JPS6261295A - 薄膜ｅｌ素子及びその製造方法 - 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） この発明は、ＥＬ発光素ｆ＝及びその製造力Ｖ、に関す
る。

（従来の技術） 薄膜ＥＬ素子は固体薄膜を発光させるため、切れの良い
鮮明な表示が得られること、又、中純なマトリクス電極
構造だけで高解像度の大容量表示が得られること等の理
由で、従来より種々の構造の薄膜ＥＬ素素子が提案され
ている。このような薄膜Ｅ　Ｔ、素ｒ−は例えば文献（
電ｆ−通信学会論文誌’８５／４　Ｖｏｌ、Ｊ８８−Ｃ
Ｎｏ、４　　ｒ高周波スパッタ法による５層構造薄膜Ｅ
Ｌ素子」）に開示されている。

第１図は発光層のＬ下を絶縁層で挟持した二重絶縁層構
造の薄膜ＥＬ素−ｒの一般的な構造を示す断面図である
。第１図を参照して先ず従来の薄膜ＥＬ素子の構造につ
いて、統いてその製造力Ｉノ：について筒単に説明する
。

第１図において、１１は絶縁基板としてのガラス基板を
示し、このガラス基板１１」−には酸化インジラム等か
らなる透明導電膜１３が設けられている。

この透明導電膜１３Ｌには第一絶縁層１５としてこの場
合、電荷の流入出を阻止するための高抵抗絶縁層１７と
、電荷発生層である低抵抗絶縁層１９とが順次に設けら
れている。この高抵抗絶縁層１７は成膜の容易さ及び背
面電極形成時のエッチャント等の耐薬品性に優れるとい
う理由から５ｉ０２やＡｌ２Ｏ２が用いられることが多
い。又、誘電率が大きいＰ　ｂ　Ｔ　ｉ　Ｏ３や５ｒＴ
ｉ０３　も用いられている。又、低抵抗絶縁層としては
Ｔａ２０５等が用いられている。

きらに第　絶縁層１５１−にはＺｎＳに発光中心として
のＭｎ、ＴｂＦ３　、Ｃｕ、又はＣ交等を添加して形成
された発光層２１が設けられている。この発光層２１４
−には第二絶縁層２３としてこの場合、前述した低抵抗
絶縁層１９と同様な低抵抗絶縁層２５及び高抵抗絶縁層
１７と同様な高抵抗絶縁層２７が順次に設けられており
、この第二絶縁層２３１−にＡｎ等からなる背面゛電極
２９が設けられて、薄膜ＥＬ素ｒ−は構成されている。

この構造の素子において、透明導電ｌジ１３を一方の電
極とし、この電極と背面電極２８との間に適Ｉｆな交番
電界を印加すると発光層２１が励起されてＥＬ発光が生
ずる。

二重絶縁層構造の薄膜ＥＬ素ｆ−はｌ−述した素ｒ構造
のみではなく、素ｒ中の第・及び第一絶縁層の双方をｙ
（に高抵抗絶縁層のみで構成した素Ｙ、又は、第一・又
は第二絶縁層の何れか・方を高抵抗絶縁層のみで構成し
他方を高抵抗絶縁層と低抵抗絶縁層とで構成した素子で
も二重絶縁層構造の薄膜ＥＬ素素子なる。しかし、この
ような素ｆよりも第１図に示したような第・及び第二絶
縁層を共に高抵抗絶縁層と低抵抗絶縁層とで構成１．た
薄膜ＥＬ素ｆの方が高輝度の発光が得られる。このよう
な高輝Ｉｆｆ発光が得られる素子構造についてほこの出
願の出願人に係る、実願昭５８−１９７１７８号にその
詳細について記載されている。

続いて、第１図に示したような二重絶縁層構造の薄膜Ｅ
　Ｔ、素ｆの従来の製造方υ、につき説明する。

先ず、基板１１−１−に蒸着法等の好適な１段を用いて
例えば酸化インジウムからなる透明導電膜１３を形成す
る。次に、高抵抗絶縁層１７の形成は、この絶縁層１７
として５ｉ０２やｌｊ２０３を用いる場合であれば、ス
パンタ法により通常の半導体素子製造で行われる条件で
５ｉ０２やＡｌ２Ｏ２を形成する。又、高抵抗絶縁層と
して誘電率の大きな材料例えばＰｂＴｉＯ３を用いる場
合は、スパッタ／Ｊ：により成膜するのであるが、Ｐｂ
ＴｉＯ３の誘電率が６８０℃付近で大きな値となるため
、基板加熱を約７００　’０としてＰｂＴｉＯ３薄膜を
形成する。次に、低抵抗絶縁層１９の形成は電子ビート
蒸着法により金属酸化物例えばＴａ２０５を成膜するか
、或は反応性スパッタ法により例えばＴａをターゲット
とし０２ガスの量を適度に選択したＡｒガスと０２ガス
との混合ガス雰囲気中でスパッタリングし、Ｔａと０２
カスとを反応させて酸素欠損状態の金属酸化物を成膜し
ていた。

次に１発光層２１の形成は例えばＺｎＳと、Ｍｎ、Ｔｂ
Ｆ３　、Ｃｕ又はＣ見等の中から選択した所望の活性物
質とを同一のるつぼに所定の混合比で入れて、電ｒビー
ム蒸着ＩＪ、により発光層２１を成膜する。続いて、こ
の発光層２１１．に低抵抗絶縁層２５及び高抵抗絶縁層
２７を低抵抗絶縁層１９及び高抵抗絶縁層１７と同様な
方法で成膜する。さらに、高抵抗絶縁層２７上に背面電
極として例えばＡ９薄膜をメタルマスクを用いて所定形
状に形成するか、又は、ｌ薄膜をフォトリソ技術を用い
て所定の寸法にバターニングして、第２図に示すような
二重絶縁層構造の薄膜ＥＬ素子を得る。

このような薄膜ＥＬ素ｆ−の特性の向１−のためには、
高抵抗絶縁層を絶縁耐圧が犬きく、駆動′市川を下げて
も発光層にかかる実質的な電界を高くすることが出来る
誘電率の大きな誘電体とし、この誘電体をいかに薄く均
・に形成することが出来るかが重要なこととなる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の薄膜ＥＬ素子において、その素子
中の高抵抗絶縁層を成膜が容易で耐薬品性に優れる５ｉ
０２又はＡｌ１０３　とすると、これら５ｉ０２及びＡ
４２０３の誘電率が小さいため、素ｒに印加される電圧
のうち誘゛市体への分圧が大きくなる。従って、発光層
に実質的に印加される分圧は小さい′市川となってしま
うから発光層を発光きせイ１↑る電圧を発光層に印加す
るためには薄１１Ａ　Ｅ　Ｌ素子−に印加する電圧を高
くしなければならないという問題点があった。このよう
に高電圧で素ｆの駆ｌ）Ｊを行うことが出来るＩＣは高
価であり、従って、ＥＬディスプレイパネルも高価なも
のになってしまう。

又、薄膜ＥＬ素ｒの高抵抗絶縁層を誘電率の大きな例え
ばＰｂＴｉ０：＋　で形成するには、ＰｂＴｉＯ３が６
８０°Ｏｗ１近で誘電率が大きくなるため、この成ｎＱ
を約７００℃というような高い温度で行わねばならない
。従って、成膜を行うための装置は高温に対する対策を
施す必要があり装置は、ｌｌ常に高価なものとなるとい
う問題点があった。さらに、素ｔ　ｒ＋製のための基板
の９７温及び冷却を急激に行うわけにはいかないから、
素子製造のスループッＩ・か低トーするという問題点が
あった。

この出願の第一・発明の目的は、低電圧で駆動が行える
薄膜Ｅ　Ｔ−素子を提供することにある。

この出願の第二発明の［１的は、低電圧で駆動が行える
薄膜ＥＬ素素子簡易に、かつ、高スループツトに製造す
ることが出来る薄膜ＥＬ素ｆ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１段） この［１的の達成を図るため、この発明によれば、各々
が高抵抗絶縁層を含む第一及び第一絶縁層で発光層を挟
持した一小絶縁層構造の薄膜ＥＬ素子において、 第一・及び第二絶縁層に含まれる高抵抗絶縁層をＳｒＮ
ｂ２Ｏ６を以って構成したことを特徴とする。

各々が高抵抗絶縁層を含む第一及び第一絶縁層で発光層
を挟持した二重絶縁層構造の薄膜ＥＬ素ｆを製造するに
当り、 第一・及び第二絶縁層にそれぞれ含まれる高抵抗絶縁層
の形成は、スパッタ法により基板温度を１５０〜２５０
℃とし、スパッタガスを酸素（Ｏ２）ガスを２０−４０
％含むアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガスとして、Ｓｒ
Ｎｂ２Ｏ６≠し膜を形成することを特徴とする。

（作用） この台膜ＥＬ素ｒの構造によれば、高抵抗絶縁層をＳｒ
Ｎｂ２Ｏ６を以って構成しであるから、成膜も容易に行
え、かつ、背面電極形成用のエッチャント等の耐薬品性
もイｉする。さらに、このＳｒＮｂ２Ｏ３は５ｉ０２や
ＡＭ２０３より誘電率が大きいため、高い誘電イ〆の高
抵抗絶縁層が得られる。又、ＳｒＮｂ２Ｏ６はアルカリ
金属を含まないから、素子に印加される高電界下でも高
抵抗絶縁層内でアルカリ金属の移動は起こらない。

従って、絶縁層内で電流が発生することはない。

又、この発明の製造方法によれば、ＳｒＮｂ２Ｏ３薄膜
の成膜はスパッタＶ、を用いて基板温度を１５０〜２５
０℃とし、スパッタガスを酸素（Ｏ２）ガスを２０〜４
０％含むアルゴン（Ａ　ｒ）カスとの混合ガスとして行
う。この成膜条件においてＳｒＮｂ２Ｏ６の誘電率はよ
り太きな値となる。さらに、この成膜条件はスパッタ装
置を使用する条ヂ１として無理のない通常使用される条
件であるから、従来から用いられているスパッタ装置を
利用出来る。

（実施例） 以ド、第１図及び第２図（Ａ）〜（Ｅ）を本読して、こ
の発明の一実施例につ鼻説明する。尚、これらの図面は
この発明が理解できる程度に概略的に示しであるにすぎ
ず、各構成成分の＝ｊ−１ノ１、形状及び配置関係は図
示例に限定されるものではない。又、これらの図におい
て回−・の構成成分については同一の符号を付して示し
である。

第１図はこの発明の薄膜ＥＬ素子の構造を示す開部断面
図である。第１図において、１１は絶縁基板としてのガ
ラス基板を示し、このガラス基板１１−１’、には酸化
インジウム等からなる透明導電膜１３を設けである。こ
の透明導電膜ＩＬＩ−には第一絶縁層１５としてこの場
合、電荷の流入出を阻止するための高抵抗絶縁層１７と
、′を荷発生層である低抵抗絶縁層１８とを順次に設け
である。この高抵抗絶縁層１７は成膜の容易さ及び背面
電極形成蒔のエラチャンＩ・等の耐薬品性に優れること
、きらに、誘′市率が大きいという理由からＳｒＮｂ２
Ｏａ　を以って構成しである。又、低抵抗絶縁層１９は
従来と同様Ｔａ２０５とした。

きらに第一絶縁層１５Ｌには従来と同様、ＺｎＳに発光
中心としテ（７）Ｍ　ｎ、　Ｔ　ｂ　Ｆ３、Ｃｕ、Ｃ，
Ｑ等の中から好適な材料を選択し添加して形成した発光
層２１を設けである。この発光層２１トには第二絶縁層
２３としてこの場合、前述した低抵抗絶縁層１９と同様
な低抵抗絶縁層２５及び高抵抗絶縁層１７と同様なＳｒ
Ｎｂ２Ｏ６からなる高抵抗絶縁層２７を順次に設け、さ
らに、この第二絶縁層２３トに従来と同様Ａ、Ｑ″′９
１からなる背面電極２８を設けて、薄膜ＥＬ素ｒは構成
されている。

続いて、この発明の製造方法につき説明する。

第２図（Ａ）〜（Ｄ）は、この発明の製造方υ、を説明
するため薄膜ＥＬ素ｆ−のＶ造進度に応じて素ｆ−断面
を示した製造（−程図である。

先ず、基板］　１．１−に蒸着ツノ、等の好適な１段を
用いて例えば酸化インジウムからなる透明導′市膜１３
　、に１５００Ａの膜厚で形成して第２図（Ａ）　ｉこ
小す構造を得る。次に、高抵抗絶縁層１７の形成は、ス
パッタ１１、により基板温度をこの場合２００℃とし、
スパッタガスをこの場合、総論ｊ１を１１００５ＣＣと
し、０２　カスの流罎を３０ｓｅｃｍ、ＡｒガスのＩＡ
Ｆ、昂を７０５ｃｃｍとした混合ガスとして、ＳｒＮｂ
２Ｏ３Ｈ＆膜を１５００Ａ（７）膜厚で形成してｆｌｆ
ｓＺ図（Ｂ）に示ずウェハ構造を得る。

このような基板温度及び混合ガスの条件でＳｒＮｂ２Ｏ
６薄膜の成膜を行うと、そのドヤ膜の比誘電率は実用的
な比誘電率である３０〜４０の値となることがわかった
。次に、従来と同様な方／Ｊ（により低抵抗絶縁層１９
として例えばＴａ２０５を成膜する。次に、従来と同様
に発光層２１の形成を例えばＺｎＳとＭｎ、ＴｂＦ：＋
　、Ｃｕ又はＣ９、等の中から選択した所望とする活性
物質とを同一のるつぼに所Ｗの混合比で入れて、主１ビ
ーム蒸着〃、により成膜を行う。続いて、この発光層２
１Ｆ−に低抵抗絶縁層２５を低抵抗絶縁層１９を形成し
たと同様な方ｌ）、で形成して第２図（Ｃ）に示すウエ
ノ＼構造を得る。次に、この低抵抗絶縁層２５１．に高
抵抗絶縁層１９を形成したと同様な基板温度及びスノく
・ンタカスの混合比で高抵抗絶縁層２７としてのＳｒＮ
ｂ２Ｏ６を形成して第２図（［１）に示すウェハ構造を
得る。さらに、高抵抗絶縁層２７ｈに従来と同様な力Ｖ
、により背面電極として例えばへ交薄膜を形成して、第
１図に示すような二重絶縁層構造の薄膜ＥＬ素ｆを得る
。

尚、高抵抗絶縁１１９１７及び２７の膜厚はト述した実
施例の膜厚に限定されるものではなく所望に応じて変更
できる。

尚、この発明の薄膜ＥＬ素素子高抵抗絶縁層に用いたＳ
ｒＮｂ２Ｏｂ薄膜に真空熱処理を施すとＳｒＮｂ２Ｏ６
薄膜の比：Ａ電率を向−１−させることが出来る。従っ
て、必要に応じてこの発明の製造■二程中に真空熱処理
工程を付加しても良い。この真空熱処理は発光層２１の
Ｌドに高抵抗絶縁層１７及び２７を形成した後で、かつ
、背面電極２９を形成する前に行うのが好適である。又
、その熱処理条件は、例えば、真空ＩＮを１０−’　〜
１０６Ｔｏ　ｒ　ｒとし温度を５００〜８００℃と１．
て一時間真空熱処理を行うと、真空熱処理を施さない時
に３０〜４０の比、ＱＡｉｆｉ率であったＳｒＮｂ２Ｏ
６ｔｉ、ｂ膜ノ１１４誘電率は１００前後まで高まるこ
とがわかった。

尚、この発明の製造方υ、において高抵抗絶縁層とした
ＳｒＮｂ２Ｏ３薄膜を成膜する際の基板温度を１５０〜
２５０℃とし、スパッタガスを酸素（Ｏ２）ガスを２０
〜４０％含むアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガスとした
理由は、１５０℃より低い温度で基板を冷却しながらＳ
ｒＮｂ２Ｏ３を成膜するとこの薄膜の比誘′電率が１５
〜２０となり駆動電圧を低くするために充分な比誘電率
を有した高抵抗絶縁層が得られないからである。又、２
５０℃より高い基板温度で薄膜形成を行うことは、成膜
装置の耐熱対策等の考慮が必要となり、製造装置の費用
が高くなるので好ましくないからである。

又、スパッタガス中の０２の混合率を２０〜４０％とし
た理由は、０２の混合率が２０％より少ないと高抵抗絶
縁層としての膜質が低ドするからである。又、０？の混
合率を４０％より多くすると透明導′市膜を損傷する原
因となるからである。又、０２の混合−ｔ＜が増えると
スパッタ速爪が低ドするから、作業性からも好ましくな
い。

尚、スパッタツノ、により５ｒＮｂ；＋０６薄膜を成膜
する際、不Ｍ　Ｍ的な他の物質が微小ｈ１入りこむこと
も考えられるが、このような物質によっては実質的に素
ｆの特性が変化することはない。

尚、５ｒＮｔ＋；＋０６薄膜を高抵抗絶縁層として用い
て好適な薄膜ＥＬ素ｆはト述した素子構造のみではなく
、素り中の第一及び第゛、絶縁層の双方を共に高抵抗絶
縁層のみで構成した素子−１又は、第一・又は第一絶縁
層の何れか・方を高抵抗絶縁層のみで構成し他方を高抵
抗絶縁層と低抵抗絶縁層とで構成した素ｆ〜にｆｆ３い
ても好適である。

又、低抵抗絶縁層の材料はＴａ２０５以外の他の好適な
材料でも良い。

（発明の効果） １−述した説明からも明らかなように、この発明の薄ｌ
ｌｌ２ＥＬ素ｆ−の構造によれば、発光層を挟持する゛
、つの高抵抗絶縁層をＳｒＮｂ２Ｏ３　を以−〕で構成
しである。このＳｒＮｂ２Ｏａは５ｉ０２やＡＭ２０３
　より１誘電率が大きい。従って、この発明の薄膜ＥＬ
素子の駆動電圧は、例えば高抵抗絶縁層としてＳｉＯ，
＋を用いた従来の薄膜ＥＬ素ｒの駆動電圧よりも４０〜
５０Ｖ低い駆動、１ｉ圧とすることが出来る。これがた
め、この発明の薄膜ＥＬ素素子用いたＥＬディスプレイ
パネルは従来のパネルのように高電圧駆動が行えるよう
な高価な駆動用ＩＣを使用する必要がないからＥＬディ
スプレイパネルの価格を低減出来る。

又、この発明の薄膜ＥＬ７：ｆの製造方Ｄ、によれば、
スパッタによるＳｒＮｂ２Ｏｂの成膜条ヂ（を基板温度
を１５０〜２５０℃とし、スパッタガスを酸素（Ｏ２）
ガスを２０〜４０％含むアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合
ガスとして行う。この成膜条件において５ｒＮｂｐＯ６
は、所望とする比誘゛市率を有する高抵抗絶縁層となる
から、低電圧で駆動することが出来る薄膜ＥＬ素子を得
ることが出来る。、ざらに、この成膜条件はスパッタガ
スを使用する条ヂｉとして無理のない通常使用される条
件であるから、従来から用いられているスパッタ装置を
利用出来る。

これがため、低電圧で駆動が行える薄膜ＥＬ素ｆを簡易
に、かつ、高スループントに製造することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は゛屯絶縁構造の薄膜ＥＬ素ｒの−・般的構造を
小す断面図、 第２図はこの発明の製造方法を説明するための製造Ｆ程
図である。 １１・・・絶縁基板、　　　　１３・・・透明導電膜Ｉ
５・・・第一・絶縁層、　　　１７．２７・・・高抵抗
絶縁層１９．２５・・・低抵抗絶縁層、２１・・・発光
層２３・・・第一絶縁層、　　　２９・・・背面電極。 ｉｆ　　轄琲巻板 ／Ｊ　　：　　Ａ　　Ｂ月　Ｋ　９　　月１１５　　第
一）こ球漫 １７２７高像抗奪１峙漫 ／＜２Ｚｆ　　４Ｃ（＆　４プＥ　ｓｒ　縛シリト２ｆ
　茫Ｌｓ ｚ３茶二紀林漫 ２ｑ　　を面電極 従東穢ひＱ／）発明の説６月国 第１図 この発日月 第 の嘔に−１！国 ２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 　（１）各々が高抵抗絶縁層を含む第一及び第二絶縁層
   で発光層を挟持した二重絶縁層構造の薄膜ＥＬ素子にお
   いて、 　高抵抗絶縁層をＳｒＮｂ＿２Ｏ＿６を以って構成した
   ことを特徴とする薄膜ＥＬ素子。
2. 　（２）各々が高抵抗絶縁層を含む第一及び第二絶縁層
   で発光層を挟持した二重絶縁層構造の薄膜ＥＬ素子を製
   造するに当り、 　高抵抗絶縁層の形成は、スパッタ法により基板温度を
   １５０〜２５０℃とし、スパッタガスを酸素（Ｏ＿２）
   ガスを２０〜４０％含むアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合
   ガスとして、ＳｒＮｂ＿２Ｏ＿６薄膜を形成することを
   特徴とする薄膜ＥＬ素子の製造方法。