JP4566663B2 - 発光材料及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ナノ蛍光体を含有する発光材料、発光素子及びその製造方法に関し、特に発光材料が共晶材料からなり、発光部位が少なくとも１つの共晶組成であり、且つ微粒子状もしくはシリンダー状の発光部位が他の共晶材料のマトリックスに埋め込まれている発光材料に関するものである。

発光機能を有する蛍光体薄膜及び粉末を用いたフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）が注目されている。ＦＰＤに用いられる蛍光体は、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）等、それぞれのディスプレイの特徴に応じた蛍光体が必要とされる。

これまで作成されている蛍光体は、主に、母体となる酸化物や硫化物に遷移金属や希土類元素などが発光中心として添加されている。例えば、無機ＥＬ用蛍光体として、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＳｒＳ：Ｃｅ，Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｔｂ，Ｆ、ＣａＳ：Ｃｅ、ＳｒＳ：Ｃｅ、ＣａＧａ₂ Ｓ₄ ：Ｃｅ、ＢａＡｌ₂ Ｓ₄ ：Ｅｕ、Ｇａ₃ Ｏ₃ ：Ｅｕ、Ｙ₂ Ｏ₃ ：Ｅｕ、Ｚｎ₂ ＳｉＯ₄ ：Ｍｎ、ＺｎＧａ₂ Ｏ₄ ：Ｍｎ等、その他の蛍光体としては、Ｙ₂ Ｏ₂ Ｓ：Ｅｕ³⁺、Ｇｄ₂ Ｏ₂ Ｓ：Ｅｕ³⁺、ＹＶＯ₄ ：Ｅｕ³⁺、Ｙ₂ Ｏ₂ Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ、ＳｒＴｉＯ₃ ：Ｐｒ、ＢａＳｉ₂ Ａｌ₂ Ｏ₈ ：Ｅｕ²⁺、ＢａＭｇ₂ Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ²⁺、Ｙ_0.65Ｇｄ_0.35ＢＯ₃ ：Ｅｕ³⁺、Ｌａ₂ Ｏ₂ Ｓ：Ｅｕ³⁺，Ｓｍ、Ｂａ₂ ＳｉＯ₄ ：Ｅｕ²⁺、Ｚｎ（Ｇａ，Ａｌ）₂ Ｏ₄ ：Ｍｎ、Ｙ₃ （Ａｌ，Ｇａ）₅ Ｏ ₁₂ ：Ｔｂ、Ｙ₂ ＳｉＯ₅ ：Ｔｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｚｎ₂ ＳｉＯ₄ ：Ｍｎ、ＢａＡｌ₂ Ｓｉ₂ Ｏ₈ ：Ｅｕ²⁺、ＢａＭｇＡｌ₁₄Ｏ₂₃：Ｅｕ²⁺、Ｙ₂ ＳｉＯ₅ ：Ｃｅ、ＺｎＧａ₂ Ｏ₄ ：Ｍｎ等が作成されている。

無機ＥＬディスプレイは、多結晶質の無機蛍光体を使用できるため、大面積のディスプレイ作成が比較的容易であり高い使用環境耐性が期待できることなどから、注目を集めているディスプレイの一つである。近年、無機ＥＬを利用するフルカラーＥＬディスプレイの開発が進められているが、現状では、色純度の良い高輝度及び高効率の蛍光体が得られていない。このため、フルカラー無機ＥＬディスプレイの実現には、高性能な蛍光体を開発することが不可欠となっている。

ところで、近年、直径数１０ｎｍ以下の粒子径を有するＳｉ、Ｇｅ及びＩＩ−ＶＩ族等に代表される半導体超微粒子において、量子サイズ効果による特徴的な発光特性が明らかになった。量子サイズ効果は、ナノ構造結晶を有する半導体超微粒子がバルク状の結晶構造の場合よりも大きなバンドギャップを有することにより生じると考えられている。顕著な特徴として、ＣｄＳｅ半導体微粒子から生じる発光は、粒径が減少すると短波長化することが観察されている。また、発光寿命が〜１０ｎｓ程度と非常に短く、光の吸収と放射を短時間で行うため、半導体微粒子より生じる発光は高輝度となる。

この様な半導体超微粒子は、水溶液中で生成することができる（非特許文献１）。そして、水溶液中で生成される半導体超微粒子をポリマーの固体マトリックス中に固定する方法（非特許文献２）が試みられている。しかしながら、ポリマーが耐光性及び耐熱性に劣ること等により、固定化された超微粒子が劣化する恐れがある。

半導体超微粒子の微細な粒径に基づく量子サイズ効果と同様に、数１０ｎｍ以下のある特徴的なサイズを有するナノ構造において、電子の動きが閉じ込められ、量子閉じ込め効果が生じる。このため、蛍光体材料を微細化することで、発光特性が向上する可能性がある。

ナノ構造を形成する微細化方法として、従来のリソグラフィーなどを用いた微細構造形成方法の他に、自己組織的に形成される構造をベースに新規なナノ構造体を実現しようとする試みがある。これらの手法は、ベースとして用いる微細構造によっては、従来の微細加工方法を上まわる、微細で特殊な構造を作成できる可能性があること、更に、大面積のナノ構造体を作成することが可能であること等の利点を持つ。

また、耐光性及び耐熱性等に優れた無機ナノ構造体中に蛍光体を固定することにより、対環境強度に優れた蛍光体材料として、ディスプレイ等の発光デバイスへの利用が期待される。
ジャーナル オブ フィジカル ケミストリー、ビー、１０２巻、８３６０ページ（１９９８） アドバンストマテリアル、１２巻、１１０３ページ（２０００）

このような技術的背景により、発光効率、発光寿命、製造コストなどに優れた発光材料を作製することを目的としている。また、この様な発光材料を作製する手段を提供することを目的としている。

上記の課題は本発明の以下の構成および製法により解決できる。
即ち、電圧を印加すると光を発する発光部分を有する基体を備え、前記基体が、共晶組成にある２種類以上の材料のうち少なくとも１種類の材料を含む前記発光部分と前記発光部分に含まれる材料と共晶組成にある他の材料を含む部分とを有し、前記発光部分が、電子の動きが閉じ込められることにより量子効果が起きるための形状である構造体を提供するものである。

また、共晶材料からなる発光材料であって、共晶組成の少なくとも１種類が発光部位であり、且つ発光部位が他の共晶組成に囲まれた微粒子状であることを特徴とした発光材料を提供するものである。それとは別に、共晶材料からなる発光材料であって、共晶組成の少なくとも１種類が発光部位であり、且つ発光部位が他の共晶材料にその周囲を囲まれたシリンダー状であることを特徴とした発光材料を提供するものである。また、前記発光部位のシリンダー端部が尖頭状あるいは狭められている構造をもつ発光材料を提供するものである。

ここで、前記発光部位のサイズは１μｍ以下であることが好ましい。更に前記発光材料が薄膜であること、酸化物であることが好ましい。酸化物の場合には各種の組み合わせが可能であり、例えば（１）酸化マグネシウムと希土類の酸化物、（２）酸化ニッケルと希土類の酸化物、（３）酸化バナジウムと希土類を含有するバナジウム複合酸化物、（４）酸化シリコンと希土類を含有するシリコン複合酸化物、（５）酸化タングステンもしくは酸化亜鉛と亜鉛を含有するタングステン複合酸化物が挙げられる。

また、特に好ましくは発光材料が５μｍ以下の薄膜であって且つ発光部位のサイズが１００ｎｍ以下であることが好ましい。
本発明は上記の発光材料を用いた発光素子をも提供する。特には無機ＥＬ素子を提供する。

また、本発明は上記の発光素子を用いた画像表示装置、照明装置、印字装置をも提供する。
本発明は上記発光材料の製造方法も提供する。

即ち、基板上に発光材料を成膜する発光材料の製造方法であって、スパッタリング法等により共晶材料からなる膜を形成する工程を有し、前記共晶材料の共晶組成の少なくとも１種類が発光部位であり、且つ発光部位が他の共晶組成に囲まれた微粒子状であることを特徴とする発光材料の製造方法である。もしくは、基板上に発光材料を成膜する発光材料の製造方法であって、スパッタリング法等により共晶材料からなる膜を形成する工程を有し、前記共晶材料の共晶組成の少なくとも１種類が発光部位であり、且つ発光部位が他の共晶材料にその周囲を囲まれたシリンダー状であることを特徴とする発光材料の製造方法である。ここで、成膜時の基板温度が４００℃以上であることが好ましい。

本発明の構造体、材料、素子、製法によれば、発光部位を高密度に含有する発光材料、特に蛍光薄膜が得られる。前記発光材料は、無機ＥＬやＦＥＤ等の蛍光体薄膜に利用することが可能である。

以下に本発明の実施形態に関わる発光材料、特に薄膜発光材料について説明する。
なお、本発明において共晶組成とは共晶材料の元素を意味するものではなく、共晶作用により分離形成された各領域の化合物、もしくは合金などの組成を表すものである。また、発光部位のサイズとはマトリックスに埋め込まれた発光部位が微粒子の場合にはその平均的な直径を意味し、マトリックスに埋め込まれた発光部位がシリンダー状の場合にはその平均的な直径を意味するものとする。

図１〜図３に本発明における発光材料、特に薄膜発光材料の例を模式的に示す。
図１は微粒子状の発光部位を有する例、図２はシリンダー状の発光部位を有する例、図３は発光材料である薄膜の一部に発光部位を有する例である。各図において、１１は微粒子状の発光部位、２１はシリンダー状の発光部位、１２および２２はマトリックス部位、３１は薄膜状発光部位である。

図１（ａ）は本発明の蛍光部位が微粒子状である場合の薄膜の断面図であり、図１（ｂ）はその平面図である。共晶材料として化合物Ａと化合物Ｂであるとすると、微粒子である発光部位１１は化合物Ａであり、マトリックス部位１２は化合物Ｂとなる。発光部位の最適なサイズは化合物Ａの種類や応用上の素子構成にも依存するが、１μｍ以下であることが好ましく、更には０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。微粒子の体積密度に限定は無いが、あまり疎に分布していると発光効率の低減につながるので全体の体積比として１０％以上７０％以下が好ましい。また、微粒子はランダムに分散していても、規則的に分散されていても構わない。

図２（ａ）は本発明の蛍光部位がシリンダー状である場合の薄膜の断面図であり、図２（ｂ）はその平面図である。シリンダーの形状は概ね円柱状であるが、少々曲がっていたり、図２のように途中切れていても構わない。好ましいシリンダーの直径は化合物の種類や応用上の素子構成にも依存するが、１μｍ以下であることが好ましく、更には０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。シリンダーの体積密度に限定は無いが、あまり疎に分布していると発光効率の低減につながるので全体の体積比として１０％以上７０％以下が好ましい。また、シリンダーはランダムに分散していても、規則的に分散されていても構わない。

図７は、本発明の前記発光部位のシリンダー端部が尖頭状あるいは狭められている構造をもつ発光材料を示す概略図である。
図３は本発明の他の例を示すものである。図３（ａ）は図１に示した発光部位が微粒子状である場合のものであるが、発光部位が存在しない部分を故意に形成したものである。特に無機ＥＬ素子において電極界面での電子加速作用を大きくしたい場合には、発光部位が存在しない部分を、界面付近に形成しておくのが好ましい場合がある。図３（ｂ）は図２に示した発光部位がシリンダー状である場合のものであるが、発光部位が存在しない部分をシリンダーの両端部分に故意に形成したものである。また、図３（ｃ）は図１に示した発光部位が微粒子状である場合の例であるが、発光部位が薄膜状に存在する部分を有する場合である。発光素子として、この構成が好ましい場合もある。

図４および図５は本発明の発光材料を無機ＥＬ素子として用いる場合の構成例を示す。
ここで、４１は透明導電膜、４２と４４は誘電体膜、４３は本発明の発光材料からなる蛍光膜、４５は電極膜、４６は基板である。

図４（ａ）は光を基板反対側から取り出すタイプの交流駆動型無機ＥＬ素子の概念図であり、図４（ｂ）は光を基板側から取り出すタイプの交流駆動型無機ＥＬ素子の概念図である。また、図５（ａ）は図４（ａ）同様の交流駆動型ではあるが、誘電体層が１層のタイプの無機ＥＬ素子を示す概念図であり、図５（ｂ）は直流駆動型無機ＥＬ素子の概念図である。

交流駆動型に用いられる誘電体膜としてはＢａＴｉＯ₃ などの誘電体の薄膜が有効であり、その膜厚は１０ｎｍ〜１００μｍの範囲であることが好ましい。また、直流駆動型では電極として金属薄膜も利用できるが、半導体を用いることも有効である。

基板４６は、図３（ｂ）の構成に示すような基板側より光を取り出す場合は、発光した光が透過するよう透明なガラスやプラスチックであることが好ましい。光を上面より取り出す場合は基板の種類には寄らない。この場合基板としてはガラスやプラスチック、セラミックなど利用可能であるが、基板加熱をする場合には無アルカリガラスやセラミックであることが好ましい。

無機ＥＬ素子として発光させる場合には電極層が必要となる。材料としてはＡｕやＰｔ、Ａｇなど各種の金属や合金、透明導電膜が利用可能である。この下地層の成膜には、蒸着法・気相法、めっき等の液相法、ゾル−ゲル等の固相法等、薄膜作成方法には依らない。本発明の光機能性薄膜を発光デバイスとして用い、且つ基板側より光を取り出す場合は、発光した光が透過するようにドーピングされたＩｎ₂ Ｏ₃ やＳｎＯ₂ 、ＺｎＯ、ＩＴＯ等の導電性を有する透明薄膜であることが好ましい。上面より光を取り出す場合は、金属・合金等を主成分とする材料が用いられる。

図６は本発明の発光材料を電子線励起用の蛍光体として用いる場合の構成例を示している。
ここで、６１はアルミニウムなどのメタルバックと呼ばれる電極膜であり、チャージアップ防止と蛍光体からの光反射の役割を担っている。６２は本発明の発光材料からなる蛍光膜であり、６３は透明導電膜であり、６４はガラスなどで材料からなる透明基板である。

電子線励起用の蛍光体として用いる場合には蛍光材料として電気伝導性が若干あった方が電極膜６１の厚みを薄くすることが、もしくは無くすことが可能であり、その結果入射電子線が有効に蛍光膜へ入射可能となる。

以下、前記発光材料に関して詳細に説明する。
共晶とは相図上、ある温度で結晶Ａと結晶Ｂが同時に出現するものを指すが、ここでこの温度を共晶温度、そしてその場合の全体的な組成のことを共晶組成、相図上のそのポイントを共晶点と呼ぶ。この様な相図は２元素系でも多く見られるが、酸化物系でも見出されている。例えばＭｇＯ−Ｙ₂ Ｏ₃ 系やＮｉＯ−Ｙ₂ Ｏ₃ 系が共晶となるが、これらの系では低温時にＭｇＯとＹ₂ Ｏ₃ 、及びＮｉＯとＹ₂ Ｏ₃ に分離して存在する。これに若干のＥｕ³⁺をドーピングしておくとＹ₂ Ｏ₃ 組成のＹ部分に置換され、その結果赤色の発光部位Ｙ₂ Ｏ₃ ：Ｅｕが形成される。例えば、ＭｇＯとＹ₂ Ｏ₃ ：ＥｕをＭｇＯの体積比を７０％程度に設定してスパッタリング成膜すると、ＭｇＯ中にＹ₂ Ｏ₃ ：Ｅｕの微粒子やシリンダーが分散された状態で形成されることを見出した。

これらの材料以外にも、Ｖ₂ Ｏ₅ −Ｙ₂ Ｏ₃ 系ではＶ₂ Ｏ₅ とＹＶＯ₄ が共晶となり、ＥｕＯ−ＳｉＯ₂ 系においてはＳｉＯ₂ −ＥｕＳｉＯ₃ 、及びＥｕＳｉＯ₃ とＥｕ₂ ＳｉＯ₄ が共晶となり、ＺｎＯ−ＷＯ₃ 系においてはＷＯ₃ とＺｎＷＯ₄ もしくはＺｎＷＯ₄ とＺｎＯが共晶となる。Ｖ₂ Ｏ₅ −Ｙ₂ Ｏ₃ 系ではＹＶＯ₄ に他の希土類を添加したものが発光部位となり、またＥｕＯ−ＳｉＯ₂ 系ではＥｕＳｉＯ₃ とＥｕ₂ＳｉＯ₄が共に発光部位となる。

本発明の発光材料を無機ＥＬとして用いる場合には発光材料部分は絶縁性が高く、誘電率が低い方が好ましい場合が多い。

以下、実施例を用いて本発明を更に説明する。
（実施例１）
本発明における発光材料の一実施態様を図１および図４を用いて説明する。

基板として石英基板を用いた。基板４６上にマグネトロンスパッタリング法によりＴｉを１０ｎｍ、Ａｕを５０ｎｍ成膜して電極膜４５とする。その後マグネトロンスパッタリング法によりＢａＴｉＯ₃ を２μｍ成膜して誘電体膜４４とする。その後、蛍光膜４３を下記の様に成膜する。

ＭｇＯ対Ｙ₂ Ｏ₃ ：Ｅｕが２対１の体積比になるよう組成比を調節してターゲットとする。このターゲットを用いてマグネトロンスパッタリング法によりＭｇＯ＋Ｙ₂ Ｏ₃ ：Ｅｕ膜を５μｍ成膜して蛍光膜４３とする。この際、基板温度を室温から１０００℃まで変化させる。その後、ＢａＴｉＯ₃ を２μｍ成膜して誘電体膜４２とする。その後、透明導電膜４１としてＩＴＯを３００ｎｍ成膜する。

得られた膜を電子線顕微鏡にて観察すると、ＭｇＯ領域に囲まれた微粒子状のＹ₂ Ｏ₃ ：Ｅｕが分散された状態で形成されている。微粒子状のＹ₂ Ｏ₃ ：Ｅｕの平均直径細孔径は成膜条件にも依存するが数ｎｍ〜数１００ｎｍであり、成膜時の基板温度が高いほど結晶が大きく、明瞭である。
次に透明電極膜４１と電極膜４５に１ＫＨｚの交流電圧を徐々に印加すると、１５０Ｖ程度から赤色の発光が見られ。この発光は基板温度が４００℃以上で特に明るくなる。

（実施例２）
実施例１と同様な手法でＳｉＯ₂ −ＥｕＯ系の発光材料を作製した実施例を示す。

基板４６としてｐタイプＳｉ基板を用い、基板４６上にマグネトロンスパッタリング法により絶縁膜を１０ｎｍ成膜する。その後マグネトロンスパッタリング法により蛍光膜４３を下記の様に成膜する。

ＳｉＯ₂ 対ＥｕＯが４対１の体積比になるよう組成比を調節してターゲットとする。このターゲットを用いてマグネトロンスパッタリング法によりＳｉＯ₂ ＋ＥｕＯ膜を０．５μｍ成膜して蛍光膜４３とする。この際、基板温度を室温から１０００℃まで変化させる。その後、絶縁膜を１０ｎｍ成膜した後、透明導電膜４１としてＩＴＯを３００ｎｍ成膜する。

得られた膜を電子線顕微鏡にて観察すると、ＳｉＯ₂ 領域に囲まれたシリンダー状のＥｕＯが分散された状態で形成されている。また、ターゲット組成比を調節し、膜中のＳｉＯ₂の割合を増加させた場合、ＳｉＯ₂領域に囲まれた微粒子状のＥｕＯが分散した状態で形成されている。シリンダーもしくは微粒子状のＥｕＯの平均直径細孔径は成膜条件にも依存するが数ｎｍ〜数１００ｎｍであり、成膜時の基板温度が高いほど結晶が大きく、明瞭である。
次に透明電極膜４１と電極膜４５に直流電圧を徐々に印加したところ、２０Ｖ程度から赤色の発光が見られ、この発光は基板温度が４００℃以上で特に明るくなる。

（実施例３）
実施例１と同様な手法でＶ₂ Ｏ₅ −Ｙ₂ Ｏ₃ 系の発光材料を作製した実施例を示す。

基板として石英基板を用いる。基板４６上にマグネトロンスパッタリング法によりＴｉを１０ｎｍ、Ｐｔを５０ｎｍ成膜して電極膜４５とする。その後マグネトロンスパッタリング法によりＴａ₂Ｏ₅を０．５μｍ成膜して誘電体膜４４とする。その後、蛍光膜４３を下記の様に成膜する。

Ｖ₂ Ｏ₅ 対Ｙ₂ Ｏ₃ ：Ｅｕが５対１の体積比になるよう組成比を調節してターゲットとする。このターゲットを用いてマグネトロンスパッタリング法によりＶ₂ Ｏ₅ ＋Ｙ₂ Ｏ₃ ：Ｅｕ膜を１μｍ成膜して蛍光膜４３とする。この際、基板温度を室温から１０００℃まで変化させる。その後、ＢａＴｉＯ₃ を２μｍ成膜して誘電体膜４２とする。その後、透明導電膜４１としてＩＴＯを３００ｎｍ成膜する。

得られた膜を電子線顕微鏡にて観察すると、Ｖ₂ Ｏ₅ 領域に囲まれたシリンダー状もしくは微粒子状のＹ₂ Ｏ₃ ：Ｅｕが分散された状態で形成されている。微粒子状のＹ₂ Ｏ₃ ：Ｅｕの平均直径細孔径は成膜条件にも依存するが数ｎｍ〜数１００ｎｍであり、成膜時の基板温度が高いほど結晶が大きく、明瞭である。
次に透明電極膜４１と電極膜４５に１ＫＨｚの交流電圧を徐々に印加すると、１５０Ｖ程度から赤色の発光が見られる。この発光は基板温度が３００℃以上で特に明るくなる。

（実施例４）
次に本発明の発光材料を電子線励起用の蛍光体薄膜として用いた例を図６を用いて説明する。

ガラス基板６４上にＳｎＯ₂：Ｆの透明導電膜６３を３００ｎｍ成膜し、その上にＮｉＯとＹ₂ Ｏ₃ ：Ｅｕを２μｍスパッタリング法により成膜した。このときＮｉＯとＹ₂ Ｏ₃ ：Ｅｕの比が２：１になるようにして蛍光膜６２とした。その上に電極膜６１としてＡｌを５０ｎｍ成膜した。

これを真空チャンバー中に入れて電子線を照射して蛍光評価した結果、赤色の発光が得られた。また、一般のＹ₂ Ｏ₃ ：Ｅｕ薄膜と本発明の蛍光体薄膜を比較した結果、電極膜６１が無い場合には一般の蛍光膜はチャージアップしたが、本発明の蛍光膜ではチャージアップは非常に少なかった。

（実施例５）
次に本発明の発光素子を画像表示装置、照明装置、印字装置として応用する例について説明する。

本発明の発光素子を画像表示装置として用いるには電極をライン状に上下でマトリックス状に配線して駆動させることにより可能である。カラー画像を得たい場合には白色の発光材料を用いてＲＧＢのフィルターで色を出したり、ＲＧＢに対応した発光材料を高精度にパターニング成膜することにより可能である。また。青色発光材料を用いて、緑、赤の色を蛍光体で青から変換させることも可能である。

また、本発明の発光素子を照明装置に用いる場合には、白色発光材料をもちいる方法やＲＧＢ発光材料を縦方向に積層させる方法、青や紫外発光をさせてからＲＧＢの発光へ変換させる方法がある。

また、本発明を印字装置などのプリンターに用いる場合には、レーザー光をポリゴンミラーを用いて走査させる代わりに、ライン状に発光素子を並べて駆動することにより可能となる。

（実施例６）
本実施例は、図７に示す様に、蛍光膜４３のシリンダー部分の直径を連続的に変化させ、ＥＬ素子として機能させる際、発光部位に高電界の集中が起こるようにシリンダー端部を尖頭状とした構造の作製を示す。

図８に示す様に、基板としては石英基板を用いる。基板４６にマグネトロンスパッタリング法によりＴｉを１０ｎｍ、Ｐｔを１００ｎｍ成膜して電極膜４５とする。その後マグネトロンスパッタリング法によりＴａ₂ Ｏ₅ を０．５μｍ成膜して誘電体膜４４とする。その後蛍光膜４３を以下の様に成膜する。

ＺｎＯとＷＯ₃ の二つのターゲットを用いて、マグネトロンスパッタリング法により、以下の手順でシリンダー端部を尖頭状とした構造を有する蛍光膜４３を形成する。
まず、ＺｎＯ、ＷＯ₃ の両ターゲットにＲＦ４００Ｗ、ＲＦ６００Ｗの放電を立て、両シャッターを閉じた状態から、ＺｎＯ側のシャッターを開いて１分間成膜し、その後、ＷＯ₃ 側のシャッターを開き、ＺｎＯ−ＷＯ₃ 共晶膜の成膜を開始する。２０分間かけて両ターゲットの投入電力の比率を保ったまま、合計投入電力を１００Ｗまで連続的に減少させる。

合計投入電力が１００Ｗになったら、４０分間その成膜を維持し、その後再び２０分間かけて合計投入電力を１ｋＷまで増加する。最後に、ＷＯ₃ 側のシャッターを閉じてＺｎＯを１分間成膜し、全体で１μｍ厚の蛍光膜の成膜を終了する。なお、蛍光膜の成膜時、基板温度を室温から１０００℃まで変化させる。その後、ＢａＴｉＯ₃ を２μｍを成膜して誘電体膜４２とする。その後、透明導電膜４１としてＩＴＯを３００ｎｍ成膜する。

得られた膜を電子顕微鏡にて観察すると、ＺｎＯ領域に囲まれた、シリンダー端部を尖頭状とした構造を有するＷＯ₃ が分散した状態で形成されている。これは例えば、投入電力を減少させるにつれ成膜レートが低下し、このときスパッタ粒子の堆積速度が徐々に小さくなることで、成膜面内でのスパッタ粒子の表面拡散距離が増し、シリンダー径を大きくすることが可能なことによる。

このようにしてシリンダー径を制御しながら成膜を行うことで、さまざまな形状をもったナノコンポジット構造を作製することができる。なお、径の平均サイズは数ｎｍから数１００ｎｍであり、基板温度が高いほど大きく、明瞭である。

次に透明導電膜４１と電極膜４５に１ｋＨｚの交流電圧を徐々に印加すると、１２０Ｖ程度から青白色発光が見られる。この発光は成膜時の基板温度が４００℃以上で特に明るくなり、シリンダー端部が尖頭状あるいは狭められている構造でない場合に比べ、同じ駆動電圧において約２倍輝度が向上する。

本発明の構造体、材料、素子、製法は、発光部位を高密度に含有する発光材料、特に蛍光薄膜が得られるので、前記発光材料は、無機ＥＬやＦＥＤ等の蛍光体薄膜に利用することが可能である。

本発明の微粒子状の発光部位を有する発光材料を示す概略図である。 本発明のシリンダー状の発光部位を有する発光材料を示す概略図である。 本発明の特殊な場合の発光材料を示す概略図である。 本発明の発光素子の構成図である。 本発明の発光素子の構成図である。 本発明の蛍光薄膜の構成図である。 本発明の尖頭端部を有する発光材料を示す概略図である。 本発明におけるＥＬを得るための素子構造の概略図である。

符号の説明

１１、２１ 発光部位
１２ マトリックス部位
１３ 尖頭端部
３１ 薄膜状発光部位
４１ 透明導電膜
４２ 誘電体膜
４３ 蛍光膜
４４ 誘電体膜
４５ 電極膜
４６ 基板
６１ 電極膜
６２ 蛍光膜
６３ 透明導電膜
６４ 透明基板

Claims (14)

1. 電圧を印加すると光を発する発光部分を有する基体を備え、前記基体が共晶組成にある２種類以上の材料のうち少なくとも１種類の材料を含む前記発光部分と、前記発光部分に含まれる材料と共晶組成にある他の材料を含む部分とを有し、前記発光部分が、電子の動きを閉じ込めたことによる量子効果が生じるための形状を有していることを特徴とする構造体。
2. 共晶材料からなる発光材料であって、共晶組成の少なくとも１種類が発光部位であり、且つ発光部位が他の共晶組成に囲まれた微粒子状であることを特徴とした発光材料。
3. 共晶材料からなる発光材料であって、共晶組成の少なくとも１種類が発光部位であり、且つ発光部位が他の共晶材料にその周囲を囲まれたシリンダー状であることを特徴とした発光材料。
4. 前記発光部位のシリンダー端部が尖頭状あるいは狭められている構造をもつ請求項３に記載の発光材料。
5. 前記発光部位のサイズが１μｍ以下である請求項２乃至４のいずれかの項に記載の発光材料。
6. 前記発光材料が薄膜である請求項２乃至５のいずれかの項に記載の発光材料。
7. 前記発光材料が酸化物である請求項２乃至６のいずれかの項に記載の発光材料。
8. 前記酸化物が、酸化マグネシウムと希土類の酸化物、酸化ニッケルと希土類の酸化物、酸化バナジウムと希土類を含有するバナジウム複合酸化物、酸化シリコンと希土類を含有するシリコン複合酸化物、酸化タングステンもしくは酸化亜鉛と亜鉛を含有するタングステン複合酸化物のいずれかである請求項７に記載の発光材料。
9. 前記発光材料が５μｍ以下の薄膜であって、且つ発光部位のサイズが１００ｎｍ以下である請求項２乃至８のいずれかの項に記載の発光材料。
10. 請求項２から９のいずれかに記載の発光材料と前記発光材料に電圧を印加するための電極とを備えた発光素子。
11. 請求項１０に記載の発光素子と前記発光素子から出る光を表示するための表示部とを備えた画像表示装置。
12. 基板上に発光材料を成膜する発光材料の製造方法であって、共晶材料からなる膜を形成する工程を有し、前記共晶材料の共晶組成の少なくとも１種類が発光部位であり、且つ発光部位が他の共晶組成に囲まれた微粒子状であることを特徴とする発光材料の製造方法。
13. 基板上に発光材料を成膜する発光材料の製造方法であって、共晶材料からなる膜を形成する工程を有し、前記共晶材料の共晶組成の少なくとも１種類が発光部位であり、且つ発光部位が他の共晶材料にその周囲を囲まれたシリンダー状であることを特徴とする発光材料の製造方法。
14. 前記発光部位のシリンダー端部が尖頭状あるいは狭められている構造をもつ請求項１３に記載の発光材料の製造方法。

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