FI83015C - Tunnfilmelektroluminiscensanordning och process foer dess produktion. - Google Patents

Description

1 83015

Ohutkalvoelektroluminenssilaite ja prosessi sen tuottamiseksi

Esillä oleva keksintö liittyy ohutkalvoelektro-5 luminenssilaitteeseen elektroluminenssin emittoimiseksi sähkökentän syöttämisestä riippuvaisesti ja erityisesti ohutkalvoelektroluminenssilaitteeseen, jossa emittoiva kerros on saostettu harvinaisen maametallin oksidin yhdisteellä luminenssikeskusten muodostamiseksi.

10 Moniväristen näyttöjen toteuttamiseksi kaupalli sesti käyttäen ohutkalvoelektroluminenssilaitteita on ollut erittäin suotavaa muodostaa kirkkaita monivärilu-minensseja. Ohutkalvoelektroluminenssilaitteita oranssin luminenssin tuottamiseksi suurella kirkkaudella on jo 15 toteutettu emittoivan kerroksen ollessa saostettuna Mn:llä luminenssikeskusten muodostamiseksi.

Tämän hakemuksen hakija on jo aiemmin jättänyt patenttihakemuksen ohutkalvoelektroluminenssilaitteelle kirkkaan punaisen luminenssin tuottamiseksi (US-patentti-20 hakemus sarjanumero 819 217, jätetty 15.1 . 1986). Tämän johdosta seuraavana vaiheena on suotavaa kehittää käyt-tökelpoinen ohutkalvoelektroluminenssilaite jonkin muun värin (esimerkiksi vihreän) kirkaan luminenssin emittoimiseksi.

25 Kun emittoiva kerros on valmistettu materiaalis ta, joka on valmistettu II-VI yhdisteestä, kuten ZnS, joka on saostettu harvinaisen maametallialkuaine-elemen-tin fluoridilla, saadaan elektroluminenssilaitteita, jotka emittoivat erivärisiä luminensseja käytettäessä eri • 30 harvinaisia maametallialkuaineita. Esimerkiksi on ehdo- tettu Lumocen-laitteita (D. Kahng, Appi. Phys. Lett., voi. 13, sivut 210-212, 1968), jotka tuottavat vihreän, punaisen, sinisen ja valkoisen luminenssin, kun vastaavasti käytetään luminenssikeskuksina aineita TbF^f 35 SmF3' TmF3 3a PrF3’ Näillä laitteilla on kuitenkin on- 2 83015 gelmia kirkkauden suhteen ja ne, joilla on käytön kannalta riittävä kirkkaus on vielä kehitettävä.

Emittoiva kerros, jossa luminenssikeskukset on muodostettu harvinaisen maametallialkuaineen fluoridilla, on 5 valmistettu elektronisuihkutyhjöhöyrystysprosessilla käyt täen ZnS:n ja sopivan fluoridimäärän seoksen sintrattuja pellettejä tai radiotaajuusmetallointiprosessilla käyttäen jauheen muodossa olevan fluoridin ja hienojakoisen ZnS:n seosta kohteena. Emittoivan kerroksen ollessa tuotettuna 10 tällaisella prosessilla harvinaisen maametallialkuaineen (RE) fluoridin toimiessa luminenssikeskuksina on sovitettu ZnS-kiteisiin tavanomaisesti RE.F^ molekyylien muodossa ja fluoriatomien F suhde harvinaisen maametallialkuaineen RE atomeihin F/RE on kolme tai hyvin lähellä arvoa 15 kolme. Kuitenkin harvinaisen maametallin fluoridi, joka on suhteellisen suurten molekyylien muodossa sijoitettuina ZnS-kiteisiin heikentää isäntäaineen viereisten osien kiteisyyttä johtaen heikentyneeseen luminenssikirkkauteen ja alhaisempaan luminenssihyötysuhteeseen.

;Y; 20 Jos tällöin on mahdollista korvata harvinaisen maametallin atomilla RE sinkkiatomi Zn, ZnS:n kiteisyy-____ den huonontumista voidaan vähentää. Kuitenkin harvinaisen . - maametallialkuaineen atomi on kolmivalenssinen (RE3+), ’ 2+ 3 + mutta sinkki on kaksivalenssinen (Zn ), joten jos RE :11a ; 25 korvataan Zn+, jää positiivinen varaus ylitse. Varaus voidaan siirtää sivuun muodostamalla yksi fluoriatomi, -1 jolla on negatiivinen valenssi yksi (F ) välihila-ase-maan. Siten, kun oletetaan, että kaikki harvinaisen maa-metallin atomit ideaalisesti korvaavat sinkin niin fluo-30 riatomien suhde harvinaisen maametallialkuaineen atomei hin emittoivassa kerroksessa, F/RE, on 1.

Ohutkalvoisissa elektroluminenssilaitteissa täten muodostettu emittoiva kerros on lämpökäsittelyn kohteena, jotta hajotetaan luminenssikeskukset tasaisesti 35 kerroksen läpi ja parannetaan kerroksen isäntämateriaalin J; 3 83015 kiteisyyttä. On suotavaa, että lämpökäsittely suoritetaan korkeimmassa mahdollisessa lämpötilassa elementtien diffuusion edistämiseksi ja jotta täysin korvataan isäntä-materiaalin emittoivan kerroksen atomit harvinaisen maa-5 metallialkuaineen atomeilla. Kuitenkin aikaisemmassa tek niikassa ohutkalvoelektroluminenssilaitteiden tapauksessa, joissa on harvinaisen maametallin fluoridi luminenssikes-kuksina lämpökäsittely suoritettuna alensi emittoivan kerroksen luminenssikirkkautta. Tämän mukaisesti optimaalinen 10 lämpökäsittelylämpötila korkeimman kirkkauden saavuttami seksi on tavanomaisesti alueella 400-500°C (katso esimerkiksi tutkimaton JP-patenttijulkaisu SHO 59-56390) .

Tämän mukaisesti lämpökäsittely, joka voidaan suorittaa ainoastaan suhteellisen alhaisessa lämpötilassa ei täy-15 sin paranna isäntämateriaalin emittoivan kerroksen kitei-syyttä ja sallii emittoivalla kerroksella olla atomisuh-de F/RE noin 3, mutta tehden vaikeaksi saavuttaa tyydyttävät luminanssiominaisuudet omaava ohutkalvoelektroluminens-silaite.

20 Esillä oleva keksintö muodostaa ohutkalvoelektro- '·*· luminenssilaitteen, joka käsittää elektrodikerroksen, emittoivan kerroksen ja elektrodikerroksen muodostettu-na substraatille toinen toisensa päälle ja eristävän : kerroksen sijoitettuna niiden kolmen kerroksen väliin, ; :'· 25 jolle on tunnusomaista se, että emittoiva kerros sisäl- ' ' tää harvinaisen maametallialkuaineen atomeja ja fluori- atomeja isäntämateriaalissaan fluoriatomien atomisuhteen harvinaisen maametallin atomeihin ollessa aseteltuna alueelle 0,5 - 2,5, edullisesti 1,0 - 2,0.

30 Esillä oleva keksintö muodostaa edelleen prosessin ohutkalvoelektroluminenssilaitteen tuottamiseksi, joka käsittää elektrodikerroksen, emittoivan kerroksen ja elektrodikerroksen muodostettuina substraatille toistensa päälle ja eristävän kerroksen sijoitettuna näiden kol-35 men kerroksen väliin, jolle prosessille on tunnusomaista, että prosessi käsittää emittoivan kerroksen muodostamisen 4 83015 materiaalista, joka koostuu isäntämateriaalista ja saos-teesta olosuhteissa, jotka ovat oleellisesti vapaat hap-pikaasusta ja/tai kosteudesta siten, että muodostettu emittoiva kerros sisältää harvinaisen maametallialkuai-5 neen atomeja ja fluoriatomeja aseteltuna atomisuhteena alueella 0,5 - 2,5, edullisesti 1,0 - 2,0.

Esillä oleva kerros tarjoaa ohutkalvoelektroluminens-silaitteen, joka emittoi esimerkiksi vihreän luminenssin suurella kirkkaudella.

10 Kun tavanomaisen emittoivan kerroksen isäntäma- teriaali saostettuna harvinaisen maametallialkuaineen fluoridilla sisältää harvinaisen maametallin atomeja (RE) ja fluoriatomeja (F) atomisuhteella (F/RE) kolme tai hyvin lähellä arvoa kolme, nyt on havaittu, yhtenä keksin-15 non piirteenä, että ohutkalvoelektroluminenssilaitteen luminenssikirkkautta voidaan suuresti parantaa asettelemalla suhde (F/RE) arvoon 0,5 - 2,5.

Esillä oleva keksintö edelleen muodostaa yksinkertaistetun prosessin ohutkalvoelektroluminenssilait-20 teen valmistamiseksi, missä yllä mainittu atomisuhde (F/RE) on alueella 0,5 - 2,5. Eräs tämän prosessin piirteistä on, että emittoiva kerros on muodostettu olosuhteissa, jotka ovat oleellisesti vapaat happikaasusta ja/tai kosteudesta. Olosuhteet, jotka ovat oleellises-• 25 ti vapaat happikaasusta ja/tai kosteudesta voidaan muodostaa tyhjiöimällä säiliö emittoivan kerroksen muodostamiseksi, esimerkiksi, lasikupu, joka ainakin hetkittäin on ollut korkeassa tyhjössä ja edullisesti sen jälkeen täyttämällä sen sisätila inertillä kaasulla, kuten 30 Ar tai ^ ennen emittoivan kerroksen muodostamista.

' ' Atomisuhde (F/RE) on aseteltavissa alueella 0,5-2,5 muodostamalla emittoiva kerros isäntämateriaa-• * lista, kuten ZnS, jota on saostettu 1-5 mooli-%:lla ai netta TbF^ (materiaalilla, jolla on atomisuhde (F/Tb) 3), ’35 ja lämpökäsittelemällä tuloksena oleva kerros lämpötilassa l! 5 83015 alueella 500-700°C, mikä poikkeaa tavanomaisesti käytetystä lämpötilasta.

Atomisuhde (F/RE) on aseteltavissa ennakolta saos-tamalla isäntämateriaalin sulfidia, kuten ZnS, harvinai-5 sen maametallialkuaineen fluoridilla ja harvinaisen maa-metallialkuaineen sulfidillä aseteltuina määrinä. Kun isäntämateriaali on ZnS tässä tapauksessa saostamiseen käytetään 1-4 mooli-% TbF^ ja arvoon 2 mooli-% asti

Tb2S3 * 10 Kuvio 1 on diagrammi, joka esittää keksintöä ha vainnollistavan ohutkalvoelektroluminenssilaitteen rakenteen , kuvio 2 on ominaiskäyrä, joka esittää emittoivan kerroksen lämpökäsittelylämpötilan ja luminenssikirkkau-15 den välisen suhteen määritettynä emittoivalle kerrokselle, joka sisältää eri määrät epäpuhtauksia, kuvio 3 on ominaiskäyrä, joka esittää F:n ja Tb:n konsentraatiot ja F/Tb:n eri lämpötiloissa emittoivan kerroksen lämpökäsittelyä varten, 20 kuvio 4 on diagrammi, joka esittää F/Tb ominais- käyrät määritettynä, kun lämpökäsittelyaikaa emittoivaa kerrosta varten vaihdellaan, ____ kuvio 5 on diagrammi, joka esittää ohutkalvoelekt- roluminenssilaitteen luminenssikirkkausominaiskäyrän vaih-25 televilla emittoivan kerroksen F/Tb-arvoilla, kuvio 6 on diagrammi, joka esittää luminenssikirk-kausjänniteominaiskäyrät määritettyinä emittoiville kerroksille, joita on lämpökäsitelty eri olosuhteissa, ja kuvio 7 on diagrammi, joka esittää luminenssikirk-30 kausominaiskäyrät määritettyinä, kun emittoivan kerroksen F/Tb vaihtelee saostamalla isäntämateriaalin emittoiva kerros eri määrillä aineita TbF^ ja Tb2S^.

1. Ohutkalvoelektroluminenssilaitteen rakenne / · ; Kuvio 1 on diagrammi, joka esittää kaaviollises- 35 ti esillä olevaa keksintöä havainnollistavan ohutkalvo- elektroluminenssilaitteen rakenteen.

6 83015

Viitaten kuvioon 1 läpinäkyvä substraatti 1 on muodostettu varustettuna läpinäkyvällä elektrodilla 2, alemmalla eristävällä kerroksella 3 ja emittoivalla kerroksella 4, ylemmällä eristävällä kerroksella 5 ja taaem-5 maila elektrodilla 6 näiden elektrodien ja kerrosten ollessa sijoitettuna toistensa päälle mainitussa järjestyksessä. Kun vaihtojännite syötetään läpinäkyvän elektrodin 2 ja taaemman elektrodin 6 välille emittoiva kerros 4 emittoi vihreän elektroluminenssin läpinäkyvän ker- 10 roksen 2 ja läpinäkyvän substraatin 1 läpi. Joissakin ta pauksissa eristävät kerrokset 3, 5 voidaan jättää pois.

(a) Yleisesti käytetään substraattina 1 1,2 mm vahvaa levyä ainetta 7059 (Corning glass workin tuote) tai LE-30 (Hoya glass corp.:n tuote).

15 Edullisesti substraatin 1 vahvuus on 0,1 - 5,0 mm.

(b) Läpinäkyvä elektrodi 2 on (indium- oksidi)-kalvo, jonka vahvuus on 140 nm ja muodostettu substraatille ruiskuttamalla. Vaihtoehtoisesti SnC>2 (tinaoksidi)-kalvoa voidaan käyttää läpinäkyvänä elektro- 20 dina 2. On suotavaa, että kalvonvahvuus on alueella 100-600 nm. Kalvo voidaan muodostaa myös resistiivisesti kuumennetulla höyrystyksellä, elektronisuihkuhöyrystyk-;··": sellä tai ionipinnoituksella.

;*·.! (c) Alempi eristyskerros 3 on Si02:n ja Si^N^sn ... 25 yhdistekalvo, joka on muodostettu ruiskuttamalla vah-vuuteen 2000 ängströmiä. Kalvo 3 voidaan valmistaa aineista Y203' Zr02' Hf02' T;'-02 tai Ta2°5 se v°idaan muodostaa elektronisuihkuhöyrystyksellä. Edullinen kalvonvahvuus on n. 100-300 nm.

30 (d) Emittoiva kerros 4 on muodostettu alemman eristävän kerroksen 3 päälle vahvuuteen 700 nm. suurtaajuusruiskutuksella käyttäen ruiskutuslaitetta malli SPF332 (Anelvan tuote). Proseduuri on seuraava: ensiksi hienojakoisen ZnS:n ja 2 mooli-%:n hieno-. -35 jakoisen TbF^n jauheseos valmistetaan ruiskutuskohteeksi.

li 7 83015

Substraatti 1, jolla on läpinäkyvä elektrodi 2 ja alempi eristyskerros 3 muodostettuna sille ja kohde sijoitetaan toisiaan vastapäätä paikoilleen ruiskutuslaitteen lasi- -5 kuvun sisään ja lasikupu tyhjiöidään 10 torrin tyhjöön.

5 Seuraavaksi substraatti kuumennetaan lämpötilaan 200°C

kuumentimella, joka on sijoitettu substraatin 1 takasivulle. Ar-kaasua johdetaan lasikupuun. Esiruiskutus suoritetaan sitten kohteen pinnan puhdistamiseksi samalla kun pidetään suljin substraatin 1 ja kohteen välillä sullo jettuna. Esiruiskutustoimenpiteen ollessa tämän jälkeen keskeytettynä lasikupu tyhjiöidään korkeaan tyhjöön poistamalla jälleen (^-kaasu ja/tai kosteus ja muut epäpuh-tauskaasut, jotka ovat vapautuneet kohteesta. Ar-kaasua johdetaan jälleen lasikupuun ja esiruiskutus aloitetaan 15 uudelleen. Tämän jälkeen suljin avataan primäärisen ruis kutuksen suorittamiseksi ja emittoivan kerroksen 4 muodostamiseksi .

On suotavaa, että 1-4 mooli-% hienojakoista TbF^ sekoitetaan hienojakoiseen ZnS:ään kohteen muodostami-20 seksi. Haluttaessa 2 mooli-%:n asti hienojakoista voidaan edelleen sekoittaa seokseen. Substraatti 1 kuumennetaan edullisesti lämpötilaan 100-350°C.

Emittoiva kerros 4, joka on muodostettu suurtaa-juusruiskutuksella voidaan vaihtoehtoisesti muodostaa 25 elektronisuihkuhöyrystyksellä. Tässä tapauksessa höyrys- tyskohteena käytetään sintrattuja pellettejä, jotka on valmistettu ZnS:stä saostettuna 1-4 mooli-%:11a TbF^· Kuten edeltävässä suurtaajuusruiskutusmenettelyssä emittoiva kerros 4 muodostetaan sijoittamalla substraatti 1 30 ja höyrystyskohde toisiaan vastapäätä lasikupuun, tyh- jiöimällä kupu 10 ^ torrin tyhjöön, kuumentamalla substraatti lämpötilaan 100-350°C, säteilyttämällä lähdettä elektronisuihkulla sulkimen substraatin 1 ja lähteen välissä ollessa suljettuna, tyhjiöimällä kupu tämän jäl-35 keen uudelleen korkeaan tyhjöön säteilytyksen ollessa 8 83015 keskeytettynä ja lopuksi säteilyttämällä lähdettä suihkulla sulkiraen ollessa avattuna. Kerros 4 muodostetaan alemmalle eristyskerrokselle 3 vahvuuteen 700 nm.

Kun käytetään jompaa kumpaa yllä mainittua proses-5 siä on suotavaa, että emittoiva kerros 4 muodostetaan vahvuuteen 300-1000 nm.

Seuraavaksi substraatti 1, jolle on muodostettu emittoiva kerros 4, sijoitetaan tyhjöuuniin ja lämpökäsitellään lämpötilassa 600°C yhden tunnin ajan tyhjössä.

10 (e) Ylempi eristävä kerros 5 muodostetaan emittoi valle kerrokselle 4 samasta materiaalista ja samalla menetelmällä kuin alempi eristävä kerros 3 vahvuuteen 200 nm. Vahvuus on edullisesti 100-500 nm.

(g) Taaempi elektrodi 6 on muodostettu ylemmälle 15 eristävälle kerrokselle 5 vahvuuteen 200 nm tyhjöhöyrys-tyksellä käyttäen alumiinia. Vahvuus on edullisesti noin 100 - noin 400 nm.

2. Ohutkalvoelektroluminenssilaitteen ominaiskäyrät

Kun vaihtojännite syötetään läpinäkyvän elektro-20 din 2 ja taaemman elektrodin 6 välille, vaihtosähkökenttä indusoituu emittoivaan kerrokseen 4 sallien kerroksen 4 isäntämateriaalin kantajien siirtymisen kuumina kantajina toiselle kerroksen 4 pinnoille vastaten sähkökentän napaisuutta sisäisten varausten muodostamiseksi. Kun sähköken-: : : 25 tän napaisuus seuraavaksi kääntyy sisäiset varaukset liittyvät indusoituneeseen sähkökenttään ja kuumat kantajat pyyhkäistään emittoivan kerroksen 4 toiselle pinnalle.

Tässä prosessissa kantajat törmäävät TbFx-saosteen Tb-ioniin virittäen sen muodostaen luminenssikeskuksia, jot-30 ka saavat Tb:n vapauttamaan sähkömagneettisen spektrin.

Tämä spektri havaitaan vihreänä elektroluminenssina lasi-substraatin 1 läpi.

(a) Emittoivan kerroksen epäpuhtauksien ja korkeimman lämpökäsittelylämpötilan välinen suhde ,35 Aikaisemmassa tekniikassa korkealämpötilainen läm pökäsittely vähensi ohutkalvoelektroluminenssilaitteen 9 83015 kirkkautta, jolloin harvinaisen maametallialkuaineen fluo-ridi muodosti luminenssikeskukset. Tätä esiintyy merkittävästi ennen sen kaasun läsnäoloa, joka pysyy lasikuvussa ruiskutuksen tai hörystyksen aikana emittoivan kerroksen 5 muodostamiseksi tai sen kaasun läsnäoloa, jonka kohde tai höyrystyslähde on absorboinut. Tällainen kaasu, joka on pääasiallisesti 0^ ja/tai 1^0 liittyy emittoivaan kerrokseen epäpuhtauksina lämpökäsittelyn aikana reagoiden ZnS:n tai harvinaisen maametallialkuaineen kanssa heiken-10 täen emittoivaa kerrosta.

Kuvio 2 esittää lämpökäsittelylämpötilan ja lumi-nenssikirkkauden välisen suhteen aikaansaatuna käyttäen ohutkalvoelektroluminenssilaitetta, joka on valmistettu yllä mainitun kohdan 1 (käyrä A) olosuhteiden alaisena 15 ja ohutkalvoelektroluminenssilaitetta, joka on valmistet tu ilman lasikuvun kaasunpoistoa ruiskutusprosessin aikana samalla keskeyttäen ruiskutusoperaatio kuten on kuvattu kohdassa 1-(d) (käyrä B). Kuvio 2 käyrä A esittää, että kirkkaus kasvaa lämpökäsittelylämpötilan noustes-20 sa samalla kun käyrä B ilmaisee, että korkein kirkkaus saavutettuna noin lämpötilassa 400°C laskee lämpötilan edelleen kohotessa. Siten kuvio 2 paljastaa, että jäljellä olevan kaasun (C^-kaasu) ja/tai kosteuden poistaminen lasikuvusta emittoivan kerroksen muodostusvaiheessa erit--25 täin tehokkaasti estää epäpuhtauksien joutumisen kerrok seen 4 vähentäen niiden epäpuhtauksien määrää, jotka reagoisivat Tb:n tai F:n kanssa kerroksessa 4 ja näin ollen estävät epäpuhtauksien reaktiotuotteiden muodostumisen huolimatta korkeasta lämpökäsittelylämpötilasta.

30 Kuvio 2 edelleen esittää, että luminenssikeskuksia muo dostettuina saosteella kerrokseen 4 ohjataan siten läm-pökäsittelyoperaatiolla, että saadaan F/Tb-suhde, joka on alle 3 sen sijaan, että pysyttäisiin TbF^sn muodossa (F/Tb=3) tarjoten paremmat luminenssiominaisuudet .35 emittoivalle kerrokselle 4.

10 8301 5 (h) Lämpökäsittelyn F/Tb ohjausominaiskäyrät Kuvio 3 esittää F:n ja Tb:n konsentraatiomittauk-set ja F/Tb-arvot saatuina ohutkalvoelektroluminenssilait-teiden emittoiville kerroksille, jotka oli valmistettu 5 samoiden olosuhteiden alaisina, kuin on kuvattu kohdassa 1 lukuunottamatta, että kohdan 1 —(d) lämpökäsittelyvaihe oli suoritettu 1 tunnille vaihtelevissa lämpötiloissa 300-680°C. Kuvio 3 paljastaa, että F-konsentraatio merkittävästi vähenee, kun lämpökäsittelylämpötilaa kohote-10 taan yli arvon 500°C sillä tuloksella, että F/Tb on ohjattavissa noin arvoon 1.

Kuvio 4 esittää F/Tb-konsentraatiosuhdemittaukset emittoivalle kerrokselle saatuina ohutkalvoelektroluminens-silaitteille, jotka oli valmistettu samojen olosuhteiden 15 alaisina kuin on kuvattu kohteen 1 yhteydessä lukuunottamatta sitä, että kohteen 1 —(d) lämpökäsittelyvaihe oli suoritettu lämpötilassa 600°C vaihteleville ajanjaksoille toisinsanoen 1-3 tuntia. Nähdään, että F/Tb-suhde on ohjattavissa edelleen alle arvon 1 pidentämällä lämpökäsit-20 telyaikaa yli 1 tunnin.

(c) F/Tb:n ja luminenssikirkkauden välinen suhde Kuvio 5 on ominaiskäyrä, joka esittää emittoivan kerroksen F/Tb:n ja luminenssikirkkauden välisen suhteen määritettynä käyttäen ohutkalvoelektroluminenssilaittei-25 ta, joissa emittoivalla kerroksella 4 oli vaihtelevat F/Tb-arvot ja jotka oli valmistettu samojen olosuhteiden alaisina, kuin on annettu kohteelle 1 paitsi, että lämpö-käsittelyolosuhteita (lämpötila ja aika) ainoastaan muutettiin F/Tb:n ohjaamiseksi. Käyrä paljastaa, että kirk-30 kaus on korkea, kun F/Tb on alueella 0,5 - 2,5 erityisesti alueella 1,0 - 2,0.

(d) Luminenssikirkkaus versus syötetty jännite-ominaiskäyrät

Kuvio 6 esittää luminenssikirkkauden versus syö-35 tetty jänniteominaiskäyrät määritettyinä syöttämällä jännitteitä taajuudella 1 kHz läpinäkyvän elektrodin 2 11 8301 5 ja taaemman elektrodin 6 ylitse vihreän luminenssin tuottamiseksi käyttäen 3 ohutkalvoelektroluminenssilaitetta, jotka oli valmistettu samojen olosuhteiden alaisina kuin on annettu kohteelle 1 paitsi, että lämpökäsittelylämpö-5 tilaa kohteessa 1 — (d) oli muutettu. Käyrä C1 piirustuksessa esittää laitteen, joka oli valmistettu ilman lämpökäsittelyä, käyrä C2 laitteelle, joka oli lämpökäsitelty lämpötilassa 400°C ja käyrä C3 toiselle laitteelle, joka oli lämpökäsitelty lämpötilassa 600°C. Käyrä C3 ilmaisee 10 korkeimman kirkkaushyötysuhteen suhteessa syötettyyn jännitteeseen. Tästä seuraa, että ohutkalvoelektroluminens-silaite, jolla on emittoiva kerros lämpökäsiteltynä lämpötilassa 600°C tuottaa kirkkaudeltaan korkeamman elektroluminenssin, kuin ne, jotka on valmistettu muissa olo-15 suhteissa. Tämä paljastaa, että emittoiva kerros 4 sisältää alentuneen epäpuhtausmäärän, jotka voisivat reagoida Tb:n tai F:n kanssa ja että korkealämpötilainen lämpökäsittely ei johda reaktiotuotteisiin, mutta ohjaa F/Tb:n alueelle 0,5 - 2,5.

20 (e) F/Tb:n säätö saostamalla sulfidi-isäntäma- teriaalia harvinaisen maametallialkuaineen fluoridilla ja sulfidilla

Emittoivan kerroksen F/Tb suhdetta ohjataan myös käyttäen jauheseosta, joka on valmistettu sekoittamalla 25 hienojakoista TbF^ ja hienojakoista Tb2S.j hienojakoiseen ZnS kuten ruiskutuskohde kohdassa 1 — (d).

Kuvio 7 esittää luminenssikirkkausominaiskäyrät vaihteleville F/Tb arvoille piirrettyinä abskissalle määritettynä käyttäen ohutkalvoelektroluminenssilaittei-30 ta, jotka on valmistettu kohdan 1 suoritusmuodon mukaisesti. Hienojakoinen TbjS^ ja TbF^ sekoitettiin hienojakoiseen ZnS vaihtelevina konsentraatioina, kuten on esitetty taulukossa 1 käytettäväksi kohdan 1-(d) maalina emittoivien kerrosten 4 muodostamiseksi, jotka lämpökäsi-35 teltiin lämpötiloissa 600°C, 400°C tai 200°C.

i2 8301 5

Samalla kun F/Tb on säädettävissä muuttamalla TbF^ ja konsentraatioita, jotka saostavat ZnS-kohteen isäntämateriaalin, ja lämpökäsittelylämpötilaa, kuvio 7 esittää, että myös kun lämpökäsittelylämpötila on alle 5 500°C esillä olevassa tapauksessa F/Tb voidaan säätää alueelle 0,5 - 2,5 erityisesti alueelle 1,0 - 2,0 ja että samoissa lämpökäsittelyolosuhteissa korkeampi kirkkaus on saavutettavissa, kun suhde on tällä alueella kuin että se olisi tämän alueen ulkopuolella. Kun emittoiva kerros 10 4 on muodostettava elektronisuihkuhöyrystyksellä ZnS sint- rattuja pellettejä saostettuina TbF^rlla ja Tb2S3:lla taulukon 1 pitoisuuksina voidaan samalla tavoin käyttää ohjaamaan kerroksen 4 F/Tb-suhdetta.

Taulukko 1 15 Nro 113 4 5

Tb2S3 (moo- 0 0,25 0,50 0,75 1,00 li-%)

TbF3 20 (moo- 2,0 1,5 1,0 0,5 0 li-%)

Yllä mainittujen suoritusmuotojen emittoivien kerrosten terbiumi- ja fluorikonsentraatiot määritettiin laitteella Electron Probe Micro Analyzer Malli JXA-33 . 25 (Jeolin tuote).

Vaikka edeltävät suoritusmuodot sisältävät TbF^sa, joka toimii luminenssikeskuksina, esillä oleva keksintö ei ole rajoitettu näihin suoritusmuotoihin vaan se voidaan toteuttaa käyttäen muiden harvinaisten maametal-30 lialkuaineiden fluorideja. ZnS:n ohella sellaisten ainei den kuin CaS, CdS ja ZnSe sulfidit ja selenidit ovat käyttökelpoisia isäntämateriaaleiksi emittoivaa kerrosta varten.

Kun käytetään harvinaisten maametallialkuaineiden 35 fluorideja muita kuin TbF^ luminenssikeskusten muodosta miseksi esimerkiksi kun käytetään SmF^, PrF^ tai vastaa-

II

i3 8301 5 via, hienojakoista Sn^S^ tai käytetään T^S^n sijasta kohdassa 2-(e).

Esillä olevan keksinnön mukaisesti, jota on yllä kuvattu yksityiskohtaisesti, epäpuhtauksien joutuminen 5 emittoivaan kerrokseen estetään kerroksen muodostamisen aikana ja emittoiva kerros, joka on muodostettu lämpö-käsitellään lämpötilassa, joka on korkeampi kuin 500°C tai käytetään harvinaisen maametallialkuaineen sulfidia saostimena emittoivan kerroksen muodostamiseksi, jolloin 10 harvinaisen maametallialkuaineen (RE) atomit ja harvinai-sem maametallialkuaineen fluoridin fluoriatomit (F), jotka saostavat isäntämateriaalin emittoivan kerroksen luminenssikeskusten muodostamiseksi asetellaan atomi-suhteeseen (F/RE) 0,5 - 2,5. Tämän mukaisesti harvinai-15 sella maametallialkuaineella korvataan isäntämateriaalin atomeja emittoivassa kerroksessa ohutkalvoelektrolumi-nenssilaitteen muodostamiseksi, jolla on parantuneet luminenssiominaisuudet.

Claims (13)

1. Ohutkalvoelektroluminenssilaite, joka käsittää elektrodikerroksen (2), emittoivan kerroksen (4) ja elekt- 5 rodikerroksen (6) muodostettuina substraatille (1) toistensa päälle ja eristävän kerroksen (3, 5) sijoitettuna näiden kolmen kerroksen väliin, tunnettu siitä, että emittoiva kerros (4) sisältää harvinaisen maametal-lialkuaineen atomeja ja fluoriatomeja isäntämateriaalis-10 saan fluoriatomien (F) atomisuhteen (F/RE) harvinaisen maametallin atomeihin (RE) ollessa aseteltuna alueelle 0,5 - 2,5, edullisesti 1,0 - 2,0.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohutkalvoelektro-luminenssilaite, tunnettu siitä, että emittoivan 15 kerroksen (4) isäntämateriaali on ZnS, ZnSe, CaS, CdS tai vastaava sulfidi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen ohutkalvo-elektroluminenssilaite, tunnettu siitä, että harvinainen maametallialkuaine on Tb, Sm, Tm tai Pr.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen ohut- kalvoelektroluminenssilaite, tunnettu siitä, että isäntämateriaali on saostettu 1-5 mooli-%:lla TbF3:a ennen emittoivan kerroksen (4) muodostamista.

5. Prosessi ohutkalvoelektroluminenssilaitteen 25 tuottamiseksi, joka käsittää elektrodikerroksen (2), emittoivan kerroksen (4) ja elektrodikerroksen (6) muodostettuina substraatille (1) toistensa päälle ja eristävän kerroksen (3, 5) sijoitettuna näiden kolmen kerroksen väliin, tunnettu siitä, että prosessi käsittää emittoivan 30 kerroksen (4) muodostamisen materiaalista, joka koostuu isäntämateriaalista ja saosteesta olosuhteissa, jotka ovat oleellisesti vapaat happikaasusta ja/tai kosteudesta siten, että muodostettu emittoiva kerros (4) sisältää harvinaisen maametallialkuaineen atomeja (RE) ja fluoriatomeja 35 (F) aseteltuna atomisuhteena (F/RE) alueella 0,5 - 2,5, il is 8 301 5 edullisesti 1,0 - 2,0.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen prosessi, tun nettu siitä, että muodostettu emittoiva kerros (4) lämpökäsitellään lämpötilassa 200-700 °C, edullisesti 5 500-700 °C.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että isäntämateriaali on ZnS, ZnSe, CaS, CdS tai vastaava sulfidi.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 5-7 mukainen proses- 10 si, tunnettu siitä, että saoste on valittu aineiden TbF3, SmF3, TmF3 ja PrF3 joukosta.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 5-8 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että 1-5 mooli-%:a TbF3:a on sijoitettu isäntämateriaaliin saosteena.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 5-9 mukainen proses si, tunnettu siitä, että isäntämateriaali on ZnS tai vastaava sulfidi ja saoste käsittää harvinaisen maa-metallialkuaineen fluoridin ja sulfidin, atomisuhteen (F/RE) ollessa ennalta aseteltuna alueelle 0,5 - 2,5 saos- 20 tamalla isäntämateriaali näillä saosteyhdisteillä säädettyinä määrinä.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 5-10 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että isäntämateriaali on saostettu 0,5 - 2,0 mooli-%:lla TbF3:a ja 0,1 - 0,75 moo- 25 li-%:lla Tb2S3:a.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 5-11 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että olosuhde, joka on oleellisesti vapaa happikaasusta ja/tai kosteudesta on aikaansaatu poistamalla happikaasu ja/tai kosteus säiliös- 30 tä emittoivan kerroksen (4) muodostamiseksi emittoivan kerroksen muodostamisen aikana.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 5-12 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että emittoiva kerros (4) on muodostettu suurtaajuusruiskutuksella säiliössä ja olo- 35 suhteet, jotka ovat oleellisesti vapaat happikaasusta ie 8301 5 ja/tai kosteudesta on aikaansaatu poistamalla kaasu säiliöstä ruiskutusoperaation ollessa keskeytettynä ruisku-tusprosessin aikana tai että emittoiva kerros (4) on muodostettu elektronisuihkuhöyrystyksellä säiliössä ja olo-5 suhteet, jotka ovat oleellisesti vapaat happikaasusta ja/tai kosteudesta on aikaansaatu poistamalla kaasu säiliöstä keskeyttämällä elektronisuihkun kohdistus höyrys-tysprosessin aikana. I; 17 83015