JPS6217360B2 - - Google Patents

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JPS6217360B2
JPS6217360B2 JP56121001A JP12100181A JPS6217360B2 JP S6217360 B2 JPS6217360 B2 JP S6217360B2 JP 56121001 A JP56121001 A JP 56121001A JP 12100181 A JP12100181 A JP 12100181A JP S6217360 B2 JPS6217360 B2 JP S6217360B2
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JP
Japan
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voltage
aging
thin film
light
voltage value
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JP56121001A
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Japanese (ja)
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JPS5823189A (en
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Kinichi Isaka
Jun Kawaguchi
Hisashi Kamiide
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流電界の印加に依つてEL(Electro
Luminescence)発光を呈する薄膜EL素子の物理
的特性、絶縁破壊特性等を安定化する熱処理方法
に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] The present invention utilizes EL (Electro
This relates to a heat treatment method for stabilizing the physical characteristics, dielectric breakdown characteristics, etc. of thin film EL devices that emit light (luminescence).

従来、交流動作の薄膜EL素子に関して、発光
層に規則的に高い電界(106V/cm程度)を印加
し、絶縁耐圧、発光効率及び動作の安定性等を高
めるために、0.1〜2.0wt%のMn(あるいはCu,
Al,Br等)をドープしたZnS,ZnSe等の半導体
発光層をY2O3,Si3N4,TiO2等の誘電体薄膜でサ
ンドイツチした三層構造ZnS:Mn(又はZnSe:
Mn)EL素子が開発され、発光諸特性の向上が確
かめられている。この薄膜EL素子は数KHzの交
流電界印加によつて高輝度発光し、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
印加電圧に対して発光輝度が異なるといつたヒス
テリシス特性を有していることが発見され、そし
てこのヒステリシス特性を有する薄膜EL素子に
印加電圧を昇圧する過程に於いて、光、電界、熱
等が付与されると薄膜EI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は高くな
つた状態で維持される、いわゆるメモリー現象が
表示技術の新たな利用分野を開拓するに到つた。
Conventionally, for AC-operated thin-film EL devices, a high electric field (about 10 6 V/cm) is regularly applied to the light-emitting layer to improve dielectric strength, luminous efficiency, operation stability, etc. % Mn (or Cu,
A three- layer structure ZnS:Mn ( or ZnSe :
Mn) EL devices have been developed, and improvements in various light-emitting properties have been confirmed. This thin film EL element emits high-intensity light when an alternating current electric field of several KHz is applied, and has a long lifespan. Also, this thin film
It has been discovered that the light emission of EL elements has hysteresis characteristics, such that the luminance of light differs for the same applied voltage in the process of increasing the applied voltage and in the process of decreasing the voltage from the high voltage side. In the process of increasing the voltage applied to a thin film EL element with hysteresis characteristics, when light, electric field, heat, etc. are applied, the thin film EI element is excited to a state of luminance corresponding to the intensity, and emits light. The so-called memory phenomenon, in which the luminance remains high even after the electric field, heat, etc. are removed and the original state is restored, has opened up a new field of application for display technology.

薄膜EL素子の一例としてZnS:Mn薄膜EL素子
の基本的構造を第1図に示す。
FIG. 1 shows the basic structure of a ZnS:Mn thin film EL device as an example of a thin film EL device.

添附図面に基いて薄膜EL素子の構造を具体的
に説明すると、ガラス基板1上にIn2O3,SnO2
の透明電極2、さらにその上に積層してY2O3
TiO2,Al2O3,Si3N4,SiO2等からなる第1の誘
電体層3がスパツタあるいは電子ビーム蒸着法等
により重畳形成されている。第1の誘電体層3上
にはZnS:Mn焼結ペレツトを電子ビーム蒸着す
ることにより得られるZnS発光層4が形成されて
いる。この時蒸着用のZnS:Mn焼結ペレツトに
は活性物質となるMnが目的に応じた濃度に設定
されたペレツトが使用される。ZnS発光層4上に
は第1の誘電体層3と同様の材質から成る第2の
誘電体層5が積層され、更にその上にAl等から
成る背面電極6が蒸着形成されている。透明電極
2と背面電極6は交流電源7に接続され、薄膜
EL素子が駆動される。
The structure of the thin film EL device will be explained in detail based on the attached drawings. A transparent electrode 2 made of In 2 O 3 , SnO 2 , etc. is placed on a glass substrate 1, and Y 2 O 3 , etc. is further laminated thereon.
A first dielectric layer 3 made of TiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiO 2 or the like is formed in an overlapping manner by sputtering or electron beam evaporation. A ZnS light emitting layer 4 is formed on the first dielectric layer 3 by electron beam evaporation of ZnS:Mn sintered pellets. At this time, the ZnS:Mn sintered pellets used for deposition are pellets in which the concentration of Mn, which is an active substance, is set to suit the purpose. A second dielectric layer 5 made of the same material as the first dielectric layer 3 is laminated on the ZnS light emitting layer 4, and a back electrode 6 made of Al or the like is further deposited thereon. The transparent electrode 2 and the back electrode 6 are connected to an AC power source 7, and the thin film
The EL element is driven.

電極2,6間にAC電圧を印加すると、ZnS発
光層4の両側の誘電体層3,5間に上記AC電圧
が誘起されることになり、従つてZnS発光層4内
に発生した電界によつて伝導帯に励起されかつ加
速された充分なエネルギーを得た電子が、直接
Mn発光センターを衝突励起し、励起されたMn発
光センターが基底状態に戻る際に黄橙色の発光を
行なう。即ち高電界で加速された電子がZnS発光
層4中の発光センサーであるZnサイトに入つた
Mn原子の電子を励起し、基底状態に落ちる時、
略々5850Åをピークに幅広い波長領域で強い発光
を呈する。活性物質としてMn以外に希土類の弗
化物を用いた場合にはこの希土類に特有の緑色そ
の他の発光色が得られる。
When an AC voltage is applied between the electrodes 2 and 6, the above AC voltage is induced between the dielectric layers 3 and 5 on both sides of the ZnS luminescent layer 4, and therefore the electric field generated within the ZnS luminescent layer 4 Therefore, electrons excited and accelerated into the conduction band that have obtained enough energy can directly
The Mn luminescent center is excited by collision, and when the excited Mn luminescent center returns to the ground state, it emits yellow-orange light. In other words, electrons accelerated by a high electric field entered the Zn site, which is a luminescent sensor, in the ZnS luminescent layer 4.
When the electron of Mn atom is excited and falls to the ground state,
It emits strong light in a wide wavelength range with a peak of approximately 5850 Å. When a rare earth fluoride other than Mn is used as an active substance, green and other luminescent colors characteristic of this rare earth element can be obtained.

上記構成を有する薄膜EL素子は、各薄膜作製
後、発光輝度等の経時変化を安定化し、初期故障
による不良素子を除去するため、一定期間のエー
ジングを行なうことが必要である。エージングは
一般的に十数時間から数十時間の熱処理時間を要
し、この期間内で上記目的が達成される。エージ
ングを効率良く行なうことにより、発光輝度等の
物理的特性が安定化され、初期故障以外の他の不
良素子の発生が防止される。またエージングによ
りエージング中に発生する微小破壊点から断線寿
命の予測ができる。しかしながら、従来の薄膜
EL素子のエージング方法は、一定の交流電圧を
印加しながら熱処理するもので、長時間を要しま
たエージング処理中に薄膜EL素子の発光輝度−
印加電圧特性(以下B−V特性と称す)が変化す
るため、透明電極2及び背面電極6を介して印加
する電圧を一定値に設定して熱処理すると時間の
経過に従つてエージング効率が低下していた。第
2図はエージング開始後の1,3,5時間後の薄
膜EL素子のB−V特性図であり、曲線l1はエー
ジング開始前のB−V特性曲線、曲線l2はエージ
ング開始後1時間経過した時のB−V特性曲線、
曲線l3は同3時間経過した時のB−V特性曲線、
曲線l4は同5時間経過した時のB−V特性曲線で
ある。従つてエージング時の印加電圧値をVD一
定とするとB−V曲線上に於ける実際の動作点は
時間の経過とともに移動することになる。エージ
ングを効率良く行なうためにはある程度以上の電
圧値とB−Vカーブ上の動作点がほぼ一定である
ことを必要とする。
The thin film EL device having the above configuration needs to be aged for a certain period of time after each thin film is fabricated in order to stabilize changes in luminance and the like over time and to remove defective elements due to early failures. Aging generally requires a heat treatment time of ten or more hours to several tens of hours, and the above objective is achieved within this period. By performing aging efficiently, physical characteristics such as luminance of light emission are stabilized, and the occurrence of other defective elements other than initial failures is prevented. Furthermore, the lifetime of wire breakage can be predicted from the minute fracture points that occur during aging. However, conventional thin film
The aging method for EL devices involves heat treatment while applying a constant AC voltage, which takes a long time and also reduces the luminance of the thin film EL device during the aging process.
Since the applied voltage characteristics (hereinafter referred to as B-V characteristics) change, if the voltage applied through the transparent electrode 2 and the back electrode 6 is set to a constant value and heat-treated, the aging efficiency will decrease over time. was. Figure 2 shows the B-V characteristics of the thin film EL device 1, 3, and 5 hours after the start of aging, where the curve l1 is the B-V characteristic curve before the start of aging, and the curve l2 is the B-V characteristic curve after the start of aging. B-V characteristic curve over time,
Curve l 3 is the B-V characteristic curve after the same 3 hours have passed,
Curve l4 is the BV characteristic curve after the same 5 hours have elapsed. Therefore, if the applied voltage value during aging is kept constant at VD, the actual operating point on the BV curve will move with the passage of time. In order to perform aging efficiently, it is necessary that the voltage value is above a certain level and that the operating point on the BV curve is approximately constant.

第3図は一定電圧でエージングを施こした場合
の発光輝度のエージング中に於ける経時変化を示
す説明図である。また第4図はエージング中の発
光開始電圧値(輝度1フートランバートを与える
電圧値)Vthの経時変化を示す説明図である。エ
ージングを短時間で有効に行なうためには特願昭
55−85705号に示されている如く充分な発光輝度
と適正な電圧即ち例えば(Vth+20)ボルト以上
で(Vth+60)ボルト以下の電圧を有する交流パ
ルスを印加することが望ましい。しかしながら一
定電圧に設定されたエージング処理に於いては第
3図、第4図に示す如く時間の経過とともにB−
V特性及びVthが変化し発光輝度及び電圧値が不
充分となる。初期設定電圧を高くしてこの輝度及
び電圧低下分を補償するとすれば絶縁破壊により
必要以上の不良素子を作製することになる。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing changes in luminance over time during aging when aging is performed at a constant voltage. Further, FIG. 4 is an explanatory diagram showing the change over time of the light emission start voltage value (voltage value that provides 1 foot lambert of brightness) V th during aging. In order to carry out aging effectively in a short time, special requests should be made to
55-85705, it is desirable to apply an alternating current pulse having sufficient luminance and a suitable voltage, e.g., at least (V th +20) volts and at most (V th +60) volts. However, in the aging process set at a constant voltage, as shown in Figures 3 and 4, B-
The V characteristics and V th change, resulting in insufficient luminance and voltage values. If the initial set voltage is increased to compensate for this luminance and voltage drop, more defective elements than necessary will be produced due to dielectric breakdown.

本発明は上記問題点に鑑み、技術的手段を駆使
することにより短時間で効率良くエージング効果
を得ることのできる新規有用な薄膜EL素子のエ
ージング方法を提供することを目的とするもので
ある。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a new and useful aging method for a thin film EL element that can efficiently obtain an aging effect in a short time by making full use of technical means.

以下、本発明を実施例に従つて図面を参照しな
がら詳説する。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail according to embodiments with reference to the drawings.

第5図は本発明の一実施例を説明するエージン
グ中の矩形波交流パルス印加電圧(波高値)の変
化を表わす説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a change in the rectangular wave alternating current pulse applied voltage (peak value) during aging to explain an embodiment of the present invention.

エージング過程に於いて、薄膜EL素子の発光
開始電圧値Vthは第4図の如く変化する。従つて
本実施例ではエージング中に薄膜EL素子に印加
するエージング電圧をVthの変動に従つてVth
C(VC:一定)となるように制御しながら印加
する。尚、Vcの値は15Vから80V程度望ましくは
20Vから50Vの範囲内で適宜一定値に設定する。
このようにVthの変動に追従してエージング電圧
を制御することにより、薄膜EL素子にはエージ
ング処理中常に充分な電圧が印加され、エージン
グ効果が向上する。
During the aging process, the light emission starting voltage value V th of the thin film EL element changes as shown in FIG. Therefore, in this example, the aging voltage applied to the thin film EL element during aging is adjusted to V th +
The voltage is applied while controlling the voltage to be V C (V C : constant). In addition, the value of V c is preferably about 15V to 80V.
Set to a constant value within the range of 20V to 50V.
By controlling the aging voltage in accordance with the variation of V th in this way, a sufficient voltage is always applied to the thin film EL element during the aging process, and the aging effect is improved.

例えば、システムとしては10分間隔で5秒間は
発光開始電圧値Vthを測定するようにし、次の10
分間は測定したVthに一定電圧VCを加えてエー
ジングを行なう。なお、発光開始電圧値Vthは、
例えば輝度が1フートランバートとなるときの印
加電圧をもつてこれに当てることができる。
For example, the system measures the light emission starting voltage value V th for 5 seconds at 10 minute intervals, and then
Aging is performed by adding a constant voltage V C to the measured V th for a minute. Note that the light emission starting voltage value V th is
For example, it can be applied with an applied voltage that gives a luminance of 1 foot Lambert.

システム構成の一例を第6図に示す。10は電
源部、11はELドライバー、12はELパネル、
13は光センサーである。また、電源部10のT
r11,Tr12は定電圧電源回路を構成している。発
光開始電圧測定時は、信号Siglによりツエナーダ
イオードZD(30Vの定電圧特性)に並列接続した
トランジスタTr13をオフにするとともに、信号
Sig2よりトランジスタTr12のベース電圧設定回
路(ホールド機能あり)SBの動作を可能にす
る。オペアンプOP1は受光電流を電圧に変換する
もので、次段のオペアンプOP2により1フートラ
ンバートの輝度に対応する電圧と比較している。
上記のようなフイードバツク回路の形成により、
ELパネル12が1フートランバートの発光輝度
を出し得るようベース電圧設定回路SBが設定さ
れる。すなわち、このフイードバツク制御によ
り、ツエナーダイオードZDを通してELドライバ
ー11に印加されるA点の電圧がVthとなるよう
にされる。
An example of the system configuration is shown in FIG. 10 is the power supply section, 11 is the EL driver, 12 is the EL panel,
13 is a light sensor. In addition, T of the power supply section 10
r11 and T r12 constitute a constant voltage power supply circuit. When measuring the light emission starting voltage, the signal Sigl turns off the transistor T r13 connected in parallel to the Zener diode ZD (constant voltage characteristic of 30 V), and the signal
Sig2 enables the operation of the base voltage setting circuit (with hold function) SB of transistor T r12 . The operational amplifier OP 1 converts the light-receiving current into a voltage, which is compared with the voltage corresponding to the brightness of 1 foot Lambert using the next stage operational amplifier OP 2 .
By forming the feedback circuit as described above,
The base voltage setting circuit SB is set so that the EL panel 12 can output a luminance of 1 foot Lambert. That is, by this feedback control, the voltage at point A applied to the EL driver 11 through the Zener diode ZD is set to Vth .

次に信号Sig2によりベース電圧設定回路SBの
動作を止め前記測定時におけるベース電圧の設定
値を保持する。同時に信号Sig1により、トランジ
スタTr13をオンする。これによりツエナーダイ
オードZDの定電圧分をたした電圧、すなわちVth
+VCの電圧がA点に加えられ、ELパネル12を
駆動する。10分後、Vthの変化が予想され、再び
前述した測定を行なう。
Next, the operation of the base voltage setting circuit SB is stopped by the signal Sig2, and the set value of the base voltage at the time of the measurement is held. At the same time, the signal Sig1 turns on the transistor T r13 . This results in a voltage that is the sum of the constant voltage of the Zener diode ZD, that is, V th
A voltage of +V C is applied to point A to drive the EL panel 12. After 10 minutes, a change in V th is expected and the measurements described above are performed again.

上記のような動作を繰返し、Vthの変動に従つ
た印加電圧でエージングを行なうことができる。
Aging can be performed by repeating the above operation and applying an applied voltage according to fluctuations in V th .

以上詳説した如く、本発明によればエージング
処理中薄膜EL素子に充分な発光輝度が得られ、
適正な電圧が印加されるため、短時間で効率の良
いエージング処理を行なうことができる。
As explained in detail above, according to the present invention, sufficient luminance can be obtained from the thin film EL element during aging treatment,
Since an appropriate voltage is applied, aging processing can be performed efficiently in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は薄膜EL素子の基本的構造を示す構成
図である。第2図はエージング開始後の薄膜EL
素子のB−V特性図である。第3図はエージング
中の薄膜EL素子の発光輝度変化を示す説明図で
ある。第4図はエージング中の薄膜EL素子の発
光開始電圧Vthの経時変化を示す説明図である。
第5図は本発明の一実施例を説明するエージング
中の印加電圧の変化を表わす説明図である。第6
図はエージングシステムの構成例を示すブロツク
図である。 2……透明電極、4……ZnS発光層、6……背
面電極、7……交流電源。
FIG. 1 is a block diagram showing the basic structure of a thin film EL element. Figure 2 shows the thin film EL after the start of aging.
It is a BV characteristic diagram of an element. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the change in luminance of the thin film EL element during aging. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the change over time in the light emission start voltage V th of the thin film EL element during aging.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing changes in applied voltage during aging to explain one embodiment of the present invention. 6th
The figure is a block diagram showing an example of the configuration of an aging system. 2...Transparent electrode, 4...ZnS light emitting layer, 6...Back electrode, 7...AC power supply.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 電界の印加に応答してEL発光を呈する発光
層を一対の電極間に介設して成る薄膜EL素子
に、発光開始電圧値(Vth)に所定の電圧値(V
C)を加えた電圧値(Vth+VC)を有するエージ
ング電圧を印加しながら熱処理するとともに、熱
処理中に変動する前記発光開始電圧値(Vth)に
追従して前記エージング電圧の電圧値(Vth+V
C)を制御補償することを特徴とする薄膜EL素子
のエージング方法。
1. A thin film EL element consisting of a light emitting layer that emits EL light in response to the application of an electric field is interposed between a pair of electrodes, and a predetermined voltage value (V th ) is applied to the light emission starting voltage value (V th ).
The heat treatment is performed while applying an aging voltage having a voltage value (V th +V C ) that is the sum of the voltage value (V th +V C ), and the voltage value ( V th ) of the aging voltage is V th +V
C ) A method for aging a thin film EL device, which is characterized by controlling and compensating.
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