DE2903866C2

DE2903866C2 - Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2903866C2
Application number: DE2903866A
Authority: DE
Inventors: Kinichi Tenri Nara Isaka; Hiroyuki Kawabata; Hiroshi Nara Kishishita; Mikio Takeda
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1978-02-03
Filing date: 1979-02-01
Publication date: 1982-06-09
Also published as: US4287449A; DE2903866A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Anzeigevorrichtung ist durch die IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-24, 1977, No. 7, Seiten 909 bis 917, bekannt und verfügt über eine Lichtabsorptionsschicht mit einer Dicke von 300 nm. Die Lichtabsorptionsschicht besteht aus einem schwarzen Dielektrikum, dessen Aufbau jedoch nicht beschrieben ist.

Antireflexschichten, deren Schichtdicken etwa ein Viertel der Wellenlänge der durchzulassenden Strahlung haben, sind im Buch von H. A. Macleod: Thin-Film Optical Filters, Adam Hilger Ltd, London, 1969, Seiten 184 bis 191, beschrieben und sollen erreichen, daß möglichst viel Strahlung durch den zugeordneten Filter geht und nicht einfach zurückreflektiert wird. Im Gegensatz dazu haben Lichtabsorptionsschichten die Aufgabe, möglichst viel Strahlung innerhalb eines großen Wellenlängenbereichs zu verschlucken und in Wärme zu verwandeln. Zur Wirksamkeit einer Antireflexschicht eines Filters ist es im Gegensatz zur Wirksamkeit einer Lichtabsorptionsschicht erforderlich, daß möglichst viel Licht an das Filter weitergegeben wird und wenig Strahlung verschluckt wird. Antireflexschichten dürfen somit keine schwarzen Absorber sein, die die Strahlung eines größeren Längenwellenbereichs verschlucken.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen zweckmäßigen Aufbau einer gut wirksamen Lichtabsorptionsschicht für eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Bei dem erfindungsgemäßen Schichtaufbau mit Stärken, die weit unterhalb einem Viertel der Lichtwellenlänge liegen, wird durch die Frontelektrode einfallendes Licht gut absorbiert, so daß mit der Anzeigevorrichtung ein besonders guter Kontrast erreichbar ist b5

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine der Einzelschichten eine metallische Schicht und eine weitere der Einzelschich

ten die Oxidationssubstanz dieses Metalls.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert Es zeigt

F i g. 1 in Schnittdarstellung den prinzipiellen Aufbau einer Dünnschicht-EL-Anzeige gemäß der Erfindung,

Fig.2 in graphischer Darstellung das Kontrastverhältnis der Dünnschicht-EL-Anzeige der F i g. 1 in Abhängigkeit vom Umgebungslicht,

Fig.3 die Schnittdarstellung einer anderen Dünnschicht-EL-Anzeigetafel gemäß der Erfindung,

Fig.4 die Schnittdarstellung einer noch anderen Dünnschicht-EL-Anzeigetafel mit erfindungsgemäßen Merkmalen,

Fig.5 die vergrößerte Teilschnittdarstellung eines Abschnitts der Anzeigevorrichtung nach Fig.4 mit einer Gegenelektrode und einer Mehrzahl von Lichtabsorptionsschichten und

Fig.6 und 7 in graphischer Darstellung die Reflexionseigenschaften einer Dünnschicht-EL-Anzeigetafel gemäß der Erfindung.

Die Dünnschicht-EL-Anzeigetafel gemäß der Erfindung, wie sie in F i g. 1 in einer Teilschnittansicht dargestellt ist, umfaßt ein Substrat 1, eine darauf aufgebrachte Transparentelektrode 2, eine erste dielektrische Schicht 3, eine dünne elektrolumineszent wirksame Filmschicht 4, zweite dielektrische Schichten 5a und 5b. lichtabsorbierende Schichten 11 und 12, Gegenelektroden 13, ein schüssel- oder napfartiges Glassubstrat 8 und eine Schutzflüssigkeit 9.

Das Substrat 1 besteht beispielsweise aus einem warmfesten Glas, wie es etwa unter der Handelsbezeichnung »Pyrex« bekannt ist Die auf dem Substrat 1 aufgebrachte Transparentelektrode 2 besteht aus In₂O₃, SnO₂ oder dergleichen. Die darüber aufgebrachte erste dielektrische Schicht 3 besteht aus Y₂O₃, TiO₂ usw. Der dünne EL-FiIm 4 wird durch die erste dielektrische Schicht 3 und die zweiten dielektrischen Schichten 5a und 5b eingeschlossen. Der dünne EL-FiIm 4 besteht beispielsweise aus einem ZnS : Mn-Gemisch. Die zweite dielektrische Schicht 5a besteht beispielsweise aus S13N4. Die weitere zweite dielektrische Schicht 5b besteht beispielsweise aus Al₂O₃. Die auf der zweiten dielektrischen Schicht 5b mittels Aufdampftechnik in einer Dicke von etwa 500 bis 1000 nm und parallel zur Transparentelektrode 2 aufgebrachten Gegenelektroden bestehen beispielsweise aus Al.

Die erste Einzelschicht 11 der Lichtabsorptionsschicht — beispielsweise aus Al₂O₃- _x oder Al₂O₃ — liegt über der zweiten dielektrischen Schicht 5b mit einer Schichtstärke von etwa 5,0 bis 10,0 nm. Die Verbindung Al₂O₃- _x wird unter atmosphärischen Bedingungen hergestellt und enthält nur eine geringe Menge von Sauerstoffatomen, das heißt, es handelt sich nicht um eine vollständige (gesättigte) Verbindung von Al₂O₃. Das Material Al₂O₃-, zeigt sehr ähnliche Eigenschaften wie Aluminium.

Über der ersten Einzelschicht 11 ist eine zweite Licht absorbierende Schicht 12, beispielsweise aus Mo mit einer Dicke von etwa 10,0 bis 30,0 nm aufgebracht, um die Lichtabsorptionseigenschaften zu verbessern. Das einfallende Licht wird durch die erste und zweite Einzelschicht (erste und zweite Lichtabsorptionsschicht) 11 bzw. 12 absorbiert, die bei der Betrachtung wie ein schwarzer Hintergrund wirken. Anstelle des Mo können auch andere Materialien wie Zr, Ti, Y, Ta, Ni oder dergleichen verwendet werden. Es wird angenommen, daß die schwarze Hintergrundwirkung der ersten und

zweiten Lichtabsorptionsschicht 11 bzw. 12 sich durch Lichtinterferenz ergibt, die an der Zwischenfläche zwischen den beiden Lichtabsorptionsschichten 11 und 12 auftritt

Nach dem Aufbringen der ersten tnd zweiten Lichtabsorptionsschicht 11 und 12 und der Gegenelektrode 13 erfolgt über der gesamten Oberfläche der zweiten dielektrischen Schicht 5b eine gewünschte Musterausbildung mittels Ätztechnik, um ein entsprechendes Muster für die erste und zweite Lichtabsorp- ι ο tionsschicht 11 bzw. 12 und die Gegenelektrode 13 zu erreichen. Die zweite dielektrische Schicht 5b wird durch das Ätzverfahren nicht beeinflußt und bleibt unverändert

Das schüsselartige Glassubstrat 8 besteht aus Sodaglas mit einer Stärke von beispielsweise 3 mm. Die Vertiefung im Glassubstrat 8 beträgt zum Einbringen der Dünnschicht-EL-Anzeigeeinheit beispielsweise 1 rnm. Ein Zuleitungsanschluß 10, beispielsweise aus Phosphorbronze oder Cu-Be ist mit den. Rand der Transparentelektrode 2 verbunden und stellt den elektrischen Versorgungsanschluß dar. Das andere Ende der Zuleitung 10 ist mit einer ersten Leiterkarte 14 so verbunden, daß die gekapselte Dünnschicht-EL-Anzeigeeinheit durch den Zuleitungsanschluß 10 von der Leiterkarte 14 auf Abstand gehalten wird

Auf der der Dünnschicht-EL-Anzeigeeinheit gegenüberstehenden Seite der ersten Leiterkarte 14 ist eine Hintergrundschicht 15, beispielsweise eine schwarze Vinylharzschicht aufgebracht, die als Hintergrund für die Anzeigeeinheit dient Die Hintergrundschicht 15 absorbiert das in den Abstand zwischen benachbarten Gegenelektroden 13 eindringende Licht. Auf jedem einer Mehrzahl von auf der anderen Seite der ersten Leiterkarte 14 aufgebrachten Anschlußstücken 16' ist ein elektronisches Bauelement 16 angeordnet. Diese elektronischen Bauelemente 16 bestehen aus integrierten Schaltkreisen (ICs) und großintegrierten Schaltkreisen (LSIs). Die elektronischen Bauelemente 16 sind in Dual-in-Line-Gehäusen eingebaut; sie dienen zur auswahlweisen Ansteuerung der Dünnschicht-EL-Anzeigeeinheit

Ober und parallel zur ersten Leiterkarte 14 ist in enem gewissen Abstand eine zweite Leiterkarte 17 angeordnet, die in ähnlicher Weise mit weiteren elektronischen Bausteinen 16" bestückt ist, die ebenfalls zur Ansteuerung der Anzeigeeinheit dienen. Zur elektrischen Verbindung und Verschaltung zwischen der ersten und zweiten Leiterkarte 14 bzw. 17 sind Anschlußstücke 18 und 19 vorhanden. Die beiden Leiterkarten 14 und 17 können aus einer Mehrzahl von Schichten aufgebaut sein. Zur mechanischen Verbindung und Abstandshalterung der ersten und zweiten Leiterkarte 14 und 17 dient eine Schraube 20.

Der Strom fließt über den Zuleitungsanschluß 10 zur Transparentelektrode 2 und dann zur Gegenelektrode 13. Dabei entsteht an den ausgewählten Segmenten über die dünne EL-Filmschicht 4 das Elektrolumineszenzphänomen. Selbst dann, wenn externes Licht über das Substrat 1 auf die Dünnschicht-EL-Anzeige fällt, wird dieses durch die erste und zweite Licht absorbierende Schicht 11 bzw. 12 absorbiert, die weitgehend ein Streuen von Reflexionslicht nach außen verhindern, so daß die Sichtbarkeit bzw. die Ablesbarkeit der Elektrolumineszenzanzeige wesentlich verbessert ist

Die graphische Darstellung der Fig.2 läßt die Abhäneiekeit des Kontrastverhältnisses einer erfindungsgemäßen Dünnschicht-EL-Anzeigetafel in Abhängigkeit vom Umgebungslkht erkennen. Das Kontrastverhältnis ist auf der Ordinate und die Intensität des Umgebungslichts auf der Abszisse aufgetragen. Das Kontrastverhältnis C läßt sich durch folgende Gleichung darstellen:

Ay + B

Ay

1 +

Yy

worin mit A das Umgebungslicht (cd/cm²), mit B die Helligkeit des Elektrolumineszenzlichts (cd/cm²) und mit γ der Reflexionskoeffizient (in %) bezeichnet sind.

Die mit /1 gekennzeichnete Kennlinie gibt das Kontrastverhältnis in Abhängigkeit vom Umgebungslicht für eine bekannte Dünnschicht-EL-Anzeigetafel wieder, bei der die erste und zweite Licht absorbierende Schicht 11 bzw. 12 nicht vorhanden ist Charakteristische Kennwerte für die Linie I\ sind folgende:

Helligkeit der Elektrolumineszenz: 1,7 χ 10~² cd/cm², Reflexionskoeffizient: 53,6%.

Dazu im Vergleich verdeutlicht die Kennlinie h die entsprechenden Werte für die oben beschriebene EL-Anzeigetafel, bei der die erste bzw. zweite Licht absorbierende Schicht 11 bzw. 12 in einer Dicke von 7 nm bzw. 10 nm vorhanden sind und die Gegenelektrode 13 eine Stärke von 1000 nm aufweist Die entsprechenden charakteristischen Datenkennwerte für die Linie/₂ lauten:

Helligkeit der Elektrolumineszenz: 1 χ 10~² cd/cm², Reflexionskoeffizient: 18,7%.

Die F i g. 3 veranschaulicht eine andere Dünnschicht-EL-Anzeigetafel gemäß der Erfindung, die mit der von F i g. 1 im wesentlichen identisch ist jedoch mit dem Unterschied, daß eine Mehrzahl von Licht absorbierenden Schichten 11 aus einem gleichen Material anstelle der ersten and zweiten Licht absorbierenden Schicht 11 und 12 vorgesehen ist die bei F i g. 1 aus ungleichen Materialien bestanden. Die übereinander aufgebrachten Licht absorbierenden Schichten 11 bestehen beispielsweise aus AI2O3 oder AbOs-* und sind in aufeinanderfolgenden Aufdampfschritten aufgebracht Die übrigen aus F i g. 1 bereits bekannten Teile sind mit den entsprechenden Bezugshinweisen gekennzeichnet

Die Lichtabsorptionsschichten 11, beispielsweise AI2O3-., gemäß Fig.3 werden wie nachfolgend beschrieben in aufeinanderfolgenden Aufdampfschritten aufgebracht: Zunächst wird auf der zweiten dielektrischen Schicht 56 eine erste Schicht aus AbOa-* in einer Schichtstärke von etwa 1,0 bis 5,0 nm im Vakuum bei etwa 150⁰C niedergeschlagen. Die Oberfläche dieser Schicht wird durch O₂-Zufluß oxidiert.

Anschließend wird darüber in ähnlicher Weise, jedoch mit etwas größerer Schichtdicke eine zweite Schicht aus AI2O3 _ χ aufgebracht die ebenfalls einer Oxidation durch 02-Zufluß unterworfen wird. Schließlich wird eine dritte Schicht aus AI2O3-* in ähnlicher Weise aufgebracht und jede der Schichten weist eine Stärke von 1,0 bis 25 nm auf.

Durch Aufbringen von 2 bis 5 Schichten, jeweils mit einer Dicke von etwa 1,0 bis 25 nm, wird ein Reflexionskoeffizient von etwa 14 bis 28% erreicht Um den Reflexionskoeffizienten weiter abzusenken, kann die Uchtabsorptionsschicht U aus noch weiteren Einzelschichten aufgebaut werden.

Die Lichtabsorptionsschicht 11 absorbiert das in das Dünnschicht-EL-Anzeigefeld einfallende Licht und

reduziert das durch die Gegenelektrode 13 reflektierte Licht in erheblichem Maße. In anderen Worten: Von der Seite des Substrats 1 aus erscheint die Gegenelektrode damit als nahezu schwarz. Es wird angenommen, daß der Absorptionseffekt für das einfallende Licht sich aus den stofflich unterschiedlichen Filmschichten aus AI2O3 oder AI2O3-X ergibt, die in aufeinanderfolgenden Aufdampfschritten aufgebracht sind, und zwar insbesondere an den Zwischenflächen, die ähnlich wie bei Keramik-Metallschichten durch einen geringe OrZufluß oxidiert sind.

Die AI2O3- bzw. AI2O3-»-Schichten können durch andere Materialien ersetzt sein, wie Mo, Zr, Ti, Y. Ta, Ni und dergleichen.

Die Fig.4 zeigt den Aufbau einer noch anderen Dünnschicht-EL-Anzeigetafel gemäß der Erfindung, die wiederum mit der nach F i g. 1 weitgehend identisch ist, jedoch mit der Ausnahme, daß die Licht absorbierende Schicht 11 wenigstens einen metallischen Film und wenigstens eine Filmschicht mit gleichem metallischem Material anstelle der ersten und zweiten Licht absorbierenden Schicht 11 bzw. 12 gemäß Fig. 1 enthält Auch hier sind die aus F i g. 1 bereits bekannten Teile mit den gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet.

Wie die vergrößerte Teilschnittdarstellung der F i g. 5 erkennen läßt, umfaßt die Lichtabsorptionsschicht 11 zwei Qbereinanderliegende Schichtpaare aus einem metallischen Film 11a (beispielsweise aus Al) und einem weiteren Film 116, mit Al, der entweder aus AI2O3 oder AI2O3-X besteht. Die Dicke des metallischen Films 11a beträgt etwa 6,0 nm und die des anderen Films 116 etwa 3,0 nm. Die metallische Filmschicht 11a und die weitere Filmschicht 116 werden aufeinanderfolgend durch Aufdampfen aufgebracht. Um die Lichtabsorptionseffekte der Filmschichten 11a und 116 zu verbessern, sollte jede dieser Filmschichten weniger als 30 nm dick sein und vorzugsweise dünner als etwa 10 nm.

Die Lichtabsorptionsschicht 11 kann bei dieser Ausführungsform aus zwei bis fünf Schichten aufgebaut sein, beispielsweise mit Al oder dergleichen, jeweils mit einer Dicke von etwa 6,0 nm.

Die Lichtabsorptionsschicht U absorbiert auch in diesem Fall in die Dünnschicht-EL-Anzeigetafel einfallendes Licht und reduziert in erheblichem Maße die auf die Gegenelektrode 13 auftreffende Lichtmenge sowie das reflektierte Licht. Die Gegenelektrode 13 erscheint bei Betrachtung durch das Substrat 1 hindurch wiederum als im wesentlichen schwarzer Hintergrund. Die graphischen Darstellungen der Fig.6 und 7 verdeutlichen die Wellenlänge (nm) aufgetragen über dem Lichtreflexionskoeffizienten (%) bei einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung. Auf der Ordinate ist jeweils der Lichtreflexionskoeffizient (in %) und auf der Abszisse die Wellenlänge (in nm) aufgetragen. Die Fig.6 verdeutlicht die Spektraldaten der

is emittierten Elektrolumineszenz, und mit η sind die Reflexionskennwerte der Dünnschicht-EL-Anzeigetafei wiedergegeben, wenn die Lichtabsorptionsschicht 11 aus zwei Einzelschichten mit Al und einer Dicke von etwa 6,0 nm aufgebaut ist. Eine weitere Kennlinie r₂ verdeutlicht die Reflexionskennwerte für den Fall, daß die Absorptionsschicht 11 ebenfalls aus zwei Einzelschichten mit Al, jedoch mit einer Stärke von etwa 4,0 bis 5,0 nm aufgebaut ist.

In F i g. 7 gibt eine Kennlinie rs die Reflexionskenn-

werte der Dünnschicht-EL-Anzeigetafel an, wenn die Lichtabsorptionsschicht 11 aus drei AI-Einzelschichten mit einer Dicke von etwa 6,0 nm aufgebaut ist Eine weitere Kennlinie A bezieht sich auf die gleiche Dünnschicht-EL-Anzeigetafel, wobei jedoch in diesem Fall eine Filmschicht 116 mit Al und AI2O3 zwischen zwei metallischen Filmschichten Ua aus Al eingebracht ist und alle Einzelfilmschichten 1 la bzw. 116 eine Stärke von etwa 1,0 bis 6,0 nm aufweisen. Eine weitere Kennlinie rs gibt den Reflexionskoeffizient der Gegen elektrode 13 selbst an, wenn diese aus Al hergestellt ist Es wurden folgende durchschnittliche Reflexionskoeffizienten ermittelt:

Γ\	= 44,4θ/ο
Γ2	= 32,9θ/ο
Γ}	= 19,80/0
Γι	= 21,40/0

Hierzu 5 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Anzeigevorrichtung mit einer durchsichtigen Frontelektrode, einer reflektierenden Gegenelektrode und einer Licht-Emissionsschicht, die in Abhängigkeit von einer zwischen der Front- und der Gegenelektrode liegenden Spannung Licht emittiert, wobei zwischen der Licht-Emissionsschicht und der Gegenelektrode eine Lichtabsorptionsschicht angeordnet ist, die durch die Frontelektrode einfallendes Licht absorbiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtabsorptionsschicht aus mindestens zwei stofflich unterschiedlichen Einzelschichten (It, 11a, llf>, 12) mit einer Stärke von 1 bis 30 nm aufgebaut ist, die aus den Stoffen Al₂O₃, Al₂O₃-* Mo, Zr, Ti, Y, Ta, Ni oder Al gebildet ist

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Einzelschichten (11 a) eine metallische Schicht ist und eine weitere der Einzelschichten (1 lö^die Oxidationssubstanz dieses Metalls enthält