(57)【要約】【課題】厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイの新規な副構造体及びそれを組み込んだ厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイを提供する。【解決手段】この副構造体は、基板と厚膜誘電体層との間にバリア層を備えている。このバリア層は、基板及び厚膜誘電体層に関して化学的に不活性であり、少なくとも一種の化学種がこのバリア層を通って拡散することを抑制している。この副構造体により、厚い誘電体層の容量が大きくなり、それによって、ディスプレイの輝度が高くなり、厚い誘電体層が絶縁破壊する傾向が低くなる。 このバリア層により、ガラスなどのより低コストの基板を使用することができる。【選択図】図１
2010171027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイの副構造体であって、
基板と、
バリア層と、
下部電極と、
厚膜誘電体層とを順に備え、
前記バリア層は、前記基板及び前記下部電極に関して化学的に不活性であり、少なくとも一種の化学種が前記バリア層を通って拡散することを抑制していることを特徴とする副構造体。
【請求項２】
前記バリア層は、前記基板及び前記下部電極層の双方に隣接していることを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項３】
前記バリア層は、前記基板及び前記下部電極層の双方に蒸着されていることを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項４】
前記バリア層の物理的特性により、前記副構造体の製作中に、前記バリア層、ならびに前記副構造体及びディスプレイの他の層にクラックが生じないまま維持されていることを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項５】
前記バリア層の熱膨張係数は、４×１０−６／℃〜１０×１０−６／℃であることを特徴とする請求項４に記載の副構造体。
【請求項６】
前記バリア層は、アルミナ、窒化アルミニウム、フッ化アルミニウム、及びチタン酸バリウムからなる群から選択される材料を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項７】
前記バリア層の厚さは、少なくとも５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項８】
前記バリア層の厚さは、少なくとも１００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項９】
前記厚膜誘電体層の比誘電率は、５０よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項１０】
前記厚膜誘電体層の比誘電率は、少なくとも１０００であることを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項１１】
前記厚膜誘電体層は、前記厚膜誘電体層と平滑層とを組み合わせた複合厚膜誘電体層であることを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項１２】
厚膜誘電体層に隣接する後続の平滑層を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項１３】
前記少なくとも一種の化学種は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項１４】
前記基板は、ＩＡ族（アルカリ金属）、ＩＩＡ族（アルカリ土類金属）、シリコン、及びアルミニウムからなる群から選択される元素を含んでいるガラス基板であることを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項１５】
前記基板は、セラミック、金属セラミック複合物、ガラス材料、及びガラスセラミック材料からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項１６】
前記基板は、シリカ、アルミナ、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類酸化物、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも一種の化学種を含んでいるガラス基板であることを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項１７】
他のバリア層が、前記下部電極と前記厚膜誘電体層との間に介在し、前記他のバリア層は、前記下部電極及び前記厚膜誘電体層に関して化学的に不活性であり、少なくとも一種の化学種が前記バリア層を通って拡散することを抑制していることを特徴とする請求項１に記載の副構造体。
【請求項１８】
前記他のバリア層は、比誘電率が５０よりも大きい材料の層、及び比誘電率が５０より小さく、厚さが最大で５０ｎｍの材料の層からなる群から選択されることを特徴とする請求項１７に記載の副構造体。
【請求項１９】
前記他のバリア層は、結晶質チタン酸バリウムを含んでいることを特徴とする請求項１７に記載の副構造体。
【請求項２０】
前記他のバリア層は、最大で５０ｎｍの厚さを有し、アルミナ、窒化アルミニウム、フッ化アルミニウム、及びチタン酸バリウムからなる群から選択される材料を含んでいることを特徴とする請求項１７に記載の副構造体。
【請求項２１】
前記他のバリア層の厚さは、２０ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項２０に記載の副構造体。
【請求項２２】
厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイの副構造体であって、
基板と、
下部電極と、
バリア層と、
厚膜誘電体層とを順に備え、
前記バリア層は、前記下部電極及び前記厚膜誘電体層に関して化学的に不活性であり、少なくとも一種の化学種が前記バリア層を通って拡散することを抑制していることを特徴
とする副構造体。
【請求項２３】
前記バリア層は、比誘電率が５０よりも大きい材料の層、及び比誘電率が５０より小さく、厚さが最大で５０ｎｍの材料の層からなる群から選択されることを特徴とする請求項２２に記載の副構造体。
【請求項２４】
前記バリア層は、結晶質チタン酸バリウムを含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の副構造体。
【請求項２５】
前記バリア層は、最大で５０ｎｍの厚さを有し、アルミナ、窒化アルミニウム、フッ化アルミニウム、及びチタン酸バリウムからなる群から選択される材料を含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の副構造体。
【請求項２６】
前記バリア層の厚さは、２０ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項２５に記載の副構造体。
【請求項２７】
前記厚膜誘電体層は、前記厚膜誘電体層と平滑層とを組み合わせた複合厚膜誘電体層であることを特徴とする請求項２２から２６のいずれか一項に記載の副構造体。
【請求項２８】
請求項１または２２に記載の副構造体を備えていることを特徴とする厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ。
【請求項２９】
請求項１１または２７に記載の副構造体を備えていることを特徴とする厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ。
【請求項３０】
厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイで使用する副構造体を作製する方法であって、
ｉ）基板上にバリア層を蒸着させるステップと、
ｉｉ）前記バリア層上に下部電極を蒸着させるステップと、
ｉｉｉ）前記下部電極上に厚膜誘電体層を蒸着させるステップとを含み、
前記バリア層が、前記基板及び前記下部電極に関して化学的に不活性であり、少なくとも一種の化学種が前記バリア層を通って拡散することを抑制するステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項３１】
前記バリア層の物理的特性により、前記副構造体の製作中に、前記バリア層、ならびに前記副構造体及びディスプレイの他の層にクラックが生じないまま維持されるステップを備えていることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記厚膜誘電体層を、前記厚膜誘電体層と平滑層とを組み合わせた複合厚膜誘電体層とするステップを備えていることを特徴とする請求項３０または３１に記載の方法。
【請求項３３】
厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイで使用する副構造体を作製する方法であって、
ｉ）基板上に下部電極を蒸着させるステップと、
ｉｉ）前記下部電極上にバリア層を蒸着させるステップと、
ｉｉｉ）前記下部電極上に厚膜誘電体層を蒸着させるステップとを含み、
前記バリア層が、前記下部電極及び前記厚膜誘電体層に関して化学的に不活性であり、
少なくとも一種の化学種が前記バリア層を通って拡散することを抑制するステップを備え
ていることを特徴とする方法。
【請求項３４】
前記バリア層の物理的特性により、前記副構造体の製作中に、前記バリア層、ならびに前記副構造体及びディスプレイの他の層にクラックが生じないまま維持されるステップを備えていることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記厚膜誘電体層を、前記厚膜誘電体層と平滑層とを組み合わせた複合厚膜誘電体層とするステップを備えていることを特徴とする請求項３３または３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記バリア層を、比誘電率が５０よりも大きい材料の層、及び比誘電率が５０より小さく、厚さが最大で５０ｎｍの材料の層からなる群から選択するするステップを備えていることを特徴とする請求項３３から３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
前記バリア層に、結晶質チタン酸バリウムを含むステップを備えていることを特徴とする請求項３３から３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
前記バリア層を、最大で５０ｎｍの厚さを有し、アルミナ、窒化アルミニウム、フッ化アルミニウム、及びチタン酸バリウムからなる群から選択する材料を含むステップを備えていることを特徴とする請求項３３から３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記バリア層の厚さを、２０ｎｍ〜５０ｎｍとするステップを備えていることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイの副構造体であって、基板と厚膜誘電体層との間にバリア層を備え、
前記バリア層は、前記基板及び前記厚膜誘電体層に関して化学的に不活性であり、少な
くとも一種の化学種が前記バリア層を通って拡散することを抑制していることを特徴とす
る副構造体。
【請求項４１】
前記バリア層の物理的特性により、前記副構造体の製作中に、前記バリア層、ならびに前記副構造体及びディスプレイの他の層にクラックが生じないまま維持されていることを特徴とする請求項４０に記載の副構造体。
【請求項４２】
前記厚膜誘電体層は、前記厚膜誘電体層と平滑層とを組み合わせた複合厚膜誘電体層であることを特徴とする請求項４０または４１に記載の副構造体。
【請求項４３】
厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイの副構造体であって、
基板と、
少なくとも一種の化学種の拡散を抑制しているバリア層と、
下部電極と、
複合厚膜誘電体層とを順に備え、
前記バリア層は、前記基板及び前記下部電極に関して化学的に不活性であり、前記バリア層の物理的特性により、前記副構造体の製作中に、前記バリア層、ならびに前記副構造体及びディスプレイの他の層にクラックが生じないまま維持されていることを特徴とする副構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイに関する。
詳細には、本発明は、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ用のバリア層、及びそれを組み込んだ厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばテレビジョン用途の大面積厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイを製作するには、その製作工程の熱処理ステップ中で寸法安定性を維持しながら、依然として大面積で製作し得る基板と必要とする。
特に、これらのディスプレイの製造コストを下げるために、このような特性を示す比較的低コストの基板が好ましい。
【０００３】
厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイでは、蛍光層の両側の選択されるアドレス指定行と選択されるアドレス指定列との間に電圧を印加することによってディスプレイの画素をアドレス指定する。
この蛍光層は、２つの誘電体層に挟まれ、その一方が厚膜誘電体層である。
この印加電圧により、選択された行と列の交差位置に配置された画素で蛍光膜を横断する電界が生成される。
この画素を横断する電圧が閾値電圧よりも大きくなると、蛍光層と、それに隣接する誘電体層との界面から電子が蛍光層中に注入され、それによってこの蛍光層は電気的に導通し、全電圧がこれらの誘電体層を横断して印加される。
【０００４】
厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイは一般に、ガラス、ガラスセラミック、セラミックその他の耐熱基板などの上に構築される。
ディスプレイの製作工程では、まず、この基板上に一組の下部電極を蒸着させる必要がある。
次に、特許文献１（引用により、その全体が本明細書に組み込まれる。）に例示されている厚膜蒸着技術を利用して、厚膜誘電体層を蒸着する。
次いで、一つまたは複数の薄い蛍光膜を挟む一つまたは複数の薄膜誘電体層からなる薄膜構造を蒸着し、その後、特許文献２（引用により、その全体が本明細書に組み込まれる。）に例示されている真空技術を利用して、一組の光学的に透明な上部電極を蒸着する。
そして得られた構造全体を、湿気その他の大気汚染物による劣化から厚膜構造及び薄膜構造を保護する密封層で覆う。
【０００５】
従来の薄膜エレクトロルミネッセンス（thin film electroluminescent：ＴＦＥＬ）ディスプレイと比べて、厚膜誘電体層を有するエレクトロルミネッセンスディスプレイの大きな利点は、厚膜高誘電率層を、ディスプレイの動作電圧を大きく増加させることなく絶縁破壊を防ぐよう、十分に厚くし得ることである。
使用する材料の比誘電率を高くすると、画素が発光したときに、誘電体層の両端の電圧降下が最小限に抑えられる。
絶縁破壊を防ぐために厚膜誘電体層は一般に、焼結した圧電性または強誘電性のペロブスカイト（perovskite）材料、例えば、マグネシウムチタン酸ジルコン酸鉛（PMN-PT）またはマグネシウムニオブ酸鉛（PMN）からなり、比誘電率は数千であり、厚さは約１０μｍよりも厚い。
ジルコン酸チタン酸鉛（PZT）など、適合する圧電性または強誘電性の材料のより薄い追加の上層を、有機金属蒸着（metal organic deposition：ＭＯＤ）技術またはゾルゲル（sol-gel）技術を利用して蒸着し、それによって後に薄膜蛍光体構造を蒸着するために厚膜の表面を滑らかにする。
【０００６】
一般に、アルミナ基板上に厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイを構築するとき、このアルミナ基板上に薄膜金電極を蒸着し、その上に厚膜誘電体層を蒸着する。
特にこの厚膜誘電体層の上部に残存する細孔を充填し得るのに十分に高い焼結厚膜密度が、ゾルゲル技術またはＭＯＤ技術を利用して蒸着されるより薄い上層によって得られるように、この厚膜誘電体層を約８５０℃で焼結する。
しかし、より薄い前記上層では、焼結材料の細孔は完全には充填されない。
というのは、より薄い前記上層は、ゾルゲルまたはＭＯＤによる前駆体材料を加熱して、この上層の圧電性または強誘電性の材料を形成するときに、体積が極めて大きく減少するからである。
この欠点を克服するために、特許文献３（引用により、その全体が本明細書に組み込まれる。）に記載されているように、厚膜誘電体層を蒸着し、この層を焼結する前に機械的に圧縮するために静水圧加圧プロセスが利用される。
これは、厚膜誘電体層の密度を高め、多孔性を低くする役割を果たし、その結果、このより薄い上層を蒸着するときに、厚膜誘電体層の比誘電率及び絶縁耐力の双方が増大される。
絶縁破壊は、誘電体層中のランダムな欠陥に関連するので、破壊の確度はディスプレイの面積が大きくなると共に高くなり、そのため、この傾向を是正するために、より大きな面積のディスプレイには、ノミナルの絶縁耐力がより大きい層が使用される。
【０００７】
ガラス基板上で厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイを構築するときには、好ましくはガラスの軟化点に近いが、ディスプレイの加工中にガラスが変形しない程度の温度で厚膜誘電体層を焼結する。
典型的にはこの温度は、ほぼ７００℃である。
しかし、この温度付近では、ガラス基板中の原子種、特に周期表のＩＡ族の元素が移動しやすくなり、ディスプレイ構造中に拡散することがあり、これらの原子種により、ディスプレイ構造内で機能的な劣化が生じる場合がある。
【０００８】
マグネシウムニオブ酸鉛（PMN）及びマグネシウムチタン酸ジルコン酸鉛（PMN-PT）など、厚膜誘電体層の構成材料はすべて、それらのペロブスカイト結晶構造のために強誘電性または常誘電性の高誘電率材料である。
ただし、ＰＭＮは、強誘電性ではなく、且つ比誘電率が低いパイロクロア（pyrochlore）結晶構造も形成し得る。
パイロクロア相の形成は、厚膜ペースト内のＰＭＮにチタン酸鉛を添加して焼結し、ＰＭＮ−ＰＴを形成することによって抑制されることが報告されているが、この材料の比誘電率は、チタン酸鉛の濃度が高すぎる場合には、十分なディスプレイの性能を得るには低すぎる。
パイロクロアが形成される傾向は、ガラス基板から原子種が導入されることによっても高くなることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５，４３２，０１５号明細書
【特許文献２】国際公開第００／７０９１７号パンフレット
【特許文献３】米国特許第６，７７１，０１９号明細書
【特許文献４】米国特許第６，６１０，３５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、明らかに、上記で論じた欠点の一部がなくなり、また軽減される厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ内で使用するバリア層を提供するものである。
このバリア層により、少なくとも一種の化学種がディスプレイ中を通って拡散することが抑制されている。
【００１２】
本発明の別の態様では、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ用のバリア層が提供される。
このバリア層は、その隣接層に関して化学的に不活性であり、このバリア層により、少なくとも一種の化学種が、基板からディスプレイの残りの部分に、且つ／または、ディスプレイの残りの部分から基板に拡散し、そのため反応することが最小化されるか、または抑制される。
【００１３】
本発明の別の態様では、厚膜誘電体層中の少なくとも一種の化学種と、基板の少なくとも一種の化学種との反応を抑制する厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ用のバリア層が提供される。
【００１４】
本発明の別の態様では、厚膜誘電体層からガラス基板への、またその逆の方向の少なくとも一種の化学種の拡散を抑制することによって、この厚膜誘電体層中の少なくとも一種の化学種と、ガラス基板からの少なくとも一種の化学種との反応が抑制される厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ用のバリア層が提供される。
これにより、厚い誘電体層の容量が大きくなり、それによって、ディスプレイの輝度が高くなり、厚い誘電体層にクラックが生じる傾向が低くなっている。
【００１５】
本発明の態様によれば、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイの副構造体が提供される。
この副構造体は、
基板と、
前記基板上のバリア層と、
前記バリア層上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた厚膜誘電体層とを備えている。
【００１６】
他の実施形態では、この副構造体は、下部電極上にバリア層を存在させることができる。
他の実施形態では、このバリア層は、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ内で、基板及び下部電極の双方の上に存在し得る。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイの副構造体が提供される。
この副構造体は、
基板と、
バリア層と、
下部電極と、
厚膜誘電体層とを順に備えている。
このバリア層は、基板及び下部電極に関して化学的に不活性であり、少なくとも一種の化学種がこのバリア層を通って拡散することを抑制している。
【００１８】
本発明の別の態様では、バリア層は、基板及び下部電極層の双方に隣接している。
【００１９】
本発明の別の態様では、バリア層の物理的特性により、副構造体の製作中に内部応力が最小限に抑えられ、このバリア層、ならびにこの副構造体及びディスプレイの他の層に実質的にクラックが生じないまま維持されている。
【００２０】
本発明の別の態様では、バリア層の熱膨張係数は、内部応力を最小限に抑えるために、他の層の熱膨張係数に一致している。
【００２１】
本発明の別の態様では、バリア層の熱膨張係数は、約４×１０−６／℃〜約１０×１０−６／℃である。
【００２２】
本発明の別の態様では、バリア層は、アルミナ、窒化アルミニウム、フッ化アルミニウム、及びチタン酸バリウムからなる群から選択される材料を含んでいる。
【００２３】
本発明の別の態様では、バリア層の厚さは、少なくとも約５０ｎｍ、好ましくは、少なくとも約１００ｎｍである。
【００２４】
本発明の別の態様では、厚膜誘電体層の比誘電率は、約５０よりも大きい。
典型的には、この厚膜誘電体層の比誘電率は、少なくとも約１０００である。
【００２５】
本発明の別の態様では、この厚膜誘電体層は、複合厚膜誘電体層である。
【００２６】
本発明の別の態様では、副構造体は更に、厚膜誘電体層に隣接する後続の平滑層を備えている。
【００２７】
本発明の別の態様では、少なくとも一種の化学種は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選択される。
【００２８】
本発明の別の態様では、当業者には理解されるように様々な基板を使用することができる。
本発明のバリア層と共に使用するのに好ましい基板は、ＩＡ族（アルカリ金属）、ＩＩＡ族（アルカリ土類金属）、シリコン、及びアルミニウムからなる群から選択される元素を含んでいるガラス基板である。
他の基板の例には、アルミナ、金属セラミック複合物、ガラス材料、ガラスセラミック材料などのセラミックやその他の耐熱材料などが含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００２９】
本発明の別の態様では、他のバリア層が、下部電極と厚膜誘電体層との間に介在される。
この他のバリア層は、下部電極及び厚膜誘電体層に関して化学的に不活性であり、少なくとも一種の化学種がこのバリア層を通って拡散することを抑制している。
好ましくは、この他のバリア層は、比誘電率が約５０よりも大きい材料の層、及び比誘電率がより小さく、厚さが最大で約５０ｎｍの材料の層からなる群から選択される。
より好ましくは、この他のバリア層は、結晶質チタン酸バリウムを含むか、あるいは、この他のバリア層は、最大で約５０ｎｍ（ある種の態様では、約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ）の厚さを有し、アルミナ、窒化アルミニウム、フッ化アルミニウム、及びチタン酸バリウムからなる群から選択される材料を含んでいる。
【００３０】
本発明の別の態様では、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイの副構造体が提供される。
この副構造体は、
基板と、
下部電極と、
バリア層と、
厚膜誘電体層とを順に備えている。
このバリア層は、下部電極及び厚膜誘電体層に関して化学的に不活性であり、少なくとも一種の化学種がこのバリア層を通って拡散することを抑制している。
好ましくは、このバリア層は、比誘電率が約５０よりも大きい材料の層、及び比誘電率がより小さく、厚さが最大で約５０ｎｍの材料の層からなる群から選択される。
より好ましくは、このバリア層は、結晶質チタン酸バリウムを含むか、あるいは、このバリア層は、最大で約５０ｎｍ、ある種の態様では約２０ｎｍ〜約５０ｎｍの厚さを有し、アルミナ、窒化アルミニウム、フッ化アルミニウム、及びチタン酸バリウムからなる群から選択される材料を含んでいる。
【００３１】
本発明の別の態様では、この厚膜誘電体層は、複合厚膜誘電体層である。
【００３２】
本発明の別の態様では、上記で論じた副構造体を備えている厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイが提供される。
【００３３】
本発明の別の態様では、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイで使用する副構造体を作製する方法が提供される。
この方法は、
ｉ）基板上にバリア層を蒸着させるステップと、
ｉｉ）このバリア層上に下部電極を蒸着させるステップと、
ｉｉｉ）この下部電極上に厚膜誘電体層を蒸着させるステップとを含む。
このバリア層は、基板及び下部電極に関して化学的に不活性であり、少なくとも一種の化学種がこのバリア層を通って拡散することを抑制している。
このバリア層は、高密度の連続層を形成するための当業者に周知の方法を用いて蒸着する。
【００３４】
本発明の別の態様では、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイで使用する副構造体を作製する方法が提供される。
この方法は、
ｉ）基板上に下部電極を蒸着させるステップと、
ｉｉ）この下部電極上にバリア層を蒸着させるステップと、
ｉｉｉ） この下部電極上に厚膜誘電体層を蒸着させるステップとを含む。
このバリア層は、下部電極及び厚膜誘電体層に関して化学的に不活性であり、少なくとも一種の化学種がこのバリア層を通って拡散することを抑制する。
好ましくは、このバリア層は、比誘電率が約５０よりも大きい材料の層、及び比誘電率がより小さく、厚さが最大で約５０ｎｍの材料の層からなる群から選択される。
より好ましくは、このバリア層は、結晶質チタン酸バリウムを含むか、あるいは、このバリア層は、最大で約５０ｎｍ（ある種の態様では、約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ）の厚さを有し、アルミナ、窒化アルミニウム、フッ化アルミニウム、及びチタン酸バリウムからなる群から選択される材料を含んでいる。
【００３５】
本発明の別の態様では、この方法のバリア層の物理的特性により、副構造体の製作中に内部応力が最小限に抑えられ、このバリア層、ならびにこの副構造体及びディスプレイの他の層に実質的にクラックが生じないまま維持されている。
【００３６】
本発明の別の態様では、この方法の厚膜誘電体層は、複合厚膜誘電体層とされている。
【００３７】
本発明の別の態様では、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイの副構造体が提供される。
この副構造体は、基板と厚膜誘電体層との間にバリア層を備え、このバリア層は、基板及び厚膜誘電体層に関して化学的に不活性であり、少なくとも一種の化学種がこのバリア層を通って拡散することを抑制している。
好ましくは、このバリア層の物理的特性により、副構造体の製作中に内部応力が最小限に抑えられ、このバリア層、ならびにこの副構造体及びディスプレイの他の層に実質的にクラックが生じないまま維持されている。
好ましくは、この厚膜誘電体層は、複合厚膜誘電体層である。
【００３８】
本発明の別の態様では、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイの副構造体が提供される。
この副構造体は、
基板と、
少なくとも一種の化学種の拡散を抑制しているバリア層と、
下部電極と、
複合厚膜誘電体層とを順に備えている。
このバリア層は、基板及び下部電極に関して化学的に不活性である。
このバリア層の物理的特性により、副構造体の製作中に内部応力が最小限に抑えられ、このバリア層、ならびにこの副構造体及びディスプレイの他の層に実質的にクラックが生じないまま維持されている。
【００３９】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
ただし、本発明の実施形態を示す詳細な説明及び特定の実施例は単なる例であることを理解されたい。
というのは、本発明の趣旨及び範囲に含まれる様々な変更及び改変は、以下の詳細な説明から当業者には明らかになるからである。
【００４０】
本発明は、本明細書で示す詳細な説明及び添付の図面から、より詳細に理解されよう。
これらの説明及び図面は、単なる例であり、本発明の意図する範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態の厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイの断面図であり、バリア層の位置を示す。
【図２】本発明の第２実施形態の厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイの断面図であり、バリア層の位置を示す。
【図３ａ】化学種（Ｎｂ、Ｓｉ、Ｋ）の濃度と、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ用の複合厚膜誘電体構造の深さとの関係を、本発明のアルミナバリア層がある場合と、ない場合について示すグラフである。
【図３ｂ】化学種（Ｎｂ、Ｎａ、Ａｌ）の濃度と、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ用の複合厚膜誘電体構造の深さとの関係を、本発明のアルミナバリア層がある場合と、ない場合について示すグラフである。
【図４ａ】化学種（Ｎｂ、Ｓｉ、Ｋ）の濃度と、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ用の複合厚膜誘電体構造の深さとの関係を、本発明の窒化アルミニウムバリア層がある場合と、ない場合について示すグラフである。
【図４ｂ】化学種（Ｎｂ、Ｎａ、Ａｌ）の濃度と、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ用の複合厚膜誘電体構造の深さとの関係を、本発明の窒化アルミニウムバリア層がある場合と、ない場合について示すグラフである。
【図５ａ】化学種（Ｎｂ、Ｓｉ、Ｋ）の濃度と、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ用の複合厚膜誘電体構造の深さとの関係を、本発明のフッ化アルミニウムバリア層がある場合と、ない場合について示すグラフである。
【図５ｂ】化学種（Ｎｂ、Ｎａ、Ａｌ）の濃度と、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ用の複合厚膜誘電体構造の深さとの関係を、本発明のフッ化アルミニウムバリア層がある場合と、ない場合について示すグラフである。
【図６ａ】化学種（Ｎｂ、Ｓｉ、Ｋ）の濃度と、本発明のバリア層を備えず、異なる温度で加熱した厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ用の第１厚膜誘電体層の深さとの関係を示すグラフである。
【図６ｂ】化学種（Ｎｂ、Ｎａ、Ａｌ）の濃度と、本発明のバリア層を備えず、異なる温度で加熱した厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ用の第１厚膜誘電体層の深さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明は、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ中の新規な副構造体を提供する。
この副構造体は、基板と厚膜誘電体層との間にバリア層を備えている。
このバリア層は、基板及び厚膜誘電体層に関して化学的に不活性であり、少なくとも一種の化学種がこのバリア層を通って拡散することを最小化されるか、及び／または抑制される。
このように、ディスプレイの一つの区域から別の区域に化学種が本質的に拡散せず、そのため、潜在的に有害な影響がなくなる。
【００４３】
また、このバリア層は、行電極（row electrodes）が金である場合には、このような電極の電気抵抗の増加も最小化する。
抵抗のこのような増加は、望ましいものではなく、厚膜誘電体層及びディスプレイの他の層の熱処理中に生じる場合がある。
バリア層は、焼結した厚膜誘電体層上に設けられたＰＺＴ平滑層にクラックが生じることを防ぐ助けにもなる。
一般に、このＰＺＴ層は、厚膜誘電体よりも広い部分の基板区域を覆う。
そのため、ディスプレイ全体の上面にＩＴＯ列電極（column electrodes）が蒸着され、パターン化されるときに、アクティブなディスプレイ区域の外側のこれらのＩＴＯ列電極は、列駆動部（column drivers）との接続を行うために、むき出しの、または被覆されたガラス基板の上面に直接載っているＰＺＴ層の上面の上に蒸着されなければならない。
この区域内のＰＺＴ層にクラックが生じていると、これらの列電極にもクラックが生じ、電気的に遮断されることになり、望ましくない。
ガラス基板に本発明のバリア層が被覆されていない場合、このガラスに直接重なるＰＺＴ層にクラックが生じることがある。
このように、基板にバリア層が被覆されている場合には、このバリア層により、ＰＺＴ層にクラックが生じることがなくなる。
【００４４】
まず、図１を参照して、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ２０の副構造体１０の第１実施形態を説明する。
副構造体１０は、基板２２、バリア層２４、下部電極２６、及び厚膜誘電体層２８を順に備えている。
バリア層２４は、基板２２及び下部電極２６に関して化学的に不活性であり、化学種がバリア層２４を通って拡散することを抑制している。
【００４５】
次に、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ２０をより詳細に説明する。
図１に示すように、基板２２は、シリカ、アルミナ、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類酸化物、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも一種の化学種を含んでいるガラス基板である。
基板２２の上にはバリア層２４が蒸着されている。
バリア層２４は、アルミナ、窒化アルミニウム、フッ化アルミニウム、及びチタン酸バリウムからなる群から選択される材料を含んでいる。
下部電極２６は金電極であり、バリア層２４上に蒸着されている。
厚膜誘電体層２８は、マグネシウムニオブ酸鉛（PMN）であり、下部電極２６上に蒸着されている。
平滑層３０は、厚膜誘電体層２８上に蒸着されている。
平滑層３０は、ジルコン酸チタン酸鉛（PZT）を含んでいる。
厚膜誘電体層２８と平滑層３０との組合せを複合厚膜誘電体層３２と称する。
薄膜誘電体層３４は、平滑層３０の上に蒸着されている。
薄膜誘電体層３４はチタン酸バリウムである。
次いで、薄膜誘電体層３４上に蛍光層３６が蒸着され、その後、上部誘電体層３７、次いで、上部電極３８が蒸着されている。
蛍光層３６は、テルビウムにより活性化された硫化亜鉛蛍光層であり、上部誘電体層３７は窒化アルミニウム、上部電極３８は酸化インジウムスズ（ITO）である。
ディスプレイ２０は、湿気及び／または他の大気汚染物による劣化からディスプレイ２０を保護する（図示しない）密封層によって覆われている。
基板２２は、ディスプレイ２０の観察面４０の反対側に設けられている。
【００４６】
バリア層２４は、基板から厚膜誘電体層２８及びディスプレイの他の要素への化学種の拡散を抑制する助けとなり、厚膜誘電体層２８から基板２２への化学種の拡散を抑制している。
厚膜誘電体層２８から基板２２への化学種の拡散により、基板２２の軟化温度が低くなることがあり、その結果、ディスプレイ２０の製作中に基板２２が変形し、基板２２自体からの化学種の拡散が増加する場合がある。
【００４７】
次に、図２を参照して、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ１２０の副構造体１００の第２実施形態を説明する。
副構造体１００は、基板２２、下部電極２６、バリア層４２、及び厚膜誘電体層２８を順に備えている。
バリア層４２は、下部電極２６及び厚膜誘電体層２８に関して化学的に不活性である。
バリア層４２は、化学種がバリア層４２を通って拡散することを抑制している。
この特定の実施形態は、下部電極２６が、基板２２からの化学種の拡散による劣化を受けにくい場合に有用である。
この実施形態のバリア層４２以外の要素は、前の実施形態で説明したものと同じであることを理解されたい。
【００４８】
次に、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ１２０をより詳細に説明する。
図２に示すように、基板２２の上に蒸着された下部電極２６を有している。
バリア層４２は、下部電極２６上に蒸着されている。
バリア層４２は、基板から厚膜誘電体層２８及びディスプレイの他の要素への化学種の拡散を抑制し、厚膜誘電体層２８から基板２２への化学種の拡散を抑制している。
バリア層４２は、比較的高い誘電率を有し、結晶質チタン酸バリウムを含んでいる。
この実施形態のバリア層４２の比誘電率が比較的低いと、バリア層４２が厚膜誘電体層２８の容量を低下させることにより、ディスプレイの性能が悪くなる場合がある。
このように容量がより低くなると、一定の動作電圧でのディスプレイ１２０の輝度が低下するように作用する。
【００４９】
次いで、厚膜誘電体層２８がバリア層４２上に蒸着され、その後、その上に平滑層３０が蒸着される。
次いで、薄膜誘電体層３４が平滑層３０上に蒸着され、その後、蛍光層３６、上部誘電体層３７、及び上部電極３８が順に蒸着される。
ディスプレイ１２０は、湿気及び／または他の大気汚染物による劣化からディスプレイ１２０を保護する（図示しない）密封層によって覆われている。
基板２２は、ディスプレイ１２０の観察面４０の反対側に設けられている。
【００５０】
別の実施形態では、バリア層４２は、アルミナ、窒化アルミニウム、フッ化アルミニウム、及びチタン酸バリウムからなる群から選択される材料を含んでいる。
バリア層４２の厚さは、ディスプレイ２０の輝度が実質的に影響を受けることがないように約５０ｎｍ程度までとされている。
【００５１】
また、図２の第２実施形態では、基板２２と下部電極２６との間に、バリア層２４に類似の他のバリア層を介在させることもできる。
この他のバリア層は、基板２２及び下部電極２６に関して化学的に不活性であり、化学種がこのバリア層を通って拡散することを抑制している。
【００５２】
第１実施形態に類似の別の実施形態では、基板２２は、化学種の混合物を含むガラス基板である。
この化学種の混合物は、約５５〜９３（５５％及び９３％を含む）重量パーセントのシリカ、約７〜４５（７％及び４５％を含む）重量パーセントのアルミナ、アルカリ金属酸化物、及びアルカリ土類酸化物を含んでいる。
バリア層２４は、アルミナ、窒化アルミニウム、及びフッ化アルミニウムからなる群から選択される材料を含んでいる。
【００５３】
別の実施形態では、基板２２は焼結したアルミナであり、バリア層２４はスパッタリングされたアルミナである。
バリア層２４は、基板２２及び下部電極２６に関して化学的に不活性であり、このバリア層は驚くべきことに、基板から厚膜誘電体層へのアルミニウムの拡散を抑制している。
【００５４】
一般に、上記で説明した実施形態に関して、バリア層は、その隣接する層に関して化学的に不活性であり、少なくとも一種の化学種がこのバリア層を通って拡散すること、すなわち、基板からディスプレイへの少なくとも一種の化学種の拡散、及びディスプレイから基板への少なくとも一種の化学種の拡散を共に抑制している。
理論に拘泥することなく、このバリア層は、厚膜誘電体層内の化学種と基板の化学種との反応を抑制していると考えられる。
【００５５】
抑制される化学種は、ディスプレイの動作に有害な任意の化学種とされ得る。
好ましくは、抑制される化学種は、周期表のＩＡ族（アルカリ金属）及びＩＩＡ族（アルカリ土類金属）からの元素、アルミニウム、ならびにシリコンを含む。
好ましくは、このバリア層は隣接層に付着し、このバリア層の物理的特性により、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイの製作中にこのバリア層に実質的にクラックが生じず、また、このバリア層がディスプレイ自体の各層に実質的にクラックを生じさせないことが保証される。
クラックは、ディスプレイの内部応力を最小限に抑えることによって回避し得る。
これは、ディスプレイの異なる層の熱膨張係数を適切に整合させて、ディスプレイ製作の加熱ステップ中の温度変化により生じる内部応力を最小限に抑えることによって実施され得る。
バリア層の熱膨張係数は、好ましくは、約４×１０−６／℃〜約１０×１０−６／℃（４×１０−６／℃及び１０×１０−６／℃を含む）の範囲であり、より好ましくは、約５．５×１０−６／℃〜約９×１０−６／℃（５．５×１０−６／℃及び９×１０−６／℃を含む）の範囲である。
（バリア層の熱膨張係数と、基板の熱膨張係数が良好に整合していない場合には、バリア層にクラックが生じる場合がある。） 
【００５６】
バリア層は、高密度の連続層を形成するための当業者に周知の様々な方法を用いて蒸着され得る。
このバリア層は、アルミナ、窒化アルミニウム、フッ化アルミニウム、及びチタン酸バリウムからなる群から選択される材料を含み得る。
【００５７】
バリア層が基板と下部電極との間にある場合、このバリア層の好ましい厚さは、少なくとも約５０ｎｍであり、より好ましくは少なくとも約１００ｎｍである。
これは、５０ｎｍから１００ｎｍを越える厚さまでの任意の範囲、またはその部分的な範囲が含まれる。
【００５８】
バリア層が下部電極と厚い誘電体層との間にある場合、このバリア層は、比誘電率が約５０よりも大きい材料の層、及び比誘電率がより小さく、厚さが最大で約５０ｎｍの材料の層からなる群から選択され得る。
より好ましくは、この他のバリア層は、結晶質チタン酸バリウムを含むか、あるいは、この他のバリア層は、最大で約５０ｎｍ（より好ましくは、約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ）の厚さを有し、アルミナ、窒化アルミニウム、フッ化アルミニウム、及びチタン酸バリウムからなる群から選択される材料を含まれる。
【００５９】
バリア層は、２つ以上のバリア層も含むこともできる。
例えば、いくつかのバリア層を相互に積み重ねることができ、各バリア層は、特定の化学種に対する選択性を備えている。
【００６０】
基板に関しては、当業者に理解されているような様々な基板が使用され得る。
本発明のバリア層と共に使用する典型的な基板は、ＩＡ族（アルカリ金属）、ＩＩＡ族（アルカリ土類金属）、シリコン、及びアルミニウムからなる群から選択される元素を含んでいるガラス基板である。
他の基板の例には、アルミナ、金属セラミック複合物、ガラス材料、ガラスセラミック材料などのセラミックやその他の耐熱材料などが含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００６１】
下部電極は、当業者に周知の任意の適切な導電被膜とされ得る。
好ましくは、下部電極は、金または銀合金を含んでいる。
【００６２】
厚い誘電体層は、ディスプレイ輝度を得るのに必要とされる電圧でディスプレイを動作させるときに、絶縁破壊に対する高い耐力を有するように設計される。
典型的には、この厚い誘電体被膜層は、マグネシウムニオブ酸鉛（PMN）またはマグネシウムニオブ酸チタン酸鉛（PMN-PT）などの焼結した圧電性または強誘電性のペロブスカイト材料を含み、比誘電率は約５０よりも大きく、典型的には数千であり、厚さは、絶縁破壊を防ぐために約１０μｍよりも厚く形成されている。
【００６３】
好ましくは、低コストのガラス材料基板では、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイの厚膜誘電体層を形成するのに使用する厚膜ペーストの組成は、２００１年１２月２１日出願の本出願人の同時係属米国特許出願第６０／３４１，７９０号明細書（引用により、その全体が本明細書に組み込まれる。）に記載のものである。
この厚膜ペーストは、マグネシウムニオブ酸鉛（PMN）、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛（PMN-PT）、チタン酸鉛、及びチタン酸バリウム、ならびにこれらの混合物からなる群から選択される一種または複数種のペロブスカイト形成用前駆体の粉体を含み、任意選択で、後続の焼結ステップまたは熱処理のステップ中にこの粉体から蒸発する酸化鉛を補償する酸化鉛を含んでいる。
この厚膜ペーストは、酸化鉛、酸化ホウ素、及び酸化シリコンを含む融点が約５５０℃未満のガラスフリット組成物も含み得る。
厚膜誘電体層を求められる厚さ及び均一性で蒸着させるために、スクリーン印刷、吹付け、及びロールコーティングからなる群から選択される蒸着方法が用いられる。
この蒸着方法の実施中に、溶剤を含む担体、焼結前に、蒸着させた厚膜誘電体層を全体として保持するポリマー結合剤、ならびに任意選択で、粘性及び表面張力を改変する作用物質が使用される。
【００６４】
厚膜ペーストの構成前駆体材料はそれぞれ、異なる割合で使用され得る。
主相は、PMNまたはPMT-PTとすることができ、前駆体材料の総重量の約８５〜約９５重量パーセントの範囲で存在させることができる。
好ましくは、厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイを製作するのに使用する厚膜ペーストの組成は、ノミナルの化学式がＰｂ（Ｍｇ０．３３Ｎｂ．６６７）１−ｘＴｉｘＯ３の焼結材料が得られるように、ＰＭＮ及びチタン酸鉛の粉体を含む。
ただし、０＜ｘ＜０．１５、より好ましくは、０＜ｘ＜０．１０である。
ノミナルの化学式が（Ｐｂ（Ｍｇ０．３３Ｎｂ．６６７）１−ｘＴｉｘＯ３）１−ｙ（ＢａＴｉＯ３）ｙの焼結材料が得られるように、チタン酸バリウムも十分な濃度で添加することができる。
ただし、０＜ｘ＜０．１５及び０＜ｙ＜０．１０、より好ましくは、０．０１＜ｘ＜０．１０及び０．０１＜ｙ＜０．１である。
【００６５】
好ましくは、平滑層は、２００１年１２月２１日出願の本出願人の同時係属米国特許出願第６０／３４１，７９０号明細書（引用により、その内容が本明細書に組み込まれる。）に記載のゾルゲル技術または有機金属蒸着（metal organic deposition：ＭＯＤ）技術を利用して、厚膜誘電体層上に蒸着されたいくつかの薄い層を含む。
このゾルゲルまたはＭＯＤによる薄い層は、特許文献２（引用により、その内容が本明細書に組み込まれる。）に記載のジルコン酸チタン酸鉛（PZT）平滑層及び／または特許文献４（引用により、その内容が本明細書に組み込まれる。）に記載のチタン酸バリウム層が得られるように調製され得る。
簡単に言うと、この平滑層は、ＰＺＴを含む前駆体平滑化溶液として提供される。
適切な温度で焼結した後で、この平滑化溶液は、厚い層の組成物と反応して、細孔及び／または空隙を充填する助けとなり、中間ゾーン及びＰＺＴ上部層を形成する。
ＭＯＤ層を蒸着させるのに使用するＭＯＤ溶液の挙動は、先行技術に記載のアルミナ基板に対する挙動に比べて、ガラス材料基板ではかなり異なっている。
このような差異は一つには、異なる基板材料には異なる厚膜誘電体加熱温度が用いられることによるものである。
最適なＭＯＤ溶液粘度は、基板材料によって異なっている。
【００６６】
蛍光層は、任意の適切な赤、緑、及び青の蛍光体材料を含み得る。
これらの蛍光体材料は、青色の発光用のユーロピウムにより活性化したバリウム・チオアルミ酸塩（barium thioaluminate）ベースの材料、緑色の発光用のテルビウムにより活性化した硫化亜鉛、マンガンにより活性化した硫化マグネシウム亜鉛、またはユーロピウムにより活性化したカルシウム・チオアルミ酸塩（calcium thioaluminate）ベースの材料、ならびに、赤色の発光用に適切にフィルタリングし得る従来型のマンガンにより活性化した硫化亜鉛を含み得る。
【００６７】
本明細書で使用する薄い誘電体層及び上部誘電体層は、チタン酸バリウム、アルミナ、窒化アルミニウム、酸窒化シリコン、タンタル酸バリウム、酸化タンタルなどを含み得る。
【００６８】
本発明で使用する適切な基板、下部電極、厚い誘電体層、及び蛍光層の別の例は、本出願人の特許文献１、及び２００１年１２月２１日出願の本出願人の同時係属米国特許出願第６０／３４１，７９０号（これらは、引用により、その全体が本明細書に組み込まれる。）に記載されている。
【００６９】
上部電極は、透明な導電層であり、典型的には、酸化インジウムスズ（ITO）またはドープした酸化亜鉛などの酸化物である。
【００７０】
まとめると、本発明は、基板及び／または厚膜誘電体層からディスプレイの残りに部分への、あるいは、ディスプレイの残りの部分から厚膜誘電体層または基板への化学種の拡散を最小化する助けとなるバリア層を提供している。
更に、このバリア層は、基板上に設けられた行電極の電気抵抗の増加を最小限に抑える。
この電気抵抗の増加は、特にこれらの行電極が金の場合に発生するが、このような電気抵抗の増加は望ましくない。
これは、厚い誘電体層及びエレクトロルミネッセンスディスプレイの他の層が加熱されるときに生じ得る作用である。
最後に、本発明のバリア層は、焼結した厚膜誘電体層上に形成されたＰＺＴ平滑層のクラックを最小限に抑え、且つ／または防止する助けとなる。
【００７１】
上記開示は全体的に、本発明の好ましい実施形態を説明しているものである。
以下の具体的な実施例を参照することによって、より完全な理解を得ることができよう。
これらの実施例は、単なる例として説明するものであり、本発明の範囲を限定するためのものではない。
状況に応じて、あるいは状況により適切な場合には、形態の変更及び均等物の置換が企図されている。
本明細書では特定の用語を用いてきたが、このような用語は、説明的な意味を意図しており、限定するためのものではない。
【実施例】
【００７２】
（実施例１）
概ね図１に示すタイプの厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイを作製した。
【００７３】
この厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイは、米国オレゴン州Hillsboro所在のAsahi Glass社から入手した５ｃｍ×５ｃｍ×厚さ１．８ｍｍのＰＤ２００ガラス基板上で構築した。
このガラス基板上に、厚さ２０００Åのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）バリア層を蒸着させた。
このアルミナは、酸素／アルゴンの混合気中で高周波マグネトロンスパッタリングを利用して、圧力６ミリトール（０．８Ｐａ）で蒸着させた。
酸素とアルゴンの比は、スパッタチャンバ内に、アルゴンを５０ｓｃｃｍの割合で、酸素を２ｓｃｃｍの割合で導入することによって設定し、ポンプ速度は、上記圧力が維持されるように設定した。
スパッタリングターゲットに供給した電力は２ｋＷ（すなわち、１平方センチメートル当たり４．４ワット）であった。
【００７４】
この被覆した基板上に、日本国東京所在の田中貴金属インターナショナル社のＴＲ１２０７金含有ペーストを印刷し加熱することによって、厚さ０．８μｍの金電極被膜を形成した。
次に、この金の下部電極上に、複合厚膜誘電体層を製作した。
これには、引用により、本明細書に組み込まれる２００１年１２月２１日出願の本出願人の同時係属米国特許出願６０／３４１，７９０号に記載の汎用の方法を用いたが、以下で説明するように、プロセスに特定の改変を加えた。
この厚い誘電体層上に、特許文献４に記載されているように、チタン酸バリウム層を蒸着させ、２００２年８月２９日出願の米国特許出願第６０／４０６，６６１号明細書（引用により、その内容が本明細書に組み込まれる。）の方法に従って、厚さ０．７μｍのテルビウムにより活性化した硫化亜鉛蛍光層を蒸着させた。
この蛍光層上に、２００２年９月１２日出願の米国特許出願第６０／４０９，９９１号明細書の方法を用いて、厚さ５００ÅのＳｉ３Ｎ４（窒化シリコン）層を蒸着させた。
ディスプレイを完成させるために、この窒化シリコン層上に酸化インジウムスズを含む上部電極を蒸着させ、周囲環境から保護するためにディスプレイを密封した。
【００７５】
アルミナを被覆した基板上に複合厚膜誘電体層を形成するには、以下のプロセスを用いた。
ＰＭＮ粉体の混合物を使用して、この構造用の厚膜ペーストを準備した。
このＰＭＮ粉体は、一方が、０．４５μｍについてはｄ５０、０．６３μｍについてはｄ９０の粒子サイズ分布であり、他方は、０．３６μｍについてはｄ５０、０．６３μｍについてはｄ９０の粒子サイズ分布であった。
各粉体は、遊星ボールミル内でそれぞれ２時間及び１６時間粉砕することによって準備した。
次いで、これらの粉体を重量比１．１４：１で混合し、これらを使用して厚膜ペーストを調製した。
厚さ約５μｍの第１厚膜誘電体層を基板上に印刷し、圧縮により密度を高め、約７００℃〜約７２０℃の範囲で約１８分間加熱した。
【００７６】
複合厚膜誘電体層を形成する第２ステップとして、厚さ約０．５μｍの第１のＰＺＴ層を蒸着させ、約７００℃で約７分間加熱した。
この蒸着は、引用により本明細書に組み込まれる特許文献３に記載のＭＯＤプロセスを用いて行った。
このＭＯＤ溶液は、粘度が約９〜約１５センチポアズの範囲に入るように調整された。
【００７７】
複合厚膜誘電体層を形成する第３ステップとして、やはり厚さ約５μｍの第２のＰＭＮ厚膜誘電体層を蒸着させ、密度を高め、加熱した。
第４ステップとして、第２ステップの場合と同じプロセスを用いて、厚さ約１．６μｍの第２のＰＺＴ層を形成した。
第５ステップとして、厚さ約０．５μｍの第３のＰＺＴ層を蒸着させることによって複合誘電体層を完成させた。
これには、この最上部のＰＺＴ層の厚さを約１μｍに増加させるのに利用したのと同じプロセスを利用した。
これらの繰返し加熱中に、ＰＭＮ層とＰＺＴ層を相互に混合し拡散させた。
完成したディスプレイを顕微鏡下で検査して、クラックが生じていないことを観察した。
【００７８】
このディスプレイについて測定された閾値電圧１５４ボルトよりも６０ボルト高い電圧振幅の、極性が交番する３０ナノ秒のパルスを使用して、完成した厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイを試験した。
輝度は、約２７００カンデラ／ｍ２であり、均一性の程度は高かった。
【００７９】
（実施例２）
ガラス基板上にアルミナバリア層を蒸着させない点を除き、実施例１に類似の厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイを製作した。
実施例１で規定した試験手順を用いて、完成したディスプレイを試験した。
輝度は、約２２００カンデラ／ｍ２であり、これは、実施例１の輝度よりも低い。
輝度がこのように低いのは、ガラス基板から複合厚膜誘電体層に化学種が拡散したために、複合厚膜誘電体層の実効比誘電率が低くなったためであると考えられる。
【００８０】
（実施例３）
１６．９ｃｍ×２１．３ｃｍのガラス基板上に製作した点を除き、実施例１に類似の厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイを製作した。
フォトリソグラフィ加工を利用して下部電極をパターン化して、４５μｍのスペースで分離した幅４９５μｍ、厚さ０．８μｍのアドレス指定ラインストリップにし、上部電極をパターン化して、５ｍｍのスペースで分離した幅５ｍｍのストリップにした。
下部電極ラインストリップを並列に接続し、それを上部電極ストリップの一つに接続し、次いで、実施例１の試験方法を用いることによって、このディスプレイを試験した。
輝度は、約２５５０カンデラ／ｍ２であった。
【００８１】
（実施例４）
ガラス基板上にアルミナバリア層を蒸着させない点を除き、実施例３に類似の厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイを製作した。
実施例１で規定した試験手順を用いて、完成したディスプレイを試験した。
輝度は、約１８５０カンデラ／ｍ２であった。
（パターン化した下部電極及びアルミナバリア層を備えている）実施例３のディスプレイの輝度に比べて、それに対応する（パターン化した下部電極を備えているが、アルミナバリア層がない）このディスプレイについての輝度の減少は、（パターン化しない下部電極及びアルミナバリア層を備えている）実施例１のディスプレイの輝度に比べて、それに対応する（パターン化しない下部電極を備えているが、アルミナバリア層がない）実施例２のディスプレイについての輝度の減少よりもかなり大きかった。
理論上は、これは、ガラス基板から複合厚膜誘電体層に化学種がより急速に拡散したためと考えられる。
というのは、このガラス基板は、アルミナバリア層が存在しないときには、下部電極間の複合厚膜誘電体層に直接接触しているからである。
これらの下部電極の金は、ガラス基板からの化学種の拡散を減少させるなんらかの作用を及ぼすように見えるが、望まれるレベルには拡散を減少させない。
【００８２】
（実施例５）
日本国東京所在の田中貴金属インターナショナル社が供給するＴＲ１４５Ｃ金含有ペーストを基板上にスクリーン印刷し加熱することによって下部電極（金電極）を直接パターン化する点を除き、実施例３及び実施例４に類似の２つの厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイを製作した。
これらのディスプレイでは、金電極の厚さは、アドレス指定ラインストリップの中心で約０．９μｍであったが、これらのストリップの縁部に向かって薄くなっていた。
ストリップの縁部で金がより薄くなったことにより、ガラス基板からの化学種の拡散があまり良好に遮断されず、その結果、明るさが不均一になり、ストリップの両端の閾値電圧が不均一になった。
アルミナバリア層がないディスプレイの閾値電圧がこのように不均一になったことにより、このディスプレイについては明るさも低くなった。
この実施例の金電極では、実施例３及び実施例４の金電極に比べて、ガラス基板からの化学種の拡散があまり良好には遮断されず、その結果、（実施例３の２５５０カンデラ／ｍ２と比べた）アルミナバリア層を備えているディスプレイについての１４００カンデラ／ｍ２の輝度と、（実施例４の１８５０カンデラ／ｍ２と比べた）アルミナ拡散バリア層がないディスプレイについての７００カンデラ／ｍ２の輝度との間には著しい差異があった。
【００８３】
以下の実施例では、異なるプロセス温度におけるガラスと厚い誘電体層との間の異なるバリア層の効果が直接的に示されている。
【００８４】
（実施例６）
チタン酸バリウム層、蛍光層、窒化シリコン層、及び上部電極を割愛した点を除き、それぞれ実施例１及び実施例２の場合と同様に、一方はアルミナバリア層を備え、他方はアルミナバリア層がない２つの厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイを作製した。
２次イオン質量分光（Secondary Ion Mass Spectroscopy：ＳＩＭＳ）分析法を利用して、これらのディスプレイを元素プロファイリングにかけた。
各ディスプレイについて図３ａ及び図３ｂに、複合厚膜誘電体層の上部表面からの距離の関数として、シリコン、アルミニウム、ナトリウム、及びカリウムの濃度を示す。
複合厚膜誘電体層と基板との間の境界を定義するために、基準としてニオブの濃度も示す。
これらのデータからわかるように、アルミナバリア層を備えたディスプレイでは、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、及びシリコンの濃度は、ガラス基板内では高いが、複合厚膜誘電体層内で急激に低くなることが示されている。
これに対して、アルミナバリア層がないディスプレイでは、これらの元素の濃度は、複合厚膜誘電体層の厚さ全体を通じてかなり高くなっている。
このデータは、ガラスから複合厚膜誘電体層中に化学種が拡散するのを妨げるのにバリア層が有効であることを示している。
更に、アルミナバリア層を備えたディスプレイは、目に見えるクラックや層間剥離がなく、良好な機械的完全性を示した。
【００８５】
（実施例７）
アルミナバリア層の代わりに、厚さ２０００Åの窒化アルミニウムバリア層を使用した点を除き、実施例６に類似の厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイを製作した。
ＳＩＭＳ分析法を利用してこのディスプレイを元素プロファイリングにかけ、複合厚膜誘電体層の上部表面からの距離の関数として、シリコン、アルミニウム、ナトリウム、及びカリウムの濃度を測定した。
これらのデータを、バリア層がない実施例６のディスプレイについてのデータと比較したものを図４ａ及び図４ｂに示す。
これらのデータからわかるように、窒化アルミニウムバリア層は、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、及びシリコンが複合厚膜誘電体層中に移動するのを妨げるのに同様に有効であった。
ただし、この窒化アルミニウムバリア層にはいくらかクラックが見られ、このディスプレイ中の様々な層の熱膨張係数が十分に良好には整合していなかったことが示唆された。
窒化アルミニウムは、これらと異なる熱膨張係数を有するガラス及び複合厚膜誘電体層に対してより適切な場合がある。
【００８６】
（実施例８）
アルミナバリア層の代わりに、厚さ２０００Åのフッ化アルミニウムバリア層を使用した点を除き、実施例６に類似の厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイを製作した。
ＳＩＭＳ分析法を利用してこのディスプレイを元素プロファイリングにかけ、複合厚膜誘電体層の上部表面からの距離の関数として、シリコン、アルミニウム、ナトリウム、及びカリウムの濃度を測定した。
これらのデータを、バリア層がない実施例６のディスプレイについてのデータと比較したものを図５ａ及び図５ｂに示す。
これらのデータからわかるように、フッ化アルミニウムバリア層も、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、及びシリコンが複合厚膜誘電体層中に移動するのを妨げるのに有効であった。
ただし、このフッ化アルミニウム層は、ガラス基板から部分的に剥離しており、フッ化アルミニウムとガラスとの結合が弱かったか、あるいは、フッ化アルミニウムの熱膨張係数が、ガラスの熱膨張係数と良好に整合しなかったことが示唆された。
したがって、フッ化アルミニウムも、これらと異なる熱膨張係数を有するガラス及び複合厚膜誘電体層に対してより適切な場合がある。
応用例の要件に応じて、ガラス及び複合厚膜誘電体層の熱膨張係数を改変し得ることが当業者には理解されよう。
【００８７】
（実施例９）
この実施例では、ガラス基板から複合厚膜誘電体層への化学種の拡散が温度に依存する度合いを示す。
複合厚膜誘電体層の第１厚膜誘電体層だけを蒸着させ加熱した点を除き、アルミナバリア層がない実施例６のディスプレイに類似の３つのディスプレイを製作した。
第１のディスプレイは、第１厚膜誘電体層を蒸着させた後で加熱せず、第２のディスプレイは、第１厚膜誘電体層を蒸着させた後に約５８０℃で加熱し、第３のディスプレイは、第１厚膜誘電体層を蒸着させた後に約７００℃で加熱した。
各ディスプレイを、ＳＩＭＳ分析法によるナトリウム、カリウム、アルミニウム、及びシリコンのプロファイリングにかけ、図６ａ及び図６ｂでそれぞれを比較した。
これらのデータからわかるように、加熱しなかったディスプレイについては、ガラス基板からの化学種の拡散は認められず、５８０℃で加熱したディスプレイについてはいくらかの拡散があり、７００℃で加熱したディスプレイについてはより多くの拡散があった。
【００８８】
本明細書で本発明の好ましい実施形態を詳細に説明してきたが、本発明の趣旨から逸脱することなく、これらの実施形態に変更を加えることができることが当業者には理解されよう。
【符号の説明】
【００８９】
１０  副構造体
２０  厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ
２２  基板
２４  バリア層
２６  下部電極
２８  厚膜誘電体層
３０  平滑層
３２  複合厚膜誘電体層
３４  薄膜誘電体層
３６  蛍光層
３７  上部誘電体層
３８  上部電極
４０  観察面
４２  バリア層
１００  副構造体
１２０  厚膜誘電性エレクトロルミネッセンスディスプレイ
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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