DE3444769C2

DE3444769C2 -

Info

Publication number: DE3444769C2
Application number: DE3444769A
Authority: DE
Inventors: Motoi Nagano Jp Kitabayashi; Takuo Hayashi; Norihiko Ozawa; Yukihiro Ina Nagano Jp Hirasawa; Naotoshi Nagano Jp Miyazawa
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 1983-12-08
Filing date: 1984-12-07
Publication date: 1988-11-10
Also published as: GB2152751A; JPS60124397A; JPS63918B2; DE3444769A1; US4647813A; FR2556548A1; GB8429925D0; GB2152751B

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrolumineszierende Vorrichtung mit Elektrodenschichten, einer lichtemittierenden Schicht, die zwischen den Elektrodenschichten angeordnet ist, und einer Selenschicht, die zwischen der lichtemittierenden Schicht und mindestens einer Elektrodenschicht angeordnet ist.

Eine solche elektrolumineszierende Vorrichtung (EL-Vorrichtung) ist aus der DE-OS 26 33 038 bekannt. In dieser Druckschrift ist auch angegeben, daß mittels einer Selen beinhaltenden Schicht erreicht werden kann, daß beim Formierungsvorgang der elektrolumineszierenden Schicht eine Beschädigung, z. B. ein Verbrennen der elektrolumineszierenden, d. h. lichtemittierenden Schicht vermieden werden kann.

Andere EL-Vorrichtungen mit der eingangs beschriebenen Anordnung sind aus der US 31 12 404, der US 31 52 222 und der US 36 44 741 bekannt. Diese Vorrichtungen dienen als Strahlungsenergiewandler. Die Selen beinhaltende Schicht ist eine photoleitfähige Schicht.

Die Gefahr einer Beschädigung der lichtemittierenden Schicht liegt dann vor, wenn diese zwischen zwei Elektroden angeordnet und die Elektroden mit einer Stromquelle verbunden werden. Bei der Bildung der lichtemittierenden Schicht können Bereiche mit Schadstellen, z. B. an Nadellöchern oder an Kristallkorngrenzen auftreten, in denen nur ein geringer elektrischer Widerstand vorliegt. Es ist äußerst schwierig, lichtemittierende Schichten herzustellen, die über ihre gesamte Oberfläche keine derartigen Fehlstellen aufweisen. Wegen des niederen elektrischen Widerstands im Bereich der Fehlstellen kann dort ein relativ hoher Strom fließen, so daß die lichtemittierende Schicht dort verbrannt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer elektrolumineszierenden Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 das Auftreten von unerwünschten Stromkonzentrationen in Abschnitten mit niederem Widerstand innerhalb der lichtemittierenden Schicht zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Selenschicht aus polykristallinem Selen besteht, dessen Kristalle in der Selenschicht säulenartig in einer Richtung angeordnet sind, die sich senkrecht zur lichtemittierenden Schicht erstreckt.

In vorteilhafter Weise ergibt sich, daß die EL-Vorrichtung nach der Erfindung über lange Zeiträume stabil betrieben werden kann.

Wie bereits erwähnt, ist in den Bereichen mit Fehlstellen, z. B. Nadellöcher und Kristallkerngrenzen, der elektrische Widerstand der lichtemittierenden Schicht gering, so daß dort ein größerer elektrischer Strom fließt, wenn die Elektroden mit einer Stromquelle verbunden sind. Dieser Strom fließt auch durch die Selenschicht. Dieser höhere, durch die Selenschicht in Richtung zu der Elektrode fließende elektrische Strom bewirkt, daß das Selen dort schmelzen kann, wodurch es lokal seine Kristallstruktur verliert und einen amorphen Zustand annimmt, in dem die elektrische Leitfähigkeit gering ist. Infolgedessen wird in den Schadstellenbereichen der lichtemittierenden Schicht der Gesamtwiderstand von lichtemittierender Schicht und Selenschicht verringert, so daß ein geringerer Stromfluß erhalten wird.

Ferner wird bei der elektrolumineszierenden Vorrichtung nach der Erfindung das Auftreten von größeren Stromkonzentrationen in den Schadstellenbereichen, wo die lichtemittierende Schicht aufgrund von z. B. Nadellöchern und Kristallkerngrenzen einen niederen Widerstand aufweist, dadurch vermieden, daß die Kristalle in der Selenschicht, die zwischen der lichtemittierenden Schicht und der Elektrode ausgebildet ist, in bestimmten Kristallisationsrichtungen unterschiedliche elektrische Widerstände aufweisen, d. h. es liegt eine nichtisotrophe Widerstandscharakteristik vor.

Die Kristalle der zwischen der lichtemittierenden Schicht und der Elektrode angeordneten Selenschicht erstrecken sich säulenartig senkrecht zu der lichtemittierenden Schicht. Dadurch ist der Widerstand der Selenkristalle in der zu der lichtemittierenden Schicht senkrechten Richtung niedrig und groß in der zu dieser Schicht parallelen Richtung. Somit sind die Bereiche der lichtemittierenden Schicht, die einem konzentrierten Stromfluß ausgesetzt sind, gegen z. B. Verbrennen geschützt.

Die lichtemittierende Schicht wird vorzugsweise als eine Schicht ausgebildet, der als aktives Material ein Metall zugesetzt ist, nämlich aus einem Halbleitermaterial, z. B. Zn, Se und ZmS, das mit z. B. Mn, Tb und Sn aktiviert ist.

Eine Elektrode besteht aus einer durchsichtigen Sn-dotierten In₂O₃ (ITO) Schicht, während die andere Elektrode aus einer Al-Schicht oder einer Cd-Schicht oder einer anderen Metallschicht besteht. Die Selenschicht ist zwischen der Elektrode, die einer durchsichtigen Elektrode gegenüberliegt, und der lichtemittierenden Schicht angeordnet. Wenn die Selenschicht durchlässig ist, d. h. wenn die Dicke der Seleniumschicht so gering ist, daß dort Licht hindurchtreten kann, kann die Selenschicht 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 die Kristallinität zu kontrollieren und die lichtemittierende Schicht an einer Stelle optimaler Kristallinität auszubilden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 bis Fig. 4 zeigen in vergrößerten Schnittdarstellungen verschiedene Ausführungsformen einer EL-Vorrichtung nach der Erfindung.

Beispiel 1

Bei dem Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 1 dargestellt ist, wird eine durchlässige ITO-Elektrode 2 in der Dicke von 0,2 µm auf einen Glasträger 1 mit einem Aufsprühverfahren aufgetragen und das erhaltene Produkt in einem Vakuumverdampfer gebracht. Dort wird das Substrat 1 auf 300°C erwärmt, um die Vakuumbedampfung der lichtemittierenden Schicht 3 vorzunehmen. Durch Aufdampfen von Zn, Se und Mn aus verschiedenen Behältern wird eine Schicht Zn, Se: Mn (0,5 Gew.-%) mit der Dicke von 0,3 µm auf der Elektrode 2 ausgebildet. Das Substrat 1 wird dann auf Normaltemperatur abgekühlt. Dann wird Se ebenfalls im Vakuum mit einer Dicke von 0,2 µm auf die lichtemittierende Schicht 3 aufgedampft. Die Se-Schicht wird dann 15 bis 120 Minuten bei 100 bis 180°C wärmebehandelt, um das amorphe Selen in polykristallines Selen umzuwandeln, wobei die Selenschicht 4 entsteht. Dann wird die Al-Elektrode 5 mit einer Dicke von 0,2 µm auf die Selenschicht 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 auftreten, haben einen hohen Spannungswiderstand, weil ein Teil der Selenschicht 4 aufgrund der Selbstheilungsfähigkeit nichtleitend wird.

Die Funktion der Selenschicht 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 Schicht 3, die in Löchern und unter den Kristallkörnergrenzen entstehen und die einen geringen Spannungswiderstand haben, dielektrisch gebrochen. Das Ergebnis davon ist, daß die Selenschicht 4, die zwischen diesen Schadstellenbereichen und der Elektrode 5 angeordnet ist und die eine kristalline Struktur hat, geschmolzen wird und dabei die Kristallstruktur verliert. Als Folge davon wird diese Schicht zu einem nichtleitenden Körper, der zwischen den Schadstellen 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 Selens. Die Selenschicht 4, die zwischen der Al-Elektrode 5 und der lichtemittierenden Schicht 3 angeordnet ist, hat eine anisotrope Widerstandscharakteristik bezüglich gewisser Kristallisationsrichtungen. Insbesondere wächst ein Selenkristall 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 zu 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 Bereichen 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 und 10 mA/mm² zwischen die Elektroden 2 und 5 gelegt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Aus dieser oben stehenden Tabelle kann gesehen werden, daß die EL-Vorrichtung mit der Selenschicht 4 bezüglich ihrer Spannungsbeständigkeit und ihrer Strombeständigkeit überlegen ist.

Beispiel 2

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Dort wird eine transparente ITO-Elektrode der Dicke 0,2 µm 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 300°C aufgedampft, um eine 1 µm dicke, einen geringen Widerstand aufweisende Ga-dotierte ZnSe-Schicht 6 zu erzeugen. Danach wird eine 0,2 µm dicke ZnSe: Mn (0,5 Gew.-%) lichtemittierende Schicht 3 auf der Schicht 6 ausgebildet, indem mit Hilfe eines Elektronenstrahlaufdampfungsverfahrens ZnSe und Mn aufgedampft werden. Die Substrattemperatur wird dann auf nicht mehr als 50° reduziert. Daraufhin wird eine Selenschicht 4 in einer Dicke von 0,1 µm aufgebracht. Darüber wird dann eine Elektrode 5 mit der Dicke von 0,2 µm angeordnet.

Das so erhaltene Produkt wurde in atmosphärischer Luft 30 Minuten 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.

Beispiel 3

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem eine transparente ITO-Elektrode 2 mit einer Dicke von 0,2 µm auf einem Glasträger 1 mit Hilfe des Aufdampfungsverfahrens aufgetragen wurde. Das erhaltene Produkt wird in einem Vakuumverdampfer angeordnet. Dort wird ZnSe: Mn in der Dicke von 0,3 µm mit Hilfe von Elektronenstrahlbedampfung aufgedampft, um so die lichtemittierende Schicht 3 auf der Elektrode zu erzeugen. Dann wird die Selenschicht 4 in der Dicke von 0,3 µm durch Bedampfen gebildet und danach wird eine Elektrode 5, die aus einer Cd-Schicht besteht mit der Dicke von 0,3 µm angeordnet.

Das so erhaltene Produkt wird 30 Minuten lang bei atmosphärischer Luft und 150°C wärmebehandelt.

In der dadurch erhaltenen EL-Vorrichtung wird eine gleichrichtende Sperrschicht an den Zwischenflächen zwischen der Seleniumschicht 4 und der Cd-Elektrode 5 erzeugt. Wenn jedoch in Vorwärtsrichtung beim Betrieb 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

Fig. 4 zeigt eine EL-Vorrichtung für Wechselspannung. Diese EL-Vorrichtung wurde erhalten, indem eine transparente ITO-Elektrode 2 in der Dicke von 0,2 µm auf einen Glasträger 1 aufgebracht wurde. Danach wurde eine Y₂O₃-Isolierschicht 7 mit der Stärke von 0,5 µm auf die Elektrode 2 aufgebracht und danach die lichtemittierende Schicht 3, eine Selenschicht 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.

Claims

Elektrolumineszierende Vorrichtung mit Elektrodenschichten (2, 5) einer lichtemittierenden Schicht (3), die zwischen den Elektrodenschichten angeordnet ist, und einer Selenschicht (4), die zwischen der lichtemittierenden Schicht (3) und mindestens einer Elektrodenschicht (2, 5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Selenschicht (4) aus polykristallinem Selen besteht, dessen Kristalle in der Selenschicht (4) säulenartig in einer Richtung angeordnet sind, die sich senkrecht zur lichtemittierenden Schicht (3) erstreckt.