JPH01206596A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はデイスプレィ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対向する一
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）とがある。このようなＥＬ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溝たしうる絶縁層の代表的
なものとして、とくにスパッタリング法などで形成され
る酸化チタン（Ｔｉｅ、）薄膜がある（文献不祥）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記酸化チタン薄膜からなる絶縁層を用
いた従来のＥＬ素子では、発光開始電圧がたとえば二重
絶縁型のもので２００Ｖ程度と高く、かつリーク電流が
大きくてマージンつまり発光開始から絶縁破壊に至るま
での電圧幅が狭く安定性に欠け、とくに表示面積が大き
くなるほど耐久性に劣り、また発光輝度も不充分である
という問題点があった。　　　　　″ この発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、
酸化チタンを主体とする絶縁層を備えるものにおいて、
発光開始電圧が低いうえに、リーク電流が少なくてマー
ジンが大きく、すぐれた安定性を有して高耐久性であり
、しかも高輝度であるＥＬ素子を提供することを目的と
して、いる。

〔課題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の鋭意検討
の過程で、まず、従来の酸化チタン薄膜からなる絶縁層
を備えたＥＬ素子では上記薄膜中に必然的に酸素欠損部
が形成され、この欠損部がリーク電流を増大させて素子
の安定性を損なう主因になることを見い出した。そこで
、この知見をもとにさらに検討を重ねた結果、絶縁層が
酸化チタンを主体としてこれ以外の特定成分を含有する
ものである場合、この特定成分によって上記欠損部が補
完されて電気的に安定した結晶構造が形成され、素子の
安定性ひいては耐久性が著しく向上し、しかも発光開始
電圧が大幅に低下し、加えて発光輝度も著しく増大する
ことを究明し、この発明をなすに至った。

すなわち、この発明は、少なくとも一方が透明である対
向する一対の電極間に発光体層とこれに隣接する酸化チ
タンを主体とする絶縁層が介在されてなる薄膜形ＥＬ素
子において、上記絶縁層が酸化チタンとともに窒化チタ
ンを含有す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〕

図面は、この発明を適用した二重絶縁構造の薄膜形ＥＬ
素子の一例を示すものである。

図中、ｌはガラス板などからなる透明基板、２は厚みが
１００〜３００ｎｍ程度のｒｎ２’ｏｆｆ　−５ｎＯ２
薄膜つまりＩＴＯ薄膜などからなる透明電極、３はＡＮ
薄膜やＩＴＯ薄膜などからなる厚みが１００〜５００ｎ
ｍ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）など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）　、
ＺｎＳ　：　ＳｍＦｓ（赤色発光）、Ｚｎｓ：Ｍｎ（黄
橙色発光）　、ＺｎＳ　：ＴｍＦ３（青色発光）　、Ｚ
ｎｓ　：　ＰｒＦ＋（白色発光）　、Ｚ　ｎ　Ｓ：Ｄｙ
Ｆｓ（黄色発光）などからなる厚みが３００〜１．００
０ｎｍ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
縁層で、酸化チタン（ＴｉＯ□）を主体としてさらに窒
化チタン（ＴｉＮ）を含有するものからなる通常厚さが
２００〜５００ｎｍ程度の薄膜にて形成され、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。

上記構成のＥＬ素子では、上記のとおり、′４ｔ！Ａ縁
層５，６が酸化チタンを主体としてさらに窒化チタンを
含有する薄膜からなるため、後述の実施例に示される如
く発光開始電圧が約１６０Ｖ前後と低く、かつマージン
が８０Ｖ以上と大きく安定性にすぐれて高耐久性を示し
、しかも非常に高い発光輝度が得られる。

すなわち、両絶縁層がスパッタリング法などで形成され
る単なる酸化チタン薄膜からなる従来構成のＥＬ素子で
は、この酸化チタン薄膜中にある程度の酸素欠損部を生
じることが避けられないため、この欠損部に起因してリ
ーク電流が大きくなり、後述の比較例の如く、発光開始
電圧が約２００Ｖ程度と高くなるとともにマージンも６
０Ｖ程度と狭くなって安定性に欠け、また発光輝度も低
くなる。これに対して、この発明のＥＬ素子では、絶縁
層の主体をなす酸化チタン中の元来は酸素欠損部となる
部分が窒素原子の導入により窒化チタンとなっているこ
とから、絶縁層全体が電気的に安定した結晶構造をとり
、上述のようなすぐれた性能を発揮するのである。

このような絶縁層５．６の形成には、従来より薄膜形Ｅ
Ｌ素子の各層の形成に利用されている各種の真空中薄膜
形成手段をいずれも採用可能であるが、とくに誘電特性
や絶縁耐性の向上という点から、ターゲットとして酸化
チタンを使用し、かつ反応ガスとして酸素ガスとともに
窒素ガスを用いるイオンビームスパッタリング法が好適
である。

なお、一般に、イオンビームスパッタリング法は、アル
ゴンなどの希ガスをイオン化し、これを加速、収束して
真空槽内のターゲットに衝突させてターゲット材料をス
パッタし、同真空槽内におかれた基板の表面に目的物質
を析出付着させて薄膜を形成するものである。そして、
酸化物の薄膜を形成する場合には、ターゲットには同じ
酸化物材料を使用し、かつ酸素欠損部の生成を防ぐため
に上記希ガスとともに反応ガスとして酸素ガスを用いる
のが普通である。しかるに、酸化チタン薄膜では、上述
のように反応ガスとして酸素ガスを用いても、やはり、
ある程度の酸素欠損部の生成を回避できず、この欠損部
により前記の如き問題点を生じることになる。

これに対して、上述のように反応ガスとして酸素ガスと
ともに窒素ガスを用いた場合は、酸素ガスのみの使用で
は酸素欠損部となる部分に窒素ガス中から窒素原子が導
入されて窒化チタンを構成するため、絶縁層全体として
欠陥のない電気的に安定な結晶構造が形成され、前述の
効果を充分に発揮しうる絶縁層が得られる。

上記窒素ガスの使用割合は、全雰囲気ガスつまりアルゴ
ンなどの希ガスと酸素ガスおよび窒素ガスの合計量中の
２０〜６０容量％（Ｎｚ　／　（Ａ　ｒ＋０□＋Ｎｚ）
Ｘ１００）程度とするのがよく、少なすぎては酸素欠損
構造が残留して前述の効果が充分に発揮されなくなり、
逆に多すぎては窒化チタンの比率が過多になって絶縁層
としての特性が却って低下することになる。

このようなイオンビームスパッタリング法における他の
条件としては、真空度ｌＸｌ０−’〜５×１０−’Ｔｏ
　ｒ　ｒ程度、基板温度２０〜３００℃程度、成膜速度
１〜１０ｎｍ／分程度とするのがよい。

なお、ターゲット材料としては、通常は既述のように酸
化チタンが使用されるが、場合によっては金属チタンを
用いることも可能である。

かくして形成される絶縁層５，６は、好ましくは酸化チ
タン：窒化チタンの重量比が１：０．ＯＯ５〜０．０５
程度の範囲にある組成とするのがよい。

ＥＬ素子の他の各層つまり透明電極２、発光体層４およ
び背面電極３はそれぞれに適した真空中薄膜形成手段、
たとえば電子ビーム蒸着や抵抗加熱蒸着の如き各種真空
蒸着法、イオンブレーティング法、高周波スパッタリン
グやイオンビームスパッタリングの如き各種スパッタリ
ング法、プラグ７ＣＶＤや光ＣＶＤの如き各種ＣＶ　Ｄ
　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）法などにより形成される。

なお、この発明は、図示した発光体層の両側に絶縁層を
有する二重絶縁型の薄膜形ＥＬ素子のほか、絶縁層が発
光体層の片側のみにある卓絶縁型、発光体層または／お
よび片方の電極が各層の間に絶縁層を挟んで積層した２
層以上の多層に構成された素子などにも同様に適用可能
である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の薄膜形ＥＬ素子は、絶縁層が
酸化チタンを主体としてさらに窒化チタンを含有するも
のからなるため、該絶縁層が酸化チタンのみからなる従
来構成の薄膜形ＥＬ素子に比較して、発光開始電圧が低
く、しかもリーク電流が少なくてマージンが大きく、す
ぐれた安定性を有して高耐久性であり、かつ非常に高い
発光輝度が得られる。

〔実施例〕

以下に、この発明の実施例を比較例と対比して具体的に
説明する。

実施例１〜３ 予め片面に厚さ２５０ｎｍのＩＴＯ膜からなる透明電極
（比抵抗１０Ω／ｃｄ）が形成された厚さ２００鶴の無
アルカリガラスからなる基板を使用し、この基板の上記
透明電極上に後記第１表で示す条件のイオンビームスパ
ッタリング法によって酸化チタンを主体としてさらに窒
化チタンを含有する厚さ４００ｎｍの絶縁層を面積１０
Ｘ１０ｃ１）の範囲で形成し、この絶縁層上に電子ビー
ム蒸着法によってＺｎＳ　：ＴｂＦ３　　（ＴｂＦ３含
有量３重量％）からなる厚さ５００ｎｍの発光体層を形
成し、さらにこの発光体層上に上記同様のイオンビーム
スパッタリング法によって上記同様の絶縁層を形成し、
最後に抵抗加熱蒸着法によって厚さ２００ｎｍのＡＩ膜
からなる背面電極゛を形成して、図面に示す構成の二重
絶縁型の薄膜形ＥＬ素子を作製した。

比較例 発光体層を挟む両側の絶縁層を、下記第１表で示す条件
のイオンビームスパッタリング法によって形成した厚さ
４００ｎｍの酸化チタン薄膜とした以外は、実施例１〜
３と同様にして二重絶縁型の薄膜形ＥＬ素子を作製した
。

第１表 上記の実施例および比較例の各ＥＬ素子について、５Ｋ
Ｈｚの交流パルス電圧を印加し、発光開始電圧、マージ
ン（発光開始電圧と破壊電圧との差）および最大輝度を
測定した。その結果を、各ＥＬ素子の絶縁層組成ととも
に下記第２表に示す。

第２表 上記第２表の結果から、この発明に係るＥＬ素子（実施
例１〜３）は、絶縁層が酸化チタンのみからなる従来構
成のＥＬ素子（比較例）に比し、発光開始電圧が大幅に
低い上にマージンが広く、安定性ひいては耐久性にすぐ
れ、しかも非常に高い発光輝度が得られることが明らか
である。

なお、この発明のＥＬ素子において、絶縁層を二層構造
としてそのうちの一層を上記の如き酸化チタンおよび窒
化チタンを含有する薄膜とし、他の層をＡｌｚ　Ｏ＋−
、Ｓ　１０ｚ　−Ｙ２０３−　Ｔａ２Ｏ、、Ｓｉ、Ｎ４
などの他の薄膜とするような変更も可能であり、これに
よってマージンをさらに広くすることもできる。

【図面の簡単な説明】

図面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である。 ２・・・透明電極、３・・・背面電極、４・・・発光体
層、５．６・・・絶縁層 特許出願人　　日立マクセル株式会社

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　少なくとも一方が透明である対向する一対の電
   極間に発光体層とこれに隣接する酸化チタンを主体とし
   た絶縁層が介在されてなる薄膜形エレクトロルミネツセ
   ンス素子において、上記絶縁層が酸化チタンとともに窒
   化チタンを含有す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）　絶縁層が発光体層の上下両側に設けられてなる
   請求項（１）に記載の薄膜形エレクトロルミネツセンス
   素子。
3. （３）　絶縁層の酸化チタン：窒化チタンの重量比が１
   ：０．００５〜０．０５の範囲にある請求項（１）また
   は（２）に記載の薄膜形エレクトロルミネツセンス素子
   。
4. （４）　絶縁層が、ターゲツトとして酸化チタンを使用
   し、かつ反応ガスとして酸素ガスとともに窒素ガスを用
   いるイオンビームスパツタリング法にて形成されたもの
   である請求項（１）〜（３）のいずれかに記載の薄膜形
   エレクトロルミネツセンス素子。
5. （５）　窒素ガスが希ガスを含む全雰囲気ガス中の２０
   〜６０容量％を占める請求項（４）に記載の薄膜形エレ
   クトロルミネツセンス素子。