JP5014112B2 - Electroluminescent phosphor, electroluminescent device, and sputtering target for producing the same - Google Patents

Electroluminescent phosphor, electroluminescent device, and sputtering target for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、車載表示機や情報機器のディスプレイ、または蛍光体センサーなどに使用されるZnS系のエレクトロルミネッセンス蛍光体に関するものである。さらに本発明は、前記蛍光体を含むエレクトロルミネッセンス素子、および前記蛍光体を製造するためのスパッタリングターゲットも提供する。   The present invention relates to a ZnS-based electroluminescent phosphor used for in-vehicle display devices, information equipment displays, phosphor sensors, and the like. Furthermore, this invention also provides the electroluminescent element containing the said fluorescent substance, and the sputtering target for manufacturing the said fluorescent substance.

エレクトロルミネッセンス(以下「EL」と略称することがある。)は、蛍光体が電界によって励起されて、励起エネルギーを特定波長の光として放出する現象である。このELを利用したディスプレイ(ELディスプレイ)は、液晶と違ってバックライトを必要としない、自発光物質によるディスプレイとして注目されている。ELディスプレイに用いられる蛍光体としては、無機蛍光体および有機蛍光体が挙げられる。   Electroluminescence (hereinafter sometimes abbreviated as “EL”) is a phenomenon in which a phosphor is excited by an electric field and emits excitation energy as light of a specific wavelength. A display using this EL (EL display) is attracting attention as a display using a self-luminous substance that does not require a backlight unlike a liquid crystal. Examples of the phosphor used in the EL display include inorganic phosphors and organic phosphors.

無機蛍光体としては、ZnS系蛍光体が汎用されている。ZnSは直接遷移型化合物半導体の一つであり、可視光領域の光に対して透明であって、適切な不純物の添加により発光効率の高い光放射再結合中心を容易に形成できるためである。ZnS系蛍光体は、製造方法などの違いによって粉末型蛍光体と薄膜型無機蛍光体に大別される。   As the inorganic phosphor, a ZnS phosphor is widely used. This is because ZnS is one of direct transition type compound semiconductors, is transparent to light in the visible light region, and can easily form a light-emitting recombination center with high emission efficiency by adding an appropriate impurity. ZnS phosphors are roughly classified into powder phosphors and thin film inorganic phosphors depending on the manufacturing method.

前者の粉末型蛍光体としては、例えば、ZnSにCu、Cl、Al、Agなどを添加したZnS系蛍光体が挙げられ(特許文献1および2を参照)、ZnS−Cu−Cl蛍光体が主流である。この蛍光体は、ZnSに、1質量%以下のCuおよびClを添加した後、1000℃以上で加熱処理して製造されるものであり、波長365nm近傍の紫外線を照射すると緑色の蛍光を発することが知られている。EL素子には、約10〜100μmの粉末型ZnS−CuCl蛍光体が利用されている。しかし、粉末型蛍光体を使用するEL素子は、表示にむらが生じやすいという欠点を有する。   Examples of the former powder-type phosphor include ZnS-based phosphors in which Cu, Cl, Al, Ag, or the like is added to ZnS (see Patent Documents 1 and 2), and ZnS-Cu-Cl phosphors are mainly used. It is. This phosphor is manufactured by adding 1% by mass or less of Cu and Cl to ZnS and then heat-treating at 1000 ° C. or higher, and emits green fluorescence when irradiated with ultraviolet light having a wavelength of around 365 nm. It has been known. For the EL element, a powder type ZnS—CuCl phosphor of about 10 to 100 μm is used. However, an EL element using a powder-type phosphor has a defect that uneven display tends to occur.

一方、後者の薄膜型蛍光体としては、ZnS−Mn蛍光体が代表的である。薄膜型のZnS−Mn蛍光体は、主に、真空蒸着やスパッタリングで成膜され(例えば、特許文献3および4を参照)、橙色の蛍光を示すことが知られている。特に、スパッタリング法で成膜された薄膜型蛍光体は、スパッタリングターゲットの成分組成とほぼ同一の組成が得られ、表示むらが少ないなどの利点を有している。しかし、薄膜型ZnS−Mn蛍光体は、粉末型蛍光体と比べると輝度がやや劣る。特に、スパッタリングによって成膜した薄膜型ZnS−Mn蛍光体は、良好な輝度が得られないという欠点を有している。
特開2006−52250号公報 特開2005−126465号公報 特開2006−511046号公報 特開平8−96966号公報
On the other hand, as the latter thin film type phosphor, a ZnS-Mn phosphor is representative. It is known that a thin-film type ZnS-Mn phosphor is mainly formed by vacuum deposition or sputtering (see, for example, Patent Documents 3 and 4) and exhibits orange fluorescence. In particular, a thin film type phosphor formed by a sputtering method has an advantage that a composition almost the same as the component composition of the sputtering target is obtained and display unevenness is small. However, the brightness of the thin film type ZnS-Mn phosphor is slightly inferior to that of the powder type phosphor. In particular, a thin film type ZnS-Mn phosphor formed by sputtering has a drawback that good luminance cannot be obtained.
JP 2006-52250 A JP 2005-126465 A JP 2006-511046 A Japanese Patent Laid-Open No. 8-96966

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光効率が高められ、高い輝度を有する薄膜型のエレクトロルミネッセンス蛍光体およびエレクトロルミネッセンス素子、並びにそれらを製造するためのスパッタリングターゲットを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a thin-film electroluminescent phosphor and an electroluminescent element having high luminous efficiency and high luminance, and a sputtering target for producing them. It is to provide.

上記課題を達成し得た本発明のエレクトロルミネッセンス蛍光体は、Mnを含有するZnS系膜からなるエレクトロルミネッセンス蛍光体において、Bを更に含有し、ZnSの全質量に対し、Mnを0.2〜2質量%、およびBを0.001〜0.30質量%含有することを特徴とするものである。   The electroluminescent phosphor of the present invention that has achieved the above-described problem is an electroluminescent phosphor comprising a ZnS-based film containing Mn, further containing B, and Mn from 0.2 to the total mass of ZnS. 2% by mass and 0.001 to 0.30% by mass of B are contained.

本発明において、BとMnの質量比(B/Mn)は1未満であることが好ましい。   In the present invention, the mass ratio (B / Mn) between B and Mn is preferably less than 1.

本発明の蛍光体は、膜厚が10nm以上5000nm以下の薄膜型蛍光体であることが好ましく、スパッタリング法によって成膜されたものであることがより好ましい。   The phosphor of the present invention is preferably a thin film phosphor having a film thickness of 10 nm to 5000 nm, and more preferably formed by sputtering.

本発明には、上記蛍光体を含むエレクトロルミネッセンス素子も包含される。   The present invention also includes an electroluminescence element including the phosphor.

上記課題を達成し得た本発明のスパッタリングターゲットは、上記のエレクトロルミネッセンス蛍光体を製造するためのターゲットであって、ZnSの全質量に対して、0.2〜2質量%のMnおよび0.001〜0.30質量%のBを含有するZnS系合金からなることを特徴とするものである。   The sputtering target of the present invention that has achieved the above-mentioned problems is a target for producing the above-described electroluminescent phosphor, and is 0.2 to 2% by mass of Mn and 0.2% by mass with respect to the total mass of ZnS. It is made of a ZnS-based alloy containing 001 to 0.30 mass% B.

本発明のエレクトロルミネッセンス蛍光体は、母材であるZnSに所定量のMnおよびBの両方を含有するZnS系薄膜から構成されているため、高い輝度を示すことができる。本発明によれば、スパッタリング法で成膜しても充分な輝度を発揮するので、成分均一性に優れた大面積向けの緻密な薄膜型蛍光体として、大型ディスプレイなどの製造に好適に用いられる。   Since the electroluminescent phosphor of the present invention is composed of a ZnS-based thin film containing a predetermined amount of both Mn and B in ZnS as a base material, it can exhibit high luminance. According to the present invention, sufficient brightness is exhibited even when a film is formed by a sputtering method, so that it is suitably used for manufacturing a large display or the like as a dense thin film phosphor for a large area with excellent component uniformity. .

本発明のエレクトロルミネッセンス蛍光体(EL蛍光体)は、ZnSにMnを含有する従来のZnS−Mn薄膜において、B(ホウ素)を所定量含有したところに特徴がある。本発明者の検討結果によれば、ZnS−MnにBを添加すると、Bを添加しない場合に比べ、高い輝度が得られることが判明した。しかも、B添加による輝度向上作用は、ZnSに添加しても発揮されず、Mnを含むZnS−Mnに添加した場合に顕著に発揮されることも判明し、本発明を完成した。   The electroluminescent phosphor (EL phosphor) of the present invention is characterized in that it contains a predetermined amount of B (boron) in a conventional ZnS-Mn thin film containing Mn in ZnS. According to the examination results of the present inventors, it has been found that when B is added to ZnS—Mn, higher luminance can be obtained than when B is not added. In addition, it has been found that the brightness enhancement effect due to the addition of B is not exhibited even when added to ZnS, but is remarkably exhibited when added to ZnS-Mn containing Mn, thereby completing the present invention.

(EL蛍光体)
本発明のZnS−Mn−B蛍光体は、ZnSの全質量に対し、0.2〜2質量%のMnおよび0.001〜0.30質量%のBを含有している。本発明の蛍光体は、橙色の蛍光を示し、これはMnの内殻遷移に由来するものと考えられる。
(EL phosphor)
The ZnS-Mn-B phosphor of the present invention contains 0.2 to 2% by mass of Mn and 0.001 to 0.30% by mass of B with respect to the total mass of ZnS. The phosphor of the present invention exhibits orange fluorescence, which is considered to originate from the inner shell transition of Mn.

まず、Mnは、ZnSの全質量に対して0.2〜2質量%の範囲で含まれている。Mnは、ZnS系蛍光体の発光を促進する付活剤として通常添加される成分であり、高い発光輝度を得るためにMn量の下限を0.2質量%とする。ただし、Mn量が過剰になると、蛍光体自体が着色し、観測される発光量が低下するため、上限を2質量%とする。好ましいMn量は、0.3質量%以上1.5質量%以下であり、より好ましくは、0.5質量%以上0.8質量%以下である。   First, Mn is contained in the range of 0.2 to 2% by mass with respect to the total mass of ZnS. Mn is a component that is usually added as an activator that promotes light emission of the ZnS-based phosphor, and the lower limit of the amount of Mn is 0.2% by mass in order to obtain high emission luminance. However, if the amount of Mn becomes excessive, the phosphor itself is colored and the amount of light emission to be observed decreases, so the upper limit is made 2 mass%. A preferable amount of Mn is 0.3% by mass or more and 1.5% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more and 0.8% by mass or less.

Bは、本発明を特徴付ける成分であり、これまで、ZnS−Mn系EL蛍光体にBを添加した例は知られていない。後記する実施例に示すように、Bはそれ自体、発光しないが、ZnS−Mn蛍光体にBを添加したZnS−Mn−Bでは、Bを含有しない従来のZnS−Mn蛍光体に比べて蛍光が強まり、蛍光体の全面から発光が観測されるようになった。このことから、Bは、蛍光を妨げるZnSの欠陥を修復することによって蛍光を強める「蛍光促進作用」を有していると推察される。このようなBの作用は、ZnSの全質量に対し、0.001質量%以上(好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.03質量%以上)添加することによって有効に発揮される。ただし、B量が過剰になると、かえって蛍光が弱まり、基板端部の側面でしか発光しなくなる。そこで、B量は、ZnSの全質量に対して、0.30質量%以下(好ましくは0.20質量%以下、より好ましくは0.15質量%以下)と定めた。   B is a component that characterizes the present invention. So far, no example of adding B to a ZnS-Mn EL phosphor has been known. As shown in the examples to be described later, B itself does not emit light, but ZnS-Mn-B in which B is added to a ZnS-Mn phosphor is fluorescent compared to a conventional ZnS-Mn phosphor that does not contain B. Became stronger, and light emission was observed from the entire surface of the phosphor. From this, it is inferred that B has a “fluorescence promoting action” that enhances fluorescence by repairing defects in ZnS that hinder fluorescence. Such an action of B is effectively exhibited by adding 0.001% by mass or more (preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.03% by mass or more) with respect to the total mass of ZnS. . However, if the amount of B is excessive, the fluorescence is weakened and light is emitted only on the side surface of the substrate end. Therefore, the B amount is determined to be 0.30% by mass or less (preferably 0.20% by mass or less, more preferably 0.15% by mass or less) with respect to the total mass of ZnS.

本発明のZnS−Mn−B蛍光体において、BとMnの質量比(B/Mn)は1未満である、換言すれば、Bの含有量はMnよりも少ないことが好ましい。Bの含有量がMnと同じか、Mnよりも多くなると、Bは、上述した「蛍光促進元素」として機能するのではなく、逆に蛍光を弱める「不純物元素」として作用するようになるからである。B添加による蛍光促進作用を有効に発揮させるためには、B/Mnの比は小さいほど良く、例えば、0.9以下であることがより好ましく、0.7以下であることが更に好ましい。なお、B/Mnの比の下限は特に限定されないが、おおむね、0.01であることが好ましい。   In the ZnS-Mn-B phosphor of the present invention, the mass ratio (B / Mn) between B and Mn is less than 1, in other words, the B content is preferably less than Mn. When the content of B is the same as Mn or more than Mn, B does not function as the “fluorescence promoting element” described above, but instead acts as an “impurity element” that weakens the fluorescence. is there. In order to effectively exhibit the fluorescence promoting action by addition of B, the B / Mn ratio is preferably as small as possible. For example, it is more preferably 0.9 or less, and even more preferably 0.7 or less. The lower limit of the ratio of B / Mn is not particularly limited, but is generally preferably 0.01.

本発明のEL蛍光体は、MnおよびBを上記の範囲で含有するものであり、残部は、実質的にZnSである。但し、本発明の蛍光体は、製造条件等によって混入される不可避不純物を含んでいても良い。   The EL phosphor of the present invention contains Mn and B in the above range, and the balance is substantially ZnS. However, the phosphor of the present invention may contain unavoidable impurities which are mixed depending on manufacturing conditions and the like.

ここで、母材成分であるZnSは、ZnとSの合計量に対するSの比率が厳密に0.5(すなわち、Zn:S=1:1)である必要はなく、おおむね、0.45〜0.28の範囲内であることが好ましい。後記するように、本発明の蛍光体を構成するZnS−Mn−B薄膜は、好ましくは、スパッタリング法によって成膜されるが、ZnSは成膜中に分解し易く、S成分は蒸発して減少する傾向にある。よって、スパッタリング法によって成膜された上記薄膜におけるZnとSの比率は、厳密には1:1とはならずSの比率が少なくなるが、上記の範囲内であれば、本発明の作用に影響を及ぼさないことを確認している。   Here, the ratio of S to the total amount of Zn and S does not need to be strictly 0.5 (that is, Zn: S = 1: 1) in ZnS as a base material component, and generally 0.45 to It is preferable to be within the range of 0.28. As will be described later, the ZnS-Mn-B thin film constituting the phosphor of the present invention is preferably formed by a sputtering method, but ZnS is easily decomposed during film formation, and the S component is reduced by evaporation. Tend to. Therefore, the ratio of Zn and S in the thin film formed by the sputtering method is not strictly 1: 1, and the ratio of S is reduced. It has been confirmed that there will be no impact.

本発明のEL蛍光体は、薄膜型であっても、特にスパッタリング法で成膜されたものであっても、充分な蛍光を示すことができる。充分な蛍光を確保するためには、蛍光体の膜厚は厚いほど良く、好ましくは10nm以上、より好ましくは100nm以上、更に好ましくは300nm以上である。しかし、蛍光体の膜厚が厚くなると、表面荒れによって、発光にむらが生ずることがある。また、膜厚が厚くなりすぎると、内部応力が増大して、薄膜型蛍光体に割れが生じ、基板等から剥離することもある。蛍光体の膜厚の上限は、5000nmであることが好ましく、2000nmがより好ましく、1500nmが更に好ましい。   The EL phosphor of the present invention can exhibit sufficient fluorescence even if it is a thin film type, particularly a film formed by sputtering. In order to ensure sufficient fluorescence, the thickness of the phosphor is preferably as thick as possible, preferably 10 nm or more, more preferably 100 nm or more, and even more preferably 300 nm or more. However, when the phosphor film becomes thick, unevenness in light emission may occur due to surface roughness. Further, if the film thickness becomes too thick, the internal stress increases, the thin film phosphor is cracked, and may be peeled off from the substrate or the like. The upper limit of the phosphor film thickness is preferably 5000 nm, more preferably 2000 nm, and even more preferably 1500 nm.

(EL蛍光体の製造方法)
次に、本発明に係るEL蛍光体を構成するZnS−Mn−B薄膜の製造方法について説明する。上記の薄膜は、スパッタリング法、真空蒸着法などの物理的蒸着法で成膜することができるが、特に、スパッタリング法で成膜することが好ましい。スパッタリングの中でもRFマグネトロンスパッタリング法が推奨される。
(Method for producing EL phosphor)
Next, the manufacturing method of the ZnS-Mn-B thin film which comprises EL fluorescent substance concerning this invention is demonstrated. The thin film can be formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method or a vacuum vapor deposition method, but it is particularly preferable to form the film by a sputtering method. Among sputtering, the RF magnetron sputtering method is recommended.

スパッタリング法とは、基板と、薄膜材料と同一の材料から構成されるスパッタリングターゲット(ターゲット材)との間でプラズマ放電を形成し、プラズマ放電によってイオン化させた気体をターゲット材に衝突させることによってターゲット材の原子をたたき出し、基板上に堆積させて薄膜を作製する方法である。スパッタリング法は、真空蒸着法とは異なり、ターゲット材とほぼ同じ組成の薄膜を形成できるというメリットを有している。   The sputtering method is a method in which a plasma discharge is formed between a substrate and a sputtering target (target material) made of the same material as the thin film material, and a gas ionized by the plasma discharge is collided with the target material. This is a method for producing a thin film by knocking out atoms of a material and depositing them on a substrate. Unlike the vacuum evaporation method, the sputtering method has an advantage that a thin film having almost the same composition as the target material can be formed.

以下、本発明に用いられるスパッタリングターゲットの好ましい作製方法(粉末焼結法)について説明する。   Hereinafter, a preferred method for producing a sputtering target (powder sintering method) used in the present invention will be described.

まず、原料であるZnS、Mn,Bの粉末を用意し、ZnSに対し、MnおよびBの含有量が適切に制御された混合物を調製する。ZnSに添加されるMnおよびBの量は、前述した薄膜と同じであり、ZnSに対し、Mn量を0.2質量%以上(好ましくは0.3質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上)、2質量%以下(好ましくは1.5質量%以下、より好ましくは0.8質量%以下)とし、B量を0.001質量%以上(好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.03質量%以上)、0.30質量%以下(好ましくは0.20質量%以下、より好ましくは0.15質量%以下)とする。   First, powders of ZnS, Mn, and B as raw materials are prepared, and a mixture in which the contents of Mn and B are appropriately controlled with respect to ZnS is prepared. The amount of Mn and B added to ZnS is the same as that of the thin film described above, and the amount of Mn is 0.2% by mass or more (preferably 0.3% by mass or more, more preferably 0.5% by mass) with respect to ZnS. % Or more), 2 mass% or less (preferably 1.5 mass% or less, more preferably 0.8 mass% or less), and the B content is 0.001 mass% or more (preferably 0.01 mass% or more, more Preferably it is 0.03 mass% or more), 0.30 mass% or less (preferably 0.20 mass% or less, more preferably 0.15 mass% or less).

本発明に用いられる混合装置は限定されず、例えば、ボールミル、ロッドミル、V型混合機などの公知の混合装置を使用できる。混合時間は、混合物を均一に混合できるよう、混合物の量などに応じて適宜調整すれば良い。   The mixing apparatus used for this invention is not limited, For example, well-known mixing apparatuses, such as a ball mill, a rod mill, and a V-type mixer, can be used. What is necessary is just to adjust mixing time suitably according to the quantity etc. of a mixture so that a mixture can be mixed uniformly.

次に、上記の混合物を、例えば1t/cmの金型プレス成形機などを用いて成形して厚さ約5〜10mmの成形物を得た後、焼結することによってターゲットを得る。焼結条件は特に限定されず、例えば、不活性ガス(Ar、Nなど)雰囲気下で、約850〜1300℃で約1〜5時間行うことが好ましい。 Next, the mixture is molded using, for example, a 1 t / cm 2 mold press molding machine to obtain a molded product having a thickness of about 5 to 10 mm, and then sintered to obtain a target. Sintering conditions are not particularly limited, and for example, it is preferably performed at about 850 to 1300 ° C. for about 1 to 5 hours in an inert gas (Ar, N 2, etc.) atmosphere.

このようにして得られるスパッタリングターゲットは、上記ZnS−Mn−B薄膜からなるEL蛍光体と実質的に同じ組成を有している。   The sputtering target thus obtained has substantially the same composition as the EL phosphor made of the ZnS—Mn—B thin film.

次に、上記のスパッタリングターゲットを用い、スパッタリング法によってZnS−Mn−B薄膜を成膜する。スパッタリング法の詳細は特に限定されず、例えば、DCスパッタリング法、RFマグネトロンスパッタリング法、反応性スパッタリング法などの通常用いられるスパッタリング法を採用することができる。本発明の薄膜をRFマグネトロンスパッタリングで成膜するときの好ましい条件は以下の通りである:
基板の温度:300℃〜室温
スパッタリングガス:Ar
ガス圧 :2〜10mTorr
印加電力:1〜10W/cm2
Next, a ZnS—Mn—B thin film is formed by sputtering using the above sputtering target. The details of the sputtering method are not particularly limited. For example, a commonly used sputtering method such as a DC sputtering method, an RF magnetron sputtering method, or a reactive sputtering method can be employed. Preferred conditions for depositing the thin film of the present invention by RF magnetron sputtering are as follows:
Substrate temperature: 300 ° C. to room temperature Sputtering gas: Ar
Gas pressure: 2 to 10 mTorr
Applied power: 1 to 10 W / cm 2

(EL素子およびその製造方法)
本発明には、上記の薄膜蛍光体を含むEL素子も包含される。EL素子は、上記の薄膜蛍光体の層(発光層)の両側を電極(陰極、陽極)で挟んだサンドイッチ構造を有しており、当該サンドイッチ構造が基板上に形成されている。本発明のEL素子の構成および製造方法は、例えば、前述した特許文献1〜4に記載されている従来既知のものを採用することができる。
(EL element and manufacturing method thereof)
The present invention also includes an EL element including the above thin film phosphor. The EL element has a sandwich structure in which both sides of the thin film phosphor layer (light emitting layer) are sandwiched between electrodes (cathode, anode), and the sandwich structure is formed on a substrate. As the configuration and manufacturing method of the EL element of the present invention, for example, conventionally known ones described in Patent Documents 1 to 4 described above can be adopted.

前述したように、本発明では、スパッタリング法によって上記の発光層を成膜することが好ましいが、成膜後の加熱条件は、不活性雰囲気(例えば真空雰囲気またはAr等の不活性ガス雰囲気、好ましくは真空雰囲気)中で加熱処理を行うことが好ましい。例えばスパッタリング後に、真空雰囲気中において200〜500℃(好ましくは300〜450℃)で10〜120分間(好ましくは30〜60分間)、加熱処理を行うことが推奨される。   As described above, in the present invention, it is preferable to form the light emitting layer by sputtering, but the heating condition after the film formation is an inert atmosphere (for example, a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere such as Ar, preferably Is preferably performed in a vacuum atmosphere). For example, after sputtering, it is recommended to perform heat treatment at 200 to 500 ° C. (preferably 300 to 450 ° C.) for 10 to 120 minutes (preferably 30 to 60 minutes) in a vacuum atmosphere.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、上記・下記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, and appropriate modifications are made within a range that can meet the above and the following purposes. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

実施例1
本実施例では、Mn量およびB量が異なる種々の薄膜試料を作製し、ブラックライトを照射して蛍光状態などを比較検討した。
Example 1
In this example, various thin film samples having different amounts of Mn and B were prepared, and the fluorescent state was compared by irradiating with black light.

詳細には、原料であるZnS粉末、金属Mnおよび単体Bを用意し、表1に示す比率で混合した。比較のため、MnおよびBを含まない例、Mnのみを含む例、Bのみを含む例も用意した。   Specifically, ZnS powder, metal Mn, and simple substance B as raw materials were prepared and mixed at the ratios shown in Table 1. For comparison, examples including no Mn and B, examples including only Mn, and examples including only B were also prepared.

次に、上記の混合物を金型プレス成形機で成形し、厚さ7mmの成形体を得た後、Ar雰囲気下にて1000℃で2時間焼成することによって、直径30cmの丸型スパッタリングターゲットを製造した。   Next, the above mixture is molded with a mold press molding machine to obtain a molded body having a thickness of 7 mm, and then fired at 1000 ° C. for 2 hours in an Ar atmosphere to obtain a round sputtering target having a diameter of 30 cm. Manufactured.

このようにして得られたスパッタリングターゲットを用い、マグネトロンスパッタリング(スパッタリングガス:Ar、ガス圧:2mTorr、RF放電、印加電力:2W/cm2)によって薄膜をガラス基板(コーニング社製:♯1737)に成膜した。膜厚は、スパッタリング時間を90秒〜30分の範囲内に制御することによって調整した。次いで、薄膜が成膜された上記基板を、真空雰囲気下、300℃で30分間加熱処理し、加熱後の組成をICP法で分析した。表1に、加熱後の薄膜試料の組成(ZnSに対するMnおよびBの量、並びに、S/(ZnS+S)の比)、および膜厚を示す。 Using the sputtering target thus obtained, a thin film was formed on a glass substrate (Corning Corporation: # 1737) by magnetron sputtering (sputtering gas: Ar, gas pressure: 2 mTorr, RF discharge, applied power: 2 W / cm 2 ). A film was formed. The film thickness was adjusted by controlling the sputtering time within the range of 90 seconds to 30 minutes. Next, the substrate on which the thin film was formed was heat-treated at 300 ° C. for 30 minutes in a vacuum atmosphere, and the composition after the heating was analyzed by an ICP method. Table 1 shows the composition of the thin film sample after heating (the amounts of Mn and B with respect to ZnS and the ratio of S / (ZnS + S)) and the film thickness.

(蛍光特性評価)
得られた薄膜試料に波長340nm〜350nmの紫外線を含むブラックライト(最大強度波長:352nm)を照射し、蛍光の有無を目視で観察し、表1のNo.2(Bを含まない従来のZnS−Mn薄膜蛍光体)との比較で蛍光状態を評価した。評価基準は以下のとおりである。また、蛍光状態のほかに、表示むらや剥離、着色の程度も観察した。
◎:明るい全面発光
○:やや明るい全面発光
△:ガラス基板の端部でのみ発光
×:発光なし
(Fluorescence characteristic evaluation)
The obtained thin film sample was irradiated with black light (maximum intensity wavelength: 352 nm) containing ultraviolet rays having a wavelength of 340 nm to 350 nm, and the presence or absence of fluorescence was visually observed. The fluorescence state was evaluated by comparison with 2 (conventional ZnS-Mn thin film phosphor not containing B). The evaluation criteria are as follows. In addition to the fluorescent state, display unevenness, peeling and coloring were also observed.
◎: Bright overall light emission ○: Slightly bright overall light emission △: Light emission only at the edge of the glass substrate ×: No light emission

これらの結果を表1に示す。   These results are shown in Table 1.

Figure 0005014112
Figure 0005014112

ZnSのみを含有するNo.1、およびMnを含有しないNo.3(ZnS−0.1質量%B)では、発光が確認できなかった。また、Bを含有しない従来例のNo.2(ZnS−0.5質量%Mn)では、ガラス基板側面の端部でしか発光しなかった。   No. containing only ZnS. 1 and No. 1 containing no Mn. With 3 (ZnS-0.1 mass% B), no luminescence was confirmed. In addition, the conventional example No. In 2 (ZnS-0.5 mass% Mn), light was emitted only at the end of the side surface of the glass substrate.

これに対し、MnおよびBの両方を本発明の範囲で含有するNo.4〜8および10〜13は、良好な蛍光状態を示し、表示むらや剥離もなく、着色も良好であった。これに対し、B量が過剰であるNo.9は、基板側面の端部でしか発光せず、一方、Mn量が過剰であるNo.16は、蛍光体自体が着色し、発光も弱かった。また、膜厚が厚いNo.15は発光するものの、剥離が多数生じた。また、No.14は、膜厚が厚いために点状の表示むらが生じた。   On the other hand, No. containing both Mn and B within the scope of the present invention. Nos. 4 to 8 and 10 to 13 showed a good fluorescent state, no display unevenness or peeling, and good coloring. On the other hand, no. No. 9 emits light only at the end of the side surface of the substrate, while No. 9 having an excessive amount of Mn. In No. 16, the phosphor itself was colored and the light emission was weak. In addition, No. with a thick film thickness. Although 15 emitted light, many peeling occurred. No. In No. 14, dot-like display unevenness occurred because the film thickness was large.

Bの添加効果は、特に、No.2、4〜9を対比すると明らかである。これらは、ZnS−0.5質量%MnにB量を0.01〜0.35質量%の範囲内で含む薄膜(膜厚600nm)の例であるが、Bを含まないNo.2に比べ、B量を本発明の範囲で含有するNo.4〜8は良好な蛍光状態を示している。また、B量が本発明の範囲を超えるNo.9では、蛍光状態が低下した。Bの含有量と蛍光状態を検討すると、蛍光状態は、おおむね、Bの含有量が多くなるにつれて良好になる傾向にあり、0.04質量%程度(No.5)で飽和状態にあり、0.20質量%程度(No.8)になると低下する傾向が見られた。   The effect of addition of B is particularly No. It is clear when 2, 4-9 are compared. These are examples of thin films (thickness 600 nm) containing Zn content in the range of 0.01 to 0.35 mass% in ZnS-0.5 mass% Mn. No. 2 containing B in the scope of the present invention compared to No. 2. 4-8 have shown the favorable fluorescence state. Moreover, the B amount exceeds the range of the present invention. In 9, the fluorescence state decreased. When the content of B and the fluorescent state are examined, the fluorescent state tends to become better as the B content increases, and is saturated at about 0.04% by mass (No. 5). When the amount was about 20% by mass (No. 8), a tendency to decrease was observed.

実施例2
本実施例では、B添加による発光促進効果を調べるため、Bを本発明の範囲内で含有するZnS−Mn−B薄膜(表1のNo.4)と、Bを含有しない従来例であるZnS−Mn薄膜(表1のNo.2)を用い、カソードルミネッセンス(CL)測定による蛍光特性を調べた。
Example 2
In this example, in order to investigate the light emission promoting effect by addition of B, a ZnS-Mn-B thin film (No. 4 in Table 1) containing B within the scope of the present invention and ZnS which is a conventional example not containing B are used. Using a —Mn thin film (No. 2 in Table 1), the fluorescence characteristics were measured by cathodoluminescence (CL) measurement.

詳細には、上記の各薄膜試料(膜厚はいずれも、600nm)を用いてCL測定を行い、1s当たりのCLフォトン数をカウントした。CLの測定は、電子流:0.3nA、測定時間:500ms、波長300nm〜800nm間の発光波長を1nm間隔で行なった。これらの結果を図1に示す。   Specifically, CL measurement was performed using each of the above thin film samples (all film thicknesses were 600 nm), and the number of CL photons per 1 s was counted. CL was measured by electron current: 0.3 nA, measurement time: 500 ms, and an emission wavelength between 300 nm and 800 nm at 1 nm intervals. These results are shown in FIG.

図1に示されるように、Bを本発明の範囲内で含有するNo.4は、Bを含有しないNo.2に比べ、10倍もの高いCL強度を示した。ただし、これらの最大発光波長はほぼ同じであり、No.2では589nm、No.4では592nmであった。これらの実験結果により、Bは、それ自体発光するのではなく、Mnの発光を促進する発光促進作用を有していることが確認された。   As shown in FIG. 1, No. 1 containing B within the scope of the present invention. No. 4 contains no B. Compared to 2, the CL strength was 10 times higher. However, these maximum emission wavelengths are almost the same. 2 589 nm, No. 2 4 was 592 nm. From these experimental results, it was confirmed that B does not emit light itself but has a light emission promoting action for promoting light emission of Mn.

表1のNo.2(B含有なし)およびNo.4(本発明例)のカソードルミネッセンス(CL)測定の結果を示すグラフである。No. in Table 1 2 (without B) and No. 2 It is a graph which shows the result of the cathode luminescence (CL) measurement of 4 (invention example).

Claims (5)

Mnを含有するZnS系膜からなるエレクトロルミネッセンス蛍光体において、
前記ZnS系膜は、Bを更に含有し、
ZnSの全質量に対し、Mnを0.2〜2質量%、およびBを0.001〜0.30質量%含有すると共に、
スパッタリング法によって成膜されたものであることを特徴とするエレクトロルミネッセンス蛍光体。
In an electroluminescent phosphor composed of a ZnS-based film containing Mn,
The ZnS-based film further contains B,
Containing 0.2 to 2% by mass of Mn and 0.001 to 0.30% by mass of B with respect to the total mass of ZnS ,
An electroluminescent phosphor formed by sputtering .
BとMnの質量比(B/Mn)は1未満である請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス蛍光体。   2. The electroluminescent phosphor according to claim 1, wherein a mass ratio (B / Mn) of B and Mn is less than 1. 3. 膜厚が10nm以上5000nm以下である請求項1または2に記載のエレクトロルミネッセンス蛍光体。   The electroluminescent phosphor according to claim 1 or 2, wherein the film thickness is 10 nm or more and 5000 nm or less. 請求項1〜のいずれかに記載のエレクトロルミネッセンス蛍光体を含むエレクトロルミネッセンス素子。 The electroluminescent element containing the electroluminescent fluorescent substance in any one of Claims 1-3 . ZnSの全質量に対し、Mnを0.2〜2質量%、およびBを0.001〜0.30質量%含有するZnS系合金からなることを特徴とするスパッタリングターゲット。   A sputtering target comprising a ZnS-based alloy containing 0.2 to 2% by mass of Mn and 0.001 to 0.30% by mass of B with respect to the total mass of ZnS.
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