DD202364A5

DD202364A5 - Elektrolumineszente duennfilmstruktur

Info

Publication number: DD202364A5
Application number: DD82237625A
Authority: DD
Inventors: Jorma O Antson; Sven G Lindfors; Arto J Pakkala; Jarno Skarp; Tuomo S Suntola; Markku Ylilammi
Original assignee: Lohja Ab Oy
Priority date: 1981-02-23
Filing date: 1982-02-23
Publication date: 1983-09-07
Also published as: GB2094059A; AU554467B2; JPH0158639B2; FI61983C; US4416933A; AU8045082A; FR2500333A1; JPS57154794A; FI61983B; FR2500333B1; BR8200944A; HU183831B; GB2094059B; DE3204859A1

Abstract

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine elektroiumineszente Duennfilmstruktur zu schaffen, derart, dass die Funktion einer chemischen Barriere und die Funktion einer Strombegrenzung voneinander getrennt sind. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass eine erste und eine zweite zusaetzliche Schichtstruktur vorgesehen sind, die eine chemisch schuetzende Wirkung haben und die zwischen den beiden Elektrodenschichten und der Lumineszenzschicht angeordnet sind. Ferner ist eine dritte zusaetzliche Schichtstruktur vorgesehen, die eine strombegrenzende Wirkung hat und die im wesentlichen nur zwischen der zweiten Elektrodenschicht und der Lumineszenzschicht angeordnet ist.

Description

2 37 62 5 7 '¹~ ³·⁶·¹⁹⁸;

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Elektroluinlneszente Dünnfilmstruktur Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich, auf eine elektrolumineszente Dünnfilmstruktur.

Charakteristik der bekannten technischen lösungen

Das Phänomen der Elektrolumineszenz ist seit den 30er Jahren dieses Jahrhunderts bekannt. Der Grund, warum praktische Anwendungen diesbezüglich nicht vorgenommen worden sind, ist hauptsächlich derjenige gewesen, daß die Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit der elektrolumineszenten Strukturen schwierig auf den Stand gebracht werden konnten, der praktischen Erfordernissen entspricht. Elektrolumineszente Dünnfilmbauteile sind seit den frühen 60er Jahren intensiver untersucht worden. Das hauptsächliche bzw. wichtigste Lumineszenzmaterial ist Zinksulfit, ZnS, gewesen, das üblicherweise in Form eines dünnen Films bzw. einer dünnen Schicht hergestellt worden ist, und zwar mittels Aufdampfen im Vakuum. Was das Material betrifft, so ist Zinksulfid ein Halbleitermaterial mit großer Breite des verbotenen Bandes (ungefähr 4 eV) und dessen spezifische Leitfähigkeit relativ niedrig ist (ungefähr 10° cm).

Die Erzeugung von Elektrolumineszenz erfordert, daß im Zinksulfid-Material passend gewählte Aktivatoren vorhanden sind und daß man einen (elektrischen) Strom mit einer gewissen Größe bzw. Größenordnung (hindurch) fließen läßt· Die Erzeugung einer ausreichenden Stromdichte in unlegiertem bzw. undotiertem Zinksulfid erfordert ein sehr starkes elektrisches PeId (in Größenordnung von 10° V/cm). Bei Einwirkung auf einen dünnen Film bzw. über einen dünnen Film hinweg erfordert die Anwendung eines solchen elektrischen Feldes, daß sehr hohe elektrische und strukturmäßige

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Homogenität bezüglich des Zinksulfid-Materials vorliegt. Andererseits steigt die elektrische Leitfähigkeit des Zinksulfide mit steigender Temperatur an. Unter den Bedingungen bzw. der Einwirkung eines starken Feldes ist der dünne PiIm aus Zinksulfid äußerst empfindlich in Bezug auf sogenannten thermischen Durchbruch. Thermischer Durchbruch tritt auf, wenn die Stromdichte an einer Stelle des Materials ansteigt und Extra-bzw. besondere Aufheizung bewirkt. Die gesteigerte Temperatur bewirkt dann erhöhte Leitfähigkeit an dieser Stelle, was wiederum dazu führt, daß der Strom entsprechend einer positiven Rückkopplung bzw· Mitkopplung.ansteigt.

Eine auf der Basis allein nur eines dünnen Filmes aus nicht-Iegiertem bzw. undotiertem Zinksulfid aufgebaute Dünnfilmstruktur hat sich nicht als brauchbar erwiesen und als wichtige Verbesserung ist eine Struktur vorgeschlagen worden (IY. J. Harper, Journal Elektrochemical Society, 109, 103 (1962)), bei der thermischer Durchbruch dadurch vermieden worden ist, daß man eine Reihenimpedanz bzw. einen Reihenwiderstand vorgesehen ist, der den durch den Zink-_: sulfidfilm fließenden Strom begrenzt. Soweit die in Betracht gezogene Serienimpedanz eine Kapazität ist, wird von einer Wechselstrom-Lumineszenzstruktur gesprochen. Soweit die betreffende Serienimpedanz ein (ohmscher) Widerstand ist, ist auch Gleichstrom-Durchfluß in der Struktur möglich. In diesem Falle kann man von einer Gleichstrom-Lumineszenzstruktur sprechen.

In der praktischen Anwendung haben sich für den Wechselstrom-Aufbau der Dünnfilmstruktur bessere Ergebnisse herausgestellt als für den Gleichstromaufbau, und zwar sowohl im Hinblick auf optisches Betriebsverhalten bzw. -ergebnis als auch bezüglich der Dauerhaftigkeit. Aus dem Stand der Technik dürfte als die beste Ausführungsform die von Shart

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Corporation (T* Inoguchi et al», Journal of Electronic Engineering, 44, Okt. 74) veröffentlichte Ausführung anzusehen sein· Dieser Aufbau ist als sogenannte Struktur mit doppelter Isolation "Bual-Insulation-Structure" ausgeführt worden βί·J. Russ, D· I· Kennedy, Journal Electrochemical Society, 114, 1066 (196T)J⁷* 2s ist dort eine dielektrische Schicht auf beiden Seiten der Zinksulfidschicht vorgesehen. Ein Nachteil dieser Struktur mit doppelter Isolation ist der, daß die in den zwei Isolationsschichten abfallende Spannung den Wert der Betriebsspannung für die gesamte Struktur erhöht. Eine hohe Betriebsspannung ist ein nachteiliger bzw» schädlicher Paktor bsw. Gesichtspunkt, und zwar speziell im Hinblick auf elektronische Steuerschaltungen, die das Elektrolumineszenzbauteil steuern.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Fachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrolumineszente Dünnfilmstruktur zur Verfügung zu stellen, derart, daß die Punktion einer chemischen Barriere und die Punktion einer Strombegrenzung voneinander getrennt sind.

Grundlage der vorliegenden Erfindung ist eine Beobachtung des Effekts, daß die Lebensdauer der Lumineszenz in beträchtlichem Maße durch chemische Wechselwirkungen bzw· Reaktionen zwischen dem Zinksulfid einerseits und den Elektroden oder den außerhalb der Elektroden vorhandenen Materialien andererseits bestimmt wird. Die Punktion der Isolation in der Elektroluinineszenzstruktur ist folglich

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nicht nur die, elektrischen Durchbruch zu verhindern, sondern auch die, chemische Wechselwirkung zwischen dem Zinksulfid und der Umgebung zu verhindern. Dies ist mit Hilfe der meisten dielektrischen Materialien zu erreichen, und zwar als Ergebnis geringer Ionenbeweglichkeit.

Die mit der Struktur mit doppelter Isolation erreichten relativ guten Ergebnisse sind im Hinblick auf Lebensdauereigenschaften hauptsächlich auf den Umstand zurückzuführen, daß die dielektrischen Schichten, die als Strombegrenzer vorgesehen sind, auch als chemische Barrieren bzw. Grenzschichten zwischen dem Zinksulfid und der Umgebung wirksam sind.

Die der vorliegenden Erfindung gemäße Struktur hat den Gedanken zur Grundlage, daß es möglich ist, die Punktion einer chemischen Grenzschicht und die Punktion einer Strombegrenzung voneinander zu trennen. Die Erzeugung bzw. das Bewirken eines chemischen Schutzes ist dabei ohne Spannungsverluste erreicht· Mit anderen Worten wird dies durch ein Material erreicht, dessen elektrische Leitfähigkeit wesentlich höher ist als diejenige der Strombegrenzer(-schicht). Mehr ins einzelne gehend ist die erfindungsgemäße Struktur dadurch gekennzeichnet, daß: eine erste und eine zweite zusätzliche Schichtstruktur vorgesehen sind, die eine chemisch schützende Punktion haben und die zwischen der jeweiligen Elektrodenschicht und der Lumineszenzschicht vorgesehen sind und daß eine dritte zusätzliche Schichtstruktur vorgesehen ist, die strombegrenzende Punktion hat und die im wesentlichen nur zwischen der zweiten Elektrodenschicht und der Lumineszenzschicht angeordnet ist·

Mit anderen Worten heißt dies, daß die erfindungsgemäße elektrolumineszente Struktur dadurch gekennzeichnet ist,

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daß eine Schicht als chemische Grenzschicht auf beiden Seiten des Zinksulfidfilms wirksam ist, wohingegen eine strombegrenzende Punktion nur auf einer Seite vorhanden ist, nämlich entweder als eine separate Widerstands- oder Dielektrikumsschicht oder als eine in der Materialschicht integral vorgesehene Schicht mit der Wirkung einer chemischen Grenzschicht bzw. Barriere.

Die dritte zusätzliche Schichtstruktur ist Teil der ersten und/oder der zweiten zusätzlichen Schichtstruktur. Die dritte zusätzliche Schichtstruktur ist eine getrennte, chemisch schützende Schicht aus einem Dielektrikumsmaterial wie z. B« Tantal-Titan-Oxid (TTO), Barium-Titanoxid (Ba_Ti,0 ) oder

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Blei-Titan-Oxid (PbTiO₃), bei der die Dicke der Schicht zwischen 100 und 1000 mn, vorzugsweise bei 200 mn, liegt. Die erste zusätzliche Schichtstruktur ist eine getrennte, chemisch schützende Schicht, die aus elektrisch leitfähigem Material wie z. B. TiOp oder SnOp besteht und bei der die Dicke der Schicht zwischen 50 und 1000 nm beträgt.

Eine wichtige Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine ziemlich dünne zusätzliche Isolationsschicht aus z. B. AlpO« oder Tantal-Titan-Oxid (TTO) vorgesehen ist, die als eine Übergangsschicht wirksam ist und die auf wenigstens der einen Seite der Lumineszenzschicht angeordnet ist.

Andererseits ist eine andere wichtige Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Lumineszenzschicht auf der einen Seite von einer elektrisch isolierenden, chemisch schützenden Schicht begrenzt ist und daß sie auf der anderen Seite von einer Kombination aus Schichten begrenzt ist, die aus einer als eine Übergangsschicht wirksamen ziemlich dünnen zusätzlichen Isolationsschicht und

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aus einer elektrisch leitenden, chemisch schützenden Schicht bestehte

Die Dicke der leitenden und schützenden Schicht, die aus TiOp besteht, beträgt zwischen 50 und 100 mn, vorzugsweise etwa 70 mn.

Die Dicke der zusätzlichen Isolationsschicht beträgt 5 bis 100 nm, vorzugsweise etwa 20 mn. Die schützende Dielektrikumsschicht besteht aus Tantal-Titan-Oxid (TTO) und ist gekennzeichnet durch eine dünne AlpO^-Schicht, die als Übergangsschicht wirksam ist und zwischen der schützenden Dielektrikumsschicht und der Lumineszenzschicht angeordnet ist. Es ist ferner eine zusätzliche Isolationsschicht vorgesehen, die als eine Übergangsschicht wirksam ist und die nur zwischen der leitenden schützenden Schicht und der Lumineszenzschicht vorhanden ist. Die dritte zusätzliche Schichtstruktur ist eine getrennte, chemisch schützende Schicht, die aus Widerstandsmaterial, wie z. B. Ta₂Oc oder Tantal-Titan-Oxid (TTO), besteht. Die Dicke der Schicht beträgt zwischen 50 und 1000 nm, vorzugsweise 100 bis 300 nm.

Mit Hilfe der Erfindung lassen sich bemerkenswerte Vorteile erreichen. Durch Trennen der leitfähigen, schützenden Schicht und der strombegrenzenden Schicht voneinander ist es somit ermöglicht worden, die elektrolumineszente Struktur zu vereinfachen. Durch Anordnen einer sehr dünnen AlgOo-Schicht auf der einen Grenz-Oberfläche der Lumineszenzschicht ist darüber hinaus eine gute Lichtemission erreicht worden, und zwar unabhängig von der augenblicklichen Stromrichtung. Mit anderen Worten heißt dies, daß durch diese zusätzliche Schicht eine Symmetrie der Lichtemission der lumineszenten Struktur erreicht worden ist. Die erfindungsgemäße Struktur kann sowohl mit Wechselstrom als auch

7 ς? ζ 7

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mit Gleichstrom betrieben werden

Ausführungsbeispiel

lachfolgend wird die Erfindung anhand eines erläuternden Beispiels im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben*

Die Fig. 1 bis 5 sind teilweise schematische Schnittansich ten von verschiedenen Ausführungsformen einer erfindungsgemäi3en elektrolumineszenten Struktur*

Pig. 6 zeigt als Kurve die Abhängigkeit von (angelegter) Wechselspannung und Helligkeit der Struktur nach

Fig. 7 zeigt die Spannungen für Zündung und Zerstörung zu einer Struktur nach Fig. 4» und zwar als Funktion der Dicke der schützenden Schicht.

Fig. 8 zeigt als Kurve die Abhängigkeit zwischen Gleichspannung und Helligkeit einer erfindungsgemäßen Struktur.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße elektrolumineszente Struktur in ihrer allgemeinsten Form, wobei diese Struktur für Wechselstrombetrieb vorgesehen ist. Bei dieser Struktur sind auf einer Basis oder einer Substratschicht 1, die z. B. aus Glas besteht, aufeinanderfolgend angeordnet: Eine erste Elektrodenschicht 2, eine erste elektrisch leitende, chemisch schützende Schicht 3, eine erste chemisch schützende Schicht 4 aus einem Dielektrikumsmaterial, eine erste, ziemlich dünne, zusätzliche Isolationsschicht 5> die als Übergangsschicht wirksam ist, die;·:eigentliche Lumines-

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senzschicht 6, eine zweite zusätzliche Isolationsschicht 7, eine zweite schützende Dielektrikumsschicht 8, eine zweite elektrisch leitende, schützende Schicht 9 und eine zweite Elektrodenschicht 10. Mit Hilfe gestrichelter Linien ist eine Substratschicht 1' gezeichnet, die alternativ auf der gegenüberliegenden Seite der Struktur angeordnet sein kann·

Die erste zusätzliche Schichtstruktur 3, 4, die aus den Schichten 3 und 4 besteht, und dementsprechend die zweite zusätzliche Schichtstruktur 8, 9> die aus den Schichten 8 und 9 besteht, haben die Punktion eines chemischen Schutzes· Die Schichten 4 und 8, die den inneren Anteil der ersten und der zweiten zusätzlichen Schichtstruktur 3» 4 bzw. 8, 9 bilden, haben die Funktion einer Strombegrenzung.

Die in Fig· 2 gezeigte Struktur ist ähnlich der nach Fig* 1, ausgenommen, daß ihr die erste schützende Dielektrikumsschicht 4 fehlt.

Die in Fig. 3 gezeigte Struktur ist ähnlich der nach Fig. 2, ausgenommen, daß ihr die zweite elektrisch leitende, schützende Schicht 9 fehlt.

Die Struktur nach Fig. 4 ist ähnlich derjenigen nach Fig. 3> ausgenommen, daß ihr die zweite zusätzliche Isolationsschicht 7 fehlt.

Die Struktur nach Fig. 5 ist ähnlich der nach Fig. 4, ausgenommen, daß ihr die erste zusätzliche Isolationsschicht 5 fehlt.

Nachfolgend wird die Struktur nach Fig. 4 näher beschrieben. Diese Struktur stellt eine gewisse Optimallösung dar. Die Auswahl der Materialien und Bemessungen, die bei dieser

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Struktur vorliegen, lassen sich auch bei den Strukturen nach den Pig» 1 bis 3 und 5 anwenden*

Bei der Struktur nach Pig· 4 ist somit die eine, schützende Schicht aus Dielektrikumsmaterial (4 in Flg. 1) ersetzt worden durch eine elektrisch leitende, chemisch schützende Schicht 3·

Die gemischte Isolation, die in Schicht 8 verwendet ist, Tantal-Titanoxid (TTO), wirkt andererseits sowohl als elektrische Isolation, als sogenannte Strombegrenzerschicht, als auch als oberer chemischer Schutz.

Das Titandioxid (Ti0^7, das für die Schicht 3 verwendet ist und das eine passende elektrische Leitfähigkeit aufweist, wirkt als chemische Trennung zwischen oöeren Elektrode 2 und dem Zinksulfid der Lumineszenzschicht 6. Zwischen dem Titandioxid und dem Zinksulfid ist eine sehr dünne Schicht 5 aus Aluminiumoxid vorgesehen, die gewisse Eigenschaften hat, die die Lumineszenz verbessern, die jedoch nicht in größerem Ausmaß als elektrischer Schutz wirksam ist.

Da die strombegrenzende Schicht und die elektrisch leitfähige, chemisch schützende Schicht in dieser Weise voneinander getrennt sind, können die verschiedenen Schichtdicken bezüglich ihrer Eigenschaft voneinander getrennt optimiert werden.

Pig. 6 zeigt als Kurve eine typische Abhängigkeit zwischen Spannung und Helligkeit, Zu der Kurve sei bemerkt, daß die Betriebsspannung auf einen Wert unterhalb 100 Vp verringert worden ist. Dank der guten Strombegrenzung ist der Grenzwert für die Spannung (voltage marginal) sehr hoch. Gemäß

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den zeitgerafften Lebensdauertests ist die chemische Stabilität

Die Schichten 3j 5, 6 und S sind mittels sogenannter ALE-Technik (Atomic Layer Epitaxy = atomare Schichtepitaxie) aufgewachsen. Die ITO (Indium-Zinnoxid)-Fi line 2 und 10 sind mit Hilfe reaktiven Sputterns bzw· reaktiver Kathodenzerstäubung aufgewachsen·

Das Substrat 1 kann entweder ein übliches Soda-(bzw. Natrium)-Kalk-(bzw. Calcium)-Glas oder natriumfreies Glas, wie z. B. Corning 7059, sein.

Zum Substrat hin ist eine transparente Leiterschicht 2 vorgesehen, z. B. aus Indium-Zinnoxid (I¹IO).

Die Schicht 3 besteht aus Titandioxid (TiO₀). Der spezifische Widerstand des Filmes beträgt 10^J bis 10³ Xi- cm. Dies begrenzt die Dicke des Titandioxidfilms auf einen Wert unterhalb 100 nm für Strukturen, in denen die untere Struktur ITO 2 dargestellt ist* Dies ist deshalb so, weil es wünschenswert ist, die laterale Leitfähigkeit auf einem niedrigen Wert zu halten, damit die Kante der unteren Gestalt scharf bleibt. Wenn dort ein integrierter unterer Leiter 2 vorgesehen ist, ist dieses Erfordernis nicht anzuwenden, weil die Präzision der Gestalt durch den Oberflächenleiter 10 bestimmt ist·

Aus der ziemlich guten Leitfähigkeit des Titandioxids folgt, daß keine Spannung an dem Film bleibt, was einen gewissen Vorteil bietet. Aus dem Glassubstrat 1 diffundierte Verunreinigungen beeinflussen nicht die elektrischen Eigenschaften des Titandioxids, und zwar anders als die der Isolationsschichten. Auch hat Titandioxid eine das elektrische

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Feld fördernde Diffusion.

Titandioxid ist chemisch sehr stabil. Zum Beispiel ist es sehr schwierig zu ätzen. -

Zwischen dem Zinksulfid und der jeweiligen Titandioxidschicht 6 und 3 ist eine äehr dünne Schicht 5 aus Aluminiumoxid vorgesehen. Diese Schicht hat drei Punktionen: Sie ist ein stabiles Wachstums- bzw. Aufwachssubstrat für Zinksulfid und man erhält gleichzeitig eine gegenüber Sinksulfid gute Injektions-Grenzoberflache (injection boundary surface). Zusätzlich kann sie den Durchgang niedrig energetischer Elektronen durch die Struktur hindurch verhindern·

Andererseits steigert Aluminiumoxid als Isolationsmaterial die Betriebsspannung der Struktur. Dies ist der Grund, weshalb Versuche durchgeführt worden sind, die Al_o0^.-Schicht jedoch so dünn wie möglich auszuführen, so daß die gewünschten guten Eigenschaften erreicht sind.

Die aktive Lumineszenzschicht 6 ist Zinksulfid. Dies ist mit Mangan legiert bzw· dotiert. Die Dicke der Zinksulfid-

* schicht bestimmt die Zünd- bzw. Einsatzspannung und im Falle des Wechselstrombetriebes auch die maximale Helligkeit.

·> Beide Faktoren vergrößern sich mit zunehmender Dicke der Zinksulfidschicht.

Wenn diese beiden einander gegenüberstehenden bzw. entgegengesetzten Gesichtspunkte aufeinander anzupassen sind, muß ein Kompromiß gemacht werden bezüglich der Bestimmung der Dicke der Zinksulfidschicht 6. Es ist jetzt die Schlußfol- - gerung für eine Zinksulfidschicht mit einer Dicke von ungefähr 300 nm gezogen worden.

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Unmittelbar auf der Zinksulfidschicht 6 befindet sich eine Tantal-Titanoxidschicht 8. Hierfür ist die Abkürzung TTO verwendet.

Die TTO-Schicht hat man aufwachsen lassen unter Verwendung eines PulsVerhältnisses Ta:Ti = 2:1. Es ist auch mit anderen Verhältnissen experimentiert worden. Der Grenzwert bei dem TTO aus einem Isolator der Art Ta₂O₁- in einen Nichtisolator der Art des TiO₂ übergeht, ist sehr scharf. Wenn man auf einer Seite dieses Grenzwertes bleibt, scheint das Pulsverhältnis im Herstellungsprozeß keinen graduellen Einfluß auf die Eigenschaften des Films zu haben·

TTO ist dem Ta₂Oc sehr ähnlich. Als Dielektrizitätskonstante von TTO ist ein Wert von 20 bei einer Meßfrequenz von 1 kHz festgestellt worden· Als Wert für Hie Durchbruchsfeldstärke von TTO sind 7 MV.cm gemessen worden. Dieser Wert ist so groß wie der, der für beste Ta₂0,--Filme gilt* Έβηη Dünnfilm-Strukturen in Betracht zu ziehen sind, beeinflussen auch andere Umstände die Häufigkeit eines Durchbruchs, nämlich vergleichsweise zu den Eigenschaften von massivem bzw» Bulk-Material. Dünne Stellen oder Kristall- bzw. Kristallisationseigenschaften des Films sind für die Zerstörung eines Films am häufigsten verantwortlich, und zwar ehe der Gesamtdurchbruch durch Bulk-Material eintritt. In dieser Hinsicht unterscheidet sich ein TTO-Dünnfilm von einem Ta_o0r--Dünn-

2 ο

Wenn man eine TTO-Schicht als Strombegrenzer in einer Lumineszenzstruktur verwendet, erreicht man einen beträchtlichen Grenzwert für die Betriebsspannungen. Fig. 7 zeigt für eine Lumineszenzstruktur nach Fig. 4 die Zünd- bzw. Einsatzspannung und die Zerstörungsspannung, und zwar als Funktion der Dicke der TTO-Schicht. Die große Duldung bzw. Zuverläs-

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sigkeit übermäßiger Spannungen gibt Hinweise auf die 'elektrische Zuverlässigkeit der Struktur«

Im Rahmen der Erfindung ist es. möglich, auch Lösungen zu konzipieren, die von den oben beschriebenen dargestellten Ausführungsbeispielen abweichen. So kann s. B. das TTO auch unterhalb der Zinksulfidschicht 6 angeordnet werden oder es kann aufgeteilt werden und auf beiden Seiten der Zinksulfidschicht vorgesehen sein. In letzterem Falle kann die Dicke der einen Isolationsschicht jedoch nicht die Hälfte der Dicke einer einseitigen Isolation betragen, nämlich weil die Dichte von Pinholes bzw« Löchern in einer Isolationsschicht im starken Maße abhängig ist von der Dicke des Films. Wird der Film dünner gewählt, so wächst die Dichte der Löcher an· Wenn ein einzuhaltender elektrischer Grenzwert angenommen werden soll, so ist die gesamte Dicke der auf beiden Seiten angebrachten Isolationsschichten doppelt so groß wie die Dicke einer einseitigen Isolation. Dies wiederum bringt einen Anstieg der Betriebsspannung mit sich»

Oberhalb der TTO-Schicht kann auch eine Titandioxidschicht angeordnet werdän, soweit dies gewünscht ist, und zwar um die chemische Dauerhaftigkeit zu verbessern.

Eine ΑΙρΟ,-Schicht 5 kann auch zwischen dem Zinksulfid und den TTO-Schichten angeordnet sein. In gewissen Fällen kann die Schicht 5 auch vollständig weggelassen sein .(Fig. 5 und 6).

Im Hinblick auf alternative Ausführungsformen sei erwähnt, daß die isolierende, schützende Schicht 8 auch aus Barium-Titan-Oxid (^Ba _x ^Ti ₇°_z) ^oder ^aus Bleititanat (PbTiO..) bestehen kann·

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Die Dicke der dielektrischen, schützenden Schicht kann 2. 100 bis 300 nm, vorzugsweise ungefähr 50 nm, betragen.

Die elektrisch leitende, schützende Schicht 3 kann auch aus Zinndioxid (SnO₂) bestehen.

Die Dicke der elektrisch leitenden, schützenden Schicht 3 kann 50 bis 100 nm, vorzugsweise ungefähr 70 run betragen·

Die zusätzliche Isolationsschicht 5 (oder 7) wirkt als eine Übergangsschicht. Sie kann auch aus Tantal-Titan-Oxid bestehen und ihre Dicke kann z. B. 5 bis 100 nm. vorzugsweise ungefähr 20 nm betragen*

Eine erfindungsgemäße Struktur ist hauptsächlich für Wechselstromanwendung untersucht worden· Es ist jedoch beobach^ tet worden, daß eine erfindungsgemäße Struktur auch als Gleichstrom-Struktur arbeiten kann. Daraus ist zu folgern, daß die Schicht oder die Schichten eine strombegrenzende Funktion mit V/iderstandscharakter haben.

Im Nachfolgenden wird eine erfindungsgemäße Struktur nach · Fig. 4 in Gleichstrom-Anwendung betrachtet. Die Schichten 1, 2, 3, 5 und 6 können dann so bleiben wie dies bereits beschrieben ist. Die schützende Schicht 8 aus einem V/iderstandsmaterial kann ebenfalls aus Tantal-Titan-Oxid TTO bestehen wie dies beschrieben ist«. Ihre Dicke kann z· B. 200 bis 300 nm, vorzugsweise ungefähr 250 nm betragen.

Als eine zweite Alternative sei erwähnt, daß das Widerstandsmaterial der chemisch schützenden Schicht Ta_o0_c ist

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und daß die Dicke der Schicht 50 bis 1000 nm, vorzugsweise 100 nm beträgt.

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Die zweite Elektrodenschicht 10 kann aus Aluminium bestehen·

In Pig. 8 ist die Kurve der Abhängigkeit Spannung - Helligkeit für die oben beschriebene Struktur so wiedergegeben, wie sie gemessen worden ist mit 1 kHz und 10 % Gleichspannungsimpulsen (1 kHz 10 per cent DC pulses).

Claims

Erfindungsanspruch

1. Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur mit wenigstens einer Substratschicht aus beispielsweise Glas, mit wenigstens einer ersten Elektrodenschioht, mit wenigstens einer zweiten Elektrodenschicht, die in einem Abstand von der ersten Elektrodenschicht angeordnet ist, mit einer Lumineszenzschicht, die zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist, und mit zusätzlichen Schichtstrukturen, die zwischen den Elektrodenschichten und der Lumineszenzschicht angeordnet sind und die strombegrenzende und chemisch schützende Wirkungen haben, gekennzeichnet dadurch, daß eine erste (3,4) und eine zweite zusätzliche Schichtstruktur (8,9) vorgesehen sind, die eine chemisch schützende Wirkung haben und die zwischen den beiden Elektrodenschichten (2 und 10) und der Lumineszenzschicht (6) angeordnet sind und daß eine dritte zusätzliche Schichtstruktur (4,8) vorgesehen ist, die eine strombegrenzende Wirkung hat und die im wesentlichen nur zwischen der zweiten Elektrodenschicht (10) und der Lumineszenzschicht (6) angeordnet ist.

2. Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die dritte zusätzliche Schichtstruktur (4,8) Teil der ersten (3,4) und/oder der zweiten zusätzlichen Schichtstruktur (8,9) ist.

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3· Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die dritte zusätzliche Schichtstruktur (8) eine getrennte chemisch schützende Schicht aus einem Dielektrikumsmaterial wie z. B- Tantal-Titan-Oxid (TTO), Barium-Titanoxid (Ba^Ti 0_z) oder Blei-Titan-Oxid (PbTiO,) ist, bei der die Dicke der Schicht (8) zwischen 100 und 1000 mn, vorzugsweise bei 200 mn, liegt.

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4· Elektroluinineszente Dünnfilmstruktur nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die erste zusätzliche Schichtstruktur eine getrennte chemisch schätzende Schicht (3) * ist, die aus elektrisch leitfähigem Material wie z. B. TiOp oder SnO₂ besteht und bei der die Dicke der Schicht (3) zwischen 50 und 1000 nm beträgt.

5» Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine dünne zusätzliche Isolationsschicht (5,7) aus z. B. Al₂O- oder Tantal-Titan-Oxid (TTO) vorgesehen ist, die als Übergangsschicht wirkt und die auf wenigstens der einen Seite der Lumineszenzschicht (6) angeordnet ist*

6. Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur nach Punkt 4, bei der die leitende und schützende Schicht aus TiO₂ besteht, gekennzeichnet dadurch, daß die Dicke dieser Schicht (3) zwischen 50 und 100 nm, vorzugsweise ungefähr 70 nm beträgt.

7· Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Dicke der zusätzlichen Isolationsschicht (5,7) 5 bis 100 nm, vorzugsweise ungefähr 20 nm beträgt.

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8· Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur nach einem der Punkte 3 und 5 bis 7, bei der die schützende Dielektrikumsschicht aus Tantal-Titan-Oxid (TTO) besteht, gekennzeichnet dadurch, daß eine dünne Al₂0--Schicht (5) vorgesehen ist, die als eine Übergangsschicht wirksam ist und die zwischen der schützenden Dielektrikumsschicht (8) und der Lumineszenzschicht (6) angeordnet ist.

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9» Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur nach einem der Punkte 3 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß eine zusätzliche Isolationsschicht (5) vorgesehen ist, die als eine Übergangsschicht v/irksam ist und die nur zwischen der leitenden schützenden Schicht (3) und der Lumineszenzschicht (6) vorhanden ist·

10. Slektroluiiaineszente Dünnfilmstruktur nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die dritte zusätzliche Schichtstruktur eine getrennte chemisch schützende Schicht (8) ist, die aus Widerstandsmaterial, wie z. B. Ta₂O,- oder Tantal-Ti tan-Oxid (TTO), besteht, wobei die Dicke der Schicht (8) zwischen 50 und 1000 nm, vorzugsweise 100 bis 300 nm beträgt.

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen