JPS6255895A - 交流駆動エレクトロルミネツセント・デバイス - 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、エレクトロルミネッセント・デバイス（以下
、ＥＬデバイスという）に関する。

さらに詳しくは、■−■族化合物多結晶薄膜の少なくと
も片側にラングミュア・ブロジェット膜を設けた交流駆
動ＥＬデバイスに関する。

［従来の技術拳発明が解決しようとする問題点］電子機
器の軽薄短小化や表示品質の向上などの社会的要請のも
と、ＥＬデバイスの研究が活発に行なわれている。

最近、ＭｎをドープしたＺｎＳ発光層の両側を絶縁層（
誘電体層）でサンドウィッチした高輝度で寿命の長い、
いわゆる二重絶縁構造の薄膜ＥＬデバイスが開発され、
実用化されてきている。

しかしながら、二重絶縁構造の薄膜ＥＬデバイスは２０
０ｖ程度の高い交流電圧を必要とするため、専用の高耐
圧ＩＣを用いなければならないという実用上の問題があ
る。

このような問題を解決して駆動回路を単純化するため、
低電圧下で駆動しうる薄膜ＥＬデバイスの開発が望まれ
ており、チタン酸鉛のような強誘電体を使用することに
よって６０ｖ程度まで動作電圧を下げうろことが報告さ
れている（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　
Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｌｅｓ　Ｖｏｌ。

２０（１９８１）、５ｕｐｐｌｅＩｌｅｎｔ　２０−１
　ｐｐ２１５−２２０）。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、所望されているような５０Ｖ以下で駆動
させうるＥＬデバイスは実現されておらず、このことが
ＥＬデバイスの普及をおくらせている。

ｒ問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記のごとき実情に鑑み、低電圧で駆動させ
ることができる高輝度の■−■族化合物多結晶薄膜交流
駆動デバイスをうるためになされたものであり、付活剤
でドープされているＩＩ−Ｖｌ族化合物多結晶薄膜の少
なくとも片側にラングミュア・ブロジェット膜（以下、
ＬＢ膜という）を設けてなる交流駆動ＥＬデバイスに関
する。

［実施例］ 本発明に用いる■−■族化合物多結晶薄膜とは、周期律
表■　族または■８族に属する元素人 と■８族に属する元素とから選ばれた少なくとも１種づ
つの元素の組合わせによってできる■・ 一■族化合物からなる多結晶薄膜のことである。

前記、■−■族化合轡は固溶体として存在しうるので、
上記化谷物の元素を他の元素でおきかえた固溶体も本発
明に用いうる。たとえばＺｎの一部をＣｄで置きかえた
ＺｎｙＨＣｄ＋−１ｔｓ（０＜　ｘ　＜　１　）やＳの
一部をＳｅで置きかえたＺｎ５ｘ’　Ｓｅ＋イ（０くｘ
’＜１）など、さらにはＺｎｚ　Ｃｄｔ−ｚ　Ｓｙ　５
ｅｔ−ｙ　（０くｙく１．０＜ｚ＜１）などである。ま
た、これら■−■族化合物には非化学量論的組成のずれ
が存在しうるので、■族元素：■族元素の比が必ずしも
１でないようなものも本発明の範囲から除かれるもので
はない。

通常、ＩＩ−Ｖｌ族化合物多結晶薄膜は、）４ｎ）　Ｃ
ｕｓＡｇなどやＴｂｓ　Ｓｍ、Ｅｒ５ＨＯ％　Ｐｒｓ　
Ｔｍなどのような希土類金属、ＴｂＦ３、ＳｍＰ３、Ｅ
ｒＦ３、ＨｏＰ３、Ｐｒｈ、ＴａＦ５などのような希土
類フッ化物からなる付活剤でドープされており、さらに
要すればハロゲンイオンやＭなどの３価金属の塩のよう
な共付活剤を含有してもよい。

このようにＩＩ−Ｖｌ族化合物多結晶薄膜に付活剤をド
ープすることによって、赤、緑、青、黄、黄橙などの種
々の発光をうることができる。このとき、マトリックス
である■−■族化合物は可視光領域の光を吸収しないよ
うに、ｎ−ｖｔ族化合物としてバンドギャップの大きい
、できれば２．５θＶ以上のものを選択することが好適
である。このようなＩＩ−Ｖｌ族化合物としては、たと
えばＺｎＳ　ｓ　ＺｎＳｅのほか、ＺｎＯ、ＣａＳ　ｓ
　ＳｒＳなどがあげられるが、発光効率が高いという点
からするとＺｎＳ　ｓ　ＺｎＳｅが好ましい。

ドープする付活剤の量はＩＩ−ＶＩ族化合物多結晶薄膜
１００部（重量部、以下同様）当り　０．０１〜７部、
好ましくは０．２〜３部であり、共付活剤は好ましくは
０．０１〜３部、より好ましくは０．０５〜１部である
。前記不活剤の量が０．０１部未満になると発光に寄与
する活性点の濃度が低く、有効な発光かえられず、７部
をこえると活性点の濃度が高すぎ飽和現象がおこったり
、■−■族化合物多結晶薄膜の結晶性の低下を生じる傾
向があり、いずれも好ましくない。また共付活剤の量も
上記の範囲をこえると、付活剤のばあいと同じ理由で望
ましくない。

このような付活剤や共付活剤をドーピングする方法には
とくに制限はなく、通常の方法が採用されうる。

本発明におけるＩＩ−Ｖｌ族化合物の薄膜の形成法には
とくに限定はなく、たとえば蒸着法、ス　　゛バッタ法
、スプレーパイロリシス法、塗布法、ＣＶＤ法（化学的
気相成長法）　、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）
　、ＭＢＥ法（分子線エピタキシ法）　、ＡＬＥ法（原
子層エピタキシ法）などを利用した薄膜形成法によって
基板上に形成される。

本発明に用いるＩＩ−ＶＩ族化合物の結晶形は、六方晶
系、立方晶系あるいはそれらが混合した形などで存在し
うるが、いずれのものも使用しうる。さらに前記多結晶
薄膜は、各種雰囲気で熱処理することによって結晶性な
どの物性が改善されることが知られているので、薄膜形
成後に熱処理して使用してもよい。

本発明に用いる多結晶薄膜は多数の小結晶がいろいろの
方位をもって集合してできた結晶質の薄膜であるが、小
結晶の方位の分布に規則性があり、繊維構造や柱状構造
をもっていることが望ましい。多結晶薄膜の厚さについ
てはとくに限定はないが、通常ｌＯ′０人〜１ＯＩｓ程
度であり、低電圧化のためには薄い方が望ましく、多結
晶薄膜の結晶性や絶縁強度が厚い方がよくなる点を考え
あわせると０．１〜８−程度、さらには０．１−１．０
ｐ程度が好適である。

つぎに、基板および電極について説明する。

基板にはとくに限定はなく、ガラス、アルミナ、石英な
どの一般的な基板材料からなる基板のほか、金属板、金
属製ホイル、プラスチック板、プラスチックフィルム、
■族半導体、ｍ−Ｖ族化合物半導体、多結晶ウェハーな
どが使用されうる。

電極としては、アルミニウム、金、銀、白金、パラジウ
ム、インジウム、ｌｎ−Ｈｇ　、　Ｉｎ−Ｇａなどのほ
か、酸化錫や酸化錫・インジウム（ＩＴＯ）などの透明
電極などを使用しうるが、発光を取り出すために少なく
とも一方の電極は半透明または透明な電極であることが
必要である。実用上はネサガラスやＩＴＯガラスなど透
明電極付き基板を用い、背面電極としてＭ、Ｔ１、Ｎｉ
−Ｃｒなどからなる金属電極を用いることが望ましい。

もちろん両側の電極とも透明電極を用いてもよい。

またデバイスを表示デバイスとして使用するばあいには
、一般に行なわれれているようにこれら２つの電極（透
明電極および背面電極）をパターン化して用いてもよい
。

つぎに本発明に用いるＬＢ膜について説明する。

ＬＢ膜を形成する物質としては、典型的なＬＢ膜形成物
質である高級脂肪酸のはかω−トリコセン酸、α−オク
タデシルアクリル酸、ステアリン酸ビニルエステルのよ
うな重合可能な不飽和脂肪酸、高級脂肪酸のエステル、
さらには次式： ％式％ （式中、ｍ％ｎはｍ＋ｎがＩＢ〜２５を満足する正の整
数であり、たとえばｍ−８，９、ｎ−８あるいはｍ−Ｌ
Ｌ、１３、ｎ−８が例示される）で示されるジアセチレ
ン誘導体などの中から選ぶことができる。本発明者らが
先に特許出願している特願昭５９−２５７１１１１号明
細書に記載したＣｎ　　ＨＳｌ　＋、＋ＣｍＨ２，Ｃ＝
Ｃ−Ｃ＝Ｃ−ＣｎＨ２ｎ　ＣＯＯＨ （式中、ｆｌ　％　ｍ　％　ｎ≧０．８≦４７＋ｍ＋ｎ
≦２５である）で示されるベンゼン環を含んだジアセチ
レン誘導体も使用しうる。さらに重合性官能基をもつも
のを用いたばあいには、水面上であるいは累積後各種放
射エネルギーによって重合することが知られており、こ
のようにして生成した重合膜を使用してもよい。さらに
はポリ酸、ポリアルコール、ポリペプチド、ボ、リシッ
フ塩基のような高分子化合物も、ＬＢ膜として成膜しう
るちのであれば本発明のＥＬデバイスに用いうる。もち
ろん前記のようなＬＢ膜を、水にＢａ％Ｃａｓ　Ｃｄｑ
　００％　Ｍｎ％Ｐｂなどの金属イオンを含有させるこ
とによって金属塩として形成させてもよい。

つぎにＬＢ膜の製法について説明する。

ＬＢ膜は膜を形成する物質を水面上に展開し、水面上に
展開された物質を一定の表面圧で圧縮して単分子膜を形
成し、その膜を基板上に移しとる方法（ラングミュア・
ブロジェット法）で製作しうる。このほか水平付着法、
回転円筒法などの方法（新実験化学講座第１８巻、界面
とコロイド、４９８〜５０Ｂ頁）などでも製作しうる。

このような通常行なわれている方法であればとくに限定
されることなく適用しうる。

本発明のＥＬデバイスの実施態様の代表例として次の２
つの実施態様があげられる。

１つは、基板側の電極上にＩＩ−ＶＩ族化合物多結晶薄
膜を形成し、必要な熱処理を施したのちＬＢ膜を設け、
その上に電極を設けたちのモある。もう１つは、基板側
電極とＩＩ−Ｖｌ族化合物多結晶薄膜との間にもＬＢ膜
を設けたものである。しかしながら、後者のばあいには
、ＬＢ膜を■−■族化合物多結晶薄膜形成時の熱に耐え
られるものの中から選ぶ必要がある。

本発明の効果である低電圧化と高輝度化をはかるために
は、ＬＢ膜は２０〜２０００人、好ましくは２５〜１０
００人の膜厚であることが好ましいが、本発明に用いら
れるラングミュア・ブロジェット法によると、上記の範
囲の厚さの膜を作製することが、使用する膜物質やＬＢ
膜を付着する回数を変えることにより容易になしうる。

このようにしてＩＩ−ＶＩ族化合物多結晶薄膜と金属電
極との間に、通常使用される絶縁膜である厚さ　０．２
〜０．５虜のものより薄いＬＢ膜を設けたＥＬデバイス
を作製することができる。

ＬＢ膜の厚さが薄いため、絶縁層での電圧降下が少なく
なり、低電圧で駆動させうる高輝度のＥＬデバイスが実
現されると考えられる。

つぎに本発明のＥＬデバイスを実施例にもとづきさらに
詳しく説明する。

実施例１および比較例１ シート抵抗１５Ω／口、可視光透過率的８０％のＩＴＯ
ガラス（保谷硝子■製のＮＡ−４０ガラス）を、第１図
に示すように１３＋ｕ＋Ｘ　３９ｍｍのガラス基板（１
）の表面に８＊ｓ　Ｘ　３９ｍ＋ａの大きさのＩＴＯ電
極（２）が残るようにエツチングしたのち、その上にス
プレーパイロリシス法でＭｎをドープしたＺｎＳ層（以
下、ＺｎＳ　（Ｍｎ）１ｍという）を形成させた。なお
ＺｎＳ（Ｍｎ）層の形成においてはＺｎ二Ｓ　：　Ｍｎ
−１：２．４：　　０．０５　　（原子比）になるよう
ニｚｎｃＩ２、チオウレア、ＭｎＣ＃ｚを添加した水溶
液を使用した。基板温度は４００℃であった。

えられたＺｎＳ（Ｍｎ）薄膜は（ｉｌｌ）方向に優先配
向した多結晶膜で、約０．５．ｃａａの厚さであった。

えられた薄膜を窒素気流下、４５０”Ｃで１時間熱処理
したのち、該薄膜上に２１層のステアリン酸カドミウム
層（膜厚５２５人）を、Ｃｄ　　濃度４ＸＩＯ″″４、
ｐｉ約８．２、表面圧、累積スピードがそれぞれ２５ｄ
ｙｎｅ／　ｃｍ、１０ｍ＊／ａ＋ｉｎなる条件の一般的
なラングミュア・ブロジェット法により累積させた。そ
ののち１日乾燥させて、３ｉａ　Ｘ　１１ｇａ＋のアル
ミニウム電極（３）をＩＴＯパターンと交差するように
、第１図に示すように蒸着させて設け、デバイスを作製
した。

なお第１図はｉ　Ｔ　Ｏ電極とアルミニウム電極との関
係を示す説明図であり、第２図はえられたデバイスの断
面説明図である。図中の（４）はＺｎＳ（Ｍｎ）層、（
５）はＬＢ膜である。

えられたデバイスに交流電圧（周波数６０Ｈｚ）を印加
すると、しきい値電圧１５ｖ１輝度３ｆＬ（３０■）で
黄橙色の光を発した。

比較のためにラングミュア・ブロジェット膜を設けない
ほかは実施例１と同様にして作製したデバイスを用いて
評価したところ、しきい値電圧２５Ｖ１輝度０．０４　
ｆ’Ｌ（５０Ｖ）　テあった。

実施例２および比較例２ 実施例１と同様にパターン化したＩＴＯガラ又上に０．
７重量％のＭｎを含むＺｎＳをターゲットとして用い、
電子ビーム蒸着法でＺｎＳ（Ｍｎ）　ａｔを形成した。

蒸着時の圧力は約Ｉ　Ｘ　１ｏ−６ｔｏｒｒ、基板温度
は約１７０℃、成膜速度は約１０人／ｓｅｅであった０ えられたＺｎＳ（Ｍｎ）薄膜は（Ｉｌｌ）方向に優先配
向した多結晶膜で厚さは約０．３μｍであった。

えられたＺｎ５（Ｉｎ）薄膜を窒素気流下、６００℃で
１時間熱処理したのち、実施例１と同様にして１０１層
のステアリン酸カドミウム層を形成し、１日乾燥させて
、実施例１と同様にアルミニウムをＩＴＯと交差するよ
うに蒸着させてデバイスを作製した。

えられたデバイスを実施例１と同様にして測定したとこ
ろ、しきい値電圧は２５Ｖ、最高輝度は８　ｆＬ　（３
２Ｖ）で黄橙色の光を発した。

比較のためにラングミュア・ブロジェット膜を設けない
ほかは実施例２と同様にして作製したＭＳ構造のデバイ
スは、約１５Ｖで絶縁破壊し、発光しなかった。

実施例３および比較例３ 実施例１と同様にパターン化したＩＴＯガラス上にＴｂ
Ｆ３を約２重量％含んだＺｎＳスパッタリング用ターゲ
ットを用い、基板温度１５０℃、高周波電力的Ｉ　１７
ｃｍ２、アルゴンガス圧１Ｏ−２ｔｏｒｒの条件で約０
．３μ偲の薄膜を形成した。

実施例１と同様にして熱処理し、１０１層のステアリン
酸カドミウム層を形成し、アルミニウム電極を設け、旧
Ｓ構造のデバイスを作製した。

えられたデバイスは、しきい値電圧３０Ｖ１最高輝度４
ｒＬ　　（３５Ｖ）で緑色の光を発した。

比較のためにラングミュア・ブロジェット膜を設けない
ほかは実施例３と同様にして作製したＭＳ構造のデバイ
スは、しきい値電圧が２８Ｖであったが、３０Ｖでブレ
イクダウンし、発光しなかった。

［発明の効果］ 以上のようにラングミュア・ブロジェット膜を付活剤で
ドープされたＩＩ−Ｖｌ族化合物多結晶薄膜と電極との
間に設けることにより、低電圧下、高輝度で発光する本
発明の交流駆動エレクトロルミネッセント・デバイスか
えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はいずれも本発明のデバイスに関す
る図面であり、第１図は実施例１のデバイスにおけるＩ
ＴＯ電極とアルミニウム電極との関係を示すための説明
図、第２図は実施例１でえられたデバイスの断面に関す
る説明図である。 （図面の主要符号） （４）　；　Ｚ’ｎＳ（Ｍｎ）層 （５）　：　Ｌ　Ｂ膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　１　付活剤でドープされている　−　族化合物多結晶
   薄膜の少なくとも片側にラングミュア・ブロジェット膜
   を設けてなる交流駆動エレクトロルミネッセント・デバ
   イス。 　２　　−　族化合物多結晶薄膜が付活剤および共付活
   剤でドープされている特許請求の範囲第１項記載の交流
   駆動エレクトロルミネッセント・デバイス。 　３　　−　族化合物がＺｎＳまたはＺｎＳｅである特
   許請求の範囲第１項記載の交流駆動エレクトロルミネッ
   セント・デバイス。 　４　付活剤がＭｎである特許請求の範囲第１項記載の
   交流駆動エレクトロルミネッセント・デバイス。