エレクトロルミネッセンス素子の製造方法
【課題】 発光層をアブレーションが生じないようにアニールし、ＥＬ素子の輝度を向上させる。
【解決手段】 絶縁性基板１１上に第１電極１２、第１絶縁層１３、発光中心を含む発光層１４、第２絶縁層１５及び第２電極１６を順次積層し、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たＥＬ素子の製造方法において、発光層１４を成膜した後、第２絶縁層１５を成膜する前に、４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを発光層１４に照射して発光層１４をアニールする。
【解決手段】 絶縁性基板１１上に第１電極１２、第１絶縁層１３、発光中心を含む発光層１４、第２絶縁層１５及び第２電極１６を順次積層し、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たＥＬ素子の製造方法において、発光層１４を成膜した後、第２絶縁層１５を成膜する前に、４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを発光層１４に照射して発光層１４をアニールする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば透明ディスプレイなどに使用されるエレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子と記す）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
図９に、従来のＥＬ素子の模式的な断面構造を示す。ＥＬ素子は、絶縁性基板であるガラス基板２１上に、光学的に透明な第１電極２２、第１絶縁層２３、発光層２４、第２絶縁層２５及び光学的に透明な第２電極２６を順次積層して形成されており、第１電極２２と第２電極２６の交点に所定の電圧が印加されると、その部分が発光する。
【０００４】
ガラス基板２１としては、無アルカリガラスや低アルカリガラスが用いられ、第１、第２電極２２、２６としては、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）に錫（Ｓｎ）をドープしたＩＴＯ膜が用いられ、発光層２４としては、希土類元素を添加したＩＩ−ＶＩ族化合物半導体が用いられる。ここで、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、旧周期律表におけるＣａ、Ｓｒ、Ｚｎ、ＣｄなどのＩＩＡ族およびＩＩＢ族とＯ、ＳなどのＶＩＢ族（現１６族）との化合物半導体である。具体的には、発光層２４としては、例えば硫化亜鉛を母体材料とし、発光中心としてマンガン（Ｍｎ）やテルビウム（Ｔｂ）、サマリウム（Ｓｍ）等を添加したものが使用される。
【０００５】
このような構造のＥＬ素子において、発光輝度（以下、単に輝度という）を向上させるために発光層２４をアニールする方法として、発光層２４にレーザーを照射する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２２４７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記公報に記載された方法で発光層をレーザーによって熱処理しＥＬ素子を作製した場合、レーザーの波長、レーザー照射工程などによってアニール効果が全く異なることがわかった。例えば、５１４．５ｎｍのアルゴンレーザーでＺｎＳ：Ｍｎからなる発光層の熱処理を試みると、全くアニール効果が得られなかった。このとき、レーザーのパワーを大きくすると、レーザーアブレーションが生じ、発光層が加工されて無くなってしまった。また、１０６４ｎｍの赤外線レーザーを用い、第１電極を加熱することで、発光層の熱処理を試みると、第１電極のＩＴＯ膜のアブレーションによって、それよりも上層の膜が加工されてしまった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、発光層をアブレーションが生じないようにアニールし、ＥＬ素子の輝度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、発光層を成膜した後、第２絶縁層を成膜する前に、４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを発光層に照射して発光層をアニールすることを特徴としている。この発明によれば、４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを発光層に照射することで、発光層がレーザー光を吸収し、アニール効果が得られるため、発光層の結晶性が向上し、ＥＬ素子の輝度を向上させることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明では、第２絶縁層を成膜した後に、３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを発光層に照射して発光層をアニールすることを特徴としている。この発明によれば、第２絶縁層を通してレーザーを照射することで、請求項１に記載の発明と同様、ＥＬ素子の輝度を向上させることができる。この場合、請求項３に記載のように、第２絶縁層としてアルミナとチタニアの積層膜であるＡＴＯ膜を用いることが好ましい。ＡＴＯ膜は、３２０ｎｍ〜４２０ｎｍのレーザーの透過率が高いので、ＡＴＯ膜を用いることによってレーザー照射時にダメージを受けないようにすることができる。
【００１０】
また、上記したＥＬ素子の製造方法において、請求項４に記載の発明のように、発光層として少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料として含めば、４２０ｎｍ以下の波長のレーザー光を吸収させることができる。この場合、請求項５に記載の発明のように、発光層の膜厚を４００ｎｍ以下にすれば、発光効率を大きく変化させることができる。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明では、発光層を成膜した後に、レーザーを用いて発光層の幅が２００μｍ以下になるように発光層を除去し、そのときに発生する熱で発光層をアニールすることを特徴としている。この発明によれば、発光層をレーザーで除去する工程で熱が発生し、発光層を横方向に熱が伝わり、発光層を結晶化させることができ、ＥＬ素子の輝度を向上させることができる。この場合、請求項７に記載の発明のように、レーザーの波長を６００ｎｍ以下にすることが好ましく、請求項８に記載の発明のように、発光層として少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料として含めば、６００ｎｍ以下の波長のレーザー光を吸収させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態について説明する。この第１実施形態は、発光層を成膜した後、第２絶縁層を成膜する前に、発光層にレーザーを照射して熱処理をし、発光層の結晶性を向上させ、ＥＬ素子の輝度を高めようとするものである。
【００１３】
図１に、この第１実施形態に係るＥＬ素子のレーザー照射工程と、この工程によって作製されたＥＬ素子を示した模式図を示す。なお、図１（ａ）は、レーザー照射工程での平面図（ＥＬ素子の各構成要素が光学的に透明な材料にて構成されているため、第１電極１２のパターンのみを示す）であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＡＡ’断面図であり、図１（ｃ）は、レーザー照射工程を経て作製されたＥＬ素子の断面図である。
【００１４】
ＥＬ素子は、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。このＥＬ素子は、次のようにして製造される。
【００１５】
まず、ガラス基板１上に、第１電極１２として光学的に透明であるＩＴＯ膜をスパッタ法で形成する。その上に、第１絶縁層１３として、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２積層構造膜をＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ−Ｌａｙｅｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で作製する。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。
【００１６】
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。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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、これを第１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６層積層した構造とする。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。
【００１９】
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、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。
【００２０】
そして、第１絶縁層１３上に、ＺｎＳを母体材料とし、発光中心としてＭｎを添加した硫化亜鉛：マンガン（ＺｎＳ：Ｍｎ）発光層１４を蒸着法により形成する。この状態を、図１（ａ）の平面図、図１（ｂ）のＡＡ’断面図に示す。
【００２１】
次に、発光層１４に４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを照射し、発光層１４をアニールする。この場合、レーザー発振源としては、４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを照射できるものであれば何を用いてもよく、また４２０ｎｍ以上の波長の発振源を用いて、その高調波を利用してもよい。また、レーザーパワーについては、発光層材料や照射の仕方によって異なるが、発光層の構成元素がアブレーションで加工されない範囲内でできるだけ大きなパワーを加えることが好ましい。
【００２２】
その後、第２絶縁層１５を第１絶縁層１３と同様の構造と膜厚で成膜し、最後に第２電極１６として第１電極と同様にしてＩＴＯ膜を成膜する。これで、図１（ｃ）の断面図で示すＥＬ素子が完成する。
【００２３】
次に、レーザーの波長を４２０ｎｍ以下にする理由について図２を用いて説明する。図２は、ＥＬ素子を構成する膜の透過率の波長依存性を測定した図である。図２において、Ａは第１絶縁層１３だけとした場合の測定結果を示し、Ｂは第１絶縁層１３と発光層１４の２層構造とした場合の測定結果を示す。第１絶縁層１３は、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２積層構造膜で各々の膜厚が５ｎｍで３０層積層した膜であり、発光層１４は、ＺｎＳ：Ｍｎ発光層で膜厚が９００ｎｍである。ＣはＢとＡの差分であり、発光層１４だけの１層分の透過率曲線を表している。
【００２４】
レーザーの波長が４２０ｎｍ以下では、Ｂの透過率曲線に示すように、第１絶縁層１３と発光層１４の２層構造膜の透過率が波長が短くなるに従って低下している。つまり、４２０ｎｍ以下の波長ではその２層構造膜がレーザーを吸収すること示している。このとき、Ｃの透過率曲線に示すように、発光層１４だけでも吸収があるので、発光層１４のアニールが可能である。なお、４２０ｎｍ以上の波長において、若干透過率が低下している波長もあるが、それは第１絶縁層１３と発光層１４の界面の効果によるもので、その波長においてはアニール効果はほとんど無い。なお、第１絶縁層１３や発光層１４の膜厚が薄くなれば透過率の絶対値は小さくなるが、定性的な傾向に変化はなかった。
【００２５】
次に、レーザー光のパワーの選択について説明する。例えば、波長が３５５ｎｍのレーザーを用い、発光層１４を膜厚３００ｎｍのＺｎＳ：Ｍｎ発光層としたとき、レーザー光のパワーを０．０１〜１．０Ｗとすることにより、輝度向上の効果を確認することができた。この場合、レーザー光のパワーが０．０１Ｗより低ければ、発光層の結晶性をよくするができないため輝度を向上させることができず、１．０Ｗより高くすればレーザーアブレーションにより発光層が加工されて無くなってしまった。また、波長が２６６ｎｍのレーザーを用いた場合には、ほぼ１００％光が発光層１４に吸収されるため、レーザー光のパワーを波長が３５５ｎｍのレーザーを用いた場合よりも低い０．０００１〜０．１Ｗとすることにより、輝度を向上させることができる。その数値の下限、上限の意味は、波長が３５５ｎｍのレーザーを用いた場合と同様である。上述した例では、２種類の波長について、パワーの選択範囲を示したが、一般的には発光層１４への光の吸収率が高くなれば、低い照射パワーでアニール効果を得ることができる。また、発光層１４をＳｒＳ：ＣｅやＣａＳ：Ｅｕ発光層として蒸着法で成膜した場合には、ＺｎＳ：Ｍｎと同様の透過率曲線が得られるので、同様の手法でレーザー波長やパワーを選択すればよい。また、発光層材料の光に対する光学的特性は母体材料によって決定されるので、発光中心材料は、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｅｕ等何を選択しても構わない。
【００２６】
次に、アニールするときの発光層１４の膜厚について図３を用いて説明する。図３は、図９に示す従来構造のＥＬ素子において、発光層２３の膜厚を変化させ、７００℃でアニール炉の中に入れて１分間アニールしたときのデータである。なお、発光層２３は、ＺｎＳ：Ｍｎ発光層であり、第１絶縁層２３は、上述したＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２積層構造膜である。図３の縦軸は、熱処理前後で発光効率がどのように変化したかを示している。すなわち、発光層厚さを９００ｎｍとした場合を１として発光効率が何倍変化したかを示している。この図３によれば、発光層厚さが４００ｎｍ以下ではしっかりアニール効果が出ているが、それより膜厚を厚くすれば効果が小さくなり、９００ｎｍではほとんどアニール効果が無くなった。このデータは、アニール炉での実験結果であるが、以下に示す理由によってレーザーアニールでも同様の結果が得られると推測される。すなわち、図１に示すように、発光層１４を第１絶縁層１３の上に成膜させたとき、発光層１４の成長初期はアモルファスに近い結晶構造であり、成長するに従ってだんだん結晶粒の大きい膜が出来るようになる。結晶性が悪い部分は、発光効率が低くなっている。発光層１４の膜厚が厚くなると、第２絶縁層１５との界面付近では、十分結晶性が良くなっておりアニールしても効果が出てこないが、膜厚が薄い場合は、アニールによって、成膜直後には悪かった結晶性を向上させることができ、その効果が発光特性になって現れる。つまり、輝度が向上する理由としては、第１絶縁層１３に近い発光層１４の結晶性をアニールよって向上するからであり、アニールする手段にはよらないので、レーザーを用いてアニールしても図３に示したのと同様の効果が得られると考えられる。
【００２７】
実際、発光層１４の膜厚が３００ｎｍと９００ｎｍの場合について２６６ｎｍのレーザーを照射して輝度を測定したところ、３００ｎｍの膜厚のサンプルでは、図４の実験結果に示すように輝度向上の効果を確認することができたが、９００ｎｍのサンプルでは図３で説明したように輝度向上を確認することができなかった。なお、図４は、発光層１４を成膜した後のレーザーアニールの有無により、電圧―輝度特性がどのように変化したかを示すグラフであり、Ｄは２６６ｎｍのレーザーを０．０１Ｗで照射した場合、Ｅはレーザー照射していない場合を示している。第１、第２絶縁層１３、１５はＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２とも膜厚が５ｎｍでＡｌ２Ｏ３は６層、ＴｉＯ２は５層ＡＬＤ法で作製した膜であり、発光層１４はＺｎＳ：Ｍｎ膜を蒸着法で３００ｎｍ成膜したものである。測定は、フレーム周波数４８０Ｈｚ、パルス幅２０μｓｅｃの矩形波で行った。この図４から、レーザー照射することにより、発光が生じるどの電圧領域でも輝度が高くなっていることがわかる。
【００２８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、発光層、第２絶縁層を成膜した後に、発光層にレーザーを照射して熱処理をし、発光層の結晶性を向上させ、ＥＬ素子の輝度を高めようとするものである。
【００２９】
図５に、この第２実施形態に係るＥＬ素子のレーザー照射工程と、この工程によって作製されたＥＬ素子を示した模式図を示す。なお、図５（ａ）は、レーザー照射工程での平面図（ＥＬ素子の各構成要素が光学的に透明な材料にて構成されているため、第１電極１２のパターンのみを示す）であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）中のＢＢ’断面図を示しており、膜の構成は図１と同様である。
【００３０】
この第２実施形態のように、第２絶縁層１５を成膜した後にレーザーを照射することにより、膜の昇華を抑えることができるので、効果的にアニールすることができる。例えば、発光層材料としてＺｎＳを用いれば１１８０℃で昇華してしまうが、第２絶縁層１５があれば昇華は生じなくなり、より効率的なアニールをすることができる。これは、昇華点がないＳｒＳやＣａＳにおいても第２絶縁層１５があれば発光層１４の冷却効率が低下するので、効果がある。また、第２絶縁層１５で発光層１４が覆われていれば、レーザー照射の雰囲気いかんにかかわらず、同様の結果を得ることができる。
【００３１】
さて、レーザーで発光層１４をアニールするためには、第２絶縁層１５をレーザーが透過し、発光層１４では吸収されなければならない。そのためのレーザーの波長領域は、図２から３２０〜４２０ｎｍにあることがわかる。図２において、曲線Aの透過率が曲線Bよりどの波長域でも高くなっている領域のことである。３２０ｎｍより短い波長、例えば第２絶縁層１５がほぼ１００％吸収する２６６ｎｍや３０８ｎｍのレーザーを図５の状態で照射したところ、パワーが弱ければＥＬ素子の輝度に変化がなく、パワーを強くすれば、第２絶縁層１５が加工されてしまいＥＬ素子を形成することができなかった。また、４２０ｎｍより長波長の５３２ｎｍのレーザーでは、発光層１４が光を吸収しないので、アニール効果が得られなかった。また、３５５ｎｍのレーザー光を用いたとき、輝度を向上させることができた。その場合、パワーとしては０．０５〜０．３Ｗが好ましい。０．０５Ｗ以下ではアニール効果が無く、０．３Ｗ以上では発光層が加工されるからである。
【００３２】
また、発光層１４の膜厚は、第１実施形態と同様に４００ｎｍ以下が好ましい。さらに、第２絶縁層１５の材料としては、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２積層構造膜であるＡＴＯ膜が好ましい。該膜は緻密であり、レーザーアニールによってダメージを受けにくいからである。さらに、発光層１４がアニールによって結晶構造に変化が生じても、ＡＴＯ膜は影響を受けない。この場合、第２絶縁層１５の製造方法としてＡＬＤ法を用いれば、よい緻密な膜になり好ましい。
【００３３】
この第２実施形態において、第２絶縁層１５を成膜した後のレーザーアニールの有無により、電圧―輝度特性がどのように変化したかを実験により確認したところ、図６に示す結果が得られた。この図６において、Ｆは３５５ｎｍのレーザーを０．１５Ｗで照射した場合のデータであり、Ｇはレーザー照射していない場合のデータである。第１、第２絶縁層１３、１５はＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２とも膜厚が５ｎｍでＡｌ２Ｏ３は８層、ＴｉＯ２は７層ＡＬＤ法で作製した膜であり、発光層１４はＺｎＳ：Ｍｎ膜を蒸着法で３００ｎｍ成膜したものである。測定は、フレーム周波数４８０Ｈｚ、パルス幅２０μｓｅｃの矩形波で行った。この図６から、レーザー照射することにより、どの電圧領域でも輝度が高くなっていることがわかる。
【００３４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、発光層を成膜した後に、レーザーを用いて発光層を除去し、そのときに発生する熱で発光層をアニールするものである。
【００３５】
図７に、この第３実施形態に係る薄膜ＥＬ素子のレーザー照射工程と、この工程によって作製されたＥＬ素子を示した模式図を示す。なお、図７（ａ）は、レーザー照射工程での平面図（ＥＬ素子の各構成要素が光学的に透明な材料にて構成されているため、第１電極１２のパターンのみを示す）であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）中のＣＣ’での断面図であり、図７（ｃ）は、レーザー照射工程が完了した状態での断面図である。
【００３６】
この第３実施形態では、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第１電極１２の間にレーザーを照射する。このときのレーザーの波長は６００ｎｍ以下にすることが好ましい。波長が６００ｎｍより高いと、ＩＴＯ膜からなる第１電極１２がレーザー光を良く吸収するようになり、加工されることがあるからである。例えば、９００ｎｍの厚さのＳｒＳ：Ｃｅ膜を発光層１４に用いた場合、波長が３５５ｎｍのレーザーを０．５〜５Ｗのパワーで照射したとき、輝度向上の効果を確認できた。この場合、０．５Ｗよりパワーを小さいと、発光層１４が除去させることができず、また５Ｗよりもパワーを大きくすると、アニール効果は確認されたが、第１絶縁層１３も加工され、作製されたＥＬ素子に欠陥が発生する確率が高くなるので好ましくない。
【００３７】
また、図７（ｃ）に示すように、ＥＬ素子を構成する発光層１４の幅ｂは２００μｍ以下にすることが好ましい。レーザーにて発光層を除去したときに、結晶性が良くなる領域は発光層が除去された境界から１００μｍであるので、両側からアニールすればその倍の２００μｍ以下にすればよい。アニールされる領域は、発光層材料やレーザー波長やパワーによって変化することはなかった。従って、発光層材料は、ＺｎＳやＳｒＳ、ＣａＳを母体材料とする材料を使えば同様の効果を得ることができる。
【００３８】
また、図７（ｃ）において、幅ｂは第１電極１２の幅より大きくすることが信頼性の観点から好ましい。もし、幅ｂが第１電極１２のそれより短ければ、第１電極１２と第２電極１６の間に発光層１４を介さずに電圧が印加される部分が発生し、第１および第２絶縁膜１３、１５に過剰な電圧が印加され、ブレークダウンを生じ易くなるからである。さらに、第１電極１２の間に発光層１４がなければ、該部分の輝度は変化しないのでＥＬ表示器での隣の画素とのコントラストがはっきりし、クリアな画面とすることができる。通常は、第１電極１２の間では、隣の画素が発光するとフォトルミネッセンスの効果により若干発光することがあるためである。
【００３９】
この第３実施形態において、発光層１４を成膜した後のレーザーアニールの有無により、電圧―輝度特性がどのように変化したかを実験により確認したところ、図８に示す結果が得られた。この図８において、Ｈは３５５ｎｍのレーザーを１．５Ｗで照射した場合のデータであり、Ｉはレーザー照射していない場合のデータである。第１、第２絶縁層１３、１５はＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２とも５ｎｍの厚さで３０層積層した膜であり、発光層１４はＳｒＳ：Ｃｅ膜を蒸着法で１２００ｎｍ成膜したものである。測定は、フレーム周波数４２０Ｈｚ、パルス幅６６μｓｅｃの矩形波で行った。この図８から、レーザー照射することにより、どの電圧領域でも輝度が高くなっていることがわかる。
【００４０】
この第３実施形態では、発光層１４の膜厚の規定はしていない。これは、アニールが基板面内に進むからであり、基板の垂直方向にアニールした第１および第２実施形態とは異なるからである。
【００４１】
なお、この第３実施形態において、ＲＧＢ３色を各々異なる発光層材料で形成するＥＬ素子とした場合には、発光層１４のパターニングとアニール効果を合わせて一度の工程で達成することができる。
【００４２】
また、上記した第１〜第３実施形態において、第１電極１２、第２電極１６を透明な材料にて構成する場合を示したが、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もよい。この場合、発光層１４の片側から光を取り出すことになる。
【００４３】
以上説明した第１〜第３実施形態のＥＬ素子を用いて表示器を作製すれば、表示器の輝度が高くなり、見栄えの良い表示器とすることができる。また、表示器の輝度を高くする必要がなければ、例えば、表示器の開口率を小さくできるので、廉価な駆動回路を作製することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＥＬ素子の製造方法を説明するための図である。
【図２】ＥＬ素子を構成する膜の透過率曲線を示す図である。
【図３】ＥＬ素子をアニールしたときの、発光層膜厚と発光効率の関係を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るＥＬ素子の製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るＥＬ素子の製造方法を説明するための図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す図である。
【図９】従来のＥＬ素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…ＥＬ素子、１１…絶縁性基板としてのガラス基板、１２…第１電極、
１３…第１絶縁層、１４…発光層、１５…第２絶縁層、１６…第２電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば透明ディスプレイなどに使用されるエレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子と記す）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
図９に、従来のＥＬ素子の模式的な断面構造を示す。ＥＬ素子は、絶縁性基板であるガラス基板２１上に、光学的に透明な第１電極２２、第１絶縁層２３、発光層２４、第２絶縁層２５及び光学的に透明な第２電極２６を順次積層して形成されており、第１電極２２と第２電極２６の交点に所定の電圧が印加されると、その部分が発光する。
【０００４】
ガラス基板２１としては、無アルカリガラスや低アルカリガラスが用いられ、第１、第２電極２２、２６としては、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）に錫（Ｓｎ）をドープしたＩＴＯ膜が用いられ、発光層２４としては、希土類元素を添加したＩＩ−ＶＩ族化合物半導体が用いられる。ここで、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、旧周期律表におけるＣａ、Ｓｒ、Ｚｎ、ＣｄなどのＩＩＡ族およびＩＩＢ族とＯ、ＳなどのＶＩＢ族（現１６族）との化合物半導体である。具体的には、発光層２４としては、例えば硫化亜鉛を母体材料とし、発光中心としてマンガン（Ｍｎ）やテルビウム（Ｔｂ）、サマリウム（Ｓｍ）等を添加したものが使用される。
【０００５】
このような構造のＥＬ素子において、発光輝度（以下、単に輝度という）を向上させるために発光層２４をアニールする方法として、発光層２４にレーザーを照射する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２２４７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記公報に記載された方法で発光層をレーザーによって熱処理しＥＬ素子を作製した場合、レーザーの波長、レーザー照射工程などによってアニール効果が全く異なることがわかった。例えば、５１４．５ｎｍのアルゴンレーザーでＺｎＳ：Ｍｎからなる発光層の熱処理を試みると、全くアニール効果が得られなかった。このとき、レーザーのパワーを大きくすると、レーザーアブレーションが生じ、発光層が加工されて無くなってしまった。また、１０６４ｎｍの赤外線レーザーを用い、第１電極を加熱することで、発光層の熱処理を試みると、第１電極のＩＴＯ膜のアブレーションによって、それよりも上層の膜が加工されてしまった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、発光層をアブレーションが生じないようにアニールし、ＥＬ素子の輝度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、発光層を成膜した後、第２絶縁層を成膜する前に、４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを発光層に照射して発光層をアニールすることを特徴としている。この発明によれば、４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを発光層に照射することで、発光層がレーザー光を吸収し、アニール効果が得られるため、発光層の結晶性が向上し、ＥＬ素子の輝度を向上させることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明では、第２絶縁層を成膜した後に、３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを発光層に照射して発光層をアニールすることを特徴としている。この発明によれば、第２絶縁層を通してレーザーを照射することで、請求項１に記載の発明と同様、ＥＬ素子の輝度を向上させることができる。この場合、請求項３に記載のように、第２絶縁層としてアルミナとチタニアの積層膜であるＡＴＯ膜を用いることが好ましい。ＡＴＯ膜は、３２０ｎｍ〜４２０ｎｍのレーザーの透過率が高いので、ＡＴＯ膜を用いることによってレーザー照射時にダメージを受けないようにすることができる。
【００１０】
また、上記したＥＬ素子の製造方法において、請求項４に記載の発明のように、発光層として少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料として含めば、４２０ｎｍ以下の波長のレーザー光を吸収させることができる。この場合、請求項５に記載の発明のように、発光層の膜厚を４００ｎｍ以下にすれば、発光効率を大きく変化させることができる。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明では、発光層を成膜した後に、レーザーを用いて発光層の幅が２００μｍ以下になるように発光層を除去し、そのときに発生する熱で発光層をアニールすることを特徴としている。この発明によれば、発光層をレーザーで除去する工程で熱が発生し、発光層を横方向に熱が伝わり、発光層を結晶化させることができ、ＥＬ素子の輝度を向上させることができる。この場合、請求項７に記載の発明のように、レーザーの波長を６００ｎｍ以下にすることが好ましく、請求項８に記載の発明のように、発光層として少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料として含めば、６００ｎｍ以下の波長のレーザー光を吸収させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態について説明する。この第１実施形態は、発光層を成膜した後、第２絶縁層を成膜する前に、発光層にレーザーを照射して熱処理をし、発光層の結晶性を向上させ、ＥＬ素子の輝度を高めようとするものである。
【００１３】
図１に、この第１実施形態に係るＥＬ素子のレーザー照射工程と、この工程によって作製されたＥＬ素子を示した模式図を示す。なお、図１（ａ）は、レーザー照射工程での平面図（ＥＬ素子の各構成要素が光学的に透明な材料にて構成されているため、第１電極１２のパターンのみを示す）であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＡＡ’断面図であり、図１（ｃ）は、レーザー照射工程を経て作製されたＥＬ素子の断面図である。
【００１４】
ＥＬ素子は、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。このＥＬ素子は、次のようにして製造される。
【００１５】
まず、ガラス基板１上に、第１電極１２として光学的に透明であるＩＴＯ膜をスパッタ法で形成する。その上に、第１絶縁層１３として、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２積層構造膜をＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ−Ｌａｙｅｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で作製する。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。
【００１６】
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。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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、これを第１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６層積層した構造とする。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。
【００１９】
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、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。
【００２０】
そして、第１絶縁層１３上に、ＺｎＳを母体材料とし、発光中心としてＭｎを添加した硫化亜鉛：マンガン（ＺｎＳ：Ｍｎ）発光層１４を蒸着法により形成する。この状態を、図１（ａ）の平面図、図１（ｂ）のＡＡ’断面図に示す。
【００２１】
次に、発光層１４に４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを照射し、発光層１４をアニールする。この場合、レーザー発振源としては、４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを照射できるものであれば何を用いてもよく、また４２０ｎｍ以上の波長の発振源を用いて、その高調波を利用してもよい。また、レーザーパワーについては、発光層材料や照射の仕方によって異なるが、発光層の構成元素がアブレーションで加工されない範囲内でできるだけ大きなパワーを加えることが好ましい。
【００２２】
その後、第２絶縁層１５を第１絶縁層１３と同様の構造と膜厚で成膜し、最後に第２電極１６として第１電極と同様にしてＩＴＯ膜を成膜する。これで、図１（ｃ）の断面図で示すＥＬ素子が完成する。
【００２３】
次に、レーザーの波長を４２０ｎｍ以下にする理由について図２を用いて説明する。図２は、ＥＬ素子を構成する膜の透過率の波長依存性を測定した図である。図２において、Ａは第１絶縁層１３だけとした場合の測定結果を示し、Ｂは第１絶縁層１３と発光層１４の２層構造とした場合の測定結果を示す。第１絶縁層１３は、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２積層構造膜で各々の膜厚が５ｎｍで３０層積層した膜であり、発光層１４は、ＺｎＳ：Ｍｎ発光層で膜厚が９００ｎｍである。ＣはＢとＡの差分であり、発光層１４だけの１層分の透過率曲線を表している。
【００２４】
レーザーの波長が４２０ｎｍ以下では、Ｂの透過率曲線に示すように、第１絶縁層１３と発光層１４の２層構造膜の透過率が波長が短くなるに従って低下している。つまり、４２０ｎｍ以下の波長ではその２層構造膜がレーザーを吸収すること示している。このとき、Ｃの透過率曲線に示すように、発光層１４だけでも吸収があるので、発光層１４のアニールが可能である。なお、４２０ｎｍ以上の波長において、若干透過率が低下している波長もあるが、それは第１絶縁層１３と発光層１４の界面の効果によるもので、その波長においてはアニール効果はほとんど無い。なお、第１絶縁層１３や発光層１４の膜厚が薄くなれば透過率の絶対値は小さくなるが、定性的な傾向に変化はなかった。
【００２５】
次に、レーザー光のパワーの選択について説明する。例えば、波長が３５５ｎｍのレーザーを用い、発光層１４を膜厚３００ｎｍのＺｎＳ：Ｍｎ発光層としたとき、レーザー光のパワーを０．０１〜１．０Ｗとすることにより、輝度向上の効果を確認することができた。この場合、レーザー光のパワーが０．０１Ｗより低ければ、発光層の結晶性をよくするができないため輝度を向上させることができず、１．０Ｗより高くすればレーザーアブレーションにより発光層が加工されて無くなってしまった。また、波長が２６６ｎｍのレーザーを用いた場合には、ほぼ１００％光が発光層１４に吸収されるため、レーザー光のパワーを波長が３５５ｎｍのレーザーを用いた場合よりも低い０．０００１〜０．１Ｗとすることにより、輝度を向上させることができる。その数値の下限、上限の意味は、波長が３５５ｎｍのレーザーを用いた場合と同様である。上述した例では、２種類の波長について、パワーの選択範囲を示したが、一般的には発光層１４への光の吸収率が高くなれば、低い照射パワーでアニール効果を得ることができる。また、発光層１４をＳｒＳ：ＣｅやＣａＳ：Ｅｕ発光層として蒸着法で成膜した場合には、ＺｎＳ：Ｍｎと同様の透過率曲線が得られるので、同様の手法でレーザー波長やパワーを選択すればよい。また、発光層材料の光に対する光学的特性は母体材料によって決定されるので、発光中心材料は、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｅｕ等何を選択しても構わない。
【００２６】
次に、アニールするときの発光層１４の膜厚について図３を用いて説明する。図３は、図９に示す従来構造のＥＬ素子において、発光層２３の膜厚を変化させ、７００℃でアニール炉の中に入れて１分間アニールしたときのデータである。なお、発光層２３は、ＺｎＳ：Ｍｎ発光層であり、第１絶縁層２３は、上述したＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２積層構造膜である。図３の縦軸は、熱処理前後で発光効率がどのように変化したかを示している。すなわち、発光層厚さを９００ｎｍとした場合を１として発光効率が何倍変化したかを示している。この図３によれば、発光層厚さが４００ｎｍ以下ではしっかりアニール効果が出ているが、それより膜厚を厚くすれば効果が小さくなり、９００ｎｍではほとんどアニール効果が無くなった。このデータは、アニール炉での実験結果であるが、以下に示す理由によってレーザーアニールでも同様の結果が得られると推測される。すなわち、図１に示すように、発光層１４を第１絶縁層１３の上に成膜させたとき、発光層１４の成長初期はアモルファスに近い結晶構造であり、成長するに従ってだんだん結晶粒の大きい膜が出来るようになる。結晶性が悪い部分は、発光効率が低くなっている。発光層１４の膜厚が厚くなると、第２絶縁層１５との界面付近では、十分結晶性が良くなっておりアニールしても効果が出てこないが、膜厚が薄い場合は、アニールによって、成膜直後には悪かった結晶性を向上させることができ、その効果が発光特性になって現れる。つまり、輝度が向上する理由としては、第１絶縁層１３に近い発光層１４の結晶性をアニールよって向上するからであり、アニールする手段にはよらないので、レーザーを用いてアニールしても図３に示したのと同様の効果が得られると考えられる。
【００２７】
実際、発光層１４の膜厚が３００ｎｍと９００ｎｍの場合について２６６ｎｍのレーザーを照射して輝度を測定したところ、３００ｎｍの膜厚のサンプルでは、図４の実験結果に示すように輝度向上の効果を確認することができたが、９００ｎｍのサンプルでは図３で説明したように輝度向上を確認することができなかった。なお、図４は、発光層１４を成膜した後のレーザーアニールの有無により、電圧―輝度特性がどのように変化したかを示すグラフであり、Ｄは２６６ｎｍのレーザーを０．０１Ｗで照射した場合、Ｅはレーザー照射していない場合を示している。第１、第２絶縁層１３、１５はＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２とも膜厚が５ｎｍでＡｌ２Ｏ３は６層、ＴｉＯ２は５層ＡＬＤ法で作製した膜であり、発光層１４はＺｎＳ：Ｍｎ膜を蒸着法で３００ｎｍ成膜したものである。測定は、フレーム周波数４８０Ｈｚ、パルス幅２０μｓｅｃの矩形波で行った。この図４から、レーザー照射することにより、発光が生じるどの電圧領域でも輝度が高くなっていることがわかる。
【００２８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、発光層、第２絶縁層を成膜した後に、発光層にレーザーを照射して熱処理をし、発光層の結晶性を向上させ、ＥＬ素子の輝度を高めようとするものである。
【００２９】
図５に、この第２実施形態に係るＥＬ素子のレーザー照射工程と、この工程によって作製されたＥＬ素子を示した模式図を示す。なお、図５（ａ）は、レーザー照射工程での平面図（ＥＬ素子の各構成要素が光学的に透明な材料にて構成されているため、第１電極１２のパターンのみを示す）であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）中のＢＢ’断面図を示しており、膜の構成は図１と同様である。
【００３０】
この第２実施形態のように、第２絶縁層１５を成膜した後にレーザーを照射することにより、膜の昇華を抑えることができるので、効果的にアニールすることができる。例えば、発光層材料としてＺｎＳを用いれば１１８０℃で昇華してしまうが、第２絶縁層１５があれば昇華は生じなくなり、より効率的なアニールをすることができる。これは、昇華点がないＳｒＳやＣａＳにおいても第２絶縁層１５があれば発光層１４の冷却効率が低下するので、効果がある。また、第２絶縁層１５で発光層１４が覆われていれば、レーザー照射の雰囲気いかんにかかわらず、同様の結果を得ることができる。
【００３１】
さて、レーザーで発光層１４をアニールするためには、第２絶縁層１５をレーザーが透過し、発光層１４では吸収されなければならない。そのためのレーザーの波長領域は、図２から３２０〜４２０ｎｍにあることがわかる。図２において、曲線Aの透過率が曲線Bよりどの波長域でも高くなっている領域のことである。３２０ｎｍより短い波長、例えば第２絶縁層１５がほぼ１００％吸収する２６６ｎｍや３０８ｎｍのレーザーを図５の状態で照射したところ、パワーが弱ければＥＬ素子の輝度に変化がなく、パワーを強くすれば、第２絶縁層１５が加工されてしまいＥＬ素子を形成することができなかった。また、４２０ｎｍより長波長の５３２ｎｍのレーザーでは、発光層１４が光を吸収しないので、アニール効果が得られなかった。また、３５５ｎｍのレーザー光を用いたとき、輝度を向上させることができた。その場合、パワーとしては０．０５〜０．３Ｗが好ましい。０．０５Ｗ以下ではアニール効果が無く、０．３Ｗ以上では発光層が加工されるからである。
【００３２】
また、発光層１４の膜厚は、第１実施形態と同様に４００ｎｍ以下が好ましい。さらに、第２絶縁層１５の材料としては、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２積層構造膜であるＡＴＯ膜が好ましい。該膜は緻密であり、レーザーアニールによってダメージを受けにくいからである。さらに、発光層１４がアニールによって結晶構造に変化が生じても、ＡＴＯ膜は影響を受けない。この場合、第２絶縁層１５の製造方法としてＡＬＤ法を用いれば、よい緻密な膜になり好ましい。
【００３３】
この第２実施形態において、第２絶縁層１５を成膜した後のレーザーアニールの有無により、電圧―輝度特性がどのように変化したかを実験により確認したところ、図６に示す結果が得られた。この図６において、Ｆは３５５ｎｍのレーザーを０．１５Ｗで照射した場合のデータであり、Ｇはレーザー照射していない場合のデータである。第１、第２絶縁層１３、１５はＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２とも膜厚が５ｎｍでＡｌ２Ｏ３は８層、ＴｉＯ２は７層ＡＬＤ法で作製した膜であり、発光層１４はＺｎＳ：Ｍｎ膜を蒸着法で３００ｎｍ成膜したものである。測定は、フレーム周波数４８０Ｈｚ、パルス幅２０μｓｅｃの矩形波で行った。この図６から、レーザー照射することにより、どの電圧領域でも輝度が高くなっていることがわかる。
【００３４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、発光層を成膜した後に、レーザーを用いて発光層を除去し、そのときに発生する熱で発光層をアニールするものである。
【００３５】
図７に、この第３実施形態に係る薄膜ＥＬ素子のレーザー照射工程と、この工程によって作製されたＥＬ素子を示した模式図を示す。なお、図７（ａ）は、レーザー照射工程での平面図（ＥＬ素子の各構成要素が光学的に透明な材料にて構成されているため、第１電極１２のパターンのみを示す）であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）中のＣＣ’での断面図であり、図７（ｃ）は、レーザー照射工程が完了した状態での断面図である。
【００３６】
この第３実施形態では、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第１電極１２の間にレーザーを照射する。このときのレーザーの波長は６００ｎｍ以下にすることが好ましい。波長が６００ｎｍより高いと、ＩＴＯ膜からなる第１電極１２がレーザー光を良く吸収するようになり、加工されることがあるからである。例えば、９００ｎｍの厚さのＳｒＳ：Ｃｅ膜を発光層１４に用いた場合、波長が３５５ｎｍのレーザーを０．５〜５Ｗのパワーで照射したとき、輝度向上の効果を確認できた。この場合、０．５Ｗよりパワーを小さいと、発光層１４が除去させることができず、また５Ｗよりもパワーを大きくすると、アニール効果は確認されたが、第１絶縁層１３も加工され、作製されたＥＬ素子に欠陥が発生する確率が高くなるので好ましくない。
【００３７】
また、図７（ｃ）に示すように、ＥＬ素子を構成する発光層１４の幅ｂは２００μｍ以下にすることが好ましい。レーザーにて発光層を除去したときに、結晶性が良くなる領域は発光層が除去された境界から１００μｍであるので、両側からアニールすればその倍の２００μｍ以下にすればよい。アニールされる領域は、発光層材料やレーザー波長やパワーによって変化することはなかった。従って、発光層材料は、ＺｎＳやＳｒＳ、ＣａＳを母体材料とする材料を使えば同様の効果を得ることができる。
【００３８】
また、図７（ｃ）において、幅ｂは第１電極１２の幅より大きくすることが信頼性の観点から好ましい。もし、幅ｂが第１電極１２のそれより短ければ、第１電極１２と第２電極１６の間に発光層１４を介さずに電圧が印加される部分が発生し、第１および第２絶縁膜１３、１５に過剰な電圧が印加され、ブレークダウンを生じ易くなるからである。さらに、第１電極１２の間に発光層１４がなければ、該部分の輝度は変化しないのでＥＬ表示器での隣の画素とのコントラストがはっきりし、クリアな画面とすることができる。通常は、第１電極１２の間では、隣の画素が発光するとフォトルミネッセンスの効果により若干発光することがあるためである。
【００３９】
この第３実施形態において、発光層１４を成膜した後のレーザーアニールの有無により、電圧―輝度特性がどのように変化したかを実験により確認したところ、図８に示す結果が得られた。この図８において、Ｈは３５５ｎｍのレーザーを１．５Ｗで照射した場合のデータであり、Ｉはレーザー照射していない場合のデータである。第１、第２絶縁層１３、１５はＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２とも５ｎｍの厚さで３０層積層した膜であり、発光層１４はＳｒＳ：Ｃｅ膜を蒸着法で１２００ｎｍ成膜したものである。測定は、フレーム周波数４２０Ｈｚ、パルス幅６６μｓｅｃの矩形波で行った。この図８から、レーザー照射することにより、どの電圧領域でも輝度が高くなっていることがわかる。
【００４０】
この第３実施形態では、発光層１４の膜厚の規定はしていない。これは、アニールが基板面内に進むからであり、基板の垂直方向にアニールした第１および第２実施形態とは異なるからである。
【００４１】
なお、この第３実施形態において、ＲＧＢ３色を各々異なる発光層材料で形成するＥＬ素子とした場合には、発光層１４のパターニングとアニール効果を合わせて一度の工程で達成することができる。
【００４２】
また、上記した第１〜第３実施形態において、第１電極１２、第２電極１６を透明な材料にて構成する場合を示したが、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もよい。この場合、発光層１４の片側から光を取り出すことになる。
【００４３】
以上説明した第１〜第３実施形態のＥＬ素子を用いて表示器を作製すれば、表示器の輝度が高くなり、見栄えの良い表示器とすることができる。また、表示器の輝度を高くする必要がなければ、例えば、表示器の開口率を小さくできるので、廉価な駆動回路を作製することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＥＬ素子の製造方法を説明するための図である。
【図２】ＥＬ素子を構成する膜の透過率曲線を示す図である。
【図３】ＥＬ素子をアニールしたときの、発光層膜厚と発光効率の関係を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るＥＬ素子の製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るＥＬ素子の製造方法を説明するための図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す図である。
【図９】従来のＥＬ素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…ＥＬ素子、１１…絶縁性基板としてのガラス基板、１２…第１電極、
１３…第１絶縁層、１４…発光層、１５…第２絶縁層、１６…第２電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板上に第１電極、第１絶縁層、発光中心を含む発光層、第２絶縁層及び第２電極を順次積層し、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たエレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
前記発光層を成膜した後、前記第２絶縁層を成膜する前に、４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを前記発光層に照射して前記発光層をアニールすることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項２】
絶縁性基板上に第１電極、第１絶縁層、発光中心を含む発光層、第２絶縁層及び第２電極を順次積層し、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たエレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
前記第２絶縁層を成膜した後に、３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを前記発光層に照射して前記発光層をアニールすることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２絶縁層としてアルミナとチタニアの積層膜であるＡＴＯ膜を用いることを特徴とする請求項２に記載のエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項４】
前記発光層として少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料として含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項５】
前記発光層の膜厚を４００ｎｍ以下にすることを特徴とする請求項４に記載のエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項６】
絶縁性基板上に第１電極、第１絶縁層、発光中心を含む発光層、第２絶縁層及び第２電極を順次積層し、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たエレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
前記発光層を成膜した後に、レーザーを用いて前記記発光層の幅が２００μｍ以下になるように前記発光層を除去し、そのときに発生する熱で前記発光層をアニールすることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項７】
前記レーザーの波長を６００ｎｍ以下とすることを特徴とする請求項６に記載のエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項８】
前記発光層として少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料として含むことを特徴とする請求項７に記載のエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項１】
絶縁性基板上に第１電極、第１絶縁層、発光中心を含む発光層、第２絶縁層及び第２電極を順次積層し、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たエレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
前記発光層を成膜した後、前記第２絶縁層を成膜する前に、４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを前記発光層に照射して前記発光層をアニールすることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項２】
絶縁性基板上に第１電極、第１絶縁層、発光中心を含む発光層、第２絶縁層及び第２電極を順次積層し、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たエレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
前記第２絶縁層を成膜した後に、３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長のレーザーを前記発光層に照射して前記発光層をアニールすることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２絶縁層としてアルミナとチタニアの積層膜であるＡＴＯ膜を用いることを特徴とする請求項２に記載のエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項４】
前記発光層として少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料として含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項５】
前記発光層の膜厚を４００ｎｍ以下にすることを特徴とする請求項４に記載のエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項６】
絶縁性基板上に第１電極、第１絶縁層、発光中心を含む発光層、第２絶縁層及び第２電極を順次積層し、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たエレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
前記発光層を成膜した後に、レーザーを用いて前記記発光層の幅が２００μｍ以下になるように前記発光層を除去し、そのときに発生する熱で前記発光層をアニールすることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項７】
前記レーザーの波長を６００ｎｍ以下とすることを特徴とする請求項６に記載のエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項８】
前記発光層として少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳの１つを母体材料として含むことを特徴とする請求項７に記載のエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−３２２８９（Ｐ２００６−３２２８９Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１３３４０（Ｐ２００４−２１３３４０）
【出願日】平成１６年７月２１日（２００４．７．２１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２１日（２００４．７．２１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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