ｃ加熱焼成
することによりＴｉを含む酸化物薄膜を得るものである
。この処理を少なくとも２回以」二繰り返し所定の膜厚
を得るものである。この後、通常の薄膜ＥＬ素子を作成
する方法と同様の工程で発光層等を形成し、本発明の薄
膜ＥＬ素子を得るものである。

絶縁体層成膜に前駆体溶液塗布による有機金属の熱分解
法を採用することにより、高誘電率を実現するために必
要な化学量論比や組成比の調整がスパッタ等の成膜法に
比較して容易に行なうことができ、数１０から３膜０程
度の比誘電率を有する薄膜を得ることができる。この方
法で作成した膜はピンホール等の欠陥も非常に少なく、
加えて塗布、焼成を繰り返すことにより一回の工程で微
小な欠陥が発生したとしても、これを補修しあうために
実用上問題となるピンホール等の欠陥を皆無にすること
ができる。また、基板ガラス表面の傷や砂目、あるいは
ＩＴＯ膜に発生している多数のピンホール等の欠陥、更
にＩＴＯ電極のエツチング段差等の凹凸部の影響による
素子破壊が従来の薄膜ＥＬ素子では生じやすい傾向にあ
った。

第一絶縁体層を形成するための前駆体溶液は基板の傷や
ピンホール等の穴や段差部により厚く付着するために凹
凸が補修されなだらかな表面を形成する効果があること
もＥＬ素子の絶縁破壊を防止することに有効である。

以上のように本発明の製造方法により欠陥のない、高誘
電率の絶縁体層が比較的低コスト大面積に成膜されるた
めに低電圧駆動で高輝度、高信頼の優れた薄膜ＥＬ素子
を実現できる。

（実施例） 第１図に実施例で作成した薄膜ＥＬ素子の断面を示し、
以下に工程を説明する。コーニング７０５９ガラス基板
１１上にＩＴＯを約０．２ミクロン成膜し透明電極１２
を形成した。テトラブトキシチタン：Ｔｉ（ＯＣ４Ｈ９
）４と酢酸鉛：Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２とをＴｉ／Ｐｂ
比が１になるように秤量しバラキシレン中において１３
０〜１４０°Ｃに加熱し反応させ粉末状の反応生成物：
Ｐｂ−Ｔｉ０２（ＯＣ４Ｈｃ＋）２を得た。これをアセ
チルアセトンに溶解しＰｂＴｉ０ａ換算濃度１換算量％
のＰｂＴｉ０ａ形成前駆体溶液を調整した。この溶液を
ローラーコーターにより前記基板に塗布した。ついで５
５０°Ｃに保持されたトンネル炉により加熱焼成した。

５５０°Ｃ加熱温度の保持時間は約３０分間である。こ
の塗布焼成工程を５回繰り返して厚さ０．６ミクロンの
ＰｂＴｉＯ３膜１３を得た。この膜の１誘電率は約２０
０であり薄膜としては大きな誘電率が実現されていた。

次にＭｎを１モル％含んだＺｎＳ：Ｍｎ薄膜１４を真空
蒸着法ににより０．３ミクロンの厚さに成膜した。その
後、Ｔａ２０５と５ｉ０２粉末を混合焼結させたターゲ
ットをもちいてスパッタ法により第二絶縁体層１５とし
てＴａ−８ｉ−０膜を０．２ミクロン厚さに成膜した。

最後に蒸着によりＡＩの上部電極１６を形成して本実施
例のＥＬ素子を得た。

この素子に５００Ｈｚの交流パルスを印加して発光特性
を調査した。発光開始電圧は６０Ｖであり、９０Ｖ印加
で７００ｃｄ／ｍ２の輝度が得られた。また、第二絶縁
体層を形成しない片線縁型の素子とした場合は発光効率
、長期使用による輝度低下において若干劣ったが発光開
始電圧を４５Ｖ程度に下げることができた。

なお、本実施例では発光層成膜に先立って形成される第
一絶縁体層に有機金属熱分解によるＴｉを含む酸化物薄
膜を採用した。該薄膜を第二絶縁体層として発光層成膜
後に形成しても良いが、この場合は前駆体溶液の加熱焼
成時に発光層との反応があるためか、発光輝度の低下が
あった。この問題は前駆体溶液の原料や加熱工程等の検
討で改善されると期待されるが、現時点では発光層成膜
前に形成される絶縁体層としてのみ採用する方が好まし
かった。

また、有機金属溶液によりＰｂＴｉ０ａ膜を形成した場
合について述べたが有機金属原料の選定によりＴｉＯ２
，５ｒＴｉＯａ、ＢａＴｉＯ２，ＰＺＴ、ＰＬＺＴ等や
これらの複合体膜を成膜することが可能であり、本実施
例と同様の効果が得られる。

（発明の効果） 本発明により駆動電圧の低い薄膜ＥＬ素子が実現される
。また、本発明により得られる素子は絶縁破壊が生じに
くく信頼性も良好であった。溶液塗布による製造方法は
大面積基板での成膜にも適しており、通常のスパッタ法
の方法に比較してコスト的なメリットも大きく、本発明
は工業的価値の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例を説明するための薄膜ＥＬ
素子の断面構造である。第２図は従来の薄膜ＥＬ素子の
断面構造である。 １１．２１・・・ガラス基板、　　１２．２２・・・透
明電極、１３・・・有機金属熱分解ＰｂＴｉ０ａ膜、２
３・・・第一絶縁体層、　　　１４．２４・・・発光層
、１５．２５・・・第二絶縁体層、　１６．２６・・・
背面電極第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　少なくとも一方が透光性を有している２枚の電極間に
   ＺｎＳ：Ｍｎ薄膜等の発光層と該発光層の片側あるいは
   両側に薄膜の絶縁体層とが形成されてなる薄膜ＥＬ素子
   の製造方法において、少なくとも一方の前記絶縁体層を
   形成するため少なくともＴｉを含む有機金属が溶媒中に
   溶解されてなる前駆体溶液を塗布し、加熱焼成してＴｉ
   を含む酸化物を形成する処理を複数回繰り返す工程を含
   むことを特徴とする薄膜ＥＬ素子の製造方法。