(57)【要約】【課題】【解決手段】  ａｃ厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置に使用されるチオアルミン酸ベースの蛍光体の動作安定性を改善する新規な構造を提供する。新規な構造は、アルカリ土類チオアルミン酸蛍光体薄膜層と、蛍光体薄膜層の上および／または下のすぐ隣りに提供された希土類で活性化されたシリコン・オキシナイトライド層とを含み、前記シリコン・オキシナイトライド層は、Ｓｉ3ＮxＯyＨzの組成を含み、２≦ｘ≦４、０＜ｙ≦２、および０≦ｚ≦１である。本発明は、特に、蛍光体薄膜を形成し活性化するために高い処理温度を受ける厚膜誘電体層を使用するエレクトロルミネセンス表示装置に使用される蛍光体に適用可能である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置用の改善された蛍光体構造であって、
希土類で活性化されたアルカリ土類チオアルミン酸蛍光体薄膜層と、
前記蛍光体薄膜層の上および／または下のすぐ隣りに提供されたシリコン・オキシナイトライド層とを含み、前記シリコン・オキシナイトライド層がＳｉ3ＮxＯyＨzの組成を含み、ここで２≦ｘ≦４、０＜ｙ≦２、および０≦ｚ≦１である構造。
【請求項２】
前記蛍光体薄膜層が、ＡＢxＣy：ＲＥによって表され、
ＡがＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａのうちの少なくとも１つであり、
ＢがＡｌ、Ｇａ、またはＩｎのうちの少なくとも１つであり、
ＣがＳまたはＳｅの少なくとも１つであり、
２≦ｘ≦４と４≦ｙ≦７である請求項１に記載の構造。
【請求項３】
ＲＥが、ＥｕとＣｅからなるグループから選択された１つまたは複数の希土類活性体化学種である請求項２に記載の構造。
【請求項４】
前記蛍光体が、アルミニウムのバリウムに対する比率が２〜４のチオアルミン酸バリウムである請求項３に記載の構造。
【請求項５】
前記蛍光体が、バリウムとマグネシウムを加えたものに対するマグネシウムの原子濃度比率が範囲０．００１〜０．２内にあるチオアルミン酸マグネシウム・バリウムである請求項３に記載の構造。
【請求項６】
蛍光体が、３価のユーロピウムまたはセリウムによって活性化され、バリウムまたはバリウムとマグネシウムを加えたものに対するユーロピウムまたはセリウムの原子比率が、約０．００５〜約０．０４の範囲である請求項３に記載の構造。
【請求項７】
蛍光体が３価のユーロピウムまたはセリウムによって活性化され、バリウムまたはバリウムとマグネシウムを加えたものに対するユーロピウムまたはセリウムの原子比率が、約０．０１５〜０．０３の範囲である請求項３に記載の構造。
【請求項８】
前記蛍光体が、さらに、最大約２５原子百分率の酸素を含むことがある請求項３に記載の構造。
【請求項９】
前記シリコン・オキシナイトライド層が、約３０ｎｍ〜約７０ｎｍの厚さを有する請求項１に記載の構造。
【請求項１０】
前記構造が、前記蛍光体薄膜層の上にシリコン・オキシナイトライド層を含み、前記蛍光体薄膜層の下にシリコン・オキシナイトライド層とを含む請求項９に記載の構造。
【請求項１１】
前記構造が、前記蛍光体薄膜層の上にシリコン・オキシナイトライド層を含む請求項９に記載の構造。
【請求項１２】
前記構造が、前記蛍光体薄膜層の下にシリコン・オキシナイトライド層を含む請求項９に記載の構造。
【請求項１３】
前記シリコン・オキシナイトライド層が、ｘ、ｙおよびｚの異なる値を有する複数のシリコン・オキシナイトライド組成を含む複合材料を含む請求項９に記載の構造。
【請求項１４】
前記シリコン・オキシナイトライド層が、スパッタリングによって付着される請求項１に記載の構造。
【請求項１５】
スパッタリングが、低圧窒素雰囲気中で行われ、アルゴンと窒素の比率が約４：１〜１：１の範囲内にあり、作動圧力が約８ｘ１０-4ｍｂａｒ〜６ｘ１０-3ｍｂａｒの範囲内で維持される請求項１４に記載の構造。
【請求項１６】
前記シリコン・オキシナイトライド層が、蛍光体薄膜構造に付着される請求項１に記載の構造。
【請求項１７】
厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置であって、
式ＡＢxＣy：ＲＥの薄膜チオアルミン酸蛍光体層であって、ＡがＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａのうちの少なくとも１つであり、ＢがＡｌ、ＧａまたはＩｎのうちの少なくとも１つであり、ＣがＳまたはＳｅの少なくとも１つであり、２≦ｘ≦４および４≦ｙ≦７であり、Ｒｅがテルビウムとユーロピウムから選択される薄膜チオアルミン酸蛍光体層と、
前記蛍光体薄膜層の上および／または下のすぐ隣りに提供された不動態化シリコン・オキシナイトライド層とを含み、前記シリコン・オキシナイトライド層が、Ｓｉ3ＮxＯyＨzの組成を含み、２≦ｘ≦４、０＜ｙ≦２、および０≦ｚ≦１である厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置。
【請求項１８】
前記蛍光体が、アルミニウムのバリウムに対する比率が２〜４のチオアルミン酸バリウムである請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記蛍光体が、バリウムとマグネシウムを合わせたものに対するマグネシウムの原子濃度比率が約０．００１〜０．２の範囲内であるチオアルミン酸マグネシウム・バリウムである請求項１７に記載の請求項の装置。
【請求項２０】
バリウムまたはバリウムとマグネシウムを合わせたものに対するユーロピウムまたはセリウムの原子比率が、約０．００５〜約０．０４の範囲内である請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
ユーロピウムまたはセリウムのバリウムまたはバリウムとマグネシウムを合わせたものに対する原子比率が約０．０１５〜０．０３の範囲内である請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記蛍光体が、さらに、最大約２５原子百分率の酸素を含むことができる請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
前記シリコン・オキシナイトライド層が、約３０ｎｍ〜約７０ｎｍの厚さを有する請求項１７に記載の装置。
【請求項２４】
前記構造が、前記蛍光体層の上にシリコン・オキシナイトライド層を含み、前記蛍光体層の下にシリコン・オキシナイトライド層とを含む請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記構造が、前記蛍光体層の上にシリコン・オキシナイトライド層を含む請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記構造が、前記蛍光体層の下にシリコン・オキシナイトライド層を含む請求項２３に記載の装置。
【請求項２７】
前記シリコン・オキシナイトライド層が、ｘ、ｙおよびｚの異なる値を有する複数のシリコン・オキシナイトライド組成を含む複合材料を含む請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
前記シリコン・オキシナイトライド層が、スパッタリングによって付着される請求項１７に記載の装置。
【請求項２９】
スパッタリングが、低圧窒素雰囲気中で行われ、アルゴンと窒素の比率が約４：１〜１：１の範囲内であり、作動圧力が約８ｘ１０-4ｍｂａｒ〜６ｘ１０-3ｍｂａｒの範囲内に維持される請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記シリコン・オキシナイトライド層が、蛍光体薄膜に付着される請求項１７に記載の装置。
【請求項３１】
厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置に使用される蛍光体積層物であって、
希土類で活性化されたアルカリ土類チオアルミン酸蛍光体薄膜層と、
前記蛍光体薄膜層の上のすぐ隣りに提供されたシリコン・オキシナイトライド層とを含み、前記シリコン・オキシナイトライド層が、Ｓｉ3ＮxＯyＨzの組成を含み、２≦ｘ≦４、０＜ｙ≦２、および０≦ｚ≦１である蛍光体積層物。
【請求項３２】
前記蛍光体薄膜層が、ＡＢxＣy：ＲＥによって表され、
ＡがＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａのうちの少なくとも１つであり、
ＢがＡｌ、ＧａまたはＩｎのうちの少なくとも１つであり、、
ＣがＳまたはＳｅの少なくとも１つであり、
２≦ｘ≦４および４≦ｙ≦ｙである請求項３１に記載の積層物。
【請求項３３】
ＲＥが、ＥｕとＣｅからなるグループから選択された１つまたは複数の希土類活性体化学種である請求項３２に記載の積層物。
【請求項３４】
前記蛍光体が、アルミニウムのバリウムに対する比率が２〜４のチオアルミン酸バリウムである請求項３３に記載の積層物。
【請求項３５】
前記蛍光体が、バリウムとマグネシウムを合わせたものに対するマグネシウムの原子濃度比率が範囲０．００１〜０．２内のチオアルミン酸マグネシウム・バリウムである請求項３４に記載の請求項３４に記載の積層物。
【請求項３６】
蛍光体が、３価のユーロピウムまたはセリウムで活性化され、バリウムまたはバリウムとマグネシウムを合わせたものに対するユーロピウムまたはセリウムの原子比率が約０．００５〜約０．０４の範囲内である請求項３４に記載の積層物。
【請求項３７】
蛍光体が３価のユーロピウムまたはセリウムで活性化され、バリウムまたはバリウムとマグネシウムを合わせたものに対するユーロピウムまたはセリウムの原子比率が約０．０１５〜０．０３の範囲内である請求項３４の積層物。
【請求項３８】
前記蛍光体が、さらに、最大約２５原子百分率の酸素を含む請求項３３に記載の積層物。
【請求項３９】
前記シリコン・オキシナイトライド層が、約３０ｎｍ〜約７０ｎｍの厚さを有する請求項３２に記載の積層物。
【請求項４０】
前記積層物が、前記蛍光体薄膜層の上にシリコン・オキシナイトライド層を含み、前記蛍光体薄膜層の下にシリコン・オキシナイトライド層を含む請求項３９に記載の積層物。
【請求項４１】
前記積層物が、前記蛍光体薄膜層の上にシリコン・オキシナイトライド層を含む請求項３９に記載の積層物。
【請求項４２】
前記積層物が、前記蛍光体薄膜層の下にシリコン・オキシナイトライド層を含む請求項４１に記載の積層物。
【請求項４３】
前記シリコン・オキシナイトライド層が、ｘ、ｙおよびｚの異なる値を有する複数のシリコン・オキシナイトライド組成を含む複合材料を含む請求項３９に記載の積層物。
【請求項４４】
前記シリコン・オキシナイトライド層が、スパッタリングによって付着される請求項３２に記載の積層物。
【請求項４５】
スパッタリングが、低圧窒素雰囲気中で行われ、アルゴンと窒素の比率が約４：１〜１：１の範囲内であり、作動圧力が約８ｘ１０-4ｍｂａｒ〜６ｘ１０-3ｍｂａｒの範囲内に維持される請求項４４に記載の積層物。
【請求項４６】
前記シリコン・オキシナイトライド層が、蛍光体薄膜構造に付着される請求項３１に記載の積層物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い誘電率を有する厚膜誘電体層を使用するフル・カラーａｃエレクトロルミネセンス表示装置に使用される青色発光蛍光体材料の動作安定性の改善に関する。より具体的には、本発明は、１つまたは複数のシリコン・オキシナイトライド層が積層され改善された希土類で活性化された薄膜チオアルミン酸バリウム蛍光体に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人の米国特許第５，４３２，０１５号によって例示されたような厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置は、従来のＴＦＥＬ表示装置の特性よりも優れた特性を示す。高い輝度性能を実現するために、厚膜誘電体構造と共に使用される高性能な赤色、緑色および青色蛍光体材料が開発された。そのような蛍光体材料は、青色発光用のユーロピウムで活性化されたチオアルミン酸バリウム・ベースの材料と、緑色発光用のテルビウムで活性化された硫化亜鉛、マンガンで活性化された硫化マグネシウム亜鉛またはユーロピウムで活性化されたチオアルミン酸カルシウム・ベースの材料、ならびに赤色発光用に適切にフィルタリングすることができる伝統的なマンガンで活性化された硫化亜鉛を含む。
【０００３】
赤色、緑色および青色サブ画素に使用される薄膜蛍光体材料は、高解像度表示装置用に溶剤溶液を使用するフォトリソグラフィ技術を使用してパターン形成されなければならない。フォトリソグラフィ処理後に表示装置に残っているそのような溶液の痕跡は、処理環境に存在する水分または酸素の反応と共に、酸化反応または加水分解反応に敏感な特定の蛍光体材料と化学的に反応して、完成した表示装置の性能劣化を引き起こすことがある。表示装置の動作中の連続的な化学反応によって性能が劣化し続け、それにより表示装置の寿命が短くなることがある。
【０００４】
そのような性能劣化の問題を解決するため、研究者たちは、蛍光体の劣化を少なくするために、蛍光体材料と共に絶縁体として窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2]）およびシリコン・オキシナイトライド（ＳｉＯＮ）を含む様々なシリコン材料を使用することを提案した。そのような材料の絶縁体または障壁層は、従来より、特許文献１〜１７、ならびに非特許文献１及び２に例示されているようなＴＦＥＬ、ＯＬＥＤ、およびＥＬ装置において硫化亜鉛蛍光体と共に使用されるように教示されている。
【０００５】
また、シリコン材料は、例えば特許文献１８に開示されたようなＥＬパネル内に使用されるオキシチオアルミン酸バリウム・マグネシウム蛍光体の上に絶縁体薄膜層として使用されるように提案された。
本出願人の特許文献１９は、シリコン・オキシナイトライドが、ユーロピウムで活性化されたチオアルミン酸バリウム蛍光体との挿入層として使用するのに、優れた輝度を提供しまた厚膜誘電体層からの鉛などの汚染化学種の蛍光体中への拡散に対する高い障壁特性を提供すために適切なチタン酸バリウムよりも望ましくないことを教示している。したがって、当業者は、従来技術の教示に基づいてチオアルミン酸蛍光体と共にシリコン・オキシナイトライド（ＳｉＯＮ）を使用しようとは思わなかった。
【０００６】
以上の引用および特許は、硫化亜鉛蛍光体が周囲環境からの水と反応するのを防ぐためまたその他の「安定化」タイプの機能のために、従来の窒化ケイ素およびシリコン・オキシナイトライドの「障壁」または「絶縁体」材料を使用することを教示しているが、輝度の改善と最小劣化の長い動作寿命の両方を実現するように厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置に使用される希土類で活性化されたアルカリ土類チオアルミン酸蛍光体を改善する必要性が残っている。
【特許文献１】米国特許第４，１８８，５６５号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７２１，６３１号明細書
【特許文献３】米国特許第４，７７４，４３５号明細書
【特許文献４】米国特許第４，８８０，６６１号明細書
【特許文献５】米国特許第４，８９７，３１９号明細書
【特許文献６】米国特許第４，９５４，７４７号明細書
【特許文献７】米国特許第５，５９８，０５９号明細書
【特許文献８】米国特許第５，６４４，１９０号明細書
【特許文献９】米国特許第６，３２２，８６０号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，３８８，３７８号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，３９２，３３４号明細書
【特許文献１２】米国特許出願番号２００１／００５５４５８号明細書
【特許文献１３】米国特許出願番号２００２／０００１７３３号明細書
【特許文献１４】米国特許出願番号２００２／０００５５０６号明細書
【特許文献１５】米国特許出願番号２００２／０００６０５１号明細書
【特許文献１６】米国特許出願番号２００２／００３７４３０号明細書
【特許文献１７】米国特許出願番号２００２／００８４４６４号明細書
【特許文献１８】米国特許出願２００２／００３１６８５号明細書
【特許文献１９】米国特許出願２００２／００９４４５１号明細書
【非特許文献１】Mikamiらの「Proceedings of the 6th International Conference on the Science and Technology of Display Phosphors (2000)」pp 61-64）
【非特許文献２】J. Ohwakietらの「Review of the Electrical Communications laboratories Vol.35,1987
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、最小の輝度劣化で長い動作寿命を有する、希土類活性体化学種がドープされた薄膜アルカリ土類チオアルミン酸蛍光体を使用する厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置に関する。動作寿命の改善は、蛍光体薄膜の隣りに限られた量の酸素を有する１つまたは複数のシリコン・オキシナイトライド不動態化層を提供することによって達成される。
【０００８】
本発明のシリコン・オキシナイトライド不動態化層は、Ｓｉ3ＮxＯyＨzとして表すことができ、ここで、２≦ｘ≦４、０≦ｙ≦２および０≦ｚ≦１である。本発明のシリコン・オキシナイトライド層は、また、ｘ、ｙおよびｚの異なる値を有する複数のそのようなシリコン・オキシナイトライド組成を含む複合材料を含むこともできる。この層の組成物内のアニオン（Ｎ、ＯおよびＨ）は、装置の製造中または動作中に蛍光体層内に移動しないように層内に十分に強く結合されなければならない。
【０００９】
アルカリ土類チオアルミン酸蛍光体は、式ＡＢxＣy：ＲＥの材料を含むことができ、ここで、ＡはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａの少なくとも１つであり、ＢはＡｌ、ＧａまたはＩｎの少なくとも１つであり、ＣはＳまたはＳｅの少なくとも一方であり、ここで、２≦ｘ≦４および４≦ｙ≦７である。チオアルミン酸蛍光体は、また、２５原子百分率未満の相対原子濃度の酸素を含むことができる。ＲＥは、必要な光スペクトルを生成する１つまたは複数の希土類活性体化学種から選択され、ＥｕまたはＣｅであることが好ましい。
【００１０】
本発明の１つの態様により、厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置用の改善された蛍光体構造が提供され、前記構造は、
希土類で活性化されたアルカリ土類チオアルミン酸蛍光体薄膜層と、
前記蛍光体薄膜層の上および／または下のすぐ隣りに提供されたシリコン・オキシナイトライド層とを含み、前記シリコン・オキシナイトライド層が、Ｓｉ3ＮxＯyＨzの組成を含み、ここで２≦ｘ≦４、０≦ｙ≦２、および０≦ｚ≦１である。
【００１１】
本発明のもう１つの態様による厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置は、
式ＡＢxＣy：ＲＥの薄膜チオアルミン酸蛍光体層であって、ＡがＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａのうちの少なくとも１つであり、ＢがＡｌ、ＧａまたはＩｎのうちの少なくとも１つであり、ＣがＳまたはＳｅの少なくとも一方であり、２≦ｘ≦４および４≦ｙ≦７であり、Ｒｅがテルビウムとユーロピウムから選択された薄膜チオアルミン酸蛍光体層と、
前記蛍光体薄膜層の上および／または下のすぐ隣りに提供された不動態化シリコン・オキシナイトライド層とを含み、前記シリコン・オキシナイトライド層が、Ｓｉ3ＮxＯyＨzの組成を含み、ここで、２≦ｘ≦４、０＜ｙ≦２、および０≦ｚ≦１である。
【００１２】
本発明のもう１つの態様による厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置に使用される蛍光体積層物は、
希土類で活性化されたアルカリ土類チオアルミン酸蛍光体薄膜層と、
前記蛍光体薄膜層の上のすぐ隣りに提供されたシリコン・オキシナイトライド層とを含み、前記シリコン・オキシナイトライド層が、Ｓｉ3ＮxＯyＨzの組成を含み、ここで２≦ｘ≦４、０＜ｙ≦２、および０≦ｚ≦１である。
【００１３】
本発明のもう１つの態様による厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置に使用される蛍光体積層物は、
希土類で活性化されたアルカリ土類チオアルミン酸蛍光体薄膜層と、
前記蛍光体薄膜層の上と下のすぐ隣りに提供されたシリコン・オキシナイトライド層とを含み、前記シリコン・オキシナイトライド層が、Ｓｉ3ＮxＯyＨzの組成を含み、ここで２≦ｘ≦４、０＜ｙ≦２、および０≦ｚ≦１である。
【００１４】
本発明のもう１つの態様による厚膜誘電体エレクトロルミネセンス表示装置に使用される蛍光体積層物は、
希土類で活性化されたアルカリ土類チオアルミン酸蛍光体薄膜層と、
前記蛍光体薄膜層の下のすぐ隣りに提供されたシリコン・オキシナイトライド層とを含み、前記シリコン・オキシナイトライド層が、Ｓｉ3ＮxＯyＨzの組成を含み、ここで２≦ｘ≦４、０＜ｙ≦２、および０≦ｚ≦１である。
【００１５】
本発明のその他の特徴および利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、当業者には、以下の詳細な説明から本発明の趣旨および範囲内の様々な変更および修正が明らかになるので、詳細な説明と特定の例が、本発明の実施形態を示しているが単なる説明のために示されていることを理解されたい。
本発明は、単なる例示として示されまた本発明の意図された範囲を限定しない、本明細書に示した説明および添付図面からより完全に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置における希土類で活性化されたアルカリ土類チオアルミン酸薄膜蛍光体の使用に関し、この蛍光体薄膜は、その片側または両側に接した状態で限定された量の酸素を有する不動態化したシリコン・オキシナイトライド層を有し、その結果この層により、蛍光体薄膜の電気的および化学的安定性と、エレクトロルミネセンス装置の残りの部分との接続が改善される。
【００１７】
図１は、参照数字１０で全体を示した本発明の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置の断面の概略図を示す。装置１０は、金属導体層１４（すなわち、金）、厚膜誘電体層１６（すなわち、ＰＭＴ−ＰＴ）、および平滑化層１８（すなわち、ジルコン酸チタン酸鉛）を上に備えた基板１２を有する。当業者によって理解されるように、様々な基板を使用することができる。詳細には、基板は、セラミック基板上の厚膜誘電体層である。そのような基板の例には、アルミナやガラス・セラミック複合材料がある。蛍光体層２２の隣りに存在する不動態化シリコン・オキシナイトライド層２０が示されている。この不動態化層２０は、蛍光体２２の両側に示されているが、蛍光体の上または下に１つだけそのような層が使用されてもよいことを理解されたい。蛍光体の上には、薄膜誘電体層２４と、次にＩＴＯ透明電極２６がある。
【００１８】
不動態化シリコン・オキシナイトライド層は、蛍光体材料と反応して性能劣化を引き起こす可能性のある装置動作中の蛍光体材料内へ酸素の移動を最小限に抑える働きをする。シリコン・オキシナイトライド層は、酸素移動の障壁として働くかまたは酸素と反応して酸素を捕らえ、それにより装置の輝度を低下させるほど酸素が蛍光体と反応できないようにすることにより、この機能を提供することができる。
【００１９】
本発明は、特に、高い誘電率を有する厚膜誘電体層を使用するエレクトロルミネセンス装置に適用可能であり、厚膜誘電体層は、熱処理または装置動作に応じて蛍光体性能に有害な化学種を生成する可能性のある複数の酸化物化合物を含む複合材料であり、厚膜誘電体の表面は、装置構造にクラックまたはピンホールを発生させる蛍光体厚さ程度の粗さであり、そのような化学種を収容または吸収しそれにより装置の動作寿命全体にわたって輝度と動作効率を低下させる可能性のある空隙を含む。
【００２０】
本発明のシリコン・オキシナイトライド層は、Ｓｉ3ＮxＯyＨzと表され、ここで、２≦ｘ≦４、０＜ｙ≦２、および０≦ｚ≦１である。したがって、本発明は、窒化ケイ素も含む。また、本発明のシリコン・オキシナイトライド層は、ｘ、ｙおよびｚの異なる値を有する複数のシリコン・オキシナイトライド組成を含む複合材料を含むことができる。層の組成内のアニオン（Ｎ、ＯおよびＨ）は、装置の製造中または動作中に蛍光体層内に移動しないように層内で十分に強く結合されていなければならない。シリコン・オキシナイトライド層は、約３０ｎｍから約７０ｎｍの厚さならびにその間の任意の範囲でよい。
【００２１】
シリコン・オキシナイトライド層と共に使用されるチオアルミン酸蛍光体は、式ＡＢxＣy：ＲＥの材料を含み、ここで、ＡはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａのうちの少なくとも１つであり、ＢはＡｌ、ＧａまたはＩｎの少なくとも１つであり、ＣはＳまたはＳｅの少なくとも１つであり、２≦ｘ≦４および４≦ｙ＜７である。チオアルミン酸蛍光体は、また、約２０原子百分率未満の相対原子濃度の酸素を含むことができる。ＲＥは、必要な光スペクトルを生成する１つまたは複数の希土類活性化化学種であり、ＥｕまたはＣｅであることが好ましい。
【００２２】
シリコン・オキシナイトライド層が蛍光体薄膜によく付着するように、シリコン・オキシナイトライドの組成は制御されなければならない。シリコン・オキシナイトライド層は、当業者によって理解される任意の適切な方法によって付着させることができる。しかしながら、低圧窒素雰囲気中で窒化ケイ素ターゲットを反応スパッタリングし、次に空気中で薄膜をアニールすることによって、適切な組成の薄膜が得られることが実証された。アルゴンと窒素の比率は約４：１〜１：１の範囲内であり、作動圧力は、約８ｘ１０↑-4]ミリバール〜６ｘ１０↑-3]ミリバールの範囲内に維持される。アルゴンの窒素に対する比率が低すぎると、蒸着した薄膜が十分な内部応力を有することになり、蒸着後に薄片状にばらばらになる可能性がある。比率が高すぎると、付着した薄膜が化学的に反応し、導電率が許容できないほど高くなることがある。
【００２３】
本発明は、様々な実施形態を含むことができる。例えば、本発明の第１の実施形態において、厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置は、厚膜誘電体層とチオアルミン酸バリウム蛍光体薄膜とを有し、アルミニウムのバリウムに対する比率は２〜４である。シリコン・オキシナイトライド層が、蛍光体薄膜と薄膜上側誘電体層の隣りに位置決めされ、薄膜上側誘電体層の上にインジウム酸化スズ透明導体薄膜が配置される。
【００２４】
本発明の第２の実施形態による厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置は、厚膜誘電体層とチオアルミン酸バリウム蛍光体薄膜を有し、アルミニウムのバリウムに対する比率は２〜４である。シリコン・オキシナイトライド層が、蛍光体薄膜と、上側アルミナや他の薄膜誘電体層の代わりにインジウム酸化スズ透明導体薄膜の隣りに配置される。
本発明の第３の実施形態の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置は、厚膜誘電体層とチオアルミン酸バリウム蛍光体薄膜を有し、アルミニウムのバリウムに対する比率は２〜４である。シリコン・オキシナイトライド層は、蛍光体薄膜と直接接触するように、蛍光体薄膜と厚膜誘電体層の隣りに配置される。
【００２５】
本発明の第４の実施形態の厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置は、厚膜誘電体層とチオアルミン酸バリウム蛍光体薄膜を有し、アルミニウムのバリウムに対する比率は２〜４である。２つのシリコン・オキシナイトライド層が設けられ、一方が、蛍光体薄膜とインジウム酸化スズ透明導体薄膜の間に配置され、他方が、蛍光体薄膜と厚膜誘電体層の間に配置され、それにより蛍光体薄膜と直接接触する。
【００２６】
本発明の第５の実施形態において、厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置が、第１から第４の実施形態のいずれにかに示したようなものであり、蛍光体組成は、バリウムとマグネシウムを加えたものに対するマグネシウムの原子濃度比率が０．００１〜０．２の範囲のマグネシウムを含む。
本発明の第６の実施形態において、厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置は、第１から第５の実施形態のいずれかに示したようなものであり、蛍光体は、３価のユーロピウムまたはセリウム、好ましくはユーロピウムによって活性化され、バリウムまたはバリウムとマグネシウムを合わせたのものに対するユーロピウムまたはセリウムの原子比率は、約０．００５〜約０．０４の範囲、好ましくは約０．０１５〜０．０３の範囲である。
【００２７】
シリコン・オキシナイトライド層が改善をもたらす仕組みは完全には理解されていないが、シリコン・オキシナイトライド層は、装置の動作中に電子が蛍光体薄膜に注入される効率を低くたり、電子が蛍光体材料中の活性体化学種と相互作用して光を放射する効率を低くしたり、あるいは有効な輝度を実現するために蛍光体内で生成された光が装置から伝達される効率を低くしたりすることによって蛍光体材料の実現可能な輝度を低下させる可能性がある化学種に対する障壁として働くと考えられる。この劣化は、蛍光体材料の少なくとも一部分の化学組成を変化させる蛍光体材料と酸素または水との反応を伴うことがある。酸素が蛍光体と反応しないようにすることは、希土類活性体化学種がホスト・チオアルミン酸化合物の結晶格子内に溶解したままになるのに役立つことがある。蛍光体が酸素と反応すると蛍光体から酸化アルミニウムの沈殿が生じ、それにより残りの材料のバリウム濃度が高くなることがある。アルミニウムに対して様々な比率のアルカリ土類元素を有する様々なチオアルミン酸化合物が存在し、それらがすべて必ずしも効率的な蛍光体ホストではないことは知られている。さらに、希土類化学種がホスト・チオアルミン酸中の溶液から現れてＲＥ2Ｏ2Ｓなどの酸硫化物化学種として沈澱することがあり、ここで、ＲＥは希土類元素を表す。例えばR.Akilaらによる「Metallurgical Transactions」Volume 18B (1987) pp.163-8に示されているように、きわめて低い酸素分圧の硫黄含有環境でこれらの化合物を形成することは周知である。本発明のシリコン・オキシナイトライド層は、例えば装置の厚膜誘電体構造内から、蛍光体および隣りの薄膜層をパターン形成するために使用されるフォトリソグラフィ・プロセスで使用される化学薬品の残留化学種から、あるいは外部環境からなど、蛍光体の外側で発生する酸素の障壁または捕集剤（scavenger）として働くことにより、そのような反応の速度を遅くすることができる。
【００２８】
以上の開示は、本発明を概略的に説明したものである。以下の特定の例を参照することにより、より完全な理解を得ることができる。これらの例は、単に説明のために示されており、本発明の範囲を限定するものではない。状況によって方策が示唆または提供されるので、形態の変更および同等物の代用が意図されている。本明細書において特定の用語を使用してきたが、これらの用語は、限定のためではなく説明的な意味で使用されている。
＜例＞
＜例１＞
ユーロピウムで活性化されたチオアルミン酸バリウムを含む薄膜蛍光体層を含む厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置を作成した。厚膜基板は、厚さ０．１ｃｍを有する５ｃｍ×５ｃｍのアルミナ基板で構成された。２０００年５月１２日に出願された本出願人の同時係属国際出願ＰＣＴ  ＣＡ００／００５６１号（この出願の全体は引用により本明細書に組み込まれる）に例示された方法に従って、金電極を基板上に付着させ、次に厚膜高誘電率誘電体層を付着させた。２００１年１月１７日に出願された出願人の同時係属米国特許出願０９／７６１，９７１号に記載されたゾル・ゲル技術を使用して、厚膜誘電体層の上に、チタン酸バリウムからなる厚さ約１００〜２００ナノメートルの薄膜誘電体層を付着させた（この出願の全体は引用により本明細書に組み込まれる）。
【００２９】
２００１年５月２９日に出願された米国特許出願０９／８６７，０８０号（この出願の全体は引用により本明細書に組み込まれる）の方法により、Edwards model AUTO 306スパッタリング・システムを使用して、硫化水素雰囲気中で、チタン酸バリウム層の上に、アルミニウム金属ターゲットとユーロピウム・ドープ・硫化バリウム・ターゲットを使用して、バリウムに対して約５原子百分率のユーロピウムで活性化されたチオアルミン酸バリウム蛍光体薄膜をリアクティブ・スパッタリングした。ターゲットは、直径約７．６センチメートル（３インチ）の円盤形状であった。蒸着は、後の表１に示したように、蒸着した薄膜内のアルミニウムのバリウムに対する原子比率が約２．６〜約２．９になるように行われた。蒸着中の基板は温度２５０℃であった。最初にチャンバを２ｘ１０-5ｍｂａｒの圧力に排気し、次に蒸着中に範囲１．１〜１．４ｘ１０-3ｍｂａｒのガス圧を維持するように、硫化水素を２．５〜４．５ｓｃｃｍの割合で注入しアルゴンを７ｓｃｃｍの割合で注入した。アルミニウム・ターゲットに印加した高周波電力（rf power）は２００ワットであり、硫化バリウム・ターゲットへの電力は約１３０ワットであった。薄膜成長速度は４〜６オングストローム／秒、薄膜の厚さは約３６０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲であった。蛍光体薄膜内のアルミニウムとバリウムの原子比率は、シリコン・ウェーハ上に同じ条件で蒸着させた薄膜をエネルギー分散型Ｘ線分析で測定したとき、約２．６：１であることが分かった。
【００３０】
蒸着後に、蒸着した蛍光体を、約７００℃のピーク温度のベルト炉内で約１２分間、窒素雰囲気中でアニールした。
約７．６センチメートル（３インチ）の円筒形Ｓｉ3Ｎ4ターゲットを使用して、厚さ５０ナノメートルのシリコン・オキシナイトライド層をスパッタ蒸着した。スパッタリング雰囲気は、スパッタリング・チャンバに窒素を３ｓｃｃｍの割合でアルゴンを７ｓｃｃｍの割合で注入することにより、１．１ｘ１０-3ｍｂａｒの圧力に維持された。基板は、蒸着中２５０℃の温度であった。スパッタリング・ターゲットに対する高周波電力は２５０ワットであった。蒸着速度は５オングストローム／秒であった。薄膜のエネルギー分散型Ｘ線分析によって、蛍光体と窒化ケイ素の境界と蒸着チャンバの残りの雰囲気から薄膜に達する２〜２０原子百分率の酸素を含むことが分かった。Ｘ線回折分析によって、薄膜がアモルファス構造を有することが分かった。
【００３１】
次に、本出願人の同時係属国際出願ＰＣＴ  ＣＡ００／００５６１（この出願の全体は引用により本明細書に組み込まれた）の方法に従って、厚さ５０ナノメートルのアルミナ層を付着させ、インジウム酸化スズの上側導体薄膜を付着させ、完成した装置を、空気中で約５５０℃でアニールし、窒素雰囲気中で約５５０℃でアニールし、次にでインジウム酸化スズを付着させた後で試験した。
【００３２】
完成した装置のエレクトロルミネセンスを、３０ナノ秒のパルス幅を有し装置の光学しきい電圧よりも６０ボルト高い振幅の２４０Ｈz交番極性方形波電圧波形を印加することによって測定した。表１に、初期輝度と輝度が初期値の半分に下がるまでの時間（半減期）のデータを示す。表１に示したように、実効半減期は、シリコン・オキシナイトライド層なしに作成した類似の装置の半減期の約１２倍であった。
【００３３】
【表１】
2005538227.tif 000002
＜例２＞
シリコン・オキシナイトライド層とインジウム酸化スズ層の間のアルミナ誘電体層が省略されている点を除き例１のものと類似のエレクトロルミネセンス装置。この装置の性能と寿命のデータは、表１の２行目に示されており、シリコン・オキシナイトライド層の代わりにアルミナ層によって構成された装置の性能と寿命のデータと比較されている。
＜例３＞
チタン酸バリウム誘電体層と蛍光体層の間および蛍光体層と上側アルミナ層の間にシリコン・オキシナイトライド層が配置されており、蛍光体層内のアルミニウムとバリウムの原子比率が２．６：１ではなく２．９：１である点を除き、例１のものと類似のエレクトロルミネセンス装置。この装置の性能と寿命データは、表１の３行目に示されており、シリコン・オキシナイトライド層を含まない類似の装置の性能と寿命のデータと比較されている。
＜例４＞
蛍光体層を蒸着後にベルト炉内の窒素雰囲気中でアニールする代わりに、スパッタリング・チャンバ内で真空を破らずにそのままアニールしたことを除き、例１のものと類似の２つのエレクトロルミネセンス装置を作成した。アニール処理は、装置が輻射加熱器と隣り合うように装置を回転させることによって行われた。取り付けた熱電対を使用して装置の温度を監視した。アニール処理は、８ｘ１０-3ｍｂａｒの酸素圧力下で１０分間、一方の装置には約８２５℃の温度で、他方の装置には約８６０℃の温度で行われた。さらに他の２つの装置を、シリコン・オキシナイトライド層のない点を除き同じように作成した。試験方法は、試験を促進するために寿命試験中の印加電圧周波数が２４０Ｈzではなく１２００Ｈzであった点を除き、例１と同じであった。図２に、そのような装置の輝度と動作時間の関係を示す。図から分かるように、シリコン・オキシナイトライド層を含まない８２５℃と８６０℃でアニールした装置は、それぞれ約２０５時間と２６０時間の半減期を有していたが、シリコン・オキシナイトライド層を含むこれに対応する装置は、２０００時間よりもはるかに長い半減期を有していた。また、この例は、装置寿命を長くするために蛍光体を真空蒸着チャンバ内の低い酸素圧力下でそのままアニールし最適なアニール温度を選択する利点を示している。
【００３４】
本明細書において本発明の好まし実施形態を詳細に説明したが、本発明の趣旨または添付の特許請求の範囲から逸脱することなく実施形態に対して変更を行うことができることを理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のシリコン・オキシナイトライド層の位置を示す厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置の断面の概略図である。
【図２】スパッタリング・チャンバ内の低圧酸素中でそのままアニールしたユーロピウムで活性化されたチオアルミン酸バリウム蛍光体を有しかつ隣り合ったシリコン・オキシナイトライド層を含む厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置と、シリコン・オキシナイトライド層を含まない類似の装置の輝度と累積動作時間を比較したグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１２  基板
１４  金属導体
１６  厚膜誘電体
１８  平滑化層
２０  不動態化層
２２  蛍光体
２４  薄膜誘電体層
２６  透明電極層
【図１】
2005538227.tif 000003
【図２】
2005538227.tif 000004
【国際調査報告】
2005538227.tif 000005
2005538227.tif 000006
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