(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも、電極、絶縁層、アルカリ土類硫化物を主成分とする蛍光体層、絶縁層および電極層よりなる多層膜が形成されてなる多色薄膜エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、前記蛍光体層のみをレーザ光を用いて切断し、所定のパターンに形成する工程を含むことを特徴とする多色薄膜エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項２】
基板上に少なくとも、電極、絶縁層、アルカリ土類硫化物を主成分とする蛍光体層、絶縁層および電極層よりなる多層膜が形成されてなる多色薄膜エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、硫化水素雰囲気中で熱処理することによりパターニングされた金属薄膜とその上に成膜された蛍光体薄膜を除去するリフトオフ工程を含むことを特徴とする多色薄膜エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項３】
前記金属薄膜はタングステンまたはニッケルであることを特徴とする請求項２に記載の多色薄膜エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多色発光ＥＬ装置の主要部品である、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）等のアルカリ土類硫化物を主成分とする蛍光体薄膜を発光層として用いる多色薄膜エレクトロルミネッセンス（以降ＥＬと記す）素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多色薄膜ＥＬ素子を用いて多色表示を行う方法には、広い発光スペクトルをもつ発光層と所定のパターンに配置したカラーフィルターの重ね合わせにより多色表示を実現する方法と、発光スペクトルの異なる複数の蛍光体層を所定のパターンに配置する方法とが知られている。
【０００３】
前者の方法は、構造が単純なので製造は簡単であるが、フィルターによる輝度低下があるため、輝度が高くできない。他方後者の方法は、カラーフィルターを用いないので発光輝度の低下はないが、蛍光体層を所定のパターンに形成するパターニングプロセスが必要となる。
図３は従来のパターニングされた蛍光体層を有する多色薄膜ＥＬ素子を用いた多色薄膜ＥＬ装置の１例であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は電極と蛍光体層の配置を示す平面図である。ガラス基板１１上には第１の電極２１、全体を被覆している第１の絶縁層３１、パターニングされた各３原色を発光する蛍光体層４ａ、４ｂおよび４ｃ、全体を被覆している第２の絶縁層３２および第２の電極２２が順次形成されている。基板に以上の多層構造が形成されたものを多色薄膜ＥＬ素子という。第１の電極２１、蛍光体層４ａ、４ｂ、４ｃのいずれか、および第２の電極２２の３重交差部分が発光する画素である。多色薄膜ＥＬ素子と第２の基板１２との間の空隙にはシリコーンオイル６が満たされ、封止部材７を介して封止され、多色薄膜ＥＬ装置とされる。第２の基板１２にはカラーフィルタが付加される場合もある。矢印と符号Ｒ、Ｇ、Ｂは多色薄膜ＥＬ装置から外部への方向と発光色（順に赤、緑、青）を表す。
【０００４】
このような多色薄膜ＥＬ素子の作製プロセスの概略をプロセス順に従って示す。
（１）絶縁性基板１１上に導電材料薄膜を成膜し、フォトプロセスにより所定のパターンにパターニングし第１の電極２１を形成する。
（２）第１の絶縁層３１を全面に成膜する。
（３ａ）蛍光体材料薄膜を成膜し、所定のパターンにパターニングし蛍光体層４ａを形成する。
（３ｂ）他の蛍光体材料薄膜を成膜し、所定のパターンにパターニングし蛍光体層４ｂを形成する。
（３ｃ）別の蛍光体材料薄膜を成膜し、所定のパターンにパターニングし蛍光体層４ｃを形成する。蛍光体材料が２種以下の場合はこのプロセスはない。
（４）第２の絶縁層３２を全面に成膜する。
（５）導電材料薄膜を成膜し、フォトプロセスにより所定のパターンにパターニングし第１の電極２１を形成する。
【０００５】
従来より薄膜ＥＬ素子の発光層としては、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｔｂなどの硫化亜鉛を主成分とした蛍光体層が多く用いられてきたが、最近ＺｎＳ系蛍光体以外にアルカリ土類硫化物系蛍光体でも高輝度のものが開発されてきた。例えば、セリウムをドープした硫化ストロンチウム（ＳｒＳ：Ｃｅ）は高輝度の青色発光が得られており、青色発光材料の有力な候補となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
蛍光体を微細なパターンに形成するには、蛍光体上にフォトレジストなどで作製したパターンを化学的あるいは物理的な方法で蛍光体層に転写する方法が一般的である。
しかしながら、アルカリ土類硫化物は非常に加水分解しやすい材料であり、酸などによる化学的な方法でのエッチングは膜質への影響が大きく、発光輝度特性やその信頼性を劣化させるので、適切ではない。そこで、アルカリ土類硫化物のパターニング法として物理的な方法であるドライエッチング法が提案されている。たとえば、山本ら（特開平２−４４６９０号公報）は、ハロゲンガスを用いた反応性ドライエッチングによるパターニングを行っている。ところがこの場合でも、フォトレジストに含まれる微量の水分が発光特性の信頼性に悪影響を及ぼすなど、蛍光体層の膜質への影響なくパターニングを行うことは困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、蛍光体層の膜質への影響なくパターニングを行い、発光特性とその信頼性の高い多色薄膜ＥＬ素子の製造方法を提供するすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、基板上に少なくとも、電極、絶縁層、アルカリ土類硫化物を主成分とする蛍光体層、絶縁層および電極層よりなる多層膜が形成されてなる多色薄膜エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、前記蛍光体層のみをレーザ光を用いて切断し、所定のパターンに形成する工程を含むこととする。
【０００９】
あるいは、基板上に少なくとも、電極、絶縁層、アルカリ土類硫化物を主成分とする蛍光体層、絶縁層および電極層よりなる多層膜が形成されてなる多色薄膜エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、硫化水素雰囲気中で熱処理することによりパターニングされた金属薄膜とその上に成膜された蛍光体薄膜を除去するリフトオフ工程を含むこととする。
【００１０】
前記金属薄膜はタングステンまたはニッケルであると良い。
また、上記の工程は、パターニング後のアルカリ土類硫化物を主成分とする蛍光体層を保護層で被覆した後、他の蛍光体層の成膜およびパターニングを行う工程を含むと良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明は、未だ報告されてない、紫外領域のレーザビームによる切断が蛍光体薄膜に変質をもたらすこと無く適用できることを見いだしたこと、およびウェットプロセスに依らずに物理的に除去できるリフトオフマスク材を見いだしたことに基づいている。
【００１２】
本発明に係る製造方法は、蛍光体薄膜に水分を触れさせずにパターニングプロセスを行うことができるので、前記多色薄膜ＥＬ素子の作製プロセスの内の（３ａ）ないし（３ｃ）のプロセスにおける蛍光体層４ａ、４ｂまたは４ｃがアルカリ土類硫化物を主成分とする蛍光体層の場合のパターニング法として特に有効である。
【００１３】
以下、実施例により、本発明を詳細に説明する。
実施例１
図１は本発明に係る製造方法による多色薄膜ＥＬ装置の断面図である。基本的には前記の多色薄膜ＥＬ装置（図３）と同じ構成なので異なっている点のみ説明する。蛍光体は２種であり、青色発光する蛍光体層４ｄ用にはＳｒＳ：Ｃｅ、緑色および赤色を発光する蛍光体層４ｅ用にはＺｎＳ：Ｍｎを用いた。蛍光体層４ｄには保護用の絶縁層３３が成膜されており、その上に蛍光体層４ｅが形成されている。第２のガラス基板１２には赤および緑の各色のフィルタ５ａ、５ｂが蛍光体層４ｅに重なるように配置されて形成されている。
【００１４】
この実施例における多色薄膜ＥＬ素子の作製プロセスを次に列挙する。
（１）無アルカリガラスよりなる第１の基板１１上に酸化インジウム酸化スズ膜（ＩＴＯ）を直流スパッタにより２００ｎｍ成膜した後、通常のフォトプロセスによりパターニングし、第１の電極２１とした。
（２）第１の電極２１上に、第１の絶縁層３１として酸化ケイ素と窒化ケイ素の積層膜を高周波反応性スパッタにより成膜した。それぞれの膜厚は、酸化ケイ素が５０ｎｍ、窒化ケイ素が２００ｎｍとした。
（３ａ）ＳｒＳ：Ｃｅからなる青色発光用の蛍光体を電子線蒸着により成膜し、膜厚１０００ｎｍとした。このときの基板温度は５００℃、成膜時間は１２０ｍｉｎとした。
【００１５】
第１の蛍光体層４ｄを以下のようにレーザパターニングして形成した。波長２４８ｎｍ、ピークパワー密度１０8 Ｗ／ｃｍ2 のＫｒＦエキシマレーザを用いた。パターニング条件を調べた結果、下地である第１の絶縁層３１および第１の電極２１はエッチングされず、ＳｒＳ：Ｃｅのみエッチングできる照射面上でのエキシマレーザの総エネルギー密度は１２〜１９Ｊ／ｃｍ2 であることが判った。この実施例では総エネルギー密度を１４Ｊ／ｃｍ2 とし、またエッチングの際に発生する加工塵の再付着を防止するために、基板は膜面を下向きに設置してレーザビームを下から照射した。
【００１６】
パターニング後、ＳｒＳ：Ｃｅの結晶性の向上、吸着水分の除去を目的として、硫化水素雰囲気中で６００℃で３０分熱処理を行った。また、ＳｒＳ：Ｃｅからなる第１の蛍光体層４ｄの保護層３３として、熱ＣＶＤ法により酸化アルミニウム膜を３０ｎｍ成膜した。
（３ｂ）第２の蛍光体層４ｅ用薄膜として、ＺｎＳ：Ｍｎを電子線蒸着により厚さ６００ｎｍに成膜した。ＺｎＳ：Ｍｎ膜はアルカリ土類硫化物と比較して加水分解はきわめてされ難いので、通常のフォトレジストを用いたフォトプロセスでパターニングを行った。ＺｎＳ：Ｍｎ膜上にフォトレジストマスクのパターニングを行い、ＺｎＳ：Ｍｎ膜のドライエッチングは、塩化水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用い、圧力は６．５Ｐａとした。第２の蛍光体層４ｅのパターニング後、フォトレジストを除去した。第１の蛍光体層４ｄは保護層３３により被覆されているのでこれらのプロセスの影響は及ぼされない。
【００１７】
その後、ＳｒＳ：Ｃｅ膜の場合と同様に、結晶性の向上と水分の除去の目的で真空中で５００℃で１時間熱処理を行った。
（４）第２の絶縁層３２として、酸化ケイ素と窒化ケイ素の積層膜を高周波反応性スパッタにより成膜した。それぞれの膜厚は第１の絶縁層と同様に酸化ケイ素が５０ｎｍ、窒化ケイ素が２００ｎｍであり、蛍光体層に接する側が窒化ケイ素膜となるようにした。
（５）第２の電極２２として、直流スパッタによりＩＴＯ膜を厚さ２００ｎｍに成膜し、ドライエッチングによりパターニングした。ドライエッチングは、塩化水素ガス（ＨＣｌ）とメタンガス（ＣＨ4 ）の混合ガスを用い、圧力１．３Ｐａの条件で行った。ドライエッチング後、フォトレジストを除去した。
【００１８】
こうして得た多色薄膜ＥＬ素子を赤色フィルタ５ａおよび緑色フィルタ５ｂを形成してある第２のガラス基板１２と組み合わせて多色薄膜ＥＬ装置とした。
このようにして作製した多色薄膜ＥＬ装置は、ＳｒＳ：Ｃｅよりなる第１の蛍光体層４ｄからは青色発光し、またＺｎＳ：Ｍｎ膜よりなる第２の蛍光体層４ｅからの発光はフィルターを通して赤色発光と緑色発光をし、いずれの色も高い輝度であった。また、この輝度の信頼性は、各蛍光体を単独構成とした、パターニングを行わずに作製した単色の薄膜ＥＬ素子を用いた薄膜ＥＬ装置と同等であった。
【００１９】
この例では、緑色発光と赤色発光に対しては同じ蛍光体を用いたが、必ずしも同じ材料である必要はなく、緑色光用蛍光体としてはＺｎＳ：Ｔｂなど、また赤色光用蛍光体としてはＣａＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｓｍなどにも適用可能である。
実施例２
この実施例では、実施例１と構造のデバイスにおいて、ＳｒＳ：Ｃｅ膜のパターニングにリフトオフを適用した。実施例１と異なる点のみ説明する。
【００２０】
図２は本発明に係るリフトオフプロセス時の多色薄膜ＥＬ素子の断面図であり、（ａ）はパターニングされたＷと蛍光体薄膜が成膜された後、（ｂ）はリフトオフ終了後である。
第１の絶縁膜３１上に、Ｗ（タングステン）膜８をスパッタにより成膜し、膜厚１０００ｎｍとした。このＷ膜上にフォトレジストでＳｒＳ：Ｃｅ膜を成膜したくない部分にレジストが残るようパターニングを行う。Ｗ膜は、フォトレジストをマスクにしてＣＦ4 とＯ2 の混合ガスを用いてドライエッチングを行い、パターンをＷ膜に転写する。次に、フォトレジストを除去し、第１の絶縁膜上にＷ膜のパターンを形成した。
【００２１】
この状態で、ＳｒＳ：Ｃｅの蛍光体薄膜４ｔを電子線蒸着により１０００ｎｍの膜厚になるよう成膜した（図２（ａ））。このときの基板温度は５００℃、成膜時間は１２０ｍｉｎとした。
ＳｒＳ：Ｃｅ成膜後、リフトオフ（Ｗ膜の剥離）およびＳｒＳ：Ｃｅの結晶性の向上、吸着水分の除去を目的として、硫化水素雰囲気中で６５０℃、６０ｍｉｎの熱処理を行った。熱処理により、Ｗ膜は硫黄と反応し体積増加をきたすので、下地絶縁膜と元来密着性のよくないＷ膜は第１絶縁膜との界面で剥離、脱落し、パターニングされたＳｒＳ：Ｃｅからなる蛍光体層４ｄが残った（図１（ｂ））。熱処理によりＷ膜を完全に剥離するためには、硫化水素の分圧、熱処理温度ともに高い方が有効であった。熱処理温度の上限は基板ガラスの軟化点である。
【００２２】
リフトオフに用いる金属薄膜は必ずしもＷ膜である必要はなく、硫化水素雰囲気中で熱処理されたとき、硫黄と反応し、下地絶縁膜との密着性が劣化する材料であれば用いることができ、Ｎｉも用いることができた。
実施例１と同様にして、発光輝度とその信頼性はパターニングを行わずに作製した単色の薄膜ＥＬ素子を用いた薄膜ＥＬ装置と同等であった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、基板上に少なくとも、電極、絶縁層、アルカリ土類硫化物を主成分とする蛍光体層、絶縁層および電極層よりなる多層膜が形成されてなる多色薄膜エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、前記蛍光体層をレーザ光を用いて切断し、所定のパターンに形成する工程、あるいは、硫化水素雰囲気中で熱処理することによりパターニングされた金属薄膜とその上に成膜された蛍光体薄膜を除去するリフトオフ工程を含むようにしたため、アルカリ土類硫化物を主成分とする蛍光体層はパターニング工程および他の全ての工程を通して水分に接触すること無く、加水分解などを起こすことはない。そのため、本発明に係る製造方法は再現性もよく、本製造方法による多色薄膜ＥＬ素子は蛍光体薄膜本来の発光特性とその信頼性を発揮でき、多色薄膜ＥＬ素子を用いて優れた多色薄膜ＥＬ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る製造方法による多色薄膜ＥＬ装置の断面図
【図２】本発明に係るリフトオフプロセス時の多色薄膜ＥＬ素子の断面図、（ａ）パターニングされたＷと蛍光体薄膜が成膜された後、（ｂ）リフトオフ終了後
【図３】従来のパターニングされた蛍光体層を有する多色薄膜ＥＬ素子を用いた多色薄膜ＥＬ装置の１例、（ａ）断面図、（ｂ）は電極と蛍光体層の配置を示す平面図
【符号の説明】
１１    第１のガラス基板
１２    第２のガラス基板
２１    第１の電極
２２    第２の電極
３１    第１の絶縁層
３２    第２の絶縁層
３３    保護層
４ａ  蛍光体層
４ｂ  蛍光体層
４ｃ  蛍光体層
４ｄ  蛍光体層
４ｅ  蛍光体層
５ａ  カラーフィルター
５ｂ  カラーフィルター
６    シリコーンオイル
７    封止部材
４ｔ  蛍光体薄膜
８    金属薄膜
【図１】
0003755182.tif 000002
【図２】
0003755182.tif 000003
【図３】
0003755182.tif 000004