JPS6010630B2 - 薄膜ｅｌ表示装置の消去方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発光輝度の対印加電圧特性に於いてヒステリシ
ス現象を呈する三層構造薄膜ＥＬ素子において、該薄膜
ＥＬ素子に電子ビームによる表示パターンの部分消去す
ることに特徴を有する薄膜ＥＬ表示の消去方法に関する
ものである。

ＭｎをドープしたＺｎＳ，ＺｎＳｅ等の半導体発光薄膜
をＹ２０３，Ｓｉ３Ｎ４，Ｔｉ０２等の誘電体薄膜でサ
ンドイッチした三層構造ＺｎＳ：Ｍｍ（又はＺｎＳｅ：
Ｍｎ）薄膜ＥＬ素子は数ＫＨＺ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有して
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
していく過程と高電圧側より降圧していく過程で同じ印
加電圧値に対して発光輝度が異なるといったヒステリシ
ス特性を有していることが発見され、このヒステリシス
特性を有するＥＬ素子に印加電圧を昇圧する過程に於い
て、光、電界、熱等が付与されると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、電界、熱等
を除去して元の状態に戻しても発光輝度が高くなった状
態に留まるといった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Ｅ
Ｌ素子をメモリー素子として利用するＥＬ素子応用技術
が現在産業界等で研究開発されている。第１図は本発明
の１実施例として使用するＺｎＳ薄膜ＥＬ素子の構造を
示す一部切教斜視図である。

通常、ガラス基板１上にｌｎ２０３又はＳｎ０２よりな
る下部電極Ｚ，Ｙ２Ｑ，Ｓｉ３Ｎ４又はＴｉ０２よりな
る薄膜絶縁層３，Ｍｎがドープされ、発光層となる薄膜
２ｎＳ層４，Ｙ２Ｑ，Ｓｉ３Ｎ４又はＴｊ０２よりなる
上部薄膜絶縁層５，ＡＩ等の金属より成る背面電極６が
蒸着法等により【頂次積層形成されている。透明電極２
及び背面電極６はリード線で電源部７に接続されている
。図より分るように電極２及び６は全面に形成されてお
り、セグメント又はパターン形状に形成されていない。
薄膜ＥＬ素子の１例としてＭｎをドープしたＺｎＳ：Ｍ
ｎ薄膜ＥＬ素子の印加電圧に対する発光輝度特性を第２
図に示す。

機軸は印加交流電圧パルスの振幅（ピーク値）Ｖを、縦
軸は発光輝度Ｂを表わしている。この第２図から明らか
な様に、印加パルスの電圧を上昇していくときのＥＬ素
子の発光輝度（曲線１で示す）と、電圧を降下していく
ときの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。又、第３図は第
２図に於ける薄膜虫Ｌ素子に印加される印加交流電圧パ
ルスの電圧波形を示すものである。第４図は薄膜ＥＬ素
子の発光波形図を示す。ある一定の電界を印加されたＥ
Ｌ素子に書き込み手段として光、熱、又は電界が照射あ
るいは印加されるとＺｎＳ：Ｍｎ発光層中の電子トラツ
プ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ＺｎＳ：Ｍｎ層を
走行する。

そしてその途中でＭｎ発光センタ−を励起、発光させる
為ＥＬ素子の発光輝度は増加する。従って、今、同一印
加電圧値に於いて電圧上昇時の発光輝度技と、電圧下降
時の発光輝度Ｂｗとの差が十分に大きい点の電圧値Ｖｓ
（維持電圧）を選び、第３図に示す如く、Ｖｓを振幅と
する交流パルス列Ｐｓで上記ＥＬ素子を駆動するときＥ
Ｌ素子は発光輝度氏をこのパルス刃肥ｓに依って維持す
る。

次に、交流パルス列Ｐｓの振幅を第３図に示すように瞬
間的に変調して電圧値の高い書き込み電圧Ｖｗを持つパ
ルスのＰｗをＥＬ素子に印加すると、素子は書き込み電
圧Ｖｗに対する発光輝度則ち第２図に於けるＰ点の瞬間
輝度虫′ｗで発光した後、次の交流維持パルスにて曲線
川こより書き込み輝度Ｂｗの点Ｑで安定となり、この輝
度Ｂｗを維持する（発光メモリー状態）。一方、このよ
うにして書き込み状態を維持している交流維持パルス乳
肥ｓの振幅をさらに変調して十分に低い消去電圧Ｖｅを
持つパルスＰｅをＥＬ素子に印加すると、ＥＬ素子は瞬
間、消去輝度技の点Ｒを通過した後、次の交流維持パル
ス列Ｐｓにて消去輝度Ｂｅに落ちつき、この輝度茂を維
持して、消去及び消去状態を維持する（消去メモリー状
態）。

また上記書き込み、消去にあたって書き込み、あるいは
消去電圧ｙｗ，Ｖｅを任意に選択すると、輝度Ｂｗ，Ｂ
ｅの間での上記電圧に対応した任意中間調の輝度が得ら
れる。書き込み電圧Ｖｗ，消去電圧Ｖｅの印加によりＥ
Ｌ素子の発光輝度が書き込み輝度Ｂｗ‘こ維持され、あ
るいは書き込み輝度虫ｗが消去される原因は次の理由に
よるものと考えられる。

即ち、書き込み手段として照射あるいは印加された光、
熱、又は電界を除去してもＺｎＳ：Ｍｍ層と誘電体膜の
界面近傍に掃引された伝導電子は界面近傍の界面準位に
捕獲されており次の維持パルス印加によって界面準位よ
り伝達帯に抜け出しＺｎＳ：Ｍｎ層を走行して他方の界
面に達する。その際ＺｎＳ：Ｍｎ層中のもとの電子トラ
ップ近傍を通過する伝導電子に対してはもとのトラツプ
準位に再トラツ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となっているためである。このた
め発光輝度は元の状態に戻らずメモリー現象を呈するこ
ととなる。次に消去電圧を印加すると電子トラップ準位
近傍を通過する伝導電子の掃引速度が低くなり、印加電
界によって他方の界面に掃引される確率よりもＺｎＳ：
Ｍｎ層中のもとの電子トラップ準位に再トラップされる
確率が高くなる。

従ってメモリー消去が行なわれることになる。以上詳説
した事項は従来薄膜ＥＬ素子の駆動方式に於いて一般的
に利用されているものであり、上記方式によりＥＬ素子
をメモリー機能を有するＥＬ素子として応用することが
できる。

本発明は薄膜ＥＬ素子が外部からの電子ビーム照射によ
り、照射強度に対応して励起発光し、また緩和消去する
という薄膜ＥＬ素子の特性を利用することにより新規か
つ有用な薄膜由Ｌ素子の表示装置を提供することを目的
とするものである。

特に本発明は電子ビームにより任意ｖ点の消去又は全面
書込み後任意の部分消去を行って反転像の表示を可能に
するものである。本発明者等は電子ビーム照射により書
込む装置及び方法を侍磯昭５２−２７７７７号（特開昭
５３−１１２０斑号公報参照）で出願しているので、こ
れを説明する。

上記第１図に示した構造の薄膜ＥＬ素子に背面電極６
側より電子ビーム８を照射する。この時薄膜ＥＬ素子は
真空容器内に置かれている。電子ビームのＺｎＳ層４に
到達する電子数、及び発生電圧を電子ビームの加速電圧
を変えて計算した結果についてここで述べる。山層等か
ら成る背面電極６の表面より深さｄに於ける一次電子の
数は次式で与えられる。但し、散乱による効果は試料が
薄膜であること、及び最小値を計算すればよいことなど
の条件から省略した。

ｎ（ｐｄ）＝〆（１一４×１び×ＺＩ／２・ｐ・ｄノＥ
。

１‐７）‐・イー） ここで、ｎ（ｐｄ）は深さｄに於ける一次電子の数、ｎ
ｏは背面電極６表面における一次電子の数、ｐは薄膜の
密度（ｇｒ／塊），Ｅｏは初期加速電圧（ＫＶ），Ｚは
薄膜の原子番号（但し、化合物ＡＢＣ…の場合、Ｚ＝Ｚ
；Ｚ Ｃｉ２ｉ，Ｃｉは重量％）１＝ｎである。

また薄膜層のある深さｄでの電圧Ｅは次式で与えられる
。

７．斑×１ぴ８ ｐｄ＝Ｎ。

２にｉｚｉ／Ｍｉ）〔Ｅｏ２Ｆ（Ｅｏ′Ｚ）１＝ｎ
一Ｅ２Ｆ（Ｅ／Ｚ）〕………（２｝但し、Ｆ（Ｅ′
Ｚ）＝ラ（１十三十も…）■・・．・・・・・・（３）
ｙ＝２．１ｎ（１７の／Ｚ） ………（４）ここで、Ｎ
ｏはアボガドロ数６．０２２×１ぴ３ｍｏｌ‐１，Ｍｉ
は原子量である。

第１図の薄膜ＥＬ素子に於いて背面電極６はＡＩ薄膜、
上部薄膜絶縁層５はＹ２０３薄膜で形成されている場合
について以下に説明する。

ｏＮ：Ｚ＝１３ 膜厚１５００Ａ Ｍ＝２６．９８ Ｐ＝２．６９ｇ／地 ｏＹ２０３：ｐ３５ｇ／の膜厚２０００ＡＹ：Ｚ＝３９ Ｍ＝８８．９１ ○：Ｚ＝８ Ｍ＝１６ 式｛１｝〜【４’を用いて加速電圧Ｅｏを変えたときの
上部絶縁層５及びＺ船層４での一次電子の数及び発生電
圧を計算した結果を各々第５図及び第６図に示す。

第５図に於いて横軸は山薄膜から成る背面電極６表面か
らの深さｄを単位りｍで示す。縦軸は最初の一次電子の
数で正規化した電子数を示す。Ｅｏは加速電圧である。
又、第６図に於いて横軸は電子ビームの加速電圧Ｅｏ，
縦軸は電子ビーム照射により生じた発生電圧Ｅを各々単
位ＫＶで示す。９はＺｎＳ層４表面での発生電圧、１０
はＹ２０３薄膜（上部絶縁層６）表面での発生電圧、１
１は初期加速電圧を示す。

加速電圧虫。

ミ７ＫＶではＺｎＳ：Ｍｎ層４に到達する一次電子の数
はほとんど零である。又、Ｚ鷹：Ｎｈのエネルギー帯が
約２瓜ＶであることよりＥｏ２舵ＶでＺｎＳ：Ｍｎ層４
を十分励起することができる。以上の計算結果より、最
加速電圧により電子ビームを加速して薄膜ＥＬ素子の背
面電極６側から照射することにより、第２図の維持パル
ス列Ｐｓに書き込み電圧Ｖｗを重畳させることなく、電
子ビームにより生じたＺ船：Ｍｎ層の内部分極効果によ
り、外部維持電圧パルス列Ｐｓで発光維持させることが
でき、このときのＥり発光をＩＱ０３等の透明電極２を
介して、ガラス基板１側から観測することができる。Ｅ
Ｌ素子に維持パルスを印加しておき、電子ビームをある
速度で掃引、強度変調して、ＥＬ素子に照射することに
より、電子ビームの変調信号に応じて文字、図形をＥＬ
素子の発光で描くことができる。

又電子ビーム照射により書き込まれた書き込み輝度を消
去する場合は前述した如く第２図、第３図に於ける維持
電圧パルスを消去電圧パルスＶ８に下げて消去を行なう
。又、電子線による書込み時維持電圧を印加せずＥＬ素
子の両端電極を電気的に短絡して電子線で照射した後、
維持電圧を印加して任意Ｖ点の書き込み維持も行ない得
る。以上詳説した事項を基にして、電子ビーム書込み、
全面同時消去する装置を第７図とともに説明する。

第７図は薄膜ＥＬ表示装置の構成図及びブロック回路で
ある。ブラウン管（ＣＲＴ）１２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素子を配置する。

即ちガラス基板１がブラウン管１２の表示部に相当する
。またブラウン管１２外周部の薄膜ＥＬ素子配置位置と
対向する位置にホーカス用電磁コイル１３及びＸＹ方向
偏向コイル１４を設ける。ホーカス用電磁コイル１３は
電子ビームホーカス信号１５と接続され、ＸＹ方向偏向
コイル１４は×方向偏向増幅器１６，Ｙ方向偏向増幅器
１７と接続されている。又ＸＹ方向偏向コイル１４は外
部変調信号１８と接続されるスキャンニング信号発生器
１９により偏向増幅器１６，１７を介して電子ビームの
偏向制御を行なう。薄膜ＥＬ素子の透明電極２及び背面
電極６は維持パルス信号発生器２０を介して消去信号発
生器２１と接続され維持及び消去用のパルス電圧が印加
される。維持パルス信号発生器２０及び消去信号発生器
２１はスキャンニング信号発生器１９と接続され、スキ
ャンニング信号発生器１９よりの同期信号供給される。
ブラウン管１２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２２が実装され、スキャンニ
ング信号発生器１９により輝度制御用信号が供給される
。上記緩成より成る薄膜ＥＬ表示装置の動作は次の要領
で行なわれる。

、スキャンニソグ信号発生器１９より発生する信号に同
期した維持パルス信号発生器２０より薄膜ＥＬ素子に維
持パルス電圧が印加される。

この時の発光輝度は第２図に於けるＢｅとなるように維
持パルス電圧値を設定する。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１８で発生させスキャンニ
ング信号発生器１９を介して電子ビーム発生装置２２に
供Ｖ給し、電子ビーム発生装置２２より電子ビームをブ
ラウン管１２内でブラウン管１２の表示領域に位置する
薄膜ＥＬ素子に照射する。澄子ビームはホーカス用電磁
コイル１４の作用でホーカスされ、鋭い１本のビームと
なって薄膜ＥＬ素子に照射される。またこの時スキャン
ニング信号発生器１９で電子ビームの強度調整が行なわ
れ薄膜ＥＬ素子の発光輝度が制御される。この場合に、
電子ビームを照射するタイミングと維持パルスのタイミ
ングの関係は第８図ａ，ｂ，ｃに示す通りで、第８図ａ
に示すように電子ビームは、第８図ｂに示す維持パルス
Ｐｓのピーク電圧が加わっているときに同期して照射さ
れる。電子ビームは維持パルスの正及び負の何れで照射
されても書込みが可能である。電子ビームは薄膜ＥＬ素
子の背面電極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１４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１回の輝度変調
された電子ビームの励起により薄膜ＥＬ素子は電子ビー
ム照射部分が第２図に於ける点Ｐを経て点Ｑの輝度Ｂｗ
で維持され、輝度Ｂｗの発光表示を行なうことになる。

以後は維持パルス電圧の印加により輝度Ｂｗの発光表示
状態を持続する。即ち薄膜ＥＬ素子は電子ビーム照射対
応領域が高輝度値Ｂｗを有し電子ビームの照射されてい
ない他の領域は低輝度値Ｂ８を有するため薄膜ＥＬ素子
のガラ基板１側より高輝度発光を呈する表示パターンが
観察される。表示パターンは文字、図形、記号、連続模
様を希望する態様で広範囲に選択できる。薄膜ＥＬ素子
の発光スベクトラムのピークは６０００Ａ付近にあり、
一方書込み時の波長依存性のピークは３５００Ａ付近に
あるので、表面側電極及び背面側電極が一面の電極であ
っても自己発光による光書込みはなく、従って高解像度
の光書込みが得られる。又表示面全域を高輝度発光させ
ることも可能である。

発光輝度ＢＷを有する発光表示は消去信号発生器２１に
より消去パルス電圧ｙｅを印加することにより全面同時
消去される。

上記薄膜ＥＬ表示装贋はブラウン管１２内に真空封入さ
れているため外気の湿気、塵、挨等の影響を受けること
なく長時間安定して使用することができる。

従ってメモリー管等の記憶表示に応用０することが可能
である。以上説明した書込み装置及び方法は、薄膜ＥＬ
素子のメモリー書込み手段として電子ビームを使用した
ものであり、従って従来の如く維持パルス列に書込み電
圧を重畳させる必要がなく、電子ビタームの照射手段は
ＥＬ素子駆動回路と独立して別個に設けることができ、
ＥＬ素子駆動回路が簡素化されることとなる。

書込み電圧を印加してＥＬ素子にメモリーを書込む従来
の書込み手段ではＥＬ素子の透明電極及０び背面電極を
帯状に成形して互いに直交する格子状のマトリックス型
電極とする必要があった。

そしてこのマトリックス型電極の交点位置が１絵素に相
当し、メモリーはマトリックス型に表示されることにな
り、表示パターンの細部に不鮮明さがタ残るという欠点
がある。しかしながら本発明による表示装置を実施すれ
ば、透明電極、背面電極ともに一枚の平板状に成形する
ことができ、電極の製作が容易となるのみならず、亀極
取出しは一箇所でよく、またメモリ０一はＥＬ素子表面
適宜位置に電子ビームを連続照射走行させることにより
ＥＬ素子全面に一様な連続模様、図形、文字、記号等を
描くことができ、表示パターンは絵素単位の表示パター
ンに比較してはるかに鮮明である。

又表示パターンの適用範園が飛躍的に向上することとな
る。表示パターンの制御は電子ビームの強調変調を調整
してＢＬ素子に照射することにより容易に制御可能であ
る。以上の通り、電子ビーム照射による書込みは非常に
有益で広範囲な利用分野を開拓するが、本発明は更にこ
の利用分野を拡げるためのものであり、電子ビーム照射
による部分消去及び反転像の表示を可能にするものであ
る。本発明において、薄膜ＥＬ素子及び電子ビーム照射
部分を含む薄膜ＥＬ表示装置の横成は上述した遮りで第
１図、第７図に示す通りに構成される。

そして本発明においては上記のように電子ビームを照射
してパターンの書込み又は全面発光させて、これを維持
パルスにて表示状態を維持した状態において、部分消去
するときには、第９図に示すタイミングで動作を行う。
即ち第９図ｂに示す維持パルスＰｓが零電圧にあるとき
に（休止期間）、第９図ａに示すように電子ビームを消
去パターンに合わせて掃引及び制御し、薄膜ＥＬ素子に
鰭子ビ−ムを照射する。電子ビームが照射された部分の
領域では光緩和作用を生じ、第９図ｃに示すように消去
動作が行われ、この領域では、薄膜ＥＬ素子の両端が電
気的に短絡されているときに電子ビームを部分的に照射
して、書込みメモリーにより界面に蓄積された分極電荷
を薄膜２盃層の電子線励起により緩和させることでメモ
リー消去を行うものである。本発明は上述したように表
示パターンの一部消去が行えるとともに、全面書込み後
に所要パターンに電子ビームを掃引照射して消去像、い
わゆる反転像を表示することもできる。

以上のよう本発明によれば、電子ビーム照射して部分消
去することができ、電子ビーム照射による書込みと相戻
って応用範囲を著しく拡大するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は薄膜ＥＬ素子の一部切戦斜視図、第２図は薄膜
由Ｌ素子の印加電圧に対する発光輝度特性を示すヒステ
リシス特性図、第３図は第２図に於ける薄膜ＥＬ素子に
印加される印加交流電圧パルスの電圧波形を示す電圧波
形図、第４図は第３図の電圧印加に対する発光波形図、
第５図は第１図に於ける薄膜ＥＬ素子に鶴子ビームを照
射した時の背面電極よりの深さと到達した一次電子の数
の関係を示すグラフ、第６図は第３図に於ける薄膜ＥＬ
素子に電子ビームを照射した時の電子ビーム加速電圧と
ＥＬ素子内の発生電圧との関係を示すグラフ、第７図は
本発明に於ける薄膜ＥＬ表示装置の１実施例を示すブロ
ック構成図、第８図は電子ビーム照射による書込みをす
る場合の電子ビーム照射と、維持パルス波と、発光、状
態とのタイムチャート、第９図は本発明の方法に従い電
子ビーム照射による消去をする場合の電子ビーム照射と
、維持パルス波と、発光状態のタイムチャートである。 １２はブラウン管、１３はホーカス用電磁コイル、１４
はＸＹ方向偏向コイル、２０は維持パルス信号発生器、
２１は消去信号発生器、２２は電子ビーム発生装置。第
１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも一方が透明な電極間に、少なくとも一方
   が透明な薄膜誘電体で挟持された薄膜ＥＬ層を有し、印
   加電圧に対する発光輝度特性にヒステリシス現象を呈す
   る薄膜ＥＬ素子に、上記両電極間電圧が零とき電子ビー
   ムを照射することにより、上記薄膜ＥＬ素子の電子ビー
   ム照射対応位置での発光を消去することを特徴とする薄
   膜ＥＬ表示装置の消去方法。