JPH065364A - End face luminescence type el element - Google Patents

End face luminescence type el element

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JPH065364A
JPH065364A JP4158381A JP15838192A JPH065364A JP H065364 A JPH065364 A JP H065364A JP 4158381 A JP4158381 A JP 4158381A JP 15838192 A JP15838192 A JP 15838192A JP H065364 A JPH065364 A JP H065364A
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film
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Ikuo Fujisawa
郁夫 藤沢
Takayuki Hiyoshi
隆之 日吉
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 端面発光型EL素子の光強度を向上させる。 【構成】 端面発光型EL素子11の活性層12を膜厚
方向の両側より中央ほど屈折率が高い薄膜層で形成し、
この活性層12内に発生して膜厚中央から外方に向かう
光を中央に集光させる。
(57) [Abstract] [Purpose] To improve the light intensity of an edge-emitting EL device. [Structure] The active layer 12 of the edge-emitting type EL device 11 is formed of a thin film layer having a higher refractive index toward the center than both sides in the film thickness direction,
The light generated in the active layer 12 and traveling outward from the center of the film thickness is focused on the center.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真装置のライン
ヘッドの発光素子などに利用される端面発光型EL素子
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an edge emitting EL element used as a light emitting element of a line head of an electrophotographic apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、電子写真装置のラインヘッドに利
用される発光素子として、例えば、EL(Electro Lumin
escence)素子が存するが、これは不足しがちな発光輝度
の改善が要望されている。そこで、薄膜層の表面が発光
する従来のELに比較して100倍ほどの発光輝度を示す
端面発光型ELが開発された。これは、活性元素を含む
硫化亜鉛等からなる薄膜状の活性層を誘電体層で囲んで
光導波路を形成したもので、活性層の端面から極扁平な
光が照射されるようになっており、その輝度の高さから
プリンタヘッドなどへの利用が期待されている。
2. Description of the Related Art Currently, as a light emitting element used in a line head of an electrophotographic apparatus, for example, an EL (Electro Lumin
There is a luminescence element, but there is a demand for improvement of the emission brightness, which tends to be insufficient. Therefore, an edge-emitting type EL has been developed which exhibits a light emission luminance about 100 times that of a conventional EL in which the surface of the thin film layer emits light. This is a thin-film active layer made of zinc sulfide containing an active element surrounded by a dielectric layer to form an optical waveguide, and an extremely flat light is emitted from the end face of the active layer. Due to its high brightness, it is expected to be used for printer heads and the like.

【0003】そこで、この端面発光型EL素子の従来例
を図5及び図6に基づいて説明する。まず、従来の端面
発光型EL素子1は、図5に例示するように、光導波路
2を形成する薄膜状の活性層3を上下から誘電体層4,
5で囲み、これら誘電体層4,5の上下面に電極層6,
7を形成した構造となっている。より具体的には、前記
活性層3は、Mn等の発光中心物質を約0.5(wt%)ほ
ど混合したZnS等の蛍光体物質のEB(Electron Bea
m)蒸着法やスパッタリング法で成膜され、前記誘電体
層4,5は、Y23 、SiO2 、Ta25 、Al23
等のEB蒸着法やスパッタリング法で成膜され、前記電
極層6,7は、AlやITO(Indium-TinOxide)のスパ
ッタリング法等で透明電極として成膜される。そこで、
図6に例示するように、多数の端面発光型EL素子1を
ガラス基板8上に連設することで、電子写真装置のライ
ンヘッド9を形成することが可能である。
Therefore, a conventional example of this edge emitting EL element will be described with reference to FIGS. First, in the conventional edge-emitting EL device 1, as illustrated in FIG. 5, the thin film-like active layer 3 forming the optical waveguide 2 is formed from above and below the dielectric layers 4, 4.
5, and the electrode layers 6 are formed on the upper and lower surfaces of the dielectric layers 4 and 5.
7 is formed. More specifically, the active layer 3 comprises EB (Electron Bea) of a phosphor material such as ZnS in which about 0.5 (wt%) of an emission center material such as Mn is mixed.
m) The dielectric layers 4 and 5 are formed by a vapor deposition method or a sputtering method, and the dielectric layers 4 and 5 are formed of Y 2 O 3 , SiO 2 , Ta 2 O 5 , and Al 2 O 3.
The electrode layers 6 and 7 are formed as transparent electrodes by a sputtering method such as Al or ITO (Indium-Tin Oxide). Therefore,
As illustrated in FIG. 6, it is possible to form a line head 9 of an electrophotographic apparatus by arranging a large number of edge emitting EL elements 1 on a glass substrate 8 in series.

【0004】このような構成において、この端面発光型
EL素子1は、交流電源10で電極層6,7間に交流電
圧を印加すると、ZnS:Mnからなる活性層3内で誘
起された電子が高電界中で加速されてホットエレクトロ
ンとなり、これが衝突することでMn原子の外殻電子が
励起される。そして、このMn原子の外殻電子が基底状
態に復帰する際に発光が生じることで、この端面発光型
EL素子1の活性層3の端面から極扁平な光が出射され
ることになる。この時、端面発光型EL素子1内では、
図5に例示したように、活性層3内に発生した光が屈折
率が異なる誘電体層4,5との境界で全反射を繰返して
順次伝播されると考えられており、このようにして活性
層3の端面から出射される出射光の光強度は、薄膜層の
表面が発光する従来のEL素子の100 倍ほどになる。
With this structure, in the edge-emitting EL device 1, when an AC voltage is applied between the electrode layers 6 and 7 by the AC power supply 10, electrons induced in the active layer 3 made of ZnS: Mn are generated. The electrons are accelerated in a high electric field to become hot electrons, which collide with each other to excite outer shell electrons of Mn atoms. Then, when the outer shell electrons of the Mn atom return to the ground state, light emission occurs, so that extremely flat light is emitted from the end surface of the active layer 3 of the edge emitting EL element 1. At this time, in the edge emitting EL element 1,
As illustrated in FIG. 5, it is considered that light generated in the active layer 3 is sequentially propagated by repeating total reflection at boundaries between the dielectric layers 4 and 5 having different refractive indexes. The light intensity of the emitted light emitted from the end surface of the active layer 3 is about 100 times that of the conventional EL element in which the surface of the thin film layer emits light.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述のような端面発光
型EL素子1は、アレイ状に連設するなどして個々に発
光させることで、ラインヘッド9などに利用することが
できる。
The edge emitting EL elements 1 as described above can be used for the line head 9 or the like by emitting light individually by connecting them in an array.

【0006】しかし、実際には活性層3内に発生した光
は一部が誘電体層4,5との境界面を透過して各層4〜
7の端面や電極層6,7の表面などから外部に放射され
るため、この端面発光型EL素子1でラインヘッド9を
形成した場合、その活性層3の端面から出射されて画像
形成に利用される光の強度が低下している。そこで、こ
の端面発光型EL素子1の光強度を向上させるため、交
流電源10の駆動電力を250(V)の高電圧で5(KHz)の
高周波などとしているが、これでは電子写真装置の小型
軽量化や省電力化が阻害されることになる。さらに、こ
のように駆動電力を増加して端面発光型EL素子1の出
射光の光強度を確保すると、その活性層3の端面以外か
ら放射される光がノイズとなって電子写真装置の印刷品
質が阻害されるので好ましくない。
However, in reality, a part of the light generated in the active layer 3 is transmitted through the boundary surface between the dielectric layers 4 and 5 and each of the layers 4 to 4.
When the line head 9 is formed with this edge-emitting EL element 1, it is emitted from the edge surface of the active layer 3 and is used for image formation because it is radiated to the outside from the edge surface of 7 and the surfaces of the electrode layers 6 and 7. The intensity of the emitted light is decreasing. Therefore, in order to improve the light intensity of the edge-emitting type EL element 1, the driving power of the AC power supply 10 is set to a high voltage of 250 (V) and a high frequency of 5 (KHz). Weight reduction and power saving will be hindered. Further, when the driving power is increased in this way to secure the light intensity of the emitted light of the edge emitting EL element 1, the light emitted from other than the edge of the active layer 3 becomes noise and the print quality of the electrophotographic apparatus. Is inhibited, which is not preferable.

【0007】ここで、端面発光型EL素子1は活性層3
の内部で発生した光を長手方向に伝播して端面から出射
する構造となっているので、その長さを延長することで
光強度を向上させることが考えられる。しかし、実際に
は端面発光型EL素子1の活性層3を形成する硫化亜鉛
等の光減衰率は5 〜50(cm~1)程度であるため、このよう
な活性層3内で発生した光の強度は数mmの伝播で十分の
一ほどに減衰することになる。従って、端面発光型EL
素子1は、その長さを延長しても光強度の増分は微小で
上限が決まっている。
Here, the edge emitting EL device 1 has an active layer 3
Since it has a structure in which the light generated inside is propagated in the longitudinal direction and is emitted from the end face, it is considered that the light intensity is improved by extending the length. However, in reality, the light attenuation rate of zinc sulfide or the like forming the active layer 3 of the edge-emitting type EL device 1 is about 5 to 50 (cm to 1 ), so that the light generated in the active layer 3 is generated. The intensity of is attenuated by a factor of 10 in a few millimeters. Therefore, the edge emitting EL
Even if the length of the element 1 is extended, the increment of the light intensity is minute and the upper limit is fixed.

【0008】本発明は、出射光が高強度な端面発光型E
L素子を得るものである。
The present invention is directed to an edge-emitting type E which emits light with high intensity.
The L element is obtained.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】薄膜状の活性層を囲む誘
電体層の外面に相対向する電極層を形成した端面発光型
EL素子において、膜厚方向の両側より中央ほど屈折率
が高い薄膜層で前記活性層を形成した。
In an edge-emitting type EL device in which electrode layers facing each other are formed on the outer surface of a dielectric layer surrounding a thin film active layer, a thin film having a higher refractive index in the center than on both sides in the film thickness direction. The layers formed the active layer.

【0010】[0010]

【作用】活性層内に発生した光は膜厚方向の中央から両
側に向かう過程で屈折率分布に従って中央に偏向される
ので、活性層の端面から出射される光の強度を向上させ
ると共に端面以外から放射される光ノイズを低減するこ
とができる。
The light generated in the active layer is deflected to the center according to the refractive index distribution in the process from the center to the both sides in the film thickness direction. Therefore, the intensity of the light emitted from the end face of the active layer is improved and the light other than the end face is improved. It is possible to reduce the optical noise emitted from the device.

【0011】[0011]

【実施例】本発明の実施例を図1ないし図4に基づいて
説明する。まず、この端面発光型EL素子11では、図
1及び図2に例示するように、光導波路を形成する薄膜
状の活性層12を二重構造の誘電体層13〜16で上下
から囲み、これらの誘電体層13〜16の上下面に電極
層17,18を形成した構造となっている。そして、本
実施例の端面発光型EL素子11では、屈折率が順次異
なる多数の薄膜層を積層して前記活性層12を形成する
ことで、この活性層12の屈折率は等価的に膜厚方向の
両側より中央ほど高くなっている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. First, in this edge-emitting EL device 11, as illustrated in FIGS. 1 and 2, a thin-film active layer 12 forming an optical waveguide is surrounded from above and below by dielectric layers 13 to 16 having a double structure. In this structure, electrode layers 17 and 18 are formed on the upper and lower surfaces of the dielectric layers 13 to 16, respectively. In the edge-emitting EL device 11 of the present embodiment, the active layer 12 is formed by laminating a large number of thin film layers having different refractive indexes in sequence, so that the active layer 12 has an equivalent refractive index. The center is higher than both sides of the direction.

【0012】そこで、このような屈折率分布の活性層1
2を有する端面発光型EL素子11の製作方法の具体例
を以下に詳述する。まず、ガラス基板19上に蒸着等で
成膜した膜厚2000(Å)のアルミニウム膜を主走査方向
で幅100(μm)程度にエッチング等でパターニングして個
別電極となる下部の電極層18を形成し、この上に下部
の第一の誘電体層16となる膜厚500(Å)のSiO2
下部の第二の誘電体層14となる膜厚2500(Å)のTa2
5 とをRF(Radio−Frequency)スパッタリング等で順
次成膜する。そして、このようにして形成された誘電体
層14上に屈折率が膜厚方向で順次異なる活性層12を
成膜する方法としては、例えば、ホットウォールエピタ
キシ法やプラズマ制御型スパッタリング法等がある。
Therefore, the active layer 1 having such a refractive index distribution is used.
A specific example of a method of manufacturing the edge-emitting EL device 11 having 2 will be described in detail below. First, an aluminum film having a film thickness of 2000 (Å) formed by vapor deposition or the like on a glass substrate 19 is patterned by etching or the like to a width of about 100 (μm) in the main scanning direction to form a lower electrode layer 18 to be an individual electrode. SiO 2 having a film thickness of 500 (Å) to be the lower first dielectric layer 16 and Ta 2 having a film thickness of 2500 (Å) to be the second lower dielectric layer 14 are formed thereon.
O 5 and O 5 are sequentially formed by RF (Radio-Frequency) sputtering or the like. As a method of forming the active layer 12 having a refractive index sequentially different in the film thickness direction on the dielectric layer 14 thus formed, for example, there is a hot wall epitaxy method, a plasma control type sputtering method, or the like. .

【0013】そこで、ここではホットウォールエピタキ
シ法を実施する成膜装置20を図3に基づいて説明す
る。まず、この成膜装置20では、真空ポンプ(図示せ
ず)が排気管21で連結されたベルジャ22の内部底面
に断熱用の三本のステンレス管23〜25が順次立設さ
れており、これらのステンレス管23〜25の内部の上
半部にはタングステンヒータ26〜28を介して石英ガ
ラス製の坩堝29〜31が配置されている。そして、こ
れらの坩堝29〜31の上部開口と順次対向する位置に
は基板ホルダ32が移動自在に設けられており、この基
板ホルダ32は、赤外線ヒータ33を内蔵したハウジン
グ34の底部に前記ガラス基板19がセットされる開口
35を形成した構造となっている。
Therefore, here, a film forming apparatus 20 for carrying out the hot wall epitaxy method will be described with reference to FIG. First, in this film forming apparatus 20, three stainless steel pipes 23 to 25 for heat insulation are sequentially erected on the inner bottom surface of a bell jar 22 to which a vacuum pump (not shown) is connected by an exhaust pipe 21. In the upper half of the stainless tubes 23 to 25, quartz glass crucibles 29 to 31 are arranged via tungsten heaters 26 to 28. A substrate holder 32 is movably provided at a position sequentially facing the upper openings of these crucibles 29 to 31, and the substrate holder 32 is provided on the bottom of a housing 34 having an infrared heater 33 built therein. The structure is such that an opening 35 in which 19 is set is formed.

【0014】そこで、このような成膜装置20を利用し
て端面発光型EL素子11の活性層12をホットウォー
ルエピタキシ法で成膜する場合は、まず、前述のように
して下部の電極層18と誘電体層16,14とを順次形
成したガラス基板19を基板ホルダ32の開口35内に
セットし、例えば、坩堝29〜31内に蛍光体物質であ
るZnSとZnTeと発光中心物質であるMnとの細片
36〜38を各々投入する。そこで、真空ポンプを駆動
してベルジャ22内を5.0 ×10~6(Torr)程度に真空引き
し、タングステンヒータ26〜28を駆動して坩堝29
〜31内のZnSとZnTeとMnとの細片36〜38
を昇華させる。そこで、赤外線ヒータ33で加熱したガ
ラス基板19を基板ホルダ32で所定の坩堝29〜31
上に配置すると、その坩堝29〜31内の細片36〜3
8の薄膜層がガラス基板19の誘電体層14上に毎秒1.
0(Å)程度の速度で成膜されることになる。そこで、こ
こでは各坩堝29〜31上にガラス基板19を配置する
時間を制御することで、MnとZnSとZnTeとが所
定割合で混合された多数の薄膜層を積層して等価的に膜
厚方向で屈折率が順次異なる活性層12を形成する。
Therefore, when the active layer 12 of the edge emitting EL element 11 is formed by the hot wall epitaxy method using the film forming apparatus 20 as described above, first, the lower electrode layer 18 is formed as described above. The glass substrate 19 in which the dielectric layer 16 and the dielectric layer 16 are sequentially formed is set in the opening 35 of the substrate holder 32. For example, ZnS and ZnTe which are phosphor substances and Mn which is an emission center substance are placed in the crucibles 29 to 31. The strips 36 to 38 of and are respectively put. Therefore, the vacuum pump is driven to evacuate the bell jar 22 to about 5.0 × 10 to 6 (Torr), and the tungsten heaters 26 to 28 are driven to drive the crucible 29.
Strips 36-38 of ZnS, ZnTe and Mn in
Sublimate. Therefore, the glass substrate 19 heated by the infrared heater 33 is placed in a predetermined crucible 29 to 31 by the substrate holder 32.
When placed on top, the strips 36-3 in the crucibles 29-31
8 thin film layers on the dielectric layer 14 of the glass substrate 19 1.
The film is formed at a speed of about 0 (Å). Therefore, here, by controlling the time for disposing the glass substrate 19 on each of the crucibles 29 to 31, a large number of thin film layers in which Mn, ZnS, and ZnTe are mixed at a predetermined ratio are laminated to form an equivalent film thickness. The active layer 12 having a different refractive index in each direction is formed.

【0015】つまり、成膜開始時はZnSを10(Å)に
成膜してからMnを0.5(Å)に成膜することを100 回繰
返し、以下は順次、ZnSの10(Å)の成膜、Mnの0.
5(Å)の成膜、これを100 回、ZnTeの10(Å)の成
膜、Mnの0.5(Å)の成膜、これを20回、ZnSの10
(Å)の成膜、Mnの0.5(Å)の成膜、これを60回、Z
nTeの10(Å)の成膜、Mnの0.5(Å)の成膜、これ
を40回、ZnSの10(Å)の成膜、Mnの0.5(Å)の成
膜、これを40回、ZnTeの10(Å)の成膜、Mnの0.
5(Å)の成膜、これを60回、ZnSの10(Å)の成膜、
Mnの0.5(Å)の成膜、これを20回、ZnTeの10
(Å)の成膜、Mnの0.5(Å)の成膜、これを80回、Z
nTeの10(Å)の成膜、Mnの0.5(Å)の成膜、これ
を100 回繰返す。このようにすることで活性層12の下
半部が形成されるので、以下は繰返しの順番を逆転させ
て成膜を行なうことで活性層12の形成が完了する。そ
して、このようにして形成された活性層12は、膜厚方
向の中央ではZnTeの密度が高く両側ではZnSの密
度が高いので、等価的に膜厚方向の両側より中央ほど屈
折率が高くなる。
That is, at the start of film formation, the film formation of ZnS to 10 (Å) and then the film formation of Mn to 0.5 (Å) are repeated 100 times. Membrane, Mn 0.
Deposition of 5 (Å), 100 times, 10 (Å) of ZnTe, 0.5 (Å) of Mn, 20 times, 10 times of ZnS
(Å) film formation, Mn 0.5 (Å) film formation, 60 times, Z
nTe 10 (Å) film, Mn 0.5 (Å) film, 40 times, ZnS 10 (Å) film, Mn 0.5 (Å) film, 40 times ZnTe 10 (Å) film formation, Mn 0.
5 (Å) film formation, 60 times of this, ZnS 10 (Å) film formation,
Mn 0.5 (Å) film formation, this 20 times, ZnTe 10
(Å) film formation, Mn 0.5 (Å) film formation, 80 times, Z
The nTe film formation of 10 (Å) and Mn film formation of 0.5 (Å) are repeated 100 times. Since the lower half of the active layer 12 is formed in this way, the formation of the active layer 12 is completed by reversing the order of repetition in the following process. In the active layer 12 thus formed, the density of ZnTe is high in the center of the thickness direction and the density of ZnS is high on both sides of the active layer 12, so that the refractive index is equivalently higher in the center than in both sides in the thickness direction. .

【0016】そして、上述のようにしてホットウォール
エピタキシ法による活性層12の成膜が完了すると成膜
装置20からガラス基板19を取外し、このガラス基板
19上に膜厚2500(Å)のTa25 と膜厚500(Å)のS
iO2 とをRFスパッタリング等で順次成膜して上部の
誘電体層13,15を形成し、この上に蒸着等で成膜し
た膜厚2000(Å)のアルミニウム膜を光軸方向で幅0.5
〜5.0(mm)程度にエッチング等でパターニングして共通
電極となる上部の電極層17を形成する。そこで、ここ
では電極層17の端部の位置で各薄膜層と共にガラス基
板19を切断することで端面発光型EL素子11の発光
端面を形成するものとした。
When the formation of the active layer 12 by the hot wall epitaxy method is completed as described above, the glass substrate 19 is removed from the film forming apparatus 20 and Ta 2 having a film thickness of 2500 (Å) is formed on the glass substrate 19. O 5 and S of film thickness 500 (Å)
io 2 and SiO 2 are sequentially formed by RF sputtering or the like to form the upper dielectric layers 13 and 15, and an aluminum film having a thickness of 2000 (Å) formed by vapor deposition or the like is formed on the dielectric layers 13 and 15 to have a width of 0.5 in the optical axis direction.
The upper electrode layer 17 to be a common electrode is formed by patterning to about 5.0 (mm) by etching or the like. Therefore, here, the light emitting end surface of the edge emitting EL element 11 is formed by cutting the glass substrate 19 together with each thin film layer at the position of the end of the electrode layer 17.

【0017】このような構成において、この端面発光型
EL素子11は、交流電源で電極層17,18間に交流
電圧を印加すると、ZnS:MnとZnTe:Mnとか
らなる活性層12内で誘起された電子が高電界中で加速
されてホットエレクトロンとなり、これが衝突すること
でMn原子の外殻電子が励起される。そして、このMn
原子の外殻電子が基底状態に復帰する際に発光が生じる
ことで、この端面発光型EL素子11の活性層12の端
面から極扁平な光が出射されることになる。この時、端
面発光型EL素子11内では、活性層12の屈折率が膜
厚方向の両側より中央ほど高いので、図1に例示したよ
うに、この活性層12内に発生した光は膜厚方向の中央
から両側に向かう過程で中央に向かって屈折されること
になる。つまり、この端面発光型EL素子11では、従
来は活性層12から誘電体層13,14との境界面を透
過して外部に放射されていた光成分も活性層12の端面
に向かって集光されるので、この端面の出射光の光強度
が向上すると共に端面以外から放射される光ノイズが低
減されることになる。従って、このような端面発光型E
L素子11を連設して電子写真装置のラインヘッド(図
示せず)を形成することで、交流電源(図示せず)の小
型軽量化や省電力化を実現することができると共に、光
ノイズの低減による印刷品質の向上にも寄与することが
できる。
In such a structure, the edge emitting EL element 11 is induced in the active layer 12 made of ZnS: Mn and ZnTe: Mn when an AC voltage is applied between the electrode layers 17 and 18 by an AC power source. The generated electrons are accelerated in a high electric field to become hot electrons, which collide with each other to excite outer shell electrons of Mn atoms. And this Mn
Light emission occurs when the outer shell electrons of the atoms return to the ground state, so that extremely flat light is emitted from the end surface of the active layer 12 of the edge emitting EL element 11. At this time, in the edge-emitting type EL device 11, since the refractive index of the active layer 12 is higher in the center than on both sides in the film thickness direction, light generated in the active layer 12 has a film thickness as illustrated in FIG. In the process of going from the center of the direction to both sides, the light will be refracted toward the center. That is, in this edge-emitting EL device 11, the light components that have been transmitted from the active layer 12 through the boundary surface between the dielectric layers 13 and 14 and were emitted to the outside are also collected toward the end surface of the active layer 12. As a result, the light intensity of the light emitted from this end face is improved and the optical noise emitted from other than the end face is reduced. Therefore, such an edge-emitting type E
By forming the line head (not shown) of the electrophotographic apparatus by connecting the L elements 11 in series, it is possible to reduce the size and weight of the AC power supply (not shown) and save power, and also to reduce optical noise. It is also possible to contribute to the improvement of print quality by reducing

【0018】なお、本出願人は上述のような端面発光型
EL素子11の活性層12の特性を評価するために試作
品を製作して発光強度を測定したところ、上部の電極層
17の長さと共に発光強度が変化することが確認され
た。
The applicant of the present invention produced a prototype to evaluate the characteristics of the active layer 12 of the edge-emitting EL device 11 as described above, and measured the emission intensity. The length of the upper electrode layer 17 was measured. It was confirmed that the luminescence intensity changed with the increase.

【0019】また、本実施例の端面発光型EL素子11
では、活性層12の蛍光体物質としてZnSとZnTe
との二種類を利用することを例示したが、このような蛍
光体物質としては周期表の2−6属の化合物半導体が利
用可能であり、例えば、ZnSe、CdS、CdSe、
CdTe、SrSなども実施可能である。そこで、本実
施例の端面発光型EL素子11では、屈折率が大きく異
なるZnSとZnTeとを活性層12の材料として選択
することで、その膜厚方向の中央と両側との屈折率を大
きく変化させるようにした。なお、このような半導体の
屈折率は物性値である誘電率から求めることができ、格
子振動数が高周波の場合の誘電率をεとすると、屈折率
nは、n2=εとなる。そして、ZnSとZnTeとの誘
電率は5.07と8.26なので、その屈折率は2.25と2.87とな
る。
Further, the edge emitting EL element 11 of this embodiment is used.
Then, ZnS and ZnTe are used as phosphor materials of the active layer 12.
However, a compound semiconductor of the 2-6 group of the periodic table can be used as such a phosphor substance, and for example, ZnSe, CdS, CdSe,
CdTe, SrS, etc. can also be implemented. Therefore, in the edge-emitting type EL device 11 of the present embodiment, ZnS and ZnTe having different refractive indices are selected as the material of the active layer 12, so that the refractive index between the center and both sides in the film thickness direction is largely changed. I was allowed to. The refractive index of such a semiconductor can be obtained from the dielectric constant, which is a physical property value. If the dielectric constant is ε when the lattice frequency is high, the refractive index n is n 2 = ε. Then, since the dielectric constants of ZnS and ZnTe are 5.07 and 8.26, the refractive indexes thereof are 2.25 and 2.87.

【0020】また、端面発光型EL素子11では、活性
層12に添加する発光中心物質の材料によって出射光の
波長が決定されるので、ここでは発光中心物質をMnと
して585(nm)がピークの出射光を生成するものとした。
例えば、このような発光中心物質をTbF3 とすること
で出射光のピークは540 〜550(nm)となり、SmF3
は650(nm)となる。ここで、端面発光型EL素子11で
は、その蛍光体物質のエネルギギャップEgと出射光の
波長λとの間に、 Eg=(1239.8)/λ (λ:nm Eg:eV) の関係があるため、発光中心物質の発光エネルギよりも
大きなエネルギギャップが蛍光体物質に必要である。そ
こで、本実施例の端面発光型EL素子11では、活性層
12の蛍光体物質として、屈折率が約2.3でエネルギギ
ャップが約3.4(eV)のZnSと、屈折率が約2.8でエ
ネルギギャップが2.26(eV)のZnTeとを採用し、発
光中心物質としては発光エネルギが2.1 のMnを採用す
ることで、上記条件を満足するようにした。
Further, in the edge-emitting type EL device 11, the wavelength of the emitted light is determined by the material of the emission center substance added to the active layer 12, and therefore the emission center substance is Mn and the peak is 585 (nm). It is assumed that emitted light is generated.
For example, when such an emission center substance is TbF 3 , the peak of emitted light is 540 to 550 (nm), and SmF 3 is 650 (nm). Here, in the edge-emitting type EL device 11, there is a relationship of Eg = (1239.8) / λ (λ: nm Eg: eV) between the energy gap Eg of the phosphor substance and the wavelength λ of the emitted light. The phosphor substance needs to have an energy gap larger than the emission energy of the emission center substance. Therefore, in the edge-emitting type EL device 11 of the present embodiment, ZnS having a refractive index of about 2.3 and an energy gap of about 3.4 (eV) as the fluorescent substance of the active layer 12 and an energy gap of about 2.8 having an energy gap of about 2.8. The above conditions are satisfied by using ZnTe of 2.26 (eV) and Mn having an emission energy of 2.1 as the emission center substance.

【0021】さらに、ここでは屈折率が膜厚方向で順次
異なる活性層12を成膜する他の方法として、マグネト
ロンスパッタリング法の一変種であるプラズマ制御型ス
パッタリング法を図4に基づいて説明する。まず、この
プラズマ制御型スパッタリング法の成膜装置39では、
真空ポンプ(図示せず)が排気管40で連結された真空
槽41の底部に円環状の電磁コイル42を内蔵した円筒
状の磁性ヨーク43が装着されており、この磁性ヨーク
43の盤面上の前記真空槽41内には、円盤状と円環状
のZnTeとZnSとのターゲット44,45が同軸上
に配置されるようになっている。そして、これらのター
ゲット44,45に上方から対向する位置には、下部の
電極層18や誘電体層14,16が成膜されたガラス基
板19が配置されるようになっており、このガラス基板
19と前記ターゲット44,45との空隙を包囲する位
置に円環状の電磁コイル46が設けられている。なお、
ここでは活性層12の蛍光体物質は同軸上に配置したタ
ーゲット44,45として用意されるので、その発光中
心物質Mnは所定量の細片47としてターゲット44,
45上に載置することになる。
Further, here, as another method for forming the active layer 12 whose refractive index sequentially differs in the film thickness direction, a plasma control type sputtering method which is a variation of the magnetron sputtering method will be described with reference to FIG. First, in the plasma-controlled sputtering film forming apparatus 39,
A cylindrical magnetic yoke 43 containing an annular electromagnetic coil 42 is attached to the bottom of a vacuum chamber 41 connected to an exhaust pipe 40 by a vacuum pump (not shown). In the vacuum chamber 41, disk-shaped and ring-shaped targets 44 and 45 of ZnTe and ZnS are arranged coaxially. A glass substrate 19 having a lower electrode layer 18 and dielectric layers 14 and 16 formed thereon is arranged at a position facing the targets 44 and 45 from above. An annular electromagnetic coil 46 is provided at a position surrounding the space between the target 19 and the targets 44 and 45. In addition,
Here, since the fluorescent substance of the active layer 12 is prepared as the targets 44 and 45 arranged coaxially, the emission center substance Mn of the fluorescent substance is converted into the target 44, 45 as a predetermined amount of strips 47.
It will be placed on 45.

【0022】そこで、このような成膜装置39を利用し
て端面発光型EL素子11の活性層12をプラズマ制御
型スパッタリング法で成膜する場合、まず、真空ポンプ
を駆動して真空槽41内を5.0 ×10~6(Torr)程度に真空
引きし、ここに5.0 ×10~3(Torr)程度までアルゴンガス
を導入する。そして、電磁コイル42,46の各々を所
定電圧で駆動することでアルゴンイオンの移動方向を調
整してターゲット44,45の所定位置に衝突させ、こ
れらのターゲット44,45や細片47からZnS:M
nやZnTe:Mnのイオンを放出させる。そこで、こ
こでは各電磁コイル42,46の駆動電力の電圧を時分
割制御することで、ZnS:MnとZnTe:Mnとが
所定割合で混合された多数の薄膜層を積層して等価的に
膜厚方向で屈折率が順次異なる活性層12を形成する。
Therefore, when the active layer 12 of the edge-emitting EL element 11 is formed by the plasma-controlled sputtering method using the film forming apparatus 39, first, the vacuum pump is driven to move the inside of the vacuum chamber 41. Is evacuated to about 5.0 × 10 to 6 (Torr), and argon gas is introduced to about 5.0 × 10 to 3 (Torr). Then, by moving each of the electromagnetic coils 42 and 46 at a predetermined voltage, the moving direction of the argon ions is adjusted to collide with the predetermined position of the targets 44 and 45, and ZnS: M
Releases n and ZnTe: Mn ions. Therefore, here, by controlling the voltage of the driving power of each electromagnetic coil 42, 46 in a time-division manner, a large number of thin film layers in which ZnS: Mn and ZnTe: Mn are mixed at a predetermined ratio are laminated to form an equivalent film. The active layer 12 having a different refractive index in the thickness direction is formed.

【0023】つまり、成膜開始時はプラズマ状態のアル
ゴンイオンをターゲット45の外周部に誘導してZn
S:Mnを成膜し、このアルゴンイオンの誘導位置を順
次ターゲット44の中央部に向かって移動させること
で、ZnS:MnとZnTe:Mnとの混合物や、Zn
Te:Mnを順次成膜する。このようにすることで活性
層12の下半部が形成されるので、以下は順番を逆転さ
せて成膜を行なうことで活性層12の形成が完了する。
そして、このようにして形成された活性層12は、膜厚
方向の中央ではZnTeの密度が高く両側ではZnSの
密度が高いので、等価的に膜厚方向の両側より中央ほど
屈折率が高くなる。
That is, at the start of film formation, argon ions in the plasma state are guided to the outer peripheral portion of the target 45 and Zn
By depositing S: Mn and moving the induction position of the argon ions sequentially toward the center of the target 44, a mixture of ZnS: Mn and ZnTe: Mn or Zn
Te: Mn is sequentially formed. By doing so, the lower half of the active layer 12 is formed, so that the formation of the active layer 12 is completed by reversing the order in the following process.
In the active layer 12 thus formed, the density of ZnTe is high in the center of the film thickness direction and the density of ZnS is high on both sides of the active layer 12, so the refractive index is equivalently higher in the center than in both sides in the film thickness direction. .

【0024】なお、本実施例ではホットウォールエピタ
キシ法とプラズマ制御型スパッタリング法とを利用する
ことで、屈折率が異なる薄膜層を順次積層して膜厚方向
の両側より中央ほど屈折率が高い活性層12を形成する
ことを例示したが、例えば、グレーテッドインデックス
型の光ファイバのように、予め形成した活性層12に外
周部から屈折率可変物質を熱拡散させることも実施可能
である。この場合、例えば、屈折率可変物質である硫黄
薄膜を誘電体層14上に成膜してから活性層12を形成
し、この上に硫黄薄膜を成膜した後に全体を加熱して活
性層12に外部から硫黄を拡散させるようなことにな
る。しかし、これでは硫黄は誘電体層14にも熱拡散さ
れることになり、その拡散量の制御が困難なので活性層
12の屈折率分布の管理が困難である。さらに、一般的
なエレクトロンビーム蒸着やスパッタリング法で屈折率
が異なる薄膜層を順次積層して膜厚方向の両側より中央
ほど屈折率が高い活性層12を形成することも実施可能
である。しかし、この場合は屈折率が異なる薄膜層毎に
蒸着材料やターゲットを用意する必要があるので、その
製作工程が増大して生産性が低下することになる。そこ
で、本実施例では、上述のような課題を生じることなく
膜厚方向の両側より中央ほど屈折率が高い活性層12を
形成する方法として、ホットウォールエピタキシ法とプ
ラズマ制御型スパッタリング法とを例示した。
In this embodiment, the hot wall epitaxy method and the plasma-controlled sputtering method are used to sequentially stack thin film layers having different refractive indexes, and the active layer having a higher refractive index in the center than both sides in the film thickness direction. Although the formation of the layer 12 has been illustrated, it is also possible to thermally diffuse the refractive index variable substance from the outer peripheral portion to the preformed active layer 12 such as a graded index type optical fiber. In this case, for example, a sulfur thin film, which is a variable refractive index material, is formed on the dielectric layer 14 and then the active layer 12 is formed, and after the sulfur thin film is formed on this, the whole is heated to form the active layer 12. It will be to diffuse sulfur from the outside. However, in this case, sulfur is also thermally diffused in the dielectric layer 14, and it is difficult to control the amount of diffusion, and it is difficult to control the refractive index distribution of the active layer 12. Further, it is also possible to form thin film layers having different refractive indexes sequentially by a general electron beam vapor deposition or sputtering method to form the active layer 12 having a higher refractive index in the center of both sides in the film thickness direction. However, in this case, since it is necessary to prepare a vapor deposition material and a target for each thin film layer having a different refractive index, the number of manufacturing steps increases and the productivity decreases. Therefore, in the present embodiment, as a method of forming the active layer 12 having a higher refractive index toward the center from both sides in the film thickness direction without causing the above problems, the hot wall epitaxy method and the plasma control type sputtering method are exemplified. did.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明は上述のように、薄膜状の活性層
を囲む誘電体層の外面に相対向する電極層を形成した端
面発光型EL素子において、膜厚方向の両側より中央ほ
ど屈折率が高い薄膜層で前記活性層を形成したことによ
り、この活性層内に発生した光は膜厚方向の中央から両
側に向かう過程で屈折率分布に従って中央に偏向される
ので、活性層の端面から出射される光の強度を向上させ
ると共に端面以外から放射される光ノイズを低減するこ
とができる等の効果を有するものである。
As described above, according to the present invention, in an edge-emitting EL element in which electrode layers facing each other are formed on the outer surface of a dielectric layer surrounding a thin film active layer, refraction proceeds from both sides in the film thickness direction toward the center. By forming the active layer with a thin film layer having a high refractive index, the light generated in the active layer is deflected to the center according to the refractive index distribution in the process from the center to the both sides in the film thickness direction. It has the effect of improving the intensity of light emitted from the device and reducing the optical noise emitted from other than the end face.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例を示す縦断側面図である。FIG. 1 is a vertical sectional side view showing an embodiment of the present invention.

【図2】正面図である。FIG. 2 is a front view.

【図3】ホットウォールエピタキシ法の成膜装置を示す
縦断正面図である。
FIG. 3 is a vertical sectional front view showing a film forming apparatus of a hot wall epitaxy method.

【図4】プラズマ制御型スパッタリング法の成膜装置を
示す縦断正面図である。
FIG. 4 is a vertical sectional front view showing a film forming apparatus of a plasma control type sputtering method.

【図5】従来例を示す縦断側面図である。FIG. 5 is a vertical sectional side view showing a conventional example.

【図6】斜視図である。FIG. 6 is a perspective view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 端面発光型EL素子 12 活性層 13〜16 誘電体層 17,18 電極層 11 Edge-Emitting EL Element 12 Active Layers 13 to 16 Dielectric Layers 17 and 18 Electrode Layers

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 薄膜状の活性層を囲む誘電体層の外面に
相対向する電極層を形成した端面発光型EL素子におい
て、膜厚方向の両側より中央ほど屈折率が高い薄膜層で
前記活性層を形成したことを特徴とする端面発光型EL
素子。
1. In an edge-emitting EL device in which electrode layers facing each other are formed on the outer surface of a dielectric layer surrounding a thin film active layer, the active layer is a thin film layer having a refractive index higher toward the center than on both sides in the film thickness direction. Edge emitting EL having a layer formed
element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03133095A (en) * 1989-10-18 1991-06-06 Tokyo Electric Co Ltd Edge-emitting EL element
JPH03205783A (en) * 1989-10-13 1991-09-09 Ricoh Co Ltd End face luminescence type el element
JPH04237993A (en) * 1991-01-18 1992-08-26 Idemitsu Kosan Co Ltd Organic electroluminescence element and manufacture thereof

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