DE2260205B2

DE2260205B2 - Elektrolumineszenz-Anordnung

Info

Publication number: DE2260205B2
Application number: DE19722260205
Authority: DE
Inventors: Zanneta Aleksandrovna Puchlij; Natalja Andreevna Vlasenko; Stepan Andreevitsch Zyno
Original assignee: INSTITUT POLUPROVODNIKOV AKADEMII NAUK UKRAINSKOJ SSR KIEW (SOWJETUNION)
Current assignee: INSTITUT POLUPROVODNIKOV AKADEMII NAUK UKRAINSKOJ SSR KIEW (SOWJETUNION)
Priority date: 1972-12-08
Filing date: 1972-12-08
Publication date: 1979-03-15
Also published as: DE2260205A1; DE2260205C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolumineszenz-Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. <,o

Eine derartige Elektrolumineszenz-Anordnung, deren Leuchi-Färbtön also väfüefbäf ist, kann z.B. als Lichtquelle, Elektrolumineszenz-Strahler usw. eingesetzt werden.

Eine derartige Elektrolumineszenz-Anordnung ist bereits weitgehend bekanntgeworden (vgl. SU-Erfinderschein 2 80 714), nämlich
mit einer Elektroluminophorschicht (Schicht aus elektrolumineszierendem Leuchtstoff) zwischen zwei Elektroden, deren eine teildurchlässig für Lumineszenzstrahlung ist und die einen Fabry-Perot-Resonator bilden, dessen Länge über die Dicke der Elektroluminophorschicht derart gewählt ist, daß sie unter Berücksichtigung des Phasensprungs an der Grenze Elektrodenmetall/Dielektrikum ein Vielfaches der Wellenlänge für die gewünschte Emissionsfarbe beträgt.

Diese bekannte Elektrolumineszenz-Anordnung hat aber als Nachteil, daß bei ihrer Herstellung, und zwar bei Tempern oder Glühen der Elektroluminophorschicht, eine Diffusion aus der teildurchlässigen Elektrode in die auf diese unmittelbar folgende Elektroluminophorschicht auftritt, weiche Diffusion nicht nur den Reflexionskoeffizienten und damit die Resonatorgüte verringert, sondern auch die Ausbeute nach außen abgestrahlter Lumineszenzstrahlung reduziert, also die Leuchtdichte der Elektrolumineszenz-Anordnung herabsetzt

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, die eingangs genannte Elektrolumineszenz-Anordnung derart zu verbessern, daß bei ihrer Herstellung eine Diffusion aus der für die Lumineszenzstrahlung teildurchlässigen Elektrode in die Elektroluminophorschicht verhindert wird, um so einer Verminderung der Güte des Fabry-Perot-Resonators und auch der Lumineszenzstrahlungsausbeute entgegenzuwirken.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Elektrolumineszenz-Anordnung erreicht durch die zwischen der Elektroluminophorschicht und der einen Elektrode vorgesehene Schutzschicht mit bestimmten Eigenschaften, daß einerseits die Elektroluminophorschicht vor einer Diffusion von den beiden Elektroden mit hohen Reflexionseigenschaften, z. B. aus Metallfilmen, geschützt wird, also insoweit die Abstrahlung durch die Elektroluminophorschicht nicht beeinträchtigt wird, und andererseits dieser Vorteil ohne sonstige Beeinflussung der Abstrahlung, nämlich ohne Beeinträchtigung des Fabry-Perot-Resonators, erzielt wird.

Die erfindungsgemäße Elektrolumineszenz-Anordnung ist einfach in der Herstellung, zumal die Temperung der Elektroluminophorschicht von keiner Diffusion der Elektrode in diese begleitet wird, so daß eine hohe Güte des Fabry-Perot-Resonators erreichbar ist, was seinerseits scharf ausgeprägte Änderungen der Emissionsfarbe und eine für praktische Anwendungen ausreichend hohe absolute Emissionsdichte mit sich bringt.

Demgegenüber ist lediglich noch folgender Stand der Technik bekanntgeworden:

eine Elektrolumineszenz-Anordnung (vgl. US-PS 35 60 784) ohne Fabry-Perot-Resonator, jedoch mit einer strahlungsdurchlässigen Isolierschicht zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit (was auch sonst bereits seit längerer Zeit bekannt war), ohne daß dort nähere Angaben über den Brechungsindex gemacht sind, und mit einer lichtabsorbierenden dielektrischen Schicht, um die Reflexion von Außenlicht von der vorderen durchlässigen Elektrode zur zweiten, an der dielektrischen Schicht liegenden Elektrode abzuschwächen und so den Bildkontrast zu erhöhen;
eine elektrolumineszente Flächenlampe (vgl. DE-AS Il 94 492), die ebenfalls keinen Fabry-Porot-Resonator aufweist und bei der zur Vermeidung des Eindringens von Leuchtstoffen aus einer Leuchtstoffschicht in eine

Isolationsschicht diese beiden Schichten aus verschiedenen, sich nicht anlösenden Dielektrika bestehen;
eine Elektrolumineszenz-Lichtquelle (vgl. DE-AS 10 58 154) ebenfalls ohne Fabry-Perot-Resonator, jedoch mit einer Isolierstoffschicht zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit der Lichtquelle und zum Vermeiden von Kurzschlüssen;

eine Elektrolumineszenz-Anordnung (vgl. GB-PS 9 65 084), die eine durchsichtige und eine undurchsichtige Elektrode m^;t durch Mangan aktiviertem Zinksulfid-Leichtstoff aufweist, wobei die Elektroden aus undurchsichtigem Aluminium und durchsichtigem Gold bestehen, dach ist dort ebenfalls kein Fabry-Perot-Resonator vorhanden, da bei einer dort angegebenen Dicke der Goldelektrode von 40 bis 80A sich nicht die erforderliche Mehrstrahlen-Interferenz einstellt, die erst bei einem hohen Reflexionsfaktor der Elektrode von mindestens 65% auftritt, was einer Dicke von mindestens 500 Ä entspricht Abgesehen davon wird dort angestrebt, die Helligkeit durch Verringerung von Mehrfachreflexionen des ausgestrahlten Lichts an den Grenzen zwischen, verschiedenen Schichten, insbesondere an den Elektroden, zu vermeiden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die nach dem Patentanspruch 2 angestrebte möglichst kleine Dicke der Schutzschicht dient dazu, einen möglichst geringen Spannungsabfall an ihr und damit eine Verringerung überhaupt der elektrischen Verluste der Elektrolumineszenz-Anordnung zu sichern.

Anhand der aus einer Figur bestehenden Zeichnung werden als Ausführungsbeispiele der Erfindung Elektrolumineszenz-Anordnungen näher erläutert.

Alle Ausführungsbeispiele weisen die Schichtenfolge Träger 1, Elektrode 2, Schutzschicht 3, Elektroluminophorschicht 4, Isolierschicht 5 und Elektrode 6 auf.

Der Träger 1 besteht aus Dielektrikum (Glas, Quarz), und muß lichtdurchlässig sein, sofern die emittierte Strahlung durch ihn nach außen tritt. Auf dem Träger 1 ist nach einer der bekannten Methoden (z. B. durch Aufdampfen '.m Vakuum, Kathodenzerstäubung, chemische Abscheidung) die Elektrode 2 mit hohem Reflexionskoeffizient (Λ>65%), z.B. aus Au, Ag, Mn₁ aufgebracht.

Auf die Elektrode 2 folgt unmittelbar die Schutzschicht 3, bestehend aus einem lichtdurchlässigen Stoff, dessen Brechungsindex nahe demjenigen des Luminophors ist. Die Diffusionseigenschaften und die Dicke der Schutzschicht 3 sind so gewählt, daß bei der thermischen Behandlung eine Diffusion sowohl der Elektrode 2 als auch der Schicht 3 in du Elektroluminophorschicht 4 verhindert ist. Die Schutzschicht 3 besteht aus einem Stoff, der sine hohe Beständigkeit gegen chemische Reaktionen mit dem Stoff der an ihr anliegenden Schichten aufweist und bei dem der Diffusionskoeffizient für die Elektrode und derjenige seiner Bestandteile für die Elektroluminophorschicht 4 gering ist. Zweckmäßigerweise ist die Schutzschicht 3 aus einer isolierenden Oxidfolie (z. B. TA2O5, SiO) ausgeführt. Vorzugsweise nimmt man für die Schutzschicht 3 Stoffe, die die Basis des Eiektroluminophors, d. h. inaktivierter Elektroluminophor, z. B. ZnS₁ sind. Solche Stoffe haben einen Brechungsindex, der gleich demjenigen des Eiektroluminophors ist, so daß die Schutzschicht 3 und die Elektroluminophorschicht 4 ein gleiches Verhalten gegenüber Mehrstrahlen-Interferenz zeigen. Zur Minderung des Diffusionskoeffizienten wird die Schutzschicht 3 einer Kristalle .tion unterworfen. Die Dicke der Schutzschicht 3 wird möglichst klein gewählt, damit ein möglichst geringer Spannungsabfall an ihr und also eine Verringerung elektrischer Verluste an der Elektiolumineszenz-Anordnung gewährleistet sind,
ι Auf die Schutzschicht 3 ist nach einer der bekannten Methoden die Elektroluminophorschicht 4 aufgebracht, deren optische Dicke zusammen mit derjenigen der Schutzschicht 3 einer den Phasensprung an der Grenze Metall/Dielektrikum berücksichtigenden Interferenz-

H) formel (vgl. weiter unten) für das Maximum der Strahlungsintensität bei gegebener Wellenlänge und gegebenem Beobachtungswinkel genügt Auf die Elektroluminophorschicht 4 bringt man zur Verhinderung von Kurzschlüssen der Anordnung die Isolier- -) schicht 5 mit 20 bis 35 nm Dicke auf, die aufgrund ihrer geringen Dicke keine wesentliche Rolle bei Mehrstrahlen-Interferenz spielt. Auf die Isolierschicht 5 folgt die zweite Elektrode 6, die einen hoher. Reflexionskoeffizienten (Λ>65%) hat Die Elektroden 2 und 6 bilden

>n einen Fabry-Perot-Resonator; eine der Elektroden ist teildurchiässig für die Strahlung.

Die Eicktrolumincszcnz-Anordnung a^rbciict folgenderweise:

Durch Anlegen von Spannung an die Elektroden 2

>-. und 6 wird in der Elektroluminophorschicht 4 eine elektrische Feldstärke von 10⁵ bis 10⁶ V/cm erzeugt, die diese zur Elektrolumineszenz anregt. Die Wahl der Dicke für die Elektroluminophorschicht 4 bestimmt den Farbton dieses Leuchtens.

Beispiel!

Die Anordnung enthält hintereinanderliegend einen Glas-Träger 1, eine Au-Schicht mit 50 bis 60 nm Dicke als Elektrode 2, eine Schutzschicht 3 inaktivertes ZnS

π mit 120 bis 180 nm Dicke, eine ZnS · Mn-Eiektroluminophorschicht 4, deren Dicke zusammen mit derjenigen der Schutzschicht 3 der Interferenzformel genügt, eine SiO-Isolierschicht 5 mit 20 bis 35 nm Dicke und eine Al-Schicht als undurchlässige Elektrode 6.

κι Unter der Interferenzformel versteht man hier:

'LL·+ 'Ll\_?

mit
d

— Gesamtdicke der Elektroluminophor- und der

Schutzschicht,
μ = Brechungsindex,
β = Beobachtungswinkel der Strahlung,
m = Interferenzordnung,
A = emittierte Wellenlänge,
ψ\, ψ: = Phasensprünge bei Reflexion der Strahlung an

den Elektroden.

Durch Änderung der Dicke der Elektrobminopiiorschicht 4 werden Elektrolumineszenz-Anordnungen mit einem grünen (A = 550 nm), orangefarbenen (λ = 585 nm) und roten (A = 640 nm) Leuchten erhalten.

Beispiel 2

Die Anordnung enthält hintereinanderlicgenH einen Glas-Träger 1, eine Au-Schicht mit 50 bis 60 nm Dicke als Elektrode 2, eine Schutzschicht 3 aus inaktiviertem ZnS mit 120 bis 180 nm Dicke, eine ZnS ■ Er-Elektroluminophorschicht 4, eieren Dicke der Interferenzformel genügt, eine SiO-Isolierschicht 5 mit 20 bis 35 nm Dicke und eine Al-Schicht als undurchlässige Elektrode 6.

Beispiel 3

Die Anordnung enthält hintereinanderliegend einen Glas-Träger 1. eine Au-Schicht mit 50 bis 60 nm Dicke als Elektrode 2, eine Schutzschicht 3 aus inaktiviertem ZnSe mit 120 bis 180 nm Dicke, eine ZnSe ■ Mn-Elcktroluminophorschicht 4, deren Dicke der Interfercnzformel genügt, eine SiO-Isolierschicht 5 mit 20 bis 35 nm Dicke und eine Al-Schicht als undurchlässige Elektrode 6.

Die bei der Herstellung der Anordnung nach den Beispielen I und 2 anzuwendende Technologie ist folgende:

Auf einen gereinigten Glas-Träger 1 dampft man in einem Vakuum von (U 3) · IO ¹Pa [(H 2)· 10"'Torr] eine Goldschicht mit 50 bis 60 nm Dicke auf. Auf diese wird eine Schicht inaktiviertes ZnS mit 120 bis 180 nm Dicke aufgebracht.

Danach werden die Elemente bei 550 bis 600" C während 5 bis iSmin im Vakuum getempert. Hierbei erfolgt eine Kristallisation der Schicht aus inaktiviertem ZnS. Dann wird in einem Zweistufenverfahren Elektroluminophor bis zur Erhaltung einer Schicht erforderlicher Dicke aufgedampft.

Das Zweistufenverfahren besteht in folgendem:

Inaktiverten Elektroluminophor bringt man durch Verdampfen in einem Vakuum von (I i-3) · 10 ¹Pa [(1-^2)· 10 ⁵Torr]auf einen kalten Träger auf. Danach wird in den Elektroluminophor ein Aktivator, z. B. Mn, eingebaut, indem man den Aktivator als eine bestimmte, je nach der gewünschten Konzentration (z. B. bei Mn 1—5%) zu wählende Einwaage von chemisch reinem Metall im Vakuum verdampft. Hierauf wird wieder eine Schicht von inaktiviertem Elektroluminophor (ZnS) aufgedampft. Weiterhin unterwirft man das Element einer Temperung. Beim ZnS · Mn erhitzt man es z. B. bei 650 bis 700°C während 5 bis 15 min. Bei dieser Auswahl der Tcmperungsdaten kristallisiert die Elektroluminophorschicht und diffundiert der Aktivator gleichzeitig in diese ein, wobei die Diffusion in der Tiefe gleichmäßig geschieht.

Auf die Elektroluminophorschicht werden durch Verdampfen im Vakuum eine Isolierschicht SiO und eine Al-Folie als undurchlässige Elektrode aufgebracht.

Das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren ist grundsätzlich auch zur Fertigung der Elektrolumineszenz-Anordnung nach dem vorstehenden Beispiel 3 anwendbar, da ZnS und ZnSe Halbleiter gleicher Klasse mit ähnlichen Eigenschaften sind.

üicrzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrolumineszenz-Anordnung mit einer Folien-EIektroIuminophorschicht zwischen zwei EIeIctroden mit hohem Reflexionskoefnzient R > 65%,
deren eine undurchlässig und deren andere teildurchlässig für Lumineszenzstrahlung ist und die einen Fabry-Perot-Resonator bilden,

dessen Länge ein Vielfaches der Wellenlänge des Leucht-Farbtons bei festem Beobachtungswinkel ist, so daß der Leucht-Farbton mittels der Länge des Fabry-Perot-Resonators oder durch Variation des Beobachtungswinkels einstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Elektroluminophorschicht (4) und der einen Elektrode (2) eine Schutzschicht (3) eingebracht ist,

die aus einem für Lumineszenzstrahlung durchlässigen Stoff besteht, dessen Brechungsindex gleich oder nahe demjenigen des Elektroluminophors ist, um eine optische Homogenität der Elektroluminophorschicht (4) und der Schutzschicht (3) zu gewährleisten,
und daß der Diffusionskoeffizient der Schutzschicht

(3) und der des Stoffes der einen Elektrode (2) und die Dicke der Schutzschicht (3) solche Werte haben, daß bei Temperung der Elektroluminophorschicht

(4) eine Diffusion sowohl aus der einen Elektrode (2) als auch aus der Schutzschicht (3) in die Elektrolumi- jo nophorschicht (4) verhindert wird.

2. Elektroiumineszenz-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schutzschicht (3) die kleinstmöglicht- Dicke gewählt ist.

3. Elektrolumineszenz-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jie Schutzschicht (3) aus einem Stoff ausgeführt ist, für den der Diffusionskoeffizient des Stoffes der angrenzenden Elektrode (2) minimal ist.

4. Elektrolumineszenz-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folie aus sublimiertem ZnS, mit Mn aktiviert, als die Elektroluminophorschicht (4) Al als die undurchlässige Elektrode (6), Au als die teildurchlässige Elektrode (2) und eine Folie aus unaktiviertem ZnS als die Schutzschicht (3) dienen.

5. Elektrolumineszenz-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (3) aus einer isolierenden Oxidfolie (z. B. Ta₂O₅, SiO) besteht.

6. Elektrolumineszenz-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (3) in kristallisierter Form vorliegt.