JPS63190294A - エレクトロルミネツセンス素子 - 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】 抜監分死 本発明は、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子に関
する。

災米技先 ＥＬ素子は、半導体、主として蛍光体に電場を加えたと
きに発光するエレクトロルミネッセンス現象を利用する
ものであり、平面形であり完全固体で取扱いやすいこと
から、ＥＬディスプレイパネルとして用いられており、
コンピュータ端末等の各種ディスプレイとして応用する
ことができる。

ＥＬ素子における発光体としてはＺｎＳを母材とするも
のなどが知られているが、マルチカラー化を実現するた
めにはアルカリ土類カルコゲン化物を母材とするものが
重要である。

従来、アルカリ土類カルコゲン化物を発光層母材とする
ＥＬ素子としては、ガラス基板上にＩＴＯ透明電極を設
け、これに直接発光層を設けたもの（Ｍ、Ｏｇａｗａ、
ｅｔ　ａｌ、、　Ｊａｐａｎｅｓｅ　ＪｏｕｒｎａｌＡ
ｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｖｏｌ、２４．　Ｐ２
Ｓ５，１９８５）；　Ｉ　Ｔ　Ｏ透明電極上にＳ　ｉ、
Ｎ４−ＳｉＯ２複合層を設けその上に発光層を設けたも
の（日中ら、応用物理学系連合講演会１９６４年子稿集
、Ｐ６１９）が知られている。また、酸化亜鉛を母材と
する透明電極を用い、その上に直接発光層を設けたもの
も報告さ九ている（Ｙ、Ｋａｇｅｙａｍａ　ｅｔ　ａｌ
、、　ＳＩＤ　８６ＤＩＧＥＳＴ　ｐ３３）。

しかしながら、これらの構造のＥＬ素子では経時的な輝
度の低下があり、長期的な信頼性に問題があった。

見団勿■孜 本発明は、長期的信頼性に優れた高輝度のＥＬ素子を提
供することを目的とする。

光１Ｂλ旌戒、 本発明のＥＬ素子は、透明電極および発光層を設けたＥ
Ｌ素子において、前記発光層をアルカリ土類カルコゲン
化物を母材とする層とし、前記透明電極を酸化亜鉛を母
材とする層とし、がつ、少なくとも前記発光層と透明電
極との間に、Ｂ　Ｎ、　Ａ　Ｑ　Ｎ、　Ｓ　１３Ｎ４−
　Ｓ　ｘ　０ｚ−ＡＱ２０．、Ｔａ、○、の少なくとも
１種を含む絶縁層を設けたことを特徴とする。

以下、添付図面に沿って本発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は、本発明の薄膜ＥＬ素子の層構成例を示す断面
図であり、基板ｌｌ上に透明電極１３、第１絶縁層１５
、発光層１７、第２絶縁層１９および“背面電極２１が
順次設けられている。

発光層１７としては、アルカリ土類カルコゲン化物を母
材とするものが用いられる。アルカリ土類カルコゲン化
物としては、ＳｒＳ、ＣａＳ等のアルカリ土類硫化物や
、５ｒＳｅ、Ｃａ５ｅ等のアルカリ土類セレン化物など
がある。この母材中に、発光中心としてＣｅ、Ｅｕ、Ｔ
ｂ等のランタノイド系希土類元素を添加することにより
、母材と発光中心との組合せに従って種々の発光色を得
ることができる。特にＳ　ｒ　Ｓ　：　Ｃｅは高輝度の
青色発光層となり、Ｃａ　Ｓ　：　Ｅ　ｕは高輝度で色
純度の優れた赤色発光層となる。

これらアルカリ土類カルコゲン化物は、エレクトロンビ
ーム（ＥＢ）蒸着等の蒸着法、イオンブレーティング、
スパッタリング、ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ　ｏｒｇａｎ
ｉｃ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｉｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）等の種々の薄膜形成方法により製膜されるが、
いずれの場合もその基板温度が高温になるほどＥＬ輝度
が増加する傾向にあることが判っている（例えば、Ｓ、
Ｔａｎａｋａ　ａｔ　ａｌ、、　ＳＩＤ　８５　ＤＩＧ
ＥＳＴｐ２１８）。通常は、４００〜６００℃程度の基
板温度で製膜することが好適である。

発光層１７の膜厚としては数千人〜数μ鵠程度が適当で
あり、好ましくは５０００〜１５０００人である。

このようにアルカリ土類カルコゲン化物を母材とする発
光体は、ＥＬ素子用の発光層材料として好適であり、特
にマルチカラーＥＬ素子においては現在では必要不可欠
の材料と考えられているが、経時により輝度が低下し長
期的な信頼性に問題があった。本発明は、この問題を特
定の透明電極と絶縁層とを組合せることにより解決した
ものである。

ガラス基板上の透明電極としては、これまでＩＴＯが主
として用いられてきたが１本発明では酸化亜鉛を母材と
する透明電極が用いられる。

酸化亜鉛への添加物としては、ＡＱ、Ｇａ、Ｉｎ等の■
族元素、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等の■族元素が適している。

特に、ＡＱあるいはＳｉを添加した酸化亜鉛は、抵抗率
が１０−４Ω・０と小さく、可視域での透過率が８５％
以上であるため好ましい。これら添加物の添加量は、０
．５〜１０ｍｏ１％の範囲が好適である。

透明電極１３は、スパッタリング、イオンブレーティン
グ、蒸着１Ｍ０ＣＶＤ等により形成される。透明電極の
膜厚は、数百人から１μｍの範囲が好適である。

透明電極１３と発光層１７との間には、第１絶縁層１５
が設けられる。第１絶縁層材料としては、ＢＮ、ＡＱＮ
、Ｓｉ、ＮいＳｉＯ□、ＡＱ２０３、Ｔａ、Ｏｓの少な
くとも１種が用いられる。第１絶縁Ｗ１１５は、スパッ
タリング、イオンブレーティング、蒸着、ＣＶＤ等の薄
膜形成法により作成される。第１絶縁層の膜厚は数百人
から１μｍが好適であり、好ましくは５００〜３０００
人である。

基板として硼珪酸ガラスまたはアルミノ珪酸ガラスを用
い、酸化亜鉛を母材とする層を透明電極とする場合、積
層する絶縁層の熱膨張率は１ｘｌＯ−’／’Ｃ〜８Ｘ１
０−’℃、さらに好ましくは２０ＸＩＯ″″７／℃〜６
０　Ｘ　１０−’℃の範囲にあることが望ましい。これ
により、各層成膜時の温度変化によって生じる剥離等の
膜質劣化を防ぐことができる。ＢＮ等によって形成され
る本発明の第１絶縁層は、熱膨張率が上記範囲の中にあ
る。

第２絶縁層１９としては、窒化物、酸化物などを用いる
ことができる。第２絶縁層１９も、スパッタリング、蒸
着、ＣＶＤ等の方法で作製することができる。第２絶縁
層の膜厚は、５００〜３０００人が好ましい。なお、第
２絶縁層１９は省略することもできる。

背面電極２１としては、ＡＱ、Ｔｉ等の金属や、酸化亜
鉛、ＩＴＯ等の透明電極を用いることができる。これら
の電極は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等により作製
される。背面電極の膜厚は数百人〜数千人が適当である
。

基板１１としては、ガラス等の透明基板が用いられる。

また、基板上に、電極、第２絶縁層（第１図の１９に相
当）、発光層（１７に相当）、第１絶縁層（１５に相当
）および透明電極（１３に相当）を順次設けて１本発明
のＥＬ素子を構成することもできる。この場合には、透
明電極側から表示情報が観測され、基板としては透明お
よび不透明のいずれもが用いられる。また、基板側の電
極としては、先に説明した背面電極と同様のものを使用
できる。

見皿立夏求 本発明によれば、アルカリ土類カルコゲン化物を母材と
する発光層を用いたＥＬ素子において、酸化亜鉛を母材
とする透明電極を用い、かつ、透明電極と発光層との間
に、ＢＮ、ＡＱＮ。

Ｓ　ｉ３Ｎ４．　Ｓ　ｉ　Ｏ，、ＡＱ、Ｏ，、Ｔａ２０
５から選ばれた絶縁層を設けることにより、経時的な輝
度の低下を防止し、長期的な信頼性を実現することがで
きる。この効果は発光層にアルカリ土類カルコゲン化物
を用いた場合に特異的であり、これ以外の場合、例えば
後述のＺｎＳ　：Ｍｎのような発光層と酸化亜鉛透明電
極およびＢＮ等の本発明の絶縁層との組合せでは、特に
他の組合せに対して差がなく特有の効果は得られなかっ
た。

アルカリ土類カルコゲン化物を母材とする発光層は、マ
ルチカラーＥＬ素子に必要不可欠であると考えられてい
ることから１本発明はこの発光層を用いる上で非常に有
益である。

実施例 発光層をＳｒＳ：Ｃｅ、Ｃａｂ：Ｅｕ。

５ｒＳｅ：Ｃｅ、としたＥＬ素子において、透明電極を
■ＺｎＯ：　ＡＱ、■ＺｎＯ：Ｓｉ、■ＩＴＯ１■Ｓｎ
Ｏ，：Ｓｂより選択し、絶縁層を＠　ＢＮ、■ＡＱＮ、
Ｑ　　Ｓｉ、Ｎ、、■ｙ、ｏ、、■Ｓ　ｉ　Ｏ，、＠Ａ
Ｑ、Ｏ，、Ｑ　Ｔａｘｅ＝、■Ｔ　ｉ　Ｏ，、■ＺｒＯ
，より選択し、各組合せの素子を以下の条件で作製し輝
度の経時変化を比較評価した。比較試料としてＺ　ｎ　
Ｓ　：　Ｍ　ｎを発光層としたものも作製した。

（以下余白） （１）発光層の作製条件 （Ａ）ＳｒＳ：Ｃｅ ＥＢ蒸着法 基板温度　５００℃ 蒸着源　ＣｅＣＱ３を０．１ｍｏ１％ドープしたＳｒＳ 膜　　　厚　　１μｍ （Ｂ）ＣａＳ：Ｅｕ ＦＢ蒸着法 基板温度　５００℃ 蒸着源ＥｕＣＱ３を０．１ｍｏ１％ドープしたＣａＳ 膜　　　厚　　１μ厘 （Ｃ）ＳｒＳｅ：Ｃｅ イオン化共蒸着法 基板温度　４７０℃ 蒸着源５ｒＣＱ、とＳｅと ＣｅＣＱ。

膜　　　厚　　１μｌ −’（Ｄ）Ｚ　ｎ　Ｓ　：　Ｍｎ ＥＢ蒸着法 基板温度　１５０℃ 蒸着源　Ｍｎを１ｍｏ１％ドープした ＺｎＳ 膜　　厚　５０００人 （２）透明電極の作製条件 ■ＺｎＯ：ＡＱ　。

ＲＦマグネトロンスパッタリング法 基板温度　３００℃ ターゲット　　ＡＱ２０３を２ｗｔ％ドープしたＺｎＯ 導入ガス　Ａｒ 圧　　　　　力　　６．０Ｘ１０−’ｔｏｒｒ膜　　　
　厚　　１０００人 ■Ｚ　ｎ　Ｏ：　　Ｓ　ｉ ＲＦマグネトロンスパッタリング法 残基板温度３００℃ ターゲット　　５ｉｎ２を２ｗｔ％ドープしたＺｎ○ 導入ガス　Ａｒ 圧　　　　　力　　　６．ＯＸ　１０−’ｔｏｒｒ膜　
　　　厚　　１０００人 ■ＩＴＯ ＲＦスパッタリング法 基板温度　３００℃ ターゲット　　ＳｎＯ２を９讐ｔ％ドープしたＩｎ２Ｏ
３ 膜　　　　厚　　１０００人 ■ＳｎＯ２：５ｂ ＣＶＤ法 基板温度　５００℃ 原　　　　料　　Ｓ　ｎ　ＣＯ２（Ｃ）ｒ３）２にｓｂ
を１％添加したもの 膜　　　　厚　　１０００人 （３）絶縁層の作製条件 ■ＢＮ ＲＦマグネトロンスパッタリング法 残基板温度１５０℃ ターゲット　　ＢＮ 雰　囲　気　ＡｒとＮ２の混合（１：　１）膜　　　　
厚　　２０００人 ■ＡＱＮ ＲＦマグネトロンスパッタリング法 残基板温度３００℃ ターゲット　　ＡＱ 雰　囲　気　ＡｒとＮ２の混合（１：　Ｌ）膜　　　　
厚　　２０００人 ■Ｓｉ３Ｎ、ｓ ＲＦマグネトロンスパッタリンゲイ去 基板温度　３００°Ｃ ターゲット　　Ｓｉ３Ｎ。

雰　囲　気　ＡｒとＮ２の混合（１：１）膜　　　　厚
　　２０００人 ■Ｙ２０゜ ＥＢ蒸着 基板温度　７０℃ 原　　　　　料　　Ｙ２Ｏ。

膜　　　　厚　　２０００人 ■Ｓ　ｉ　０２ ＲＦマグネトロンスパッタリング法 残基板温度２５０℃ ターゲット　　Ｓ　ｉ　Ｏ２ 雰囲気Ａｒ 膜　　　　厚　　１５００人 （ｆ）ＡＱ２０゜ ＲＦマグネトロンスパッタリング法 残基板温度２００℃ ターゲット　　ＡＱ 雰　　囲　　気　　　０２ 膜　　　　厚　　２０００人 ■Ｔａ２Ｏ，。

ＲＦマグネトロンスパッタリング法 残基板温度３００℃ ターゲット　　７ａ、○。

雰　　囲　　気　　　０２ 膜　　　　厚　　２０００人 （以下余白） ■Ｔｉ○２ ターゲット　　ＴｉＯ２ 雰　　囲　　気　　０２ 膜　　　　厚　　１５００人 ■Ｚｒ○２ ＲＦマグネトロンスパッタリング法 残基板温度２５０℃ ターゲット　　ＺｒＯ。

雰　　囲　　気　　０２ 膜　　　　厚　　２０００人 （４）第２絶縁層の作製条件 Ｙ２Ｏ。

ＥＢ蒸着 基板温度　７０℃ 原　　　　料　　Ｙ、Ｏ。

膜　　　　厚　　２０００人 （５）背面電極の作製条件 ＡＱ蒸着（室温） 膜　　　　厚　　１０００Å 以上の発光層、絶縁層、透明電極の各組合せの素子を作
製し、輝度の経時変化を測定した。

交番パルス２５０Ｖ、　５　ＫＨｚを印加し、雰囲気温
度８０℃で強制劣化試験を行なった。その結果を表１．
２．３に示す。相対的に経時変化の大きい素子はＸ、経
時変化の小さい素子は０で示した。

その中間をΔで示した。

表Ｉ　　ＳｒＳ：Ｃｅ発光１の場合 衣２　　ＣａＳ：Ｅｕ発光層の場合 表３　５ｒＳｅ：Ｃｅ発光層の場合 表４　２ｎＳ：Ｍｎ発光層の場合 表１．２．３から明らかなようにアルカリ土類カルコゲ
ン化物を母材とする発光層との組合せとして、酸、化亜
鉛を母材とする透明電極とＢＮ、Ａ１１ＩＮ、Ｓｉ、Ｎ
４．５ｉｎ２、ＡＱ２Ｑ、。

Ｔａ、Ｏ，の各絶縁層とを組合せた素子で長期的信頼性
が得られた。一方、表４に見られるように硫化亜鉛系の
母材の場合には、この組合せによる顕著な効果はなく、
前記の効果がアルカリ土類カルコゲン化物との組合せで
はじめて顕著になることがわかる。アルカリ土類カルコ
ゲン化物発光層はマルチカラーＥＬ素子に必要不可欠で
あり、本発明によりこれらの素子で長期の信頼性が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明のＥＬ素子の層構成例を示す断面図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．透明電極および発光層を設けたエレクトロルミネツ
   センス素子において、前記発光層をアルカリ土類カルコ
   ゲン化物を母材とする層とし、前記透明電極を酸化亜鉛
   を母材とする層とし、かつ、少なくとも前記発光層と透
   明電極との間に、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、Ｓｉ
   Ｏ＿３、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｔａ＿２Ｏ＿５の少なくとも
   １種を含む絶縁層を設けたことを特徴とするエレクトロ
   ルミネツセンス素子。