JP4335045B2 - 無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び無機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び無機エレクトロルミネッセンス素子 Download PDFInfo
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Description
なお、基板1として透明基板を用いる場合には、第1電極2を透明電極とすることが望ましい。その場合には、第2電極6に金属や合金の電極を用いても良い。
本実施形態に係る無機EL素子において、第1及び第2絶縁層5は、無機EL素子における高い絶縁性能を維持するために、緻密な膜であることが望ましい。そのため、少なくとも第1絶縁層3を、望ましくは第2絶縁層5も、噴射堆積法によって形成している。
ノズル14は、搬送管13によって搬送された材料の粉体を、基板に向けて噴射する。ノズル14としては、基板への衝突時に、材料の粉体の速度が50m/s〜450m/s程度になるように、流体を加速できる高速ノズルを用いることが望ましい。また、ノズルの出射端形状は、成膜のパターンに応じて調製されている。これにより、所望のパターンが高精度で形成される。
また、ノズルから噴射された微粒子は、衝突エネルギによって基板等に堆積するので、基板等を加熱する必要はなく、常温雰囲気において成膜することも可能である。
ステップS1において、基板1上に第1電極2を形成する。即ち、まず、アルミナ等の基板1に、厚さ200nmのPt電極層をスパッタ法によって形成し、次に、Pt電極層をフォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いることにより、パターンを形成する。
次に、ステップS4において、発光層4の上に、第2絶縁層となるSiNx薄膜を、スパッタ法によって形成する。
次に、ステップS5において、第2電極6を形成する。第2電極6は、まず、第2絶縁層の上に、ITO透明電極層をスパッタ法により形成し、次に、ITO電極層をフォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いてエッチングすることにより、所定のパターンを形成する。
第1絶縁層3(PZTの厚膜)については、次のような値が得られた。
比誘電率:1000〜1500
絶縁耐圧:0.7MV/cm
性能指数(ε・Ebd値):60〜90μC/cm2
この性能指数ε・Ebd値は、グリーンシート法によって形成されたPZTの厚膜における値(10〜30μC/cm2)を大きく上回っており、大変良好な絶縁性能を有していると言える。
なお、金属の微粒子を生成する際には、誘導加熱法や、アーク加熱法や、誘導プラズマ加熱法や、レーザ加熱法等を用いて金属材料を加熱しても良い。
図4において、第1電極2の材料であるPtを噴出するノズル14aと、第1絶縁層3の材料であるPZTを噴出するノズル14bと、発光層4の材料であるZnS:Mnを噴出するノズル14cとは、積層順に所定の間隔で配置されている。図4に示すように、基板1をノズル14a〜14cの配置方向に移動させながら、これらのノズル14a〜14cから所定の時間間隔で材料の粉体を噴出させることにより、順次積層を行う。これにより、基板1に、第1電極2と、第1絶縁層3と、発光層4とが順次形成される。成膜パターンや、膜厚については、ノズルの出射端の形状や、ノズル又は基板の移動速度や、ノズルに供給される材料の粉末の搬送条件等を制御することにより、調節することができる。
さらに、このような厚膜は、絶縁耐圧が高いので、無機EL素子の信頼性を向上させることができる。また、噴射堆積法によって形成された厚膜は、従来のスクリーン印刷等によって形成された膜と比較して、より小さい膜厚で同等の耐圧を達成できる。即ち、駆動電圧を同じにした場合に、発光層に印加される電圧が大きくなるので、無機EL素子の輝度が上昇する。
2、22、32 第1電極
3、23、33 第1絶縁層
4、24、34 発光層
5、25、35 第2絶縁層
6、26、36 第2電極
10 容器
11 原料の粉体
12 ガス導入管
13 搬送管
14 ノズル
15 可動ステージ
20 パターン
21 ガラス基板
22 透明第1電極
23 薄膜第1絶縁層
Claims (15)
- 基板に、所定のパターンを有する第1の電極層を形成する工程(a)と、
前記第1の電極層が形成された基板に向けて、平均粒径が0.1μm〜5μmであり誘電性を有する材料の粉体を、エアロゾルデポジション法を用いてノズルから噴射して、速度50m/s〜450m/sで前記第1の電極層に衝突させて堆積させることにより、平均結晶粒径が100nm以下であり、膜密度が90%以上である第1の絶縁層を形成する工程(b)と、
前記第1の絶縁層の上に、エレクトロルミネセンスを呈する粒子又はその前駆体を用いて発光層を形成する工程(c)と、
前記発光層の上層に第2の電極層を形成する工程(d)と、
を具備する無機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。 - 工程(a)が、前記基板に向けて、導電性を有する材料の粉体を、エアロゾルデポジション法を用いてノズルから噴射して堆積させることにより、所定のパターンを形成することを含む、請求項1記載の無機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
- 工程(c)が、前記第1の絶縁層に向けて、エレクトロルミネセンスを呈する材料の粉体を、エアロゾルデポジション法を用いてノズルから噴射して堆積させることを含む、請求項1又は2記載の無機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
- 工程(c)が、エレクトロルミネセンスを呈する材料の粉体が中に分散されたバインダを用いて前記発光層を形成することを含む、請求項1又は2記載のエレクトロルミネセンス素子の製造方法。
- 工程(c)の後で、前記発光層の上に第2の絶縁層を形成する工程(c')をさらに具備し、
工程(d)が、前記第2の絶縁層の上に前記第2の電極層を形成することを含む、
請求項1〜4のいずれか1項記載の無機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。 - 工程(c')が、前記発光層に向けて、誘電性を有する材料の粉体を、エアロゾルデポジション法を用いてノズルから噴射して堆積させることを含む、請求項5記載の無機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
- 工程(d)が、前記発光層又は前記第2の絶縁層に向けて、導電性を有する材料の粉体を、エアロゾルデポジション法を用いてノズルから噴射して堆積させることにより、所定のパターンを形成することを含む、請求項1〜6のいずれか1項記載の無機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
- 前記積層構造体に含まれる複数の層の積層順に、該複数の層を構成する材料の粉体をそれぞれ噴射する複数のノズルを配設し、前記複数のノズルと前記基板との位置を相対的に変更させながら、エアロゾルデポジション法を用いて前記複数のノズルから前記基板に向けて材料の粉体を順次噴射させることにより、前記基板に積層構造体を形成する、請求項1〜7のいずれか1項記載の無機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
- 前記ノズルから噴射される材料の粉体の平均粒径が0.1μm〜5μmであり、前記ノズルから噴射された材料の粉体が、前記基板又は前記基板上に形成された層に衝突する際の該粉体の速度が50m/s〜450m/sである、請求項2、3、6〜8のいずれか1項記載の無機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
- 基板に、所定のパターンを有する第1の電極層を形成する工程(a)と、
前記第1の電極層が形成された基板に向けて、誘電性を有する材料の粉体をノズルから噴射して堆積させることにより、第1の絶縁層を形成する工程(b)と、
前記第1の絶縁層の上に、エレクトロルミネセンスを呈する粒子又はその前駆体を用いて発光層を形成する工程(c)と、
前記発光層の上層に第2の電極層を形成する工程(d)と、
を具備し、前記基板上に形成された第1の電極層に、材料の粉体をノズルから噴射して堆積させる工程が、常温で行われる、無機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。 - 前記基板又は前記基板上に形成された層に、材料の粉体をノズルから噴射して堆積させる工程の後に、堆積された材料の結晶性を制御するための焼成を行う工程をさらに具備する、請求項1〜10のいずれか1項記載の無機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
- 前記焼成を行う際の焼成温度が、前記基板の融点又は軟化点以下である、請求項11記載の無機ルミネセンス素子の製造方法。
- 基板と、
前記基板上に形成されている第1の電極層と、
誘電性を有する厚膜であって、前記第1の電極層が形成された基板に、誘電性を有する材料の粉体を、エアロゾルデポジション法を用いて噴射して堆積させることにより形成され、平均結晶粒径が100nm以下であり、膜密度が90%以上である第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層の上に形成されたエレクトロルミネセンスを呈する発光層と、
前記発光層の上層に形成されている第2の電極層と、
を具備する無機エレクトロルミネセンス素子。 - 前記発光層と前記第2の電極層との間に形成された誘電性を有する厚膜であって、誘電性を有する材料の粉体を前記発光層に向けて、エアロゾルデポジション法を用いて噴射して堆積させることによって形成され、平均結晶粒径が100nm以下であり、膜密度が90%以上である第2の絶縁層をさらに具備する、請求項13記載の無機エレクトロルミネセンス素子。
- 前記第1又は第2の絶縁層の平均結晶粒径が50nm以下であり、膜密度が95%以上である、請求項13又は14記載の無機エレクトロルミネセンス素子。
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