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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf lichtemittierende Vorrichtungen
und insbesondere auf lichtemittierende Vorrichtungen mit einem verbesserten
Kontrastverhältnis.
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Hintergrund
der Erfindung
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Technologien
für flache
Anzeigetafeln bieten verschiedene Vorteile gegenüber herkömmlichen Kathodenstrahlröhren, wie
etwa ein stark reduziertes physikalisches Profil, geringere Anforderungen
an Energie und Spannung, eine reduzierte Hitzeabgabe und leichteres
Gewicht. Für
die nächste
Generation von flachen Anzeigetafeln werden Fortschritte gesucht,
um Anzeigekontrast, Bildhelligkeit, Effizienz, Farbreinheit, Auflösung, Skalierbarkeit
und Zuverlässigkeit
zu verbessern, während
auch die Kosten der Herstellung verringert werden. Lichtemittierende
flache Anzeigetafeln schließen
im Allgemeinen eine geschichtete Struktur aus dünnen und dicken Schichten ein,
die auf einer transparenten Frontelektrode und einem transparenten
Substrat gebildet sind. Die geschichtete Struktur wird als eine
rechtwinklige Anordnung von aktiven Elementen oder Pixeln strukturiert, die
in mehreren Reihen und Spalten angeordnet sind. Um ein Bild zu formen,
strahlen individuelle Pixel im eingeschalteten Zustand sichtbares
Licht ab, und sind normalerweise dunkel, wenn sie sich in einem nicht-eingeschalteten
Zustand befinden. Der Anzeigekontrast wird als das Verhältnis zwischen
der Helligkeit eines typischen Pixels, wenn er eingeschaltet ist,
und der Helligkeit des reflektierten Lichts, wenn dieser typische
Pixel nicht eingeschaltet ist, quantifiziert. In üblichen
Arbeitsumgebungen wird Umgebungslicht von Quellen, wie etwa Sonnenlicht,
und künstlicher
Raumbeleuchtung durch den nicht-eingeschalteten Pixel und der Umgebung
der transparenten Tafel reflektiert. Pixelüberhellung ist ein weiteres Phänomen, welches
den Anzeigekontrast verschlechtert, bei dem Licht von einem eingeschalteten Pixel
durch die Ebene des transparenten Sub strats hindurchtritt und als
sichtbares Licht durch benachbarte Pixel emittiert wird, welche
sich in einem nominal nicht-eingeschalteten Zustand befinden können. Um
Bilder mit hohem Kontrast zu erzeugen, werden verschiedene herkömmliche
kontrastverstärkende Techniken
entweder zum Reduzieren von Reflektion von Licht durch die flache
Anzeigetafel oder zum Reduzieren von Pixelüberhellung verwendet.
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Ein
Verfahren der Erhöhung
des Kontrasts einer lichtemittierenden flachen Anzeigetafel ist
es, eine kontrastverstärkende
Schicht der vorderen transparenten Oberfläche oder der Glastafel der
Anzeige hinzuzufügen.
Bestimmte kontrastverstärkende
Schichten funktionieren als ein polarisierender Filter, um das Licht,
welches von der Anzeige reflektiert wird, um bis zu 75% zu reduzieren.
Obwohl polarisierende Filter den Anzeigekontrast in den meisten
Beleuchtungsbedingungen verbessern, sind sie teuer und sie reduzieren
die Anzeigehelligkeit um mehr als 50%. Andere kontrastverstärkende Schichten
funktionieren als antireflektierende Schichten, die die Reflektion
von Licht an der vorderen Glas/Luftgrenzfläche eliminieren. Antireflektierende
Schichten sind jedoch nur für
jene flache Anzeigetafeln sinnvoll, die innerhalb der geschichteten
Struktur, die das einfallende Licht absorbiert, eine nicht-reflektierende
opake Schicht aufweisen. Oftmals muss die nicht-reflektierende opake
Schicht zu der geschichteten Struktur als eine zusätzliche
Schicht hinzugefügt
werden. Zum Verbessern des Kontrasts der flachen Anzeigetafeln weisen
polarisierende Filter und anti-reflektierende
Schichten eine signifikante Beschränkung darin auf, dass keiner
dieser Typen von kontrastverstärkenden
Schichten eine Pixelaufhellung verringern kann. Tatsächlich verschlimmern
polarisierende Filter die Pixelaufhellung.
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Ein
weiteres Verfahren der Verbesserung des Kontrasts einer lichtemittierenden
flachen Anzeigetafel mit einer volltransparenten oder halbtransparenten
Anzeigestruktur ist es, eine lichtabsorbierende Schicht auf der
nicht-lichtemittierenden Seite der geschichteten Struktur hinzuzufügen. Die
lichtabsorbierende Schicht absorbiert von durch die transparente Anzeigestruktur
von externen Quellen übertragenes Restlicht
ohne eine nach außen
gerichtete Reflektion durch die verschiedenen Schichtgrenzflächen. Ein transparenter
Leiter muss jedoch der Schichtstruktur hinzugefügt werden, um die lichtemittierende
Schicht abzudecken. Dieses Hinzufügen des transparenten Leiters
erhöht
die Herstellungskos ten signifikant. Darüber hinaus ist die lichtabsorbierende
Schicht nur für
Anzeigen mit kleiner Fläche
sinnvoll, da die niedrigere Leitfähigkeit der benötigten transparenten
leitenden Schicht die Bildung von Elektroden mit längeren Längen verhindert.
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Einige
herkömmliche
kontrastverstärkende Techniken
schneidern Schichten der geschichteten Struktur von dünnen und
dicken Schichten, die die lichtemittierende flache Anzeigetafel
bilden, nach Maß,
um als kontrastverstärkende
Schichten zu dienen. Ein Maßschneidern
der existierenden essentiellen Schichten eliminiert die Notwendigkeit
für zusätzliche
Fabrikationsschritte, welche lichtabsorbierende Schichten für spezielle
Zwecke der geschichteten Struktur hinzufügen. Beispielsweise versieht
eine kontrastverstärkende
Technik für
Plasmaanzeigen die Elektroden der Vorrichtung mit einer schwarzen leitenden
Schicht, die aus einer Paste von inerten Metallpartikeln gebildet
ist, wie etwa Silber oder Gold, und einem schwarzen färbenden
Zusatz. Die schwarze leitende Schicht wird jedoch vor der lichtemittierenden
Schicht in der geschichteten Struktur gebildet, und ist im Ergebnis
nicht für
hochauflösende
Anzeigen verwendbar, in denen die Verwendung der schwarzen leitenden
Schicht die Pixelapertur reduzieren würde. Eine andere, für elektrolumineszente Dünnschichtanzeigen
verwendbare kontrastverstärkende
Technik ist es, die hintere Metallelektrode abzudunkeln oder zu
schwärzen,
indem sie aus einer Schicht hergestellt wird, die eine Zusammensetzung aufweist,
welche eine von Aluminiumoxid bis Aluminium abgestufte Zusammensetzung
aufweist. Die durch eine solche geschwärzte rückwärtige Metallelektrode geleistete
Kontrastverstärkung
ist jedoch begrenzt, da die Grenzflächen der transparenten Schicht,
die über
der geschwärzten
rückwärtigen Metallelektrode
liegen, immer noch eine erhebliche Reflektion des einfallenden Umgebungslichts
zur Verfügung
stellen. Noch eine weitere kontrastverstärkende Technik, die auf elektrolumineszente
Dünnschichtanzeigen
und organische lichtemittierende Diodenanzeigen mit Gleichstrom
anwendbar ist, ist es, eine mehrschichtige optische Interferenzschicht
zwischen den Schichten der flachen Anzeigetafeln einzufügen, welche
die Absorption von Umgebungslicht erhöht. In noch einer weiteren
kontrastverstärkenden
Technik wird ein isolierendes Material, wie etwa ein Plastik oder
ein oxidiertes Metall, als eine Oberflächenbehandlung mit niedrigem
Reflektionsgrad in den lateralen Räumen angewandt, die benachbarte
Pixel voneinander trennen.
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Die
WO 99/04604 offenbart eine elektrolumineszente Vorrichtung mit einem
transparenten Substrat, einer hinteren und einer rückseitigen
Elektrode, und einer leuchtenden Schicht und einer Isolationsschicht
zwischen den Elektroden, wobei die Isolationsschicht dispergierte
Färbemittel-Teilchen
aufweist.
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Das
US 5 920 080 bezieht sich
auf eine OLED mit einem Substrat und einer zwischen zwei Leitern
eingefügten
lichtemittierenden organischen Schicht. Zwischen dem zweiten Leiter
und der obersten Abdeckung ist ein Mikrohohlraumstapel aus dielektrischen
Schichten eingefügt.
Dieser Stapel liegt im Lichtweg der organischen Schicht.
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Es
besteht eine Notwendigkeit für
eine kontrastverstärkende
Technik, die allgemein auf Technologien für flache Anzeigetafeln angewendet
werden kann, und welche in der geschichteten Struktur der Vorrichtung
mit wenigen zusätzlichen
Herstellungsschritten oder wenig hinzugefügter Struktur und ohne eine
durch die Einfügung
verursachte Verschlechterung der Anzeigeeigenschaften der flachen
Anzeigetafel eingefügt
werden kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegenden Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, dass mit einer
genauen Auswahl von dielektrischem dickschichtigem Material und
von Färbemitteln,
eine elektrisch isolierende, dielektrische Schicht, typischerweise
eine dielektrische, dickschichtige Schicht, die sich in den meisten
elektrolumineszenten Anzeigen mit Wechselstrom und Plasmaanzeigen
mit Wechselstrom finden, mit lichtabsorbierenden Eigenschaften versehen
werden kann. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine dielektrische Schicht, wie etwa eine dickschichtige
dielektrische Schicht, schwarz gemacht werden, um einen breiten
Bereich des sichtbaren Spektrums zu absorbieren, oder alternativ
gefärbt
werden, um nur einen bestimmten Bereich von Wellenlängen innerhalb
des sichtbaren Spektrums zu reflektieren. Das Färbemittel, wie etwa schwarze
Pigmentteilchen eines schwarzen Tintenzusatzstoffes, Farbpigmentteilchen von
Farbtintenzusatz oder aktive Teilchen eines Farbstoffs, modifiziert
die dielektrische Konstante der Schicht nicht wesentlich, so dass
sie eine hohe dielektrische Konstante beibehält, wenn sie verwendet wird,
um Wechselstrom zu führen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung, der bei anderen lichtemittierenden
Technologien für
flache Anzeigetafeln anwendbar ist, kann eine farbige oder schwarze
dielektrische Schicht als eine isolierende Schicht/Schutzschicht
auf der hinteren Oberfläche
des Anzeigebildschirms verwendet werden. Die farbige oder schwarze
dielektrische Schicht wird aus einer richtigen Auswahl einer dicken Schicht
dielektrischen Materials mit einer porösen oder polykristallinen Mikrostruktur
und einem Färbemittel,
wie etwa aktiven Teilchen eines organischen Farbstoffs, schwarzen
Pigmentteilchen oder einem schwarzen Tintenzusatz, oder von farbigen
Pigmentteilchen eines farbigen Tintenzusatzstoffes gebildet. Das
Vorhandensein des Färbemittels
reduziert signifikant das Reflektionsvermögen der Korngrenzen des polykristallinen
dielektrischen Mikrostrukturmaterials oder der Porenwände des
porösen
dielektrischen Mikrostrukturmaterials.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die farbige oder schwarze dielektrische Schicht durch Standardtechniken
aufgebracht, die die gewünschten
elektrischen und strukturellen Eigenschaften erzeugen, gefolgt durch
Färben
oder Schwärzen
durch die Anwendung des Färbemittels.
Im Ergebnis wird wenig zusätzliche
Prozessarbeit benötigt,
um die farbige oder schwarze dielektrische Schicht der vorliegenden
Erfindung in die Herstellung der geschichteten Struktur einer herkömmlichen
flachen Anzeigetafel einzuführen.
Darüber
hinaus bietet die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise eine
unabhängige Kontrolle
der elektrischen, strukturellen und optischen Eigenschaften der
dielektrischen Schicht. Die elektrische Eigenschaft der farbigen
oder schwarzen dielektrischen Schicht der vorliegenden Erfindung
ist vergleichbar mit anderen hochleistungsfähigen schwarzen dielektrischen
Materialien, wie etwa Plastik und oxidierten Metallen, absorbiert
jedoch eine viel größere Prozentzahl
des einfallenden Umgebungslichts als dies bisher mit derartigen
standardmäßigen hochleistungsfähigen Dielektrika
erreichbar war. Die schwarze dielektrische Schicht der vorliegenden
Erfindung liefert einen hohen Kontrast, wenn sie in einer elektrolumineszenten
flachen Anzeigetafel verwendet wird, aufgrund der Verdunkelung des Hintergrunds
in der Umgebung der Pixel. Das farbige Dielektrikum der vorliegenden
Erfindung liefert ein lebhaftes Erscheinungsbild der Anzeige, wenn
es in einer elektrolumineszenten flachen Anzeigetafel verwendet
wird, wie etwa, indem es einen dunkelblauen Hintergrund für eine gelbe
Lichtemission durch einen Pixel zur Verfügung stellt.
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Die
dielektrischen Schichten der vorliegenden Erfindung weisen eine
Dicke in einem Bereich zwischen etwa 5 μm bis etwa 100 μm auf, und
weisen ein an Korngrenzen oder an den internen Oberflächen von
Poren über
die Dicke derselben hinweg dispergiertes Färbemittel auf. Dickschichtige
dielektrische Schichten behalten ihren elektrisch isolierenden Charakter
und sind nicht anfällig
für einen
vorzeitigen elektrischen Zusammenbruch aufgrund von Ungleichmäßigkeiten
in der Gleichförmigkeit,
was dazu führen
würde,
dass eine dünnschichtige
dielektrische Schicht einen Zusammenbruch erfährt. Darüber hinaus können dickschichtige
dielektrische Schichten vorteilhaft durch Siebdruck aufgebracht
angewendet werden, was ein einfacher und leicht skalierbarer Prozess
mit hoher Ausbeute ist.
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Die
Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich im
Lichte der folgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen,
in denen:
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
ein Querschnitt einer elektrolumineszenten Dünnschichtwechselstromvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
ein Querschnitt einer elektrolumineszenten Dünnschichtwechselstromvorrichtung
gemäß einer
alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine graphische Darstellung des Anzeigekontrasts als eine Funktion
der Spannung einer elektrolumineszenten Dünnschichtwechselstromvorrichtung,
konstruiert gemäß 1;
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4 ist
ein Querschnitt einer invertierten elektrolumineszenten Dünnschichtwechselstromvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 ist
ein Querschnitt einer elektrolumineszenten Plasmavorrichtung der
vorliegenden Erfindung; und
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6 ist
ein Querschnitt einer elektrolumineszenten organischen Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung
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Mit
Bezug auf 1 schließt eine elektrolumineszente
Dünnschichtwechselstromvorrichtung der
vorliegenden Erfindung ein Glassubstrat 12 ein, abgedeckt
durch eine geschichtete Struktur mit einer transparenten Elektrode 14,
einer elektrolumineszenten Hochtemperaturphosphorschicht 16,
einer dielektrischen Schicht 18, einer metallischen hinteren
Elektrode 20 und einer Glasverkapselungsschicht 22. Wenn
zwischen der transparenten Elektrode und der metallischen hinteren
Elektrode 20 ein Wechselstrom angelegt wird, dann emittiert
die elektrolumineszente Phosphorschicht 16 sichtbares Licht,
welches durch die transparente Elektrode 14 und das Glassubstrat 12 wie
graphisch durch Pfeile 24 angedeutet, übertragen wird.
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Ein
passendes Glassubstrat 12 ist ein Corning 1737 Glassubstrat,
obwohl andere Hochtemperaturgläser,
wie etwa geschmolzenes Silica, ebenfalls von der vorliegenden Erfindung
bedacht wurden. Geeignete Materialien für die transparente Elektrode 14 schließen Indium-Zinn-Oxid
(ITO) und andere Metalloxide, wie etwa Zinkoxid, Zinnoxid, Indiumoxid und
Mischungen derselben ein. Die elektrolumineszente Phosphorschicht 16 wird
aus einem mit einer lumineszenten Störstelle, wie etwa beispielsweise Galliumnitrid,
dotiert mit einem Übergangs-
oder seltene Erden-Metall, wie etwa Erbium oder Europium, gebildet.
Die hintere Metallelektrode 20 wird aus einem hochleitfähigen Material,
wie etwa einer Legierung aus Silber und Platin gebildet. Die Glasverkapselung 22 ist
ein Material, wie etwa Dupont 8185 oder Honeywell Aclar Film. Die
transparente Elektrode 14, die elektrolumineszente Phosphorschicht 16,
die metallische hintere Elektrode 20 und die Glassverkapselungsschicht 22 werden
sukzessiv auf das Glassubstrat 12 durch Verfahren aufgebracht,
die dem Durchschnittsfachmann der Technik bekannt sind. In bestimmten
Ausführungsformen
wird die hintere metallische Elektrode 20 auf der dielektrischen
Schicht 18 durch Siebdruckverfahren ähnlich jenen der im Stand der
Technik üblichen
Art aufgetragen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung schließt die
dielektrische Schicht 18, bevorzugt eine dickschichtige
dielektrische Schicht, ein dielektrisches Material mit einem Netzwerk
von Durchgängen
ein, vorzugsweise offenen und miteinander verbundenen, und ein Färbemittel
ein, welches schwarze Pigmentteilchen eines schwarzen Tintenzusatzstoffes
enthält,
welcher innerhalb des Netzwerks von Durchgängen positioniert ist, um somit
das Reflektionsvermögen
der dielektrischen Schicht 18 zu senken. Das Netzwerk von
Durchgängen
umfasst entweder Poren einer porösen
Mikrostruktur oder Korngrenzen einer polykristallinen Mikrostruktur.
Das Netzwerk von Durchgängen
erstreckt sich durch einen signifikanten Volumenanteil der dielektrischen
Schicht 18 und erstreckt sich bevorzugt durch im wesentlichen
das gesamte Volumen der dielektrischen Schicht 18. Passende
dielektrische Materialien zur Verwendung in der Herstellung der
dielektrischen Schicht 18 schließen ein Bariumtitanat, ein
Bleiniobat, ein Bleititanat, ein Strontiumtitanat, ein Bleizirkonattinatat,
ein Siliziumdioxid und ein Bleioxid ein, sind jedoch nicht darauf
beschränkt.
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Das
dielektrische Material der dielektrischen Schicht 18 kann
durch jedes herkömmliche
Verfahren zum Bilden einer dicken Schicht dielektrischen Materials
gebildet werden, entweder mit einer porösen Mikrostruktur oder einer
polykristallinen Mikrostruktur. Die dielektrische Schicht 18 weist
im allgemeinen eine Dicke von etwa 5 μm bis etwa 100 μm auf, und
weist bevorzugt eine Dicke von zwischen etwa 10 μm bis etwa 40 μm auf. In
bestimmten Ausführungsformen
wird das dielektrische Material der dielektrischen Schicht 18 durch
Siebdruck unter Verwendung eines auf Gel basierenden Materials,
getrocknet durch Erhitzen bei einer verpassten Temperatur, erhitzt
auf eine zweite Temperatur zur Verdichtung und erhitzt auf eine
dritte Temperatur zum Sintern des dielektrischen Materials aufgebracht,
um die gewünschten
und strukturellen Eigenschaften herzustellen. Typischerweise wird
das auf Gel basierende Material bei einer Temperatur von etwa 100°C getrocknet,
um den volatilen Träger
zu entfernen, bei einer Temperatur von etwa 600°C für etwa 10 Minuten verdichtet,
und bei einer Temperatur von etwa 800–850°C für etwa 1–10 Minuten gesintert, um die dielektrische
Schicht 18 mit passenden elektronischen und physikalischen
Eigenschaften zu versehen. Das dielektrische Material der dielektrischen Schicht 18,
die sich aus dem Siebdruckprozess ergibt, weist eine polykristalline
Mikrostruktur oder eine poröse
Mikrostruktur auf, und weist eine absolute Dielektrizitätskonstante
auf, die zur Ver wendung in der vorliegenden Erfindung passend ist.
Ein beispielhaftes Gel, welches insbesondere in dem Siebdruckprozess
zum Bilden des dielektrischen Materials der dielektrischen Schicht 18 nützlich ist,
ist eine siebgedruckte dielektrische Barium-Titan-Oxidzusammensetzung,
die unter dem Handelsnamen Dupont 5540 bei Dupont Electronics (Research
Triangle Park, N. C.) erhältlich
ist, welches nach Aktivierung eine semitransparente polykristalline
Mikrostruktur zur Verfügung
stellt. Alternative Verfahren sind von der vorliegenden Erfindung
zum Bilden der dielektrischen Schicht 18 mit einer porösen oder
einer polykristallinen Mikrostruktur vorgesehen und schließen physikalische
Dampfabscheidung, Sprühen,
Sol-Gel-Eintauch-Beschichtung, Bandgießen und dergleichen ein.
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Der
schwarze Tintenzusatzstoff, der zum Infiltrieren der dielektrischen
Schicht 18 verwendet wird, enthält vorzugsweise schwarze Pigmentteilchen,
die in einer auf Lösemittel
basierenden (d.h. wasserfreien) Trägerflüssigkeit dispergiert sind,
wie etwa eine Lösungsmittelmischung
aus Ethylenglykol-Monoethyläther,
Ethylenglykol-Monobutyläther, Benzylalkohol
und Ethylalkohol. Die schwarze Pigmentteilchen des schwarzen Tintenzusatzstoffes
reduzieren das Reflektionsvermögen
der halbtransparenten Körner
oder Porenwände
des dielektrischen Materials der dielektrischen Schicht 18 signifikant. Der
Begriff „halbtransparent" bezeichnet hier
jede nicht-opake Bedingung, die die Übertragung eines Teils von
einfallendem sichtbaren Licht erlaubt. Insbesondere reduzieren die
schwarzen Pigmentteilchen des schwarzen Tintenzusatzstoffes das
Reflektionsvermögen
der dielektrischen Schicht 18 derart, dass mindestens ein
Teil des sichtbaren Umgebungslichts, welches auf diese fällt, ohne
Reflektion absorbiert wird, und das Reflektionsvermögen der
dielektrischen Schicht 18 geringer ist als das Reflektionsvermögen des
halbtransparenten dielektrischen Materials, welches den schwarzen
Tintenzusatzstoff nicht aufweist. Die schwarzen Pigmentteilchen
des schwarzen Tintenzusatzstoffes müssen nicht innerhalb des Netzwerks
von Durchgängen
durch die gesamte Dicke der dielektrischen Schicht 18 dispergiert werden,
sondern es ist nur notwendig, dass sie über eine Dicke der dielektrischen
Schicht 18 hinweg vorhanden sind, die ausreichend ist,
um das Reflektionsvermögen
des dielektrischen Materials zu reduzieren.
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Die
schwarzen Pigmentteilchen des schwarzen Tintenzusatzstoffes sind
in der Größe bemessen, um
in das Netzwerk von Durchgängen
in dem dielektrischen Material der dielektrischen Schicht 18 infiltriert
zu werden. Die den fluidischen Transport der schwarzen Pigmentteilchen
in das dielektrische Material mediatierende Trägerflüssigkeit wird nach Infiltration
durch Erhitzen entfernt. Insbesondere sind die schwarzen Pigmentteilchen
mit einer durchschnittlichen maximalen Abmessung bemessen, die kleiner ist
als eine durchschnittliche minimale Abmessung der Korngrenzen zwischen
den individuellen Körnungen
der polykristallinen Mikrostruktur oder kleiner als eine charakteristische
Porengröße für die poröse Mikrostruktur.
Die durchschnittliche maximale Abmessung für die schwarzen Pigmentteilchen
wird mit geringer als oder gleich zu etwa 1 μm angenommen. Die schwarzen
Pigmenteilchen sind thermisch stabil bei einer Temperatur von typischerweise
etwa 100°C, welche
verwendet werden kann, um die Trägerflüssigkeit
zu verdampfen und aus der dielektrischen Schicht 18 nach
Infiltration zu entfernen. Nachdem die Trägerflüssigkeit verdampft wurde, werden
die schwarzen Pigmentteilchen auf den sich gegenüberliegenden Oberflächen der
Korngrenzen der halbtransparenten dielektrischen Körnungen
positioniert oder eingefangen und in die intergranularen Lücken zwischen
koextensiven (englisch: coextensive) dielektrischen Körnungen
eingebaut. Auf ähnliche
Weise dekorieren die schwarzen Pigmentteilchen die inneren Wände der
Poren in dem porösen
dielektrischen Material nachdem die Trägerflüssigkeit verdampft wurde. Vorzugsweise
werden die dielektrischen Körnungen
oder die elektrischen/strukturellen Grenzflächen zwischen koextensiven
dielektrischen Körnungen,
das dielektrische Material, welches die Poren in der porösen Mikrostruktur
umgibt, oder dielektrischen/strukturellen Grenzflächen anderer Schichten,
wie etwa einer Phosphorschicht 16, in der geschichteten
Struktur der elektrolumineszenten Vorrichtung 10 nicht
von dem schwarzen Tintenzusatzstoff negativ durchdrungen, chemisch
modifiziert oder zersetzt. Ein beispielhafter schwarzer Tintenzusatzstoff,
welcher zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist,
um das Reflektionsvermögen
der dielektrischen Schicht 18 zu reduzieren, ist kommerziell
unter dem Handelsnamen Sanford #5153 von Sanford Corporation (Bellwood,
IL) erhältlich.
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Bilden
des Netzwerks von Durchgängen
in der dielektrischen Schicht 18 vor Infiltrieren der polykristallinen
oder porösen
Mikrostruktur mit dem schwarzen Tintenzusatzstoff erlaubt eine unabhängige Optimierung
von elektrischen und optischen Eigenschaften der dielektrischen
Schicht 18. Da die schwarzen Pigmentteilchen des schwarzen
Tintenzusatzstoffes dem dielektrischen Material der die lektrischen
Schicht 18 hinzugefügt
werden, nachdem diese getrocknet, verdichtet und gesintert wurde,
kann das dielektrische Material der dielektrischen Schicht 18 bei
höheren
Temperaturen gebildet werden, die jene Temperaturen übersteigen,
die die Pigmentteilchen des Tintenzusatzstoffes tolerieren können, ohne
eine signifikante Verschlechterung zu erleiden. Diese vollständige Herstellung
des dielektrischen Materials der dielektrischen Schicht 18 vor
der Hinzufügung
des Tintenzusatzstoffes kann insbesondere wichtig sein, da das dielektrische
Material normalerweise bei einer Temperatur gesintert werden muss, die
400°C übersteigt,
was ansonsten zu einer signifikanten Verschlechterung der schwarzen
Pigmentteilchen der meisten herkömmlichen
schwarzen Tintenzusatzstoffe verursachen würde.
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Die
vorliegende Erfindung ist auch nützlich bei
schwarzen Tintenhochtemperaturzusatzstoffen mit schwarzen Pigmentteilchen,
die bei Temperaturen oberhalb von etwa 400°C thermisch stabil sind. Derartige
schwarze Tintenhochtemperaturzusatzstoffe können benötigt werden, um die vorliegende Erfindung
aufgrund von Hochtemperaturherstellungsschritten auszuführen, um
die fertiggestellte flache Anzeigetafel nach der Bildung der dielektrischen Schicht 18 zu
bilden. Schwarze Pigmentteilchen, die Temperaturen höher oder
gleich von etwa 1000°C
widerstehen, sind dem Durchschnittsfachmann der Technik bekannt
und kommerziell erhältlich.
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Mit
Bezug auf die 2 und in einer alternativen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung schließt eine elektrolumineszente
Vorrichtung 30 eine dielektrische Schicht 32,
gebildet aus einem dielektrischen Material und einem Färbemittel,
welches Farbpigmentteilchen eines Farbzusatzstoffes enthält, ein.
Die anderen Schichten, die die elektrolumineszente Vorrichtung 30 bilden,
schließen
eine transparente Elektrode 34, eine elektrolumineszente
Hochtemperaturphosphorschicht 36, eine metallische hintere
Elektrode 38 und eine Glasverkapselungsschicht 40 ein,
abgeschieden auf einem Glassubstrat 42. In bestimmten Ausführungsformen
kann eine antireflektierende Schicht 44 auf die lichtemittierende Oberfläche des
Glassubstrats 42 aufgetragen werden, die vorliegende Erfindung
ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Wenn ein Wechselstrom zwischen der transparenten Elektrode 34 und
der hinteren Elektrode 38 angelegt wird, dann emittiert
die elektrolumineszente Phosphorschicht 36 sichtbares Licht,
welches durch die transparente Elektrode 34 und das Glassubstrat 42 übertragen
wird, wie graphisch durch Pfeile 46 angedeutet. Die elektrolumineszente Vorrichtung 30 ist
im wesentlichen identisch mit der elektrolumineszenten Vorrichtung 10,
bis auf die Verwendung von Farbpigmentteilchen, um das Reflektionsvermögen der
dielektrischen Schicht 32 zu reduzieren, statt der zur
Reduzierung des Reflektionsvermögens
der dielektrischen Schicht 18 verwendeten schwarzen Pigmentteilchen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung schließt die
dielektrische Schicht 32, bevorzugt eine dickschichtige
dielektrische Schicht, ein dielektrisches Material ein, mit einem
Netzwerk von Durchgängen, vorzugsweise
offen und miteinander verbunden, und die in dem Netzwerk der Durchgängen positionierten Farbpigmentteilchen
des Farbtintenzusatzstoffes, um das Reflektionsvermögen der
dielektrischen Schicht 32 somit zu reduzieren. Das Netzwerk
von Durchgängen
enthält
entweder Poren einer porösen Mikrostruktur
oder Korngrenzen einer polykristallinen Mikrostruktur. Das Netzwerk
von Durchgängen
erstreckt sich durch einen signifikanten Volumenanteil der dielektrischen
Schicht 32 und erstreckt sich vorzugsweise durch im wesentlichen
das gesamte Volumen der dielektrischen Schicht 32. Zum
Gebrauch bei der Herstellung der dielektrischen Schicht 32 geeignete
dielektrische Materialien schließen ein Bariumtitanat, ein
Bleiniobat, ein Bleititanat, ein Strontiumtitanat, ein Bleizirkonattitanat,
ein Siliziumdioxid und ein Bleioxid ein, sind jedoch nicht darauf
beschränkt.
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Ähnlich zu
den schwarzen Pigmentteilchen des schwarzen Tintenzusatzstoffes,
der oben diskutiert wurde, sind die farbigen Pigmentteilchen des
farbigen Zusatzstoffes bemessen, um in das Netzwerk von Durchgängen in
dem dielektrischen Material der dielektrischen Schicht 32 infiltriert
zu werden. Insoweit sind die farbigen Pigmentteilchen mit einer durchschnittlich
maximalen Abmessung bemessen, die kleiner ist als eine durchschnittliche
minimale Abmessung der Korngrenzen zwischen individuellen Körnungen
der polykristallinen Mikrostruktur oder kleiner bemessen als eine
charakteristische Porengröße der porösen Mikrostruktur.
Die durchschnittliche maximale Abmessung für die farbigen Pigmentteilchen
wird als weniger als oder gleich etwa 1 μm angenommen. Die farbigen Pigmentteilchen
werden in das dielektrische Material durch die Trägerflüssigkeit
transportiert, welche durch thermisches Verdampfen nach Infiltration
entfernt wird. Die farbigen Pigmentteilchen sind bei einer Temperatur,
typischerweise bei etwa 100°C,
thermisch stabil, welche verwendet werden kann, um die Trägerflüssigkeit
aus der dielektrischen Schicht 32 nach Infiltration zu
verdampfen und zu entfernen. Nachdem die Trägerflüssigkeit verdampft wurde, werden
die farbigen Pigmentteilchen des farbigen Tintenzusatzstoffes auf den
sich gegenüberliegenden
Oberflächen
der Korngrenzen der halbtransparenten dielektrischen Körnungen
positioniert oder eingefangen. Auf ähnliche Weise dekorieren die
farbigen Pigmentteilchen des farbigen Tintenzusatzstoffes die inneren
Wände der Poren
in einem porösen
dielektrischen Material. Farbige Tintenzusatzstoffe, die beispielsweise
zum Gebrauch in der vorliegenden Erfindung zum Reduzieren des Reflektionsvermögens der
dielektrischen Schicht 32 geeignet sind, sind von Sanford
Corporation (Bellwood, IL) mit einem roten Pigment unter dem Handelsnamen
Sanford #5833, mit einem grünen
Pigment unter dem Handelsnamen Sanford #5707 und mit einem blauen
Pigment unter dem Handelsnamen Sanford #5706, kommerziell erhältlich. Die
dielektrischen Körnungen
oder die elektrischen/strukturellen Grenzflächen zwischen sich ineinander
erstreckenden dielektrischen Körnungen, das
die Poren in der porösen
Mikrostruktur umgebende dielektrische Material oder die elektrischen/strukturellen
Grenzflächen
von anderen Schichten, wie etwa einer Phosphorschicht 36,
in der geschichteten Struktur der elektrolumineszenten Vorrichtung 30, werden
vorzugsweise von dem farbigen Tintenzusatzstoff nicht nachteilig
durchdrungen, chemisch modifiziert oder zersetzt.
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Die
farbigen Pigmentteilchen des farbigen Tintenzusatzstoffes reduzieren
das Reflektionsvermögens
der dielektrischen Schicht 32 derart, dass mindestens ein
Abschnitt des darauf einfallenden Umgebungslichts ohne Reflektion
absorbiert wird, und das Reflektionsvermögen der dielektrischen Schicht 32 ist
geringer als das Reflektionsvermögen des
halbtransparenten dielektrischen Materials, welches den farbigen
Tintenzusatzstoff nicht aufweist. Der Anteil des durch die dielektrische
Schicht 32 reflektierten Lichts wird den Farbton der farbigen
Pigmentteilchen des farbigen Tintenzusatzstoffes annehmen. Die farbigen
Pigmentteilchen des farbigen Tintenzusatzstoffes müssen nicht
innerhalb des Netzwerkes von Durchgängen über die gesamte Dicke der dielektrischen
Schicht 18 dispergiert werden, sondern es ist nur notwendig,
dass sie über
eine Dicke der die lektrischen Schicht 18 hinweg vorhanden sind,
die ausreichend ist, um das Reflektionsvermögen des dielektrischen Materials
zu reduzieren.
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In
einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein organischer Farbstoff in das
Netzwerk von Durchgängen
in dem dielektrischen Material infiltriert und es werden die aktiven
Partikel des organischen Farbstoffes, die nach der Verdampfung der
Trägerflüssigkeit
des organischen Farbstoffes verbleiben, als ein Farbmittel verwendet,
um beim Bilden der dielektrischen Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung
zu partizipieren, wie etwa der dielektrischen Schicht 18 und 32.
Die aktiven Teilchen des organischen Farbstoffes sind mit einer
durchschnittlichen maximalen Abmessung bemessen, die kleiner ist
als eine durchschnittliche minimale Abmessung der Korngrenzen zwischen den
individuellen Körnungen
der polykristallinen Mikrostruktur oder kleiner sind als eine charakteristische
Porengröße für die poröse Mikrostruktur.
Typischerweise weisen die aktiven Teilchen des organischen Farbstoffes
eine Submikrometergröße im Bereich
von etwa 0.1 nm bis etwa 5.0 nm auf. Derartige organische Farbstoffe
sind dem Durchschnittsfachmann der Technik bekannt.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann durch Vergleich der Leistungsfähigkeit
einer elektrolumineszenten Dünnschichtwechselstromvorrichtung der
vorliegenden Erfindung demonstriert werden, die mit einer geschichteten
Struktur gemäß 1 konstruiert
ist, mit der Leistungsfähigkeit
einer elektrolumineszenten Dünnschichtwechselstromvorrichtung des
Standes der Technik, ähnlich
der Vorrichtung der 1, jedoch mit einer herkömmlichen
dielektrischen Schicht anstelle der dielektrischen Schicht der vorliegenden
Erfindung mit niedrigem Reflektionsvermögen. In der folgenden Demonstration
misst ein herkömmliches
Verfahren, welches die Lichtabgabe überwacht, den Anzeigekontrast
jeder elektrolumineszenten Vorrichtung. In jedem Fall wurden die Messungen
unter der Bedingung weißen
Umgebungslichts mit einer Beleuchtungsstärke von etwa 140 Lumen pro
qm oder Lux erhalten. Die transparente Elektrode und die metallische
hintere Elektrode jeder elektrolumineszenten Vorrichtung wurden
selektiv mit einer Serie von Wechselspannungen in einem Bereich
von 0 V bis etwa 120 V in 10-Volt-Schritten und bei einer Frequenz
von etwa 1 kHz vorgespannt, um die Emission von sichtbarem Licht
zu induzieren. Oberhalb eines bestimmten Spannungs-Thresholds überstieg
die Lichtabgabe durch die vorgespannte elektrolu mineszente Vorrichtung das
von dieser reflektierte Umgebungslicht ohne angelegte Vorspannung.
Der Anzeigekontrast wird angegeben als das Verhältnis der Luminanz, wenn die Wechselspannung
angelegt wird, um Lichtemission zu induzieren, und der Luminanz,
wenn die Wechselspannung nicht vorhanden ist, so dass nur Lichtemission
aufgrund von reflektiertem Umgebungslicht vorhanden ist.
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Mit
Bezug auf die 3 zeigt Kurve 47 graphisch
das Kontrastverhältnis
der elektrolumineszenten Dünnschichtwechselstromvorrichtung
des Standes der Technik, ähnlich
der Vorrichtung der 1, mit einer herkömmlichen
dielektrischen Schicht anstelle der opaken dielektrischen Schicht
der vorlegenden Erfindung. Es kann beobachtet werden, dass wahrnehmbare
Lichtemission bei einer angelegten Spannung zwischen etwa 30 V und
etwa 40 V einsetzt. Nach einer zunächst nicht-linearen Übergangsregion
steigt die Lichtemission in etwa linear über den Bereich von angelegten
Spannungen zwischen etwa 60 V und etwa 120 V. Bei der maximalen
angelegten Spannung von etwa 120 V zeigte die gemäß dem Stand
der Technik konstruierte elektrolumineszente Vorrichtung ein Kontrastverhältnis von
etwa 5:1.
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Weiterhin
bezugnehmend auf die 3 zeigt die Kurve 48 das
Kontrastverhältnis
der elektrolumineszenten Dünnschichtwechselstromvorrichtung
mit einer dielektrischen Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung
und konstruiert mit einer geschichteten Struktur gemäß 1.
Es kann beobachtet werden, dass wahrnehmbare Lichtemission bei einer
angelegten Spannung zwischen etwa 30 V und etwa 40 V einsetzt. Nach
einer zunächst
nicht-linearen Übergangsregion
steigt die Lichtemission etwa linear über den Bereich von angelegten
Spannungen zwischen etwa 70 V und etwa 120 V. Es wird weiterhin
beobachtet, dass die Steigung der Kurve 48 größer ist
als die Steigung der Kurve 47, was anzeigt, dass die dielektrische
Schicht gemäß der vorliegenden
Erfindung das durch die Vorrichtung ohne angelegtes Vorspannungspotential
reflektierte Licht signifikant reduziert. Bei der maximalen angelegten
Spannung von 120 V zeigt die gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer dielektrischen Schicht mit niedrigem Reflektionsvermögen konstruierte
elektrolumineszente Vorrichtung ein Kontrastverhältnis von etwa 9:1. Es ist klar
durch einen Vergleich der Kurven 47 und 48, dass
eine dielektrische Schicht der vorliegenden Erfindung das Kontrastverhältnis ei ner
elektrolumineszenten Dünnschichtwechselstromvorrichtung,
die eine derartige dielektrische Schicht enthält, um etwa 80 Prozent verbessert.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung in Technologien
flacher Anzeigetafeln beschränkt,
die auf elektrolumineszenten Dünnschichtwechselstromvorrichtungen
aufbauen, sondern findet eine allgemeinere Anwendung in vielen anderen
Technologien flacher Anzeigetafeln. Mit Bezug auf die 4 umfasst
eine invertierte elektrolumineszente Dünnschichtwechselstromvorrichtung 50 eine
geschichtete Struktur mit einer metallischen hinteren Elektrode 52,
einer beispielsweise aus einem Bariumtitanat gebildeten dielektrischen
Schicht 54, einer Bleizirkonattitanat(PZT)-Schicht 56,
einer elektrolumineszenten Phosphorschicht 58, einer transparenten
Elektrode 60, einer transparenten verkapselnden Glasschicht 62 und
einer versiegelnden Glasschicht 64, gebildet auf einem
opaken Keramiksubstrat 65. Die elektrolumineszente Phosphorschicht 58 wird
aus einem Phosphorgrundmaterial, wie etwa Zinksulfid, Kalziumsulfid,
oder Strontiumsulfid, dotiert mit einer lumineszenten Störstelle,
wie etwa Cer, Mangan, Terbium, Samarium, Europium oder Thulium,
gebildet. Wenn ein Wechselstrom zwischen die transparente Elektrode 60 und
die metallische hintere Elektrode 52 angelegt wird, dann
wird die elektrolumineszente Phophorschicht induziert, um sichtbares
Licht zu emittieren, übertragen
durch die transparente Elektrode 60, die transparente verkapselnde Glasschicht 62 und
die versiegelnde Glasschicht 64, wie graphisch durch Pfeile 66 angedeutet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung schließt die
dielektrische Schicht 54, vorzugsweise eine dickschichtige
dielektrische Schicht, eine dielektrisches Material mit einem Netzwerk
von Durchgängen
ein, vorzugsweise offen und miteinander verbunden, und ein Färbemittel,
wie etwa schwarze Pigmentteilchen eines schwarzen Tintenzusatzstoffes,
farbige Pigmentteilchen eines farbigen Tintenzusatzstoffes, oder
aktive Teilchen eines organischen Farbstoffes, dispergiert innerhalb
des Netzwerkes von Durchgängen,
um somit das Reflektionsvermögen
der dielektrischen Schicht 54 zur reduzieren. Das Netzwerk
von Durchgängen
enthält
entweder Korngrenzen einer polykristallinen Mikrostruktur oder Poren
einer porösen
Mikrostruktur. Das Netzwerk von Durchgängen erstreckt sich durch einen
signifikanten Volumenanteil der dielektrischen Schicht 54 und
erstreckt sich vorzugsweise durch das gesamte Volumen der dielektrischen
Schicht 54.
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Dielektrische
Materialien, die zur Verwendung bei der Herstellung der dielektrischen
Schicht 54 geeignet sind, schließen ein Bariumtitanat, ein Bleiniobat,
ein Bleititanat, ein Strontiumtitanat und ein Bleizirkonattitanat
ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Das dielektrische Material
der dielektrischen Schicht 54 wird auf dem Keramiksubstrat 65 beispielsweise
durch Siebdruck und Sintern bei einer Temperatur von oberhalb von
etwa 800°C
gebildet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind die Durchgänge
der des dielektrischen Materials mit der das Färbemittel tragenden Trägerflüssigkeit
infiltriert, in einer Weise, die analog ist zu der oben im Kontext von
elektrolumineszenten Dünnschichtwechselstromvorrichtungen
diskutierten Weise, zum Verbessern des Anzeigekontrastes. Insbesondere
wird von der Hinzufügung
der schwarzen Pigmentteilchen eines schwarzen Tintenzusatzstoffes
erwartet, dass sie die Verbesserung des Anzeigekontrastes optimiert.
Die Pigmentteilchen oder aktiven Teilchen des Färbemittels reduzieren das Reflektionsvermögen der
dielektrischen Schicht, so dass mindestens ein Teil des darauf fallenden
Umgebungslichts ohne Reflektion absorbiert wird und das Reflektionsvermögen der
dielektrischen Schicht 54 kleiner ist als das Reflektionsvermögen des
halbtransparenten dielektrischen Materials, welches die Pigmentteilchen
oder die aktiven Farbstoffteilchen nicht aufweist. Die Pigmentteilchen
oder die aktiven Farbstoffteilchen des Färbemittels müssen nicht
innerhalb des Netzwerkes von Durchgängen über die gesamte Dicke der dielektrischen
Schicht 54 dispergiert werden, sondern es ist nur notwendig,
dass sie über
eine Dicke der dielektrischen Schicht 54 vorhanden sind,
die ausreichend ist, das Reflektionsvermögen des dielektrischen Materials
zu reduzieren. Für
Farbpigmentteilchen oder Farbtintenzusatzstoffe wird das durch die
dielektrische Schicht 54 reflektierte Licht den Farbton
der Farbpigmentteilchen oder des Farbtintenzusatzstoffes annehmen.
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Gemäß 5 schließt eine
geschichtete Struktur, die für
eine fotolumineszente Plasmavorrichtung 70 charakteristisch
ist, die für
eine flache Plasmaanzeigetafel geeignet ist, im allgemeinen eine Mehrzahl
von metallischen hinteren Elektrodenleitungen 72, eine
hintere dielektrische Schicht 74, eine dielektrische Schicht 76,
strukturiert um eine Mehrzahl von Hohlräumen 88 zu definieren
und zu umschließen,
eine transparente dielektrische Schicht 78, eine transparente
Elektrode 80 und ein vorderes Glassubstrat 82 ein,
sequentiell auf einem hinteren Glas substrat 84 gebildet.
Die inneren Oberflächen
der Hohlräume 88,
definiert durch die die ektrische Schicht 76, sind mit
einer roten Phosphorschicht 86 beschichtet, und jeder Hohlraum 88 enthält ein Plasmagas,
wie etwa eine Mischung von Xenon und Neon. Die hintere dielektrische
Schicht 74 funktioniert, um einen Wechselstrom in das Plasmagas
zu koppeln. Die dielektrische Schicht 76 isoliert die Hohlräume 88 elektrisch
und optisch, die individuelle Plasmazellen definieren, welche Pixel
der flachen Plasmaanzeigetafeln bilden. Wenn ein Wechselstrom zwischen
die transparente Elektrode 80 und eine der metallischen hinteren
Elektrodenleitungen 72 angelegt wird, liefert ein in den
Plasmagas innerhalb des Hohlraums 88 erzeugtes Plasma energiereiche
Photonen, die die rote Phosphorschicht 86 anregen. Aufgrund
der Anregung emittiert die rote Phosphorschicht 86 sichtbares
Licht, übertragen
durch die transparente dielektrische Schicht 78, die transparente
Elektrode 80 und das vordere Glassubstrat 82,
wie durch Pfeile 90 graphisch angedeutet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist die dielektrische Schicht 76, vorzugsweise
eine dickschichtige dielektrische Schicht, ein Netzwerk von Durchgängen, vorzugsweise
offen und miteinander verbunden, auf und ein Färbemittel auf, wie etwa schwarze
Pigmentteilchen eines schwarzen Tintenzusatzstoffes, farbige Pigmentteilchen
eines farbigen Tintenzusatzstoffes, oder aktive Teilchen eines organischen
Farbstoffes, auf, positioniert innerhalb der Durchgänge der
dielektrischen Schicht 76. Die dielektrische Schicht 76 ist
zu den oben diskutierten dielektrischen Schichten 18, 32 und 54 ähnlich.
Als ein Ergebnis der Hinzufügung
des Farbemittels wird die Reflektion des Umgebungslichtes von Abschnitten 77 der
dielektrischen Schicht 76, die koextensive mit der transparenten
dielektrischen Schicht 78 sind, reduziert oder eliminiert
werden, wodurch der Anzeigekontrast verbessert wird. Insbesondere
wird von dem Hinzufügen
der schwarzen Pigmentteilchen des schwarzen Tintenzusatzstoffes
angenommen, dass es die Verbesserung des Anzeigekontrastes optimiert.
Wenn die rote Phosphorschicht 86 mindestens halbtransparent
ist, wird Umgebungslicht geneigte Seitenwände 79 der Phosphorschicht 86 durchdringen
und durch das Färbemittel
in der dielektrischen Schicht 76 ebenfalls absorbiert werden.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist auch die hintere dielektrische Schicht 74,
vorzugsweise eine dickschichtige dielektrische Schicht, ein Netzwerk
von Durchgängen,
vorzugsweise offen und miteinander verbunden, auf, und ein Färbemittel
auf, welches wie etwa schwarze Pigmentteilchen eines schwarzen Tintenzusatzstoffes,
farbige Pigmentteilchen eines farbigen Tintenzusatzstoffes oder
aktive Teilchen eines organischen Farbstoffes, dispergiert innerhalb
des Netzwerkes von Durchgängen
innerhalb der dielektrischen Schicht 74, welche ähnlich den
oben diskutierten dielektrischen Schichten 18, 32, 54 und 76 ist.
Im Ergebnis wird Umgebungslicht, welches die hinteren Wände der
Phosphorschicht 86 durchdringt, durch das Färbemittel
in den koextensiven Abschnitten 81 der hinteren dielektrischen
Schicht 74 absorbiert. Der Anzeigekontrast wird durch Reduzieren
des von der Innenseite der individuellen Pixelzellen reflektierten Umgebungslichtes
signifikant verbessert. Das Netzwerk von Durchgängen in der hinteren dielektrischen Schicht 74 und
in der dielektrischen Schicht 76 fasst entweder Korngrenzen
einer polykristallinen Mikrostruktur oder Poren einer porösen Mikrostruktur.
Das Netzwerk von Durchgängen
erstreckt sich durch einen signifikanten Volumenanteil jeder der
dielektrischen Schichten 74, 76 und erstreckt
sich vorzugsweise im wesentlichen durch das gesamte Volumen jeder
der dielektrischen Schichten 74, 76. Es ist für den Durchschnittsfachmann
der Technik klar, dass eine anti-reflektierende Schicht (nicht dargestellt)
auf der Vorderseite der Plasmavorrichtung 70 zur weiteren
Verbesserung des Anzeigekontrasts angewendet werden kann.
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Das
Färbemittel
reduziert das Reflektionsvermögen
der hinteren dielektrischen Schicht 74 und der dielektrischen
Schicht 76, so dass mindestens ein Teil des darauf fallenden
Umgebungslichts ohne Reflektion absorbiert wird, und das Reflektionsvermögen der
dielektrischen Schichten 74, 76 ist geringer als
das Reflektionsvermögen
des das Färbemittel nicht
aufweisenden halbtransparenten dielektrischen Materials. Die Pigmentteilchen
oder die aktiven Farbstoffteilchen des Färbemittels müssen nicht
innerhalb des Netzwerks von Durchgängen über die gesamte Dicke der dielektrischen
Schichten 74, 76 dispergiert werden, sondern es
ist nur notwendig, dass sie über eine
Dicke der dielektrischen Schichten 74, 76 vorhanden
sind, die ausreichend ist, um das Reflektionsvermögen des
dielektrischen Materials zu reduzieren. Bei farbigen Pigmentteilchen
oder farbigen Tintenzusatzstoffen wird von einer dielektrischen Schichten 74, 76 reflektiertes
Licht den Farbton der farbigen Pigmentteilchen oder des farbigen
Tintenzusatzstoffes annehmen.
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Gemäß 6 schließt eine
geschichtete Struktur, die für
eine organische lichtemittierende Diode 100 charakteristisch
ist, die geeignet ist, um eine organische, flache elektrolumineszente
Anzeigetafel herzustellen, im allgemeinen eine Serie von organischen
dünnen
Schichten ein, wie etwa eine Schicht 102 eines organischen
lochtransportierenden Materials, wie etwa TAD, eine Schicht 104 aus
einem Aluminiumhydroxiquinolin (Alq), und eine Schicht 106 aus
Alq dotiert mit einem organischen Farbstoff, um die Emissionsfarbe
zu verschieben, eingebaut zwischen einer hinteren transparenten
Elektrode 108 und einer vorderen transparenten Elektrode 109.
Die hintere transparente Elektrode 108 ist abgedeckt durch
eine Schutzschicht 110 und die geschichtete Struktur ist
auf einem Glassubstrat 112 abgeschieden. Die Schutzschicht 110 dient
als eine elektrisch isolierende und gegenüber der Umgebung schützende Schicht
der Hinterseite der organischen lichtemittierenden Diode 100.
Wenn zwischen der vorderen transparenten Elektrode 109 und
der hinteren transparenten Elektrode 108 elektrischer Strom
angelegt wird, dann kooperieren die organischen dünnschichtigen
Schichten 102, 104 und 106, um sichtbares Licht
einer vorgegebenen Wellenlänge
zu emittieren, wie graphisch durch Pfeile 114 angedeutet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Schutzschicht 110 mit einem Netzwerk
von Durchgängen,
vorzugsweise offen und miteinander verbunden, abgeschieden und es
wird ein Färbemittel,
wie etwa schwarze Pigmentteilchen eines schwarzen Tintenzusatzstoffes,
farbige Pigmentteilchen eines farbigen Tintenzusatzstoffes abgeschieden,
oder es werden aktive Partikel eines organischen Farbstoffes in
dem Netzwerk von Durchgängen
positioniert. Die schützende
Schicht 110 ist ähnlich
zu den dielektrischen Schicht 18, 32, 54, 74 und 76,
die oben diskutiert wurden, kann jedoch auch ein dielektrisches
Material mit einer relativ niedrigen dielektrischen Konstante sein.
Insbesondere wird durch die Hinzufügung der schwarzen Pigmentpartikel
des schwarzen Tintenzusatzstoffes erwartet, die Verbesserung des Anzeigekontrasts
zu optimieren. Das Netzwerk von Durchgängen der Schutzschicht 110 enthält entweder
Korngrenzen einer polykristillinen Mikrostruktur oder Poren einer
porösen
Mikrostruktur. Das Netzwerk von Durchgängen erstreckt sich durch einen
signifikanten Volumenanteil der Schutzschicht 110 und erstreckt
sich vorzugsweise durch das gesamte Volumen der Schutzschicht 110.
Da die hintere transparente Elektrode 108 und die vordere
transparente Elektrode 109 transparent sind, kann Umgebungslicht
die geschichtete Struktur der organischen lichtemittierenden Diode 100 durchdringen
und auf die Schutzschicht 110 treffen. Gemäß der vorliegenden Erfindung
absorbiert das Färbemittel
in der Schutzschicht 110 das einfallende Umgebungslicht
und verbessert somit den Anzeigekontrast, indem es signifikant die
Reflektion des einfallenden Umgebungslichts reduziert oder eliminiert.
Um eine Verschlechterung der organischen dünnschichtigen Schichten 102, 104 und 106 zu
vermeiden, kann das dielektrische Material der Schutzschicht 110 aus
einem dielektrischen Material gebildet werden, wie etwa einem durch
Siebdruck herstellbaren dielektrischen Material, welches kein Sintern
erfordert. Derartige dielektrische Materialien sind dem Durchschnittsfachmann der
Technik bekannt.
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Das
Färbemittel
reduziert das Reflektionsvermögen
der Schutzschicht 110, so dass mindestens ein Abschnitt
des Umgebungslichtes, welches darauf fällt, ohne Reflektion absorbiert
wird, und das Reflektionsvermögen
der Schutzschicht 110 geringer ist als das Reflektionsvermögen des
halbtransparenten dielektrischen Materials, welches das Färbemittel nicht
aufweist. Die Pigmentteilchen oder die aktiven Farbstoffteilchen
des Färbemittels
müssen
nicht innerhalb des Netzwerks von Durchgängen durch die gesamte Dicke
der Schutzschicht 110 dispergiert werden, sondern es ist
nur notwendig, dass sie über eine
Dicke der Schutzschicht 110 vorhanden sind, die ausreichend
ist, um das Reflektionsvermögen
des dielektrischen Materials zu reduzieren. Bei farbigen Tintenzusatzstoffen
wird das durch die Schutzschicht 110 reflektierte Licht
den Farbton der farbigen Pigmentteilchen des farbigen Tintenzusatzstoffes
annehmen.
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Die
Erfindung wird weiter verständlich
im Licht der folgenden Beispiele.
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Beispiel 1
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Etwa
300 nm einer Indium-Zinn-Oxid-Schicht wurden auf Corning 1737 Glassubstrat
abgeschieden. Das Glassubstrat weist einen thermischen Druckpunkt
von 666°C
auf, was ausreichend oberhalb der etwa 600°C Substrat-Temperatur liegt,
die während
der Abscheidung von Gallium-Nitridphosphor verwendet wird. Corning
1737 ist aufgrund seiner Kompatibilität mit Niedrigtemperatur-(500°C–600°C)-Poly-Si-Verarbeitung,
welche für Flüssigkristallanzeigen
mit aktiver Matrix verwendet wird, ein weit verbreitet verwendetes
Anzeigeglas. Eine etwa 1 μm dicke
Europium-dotierte Gallium-Nitridphosphorschicht wurde durch Festkörper-Molekularstrahlepitaxy
auf die Indium-Zinn-Oxid beschichteten 1737 Glassubstrate aufgetragen.
Auf die Phosphorabscheidung wurde eine Schicht einer dielektrischen
Dupont 5540 Paste per Siebdruck aufgedruckt, getrocknet, für 10 Minuten
bei etwa 600°C verdichtet
und bei etwa 800°C
für 4 Minuten
gesintert. Die resultierende dielektrische Schicht weist eine Dicke
von etwa 20 μm
auf, eine Durchbruchsstärke
höher als
etwa 200 V, eine dielektrische Konstante oder Permitivität, y, von
500 Farad pro Meter (F/m) bis etwa 1000 F/m. Hintere Elektroden
wurden durch Sputtern von Tantalmetall und/oder Drucken und Trocknen
von Ag-Paste gebildet. Wenn mit einer Wechselspannungsquelle vorgespannt,
zeigt die Europium-dotierte elektrolumineszente Gallium-Nitrid-Vorrichtung
eine rote Emission mit einem maximalen Luminanzwert von etwa 25
Candela pro qm (cd/m2) bei 120 V, 1 kHz
Vorspannung. In einer Büroumgebungsbeleuchtung
von 140 Lux zeigte die Vorrichtung ein Kontrastverhältnis von
5:1 bei 120 V, 1 kHz Vorspannung.
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Beispiel 2
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Eine
zu der von Beispiel 1 ähnliche
Vorrichtung wurde mit den folgenden Veränderungen bezüglich der
Herstellung der dickschichtigen dielektrischen Schicht gebildet.
Auf die Phosphorabscheidung folgend wurde eine Schicht einer dielektrischen Dupont
5540 Paste per Siebdruck aufgedruckt, getrocknet, für 10 Minuten
bei etwa 600°C
verdichtet, und bei etwa 800°C
für 4 Minuten
gesintert. Hintere Elektroden wurden durch Sputtern von Ta-Metall und/oder
Drucken und Trocknen von Ag-Paste gebildet. Nach Elektrodenbildung
wurde Sanford #5153 Tinte der dicken dielektrischen Schicht zugeführt. Die Tinte
wurde dann bei etwa 120°C
für 10
Minuten getrocknet. Die resultierende schwarze dielektrische Schicht
behielt die gleiche dielektrische Konstante und Durchbruchsspannung
wie die nicht mit Farbstoff versehene dielektrische Schicht. Die
hinteren Elektroden waren elektrisch ebenfalls unverändert. Wenn sie
mit einer alternierenden Spannungsquelle vorgespannt wurde, zeigte
die elektrolumineszente Europiumdotierte Gallium-Nitrid-Vorrichtung
eine rote Emission mit einem maximalen Luminanzwert von etwa 18 cd/m2 bei 120 V, 1 kHz Vorspannung. In Büroumgebungslicht
von 140 Lux zeigte die Vorrichtung ein Kontrastverhältnis von
9:1 bei 120 V, 1 kHz Vorspannung. Obwohl die dielektrische Schicht
sogar einen Teil (7 cd/m2) des emittierten
Lichts absorbiert, verbessert sich der Kontrast der resultierenden
Vorrichtung zweifach. Es sollte festgehalten werden, dass ein Implementieren
einer anti-reflektierenden Schicht auf der externen Oberfläche des
Glassubstrats dieses Kontrastverhältnis nach deutlich über 20:1
erhöht.
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Beispiel 3
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Eine
Vorrichtung ähnlich
zu der des Beispiels 1 wurde mit den folgenden Änderungen bei der Herstellung
der dickschichtigen dielektrischen Schicht gebildet. Nach der Phosphorabscheidung
wurde eine Schicht einer dielektrischen Dupont 5540 Paste per Siebdruck
aufgedruckt, getrocknet, für
10 Minuten bei etwa 600°C
verdichtet und bei etwa 800°C
für 4 Minuten
gesintert. Hintere Elektroden wurden durch Sputtern von Ta-Metall
und/oder Drucken und Trocknen von Ag-Paste gebildet. Nach der Elektrodenbildung
wurden Ag-Elektroden und der dicken dielektrischen Schicht von Tempil
Inc. (South Plainfield, NJ) unter dem Handelsnamen Pyromark hergestellte schwarze
Hochtemperaturfarbe hinzugefügt.
Die Farbe wurde bei 120°C
für 30
Minuten getrocknet. Die Farbe der dielektrischen Schicht veränderte sich nicht,
da die schwarzen Pigmentteilchen in der schwarzen Farbe Abmessungen
aufweisen, die eine Infiltration in die dielektrische Schicht zum
Reduzieren des Reflektionsvermögens
derselben verhindern und somit wird der Kontrast der Vorrichtung
im Ergebnis nicht wesentlich verbessert.
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Beispiel 4
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Eine
Vorrichtung ähnlich
der des Beispiels 1 wurde mit den folgenden Änderungen bei der Herstellung
der dickschichtigen dielektrischen Schicht gebildet. Nach der Phosphorabscheidung
wurde eine Schicht einer semi-transparenten dielektrischen Bleiniobat-Paste
per Siebdruck aufgedruckt, getrocknet, und gesintert. Hintere Elektrode
wurden durch Sputtern von Ta-Metall und/oder Drucken und Trocknen von
Ag-Paste gebildet. Nach Elektrodenbildung wurde Sanford #5153 Tinte
auf einen Teil der Probe aufgetragen. Auf ähnliche Weise wurden rote,
grüne und blaue
Tinten den Proben hinzugefügt.
Die Tinten wurden dann getrocknet. Die resultierende schwarze und
farbige dielektrische Schicht behielt die gleiche dielektrische
Konstante und die gleiche Zusammenbruchsspannung wie die nicht mit
Farbstoff versehene dielektrische Schicht. Die hinteren Elektroden wurden
ebenfalls elektrisch nicht verändert.
Die elektrolumineszente Vorrichtung zeigte Emission von rotem Licht.
Die elektrolumineszenten Vorrichtungen, die in einem Bereich einer
Probe ohne Hinzufügung von
Tinte gebildet wurden, hatten einen schlechten Kontrastwert und
zeigten eine reflektierte Farbe weißlich-gelb. Die in einem Probenbereich
mit der Hinzufügung
von blauer oder grüner
Tinte gebildeten elektrolumineszenten Vorrichtungen hatten einen verbesserten
Kontrastwert und zeigten eine reflektierte Farbe von blau bzw. grün. Die in
einem Probenbereich mit der Hinzufügung von roter Tinte gebildeten
elektrolumineszenten Vorrichtungen hatten einen verbesserten Kontrastwert
bezüglich
der Helligkeit, zeigten jedoch einen verschlechterten Kontrast,
da sie rote reflektierte Farbe zeigten.
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Die
vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um eine flache Anzeigetafelvorrichtung
unter Verwendung der Ausführungsformen
der lichtemittierenden Vorrichtungen zu bilden, die in den 1–2 und 4–6 dargestellt
wurden, in einer adressierbaren Matrix oder Anordnung, um eine flache
Anzeigetafelvorrichtung, wie etwa einen Fernseher, einen Computermonitor
oder dergleichen zu bilden. Darüber
hinaus reduzieren die dielektrischen Schicht der vorliegenden Erfindung
die Reflektion von Umgebungslicht durch die flache Anzeigetafelvorrichtung
zum Verbessern des Anzeigekontrasts signifikant. Darüber hinaus
werden die Kosten und die Herstellungsausbeute aufgrund der Fähigkeit
zur Herstellung der dielektrischen Schichten durch Siebdruck und
durch anschließendes
Modifizieren der dielektrischen Schichten, nach Herstellung, durch
einfache Infiltration eines schwarzen Tintenzusatzstoffes, eines
farbigen Tintenzusatzstoffes oder eines Farbstoffes, um die dielektrische
Schicht mit ihren Lichtabsorptionseigenschaften oder Eigenschaften niedrigen
Reflektionsvermögens
zu versorgen, signifikant verbessert.
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Dies
war eine Beschreibung der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem
bevorzugten Verfahren zur Ausführung
der Erfindung. Die Erfindung selbst sollte jedoch nur durch die
anhängenden Ansprüche definiert
sein, in denen wir beanspruchen: