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JP2002216954A - Thin film el element and its manufacturing method - Google Patents

Thin film el element and its manufacturing method

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Publication number
JP2002216954A
JP2002216954A JP2001351837A JP2001351837A JP2002216954A JP 2002216954 A JP2002216954 A JP 2002216954A JP 2001351837 A JP2001351837 A JP 2001351837A JP 2001351837 A JP2001351837 A JP 2001351837A JP 2002216954 A JP2002216954 A JP 2002216954A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
dielectric layer
lead
film
dielectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001351837A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukihiko Shirakawa
幸彦 白川
Masashi Miwa
将史 三輪
Katsuto Nagano
克人 長野
Yoshihiko Yano
義彦 矢野
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.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to JP2001351837A priority Critical patent/JP2002216954A/en
Publication of JP2002216954A publication Critical patent/JP2002216954A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film EL element and its manufacturing method in which a highly displaying quality is obtained without yielding a high cost wherein problems that the reduction of light-emitting luminance, unevenness of the luminance and time-changes of the luminance of the thin film EL element occur are solved wherein a multi-layer dielectric layer is formed by solution coating and baking method using lead series dielectric materials. SOLUTION: This has a multi-layer structure wherein an electrode layer having patterns is formed on the electric insulating substrate, and further wherein the lead series dielectric layer and a non-lead series high dielectric constant dielectric layer are formed by repeating the solution coating and baking method for plural times and laminated as the dielectric layer, and the foremost front layer of the dielectric layer of the multi-layer structure is made to be the non- lead series high dielectric constant dielectric layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】電気絶縁性を有する基板と前
記基板上にパターンを有する電極層と前記電極層上に誘
電体層と発光層及び透明電極層が積層された構造を少な
くとも有する薄膜EL素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film EL device having at least a structure having an electrically insulating substrate, an electrode layer having a pattern on the substrate, a dielectric layer, a light emitting layer and a transparent electrode layer laminated on the electrode layer. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】EL素子は液晶ディスプレイ(LCD)
や時計のバックライトとして実用化されている。EL素
子とは電界の印加によって物質が発光する現象、すなわ
ち、エレクトロルミネセンス(EL)現象を用いた素子
である。
2. Description of the Related Art An EL element is a liquid crystal display (LCD).
It is used as a backlight for watches and watches. An EL element is an element using a phenomenon in which a substance emits light when an electric field is applied, that is, an electroluminescence (EL) phenomenon.

【0003】EL素子には、粉末発光体を有機物やホウ
ロウに分散させ、上下に電極層を設けた構造を持つ分散
型EL素子と、電気絶縁性の基板上に2つの電極層と2
つの薄膜絶縁体の間に挟む形で形成した薄膜発光体を用
いた薄膜EL素子がある。また、それぞれについて、駆
動方式により直流電圧駆動型、交流電圧駆動型がある。
分散型EL素子は古くから知られており、製造が容易で
あるという利点があるが、輝度が低く寿命も短いのでそ
の利用は限られていた。一方、薄膜EL素子は、高輝
度、超寿命という特性を持つことから近年広く利用され
ている。
[0003] The EL element includes a dispersion type EL element having a structure in which a powder luminous body is dispersed in an organic substance or an enamel, and an electrode layer is provided on the upper and lower sides, and two electrode layers are formed on an electrically insulating substrate.
There is a thin-film EL element using a thin-film luminous body formed between two thin-film insulators. Further, there are a DC voltage driving type and an AC voltage driving type depending on the driving method.
Dispersion-type EL elements have been known for a long time and have an advantage of being easy to manufacture, but their use is limited because of their low luminance and short life. On the other hand, thin-film EL elements have been widely used in recent years because of their characteristics of high luminance and long life.

【0004】図2に従来の薄膜EL素子として代表的な
2重絶縁型薄膜EL素子の構造を示す。この薄膜EL素
子は、液晶ディスプレイやPDP等に用いられている青
板ガラスなどの透明基板(21)上に膜厚0.2μm 〜
1μm 程度のITOなどからなり所定のストライプ状の
パターンを有する透明電極層(22)、薄膜透明第1絶
縁体層(23)、0.2μm〜1μm程度の膜厚の発光
層(24)、薄膜透明第2絶縁体層(25)とが積層さ
れ、さらに透明電極層(22)と直交するようにストラ
イプ状にパターニングされたAl薄膜等の電極層(2
6)が形成され、透明電極層(22)と電極層(26)
で構成されるマトリックスで選択された特定の発光体に
電圧を選択的に印加することにより特定画素の発光体を
発光させ、その発光を基板側から取り出す。このような
薄膜絶縁体層は発光層内を流れる電流を制限する機能を
有し薄膜EL素子の絶縁破壊を抑えることが可能であり
安定な発光特性が得られることに寄与し、この構造の薄
膜EL素子は商業的にも広く実用化されている。
FIG. 2 shows the structure of a typical double-insulation type thin film EL device as a conventional thin film EL device. This thin film EL element is formed on a transparent substrate (21) such as blue plate glass used for a liquid crystal display, a PDP, or the like, in a thickness of 0.2 μm to 0.2 μm.
A transparent electrode layer (22) made of ITO of about 1 μm and having a predetermined stripe pattern, a thin transparent first insulator layer (23), a light emitting layer (24) having a thickness of about 0.2 μm to 1 μm, a thin film An electrode layer (2) such as an Al thin film, which is laminated with a transparent second insulator layer (25) and patterned in a stripe shape so as to be orthogonal to the transparent electrode layer (22).
6) is formed, the transparent electrode layer (22) and the electrode layer (26)
By selectively applying a voltage to a specific luminous body selected by the matrix composed of the above, the luminous body of the specific pixel emits light, and the luminescence is extracted from the substrate side. Such a thin-film insulator layer has a function of restricting a current flowing in the light-emitting layer, can suppress dielectric breakdown of the thin-film EL element, and contributes to obtaining stable light-emitting characteristics. EL elements have been widely and practically used commercially.

【0005】上記の薄膜透明絶縁体層(23),(2
5)はY23 、Ta25 、Al34,BaTiO3
等の透明誘電体薄膜がスパッタリングや蒸着等により約
0.1〜1μm程度の膜厚でそれぞれ形成されている。
The above-mentioned thin film transparent insulator layers (23), (2)
5) is Y 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Al 3 N 4 , BaTiO 3 ,
The transparent dielectric thin film is formed to a thickness of about 0.1 to 1 μm by sputtering or vapor deposition.

【0006】発光体材料としては黄橙色発光を示すMn
を添加したZnSが、成膜のしやすさ,発光特性の観点
から主に用いられてきた。カラーディスプレーを作製す
るには、赤色,緑色、青色の3原色に発光する発光体材
料の採用が不可欠である。これらの材料としては青色発
光のCeを添加したSrSやTmを添加したZnS、赤
色発光のSmを添加したZnSやEuを添加したCa
S、緑色発光のTbを添加したZnSやCeを添加した
CaSなどが知られている。
As a light emitting material, Mn which emits yellow-orange light is used.
ZnS to which is added has been mainly used from the viewpoint of ease of film formation and light emission characteristics. In order to produce a color display, it is indispensable to use a luminescent material which emits light in three primary colors of red, green and blue. Examples of these materials include ZnS to which SrS or Tm to which blue light emitting Ce is added, ZnS to which Sm to which red light emitting Sm is added, and Ca to which Eu is added.
Known are S, ZnS to which Tb emitting green light is added, and CaS to which Ce is added.

【0007】また、、月刊ディスプレイ’98 4月号
「最近のディスプレイの技術動向」田中省作p1〜10
には、赤色発光を得る材料として、ZnS、Mn/Cd
SSe等、緑色発光を得る材料として、ZnS:TbO
F、ZnS:Tb等、青色発光を得るための材料とし
て、SrS:Cr、(SrS:Ce/ZnS)n、Ca
2Ga24 :Ce、Sr2Ga24 :Ce等をの発光材
料が開示されている。また、白色発光を得るものとし
て、SrS:Ce/ZnS:Mn等の発光材料が開示さ
れている。
[0007] Also, the monthly display '98 April issue
"Recent Display Technology Trends", Tanaka, p1-10
Include ZnS, Mn / Cd as materials for obtaining red light emission.
As a material for obtaining green light emission such as SSe, ZnS: TbO
F, ZnS: Tb and other materials for obtaining blue light emission
SrS: Cr, (SrS: Ce / ZnS) n, Ca
TwoGaTwoSFour : Ce, SrTwoGaTwoSFour : Light emitting material such as Ce
Fees are disclosed. In addition, white light emission shall be obtained.
Thus, a light emitting material such as SrS: Ce / ZnS: Mn has been disclosed.
Have been.

【0008】さらに、上記材料の内、SrS:Ceを青
色発光層を有する薄膜EL素子に用いることがIDW
(International Display Workshop)’97 X.Wu "Mul
ticolor Thin-Film Ceramic Hybrid EL Displays" p593
to 596に開示されている。さらに、この文献にはSr
S:Ceの発光層を形成する場合には、H2S雰囲気
下、エレクトロンビーム蒸着法により形成すると、高純
度の発光層を得ることが可能であることが開示されてい
る。
Further, among the above materials, SrS: Ce is used for a thin film EL device having a blue light emitting layer.
(International Display Workshop) '97 X.Wu "Mul
ticolor Thin-Film Ceramic Hybrid EL Displays "p593
to 596. Furthermore, this document includes Sr
It is disclosed that when a light emitting layer of S: Ce is formed by an electron beam evaporation method in an H 2 S atmosphere, a light emitting layer of high purity can be obtained.

【0009】しかしながらこのような薄膜EL素子に
は、未だ構造上の問題が残っている。すなわち、絶縁体
層が薄膜で形成されているため、大面積のディスプレー
としたとき、透明電極のパターンエッジの段差部や、製
造工程で発生するゴミ等による薄膜絶縁体の欠陥を皆無
にすることが難しく、局所的な絶縁耐圧の低下により発
光層の破壊が生じることである。このような欠陥は、デ
ィスプレーデバイスとして致命的な問題となるため、薄
膜EL素子は、液晶ディスプレーやプラズマディスプレ
ーと比較して、大面積のディスプレーとして広く実用化
するためには大きな問題となっていた。
However, such a thin film EL device still has a structural problem. That is, since the insulator layer is formed of a thin film, when the display has a large area, the defect of the thin film insulator due to a step portion of the pattern edge of the transparent electrode or dust generated in a manufacturing process is eliminated. And the light-emitting layer is destroyed due to a local decrease in withstand voltage. Since such a defect becomes a fatal problem as a display device, the thin-film EL element has been a serious problem for practical use as a large-area display as compared with a liquid crystal display or a plasma display. .

【0010】このような薄膜絶縁体の欠陥が生じるとい
う問題を解決するため、特開平7−50197号公報や
特公平7−44072号公報に基板として電気絶縁性の
セラミック基板を用い、発光体下部の薄膜絶縁体のかわ
りに厚膜誘電体を用いた薄膜EL素子が開示されてい
る。図3に示すようにこの薄膜EL素子は、セラミック
などの基板(31)上に、下部厚膜電極層(32)、厚
膜誘電体層(33)、発光層(34)、薄膜絶縁体層
(35)、上部透明電極層(36)が積層された構造に
なっている。このように、図2に示した薄膜EL素子の
構造とは異なり、発光体の発光を基板とは反対の上部側
から取り出すため、透明電極層は上部に構成されてい
る。
In order to solve such a problem that a defect of the thin film insulator occurs, an electric insulating ceramic substrate is used as a substrate in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-50197 and Japanese Patent Publication No. 7-44072, and a light emitting device is provided under the light emitting device. A thin film EL device using a thick film dielectric instead of the thin film insulator is disclosed. As shown in FIG. 3, this thin-film EL element is composed of a lower thick-film electrode layer (32), a thick-film dielectric layer (33), a light-emitting layer (34), a thin-film insulator layer on a substrate (31) made of ceramic or the like. (35), a structure in which an upper transparent electrode layer (36) is laminated. As described above, unlike the structure of the thin-film EL element shown in FIG. 2, the transparent electrode layer is formed on the upper side in order to extract the light emitted from the light emitter from the upper side opposite to the substrate.

【0011】この薄膜EL素子では厚膜誘電体層は数1
0nm〜数100μm と薄膜絶縁体層の数100〜数10
00倍の厚さに形成される。そのため、電極の段差や製
造工程のゴミ等によって形成されるピンホールに起因す
る絶縁破壊が非常に少なく,高い信頼性と製造時の高い
歩留まりを得ることができるという利点を有している。
また、この厚膜誘電体層を用いることによって発光層に
印加される実効電圧が降下する問題を生じるが、誘電体
層に高誘電率材料を用いることによりこの問題を改善し
ている。
In this thin-film EL element, the thick dielectric layer is
0 nm to several hundreds μm and several hundreds to several tens of thin film insulator layers
It is formed to a thickness of 00 times. Therefore, there is very little dielectric breakdown caused by a step formed in the electrode or a pinhole formed by dust or the like in a manufacturing process, and there is an advantage that high reliability and a high yield in manufacturing can be obtained.
The use of this thick dielectric layer causes a problem of a drop in the effective voltage applied to the light emitting layer. However, the use of a high dielectric constant material for the dielectric layer solves this problem.

【0012】しかしながら、厚膜誘電体層上に形成され
る発光層は数100nmと厚膜誘電体層の1/100程度
の厚さしか有していない。このため、厚膜誘電体層は発
光層の厚み以下のレベルでその表面が平滑でなければく
てはならないが、通常の厚膜工程で作製された誘電体表
面を十分平滑にすることは困難であった。
However, the light emitting layer formed on the thick dielectric layer has a thickness of only several hundred nm, which is about 1/100 of that of the thick dielectric layer. Therefore, the surface of the thick-film dielectric layer must be smooth at a level equal to or less than the thickness of the light-emitting layer, but it is difficult to sufficiently smooth the dielectric surface manufactured by the ordinary thick-film process. there were.

【0013】すなわち、厚膜誘電体層は本質的に粉体原
料を用いたセラミックスで構成されるため、緻密に焼結
させるためには通常30〜40%程度の体積収縮を生じ
るが通常のセラミックスが焼結時に3次元的に体積収縮
して緻密化するのに対し、基板上に形成された厚膜セラ
ミックスの場合、厚膜は基板に拘束されてているため、
基板の面内方向には収縮できず、厚さ方向に1次元的に
しか体積収縮出来ない。このため厚膜誘電体層の焼結は
不十分なまま本質的に多孔質体となってしまう。
That is, since the thick-film dielectric layer is essentially composed of ceramics using a powdered raw material, a volume shrinkage of about 30 to 40% usually occurs for dense sintering. While sintering causes three-dimensional volume shrinkage and densification, in the case of thick-film ceramics formed on a substrate, the thick film is constrained by the substrate,
It cannot shrink in the in-plane direction of the substrate and can only shrink one-dimensionally in the thickness direction. For this reason, the sintering of the thick-film dielectric layer becomes essentially porous with insufficient sintering.

【0014】また、緻密化の過程が、一定の粒度分布を
持った粉体のセラミック固相反応のため、異常結晶成長
や巨大空孔の形成などの焼結異常点が形成されやすい。
さらに厚膜の表面粗さは、多結晶焼結体の結晶粒サイズ
以下にはならないため、上記のような欠陥が無くともそ
の表面はサブミクロンサイズ以上のの凹凸形状になる。
Further, since the densification process is a ceramic solid phase reaction of a powder having a certain particle size distribution, abnormal sintering points such as abnormal crystal growth and formation of huge pores are likely to be formed.
Furthermore, since the surface roughness of the thick film does not become smaller than the crystal grain size of the polycrystalline sintered body, even if there is no defect as described above, the surface has an irregular shape of a submicron size or more.

【0015】このように誘電体層の表面の欠陥、あるい
は膜質が多孔質であることや凹凸形状であると、その上
に蒸着法やスパッタリング法で形成される発光層が表面
形状に追随して均一に形成する事が出来ない。このた
め、このような基板の非平坦部に形成された発光層部に
は効果的に電界を印加できないために、有効発光面積が
減少することや、膜厚の局所的な不均一性から発光層が
部分的に絶縁破壊して発光輝度の低下を生じる問題があ
った。さらに、膜厚が局所的に大きく変動するため、発
光層に印加される電界強度が局所的に大きくばらつき明
確な発光電圧しきい値が得られない問題があった。
As described above, when the surface of the dielectric layer is defective or the film quality is porous or irregular, the light emitting layer formed thereon by vapor deposition or sputtering follows the surface shape. It cannot be formed uniformly. For this reason, since an electric field cannot be effectively applied to the light emitting layer formed on such a non-flat portion of the substrate, the light emitting area is reduced, and light emission is caused by local unevenness of film thickness. There is a problem that the light emission luminance is reduced due to partial dielectric breakdown of the layer. Furthermore, since the film thickness locally fluctuates greatly, the intensity of the electric field applied to the light emitting layer fluctuates greatly locally, and there is a problem that a clear light emitting voltage threshold cannot be obtained.

【0016】このため、従来の製造プロセスでは厚膜誘
電体層の表面の大きな凹凸を研磨加工により取り除いた
後、さらに微細な凹凸をゾルゲル工程により取り除くと
言った作業を必要としていた。
Therefore, in the conventional manufacturing process, it is necessary to remove large irregularities on the surface of the thick film dielectric layer by polishing, and then remove finer irregularities by a sol-gel process.

【0017】しかし、ディスプレー用などの大面積の基
板を研磨するのは技術的に困難でありコストを高める要
因であった。そして、ゾルゲル工程を付加することはさ
らにコストを高める要因であった。また、厚膜誘電体層
に異常焼結点が存在して研磨で取りきれない大きな凹凸
が発生した場合には、このゾルゲル工程の付加でも対処
ができず歩留まりを低下させる要因であった。このた
め、低コストで発光欠陥のない誘電体層を厚膜誘電体で
形成することは極めて困難であった。
However, it is technically difficult to polish a large-area substrate for a display or the like, which is a factor that increases the cost. The addition of the sol-gel process was a factor that further increased the cost. Further, when large irregularities that cannot be removed by polishing occur due to abnormal sintering points in the thick dielectric layer, the addition of the sol-gel process cannot be dealt with, causing a reduction in yield. For this reason, it has been extremely difficult to form a low-cost dielectric layer free from light emission defects with a thick-film dielectric.

【0018】また、厚膜誘電体層はセラミックスの粉体
材料焼結プロセスで形成されるため、その焼成温度が高
い。すなわち、焼成温度としては通常のセラミックスと
同様に800℃以上、通常は850℃を要し、特に緻密
な厚膜焼結体を得るためには900℃以上の焼成温度が
必要となる。このような厚膜誘電体層を形成する基板と
しては、耐熱性及び誘電体層との反応性の問題からアル
ミナセラミックスやジルコニアセラミックス基板に限定
され、安価なガラス基板を用いることは困難である。前
記のセラミックス基板は、ディスプレー用として用いる
場合、大面積で良好な平滑性を有することが必要な条件
であるが、このような条件の基板を得ることは技術的に
極めて難しく、コストを高める要因であった。
Further, since the thick-film dielectric layer is formed by a ceramic powder material sintering process, the firing temperature is high. That is, the sintering temperature is 800 ° C. or higher, usually 850 ° C. as in the case of ordinary ceramics. In particular, a sintering temperature of 900 ° C. or higher is required to obtain a dense thick film sintered body. Substrates for forming such a thick dielectric layer are limited to alumina ceramics and zirconia ceramics substrates due to problems with heat resistance and reactivity with the dielectric layer, and it is difficult to use an inexpensive glass substrate. When the above-mentioned ceramic substrate is used for display, it is necessary that the substrate has a large area and good smoothness. However, it is technically extremely difficult to obtain a substrate under such conditions, and this is a factor that increases cost. Met.

【0019】さらに、下部電極層として用いる金属膜も
その耐熱性からパラジウムや白金等の高価な貴金属を使
う必要があり、コストを高める要因であった。
Further, the metal film used as the lower electrode layer also needs to use an expensive noble metal such as palladium or platinum because of its heat resistance, which is a factor that increases the cost.

【0020】このような問題点を解決するために、本発
明者は誘電体層として、従来の厚膜誘電体や、スパッタ
リング法等で形成される薄膜誘電体の代わりに、溶液塗
布焼成法を複数回繰り返すことにより従来の薄膜誘電体
層より厚い多層状誘電体層を形成することを特願200
0−299352号において提案した。
In order to solve such a problem, the present inventor uses a solution coating and firing method as a dielectric layer instead of a conventional thick film dielectric or a thin film dielectric formed by a sputtering method or the like. Japanese Patent Application No. 200-200980 to form a multilayer dielectric layer thicker than a conventional thin film dielectric layer by repeating a plurality of times.
0-299352.

【0021】上記の多層状誘電体層を用いた薄膜EL素
子の構造を図4に示す。この薄膜EL素子は電気絶縁性
を有する基板(41)上に、所定のパターンを有する下
部電極層(42)と、その上に溶液塗布焼成法を複数回
繰り返すことによって形成された多層状誘電体層(4
3)と、さらに誘電体層上に発光層(44)、好ましく
は薄膜絶縁体層(45)、透明電極層(46)が積層さ
れた構造である。
FIG. 4 shows the structure of a thin film EL device using the above-mentioned multilayer dielectric layer. This thin film EL element is a multilayer dielectric formed by repeating a solution coating and firing method a plurality of times on a lower electrode layer (42) having a predetermined pattern on an electrically insulating substrate (41). Layer (4
3) and a structure in which a light emitting layer (44), preferably a thin film insulator layer (45), and a transparent electrode layer (46) are further laminated on a dielectric layer.

【0022】このような構造の多層状誘電体層は、従来
の薄膜誘電体と比較して、高い絶縁耐圧と、工程中のゴ
ミ等による局所的な絶縁欠陥を防ぐことができるととも
に表面平坦性が著しく良好であるという特徴を有する。
さらに、上記の多層状誘電体層を用いた薄膜EL素子は
700℃以下の温度で誘電体層を形成することが可能な
ため、セラミックス基板と比較して安価なガラス基板を
用いることが可能である。
The multilayer dielectric layer having such a structure has a higher dielectric strength than a conventional thin-film dielectric, can prevent local insulation defects due to dust and the like during the process, and can have a surface flatness. Is remarkably good.
Furthermore, since the thin-film EL element using the above-mentioned multilayer dielectric layer can form a dielectric layer at a temperature of 700 ° C. or lower, a glass substrate that is less expensive than a ceramic substrate can be used. is there.

【0023】しかしながら、このような溶液塗布焼成法
を用いて多層状誘電体層を形成する場合、誘電体層材料
として鉛系誘電体を用いた場合に誘電体層上に形成させ
る発光層が誘電体層の鉛成分と反応し初期発光輝度の低
下、輝度ムラや発光輝度の経時変化の問題があり実用上
の問題となっていた。
However, when a multilayer dielectric layer is formed using such a solution coating and baking method, when a lead-based dielectric is used as the dielectric layer material, the light emitting layer formed on the dielectric layer has a dielectric property. It reacts with the lead component of the body layer and has a problem of a reduction in the initial light emission luminance, luminance unevenness and a change with time of the light emission luminance, and has been a practical problem.

【0024】[0024]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の薄膜EL素子において問題とされた基板選択の制限が
なく安価で大面積化が容易なガラス基板等が使用可能で
あり、簡便な方法により、電極層や工程のゴミ等による
誘電体層の非平坦部を修正することで絶縁耐圧の低下が
なく、さらに、誘電体層表面の平滑性が良好でであり、
さらに上記のように鉛系誘電体材料を用いて多層誘電体
層を形成した薄膜EL素子の発光輝度の低下や輝度ム
ラ、発光輝度の経時変化を解決し、高い表示品質が得ら
れる薄膜EL素子とその製造方法を高コスト化すること
なく提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to use a glass substrate or the like which is inexpensive and can easily have a large area without restriction on substrate selection which is a problem in a conventional thin film EL device. By the method, the non-flat portion of the dielectric layer due to dust or the like in the electrode layer or the process is corrected, so that the withstand voltage does not decrease, and further, the smoothness of the dielectric layer surface is good,
Further, as described above, the thin-film EL element in which a multilayer dielectric layer is formed using a lead-based dielectric material can solve the problem of reduced luminance unevenness, luminance unevenness, and time-dependent change in emitted luminance, and can achieve high display quality. And a method for manufacturing the same without increasing the cost.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】すなわち上記目的は、以
下の本発明の構成により達成される。 (1) 電気絶縁性を有する基板と前記基板上にパター
ンを有する下部電極層と前記電極層上に誘電体層と発光
層及び上部電極層が積層された構造を少なくとも有し、
前記下部電極もしくは上部電極の少なくとも一方が透明
電極である薄膜EL素子であって、前記誘電体層が溶液
塗布焼成法を複数回繰り返すことにより形成された鉛系
誘電体層と非鉛系高誘電率誘電体層とが積層されている
多層構造を有し、前記多層構造の誘電体層の最表層は非
鉛系高誘電率誘電体層である薄膜EL素子。 (2) 前記鉛系誘電体層の膜厚が4μm以上16μm以
下である上記(1)の薄膜EL素子。 (3) 前記非鉛系誘電体層の膜厚が0.2μm超であ
る上記(1)の薄膜EL素子。 (4) 前記非鉛系高誘電率誘電体層がペロブスカイト
構造誘電体によって構成されている上記(1)〜(3)
のいずれかの薄膜EL素子。 (5) 前記非鉛系高誘電率誘電体層がスパッタリング
法で形成されている上記(1)〜(4)のいずれかの薄
膜EL素子。 (6) 前記非鉛系高誘電率誘電体層が溶液塗布焼成法
で形成されている上記(1)〜(4)のいずれかの薄膜
EL素子。 (7) 前記多層構造の誘電体層が溶液塗布焼成法を3
回以上繰り返すことにより形成されている上記(6)の
薄膜EL素子。 (8) 電気絶縁性を有する基板と前記基板上にパター
ンを有する下部電極層と前記電極層上に誘電体層と発光
層及び上部電極層が積層された構造を少なくとも有し、
下部電極もしくは上部電極の少なくとも一方が透明電極
で構成される薄膜EL素子の製造方法であって、溶液塗
布焼成法を複数回繰り返すことにより形成した鉛系誘電
体層と、非鉛系高誘電率誘電体層を積層して多層構造を
形成し、前記多層構造の誘電体層の最表層を非鉛系高誘
電率誘電体層とする薄膜EL素子の製造方法。 (9) 前記非鉛系高誘電率誘電体層をスパッタリング
法で形成する上記(8)の薄膜EL素子の製造方法。 (10) 前記非鉛系高誘電率誘電体層を溶液塗布焼成
法で形成する上記(8)の薄膜EL素子の製造方法。 (11) 前記多層構造の誘電体層を溶液塗布焼成法を
3回以上繰り返すことにより形成する上記(10)の薄
膜EL素子の製造方法。
That is, the above object is achieved by the following constitution of the present invention. (1) having at least a structure in which a substrate having electrical insulation, a lower electrode layer having a pattern on the substrate, a dielectric layer, a light emitting layer, and an upper electrode layer are laminated on the electrode layer;
A thin-film EL device in which at least one of the lower electrode or the upper electrode is a transparent electrode, wherein the dielectric layer is formed by repeating a solution coating and firing method a plurality of times, and a lead-based dielectric layer and a non-lead-based high dielectric A thin-film EL device having a multilayer structure in which a dielectric constant layer is laminated, wherein the outermost layer of the dielectric layer having the multilayer structure is a lead-free high dielectric constant dielectric layer. (2) The thin-film EL device according to (1), wherein the thickness of the lead-based dielectric layer is 4 μm or more and 16 μm or less. (3) The thin film EL device according to (1), wherein the thickness of the lead-free dielectric layer is more than 0.2 μm. (4) The above (1) to (3), wherein the lead-free high dielectric constant dielectric layer is formed of a perovskite structure dielectric.
The thin film EL device according to any one of the above. (5) The thin film EL device according to any one of (1) to (4), wherein the lead-free high dielectric constant dielectric layer is formed by a sputtering method. (6) The thin film EL device according to any one of the above (1) to (4), wherein the lead-free high dielectric constant dielectric layer is formed by a solution coating and firing method. (7) The dielectric layer having the multilayer structure is formed by the solution coating and baking method.
The thin film EL device according to the above (6), which is formed by repeating at least twice. (8) having at least a structure in which a substrate having electrical insulation, a lower electrode layer having a pattern on the substrate, a dielectric layer, a light emitting layer, and an upper electrode layer are laminated on the electrode layer;
A method of manufacturing a thin-film EL element in which at least one of a lower electrode and an upper electrode is formed of a transparent electrode, wherein a lead-based dielectric layer formed by repeating a solution coating and firing method a plurality of times, and a lead-free high dielectric constant A method for manufacturing a thin-film EL device in which a dielectric layer is laminated to form a multilayer structure, and the outermost layer of the dielectric layer having the multilayer structure is a lead-free high dielectric constant dielectric layer. (9) The method for manufacturing a thin film EL device according to (8), wherein the lead-free high dielectric constant dielectric layer is formed by a sputtering method. (10) The method for producing a thin film EL device according to the above (8), wherein the lead-free high dielectric constant dielectric layer is formed by a solution coating baking method. (11) The method for manufacturing a thin film EL device according to the above (10), wherein the dielectric layer having the multilayer structure is formed by repeating a solution coating and firing method at least three times.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】本発明の薄膜EL素子は、電気絶
縁性を有する基板と前記基板上にパターンを有する下部
電極層と前記電極層上に誘電体層と発光層及び上部電極
層が積層された構造を少なくとも有し、下部電極もしく
は上部電極の少なくとも一方が透明電極で構成される薄
膜EL素子であって、前記誘電体層が溶液塗布焼成法を
複数回繰り返すことにより形成された鉛系誘電体層と非
鉛系高誘電率誘電体層とが積層されてなる多層構造を有
し、前記多層構造の誘電体層の最表層は非鉛系高誘電率
誘電体層としたものである。ここで、鉛系誘電体とは組
成に鉛を含有する誘電体であり、非鉛系(高誘電率)誘
電体層とは組成に鉛を含有しない誘電体である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A thin film EL device according to the present invention comprises a substrate having electrical insulation, a lower electrode layer having a pattern on the substrate, a dielectric layer, a light emitting layer and an upper electrode layer laminated on the electrode layer. A thin film EL element having at least one of a lower electrode and an upper electrode formed of a transparent electrode, wherein the dielectric layer is formed by repeating a solution coating and firing method a plurality of times. It has a multilayer structure in which a dielectric layer and a lead-free high dielectric constant dielectric layer are laminated, and the outermost layer of the dielectric layer of the multilayer structure is a lead-free high dielectric constant dielectric layer. . Here, the lead-based dielectric is a dielectric containing lead in the composition, and the lead-free (high dielectric constant) dielectric layer is a dielectric containing no lead in the composition.

【0027】図1は本発明の薄膜EL素子の構造図であ
る。本発明の薄膜EL素子は電気絶縁性を有する基板
(11)上に、所定のパターンを有する下部電極層(1
2)と、その上に溶液塗布焼成法を複数回繰り返すこと
によって形成された鉛系誘電体層(13)と非鉛系高誘
電率誘電体層(18)とが誘電体層の最表層が非鉛系高
誘電率誘電体層であるように積層され多層状誘電体層を
構成している。さらに誘電体層上に絶縁体層(17)、
発光層(14)、薄膜絶縁体層(15)、透明電極層
(16)が積層された構造である。尚、絶縁体層(1
7)、(15)は省略しても良い。下部電極層と上部透
明電極層はそれぞれストライプ状に形成され、互いに直
交する方向に配置される。この下部電極層と上部透明電
極層をそれぞれ選択し、両電極の直交部の発光層に選択
的に電圧を印加することによって特定画素の発光を得る
ことが可能である。
FIG. 1 is a structural view of a thin film EL device of the present invention. The thin-film EL element of the present invention comprises a lower electrode layer (1) having a predetermined pattern formed on an electrically insulating substrate (11).
2) and a lead-based dielectric layer (13) and a lead-free high-dielectric-constant dielectric layer (18) formed by repeating the solution coating and firing method a plurality of times. The multilayer dielectric layers are stacked so as to be lead-free high dielectric constant dielectric layers. Further, an insulator layer (17) on the dielectric layer,
It has a structure in which a light emitting layer (14), a thin film insulator layer (15), and a transparent electrode layer (16) are laminated. The insulator layer (1
7) and (15) may be omitted. The lower electrode layer and the upper transparent electrode layer are each formed in a stripe shape, and are arranged in directions orthogonal to each other. By selecting the lower electrode layer and the upper transparent electrode layer, respectively, and selectively applying a voltage to the light emitting layer at a portion orthogonal to both electrodes, light emission of a specific pixel can be obtained.

【0028】基板は電気絶縁性を有しその上に形成され
る下部電極層、誘電体層を汚染することなく、所定の耐
熱強度を維持できるもので有れば特に限定されるもので
はない。
The substrate is not particularly limited as long as it has electrical insulation and can maintain a predetermined heat resistance without contaminating the lower electrode layer and the dielectric layer formed thereon.

【0029】具体的な材料としては、アルミナ(Al2
3 )、石英ガラス(SiO2 )、マグネシア(Mg
O)、フォルステライト(2MgO・SiO2 )、ステ
アタイト(MgO・SiO2 )、ムライト(3Al23
・2SiO2 )、ベリリア(BeO)、ジルコニア
(ZrO2 )、窒化アルミニウム(AlN)、窒化シリ
コン(SiN)、炭化シリコン(SiC)等のセラミッ
ク基板や結晶化ガラスや、高耐熱ガラス、青板ガラス等
を用いてもよく、またホウロウ処理を行った金属基板等
も使用可能である。
As a specific material, alumina (Al 2
O 3 ), quartz glass (SiO 2 ), magnesia (Mg
O), forsterite (2MgO · SiO 2), steatite (MgO · SiO 2), mullite (3Al 2 O 3
・ 2SiO 2 ), beryllia (BeO), zirconia (ZrO 2 ), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (SiN), silicon carbide (SiC), and other ceramic substrates, crystallized glass, high heat resistant glass, blue plate glass, etc. May be used, and a metal substrate or the like subjected to an enamel treatment may also be used.

【0030】これらの中でも特に結晶化ガラスや、高耐
熱ガラス、また、形成する誘電体層の焼成温度との整合
が取れれば青板ガラスがその低コスト性、表面性、平坦
性、大面積基板作製の容易さから好ましい。
Among them, particularly, crystallized glass, high heat-resistant glass, and blue plate glass can be manufactured at low cost, surface property, flatness, and large-area substrate production if they match the firing temperature of the dielectric layer to be formed. It is preferable because of its ease.

【0031】下部電極層は、複数のストライプ状のパタ
ーンを有するように形成され、その線幅が1画素の幅と
なりライン間のスペースは非発光領域となるため極力ラ
イン間のスペースを小さくしておくことが好ましく、目
的とするディスプレーの解像度にもよるが、例えば線幅
200〜500μm 、スペース20μm 程度が必要であ
る。
The lower electrode layer is formed so as to have a plurality of stripe-shaped patterns. The line width of the lower electrode layer is the width of one pixel, and the space between lines is a non-light emitting area. It is preferable that the line width is about 200 to 500 μm and the space is about 20 μm, depending on the intended display resolution.

【0032】下部電極層の材料としては、高い導電性が
得られ、かつ誘電体層形成時にダメージを受けず、さら
に誘電体層や発光層と反応性が低い材料が好ましい。こ
のような下部電極層材料としては、Au、Pt、Pd、
Ir、Ag等の貴金属や、Au−Pd、Au−Pt、A
g−Pd,Ag−Pt等の貴金属合金や、Ag−Pd−
Cu等の貴金属を主成分とし非金属元素を添加した電極
材料が誘電体層焼成時の酸化雰囲気に対する耐酸化性が
容易に得られるため好ましい。また、ITOやSnO2
(ネサ膜)、ZnO−Al等の酸化物導電性材料を用い
てもよく、あるいは、Ni,Cu等の卑金属を用い、誘
電体層を焼成するときの酸素分圧をこれらの非金属が酸
化されない範囲に設定して用いることもできる。下部電
極層の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、めっき
法等の公知の技術を用いればよい。
As a material for the lower electrode layer, a material which has high conductivity, is not damaged when forming the dielectric layer, and has low reactivity with the dielectric layer and the light emitting layer is preferable. Such lower electrode layer materials include Au, Pt, Pd,
Noble metals such as Ir and Ag, Au-Pd, Au-Pt and A
Noble metal alloys such as g-Pd and Ag-Pt, and Ag-Pd-
An electrode material containing a noble metal such as Cu as a main component and a nonmetal element added thereto is preferable because oxidation resistance to an oxidizing atmosphere during firing of the dielectric layer can be easily obtained. In addition, ITO or SnO 2
(Nesa film), an oxide conductive material such as ZnO-Al may be used, or a base metal such as Ni or Cu may be used to oxidize the partial pressure of oxygen when firing the dielectric layer. It can also be used by setting it to a range not to be performed. As a method for forming the lower electrode layer, a known technique such as a sputtering method, an evaporation method, and a plating method may be used.

【0033】誘電体層は、高誘電率で高耐圧の材料で構
成することが好ましい。ここで、誘電体層と発光層の比
誘電率をそれぞれe1、e2とし、膜厚をd1、d2と
し、上部電極層と下部電極層間に電圧Voを印加した場
合、発光層に印加される電圧V2は次式で示される。
The dielectric layer is preferably made of a material having a high dielectric constant and a high withstand voltage. Here, when the relative dielectric constants of the dielectric layer and the light emitting layer are e1 and e2, the film thicknesses are d1 and d2, and the voltage Vo is applied between the upper electrode layer and the lower electrode layer, the voltage applied to the light emitting layer V2 is represented by the following equation.

【0034】 V2/Vo=(e1×d2)/(e1×d2+e2×d1) ------ (1)V2 / Vo = (e1 × d2) / (e1 × d2 + e2 × d1) ------ (1)

【0035】発光層の比誘電率をe2=10、膜厚をd
2=1μmと仮定した場合、
The relative permittivity of the light emitting layer is e2 = 10, and the film thickness is d.
Assuming 2 = 1 μm,

【0036】 V2/Vo=e1/(e1+10×d1) ------- (2)V2 / Vo = e1 / (e1 + 10 × d1) (2)

【0037】発光層に実効的にかかる電圧は少なくとも
印加電圧の50%以上、好ましくは80%以上、さらに
好ましくは90%以上であることから上式より
The effective voltage applied to the light emitting layer is at least 50% or more of the applied voltage, preferably 80% or more, and more preferably 90% or more.

【0038】 50%以上の場合、e1≧10×d1 -------- (3) 80%以上の場合、e1≧40×d1 -------- (4) 90%以上の場合、e1≧90×d1 -------- (5)When it is 50% or more, e1 ≧ 10 × d1 (3) When it is 80% or more, e1 ≧ 40 × d1 (4) 90% or more In the case of, e1 ≧ 90 × d1 -------- (5)

【0039】すなわち、誘電体層の比誘電率は少なくと
も単位をμmで表したときの膜厚の少なくとも10倍以
上、好ましくは40倍以上、より好ましくは90倍以上
が必要となる。例えば、誘電体層の膜厚が5μmであれ
ば、その比誘電率は50〜200〜450以上が必要で
ある。
That is, the relative dielectric constant of the dielectric layer must be at least 10 times, preferably at least 40 times, more preferably at least 90 times the film thickness when the unit is expressed in μm. For example, when the thickness of the dielectric layer is 5 μm, the relative dielectric constant needs to be 50 to 200 to 450 or more.

【0040】このような高誘電率材料としては、各種の
材料が考えられるが、特にその合成の容易さ、低温形成
性から、構成元素に鉛を含んだ(強)誘電体材料が好ま
しく、PbTiO3 、PZT(=Pb(ZrxTi1-x
3 )、PLZT等のペロブスカイト構造誘電体材料や、
Pb(Mg1/3Ni2/3)O3 等に代表される複合ペロブ
スカイトリラクサー型強誘電体材料や、PbNbO6
に代表されるタングステンブロンズ型強誘電体材料が用
いられる。特にPZTやPLZT等のペロブスカイト構
造を持った強誘電体材料が、比誘電率が高く、さらにそ
の主要構成元素である酸化鉛の融点が890℃と低いた
め比較的低温での合成が容易であるため好ましい。
Various materials can be considered as such a high dielectric constant material. In particular, a (ferro) dielectric material containing lead as a constituent element is preferable because of its ease of synthesis and low-temperature formability, and PbTiO. 3 , PZT (= Pb (Zr x Ti 1-x )
3 ), perovskite structure dielectric material such as PLZT,
A composite perovskite relaxer type ferroelectric material typified by Pb (Mg 1/3 Ni 2/3 ) O 3 or a tungsten bronze type ferroelectric material typified by PbNbO 6 is used. In particular, ferroelectric materials having a perovskite structure, such as PZT and PLZT, have a high relative dielectric constant, and the melting point of lead oxide, which is a main constituent element thereof, is low at 890 ° C., so that synthesis at a relatively low temperature is easy. Therefore, it is preferable.

【0041】前記誘電体層はゾルゲル法やMOD法等の
溶液塗布焼成法により形成される。ゾルゲル法とは、一
般には溶媒に溶かした金属アルコキシドに所定量の水を
加え、加水分解、重縮合反応させてできるM−O−M結
合を持つゾルの前駆体溶液を基板に塗布し焼成させるこ
とによって膜形成をする方法である。また、MOD(Me
tallo-Organic Decomposition )法とは、M−O結合を
持つカルボン酸の金属塩などを有機溶媒に溶かして前駆
体溶液を形成し、基板に塗布し焼成させることによって
膜形成をする方法である。ここで前駆体溶液とはゾルゲ
ル法、MOD法などの膜形成法において原料化合物が溶
媒に溶解されて生成する中間化合物を含む溶液を指す。
The dielectric layer is formed by a solution coating and firing method such as a sol-gel method or a MOD method. In the sol-gel method, generally, a predetermined amount of water is added to a metal alkoxide dissolved in a solvent, and a precursor solution of a sol having an MOM bond formed by hydrolysis and polycondensation reaction is applied to a substrate and baked. This is a method of forming a film. MOD (Me
The tallo-organic decomposition method is a method in which a metal salt of a carboxylic acid having an MO bond or the like is dissolved in an organic solvent to form a precursor solution, which is applied to a substrate and fired to form a film. Here, the precursor solution refers to a solution containing an intermediate compound generated by dissolving a raw material compound in a solvent in a film forming method such as a sol-gel method or a MOD method.

【0042】ゾルゲル法とMOD法は、完全に別個の方
法ではなく、相互に組み合わせて用いることが一般的で
ある。例えばPZTの膜を形成する際、Pb源として酢
酸鉛を用い、Ti,Zr源としてアルコキシドを用いて
溶液を調整することが一般的である。また、ゾルゲル法
とMOD法の二つの方法を総称してゾルゲル法と呼ぶ場
合もあるが、いずれの場合も前駆体溶液を基板に塗布
し、焼成する事によって膜を形成することから本明細書
では溶液塗布焼成法とする。また、サブミクロンの誘電
体粒子と誘電体の前駆体溶液を混合した溶液であっても
本発明の誘電体の前駆体溶液に含まれ、その溶液を基板
に塗布焼成する場合であっても本発明の溶液塗布焼成法
に含まれる。
The sol-gel method and the MOD method are not completely separate methods, but are generally used in combination with each other. For example, when forming a PZT film, it is common to adjust the solution using lead acetate as a Pb source and alkoxides as Ti and Zr sources. In addition, the sol-gel method and the MOD method are sometimes collectively referred to as a sol-gel method, but in any case, a precursor solution is applied to a substrate and a film is formed by baking to form a film. Then, a solution coating baking method is used. Further, even a solution obtained by mixing a submicron dielectric particle and a dielectric precursor solution is included in the dielectric precursor solution of the present invention. It is included in the solution coating baking method of the invention.

【0043】溶液塗布焼成法は、ゾルゲル法、MOD法
いずれの場合も、誘電体を構成する元素がサブミクロン
以下のオーダーで均一に混合されるため、厚膜法による
誘電体形成のような本質的にセラミックス粉体焼結を用
いた手法と比較して、極めて低温で誘電体を合成するこ
とが可能であることである。
In the sol-gel method and the MOD method, the elements constituting the dielectric are uniformly mixed in the order of submicron or less in both the sol-gel method and the MOD method. Compared with a method using ceramic powder sintering, it is possible to synthesize a dielectric at an extremely low temperature.

【0044】例えば、PZTを例に取ると、通常のセラ
ミックス粉体焼結法では900〜1000℃以上の高温
プロセスが必要であるが、溶液塗布焼成法を用いれば、
500〜700℃程度の低温で形成可能である。
For example, taking PZT as an example, a normal ceramic powder sintering method requires a high temperature process of 900 to 1000 ° C. or higher.
It can be formed at a low temperature of about 500 to 700 ° C.

【0045】このように、溶液塗布焼成法により誘電体
層を形成することにより、従来の厚膜法では耐熱性の観
点で使用不可能であった高耐熱ガラスや結晶化ガラス、
また青板ガラス等の使用が可能になる利点がある。
As described above, by forming the dielectric layer by the solution coating and baking method, it is possible to use a high heat resistant glass or crystallized glass which cannot be used from the viewpoint of heat resistance in the conventional thick film method.
In addition, there is an advantage that it is possible to use blue plate glass or the like.

【0046】ところで、鉛系誘電体セラミックスを合成
する際に、その出発組成を鉛過剰組成とする必要がある
ことは広く知られていることであるが、このような溶液
塗布焼成法を用いて均一で良好な誘電体特性を持つ鉛系
誘電体を低温で形成するためには、セラミックスの場合
以上の鉛成分の過剰添加(数%〜20%程度)が必要が
あることが良く知られている。
It is widely known that, when synthesizing a lead-based dielectric ceramic, the starting composition must be a lead-excessive composition. It is well known that in order to form a lead-based dielectric having uniform and good dielectric properties at a low temperature, it is necessary to add an excessive amount of lead component (several% to 20%) more than in the case of ceramics. I have.

【0047】溶液塗布焼成法の場合、より過剰な鉛成分
が必要な理由は、焼成時に鉛成分が蒸発し、鉛不足とな
り結晶成長を抑制する事を避ける効果以外に、鉛過剰成
分が低融点組成部を構成するため結晶成長時の物質拡散
を容易にし低温での反応を可能とする効果があること、
及び通常のセラミックスと比較して低温で反応を行うた
め、セラミックスの場合と比較して成長した誘電体結晶
粒内に過剰な鉛成分が取り込まれてしまう傾向があるこ
と、さらに過剰鉛成分の拡散距離が小さく結晶成長の各
サイトで十分な鉛過剰状態を維持するためにより多くの
鉛成分が必要とされること等と理解されている。
In the case of the solution coating baking method, the reason that a more excessive lead component is required is that the lead component evaporates during the baking and the effect of avoiding the shortage of lead and the suppression of the crystal growth is reduced. The effect of enabling the reaction at low temperature by facilitating material diffusion during crystal growth to constitute the composition part,
In addition, since the reaction takes place at a lower temperature compared to ordinary ceramics, there is a tendency for excess lead components to be taken into the dielectric crystal grains grown compared to the case of ceramics, and diffusion of excess lead components It is understood that the distance is small and more lead components are needed to maintain a sufficient lead excess state at each site of crystal growth.

【0048】このような理由で鉛成分を過剰添加された
鉛系誘電体より形成される誘電体層は、その層内に結晶
構造中に組み込まれた鉛分以外に酸化鉛の状態で多量の
過剰鉛成分を含むことが特徴である。
For these reasons, a dielectric layer formed of a lead-based dielectric excessively containing a lead component contains a large amount of lead oxide in addition to lead incorporated in the crystal structure. It is characterized by containing excess lead components.

【0049】このような過剰な鉛成分は、誘電体層形成
後の熱負荷、特に還元雰囲気下の熱負荷により容易に誘
電体層内部から析出する。特に還元雰囲気下での熱負荷
では酸化鉛の還元による金属鉛の生成が起こりやすく、
このような誘電体層に直接後述するような発光層を形成
すると、発光層との鉛成分の反応や発光層内への可動金
属鉛イオンの汚染を引き起こし、発光輝度の低下や長期
信頼性に著しい悪影響を与えてしまうことになる。
Such an excessive lead component easily precipitates from the inside of the dielectric layer due to a heat load after the formation of the dielectric layer, particularly a heat load in a reducing atmosphere. Especially under a heat load under a reducing atmosphere, the production of metallic lead by reduction of lead oxide is likely to occur,
When a light emitting layer as described later is formed directly on such a dielectric layer, it causes a reaction of a lead component with the light emitting layer and contamination of movable metal lead ions in the light emitting layer, resulting in a decrease in light emission luminance and long-term reliability. This will have a significant adverse effect.

【0050】特に金属鉛イオンはイオンマイグレーショ
ン性が高く、高電界が印加される発光層内で稼働イオン
として発光特性に著しい影響を及ぼすため長期信頼性に
特に大きな影響を及ぼす。
In particular, metal lead ions have high ion-migration properties and significantly affect emission characteristics as working ions in a light-emitting layer to which a high electric field is applied, and thus have a particularly large effect on long-term reliability.

【0051】また、特に還元雰囲気によって酸化鉛が金
属鉛に還元されなくとも、発光層内部に酸化鉛成分が含
まれてしまうと発光層内部の高電界による電子衝撃によ
り酸化鉛が還元され金属イオンとして遊離し信頼性に悪
影響を及ぼす。
Even if lead oxide is not reduced to metallic lead particularly in a reducing atmosphere, if a lead oxide component is contained in the light emitting layer, lead oxide is reduced by electron bombardment due to a high electric field inside the light emitting layer, and metal ions are reduced. Release as a bad influence on reliability.

【0052】本発明の薄膜EL素子は、この溶液塗布焼
成法を複数回繰り返すことにより形成された鉛系誘電体
層に加え、さらに少なくともその最表面層に非鉛系高誘
電率誘電体層を備える。
The thin film EL device of the present invention has a lead-based dielectric layer formed by repeating this solution coating and firing method a plurality of times, and further includes a lead-free high dielectric constant dielectric layer on at least the outermost surface layer. Prepare.

【0053】この非鉛系高誘電率誘電体層によって鉛系
誘電体層から発光層への鉛成分の拡散を抑えることが可
能となり、過剰鉛成分による発光層に生じる悪影響を防
止することが可能となる。
The lead-free high dielectric constant dielectric layer makes it possible to suppress the diffusion of the lead component from the lead-based dielectric layer to the light emitting layer, and to prevent the adverse effect of the excess lead component on the light emitting layer. Becomes

【0054】ここで、この非鉛系誘電体層を付加するこ
とによる誘電体層の比誘電率への影響に関して説明す
る。鉛系誘電体層と非鉛系誘電体層の比誘電率をそれぞ
れe3、e4とし、各層それぞれの総膜厚をd3、d4
とした場合、鉛系誘電体層と非鉛系誘電体層全体の実効
比誘電率e5は次式で示される。
Here, the effect of the addition of the lead-free dielectric layer on the relative dielectric constant of the dielectric layer will be described. The relative dielectric constants of the lead-based dielectric layer and the lead-free dielectric layer are e3 and e4, respectively, and the total thickness of each layer is d3 and d4.
In this case, the effective relative permittivity e5 of the entirety of the lead-based dielectric layer and the lead-free dielectric layer is expressed by the following equation.

【0055】 e5=e3×1/[1+(e3/e4)×(d4/d3)] -------(6)E5 = e3 × 1 / [1+ (e3 / e4) × (d4 / d3)] ------- (6)

【0056】非鉛系誘電体層の付加による鉛系誘電体層
/非鉛系誘電体層複合層の実効的な比誘電率の低下は、
前記の誘電体層と発光層との比誘電率と発光層に印加さ
れる実効電圧との関係から考えて、少ないことが必要で
あり、複合層の比誘電率は少なくとも誘電体層単独の場
合の90%以上、好ましくは95%以上であることが好
まれる。従って、(6)式より
Lead-based dielectric layer by adding lead-free dielectric layer
/ The effective relative permittivity of the lead-free dielectric layer composite layer
Considering the relationship between the relative dielectric constant of the dielectric layer and the light emitting layer and the effective voltage applied to the light emitting layer, it is necessary that the relative dielectric constant of the composite layer be at least as small as the dielectric layer alone. Is preferably 90% or more, more preferably 95% or more. Therefore, from equation (6)

【0057】 90%以上の場合、e3/d3≦9×e4/d4 -------- (7) 95%以上の場合、e3/d3≦19×e4/d4 -------- (8)E3 / d3 ≦ 9 × e4 / d4 in the case of 90% or more (7) e3 / d3 ≦ 19 × e4 / d4 in the case of 95% or more -(8)

【0058】例えば誘電体層の比誘電率を1000、膜
厚を8μm と仮定すると、非鉛誘電体層の比誘電率と膜
厚の比率は、1125以上、好ましくは2375以上と
なる。従って、非鉛誘電体層の膜厚を0.2μmと仮定
すると、比誘電率は225〜475以上が必要となり、
0.4μmと仮定すれば比誘電率は450〜950以上
が必要となる。
For example, assuming that the relative permittivity of the dielectric layer is 1000 and the thickness is 8 μm, the ratio between the relative permittivity and the thickness of the lead-free dielectric layer is 1125 or more, preferably 2375 or more. Therefore, assuming that the thickness of the lead-free dielectric layer is 0.2 μm, the relative dielectric constant needs to be 225 to 475 or more.
Assuming 0.4 μm, a relative dielectric constant of 450 to 950 or more is required.

【0059】非鉛誘電体層の膜厚としては、鉛拡散を防
止する目的から膜厚は厚い方が好ましく、本発明者の実
験的検討では好ましくは0.2μm超、より好ましくは
0.3μm以上、特に0.4μm 以上が必要であり、実
効比誘電率の低下の問題がなければさらに厚くても良
い。
The thickness of the lead-free dielectric layer is preferably large for the purpose of preventing the diffusion of lead, and is preferably more than 0.2 μm, more preferably 0.3 μm, according to experimental studies by the present inventors. Above, especially 0.4 μm or more is required, and may be even thicker if there is no problem of lowering the effective relative permittivity.

【0060】非鉛誘電体層の膜厚が0.2μm以下の場
合でもある程度の鉛拡散防止効果自体は得られるが、鉛
系誘電体層の微小な表面欠陥や表面粗さ、製造工程に起
因するごみ等の付着による局所的な表面粗さの影響を受
けやすくなり、良好な拡散防止効果が得られにくく、局
所的な鉛成分の拡散による発光層の部分的輝度低下や劣
化の問題を生じる危険性がある。
Even when the thickness of the lead-free dielectric layer is 0.2 μm or less, a certain degree of lead diffusion preventing effect itself can be obtained, but it is caused by minute surface defects and surface roughness of the lead-based dielectric layer, and the production process. It becomes susceptible to local surface roughness due to the adhesion of dust and the like, making it difficult to obtain a good diffusion prevention effect, and causing a problem of partial brightness reduction and deterioration of the light emitting layer due to local diffusion of lead components. There is a risk.

【0061】このため、非鉛誘電体層の膜厚は厚いこと
が好ましく、非鉛誘電体層に必要とされる比誘電率は、
鉛系誘電体層の50%以上、より好ましくは鉛系誘電体
層と同等の比誘電率が好ましいことは明らかである。従
って、前記の誘電体層に必要とされる比誘電率が好まし
くは50〜200〜450以上であることを考え合わせ
た場合、非鉛誘電体層に必要とされる比誘電率は少なく
とも25以上、好ましくは100以上、より好ましくは
200以上である。
Therefore, the thickness of the lead-free dielectric layer is preferably large, and the relative permittivity required for the lead-free dielectric layer is as follows:
It is clear that the relative dielectric constant of the lead-based dielectric layer is preferably 50% or more, more preferably equivalent to that of the lead-based dielectric layer. Therefore, when considering that the relative dielectric constant required for the dielectric layer is preferably 50 to 200 to 450 or more, the relative dielectric constant required for the lead-free dielectric layer is at least 25 or more. , Preferably 100 or more, more preferably 200 or more.

【0062】例えば、前記の例で、誘電体層の比誘電率
が1000,膜厚が8μmの場合、比誘電率が約7であ
るSi34 膜を0.4μm形成した場合を考えると
(6)式より実効比誘電率は122となり、また比誘電
率が約25であるTa25 膜を0.4μm形成した場合
でも実効比誘電率は333となり大幅に低下し、発光層
に印加される実効電圧が大幅に低下してしまうため、こ
のような非鉛誘電体層を用いた場合、EL素子の駆動電
圧が著しく増大し、実用性を大きく減じてしまう。
For example, in the above example, when the relative dielectric constant of the dielectric layer is 1000 and the film thickness is 8 μm, the case where a Si 3 N 4 film having a relative dielectric constant of about 7 is formed at 0.4 μm is considered. From the equation (6), the effective relative permittivity is 122, and even when a Ta 2 O 5 film having a relative permittivity of about 25 is formed at 0.4 μm, the effective relative permittivity becomes 333, which is greatly reduced. Since the applied effective voltage is greatly reduced, when such a lead-free dielectric layer is used, the driving voltage of the EL element is significantly increased, and the practicality is greatly reduced.

【0063】これに対し、高誘電率材料、例えば比誘電
率が約80であるTiO2 膜を0.4μm形成した場合
の実効比誘電率は615と大幅に改善され、さらに比誘
電率が200の物質を用いれば実効比誘電率は800が
得られ、さらに比誘電率が500の物質を用いた場合、
実効比誘電率は910とほぼ非鉛誘電体層がない場合と
同等の特性を得ることが可能となる。
On the other hand, when a high dielectric constant material, for example, a TiO 2 film having a relative dielectric constant of about 80 is formed at 0.4 μm, the effective relative dielectric constant is greatly improved to 615, and the relative dielectric constant is further increased to 200. When the substance is used, an effective relative dielectric constant of 800 is obtained. Further, when a substance having a relative dielectric constant of 500 is used,
The effective relative permittivity is 910, and it is possible to obtain substantially the same characteristics as when there is no lead-free dielectric layer.

【0064】さらに比誘電率が約80であるTiO2
超える、比誘電率100〜1000以上が得られる非鉛
系高誘電率誘電体材料としては、例えばBaTiO3
SrTiO3 、CaTiO3 、BaSnO3 、等のペロ
ブスカイト構造誘電体やこれら材料間の固溶体が特に好
ましい。
Further, as a lead-free high dielectric constant dielectric material which exceeds TiO 2 having a relative dielectric constant of about 80 and can obtain a relative dielectric constant of 100 to 1000 or more, for example, BaTiO 3 ,
Perovskite structure dielectrics such as SrTiO 3 , CaTiO 3 , BaSnO 3 , and solid solutions between these materials are particularly preferred.

【0065】さらに、非鉛系高誘電率誘電体材料とし
て、タングステンブロンズ型誘電体材料を用いても良
い。タングステンブロンズ型誘電体材料は、一般に化学
式Ax515 で表される。ここで、AおよびBは各々
陽イオンを表す。AはMg、Ca、Ba、Sr、希土類
およびCdから選ばれた1種以上であることが好まし
く、BはTi、Zr、Ta、Nb、Mo、W、Feおよ
びNiから選ばれた1種以上であることが好ましい。具
体的にはSBN(=(Sr1-xBax )Nb26 )、Sr
Nb26 、Ba3Nb1028 等のタングステンブロン
ズ型酸化物である。
Further, a tungsten bronze type dielectric material may be used as the lead-free high dielectric constant dielectric material. A tungsten bronze type dielectric material is generally represented by the chemical formula A x B 5 O 15 . Here, A and B each represent a cation. A is preferably at least one selected from Mg, Ca, Ba, Sr, rare earth and Cd, and B is at least one selected from Ti, Zr, Ta, Nb, Mo, W, Fe and Ni. It is preferred that Specifically, SBN (= (Sr 1-x Ba x ) Nb 2 O 6 ), Sr
Tungsten bronze type oxides such as Nb 2 O 6 and Ba 3 Nb 10 O 28 .

【0066】このような非鉛系高誘電率誘電体層を用い
ることで、本発明の鉛成分の発光層への拡散防止効果が
実効比誘電率の低下を最小限に抑えたまま得ることが容
易に可能になる。
By using such a lead-free high dielectric constant dielectric layer, the effect of preventing the diffusion of the lead component into the light emitting layer of the present invention can be obtained while keeping the effective relative dielectric constant from being reduced to a minimum. It is easily possible.

【0067】ところで本発明者の検討によれば、このよ
うな非鉛系誘電体層を用いる上で、特にペロブスカイト
構造体材料を用いる場合、その組成をペロブスカイト構
造のAサイト原子がBサイト原子に対し1以上の比率と
することが重要である。
According to the study of the present inventors, when using such a lead-free dielectric layer, particularly when a perovskite structure material is used, the composition is changed from the A site atom of the perovskite structure to the B site atom. It is important that the ratio be 1 or more.

【0068】すなわち、前記したような、ペロブスカイ
ト構造非鉛誘電体材料は、何れも結晶構造的にそのAサ
イトに鉛イオンを含むことが可能であり、例えばBaT
iO 3 組成を例にとって説明すると、BaTiO3 層を
形成する際にその出発組成が、Ba1-xTiO3-x であ
るような、Aサイト原子であるBaがBサイト原子であ
るTiに対し不足している場合、BaTiO3 層を形成
する鉛系誘電体層に過剰な鉛成分があるため、容易にこ
のBaTiO3 層のBa欠陥サイトに過剰鉛成分が置換
し、(Ba1-xPbx )TiO3 層を形成してしまう。
このような状態で、BaTiO3 層上に発光層を形成し
た場合、発光層が鉛成分に直接接してしまうため十分な
鉛拡散防止効果が得られない。
That is, as described above, perovskite
Each of the lead-free lead-free dielectric materials has a
Can contain lead ions, such as BaT
iO Three Taking the composition as an example, BaTiOThree Layers
When forming, its starting composition is Ba1-xTiO3-x In
Ba, which is an A site atom, is a B site atom.
If there is a shortage of TiThree Form a layer
The lead-based dielectric layer that contains
BaTiOThree Excess lead component replaces Ba defect site in layer
And (Ba1-xPbx ) TiOThree A layer is formed.
In such a state, BaTiOThree Forming a light emitting layer on the layer
In this case, the light emitting layer is in direct contact with the lead
The effect of preventing lead diffusion cannot be obtained.

【0069】このためにペロブスカイト構造非鉛系誘電
体層の組成は少なくとも化学量論比組成からAサイト過
剰側とすることが好ましい。また、この説明からも推察
されるように、ペロブスカイト構造非鉛誘電体材料は結
晶構造的に鉛成分の置換が可能であるため組成を化学量
論比組成からAサイト過剰側としても、鉛系誘電体層と
の界面近傍部分は鉛成分と僅かながらも一部反応する可
能性がある。このためにも非鉛誘電体層の膜厚はある一
定以上であることが好ましく、本発明者の実験的検討で
はこの膜厚は0.1μm以上、好ましくは0.2μm超で
ある。
For this reason, it is preferable that the composition of the lead-free dielectric layer having a perovskite structure is at least on the A-site excess side from the stoichiometric composition. Further, as can be inferred from this description, since the lead-free dielectric material having a perovskite structure can be substituted for a lead component in a crystal structure, even if the composition is changed from the stoichiometric composition to the A-site excess side, the lead-based dielectric material is The portion near the interface with the dielectric layer may possibly partially react with the lead component. For this reason, it is preferable that the thickness of the lead-free dielectric layer is not less than a certain value. According to an experimental study by the present inventors, this thickness is not less than 0.1 μm, preferably more than 0.2 μm.

【0070】また、SBN(Sr1-xBax )Nb26
に代表されるタングステンブロンズ型誘電体の場合もペ
ロブスカイト型誘電体と同様に、その組成を一般に化学
式A x515 で表わした場合、AイオンとしてPbを
置換することが可能であるため、Aに位置する陽イオン
を化学量論比以上とすることが望ましい。
Further, SBN (Sr1-xBax ) NbTwoO6 
In the case of tungsten bronze type dielectric represented by
As with lobskite-type dielectrics, their composition is generally
Formula A xBFiveO15 Where Pb is represented as A ion
A cation located at A because it can be substituted
Is preferably not less than the stoichiometric ratio.

【0071】このように、非鉛誘電体層を十分にその組
成を制御して形成する方法としては、スパッタリング法
もしくは溶液塗布焼成法を用いることがその組成の制御
性が高く好ましい。
As described above, as a method of forming the lead-free dielectric layer by sufficiently controlling the composition thereof, it is preferable to use a sputtering method or a solution coating baking method because the controllability of the composition is high.

【0072】スパッタリング法を用いて形成された非鉛
系誘電体層は、ターゲット組成と同組成の薄膜を容易に
形成でき、更に高密度でより鉛成分の拡散防止効果が期
待できる緻密な薄膜を容易に形成できるために好ましい
膜形成方法である。
The lead-free dielectric layer formed by the sputtering method can easily form a thin film having the same composition as the target composition, and is a dense thin film which can be expected to have a higher density and an effect of preventing the diffusion of the lead component. This is a preferable film forming method because it can be easily formed.

【0073】また、溶液塗布焼成法は前駆体溶液の調合
比を制御することによりスパッタ法よりも更に厳密に組
成制御がされた誘電体層が形成可能であり、さらに後述
するように溶液塗布焼成法の特徴である欠陥の修復効果
をこの非鉛系誘電体層自体にも持たせることが可能であ
る点、またスパッタリング法で膜厚の厚い層を形成した
ときに発生する基板の凹凸が強調されることによる表面
性の粗さの問題が発生せず、容易に厚い層が形成可能で
ある点、高価な成膜設備を必要とせず、鉛系誘電体層と
同様の設備と工程によって形成可能な点からより好まし
い形成方法である。
The solution coating and baking method can form a dielectric layer whose composition is more strictly controlled than the sputtering method by controlling the blend ratio of the precursor solution. This lead-free dielectric layer itself has the effect of repairing defects, which is a feature of the method, and the unevenness of the substrate generated when a thick layer is formed by sputtering is emphasized. It does not cause the problem of surface roughness due to being formed, and can easily form a thick layer, does not require expensive film forming equipment, and is formed by the same equipment and process as the lead-based dielectric layer This is a more preferable formation method from the possible viewpoint.

【0074】本発明者による詳細な検討の結果、上記の
効果は、以下の条件において特に効果が認められた。
As a result of a detailed study by the present inventors, the above effects were found to be particularly effective under the following conditions.

【0075】第1に、誘電体層を鉛系誘電体層と非鉛系
高誘電率誘電体層との複合構造とし、少なくとも鉛系誘
電体層が溶液塗布焼成法を複数回繰り返すことによって
形成され、さらに少なくともその複合構造の最表面層が
非鉛系高誘電率誘電体層によって構成されることであ
る。この構造とすることにより前記したように鉛系誘電
体層の過剰鉛成分が発光層に悪影響を与えることを防止
することが可能となる。
First, the dielectric layer has a composite structure of a lead-based dielectric layer and a lead-free high-permittivity dielectric layer, and at least the lead-based dielectric layer is formed by repeating a solution coating and firing method a plurality of times. In addition, at least the outermost layer of the composite structure is constituted by a lead-free high dielectric constant dielectric layer. With this structure, it is possible to prevent the excess lead component of the lead-based dielectric layer from affecting the light emitting layer as described above.

【0076】第2に非鉛誘電体層を高誘電率膜、特に好
ましくは比誘電率100以上が容易に得られる非鉛組成
ペロブスカイト構造誘電体によって構成することであ
る。非鉛誘電体層を高誘電率組成膜とすることで非鉛誘
電体層の介在による複合誘電体層の実効的な比誘電率低
下を防ぎ、特に好ましくはペロブスカイト構造非鉛高誘
電体を用いることで、誘電体層の実効的な比誘電率低下
を最小限に減少させることが可能となり、かつ良好な鉛
拡散防止効果が得られるため好ましい。特にペロブスカ
イト構造非鉛高誘電体層の組成を用いる場合、その組成
を化学量論比からAサイト過剰側とすることである。こ
れにより有効に鉛成分の発光層に対する拡散防止効果を
完全にすることが可能になる。
Second, the lead-free dielectric layer is formed of a high dielectric constant film, particularly preferably a lead-free perovskite structure dielectric material having a relative dielectric constant of 100 or more. By making the lead-free dielectric layer a high dielectric constant composition film, the effective relative dielectric constant of the composite dielectric layer is prevented from lowering due to the intervention of the lead-free dielectric layer, and a lead-free high dielectric having a perovskite structure is particularly preferably used. This is preferable because the effective lowering of the relative permittivity of the dielectric layer can be reduced to a minimum, and a good lead diffusion preventing effect can be obtained. In particular, when the composition of the lead-free high dielectric layer having a perovskite structure is used, the composition is set to be on the A site excess side from the stoichiometric ratio. This makes it possible to effectively complete the effect of preventing the lead component from diffusing into the light emitting layer.

【0077】第3に非鉛高誘電率誘電体層をスパッタリ
ング法もしくは溶液塗布焼成法とすることである。スパ
ッタ法を用いることにより容易に組成を制御しかつ高密
度で緻密な非鉛高誘電率誘電体層が形成可能である。ま
た、溶液塗布焼成法を用いれば、より厳密に組成制御を
行い、更に表面凹凸の問題の無いより厚い非鉛高誘電率
誘電体層が容易に形成可能である。さらに溶液塗布焼成
法の特徴である単層に発生するごみ等による欠陥の修復
効果が、非鉛高誘電率誘電体層形成時にも期待できるた
め、鉛系誘電体層と非鉛高誘電率誘電体層を何れも溶液
塗布焼成法によって形成し、その回数を合わせて3回以
上とすることにより上記の欠陥によって発生した局所的
な耐圧低下部でも絶縁破壊等の問題を回避することが可
能となる。
Third, the lead-free high dielectric constant dielectric layer is formed by a sputtering method or a solution coating baking method. By using the sputtering method, it is possible to easily control the composition and form a dense and dense lead-free high dielectric constant dielectric layer. Further, by using the solution coating and baking method, it is possible to more strictly control the composition and to easily form a thicker lead-free high dielectric constant dielectric layer having no problem of surface irregularities. Furthermore, since the effect of repairing defects such as dust generated in a single layer, which is a feature of the solution coating and firing method, can be expected even when a lead-free high dielectric constant dielectric layer is formed, a lead-based dielectric layer and a lead-free high dielectric constant dielectric can be expected. All the body layers are formed by the solution coating and baking method, and the number of times is set to three or more times, so that it is possible to avoid a problem such as a dielectric breakdown even in a local withstand voltage lowering portion caused by the above-described defect. Become.

【0078】また、誘電体層の膜厚が下部電極層の膜厚
の4倍以上とすれば、下部電極層のパターニングによっ
て生じるパターンエッジ部の被覆性と誘電体層表面の平
坦性を十分に改善することも可能である。
When the thickness of the dielectric layer is at least four times the thickness of the lower electrode layer, the coverage of the pattern edge portion caused by patterning of the lower electrode layer and the flatness of the surface of the dielectric layer are sufficiently improved. It can be improved.

【0079】第4に多層状誘電体層の膜厚を4μm以
上、16μm以下とすることである。本発明者の検討に
よれば、通常のクリーンルーム内での工程で発生するゴ
ミ等のパーティクルサイズは0.1〜2μm、特に1μm
前後に集中しており、平均膜厚を4μm以上、好ましく
は6μm以上とすることでゴミ等の欠陥による誘電体層
欠陥部の絶縁耐圧を平均耐圧の2/3以上とすることが
可能である。
Fourth, the thickness of the multilayer dielectric layer should be set to 4 μm or more and 16 μm or less. According to the study of the present inventors, the particle size of dust and the like generated in a process in a normal clean room is 0.1 to 2 μm, particularly 1 μm.
When the average film thickness is 4 μm or more, preferably 6 μm or more, the dielectric withstand voltage of the dielectric layer defective portion due to a defect such as dust can be set to 2/3 or more of the average withstand voltage. .

【0080】膜厚が16μm以上になると溶液塗布焼成
法の繰り返し回数が多くなりすぎるためコストの増大と
なる。さらに、式(3)〜(5)に示されるように、誘
電体層の膜厚を大きくすると誘電体層の比誘電率自体を
大きくする必要があり、例えば膜厚が16μm以上の場
合、必要とされる比誘電率は、160〜640〜144
0以上となる。しかし、一般に溶液塗布焼成成法を用い
て比誘電率1500以上の誘電体層を形成することは技
術的困難が大きい。また、本発明では耐圧が高く欠陥の
無い誘電体層が容易に形成可能であるため、16μm 以
上の誘電体層を形成する必要が無い。このため、膜厚の
上限は16μm 以下、好ましくは12μm 以下である。
If the film thickness is 16 μm or more, the number of repetitions of the solution coating and sintering method becomes too large, resulting in an increase in cost. Further, as shown in equations (3) to (5), it is necessary to increase the relative dielectric constant of the dielectric layer when the thickness of the dielectric layer is increased. For example, when the thickness is 16 μm or more, Relative dielectric constant is 160 to 640 to 144
It becomes 0 or more. However, it is generally technically difficult to form a dielectric layer having a relative dielectric constant of 1500 or more using a solution coating baking method. Further, in the present invention, since a dielectric layer having a high withstand voltage and having no defect can be easily formed, it is not necessary to form a dielectric layer having a thickness of 16 μm or more. For this reason, the upper limit of the film thickness is 16 μm or less, preferably 12 μm or less.

【0081】また、誘電体層の膜厚が下部電極層の膜厚
の4倍以上とすれば、下部電極層のパターニングによっ
て生じるパターンエッジ部の被覆性と誘電体層表面の平
坦性を十分に改善することも可能である。
When the thickness of the dielectric layer is four times or more the thickness of the lower electrode layer, the coverage of the pattern edge caused by the patterning of the lower electrode layer and the flatness of the surface of the dielectric layer are sufficiently improved. It can be improved.

【0082】本発明の鉛系誘電体層と非鉛系高誘電率誘
電体層との積層の組み合わせは、その最表面が非鉛系高
誘電率誘電体層であれば良いのであり、これらを交互に
積層し、その最表層を非鉛系高誘電率誘電体層とするこ
ともできる。このような構成を取れば、鉛系誘電体層中
に存在する過剰な鉛成分が交互に積層された非鉛系高誘
電率誘電体層によってそれぞれに効果的に拡散防止さ
れ、より最表面に位置する非鉛系高誘電率誘電体層の鉛
成分拡散防止効果が良好になる。このような構成は、特
にスパッタリング法を用いて非鉛系高誘電率誘電体層を
形成する際に、スパッタリング法の問題である膜厚の厚
い層を形成した際に膜表面の凹凸が激しくなる問題を回
避するために有効である。
The combination of the stack of the lead-based dielectric layer and the lead-free high-permittivity dielectric layer of the present invention may be any as long as the outermost surface is a lead-free high-permittivity dielectric layer. The layers may be alternately stacked, and the outermost layer may be a lead-free high dielectric constant dielectric layer. With such a configuration, the excessive lead component present in the lead-based dielectric layer is effectively prevented from being diffused to each other by the alternately stacked lead-free high-permittivity dielectric layers, and moreover to the outermost surface. The lead-free diffusion effect of the non-lead-based high-k dielectric layer located is improved. In such a configuration, particularly when forming a lead-free high dielectric constant dielectric layer using a sputtering method, irregularities on the film surface become severe when a thick layer is formed, which is a problem of the sputtering method. Effective to avoid problems.

【0083】さらに、本発明の作用を明確に説明するた
め、誘電体層を本発明による溶液塗布焼成法を複数繰り
返すことにより形成された鉛系誘電体層と少なくともそ
の最表面層に非鉛系高誘電率誘電体層積層した多層誘電
体層とせず、スパッタリング法により形成した場合につ
いて電子顕微鏡写真を用いて説明する。図5は3μmの
下部電極層を形成し、パターニングした基板上に、スパ
ッタリング法でBaTiO3 薄膜を8μm 形成した場合
の電子顕微鏡写真である。図5より明らかなように、ス
パッタリング法によって誘電体層を形成した場合、誘電
体膜の表面は基板の段差を強調する形で形成されるた
め、誘電体表面は著しい凹凸とオーバーハングが発生す
る。このような表面形状の凹凸現象は、スパッタリング
法以外にも蒸着法で誘電体層を形成した場合も同じよう
に認められている。このような誘電体層上には、EL発
光層のような機能性薄膜を形成し使用することは全く不
可能である。このように、従来のスパッタリング法等の
手法で形成した誘電体層では不可能であった下部電極層
の段差やゴミ等による欠陥を本発明においては溶液塗布
焼成法を複数回繰り返すことによって完全に被覆し、誘
電体層表面が平坦化される。
Further, in order to clearly explain the function of the present invention, a lead-based dielectric layer formed by repeating the solution coating and baking method of the present invention a plurality of times and a lead-free dielectric layer formed on at least the outermost surface layer thereof are formed. A case in which a high dielectric constant dielectric layer is not formed as a multilayer dielectric layer but is formed by a sputtering method will be described using an electron micrograph. FIG. 5 is an electron micrograph of a case in which a BaTiO 3 thin film of 8 μm is formed on a patterned substrate by forming a 3 μm lower electrode layer and by sputtering. As is clear from FIG. 5, when the dielectric layer is formed by the sputtering method, the surface of the dielectric film is formed in such a manner that the step of the substrate is emphasized, so that the dielectric surface has significant unevenness and overhang. . Such unevenness of the surface shape is similarly recognized when a dielectric layer is formed by an evaporation method other than the sputtering method. It is impossible at all to form and use a functional thin film such as an EL light emitting layer on such a dielectric layer. As described above, in the present invention, defects caused by steps or dust in the lower electrode layer, which were impossible with a dielectric layer formed by a conventional sputtering method or the like, are completely eliminated by repeating the solution coating and firing method a plurality of times. Cover and planarize the dielectric layer surface.

【0084】発光層の材料としては特に限定されない
が、前述したMnをドープしたZnS等の公知の材料が
使用できる。これらの中でも、SrS:Ceや青色発光
体であるバリウムチオアルミネート蛍光体層は優れた特
性を得られることから特に好ましい。発光層の膜厚とし
ては、特に制限されるものではないが、厚すぎると駆動
電圧が上昇し、薄すぎると発光効率が低下する。具体的
には、発光体材料にもよるが、好ましくは100〜20
00nm程度である。
The material of the light-emitting layer is not particularly limited, but known materials such as Mn-doped ZnS described above can be used. Among them, SrS: Ce and a barium thioaluminate phosphor layer which is a blue light-emitting material are particularly preferable because excellent characteristics can be obtained. The thickness of the light emitting layer is not particularly limited, but if it is too thick, the driving voltage increases, and if it is too thin, the luminous efficiency decreases. Specifically, although it depends on the luminescent material, it is preferably 100 to 20.
It is about 00 nm.

【0085】発光層の形成方法は、気相堆積法を用いる
ことが可能である。気相堆積法としては、スパッタ法や
蒸着法等の物理的気相堆積法やCVD法等の化学的気相
堆積法が好ましい。また、前述したように特にSrS:
Ceの発光層を形成する場合には、H2S雰囲気下、エ
レクトロンビーム蒸着法により成膜中の基板温度を50
0℃〜600℃に保持して形成すると、高純度の発光層
を得ることが可能である。
As a method for forming the light emitting layer, a vapor phase deposition method can be used. As the vapor deposition method, a physical vapor deposition method such as a sputtering method or a vapor deposition method or a chemical vapor deposition method such as a CVD method is preferable. In addition, as described above, in particular, SrS:
When a Ce light emitting layer is formed, the substrate temperature during film formation is set to 50 in an H 2 S atmosphere by electron beam evaporation.
When formed at a temperature of 0 ° C. to 600 ° C., a high-purity light-emitting layer can be obtained.

【0086】発光層の形成後、好ましくは加熱処理を行
う。加熱処理は、基板側から電極層、誘電体層、発光層
と積層した後に行っても良いし、基板側から電極層、誘
電体層、発光層、絶縁体層、あるいはこれに電極層を形
成した後に加熱処理(キャップアニール)を行っても良
い。熱処理の温度は形成する発光層によるが、SrS:
Ceの場合、500℃〜600℃以上で、誘電体層の焼
成温度以下、処理時間は10〜600分であることが好
ましい。加熱処理時の雰囲気としては、Ar中が好まし
い。
After the formation of the light emitting layer, a heat treatment is preferably performed. The heat treatment may be performed after the electrode layer, the dielectric layer, and the light-emitting layer are stacked from the substrate side, or the electrode layer, the dielectric layer, the light-emitting layer, the insulator layer, or the electrode layer is formed therefrom from the substrate side. After that, heat treatment (cap annealing) may be performed. The temperature of the heat treatment depends on the light emitting layer to be formed.
In the case of Ce, the temperature is preferably 500 ° C. to 600 ° C. or higher, the firing temperature of the dielectric layer or lower, and the processing time is preferably 10 to 600 minutes. The atmosphere during the heat treatment is preferably in Ar.

【0087】このように、SrS:Ceやバリウムチオ
アルミネート蛍光体等の優れた特性が得られる発光層を
形成する条件は、真空中もしくは還元中雰囲気下で50
0℃以上といった高温での成膜と、その後の大気圧下で
の高温熱処理工程が必要であり、従来の技術では誘電体
層の鉛成分と発光層の反応、拡散による問題が避けられ
ないのに対し、本発明の薄膜EL素子では発光層に対す
る鉛成分による悪影響が完全に防止できるために特に効
果が大きい。
As described above, the conditions for forming a light-emitting layer having excellent characteristics such as SrS: Ce and barium thioaluminate phosphor are as follows under vacuum or under reducing atmosphere.
A film formation at a high temperature such as 0 ° C. or higher and a subsequent high-temperature heat treatment process under the atmospheric pressure are required. In the conventional technology, the problem due to the reaction and diffusion between the lead component of the dielectric layer and the light emitting layer cannot be avoided. On the other hand, the thin-film EL device of the present invention is particularly effective because the adverse effect of the lead component on the light emitting layer can be completely prevented.

【0088】薄膜絶縁体層(17)および/または(1
5)は、前記したように省略しても良いがこれを有する
ことが好ましい。
The thin-film insulator layer (17) and / or (1)
5) may be omitted as described above, but is preferably provided.

【0089】この薄膜絶縁体層は、その機能として発光
層と誘電体層との間の界面の電子状態を調節し発光層へ
の電子注入を安定化、効率化する事と、この電子状態が
発光層の両面で対象的に構成することにより交流駆動時
の発光特性の正負対象性を改善することが主要な目的で
あり、溶液塗布焼成法によって形成された誘電体層の役
割である絶縁耐圧を保持する機能を考慮する必要はない
ため膜厚は薄くて良い。
The function of the thin-film insulator layer is to adjust the electronic state at the interface between the light-emitting layer and the dielectric layer to stabilize and improve the electron injection into the light-emitting layer. The main purpose is to improve the positive-negative symmetry of the light emission characteristics during AC driving by symmetrically configuring both surfaces of the light-emitting layer. The dielectric breakdown voltage, which is the role of the dielectric layer formed by the solution coating baking method, is It is not necessary to consider the function of maintaining the thickness, so that the film thickness may be small.

【0090】この薄膜絶縁体層は抵抗率として、108
Ωcm以上、特に1010〜1018 Ωcm程度が好まし
い。また、比較的高い比誘電率を有する物質であること
が好ましく、その比誘電率εとしては、好ましくはε=
3以上である。この薄膜絶縁体層の構成材料としては、
例えば酸化シリコン(SiO2 )、窒化シリコン(Si
N)、酸化タンタル(Ta25 )、酸化イットリウム
(Y23 )、ジルコニア(ZrO2 )、シリコンオキ
シナイトライド(SiON)、アルミナ(Al23)、
等を用いることができる。また、薄膜絶縁体層を形成す
る方法としては、スパッタ法や蒸着法を用いることがで
きる。また、薄膜絶縁体層の膜厚としては、好ましくは
50〜1000nm、特に好ましくは50〜200nm程度
である。
This thin film insulator layer has a resistivity of 10 8
Ωcm or more, particularly preferably about 10 10 to 10 18 Ωcm. Further, it is preferable that the material has a relatively high relative dielectric constant, and the relative dielectric constant ε thereof is preferably ε =
3 or more. As a constituent material of this thin film insulator layer,
For example, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si
N), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silicon oxynitride (SiON), alumina (Al 2 O 3 ),
Etc. can be used. In addition, as a method for forming the thin film insulator layer, a sputtering method or an evaporation method can be used. In addition, the thickness of the thin-film insulator layer is preferably about 50 to 1000 nm, particularly preferably about 50 to 200 nm.

【0091】透明電極層は膜厚0.2μm〜1μmのI
TOやSnO2 (ネサ膜)、ZnO−Al等の酸化物導
電性材料等が用いられる。透明電極層の形成方法として
は、スパッタ法のほか蒸着法等の公知の技術を用いれば
よい。
The transparent electrode layer has a thickness of 0.2 μm to 1 μm.
An oxide conductive material such as TO, SnO 2 (Nesa film), or ZnO—Al is used. As a method for forming the transparent electrode layer, a known technique such as a vapor deposition method other than the sputtering method may be used.

【0092】なお、上記した薄膜EL素子は単一発光層
のみを有するが、本発明の薄膜EL素子は、このような
構成に限定されるものではなく、膜厚方向に発光層を複
数積層しても良いし、マトリックス状にそれぞれ種類の
異なる発光層(画素)を組み合わせて平面的に配置する
ような構成としても良い。
Although the above-mentioned thin-film EL element has only a single light-emitting layer, the thin-film EL element of the present invention is not limited to such a structure, and a plurality of light-emitting layers are stacked in the film thickness direction. Alternatively, different types of light emitting layers (pixels) may be combined in a matrix and arranged in a plane.

【0093】また、上記説明の薄膜EL素子では、上部
ITO電極側から発光層の光を取り出す構成を説明した
が、本発明の薄膜EL素子はこのような構成に限定され
るものではなく、絶縁性基板側から発光層の光を取り出
しても良い。この場合、絶縁性基板としては、耐熱性ガ
ラス等の透光性を有する基板を用い、下部電極としては
ITO等の透明電極を用いればよい。
In the above-described thin-film EL device, the configuration in which light from the light-emitting layer is extracted from the upper ITO electrode side has been described. However, the thin-film EL device of the present invention is not limited to such a configuration. The light of the light emitting layer may be extracted from the conductive substrate side. In this case, a light-transmitting substrate such as heat-resistant glass may be used as the insulating substrate, and a transparent electrode such as ITO may be used as the lower electrode.

【0094】また、本発明の薄膜EL素子は電子顕微鏡
による観察で容易に識別される。すなわち、本発明にお
いて溶液塗布焼成法を複数回繰り返すことにより多層状
に形成された誘電体層は他の方法により形成された誘電
体層とは誘電体層が多層状に形成されていることのみな
らず膜質の違いも観察される。さらに、誘電体層表面の
平滑性が極めて良好であるという特徴がある。
The thin film EL device of the present invention can be easily identified by observation with an electron microscope. That is, in the present invention, a dielectric layer formed in a multilayer by repeating the solution coating and firing method a plurality of times is different from a dielectric layer formed by another method only in that the dielectric layer is formed in a multilayer. However, a difference in film quality is also observed. Further, there is a feature that the smoothness of the surface of the dielectric layer is extremely good.

【0095】上記したように本発明の薄膜EL素子は、
発光層が積層される誘電体層表面の平滑性が極めて良好
であり、絶縁耐圧が高くかつ欠陥がなく、更に従来問題
であった誘電体層の過剰鉛成分による発光層へのダメー
ジを完全に防止することが可能なため、輝度が高くかつ
輝度の長期信頼性が高く、高性能、高精細のディスプレ
イを容易に構成することもできる。また、製造工程が容
易であり、製造コストを低く抑えることが可能である。
As described above, the thin film EL device of the present invention
The surface of the dielectric layer on which the light-emitting layer is laminated has extremely good smoothness, high dielectric strength, no defects, and complete damage to the light-emitting layer due to the excess lead component of the dielectric layer, which was a conventional problem. Since the display can be prevented, a display with high luminance, high long-term reliability of luminance, high performance and high definition can be easily formed. Further, the manufacturing process is easy, and the manufacturing cost can be reduced.

【0096】[0096]

【実施例】以下に本発明の実施例を具体的に示しさらに
詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically shown below and described in more detail.

【0097】〔実施例1〕99.6%純度のアルミナ基
板を表面研磨し、この基板上にスパッタリング法により
微量添加物を添加したAu薄膜を1μmの厚さに形成
し、700℃で熱処理を行って安定化した。このAu薄
膜をフォトエッチング法を用いて幅300μm、スペー
ス30μmの多数のストライプ状にパターニングした。
[Example 1] A 99.6% pure alumina substrate was polished on its surface, an Au thin film to which a trace amount of additive was added was formed to a thickness of 1 µm on this substrate by a sputtering method, and heat treatment was performed at 700 ° C. Went and stabilized. This Au thin film was patterned into a large number of stripes having a width of 300 μm and a space of 30 μm by photoetching.

【0098】この基板に溶液塗布焼成法を用いて鉛系誘
電体層であるPZT誘電体層を形成した。溶液塗布焼成
法による誘電体層の形成方法として、以下の方法で作製
したゾルゲル液をPZT前駆体溶液として基板にスピン
コーティング法にて塗布し、700℃15分間焼成する
事を所定回繰り返した。
A PZT dielectric layer, which is a lead-based dielectric layer, was formed on this substrate by using a solution coating baking method. As a method for forming a dielectric layer by a solution coating and baking method, a method of applying a sol-gel solution prepared by the following method as a PZT precursor solution to a substrate by a spin coating method and baking it at 700 ° C. for 15 minutes was repeated a predetermined number of times.

【0099】基本的なゾルゲル液の作製方法は、8.4
9gの酢酸鉛三水和物と4.17gの1.3プロパンジ
オールを約2時間、加熱撹拌し、透明な溶液を得た。こ
れとは別に3.70gのジルコニウム・ノルマルプロポ
キシド70wt%1−プロパノール溶液と1.58gのア
セチルアセトンを乾燥窒素雰囲気中で30分間加熱攪拌
し、これに3.14gのチタニウム・ジイソプロポキシ
ド・ビスアセチルアセトネート75wt%2−プロパノー
ル溶液と2.32gの1.3プロパンジオールを加え、
更に2時間加熱撹拌した。これら2つの溶液を80℃で
混合し、乾燥窒素雰囲気中で2時間加熱撹拌し、褐色透
明な溶液を作製した。この溶液を130℃で数分間保持
することにより副生成物を取り除き、さらに3時間加熱
撹拌することによりPZT前駆体溶液を作製した。
A basic method for preparing a sol-gel liquid is described in 8.4.
9 g of lead acetate trihydrate and 4.17 g of 1.3 propanediol were heated and stirred for about 2 hours to obtain a clear solution. Separately, 3.70 g of a zirconium normal propoxide 70 wt% 1-propanol solution and 1.58 g of acetylacetone were heated and stirred in a dry nitrogen atmosphere for 30 minutes, and 3.14 g of titanium diisopropoxide. Bisacetylacetonate 75 wt% 2-propanol solution and 2.32 g of 1.3 propanediol were added,
The mixture was further heated and stirred for 2 hours. These two solutions were mixed at 80 ° C., and heated and stirred in a dry nitrogen atmosphere for 2 hours to produce a brown transparent solution. This solution was kept at 130 ° C. for several minutes to remove by-products, and further heated and stirred for 3 hours to prepare a PZT precursor solution.

【0100】ゾルゲル液の粘度調整は、n−プロパノー
ルを用いて希釈することにより行った。単層当たりの誘
電体層の膜厚は、スピンコーティング条件およびゾルゲ
ル液の粘度を調整することにより、1層0.7μmとし
た。この条件で形成されたPZT層は化学量論比組成に
対し約10%過剰な鉛成分を含んでいた。
The viscosity of the sol-gel solution was adjusted by diluting it with n-propanol. The thickness of the dielectric layer per single layer was set to 0.7 μm by adjusting the spin coating conditions and the viscosity of the sol-gel solution. The PZT layer formed under these conditions contained an excess of about 10% of the lead component with respect to the stoichiometric composition.

【0101】上記ゾルゲル液をPZT前駆体溶液として
スピンコーティング及び焼成を10回繰り返すことによ
り膜厚7μmの鉛系誘電体層を形成した。このPZT膜
の比誘電率は600であった。
The above sol-gel solution was used as a PZT precursor solution, and spin coating and baking were repeated 10 times to form a lead-based dielectric layer having a thickness of 7 μm. The relative dielectric constant of this PZT film was 600.

【0102】次に非鉛系高誘電率誘電体層として、鉛系
誘電体層上に、溶液塗布焼成法によって形成されたBa
TiO3 膜、スパッタリング法によって形成したBaT
iO 3 膜、及びSrTiO3 膜、TiO2 膜を、また比
較例として非鉛系高誘電率誘電体層を有していない試料
を作製した。
Next, as a lead-free high dielectric constant dielectric layer, lead-based
Ba formed on the dielectric layer by a solution coating baking method
TiOThree BaT formed by sputtering method
iO Three Film and SrTiOThree Film, TiOTwo Membrane and ratio
Sample without lead-free high dielectric constant dielectric layer as comparative example
Was prepared.

【0103】BaTiO3 薄膜の形成条件として、マグ
ネトロンスパッタ装置を用い、BaTiO3 セラミック
スをターゲットとして、Arガス4Paの圧力で、1
3.56MHz高周波電極密度2W/cm2 の条件で成膜を
行った。このとき成膜速度は約5nm/min であり、スパ
ッタリング時間を調整することで膜厚50nm〜400nm
を得た。このとき形成されたBaTiO3 薄膜はアモル
ファス状態であり、この膜を700℃で熱処理したとこ
ろ、比誘電率500の値が得られた。また、熱処理をし
たBaTiO3 薄膜はペロブスカイト構造を有すること
がX線回折法により確認された。またこのBaTiO3
膜の組成は化学量論比組成に対しBaが5%過剰組成で
あった。
The conditions for forming the BaTiO 3 thin film were as follows: a magnetron sputtering apparatus was used, BaTiO 3 ceramic was used as a target, and Ar gas was applied at a pressure of 4 Pa.
Film formation was performed under the conditions of a 3.56 MHz high frequency electrode density of 2 W / cm 2 . At this time, the film formation rate is about 5 nm / min, and the film thickness is 50 nm to 400 nm by adjusting the sputtering time.
I got The BaTiO 3 thin film formed at this time was in an amorphous state, and when this film was heat-treated at 700 ° C., a value of a relative dielectric constant of 500 was obtained. Further, it was confirmed by an X-ray diffraction method that the heat-treated BaTiO 3 thin film had a perovskite structure. In addition, this BaTiO 3
The composition of the film was such that Ba was 5% excess with respect to the stoichiometric composition.

【0104】SrTiO3 薄膜の形成条件として、マグ
ネトロンスパッタ装置を用い、SrTiO3 セラミック
スをターゲットとして、Arガス4Paの圧力で、13.
56MHz高周波電極密度2W/cm2 の条件で成膜を行っ
た。このとき成膜速度は約4nm/min であり、スパッタ
リング時間を調整することで膜厚400nmを得た。この
とき形成されたSrTiO3 薄膜はアモルファス状態で
あり、700℃で熱処理したところ、比誘電率250の
値が得られた。また、500℃以上の温度で熱処理をし
たSrTiO3 薄膜はペロブスカイト構造を有すること
がX線回折法により確認された。また、このSrTiO
3 薄膜の組成は化学量論比組成に対し、Srが3%過剰
組成であった。
As the conditions for forming the SrTiO 3 thin film, a magnetron sputtering apparatus was used, the target was SrTiO 3 ceramics, and the pressure of Ar gas was 4 Pa.
Film formation was performed under the conditions of a 56 MHz high frequency electrode density of 2 W / cm 2 . At this time, the film formation rate was about 4 nm / min, and a film thickness of 400 nm was obtained by adjusting the sputtering time. The SrTiO 3 thin film formed at this time was in an amorphous state, and when subjected to a heat treatment at 700 ° C., a value of 250 was obtained. Further, it was confirmed by an X-ray diffraction method that the SrTiO 3 thin film heat-treated at a temperature of 500 ° C. or more had a perovskite structure. In addition, this SrTiO
The composition of the three thin films was such that Sr was 3% excess with respect to the stoichiometric composition.

【0105】また、TiO2 薄膜の形成条件として、マ
グネトロンスパッタ装置を用い、TiO2 セラミックス
をターゲットとして、Arガス1Paの圧力で、13.
56MHz高周波電極密度2W/cm2 の条件で成膜を行っ
た。このとき成膜速度は約2nm/min であり、スパッタ
リング時間を調整することで膜厚400nmを得た。この
膜を600℃で熱処理したところ、比誘電率76の値が
得られた。
As the conditions for forming the TiO 2 thin film, a magnetron sputtering apparatus was used, TiO 2 ceramic was used as a target, and a pressure of 1 Pa of Ar gas was applied.
Film formation was performed under the conditions of a 56 MHz high frequency electrode density of 2 W / cm 2 . At this time, the film formation rate was about 2 nm / min, and a film thickness of 400 nm was obtained by adjusting the sputtering time. When this film was heat-treated at 600 ° C., a value of 76 was obtained.

【0106】溶液塗布焼成法によるBaTiO3 膜の形
成方法は、以下の方法で形成したゾルゲル液をBaTi
3 前駆体溶液として基板にスピンコーティング法にて
塗布し、最高温度700℃まで200℃ごとにステップ
状に昇温し、最高温度にて10分間焼成する事を所定回
繰り返した。
The BaTiO 3 film is formed by the solution coating and baking method by using a sol-gel liquid formed by the following method.
The process of applying the O 3 precursor solution to the substrate by a spin coating method, increasing the temperature in steps of 200 ° C. to a maximum temperature of 700 ° C. in steps, and baking at the maximum temperature for 10 minutes was repeated a predetermined number of times.

【0107】BaTiO3 前駆体溶液の作製方法として
は、分子量63万のPVP(ポリビニルピロリドン)を
2−プロバノールに完全に溶解し、酢酸及びチタンテト
ライソプロポキシドを攪拌しながら添加し、透明な溶液
を得た。この溶液に純水と酢酸バリウムの混合溶液を攪
拌しながら滴下し、この状態で攪拌を続けながら所定時
間のエージングを行った。各出発原料の組成比は、酢酸
バリウム:チタンテトライソプロポキシド:PVP:酢
酸:純水:2−プロパノール=1:1:0.5:9:2
0:20である。これによりBaTiO3 前駆体溶液が
得られた。
A BaTiO 3 precursor solution was prepared by completely dissolving PVP (polyvinylpyrrolidone) having a molecular weight of 630,000 in 2-propanol, and adding acetic acid and titanium tetraisopropoxide with stirring to obtain a transparent solution. I got A mixed solution of pure water and barium acetate was added dropwise to this solution with stirring, and aging was performed for a predetermined time while stirring was continued in this state. The composition ratio of each starting material is barium acetate: titanium tetraisopropoxide: PVP: acetic acid: pure water: 2-propanol = 1: 1: 0.5: 9: 2
0:20. As a result, a BaTiO 3 precursor solution was obtained.

【0108】上記BaTiO3 前駆体溶液の塗布焼成を
1層及び2層行うことにより、膜厚0.5μm 及び膜厚
1.0μmのBaTiO3 誘電体層を形成した。この膜
の比誘電率は380であり、組成は化学量論比組成に一
致した。
The BaTiO 3 precursor solution was applied and baked in one and two layers to form a BaTiO 3 dielectric layer having a thickness of 0.5 μm and a thickness of 1.0 μm. The relative dielectric constant of this film was 380, and the composition matched the stoichiometric composition.

【0109】鉛系誘電体層,非鉛系高誘電率誘電体層が
積層された基板上に、SrS:Ceの発光層をエレクト
ロンビーム蒸着法によりH2S雰囲気下、成膜中の基板
温度を500℃に保持して形成した。発光層形成後、真
空中600℃で30分間の熱処理を行った。
On a substrate on which a lead-based dielectric layer and a lead-free high-permittivity dielectric layer were laminated, a SrS: Ce light-emitting layer was formed under an H 2 S atmosphere by electron beam evaporation under a substrate temperature during film formation. Was formed at a temperature of 500 ° C. After the formation of the light emitting layer, a heat treatment was performed in vacuum at 600 ° C. for 30 minutes.

【0110】次に、絶縁体層としてSi34 薄膜と上
部電極層としてITO薄膜をスパッタリング法により順
次形成することにより薄膜EL素子とした。その際、上
部電極層のITO薄膜はメタルマスクを成膜時に用いる
事により幅1mmのストライプ上にパターニングした。発
光特性は、得られた素子構造の下部電極、上部透明電極
から電極を引き出し、1kHzのパルス幅50μSにて発
光輝度が飽和するまでの電界を印加して測定した。
Next, an Si 3 N 4 thin film as an insulator layer and an ITO thin film as an upper electrode layer were sequentially formed by a sputtering method to obtain a thin film EL device. At that time, the ITO thin film of the upper electrode layer was patterned on a stripe having a width of 1 mm by using a metal mask at the time of film formation. The emission characteristics were measured by extracting electrodes from the lower electrode and the upper transparent electrode of the obtained device structure and applying an electric field until the emission luminance was saturated with a 1 kHz pulse width of 50 μS.

【0111】評価項目としては、発光しきい値電圧、飽
和輝度、及び100時間連続発光後の到達輝度の劣化を
評価した。
As evaluation items, degradation of the emission threshold voltage, saturation luminance, and the reached luminance after continuous light emission for 100 hours were evaluated.

【0112】[0112]

【表1】 [Table 1]

【0113】その結果、非鉛系高誘電率誘電体層を有し
ていない比較例では劣化が50%と大きいが、本発明の
スパッタリング法によって形成されたBaTiO3 層を
有するものは、0.2μm 以上の膜厚で到達輝度が12
00cd前後となり、140V前後の発光しきい値電圧が
得られ、また劣化は小さかった。これに対し0.1μm
以下では発光しき値電圧が上昇すると共に到達輝度が低
下し、更に著しい劣化を示した。SrTiO3 層の場合
は、若干発光しきい値電圧が増加する以外、同膜厚のB
aTiO3 層の場合とほぼ同様の特性が得られた。ま
た、溶液塗布焼成法を用いたBaTiO3 層の場合も若
干の発光しきい値電圧の増加以外ほぼスパッタ法で得ら
れた結果と同様の特性が得られた。
As a result, in the comparative example having no lead-free high dielectric constant dielectric layer, the deterioration was as large as 50%, but in the comparative example having the BaTiO 3 layer formed by the sputtering method of the present invention, the degradation was 0.1%. With a film thickness of 2 μm or more, the ultimate brightness is 12
The light emission threshold voltage was about 140 V, and the deterioration was small. 0.1 μm
In the following, as the emission threshold voltage increases, the achievable luminance decreases, and further significant deterioration is shown. In the case of the SrTiO 3 layer, except that the emission threshold voltage slightly increases,
Almost the same characteristics as those of the aTiO 3 layer were obtained. Also, in the case of the BaTiO 3 layer using the solution coating baking method, almost the same characteristics as those obtained by the sputtering method were obtained except for a slight increase in the light emission threshold voltage.

【0114】TiO2 膜の場合、同膜厚のBaTiO3
膜と比較してしきい値電圧の増大と輝度の低下が見られ
るとともに劣化が大きかった。またAl23 膜の場
合、0.1μm ではしきい値電圧の増大と輝度の著しい
低下、さらに劣化が大きく、また膜厚0.4μm の場
合、しきい値電圧が著しく増大し、到達輝度に達する前
に絶縁破壊が発生した。
In the case of a TiO 2 film, the same thickness of BaTiO 3
Compared with the film, an increase in threshold voltage and a decrease in luminance were observed, and the deterioration was large. In the case of an Al 2 O 3 film, at 0.1 μm, the threshold voltage is increased and the luminance is significantly reduced, and furthermore, the deterioration is large. Before the breakdown occurred.

【0115】また、比較例であるPZT単独の構造では
発光しきい値電圧の増大と輝度の低下、劣化が大きく、
更に到達輝度付近の印加電圧で絶縁破壊が発生しやすか
った。
Further, in the structure of PZT alone, which is a comparative example, the emission threshold voltage is increased and the luminance is greatly reduced and deteriorated.
Furthermore, dielectric breakdown was likely to occur at an applied voltage near the ultimate luminance.

【0116】これらの結果から明らかなように、非鉛高
誘電率ペロブスカイト層を非鉛系高誘電率誘電体層とし
て用いた構造では、膜厚が0.1μm 以上からその効果
が認められ、特に0.2μm 以上では顕著な発光輝度の
増加としきい値電圧の低下、信頼性の向上が認められ
た。
As is clear from these results, in the structure using the lead-free high dielectric constant perovskite layer as the lead-free high dielectric constant dielectric layer, the effect is recognized from the film thickness of 0.1 μm or more. At 0.2 μm or more, a remarkable increase in light emission luminance, a decrease in threshold voltage, and an improvement in reliability were observed.

【0117】これは、鉛系誘電体層中の鉛成分の発光層
への拡散が効果的に抑制された事を示している。
This indicates that the diffusion of the lead component in the lead-based dielectric layer into the light emitting layer was effectively suppressed.

【0118】また、TiO2 層の場合、反応防止層とし
ての効果は認められるが、ペロブスカイト層と比較して
飽和輝度が低く、発光しきい値電圧が高く、劣化も大き
かった。これはTiO2 膜がPZT層中の過剰鉛と反応
し、部分的にPbTiO3 化したために反応防止層とし
て完全に機能しなかったと推定される。
In the case of the TiO 2 layer, the effect as a reaction preventing layer was recognized, but the saturation luminance was lower, the light emission threshold voltage was higher, and the deterioration was larger than in the perovskite layer. This is presumably because the TiO 2 film reacted with excess lead in the PZT layer and was partially converted to PbTiO 3 , so that it did not completely function as a reaction preventing layer.

【0119】〔実施例2〕実施例1と同様に、前記下部
電極を形成した基板上に、前記PZT前駆体溶液をスピ
ンコーティング及び焼成を10回繰り返すことにより膜
厚7μmの鉛系誘電体層を形成した。このPZT膜の比
誘電率は600であった。
Example 2 As in Example 1, the PZT precursor solution was spin-coated and baked 10 times on the substrate on which the lower electrode had been formed, thereby obtaining a lead-based dielectric layer having a thickness of 7 μm. Was formed. The relative dielectric constant of this PZT film was 600.

【0120】次に、非鉛系高誘電率誘電体層として、鉛
系誘電体層上に、スパッタリング法によって形成した
(Sr0.5Ba0.5)Nb26 薄膜、及び実施例1と同
様の方法で作成したBaTiO3 膜、TiO2 膜を、ま
た比較例として非鉛系高誘電率誘電体層を有していない
試料を作製した。
Next, a (Sr 0.5 Ba 0.5 ) Nb 2 O 6 thin film formed by a sputtering method on the lead-based dielectric layer as a lead-free high-permittivity dielectric layer, and a method similar to that of the first embodiment. A sample not having the BaTiO 3 film and the TiO 2 film prepared as described above and a sample having no lead-free high dielectric constant dielectric layer was prepared as a comparative example.

【0121】(Sr0.5Ba0.5)Nb26 薄膜の形成
条件として、マグネトロンスパッタ装置を用い、(Sr
0.5Ba0.5)Nb26 セラミックスをターゲットとし
て、Arガス4Paの圧力で、13.56Mz高周波電
極密度2W/cm2 の条件で成膜を行った。成膜時の基板
温度は750℃とした。このときの成膜速度は約6nm/
min であり、スパッタリング時間を調整することで膜厚
400nmを得た。形成された(Sr0.5Ba0.5)Nb
26 薄膜はタングステンブロンズ型に結晶化してい
た。さらに誘電特性を向上させるため、この膜を750
℃空気中で熱処理したところ、比誘電率200の値が得
られた。膜の組成は化学量論比組成であった。
As a condition for forming the (Sr 0.5 Ba 0.5 ) Nb 2 O 6 thin film, using a magnetron sputtering apparatus,
Film formation was performed using 0.5 Ba 0.5 ) Nb 2 O 6 ceramics as a target and a pressure of 13.56 Mz high frequency electrode density of 2 W / cm 2 at a pressure of 4 Pa of Ar gas. The substrate temperature during film formation was 750 ° C. The deposition rate at this time is about 6 nm /
The thickness was 400 nm by adjusting the sputtering time. Formed (Sr 0.5 Ba 0.5 ) Nb
The 2 O 6 thin film was crystallized in a tungsten bronze type. To further improve the dielectric properties, this film is 750
After heat treatment in air at ℃, a value of relative dielectric constant of 200 was obtained. The composition of the film was a stoichiometric composition.

【0122】次にこれらの誘電体基板上に青色発光体で
あるバリウムチオアルミネート蛍光体層を形成した。蛍
光体層としてはEL素子として安定に発光させるため、
Al 23 膜、50nm/ZnS膜、200nm/バリウム
チオアルミネート蛍光体薄膜、300nm/ZnS膜、2
00nm/Al23 膜、50nmの複合構造体を作製し
た。ここで、Al23 膜は酸化雰囲気アニール時の蛍
光薄膜への酸素導入量を制御するキャップ層、ZnS
は、予めイオウ過剰、または不足で形成することによ
り、蛍光薄膜中のイオウ量をアニール時に最適化するイ
オウ制御層として機能する。さらに、素子として形成さ
れた場合には、Al23 膜は、絶縁膜、誘電体層とし
ての機能ではなく、主に発光層への電子注入層として機
能する。また、ZnS層は、注入された電子を加速する
注入増強層としても機能する。
Next, a blue light-emitting body is formed on these dielectric substrates.
A barium thioaluminate phosphor layer was formed. firefly
In order to emit light stably as an EL element as a light body layer,
Al TwoOThree Film, 50 nm / ZnS film, 200 nm / barium
Thioaluminate phosphor thin film, 300 nm / ZnS film, 2
00nm / AlTwoOThree Fabricate 50nm composite structure
Was. Where AlTwoOThree The film is fired during annealing in an oxidizing atmosphere.
Cap layer for controlling the amount of oxygen introduced into the optical thin film, ZnS
Is formed in advance with sulfur excess or shortage.
To optimize the amount of sulfur in the fluorescent thin film during annealing.
Functions as an aux control layer. In addition, formed as an element
AlTwoOThree The film is an insulating film and a dielectric layer.
Function as an electron injection layer into the light emitting layer, not
Works. Further, the ZnS layer accelerates the injected electrons.
Also functions as an injection enhancing layer.

【0123】バリウムチオアルミネート蛍光体成膜に
は、Eガン2台を用いた多元蒸着法をもちいた。Euを
5原子%添加したBaS粉を入れたEB源、Al23
粉を入れたEB源をH2Sを導入した真空槽内に設け、
それぞれのEB源より同時に蒸発させ、500℃に加熱
し、回転させた基板上にBaAl23S:Eu層を形成
した。各々の蒸発源の蒸発速度は、BaAl23S:E
uの成膜速度で1nm/sec になるように調節した。この
ときH2Sガスを20SCCM導入した。
For the barium thioaluminate phosphor film formation, a multiple vapor deposition method using two E guns was used. EB source containing BaS powder containing 5 atomic% of Eu, Al 2 S 3
An EB source containing the powder is provided in a vacuum chamber into which H 2 S is introduced,
The respective EB sources were evaporated at the same time, heated to 500 ° C., and a BaAl 2 O 3 S: Eu layer was formed on the rotated substrate. The evaporation rate of each evaporation source is BaAl 2 O 3 S: E
The film formation rate of u was adjusted to 1 nm / sec. At this time, 20 SCCM of H 2 S gas was introduced.

【0124】薄膜形成後750℃の大気中で20分間ア
ニールし、300nm厚の蛍光体薄膜を得た。
After forming the thin film, the film was annealed in the air at 750 ° C. for 20 minutes to obtain a phosphor thin film having a thickness of 300 nm.

【0125】モニターとしてSi基板上に形成した、B
aAl23S:Eu薄膜を蛍光X線分析により組成分析
した結果、原子比でBa:Al:O:S:Eu=7.4
1:19.20:60.18:13.0:0.32であ
った。
As a monitor, B formed on a Si substrate
As a result of composition analysis of the aAl 2 O 3 S: Eu thin film by X-ray fluorescence analysis, Ba: Al: O: S: Eu = 7.4 in atomic ratio.
1: 19.20: 60.18: 13.0: 0.32.

【0126】さらに、得られた構造体上にITO酸化物
ターゲットを用いRFマグネトロンスパッタリング法に
より、基板温度250℃で、膜厚200nmのITO透明
電極を形成し、EL素子を完成した。
Further, a 200 nm-thick ITO transparent electrode was formed on the obtained structure at a substrate temperature of 250 ° C. by an RF magnetron sputtering method using an ITO oxide target to complete an EL device.

【0127】このEL素子の発光特性を評価した。得ら
れたEL構造のITO上部電極、Pd上部電極から電極
を引き出し、1kHzでパルス幅50μSの両極性電界を
印加した。結果を表2に示す。
The light emitting characteristics of this EL device were evaluated. Electrodes were drawn out from the obtained ITO upper electrode and Pd upper electrode of the EL structure, and a bipolar electric field having a pulse width of 50 μS was applied at 1 kHz. Table 2 shows the results.

【0128】[0128]

【表2】 [Table 2]

【0129】表2から明らかなように、本発明の、Ba
TiO3 非鉛誘電体層を用いたEL素子は、とくに膜厚
が300nmで輝度650cd/m2 、膜厚400nmで102
0cd/m2 と著しい高輝度が得られている。これに対し、
膜厚200nmでは230cd/m 2 、膜厚100nmでは90
cd/m2 と輝度は減少するが、その効果は認められた。
As is clear from Table 2, Ba of the present invention
TiOThree EL devices using lead-free dielectric layers have a particular thickness.
Is 650 cd / m at 300 nmTwo , 102 at 400 nm thickness
0cd / mTwo And a remarkably high luminance is obtained. In contrast,
230 cd / m at 200 nm thickness Two 90 for a film thickness of 100 nm
cd / mTwo And the brightness decreased, but the effect was recognized.

【0130】また、本発明のSBN薄膜を用いた場合も
550cd/m2 とBaTiO3 誘電体層を用いた場合より
は小さいが、その効果は認められた。
Also, when the SBN thin film of the present invention was used, the effect was recognized at 550 cd / m 2, which is smaller than that when the BaTiO 3 dielectric layer was used.

【0131】さらにTiO2 薄膜を形成した場合も、膜
厚200nmでは110cd/m2 であるが、膜厚400nmで
600cd/m2 と輝度はBaTiO3 の場合と比較して低
下するが比較的高輝度が得られている。これは、実施例
1と同様に、TiO2 薄膜を用いた場合、反応防止層と
しての効果は認められるが、PZT層中の過剰鉛と反応
し、部分的にPbTiO3 化したために反応防止層とし
て完全に機能しなかったことと、誘電率が約80と他の
非鉛誘電体層と比較して小さいために、十分な発光が得
られなかったためと推定される。
[0131] may further form a TiO 2 thin film, but a film thickness of 200nm at 110cd / m 2, 600cd / m 2 and the brightness in the thickness 400nm decreases as compared with the case of BaTiO 3 is relatively high Brightness is obtained. This is because, as in Example 1, when a TiO 2 thin film was used, the effect as a reaction prevention layer was recognized, but it reacted with excess lead in the PZT layer and was partially converted to PbTiO 3 , so that the reaction prevention layer was used. It is presumed that sufficient light emission was not obtained due to the complete lack of function and the dielectric constant of about 80, which was smaller than that of other lead-free dielectric layers.

【0132】これに対し、比較例として、非鉛誘電体層
を用いない以外全く同条件で作製したEL素子では、1
cd/m2 とBaTiO3 非鉛誘電体層を用いた場合と比
較して全く輝度が得られておらず、本発明の非鉛誘電体
層を積層したEL素子の効果は明らかである。
On the other hand, as a comparative example, an EL device manufactured under exactly the same conditions except that no lead-free dielectric layer was used was 1
No luminance was obtained compared to the case where cd / m 2 and BaTiO 3 lead-free dielectric layers were used, and the effect of the EL element of the present invention in which the lead-free dielectric layers were laminated was clear.

【0133】なお、本実施例で作成したEL素子の、青色
発光は、CIE1931色座標(0.1295、0.135
7)、発光スペクトルのピーク波長は471nmであり、
極めて良好な青色発光であった。
The blue light emission of the EL device prepared in this embodiment was measured by the CIE1931 color coordinates (0.1295, 0.135).
7), the peak wavelength of the emission spectrum is 471 nm,
Very good blue light emission.

【0134】また、この実施例と比較例の試料をオージ
ェ分析法により、膜の厚さ方向に不純物分析を行ったと
ころ、比較例では、蛍光体薄膜領域からPb元素が検出
された。これは、多層の溶液塗布焼成法によって形成し
たPZT誘電体層中のPb元素が拡散したためと考えら
れる。これに対し、実施例では、蛍光体薄膜領域からは
Pb元素は検出されなかった。
Further, when the impurities of the samples of this example and the comparative example were analyzed in the thickness direction of the film by Auger analysis, the Pb element was detected from the phosphor thin film region in the comparative example. This is presumably because the Pb element in the PZT dielectric layer formed by the multi-layer solution coating and firing method was diffused. On the other hand, in the embodiment, from the phosphor thin film region,
Pb element was not detected.

【0135】これらの結果は、本発明の作用で述べた効
果により、飛躍的にEL素子の輝度が向上したものであ
り、本発明の効果は明らかである。
These results indicate that the luminance of the EL element is remarkably improved by the effects described in the operation of the present invention, and the effects of the present invention are clear.

【0136】[0136]

【発明の効果】上記のように本発明の効果は明らかであ
る。本発明によれば従来の薄膜EL素子において問題と
された誘電体層に生じる欠陥を解決し、特に溶液塗布焼
成法により鉛系誘電体材料を用いて多層誘電体層を形成
した薄膜EL素子の発光輝度の低下や輝度ムラ、発光輝
度の経時変化を生じる問題を解決し、高い表示品質が得
られる薄膜EL素子とその製造方法を高コスト化するこ
となく提供することができる。
The effects of the present invention are apparent as described above. According to the present invention, a defect occurring in a dielectric layer, which has been a problem in a conventional thin film EL element, is solved, and in particular, a thin film EL element in which a multilayer dielectric layer is formed using a lead-based dielectric material by a solution coating and firing method. It is possible to provide a thin-film EL element capable of achieving high display quality and a method of manufacturing the thin-film EL element without increasing the cost, by solving the problems of reduced luminance, uneven luminance, and temporal change in luminance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の薄膜EL素子の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a thin film EL device according to the present invention.

【図2】従来の薄膜EL素子の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional thin film EL device.

【図3】従来の薄膜EL素子の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional thin film EL device.

【図4】従来の薄膜EL素子の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional thin film EL device.

【図5】従来の薄膜EL素子の断面の電子顕微鏡写真で
ある。
FIG. 5 is an electron micrograph of a cross section of a conventional thin film EL device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 下部電極層 13 鉛系誘電体層 18 非鉛系高誘電率誘電体層 17 薄膜絶縁体層 14 発光層 15 薄膜絶縁体層 16 透明電極層 21 透明基板 22 透明電極層 23 薄膜透明第1絶縁体層 24 発光層 25 薄膜透明第2絶縁体層 26 電極層 31 基板 32 下部厚膜電極 33 厚膜誘電体層 34 発光層 35 薄膜絶縁体層 36 上部透明電極層 41 基板 42 下部電極層 43 多層状誘電体層 44 発光層 45 薄膜絶縁体層 46 透明電極層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 12 Lower electrode layer 13 Lead-based dielectric layer 18 Lead-free high dielectric constant dielectric layer 17 Thin-film insulator layer 14 Light-emitting layer 15 Thin-film insulator layer 16 Transparent electrode layer 21 Transparent substrate 22 Transparent electrode layer 23 Thin-film transparent Reference Signs List 1 insulator layer 24 light emitting layer 25 thin transparent second insulator layer 26 electrode layer 31 substrate 32 lower thick electrode 33 thick dielectric layer 34 light emitting layer 35 thin insulator layer 36 upper transparent electrode layer 41 substrate 42 lower electrode layer 43 multilayer dielectric layer 44 light emitting layer 45 thin film insulator layer 46 transparent electrode layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長野 克人 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 (72)発明者 矢野 義彦 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 Fターム(参考) 3K007 AB02 AB04 AB06 AB11 AB17 AB18 BA06 CA02 CB01 DA02 DA05 DB01 DB02 DC04 EA02 EA04 EC01 EC03 FA01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Katsuto Nagano 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo Inside TDK Corporation (72) Inventor Yoshihiko Yano 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo F-term in DK Corporation (reference) 3K007 AB02 AB04 AB06 AB11 AB17 AB18 BA06 CA02 CB01 DA02 DA05 DB01 DB02 DC04 EA02 EA04 EC01 EC03 FA01

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気絶縁性を有する基板と前記基板上に
パターンを有する下部電極層と前記電極層上に誘電体層
と発光層及び上部電極層が積層された構造を少なくとも
有し、前記下部電極もしくは上部電極の少なくとも一方
が透明電極である薄膜EL素子であって、 前記誘電体層が溶液塗布焼成法を複数回繰り返すことに
より形成された鉛系誘電体層と非鉛系高誘電率誘電体層
とが積層されている多層構造を有し、 前記多層構造の誘電体層の最表層は非鉛系高誘電率誘電
体層である薄膜EL素子。
A substrate having electrical insulation, a lower electrode layer having a pattern on the substrate, a dielectric layer, a light emitting layer, and an upper electrode layer laminated on the electrode layer; A thin-film EL element in which at least one of the electrode and the upper electrode is a transparent electrode, wherein the dielectric layer is formed by repeating a solution coating and firing method a plurality of times; A thin-film EL device having a multilayer structure in which a body layer is stacked, wherein the outermost layer of the dielectric layer having the multilayer structure is a lead-free high dielectric constant dielectric layer.
【請求項2】 前記鉛系誘電体層の膜厚が4μm以上1
6μm以下である請求項1の薄膜EL素子。
2. The lead-based dielectric layer has a thickness of at least 4 μm.
2. The thin film EL device according to claim 1, wherein the thickness is 6 μm or less.
【請求項3】 前記非鉛系誘電体層の膜厚が0.2μm
超である請求項1の薄膜EL素子。
3. The lead-free dielectric layer has a thickness of 0.2 μm.
2. The thin-film EL device according to claim 1, which is super.
【請求項4】 前記非鉛系高誘電率誘電体層がペロブス
カイト構造誘電体によって構成されている請求項1〜3
のいずれかの薄膜EL素子。
4. The lead-free high dielectric constant dielectric layer is composed of a perovskite structure dielectric.
The thin film EL device according to any one of the above.
【請求項5】 前記非鉛系高誘電率誘電体層がスパッタ
リング法で形成されている請求項1〜4のいずれかの薄
膜EL素子。
5. The thin film EL device according to claim 1, wherein said lead-free high dielectric constant dielectric layer is formed by a sputtering method.
【請求項6】 前記非鉛系高誘電率誘電体層が溶液塗布
焼成法で形成されている請求項1〜4のいずれかの薄膜
EL素子。
6. The thin-film EL device according to claim 1, wherein said lead-free high dielectric constant dielectric layer is formed by a solution coating baking method.
【請求項7】 前記多層構造の誘電体層が溶液塗布焼成
法を3回以上繰り返すことにより形成されている請求項
6の薄膜EL素子。
7. The thin film EL device according to claim 6, wherein the dielectric layer having a multilayer structure is formed by repeating a solution coating and firing method three times or more.
【請求項8】 電気絶縁性を有する基板と前記基板上に
パターンを有する下部電極層と前記電極層上に誘電体層
と発光層及び上部電極層が積層された構造を少なくとも
有し、下部電極もしくは上部電極の少なくとも一方が透
明電極で構成される薄膜EL素子の製造方法であって、 溶液塗布焼成法を複数回繰り返すことにより形成した鉛
系誘電体層と、非鉛系高誘電率誘電体層を積層して多層
構造を形成し、前記多層構造の誘電体層の最表層を非鉛
系高誘電率誘電体層とする薄膜EL素子の製造方法。
8. A lower electrode having at least a structure in which an electrically insulating substrate, a lower electrode layer having a pattern on the substrate, a dielectric layer, a light emitting layer, and an upper electrode layer are laminated on the electrode layer. Alternatively, a method of manufacturing a thin-film EL element in which at least one of the upper electrodes is formed of a transparent electrode, wherein a lead-based dielectric layer formed by repeating a solution coating and firing method a plurality of times, and a lead-free high dielectric constant dielectric A method for manufacturing a thin-film EL device in which layers are stacked to form a multilayer structure, and the outermost layer of the dielectric layer having the multilayer structure is a lead-free high dielectric constant dielectric layer.
【請求項9】 前記非鉛系高誘電率誘電体層をスパッタ
リング法で形成する請求項8の薄膜EL素子の製造方
法。
9. The method according to claim 8, wherein the lead-free high dielectric constant dielectric layer is formed by a sputtering method.
【請求項10】 前記非鉛系高誘電率誘電体層を溶液塗
布焼成法で形成する請求項8の薄膜EL素子の製造方
法。
10. The method for manufacturing a thin film EL device according to claim 8, wherein said lead-free high dielectric constant dielectric layer is formed by a solution coating baking method.
【請求項11】 前記多層構造の誘電体層を溶液塗布焼
成法を3回以上繰り返すことにより形成する請求項10
の薄膜EL素子の製造方法。
11. The multi-layered dielectric layer is formed by repeating a solution coating baking method three times or more.
A method for manufacturing a thin film EL device.
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