DE4108121C2 - Dünnfilm-Elektrolumineszenz-Anzeigevorrichtung mit hohem Kontrastverhältnis - Google Patents

Dünnfilm-Elektrolumineszenz-Anzeigevorrichtung mit hohem Kontrastverhältnis

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dünnfilm-Elektrolumineszenz- Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Durch die US-A-4 758 765 ist ein ELD (Elektrolumineszenz-Display oder -anzeige), das im allgemeinen als ebene Anzeigevorrichtung verwendet worden ist, als Alternative zur CRT (Kathodenstrahlröhre) im Sinne von stark erhöhter Leuchtdichte, längerer Lebensdauer und geringerer Treiberspannung bekannt. Im Unterschied zu den LCDs (Flüssigkristallanzeigen) ist ein ELD eine selbstleuchtende Vorrichtung und eine reine Festkörper­ anzeige.
Beim ELD nach der US-A-4 758 765 besteht das als isolierende Schicht dienende keramische Substrat entweder aus Si₃N₄ und SiO₂ oder Ta₂O₅. Die Photochromieschicht bei der bekannten Anzeigevorrichtung besteht entweder aus ZnSx oder aus ZnSx : Mn. Für Substrat und Photochromieschicht sind jeweils unterschiedliche Materialien vorgesehen. Aus der US-A-4 758 765 ist es dagegen nicht bekannt, als Grundsubstanz ein einheitliches Material zu wählen.
Aus dem Aufsatz "Studies on the Manufacturing Process in (Pb, La) (Zr, Ti)O₃ Transparent Ceramics" (in: Electronics and Communications in Japan, Vol. 58-C, No. 4, 1975, Seiten 80-87) ist es bekannt, daß keramisches Substrat aus (Pb, La) (Zr, Ti)O₃ hochtransparent ist und ausgezeichnete optische Eigenschaften aufweist. Die erfindungsgemäße Verwendung und die Möglichkeit des Dotierens dieses Materials mit Fe, um die entsprechende Photochromieschicht auf dem Substrat zu bilden, ist diesem Aufsatz jedoch nicht entnehmbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genanntetn Art mit einem vereinfachten Schichtaufbau zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einer Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles von Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert, dabei zeigt:
Fig. 1 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Struktur einer herkömmlichen EL-Anzeigevorrichtung, und
Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Struktur einer Dünnfilm-EL-Anzeigevorrichtung mit hohem Kontrastverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die EL-Anzeigevorrichtung ein transparentes Substrat 1 auf. Eine transparente Elektrode 2 gleichförmiger Breite wird gebildet, indem zunächst eine transparente Schicht von ITO (Indium-Zinn-Oxid) auf die obenliegende Fläche des transparenten Substrates 1 aufgebracht wird, die einen Oberflächenwiderstand von 10 Ohm pro Flächeneinheit hat, wobei ein chemisches Dampfauftragverfahren oder ein Sputterverfahren verwendet wird, woraufhin die ITO-Schicht mit Hilfe eines Fotoätzverfahrens strichgeätzt wird. Als nächstes wird eine erste isolierende Schicht 3 gleichförmiger Dicke gebildet, indem ein dielektrisches Material wie Y2O3, SiO2 oder Si3N4 auf der obenliegenden Fläche der transparenten Elektrode 2 aufgebracht wird, wobei ein EB-(Elektronenstrahl-)Verfahren oder das Sputterverfahren angewendet wird. Danach wird eine fluoreszierende Schicht 4 durch Auflagern von ZnS:Mn auf die obenliegende Fläche der ersten isolierenden Schicht 3 gebildet, indem das EB-Verfahren oder das Sputterverfahren verwendet wird. Auf der obenliegenden Fläche der fluoreszierenden Schicht 4 wird eine zweite isolierende Schicht 5 in derselben Weise wie die erste isolierende Schicht gebildet. Schließlich wird eine Hintergrundelektrode 6 durch Auflagern einer Aluminiumschicht auf die obenliegende Fläche der zweiten isolierenden Schicht 5 gebildet, indem das EB-Verfahren oder das Sputterverfahren verwendet werden, woraufhin die Aluminiumschicht in vertikaler Richtung in bezug auf die transparente Elektrode 2 strichgeätzt wird. In der Zeichnung kennzeichnet die Bezugsziffer 7 eine Spannungsquelle.
Wenn bei der oben beschriebenen herkömmlichen EL-Anzeigevorrichtung eine hohe Gleichspannung von 200 V zwischen die transparente Elektrode 2 und die Hintergrundelektrode 6 gelegt wird, 2 werden Elektronen in der ersten und der zweiten isolierenden Schicht 3 bzw. 5 gefangen. Andererseits werden Elektronen, die in den Zwischenbereichen der isolierenden Schicht 3 und der fluoreszierenden Schicht 4 bzw. zwischen der isolierenden Schicht 5 und der fluoreszierenden Schicht 4 vorliegen, durch eine hohe Intensität eines induzierten elektrischen Feldes aktiviert und in die fluoreszierende Schicht 4 eingeimpft. Beim Eintritt in die fluoreszierende Schicht 4 stoßen diese Elektronen die Leuchtzentren der Mn-Atome im ZnS der fluoreszierenden Schicht 4 und bewirken so, daß die äußeren Elektronen in den Mn-Atomen angeregt werden. Dann kehren die angeregten Elektronen der Mn-Atome in ihren Grundzustand zurück, wobei sie die aufgenommene Energie freisetzen, was zu einer Emission von Licht mit einer Wellenlänge entsprechend einer Energieniveaulücke führt. Wenn die fluoreszierenden Materialien aus ZnS:Mn gebildet sind, wird typischerweise eine intrinsische Wellenlänge von 585,8 nm von den Mn-Atomen erzeugt.
Das auf die oben beschriebene Weise ausgestrahlte Licht läuft durch die transparente Elektrode 2 in Richtung auf den Betrachter. Das Licht, das an der Hintergrundelektrode 6 ankommt, wird auf der Oberfläche der Hintergrundelektrode 6 zu wenigstens 90% reflektiert und wieder auf den Betrachter gelenkt.
Einfallendes äußeres Licht, das in das transparente Substrat 1 eintritt, verläuft durch jede Dünnfilmschicht, die auf dem transparenten Substrat 1 gebildet ist und wird an der Hintergrundelektrode 6 reflektiert und nach vorne gerichtet. Jedoch interferiert dieses reflektierte Licht wegen der außerordentlich hohen Durchlässigkeit jeder Dünnfilmschicht mit Licht, das von der fluoreszierenden Schicht 4 emittiert wird, so daß das Kontrastverhältnis zwischen leuchtenden Pixeln und nichtleuchtenden Pixeln beträchtlich gesenkt wird. Insbesondere, wenn das Umgebungslicht sehr hell ist, wird die Anzeigefähigkeit der Vorrichtung sehr reduziert, da die Leuchtdichte des EL-Lichtes und des reflektierten Lichtes nahezu gleich sind.
Es wird Bezug auf Fig. 2 genommen, in der eine Dünnfilm-EL-Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein transparentes keramisches Substrat 11 aufweist. Auf der obenliegenden Fläche des keramischen Substrates 11 ist eine Fotochromieschicht 12 ausgebildet, die sich schwarz färbt, wenn sie Licht einer bestimmten Wellenlänge ausgesetzt wird. Dann ist ein fluoreszierendes Material auf die oben liegende Fläche der Fotochromieschicht 12 aufgebracht, um eine fluoreszierende Schicht 13 zu bilden. Ein dielektrisches Material ist auf der obenliegenden Fläche der fluoreszierenden Schicht 13 aufgebracht, um eine isolierende Schicht 14 zu bilden. Auf der obenliegenden Fläche der isolierenden Schicht 14 ist eine transparente Elektrode 15 ausgebildet. Schließlich ist eine Hintergrundelektrode 16 auf der untenliegenden Fläche des transparenten keramischen Substrates 11 gebildet. In der Zeichnung kennzeichnet die Bezugsziffer 17 eine Spannungsquelle.
Bei der oben beschriebenen EL-Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung wird EL-Licht von der fluoreszierenden Schicht 13 emittiert, wenn eine Gleichspannung zwischen der transparenten Elektrode 15 und der Hintergrundelektrode 16 anliegt, wobei der Kontrast durch einen Lichtabsorptionseffekt der Fotochromieschicht 12 verstärkt wird, die schwarz wird, wenn sie einer bestimmten Wellenlänge des Lichtes ausgesetzt wird. Somit kann ein scharfes Bild durch die EL-Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
Beispiel
Ein Substrat 11 wird aus dem keramischen Material PLZT((Pb, La) (Zr,Ti) O3) gebildet. Die Fotochromieschicht 12 wird durch Auflagerung von Fe-dotiertem PLZT mit einer Dicke von 100 nm auf dem Substrat gebildet, wobei ein Sputterverfahren verwendet wird. Auf der obenliegenden Fläche der Fotochromieschicht 12 wird die fluoreszierende Schicht 13 durch Auflagern eines fluoreszierenden Materials SrS:Ce auf der Fläche mit dem EB-Verfahren und bei einer Temperatur von 500°C, auf die das Substrat aufgeheizt wird, mit einer Dicke von 600 nm bis 1000 nm gebildet. Die zweite isolierende Schicht 14 ist aus einem dielektrischen Material wie SiO2, Si3N4, SiOxNy oder Y2O3 gebildet und auf der obenliegenden Fläche der fluoreszierenden Schicht 13 durch das EB-Verfahren oder das Sputterverfahren abgelagert. Auf der obenliegenden Fläche der zweiten isolierenden Schicht 14 wird eine ITO-Schicht durch das CVD-Verfahren (chemisches Dampfauftragverfahren) oder das Sputterverfahren aufgebracht. Diese ITO-Schicht wird durch ein Fotoätzverfahren strichgeätzt, um eine transparente Elektrode 15 zu bilden. Auf der darunterliegenden Fläche des PLZT-Keramiksubstrats 11 wird eine Al-Schicht mit einer Dicke von 200 nm aufgetragen. Danach wird die Al-Schicht in vertikaler Richtung in bezug auf die transparente Elektrode 2 strichgeätzt, so daß die Hintergrundelektrode 16 gebildet wird. Gemäß der Struktur der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, arbeitet das PLZT-Keramiksubstrat 11, das eine EL-Anzeigevorrichtung bildet, als isolierende Schicht entsprechend der ersten isolierenden Schicht 3 der herkömmlichen EL-Anzeigevorrichtung. Das PLZT-Keramiksubstrat 11, das ein starkes dielektrisches Material mit einer Dielektrizitätskonstante von 900 bis 5000 ist, hat die Eigenschaft, daß seine Treiberspannung im Verhältnis zur Zunahme der Dicke ziemlich verringert ist. Diese Eigenschaft ist vergleichbar mit der anderer dielektrischer Materialien. In der fluoreszierenden Schicht 13 sind die Leuchtzentren des Ce im SrS des SrS:Ce-Fluoreszenzmaterials zu 0.1 mol% dotiert und gleichförmig verteilt, so daß blau-grünes EL-Licht mit einem Peak im Bereich von 480 nm bis 520 nm emittiert wird, wenn Wechselspannung zwischen die transparente Elektrode 15 und die Al-Hintergrundelektrode 16 gelegt wird.
Die Fotochromieschicht 12, die durch ein Sputterverfahren auf die obenliegende Fläche der PZT-Keramiksubstrates 11 aufgebracht ist, hat die Eigenschaft, schwarz gefärbt zu sein, wenn sie Licht mit einer Wellenlänge von 350 nm bis 510 nm ausgesetzt wird.
Bei der oben beschriebenen El-Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung wird El-Licht eines Wellenlängenbereiches von 480 nm bis 520 nm aus der fluoreszierenden Schicht 13 des SrS:Ce-Fluoreszenzmaterials emittiert, wenn eine Gleichspannung zwischen die transparente Elektrode 15 und die Al-Hintergrundelektrode 16 gelegt wird. Das El-Licht läuft durch die transparente Elektrode 15 in Richtung auf einen Betrachter. Gleichzeitig wird das auf die Hintergrundelektrode 16 gerichtete Licht von der Fotochromieschicht 12 absorbiert, so daß die Fotochromieschicht 12 schwarz gefärbt wird. Folglich kann dieses EL-Licht nicht auf den Betrachter gerichtet werden.
Als Ergebnis wird das Kontrastverhältnis der ausgewählten Leuchtdichtefläche zu der nicht ausgewählten Leuchtdichtefläche durch die gefärbte Fotochromieschicht 12 erhöht. Wenn nämlich helleres Umgebungslicht eintritt, läuft es durch die transparente Elektrode 15, die zweite isolierende Schicht 14 und die fluoreszierende Schicht 13 und wird weitgehend in der Fotochromieschicht 12 absorbiert, so daß der Hintergrund der Anzeigefläche schwarz wird. Folglich kann man eine EL-Anzeigevorrichtung mit hohem Kontrast erhalten.
Wie aus der obigen Beschreibung klar wird, umfaßt die EL-Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein PLZT-Keramiksubstrat, das an seiner oben liegenden Fläche mit einer Fotochromieschicht versehen ist, die beim Absorbieren von Licht schwarz wird. Die Fotochromieschicht ist an seiner oben liegenden Fläche mit einer fluoreszierenden Schicht aus SrS:Ce-Fluoreszenzmaterial versehen. Damit ist es möglich, den Abfall im Kontrast der Anzeigevorrichtung zu vermeiden, der durch äußeres Licht oder Licht, das von der fluoreszierenden Schicht selbst emittiert wird, verursacht wird.

Claims (7)

1. Dünnfilm-Elektrolumineszenz-Anzeigevorrichtung, mit einem transparenten keramischen Substrat (11), eine Hintergrundelektrode (16), die auf einer ersten Fläche des keramischen Substrates ausgebildet ist, einer Photochromieschicht (12), die auf einer der ersten Fläche gegenüberliegenden zweiten Fläche des kerami­ schen Substrates ausgebildet ist und die schwarz wird, wenn sie Licht bestimmter Wellenlängen ausgesetzt ist, und mit einer Fluoreszenzschicht (13), einer isolierenden Schicht (14) und einer transparenten Elektrode (15), die in Folge über der zweiten Fläche der Photochromieschicht (12) ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß das transparente keramische Substrat (11) aus (Pb, La) (Zr, Ti)O3 und die Photochromie­ schicht (12) aus mit Fe dotiertem (Pb, La) (Zr, Ti)O₃ besteht.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photochromieschicht (12) derart mit Fe dotiert ist, daß sie sich bei auftreffendem Licht einer Wellenlänge von 350 nm bis 510 nm schwarz färbt.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Photochromieschicht (12) eine Dicke von 100 nm hat.
4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluoreszenzschicht (13) SrS:Ce-Fluoreszenzmaterial aufweist.
5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das SrS:Ce-Fluoreszenzmaterial mit Ce zu 0,1 mol% dotiertes SrS enthält.
6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluoreszenzschicht (13) eine Dicke von 600 nm bis 1000 nm hat.
7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht (14) ein dielektrisches Material aus der Gruppe SiO2, Si3N4, SiOxNy oder Y2O3 enthält.
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