JPS62285397A - Dc driven thin film el device - Google Patents

Dc driven thin film el device

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Publication number
JPS62285397A
JPS62285397A JP61127568A JP12756886A JPS62285397A JP S62285397 A JPS62285397 A JP S62285397A JP 61127568 A JP61127568 A JP 61127568A JP 12756886 A JP12756886 A JP 12756886A JP S62285397 A JPS62285397 A JP S62285397A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
driven
mixed oxide
driven thin
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP61127568A
Other languages
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
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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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】 3、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EL素子に関し、とりわけ、コン
トラストおよび安定性に浸れ、駆動が容易な直流駆動薄
膜EL素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 3. Detailed Description of the Invention Field of Industrial Application The present invention relates to a DC-driven thin film EL device, and more particularly to a DC-driven thin film EL device that is characterized by good 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EL素子が盛んに研究されてい
る。従来このような薄嘆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、酸化タンタル、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1嘆からなる背面電
極を順次積層した構造を有するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION AC-driven thin film EL devices are being actively researched as flat panel displays used in computer terminals and the like. Conventionally, such thin 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, tantalum oxide, silicon oxide, and aluminum oxide. and a first dielectric layer made of silicon nitride, etc.; 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; It has a structure in which back electrodes consisting of the following are sequentially laminated.

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。かがる交流駆動薄膜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前流パルスで駆動する
ため、駆動回路が複雑になり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. AC-driven thin film EL devices have the major characteristics of high brightness and stable operation over long periods of time, but because they have a high operating voltage and are driven by forward pulses, the drive circuit is complicated and expensive. There were certain drawbacks. Another drawback was that it was difficult to modulate the brightness.

これて対し直流駆動薄膜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59−181485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. 181485/1985).

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1、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
When a DC-driven thin film EL element is configured into a matrix type display device, it has the following characteristics: 1. 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Co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 provided in which a transparent electrode, an EL light emitter layer, a current control layer made of a mixed oxide thin film of Pr and Co, and a back electrode are arranged in sequence.

作   用 PrとCoの混合酸化物薄膜は抵抗率として4X10〜
4×1Q Ω・a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。そ
の結果、直流、駆動EL素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iEL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、1o(7) 以上の大きい光吸収係数を
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。
Function The mixed oxide thin film of Pr and Co has a resistivity of 4X10~
It has a value of 4×1Q Ω・a, and has a large dielectric breakdown field strength, so it operates as a stable resistor for a long period of time. As a result, it is thought that by using it as a current control layer of a DC-driven EL element, a direct iEL element that emits light stably over a long period of time will become possible. In addition, this material is completely black and has a large light absorption coefficient of 1o(7) or more, so it can effectively absorb external light, reduce the external light reflectance of the panel, and form a high-contrast element. be able to.

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(IT○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℃で厚さ4o○〇へのマンガン添
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℃で1時間熱処理を行い、EI、発
光体層3の活性化を行った。
On the glass substrate 1 made of Corning 7059-glass,
A tin-doped indium oxide thin film (hereinafter abbreviated as IT◯ thin film) with a thickness of 2000 mm was formed by a sputtering method, and processed into a stripe shape by a photolithography technique to form a transparent electrode 2. Thereon, an EL phosphor layer 3 consisting of a manganese-doped zinc sulfide thin film was formed at a substrate temperature of 200° C. to a thickness of 4 o○ by co-evaporation of manganese and zinc sulfide. Thereafter, heat treatment was performed in vacuum at 450° C. for 1 hour to perform EI and activation of the light emitting layer 3.

その上にPr、:Co 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。
A current control layer 4 made of a mixed oxide thin film of Pr and :Co was formed thereon. The preparation method and characteristics thereof will be explained in detail below.

原子比でPrとCoが各々50原子チになるようにP 
r e○11とCoo酸化物を秤量配合し、よく混合し
た。ついで空気中、1200℃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℃で3×10−27’orrのArガス中でスパッタ
ーして4000人の厚さのPrとCoの混合酸化物薄膜
を形成した。このPrとCo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
1.2X10  Ω@口 、従って4o○〇人の厚さの
時は面積抵抗は3×1090/口 である。比抵抗は組
成比によって大きく変化し、Coが60原子%より多く
なると急激に低下する。60原子%以下の組成で4XI
Q3Ω・(7)以上の比抵抗、4000人の膜厚で10
89/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ば105Gff−’ 以
上の光吸収係数が波長5ooo人付近で望まれる。その
ためにはcoの含毒が1o原子チ以上必要であることが
判った。
P so that the atomic ratio of Pr and Co is 50 atoms each.
r e○11 and Coo 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 obtain a sputtering target. Using RF sputtering equipment, the substrate temperature is 20
A mixed oxide thin film of Pr and Co having a thickness of 4000 nm was formed by sputtering in Ar gas of 3 x 10-27' orr at 0°C. This mixed oxide thin film current control layer of Pr and Co is a completely black resistor, and a separate experiment showed that the specific resistance was 1.2 x 10 Ω@mouth.Therefore, when the thickness was 4 o○〇 people, the sheet resistance was 3. ×1090/mouth. The specific resistance varies greatly depending on the composition ratio, and decreases rapidly when Co exceeds 60 atomic %. 4XI with a composition of 60 atomic % or less
Specific resistance of Q3Ω・(7) or more, 10 with a film thickness of 4000 people
A sheet resistance value of 89/mouth or more 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 Gff-' or more is desired at a wavelength of around 500 mm. For this purpose, it has been found that more than 10 atoms of co are required to be poisoned.

従って本発明に適しているPrとCoの混合酸化物電流
制御層の組成はCoが10〜60原子係含んだものであ
る。以上の説明はArガス中でスパツタリングして形成
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。
Therefore, the composition of the mixed oxide current control layer of Pr and Co suitable for the present invention is one containing 10 to 60 atoms of Co. Although the above description is about a thin film formed by sputtering in Ar gas, it is not preferable to mix oxygen into Ar gas.

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が、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℃、 3 X 10−2Torr
前後で行えばよい。
This is because although the light absorption coefficient of the resistor thin film does not change, the resistance decreases somewhat due to its P-type properties, and the underlying phosphor layer is adversely affected by oxygen plasma. In addition, the sputtering rate is low, resulting in poor production efficiency. The substrate temperature and Ar gas pressure of the sputtering conditions are the commonly used 200°C and 3 x 10-2 Torr as described above.
You can do it before and after.

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。Co が10〜60原子チ
含まれる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
あシ、このことは膜質の均一性から考えて都合がよく、
膜面内の欠陥も少いと考えられる。
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. A thin film prepared in a composition range containing 10 to 60 atoms of Co shows a halo pattern when examined by X-ray diffraction, and is amorphous from an X-ray perspective, which is convenient from the viewpoint of uniformity of film quality. often,
It is thought that there are fewer defects within the film plane.

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、ホトリングラ
フィ技術によりITO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 as described above, finally, aluminum is vacuum-deposited to a thickness of 2,000 yen, and a striped back electrode 5 is formed in a direction perpendicular to the ITO transparent electrode using photolithography technology. 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人の厚さのT a 205薄膜に変
えたEL素子も比較のため作成した。
For comparison, an EL device was also fabricated with the same structure, except that the current control layer was replaced with a well-known T a 205 thin film with a thickness of 2000 mm.

T a 205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EL素子用として作成条件を最適化したものであ
る。
The Ta 205 thin film was prepared by Ar using a Ta metal target.
It is formed by an active sputtering method in a +02 atmosphere, and the manufacturing conditions are optimized for a DC EL device.

本発明のEL素子を背面電極5を陽罹として第2図に示
すようなデユティ11520.周波数60出、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%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。45Vより立上り65Vで実
用的な44cd/m  を得た。esVで1000時間
駆動した後の輝度変化特性を破線で示した。図に示され
たようにその変化は小さく66■で輝度が9.1チ低く
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。また本発明の
EL素子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
The EL element of the present invention has a duty 11520 as shown in FIG. 2, with the back electrode 5 being exposed. When line-sequential driving was performed using pulses with a frequency of 60 and 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% of the total area, and the figure shows the average brightness including the light-emitting and non-light-emitting portions. A practical 44 cd/m 2 was obtained at 65 V rising from 45 V. The brightness change characteristic after driving at esV for 1000 hours is shown by a broken line. As shown in the figure, the change was small, and the brightness was only 9.1 inches lower at 66 inches, and the device operated stably for 1,000 hours without exhibiting any electrode breakage due to dielectric breakdown. Furthermore, 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T a 20 s薄膜を用いた従来形のEL素子は
ssV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 cd /rpf
の輝度が得られるが、同様に1000時間、85v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θγチと高い。もし200
 cd /yp? 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44cd/772′の輝度
で3.7:1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BOcdlyd でも0.6:1と
小さい。
On the other hand, in the conventional EL element using a T a 20 s thin film, the light emission rises from ssV, and unlike the case of the black-brown current control layer of the present invention, it is transparent and the light emission is reflected by the aluminum back electrode. 80 cd/rpf with ssV
However, when similarly driven at 85V for 1000 hours, the brightness decreased to 60% and some wire breakage occurred. Also, the external light reflectance is as high as θγ. If 200
cd/yp? If an external light source of 2 is specularly reflected on the surface of the device, the device of the present invention can obtain a contrast of 3.7:1 at a luminance of 44 cd/772'. On the other hand, the conventional EL element has a luminance of 0.6:1 even in BOcdlyd.

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
より浸れたコントラスト特性を持つ。
As explained above, the DC thin film EL element of the present invention has more stable brightness voltage characteristics, driving stability, and deeper contrast characteristics than the conventional example.

更にEL発光層としては上記マンガン添加硫化亜鉛以外
忙、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
できだ。
Furthermore, as an EL emitting layer, other than the manganese-doped zinc sulfide mentioned above, zinc sulfide doped with rare earth elements such as terbium and samarium, and calcium sulfide and strontium sulfide also doped with rare earth elements, can also be used. It was possible to create a DC-driven thin film EL device.

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素子を形成することが
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
あるので、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 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, 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おける直流1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・・・・・・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1
図 第2図
FIG. 1 shows a DC 1-driven thin film EL in one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of the device, FIG. 2 is a waveform diagram showing DC pulses used to drive the device, and FIG. 3 is a graph showing the brightness voltage characteristics of the device of the present invention. 1...Glass substrate, 2...Transparent electrode,
3... EL light emitter layer, 4... Current control layer, 5... Back electrode. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person No. 1
Figure 2

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims]  (1)透明電極と、EL発光体層と、PrとCo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 Co, and a back electrode.
 (2) PrとCoの混合酸化物薄膜において、Co
の含量が10〜60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 Co, Co
2. The direct current driven thin film EL device according to claim 1, wherein the content of is 10 to 60 atomic %.
(3)PrとCoの混合酸化物薄膜が、Pr酸化物とC
o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 Co is composed of Pr oxide and C
The DC-driven thin film according to claim 1, which is produced by heat-treating a mixture of O oxides in an air atmosphere, and then using the mixture as a target by sputtering in an Ar atmosphere. EL element.
JP61127568A 1986-06-02 1986-06-02 Dc driven thin film el device Pending JPS62285397A (en)

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