薄膜电致发光元件及其制造方法技术

本发明专利技术的目的在于，解决利用溶液涂布烧成法、使用铅系介电体材料形成的多层介电体层薄膜电致发光元件产生的发光亮度降低和亮度不匀、发光亮度随时间变化的问题，在不提高成本的情况下提供得到高显示质量的薄膜电致发光元件及其制造方法，为了达到此目的，在具有电绝缘性的基板上形成具有图形的电极层，进而作为介电体层将通过反复数次进行溶液涂布烧成法形成的铅系介电体层和非铅系高介电常数介电体层层叠而构成多层结构，上述多层结构的介电体层的最表层为非铅系高介电常数介电体层。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于至少具有有电绝缘性的基板、在上述基板上具有图形的电极层、以及在上述电极层上层叠介电体层和发光层及透明电极层的结构的薄膜电致发光元件。所谓电致发光元件，是利用通过外加电场而使物质发光的现象即电致发光(EL)现象的元件。电致发光元件有，在有机物或搪瓷中分散粉末发光体、具有在上下设置电极层的结构的分散型电致发光元件，以及使用在电绝缘性的基板上以夹持在2个电极层和2个薄膜绝缘体之间的方式形成的薄膜发光体的薄膜电致发光元件。另外，就各个电致发光元件来说，按照驱动方式可分为直流电压驱动型和交流电压驱动型。分散型电致发光元件是早已知道的，具有制造容易的优点，但亮度低、寿命也短，因此它的利用受到限制。而薄膜电致发光元件具有高亮度、超长寿命的特性，因而近年来被广泛应用。图2示出作为以往的薄膜电致发光元件的具有代表性的2重绝缘型薄膜电致发光元件的结构。该薄膜电致发光元件，是在液晶显示器或PDP等中使用的青板玻璃板等透明基板(21)上层叠由膜厚约0.2μm～1μm的ITO等构成的、具有规定的条纹状图形的透明电极层(22)，薄膜透明第1绝缘体层(23)，约0.2μm～1μm膜厚的发光层(24)，薄膜透明第2绝缘体层(25)，再形成Al薄膜等电极层(26)，该Al薄膜等电极层与透明电极层(22)垂直地形成了条纹状图形，通过对由透明电极层(22)和电极层(26)构成的矩阵选择的特定发光体，选择性地施加电压，使特定像素的发光体发光，将此发光从基板侧取出。这样的薄膜绝缘体层具有限制流过发光层内的电流的功能，能够抑制薄膜电致发光元件的绝缘破坏，有助于得到稳定的发光特性，这种结构的薄膜电致发光元件在商业上已广泛实用化。上述的薄膜透明绝缘体层(23)、(25)，是利用溅射或蒸镀等，分别以约0.1μm～1μm的膜厚形成的Y2O3、Ta2O5、Al3N4、BaTiO3等透明介电体薄膜。作为发光体材料，从成膜的容易性、发光特性的观点考虑，主要使用显示黄橙色发光的添加了Mn的ZnS。为了制作彩色显示器，采用发光成红色、绿色、蓝色的3原色的发光体材料是必不可少的。作为这些材料，已知有蓝色发光的添加了Ce的SrS或添加了Tm的ZnS、红色发光的添加了Sm的ZnS或添加了Eu的CaS、绿色发光的添加了Tb的ZnS或添加了Ce的CaS等。另外，在月刊“ディスプレイ”(显示器)98年4月号《最近显示器技术动向》田中省著p1～10中，作为得到红色发光的材料，描述了ZnS、Mn/CdSSe等，作为得到绿色发光的材料，描述了ZnSTbOF、ZnSTb等，作为得到蓝色发光的材料，描述了SrSCr、(SrSCe/Zns)n、Ca2Ga2S4Ce、Sr2Ga2S4Ce等发光材料。另外，作为得到白色发光的材料，描述了SrSCe/ZnSMn等发光材料。进而，在IDW(International Display Workshop)’97X.Wu“Multicolor Thin-Film Ceramic Hybrid EL Displays”p593-596中描述了在上述材料中，将SrSCe用于具有蓝色发光层的薄膜电致发光元件。在该文献中还描述了，在形成SrSCe的发光层的场合，在H2S气氛下，如果利用电子束蒸镀法形成。就能够得到高纯度的发光层。但是，在像这样的薄膜电致发光元件中还残留结构上的问题。即，绝缘体层是以薄膜形成的，因而在制造大面积的显示器时，要做到完全没有透明电极的图形边缘的台阶高差部或由制造过程中产生的灰尘等引起的薄膜绝缘体的缺陷，是十分困难的，由于局部的绝缘耐压的降低。发生发光层的破坏。这样的缺陷作为显示器成为致命的问题，因此薄膜电致发光元件与液晶显示器或等离子体显示器相比，作为大面积的显示器，要想广泛的实用化还存在很大的问题。为了解决这样的薄膜绝缘体的缺陷产生的这种问题，在特开平7-50197号公报中或特公平7-44072号公报中公开了，作为基板使用电绝缘性的陶瓷基板，使用厚膜介电体代替发光体下部的薄膜绝缘体的薄膜电致发光元件。如图3所示，该薄膜电致发光元件形成在陶瓷等的基板(31)上，层叠下部厚膜电极层(32)、厚膜介电体层(33)、发光层(34)、薄膜绝缘体层(35)、上部透明电极层(36)的结构。这样，与图2所示的薄膜电致发光元件的结构不同，从与基板相反的上部侧取出发光体的发光，因而在上部构成透明电极层。在这种薄膜电致发光元件中，厚膜介电体层形成数十μm～数百μm的厚度，为薄膜绝缘体层的数百～数千倍的厚度。因此，电极的台阶高差或由制造过程的灰尘等形成的针孔引起的绝缘破坏是非常少的，具有能够得到高可靠性和制造时的高成品率的优点。另外，由于使用该厚膜介电体层，虽然产生外加在发光层上的实效电压降低的问题，但通过在介电体层使用高介电常数材料，该问题得到改善。但是，在厚膜介电体层上形成的发光层只有数百nm厚，为厚膜介电体层的1/100左右。因此，厚膜介电体层的表面必须达到发光层的厚度以下水平的平滑，但要使以通常的厚膜工艺制成的介电体表面要十分平滑是困难的。即，厚膜介电体层本质上以使用粉末原料的陶瓷构成，因此为了烧结成致密，通常发生30～40％左右的体积收缩。通常的陶瓷在烧结时发生3维的体积收缩而致密化，与此相反，在基板上形成的厚膜陶瓷的情况下，厚膜受基板的约束，因此沿基板的面内方向不能收缩，仅沿厚度方向发生1维的体积收缩。因此厚膜介电体层的烧结照样是不充分的，基本上成为多孔质体。另外，致密化的过程是具有一定粒度分布的粉末的陶瓷固相反应，因而容易形成异常晶粒长大或形成巨大孔洞等烧结异常。进而厚膜的表面粗糙度达不到多晶体烧结体的晶粒尺寸以下，因此即使没有上述那样的缺陷，其表面也将形成亚μm尺寸以上的凹凸形状。这样，如果介电体层表面的缺陷，或者膜质是多孔质或是凹凸形状，利用蒸镀法或溅射法在其上形成的发光层就追随表面形状，而不能均匀地形成。因此，在这样的基板的非平坦部上形成的发光层部不能有效地外加电场，因而有效发光面积减少，或由于膜厚的局部不均匀性，发光层部分地发生绝缘破坏，存在发光亮度降低的问题。进而，膜厚发生局部地大变动，因而外加在发光层上的电场强度发生局部地大波动，存在得不到明确的发光电压阈值的问题。因此，在以往的制造方法中，必须要通过研磨加工去掉厚膜介电体层表面的大凹凸，然后再通过溶胶凝胶过程去掉微细的凹凸的操作。但是，研磨显示器用等大面积基板从技术上是困难的，这是提高成本的因素。而且，增加溶胶凝胶过程更进一步提高了成本。另外，在厚膜介电体层上如果存在异常烧结点而不能以研磨去掉的大凹凸的场合，即使增加该溶胶凝胶过程，也不能处理掉，导致成品率降低。因此，以低成本制造由厚膜介电体形成没有发光缺陷的介电体层是极其困难的。另外，厚膜介电体层是采用陶瓷的粉末材料烧结工艺形成，其烧结温度高。即，烧成温度与通常的陶瓷相同，需要800℃以上，通常需要850℃，尤其为了得到致密的厚膜烧结体，需要900℃以上的烧成温度。作为形成这样的厚膜介电体层的基板，从耐热性和与介电体层的反应性的问题考虑，限定在氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷基板，难以使用廉价的玻璃基板。在上述的陶瓷基板作为显示器用的场合，以大面积具有良好的平滑性是必要的条件，但得到这样的条件的基板，本文档来自技高网...

【技术保护点】
薄膜电致发光元件， 至少具有有电绝缘性的基板、在上述基板上具有图形的电极层、以及在上述电极层上层叠介电体层和发光层及透明电极层的结构； 上述介电体层具有将通过一次或反复数次进行溶液涂布烧成法而形成的铅系介电体层和非铅系高介电常数介电体层叠层而形成的多层结构； 至少上述多层结构的介电体层的最表层是非铅系高介电常数介电体层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：白川幸彦，三轮将史，长野克人，
申请(专利权)人：威斯特姆公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]