JPS62285396A - Dc driven thin film el device - Google Patents

Dc driven thin film el device

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Publication number
JPS62285396A
JPS62285396A JP61127567A JP12756786A JPS62285396A JP S62285396 A JPS62285396 A JP S62285396A JP 61127567 A JP61127567 A JP 61127567A JP 12756786 A JP12756786 A JP 12756786A JP S62285396 A JPS62285396 A JP S62285396A
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JP
Japan
Prior art keywords
thin film
driven
oxide
sputtering
brightness
Prior art date
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Pending
Application number
JP61127567A
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Japanese (ja)
Inventor
富造 松岡
任田 隆夫
洋介 藤田
雅博 西川
純 桑田
阿部 惇
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は直流駆動薄膜FL素子に関し、とりわけ、コン
トラストおよび安定性に優れ、駆動が容易な直流駆動薄
膜EL素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a DC-driven thin-film FL device, and more particularly to a DC-driven thin-film EL device that has excellent contrast and stability and is easy to drive.

従来の技術 ]ンピュータ端末等に用いるフラットパネルディスプレ
イとして、交流、駆動薄膜FL素子が盛んに研究されて
いる。従来このような薄膜EL素子は、ガラス基板上に
インジウム、スズ混晶酸化物(以後ITOと記す)から
なる透明電極、酸化イツトリウム、酸化チタニウム、チ
タン酸ストロンチウム、酸化メンタル、酸化珪素、酸化
アルミニウムおよび窒化珪素等からなる第1誘電体層、
マンガン、テルビウムおよびサマリウム等を添加した硫
化亜鉛からなる螢光体層、第1誘電体層と同材質から成
る第2誘電体層、およびアルミニウム薄膜からなる背面
電極を順次積層した構造を有するものである。
2. Description of the Related Art] AC drive thin film FL elements have been actively researched as flat panel displays used in computer terminals and the like. Conventionally, such thin film EL elements have a transparent electrode made of indium and tin mixed crystal oxide (hereinafter referred to as ITO) on a glass substrate, yttrium oxide, titanium oxide, strontium titanate, mental oxide, silicon oxide, aluminum oxide and a first dielectric layer made of silicon nitride or the like;
It has a structure in which a phosphor layer made of zinc sulfide doped with manganese, terbium, samarium, etc., a second dielectric layer made of the same material as the first dielectric layer, and a back electrode made of a thin aluminum film are sequentially laminated. be.

ドツトマトリックスを形成するためにITO電極とアル
ミニウム電極はストライプ状に加工され、互いに直交し
ている。この両電極間に交流パルス電圧を印加すること
により、両電極にはさまれた交点を発光せしめ、文字や
図形を表示する。かかる交流駆動薄膜EL素子は、輝度
が高く、長時間に渡り安定に動作するという大きな特徴
を有するが、動作電圧が高くまた交流パルスで駆動する
ため、駆動回路が複雑になシ高価なものとなる欠点があ
った。また輝度変調がしにくいという欠点もあった。
To form a dot matrix, the ITO electrodes and aluminum electrodes are processed into stripes and are perpendicular to each other. By applying an AC pulse voltage between the two electrodes, the intersection between the two electrodes is made to emit light, thereby displaying characters and figures. Such AC-driven thin film EL devices have the great characteristics of high brightness and stable operation over long periods of time, but because they have a high operating voltage and are driven by AC pulses, the drive circuit is complicated and expensive. There was a drawback. Another drawback was that it was difficult to modulate the brightness.

これに対し直流駆動薄膜EL素子は、誘電体層を用いず
EL発光体層を直接電極で挾んだ構成のものや、誘電体
層のかわりに抵抗体層や半導体層を用いた構成のものが
試作されている(特開昭59−181486号公報)。
On the other hand, DC-driven thin-film EL devices have a structure in which the EL light emitting layer is directly sandwiched between electrodes without using a dielectric layer, or a structure in which a resistor layer or a semiconductor layer is used instead of the dielectric layer. has been prototyped (Japanese Unexamined Patent Publication No. 181486/1986).

直流駆動薄膜EL素子は、マトリックス型表示装置を構
成した場合、駆動回路が単純で低コストの表示装置が可
能となり、輝度変調も容易であるという特徴を有する。
A DC-driven thin film EL element has the characteristics that when a matrix type display device is configured, a low-cost display device with a simple drive circuit is possible, and brightness modulation is easy.

発明が解決しようとする問題点 直流駆動薄膜EL素子は前記のような長所を有するが、
安定性に欠けるという欠点がある。つまり電圧を印加し
て素子を発光させた時、絶縁破壊が生じ易く、長時間駆
動した場合、絵素欠けや断線が発生するという問題点が
あった。また薄膜EL素子は交流および直流駆動タイプ
両方とも一般にコントラストが悪いが、本発明は直流駆
動EL素子のコントラストも改善するものである。
Problems to be Solved by the Invention Although the DC-driven thin film EL device has the above-mentioned advantages,
The disadvantage is that it lacks stability. In other words, when a voltage is applied to cause the device to emit light, dielectric breakdown is likely to occur, and when the device is operated for a long time, there are problems in that pixel elements are missing or wire breaks occur. Further, although thin film EL elements generally have poor contrast in both AC and DC driven types, the present invention also improves the contrast of DC driven EL elements.

問題点を解決するための手段 透明電極と、EL発光体層と、PrとNi の混合酸化
物薄膜からなる電流制御層と、背面電極とを順次配置し
た構成の素子とする。
Means for Solving the Problems An element is constructed in which a transparent electrode, an EL light emitter layer, a current control layer made of a mixed oxide thin film of Pr and Ni, and a back electrode are arranged in sequence.

作  用 PtとNiの混合酸化物薄膜は抵抗率として4X103
〜1×106Ω・口の値を持ち、また絶縁破壊電界強度
も大きく、長期間に渡り安定な抵抗体として動作する。
Function: The mixed oxide thin film of Pt and Ni has a resistivity of 4X103.
It has a value of ~1 x 106 ohms, has a high dielectric breakdown field strength, and operates as a stable resistor for a long period of time.

その結果、直流、駆動EL素子の電流制御層として用い
ることにより、長期間に渡り安定に発光する直流EL素
子が可能になるものと考えられる。またこの材料は完全
に黒色を呈し、1057m ’以上の大きい吸収係数を
有するので、外光を効果的に吸収し、パネルの外光反射
率を低減してコントラストの高い素子を形成することが
できる。
As a result, it is thought that by using it as a current control layer of a DC-driven EL element, a DC EL element that stably emits light over a long period of time will become possible. In addition, this material exhibits a completely black color and has a large absorption coefficient of more than 1057m', so it can effectively absorb external light and reduce the external light reflectance of the panel to form a high-contrast element. .

実施例 第1図に本発明の薄膜EL素子の断面図を示す。Example FIG. 1 shows a cross-sectional view of the thin film EL device of the present invention.

コーニング7059ガラスからなるガラス基板1に、ス
パッタリング法により厚さ2000人の錫添加酸化イン
ジウム薄膜(ITO薄膜と以後略記)を形成し、ホトリ
ソグラフィ技術によりストライプ状に加工し透明電極2
とした。その上にマンガンと硫化亜鉛との共蒸着法によ
り、基板温度200°Cで厚さ4000人のマンガン添
加硫化亜鉛薄膜から成るEL発光体層3を形成した。そ
の後真空中、450’Cで1時間熱処理を行い、EL発
光体層3の活性化を行った。その上にPrとNiの混合
酸化物薄膜からなる電流制御層4を形成した。その作成
法や特性を以下詳しく説明する。
On a glass substrate 1 made of Corning 7059 glass, a tin-doped indium oxide thin film (hereinafter abbreviated as ITO thin film) with a thickness of 2,000 wafers is formed by sputtering and processed into stripes by photolithography to form transparent electrodes 2.
And so. Thereon, an EL phosphor layer 3 consisting of a manganese-doped zinc sulfide thin film having a thickness of 4,000 wafers was formed at a substrate temperature of 200° C. by co-evaporation of manganese and zinc sulfide. Thereafter, heat treatment was performed in vacuum at 450'C for 1 hour to activate the EL light emitting layer 3. A current control layer 4 made of a mixed oxide thin film of Pr and Ni was formed thereon. The preparation method and characteristics thereof will be explained in detail below.

原子比でPrとNi が各々6o原子チになるようにP
r6O11とNiO酸化物を秤量配合し、よく混合した
。ついで空気中、1200°Cで2時間熱処理をして原
子的な拡散を行い、粉砕してスパッタリングターゲット
とした。RFスパッタリング装置を用い、基板温度20
0’Cで3X10 TorrのAr ガス中でスパッタ
ーして400o人の厚さのPrとNi  混合酸化物薄
膜を形成した。このPrとNiの混合酸化物薄膜電流制
御層は完全に黒色を呈する抵抗体で、別途の実験で比抵
抗4×1♂Ω・σ 、従って4000人の厚さの時は面
積抵抗は1010Ω/口である。比抵抗は組成比によっ
て大きく変化し、N1が70原子係より多くなると急激
に低下する。7o原子係以下の組成で4 X 103Ω
・σ以上の比抵抗、4000人の膜厚で1080/口以
上の面積抵抗値が上記スパッタ条件で再現性良く得られ
る。黒色抵抗体として外光を吸収させ、素子の外光反射
率を下げるためには105crrT1以上の光吸収係数
が波長6000A付近で望まれる。そのためにはNiの
含量が2o原子チ以上必要であることが判った。従って
本発明に適しているPrとN1 の混合酸化物電流制御
層の組成はNiが20〜7o原子チ含んだものである。
P so that the atomic ratio of Pr and Ni is 6o atoms each.
r6O11 and NiO oxide were weighed out and mixed well. Then, it was heat treated in air at 1200°C for 2 hours to effect atomic diffusion, and then pulverized to form a sputtering target. Using RF sputtering equipment, the substrate temperature is 20
A Pr/Ni mixed oxide thin film with a thickness of 400 μm was formed by sputtering in Ar gas at 3×10 Torr at 0′C. This mixed oxide thin film current control layer of Pr and Ni is a completely black resistor, and a separate experiment showed that the resistivity was 4×1♂Ω・σ, so when the thickness was 4000, the sheet resistance was 1010Ω/ It is the mouth. The specific resistance varies greatly depending on the composition ratio, and decreases rapidly when N1 exceeds 70 atoms. 4 x 103Ω with a composition below 7o atomic coefficient
- A specific resistance of σ or more and a sheet resistance value of 1080/mouth or more with a film thickness of 4000 can be obtained with good reproducibility under the above sputtering conditions. In order to absorb external light as a black resistor and lower the external light reflectance of the element, a light absorption coefficient of 105 crrT1 or more is desired at a wavelength of around 6000 A. It has been found that for this purpose, the Ni content must be 20 atoms or more. Therefore, the composition of the mixed oxide current control layer of Pr and N1 suitable for the present invention is one containing 20 to 7 atoms of Ni.

以上の説明はAr ガス中でスパッタリングして形成し
た薄膜についてであるが、Arガスに酸素を混入するこ
とは好ましくない、というのは抵抗体薄膜は光吸収係数
は変りないがP−タイプ的性質のため多少抵抗が下りぎ
みになるし、下地の螢光体層に酸素プラズマによる悪影
響がある。またスパッタリングレートが下り製作上効率
が悪い。スパッタリング条件の基板温度とArガス圧は
前に記した通常よく用いられる200°C、3X 10
−2Torr前後で行えばよい。これら条件によって比
抵抗は多少変化を受けるが組成による変化に較べれば非
常に小さいので、上記通常よく用いられる範囲で選べば
よい。
The above explanation is about a thin film formed by sputtering in Ar gas, but it is not preferable to mix oxygen into Ar gas because the resistor thin film has a P-type property, although the light absorption coefficient does not change. This causes the resistance to drop somewhat, and the oxygen plasma has an adverse effect on the underlying phosphor layer. In addition, the sputtering rate decreases, resulting in poor manufacturing efficiency. The substrate temperature and Ar gas pressure of the sputtering conditions are the commonly used 200°C, 3X 10
It may be carried out at around -2 Torr. Although the resistivity changes to some extent depending on these conditions, it is very small compared to the change due to the composition, so it may be selected within the commonly used range mentioned above.

以上の組成範囲で作成された薄膜はX線回折で調べると
ハローパターンを示し、X線的にみてアモルファスであ
り、このことは膜質の均一性から考えて都合がよく、膜
面内の欠陥も少ないと考えられる。
When examined by X-ray diffraction, a thin film prepared in the above composition range shows a halo pattern and is amorphous from an X-ray perspective. It is thought that there are few.

以上のようにして電流制限層を形成した後、最後に厚さ
2000人のアルミニウムを真空蒸着し、ホトリソグラ
フィ技術によQ I To透明電極とは直交する方向の
ストライプ状の背面電極5を形成し、薄膜EL素子を完
成した。
After forming the current limiting layer in the above manner, aluminum is finally vacuum-deposited to a thickness of 2,000 yen, and a striped back electrode 5 is formed in a direction perpendicular to the Q I To transparent electrode using photolithography technology. Then, a thin film EL device was completed.

全く同じ構成で、ただし電流制御層のみ従来からよく知
られている2000への厚さのT a 206薄膜に変
えたF、L素子も比較のため作成した。
For comparison, F and L elements were also fabricated with exactly the same configuration, except that only the current control layer was changed to a well-known T a 206 thin film with a thickness of 2000 mm.

T a 20 s薄膜はTa金属ターゲットを用いAr
+02雰囲気中で活性スパッタリング法により形成し、
直流ELL子用として作成条件を最適化したものである
The Ta 20s thin film was prepared by Ar using a Ta metal target.
Formed by active sputtering method in +02 atmosphere,
The manufacturing conditions have been optimized for use as a DC ELL child.

本発明のEL素子を背面電極らを陽極として第2図に示
すようなデユティ1/620.周波数60 Hz 。
The EL element of the present invention has a duty ratio of 1/620 as shown in FIG. 2, using the back electrode as an anode. Frequency 60Hz.

パルス巾32μsのパルスで線順次駆動を行ったところ
第3図に示すような輝度電圧特性が得られた。EL素子
の発光部分は全面積の64襲に相当し、発光、非発光部
分を含んだ平均輝度を示しである。50Vより立上り7
0Vで実用的な45Cd/−を、得た。70Vで100
0時間、駆動した後の輝度電圧特性全破線で示した。図
に示されたようにその変化は小さく70Vで輝度が10
%強低くなるのみで、1000時間の駆動中安定に動作
し、何ら絶縁破壊による電極断線を示さなかった。
When line sequential driving was performed using pulses with a pulse width of 32 μs, brightness voltage characteristics as shown in FIG. 3 were obtained. The light-emitting portion of the EL element corresponds to 64 areas of the total area, and the average brightness including the light-emitting and non-light-emitting portions is shown. Rising from 50V 7
Practical 45Cd/- was obtained at 0V. 100 at 70V
The brightness voltage characteristics after driving for 0 hours are all shown by broken lines. As shown in the figure, the change is small and the brightness is 10 at 70V.
It operated stably during 1,000 hours of driving, with only a slight decrease of more than 10%, and no electrode breakage due to dielectric breakdown was observed.

また本発明のEL素子では電流制御層を螢光体とアルミ
ニウム背面電極との間に設けたが黒色なので、特にアル
ミニウム電極による外光反射が効果的に防止され、外光
反射率が6%と低かった。従って高コントラストEL素
子が得られる。
In addition, in the EL element of the present invention, the current control layer is provided between the phosphor and the aluminum back electrode, and since it is black, reflection of external light by the aluminum electrode is effectively prevented, and the external light reflectance is 6%. It was low. Therefore, a high contrast EL element can be obtained.

一方、Ta205薄膜を用いた従来型のEL素子は66
Vより発光が立上り、本発明の黒褐色電流制御層の場合
と異なり、透明でかつアルミニウム背面電極での発光の
反射も効いているためssVで80 Cd7m”の輝度
が得られるが、同様に1000時間、ssVで駆動を行
ったところ60%に輝度が低下し、部分的に断線も生じ
た。また外光反射率は67%と高い。もし200Cd/
rr?の外光光源が素子の表面で正反射したとしたら、
本発明の素子は4s Cd/−の輝度で3.8:1のコ
ントラストが得られる。一方上記従来型EL素子は輝度
が80Cd/ぜでもQ、6:1と非常に小さい。
On the other hand, a conventional EL element using a Ta205 thin film has 66
Luminescence rises from V, and unlike the case of the black-brown current control layer of the present invention, it is transparent and the reflection of the emission from the aluminum back electrode is also effective, so a brightness of 80 Cd7m'' can be obtained at ssV, but it also lasts for 1000 hours. When driven at , ssV, the brightness decreased to 60% and some disconnections occurred.Also, the external light reflectance was as high as 67%.If 200Cd/
rr? If the external light source is specularly reflected on the surface of the element, then
The device of the present invention provides a contrast of 3.8:1 at a luminance of 4s Cd/-. On the other hand, the conventional EL element has a luminance of 80 Cd/Z, 6:1, which is very low.

以上説明したように本発明の直流薄膜EL素子は従来例
に比較し、より安定な輝度電圧特性、駆動安定性および
より侵れたコントラストe性を椿つO 更にELL光層としては上記マンガン添加硫化亜鉛以外
に、テルビウム、サマリウムなどの希土類元素を添加し
た硫化亜鉛や、同じく希土類元素を添加した硫化カルシ
ウムや硫化ストロンチウムを用いても安定に動作する高
コントラストの直流駆動薄膜EL素子を作成することが
できた。
As explained above, the DC thin film EL device of the present invention has more stable luminance voltage characteristics, drive stability, and better contrast characteristics than the conventional example. To create a high-contrast DC-driven thin-film EL device that operates stably using zinc sulfide added with rare earth elements such as terbium and samarium, as well as calcium sulfide and strontium sulfide also added with rare earth elements, in addition to zinc sulfide. was completed.

発明の効果 本発明によれば、コントラストが高く、長期間に渡り安
定に駆動できる直流駆動薄膜EL素素子影形成ることが
できる。直流駆動型であるため、輝度階調制御が容易で
、駆動回路も低コストで構成でき、素子の構成も単純で
ちるので、廉価な視認性が優れた薄型ディスプレイとし
て実用が可能である。
Effects of the Invention According to the present invention, it is possible to form a shadow of a DC-driven thin film EL element that has high contrast and can be driven stably over a long period of time. Since it is a DC drive type, brightness gradation control is easy, the drive circuit can be configured at low cost, and the element configuration is simple and small, so it can be put to practical use as an inexpensive thin display with excellent visibility.

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

第1図は本発明の一実施例に3ける直流駆動薄膜EL素
子の断面図、第2図は素子の駆動に用いた直流パルスを
示す波形図、第3図は本発明の素子の輝度電圧特性を示
すグラフである。 1・・・・ガラス基板、2・・・・・・透明電極、3・
川・・EL発光体層、4・・・・・電流制御層、5・・
・・・・背面電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2
FIG. 1 is a cross-sectional view of a DC-driven thin film EL device according to Example 3 of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram showing the DC pulse used to drive the device, and FIG. 3 is a brightness voltage of the device of the present invention. It is a graph showing characteristics. 1...Glass substrate, 2...Transparent electrode, 3.
River: EL light emitting layer, 4: Current control layer, 5:
...Back electrode. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person 2nd
figure

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims]  (1)透明電極と、EL発光体層と、PrとNiの混
合酸化物薄膜からなる電流制御層と、背面電極とを順次
配置して構成したことを特徴とする直流駆動薄膜EL素
子。
(1) A direct current driven thin film EL device characterized in that it is constructed by sequentially arranging a transparent electrode, an EL light emitter layer, a current control layer made of a mixed oxide thin film of Pr and Ni, and a back electrode.
 (2)Prと Niの混合酸化物薄膜において、Ni
の含量が20〜70原子%であることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の直流駆動薄膜EL素子。
(2) In a mixed oxide thin film of Pr and Ni, Ni
2. The DC-driven thin film EL device according to claim 1, wherein the content of the thin film EL device is 20 to 70 at.%.
 (3)PrとNiの混合酸化物薄膜が、Pr酸化物と
Ni酸化物の混合体を空気雰囲気中で熱処理しついでそ
れをターゲットにしてAr雰囲気中でスパッタリング法
にて作成したものであることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の直流駆動薄膜EL素子。
(3) The mixed oxide thin film of Pr and Ni is created by heat-treating a mixture of Pr oxide and Ni oxide in an air atmosphere and then using it as a target by sputtering in an Ar atmosphere. A DC-driven thin film EL device according to claim 1, characterized in that:
JP61127567A 1986-06-02 1986-06-02 Dc driven thin film el device Pending JPS62285396A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005209647A (en) * 1998-12-16 2005-08-04 Cambridge Display Technol Ltd Organic light-emitting device

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