JP2009117239A - Inorganic electroluminescent element, and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば透明ディスプレイなどに使用される無機エレクトロルミネッセンス素子(以下、無機EL素子と記す)およびその製造方法に関し、特に硫黄を含む発光層にレーザ照射を行い、高輝度化を図るものに関する。 The present invention relates to an inorganic electroluminescent device (hereinafter referred to as an inorganic EL device) used for, for example, a transparent display and a method for producing the same, and more particularly to a device for increasing luminance by irradiating a light emitting layer containing sulfur with a laser. .
無機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、自発光型の平面ディスプレイを構成するものとして注目されている。この無機EL素子は、一般に、絶縁性基板上に、下部電極、下部絶縁層、発光層、上部絶縁層、上部電極が順次形成され、少なくとも光取り出し側を光学的に透明な材料にて形成してなる。 An inorganic EL element utilizes a phenomenon that emits light when an electric field is applied to a phosphor such as zinc sulfide (ZnS), and has attracted attention as a self-luminous flat display. In general, an inorganic EL element is formed by sequentially forming a lower electrode, a lower insulating layer, a light emitting layer, an upper insulating layer, and an upper electrode on an insulating substrate, and at least the light extraction side is formed of an optically transparent material. It becomes.
ここで、従来より、発光層を成膜した後に発光層にレーザを照射し、そのときに発生する熱で発光層をアニールすることにより、高輝度を実現する方法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
しかしながら、本発明者の検討によれば、上記従来のレーザーアニール方法では発光層上から直接レーザを照射するため、発光層が硫黄(S)を含むものである場合、レーザ照射によって硫黄が抜けて発光層の組成がずれてしまうことがわかった。そして、それにより、レーザーアニールによる高輝度化の効果は低減してしまう。 However, according to the study by the present inventor, in the conventional laser annealing method, since the laser is directly irradiated from the light emitting layer, when the light emitting layer contains sulfur (S), sulfur is released by the laser irradiation and the light emitting layer is exposed. It was found that the composition of was shifted. As a result, the effect of increasing the brightness by laser annealing is reduced.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、硫黄を含む発光層にレーザ照射を行い、高輝度化を図るようにした無機EL素子において、レーザ照射によるさらなる高輝度化を実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in an inorganic EL element in which a light emitting layer containing sulfur is irradiated with a laser to increase the brightness, further enhancement of the brightness by laser irradiation is realized. With the goal.
上記目的を達成するため、本発明は、絶縁性基板(11)上に、下部電極(12)、下部絶縁層(13)、硫黄(S)を含む発光層(14)、上部絶縁層(16)、上部電極(17)を順次形成する無機EL素子の製造方法において、発光層(14)を形成後、発光層(14)の上に、硫黄(S)を含む層であるキャップ層(15)を形成する工程と、キャップ層(15)の上からキャップ層(15)を介して発光層(14)にレーザを照射する工程と、その後、キャップ層(15)の上に上部絶縁層(16)を形成する工程とを有することを、第1の特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a lower electrode (12), a lower insulating layer (13), a light emitting layer (14) containing sulfur (S), and an upper insulating layer (16) on an insulating substrate (11). ), In the method of manufacturing an inorganic EL element in which the upper electrode (17) is sequentially formed, after forming the light emitting layer (14), a cap layer (15) which is a layer containing sulfur (S) is formed on the light emitting layer (14). ), A step of irradiating the light emitting layer (14) with a laser from above the cap layer (15) through the cap layer (15), and then an upper insulating layer (on the cap layer (15)). 16) is a first feature.
本発明は、実験的に見出されたものであり、硫黄を含むキャップ層(15)により発光層(14)を被覆した状態にてレーザ照射を行うことで、発光層(14)の硫黄の抜けを抑制することにより、後述の図3に示されるように、従来に比べて、レーザ照射によるさらなる高輝度化が実現できる。 The present invention has been found experimentally, and by performing laser irradiation in a state where the light emitting layer (14) is covered with a cap layer (15) containing sulfur, the sulfur of the light emitting layer (14) can be obtained. By suppressing the omission, as shown in FIG. 3 to be described later, it is possible to realize further higher luminance by laser irradiation as compared with the conventional case.
また、上記従来のレーザーアニール方法では、高輝度化のために、高エネルギーのレーザ照射が必要であるが、高エネルギーでレーザを照射すると発光層がアブレーションしてしまい、輝度向上効果が少ない、プロセスウィンドウが狭いといった問題が生じやすい。しかしながら、本製造方法によれば、レーザ照射時にはキャップ層(15)が発光層(14)からの放熱をブロックする役割を果たすため、発光層がアブレーションする照射エネルギーより少ないレーザの照射エネルギーで効率よく発光層(14)をアニーリングすることができる。 In addition, in the above conventional laser annealing method, high energy laser irradiation is necessary for high brightness, but when the laser is irradiated with high energy, the light emitting layer is ablated, and the luminance improvement effect is small. Problems such as narrow windows are likely to occur. However, according to the present manufacturing method, the cap layer (15) plays a role of blocking heat radiation from the light emitting layer (14) during laser irradiation, so that the laser irradiation energy is less than the irradiation energy that the light emitting layer ablates efficiently. The light emitting layer (14) can be annealed.
ここで、キャップ層(15)の形成工程では、発光層(14)の上に、キャップ層(15)を構成する材料のうち硫黄を除く材料により層を形成した後、当該層を200℃以上で熱処理して発光層(14)から当該層へ硫黄を拡散させるようにすれば、キャップ層(15)を適切に形成できる。 Here, in the step of forming the cap layer (15), a layer is formed on the light emitting layer (14) with a material excluding sulfur among the materials constituting the cap layer (15), and then the layer is heated to 200 ° C. or higher. If the heat treatment is performed to diffuse sulfur from the light emitting layer (14) to the layer, the cap layer (15) can be appropriately formed.
また、キャップ層(15)は、酸化ケイ素(SiO2)を主成分とする絶縁層に硫黄を添加したものとして形成することができる。 The cap layer (15) can be formed by adding sulfur to an insulating layer mainly composed of silicon oxide (SiO 2 ).
また、発光層(14)は、硫化ストロンチウム(SrS)を主成分とする発光層として形成し、レーザの照射工程では、308nmのエキシマレーザを使用してレーザ照射することが好ましい。 The light emitting layer (14) is preferably formed as a light emitting layer containing strontium sulfide (SrS) as a main component, and in the laser irradiation step, it is preferable to perform laser irradiation using an excimer laser of 308 nm.
また、本発明は、無機EL素子において、発光層(14)と上部絶縁層(16)との間には、硫黄(S)を含む層であるキャップ層(15)が介在されていることを、第2の特徴とする。 Further, according to the present invention, in the inorganic EL element, a cap layer (15) that is a layer containing sulfur (S) is interposed between the light emitting layer (14) and the upper insulating layer (16). The second feature.
本発明の無機EL素子は、上記第1の特徴を有する製造方法により適切に製造されるものであり、この場合も、後述の図3に示されるように、従来に比べて、レーザ照射によるさらなる高輝度化が実現できる。 The inorganic EL element of the present invention is appropriately manufactured by the manufacturing method having the first feature, and in this case as well, as shown in FIG. High brightness can be realized.
この無機EL素子においても、発光層(14)は、硫化ストロンチウム(SrS)を主成分とする発光層であるものにでき、また、キャップ層(15)は、酸化ケイ素(SiO2)を主成分とする絶縁層に硫黄を添加したものにできる。 Also in this inorganic EL element, the light emitting layer (14) can be a light emitting layer mainly composed of strontium sulfide (SrS), and the cap layer (15) is composed mainly of silicon oxide (SiO 2 ). It can be made by adding sulfur to the insulating layer.
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した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。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
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、以下の各図相互において、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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings for the sake of simplicity.
本実施形態は、発光層を成膜した後、上部絶縁層を成膜する前に、発光層にレーザを照射して熱処理をし、発光層の結晶性を向上させ、無機EL素子の輝度を高めようとするものである。 In this embodiment, after forming the light emitting layer and before forming the upper insulating layer, the light emitting layer is irradiated with a laser to perform heat treatment, thereby improving the crystallinity of the light emitting layer and increasing the luminance of the inorganic EL element. It is something that is going to be raised.
図1は、本実施形態に係る無機EL素子100の概略断面構成を示す図である。無機EL素子100は、絶縁性基板であるガラス基板11上に順次、以下の薄膜が積層形成され構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of an
本実施形態の無機EL素子100では、発光層14の上下両側の各層がすべて透明であるため、絶縁性基板11および上部電極17の両側から、発光層14の光を取り出せるものである。
In the
ガラス基板11は、ソーダガラスなどの透明な電気絶縁性の基板である。このガラス基板11の上には、光学的に透明な下部電極12が形成されている。本実施形態の下部電極12は、ITO(インジウムチンオキサイド)の膜よりなる。
The
この下部電極12の上には、光学的に透明且つ電気絶縁性を有する下部絶縁層13が形成されている。この下部絶縁層13は、本実施形態では、Al2O3とTiO2とが交互に積層されたAl2O3/TiO2積層構造膜よりなり、膜厚は400nm程度である。ここで、Al2O3はアルミナのことであり、TiO2はチタニアのことである。
On the
下部絶縁層13の上には、硫黄(S)を含む発光層14が形成されている。本実施形態の発光層14は、SrS(硫化ストロンチウム)を母体材料とし、発光中心としてCu(銅)およびAg(銀)を添加したSrS:Cu、Agである。また、発光層14の膜厚は1.5μm程度である。
A
そして、本実施形態では、この発光層14の上に、硫黄(S)を含む層であるキャップ層15が形成されている。このキャップ層15は、無機絶縁材料である酸化ケイ素(SiO2)を主成分、すなわち母体材料として、これに硫黄を添加したものである。このキャップ層15は、後述するレーザ照射工程において発光層14からの硫黄の抜けを抑制する機能を有する。
In this embodiment, a
ここで、キャップ層15における硫黄の濃度は、1mol%以上20mol%以下が望ましい。これは、本発明者の実験検討の結果によるもので、硫黄の濃度が1mol%以上であれば、上記硫黄抜け抑制機能が適切に発揮される。また、20mol%を超えると、詳細は不明であるが、無機EL素子100の輝度が低下することを実験的に確認している。
Here, the sulfur concentration in the
キャップ層の膜厚はできるだけ薄いことが望ましい。周知の通り、無機EL素子の駆動電圧は、発光層14の膜厚と絶縁層(下部絶縁層13及び上部絶縁層16)の容量によって決まる。ここで、キャップ層15は絶縁層であるため、挿入したキャップ層の膜厚分だけ容量が低下し、その結果、無機EL素子の駆動電圧を上昇させることになる。
It is desirable that the cap layer be as thin as possible. As is well known, the drive voltage of the inorganic EL element is determined by the thickness of the
本実施形態の場合、Al2O3/TiO2積層構造膜である上部絶縁層16の膜厚400nmに相当する酸化ケイ素(SiO2)を主成分としたキャップ層15の膜厚は90nmであるため、キャップ層15の膜厚は90nmよりも小さいことが望ましい。しかしながら、キャップ層15の膜厚を90nmにすると、駆動電圧の制約から上部絶縁層16の膜厚は計算上ゼロになってしまい、無機EL素子の信頼性が低下してしまう。無機EL素子の信頼性を確保するため、好ましくは50nm以下がよい。
In the case of this embodiment, since the
また、本発明者の検討によれば、上記硫黄抜け抑制機能が適切に発揮されるためには、キャップ層15の膜厚は5nm以上であることが望ましい。これらキャップ層15における硫黄濃度および膜厚に関する知見をまとめると、本実施形態では、キャップ層15は、硫黄濃度が1〜20mol%、膜厚が5〜50nmとすることが好ましい。
Moreover, according to examination of this inventor, in order for the said sulfur desorption suppression function to be exhibited appropriately, it is desirable that the film thickness of the
また、キャップ層15の上には、光学的に透明且つ電気絶縁性を有する上部絶縁層16が形成されている。この上部絶縁層16は、本実施形態では、下部絶縁層13と同じく、膜厚400nm程度のAl2O3/TiO2積層構造膜よりなる。
On the
そして、上部絶縁層16の上には、光学的に透明な上部電極17が形成されている。本実施形態の上部電極17は、下部電極12と同じくITO膜よりなる。なお、図1では、下部電極12は、図1中の左右方向に延びるものが、紙面垂直方向に複数本配列されたストライプ状をなすものであり、上部電極17は、下部電極12と直交するストライプ状をなす。
An optically transparent
そして、本実施形態の無機EL素子100においては、上下両電極12、17に挟まれた部位が画素として構成されており、上下電極12、17に電圧を印加することにより、発光層14が発光し、この光は、絶縁性基板11側および上部電極17から取り出されるようになっている。
In the
次に、本無機EL素子100の製造方法について述べる。まず、ガラス基板1上に、下部電極12としてITO膜をスパッタ法で形成し、フォトリソグラフ技術によりパターニングする。その上に、下部絶縁層13としてのAl2O3/TiO2積層構造膜をALD(Atomic−Layer−Deposition)法で作製する。
Next, a method for manufacturing the
具体的には以下のようにしてAl2O3/TiO2積層構造膜形成する。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。 Specifically, an Al 2 O 3 / TiO 2 laminated structure film is formed as follows. First, as the first step, aluminum trichloride (AlCl 3 ) is used as the source gas for aluminum (Al), and water (H 2 O) is used as the source gas for oxygen (O), and the Al 2 O 3 layer is subjected to the ALD method. Form with.
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。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。 In the ALD method, source gases are alternately supplied in order to form a film by one atomic layer. Therefore, in this case, AlCl 3 is introduced into the reaction furnace with argon (Ar) carrier gas for 1 second, and then a purge sufficient to exhaust the AlCl 3 gas in the reaction furnace is performed. Next, H 2 O is similarly introduced into the reaction furnace with Ar carrier gas for 1 second, and then a purge sufficient to exhaust the H 2 O in the reaction furnace is performed. This cycle is repeated to form an Al 2 O 3 layer having a predetermined thickness.
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。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。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。 As a second step, a titanium oxide layer is formed using titanium tetrachloride (TiCl 4 ) as the Ti source gas and H 2 O as the oxygen source gas. Specifically, TiCl 4 is introduced into the reaction furnace with Ar carrier gas for 1 second as in the first step, and then a purge sufficient to exhaust TiCl 4 in the reaction furnace is performed. Next, H 2 O is similarly introduced into the reaction furnace with Ar carrier gas for 1 second, and then a purge sufficient to exhaust the H 2 O in the reaction furnace is performed. This cycle is repeated to form a titanium oxide layer having a predetermined thickness.
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、これを下部絶縁層13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40層積層した構造として膜厚400nmとする。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。
Then, the first step and the second step described above are repeated to form an Al 2 O 3 / TiO 2 laminated structure film having a predetermined thickness, and this is used as the lower insulating
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、当該積層構造膜の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。 In addition, when a film is formed on the atomic layer order using the ALD method, a film thinner than 0.5 nm does not function as an insulator, and when the film thickness per layer is larger than 20 nm, it depends on the laminated structure. The effect of improving the withstand voltage is reduced. Therefore, the film thickness per layer of the multilayer structure film is 0.5 nm to 20 nm, preferably 1 nm to 10 nm.
そして、下部絶縁層13上に、SrS:Cu、Agよりなる発光層14をスパッタ法により形成する。すなわち、SrS粉末中に0.1〜2.0重量%のCu2S粉末および0.1〜2.0重量%のAg2S粉末を混合し、所定の形状に成形した後、800〜1000℃程度の温度で焼結することにより形成したターゲットを用いて、RFマグネトロンスパッタリング法により形成する。
Then, a
具体的には、真空槽にガラス基板11を、前記ターゲットと対向するようにセットし、このガラス基板の温度が150〜300℃、より好ましくは200〜250℃となるように加熱を行う。ガラス基板11を所定の温度まで加熱後、真空槽中にArガスを導入し、真空槽内の圧力が1×10-3〜3×10-3Torr程度となるようにガス流量等を調整する。
Specifically, the
この後、ターゲットに高周波電力を印加し、スパッタリングを実施する。この際、発光層14の膜厚が1.5μm程度となるように、ターゲットへの投入電力やスパッタリング時間を調整する。こうして、発光層14が形成される。
Thereafter, high frequency power is applied to the target and sputtering is performed. At this time, the input power to the target and the sputtering time are adjusted so that the thickness of the
次に、発光層14の上に、硫黄を含むキャップ層15を形成する(キャップ層形成工程)。このキャップ層形成工程では、まず、発光層14の上に、キャップ層15を構成する材料のうち硫黄を除く材料により層を形成する。本実施形態では、当該硫黄を除く材料は酸化ケイ素であり、これの層をスパッタにより、厚さ1〜20nm形成する。
Next, the
次に、オーブンなどにより、この酸化ケイ素の層を200℃以上で熱処理して、発光層14から当該酸化ケイ素の層へ硫黄を拡散させる。この熱処理の雰囲気は、真空中や不活性ガス中、あるいは大気中などで行える。これにより、硫黄を含む酸化ケイ素の層として、本実施形態のキャップ層15ができあがる。
Next, the silicon oxide layer is heat-treated at 200 ° C. or higher by an oven or the like to diffuse sulfur from the
ここで、当該熱処理温度を200℃以上としたのは、本発明者の実験検討による。室温〜200℃未満の熱処理では、発光層14から上記酸化ケイ素の層への硫黄の拡散がほとんど生じないことが確認されている。
Here, the reason why the heat treatment temperature is set to 200 ° C. or more is based on the experiment by the inventors. It has been confirmed that the diffusion of sulfur from the
また、この熱処理は、絶縁性基板であるガラス基板11の歪点以下の温度で行うことが必要である。たとえば歪点500℃程度のソーダガラスを使用した場合には、当該熱処理は200℃以上500℃以下で行うようにする。
Further, this heat treatment needs to be performed at a temperature below the strain point of the
次に、キャップ層15の上からキャップ層15を介して発光層14にレーザを照射する工程(レーザ照射工程)。図2は、本実施形態の製造方法におけるレーザ照射工程を示す工程図である。
Next, a step of irradiating the
ここでは、発光層14は、硫化ストロンチウム(SrS)を主成分とする発光層であるため、308nmのエキシマレーザを使用してレーザ照射する。硫化ストロンチウム(SrS)を主成分とする発光層の場合、使用するレーザの波長を長くすると、発光層での吸収率が小さくなるためレーザアニールの効果が小さくなってしまう。また、使用するレーザの波長を短くすると、発光層の表面でしか吸収しなくなる。現在存在するレーザでは、308nmのエキシマレーザが最適である。
Here, since the
図2に示されるように、矢印L方向から照射されたレーザは、キャップ層15を通過して発光層14に当たる。これにより、発光層14にレーザを照射し、そのときに発生する熱で発光層14をアニールすることにより、高輝度を実現するものである。
As shown in FIG. 2, the laser irradiated from the direction of the arrow L passes through the
その後、上部絶縁層16を、ALD法によって下部絶縁層13と同様の構造と膜厚で成膜し、最後に上部電極17として下部電極12と同様にしてITO膜を成膜する。これにより、上記図1に示されるような無機EL素子100が完成する。
Thereafter, the upper insulating
つまり、本実施形態によれば、絶縁性基板11上に、下部電極12、下部絶縁層13、硫黄を含む発光層14、上部絶縁層16、上部電極17が順次形成され、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してなる無機EL素子100において、発光層14と上部絶縁層16との間に、硫黄を含む層であるキャップ層15が介在されている無機EL素子100が提供される。
That is, according to the present embodiment, the
そして、この無機EL素子100を製造する上記製造方法は、発光層14を形成後、キャップ層形成工程、レーザ照射工程を行い、その後、キャップ層15の上に上部絶縁層16を形成するものである。
In the manufacturing method for manufacturing the
このように、本製造方法では、上述したように、硫黄を含む発光層にレーザ照射したときに、硫黄抜けが発生することにより高輝度化の効果が阻害されることに着目し、キャップ層15を新たに発光層14の上に設けた状態で、レーザ照射を行うという独自の方法を採用したものである。
Thus, in the present manufacturing method, as described above, when the light emitting layer containing sulfur is irradiated with the laser, attention is paid to the effect of increasing the brightness due to the generation of sulfur loss, and the
図3は、本製造方法においてレーザ照射による高輝度化の効果を具体的に示す図であり、本実施形態の製造方法により製造された無機EL素子100と従来構造の無機EL素子に相当する比較例とで、EL発光輝度を調査した結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram specifically showing the effect of increasing the brightness by laser irradiation in the present manufacturing method, and a comparison corresponding to the
ここで、本実施形態の無機EL素子100においては、発光層14は、SrS:Cu、Agよりなり膜厚が1.5μmであり、キャップ層15は、酸化ケイ素を母材として硫黄が8mol%添加された膜厚20nmのものである。このキャップ層15は、スパッタ法で成膜した酸化ケイ素の層を、大気雰囲気にて300℃で熱処理することで作製した。
Here, in the
また、比較例は、上記図1に示される構成においてキャップ層15を省略した無機EL素子である。また、レーザ照射は、本実施形態および比較例ともに、308nmのエキシマレーザで同条件にて行った。EL発光輝度は、240Hz、20μsecのパルス波で、本実施形態および比較例ともに同じ電圧で駆動したときの輝度であり、図3では、比較例の輝度レベルを1と規格化してある。
The comparative example is an inorganic EL element in which the
この図3に示されるように、本実施形態の無機EL素子100は、従来構成に相当する比較例のものに比べて、レーザ照射によるさらなる高輝度化が実現されている。そして、この本実施形態の効果は、硫黄を含むキャップ層15により発光層14を被覆した状態にてレーザ照射を行うことで、発光層14の硫黄の抜けを抑制することによる。
As shown in FIG. 3, the
このメカニズムについては、従来では、硫黄を含む発光層へのレーザ照射により、発光層中の硫黄が発光層の外へ抜けてしまうのに対し、本実施形態では、発光層14を被覆するキャップ層15が硫黄を含むものとなっているため、発光層14中の硫黄がキャップ層15へ拡散しにくくなっており、そのため、硫黄の抜けが抑制されることによると考えられる。
With respect to this mechanism, conventionally, sulfur in the light emitting layer escapes out of the light emitting layer by laser irradiation of the light emitting layer containing sulfur, whereas in this embodiment, the cap layer that covers the
このメカニズムは、実際、上記図3における本実施形態と比較例とで、レーザ照射の前後における発光層中の硫黄の組成を、SIMS分析(二次イオン質量分析)によって調査したところ、確認された。つまり、本実施形態および比較例ともに、レーザ照射前の発光層14における膜厚方向の硫黄の濃度分布は、当該膜厚方向の距離に依らず発光層全体で一定であった。
This mechanism was actually confirmed by investigating the composition of sulfur in the light emitting layer before and after laser irradiation by SIMS analysis (secondary ion mass spectrometry) in this embodiment and the comparative example in FIG. . That is, in this embodiment and the comparative example, the concentration distribution of sulfur in the film thickness direction in the
そして、本実施形態では、レーザ照射後でも、発光層14における膜厚方向の硫黄の濃度分布は、レーザ照射前に対してほとんど変化しておらず、実質的に硫黄抜けが無く、発光層14の組成変化も無いことが確認された。
In the present embodiment, even after the laser irradiation, the concentration distribution of sulfur in the film thickness direction in the
それに対して、比較例では、レーザ照射後の発光層14における膜厚方向の硫黄の濃度分布は、発光層の最も深い部位(下部絶縁層との界面近傍)から表層側の部位に行くにつれて、当該表層ではほとんど硫黄が確認されない程度まで、硫黄濃度が小さくなってしまうことが確認された。つまり、比較例では、硫黄抜けが発生し、発光層14の組成変化が発生することが確認された。
On the other hand, in the comparative example, the concentration distribution of sulfur in the film thickness direction in the
このように、本実施形態の製造方法および無機EL素子100によれば、硫黄を含むキャップ層15により発光層14を被覆した状態にてレーザ照射を行うことができることから、発光層14の硫黄の抜けを抑制するため、従来に比べて、レーザ照射によるさらなる高輝度化を実現できる。
As described above, according to the manufacturing method and the
また、上記従来のレーザーアニール方法では、高輝度化のために、高エネルギーのレーザ照射が必要であるが、高エネルギーでレーザを照射すると発光層がアブレーションしてしまい、輝度向上効果が少ない、プロセスウィンドウが狭いといった問題が生じやすい。 In addition, in the above conventional laser annealing method, high energy laser irradiation is necessary for high brightness, but when the laser is irradiated with high energy, the light emitting layer is ablated, and the luminance improvement effect is small. Problems such as narrow windows are likely to occur.
しかしながら、上述した本実施形態の製造方法によれば、レーザ照射時にはキャップ層15が発光層14からの放熱をブロックする役割を果たすため、発光層がアブレーションする照射エネルギーより少ないレーザの照射エネルギーで効率よく発光層14をアニーリングすることができる。
However, according to the manufacturing method of the present embodiment described above, since the
(他の実施形態)
なお、上記実施形態の製造方法では、キャップ層15を構成する材料のうち硫黄を除く材料により層を形成した後、これを200℃以上で熱処理して当該層へ発光層14から硫黄を拡散させることにより、キャップ層15を形成したが、キャップ層15の形成方法は、これに限定するものではない。
(Other embodiments)
In the manufacturing method of the above embodiment, after forming a layer with a material excluding sulfur among the materials constituting the
たとえば、酸化ケイ素を主成分とする絶縁層に硫黄を添加してなるキャップ層15を形成する場合、硫黄をイオン注入によってキャップ層15にドーピングすれば、当該キャップ層15が作製できる。
For example, when the
また、絶縁性基板11としては、透明な電気絶縁性の基板であれば、上記ガラス基板11以外にも、樹脂などよりなる基板でもよい。また、下部および上部電極12、17としては、光学的に透明な導電膜であれば、ITOの膜以外のものでもよい。また、下部および上部絶縁層13、16としては、Al2O3/TiO2積層構造膜以外にも、たとえば、アルミナのみの膜やシリカの膜などでもよい。
The insulating
また、発光層14としては、硫黄を含むものであれば、一般的な無機ELにおける発光材料を採用できる。上記SrS:Cu、Ag以外にも、ZnS(硫化亜鉛)を母体材料とし、発光中心としてMn(マンガン)を添加したZnS:Mnや、CaS(硫化カルシウム)を母体材料とし、発光中心としてEu(ユーロピウム)を添加したCaS:Euなどが挙げられる。これらの成膜方法は一般的なものと同様である。
Moreover, as the
また、キャップ層15としては、硫黄(S)を含む層であればよく、上記した酸化ケイ素(SiO2)を主成分とする絶縁層に硫黄を添加したもの以外にも、それ以外の無機絶縁材料を母材として、硫黄が添加されたものであってもよい。
The
また、上記図1に示される無機EL素子100では、発光層14の上下両側の各層がすべて透明であるため、絶縁性基板11および上部電極17の両側から、発光層14の光を取り出せたが、たとえば発光層14よりも上部電極17側の層は不透明な層であり、絶縁性基板11側のみ光取り出しするものであってもよい。たとえば、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、発光層14の片側から光を取り出すようにしてもよい。
Further, in the
11…絶縁性基板としてのガラス基板、12…下部電極、13…下部絶縁層、
14…発光層、15…キャップ層、16…上部絶縁層、17…上部電極。
11 ... Glass substrate as insulating substrate, 12 ... Lower electrode, 13 ... Lower insulating layer,
14 ... light emitting layer, 15 ... cap layer, 16 ... upper insulating layer, 17 ... upper electrode.
Claims (7)
前記発光層(14)を形成後、前記発光層(14)の上に、硫黄(S)を含む層であるキャップ層(15)を形成する工程と、
前記キャップ層(15)の上から前記キャップ層(15)を介して前記発光層(14)にレーザを照射する工程と、
その後、前記キャップ層(15)の上に前記上部絶縁層(16)を形成する工程とを有することを特徴とする無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。 On the insulating substrate (11), a lower electrode (12), a lower insulating layer (13), a light emitting layer (14) containing sulfur (S), an upper insulating layer (16), and an upper electrode (17) are sequentially formed. In addition, in the method of manufacturing an inorganic electroluminescent element formed by forming an optically transparent material at least on the light extraction side,
Forming the cap layer (15), which is a layer containing sulfur (S), on the light emitting layer (14) after forming the light emitting layer (14);
Irradiating the light emitting layer (14) with a laser from above the cap layer (15) through the cap layer (15);
Then, the process of forming the said upper insulating layer (16) on the said cap layer (15), The manufacturing method of the inorganic electroluminescent element characterized by the above-mentioned.
前記発光層(14)と前記上部絶縁層(16)との間には、硫黄(S)を含む層であるキャップ層(15)が介在されていることを特徴とする無機エレクトロルミネッセンス素子。 On the insulating substrate (11), a lower electrode (12), a lower insulating layer (13), a light emitting layer (14) containing sulfur (S), an upper insulating layer (16), and an upper electrode (17) are sequentially formed. In an inorganic electroluminescence device comprising at least the light extraction side made of an optically transparent material,
An inorganic electroluminescent element, wherein a cap layer (15), which is a layer containing sulfur (S), is interposed between the light emitting layer (14) and the upper insulating layer (16).
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