FR2715262A1 - Light emitting element with thin layers. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne la fabrication d'éléments électroluminescence. Pour obtenir une excellente visibilité sur un grand angle de vue dans un élément émetteur de lumière à couches minces, on intercale une couche d'isolation intermédiaire (7A) entre un substrat en verre (1) et une électrode transparente (2), et cette couche d'isolation intermédiaire a un indice de réfraction qui varie de façon continue depuis l'indice de réfraction du substrat en verre jusqu'à celui de l'électrode transparente, et elle a une épaisseur optique moyenne qui est supérieure à 0,25 fois la longueur d'onde centrale d'un spectre d'émission. Application aux panneaux de visualisation.The invention relates to the manufacture of electroluminescence elements. To obtain excellent visibility over a wide viewing angle in a thin film light emitting element, an intermediate insulating layer (7A) is interposed between a glass substrate (1) and a transparent electrode (2), and this intermediate insulating layer has a refractive index which varies continuously from the refractive index of the glass substrate to that of the transparent electrode, and it has an average optical thickness which is greater than 0.25 times the central wavelength of an emission spectrum. Application to display panels.
Description
II
Elément émetteur de lumière à couches minces. Light emitting element with thin layers.
La présente invention concerne une couche d'isolation intermédiaire d'un élément émetteur de lumière à couches minces, et elle concemrne en particulier une couche d'isolation intermédiaire destinée à empêcher la réflexion de la lumière The present invention relates to an intermediate insulation layer of a thin-film light-emitting element, and particularly relates to an intermediate insulation layer for preventing light reflection.
émise pour une couche émettrice de lumière. emitted for a light emitting layer.
Un dispositif de visualisation à électroluminescence à couches minces, du type à double isolation (que l'on appelle ci-après un élément émetteur de lumière à couches minces), dans lequel une couche émettrice de lumière d'une i0 substance fluorescente comportant Mn à titre de centre émetteur de lumière, est intercalée entre une électrode transparente et une électrode arrière, avec interposition de couches d'isolation, a suscité un intérêt considérable à titre de panneau de visualisation mince, du fait qu'il est possible d'obtenir une émission lumineuse ayant une luminosité plus grande, une résolution meilleure et une plus A thin-film electroluminescence display device of the double-insulated type (hereinafter referred to as a thin film emitter element), in which a light-emitting layer of a fluorescent substance comprising Mn-1 As a light emitting center, is interposed between a transparent electrode and a back electrode, with the interposition of insulation layers, has attracted considerable interest as a thin viewing panel, because it is possible to obtain a light emission with greater brightness, better resolution and more
is grande capacité de visualisation. is great viewing ability.
La figure 8 est une vue en perspective montrant un élément émetteur FIG. 8 is a perspective view showing a transmitting element
de lumière à couches minces du type double isolation appartenant à l'art antérieur. of thin-layer light of the double-insulation type belonging to the prior art.
Un élément émetteur de lumière à couches minces est formé par un substrat en verre 1, une couche d'isolation intermédiaire 7, plusieurs électrodes transparentes 2, une première couche d'isolation 3 en A1203, en silice SiO2 ou en nitrure de silicium Si3N4, une couche émettrice de lumière 4, une seconde couche d'isolation formée par la même matière que la première couche d'isolation, et plusieurs électrodes arrières en AI, disposée parallèlement aux électrodes transparentes 3 et dans une orientation orthogonale. L'épaisseur de chaque couche est fixée à une valeur de 20 à 1000 nm. Les électrodes transparentes 2, la première couche d'isolation 3 et la seconde couche d'isolation 5 sont formées de façon générale par le procédé de pulvérisation cathodique, et la couche émettrice de lumière est formée par le procédé de pulvérisation cathodique, et la couche émettrice de lumière est formée par le procédé de pulvérisation cathodique ou le A thin film emitter element is formed by a glass substrate 1, an intermediate insulation layer 7, a plurality of transparent electrodes 2, a first insulation layer 3 made of Al 2 O 3, SiO 2 silica or Si 3 N 4 silicon nitride, a light emitting layer 4, a second insulating layer formed by the same material as the first insulating layer, and a plurality of Al rear electrodes disposed parallel to the transparent electrodes 3 and in an orthogonal orientation. The thickness of each layer is set at a value of 20 to 1000 nm. The transparent electrodes 2, the first insulating layer 3 and the second insulating layer 5 are formed generally by the sputtering method, and the light-emitting layer is formed by the sputtering method, and the layer light emitter is formed by the sputtering process or the
procédé de dépôt en phase vapeur par faisceau d'électrons. electron beam vapor deposition method.
La couche émettrice de lumière d'un tel élément émetteur de lumière à couches minces consiste en sulfure de zinc ZnS à titre de matière de base, à laquelle est ajoutée une faible quantité de Mn ou de TbOF, à titre de centre émetteur de lumière. La couche émettrice de lumière est déposée en maintenant à une valeur optimale la concentration de son centre émetteur de lumière (manganèse Mn: 0,4 à 0,6 % en masse de sulfure de zinc ZnS). Après cette opération, elle est soumise à un traitement thermique à une température élevée d'environ 550 C pour améliorer les caractéristiques cristallines de la couche émettrice de lumière et pour augmenter la dispersion du centre émetteur de lumière. Dans un élément émetteur de lumière à couches minces de ce genre, une partie de la lumière qui est produite dans la couche émettrice de lumière 4 i5 dirigée vers le substrat en verre 1 est transmise en partie à travers l'électrode transparente 2 et la couche d'isolation intermédiaire 7, en passant par la première couche d'isolation 3, et en partie est réfléchie à des interfaces respectives de l'électrode transparente 2, de la couche d'isolation intermédiaire 7 et du substrat The light-emitting layer of such a thin-film light-emitting element is ZnS zinc sulfide as a base material, to which a small amount of Mn or TbOF is added as a light-emitting center. The light-emitting layer is deposited while maintaining at an optimum value the concentration of its light emitting center (Mn manganese: 0.4 to 0.6% by mass of zinc sulphide ZnS). After this operation, it is subjected to a heat treatment at a high temperature of about 550 ° C. to improve the crystalline characteristics of the light-emitting layer and to increase the dispersion of the light-emitting center. In such a thin-film light-emitting element, part of the light that is produced in the light-emitting layer 4 directed towards the glass substrate 1 is transmitted partly through the transparent electrode 2 and the layer intermediate insulation 7, passing through the first insulation layer 3, and in part is reflected at respective interfaces of the transparent electrode 2, the intermediate insulation layer 7 and the substrate
en verre 1.glass 1.
Pour améliorer la visibilité de l'élément émetteur de lumière à couches minces, il est nécessaire de minimiser les facteurs de réflexion et d'augmenter le facteur de transmission pour divers angles d'incidence aux interfaces précitées. La réflectance telle que décrite plus bas est donnée en To improve the visibility of the thin film emitter element, it is necessary to minimize the reflection factors and to increase the transmission factor for various angles of incidence at the aforementioned interfaces. The reflectance as described below is given in
fonction de l'indice de réfraction. function of the refractive index.
La figure 9 est une représentation graphique montrant l'indice de réfraction de la couche d'isolation intermédiaire dans l'élément émetteur de lumière Fig. 9 is a graphical representation showing the refractive index of the intermediate insulation layer in the light emitting element
à couches minces de l'art antérieur. thin film of the prior art.
L'indice de réfraction de la couche d'isolation intermédiaire est déterminée comme étant une valeur intermédiaire entre ceux du substrat en verre et de l'électrode transparente, de sorte que l'indice de réfraction change en échelon entre eux. L'indice de réfraction de la couche d'isolation intermédiaire est égal à la racine carrée du produit des indices de réfraction du substrat en verre et de l'électrode transparente. L'épaisseur optique de la couche d'isolation intermédiaire, qui est le produit de l'indice de réfraction par l'épaisseur de la couche d'isolation intermédiaire, était fixé au quart de la longueur d'onde centrale The refractive index of the intermediate insulation layer is determined to be an intermediate value between those of the glass substrate and the transparent electrode, so that the refractive index changes in step with each other. The refractive index of the intermediate insulation layer is equal to the square root of the product of the refractive indices of the glass substrate and the transparent electrode. The optical thickness of the intermediate insulation layer, which is the product of the refractive index by the thickness of the intermediate insulation layer, was set at one quarter of the central wavelength
de la lumière émise.of the light emitted.
Avec l'indice de réfraction déterminé ci-dessus, le facteur de réflexion n'est minimisé et ne devient égal à zéro que lorsque la lumière provenant de la s couche émettrice de lumière tombe perpendiculairement sur le substrat en verre (angle d'incidence égal à O). Mais dans ce cas, il n'y a presque pas de problème de visibilité, du fait que l'élément émettant de la lumière à couche mince est observé généralement dans une direction presque perpendiculaire à la couche émettrice de lumière pour laquelle le facteur de réflexion pour la lumière provenant With the refractive index determined above, the reflection factor is minimized and becomes zero only when light from the light emitting layer falls perpendicular to the glass substrate (equal angle of incidence). at O). But in this case, there is almost no problem of visibility, since the element emitting light-film light is generally observed in a direction almost perpendicular to the light-emitting layer for which the reflection factor for light coming from
io de l'extérieur devient faible.io from the outside becomes weak.
Au contraire, pour de la lumière incidente qui n'est pas normale au substrat en verre (angle d'incidence > O), les facteurs de réflexion pour la lumière provenant de la couche émettrice de la lumière augmentent aux interfaces. Dans ce cas, le facteur de réflexion pour la lumière provenant de l'extérieur augmente aussi lorsque l'élément d'émission de lumière à couches minces est observé dans la direction de la lumière émise. Cela pose un problème consistant en une forte In contrast, for incident light that is not normal to the glass substrate (angle of incidence> O), reflection factors for light from the light-emitting layer increase at the interfaces. In this case, the reflection factor for the light from the outside also increases as the thin film light emitting element is observed in the direction of the emitted light. This poses a problem consisting of a strong
réduction de la visibilité.reduced visibility.
Le but de la présente invention est de proposer un élément émetteur de lumière à couches minces ayant une excellente visibilité sur un grand angle d'observation, par l'optimisation de l'indice de réfraction et de l'épaisseur optique de la couche d'isolation intermédiaire, de manière à avoir un facteur de réflexion The object of the present invention is to provide a thin film light emitting element having excellent visibility over a wide angle of view, by optimizing the refractive index and the optical thickness of the film layer. intermediate insulation, so as to have a reflection factor
réduit même pour de la lumière ayant un angle d'incidence non nul. reduced even for light with a non-zero angle of incidence.
Le but ci-dessus est atteint avec un élément émetteur de lumière à couches minces conforme au premier mode de réalisation, cet élément comprenant: (1) un substrat en verre, (2) une couche d'isolation intermédiaire, (3) une électrode transparente, (4) la première couche d'isolation, (5) une couche émettrice de lumière, (6) la seconde couche d'isolation, et (7) une électrode arrière et, dans cet élément, la couche d'isolation intermédiaire, l'électrode transparente, la première couche d'isolation, la couche émettrice de lumière, la seconde couche d'isolation et l'électrode arrière sont stratifiées une par une sur le substrat en verre, et le substrat en verre consiste en verre à base de soude; la couche d'isolation intermédiaire a un indice de réfraction ayant une valeur spécifique comprise entre les indices de réfraction du substrat en verre et de l'électrode transparente et a une épaisseur optique, produit de l'indice de réfraction par l'épaisseur de la couche d'isolation intermédiaire, équivalent à une valeur intermédiaire représentant de 0,25 à 0,5 fois la longueur d'onde centrale d'un spectre d'émission; une tension est appliquée entre l'électrode transparente et l'électrode arrière; les premières et secondes couches d'isolation consistent en une matière isolante minérale; la couche émettrice de lumière comprend une matière émettrice de lumière minérale, et est excitée pour émettre de la lumière par des électrons qui se propagent à partir d'interfaces entre la première couche d'isolation et entre la The above object is achieved with a thin-film light emitting element according to the first embodiment, which element comprises: (1) a glass substrate, (2) an intermediate insulation layer, (3) an electrode transparent, (4) the first insulation layer, (5) a light emitting layer, (6) the second insulation layer, and (7) a back electrode and, in this element, the intermediate insulation layer the transparent electrode, the first insulating layer, the light emitting layer, the second insulating layer and the trailing electrode are laminated one by one on the glass substrate, and the glass substrate consists of glass soda base; the intermediate insulation layer has a refractive index having a specific value between the refractive indices of the glass substrate and the transparent electrode and has an optical thickness, produces the refractive index by the thickness of the intermediate insulation layer, equivalent to an intermediate value representing 0.25 to 0.5 times the central wavelength of an emission spectrum; a voltage is applied between the transparent electrode and the rear electrode; the first and second insulation layers consist of a mineral insulating material; the light emitting layer comprises a mineral light-emitting material, and is excited to emit light by electrons propagating from interfaces between the first insulating layer and between the
seconde couche d'isolation.second layer of insulation.
En outre, le but est également atteint avec un élément émetteur de lumière à couches minces conforme au second mode de réalisation, cet élément o comprenant: (1) un substrat en verre, (2) une couche d'isolation intermédiaire, (3) une électrode transparente, (4) la première couche d'isolation, (5) une couche émettrice de lumière, (6) la seconde couche d'isolation, et (7) une électrode arrière et, dans cet élément, la couche d'isolation intermédiaire, I'électrode transparente, la première couche d'isolation, la couche émettrice de lumière, la seconde couche i d'isolation et l'électrode arrière sont stratifiées une par une sur le substrat en verre, le substrat en verre consiste en verre à base de soude; l'indice de réfraction de la couche d'isolation intermédiaire a une valeur qui varie de façon continue entre celle du substrat en verre à une limite du substrat en verre et celle de l'électrode en verre à la limite de l'électrode transparente et a une épaisseur optique moyenne, produit de l'indice de réfraction par l'épaisseur de la couche d'isolation intermédiaire restant égal à 0,25 fois une longueur d'onde centrale d'un spectre d'émission ou plus; une tension est appliquée entre l'électrode transparente et l'électrode arrière; les premières et secondes couches d'isolation comprennent une matière isolante minérale; la couche émettrice de lumière comprend une matière émettrice de lumière minérale et est excitée pour émettre de la lumière par des électrons qui se propagent à partir d'interfaces entre la première couche Further, the object is also achieved with a thin-film light emitting element according to the second embodiment, said element comprising: (1) a glass substrate, (2) an intermediate insulation layer, (3) a transparent electrode, (4) the first insulation layer, (5) a light emitting layer, (6) the second insulation layer, and (7) a back electrode, and in this element, the intermediate insulation, the transparent electrode, the first insulation layer, the light emitting layer, the second insulation layer and the rear electrode are laminated one by one on the glass substrate, the glass substrate consists of glass made from soda; the refractive index of the intermediate insulation layer has a value that varies continuously between that of the glass substrate at a boundary of the glass substrate and that of the glass electrode at the boundary of the transparent electrode and has an average optical thickness, produces the refractive index by the thickness of the intermediate insulation layer remaining equal to 0.25 times a central wavelength of an emission spectrum or more; a voltage is applied between the transparent electrode and the rear electrode; the first and second insulation layers comprise a mineral insulating material; the light emitting layer comprises a mineral light emitting material and is excited to emit light by electrons propagating from interfaces between the first layer
d'isolation et la seconde couche d'isolation. insulation and the second insulation layer.
L'optimisation d'un indice de réfraction et d'une épaisseur optique se traduit par un facteur de réflexion réduit de la lumière dans un grand intervalle d'angles d'incidence qui est du à une différence de phase dans un phénomène The optimization of a refractive index and an optical thickness results in a reduced reflection factor of the light in a wide range of angles of incidence which is due to a phase difference in a phenomenon.
d'interférences de la lumière incidente et de la lumière réfléchie. interference from incident light and reflected light.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux Other features and advantages of the invention will be better
compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre de modes de understood from the following detailed description of the modes of
réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la description se realization, given as non-limiting examples. The rest of the description is
réfère aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un élément émetteur de lumière à couches minces conforme à la présente invention; la figure 2 est une représentation graphique montrant la dépendance du coefficient de réflexion vis-à-vis de l'angle d'incidence, avec l'épaisseur optique nd comme paramètre; la figure 3 est un schéma de configuration d'un appareil de pulvérisation cathodique radiofréquence qui est utilisé pour la fabrication du mode de réalisation de l'élément émetteur de lumière à couches minces conforme à la présente invention; o la figure 4 est une représentation graphique montrant un indice de réfraction de la couche d'isolation intermédiaire d'un mode de réalisation de l'élément émetteur de lumière à couches minces suivant l'invention; la figure 5 est une représentation graphique montrant la dépendance du facteur de réflexion vis-à-vis de l'épaisseur optique moyenne (produit de l'indice de réfraction moyen par l'épaisseur de couche de la couche d'isolation intermédiaire), d'un autre mode de réalisation de l'élément émetteur de lumière à couches minces conforme à la présente invention; la figure 6 est une représentation graphique montrant la variation de l'indice de réfraction en fonction de la teneur en oxygène gazeux du gaz de pulvérisation cathodique pour former la couche d'isolation de ce mode de réalisation; la figure 7 est une représentation graphique montrant la variation du facteur de transmission spectral de la couche intermédiaire en fonction de la longueur d'onde, dans un autre mode de réalisation de la présente invention; la figure 8 est une vue en perspective montrant un élément émetteur de lumière à couches minces du type à double isolation classique; et la figure 9 est une représentation graphique montrant l'indice de réfraction de la couche d'isolation intermédiaire de l'élément émetteur de lumière à couches Referring to the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a perspective view of an embodiment of a thin-film emitter element according to the present invention; FIG. 2 is a graphical representation showing the dependence of the reflection coefficient on the angle of incidence, with the optical thickness nd as a parameter; Fig. 3 is a configuration diagram of a radio frequency sputtering apparatus which is used for manufacturing the embodiment of the thin film emitter element according to the present invention; FIG. 4 is a graphical representation showing a refractive index of the intermediate insulation layer of one embodiment of the thin film emitter element according to the invention; FIG. 5 is a graphical representation showing the dependence of the reflection factor on the average optical thickness (product of the average refractive index by the layer thickness of the intermediate insulation layer), another embodiment of the thin film emitter element according to the present invention; Fig. 6 is a graphical representation showing the variation of the refractive index as a function of the gaseous oxygen content of the sputtering gas to form the insulation layer of this embodiment; Fig. 7 is a graphical representation showing the variation of the spectral transmittance of the intermediate layer as a function of wavelength, in another embodiment of the present invention; Fig. 8 is a perspective view showing a thin-film emitter element of the conventional double insulated type; and FIG. 9 is a graphical representation showing the refractive index of the intermediate insulation layer of the layered light emitting element.
minces classique.thin classic.
Premier mode de réalisation La figure 1 est une vue en perspective d'un élément émetteur de First Embodiment FIG. 1 is a perspective view of a transmitter element of FIG.
lumière à couches minces comme mode de réalisation de la présente invention. thin-film light as an embodiment of the present invention.
Les composants et éléments qui sont les mêmes que dans l'art antérieur représenté sur la figure 8, sont désignés par les mêmes références numériques. Seule une couche d'isolation intermédiaire 7A présente une différence vis-à-vis de l'élément émetteur de lumière à couches minces de l'art antérieur. Le facteur de réflexion en direction perpendiculaire, R0, d'une surface de verre en contact avec l'air, est donné par la formule suivante: R0 = (n1 - 1)2/(n1 +1)2 dans laquelle n1 est l'indice de réfraction du verre. Avec un substrat en verre consistant en NA40 (fabriqué par HOYA Co.), son indice de réfraction de 1,573 donne un facteur de réflexion R0 égal à 4,97 %. Le facteur de réflexion R60 pour un angle d'incidence de 60 est de 20,1 %. En revanche, avec du verre à base de soude (n1 = 1,51), R0 est égal à 0, 41 %. Le facteur de réflexion R60 pour un angle d'incidence de 60 est de 18 %. Par conséquent, le verre à base de soude est un peu meilleur pour un élément émetteur de lumière à couches minces ayant un grand angle de visibilité. On utilise du verre à base de soude pour un substrat en verre. Le facteur de réflexion R s'exprime par la formule suivante, en désignant par no l'indice de réfraction d'une électrode transparente, par n l'indice de réfraction d'une couche d'isolation intermédiaire, par n1 l'indice de réfraction d'un substrat en verre, par d l'épaisseur de la couche d'isolation intermédiaire, par 0 I'angle d'incidence de la lumière, et par X la longueur d'onde centrale de la lumière émise: R = [r1 + r2 exp(-2i 5)]2 (1) dans laquelle r1, r2 et sont respectivement donnés par les formules suivantes: r1 = (no 0-n) / (no 0+n) (2) r2=(n-nl)/(n+nl) (3) ô =2.nd.cos 0/X (4) Le Tableau 1 donne les relations entre les coefficients de réflexion en fonction des angles d'incidence avec l'épaisseur optique comme paramètre. On calcule les coefficients de réflexion à partir de la différence de phase de la lumière en utilisant la formule (1) dans laquelle les formules (2), (3) et (4) sont remplacées The components and elements which are the same as in the prior art shown in FIG. 8, are designated by the same reference numerals. Only one intermediate insulation layer 7A has a difference with respect to the thin-film emitter element of the prior art. The perpendicular reflection factor, R0, of a glass surface in contact with air is given by the following formula: R0 = (n1 - 1) 2 / (n1 +1) 2 where n1 is refractive index of glass. With a glass substrate consisting of NA40 (manufactured by HOYA Co.), its refractive index of 1.573 gives a reflection factor R0 equal to 4.97%. The reflection factor R60 for an angle of incidence of 60 is 20.1%. On the other hand, with sodium-based glass (n1 = 1.51), R0 is equal to 0.14%. The reflection factor R60 for an angle of incidence of 60 is 18%. As a result, the soda glass is a bit better for a thin film emitter element having a large viewing angle. Soda glass is used for a glass substrate. The reflection factor R is expressed by the following formula, denoting by no the refractive index of a transparent electrode, by n the refractive index of an intermediate insulation layer, by n1 the index of refraction of a glass substrate, by the thickness of the intermediate insulation layer, by 0 the angle of incidence of the light, and by X the central wavelength of the emitted light: R = [ r1 + r2 exp (-2i 5)] 2 (1) in which r1, r2 and are respectively given by the following formulas: r1 = (no 0-n) / (no 0 + n) (2) r2 = (n -nl) / (n + nl) (3) δ = 2.nd.cos 0 / X (4) Table 1 gives the relations between the reflection coefficients as a function of the angles of incidence with the optical thickness as a parameter . Reflection coefficients are calculated from the phase difference of light using formula (1) in which formulas (2), (3) and (4) are replaced
par no = 2, ou, n1 = 2,51 et n = 1,74. by no = 2, or, n1 = 2.51 and n = 1.74.
Epaisseur optique 72,5 100 145 205 290 nd(nm) Angle d'incidence 0 0,707 0,468 0 0,5 1 Optical thickness 72.5 100 145 205 290 nd (nm) Angle of incidence 0 0.707 0.468 0 0.5 1
0,779 0,592 0,209 0,345 0,9130.779 0.592 0.209 0.345 0.913
( ) 45 0,850 0,592 0,444 0 0,605() 45 0.850 0.592 0.444 0 0.605
0 60 0,924 0,857 0,707 0,444 00 60 0.924 0.857 0.707 0.444 0
;1 Z1;1;1 t%1 Ces calculs des coefficients de réflexion sont normalisés de façcon que le facteur de réflexion soit égal à 1 pour de la lumière ayant une longueur ; 1 Z1; 1; 1 t% 1 These calculations of the reflection coefficients are normalized so that the reflection factor is equal to 1 for light having a length
d'onde centrale égale à 580 nm émise sans couche d'isolation intermédiaire. central wave equal to 580 nm emitted without intermediate insulation layer.
Le Tableau I montre que le coefficient de réflexion de la couche d'isolation intermédiaire est réduit sur une grande plage d'angle d'incidence pour les épaisseurs optiques comprises entre 145 nm et 290 nm. Ces épaisseurs sont équivalentes à des valeurs comprises entre 0,25 fois et 0,5 fois la longueur d'onde centrale. On peut appliquer les résultats mentionnés ci-dessus aux lumières de longueurs d'ondes centrales de 540 nm, 650 nm et 470 nm émises par ZnS: Tb, Table I shows that the reflection coefficient of the intermediate insulation layer is reduced over a wide angle of incidence range for optical thicknesses between 145 nm and 290 nm. These thicknesses are equivalent to values between 0.25 times and 0.5 times the central wavelength. The above mentioned results can be applied to the central wavelength lights of 540 nm, 650 nm and 470 nm emitted by ZnS: Tb,
ZnS: Sm et ZnS: Tm.ZnS: Sm and ZnS: Tm.
La figure 2 est une représentation graphique montrant la dépendance du coefficient de réflexion vis-à-vis de l'angle d'incidence, avec FIG. 2 is a graphical representation showing the dependence of the reflection coefficient on the angle of incidence, with
l'épaisseur optique nd comme paramètre. the optical thickness nd as a parameter.
Les épaisseurs optiques sont choisies à (1) 72,5 nm, (2) 100 nm, (3) Optical thicknesses are chosen at (1) 72.5 nm, (2) 100 nm, (3)
nm, (4) 205 nm et (5) 290 nm.nm, (4) 205 nm and (5) 290 nm.
On trouve que le facteur de réflexion devient faible dans une plage We find that the reflection factor becomes low in a range
d'angle d'incidence étendue, à une épaisseur optique de 205 nm. extended angle of incidence, at an optical thickness of 205 nm.
Le mode de réalisation de l'élément émetteur de lumière à couches minces conforme à la présente invention est préparé par le procédé suivant. La figure 3 est un schéma de configuration d'un appareil de pulvérisation cathodique radiofréquence qui est utilisé pour fabriquer le mode de réalisation de l'élément émetteur de lumière à couches minces conforme à la présente invention. Une alimentation radiofréquence (RF) 13, une cible 12, un substrat en verre à base de soude 11 et un tube d'entrée de gaz 14 ont été installés dans une chambre 15. On a fait passer par le tube d'entrée de gaz 14 un gaz de pulvérisation cathodique, qui The embodiment of the thin film emitter element according to the present invention is prepared by the following method. Fig. 3 is a configuration diagram of a radio frequency sputtering apparatus that is used to fabricate the embodiment of the thin film emitter element according to the present invention. A radiofrequency (RF) power supply 13, a target 12, a soda-based glass substrate 11 and a gas inlet tube 14 were installed in a chamber 15. The gas inlet tube was passed through 14 a sputtering gas, which
contenait de l'argon, de l'oxygène et de l'azote dans des rapports prédéterminés. contained argon, oxygen, and nitrogen in predetermined ratios.
On a utilisé une cible en SiAION. SiAION est toute matière isolante comprenant les éléments atomiques Si, AI, N et O. En faisant circuler un mélange de gaz consistant en argon, en oxygène et en azote dans des proportions de 10: 0,1: 0,05, on a appliqué une tension RF pour pulvériser cathodiquement la cible en SiAION. La couche d'isolation intermédiaire 7A en SiAION ayant un indice de réfraction de 1,73 s'est A SiAION target was used. SiAION is any insulating material comprising the atomic elements Si, Al, N and O. Circulating a mixture of gases consisting of argon, oxygen and nitrogen in proportions of 10: 0.1: 0.05 was applied. an RF voltage for cathodically spraying the SiAION target. SiAION intermediate insulation layer 7A having a refractive index of 1.73 was
formée ainsi sur le substrat en verre à base de soude 11. thus formed on the soda glass substrate 11.
On a préparé six épaisseurs optiques de (1) 72,5 nm, (2) 100 nm, (3) Six optical thicknesses of (1) 72.5 nm, (2) 100 nm, (3) were prepared
145 nm, (4) 205 nm, (5) 290 nm et (6) 400 nm. 145 nm, (4) 205 nm, (5) 290 nm and (6) 400 nm.
On a formé en outre l'électrode transparente 2 en une épaisseur de nm sur la couche d'isolation intermédiaire 7A, en utilisant une cible en ITO (oxyde d'indium contenant 10 % en masse d'oxyde d'étain). L'indice de réfraction The transparent electrode 2 was further formed in a thickness of nm on the intermediate insulation layer 7A, using an ITO target (indium oxide containing 10% by weight of tin oxide). The refractive index
de l'électrode transparente était d'environ 2. of the transparent electrode was about 2.
Sur l'électrode transparente 2, on a formé en outre des couches d'oxyde d'aluminium A1203 et d'oxyde de tantale Ta2O5, avec une épaisseur totale de 350 nm, par le procédé de pulvérisation cathodique, comme pour la première On the transparent electrode 2, aluminum oxide Al 2 O 3 and tantalum oxide Ta 2 O 5 layers, with a total thickness of 350 nm, were furthermore formed by the sputtering method, as for the first time.
couche d'isolation.insulation layer.
Aussitôt après ceci, on a formé la couche émettrice de lumière en ZnS: Mn, avec une épaisseur de 700nm, par le procédé de dépôt chimique en Immediately after this, the ZnS: Mn light emitting layer with a thickness of 700 nm was formed by the chemical deposition method.
phase vapeur aux organométalliques (MOCVD). organometallic vapor phase (MOCVD).
En outre, on a formé la seconde couche d'isolation par pulvérisation In addition, the second layer of spray insulation was formed
cathodique, en la même matière que pour la première couche d'isolation. cathodic, in the same material as for the first layer of insulation.
La luminance dans une direction perpendiculaire à un pixel d'un élément émetteur de lumière à couches minces ainsi préparé, attaqué à 60 Hz, était de 350 cd/m2. La luminance a été si grande que l'on a reconnu la moindre différence de visibilité des éléments émetteurs de lumière à couches minces (1) à The luminance in a direction perpendicular to a pixel of a thin-film emitting element thus prepared, etched at 60 Hz, was 350 cd / m 2. The luminance was so great that the slightest difference in visibility of the light-emitting light-emitting elements (1) was recognized
(6), lorsqu'on a observé ces éléments exactement de face (angle d'incidence de 0). (6), when one observed these elements exactly of face (angle of incidence of 0).
Contrairement à cela, on a observé une réflexion de la lumière ambiante sur le substrat en verre pour un angle d'incidence supérieur à 0. La réflexion de la lumière ambiante est devenue considérable, en particulier pour un In contrast, ambient light reflection was observed on the glass substrate at an angle of incidence greater than 0. The reflection of ambient light became considerable, particularly for
angle d'incidence supérieur à 30 . angle of incidence greater than 30.
Lorsque l'épaisseur optique précitée était comprise entre 145 et 290 nm, I'élément avait une boone visibilité même pour de la lumière ayant un large intervalle des angles d'incidence. En particulier, dans le cas de l'épaisseur optique When the aforementioned optical thickness was between 145 and 290 nm, the element had a boone visibility even for light having a wide range of angles of incidence. In particular, in the case of the optical thickness
de 205 nm, on a obtenu un bon résultat en concordance avec le calcul théorique. 205 nm, a good result was obtained in agreement with the theoretical calculation.
Pour l'épaisseur optique de 205 nm, mentionnée ci-dessus, de la couche d'isolation intermédiaire, le facteur de réflexion de la lumière émise devient minimal pour un angle d'incidence proche de 45 . Le facteur de réflexion pour la lumière ambiante peut être également rendu minimal pour un angle d'incidence voisin de 45 . Cela permet d'incorporer une couche d'isolation extérieure sur la surface du substrat en verre opposée à la couche d'isolation intermédiaire. On choisit l'indice de réfraction de la couche d'isolation extérieure entre ceux du substrat en verre et de la couche d'isolation intermédiaire, et l'épaisseur de la For the above-mentioned 205 nm optical thickness of the intermediate insulation layer, the reflection factor of the emitted light becomes minimal at an angle of incidence close to 45. The reflection factor for the ambient light can also be made minimal for an angle of incidence close to 45. This makes it possible to incorporate an outer insulation layer on the surface of the glass substrate opposite to the intermediate insulation layer. The refractive index of the outer insulation layer is chosen between those of the glass substrate and the intermediate insulation layer, and the thickness of the
couche d'isolation extérieure pour que son épaisseur optique soit égale à 205 nm. outer insulation layer so that its optical thickness is equal to 205 nm.
L'épaisseur optique de la couche d'isolation intermédiaire est déterminée à partir de l'angle de vue dans l'application de l'élément émetteur de lumière à couches minces. A titre d'exemple, on peut adopter une épaisseur i5 optique relativement faible pour satisfaire à l'exigence d'un angle de vue étroit requis pour des ordinateurs personnels. Contrairement à cela, lorsqu'un grand angle de vue est exigé, comme dans certains appareils d'affichage, on peut The optical thickness of the intermediate insulation layer is determined from the viewing angle in the application of the thin film emitter element. For example, a relatively low optical thickness can be adopted to meet the requirement of a narrow angle of view required for personal computers. Contrary to this, when a large viewing angle is required, as in some display devices, one can
adopter une épaisseur optique relativement grande. adopt a relatively large optical thickness.
On utilise SiAION pour la couche d'isolation intermédiaire précitée, mais on peut également utiliser des isolants comme de l'oxyde d'aluminium A1203 dont les indices de réfraction sont voisins de 1,74 avec possibilité de faibles SiAION is used for the aforementioned intermediate insulation layer, but it is also possible to use insulators such as aluminum oxide A1203 whose refractive indices are close to 1.74 with the possibility of weak
différences d'indices de réfraction. differences in refractive indices.
Second mode de réalisation la figure 6 est une représentation graphique montrant la variation de l'indice de réfraction en fonction de la teneur en oxygène gazeux du gaz de pulvérisation cathodique pour former la couche d'isolation de ce mode de réalisation. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on forme la couche d'isolation intermédiaire en faisant passer de 0 à 0,3 la concentration, pendant le dépôt, de l'oxygène gazeux, en maintenant respectivement à 10 et 0,05 les concentrations d'argon gazeux et d'azote gazeux [Ar: 02: N2 = (10: 0: 0,05) à (10: 0,3: 0,05)]. On trouve que l'indice de réfraction varie de façcon continue de la Second Embodiment FIG. 6 is a graphical representation showing the variation of the refractive index versus the gaseous oxygen content of the sputtering gas to form the insulation layer of this embodiment. In another embodiment of the invention, the intermediate insulation layer is formed by passing from 0 to 0.3 the concentration during the deposition of oxygen gas, maintaining respectively 10 and 0.05 the concentrations of argon gas and nitrogen gas [Ar: 02: N2 = (10: 0: 0.05) to (10: 0.3: 0.05)]. It is found that the refractive index varies continuously
valeur proche de 1,51 du substrat en verre à la valeur de 2,00 de l'ITO. value close to 1.51 of the glass substrate at the value of 2.00 of the ITO.
La figure 4 est une représentation graphique montrant un exemple de l'indice de réfraction de la couche de réfraction de la couche d'isolation FIG. 4 is a graphical representation showing an example of the refractive index of the refractive layer of the insulation layer
intermédiaire de ce mode de réalisation. intermediate of this embodiment.
L'indice de réfraction de la couche d'isolation intermédiaire varie de façon continue à partir de celui de l'ITO jusqu'à celui du substrat en verre. La figure 5 est une représentation graphique montrant la variation du facteur de réflexion en fonction de l'épaisseur optique moyenne (produit de l'indice de réfraction moyen et de l'épaisseur de couche) dans la couche d'isolation The refractive index of the intermediate insulation layer varies continuously from that of the ITO to that of the glass substrate. FIG. 5 is a graphical representation showing the variation of the reflection factor as a function of the average optical thickness (product of the average refractive index and the layer thickness) in the insulation layer
intermédiaire de ce mode de réalisation. intermediate of this embodiment.
On trouve que la variation continue du facteur de réflexion est réduite significativement pour des épaisseurs optiques moyennes équivalentes au quart ou plus de la longueur d'onde centrale. Plus l'épaisseur optique moyenne est élevée, plus l'effet est grand. Il est des plus préférables que l'indice de réfraction It is found that the continuous variation of the reflection factor is significantly reduced for average optical thicknesses equivalent to a quarter or more of the central wavelength. The higher the average optical thickness, the greater the effect. It is more preferable than the refractive index
varie de façon linéaire.varies in a linear fashion.
La figure 7 est une représentation graphique montrant la variation du facteur de transmission spectral de la couche d'isolation intermédiaire, en fonction Fig. 7 is a graphical representation showing the variation of the spectral transmittance of the intermediate insulation layer, based on
de la longueur d'onde, dans ce mode de réalisation. of the wavelength, in this embodiment.
On change de diverses manières les rapports de mélange dans le gaz de pulvérisation cathodique de l'argon, de l'oxygène et de l'azote, conformément aux conditions suivantes: (a) 10: 0,005: 0, (b) 10: 0: 0,02, (c) 10: The mixing ratios in the argon, oxygen and nitrogen sputtering gas are varied in various ways in accordance with the following conditions: (a) 10: 0.005: 0, (b) 10: 0 : 0.02, (c) 10:
0: 0,1, (d) 10: 0,2: 0,05, et (e) 10: 0: 0,05. 0: 0.1, (d) 10: 0.2: 0.05, and (e) 10: 0: 0.05.
On trouve que les caractéristiques spectrales de transmission sont plates lorsque le rapport de mélange de gaz de pulvérisation correspond à (d) ou (e). Ces rapports sont compris dans une plage qui permet de changer le facteur de réflexion de façcon continue de la valeur de 2,00 de l'ITO, jusqu'à la valeur de 1,51 du substrat en verre. La transparence pour la lumière devient mauvaise dans les cas (a), (b) et (c), du fait de la médiocre transmission spectrale dans le domaine The spectral transmission characteristics are found to be flat when the mixing ratio of the sputtering gas corresponds to (d) or (e). These ratios are within a range that allows the continuous mode reflectance factor to be changed from the 2.00 value of the ITO to the 1.51 value of the glass substrate. The transparency for the light becomes bad in the cases (a), (b) and (c), because of the poor spectral transmission in the field
des courtes longueurs d'onde.short wavelengths.
L'analyse par spectrométrie de masse d'ions secondaires fait apparaître que la couche d'isolation intermédiaire précitée, dont l'indice de réfraction est changé d'une manière continue en utilisant le SiAION, empêche aussi la diffusion de métaux alcalins du verre à base de soude servant de substrat en verre, et qu'elle a en outre un effet supérieur à celui d'une couche d'oxyde The analysis by secondary ion mass spectrometry reveals that the above-mentioned intermediate insulating layer, the refractive index of which is continuously changed using SiAION, also prevents the diffusion of alkali metals from the glass. soda base serving as a glass substrate, and that it also has an effect greater than that of an oxide layer
d'aluminium A1203 ou d'oxyde de silicium SiO2. A1203 aluminum oxide or SiO2 silicon oxide.
il Comme mentionné ci-dessus, la couche intermédiaire a un changement continu de l'indice de réfraction et est apte à réduire le facteur de réflexion si l'épaisseur optique est équivalente au quart ou plus de la longueur d'onde centrale du spectre d'émission. C'est pourquoi une couche intermédiaire de ce genre à plus grande épaisseur de couche a également pour effet de réduire le facteur de réflexion indépendamment de la longueur d'onde centrale, ce qui permet d'appliquer efficacement la couche à un élément émetteur de lumière coloré à As mentioned above, the intermediate layer has a continuous change in the refractive index and is able to reduce the reflection factor if the optical thickness is equivalent to a quarter or more of the center wavelength of the spectrum. 'program. That is why such a layer-thicker intermediate layer also has the effect of reducing the reflection factor irrespective of the central wavelength, thereby effectively applying the layer to a light-emitting element. colorful to
couches minces.thin layers.
Suivant le premier mode de mise en oeuvre de l'invention, il est prévu une couche d'isolation intermédiaire ayant une valeur spécifique d'indice de réfraction qui est comprise entre celles du substrat en verre et d'une électrode transparente ayant une épaisseur optique, produit de l'indice de réfraction par l'épaisseur de la couche, équivalant à 0,25 à 0,5 fois la longueur d'onde centrale d'une lumière émise. Dans le deuxième mode de réalisation de l'invention, il est prévu que la couche d'isolation intermédiaire a une valeur d'indice de réfraction qui varie de façon continue de celle du substrat en verre à celle de l'électrode transparente, avec une épaisseur optique moyenne équivalant à 0,25 fois, ou plus, According to the first embodiment of the invention, there is provided an intermediate insulation layer having a specific value of refractive index which is between those of the glass substrate and a transparent electrode having an optical thickness. , produces the refractive index by the thickness of the layer, equivalent to 0.25 to 0.5 times the central wavelength of an emitted light. In the second embodiment of the invention, it is provided that the intermediate insulation layer has a refractive index value which varies continuously from that of the glass substrate to that of the transparent electrode, with a average optical thickness equivalent to 0.25 times, or more,
la longueur d'onde centrale de la lumière émise. the central wavelength of the emitted light.
Ces couches intermédiaires donnent des facteurs de réflexion significativement réduits pour des lumières incidentes suivant des angles très répartis, ce qui permet à des éléments émetteurs de lumière à couches minces de These intermediate layers provide significantly reduced reflectance factors for incident lights at widely distributed angles, allowing thin-film light emitting elements to
donner une visibilité excellente pour de grands angles de vue. give excellent visibility for large angles of view.
En outre, la pulvérisation cathodique dans le deuxième mode de réalisation est l'élément émetteur de lumière à couches minces ayant par pulvérisation cathodique RF de SiAION, par l'utilisation d'argon gazeux, d'oxygène gazeux et d'azote gazeux, avec un changement continu de la concentration en oxygène. Par cette pulvérisation cathodique, il se forme une couche d'isolation intermédiaire à variation continue de l'indice de réfraction, ce qui donne aisément un élément émetteur de lumière à couches minces d'une excellente visibilité. En outre, une pulvérisation cathodique avec un rapport donné à l'avance d'argon gazeux, d'oxygène gazeux et d'azote gazeux donne une couche intermédiaire pour un élément émetteur de lumière à couches minces ayant une transparence excellente et apte à empêcher toute diffusion de sodium hors d'un substrat en verre. La couche d'isolation intermédiaire peut aussi être formée par exemple en Further, the cathode sputtering in the second embodiment is the SiAION RF thin-film emitter element, by the use of argon gas, oxygen gas and nitrogen gas, with a continuous change in the oxygen concentration. This cathodic sputtering forms a continuously variable intermediate insulation layer of the refractive index, which easily gives a thin-film emitting element of excellent visibility. Further, a cathode sputtering with a given ratio of argon gas, oxygen gas and nitrogen gas in advance gives an intermediate layer for a thin film emitter element having excellent transparency and capable of preventing any sodium diffusion out of a glass substrate. The intermediate insulation layer can also be formed for example in
12 271526212 2715262
changeant les rapports de mélange des gaz consistant en argon, en oxygène et en changing the mixing ratios of gases consisting of argon, oxygen and
azote de 10: 0: 0,5 à 10: 0,2: 0,05. nitrogen from 10: 0: 0.5 to 10: 0.2: 0.05.
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