説明

正孔注入制御型硫化亜鉛EL装置

【課題】無機蛍光体を用いるELで、外部電流制御を有効とする。
【解決手段】導電性基体上にZnS蛍光体薄膜及び金属薄膜もしくは半導体薄膜の純に積層した半導体−ZnS−金属構造もしくは金属−ZnS−半導体構造のデバイスに、半導体を負極に、金属を政局に電圧を印加して金属−ZnS接触を通してトンネリングにより蛍光体中に正孔を、半導体−ZnS接合を通して電子を注入して発光するさせる。正孔注入は印加電界強度で制御可能なトンネリングにより制御され、また、伝導帯の電子の注入は接合や接触での電位障壁により制限され、その注入量が印加電界で制御されることによって、電流制限がされ、電力損失の少ない電流制限が実現され、高い発光効率が実現される。

【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】
【0001】
本発明は、正孔注入制御型硫化亜鉛EL装置に関する。
【背景技術】
【0002】
無機蛍光体を用いる面状発光のエレクトロルミネッセンス(以後ELと略記される)では安定動作を実現するために発光面内で均一な電界(すなわち均一な電流)及び電流値制御が要求される。従って、通常交流駆動型ELでは絶縁層、直流駆動型ELでは電流制限層が導入されている。すなわち、面状発光の直流駆動ELでは、点状発光の発光ダイオード(以後LEDと略記される)のような外部電流制御が有効でない。特に、直流駆動型ELでは電流制限を抵抗層で実現しなければならないため、大きな電力損失を伴い、結果としてELの発光効率の低下を招く。そのため現在まで、直流駆動型無機ELは実用になっていない。
【0003】
有機蛍光体を使用する直流駆動の有機エレクトロルミネッセンス(以後有機EL、あるいは有機発光ダイオード;OLEDと略記される)では使用する有機材料が高抵抗でかつ超薄膜蛍光体が使用できるため上記の問題を解決している。結晶の不完全性に起因する非輻射再結合確率の高い無機蛍光体においては、超薄膜での発光は単結晶エピタキシャル膜を用いるLEDのpn接合部で実現されているが、多結晶やアモルファス蛍光体薄膜を使用する面状発光のELにおいての実現は困難である。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明によるデバイス構造では、上記の問題点を以下の通り解決している。正孔注入は印加電界強度で制御可能な接合や接触でのトンネリングにより制御され、また、伝導帯の電子の注入は接合や接触での電位障壁により制限され、その注入量が印加電界で制御されることによって、電流制限が可能であり、電力損失の少ない電流制限が実現される結果、励起が正孔注入によって効率良く実現できるため高い発光効率が実現できる。
【0005】
前記課題を解決するための本発明の第1の態様は、図1に示したエネルギーバンド図からわかるように、導電性を有する任意の基体上に硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜及び金属薄膜もしくは半導体薄膜の順に積層してなる半導体−ZnS蛍光体−金属構造もしくは金属−ZnS蛍光体−半導体構造のデバイスに、外部から半導体を負極性に、金属を正極性に電圧を印加して、該金属−ZnS蛍光体接触を通してトンネリング(該接触に適当な電界が印加されるとZnSの価電子帯から電子が金属へトンネリングする結果、ZnSの価電子帯に正孔が注入される)により蛍光体中へ正孔を、該半導体−ZnS蛍光体接合を通して電子(該接合に生じている電位障壁によって電子の注入が阻止されているが電界の印加によって電位障壁が低下する結果、半導体の伝導帯の電子がZnSの伝導帯に注入される)をそれぞれ注入するデバイスの動作原理に基づいて、蛍光体の励起と発光を該金属−ZnS蛍光体接触での正孔のトンネリング注入量によって制御することを特徴とする正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイスにある。
【0006】
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記ZnS蛍光体薄膜として銅(Cu)を含有する硫化亜鉛(ZnS:Cu)蛍光体を形成した後、金属薄膜もしくは半導体薄膜を積層してなる半導体−ZnS:Cu蛍光体−金属構造もしくは金属−ZnS:Cu蛍光体−半導体構造のデバイスに、外部から半導体を負極性に、金属を正極性に電圧を印加した結果として形成される半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体−金属構造において、該金属−ZnS:Cu蛍光体接触を通してトンネリングにより蛍光体中へ正孔を、該半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体接合を通して電子をそれぞれ注入するデバイスの動作原理に基づいて、蛍光体の励起と発光を該金属−ZnS:Cu蛍光体接合での正孔のトンネリング注入量によって制御することを特徴とする正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイスにある。
【0007】
本発明の第3の態様は、第1の態様で記載した半導体−ZnS蛍光体−金属構造もしくは金属−ZnS蛍光体−半導体構造のデバイスに、外部から金属を負極性に、半導体を正極性に電圧を印加して、該半導体−ZnS蛍光体接合を通してトンネリングにより蛍光体中へ正孔を、該金属−ZnS蛍光体接触を通して電子をそれぞれ注入するデバイスの動作原理に基づいて、蛍光体の励起と発光を該半導体−ZnS蛍光体接合での正孔のトンネリング注入量によって制御することを特徴とする正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイスにある。
【0008】
本発明の第4の態様は、第3の態様においてZnS蛍光体として銅(Cu)を含有する硫化亜鉛(ZnS:Cu)蛍光体薄膜を形成した後、金属薄膜もしくは半導体薄膜を積層してなる半導体−ZnS:Cu蛍光体−金属構造もしくは金属−ZnS:Cu蛍光体−半導体構造のデバイスに、外部から金属を負極性に、半導体を正極性に電圧を印加した結果として形成される金属−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体−半導体構造において、該半導体−ZnS:Cu蛍光体接合を通してトンネリングにより蛍光体中へ正孔を、該金属−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体構造を通して電子をそれぞれ注入するデバイスの動作原理に基づいて、蛍光体の励起と発光を該半導体−ZnS:Cu蛍光体接合での正孔のトンネリング注入量によって制御することを特徴とする正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイスにある。
【0009】
本発明の第5の態様は、第1から第4の態様に記載した半導体−ZnS蛍光体−金属構造のデバイスにおいて、導電性を有する任意の基体として縮退したn形金属酸化物半導体からなる透明導電膜を形成した透光性を有する任意の基板(例えば、透明電極付きガラス基板)を用いることを特徴とする正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイスにある。
【0010】
本発明の第6の態様は、第1から第4の態様に記載した金属−ZnS蛍光体−半導体構造のデバイスにおいて、導電性を有する任意の基体として金属薄膜を形成した任意の基体もしくは基体を兼ねた任意の形状からなる金属を用い、半導体として縮退したn形半導体からなる透明導電膜(透明電極)を用いることを特徴とする正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイスにある。
【0011】
本発明の第7の態様は、縮退したn形金属酸化物半導体からなる透明導電膜を形成した透光性を有する任意の基板上に硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜及び縮退したn形金属酸化物半導体からなる透明導電膜の順に積層してなる半導体(1)−ZnS蛍光体−半導体(2)構造のデバイスに、外部から一方の半導体を負極性に、他方の半導体を正極性に電圧を印加して、該正極性の半導体−ZnS蛍光体接合を通してトンネリングにより蛍光体中へ正孔を、該負極性の半導体−ZnS蛍光体接合を通して電子をそれぞれ注入するデバイスの動作原理に基づいて、蛍光体の励起と発光を該正極性の半導体−ZnS蛍光体接合での正孔のトンネリング注入量によって制御することを特徴とする正孔注入制御型エレクトロルミネッセンスデバイスにある。
【0012】
本発明の第8の態様は、第7態様に記載したZnS蛍光体薄膜として銅(Cu)を含有する硫化亜鉛(ZnS:Cu)蛍光体を形成した後、縮退したn形金属酸化物半導体からなる透明導電膜を積層してなる半導体(1)−ZnS:Cu蛍光体−半導体(2)構造のデバイスに、外部から一方の半導体を負極性に、他方の半導体を正極性に電圧を印加した結果として形成される半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体−半導体構造において、該正極性の半導体−ZnS:Cu蛍光体接合を通してトンネリングにより蛍光体中へ正孔を、該負極性の半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体接合を通して電子をそれぞれ注入するデバイスの動作原理に基づいて、蛍光体の励起と発光を該正極性の半導体−ZnS:Cu蛍光体接合での正孔のトンネリング注入量によって制御することを特徴とする正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイスにある。
【0013】
本発明の第9の態様は、第1から第6の態様に記載した正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス用いることを特徴とする照明器具にある。
【0014】
本発明の第10の態様は、第1から第6の態様に記載した正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス用いることを特徴とする表示装置にある。
【0015】
本発明の第11の態様は、第7及び第8の態様に記載した透光性を有する正孔注入制御型交直もしくは直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス用いることを特徴とするシースルー型照明器具にある。
【0016】
本発明の第12の態様は、第7及び第8の態様に記載した透光性を有する正孔注入制御型交直もしくは直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス用いることを特徴とするシースルー型表示装置にある。
【0017】
以下、本発明の実施形態を実施例により説明するがあくまで例示であり本発明はこれに限定されるものではない。
【実施例1】
水熱合成法で作製したn型酸化亜鉛(ZnO)ウエーハー上に、青色発光硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、半導体−ZnS蛍光体接合を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上に真空蒸着法によりアルミニウム(Al)薄膜を形成してZnS蛍光体−金属接触を形成して正孔注入制御型ZnSELデバイスを作製した。ZnO基体側を負極性、Al電極側を正極性として直流電圧を印加したところ、図1に示すように印加電圧約3V程でZnOウエーハー側から青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例2】
【0018】
基体兼電極材料であるステンレス板上に、青色発光硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、金属−ZnS蛍光体接触を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上にノンドープ酸化亜鉛(ZnO)薄膜をマグネトロンスパッタリング成膜法により作製してZnS蛍光体−半導体接合を形成して正孔注入制御型ZnSELデバイスを作製した。ZnO薄膜側を負極性、ステンレス板側を正極性として直流電圧を印加したところ、印加電圧約3V程でZnO薄膜側から青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例3】
【0019】
水熱合成法で作製したn型酸化亜鉛(ZnO)ウエーハー上に、銅(Cu)を2原子%添加した青色発光銅添加硫化亜鉛(ZnS:Cu)蛍光体薄膜をZnS:Cu蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、半導体−ZnS:Cu蛍光体接合を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上に真空蒸着法によりアルミニウム(Al)薄膜を形成してZnS:Cu蛍光体−金属接触を形成して正孔注入制御型ZnS:CuELデバイスを作製した。ZnOを負極性、Al電極側を正極性として直流電圧を印加したところ、半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体−金属構造が形成され、印加電圧約3V程でZnOウエーハー側から青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例4】
【0020】
基体兼電極材料であるステンレス板上に、銅(Cu)を2原子%添加した硫化亜鉛(ZnS:Cu)蛍光体薄膜をZnS:Cu蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、金属−ZnS:Cu蛍光体接触を形成した。その後、作製したZnS:Cu蛍光体薄膜上にノンドープ酸化亜鉛(ZnO)薄膜をマグネトロンスパッタリング成膜法により作製してZnS:Cu蛍光体−半導体接合を形成して正孔注入制御型ZnS:CuELデバイスを作製した。ZnO薄膜側を負極性、ステンレス板側を正極性として直流電圧を印加したところ、半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体−金属構造が形成され、印加電圧約3V程で青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例5】
【0021】
水熱合成法で作製したn型酸化亜鉛(ZnO)ウエーハー上に、青色発光硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、半導体−ZnS蛍光体接合を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上に真空蒸着法によりアルミニウム(Al)薄膜を形成してZnS蛍光体−金属接触を形成して正孔注入制御型ZnSELデバイスを作製した。ZnOウエーハー側を正極性、Al電極側を負極性として直流電圧を印加したところ、印加電圧約3V程で青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例6】
【0022】
基体兼電極材料であるステンレス板上に、青色発光硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、金属−ZnS蛍光体接触を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上にノンドープ酸化亜鉛(ZnO)薄膜をマグネトロンスパッタリング成膜法により作製してZnS蛍光体−半導体接合を形成して正孔注入制御型ZnSELデバイスを作製した。ZnO薄膜側を正極性、ステンレス板側を負極性として直流電圧を印加したところ、印加電圧約3V程で青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例7】
【0023】
水熱合成法で作製したn型酸化亜鉛(ZnO)ウエーハー上に、銅(Cu)を2原子%添加した硫化亜鉛(ZnS:Cu)蛍光体薄膜をZnS:Cu蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、半導体−ZnS:Cu蛍光体接合を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上に真空蒸着法によりアルミニウム(Al)薄膜を形成してZnS:Cu蛍光体−金属接触を形成して正孔注入制御型ZnS:CuELデバイスを作製した。ZnOウエーハー側を正極性、Al電極側を負極性として直流電圧を印加したところ、半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体−金属構造が形成され、印加電圧約3V程で青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例8】
【0024】
基体兼電極材料であるステンレス板上に、銅(Cu)を2原子%添加した硫化亜鉛(ZnS:Cu)蛍光体薄膜をZnS:Cu蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、金属−ZnS:Cu蛍光体接触を形成した。その後、作製したZnS:Cu蛍光体薄膜上にノンドープ酸化亜鉛(ZnO)薄膜をマグネトロンスパッタリング成膜法により作製してZnS:Cu蛍光体−半導体接合を形成して正孔注入制御型ZnS:CuELデバイスを作製した。ZnO薄膜側を正極性、ステンレス板側を負極性として直流電圧を印加したところ、半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体−金属構造が形成され、印加電圧約3V程で青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例9】
【0025】
縮退したn形半導体であるインジウム・スズ酸化物(ITO)薄膜を形成したガラス基体上に、青色発光硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、半導体−ZnS蛍光体接合を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上に膜厚約50nmの金(Au)薄膜を形成してZnS蛍光体−金属接触を形成して正孔注入制御型ZnSELデバイスを作製した。ITO薄膜側を正極性、Au電極側を負極性として直流電圧を印加したところ、印加電圧約3V程で青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例10】
【0026】
縮退したn形半導体であるインジウム・スズ酸化物(ITO)薄膜を形成したガラス基体上に、銅(Cu)を2原子%添加した硫化亜鉛(ZnS:Cu)蛍光体薄膜をZnS:Cu蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、半導体−ZnS:Cu蛍光体接合を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上に膜厚約50nmの金(Au)薄膜を形成してZnS:Cu蛍光体−金属接触を形成して正孔注入制御型ZnS:CuELデバイスを作製した。ITO薄膜側を負極性、Au電極側を正極性として直流電圧を印加したところ、半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体−金属構造が形成され、印加電圧約3V程で青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例11】
【0027】
アルミニウム(Al)薄膜を形成したアルミナセラミックス基体上に、青色発光硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、金属−ZnS蛍光体接触を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上に縮退したn形半導体であるインジウム・スズ酸化物(ITO)薄膜を形成してZnS蛍光体−半導体接合を形成して正孔注入制御型ZnSELデバイスを作製した。ITO薄膜側を正極性、Al薄膜側を負極性として直流電圧を印加したところ、印加電圧約3V程で青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例12】
【0028】
アルミニウム(Al)薄膜を形成したアルミナセラミックス基体上に、銅(Cu)を2原子%添加した硫化亜鉛(ZnS:Cu)蛍光体薄膜をZnS:Cu蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、金属−ZnS:Cu蛍光体接触を形成した。その後、作製したZnS:Cu蛍光体薄膜上に縮退したn形半導体であるインジウム・スズ酸化物(ITO)薄膜を形成してZnS:Cu蛍光体−半導体接合を形成して正孔注入制御型ZnS:CuELデバイスを作製した。ITO薄膜側を負極性、Al電極側を正極性として直流電圧を印加したところ、半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体−金属構造が形成され、印加電圧約3V程で青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例13】
【0029】
電極兼基体材料であるステンレス板上に、青色発光硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、金属−ZnS蛍光体接触を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上に縮退したn形半導体であるインジウム・スズ酸化物(ITO)薄膜を形成してZnS蛍光体−半導体接合を形成して正孔注入制御型ZnSELデバイスを作製した。ITO薄膜側を正極性、ステンレス板側を負極性として直流電圧を印加したところ、印加電圧約3V程で青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例14】
【0030】
電極兼基体材料であるステンレス板上に、銅(Cu)を2原子%添加した硫化亜鉛(ZnS:Cu)蛍光体薄膜をZnS:Cu蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、金属−ZnS:Cu蛍光体接触を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上に縮退したn形半導体であるインジウム・スズ酸化物(ITO)薄膜を形成してZnS:Cu蛍光体−半導体接合を形成して正孔注入制御型ZnS:CuELデバイスを作製した。ITO薄膜側を負極性、ステンレス電極側を正極性として直流電圧を印加したところ、半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体−金属構造が形成され、印加電圧約3V程で青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例15】
【0031】
縮退したn形半導体であるAlドープ酸化亜鉛(AZO)薄膜を形成したガラス基体上に、青色発光硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、半導体(1)−ZnS蛍光体接合を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上にマグネトロンスパッタリング成膜法により、縮退したn形半導体であるインジウム・スズ酸化物(ITO)薄膜を作製してZnS蛍光体−半導体(2)接合を形成して正孔注入制御型ZnSELデバイスを作製した。AZO薄膜側を負極性、ITO薄膜側を正極性として直流電圧を印加したところ、印加電圧約3V程で緑色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例16】
【0032】
縮退したn形半導体であるAlドープ酸化亜鉛(AZO)薄膜を形成したガラス基体上に、銅(Cu)を2原子%添加した硫化亜鉛(ZnS:Cu)蛍光体薄膜をZnS:Cu蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、半導体(1)−ZnS:Cu蛍光体接合を形成した。その後、作製したZnS:Cu蛍光体薄膜上にマグネトロンスパッタリング成膜法により、縮退したn形半導体であるインジウム・スズ酸化物(ITO)薄膜を作製してZnS:Cu蛍光体−半導体(2)接合を形成して正孔注入制御型ZnS:CuEL素子を作製した。AZO薄膜側を負極性、ITO薄膜側を正極性として直流電圧を印加したところ、半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体−金属構造が形成され、印加電圧約3V程で緑色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例17】
【0033】
基体兼電極材料であるn型Siウエーハー上に、青色発光硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、半導体(1)−ZnS蛍光体接合を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上にマグネトロンスパッタリング法により、縮退したn形半導体であるアルミニウム(Al)ドープ酸化亜鉛(AZO)薄膜を形成してZnS蛍光体−半導体(2)接合を形成して正孔注入制御型ZnSELデバイスを作製した。Si基体側を負極性、AZO薄膜側を正極性として直流電圧を印加したところ、印加電圧約3V程でAZO薄膜側から青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例18】
【0034】
基体兼電極材料であるn型Siウエーハー上に、青色発光硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、半導体(1)−ZnS蛍光体接合を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上にマグネトロンスパッタリング法により、縮退したn形半導体であるアルミニウム(Al)ドープ酸化亜鉛(AZO)薄膜を形成してZnS蛍光体−半導体(2)接合を形成して正孔注入制御型ZnSELデバイスを作製した。Si基体側を正極性、AZO薄膜側を負極性として直流電圧を印加したところ、印加電圧3V程でAZO薄膜側から青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例19】
【0035】
基体兼電極材料であるn型Siウエーハー上に、銅(Cu)を2原子%添加した硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS:Cu蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、半導体(1)−ZnS:Cu蛍光体接合を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上にマグネトロンスパッタリング法により、縮退したn形半導体であるアルミニウム(Al)ドープ酸化亜鉛(AZO)薄膜を形成してZnS:Cu蛍光体−半導体(2)接合を形成して正孔注入制御型ZnS:CuELデバイスを作製した。Si基体側を負極性、AZO薄膜側を正極性として直流電圧を印加したところ、印加電圧約3V程でAZO薄膜側から青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例20】
【0036】
基体兼電極材料であるn型Siウエーハー上に、銅(Cu)を2原子%添加した硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS:Cu蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、半導体(1)−ZnS:Cu蛍光体接合を形成した。その後、作製したZnS:Cu蛍光体薄膜上にマグネトロンスパッタリング法により、縮退したn形半導体であるアルミニウム(Al)ドープ酸化亜鉛(AZO)薄膜を形成してZnS:Cu蛍光体−半導体(2)接合を形成して正孔注入制御型ZnS:CuELデバイスを作製した。Si基体側を正極性、AZO薄膜側を負極性として直流電圧を印加したところ、印加電圧約3V程でAZO薄膜側から青色発光を確認でき印加電圧10Vで200cd/mの高輝度青色発光を実現できた。
【実施例21】
【0037】
0.5mm×340mmのストライプ上にパターニングされたアルミニウム(Al)薄膜を0.06mm間隔で形成した270mm×340mm角のアルミナセラミックス基体上に、銅(Cu)を2原子%添加した硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS:Cu蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で基体全面に作製し、金属−ZnS:Cu蛍光体接触を形成した。その後、作製したZnS:Cu蛍光体薄膜上にインジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜をマグネトロンスパッタリング成膜法により作製し、その後ITO透明導電膜をAl電極と直交する形で0.5mm×270mmのストライプ状にパターニング加工を施し、蛍光体−半導体接合を形成して正孔注入制御型ZnS:CuEL表示装置を作製した。映像信号によって変調した直流電圧をITO薄膜側を負極性、Al電極側を正極性として印加したところ、VGA青色表示装置を実現できた。
【実施例22】
【0038】
ノンドープ酸化亜鉛(ZnO)薄膜を形成した20cm×150cm角のガラス基体上に、硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で作製し、半導体(1)−ZnS蛍光体接触を形成した。その後、作製したZnS蛍光体薄膜上にインジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜をマグネトロンスパッタリング成膜法により作製してZnS蛍光体−半導体(2)接合を形成して正孔注入制御型ZnSEL照明器具を作製した。ZnO薄膜側を負極性、ITO側を正極性として直流電圧を印加したところ、全面に均一な高輝度青色発光を実現できた。
【実施例23】
【0039】
0.5mm×340mmのストライプ上にパターニングされたアルミ(Al)ドープ酸化亜鉛(AZO)透明導電膜を0.06mm間隔で形成した270mm×340mm角のガラス基体上に、銅(Cu)を2原子%添加した硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜をZnS:Cu蛍光体ペレットを蒸着源として使用する電子線真空蒸着法により基体温度300℃の条件下で基体全面に作製し、半導体(1)−ZnS:Cu蛍光体接触を形成した。その後、作製したZnS:Cu蛍光体薄膜上にインジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜をマグネトロンスパッタリング成膜法により作製し、その後ITO透明導電膜をAZO膜と直交する形で0.5mm×270mmのストライプ状にパターニング加工を施し、蛍光体−半導体(2)接合を形成して正孔注入制御型ZnS:CuEL表示装置を作製した。映像信号によって変調した直流電圧をITO薄膜側を負極性、AZO電極側を正極性として印加したところ、VGA青色表示装置を実現できた。
【発明の効果】
【0040】
以上説明したように、本発明によるデバイス構造では従来面発光ELは面内で均一な電流及び電流値を制御するために不可欠な電流制限層による大きな電力損失を以下の通り解決している。正孔注入は印加電界強度で制御可能なトンネリングにより制御され、また、伝導帯の電子の注入は接合や接触での電位障壁により制限され、その注入量が印加電界で制御されることによって、電流制限がされ、電力損失の少ない電流制限が実現された結果、高い発光効率が実現された。従来の無機EL素子とはデバイスの動作原理が異なり、無機EL素子の特性の改善に対してその効果は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明の無機蛍光体ELデバイスのエネルギーバンド図
【図2】実施例1における正孔注入制御型EL素子の輝度−印加電圧特性

【特許請求の範囲】
【請求項1】
導電性を有する任意の基体上に硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜及び金属薄膜もしくは半導体薄膜の順に積層してなる半導体−ZnS蛍光体−金属構造もしくは金属−ZnS蛍光体−半導体構造のデバイスに、外部から半導体を負極性に、金属を正極性に電圧を印加して、該金属−ZnS蛍光体接触を通してトンネリングにより蛍光体中へ正孔を、該半導体−ZnS蛍光体接合を通して電子をそれぞれ注入するデバイスの動作原理に基づいて、蛍光体の励起と発光を該金属−ZnS蛍光体接触での正孔のトンネリング注入量によって制御することを特徴とする正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス。
【請求項2】
前記ZnS蛍光体薄膜として銅(Cu)を含有する硫化亜鉛(ZnS:Cu)蛍光体を形成した後、金属薄膜もしくは半導体薄膜を積層してなる半導体−ZnS:Cu蛍光体−金属構造もしくは金属−ZnS:Cu蛍光体−半導体構造のデバイスに、外部から半導体を負極性に、金属を正極性に電圧を印加した結果として形成される半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体−金属構造において、該金属−ZnS:Cu蛍光体接合を通してトンネリングにより蛍光体中へ正孔を、該半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体接合を通して電子をそれぞれ注入するデバイスの動作原理に基づいて、蛍光体の励起と発光を該金属−ZnS:Cu蛍光体接合での正孔のトンネリング注入量によって制御することを特徴とする請求項1記載の正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス。
【請求項3】
請求項1記載の半導体−ZnS蛍光体−金属構造もしくは金属−ZnS蛍光体−半導体構造のデバイスに、外部から金属を負極性に、半導体を正極性に電圧を印加して、該半導体−ZnS蛍光体接触を通してトンネリングにより蛍光体中へ正孔を、該金属−ZnS蛍光体接合を通して電子をそれぞれ注入するデバイスの動作原理に基づいて、蛍光体の励起と発光を該半導体−ZnS蛍光体接触での正孔のトンネリング注入量によって制御することを特徴とする正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス。
【請求項4】
請求項3記載のZnS蛍光体として銅(Cu)を含有する硫化亜鉛(ZnS:Cu)蛍光体薄膜を形成した後、金属薄膜もしくは半導体薄膜を積層してなる半導体−ZnS:Cu蛍光体−金属構造もしくは金属−ZnS:Cu蛍光体−半導体構造のデバイスに、外部から金属を負極性に、半導体を正極性に電圧を印加した結果として形成される金属−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体−半導体構造において、該半導体−ZnS:Cu蛍光体接触を通してトンネリングにより蛍光体中へ正孔を、該金属−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体構造を通して電子をそれぞれ注入するデバイスの動作原理に基づいて、蛍光体の励起と発光を該半導体−ZnS:Cu蛍光体接触での正孔のトンネリング注入量によって制御することを特徴とする請求項3記載の正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス。
【請求項5】
前記半導体−ZnS蛍光体−金属構造のデバイスにおいて、導電性を有する任意の基体として縮退したn形金属酸化物半導体からなる透明導電膜を形成した透光性を有する任意の基板を用いることを特徴とする請求項1から請求項4記載の正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス。
【請求項6】
前記金属−ZnS蛍光体−半導体構造のデバイスにおいて、導電性を有する任意の基体として金属薄膜を形成した任意の基体もしくは基体を兼ねた任意の形状からなる金属を用い、半導体として縮退したn形半導体からなる透明導電膜を用いることを特徴とする請求項1から請求項4記載の正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス。
【請求項7】
縮退したn形金属酸化物半導体からなる透明導電膜を形成した透光性を有する任意の基板上に硫化亜鉛(ZnS)蛍光体薄膜を形成し、その上に縮退したn形金属酸化物半導体からなる透明導電膜を積層してなる半導体(1)−ZnS蛍光体−半導体(2)構造のデバイスに、外部から一方の半導体を負極性に、他方の半導体を正極性に電圧を印加して、該正極性の半導体−ZnS蛍光体接合を通してトンネリングにより蛍光体中へ正孔を、該負極性の半導体−ZnS蛍光体接合を通して電子をそれぞれ注入するデバイスの動作原理に基づいて、蛍光体の励起と発光を該正極性の半導体−ZnS蛍光体接合での正孔のトンネリング注入量によって制御することを特徴とする正孔注入制御型エレクトロルミネッセンスデバイス。
【請求項8】
請求項7記載のZnS蛍光体薄膜として銅(Cu)を含有する硫化亜鉛(ZnS:Cu)蛍光体を形成した後、縮退したn形金属酸化物半導体からなる透明導電膜を積層してなる半導体(1)−ZnS:Cu蛍光体−半導体(2)構造のデバイスに、外部から一方の半導体を負極性に、他方の半導体を正極性に電圧を印加した結果として形成される半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体−半導体構造において、該正極性の半導体−ZnS:Cu蛍光体接合を通してトンネリングにより蛍光体中へ正孔を、該負極性の半導体−p形硫化銅(CuS)半導体−ZnS:Cu蛍光体接合を通して電子をそれぞれ注入するデバイスの動作原理に基づいて、蛍光体の励起と発光を該正極性の半導体−ZnS:Cu蛍光体接合での正孔のトンネリング注入量によって制御することを特徴とする請求項7記載の正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス。
【請求項9】
請求項1から請求項6記載の正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス用いることを特徴とする照明器具。
【請求項10】
請求項1から請求項6記載の正孔注入制御型直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス用いることを特徴とする表示装置。
【請求項11】
請求項7及び請求項8記載の透光性を有する正孔注入制御型交直もしくは直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス用いることを特徴とするシースルー型照明器具。
【請求項12】
請求項7及び請求項8記載の透光性を有する正孔注入制御型交直もしくは直流駆動エレクトロルミネッセンスデバイス用いることを特徴とするシースルー型表示装置。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2007−123221(P2007−123221A)
【公開日】平成19年5月17日(2007.5.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−342794(P2005−342794)
【出願日】平成17年10月28日(2005.10.28)
【出願人】(000225670)
【出願人】(396018265)
【Fターム(参考)】