JPS6244989A - 薄膜el素子 - Google Patents

薄膜el素子

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JPS6244989A
JPS6244989A JP60185331A JP18533185A JPS6244989A JP S6244989 A JPS6244989 A JP S6244989A JP 60185331 A JP60185331 A JP 60185331A JP 18533185 A JP18533185 A JP 18533185A JP S6244989 A JPS6244989 A JP S6244989A
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JP
Japan
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layer
thin film
film
insulating layer
light emitting
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JP60185331A
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English (en)
Inventor
布村 惠史
小山 信義
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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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) 本発明は発光表示装置や面光源として利用される交流駆
動型の薄膜EI、素子に係り、特に低電圧駆動、且つ高
信頼な薄膜BL累子に関するものである。
(従来技術) 第2図に代表的な交流駆動の薄膜HL素子の断面構造を
示す(ニス・アイ・ディ・74 ダイジェスト・オブ・
テクニカル・ヘー バー ス84 fA +5ID74
  digest of technical pap
ers)。
図に示すように前記薄膜EL素子は透明ガラス基板21
上にI T O膜やネサ膜からなる透明電極22、薄膜
下部絶縁体層23 、  ZnS : Mn +ZnS
 :TbF、薄膜等の発光層24.更にその上に薄膜上
部絶縁体層25.A/薄膜等の背面電極26からなる多
層薄膜構造を有している。この素子の両電極間に交流電
圧を印加することにより発光が得られるコこθ)発光は
2MV/cps程度の高電場により伝導帯に上げられ、
且つ高速に加速された発光層内の電子がMn等の発光中
心を衝突励起することにより生ずるものである。発光色
は発光中心0】励起状態と装底状態のエネルギー準位差
で決定される例えばMnでは黄撹色でありTbでは緑色
U)発光が得られる0また、第2図中の絶縁体層は直流
的に発光層に過大な電流が流れ素子が破壊することを防
ぐと共に、分極による電場が外部駆動の交流電場に重畳
される効果により発光効率の向上、電圧輝度特性の非線
型性の増大等の発光特性の改善をももたらしており、こ
の絶縁体層の採用によシ薄y&EI、素子が始めて実用
的なものとなった。絶縁体層としては従来からYIOH
A1205g 8isNi、T”t05sSm103+
 ’rio、、 BaTi01.8rTi03. Pb
Ti0.等の薄膜が真を#看やスパッタ法により形成さ
れ使用されている。
(発明が解決しようとする問題点) 交流駆動型の薄iEL素子にとって絶縁体層は非常に重
要であるoEL素子の動作特性上は絶縁体層はコンデン
サーとして等価回路的に理解される。即ち、両電極間に
印加された外部電圧は絶縁体層と発光層の各容量に反比
例して各々の層に分割印加される口従って絶縁体I−の
容量が小さい素子構成の場合は外部電圧が有効に発光層
に印加されないために非常に高い外部電圧が必要となる
0また、交流的に発光層内を流れ発光に寄与する′1流
は絶縁体層の容量に比例するために、絶縁体層の容量が
小さい場合は高輝度発光を得ることができない。従って
、絶縁体層の容量を大きくするととはEL水素子低電圧
駆動化、高輝度化にとって重要である。絶縁体層の大容
葉化の実現のために通常使用されているY、0.、 A
/llO,、St、N4等を極めて薄い膜厚とする方策
はBL水素子絶縁破壊が著しく発生するために不適当で
あり、誘′#L4の尚い材料で絶縁体層を構成すること
が好ましい。例えばスパッタ法により形成された約20
0の比誘電率を有するPb’l’i0B N膜を絶縁体
層として採用することにより低電圧駆動E L素子が実
現されることが報告されている(アイ・イー・イー・イ
ー・トランザクシ目ンズ・オン・エレクトロン・デバイ
スズ、  IEEETrans、 Electron 
DevicesED−28,P698(1981)、(
%開開56−45595)o l、かし、BL素子用と
して誘電率の高いPbTiOs膜をスパッタ法により形
成するためには前記の文献で報告されているようにスパ
ッタ成膜に伴なう組成ずれがあシ杏現性にとほしくまた
高誘電率の結晶相を得るためには600℃程度の非常に
高い基板温度が要求される0表示パネルとして必要な大
面積基板への成膜にとうては上述した問題は非常に厳し
いものであり、十分な生産性を実現することは困難であ
る。更に%pb’rio、 (7)スパッタ成膜により
基板ガラスの腐食やT T O透明電極の黒化等の問題
があり薄膜EL素子の絶縁体層として採用しにくいもの
であった。また、高誘電率であるために比較的厚い膜厚
のPbTiO3膜を採用したとしてもスパッタ等の成膜
法で作成した膜ではピンホール等の微小な欠陥を皆無に
することは困難であり、この欠陥部を核として通電によ
る素子破壊が生じやすい鴨肉があった0従りてPbTi
0m寺を代表とする高誘電率の薄膜を絶縁体層として採
用することはEL紫子特性上魅力のあるものであるが、
工業的に採用することは困難であった〇 そこでスパッタ法や蒸着法に代わり、有機金属、・・8
) 溶液の塗布、焼成によ′すpb’rto、等のTiを含
む高誘電率酸化物薄膜を下部絶縁体層として形成したE
I、素子を検討してきた。より具体的には、例えばPb
’rto、膜を絶縁体層とするものではテトラブトキシ
チタン: Tl(OC41(1)4と酸化鉛: PbO
とをTi/Pb比が1になるように秤取し、アセチルア
セトンに溶解反応させたPb’rtos形成前駆動溶液
を調整し、これをITO透明電極が形成されてなるガラ
ス基板に浸漬法やスピンコード、ローラコート、スプレ
ー法等で塗布し500℃程度の温度で加熱焼成する。−
回の工程で数100Xから2000X程度の膜が形成さ
れ、必要に応じて複数回これを繰り返えし所定の膜厚の
PbTiOs膜を得ることができる。このようにして作
成されたPbTi0.膜は200程度の誘電率を有して
いる0また溶液からの成膜であり、且つ複数回繰シ返し
塗布焼成を行なうためにピンホールのない下部絶縁体層
として良好な膜を得ることができる。この上にZnS:
lJnを蒸着法等で形成し、更にY、0.やTa101
等の上部絶縁体層、背面電極を形成して薄@EL素子を
得る。このようにして作成された薄膜EL素子は低電圧
で動作し%また絶縁破壊も生じにくい特長を有しており
、また成膜プロセス的にも大面積化、低コスト化に有利
なものである。
しかしながら上述の#膜EL素子の製造に際していくつ
かの問題が生じた0ひとつは特性改善のための発光層に
対する高温の熱処理が行なえないことである0通常、高
温で熱処理する程、発光輝度や発光開距電圧が抜書され
500〜600℃程度での熱処理がZnS:Mn発光層
形成後に実施されている口しかし有機金属溶液から形成
したPbTi0゜等の膜を下部絶縁体層とし発光層を形
成してから1IiIi温熱処理すると膜が黒化する現象
が見られ発光特性もかえって悪くなっていた。従って高
温熱処理はできず400℃程度が限度であり熱処理によ
る十分な特性改善が行なえなかった〇 更に上述のように作成したEL素子の乾燥雰囲気で行な
った長期の発光試験においても輝度が徐々に低下して行
く劣化が見られ実用上問題となっていた。
本発明は上述の諸問題を解決し低電圧駆動、高輝度発光
且つ信頼性の高いBL表示装置を提供することを目的と
している口 (問題点を解決するための手段) 本発明のftiMEL累子は有機金属の前駆体溶液を塗
布、加熱焼成することによりTiを含む高誘電率酸化物
薄膜を下部絶縁体層とした薄膜EL素子において該下部
絶縁体層と発光層の間にイオンの拡散を防止するだめの
酸化物薄膜等の介在層が形成されてなることを特徴とす
るものである。
(作用) 前駆体溶液の塗布焼成により作成されたPbTi0゜等
のTiを含む酸化物薄膜を下部絶縁体層とし、その上に
直接ZnS : Mn等の発光層n形成した構造のEL
素子において熱処理や長期間の稼動に伴彦う劣化の原因
はなんらかのイオン等の拡散反応によると思われる0絶
縁体層中の有機金属の熱分解反応でのCやC−H基等の
残渣や不純物、あるいは遊離した’ri−?Pb等のイ
オン、あるいは発光層からのZn等が拡散したものと思
われる硬こで本発明では下部絶縁体層と発光層の間に拡
散を防止(7)  ゛・ するための介在層を形成したものである。介在層として
はA/20as Yt01+ sio、 e 8i0s
 TatOse8mtO@ y 8 i −N等の酸化
物や窒化物が好ましい。また、介在層の厚さを厚くする
ことけ高誘電率のTiを含むC波化物薄膜を絶縁体層と
したことの利点を損なうものであり、介在層は不必賛に
厚くするべきではない0使用する材料により異なるが0
.01〜0.1μ程度が好ましい◎とのような介在層の
挿入により高温の熱処理によっても黒化が見られず発光
特性が向上し寿命特性も良好なものになった。
なそ、本発明は発光層を成膜した後に形成される上部絶
縁体層の有無や材料、構成により制限されるものではな
い〇 (実施例) 第1図に本実施例の薄膜El、素子の断面構造を示し、
以下に説明する。コーニング7059ガラス基板1.1
上にITOを約0.2ミクロン成膜し透明電極12を形
成した。テトラプトキシチタ/:Ti(QC,He)4
と酢酸鉛: P b (CI(、COO)、とをTi/
pb比が1になるように秤量しパラキシレン中において
130〜140℃に加熱し反応させ粉末状の反応生成物
: Pb−Ti01(QC4I(、)1を得た0これを
アセチルアセトンに溶解しP b T i Os換算濃
度12重ii % 0) PbTi0.形成前駆体溶液
を調整した0この溶液をローラーコーターにより前記基
板に塗布した。ついで500℃に保持されたトンネル炉
によプ加熱焼成した。500℃加熱温度の保持時間は約
30分間である。この塗布焼成工程を5回縁9返して厚
さ0.6ミクロンのPbTi0B膜の下部絶縁体Jd1
3を得た。この膜の比誘電率は約200であり薄膜とし
ては大きな誘電率が実現されていた0次に介在層14と
して8i、N、の焼結体ターゲットをもちいてスパッタ
法によF)Sr−N膜を0.02ミクロン形城した◎そ
の後、Mnを1モルチ含んだZnS:Mnn層膜真空蒸
着法により0.3ミクロンの厚さに成膜し発光層15と
した後、550℃で2時間Ar中での熱処理を行なった
■熱処理による膜の黒化けなく、介在層の有効性を示し
ていた。
次にYlo、を0.15ミクロン上部絶縁体It116
として形成し、更にAI!の蒸着により背面電極を形成
し本実施例の薄gBL素子を得た口 本実施例の素子は従来の介在層がなく400℃以下で熱
処理された試料より40−以上高輝度であった。また、
介在層が薄いために発光開始電圧の上昇はムく、かえっ
て高温熱処理の効果により数V程度低下させることがで
きた。また、寿命試験においても輝度の低下は少なく良
好な特性を示した。
以上0】ような介在層の効果はSt −N膜以外に’1
’a10gやAltOB、8i01、あるいはこれらの
複合酸化物やYIO@18mg(%等でも同様であった
0ま先発光層としてZnS:Mn以外にZnSe : 
Mn +ZnS aTbF、等を使用した場合でも同様
に効果があった。
fLを、本実施例では第1図に示したように2重絶縁型
の素子に関して述べたが、上部絶縁体層を取りさった片
絶縁型構造の素子に関しても同様に有効である。
C発明の効果) 本発明によシ、有機金属を含む前駆体溶液を塗布、加熱
焼成して高誘電率のTiを含む酸化物薄膜を下部絶縁体
層とする薄膜EL素子の発光特性。
寿命特性が改善された0これにより低電圧駆動で高信頼
な薄膜EL表示装置が実現される0
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の薄1digL素子の断面構造
を示したものであり、第2図は一般的な従来の薄J[E
L素子を示したものである口11.21・・・ガラス基
板、12.22・・・透明電極、13・・・下部絶縁体
層(前駆体溶液から形成されたTiを含む酸化−,23
−・・下部絶縁体層、14・・・介在層、15.24・
・・発光層、16.25・・・上部絶縁体層、17.2
6・・・背面電極ロオ 1 図 一躬 72図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  少なくとも一方が透光性を有する一対の電極間にZn
    S:MnやZnS:TbF_3等の薄膜発光層と該発光
    層の片側あるいは両側に絶縁体層を挾持してなり、該絶
    縁体層のうち少なくとも発光層に先立って形成される下
    部絶縁体層が有機金属の前駆体溶液の塗布、加熱焼成に
    より成膜されたTiを含む高誘電率酸化物薄膜からなる
    薄膜EL素子において該下部絶縁体層と発光層の間に酸
    化物や窒化物等の絶縁体の介在層を設けた構造を有する
    ことを特徴とする薄膜EL素子。
JP60185331A 1985-08-22 1985-08-22 薄膜el素子 Pending JPS6244989A (ja)

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