DE3633311A1 - Elektrolumineszenzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dünnfilm- Elektrolumineszenzvorrichtung, die zur Emission von weißem Licht befähigt ist.

Für die Emission von weißem Licht mit herkömmlichen Elektrolumineszenzvorrichtungen sind die folgenden drei Methoden bekannt:

(1) Zusatz eines einzigen Aktivators für die Emission von weißem Licht zu einem einzigen Grundmaterial zur Erzielung von mehrfachen Elektronenübergangen;

(2) Zusatz mehrerer Aktivatoren zu einem einzigen Grundmaterial, um eine additive Vermischung der verschiedenen emittierten Lichtfarben zu weißem Licht zu erzielen;

(3) Überlagerung mehrerer Elektrolumineszenz (im folgenden: EL)-Emissionsschichten, die jeweils einen einzigen Aktivator in einem einzigen Grundmaterial enthalten, so daß sich die jeweiligen EL-Emissionslichtfarben zu weißem Licht addieren.

Diese Methoden haben jedoch die folgenden Mängel. Für die erstgenannte Methode steht derzeit nur Praseodym (Pr) als Aktivator zur Verfügung und auch die mit dieser Methode erzielbare Helligkeit ist für die Praxis ungenügend.

Die zweite Methode mag zwar möglich sein, jedoch ist bisher noch keine Kombination von mehreren Aktivatoren mit einem einzigen Grundmaterial bekannt, die durch Addition des von jedem Aktivator erzeugten EL-Lichts weißes Licht ergibt. Selbst wenn eine derartige Kombination entdeckt würde, ist bereits jetzt vorherzusehen, daß die Gesamthelligkeit aufgrund der Wechselwirkung der verwendeten Aktivatoren nur außerordentlich gering sein wird bzw. es sehr schwierig sein wird, den Schwellenwert des elektrischen Felds für jede EL-Emission zu harmonisieren, um eine weiße Lichtemission zu erhalten.

Angesichts der Probleme mit den beiden erstgenannten Methoden, scheint die dritte Methode am erfolgversprechendsten zu sein. Tatsächlich sind zahlreiche Vorschläge gemacht worden, die die Übereinanderschichtung mehrerer EL-Emissionsschichten betreffen. Diese herkömmlichen Methoden haben jedoch den Nachteil, daß (1) bei der sogenannten blauen EL-Emission mit Emissions- Wellenlängen im Bereich von 400 bis 500 nm keine ausreichende Helligkeit erzielbar ist, (2) die Spannungs-Helligkeit- Charakteristiken zwischen den einzelnen EL-Emissionsschichten so unterschiedlich sind, daß durch Addition des von jeder EL-Emissionsschicht emittierten Lichts kein verwertbares weißes Licht erhalten wird, und (3) ein unabhängiges Ansteuersystem für jede EL-Emissionsschicht erforderlich ist. Aufgrund dieser Nachteile steht noch keine brauchbare EL-Vorrichtung gemäß der dritten Methode zur Verfügung.

Ziel der Erfindung ist es, eine Dünnfilm-EL-Vorrichtung bereitzustellen, welche die genannten Nachteile vermeidet und befähigt ist, weißes Licht mit hoher Helligkeit zu emittieren.

Erfindungsgemäß wurde nun gefunden, daß weißes Licht durch additives Mischen von EL-Licht aus mehreren verschiedenen, übereinander angeordneten EL-Emissionsschichten erhalten werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist eine EL-Vorrichtung, die eine SrS-Schicht mit Ce als Aktivator und eine ZnS-Schicht mit Mn als Aktivator aufweist.

Bisher wurde angenommen, daß zur Erzielung von weißem Licht eine blaue, eine grüne und eine rote EL-Emissionsschicht erforderlich seien. Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß eine weiße Lichtemission von ausreichender Helligkeit mit nur zwei übereinander angeordneten EL-Emissionsschichten erzielt, nämlich einer SrS : Ce-Schicht und einer ZnS : Mn- Schicht.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße EL-Vorrichtung;

Fig. 2 ein EL-Spektrum der Vorrichtung von Fig. 1.

Beispiel

Eine erfindungsgemäße Dünnfilm-EL-Vorrichtung mit dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau wird folgendermaßen hergestellt:

Auf ein Glassubstrat (1) (Nr. 7059 von Corning Glass Works) werden nacheinander durch Elektronenstrahlverdampfung eine transparente ITO-Elektrodenschicht (2) mit einer Dicke von 50 nm und eine erste Y₂O₃-Isolierschicht (3 a) mit einer Dicke von 300 nm aufgebracht.

Auf die Y₂O₃-Isolierschicht (3 a) wird eine ZnS-Schicht, die 1 Molprozent Mn enthält und als erste EL-Emissionsschicht dient (im folgenden: erste ZnS : Mn-Schicht (4 a)), in einer Dicke von 200 nm bei einer Substrattemperatur von 200°C durch Elektronenstrahlverdampfung aufgebracht.

Auf die erste EL-Emissionsschicht wird eine SrS-Schicht, die 0,1 Molprozent Ce enthält und als zweite EL- Emissionsschicht dient (im folgenden SrS : Ce-Schicht (5)) in einer Dicke von 1,2 µm bei einer Substrattemperatur von 350°C durch Elektronenstrahlverdampfung aufgebracht.

Auf die zweite EL-Emissionsschicht wird eine zweite ZnS : Mn- Schicht (4 b) derselben Zusammensetzung wie die erste ZnS : Mn- Schicht (4 a) durch Elektronenstrahlverdampfung auf dieselbe Weise und in derselben Dicke wie bei der ersten EL- Emissionsschicht aufgebracht.

Auf die zweite ZnS : Mn-Schicht (4 b) wird dann eine zweite Y₂O₃-Isolierschicht (3 b) durch Elektronenstahlverdampfung auf dieselbe Weise und in derselben Dicke wie die erste Isolierschicht (3 a) aufgebracht. Schließlich bildet man auf der zweiten Y₂O₃-Isolierschicht (3 b) eine Rückelektrodenschicht (6) aus Aluminium aus.

Bei der erhaltenen EL-Vorrichtung ist zwischen den beiden ZnS : Mn-Schichten (4 a) und (4 b) eine SrS : Ce-Emissionsschicht (5) angeordnet. Durch diesen Aufbau wird vermieden, daß die strukturell instabile SrS : Ce-Schicht (5) in direkten Kontakt mit den beiden Y₂O₃-Isolierschichten (3 a) und (3 b) kommt.

An die transparente ITO-Elektrode (2) und die Rückelektrodenschicht (6) der erhaltenen Dünnfilm-EL- Vorrichtung wird eine sinusförmige 5 kHz- Wechselstromspannung von 240 V angelegt, wobei man eine weiße Lichtemission mit einer Helligkeit von 1200 cd/m² und dem in Fig. 2 gezeigten Spektrum erhält.

Erfindungsgemäß kann eine weiße EL-Lichtemission von hoher Helligkeit durch Verwendung eines einzigen Ansteuersystems mit zwei Anschlüssen erhalten werden.

Erfindungsgemäß wird weißes EL-Licht durch additives Mischen der blaugrünen EL-Emission der SrS : Ce-Schicht (5) und der orangen EL-Emission der ZnS : Mn-Schichten (4 a) und (4 b) erzielt. Zu diesem Zweck können die beiden Schichten lediglich übereinander angeordnet werden. Alternativ kann man einen mehrschichtigen Aufbau anwenden, z. B. einen dreischichtigen Aufbau aus der SrS : Ce-Schicht zwischen zwei ZnS : Mn-Schichten, wie in dem vorstehenden Beispiel, oder eine ZnS : Mn-Schicht zwischen zwei SrS : Ce-Schichten, oder einen mehrschichtigen Aufbau, bei dem mehrere Paare aus einer ZnS : Mn-Schicht und einer SrS : Ce-Schicht übereinander angeordnet sind.

Bei jeder dieser Konstruktionen kann das Helligkeitsverhältnis der blaugrünen EL-Emission aus der SrS : Ce-Schicht zu der orangenen EL-Emission aus der ZnS : Mn- Schicht durch Einstellen des Dickenverhältnisses beider Schichten so reguliert werden, daß weißes Licht entsteht.

In dem vorstehenden Beispiel wird Y₂O₃ als Material für die Isolierschicht verwendet. Statt dessen können jedoch auch Oxide, wie SiO₂, Ta₂O₅ oder Al₂O₃, Nitride, wie Si₃N₄ oder AlN, sowie Wolframbronze-Ferroelektrika oder Perowskit- Ferroelektrika einzeln oder in Kombination angewandt werden.

Als Material für die transparente Elektrodenschicht eignet sich z. B. ZnO : Al anstelle von ITO.

Für das Substrat können beliebige in der einschlägigen Technik angewandte Materialien verwendet werden, z. B. Keramikmaterialien und hitzebeständiges Glas, das relativ geringe Mengen an Alkalikomponenten enthält.

Claims (9)

1. Elektrolumineszenzvorrichtung, gekennzeichnet durch eine SrS-Schicht, die Ce als Aktivator enthält, und eine ZnS-Schicht, die Mn als Aktivator enthält.

2. Elektrolumineszenzvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Substrat, eine auf dem Substrat ausgebildete Elektrode, eine auf die Elektrode aufgebrachte mehrschichtige Elektrolumineszenzschicht, die zumindest (1) eine ZnS : Mn-Lumineszenzschicht, die ZnS sowie als Aktivator Mn enthält und (2) eine SrS : Ce- Lumineszenzschicht umfaßt, die SrS sowie als Aktivator Ce enthält, eine auf der mehrschichtigen Lumineszenzschicht vorgesehene Rückelektrode und zumindest eine Isolierschicht zwischen einer der beiden Elektroden und der mehrschichtigen Lumineszenzschicht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus hitzebeständigem Glas oder Keramik hergestellt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus ITO oder ZnO : Al hergestellt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrschichtige Lumineszenzschicht außerdem eine SrS : Ce-Lumineszenzschicht, die SrS sowie als Aktivator Ce enthält, zwischen der ZnS : Mn- Lumineszenzschicht und der SrS : Ce-Lumineszenzschicht aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Anprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrschichtige Lumineszenzschicht außerdem eine ZnS : Mn-Lumineszenzschicht, die ZnS sowie als Aktivator Mn enthält, zwischen der ZnS : Mn- Lumineszenzschicht und der SrS : Ce-Lumineszenzschicht aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrschichtige Lumineszenzschicht mehrere Paare der ZnS : Mn-Lumineszenzschicht und der SrS : Ce-Lumineszenzschicht, die alternativ übereinander angeordnet sind, umfaßt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht aus Y₂O₃, SiO₂, Ta₂O₅, Al O₃, Si₃N₄, AlN, Wolframbronze-Ferroelektrika oder Perowskit-Ferroelektrika hergestellt ist.

9. Elektrolumineszenzvorrichtung, gekennzeichnet durch ein transparentes Substrat, eine auf dem Substrat ausgebildete transparente Elektrode, eine auf die transparente Elektrode aufgebrachte erste Isolierschicht, eine auf die Isolierschicht aufgebrachte erste ZnSI : Mn- Lumineszenzschicht, die ZnS sowie als Aktivator Mn enthält, eine auf die ZnS : Mn-Lumineszenzschicht aufgebrachte SrS : Ce-Lumineszenzschicht, die SrS sowie als Aktivator Ce enthält, eine auf die SrS : Ce- Lumineszenzschicht aufgebrachte zweite ZnS : Mn- Lumineszenzschicht, die ZnS sowie als Aktivator Mn enthält, eine zweite Isolierschicht auf der zweiten ZnS : Mn-Lumineszenzschicht und eine Rückelektrodenschicht auf der zweiten Isolierschicht.