(57)【要約】単独ソーススパッタリングプロセスにおける蛍光体の沈着方法であって、蛍光体は三元、四元又は更に多元のチオアルミン酸塩、チオ没食子酸塩及びチオインデート蛍光体及びその複合材料からなるグループから選ばれたものである。蛍光体は、あらかじめ定められた組成の元素を有する。この方法は、硫化水素雰囲気中で単独ソース組成からスパッタリングを行うことによって基板上に組成物を沈着する。単独ソースのターゲットの組成は、揮発性が大きい蛍光体の元素の濃度が蛍光体の他の元素に比べて相対的に増加するものである。この相対的な増加が制御されることによって、あらかじめ定められた組成が基板上に効果的に沈着する。好ましい蛍光体は、チオアルミン酸バリウム（ＢａＡｌ2Ｓ4：Ｅｕ）及びチオアルミン酸バリウムマグネシウムである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜蛍光体組成を沈着させるための単独ソーススパッタリングプロセスであって、
前記沈着された薄膜蛍光体組成に関して、大きい原子重量の元素に比べて小さい原子重量の元素を高い濃度で有するドープされたターゲット組成を供給し、
前記ドープされたターゲット組成を硫黄含有雰囲気中でスパッタリングすることによって前記薄膜蛍光体組成を基板上に沈着させ、前記沈着した薄膜蛍光体組成は、大きい原子重量の元素に比べて小さい原子重量の元素を低い濃度で含むことを特徴とする単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項２】
前記ドープされたターゲット組成は、元素周期表のグループＩＩＡ及びグループＩＩＢから選ばれたカチオンを含む三元、四元又は更に多元のチオアルミン酸塩、チオ没食子酸塩及びチオインデートとその複合材料を有することを特徴とする請求項１記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項３】
前記カチオンが、バリウム、カルシウム、ストロンチウム、マグネシウム、亜鉛及びカドミウムからなるグループから選ばれたものであることを特徴とする請求項２記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項４】
前記ドープされたターゲット組成が、ユーロピウム及びセリウムからなるグループから選ばれたドーパントでドープされたものであることを特徴とする請求項３記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項５】
前記ドープされたターゲット組成が、ＢａＡｌ2Ｓ4：Ｅｕ及びＢａaＭｇ1-aＡｌ2Ｓ4：Ｅｕ、但し０＜ａ＜１からなるグループから選ばれたものであることを特徴とする請求項４記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項６】
前記ドープされたターゲット組成のＢａＳに対するＡｌ2Ｓ3のモル比が１．５〜２．０の範囲内にあり、ＭｇＳのモル比が０〜２．５の範囲内にあることを特徴とする請求項５記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項７】
前記ドープされたターゲット組成のＢａＳに対するモル比が０．０２〜０．０７の範囲内にあることを特徴とする請求項６記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項８】
前記硫黄含有雰囲気が硫化水素であることを特徴とする請求項１記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項９】
前記スパッタリングが約２０〜７０ｎｍ／分の速度で行われることを特徴とする請求項８記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１０】
前記基板が約１５０〜３５０℃の温度に置かれることを特徴とする請求項９記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１１】
前記蛍光体組成が更に約６５０〜７５０℃の温度で約１０分間アニールされることを特徴とする請求項１０記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１２】
前記沈着した蛍光体組成が約３５０〜６５０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１１記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１３】
前記基板が厚膜セラミック材料であることを特徴とする請求項１２記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１４】
前記厚膜セラミック材料が、セラミックシートと、その上に沈着した導電性フィルムと、前記導電性フィルムの上に沈着した厚膜層とを有することを特徴とする請求項１３記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１５】
前記セラミック材料が、セラミックシート及び金属セラミック複合材料からなるグループから選ばれたものであることを特徴とする請求項１４記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１６】
前記セラミックシートがアルミナであることを特徴とする請求項１５記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１７】
前記導電性の薄膜が、金及び銀の合金からなるグループから選ばれたものであることを特徴とする請求項１６記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１８】
前記厚膜層が強誘電性材料を有することを特徴とする請求項１７記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１９】
前記強誘電性材料が、鉛マグネシウムニオブ酸チタネート、鉛ジルコン酸チタネート、チタン酸バリウム及びそれらの混合物からなるグループから選ばれたものであることを特徴とする請求項１８記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項２０】
前記厚膜セラミック材料が、更に１又は複数の薄膜誘電体層をその上に有するものであることを特徴とする請求項１９記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項２１】
前記薄膜誘電体層が、アルミナ酸化窒化シリコン、イットリア、ハフニア硫化亜鉛、タンタル酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化タンタル、チタン酸アルミニウム及びチタン酸ストロンチウムからなるグループから選ばれた材料を有することを特徴とする請求項２０記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項２２】
前記プロセスが更に、前記薄膜蛍光体組成の上に薄膜誘電体層を設けるステップを含むことを特徴とする請求項２１記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項２３】
セラミックシートと、その上に沈着した導電性フィルムと、前記導電性フィルムの上に沈着した厚膜層とを有する厚膜セラミック材料の基板と、
前記厚膜層の上の薄膜蛍光体組成であって、前記薄膜蛍光体組成に関して大きい原子重量の元素に比べて小さい原子重量の元素を高い濃度で含むドープされたターゲット組成を硫黄含有雰囲気中でスパッタリングすることによって、大きい原子重量の元素に比べて小さい原子重量の元素を低い濃度で含む薄膜蛍光体組成を沈着させることによって作製された前記薄膜蛍光体組成と、
前記薄膜蛍光体組成の上の光学的に透明の導電性フィルム
とを備えていることを特徴とするエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項２４】
前記デバイスは更に、１又は複数の層の薄膜誘電体を前記薄膜蛍光体組成の上に備えていることを特徴とする請求項２３記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項２５】
前記デバイスは更に、１又は複数の層の薄膜誘電体を前記厚膜層の上に備えていることを特徴とする請求項２４記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項２６】
単独ソーススパッタリングプロセスにおける蛍光体の沈着方法であって、
前記蛍光体は三元、四元又は更に多元のチオアルミン酸塩、チオ没食子酸塩及びチオインデート蛍光体及びその複合材料からなるグループから選ばれたものであり、元素周期表のグループＩＩＡ及びグループＩＩＢから選ばれたカチオンと共に合成され、前記蛍光体は、あらかじめ定められた組成の元素を有し、前記方法は、硫化水素雰囲気中で単独ソース組成からスパッタリングを行うことによって基板上に組成物を沈着し、前記単独ソースの前記ペレットの組成は、揮発性が大きい前記蛍光体の元素の濃度が前記蛍光体の他の元素に比べて相対的に増加し、前記相対的な増加が制御されることによって前記あらかじめ定められた組成が基板上に効果的に沈着することを特徴とする蛍光体の沈着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネセンス蛍光体として使用される組成制御された多エレメント薄膜を沈着するための単独ソーススパッタリングプロセスに関する。また、本発明は、膜組成の調整によって発光色が変化し得る高輝度の蛍光体を提供する。このプロセスは、蛍光体の所望の膜組成蛍光と異なる組成を有する単独密ターゲットの形態のソース材料を使用することを含んでいる。プロセスのターゲット組成において、重い化学元素に比べて軽い化学元素の濃度は、沈着膜における所望の濃度より高い。
【０００２】
各実施形態において本発明は、高い誘電率の厚膜誘電体層を用いたフルカラーＡＣエレクトロルミネセンスディスプレイに使用される蛍光体材料の輝度及び発光スペクトルを改善することに関係している。また、本発明は、誘電体層への蛍光体材料の沈着に使用される機器のコストを低減することにも関係している。
【背景技術】
【０００３】
厚膜誘電体構造は、米国特許第５，４３２，０１５号に例示されているように、薄膜エレクトロルミネセンス（ＴＦＥＬ）ディスプレイと比較して、耐絶縁破壊に優れていると共に動作電圧の低減にも優れている。セラミック基板に沈着された厚膜誘電体構造は、通常はガラス基板に形成されるＴＦＥＬデバイスに比べて高いプロセス温度に耐える傾向がある。この改善された高い耐熱性によって、輝度の改善のために蛍光体膜をより高い温度でアニールすることが容易になる。しかし、このような改善によってもなお、厚膜エレクトロルミネセンスディスプレイは、陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイと互角に競争するために必要な蛍光体輝度及び色座標を達成していない。特に、ＣＲＴ仕様の最近の傾向は高輝度化及び高色温度化にある。ディスプレイの動作電圧を上げることによって多少の改善が実現するが、その結果ディスプレイの消費電力が増加し、信頼性が低下すると共に、ディスプレイの駆動回路のコストが高くなる。
【０００４】
高輝度フルカラーエレクトロルミネセンスディスプレイでは、各サブ画素に要求される色座標を達成するために必要な光学フィルタの使用の結果生ずる減衰を最小化する如く各色の画素の発光スペクトルが形成されるように、赤、緑及び青のサブ画素に使用される薄膜蛍光体材料がパターンニングされる必要がある。比較的低解像度のディスプレイでは、シャドーマスクを通して蛍光体材料を沈着させることによって、要求されるパターニングが得られる。しかしながら、高解像度のディスプレイでは、シャドーマスクを用いる方法は十分な精度を得ることができず、フォトリソグラフィの方法を使用しなければならない。フォトリソグラフィ技術では、Ｗｕ  ｅｔ  ａｌの公開されたＰＣＴ特許出願ＷＯ  ００／７０９１７に例示されているように、フォトレジスト膜の沈着を行い、蛍光体膜の部分のエッチング又はリフトオフを行うことによって要求されたパターンを得る。沈着とフォトレジスト膜の除去と蛍光体膜のエッチング及び／又はリフトオフには通常、水とプロトン性溶媒を含む溶媒溶液の使用が必要である。このような溶液は、加水分解されやすい硫化ストロンチウムのような蛍光体材料の性能を劣化させ得る。
【０００５】
従来から、フルカラーエレクトロルミネセンスディスプレイの蛍光体材料として、青色にはセリウム活性硫化ストロンチウムが使用され、赤色及び緑色にはマンガン活性硫化亜鉛が使用されている。これらの蛍光体材料から発した光は、赤、緑及び青のサブ画素に必要な色座標を得るために、適切な色フィルタを通過させる必要があり、その結果、輝度及びエネルギー効率の損失が発生する。マンガン活性硫化亜鉛の蛍光体は電気から光への変換効率が比較的高く、入力電力１ワット当たり約１０ルーメンである。セリウム活性硫化ストロンチウムの蛍光体は、１ワット当たり１ルーメンのエネルギー変換効率を有し、青色発光にとって比較的高い値である。しかしながら、これらの蛍光体の発光スペクトルは非常に広く、緑色から赤色までの色スペクトルに及ぶ硫化亜鉛ベースの蛍光体材料のスペクトルと青色から緑色の領域に及ぶ硫化ストロンチウムベースの材料のスペクトルを有する。このことが、光学フィルタの使用を必要にする。セリウム活性硫化ストロンチウム蛍光体の発光スペクトルは、沈着条件と活性化剤の濃度を制御することによってある程度青色側にシフトさせることが可能であるが、光学フィルタが必要でなくなるほどシフトさせることはできない。
【０００６】
青色サブ画素に必要な色座標を得るために調整された狭い発光スペクトルを有する別の青色蛍光体材料が評価された。その中には、セリウム活性アルカリ土類チオ没食子酸塩化合物が含まれている。このような青色蛍光体材料は、良好な青色色座標が得られる傾向があるが、輝度と安定性が比較的劣っている。主材料が三元化合物であることから、蛍光体膜の化学量論比を制御することが比較的困難である。
【０００７】
ユーロピウム活性チオアルミン酸バリウムは、優れた青色色座標と高い輝度が得られるが、やはり三元化合物であるので化学量論比の制御が難しい。スパッタリング又は電子線蒸着を用いる単独ソースターゲットからのこの材料を含む蛍光体膜の真空沈着は、高輝度の膜を産出していない。チオアルミン酸バリウム蛍光体の輝度は、ホッピング電子線沈着技術を用いて２個のソースペレットから膜を沈着させることによって改善される。沈着膜の化学量論比は、２個のソース材料のそれぞれへの電子線衝突の相対ドウェル時間を用いて制御される。しかしながら、この技術は、大面積ディスプレイの商業生産を容易にするために簡単に規模を変えられるものではなく、沈着の進行とソースペレットの消費に伴って２個のソースからの蒸着の速度を変える補償のためにプロセスを制御することができない。
【０００８】
チオアルミン酸塩蛍光体の化学量論比を改善するために採用された別のアプローチでは２個以上のソースが沈着に使用されるが、このアプローチでは、複数の異なるソースの相対沈着速度を更に制御する必要がある。必要な相対蒸着速度は、沈着装置の具体的な部品ごとに校正する必要があり、多ソースの装置は、沈着装置の設計を制限し、通常は装置のコストを引き上げる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
組成制御多エレメント薄膜蛍光体の沈着のための単独ソーススパッタリングプロセスが見出された。
【００１０】
したがって、本発明の一側面によれば単独ソーススパッタリングプロセスにおける蛍光体の沈着方法が提供され、前記蛍光体は元素周期表のグループＩＩＡ及びグループＩＩＢから選ばれたカチオンで合成された三元、四元又は更に多元のチオアルミン酸塩、チオ没食子酸塩及びチオインデート（ｔｈｉｏｉｎｄａｔｅ）蛍光体及びその複合体からなるグループから選択され、前記蛍光体はあらかじめ定められた組成の元素を有し、かつ、希土類元素で活性化される。また、前記方法は、硫化水素雰囲気中での単独ソース組成からのスパッタリングによって蛍光体を基板上に沈着させるステップを有し、単独ソースの組成は前記蛍光体の他の元素と比較して小さい原子重量を有する前記蛍光体の濃度が比較的増加し、前記比較的増加は、前記あらかじめ定められた組成の沈着が基板上で得られるように制御される。
【００１１】
本発明の方法の好ましい実施形態において、蛍光体は、活性チオアルミン酸バリウム（ＢａＡｌ2Ｓ4：Ｅｕ）及びチオアルミン酸バリウムマグネシウム（ＢａaＭｇ1-aＡｌ2Ｓ4：Ｅｕ、但し０＜ａ＜１）からなるグループから選択される。
【００１２】
別の実施形態において、前記カチオンは、バリウム、カルシウム、ストロンチウム、マグネシウム、亜鉛及びカドミウムからなるグループから選択されたカチオンを含む。
【００１３】
更なる実施形態において、小さい原子重量の元素は、マグネシウム及びアルミニウムの少なくとも１つである。
【００１４】
更なる実施形態において、蛍光体はユーロピウム又はセリウムで活性化されている。
【００１５】
本発明の更に別の側面によれば、薄膜蛍光体組成の沈着のための単独ソーススパッタリングプロセスが提供され、このプロセスは、
沈着薄膜蛍光体組成に関して、大きい原子重量の元素に比べて小さい原子重量の元素が高い濃度でドープされたターゲット組成を提供し、
硫黄を含む雰囲気中で薄膜蛍光体組成が基板上に沈着するようにドープされたターゲット組成のスパッタリングを行い、ここで、沈着薄膜蛍光体組成は、原子重量の大きい元素に対して原子重量が小さい元素の濃度が小さい。
【００１６】
本発明の別の側面によれば、エレクトロルミネセンスデバイスが提供され、このデバイスは、
導電性フィルムが表面に沈着されたセラミックシートと導電性フィルム上に沈着された厚膜層とを有する厚膜セラミック材料の基板と、
厚膜層の上の薄膜蛍光体組成であって、薄膜蛍光体組成に関して、原子重量の大きい元素に比べて原子重量の小さい元素の濃度が高いドープされたターゲット組成の硫黄を含む雰囲気中でのスパッタリングによって、原子重量が大きい元素に比べて原子重量が小さい元素の濃度が低くなるように薄膜蛍光体組成が沈着されるように作られた薄膜蛍光体組成と、
薄膜蛍光体組成の上に形成された光学的に透明の導電性フィルムとを備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、高輝度及び発光色のエレクトロルミネセンス蛍光体のための多エレメント薄膜を沈着させるためのプロセスに関する。このプロセスは更に、所望の化学量論比を得るために、そして、高エネルギー効率及び高輝度の蛍光体膜を得るために、三元及び他の化学的な複合蛍光体材料を沈着させるためのスパッタリング手段を提供する。
【００１８】
高エレクトロルミネセンス特性が得られるように沈着された蛍光体材料は通常、三元又は四元の化合物であり、三元又は四元の構成元素は近い許容差となるように制御されなければならない。化合物の化学量論比が十分に制御されなければ、蛍光体材料の性能は低下し、寿命は短くなるであろう。本発明において、スパッタリングプロセスのための化学量論比の制御は、沈着膜の元素の組成がターゲットの元素の組成と異なるものとなるスパッタリングプロセスの様相を補償するために、スパッタリングターゲット材料の組成を調整することによって可能となる。このような様相は、膜の上に凝結される元素の付着係数の相違と、ターゲットの表面からの元素のスパッタリングの差異を含んでいる。これらの差異は、具体的なターゲット材料と、沈着膜組成と、膜が沈着する基板材料との関数である。
【００１９】
ターゲットはマグネシウムやアルミニウムのような軽い元素に比較的豊富であることが分かっており、沈着膜においてこれらの元素が豊富なことは望ましい。例えば、公称組成ＭｇXＢａyＡｌZＳW：Ｅｕのアルカリ土類チオアルミン酸塩膜を沈着させるためには、ターゲット組成は公称組成に規定された濃度より高い濃度のマグネシウム及びアルミニウムを有するべきである。
【００２０】
ここに例示するように、ユーロピウム活性チオアルミン酸バリウム及びユーロピウム活性マグネシウム−チオアルミン酸バリウムを有する蛍光体材料がここに述べた方法を用いて沈着され、高輝度及び高エネルギー効率を示した。
【００２１】
好適な基板は厚膜セラミック材料であり、これは従来技術として公知である。実施形態において、基板はセラミックシート、典型的にはアルミナの上に導電性フィルム、典型的には金又は銀の合金が沈着される。厚膜層は強誘電性材料からなり、典型的には１又は複数の鉛マグネシウムニオブ酸チタネートと、鉛ジルコン酸チタネート又はチタン酸バリウムが導電性フィルム上に沈着される。蛍光体膜が厚膜層上に沈着され、更に光学的に透明かつ導電性のフィルムが沈着されてサブ画素となるための第２電極が形成される。
【００２２】
薄膜誘電体層が厚膜層の上に沈着され、これによって沈着蛍光体膜と厚膜及び下にある他の層との間の望ましくない化学的及び物理的な相互作用を和らげる。光学的に透明かつ導電性のフィルムの沈着に先だって、蛍光体膜の上に薄膜誘電体層を沈着してもよい。このような更なる薄膜誘電体層は、アルミナ酸化窒化シリコン、イットリア、ハフニア硫化亜鉛、タンタル酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化タンタル、チタン酸アルミニウム、チタン酸ストロンチウム等を有する。
【００２３】
本発明は更に図１及び図２に示される実施形態によって説明される。図１は、本発明の蛍光体を用いたエレクトロルミネセンスデバイスの断面図を示している。図２は、エレクトロルミネセンスデバイスの平面図を示している。エレクトロルミネセンスデバイスは、全体的に番号１０で示され、基板１２を有し、その上には行電極１４が配置されている。厚膜誘電体１６は、その上に薄膜誘電体１８を有する。薄膜誘電体１８は、番号２０、２２及び２４が付された３本の画素列と共に示され、これらは薄膜誘電体１８の上に配置されている。これら画素列は、三原色、すなわち赤、緑及び青を得るための蛍光体を含む。画素列２０は赤色蛍光体２６を有し、これは薄膜誘電体１８の上に接触するように配置されている。別の薄膜誘電体２８が赤色蛍光体２６の上に配置され、列電極３０が薄膜誘電体２８の上に配置されている。同様に、画素列２２は薄膜誘電体１８の上に緑色蛍光体３２を有し、その上に薄膜誘電体３４及び列電極３６を有する。画素列２４は薄膜誘電体１８の上に青色蛍光体３８を有し、その上に薄膜誘電体４０及び列電極４２を有する。
【００２４】
本発明は、三元、四元及び更に多元の化合物の沈着方法に関し、化合物は他の化学的な複合組成、特に所望の化学量論比、高エネルギー効率及び高輝度蛍光体膜を得るための蛍光体を含んでいる。高いエレクトロルミネセンス特性を得るために三元、四元又は更に多元の化合物の形態の蛍光体を沈着させる。しかしながら、三元、四元又は更に多元の構成元素の比率は、許容差に近くなるように制御されなければならない。化学量論比の制御は、蛍光体の最適性能を得るために重要である。本発明において、このような制御はソースの組成又はターゲット組成を変えることによって容易になり、組成は小さい原子重量を有する元素の制御された過剰状態を作り出すことによって変えることができる。
【００２５】
ユーロピウム活性チオアルミン酸バリウム（ＢａＡｌ2Ｓ4：Ｅｕ）とチオアルミン酸バリウムマグネシウム（ＢａaＭｇ1-aＡｌ2Ｓ4：Ｅｕ、但し０＜ａ＜１）を含む蛍光体材料がここに述べられた方法を用いて沈着され、高輝度及び高エネルギー効率を示した。この方法は他の三元、四元又は更に多元のチオアルミン酸塩、チオ没食子酸塩及びチオインデート蛍光体とその複合物にも適用可能であると考えられる。その複合物は、元素周期表のグループＩＩＡ及びグループＩＩＢから選ばれたこれらの化合物のためのカチオン又は複数のカチオンで合成され、ターゲット組成は原子重量の異なる複数の元素の混合物を含む。このようなカチオンの例には、バリウム、カルシウム、ストロンチウム、マグネシウム、亜鉛及びカドミウムが含まれる。
【００２６】
蛍光体組成は、種々のドーパント、特にユーロピウム及びセリウムによって活性化される。
【００２７】
本発明の方法は、基板上に沈着された任意の三元、四元又は更に多元の組成に適用可能と考えられる。種々のソース材料が選択され、基板上での凝縮のために蒸気が生成されると理解される。好適な基板は、電磁気スペクトルの可視領域及び赤外領域において不透明な基板である。特に、基板はセラミック基板上の厚膜誘電体層である。このような基板の例として、アルミナ及び金属セラミック複合材料を挙げることができる。
【００２８】
好ましい実施形態において、蛍光体はユーロピウム活性チオアルミン酸バリウムであり、オプションとして上述のようにマグネシウムを含み、これはセリウム活性硫化ストロンチウムよりも加水分解されにくいと考えられるので、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることが容易である。
【００２９】
組成の沈着は硫化水素、硫黄又は他の揮発性硫黄化合物の雰囲気中で行われ、これは、沈着化合物の硫黄が不足する傾向がある場合に、その沈着に伴って蛍光体膜を汚染しない。特に、沈着を硫化水素雰囲気中で行うことにより、膜中のスパッタされた種類が、硫化水素から派生した硫化物と化学反応を生じて沈着膜を硫化物で十分に飽和させ、所望の膜組成が得られる。しかしながら、いくつかの実施例において、硫化水素の雰囲気を用いないでこの方法を実施することも可能である。
【００３０】
本発明は、膜組成の調節によって調整可能なエレクトロルミネセンス蛍光体を使用するために組成制御多エレメント薄膜を沈着させる方法を提供する。高輝度及び発光色の蛍光体が得られる。エレクトロルミネセンス蛍光体膜の輝度及び発光スペクトラムは、膜の元素組成を制御し調節することによって最適化される。
【００３１】
したがって、本発明は、三元、四元又は更に多元の蛍光体組成の沈着方法、特に不透明基板への沈着方法を提供する。沈着は、任意の現行高周波マグネトロンスパッタリングシステム、例えばエドワード（Ｅｄｗａｒｄｓ）、アルバック（Ｕｌｖａｃ）及びレイボルド（Ｌｅｙｂｏｌｄ）によって市販されているシステムを用いて行うことができ、硫化水素のハンドリングが可能なガス注入及び排気システムを取り付けることができると共に、沈着基板加熱手段を備えている。
【００３２】
表１は、本発明にしたがって作製された典型的な蛍光体膜のためのターゲット組成及び沈着条件の範囲を示している。
2004533095.tif 000002
表１で与えられるパラメータの範囲を用いて作製された各蛍光体の性能が表２に示されている。
2004533095.tif 000003
本発明は、次の実施例によって説明される。
実施例Ｉ
ユーロピウムをドープされたマグネシウムチオアルミン酸バリウム蛍光体膜を厚膜基板上に形成し、続けて約７５０℃の温度で１０分間、窒素雰囲気中でアニールを行った。厚膜基板は５ｃｍ×５ｃｍ、厚さ０．１ｃｍのアルミナ基板を有し、その上に金電極を沈着させた。ＷＯ  ００／７０９１７に例示された方法にしたがって、厚膜高誘電率誘電体層を更に沈着させた。厚さ１００〜２００ｎｍのアルミナからなる薄膜誘電体を厚膜誘電体の上に沈着させ、本発明のスパッタリングプロセスを用いてアルミナ層の上に蛍光体をスパッタリングした。
【００３３】
スパッタリングターゲットの公称組成はＭｇ.0.67Ｂａ.0.33Al1.3Ｓ3：Ｅｕであり、ユーロピウム対バリウムの原子比は０．０３であった。硫化マグネシウム、硫化バリウム、硫化アルミニウム及び硫化ユーロピウムの粉末を１００メッシュスクリーンに通過させ、適切な割合で混合したものを用いて、直径３インチ、厚さ４ｍｍの円筒形状のターゲットを作製した。混合粉末を型に入れ、５０，０００ｐｓｉの力で粉末を圧縮した。圧縮されたものを温度９００℃の窒素雰囲気中で１０分間焼結した。
【００３４】
沈着は、分圧５×１０-4ｔｏｒｒの硫化水素を含むアルゴン及び硫化水素雰囲気中で行った。アルゴン対硫化水素のフロー比は１．８とした。沈着速度は５９ナノメータ／分であり、温度３００℃の基板に沈着させた。沈着に続いて、蛍光体で覆われた基板を窒素雰囲気中において７００℃で１０分間アニールした。続けて、第２のアルミナ薄膜及びインジウム酸化スズの透明導電体を沈着させて第２電極を形成した。
【００３５】
上記のようにして作製されたデバイスを、３６ミリ秒幅、ピーク電圧２８０ボルト、周波数２４０Ｈｚの交流パルスを用いて試験した。発光色は青色であった。しきい値電圧以上の電圧６０ボルトで測定した輝度は１５５〜１８５カンデラ／平方メートルであり、ＣＩＥｘ座標は０．１４であり、ＣＩＥｙ座標は０．１２２〜０．１２６であった。しきい値電圧は２１５〜２２０ボルトであった。
実施例ＩＩ
ターゲットの公称組成がＭｇ.0.64Ｂａ0.36Ａｌ1.9Ｓ2.9：Ｅｕであり、ユーロピウム対バリウムの原子比が０．０３である点を除いて実施例Ｉの設計と同様の設計によってエレクトロルミネセンスデバイスを構成した。プロセス条件も実施例Ｉの条件と同様とした。但し、蛍光体の沈着における硫化水素の分圧は３．３×１０-4ｔｏｒｒとし、アルゴン対硫化水素のフロー比は２．７とし、蛍光体沈着速度は３３ナノメートル／分とし、沈着中の基板温度は２８０℃とし、沈着蛍光体の厚さは６５０ナノメートルとし、蛍光体のアニール温度は７５０℃とした。
【００３６】
このデバイスを、実施例Ｉと同じパルス駆動波形を用いて試験した。得られた発光色はやはり青色であった。しきい値電圧以上の電圧６０ボルトで測定された輝度は１６０カンデラ／平方メートルであり、ＣＩＥｘ座標は０．１４であり、ＣＩＥｙ座標は０．１０であり、しきい値電圧は２２０ボルトであった。
実施例ＩＩＩ
ターゲットの公称組成がマグネシウムを含まず、蛍光体沈着中の硫化水素の分圧が３．３×１０-4ｔｏｒｒであり、蛍光体の沈着速度が３３ナノメートル／分であり、蛍光体アニール温度が７５０℃である点を除いて実施例Ｉの設計と同様の設計によってエレクトロルミネセンスデバイスを構成した。
【００３７】
このデバイスを、実施例Ｉと同じパルス駆動波形を用いて試験した。発光色やはり青色であった。しきい値電圧以上の電圧６０ボルトで測定された輝度は１７７カンデラ／平方メートルであり、ＣＩＥｘ座標は０．１３６であり、ＣＩＥｙ座標は０．１０２であり、しきい値電圧は２２４ボルトであった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明は、図面に示された実施形態によって説明される。
【図１】本発明の典型例としての厚膜誘電体層及び蛍光体組成を有するエレクトロルミネセンスエレメントの断面を示す概略図である。
【図２】フルカラーエレクトロルミネセンス画素とそれを構成するサブ画素の平面図を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年4月17日(2003.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜蛍光体組成を沈着させるための単独ソーススパッタリングプロセスであって、
前記沈着された薄膜蛍光体組成に関して、大きい原子重量の元素に比べて小さい原子重量の元素を高い濃度で有するドープされたターゲット組成を供給し、
前記ドープされたターゲット組成を硫黄含有雰囲気中でスパッタリングすることによって前記薄膜蛍光体組成を基板上に沈着させることを特徴とする単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項２】
前記ドープされたターゲット組成は、元素周期表のグループＩＩＡ及びグループＩＩＢから選ばれたカチオンを含む三元、四元又は更に多元のチオアルミン酸塩、チオ没食子酸塩及びチオインデートとその複合材料を有することを特徴とする請求項１記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項３】
前記カチオンが、バリウム、カルシウム、ストロンチウム、マグネシウム、亜鉛及びカドミウムからなるグループから選ばれたものであることを特徴とする請求項２記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項４】
前記ドープされたターゲット組成が、ユーロピウム及びセリウムからなるグループから選ばれたドーパントでドープされたものであることを特徴とする請求項３記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項５】
前記ドープされたターゲット組成が、ＢａＡｌ２Ｓ４：Ｅｕ及びＢａａＭｇ１−ａＡｌ２Ｓ４：Ｅｕ、但し０＜ａ＜１からなるグループから選ばれたものであることを特徴とする請求項４記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項６】
前記ドープされたターゲット組成のＢａＳに対するＡｌ２Ｓ３のモル比が１．５〜２．０の範囲内にあり、ＭｇＳのモル比が０〜２．５の範囲内にあることを特徴とする請求項５記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項７】
前記ドープされたターゲット組成のＢａＳに対するＥｕＳのモル比が０．０２〜０．０７の範囲内にあることを特徴とする請求項６記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項８】
前記硫黄含有雰囲気が硫化水素であることを特徴とする請求項１記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項９】
前記スパッタリングが約２０〜７０ｎｍ／分の速度で行われることを特徴とする請求項８記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１０】
前記基板が約１５０〜３５０℃の温度に置かれることを特徴とする請求項９記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１１】
前記蛍光体組成が更に約６５０〜７５０℃の温度で約１０分間アニールされることを特徴とする請求項１０記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１２】
前記沈着した蛍光体組成が約３５０〜６５０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１１記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１３】
前記基板が厚膜セラミック材料であることを特徴とする請求項１２記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１４】
前記厚膜セラミック材料が、セラミックシートと、その上に沈着した導電性フィルムと、前記導電性フィルムの上に沈着した厚膜層とを有することを特徴とする請求項１３記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１５】
前記セラミック材料が、セラミックシート及び金属セラミック複合材料からなるグループから選ばれたものであることを特徴とする請求項１４記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１６】
前記セラミックシートがアルミナであることを特徴とする請求項１５記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１７】
前記導電性の薄膜が、金及び銀の合金からなるグループから選ばれたものであることを特徴とする請求項１６記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１８】
前記厚膜層が強誘電性材料を有することを特徴とする請求項１７記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項１９】
前記強誘電性材料が、鉛マグネシウムニオブ酸チタネート、鉛ジルコン酸チタネート、チタン酸バリウム及びそれらの混合物からなるグループから選ばれたものであることを特徴とする請求項１８記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項２０】
前記厚膜セラミック材料が、更に１又は複数の薄膜誘電体層をその上に有するものであることを特徴とする請求項１９記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項２１】
前記薄膜誘電体層が、アルミナ酸化窒化シリコン、イットリア、ハフニア硫化亜鉛、タンタル酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化タンタル、チタン酸アルミニウム及びチタン酸ストロンチウムからなるグループから選ばれた材料を有することを特徴とする請求項２０記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項２２】
前記プロセスが更に、前記薄膜蛍光体組成の上に薄膜誘電体層を設けるステップを含むことを特徴とする請求項２１記載の単独ソーススパッタリングプロセス。
【請求項２３】
シートと、その上に沈着した導電性フィルムと、前記導電性フィルムの上に沈着した厚膜層とを有する厚膜セラミック材料の基板と、
前記厚膜層の上に沈着した薄膜蛍光体組成であって、大きい原子重量の元素に比べて小さい原子重量の元素を低い濃度で含む薄膜蛍光体組成であり、前記薄膜蛍光体組成に関して大きい原子重量の元素に比べて小さい原子重量の元素を高い濃度で含むドープされたターゲット組成を硫黄含有雰囲気中でスパッタリングすることによって作製された前記薄膜蛍光体組成と、
前記薄膜蛍光体組成の上の光学的に透明の導電性フィルムと、
を備えていることを特徴とするエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項２４】
前記デバイスは更に、１又は複数の層の薄膜誘電体を前記薄膜蛍光体組成の上に備えていることを特徴とする請求項２３記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項２５】
前記デバイスは更に、１又は複数の層の薄膜誘電体を前記厚膜層の上に備えていることを特徴とする請求項２４記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項２６】
単独ソーススパッタリングプロセスにおける蛍光体の沈着方法であって、前記蛍光体は三元、四元又は更に多元のチオアルミン酸塩、チオ没食子酸塩及びチオインデート蛍光体及びその複合材料からなるグループから選ばれたものであり、元素周期表のグループＩＩＡ及びグループＩＩＢから選ばれたカチオンと共に合成され、前記蛍光体は、あらかじめ定められた組成の元素を有し、前記方法は、硫化水素雰囲気中で単独ソース組成からスパッタリングを行うことによって基板上に蛍光体を沈着し、前記単独ソースの組成は、前記蛍光体の他の元素に比べて揮発性が大きい前記蛍光体の元素の濃度が相対的に増加し、前記相対的な増加が制御されることによって前記あらかじめ定められた組成が基板上に効果的に沈着することを特徴とする蛍光体の沈着方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の別の側面によれば、エレクトロルミネセンスデバイスが提供され、このデバイスは、
導電性フィルムが表面に沈着されたセラミックシートと導電性フィルム上に沈着された厚膜層とを有する厚膜セラミック材料の基板と、
厚膜層の上の薄膜蛍光体組成であって、薄膜蛍光体組成に関して、原子重量の大きい元素に比べて原子重量の小さい元素の濃度が高いドープされたターゲット組成の硫黄を含む雰囲気中でのスパッタリングによって、原子重量が大きい元素に比べて原子重量が小さい元素の濃度が低くなるように薄膜蛍光体組成が沈着されるように作られた薄膜蛍光体組成と、
薄膜蛍光体組成の上に形成された光学的に透明の導電性フィルムとを備えている。
本発明の更に別の側面によれば、単独ソーススパッタリングプロセスにおける蛍光体の沈着方法が提供され、前記蛍光体は三元、四元又は更に多元のチオアルミン酸塩、チオ没食子酸塩及びチオインデート蛍光体及びその複合材料からなるグループから選ばれたものであり、元素周期表のグループＩＩＡ及びグループＩＩＢから選ばれたカチオンと共に合成され、前記蛍光体は、あらかじめ定められた組成の元素を有し、前記方法は、硫化水素雰囲気中で単独ソース組成からスパッタリングを行うことによって基板上に組成物を沈着し、前記単独ソースの組成は、前記蛍光体の他の元素に比べて揮発性が大きい前記蛍光体の元素の濃度が相対的に増加し、前記相対的な増加が制御されることによって前記あらかじめ定められた組成が基板上に効果的に沈着する。




【国際調査報告】
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