JPH0679513B2 - 薄膜エレクトロルミネセンス素子の製造方法 - Google Patents

薄膜エレクトロルミネセンス素子の製造方法

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JPH0679513B2
JPH0679513B2 JP60295656A JP29565685A JPH0679513B2 JP H0679513 B2 JPH0679513 B2 JP H0679513B2 JP 60295656 A JP60295656 A JP 60295656A JP 29565685 A JP29565685 A JP 29565685A JP H0679513 B2 JPH0679513 B2 JP H0679513B2
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00Electroluminescent light sources
    • H05B33/12Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/14Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source
    • H05B33/145Arrangements of the electroluminescent material
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B33/00Electroluminescent light sources
    • H05B33/10Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of electroluminescent light sources

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、交流電圧を印加することによって高輝度に発
光が得られる薄膜エレクトロルミネセンス素子の製造方
法の改良に関する。
〔従来の技術〕
薄膜エレクトロルミネセンス(以後ELと記す)素子は、
発光センターを形成する活性物質としてMn、Cu、TbF3
の不純物を母材であるZnS、ZnSe等にドープした半導体
発光層に交流電界を印加してEL発光を得るものであり、
高輝度発光を得るために発光層の両面にY2O3、Si3N4、A
l2O3、TiO2等の誘電体薄膜で被覆した二重絶縁構造の薄
膜EL素子が一般的に知られている。この薄膜EL素子の一
例として、ZnS:Mn薄膜EL素子の基本構造を第5図に示
す。
第5図に基いて薄膜EL素子の構造を説明すると、ガラス
基板1上にIn2O3、SnO2等の透明電極2、さらにその上
に積層してY2O3、Si3N4、Al2O3、TiO2等からなる第1の
誘電体薄膜層3(以下誘電体層とする)がスパッタ又は
電子ビーム蒸着法等により重畳形成される。第1の誘電
体層3上には次にZnS:Mn焼結ペレットを電子ビーム蒸着
することにより、ZnS発光体薄膜層4(以下発光層とす
る)が形成される。この時、蒸着ペレットであるZnS:Mn
焼結ペレットには、活性物質となって発光中心を形成す
るMnが所定の濃度となるようにペレットが製作される。
ZnS発光体層4上には、さらに第1の誘電体層3と同様
の材質からなる第2の誘電体層5が積層される。最後に
第2の誘電体層5の上にAl等からなる背面電極6が蒸着
形成される。必要に応じて背面電極6は、パターンニン
グされる。この薄膜EL素子は、透明電極2と背面電極6
の間に交流電源7が接続される。
透明電極2と背面電極6の間に交流電圧を印加するとZn
S発光層4の両側の誘電体層3,5間に上記交流電圧が誘起
されることになり、従ってZnS発光層4内に発生した電
界によって伝導体に励起されかつ加速されて充分なエネ
ルギーを得た電子(以下ホットエレクトロンと呼ぶ)
が、直接Mn発光センターを励起し、励起されたMn発光セ
ンターが基底状態に戻る際にオレンジ色に発光を行う。
即ち高電界で加速された電子がZnS発光層4中の発光セ
ンターであるZnサイトに入ったMn原子の電子を励起し、
基底状態に落ちる時、約5800Åピークに幅広い波長領域
で強い発光を行う。
上記の如く構造を有した薄膜EL素子は、平面薄型デイス
プレイデバイスとして文字及び図形を含むコンピュータ
の出力表示端末機器その他種々の表示装置に文字、記
号、静止像、動画像等の表示手段として利用することが
できる。表示装置として用いられる薄膜EL素子において
は、透明電極2及び背面電極6が帯状に形成され、互い
に直交する様に配列されたマトリックス電極構造が採用
されており、透明電極2と背面電極6が平面図的に見て
交叉した位置が表示画面の1画画素に相当する。
薄膜EL素子を使用した表示装置は、従来のブラウン管
(CRT)と比較して動作電圧が低く、同じ平面型デイス
プレイデバイスであるプラズマディスプレイパネル(PD
P)と比較すれば重量や強度面で優れており、液晶(LC
D)に比較して動作可能温度範囲が広く、応答速度が速
い等の多くの利点を有している。また純固体マトリクス
型パネルであるため動作寿命が長いという優れた特徴を
有している。
さらに薄膜EL素子は、印加電圧の大きさによって発光輝
度を制御することが可能なため、同一パネル上で、ある
画素からある画素まで段階的に輝度変調をかけることも
可能である。例えば自動車用の回転計等に応用した場合
には、回転数が増大するにつれて輝度が増大し、運転者
に警告を与えるということも可能になる。
しかしながら、薄膜EL素子は一般的には第3図の曲線a
の如く、しきい値電圧Vthと呼ばれる電圧で発光輝度が
急激に増大するという特徴をもっているため、前記の如
く段階的に輝度変調をかけるにはその電圧の制御が非常
に困難となる。
また電圧の制御が可能であってもわずかな経時変化で電
圧−輝度特性が変化すると、輝度特性が急峻な場合に
は、段階的に輝度変調をかけることは困難となる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、従来の薄膜EL素子の電圧−輝度特性が非線型
で急峻である欠点を解消し、しきい値電圧以上では電圧
に対してより線型にすることにより前記の如く段階的に
輝度変調をかける場合に、その電圧の制御特性を容易に
することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで、本発明では、上記目的を達成するために、基板
上に形成された電極もしくは、この電極上に形成された
電極もしくは、この電極上に形成された誘電体薄膜に発
光体薄膜層を成膜した後、該発光体薄膜層に不活性ガス
あるいは酸素の少なくとも一種よりなる高エネルギー粒
子を照射するという技術手段を採用する。
〔作用〕
上記技術手段を採用することにより、発光体薄膜層は不
活性ガスあるいは酸素の少なくとも一種よりなる高エネ
ルギー粒子を照射されるため、発光体薄膜層中に供給さ
れるホットエレクトロンの加速が抑制され、輝度特性の
急激な立ち上がりが緩和される。
〔実施例〕
以下本発明を図に示す実施例に従って説明する。
第1図は本発明による一実施例を示す薄膜EL素子の構成
図である。図中において第5図と同一符号は同一内容を
示し、説明を省略する。第5図のものと違う点は、発光
層4を成膜した後、第2の誘電体層を形成する前に、発
光層4の表面に高エネルギー粒子が照射されるダメージ
層4aが形成されている点である。
第2図は、電子ビーム蒸着法を用いることによって発光
層4を成膜する場合の装置図を表わす。ベースプレート
11の上にベルジャー12が置かれ真空チャンバーを構成す
る。排気はベースプレート11の下部の排気口11aから真
空ポンプによって行われる。ハース13の中に発光層4を
成膜する蒸着材料14が置かれ、電子銃のフィラメント15
の電子ビームによって加熱される。基板ガラス16は基板
ホルダー17で固定される。基板ホルダー17は真空チャン
バーから電気的に絶縁されており、電流導入端子19bを
介して直流のバイアス電源21によって通常−300V/−120
0V程度の電圧が印加される。真空チャンバー内には放電
コイル18が設置されており、電流導入端子19aを介して
高周波電源20に接続れている。真空チャンバーのベース
プレートにはガス導入口22が設置されている。23はシャ
ッターである。
次に第2図に示す真空蒸着装置を使って、本発明による
薄膜EL素子の具体的製作手順を述べる。まずラス基板1
上に透明電極2、第1誘電体層3を通常の電子ビーム蒸
着法によって成膜した後、発光層4を構成する蒸着材料
14を電子銃のフィラメント15の電子ビームによって加熱
し、第1の誘電体層3の上に蒸着し、発光層4を形成す
る。
次にガス導入口22から所定の圧力になるまで(通常は0.
1〜10Pa程度)ガスを導入する。導入ガスは不活性ガス
(例えばAr、Ne、N2等)やO2が導入される。導入された
ガスは放電コイル18に接続された高周波電源20による高
周波放電によってイオン化する。基板ホルダー17は真空
チャンバーからは電気的に絶縁され、バイアス電源21に
よって負のバイアス電圧が印加される。このため、前記
イオン化されたガス原子は、基板ホルダー17に印加電圧
による電界で加速され、成膜が終った発光層4に衝突す
る。こうして発光層4の表面層4aは、上記ガスイオンの
照射をうける。そ後通常の電子ビーム蒸着法で第2の誘
電体層5、背面電極6を成膜し、第1図に示すEL素子を
得る。
次に、第3図を使って従来の方法で製作した薄膜EL素子
の発光輝度特性と本発明による薄膜EL素子の発光輝度特
性を比較して、本発明の効果を説明する。
第3図において、曲線aは通常の方法で製作し、発光層
4にイオン照射処理をしていない薄膜EL素子の発光輝度
特性で、しきい値電圧Vthで急峻に発光輝度が増大す
る。
曲線bは比較的低いバイアス電圧でイオン照射をした場
合の発光輝度特性で、イオン照射をしていない場合のa
に比べて、最高輝度はいくぶん低下するが、しきい値電
圧Vth以上ではなだらかに発光輝度が増大し、電圧に対
する発光輝度の関係が線型に近くなる。
曲線cはさらに高いバイアス電圧でイオン照射した場合
の発光輝度特性で、最高輝度はさらに低下するが、電圧
に対する発光輝度の線型関係がさらに良好になる。
上記のようにイオンビーム照射によって印加電圧に対す
る発光輝度の線型性は、次のように考えられる。電子ビ
ーム蒸着された発光層4は、成膜した後にイオンビーム
照射によって表面にダメージ層4aが形成される。このた
めダメージ層4aの結晶性は、照射されていない発光層4
に比べて低下する。従って、ダメージ層4aとその後に成
膜される第2の誘電層5の界面から発光層中に供給され
るホットエレクトロンの加速が抑制され、このため輝度
特性の急激な立上りが緩和され、発光輝度の線型性が改
善されると考えられる。
このようにイオン照射することで、電圧に対する発光輝
度がなだからに増大し、非線型な関係から線型な関係に
なる。このため、一連の表示画素の発光輝度を段階的に
変化させ、輝度変調をかける場合に、その印加電圧の制
御が非常に易になるという優れた特徴を有する。さらに
わずかな経時変化に対しても、発光輝度の安定性が良好
になるという優れた特徴も有する。
第2図は誘導放電を利用したイオン照射の例であるが、
第4図は容量放電を利用したイオン照射を使う第2実施
例を示す装置図である。図中において第2図と同一符号
は同一内を容示し、説明を省略する。
基板ホルダー17Aは、電流導入端子1aを介して高周波電
源20に接続されている。対向電極25は、ベースプレート
11に接続され接地されている。排気口11aより高真空度
に真空排気された後ガス導入口22よりAr,Ne,N2,O2等の
ガスが所定の圧力(通常0.1Pa〜10Pa程度)まで導入さ
れ、基板ホルダー17Aに高周波電圧が印加されると、対
向電極25との間で容量放電が始まる。この容量放電によ
って生じたイオンが基板ホルダー17Aに向かって加速さ
れ、基板ガラス16の上の発光層4をイオン照射する。
本実施例においても、第1の実施例と同様に電圧に対す
る発光輝度の関係がなだらかな線型になり、発光輝度を
段階的に輝度変調をかける場合に印加電圧の制御が容易
となる。また本発明による発光層の成膜後に行う高エネ
ルギー粒子による照射は誘電放電や容量放電によるイオ
ン照射に限定されることなく、公知の技術であるイオン
銃によるイオン照射やフイラメントによるイオン銃照射
によっても効果があるのは言うまでもない。
さらに本発明による薄膜EL素子は、二重絶縁構造の薄膜
EL素子に限定されることなく、MIS構造と呼ばれる薄膜E
L素子にも適用できることは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上述べてきたように、本発明は薄膜EL素子の発光層に
高エネルギー粒子を照射することで、電圧に対する発光
輝度の急峻さを改善してなだらかな線型関係にすること
で、発光輝度を段階的に輝度変調をかける場合の印加電
圧の制御性を良好にできるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明により発光層を高エネルギー粒子によ
る照射処理を行って製作した薄膜EL素子の構成図、第2
図は、第1図に示す薄膜EL素子と第5図に示す従来の薄
膜EL素子の電圧に対する発光輝度特性図、第3図および
第4図は本発明による薄膜EL素子を製作する場合の装置
の断面図、第5図は従来より製作されている代表的な二
重絶縁構造の薄膜EL素子の構成図である。 1……ガラス基板,2……透明電極,3,5……誘電体薄膜
層,4……発光体薄膜層,6……背面電極,4a……高エネル
ギー粒子による照射処理を行った発光体薄膜層,11……
ベースプレート,12……ベルジャー,13……ハース,14…
…蒸着ペレット,15……フィラメント,16……基板ガラ
ス,17……基板ホルダー,18……放電コイル,19a,19b……
電流導入端子,20……高周波電源,21……バイアス電源,2
2……ガス導入口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 正 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭51−138188(JP,A) 特開 昭53−126288(JP,A) 実開 昭56−78196(JP,U)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成された電極もしくは、この電
    極上に形成された誘電体薄膜層に発光体薄膜層を成膜し
    た後、該発光体薄膜層に不活性ガスあるいは酸素の少な
    くとも一種よりなる高エネルギー粒子を照射することを
    特徴とする薄膜エレクトロルミネセンス素子の製造方
    法。
  2. 【請求項2】前記高エネルギー粒子を照射する方法は、
    高エネルギーイオンを照射することを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の薄膜エレクトロルミネセンス素子
    の製造方法。
  3. 【請求項3】前記不活性ガスは、アルゴン(Ar),ネオ
    ン(Ne)および窒素(N2)であることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の薄膜エレクトロルミネセンス素
    子の製造方法。
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