JP2005520924A

JP2005520924A - イットリウム置換バリウムチオアルミネート蛍光体材料

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Publication number: JP2005520924A
Application number: JP2003579510A
Authority: JP
Inventors: ナクア，アブドゥル，エム．; チェン，ダン，デウォン
Original assignee: アイファイアテクノロジーコーポレーション
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2005-07-14
Also published as: US6982124B2; KR20050004820A; DE60313962T2; DE60313962D1; US20030224221A1; AU2003212168A1; CN1643993A; EP1493307A1; CN100468820C; WO2003081957A1; CA2478439A1; ATE363193T1; EP1493307B1

Abstract

【解決手段】
エレクトロルミネセンス装置用の薄膜蛍光体であって、蛍光体が、元素の周期表のIIＡ族とIIＢ族の元素から選択された少なくとも１つのカチオンを有するチオアルミネート、チオガレートおよびチオインデートからなるグループから選択される。蛍光体は、希土類金属によって活性化され、前記チオガレート、チオインデートおよびチオアルミネートのアルミニウム、ガリウムまたはインジウムの一部分の部分置換としてIIIＢ族元素を含む。蛍光体は、改善された輝度を提供する。また、基板上に薄膜蛍光体を含むエレクトロルミネセンス装置も示す。

Description

本発明は、エレクトロルミネセンス表示装置において薄膜として使用される蛍光体材料に関する。より具体的には、本発明は、係る蛍光体材料におけるイットリウム置換に関し、詳細には、イットリウム置換バリウムチオアルミネート（yttrium substituted barium thioaluminate）蛍光体材料に関する。
また、本発明は、フルカラーエレクトロルミネセンス表示装置、特に高誘電率を有する厚膜誘電体層を採用しているフルカラーエレクトロルミネセンス表示装置に使用されるときの蛍光体材料の輝度を改善しかつ発光スペクトルを最適化することに関する。

厚膜誘電体構造は、例えば米国特許第５，４３２，０１５号によって例示されたような薄膜エレクトロルミネセンス（ＴＦＥＬ）表示装置と比べて、絶縁破壊に対する優れた耐性と低い動作電圧を実現する。厚膜誘電体構造は、セラミックス基板に付着されたとき、一般にガラス基板上に作成されるＴＦＥＬ装置よりも高い処理温度に耐える。この高い耐熱性は、輝度を改善する蛍光体薄膜の高温でのアニールを容易にする。そのような利点と青色発光蛍光体材料の最近の進歩によって、表示装置は、従来の陰極線管（ＣＲＴ）表示装置の技術性能を達成するために必要な輝度と色座標に近づいている。しかしながら、表示装置の設計を簡略化し、動作電圧を低くすることにより表示装置の信頼性を高め、表示装置のより高くなる色温度仕様の傾向に合わせるために、青色蛍光体性能のさらなる改善が必要とされている。

従来、青色のエレクトロルミネセンス表示装置には、セリウム活性化硫化ストロンチウム蛍光体材料が使用されており、一方、赤色と緑色のエレクトロルミネセンス表示装置にはマンガン活性化硫化亜鉛が使用されている。これらの蛍光体材料からの光放射は、赤、緑および青のサブピクセルに必要な色座標を達成するために適切な単色フィルタを通さなければならず、その結果、輝度とエネルギー効率が低下する。マンガン活性化硫化亜鉛蛍光体は、入力電力１ワット当たり最大約１０ルーメンの比較的高い電気−光エネルギー変換効率を有する。セリウム活性化硫化ストロンチウム蛍光体は、１ワット当たり１ルーメンのエネルギー変換効率を有し、これは、青色発光では比較的高い。しかしながら、このような蛍光体のスペクトル放射はかなり幅広く、硫化亜鉛系の蛍光体材料のスペクトル放射は、緑から赤のカラースペクトルにわたり、硫化ストロンチウム系材料のスペクトル放射は、青から緑の範囲にわたる。このため、光学フィルタを使用する必要がある。セリウム活性化硫化ストロンチウム蛍光体のスペクトル放射は、付着条件と活性体濃度を制御することによって青の方にある程度ずらすことができるが、光学フィルタを不要にするのに必要なほどずらすことはできない。

青のサブピクセルに必要な色座標を提供するさらに狭い発光スペクトルを有する代替の青色蛍光体材料が開発されている。そのような蛍光体材料は、適切な青色座標を提供するが比較的低い輝度と安定性を示すセリウム活性化アルカリ土類チオガレート化合物を含む。青色画素のより高い輝度と優れた色座標は、ユーロピウム活性化バリウムチオアルミネート蛍光体材料によって達成されている。

最近、青色発光エレクトロルミネセンス蛍光体としてユーロピウム活性化チオアルミネートランタンが有効であることが分かっている。欧州特許出願第１，１４８，１１１号は、装置に１ｋＨｚの電界を印加したときに３００カンデラ／ｍ²の輝度を実現する厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置に組み込まれたこの組成物の薄膜蛍光体を開示している。この出願は、チオアルミネート系蛍光体材料のカチオンの可能な選択肢としてイットリウムを使用することを示唆しているが、蛍光体中の任意の金属種にイットリウムを部分置換することを示唆していない。

薄膜エレクトロルミネセンス装置における希土類活性化硫化物蛍光体材料の輝度を高めるために、補助活性体（co-activator）としてイットリウムが使用されてきている。米国特許第６，０４３，６０２号と第５，９３９，８２５号は、緑色と青色を放射するカルシウム、ストロンチウム、バリウムまたはマグネシウムの硫化物の蛍光体材料の輝度を高めることができる一連の補助活性体化学種の１つとしてイットリウムを使用することを教示している。また、この蛍光体は、銅や鉛などの金属ドーパントと、米国特許第６，０４３，６０２号の場合は、フッ素、塩素およびヨウ素から選択されたハロゲンとを含む。米国特許第５，６６２、８３１号は、陰極線ルミネセンス蛍光体材料としてユーロピウム活性化酸化硫化イットリウム材料を作成する方法を教示している。蛍光体は、粒径を小さくするために細かく粉砕されたスラリーとして提供される。以上述べた特許は、イットリウムを、単に、二成分アルカリ土類硫化物中のドーパントまたは補助ドーパントとして、あるいは母剤の単独カチオンとして開示している。以上述べた特許は、蛍光体の金属種の制御された部分置換にイットリウムを使用することを教示も示唆もしていない。

当技術分野において、エレクトロルミネセンス表示装置の薄膜として使用される改善された特性を有する新しい蛍光体が必要とされている。本発明は、以上その他の必要を満たす。

本発明の態様により、エレクトロルミネセンス装置用の薄膜蛍光体が提供される。前記蛍光体は、元素の周期表のIIＡとIIＢ族の元素から選択された少なくとも１つのカチオンを有するチオアルミネート、チオガレートおよびチオインデートからなるグループから選択される。前記蛍光体は、希土類金属によって活性化され、前記チオガレート、チオインデートおよびチオアルミネートのアルミニウム、ガリウムまたはインジウムの一部分の部分置換としてIIIＢ族の元素を含む。

本発明のもう１つの態様によれば、エレクトロルミネセンス装置用の薄膜蛍光体が提供される。蛍光体は、元素の周期表のIIＡ族とIIＢ族の元素から選択された少なくとも１つのカチオンを有するカチオアルミネート、チオガレートおよびチオインデートから選択される。前記蛍光体は、希土類金属によって活性化され、チオアルミネート、チオガレートまたはチオインデートのアルミニウム、ガリウムまたはインジウムの一部分がイットリウムと置き換えられる。

本発明のもう１つの態様によれば、蛍光体材料は、下記式で表される。

Ａ_1-wＤ_w［Ｙ_xＺ_1-x］_yＳ₄
ここで、
Ａが、IIＡ族またはIIＢ族のカチオンであり、
Ｄが、希土類金属であり、
Ｚが、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎから選択され、
０＜ｘ＜０．２であり
ｙ＝２であり、
０．００５＜ｗ＜０．１である．
本発明は、アルミニウム、ガリウムおよびインジウムから選択された金属種をイットリウムと部分置換し、この置換は、蛍光体の結晶格子構造を実質的に変化させない。

本発明の好ましい実施形態において、蛍光体は、チオアルミネートである。
もう１つの実施形態において、前記希土類金属は、ユーロピウムおよび／またはセリウムから選択され、ユーロピウムが最も好ましい。
もう１つの好ましい実施形態において、カチオンはバリウムである。
さらに他の実施形態において、蛍光体は、存在するIIＡ族またはIIＢ族のカチオンの１〜１０原子百分率の範囲の量のユーロピウムと、アルミニウム、ガリウムまたはインジウムの約０．１〜２０原子百分率の範囲の量のイットリウムとを含む。ユーロピウムの量は、存在するIIＡ族またはIIＢ族のカチオンの約２〜７原子百分率の間であり、イットリウムは、アルミニウム、ガリウムまたはインジウムの含有量の約１〜７原子百分率の間で置き換わることが好ましい。

本発明のもう１つの態様によれば、蛍光体材料は、下記式で表される。

式Ａ_1-wＤ_w［Ｍ_xＺ_1-x］_yＳ₄
ここで、
Ａが、IIＡ族またはIIＢ族であり、
Ｄが、希土類金属であり、
Ｍが、Ｙ、Ｓｃ、ＬａおよびＡｃから選択されたIIIＢ族金属であり、
Ｚが、Ａｌ、ＧａおよびＡｃから選択され、
０＜ｘ＜０．２であり、
ｙ＝２であり、
０．００５＜ｗ＜０．１である。

本発明のさらに他の態様によれば、基板構造上に本明細書に示したような薄膜蛍光体を含むエレクトロルミネセンス装置である。
本発明のさらにもう１つの態様によれば、元素の周期表のIIＡとIIＢの元素から選択された少なくとも１つのカチオンを有するチオアルミネート、チオガレートおよびチオインデートからなるグループから選択された蛍光体材料を作成する方法が提供される。前記蛍光体は、希土類金属によって活性化され、アルミニウム、ガリウムまたはインジウムの一部分はイットリウムと置き換えられる。

本発明のさらに他の態様によれば、下記式を有する蛍光体材料を作成する方法が提供される。

式Ａ_1-wＤ_w［Ｙ_xＺ_1-x］_yＳ₄
ここで、
Ａが、IIＡ族またはIIＢ族のカチオンであり、
Ｄが、希土類金属であり、
Ｚが、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎから選択され、
０＜ｘ＜０．２であり、
ｙ＝２であり、
０．００５＜ｗ＜０．１である。

本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、前記詳細な説明から本発明の精神および意図の範囲内にある様々な変更が当業者に明らかになるため、本発明の実施形態を示す詳細な説明と特定の例は、単なる例示として示されていることに注意されたい。
本発明は、図面に示した実施形態を参照して説明される。

本発明は、IIIＢ族元素を含む希土類金属で活性化されたチオアルミネート（thioaluminate）、チオガレート（thiogallate）またはチオインデート（thioindate）蛍光体中のアルミニウム、ガリウムまたはインジウムの部分置換に関し、この部分置換は、蛍光体材料の結晶格子構造を実質的に歪ませたり損なったりしない。
１つの実施形態において、本発明は、ユーロピウム活性化アルカリ土類チオアルミネート蛍光体中のアルミニウムの部分置換としてのイットリウムに関し、具体的には、エレクトロルミネセンス表示装置の薄膜として付着させるときの蛍光体中のイットリウムの混入に関する。そのような部分置換は、蛍光体材料とそのような蛍光体材料を含むエレクトロルミネセンス表示装置に関していくつかの利点がある。１つの態様において、イットリウムは、好ましい結晶相を形成する熱処理工程（アニール）に必要な最高温度を低くする働きをする。さらに、アルミニウムの部分置換（partial replacement or substitution）によって蛍光体組成物の発光が強化される。

アルミニウムをイットリウムと部分的に置き換えることが望ましいが、そのような置換が、蛍光体の機能と特性に影響を及ぼすように蛍光体の結晶格子構造を実質的に歪ませたり損なったりしない限り、アルミニウム、ガリウムまたはインジウムを、スカンジウム、ランタンおよびアクチニウムを含むイットリウムまたはその関連するIIIＢ族の化学種と部分的に置き換えることは本発明の範囲内である。

実施形態において、本明細書に例示したように、青色発光蛍光体であるユーロピウム活性化バリウムチオアルミネートのエレクトロルミネセンスは、約３原子百分率のアルミニウムをイットリウムと置換したときに２倍以上になる。これに対応して、装置の電気−光エネルギー変換効率は、イットリウムを含まない場合の１ルーメン未満／ワットから、３原子百分率のイットリウムを含む場合の２ルーメン／ワットまで高くなり、これは青色発光画素にはきわめて高い値である。また、イットリウムを加えると発光スペクトルが青の方にずれる。

本発明は、詳細には、部分的にイットリウムで置換されユーロピウム活性化アルカリ土類チオアルミネート母材を使用した蛍光体の形成を対象とする。本発明は、３元、４元、およびそれより多元のチオアルミネート、チオガレート、およびチオインデート蛍光体、ならびにこれらの化合物のカチオンと合成された複合材料に応用可能である。適切なカチオンは、当業者に知られている元素の周期表のIIＡおよびIIＢ族から選択される。そのようなカチオンの例には、バリウム、カルシウム、ストロンチウム、マグネシウムおよび亜鉛がある。

蛍光体材料に、例えばセリウムやユーロピウムなどの代替化学種と共に、当業者に知られている様々な希土類活性体を使用することができる。イットリウムと共に使用される好ましい活性体は、ユーロピウムである。本発明の好ましい実施形態において、蛍光体は、部分的にイットリウムで置換したバリウムチオアルミネート（ＢａＡｌ₂Ｓ₄）であり、青色光を放射する。

本発明は、図１と図２に示したエレクトロルミネセンス表示装置に使用するのに適している。図１は、本発明の蛍光体を利用するエレクトロルミネセンス装置の断面を示す。図２は、エレクトロルミネセンス装置の平面図を示す。全体を１０で示したエレクトロルミネセンス装置は、列電極１４が配置されたベース基板１２を有する。厚膜誘電体１６は、上に薄膜誘電体１８を有する。薄膜誘電体１８は、２０、２２および２４と呼ぶ３つの画素行が配置された状態で示されている。画素行は、三原色すなわち赤、緑および青を提供する蛍光体を含む。画素行２０は、薄膜誘電体１８と接して配置された赤色蛍光体２６を有する。赤色蛍光体２６上には別の薄膜誘電体２８があり、薄膜誘電体２８上には行電極３０がある。同様に、画素行２２は、薄膜誘電体１８上に緑色蛍光体３２を有し、その上に薄膜誘電体３４と行電極３６を有する。画素行２４は、薄膜誘電体１８上に、薄膜誘電体４０と行電極４２と共に青色蛍光体３８を有する。

本発明のエレクトロルミネセンス装置は、当業者によって理解されるように、様々な基板構造を含むことができる。詳細には、基板構造は、上に導電性薄膜が配置されその薄膜上に厚膜層が配置されたセラミックスシートであるベース基板を有する厚膜セラミックス材料を含む。適切なベース基板の例は、アルミナ、金属セラミックス組成物、ガラスセラミックス材料、および耐熱ガラス材料などで例示される材料を含むセラミックスシート材料である。適切な電導性薄膜は、当業者に知られているように、金と銀の合金などであるがこれに限定されない。厚膜層は、強誘電体材料を含む。適切な強誘電体材料は、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウム、およびこれらの混合物から選択することができる。また、厚膜層は、上に１つまたは複数の薄膜層を含むこともできる。

付着した化合物に硫黄が不足する傾向がある場合は、組成物の付着を、付着するときに蛍光体薄膜を汚染しないＨ₂Ｓ、硫黄または他の揮発性硫黄含有化合物の雰囲気中で行うことができる。１つの実施形態において、付着は、硫化水素雰囲気中で行われ、その結果、薄膜中の付着した化学種が、硫化水素から生じた硫化物と反応して、付着した薄膜を硫化物で十分に飽和させ、所望の薄膜組成物を得ることができる。しかしながら、場合によっては、この方法を、Ｈ₂Ｓを含まない低圧不活性ガス雰囲気中で実行することができる。したがって、厳密な無酸素環境は必要ない場合がある。

蛍光体の付着は、様々な方法を使用して行うことができる。例えば、電子ビーム蒸着、詳細には２０００年１２月２２日に出願された本出願人の同時係属米国特許出願第０９／７４７，３１５号（この出願の全体は、参照により本明細書に組み込まれる）に例示したようなデュアルソース電子ビーム蒸着によって蛍光体を付着させることができる。また、付着は、硫化水素を含むガスを注入し排気する機能があるデュアルソース高周波マグネトロンスパッタリングによって行われてもよい。このスパッタリング工程では、付着基板が加熱手段を有し、スパッタリングターゲットの一方に硫化アルミニウムまたは金属アルミニウムがあり、後者は、２００１年５月２９日に出願された本出願人の米国特許出願第０９／８６７，０８０号に例示されている（この出願の全体は、参照により本明細書に組み込まれる）。代替として、熱蒸着（thermal evaporation）を使用して付着を行うことができる。当業者は、様々な方法を使用して本発明の蛍光体をどのように付着させるかを容易に理解するであろう。

エレクトロルミネセンス蛍光体として有用であるが輝度が低いアルカリ土類チオアルミネートが報告された。現在では、母材の化学量論の制御を改善することで、エレクトロルミネセンス要素の輝度が高まることが実証されている。アルミニウムの部分置換としてイットリウムを使用することで、エレクトロルミネセンス要素の輝度がこれまで知られていた蛍光体よりも高くなることが現在実証されている。

以上の開示は、本発明の概略的な説明である。以下の具体的な例を参照することによって、より完全な理解を得ることができる。これらの例は、例示のためにのみ示されたもので、本発明の範囲を限定しようとするものではない。状況によって方策が示唆または提供される可能性があるため、形態の変更と等価物の代用が意図される。本明細書で特定の用語を使用したが、そのような用語は、説明的な意味であり、限定のためではない。

例
例は、説明のために示したものであり、本発明の範囲を限定するものではない。この開示において参照しているが明示的に説明していない化学的方法、光化学的方法および分光分析的方法は、科学文献で報告されており、当業者に周知である。
（例１）
硫化バリウム、三硫化イットリウム、硫化アルミニウムおよび硫化ユーロピウムの粉末を様々な比率で混合して、一連のユーロピウムをドープしたマグネシウム・バリウムチオアルミネート・イットリウム粉末を作成した。バリウムチオアルミネート・イットリウム蛍光体粉末は、化学組成Ｂａ_0.97Ｅｕ_0.03（Ｙ_xＡｌ_1-x）₂Ｓ₄であった。試料は、（ｉ）ｘ＝０．０、（ii）ｘ＝０．０５、および（iii）ｘ＝０．１０で作成した。

混合した粉末を圧縮して、直径１．３ｃｍ高さ０．７５ｃｍのペレットを形成した。そのペレットをアルミナ・ボートに入れ、ピーク温度約９５０℃の窒素環境で１０分間ベルト炉に通して熱処理した。ペレットの実際の温度は、アルミナ・ボートに導入された大きな熱負荷により適度に下がった可能性がある。
得られた蛍光体のフォトルミネセンスと励起スペクトルを、カナダ、オンタリオ州ロンドンのPhoton Technology InternationalによるＭｏｄｅｌ８１４光電子増倍管検出システムとＡ−１０１０Ｂアーク・ランプ・キセノン閃光電球を使用して測定した。モノクロメータを使用して励起波長を選択した。

図３に、フォトルミネセンスと励起スペクトルを示す。発光スペクトルは、４８０ｎｍ付近にピークがあり、イットリウム含有量が高いほど波長が短くなる傾向がある。このようなスペクトル、特に短い方の波長のスペクトルは、最小限のフィルタリングによって、フルカラーディスプレイに適したＣＩＥ座標を提供することができる。イットリウムを含まない試料の励起スペクトルは、一方が約３００ｎｍと他方が約３５０ｎｍの２つのピークを有する。イットリウムを含む試料は、大きさが小さい３００ｎｍのピークと、イットリウムを含まない試料の励起スペクトルと比べて実質的に変化のない３５０ｎｍのピークを有するの励起スペクトルであった。
（例II ）
硫化バリウム、三硫化イットリウム、硫化アルミニウムおよび硫化ユーロピウムの粉末を様々な比率で混合して、一連のユーロピウムをドープしたマグネシウムバリウムチオアルミネートイットリウム粉末を作成した。バリウムチオアルミネートイットリウム蛍光体粉末は、化学式Ｂａ_0.97Ｅｕ_0.03（Ｙ_xＡｌ_1-x）₂Ｓ₄であった。試料は、（ｉ）ｘ＝０．０、（ii）ｘ＝０．０５、（iii）ｘ＝０．０２、（iv）ｘ＝０．１０、および（ｖ）ｘ＝０．２０で作成した。試料は、最高温度が約９５０℃ではなく約１０００℃である点以外、例１と同じようにベルト炉内で加熱した。立体ＢａＡｌ₂Ｓ₄のＸＲＤパターンに連動する可能性のある試料の粉末Ｘ回折（ＸＲＤ）パターンを得た。このパターンを図４に示す。イットリウムを添加するとＸＲＤピークの幅が細くなり、これは、これらの材料の結晶化度が高くなり、結晶欠陥密度が低くなり、あるいは粒度が大きくなったことを示す。しかしながら、イットリウム置換材料ではピークの角度が変化せず、イットリウム置換による結晶単位セル寸法の実質的な変化は現れていない。しかしながら、イットリウム含有量がｘ＝０．１以上の場合は、硫化バリウム相、三硫化イットリウム相または硫化アルミニウム・イットリウム相の可能性がある追加のＸＲＤピークが現れた。
（例III ）
ユーロピウムで活性化したイットリウム置換バリウムチオアルミネートを含む薄膜蛍光体層を含む２つの厚膜誘電体エレクトロルミネセンス装置を構成した。厚膜基板は、厚さ０．１ｃｍを有する５ｃｍ×５ｃｍのアルミナ基板からなる。２０００年５月１２日に出願された本出願人の同時係属国際出願ＰＣＴＣＡ００／００５６１に例示されている方法によって、基板上に金電極を付着させ、次に厚膜高誘電率誘電体層を付着させた。２００１年１月１７日に出願された本出願人の同時係属米国特許出願第０９／７６１，９７１号（この出願の全体は参照により本明細書に組み込まれる）に記載されたゾル・ゲル法を使用して、厚膜誘電体層上に、約１００〜２００ナノメートルの厚さのチタン酸バリウムからなる薄膜誘電体層を付着させた。

２０００年１２月２２日に出願された本出願人の同時係属米国特許出願第０９／７４７，３１５号（この出願の全体は参照により本明細書に組み込まれる）に記載された方法により、デュアルソース電子ビーム蒸着法を使用して、チタン酸バリウム層の上に蛍光体薄膜を電子ビーム蒸着した。２つの蒸発源は、硫化アルミニウムと、硫化バリウムと硫化ユーロピウムの溶融混合物であった。また、一方の装置に関して、式Ｂａ_0.97Ｅｕ_0.03（Ｙ_xＡｌ_1-x2Ｓ₄においてｘ＝０．０５に対応する量の三硫化イットリウムを溶融混合物に加えた。両方の試料に関して、各蒸発源は、例Ｉで概説した方法を使用して作成したペレットの形態であった。

蛍光体の付着は、圧力約８ｘ１０^-5〜約２ｘ１０^-4Torrの低圧の硫化水素雰囲気中で、基板が約３５０℃〜５００℃の範囲の温度の状態で行った。付着は、デュアルソースを使用して、電子ビーム蒸着によって行った。硫化アルミニウムの付着速度は、残りの成分がない状態で水晶モニタを使用して測定したとき、５〜７オングストローム／秒の範囲であり、硫化アルミニウムがない状態での残りの成分の付着速度は、やはり水晶モニタを使用して測定したとき、３．５〜５．５オングストロームの範囲であった。付着した蛍光体薄膜の厚さは、３０００〜４５００オングストロームの範囲であった。

付着後、蛍光体を被覆した基板を、温度約６５０℃〜７００℃の窒素雰囲気下で約２分間アニールした。蛍光体の上に厚さ５０ナノメートルのアルミナ薄膜とインジウム錫酸化物の透明導体を付着させて第２の電極を設けた。
得られた装置を、交番極性３２マイクロ秒幅方形波パルスと２４０光パルス／秒を提供する周波数１２０Ｈｚを使用して試験した。パルス振幅を２６０ボルトまで１０ボルトの増分で変化させ、２つの装置の相対的なデータを図５に示す。図５から分かるように、イットリウムを含む蛍光体を有する装置の輝度は、イットリウムを含まない装置の約２倍である。この輝度は、輝きを開始するしきい電圧よりも上で電圧の増大と共に直線的に高くなり、したがって、印加電圧を高めることなく、イットリウムの添加により高い輝度を実現することができる。また、図６は、イットリウムを含む蛍光体を有する装置の蛍光体効率を示す。２．４ルーメン／ワットのピーク効率が実現され、これは、この波長範囲における青色蛍光体輝度の新記録である。
（例ＩＶ）
ｘ＝０．０５に対応する濃度のイットリウムを含む蛍光体を有するいくつかの厚膜誘電体装置を構成し試験した。図７は、実現された輝度の依存性を印加電圧の関数として示す。図７から分かるように、これらの装置の輝度性能は、互いにかなり類似しており、装置性能の再現性を示した。
（例Ｖ）
蛍光体中のイットリウム濃度を変化させたこと以外、例IIIの方法に従って、より厚い５つの誘電体エレクトロルミネセンス装置を構成した。第１の装置は、ユーロピウム濃度がバリウムに対して約３原子百分率で、イットリウム濃度がアルミニウムに対して０原子百分率の蛍光体薄膜を有する。第２の装置は、ユーロピウム濃度がバリウムに対して約３原子百分率で、イットリウム濃度がアルミニウムに対して１原子百分率の蛍光体薄膜を有する。第３の装置は、ユーロピウム濃度がバリウムに対して約３原子百分率で、イットリウム濃度がアルミニウムに対して約３原子百分率の蛍光体薄膜を有する。第４の装置は、ユーロピウム濃度がバリウムに対して約３原子百分率で、イットリウム濃度がアルミニウムに対して約５原子百分率の蛍光体薄膜を有する。第５の装置は、ユーロピウム濃度がバリウムに対して約３原子百分率で、イットリウム濃度がアルミニウムに対して約１０原子百分率の蛍光体薄膜を有する。これらの装置の測定した輝度を、蛍光体中のイットリウム濃度の関数として図８に示した。ｘの値が大きくなるほど輝度が高くなることが分かる。

本明細書において本発明の好ましい実施形態を詳細に説明したが、当業者は、本発明の精神から逸脱することなく変形例を作成できることを理解するであろう。

本発明の代表的な厚膜誘電体層と蛍光体組成物を含むエレクトロルミネセンス要素の断面を表す図である。フルカラーエレクトロルミネセンス・ピクセルとその構成サブピクセルの平面図を表す図である。ユーロピウムをドープしたいくつかのバリウムチオアルミネートイットリウム粉末の光励起とフォトルミネッセンススペクトルを表す図である。イットリウムで置換したいくつかのバリウムチオアルミネート蛍光体材料のＸ線回折パターンを表す図である。イットリウムを加えた場合と加えない場合の蛍光体薄膜を有する類似のエレクトロルミネセンス装置に関して輝度を印加電圧の関数として表した図である。ユーロピウムで活性化したバリウムチオアルミネート蛍光体を有するエレクトロルミネセンス装置の蛍光体効率を表す図である。バリウムチオアルミネートイットリウム蛍光体を有するいくつかのエレクトロルミネセンス装置に関して輝度を印加電圧の関数として表した図である。エレクトロルミネセンス装置の輝度を蛍光体材料中のイットリウム濃度の関数として表した図である。

符号の説明

１０エレクトロルミネセンス装置
１２ベース基板
１４列電極
１６厚膜誘電体
１８薄膜誘電体
２０、２２、２４画素行
２６赤色蛍光体
２８薄膜誘電体
３０行電極
３２緑色蛍光体
３４薄膜誘電体
３６行電極
３８青色蛍光体
４０薄膜誘電体
４２行電極

Claims

エレクトロルミネセンス装置用の薄膜蛍光体であって、前記蛍光体が、元素の周期表のIIＡ族とIIB族の元素から選択された少なくとも１つのカチオンを有するチオアルミネート、チオガレートおよびチオインデートからなるグループから選択され、前記蛍光体が、希土類金属によって活性化され、前記チオガレート、チオインデートおよびチオアルミネートのアルミニウム、ガリウムまたはインジウムの一部分の部分置換としてIIIＢ族元素を含む薄膜蛍光体。
前記IIIＢ族元素が、前記蛍光体の結晶格子構造を実質的に歪ませたり損なったりしないように選択された請求項１に記載の薄膜蛍光体。
前記IIIＢ族元素が、スカンジウム、イットリウム、ランタンおよびアクチニウムからなるグループから選択された請求項２に記載の薄膜蛍光体。
前記元素が、イットリウムである請求項３に記載の薄膜蛍光体。
前記蛍光体が、チオアルミネートである請求項４に記載の薄膜蛍光体。
前記蛍光体が、チオガレートである請求項４に記載の薄膜蛍光体。
前記蛍光体が、チオインデートである請求項４に記載の薄膜蛍光体。
前記希土類金属が、ユーロピウムとセリウムからなるグループから選択された請求項１から７のいずれか１項に記載の薄膜蛍光体。
前記希土類金属が、ユーロピウムである請求項８に記載の薄膜蛍光体。
前記カチオンが、バリウムである請求項９に記載の薄膜蛍光体。
前記蛍光体が、バリウムの約１〜１０原子百分率の範囲の量のユーロピウムを含み、イットリウムが、アルミニウムの約０．１〜２０原子百分率の範囲の量で存在する請求項１０に記載の薄膜蛍光体。
前記蛍光体が、バリウムの約２〜７原子百分率の範囲の量のユーロピウムを含み、イットリウムが、アルミニウムの約１〜７原子百分率の範囲の量で存在する請求項１０に記載の薄膜蛍光体。
前記蛍光体が、Ｂａ_0.97Ｅｕ_0.03（Ｙ_xＡｌ_1-x）₂Ｓ₄であり、０＜ｘ＜１．０である請求項１１または１２に記載の薄膜蛍光体。
基板構造上に請求項１または１２の薄膜蛍光体を含むエレクトロルミネセンス装置。
前記基板構造が、厚膜セラミックス材料を含む請求項１４に記載の装置。
前記厚膜セラミックス材料が、電導性薄膜を付着させたベース基板と、前記電導性薄膜上に付着された厚膜層とを含む請求項１５に記載の装置。
前記ベース基板が、セラミックスシート、金属セラミックス組成物、ガラスセラミックス、および耐熱ガラスからなるグループから選択されたセラミックス材料を含む請求項１６に記載の装置。
前記セラミックスシートが、アルミナである請求項１７に記載の装置。
前記電導性薄膜が、金と銀の合金からなるグループから選択された請求項１８に記載の装置。
前記厚膜層が、強誘電体材料を含む請求項１９に記載の装置。
前記強誘電体材料が、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウム、およびこれらの混合物からなるグループから選択された請求項２０に記載の装置。
前記基板構造が、さらに、厚膜層上に１つまたは複数の薄膜誘電体層を含む請求項２０に記載の装置。
装置が、さらに、前記薄膜蛍光体の上に薄膜誘電体層を含む請求項２２に記載の装置。
式Ａ_1-wＤ_w［Ｙ_xＺ_1-x］_yＳ₄を有し、ここで、
Ａが、IIＡ族またはIIＢ族のカチオンであり、
Ｄが、希土類金属であり、
Ｚが、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎから選択され、
０＜ｘ＜０．２であり、
ｙ＝２であり、
０．００５＜ｗ＜０．１である蛍光体材料。
Ｚが、アルミニウムである請求項２４に記載の蛍光体。
Ｄが、ユーロピウムとセリウムからなるグループから選択された請求項２４または２５に記載の蛍光体。
前記希土類金属が、ユーロピウムである請求項２６に記載の蛍光体。
前記カチオンが、バリウムである請求項２７に記載の蛍光体。
前記蛍光体が、Ｂａ_0.97Ｅｕ_0.03（Ｙ_xＡｌ_1-x）₂Ｓ₄であり、０＜ｘ＜０．１である請求項２８に記載の蛍光体。
基板構造上に請求項２４の蛍光体を含むエレクトロルミネセンス装置。
前記基板構造が、厚膜セラミックス材料を含む請求項３０に記載の装置。
前記厚膜セラミックス材料が、電導性薄膜を付着させたベース基板と、前記電導性薄膜上に付着された厚膜層と含む請求項３１に記載の装置。
前記ベース基板が、セラミックスシート、金属セラミックス組成物、ガラスセラミックス、および耐熱ガラスからなるグループから選択されたセラミックス材料を含む請求項３２に記載の装置。
前記セラミックスシートが、アルミナである請求項３３に記載の装置。
前記電導性薄膜が、金と銀の合金からグループから選択された請求項３４に記載の装置。
前記厚膜層は、強誘電体材料を含む請求項３５に記載の装置。
前記強誘電体材料は、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウムおよびこれらの混合物からなるグループから選択された請求項３６に記載の装置。
前記基板構造が、さらに、厚膜層上に１つまたは複数の薄膜誘電体層を含む請求項３６に記載の装置。
装置が、さらに、前記薄膜蛍光体の上に薄膜誘電体層を含む請求項３８に記載の装置。
式Ａ_1-wＤ_w［Ｍ_xＺ_1-x］_yＳ₄を有し、ここで、
Ａが、IIＡ族またはIIＢ族のカチオンであり、
Ｄが、希土類金属であり、
Ｍが、Ｙ、Ｓｃ、ＬａおよびＡｃから選択されたIIIＢ族金属であり、
Ｚが、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎから選択され、
０＜ｘ＜０．２であり、
ｙ＝２であり、
０．００５＜ｗ＜０．１である蛍光体材料。
Ｍがイットリウムであり、Ａがバリウムであり、Ｄがユーロピウムであり、Ｚがアルミニウムである請求項４０に記載の蛍光体材料。