JPH07122363A - エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 - Google Patents

エレクトロルミネッセンス素子の製造方法

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JPH07122363A
JPH07122363A JP5263687A JP26368793A JPH07122363A JP H07122363 A JPH07122363 A JP H07122363A JP 5263687 A JP5263687 A JP 5263687A JP 26368793 A JP26368793 A JP 26368793A JP H07122363 A JPH07122363 A JP H07122363A
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Japan
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Withdrawn
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JP5263687A
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English (en)
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Kazuhiko Sugiura
和彦 杉浦
Masayuki Katayama
片山  雅之
Nobue Ito
信衛 伊藤
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 スパッタ法を用いてEL素子の発光層を形成
する際に、発光中心元素を発光層中に効率よく添加し、
膜中組成の安定した薄膜を得ることを目的とする。 【構成】 絶縁性基板11上に第1電極12,第1絶縁
層13,発光層14,第2絶縁層15及び第2透明電極
16を、順次積層したエレクトロルミネッセンス素子の
製造方法であって、発光中心として希土類元素を添加し
たアルカリ土類金属硫化物から成る発光層をスパッタ法
で形成する際に、相対密度90%以上の焼結ターゲット
を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば計器類の自発光
型のセグメント表示やマトリックス表示、あるいは各種
情報端末機器のディスプレイなどに使用されるエレクト
ロルミネッセンス(Electroluminescence )素子(以
下、EL素子)の製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】従来、EL素子は、硫化亜鉛(ZnS)等
のII−VI族化合物に発光中心元素を添加した発光層に電
界を印加したときに発光する現象を利用したもので、自
発光型の平面ディスプレイを構成するものとして注目さ
れている。図4は、従来のEL素子10の断面構造を示
したものである。
【0003】EL素子10は、絶縁性基板であるガラス
基板1上に、光学的に透明なITO(Indium Tin Oxid
e)膜等から成る第1電極2、五酸化タンタル(Ta2
5)等から成る第1絶縁層3、発光層4、第2絶縁層5
および第2電極6を順次積層して形成されている。IT
O膜は、酸化インジウム(In23)に錫(Sn)をド
ープした透明導電膜で、従来より透明電極として広く使
用されている。
【0004】発光層4としては硫化亜鉛(ZnS)を母
体材料とし、発光中心としてマンガン(Mn)、テルビ
ウム(Tb)、サマリウム(Sm)を添加したものや、
硫化ストロンチウム(SrS)を母体材料とし発光中心
としてセリウム(Ce)を添加したものが使用される。
EL素子の発光色は母体材料と発光中心として添加され
る元素の組み合わせで決まり、硫化亜鉛(ZnS)を母
体材料とし、発光中心としてマンガン(Mn)を添加し
た場合には黄橙色、テルビウム(Tb)を添加した場合
には緑色、サマリウム(Sm)を添加した場合には赤
色、硫化ストロンチウム(SrS)を母体材料とし、発
光中心としてセリウム(Ce)を添加した場合には青緑
色が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の構造からなるE
L素子10の発光層4をスパッタ法で形成する場合に、
粉末もしくは焼結ターゲットが用いられる。粉末ターゲ
ットを用いた場合には、ターゲットの粉末表面のならし
具合等によってスパッタ中の異常放電、成膜レートの不
安定等の問題が生じるため、組成、膜質の安定した薄膜
を得ることは難しい。
【0006】一方、焼結ターゲットを用いた場合には、
再現性、制御性が粉末ターゲットより優れている。ここ
で、焼結ターゲットを用いたスパッタ法によるアルカリ
土類金属硫化物を発光層としたEL素子の製造方法とし
ては、例えば特開平4−36992号公報に記載されて
いる。
【0007】しかしながら、焼結ターゲットを採用した
としてもいまだ膜中組成の安定した発光層を得ることが
できなかった。即ち、焼結ターゲットの作製は焼結する
工程において焼結方法、焼結温度、焼結時間等の様々な
要因があり、特にアルカリ土類金属硫化物はその物質自
体不安定であるため、これらの要因によるターゲットの
焼結具合のばらつきが著しいためである。そのため同一
の割合でターゲット中に発光中心元素を添加し焼結した
場合でも、ターゲットの焼結具合によって発光層中に添
加できる発光中心元素の量が大きく異なってしまうとい
う問題が生じてしまうのである。
【0008】本発明は上述のようなスパッタ法を用いて
EL素子の発光層を形成する場合に、発光中心元素を発
光層中に効率よく添加し、膜中組成の安定した発光層を
得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】我々発明者らは、鋭意研
究した結果、焼結ターゲットを用いたスパッタ法を用い
て、発光中心元素を添加したアルカリ土類金属硫化物か
ら成る発光層を形成する際に、得られた発光層の組成の
安定度合いは、焼結ターゲットの相対密度に大きく起因
することをはじめて見出したのである。
【0010】そこで、上記課題を解決するための本発明
の第1の特徴として、絶縁性基板上に第1電極,第1絶
縁層,発光層,第2絶縁層及び第2電極を、少なくとも
光取り出し側の材料を光学的に透明なものにて順次積層
したエレクトロルミネッセンス素子の製造工程であっ
て、発光中心として希土類元素を添加したアルカリ土類
金属硫化物から成る発光層をスパッタ法で形成する際
に、相対密度90%以上の焼結ターゲットを用いること
である。
【0011】また、第2の特徴は、第1の特徴に加え
て、前記焼結ターゲット中に添加された発光中心元素の
仕込濃度が0.02at%から0.6at%の範囲であ
り、基板温度を300℃〜500℃で発光層を形成する
ことである。さらにまた、第3の特徴は、第1及び第2
の特徴に加えて、前記発光中心がセリウム(Ce)、ユ
ーロピウム(Eu)であることである。
【0012】
【作用】即ち本発明を用いることによって、焼結ターゲ
ットの中に添加した発光中心元素及びその他微量元素を
EL素子の発光層中に非常に効率よく添加できる。ま
た、本発明を用いた場合には、EL素子の発光層中の発
光中心元素の濃度は焼結ターゲット中に添加した発光中
心元素の濃度に比例するため、EL素子の発光層中の発
光中心元素の濃度を再現性良く制御することができる。
【0013】
【発明の効果】本願発明を採用することによって、スパ
ッタ法を用いてEL素子の発光層を形成する場合に、発
光中心元素を発光層中に効率よく添加し、膜中組成の安
定した発光層を得ることができる。
【0014】
【実施例】(実施例1)以下、本発明を具体的な実施例
に基づいて説明する。図1は本発明に係わるEL素子1
00の断面の模式図である。尚、図1のEL素子100
では矢印方向に光を取り出している。
【0015】薄膜EL素子100では、絶縁性基板であ
るガラス基板11上に順次、以下の薄膜が積層形成さ
れ、構成されている。尚、以下各層の膜厚はその中央の
部分を基準として述べている。絶縁性基板11上に第1
電極12として光学的に透明である酸化亜鉛(Zn
O)、第1絶縁層13として五酸化タンタル(Ta
25)を順次積層し、その上に発光層14としてセリウ
ム(Ce)を発光中心として添加した硫化ストロンチウ
ム(SrS)をスパッタ法で成膜した。その後、第2絶
縁層15として五酸化タンタル(Ta25)、第2電極
16として光学的に透明な酸化亜鉛(ZnO)を積層し
てEL素子を構成した。
【0016】次に、上述の薄膜EL素子100の製造方
法を以下に述べる。先ず、ガラス基板11上に第1透明
電極12を成膜した。蒸着材料としては、酸化亜鉛(Z
nO)粉末に酸化ガリウム(Ga23)を加えて混合
し、ペレット状に成形したものを用い、成膜装置として
はイオンプレーティング装置を用いた。
【0017】具体的には、上記ガラス基板11の温度を
一定に保持したままイオンプレーティング装置内を真空
に排気した後、アルゴン(Ar)ガスを導入して圧力を
一定に保ち、成膜速度が6〜18nm/minの範囲と
なるようなビーム電力及び高周波電力を調整し、成膜し
た。次に、上記第1透明電極12上に、五酸化タンタル
(Ta25)から成る第1絶縁層13をスパッタ法によ
り形成した。具体的には、上記ガラス基板11の温度を
一定に保持し、スパッタ装置内にアルゴン(Ar)と酸
素(O2)の混合ガスを導入し、1kWの高周波電力で
成膜を行った。
【0018】上記第1絶縁層13上に、硫化ストロンチ
ウム(SrS)を母体材料とし、発光中心としてセリウ
ム(Ce)を添加した硫化ストロンチウム:セリウム
(SrS:Ce)発光層14をスパッタ法により形成し
た。具体的には、上記ガラス基板11を500℃の高温
に保持し、スパッタ装置内にアルゴン(Ar)ガスに5
%の割合で硫化水素(H2S)を混合した混合ガスを導
入し、150Wの高周波電力で成膜した。
【0019】この時、本発明を用いた硫化ストロンチウ
ム(SrS)に0.15at%の割合でフッ化セリウム
(CeF3)を添加した相対密度96%の焼結ターゲッ
トを用いた。上記発光層14上に五酸化タンタル(Ta
25)から成る第2絶縁層15を上述の第1絶縁層13
と同様の方法で形成した。そして酸化亜鉛(ZnO)膜
から成る第2透明電極16を、上述第1透明電極と同様
の方法により、第2絶縁層15上に形成した。
【0020】各層の膜厚は、第1、第2透明電極12,
16が300nm、第1、第2絶縁層13,15が40
0nm、発光層14が800nmである。図2に実施例
1のEL素子の発光層中のセリウム(Ce)の濃度を示
す。図2の比較例1及び2はそれぞれ実施例1のEL素
子と同量のフッ化セリウム(CeF3) を添加した相対
密度86%及び相対密度70%の焼結ターゲットを用い
て、上記成膜条件で作製したEL発光素子の発光層中の
セリウム(Ce)の濃度である。
【0021】この図から分かるように実施例1のEL素
子の場合には、セリウム(Ce)をEL素子の発光層中
に効率よく添加できるが、比較例1及び2ではほとんど
添加することができない。特に、比較例2においては分
析装置の検出限界以下であった。 (実施例2,実施例3)次に焼結ターゲット中に添加し
たフッ化セリウム(CeF3) の濃度を変化させて、実
施例1と同様の方法でEL素子を作製した。
【0022】図3は焼結ターゲット中に添加したフッ化
セリウム(CeF3) の濃度を変化させて作製したEL
素子の発光層中のセリウム(Ce)の濃度である。この
時、実施例2として基板温度300℃および実施例3と
して500℃で発光層を形成した。図3に示す如く、基
板温度を高くすると発光層中のセリウム(Ce)の濃度
は増加する傾向にある。尚、図3に示す比較例3は相対
密度70%〜80%の焼結ターゲットを用いた場合であ
り、この時の基板温度は500℃である。
【0023】図3より、本発明を用いることによって、
焼結ターゲット中に添加したフッ化セリウム(CeF3)
の濃度に比例してEL発光層中のセリウム(Ce) 濃
度も増加するため、EL発光層中のセリウム(Ce) 濃
度を容易に制御することができることがわかる。それに
対して、相対密度70%〜80%の焼結ターゲットで
は、ターゲット中のフッ化セリウム(CeF3) の濃度
を変化させたにも関わらず、EL発光層中に発光中心で
あるセリウム(Ce) をほとんど添加することはできな
い。
【0024】表1に上記実施例及び比較例の発光結果を
示す。
【0025】
【表1】
【0026】相対密度90%以上の焼結ターゲットを用
いた場合で、基板温度500℃ではターゲット仕込量
0.02at%〜0.3at%、300℃では0.15
at%〜0.6at%の間でさらなる高輝度発光が確認
できた。特に基板温度500℃で発光層を形成した場合
には、発光層の結晶性も非常に良く、本実施例の中でも
より高輝度のEL素子が得られた。
【0027】表1から分かるように、本発明を用いるこ
とによって発光層中に発光中心元素を効率よく添加で
き、焼結ターゲット中の発光中心元素の仕込量を基板温
度と対応させて調節することによって、より高輝度を達
成することができる。以上説明したように、EL素子の
発光層をスパッタ法で形成する際に、本発明を用いるこ
とによって、発光中心元素を発光層中に非常に効率よく
添加でき、高輝度、かつ信頼性のあるEL素子を作製す
ることができる。
【0028】さらにまた、上記実施例においては、高密
度のターゲットを採用したので、高密度ターゲットは成
膜中にターゲットが割れにくく、成膜時のパーティクル
の発生も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体的な実施例に係わるエレクトロル
ミネッセンス素子の縦断面を示した模式図である。
【図2】実施例1に係わるエレクトロルミネッセンス素
子の発光層中のセリウム(Ce) の濃度を示した特性図
である。
【図3】実施例2,3に係わるエレクトロルミネッセン
ス素子の発光層形成に用いた焼結ターゲット中に添加し
たセリウム(Ce) の濃度と、発光層形成後の発光層中
のセリウム(Ce) 濃度を示した特性図である。
【図4】従来のエレクトロルミネッセンス素子の縦断面
を示した模式図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板(絶縁性基板) 2 第1透明電極(第1電極) 4 発光層 6 第2透明電極(第2電極) 10 EL素子(エレクトロルミネッセンス素子) 11 ガラス基板(絶縁性基板) 12 第1透明電極(第1電極) 14 発光層 16 第2透明電極(第2電極) 100 EL素子(エレクトロルミネッセンス素子)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性基板上に第1電極,第1絶縁層,
    発光層,第2絶縁層及び第2電極を、少なくとも光取り
    出し側の材料を光学的に透明なものにして順次積層した
    エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、 発光中心として希土類元素を添加したアルカリ土類金属
    硫化物から成る発光層をスパッタ法を用いて形成する場
    合に、相対密度90%以上の焼結ターゲットを用いるこ
    とを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前記焼結ターゲット中に添加された発光
    中心元素の仕込濃度が0.02at%〜0.6at%の
    範囲であり、基板温度を300℃〜500℃で発光層を
    形成することを特徴とする請求項1記載のエレクトロル
    ミネッセンス素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記発光層の発光中心がセリウム(C
    e)及びユーロピウム(Eu)であることを特徴とした
    請求項1記載のエレクトロルミネッセンス素子の製造方
    法。
JP5263687A 1993-10-21 1993-10-21 エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 Withdrawn JPH07122363A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5780966A (en) * 1995-04-20 1998-07-14 Nippondenso Co., Ltd. Electroluminescent device with improved blue color purity
JP2006528788A (ja) * 2003-07-24 2006-12-21 ペリコン リミテッド エレクトロルミネセントディスプレイの制御

Cited By (3)

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