JP2002298753A - Manufacturing method for thin film light emitting element - Google Patents

Manufacturing method for thin film light emitting element

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JP2002298753A
JP2002298753A JP2001102165A JP2001102165A JP2002298753A JP 2002298753 A JP2002298753 A JP 2002298753A JP 2001102165 A JP2001102165 A JP 2001102165A JP 2001102165 A JP2001102165 A JP 2001102165A JP 2002298753 A JP2002298753 A JP 2002298753A
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film
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thin film
light emitting
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智美 長瀬
Yoji Makita
洋二 槇田
Toshihiko Oya
利彦 大家
Yoichiro Nakanishi
洋一郎 中西
Hiroko Kominami
裕子 小南
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting element of a lightweight construction and equipped with an enhanced color purity consisting of a zinc oxide thin film capable of exerting a high brightness and high light emission efficiency without requiring a heating process at any high temperature. SOLUTION: A precursor film consisting of zinc oxide particulates is formed on a base board and irradiated with active beams having a higher energy than the band gap of the particulates and having an energy density controlled so as to be small when the film is thin and large when film is thick within the range 5-500 mJ/cm<2> .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、テレビジョンやパ
ーソナルコンピュータのディスプレー、装置制御盤用デ
ィスプレーなどのカラー表示用として、あるいは野菜や
海藻などの植物の人工栽培用光源として有用な酸化亜鉛
発光素子の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a zinc oxide light emitting device useful for color display of a display of a television or a personal computer, a display of a device control panel, or a light source for artificial cultivation of plants such as vegetables and seaweed. And a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、陰極線管(CRT)、プラズマ表
示装置(PDP)、真空蛍光表示装置(VFD)、光ダ
イオード発光装置(LED)、電気蛍光表示装置(E
L)などに代表されるカラー表示装置についての高性能
化や高機能化への要求が高まるとともに、それを実現す
るための蛍光体や発光素子に関する研究が活発になり、
既に電界放出型表示装置(FED)などのための新たな
カラー表示装置や、色純度向上のためのカラーフィルタ
ーを設けたカラー表示装置が開発されている(特開平2
−46403号公報)。それに関連して、高性能、高機
能を有する発光素子を低コストで製造する方法について
の研究も盛んに行われるようになった。
2. Description of the Related Art In recent years, a cathode ray tube (CRT), a plasma display (PDP), a vacuum fluorescent display (VFD), a photodiode light emitting device (LED), and an electroluminescent display (E
L) and the like, the demands for higher performance and higher functionality of color display devices are increasing, and research on phosphors and light emitting elements for realizing the same is becoming active.
A new color display device for a field emission display device (FED) and the like, and a color display device provided with a color filter for improving color purity have already been developed (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2 (1994)).
-46403). In connection with this, research on a method of manufacturing a light emitting element having high performance and high function at low cost has been actively conducted.

【0003】一方、野菜の人工栽培の分野においても、
水耕栽培システム及び人工照明の進歩により、計画生産
や無農薬栽培が可能になった結果、高輝度、高発光効率
で長寿命の人工育成用光源が求められている。
On the other hand, in the field of artificial cultivation of vegetables,
Advances in hydroponic cultivation systems and artificial lighting have enabled planned production and pesticide-free cultivation. As a result, there is a need for a light source for artificial cultivation with high luminance, high luminous efficiency, and long life.

【0004】これらの中で、特に低電圧型FEDは、画
像品位が高く、パネルを薄くすることができ、電力の低
消費化も期待できるため、次世代のテレビジョンやパー
ソナルコンピュータ用のディスプレーとして注目され、
その実現に向っての研究開発が行われている。しかし、
それには低い励起電圧の電子線照射により高輝度及び高
発光効率を示し、しかも安定性の優れた蛍光体を開発す
ることが先決問題になる。
[0004] Of these, low-voltage FEDs, in particular, have high image quality, can make panels thinner, and can be expected to consume less power. Therefore, they are used as displays for next-generation televisions and personal computers. Attention,
Research and development are underway to achieve this. But,
For this purpose, the development of a phosphor exhibiting high luminance and high luminous efficiency by irradiation with an electron beam at a low excitation voltage and having excellent stability is a prerequisite problem.

【0005】図2は、低電圧型FEDをモデル的に示し
た断面図であるが、この中の電子線発生素子1と蛍光体
表面2,2′,2″との間隔はわずか数mmであるた
め、高密度の電子線の照射により蛍光体の分解が起る
と、蛍光体自体が劣化するだけでなく、電子線発生素子
1も悪影響を受け、低電圧型FEDの寿命を縮めること
になる。そして、このような事態をもたらさないように
安定性、耐久性を確保するため、蛍光体材料としては、
現在CRTに広く使用されている硫化亜鉛は不適当であ
り、これに代わるものとして酸化亜鉛のような安定な酸
化物系の蛍光体が注目されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a low-voltage FED, in which the distance between the electron beam generating element 1 and the phosphor surface 2, 2 ', 2 "is only a few mm. Therefore, when the phosphor is decomposed by irradiation of a high-density electron beam, not only the phosphor itself is deteriorated, but also the electron beam generating element 1 is adversely affected, and the life of the low-voltage FED is shortened. And in order to ensure stability and durability so as not to cause such a situation, as a phosphor material,
Zinc sulfide, which is widely used in CRTs at present, is inappropriate, and as an alternative, a stable oxide-based phosphor such as zinc oxide has attracted attention.

【0006】このように、酸化亜鉛蛍光体は、電子線又
は紫外線照射により青緑発光、すなわち青色成分を含む
緑色発光を示し、その粉末は、低速電子線照射により高
い発光効率を示すが、低電圧型FED用蛍光体として利
用するには、いくつかの欠点がある。
As described above, the zinc oxide phosphor emits blue-green light, that is, green light containing a blue component when irradiated with an electron beam or ultraviolet light, and its powder exhibits high luminous efficiency when irradiated with a low-speed electron beam. There are some disadvantages in using it as a phosphor for a voltage-type FED.

【0007】例えば、蛍光体粉末をバインダーと混合
し、基板上に塗布して膜形成を行う場合、バインダーを
完全に除去することができないため、長期間にわたって
電子線照射を行うと、残留したバインダーが分解した
り、蒸散して発光素子の寿命を縮めるという欠点があっ
た。また、高解像度を有するディスプレーを得るために
蛍光体の高微細パターン化を行う場合に、従来の蛍光体
粉末の粒径は数μmないし10μm程度であり、微細化
も困難なため、それを実現することができなかった。さ
らに、このように蛍光体粉末の粒径が大きく、形状も密
に充填しにくいものであるため、電気抵抗を小さくする
ことがむずかしいという欠点もある。なお、電気抵抗の
低抵抗化は、低電位型FED用蛍光体の高発光効率を達
成するために必要な要件である。
[0007] For example, when a phosphor powder is mixed with a binder and coated on a substrate to form a film, the binder cannot be completely removed. However, there is a disadvantage that the light emitting element is decomposed or evaporates to shorten the life of the light emitting element. Also, when performing fine patterning of the phosphor to obtain a display with high resolution, the conventional phosphor powder has a particle size of about several μm to 10 μm, and it is difficult to miniaturize the phosphor powder. I couldn't. Furthermore, since the phosphor powder has such a large particle size and is difficult to be densely filled, there is a disadvantage that it is difficult to reduce the electric resistance. Note that reducing the electric resistance is a necessary condition for achieving high luminous efficiency of the low-potential type FED phosphor.

【0008】ところで、低電圧型FEDにおいては、加
速電圧5kV程度でも電子の侵入深さが1μm程度と、
蛍光体は表面付近で発光するので、発光層の厚さに相当
する膜厚を有する蛍光体薄膜を基板上に直接形成させれ
ば、前記した蛍光体粉末のもつ欠点をすべて克服しうる
筈である。
In a low-voltage FED, the penetration depth of electrons is about 1 μm even at an acceleration voltage of about 5 kV.
Since the phosphor emits light near the surface, if the phosphor thin film having a thickness corresponding to the thickness of the light emitting layer is formed directly on the substrate, all the above-mentioned disadvantages of the phosphor powder should be overcome. is there.

【0009】このため、酸化亜鉛発光薄膜の形成方法と
して、噴霧乾燥法[「ジャーナル・オブ・アプライド・
フィジックス(J.Appl.Phys.)」,第84
巻,第2287〜2294ページ(1998)]及びス
パッタ法[「フィジカ・ステイタス・ソリディ・エー
(Physica Status Solidi
(a))」,第65巻,第K131〜K134ページ
(1981)]が試みられたが、実用化可能な高輝度及
び高発光効率を示す蛍光体薄膜を得ることはできなかっ
た。
Therefore, as a method for forming a zinc oxide luminescent thin film, a spray drying method ["Journal of Applied
Physics (J. Appl. Phys.) ", 84th
Vol., Pp. 2287-2294 (1998)] and the sputtering method [“Physica Status Solidi A”
(A)) ", Vol. 65, pp. K131-K134 (1981)], but it was not possible to obtain a phosphor thin film exhibiting high luminance and high luminous efficiency that can be practically used.

【0010】また、これまで知られている酸化亜鉛発光
薄膜の形成方法は、いずれも高温における加熱処理を必
要とするため、透明導電層やカラーフィルター上に形成
する酸化亜鉛発光薄膜自体、透明導電層やカラーフィル
ターの劣化により、発光輝度及び発光効率、色純度など
の低下を招くという欠点があった。また、高分子材料基
板のような耐熱性の低い材料の基板には適用できないと
いう欠点もあった。
[0010] In addition, all of the known methods for forming a zinc oxide light-emitting thin film require heat treatment at a high temperature. Therefore, the zinc oxide light-emitting thin film itself formed on a transparent conductive layer or a color filter can be formed by a transparent conductive film. Deterioration of the layer and the color filter has the disadvantage that the emission luminance, emission efficiency, color purity and the like are reduced. There is also a disadvantage that the method cannot be applied to a substrate made of a material having low heat resistance such as a polymer material substrate.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑み、高温における加熱処理を必要としないで、
高輝度及び高発光効率の酸化亜鉛薄膜からなり、かつ軽
量化、色純度が向上した発光素子を提供することを目的
としてなされたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of such circumstances, the present invention requires no heat treatment at a high temperature,
An object of the present invention is to provide a light-emitting element which is made of a zinc oxide thin film having high luminance and high luminous efficiency, and has reduced weight and improved color purity.

【0012】[0012]

【解決するための手段】本発明者らは、先に遷移金属カ
ルコゲニド含有ゲル薄膜に、そのバンドギャップよりも
高いエネルギーを有する活性線を照射し、かつこの際の
活性線のエネルギー密度を変えることにより、光学的、
電気的物性が制御された半導体薄膜を製造することに成
功したが(特許第3032827号)、この手法を酸化
亜鉛発光薄膜の製造に利用すれば、高温下での加熱処理
を行うことなく、高輝度及び高発光効率を示す酸化亜鉛
薄膜状発光素子が得られることを見出し、この知見に基
づいて本発明をなすに至った。
The present inventors first irradiate a transition metal chalcogenide-containing gel thin film with an actinic ray having energy higher than its band gap and change the energy density of the actinic ray at this time. Optical,
Although a semiconductor thin film with controlled electrical properties was successfully manufactured (Japanese Patent No. 3032827), if this method was used for manufacturing a zinc oxide luminescent thin film, a high-temperature heat treatment could be performed without performing a high-temperature heat treatment. The inventors have found that a zinc oxide thin film light-emitting device exhibiting luminance and high luminous efficiency can be obtained, and based on this finding, have accomplished the present invention.

【0013】すなわち、本発明は、基板上に、酸化亜鉛
微粒子からなる前駆体膜を形成させたのち、この酸化亜
鉛微粒子のバンドギャップよりも高いエネルギーを有
し、かつ5〜500mJ/cm2の範囲内で、膜厚が薄
い場合には小さく、膜厚が厚い場合には大きくなるよう
に制御されたエネルギー密度をもつ活性線を照射するこ
とを特徴とする薄膜状発光素子の製造方法を提供するも
のである。
That is, according to the present invention, after a precursor film composed of zinc oxide fine particles is formed on a substrate, it has an energy higher than the band gap of the zinc oxide fine particles, and has an energy of 5 to 500 mJ / cm 2 . Provided is a method for manufacturing a thin-film light emitting device, characterized in that an active ray having an energy density controlled so as to be small when the film thickness is small and to be large when the film thickness is large is provided within the range. Is what you do.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明方法において用いる基板
は、従来酸化亜鉛発光薄膜の基板として用いられていた
素材、又は発光素子のパネル基板として慣用されていた
素材の中から任意に選んで用いることができる。このよ
うなものとしては、例えば、石英ガラスのようなガラス
基板、シリコンやサファイアなどの単結晶基板、セラミ
ックス基板などがある。さらに、耐熱性の点で従来は用
いることが困難であった基板やパネル基板も用いること
ができる。このようなものとして、例えば、軽量という
利点を有する高分子材料からなる基板又はパネル基板、
カラーフィルター又は透明導電層、あるいは両者が形成
されたパネル基板などが用いられる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The substrate used in the method of the present invention can be arbitrarily selected from materials conventionally used as a substrate for a zinc oxide light emitting thin film or materials conventionally used as a panel substrate for a light emitting device. Can be. Examples of such a substrate include a glass substrate such as quartz glass, a single crystal substrate such as silicon and sapphire, and a ceramic substrate. Furthermore, a substrate or a panel substrate which has been conventionally difficult to use in terms of heat resistance can also be used. As such, for example, a substrate or panel substrate made of a polymer material having an advantage of light weight,
A color filter, a transparent conductive layer, or a panel substrate on which both are formed are used.

【0015】次に、本発明方法で用いる酸化亜鉛微粒子
としては、粒径0.5〜500nmの範囲のゲル粒子及
び微結晶がある。ただし、ゲル粒子の場合、前記の粒径
は一次粒子径を意味する。本発明方法に従って、酸化亜
鉛発光薄膜を製造するには、まず、所望の基板上に、例
えばゾル・ゲル法を用いて、酸化亜鉛を含有する粒径
0.5〜500nmのゲル粒子からなる前駆体膜を形成
する。この前駆体膜は、亜鉛塩、亜鉛アルコキシド、有
機亜鉛錯体などを用いて調製したコーティング液を、基
板上にスピンコート法やディップコート法などにより、
膜厚が、通常5〜1000nm、好ましくは10〜30
0nmの範囲になるように塗布したのち、50〜350
℃程度に加熱処理して乾燥することにより形成されるの
が好ましい。
Next, the zinc oxide fine particles used in the method of the present invention include gel particles and microcrystals having a particle size in the range of 0.5 to 500 nm. However, in the case of gel particles, the above particle diameter means the primary particle diameter. In order to produce a zinc oxide luminescent thin film according to the method of the present invention, first, a zinc oxide-containing gel particle having a particle size of 0.5 to 500 nm containing zinc oxide is formed on a desired substrate by using, for example, a sol-gel method. Form a body membrane. This precursor film is prepared by coating a coating solution prepared using a zinc salt, a zinc alkoxide, an organic zinc complex or the like on a substrate by a spin coating method or a dip coating method.
The film thickness is usually 5 to 1000 nm, preferably 10 to 30
After coating in a range of 0 nm, 50 to 350
It is preferably formed by heating at about ° C and drying.

【0016】なお、この際、活性線照射を前駆体膜の乾
燥処理に適用することによって、室温から100℃程度
の低い基板加熱温度に保って前駆体を調製することがで
きる。1回の塗布、乾燥処理で、所望の膜厚のものが得
られない場合には、塗布、乾燥処理を複数回繰り返すこ
とができる。また、300nmよりも厚い膜を所望の場
合には、上記の前駆体膜調製工程と活性線の照射工程を
複数回繰り返せばよい。
At this time, by applying the actinic ray irradiation to the drying treatment of the precursor film, the precursor can be prepared while keeping the substrate heating temperature from room temperature to a low temperature of about 100 ° C. If the desired coating thickness cannot be obtained by one coating and drying treatment, the coating and drying treatment can be repeated a plurality of times. When a film thicker than 300 nm is desired, the precursor film preparation step and the actinic ray irradiation step may be repeated a plurality of times.

【0017】次に、このようにして形成された前駆体膜
に、そのバンドギャップよりも高いエネルギーを有し、
かつ5〜500mJ/cm2の範囲で前駆体膜の膜厚が
薄い場合には、エネルギー密度が小さく、膜厚が厚い場
合にはエネルギー密度が大きくなるように制御された活
性線を照射すると、酸化亜鉛の青緑色発光を発現する発
光中心を選択的かつ効率的に生成させることができ、高
輝度及び高発光効率の酸化亜鉛発光薄膜を製造すること
ができる。この際、前駆体膜のバンドギャップよりも高
いエネルギーを有する照明光の光源としては、例えば、
ArF、KrF、XeF、XeClなどのエキシマレー
ザ、He−Cdレーザ、高圧水銀ランプ、低圧水銀ラン
プなどが用いられる。また、活性線として、X線や電子
線なども利用することができる。
Next, the precursor film thus formed has an energy higher than its band gap,
When the thickness of the precursor film is small in the range of 5 to 500 mJ / cm 2 , the energy density is small, and when the thickness is large, irradiation with an active ray controlled to increase the energy density is performed. It is possible to selectively and efficiently generate a luminescent center that expresses blue-green luminescence of zinc oxide, and to manufacture a zinc oxide luminescent thin film with high luminance and high luminous efficiency. At this time, as a light source of illumination light having energy higher than the band gap of the precursor film, for example,
Excimer lasers such as ArF, KrF, XeF, and XeCl, He-Cd lasers, high-pressure mercury lamps, low-pressure mercury lamps, and the like are used. Further, X-rays, electron beams, and the like can be used as the active rays.

【0018】本発明方法においては、酸化亜鉛発光薄膜
の高輝度及び高発光効率を達成するために、前記の照射
する活性線のエネルギー密度を所定の範囲内で制御する
ことが必要である。しかし、同一のエネルギー密度の活
性線を同一時間照射しても、前駆体膜の膜厚によって、
得られた酸化亜鉛薄膜の輝度及び発光効率は異なるの
で、前駆体膜の膜厚が薄い場合には、活性線のエネルギ
ー密度を小さくし、また膜厚が厚い場合には、大きくす
るように制御することが必要である。また、膜厚のみで
なく、場合によっては、照射時の基板加熱温度や、パル
スレーザ光を用いる場合にはその周波数によっても影響
されるので、これらも含めて制御するのが好ましい。照
射時間は、他の条件により左右されるが、通常1秒から
10分の範囲であり、基板温度としては、室温から30
0℃の範囲の温度が用いられる。また、パルスレーザ光
を用いるときの周波数は、0.5〜50Hzの範囲内で
選ばれ、この条件下で所望の発光素子が得られるまで、
パルス照射を繰り返す。このようにして、高輝度及び高
発光効率な酸化亜鉛発光薄膜を製造することができる。
In the method of the present invention, in order to achieve high luminance and high luminous efficiency of the zinc oxide luminescent thin film, it is necessary to control the energy density of the irradiated active ray within a predetermined range. However, even if the same energy density of the active ray is irradiated for the same time, depending on the thickness of the precursor film,
Since the brightness and luminous efficiency of the obtained zinc oxide thin film are different, the energy density of the active ray is controlled to be small when the thickness of the precursor film is small, and to be increased when the film thickness is large. It is necessary to. In addition, not only the film thickness but also the substrate heating temperature at the time of irradiation and, in the case of using a pulsed laser beam, the frequency of the laser beam may be affected. The irradiation time depends on other conditions, but is usually in the range of 1 second to 10 minutes, and the substrate temperature is from room temperature to 30 minutes.
Temperatures in the range of 0 ° C are used. Further, the frequency when using the pulsed laser light is selected in the range of 0.5 to 50 Hz, and under this condition, until a desired light emitting element is obtained.
Repeat pulse irradiation. Thus, a zinc oxide luminescent thin film having high luminance and high luminous efficiency can be manufactured.

【0019】また、本発明方法においては、該酸化亜鉛
発光薄膜を、透明導電層又はカラーフィルター、あるい
は両者が形成された基板上に、酸化亜鉛発光薄膜自体、
透明導電層又はカラーフィルターに悪影響を与えること
なく形成することができ、高輝度及び高発光効率の発光
素子や、カラーフィルターの効果により色純度の向上が
図られた発光素子を製造することができる。なお、透明
導電層又はカラーフィルター上に該酸化亜鉛や亜鉛発光
薄膜を形成する場合には、エキシマレーザのような短時
間パルスレーザを照射するほうが、水銀ランプのような
連続光を使用するよりも好ましい。
Further, in the method of the present invention, the zinc oxide light emitting thin film itself is coated on a substrate on which a transparent conductive layer or a color filter or both are formed.
The light-emitting element can be formed without giving any adverse effect to the transparent conductive layer or the color filter, and a light-emitting element with high luminance and high luminous efficiency and a light-emitting element with improved color purity due to the effect of the color filter can be manufactured. . When forming the zinc oxide or zinc light emitting thin film on a transparent conductive layer or a color filter, irradiating a short-time pulse laser such as an excimer laser is preferable to using continuous light such as a mercury lamp. preferable.

【0020】さらに、本発明方法においては、高分子材
料、例えば、ポリメタクリル酸メチルからなる基板上に
該酸化亜鉛発光薄膜を形成することにより、従来のガラ
スパネル基板が使用されている発光素子と比較して、軽
量化が図られた発光素子を製造できる。
Further, in the method of the present invention, by forming the zinc oxide light emitting thin film on a substrate made of a polymer material, for example, polymethyl methacrylate, a light emitting element using a conventional glass panel substrate can be obtained. In comparison, a light-emitting element with reduced weight can be manufactured.

【0021】ポリメタクリル酸メチルの場合は、前駆体
の乾燥温度及び活性線照射時の基板加熱温度を140℃
以下、好ましくは100℃以下で製造することが必要で
ある。そのため、前駆体の乾燥も、室温から100℃ま
での基板温度において活性線の照射により行うことがで
きる。なお、この場合にも、エキシマレーザのような短
時間パルスレーザを照射するほうが、水銀ランプのよう
な連続光を使用するよりも好ましい。
In the case of polymethyl methacrylate, the drying temperature of the precursor and the heating temperature of the substrate during irradiation with active rays are set to 140 ° C.
Below, it is necessary to manufacture at preferably 100 ° C. or less. Therefore, drying of the precursor can also be performed by irradiation with active rays at a substrate temperature from room temperature to 100 ° C. Also in this case, it is more preferable to irradiate a short-time pulse laser such as an excimer laser than to use a continuous light such as a mercury lamp.

【0022】また、本発明方法を利用すると、任意のパ
ターン化された酸化亜鉛発光薄膜を製造することもでき
る。この場合は、前記と同様にして形成された前駆体膜
に、そのバンドギャップよりも高いエネルギーを有する
パターン化された活性線を、前記と同様に照射して電子
励起させることにより、場合によっては活性線の照射を
走査させるなどして、所望の部分のみに青緑色発光特性
が付与された酸化亜鉛薄膜を得ることができる。
Further, by utilizing the method of the present invention, an arbitrary patterned zinc oxide luminescent thin film can be produced. In this case, the precursor film formed in the same manner as described above is irradiated with a patterned actinic ray having an energy higher than the band gap of the precursor film in the same manner as described above, thereby electronically exciting the precursor film. By scanning with irradiation of actinic rays, it is possible to obtain a zinc oxide thin film having a blue-green emission characteristic only in a desired portion.

【0023】本発明方法を利用すると、大表面積及び複
雑な形状を有する基板上にも、酸化亜鉛発光薄膜を製造
することができる。例えば、ディップコート法を用いた
ゾル・ゲル法、もしくは噴霧熱分解法などの手法により
前駆体膜をそのような基板上に形成し、前記と同様の活
性線の照射過程において、さらに活性線照射の走査及び
活性線が基板上で焦点が合うよう活性線の焦点調整を行
うことにより行われる。
By using the method of the present invention, a zinc oxide luminescent thin film can be manufactured even on a substrate having a large surface area and a complicated shape. For example, a precursor film is formed on such a substrate by a technique such as a sol-gel method using a dip coating method, or a spray pyrolysis method, and in the same active ray irradiation process as described above, the active ray irradiation is further performed. And focus adjustment of the active line so that the active line is focused on the substrate.

【0024】[0024]

【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0025】実施例1 酢酸亜鉛とモノエタノールアミンをそれぞれ0.6モル
/リットル濃度で含有する2‐メトキシエタノール溶液
からなるコート液を調製した。石英ガラス基板上に、上
記コート液をスピンコート法により塗布したのち、20
0℃において乾燥処理を行った。このコート処理と乾燥
処理の操作を3回繰り返すことにより、膜厚が約120
nmの前駆体膜を得た。この前駆体膜は、酢酸塩などの
残存有機成分も微量含んでいたが、粒径が約10nmの
酸化亜鉛微粒子からなり、バンドギャップは約3.3e
Vであった。次に、前記の前駆体膜に、大気中において
200℃の基板加熱温度において、KrFエキシマレー
ザ光(エネルギー:5.0eV、パルス幅22ns)を
100、130及び150mJ/cm2のエネルギー密
度で、5回(周波数:1Hz)照射した。得られた酸化
亜鉛薄膜は、電子線照射によって強い青緑色発光を示し
た。なお、その発光輝度及び発光効率は、KrFエキシ
マレーザー密度に依存し、130mJ/cm2で照射し
た膜が最も性能が高く、100mJ/cm2及び150
mJ/cm2の照射膜と比べてそれぞれ約2倍及び約4
倍の性能であった。さらに、その発光輝度及び発光効率
は、水素ガスを含む還元雰囲気中での加熱処理により製
造された薄膜(後述の比較例1)と比べ、2倍向上し
た。
Example 1 A coating solution composed of a 2-methoxyethanol solution containing zinc acetate and monoethanolamine at a concentration of 0.6 mol / liter each was prepared. After applying the above coating solution on a quartz glass substrate by spin coating,
Drying was performed at 0 ° C. By repeating the operation of the coating process and the drying process three times, a film thickness of about 120
nm of the precursor film was obtained. This precursor film also contained trace amounts of residual organic components such as acetate, but was composed of zinc oxide fine particles having a particle size of about 10 nm and a band gap of about 3.3 e.
V. Next, a KrF excimer laser beam (energy: 5.0 eV, pulse width: 22 ns) was applied to the precursor film at a substrate heating temperature of 200 ° C. in the air at an energy density of 100, 130, and 150 mJ / cm 2 , Irradiation was performed 5 times (frequency: 1 Hz). The obtained zinc oxide thin film showed strong blue-green light emission by electron beam irradiation. The light emission luminance and light emission efficiency depend on the KrF excimer laser density, and the film irradiated at 130 mJ / cm 2 has the highest performance, and 100 mJ / cm 2 and 150 mJ / cm 2.
Approximately 2 times and 4 times respectively compared to the irradiation film of mJ / cm 2
It was twice the performance. Further, the light emission luminance and the light emission efficiency were improved twice as compared with a thin film (Comparative Example 1 described later) manufactured by a heat treatment in a reducing atmosphere containing hydrogen gas.

【0026】実施例2 図1に示すように、実施例1と同様の方法で調製したコ
ート液を、透明導電層6、緑色カラーフィルター7、青
色カラーフィルター7′及びブラックマトリックス8が
形成されたパネル基板9上に、スピンコート法により塗
布した。100℃の基板加熱温度において、KrFエキ
シマレーザ光を30mJ/cm2のエネルギー密度で、
5回(周波数:1Hz)照射して、乾燥した。このコー
ト処理と乾燥処理の操作を3回繰り返すことにより、膜
厚が約110nmの前駆体膜を得た。この前駆体膜は、
微量の残存有機成分も含んでいたが、粒径が約20nm
の酸化亜鉛微粒子からなり、バンドギャップは約3.3
eVであった。次に、前記の前駆体膜に、大気中におい
て100℃の基板加熱温度において、KrFエキシマレ
ーザ光(エネルギー:5.0eV、パルス幅22ns)
を90mJ/cm2のエネルギー密度で、5回(周波
数:1Hz)照射した。得られた発光素子5は、電子線
照射により緑色カラーフィルターを透過した部分は緑色
発光、青色カラーフィルターを透過した部分は青色発光
を示す、緑色及び青色の2色発光が確認された。さら
に、その発光輝度及び発光効率は、水素ガスを含む還元
雰囲気中での加熱処理により製造された発光素子に比べ
て、飛躍的に向上した。
Example 2 As shown in FIG. 1, a coating solution prepared in the same manner as in Example 1 was used to form a transparent conductive layer 6, a green color filter 7, a blue color filter 7 'and a black matrix 8. It was applied on the panel substrate 9 by spin coating. At a substrate heating temperature of 100 ° C., KrF excimer laser light is emitted at an energy density of 30 mJ / cm 2 ,
It was irradiated five times (frequency: 1 Hz) and dried. By repeating this coating and drying operations three times, a precursor film having a thickness of about 110 nm was obtained. This precursor film is
A small amount of residual organic components was also contained, but the particle size was about 20 nm.
And a band gap of about 3.3.
eV. Next, a KrF excimer laser beam (energy: 5.0 eV, pulse width: 22 ns) is applied to the precursor film at a substrate heating temperature of 100 ° C. in the air.
Was irradiated 5 times (frequency: 1 Hz) at an energy density of 90 mJ / cm 2 . In the obtained light-emitting element 5, green light was emitted at a portion transmitted through a green color filter by electron beam irradiation, and blue light was emitted at a portion transmitted through a blue color filter. Further, the light emission luminance and the light emission efficiency have been dramatically improved as compared with a light emitting element manufactured by a heat treatment in a reducing atmosphere containing hydrogen gas.

【0027】実施例3 実施例1と同様の方法で調製したコート液を、ポリメタ
クリル酸メチル基板上に、スピンコート法により塗布し
た。室温(20℃)において、KrFエキシマレーザ光
を10mJ/cm2のエネルギー密度で、20回(周波
数:10Hz)照射して、乾燥した。このコート処理と
乾燥処理の操作を3回繰り返すことにより、膜厚が約1
10nmの前駆体膜を得た。この前駆体膜は、微量の残
存有機成分も含んでいたが、粒径が約20nmの酸化亜
鉛微粒子からなり、バンドギャップは約3.3eVであ
った。次に、大気中、室温において、前記の前駆体膜
に、KrFエキシマレーザ光(エネルギー:5.0e
V、パルス幅22ns)を80mJ/cm2のエネルギ
ー密度で、5回(周波数:1Hz)照射した。得られた
発光素子は、波長320nmの紫外線照射により青緑色
発光を示した。なお、電気炉を用いた通常の加熱処理で
は600℃以上の加熱温度が必要であるため、従来技術
では熱変形温度が140℃程度のポリメタクリル酸メチ
ル基板上に酸化亜鉛発光薄膜を形成することはできなか
った。
Example 3 A coating solution prepared in the same manner as in Example 1 was applied to a polymethyl methacrylate substrate by spin coating. At room temperature (20 ° C.), KrF excimer laser light was irradiated at an energy density of 10 mJ / cm 2 20 times (frequency: 10 Hz) and dried. By repeating the operation of the coating process and the drying process three times, a film thickness of about 1
A 10 nm precursor film was obtained. This precursor film also contained a trace amount of residual organic components, but was composed of zinc oxide fine particles having a particle size of about 20 nm, and had a band gap of about 3.3 eV. Next, a KrF excimer laser beam (energy: 5.0 e) is applied to the precursor film in air at room temperature.
V, a pulse width of 22 ns) at an energy density of 80 mJ / cm 2 five times (frequency: 1 Hz). The obtained light-emitting element emitted blue-green light when irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 320 nm. Since a normal heating process using an electric furnace requires a heating temperature of 600 ° C. or more, a conventional technique requires forming a zinc oxide luminescent thin film on a polymethyl methacrylate substrate having a thermal deformation temperature of about 140 ° C. Could not.

【0028】実施例4 実施例1と同様の方法で、石英ガラス基板上に、膜厚が
約120nmの前駆体膜を得た。得られた前駆体膜に、
大気中において200℃の基板加熱温度において、Kr
Fエキシマレーザ光を所定のエネルギー密度で、5回
(周波数:1Hz)照射し、膜厚が約100nmの酸化
亜鉛薄膜を得た。さらに、前駆体膜の調製とKrFエキ
シマレーザ光照射を4回もしくは10回繰り返すことに
より、膜厚が約400nm及び1000nmの酸化亜鉛
薄膜を得た。なお、KrFエキシマレーザ光のエネルギ
ー密度は、レーザ照射工程数に応じて表1及び表2のよ
うに変えた。得られた酸化亜鉛薄膜は、電子線照射によ
って強い青緑色発光を示し、その発光輝度及び発光効率
を表1及び表2に示す。レーザ照射工程数、つまり前駆
体膜の膜厚に応じた最適なエネルギー密度においてレー
ザ照射することによって、発光輝度及び発光効率を向上
させることができた。
Example 4 A precursor film having a thickness of about 120 nm was obtained on a quartz glass substrate in the same manner as in Example 1. In the obtained precursor film,
At a substrate heating temperature of 200 ° C. in the air, Kr
F excimer laser light was irradiated five times (frequency: 1 Hz) at a predetermined energy density to obtain a zinc oxide thin film having a thickness of about 100 nm. Further, by repeating the preparation of the precursor film and the irradiation of the KrF excimer laser beam four or ten times, a zinc oxide thin film having a thickness of about 400 nm and 1000 nm was obtained. The energy density of the KrF excimer laser light was changed as shown in Tables 1 and 2 according to the number of laser irradiation steps. The obtained zinc oxide thin film emits strong blue-green light upon irradiation with an electron beam, and the emission luminance and emission efficiency are shown in Tables 1 and 2. By performing laser irradiation at an optimum energy density according to the number of laser irradiation steps, that is, the thickness of the precursor film, the emission luminance and the emission efficiency could be improved.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】[0030]

【表2】 [Table 2]

【0031】比較例1 実施例1と同様にして形成された前駆体膜を、水素ガス
を含む窒素ガス(水素ガス濃度は、体積比で2%)雰囲
気で、600℃の電気炉で1時間加熱処理して、酸化亜
鉛薄膜を製造した。得られた薄膜は電子線照射により青
緑色発光を確認できたが、その発光輝度及び発光効率
は、実施例1で製造された酸化亜鉛薄膜の発光効率と比
較して、約半分と低かった。
Comparative Example 1 A precursor film formed in the same manner as in Example 1 was placed in a nitrogen gas containing hydrogen gas (hydrogen gas concentration: 2% by volume) atmosphere in an electric furnace at 600 ° C. for 1 hour. Heat treatment was performed to produce a zinc oxide thin film. Although the obtained thin film was able to confirm blue-green light emission by electron beam irradiation, the light emission luminance and the light emission efficiency were about half as low as the light emission efficiency of the zinc oxide thin film manufactured in Example 1.

【0032】比較例2 実施例1と同様にして形成された前駆体膜を、水素を含
む窒素ガス(水素濃度は、体積比で2%)雰囲気で、5
00℃の電気炉で1時間加熱処理して、酸化亜鉛薄膜を
製造した。得られた薄膜は、電子励起によりほとんど青
緑色発光を示さず、弱い橙色発光を示した。
Comparative Example 2 A precursor film formed in the same manner as in Example 1 was placed in an atmosphere of nitrogen gas containing hydrogen (the concentration of hydrogen was 2% by volume).
Heat treatment was performed in an electric furnace at 00 ° C. for 1 hour to produce a zinc oxide thin film. The obtained thin film hardly showed blue-green light emission due to electronic excitation, and showed weak orange light emission.

【0033】比較例3 実施例2と同様にして、透明導電層、緑色カラーフィル
ター、青色カラーフィルター及びブラックマトリックス
が形成されたパネル基板上に前駆体膜を形成した。その
前駆体膜を、比較例1と同様に、水素ガスを含む窒素ガ
ス(水素ガス濃度は、体積比で2%)雰囲気で、600
℃の電気炉で1時間加熱処理して、酸化亜鉛薄膜を製造
した。得られた発光素子は、電子線照射による発光輝度
及び発光効率が測定不可能であった。
Comparative Example 3 In the same manner as in Example 2, a precursor film was formed on a panel substrate on which a transparent conductive layer, a green color filter, a blue color filter, and a black matrix were formed. As in Comparative Example 1, the precursor film was placed in an atmosphere of nitrogen gas containing hydrogen gas (the concentration of hydrogen gas was 2% by volume) in an atmosphere of 600%.
A heat treatment was performed in an electric furnace at a temperature of 1 ° C. for 1 hour to produce a zinc oxide thin film. In the obtained light emitting device, the light emission luminance and light emission efficiency due to electron beam irradiation could not be measured.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によると、高輝度及び高発光効率
の酸化亜鉛の薄膜状発光素子を耐熱性基板のみでなく、
基板上に形成された透明導電層又はカラーフィルター上
にも容易に形成させることができる。さらに、この薄膜
状発光素子は高分子材料のような耐熱性は低いが、軽量
な材料からなる基板上にも形成しうるという利点があ
る。また、CRTに実用化されている従来の蛍光体は、
銅、金、アルミニウムをドープした硫化亜鉛のように多
種元素を含む。それに対し、本発明によって実用化が期
待される酸化亜鉛蛍光体は、亜鉛と酸素元素のみからな
る単純組成物質であるため、リサイクル性にも優れた環
境調和型蛍光体という利点もある。
According to the present invention, not only a heat-resistant substrate but also a zinc oxide thin-film light-emitting device having high luminance and high luminous efficiency can be used.
It can be easily formed on a transparent conductive layer or a color filter formed on a substrate. Further, this thin-film light emitting element has an advantage that it can be formed on a substrate made of a lightweight material although it has low heat resistance such as a polymer material. Also, conventional phosphors practically used in CRTs are:
Contains multiple elements such as zinc sulfide doped with copper, gold and aluminum. On the other hand, the zinc oxide phosphor that is expected to be put to practical use by the present invention is a simple composition substance consisting of only zinc and oxygen elements, and therefore has the advantage of being an environmentally friendly phosphor excellent in recyclability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施例2で得た発光素子の断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a light-emitting element obtained in Example 2.

【図2】 低電圧型FEDの構造のモデルを示す断面
図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a model of the structure of a low-voltage FED.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電子線発生素子 2 赤色蛍光体 2′緑色蛍光体 2″青色蛍光体 3,6 透明導電層 4,9 パネル基板 5 発光素子 7 緑色カラーフィルター 7′青色カラーフィルター 8 ブラックマトリックス REFERENCE SIGNS LIST 1 electron beam generating element 2 red phosphor 2 ′ green phosphor 2 ″ blue phosphor 3,6 transparent conductive layer 4,9 panel substrate 5 light emitting element 7 green color filter 7 ′ blue color filter 8 black matrix

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大家 利彦 香川県高松市林町2217番14 経済産業省産 業技術総合研究所四国工業技術研究所内 (72)発明者 中西 洋一郎 静岡県浜松市城北3丁目5番1号 静岡大 学電子工学研究所内 (72)発明者 小南 裕子 静岡県浜松市城北3丁目5番1号 静岡大 学電子工学研究所内 Fターム(参考) 4H001 CA06 CF01 XA08 XA30 5C028 FF01 FF11 FF14 5C036 EE01 EE14 EF01 EF06 EF08 EG01 EG25 EG28 EG36 EH07 EH08 EH13  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Toshihiko 2214-14, Hayashi-cho, Takamatsu-shi, Kagawa Prefecture Within the Shikoku Institute of Industrial Technology Research Institute, Ministry of Economy, Trade and Industry (72) Inventor Yoichiro Nakanishi 3 Johoku, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture No.5-1, Shizuoka University, Research Institute of Electronic Engineering (72) Inventor Yuko Konan 3-5-1, Jokita, Hamamatsu-shi, Shizuoka Prefecture F-Term, Shizuoka University, Research Institute of Electronic Engineering 4F001 CA06 CF01 XA08 XA30 5C028 FF01 FF11 FF14 5C036 EE01 EE14 EF01 EF06 EF08 EG01 EG25 EG28 EG36 EH07 EH08 EH13

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、酸化亜鉛微粒子からなる前駆
体膜を形成させたのち、この酸化亜鉛微粒子のバンドギ
ャップよりも高いエネルギーを有し、かつ5〜500m
J/cm2の範囲内で、膜厚が薄い場合は小さく、また
膜厚が厚い場合には大きくなるように制御されたエネル
ギー密度をもつ活性線を照射することを特徴とする薄膜
状発光素子の製造方法。
After forming a precursor film composed of zinc oxide fine particles on a substrate, the precursor film has an energy higher than the band gap of the zinc oxide fine particles and is 5 to 500 m.
A thin-film light-emitting element characterized by irradiating an active ray having an energy density controlled so as to be small when the film thickness is small and to be large when the film thickness is large within the range of J / cm 2. Manufacturing method.
【請求項2】 酸化亜鉛微粒子が、0.5〜500nm
の範囲内の粒径をもつ請求項1記載の薄膜状発光素子の
製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the zinc oxide fine particles have a particle size of 0.5 to 500 nm.
The method for producing a thin-film light emitting device according to claim 1, having a particle diameter in the range of:
【請求項3】 活性線がエキシマレーザである請求項1
又は2記載の薄膜状発光素子の製造方法。
3. The active ray is an excimer laser.
Or the method for producing a thin-film light emitting device according to 2.
【請求項4】 基板が高分子材料基板である請求項1、
2又は3記載の薄膜状発光素子の製造方法。
4. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is a polymer material substrate.
4. The method for producing a thin film light emitting device according to 2 or 3.
【請求項5】 基板上にカラーフィルター又は透明導電
層が形成されている請求項1ないし4のいずれかに記載
の薄膜状発光素子の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein a color filter or a transparent conductive layer is formed on the substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011141134A (en) * 2010-01-05 2011-07-21 Murata Mfg Co Ltd Scintillator
JP2014201744A (en) * 2013-04-03 2014-10-27 國立台灣大學 Method for producing zinc sulfide nanoparticle of adding metallic ion, and method for applying warm white light with photoluminescence

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JP2014201744A (en) * 2013-04-03 2014-10-27 國立台灣大學 Method for producing zinc sulfide nanoparticle of adding metallic ion, and method for applying warm white light with photoluminescence

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