JP2007123221A - 正孔注入制御型硫化亜鉛ｅｌ装置 - Google Patents
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Abstract
【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。
【選択図】なし
【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。
【選択図】なし
Description
本発明は、正孔注入制御型硫化亜鉛ＥＬ装置に関する。
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。
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。
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。
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。
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（Ｃｕ２Ｓ）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（Ｃｕ２Ｓ）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。
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。
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（Ｃｕ２Ｓ）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（Ｃｕ２Ｓ）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。
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。
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。
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。
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（Ｃｕ２Ｓ）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（Ｃｕ２Ｓ）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。
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。
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。
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。
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。
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。
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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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（Ｃｕ２Ｓ）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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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（Ｃｕ２Ｓ）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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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（Ｃｕ２Ｓ）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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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（Ｃｕ２Ｓ）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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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（Ｃｕ２Ｓ）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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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（Ｃｕ２Ｓ）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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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（Ｃｕ２Ｓ）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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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（Ｃｕ２Ｓ）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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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／ｍ２の高輝度青色発光を実現できた。
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。
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。
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。
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。
Claims (12)
- 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。
- 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（Ｃｕ２Ｓ）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（Ｃｕ２Ｓ）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（Ｃｕ２Ｓ）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（Ｃｕ２Ｓ）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。
- 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。
- 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。
- 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（Ｃｕ２Ｓ）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（Ｃｕ２Ｓ）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。
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| JP2005116529A (ja) * | 2003-10-02 | 2005-04-28 | Hewlett-Packard Development Co Lp | ホールの注入と電子の注入とが制御された無機エレクトロルミネッセント素子 |
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