JPS60182692A

JPS60182692A - 薄膜ｅｌ素子とその製造方法

Info

Publication number: JPS60182692A
Application number: JP59037765A
Authority: JP
Inventors: 松平　他家夫
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1984-02-29
Filing date: 1984-02-29
Publication date: 1985-09-18
Also published as: US4670355A

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】本発明は、コンピュータ出力表示端末機その他種々の表
示装置に文字、記号、静止画像、動画像等の表示手段と
して利用される薄膜エレクトロルミネセンス素子（以下
、ｒｉＷｔＦ、ｔＥＬ素子」という。

）とその製造方法に関する。

この薄膜Ｅ　Ｌ素子の基本構造は、第１図に示すように
、透明基板１［に酸化インジウム（１口２０３）等の透
明導電性の透明電極２と、酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ２
）等の第１誘電体Ｎ３とをスパッタリング法または電子
ビーム蒸着法等により順次積層し、次に、第１誘電体層
３上には２ｎＳ：Ｈｎ焼結ペレットを電子ビーム蒸着Ｊ
ることにより発光層４を積層する。この時７ｎＳ蒸着材
料に添加するＨｎのｍ度は目的により異なるが、通常０
．１〜２．０ｗｔ％に設定される。この発光層４上には
第１誘電体層３と同様の物質からなる第２誘電体層５を
積層し、この上にはアルミニウム等からなる背面電極６
を蒸着形成する。そして、透明電極２と背面電極６との
間に電界を加えることにより、このＭＷＡＥＬ素子は駆
動し、発光層４の両側の第１誘電体層３と第２誘電体層
５との間に誘起された電界が発光層４内に発生し、伝導
帯に励起され、かつ加速された充分なエネルギーを得た
電子が直接Ｈｎ発光センターを励起し、その励起された
Ｈｎ発光センターが基底状態に戻る際に黄橙色を呈して
発光する。

このような薄膜Ｅ　Ｌ素子に使用される誘電体層として
は、絶縁耐圧と誘電率が共に高く、かつ誘電損失が小さ
いことが望まれる。

この誘電体層は、前述した酸化イツトリウムの他に、酸
化アルミニウム、窒化シリコン、シリコンオキシナイト
ライド、五酸化タンタル、チタン酸鉛、チタン酸バリウ
ム等の物質が単層又は多層として使用されていた。しか
しながら、これらの物質による誘電体層には一長−・短
がある。先ず、酸化イツトリウムの誘電体層は比誘電率
が１０〜１５と許容できる値を有していることから、試
験用として好んで使用されているが、耐湿性に乏しい欠
点があった。酸化アルミニウム、窒化シリ」ン及びシリ
」ンオキシナイトライドの誘電体層は高い耐湿性を有し
ているが、比誘電率が低いＩＣめに、高い駆動電圧を必
要とし、不都合であった。チタン酸鉛及びチタン酸バリ
ウムの誘電体層は、組成のずれが生じやすいばかりか、
結晶性であるために、絶縁耐圧が低い欠点があった。五
酸化タンタルのスパッタリング法による誘電体層は、緻
密で比誘電率も２０〜３０と比較的高いが、発光層及び
背面電極との付着力が弱いために、ＥＬ素子製造中又は
ＥＬ発光中に剥離を生じゃ覆い欠点があった。

このような物質の単層からなる誘電体層の欠点を除去す
るために、２種以上の膜を多層に重ねることも試みられ
でいるが、異なる材質の界面での構造上又は組成上の接
合が不充分となり、誘電損失が大ぎくなる欠点や、成膜
工程が煩雑となる欠点があった。

本発明は、上記のような欠点を除去するためになされた
もので、耐湿性と絶縁耐圧を共に高くし、発光層及び又
は背面電極と誘電体層との付着力を向上し、長寿命の薄
膜ＥＬ素子を提供することを目的としでいる。

このような目的を達成するために、本発明による簿膜Ｅ
Ｌ素子は、少なくとも１層の誘電体層がタンタル酸化物
とアルミニウム酸化物との混合層であることを特徴とし
ている。また本発明による８ｇ成膜Ｌ素子の製造方法は
、少なくとも１層の誘電体層がスパッタリング法又はマ
グネトロン・スパッタリング法により五酸化タンタルと
酸化アルミニウムを素材にして形成された混合層である
ことを特徴としている。

次に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明による一実施例の薄膜ＥＬ素子を示し、
アルミノシリケートガラス（ｉ保谷硝子製：　ＨＡ−４
０）からなるガラス基板１上に、スズ酸化物を混入した
酸化インジウム（以下、ｒｌ’ｒＯＪという。）からな
る透明電極２（膜厚：　２０００人）を直流スパッタリ
ング法（基板温ｇ　Ｔｓ＝２００℃、スにより成膜りる
。次に、五酸化タンタル（■ａ２０５〉と酸化アルミニ
ウム（八ｆＬ２８３〉の粉末を重量比で、８０％：２０
％の割合で混合したものを高温プレスで成型後焼結した
ターゲットを使用して、タンタル酸化物（Ｔａ、Ｏ，）
とアルミニウム酸化物（ＡｆＬｘＯ，）との第１誘電体
混合１３（Ｉｌｌ厚：　３０００人）を高周波マグネト
１」ン・スパッタリング法により酸素分圧２０％のＡｒ
ガス雰囲気中（ＴＳ＝２００℃、全圧：　５　ｘ　１Ｏ
−３Ｔｏｒｒ）　Ｆ成膜づる。次に、この第１誘電体混
合層３の上に、活性物質としてｏ、　５ｗｔ％のＨｎを
添加したＺｎＳ：Ｈｎ焼結ペレットを素材にして真空蒸
着法（Ｔｓ＝２００℃〉で発光層４（膜厚：　５０００
人）を成膜する。次に、第１誘電体混合層３と同様な物
質及び製法で第２誘電体混合層５（膜厚：　３０００人
）を成膜りる。そして、この第２誘電体混合層５上に、
へ克からなる背面電極６（膜厚：　３０００人）を真空
蒸着法（Ｔｓ＝１００℃）ににり透明電極２と直交する
方向に帯状に成員する。

本例の薄膜ＥＬ素子の動作は、透明電極２と背面電極９
との間に交流電圧を印加づることにより、前述したのと
同様、発光層４が励起されて黄ｅ色のＥＬ発光し、この
ＥＬ発光がガラス基板１を通して外部に導出される。

本発明の特徴である第１及び第２誘電体混合層３．５は
、非晶質のスパッタリング膜であるため緻密であり、発
光層４及び背面電極６との付着力が強いことから、これ
ら層間の剥離を防止することができる。そして、比誘電
率は交流電圧の周波数１に＋１２において２１〜２４で
あり、本例の薄膜［Ｌ素子は第２図に示ずような輝度−
電圧特性を示し、比較的低い駆動電圧で使用することが
できる。特に、第２誘電体混合層５の存在により、高い
耐湿性と耐薬品性を有し、例えば背面電極６を）４トエ
ツヂングにより形成する際に、エツチング溶液に侵され
ることなく、発光層４へのエツチング液の浸入を防ぎ、
水分による絶縁破壊を防止することができる。なお、こ
の第１及び第２誘電体混合層３，５の膜厚は１０００人
〜５０００人が好ましい。

１０００人未満になると、ピンホール等の発生、絶縁耐
圧の低下等のおそれがあり、５０００人を超えると、Ｅ
Ｌ素子の駆動電圧が高くなると共に製造上不利になる。

第１及び第２誘電体混合層のターゲットとなる五酸化タ
ンタルと酸化アルミニウムの混合比を種々変えて得られ
る第１及び第２誘電体混合層３゜表１この表１によれば、五酸化タンタルと酸化アルミニウム
の混合比（ｗｔ％）は、５０　：　５０〜９５：５の範
囲内であることが望ましい。酸化アルミニウムの混合比
が５％未満になると、誘電損失が大きく、かつ絶縁耐圧
が低下し、発光層４との界面で剥離しやづい。５％以上
になると、誘電損失が小さく、かつ絶縁耐圧が高くなり
、比誘電率も許容値を確保することができる。一方、酸
化アルミニウムの混合比が５０％を超えると、比誘電率
が低くなり、高い駆動電圧が必要になって好ましくない
。

本発明のもう一つの特徴である第１及び第２誘電体混合
層３．５の製造方法は、前述したように五酸化タンタル
と酸化アルミニウムの粉末を瞭児したターゲットを素材
にして高周波マグネトロン・スパッタリング法を使用し
たが、これに限定されず、例えば、五酸化タンタルのタ
ーグツ１への上に酸化アルミニウムの粉末を焼結したペ
レットを配置したものをターゲットとしてもよい。この
場合、ペレットの大きさ、位置及び数ｍを変えることに
より、前述した五酸化タンタルと酸化アルミニウムの混
合比（ｗｔ％）を５０：５０〜９５：５の範囲内で調節
することができる。また、ｆｆ１ｌｌｔ化タンタルのタ
ーゲットと酸化゛アルミニウムのターゲットを所望の混
合比が得られるようにそれぞれ一定の面積を占めて配置
したターゲットを使用しＣもよい。更に、磁界をかけな
い高周波スパッタリング法を使用してもよい。これら高
周波ングネ；へ［−１ン・スパッタリング法（Ｍ　−Ｓ
　ｐ法）及び高周波スパッタリング（Ｓｐ法）による好
ましい製造条件は、表２に示１とおりである。

なお、表２に示づ条件の範囲から外れると、誘電特性、
付着ツノ等において安定した良好な股は得られにくくな
る。特に、最産性を考虚して成膜速度の大きい条件で成
膜りるには、表２の酸素分圧の範囲内で、酸素分圧を高
めに設定した方が右利である。これらの製法以外に、熱
電子放出源及び３番目の電極等を真空装置内に導入した
新しいスパッタリング法も使用づることができ、この場
合、表２の製造条件は多少変化する。

本発明による薄膜Ｅ１−素子は第１図に示すとおりＣあ
るが、これに限定されず、第３図（ａ）及び（ｂ）に示
すようにそれぞれ第１誘電体混合層３及び第２誘電体混
合層５を一層ずつ使用し−Ｃもよいし、第３図（Ｃ）及
び（ｄ）に示りょうにＣ（ＩＴｅ等の光吸収層７をそれ
ぞれ発光層４と第２誘電体混合層５との間及び第２誘電
体混合層５ど背面電極６との間に介在して、高い二■ン
１ヘラストを右するＥＬ素子にしてもよい。更に、イ」
加面構造どして、両電極２，６の取り出し部分を除く成
膜表面全体を耐湿性の高い誘電体層又は有機樹脂層等で
保護したり、ガラス等で保護カバーを被けて封止しても
よい。

その他の変形例を挙げれば、先ず、透明基板については
アルミノシリケートガラスに代えて、ソーダライムガラ
ス等の多成分系のガラス基板又は石英ガラスでもよく、
透明電極についてはＩＴＯに代えて、Ｉｎ２Ｏ３若しく
はこれにＷを添加したもの又は５ｎ０２にＳｔ）、　Ｆ
等を添加したものであってもＪ：い。次に、発光層につ
いては母材としてＺｎＳの代わりに、Ｚｎ５ｅ又はこれ
ら混合物等を使用してもよく、これらの母材に対して活
性材としてＨｎ、　Ｃｕ、八ｎ　、希土類、ハロゲン等
が添加される。

例えば、ＺｎＳ　：Ｃｕ、Ａｉでは黄緑色、Ｚｎ（Ｓ−
８ｅ）：Ｃｕ、Ｂ＋・では緑色、Ｂｌ材ＺｎＳに対して
活性材としてＳｍは赤色、Ｔｂは緑色、１ｍは青色を発
光する。また、この発光層は沖間廠としＣ第３図（ｅ）
に示づ透明誘電体層８（Ｙ　Ｏ、Ｔａ　Ｏ、ＴｉＯ２゜
２３　２５Ａｌ　０．ＳｉＮ　又は、Ｓｉ　０２等）を介在２３　
３４して第１及び第２の発光層、ｊＯ，４１に分（）てもよ
く、その場合に第１及び第２の発光層４０．４１は同一
材質に選定できることは勿論のこと、異種材質、例えば
第１の発光層４０としてＴｂＦ３を添加したｌｎｓ簿膜
を使用した場合、第１の発光層４０からは緑色を発光し
、第２の発光層４１としてＳｍ　Ｆ３を添加しＩ、ニー
Ｚｎ５ｉｌ膜を使用した場合、第２の発光層４１からは
赤色を発光して、全体として緑色と赤色との中間色を発
光する薄膜Ｅ　Ｌ素子が得られる。次に背面電極につい
てはＡｌに代えて、Ｔａ、　Ｎｏ、　Ｆｅ、旧。

旧Ｃｒ等の金属を使用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による薄膜Ｆ１−素子を示す断面図、第
２図は本発明による薄膜ＥＬ素子の輝度−電圧特性図、
並びに第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、及び（
ｅ）はそれぞれ本発明による他の実施例の薄膜ＥＥ１素
子を示す断面図である。１・・・透明基板、２・・・透明電極、３・・・第１誘
電体混合層、４・・・発光層、５・・・第２誘電体混合
層、６・・・背面電極（ｃ’ｌ）　、　（ｂ）（ｃ）　（ｄ）（ｅ）手　続　補　正　書　く自発）２、発明の名称　薄膜［「素子とその製造方法３、補正
をする者事ｆ１どの関係　特許出願人住所　東京都新宿区西新宿１丁目１３番１２号〒１６０
　王Ｅ　ｌ　０３　（３４８）　１２２１ホ　ヤ　ガラ
ス名称　株式会社　保　谷　硝　子明細内の［発明の詳細な説明−１の欄５、補正の内容（１）　ＩＩＩ］細書２頁１０行目〜３頁１ｏ行目ニ１
コノ薄膜Ｅ＝Ｌ素子の基本構造は、・・・・その励起さ
れたＨｎ発光センターが基底状態に戻る際に黄橙色を呈
して発光する。」とあるを「この薄膜Ｅ　Ｌ素子の基本
構造は、先ず、透明基板上に酸化インジウム（Ｉｎ２　
０３　）等の透明導電性の透明電極と、酸化イツトリウ
ム（Ｙ２Ｏ２）等の第１誘電体層とをスパッタリング法
または電子ビーム蒸着法等により順次積層し、次に、第
１誘電体層上にはＺｎＳ：Ｈｎ焼結ペレットを電子ビー
ム蒸着することにより発光層を積層する。この時、Ｚｎ
Ｓ蒸着材料に添加するＨｎの濃度は目的により異なるが
、通常０，１〜２．０ｗｔ％に設定される。この発光層
上には第１誘電体層と同様の物質からなる第２誘電体層
を積層し、この上にはアルミニウム等からなる背面電極
を蒸着形成する。そして、透明電極と背面電極との間に
電界を加えることにより、この薄膜Ｅし素子は駆動し、
発光層の両側の第１誘電体層と第２誘電体層どの間に誘
起された電界が発光層内に発生し、伝導体に励起され、
かつ加速された充分なエネルギーを得た電子が直接Ｈｎ
発光センターを励起し、その励起されたＨｎ発光センタ
ーが基底状態に戻る際に黄橙色を呈して発光する。」と
補正する。（２）　明１１Ｉ店７頁３行目〜４行目に「背面電極９
」とあるを「背面電極６」と補正する。以上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　透明電極と背面電極との間に少なくとも１層の
、誘電体層と発光層とを介在して、両電極間に電界を加
えることにより、前記発光層がＥし発光する薄膜ＥＬ素
子において、前記誘電体層がタンタル酸化物どアルミニ
ウム酸化物との混合層であることを特徴とする薄膜Ｅ　
Ｌ素子。
（２）　透明電極ど背面電極との間に少なくとも１層の
、誘電体層と発光層とを介在して、両電極間に電界を加
えることにより、前記発光層がＥＬ発光づる薄膜ＥＬ素
子の製造方法において、前記誘電体層はスパッタリング
法又はマグネトロン・スパッタリング法により五酸化タ
ンタルと酸化アルミニウムを素材にして形成された混合
層であることを特徴とする薄膜ＥＬ素子の製造方法。
（３）　特許請求の範囲第２項記載において、前記五酸
化タンタルと酸化アルミニウムとの混合比が重量比で５
０％：５０％から９５％：５％までの範囲内であること
を特徴とする薄膜Ｅ１−素子の製造方法。