JPS6010394B2 - 薄膜ｅｌ素子の記憶読み出し装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＭｎをドープしたＺｎＳ、ＺｎＳｅなどの半導体発光薄
膜をＹ２０３、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔｉ０２などの誘電体薄膜
でサンドイッチした三層構造ＺｎＳ：Ｍｎ（あるいはＺ
ｎＳｅ：Ｍｎ）薄膜ＥＬ素子（以下、単に薄膜ＥＬ素子
と称する）は数Ｋ世のＡＣ電圧印力０によって高輝度発
光し、しかも長寿命であるという特徴をもっている。

また、この薄膜ＥＬ素子の発光に関しては、印加電圧を
昇圧してゆく過程と高電圧側より降圧してゆく過程で同
じ印加電圧値に対して発光輝度が異なるヒステリシス特
性をもつことが発見された。このヒステリシス特性をも
つ薄膜ＥＬ素子に印加電圧を昇圧する過程において、光
、電子ビーム、電界、熱などが付与されると、薄膜ＥＬ
素子はその強度に対応した発光輝度の状態に励起され、
光、電子ビーム、電界、熱などを除去しても、発光輝度
が高くなった状態に留まるメモリー現象が存在すること
が知られている。そして、このメモリー現象を有効に活
用して薄膜ＥＬ素子をメモリー素子として利用する薄膜
ＥＬ素子応用技術が現在産業界などで研究開発されてい
る。本発明は、印放電圧に対する発光輝度特性にヒステ
リシス現象を示すこの三層構造薄膜ＥＬ素子を表示素子
としてだけでなく、特に記憶素子として利用した場合の
、記憶情報の読み出し装置に関するものである。

まず、本発明に使用する三層構造薄膜ＥＬ素子の構造を
第１図により説明する。

ガラス基板１の上部にＳｎ０２や１〜０３などの透明電
極２が配置されている。さらに、その上にはＹ２０３、
Ｓｉ３Ｎ４などよりなる下部薄膜絶縁層３、Ｍｎがドー
プされ発光層となる薄膜乾盃層４、前記層３と同様の材
質よりなる上部薄膜絶縁層５、およびＡＩなどの金属よ
りなる背面電極６がこの順で形成されている。これらの
各層のうち少なくとも下部薄膜絶縁層３、薄膜ＺｎＳ層
４、上部薄膜絶縁層５は、葵着法やスパッタ法などによ
り順次被着形成されている。透明電極２および背面電極
６は薄膜ＥＬ素子に印加する交流電源７にＩＪ−ド線な
どで接続されている。透明電極２および背面電極６は全
面的に形成されており、セグメント形状あるいはマトリ
クス形状には形成されていない。第２図は本発明に使用
する薄膜ＥＬ素子の印加電圧に対する発光輝度特性を示
す図である。

横軸は、薄膜由Ｌ素子に印加する交流電圧のパルスの振
幅（ピーク値）Ｖを、縦軸はその時の発光輝度Ｂをそれ
ぞれあらわしている。この図より明らかなように、印加
交流電圧パルスの振幅を増加（電圧を上昇）させてゆく
ときの薄膜ＥＬ素子の発光輝度（曲線１で示す）と、印
加交流電圧パルスの振幅を減少（電圧を降下）させてゆ
くときの薄膜ＥＬ素子の発光輝度（曲線ロで示す）との
間には顕著なヒステリシス現象が存在する。今、同一印
加電圧値において電圧上昇時の発光輝度Ｂｅと、電圧降
下時の発光輝度Ｂｗとの差が十分に大きいような電圧を
維持電圧Ｖｓに選ぶ。

この維持電圧の波形を第３図のａに示す。また、以降発
光輝度茂を消去輝度Ｂｅ、発光輝度Ｂｗを書き込み輝度
Ｂｗと称する。薄膜ＥＬ素子を第３図のａに示す交流維
持電圧パルス列Ｐｓ（振幅Ｖｓ）で駆動する時、薄膜Ｅ
Ｌ素子は第２図に示す消去輝度Ｂｅの点Ｓで発光し、こ
の消去輝度＆をパルス列Ｐｓで維持する。

次に交流維持電圧パルス列Ｐｓの振幅を瞬間的に大きく
して印加電圧を上げ、あるいは交流維持電圧パルス印加
時に、光、電子ビーム、熱などを瞬間的に付与すると、
薄膜ＥＬ素子は瞬間的に第２図のＰ点に相当する発光輝
度Ｂ′ｗで発光し、次の交流維持パルスで曲線０により
書き込み綾度Ｂｗの点Ｑで安定となり、この書き込み輝
度Ｂｗを維持する。（発光メモリー状態）薄膜ＥＬ素子
に交流維持電圧Ｖｓのパルス列Ｐｓの印加時に、光、電
子ビーム、熱あるいはＶｓよりも高い電圧が付与される
と、薄膜ＥＬ素子の薄膜ＺｎＳ層４中の電子トラッブ準
位に捕獲されていた電子が各強度に相当する数だけ伝導
帯中に励起され伝導電子となって薄膜ＺｎＳ層４中を走
行する。

そして、その途中で薄膜ＺｎＳ層４中のＭｎ発光センタ
ーを励起、発光させるため、薄膜ＥＬ素子の発光輝度は
増加する。一方このようにして発光メモリー状態にある
薄膜ＥＬ素子の交流維持パルスの振幅を瞬間的に消去電
圧Ｖｅに４・さくして印加電圧を下げ、あるいは、交流
維持パルスの休止時（印加電圧が０の時）に、光、電子
ビーム、熱などを付与すると、薄膜ＥＬ素子は瞬間、消
去輝度長の点Ｒを通過した後、次の交流維持パルス列Ｐ
ｓによって消去輝度Ｂｅの点Ｓに落ちつき、この輝度Ｂ
ｅを維持する。

（消去メモリー状態）また、上記薄膜ＥＬ素子の発光、
消去にあたり、付与する電圧、光、電子ビーム、熱など
の大きさや強さを適当に選択すれば、維持電圧Ｖｓの時
に書き込み輝度技と消去輝度Ｂｗの間で任意の中間調の
輝度が得られる。維持電圧Ｖｓにより薄膜ＥＬ素子が、
発光輝度Ｂｗまたは技に維持されるのは次の理由による
ものと考えられる。すなわち、維持電圧Ｖｓ印加時に書
き込み手段として光、電子ビーム、熱などが付与され、
または維持電圧より高い電圧が印加されると薄膜ＺｎＳ
層４と薄膜絶縁層３または５の界面近辺に伝導電子が掃
引され、薄膜由Ｌ素子は分極される。付与した光、電子
ビーム、熱または前記の高い電圧などを除去しても薄膜
ＺｎＳ層４と薄膜絶縁層３または５の界面近辺に掃引さ
れた伝導電子は、界面近辺の界面準位に捕獲（分極）さ
れており、次の維持パルス印加によって界面準位より伝
導帯に抜け出し薄膜ＺｎＳ層４を走行して他方の界面に
達する。このとき、薄膜ＺｎＳ層４中のもとの電子トラ
ップ近辺を通過する伝導電子に対しては、もとの電子ト
ラツプ準位に再トラップされる確率よりも他方の界面に
掃引される確率の方が高い。これは維持パルスによる電
界によって伝導電子が高速度になっているためである。
このため薄膜ＥＬ素子は書き込み輝度Ｂｗを維持し、発
光メモリー状態を維持する。また、薄膜由Ｌ素子内に発
生した分極もまた維持される。薄膜ＥＬ素子が発光メモ
リー状態にあるとき（分極しているとき）、印加給持電
圧パルスの休止時（印加電圧が０の時）に、光、電子ビ
ーム、熱または消去電圧Ｖｅを付与すると、薄膜ＺｎＳ
層４と薄膜絶縁層３または５の界面近辺に嶺引された伝
導電子は解放され、分極は緩和される。

このため、次の維持パルスを印加しても、電子トラツプ
準位近辺を通過する伝導電子の掃引速度が低く、印如電
界によって他方の界面に掃引される確率よりも薄膜Ｚｎ
Ｓ層４の電子トラツプ準位に再トラップされる確率の方
が高くなる（分極の再形成は行なわれない）。したがっ
て薄膜ＥＬ素子は消去輝度茂で安定し消去メモリー状態
を維持する。また、書き込み時に付与される光、亀子ビ
−ム、熱あるいは電界が前記強度と異なるときは、伝導
電子はその強度に応じて掃引（分極）され、薄膜ＥＬ素
子はその量に対応する輝度で発光する。

電極が全面的に形成されている場合、マトリクス形状な
どに形成されている場合に比べ電極の製作が容易で、し
かも鮮明な情報を表示、記憶することができるが、電気
的に記憶情報を位置選択して読み出すことは不可能であ
った。

本発明は、薄膜ＥＬ素子に電子ビームを位置選択して照
射し、この時薄膜ＥＬ素子より得られる分極緩和電流の
有無およびその大きさにより薄膜ＥＬ素子の記憶情報を
読み出すものである。第３図は、第４図に示す読み出し
回路要部ブロック図における各タイミングを説明する図
である。

ａは薄膜ＥＬ素子に印加する交流維持電圧源７の電圧パ
ルス打肥ｓの波形を、ｂは薄膜ＥＬ素子に照射する電子
ビームの照射を、ｃは第１図に説明した薄膜ＥＬ素子８
の分極量を、ｄは薄膜ＥＬ素子８より抵抗Ｒに代表され
る負荷インピーダンス９に流れる電流の波形をそれぞれ
示している。薄膜ＥＬ素子が消去メモリー状態にあると
き（期間Ａ）、電圧パルス列Ｐｓの印加時に薄膜ＥＬ素
子８を流れる電流は薄膜ＥＬ素子８内の過渡電流だけで
ある。維持電圧パルス列Ｐｓの印加タイミングに合わせ
て電子ビームを照射すると（期間Ｂ）薄膜虫Ｌ素子８は
発光し、素子内には、分極が発生する。（発光メモリー
状態）このとき、負荷インピーダンス９には前記過渡電
流以外に薄膜ＥＬ素子８内に発生した分極による分極電
流も流れるため負荷インピーダンス９を流れる電流の波
形は変わる。また、この発光メモリー状態は第３図ａに
示す維持電圧パルス列Ｐｓの維持電圧Ｖｓにより維持さ
れる。薄膜ＥＬ素子８が発光メモリー状態にあるとき、
印加交流維持電圧パルス列Ｐｓの休止時（印加電圧が０
の時）に電子ビームを薄膜ＥＬ素子８に照射すると（期
間Ｃ）、薄膜ＥＬ素子８内に形成された分極は緩和され
、薄膜駐Ｌ素子８は消去する。

（消去メモリー状態）この時負荷ィンピ−ダンス９には
薄膜ＥＬ素子８内の分極を緩和する分極緩和電流が流れ
る。薄膜ＥＬ素子８が消去メモリー状態のとき、印加交
流維持電圧の休止時（期間Ｄ）に、電子ビームを照射し
ても負荷インピーダンス９には分極緩和亀流は流れない
。

もっとも薄膜ＥＬ素子８に照射する電子ビームが強力な
場合、電子ビームの照射だけで（印加電圧が０の時でも
）薄膜ＥＬ素子８が発光メモリー状態になるが、本実施
例の場合電子ビームはそれほど強力でないものとする。
薄膜ＥＬ素子８が中間調の発光（発光輝度Ｂｗと技の間
）をしているときは、印加電圧が０のとき電子ビームを
照射すればへその分極量に応じて負荷インピーダンス９
に分極緩和電流が流れる。したがって薄膜ＥＬ素子に印
加する電圧が０の時に電子ビームを照射すれば、薄膜由
Ｌ素子の電子ビーム照射対応部の分極緩和電流が負荷イ
ンピーダンス９に流れ、その有無大小により薄膜ＥＬ素
子の電子ビーム照射対応部の記憶情報を検出できる。本
発明は上記の分極緩和電流を検出することにより薄膜由
Ｌ素子に記憶された情報を読み出す装置に関するもので
ある。

第４図はその要部を示すフロツク図である。前記第１図
の薄膜ＥＬ素子８に交流維持電圧源７と抵抗Ｒに代表さ
れる負荷インピーダンス９が直列接続されている。薄膜
ＥＬ素子８には、前記分極緩和電流信号を選択的に通過
させるゲート回路１１が適当な増幅器１０（これは必ず
しも必要ではない）を介して接続されている。ゲート回
路１１は印加交流維持電圧パルスのタイミングパルス１
２と電子ビームの照射タイミングパルス１３とにより開
閉を制御する。ゲート回路１１を選択的に通過した前記
分極緩和電流信号１４を表示・記録する適当な表示器あ
るいは記録器（共に図示せず）がゲート回路１１に接続
されている。薄膜ＥＬ素子８の記憶情報を示す分極緩和
電流信号１４を選択的に通過させるには次のように操作
する。

すなわち印加交流電圧パルスのタイミングパルス１２を
印加電圧が０の時に発射し、電子ビームの照射タイミン
グパルス１３を電子ビームを照射した時に発射する。そ
して両タイミングパルス１２，１３が発射されたときに
ゲート回路１１を開き、前記信号１４を通過させる。こ
の信号１４の有無、大小により薄膜由Ｌ素子８の露子ビ
ーム照射対応位置の記憶情報の読み出しができる。この
分極緩和電流信号１４はゲート回路１１に接続された適
当な表示器、記録器（共に図示せず）により表示（読み
出し）、記録される。以上に詳説した薄膜ＥＬ素子の記
憶読み出し装置の要部を表示装置に組み込み、電子ビー
ムの照射位置制御を可能にしたものを第５図に示す。ブ
ラウン管（ＣＲＴ）１５内の表示部相当領域に第１図に
示す構造を有する薄膜ＥＬ素子８を配置する。すなわち
ガラス基板１がブラウン管１５の表示部に相当する。ま
たブラウン管１５の外周部で薄膜由Ｌ素子配置と対向す
る位置にフオーカス用電磁コイル１６およびＸＹ方向偏
向コイル１７を設ける。フオーカス用電磁コイル１６は
電子ビームフオーカス信号１８と接続され、ＸＹ方向偏
向コイル１７は×方向偏向増幅器１９、Ｙ方向偏向増幅
器２０と接続されている。また、ＸＹ方向偏向コイル１
７は外部変調信号２１と接続される走査信号発生器２２
により偏向増幅器１９，２０を介して電子ビームの偏向
制御を行なう。薄膜ＥＬ素子８の透明電極２および背面
電極６は交流維持電圧源７、消去信号発生器２３と接続
され維持および消去のパルス電圧が印加される。消去信
号発生器は消去を容易にするためのもので必ずしも必要
なものではない。交流維持電圧源７および消去信号発生
器２３は走査信号発生器２２と接続され、走査信号発生
器２２よりの同期信号が供給される。ブラウン管１５内
の薄膜ＥＬ素子配置位置と対向する位置には電子ビーム
発生装置２４が実装され、走査信号発生器２２により輝
度制御信号が供給される。走査信号発生器２２からはさ
らに、ゲ−ト回路１１へ印加交流電圧パルスのタイミン
グパルス１２を送る読み出し、インバーター回路２５が
接続されている。

ゲート回路１１の開閉を制御するもう一方の信号である
電子ビームの照射タイミングパルス１３を送る電子ビー
ム走査位置タイミング発生器２６がＸＹ方向偏向増幅器
１８，１９を介して走査信号発生器２２より接続されて
いる。そして、ゲート回路１ １は薄膜由Ｌ素子８と増
幅器ｌｏを介して接続されている。上記礎成より成る薄
膜ＥＬ表示、読み出し装置の動作は次の要領で行なわれ
る。

書き込みの場合、走査信号発生器２２より発生する信号
に同期して交流維持電圧源７より薄膜ＥＬ素子に維持電
圧パルス（電圧ｙｓ）が印加される。このときの発光輝
度は第２図における消去輝度Ｂｅである。次に表示を希
望するパターンの電気信号を外部変調信号２１で発生さ
せ、走査信号発生器２２を介して電子ビーム発生装置２
２に供給する。電子ビーム発生装置２２は電子ビームを
ブラウン管１５内でブラウン管１５の表示領域に位置す
る薄膜ＥＬ素子８に照射する。電子ビームはフオーカス
用電磁コイル１６の作用でフオーカスされ、鋭い１本の
ビームとなって薄膜ＥＬ素子８に照射される。またこの
時走査信号発生器２２で電子ビームの強度調整が行なわ
れ、薄膜由Ｌ素子の発光輝度が制御される。電子ビーム
を照射するタイミングは印加交流電圧パルスの印加時で
ある。電子ビームは薄膜重Ｌ素子８の背面電極６側より
照射されることになるが、この状態でＸＹ方向偏向コイ
ル１７により電子ビームを背面電極６の表面上のＸＹ方
向に掃引すると、電子ビーム照射部分は励起され、第２
図に示された線に沿って点Ｐに相当する発光輝度Ｂｗで
発光し次の維持電圧パルスにより発光輝度（書き込み輝
度）Ｂｗで安定する。電子ビームの照射されていない部
分は消去輝度技のままであるので、薄膜ＥＬ素子のガラ
ス基板１側より高輝度発光部の表示パターンが観察され
る。表示パターンは文字、図形、記号、連続模様などを
希望する態様で広範囲に選択できる。もちろん照射する
電子ビームの強さを調節すれば輝度の調整も可能である
。また表示面全域を高輝度発光させることも可能である
。表示を消去させるには消去信号発生２３にまり消去電
圧パルスを印加すれば、薄膜ＥＬ素子は全部同時に消去
される。

次に読み出しをする場合は印加する交流維持電圧が０の
時に同期させて電子ビームを照射する。

電子ビーム走査位置タイミング発生器２６により、電子
ビームの照射位置および照射タイミングを制御する。ま
た読み出し、インバーター回路２５で印加パルスとの同
期を制御する。そして薄膜ＥＬ素子８の書きこみ情報信
号１４が位置制御されてゲート回路１１より検出される
。読み出しのために電子ビームを薄膜ＥＬ素子８上に掃
引するとその部分は消失メモリー状態となる。なお、電
子ビームで書き込む代わりに光でガラス基板１側から情
報を書き込み背面電極６側から電子ビームで読み出すこ
とも可能である。

本発明は透明電極、背面電極ともに全面に形成された薄
膜ＥＬ素子を利用した表示器において、書き込み情報を
電気的に位置選択して読み出すことを可能にするもので
あり、従釆のマトリクス型電極のものと比べ電極の製作
が容易となるだけでなく、はるかに鮮明な情報を得るこ
とが可能となる。

本発明は薄膜ＥＬ素子の持っている記憶機能を利用して
、電子ビームによる書き込み、読み出し、消去を可能に
するものであり、薄膜ＥＬ素子の利用分野をさらに広げ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用する三層構造薄膜ＥＬ素子の一部
切り欠き斜視図、第２図は薄膜ＥＬ素子の印加電圧に対
する発光輝度特性を示す図である。 第３図はタイミングを説明する図で、ａは薄膜ＥＬ素子
に印加する交流維持電圧パルス列Ｐｓの波形を、ｂは薄
膜ＥＬ素子に照射する電子ビ−ムの照鮒を、ｃは薄膜Ｅ
Ｌ素子の分極量を、ｄは負荷インピーダンス（抵抗Ｒ）
に流れる電流の波形を表わしている。第４図は本発明の
薄膜ＥＬ素子記憶読み出し装置の読み出し信号検出回路
のブロック図、第５図は本発明の薄膜ＥＬ素子記憶読み
出し装置の１例のブロック図である。１・・・…ガラス
基板、２・…・・透明電極、３・・・・・・下部薄膜絶
縁層、４・・…・薄膜に船層、５・・・・・・上部薄膜
絶縁層、６・・・・・・背面電極、９・・・…負荷イン
ピーダンス、１１・・・・・・ゲート回路、１５・・・
・・・ブラウン管、１６…・・・フオ−カス用電磁コイ
ル、１７・・・・・・ＸＹ方向偏向コイル、２１・・・
・・・外部変調信号、２２・・・・・・走査信号発生器
。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 絶縁層−発光層−絶縁層から成る三層構造部を持ち
   、印加電圧に対する発光輝度特性にヒステリシス現象を
   示す薄膜ＥＬ素子と、該薄膜ＥＬ素子に対向する位置に
   配置した電子ビーム発生装置と、薄膜ＥＬ素子の印加電
   圧が０のとき電子ビームを薄膜ＥＬ素子に照射する装置
   と、薄膜ＥＬ素子に照射する電子ビームの照射位置制御
   装置と、前記薄膜ＥＬ素子の電極間に生ずる電流を選択
   的に通過させる装置とを持つことを特徴とする薄膜ＥＬ
   素子の記憶読み出し装置。