JPS609278B2 - Light erasing circuit for 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する際に用いる回路に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a circuit used for optically erasing a display pattern of a three-layer thin film EL device exhibiting a hysteresis phenomenon in the characteristic of luminance versus applied voltage.

ＭｎをドープしたＺｎＳ，ＺｎＳｅ等の半導体発光薄膜
をＹ２０２，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 upon application of a KHZ AC voltage, 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素子の構造を示す礎成図である。Figure 1 shows a ZnS thin film E used as an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a basic 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
る下部電圧２、Ｙ２Ｑ，Ｓｊ３Ｎ４，又はＴｉＱよりな
る薄膜絶縁層３、Ｍｎがドープされ、発光層となる薄膜
ＺｎＳ層４，Ｙ２０３，Ｓｉ３Ｎ４，又はＴｉ０２より
なる上部薄膜絶縁層５、ＡＩ等の金属より成る背面電極
６が蒸着法スパッタリング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、同じ時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Ｚ
ｎＳ：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。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
Ｄ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。Usually, on a glass substrate 1, there is a lower voltage layer 2 made of ln203 or Sn02, a thin film insulating layer 3 made of Y2Q, Sj3N4, or TiQ, and a thin film ZnS layer 4 doped with Mn, which becomes a light emitting layer, made of Y203, Si3N4, or Ti02. An upper thin film insulating layer 5 and a back electrode 6 made of a metal such as Al are sequentially laminated by vapor deposition, sputtering, or the like. 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 in which 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 voltage from the high voltage side. was discovered, and in the process of increasing 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 luminance corresponding to the intensity, and the EL element emits light. It is known that there is a memory phenomenon in which the luminance remains high even after the electric field, heat, etc. are removed to restore the 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. Mn-doped Z as an example of a thin film EL device
FIG. 2 shows the luminance characteristics of the nS:Mn thin film EL device with respect to applied voltage. The horizontal axis is the amplitude of the applied AC voltage pulse (
The vertical axis represents the emission brightness B.
As is clear from FIG. 2, the luminance of the EL element as the voltage of the applied pulse increases (as shown by curve 1) and the luminance of the EL element as the voltage decreases (as shown by curve D). ), there is a remarkable hysteresis phenomenon. 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ク準位に掩護されてい
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
Electrons sheltered in the electron track 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技と、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
発光輝度茂をこのパルス釘岬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 the voltage value Vs (maintenance voltage) at which the difference between the luminance brightness when the voltage increases and the luminance brightness Bw when the voltage decreases is sufficiently large, and the voltage value is shown in Fig. 3. As shown, when the EL element is driven by an alternating current pulse train Ps having an amplitude of Vs, the EL element maintains its luminance intensity depending on the pulse cape 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‘こ対する発
光輝度即ち第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０１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
流維持パルス打蛇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
、消去輝度技の点Ｒを通過した後、次の交流維持パルス
打肥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 device emits light with a luminance corresponding to the writing voltage Vw', that is, 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 at point Q from curve 01 and maintains this brightness Bw. On the other hand, if the amplitude of the alternating current sustaining pulse strike 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 alternating current sustaining pulse application 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の印奴により
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層の誘電体膜の界面近傍に掃引された伝導電子
は界面近傍の界面位に瓶議されており、次の維持パルス
印加によって界面準位より伝導帯に抜け出しＺｎＳ：Ｍ
ｎ層を走行して他方の界面に達する。その際ＺｎＳ：Ｍ
ｎ層中のもとの電子トラップ近傍を通過する伝導電子に
対してはもとのトラップ準位に再トラップされる確率よ
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伝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伝導電子の掃引
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。In addition, 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 light emission brightness of the EL element is maintained at the write brightness Bw or the write brightness Bw is erased due to the difference between the write voltage Vw and the erase voltage Ve is considered to be as follows. That is, even if the irradiated or applied light, heat, or electric field is removed as a writing means, Zn
The conduction electrons swept near the interface of the dielectric film of the S:Mn layer are trapped at the interface level near the interface, and when the next sustain pulse is applied, they escape from the interface level to the conduction band.
It travels through the n layer and reaches the other interface. At that time, ZnS:M
Conduction electrons passing near the original electron trap in the n-layer have a higher probability of being swept to the other interface than being re-trapped to the original trap level. This is because the conduction electrons have a high velocity due to the electric field caused by the sustain pulse. 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 sweep speed of conduction electrons passing near the electron trap level becomes lower, and the probability of the conduction electrons being swept to the other interface by the applied electric field is lower than that of the original electron trap level in the ZnS:Mn layer. The probability of being re-trapped increases.

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万式により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 matters described in detail above are commonly used in conventional thin-film EL element driving methods, and the above-mentioned formula allows the EL element to be applied as an EL element 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際に用いられる
回路に関するものである。Erasing using light or an electric field is generally used as a memory erasing method, and the present invention relates to a circuit used in the optical erasing method.

以下に詳細に本発明について述べる。本件出願の先に出
願した特願昭４９一１０３３１６号（特関昭５１−２９
８８７号）に記載した光消去方式は第３図に示すような
電気的タィミグで、即ち、ＥＬの両端電圧がｏのときに
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. Patent Application No. 49-103316 (Tokukan Sho 51-29), which was filed earlier than this application.
The optical erasing method described in No. 887) erases the memory by irradiating light with electrical timing as shown in FIG. 3, that is, when the voltage across the EL is o.

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の光伝
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
るものである。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位
に再トラップされる確率が低くなる。これを解決するた
めに光照射だけでなく、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
せる方法を本件出願人は昭和５２手６月３０日に出願し
た。Therefore, if the light is weak, it will not be sufficiently relaxed and the conduction electrons will not be swept, reducing the probability that they will be re-trapped at the original electron trap level in the ZnS:Mn layer. To solve this problem, we not only apply light irradiation, but also apply a bias voltage at the same time, and perform photorelaxation under conditions where conduction electrons are easily accelerated. This speeds up the sweep of conduction electrons and improves the erasing effect. The applicant filed the application on June 30, 1972.

特関昭５２一７８７１３ふ、侍閥昭６４−１２６７１号
公報参照。これは光消去をするタイミングのとき、バイ
アス電圧Ｖａを印加するものである。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１０Ｖ〜２００Ｖまでの範
囲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。またこのとき
の維持パルスはパルス幅２００仏ｓｅｃ、周波数１．１
ＫＨＺ維持電圧２３０Ｖである。この動作をヒステリシ
ス特性を用いて説明すると、今素子が第４図のａの状態
、即ち、維持電圧Ｖｓ，のパルス列が加えられ、発光輝
度がＢの高輝度発光状態にあるとする。この維持電圧Ｖ
ｓ，のパルス列が加えられている状態において、薄膜Ｅ
Ｌ素子の両端電圧が０のときに光照射しても、再び維持
電圧パルスを印加したときは点線で示す曲線上のｂ点と
なり、消去点Ｃにはならない。即ち光消去は不完全であ
る。そこで維持電圧Ｖｓ，をバイアス電圧Ｖａに切換え
ると、発光輝度はａの位置からｄの位置へ移る。See Tokukan Sho 52-78713 Fu, Samurai Batsu No. 12671 Sho 64. This applies the bias voltage Va at the timing of optical erasing. This bias voltage may be a pulse voltage synchronized with light irradiation, or may be a direct current voltage. The bias voltage Va can be arbitrarily selected within the range of 10V to 200V. The irradiation light at this time is applied only once, and the light can be erased to the same extent at wavelengths of 3200A to 4800A. Also, the sustaining pulse at this time has a pulse width of 200 seconds and a frequency of 1.1
The KHZ maintenance voltage is 230V. To explain this operation using hysteresis characteristics, it is assumed that the element is now in the state of a in FIG. 4, that is, in a high-brightness light-emitting state with a light-emitting brightness of B when a pulse train of the sustaining voltage Vs is applied. This maintenance voltage V
In a state where a pulse train of s, is applied, the thin film E
Even if light is irradiated when the voltage across the L element is 0, when the sustaining voltage pulse is applied again, the point will be point b on the curve shown by the dotted line, and will not be the erasing point C. That is, optical erasure is incomplete. Therefore, when the sustaining voltage Vs is switched to the bias voltage Va, the light emission brightness moves from the position a to the position d.

このバイアス電圧ｙａを印加している状態で、同時に光
照射すると、ｄの位置からｃの位置に移る。即ち光消去
が完全に行われる。その後、維持電圧Ｖｓ，に戻すと、
光消去点の輝度はｅの状態からｃの状態に移る。このと
き光消去されなかった点はｄの状態からｆの状態に移る
。このように維持電圧ｙｓ，の休止期間に光消射して光
消去した場合は、光消去点と光消去をしなかった点との
輝度のレベル差はａ点とｂ点であり、差が４・さし、。When light is irradiated at the same time while this bias voltage ya is being applied, the position moves from position d to position c. That is, optical erasure is completely performed. After that, when it is returned to the maintenance voltage Vs,
The brightness of the light-erasing point moves from state e to state c. At this time, the points that have not been photoerased move from state d to state f. In this way, when light is erased by light extinction during the rest period of the maintenance voltage ys, the difference in brightness level between the light extinction point and the point where no light erasure was performed is point a and point b, and the difference is 4. Sashi.

これに対してバイアス電圧Ｖａを印加して光消去した場
合は光消去点と光消去しなかっ点との輝度のレベル差は
ｆ点とｃ点であり、レベル差は大きい。本発明は以上に
鑑み、維持電圧Ｖｓとバイアス電圧Ｖａを切換えて印加
する回路に関するものである。On the other hand, when the bias voltage Va is applied and photo-erasing is performed, the difference in brightness level between the photo-erasing point and the point not photo-erasing is point f and point c, and the level difference is large. In view of the above, the present invention relates to a circuit that switches and applies a sustain voltage Vs and a bias voltage Va.

ここで維持電圧とバイアス電圧に切換える理由は、薄膜
重Ｌパネルの機能として、１電気的書込み、２電気的全
面消去、３電気的任意点消去、４電気的読出し、５光書
込み、６光消去があるが、上記機能中、１電気的書込み
、４電気的議出し、５光書込みは維持電圧が高い方が都
合がよく、３電気的任意′点消去、６光消去はバイアス
電圧とする方が都合がよいためである。The reason for switching to the sustain voltage and bias voltage here is that the functions of the thin film heavy L panel are: 1 electrical writing, 2 electrical full erase, 3 electrical arbitrary point erasing, 4 electrical reading, 5 optical writing, 6 optical erasing. However, among the above functions, it is more convenient to use a higher sustaining voltage for 1 electrical write, 4 electrical output, and 5 optical writing, and a bias voltage for 3 electrical arbitrary point erase and 6 optical erase. This is because it is convenient.

そしてこのように維持電圧とバイアス電圧に切換えるこ
とにより多くの機能を十分に発揮させることができる。
第５図は本発明の一実施例の回路図を示し、点線で囲ん
だ部分が電圧切換回路である。線Ｌに加えられる電圧を
電源として、薄膜ＥＬ素子ＥＬの両端に後続した４つの
スイッチングトランジスタＴｒ，〜Ｔｒ４を、制御回路
Ｃより得られる制御信号Ｓ．〜Ｓ４でトランジスタＴｒ
，〜Ｔｒ２Ｔｒ３とＴｒ４を交互にオン・オフ制御して
交流パルスを印放する。By switching between the sustain voltage and the bias voltage in this way, many functions can be fully demonstrated.
FIG. 5 shows a circuit diagram of an embodiment of the present invention, and the portion surrounded by dotted lines is a voltage switching circuit. Using the voltage applied to the line L as a power source, the four switching transistors Tr, to Tr4 connected to both ends of the thin film EL element EL are connected to the control signal S. ~Transistor Tr in S4
, ~Tr2 Tr3 and Tr4 are alternately controlled on and off to apply and release AC pulses.

電源ラインＬ‘こ供給される電圧は制御トランジスタＴ
ｒによって制御される。トランジスタＴｒのベースコレ
クタ間に抵抗Ｒ３が接続され、ベースとアース間に電圧
設定用可変抵抗Ｒ，が接続されるとともに、並列にリレ
ースイッチＳｗと抵抗Ｒ２の直列回路が接続される。リ
レースイッチＳｗは制御回路Ｃによって制御される。従
って、スイッチＳｗがオフのときは、 Ｖ．：古島馬Ｖ。The voltage supplied to the power supply line L' is applied to the control transistor T.
Controlled by r. A resistor R3 is connected between the base and collector of the transistor Tr, a voltage setting variable resistor R is connected between the base and the ground, and a series circuit of a relay switch Sw and a resistor R2 is connected in parallel. Relay switch Sw is controlled by control circuit C. Therefore, when the switch Sw is off, V. :Furushimama V.

であり、スイッチＳＷがオンのときはｖ２＝申支ｖｏ，
Ｒ＝毒害をであり、ＲがＲになった分だけ電圧が低下す
る。ここでＶ，は維持電圧ｙｓに、Ｖ２はバイアス電圧
Ｖａに設定される。以上のように本発明によれば、簡単
な回路構成で維持電圧とバイアス電圧に切換えることが
できる。and when the switch SW is on, v2=shinshi vo,
R = poisonous damage, and the voltage decreases by the amount that R becomes R. Here, V is set to the sustain voltage ys, and V2 is set to the bias voltage Va. As described above, according to the present invention, it is possible to switch between the sustain voltage and the bias voltage with a simple circuit configuration.

【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を示すヒステ
リシス特性図、第３図は薄膜ＥＬ素子に印加される交流
パルス列の電圧波形図、、第４図は光消去を説明するた
めに用いた印加電圧に対する発光輝度特性図、第５図は
本発明による維持電圧バイアス電圧の切襖回路図を示す
。 Ｔｒは電圧制御用トランジスタ、Ｒ，〜Ｒ３は抵抗、Ｓ
ｗはリレースイッチ、Ｃは制御回路である。第１図 第２図 第３図 第４図 第５図Figure 1 is a cross-sectional configuration diagram of a three-layer thin film EL element, Figure 2 is a hysteresis characteristic diagram showing the luminance of the thin film EL element with respect to applied voltage, and Figure 3 is the voltage waveform of an AC pulse train applied to the thin film EL element. 4 shows a luminance luminance characteristic diagram with respect to an applied voltage used to explain optical erasure, and FIG. 5 shows a circuit diagram of a sustain voltage bias voltage according to the present invention. Tr is a voltage control transistor, R and ~R3 are resistors, and S
w is a relay switch, and C is a control circuit. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ 少くとも一方が透明な電極間に、少くも一方が透明
な薄膜誘電体で挟持された薄膜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、電圧上昇時の発光輝度と電圧下降時
の発光輝度の差が大きい維持電圧パルスを前記薄膜ＥＬ
素子に印加する手段と、光消去する際に、前記維持電圧
パルスの電圧値を前記維持電圧より低い光消去用バイア
ス電圧に切換える手段とを備えてなることを特徴とする
薄膜ＥＬ素子の光消去回路。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 an applied voltage, when the voltage increases. The thin film EL is supplied with a sustaining voltage pulse with a large difference between the luminance of light emitted by
Photo-erasing of a thin-film EL element, comprising means for applying voltage to the element, and means for switching the voltage value of the sustaining voltage pulse to a photo-erasing bias voltage lower than the sustaining voltage during photo-erasing. circuit.