JPH05326151A - 薄膜ｅｌ素子およびその製造方法 - Google Patents
薄膜ｅｌ素子およびその製造方法Info
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- JPH05326151A JPH05326151A JP3095172A JP9517291A JPH05326151A JP H05326151 A JPH05326151 A JP H05326151A JP 3095172 A JP3095172 A JP 3095172A JP 9517291 A JP9517291 A JP 9517291A JP H05326151 A JPH05326151 A JP H05326151A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 発光特性および絶縁破壊特性を改善できる薄
膜ＥＬ素子およびその製造方法を提供する。 【構成】 発光層４を挟む第一,第二の絶縁層３,５のう
ち少なくとも一方の絶縁層３に酸化タンタル(Ｔa2Ｏ5)
膜３aを含む。このＴa2Ｏ5膜３aは、金属タンタル(Ｔa)
からなる第一の電極２の表面を酸化して形成する。
膜ＥＬ素子およびその製造方法を提供する。 【構成】 発光層４を挟む第一,第二の絶縁層３,５のう
ち少なくとも一方の絶縁層３に酸化タンタル(Ｔa2Ｏ5)
膜３aを含む。このＴa2Ｏ5膜３aは、金属タンタル(Ｔa)
からなる第一の電極２の表面を酸化して形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は薄膜エレクトロルミネ
ッセンス(ＥＬ)素子およびその製造方法に関する。
ッセンス(ＥＬ)素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の薄膜ＥＬ素子としては図５に示す
ようなものがある。この薄膜ＥＬ素子は、基板ガラス１
１上に、金属Ｔa膜からなる第一の電極１２と、第一の
絶縁層１３と、発光層１４と、第二の絶縁層１５と、Ｉ
ＴＯ(錫添加酸化インジウム)膜からなる第二の電極１６
とを順次積層して構成されており、発光層１４を両側か
ら絶縁層１３,１５で挟んだ２重絶縁構造となってい
る。上記発光層１４は母体材料ＺnＳに発光中心として
Ｍnをドープした厚さ１μm程度のＺnＳ:Ｍn膜からなっ
ている。第一の絶縁層１３は厚さ４００Å〜５００Åの
ＳiＯ2膜１３aと厚さ２２００Å〜２４００ÅのＳi3Ｎ4
膜１３bとからなる一方、第二の絶縁層１５は厚さ１２
００Å〜１３００ÅのＳi3Ｎ4膜１５aと厚さ３００Å〜
６００ÅのＡl2Ｏ3膜１５bとからなっている。動作時に
は、第一,第二の電極１２,１６に電圧が印加される。そ
して発光層１４に印加される電界がしきい値を越えると
発光を開始し、発光輝度は第一,第二の絶縁層１３,１５
の蓄積電荷量Ｑに略比例する。
ようなものがある。この薄膜ＥＬ素子は、基板ガラス１
１上に、金属Ｔa膜からなる第一の電極１２と、第一の
絶縁層１３と、発光層１４と、第二の絶縁層１５と、Ｉ
ＴＯ(錫添加酸化インジウム)膜からなる第二の電極１６
とを順次積層して構成されており、発光層１４を両側か
ら絶縁層１３,１５で挟んだ２重絶縁構造となってい
る。上記発光層１４は母体材料ＺnＳに発光中心として
Ｍnをドープした厚さ１μm程度のＺnＳ:Ｍn膜からなっ
ている。第一の絶縁層１３は厚さ４００Å〜５００Åの
ＳiＯ2膜１３aと厚さ２２００Å〜２４００ÅのＳi3Ｎ4
膜１３bとからなる一方、第二の絶縁層１５は厚さ１２
００Å〜１３００ÅのＳi3Ｎ4膜１５aと厚さ３００Å〜
６００ÅのＡl2Ｏ3膜１５bとからなっている。動作時に
は、第一,第二の電極１２,１６に電圧が印加される。そ
して発光層１４に印加される電界がしきい値を越えると
発光を開始し、発光輝度は第一,第二の絶縁層１３,１５
の蓄積電荷量Ｑに略比例する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、薄膜ＥＬ素
子の重要な性能として発光輝度の他に絶縁層１３,１５
の絶縁破壊特性がある。第一,第二の電極１２,１６間の
印加電圧を次第に大きくしてゆくと、図４に示すように
(Ｃoで表わす)、低電界で見られるオーム則領域に引き
続いて電流急増域が現れ(変曲点Ｄ1)、さらに、絶縁層
１３,１５中を流れる電流で生じる熱などにより絶縁破
壊に至る(変曲点Ｄ2)。これが絶縁破壊のメカニズムで
ある。したがって、絶縁破壊特性を向上させるために
は、絶縁層１３,１５の絶縁性を向上させて電流の絶対
値を低く抑え、Ｉ−Ｖ特性における変曲点Ｄ1,Ｄ2を高
電界に持ってゆけば良い。
子の重要な性能として発光輝度の他に絶縁層１３,１５
の絶縁破壊特性がある。第一,第二の電極１２,１６間の
印加電圧を次第に大きくしてゆくと、図４に示すように
(Ｃoで表わす)、低電界で見られるオーム則領域に引き
続いて電流急増域が現れ(変曲点Ｄ1)、さらに、絶縁層
１３,１５中を流れる電流で生じる熱などにより絶縁破
壊に至る(変曲点Ｄ2)。これが絶縁破壊のメカニズムで
ある。したがって、絶縁破壊特性を向上させるために
は、絶縁層１３,１５の絶縁性を向上させて電流の絶対
値を低く抑え、Ｉ−Ｖ特性における変曲点Ｄ1,Ｄ2を高
電界に持ってゆけば良い。
【０００４】ここで、絶縁性を向上させるために、単に
絶縁層１３または１５の厚さを増した場合、上記絶縁層
１３,１５の静電容量が低下して蓄積電荷量が少なくな
り、発光輝度が低下することになる。
絶縁層１３または１５の厚さを増した場合、上記絶縁層
１３,１５の静電容量が低下して蓄積電荷量が少なくな
り、発光輝度が低下することになる。
【０００５】そこで、この発明の目的は、絶縁層の材料
に工夫を施すことにより、発光輝度および絶縁破壊特性
を改善できる薄膜ＥＬ素子およびその製造方法を提供す
ることにある。
に工夫を施すことにより、発光輝度および絶縁破壊特性
を改善できる薄膜ＥＬ素子およびその製造方法を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の薄膜ＥＬ素子は、発光層と、この発光層
を挟む第一,第二の絶縁層と、この両絶縁層の外側に設
けられた第一,第二の電極を備えた薄膜ＥＬ素子におい
て、上記絶縁層の少なくとも一方に、酸化タンタル膜を
含むことを特徴としている。
に、この発明の薄膜ＥＬ素子は、発光層と、この発光層
を挟む第一,第二の絶縁層と、この両絶縁層の外側に設
けられた第一,第二の電極を備えた薄膜ＥＬ素子におい
て、上記絶縁層の少なくとも一方に、酸化タンタル膜を
含むことを特徴としている。
【０００７】また、この発明の薄膜ＥＬ素子の製造方法
は、基板上に、金属タンタル膜からなる第一の電極と、
酸化タンタル膜を含む第一の絶縁層と、発光層と、第二
の絶縁層と、第二の電極を順次積層する薄膜ＥＬ素子の
製造方法であって、上記酸化タンタル膜は、上記第一の
電極の表面を酸化して形成されることを特徴としてい
る。
は、基板上に、金属タンタル膜からなる第一の電極と、
酸化タンタル膜を含む第一の絶縁層と、発光層と、第二
の絶縁層と、第二の電極を順次積層する薄膜ＥＬ素子の
製造方法であって、上記酸化タンタル膜は、上記第一の
電極の表面を酸化して形成されることを特徴としてい
る。
【０００８】
【作用】薄膜ＥＬ素子の第一,第二の絶縁層に流れる電
流は、上記絶縁層を構成する材料のうち最も絶縁性の高
い材料の伝導特性により律速される。したがって、上記
絶縁層を構成する材料として従来の絶縁層材料ＳiＯ2,
Ｓi3Ｎ4,Ａl2Ｏ3よりも絶縁性に優れた酸化タンタル(Ｔ
a2Ｏ5)膜を含むことにより、上記絶縁層全体の絶縁破壊
特性が改善される。また、上記Ｔa2Ｏ5の比誘電率εr
は、表１に示すように、εr＝２４であり、従来の絶縁
層材料に比して非常に大きい。したがって、絶縁層の静
電容量が増大して蓄積電荷量が多くなり、発光輝度が改
善される。
流は、上記絶縁層を構成する材料のうち最も絶縁性の高
い材料の伝導特性により律速される。したがって、上記
絶縁層を構成する材料として従来の絶縁層材料ＳiＯ2,
Ｓi3Ｎ4,Ａl2Ｏ3よりも絶縁性に優れた酸化タンタル(Ｔ
a2Ｏ5)膜を含むことにより、上記絶縁層全体の絶縁破壊
特性が改善される。また、上記Ｔa2Ｏ5の比誘電率εr
は、表１に示すように、εr＝２４であり、従来の絶縁
層材料に比して非常に大きい。したがって、絶縁層の静
電容量が増大して蓄積電荷量が多くなり、発光輝度が改
善される。
【表１】
【０００９】また、上記Ｔa2Ｏ5膜が金属タンタル(Ｔa)
からなる第一の電極を酸化して形成される場合、上記Ｔ
a2Ｏ5膜は例えば陽極酸化法により膜厚精度良く簡単に
作製される。したがって、この薄膜ＥＬ素子は、従来の
工程とほとんど変わることなく簡単に作製される。
からなる第一の電極を酸化して形成される場合、上記Ｔ
a2Ｏ5膜は例えば陽極酸化法により膜厚精度良く簡単に
作製される。したがって、この薄膜ＥＬ素子は、従来の
工程とほとんど変わることなく簡単に作製される。
【００１０】
【実施例】以下、この発明の薄膜ＥＬ素子およびその製
造方法を実施例により詳細に説明する。
造方法を実施例により詳細に説明する。
【００１１】図１は一実施例の薄膜ＥＬ素子の断面構造
を示している。この薄膜ＥＬ素子は、基板ガラス１上
に、発光層４と、この発光層４を挟む第一の絶縁層３お
よび第二の絶縁層５と、この両絶縁層３,５の外側に設
けられた第一の電極２および第二の電極６を備えてい
る。上記発光層４は母体材料ＺnＳに発光中心としてＭn
をドープした厚さ１μm程度のＺnＳ:Ｍn膜からなってい
る。第一の絶縁層３は、厚さ２０００Å〜３０００Åの
Ｔa2Ｏ5膜３aと、厚さ４００Å〜５００ÅのＳiＯ2膜３
bと、厚さ２２００Å〜２４００ÅのＳi3Ｎ4膜３cとか
らなっている。一方、第二の絶縁層５は、厚さ１２００
Å〜１３００ÅのＳi3Ｎ4膜５aと、厚さ３００Å〜６０
０ÅのＡl2Ｏ3膜５bとからなっている。また、第一,第
二の電極２,６はそれぞれ金属Ｔa膜,ＩＴＯ(錫添加酸化
インジウム)膜からなる。
を示している。この薄膜ＥＬ素子は、基板ガラス１上
に、発光層４と、この発光層４を挟む第一の絶縁層３お
よび第二の絶縁層５と、この両絶縁層３,５の外側に設
けられた第一の電極２および第二の電極６を備えてい
る。上記発光層４は母体材料ＺnＳに発光中心としてＭn
をドープした厚さ１μm程度のＺnＳ:Ｍn膜からなってい
る。第一の絶縁層３は、厚さ２０００Å〜３０００Åの
Ｔa2Ｏ5膜３aと、厚さ４００Å〜５００ÅのＳiＯ2膜３
bと、厚さ２２００Å〜２４００ÅのＳi3Ｎ4膜３cとか
らなっている。一方、第二の絶縁層５は、厚さ１２００
Å〜１３００ÅのＳi3Ｎ4膜５aと、厚さ３００Å〜６０
０ÅのＡl2Ｏ3膜５bとからなっている。また、第一,第
二の電極２,６はそれぞれ金属Ｔa膜,ＩＴＯ(錫添加酸化
インジウム)膜からなる。
【００１２】上記薄膜ＥＬ素子は次のようにして作製す
る。まず、基板ガラス１上に第一の電極２の材料として
金属Ｔa膜をスパッタ蒸着して、フォトリソグラフィ法
により所定のストライプ状パターンに加工する。次に、
加工後の第一の電極２の表面を陽極酸化法により酸化し
て、第一の絶縁層３の一部を構成するＴa2Ｏ5膜３aを形
成する。Ｔa2Ｏ5膜３aの膜厚は、陽極に印加する電圧に
よって正確に制御することができる。続いて、スパッタ
法またはＣＶＤ法により、ＳiＯ2膜３b,Ｓi3Ｎ4膜３cを
堆積して第一の絶縁層３の形成を完了する。次に、電子
ビーム蒸着法またはスパッタ蒸着法により発光層４を形
成した後、スパッタ法またはＣＶＤ法によりＳi3Ｎ4膜
５a,Ａl2Ｏ3膜５bを堆積して第二の絶縁層５を形成す
る。最後に、ＩＴＯ膜をスパッタ蒸着して、フォトリソ
グラフィ法により、上記第一の電極２に対して垂直に交
差するストライプ状の第二の電極６を形成する。上記Ｔ
a2Ｏ5膜３aは簡単に形成できるので、この製造方法によ
れば、従来の工程とほとんど変わることなく簡単に薄膜
ＥＬ素子を作製できる。
る。まず、基板ガラス１上に第一の電極２の材料として
金属Ｔa膜をスパッタ蒸着して、フォトリソグラフィ法
により所定のストライプ状パターンに加工する。次に、
加工後の第一の電極２の表面を陽極酸化法により酸化し
て、第一の絶縁層３の一部を構成するＴa2Ｏ5膜３aを形
成する。Ｔa2Ｏ5膜３aの膜厚は、陽極に印加する電圧に
よって正確に制御することができる。続いて、スパッタ
法またはＣＶＤ法により、ＳiＯ2膜３b,Ｓi3Ｎ4膜３cを
堆積して第一の絶縁層３の形成を完了する。次に、電子
ビーム蒸着法またはスパッタ蒸着法により発光層４を形
成した後、スパッタ法またはＣＶＤ法によりＳi3Ｎ4膜
５a,Ａl2Ｏ3膜５bを堆積して第二の絶縁層５を形成す
る。最後に、ＩＴＯ膜をスパッタ蒸着して、フォトリソ
グラフィ法により、上記第一の電極２に対して垂直に交
差するストライプ状の第二の電極６を形成する。上記Ｔ
a2Ｏ5膜３aは簡単に形成できるので、この製造方法によ
れば、従来の工程とほとんど変わることなく簡単に薄膜
ＥＬ素子を作製できる。
【００１３】上記Ｔa2Ｏ5膜３aを設けた効果を確認する
ため、本発明者らは、上記薄膜ＥＬ素子(本発明のもの)
と、図５に示した薄膜ＥＬ素子(従来例)について絶縁破
壊電圧と最大蓄積電荷量との測定を行った。表２に示す
ように、絶縁破壊電圧は、従来例が１６０.７Ｖである
のに対して本発明のものは２５０.７Ｖであり、約１.６
倍に改善することができた。また、最大蓄積電荷量(発
光輝度に略比例する)は従来例が３.３６μＣ／cm2であ
るのに対して本発明のものは４.４８μＣ／cm2であり、
約１.３倍に改善することができた。絶縁破壊特性を改
善できた理由は、図２に示す電流密度−電界特性によっ
て説明することができる。図２に示すように、本発明の
もの(Ｃ1)は同一電界の下では従来例(Ｃ2)よりも電流密
度が小さい。また、オーム則領域と電流急増域との変曲
点(図中矢印↓で示す)が従来例よりも高電界側にあり、
これにより絶縁破壊電圧を改善できたのである。したが
って、実際の動作時の電界(通常２.０〜２.５ＭＶ／cm)
と絶縁破壊電圧との差を大きくでき、素子の信頼性を改
善することができた。
ため、本発明者らは、上記薄膜ＥＬ素子(本発明のもの)
と、図５に示した薄膜ＥＬ素子(従来例)について絶縁破
壊電圧と最大蓄積電荷量との測定を行った。表２に示す
ように、絶縁破壊電圧は、従来例が１６０.７Ｖである
のに対して本発明のものは２５０.７Ｖであり、約１.６
倍に改善することができた。また、最大蓄積電荷量(発
光輝度に略比例する)は従来例が３.３６μＣ／cm2であ
るのに対して本発明のものは４.４８μＣ／cm2であり、
約１.３倍に改善することができた。絶縁破壊特性を改
善できた理由は、図２に示す電流密度−電界特性によっ
て説明することができる。図２に示すように、本発明の
もの(Ｃ1)は同一電界の下では従来例(Ｃ2)よりも電流密
度が小さい。また、オーム則領域と電流急増域との変曲
点(図中矢印↓で示す)が従来例よりも高電界側にあり、
これにより絶縁破壊電圧を改善できたのである。したが
って、実際の動作時の電界(通常２.０〜２.５ＭＶ／cm)
と絶縁破壊電圧との差を大きくでき、素子の信頼性を改
善することができた。
【表２】
【００１４】なお、図３は、いろんな条件での絶縁層の
厚さ方向の抵抗値(電界２ＭＶ／cm印加時)と絶縁層３,
５の破壊電界との相関関係を表わしている。絶縁層３,
５の破壊電界は、動作時の電界に対して余裕をみて５Ｍ
Ｖ／cm以上必要であることから、Ｔa2Ｏ5膜の抵抗値は
１０13Ω・cm以上でなければならないことがわかった。
厚さ方向の抵抗値(電界２ＭＶ／cm印加時)と絶縁層３,
５の破壊電界との相関関係を表わしている。絶縁層３,
５の破壊電界は、動作時の電界に対して余裕をみて５Ｍ
Ｖ／cm以上必要であることから、Ｔa2Ｏ5膜の抵抗値は
１０13Ω・cm以上でなければならないことがわかった。
【００１５】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の薄
膜ＥＬ素子は、発光層を挟む第一,第二の絶縁層の少な
くとも一方に酸化タンタル膜を含んでいるので、発光特
性および絶縁破壊特性を改善することができる。したが
って、信頼性を向上させることができる。
膜ＥＬ素子は、発光層を挟む第一,第二の絶縁層の少な
くとも一方に酸化タンタル膜を含んでいるので、発光特
性および絶縁破壊特性を改善することができる。したが
って、信頼性を向上させることができる。
【００１６】また、この発明の薄膜ＥＬ素子の製造方法
は、上記酸化タンタル膜を金属タンタルからなる第一の
電極の表面を酸化して形成しているので、従来の工程の
ほとんど変わることなく簡単に薄膜ＥＬ素子を作製する
ことができる。
は、上記酸化タンタル膜を金属タンタルからなる第一の
電極の表面を酸化して形成しているので、従来の工程の
ほとんど変わることなく簡単に薄膜ＥＬ素子を作製する
ことができる。
【図１】 この発明の一実施例の薄膜ＥＬ素子の断面構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図２】 上記薄膜ＥＬ素子の絶縁層の一部を構成する
酸化タンタル膜の電界−電流密度特性を示す図である。
酸化タンタル膜の電界−電流密度特性を示す図である。
【図３】 上記絶縁層の厚さ方向の抵抗値と破壊電界と
の相関関係を示す図である。
の相関関係を示す図である。
【図４】 従来の薄膜ＥＬ素子の絶縁層の電圧−電流特
性を示す図である。
性を示す図である。
【図５】 従来の薄膜ＥＬ素子の断面構造を示す図であ
る。
る。
１ 基板ガラス ２ 第一の電極(金属Ｔa膜) ３ 第一の絶縁層 ３a Ｔa2Ｏ5膜 ３b ＳiＯ2膜 ３c,５a Ｓi3Ｎ4膜 ４ 発光層 ５ 第二の絶縁層 ５b Ａl2Ｏ3膜 ６ 第二の電極(ＩＴＯ膜）
フロントページの続き (72)発明者 吉田 勝 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 中島 重夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 発光層と、この発光層を挟む第一,第二
の絶縁層と、この両絶縁層の外側に設けられた第一,第
二の電極を備えた薄膜ＥＬ素子において、 上記絶縁層の少なくとも一方に、酸化タンタル膜を含む
ことを特徴とする薄膜ＥＬ素子。 - 【請求項２】 基板上に、金属タンタル膜からなる第一
の電極と、酸化タンタル膜を含む第一の絶縁層と、発光
層と、第二の絶縁層と、第二の電極を順次積層する薄膜
ＥＬ素子の製造方法であって、 上記酸化タンタル膜は、上記第一の電極の表面を酸化し
て形成されることを特徴とする薄膜ＥＬ素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3095172A JPH05326151A (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 薄膜ｅｌ素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3095172A JPH05326151A (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 薄膜ｅｌ素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05326151A true JPH05326151A (ja) | 1993-12-10 |
Family
ID=14130339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3095172A Pending JPH05326151A (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 薄膜ｅｌ素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05326151A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002246180A (ja) * | 2001-02-14 | 2002-08-30 | Tdk Corp | Ｅｌ素子 |
-
1991
- 1991-04-25 JP JP3095172A patent/JPH05326151A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002246180A (ja) * | 2001-02-14 | 2002-08-30 | Tdk Corp | Ｅｌ素子 |
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