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Diese Erfindung betrifft ein
Dünnschicht-Elektrolumineszenz-(EL-)Element.
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Auf dem Gebiet der Farbanzeigevorrichtungen gibt es
einen ansteigenden Trend, daß solche, die klein und dünn sind
und wenig Leistung verbrauchen, verlangt werden, und
Flüssigkristalle als Verschluß verwendende Fernsehgeräte von
Taschengröße wurden öffentlich zugänglich.
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Wie in Fig. 18 dargestellt, enthält eine bei einem
herkömmlichen Fernsehgerät von Taschengröße verwendete, dünne
Vollfarbanzeigevorrichtung eine Verschlußeinrichtung 100 in
Form einer Matrix aus Flüssigkristallzellen 6, eine hinter
der Verschlußeinrichtung angeordnete Lichtquelle 101 und eine
Filtereinrichtung 102, die vor der Verschlußeinrichtung
angeordnet ist und eine sich wiederholende Folge bestehend aus
einem roten transparenten Filter R, einem grünen
transparenten Filter G und einem blauen transparenten Filter B enthält,
die in einer den Flüssigkristallzellen entsprechenden
Reihenfolge angeordnet sind. Durch Steuern der an die jeweiligen
Flüssigkristallzellen angelegten Spannung in Übereinstimmung
mit der Bildinformation werden von der Lichtquelle ausgehende
und die Flüssigkristallzellen durchlaufende Lichtmengen
eingestellt, um dadurch die Luminanz und die Chromatizität der
jeweiligen Bildpunkte einzustellen.
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Bei derartigen Vollfarbanzeigevorrichtungen gibt es
jedoch das Problem, daß der Kontrast aufgrund der Eigenschaften
der Flüssigkristallzellen selbst nicht herausragend ist und
der Gesichtsfeldwinkel sehr eng ist. Bei einer derartigen
Vorrichtung wird eine Lichtquelle als rückwärtige Lichtquelle
benötigt, so daß es das Problem gibt, daß die gesamte
Vorrichtung dick würde, obwohl der Flüssigkristallabschnitt
selbst dünn ist.
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Die Dünnschicht-EL-Elemente enthalten jeweils eine
dünne, transparente Leuchtlage, die keine Körnigkeit
aufweist. Daher wird von außen einfallendes Licht und innerhalb
der Leuchtlagen ausgesandtes Licht nicht gestreut, so daß es
keine Lichthofbildung bzw. kein Verschwimmen hervorruft, die
Anzeige klar ist und einen hohen Kontrast liefert. Daher
werden sie herausgestellt für die Verwendung als Anzeige- oder
Beleuchtungseinheit.
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Der Grundaufbau eines Dünnschicht-EL-Elements enthält
einen doppelten, dielektrischen Aufbau, der
aufeinanderfolgend enthält: auf einem transparenten Träger eine
transparente Elektrodenlage aus Zinnoxid (SnO&sub2;) usw., eine erste
dielektrische Lage aus Tantalpentaoxid usw., eine dünne
Leuchtlage aus Zinksulfid (ZnS) usw., und enthaltend Mangan (Mn)
usw., eine zweite dielektrische Lage aus Tantalpentaoxid usw.
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und eine rückwärtige Elektrodenlage aus Aluminium (Al) usw.,
die in dieser Reihenfolge laminiert sind.
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Der Lumineszenzvorgang ist wie folgt: Wenn eine Spannung
über die transparente Elektrode und die rückwärtige Elektrode
angelegt wird, werden die am Grenzflächenniveau eingefangenen
Elektronen herausgezogen und von dem innerhalb der Leuchtlage
induzierten elektrischen Feld beschleunigt, so daß sie
genügend Energie erhalten, um Orbitalelektronen im Mangan (die
Leuchtzentren) zur Anregung derselben herauszuschlagen.
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Wenn ein angeregtes Leuchtzentrum in seinen Grundzustand
zurückfällt, sendet es Licht aus.
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Forschungen, bei denen unter Verwendung von Dünnschicht-
EL-Elementen eine Mehrfarbanzeigetafel hergestellt wird,
werden neuerdings beliebt, und verschiedene Forschungen wurden
auf dem Gebiet der Vollfarbtafeln durchgeführt.
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Ein weißes Licht aussendendes Dünnschicht-EL-Element
verwendet eine Leuchtlage aus Praseodymfluorid (PrF&sub3;)
enthaltendem Zinksulfid, wie offenbart von Yoshihiro Hamakawa et
al., The Institute of Electronics and Communication Engineers
of Japan Technical Research Report, CPM 82-10, 1982.
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Wie in Fig. 19 dargestellt, weist ein eine Leuchtlage
aus Praseodymfluorid enthaltendem Zinksulfid verwendendes
Dünnschicht-EL-Element im Emissionsspektrum Spitzen bei etwa
500 und 650 nm auf. Die Lichtstrahlen bei 500 und 650 nm
stehen in Komplementärfarbbeziehung zueinander und sehen so aus,
als wären sie weißes Licht. Das Licht enthält jedoch nicht
drei Primärfarben, so daß es nicht für eine Vollfarbanzeige
verwendet werden kann.
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Ein Dünnschicht-EL-Element mit einem derartigen Aufbau
ist insgesamt transparent bis auf seine rückwärtige
Elektrode.
Daher wird von außen einfallendes Licht von der
rückwärtigen Elektrode reflektiert, und die Reflektion
interferiert mit dem Licht von der Leuchtlage, so daß es kein
zufriedenstellendes Kontrastverhältnis liefert, und daher
würden lediglich Anzeigevorrichtungen mit einer schlechten
Anzeigequalität geliefert.
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Als Stand der Technik kann auch die JP-A-59-56391
erwähnt werden, die eine Vorrichtung offenbart, in der der
Lichtabsorptionskoeffizient einer Lichtabsorptionslage von
einer Leuchtlagenseite hin zu einer Seite an der rückwärtigen
Elektrode ansteigt.
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Erfindungsgemäß wird geliefert ein
Dünnschicht-EL-Element, umfassend eine Leuchtlage, eine rückwärtige Elektrode
und eine dielektrische Lage dazwischen, bei dem die
Leuchtlage durch ein daran angelegtes elektrisches Feld zum
Aussenden von Licht veranlaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
dielektrische Lage eine isolierende Schicht eines
isolierenden Oxids oder Nitrids enthält, dessen
Zusammensetzungsverhältnis in Richtung auf die rückwärtige Elektrode fortlaufend
von Schwarz bis Durchsichtig abgestuft ist.
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Die isolierende Schicht kann ein Tantaloxid (TaOx mit
x < 2,5), ein Yttriumoxid (YOx mit x < 3/2), ein Siliziumoxid
(SiOx mit x < 2) oder ein Siliziumnitrid (SiNx mit x < 4/3)
sein.
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Das Dünnschicht-EL-Element kann auf einer Bodenplatte
eine transparente Elektrode, eine weitere dielektrische Lage,
die Leuchtlage, die dielektrische Lage, die eine isolierende
Schicht aus einem Oxid oder Nitrid enthält, und die
rückwärtige Elektrode umfassen, die in dieser Reihenfolge laminiert
sind.
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Die an die Leuchtlage angelegte Spannung kann mittels
der Nachweisausgabe eines im Bereich der Leuchtlage
angeordneten Photosensors geregelt sein.
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Wenn die eine isolierende Schicht aus einem Oxid
oder Nitrid enthaltende dielektrische Lage beispielsweise
mittels Sputtern in einer Reaktionskammer gebildet wird,
wobei Tantalpentaoxid (Ta&sub2;O&sub5;) als Target verwendet wird und
ein Mischgas aus Argon (Ar) + Sauerstoff (O&sub2;) zugeführt
wird, wird sie durch allmähliches Erhöhen des
Sauerstoffpartialdruckes allmählich von einer schwarzen Tantaloxid-
(TaOx mit x < 2,5-)Schicht zu einer transparenten Tantaloxid-
(Ta&sub2;O&sub5;-) Schicht geändert.
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Weil sich das stöchiometrische Verhältnis kontinuierlich
ändert, tritt im wesentlichen kein Durchschlag an der
Grenzfläche auf, und es tritt im wesentlichen keine
Kontrastverminderung aufgrund einer Reflexion an der Grenzfläche auf, so
daß ein Dünnschicht-EL-Element mit einem hohen Kontrast und
einer hohen dielektrischen Stärke geliefert wird.
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Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter
Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der
Zeichnung zeigt:
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Fig. 1 (a) und (b) eine Schnittansicht bzw. eine
Draufsicht einer erfindungsgemäße Dünnschichtelemente enthaltenden
Farbanzeigevorrichtung;
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Fig. 2 (a) und (b) veranschaulichen das Prinzip einer
Lumineszenz an der Leuchtlage der Vorrichtung nach den Fig. 1
(a) und 1 (b) bzw. ein von der Leuchtlage erhaltenes
Spektrum;
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Fig. 3 ein ein Kontrastverhältnis in der Vorrichtung
darstellendes Diagramm;
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Fig. 4 ein den Gesichtsfeldwinkelvergleich zwischen der
Vorrichtung nach den Fig. 1 (a) und 1 (b) und einer
herkömmlichen Vorrichtung darstellendes Diagramm;
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Fig. 5 veranschaulicht das Lichtemissionsspektrum von
einer Leuchtlage eines weiteren Beispiels einer
erfindungsgemäße Dünnschichtelemente enthaltenden Vorrichtung;
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Fig. 6 veranschaulicht den Aufbau eines Dünnschicht-EL-
Elements, das nicht erfindungsgemäß gestaltet ist;
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Fig. 7 ist ein das Emissionsspektrum eines Dünnschicht-
EL-Elementes nach Fig. 6 darstellendes Diagramm;
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Fig. 8 veranschaulicht ein weiteres
Dünnschicht-EL-Element, das nicht erfindungsgemäß gestaltet ist;
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Fig. 9 veranschaulicht die Durchlässigkeit einer
zweiten, in dem EL-Element nach Fig. 8 verwendeten dielektrischen
Lage;
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Fig. 10 ist ein einen Kontrastverhältnisvergleich
zwischen einem Dünnschicht-EL-Element nach Fig. 8 unter
Verwendung einer herkömmlichen Isolierschicht darstellendes
Diagramm;
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Fig. 11 veranschaulicht ein weiteres
Dünnschicht-EL-Element, das nicht erfindungsgemäß gestaltet ist;
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Fig. 12 ist ein die Beziehung zwischen dem
Sauerstoffpartialdruck und der Durchlässigkeit bei der Bildung einer
Isolierlage des Elementes nach Fig. 11 darstellendes
Diagramm;
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Fig. 13 veranschaulicht ein Dünnschicht-EL-Element gemäß
einem Beispiel dieser Erfindung;
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Fig. 14 (a) und (b) veranschaulichen die Beziehung
zwischen der Sauerstoffmenge und der Durchlässigkeit und die
Beziehung zwischen der Sauerstoffmenge und dem Widerstand bei
der Bildung einer Tantaloxidschicht darstellende Kurven;
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Fig. 15 ist ein einen Vergleich der Spannung-Luminanz-
Eigenschaften zwischen dem Dünnschicht-EL-Element nach Fig.
13 und einem herkömmlichen Dünnschicht-EL-Element
darstellendes Diagramm;
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Fig. 16 veranschaulicht eine Variante des Elementes nach
Fig. 13;
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Fig. 17 zeigt die Regelung der Luminanz ansprechend auf
die Umgebungsbeleuchtung zur Beibehaltung des Kontrasts des
in Fig. 16 gezeigten Dünnschicht-EL-Elements innerhalb eines
festgelegten Bereichs betreffende Kurven;
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Fig. 18 zeigt eine herkömmliche Farbanzeigevorrichtung;
und
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Fig. 19 veranschaulicht das Emissionsspektrum eines
herkömmlichen, weißes Licht aussendenden
Dünnschicht-EL-Elements.
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Die Fig. 1 (a) und (b) zeigen eine
Dünnschicht-Farbanzeigevorrichtung, wobei Fig. 1 (a) eine entlang der Linie
A-A in Fig. 1 (b) genommene Schnittansicht ist.
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Die Vorrichtung enthält einen EL-Element-Abschnitt 1,
der aufeinanderfolgend enthält eine Mehrzahl von in einer
Bildpunkten entsprechenden Matrix angeordneten Dünnschicht-
EL-Elementen oder Zellen und einen Farbfilterabschnitt 2, der
einstückig auf einer Oberfläche des EL-Element-Abschnitts so
angeordnet ist, daß die Lichtstrahlen von den jeweiligen
Zellen durch den Farbfilterabschnitt ausgegeben werden.
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Der EL-Element-Abschnitt 1 enthält auf einer Bodenplatte
3 aus Glas eine transparente Elektrode 4 aus Indium-Zinn-Oxid
(ITO), die so angeordnet ist, daß eine geeignete Anzahl von
ersten, streifenförmigen Zeilen l&sub1; . . . . . . ln in festgelegten
Intervallen gebildet werden, eine erste dielektrische Lage 5
aus Tantalpentaoxid (Ta&sub2;O&sub5;), eine Leuchtlage 6 mit einem aus
einer Lage bestehenden Aufbau, umfassend eine Cer (Ce) und
Europium (Eu) als Aktivator und Kalium (K) als Koaktivator
enthaltende Strontiumsulfid- (SrS-) Lage, eine zweite
dielektrische Lage 7 aus Tantalpentaoxid und eine rückwärtige
Elektrode 8 in Form einer Aluminium-(Al-)Lage, die eine Mehrzahl
von zweiten, streifenförmigen Zeilen V&sub1;, . . , Vn umfaßt, die
senkrecht zu den ersten streifenförmigen Zeilen l&sub1;, . . . , ln
angeordnet sind, so daß durch Anlegen einer Information
entsprechenden Spannung über eine spezielle Zeile der
streifenförmigen Zeilen der transparenten Elektrode 4 und eine
spezielle Zeile der streifenförmigen Zeilen der rückwärtigen
Elektrode 8 der am Schnittpunkt dieser speziellen
streifenförmigen Zeilen angeordnete Leuchtlagenbereich zum Aussenden
von Licht veranlaßt wird. Das Prinzip der Lumineszenz ist so
wie in Fig. 2 (a) dargestellt, und daher werden Lichtstrahlen
mit einzelnen Wellenlängen emittiert. Fig. 2 (b) zeigt das
Emissionsspektrum der von dieser Leuchtlage ausgesandten
Lichtstrahlen. Hier bildet einer der Schnittpunkte eine
Zelle.
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Der Farbfilterabschnitt 2 ist auf der Seite der
Bodenplatte aus Glas des EL-Element-Abschnitts angeordnet und
enthält eine sich wiederholende Folge bestehend aus einem roten
transparenten Filter R, einem grünen transparenten Filter G
und einem blauen transparenten Filter B, die in einer
Reihenfolge angeordnet sind, wobei jedes Filter eine färbbare
Polymerlage enthält und einer jeweiligen Zelle entspricht,
wie in der Draufsicht nach Fig. 1 (b) dargestellt.
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Die Kontrasteigenschaften dieser Farbanzeigevorrichtung
sind so, wie in Fig. 3 dargestellt. Wie aus Fig. 3 deutlich
wird, beträgt das Kontrastverhältnis bei weniger als 1000 lx
etwa 1 : 100, so daß die Eigenschaften äußerst
zufriedenstellend und im hohen Maße verbessert sind, verglichen mit der
herkömmlichen Vorrichtung mit einem Verhältnis von 1 : 10.
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Fig. 4 zeigt eine gesichtsfeldwinkelabhängige
Luminanzcharakteristik. Die Charakteristik einer
Farbanzeigevorrichtung nach den Fig. 1 (a) und 1 (b) wird von der
durchgezogenen Linie dargestellt, die zeigt, daß die Luminanz bis zu
mehr als 60 Grad nicht deutlich abfällt. Es wird
verständlich, daß die Vorrichtung einen großen Gesichtsfeldwinkel
aufweist, verglichen mit der herkömmlichen Vorrichtung, deren
Charakteristik von einer strichlierten Linie dargestellt
wird.
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Diese Anzeigevorrichtung benötigt kein rückwärtiges
Licht und ist sehr dünn, d. h. höchstens 1 mm dick, selbst
inklusive der Bodenplatte aus Glas.
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Während in dem speziellen Beispiel die jeweiligen Zellen
einstückig gebildet sind, können die Leuchtlage und auch die
jeweiligen Lagen für jede Zelle getrennt geschaffen werden.
Das gilt auch für die Elektroden.
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Die Leuchtlage ist nicht auf eine Cer (Ce), Europium
(Eu) und Kalium (K) enthaltende Strontiumsulfid-(SrS-)Lage
eingeschränkt. Die Verwendung einer einfachen Leuchtlage aus
Stickstoff (N) enthaltendem Zinksulfid; Cer (Ce), Europium
(Eu) und Kalium (K) enthaltendem CaSrS; BaSe; ZnS; ZnCdS;
ZnF&sub2;; SrTiO&sub3;; oder BaTiO&sub3; würde das Aussenden von weißem
Licht zum Ergebnis haben. Fig. 5 zeigt das Emissionsspektrum
von Ce, Eu und K enthaltendem SrS. Der Gehalt an
Verunreinigungen, welche die Leuchtzentren einer jeweiligen Leuchtlage
in dem Beispiel bilden, kann den Anforderungen entsprechend
geändert werden. Die Art der verwendeten Verunreinigungen
kann den Anforderungen entsprechend geändert werden.
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Für den Farbfilterabschnitt kann eine direkt auf die
Bodenplatte aus Glas aufgeschichtete, färbbare Polymerlage
verwendet werden, wie in dem speziellen Beispiel. Alternativ
können getrennt gebildete Farbfilter angebracht werden,
nämlich ein unterschiedlicher Farbfilteraufbau kann den
Anforderungen entsprechend verwendet werden.
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Eine Schutzschicht oder dgl. kann den Anforderungen
entsprechend vorgesehen sein.
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Nachstehend wird ein weiteres Beispiel eines
Dünnschicht-EL-Elements zur Verwendung in einer
Farbanzeigevorrichtung beschrieben.
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Das Dünnschicht-EL-Element enthält eine einzige
Leuchtlage, die weißes Licht aussenden kann. Wie in Fig. 6
dargestellt, ist eine Leuchtlage 11 aus Dünnschicht-EL-Elementen
mit einem doppelten dielektrischen Aufbau zusammengesetzt aus
einer 5000 Å dicken Dünnschichtlage aus Stickstoff
enthaltendem Zinksulfid.
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Sie ist gebildet, indem auf eine transparente
Bodenplatte 12 aus Glas aufeinanderfolgend laminiert wird eine
transparente Elektrode 13 in Form einer Zinnoxid-(SnO&sub2;-)Lage
usw., eine erste dielektrische Lage 14, eine Leuchtlage 11
aus Stickstoff enthaltendem Zinksulfid, wie oben erwähnt,
eine zweite dielektrische Lage 15 und eine rückwärtige
Elektrode 16 in Form einer dünnen Aluminium-(Al-)Schicht.
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Für die Bildung der Leuchtlage wird ein Vorgang
verwendet, bei dem eine Zinksulfidlage mittels Sputtern gebildet
wird, und Stickstoff wird dann mittels Ionenimplantation in
die Zinksulfidlage implantiert.
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Das Emissionsspektrum der durch Anlegen eines
elektrischen Wechselfelds über das Dünnschicht-EL-Element erhaltenen
Lumineszenz weist einen weiten Bereich von
Lumineszenzwellenlängen auf, der die drei Primärfarben abdeckt, wie in Fig. 7
dargestellt.
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Wie gerade oben beschrieben, wird mit dem Dünnschicht-
EL-Element echtes weißes Licht geliefert, und eine
Vollfarbanzeigetafel kann hergestellt werden.
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Während für die Bildung der Leuchtlage der das
Implantieren von Stickstoffionen nach Bildung der Zinksulfidschicht
einschließende Vorgang verwendet wurde, ist dieses nicht
wesentlich. Ein Vorgang zum Bilden der Leuchtlage mittels
Sputtern oder CVD in einer Stickstoffatmosphäre kann benutzt
werden. Er wird nämlich den Anforderungen entsprechend
ausgewählt.
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Ein weiteres Beispiel eines Dünnschicht-EL-Elements zur
Verwendung in einer Farbanzeigevorrichtung wird nachstehend
beschrieben.
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Wie in Fig. 8 dargestellt, weist das
Dünnschicht-EL-Element einen Aufbau mit einer doppelten dielektrischen Lage
auf, der enthält auf einer transparenten Bodenplatte 21 aus
Glas eine transparente Elektrode 22 in Form einer
Zinnoxidlage (SnO&sub2;) usw., eine erste dielektrische Lage 23, eine
Leuchtlage 24 aus ZnS: Mn, eine zweite, schwarze
dielektrische Lage 25 aus Tantaloxid (TaOx mit x < 2,5) und eine
rückwärtige Elektrode 26 in Form einer dünnen Aluminium-
(Al-)Schicht, die in dieser Reihenfolge laminiert sind.
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Die zweite dielektrische Lage weist eine Beziehung
zwischen Wellenlänge und Durchlässigkeit auf, wie in Fig. 9
dargestellt, welche zeigt, daß die Durchlässigkeit im Bereich
sichtbaren Lichtes weniger als 10% beträgt.
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Eine Kurve a in Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen der
Luminanz und dem Kontrastverhältnis des Dünnschichtelementes
(cd/m²).
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Für Vergleichszwecke zeigt die Kurve b in Fig. 10 die
Beziehung zwischen der Luminanz (cd/m²) und dem
Kontrastverhältnis eines herkömmlichen, Tantalpentaoxid-(Ta&sub2;O&sub5;) als ein
die zweite dielektrische Lage bildendes Material verwendenden
Dünnschicht-EL-Elements.
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Aus dem Vergleich wird deutlich, daß das herkömmliche
Dünnschicht-EL-Element zum Erhalt eines Kontrastverhältnisses
von 1 : 10 (bei einer Beleuchtungsstärke von 1000 lx) eine
Luminanz von 200 cd/m² benötigt, während das Element nach Fig.
8 lediglich 20 cd/m² benötigt, was veranschaulicht, daß der
Kontrast im hohen Maße verbessert ist.
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Die schwarze Tantaloxidschicht kann auf einfache Weise
erhalten werden, indem lediglich Teilbedingungen eines
herkömmlicherweise zum Bilden einer transparenten
Tantalpentaoxidlage verwendeten Vorgangs geändert werden, beispielsweise
indem lediglich der Sauerstoffpartialdruck unter den gleichen
Bedingungen wie denjenigen beim Sputtervorgang verringert
wird. Daher wird die Herstellungsarbeit effizient ausgeführt.
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Während in dem speziellen Beispiel eine schwarze
Tantaloxidschicht anstelle der herkömmlichen transparenten
Tantalpentaoxidschicht verwendet wird, kann eine zusammengesetzte
Schicht 25' aus einer schwarzen Tantaloxidlage 25a und einer
unterschiedlichen dielektrischen Lage als zweite
dielektrische Lage gebildet werden, wie in Fig. 11 dargestellt. Das
kann für andere Oxide und Nitride, wie etwa Yttriumoxide,
Siliziumoxide, Siliziumnitride usw., angewendet werden, wie
in einem Dünnschichttransistor.
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Die die Leuchtlage, die transparente Elektrode und die
rückwärtige Elektrode bildenden Materialien sind nicht auf
diejenigen des speziellen Beispiels beschränkt, und
selbstverständlich sind andere Materialien wirksam.
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Die Tantaloxidschicht kann den Anforderungen
entsprechend ausgewählt werden unter solchen mit einer
Durchlässigkeit von 30% oder weniger im sichtbaren Bereich. Wenn eine
Schicht mit einer Durchlässigkeit von mehr als 30% verwendet
wird, würde das das Kontrastverhältnis verringern.
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Die Beziehung zwischen Sauerstoffpartialdruck und
Durchlässigkeit wird auch mit solchen Experimenten nachgeprüft wie
denjenigen, die nachstehend dargestellt sind.
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Eine TaOx-Schicht wurde auf einer Bodenplatte aus Glas
gebildet unter Verwendung von Ta&sub2;O&sub5; als Target und Ändern des
Sauerstoffpartialdrucks in einem
Hochfrequenz-(RF-)Sputtervorgang.
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Fig. 12 zeigt die Ergebnisse einer Messung der Beziehung
zwischen dem Sauerstoffpartialdruck bei der Schichtbildung
und der Durchlässigkeit der gebildeten TaOx-Schicht, wenn der
Argon-(Ar-)Partialdruck 5 · 10&supmin;³ (Torr) betrug. (In Fig. 12
stellt die Abszissenachse den Sauerstoffpartialdruck · 10&supmin;&sup5;
(Torr) dar, und die Ordinatenachse stellt die Durchlässigkeit
(%) dar.)
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Aus Fig. 12 wird deutlich, daß durch Verringern des
Sauerstoffpartialdrucks und des Anteils an Sauerstoffin der
Zusammensetzung die Durchlässigkeit verringert wird. Die
Durchlässigkeit der bei einem Sauerstoffpartialdruck = 0
gebildeten TaOx-Schicht betrug etwa 2%.
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Gemäß dem vorhergehenden wird der Sauerstoff- oder
Stickstoffanteil in einer Zusammensetzung in isolierenden
Oxiden oder Nitriden stöchiometrisch verringert, so daß der
Herstellungsvorgang nicht wesentlich geändert wird, und eine
schwarze, isolierende Schicht kann sehr einfach geliefert
werden.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 13 wird nachstehend ein
Beispiel eines erfindungsgemäßen Dünnschicht-EL-Elements zur
Verwendung in einer Farbanzeigevorrichtung beschrieben.
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Das EL-Element enthält auf einer transparenten
Bodenplatte 31 aus Glas eine transparente Elektrode 32 in Form
einer Zinnoxid-(SnO&sub2;-)Lage usw., eine erste dielektrische
Lage 33 aus Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;), eine Leuchtlage 34 aus
Zinksulfid (ZnS): Mangan (Mn), eine zweite dielektrische Lage 35,
deren Zusammensetzungsverhältnis fortlaufend von Schwarz bis
Durchsichtig abgestuft ist, und eine rückwärtige Elektrode 36
in Form einer Aluminiumlage, die in dieser Reihenfolge
laminiert sind.
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Die zweite dielektrische Lage besitzt ein sich
fortlaufend in Richtung auf die rückwärtige Elektrode änderndes
Zusammensetzungsverhältnis von einer schwarzen, 3000 Ä dicken
Tantaloxidschicht (TaOx mit < 2,5) zu einer durchsichtigen
Tantalpentaoxid-(Ta&sub2;O&sub5;-)Schicht und weist insgesamt eine
Dicke von 5000 Å auf.
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Die zweite dielektrische Lage wird mittels RF-Sputtern
gebildet. Tantalpentaoxid wird als Target verwendet. Anfänglich
wird eine 3000 Å dicke Tantaloxid-(TaOx mit x < 2,5-)Schicht
unter einem verminderten Sauerstoffpartialdruck abgeschieden,
und der Sauerstoffpartialdruck wird dann allmählich erhöht,
um dadurch fortlaufend eine 2000 Å dicken Tantaloxid-(TaOx'
mit x'= x - 2,5-)Schicht abzuscheiden.
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Fig. 14 (a) und Fig. 14 (b) zeigen die Beziehung zwischen
dem Sauerstoffgehalt einer Tantaloxidschicht und deren
Durchlässigkeit
(%) für Licht mit einer Wellenlänge λ = 600 nm
bzw. die Beziehung zwischen dem Sauerstoffgehalt und dem
Widerstand (Ω cm), wenn die Tantaloxidschicht durch RF-Sputtern
unter Verwendung von Tantalpentaoxid als Target gebildet wird
und wenn der Sauerstoffgehalt geändert wird. Aus diesen
Figuren wird deutlich, daß die Durchlässigkeit und der Widerstand
vermindert wird, wenn der Sauerstoffgehalt sinkt, während,
wenn der Sauerstoffgehalt ansteigt, der Widerstand ebenfalls
ansteigt.
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Eine Kurve a in Fig. 15 zeigt die
Luminanz-Spannung-Charakteristik des so gebildeten Dünnschicht-EL-Elements. Für
Vergleichszwecke zeigen die Kurven b und c in Fig. 15 die
Luminanz -Spannung-Charakteristiken eines
Dünnschicht-EL-Elements mit dem gleichen Aufbau wie das vorliegende Beispiel,
mit Ausnahme der zweiten dielektrischen Lage, die aus einer
einfachen (schwarzen), 5000 Å dicken Tantaloxid-(TaOx mit
x < 2,5-)Schicht besteht, und eines weiteren Dünnschicht-EL-
Elements mit dem gleichen Aufbau wie das vorliegende
Beispiel, mit Ausnahme der zweiten dielektrischen Lage mit einem
zweilagigen Aufbau, der aus einer 4000 Å dicken, schwarzen
Tantaloxid-(TaOx mit x < 2,5-)Schicht und einer 1000 Å
dicken, durchsichtigen Tantalpentaoxidschicht (Ta&sub2;O&sub5;)
besteht. Die Kurven a und b sind hinsichtlich des Kontrasts im
wesentlichen gleich, und die Kurve c liegt etwas niedriger.
(In Fig. 15 stellt die Ordinatenachse die Luminanz dar, und
die Abszissenachse stellt die angelegte Spannung dar). Es ist
zu verstehen, daß die Spannungen, denen die Elemente über
eine lange Zeit standhalten können (dielektrische Stärke),
165 V für a, 125 V für b und 150 V für c betragen und daß das
Dünnschicht-EL-Element des erfindungsgemäßen Beispiels, bei
dem die zweite dielektrische Lage fortlaufend geändert wird,
eine im hohen Maße verbesserte dielektrische Stärke aufweist.
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Wie gerade oben beschrieben, zeigt das Dünnschicht-EL-
Element gemäß dem erfinderischen Beispiel einen hohen
Kontrast und eine hohe Fehlerspannung.
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Die vorstehend beschriebenen Dünnschicht-EL-Elemente
können verwendet werden als Lichtquellen zum Schreiben von
Signalen auf, zum Lesen von Signalen von und zum Löschen von
Signalen in Aufzeichnungsmedien und für Beleuchtungszwecke
zusätzlich zu den Anwendungen in Anzeigevorrichtungen.
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Bei den in einer Anzeigevorrichtung unter
Umgebungsbedingungen, bei denen sich die Umgebungshelligkeit ändert,
verwendeten Dünnschicht-EL-Elementen gibt es das Problem, daß
der Kontrast verringert wird und das Sehen der Anzeige
schwierig wird, wenn die Helligkeit der Umgebungsbeleuchtung
ansteigt, während die Anzeige übermäßig hell wird, wenn die
Luminanz konstant ist und die Beleuchtung extrem gering ist.
Um mit diesem Problem fertig zu werden, kann, wie
beispielsweise in Fig. 16 dargestellt, ein Photosensor 37
vorgesehen sein. Die an das Dünnschicht-EL-Element angelegte
Spannung wird in Übereinstimmung mit einem Signal von dem
Photosensor geregelt, um die Luminanz zu ändern, um dadurch
den Kontrast beizubehalten und die Anzeigeleistung zu
verbessern.
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Wie in Fig. 17 dargestellt, ist die Regelung der
angelegten Spannung einfach, wenn sie zum schrittweisen Ändern
der angelegten Spannung ausgelegt ist, um dadurch den
Kontrast innerhalb eines festgelegten Bereichs (a-b) bei
zubehalten, wenn das Signal von dem Photosensor einen
festgelegten Wert überschreitet.
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Beispielsweise wird angenommen, daß das Dünnschicht-EL-
Element Licht mit einer bestimmten Luminanz A aussendet. Die
Luminanz wird schrittweise geändert, wie durch A, B, C, D
dargestellt. Wenn die Beleuchtung von der Umgebung oder die
Nachweisausgabe von dem Photosensor 37 1000 lx annimmt, wird
die angelegte Spannung so erhöht, daß die Luminanz zu B wird;
wenn die Helligkeit weiter auf etwa 5000 lx ansteigt, ändert
sich die Luminanz auf C usf. Auf diese Weise kann der
Kontrast innerhalb eines im wesentlichen konstanten Bereichs
beibehalten werden, ohne von der Umgebungsbeleuchtung
beeinflußt zu werden.
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Die angelegte Spannung kann kontinuierlich gemäß der
Nachweisausgabe von dem Photosensor geändert werden.