Brevet FR2599173A1 — publié le 19871127

La présente invention concerne les dispositifs d'affichage, et en particulier les panneaux d'affichage électroluminescents à couche mince. Les dispositifs d'affichage photoémissifs ont été réa5 lisés par mise en oeuvre de l'effet d'électroluminescence obtenu par exposition de matériaux spéciaux photoémissifs (parfois appelés matériaux électroluminescents) à un champ électrique (voir par exemple le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 342 945). On a trouvé des matières électroluminescentes qui émettent des couleurs différentes et on a essayé d'utiliser plusieurs matières électroluminescentes pour la formation d'un affichage en plusieurs couleurs. Une approche courante a été l'empilement de couches de matières électrolumi15 nescentes différentes, destinées à donner plusieurs couleurs (par exemple R. E. Coovert, et al., "Feasibility of a Dual-Color ACTFEL Display, SID Dig., 1982, p. 128-129). Un article de A. H. Kitai et G. J. Wolga a suggéré la réalisation de dispositifs à plusieurs couleurs par utilisation 20 d'un dopage activateur modulé spatialement, par mise en oeuvre d'un procédé de dépôt photochimique en phase vapeur à l'aide d'un laser ("Two-Color Thin-Film Electroluminescence with Spatially- Selective Activator Doping", SID 83 Digest, p. 138-139). D'autres chercheurs ont montré que ZnS 25 pouvait subir une implantation d'ions Mn avec formation de films électroluminescents. Cependant, la totalité de la surface a subi l'implantation, et non des emplacements distincts du film (A. J. Warren, et al, "A Study of the Luminescent and Electrical Characteristics of Films of ZnS 30 Doped with Mn", Journal of Luminescence 28 (1983), p. 147162 et A. J. Warren et al, "The Effect of Mn Concentration on the Photoluminescence of ZnSMn", J Phys. D: Appl. Phys. 16 (1983), p. 225-232). L'invention a pour objet la réalisation de panneaux 35 d'affichage électroluminescents à couche mince par implantation d'ions. Elle concerne aussi des panneaux d'affichage électro- luminescents à couche mince en plusieurs couleurs. Selon l'invention, une couche électroluminescente est réalisée par implantation d'ions de matières de dopage à des emplacements choisis dans une couche hôte. Grâce à ce 5 procédé, des bandes d'une matière électroluminescente, ayant des ions différents de dopage, peuvent être formées avec précision, et ces bandes différentes peuvent être adressées par des électrodes séparées afin qu'un panneau d'affichage à plusieurs couleurs soit formé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de -la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une courbe indiquant les variations, en fonction de la profondeur, de la concentration du manganèse 15 dans une couche hôte de ZnS; la figure 2 est une vue agrandie représentant quatre bandes électroluminescentes vertes et trois bandes électroluminescentes jaunes, créées par implantation de Mn dans une couche hôte ZnS:TbF3; la figure 3 est un graphique représentant la variation de l'éclairement lumineux avec la tension, pour trois épaisseurs du matériau hôte à base de ZnS, ayant subi une implantation de Mn à un flux de 1016/cm2; et la figure 4 est une coupe schématique d'un panneau 25 d'affichage électroluminescent à couche mince en plusieurs couleurs, selon l'invention. On a découvert que des matières de dopage pouvaient être utilisées pour l'implantation d'ions dans une couche hôte, convenant à l'obtention d'une électroluminescence, et 30 que ces matières de dopage pouvaient être limitées à des dessins déterminés sans diffusion latérale importante, avant ou pendant le recuit de la couche hôte ayant les matières de dopage implantées sous forme d'ions. Une couche diélectrique de Y203 a été déposée sur un 35 substrat de verre ayant une électrode transparente. Une couche hôte de ZnS ayant une matière de dopage à base de fluorure de terbium, convenant à l'obtention d'une électro- luminescence verte, a été déposée sur la partie supérieure de la couche diélectrique. Un dessin d'une réserve photographique ayant des bandes sous forme d'ouvertures de 0,25 mm de largeur a été formé sur la couche hôte par des 5 techniques lithographiques classiques. L'échantillon a alors été placé dans une chambre d'implantation ionique et a subi une implantation d'ions Mn avec un flux de 1016 ions par cm2, et avec une tension accélératrice de 220 kV. L'échantillon a alors été retiré de la chambre, séparé 10 de son dessin de réserve photographique et recuit à 6000C. Le recuit a tendance à transformer le matériau hôte qui passe d'une structure amorphe à une structure polycristalline, redistribue Mn implanté et supprime les défauts créés pendant l'implantation. Enconséquence, une plus grande 15 quantité de lumière peut être obtenue par électroluminescence. La figure 1 représente la variation de la concentration de Mn obtenue dans la bande de Mn, déterminée par analyse par spectrométrie de masse des ions secondaires. Les ordon20 nées (nombres) sont proportionnelles à la concentration de Mn et les abcisses (profondeurs) indiquent l'emplacement dans la couche hôte-de 4.000 A d'épaisseur. La figure 2 représente (avec un grandissement d'environ ) le dessin des bandes qui a été obtenu lorsqu'une ten25 sion convenable a été appliquée à toutes les bandes de l'échantillon. Chaque bande avait une largeur de 0,25 mm. Des bandes jaunes 2 ont été formées par la matière de dopage implantée sous forme ionique de Mn. Les bandes vertes 4 ont été obtenues par électroluminescence de la 30 couche hôte ZnS:TbF qui était protégée par le dessin de réserve photographique contre l'implantation d'ions. Une caractéristique importante de l'invention est le fait qu'une délimitation nette a été obtenue entre les deux bandes colorées. Lors d'un examen avec grandissement, il 35 n'apparaissait aucun mélange des couleurs à la limite. Ceci indique que Mn implanté sous forme-d'ions ne présentait pas de diffusion latérale notable, malgré le recuit de l'échan- tillon à 600OC. Cela signifie que l'implantation des ions peut être utilisée pour la formation de bandes colorées bien délimitées dans une couche hôte unique, avec formation d'un affichage en plusieurs couleurs. Bien qu'on n'ait pas observé de diffusion latérale notable, il semble possible qu'il existe une certaine diffusion en direction longitudinale (direction d'implantation) pendant le recuit à 600 C. Ceci peut être utile pour l'obtention d'une répartition uniforme de la matière de 10 dopage implantée sous forme ionique comme représenté sur la figure 1. Une telle diffusion différentielle peut être due à l'orientation ppérentielle du matériau hôte. La figure 3 représente les variations de l'éclairement lumineux avec la tension de crête dans le cas de couches 15 ayant trois épaisseurs différentes (2 000 A,, 4 S0 A et 6 000 A) ayant subi des implantations d'ions Mn avec un - flux de 10 16 ions par cm2. La couche de 6 000 A d"épaisseur a donné les résultats les meilleurs. Des essais analogues réalisés avec un flux de 1015 ions par cm2 seulement ont 20 montré une réduction de l'éclairement lumineux d'un facteur 2,5 environ. La figure 4 est une coupe agrandie d'un panneau d'affichage électroluminescent à couche mince et en plusieurs couleurs, selon l'invention. Un substrat de verre 6 a une 25 électrode transparente 8 formée d'oxyde d'étain ou d'oxyde d'étain et d'indium, de manière connue dans la technique. L'électrode transparente 8 est recouverte d'une couche diélectrique ou isolante 10 telle que Y203. Une couche hôte 12 de ZnS ou d'un autre matériau convenable est déposée sur 30 la couche diélectrique par des procédés connus, par exemple par évaporation par un faisceau d'électrons ou par pulvérisation cathodique. Dans l'exemple représenté sur la figure 4, trois implantations d'ions différents ont été réalisées dans la 35 couche hôte 12 afin qu'elles donnent trois couleurs primaires à des emplacements très rapprochés. Par exemple, la bande 14 est formée par implantation d'ions à l'aide de Eu, donnant une électroluminescence rouge, la bande 16 subit une implantation de Tm ou Ce donnant une électroluminescence bleue, et la bande 18 subit une implantation de Tb donnant une électroluminescence verte. Evidemment, d'autres matières convenables de dopage peuvent être utilisées. Après recuit, une seconde couche diélectrique isolante est déposée sur la couche hôte ayant subi l'implantation d'ions (ou couche active) et des électrodes auxiliaires 22, 24, 26 sont formées avec précision juste au- dessus de 10 chacune des bandes implantées. Les électrodes auxiliaires sont par exemple formées d'aluminium, et elles peuvent être déposées par mise en oeuvre des techniques photolithographiques, utilisées par exemple pour la délimitation des rangées ayant subi l'implantation d'ions. Chaque électrode 15 est adressée séparément par l'intermédiaire de circuits connus de pilotage tels que représentés par les contacts 28, 30. Lorsqu'une tension convenable est appliquée aux électrodes, de la lumière est émise au niveau de l'élément 20 d'image créé dans la couche active entre les croisements des électrodes. L'électrode 8 peut être une électrode large unique placée à chaque élément d'image ou pel. Cependant, lorsqu'un affichage complet en plusieurs couleurs doit être obtenu, chaque bande ayant subi l'implantation d'ions est 25 adressée séparément à l'aide de sa propre électrode individuelle 22, 24 ou 26. Comme décrit dans les exemples précédents, les dispositifs électroluminescents à couche mince ont habituellement des couches diélectriques des deux côtés de la couche 30 photoémissive (active) afin que la stabilité soit accrue. Cependant, de tels dispositifs peuvent aussi être fabriqués avec une couche diélectrique d'un seul côté de la couche active. L'invention s'applique aussi à de tels dispositifs ayant une couche diélectrique d'un seul côté. Dans certains modes de réalisation, le substrat qui supporte la couche active mince peut être un matériau opaque et non un matériau transparent. Par exemple, le substrat peut être un matériau semi-conducteur opaque dans lequel est formé un circuit intégré. Dans ces conditions, la surface tournée vers le substrat a des électrodes transparentes (et non le substrat lui-même) afin que la lumière émise puisse être observée. Bien que les exemples qui précèdent concernent des dispositifs électroluminescents à couche mince fonctionnant en courant alternatif, l'invention s'applique aussi aux dispositifs électroluminescents à couche mince fonctionnant 10 en courant continu. De tels dispositifs ne nécessitent pas de couche diélectrique étant donné leur fonctionnement en courant continu. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un panneau d'affichage électroluminescent à couche mince, fonctionnant en courant alternatif, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: le dépôt d'une couche diélectrique (10) sur un substrat transparent (6) ayant une électrode transparente (8), le dépôt d'une couche hôte (12) sur la couche diélectrique (10), l'implantation d'ions de matières de dopage dans la couche hôte (12), à un emplacement choisi, le recuit de la couche hôte (12) ayant subi l'implantation d'ions, le dépôt d'une seconde couche diélectrique (20) sur la 15 couche hôte (12) ayant subi l'implantation d'ions, et la formation d'une électrode auxiliaire (22, 24, 26) sur la seconde couche diélectrique (20), en face de l'emplacement choisi. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 qu'il comprend la formation photolithographique d'un dessin ayant une ouverture sur la couche hôte (12), l'emplacement choisi étant délimité par ladite ouverture, et l'enlèvement du dessin après implantation des ions de dopage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 25 que la couche hôte (12) est formée de ZnS. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'emplacement choisi est formé de bandes disposées sur la couche hôte. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce 30 que les électrodes transparente et auxiliaires (8, 22, 24, 26) sont formées sous forme de bandes qui se croisent et forment des lignes et des colonnes, si bien que des éléments d'image photoémissifs sont formés entre les lignes, aux croisements. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche hôte (12) est formée par une première matière de dopage destinée à donner une première couleur par élec- troluminescence et l'emplacement choisi subit une implantation d'une seconde matière de dopage destinée à donner une seconde couleur par électroluminescence, si bien qu'un panneau d'affichage à plusieurs couleurs est formé. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'implantation d'ions d'une seconde matière de dopage à un second emplacement choisi, les ions de la seconde matière de dopage donnant une couleur différente de celle que donnent les ions de la première matière de do10 page, par luminescence, si bien qu'un panneau d'affichage à plusieurs couleurs est formé. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend l'implantation d'ions d'une troisième matière de dopage à un troisième emplacement choisi, les ions 15 de la troisième matière de dopage donnant une couleur différente de celles que donnent les ions de la première et de la seconde matière de dopage, par luminescence, si bien qu'un panneau d'affichage à plusieurs couleurs est formé. 9. Procédé de fabrication d'un panneau d'affichage 20 électroluminescent à couche mince fonctionnant en courant continu, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: le dépôt d'une couche hôte {12) sur un substrat transparent (6) ayant une électrode transparente (8), l'implantation d'ions de matières de dopage dans la couche hôte (12) à un emplacement choisi, et la formation d'une électrode auxiliaire (22, 24, 26) sur la couche hôte (12) à l'emplacement choisi. 10. Panneau d'affichage électroluminescent fabriqué par 30 le procédé selon la revendication 1. 11. Panneau d'affichage électroluminescent fabriqué par le procédé selon la revendication 9. 12. Panneau d'affichage électroluminescent, caractérisé en ce qu'il comporte une couche active (12) ayant au moins 35 deux régions proches (14, 16, 18) qui ont subi des implantations d'ions de matières différentes de dopage donnant des électroluminescences de couleurs différentes, et des électrodes (8, 22, 24, 26) destinées à l'adressage séparé de chacune des régions. 13. Panneau selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend des couches diélectriques (10, 20) sur 5 les deux faces de la couche active (12), si bien que le panneau d'affichage électroluminescent est un panneau fonctionnant en courant alternatif. 14. Panneau selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat transparent (6) ayant des 10 électrodes transparentes (8). 15. Panneau selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte un substrat opaque, et les électrodes comportent des électrodes transparentes formées sur le côté du panneau qui est opposé à celui du substrat opaque.