JPH0294289A - 薄膜型エレクトロルミネツセンス素子の製造法 - 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利用される薄膜形
のエレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬという）素子
、とくにＺｎＳ：Ｓｍ、Ｆからなる発光層を有して発光
三原色の一つである赤色発光を行う上記ＥＬ素子の製造
法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、薄膜形ＥＬ素子は、少なくとも表示側が透明で
かつ通常はどちらか一方がパターン化された一対の電極
間に、発光層と誘電層とが配設された構造を有しており
、上記誘電層が発光層の片側のみに設けられた卓絶縁形
ならびに同じく両側に設けられた二重絶縁形のものが知
られており、また発光層が一層に限らす誘電層を介して
二層以上に積層されたものもある。

このようなＥＬ素子の駆動は、交流駆動方式では、両電
極間に交流電圧を印加することにより、発光層にその発
光開始しきい値電界以上の電界をかけて発光させ、この
発光色を表示側の表面に表出させることにより、所定パ
ターンの表示を行わせるものである。

ところで、上記発光層を構成する発光体材料には、通常
ＺｎＳやＣａＳなどの蛍光体からなる母材中に少量の発
光付活剤を配合したものが使用されており、この発光付
活剤の種類によって特有の発光色が示される。たとえば
、光の三原色に近い発光色が得られる発光体材料として
は、赤色発光ではＺｎＳ　：　Ｓｍ、Ｆ、緑色発光では
ＺｎＳ：Ｔｂ、Ｆ、青色発光ではＺｎＳ：Ｔｍ、Ｆがそ
れぞれ代表的なものとして知られている（文献不詳）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、とくに赤色発光を行う発光体材料である
ＺｎＳ：Ｓｍ、Ｆに関しては、従来より輝度向上のため
に発光層形成に採用する各種真空中薄膜形成法の条件を
始めとして種々の検討〔たとえば、Ｊ、Ｊ、八、Ｐ、　
（１９８４）Ｐ、　６など〕が行われているが、現状で
は１ＫＩＩｚ駆動における最大輝度が２００ｃｄ≠ ためにカラーデイスプレィなどの赤色発光用ＥＬ素子と
しては輝度不足で実用性がなかった。

この発明は、上述の状況に鑑み、赤色発光用の発光体材
料としてＺｎＳ：Ｓｍ、Ｆを使用して、かつ高輝度で実
用性充分な薄膜形ＥＬ素子の製造法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に鋭意検討
を重ねた結果、ＺｎＳ：Ｓｍ、Ｆからなる発光層を有す
るＥＬ素子の輝度がこの発光層の結晶性と発光中心濃度
つまりＳｍ（サマリウム）濃度によって大きく影響され
、この発光層の形成手段として電子ビーム蒸着法を採用
した場合には上記結晶性が形成雰囲気の真空度と密接に
相関し、この真空度と発光層中のＳｍ７１度を特定値に
設定することにより、従来では得られなかった高輝度の
赤色発光が達成されることを見い出し、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一
対の電極間にＺｎＳ：Ｓｍ、Ｆからなる発光層と誘導体
層とが介在されてなる薄膜形ＥＬ素子の製造法において
、上記発光層を、電子ビム蒸着法によってＳｍおよびＦ
を含有するＺｎＳを蒸発源として真空度５Ｘ１０−ｈＴ
ｏｒｒ以下の雰囲気中で成膜して形成し、かつ層中のＳ
ｍ？ｍ度を０．２〜１．０モル％の範囲とすることを特
徴とする薄膜形ＥＬ素子の製造法に係るものである。

また、この発明では、上記電子ビーム蒸着法における蒸
発源のＳｒｒ＋？ａ度を０．１〜１．５モル％の範囲と
した構成を好適態様としている。

〔発明の構成・作用〕

この発明においては、前記の如＜ＺｎＳ：Ｓｍ。

Ｆからなる発光層を電子ビーム蒸着法により形成するに
あたり、形成雰囲気の真空度を５Ｘ１０Ｔｏｒｒ以下と
し、かつ形成される発光層中のＳｍ　？Ｍ度を０．２〜
１．０モル％に設定することにより、高い発光輝度を実
現する。

すなわち、上記真空度に関しては、後述する実施例１に
おいて発光層形成時の真空度を種々変えて他の条件は形
成される発光層中のＳ　ｍ　７＠度が等しくなるように
同一に設定して作製されたＥＬ素子につき、その真空度
と結晶性および輝度を示す第１表から明らかなように、
真空度が高くなるほど結晶性が向上すると同時に輝度も
高くなる傾向が認められており、とくに真空度が５Ｘ１
０−６Ｔｏｒｒ以下では非常に高い輝度が得られること
が判明している。この理由は、発光層形成時の真空度が
高くなるほど蒸着粒子のエネルギーが高くなり、これに
伴って蒸着面での結晶粒の成長が活発化するとともに不
純物原子の混入量が減少する結果、形成される発光層の
結晶性が向上して発光効率を高めるように作用し、とく
に上記特定値以下の高真空条件で上記作用が顕著に発現
されるものと考えられる。

一方、発光層中のＳｍｔｆｆｉ度に関しては、後述する
実施例２において発光層形成時に真空度以外の条件を種
々変化させることによって作製した上記Ｓｍ濃度が異な
るＥＬ素子のＳｍ？Ｍ度−輝度の相関を示す第２図から
明らかなように、５ｍ９７４度が０．２〜１．０モル％
の範囲よりも低くなっても高くなってもともに著しい輝
度低下を生じることが確認されている。これは、Ｓｍ濃
度が０．２モル％より少なくなるとＳｍ発光中心とホッ
トエレクトロンとの衝突励起の確率低下により、逆に１
．０モル％より多くなると濃度消光により、それぞれ輝
度低下が著しくなるものと考えられる。

なお、形成される発光層中のＳｍ濃度は、使用する蒸発
源中のＳｍ濃度のほか、この蒸発源の形態、大きさ（ベ
レットでは粒度）、密度、作製方法ならびに蒸着時の基
板温度、成膜速度、電子ビム強度、基板位置の如き各種
条件によっても変化する。したがって、この発明では、
発光層中のＳｍｆ１４度が０．２〜１．０モル％の範囲
となるように蒸発源の種類と蒸着条件を適宜選択すれば
よいが、とくに蒸発源中のＳｍ７１度は通常０．ｌ〜１
．５モル％程度とすることが推奨される。

なお、蒸発源の作製は、一般にＺｎＳ粉末に所要量のＳ
　ｍ　Ｆ　：＋粉末を均一に添加混合し、この混合物を
加圧成形してペレット状やディスク状などの所要形状と
することによって行われる。

電子ビーム蒸着によって発光層を形成するには、基板と
蒸発源を蒸着チャンバー内にセットし、チャンバー内を
真空度５Ｘ１０−６Ｔｏｒｒ以下の不活性ガス雰囲気と
して、基板温度を２００〜２５０℃程度に設定した上で
、蒸発源に電子ビームを照射して加熱蒸発させればよい
。このとき、成膜速度は通常ｌＯＯ〜６００　人／分程
度、最終的に得られる発光層の厚みを３．０００〜７，
０００人程度に設定すればよい。

第１図はこの発明によって作製される二重絶縁形の赤色
発光ＥＬ素子の一例を示すものである。

図において、１はガラス製の基板であり、その一方の表
面にインジウム−スズ複合酸化物（以下、ＩＴＯという
）やフッ素を含む酸化スズなどの透明性導電材料の薄膜
からなる表示側電極２が形成されている。この表示側電
極２上には順次、第１の誘電層３、前記のＺｎＳ：Ｓｍ
、Ｆからなる発光層４、第２の誘電層５、Ａ１薄膜また
は上記透明性導電材料の薄膜からなる背面側電極６が積
層形成されている。

ここで、第１および第２の誘電層３．５の構成材料とし
ては、既存の絶縁材料をいずれも使用でき、たとえば’
ｌ”ａ２　ｏｓ　、Ａｌｚ　Ｏｔ　、　Ｙ２０ｗｌ　。

ＳｉＯ□、Ｓ　５３Ｎｐ　、ＴＩ　Ｏ□、Ｎｂ２Ｏ６、
ＢａＴｉ０．　、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉ０：＋などが
挙げられ、各誘電層で異なるものを使用してもよい。ま
た、画成電層３．５の一方もしくは両方を、構成材料の
異なる２層以上の積層物としても差し支えない。

各層の厚さは、画成電層３，５では３，０００〜７．０
００人程度、側電極２．６では１，０００〜３゜０００
人程度である。なお、これら各層の形成手段としては、
電子ビーム蒸着や抵抗加熱蒸着の如き真空蒸着法、高周
波スパッタリングの如きスパッタリング法、イオンブレ
ーティング法などの既存の種々の真空中薄膜形成法を使
用材料種に応じて適宜採用できる。

上記構成のＥＬ素子では、発光層４にその発光開始しき
い値電界を超える電界がかかりうる電圧を側電極２．６
間に印加することにより、発光層４がＺｎＳ：Ｓｍ、Ｆ
に基づく赤色に発光する。

そして、この赤色発光はＩＫＩ（ｚ駆動で４００ｃｄ／
ｄ以上という高輝度を示すものとなる。

なお、この発明は、上述した二重絶縁形のＥＬ素子のほ
か、卓絶縁形のＥＬ素子や、一方の電極をパターンの異
なる２層以上の多層構造としたＥＬ素子にも適用可能で
ある。

〔発明の効果〕

この発明の製造法によれば、ＺｎＳ：Ｓｍ、Ｆからなる
発光層を特定条件の電子ビーム蒸着によって形成し、か
つこの発光層中のＳ　ｍ　’濃度を特定範囲に設定する
ことから、上記発光体材料を使用した発光層を有する従
来のＥＬ素子では達成されなかった高い発光輝度を示し
てカラーデイスプレィなどとして実用性充分な薄膜形Ｅ
Ｌ素子を提供できる。

また、上記方法において、蒸発源のＳ　ｍ　’０％度を
０．１〜１．５モル％の範囲とした場合は、上記特定範
囲のＳｍ１１度を有する発光層を容易に形成できる利点
がある。

〔実施例〕

以下、この発明を実施例によって具体的に説明する。

実施例１ 縦３４龍、横３４１重、厚さｌ、　ｌ　＊＊のガラス製
基板の一面側に電子ビーム蒸着法によりＩＴＯ薄膜から
なる厚さ２．０００人の表示側電極を形成し、ついでこ
の電極上に順次、スパッタリング法によりＴ　ａ　ｚ　
Ｏｓからなる厚さ４，０００人の第１の誘電層、電子ビ
ーム蒸着法によりＺｎＳ：Ｓｍ、Ｆからなる厚さ５，０
００人の発光層、スパッタリング法により’ｒａｚｏｓ
からなる厚さ４，０００人の第２の誘電層、抵抗加熱蒸
着法によりＡＩ薄膜からなる厚さ１，５００人の所定パ
ターンの背面側電極を積層形成して、第１図で示す構造
のＥＬ素子を作製した。

このとき、電子ビーム蒸着法による発光層の形成を、基
板温度２２０℃、成膜速度３００Ａ／分として、真空度
のみを下記第１表に記載されるように種々変更した条件
下で行い、いずれも発光層中のＳｍ？１度が０．３モル
％である試料１１ｈｌ〜７のＥＬ素子を作製した。

これらＥＬ素子について、発光層の結晶性を示すＸ線回
折半値幅と１Ｋｌｌｚ駆動による最大発光輝度を測定し
たところ、つぎの第１表の結果が得られた。

第　　１ 表 第１表の結果から、発光層形成時の真空度と発光層の結
晶性および発光輝度とが密接に相関しており、真空度が
高くなるほど結晶性が向上して高輝度が得られ、とくに
この発明の方法である真空度５Ｘ１０−ｂＴｏｒｒ以下
で作製したＥＬ素子隘５〜７はこれらより真空度の低い
条件で作製したＥＬ素子ｍ１〜４に比較して格段に高い
輝度を発現することが明らかである。

実施例２ 電子ビーム蒸着法による発光層の形成に際し、真空度を
５Ｘ１０−６Ｔｏｒｒとし、他の条件（主として蒸発源
のＳｍ７１度）を種々変更して発光層のＳｍ濃度を種々
異ならせた以外は、実施例１と同様にして多数のＥＬ素
子を作製した。

これらＥＬ素子について、発光層のＳ　ｍ　？ａ度をＩ
ＣＰＳ（プラズマ発光分光分析）にて測定するとともに
、１ＫＩｌｚ駆動による最大発光輝度を測定した。その
結果、上記Ｓｍ濃度と最大発光輝度との間にほぼ第２図
で示す関係があることが判った。

なお、図中の最大発光輝度は３ｍ７．ｉ７ｉ度１．２モ
ル％の発光層による輝度を基準とした相対値で示してい
る。

第２図の結果から、発光層中のＳ　ｍ　ｆＱ度が０．２
〜１．０モル％の範囲にある場合に高い発光輝度が得ら
れ、この範囲よりも少なくても、また多くても輝度低下
が著しくなることが判る。

実施例３ 電子ビーム蒸着法による発光層の形成に際し、蒸発源の
Ｓｍ濃度および真空度を下記第２表に示す値とした以外
は、実施例１と同様にしてＥＬ素子Ａ−Ｅを作製した。

このＥＬ素子Ａ−Ｅについて、実施例２と同様にして発
光層中のＳｍ濃度を測定した結果を第２表に示すととも
に、ＩＫＨｚ駆動による輝度−電圧特性の測定結果を第
３図に示す。

第　　２　　表 第３図の結果から、この発明の製造法によるＥＬ素子Ａ
では最大輝度４ＱＯｃｄ／ｒｔｆに達する高輝度が得ら
れてかつ輝度の立ち上がりが急峻である特性を示すのに
対し、蒸着時の真空度および発光層中のＳｍｔｌｉＡ度
のいずれか一方でもこの発明の規定範囲を外れる条件で
得られるＥＬ素子Ｂ−Ｅは到達輝度が低く輝度の立ち上
がりも緩やかで実用性に乏しいことが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の製造法によって作製される薄膜形エ
レクトロルミネッセンス素子の構造例を示す断面図、第
２図は実施例２で作製された同上素子の発光層中のＳｍ
濃度と最大発光輝度との相関図、第３図は実施例３で作
製されたＥＬ素子の輝度−電圧特性図である。 ２・・・表示側電極、３・・・誘電層、４・・・発光層
、５・・・誘電層、６・・・背面側電極 特許出願人　　日立マクセル株式会社 第１ 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Ｚｎ
   Ｓ：Ｓｍ，Ｆからなる発光層と誘電層とが介在されてな
   る薄膜形エレクトロルミネツセンス素子の製造法におい
   て、上記発光層を、電子ビーム蒸着法によつてＳｍおよ
   びＦを含有するＺｎＳを蒸発源として真空度５×１０＾
   −＾６Ｔｏｒｒ以下の雰囲気中で成膜して形成し、かつ
   層中のＳｍ濃度０．２〜１．０モル％の範囲とすること
   を特徴とする薄膜形エレクトロルミネツセンス素子の製
   造法。
2. （２）蒸発源のＳｍ濃度が０．ｌ〜１．５モル％の範囲
   にある請求項（１）に記載の薄膜形エレクトロルミネツ
   センス素子の製造法．