(57)【要約】元素周期表のＩＩＡ族およびＩＩＢ族の元素から選択される少なくとも１つの陽イオンを含むチオアルミネート、チオガレートおよびチオインデートからなる群から選択されるエレクトロルミネセントデバイス用薄膜蛍光体。この蛍光体は、希土類金属で付活され、ガドリニウムと共付活されているため、高輝度が実現されている。この薄膜蛍光体を基板上に含むエレクトロルミネセントデバイスについても記載する。別の態様では、薄膜蛍光体が硫化亜鉛の薄膜に隣接した、好ましくは、硫化亜鉛の薄膜間に挟持されたエレクトロルミネセントデバイスが得られる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
元素周期表のＩＩＡ族およびＩＩＢ族に含まれる元素から選択された少なくとも１つの陽イオンを有するチオアルミネート、チオガレートおよびチオインデートからなる群から選択される蛍光体であって、希土類金属で活性化され、ガドリニウムで共活性化されるエレクトロルミネセントデバイス用薄膜蛍光体。
【請求項２】
前記蛍光体がチオアルミネートである、請求項１に記載の薄膜蛍光体。
【請求項３】
前記希土類金属が、ユウロピウムまたはセリウムである、請求項２に記載の薄膜蛍光体。
【請求項４】
希土類金属が、ユウロピウムである、請求項３に記載の薄膜蛍光体。
【請求項５】
前記陽イオンがカルシウムである、請求項４に記載の薄膜蛍光体。
【請求項６】
前記蛍光体が、１〜１０原子％のユウロピウムと１〜５原子％のガドリニウムとを含む、請求項５に記載の薄膜蛍光体。
【請求項７】
前記ユウロピウムの含有量が２〜８原子％であり、前記ガドリニウムの含有量が２〜４原子％である、請求項６に記載の薄膜蛍光体。
【請求項８】
基板上に請求項１による薄膜蛍光体を含むエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項９】
前記蛍光体がチオアルミネートである、請求項８に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１０】
前記希土類金属が、ユウロピウムまたはセリウムである、請求項９に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１１】
前記希土類金属が、ユウロピウムである、請求項９に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１２】
前記陽イオンが、カルシウムである、請求項１１に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１３】
前記蛍光体が、１〜１０原子％のユウロピウムと１〜５原子％のガドリニウムとを含む、請求項１２に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１４】
前記ユウロピウムの含有量が２〜８原子％であり、前記ガドリニウムの含有量が２〜４原子％である、請求項１３に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１５】
前記薄膜蛍光体が、硫化亜鉛の薄膜に隣接している、請求項８に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１６】
前記薄膜蛍光体が、硫化亜鉛の薄膜間に挟持されている、請求項１３に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１７】
前記蛍光体がチオアルミネートである、請求項１５に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１８】
前記希土類金属がユウロピウムまたはセリウムである、請求項１７に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１９】
前記希土類金属がユウロピウムである、請求項１８に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項２０】
前記陽イオンがカルシウムである、請求項１９に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項２１】
前記蛍光体が、１〜１０原子％のユウロピウムと１〜５原子％のガドリニウムとを含む、請求項２０に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項２２】
前記ユウロピウムの含有量が２〜８原子％であり、前記ガドリニウムの含有量が２〜４原子％である、請求項２１に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガドリニウム（Gadolinium）を活性化共役因子（co-activator）として含むアルカリ土類チオアルミネート蛍光体材料に関する。特に、本発明は、この種の蛍光体がエレクトロルミネセントディスプレイ内の薄膜として蒸着される場合に、ガドリニウムを活性化共役因子として使用する方法に関する。本発明はまた、フルカラーＡＣエレクトロルミネセントディスプレイ、特に、誘電率の高い厚膜誘電体層を具備したディスプレイに使用する蛍光体材料の輝度を改良することに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第５，４３２，０１５号明細書などに例示されているように、薄膜エレクトロルミネセント（ＴＦＥＬ）ディスプレイと比較すると、厚膜誘電体を用いた場合には、絶縁破壊に対する抵抗が高いばかりでなく、動作電圧が低減された構造となる。この厚膜誘電体構造は、セラミック製の基板上に蒸着されると、通常ガラス基板上に製造されるＴＦＥＬデバイスよりも高い処理温度に耐えるようになる。高温に対する耐性が高いことから、蛍光体膜をより高温にてアニール処理して、その輝度を改良することができる。こうした利点ならびに近年の青色発光蛍光体材料の改良により、ディスプレイは、従来型陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイの技術的性能を実現するために必要な輝度および色座標に近づきつつある。しかし、ディスプレイ設計を単純化し、操作電力を低下させてディスプレイの信頼性を高め、ディスプレイ用色温度仕様が高まる傾向に遅れずについていくためには、緑色および青色蛍光体の性能をさらに改良しなければならない。
【０００３】
従来、フルカラーエレクトロルミネセントディスプレイ用の蛍光体材料として、青色にはセリウム活性硫化ストロンチウムが、赤色および緑色にはマンガン活性硫化亜鉛が選択されてきた。
これらの蛍光体材料から放出される光は、赤色、緑色および青色サブ画素に必要な色座標を実現するために、それぞれに適した色フィルタを通過しなければならない。このため、輝度およびエネルギー効率の損失が発生する。マンガン活性硫化亜鉛蛍光体の場合、入力電力に対する光学エネルギー変換効率は約１０ルーメン／ワットと比較的高く、セリウム活性硫化ストロンチウム蛍光体の場合、そのエネルギー変換効率は、青色発光としては比較的高い１ルーメン／ワットである。しかし、これらの蛍光体による発光スペクトルはかなり広域であり、硫化亜鉛系蛍光体材料では、緑色から赤色までを含むカラースペクトルとなり、硫化ストロンチウム系材料では、青色から緑色までを含むカラースペクトルとなってしまう。このため、光学フィルタを使用しなければならない。セリウム活性硫化ストロンチウム蛍光体の場合には、その蒸着条件および活性剤濃度を制御すれば、その発光スペクトルをある程度青色に向けてシフトさせることができるが、光学フィルタはやはり必要である。
【０００４】
発光スペクトルの範囲がこれより狭く、青色サブ画素に必要な色座標となることがわかっている別の青色蛍光体材料も評価されている。こうした材料の例として、セリウム活性アルカリ土類チオ没食子酸塩化合物類が挙げられる。この化合物類では良好な青色色座標が得られるが、輝度および安定性にやや欠けている。そのためこれまでは、ユウロピウムで活性したバリウムチオアルミネート蛍光体材料を用いて、青色画素に対するさらに高い輝度および優れた色座標を実現してきた。また、ユウロピウムで活性したカルシウムチオアルミネート蛍光体材料を用いて、緑色画素に対するさらに高い輝度および優れた色座標を実現してきた。
【０００５】
薄膜エレクトロルミネセントデバイスにおいて、希土類活性硫化亜鉛蛍光体材料の輝度を高めるためにガドリニウムを活性化共役因子として使用することが知られている。具体的に言えば、米国特許第４，９６７，２５１号明細書には、薄膜エレクトロルミネセントデバイスに、赤色を発光するサマリウム活性硫化亜鉛蛍光体層を使用することが教示されている。この蛍光体材料を２原子％未満のガドリニウムで同時ドーピングすると、その輝度は約２倍になった。米国特許第４，９６７，２５１号明細書には、青色光放出を目的として、ガドリニウムで共活性し、ツリウムで活性した硫化亜鉛蛍光体を使用することも記載されているが、この活性化共役因子を使用してもその青色輝度は十分ではないため、市販のエレクトロルミネセントディスプレイに使用することはできなかった。
【０００６】
ガドリニウムは、硫化亜鉛マグネシウム蛍光体材料内にて紫外光発光用活性剤として作用することで知られている。例えば、米国特許第５，６７０，８３９号明細書には、ガドリニウム活性Ｚｎ(1-x)ＭｇxＳ蛍光体層（０．３３＜ｘ＜１）を具備したエレクトロルミネセントデバイスが教示されている。この蛍光体は、３１０ナノメータ波長の紫外光を発するが、硫化亜鉛マグネシウム材料は、そのバンドギャップが十分に大きいため、ガドリニウム活性剤が発生する紫外光を吸収しないと言われている。そこで、米国特許第５，６７０，８３９号明細書には、こうした紫外光発光蛍光体を、紫外光によって可視光帯域の蛍光を生じる第２の蛍光体膜に隣接して使用して可視光を発光させ、ディスプレイを形成できることも開示されている。この可視光発光活性剤は、ガドリニウム活性剤とは別の材料に含まれていた。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、元素周期表のＩＩＡ族およびＩＩＢ族に含まれる元素から選択された少なくとも１つの陽イオン（cation）を有するチオアルミネート、チオ没食子酸塩およびチオインデートからなる群から選択される蛍光体であって、希土類金属で活性され、ガドリニウムで共活性されたエレクトロルミネセントデバイス用薄膜蛍光体を提供するものである。
本発明の一好適実施形態において、その蛍光体はチオアルミネートである。
別の実施形態において、その希土類金属は、ユウロピウムまたはセリウム、特にユウロピウムである。
【０００８】
別の好適実施形態において、その陽イオンはカルシウムである。
別の好適実施形態において、その蛍光体は、１〜１０原子％のユウロピウムと１〜５原子％のガドリニウムとを含有する。好ましくは、ユウロピウム量が２〜８原子％であり、ガドリニウム量が２〜４原子％である。
本発明の複数の態様はまた、薄膜蛍光体を本明細書に記載するように基板上に含むエレクトロルミネセントデバイスを提供するものである。
さらに、本発明の複数の態様は、薄膜蛍光体を硫化亜鉛の薄膜に隣接させて含むエレクトロルミネセントデバイスを提供するものである。好ましくは、その薄膜蛍光体を硫化亜鉛の薄膜間に挟持する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、図面に示した実施形態を参照しながら本発明を説明する。
本発明は、アルカリ土類チオアルミネート蛍光体内において活性化共役因子として機能するガドリニウムに関し、特に、この種の蛍光体がエレクトロルミネセントディスプレイ内に薄膜として蒸着される場合に活性化共役因子としてガドリニウムを組み入れることに関する。実施形態において、また本明細書で例示するように、緑色発光蛍光体であるユウロピウム活性カルシウムチオアルミネートのエレクトロルミネセンスは、約３原子％のガドリニウムと同時ドーピングすると約２倍に増加する。ガドリニウムを活性化共役因子として添加しても、この蛍光体のＣＩＥ色座標はあまり変化しない。本発明の別の態様は、性能をさらに高めるため、ガドリニウムを同時ドーピングした薄膜蛍光体を硫化亜鉛の薄膜間に挟持することに関する。例示したように、厚さは同じでも硫化亜鉛層を含まない蛍光体を用いた同様のデバイスに比較すると、この硫化亜鉛層を用いることで、エレクトロルミネセントデバイスの電圧に対するルミネセンス曲線の勾配を増加させることができる。
【００１０】
本発明は特に、蛍光体を形成するために、アルカリ土類チオアルミネート母材にガドリニウム活性化共役因子および希土類活性剤を使用することを目的としている。本発明は、元素周期表のＩＩＡ族およびＩＩＢ族元素から選択された陽イオン（単数または複数）を含む３元、４元およびそれ以上のチオアルミネート蛍光体、チオ没食子酸塩蛍光体、チオインデート蛍光体、およびこれらから合成された複合材料に適用可能であると考えられ、この陽イオンの例として、バリウム、カルシウム、ストロンチウム、マグネシウムおよび亜鉛が挙げられる。蛍光体にはガドリニウムと併用してさまざまな希土類活性剤が使用可能であるが、特に、ユウロピウムおよびセリウムがその例として挙げられる。ガドリニウムと併用するのに好適な活性剤はユウロピウムである。本発明の複数の好適実施形態において、ガドリニウムは、緑色の光を発光するカルシウムチオアルミネート（ＣａＡｌ2Ｓ4）蛍光体の活性化共役因子として使用される。本発明の複数の実施形態において、蛍光体としてカルシウムチオアルミネートを用いる場合には特に、活性剤は、１〜１０原子％、好ましくは２〜８原子％のユウロピウムであり、活性化共役因子として使用するガドリニウムの量は、１〜５原子％、好ましくは２〜４原子％である。
【００１１】
本発明を、図１および図２に示す実施形態でさらに例示する。図１は、本発明による蛍光体を用いたエレクトロルミネセントデバイスを示す断面図であり、図２は、同じエレクトロルミネセントデバイスを示す平面図である。概して１０として示したエレクトロルミネセントデバイスは基板１２を有しており、この上に列電極１４が配置されている。厚膜誘電体１６の上には薄膜誘電体１８が設けられて、図ではその上に３行の画素２０、２２および２４が配置されている。３原色、すなわち赤色、緑色および青色を得られるように、この複数の画素列に蛍光体が含まれている。画素列２０には、薄膜誘電体１８に接触する位置に赤色蛍光体２６が含まれ、赤色蛍光体２６の上にもう１つの薄膜誘電体２８が配置され、薄膜誘電体２８の上に列電極３０が配置されている。同様に、画素列２２には、薄膜誘電体１８に接触する位置に緑色蛍光体３２が含まれ、その上に薄膜誘電体３４および列電極３６が配置されている。画素列２４には、薄膜誘電体１８に接触する位置に青色蛍光体３８が含まれ、その上に薄膜誘電体４０および列電極４２が配置されている。
【００１２】
当業者であればわかるように、基板にはさまざまな種類が利用可能であるが、電磁スペクトルの可視および赤外領域において不透明な基板であれば好適である。具体的に言えば、こうした基板は、セラミック基板上に設けられた厚膜誘電体層である。その例として、アルミナおよび金属セラミック複合材料が挙げられる。
組成の沈着は硫化水素、硫黄又は他の揮発性硫黄化合物の雰囲気中で行われ、これは、沈着化合物の硫黄が不足する傾向がある場合に、その沈着に伴って蛍光体膜を汚染しない。特に、沈着を硫化水素雰囲気中で行うことにより、膜中のスパッタされた種類が、硫化水素から派生した硫化物と化学反応を生じて沈着膜を硫化物で十分に飽和させ、所望の膜組成が得られる。しかし、場合により、Ｈ２Ｓを含まない低圧不活性ガス内でこの方法を行うことも可能である。
【００１３】
この蒸着を、電子ビーム蒸着、具体的に言えば、米国特許仮出願第０９／７４７，３１５号に例示されている二源電子ビーム蒸着、または、硫化水素含有ガスの注入および排気用の設備があり、蒸着基板に加熱手段が設けられているＲＦマグネトロンスパッタリング法により行うことができる。
アルカリ土類チオアルミネートは、エレクトロルミネセント蛍光体として利用できるものとして報告されているが、その輝度は低い。この母材の化学量論制御方法を改善することで、エレクトロルミネセント素子の輝度を高められることがわかっている。そして本発明により、ガドリニウムを活性化共役因子として使用することで、さらに輝度の高いエレクトロルミネセント素子が得られることがわかった。
【００１４】
本発明の別の態様において、ガドリニウムを同時ドーピングした薄膜蛍光体を硫化亜鉛の薄膜に隣接して配置する。特に好適な実施形態では、ガドリニウムを同時ドーピングした薄膜蛍光体を硫化亜鉛の薄膜で包囲する、または硫化亜鉛の薄膜間に挟持する。例示したように、厚さが同じでも硫化亜鉛層を含まない蛍光体を用いた同様のデバイスに比較すると、硫化亜鉛層を用いることで、エレクトロルミネセントデバイスの電圧に対するルミネセンス曲線の勾配を増加させることができる。
以下に、本発明を、実施例を用いて例示する。
【実施例】
【００１５】
実施例Ｉ
硫化カルシウム、硫化マグネシウム、硫化アルミニウム、硫化ユウロピウムおよびフッ化ガドリニウムの粉末をさまざまな比率で配合して、ユウロピウムをドーピングしたマグネシウムカルシウムチオアルミネート粉末セットを調製した。このカルシウムマグネシウムチオアルミネート蛍光体粉末の公称組成は、Ｃａ0.8Ｍｇ0.2Ａｌ2Ｓ4：ｘＥｕ，ｙＧｄであった。（ｉ）ｘ＝０．０３かつｙ＝０．０１である、（ｉｉ）ｘ＝０．０３かつｙ＝０．０３である、（ｉｉｉ）ｘ＝０．０７かつｙ＝０．０１である、および（ｉｖ）ｘ＝０．０７かつｙ＝０．０３であるというそれぞれの条件で、複数の試料を調製した。
【００１６】
こうして配合した粉末をプレスして、直径１．３ｃｍ、高さ０．７５ｃｍのペレットを形成した。アルミナ容器の窒素環境内で約９００℃にて１０分間、このペレットにアニール処理を施した。ただし、アルミナ容器による熱負荷が大きいため、ペレットの実際の温度は９００℃より低かった可能性がある。
こうして得た蛍光体の光ルミネセンススペクトルを、カナダ、オンタリオ、ロンドンのＰｈｏｔｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌが製造しているＭｏｄｅｌ８１４光電子増倍管検出系および１０１０Ｂ  Ａｒｃ  Ｌａｍｐキセノン閃光ランプを用いて測定した。
【００１７】
その光ルミネセンススペクトルを図３に示す。このスペクトルには２つのピークがあり、１つは約５２０ナノメータのところ、すなわち緑色発光のところであり、もう１つは約６６０ナノメータ、すなわち赤色発光のところである。ｙ＝０．０１の２試料、すなわち１原子％のガドリニウムを含む２つの試料では、５２０ナノメータピーク高さの６６０ナノメータピーク高さに対する比率が約１．５：１である。ｙ＝０．０３の２試料、すなわち３原子％のガドリニウムを含む２試料では、その比率は約９：１に増加している。この結果から、ガドリニウム含有量が増加したことにより、緑色発光に対して赤色発光が抑制されていることが明らかである。これは２つの点で有利である。第１に、緑色の輝度が高くなったことで、より有効な緑色蛍光体が得られる。第２に、赤色発光を除去するフィルタが不要となるため、可能性としてディスプレイ価格を低く抑えられ、フィルタによる緑色発光の減衰を避けられる。
実施例ＩＩ
ユウロピウムで活性し、ガドリニウムと共活性したカルシウムチオアルミネート蛍光体膜３枚を、１厚膜基板上に形成した。この厚膜基板は、５ｃｍ×５ｃｍ、厚さ０．１ｍｍのアルミナ基板であった。この基板上に金電極を蒸着した後、Ｗｕらに付与された国際公開第ＷＯ００／７０９１７号に例示されている方法にしたがって、誘電率の高い厚膜誘電体層を蒸着した。次に、米国特許仮出願第０９／７６１，９７１号明細書に記載されているゾル−ゲル技法を用いて、チタン酸バリウムからなる厚さ１００〜２００ナノメータの薄膜誘電体を、この厚膜誘電体の上に蒸着した。
【００１８】
このチタン酸バリウム層上に、米国特許仮出願第０９／７４７，３１５号明細書に記載されている方法に従い、二源電子ビーム蒸着法を用いて、蛍光体膜を電子ビーム蒸着した。この２蒸着源を、硫化アルミニウムと、硫化カルシウム、硫化ユウロピウムおよびフッ化ガドリニウムの溶融混合物との２種類とした。どちらの供給源もペレットの形態であり、実施例Ｉで概略を述べた方法を用いて調製したものである。
この蛍光体蒸着を、基板の温度を２００℃として、０．１ミリトールの硫化水素低圧雰囲気内で行った。その方法は電子ビーム蒸着であり、硫化アルミニウム供給源と、蛍光体材料の残りの成分を含む供給源とを二源として用いた。硫化アルミニウムの蒸着速度は、他成分のない状態で水晶モニタで測定したところ、６オングストローム／秒であり、他成分の蒸着速度は、硫化アルミニウムのない状態でやはり水晶モニタで測定したところ、３オングストローム／秒であった。蒸着された蛍光体膜の厚さは４０００オングストロームであった。
【００１９】
第１の蛍光体膜（試料Ａ）におけるユウロピウム濃度は７原子％であり、ガドリニウム濃度は０原子％であった。第２の蛍光体膜（試料Ｂ）におけるユウロピウム濃度は３原子％であり、ガドリニウム濃度は３原子％であった。第３の蛍光体膜（試料Ｃ）におけるユウロピウム濃度は７原子％であり、ガドリニウム濃度は３原子％であった。
蒸着後、窒素雰囲気下において、６５０℃にて５分間、蛍光体をコーティングした基板にアニール処理を施したところ、５０ナノメータ厚さのアルミナ薄膜と、酸化インジウムスズからなる透明な導体とが蛍光体上に蒸着され、第２の電極が得られた。
【００２０】
こうして得たデバイスを、交互極性３２マイクロ秒幅方形波パルスおよび２４０Ｈｚ周波数を用いて試験した。このパルス振幅を１０ボルトずつ変化させて２６０ボルトまで上昇させた。得られた結果を図４に示す。
７原子％のユウロピウムを含み、ガドリニウムを含まない蛍光体膜によるデバイスでは、ＣＩＥ色座標の値がｘ＝０．１８５、ｙ＝０．６３４であり、最大輝度約１０００カンデラ／ｍ2の緑色発光が見られた。３原子％のユウロピウムおよび３原子％のガドリニウムを含む蛍光体膜によるデバイスでは、ＣＩＥ色座標の値が同様にｘ＝０．１８０、ｙ＝０．６０５であり、最大輝度が約１４００カンデラ／ｍ2であった。７原子％のユウロピウムおよび３原子％のガドリニウムを含む蛍光体膜による第３の基板の場合にも、ＣＩＥ色座標の値はｘ＝０．１９３、ｙ＝０．６３２であった。しかし、図４でわかるように、その最高輝度は１７００カンデラ／ｍ2であった。いずれのデバイスも、光を発する約１２０ボルトの最適閾値以上の電圧を有し、その閾値電圧を超えたところで輝度が急激に上昇している。
【００２１】
つまり、７原子％のユウロピウムで活性された蛍光体に３原子％のガドリニウムを添加すると、輝度を約７０％上昇させることができる。３原子％のガドリニウムが含まれている場合、ユウロピウム量を３原子％から７原子％に増加させると、輝度は約２０％上昇した。
実施例ＩＩＩ
実施例ＩＩの場合と同様のデバイス４種を作製して試験した。ただし、この実施例では、ドーピング処理を施していない硫化亜鉛層の複数層を追加して蛍光体膜とこれを包囲する誘電体層との間に挿置した。２種のデバイス（試料Ｄおよび試料Ｅ）には、３原子％のユウロピウムおよび３原子％のガドリニウムでドーピングした蛍光体膜を具備し、残りの２種デバイス（試料Ｆおよび試料Ｇ）には、７原子％のユウロピウムおよび３原子％のガドリニウムでドーピングした蛍光体膜を具備した。厚膜層に隣接する下方硫化亜鉛層の厚さは１０００オングストロームであった。もう一方の層（上方）硫化亜鉛層の厚さは５００オングストロームであった。どちらも、電子ビーム蒸着法を用いて１０オングストローム／秒の速度で蒸着した。得られた蛍光体層の厚さは、実施例ＩＩと同様に４０００オングストロームであった。
【００２２】
こうして得られたデバイスを、実施例ＩＩの手順で試験した。その結果を図５に示す。見かけ上同一であるデバイス２セットは、ほぼ同様の反応であったが、ユウロピウム濃度の高いデバイスでは、低いデバイスより輝度が約２０％上昇した。この結果は、実施例ＩＩで説明した同様の蛍光体組成を含むデバイスに見られた比例上昇と一致している。
実施例ＩＩＩによるデバイスでは、実施例ＩＩによるデバイスの場合より輝度が全体的に上昇していることに特に留意されたい。実施例ＩＩのデバイスには、蛍光体層を挟持する硫化亜鉛層を具備しなかった。
【００２３】
図４および図５の結果を比較すると、硫化亜鉛層を具備するデバイスの場合、特定電圧および蛍光体組成における輝度がそれぞれ約６０％上昇していることがわかる。硫化亜鉛層をデバイスに具備すると、閾値電圧を超えたところで輝度がより急峻に上昇していることもわかる。したがって、グレースケールをより簡単に実行でき、ディスプレイパネルの電力消費量を削減することができる。いずれの理論にも束縛されるものではないが、こうした改良が得られたことは、硫化亜鉛層が、蛍光体層に注入される電子の密度およびエネルギーを上昇させて、蛍光体内における、光放出に必要なエネルギーを備えた電子の密度が不充分なために光を発しないデッド層の厚さを最小限に抑える加速層として作用していることに関連すると考えられる。
実施例ＩＶ
処理または製造条件において発生する不規則なまたは制御できないばらつきによる性能変動の影響を取り除くため、見かけ上は同一である多数のガドリニウム活性化共役因子含有および非含有デバイスに対して印加した電圧と輝度との関係を示す曲線を再検討した。この輝度は、本明細書に記載した通りに測定した。
【００２４】
活性化共役因子としてガドリニウムを含有したデバイスおよび含有していないデバイスに見られた最高輝度を、図６にグラフとして示す。
この結果から、ガドリニウム活性化共役因子により、特定の動作電圧にて輝度が大幅に上昇することがわかる。
実施例Ｖ
上記実施例の場合と同様のデバイスについて、入力電気エネルギーに対する効率（単位はルーメン／ワット）を測定した。
【００２５】
図７は、（ｉ）７原子％のユウロピウムを含み、ガドリニウムを含まない蛍光体（試料Ｈ）、（ｉｉ）３原子％のユウロピウムおよび３原子％のガドリニウムを含む蛍光体（試料Ｉ）、および（ｉｉｉ）７原子％のユウロピウムおよび３原子％のガドリニウムを含む蛍光体（試料Ｊ）をそれぞれ具備するデバイスに関する効率データを示している。このデータから、７原子％のユウロピウムを含む蛍光体を備えたデバイスに３原子％のガドリニウムを添加すると、効率が２倍になることがわかる。このように効率が上がるということは、輝度が上昇することを意味している。
【００２６】
この実施例では、光ルミネセンス最高強度が３原子％のユウロピウムで得られたのに対して、エレクトロルミネセント最高強度が７原子％のユウロピウムの場合で得られていることに留意されたい。このことから、光ルミネセンスのメカニズムがエレクトロルミネセンスのメカニズムとは異なることがわかる。光ルミネセンスは試料の表面構造に大きく依存しがちであり、この差異は驚くべきこととは考えられないため、重要事項として解釈してはならない。
図８は、これらのデバイスに対する電荷注入データである。３２マイクロ秒幅および２４０Ｈｚの繰返し率を有する方形波電圧信号をデバイスに印可し、得られた電流を、デバイスと直列に接続したＴｅｋｔｒｏｎｉｘ  Ｐ６０２２電流プローブを用いて測定することで、注入された電荷を測定した。
【００２７】
このデータから、このエネルギー効率の上昇は、特定の動作電圧において、輝度の上昇のみではなく、デバイスへの注入電荷量の低下により発生したことがわかる。
エネルギー効率の上昇が観測された。これは、この実施例における複数試料で輝度の上昇が見られることを意味している。
実施例ＶＩ
比較試験として、実施例ＩＩの場合と同様のデバイスを作製した。ただし、（ｉ）ガドリニウムは添加せず、（ｉｉ）３原子％のユウロピウムを、硫化ユウロピウムではなくフッ化ユウロピウムの形態で添加した。
【００２８】
すると、ユウロピウムを硫化ユウロピウムとして添加した同様のデバイスの輝度と比較して、輝度の上昇は見られなかった。
この実施例から、本発明による輝度上昇が、蛍光体内に含まれるフッ化物ではなく、ガドリニウムの共活性によるものであることがわかる。
実施例ＶＩＩ
７原子％のユウロピウムおよび３原子％のガドリニウムを含む蛍光体を備えた、実施例ＩＩＩの場合と同様のデバイスを作製した。ただし、蛍光体層の厚さを４０００オングストロームではなく６０００オングストロームとした。このように層の厚さを４０００オングストロームと６０００とで違えた比較試験の結果を、図９に示す。
【００２９】
厚い層を備えたデバイスで、閾値電圧はより高くなっている。しかし、このデバイスにおける電圧に対する輝度曲線の勾配は、より直線状で実質的により急な傾きになっているため、薄い層を備えたデバイスに比較して、最終的な輝度は高くなっている。どちらのデバイスの場合も、約２２５ボルトでは同じ輝度であるが、厚い層を備えたデバイスの特徴により、マトリクスアドレス指定式ディスプレイの操作に、より低い列電圧を使用することができる。米国特許仮出願第０９／５０４，４７２号明細書で説明されているように、より低い列電圧を使用すると、マトリクスアドレス指定式エレクトロルミネセントディスプレイのエネルギー効率を上昇させることができると同時に、このディスプレイのコントラスト比を確実に高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の典型である、厚膜誘電体層および蛍光体組成を含むエレクトロルミネセント素子の一部を示す概略図である。
【図２】フルカラーエレクトロルミネセント画素およびその構成要素であるサブ画素を示す概略平面図である。
【図３】ユウロピウムでドーピングし、ガドリニウムとも同時ドーピングした数種類のカルシウムマグネシウムチオアルミネート粉末による光ルミネセンススペクトルを示すグラフである。
【図４】ユウロピウム活性剤およびガドリニウム活性化共役因子の濃度を変化させたカルシウムチオアルミネート蛍光体を含む数種類のエレクトロルミネセントデバイスに印可した電力とその輝度との関係を示すグラフである。
【図５】ドーピングされていない硫化亜鉛フィルム間に蛍光体層を挟持させた点を除き、図４と同様のエレクトロルミネセントデバイスに印加した電圧とその輝度との関係を示すグラフである。
【図６】ガドリニウム活性化共役因子を用いたエレクトロルミネセントデバイスと用いなかったエレクトロルミネセントデバイスとの輝度の違いを示すグラフである。
【図７】活性剤および活性化共役因子の濃度を変化させたエレクトロルミネセントデバイスにおけるエネルギー効率の違いを示すグラフである。
【図８】活性剤および活性化共役因子の濃度を変化させたエレクトロルミネセントデバイスに印加した電圧とその電荷注入との関係を示すグラフである。
【図９】蛍光体の厚さを変化させたエレクトロルミネセントデバイスにおける輝度の違いを示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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