ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ДИСПЛЕЙ С ВЫСОКОЙ КОНТРАСТНОСТЬЮ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК H05B33/10 H05B33/02 H05B33/14 

Изобретение относится к электролюминесцентным индикаторным панелям, в частности, к электролюминесцентным индикаторным панелям с высокой степенью зеркальности и высокой контрастностью.

Тонкопленочные электролюминесцентные индикаторные панели обладают рядом преимуществ в сравнении с известными индикаторными устройствами, например, дисплеями на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ), и жидкокристаллическими дисплеями. По сравнению с дисплеями на ЭЛТ тонкопленочные электролюминесцентные индикаторные панели потребляют меньше энергии, обеспечивают большее поле зрения и имеют меньшую толщину. По сравнению с жидкокристаллическими дисплеями тонкопленочные электролюминесцентные индикаторные панели имеют большее поле зрения, не требуют дополнительного освещения. [1].

На фиг. 1 показана известная тонкопленочная электролюминесцентная индикаторная панель 10. Тонкопленочное электролюминесцентное индикаторное табло имеет стеклянную панель 11, множество прозрачных электродов 12, первый слой диэлектрика 13, слой люминофора 14, второй слой диэлектрика 15 и множество металлических задних электродов 16, расположенных перпендикулярно к прозрачным электродам 12. Прозрачные электроды 12 обычно изготовляют из индия-окиси олова, а металлические электроды 16 - из алюминия. Слои диэлектрика 13, 15 защищают слой люминофора 14 от избыточного постоянного тока. Когда между прозрачными электродами 12 и металлическими электродами 16 приложен электрический потенциал, например, около 200 B, электроны перемещаются от одной из поверхностей раздела между слоями диэлектрика 13, 15 и слоем люминофора 14 в слой люминофора, где они быстро ускоряются. Слой люминофора 14 обычно содержит ZnS, легированный марганцем. Электроны, входящие в слой люминофора 14, возбуждают Mn, заставляя его испускать фотоны. Фотоны проходят через первый слой диэлектрика 13, прозрачные электроды 12 и стеклянную панель 11, образуя видимое изображение.

Хотя современные тонкопленочные электролюминесцентные индикаторные панели являются удовлетворительными для некоторых применений, однако для более прогрессивных применений требуются индикаторные панели с более высокой яркостью и контрастностью, и имеющие большие размеры и обеспечивающие возможность наблюдения при солнечном свете. Для достижения соответствующей контрастности индикаторной панели в условиях высокой освещенности окружающей среды известно применение фильтра-кругового поляризатора, который обеспечивает снижение отражений света, обусловленного окружающей средой. Фильтр - круговой поляризатор работает эффективно с тонкопленочной электролюминесцентной индикаторной панелью, которая имеет высокую степень зеркальности. Если зеркальность металлических задних алюминиевых электродов 16 можно увеличить, то эффективность фильтра - кругового поляризатора будет также увеличиваться.

Задачей изобретения является создание видимой при солнечном свете тонкопленочной электролюминесцентной индикаторной панели, обеспечивающей уменьшение отражений света из окружающей среды и увеличение контрастности.

В соответствии с настоящим изобретением слоистая конструкция тонкопленочной электролюминесцентной индикаторной панели включает в себя слой люминофора, который осажден способом термического испарения со скоростью по меньшей мере для увеличения зеркальности панели.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения система включает в себя тонкопленочную электролюминесцентную индикаторную панель с улучшенной зеркальностью и фильтр-круговой поляризатор.

Когда поляризованный по кругу свет от фильтра падает на зеркальную поверхность, направление поляризации (т.е. направление по часовой или против часовой стрелки) изменяется, и этот свет не может больше проходить назад через линейную пластинку поляризатора, являющуюся составной частью фильтра-кругового поляризатора. Таким образом, чем больше зеркальность тонкопленочной электролюминесцентной индикаторной панели, тем в меньшей степени отраженный свет будет проходить через фильтр-круговой поляризатор, и, следовательно, контрастность индикаторной панели будет увеличена.

Тонкопленочная электролюминесцентная индикаторная панель с улучшенной зеркальностью в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает улучшенную контрастность и удобство наблюдения в условиях повышенной освещенности окружающей среды. Эти и другие цели, отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны из следующего подробного описания его конкретного исполнения, иллюстрируемого чертежами.

Фиг. 1 - частичный вид в разрезе слоистой конструкции тонкопленочной электролюминесцентной индикаторной панели переменного тока.

Фиг. 2 - вид тонкопленочной электролюминесцентной системы отображения, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, включающей в себя тонкопленочную электролюминесцентную панель с повышенной зеркальностью и фильтр-круговой поляризатор.

Фиг. 3 - диаграмма, иллюстрирующая отражение света из окружающей среды от известного тонкопленочного электролюминесцентного табло и фильтра-кругового поляризатора, и испускание света освещенным элементом изображения в известной тонкопленочной электролюминесцентной индикаторной панели, причем оба потока света направлены в сторону наблюдателя.

Фиг. 4 - диаграмма, иллюстрирующая отражение света из окружающей среды от индикаторной панели и фильтра-кругового поляризатора, показанных на фиг. 2, и испускание света освещенным элементом изображения панели с повышенной зеркальностью, причем оба потока света направлены в сторону наблюдателя.

Как показано на фиг. 2, система отображения 25 в соответствии с настоящим изобретением включает в себя тонкопленочную электролюминесцентную панель 26 с высокой зеркальностью, возбуждаемую источником переменного тока, и фильтр-круговой поляризатор 27. Фильтр 27 характеризуется пропусканием 30-40%, предпочтительно примерно 37%, и имеет противоотражающее покрытие, обеспечивающее отражательную способность примерно 0,2%. Как известно, фильтр-круговой поляризатор обычно включает в себя линейный поляризатор и четвертьволновую пластину, обеспечивающие то, что неполяризованный свет сначала линейно поляризуется линейным поляризатором и затем он входит в четвертьволновую пластину, которая поляризует свет по кругу.

Слоистые конструкции панели 26 с высокой зеркальностью и панели 10, показанной на фиг. 1, по существу одинаковы, поэтому одинаковые слои обозначены одинаковыми позициями.

Первой стадией в изготовлении тонкопленочной электролюминесцентной индикаторной панели 26, подобной показанной на фиг. 2, является осаждение слоя прозрачного проводника на соответствующую стеклянную панель 11. Стеклянная панель 11 может быть изготовлена из любого жаропрочного стекла, которое может выдерживать стадию обжига люминофора, описанную ниже. Стеклянная панель может быть изготовлена из боросиликатного стекла, например, стекла марки Corning 7059 компании Corning Glassworks (Corning, Нью-Йорк). Прозрачный проводник может быть изготовлен из любого соответствующего материала, который является электрически проводящим и имеет достаточную оптическую прозрачность для требуемого применения. Например, прозрачный проводник может быть изготовлен из индия-окиси олова, т.е. полупроводник из переходного металла, который содержит примерно 10 мол.% индия, он является электропроводящим и имеет оптическую прозрачность примерно 85% при толщине около 200 нм. Прозрачный проводник может быть любой соответствующей толщины, которая полностью закрывает стекло и обеспечивает требуемую проводимость. Стеклянные панели с нанесенным слоем индия-окиси олова поставляются фирмой Donnelly Corp. (Holland MI). Остальная часть способа изготовления тонкопленочной электролюминесцентной индикаторной панели в соответствии с настоящим изобретением будет описана в контексте использования индия-окиси олова (ITO) для прозрачных электродов 12. Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что способ изготовления другого прозрачного проводника будет тем же самым.

Электроды 12 можно изготовить в слое индия-окиси олова обычным способом обратного травления или любым другим соответствующим способом. Например, части слоя индия-окиси олова, из которых будут изготовлены электроды 12, можно очистить и покрыть маской, стойкой к реактиву для травления. Маску, стойкую к реактиву для травления, можно изготовить путем нанесения соответствующего фоторезистивного реактива на слой индия-окиси олова, выдержки фоторезистивного реактива при соответствующей длине волны света и проявления фоторезистивного реактива. Фоторезистивным реактивом, который может быть использован при осуществлении настоящего изобретения, является реактив, содержащий 2-этоксиэтилацетат, n-бутилацетат, ксилен и ксилол в качестве основных ингредиентов. Примером такого фоторезистивного реактива является AZ 4210 Photoresist компании Hoechst Celanese Corp. (Соммервиль, Нью-Джерси). Проявитель AZ Developer, выпускаемый той же компанией, может быть использован совместно с реактивом AZ 4210 Photoresist. Другие коммерчески доступные реактивы и проявители также могут быть использованы при осуществлении изобретения. Незащищенные участки слоя индия-окиси олова удаляют соответствующим травителем для образования каналов в этом слое, которые образуют стороны электродов 12 на основе индия-окиси олова. Травитель должен обеспечивать удаление незащищенных участков слоя индия-окиси олова без повреждения маскированного слоя или стекла 11 под незащищенным слоем. Соответствующий травитель для указанного слоя можно приготовить путем смешения примерно 1000 мл H₂O, около 2000 мл HCl и примерно 370 г безводного FeCl₃. Этот травитель является особенно эффективным, когда его применяют при температуре примерно 55^oC. Время, необходимое для удаления незащищенных участков слоя индия-окиси олова, зависит от толщины этого слоя. Например, слой толщиной 300 нм можно удалить примерно за 2 мин. Стороны электродов 12 на основе индия-окиси олова должна быть скошены, как показано на чертежах, чтобы первый слой 14 диэлектрика мог соответственно покрывать электроды. Размер и расстояние между электродами 12 зависят от размеров тонкопленочной электролюминесцентной панели. Например, типичный дисплей размерами 12,7 х 17,8 см может иметь электроды 12 на основе индия-окиси олова толщиной примерно 250 мкм (10 мил), которые разнесены на расстояние примерно 125 мкм (5 мил). После травления маску, стойкую к реактиву, удаляют соответствующей смывкой, например, содержащей гидроокись тетраметиламмония. Средство для смывки AZ 400T Photoresist Stripper компании Hoechst Celanese Corp. представляет собой коммерчески доступный продукт, совместимый с реактивом AZ 4210 Photoresist. Другие доступные средства для смывки также могут быть использованы при осуществлении настоящего изобретения.

Слои диэлектрика 13, 15 можно нанести любым соответствующим способом, включая распыление или термическое испарение. Оба слоя диэлектрика 13, 15 могут иметь любую соответствующую толщину, например 250 нм, и могут содержать любой диэлектрик, способный действовать в качестве конденсатора для защиты слоя 14 люминофора от избыточных токов. Предпочтительно слои диэлектрика 13, 15 будут иметь толщину примерно 200 нм и будут содержать SiON. Слой люминофора 14 может состоять из любого соответствующего люминофора для тонкопленочной электролюминесцентной индикаторной панели, например, ZnS с присадкой Mn в количестве меньше, чем 1%. В соответствии с настоящим изобретением слой люминофора осаждают со скоростью, которая составляет по меньшей мере для получения более гладкого слоя, который увеличивает зеркальность панели 26. Слой люминофора 14 может быть толщиной примерно (т. е. 500-800 нм) и предпочтительно примерно осажденный со скоростью
После осаждения слоя люминофора 14 с последующим осаждением второго слоя диэлектрика 15 панель следует нагревать до температуры примерно 500^oC в течение 1 ч для отжига люминофора. Отжиг побуждает атомы Mn к мигрированию в узлы Zn решетки ZnS, в которых они могут испускать фотоны при возбуждении.

После отжига слоя люминофора 14 металлические электроды 16 образуют на втором слое диэлектрика 15 любым соответствующим способом, включая протравливание.

Металлические электроды 16 можно изготовить из любого высокопроводящего металла, например, алюминия. Как и с электродами 12 на основе индия-окиси олова, размер и расстояние между металлическими электродами 16 зависят от размеров дисплея. Например, типичная тонкопленочная электролюминесцентная индикаторная панель размерами 12,7 х 17,8 см может содержать металлические электроды 16, которые имеют толщину примерно 100 нм, ширину примерно 250 мкм (10 мил), и разнесены на расстояние примерно 125 мкм (5 мил). Металлические электроды 16 должны быть расположены перпендикулярно к электродам 12 на основе индия-окиси олова для образования решетки.

Настоящее изобретение основано на том факте, что когда кругополяризованный свет падает на зеркальную поверхность, направление круговой поляризации (т.е. направление по часовой стрелке либо против часовой стрелки) изменяется, и свет с измененной таким образом поляризацией не сможет больше прoходить назад через пластину линейного поляризатора, являющегося составной частью фильтра-кругового поляризатора. Таким образом, величина отраженного к наблюдателю внешнего света, падающего на поверхность панели, можно уменьшить при использовании тонкопленочной электролюминесцентной панели с высокой степенью зеркальности и фильтра-кругового поляризатора. Увеличение зеркальности панели приводит к повышению эффективности фильтра-кругового поляризатора, в результате обеспечивается повышение контрастности дисплея, поскольку отражается меньше света из окружающей среды. Ниже приведен пример улучшения контрастности с применением настоящего изобретения в сравнении с известными техническими решениями.

На фиг. 3 показана диаграмма, иллюстрирующая работу обычной системы 30 известного тонкопленочного электролюминесцентного дисплея в окружающей среде при освещенности светом силой 2000 ф. - кд (21528 лк). Окружающий свет 32 падает на фильтр-круговой поляризатор 27 под углом 30^o от линии, перпендикулярной к плоскости поверхности фильтра 27, в результате световой поток интенсивностью 4 фут-ламберт (fl, ф.-Лб) (43,04 лм/м²) 34 отражается поверхностью фильтра 27. Окружающий свет 32 также отражается панелью 35 обычно тонкопленочного электролюминесцентного дисплея, в результате световой поток интенсивностью примерно 42 ф.-Лб (450,95 лм/м²) отражается в сторону наблюдателя 38. Панель 35 тонкопленочного электролюминесцентного дисплея также обеспечивает интенсивность светового потока примерно 50 ф.-Лб (538 лм/м²), испускаемого освещенным элементом изображения. Однако, поскольку через фильтр пропускается 37%, то от системы дисплея будет испускаться световой поток 40 примерно 18,5 ф.-Лб (199 лм/м²).

Контрастность является мерой света 34, 36, отраженного от панели, в сравнении с испускаемым светом 40, причем контрастность определяют как:

Поскольку свет, испускаемый панелью, имеет яркость 18,5 ф.-Лб (199 лм/м²), а составляющие отраженного света от фильтра и панели - 4 ф.-Лб и 42 ф. -Лб соответственно (43,04 лм/м² и 450,95 лм/м²), то контрастность известной панели равна:

На фиг. 4 показана диаграмма, иллюстрирующая улучшенную систему 25 дисплея в соответствии с настоящим изобретением, имеющую тонкопленочную электролюминесцентную панель 26 с высокой зеркальностью и фильтр-круговой поляризатор 27. Следует отметить, что система дисплея по фиг. 4 по существу идентична системе дисплея по фиг. 3 и поэтому элементы, которые являются по существу одинаковыми, обозначены теми же позициями. Панель 26 с высокой зеркальностью имеет активную площадь 3,5 x 4,7'' (88,9 x 188,38 мм) с 320 электродами столбцов на основе индия-окиси олова, каждый из которых имеет толщину и которые изготовлены способом осаждения напылением, и 240 алюминиевых электродов, расположенных в ряд, каждый из которых имеет толщину и осажден способом термического испарения со скоростью Каждый слой диэлектрика наносят высокочастотным распылением SiON, и он имеет толщину Система 25 дисплея находится в окружающей среде с освещением от окружающего света с силой света 2000 ф.-кд (21528 лк), в результате передняя поверхность фильтра 27 отражает свет 34 силой 4 ф.-Лб (43,04 лм/м²). Окружающий свет 32 также отражается тонкопленочной электролюминесцентной панелью 26 с высокой степенью зеркальности. В результате только 4,4 ф.-Лб отраженного света 42 проходит через фильтр-круговой поляризатор. Обращаем внимание на тот факт, что отраженный свет 36 (фиг. 3) от панели 35 известного тонкопленочного электролюминесцентного дисплея имел яркость величиной 42 ф.-Лб (450,95 лм/м²) в сравнении с только 4,4 ф.-Лб (47,3 лм/м²) отраженного света 42 (фиг. 4) от панели 26 с высокой степенью зеркальности тонкопленочного электролюминесцентного дисплея в соответствии с настоящим изобретением. В результате подстановки величин, характеризующих улучшенную систему дисплея 25, в уравнение (1) получаем значение контрастности дисплея:

Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает улучшение контрастности в соотношении примерно 2:1 по сравнению с известной панелью дисплея, имеющей обычную зеркальность, которая показана на фиг. 3. Кроме того, поскольку тонкопленочная электролюминесцентная панель дисплея в соответствии с настоящим изобретением имеет повышенную зеркальность, то ее диффузное отражение составляет всего лишь порядка 2%, тогда как известные панели имеют диффузное отражение 15-20%.

Увеличение контрастности, связанное с улучшенной системой 25 дисплея, достигается главным образом за счет улучшения зеркальности тонкопленочной электролюминесцентной панели 26 и обеспечиваемого в результате повышения эффективности, которое обеспечивает фильтр-круговой поляризатор. Улучшение зеркальности тонкопленочной электролюминесцентной панели 26 увеличивает эффективность фильтра-кругового поляризатора 27, и в результате контрастность дисплея улучшается, поскольку отражается меньшее количество света.

Следует отметить, что если система дисплея, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, будет использоваться во внешних условиях в течение продолжительного периода времени, то перед круговым поляризатором 27 следует установить ультрафиолетовый фильтр, чтобы ультрафиолетовое излучение не могло ухудшить поляризационные характеристики фильтра-кругового поляризатора.

Хотя изобретение было описано и показано на примере его конкретного исполнения, однако специалисту в данной области техники должно быть ясно, что в объеме настоящего изобретения возможны различные другие модификации, исключения и добавления без изменения сущности изобретения.

Использование: изобретение относится к электролюминесцентным индикаторным панелям. Сущность: тонкопленочный электролюминесцентный дисплей с высокой контрастностью содержит электролюминесцентную панель, включающую стеклянную подложку, осажденные на нее электроды, первый и второй слои диэлектрика и размещенный между ними слой люминофора и электроды, нанесенные на второй слой диэлектрика, а также фильтр-круговой поляризатор, установленный перед стеклянной подложкой. Способ изготовления электролюминесцентной панели характеризуется тем, что люминофор осаждают со скоростью, не превышающей 50 , путем термического испарения. Технический результат изобретения - создание тонкопленочной электролюминесцентной панели, обеспечивающий возможность наблюдения изображения при солнечном свете, уменьшение отражения света из окружающей среды и увеличение контрастности. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Тонкопленочный электролюминесцентный дисплей с высокой контрастностью, содержащий электролюминесцентную панель, включающую в себя стеклянную подложку, множество параллельных прозрачных электродов, осажденных на стеклянную подложку, первый слой диэлектрика, осажденный на множество прозрачных электродов и незащищенные участки стеклянной подложки для образования гладкой плоской поверхности, слой люминофора, осажденный на гладкую поверхность первого слоя диэлектрика, второй слой диэлектрика, нанесенный на слой люминофора, множество металлических электродов, каждый из которых осажден параллельно на второй слой диэлектрика, отличающийся тем, что содержит фильтр-круговой поляризатор, установленный рядом со стеклянной подложкой с возможностью наблюдения электролюминесцентной панели через фильтр-поляризатор, а слой люминофора выполнен с возможностью обеспечения коэффициента диффузного отражения порядка 2%. 2. Дисплей по п. 1, отличающийся тем, что слой люминофора осажден со скоростью по меньшей мере 50 /с. 3. Дисплей по п.1, отличающийся тем, что слой люминофора содержит ZnS, легированный примерно 1% марганца, осажденный со скоростью по меньшей мере 50 /с. 4. Способ изготовления электролюминесцентной панели, при котором осаждают прозрачный проводящий материал на стеклянную подложку для образования множества электродов столбцов, затем осаждают первый слой диэлектрика на прозрачный проводящий материал и на незащищенные участки стеклянной подложки с последующим нанесением слоя материала люминофора, осаждают второй слой диэлектрика на слой люминофора, осаждают множество металлических электродов строк на второй слой диэлектрика, отличающийся тем, что осаждение люминофора осуществляют со скоростью по меньшей мере 50 /с посредством термического испарения.