JPH0467595A - 薄膜形ｅｌ素子の発光層の形成方法 - 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］ 本発明は、真性ＥＬのうち薄膜形ＥＬ素子の発光層を形
成する方法に関する。

［従来の技術］ Ｅ、Ｌの歴史は古いが、輝度、寿命の点などで大きな壁
に突き当り低迷していた。しかし、近年になって米国の
ベル研究所が１ルモセン」と呼ばれる高輝度・多色化の
可能性を秘めた薄膜形ＥＬ素子を発表したり、シャープ
社の二重絶縁層をもった薄膜形ＥＬ素子で高輝度・長寿
命化か達成されたりして、ふたたびＥＬ素子は注目を浴
びている。

ところで薄膜形ＥＬ素子を製造するには、例えば、カラ
ス基板表面にＩ丁Ｏ（インジウム・ティン・オキサイド
）などの透明電極を形成し、透明電極表面にＹ２Ｏ３な
どの第１絶縁層を形成する。

そして第１絶縁層表面にＺｎＳ螢光体からなる母材にＭ
ｎをドープした発光層を形成し、熱処理してＺｎＳの結
晶性を向上させた後、第２絶縁層を被覆しさらにＡ９電
極を形成してＥＬ素子としている。

ここてＩＴＯ膜は通常イオンブレーティング法で成膜さ
れ、第１および第２絶縁層は電子ビーム（ＥＢ）蒸着法
で成膜される。また発光層は、母材と付活剤の種類によ
って成膜方法か異なり、例えばＺｎＳ　：ＴｂＦ３は一
般にスパッタリング法が採用され、ＺｎＳ：ＭｎはＥＢ
蒸看法が採用されている。これは、発光層中の付活剤の
付活形態および分布状態が、成膜条件ヤ成膜方法によっ
て大きく影響されるためでおる。なあ、発光層を成膜す
る場合、母材と付活剤を混合した蒸発源やターゲットを
用いる方法か一般的である。しかし例えばＺｎＳ　：　
Ｌｎなどの場合はＺｎＳとｌ−ｎの昇華温度が異なるた
め、１−ｎのクラスタが多く発生してＺｎＳ内に均一に
ドープしにくい。そこで、母材と付活剤とを別々の蒸発
源から蒸着する共蒸着法も開発されている。

［発明か解決しようとする課題］ 例えばＺｎＳ　：Ｍｎの発光層を成膜する場合には、第
１絶縁層と同様のＥＢ蒸着法で成膜できるので、工程面
で有利である。しかしなからｚｎｓ　：ＴｂＦ３の発光
層の場合には、第１絶縁層をＥ８蒸看法で成膜した後、
発光層をイオンブレーティング法で成膜しなければなら
ず、複数の成膜装置が必要となるとともに工程が複雑と
なって、コストの上昇の原因となっていた。ざらにＺｎ
Ｓ：ＭｎとＺｎＳ：ＴｂＦ３の２種類の発光層をもつ多
色ＥＬ素子の場合には、それぞれの発光層の成膜方法か
異なるために工程か一層複雑となる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものでおり、
工程を単純化することを目的とする。

［課題を解決するための手段および作用］本発明者らは
薄膜形ＥＬ素子の製造工程を改めて検討した。そしてＺ
ｎＳを母材とする発光層を成膜した後に、ＺｎＳの結晶
性を向上させるために行なう熱処理工程に着目した。す
なわちこの熱処理は通常６００〜６５０’Ｃで１〜２時
間加熱することにより行なわれるが、この熱を利用して
拡散により付活剤を母材中にドープすることを想起した
。そして鋭意研究の結果、上記条件下で付活剤が母材中
に容易にかつ均一にドープすることを見出して本発明を
完成したものである。

すなわち上記課題を解決する本発明の薄膜形ＥＬ素子の
発光層の形成方法は、基板表面に螢光半導体材料の母材
となる第１薄膜を形成する第１工程と、第１薄膜表面に
付活剤からなる第２薄膜を形成する第２工程と、加熱に
より第２薄膜から付活剤を第１薄膜中に拡散させる第３
工程と、よりなることを特徴とする。

第１工程は螢光半導体材料の母材となる第１薄膜を形成
する工程である。この母材としては、従来より母材とし
て用いられているＺｎＳ、７ｎＳとＣｄＳとの混晶など
が用いられる。また基板としては、カラス基板などの透
明な基板表面に透明電極をもつもの、ざらに透明電極表
面に絶縁層をもつものなどを利用できる。この第１薄膜
を形成するには、スパッタリング法、真空蒸着法、ＥＢ
蒸着法、ＭＯＣＶＤ法などの公知の成膜方法を利用でき
る。

第２工程では、第１薄膜の表面に付活剤からなる第２薄
膜が形成される。ここで付活剤とは母材中にドープされ
て発光中心となる不純物であり、Ｍｎ、ＴｂＦ３、Ｔｂ
２Ｏ３、ＰｒＦ３、ＮｄＦ３　、ＳｍＦ３　、ＥｕＦ３
　、ＤＶＦ３　、ＨＯＦ３、ＥｒＦ３、ＴｍＦ３、Ｙｂ
Ｆ３、ＣｒＦ３、ＭｎＦ３などから選択して用いること
ができる。この付活剤の種類によって異なる色調の発光
が得られる。この第２薄膜を形成する成膜方法は、第１
薄膜を形成するのに用いたものと同一の成膜方法を利用
することが好ましい。

この第２工程では、パターニングすることにより複数種
類の付活剤からそれぞれ第２薄膜を形成することができ
る。したがって多色の薄膜形ＥＬ素子も容易に形成する
ことかできる。

第３工程は、第１薄膜および第２薄膜をもつ基板全体を
加熱することにより、第２薄膜の付活剤を第１薄膜中に
拡散させてトープし、以て発光層を形成する工程でおる
。後述するように、付活剤の拡散に必要な条件としては
、５００〜７００℃の温度範囲で１．５時間以上加熱す
る必要かある。

しかしなから母材への熱の影響を考慮すると、従来のＺ
ｎＳ母材の結晶性の向上のために行なう熱処理条件であ
る６００〜６５０℃で１〜２時間、より望ましくは１．
５〜２時間加熱するのが好ましい。

なお第３工程では、付活剤は第１薄膜の深さ方向と同時
に面方向へも拡散する。したがってパタニングにより複
数の第２薄膜を形成した場合には、パターニングの乱れ
か生じるのではないかという懸念がある。しかじ付活剤
の拡散距離はせいぜい約６００ｎｍ程度で充分でおるの
で、パターニングの幅を仮にＱ、３ｍｍとしても、面方
向において拡散する距離は幅の０．３％程度でありほと
んど無視してもよい。

発光層形成後は、Ｙ２０３などにより第２の絶縁層か形
成され、最後に背面電極が形成されることにより、薄膜
形Ｅｌ素子が得られる。

［発明の効果］ 本発明の薄膜形ＥＬ素子の発光層の形成方法によれば、
第１工程で母材からなる第１薄膜が、第２工程で付活剤
からなる第２薄膜がそれぞれ成膜される。したがって２
種類の材料から同時に成膜していた従来の方法とは異な
り、成膜に際して付活剤の付活形態や分布状態に注意を
払うことが不要となり、成膜方法を選ばない。すなわち
絶縁層を形成する成膜方法で第１薄膜および第２薄膜を
成膜できるので、成膜装置が一つですみ、工数も低減さ
れるので、生産性が向上しコストの大幅な低減を図るこ
とかできる。

［実施例］ 以下、実施例により具体的に説明する。本実施例では第
１図に示す２色薄膜形ＥＬ素子を作製する。このＥＬ素
子は、カラス基板１と、カラス基板１表面に形成された
透明電極２と、透明電極２表面に形成された第１絶縁層
３と、第１絶縁層３表面に形成された第１発光層５０お
よび第２発光層６０と、第１発光層５０および第２発光
層６０表面に形成された第２絶縁層７と、第２絶縁層７
表面に形成された背面電極８とから構成されている。

カラス基板１表面にＥＢ加熱による蒸発源を用いたイオ
ンブレーティング法によって、ＪＴＯ膜からなる透明電
極２を形成した。さらにＥＢ蒸着法により、■ＴＯ膜表
面にＹ２Ｏ３からなる第１絶縁層３を形成した。それぞ
れの成膜条件を第１表に示す。

（第１工程） 上記により得られた本発明にいう基板の第１絶縁層３表
面に、ＥＢ蒸着法により７ｎＳから第２図に示す第１薄
膜４を形成した。膜厚は６００ｎｍであり、成膜条件を
第１表に示す。

（第２工程） 次に第１薄膜４の表面にパターニングを施し、ＥＢ蒸着
法によりＭｎから第３図に示す第２薄膜５を形成した。

ここてＭｎを付活剤とする発光層にはＭｎが０．５重量
％含まれるようにするために、各材料の密度を考慮して
膜厚か２ｎｍとなるように成膜した。

その後ざらにパターニングを施し、第２薄膜５が形成さ
れていない第１薄膜４表面（こ［Ｂ蒸着法によりＴｂＦ
３から第４図に示す第２薄膜６を形成した。ここでＴｂ
Ｆ３を付活剤とする発光層には丁ｂＦ３か３重量％含ま
れるようにするために、各材料の密度を考慮して膜厚か
１Ｑｎｍとなるように成膜した。それぞれの成膜条件を
第１表に示す。

（第３工程） 次に全体を加熱することにより第２薄膜５．６中のＭｎ
およびＴｂＦ３をそれぞれ第１薄膜４中へ拡散させる。

ここで熱処理条件を設定するために、予備実験として熱
処理温度を変化させた時に、処理時間とＭｎおよびＴｂ
Ｆ３のＺｎＳ中への拡散深さとの関係を調べた。その結
果を第５図および第６図（こ示す。なお、熱処理は２〜
４Ｘ１０−３ｐａの真空中にて行ない、拡散深さはオー
ジェ分析により求めた。

第５図および第６図より、熱処理温度か４００°Ｃ以下
では拡散深さが浅い位置で頭打ちとなっている。したが
って５００　’Ｃ以上が望ましいことがわかる。しかし
８００’Ｃ以上となるとガラス基板１が軟化してしまう
ので、５００〜７００″Ｃの範囲が良い。この範囲には
従来の熱処理温度でおる６００〜６５０′Ｃか含まれて
いるので、ＺｎＳへの熱の影響を考慮すれば６００〜６
５０’Ｃの範囲が特に望ましい。

そこで本実施例では、２〜４Ｘ１０−３Ｐａの真空中に
て６００′Ｃて１，５時間熱処理して、第２薄膜５．６
中のＭｎおよび丁ｂＦ３をそれぞれ第１薄膜４中へ拡散
させ、ＺｎＳ：Ｍｎよりなる第１発光層５０およびＺｎ
Ｓ：ＴｂＦ３よりなる第２発光層６０を形成した。第１
発光層５０および第２発光層６０の膜厚はほぼ同一とな
った。

（ＥＬ素子の形成） そして第１発光層５０および第２発光層６０の表面に、
第１絶縁層３と同一条件でＥＢ蒸着法にてＹ２Ｏ３から
第２絶縁層７を形成した。さらに第２絶縁層７の表面に
ＥＢ蒸着法にてＡ父から背面電極８を形成して、第１図
に示す２色薄膜形ＥＬ素子を得た。成膜条件は第１表に
示す。

得られた２色ＥＬ素子は、交流電圧の印加により緑色と
黄橙色の２色に明瞭に発光した。

すなわち本実施例の発光層の形成方法によれば、第１絶
縁層３から背面電極８の形成まで全工程でＥＢ蒸着法を
用いているので、成膜装置が一つですみ工数か低減され
るとともに生産性か向上する。

したがってコストの大幅な低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例に関するものであり、第１図は
形成された２色薄膜形Ｅ［素子の断面図、第２図、第３
図および第４図はそれぞれ第１図のＥＬ素子を形成して
いる途中の状態を示す断面図である。第５図および第６
図は熱処理時間と拡散深さの関係を示すグラフである。 １・・・カラス基板　　　　　２・・・透明電極３・・
・第１絶縁層　　　　　４・・・第１薄膜５・・・第２
薄膜　　　　　　６・・・第２薄膜７・・・第２絶縁層
　　　　　８・・・背面電極５０・・・第１発光層　　
　　６０・・・第２発光層特許出願人　　トヨタ自動車
株式会社 代理人　　　弁理士　　　大川　水 弟１図 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板表面に螢光半導体材料の母材となる第１薄膜
   を形成する第１工程と、 該第１薄膜表面に付活剤からなる第２薄膜を形成する第
   ２工程と、 加熱により該第２薄膜から該付活剤を該第１薄膜中に拡
   散させる第３工程と、よりなることを特徴とする薄膜形
   ＥＬ素子の発光層の形成方法。