JPS6010395B2 - 薄膜ｅｌ素子の記憶読み出し方法 - 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
でサンドィッチした三層構造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比のＡＣ電圧印加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
つ薄膜由Ｌ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
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
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
し方法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山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Ｚが層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、蒸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にリード線など
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。

機軸は、薄膜ＥＬ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０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、
発光輝度氏を消去輝度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
ＥＬ素子は第２図に示す消去輝度Ｂｅの点Ｓで発光し、
この消去輝度茂をパルス列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川こより
書き込み輝度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に小さくして印加電圧を下げ、あるし、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
去輝度茂の点Ｒを通過した後、次の交流維持パルス列Ｐ
ｓによって消去輝度氏の点Ｓに落ちつき、この輝度Ｂｅ
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Ｖ
ｓの時に書き込み輝度氏と消去輝度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＆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）、印加維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の界面近辺に掃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、電子トラップ
準位近辺を通過する伝導電子の掃引速度が低く、印加電
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の電子トラップ準＆に再トラツプされる確率の方
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素子は消去輝度技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、電子ビ
ーム、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、コトリクス形状な
どに形成されている場合に比べ亀極の製作が容易で、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の電圧パルス列肥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Ｅ
Ｌ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、薄膜由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には分極緩和電流は流れない
。

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と氏の間
）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、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ィ
ンピ−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。ま
た適当な装置により、照射する電子ビームの照射位置を
制御すれば、薄膜ＥＬ素子の希望する部分の記憶情報を
検出できる。第４図は、本発明の実施を行なうための装
置の一部を表わすブロック図で、薄膜ＥＬ素子の記憶情
報を表わす分極緩和電流信号を検出する装置である。

第１図に示した薄膜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を直列接続する
。薄膜ＥＬ素子８には前記分極緩和電流信号を選択的に
検出するためにゲート回路１１を適当な増幅器１０を介
して接続する。もっとも、増幅器１川ま必ずしも必要で
はない。ゲート回路１ １に入力される信号には前記分
極緩和電流信号以外にも過渡電流信号や分極電流信号が
ある。そのため記憶情報信号を表わす分極緩和電流信号
だけを検出するには印加電圧パルスと電子ビーム照射の
両方のタイミングでゲート回路を開く必要がある。すな
わち印加電圧パルスのタイミングパルス１２を印加電圧
が０の時に出し、電子ビームの照射タイミングパルス１
３を電子ビームの照射された時に出し、両タイミングパ
ルス１２，１３が出された時だけゲート回路１１を開け
ばよい。

ゲート回路１１を通過した薄膜ＥＬ素子の電子ビーム照
射部の記憶情報信号１４は適当な表示器や記録器（共に
図示せず）により表示（読み出し）や記録される。第４
図にて説明した分極緩和電流信号検出器を表示装置に組
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図にブロック図で示す。

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素子配置位置と
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１７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。薄膜由Ｌ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、ゲート回路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１１は薄膜ＥＬ素子８と増
幅器１０を介して接続されている。上記構成より成る薄
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Ｖｓ）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
２２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、薄膜甲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。電子ビームは薄膜由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器２３により
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の記憶情報信号１
４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
るとその部分は消去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、表示、記憶され
た情報を電気的に位直選択して読み出すことを可能にす
るものである。

このため従来のマトリクス型などの電極と比べ電極の製
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。本発明の方法の利用により、薄膜苗
Ｌ素子の持っている記憶機能を有効に利用して、電子ビ
ームによる書き込み、読み出し、消去が可能となり、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Ｐｓ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は薄膜ＥＬ
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それぞれ表わしている。第４図は本
発明の実施を行なう装置の一部を表わすブロック図、第
５図は本発明の実施を行なう装置の１例を表わすブロッ
ク図。１・・・・・・ガラス基板、２・・・・・・透明
電極、３・・・・・・下部薄膜絶縁層、４・・・・・・
薄膜肇鷹層、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、１６・・・・・・フオーカス用電
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。 多／図 多２図 第３図 多々図 多づ図

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素子に印加する交流維持電圧が０の時に電
   子ビームを薄膜ＥＬ素子に照射し、薄膜ＥＬ素子の電子
   ビーム照射対応点に生じる電流により薄膜ＥＬ素子に記
   憶された情報を検出することを特徴とする薄膜ＥＬ素子
   記憶読み出し方法。