JPH0317996A - 薄膜ｅｌ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 本発明は　薄型で表示の視認性が優れ　ＯＡ機器等の端
末ディスプレイとして最適である薄膜ＥＬ素子に関する
ものであり、更に詳しくは発光特性が長期にわたって安
定な薄膜ＥＬ素子に関すも従来の技術 従来より薄膜ＥＬ素子をＸ−Ｙマトリックス構戊にした
薄膜ＥＬディスプレイパネルが知られていも　このパネ
ルは第１誘電体層／蛍光体層／第２誘電体層の積層薄膜
の両面に水平平行電極群と垂直平行電極群とを互いに直
交するように配置しそれぞれの電極群に接続された給電
線により、切り換え装置を通して信号を加えて両電極の
交点部分の蛍光体層を発光させ（この交点の発光部分面
を絵素と称する）、発光した絵素の組み合わせによって
文字記号　図形等を表示させるものであん上記薄膜ＥＬ
ディスプレイパネル（上　通常ガラス製の透光性基板上
に　スズをドープした酸化インジウムからなる透明な平
行電極群を形或μ　その上に第ｌ誘電体層、　蛍光体層
、　第２誘電体層を順次形威服　さらにその上に一般に
Ａｌ金属からなる背面平行電極群を前記透明平行電極群
に直交する配置で積層して作製すも 蛍光体層は一般にＺｎＳ母体に発光センターとしてＭｎ
や希土類元素等をドープしたちへ　あるいはＣａＳやＳ
ｒＳ母体に発光センターとしてＣｅＳ　Ｅｕ等をドーブ
したものが用いられも 第ｌ１第２誘電体層にはＹ２０ｓ、ｓｘｏ＊、Ａ１ａ＋
Ｏ＊、Ｔａ２０６、Ｓ＋ｔｎ○ｓ、ｓｉｓＮｔ、ＢａＴ
ｉＯ＊、ＳｒＴｉＯｓ、Ｐ　ｂＴ　ｉｏ　ｓ、および１
３ａＴａａ○ｅ等から選ばれた誘電体薄膜が用いられも
　誘電体層は蛍光体層の中を流れる電流を制御する電流
リミッターとしての働きを持＆　　ＥＬディスプレイパ
ネルの電気的プレークダウンを防止し　耐電圧信頼性を
保つために重要であも 更に誘電体層は輝度一電圧特性（Ｂ／Ｖ特性）の経時変
化に対して大きな影響力を持＆　　Ｂ／Ｖ特性が駆動時
間と共に変化すると画面が乱れたり、コントラスト特性
が悪くなるので、できる限りその経時変化が少なくなる
ような誘電体薄膜を選ばなくてはならな賎 発明が解決しようとする課題 しかしなが５１ｍｍあたり５本以上のマトリックス状電
極を有する高精細薄膜ＥＬバネルを駆動し　透明電極と
背面電極に挟まれた各絵素を発光させる場合、各絵素の
大きさ（．ｔ　　Ｏ．　　１６ｍｍｘＱ，　　１６ｍｍ
と、非常に小さくなるた幽　単層の誘電体層を用いた薄
膜ＥＬパネルを駆動した場合、ビンホール密度が多く、
駆動初期における絶縁破壊によって上記マトリクス状電
極の上部Ａ１電極が断線するという課題があった 本発明の目的（上　前記従来技術の課題を解決し高精細
ＥＬバネル製作後の初期駆動の際にも絶縁破壊が生じ家
　長時間にわたり、安定した輝度一印加電圧特性を持つ
高輝嵐　かつ信頼性の高い薄膜ＥＬ素子を提供する事に
あも　また薄膜相互の付着力が高く、高電圧の交流パル
スで駆動して転長時間にわたり、安定した輝度一印加電
圧特性を持つ薄膜ＥＬ素子を提供することを目的として
いも 課題を解決するための手段 本発明｛よ　透光性基板上に　透明電鳳　第ｌ誘電体層
、　蛍光体＃　第２誘電体層および背面電極を順次積層
してなる薄膜ＥＬ素子において、第１誘電体層あるいは
第２誘電体層の膜構成を蛍光体層に接する面に輝度を低
下させない誘電体薄膜を設け、さらに比抵抗率が１０６
乃至１０１Ω・ｃｍの範囲にある高抵抗膜を蛍光体層に
対し外側に積層しさらにその外側に比抵抗率が１０１■
Ω・ｃｍ以上の絶縁性の誘電体薄膜を積層した多層膜と
するものであも 作用 本発明において、Ａ１電極の断線Ｇ＆ＥＬ素子駆動時に
誘電体膜のピンホール欠陥部分に電界が集中し最大蓄積
電荷量の大きい誘電体薄膜が破壊しその近辺の範囲のＡ
Ｉ電極を蒸発させ絵素の大きさ以上の穴を開け断線に至
る損傷を与えるために生じも　これを解決するために　
誘電体薄膜と高抵抗膜とを積層した多層膜構造とするこ
とによって、ビンホール密度が軽減され　さらに例え誘
電体薄膜にあるピンホール欠陥部分に電界が集中したと
しても隣接する高抵抗膜によってエネルギーが欠陥の周
辺に分散しＡｌ電極を蒸発させずに初期駆動する際にも
絶縁破壊が生じない薄膜ＥＬ素子を製作することができ
も 一Ｘ　　誘電体層による発光輝度負　発光開始電圧の変
動ｉ友　ＥＬ蛍光体層と誘電体層との界面に形戊される
トラップ準位の数や深さが誘電体層の種類によって異な
り、まｆ．ＥＬ素子の駆動に伴う新たなトラップ準位の
形或速度も異なる為に生じも　これを解決するために　
ＥＬ蛍光体層に接し　重要な界面を形戒する誘電体薄膜
を長時間にわたって安定した輝度一印加電圧特性を示す
ような誘電体薄膜を選択すも 以上説明したように　ＥＬ素子の蛍光体層の両側に設け
る誘電体薄膜に輝度を低下させない誘電体薄膜と比抵抗
率が１０５乃至ｌＯ１Ω・ｃｍの範囲にある高抵抗膜と
さらに比抵抗率が１０１ＩΩ・ａｍ以上の絶縁性の誘電
体薄膜を積層した多層膜を用いることにより、初期の耐
電圧特性に優れた高輝度のＥＬ素子を作製できも 実施例 以下に　本発明の実施例について図面を参照しながら説
明すも 図は本発明にかかる薄膜ＥＬ素子の一実施例の断面構造
を示す。図において、ガラス基板１の上に合金ターゲッ
トを用いてインジウへ　スズ混晶酸化物薄膜（以下ＩＴ
ＯＬｌ！！［と略称する）を直流スパッタ法で形戒レ　
ホトリソグラフィ技術によりストライブ状に加工し　透
明電極２としたその上に　第１誘電体層３として比抵抗
率がｌＯ目Ω・ｃｍ以上の絶縁性の誘電体薄膜であるチ
タン酸ストロンチュームを主或分とした酸化物誘電体薄
膜を形威しｔも　　この厚さは２００ｎｍ乃至１０００
ｎｍであも　作製はＳｒ（ＴＬ　　Ｚｒ）Ｏｘの化学式
で表せるベロプス力イト形酸化物セラミックをターゲッ
トにした高周波マグネトロン活性スパッタ法を用いｔも
　　スパッタ雰囲気はＡｒ＋０２混合ガスを使用し１，
　　スパッタガスの圧力は２〜２０ｘｌＯ−”Ｔｏｒｒ
、基板温度は４５０℃乃至５５０ａ　パワー密度は１　
〜６　Ｗ／　ｃ　ｍ”の範囲で作製した。その上に、Ｅ
Ｂ蒸着法でＣａＳの輝度を低下させない誘電体薄膜４を
２０乃至５０ｎｍの厚みで作製し、さらに蛍光体層５と
してＺｎＳ：　　Ｍｎ蛍光体薄膜を３００乃至１０００
ｎｍの厚さに形或した　発光センターのＭｎの含量は０
．８原子％にしｔも 蛍光体薄膜形戊後輝度アップのため真空雰囲気中で５５
０ｔ，　　１時間の熱処理を行うｔラつぎに輝度を低下
させない誘電体層６を蛍光体層５の上に前記の輝度を低
下させない誘電体層と全く同じ手法でＣａＳ薄膜を２０
乃至５０ｎｍの厚さに形或し１，　　さらに　第２誘電
体層として輝度を低下させない誘電体薄膜７としてタン
タル酸バリューム（ＢａＴａａ○●を主或分とした）薄
膜をスパッタ法で１００乃至５　０　０　ｎｍの範囲の
厚さで積層し、さらに高抵抗膜８としてプラセオジウム
とマンガンを含む酸化物薄膜を３００乃至１０００ｎｍ
の厚みでスバッタ法で形或し　さらに　比抵抗率がｌ０
１Ω・ｃｍ以上の絶縁性の誘電体薄膜９として前記と同
様の比抵抗率が１０１１Ω・ｃｍ以上の値を持つタンタ
ル酸バリューム薄膜を１００乃至５　０　０　ｎｍ形戒
しｆＱ，　　最後に背面電極１０としてアルミニウム薄
膜をＥＢ蒸着法で付けた後、ホトリソグラフィ技術でＩ
ＴＯ電極と直交するストライプ状に加工して薄膜ＥＬ素
子を完戒しｔ４本発明の一実施例にかかる上記薄膜ＥＬ
素子において、まず薄膜間の付着力と絶縁膜の緻密性に
ついて調べｔ４　　蛍光体薄膜を形威した後の熱処理中
の剥離と、ＥＬ素子駆動後の破壊状態を調べ１，熱処理
抵　薄膜間の剥離は全く観察されなかっ１，また　破壊
モード（よ　いずれの場合も自己回復型であり低電界領
域に置ける破壊も認められｆ，ＥＬパネルの作製に適す
ることが分かっｔ４　　また第２誘電体層を輝度を低下
させない誘電体薄膜と高抵抗膜と絶縁性の誘電体薄膜の
多層膜とする事によって、２５０ｖ以上の高電圧交流パ
ルスに対しての絶縁破壊によるＡ１電極の断線（上　従
来の誘電体層構或では断線していた電極線の幅が０．０
５ｍｍにしても全く起こらず信頼性が極めて高いことが
確認されｔも 次に高抵抗膜と絶縁性の誘電体薄膜との多層誘電体層を
有する薄膜ＥＬ素子と、従来用いられている単一の誘電
体薄膜を第１と第２誘電体層にそれぞれ使用した素子と
の比較を行っ？．　　この時用いた誘電体薄膜Ｃ上　　
窒化シリコン、酸化アルミニウム　チタン酸ストロンチ
ウム　タンタル酸バリウ八　五酸化タンタルを主或分と
した薄膜材料の中から選択しｔち　　また高抵抗膜とし
てＣ！　　プラセオジウ八　二ッケ／１４　　コバルト
、亜舷砥　　クロ八　マンガンをいくつか含む金属酸化
物薄膜を用いた　また　輝度を低下させない誘電体薄膜
としてＣヨ　　硫化カルシウへ　硫化マグネシウム　硫
化亜鉛の硫化物薄膜と絶縁性の誘電体薄膜である酸化ア
ルミニウム　窒化シリコン、五酸化タンク）Ｉ＜タンタ
ル酸バリウムの中から選択しｔ４　　単一層の誘電体薄
膜を用いた従来の素子で（＆１００時間の６　０　０Ｈ
ｚの交流パルス電圧で駆動したとこ＆約７％発光しきい
電圧が移動したのに対し　本発明の薄膜ＥＬ素子では１
％以下であった　これ１上蛍光体層に接する側に輝度を
低下させない誘電体薄膜として硫化物薄膜と絶縁性誘電
体薄膜の積層膜を設けたことにより従来のＥＬ素子より
優れた特性を示したものと考えられも また　発光輝度１よ　蛍光体層に接する側に酸化膜誘電
体層を設けたＥＬ素子に比較して、　１．５乃至３倍の
高い値を示し１，　　本発明のＥＬ素子は更にそれ以後
５０００時間ま玄　ほとんど発光しきい電圧や輝度の低
下は見られ哄　総合的に優れた発光特性を示し九　交流
パルス電圧の印加によって発光しきい電圧が移動するの
ζよ　蛍光体層と誘電体層の界面の界面トラップ単位の
分布や密度が駆動時間と共に変化したためと考えられ　
この変化がＺｎＳ：　　Ｍｎ蛍光体層と輝度を低下させ
ない誘電体薄膜（ＣａＳ，　　ＭｇＳやＳｒＳ等）界面
では非常に抑えらへ　安定化しｆ， さらに　本発明のＥＬ素子を駆動した初期状態における
絶縁破壊を防止する方法として実施例で挙げたように第
２誘電体層を輝度を低下させない誘電体薄膜（例えば蛍
光体層側に５０ｎｍのＣａＳと２００ｎｍのＢａＴａｔ
○●系薄膜）と高抵抗膜（例え＋ｉ３００乃至１０００
ｎｍのＰｒ−Ｍｎ−０系薄膜（比抵抗率が３〜６ｘｌＯ
”Ω・ｃｍで比誘電率が２００〜３００））と絶縁性の
誘電体薄膜（例えｌ；Ｕ２００ｎｍのＢ　ａＴ　ａ２０
●系薄膜）の多層薄膜とした　同じ厚さのＢ　ａＴ　ａ
ｓ　Ｏｅ系薄羨に比較し、高抵抗膜の比誘電率が他の誘
電体薄膜や蛍光体薄膜と比較して２乃至１０倍程度高い
ため番ヘ発光開始しきい電圧もほとんど変化せずニＡ１
電極の絶縁破壊時の穴の開口径が半分以下　（１０μｍ
以下）で、しかも絶縁破壊による欠陥数（勿亀断線に至
らない）が１％以下と大幅に改善されｔラ高抵抗膜とし
てｔＬＰｒ−Ｍｎ一〇系以外に、比抵抗率が４ｘｌＯ’
　〜ｌｘｌｏ”　　Ω・ｃｍの値をもっＰ　ｒ　−　Ｎ
　ｉ−○系の混合酸化物薄１１１Ｌ４ｘｌＯ″〜４ｘｌ
Ｏ’Ω”ａｍのＰ　ｒ　−　Ｃ　ｏ　−　０系の混合酸
化物薄焦　Ｓ　ｎｏ　ｔ久　ＺｎＯ爪　等があも上記の
ように　本発明にかかる輝度を低下させない誘電体薄膜
と高抵抗膜と絶縁性の誘電体薄膜との多層誘電層薄膜を
用いることによって、初期の耐電圧特性に優れ　低駆動
電圧領域における微少破壊の全く生じない薄膜ＥＬ素子
を得１，　　更に発光輝度の低下と発光しきい電圧の変
臥　薄膜間の剥離という駆動ならびに製造上の不安定要
素を無くすことができｔも 以上の説明において誘電体層の膜厚は薄膜ＥＬ素子によ
く用いられる１μｍ以下とした場合について記した　誘
電体層の膜厚は薄膜ＥＬ素子の目的とする輝度でほぼ決
定される蛍光体層の膜厚に従って変えねばならなＬ１　
　すなわち薄い蛍光体層の時は一般に薄い誘電体層でよ
鴇　本発明｛よ　ＥＬ素子の絶縁破壊の生じない耐電圧
特性が満たされた高抵抗膜と誘電体薄膜のｌｊ！ｙＬＭ
構成であればよく、特に制限されるものではな鶏 ＥＬ蛍光体層５はＭｎ以外のたとえば希土類元素の活性
物質を含むＺｎＳ蛍光体？，ＣａＳやＳｒＳにＣｅやＥ
ｕの活性物質を含んだものに対しても本発明のＥＬ薄膜
構成は効果があっｔラ　　これは界面トラップ準位が蛍
光体母体と誘電体の種類でほぼ決まること、およびＣａ
ＳやＳｒＳ母体が特に蛍光体としてＺｎＳに似ているた
めであも 発明の効果 以上のように本発明によれば　耐電圧特性に優へ　かつ
長時間の駆動によっても絶縁破壊による断線のなリ＼　
発光しきい電圧の変動が極めて少ない高輝度の薄膜ＥＬ
素子を歩留りよく製造でき、コンピュータ端末などの薄
瓢　高品位ディスプレイとして広く利用でき、実用的価
値は大きｌ，％

【図面の簡単な説明】

図は本発明にかかる一実施例の薄膜ＥＬ素子の構戊を示
す断面図であも １・・・ガラス基楓　２・　・透明電颯　３・・・第１
誘電体層、　４、６、　７・　・輝度を低下させない誘
電体薄豚　５・　・蛍光体Ｎ．８・・高抵抗ＷＬ　９・
　・絶縁性の誘電体薄ａ　　ｉｏ・・・背面電凰

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　透光性基板上に、透明電極、第１誘電体層、蛍光体層
   、第２誘電体層および背面電極が順次積層された薄膜Ｅ
   Ｌ素子において、前記第１誘電体層あるいは第２誘電体
   層の膜構成が前記蛍光体層に接する面に輝度を低下させ
   ない誘電体薄膜を設け、さらに比抵抗率が１０＾５乃至
   １０＾９Ω・ｃｍの範囲にある高抵抗膜を前記蛍光体層
   に対し外側に積層しさらにその外側に比抵抗率が１０＾
   １＾■Ω・ｃｍ以上の絶縁性の誘電体薄膜を積層した多
   層膜とされたことを特徴とする薄膜ＥＬ素子。