JPS6321786A - 薄膜形エレクトロルミネツセンス素子の製造法 - 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〕 この発明はディスプレイ装置などに用いられる薄膜形エ
レクトロルミネッセンス（以下、ＥＬという）素子の製
造法に関する。

〔従来の技術］ この種の薄膜形ＥＬ素子は、少なくとも一方が透明であ
りかつ通常どちらか一方がパターン化された一対の電極
間に、発光体層とこれに隣接する絶縁層とを介在させた
構造を有している。なお、上記の絶縁層は発光体層の片
面側にのみ設けられる場合（卓絶縁構造）と両面側に設
けられる場合（二重絶縁構造）とがあり、また上記発光
体層は一層に限らず絶縁層を介して二層以上に積層され
ることもある。このようなＥＬ素子の駆動は、−対の電
極間に発光体層の発光開始電圧以上の交流電界を印加し
て発光させ、その発光色を透明電極側の基板表面に表出
させることにより、所定のパターン表示を行わせるもの
である。

ところで、上記の如きＥＬ素子の絶縁層としては、その
絶縁耐圧の大きいものであることが望まれるほか、素子
に印加された電圧が発光体層と絶縁層とにこれらの静電
容量に反比例して分圧されることから、発光体層に有効
に電圧を印加するために、また素子全体にかかる電圧を
低減するためにも、比誘電率が大きくてかつ誘電損失の
小さい誘電特性に非常にすぐれたものであることが望ま
れる。

このような要求特性を比較的満たしつる絶縁層として、
特に電子ビーム蒸着やスパッタ法によって形成される酸
化イツトリウム、窒化シリコンなどの薄膜からなる従来
公知の絶縁層に比し誘電特性にすぐれたものとして、高
周波スパッタにて形成された酸化タンタル薄膜が提案さ
れている（特開昭５７−１７２６９２号公報、特開昭５
８−７１５９０号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、上記提案に係る酸化タンタル薄膜を絶縁層と
した従来の薄膜形ＥＬ素子は、上記薄膜が既述のとおり
誘電特性にすぐれていることにより、発光開始電圧が低
くなるなどの利点を有するものの、この発光開始電圧と
素子の破壊がおこる破壊電圧との差、つまりマージンが
小さく、このため印加電圧を大きくして発光輝度を高め
ようとする際の最大輝度が低くなり、また素子の駆動に
際しての印加電圧の設定に難があり使用上の不利をさけ
られなかった。

したがって、この発明は、上記提案に係る酸化タンタル
薄膜を絶縁層とした薄膜形ＥＬ素子の上述の利点を損な
うことなく、発光開始電圧と破壊電圧との差であるマー
ジンを大きくして、最大輝度を高めるとともに、素子の
駆動を容易にすることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意検討
した結果、まず前記提案の酸化タンタル薄膜は高周波ス
パッタにて形成されたものであるため、つまりこのスパ
ッタは低真空度下でのプラズマによるガス中堆積のため
、ガス分子の薄膜中への混入などが生じて酸化タンタル
（Ｔａ２０５）としての誘電特性が期待どおりのものと
なりに（いうえに、薄膜形成面がプラズマにばく露され
ることから、この形成面となる電極や発光体層の表面が
プラズマによって悪影響を受けやすくなり、これらのこ
とが複雑にからみあって、素子としての破壊電圧の低下
をもたらし、マージンが小さくなってしまうものである
ことを究明した。

そこで、上記の如き問題が生じるおそれのない薄膜形成
手段につきさらに検討を加えた結果、前記提案の高周波
スパッタの代わりに特定のイオンビームスパッタにて酸
化タンタル薄膜を形成するようにしてみたところ、この
薄膜を絶縁層とした薄膜形ＥＬ素子は発光開始電圧が低
いとともに破壊電圧が高くなり、したがってマージンが
増大して最大輝度の向上および駆動の容易化に大きく寄
与させつるものであることを知った。

この発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであ
り、その要旨とするところは、少なくとも一方が透明で
ある一対の電極間に発光体層とこれに隣接する酸化タン
タル薄膜からなる絶縁層とを介在させた構造の薄膜形Ｅ
Ｌ素子の製造法において、絶縁層としての酸化タンタル
薄膜の形成を、金属タンタルまたは酸化タンタルをター
ゲットとし、かつ薄膜形成面に酸素ガスを直接またはイ
オン化して吹き付けるようにしたイオンビームスパッタ
にて行うことを特徴とする薄膜形ＥＬ素子の製造法にあ
る。

［発明の構成・作用〕 を 以下、この発明を図面優参考にして詳しく説明する。第
１図はこの発明の方法にて製造された薄膜形ＥＬ素子の
一例を示すものである。

図中、１はガラス板などからなる透明基板、２は厚みが
１，０００〜３，０ＯＯＡ程度のＩｎ２Ｏ３−５ｎＯ□
薄膜つまりＩＴＯ薄膜などからなる透明電極、３はＡｌ
薄膜やｔＴｏｌ膜などからなる厚みが５００〜３，０Ｏ
ＯＸ程度の背面電極で、表示パターンに応じた形状にパ
ターン化されている。

４は硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる母体中に少量の希土類
フッ化物やマンガンなどの発光付活剤を含有させたもの
、たとえばＺｎＳ　：ＴｂＦ３（緑色発光）、Ｚｎ　Ｓ
　：　ＳｍＦ３　（赤色発光）、ＺｎＳ：Ｍｎ（黄橙色
発光）、ＺｎＳ：ＴｍＦ３（青色発光）、ＺｎＳ：Ｐｒ
Ｆ３（白色発光）、Ｚｎ　Ｓ　：　Ｄｙ　Ｆ３ｆ：黄色
発光）などからなる厚みが５，０００〜１ｏ、ｏＯｏｉ
程度の発光体層である。

５．６は上記発光体層４の表面および背面に隣接する厚
みが２，０００〜５，０００λ程度の酸化タンタル薄膜
からなる絶縁層で、背面側の絶縁層６は発光体層４の側
面にも延出されて、これと表面側の絶縁層５とによって
発光体層４を外部雰囲気から完全にしゃ断する構成とな
っている。

このように構成される薄膜形ＥＬ素子における上記透明
電極２、絶縁層５、発光体層４、絶縁層６および背面電
極３は、透明基板１に対して上記の順に形成されるもの
であって、このうち透明電極２、発光体層４および背面
電極３はそれぞれに適した薄膜形成手段、たとえば電子
ビーム蒸着法、高周波スパッタ法、抵抗加熱法などによ
って形成されるが、これらの形成法については従来と特
に異なるところはない。

一方、絶縁層５，６の形成は、たとえば第２図に示すよ
うなスパッタ装置を用いたこの発明に特有のイオンビー
ムスパッタにて行われる。すなわち、まず上記装置にお
ける真空槽７内にターゲット８と薄膜形成を行うへき複
合基板９をセットする。

上記のターゲット８としてはＴａ２０５からなる酸化タ
ンタルが用いられるが、場合により金属タンタルを用い
てもよい。また、複合基板９の薄膜形成面ＩＱは、絶縁
層５の形成にあっては透明基板１と透明電極２とからな
る複合基板９の上記電極２の背面であり、絶縁層６の形
成にあっては透明基板１と透明電極２と絶縁層５と発光
体層４とからなる複合基板９の上記発光体層４の背面（
と前記した延出部に対応する側面など）である。

つぎに、上記装置におけるイオン発生室１１内にアルゴ
ンガスなどの不活性ガスＰｉを導入弁１２より導入して
イオン化し、これを加速、収束して真空槽７内にビーム
状にして取り入れ、ターゲット８に衝突させる。このと
き、ビーム状に加速。

収束されたイオンを電子発生装置１３によって中性化し
たのちにターゲット８に衝突させるようにすると、複合
基板９への薄膜形成速度が著しく速くなるため、このよ
うな付加的手段を採用するのが望ましい。このように中
性化したのちに衝突させる方法を以下特にニュートラル
ビームスバッタと称することにするが、この明細書にい
うイオンビームスパッタには上記ニュートラルビームス
バッタも当然包含されるものである。

上記衝突によって発生したスパッタ原子は、加熱器１４
によって通常２００〜４００°Ｃｌ加熱された複合基板
９の薄膜形成面１０に到達し、導入弁１５よりガス路１
６を介して上記形成面１０に吹き付けられる酸素ガスＰ
ｏによって酸化されながら、Ｔａ２０５またはこれに近
い酸化物組成の状態となって上記形成面１０に析出付着
する。これにより、絶縁層５または６としての酸化タン
タル薄膜が前記範囲の所定厚みに形成される。

なお、上記薄膜形成面１０に吹き付けられる酸素ガスＰ
ｏは、誘電特性の良好な酸化タンタル薄膜を形成する上
で必要不可欠なものであるが、酸素ガスをそのまま分子
状態で吹き付ける代わりに第２図に示すサイドイオンガ
ン１７によってイオン化したのちに吹き付けるようにし
てもよい。このイオン化状態での吹き付けによると、得
られるＥＬ素子の発光開始電圧が低下するなどのより望
ましい結果が得られる。

このようなスパッタ操作において、導入弁１２゜１５で
の不活性ガスＰｉおよび酸素ガスＰｏの導入量、ひいて
は排ガスＰｉｏの排出量にて調整される真空槽７内の真
空度としては、一般に１Ｏ−４Ｔｏｒｒ以下の高真空度
とされる。前記提案の高周波スパッタでは１０〜１０　
　Ｔｏｒｒの低真空度とする必要があるのに対し、上記
の如く高真空度とすることができるために、形成される
酸化タンクル薄膜中へのガス分子の混入が抑制されて誘
電特性の向上に寄与させることができる。しかも、プラ
ズマに基板がさらされることがないから、薄膜形成面１
０が透明電極２または発光体層４である場合のこれら表
面へのプラズマによる悪影響がない０ このために、上記方法にて形成される酸化タンタル薄膜
を絶縁層５，６としたこの発明に係る薄膜形ＥＬ素子は
、発光開始電圧が低５゛とともに破壊電圧が高くなり、
それだけマージンが増大して最大輝度の向上を図れ、ま
た駆動に際して許容電圧の範囲が大きくなるため取り扱
いが容易となるという利点が得られる。

そして、このような効果をより良く発現させるために、
前記スパッタ操作において、薄膜形成面１０に直接また
はイオン化して吹き付ける酸素ガスＰｏの分圧穴と薄膜
形成速度ＣＢ）との比〔（イ）／β）〕を適正範囲に設
定するのがよい。すなわち、上記分圧穴としては一般に
Ｉ　ＸＩＯ”Ｔｏｒｒ　〜３ＸＩＱ’Ｔｏｒｒの範囲、
薄膜形成速度Ｑ３）は通常３０〜１００人／分の範囲で
選ばれるが、その際囚／β）が１×１０〜５Ｘ１０　　
Ｔｏｒｒ／Ａ／分となるように設定することにより、破
壊電圧を高めてマージンを大きくするという効果が顕著
に発現される。

また、上記の比［（Ａ）／（Ｂ）］は、酸素ガガスｏを
そのまま分子状態で吹き付けるかあるいはイオン化した
のちに吹き付けるかによって多少相違する。

分子状態で吹き付ける場合は、上記の比が５×１０　〜
５Ｘ１０　　Ｔｏｒｒ／Ａ／分の範囲、特に好適には５
Ｘ１０　〜３Ｘ１０　　Ｔｏｒｒ／Ａ／分の範囲となる
ようにするのがよい。一方、イオン化して吹き付ける場
合には、■×１０〜５ｘｌＯＴｏｒｒ／Ａ／分の範囲で
、特に好適には２×１０〜３Ｘ１０′Ｔｏ　ｒ　ｒ／　
Ｘ　７分の範囲となるようにするのがよい。

酸素ガスＰｏの分圧穴と薄膜形成速度β）との比を上記
の如く設定することは、マージンを大きくするという観
点だけでなく、酸化タンタル本来の誘電特性の良好な薄
膜を形成して発光開始電圧を低下させるなどの点からも
望まれることである。

すなわち、上記比があまりに小さくなりすぎると膜が黒
化しメタリックな特性が現れ、発光自体が困難となり、
また上記比があまりに大きくなりすぎると膜がポーラス
となり破壊電圧の極端な低下をきたすおそれがある。

なお、薄膜形成速度（Ｂ）は、不活性ガスＰｉの導入速
度、イオン発生室で発生したイオンをビーム状に加速、
収束して真空槽７内に取り入れる際の電流、電圧値およ
び電子発生装置の有無などによって決められるから、こ
れらの条件を適宜選択することにより任意に調整可能で
ある。

以上、この発明の薄膜形ＥＬ素子の製造法につき、第１
図に示す構成のものを例にとって説明したが、この発明
の上記製造法は他の構成、たとえば絶縁層５，６のうち
の一方が省略されたタイプのものや、発光体層４を絶縁
層を介した二層以上の構成としたタイプのものなどの各
種構成の薄膜形ＥＬ素子に対しても同様に適用でき、こ
れによって前記同様の効果を奏することができる。

し発明の効果］ 以上のように、この発明においては、酸化タンタル薄膜
からなる絶縁層の形成を前記した特定のイオンビームス
パッタにて行うようにしたことにより、発光開始電圧が
低いとともに破壊電圧の高い、したがってマージンが大
きくて最大輝度の向上や駆動の容易化に寄与させること
ができる薄膜形ＥＬ素子を提供できるという効果が得ら
れる。

〔実施例〕

以下に、この発明の実施例を記載してより具体的に説明
する。

実施例１ 厚さ３朋の無アルカリガラスからなる基板の一面に真空
蒸着法により厚さ１．５００　人のＩＴＯからなる透明
電極を形成し、これをその電極面が薄膜形成面となるよ
うに第２図に示すスパッタ装置内にセットした。ターゲ
ットとしてはＴａ２０５を用い、アルゴンガス圧５Ｘ１
０　　ＴｏｒｒｓＶｉ膜形成面に吹き付ける酸素ガスの
分圧７Ｘ１０　　Ｔｏｒｒ。

薄膜形成速度７０Ａ、７分、基板の加熱温度２００°Ｃ
の条件で、かつビーム状イオンを中性化するための電子
発生装置を付設してニュートラルビームスバッタを行う
ことにより、上記基板の透明型圃面に厚さ３，０００人
の酸化タンタル（’ｒａ、ｏ、）薄膜からなる絶縁層を
形成した。この絶縁層の比誘電率は２８、誘電損失（ｔ
ａｎδ）は０．２％であった。

なお、上記スパッタにおける酸素ガスの分圧（Ａｔと薄
膜形成速度（Ｂ）との比［（Ａ）／（Ｂ）］はｌＸｌ０
　　’Ｔｏｒｒ／Ａ／分であった。

つきに、上記の絶縁層上に、電子ビーム蒸着法により、
真空度ｌＸｌ０　　Ｔｏｒｒ、基板温度１８０°Ｃ１蒸
着速度３０Ａ／秒の条件で厚さ７．ｏｏｏＸの発光体層
を形成した。発光体材料としてはＺｎＳにＴｂＦ３を３
重量％添加したものを使用した。なお、真空蒸着後、真
空中５００°Ｃの条件で１時間熱処理を行った。しかる
のち、この発光体層上に前記と全く同様のニュートラル
ビームスバッタにより厚さ３，０００λの酸化タンタル
薄膜からなる絶縁層を形成した。最後に、この絶縁層上
に抵抗加熱法により２０Ａ／秒の薄膜形成速度で厚さ２
，０００λのＡｌ金属からなる所要パターン状の背面電
極を形成することにより、第１図に示す構成のこの発明
に係る薄膜形ＥＬ素子を得た１つ 実施例２〜５ 酸素ガスの分圧図と薄膜形成速度部）七を下記の第１表
に示す如く変更して厚さ３．ｏｏｏＸの酸化タンタル薄
膜からなる絶縁層を形成するようにした以外は、実施例
１と全く同様にしてこの発明に係る４種の薄膜形ＥＬ素
子を作製した。各素子における上記絶縁層の比誘電率お
よび誘電損失は第１表に併記されるとおりであった。

第　　　１　　　表 実施例６〜８ 薄膜形成面に吹き付ける酸素ガスをイオン化するサイド
イオンガンを付設して酸素ガスをイオン状態として吹き
付けるようにするとともに、このときの酸素ガスの分圧
図と薄膜形成速度（Ｂ）とを下記の第２表に示す如く変
更して゛厚さ３，０ＯＯＸの酸化タンタル薄膜からなる
絶縁層を形成するようにした以外は、実施例１と全く同
様にしてこの発明に係る３挿の薄膜形ＥＬ素子を作製し
た。各素子における上記絶縁層の比誘電率および誘電損
失は第２表に併記されるとおりであった。

第　　　２　　　表 比較例 厚さ３，０００人の酸化タンタル薄膜からなる絶縁層の
形成を、高周波スパッタにより、アルゴンガス圧ｌＸｌ
０　　Ｔｏｒｒ、酸素ガス圧２Ｘ１０　Ｔｏｒｒ。

基板温度２００　°Ｃ１薄膜形成速度３０Ｘ／分の条件
で行うようにした以外は、実施例１と同様にして比較用
の薄膜形ＥＬ素子を作製した。この素子の上記絶縁層の
比誘電率は２３、誘電損失は０．７％であった。

以上の実施例および比較例に係る各ＥＬ素子の特性を調
べるために、５ＫＨｚの交流パルス電圧を印加し、発光
開始電圧、最大輝度およびマージン（発光開始電圧と破
壊電圧との差）を測定した結果は、下記の第３表に示さ
れるとおりであった。

、−″ ／′ ／″ 第３表 上記第３表の結果から明らかなように、この発明の方法
によって得られた薄膜形ＥＬ素子は、発光開始電圧が低
いとともに、マージンが大きくて最大輝度が高いもので
あることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法にて得られた薄膜形エレクトロ
ルミネッセンス素子の一例を示す断面図、第２図はこの
発明の方法を実施するためのスパッタ装置の一例を示す
概略図である。 ２・・・透明電極、３・・背面電極、４・・・発光体層
、５．６・・絶縁層（酸化タンタル薄膜）、７・・真空
槽、８・・・ターゲット、１０・・薄膜形成面、１１・
・・イオン発生室、１３・・電子発生装置、１７・・・
サイドイオンガン、Ｐｉ・・・不活性ガス、ＰＯ・・・
酸素ガス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 　（１）少なくとも一方が透明である一対の電極間に発
   光体層とこれに隣接する酸化タンタル薄膜からなる絶縁
   層とを介在させた構造の薄膜形エレクトロルミネッセン
   ス素子の製造法において、絶縁層としての酸化タンタル
   薄膜の形成を、金属タンタルまたは酸化タンタルをター
   ゲツトとし、かつ薄膜形成面に酸素ガスを直接またはイ
   オン化して吹き付けるようにしたイオンビームスパツタ
   にて行うことを特徴とする薄膜形エレクトロルミネッセ
   ンス素子の製造法。
2. 　（２）不活性ガスをイオン化するイオン発生室から加
   速，収束されて真空槽内に取り入れられたビーム状の上
   記イオンを、電子発生装置で中性化したのちにターゲツ
   トに衝突させるようにした持許請求の範囲第（１）項記
   載の薄膜形エレクトロルミネッセンス素子の製造法。
3. 　（３）薄膜形成面に吹き付ける酸素ガスの分圧（Ａ）
   と薄膜形成速度（Ｂ）との比〔（Ａ）／（Ｂ）〕が１×
   １０〜５×１０＾−＾６Ｔｏｒｒ／Å／分の範囲にある
   特許請求の範囲第（１）項または第（２）項記載の薄膜
   形エレクトロルミネッセンス素子の製造法。