JPS62285398A - Dc driven thin film el device - Google Patents

Dc driven thin film el device

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JPS62285398A
JPS62285398A JP61127569A JP12756986A JPS62285398A JP S62285398 A JPS62285398 A JP S62285398A JP 61127569 A JP61127569 A JP 61127569A JP 12756986 A JP12756986 A JP 12756986A JP S62285398 A JPS62285398 A JP S62285398A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
driven
oxide
light
current control
Prior art date
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Pending
Application number
JP61127569A
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
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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) [Abstract] 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EL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 EL 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EL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
ンゲン、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。
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 a thin film EL element has 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, aluminum oxide and A first dielectric layer made of silicon nitride, etc., a phosphor layer made of zinc sulfide doped with mangen, terbium, samarium, etc., a second dielectric layer made of the same material as the first dielectric layer, and a thin aluminum film. It has a structure in which back electrodes 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
によシ、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交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ぐ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 alternating current 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 elements 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 AC pulses, the drive circuit is complicated and expensive. There was a drawback. Another drawback was that brightness modulation was difficult.

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
層のかわシ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 emitter 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 in place of the dielectric layer. A prototype has been manufactured (Japanese Patent Application Laid-open 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、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悪いが、本発明は直流駆動
EL素子ノ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. In addition, thin film EL elements generally have poor contrast in both AC and DC driven types, but 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、PrO′!たはP r 
e○11+PrO2の混合体層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 Transparent electrodes, EL emitter layers, and PrO'! or P r
a current control layer consisting of a mixture layer of e○11+PrO2;
The element has a structure in which back electrodes are arranged in sequence.

作  用 Pr6O11  またはPr6O11+PrO2混合酸
化物薄膜は抵抗率として10 Ω・crn台の値を持ち
、また絶縁破壊電界強度も大きく、長期間に渡シ安定な
抵抗体として動作する。その結果、直流駆動E、L素子
の電流制御層として用いることによシ、長期間に渡シ安
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。またこの材料は黒褐色を量し、10 cm 前後の
大きい光吸収係数を有するので、ダ、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 Pr6O11 or Pr6O11+PrO2 mixed oxide thin film has a resistivity value on the order of 10 Ω·crn, has a large dielectric breakdown field strength, and operates as a stable resistor over a long period of time. As a result, it is thought that by using it as a current control layer of DC-driven E and L elements, a DC EL element that stably emits light over a long period of time will become possible. In addition, this material has a dark brown color and a large light absorption coefficient of around 10 cm, so it can effectively absorb light and reduce the external light reflectance of the panel to form elements with high contrast. can.

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柵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20o℃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、460℃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Pr6O11セラミツ
クターゲツトを6O%の酸素を含むアルゴン雰囲気中で
基板温度200℃、圧力3X10−2Torrでスパッ
タリングすることによシ厚さ20oOAのP r e○
11 薄膜からなる電流制御層4を形成した。この電流
制御層は黒褐色を量する薄膜で別途の実験で比抵抗的8
×1o8Ω・cm  、従って20oO人の厚さの時は
面積抵抗4x10 Ω/口である。
A tin-doped indium oxide thin film (hereinafter abbreviated as ITO thin film) with a thickness of 2,000 thick was formed on a glass substrate 1 made of Corning 7059 glass by sputtering, and processed into stripes by photolithography to form a transparent electric fence 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 20° C. by co-evaporation of manganese and zinc sulfide. Thereafter, heat treatment was performed at 460° C. for 1 hour in vacuum to activate the EL light emitting layer 3. On top of that, a Pr6O11 ceramic target was sputtered in an argon atmosphere containing 60% oxygen at a substrate temperature of 200°C and a pressure of 3X10-2 Torr to form a 200OA thick Pr e○.
11 A current control layer 4 made of a thin film was formed. This current control layer is a thin film with a blackish-brown color, and a separate experiment showed that the resistivity was 8.
×108Ω·cm, so when the thickness is 2000 people, the sheet resistance is 4×10 Ω/mouth.

光吸収係数は波長5000Aで約105c、−i の大
きい値を持つ。
The optical absorption coefficient has a large value of about 105c,-i at a wavelength of 5000A.

この電流制御層はスパッタリング条件やターゲットを変
えることKよシ組成が変化する。P r 6011酸化
物セラミツクターゲツトを用いた場合、普通Pr6O1
1 薄膜が形成されるが、スパッタリングガス中の酸素
の割合を大きくしたり、低いスパッタリングレートにす
るとP r O2が一部生じてP r 6011+P 
r02混合酸化物薄膜になる。ターゲットfPrメタル
にし、酸化性雰囲気で活性スパッタリングを行うと、ス
パッタリング条件により薄膜の結晶配向性が変化するが
、Pr6O11 薄膜が形成される。以上各種スパッタ
リング条件で形成された膜はいずれも比抵抗として1o
 Ω・cm台の値を持ち、かつPrO2が混在した薄膜
はよシ黒褐色化し光吸性能力が大きくなるため、高コン
トラストEL素子を作成するには都合がよい。よシ黒褐
色化するのは3価Pr  よシも光吸収能力の大きい4
価Pr  が相対的に増すからである。
The composition of this current control layer can be changed by changing the sputtering conditions or target. When using Pr6011 oxide ceramic target, it is usually Pr6O1
1 A thin film is formed, but if the proportion of oxygen in the sputtering gas is increased or the sputtering rate is low, some P r O2 is generated and P r 6011+P
It becomes an r02 mixed oxide thin film. When active sputtering is performed in an oxidizing atmosphere using fPr metal as the target, a Pr6O11 thin film is formed, although the crystal orientation of the thin film changes depending on the sputtering conditions. The films formed under the various sputtering conditions mentioned above have a resistivity of 10
A thin film having a value on the order of Ω·cm and containing PrO2 becomes more dark brown and has a greater light-absorbing ability, which is convenient for producing a high-contrast EL element. It is trivalent Pr that turns black and brown, and 4, which has a large light absorption ability.
This is because the value Pr increases relatively.

最後に厚さ2000A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、j) I To透明電極2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。
Finally, aluminum with a thickness of 2000 A is vacuum-deposited, and a striped back electrode 5 is formed in a direction perpendicular to the transparent electrode 2 using photolithography.
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T a 206薄膜に変えたEL素子も比較
のため作成した。Ta2O,薄膜はTa金属ターゲット
を用いA r +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。
For comparison purposes, an EL element was also fabricated with the same structure, except that only the current control layer was replaced with a well-known T a 206 thin film. The Ta2O thin film was formed by active sputtering in an Ar +02 atmosphere using a Ta metal target, and the manufacturing conditions were optimized for use in a DC EL device.

本発明のEL素子を背面電極6を陽極として、第2図に
示すようなデユティ11520 、周波数60Hz、パ
ルス巾32μB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。62Vよシ立上シ、a
oVで実用的な50cd/−を得た。80V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aoVで輝度が10%程
度低くなるのみで、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7チと低かった。従って高コントラストEL素子が得
られる。
When the EL element of the present invention was driven line-sequentially with a duty of 11520, a frequency of 60 Hz, and a pulse width of 32 μB as shown in FIG. 2 using the back electrode 6 as an anode, the brightness voltage characteristics as shown in FIG. 3 were obtained. 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. Start up 62V, a
A practical value of 50 cd/- was obtained at oV. 1000 at 80V
The brightness change characteristics after time driving are shown by broken lines. As shown in the figure, the change was small and the luminance was only about 10% lower at aoV, and the device operated stably during 1000 hours of operation, with no electrode breakage due to dielectric breakdown. Further, 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 7. It was low. Therefore, a high contrast EL element can be obtained.

一方、T a 206薄膜を用いた従来型のEI、素子
はssVよシ発光が立上り、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90Vで80 c d/m”
  の輝度が得られるが、同様に1000時間、90V
で駆動を行ったところ60チに輝度が低下し、部分的に
断線も生じた。また外光反射率は67%と高い。もし2
00 cd/−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50cd/−の輝度で3.6:
1のコントラストが得られる。一方上記従来型のEL素
子は輝度が80Cd/rr?でも0.6 : 1と非常
に小さい。
On the other hand, in the conventional EI device using the T a 206 thin film, luminescence rises at ssV, and unlike the case of the black-brown current control layer of the present invention, it is transparent and the reflection of luminescence by the aluminum back electrode is also effective. 80 c d/m at 90 V”
The brightness of 90V is obtained for 1000 hours.
When I drove it, the brightness decreased to 60 inches, and some wires broke. Also, the external light reflectance is as high as 67%. If 2
If an external light source of 00 cd/- is specularly reflected on the surface of the element, the element of the present invention has a luminance of 3.6 at a luminance of 50 cd/-.
A contrast of 1 is obtained. On the other hand, the luminance of the conventional EL element mentioned above is 80Cd/rr? However, it is very small at 0.6:1.

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
より優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, drive stability, and better contrast characteristics than the conventional example.

上記実施例ではP r es○11電流制御層を用いた
場合について説明したがPr O+PrO2混合薄膜に
してもコントラストがより良くなるのみで他の特性は変
らない。
In the above embodiment, a case was explained in which a Pr es○11 current control layer was used, but even if a PrO+PrO2 mixed thin film was used, the contrast would only be improved and other characteristics would not change.

またEL発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。
In addition to the manganese-doped zinc sulfide mentioned above, the EL light-emitting layer can also be made of zinc sulfide doped with rare earth elements such as terbium or samarium, or calcium sulfide or strontium sulfide also doped with rare earth elements. We were able 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 第3図 電7ミ(1/)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a DC-driven thin film EL device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram showing the DC pulse used to drive the device, and FIG. 3 is a diagram showing the brightness voltage characteristics of the device of the present invention. This is a graph showing. 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 Figure 3 Electric 7mi (1/)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims]  (1)透明電極と、EL発光体層と、Pr_6O_1
_1酸化物またはPr_6O_1_1+PrO_2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) Transparent electrode, EL light emitter layer, Pr_6O_1
1. A DC-driven thin film EL device comprising a current control layer made of a thin film of _1 oxide or Pr_6O_1_1+PrO_2 mixed oxide, and a back electrode arranged in sequence.
 (2)Pr_6O_1_1酸化物またはPr_6O_
1_1+PrO_2混合酸化物薄膜がPr_6O_1_
1酸化物をターゲットとして酸化性雰囲気中でスパッタ
リング法により作成され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。
(2) Pr_6O_1_1 oxide or Pr_6O_
1_1+PrO_2 mixed oxide thin film is Pr_6O_1_
2. The DC-driven thin film EL device according to claim 1, which is produced by sputtering in an oxidizing atmosphere using monooxide as a target.
 (3)Pr_6O_1_1酸化物薄膜が、Pr金属を
ターゲットとして酸化性雰囲気中で活性スパッタリング
法により作成され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 DC-driven thin film EL device according to claim 1, wherein the Pr_6O_1_1 oxide thin film is produced by active sputtering in an oxidizing atmosphere using Pr metal as a target.
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