JP2605555B2 - 無機薄膜el素子 - Google Patents
無機薄膜el素子Info
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- JP2605555B2 JP2605555B2 JP4269081A JP26908192A JP2605555B2 JP 2605555 B2 JP2605555 B2 JP 2605555B2 JP 4269081 A JP4269081 A JP 4269081A JP 26908192 A JP26908192 A JP 26908192A JP 2605555 B2 JP2605555 B2 JP 2605555B2
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- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B18/00—Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S428/917—Electroluminescent
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、無機薄膜EL素子に関
し、さらに詳しくは、平面光源やディスプレイ等に利用
される無機薄膜EL素子に関するものである。
し、さらに詳しくは、平面光源やディスプレイ等に利用
される無機薄膜EL素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】無機薄膜EL素子は、フラットパネルデ
ィスプレイ、平面光源としての用途が注目されており、
これまでに、ZnS、CaS、SrS等の少なくとも1
種を母体とし、発光中心としてMn、Tb、Sn、C
e、Eu、Sm、Tm等の少なくとも1つを3原子%以
下にドープした無機螢光体が用いられている。(特開平
3−187191号公報) これらのうち、橙色螢光体としてはZnS:Mnが研究
され、その輝度、寿命等の特性が優れているためフラッ
トパネルディスプレイとして利用されている。また、緑
色発光螢光体としてのZnS:Tb等、亜鉛硫化物の研
究が広く行われている。その他の母体として、青色発光
螢光体としてはSrS:Ce、赤色発光螢光体としては
CaS:Eu、緑色発光螢光体としてはCaS:Ce
等、アルカリ土類金属硫化物からなる螢光体も盛んに研
究されている。また、螢光体の発光メカニズムをみる
と、Mn等の遷移金属は直接母体の電子が衝突して発光
するのに対して、アルカリ希土類は母体のバンドギャッ
プに対応するエネルギーが遷移して発光する割合が大き
い。アルカリ土類金属の硫化物はそのバンドギャップエ
ネルギーが4.3〜4.4eVであり、ZnSも3.6
eVであり、高エネルギーが必要となる青色〜紫外の発
光を得るためには、これらの化合物のバンドギャップエ
ネルギーが小さいので、高バンドギャップエネルギーを
持つZnF2 :Gd(7〜8eV)(J.J.A.
P.,vol.10B(1991),p1815〜18
16)や、CaF2 :Eu(Appl.Phys.Le
tt.,41,1982,p462)を母体とする研究
が行われてきた。
ィスプレイ、平面光源としての用途が注目されており、
これまでに、ZnS、CaS、SrS等の少なくとも1
種を母体とし、発光中心としてMn、Tb、Sn、C
e、Eu、Sm、Tm等の少なくとも1つを3原子%以
下にドープした無機螢光体が用いられている。(特開平
3−187191号公報) これらのうち、橙色螢光体としてはZnS:Mnが研究
され、その輝度、寿命等の特性が優れているためフラッ
トパネルディスプレイとして利用されている。また、緑
色発光螢光体としてのZnS:Tb等、亜鉛硫化物の研
究が広く行われている。その他の母体として、青色発光
螢光体としてはSrS:Ce、赤色発光螢光体としては
CaS:Eu、緑色発光螢光体としてはCaS:Ce
等、アルカリ土類金属硫化物からなる螢光体も盛んに研
究されている。また、螢光体の発光メカニズムをみる
と、Mn等の遷移金属は直接母体の電子が衝突して発光
するのに対して、アルカリ希土類は母体のバンドギャッ
プに対応するエネルギーが遷移して発光する割合が大き
い。アルカリ土類金属の硫化物はそのバンドギャップエ
ネルギーが4.3〜4.4eVであり、ZnSも3.6
eVであり、高エネルギーが必要となる青色〜紫外の発
光を得るためには、これらの化合物のバンドギャップエ
ネルギーが小さいので、高バンドギャップエネルギーを
持つZnF2 :Gd(7〜8eV)(J.J.A.
P.,vol.10B(1991),p1815〜18
16)や、CaF2 :Eu(Appl.Phys.Le
tt.,41,1982,p462)を母体とする研究
が行われてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ZnS:Mnを除き、
上記の硫化物を用いた無機螢光体は、フラットパネルデ
ィスプレイ、平面光源として利用するためには、発光輝
度、効率、寿命が十分でなく、現在実用的なカラーフラ
ットパネルディスプレイは形成されていない。本発明
は、上述のような従来の問題点に対処すべく、実用レベ
ルでフルカラー表示の可能な無機薄膜EL素子を提供す
ることを目的とする。
上記の硫化物を用いた無機螢光体は、フラットパネルデ
ィスプレイ、平面光源として利用するためには、発光輝
度、効率、寿命が十分でなく、現在実用的なカラーフラ
ットパネルディスプレイは形成されていない。本発明
は、上述のような従来の問題点に対処すべく、実用レベ
ルでフルカラー表示の可能な無機薄膜EL素子を提供す
ることを目的とする。
【0004】
【問題を解決するための手段】本発明者は、フルカラー
化が可能な無機薄膜EL素子用無機螢光体を探索した結
果、ランタンの弗素化合物が希土類元素を安定に含有
し、また高いバンドギャップエネルギーを有するという
知見に基づいて、ランタンの弗素化合物と希土類元素を
含有する新規な組成の無機螢光体が強いEL発光強度を
示すことを見出し、本発明を完成するに至った。すなわ
ち、本発明は、ランタンの弗素化合物と希土類元素の金
属およびその化合物の少なくともいずれか1種とを含む
発光層を有する無機薄膜EL素子にある。
化が可能な無機薄膜EL素子用無機螢光体を探索した結
果、ランタンの弗素化合物が希土類元素を安定に含有
し、また高いバンドギャップエネルギーを有するという
知見に基づいて、ランタンの弗素化合物と希土類元素を
含有する新規な組成の無機螢光体が強いEL発光強度を
示すことを見出し、本発明を完成するに至った。すなわ
ち、本発明は、ランタンの弗素化合物と希土類元素の金
属およびその化合物の少なくともいずれか1種とを含む
発光層を有する無機薄膜EL素子にある。
【0005】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
無機薄膜EL素子において、発光層はランタンの弗素化
合物および発光中心として希土類元素の金属または化合
物を必須成分とする。そのうち、ランタンの弗素化合物
は希土類元素を安定に含有し、8〜10eVという高い
バンドギャップエネルギーを有する。また、希土類元素
はランタンの弗素化合物中にドープすることでドナーと
して働き、キャリア濃度を増加させる。本発明では、従
来の無機螢光体に比べて、希土類元素を多くドープして
母体のキャリア濃度を増加させたもので、無機螢光体を
高輝度に発光することが可能である。
無機薄膜EL素子において、発光層はランタンの弗素化
合物および発光中心として希土類元素の金属または化合
物を必須成分とする。そのうち、ランタンの弗素化合物
は希土類元素を安定に含有し、8〜10eVという高い
バンドギャップエネルギーを有する。また、希土類元素
はランタンの弗素化合物中にドープすることでドナーと
して働き、キャリア濃度を増加させる。本発明では、従
来の無機螢光体に比べて、希土類元素を多くドープして
母体のキャリア濃度を増加させたもので、無機螢光体を
高輝度に発光することが可能である。
【0006】希土類元素としては、セリウム(Ce)、
プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム
(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(G
d)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、
ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム
(Tm)およびイッテルビウム(Yb)等が挙げられ、
これらの希土類元素は単独または2種以上併用すること
ができる。また、希土類元素は、金属または弗素、塩
素、臭素、ヨウ素および酸素のうち少なくとも1種の原
子と結合した化合物のいずれであってもよい。
プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム
(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(G
d)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、
ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム
(Tm)およびイッテルビウム(Yb)等が挙げられ、
これらの希土類元素は単独または2種以上併用すること
ができる。また、希土類元素は、金属または弗素、塩
素、臭素、ヨウ素および酸素のうち少なくとも1種の原
子と結合した化合物のいずれであってもよい。
【0007】無機薄膜EL素子の発光層を構成する希土
類元素の割合は、その金属または化合物が5〜90重量
%の範囲で使用することが好ましく、ランタンの弗素化
合物の割合は10〜95重量%の範囲が好ましい。発光
層は、ガドリニウムを添加することで得られる紫外光、
プラセオジムを添加することで得られる青色光、テルビ
ウムを添加することで得られる緑色光、ユウロピウムを
添加することで得られる橙色光等、希土類元素の種類に
より発光色を紫外光から赤外光まで変化させることが可
能である。
類元素の割合は、その金属または化合物が5〜90重量
%の範囲で使用することが好ましく、ランタンの弗素化
合物の割合は10〜95重量%の範囲が好ましい。発光
層は、ガドリニウムを添加することで得られる紫外光、
プラセオジムを添加することで得られる青色光、テルビ
ウムを添加することで得られる緑色光、ユウロピウムを
添加することで得られる橙色光等、希土類元素の種類に
より発光色を紫外光から赤外光まで変化させることが可
能である。
【0008】この発光層は、ランタンの弗素化合物およ
び希土類元素からなる発光成分を加圧焼結したペレッ
ト、または発光成分に共賦活剤、例えば金、亜鉛等の低
融点金属を添加して加圧固着したペレットを電子ビーム
蒸着法等の真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法、
MOCVD法などにより形成される。その厚さは0.2
〜3.0μmの範囲とすることが好ましい。
び希土類元素からなる発光成分を加圧焼結したペレッ
ト、または発光成分に共賦活剤、例えば金、亜鉛等の低
融点金属を添加して加圧固着したペレットを電子ビーム
蒸着法等の真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法、
MOCVD法などにより形成される。その厚さは0.2
〜3.0μmの範囲とすることが好ましい。
【0009】本発明の無機薄膜EL素子は、無機螢光体
として発光層を有するものであり、例えば、図1に示す
ように、絶縁性基板1上に背面電極2、絶縁層3、発光
層4、絶縁層3、透明電極5を順次積層した構造、図2
に示すように、透明基板6上に透明電極5、絶縁層3、
発光層4、絶縁層3、背面電極2を順次積層した構造等
がある。さらに、図1に示す発光層4とその両面の絶縁
層3間に半導体層を介在させたもの、すなわち図3に示
すように、絶縁性基板1上に背面電極2、絶縁層3、半
導体層7、発光層4、半導体層7、絶縁層3、透明電極
5を順次積層した構造とすることもできる。これらの無
機薄膜EL素子を作製するには、前記発光層の形成と同
様の方法により、基板上に各層を順次形成して図1〜3
に示す構造の無機薄膜EL素子を作製することができ
る。
として発光層を有するものであり、例えば、図1に示す
ように、絶縁性基板1上に背面電極2、絶縁層3、発光
層4、絶縁層3、透明電極5を順次積層した構造、図2
に示すように、透明基板6上に透明電極5、絶縁層3、
発光層4、絶縁層3、背面電極2を順次積層した構造等
がある。さらに、図1に示す発光層4とその両面の絶縁
層3間に半導体層を介在させたもの、すなわち図3に示
すように、絶縁性基板1上に背面電極2、絶縁層3、半
導体層7、発光層4、半導体層7、絶縁層3、透明電極
5を順次積層した構造とすることもできる。これらの無
機薄膜EL素子を作製するには、前記発光層の形成と同
様の方法により、基板上に各層を順次形成して図1〜3
に示す構造の無機薄膜EL素子を作製することができ
る。
【0010】無機薄膜EL素子の基板、電極、絶縁層と
しては公知の材料を用いることができる。例えば絶縁層
としては、ZnF2 、CaF2 、MgF2 、SiNx、
TaOx、Al2 O3 、Y2 O3 、PbTiO3 等が用
いられ、これらを二重に積層してもよい。また、発光の
輝度を向上させるためのキャリアの注入層として、図3
に示す半導体層を形成してもよい。層を構成する半導体
としては、水素化アモルファスシリコン、CaS、Mg
S等の周期律表第II族−第VI族元素化合物、HgI2 等
の第II族−第VII 族元素化合物、AlAs、GaN等の
第III 族−第V族元素化合物、TiO2 、SnO2 等の
第IV族−第VI族元素化合物、As2 O3 、Bi2 O3 等
の第V族−第VI族元素化合物などの無機半導体、あるい
はポリビニルカルバゾール、TPD等の有機半導体が用
いられる。
しては公知の材料を用いることができる。例えば絶縁層
としては、ZnF2 、CaF2 、MgF2 、SiNx、
TaOx、Al2 O3 、Y2 O3 、PbTiO3 等が用
いられ、これらを二重に積層してもよい。また、発光の
輝度を向上させるためのキャリアの注入層として、図3
に示す半導体層を形成してもよい。層を構成する半導体
としては、水素化アモルファスシリコン、CaS、Mg
S等の周期律表第II族−第VI族元素化合物、HgI2 等
の第II族−第VII 族元素化合物、AlAs、GaN等の
第III 族−第V族元素化合物、TiO2 、SnO2 等の
第IV族−第VI族元素化合物、As2 O3 、Bi2 O3 等
の第V族−第VI族元素化合物などの無機半導体、あるい
はポリビニルカルバゾール、TPD等の有機半導体が用
いられる。
【0011】
【実施例】以下に実施例を示して、本発明を具体的に説
明する。 実施例1 弗化ガドリニウム10重量%を弗化ランタン89重量%
に混入し、共賦活剤として金1重量%を加えて800k
g/cm2 にて加圧固着し、蒸着用ペレットとした。次
いで、絶縁性基板1上に形成されたアルミニウム製の背
面電極2上に、ZnFxを電子ビームで2000オンク゛ストロ-ム
の厚さに蒸着して絶縁層3を形成した。その後、上記ペ
レットを電子ビームで7000オンク゛ストロ-ムの厚さに蒸着して
発光層4を形成した。この発光層4上に上記と同様にし
て絶縁層3を形成し、その上にITOからなる透明電極
5を1000オンク゛ストロ-ムの厚さに蒸着した。以上のようにし
て作製された無機薄膜EL素子の発光特性を調べたとこ
ろ、312nm付近にピークを有する紫外の発光が0.
01mW/cm2 の強度で得られた。
明する。 実施例1 弗化ガドリニウム10重量%を弗化ランタン89重量%
に混入し、共賦活剤として金1重量%を加えて800k
g/cm2 にて加圧固着し、蒸着用ペレットとした。次
いで、絶縁性基板1上に形成されたアルミニウム製の背
面電極2上に、ZnFxを電子ビームで2000オンク゛ストロ-ム
の厚さに蒸着して絶縁層3を形成した。その後、上記ペ
レットを電子ビームで7000オンク゛ストロ-ムの厚さに蒸着して
発光層4を形成した。この発光層4上に上記と同様にし
て絶縁層3を形成し、その上にITOからなる透明電極
5を1000オンク゛ストロ-ムの厚さに蒸着した。以上のようにし
て作製された無機薄膜EL素子の発光特性を調べたとこ
ろ、312nm付近にピークを有する紫外の発光が0.
01mW/cm2 の強度で得られた。
【0012】実施例2 弗化エルビウム10重量%を弗化ランタン90重量%に
混入し、800kg/cm2 にて加圧焼結して蒸着用ペ
レットとした。次いで、ガラス製の透明基板6上に形成
されたITOからなる透明電極5上に、CaF2 を電子
ビームで2000オンク゛ストロ-ムの厚さに蒸着して絶縁層3を形
成した。その後、上記ペレットを電子ビームで7000オンク゛
ストロ-ムの厚さに蒸着して発光層4を形成した。この発光
層4上に上記と同様にして絶縁層3を形成し、その上に
アルミニウム製の背面電極2を1000オンク゛ストロ-ムの厚さに
蒸着した。以上のようにして作製された無機薄膜EL素
子の発光特性を調べたところ、緑色の発光が0.01m
W/cm2 の強度で得られた。
混入し、800kg/cm2 にて加圧焼結して蒸着用ペ
レットとした。次いで、ガラス製の透明基板6上に形成
されたITOからなる透明電極5上に、CaF2 を電子
ビームで2000オンク゛ストロ-ムの厚さに蒸着して絶縁層3を形
成した。その後、上記ペレットを電子ビームで7000オンク゛
ストロ-ムの厚さに蒸着して発光層4を形成した。この発光
層4上に上記と同様にして絶縁層3を形成し、その上に
アルミニウム製の背面電極2を1000オンク゛ストロ-ムの厚さに
蒸着した。以上のようにして作製された無機薄膜EL素
子の発光特性を調べたところ、緑色の発光が0.01m
W/cm2 の強度で得られた。
【0013】実施例3 弗化エルビウムを5重量%および弗化ランタンを95重
量%とした以外は実施例2と同様にして無機薄膜EL素
子を作製したところ、緑色の発光が0.001mW/c
m2 の強度で得られた。 実施例4 弗化エルビウムを50重量%および弗化ランタンを50
重量%とした以外は実施例2と同様にして無機薄膜EL
素子を作製したところ、緑色の発光が0.006mW/
cm2 の強度で得られた。 実施例5 弗化エルビウムを90重量%および弗化ランタンを10
重量%とした以外は実施例2と同様にして無機薄膜EL
素子を製造したところ、緑色の発光が0.08mW/c
m2 の強度で得られた。
量%とした以外は実施例2と同様にして無機薄膜EL素
子を作製したところ、緑色の発光が0.001mW/c
m2 の強度で得られた。 実施例4 弗化エルビウムを50重量%および弗化ランタンを50
重量%とした以外は実施例2と同様にして無機薄膜EL
素子を作製したところ、緑色の発光が0.006mW/
cm2 の強度で得られた。 実施例5 弗化エルビウムを90重量%および弗化ランタンを10
重量%とした以外は実施例2と同様にして無機薄膜EL
素子を製造したところ、緑色の発光が0.08mW/c
m2 の強度で得られた。
【0014】
【発明の効果】本発明は、無機薄膜EL素子の発光層を
形成する成分としてランタンの弗素化合物と希土類元素
の金属または化合物とを組み合わせたから、従来のもの
より高輝度かつ長寿命で広範囲な波長領域の光を発光し
得る無機薄膜EL素子を得ることができる。したがっ
て、本発明の無機薄膜EL素子は、ディスプレイ等の平
面光源として有利に利用できるため、その実用価値は極
めて高い。
形成する成分としてランタンの弗素化合物と希土類元素
の金属または化合物とを組み合わせたから、従来のもの
より高輝度かつ長寿命で広範囲な波長領域の光を発光し
得る無機薄膜EL素子を得ることができる。したがっ
て、本発明の無機薄膜EL素子は、ディスプレイ等の平
面光源として有利に利用できるため、その実用価値は極
めて高い。
【図1】 実施例1に示す本発明の無機薄膜EL素子の
断面図である。
断面図である。
【図2】 実施例2〜5に示す本発明の無機薄膜EL素
子の断面図である。
子の断面図である。
【図3】 半導体層を介在させた本発明の無機薄膜EL
素子の他の断面図を示す。
素子の他の断面図を示す。
1…絶縁性基板、2…背面電極、3…絶縁層、4…発光
層、5…透明電極、6…透明基板、7…半導体層。
層、5…透明電極、6…透明基板、7…半導体層。
Claims (4)
- 【請求項1】 ランタンの弗素化合物と希土類元素の金
属およびその化合物の少なくともいずれか1種とを含む
発光層を有することを特徴とする無機薄膜EL素子。 - 【請求項2】 希土類元素の金属およびその化合物の少
なくともいずれか1種を発光層中に5〜90重量%含有
する請求項1記載の無機薄膜EL素子。 - 【請求項3】 希土類元素が、セリウム、プラセオジ
ム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウ
ム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビ
ウム、ツリウムおよびイッテルビウムの少なくとも1種
から選ばれる請求項1または2に記載の無機薄膜EL素
子。 - 【請求項4】 希土類元素の化合物は、希土類元素が弗
素、塩素、臭素、ヨウ素および酸素のうち少なくとも1
種の原子と結合した化合物である請求項1〜3のいずれ
かに記載の無機薄膜EL素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4269081A JP2605555B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 無機薄膜el素子 |
US08/563,358 US5648181A (en) | 1992-09-14 | 1995-11-28 | Inorganic thin film electroluminescent device having a light emission layer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4269081A JP2605555B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 無機薄膜el素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0696861A JPH0696861A (ja) | 1994-04-08 |
JP2605555B2 true JP2605555B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=17467407
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4269081A Expired - Fee Related JP2605555B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 無機薄膜el素子 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5648181A (ja) |
JP (1) | JP2605555B2 (ja) |
Families Citing this family (50)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5796120A (en) * | 1995-12-28 | 1998-08-18 | Georgia Tech Research Corporation | Tunnel thin film electroluminescent device |
JPH09213479A (ja) * | 1996-01-31 | 1997-08-15 | Sharp Corp | El素子及びその製造方法 |
US5776623A (en) * | 1996-07-29 | 1998-07-07 | Eastman Kodak Company | Transparent electron-injecting electrode for use in an electroluminescent device |
JP2001043977A (ja) * | 1999-05-27 | 2001-02-16 | Tdk Corp | 発光ダイオード |
SG113443A1 (en) | 2001-12-05 | 2005-08-29 | Semiconductor Energy Laboratao | Organic semiconductor element |
TWI272874B (en) * | 2002-08-09 | 2007-02-01 | Semiconductor Energy Lab | Organic electroluminescent device |
US6982045B2 (en) * | 2003-05-17 | 2006-01-03 | Phosphortech Corporation | Light emitting device having silicate fluorescent phosphor |
US6987353B2 (en) * | 2003-08-02 | 2006-01-17 | Phosphortech Corporation | Light emitting device having sulfoselenide fluorescent phosphor |
US7109648B2 (en) * | 2003-08-02 | 2006-09-19 | Phosphortech Inc. | Light emitting device having thio-selenide fluorescent phosphor |
US7112921B2 (en) * | 2003-08-02 | 2006-09-26 | Phosphortech Inc. | Light emitting device having selenium-based fluorescent phosphor |
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