JPS6321788A - 薄膜形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】 〔産業上の利用分腎〕 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緑層とを介在させた
構造を有している。なお、上記の絶緑層は発光体層の片
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）とがある。このようなＥ
Ｌ素子の駆動は、一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素子の絶緑層としては、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緑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。

ごのような要求特性を比較的満たしうる絶緑層として、
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
公知の絶緑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クンクル薄）模が提案
されている（特開昭５７−１７２６９２号公報、特開昭
５８−７１５９０号公報）。ごの酸化タンタル薄膜を絶
緑層とした７引模形巳り素子は、発光開始電圧が比較的
低く、発光輝度や絶縁耐圧の面でも前記他の絶緑層を適
用した素子に較べればかなりの改善効果が認められるも
のである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、この発明者らの実験検討によれば、酸化タン
タル薄膜を絶緑層とした薄膜形ＥＬ素子は上述のとおり
のすぐれた性能を発揮するものの、発光開始電圧を低く
して駆動の容易化を図るなどの観点からはなお充分に満
足できるものとはいえないことが判った。

したがって、この発明は、上記提案に係るものに比し発
光開始電圧をさらに低下でき、また発光輝度や絶縁耐圧
の面でも満足できる工業的利用価値のより高い薄ｊ１り
形ＥＬ素子を提供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、絶緑層を二層構成とし、発光体、−側を酸化
チタン層で、電極側を酸化タンタル層で構成するように
したときには、この絶緑層は良好な絶縁耐圧を有すると
ともに誘電特性に非常にすぐれたものとなり、発光開始
電圧の低下などに大きく寄与させうるちのであることを
知り、この発明を完成するに至った。

すなわち、この発明は、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絶緑層とを介在
させた構造の薄膜形ＥＬ素子において、上記絶緑層が発
光体層側の酸化チタン層と電極側の酸化タンタル層との
二層構成からなることを特徴とする薄膜形ＥＬ素子に係
るものである。

〔発明の構成・作用〕

以下、この発明を凹面を参考にして詳しく説明する。ま
ず、第１図はこの発明に係る薄膜形ＣＬ素子の一例を示
したものである。

図中、１はガラス板などからなる透明基板、２は厚みが
１，０００〜３．０００人程度のＩｎ２Ｏ。

−３ｎＯ２薄膜つまりＩ　ｉ”　Ｏ薄膜などからなる透
明電極、３はＡβ薄膜やＩ　Ｔ　Ｏ薄膜などからなる厚
みが１．０００〜３，０００人程度の背面電極で、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（Ｚ　ｎ　Ｓ）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：ＴｂＦｚ（緑色発光）　、Ｚ　
ｎ　Ｓ　：　ＳｍＦ：＋（赤色発光）、ＺｎＳ：Ｍｎ　
（黄橙色発光）　、ＺｎＳ　：　ＴｍＦｘ（青色発光）
　、Ｚｎｓ　：　ＰｒＦ：＋（白色発光）、ＺｎＳ：Ｄ
ｙＦ３（黄色発光）などからなる厚みが３，０００〜１
ｏ、ｏｏｏ人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絶
緑層で、背面側の絶緑層６は発光体層４の側面にも延出
されて、これと表面側の絶緑層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。

そして、絶緑層５は発光体層４側に位置する厚みが２０
０Å以下通常１５０人程度までの酸化チタン層５ａと透
明電極２側に位置する厚みが通常２，０００〜５，００
０人程度の酸化タンタル層５ｂとからなり、また絶縁１
百６は発光体層４側に位置する上記同様の酸化チタン層
６ａと背面電極側に位置する上記同様の酸化タンタル層
６ｂとから構成されている。

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、絶緑層５、発光体層４、絶緑層６および背面電
極３は、透明基ｖｉ、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。

一方、絶緑層５，６は上記同様にして形成することも可
能であるが、誘電特性や絶縁耐圧の向上という点から、
第２図に示すようなスパッタ装置を用いたイオンビーム
スパッタにて形成するのが好適である。この方法は、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
成を行うべき複合基板９をセットする。

上記のターゲット８としては、酸化タンタル層５ｂ、６
ｂを形成するときは’ｒ’ａ、ｏ、で表わされる酸化タ
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、酸化チタン層５ａ、６ａを形成すると
きはＴｉＯ□で表わされる酸化チタンが用いられるが、
金属チタンを用いることも場合により可能である。なお
、酸化タンタル層５ｂ、６ｂ用の上記ターゲット材料と
酸化チタン層５ａ、６ａ用の上記ターゲット材料とは、
酸化タンタル層５ｂと酸化チタンＮ５ａとを、また酸化
チタン層６ａと酸化タンタル層６ｂとを、それぞれ連続
的に形成できるように、真空槽７内に反転機構によって
取り替え可能にセットしておくのが望ましい。

薄膜形成を行うべき複合基板９とは、酸化タンタル層５
ｂと酸化チタン層５ａとからなる１色縁層５を形成する
ときは、透明裁板１と透明電極２とからなる複合体を指
し、また酸化チタン層６ａと酸化タンタル層６ｂとから
なる絶緑層６を形成するときは、透明基板１と透明電極
２と絶緑層５と発光体層４とからなる複合体を指すもの
である。

つぎに、たとえば絶緑層５を形成する目的でターゲット
８としてまず酸化タンタル層５ｂ用のターゲット材料を
選択し、複合基板９として透明基板１と透明電極２とか
らなる複合体を上記電極２が薄膜形成面１０となるよう
にセットする一方、イオン発生室１）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内にビーム状に取
り入れ、上記のターゲット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、複合法板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１）スパツタと称する
ことにする。

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１００〜４００℃の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１６
を介して上記形成面１０に吹き付けられる酸素ガスＰＯ
によって酸化されながら、ＴａｚＯｓ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、酸化タンタル層５ｂが前記範囲の所定
厚みに形成される。

このようにして酸化タンタル層５ｂを形成したのち、タ
ーゲット８として酸化チタン層５ａ用のターゲット材料
に取り替え、上記同様のスパッタを行うことにより、Ｔ
ｉＯ２またはこれに近い酸化物組成で表わされるルチル
型の結晶性膜からなる所定厚みの酸化チタン層５ａを形
成し、これと上記の酸化タンタル層５ｂとにより絶緑層
５を構成させる。また、絶緑層６を形成する場合は、そ
れに応じた前記複合基板９を用いて、酸化チタン層６ａ
、酸化タンタル層６ｂの順に上記同様の薄膜形成を行え
ばよい。

なお、前記薄膜形成面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層および酸化チタ
ン層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１０−４′ｒｏｒｒ以下の高真空
度とされる。高周波スパッタでは１０−３〜１０−’Ｔ
ｏ　ｒ　ｒの低真空度とする必要があるのに対し、上記
の如（高真空度とすることができるために、形成される
酸化タンタル層および酸化チタン層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１０が透明型（函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。

不活性ガスＰｉおよび酸素ガスＰＯの真空槽７内への好
ましき導入量としては、酸化タンタル層を形成する場合
と酸化チタン層を形成する場合とで多少相違するが、一
般に不活性ガスＰｉでその分圧が３Ｘ１０−５〜ｌＸｌ
０−’Ｔｏｒｒの範囲、酸素ガスＰｏで３Ｘ１０−’〜
ｌＸ１０−’Ｔｏｒｒの範囲が適当である。そして、こ
のときの薄膜形成速度としては、３０〜２００人／分の
範囲に設定するのが望ましい。なお、酸素ガスＰｏはそ
の一部を窒素ガスと置換してもよく、この置換によって
発光開始電圧の低下などにより好ましい結果が得られる
ものである。

なお、上記の薄膜形成速度は、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。

このようにして形成される酸化チタン層５ａと酸化タン
タル層５ｂとからなる絶緑層５および酸化チタン層６ａ
と酸化タンタル層６ｂとからなる（色縁層６は、発光体
層４側に位置する酸化チタン層５ａ、６ａが発光体層４
の界面に電荷を通しやすい性質を有していることから、
これと酸化タンタル層５ｂ、６ｂの有する絶縁性能とに
よってすぐれた誘電特性を示すとともに、高い絶縁耐圧
をも備えている。このため、この絶緑層５，６を適用し
た第１図に示す構成の薄膜形ＥＬ素子は、その発光開始
電圧が非常に低くなるとともに、この開始電圧と破壊電
圧との差、つまりマージンが大きくなり、また発光輝度
のより高められたものとなる。

また、酸化チタン層５ａ、６ａはこれの厚みが厚くなり
すぎると、絶縁耐圧上好ましくなく、特にその厚みが２
００人を超えてしまうと破壊電圧が低くなり、発光開始
電圧付近で破壊してしまうおそれがあるが、この問題は
上記酸化チタン層５ａ、５ａの厚みを前記した２００Å
以下に抑えておくことにより、確実に回避できるもので
ある。

この発明に係る薄膜形ＥＬ素子は、上記第１図の構成の
ものにのみ限定されず、他の構成、たとえば絶緑層５．
６のうちの一方が省略されたタイプのものなどであって
もよく、かかる構成においても絶緑層を上述の如き二層
構成とするごとにより、前記同様の効果を奏することが
できる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明においては、絶緑層を発光体層
側の酸化チタン層と電極側の酸化タンタル層との二層構
成としたことにより、酸化タンタル層のみの単層構成の
ものに較べて発光開始電圧がさらに低くかつ発光輝度や
絶縁耐圧の面でも充分に満足できる薄膜形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比較例と対比して記述する
。

実施例 厚さ３１−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ｔ、ｓｏｏ人の■１゛０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５　
Ｘ　Ｉ　Ｏ−’Ｔｏ　ｒ　ｒ、薄膜形成面に吹き付ける
酸素ガスの分圧７ＸＩＯ−’Ｔｏｒｒ、薄膜形成速薄膜
形成速度７碁温度２　０　０　’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
板の透明電極面に厚さ３．０００人の酸化タンタル層を
形成した。

つぎに、ターゲットをＴｉＯ□に替え、アルゴンガス圧
を３ｘ　ｌ　Ｏ”’Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ，薄膜形成面に吹き
付ける酸素ガスの分圧を８　Ｘ　１　０−’Ｔｏ　ｒ　
ｒ、薄膜形成速度を８０人／分とした以外は、上記と同
様のニュートラルビームスバッタを行うことにより、上
記の酸化タンタル層上に厚さ２００人の酸化チタン層を
形成し、両層により絶緑層を構成させた。この絶緑層の
比誘電率は３９、誘電損失（ｔａｎδ）は０．２％であ
った。

つぎに、上記の絶緑層上に、電子ビーム蒸着法により、
真空度１　ｘ、ｌ　Ｏ−６′ｒｏ　ｒ　ｒ、基板温度１
８０℃、蒸着速度３人／秒の条件で厚さ７，０００人の
発光体層を形成した。発光体材料としてはＺｎＳにＴ　
ｂ　Ｆ　：Ｉを５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２００人の
酸化チタン層と厚さ３゜０００人の酸化タンタル層とか
らなる２層構造の絶緑層を形成した。最後に、この絶緑
層上に抵抗力ロ熱法により２０人／秒の薄膜形成速度で
厚さ２゜０００人のＡ１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。

比較例 絶緑層を実施例と同様のニュートラルビームスバッタに
て形成した厚さ３，２００人の酸化タンクル層で構成さ
せた以外は、実施例と同様にして比較用の薄膜形ＥＬ素
子を作製した。この素子の上記絶緑層の比誘電率は２８
、誘電損失は０．２％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、５ＫＩＩｚ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、下記の表に示され
るとおりであった。

上記表の結果から明らかなように、この発明に係る薄膜
形ＥＬ素子は、比較例のものに比し発光開始電圧がさら
に一段と低下しており、最大輝度やマージンをも充分に
満足できるものであることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る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図は上記素子の絶緑層
を形成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、５ａ、６ａ・・・酸化チタン層、５ｂ、６ｂ・・・
酸化クンタル層、５，６・・・絶緑層 特許出願人　　日立マクセル株式会社 第１図 第２図

Claims (2)

【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絶緑層とを介在させた構造の薄
   膜形エレクトロルミネツセンス素子において、上記絶緑
   層が発光体層側の酸化チタン層と電極側の酸化タンタル
   層との二層構成からなることを特徴とする薄膜形エレク
   トロルミネツセンス素子。
2. （２）　酸化チタン層の厚みが２００Å以下である特許
   請求の範囲第（１）項記載の薄膜形エレクトロルミネツ
   センス素子。