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JPS5824915B2 - Thin film EL element - Google Patents

Thin film EL element

Info

Publication number
JPS5824915B2
JPS5824915B2 JP52122084A JP12208477A JPS5824915B2 JP S5824915 B2 JPS5824915 B2 JP S5824915B2 JP 52122084 A JP52122084 A JP 52122084A JP 12208477 A JP12208477 A JP 12208477A JP S5824915 B2 JPS5824915 B2 JP S5824915B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
thin film
thin
dielectric layer
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP52122084A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5455190A (en
Inventor
博 岸下
佳弘 遠藤
悦夫 水上
欽一 井坂
順 川口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP52122084A priority Critical patent/JPS5824915B2/en
Priority to US05/884,475 priority patent/US4188565A/en
Priority to DE19782812592 priority patent/DE2812592A1/en
Priority to GB12701/78A priority patent/GB1602895A/en
Publication of JPS5455190A publication Critical patent/JPS5455190A/en
Publication of JPS5824915B2 publication Critical patent/JPS5824915B2/en
Expired legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流電界の印加に依ってEL(Ele−ctr
o Lum1nescence )発光を呈する薄膜E
L素子に関し、特に薄膜EL素子の積層構造部に新規な
技術を駆使することにより、良好な素子特性を得る薄膜
EL素子の製造技術に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention utilizes EL (Ele-ctr) by applying an alternating electric field.
o Luminescence) Thin film E that emits light
The present invention relates to an L element, and in particular to a manufacturing technique for a thin film EL element that obtains good element characteristics by making full use of a new technology for the laminated structure of the thin film EL element.

従来、交流動作の薄膜EL素子に関して、発光層に規則
的に高い電界(10’v/cm程度)を印加し、絶縁耐
圧、発光効率及び動作の安定性等を高めるために、0.
1〜2. Ow tチのMn(あるいはCu y A
/ s B r等)をドープしたZnS。
Conventionally, for AC-operated thin film EL elements, a high electric field (about 10'v/cm) is regularly applied to the light emitting layer to improve dielectric strength, luminous efficiency, stability of operation, etc.
1-2. Ow tchi's Mn (or Cu y A
/ s B r etc.) doped ZnS.

Zn5e等の半導体発光層をY203 s TiO2等
の誘電体薄膜でサンドインチした三層構造ZnS:Mn
(又はZn5e :Mn )EL素子が開発され、発光
緒特性の向上が確かめられている。
Three-layer structure ZnS:Mn in which a semiconductor light emitting layer such as Zn5e is sandwiched between dielectric thin films such as Y203s TiO2
(or Zn5e:Mn) EL device has been developed, and it has been confirmed that the light emitting properties are improved.

この薄膜EL素子は数KHzの交流電界印加によって高
輝度発光し、しかも長寿命であるという特徴を有してい
る。
This thin film EL element emits light with high brightness when an alternating current electric field of several KHz is applied, and is characterized by long life.

またこの薄膜EL素子の発光に関しては印加電圧を昇圧
していく過程と高電圧側より降圧していく過程で、同じ
印加電圧に対して発光輝度が異なるといったヒステリシ
ス特性を有していることが発見され、そしてこのヒステ
リシス特性を有する薄膜EL素子に印加電圧を昇圧する
過程に於いて、光、電界、熱等が付与されると薄膜EL
素子はその強度に対応した発光輝度の状態に励起され、
光、電界、熱等を除去して元の状態に戻しても発光輝度
が高くなった状態に留まるといったメモリー現象が存在
することが知られている。
It was also discovered that the light emission of this thin film EL element has a hysteresis characteristic in which the luminance of the light emitted by the same applied voltage differs in the process of increasing the applied voltage and in the process of decreasing the voltage from the high voltage side. In the process of increasing the applied voltage to a thin film EL element having hysteresis characteristics, when light, electric field, heat, etc. are applied, the thin film EL element
The element is excited to a state of luminescence brightness corresponding to its intensity,
It is known that there is a memory phenomenon in which the luminance remains in a high state even if light, electric field, heat, etc. are removed and the state is returned to its original state.

そしてこのメモリー現象を有効に活用して薄膜EL素子
をメモリー素子に利用する薄膜EL素子応用技術が現在
産業界で研究開発中である。
A thin film EL device application technology that effectively utilizes this memory phenomenon to utilize a thin film EL device as a memory device is currently being researched and developed in the industry.

薄膜EL素子の1例としてZnS:Mn薄膜EL素子の
基本的構造を第1図に示す。
FIG. 1 shows the basic structure of a ZnS:Mn thin film EL device as an example of a thin film EL device.

第1図に基いて薄膜EL素子の構造を具体的に説明する
と、ガラス基板1上にI n203 #5n02等の透
明電極2、さらにその上に積層してY203 + 5i
3N4 e SiO□等からなる第1の誘電体層3がス
パッタあるいは電子ビーム蒸着法等により重畳形成され
ている。
The structure of the thin film EL element will be explained in detail based on FIG.
A first dielectric layer 3 made of 3N4 e SiO□ or the like is formed in an overlapping manner by sputtering, electron beam evaporation, or the like.

第1の誘電体層3上にはZnS:Mn焼結ベレットを電
子ビーム蒸着することにより得られるZnS発光層4が
形成されている。
A ZnS light emitting layer 4 is formed on the first dielectric layer 3 by electron beam evaporation of a ZnS:Mn sintered pellet.

この時蒸着用のZnS:Mn焼結ベレットには活性物質
となるMnが目的に応じた濃度に設定されたベレットが
使用される。
At this time, the ZnS:Mn sintered pellet used for vapor deposition is a pellet in which Mn, which is an active substance, is set at a concentration depending on the purpose.

ZnS発光層4上には第1の誘電体層3と同様の材質か
ら成る第2の誘電体層5が積層され、更にその上にA1
等から成る背面電極6が蒸着形成されている。
A second dielectric layer 5 made of the same material as the first dielectric layer 3 is laminated on the ZnS light emitting layer 4, and A1
A back electrode 6 is formed by vapor deposition.

透明電極2と背面電極6は交流電源7に接続され、薄膜
EL素子が駆動される。
The transparent electrode 2 and the back electrode 6 are connected to an AC power source 7, and the thin film EL element is driven.

電極2,6間にAC電圧を印加すると、ZnS発光層4
の両側の誘電体層3,5間に上記AC電圧が印加される
ことになり、従ってZnS発光層4内に誘起された電界
によって伝導帯に励起されかつ加速されて充分なエネル
ギーを得た電子が、直接Mn発光センターを励起し、励
起されたMn発光センターが基底状態に戻る際に黄色の
発光を行なう。
When an AC voltage is applied between the electrodes 2 and 6, the ZnS light emitting layer 4
The above AC voltage is applied between the dielectric layers 3 and 5 on both sides of the ZnS light emitting layer 4. Therefore, the electric field induced in the ZnS light emitting layer 4 excites and accelerates the electrons into the conduction band and obtains sufficient energy. directly excites the Mn luminescent center, and when the excited Mn luminescent center returns to the ground state, it emits yellow light.

即ち高電界で加速された電子がZnS発光層4中の発光
センターであるZnサイトに入ったMn原子の電子を励
起し、基底状態に落ちる時、略々5850Aをピークに
幅広い波長領域で、強い発光を呈する。
In other words, when the electrons accelerated by a high electric field excite the electrons of the Mn atoms that have entered the Zn site, which is the luminescence center in the ZnS luminescent layer 4, and fall to the ground state, a strong emission occurs in a wide wavelength range with a peak of approximately 5850A. Exhibits luminescence.

上記の如き構造を有する薄膜EL素子はスペース・ファ
クタの利点を生かした平面薄型ディスプレイ・デバイス
として、文字及び図形を含むコンピューターの出力表示
端末機器その他種々の表示装置に文字、記号、静止画像
、動画像等の表示手段として利用することができる。
The thin film EL element having the structure described above can be used as a flat thin display device that takes advantage of the space factor to display characters, symbols, still images, moving images, etc. in computer output display terminal equipment and various other display devices that contain characters and figures. It can be used as a means of displaying images, etc.

第2図に従来より実施されている薄膜ELパネルの1例
を示す。
FIG. 2 shows an example of a conventional thin film EL panel.

この薄膜ELパネルは第1図に於ける透明電極2及び背
面電極6が帯状に成形され、互いに直交する如く複数本
配列されたマトリックス電極構造を有しており、透明電
極2と背面電極6か平面図的に見て交叉した位置がパネ
ルの1絵素に相当する。
This thin film EL panel has a matrix electrode structure in which the transparent electrode 2 and the back electrode 6 shown in FIG. The crossing position corresponds to one picture element on the panel when viewed from a plan view.

薄膜ELパネルは従来のブラウン管(CRT)と比較し
て動作電圧が低く、同じ平面型ディスプレイ・デバイス
であるプラズマディスプレイパネル(FDP)と比較す
れば重量や強度面で優れており、液晶(LCD)に比べ
て動作可能温度範囲が広い等多くの利点を有している。
Thin-film EL panels have a lower operating voltage than conventional cathode ray tubes (CRTs), and are superior in terms of weight and strength compared to plasma display panels (FDPs), which are similar flat display devices, and are superior to liquid crystal display (LCD) panels. It has many advantages, such as a wider operating temperature range.

寸だ純固体マトリックス型パネルであるため動作寿命が
長く、そのアドレスの正確さとともにコンピューター等
の入出力表示手段として非常に有効なものである。
Since it is a pure solid matrix type panel, it has a long operating life, and its address accuracy makes it extremely effective as an input/output display means for computers, etc.

薄膜ELパネルに使用される誘電体層3,5はZnS発
光層4の有効電界強度を大きくする必要上、極力比誘電
率の高い材料が望ましく、安定性向上の点からは、漏洩
電流が少なく、絶縁耐圧の高い材料か望ましい。
The dielectric layers 3 and 5 used in the thin-film EL panel are desirably made of materials with as high a dielectric constant as possible in order to increase the effective electric field strength of the ZnS light emitting layer 4, and from the viewpoint of improving stability, materials with low leakage current are preferred. , materials with high dielectric strength are desirable.

漏洩電流がない理想的な場合には、原理的に素子を流れ
る電流は変位電流(容量性電流)だけであり、発光層が
不必要なジュール熱によって加熱される惧れがなく、素
子の安定性向上に著しく寄与する。
In an ideal case where there is no leakage current, the only current that flows through the device is, in principle, the displacement current (capacitive current), and there is no risk of the light-emitting layer being heated by unnecessary Joule heat, thus ensuring the stability of the device. It significantly contributes to improving sexual performance.

しかしながら、従来、この誘電体層の材料としては、薄
膜生成技術上の制約から電子ビーム蒸着法あるいはスパ
ッタリング法によるsio、5i02 p Gem2゜
Y2O3,TiO2等の膜が実施に供されていた。
However, conventionally, as the material for this dielectric layer, films such as sio, 5i02p Gem2°Y2O3, TiO2, etc., have been used by electron beam evaporation or sputtering due to limitations in thin film production technology.

しかし、これ等の薄膜は、一般に生成条件によって誘電
特性が大きく変化する。
However, the dielectric properties of these thin films generally vary greatly depending on the formation conditions.

即ち結晶性が強いため、ピンホールの発生が増大し、ま
た誘電体層上に積層される膜の成長に際し、結晶粒に帰
因する悪影響を与えるため素子耐圧が悪くなり、発光面
の輝度も不均一となる。
In other words, the strong crystallinity increases the occurrence of pinholes, and when the film stacked on the dielectric layer grows, the crystal grains have an adverse effect on the device breakdown voltage and the luminance of the light emitting surface. Becomes non-uniform.

その他組成ずれ、充填密度の低下、マイクロクラックの
発生等、物理的化学的に多くの不安定要素を内包するも
のである。
In addition, it contains many physically and chemically unstable factors such as compositional deviation, decrease in packing density, and generation of microcracks.

これらの問題点を解決するため、非晶質の薄膜として知
られている窒化シリコン膜が近年使用されるようになっ
てきた。
In order to solve these problems, silicon nitride films, which are known as amorphous thin films, have recently come into use.

誘電体層としての窒化シリコン膜は通常スパッタリング
法で形成され、耐圧も良好であるところから薄膜EL素
子に最も適した誘電膜の1つであると評されている。
A silicon nitride film as a dielectric layer is usually formed by a sputtering method and has good breakdown voltage, so it is said to be one of the most suitable dielectric films for thin film EL devices.

しかしながらこの窒化シリコン膜にもいくつかの解決す
べき問題点が残されている。
However, this silicon nitride film still has some problems that need to be solved.

その1つは密着力が弱いことであり、他の1つは界面準
位が形成され易い性質を有しているということである。
One of these is that the adhesion is weak, and the other is that interface states are easily formed.

密着力の問題に関しては現在まだ充分に解明されていな
いか、窒化シリコン膜特有の性質あるいは酸素原子の如
く電子的な結合力をもつ原子を含まないため、異質な膜
との結合状態は電子的結合によらず、もっばらファンデ
ルワールス力に依存して密着しているに過ぎないという
ことに帰因すると考えられる。
The issue of adhesion has not yet been fully elucidated, or the bonding state with a different film may be due to the unique properties of the silicon nitride film or because it does not contain atoms with electronic bonding strength such as oxygen atoms. This is thought to be due to the fact that the bond is not due to bonding, but rather depends solely on van der Waals forces.

そのため界面に汚れ、ピンホール、不純物等が介在する
と、その部分から剥離を引き起こす結果となる。
Therefore, if dirt, pinholes, impurities, etc. are present at the interface, this will result in peeling from that area.

またわずかの基板表面状態の相違により、界面に不規部
な電子準位を形成し、そのため発光開始電圧が発光面内
で不規部となり、発光輝度の不均一な発光状態を呈する
こととなる。
In addition, due to slight differences in the surface condition of the substrates, irregular electron levels are formed at the interface, and as a result, the emission starting voltage becomes irregular within the light emitting surface, resulting in a light emission state with non-uniform luminance. .

窒化シリコン膜の密着力を強化することを目的として、
第2図に示す如く、5n021 In203等の透明
電極2とSi3N4から成る第1の誘電体層3間に50
〜600A程度の膜厚を有する5i02膜8を、またS
i3N4から成る第2の誘電体層5とl’等から成る背
面電極6の間にAl2O3膜9等を、それぞれ介在させ
て、酸化膜の電子的結合力を利用することにより、窒化
シリコン膜の密着力を強化した構造が提案されている。
In order to strengthen the adhesion of silicon nitride film,
As shown in FIG.
The 5i02 film 8 having a film thickness of about 600A is also coated with S
An Al2O3 film 9 or the like is interposed between the second dielectric layer 5 made of i3N4 and the back electrode 6 made of l' or the like, and by utilizing the electronic bonding force of the oxide film, the silicon nitride film is A structure with enhanced adhesion has been proposed.

しかしながらかくの如き構造を有する薄膜ELパネルの
製作にあたっては第1図の薄膜EL素子と比較して、S
i 02膜の酸化膜形成工程が余分に付加されるため
工程数が多岐に渡るとともに製作時の処理条件制御が複
雑になり、これらは工業的規模での量産方式に対する阻
害要因として作用し、コスト面等に於いても不利な結果
を招来する。
However, when manufacturing a thin-film EL panel with such a structure, compared to the thin-film EL element shown in FIG.
The extra step of forming an oxide film for the i02 film increases the number of steps and complicates the control of processing conditions during manufacturing, which acts as an impediment to mass production on an industrial scale and increases costs. This may lead to disadvantageous results in terms of physical appearance, etc.

本発明は上記現状に鑑み、物理的、化学的に活性な0.
1〜10%の等価酸素成分を含むシリコン酸化窒化(シ
リコンオキシナイトライド)膜を使用することにより、
5n02又はIn2O3膜あるいはガラス基板との間に
原子的な反応による結合力を作用させ、透明電極あるい
はガラス基板上に光分な密着性を有する誘電体層を簡素
化された製造工程で容易に得ることのできる新規有用な
薄膜EL素子を提供することを目的とする。
In view of the above-mentioned current situation, the present invention provides physically and chemically active 0.
By using a silicon oxynitride film containing an equivalent oxygen component of 1 to 10%,
A dielectric layer with optical adhesion can be easily obtained on a transparent electrode or glass substrate through a simplified manufacturing process by applying bonding force due to atomic reaction between the 5n02 or In2O3 film or the glass substrate. The purpose of the present invention is to provide a new and useful thin film EL device.

また本発明の他の目的は周囲還境からの湿気等の侵入を
防止する保護膜を被覆して素子特性の安定化及び長寿命
化を達成することにある。
Another object of the present invention is to stabilize the device characteristics and extend the life of the device by coating it with a protective film that prevents moisture from entering from the surrounding environment.

本発明の1実施例について、図面を参照しながら以下に
詳説する。
One embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第3図は本発明の1実施例を示す薄膜EL素子を利用し
た表示パネルの断面構成図である。
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of a display panel using thin film EL elements showing one embodiment of the present invention.

以下第3図に示す薄膜ELパネルを製造工程手順に従っ
て説明する。
The thin film EL panel shown in FIG. 3 will be explained below according to the manufacturing process steps.

7059パイレツクスガラス等から成る薄膜ELパネル
用耐熱ガラス基板10を洗浄後、ガラス基板10上に、
SnO2,In2O3等から成る透明電極11を膜厚1
400〜1500A程度で、面抵抗10〜20Ω/C1
1L2 となるように電子ビーム蒸着する。
After cleaning the heat-resistant glass substrate 10 for a thin film EL panel made of 7059 Pyrex glass, etc.,
The transparent electrode 11 made of SnO2, In2O3, etc. has a film thickness of 1
Around 400-1500A, sheet resistance 10-20Ω/C1
Electron beam evaporation is performed to obtain 1L2.

透明電極11はこれ以外にも500℃以上の温度に加熱
したガラス基板上に、四塩化錫(SnC14)等のアル
コール水溶液を霧状にして吹き付け、加水分解して酸化
する方法、あるいは膜厚の均一化、膜表面の平滑度を向
上させるため、5n02 t In203等をカソー
ドとして低圧アルゴン(Ar )ガス中の放電によって
スパッタ区あるいは錫(Sn)をカソードとした( A
r +02 )ガス中の放電で、スパッタと同時に
酸化反応させる反応性スパッタ法等によっても容易に形
成される。
In addition to this method, the transparent electrode 11 can be formed by spraying an aqueous solution of alcohol such as tin tetrachloride (SnC14) in the form of a mist onto a glass substrate heated to a temperature of 500° C. or higher, and then hydrolyzing and oxidizing it. In order to improve the uniformity and smoothness of the film surface, sputtering was performed using 5n02t In203 etc. as the cathode and a discharge in low pressure argon (Ar) gas, or tin (Sn) was used as the cathode (A
r +02 ) It can also be easily formed by a reactive sputtering method or the like in which an oxidation reaction is performed simultaneously with sputtering by discharging in a gas.

次に薄膜ELパネルとして適当な表示パターンを得るた
めに、フォトエツチング法で透明電極11をエツチング
加工し、帯状に平行配列されたマトリックス電極構造部
の一方の電極群とする。
Next, in order to obtain a display pattern suitable for a thin-film EL panel, the transparent electrode 11 is etched using a photo-etching method to form one electrode group of the matrix electrode structure arranged in parallel in a band shape.

上記透明電極11及びエツチング加工により露出したガ
ラス基板10表面上に、第1の誘電体層12として0.
1〜10%の等価5i02を含む複合組成のシリコン酸
化窒化(Si 11con−Oxyni−tride
) 膜を0.1〜10μmの膜厚でスパッタリング法に
より形成する。
A first dielectric layer 12 is formed on the transparent electrode 11 and the surface of the glass substrate 10 exposed by etching.
Complex composition silicon oxynitride (Si 11con-Oxyni-tride) containing 1-10% equivalent 5i02
) A film is formed with a thickness of 0.1 to 10 μm by sputtering.

シリコン酸化窒化膜の形成は0.1〜10%の亜酸化窒
素(N20)又は酸素(0□ )を適当量混合した窒素
ガスをスパッタリングの作動ガスとして、スパッタータ
ーゲットに高純度の多結晶シリコン又は高純度の焼結窒
化シリコン板を使用し、ターゲット上での電力密度が数
〜数10ワットとなる高周波放電を主とする操作工程を
介して、イオンのスパッタリング効果と作動ガスの反応
結果とにより行なわれる。
The silicon oxynitride film is formed by using nitrogen gas mixed with an appropriate amount of 0.1 to 10% nitrous oxide (N20) or oxygen (0□) as the working gas for sputtering, and using high-purity polycrystalline silicon or sputtering target as the sputtering target. Using a high-purity sintered silicon nitride plate, through an operation process mainly based on high-frequency discharge with a power density of several to several tens of watts on the target, the sputtering effect of ions and the reaction result of the working gas are It is done.

この時酸素の活性度は窒素ガスのそれよりかなり大きい
ので作動ガス中に混入される酸素量よりも誘電体層中に
含まれる酸素の量は相対的に大きくなるが、本実施例で
はシリコンオキシナイトライド薄膜中0.1〜10%程
度の含有量とする。
At this time, the activity of oxygen is considerably higher than that of nitrogen gas, so the amount of oxygen contained in the dielectric layer is relatively larger than the amount of oxygen mixed into the working gas. The content in the nitride thin film is approximately 0.1 to 10%.

この酸素原子を含んだ誘電体層は界面の密着力に対し、
ファンデルワールス力以外に酸素原子の有する電子的結
合力が寄与するので強固な密着力が得られ、また界面状
態は非常に良好となり、界面準位の形成は大幅に抑止さ
れる。
This dielectric layer containing oxygen atoms has an effect on the adhesion of the interface.
In addition to van der Waals forces, the electronic bonding force of oxygen atoms contributes, so strong adhesion is obtained, and the interfacial state is very good, so that the formation of interfacial states is largely suppressed.

しかも亜酸化窒素ガスの混入量を適正に制御すれば電気
的緒特性も変化せず、その非晶質な膜質も損われない。
Furthermore, if the amount of nitrous oxide gas mixed in is properly controlled, the electrical characteristics will not change and the amorphous film quality will not be impaired.

亜酸化窒素ガスの混入量が5%以上になると、形成され
る膜は酸化シリコン(SiO2)を含むようになるかま
たは完全な酸化シリコン膜となり、誘電率が減少し、膜
質は結晶質となる。
When the amount of nitrous oxide gas mixed in exceeds 5%, the formed film will contain silicon oxide (SiO2) or become a complete silicon oxide film, the dielectric constant will decrease, and the film quality will become crystalline. .

従って亜酸化窒素の混入量に関しては、スパッタリング
条件と対応させて適正な値即ち0.1〜2.0%の範囲
内に設定することか望ましい。
Therefore, it is desirable to set the amount of nitrous oxide mixed in to an appropriate value, that is, within the range of 0.1 to 2.0%, depending on the sputtering conditions.

上記操作工程を介して得られた第1の誘電体層12上に
MnがドープされたZnS発光層13を0.01〜20
μmの膜厚で真空蒸着する。
On the first dielectric layer 12 obtained through the above operation process, a ZnS light emitting layer 13 doped with Mn is added in an amount of 0.01 to 20%.
Vacuum evaporation is performed to a film thickness of μm.

ZnS発光層13の形成は10−7〜10−3 tor
r程度の真空中で、前述した如く、ZnS:Mn焼結ペ
レットを電子ビーム等で蒸着することにより行なう。
The ZnS light emitting layer 13 is formed at 10-7 to 10-3 tor.
This is carried out by depositing ZnS:Mn sintered pellets using an electron beam or the like in a vacuum of about r.

この時薄膜EL素子にメモリー特性を付与するためには
ZnS発光層13中のドーパント濃度、即ちMn濃度を
適当に制御する必要がある。
At this time, in order to impart memory characteristics to the thin film EL element, it is necessary to appropriately control the dopant concentration, that is, the Mn concentration, in the ZnS light emitting layer 13.

実験結果によればZnS発光層13作製時に使用する蒸
着用ペレットのMn濃度が0.5 w t%程度以上に
なるとメモリ現象が起こり始め、Mn濃度が増加するに
つれてその効果が顕著になることが判明した。
According to experimental results, a memory phenomenon begins to occur when the Mn concentration of the deposition pellets used for manufacturing the ZnS light emitting layer 13 exceeds approximately 0.5 wt%, and the effect becomes more pronounced as the Mn concentration increases. found.

尚、ZnS発光層13の形成は上記以外に抵抗加熱によ
る蒸着、あるいはMnを添加したZnSを均一粒度の粉
末体にし、光分高温に加熱されたボートに少量ずつ落下
させ、瞬間的に蒸発させるフラッシュ蒸着等によっても
行なわれる。
In addition, the ZnS light emitting layer 13 can be formed by vapor deposition by resistance heating other than the above, or by turning Mn-added ZnS into a powder with uniform particle size, dropping it little by little into a boat heated to a high temperature, and instantaneously evaporating it. It can also be carried out by flash vapor deposition or the like.

この方法に依れば組成ずれのない均一な膜が形成できる
According to this method, a uniform film without compositional deviation can be formed.

ZnS発光層13上には前述したスパッタリング法又は
真空蒸着法あるいはC,V−D(Che−mical
Vapor Deposition)法等により第2
の誘電体層14を形成する。
The above-mentioned sputtering method or vacuum evaporation method or C, V-D (Chemical
Vapor Deposition) method etc.
A dielectric layer 14 is formed.

第2の誘電体層14は絶縁耐圧を考慮して第1の誘電体
層12と同様に0.1〜10%の等価S i 02を含
むシリコン酸化窒化(シリコンオキシナイトライド)膜
あるいはSi3 N4 p Y203等で形成する。
The second dielectric layer 14 is made of a silicon oxynitride film containing 0.1 to 10% equivalent SiO2 or Si3N4 like the first dielectric layer 12 in consideration of dielectric strength. Formed with p Y203 or the like.

更に第2の誘電体層14表面上には湿気等の侵入を防止
する目的で耐水性を有する物理的、化学的に安定なAl
2O3等から成る保護膜15を被覆する。
Further, on the surface of the second dielectric layer 14, a physically and chemically stable Al having water resistance is coated to prevent moisture from entering.
A protective film 15 made of 2O3 or the like is coated.

保護膜15上にA1等から成る背面電極16を蒸着形成
するとともに背面電極16と透明電極11を電源に接続
することにより、第3図に示す薄膜ELパネルが製作さ
れる。
The thin film EL panel shown in FIG. 3 is manufactured by depositing a back electrode 16 made of A1 or the like on the protective film 15 and connecting the back electrode 16 and the transparent electrode 11 to a power source.

背面電極16は透明電極11と同様フォトエツチング法
により帯状に加工され、透明電極11の配列方向と直交
する方向に平行配列されてマトリックス電極構造部の他
方の電極群を構成している。
Like the transparent electrodes 11, the back electrodes 16 are processed into strips by photoetching, and are arranged in parallel in a direction perpendicular to the arrangement direction of the transparent electrodes 11 to constitute the other electrode group of the matrix electrode structure.

上記構成から成る薄膜ELパネルはZnS発光層13が
誘電体層12,14でサンドイッチされた3層構造部で
あり、誘電体層12.14は高耐圧絶縁層で構成されて
いるため、ZnS発光層13に光分な高電界を安定に印
加することが可能となり発光輝度が安定で長期使用に耐
え得る表示パネルとなる。
The thin film EL panel having the above structure has a three-layer structure in which the ZnS light emitting layer 13 is sandwiched between the dielectric layers 12 and 14, and the dielectric layers 12 and 14 are composed of high voltage insulating layers. It is possible to stably apply a high electric field equivalent to the amount of light to the layer 13, resulting in a display panel with stable luminance and long-term use.

またこの3層構造部はZnS発光層13を雰囲気、特に
水分(湿気)から保護するため耐水性の保護膜15で被
覆されている。
Further, this three-layer structure is covered with a water-resistant protective film 15 to protect the ZnS light-emitting layer 13 from the atmosphere, especially moisture.

この保護効果は保護膜15としてTa205又はAl2
O3を用いた場合於いて特に顕著であり、薄膜ELパネ
ルの安定度向上と寿命増大に大きく寄与することとなる
This protective effect can be achieved by using Ta205 or Al2 as the protective film 15.
This is particularly noticeable when O3 is used, and greatly contributes to improving the stability and increasing the lifespan of thin-film EL panels.

第3図の薄膜ELパネルは透明電極11及び背面電極1
6に制御回路、駆動回路等を介して両極性パルスを印加
することにより、両電極11゜16の交叉した点を1絵
素とする絵素単位で表示駆動される。
The thin film EL panel in Figure 3 has a transparent electrode 11 and a back electrode 1.
By applying a bipolar pulse to 6 via a control circuit, a drive circuit, etc., display is driven in units of picture elements, with the point where both electrodes 11 and 16 intersect being one picture element.

表示画像としてはT V (T elevis−ion
)映像機等に於ける動画像、出力端末機器等に於ける
文字、記号、図形等の静止画像あるいは動画像のある瞬
間な把えて停止させた静止画像等を得ることができる。
The display image is TV (Televis-ion).
) It is possible to obtain moving images from a video device, etc., still images of characters, symbols, figures, etc. from an output terminal device, etc., or still images obtained by grasping and stopping a moving image at a certain moment.

本発明に係る薄膜EL素子の構造は上記以外に種りの活
性物質を添加した発光色の異なる発光層を多段形成して
多色発光及び混色発光を得る構造とすることも可能であ
り、この構成によりカラーディスプレイを製作すること
ができる。
In addition to the structure described above, the structure of the thin film EL device according to the present invention can also be a structure in which multicolor light emission and mixed color light emission are obtained by forming multiple light emitting layers with different light emission colors to which various active substances are added. Depending on the configuration, a color display can be produced.

上記実施例は作動ガスに対する混入ガスを亜酸化窒素又
は酸素ガスとして説明したが、これ以外の酸化性ガスを
使用しても本発明の目的を達成することは当然可能であ
る。
Although the above embodiments have been described using nitrous oxide or oxygen gas as the mixed gas for the working gas, it is of course possible to achieve the object of the present invention by using other oxidizing gases.

以上詳説した如く、本発明によれば、誘電体層をシリコ
ンオキシナイトライド薄膜で形成することにより、界面
の密着力を増大させ、また基板表面に高度な清浄度及び
平滑度を必要とすることなく均質で安定な誘電体層を得
ることができる。
As explained in detail above, according to the present invention, by forming the dielectric layer with a silicon oxynitride thin film, the adhesion of the interface is increased, and the substrate surface requires a high degree of cleanliness and smoothness. A homogeneous and stable dielectric layer can be obtained.

従って透明電極と接する誘電体層の層界面状態が安定と
なり、また背面電極側の誘電体層には背面電極との間の
保護膜が介在しており、両誘電体層に印加される高電界
に対して絶縁耐圧が著しく向上するとともに発光面全域
に渡って均一な発光輝度を得ることができる。
Therefore, the layer interface state of the dielectric layer in contact with the transparent electrode becomes stable, and a protective film is interposed between the dielectric layer on the back electrode side and the back electrode, so that a high electric field is applied to both dielectric layers. In contrast, the dielectric strength is significantly improved, and uniform luminance can be obtained over the entire light emitting surface.

また書込み時に高電界が印加されるメモリー素子に利用
する場合にも、誘電体層と両電極との層界面が安定な絶
縁性を呈する本発明の薄膜EL素子構造は非常に有効な
技術となり得るものである。
Furthermore, the thin film EL element structure of the present invention, which exhibits stable insulation at the layer interface between the dielectric layer and both electrodes, can be a very effective technology even when used in a memory element where a high electric field is applied during writing. It is something.

誘電体層に被覆された保護膜は上記以外に周囲還境、特
に湿気、埃、塵、等から薄膜EL素子を有効に保護する
効果を有している。
In addition to the above, the protective film coated on the dielectric layer has the effect of effectively protecting the thin film EL element from the surrounding environment, especially moisture, dirt, dust, and the like.

特に背面電極がマトリックス電極で構成されている場合
誘電体層が背面電極間の間隙から外部へ露出するのを防
止し、周囲環境より受ける悪影響が素子内部へ及ぶのを
未然に防いでいる。
Particularly when the back electrodes are constituted by matrix electrodes, the dielectric layer is prevented from being exposed to the outside through the gap between the back electrodes, thereby preventing adverse effects from the surrounding environment from reaching the inside of the element.

従って薄膜ELパネルの動作寿命向上に寄与することが
でき、パネル製作時の取扱いが容易となる。
Therefore, it can contribute to improving the operating life of the thin-film EL panel, and it becomes easier to handle when manufacturing the panel.

また本発明を製作面より眺めれば密着力の強い良質の誘
電体層を単層蒸着工程で得ることができ従って製造工程
が簡素化されるとともに製造工程に於ける製作処理条件
の制御も容易となり、量産ラインに対し適した形態とな
る。
In addition, looking at the present invention from a manufacturing perspective, a high-quality dielectric layer with strong adhesion can be obtained in a single-layer vapor deposition process, which simplifies the manufacturing process and makes it easier to control the manufacturing processing conditions in the manufacturing process. This form is suitable for mass production lines.

従って製造コストを大幅に縮減することができる。Therefore, manufacturing costs can be significantly reduced.

本発明の製造工程を介して得られた薄膜ELパネルは、
使用環境に左右されることなく、また過酷な朔条件に対
しても耐えることのできる高信頼性を有する長寿命の表
示パネルとして広範囲な用途に利用することができ、そ
の技術的卓越性とともに産業的意義の高い表示パネルと
なり得るものである。
The thin film EL panel obtained through the manufacturing process of the present invention is
It can be used in a wide range of applications as a highly reliable, long-life display panel that is unaffected by the usage environment and can withstand even harsh conditions. This can serve as a highly meaningful display panel.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の薄膜EL素子の1例として、ZnS:M
n薄膜EL素子の基本的構造を示す断面構成図である。 第2図では従来の薄膜ELパネルの断面構成図である。 第3図は本発明の1実施例を示す薄膜EL素子を利用し
た表示パネルの断面構成図である。 11・・・透明電極、12・・・第1の誘電体層、13
・・・ZnS発光層、14・・・第2の誘電体層、15
・・・保護膜、16・・・背面電極。
Figure 1 shows an example of a conventional thin-film EL device using ZnS:M.
1 is a cross-sectional configuration diagram showing the basic structure of an n-thin film EL element. FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of a conventional thin film EL panel. FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of a display panel using thin film EL elements showing one embodiment of the present invention. 11... Transparent electrode, 12... First dielectric layer, 13
. . . ZnS light emitting layer, 14 . . . second dielectric layer, 15
...Protective film, 16... Back electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 活性物質を添加した薄膜発光層と該薄膜発光層の両
生面に積層された第1及び第2の誘電体層とから成る三
層構造部を有し、基板上に第1の電極を介して重畳され
る前記第1の誘電体層をシリコンオキシナイト2イド膜
で構成した薄膜EL素子に於いて、前記第1の電極とと
もに前記第三層構造部に電圧を印加する第2の電極と耐
水性を有する絶縁保護膜を形成し、該絶縁保護膜で前記
三層構造部の少なくとも前記第2の誘電体層表面を被覆
したことを特徴とする薄膜EL素子。
1 It has a three-layer structure consisting of a thin-film light-emitting layer doped with an active substance and first and second dielectric layers laminated on both sides of the thin-film light-emitting layer. In a thin film EL device in which the first dielectric layer superimposed on the silicon oxynitride film is a silicon oxynitride film, a second electrode that applies a voltage to the third layer structure together with the first electrode; 1. A thin film EL device, characterized in that an insulating protective film having water resistance is formed, and the surface of at least the second dielectric layer of the three-layer structure portion is covered with the insulating protective film.
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