JP2013004530A - Light emitting element and image display device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting element that emits light with high efficiency and is suitably designed to be thin.SOLUTION: A light emitting element 1 comprises an ultraviolet light radiation portion 15 and a phosphor layer 21. An ultraviolet light emission layer 11 formed of a semiconductor material containing ZnO as a base material and added with Ga and P and a p-type semiconductor layer 12 containing ZnO as a base material are subjected to pn-junction, and a first electrode 13 is connected to the ultraviolet light emission layer 11 while a second electrode 14 is connected to the p-type semiconductor layer 12. A voltage is applied between the first electrode 13 and the second electrode, whereby ultraviolet light having a peak wavelength of 400 nm or less is emitted from the ultraviolet light emission layer 11. The phosphor layer 21 absorbs ultraviolet light emitted from the ultraviolet light radiation portion 15 and converts the ultraviolet light to visible light. The visible light is transmitted through a substrate 22 and emitted to the outside.

Description

本発明は、半導体発光素子及び半導体発光素子を備えた画像表示装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting element and an image display device including the semiconductor light emitting element.

半導体を用いた発光素子は、ランプや画像表示装置などに利用されており、軽量、薄型で、効率よく可視光を発光できる発光素子を実現することが求められている。
また、画像表示装置においては、大きな画面サイズを備えると共に、軽量、薄型で、且つ優れた画像品位で表示できるものが要求されている。これら全ての要求を十分に満足させることは、なかなか難しいが、新しい画像表示装置の実現を目指して開発が進められている。
A light-emitting element using a semiconductor is used in a lamp, an image display device, and the like, and it is required to realize a light-emitting element that is light and thin and can efficiently emit visible light.
In addition, an image display apparatus is required that has a large screen size, is light and thin, and can display images with excellent image quality. It is quite difficult to satisfy all these requirements sufficiently, but development is progressing with the aim of realizing a new image display device.

例えば特許文献1には、次世代の軽量、薄型の表示装置として、電界放出素子(フィールド・エミッション・デバイス FED)の一種である表面伝導型電子放出装置(SED)について記載されている。
特許文献1に開示されているSEDは、所定間隔をおいて対向配置された第1基板および第2基板を備え、これらの基板は矩形状の側壁を介して周辺部を互いに接合することにより真空外囲器が構成され、第1基板の内面には3色の蛍光体層が形成され、第2基板の内面には、蛍光体を励起する電子放出源として、多数の電子放出素子が配列されている。そして、第1基板および第2基板間に作用する大気圧荷重を支持し基板間の隙間を維持するため、両基板間に、複数のスペーサが配置されている。
For example, Patent Document 1 describes a surface conduction electron-emitting device (SED), which is a kind of field emission device (field emission device FED), as a next-generation lightweight and thin display device.
The SED disclosed in Patent Document 1 includes a first substrate and a second substrate that are arranged to face each other at a predetermined interval, and these substrates are vacuum-bonded by bonding peripheral portions to each other via rectangular side walls. An envelope is configured, and phosphor layers of three colors are formed on the inner surface of the first substrate, and a large number of electron-emitting devices are arranged on the inner surface of the second substrate as electron emission sources that excite the phosphor. ing. A plurality of spacers are disposed between the two substrates in order to support the atmospheric pressure load acting between the first substrate and the second substrate and maintain a gap between the substrates.

また、基板には、それぞれ電子放出素子から放出された電子ビームが通過する複数の電子ビーム通過孔が形成されている。
このようなFEDによって、画像表示装置の大型化及び高精細化を実現できると考えられる。
In addition, a plurality of electron beam passage holes through which the electron beams emitted from the electron-emitting devices pass are formed in the substrate.
It is considered that such an FED can realize an increase in size and definition of the image display device.

特開2006−93036号公報JP 2006-93036 A

しかし、FEDは、電子を電界放出によって真空中に放出して蛍光体に衝突させて発光する機構であるため、製造上、真空外囲器を設けて、その中を真空排気する工程などが必要となる。また、真空外囲器の中を一定状態に維持するために、真空外囲器内に使用する材料も制限される。
従って、画像表示装置において、真空外囲器を用いることなく、大型化及び高精細化を実現することも望まれる。
However, the FED is a mechanism that emits electrons into a vacuum by field emission and collides with a phosphor to emit light, and therefore, in manufacturing, a vacuum envelope is provided and the process of evacuating the inside is required. It becomes. Also, the materials used in the vacuum envelope are limited in order to maintain a constant state within the vacuum envelope.
Therefore, it is also desired that the image display device be increased in size and definition without using a vacuum envelope.

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、軽量、薄型で発光効率の優れた発光素子を提供すること目的とし、さらに、画像表示装置において、画質が高品位で大画面のものを実現することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and has an object to provide a light-emitting element that is lightweight, thin, and has excellent light emission efficiency. Further, in an image display device, a high-quality and large-screen image display device is realized. For the purpose.

上記目的を実現するため、本発明にかかる発光素子は、紫外光放射性の半導体材料からなる紫外発光体と、紫外発光体に対して電気的に接続された第1電極および第2電極とを備え、第1電極と第2電極との間に電圧を印加することによって紫外発光体が紫外光を放射する紫外光放射部と、紫外光放射部からの紫外光放射領域に蛍光体が配設されてなり、紫外光放射部から放射される紫外光を波長変換して放射する蛍光体部とを設けることとした。   In order to achieve the above object, a light emitting device according to the present invention includes an ultraviolet light emitter made of an ultraviolet light emitting semiconductor material, and a first electrode and a second electrode electrically connected to the ultraviolet light emitter. The phosphor is disposed in the ultraviolet light emitting portion where the ultraviolet light emitter emits ultraviolet light by applying a voltage between the first electrode and the second electrode, and in the ultraviolet light emitting region from the ultraviolet light emitting portion. Thus, a phosphor part that converts the wavelength of ultraviolet light emitted from the ultraviolet light emitting part and emits it is provided.

ここでいう「紫外光」は、スペクトルにおけるピーク波長が400nm以下の電磁波を指す。
上記紫外発光体は、酸化亜鉛をベースとする半導体材料で形成することが好ましい。
具体的には、紫外発光体を、酸化亜鉛をベースとするn型半導体からなる紫外発光層と、酸化亜鉛をベースとするp型半導体層とを積層して構成し、第1電極をp型半導体層側に、第2電極を紫外発光層側に接続することが好ましい。
Here, “ultraviolet light” refers to electromagnetic waves having a peak wavelength in the spectrum of 400 nm or less.
The ultraviolet emitter is preferably formed of a semiconductor material based on zinc oxide.
Specifically, the ultraviolet light emitter is formed by stacking an ultraviolet light emitting layer made of an n-type semiconductor based on zinc oxide and a p-type semiconductor layer based on zinc oxide, and the first electrode is a p-type. The second electrode is preferably connected to the ultraviolet light emitting layer side on the semiconductor layer side.

ここで紫外発光層は、亜鉛化合物に、アルミニウム、ガリウム、インジウムから選択された元素を含む添加物と、リンを含む添加物が添加された材料で形成することが好ましい。
上記発光素子を、複数個、基板上に配列して画像表示装置を構成することができる。
また上記目的を達成するために、本発明にかかる画像表示装置は、基板上に、ストライプ状に伸長して配された複数の第1電極と、ストライプ状に伸長し第1電極に対して立体交差して配された複数の第2電極とを設け、第1電極と第2電極が立体交差する各箇所に、紫外光放射性の半導体材料が成形されてなる紫外発光層を介在させ、各紫外発光体に対して蛍光体層を配設し、第1電極と第2電極との間に電圧を印加することによって、紫外発光体が紫外光を放射し、対応する蛍光体層で紫外光を波長変換して放射することによって画像を表示することとした。
Here, the ultraviolet light emitting layer is preferably formed of a material in which an additive containing an element selected from aluminum, gallium, and indium and an additive containing phosphorus are added to a zinc compound.
An image display device can be configured by arranging a plurality of the light emitting elements on a substrate.
In order to achieve the above object, an image display device according to the present invention includes a plurality of first electrodes extending in a stripe shape on a substrate, and a three-dimensional structure extending in a stripe shape with respect to the first electrode. A plurality of second electrodes arranged in an intersecting manner are provided, and an ultraviolet light emitting layer formed by molding an ultraviolet light emitting semiconductor material is interposed at each location where the first electrode and the second electrode intersect three-dimensionally, By arranging a phosphor layer for the phosphor and applying a voltage between the first electrode and the second electrode, the ultraviolet emitter emits ultraviolet light, and the corresponding phosphor layer emits ultraviolet light. An image is displayed by emitting after wavelength conversion.

基板上に、上記発光素子を、1以上設けて発光パネルを構成することができる。
上記発光素子を封止体で封止して発光素子パッケージを構成することができる。
A light-emitting panel can be formed by providing one or more light-emitting elements on a substrate.
The light emitting element package can be formed by sealing the light emitting element with a sealing body.

本発明の発光素子によれば、紫外光放射部において、第1電極と第2電極との間に電圧を印加すると紫外発光体からピーク波長が400nm以下の紫外光が放射される。そして、蛍光体部では、紫外光放射部から放射された紫外光を蛍光体で可視光などに波長変換して放射する。なお、可視光は、波長400nm〜780nmの電磁波を指す。
ここで、上記紫外発光体は、紫外光放射性の半導体材料が成形されて構成されているので、真空外囲器を必要とせず、軽量、薄型の発光素子を実現することができる。
According to the light emitting device of the present invention, when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode in the ultraviolet light emitting portion, ultraviolet light having a peak wavelength of 400 nm or less is emitted from the ultraviolet light emitter. And in a fluorescent substance part, the ultraviolet light radiated | emitted from the ultraviolet light emission part is wavelength-converted into visible light etc. with a fluorescent substance, and is radiated | emitted. Visible light refers to electromagnetic waves having a wavelength of 400 nm to 780 nm.
Here, since the ultraviolet light emitter is formed by molding a semiconductor material that emits ultraviolet light, a vacuum envelope is not required, and a light-weight and thin light-emitting element can be realized.

また、蛍光体部において用いる蛍光体の種類を変えることによって、発光色を変えることができる。
また、上記発光素子を、複数個、基板上に配列することによって、軽量で薄型の画像表示装置を実現することもできる。
また、画像表示装置を、基板上に、ストライプ状に伸長する複数の第1電極と、ストライプ状に伸長し第1電極に対して立体交差する複数の第2電極とを設け、第1電極と第2電極が立体交差する各箇所に、紫外光放射性の半導体材料が成形されてなる紫外発光層を介在させ、各紫外発光体に対して蛍光体層を配設し、第1電極と第2電極との間に電圧を印加することによって、紫外発光体が紫外光を放射し、対応する蛍光体層で紫外光を波長変換して放射することによって画像を表示する構成とすることによっても、軽量で薄型の画像表示装置を実現することができる。
Further, the emission color can be changed by changing the type of phosphor used in the phosphor portion.
In addition, a light-weight and thin image display device can be realized by arranging a plurality of the light-emitting elements on a substrate.
Further, the image display device includes a plurality of first electrodes extending in a stripe shape on a substrate, and a plurality of second electrodes extending in a stripe shape and three-dimensionally intersecting the first electrode, An ultraviolet light-emitting layer formed by molding an ultraviolet light-emitting semiconductor material is interposed at each location where the second electrode is three-dimensionally crossed, and a phosphor layer is disposed for each ultraviolet light-emitting body. By applying a voltage between the electrodes, the ultraviolet emitter emits ultraviolet light, and by configuring the image to be displayed by converting the wavelength of the ultraviolet light emitted by the corresponding phosphor layer, A lightweight and thin image display device can be realized.

基板上に、上記発光素子を、1以上設けることによって、軽量で薄型の発光パネルを実現することができる。
また、上記発光素子を樹脂体で封止して発光素子パッケージを実現することもできる。
上記発光素子において、紫外発光体は、酸化亜鉛をベースとする半導体材料で形成することによって良好に実現できる。具体的には、紫外発光体を、酸化亜鉛をベースとするn型半導体からなる紫外発光層と、酸化亜鉛をベースとするp型半導体層とを積層して構成し、第1電極をp型半導体層側に、第2電極を紫外発光層側に接続することによって、紫外発光特性の良好な紫外発光体を実現することができる。
ここで紫外発光層を、亜鉛化合物に、アルミニウム、ガリウム、インジウムから選択された元素を含む添加物と、リンを含む添加物が添加された材料で形成することによって、紫外発光特性を向上させることができる。
By providing one or more light emitting elements on the substrate, a light and thin light emitting panel can be realized.
Further, a light emitting element package can be realized by sealing the light emitting element with a resin body.
In the light-emitting element, the ultraviolet light emitter can be satisfactorily realized by being formed of a semiconductor material based on zinc oxide. Specifically, the ultraviolet light emitter is formed by stacking an ultraviolet light emitting layer made of an n-type semiconductor based on zinc oxide and a p-type semiconductor layer based on zinc oxide, and the first electrode is a p-type. By connecting the second electrode to the ultraviolet light emitting layer side on the semiconductor layer side, it is possible to realize an ultraviolet light emitter having good ultraviolet light emitting characteristics.
Here, the ultraviolet light emitting layer is formed of a material in which an additive containing an element selected from aluminum, gallium, and indium and an additive containing phosphorus are added to a zinc compound, thereby improving ultraviolet light emission characteristics. Can do.

実施の形態にかかる画像表示装置の概略構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically schematic structure of the image display apparatus concerning embodiment. 紫外発光層11とZn1-xNixOからなるp型半導体層12とをヘテロ接合した素子において、紫外発光層11及びp型半導体層12のエネルギレベルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing energy levels of the ultraviolet light emitting layer 11 and the p type semiconductor layer 12 in an element in which the ultraviolet light emitting layer 11 and a p-type semiconductor layer 12 made of Zn1-xNixO are heterojunctioned. 紫外発光体にp型半導体層を形成する方法の一形態を示す図である。It is a figure which shows one form of the method of forming a p-type semiconductor layer in an ultraviolet light emitter. 実施例1にかかる画像表示装置2の主要部を模式的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing main parts of an image display device 2 according to Example 1. FIG. 画像表示装置2の断面を示す図である。2 is a view showing a cross section of the image display device 2. FIG. 実施例2にかかる平面発光パネル3の外観及び構造を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an appearance and a structure of a flat light-emitting panel 3 according to Example 2. 実施例3にかかる砲弾型発光素子4の構造を示す概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a bullet-type light emitting element 4 according to Example 3. FIG. 添加物を加えていない酸化亜鉛と、Znに対してGa及びPを添加したZnOについて、PL発光のスペクトルを測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the spectrum of PL light emission about the zinc oxide which has not added the additive, and ZnO which added Ga and P with respect to Zn.

[発光素子の基本的な構成]
基本的な発光素子1の構成、効果について説明する。
図1は、発光素子1の概略構成を示す断面図である。
基板10上に、ZnOをベースとするn型半導体材料が成形されてなる紫外発光層11と、この紫外発光層11の直上に形成されたp型半導体層12が設けられ、紫外発光層11とp型半導体層12を挟むように第1電極13及び第2電極14が設けられて紫外光放射部15が形成され、第1電極13と第2電極14との間に駆動電圧を印加することによって紫外発光層11から紫外光を放射する。この紫外光は、スペクトルにおけるピーク波長が400nm以下の電磁波である。
[Basic structure of light emitting element]
The basic configuration and effect of the light emitting element 1 will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the light-emitting element 1.
An ultraviolet light emitting layer 11 formed by molding an n-type semiconductor material based on ZnO on a substrate 10 and a p-type semiconductor layer 12 formed immediately above the ultraviolet light emitting layer 11 are provided. A first electrode 13 and a second electrode 14 are provided so as to sandwich the p-type semiconductor layer 12 to form an ultraviolet light emitting portion 15, and a driving voltage is applied between the first electrode 13 and the second electrode 14. Thus, ultraviolet light is emitted from the ultraviolet light emitting layer 11. This ultraviolet light is an electromagnetic wave having a peak wavelength in the spectrum of 400 nm or less.

第1電極13は例えばAlで形成し、第2電極は例えばITOで形成する。なお、紫外発光層11と第1電極13との間に、電子注入層を設けてもよい。
また、発光素子1においては、紫外光放射部15に隣接して蛍光体層21が形成され、この蛍光体層21は、透明な基板22で覆われている。
蛍光体層21は、上記紫外光放射部15からの紫外光を受けて可視光に変化して放射する。放射された可視光は、基板22を透過して外部に出射される。
The first electrode 13 is made of, for example, Al, and the second electrode is made of, for example, ITO. An electron injection layer may be provided between the ultraviolet light emitting layer 11 and the first electrode 13.
In the light emitting element 1, a phosphor layer 21 is formed adjacent to the ultraviolet light emitting portion 15, and the phosphor layer 21 is covered with a transparent substrate 22.
The phosphor layer 21 receives the ultraviolet light from the ultraviolet light emitting section 15 and changes to visible light and emits it. The emitted visible light passes through the substrate 22 and is emitted to the outside.

[紫外発光層11の材料]
紫外発光層11には、ZnOをベースとするn型の紫外発光材料が用いられる。この材料について説明する。
通常のZnO粉末に、種々の化合物粉末を単独、あるいは複合添加し、種々の条件下で熱処理してその発光特性を評価した結果、特定の元素を組み合わせてZnOに添加することによって、無添加のZnO粉末と比べて、紫外発光特性が飛躍的に改善されることを見出し、その知見に基づいて、紫外発光層11の材料として、酸化亜鉛をベースとし、第1添加物としてアルミニウム、ガリウム、インジウムの一種類以上、第二の添加物としてリンを添加したものを用いることとした。
[Material of ultraviolet light emitting layer 11]
For the ultraviolet light emitting layer 11, an n-type ultraviolet light emitting material based on ZnO is used. This material will be described.
As a result of adding various compound powders to normal ZnO powders alone or in combination and heat-treating them under various conditions and evaluating their emission characteristics, by adding specific elements in combination to ZnO, no addition It has been found that the ultraviolet emission characteristics are remarkably improved as compared with the ZnO powder. Based on the knowledge, the material of the ultraviolet emission layer 11 is based on zinc oxide, and the first additive is aluminum, gallium, indium. One or more types and the addition of phosphorus as the second additive were used.

第1添加物は、酸化亜鉛における緑色発光を抑制し、紫外域発光をある程度改善する。また第1添加物は、酸化亜鉛の電気抵抗率を低下させる。これは、酸化亜鉛の2価の亜鉛のサイトが3価のアルミニウム、ガリウム、インジウムにより置換される事によって、伝導体直下の禁制帯中にドナーレベルが形成されるためと考えられる。
従って、第1添加物であるアルミニウム,ガリウム,インジウムは、酸化亜鉛中の亜鉛と置換される必要があり、単なる混合物では、紫外発光特性の改善効果は認められない。
The first additive suppresses green light emission in zinc oxide and improves ultraviolet light emission to some extent. Moreover, a 1st additive reduces the electrical resistivity of zinc oxide. This is considered to be because a donor level is formed in the forbidden band directly under the conductor by replacing the divalent zinc site of zinc oxide with trivalent aluminum, gallium, and indium.
Therefore, aluminum, gallium, and indium, which are the first additives, need to be replaced with zinc in zinc oxide, and an effect of improving ultraviolet light emission characteristics is not recognized with a simple mixture.

このように置換された酸化亜鉛は、電気抵抗率が、通常の酸化亜鉛と比較して1桁〜数桁低いため、発光素子に適している。
これらの3種類の元素の中で、最も亜鉛を置換しやすいのはガリウムであり、アルミニウムやインジウムは置換しにくい。その点で、ガリウムは、最も特性向上効果が現れやすく望ましい。一方、コスト面からは、アルミニウムが最も安価であり、ガリウムやインジウムは、アルミニウムに比べて希少で高価である。よってコスト面ではアルミニウムが最も望ましい。ガリウムやアルミニウムに比較すると、インジウムを用いるメリットは少ない。
Zinc oxide thus substituted is suitable for a light-emitting element because its electrical resistivity is one to several orders of magnitude lower than that of ordinary zinc oxide.
Among these three types of elements, gallium is most easily substituted for zinc, and aluminum and indium are hardly substituted. In this respect, gallium is desirable because the effect of improving the characteristics is most apparent. On the other hand, aluminum is the cheapest in terms of cost, and gallium and indium are rare and expensive compared to aluminum. Therefore, aluminum is most desirable in terms of cost. Compared to gallium and aluminum, there are few advantages of using indium.

第1添加物は、単独で添加しても、紫外発光輝度の改善効果は少ないが、第1添加物に加えて、第二の添加物であるリンを添加することによって、飛躍的に紫外発光輝度が向上する。
リンの添加による発光輝度改善のメカニズムは明らかではないが、リン単独の添加では輝度改善の効果がほとんど認められないこと、リンの添加によって、アルミニウム、ガリウム、インジウムのZnサイトへの置換が促進される傾向が認められるため、アルミニウム、ガリウム、インジウムがZnのサイトを置換する事によって生じる電気的中性のくずれを、リンが陰イオンとしてZnOの酸素サイトに置換することによって防ぎ、結果として、アルミニウム、ガリウム、インジウムの置換を促進し、紫外発光輝度が向上するものと考えられる。
Even if the first additive is added alone, the effect of improving the ultraviolet emission luminance is small. However, in addition to the first additive, phosphorous, which is the second additive, is added to dramatically increase the ultraviolet emission. Brightness is improved.
The mechanism for improving the luminance of light emission due to the addition of phosphorus is not clear, but the addition of phosphorus alone has little effect on improving the luminance, and the addition of phosphorus promotes the substitution of aluminum, gallium, and indium to Zn sites. As a result, aluminum, gallium, and indium prevent electrical neutral breakdown caused by substituting Zn sites for phosphorus by substituting the oxygen sites of ZnO as phosphorus anions. It is considered that the substitution of gallium and indium is promoted to improve the ultraviolet emission luminance.

上記第1添加物及び第2添加物は、酸化亜鉛の紫外発光輝度を改善する添加物であって、主成分はあくまで酸化亜鉛(亜鉛と酸素)である。すなわち、亜鉛が陽イオン中の80%以上であり、酸素が陰イオン中の80%以上であり、より望ましくは90%以上である。
第一添加物であるアルミニウムとガリウムとインジウムの合計量は、亜鉛に対して、0.03at%以上3.0at%以下とするのは、これ以下ではその効果が顕著ではなく、これ以上添加しても、さらなる輝度向上が認めらないので無駄になるためである。ただし、この合計量が0.03at%未満でも、3at%を越えても、輝度向上効果は得られる。
The first additive and the second additive are additives that improve the ultraviolet emission luminance of zinc oxide, and the main component is zinc oxide (zinc and oxygen). That is, zinc is 80% or more in the cation, oxygen is 80% or more in the anion, and more preferably 90% or more.
The total amount of aluminum, gallium and indium as the first additive is 0.03 at% or more and 3.0 at% or less with respect to zinc. However, this is because no further improvement in luminance is recognized, which is a waste. However, even if the total amount is less than 0.03 at% or more than 3 at%, the luminance improvement effect can be obtained.

亜鉛に対するリンの添加量を0.03at%以上3.0at%以下とするのが好ましい理由も同様である。なお、上記考察から、リンの添加量は、アルミニウム、ガリウム、インジウムの合計量と同程度であることが望ましいと考えられる。
以上の第一添加物及び第2添加物に加えて、さらに第三添加物として、タングステンを併用してもよい。タングステンを併用することよって、緑色発光を抑制し、紫外域における発光輝度がさらに向上する。ただし、酸化タングステンの添加による輝度向上のメカニズムは、現時点では明確とは言えない。
The reason why the amount of phosphorus added to zinc is preferably 0.03 at% or more and 3.0 at% or less is also the same. From the above consideration, it is considered that the amount of phosphorus added is preferably the same as the total amount of aluminum, gallium, and indium.
In addition to the first additive and the second additive described above, tungsten may be used in combination as a third additive. By using tungsten together, green light emission is suppressed and the light emission luminance in the ultraviolet region is further improved. However, the mechanism for improving the luminance by adding tungsten oxide is not clear at present.

なお、酸化タングステンは、緑色発光するZnO:Zn蛍光体においても、緑色発光の輝度向上や、輝度劣化防止の効果がある添加物として知られているが、その効果が発現される理由は、酸化亜鉛表面が、炭酸ガスや水分によって汚染されるのを防ぐためと考えられており、これは、緑色発光を抑制し紫外域発光を改善する本実施形態の効果と全く逆である。   Tungsten oxide is also known as an additive that has the effect of improving the luminance of green light emission and preventing the deterioration of luminance even in a ZnO: Zn phosphor that emits green light. It is considered to prevent the zinc surface from being contaminated by carbon dioxide gas or moisture, which is completely opposite to the effect of the present embodiment that suppresses green light emission and improves ultraviolet light emission.

また本発明者等が検討した結果、炭酸ガスや水分を含まない窒素中で焼成した場合にはタングステンを添加しても輝度向上が認められないが、これは、タングステン併用によって輝度が向上するメカニズムが、炭酸ガスや水分で汚染されるのを防ぐことによってZnO:Znの緑色発光が向上するメカニズムとは異なることを示している。
本発明者等が検討した結果によれば、酸化タングステンの存在は、紫外発光蛍光体の合成時に作用効果を発現しているものと考えられる。
In addition, as a result of the study by the present inventors, when firing in nitrogen containing no carbon dioxide gas or moisture, no improvement in luminance was observed even when tungsten was added. However, it shows that the green light emission of ZnO: Zn is improved by preventing contamination with carbon dioxide gas or moisture.
According to the results examined by the present inventors, it is considered that the presence of tungsten oxide expresses an action effect when synthesizing the ultraviolet light emitting phosphor.

合成時における酸化タングステンによる作用として、一つは、タングステンが、最大6価と高価数となる金属であり、且つその価数が変動しやすく、同時に拡散速度が大きいために、酸素量の調整剤として働いていることが考えられる。
また、一つの作用として、合成時に、酸化リチウム,酸化ナトリウム,酸化カリウムといったアルカリ金属酸化物が存在すると、そのアルカリ金属酸化物は、酸化亜鉛に置換固溶しその紫外発光を抑制してしまう不純物となるが、酸化タングステンが、拡散速度が大きく、且つアルカリ金属酸化物と容易に化合物を形成するので、アルカリ金属酸化物が酸化亜鉛に置換固溶するのを防ぐ作用があると考えられる。
One of the effects of tungsten oxide during the synthesis is that the tungsten is a metal having a high hexavalent value and a high valence, and the valence is likely to fluctuate, and at the same time the diffusion rate is high. It is thought that it works as.
In addition, as an effect, when an alkali metal oxide such as lithium oxide, sodium oxide, or potassium oxide is present during synthesis, the alkali metal oxide is substituted and dissolved in zinc oxide to suppress the ultraviolet emission. However, since tungsten oxide has a high diffusion rate and easily forms a compound with an alkali metal oxide, it is considered that there is an action to prevent the alkali metal oxide from being substituted and dissolved in zinc oxide.

このように、タングステン添加による作用は、アルミニウム、ガリウム、インジウム、リン添加による作用効果とは異なる。この作用を得るのにタングステンが酸化亜鉛に固溶している必要はなく、実際、固溶している証拠も得られていない。
亜鉛に対するタングステンの添加量を0.01at%以上1.0at%以下とするのが好ましいのは、0.01at%未満では紫外発光輝度向上効果が顕著ではなく、1.0at%を超えると紫外発光輝度が低下し始めるためである。このように輝度が低下するのは、タングステンが表面に濃縮されやすいためと考えられる。
Thus, the effect of adding tungsten is different from the effect of adding aluminum, gallium, indium, and phosphorus. In order to obtain this effect, tungsten does not need to be dissolved in zinc oxide, and in fact, there is no evidence of solid solution.
It is preferable that the amount of tungsten added to zinc is 0.01 at% or more and 1.0 at% or less. If less than 0.01 at%, the effect of improving the luminance of ultraviolet light emission is not remarkable, and if it exceeds 1.0 at%, ultraviolet light is emitted. This is because the luminance starts to decrease. The decrease in luminance is considered to be because tungsten is easily concentrated on the surface.

なお、紫外発光材料は、酸化亜鉛と、上述した2種類または3種類の添加物を含めば良いが、その特性を損なわない範囲内で、他の成分を含む事も可能である。
例えば、酸化マグネシウムは、酸化亜鉛に少量固溶し、そのバンドギャップを大きくする(すなわち、発光波長を短波長側にシフトさせる)効果があるが、この酸化亜鉛−酸化マグネシウム固溶系に対しても、上述の2種類または3種類の添加物を用いる事によって、緑色発光を抑制し、紫外発光強度を改善する効果がある。この場合、主成分としての陽イオンの量は、亜鉛とマグネシウムの合計量である。
The ultraviolet light-emitting material may contain zinc oxide and the above-described two or three kinds of additives, but may contain other components within the range not impairing the characteristics.
For example, magnesium oxide dissolves in a small amount in zinc oxide and has the effect of increasing its band gap (that is, shifting the emission wavelength to the short wavelength side), but this zinc oxide-magnesium oxide solid solution system is also effective. By using the above-mentioned two or three kinds of additives, there is an effect of suppressing the green light emission and improving the ultraviolet light emission intensity. In this case, the amount of cation as the main component is the total amount of zinc and magnesium.

図8は、A(Znに対してGa及びPを1.0at%づつ添加したZnO)と、B(添加物を加えていないZnO)について、PL発光のスペクトルを測定した結果を示す図である。
当図に示すように、A(Ga,Pを添加したZnO)は、380nm付近に強い発光ピークを持っている。一方、B(無添加のZnO)は500nm付近に大きな発光ピークを持っている。
FIG. 8 is a diagram showing the results of measuring PL emission spectra for A (ZnO added with Ga and P by 1.0 at% each with respect to Zn) and B (ZnO with no additive added). .
As shown in the figure, A (ZnO doped with Ga and P) has a strong emission peak in the vicinity of 380 nm. On the other hand, B (undoped ZnO) has a large emission peak in the vicinity of 500 nm.

このように、Ga,Pを添加したZnOは、400nm以下に発光ピークを持つ紫外光を効率よく発光することがわわかる。
[紫外発光材料の合成方法、紫外発光層11の成膜方法]
上記の紫外発光材料を合成する出発原料は、亜鉛化合物と、第1添加物であるアルミニウム、ガリウム、インジウムから選択された元素の化合物と、第2添加物であるリンの化合物である。
Thus, it can be seen that ZnO doped with Ga and P efficiently emits ultraviolet light having an emission peak at 400 nm or less.
[Method for synthesizing ultraviolet light emitting material, method for forming ultraviolet light emitting layer 11]
The starting materials for synthesizing the ultraviolet light emitting material are a zinc compound, a compound of an element selected from aluminum, gallium, and indium as a first additive, and a phosphorus compound as a second additive.

亜鉛化合物については、酸化亜鉛ZnO、水酸化亜鉛Zn(OH)2、炭酸亜鉛ZnCO3等を用いれば良く、一般的にはZnOで良い。
第1添加物(アルミニウム、ガリウム、インジウムの1種以上)の化合物についても、それぞれ酸化物、水酸化物、炭酸塩等を出発物質として用いれば良く、一般には酸化物で良い。
As for the zinc compound, zinc oxide ZnO, zinc hydroxide Zn (OH) 2 , zinc carbonate ZnCO 3 or the like may be used, and generally ZnO may be used.
As for the compound of the first additive (one or more of aluminum, gallium, and indium), oxides, hydroxides, carbonates and the like may be used as starting materials, respectively, and generally oxides may be used.

第2添加物(リン)の化合物については、酸化物を出発物質として用いることも可能であるが、一般的なリンの酸化物P25は、吸湿性が高く水分と激しく反応するため、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム等のリン酸塩を用いれば良い。これらのアンモニウム塩は、加熱すると、低温でアンモニアと水を放出してP25となるため、直接P25を用いるのと同じ効果が得られる。 As for the compound of the second additive (phosphorus), an oxide can be used as a starting material. However, a general phosphorus oxide P 2 O 5 is highly hygroscopic and reacts violently with moisture. Phosphorates such as diammonium hydrogen phosphate and ammonium dihydrogen phosphate may be used. When these ammonium salts are heated, ammonia and water are released at a low temperature to become P 2 O 5 , so that the same effect as using P 2 O 5 directly can be obtained.

なお、リンの酸化物や塩を用いても、リンの酸化物自体が昇華性があり、ZnOと反応させるために加熱すると、反応前に昇華する場合があり、目的の材料組成物が得られにくいので、これを防ぐために、リンを必要量以上に過剰に添加する方法や、あるいは、予めリンと亜鉛の化合物である、リン酸亜鉛を合成して用いれば良い。
さらに望ましくは、第1添加物と第2添加物の両方を含む化合物を用いることが好ましい。その具体例として、例えば、リン化アルミニウムAlP、リン化ガリウムGaP、リン化インジウムInPが挙げられる。
Even if phosphorus oxide or salt is used, the phosphorus oxide itself is sublimable, and if heated to react with ZnO, it may sublime before reaction, and the desired material composition is obtained. In order to prevent this, in order to prevent this, a method in which phosphorus is added excessively more than the necessary amount, or zinc phosphate, which is a compound of phosphorus and zinc in advance, may be synthesized and used.
More desirably, a compound containing both the first additive and the second additive is preferably used. Specific examples thereof include aluminum phosphide AlP, gallium phosphide GaP, and indium phosphide InP.

ただし、これらのリン化合物は、一般に高価であり、また水分と反応して毒性の高いリン化水素を発生する可能性もあるので、より望ましい化合物として、リン酸アルミニウム、リン酸ガリウム、リン酸インジウムが挙げられる。
このように第1添加物及び第2添加物を含む化合物を用いると、比較的少量の添加物量でも、輝度向上が顕著となる。これは、リンの蒸発が抑えられるとともに、アルミニウム、ガリウム、インジウムの最近傍にリンが存在するために、ZnOへの固溶が促進されるためと考えられる。
However, since these phosphorus compounds are generally expensive and may react with moisture to generate highly toxic hydrogen phosphide, more preferable compounds include aluminum phosphate, gallium phosphate, and indium phosphate. Is mentioned.
Thus, when the compound containing the 1st additive and the 2nd additive is used, a brightness improvement will become remarkable even with a comparatively small amount of additives. This is presumably because the evaporation of phosphorus is suppressed and the presence of phosphorus in the nearest vicinity of aluminum, gallium, and indium promotes the solid solution in ZnO.

上記の出発物質から紫外発光体を合成し成膜する形態として、固相法、液相法、気相法が挙げられる。
固相法では、それぞれの金属を含む原料粉末(金属酸化物、金属炭酸塩等)を混合し、混合物を、ある程度以上の温度で熱処理して反応させることによってZnOをベースとした紫外発光材料を得る。そして、この材料を溶剤に分散させて、分散液を第2電極14上に塗布することによって、紫外発光層11の成膜を行う。
As a form of synthesizing an ultraviolet luminescent material from the above starting material and forming a film, there are a solid phase method, a liquid phase method, and a gas phase method.
In the solid phase method, a raw material powder (metal oxide, metal carbonate, etc.) containing each metal is mixed, and the mixture is subjected to a heat treatment at a temperature of a certain level or more to react, whereby an ultraviolet light emitting material based on ZnO is obtained. obtain. Then, the ultraviolet light emitting layer 11 is formed by dispersing this material in a solvent and applying the dispersion onto the second electrode 14.

液相法では、各金属を含む溶液を作り、この溶液から固相を沈殿させる。そして、得られた固相を、第1電極13上に塗布することによって紫外発光層11の成膜を行う。
あるいは、各金属を含む溶液を、塗布した後、乾燥して、ある程度以上の温度で熱処理等を行うことによって固相とする方法で紫外発光層11の成膜を行う。
気相法では、上記の原料粉末の混合物を、蒸着、スパッタリング、CVD等の方法によって、第2電極14上に薄膜状に成膜する。
In the liquid phase method, a solution containing each metal is made, and a solid phase is precipitated from this solution. Then, the ultraviolet light emitting layer 11 is formed by applying the obtained solid phase onto the first electrode 13.
Alternatively, the ultraviolet light emitting layer 11 is formed by a method in which a solution containing each metal is applied and then dried and subjected to a heat treatment or the like at a temperature of a certain level to obtain a solid phase.
In the vapor phase method, the mixture of the raw material powders is formed into a thin film on the second electrode 14 by a method such as vapor deposition, sputtering, or CVD.

上記いずれの方法を用いてもよいが、粉末形態の材料で紫外発光層11を形成する場合は、固相法を用いることが、比較的製造コストが低く且つ大量に製造することも容易な点で適している。
紫外発光材料を固相法で合成する場合、原料の混合物を熱処理して反応させる。また液相法や気相法で合成した場合でも、その結晶性を改善し、紫外発光輝度をより向上させるために、熱処理を行った方が良い場合が多い。
Any of the above methods may be used. However, when the ultraviolet light emitting layer 11 is formed of a material in a powder form, the use of the solid phase method is relatively inexpensive and easy to manufacture in large quantities. Suitable for.
When an ultraviolet light emitting material is synthesized by a solid phase method, a mixture of raw materials is reacted by heat treatment. Also, even when synthesized by a liquid phase method or a gas phase method, it is often better to perform heat treatment in order to improve the crystallinity and further improve the ultraviolet emission luminance.

この際、熱処理を、酸素を多く含む雰囲気で行うと、紫外発光強度が改善されにくいため、酸素を多く含む酸化性のある大気中ではなく、窒素ガスやアルゴンガス、ヘリウムガス等の中性の雰囲気下で熱処理する事が望ましい。
通常は安価な窒素ガス中で熱処理すれば良い。窒素ガスに含まれる酸素濃度としては100ppm以下が好ましく、10ppm以下がより望ましい。
At this time, if the heat treatment is performed in an atmosphere containing a large amount of oxygen, the ultraviolet emission intensity is difficult to improve, so that the neutrality of nitrogen gas, argon gas, helium gas, etc. is not present in an oxidizing atmosphere containing a large amount of oxygen. It is desirable to perform heat treatment in an atmosphere.
Usually, heat treatment may be performed in an inexpensive nitrogen gas. The concentration of oxygen contained in the nitrogen gas is preferably 100 ppm or less, and more preferably 10 ppm or less.

紫外発光材料を合成する別の方法として、ZnO粒子にGa,Pを注入することによって、Ga,Pが添加されたZnO粒子を作製する方法もある。
そして、この方法で製造された紫外発光材料の粒子を、第1電極13上に塗布することによって、紫外発光層11を形成することもできる。
さらに、紫外発光層11を形成する別の方法として、第1電極13上にZnOを薄膜形成し、そのZnO膜にGa,Pを注入することによって、Ga,Pが添加されたZnOからなる紫外発光層11を形成する方法もある。
As another method for synthesizing the ultraviolet light emitting material, there is a method of producing ZnO particles to which Ga and P are added by injecting Ga and P into the ZnO particles.
And the ultraviolet light emitting layer 11 can also be formed by apply | coating the particle | grains of the ultraviolet light emitting material manufactured by this method on the 1st electrode 13. FIG.
Furthermore, as another method of forming the ultraviolet light emitting layer 11, a thin film of ZnO is formed on the first electrode 13, and Ga and P are injected into the ZnO film, thereby forming an ultraviolet made of ZnO to which Ga and P are added. There is also a method of forming the light emitting layer 11.

[p型半導体層12の材料]
p型半導体層12は、Zn、M,Oからなるp型半導体材料で形成する(Mは、3d電子を最外殻に持ち4s軌道よりも3d軌道のエネルギレベルが高い元素であって、具体的には、Ni,Cuである)。
このp型半導体材料は、低温での成膜性に優れるので、500℃以下の比較的低い温度でも、基板上あるいはn型半導体層の上に低抵抗の薄膜を形成することができる。
[Material of p-type semiconductor layer 12]
The p-type semiconductor layer 12 is formed of a p-type semiconductor material composed of Zn, M, and O (M is an element having 3d electrons in the outermost shell and having a higher energy level of 3d orbitals than 4s orbitals. Specifically, they are Ni and Cu).
Since this p-type semiconductor material is excellent in film formability at a low temperature, a low-resistance thin film can be formed on a substrate or an n-type semiconductor layer even at a relatively low temperature of 500 ° C. or lower.

そして、このp型半導体材料を、ZnO層の上に積層することによって、p型半導体材料層とn型のZnO層とをヘテロ接合した素子を形成することができ、青色領域から紫外領域までの発光素子を形成できる。
p型半導体材料の薄膜を形成するには、ZnOとMOの混合材料を、スパッタターゲットとして、基板上あるいはZnO層などの上にスパッタリングすればよい。
Then, by stacking the p-type semiconductor material on the ZnO layer, an element in which the p-type semiconductor material layer and the n-type ZnO layer are heterojunction can be formed. A light emitting element can be formed.
In order to form a thin film of p-type semiconductor material, a mixed material of ZnO and MO may be sputtered on a substrate or a ZnO layer as a sputtering target.

なお、この薄膜形成は、還元雰囲気で行うとn型になりやすいので、酸化性雰囲気下で行うことがp型半導体膜を形成することが好ましい。
上記組成の材料がp型半導体の性質を持つのは、3d電子を最外殻に持ち4s軌道よりも3d軌道のエネルギレベルが高い元素は、ZnOと混合されることによって、その4s軌道にホールを形成しやすいためと考えられる。
Note that since this thin film formation is likely to be n-type when performed in a reducing atmosphere, it is preferable to form a p-type semiconductor film in an oxidizing atmosphere.
The material having the above composition has the property of a p-type semiconductor because an element having 3d electrons in the outermost shell and having a higher energy level in the 3d orbit than the 4s orbital is mixed with ZnO so that a hole is formed in the 4s orbital. It is thought that this is easy to form.

上記p型半導体材料は、組成が、Zn1-xxO(ただし、Mは、3d電子を最外殻に持ち4s軌道よりも3d軌道のエネルギレベルが高い元素。0<x<1)で表わされるものが好ましい。Zn1-xxOは、ZnOとMOが混ざり合った酸化物であって、xは、ZnとMの合計モル数に対するMのモル数の比率である。
このp型半導体材料は、非結晶状態であってもかまわないが、優れた特性を得るために、結晶性化合物であることが望ましい。
The p-type semiconductor material has a composition of Zn 1-x M x O (where M is an element having 3d electrons in the outermost shell and having a higher energy level in the 3d orbital than the 4s orbital, 0 <x <1). Is preferred. Zn 1-x M x O is an oxide in which ZnO and MO are mixed, and x is the ratio of the number of moles of M to the total number of moles of Zn and M.
The p-type semiconductor material may be in an amorphous state, but is desirably a crystalline compound in order to obtain excellent characteristics.

結晶性化合物の場合、ZnO結晶におけるZnが部分的にMに置き換わった混晶、あるいは、MO結晶におけるMが部分的にZnに置き換わった混晶でもよいし、ZnO結晶とMO結晶とが混ざり合った結晶混合体であってもよい。
p型半導体層12を形成する材料の具体例として、(1)Zn1-xNixOと(2)Zn1-xCuxOについて、以下に説明する。
In the case of a crystalline compound, it may be a mixed crystal in which Zn in the ZnO crystal is partially replaced with M, or a mixed crystal in which M in the MO crystal is partially replaced with Zn, or the ZnO crystal and the MO crystal are mixed. It may be a crystal mixture.
As specific examples of the material for forming the p-type semiconductor layer 12, (1) Zn1-xNixO and (2) Zn1-xCuxO will be described below.

(1)Zn1-xNixOは、ZnOとNiOとが混ざり合った酸化物であって、xは、ZnとNiの合計モル数に対するNiモル数の比率である。
Zn1-xNixOは、ZnOにおけるZnが部分的にNiに置き換わった化合物、あるいは、NiOにおけるNiが部分的にZnに置き換わった化合物ということもできる。
Zn1-xNixOの結晶形としては、ZnOの結晶(ウルツ型)とNiOの結晶(NaCl型)が混合された混合形でもよいし、ZnOの結晶構造をもった混晶、あるいは、NiOの結晶構造を持った混晶であってもよい。
(1) Zn 1-x Ni x O is an oxide in which ZnO and NiO are mixed, and x is the ratio of the number of moles of Ni to the total number of moles of Zn and Ni.
Zn 1-x Ni x O can also be referred to as a compound in which Zn in ZnO is partially replaced with Ni, or a compound in which Ni in NiO is partially replaced with Zn.
The crystal form of Zn 1-x Ni x O may be a mixed form in which a ZnO crystal (Wurtz type) and a NiO crystal (NaCl type) are mixed, a mixed crystal having a ZnO crystal structure, or A mixed crystal having a crystal structure of NiO may be used.

Zn1-xNixO系材料は、低温で薄膜形成が可能なp型半導体であって、ZnO層の上で優れたヘテロ接合を形成することができる。
図2は、Zn1-xNixOからなるp型半導体層12とn型ZnOからなる紫外発光層11とをヘテロ接合した素子において、紫外発光層11及びp型半導体層12のエネルギレベルを示す図である。
The Zn 1-x Ni x O-based material is a p-type semiconductor capable of forming a thin film at a low temperature, and can form an excellent heterojunction on the ZnO layer.
FIG. 2 shows energy levels of the ultraviolet light emitting layer 11 and the p type semiconductor layer 12 in an element in which a p-type semiconductor layer 12 made of Zn 1-x Ni x O and an ultraviolet light emitting layer 11 made of n-type ZnO are heterojunctioned. FIG.

紫外発光層11の価電子帯トップに対して、p型半導体層12の価電子帯トップはエネルギレベルが高い(価電子帯トップがオフセットしている)。ここで、p型半導体層12を構成するZn1-xNixOにおけるxの値を大きくするほど、このオフセット量も大きくなる。
そして、このオフセット量が大きくなると、pn接合素子におけるホール注入効率や逆バイアスの耐圧が低下するので、xの値は0.65以下に設定して、価電子帯トップのオフセット量を1eV以内に抑えることが好ましく、xの値は小さい方が好ましい。
The energy level of the valence band top of the p-type semiconductor layer 12 is higher than the valence band top of the ultraviolet light emitting layer 11 (the valence band top is offset). Here, as the value of x in Zn 1-x Ni x O constituting the p-type semiconductor layer 12 is increased, this offset amount is also increased.
When this offset amount increases, the hole injection efficiency and the reverse bias withstand voltage in the pn junction element decrease. Therefore, the value of x is set to 0.65 or less, and the offset amount of the valence band top is within 1 eV. It is preferable to suppress it, and it is preferable that the value of x is small.

一方、電気伝導タイプをp型とし、電気抵抗を低く抑えることを考慮すると、Zn1-XNixOにおけるXの値は0.13以上であることが好ましい。
(2)Zn1-xCuxOは、ZnOとCuOとが混合された酸化物であって、xは、ZnとCuの合計モル数に対するCuモル数の比率である。
Zn1-xCuxOは、ZnOにおけるZnが部分的にCuに置き換わった化合物ということもできる。
On the other hand, considering that the electric conduction type is p-type and electric resistance is kept low, the value of X in Zn1-XNi x O is preferably 0.13 or more.
(2) Zn 1-x CuxO is an oxide in which ZnO and CuO are mixed, and x is the ratio of the number of moles of Cu to the total number of moles of Zn and Cu.
Zn 1-x Cu x O can also be said to be a compound in which Zn in ZnO is partially replaced by Cu.

Zn1-xCuxOの結晶形としては、ZnOの結晶とCuOの結晶が混ざりあった混合形でもよいし、ZnOの結晶構造をもった混晶、あるいは、CuOの結晶構造を持った混晶であってもよい。
Zn1-xCuO材料は、低温で薄膜形成が可能なp型半導体であって、ZnO層の上に優れたヘテロ接合を形成することができる。
The crystal form of Zn 1-x Cu x O may be a mixed form in which a ZnO crystal and a CuO crystal are mixed, a mixed crystal having a ZnO crystal structure, or a mixed crystal having a CuO crystal structure. It may be a crystal.
The Zn 1-x Cu x O material is a p-type semiconductor capable of forming a thin film at a low temperature, and can form an excellent heterojunction on the ZnO layer.

Zn1-xCuxO材料は、xの値が大きいほど、ZnOに対する価電子帯トップのオフセット量が大きくなり、ZnO層とpn接合素子を形成したときにホール注入効率や逆バイアスの耐圧が低下する。また、Zn1-xCuxO材料は、xの値が大きいほどバンドギャップも狭くなる。
従って、これらを良好に保つ観点からxの値を0.10以下に設定してZnOに対する価電子帯トップのオフセット量を1eV以内に抑えることが好ましく、xの値は小さい方が好ましい。
In the Zn 1-x Cu x O material, as the value of x increases, the offset amount of the valence band top with respect to ZnO increases, and when a ZnO layer and a pn junction element are formed, the hole injection efficiency and the reverse bias withstand voltage are reduced. descend. In addition, the Zn 1-x Cu x O material has a narrower band gap as the value of x increases.
Therefore, it is preferable to set the value of x to 0.10 or less from the viewpoint of maintaining these in good condition, and to suppress the offset amount of the valence band top with respect to ZnO within 1 eV, and it is preferable that the value of x is small.

一方、電気伝導タイプをp型にすることと、電気抵抗を小さくすることを考慮すると、Zn1-xCuxOにおけるXの値は0.05以上であることが好ましい。
なお、p型半導体層12の材料は、ZnOをベースとするp型半導体材料で形成することが好ましいが、価電子帯トップのオフセット量が1eV以内であるGaNなどのp型半導体材料であっても構わない。
On the other hand, considering that the electric conduction type is p-type and the electric resistance is reduced, the value of X in Zn 1-x Cu x O is preferably 0.05 or more.
The material of the p-type semiconductor layer 12 is preferably formed of a ZnO-based p-type semiconductor material, but is a p-type semiconductor material such as GaN having a valence band top offset amount of 1 eV or less. It doesn't matter.

また、価電子帯トップのオフセット量が1eV以上であるNiOなどのp型半導体材料と、ZnOをベースとするn型半導体材料を形成した発光素子であっても、ホール注入効率や発光効率は低下するが、発光を確認することができる。
[p型半導体層12の形成方法]
上記のように、紫外発光層11を、粒子の塗布あるいは薄膜形成によって形成した後に、紫外発光層11の上にp型半導体層12を積層形成するが、p型半導体層12を形成する方法も、p型半導体材料をスパッタなどの方法で薄膜形成する方法と、p型半導体材料を溶媒に分散させた液を塗布して乾燥する方法とがある。
In addition, even in a light-emitting element in which a p-type semiconductor material such as NiO having an offset amount at the top of the valence band of 1 eV or more and an n-type semiconductor material based on ZnO are formed, the hole injection efficiency and the light emission efficiency are reduced. However, light emission can be confirmed.
[Method of forming p-type semiconductor layer 12]
As described above, after the ultraviolet light emitting layer 11 is formed by applying particles or forming a thin film, the p-type semiconductor layer 12 is laminated on the ultraviolet light emitting layer 11. A method for forming the p-type semiconductor layer 12 is also available. There are a method of forming a thin film of a p-type semiconductor material by a method such as sputtering, and a method of applying and drying a liquid in which a p-type semiconductor material is dispersed in a solvent.

また、その他に、以下に説明するように、イオン注入でp型半導体層12を形成する方法もある。
図3(a),(b)は、p型半導体層12をイオン注入で形成する方法を説明する図である。
図3(a)に示すように、基板10の上に第1電極13を形成し、第1電極13の上に、紫外発光材料(ZnOに、第1添加物であるアルミニウム、ガリウム、インジウムの化合物と、第2添加物であるリン化合物が含まれる)の粒子を塗布することによって紫外発光材料層11aを形成する。あるいは、紫外発光材料を薄膜形成することによって紫外発光材料層11aを形成する。
In addition, as described below, there is a method of forming the p-type semiconductor layer 12 by ion implantation.
3A and 3B are views for explaining a method of forming the p-type semiconductor layer 12 by ion implantation.
As shown in FIG. 3A, a first electrode 13 is formed on a substrate 10, and an ultraviolet light emitting material (ZnO containing aluminum, gallium, and indium as a first additive is formed on the first electrode 13. The ultraviolet light emitting material layer 11a is formed by applying particles of a compound and a phosphorus compound as the second additive). Alternatively, the ultraviolet light emitting material layer 11a is formed by forming a thin film of an ultraviolet light emitting material.

そして、形成した紫外発光材料層11aの表面部分に、図3(a)に示すようにM(NiあるいはCu)をイオン注入する。それによって図3(b)に示すように、紫外発光材料層11aの表面部分におけるZnOのZが一部Mに置換されて、p型半導体層12が形成される。
形成されたp型半導体層12には、Zn1-xxOに、第1添加物であるアルミニウム、ガリウム、インジウムと、第2添加物であるリンが添加されている。
Then, M (Ni or Cu) is ion-implanted into the surface portion of the formed ultraviolet light emitting material layer 11a as shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 3B, a part of Z of ZnO in the surface portion of the ultraviolet light emitting material layer 11a is partially replaced with M, and the p-type semiconductor layer 12 is formed.
In the formed p-type semiconductor layer 12, aluminum, gallium, and indium as the first additive and phosphorus as the second additive are added to Zn 1-x M x O.

また、紫外発光材料層11aのうち、Mが注入された表面部分を除く領域は、紫外発光層11となる。
なお、紫外発光材料の粒子を塗布する方法で紫外発光材料層11aを形成した場合は、p型半導体層12も粒子が凝集した形態で形成され、薄膜形成法で紫外発光材料層11aを形成した場合は、p型半導体層12も薄膜形態で形成される。
Moreover, the area | region except the surface part into which M was inject | poured among the ultraviolet light emitting material layers 11a becomes the ultraviolet light emitting layer 11.
When the ultraviolet light emitting material layer 11a is formed by a method of applying particles of the ultraviolet light emitting material, the p-type semiconductor layer 12 is also formed in a form in which the particles are aggregated, and the ultraviolet light emitting material layer 11a is formed by a thin film forming method. In this case, the p-type semiconductor layer 12 is also formed in a thin film form.

そして、p型半導体層12の上に第2電極14などを形成することによって、発光素子1を作製することができる。
[発光素子1による効果]
発光素子1は、ZnOをベースとした紫外発光層11に、p型半導体層12がpnヘテロ接合した構造の紫外光放射部15を有し、紫外領域の光を高効率で放射することができる。
Then, by forming the second electrode 14 or the like on the p-type semiconductor layer 12, the light emitting element 1 can be manufactured.
[Effects of Light-Emitting Element 1]
The light emitting element 1 has an ultraviolet light emitting portion 15 having a structure in which a p-type semiconductor layer 12 is pn heterojunctioned to an ultraviolet light emitting layer 11 based on ZnO, and can emit light in the ultraviolet region with high efficiency. .

特に、紫外発光層11を、ZnOに第1添加物(アルミニウム、ガリウム、インジウムの一種類以上)及び第二の添加物(リン)を添加した材料で形成し、p型半導体層1212をZnOをベースとしたp型半導体材料で形成することによって、紫外光を高効率で発光することができる。
そして、蛍光体層でこの紫外光を可視光に変換するので、用いる蛍光体層の種類によって幅広い色の可視光を出すことができる。
In particular, the ultraviolet light emitting layer 11 is formed of a material obtained by adding a first additive (one or more types of aluminum, gallium, and indium) and a second additive (phosphorus) to ZnO, and the p-type semiconductor layer 1212 is made of ZnO. By forming the base p-type semiconductor material, ultraviolet light can be emitted with high efficiency.
Since this ultraviolet light is converted into visible light by the phosphor layer, visible light of a wide range of colors can be emitted depending on the type of phosphor layer used.

また、紫外発光層11の価電子帯トップに対するp型半導体層12の価電子帯トップのオフセット量を1eV以内に抑えることによって駆動電圧を低く抑え、ホール注入効率や発光効率を良好に保ち、逆バイアスに対する耐圧も良好にすることができる。
また、発光素子1を構成する各層は、500℃以下の低温でも形成することができるので、基板10としてガラス基板を用いることができる。従って、発光素子1は大面積の素子に適している。
Further, by suppressing the offset amount of the valence band top of the p-type semiconductor layer 12 with respect to the valence band top of the ultraviolet light emitting layer 11 within 1 eV, the driving voltage is kept low, and the hole injection efficiency and the light emission efficiency are kept good. The breakdown voltage against the bias can also be improved.
In addition, each layer included in the light-emitting element 1 can be formed at a low temperature of 500 ° C. or lower, and thus a glass substrate can be used as the substrate 10. Therefore, the light-emitting element 1 is suitable for a large-area element.

[p型半導体層を各ZnO粒子の表面上に形成する形態]
上記図1に示したように、p型半導体層12は紫外発光層11の上に積層して形成する形態が好ましいが、紫外発光層11を構成する各ZnO粒子の表面を取り囲むようにp型半導体層を形成する形態も考えられる。
すなわち、図3(c)に示すように、ZnOをベースとする紫外発光材料からなる粒子粉末を準備して、各紫外発光粒子11cの表面にp型半導体層12aを形成する。このp型半導体層12aを形成する方法としては、ZnOをベースとする粉末バルクに対して、p型半導体材料Zn1-xxOでをスパッタリングして各紫外発光粒子11cの表面に薄膜形成してもよいし、上記粉末バルクに、M(NiあるいはCu)をイオン注入する方法で各紫外発光粒子11cの表面にp型半導体層12aを形成してもよい。
[Form in which p-type semiconductor layer is formed on the surface of each ZnO particle]
As shown in FIG. 1, the p-type semiconductor layer 12 is preferably formed by being laminated on the ultraviolet light emitting layer 11. However, the p type semiconductor layer 12 surrounds the surface of each ZnO particle constituting the ultraviolet light emitting layer 11. A form in which a semiconductor layer is formed is also conceivable.
That is, as shown in FIG. 3C, a particle powder made of an ultraviolet light emitting material based on ZnO is prepared, and a p-type semiconductor layer 12a is formed on the surface of each ultraviolet light emitting particle 11c. As a method of forming the p-type semiconductor layer 12a, a thin film is formed on the surface of each ultraviolet light emitting particle 11c by sputtering a powder bulk based on ZnO with a p-type semiconductor material Zn 1-x M x O. Alternatively, the p-type semiconductor layer 12a may be formed on the surface of each ultraviolet light emitting particle 11c by a method of ion-implanting M (Ni or Cu) into the powder bulk.

そして、表面にp型半導体層12aを形成した紫外発光粒子11cを、第1電極13の上に塗布することによって、図3(d)に示すように、p型半導体層12a付きの紫外発光粒子11cからなる紫外発光層16を形成する。
この紫外発光層16の上に、第2電極14などを形成することによって、発光素子1を作製することができる。
Then, the ultraviolet light-emitting particles 11c having the p-type semiconductor layer 12a formed on the surface are coated on the first electrode 13, so that the ultraviolet light-emitting particles with the p-type semiconductor layer 12a are applied as shown in FIG. An ultraviolet light emitting layer 16 made of 11c is formed.
By forming the second electrode 14 or the like on the ultraviolet light emitting layer 16, the light emitting element 1 can be manufactured.

紫外発光層11、p型半導体層12と第1電極13との間にホール輸送層を設け、紫外発光層11と第2電極との間に電子輸送層を設けてもよい。
ホール輸送層、電子輸送層を設ける場合も、これらの層を微粒子(粉体)で構成してもよいし、成膜しても良い。
紫外発光層11の上にp型半導体層12を形成する代わりに、紫外発光材料からなる粒子の周囲を、Zn1-xxOで被覆し、そして、被覆した粒子を、第2電極14の上に塗布して、焼結することによって、Zn1-xxOで被覆された紫外発光材料からなる粒子で形成された紫外発光層ができる。
A hole transport layer may be provided between the ultraviolet light-emitting layer 11, the p-type semiconductor layer 12, and the first electrode 13, and an electron transport layer may be provided between the ultraviolet light-emitting layer 11 and the second electrode.
Also when providing a hole transport layer and an electron transport layer, these layers may be composed of fine particles (powder) or may be formed.
Instead of forming the p-type semiconductor layer 12 on the ultraviolet light emitting layer 11, the periphery of the particles made of the ultraviolet light emitting material is coated with Zn 1-x M x O, and the coated particles are coated with the second electrode 14. By coating on and sintering, an ultraviolet light emitting layer formed of particles made of an ultraviolet light emitting material coated with Zn 1-x M x O can be obtained.

[紫外発光層11が基板を兼ねる変形例]
図1に示す発光素子1において、紫外発光層11の材料となるZnO粒子(第1添加物であるアルミニウム、ガリウム、インジウム、及び第2添加物であるリンを添加したもの)を、基板状に成形すれば、紫外発光層11が基板の役割も果たすので、基板10を省略することもできる。
[Modification in which the ultraviolet light emitting layer 11 also serves as a substrate]
In the light-emitting element 1 shown in FIG. 1, ZnO particles (a first additive added with aluminum, gallium, indium, and a second additive phosphorus) as a material of the ultraviolet light-emitting layer 11 are formed in a substrate shape. If molded, the ultraviolet light emitting layer 11 also serves as a substrate, so that the substrate 10 can be omitted.

例えば、上記第1添加物、第2添加物を含むZnO粒子を、加圧成型した後、焼結することによって、板状に形成する。
こうして作製された基板状の紫外発光層11の背面に第1電極13を形成し、上面にp型半導体層12及び第2電極14を形成することによって、紫外光放射部15を形成することもできる。
For example, the ZnO particles containing the first additive and the second additive are pressed and then sintered to form a plate shape.
The ultraviolet light emitting portion 15 may be formed by forming the first electrode 13 on the back surface of the substrate-like ultraviolet light emitting layer 11 thus fabricated and forming the p-type semiconductor layer 12 and the second electrode 14 on the upper surface. it can.

以下に発光素子1を画像表示装置に適用した実施例1、平面発光パネルに適用した実施例2、発光素子パッケージに適用した実施例3を紹介する。
[実施例1] 画像表示装置
画像表示装置2の構成:
図4は、実施例1にかかる画像表示装置2の主要部を模式的に示す平面図であって、蛍光体層は省略して描いている。
Embodiment 1 in which the light emitting element 1 is applied to an image display device, Embodiment 2 in which the light emitting element 1 is applied to a flat light emitting panel, and Embodiment 3 in which the light emitting element package is applied are introduced below.
[Example 1] Image display device Configuration of image display device 2:
FIG. 4 is a plan view schematically showing the main part of the image display device 2 according to the first embodiment, in which the phosphor layer is omitted.

図5は、画像表示装置2の断面を示す図である。
画像表示装置2は、基板30の上に、横方向に伸長する第2電極34がストライプ状に設けられ、これと直交する方向に伸長するストライプ状の第1電極33が設けられ、その交差部には、紫外発光層31及びp型半導体層32が介挿されている。
このようにして、基板30上に紫外発光層31、p型半導体層32、第1電極33および第2電極34からなる紫外光放射部35が、マトリクス状に配置された構成となっている。
FIG. 5 is a view showing a cross section of the image display device 2.
The image display device 2 is provided with a second electrode 34 extending in a horizontal direction on a substrate 30 in a stripe shape, and a stripe-shaped first electrode 33 extending in a direction perpendicular to the second electrode 34. An ultraviolet light emitting layer 31 and a p-type semiconductor layer 32 are interposed in the gap.
In this way, the ultraviolet light emitting portion 35 including the ultraviolet light emitting layer 31, the p-type semiconductor layer 32, the first electrode 33, and the second electrode 34 is arranged on the substrate 30 in a matrix.

紫外発光層31は、上記紫外発光層11と同様、ZnOをベースとし、第1添加物としてアルミニウム、ガリウム、インジウムの一種類以上、第二の添加物としてリンを添加した半導体材料を成膜して形成する。
p型半導体層32は、上記p型半導体層12と同様、ZnOをベースとするp型半導体材料を成膜して形成する。
Similarly to the ultraviolet light emitting layer 11, the ultraviolet light emitting layer 31 is formed of a semiconductor material based on ZnO, in which one or more kinds of aluminum, gallium, and indium are added as the first additive and phosphorus is added as the second additive. Form.
The p-type semiconductor layer 32 is formed by forming a p-type semiconductor material based on ZnO in the same manner as the p-type semiconductor layer 12.

また、p型半導体層12に積層された第2電極14、及び紫外発光層11に積層された第1電極13を備える。第1電極33は、例えばAlを真空プロセスで成膜して形成し、第2電極34は、例えばITOを真空プロセスで成膜して形成する。
そして、第1電極13と第2電極14との間に駆動電圧を印加することによって紫外発光層11が波長400nm以下の紫外光を放射する。
In addition, a second electrode 14 laminated on the p-type semiconductor layer 12 and a first electrode 13 laminated on the ultraviolet light emitting layer 11 are provided. The first electrode 33 is formed, for example, by forming a film of Al by a vacuum process, and the second electrode 34 is formed, for example, by forming a film of ITO by a vacuum process.
Then, by applying a driving voltage between the first electrode 13 and the second electrode 14, the ultraviolet light emitting layer 11 emits ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less.

図5に示すように、紫外光放射部35を被覆する蛍光体層41が配設されている。
蛍光体層41は、複数種類(例えば青,緑,赤の3種類)の蛍光体の中いずれかが設けられている。
すなわち、マトリクス状に配置された紫外発光素子の各列に対して、赤色発光を行う蛍光体、緑色発光を行う蛍光体または青色発光を行う蛍光体が順に配設されている。
As shown in FIG. 5, a phosphor layer 41 that covers the ultraviolet light emitting portion 35 is provided.
The phosphor layer 41 is provided with any of a plurality of types of phosphors (for example, three types of blue, green, and red).
That is, a phosphor that emits red light, a phosphor that emits green light, or a phosphor that emits blue light is sequentially arranged for each column of ultraviolet light emitting elements arranged in a matrix.

各色蛍光体の例としては、次のものが挙げられる。
青 BaMgA1117:Eu2+
緑 BaO・6Al23:Mn
赤 (Y,Gd)BO3:Eu
そして、3つの紫外発光層31及び3色の蛍光体層を1組として、画像の基本単位である画素が構成されている。
Examples of each color phosphor include the following.
Blue BaMgA 11 O 17 : Eu 2+
Green BaO.6Al 2 O 3 : Mn
Red (Y, Gd) BO 3 : Eu
A set of three ultraviolet light emitting layers 31 and three color phosphor layers constitutes a pixel as a basic unit of an image.

基板30は、非導電性の材料、例えば合成石英ガラスや透明なプラスチックなどの硬質材料で形成する。基板30の大きさ、厚み、形状などは、画像表示装置の目的に応じて設定すればよい。
カバー基板42は、透光性を有する材料で形成され、各蛍光体層41を覆っている。 カバー基板42には、隣り合う蛍光体層41同士を仕切る隔壁42aが設けられ、各蛍光体層41の周囲は隔壁42aによって取り囲まれている。
The substrate 30 is formed of a non-conductive material, for example, a hard material such as synthetic quartz glass or transparent plastic. What is necessary is just to set the magnitude | size, thickness, shape, etc. of the board | substrate 30 according to the objective of an image display apparatus.
The cover substrate 42 is formed of a light-transmitting material and covers each phosphor layer 41. The cover substrate 42 is provided with partition walls 42a for partitioning adjacent phosphor layers 41, and the periphery of each phosphor layer 41 is surrounded by the partition walls 42a.

画像表示装置2の駆動方法:
画像表示装置2の第1電極33及び第2電極34には、駆動部(不図示)接続され、画像表示装置2を駆動する時には、駆動部が、入力される画像データに基づいて、第2電極34に負電圧を順次印加しながら、複数の第1電極33に選択的に正電圧を印加することによって、マトリックス駆動を行う。
Driving method of the image display device 2:
A drive unit (not shown) is connected to the first electrode 33 and the second electrode 34 of the image display device 2, and when the image display device 2 is driven, the drive unit performs the second operation based on the input image data. Matrix driving is performed by selectively applying a positive voltage to the plurality of first electrodes 33 while sequentially applying a negative voltage to the electrodes 34.

それに伴って、画像表示装置2においては、画像データに基づいて、各画素の紫外発光層31で紫外光が放射され、蛍光体層41で可視光に波長変換されて、各色の可視光が放射される。このように画像表示装置2において、各画素において各色の光が発光されることによって画像表示がなされる。
画像表示装置2の製造方法:
基板30上に、第1電極33を形成し、その上に、紫外発光層31,p型半導体層32,第2電極34を順に重ねて形成することによって紫外光放射部35を形成する。
Accordingly, in the image display device 2, ultraviolet light is radiated from the ultraviolet light emitting layer 31 of each pixel and converted into visible light by the phosphor layer 41 based on the image data, and visible light of each color is emitted. Is done. In this way, in the image display device 2, image display is performed by emitting light of each color in each pixel.
Method for manufacturing image display device 2:
A first electrode 33 is formed on the substrate 30, and an ultraviolet light emitting portion 35 is formed thereon by sequentially forming an ultraviolet light emitting layer 31, a p-type semiconductor layer 32, and a second electrode 34.

各紫外光放射部35を覆うように蛍光体層41を形成する。
蛍光体層41は、各色蛍光体のペーストを、各紫外発放射部35上にスクーリーン印刷法、インクジェット法などで塗布し乾燥することによって形成することができる。
蛍光体層41の上からカバー基板42を覆い被せて接合することによって、画像表示装置2ができあがる。
A phosphor layer 41 is formed so as to cover each ultraviolet light emitting portion 35.
The phosphor layer 41 can be formed by applying a paste of each color phosphor on each ultraviolet emitting portion 35 by a screen printing method, an ink jet method or the like and drying.
By covering and bonding the cover substrate 42 over the phosphor layer 41, the image display device 2 is completed.

なお、上記製法では、各紫外光放射部35の上に蛍光体ペーストを塗布する方法で蛍光体層41を形成してカバー基板42を被せたが、カバー基板42の裏面に蛍光体ペーストを塗布する方法で蛍光体層41を形成し、それを、基板30上の紫外光放射部35の上に被せる方法で画像表示装置2を作製することもできる。
画像表示装置2による効果:
画像表示装置2によれば、各画素において、紫外光放射性の半導体材料によって紫外発光体が形成されているので、外囲器は必要なく、大画面、軽量、薄型の画像表示装置を実現できる。
In the above manufacturing method, the phosphor layer 41 is formed on the ultraviolet light emitting portions 35 by the method of applying the phosphor paste and the cover substrate 42 is covered, but the phosphor paste is applied to the back surface of the cover substrate 42. The phosphor layer 41 is formed by the method described above, and the image display device 2 can be manufactured by the method of covering the phosphor layer 41 on the ultraviolet light emitting portion 35 on the substrate 30.
Effects of the image display device 2:
According to the image display device 2, since the ultraviolet light emitter is formed of the ultraviolet light emitting semiconductor material in each pixel, an envelope is not required, and a large screen, light weight, and thin image display device can be realized.

また、紫外光放射部35を、ZnOをベースとするn型半導体からなる層と、ZnOをベースとするp型半導体層とを積層して構成しているので、紫外発光特性が良好であり、良好な画像表示を実現することができる。
[実施例2] 平面発光パネル
図6(a),(b)は、実施例2にかかる平面発光パネル3の外観及び構造を示す図である。
Further, since the ultraviolet light emitting portion 35 is formed by laminating a layer made of an n-type semiconductor based on ZnO and a p-type semiconductor layer based on ZnO, the ultraviolet light emission characteristics are good, Good image display can be realized.
Example 2 Flat Light Emitting Panel FIGS. 6A and 6B are views showing the appearance and structure of a flat light emitting panel 3 according to Example 2. FIG.

平面発光パネル3は、ガラスあるいは樹脂からなる基板50の上に、Al等からなる金属電極53,紫外発光層51,p型半導体層52、ITO等からなる透明電極54が順に積層されて紫外光放射部55が形成され、この紫外光放射部55を覆う透明な封止カバー56が設けられて構成されている。そして、封止カバー56の内面には蛍光体層57が配設されている。   In the flat light emitting panel 3, a metal electrode 53 made of Al or the like, an ultraviolet light emitting layer 51, a p-type semiconductor layer 52, and a transparent electrode 54 made of ITO or the like are sequentially laminated on a substrate 50 made of glass or resin. A radiation portion 55 is formed, and a transparent sealing cover 56 that covers the ultraviolet light radiation portion 55 is provided. A phosphor layer 57 is disposed on the inner surface of the sealing cover 56.

紫外発光層51は、上記紫外発光層11と同様、ZnOをベースとし、第1添加物としてアルミニウム、ガリウム、インジウムの一種類以上、第二の添加物としてリンを添加した半導体材料を成膜して形成し、p型半導体層52は、上記p型半導体層12と同様、ZnOをベースとするp型半導体材料を成膜して形成する。
封止カバー56は、透明電極54,紫外発光層51,p型半導体層52,金属電極53をカバーし、これらを封止している。封止カバー56の外周部には、金属電極53及び透明電極54から外方に伸びる導電リード層58,59が形成され、この導電リート゛層58,59を介して、外部から金属電極53と透明電極54との間に電力を供給できるようになっている。この導電リード層58,59は、封止カバー56の表面に、金属材料を鍍金あるいは蒸着することによって形成することができる。
Similar to the ultraviolet light emitting layer 11, the ultraviolet light emitting layer 51 is formed by forming a semiconductor material based on ZnO and adding one or more kinds of aluminum, gallium, and indium as the first additive and phosphorus as the second additive. Similarly to the p-type semiconductor layer 12, the p-type semiconductor layer 52 is formed by depositing a p-type semiconductor material based on ZnO.
The sealing cover 56 covers the transparent electrode 54, the ultraviolet light emitting layer 51, the p-type semiconductor layer 52, and the metal electrode 53, and seals them. Conductive lead layers 58 and 59 extending outward from the metal electrode 53 and the transparent electrode 54 are formed on the outer peripheral portion of the sealing cover 56, and transparent to the metal electrode 53 from the outside via the conductive lead layers 58 and 59. Electric power can be supplied between the electrodes 54. The conductive lead layers 58 and 59 can be formed on the surface of the sealing cover 56 by plating or evaporating a metal material.

蛍光体層57は、蛍光体が封止カバー56の内面に塗布されて形成された層であって、紫外発光層51から放射される紫外光を受けて、各種発光色の可視光を放射する。
蛍光体層57を形成する蛍光体としては、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体を混ぜ合わせた混合物を用いて、白色光を放射するようにしてもよいし、単色の蛍光体を用いてもよい。
The phosphor layer 57 is a layer formed by applying a phosphor to the inner surface of the sealing cover 56 and receives ultraviolet light emitted from the ultraviolet light emitting layer 51 to emit visible light of various emission colors. .
As a phosphor forming the phosphor layer 57, a mixture of a red phosphor, a green phosphor, and a blue phosphor may be used to emit white light, or a monochromatic phosphor may be used. May be.

なお、平面発光パネル3を補強するために、基板50の周縁や裏面側に、樹脂あるいは金属の枠体を設けてもよい。
平面発光パネル3の動作及び効果:
平面発光パネル3において、点灯回路(不図示)から導電リード層58と導電リード層59の間に電圧を印加すると、紫外光放射部55から紫外光が放射され、蛍光体層57で可視光に変換されて放射される。
In order to reinforce the flat light-emitting panel 3, a resin or metal frame may be provided on the periphery or the back side of the substrate 50.
Operation and effect of the flat panel 3:
In the flat light emitting panel 3, when a voltage is applied between the conductive lead layer 58 and the conductive lead layer 59 from a lighting circuit (not shown), ultraviolet light is radiated from the ultraviolet light radiating unit 55 and becomes visible light by the phosphor layer 57. Converted and emitted.

この平面発光パネル3によれば、紫外光放射性の半導体材料によって紫外光放射部55が形成されているので、軽量、薄型の平面発光パネルを実現できる。
また、紫外光放射部55において、ZnOをベースとするn型半導体からなる紫外発光層51と、ZnOをベースとするp型半導体層52とが積層されているので、紫外発光特性が良好であり、発光パネルとしての特性も良好なものを実現できる。
According to the flat light emitting panel 3, since the ultraviolet light emitting portion 55 is formed of an ultraviolet light emitting semiconductor material, a light and thin flat light emitting panel can be realized.
Further, in the ultraviolet light emitting portion 55, an ultraviolet light emitting layer 51 made of an n-type semiconductor based on ZnO and a p-type semiconductor layer 52 based on ZnO are laminated, so that the ultraviolet light emitting characteristics are good. In addition, it is possible to realize a light emitting panel with good characteristics.

平面発光パネル3の変形例:
上記平面発光パネル3においては、一基板上に1つの発光素子を形成したが、一基板上に複数の発光素子をマトリックス状に配列させてもよい。
その場合、複数の発光素子において共通の蛍光体を用いて同じ色を発光するようにしてもよいが、各発光素子において、別々の色を発光させてもよい。例えば、各発光素子において、赤色光、緑色光、青色光のいずれかを発光させて、全体で白色光が放射されるようにしてもよい。
Variations of the flat panel 3:
In the flat light emitting panel 3, one light emitting element is formed on one substrate, but a plurality of light emitting elements may be arranged in a matrix on one substrate.
In that case, the same color may be emitted using a common phosphor in a plurality of light emitting elements, but different colors may be emitted in each light emitting element. For example, each light emitting element may emit red light, green light, or blue light to emit white light as a whole.

複数の発光素子を設ける場合、複数の素子同士を互いに直列接続して、点灯回路部から複数の発光素子にまとめて電流を流して点灯させることもできる。
[実施例3] 発光素子パッケージ
発光素子パッケージの一例として砲弾型発光素子について説明する。
図7は、実施例3にかかる砲弾型発光素子4の構造を示す概略断面図である。
In the case of providing a plurality of light emitting elements, the plurality of elements can be connected in series with each other, and the lighting circuit unit can collectively turn on the plurality of light emitting elements to light them.
[Example 3] Light emitting device package
A bullet-type light emitting element will be described as an example of the light emitting element package.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of a bullet-type light emitting element 4 according to the third embodiment.

図7に示すように、砲弾型発光素子4は、リードワイヤ61,62を備え、リードワイヤ61の上部に反射カップ部61aが形成されている。
そして、この反射カップ部61aの凹部内に、紫外光放射部60が装着されている。
紫外光放射部65は、上で説明した紫外光放射部15と同様の構造のLEDチップであって、ZnOをベースとする紫外発光層及びp型半導体層が一対の電極で挟まれて構成されている。
As shown in FIG. 7, the bullet-type light emitting element 4 includes lead wires 61 and 62, and a reflection cup portion 61 a is formed on the top of the lead wire 61.
And the ultraviolet light radiation | emission part 60 is mounted | worn in the recessed part of this reflective cup part 61a.
The ultraviolet light emitting portion 65 is an LED chip having the same structure as the ultraviolet light emitting portion 15 described above, and is configured by sandwiching an ultraviolet light emitting layer based on ZnO and a p-type semiconductor layer between a pair of electrodes. ing.

そして、紫外光放射部65の一方の電極が、ボンディングワイヤ63によって反射カップ部61aと電気接続され、他方の電極がボンディングワイヤ64によって、リードワイヤ62に電気接続されている。
反射カップ部61aの凹部には、蛍光体が分散された透明樹脂が充填されて封止部66が形成されている。この封止部66は、紫外光放射部65の周りを全体的に被覆している。
One electrode of the ultraviolet light radiation portion 65 is electrically connected to the reflection cup portion 61 a by the bonding wire 63, and the other electrode is electrically connected to the lead wire 62 by the bonding wire 64.
A sealing portion 66 is formed in the concave portion of the reflection cup portion 61a by being filled with a transparent resin in which a phosphor is dispersed. The sealing portion 66 entirely covers the periphery of the ultraviolet light emitting portion 65.

さらに、反射カップ部61a、封止部66、リードワイヤ62の上部を覆うように、封止部67が設けられている。封止部67は、透明な樹脂が砲弾形に成形されたもので、先端部がレンズ形状となっている。
上記封止部66,67を形成する封止体としては、シリコーン樹脂が好ましいが、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂あるいはガラス等の透明材料であっても良い。封止部66,67には同種の樹脂を用いることが、製造の容易さ及び接着性の面で好ましい。
Further, a sealing portion 67 is provided so as to cover the upper part of the reflection cup portion 61 a, the sealing portion 66, and the lead wire 62. The sealing portion 67 is made of a transparent resin molded into a bullet shape, and has a lens shape at the tip.
As the sealing body for forming the sealing portions 66 and 67, a silicone resin is preferable, but a resin such as a polycarbonate resin and an epoxy resin or a transparent material such as glass may be used. It is preferable to use the same kind of resin for the sealing portions 66 and 67 in terms of ease of manufacture and adhesiveness.

砲弾型発光素子4による効果:
リードワイヤ61,62の間に電圧を印加すると、紫外光放射部60から紫外光が放射され、蛍光体層57で可視光に変換されて砲弾型発光素子4の外に放射される。
この砲弾型発光素子4によれば、紫外光放射部65を、ZnOをベースとするn型半導体からなる層と、ZnOをベースとするp型半導体層とを積層して構成しているので、紫外発光特性が良好であり、砲弾型発光素子4における発光特性も良好なものとなる。
Effects of the bullet-type light emitting element 4:
When a voltage is applied between the lead wires 61 and 62, ultraviolet light is radiated from the ultraviolet light radiating unit 60, converted into visible light by the phosphor layer 57, and radiated out of the bullet-type light emitting element 4.
According to this bullet-type light emitting element 4, the ultraviolet light emitting portion 65 is configured by laminating a layer made of an n-type semiconductor based on ZnO and a p-type semiconductor layer based on ZnO. The ultraviolet light emission characteristics are good, and the light emission characteristics of the bullet-type light emitting element 4 are also good.

以上のように本発明による発光素子は、画像表示装置、平面発光パネル、砲弾型発光素子などに利用できる。特に、画像表示装置に適用することによって、軽量、大画面、薄型で、且つ高品位画質で画像表示できる装置を実現することができる。   As described above, the light-emitting element according to the present invention can be used for an image display device, a flat light-emitting panel, a bullet-type light-emitting element, and the like. In particular, when applied to an image display device, a device that can display an image with a light weight, a large screen, a thin shape, and a high quality image can be realized.

1 発光素子
2 画像表示装置
3 平面発光パネル
4 砲弾型発光素子
10 基板
11 紫外発光層
11a 紫外発光材料層
11c 紫外発光粒子
12 p型半導体層
13 第1電極
14 第2電極
15 紫外光放射部
30 基板
31 紫外発光層
32 p型半導体層
33 第1電極
34 第2電極
35 紫外光放射部
41 蛍光体層
42 カバー基板
42a 隔壁
50 基板
51 紫外発光層
52 p型半導体層
53 金属電極
54 透明電極
55 紫外光放射部
56 封止カバー
57 蛍光体層
60 紫外光放射部
61,62 リードワイヤ
61a 反射カップ部
65 紫外光放射部
66,67 封止部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emitting element 2 Image display apparatus 3 Flat light emission panel 4 Bullet-type light emitting element 10 Substrate 11 Ultraviolet light emitting layer 11a Ultraviolet light emitting material layer 11c Ultraviolet light emitting particle 12 P-type semiconductor layer 13 First electrode 14 Second electrode 15 Ultraviolet light emission part 30 Substrate 31 Ultraviolet light emitting layer 32 P-type semiconductor layer 33 First electrode 34 Second electrode 35 Ultraviolet light emitting portion 41 Phosphor layer 42 Cover substrate 42a Partition 50 Substrate 51 Ultraviolet light emitting layer 52 P-type semiconductor layer 53 Metal electrode 54 Transparent electrode 55 Ultraviolet light radiation part 56 Sealing cover 57 Phosphor layer 60 Ultraviolet light radiation part 61, 62 Lead wire 61a Reflection cup part 65 Ultraviolet light radiation part 66, 67 Sealing part

Claims (8)

紫外光放射性の半導体材料からなる紫外発光体と、前記紫外発光体に対して電気的に接続された第1電極および第2電極とを備え、前記第1電極と第2電極との間に電圧を印加することによって前記紫外発光体が紫外光を放射する紫外光放射部と、
前記紫外光放射部からの放射領域に蛍光体が配設されてなり、前記紫外光放射部から放射される紫外光を波長変換して放射する蛍光体部とを備える発光素子。
An ultraviolet light emitter made of an ultraviolet light-emitting semiconductor material, a first electrode and a second electrode electrically connected to the ultraviolet light emitter, and a voltage between the first electrode and the second electrode An ultraviolet light emitting part that emits ultraviolet light by applying an ultraviolet light,
A light emitting device comprising: a phosphor disposed in a radiation region from the ultraviolet light emitting portion, and a phosphor portion that radiates ultraviolet light emitted from the ultraviolet light emitting portion by converting the wavelength.
前記紫外発光体は、
p型半導体層と、酸化亜鉛をベースとするn型半導体材料からなる紫外発光層とが積層されて構成され、
前記第1電極は前記p型半導体層側に、前記第2電極は前記n型半導体層側に接続されている請求項1記載の発光素子。
The ultraviolet emitter is
A p-type semiconductor layer and an ultraviolet light-emitting layer made of an n-type semiconductor material based on zinc oxide are stacked,
The light emitting device according to claim 1, wherein the first electrode is connected to the p-type semiconductor layer side, and the second electrode is connected to the n-type semiconductor layer side.
前記紫外発光層は、酸化化合物に、アルミニウム、ガリウム、インジウムから選択された元素を含む添加物と、リンを含む添加物が添加された材料で形成されている請求項2記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 2, wherein the ultraviolet light emitting layer is formed of a material in which an additive containing an element selected from aluminum, gallium, and indium and an additive containing phosphorus are added to an oxide compound. 前記p型半導体層は、
酸化亜鉛をベースとするp型半導体材料で形成されている請求項2記載の発光素子。
The p-type semiconductor layer is
The light emitting device according to claim 2, wherein the light emitting device is formed of a p-type semiconductor material based on zinc oxide.
請求項1〜4のいずれか記載の発光素子が、複数個、基板上に配列されてなる画像表示装置。   An image display device in which a plurality of the light emitting elements according to claim 1 are arranged on a substrate. 基板上に、ストライプ状に伸長して配された複数の第1電極と、ストライプ状に伸長し前記第1電極に対して立体交差して配された複数の第2電極とを備え、
前記第1電極と第2電極が立体交差する各箇所に、紫外光放射性の半導体材料が成形されてなる紫外発光層が介在し、各紫外発光体に対して蛍光体層が配設され、
前記第1電極と第2電極との間に電圧を印加することによって、前記紫外発光体が紫外光を放射し、対応する蛍光体層で紫外光を波長変換して放射することによって画像を表示する画像表示装置。
A plurality of first electrodes arranged in a striped manner on a substrate; and a plurality of second electrodes arranged in a three-dimensional crossing with respect to the first electrodes and arranged in a striped shape;
An ultraviolet light-emitting layer formed by molding an ultraviolet light-emitting semiconductor material is interposed at each location where the first electrode and the second electrode intersect three-dimensionally, and a phosphor layer is disposed for each ultraviolet light emitter.
By applying a voltage between the first electrode and the second electrode, the ultraviolet emitter emits ultraviolet light, and the corresponding phosphor layer displays the image by converting the wavelength of the ultraviolet light and emitting it. An image display device.
基板上に、請求項1〜4のいずれか記載の発光素子が、1以上設けられてなる発光パネル。   A light-emitting panel comprising one or more light-emitting elements according to claim 1 provided on a substrate. 請求項1〜4のいずれか記載の発光素子が封止体で封止されてなる発光素子パッケージ。   The light emitting element package by which the light emitting element in any one of Claims 1-4 is sealed with the sealing body.
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