(57)【要約】【課題】  絶縁性基板を変形させずに、ＥＬ素子の輝度向上を図るための発光層の熱処理を行えるＥＬ素子の製造方法を提供する。【解決手段】  ガラス基板などからなる絶縁性基板１０１上に、ＩＴＯ膜などからなる第１電極１０２、ＡＴＯ膜などからなる第１絶縁層１０３、発光中心を含む発光層１０４、ＡＴＯ膜などからなる絶縁層１０５およびＩＴＯ膜などからなる第２電極１０６を順次積層してなり、光取り出し側を光学的に透明な材料にて構成するＥＬ素子１００の製造方法において、発光層１０４を成膜した後に、熱プラズマ１１０を照射し発光層１０４を熱処理する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板（１０１）上に、第１電極（１０２）、発光中心を含む発光層（１０４）および第２電極（１０６）を順次積層してなり、光取り出し側を光学的に透明な材料にて構成するＥＬ素子の製造方法において、
前記発光層（１０４）を成膜した後に、熱プラズマを照射し前記発光層（１０４）を熱処理することを特徴とするＥＬ素子の製造方法。
【請求項２】
前記発光層（１０４）の材料として少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料として含むものを用いることを特徴とする請求項１に記載のＥＬ素子の製造方法。
【請求項３】
絶縁性基板（１０１）上に、第１電極（１０２）、発光中心を含む発光層（１０４）、絶縁層（１０５）および第２電極（１０６）を順次積層してなり、光取り出し側を光学的に透明な材料にて構成するＥＬ素子の製造方法において、
前記絶縁層（１０５）を成膜した後に、熱プラズマを照射し前記発光層（１０４）を熱処理することを特徴とするＥＬ素子の製造方法。
【請求項４】
前記発光層（１０４）の材料として少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料として含むものを用いることを特徴とする請求項３に記載のＥＬ素子の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁層（１０５）の材料としてアルミナとチタニアの積層膜であるＡＴＯ膜を用いることを特徴とする請求項３または４に記載のＥＬ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば透明ディスプレイなどに使用されるエレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子（以下、ＥＬ素子と記す）の製造方法に関し、特に高い発光輝度を有する薄膜ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＬ素子は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等の蛍光体に電界を印加したときに発光する現象を利用したものであり、自発光型の平面ディスプレイを構成するものとして、近年、注目されている。
【０００３】
このＥＬ素子は、一般に、絶縁性基板上に、第１電極、発光中心を含む発光層および第２電極を順次積層してなり、光取り出し側を光学的に透明な材料にて構成するようにしたものである。ここで、通常は、第１電極と発光層との間および第２電極と発光層との間に絶縁層を介在させる。
【０００４】
具体的には、ＥＬ素子は、絶縁性基板であるガラス基板上に、光学的に透明なＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）膜などからなる第１電極、第１絶縁層、発光層、第２絶縁層および上記ＩＴＯ膜などからなる第２電極を、順次積層することによって形成されている。
【０００５】
ここにおいて、絶縁性基板であるガラス基板としては、コストとＥＬ素子製造プロセスにおける耐薬品性などを考慮して、無アルカリガラスや低アルカリガラスなどが用いられている。
【０００６】
また、電極としてのＩＴＯ膜は、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）に錫（Ｓｎ）をドープした透明の導電膜であり低抵抗率であることから、従来より透明電極用として広く使用されている。
【０００７】
また、発光層としては、希土類元素を添加したII−VI族化合物半導体が用いられる。ここで、II−VI族化合物半導体は、旧周期律表におけるＣａ、Ｓｒ、Ｚｎ、ＣｄなどのIIＡ族（現２族）およびIIＢ族（現１２族）とＯ、ＳなどのVIＢ族（現１６族）との化合物半導体である。
【０００８】
具体的には、発光層としては、たとえば硫化亜鉛を母体材料とし、発光中心としてマンガン（Ｍｎ）やテルビウム（Ｔｂ）、サマリウム（Ｓｍ）などの希土類元素を添加したものが使用される。
【０００９】
また、上述の構造からなるＥＬ素子において、黄燈色発光を得る発光層の構成材料としてマンガン（Ｍｎ）、緑色発光を得る発光層の構成材料としてテルビウム（Ｔｂ）、赤色発光を得る発光層の構成材料としてサマリウム（Ｓｍ）を添加した硫化亜鉛などがあり、発光中心材料の種類によって発光色を制御できる。
【００１０】
また、第１絶縁層および第２絶縁層には、ＥＬ素子を駆動するに適した容量になるように、材料の膜厚を選択してきた。
【００１１】
ここで、従来より、ＥＬ素子の輝度を向上する方法として、絶縁性基板上に、発光層を成膜した後に６００〜８００℃で熱処理する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６１−５８１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記した従来の方法で熱処理を行いＥＬ素子を作製すると、絶縁性基板に反りやひずみといった変形が生じ、表示デバイスとして構成することができなくなるという問題点があった。
【００１３】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、絶縁性基板を変形させずに、ＥＬ素子の輝度向上を図るための発光層の熱処理を行えるＥＬ素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記目的を達成するため、発光層の材料と熱プラズマの照射方法について検討した。その結果、本発明を実験的に創出するに至った。
【００１５】
まず、熱プラズマについて説明する。
【００１６】
熱プラズマは大気圧付近の高い圧力下で発生しうるプラズマであり、電子、イオン、中性粒子間の頻繁な衝突により局所的に熱平衡（Ｔｅ≒Ｔｉ≒Ｔｎ）が達成されているプラズマである。なお、Ｔｅ、Ｔｉ、Ｔｎはそれぞれ、電子温度、イオン温度、中性粒子温度である。
【００１７】
そして、このような熱プラズマは、減圧プラズマと比較して、中性粒子の温度が１００００Ｋと高温であり且つプラズマ密度が高いため、大きな熱容量を持つことを特徴とするものである。
【００１８】
この熱プラズマを噴出孔から噴射することによって熱プラズマの形成が可能であり、これによって被熱処理対象へのエネルギー移送を実現することができる。すなわち、熱プラズマを照射することによって、熱処理を行うことができる。
【００１９】
熱プラズマを用いて耐熱性の低い基板上の薄膜を熱処理するためには、熱プラズマのパワー密度をできうる限り高め、且つできうる限り短時間で処理することが重要である。熱プラズマのパワー密度を高めるほど短時間で基板表面の薄膜のみを高温熱処理し、基板への熱的ダメージを低減できるからである。
【００２０】
よって、熱プラズマのパワー密度を高める、すなわち熱プラズマを収束させることがガラス基板等の低耐熱性基板上の薄膜を熱処理するための絶対条件となる。
【００２１】
本発明に用いることのできる熱プラズマ発生方法としては大別して直流アーク放電および交流誘導結合放電の２つの形態がある。図２に、直流アーク放電により熱プラズマを発生させる場合のプラズマヘッドおよび熱プラズマの基板への照射方法を示す。
【００２２】
プラズマ源（４００）は陰極（３００）、冷却水により冷却された噴出孔（３０４）を備える陽極（３０１）、絶縁体（３０２）、ガス導入部（３０５）からなり、外部直流電源（３０３）より電力を供給する。
【００２３】
陰極（３００）を構成する材料としては、モリブデン、タングステン、タンタル、ルテニウム、ジルコニウムなどの熱陰極金属材料が適当である。なかでも、高い耐久性を示すタングステン（Ｗ）を主成分とする金属が陰極（３００）の材料として優れている。アーク放電を比較的容易に開始させるためには電離電圧が低く、また安価、不活性で環境ガスと反応して毒性ガスを発生しにくいＡｒガスを用いるのが適当である。
【００２４】
陰極（３００）と陽極（３０１）との間に直流電圧を印加し、図示しないスパークユニットによって陰極（３００）に向かって間欠的に火花放電を行うと、これにより供給された電子をトリガーとして大気圧下でアークプラズマの点火が達成される。
【００２５】
本発明の熱プラズマ条件（局所熱平衡条件Ｔｅ≒Ｔｉ≒Ｔｎ）は、概ね０．１気圧から１０気圧程度の圧力範囲で実現されるので、このような圧力範囲であれば本発明の熱処理方法は常に適用可能である。
【００２６】
直流アーク放電により陰極（３００）と陽極（３０１）との間に発生した熱プラズマは、ヘッドに導入されるガスにより熱プラズマ（３０６）となって、噴出孔（３０４）から噴出される。
【００２７】
このとき、被処理物である基板（１０１）は、表面に薄膜層（１０４、１０４’）が形成されており、図２中の白抜き矢印Ｙの方向へ相対的に移動し、熱プラズマ（３０６）によって処理される。図２中、熱プラズマ（３０６）よりも右側の薄膜層（１０４）は、熱処理後の薄膜層（１０４）であり、左側の薄膜層（１０４’）は、熱処理前の薄膜層（１０４’）である。
【００２８】
ここで、熱プラズマはきわめて高い熱伝導率を有する。図２に示されるように、噴出孔（３０４）から熱プラズマ（３０６）を噴出させることによって、熱プラズマ（３０６）と噴出孔（３０４）との間に急激な温度勾配を発生させることができ、熱プラズマ（３０６）は、自身の熱損失を低減させるために、自発的に噴出孔（３０４）の中心部に収束する。
【００２９】
これによって、熱プラズマ（３０６）を整形するとともに微小領域に絞り込むことが可能となり、熱プラズマ（３０６）のパワー密度を高めることが可能となる。噴出孔（３０４）は効率的に冷却されているので、この部分が熱プラズマにより溶融して、被処理基板（１０１）上の薄膜層（１０４）に混入するという問題は発生しない。
【００３０】
熱プラズマを安定化させるためには、ガスの流れを工夫するのが効果的である。例えば噴出孔（３０４）が円形の場合はガスを渦状に回転するように熱プラズマ発生部に供給するガス流れを作ることによって、熱プラズマの強弱が周期的に揺らぐ問題を解決し、安定した熱プラズマを実現することが可能となる。
【００３１】
以下では、熱プラズマを用いて、ＥＬ素子の発光輝度を高くする解決手段について説明する。
【００３２】
請求項１に記載の発明では、絶縁性基板（１０１）上に、第１電極（１０２）、発光中心を含む発光層（１０４）および第２電極（１０６）を順次積層してなり、光取り出し側を光学的に透明な材料にて構成するＥＬ素子の製造方法において、発光層（１０４）を成膜した後に、熱プラズマを照射し発光層（１０４）を熱処理することを特徴とする製造方法が提供される。
【００３３】
それによれば、従来のように、絶縁性基板（１０１）全体を加熱するのではなく、熱プラズマを照射することにより、発光層（１０４）を局所的に熱処理して輝度向上を図ることができる。
【００３４】
そのため、本発明によれば、絶縁性基板（１０１）を変形させずに、ＥＬ素子（１００）の輝度向上を図るための発光層（１０４）の熱処理を行えるＥＬ素子の製造方法を提供することができる。そして、本発明によれば、比較的高い発光輝度が得られるＥＬ素子（１００）を提供することができる。
【００３５】
ここで、発光層を加熱すると、なぜ輝度が向上するのかについて説明しておく。
【００３６】
ＥＬ素子の輝度を決定する要素の１つとして、発光層の結晶性が挙げられる。一般的には、発光層は蒸着法にて成膜される。この場合、成長の初期段階では結晶性が悪く、膜厚が厚くなるに従って結晶性が向上する。
【００３７】
上記特許文献１（特開昭６１−５８１９４号公報）に記載されているように、８００℃にて熱処理すると、結晶性が悪かった発光層の下部の結晶性が特に向上し、輝度向上がなされることになる。
【００３８】
一般には、熱処理と言えば炉の中にサンプルを入れて、ガラス基板などの絶縁性基板とＥＬ素子を構成する薄膜を共に加熱することになり、８００℃の温度では絶縁性基板が変形してディスプレイを作製できなくなっていた。
【００３９】
本発明では、熱プラズマ照射による熱処理を採用することにより、結晶性を向上させるために、発光層のみを加熱し、絶縁性基板はそこの温度が歪点まで上昇する前に熱処理工程が終了するようにできる。
【００４０】
ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載のＥＬ素子の製造方法においては、発光層（１０４）の材料として少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料として含むものを用いることが好ましい。
【００４１】
請求項３に記載の発明では、絶縁性基板（１０１）上に、第１電極（１０２）、発光中心を含む発光層（１０４）、絶縁層（１０５）および第２電極（１０６）を順次積層してなり、光取り出し側を光学的に透明な材料にて構成するＥＬ素子の製造方法において、絶縁層（１０５）を成膜した後に、熱プラズマを照射し発光層（１０４）を熱処理することを特徴とする製造方法が提供される。
【００４２】
それによれば、従来のように、絶縁性基板（１０１）全体を加熱するのではなく、熱プラズマを照射することにより、発光層（１０４）を局所的に熱処理して輝度向上を図ることができる。
【００４３】
また、本発明によれば、熱処理の際に発光層（１０４）が絶縁層（１０５）で被覆されているので、発光層（１０４）の昇華や冷却効率の低下などを抑えることができ、好ましい。
【００４４】
そのため、本発明によれば、絶縁性基板（１０１）を変形させずに、ＥＬ素子（１００）の輝度向上を図るための発光層（１０４）の熱処理を行えるＥＬ素子の製造方法を提供することができる。そして、本発明によれば、比較的高い発光輝度が得られるＥＬ素子（１００）を提供することができる。
【００４５】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載のＥＬ素子の製造方法においては、発光層（１０４）の材料として少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料として含むものを用いることが好ましい。
【００４６】
さらに、請求項５に記載の発明のように、請求項３または請求項４に記載のＥＬ素子の製造方法においては、絶縁層（１０５）の材料としてアルミナとチタニアの積層膜であるＡＴＯ膜を用いることが好ましい。
【００４７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００４９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態は、従来のＥＬ素子作製工程の途中にて、発光層に熱プラズマを照射して熱処理をし、発光層の結晶性を向上させ、ＥＬ素子の輝度を高めようとするものである。
【００５０】
図１は、本発明の第１実施形態に係る無機ＥＬ素子１００の熱プラズマ照射工程と、この工程によって作製されたＥＬ素子１００を示す模式的な断面図である。なお、図１（ａ）は照射工程での断面図を示し、図１（ｂ）は熱プラズマ照射工程を経て作製されたＥＬ素子１００の断面図を示している。
【００５１】
図１（ｂ）に示されるように、ＥＬ素子１００は、絶縁性基板であるガラス基板１０１上に順次、以下に述べられる薄膜１０２〜１０６が積層形成されることによって構成された薄膜ＥＬ素子である。
【００５２】
ガラス基板１０１上には、光学的に透明な、たとえばＩＴＯ膜や酸化亜鉛などからなる透明な第１電極１０２が形成されている。本例では、第１電極１０２は、ＩＴＯ膜から構成されている。
【００５３】
第１電極１０２の上面には、たとえばアルミナとチタニアの積層膜であるＡＴＯ膜（Ａｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜）や五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などからなる第１絶縁層１０３が形成されている。本例では、第１絶縁層１０３は、Ａｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜から構成されている。
【００５４】
第１絶縁層１０３の上には、発光中心を含む発光層１０４が形成されている。ここで、発光層１０４としては、希土類元素などの発光中心を添加したII−VI族化合物半導体が用いられる。
【００５５】
ここで、II−VI族化合物半導体は、旧周期律表におけるＣａ、Ｓｒ、Ｚｎ、ＣｄなどのIIＡ族（現２族）およびIIＢ族（現１２族）とＯ、ＳなどのVIＢ族（現１６族）との化合物半導体である。
【００５６】
具体的には、本実施形態の発光層１０４としては、少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料とし、発光中心としてマンガン（Ｍｎ）やテルビウム（Ｔｂ）、サマリウム（Ｓｍ）などの希土類元素を添加したものが使用される。本例では、発光層１０４は、ＺｎＳを母体材料とし、発光中心としてＭｎを添加した硫化亜鉛：マンガン（ＺｎＳ：Ｍｎ）の膜からなる。
【００５７】
発光層１０４の上には、たとえば上記ＡＴＯ膜や五酸化タンタルなどからなる第２絶縁層１０５が形成されている。本例では、第２絶縁層１０５は、Ａｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜から構成されている。
【００５８】
第２絶縁層１０５の上には、光学的に透明な、たとえばＩＴＯ膜や酸化亜鉛などからなる透明な第２電極１０６が形成されている。本例では、第２電極１０６は、ＩＴＯ膜から構成されている。
【００５９】
ここで、本例では、第１電極１０２と第２電極１０６とは、ストライプ状であって互いに直交している。この第１電極１０２と第２電極１０６とが直交した部分が、これら電極１０２、１０６の膜間に挟まれている第１絶縁層１０３、第２絶縁層１０５および発光層１０４とともに画素を構成しており、第１電極１０２、第２電極１０６間に電圧を印加することで、この画素が発光可能となっている。
【００６０】
本例では、ＥＬ素子１００は、第１電極１０２と第２電極１０６とが光学的に透明であるため、ガラス基板１０１側および第２電極１０６側の両方から光の取り出しが可能となっている。
【００６１】
次に、図１（ｂ）に示すＥＬ素子１００の製造方法について、上記した一具体例の膜構成に基づいて説明する。
【００６２】
まず、ガラス基板１０１上に、第１電極１０２として光学的に透明であるＩＴＯ膜をスパッタ法によって形成する。その上に、第１絶縁層１０３として、Ａｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜をＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ−Ｌａｙｅｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって作製する。
【００６３】
このＡｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜の具体的な形成方法について説明する。
【００６４】
まず、第１のステップとして、アルミニウム（Ａｌ）の原料ガスとして三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3）、酸素（Ｏ）の原料ガスとして水（Ｈ2Ｏ）を用いて、Ａｌ2Ｏ3層をＡＬＤ法で形成する。
【００６５】
ＡＬＤ法では１原子層ずつ膜を形成していくために、原料ガスを交互に供給する。従って、この場合には、ＡｌＣｌ3をアルゴン（Ａｒ）のキャリアガスで反応炉に１秒導入した後に、反応炉内のＡｌＣｌ3ガスを排気するのに十分なパージを行う。
【００６６】
次に、Ｈ2Ｏを同様にＡｒキャリアガスで反応炉に１秒導入した後に、反応炉内のＨ2Ｏを排気するのに十分なパージを行う。このサイクルを繰り返して所定の膜厚のＡｌ2Ｏ3層を形成する。
【００６７】
第２のステップとして、Ｔｉの原料ガスとして四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、酸素の原料ガスとしてＨ2Ｏを用いて、酸化チタン層を形成する。
【００６８】
具体的には、第１のステップと同様にＴｉＣｌ4をＡｒキャリアガスで反応炉に１秒導入した後に、反応炉内のＴｉＣｌ4を排気するのに十分なパージを行う。次に、Ｈ2Ｏを同様にＡｒキャリアガスで反応炉に１秒導入した後に、反応炉内のＨ2Ｏを排気するのに十分なパージを行う。そして、このサイクルを繰り返して所定の膜厚の酸化チタン層を形成する。
【００６９】
そして、上述した第１のステップと第２のステップを繰り返し、所定膜厚のＡｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜を形成して、これを第１絶縁層１０３とする。具体的には、Ａｌ2Ｏ3層、ＴｉＯ2層とも、１層当たりの厚さを５ｎｍとし、それぞれ６層積層した構造とした。なお、Ａｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜の最初と最後の層は、Ａｌ2Ｏ3層とＴｉＯ2層のいずれであってもよい。
【００７０】
また、ＡＬＤ法を用いて原子層オーダで膜を形成する場合、０．５ｎｍより薄い膜では絶縁体として機能せず、また１層当たりの膜厚が２０ｎｍよりも厚い場合には、積層構造による耐電圧の向上効果が低下してしまう。従って、積層構造膜の１層当たりの膜厚は０．５ｎｍから２０ｎｍ、好ましくは１ｎｍから１０ｎｍとするのがよい。
【００７１】
次に、第１絶縁層１０３上に、発光層１０４として、ＺｎＳを母体材料とし発光中心としてＭｎを添加した硫化亜鉛：マンガン（ＺｎＳ：Ｍｎ）からなる膜を蒸着法によって形成する。
【００７２】
ここまでの状態が、図１（ａ）に示される構成であり、このように発光層１０４を成膜した状態にてＥＬ素子が作製されるべき場所に熱プラズマ１１０を照射し発光層１０４を熱処理する。
【００７３】
この熱プラズマ１１０の照射は、上述した図２に示される熱プラズマ発生装置を用いて行うことができる。この場合、被処理基板は、本実施形態のガラス基板１０１であり、熱処理される薄膜層は発光層１０４である。そして、その熱処理方法も「解決手段」の欄にて述べたものと同様にできる。
【００７４】
熱プラズマ流を用いた熱処理の具体的な条件について説明する。噴出孔３０４（図２参照）を直径３ｍｍ、プラズマ放電の直流電圧は１２〜１４Ｖ、放電電流は１４０Ａ、Ａｒ流量を毎分５リットル、プラズマ源４００（図２参照）と処理基板１０１との距離を３ｍｍとした。
【００７５】
そして、基板１０１とプラズマ源４００の相対的移動速度（つまり、図２中の矢印Ｙ方向への基板１０１の移動速度）が７００ｍｍ／ｓｅｃから１８００ｍｍ／ｓｅｃの条件下において薄膜１０４の熱処理を行った。
【００７６】
このような条件下では、発光層１０４の輝度向上が見られたが、７００ｍｍ／ｓｅｃ以下の移動速度では、ガラス基板１０１への熱的ダメージにより表面荒れが発生したため、発光層１０４からの発光が起こらなかった。
【００７７】
また、図３は、図２に示される熱プラズマ発生装置を用いた熱処理方法を模式的に示す図である。
【００７８】
大面積の基板１０１において熱プラズマによる熱処理の均一性を高めるために、図３中の矢印Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３に示されるように、ガラス基板１０１上においてプラズマ源４００を移動させる。
【００７９】
すなわち、プラズマ源４００を、まずガラス基板１０１の長辺方向へスキャン（矢印Ｙ１参照）し熱処理した後、短辺方向へたとえば０．２ｍｍ移動し（矢印Ｙ２参照）、再度、長辺方向へ矢印Ｙ１とは逆方向にスキャン（矢印Ｙ３参照）して熱処理するという熱処理法方法を行った。
【００８０】
ここで、実際には、基板１０１の短辺方向へ移動距離ｂすなわちスキャンピッチｂが熱プラズマ流の幅ａよりも十分小さいので、熱処理領域をオーバーラップさせながら基板１０１の全面を処理することによって均一な熱処理が可能となり、結果として、発光層１０４の輝度の基板１０１内における均一性を高めることができる。
【００８１】
ここでは、熱プラズマの照射条件の一例を示したが、一般的には、発光層１０４はできるだけ高い温度に長時間さらされるとＥＬ素子１００の輝度が高くなるので、ガラス基板１０１に異常が生じない範囲で条件を設定すればよい。
【００８２】
その後、第２絶縁層１０５を第１絶縁層１０３と同様の構造と膜厚で成膜し、最後に第２電極１０６として、第１電極１０２と同様にしてＩＴＯ膜を成膜する。これで、ＥＬ素子１００が完成し、その完成の状態は、図１（ｂ）に示される。
【００８３】
なお、本実施形態において、上記例では、絶縁層１０３、１０５が２層あるものとして説明したが、ＥＬ素子としての機能を果たせば１層でもよい。つまり、上記第１絶縁層１０３および第２絶縁層１０５のいずれか一方のみであってもよい。さらには、可能であるならば絶縁層が無いものであってもよい。
【００８４】
また、本実施形態において、上記例では、第１電極１０２、第２電極１０６をともに透明な材料にて構成し、発光層１０４の両側から光取り出しを可能とする場合を示したが、光取り出し側と反対側の電極を透明でない金属電極としてもよい。つまり、第１電極１０２および第２電極１０６のいずれか一方を金属電極としてもよい。この場合、発光層１０４の片側から光を取り出すことになる。
【００８５】
次に、熱プラズマによる熱処理にて、ＥＬ素子１００がどのように変化したかを、図４を参照してより具体的に説明する。図４は、本実施形態に係る薄膜ＥＬ素子１００の印加電圧−輝度特性の一例を示す図である。
【００８６】
ここでは、ＥＬ素子１００は、第１電極１０２をＩＴＯ膜とし、第１絶縁層１０３を１６０ｎＦ／ｃｍ2の容量を持ったＡＴＯ膜とし、発光層１０４を膜厚が３００ｎｍのＺｎＳ：Ｍｎとした。
【００８７】
この後、噴出孔３０４を直径３ｍｍ、プラズマ放電の放電電流は１４０Ａ、Ａｒ流量を毎分５リットル、プラズマ源４００と処理基板１０１との距離を３ｍｍとし、基板１０１とプラズマ源４００の相対的移動速度が１６００ｍｍ／ｓｅｃ、スキャンピッチｂ（図３参照）を０．２ｍｍの条件下において熱処理を行った。
【００８８】
この後、第２電極１０６となるＩＴＯ膜を成膜し、２４０Ｈｚ、２０μｓｅｃのパルスを印加して印加電圧と輝度の関係を測定した。図４において、白四角プロットは、上記熱処理を行った本実施形態の測定結果であり、黒菱形プロットは、熱処理を行わなかった比較例の測定結果である。
【００８９】
このように、熱プラズマで発光層１０４を直接熱処理することで、ガラス基板１０１を変形させることなく、６０Ｖ印加時の輝度を２２ｃｄ／ｍ2から５１ｃｄ／ｍ2に向上させることができた。
【００９０】
次に、発光層１０４の材料をＳｒＳ：Ｃｅに代えた場合において、熱プラズマによる熱処理にて、ＥＬ素子１００がどのように変化したかを、図５を参照してより具体的に説明する。図５は、発光層１０４をＳｒＳ：Ｃｅとした例における本実施形態の薄膜ＥＬ素子１００の印加電圧−輝度特性を示す図である。
【００９１】
ここでは、ＥＬ素子１００は、第１電極１０２をＩＴＯ膜とし、第１絶縁層１０３を３６ｎＦ／ｃｍ2の容量を持ったＡＴＯ膜とし、発光層１０４を膜厚が１０００ｎｍのＳｒＳ：Ｃｅとした。
【００９２】
この後、噴出孔３０４を直径４ｍｍ、プラズマ放電の放電電流は１２０Ａ、Ａｒ流量を毎分３リットル、プラズマ源４００と処理基板１０１との距離を３ｍｍとし、基板１０１とプラズマ源４００の相対的移動速度が４００ｍｍ／ｓｅｃ、スキャンピッチｂを０．５ｍｍの条件下において熱処理を行った。
【００９３】
この後、第２電極１０６となるＩＴＯ膜を成膜し、２４０Ｈｚ、２０μｓｅｃのパルスを印加して印加電圧と輝度の関係を測定した。図５において、白四角プロットは、本例において上記熱処理を行った実施形態の測定結果であり、黒菱形プロットは、熱処理を行わなかった比較例の測定結果である。
【００９４】
このように、熱プラズマで発光層１０４を直接熱処理することで、本例においては、ガラス基板を変形させることなく、２５０Ｖ印加時の輝度を３２ｃｄ／ｍ2から４４ｃｄ／ｍ2に向上させることができた。
【００９５】
このように、通常熱処理すれば輝度が向上する発光層材料は、熱プラズマ処理をすることで輝度の向上が期待できる。このような発光層の母体材料としては、ＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳが挙げられる。
【００９６】
ＥＬ素子は、母体材料に含まれる発光中心元素を励起して発光させることになるが、一般的に母体材料の結晶性を高めることが輝度向上のポイントであるので、発光中心材料が何であっても、前記の母体材料を用いれば熱プラズマでＥＬ素子の輝度を向上させることができる。
【００９７】
以上述べてきたように、本実施形態によれば、絶縁性基板１０１上に、第１電極１０２、発光中心を含む発光層１０４および第２電極１０６を順次積層してなり、光取り出し側を光学的に透明な材料にて構成するＥＬ素子１００の製造方法において、発光層１０４を成膜した後に、熱プラズマを照射し発光層１０４を熱処理することを特徴とする製造方法が提供される。
【００９８】
それによれば、従来のように、絶縁性基板１０１全体を加熱するのではなく、熱プラズマを照射することにより、発光層１０４を局所的に熱処理して輝度向上を図ることができる。
【００９９】
そのため、本実施形態によれば、絶縁性基板１０１を変形させずに、ＥＬ素子１００の輝度向上を図るための発光層１０４の熱処理を行えるＥＬ素子の製造方法を提供することができる。そして、本実施形態によれば、比較的高い発光輝度が得られるＥＬ素子１００を提供することができる（上記図４、図５参照）。
【０１００】
また、本実施形態によれば、上記特徴点を有する本実施形態の製造方法において、発光層１０４の材料として少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料として含むものを用いるＥＬ素子の製造方法が提供される。上述したように、これらの母体材料を採用すれば、熱プラズマ処理をすることで輝度の向上が期待できる。
【０１０１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、ＥＬ素子の熱プラズマ工程において、発光層の上に絶縁層を成膜した後に熱プラズマを照射するものである。上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。
【０１０２】
図６は、本発明の第２実施形態に係る無機ＥＬ素子１００の熱プラズマ照射工程と、この工程によって作製されたＥＬ素子１００を示す模式的な断面図である。なお、図６（ａ）は照射工程での断面図を示しており、図６（ｂ）は熱プラズマ照射工程を経て作製されたＥＬ素子１００の断面図を示している。
【０１０３】
図６（ｂ）に示されるように、本実施形態のＥＬ素子１００も、上記実施形態と同様に、絶縁性基板であるガラス基板１０１上に順次、上記薄膜１０２〜１０６が積層形成されることによって構成された薄膜ＥＬ素子である。
【０１０４】
本実施形態のＥＬ素子１００は、上記第１実施形態と同様に、ガラス基板１０１上に、第１電極１０２として光学的に透明であるＩＴＯ膜をスパッタ法によって形成し、その上に、第１絶縁層１０３として、Ａｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜をＡＬＤ法によって形成する。
【０１０５】
次に、第１絶縁層１０３上に、ＺｎＳ：Ｍｎなどからなる発光層１０４を蒸着法によって形成する。その後、第２絶縁層１０５を第１絶縁層１０３と同様の構造と膜厚で成膜する。
【０１０６】
ここまでの状態が、図６（ａ）に示される構成であり、本実施形態では、このように発光層１０４の上に第２絶縁層１０５を成膜した状態にてＥＬ素子が作製されるべき場所に熱プラズマ１１０を照射し発光層１０４を熱処理する。
【０１０７】
本実施形態においても、この熱プラズマ１１０の照射は、上述した図２に示される熱プラズマ発生装置を用いて行うことができる。そして、その熱処理方法は上記実施形態と同様にできる。
【０１０８】
図６に示されるように、発光層１０４の上の第２絶縁層１０５を成膜した後に熱プラズマ１１０を照射するメリットとして、発光層１０４の昇華を抑えることができるので、効果的に熱処理することができる。
【０１０９】
たとえば、発光層１０４の材料としてＺｎＳを用いれば、１１８０℃で昇華してしまうが、第２絶縁層１０５があれば、発光層１０４の昇華は生じなくなり、より効率的なアニールをすることができる。言い換えれば、実効的な熱処理温度を１１８０℃以上にすることができる。
【０１１０】
また、昇華点が無いＳｒＳやＣａＳにおいては、第２絶縁層１０５があれば発光層１０４の冷却効率が低下するので、発光層１０４を高温により長時間保つことができ、効果がある。また、第２絶縁層１０５によって発光層１０４が覆われていれば、熱プラズマ照射の雰囲気いかんにかかわらず、同様の結果を得ることができる。
【０１１１】
さらに、第２絶縁層１０５の材料としては、上述したＡｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2積層構造膜であるＡＴＯ膜が好ましい。このＡＴＯ膜は緻密であり、熱プラズマによってダメージを受けにくいからである。さらに、製造方法としてＡＬＤ法を用いれば、より緻密な膜になり好ましい。
【０１１２】
次に、本実施形態において、熱プラズマによる熱処理にて、ＥＬ素子１００がどのように変化したかを、図７を参照してより具体的に説明する。図７は、本実施形態に係る薄膜ＥＬ素子１００の印加電圧−輝度特性の一例を示す図である。
【０１１３】
ここでは、ＥＬ素子１００は、第１電極１０２をＩＴＯ膜とし、第１絶縁層１０３を１６０ｎＦ／ｃｍ2の容量を持ったＡＴＯ膜とし、発光層１０４を膜厚が３００ｎｍのＺｎＳ：Ｍｎとし、さらに、第２絶縁層１０５を１６０ｎＦ／ｃｍ2の容量を持ったＡＴＯ膜とした。
【０１１４】
この後、噴出孔３０４（図２参照）を直径３ｍｍ、プラズマ放電の放電電流は１４０Ａ、Ａｒ流量を毎分５リットル、プラズマ源４００（図２参照）と処理基板１０１との距離を３ｍｍとし、基板１０１とプラズマ源４００の相対的移動速度が７００ｍｍ／ｓｅｃ、スキャンピッチｂ（図３参照）を０．２ｍｍの条件下において熱処理を行った。
【０１１５】
この後、第２電極１０６となるＩＴＯ膜を成膜し、２４０Ｈｚ、２０μｓｅｃのパルスを印加して印加電圧と輝度の関係を測定した。図７において、白四角プロットは、上記熱処理を行った本実施形態の測定結果であり、黒菱形プロットは、熱処理を行わなかった比較例の測定結果である。
【０１１６】
このように、本実施形態においても、熱プラズマで発光層１０４を直接熱処理することで、ガラス基板１０１を変形させることなく、また第２絶縁層１０５にダメージを与えることなく、１４０Ｖ印加時の輝度を１２３ｃｄ／ｍ2から１６６ｃｄ／ｍ2に向上させることができた。
【０１１７】
なお、本実施形態においては、ＥＬ素子としての機能を果たせば第１絶縁層１０３を省略して第２絶縁層１０５の１層のみでもよい。
【０１１８】
また、本実施形態の製造方法のように、発光層１０４の上の絶縁層１０５上から行う熱プラズマ照射においても、熱処理で効果のある発光層母体材料であるＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳを用いれば、熱プラズマ照射の効果が期待できる。
【０１１９】
以上述べてきたように、本実施形態によれば、絶縁性基板１０１上に、第１電極１０２、発光中心を含む発光層１０４、絶縁層１０５および第２電極１０６を順次積層してなり、光取り出し側を光学的に透明な材料にて構成するＥＬ素子１００の製造方法において、絶縁層１０５を成膜した後に、熱プラズマを照射し発光層１０４を熱処理することを特徴とする製造方法が提供される。
【０１２０】
それによれば、本実施形態においても、上記実施形態と同様、従来のように、絶縁性基板１０１全体を加熱するのではなく、熱プラズマを照射することにより、発光層１０４を局所的に熱処理して輝度向上を図ることができる。
【０１２１】
また、本実施形態の製造方法によれば、上述したように、熱プラズマ照射１１０による熱処理の際に発光層１０４が絶縁層１０５で被覆されているので、発光層１０４の昇華や冷却効率の低下などを抑制したり、さらには照射雰囲気によらず照射の効果を得ることができるという利点が発揮される。
【０１２２】
そのため、本実施形態によっても、絶縁性基板１０１を変形させずに、ＥＬ素子１００の輝度向上を図るための発光層１０４の熱処理を行えるＥＬ素子の製造方法を提供することができる。そして、本実施形態によっても、比較的高い発光輝度が得られるＥＬ素子１００を提供することができる（図７参照）。
【０１２３】
また、上述したように、本実施形態のＥＬ素子の製造方法においても、発光層１０４の材料として少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料として含むものを用いることは、特徴点の一つである。
【０１２４】
さらに、これも上述したが、本実施形態のＥＬ素子の製造方法においては、発光層１０４の上の絶縁層である第２絶縁層１０５の材料として、アルミナとチタニアの積層膜であり緻密でダメージを受けにくいＡＴＯ膜を用いることも特徴の一つである。
【０１２５】
また、本実施形態においても、上記実施形態と同様、光取り出し側と反対側の電極を透明でない金属電極としてもよい。つまり、第１電極１０２および第２電極１０６のいずれか一方を金属電極としてもよい。
【０１２６】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態に述べられた絶縁性基板１０１、第１電極１０２、第１絶縁層１０３、発光層１０４、第２絶縁層１０５及び第２電極１０６は、一具体例を示したものであり、これらに限定されるものではない。
【０１２７】
要するに、本発明は、絶縁性基板１０１上に第１電極１０２、発光中心を含む発光層１０４および第２電極１０６を順次積層し、必要に応じて発光層１０４と第２電極１０６との間に第２絶縁層１０５を介在させるように積層し、少なくとも光取り出し側を光学的に透明な材料にて構成するＥＬ素子１００において、発光層１０４に熱プラズマを照射させたことを要部とするものであり、その他の層など、細部の構成については適宜設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る薄膜無機ＥＬ素子の熱プラズマ照射工程と、この工程によって作製されたＥＬ素子を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明に利用することのできる熱プラズマ発生装置の模式的な構成を示す図である。
【図３】図２に示される熱プラズマ発生装置を用いた熱処理方法を模式的に示す図である。
【図４】上記第１実施形態に係る薄膜ＥＬ素子の印加電圧−輝度特性の一例を示す図である。
【図５】上記第１実施形態に係る薄膜ＥＬ素子の印加電圧−輝度特性のもう一つの例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る薄膜無機ＥＬ素子の熱プラズマ照射工程と、この工程によって作製されたＥＬ素子を示す模式的な断面図である。
【図７】上記第２実施形態に係る薄膜ＥＬ素子の印加電圧−輝度特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１００…ＥＬ素子、１０１…絶縁性基板としてのガラス基板、
１０２…第１電極、１０３…第１絶縁層、１０４…発光層、
１０５…第２絶縁層、１０６…第２電極、１１０…熱プラズマ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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