183831. lajstromszámú szabadalom • Elektroluminescens vékony réteg szerkezet
1 183 831 2 A találmány elektrolumineszcens vékonyréteg szerkezetre vonatkozik, amely — legalább egy — például üvegből készült — szubsztrátrétegből, — legalább egy első elektródrétegből, — legalább egy, az első elektródrétegtől bizonyos távolságra elhelyezkedő második elektródrétegből, — az első és a második elektródréteg között elhelyezkedő lumineszcensrétegből és — az áram korlátozására és kémiai védelemre szolgáló, az elektródrétegek és a lumineszcensréteg közé elhelyezett további rétegszerkezetekből áll. Az elektrolumineszcencia jelensége az 1930-as évektől ismert. Az, hogy a jelenség gyakorlati felhasználására hosszú ideig mégsem került sor, főként azzal magyarázható, hogy az elektrolumineszcens szerkezetek élettartama és megbízhatósága nem felelt meg a gyakorlati követelményeknek. A vékonyréteg elektrolumineszcens elemeket az 1960-as évek elejétől tanulmányozzák intenzívebben. Az alapvizsgálatokat cink-szulfidon végezték, amelyből vákuum párologtatással készítettek vékonyrétegeket. A cink-szulfid nagy tilossáv szélességű félvezető anyag (tilossáv szélesség: kb. 4 eV), amelynek viszonylag alacsony a fajlagos vezetőképessége ( = 109 ß cm). Az elektrolumineszcencia kiváltásához megfelelő aktivátorokra van szükség a cink-szulfid anyagban, és bizonyos nagyságú áramot kell az anyagon átfolyatni. A nemötvözött cink-szulfid esetében igen nagy elektromos térre van szükség ahhoz, hogy megfelelő áramsűrűséget érjünk el (106 V/cm nagyságrend). Ilyen elektromos tér rákapcsolása tgy vékonyrétegre megköveteli, hogy a cink-szulfid anyag elektromosan és szerkezetileg igen homogén legyen. Miután azonban a cink-szulfid vezetőképessége nő a hőmérséklet emelkedésével, a szóban forgó nagy térerőhatása alatt a cink-szulfid vékonyréteg nagyon érzékeny az úgynevezett termikus letörésre. Termikus letörésre akkor kerül sor, amikor az áramsűrűség az anyag egy bizonyos pontján megnő, és az adott ponton extra hő fejlődik ki. A hőmérséklet emelkedése ugyanis megnöveli a szóban forgó pont vezetőképességét, ami pozitív visszacsatolásként ismét az áram megnövekedéséhez vezet. A gyakorlatban az ötvözetlen cink-szulfid alapú szerkezetek önmagukban nem bizonyultak megfelelőnek. Ezért, lényeges javításként, olyan szerkezetet javasoltak [W. J. Harper, J. Elektrochem, Soc., 109, 103 (1962)], amelyben a termikus letörést sorosan kötött impedanciákkal akadályozták meg, ily módon korlátozva a cink-szulfid rétegen keresztülfolyó áramot. Miután a szóban forgó soros impedancia kapacitív, általában AC lumineszcens szerkezetről beszélünk ilyen esetben. Ha a szóban forgó soros impedancia ellenállás jellegű, direkt áramfolyást is megengedünk a rendszerben, és ilyenkor DC lumineszcens szerkezetről beszélhetünk. A gyakorlatban a vékonyréteg szerkezetek közül az AC szerkezet jobb eredményt nyújtott, mint a DC szerkezet, mind az optikai viselkedés, mint az élettartam tekintetében . A korábban ismert módszerek közül az AC szerkezetre a legjobb megoldást a Sharp Corporation (T. Inoguchi és mtsai., Journal of Electronic Engineering, 1974. okt. 44) dolgozta ki. Ez az úgynevezett kettős szigetelő szerkezet volt [M. J. Russ, D. I. Kennedy, J. Elektrochem. Soc., 114, 1066 (1967)], amelyben a cink-szulfid réteg mindkét oldalán dielektromos réteg van. A kettős szigetelő szerkezet hátránya, hogy a két szigetelőn maradó feszültség növeli a teljes szerkezet működési feszültségét. A nagy működési feszültség pedig, különösen az elektrolumineszcens elemet szabályozó elektronika szempontjából hátrányos. Találmányunk azon a megfigyelésen alapul, hogy az elektrolumineszcens eszközök élettartalma nagymértékben függ a cink-szulfid és az elektródák vagy az elektródákon kívüli anyagok kémiai kölcsönhatásaitól. Egy elektrolumineszcens szerkezetben ennek következtében a szigetelés funkciója nem csak az elektromos átütést megakadályozása, hanem az is, hogy gátolja a cink-szulfid és környezete közötti kémiai kölcsönhatást. Ezt a szerepet a legtöbb dielektromos anyag be tudja tölteni, az ionok kis mozgékonysága következtében. A kettősszigetelő szerkezetekkel elért viszonylag jó eredmények az üzemeltetés során elért élettartammal kapcsolatban elsősorban annak a körülménynek tulajdoníthatók, hogy az áramkorlátozására beiktatott szigetelőrétegek kémiai gátként is működnek a cink-szulfid és környezete között. A találmány szerinti szerkezet azon az elgondoláson alapul, hogy a kémiai gát és az áramkorlátozás funkciói elkülöníthetők egymástól, minek következtében a kémiai védelem önmagában feszültségveszteség nélkül létrehozható, más szóval, a kémiai védelem megoldható egy olyan anyaggal, amelynek elektromos vezetőképessége lényegesen nagyobb, mint az áramkorlátozó elektromos vezetőképessége. Közelebbről, a találmány szerinti szerkezetet az jellemzi, hogy — mindkét elektród réteg és a lumineszcensréteg közé egy első és egy második további réteget helyezünk el, amelyek .feladata a kémiai védelem ellátása, és — egy az áram korlátozására szolgáló, harmadik további réteget helyezünk el, általában csak a második elektródréteg és a lumineszcensréteg közé. Más szóval, a találmány szerinti elektrolumineszcens szerkezetet az jellemzi, hogy a cink-szulfid mindkét oldalán kémiai gátként funkcionáló réteg van, míg az áram korlátozására csak egyik oldalon kerül sor, vagy különálló ellenállás vagy dielektromos réteg formájában, vagy a kémiai gátként szolgáló anyagba integrálódott réteg formájában. A találmány szerinti szerkezet egy előnyös kiviteli alakja szerint a lumineszcensrétegnek legalább az egyik oldalára egy meglehetősen vékony további szigetelőréteget helyezünk, amely átmeneti rétegként funkcionál. A találmány szerinti szerkezet egy további előnyös kiviteli alakját az jellemzi, hogy a lumineszcensréteget egyik oldalon egy elektromosan szigetelő kémiai védőréteggel látjuk el, míg a másik oldalon egy meglehetősen vékony további szigetelőréteg, amely átmeneti rétegként szolgál, és egy elektromosan vezető kémiai védőréteg kombinációját építjük ki. A felsorolt megoldások segítségével jelentős előnyök érhetők el. így a vezető védőréteg és az áram korlátozó réteg elválasztásával lehetővé vált az elektrolumineszcens szerkezet leegyszerűsítése. Egy igen vékony alumínium-oxid réteg kialakításával a lumineszcensréteg egyik felületén pedig elértük, hogy jó fényemissziót kapjunk, függetlenül az áram pillanatnyi irányától. Más szóval, a további réteg beiktatásával a fényemisszió szimmetriáját sikerült biztosítani a lumineszcens szerkezetben. A találmány szerinti szerkezet a változtatások ellenére mind AC, mind DC üzemmódban üzemeltethető. Találmányunkat a következőkben a csatolt rajzok szerinti speciális kiviteli alakok segítségével szemléltetjük. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
