DE3204859A1

DE3204859A1 - Elektrolumineszente duennfilmstruktur

Info

Publication number: DE3204859A1
Application number: DE19823204859
Authority: DE
Inventors: Jorma Olavi 02140 Espoo Antson; Sven Gunnar 02230 Espoo Lindfors; Arto Juhani 02550 Evitskog Pakkala; Jarmo 00350 Helsinki Skarp; Tuomo Sakari 02610 Espoo Suntola; Markku 02320 Espoo Ylilammi
Original assignee: OSAKEYHTIOE LOHJA AB; Osakeyhtioe Lohja 08700 Virkkala AB; Lohja Oy AB
Current assignee: ELKOTRADE AG ZUG CH
Priority date: 1981-02-23
Filing date: 1982-02-11
Publication date: 1982-09-09
Also published as: BR8200944A; JPH0158639B2; US4416933A; AU554467B2; GB2094059A; GB2094059B; JPS57154794A; FI61983C; FR2500333A1; DD202364A5; FR2500333B1; HU183831B; FI61983B; AU8045082A

Description

OY LOHJA AB
SF-08700 Virkkala
Finnland

Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrolumineszente DünnfiImstruk'tür wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.

. ' Die elektrolumineszente Dünnfilmstruktur der Erfindung hat die Merkmale

wenigstens eine Substratschicht, z. B. aus Glas, wenigstens eine erste Elektrodenschicht, wenigstens eine zweite Elektrodenschicht, die in einem Abstand von der ersten Elektrodenschicht angeordnet ist, eine Lumineszenzschicht, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist und zusätzliche Schichtstrukturen, die zwischen den' Elektrodenschichten und der Lumineszenzschicht vorgesehen sind und die strombegrenzende und chemisch schützende Funktionen haben.

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 zu bringen gewesen sind, der praktischen Erfordernissen entspricht. Elektrolumineszente Dünnfumbauteile sind seit den frühen 60er Jahren intensiver untersucht worden. Das hauptsächliche bzw. wichtigste Lumineszenzmaterial ist Zinksulfid; 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 -Ω-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 Feld (in der Größenordnung von 10 V/cm).

^Bei Einwirkung auf einen dünnen Film bzw. über einen dünnen Film hinweg erfordert die Anwendung eines solchen elektrisehen Feldes, daß sehr hohe elektrische und strukturmäßige Homogenität bezüglich des Zinksulfid-Materials vorliegt. Andererseits steigt die elektrische Leitfähigkeit des Zinksulfids mit steigender Temperatur an. Unter den Bedingungen bzw. der Einwirkung eines starken Feldes ist der dünne Film 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 ansteigt entsprechend einer positiven Rückkopplung bzw. Mitkopplung.

'

Eine auf der Basis allein nur eines dünnen Filmes aus nicht-legiertem bzw. undotiertem Zinksulfid aufgebaute Dünnfilmstruktur hat sich nicht als brauchbar erwiesen und als wichtige Verbesserung ist eine Struktur vorgeschlagen worden [W.J. Harper, Journal Electrochemical Society, 109, 103 (1962)], bei der thermischer Durchbruch dadurch vermieden worden ist, daß man eine Reihenimpedanz bzw. einen Reihenwiderstand vorgesehen hat, der den durch den Zinksulfidfilm 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-Lumineszenz struktur sprechen.

B 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

]0 Stand der Technik dürfte als die beste Ausführungsform die von Shart 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 "Dual-Insulation-Structure" ausgeführt worden [M. J. Russ, D.I. Kennedy, Journal Electrochemical Society, 114, 1066 (1967)]. Es 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 Faktor bzw. Gesichtspunkt, und zwar speziell im Hinblick auf elektronische Steuer schaltungen, die das Elektrolumineszenzbaut'eil steuern.

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- Funktion der Isolation in der Elektrolumineszenzstruktur ist folglich 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 0 Gedanken zur Grundlage, daß es möglich ist, die Funktion einer chemischen Grenzschicht und die Funktion einer Strombegrenzung voneinander zu trennen. Die Erzeugung bzw. das Bewirken eines chemischen Schutzes ist dabei ohne SpannungsVerluste erreicht. Mit anderen Worten wird dies erreicht durch ein Material, 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 Funktion haben und die zwischen der jeweiligen Elektrodenschicht und der Lumineszenzschicht vorgesehen sind und daß eine dritte zusätzliche Schichtstruktur vorgesehen ist, die strombegrenzende Funktion 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, daß eine Schicht als chemische Grenzschicht auf beiden Seiten des Zinksulfidfilms wirksam ist, wohingegen eine strombegrenzende Funktion 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.

ι·:ΐ η«· wl tjh I Ige Auaf ührungsf orra der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine ziemlich dünne zusätzliche Isolationsschicht 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 Ubergangsschicht wirksamen ziemlich dünnen zusätzlichen Isolationsschicht und aus einer elektrisch leitenden,· chemisch schützenden

Ib schicht besteht.

Mit Hilfe der Erfindung lassen sich bemerkenswerte Vor- . teile erreichen. Durch Trennen der leitfähigen, schützenden Schicht und der strombegrenzenden Schicht voneinander ist es somit ermöglicht worden, die elektromlumineszente Struktur zu vereinfachen. Durch Anordnen einer sehr dünnen Al-O^Schicht auf der einen Grenz-Oberflache der Lumineszenzschicht ist darüber hinaus eine gute Lichtemission erreicht worden, und zwar unabhängig von der augenblickliehen 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 mit Gleichstrom betrieben werden.

·

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines erläuternden Beispiels im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Die Figuren 1 bis 5 sind teilweise schematische Schnittansichten von verschiedenen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen elektrolumineszenten Struktur.

Fig. 6 zeigt als Kurve die-Abhängigkeit von (angelegter) Wechselspannung und Helligkeit der Struktur nach Fig. 4.

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.
1.0

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 Lumineszenzschicht 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 Funktion 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.

] DIg in Fig. 2 gezeigte Struktur ist ähnlich der nach Fig.1-, ausgenommen daß ihr die erste schützende Dielektrikumssehicht 4 fehlt. ■ ,, .-""

p- 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 der jenigen .nach' Fig.3 y. ι Q ausgenommen daß ihr die zweite zusätzliche Isolations- - _ϋ (· schicht 7 fehlt. ^ö '-Q ' '

Die Struktur nach Fig. 5 ist ähnlich der nach Fig. 4, aüsv genommen, daß ihr die erste zusätzliche Isolationsschicht! /W ^ _lb 5 fehlt.

Nachfolgend wird die Struktur nach Fig. 4 des näheren beschrieben. Diese Struktur stellt eine gewisse Optimal- .·'."·■ *. lösung dar. Die Auswahl der Materialien und Bemessungen, die bei dieser Struktur vorliegen, lassen sich auch bei,- ', . ■ . A" den Strukturen nach den Figuren 1 bis 3 und 5 anwenden. ' :;. .'

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

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

Das Titandioxid (TiO„), das für die Schicht 3 verwendet ^ ist und das eine passende elektrische Leitfähigkeit aufweist, wirkt als chemische Trennung zwischen der oberen · .^^; „ Elektrode 2 und dem Zinksulfid der Lumineszenzschicht 6. Zwischen dem Titandioxid und dem Zinksulfid ist eine

^iy^rn^

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 im Hinblick ihrer Eigenschaft voneinander getrennt 1ο optimiert"werden.

Fig. 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 den zeitgerafften Lebensdauertests ist die chemische·Stabilität gut.

Die Schichten 3, 5, 6 und 8 sind mittels sogenannter ALE-Technik. (Atomic Layer Epitaxy = atomare Schichtepitaxie) aufgewachsen. Die ITO (Indium-Zinnoxid)-Filme 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 (ITO).

. Die Schicht 3 besteht aus Titandioxid (TiO₉). Der spezi-35

fische Widerstand des Filmes beträgt 10 bis 10 Sicm.

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 Titandiox'ids folgt, daß keine Spannung an dem Film bleibt, was einen gewissen Vorteil bietet. Aus dem Glassubstrat 1 diffundierte Verunreinigungen beeinflussen nicht die elektrischen Eigenschäften des Titandioxids, und zwar anders als die der Isolationsschichten. Auch hat Titandioxid eine das elektrische 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 sehr dünne Schicht 5 aus Aluminiumoxid vorgesehen. Diese Schicht hat drei Funktionen: Sie ist ein stabiles Wachstums- bzw. Aufwachssubstrat für Zinksulfid und man erhält gleichzeitig eine gegenüber Zink- ° sulfid 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-O-,-Schicht 5 jedoch so dünn wie möglich auszuführen, so daß

die gewünschten guten Eigenschaften erreicht sind. 35

Die aktive Lumineszenzschicht 6 ist Zinksulfid. Dies ist mit Mangan legiert bzw. dotiert. Die Dicke der Zinksulfidschicht bestimmt die Zünd- bzw. Einsatzspannung und im Falle des Wechselströmbetriebs auch die maximale Helligkeit.

Beide Paktoren vergrößern sich mit zunehmender Dicke der Zinksulfidschicht.

Wenn diese beiden einander gegenüberstehenden bzw. entgegengesetzten Gesichtspunkte aufeinander anzupassen 2Q sind, muß ein Kompromiß gemacht werden bezüglich der Bestimmung der Dicke der Zinksulfidschicht 6. Es ist jetzt die Schlußfolgerung für eine Zinksulfidschicht mit einer Dicke von ungefähr 300 nm gezogen worden.

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 Ta^O,- in einen Nichtisolator der Art des TiO₂ übergeht, ist sehr scharf. Wenn man auf einer Seite dieses Grenzwertes bleibt, scheint *** 25 das Pulsverhältnis im Herstellungsprozeß keinen graduellen Einfluß auf die Eigenschaften des Films zu haben.

TTO ist sehr ähnlich dem Ta₃O₅. Als Dielektrizitätskonstante von TTO ist ein Wert von 20 bei einer Meßfrequenz von 1 kHz festgestellt worden. Als Wert für die Durchbruchsfeldstärke von TTO sind 7 MV·cm gemessen worden. Dieser Wert ist gleich groß wie der, der für beste Ta₂O₅-FiImO gilt. Wenn 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 am häufigsten für die Zerstörung eines Films verantwortlich, und zwar ehe der Gesamtdurchbruch durch Bulk-Material eintritt. In dieser Hinsicht unterscheidet sich ein TTO-Dünnfilm von einem Ta₂O₅-DUmIf ilm.

Wenn man eine TTO-Schicht als 'Strombegrenzer in einer Lumineszenzstruktur verwendet, erreicht man einen beträchlichen Grenzwert für die Betriebsspannungen. Fig. 7 zeigt für eine Lumineszenzstruktur nach Fig. 4 die Zündbzw. Einsatzspannung und die Zerstörungsspannung, und zwar als Funktion der Dicke der TTO-Schicht. Die große Duldung bzw. Zulässigkeit 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 z. 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. Macht man den Film dünner, 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 Isolations-

SQ schichten 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 werden, soweit dies gewünscht ist, und zwar um die chemische Dauerhaftigkeit zu verbessern.

Eine Al-O-^-Schicht 5 kann auch zwischen dem Zinksulfid und den TTO-Schichten angeordnet sein. In gewissen Fällen kann die Schicht. 5 auch vollständig weggelassen sein (Figuren 5 und 6).

Im Hinblick auf alternative Ausführungsformen sei erwähnt, daß die isolierende, schützende Schicht 8 auch aus Barium-Titan-Oxid (Ba Ti O ) oder aus Bleititanat (PbTiO₇) bestehen kann.
10

Die Dicke der dielektrischen, schützenden Schicht kann z. B. 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 nm 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 beobachtet worden, daß eine erfindungsgemäße Struktur auch als Gleichstrom-Struktur arbeiten kann. Daraus ^Q ist zu folgern, daß die Schicht oder die Schichten eine strombegrenzende Funktion mit Widerstandscharakter haben.

Im Nachfolgenden wird eine erfindungsgemäße Struktur nach Fig. 4 in Gleichstrom-Anwendung betrachtet. Die Schichten 1, 2, 3_r 5 und 6 können dann so bleiben wie dies bereits

beschrieben ist. Die schützende Schicht 8 aus einem Widerstandsmaterial 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 betra-

i> gen.

Als eine zweite Alternative sei erwähnt, daß das Widerstandsmaterial der chemisch schützenden Schicht Ta₃O₅ ist und daß die Dicke der Schicht 50 bis 1000 nm, vorzugsweise 100 nm beträgt.

Die zweite Elektrodenschicht 10 kann aus Aluminium bestehen. ·

In Fig. 8 ist die Kurve der Abhängigkeit Spannung - Hellig-¹^ keit für die oben beschriebene Struktur so wiedergegeben, wie sie gemessen worden ist mit 1 kHz und 10 % Gleich- · Spannungsimpulsen (1 kHz 10 per cent DC pulses)

'tanwalt

Leerseite

Claims

Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur

PATENTANSPRÜCHE

30

l Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur mit wenigstens einer Substratschicht (1) aus beispielsweise Glas; mit wenigstens einer ersten Elektrodenschicht (2); mit wenigstens einer zweiten Elektrodensehicht (10), die in einem Abstand von der ersten Elektrodensehicht (2) angeordnet ist;

mit einer Lumineszenzschicht (6), die zwischen der ersten Elektrodensehicht (2) und der zweiten Elektrodensehicht (10) angeordnet ist; und mit zusätzlichen Schichtstrukturen (3 bis 5, 7 bis 9), die zwischen den Elektrodenschichten (2 und 10) und der Lumineszenzschicht (6) 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 Elektrodensehicht (10) und der Lumineszenzschicht (6) angeordnet ist.
2.

Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur nach Anspruch 1,

gekennzeichnet dadurch, daß die dritte zusätzliche Schicht-

Struktur (4,8) Teil der ersten (3,4) und/oder der zweiten zusätzlichen Schichtstruktur (8,9) ist (Figuren 1 und 2).
3. Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die dritte zusätzliche Schichtstruktur (8) eine getrennte chemisch schützende Schicht aus einem Dielektrikumsmaterial wie ζ. B. Tantal-Titan-Oxid (TTO), Barium-Titanoxid (Ba Ti O ) oder Blei-Titan-Oxid (PbTiO₃) ist, bei der die Dicke der Schicht (8) zwi-IQ sehen 100 und 1000 nm, vorzugsweise bei 200 nm liegt (Figuren 3 bis 5).
4. Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die erste zusätzliche Schichtstruktur eine getrennte chemisch schützende Schicht (3) ist, die aus elektrisch leitfähigem Material wie z. B. TiO₂ oder SnO₂ besteht und bei der die Dicke der Schicht (3) zwischen 50 und 1000 nm beträgt (Figuren 2 bis 5).
5. Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine dünne zusätzliche Isolationsschicht (5,7) aus z. B.. Al 0, oder Tantal-Titan-Oxid (TTO) vorgesehen ist, die als Übergangsschicht wirkt und die auf wenigstens der einen Seite der Lumineszenzschicht

(6) angeordnet ist (Figuren 1 bis 4).
6. Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur nach Anspruch bei der die leitende und schützende Schicht (3) 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 Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Dicke der zusätzlichen

3ß Isolationsschicht (5,7) 5 bis 100 nm, vorzugsweise ungefähr 20 nm beträgt.
8. Elektrolumineszenz Dünnfilmstruktur nach einem der Ansprüche 3 und 5 bis 7, bei der die schützende Dielektrikumsschicht (8) aus Tantal-Titan-Oxid (TTO) besteht, gekennzeichnet dadurch, daß eine dünne Al₃O₃-Schicht (5) vorgesehen ist, die als eine Übergangsschicht wirksam ist und die zwischen der schützenden Dielektrikumsschicht (8) und der Lumineszenzschicht {6) angeordnet ist (Figuren 1 bis 3).
9. Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß eine zusätzliche Isolationsschicht (5.) vorgesehen ist, die als eine Übergangsschicht wirksam ist und die nur zwischen der leitenden schützenden Schicht (3) und der Lumineszenzschicht (6) vorhanden ist (Figur 4).
10. Elektrolumineszente Dünnfilmstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die dritte zusätzliche Schichtstruktur eine getrennte chemisch schützende Schicht (8) ist, die aus Widerstandsmaterial, wie z. B. Ta₂Or oder Tantal-Titan-Oxid (TTO) besteht, wobei die Dicke der Schicht (8) zwischen 50 und 1000 nm, vorzugsweise 100 bis 300 nm beträgt.