JPS609277B2 - How to erase thin film EL elements - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発光輝度の対印加電圧特性に於いてヒステリシ
ス現象を呈する三層構造薄膜ＥＬ素子において、該素子
の表示パターンの光消去を改良したことを特徴とする薄
膜ＥＬ表示の消去方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a three-layer thin film EL device which exhibits a hysteresis phenomenon in the characteristics of luminance versus applied voltage, and which is characterized by improved optical erasure of a display pattern of the device. This relates to a method of erasing a display.

ＭｎをドープしたＺｎＳ，ＺｎＳｅ等の半導体発光薄膜
をＹ２０３，Ｓｉ３Ｎ４，Ｔｉ０２等の議電体薄膜でサ
ンドィッチした三層構造ＺｎＳ：Ｍｎ（又はＺｎＳｅ：
Ｍｎ）薄膜ＥＬ素子は数ＫＨＺのＡＣ電圧印加によって
高輝度発光し、しかも長寿命であるという特徴を有して
いる。Three-layer structure ZnS:Mn (or ZnSe:
Mn) thin film EL elements emit light with high brightness when an AC voltage of several KHz is applied, and have a long lifespan.

第１図は本発明の１実施例として使用するＺｎＳ薄膜Ｅ
Ｌ素子の構造を示す構成図である。Figure 1 shows a ZnS thin film E used as an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing the structure of an L element.

通常、ガラス基板１上にｌｎ２０３又はＳｎ０２よりな
る下部電極２、Ｙ２０３，Ｓｉ３Ｎ４，又はＴｉ０２よ
りなる薄膜絶縁層３Ｍｎがドープされ、発光層となる薄
膜ＺｎＳ層４、Ｙ２Ｑ，Ｓｉ３Ｎ４又はＴｉ０２よりな
る上部薄膜絶縁層５、山等の金属より成る背面電極６が
葵着法等により順次積層形成されている。透明電極２及
び背面電極６はリード線で電源部７に接続されている。
またこの薄膜ＥＬ層の発光に関しては印加電圧を昇圧し
ていく過程と高電圧側より降圧していく過程で、同じ印
加電圧値に対して発光輝度が異なるといったヒステリシ
ス特性を有しているこことが発見され、、このヒステリ
シス特性を有するＥＬ素子に印加電圧を昇圧する過程に
於いて、光、電界、熱等が付与されるとＥＬ素子はその
強度に対応した発光輝度の状態に励起され、光、電界、
熱等を除去して元の状態に戻しても発光輝度が高くなっ
た状態に留まるといったメモリー現象が存在することが
知られている。そしてこのメモリー現象を有効に活用し
てＥＬ素子をメモリー素子として利用するＥＬ素子応用
技術が現在産業界等で研究開発されている。薄膜ＥＬ素
子の１例としてＭｎをドープしたＺｎＳ：Ｍｎ薄膜ＥＬ
素子の印加電圧に対する発光輝度特性を第２図に示す。Usually, a lower electrode 2 made of ln203 or Sn02, a thin film insulating layer 3Mn made of Y203, Si3N4, or Ti02 are doped on a glass substrate 1, and a thin ZnS layer 4, which becomes a light emitting layer, is an upper thin film made of Y2Q, Si3N4 or Ti02. An insulating layer 5 and a back electrode 6 made of a metal such as a ridge are sequentially laminated by a method such as a hollyhock bonding method. The transparent electrode 2 and the back electrode 6 are connected to a power supply section 7 through lead wires.
Furthermore, regarding the light emission of this thin film EL layer, it has a hysteresis characteristic such that the light emission brightness differs for the same applied voltage value in the process of increasing the applied voltage and in the process of decreasing the applied voltage from the high voltage side. was discovered, and in the process of boosting the applied voltage to an EL element with this hysteresis characteristic, when light, electric field, heat, etc. are applied, the EL element is excited to a state of luminescence brightness corresponding to the intensity, light, electric field,
It is known that there is a memory phenomenon in which the luminance remains high even after removing heat and returning it to its original state. EL element application technology that effectively utilizes this memory phenomenon and utilizes the EL element as a memory element is currently being researched and developed in industry. ZnS:Mn thin film EL doped with Mn as an example of a thin film EL element
FIG. 2 shows the luminance characteristics of the device versus the applied voltage.

横軸は印加交流電圧パルスの振幅（ピーク値）Ｖを、縦
軸は発光輝度Ｂをあらわしている。この第２図から明ら
かな様に、印加パルスの電圧を上昇していくときのＥＬ
素子の発光輝度（曲線１で示す）と、電圧を降下してい
くときのＥＬ素子の発光輝度（曲線０で示す）との間に
は、顕著なヒステリシス現象が存在する。又第３図は第
２図に於ける薄膜ＥＬ素子に印加される印加交流電圧パ
ルスの電圧波形を示すものである。The horizontal axis represents the amplitude (peak value) V of the applied AC voltage pulse, and the vertical axis represents the luminance B. As is clear from this Figure 2, when the voltage of the applied pulse is increased, the EL
There is a significant hysteresis phenomenon between the luminance of the device (shown by curve 1) and the luminance of the EL device as the voltage is lowered (shown by curve 0). Further, FIG. 3 shows the voltage waveform of the applied AC voltage pulse applied to the thin film EL element in FIG. 2.

ある一定の電界を印加されたＥＬ素子に書き込み手段と
して光、熱、又は電界が照射あるいは印加されると、Ｚ
ｎＳ：Ｍｎ発光層中の電子トラップ準位に楠護されてし
、た電子が各強度に相当する数だけ伝導帯中に励起され
伝導電子となってＺｎＳ：Ｍｎ層を走行する。When light, heat, or an electric field is irradiated or applied as a writing means to an EL element to which a certain electric field is applied, Z
The electrons protected by the electron trap level in the nS:Mn light-emitting layer are excited into the conduction band in a number corresponding to each intensity, become conduction electrons, and travel through the ZnS:Mn layer.

この途中でＭｎ発光センターを励起発光させる為ＥＬ素
子の発光輝度は増加する。従って、今、同一印加電圧値
に於いて電圧上昇時の発光輝度茂と、電圧下降時の発光
輝度Ｂｗとの差が十分に大きい点の電圧値Ｖｓ（維持電
圧）を選び、第３図に示す如く、Ｖｓを振幅とする交流
パルス列Ｐｓで上記ＥＬ素子を駆動するときＥＬ素子は
発光輝度＆をこのパルス打肝ｓに依って維持する。During this process, the Mn luminescent center is excited to emit light, so that the luminance of the EL element increases. Therefore, at the same applied voltage value, we selected a voltage value Vs (maintenance voltage) at a point where the difference between the luminance brightness B when the voltage increases and the luminance Bw when the voltage decreases is sufficiently large, and As shown, when the EL element is driven by an alternating current pulse train Ps having an amplitude of Vs, the EL element maintains the luminance & of light depending on the pulse strength s.

次に、交流パルス列Ｐｓの振幅を第３図に示すように瞬
間的に変調して電圧値の高い書き込み電圧ＶｗをＥＬ素
子に印加すると、素子は書き込み電圧Ｖｗもこ対する発
光輝度則ち第２図に於けるＰ点の瞬間輝度Ｂｗで発光し
た後、次の交流維持パルスにて曲線ローこより書き込み
輝度Ｂｗの点Ｑで安定となり、この輝度Ｂｗを維持する
。一方、このようにして書き込み状態を維持している交
流維持パルス刃岬ｓの振幅をさらに変調して十分に低い
消去電圧ＶｅをＥＬ素子に印加すると、ＥＬ素子は瞬間
、消去輝度氏の点Ｒを通過した後、次の交流維持パルス
刃収ｓにて消去輝度Ｂｅに落ちつき、この輝度Ｂｅを維
持して、消去及び消去状態を維持する。Next, when the amplitude of the AC pulse train Ps is instantaneously modulated as shown in FIG. 3 and a writing voltage Vw with a high voltage value is applied to the EL element, the writing voltage Vw also increases the luminance of the element, i.e., as shown in FIG. After emitting light with the instantaneous brightness Bw at point P at point P, the next AC sustaining pulse stabilizes the writing brightness Bw from the low curve at point Q, and maintains this brightness Bw. On the other hand, if the amplitude of the alternating current sustaining pulse blade cape s that maintains the write state in this way is further modulated and a sufficiently low erase voltage Ve is applied to the EL element, the EL element will instantly move to the erase brightness point R. After passing through, the erase brightness Be settles down to the erase brightness Be at the next AC sustaining pulse edge s, and this brightness Be is maintained to maintain the erase and erase state.

また上記書き込み、消去にあたって書き込み、あるいは
消去電圧Ｖｗ，Ｖｅを任意に選択すると、輝度Ｂｗ，Ｂ
ｅの間での上記電圧に対応した任意の中間調の輝度が得
られる。書き込み電圧Ｖｗ，消去電圧Ｖｅの印加により
ＥＬ素子の発光輝度が書き込み輝度Ｂｗに維持され、あ
るいは書き込み輝度Ｂｗが消去される原因は次の理由に
よるものと考えられる。即ち、書き込み手段として照射
あるいは印加された光、熱、又は電界を除去してもＺｎ
Ｓ：Ｍｎ層と誘電体膜の界面近傍に掃引された伝導電子
は界面近傍の界面準位に橋叢されており、次の維持パル
ス印加によって界面準位より電導帯に抜け出しＺｎＳ：
Ｍｎ層を走行して他方の界面に達する。その際ＺｎＳ：
Ｍｎ層中のもとの電子トラップ近傍を通過する電導電子
に対してはもとのトラップ準位に再トラッフ。される確
率よりも他方の界面に掃引される確率の方が高い。これ
は維持パルスによる電界によって電導電子が高速度とな
っているためである。このため発光輝度は元の状態に戻
らずメモリー現象を呈することとなる。次に消去電圧を
印加すると電子トラップ準位近傍を通過する電導電子の
橋引速度が低くなり、印加電界によって他方の界面に掃
引される確率よりもＺｎＳ：Ｍｎ層中のもとの電子トラ
ップ準位に再トラップされる確率が高くなる。Furthermore, if the writing or erasing voltages Vw and Ve are arbitrarily selected in the above writing and erasing, the brightness Bw and B
Any halftone luminance corresponding to the above voltage between e and e can be obtained. The reason why the emission brightness of the EL element is maintained at the write brightness Bw or the write brightness Bw is erased by applying the write voltage Vw and the erase voltage Ve is considered to be due to the following reason. That is, even if the irradiated or applied light, heat, or electric field is removed as a writing means, Zn
Conduction electrons swept near the interface between the S:Mn layer and the dielectric film are bridged to the interface level near the interface, and when the next sustaining pulse is applied, they escape from the interface level to the conduction band.ZnS:
It travels through the Mn layer and reaches the other interface. At that time, ZnS:
Conduction electrons passing near the original electron trap in the Mn layer are retrafficed to the original trap level. The probability of being swept to the other interface is higher than the probability of being swept to the other interface. This is because the electric field caused by the sustain pulse causes the conduction electrons to move at a high speed. For this reason, the luminance does not return to its original state and exhibits a memory phenomenon. Next, when an erase voltage is applied, the bridging speed of conduction electrons passing near the electron trap level becomes lower, and the probability that the electron trap level in the ZnS:Mn layer is lower than the probability that it will be swept to the other interface by the applied electric field. The probability of being re-trapped is high.

従ってメモリー消去が行なわれることになる。以上詳説
した事項は、従来薄膜ＥＬ素子の駆動方式に於いて一般
的に利用されているものであり上記方式によりＥＬ素子
をメモリー機能を有するＥＬ素子として応用することが
できる。Therefore, memory erasure will be performed. The details described above are commonly used in conventional thin film EL device drive methods, and the above method allows the EL device to be applied as an EL device having a memory function.

メモリー消去の方法として、光、又は電界による消去が
一般的であるが、本発明は光消去方式の改良したもので
ある。As a memory erasing method, erasing using light or an electric field is generally used, and the present invention is an improvement of the optical erasing method.

以下に詳細に本発明について述べる。本件出願に先に出
願した特感昭４９一１０３３１６号（特関昭５１−２９
８８７号）に記載した光消去方式第４図に示すような電
気的タイミングで、即ち、ＥＬの両端電圧が０のとぶこ
光照射をしてメモリー消去を行なうものである。The present invention will be described in detail below. Tokukan Sho 49-103316 (Tokukan Sho 51-29), which was filed earlier than this application.
887) The memory is erased by electrical timing as shown in FIG. 4, that is, by irradiating light with the voltage across the EL being 0.

この場合、照射光強度が弱いと十分消去が出来ず、再び
維持パルス電圧を印加すると書き込みメモリー輝度と消
去輝度の中間のレベルでＥＬは発光してしまう。光照射
による消去は界面に蓄積された分極電荷をＺｎＳの光電
導により緩和させることによりメモリー消去が行なわれ
うものである。In this case, if the irradiation light intensity is weak, sufficient erasing cannot be achieved, and when the sustain pulse voltage is applied again, the EL will emit light at a level intermediate between the write memory brightness and the erase brightness. In erasing by light irradiation, memory erasing is performed by relaxing the polarized charges accumulated at the interface by photoconduction of ZnS.

従って、光が弱い場合、十分緩和されず、伝導電子は掃
引されず、ＺｎＳ：Ｍｎ層中のもとの電子トラップ準泣
に再トラツプされる確率が低くなる。本発明はこれを解
決するものであり、本発明は光照射だけでなく、同時に
バイアス電圧を印加しておき、伝導電子が加速されやす
い状態の下で光緩和を行い、伝導電子の掃引を早め、ひ
いては消去効果を向上させるものである。Therefore, if the light is weak, it will not be sufficiently relaxed and the conduction electrons will not be swept away, reducing the probability that they will be re-trapped in the original electron trap quasi-crystalline in the ZnS:Mn layer. The present invention solves this problem, and the present invention not only applies light irradiation, but also applies a bias voltage at the same time, performs photorelaxation under conditions where conduction electrons are easily accelerated, and accelerates the sweep of conduction electrons. , which in turn improves the erasing effect.

第５図は本発明の消去方法を示し、光消去をするタイミ
ングのとき、バイアス電圧Ｖａを印加する。FIG. 5 shows the erasing method of the present invention, in which a bias voltage Va is applied at the timing of optical erasing.

このバイアス電圧は光照射に同期するパルス電圧でもよ
いが、直流電圧でもよい。バイアス電圧Ｖａは、第６図
の曲線Ａにバイアス電圧Ｖａを機軸、発光輝度を縦軸（
任意目盛）をとって示すように、１０Ｖ〜２００Ｖまで
の範で任意に選ぶことができる。このときの照射光は１
回加えるだけであり、３２００Ａ〜４８００Ａの波長に
おいて同じ程度に光消去することができる。また照射光
強度は光書込をしたときと同じである。This bias voltage may be a pulse voltage synchronized with light irradiation, or may be a direct current voltage. The bias voltage Va is plotted according to the curve A in Fig. 6, with the bias voltage Va as the axis and the luminance luminance as the vertical axis (
As shown on the arbitrary scale), it can be arbitrarily selected in the range from 10V to 200V. The irradiation light at this time is 1
The same degree of photo-erasure can be achieved at wavelengths of 3200A to 4800A. Furthermore, the intensity of the irradiated light is the same as when optical writing is performed.

第６図において、維持パルスは第５図の波形であり、パ
ルス幅２００ムｓｅｃ、周波数１．１ＫＨＺの維持電圧
２３０Ｖである。第６図中、曲線Ｂは維持パルスを印加
したときの発光レベルを示し、曲線Ｃはバイアス電圧な
して照射光のみによって消去したときの消去レベルであ
る。この照射光は本発明の消去の際に用いたものと同じ
強度、同じ波長の光である。従って光照射のみで消去す
るときは数回から１項欧回の光消去動作が行わねば満足
な光消去は行われなない。曲線Ｄは消去電圧Ｖｅのみに
よって消去を行った場合のものである。この曲線におい
て、２００数１０Ｖの点で最もよく消去されるが、その
前後はよく消去されない。上記の最もよく消去される電
圧の点以上の電圧は消去電圧としてよりも、むしろ維持
パルス電圧として作用するための消去が行われないもの
と考えられる。上記電圧の点以下の電圧で消去されない
理由は現在のところ不明である。。また曲線Ａにおいて
も１００Ｖよりも少し高いバイアス電圧では輝度が少し
上がるが、この理由も現在のところ不明である。以上の
ように、本発明は光消去の際にバイアス電圧を印加する
ことにより、他の消去法（消去電圧のみによる方法、光
照射のみによる消去方法）に比べて絶大なる効果がある
。In FIG. 6, the sustain pulse has the waveform shown in FIG. 5, with a pulse width of 200 msec, a frequency of 1.1 KHz, and a sustain voltage of 230 V. In FIG. 6, curve B shows the light emission level when a sustain pulse is applied, and curve C shows the erase level when erase is performed only by irradiation light without a bias voltage. This irradiation light has the same intensity and wavelength as that used for erasing in the present invention. Therefore, when erasing is performed only by light irradiation, satisfactory light erasing cannot be achieved unless the light erasing operation is performed several times to one time. Curve D shows the case where erasing is performed using only the erasing voltage Ve. In this curve, it is best erased at a point of 200-10V, but it is not erased well before and after that point. It is considered that a voltage above the above-mentioned point of the most commonly erased voltage acts not as an erase voltage but rather as a sustain pulse voltage, and therefore erase is not performed. The reason why it is not erased at a voltage below the above voltage point is currently unknown. . Also in curve A, the brightness increases slightly at a bias voltage slightly higher than 100V, but the reason for this is currently unknown. As described above, by applying a bias voltage during optical erasing, the present invention has a greater effect than other erasing methods (methods using only an erasing voltage, erasing methods using only light irradiation).

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

第１図は三層構造薄膜ＥＬ素子の断面構成図、第２図は
薄膜ＥＬ素子の印加電圧に対する発光輝度特性を示すヒ
ステリシス特性図である。 第３図は第２図に於ける薄膜ＥＬ素子に印加される印加
交流電圧パルスの電圧波形を示す電圧波形図である。第
４図は電気的書き込み、光消去の従釆の方法によるパル
ス列の一例である。第５図は本発明の電気バイアス光消
去のタイミング図の１例を示す。第６図は第５図のタイ
ミングでの測定結果を示す。Ｖａはバイアス電圧、Ｖｓ
は維持電圧、Ｖｗは書き込み電圧。ナ′図 ★２図 ギ３図 ギ４図 〆５図 ギグ磯FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a three-layer thin film EL device, and FIG. 2 is a hysteresis characteristic diagram showing luminance characteristics of the thin film EL device with respect to applied voltage. FIG. 3 is a voltage waveform diagram showing the voltage waveform of the applied AC voltage pulse applied to the thin film EL element in FIG. 2. FIG. FIG. 4 is an example of a pulse train according to a method of electrical writing and optical erasing. FIG. 5 shows an example of a timing diagram for electrical bias light erasing of the present invention. FIG. 6 shows the measurement results at the timing shown in FIG. Va is the bias voltage, Vs
is the sustain voltage, and Vw is the write voltage. Fig. ★2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. Iso

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ 少なくとも一方が透明な電極間に、少なくとも一方
が透明な薄膜誘電体で挾持された薄膜ＥＬ層を有し、印
加電圧に対する発光輝度特性にヒステリシス現象を呈す
る薄膜ＥＬ素子において、電気的あるいは光学的に書込
み、これを光学的に消去するに際も、光照射と同時に薄
膜ＥＬ素子に前記書込み状態を維持する維持パルス列の
電圧値以下のバイアス電圧を印加することを特徴とする
薄膜ＥＬ素子の消去方法。1. In a thin-film EL element that has a thin-film EL layer sandwiched between electrodes, at least one of which is transparent, and at least one of which is sandwiched between a transparent thin-film dielectric, and exhibits a hysteresis phenomenon in luminance characteristics with respect to applied voltage, electrical or optical Erasing of a thin film EL element is characterized by applying a bias voltage lower than the voltage value of a sustain pulse train that maintains the written state to the thin film EL element at the same time as the light irradiation. Method.