(57)【要約】【課題】発光層内にリンを所望量含有させて良好な化学的安定性及び発光特性を有する無機ＥＬ素子の製造方法及びそれによって製造された無機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】無機ＥＬ素子の製造方法は、一対の電極と、一対の電極間に設けられた発光層と、を備えた無機ＥＬ素子の製造方法であって、酸化リンで構成された第１層と、希土類酸化物に発光中心を添加して構成された第２層と、の積層構造体を形成する第１ステップと、積層構造体に熱処理を施して発光層を形成する第２ステップと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極と、該一対の電極間に設けられた発光層と、を備えた無機ＥＬ素子の製造方法であって、
酸化リンで構成された第１層と、希土類酸化物に発光中心を添加して構成された第２層と、の積層構造体を形成する第１ステップと、
上記積層構造体に熱処理を施して上記発光層を形成する第２ステップと、
を備えた無機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された無機ＥＬ素子の製造方法において、
上記希土類酸化物は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、スカンジウム及びイットリウムの各酸化物群より選ばれた１種又は２種以上の酸化物である無機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載された無機ＥＬ素子の製造方法において、
上記第１ステップにおける上記積層構造体内の上記酸化リンの物質量が、上記希土類酸化物の物質量以上である無機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載された無機ＥＬ素子の製造方法において、
上記第１ステップの積層構造体を、上記第１層の上記第２層と反対側の表面に、希土類酸化物に発光中心を添加して構成された第３層をさらに積層させて形成する無機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載された無機ＥＬ素子の製造方法において、
上記第１ステップにおける上記積層構造体を、上記第１層と第２層とを複数回交互に積層させて形成する無機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項６】
一対の電極と、
上記一対の電極間に設けられ、希土類リン酸塩をホスト材料に有する発光層と、
を備えた無機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機ＥＬ素子の製造方法及び無機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理機器の多様化に伴って、従来から一般に使用されている陰極線管（ＣＲＴ）よりも消費電力が少なく、薄型化が可能である平面表示素子に対する需要が高まってきている。そのような平面表示素子として、例えば、液晶表示素子やエレクトロルミネッセンス表示素子（以下、「ＥＬ表示素子」と略すことがある。）を挙げることができる。その中でも、無機ＥＬ表示素子は、全固体型、高速応答性、自発光性という特徴を有するため、特に注目されている。
【０００３】
無機ＥＬ表示素子は、一般的に一対の電極間に発光層が設けられて構成されており、この発光層の安定性又は発光効率等の向上に関する研究が盛んに行われている。
【０００４】
このような無機ＥＬ素子として、例えば、特許文献１及び特許文献２には、発光層の構成材料にフッ化亜鉛（ＺｎＦ２）を用い、従来の成膜法によって成膜されたものが開示されている。そして、これによると、良好な紫外発光が得られると記載されている。
【特許文献１】特開平11-195488号公報
【特許文献２】特開平11-195489号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、図３に、発光層の構成材料にフッ化亜鉛（ＺｎＦ２）を用い、従来の成膜法によって成膜された従来の一般的な無機ＥＬ素子１００を示す。無機ＥＬ素子１００は、ガラス等で構成された基板１０１上に、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がそれぞれこの順に積層されて構成されている。また、図３の矢印は、無機ＥＬ素子１００における光の取り出し方向を示す。
【０００６】
このような従来の一般的なフッ化物で構成された発光層を備えた無機ＥＬ素子は、発光層の形成の際にフッ素が層内から抜け出てしまうという問題があり、さらに、化学的安定性に欠け、発光効率が非常に低い等という問題もある。
【０００７】
一方、希土類リン酸塩を発光層の構成材料とする研究が行われているが、従来の成膜方法（スパッタ法や電子ビーム蒸着法等）では、発光層の表面に酸化膜が形成されてしまい、発光層内にリンを所望量含有させることができなかった。
【０００８】
本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光層内にリンを所望量含有させて良好な化学的安定性及び発光特性を有する無機ＥＬ素子の製造方法及びそれによって製造された無機ＥＬ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る無機ＥＬ素子の製造方法は、一対の電極と、一対の電極間に設けられた発光層と、を備えた無機ＥＬ素子の製造方法であって、酸化リンで構成された第１層と、希土類酸化物に発光中心を添加して構成された第２層と、の積層構造体を形成する第１ステップと、積層構造体に熱処理を施して発光層を形成する第２ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、酸化リンで構成された第１層と、希土類酸化物に発光中心を添加して構成された第２層と、の積層構造体を形成する第１ステップと、積層構造体に熱処理を施して発光層を形成する第２ステップと、を備えるため、発光層の形成の際に表面に酸化膜が形成されず、容易にリンが発光層内に所望量含有される。また、リンが発光層内に所望量含有されることによって化学的に安定で、発光特性の良好な無機ＥＬ素子を製造することができる。
【００１１】
また、本発明に係る無機ＥＬ素子の製造方法は、希土類酸化物が、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、スカンジウム及びイットリウムの各酸化物群より選ばれた１種又は２種以上の酸化物であってもよい。
【００１２】
このような構成によれば、希土類酸化物が、上述したランタン等の各酸化物群より選ばれた１種又は２種以上の酸化物であるため、それらの構成材料を選択することによって発光特性がより所望の値に近い発光層を有する無機ＥＬ素子を得ることができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る無機ＥＬ素子の製造方法は、第１ステップにおける積層構造体内の酸化リンの物質量が、希土類酸化物の物質量以上であってもよい。
【００１４】
酸化リンと希土類酸化物とは、１対１のモル比で化合して発光層を構成する。ここで、酸化リンは希土類酸化物に比べて潮解性が高いため、ある割合で反応に寄与しないものが生じる可能性がある。このため、上記のように第１ステップにおける積層構造体内の酸化リンの物質量が、希土類酸化物の物質量以上となるようにすると、より確実にすべての希土類酸化物を反応させることができ、製造効率が高くなる。
【００１５】
また、本発明に係る無機ＥＬ素子の製造方法は、第１ステップの積層構造体を、第１層の第２層と反対側の表面に、希土類酸化物に発光中心を添加して構成された第３層をさらに積層させて形成してもよい。
【００１６】
このような構成によれば、第１ステップの積層構造体を、第１層の第２層と反対側の表面に、希土類酸化物に発光中心を添加して構成された第３層をさらに積層させて形成するため、酸化リンで構成された第１層を挟むように両側にそれぞれ希土類酸化物に発光中心を添加して構成された第２層及び第３層が形成されることになる。このようにして形成された積層構造体に熱処理を施すことで、酸化リンで構成された第１層の両側で希土類酸化物との反応が起こり、製造効率がより良好となる。
【００１７】
さらに、本発明に係る無機ＥＬ素子の製造方法は、第１ステップにおける積層構造体を、第１層と第２層とを複数回交互に積層させて形成してもよい。
【００１８】
このような構成によれば、第１ステップにおける積層構造体を、第１層と第２層とを複数回交互に積層させて形成するため、酸化リンで構成された第１層と希土類酸化物に発光中心を添加して構成された第２層との接触面積が増大するため、製造効率がより良好となる。
【００１９】
本発明に係る無機ＥＬ素子は、一対の電極と、一対の電極間に設けられ、希土類リン酸塩をホスト材料に有する発光層と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
このような構成によれば、一対の電極と、一対の電極間に設けられ、希土類リン酸塩をホスト材料に有する発光層と、を備えるため、リンが発光層内に所望量含有されることによって化学的に安定で、発光特性の良好な無機ＥＬ素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、発光層内にリンを所望量含有させて良好な化学的安定性及び発光特性を有する無機ＥＬ素子の製造方法及びそれによって製造された無機ＥＬ素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係る無機ＥＬ素子１０及びその製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、図１は本発明の実施形態に係る熱処理前の無機ＥＬ素子１０の断面図を示し、図２は本発明の実施形態に係る熱処理後の発光層１４が形成された無機ＥＬ素子１０の断面図を示す。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２３】
（無機ＥＬ素子１０の構成）
本発明の実施形態に係る無機ＥＬ素子１０は、図２に示すように、基板１１、第１電極１２、第１絶縁層１３、発光層１４、第２絶縁層１５、及び、第２電極１６がこの順に積層されて構成されている。また、図２の矢印は、無機ＥＬ素子１０における光の取り出し方向を示す。
【００２４】
基板１１は、例えばガラス（具体的にはホウ珪酸ガラス等）により形成することができる。この他に、基板１１の構成材料としては、アルミナ、フォルステライト、ステアタイト、ムライト、ベリリア、窒化アルミニウム、窒化シリコン、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリサイクリックオレフィン又はポリイミド等を用いても良い。これらの基板１１材料は、製造プロセスや用途に応じて使い分けることが望ましい。
【００２５】
また、基板材料は、透明であっても良いし、そうでなくても良く、白色反射フィルムや黒色フィルム等であっても用途に応じて用いることができる。例えば、基板１１側から光を取り出す場合には、透明基板及び透明電極を用いれば良いし、基板１１の反対側から光を取り出す場合には、反射率の高い基板を用いることにより、光の取り出し効率を高くすることができる。
【００２６】
第１電極１２及び第２電極１６は、共にマトリクス回路を構成するための所定のパターンを有している。第１電極１２及び第２電極１６の層厚は、それぞれ、例えば２００ｎｍ程度とすることができる。第１電極１２は、例えばアルミニウムによって形成されている。また、第２電極１６は、例えば酸化インジウム錫（indium tin oxide：ＩＴＯ）によって形成されている透明電極である。
【００２７】
第１電極１２の構成材料としては、上記のアルミニウムの他に、白金、金、イリジウム、パラジウム、銀、ニッケルを含む金属や、これらの合金が用いられる。また、第２電極１６を構成する透明電極としては、上記のＩＴＯの他に、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等を用いても良い。さらに、金属メッシュ電極や、金属メッシュ電極と透明導電膜との組み合わせを用いても良い。
【００２８】
尚、基板１１に透明基板を用いる場合には、第１電極１２を透明電極とすることが望ましい。その場合には、第２電極１６に金属や合金の電極を用いても良い。
【００２９】
第１絶縁層１３及び第２絶縁層１５は、誘電性を有する材料（誘電性材料）によって形成されている。第１絶縁層１３及び第２絶縁層１５の層厚は、それぞれ２００〜３００ｎｍ程度とすることができる。第１絶縁層１３及び第２絶縁層１５は、例えば、窒化シリコンで構成されている。
【００３０】
また、第１絶縁層１３及び第２絶縁層１５は、チタン酸バリウム系材料、チタン酸ジルコン酸鉛、アルミナ、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸窒化アルミニウム−チタニウム、窒化ケイ素系の化合物等を用いて形成しても良い。
【００３１】
発光層１４は、希土類リン酸塩をホスト材料に有し、エレクトロルミネセンスを呈する材料によって形成されている。発光層１４の層厚は、例えば４００〜８００ｎｍ程度とするとこができる。
【００３２】
発光層１４の希土類リン酸塩として、例えば、フッ化プラセオジウム添加の酸化ガドリニウムリン酸塩（ＧｄＰＯ４：ＰｒＦ３）を用いる。発光層１４の希土類リン酸塩としては、この他にも、それぞれ発光中心が添加された、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、スカンジウム及びイットリウムの各酸化物群より選ばれた１種又は２種以上のリン酸塩を用いても良い。
【００３３】
（無機ＥＬ素子１０の製造方法）
次に、本発明の実施形態に係る無機ＥＬ素子１０の製造方法について、図１及び図２を用いて説明する。尚、以下に示す製造方法は単なる例示であり、本発明に係る無機ＥＬ素子１０は以下に示す製造方法により製造されたものに限定されるものではない。
【００３４】
まず、図１に示すように、ガラス等からなる基板１１上に、例えば、アルミニウム膜を形成する。アルミニウム膜の形成は、例えばスパッタ法等により行うことができる。得られたアルミニウム膜をフォトリソグラフィー法等を用いて所定の形状にパターニングすることにより第１電極１２を得る。
【００３５】
次に、第１電極１２上に、例えば、窒化シリコンからなる第１絶縁層１３をスパッタ法や蒸着法等により形成する。
【００３６】
一方、上記工程とは別に、フッ化プラセオジウム添加の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３：ＰｒＦ３）２１のペレット、及び、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）２２のペレットを、焼結温度をそれぞれ例えば３００〜５００℃程度（好ましくは４５０℃）で形成しておく。
【００３７】
次に、上記フッ化プラセオジウム添加の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３：ＰｒＦ３）２１のペレット、及び、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）２２のペレットを、上記形成した第１絶縁層１３上にそれぞれ交互に電子ビーム蒸着法により積層させて、例えば６００ｎｍ程度の層厚を有する積層構造体２３を形成する。
【００３８】
このとき、第１絶縁層１３上に、フッ化プラセオジウム添加の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３：ＰｒＦ３）２１のペレット、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）２２のペレット、フッ化プラセオジウム添加の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３：ＰｒＦ３）２１のペレットの順に積層させる。すなわち、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）２２の両表面からフッ化プラセオジウム添加の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３：ＰｒＦ３）２１を挟み込むサンドイッチ構造を有する積層構造体２３を形成する。
【００３９】
また、積層構造体２３内において、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）２２の物質量が、フッ化プラセオジウム添加の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３：ＰｒＦ３）２１の物質量以上となるように膜厚を制御する。例えば、フッ化プラセオジウム添加の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３：ＰｒＦ３）２１と酸化リン（Ｐ２Ｏ５）２２とのモル比を１：１にする場合、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）２２のペレットの膜厚を３２９ｎｍとし、その両表面にそれぞれ膜厚が１３５．５ｎｍのフッ化プラセオジウム添加の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３：ＰｒＦ３）２１のペレットを形成する。
【００４０】
尚、積層構造体２３を、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）２２のペレットとフッ化プラセオジウム添加の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３：ＰｒＦ３）２１のペレットとを複数回交互に積層させて形成してもよい。このとき、積層構造体２３の両外側の第１絶縁層１３及び第２絶縁層１５と接する部分には、潮解性の低いフッ化プラセオジウム添加の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３：ＰｒＦ３）２１のペレットを設けるのが良い。
【００４１】
次に、積層構造体２３上に、例えば、窒化シリコンからなる第２絶縁層１５をスパッタ法や蒸着法等により形成する。
【００４２】
次に、第２絶縁層１５上に、例えば、ＩＴＯ膜を形成する。ＩＴＯ膜の形成は、例えばスパッタ法等により行うことができる。得られたＩＴＯ膜をフォトリソグラフィー法等を用いて所定の形状にパターニングすることにより第２電極１６を得る。
【００４３】
次に、積層構造体２３に、例えば３００〜８００℃で３０分程度の熱処理を施して、図２に示すように、発光層１４を形成する。このとき、熱処理は、例えば、減圧雰囲気及び低酸素分圧雰囲気下で行うのが好ましい。
【００４４】
以上により、リンが発光層１４内に所望量含有されることによって化学的に安定で、発光特性の良好な無機ＥＬ素子１０が完成する。
【００４５】
上記のようにして形成した無機ＥＬ素子１０の発光層１４は、ＸＲＤ解析により、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）２２の膜厚を厚くすることにより、発光層１４内のリンの含有量が増加し、良質な希土類リン酸塩薄膜が得られることが確認できる。
【００４６】
（作用効果）
次に、作用効果について説明する。
【００４７】
本発明の実施形態に係る無機ＥＬ素子１０の製造方法は、一対の電極（第１電極１２及び第２電極１５）と、一対の電極間に設けられた発光層１４と、を備えた無機ＥＬ素子１０の製造方法であって、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）２２で構成された第１層と、フッ化プラセオジウム添加の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３：ＰｒＦ３）２１で構成された第２層と、の積層構造体２３を形成する第１ステップと、積層構造体２３に熱処理を施して発光層１４を形成する第２ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００４８】
このような構成によれば、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）２２で構成された第１層と、フッ化プラセオジウム添加の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３：ＰｒＦ３）２１で構成された第２層と、の積層構造体２３を形成する第１ステップと、積層構造体２３に熱処理を施して発光層１４を形成する第２ステップと、を備えるため、発光層１４の形成の際に表面に酸化膜が形成されず、容易にリンが発光層１４内に所望量含有される。また、リンが発光層１４内に所望量含有されることによって化学的に安定で、発光特性の良好な無機ＥＬ素子１０を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上説明したように、本発明は、無機ＥＬ素子の製造方法及び無機ＥＬ素子について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理前の無機ＥＬ素子１０の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る熱処理後の発光層１４が形成された無機ＥＬ素子１０の断面図である。
【図３】従来の製造方法によって製造された無機ＥＬ素子１００の断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０      無機ＥＬ素子
１１      基板
１２      第１電極
１３      第１絶縁層
１４      発光層
１５      第２絶縁層
１５      第２電極
１６      第２電極
２１      フッ化プラセオジウム添加の酸化ガドリニウム
２２      酸化リン
２３      積層構造体
【図１】
2008235208.tif 000003
【図２】
2008235208.tif 000004
【図３】
2008235208.tif 000005