DE2227957A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung elektrolumineszierender elemente - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung elektrolumineszierender elemente

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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B33/00Electroluminescent light sources
    • H05B33/10Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of electroluminescent light sources

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Description

Patentanwalt Patentanwälte
Dr. phil. Gerhard Henkel Dr. rer. nat. Wolf-Dieter Henkel
D-757 Baden-Baden Balg Dip I.-Ing. Ralf M. Kern
waidgasse20 Πγ rpr nat Lothar Feiler
Tel.:(07221)63427 ϋΓ· ΓΘΓ< Παϊ' LOlnQt ΓβΜβΓ T.l.Sr..Adr.:Elllp«>ldBed«vB«J« D"8 München 90
Eduard-Sdimld-Str. 2 -j Tel.: (0811) 663197
T«l«gr.-Adr.! Ellipsoid MUndi.n
τ·ΐβχ: χ
Ise Electronic Corporation
Ise City, Japan 9997QR7
ι ■ 8. JUNI 1372
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung elektrolumineszierender Elemente
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines elektrolumineszierenden Elements, das unter dem Einfluß eines elektrischen Felds aufleuchtet.
Im Sinne der modernen Tendenz, elektronische Vorrichtungen als Halbleiterbauteile auszubilden, und im Hinblick auf die neuere Entwicklung der Informationsindustrie wurden Brauchbarkeit und Anwendbarkeit von elektrolumineszierenden Elementen zu bedeutsamen Faktoren. Herkömmliche elektrolumineszierende Elemente können in zwei Arten unterteilt werden, nämlich einmal in solche vom Diffusionstyp, bei welchem ein Leuchtstoff in einem organischen Dielektrikum, z.B. Harz, feinverteilt ist, und zum anderen in solche vom Aufdampftyp, bei welchem der Leuchtstoff auf ein elektroleitfähiges Glas, z.B. Nesa-Grlas, aufgedampft ist. Der zweiterwähnte Typ ist dem erstgenannten insofern Überlegen, als er mit niedrigeren Spannungen zu arbeiten vermag und dennooh ein helleres Licht ausstrahlt, Jedoch in der Herstellung schwieriger, weil eich während dee Aufdampfens
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die Zusammensetzung des Leuchtstoffs verändert. Mit anderen Worten zeigt der leuchtstoff vor und nach dem Aufdampfen unterschiedliche Eigenschaften. Beispielsweise nimmt bei einem Leuchtstoff aus ZnSiGu, Gl das Verhältnis zwischen Cu und Gl als dem Aktivator bzw. Koaktivator nach dem Aufdampfen ab, wodurch die Leuehtleistung des Elements verschlechtert wird. Zur Umgehung dieser Schwierigkeit wurde üblicherweise ein zusätzlicher, als Einbettung bezeichneter Verfahrenssehritt angewandt, bei dem das aufgedampfte elektrolumineszierende Element in einen Leuchtstoff mit einem höheren Verhältnis von Gu-Aktivator zu Cl-Koaktivator eingebettet und dann wärmebehandelt wird, um Cu und 01 in den aufgedampften Leuchtstoffilm eindiffundieren zu lassen. Bei diesem Wärmediffusionsverfahren reichen jedoch die Mengen an diffundiertem Aktivator und Koaktivator nicht aus., um die Eigenschaften des fertigen elektrolumineszierenden Elements im gewünschten Ausmaß zu verbessern. Neben dem Einbettungsverfahren gibt es zahlreiche andere Verfahren zur Erhöhung des Gehalts an Aktivator und Koaktivator, doch ist keines von ihnen zufriedenstellend, da sie alle ein durch die Wärmediffusion verursachtes Phänomen ausnutzen.
Infolge der neueren Entwicklungen auf dem Fachgebiet der Halbleiterelemente wurde es möglich, mittels Ioneninjektionstechnik, d.h. durch Einbringen von verschiedenen Verunreinigungsatomen in die Halbleiterelemente, neue Typen von reinen als auch unterschiedlich verunreinigten HaIbleiterelementen, die nach dem Wärmediffusionsverfahren nicht herstellbar waren, zu schaffen. So lassen sich z.B. im Falle/Siliziumkarbid Verunreinigungen mit dem Wärmediffusionsverfahren nur äußerst schwierig, mit dem Ioneninjektionsverfahren jedoch leicht einbringen. Im letzteren Fall· werden Atome der einzuverleibenden Verunreinigungen
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zu aufgeladenen Teilchen ionisiert, denen dann durch Beschleunigung in einem elektrischen Feld hohe kinetische Energie erteilt wird, worauf die beschleunigten Atome zum Aufprall auf das Halbleiterelement gebracht und in ihm diffundiert werden. Auf diese Weise wird die gewünschte Verunreinigung in den Halbleiter-Kristall eingebracht, dessen physikalische oder chemische Eigenschaften keine Rolle spielen. Bei zunehmender Ionenenergie, ist die Bindringtiefe der Verunreinigung in einen amorphen Halbleiterkörper praktisch proportional zur Besehleunigungsenergie, während die Menge der eingebrachten Verunreinigungen der Stromstärke und der Zeitspanne bis zu einer Beschleunigungsspannung von etwa 40 kV hinauf proportional ist. Wenn das Halbleiterelement mit einer so injizierten Verunreinigung wärmebehandelt wird, wird die Verunreinigung in Ladungsträger umgewandelt, die als Leuehtzentren wirken, wodurch ein gewöhnlicher Halbleiterkörper gebildet wird.
Aufgabe der Erfindung ist in erster Linie die Schaffung eines verbesserten elektroluniineszierenden Elements, das mit hohem Wirkungsgrad zu arbeiten vermag, dursh Ausnutzung der Vorteile sowohl des Aufdampfungs- als auch des Ioneninj ektionsVerfahrens.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines elektrolumineszierenden Elements erfindungegemäß dadurch gelöst, daß abwechselnd und wiederholt einerseits ein Leuchtstoffilm auf einen auf einer Unterlage ausgebildeten Elektrodenfilm aufgedampft wird und andererseits Ionen eines Aktivators allein oder zusammen mit solchen eines Koaktivators in den aufgedampften Leuchtstoffilm injiziert werden.
Gemäß einem anderen Merkmal schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines elektrolumineszierenden
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Elements, dessen Besonderheit darin besteht, daß ein Leuohtstoffilm auf einen auf einer Unterlage ausgebildeten Elektrodenfilm aufgedampft wird und gleichzeitig damit Ionen eines Aktivators allein oder zusammen mit solchen eines Koaktivators in den aufgedampften Leuchtstoffilm injiziert werden.
Das nach dem einen oder anderen, vorstehenden Verfahren hergestellte elektrolumineszierende Element wird dann wärmebehandelt, um die eingebrachten Ionen in Leuchtzentren umzuwandeln.
In weiterer Ausgestaltung schafft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines elektrolumineszierenden Elements, mit einem evakuierten Gefäß, einer Haltevorrichtung für eine mit einem Elektrodenfilm versehenen Unterlage im Gefäß sowie Vorrichtungen zum Evakuieren und Aufdampfen eines Leuchtstoffilms auf den Elektrodenfilm, die dadurch gekennzeichnet ist, daß im evakuierten Gefäß auch eine Quelle für die Ionen eines Aktivators angeordnet ist, die ein Zylinderrohr, eine darin angeordnete, Elektronen emittierende Heizschlange, einen von letzterer erhitzbaren Aktivator-Vorrat, eine perforierte Anode als Rohrverschluß sowie eine zylindrische Extraktionselektrode solcher Anordnung aufweist, daß sie im Zusammenwirken mit der Anode dem Aktivator Ionen entzieht und diese in den aufgedampften Leuchtstoffilm injiziert, und daß Vorrichtungen zum abwechselnden ocfer gleichzeitigen Betätigen von Verdampfer-. Vorrichtung und Ionenquelle vorgesehen sind.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert, die einen schematischen Längsschnitt duroh eine beispielhafte Vorrichtung zur Herstellung von elektrolumineezierenden Elementen nach dem erfindungBgemäßen Verfahren darstellt.
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Die in der Zeichnung dargestellte Aufdampfvorrichtung weist eine Glocke 1 auf, die mittels nicht dargestellter Vakuumpumpe auf Hochvakuum evakuierbar ist. Eine zu bedampfende Unterlage 3, beispielsweise eine Scheibe aus elektrisch leifähigem Glas, ist an der Unterseite eines Trägers 2 montiert, der mittels eines Ständers 4 im Glockenoberteil 1 gehaltert ist und gewünschtenfalls zwecks Erhitzung der Unterlage auf 800 - 1000°0 mit einer nicht dargestellten elektrischen Heizeinrichtung versehen sein kann. Eine gewisse Menge eines Leuchtstoffs 6 befindet sich in einem Yerdampfungsschiffchen 5, dem zwecks Erhitzens und Verdampf ens des Leuchtstoffs eine nicht dargestellte, elektrische Heizvorrichtung zugeordnet ist, welche über einen Sehalter S-. von einer Spannungsquelle 7 her gespeist wird.
Die Glocke 1 enthält außerdem einen Ionenquelle, welche aus einem Quarzrohr 12 besteht, das eine Heizschlange 11 aus Tantal oder Molybdän und darunter ein Aufnahmerohr für ein Metalloxid, z.B. ein Kupferoxid, umschließt und von einer perforierten Anode 13 abgedeckt ist, über der koaxial eine zylindrische Extraktor-Elektrode 14 angeordnet ist und Ionen eines Plasmas durch die Anojdenöffnungen hindurch extrahiert. Das metalloxydhaltige Eohr 16 ist über ein Ventil 18 mit einem OCl. enthaltenden Vorratsbehälter 17 verbunden. Eine Spannurigsquelle 20 dient zur Speisung der Heizschlange 11 sowie der Elektroden 13 und 14 der Ionenquelle über Schalter S, bzw. Sp. Glocke 1, Träger 2 und Schale 5 werden von einer Plattform 21 getragen, während die Ionenquelle auf einer Grundplatte 19 ruht.
Zur Ausbildung eines elektrolumineszierenden Leuchtstofffilms auf der oberseitig mit einem Elektrodenfilm, z.B. in Form einer Nesa-Glassohicht, bedeckten Unterlage 3 wird diese auf der Trägerunterseite montiert, dieser in die
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masse
Glocke 1 eingesetzt, das Schiffchen 5 mit leuchtstoff gefüllt und die Glocke auf Hochvalriaim evakuiert. Danach wird durch Erhitzen des Schiffchens 5 der Leuchtstoff 6 in "bekannter Weise verdampft und auf dem erwähnten (nicht dargestellten) Elektrodenfilm auf der Unterlage 3 abgelagert. Anschließend wird die Schiffehenheizung mittels Schalter S- abgeschaltet und die Ionenquelle durch Betätigung der Schalter S2 und S^ in Betrieb gesetzt, d.h. die Heizschlange 11 wird so hoch erhitzt, daß sie Elektronen emittiert. Wenn das Rohr 15 ausreichend heiß geworden ist, wird dem erhitzten Kupferoxid durch Öffnen des Ventils 18 OGl. aus dem Behälter 17 zugeführt, welches sich mit dem Kupferoxid zu einem Kupferchlorid umsetzt, das das Quarzrohr 12 ausfüllt und durch die von der Heizschlange 11 emittierten Ionen ionisiert wird. Da der Anode 13 und der Extraktionselektrode 14 von der Spannungsquelle 20 her eine Teilchen- bzw. Elektronen-Besohleunigungsspannung von -10 bis -40 kV aufgeprägt wird, werden die Ionen durch die Anodenöffnungen und die Zylinderelektrode 14 hinduroh aus der Röhre 12 herausgesaugt. Der gestreute Ionenstrahl prallt auf dem Leuchtstoffilm auf der Unterlage 3 auf, die dadurch mit Ionen gefüllt wird. Nach Abschluß des Ioneninjektionsschnittes wird die Unterlage 3 mit einem weiteren leuchtstoffilm bedeckt und erneut mit Ionen beschossen. Durch mehrfache, abwechselnde Wiederholung dieser beiden Arbeitssohritte kann .ein gewünschter elektrolumineszierender Leuohtstoffilm hergestellt werden.
Aufdampfen und Ioneninjektion können statt abwechselnder Wiederholung auch gleichzeitig durchgeführt werden, indem man dann alle drei Schalter S.., Sp und S, gleichzeitig schließt.
Der so entstandene elektrolumineszierende Leuchtstoffilm wird danach wärmebehandelt, um die eingebrachten Ionen in
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LeuchtZentren umzuwandeln. Die Wärmebehandlungstemperatur hängt vom jeweiligen leuchtstoff-, Aktivator- und/oder Koaktivator-Typ ab und beträgt im Fall von ZnS:Ou,Gl vorzugsweise etwa 650 - 700°C. Anschließend wird auf den Leuchtstoffilm beispielsweise durch Vakuumabscheidung ein Elektrodenfilm aufgetragen, und an ihn sowie an. den zuerst auf die Unterlage aufgebrachten Film werden Zuleitungen angeschlossen.
Erfahrungsgemäß ist für die Durchführung des loneninjektionsschritte das vorstehend beschriebene Verfahren der Metallionenerzeugung durch Ionisieren von Metallchlorid, das durch chemische Umsetzung eines Metalloxids entstanden ist, wirksamer ist als das Verfahren der Direkt-Ionisierung eines elementaren Metalls.
Wenn auch bei der vorstehenden Erfindungserläuterung Ou als Aktivator und 01 als Koaktivator verwendet werden, können ersichtlicherweise auch andere Aktivatoren und Koaktivatoren und in bestimmten Fällen nur der Aktivator allein verwendet werden.
Erfindungsgemäß ist es somit möglich, in einen elektrolumineszierenden Leuchtstoffilm so reichlich Aktivator mit oder ohne Koaktivator zu injizieren, wie es nach dem Wärmediffusionsverfahren nicht erreicht werden könnte, und auf diese Weise einen elektrolumineszierenden Leuchtstoffilm oder -körper zu schaffen, der eine große Zahl von Leuchtzentren enthält und daher mit hohem Wirkungsgrad zu arbeiten vermag. Außerdem ist es dabei ohne weiteres möglich, die Menge der eingebrachten Ionen oder die Zahl der Leuchtzentren durch Einstellung des Heizstroms und der Betriebsdauer des Heizkörpers oder Elektroaenemitters 11 au kontrollieren.
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Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben ist, soll sie keinesfalls auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt sein, da dem Faohmann innerhalb des Rahmens der Erfindung zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich sind.
Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin ein elektrolumineszierendes Element sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung durch abwechselnde oder gleichzeitige Ablagerungen eines Leuchtstoffilms auf einem auf einer Unterlage ausgebildeten Elektrodenfilm und durch Injizieren von Ionen eines Aktivators allein oder zusammen mit solchen eines Koaktivators in den aufgedampften Leuchtstofffilm. Eine Aufdampfvorrichtung und eine Ionenquelle sind in der gleichen evakuierten Verdampfungskammer angeordnet und werden abwechselnd oder gleichzeitig betätigt.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zur Herstellung eines elektrolumineszierenden Elements, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd und wiederholt einerseits ein Leuchtstoffilm auf einen auf einer Unterlage ausgebildeten Elektrodenfilm aufgedampft wird und andererseits Ionen eines Aktivators allein oder zusammen mit solchen eines Koaktivators in den aufgedampften Leuchtstoffilm injiziert werden.
  2. 2. Verfahren zur Herstellung eines elektrolumineszierenden Elements, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leuohtstofffilm auf einen auf einer Unterlage ausgebildeten Elektrodenfilm aufgedampft wird und gleichzeitig damit Ionen eines Aktivators allein oder zusammen mit solchen eines Koaktivators in den aufgedampften Leuohtstoffilm injiziert werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das entstandene elektrolumineszierende Element zwecks Umwandlung der injizierten Ionen in Leuchtzentren wärmebehandelt wird und auf den Leuchtstoffilm ein zusätzlicher Elektrodenfilm aufgetragen wird.
  4. 4. Vorrichtung zur Herstellung eines elektrolumineszierenden Elements, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem evakuierten Gefäß, einer Haltevorrichtung für eine mit einem Elektrodenfilm versehenen Unterlage im Gefäß sowie Vorrichtungen zum Evakuieren und Aufdampfen. eines Leuchtstoffilms auf den Elektrodenfilm, dadurch gekennzeichnet, daß im evakuierten Gefäß (1) auch eine Quelle für die Ionen eines Aktivators angeordnet ist, die ein Zylinderrohr (12), eine darin angeordnete,
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    Elektronen emittierende Heizschlange (11), einen von letzterer (11) erhitzbaren Aktivator-Vorrat (15), eine perforierte Anode (13) als Rohrverschluß sowie eine zylindrische Extraktions elektrode (H) solcher Anordnung aufweist, daß sie im Zusammenwirken mit der Anode dem Aktivator Ionen entzieht und diese in den aufgedampften Leuchtstoffilm injiziert, und daß Vorrichtungen zum abwechselnden oder gleichzeitigen Betätigen von Verdampfervorrichtung und Ionenquelle vorgesehen sind.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquelle die Aktivatorionen gleichzeitig mit solchen eines Koaktivators erzeugt.
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