DE3444769A1 - Elektroluminiszierende vorrichtung - Google Patents
Elektroluminiszierende vorrichtungInfo
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Description
344A76 3
Elektroluminiszierende Vorrichtung
Beschrei-bun
Die Erfindung betrifft eine elekt.rolurainiszier'ende Vorrichtung
(EL-Vorrichtung) und ist spezieller auf eine elektroluminiszierende Vorrichtung gerichtet, deren
lichtemittierende Schicht eine verbesserte Spannungsund eine verbesserte Stromwiderstandsfähigkeit hat.
Eine elektroluminiszierende Vorrichtung nach dem Stand der Technik besteht ihrem prinzipiellen Aufbau gemäß
aus zwei Elektroden und einer lichtemittierenden Schicht,
die- zwischen' den Elektroden angeordnet ist und aus einem
■ '
Zusatz eines■aktiven'Materials gebildet wird, wobei lichtemittierende"
Kerne, so wie z.B. Mn, Tb und Sm einem Halbleiter, z.B. Zn, Se und ZnS beigefügt werden. Um in
dieser EL-Vorrichtüng Licht zu erzeugen, wird die lichtemittierende Schicht einem elektrischen Feld oder einem
elektrischen Strom ausgesetzt, um eine Elektronenwanderung gegen die lichtemittierenden Kerne hervorzurufen.
Bei der Bildung der lichtemittierenden Schicht treten Fehlstellen auf, an denen nur ein geringer Spannungswiderstand
und ein geringer Stromwiderstand herrscht, bei-
spielsweise an Nadellöchern oder an Kristallkorngrenzen.
Es ist schwierig, eine lichtemittierende Schicht herzustellen, die über ihren gesamten Oberflächenbereich keine
derartige Schadstellen hat. Aufgrund der durch diese Schadstellen verursachten niederen Spannungs- und Stromwider-
stände ist es schwierig, eine elektroluminiszierende Vorrichtung allein mit einer oben beschriebenen Basisstruktur
zu verwirklichen. Es gibt eine AC EL-Vorrichtung, die in der Lage 'ist, bei Anlegung eines elektrischen Feldes Licht
zu emittieren, bei der Isolierschichten beidseitig der lichtemittierenden Schicht angeordnet ist, um deren Hochspannungswiderstand
zu sichern, wobei die oben erwähnten Probleme gelöst sind. Bei einer DC EL-Vorrichtung, die
in der Lage ist Licht zu emittieren, wenn sie einem elektrischen Strom ausgesetzt wird, ist es jedoch unmöglich,
Isolierschichten zwischen den Elektroden anzuordnen. Es ist daher schwierig, bei einer DC EL-Vorrichtung
den Spannungswiderstand zu verbessern. Außerdem liegt bei einer DC EL-Vorrichtung ein weiteres Problem
darin, daß diese aufgrund der Stromkonzentration die durch die Heterogenität und die Schadstellen in der
lichtemittierenden Schicht vorliegen, brennen können. Aus diesem Grunde haben DC EL-Vorrichtungen noch keinen
Eingang in die Praxis gefunden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Probleme bei einer elektroluminiszierenden
Vorrichtung zu überwinden.
Die erfindungsgemäße elektroluminiszierende Vorrichtung
mit einer lichtemittierenden Schicht zwischen den Elektroden ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Selenium- ·
2ö schicht zwischen der lichtemittierenden Schicht und
mindestens einer Elektrode ausgebildet wird.' Das nichtleitende Selenium wird erzeugt unter Ausnützung der
Selbstheilungsfähigkeit von Selenium zwischen der Elektrode und den Bereichen der lichtemittierenden Schicht,
die einen geringen Spannungswiderstand aufgrund von Nadellöchern und Kristallkerngrenzen aufweisen, um den
Spannungswiderstand dieser erwähnten Bereiche in der lichtemittierenden Schicht zu erhöhen. Das Auftreten
von Stromkonzentrationen in Abschnitten mit niederem Widerstand innerhalb der lichtemittierenden Schicht aufgrund
solcher Löcher und Kristallkerngrenzen die dort vorliegen, wird unter Ausnutzung der Kenntnis unterbunden,
daß die Kristalle i-n der Seleniumschic.ht, die zwischen
der'lichtemittierenden Schicht und der Elektrode ausgebildet ist, eine nichtisotrope Widerstandscharakteristik
in bestimmten Kfistallisationsrichtungen aufweisen. Dadurch kann das Verbrennen einer EL-Vorrichtung
vermieden werden.
Die elektroluminiszierende Vorrichtung nach, der Erfindung
hat eine lichtemittierende Schicht zwischen den Elektroden und eine Seleniumschicht, die zwischen der lichtemittierenden
Schicht und mindestens einer Elektrode ausgebildet ist., wobei die Abschnitte der lichtemittierenden Schicht,
die einen geringen Spannungswiderstand haben, spannungsbehandelt werden, um nichtleitende Bereiche zwischen der
lichtemittie.renden Schicht und der Elektrode'zu bilden.
• Dadurch wird der Spannungswiderstand der oben angesprochenen Bereiche in der lichtemittierenden Schicht
verbessert. Die Kristalle der Seleniumschicht, die zwischen der lichtemittierenden Schicht und der Elektrode
angeordnet wird, wachsen säulenartig in eine Richtung-, die. senkrecht zu der lichtemittierenden Schicht
liegt-(also in der Richtung, in der die lichtemittierende Schicht und die Elektrode miteinander verbunden sind),
so daß der Widerstand der Seleniumkristalle in einer Richtung, die in einem rechten Winkel quer zur lichtemittierenden
Schicht liegt, niedrig ist, und in eine Richtung parallel dazu groß, so daß die Bereiche der
lichtemittierenden Schicht, die einem konzentrierten Stromfluß ausgesetzt sind, von den erwähnten negativen
Erscheinungen geschützt sind, wenn die Seleniumschicht in der beschriebenen Art und Weise dazwischen gefügt
ist. Die lichtemittierende Schicht wird erfindungsgemäß
als Schicht ausgebildet, der ein aktives Material als Metall zugesetzt ist, bei welchem lichtemittierende
Kerne, wie z.B. Mn, Tb und Sn einem Halbleiter, beispielsweise Zn, Se und ZnS zugesetzt sind. Die erfindungsgemäße
Seleniumschicht besteht aus einer Schicht in der Form eines Polykristalls, einer Schicht aus einer
Legierung aus Cd oder Bi oder anderen Metallen, wie z.B. Te mit einem nicht geringeren Anteil als 70% an Selenium,
oder einer Seleniumschicht in der Form eines Polykristalls, der nicht weniger als 70% Selenium umfaßt, und bei dem
ein Teil durch ein anderes Element, wie z.B. ein Alkalimetall oder ein Halogen ersetzt ist. Wenn der Seleniumanteil
nicht mehr als 70% beträgt, sinkt die Selbsthei-
lungsfähigkei t von Selenium ,üb. Eine Elektrode besteht
aus einem Sn-dotierten Ιη~Ο (ITO) durchsichtigen Film,
während die andere Elektrode aus einem Al-Film oder einem Cd-FiIm oder einem anderen Metallfilm besteht.
Die Seleniumschicht ist zwischen der Elektrode, die der durchsichtigen Elektrode gegenüberliegt,·und der
lichtemittierenden Schicht angeordnet. Wenn die Seleniumschicht permeabel ist, d.h. wenn die Dicke der Seleniumschicht
so schmal ist, daß dort Licht hindurchtreten kann, kann die Seleniumschicht auch auf beiden Seiten der lichtemittierenden
Schicht oder nur zwischen der ITO-Elektrode und der lichtemittierenden Schicht angeordnet
werden. Weiterhin kann eine Trennschicht bestehend aus Ga-dotierendem ZnSe zwischen der ITO-Elektrode und der
lichtemittierenden Schicht angeordnet sein, um dre Kristallisität zu kontrollieren und die lichtemittierende
Schicht an einer Stelle optimaler Kristallisität auszubilden.
Die oben stehenden Probleme sowie weitere vorteilhafte
Merkmale der Erfindung werden im folgenden anhand der Beschreibung der beigefügten Zeichnungen und den dort
dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert und beschrieben.
Figuren 1 bis 4 zeigen in vergrößerten Schnittdarstellungen
verschiedene Ausführungsformen einer EL-Vorrichtung nach der Erfindung.
Bei dem Ausführungsbeispiel, welches in Figur 1 dargestellt ist, wird eine .durchlässige ITO-Elektrode 2.
in der Dicke von 0,2 xim auf einen Glasträger 1 mit einem Aufsprühverfahren (Spattering) aufgetragen und
das erhaltene Produkt· in einem Vakuumverdampfer gebracht. Dort wird das Substrat 1 auf 300°C erwärmt, um
j ϊ ' ■ 344476S
die Vakuumbedampfung der lichtemittierenden Schicht 3
vorzunehmen. Die lichtemittierende Schicht 3 wird durch Aufdampfen von Zn, Se und Mn aus verschiedenen Behältern
c vorgenommen, um so eine Schicht Zn, Se: Mn (o,5 wt%)
mit der Dicke von 0,3 /im auf der Elektrode 2 auszubilden.
Der Träger 1 wird dann auf Normaltemperatur abgekühlt. Dann wird- Se ebenfalls im Vakuum mit einer Dicke von
0,2 AJm- auf die lichtemittierende Schicht 3 aufgedampft.
_ Der Se-FiIm wird dann 15 bis 120 Minuten bei 100 bis
i80 C Wärme behandelt, um das amorphe Selenium in polykristallines
Selenium zu verwandeln, wobei die Seleniumschicht hier entsteht. Dann wird die Al-Elektrode 5'mit
einer Dicke.von 0,2 λίτη auf die Seleniumschicht 4 ebenfalls
, _ durch Vakuumaufdampfen ausgebildet.
Wenn eine 10 Volt-Gleichspannung zwischen den Elektroden 2 und 5 der so erhaltenen EL-Vorrichtung angelegt wird,
erhalten die Schadstellen der lichtemittierenden Schicht
3, die zunächst einen geringen Spannungswiderstand aufgrund von Löchern und Kristallkerngrenzen, 'die dort auftauchen,
haben, einen hohen Spannungswiderstand, weil ein Teil der Seleniumschicht 4 aufgrund der Selbstheilungsfähigkeit
nichtleitend wird.
- ..
Die Funktion der Seleniumschicht 4 in dem obigen Ausführungsbeispiel
wird-nun näher beschrieben.
Wenn eine Gleichspannung zwischen die Elektroden 2 und 5
gelegt wird, werden die Schadstellen der lichtemittierenden 30
Schicht 3 j die in Löchern
und unter den Kristallkörnergrenzen entstehen und die einen geringen. Spannungswiderstand haben, dielektrisch
gebrochen. Das Ergebnis davon ist, daß die Seleniumschicht
4, die·zwischen diesen Schadstellenbereichen und der
35
Elektrode 5 angeordnet ist und die eine kristalline Struktur hat, geschmolzen wird und dabei die Kristallstruktur
verliert. Als Folge davon wird diese Schicht einem nichtleitenden Körper, der zwischen den Schad-
3U4769
stellen der lichtemittierenden Schicht und der AL-Elektrode
zu liegen kommt, wodurch die isolierende Eigenschaft der Schadstellen erhöht wird. Insbesondere erhöht sich
dadurch der Spannungswiderstand der Schadstellenbereiche der lichtemittierenden Schicht 3 aufgrund dieser Selbstheilungsfähigkeit
des Seleniums. Die Seleniumschicht ^, die zwischten der Al-Elektrode 5 und der lichtemittierenden
Schicht 3 angeordnet ist, hat eine nichtisotropische Widerstandscharakteristik bezüglich gewisser Kristallisationsrichtungen.
Insbesondere wächst ein Seleniumkristall leicht in einer Richtung (Richtung in der die lichtemittierende
Schicht 3 und die Elektrode 5 miteinander verbunden sind), die sich in einem rechten Winkel zur lichtemittierenden
Schicht 3 erstreckt und hat in einer Richtung parallel der lichtemittierenden Schicht 3 einen
hohen Widerstand. Infolgedessen können keine starken elektrischen Ströme zu den Bereichen niederen Widerstands
der lichtemittierenden Schicht 3 aus den diese umgebenden Bereiche gelangen. Auf diese Art und Weise
wird -das aufgrund von hohen Stromkonzentrationen beobachtete Abbrennen der lichtemittierenden Schicht 3
verhindert.
Um den Spannungswiderstand und den Stromwiderstand der EL-Vorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel 1
zu testen, wurde ein Gleichstrom bis zu 30 Volt
ρ
und 10' mA/mm zwischen die Elektroden 2 und 5 gelegt.
und 10' mA/mm zwischen die Elektroden 2 und 5 gelegt.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt.
Testgegenstand
EL-Vorrichtung ohne Seleniuraschicht
EL-Vorrichtung mit Seleniumschicht
Spannungs- Dielektrischer Kurzwiderstand Schluß wurde schon
bei geringer Spannung • . ■ von nicht mehr als
10 Volt beobachtet und die gesamte Vorrichtung wurde funktionsuntüchtig
Ein dielektrischer Kurzschluß trat bis zu einer Spannung von 30 Volt
nicht auf
Stromwiderstand
Das Anbrennen der lichtemittierenden Schicht begann bei ca. 1 mA/mm
und stieg bis zur Unbrauchbarkeit der Vorrichtung weiter an
Die lichtemittierende Schicht kann kontinuierlich mit 10
betrieben werden
Aus dieser oben stehenden Tabelle kann gesehen werden, daß*; die El-Vorrichtung mit der Seleniumschicht M bezüglich
ihrer Spannungsbeständxgkeit und ihrer Strombeständigkeit überlegen ist.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Dort wird eine transparente ITO-Elektrode der Dicke
0,2/um auf einem Glassubstrat 1 mit Hilfe eines Aufsprühverfahrens
aufgetragen. Das erhaltene Produkt wird dann in einen Vakuumbedampfer gebracht. Dort wird
Zn, Se und Ga auf die Elektrode 2 mit Hilfe eines Elektronenstrahlaufdampfungsverfahrens
bei einer Substrattemperatur von 3000C aufgedampft, um eine 1 xim dicke,
eineivgeringen Widerstand aufweisende Ga-dotierte ZnSe-Schicht 6 zu erzeugen. Danach wird eine 0,2 /um
dicke ZnSe: Mn (0,5 wt%) lichtemittierende Schicht 3 auf der Schicht 6 ausgebildet, indem mit Hilfe eines
Elektronenstrahlaufdampfungsverfahrens ZnSe und Mn aufge-
dampft wird. Die Substrattemperatur wird dann auf nicht
mehr als 50° reduziert. Daraufhin wird eine Seleniumschicht 4 in einer Dicke von 0,1 /Um.durch Widerstandswärmebedämpfung
aufgebracht. Darüber wird dann eine Elektrode 5 mit der Dicke von 0,2 xjm angeordnet.
Das so erhaltene Produkt wurde in atmosphärischer Luft 30 Minuteri lang-bei 150 einer Wärmebehandlung unterzogen,
danach wurde eine Wechselspannung von 20 Volt zwischen die' Elektroden 2, 5 angelegt, um die Schadstellen
in der lichtemittierenden Schicht 3 zu beseitigen. Es konnte nachgewiesen werden, daß die so erhaltene
EL-Vorrichtung eine verbesserte Spannung- und Strombeständigkeit hatte, ebenso wie die EL-Vorrichtung
im Beispiel 1 ·.
In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei. dem eine transparente ITO-Elektrode 2 mit einer Dicke .von
0,2 /dm auf einem Glasträger 1 mit Hilfe des Aufdampfungs·
Verfahrens aufgetragen wurde. Das erhaltene Produkt" wird in einem Vakuumverdampfer angeordnet. Dort wird
ZnSe:Mn in der Dicke von 0,3 /im mit Hilfe von Elektronenstrahlbedampfung
aufgedampft, um so die lichtemittierend! Schicht 3 auf der Elektrode zu erzeugen. Dann wird die
Seleniumschicht 4 in der Dicke von 0,3/Jm durch Bedampfen
gebildet und danach wird eine Elektrode 5, die aus einer Cd-Schicht besteht mit der Dicke von
0,3 Aim angeordnet.
Das so erhaltene Produkt wird 30 Minuten lang bei atmosphärischer Luft und 15O0C wärmebehandelt.
In der dadurch erhaltenen EL-Vorrichtung wird eine korrigierbare Verbindung an den Zwischenflächen zwischen
der Seleniumschicht M und der Cd-Elektrode 5 erzeugt. Wenn jedoch in Vorwärtsrichtung beim Be-
344476S
trieb der EL-Vorrichtung Gleichstrom angelegt wird, entstehen keine Probleme. Die Spannungsbeständigkeit
und die Strombeständigkeit der EL-Vorrichtung in diesem Beispiel sind genauso gut wie diejenigen der Vorrichtungen
im Beispiel 1.
Beispiel· 4 : '
Figur 4 zeigt eine EL-Vorrichtung für Wechselspannung.
Diese EL-Vorrichtung wurde erhalten, indem eine transparente ITO-Elektrode 2 in der Dicke von 0,2 Mm auf einen
Glasträger 1 aufgebracht wurde. Danach wurde eine YpO-,-Isolierschicht
7 mit der Stärke von 0,5 vum auf die Elektrode
2 aufgebracht und danach die lichtemittierende Schicht 3, eine Seleniumschicht 4_ und eine Al-Elektrode
5 in dieser Reihenfolge auf der Schicht.7 in einem Vakuumbedampfungsapparat in derselben Art und Weise
wie dies anhand von Beispiel 1 beschrieben wurde.
Bei einer elektroluminiszierenden Vorrichtung, die eine lichtemittierende Schicht zwischen den Elektroden aufweist
sieht die Erfindung also vor, eine Seleniumschicht -zwischen der lichtemittierenden Schicht und mindestens
einer Elektrode anzuordnen. Dadurch wird die Spannungsbeständigkeit der ' Schadstellenbereiche der lichtemittierenden
Schicht, die durch Löcher und Kristallkernränder bei der Ausbildung der lichtemittierenden Schicht entstehen
können, die ansich eine geringe .Spannungsbeständigkeit haben, verbessert, weil die Seleniumschicht,
die zwischen den Schadstellen und der Elektrode zu liegen kommt, aufgrund der Selbstheilungsfähigkeit
nichtleitend wird. Die geringe Stromwiderstandsfähigkeit der Schadstellen der lichtemittierenden Schicht
wird aufgrund der Nichtisotropizität in bestimmten Kristallisationsrichtungen der Polykristallinseleniumschicht,
die zwischen der Elektroden der lichtemittierenden Schicht angeordnet ist,verbessert, d.h. durch den
hohen Widerstand der Seleniumschicht in einer Richtung
γ parallel zur lichtemittierenden Schicht. Infolgedessen
kann das Anbrennen der lichtemittierenden Schicht, was durch hohe Stromkonzentrationen in den Schadstellen
auftreten könnte, verhindert werden.
Claims (3)
- Patentansprüche/1. Elektroluminiszierende Vorrichtung mit Elektrodenschichten und einer lichtemittierenden Schicht, die zwischen den Elektrodenschichten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seleniumschicht (U) zwischen der lichtemittierenden Schicht (3) und mindestens einer Elektrodenschicht (2, 5) angeordnet ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kristall in der Seleniumschicht (H) säulenartig in einer. Richtung wächst, die sich senkrecht zur lichtemittierenden Schicht (3) erstreckt.2 34U769
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierende Schicht dadurch gebildet wird, daß ein aktives Material wie z.B. Mn, Tb und Sm einem Halbleiter wie z.B. ZnSe und ZnS zugesetzt wird, wobei die Seleniumschicht (1O eine polykristalline Seleniumschicht umfaßt, eine Legierung aus Cd oder Bi oder eines anderen Metalls mit einem Anteil von nicht weniger als 70% an Selenium und daß eine Schicht aus polykristallinem Selenium nicht weniger als 70% Selenium enthält, wobei ein Teil dieser Schicht durch ein anderes Element ersetzt werden kann, wie z.B. ein Alkalimetall oder Halogen.
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