DE69510972T2

DE69510972T2 - Mit Schwarzelektrode TFEL-Anzeigegerät

Info

Publication number: DE69510972T2
Application number: DE69510972T
Authority: DE
Inventors: Eric R. Dickey
Original assignee: Planar Systems Inc
Current assignee: Planar Systems Inc
Priority date: 1994-03-08
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2015-02-14
Also published as: JP4011126B2; US5504389A; JPH07288183A; DE69510972D1; EP0671865B1; EP0671865A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die nachfolgende Erfindung bezieht sich auf eine Dünnfilm-Elektrolumineszenz(TFEL)- Vorrichtung zum Schaffen einer verbesserten optischen Anzeige. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Dünnfilmabsorptionsschicht in der Vorrichtung zum Absorbieren einfallenden Lichtes.
TFEL-Anzeigen sind aus einem lamellaren Stapel konstruiert, welcher einen Satz transparenter, vorderer Elektroden, die normalerweise aus auf einem transparenten Substrat (Glas) ausgebildeten Indiumzinnoxid bestehen, und eine transparente, elektrolumineszierende Phosphorschicht auf, welche sandwichartig zwischen transparenten, hinter den vorderen Elektroden angeordneten, dielektrischen Schichten angeordnet ist. Hinter der rückseitigen, dielektrischen Schicht sind rückseitige Elektroden angeordnet, welche üblicherweise aus Aluminium konstruiert sind, da dieses sowohl eine gute elektrische Leitfähigkeit als auch eine selbstheilende Fehlercharakteristik aufweist. Hintere Aluminiumelektroden verbessern auch die Lumineszenz der Anzeige, indem sie den größten Anteil des Lichtes, das sonst zur Rückseite der Anzeige hin verlorengehen würde, zum Betrachter hin reflektieren. Dieses reflektierte Licht verdoppelt nahezu das Licht des angezeigten Bildes, da die Phosphorschicht Licht aussendet, das zu gleichen Anteilen zur Vorderseite und zur Rückseite gerichtet ist. Rückseitige Aluminiumelektroden reflektieren aber auch vorderes Umgebungslicht, welches von der Außenseite der Anzeige her eintritt und sich mit der Anzeigeninformation überlagert, wodurch deren Kontrast verringert wird.
Um den Kontrast der Anzeige zu erhöhen, wird manchmal auf dem vorderen, transparenten Substrat der Anzeige ein Antireflexbelag verwendet, um den Anteil des Umgebungslichtes, welcher von der Stirnseite der Anzeige reflektiert wird, zu reduzieren. Der lamellare TFEL- Stapel kann ferner gegenüber dem Substrat eine Gehäusedichtung umfassen, wobei die Rückwand des Gehäuses geschwärzt ist, um Licht, das von fremden Lichtquellen hinter der Anzeige her eintritt, abzublocken. Der schwarze Belag absorbiert Umgebungslicht, das von der Vorderseite durch die Anzeige gelangt und durch die hinteren Elektroden nicht reflektiert wurde.
Die Reflexion von den hinteren Elektroden, welche normalerweise aus Aluminium bestehen, weist aufgrund der Oberflächenrauhigkeit der reflektierenden, hinteren Elektroden ein diffuses Reflexionsvermögen auf, welches wiederum zu der diffusen Streuung von anderen Dünnfilmschichten der Anzeige beiträgt. Das diffuse Reflexionsvermögen wird typischerweise mittels eines Photometers gemessen, das in der Blickposition und senkrecht zur Anzeige angeordnet ist. Bei Umgebungslicht, welches zur Anzeige unter einem 45º Winkel bis zur senkrechten Blickrichtung gerichtet ist, weist eine typische TFEL-Anzeige etwa 15 an diffusem Reflexionsvermögen auf. Ein kreisförmiges Polarisationsfilter verringert das diffuse Reflexionsvermögen von etwa 15% auf etwa 1%, läßt aber nur etwa 37 bis 42% des emittierten Lichts von der Anzeige durch und trägt beträchtlich zu den Kosten der Anzeige bei.
Ein anderer Lösungsweg, welcher zum Verbessern des Anzeigenkontrastes versucht worden ist, besteht in der Verwendung transparenter, hinterer Elektroden aus Indiumzinnoxid. Dies reduziert das Licht-Reflexionsvermögen von den hinteren Elektroden und gestattet, daß das Licht durch die Rückseite der Anzeige gelangt, wo es absorbiert werden kann. Indiumzinnoxid weist jedoch einen höheren elektrischen Widerstand als Metallelektroden, wie z. B. solche aus Aluminium, auf, so daß diese sehr Viel dünner herzustellen sind, um die passende elektrische Leitfähigkeit zu erzielen. Außerdem zeigen dicke Schichten aus Indiumzinnoxid nicht die selbstheilenden Eigenschaften von rückseitigen Aluminiumelektroden. Dies kann aufgrund eines dielektrischen Durchschlages zu einem unannehmbaren Verlust hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Vorrichtung führen.
Ein anderer Lösungsweg ist in dem US-Patent 5 003 211 von Matsudaira gezeigt, in welchem eine Elektrolumineszenz-Tafel einschließlich einer transparenten Elektrode, einer Schwarzelektrode und einer Elektrolumineszenzschicht zwischen den beiden offenbart ist. Eine lichtabsorbierende Zwischenschicht ist zwischen der Elektrolumineszenzschicht und der Schwarzelektrode angeordnet. Sowohl der Brechungsindex als auch der Extinktionskoeffizient der Zwischenschicht nehmen von einer ersten, zur Elektrolumineszenzschicht hin gerichteten Oberfläche zu einer zweiten, zur Schwarzelektrode hin gerichteten Oberfläche hin zu.
Bei einem weiteren Lösungsweg, welcher in dem US-Patent 3 560 784 von Steel et al. gezeigt ist, ist eine lichtabsorbierende Schicht in die Dünnfilm Schichtstruktur eingearbeitet. Dieses Dokument schlägt vor, daß, sofern eine herkömmliche, hintere Metallelektrode verwendet wird, nunmehr eine lichtabsorbierende Schicht als Isolationsschicht oder als leitfähige Schicht hinzugefügt werden kann. Das Einsetzen einer dunklen Schicht unmittelbar hinter die Phosphorschicht kann jedoch zu Störungen mit der Phosphor/Isolator-Grenzfläche und damit zu einem schlechteren Leistungsvermögen der Anzeige führen. Der Lichtimpuls für eine Polarität kann verringert werden, was zu einem Flimmereffekt oder auch zu einem Verlust an Gesamthelligkeit fuhren kann.
In dem US-Patent 5 003 221 von Shimizu ist die Verwendung einer Dünnfilmschicht offenbart, welche zwischen einem transparenten Substrat und einer Schicht ausgebildet ist, die angrenzend an das transparente Substrat in einem lamellaren TFEL-Stapel gebildet ist. Der Brechungsindex der Dünnfilmschicht wird etwa auf denjenigen von Schichten geändert, welche zu den Grenzflächen zwischen der Dünnfilmschicht und den korrespondierenden Schichten gerichtet sind, so daß eine Differenz in bezug auf den Brechungsindex an diesen Grenzflächen minimiert ist. Shimizu ist gerichtet auf das Lösen des Problems einer Maximierung der Lichtdurchlässigkeit zwischen Schichten unter Verwendung unterschiedlicher tatsächlicher Brechungsindizes. Dazu lehrt Shimizu den Einsatz mehrfach abgestufter Schichten oder einer einzigen kontinuierlichen Abstufung der Dünnfilmschicht zwischen zwei benachbarten Schichten des lamellaren Stapels, um die Lichtdurchlässigkeit zwischen jenen einzelnen Schichten zu maximieren.
Aufgrund der Aufbringung eines elektrischen Feldes zwischen der transparenten Elektrodenschicht und der rückseitigen Elektrodenschicht werden in der Phosphorschicht lichtemittierende Pixel ausgebildet. Aufgrund der physikalischen Struktur der Phosphorschicht emittieren die Pixel Licht, welches meist in die Ebene der Phosphorschicht gerichtet ist. Da sich das emittierte Licht in der Phosphorschicht ausbreitet, wird es durch Fehler in der Phosphorschicht gestreut, wodurch verursacht wird, daß ein beträchtlicher Anteil des emittierten Lichtes nach vorne und nach hinten gerichtet ist. Licht, das nach hinten gerichtet oder gestreut ist, wird von den hinteren Elektroden nach vorne reflektiert und dem nach vorne gerichteten Licht zugefügt. Dies verursacht einen unscharf aussehenden Bereich, welcher um den angesprochenen Pixel erscheint. Ein kreisförmiges Polarisationsfilter kann diesen Effekt ohne eine Abnahme der Gesamtmenge an emittiertem Licht selektiv nicht verringern.
Emittiertes Licht, das unter kleinen Winkeln zu den Grenzschichten auf die Phosphor- Dielektrikum Grenzschichten trifft, wird vollständig nach innen reflektiert. Licht, das unter einem größeren Einfallwinkel auf die Phosphor-Dielektrikum-Grenzschichten trifft, wird in das jeweilige Dielektrikum gebrochen. Der Unterschied zwischen den Brechungsindizes des Frontglases und der Außenluft sind beträchtlich, deshalb ist der erforderliche Einfallwinkel für das in die Luft zu brechende Licht größer als alle anderen inneren Grenzflächen. Licht, das der Frontglas-Luft Grenzschicht nicht entkommen kann, kann sich mit anderen Worten frei zwischen anderen Lagen des lamellaren TFEL-Stapels brechen. Das nach hinten gerichtete Licht, welches von der Glas-Luft Grenzschicht reflektiert wird, und weiteres nach hinten gerichtetes Licht wird auf die hinteren Elektroden treffen, welche ein Reflektieren des Lichtes nach vorne bewirken. Ein solches Licht, welches entweder diffus gestreut ist oder auf einen Defekt trifft, wird sich dadurch innerhalb der Anzeige weiterbewegen, bis es möglicherweise seinen Winkel hinsichtlich der Glas-Luft Grenzschicht erhöht, was sein Entweichen aus der Anzeige allgemein an einem von dem Pixel entfernten Ort gestattet.
Die sichtbare Farbe einer TFEL-Anzeige scheint von den Wellenlängen des durch die Phosphorschicht emittierten Lichts und die Dicke der einzelnen Dünnfilmschichten abzuhängen. Bernsteinfarbene Anzeigen variieren in der Farbe üblicherweise zwischen gelb unter einem senkrechten Blickwinkel und rot/orange bei einer Sicht außerhalb des senkrechten Blickwinkels. Alternativ dazu kann die Farbe beim senkrechten Blickwinkel rot/orange und gelb sein, wenn die Blickrichtung außerhalb des senkrechten Blickwinkels liegt. Mit den gegenwärtigen Verfahrenstechniken zum Abscheiden der Dünnfilmschichten ist es schwierig, den Prozeß in hinreichendem Maße so steuern zu können, daß von Bildschirm zu Bildschirm übereinstimmende Farben erzeugt werden.
Erwünscht ist deshalb ein Weg, den Kontrast der Anzeige zu verbessern, den unscharf aussehenden Bereich um den angesprochenen Pixel zu verringern, Farbvariationen zwischen den Anzeigen zu reduzieren und das diffuse Reflexionsvermögen nahezu zu beseitigen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung überwindet die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik, indem sie eine Elektrolumineszenzanzeige schafft, welche mehrere Schichten einschließlich wenigstens einer transparenten Elektrodenschicht, einer rückseitigen Elektrodenschicht und wenigstens drei Schichten mit einer sandwichartig zwischen vorderen und hinteren dielektrischen Schichten angeordneten Elektrolumineszenzschicht aufweist. Sämtliche drei Schichten sind zwischen der rückseitigen Elektrodenschicht und der transparenten Elektrodenschicht so angeordnet, daß sie Licht nach dem Aufbringen eines elektrischen Feldes zwischen der transparenten Elektrodenschicht und der rückseitigen Elektrodenschicht aussenden. Eine Dünnfilmabsorptionsschicht, welche einen wesentlichen Prozentgehalt des darauf auftreffenden Lichtes absorbiert, ist zwischen der hinteren Elektrodenschicht und der hinteren dielektrischen Schicht angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Dünnfilmabsorptionsschicht an ihrer ersten Seite einen ersten komplexen Brechungsindex, welcher weitgehend an den komplexen Brechungsindex der rückseitigen, dielektrischen Dünnfilmschicht angepaßt ist. Die Dünnfilmabsorptionsschicht hat ferner einen zweiten komplexen Brechungsindex an ihrer zweiten Seite, welche weitgehend an den komplexen Brechungsindex der hinteren Elektrodenschicht angepaßt ist.
Durch das Anordnen der Dünnfilmabsorptionsschicht vor der hinteren Elektrodenschicht wird Umgebungslicht und nach hinten gerichtetes Licht, welches von dem Elektrolumineszenzelement herrührt, weitgehend vor dem Auftreffen auf die hintere Elektrode absorbiert, wodurch der Kontrast der Anzeige erhöht wird. Durch das weitgehende Anpassen der komplexen Brechungsindizes an beiden Grenzflächen der Dünnfilmabsorptionsschicht an die der hinteren Elektrodenschicht und der nächst angrenzenden Schicht, normalerweise einer dielektrischen Schicht, werden ferner die Reflexionen an den jeweiligen Grenzflächen minimiert.
Die Absorptionsschicht verringert das diffuse Reflexionsvermögen von etwa 15% auf etwa 0,6% durch ein Absorbieren des Umgebungslichtes, das auf die hinteren Elektroden getroffen und dadurch nach vorne reflektiert worden wäre. Außerdem verringert die Absorptionsschicht die Farbvariation zwischen Anzeigen um 80%.
Außerdem verringert die Absorptionsschicht den unscharf aussehenden Bereich um den angesprochenen Pixel, indem das nach hinten gerichtete, von der Phosphorschicht abgegebene Licht und das emittierte Licht absorbiert wird, das von den Dünnfilmschichten nach hinten innen reflektiert wird.
Die vorgenannte und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise Schnittansicht einer erfindungsgemäß aufgebauten und eine einfach abgestufte, kontinuierliche Dünnfilmabsorptionsschicht enthaltenden TFEL- Vorrichtung;
Fig. 2 eine teilweise Schnittansicht einer erfindungsgemäß aufgebauten und eine mehrfach abgestufte Dünnfilmabsorptionsschicht aufweisenden TFEL-Vorrichtung;
Fig. 3 eine teilweise Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform einer TFEL- Vorrichtung, welche erfindungsgemäß aufgebaut ist und eine mehrfach abgestufte Dünnfilmabsorptionsschicht umfaßt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Mit Bezug auf Fig. 1 umfaßt eine TFEL-Vorrichtung ein üblicherweise aus Glas gefertigtes, transparentes Substrat 10, welches einen die TFEL-Aazeigeelemente aufweisenden, lamellaren Stapel abstützt. Der lamellare Stapel umfaßt einen Satz durchsichtiger, vorderer Elektroden 12 und eine Sandwichstruktur, welche eine Elektrolumineszenzschicht 16 umfaßt, die im einzelnen sandwichartig zwischen vorderen und hinteren dielektrischen Schichten 14 und 18 angeordnet ist. Üblicherweise aus Aluminium gefertigte, hintere Elektroden 20 sind hinter dem rückseitigen Dielektrikum 18 angeordnet und erstrecken sich in einer Richtung senkrecht zu den transparenten, vorderen Elektroden 12, so daß Pixelpunkte aus Licht erzeugt werden, wenn die Elektroden in beiden Gruppen gleichzeitig unter Strom gesetzt werden. Die TFEL-Komponenten sind gegenüber dem Substrat 10 durch ein Gehäuse 22 abgedichtet, welches an dem Substrat 10 durch jeden geeigneten Klebstoff 24 befestigt werden kann. Ein optisch absorbierendes Material kann in den durch das Gehäuse 22 festgelegten Hohlraum eingefüllt werden, um Licht weiter zu absorbieren. Dieses kann die Form eines Siliconöls, das üblicherweise als Füllmaterial verwendet wird, oder eines festen Füllstoffs einer solchen Art annehmen, wie sie in dem US-Patent 5 194 027 offenbart ist. Das Siliconöl 24 kann eine schwarze Form umfassen, um es optisch absorbierend zu machen. Die optische Absorption wird auch durch Vorsehen eines schwarzen Überzugs 26 an der hinteren, inneren Hohlraumwand des Gehäuses 22 verbessert.
Durch Vorsehen einer Dünnfilmabsorptionsschicht 28 zwischen den hinteren Elektroden 20 und dem hinteren Dielektrikum 18 kann ein beträchtlicher Prozentanteil des darauf eintreffenden Lichtes absorbiert werden. Die Absorptionsschicht 28 sollte im wesentlichen jedwede Reflexion des Lichtes an der Grenzfläche zwischen der Absorptionsschicht 28 und dem hinteren Dielektrikum 18 eliminieren.
Jedes Material hat einen komplexen Brechungsindex, allgemein n-ik bezeichnet, wobei n der Brechungsindex bezogen auf die Geschwindigkeit des Lichtes in dem Medium und k der Extinktionskoeffizient bezogen auf die Absorption des Lichtes im Medium ist. Durch weitgehendes Anpassen des Brechungsindex und des Extinktionskoeffizienten sowohl der Absorptionsschicht 28 als auch des hinteren Dielektrikums 18 an der Grenzfläche zwischen diesen wird an der Grenzfläche keine bedeutende Lichtmenge nach vorne reflektiert. Die komplexen Brechungsindizes an der Grenzfläche zwischen der Absorptionsschicht 28 und den hinteren Elektroden 20 sollten ebenfalls weitgehend abgestimmt werden, um die Reflexion minimal zu halten. Die komplexen Brechungsindizes der Absorptionsschicht 28 sollten mit anderen Worten an die komplexen Brechungsindizes der jeweiligen Materialien an beiden Grenzflächen angepaßt werden.
Zum Abstimmen der komplexen Brechungsindizes an beiden Oberflächen der Absorptionsschicht 28 sollten der Brechungsindex und der Extinktionskoeffizient von einer Grenzfläche zur anderen Grenzfläche auf gewisse Weise verändert werden, um die Reflexion des Lichtes innerhalb der Absorptionsschicht 28 zu minimieren. Um die Reflexion minimal zu halten, kann die Absorptionsschicht 28 an der hinteren dielektrischen Grenzfläche aus einem transparenten Material ausgebildet sein, welches sich allmählich zu einem lichtundurchlässigen Material ändert, das eine beträchtliche Lichtmenge an der hinteren Elektrodengrenzfläche absorbiert. Vorzugsweise ist die Absorptionsschicht lediglich zwischen den einzelnen hinteren Elektroden 20 und der hinteren dielektrischen Schicht 18 angeordnet. Die Absorptionsschicht 28 kann entweder als kontinuierlich abgestufter dünner Film oder als mehrfach abgestufter dünner Film wie die Absorptionsschichten 28' aufgebaut sein, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. (Die mit einem hochgesetzten. Strich versehenen Bezugszahlen der Fig. 2 beziehen sich auf dieselbe jeweilige Struktur, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, ausgenommen den Aufbau der Absorptionsschicht 28 und 28'.) Es wird darauf hingewiesen, daß die Absorptionsschicht 28 ein Metall sein kann. Falls dies der Fall ist, dann ist die Absorptionsschicht, wie in Fig. 2 gezeigt, zu strukturieren, um keine Kurzschlüsse zwischen den hinteren Elektroden zu bilden. Somit sind die Schichten 28' strukturierte Streifen mit dazwischen vorgesehenen Lücken, welche sich gleich ausgedehnt wie die Elektroden erstrecken.
Es wurde herausgefunden, daß eine Absorptionsschicht, welche drei einfache Konstruktionsnebenbedingungen erfüllt, die gewünschten Absorptionseigenschaften bei minimaler unerwünschter Reflexion aufweist. Die drei Nebenbedingungen lauten wie folgt und werden nachfolgend der Reihe nach erläutert:
(1) Sämtliche diskrete Schrittabstufungen in den Brechungsindizes sind bezogen auf die Wellenlänge des bei der Anzeige verwendeten Lichts extrem dünn auszuführen;
(2) die optischen Konstanten ändern sich monoton von einem Material zum anderen; und
(3) die durchschnittliche optische Dicke der Absorptionsschicht insgesamt ist wenigstens so groß, daß sie in der Größenordnung der Wellenlänge des Anzeigenlichtes liegt.
Zu Punkt (1) bezieht sich das Erfordernis, daß alle Stufen oder Abstufungen bezogen auf die Wellenlänge des Lichtes extrem dünn auszubilden sind, auf Wechsel im einzelnen im Brechungsindex und im Extinktionskoeffizienten, n und k. Diese werden klein gemacht, um jedwede signifikante Interferenz auszuschließen. Bei einer Absorptionsschicht 28', welche aus mehrfach abgestuften Schichten gebildet ist, werden die Wechsel im Brechungsindex und dem Extinktionskoeffizienten (n-ik) jeder benachbarten Schicht ausreichend klein gehalten. Um die Wechsel im komplexen Brechungsindex ausreichend klein zu halten, sind zahlreiche Dünnfilmschichten zu verwenden. Bei einer kontinuierlich aufgebauten Absorptionsschicht 28 sollten der Brechungsindex und der Extinktionskoeffizient sich mit einem stufenweisen Gradienten von der Grenzfläche der hinteren dielektrischen Schicht zur Grenzfläche der hinteren Elektroden verändern. Durch allmähliches Verändern des komplexen Brechungsindex wird die Brechung des Lichtes verringert.
Zu Punkt (2) sollten sich die optischen Konstanten monoton von einem Material zum anderen ändern. Der Brechungsindex und der Extinktionskoeffizient, n und k, sollten sich wertmäßig ändern und zwar entweder jeweils zunehmen oder abnehmen, ohne innerhalb der Absorptionsschicht vor- und zurückzuschwingen. Wenn der Wert entweder des Brechungsindex oder des Extinktionskoeffizienten, n oder k, in der Absorptionsschicht zunimmt und dann abnimmt, oder alternativ dazu, abnimmt und dann zunimmt, dann können Reflexionen die Folge sein.
Zu Punkt (3) muß die mittlere optische Dicke der Absorptionsschicht wenigstens so groß sein, daß sie in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichtes liegt. Die optische Dicke ist das Produkt aus dem Brechungsindex und der physikalischen Dicke der Absorptionsschicht. Die optische Dicke sollte wenigstens die Hälfte der Wellenlänge des für die Anzeige verwendeten Lichtes betragen.
Eine Absorptionsschicht, hat, wie beschrieben, viele wünschenswerte Eigenschaften, wenn sie vor den hinteren Elektroden 20 angeordnet ist. Erstens kann sie optisch als eine unendlich dicke Schicht aus einem transparenten Material nachgebildet werden, da innerhalb der abgestuften Schicht oder an den Grenzflächen zu der hinteren dielektrischen Schicht oder den hinteren Elektroden keine wesentliche Reflexion des Lichtes auftritt, und diese das einfallende Licht ohne wesentliche Reflexion in ihrem Inneren absorbiert. Die Absorptionsschicht absorbiert mit anderen Worten einfallendes Licht, das zur Hinterseite der Anzeige gerichtet ist, ohne wesentliche Reflexion des einfallenden Lichtes nach vorne.
Der Kontrast einer Anzeige ist ein Maß des von einer Anzeige reflektierten Umgebungslichtes verglichen mit dem durch die Anzeige ohne das Umgebungslicht emittierten Lichtes. Durch das Absorbieren des Umgebungslichtes in der Absorptionsschicht reflektiert diese nicht von den hinteren Elektroden nach vorne, und der Kontrast der Anzeige wird erhöht. Allerdings gibt es eine mit der Verwendung einer solchen Absorptionsschicht verbundene Helligkeitseinbuße. Es wurde herausgefunden, daß eine Anzeige mit einer Absorptionsschicht etwa 28% der Lumineszenz einer Anzeige mit ungefilterter, standardisierter, reflektierender Elektrode aufweist. Diese Verringerung beruht auf dem Verlust des anfänglich durch den Phosphor in andere Richtungen, so zum Beispiel zur Seite und nach hinten, emittierten Lichtes, das durch hintere Standardelektroden nach vorne zum Betrachter reflektiert worden wäre. Selbst trotz der Verringerung der Lumineszenz weist eine Anzeige mit einer Absorptionsschicht im Vergleich zu einer Anzeige mit reflektierender Standardelektrode einen verbesserten Kontrast auf, und in einigen Anwendungsfällen wird ein höherer Kontrast stärker benötigt als eine hohe Lumineszenz.
Ein diffuses Reflexionsvermögen wird vor allem durch Licht verursacht, das auf die hinteren Elektroden fällt, welche normalerweise aus glänzendem Aluminium mit einer rauhen Oberfläche hergestellt sind. Mit Hilfe der Absorptionsschicht wird verhindert, daß das Licht auf die hinteren Elektroden trifft, wodurch die Hauptkomponente beseitigt wird, welche ein diffuses Reflexionsvermögen hervorruft. Ein geringfügiger Anteil des diffusen Reflexionsvermögens wird auf Grund der Grenzflächen zwischen den unterschiedlichen lamellaren Stapelelementen und den Fehlern in den Elementen als solchen noch immer auftreten. Es wurde herausgefunden, daß eine Anzeige mit einer Absorptionsschicht das diffuse Reflexionsvermögen von etwa 15% auf etwa 0,6% verringert, was den Kontrast der Anzeige beträchtlich verbessert.
Außerdem ist die Absorptionsschicht weitgehend winkelunabhängig in bezug auf ihre Lichtabsorption. Deshalb wird Licht, das in eine rückwärtige Richtung streut und das unter den meisten Einfallwinkeln auf die Absorptionsschicht trifft, absorbiert, wodurch der unscharf aussehende Bereich um den angesprochenen Pixel verringert wird.
Außerdem wird Licht, das zwischen den verschiedenen Dünnfilmschichten gebrochen wird und dem es an dem erforderlichen Einfallwinkel zum Entkommen der Luft-Dielektrikum- Grenzschicht mangelt, auch durch die Absorptionsschicht absorbiert. Die Wirkung der Absorption eines derart gebrochenes Lichtes besteht in einem ungeordnet die Anzeige verlassenden Licht.
Außerdem verringert die Absorptionsschicht Farbänderungen zwischen "identischen" Anzeigen. Es wird angenommen, daß ein Teil der Farbvariationen zwischen unterschiedlichen Anzeigen durch die Interferenz von Licht verursacht wird, das durch die hinteren Elektroden 20 nach vorne reflektiert wird. Farbunterschiede können durch einen Wechsel im Betrachtungswinkel ebenso wie durch geringe Unterschiede in der Dicke der Dünnfilmschichten zwischen unterschiedlichen Anzeigen hervorgerufen werden. Durch das Beseitigen der durch Reflexionen von den hinteren Elektroden verursachten Lichtinterferenzen können Farbunterschiede zwischen "identischen" Anzeigen um 80% reduziert werden.
Eine typische, hintere, dielektrische Schicht hat einen Brechungsindex und einen Extinktionskoeffizienten bei einer Wellenlänge von 550 nm von n = 1,75 und k &sim; 0 bezogen auf ein durchsichtiges Material. Hintere Aluminiumelektroden haben einen Brechungsindex und einen Extinktionskoeffizienten von n = 0,82 und k = 6,0 bezogen auf ein lichtundurchlässiges Material. Bei diesen Werten wird angenommen, daß die Absorptionsschicht sich von n = 1,75 auf n = 0,82 und von k &sim; 0 auf k = 6,0 vorzugsweise innerhalb von 300 bis 600 Angström ändert. Die Absorptionsschicht kann auch wesentlich dicker sein, falls dies gewünscht ist. Andere dielektrische Materialien, wie zum Beispiel Quarz (n = 1,46; k &sim; 0) und Ta&sub2;O&sub5; (n = 2,3; k &sim; 0), können verwendet werden. Hintere Elektroden können auch aus anderen Materialien, wie zum Beispiel Chrom (n = 2,48; k = 2,3), hergestellt sein, falls dies gewünscht ist.
Für die hinteren Elektroden ist Aluminium wegen seiner Leitfähigkeit und selbstheilenden Eigenschaften ein bevorzugtes Metall, und Aluminiumoxid ist ein Schmelzdielektrikum, das über gewisse selbstheilende Eigenschaften verfügt. Bei hängenden Konstruktionen ist Molybdän das bevorzugte Metall. Das optimale Verfahren zum Herstellen einer nichtreflektierenden Absorptionsschicht könnte dann durch Abstufen eines Aluminiumoxids auf den Aluminiumelektroden erfolgen. Das bevorzugte Verfahren zum Durchführen einer Ablagerung solch eines Materials ist eine reaktive Gleichstromzerstäubung. Dies gestattet die Verwendung eines einzigen Targets, wie zum Beispiel Aluminium, das bei hohen Geschwindigkeiten abgeschieden wird. Der Übergang von dem Oxid an der Grenzfläche zur hinteren dielektrischen Schicht zum Metall an der Grenzfläche zu den hinteren Elektroden wird durch Steuern der Sauerstoffmenge in der Kammer bewerkstelligt. Nach einem Beginnen auf einem Niveau, welches ausreicht, einen reinen Aluminiumoxidfilm sicherzustellen, welcher eng an den komplexen Brechungsindex am Dielektrikum angepaßt ist, verringert der Benutzer langsam den Druck des Oxidationsmittels, bis ein reines Aluminiummetall abgeschieden wird, wodurch die dielektrischen Unterscheidungsmerkmale n und k an den hinteren Elektroden abgepaßt werden. Dasselbe Ergebnis kann auch durch Verwendung einer HF-Kathode zum Abscheiden von Aluminiumoxid und Vermischen dieses Materials mit dem Zerstäubungsmaterial von einem Aluminiumtarget erzielt werden.
Alternativ dazu könnte Siliciumnitrid auf eine abgestufte Weise mit Molybdän vermischt werden, um eine Absorptionsschicht mit einem Gradienten zu bilden, der von reinem Si&sub3;N&sub4; bis zu reinem Molybdänmetall reicht. Falls gewünscht, kann dann dem Molybdän jedwedes Metall zugegeben werden, um die benötigte Leitfähigkeit herbeizuführen. Obgleich mehrere Verfahren zum Abscheiden eines derartigen Materials verwendet werden können, ist das bevorzugte Verfahren eine Vakuumbeschichtung. Das Oxid im Metall könnte mit einem relativ langsamen Übergang von hohen Oxid-/niedrigen Metall-Anteilen zu niedrigen Oxid-/hohen Metall-Anteilen und schließlich zu reinem Metall aus separaten Quellen mit abgeschieden werden. Andere Beschichtungstechniken, wie zum Beispiel das Abscheiden von Metallen und transparenten Materialien, beispielsweise Oxiden, Fluoriden und Nitriden, können ebenfalls erfolgreich eingesetzt werden.
Obgleich viele Systemkonfigurationen arbeiten können, ist die bevorzugte Geometrie eine Konfiguration vom "Karussel"-Typ mit Substraten auf der Seite eine Polygons, welcher einen rauhen Zylinder bildet, wobei eine derartige Konfiguration beispielsweise durch die Firma Kurdex Corporation oder Leybold hergestellt wird. Der Zylinder wird dann schnell herumgewirbelt, wobei die Substrate vor einer oder mehreren Kathoden vorbeigelangen. Der Prozess wird dann langsam, sowie sich das Karussel dreht, von einem Metalloxidprozess in einen Metallprozess verändert. Aufgrund der Leitfähigkeit der Absorptionsschicht ist die Absorptionsschicht unter Verwendung eines standardmäßigen Liftoff- oder Ätzverfahrens vorzugsweise lediglich zwischen jeder hinteren Elektrode und dem hinteren Dielektrikum angeordnet, welches Verfahren dem Fachmann gut bekannt ist. Unabhängig von dem Abscheideverfahren sind jedoch Lücken 29' zwischen den Elektroden freizulassen, falls der Übergang im Material die Absorptionsschicht an dem den Elektroden benachbarten Ende zu reinem Metall führt.
Fig. 3 zeigt eine "umgekehrte" Struktur einer Elektrolumineszenzvorrichtung 40, welche denen der Fig. 1 und 2 ähnelt. Die Vorrichtung 40 ist mit einem Substrat 44 hergestellt, das vorzugsweise auf seiner Unterseite einen schwarzen Überzug 46 aufweist, falls das Substrat 44 transparent ist. Auf dem Substrat 44 sind die hinteren Elektroden 48 abgeschieden. Zwischen den hinteren Elektroden 48 und der hinteren dielektrischen Schicht 50 ist eine Dünnfilmabsorptionsschicht 42 vorgesehen. Die Absorptionsschicht ist entweder aus mehrfach abgestuften Düunfilmschichten oder als kontinuierlich abgestufte Dünnfilmschicht unter Verwendung irgendeines geeigneten, zuvor beschriebenen Verfahrens aufgebaut. Eine Elektrolumineszenzschicht 52 ist sandwichartig zwischen der hinteren dielektrischen Schicht 50 und einer vorderen dielektrischen Schicht 54 angeordnet. Eine transparente Elektrodenschicht 56 ist auf der vorderen dielektrischen Schicht 54 ausgebildet und durch ein transparentes Substrat 58 umschlossen, welches entweder direkt mit der transparenten Elektrodenschicht 56 verbunden oder von dieser durch einen Spalt getrennt ist. Die abgestufte Absorptionsschicht 42 ist, wie zuvor beschrieben, derart ausgebildet, daß sie einen beträchtlichen prozentualen Anteil des darauf einfallenden Lichtes absorbiert.
Mehrere alternative Änderungen im Aufbau liegen innerhalb des Umfangs der Erfindung. Im Falle der Verwendung einer Abstufung von einem Oxidgemisch zu einem Metall könnten der Brechungsindex und der Extinktionskoeffizient ohne ein Beeinträchtigen des Gesamtleistungsvermögens der Absorptionsschicht zum Oxid hin zurückschalten, falls das Schalten auftritt, nachdem eine genügende Dicke an Material zum Absorbieren eines Großteils des einfallenden Lichtes abgeschieden worden ist. Außerdem wird ein Teil des reflektierten Lichts beim Schalten durch die Absorptionsschicht weiterhin absorbiert, sofern es sich vorwärts bewegt. Es ist möglich, zusätzliche Dünnfilmschichten dem lamellaren Stapel einschließlich solchen, die zwischen der hinteren dielektrischen Schicht und der hinteren Elektrodenschicht angeordnet sind, zuzufügen.
Ein geringer Spielraum existiert auf der Metallseite der Absorptionsschicht, da das meiste Licht zu der Zeit, zu der es jenen Punkt erreicht, absorbiert worden ist. Insofern kann die Reflexion weg von den hinteren Elektroden auf weniger als 2% (von 90% ohne die Absorptionsschicht) bei einer Gesamtdicke der Absorptionsschicht von etwa 400 Angström reduziert werden.
Begriffe und Ausdrücke, die in der vorstehenden Beschreibung verwendet wurden, sind darin lediglich zum Zwecke der Erläuterung und nicht im Sinne einer Beschränkung verwendet worden. Es ist nicht beabsichtigt, durch die Verwendung derartiger Begriffe und Ausdrücke Äquivalente von gezeigten oder beschriebenen Merkmalen oder deren Teile auszuschließen. Es wird darauf hingewiesen, daß der Umfang der Erfindung lediglich durch die nachfolgenden Patentansprüche bestimmt und begrenzt ist.

Claims

1. Elektrolumineszenzvorrichtung umfassend:

(a) mehrere Schichten einschließlich wenigstens einer transparenten Elektrodenschicht (12; 12'; 56), einer hinteren Elektrodenschicht (20; 20'; 48) und wenigstens drei Schichten (14, 16, 18; 14', 16', 18'; 54, 52, 50) einschließlich einer Elektrolumineszenzschicht (16, 16', 52), welche sandwichartig zwischen vorderen und hinteren dielektrischen Schichten (14, 18; 14', 18'; 54, 50) angeordnet ist, wobei sämtliche dieser drei Schichten zwischen der hinteren Elektrodenschicht (20; 20'; 48) und der transparenten Elektrodenschicht (12; 12'; 56) angeordnet sind, um Licht aufgrund der Einwirkung eines elektrischen Feldes zwischen der transparenten Elektrodenschicht (12; 12'; 56) und der hinteren Elektrodenschicht (20; 20'; 48) auszusenden; und

(b) eine lichtabsorbierende Dünnfilmschicht (28; 28'; 42), welche einen beträchtlichen prozentualen Anteil des darauf einfallenden Lichtes absorbiert und welche zwischen der hinteren Elektrodenschicht (20; 20'; 48) und der hinteren dielektrischen Schicht (18; 18'; 50) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

(c) die lichtabsorbierende Dünnfilmschicht (28; 28'; 42) einen ersten komplexen Brechungsindex an einer ersten, der hinteren dielektrischen Schicht (18; 18'; 50) benachbarten Seite aufweist, wobei die hintere dielektrische Schicht (18; 18'; 50) einen anfänglichen komplexen Brechungsindex hat, welcher an einer der lichtabsorbierenden Schicht (28; 28'; 42) benachbarten Seite an den ersten komplexen Brechungsindex weitgehend angepaßt ist; und

(d) die lichtabsorbierende Dünnfilmschicht (28; 28'; 42) an einer zweiten, der hinteren Elektrodenschicht (20; 20'; 48) benachbarten Seite einen zweiten komplexen Brechungsindex hat, wobei die hintere Elektrodenschicht (20; 20'; 48) einen komplexen Brechungsindex hat, welcher an einer zweiten, der lichtabsorbierenden Schicht (28; 28'; 42) benachbarten Seite an den zweiten komplexen Brechungsindex weitgehend angepaßt ist.

2. Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Seite der lichtabsorbierenden Schicht (28; 28'; 42) transparent ist und daß die zweite Seite im wesentlichen lichtundurchlässig ist.

3. Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste komplexe Brechungsindex von der ersten Seite der lichtabsorbierenden Schicht (28; 28'; 42) mit einem abgestuften Gradienten zum zweiten komplexen Brechungsindex an der zweiten Seite der lichtabsorbierenden Schicht wechselt.

4. Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste komplexe Brechungsindex monoton zum zweiten komplexen Brechungsindex wechselt und daß:

(a) die lichtabsorbierende Dünnfilmschicht (28; 28'; 42) aus mehreren diskreten Schichten zusammengesetzt ist, welche dünn in bezug auf die Wellenlänge des Lichtes sind; und

(b) die mittlere optische Dicke der Dünnfilmschicht wenigstens so groß ist, daß sie in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichtes liegt.

5. Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

(a) der Brechungsindex des ersten komplexen Brechungsindex im Wert zum Brechungsindex des zweiten komplexen Brechungsindex hin abnimmt; und

(b) der Extinktionskoeffizient des ersten komplexen Brechungsindex im Wert zum Extinktionskoeffizienten des zweiten komplexen Brechungsindex hin zunimmt.

6. Elektrolumineszenzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß:

(a) der erste Brechungsindex und der erste Extinktionskoeffizient im einzelnen etwa 1, 75 und 0 betragen; und

(b) der zweite Brechungsindex und der zweite Extinktionskoeffizient im einzelnen etwa 0,8 bis 6,0 betragen.

7. Verfahren zum Bilden einer TFEL-Vorrichtung mit einer lichtabsorbierenden Dünnfilmschicht, welche einen beträchtlichen prozentualen Anteil des darauf einfallenden Lichtes absorbiert, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Herstellen eines lamellaren TEEL-Stapels einschließlich einer Phosphorschicht, welche sandwichartig zwischen vorderen und hinteren dielektrischen Schichten angeordnet ist;

(b) Beginnen mit der Abscheidung einer Dünnfilmabsorptionsschicht auf der hinteren dielektrischen Schicht mit einem Material, das an den komplexen Brechungsindex der hinteren dielektrischen Schicht weitgehend angepaßt ist; und

(c) langsames Verändern der Zusammensetzung des Materials, derart, daß sich der komplexe Brechungsindex der Dünnfilmabsorptionsschicht demjenigen eines lichtundurchlässigen Materials annähert, sowie die Dünnfilmabsorptionsschicht eine bestimmte Dicke erreicht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt (b) aufgebrachte Dünnfilmabsorptionsschicht ein Metalloxid aufweist und daß Schritt (c) durch ein Reduzieren des Sauerstoffgehalts des Metalloxids durchgeführt wird, während die Dünnfilmabsorptionsschicht abgeschieden wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner gekennzeichnet durch den Schritt eines Ausbildens von Lücken in der Absorptionsschicht zwischen benachbarten Elektroden.

10. Verfahren zum Bilden einer TFEL-Vorrichtung mit einer lichtabsorbierenden Dünnfilmschicht, welche einen beträchtlichen prozentualen Anteil des darauf einfallenden Lichtes absorbiert, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Herstellen eines lamellaren TFEL-Stapels einschließlich einer Phosphorschicht, welche sandwichartig zwischen vorderen und hinteren dielektrischen Schichten angeordnet ist;

(b) Beginnen mit der Abscheidung einer Dünnfilmabsorptionsschicht auf einer hinteren Elektrodenschicht mit einem Material, das an den komplexen Brechungsindex der hinteren Elektrodenschicht weitgehend angepaßt ist; und

(c) langsames Ändern der Zusammensetzung des Materials während der Abscheidung der Absorptionsschicht, derart, daß der komplexe Brechungsindex der Dünnfilmabsorptionsschicht sich demjenigen eines transparenten Materials annähert, sowie die Dünnfilmabsorptionsschicht eine bestimmte Dicke erreicht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnfilmabsorptionsschicht in Schritt (b) ein Metalloxid aufweist und daß Schritt (c) durchgeführt wird, indem der Sauerstoffgehalt des Metalloxids reduziert wird, während die Dünnfilmabsorptionsschicht abgeschieden wird.