JPH04185692A - El stimulable phosphor - Google Patents

El stimulable phosphor

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Publication number
JPH04185692A
JPH04185692A JP2317168A JP31716890A JPH04185692A JP H04185692 A JPH04185692 A JP H04185692A JP 2317168 A JP2317168 A JP 2317168A JP 31716890 A JP31716890 A JP 31716890A JP H04185692 A JPH04185692 A JP H04185692A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phosphor
electrons
luminance
radioactive
stimulable phosphor
Prior art date
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Pending
Application number
JP2317168A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoichiro Miyaguchi
耀一郎 宮口
Satoshi Komori
小森 敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH04185692A publication Critical patent/JPH04185692A/en
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  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain an EL stimulable phosphor excellent in luminance and capable of low-voltage drive by mixing and dispersing a specific substance in a stimulable phosphor material so that the substance is carried on the material. CONSTITUTION:A radioactive substance (e.g. <232>Th) is mixed with, dispersed in and carried on a stimulable phosphor material (e.g. ZnS-Mn).

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、カラーデイスプレィ、面照明等に使用される
薄膜EL素子のEL蛍光体に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an EL phosphor for thin film EL elements used in color displays, area lighting, etc.

[従来の技術] 薄膜EL素子は、一般に第5図に示されるようにガラス
基板8上に透明電極9、絶縁層10、蛍光体(発光層)
11、絶縁膜12、背面電極13の各層が順次形成され
ている。
[Prior Art] A thin film EL device generally includes a transparent electrode 9, an insulating layer 10, and a phosphor (light-emitting layer) on a glass substrate 8, as shown in FIG.
11, an insulating film 12, and a back electrode 13 are sequentially formed.

蛍光体ll中では、第6図に示すように光電場中で蛍光
体材料であるZnS結晶中に分散された発光中心材料の
Mnが、ホットエレクトロンの加速電子または不純物準
位から励起されて加速された電子でイオン化、励起して
EL光を発光する。
In the phosphor II, as shown in Fig. 6, Mn, which is the emission center material dispersed in the ZnS crystal, which is the phosphor material, is excited and accelerated by the accelerated electrons of hot electrons or the impurity level in the photoelectric field. The ionized electrons are ionized and excited to emit EL light.

従って、発光輝度は蛍光体材料の電場に比例するホット
エレクトロンの発生率と発光中心材の分布(衝突頻度)
に依存する。
Therefore, the emission brightness is proportional to the electric field of the phosphor material, the generation rate of hot electrons, and the distribution of emission centers (collision frequency).
Depends on.

[発明が解決しようとする課題] ところが、次のような問題が見られた。[Problem to be solved by the invention] However, the following problems were found.

■従来の蛍光体材料では発光輝度が不足している。第7
図に示すように飽和発光輝度は、発光中心材料Zn濃度
が0.4wt%付近にピーク値を持っている。これは、
蛍光体からホットエレクトロンの発生率に限界があり、
それ以上の発光中心材料があっても発光に寄与しないた
めであり、また必要以上にある場合は発光の阻害にもな
っている。
■ Conventional phosphor materials lack luminance. 7th
As shown in the figure, the saturated luminance has a peak value when the luminescence center material Zn concentration is around 0.4 wt%. this is,
There is a limit to the rate of generation of hot electrons from phosphors.
This is because even if there is more luminescent center material, it will not contribute to luminescence, and if there is more than necessary, it will also inhibit luminescence.

■従来の高電圧駆動では発光輝度が不足している。第8
図に電圧と発光輝度の相関性を示すが、しきい値が19
5V以上であり、発光輝度は電圧に比例するが230V
以上ではプラトー領域となっている。
■ Conventional high-voltage drive lacks luminance. 8th
The figure shows the correlation between voltage and luminance, and the threshold value is 19
It is 5V or more, and the luminance is proportional to the voltage, but it is 230V
The above is a plateau region.

印加電圧が210V程度必要で、また高電圧でもそれ以
上輝度が向上しない。これはホットエレクトロンの発生
率が蛍光体固有で限界があるためである。■、■の発光
輝度の不足は特に青色に顕著に現れる。
An applied voltage of about 210 V is required, and the brightness does not improve any further even with a high voltage. This is because the generation rate of hot electrons is unique to the phosphor and has a limit. The lack of luminance in (2) and (2) is particularly noticeable in blue.

■高電場を素子にかけるため高電圧駆動のICおよび回
路実装は高価なものになでおり、また高電圧を素子にか
けると破壊する原因となり、信頼性が低下する。
■ ICs and circuits driven by high voltages are expensive because high electric fields are applied to the elements, and applying high voltages to the elements can cause them to break down, reducing reliability.

本発明は上記の点を解決しようとするものでその目的は
、充分な発光輝度が得られ、かつ低電圧駆動が可能なE
L蛍光体を提供することにある。
The present invention aims to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide an E
The purpose of the present invention is to provide an L phosphor.

[課題を解決するための手段] 本発明のEL蛍光体は、蛍光体材料中に放射性物質を混
合分散して担持させたことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The EL phosphor of the present invention is characterized in that a radioactive substance is mixed and dispersed and supported in the phosphor material.

次に本発明の詳細な説明する。Next, the present invention will be explained in detail.

第1図にEL素子の等価回路を示す。FIG. 1 shows an equivalent circuit of an EL element.

透明電極CITO)と背面電極(八β)の間に200V
の50〜60Hzの交流電圧を掛けると、等価回路に示
す絶縁膜12(Ω1)、蛍光体11(Ω、)、絶縁膜1
0(Ω3)に分圧が掛かり、Ω2分圧がホットエレクト
ロンを加速し、蛍光体材料中の不純物準位の電子を衝突
励起させる。しきい値を越えると、電導帯に電子を不純
物中心にイオンを形成する。電導帯に加速励起された電
子は不純物中心と再結合してそのエネルギーに見合う波
長を発光する。
200V between the transparent electrode (CITO) and the back electrode (8β)
When an AC voltage of 50 to 60 Hz is applied to the
A partial pressure is applied to 0 (Ω3), and the Ω2 partial pressure accelerates hot electrons and excites electrons at an impurity level in the phosphor material by collision. When the threshold value is exceeded, ions are formed in the conduction band with electrons as impurity centers. Electrons accelerated and excited in the conduction band recombine with the impurity center and emit light with a wavelength corresponding to its energy.

また電導帯に励起された電子は高い電場でさらに加速さ
れて、発光中心材料に衝突、励起しイオン化する。さら
に電導帯の電子が発光中心イオンと再結合することで、
発光中心準位と電導帯のギャップエネルギーに等しい波
長を発光する。
Furthermore, the electrons excited in the conduction band are further accelerated by a high electric field, collide with the luminescent center material, and are excited and ionized. Furthermore, the electrons in the conduction band recombine with the luminescent center ion,
It emits light at a wavelength equal to the gap energy between the emission center level and the conduction band.

即ち、ELは蛍光体材料からの発光と発光中心材料から
の発光との合成波長を持つ。それ故、材料を選択するこ
とで多様な発光色を得ることができる。
That is, EL has a combined wavelength of light emission from the phosphor material and light emission from the emission center material. Therefore, various emitted colors can be obtained by selecting the material.

本発明で使用する蛍光体材料としては、従来のものが使
用され、例えば、ZnS、 CaS、 SnS等が挙げ
られる。また、本発明で使用する発光色中心材料として
は、例えば、Mn、 SmFi、 Eu、 TbFx、
Le、 K、 TmFa等が挙げられる。そして、蛍光
体材料と発光中心材料との好適な組み合わせとしては、
ZnS:Mn、ZnS:SmFs、CaS:Eu、 Z
nS:TbF、、CaS:Ce、に、 ZnS:TmF
 s、SrS:Ce、に、 SrS:Ce、に等が挙げ
られる。
As the phosphor material used in the present invention, conventional materials are used, such as ZnS, CaS, SnS, etc. Further, examples of luminescent color-centered materials used in the present invention include Mn, SmFi, Eu, TbFx,
Examples include Le, K, TmFa, and the like. A suitable combination of the phosphor material and the luminescent center material is as follows:
ZnS:Mn, ZnS:SmFs, CaS:Eu, Z
nS:TbF, ,CaS:Ce, ZnS:TmF
s, SrS:Ce, SrS:Ce, etc.

本発明に使用する放射性物質としては、例えば、232
Thが挙げられる。第2図に示すトリウム系列は、放射
性壊変系列を含むことになるので、Thを蛍光体に分散
担持させるとxsaThからは4.007〜8.78M
eVOa線、0.012〜2.27MeVのβ線を出す
。この、α線、β線は強い電離作用をもっており、結晶
内に多くの電子とイオンの対を形成する。
Examples of radioactive substances used in the present invention include 232
For example, Th. The thorium series shown in Fig. 2 includes a radioactive decay series, so if Th is dispersed and supported on the phosphor, the thorium series will be 4.007 to 8.78M from xsaTh.
It emits eVOa rays and β rays of 0.012 to 2.27 MeV. These α and β rays have a strong ionizing effect and form many electron-ion pairs within the crystal.

また、α線はHe核であることから蛍光体材料中での飛
程は小さく、陽イオンであるので、その小さい飛程の間
に衝突電離を起こしながら、エネルギーを減衰させる。
Furthermore, since the alpha ray is a He nucleus, its range in the phosphor material is small, and since it is a cation, impact ionization occurs during its small range, causing its energy to be attenuated.

そのために多数の電子とイオンの対を発生する また、β線は高エネルギーの電子であることから、その
飛程はα線よりも大きいβ線も同様にその飛程の途中に
多数の電子、イオン対を形成する。放射性物質は壊変系
列を持たないものでもαまたはβ線を出しているもので
あれば1iEll!(乍用が大きいので、本発明に使用
できる。
Therefore, a large number of pairs of electrons and ions are generated.Also, since β-rays are high-energy electrons, their range is greater than that of α-rays. Similarly, β-rays generate many pairs of electrons and ions during their range. Form ion pairs. Even if a radioactive substance does not have a decay series, it is 1iEl if it emits α or β rays! (Since it has a large capacity, it can be used in the present invention.)

蛍光体中に発生するホットエレクトロン以外に電子、イ
オン対があるので、加速電場があると、加速電子の数も
増加する。
Since there are electrons and ion pairs in addition to hot electrons generated in the phosphor, the presence of an accelerating electric field also increases the number of accelerated electrons.

また、放射性物質から発生する電子のエネルギーは非常
に大きいので、直接蛍光体の不純物準位電子を励起する
もの、再結合するもの、また発光中心を直接励起するも
の等が発生するので、放射性物質の量(放射能濃度)は
蛍光体材料、発光中心材料の種類によって異なるが適量
値がある。
In addition, since the energy of the electrons generated from radioactive substances is very large, there are those that directly excite the impurity level electrons of the phosphor, those that recombine, and those that directly excite the emission center. The amount (radioactivity concentration) varies depending on the type of phosphor material and luminescent center material, but there is an appropriate amount value.

放射能濃度が太き(なると蛍光体は無電場でも発光する
ことになる。
If the radioactivity concentration is high (the phosphor will emit light even in the absence of an electric field).

また、発光中心材料と放射性物質の複合化合物を形成し
て蛍光体に分散させることで、発光中心近傍に励起電子
が多(存在することから、発光中心を主とするEL発光
が強くなるので、発光スベクトルの巾がシャープになる
In addition, by forming a composite compound of a luminescent center material and a radioactive substance and dispersing it in a phosphor, there are many excited electrons near the luminescent center, which intensifies the EL emission mainly from the luminescent center. The width of the emission vector becomes sharper.

第3図(a) 、 (b)に蛍光体中での構造モデルを
示す。第3図(a)は放射性元素(Th)と発光中心材
料(Mn)を蛍光体材料(ZnS)に均一分散させたも
ので、放射性元素の効果は蛍光体材料および発光中心材
料ともに影響を与えるものである。
Figures 3(a) and 3(b) show structural models in the phosphor. Figure 3 (a) shows a radioactive element (Th) and a luminescence center material (Mn) uniformly dispersed in a phosphor material (ZnS), and the effect of the radioactive element affects both the phosphor material and the luminescence center material. It is something.

第3図 (b)は放射性元素と発光中心材料(Mn)と
を複合化合物として後に蛍光体材料(ZnS)に分散さ
せたもので、発光中心材料に放射線元素の効果を主に与
えるものである。
Figure 3 (b) shows a composite compound of a radioactive element and a luminescent center material (Mn) that is later dispersed in a phosphor material (ZnS), which mainly gives the effect of the radioactive element to the luminescent center material. .

[作用コ 放射性物質を分散担持させた蛍光体を作成することで、
ホットエレクトロンの発生以外に放射線の電離作用によ
る電子、イオンが発生するので、発光中心材料を励起(
衝突)させる量が増加、従って発光輝度が増大する。ま
た、発光中心材料の添加濃度が0.4wt%〜1%に増
加させても発光輝度は向上する。
[By creating a phosphor that carries radioactive substances in a dispersed manner,
In addition to the generation of hot electrons, electrons and ions are generated due to the ionizing effect of radiation, which excites the luminescent center material (
The amount of collision) increases, and therefore the luminance of the light emitted increases. Further, even if the concentration of the luminescent center material added is increased to 0.4 wt % to 1%, the luminance is improved.

また、蛍光体からのホットエレクトロンに伴う加速電子
はしきい値電圧を越えて発生するが、放射性物質が内在
すると、蛍光体内に常に電子やイオンが存在するので、
低電圧でも電子励起が可能となりしきい値電圧が低くな
る。
In addition, accelerated electrons associated with hot electrons from the phosphor are generated above the threshold voltage, but when radioactive substances are present, electrons and ions are always present within the phosphor.
Electron excitation is possible even at low voltages, lowering the threshold voltage.

即ち、放射性物質を蛍光体に内在させることで、発光輝
度が向上し、また低電圧駆動が可能となる。
That is, by including a radioactive substance in the phosphor, the luminance of light emission is improved and low voltage driving becomes possible.

さらに、発光中心材料と放射性材料とを反応させて複合
化合物を作成し、これを蛍光体に分散させることにより
、さらに効率良く高輝度を得ることができる。
Furthermore, high brightness can be obtained even more efficiently by creating a composite compound by reacting the emission center material and the radioactive material and dispersing this in the phosphor.

[実施例] 次に本発明を実施例を挙げて説明する。[Example] Next, the present invention will be explained by giving examples.

実施例l ZnS蛍光体粉末99重量部、MnS粉末0.2〜1重
量部、Th、S、粉末1〜1.8重量部に水を加え、ボ
ールミルにより混練してゲル状物を得る。
Example 1 Water is added to 99 parts by weight of ZnS phosphor powder, 0.2 to 1 part by weight of MnS powder, and 1 to 1.8 parts by weight of Th, S, powder, and kneaded in a ball mill to obtain a gel-like material.

ガラス基板1上に透明電極2 (ITO1膜厚0.1μ
m)、絶縁膜3 (Sio2またはSiN、膜厚0.1
〜0.5μm)を形成した後(第4図(a))、この上
に上記ゲル状物をスクリーン印刷等を用いてパターン化
する(第4図(b))、この時膜厚は0.5〜2μm程
度とする。その後、予備乾燥し、N2、H2S雰囲気中
で300〜600℃、2〜5時間焼成することにより蛍
光体4を得る。
Transparent electrode 2 (ITO 1 film thickness 0.1μ) on glass substrate 1
m), insulating film 3 (Sio2 or SiN, film thickness 0.1
~0.5 μm) (Fig. 4(a)), and then the gel-like material is patterned on this using screen printing etc. (Fig. 4(b)), at this time the film thickness is 0. The thickness should be approximately .5 to 2 μm. Thereafter, the phosphor 4 is obtained by preliminary drying and baking at 300 to 600° C. for 2 to 5 hours in an N2, H2S atmosphere.

その後、その上に絶縁膜5 (SiowまたはSiN、
膜厚0.5〜1μml(第4図(C))、次いで背面電
極6(Ar2)を形成することによりEL素子7を得る
(第4図(d))。
After that, an insulating film 5 (Siow or SiN,
The EL element 7 is obtained by forming a film thickness of 0.5 to 1 μml (FIG. 4(C)) and then a back electrode 6 (Ar2) (FIG. 4(d)).

実施例2 実施例1の蛍光体材料を混合後、粉末をプレス成形し、
N、、H,S雰囲気中で400℃、3時間焼成し、スパ
ッタ用のターゲットを作成する。ガラス基板1上に透明
電極2.絶縁膜3を形成した後、このターゲットを用い
、絶縁膜上にスパッタリングによりH,S雰囲気中、ス
パッタガスとしてArを使用して蛍光体4を成膜する。
Example 2 After mixing the phosphor material of Example 1, the powder was press-molded,
A target for sputtering is prepared by baking at 400° C. for 3 hours in an N, H, S atmosphere. A transparent electrode 2 is placed on a glass substrate 1. After forming the insulating film 3, using this target, a phosphor 4 is formed on the insulating film by sputtering in an H, S atmosphere using Ar as a sputtering gas.

その後、実施例1と同様にして、絶縁膜5.背面電極6
を形成してEL素子7を得る。
Thereafter, in the same manner as in Example 1, the insulating film 5. Back electrode 6
is formed to obtain the EL element 7.

[発明の効果] 以上の説明で明らかなように本発明のEL蛍光体によれ
ば、充分な発光輝度を効率良く得られ、かつ低電圧駆動
が可能となるEL素子を得ることができる。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the EL phosphor of the present invention, it is possible to obtain an EL element that can efficiently obtain sufficient luminance and can be driven at a low voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はEL素子の等価回路を示す説明図、第2図は丁
りの放射性壊変を示す説明図、第3図(a)は本発明の
一例の蛍光体中での構造モデルを示す説明図、第3図(
b)は本発明の他側の蛍光体中での構造モデルを示す図
、第4図(a)〜(d)は本発明の一実施例の蛍光体を
用いたEL素子の製造工程を示す断面図、第5図は一般
的なEL素子の構造を示す断面図、第6図は従来の蛍光
体中での構造モデルを示す断面図、第7図は従来の蛍光
体を使用したEL素子の発光中心材料濃度と飽和発光輝
度の関係を示すグラフ、第8図は印加電圧と発光輝度の
関係を示すグラフである。 1・・・ガラス基板、2・・・透明基板、3・・・絶縁
膜、4・・・蛍光体、5・・・絶縁膜、6・・・背面電
極、7・・・EL素子、7・・・ガラス基板、9・・・
透明電極、10・・・絶縁膜、11・・・蛍光体、12
・・・絶縁膜、13・・・背面電極。 出願人  株式会社 リ コ − 第1図 第2図 Zn   S   Zn   S Zn   S   Zn   S Zn  S   Zn  5 (b) 第3図 (a) (b) (C) (d) 第4図 第5図 Zn  S  Zn  S Th  S  Zn  S 第6図 第7図 第8図
Fig. 1 is an explanatory diagram showing the equivalent circuit of an EL element, Fig. 2 is an explanatory diagram showing the radioactive decay of dust, and Fig. 3 (a) is an explanatory diagram showing a structural model of an example of the present invention in a phosphor. Figure, Figure 3 (
b) is a diagram showing a structural model in the phosphor of the other side of the present invention, and FIGS. 4(a) to (d) show the manufacturing process of an EL element using the phosphor of one embodiment of the present invention. 5 is a sectional view showing the structure of a general EL element, FIG. 6 is a sectional view showing a structural model in a conventional phosphor, and FIG. 7 is an EL element using a conventional phosphor. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the luminescent center material concentration and the saturated luminance, and FIG. 8 is a graph showing the relationship between the applied voltage and the luminance. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Glass substrate, 2... Transparent substrate, 3... Insulating film, 4... Phosphor, 5... Insulating film, 6... Back electrode, 7... EL element, 7 ...Glass substrate, 9...
Transparent electrode, 10... Insulating film, 11... Fluorescent material, 12
... Insulating film, 13... Back electrode. Applicant Rico Co., Ltd. - Figure 1 Figure 2 Zn S Zn S Zn S Zn S Zn S Zn 5 (b) Figure 3 (a) (b) (C) (d) Figure 4 Figure 5 Zn S Zn S Th S Zn S Figure 6 Figure 7 Figure 8

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)蛍光体材料中に放射性物質を混合分散して担持さ
せたことを特徴とするEL蛍光体。
(1) An EL phosphor characterized in that a radioactive substance is mixed and dispersed and supported in a phosphor material.
(2)請求項1記載のEL蛍光体において、放射性物質
は発光中心材料と混合させ、複合化合物とし、これを蛍
光体材料中に分散担持させたことを特徴とするEL蛍光
体。
(2) The EL phosphor according to claim 1, wherein the radioactive substance is mixed with a luminescent center material to form a composite compound, which is dispersed and supported in the phosphor material.
JP2317168A 1990-11-21 1990-11-21 El stimulable phosphor Pending JPH04185692A (en)

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