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Diese Erfindung betrifft eine Dünnschicht- Elektrolumineszenz - EL-
Vorrichtung, oder genauer eine verbesserte Dünnschicht-EL-Vorrichtung
mit Niederspannungsantrieb und starker Helligkeit, und ein Verfahren zur
Herstellung derselben.
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Eine frühere Dispersions-EL-Vorrichtung mit einem Pulver einer
Fluoreszens- Substanz vom Typ Zinksulfid (ZnS) konnte wegen ihrer
geringen Helligkeit nicht als als Lichtquelle von Beleuchtung verwendet
werden. In letzten Jahren ist eine Dünnschicht-EL-Vorrichtung mit einer
dünnen Schicht einer Fluoreszens- Substanz wegen ihrer starken
Helligkeit zu Beachtung gekommen.
Die Dünnschicht-EL-Vorrichtung wird nun verbreitet bei
Fahrzeugen, Anzeigeschirmen von Computerterminalen oder ähnlichem
sowie als Lichtquelle eingesetzt, da die Dünnschicht-EL-Vorrichtung eine
Licht emittierende Schicht aus einem transparenten Film enthält, die
verhindert, daß von außen einfallendes oder von einer inneren
Lumineszenzschicht ausgestrahltes Licht dispergiert wird, wobei
Lichthofbildung und Unschärfe reduziert werden und eine kontrastreiche,
klare Anzeige entsteht.
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So besitzt zum Beispiel eine Dünnschicht-EL-Vorrichtung mit Mn
als Aktivator in ZnS eine zweifache dielektrische Struktur, worin eine
transparente Elektrode aus einer Zinnoxidschicht (SnO&sub2;), eine erste
Isolationsschicht, ein kristalliner Film mit ZnS als Grundmaterial und Mn
als Aktivator, also eine ZnS: Mn Lumineszenzschicht, eine zweite
Isolationsschicht und eine Rückelektrode aus Aluminium oder dergleichen
aufeinander-folgend auf ein transparentes Substrat laminiert sind.
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Licht wird folgendermaßen emittiert. Wenn zwischen die
transparente Elektrode und die Rückelektrode Spannung angelegt wird,
werden Elektronen, die durch ein in der Lumineszenzschicht induziertes
elektrisches Feld an einer Grenzschicht festgehalten waren, freigesetzt
und mit genügend Energie versehen, um die Elektronen zu beschleunigen,
so daß diese mit den Orbitelektronen des Mn (Lumineszenszentrum)
kollidieren, und sie dadurch anregen. Licht wird emittiert, wenn der
angeregte Aktivator in seinem Grundzustand zurückkehrt.
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Wie in den japanischen veröffentlichen Patentschriften Nr.
10358/1978 und 8080/1979 dargelegt, wurde zur Herstellung einer
Lumineszenzschicht wie ZnS: Mn der Dünnschicht-EL-'Vorrichtung das
Elektronenstrahl-Dampfabscheideverfahren verwendet.
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Eine solche Dünnschicht-EL-Vorrichtung wurde in einer
Vakuumkammer 1 durch Bestrahlung einer Tablette 2, die durch das
Sintern einer Mischung von ZnS und 0.1 - 1 at.% Mn mit einem aus einer
Elektronenpistole 3 emittierten Elektronenstrahl 4 wie in Fig. 10 gezeigt
erzeugt wurde, hergestellt, wobei die Tablette erhitzt und verdampft und
der Dampf zum Niederschlag auf einem Substrat 5 abgeschieden wurde.
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Da sich jedoch der Dampfdruck des die Lumineszenzschicht
enthaltenen Grundmaterials, der Dampfdruck eines das Grundmaterial
enthaltenen Elements und der Dampfdruck des Aktivators (zum Beispiel
PZnS, PZn, PS, PMn) stark unterscheiden (PZnS PMn PZn PS), treten
Probleme auf, daß das Grundmaterial der laminierten Lumineszenzschicht
von einer stöchiometrischen Zusammensetzung abweicht, wodurch die
kristalline Struktur des Aktivators verschlechtert wird und seine
Verteilung aufgrund der ungleichmäßigen Verdampfung und
Wiederverdampfung der Elemente, sobald sie auf dem Substrat
abgelagert sind, ungleichmäßig wird. In der vorangegangenen
Beschreibung stehen PZnS, PMn, PZn und PS für den jeweiligen
Dampfdruck von ZnS, Mn, Zn und S.
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Demzufolge hat ,wie in Fig. 11 gezeigt, die mit dem
Elektronenstrahl-Dampfabscheidungsverfahren hergestellte
Lumineszenzschicht eine besondere polykristalline Struktur, in der am
Beginn der Wachstumsphase viele kleine Kristallpartikel gebildet werden,
und die daher eine Schicht darstellt, in der sogenannte tote Schichten
vorhanden sind.
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In einer Dünnschicht-EL-Vorrichtung mit einer solchen
Lumineszenzschicht prallen die durch ein von außen angelegtes
elektrisches Feld beschleunigten Elektronen E der Lumineszenz-schicht
gegen den Aktivator lm, mit dem Ergebnis, daß die Elektronen an den
Grenzschichten B der Kristallpartikel dispergiert werden, bevor sie zur
Lumineszenz beitragen. Das von außen angelegte elektrische Feld trägt
daher nicht effektiv zur Lumineszenz bei.
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Effektive Ausleitung von Licht, das aus der Lumineszenz-schicht
emittiert wird, ist für eine Erhöhung der Lumineszenz - Leistungsfähigkeit
wichtig. Um aus der Lumineszenzschicht effektiv Licht auszuleiten,
wurde ein Verfahren zur Kontrolle des Beugungsindex und der Filmdicke
der ersten Isolationsschicht vorgeschlagen, wie z.B, in der japanischen
veröffentlichen Patentschrift No. 55635 von 1983.
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Der entsprechende Stromkreis einer solchen Dünnschicht-EL-
Vorrichtung kann durch drei in Reihe verbundene Kondensatoren
dargestellt werden (siehe Fig. 4), bestehend aus einer ersten
Isolationsschicht 24, einer Lumineszenzschicht 21 und einer zweiten
Isolationsschicht 25. Wenn die jeweiligen Dielektrizitätskonstanten ε r1
und ε r2 der ersten und zweiten dielektrischen Schichten ausreichend
größer sind als die
spezifische Dielektrizitätskonstante εl der Lumineszenzschicht, also ε r1,
ε r2 » ε l werden die dünnen Kapazitanzen Cr1, Cr2 und Cl durch das
Verhältnis Cr1, Cr2 » Cl ausgedrückt, so daß fast alle Anteile der von
außen an das Element angelegten Spannung über die Lumineszenzschicht
angelegt werden, mit dem Ergebnis, daß es unmöglich ist, mit einer
niedrigen Antriebsspannung starke Helligkeit zu erzielen.
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Zur Verringerung der Antriebsspannung ist es vorteilhaft, die
erste Isolationsschicht aus einem Material mit einer hohen
Dielektrizitätskonstante zu bilden. Wenn jedoch ein Material mit einer
hohen Dielektrizitätskonstante verwendet wird, entsteht an der
Grenzschicht zwischen der ersten Isolationsschicht und der transparenten
Elektrode ein großer Beugungsindex , so daß aus der Lumineszenzschicht
nicht effektiv Licht ausgeleitet werden kann. Aus diesem Grund muß
man an die Dünnschicht-EL-Vorrichtung eine hohe Spannung in der
Größenordnung von 200 V anlegen, um eine praktische Helligkeit von
etwa 200 ft-L zu erhalten.
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Es ist demnach ein Ziel dieser Erfindung, eine neuartige Dünnschicht-EL-
Vorrichtung bereitzustellen, die starke Helligkeit erzeugen und mit
niedriger Spannung betrieben werden kann, und ein Verfahren zur
Herstellung einer solchen Dünnschicht-EL-Vorrichtung.
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Gemäß eines Aspekts dieser Erfindung wird eine Dünnschicht-EL-
Vorrichtung geschaffen, die eine transparente Elektrode, eine erste
Isolationsschicht, eine Lumineszenzschicht und eine Rückelektrode
enthält, worin eine weitere Isolationsschicht zwischen der transparenten
Elektrode und der ersten Isolationsschicht angeordnet ist, und die zweite
Isolationsschicht einen Beugungsindex zwischen denen der transparenten
Elektrode und ersten Isolationsschicht besitzt. Weitere Ausführungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß eines weiteren Aspekts dieser Erfindung wird ein Verfahren
zur Herstellung der Lumineszenzschicht der Dünnschicht-EL-Vorrichtung
geschaffen, dessen Schritte in Anspruch 5 definiert sind.
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In den beigefügten Zeichnungen:
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Fig. 1 zeigt die kristalline Struktur der Lumineszenzschicht einer die
Erfindung verkörpernden Dünnschicht-EL-Vorrichtung;
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Fig. 2 ist eine Diagrammdarstellung des Prinzips des
Herstellungsverfahrens der Lumineszenzschicht gemäß dieser Erfindung;
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Fig.3 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Dünn-schicht-
EL-Vorrichtung gemäß dieser Erfindung;
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Fig. 4 zeigt einen äquivalenten Stromkreis des in Fig. 3 dargestellten
Elements;
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Figuren 5a bis 5e sind Seitenansichten, die die Reihenfolge der
Herstellungsschritte des in Fig. 3 gezeigten Elements darstellen;
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Figuren 6a und 6b sind Graphen, die das Ergebnis einer
Röntgenstrahlenbeugung der Lumineszenzschicht des Dünn-schicht-EL-
Elements dieser Erfindung und des bekannten Elements zeigen;
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Fig. 7 ist eine Kurve zum Vergleich der
Spannungs-Helligkeitscharakteristik der Dünnschicht-EL-Vorrichtung dieser Erfindung und der
bekannten Vorrichtung;
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Fig. 8 ist eine Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform der
Erfindung;
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Fig, 9 ist eine Kurve zum Vergleich der Helligkeits-
Spannungseigenschaften der in Fig. 10 gezeigten und einer bekannten
Dünnschicht-EL-Vorrichtung;
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Fig. 10 zeigt das Prinzip des Herstellungsverfahrens der
Lumineszenzschicht der bekannten Dünnschicht-EL-Vorrichtung; und
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Fig. 11 zeigt die kristalline Struktur der Lumineszenzschicht nach dem
Stand der Technik.
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Kurz gesagt kann gemäß dieser Erfindung ein Säulen-Polykristallfilm als
Lumineszenzschicht einer Dünnschicht-EL-Vorrichtung verwendet
werden. Weiterhin werden das Grundmaterial der Lumineszenzschicht
oder die das Grundmaterial bildenden Elemente und ein Aktivator aus
getrennten Quellen verdampft, und die verdampften Substanzen dann auf
dem Substrat kombiniert.
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Wenn also wie in Fig. 1 gezeigt Säulen-Polykristalle als
Lumineszenzschicht verwendet werden, werden die Elektronen E der
Lumineszenzschicht durch ein von außen angelegtes elek-trisches Feld
beschleunigt und kollidieren mit dem Aktivator lm, wobei leistungsfähige
Lumineszenz entsteht.
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Mit Bezug auf Fig.2 werden zur Bildung der Lumineszenz-schicht
die Grundelemente des Grundmaterials und Aktivators, z.B. Mn, S, und
Zn, in getrennte Schmelztiegel 12, 13 und 14 in einer Vakuumkammer
gegeben, in der ein Vakuum von 133 - 0.13 mPa (10&supmin;³ - 10&supmin;&sup7; Torr)
vorhanden ist, und die Temperaturen der Schmelztiegel werden getrennt
geregelt, so daß die Lumineszenzschicht eine stöchiometrische
Zusammensetzung erhält. Daher können Säulenkristalle mit einer
gleichmäßigen Aktivator-Verteilung auf einem Substrat 15 gemäß den
folgenden Stufen abgeschieden werden.
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Angenommen Substanzen A und B werden auf einem Substrat mittels
einer Mehrquellen-Verdampfungsmethode ausgebildet, in der
unabhängige Verdampfungsquellen mit unabhängigen, jeweils die
Substanzen A und B enthaltenden Schmelztiegeln verwendet werden.
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Der Dampfdruck der Substanz A soll bei einer gegebenen
Temperatur TA durch PA ausgedrückt sein. Wenn das Vakuum PO
(Druck) in der Vakuumkammer PO PA beträgt, ist die
Substrattemperatur TS durch Auswahl von TS in einem Verhältnis TS
TA durch ein Verhältnis PAS PA ausgedrückt, wobei PAS den
Dampfdruck der Substanz A bei einer Substrattemperatur TS
darstellt, so daß sich das Substrat A, sogar wenn es verdampft wird,
nicht auf dem Substrat niederschlägt.
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Wenn anderseits der Dampfdruck PABS einer Verbindung aus AB
bei einer Temperatur TS der Substanzen A und B so gewählt wird, daß
PABS PO und wenn die Substanz B auf dem Substrat vorhanden ist,
reagieren die Substanzen A und B miteinander auf dem Substrat,
wodurch Kristalle einer Ver-bindung AB wachsen. Wenn zu diesem
Zeitpunkt das auf dem Substrat vorhandene Element B (oder A) mit dem
ankommenden Element A (oder B) eine Verbindung eingeht, werden die
Elemente an einer Stelle mit dem niedrigsten Potential abgelagert, mit
dem Ergebnis, daß nur die kristallinen Oberflächen wachsen, wobei
Säulenkristalle gebildet werden.
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Wenn der Aktivator aus einer Verbindung besteht, kann eine
leistungsfähigere Lumineszenzschicht hergestellt werden, indem man die
jeweiligen Elemente der Verbindung in getrennten Schmelztiegeln
verdampft und die Verdampfungsmenge der jeweiligen Elemente
unabhängig regelt.
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Zum Beispiel werden die jeweiligen Grundelemente Zn und S des
Grundmaterials ZnS der Lumineszenzschicht und die Grund-elemente Tb
und F des Aktivators TbF&sub3; in getrennte Schmelztiegel gegeben (Zn, S,
Tb, TbF&sub3; ). Wird die Temperatur der Schmelztiegel unabhängig
voneinander geregelt, so daß die Verdampfungs-mengen so geregelt
werden, daß die entstehende Lumineszenz-schicht eine stöchiometrische
Struktur aufweist, ist es möglich, Säulenkristalle auf dem Substrat
abzulagern, die eine gleich-mäßige Verteilung des Aktivators besitzen.
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In einer Dünnschicht-EL-Vorrichtung, die durch
aufeinanderfolgendes Laminieren einer transparenten Elektrode, einer
ersten Isolationsschicht, einer Lumineszenzschicht, einer
zweiten Isolationsschicht und einer Rückelektrode auf einem Substrat
gemäß dieser Erfindung gebildet wird, kann eine weitere dielektrische
Schicht zwischen der der transparenten Elektrode und der ersten
Isolationsschicht angeordnet werden, wobei der Beugungsindex der
weiteren Isolationsschicht zwischen denen der transparenten Elektrode
und der ersten Isolationsschicht liegt.
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Mit diesem Aufbau ist es möglich, den Beugungsindex an der
Grenzschicht zwischen der ersten Isolationsschicht und der transparenten
Elektrode zu verringern, ohne die Dielektrizitäts-konstante der ersten
Isolationsschicht herabzusetzen. Infolgedessen kann die Reflexion
verringert werden, wodurch aus der Lumineszenzschicht effektiv Licht
abgeleitet werden kann.
Indem beispielsweise der Beugungsindex der transparenten
Elektrode mit n&sub0; = 2 und der der ersten Isolationsschicht mit
n&sub2; = 1 bezeichnet wird, und wenn eine weitere Isolationsschicht mit
einem Refraktivindex n&sub1; = 3 zwischen der transparenten Elektrode und
der ersten Isolationsschicht angeordnet ist, wird der Reflexionsfaktor R&sub1;
zwischen der transparenten Elektrode und der weiteren Isolationsschicht
durch folgendes Gesetz ausge-drückt.
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Der Reflexionsfaktor zwischen der weiteren Isolationsschicht und der
ersten Isolationsschicht ist ausgedrückt durch
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Demzufolge beträgt der gesamte Reflexionsfaktor 6%, so daß der
Transmissionswirkungsgrad 94% beträgt.
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Im Gegensatz dazu ist bei fehlender weiterer Isolations-schicht der
Reflexionsfaktor zwischen der transparenten
Elektrode und der ersten Isolationsschicht ausgedrückt durch
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und der Transmissionswirkungsgrad beträgt 89%.
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Ein Vergleich dieser Transmissionswirkungsgrade zeigt, daß der
Transmissionswirkungsgrad durch die Hinzufügung einer weiteren
dielektrischen Schicht stark verbessert werden kann.
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Die Ausführungsform in Fig. 3 besitzt einen laminierten Aufbau, worin
eine Lumineszenzschicht 21 aus einer dünnen Schicht mit einer 500 nm
(5000 Å) dicken Säulen-Polykristallstruktur mit ZnS als Grundmaterial
gefertigt ist, das 0.4 at.% Mn als Aktivator enthält (hiernach nur ZnS:
0.4 at.% Mn genannt).
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Genauer gesagt werden auf einem transparenten, 1 Mikron dicken
Glassubstrat 22 eine 0.3 Mikron dicke transparente Elektrode 23 aus
Zinnoxid (SnO&sub2;), oder dergleichen, eine erste, 0.5 Mikron dicke
Isolationsschicht 24 aus Tantaloxid (Ta&sub2;O&sub5;), die Lumineszenzschicht 21,
eine zweite, 0.5 Mikron dicke Isolations-schicht aus Ta&sub2;O&sub5;, und eine
0.5 Mikron dicke Rückelektrode 26 aus Aluminiumfilm der Reihe nach
aufgebracht.
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Wie gezeigt in Fig.4 kann der äquivalente Stromkreis dieser Dünnschicht-
EL-Vorrichtung durch drei in Reihe verbundene Kondensatoren dagestellt
werden, bestehend jeweils aus der ersten Isolationsschicht 24, der
Lumineszenzschicht 21 und der zweiten Isolationsschicht 25.
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Ein Herstellungsverfahren für die Dünnschicht-EL-Vorrichtung wird nun
im folgenden beschrieben.
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Wie in Fig. 5A gezeigt wird eine transparente Elektrode 23 bestehend aus
SnO&sub2; durch Sputtern auf einem transparenten Glassubstrat geformt.
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Wie dann in Fig. 5B erläutert wird auf der Elektrodenschicht 23
eine erste Isolationsschicht 24, bestehend aus einer Schicht eines
Tantaloxids, durch Sputtern gebildet. Anschließend wird ein
Verdampfungsapparat wie in Fig. 2 verwendet und Zn, S und Mn werden
in getrennte Schmelztiegel gegeben, wobei das Vakuum in der
Vakuumkammer auf1.33 mPa (10&supmin;&sup5; Torr) gebracht wird. Die
Temperaturen der drei Schmelztiegel werden dann unabhängig
voneinander geregelt, um Zn, S und Mn so zu verdampfen, daß die
Lumineszenzschicht eine stöchiometrische Zusammensetzung erhält,
während gleichzeitig die Glassubstratstemperatur TS auf ein
angemessenen Wert innerhalb im Bereich 100º - 1000ºC gesetzt wird,
um eine Lumineszenzschicht 21 zu bilden, die aus
Säulen-Polykristallen aus ZnS besteht, in denen der Aktivtor Mn
gleichmäßig verteilt ist. (Fig. 5c)
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Danach wird wie in Fig. 5d gezeigt eine zweite Isolations-schicht
25 aus Tantaloxid auf der Lumineszenzschicht 21 durch Sputtern
ausgebildet.
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Schließlich werden wie in Fig. 5e gezeigt die Rückelektroden 26
hergestellt, indem mit dem Dampfablagerungsverfahren, gefolgt von
Musterbildung durch die Lithophotoätzmethode, ein Aluminiumfilm
gebildet wird. Die Lumineszenzschicht der Dünnschicht-EL-Vorrichtung
ist von ausgezeichneter kristalliner Natur, wie durch die Ergebnisse der in
Fig. 6a gezeigten Röntgenstrahlenbeugung bewiesen. Zum Vergleich ist
das Ergebnis der Röntgenstrahlenbeugung einer ZnS : Mn Schicht, die
mit dem früheren Elektronenstrahl-Dampf-Ablagerungsverfahren
hergestellt wurde, in Fig. 6b gezeigt. Ein Vergleich der in Fig. 6a und
Fig. 6b dargestellten Eigenschaften zeigt, daß die nach dem obigen
Verfahren gebildete Lumineszenz-Schicht bessere kristalline
Eigenschaften besitzt.
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Die Dünnschicht-EL-Vorrichtung wird durch das Anlegen eines
elektrischen Wechsel-Feldes über die transparente Elektrode und die
Rückelektrode getrieben. Ihre Spannungs-Helligkeits-charakteristik a ist
zusammen mit der b einer früheren Dünn-schicht-EL-Vorrichtung in Fig. 7
gezeigt. Ein Vergleich dieser
Charakteristika zeigt, daß die Dünnschicht-EL-Vorrichtung mit ungefähr
1/2 der für die frühere Dünnschicht-EL-Vorrichtung benötigten Spannung
dieselbe Helligkeit erzeugen kann. Mit anderen Worten kann die EL-
Vorrichtung starke Helligkeit mit niedriger Spannung erzielen.
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Wenn für die erste Isolationsschicht 24 und die zweite
Isolationsschicht 25 ein Isolierfilm verwendet wird, dessen
Dielektrizitätskonstante wesentlich größer ist als die der
Lumineszenzschicht 21, zum Beispiel Bariumtitanat BaTiO&sub3;, wird die
Spannungs-Helligkeitscharakteristik durch einen Graphen c in Fig. 7
dargestellt, der zeigt, daß das Element mit 1/3 oder 1/4 der für die
frühere Dünnschicht-EL-Vorrichtung benötigten Spannung getrieben
werden kann, dargestellt in Graph b in Fig. 7.
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Wenn die Dielektrizitätskonstanten der ersten und zweiten
Dielektrizitätsschichten 24 und 25 und der Lumineszenzschicht 21
jeweils als ε r1, ε r2 und εl bezeichnet werden, ist das Verhältnis der
Dielektrizitätskonstanten εr1 εr2 » εl (siehe Fig. 4). Das Verhältnis
ihrer Kapazitanzen Cr1, Cr2 und Cl, ist daher Cr1, Cr2 » Cl, so daß
fast die gesamte, von außen an die Vorrichtung angelegte Spannung
über die Lumineszenzschicht angelegt ist.
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Wie oben beschrieben ist für diese Dünnschicht-EL-Vorrichtung
eine geringe Spannung von weniger als 100V ausreichend, um eine
Helligkeit von etwa 20 ft-L (foot Lambert) zu erreichen, was für
praktischen Gebrauch wertvoll ist.
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Obwohl in der vorhergegangenen Ausführungsform ein ZnS:Mn -
Film als Lumineszenzschicht verwendet wurde, sollte deutlich sein, daß
diese Erfindung sich nicht auf derartige spezifische Materialien
beschränkt. Es können zum Beispiel andere Säulen-Polykristalle wie ZnS:
0.1-1 at.% TbF&sub3;, ZnS: 0.1-1 at.% SmF&sub3; Säulen-Polykristalle verwendet
werden, mit ZnS als Grundmaterial und wo nur der Aktivator durch
Terbiumfluorid (TbF&sub3;) oder Samariumfluorid (SmF&sub3;) ersetzt wird, und
andere Säulen-Polykristalle wie Calciumsulfid (CaS): 0.1-1 at.% Europium
(Eu), Strontiumsulfid (SrS): 0.1-1 at.% Cer (CeF&sub3;). Generell sind
Verbindungen passender Elemente der Gruppen II und VI der
Periodentafel (II-VI-Verbindungen) als Grundmaterial brauchbar.
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In der vorangegangenen Ausführungsform wurden zur Herstellung
eines Säulen-Polykristallfilms aus ZnS: Mn drei Schmelztiegel als
Verdampfungsquellen gebraucht, die jeweils Zn, S und Mn enthielten;
jede Kombination von ZnS, S, Mn; Zn, S, MnS; und Zn, S, ZnS, Mn kann
verwendet werden.
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Wenn eine Verbindung wie TbF&sub3; als Aktivator gebraucht wird,
können die Grundelemente des Grundmaterials, die Grundelemente des
Aktivators und die Verbindung der Grund-elemente Zn, S, Tb, TbF&sub3; in
getrennte Schmelztiegel gegeben werden, so daß Zn, S, Tb und TbF3
getrennt verdampft werden, indem man die Temperaturen der
Schmelztiegel getrennt regelt, so daß Grundmaterial und Aktivator der
Lumineszenzschicht die stöchiometrische Zusammensetzung haben und
die Konzentration von Verunreinigungen einen vorher-bestimmten Wert
erreicht. Gleichzeitig wird die Substrat-temperatur auf einen passenden
Wert zwischen 100 - 1000ºC gebracht (für die Tiegel, die Tb und TbF&sub3;
enthalten, werden Temperaturen von 100-110ºC bevorzugt).
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Anschließend kann eine Lumineszenzschicht aus ZnS - Säulen-
Polykristallen gebildet werden, in denen der Aktivator TbF&sub3; gleichmäßig
verteilt ist. Die Tiegel besitzen vorzugsweise eine Klappe, die geöffnet
und geschlossen werden kann.
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Mit einem derartigen Verfahren kann eine Lumineszenz-schicht mit
einer konstanten und stabilen Konzentrations-verteilung gebildet werden.
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Weiterhin kann die Dünnschicht-EL-Vorrichtung durch das Anlegen
eines Wechselstromfeldes durch die transparente Elektrode und die
Rückelektrode angetrieben werden, doch kann sie mit nur 1/2 der
Spannung des früheren EL-Films die gleiche Helligkeit erzielen. Mit
anderen Worten kann mit niedrigerer Spannung größere Helligkeit erzielt
werden. Es kann daher eine grüne Dünnschicht-EL-Vorrichtung erhalten
werden.
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Indem eine Yttriumoxidschicht (Y&sub2;O&sub3;) mit einem Beugungsindex
zwischen dem der ersten Isolationsschicht 24 und der transpa-renten
Elektrode 23 als weitere Isolationsschicht angeordnet wird, können der
Unterschied des Beugungsindex an der Grenzschicht zwischen der ersten
Isolationsschicht und der transparenten Elektrode und auch die Reflexion
verringert werden, wodurch das von der Lumineszenzschicht emittierte
Licht effektiv abgeleitet werden kann. Es ist daher möglich, die
Antriebsspannung noch weiter zu verringern.
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Der Aktivator ist nicht auf TbF&sub3; beschränkt, und es können andere
Verbindungen wie SmF&sub3;, Sm&sub2;S&sub3;, und Tb&sub2;S&sub3; verwendet werden. Auch
können andere Substanzen als ZnS als Grundmaterial gebraucht werden.
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Obwohl in der vorangegangenen Ausführungsform zur Herstellung
eines Säulen-Polykristallfilms aus ZnS: TbF&sub3; vier verschiedene
Schmelztiegel, die jeweils Zn, S, Tb und TbF&sub3;
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enthielten, als Verdampfungsquellen verwendet wurden, können auch
vier Tiegel mit jeweils Zn, TbS, TbF&sub3; und S benützt werden.
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Weiterhin kann die Dünnschicht-EL-Vorrichtung dieser Erfindung
als Lichtquelle einer Anzeige gebraucht werden, als Beleuchtung und
zum Schreiben, Lesen und Löschen von Signalen in ein Medium zur
Lichtaufzeichnung hinein und aus diesem heraus.
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In einer anderen Ausführungsform, gezeigt in Fig. 8, enthält die
Dünnschicht-EL-Vorrichtung eine Schicht aus transparenten, 1 mikron
dicken Glassubstanzen 31, eine 3 Mikron dicke transpa-rente Elektrode
32 aus Zinnoxid (SnO&sub2;), eine weitere 1 Mikron dicke Isolationsschicht 33
aus Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;), eine 0.1 Mikron dicke erste Isolationsschicht 34
aus Tantalpentoxid (Ta&sub2;O&sub5;), eine 0.5 Mikron dicke Lumineszenzschicht
35 aus Zinksulfid (ZnS): Mangan (Mn), eine 0.5 Mikron dicke zweite
Isolationsschicht 36 aus Tantalpentoxid, und eine 0.5 Mikron dicke
Rückelektrode aus Aluminiumfilm.
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Diese Dünnschicht-EL-Vorrichtung wird durch ein elektrisches
Wechsel-Feld angetrieben, das über die transparente Elektrode und die
Rückelektrode angelegt wird. Ihre Spannungs-Helligkeitscharakteristika a
sind in Fig. 9 gemeinsam mit denen b einer früheren Dünnschicht-EL-
Vorrichtung ohne weitere Isolationsschicht dargestellt. Ein Vergleich
dieser Charakteristika zeigt, daß die Dünnschicht-EL-Vorrichtung dieser
Erfindung stärkere Helligkeit besitzt als die frühere EL- Vorrichtung. In
Fig. 9 stellt die Ordinate Helligkeit dar und die Abszisse die angelegte
Spannung in Volt.
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Wie oben beschrieben kann der Unterschied des Beugungs-index
an der Grenzschicht zwischen der ersten Isolationsschicht und der
transparenten Elektrode durch das Zwischenschalten einer weiteren
Isolationsschicht verringert werden, ohne die Dielektrizitätskonstante der
ersten Isolationsschicht zu verringern, wodurch Lichtreflexion geringer
wird und aus der Lumineszenz-schicht effektiv Licht gewonnen werden
kann.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform bestand die weitere
Isolationsschicht aus einer einzelnen Schicht, sie kann aber auch aus
mehreren Schichten gebildet werden, deren Beugungsindices langsam
von der Seite der transparenten Elektrode aus zu der Seite der ersten
Elektrode gesteigert werden, um den Beugungsindex langsam zu ändern.
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Es ist auch offensichtlich, daß die Herstellungsmaterialien der
verschiedenen Schichten und Filme entsprechend geändert werden
können.