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JP5062882B2 - Inorganic electroluminescence device - Google Patents
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JP5062882B2 - Inorganic electroluminescence device - Google Patents

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Description

本発明は、無機エレクトロルミネッセンス素子にかかり、特に気相法で形成した多結晶構造の無機化合物を用いた無機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。   The present invention relates to an inorganic electroluminescent device, and more particularly to an inorganic electroluminescent device using a polycrystalline inorganic compound formed by a vapor phase method.

エレクトロルミネッセンス素子とは、固体蛍光体物質に電界を印加して発光するデバイスであり、用いる蛍光体材料によって有機エレクトロルミネッセンス素子と無機エレクトロルミネッセンス素子に分類することができる。有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホールと電子を注入して発光させる電流注入型発光デバイスであり、直流10V以下の低電圧で100〜100000cd/m程度の高輝度発光が可能である。しかし、有機材料を用いているため駆動時の寿命が短いことが最大の課題である。 An electroluminescence element is a device that emits light by applying an electric field to a solid phosphor substance, and can be classified into an organic electroluminescence element and an inorganic electroluminescence element depending on the phosphor material used. The organic electroluminescence element is a current injection type light emitting device that emits light by injecting holes and electrons, and can emit light with high luminance of about 100 to 100,000 cd / m 2 at a low voltage of DC 10 V or less. However, since organic materials are used, the biggest problem is that the lifetime during driving is short.

一方、無機エレクトロルミネッセンス素子は、CRTや照明用途等に用いられる無機蛍光体を用いたデバイスで、高い電界で加速された電子が母体格子に衝突してイオン化する、あるいは発光中心に衝突して励起し、それらが緩和する際に発光するといういわゆる交流発光型デバイスである。このような無機エレクトロルミネッセンス素子の一例としては、蛍光体薄膜を誘電体層で挟んで形成した薄膜型素子(例えば、特許文献1)と、ZnS:Cu,Clなどの蛍光体粉末を誘電体中に分散した粉末型素子(例えば、特許文献2)とが提案されている。これらの無機エレクトロルミネッセンス素子は、発光材料に無機材料を用いているため長寿命で、信頼性に優れるという特徴を有しており、時計の文字盤や携帯機器の表示部のバックライトなどとしてすでに実用化されている。   On the other hand, an inorganic electroluminescence device is a device using an inorganic phosphor used for CRT, illumination, etc., and electrons accelerated by a high electric field collide with a host lattice to be ionized, or collide with an emission center to be excited. However, it is a so-called AC light emitting device that emits light when they relax. As an example of such an inorganic electroluminescence element, a thin film type element (for example, Patent Document 1) formed by sandwiching a phosphor thin film between dielectric layers and a phosphor powder such as ZnS: Cu, Cl in a dielectric. And a powder type element (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228688) dispersed in the material. These inorganic electroluminescent elements are characterized by long life and excellent reliability due to the use of inorganic materials as light emitting materials, and have already been used as backlights for clock dials and display parts of portable devices. It has been put into practical use.

また、比較的低電圧で直流駆動可能な無機エレクトロルミネッセンス素子も提案されている(例えば、非特許文献1)。この無機エレクトロルミネッセンス素子は、II−VI族半導体である硫化亜鉛にマンガン、銅、塩素を添加した蒸着膜を用いたもので、フォーミングプロセスと呼ばれる初期の通電処理によって導電性の硫化銅層が形成されることで電流が流れ、発光するとされている。しかしながらこのタイプの発光体においては、素子に流れる電流の大部分は硫化銅層のチャンネルで流れ、これにより、発光効率が極端に低下し、輝度が極端に低くなるという大きな課題がある。
このような無機エレクトロルミネッセンス素子の一例を図4に示す。通常ITOなどの透光性電極5の形成されたガラス基板1上に発光層2を形成し、この上層に金属製の電極3を形成して、形成される。
In addition, an inorganic electroluminescence element that can be DC driven at a relatively low voltage has been proposed (for example, Non-Patent Document 1). This inorganic electroluminescent element uses a deposited film in which manganese, copper, and chlorine are added to zinc sulfide, which is a II-VI group semiconductor, and a conductive copper sulfide layer is formed by an initial energization process called a forming process. As a result, current flows and light is emitted. However, in this type of light emitter, most of the current flowing in the element flows through the channel of the copper sulfide layer, which causes a significant problem that the light emission efficiency is extremely lowered and the luminance is extremely lowered.
An example of such an inorganic electroluminescence element is shown in FIG. Usually, a light emitting layer 2 is formed on a glass substrate 1 on which a translucent electrode 5 such as ITO is formed, and a metal electrode 3 is formed on the light emitting layer 2.

特許2840185号公報Japanese Patent No. 2840185 特開平9−92467号公報JP-A-9-92467 Japanese Journal of Applied Physics,10,326(1971)Japan Journal of Applied Physics, 10, 326 (1971)

前述したような観点でみると、無機エレクトロルミネッセンス素子は、製造の容易性、長寿命であることから、発光素子、特に照明用途としては、注目に値する素子である。
しかしながら、従来の無機エレクトロルミネッセンス素子は、交流駆動であるために、電流注入型のデバイスに比べ、大電圧が必要であり、発光効率、輝度についても十分なものを得ることができず、その応用範囲が限定されている。
From the viewpoint as described above, inorganic electroluminescent elements are easy to manufacture and have a long lifetime, and are therefore notable for light-emitting elements, particularly for lighting applications.
However, since conventional inorganic electroluminescence elements are driven by alternating current, they require a higher voltage than current injection type devices, and it is impossible to obtain sufficient luminous efficiency and luminance. The range is limited.

例えば、照明用途には、長寿命であることだけでなく、大面積化が可能である、低電圧駆動である、発光効率が高い、輝度が高い、などの要求があり、照明用の光源としては無機エレクトロルミネッセンス素子の実用化は困難であった。   For example, there are demands for lighting applications that not only have a long service life but also enable a large area, low voltage drive, high luminous efficiency, and high brightness. However, it has been difficult to put inorganic electroluminescence elements into practical use.

また上述したように、直流駆動可能な無機エレクトロルミネッセンス素子も提案されてはいるが、このような無機エレクトロルミネッセンス素子では、十分な発光効率を得ることができず、高輝度化が困難であるという問題があった。
さらにまた、半導体レーザのような多大な設備投資を必要とせず、長寿命で大面積化の可能な光源が求められていた。
In addition, as described above, an inorganic electroluminescent element that can be driven by a direct current has been proposed, but such an inorganic electroluminescent element cannot obtain a sufficient luminous efficiency and is difficult to increase in luminance. There was a problem.
Furthermore, there has been a demand for a light source that does not require a large facility investment like a semiconductor laser and can have a long life and a large area.

このような状況の中で、大面積化を企図して気相法で形成した多結晶構造のII−VI族化合物を用いた発光層が注目されている。
しかしながら、種々の実験の結果、発光層として気相法で形成した多結晶構造のII−VI族化合物を用いた場合、粒界が揃うように配向して形成されることから、粒界に沿って電界がかかると、粒界に沿って電流が流れ、発光に寄与することなく流れる電流が増大するということがわかった。
Under such circumstances, a light emitting layer using a II-VI group compound having a polycrystalline structure formed by a vapor phase method for increasing the area has attracted attention.
However, as a result of various experiments, when a II-VI group compound having a polycrystalline structure formed by a vapor phase method is used as the light emitting layer, it is formed so that the grain boundaries are aligned. It was found that when an electric field is applied, a current flows along the grain boundary, and the flowing current increases without contributing to light emission.

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、発光効率が高く、高輝度の無機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的としている。
また、長寿命で、低電圧駆動であってかつ大面積化の可能な無機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an inorganic electroluminescent element having high luminous efficiency and high luminance.
It is another object of the present invention to provide an inorganic electroluminescent element that has a long life, can be driven at a low voltage, and can have a large area.

上記課題を解決するため、本発明は、1対の対向する電極の間に、気相法で形成されたII−VI族化合物を含む発光層を挟んで構成した無機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記1対の電極が、前記II−VI族化合物を含む発光層の側面より外側の位置から当該発光層の成膜方向と交差する方向に延設され、当該発光層の上面または下面の一部を覆うことで、前記発光層の成膜方向と交差する方向に離間して配置され、前記II−VI族化合物は結晶粒界を含み、前記電極は、前記電極間を流れる電流が前記結晶粒界と交差するように配置され、前記結晶粒界は、他の領域よりも導電性の高い無機化合物で構成される
すなわち、1対の対向する電極の間に、気相法で形成されたII−VI族化合物を含む発光層を有する無機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記1対の電極を結ぶ線が、前記II−VI族化合物を含む発光層の成膜方向と交差するように構成されたことを特徴とする。
上記構成によれば、基板に対して垂直な方向に選択的に配向した粒結晶(グレイン)から構成される多結晶構造のII−VI族化合物をはさんで基板の面方向に離れて2つの電極が配置されているので、2つの電極間に電圧を印加したときに、II−VI族化合物結晶の粒界と交差するように基板面方向に通電することができる。このため、II−VI族化合物の選択配向した結晶の粒界方向に流れる電流ロスを低減することができ、発光効率を向上することが可能となる。
さらに上記構成によれば、粒界に導電率の高い領域が形成されており、これに交差するように電流を流すことで、粒界は内部電極のような役割をすることになり、発光効率の向上を図ることが可能となる。このため、II−VI族化合物の選択配向した結晶の粒界方向に流れる電流ロスを低減することができ、発光効率を向上することが可能となる。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is an inorganic electroluminescent device configured by sandwiching a light emitting layer containing a II-VI group compound formed by a vapor phase method between a pair of opposing electrodes,
The pair of electrodes extend from a position outside the side surface of the light emitting layer containing the II-VI group compound in a direction intersecting the film forming direction of the light emitting layer, and a part of the upper surface or the lower surface of the light emitting layer The II-VI group compound includes a crystal grain boundary, and the electrode has a current flowing between the electrodes that is separated from the crystal. It arrange | positions so that a grain boundary may be crossed, and the said crystal grain boundary is comprised with an inorganic compound with higher electroconductivity than another area | region .
That is, an inorganic electroluminescent element having a light emitting layer containing a II-VI group compound formed by a vapor phase method between a pair of opposing electrodes, and a line connecting the pair of electrodes is the II A light emitting layer containing a -VI group compound is formed so as to intersect with the film forming direction.
According to the above configuration, the two II-VI group compounds having a polycrystalline structure composed of grain crystals (grains) selectively oriented in a direction perpendicular to the substrate are separated from each other in the plane direction of the substrate. Since the electrodes are arranged, when a voltage is applied between the two electrodes, it can be energized in the direction of the substrate surface so as to intersect the grain boundary of the II-VI group compound crystal. For this reason, it is possible to reduce the current loss flowing in the grain boundary direction of the selectively oriented crystal of the II-VI group compound, and to improve the light emission efficiency.
Furthermore, according to the above configuration, a region having high conductivity is formed at the grain boundary, and by passing a current so as to cross the grain boundary, the grain boundary functions as an internal electrode. Can be improved. For this reason, it is possible to reduce the current loss flowing in the grain boundary direction of the selectively oriented crystal of the II-VI group compound, and to improve the light emission efficiency.

また、本発明は、上記無機エレクトロルミネッセンス素子において、前記導電性の高い無機化合物は銅の化合物であるものを含む。   Moreover, this invention includes the said inorganic electroluminescent element in which the said highly conductive inorganic compound is a compound of copper.

また、本発明は、上記無機エレクトロルミネッセンス素子において、前記1対の電極の電極間に、前記II−VI族化合物が形成されており、この電極間距離は、0.5〜10μmであるものを含む。
上記構成によれば、2つの電極間の距離は、0.5〜10μmが好ましく、効率よく発光を行うことが可能となる。なおこの電極間距離が、0.5μmよりも小さいと発光効率が低く、10μmよりも大きいと駆動電圧が増大するという問題がある。
In the inorganic electroluminescence device according to the present invention, the II-VI group compound is formed between the electrodes of the pair of electrodes, and the distance between the electrodes is 0.5 to 10 μm. Including.
According to the above configuration, the distance between the two electrodes is preferably 0.5 to 10 μm, and light emission can be performed efficiently. If the distance between the electrodes is smaller than 0.5 μm, the light emission efficiency is low, and if it is larger than 10 μm, the driving voltage increases.

また、本発明は、上記無機エレクトロルミネッセンス素子において、前記II−VI族化合物がセレン化亜鉛であるものを含む。
上記構成によれば、発光物質であるII−VI族化合物のバンドギャップが2.6eV以上であり、照明用光源として有用な青色発光が可能である。
In addition, the present invention includes the above inorganic electroluminescent device in which the II-VI group compound is zinc selenide .
According to the said structure, the band gap of the II-VI group compound which is a luminescent substance is 2.6 eV or more, and blue light emission useful as a light source for illumination is possible.

また、本発明は、上記無機エレクトロルミネッセンス素子において、前記II−VI族化合物が硫化亜鉛であるものを含む。
上記構成によれば、発光物質であるII−VI族化合物のバンドギャップが2.6eV以上であり、照明用光源として有用な青色発光が可能である。
In addition, the present invention includes the inorganic electroluminescent element in which the II-VI group compound is zinc sulfide.
According to the said structure, the band gap of the II-VI group compound which is a luminescent substance is 2.6 eV or more, and blue light emission useful as a light source for illumination is possible.

また、本発明は、上記無機エレクトロルミネッセンス素子において、前記ZnSは酸素(O)を含有し、ZnS1−x(0.1<x<0.9)であるものを含む。
上記構成によれば、酸素の導入量によりバンドギャップを狭くすることができ、所望の発光波長を得る事が可能となる。
In addition, the present invention includes the inorganic electroluminescent element, wherein the ZnS contains oxygen (O) and is ZnS x O 1-x (0.1 <x <0.9).
According to the above configuration, the band gap can be narrowed by the amount of oxygen introduced, and a desired emission wavelength can be obtained.

また、本発明は、上記無機エレクトロルミネッセンス素子において、前記ZnSは、ZnS1−x(0.4<x<0.6)であるものを含む。
上記構成によれば、青色発光を得ることができ、照明用光源として有効である。
The present invention includes the inorganic electroluminescent element, wherein the ZnS is ZnS x O 1-x (0.4 <x <0.6).
According to the said structure, blue light emission can be obtained and it is effective as a light source for illumination.

また、本発明は、上記無機エレクトロルミネッセンス素子において、前記一対の電極は、前記基板表面に、所定の間隔を持つように離間して配置されたものを含む。   Further, the present invention includes the inorganic electroluminescent element, wherein the pair of electrodes are arranged on the surface of the substrate so as to have a predetermined interval.

本発明の無機エレクトロルミネッセンス素子によれば、基板に対して垂直方向に選択的に配向したグレインから構成される多結晶構造のII−VI族化合物を挟んで基板の面方向に離れて2つの電極が配置されているので、2つの電極間に電圧を印加したときに、II−VI族化合物結晶の基板面方向に沿って通電することができる。このため、電流は粒界で形成されるチャンネルを横切って流れることになり、II−VI族化合物の選択配向した結晶の粒界方向に流れる電流ロスを低減することができ、発光効率を向上することが可能となる。
特に、II−VI族化合物の結晶粒界にII−VI族化合物よりも導電性が高い無機化合物が存在する場合、その効果は顕著であり、低電圧で駆動することも可能である。
According to the inorganic electroluminescent element of the present invention, two electrodes are separated in the plane direction of the substrate with the polycrystalline II-VI group compound composed of grains selectively oriented in the direction perpendicular to the substrate interposed therebetween. Therefore, when a voltage is applied between the two electrodes, it can be energized along the substrate surface direction of the II-VI group compound crystal. For this reason, the current flows across the channel formed at the grain boundary, and the current loss flowing in the grain boundary direction of the selectively oriented crystal of the II-VI group compound can be reduced, and the luminous efficiency is improved. It becomes possible.
In particular, when an inorganic compound having higher conductivity than the II-VI group compound is present at the crystal grain boundary of the II-VI group compound, the effect is remarkable, and the driving can be performed at a low voltage.

以下、本発明の実施の形態について説明する。この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
以下、添付した図面に沿って、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の無機エレクトロルミネッセンス素子の1実施の形態を例示した断面図である。この無機エレクトロルミネッセンス素子は、図1に示すように、直流駆動型の素子であり、発光層2を、基板1表面に気相法で形成したII−VI族無機化合物で構成し、2つの電極3が基板の面方向に離間して配置されたものである。発光層2は、多結晶構造であり、基板に対して垂直方向に選択配向したII−VI族無機化合物結晶21が結晶粒界22を介して配向せしめられた構造を有している。そしてこの無機エレクトロルミネッセンス素子に電極3を介して駆動用電源4を接続して通電することで、発光層2内でエレクトロルミネッセンス発光が生じるように構成される。
Embodiments of the present invention will be described below. The present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that various modes are possible for details.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of an inorganic electroluminescence element of the invention. As shown in FIG. 1, this inorganic electroluminescent element is a direct current drive type element, and the light emitting layer 2 is composed of a II-VI group inorganic compound formed on the surface of the substrate 1 by a vapor phase method, and has two electrodes. 3 is spaced apart in the surface direction of the substrate. The light emitting layer 2 has a polycrystalline structure, and has a structure in which II-VI group inorganic compound crystals 21 selectively oriented in a direction perpendicular to the substrate are oriented through the grain boundaries 22. The inorganic electroluminescence element is configured such that electroluminescence emission occurs in the light emitting layer 2 by connecting the drive power supply 4 via the electrode 3 and energizing the inorganic electroluminescence element.

次に、発光層2に関して以下詳細に述べる。発光層2は、II−VI族無機化合物から構成され、気相法で形成された多結晶構造体で構成される。ここでII−VI族無機化合物としては、II族元素として、Zn,Cd、VI族元素としてO,S,Se,Teを用いる。具体的には、可視発光用の発光体として適したバンドギャップを有していることや地球環境問題の観点で、ZnS,ZnSeが最も好ましい。   Next, the light emitting layer 2 will be described in detail below. The light emitting layer 2 is composed of a II-VI group inorganic compound and is composed of a polycrystalline structure formed by a vapor phase method. Here, as a II-VI group inorganic compound, Zn, Cd is used as a group II element, and O, S, Se, Te is used as a group VI element. Specifically, ZnS and ZnSe are most preferable from the viewpoint of having a band gap suitable as a light emitter for visible light emission and global environmental problems.

青色発光のためのII−VI族ワイドギャップ半導体として古くから多くの検討がなされてきた化合物で、ZnO、ZnS、ZnSeなどがある。これらの化合物は、ドナードーピングやVI族元素欠陥、格子間II族元素によって比較的容易に導電性を得ることが可能である。本実施の形態では、最もバンドギャップが広く、n型導電性を示すZnSを用いる。ここで、所望の発光波長を得る、あるいは、発光効率を高めるために接合界面におけるバンドオフセットを調整する目的で、ZnS中に酸素元素を混合しZnS1−Xとするようにしてもよい。Oの混合割合xは、0.1〜0.9、特に好ましくは0.4〜0.6の値で調整する。酸素の混合割合が0.1よりも小さいと効果を発揮し得ず、0.9を超えると導電性を得にくくなる。 A compound that has been extensively studied as a group II-VI wide gap semiconductor for blue emission, and includes ZnO, ZnS, ZnSe, and the like. These compounds can obtain conductivity relatively easily by donor doping, group VI element defects, and interstitial group II elements. In this embodiment, ZnS having the widest band gap and n-type conductivity is used. Here, for the purpose of obtaining a desired emission wavelength or adjusting the band offset at the bonding interface in order to increase the light emission efficiency, an oxygen element may be mixed in ZnS to form ZnS X O 1-X. . The mixing ratio x of O is adjusted to a value of 0.1 to 0.9, particularly preferably 0.4 to 0.6. If the mixing ratio of oxygen is less than 0.1, the effect cannot be exhibited, and if it exceeds 0.9, it becomes difficult to obtain conductivity.

以下、代表的なII−VI族無機化合物として、ZnSを例として述べる。気相法、例えば抵抗加熱蒸着、電子ビーム(EB)蒸着、高周波スパッタリング法などで形成したZnS膜は、例えば分子線エピタキシー法や有機金属気相堆積法などで形成したエピタキシャル膜と異なり、多結晶構造をとることが知られている。その多結晶構造は、ランダムな配向ではなく、基板に対して垂直な方向にある程度配向した構造をとる。その結晶粒界にZnSよりも導電性の高い無機化合物を形成する。   Hereinafter, ZnS will be described as an example of a typical II-VI group inorganic compound. A ZnS film formed by a vapor phase method such as resistance heating vapor deposition, electron beam (EB) vapor deposition, or high frequency sputtering is different from an epitaxial film formed by, for example, a molecular beam epitaxy method or a metal organic vapor phase deposition method. It is known to take a structure. The polycrystalline structure is not a random orientation but a structure oriented to some extent in a direction perpendicular to the substrate. An inorganic compound having higher conductivity than ZnS is formed at the crystal grain boundary.

さらに望ましくは、蒸着材料中にあらかじめCu,Fe,Ni,Co、Mo,Ta,W,Ag,Auなどの金属を添加しておき、成膜後に通電処理することでCuS(x=1〜2)などの導電性の無機化合物をZnS結晶粒界に形成する方法などがあげられる。ここで、ZnS結晶のグレインサイズは数十〜100nm程度である。このようにして形成した発光層に、2つの電極を基板の面方向に離間した配置とすることで、導電性のCuSのチャンネルだけを電流が流れるのではなく、ZnS部分にも流れるようにすることができるため、電流に対する発光効率を高くすることができる。発光層として用いるII−VI族無機化合物としては、1種類単独でも、複数を混合したものを用いてもよい。また、発光中心材料として、Mn、Eu,Tb、Ceなどの局在発光中心元素や、Ag−Cl,Cu−Clなどのドナーアクセプター対元素を添加することも可能である。 More preferably, a metal such as Cu, Fe, Ni, Co, Mo, Ta, W, Ag, or Au is added in advance to the vapor deposition material, and Cu x S (x = 1) is obtained by conducting an energization treatment after the film formation. And a method of forming a conductive inorganic compound such as ˜2) at the grain boundary of ZnS. Here, the grain size of the ZnS crystal is about several tens to 100 nm. By arranging the two electrodes in the light emitting layer formed in this manner so as to be separated from each other in the surface direction of the substrate, current does not flow only in the conductive Cu x S channel, but also flows in the ZnS portion. Therefore, the light emission efficiency with respect to the current can be increased. As the II-VI group inorganic compound used for the light emitting layer, one kind may be used alone, or a mixture of plural kinds may be used. In addition, as the luminescent center material, a local luminescent center element such as Mn, Eu, Tb, or Ce, or a donor-acceptor pair element such as Ag—Cl or Cu—Cl can be added.

ここで化合物薄膜の形成方法は特に限定されないが、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、高周波スパッタリング法、原子層エピタキシー法、有機金属気相堆積法、ハロゲン輸送減圧CVD法、レーザーアブレーション法などの方法で形成することが可能である。また、発光層3を形成した後、結晶性の向上のため、真空中あるいは不活性ガスや硫黄系ガス中で熱アニール処理を行ってもよい。例えば硫黄は蒸発し易いため、膜中から抜け易い。そこで硫黄を含むガス雰囲気中でアニールを行ったり、硫黄を含むガスを供給しながらアニールを行うようにしてもよい。その際のアニール温度、アニール時間等の条件は特に限定されない。なお抵抗加熱蒸着法や、電器をビーム蒸着法で化合物薄膜を成膜する場合、蒸発源を複数配し、組成を調整でできるようにするような工夫により、膜の組成を制御することも有効である。また硫黄などの蒸発し易い原子を含むガスを供給し、当該原子の蒸発を防ぐことも有効である。   Here, the method for forming the compound thin film is not particularly limited, but may be a resistance heating vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method, a high frequency sputtering method, an atomic layer epitaxy method, a metal organic vapor phase deposition method, a halogen transport vacuum CVD method, a laser ablation method, or the like. It can be formed by a method. Moreover, after forming the light emitting layer 3, in order to improve crystallinity, thermal annealing may be performed in a vacuum or in an inert gas or a sulfur-based gas. For example, sulfur easily evaporates and therefore easily escapes from the film. Therefore, annealing may be performed in a gas atmosphere containing sulfur, or annealing may be performed while supplying a gas containing sulfur. Conditions such as annealing temperature and annealing time are not particularly limited. In addition, when a compound thin film is formed by resistance heating vapor deposition or an electric beam vapor deposition method, it is also effective to control the film composition by devising multiple evaporation sources so that the composition can be adjusted. It is. It is also effective to supply a gas containing atoms that are easily evaporated, such as sulfur, to prevent evaporation of the atoms.

次に、基板1としては、ソーダライムガラスや無アルカリガラス、石英などのガラス基板や、透光性のプラスチック(樹脂)基板などを用いることができる。また金属基板、シリコン基板、化合物半導体基板などを用いる場合、基板1と電極3の短絡を防ぐため、基板表面に絶縁膜を形成する必要がある。また電極3側から光を取り出す場合、特に透光性の基板を用いる必要はなく、シリコン基板、化合物半導体基板、セラミックス基板などを用いることができる。   Next, as the substrate 1, a glass substrate such as soda lime glass, non-alkali glass, or quartz, a translucent plastic (resin) substrate, or the like can be used. When a metal substrate, silicon substrate, compound semiconductor substrate, or the like is used, an insulating film needs to be formed on the substrate surface in order to prevent a short circuit between the substrate 1 and the electrode 3. In addition, when light is extracted from the electrode 3 side, it is not necessary to use a light-transmitting substrate, and a silicon substrate, a compound semiconductor substrate, a ceramic substrate, or the like can be used.

電極材料としては、2つの電極に電圧を印加することができればよく、金属材料が用いられる。ここで、本発明においては、2つの電極間の距離が重要であり、0.5〜10μmが好ましい。0.5μmよりも小さいと発光効率が低く、10μmよりも大きいと駆動電圧が大きくなる。ここで、電極を形成する方法としては、フォトリソグラフィ法で形成したマスクを用いてエッチング法によりパターニングする方法や、金属ペーストを用いた印刷法によりパターニングする方法があげられる。また、2つの電極3は、図1に示したように発光層2の側面から上面の一部を覆うように形成してもよい。   The electrode material only needs to be able to apply a voltage to the two electrodes, and a metal material is used. Here, in this invention, the distance between two electrodes is important, and 0.5-10 micrometers is preferable. If it is smaller than 0.5 μm, the light emission efficiency is low, and if it is larger than 10 μm, the driving voltage becomes large. Here, as a method of forming the electrode, a method of patterning by an etching method using a mask formed by a photolithography method and a method of patterning by a printing method using a metal paste can be mentioned. Further, the two electrodes 3 may be formed so as to cover a part of the upper surface from the side surface of the light emitting layer 2 as shown in FIG.

また、ここでは、基板1上に設けられる電極3の一方としては、陽極が配され、発光層中にホールを注入する作用をする。この陽極としては、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、あるいはこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましい。ここで、これらの電極材料としては、仕事関数が4eV以上のものを用いることが好ましい。このような電極材料としては、具体的には、金などの金属、CuI、ITO(インジウムチンオキサイド)、SnO、ZnO等の透光性の導電性材料があげられる。 Here, as one of the electrodes 3 provided on the substrate 1, an anode is provided, which serves to inject holes into the light emitting layer. As the anode, it is preferable to use an electrode material made of a metal, an alloy, an electrically conductive compound, or a mixture thereof having a high work function. Here, as these electrode materials, those having a work function of 4 eV or more are preferably used. Specific examples of such electrode materials include metals such as gold, translucent conductive materials such as CuI, ITO (indium tin oxide), SnO 2 , and ZnO.

一方、電極3の他方の電極としては、陰極が配され、発光層中に電子を注入する作用をする。この陰極としては、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましい。ここでこれらの電極材料としては、仕事関数が5eV以下のものを用いることが好ましい。このような電極材料としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、アルミニウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Al/Al混合物、Al/LiF混合物などが挙げられる。 On the other hand, the other electrode of the electrode 3 is provided with a cathode and functions to inject electrons into the light emitting layer. As the cathode, it is preferable to use an electrode material made of a metal, an alloy, an electrically conductive compound and a mixture thereof having a low work function. Here, it is preferable to use a material having a work function of 5 eV or less as these electrode materials. Examples of such electrode materials include sodium, sodium-potassium alloy, lithium, magnesium, aluminum, magnesium-silver mixture, magnesium-indium mixture, aluminum-lithium alloy, Al / Al 2 O 3 mixture, Al / LiF mixture, and the like. Can be mentioned.

(実施の形態2)
なお前記実施の形態1では、発光層2の端面および上層に電極3を形成したが、基板1上に電極3として陽極を配し、さらにこの基板1上にもう一方の電極3として陰極を配し、陽極と陰極の上層に発光層2を成膜して形成してもよい。
すなわち、本実施の形態の無機エレクトロルミネッセンス素子では、図2に示すように、発光層2よりも下層すなわち基板側1に電極3をパターニングして形成し、この上層に発光層2を成膜している。4は電源である。
他の構成としては前記実施の形態と同様である。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the electrode 3 is formed on the end face and the upper layer of the light emitting layer 2. However, an anode is disposed on the substrate 1 as the electrode 3, and a cathode is disposed on the substrate 1 as the other electrode 3. The light emitting layer 2 may be formed on the anode and the cathode.
That is, in the inorganic electroluminescent element of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the electrode 3 is formed by patterning the lower layer than the light emitting layer 2, that is, the substrate side 1, and the light emitting layer 2 is formed thereon. ing. 4 is a power supply.
Other configurations are the same as those in the above embodiment.

(実施の形態3)
なお前記実施の形態1、2では、1個の無機エレクトロルミネッセンス素子について説明したが、基板1上に多数個の無機エレクトロルミネッセンス素子を配設した発光装置も有効である。
すなわち、図3に示すように、この発光層地は印刷法などにより起立構造の電極3を複数個形成し、この上層に、EB蒸着法などにより、基板表面全体に発光層2を成膜することで、複数の無機エレクトロルミネッセンス素子を配列したものである。
この構成により、発光効率が良好で信頼性の高い無機エレクトロルミネッセンス素子を複数個アセンブリした発光装置を得ることができる。
他の構成としては前記実施の形態と同様である。
なおこの発光層2のうち電極3上を覆う部分は異方性エッチングにより除去し、表面を平坦化してもよいが、そのまま残しておいてもよい。
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, one inorganic electroluminescent element has been described. However, a light emitting device in which a large number of inorganic electroluminescent elements are arranged on the substrate 1 is also effective.
That is, as shown in FIG. 3, the light emitting layer base is formed with a plurality of upright electrodes 3 by printing or the like, and the light emitting layer 2 is formed on the entire surface of the substrate by EB vapor deposition or the like. Thus, a plurality of inorganic electroluminescent elements are arranged.
With this configuration, it is possible to obtain a light emitting device in which a plurality of inorganic electroluminescent elements having high luminous efficiency and high reliability are assembled.
Other configurations are the same as those in the above embodiment.
The portion of the light emitting layer 2 that covers the electrode 3 may be removed by anisotropic etching to flatten the surface, but it may be left as it is.

以下本発明の実施例について説明する。
<実施例1>
図1に示すように無アルカリガラス基板1を用意し、この基板2上に、発光層2として、ZnS:Mn(0.5wt%)、Cu(1.0wt%),Cl(1.0wt%)をEB蒸着法によって基板温度200℃で、500nm形成した。次に、発光層上に電極としてAlをEB蒸着法によって、100nm室温で形成した後、フォトリソグラフィ工程を経て電極間隔が2μmとなるようにパターン加工した。
Examples of the present invention will be described below.
<Example 1>
As shown in FIG. 1, an alkali-free glass substrate 1 is prepared, and a ZnS: Mn (0.5 wt%), Cu (1.0 wt%), Cl (1.0 wt%) is formed on the substrate 2 as a light emitting layer 2. ) Was formed by an EB vapor deposition method at a substrate temperature of 200 ° C. to a thickness of 500 nm. Next, Al was formed as an electrode on the light emitting layer by an EB vapor deposition method at a thickness of 100 nm at room temperature, followed by patterning so that the electrode spacing was 2 μm through a photolithography process.

作製した無機エレクトロルミネッセンス素子の2つのAl電極間に電圧25V印加時に、2mA/cmの電流が流れ、輝度40cd/mのオレンジ発光が観察された。
また、駆動に先立ち、電極間に大電圧(100V程度)を印加する工程を付加してもよい。この工程を付加することにより、粒界にCuを凝集させることができ、粒界の導電性をより高めることができ、発光効率が向上する。
When a voltage of 25 V was applied between the two Al electrodes of the manufactured inorganic electroluminescence element, a current of 2 mA / cm 2 flowed, and orange light emission with a luminance of 40 cd / m 2 was observed.
Prior to driving, a step of applying a large voltage (about 100 V) between the electrodes may be added. By adding this step, Cu can be agglomerated at the grain boundary, the conductivity of the grain boundary can be further increased, and the luminous efficiency is improved.

<比較例1>
図4に示すように、透明電極5としてITOが表面に付いた無アルカリガラス基板1を用意し、この基板2上に、発光層2として、ZnS:Mn(0.5wt%)、Cu(1.0wt%),Cl(1.0wt%)をEB蒸着法によって基板温度200℃で、500nm形成した。次に、電極3としてAlをEB蒸着法によって、100nm室温で形成した。
<Comparative Example 1>
As shown in FIG. 4, an alkali-free glass substrate 1 with ITO on the surface is prepared as a transparent electrode 5, and ZnS: Mn (0.5 wt%), Cu (1) is formed on the substrate 2 as a light emitting layer 2. 0.0 wt%) and Cl (1.0 wt%) were formed by EB vapor deposition at a substrate temperature of 200 ° C. to a thickness of 500 nm. Next, Al was formed as the electrode 3 by 100 nm room temperature by EB vapor deposition.

作製した無機エレクトロルミネッセンス素子にITO電極を陽極、Al電極を陰極として直流駆動を行った。電圧13V印加時に、20mA/cmの電流が流れ、輝度0.1cd/mのオレンジ発光が観察された。 The produced inorganic electroluminescence element was subjected to direct current drive using an ITO electrode as an anode and an Al electrode as a cathode. When a voltage of 13 V was applied, a current of 20 mA / cm 2 flowed, and orange light emission with a luminance of 0.1 cd / m 2 was observed.

このようにして、高輝度であってかつ製造が容易な無機エレクトロルミネッセンス素子を形成することができた。   In this way, an inorganic electroluminescence device having high luminance and easy to manufacture could be formed.

以上、説明してきたように、本発明によれば、結晶粒界に導電性が高い無機化合物が存在したII−VI族無機化合物を挟んで、2つの電極が基板の面方向に離れて配置されているため、低電圧駆動で高効率な無機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができることから、各種照明用光源として有効である。   As described above, according to the present invention, two electrodes are disposed apart from each other in the plane direction of the substrate, with the II-VI group inorganic compound in which an inorganic compound having high conductivity exists in the crystal grain boundary. Therefore, it is possible to obtain a highly efficient inorganic electroluminescent element that is driven at a low voltage, which is effective as a light source for various illuminations.

本発明の実施の形態1の無機エレクトロルミネッセンス素子を示す断面図Sectional drawing which shows the inorganic electroluminescent element of Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態2の無機エレクトロルミネッセンス素子を示す断面図Sectional drawing which shows the inorganic electroluminescent element of Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3の無機エレクトロルミネッセンス発光装置を示す断面図Sectional drawing which shows the inorganic electroluminescent light-emitting device of Embodiment 3 of this invention 本発明の比較例の無機エレクトロルミネッセンス素子を示す断面図Sectional drawing which shows the inorganic electroluminescent element of the comparative example of this invention

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 発光層
3 電極
21 II−VI族化合物
22 粒界
4 電源
1 Substrate 2 Light emitting layer 3 Electrode 21 II-VI group compound 22 Grain boundary 4 Power supply

Claims (8)

1対の対向する電極の間に、気相法で形成されたII−VI族化合物を含む発光層を挟んで構成した無機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記1対の電極が、
前記II−VI族化合物を含む発光層の側面より外側の位置から当該発光層の成膜方向と交差する方向に延設され、当該発光層の上面または下面の一部を覆うことで、前記発光層の成膜方向と交差する方向に離間して配置され、
前記II−VI族化合物は結晶粒界を含み、
前記電極は、前記電極間を流れる電流が前記結晶粒界と交差するように配置され、
前記結晶粒界は、他の領域よりも導電性の高い無機化合物で構成された無機エレクトロルミネッセンス素子。
An inorganic electroluminescent device comprising a light emitting layer containing a II-VI group compound formed by a vapor phase method between a pair of opposing electrodes,
The pair of electrodes,
The light emission layer extends from a position outside the side surface of the light emitting layer containing the II-VI group compound in a direction crossing the film forming direction of the light emitting layer, and covers a part of the upper surface or the lower surface of the light emitting layer. Arranged in a direction that intersects the film forming direction of the layers ,
The II-VI group compound includes a grain boundary,
The electrodes are arranged such that a current flowing between the electrodes intersects the crystal grain boundary,
The said crystal grain boundary is an inorganic electroluminescent element comprised with the inorganic compound with higher electroconductivity than another area | region .
請求項に記載の無機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記導電性の高い無機化合物は銅の化合物である無機エレクトロルミネッセンス素子。
The inorganic electroluminescence device according to claim 1 ,
The inorganic electroluminescent device, wherein the highly conductive inorganic compound is a copper compound.
請求項1または2に記載の無機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記1対の電極は基板表面に形成された、前記II−VI族化合物を挟んで形成され、前記電極間距離が、0.5〜10μmである無機エレクトロルミネッセンス素子。
An inorganic electroluminescent device according to claim 1 or 2 ,
The pair of electrodes is an inorganic electroluminescent element formed on a substrate surface with the II-VI group compound interposed therebetween, and the distance between the electrodes is 0.5 to 10 μm.
請求項1乃至のいずれかに記載の無機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記II−VI族化合物がセレン化亜鉛である無機エレクトロルミネッセンス素子。
An inorganic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 3 ,
An inorganic electroluminescent device wherein the II-VI group compound is zinc selenide.
請求項1乃至のいずれかに記載の無機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記II−VI族化合物が硫化亜鉛である無機エレクトロルミネッセンス素子。
An inorganic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 3 ,
An inorganic electroluminescence device wherein the II-VI group compound is zinc sulfide.
請求項に記載の無機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記硫化亜鉛は酸素(O)を含有し、ZnS1−x(0.1<x<0.9)である無機エレクトロルミネッセンス素子。
The inorganic electroluminescence device according to claim 5 ,
The zinc sulfide containing oxygen (O), ZnS x O 1 -x inorganic electroluminescent device is (0.1 <x <0.9).
請求項に記載の無機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記硫化亜鉛は、ZnS1−x(0.4<x<0.6)である無機エレクトロルミネッセンス素子。
The inorganic electroluminescence device according to claim 6 ,
The zinc sulfide, ZnS x O 1-x inorganic electroluminescent device is (0.4 <x <0.6).
請求項乃至のいずれかに記載の無機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記一対の電極は、前記基板表面に、所定の間隔を持つように離間して配置された無機エレクトロルミネッセンス素子。
An inorganic electroluminescence device according to any one of claims 3 to 7 ,
The pair of electrodes is an inorganic electroluminescence element arranged on the surface of the substrate so as to have a predetermined interval.
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