JPH069256B2 - Light emitting diode element - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発光ダイオード素子、特に青色領域における発
光を行うことのできる発光ダイオード素子に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a light emitting diode element, and more particularly to a light emitting diode element capable of emitting light in the blue region.
赤色や緑色の発光ダイオード素子が古くから知られてい
るのに対し、青色の発光ダイオード素子はここ数年に至
ってやっと実用化の道が開けた状態にある。現在、Ｓｒ
Ｓ：Ｃｅを材料とした青色発光ダイオード素子の開発が
成功したという発表や、ＳｉＣの単結晶を母体として、
これにアルミニウムや窒素の粒子を含ませて輝度の高い
青色発光ダイオードを得たという発表がなされている。While red and green light emitting diode elements have been known for a long time, blue light emitting diode elements have finally opened the way to practical use in the last few years. Currently Sr
The announcement that the development of blue light emitting diode element using S: Ce as a material was successful, and that the single crystal of SiC was the base material,
It has been announced that a blue light emitting diode with high brightness was obtained by adding particles of aluminum or nitrogen to this.
しかしながら、従来知られている青色発光ダイオード素
子には、製造プロセスが複雑で、製造コストが高くなる
という問題がある。たとえば、現在、実用化に至ってい
るＳｉＣの単結晶を母体とした素子では、１素子あたり
の単価が１万円程度になり、赤色や緑色の発光ダイオー
ド素子に比べて非常に高価である。また、面積の大きな
素子を製造することが困難であるという問題もある。However, the conventionally known blue light emitting diode device has a problem that the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is high. For example, an element using a SiC single crystal as a base material, which has been practically used at present, has a unit price of about 10,000 yen, which is very expensive as compared with a red or green light emitting diode element. There is also a problem that it is difficult to manufacture an element having a large area.
そこで本発明は、低コストで、しかも発光面積の広いも
のを容易に製造しうる青色発光ダイオード素子を提供す
ることを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a blue light emitting diode element that can be easily manufactured at a low cost and has a large light emitting area.
本願第１は、発明の第１の電極をなす基板上に、アント
ラセンまたはその誘導体に微量のアルカリ金属を添加し
て得られる錯化合物の薄膜を形成し、この薄膜に電気的
に接触するように第２の電極を設けることにより発光ダ
イオード素子を構成し、第１の電極と第２の電極との間
に電圧を印加することにより青色領域での発光が得られ
るようにしたものである。In the first aspect of the present application, a thin film of a complex compound obtained by adding a trace amount of an alkali metal to anthracene or a derivative thereof is formed on a substrate forming the first electrode of the invention, and the thin film is electrically contacted with the thin film. A light emitting diode element is configured by providing a second electrode, and light emission in a blue region can be obtained by applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
本願第２の発明は、導電性をもった透明基板上に、アン
トラセンに微量のカリウムを添加して得られる錯化合物
の薄膜を形成し、この薄膜上にカーボンからなる電極層
を形成して発光ダイオード素子を構成し、透明基板と電
極層との間に電圧を印加することにより青色領域での発
光が得られるようにしたものである。A second invention of the present application is to form a thin film of a complex compound obtained by adding a small amount of potassium to anthracene on a transparent substrate having conductivity, and form an electrode layer made of carbon on the thin film to emit light. The diode element is configured so that light emission in the blue region can be obtained by applying a voltage between the transparent substrate and the electrode layer.
アントラセンおよびその誘導体は、強い蛍光を発する物
質として古くから知られている。しかもその発光波長領
域は、４００〜５００ｎｍ付近に位置し、青色発光ダイ
オード素子の材料としては好適な材料といえる。しかし
ながら、現在までに発光ダイオード素子として実用的な
レベルでの発光が得られていないのは、エレクトロ・ル
ミネッセンスを得るための効率良い電子注入を行う有効
な方法が知られていなかったためである。Anthracene and its derivatives have long been known as substances that emit strong fluorescence. Moreover, its emission wavelength region is located around 400 to 500 nm, and it can be said that it is a suitable material for the material of the blue light emitting diode element. However, light emission at a practical level as a light emitting diode element has not been obtained so far because an effective method for efficient electron injection for obtaining electroluminescence has not been known.
本願発明者は、アントラセンとアルカリ金属との電荷移
動錯体が、アントラセンに対してオーミックな電子注入
電極として作用することを見出だし、カリウムなどのア
ルカリ金属を微量含んだアントラセン薄膜を材料とした
発光ダイオード素子を開発したものである。アルカリ金
属との電荷移動錯体を形成させることにより、効率良い
電子注入が可能になり、実用的なレベルでの発光強度が
得られるようになる。The inventors of the present application have found that a charge transfer complex of anthracene and an alkali metal acts as an ohmic electron injection electrode for anthracene, and a light emitting diode using an anthracene thin film containing a trace amount of an alkali metal such as potassium as a material. This is a device developed. By forming a charge transfer complex with an alkali metal, it becomes possible to efficiently inject electrons and to obtain emission intensity at a practical level.
以下、本発明を図示する実施例に基づいて説明する。第
１図(a)は本発明の一実施例に係る発光ダイオード素子
の上面図、同図(b)はこれを切断線Ａ−Ａ′に沿って切
断したときの正断面図である。第１の絶縁体１と第２の
絶縁体２とは、ねじ３によって固着されている。両絶縁
体１および２の間には、Ｎｅｓａガラス４が介挿されて
おり、このＮｅｓａガラス４の下面には、発光層となる
薄膜５が形成されている。第２の絶縁体２の中央部には
円形断面をした貫通孔２ａが設けられており、この貫通
孔２ａ内にカーボンパウダー６が充填され、その下から
電極７が挿入されている。また、Ｎｅｓａガラス４に
は、もう一方の電極として金線８が電気的に接続されて
いる。電極７と金属８との間に電圧を印加すると、薄膜
５においてエレクトロ・ルミネッセンスにより発光が得
られる。絶縁体１の中央部には円形の開口窓１ａが設け
られており、薄膜５における発光は、Ｎｅｓａガラス４
および開口窓１ａを通して見ることができる。Hereinafter, the present invention will be described based on illustrated embodiments. FIG. 1 (a) is a top view of a light emitting diode device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is a front sectional view taken along the cutting line AA '. The first insulator 1 and the second insulator 2 are fixed by screws 3. A Nesa glass 4 is interposed between the two insulators 1 and 2, and a thin film 5 serving as a light emitting layer is formed on the lower surface of the Nesa glass 4. A through hole 2a having a circular cross section is provided in the center of the second insulator 2, carbon powder 6 is filled in the through hole 2a, and an electrode 7 is inserted from below. A gold wire 8 is electrically connected to the Nesa glass 4 as the other electrode. When a voltage is applied between the electrode 7 and the metal 8, the thin film 5 emits light by electroluminescence. A circular opening window 1a is provided in the center of the insulator 1, and the thin film 5 emits light by the Nesa glass 4
And can be seen through the opening window 1a.
薄膜５はアントラセンに微量のカリウムを添加して得ら
れる錯化合物からなり、厚みは１μｍのオーダーであ
る。この実施例では、重量比でアントラセン１に対して
カリウムを１０-3程度添加している。カリウムの分量が
多くなると、製造プロセスにおいて酸化を受け弊害を引
き起こすことになるが、この程度の添加量では酸化の問
題は生じない。The thin film 5 is made of a complex compound obtained by adding a trace amount of potassium to anthracene, and has a thickness of the order of 1 μm. In this example, about 10 -3 potassium was added to anthracene 1 in a weight ratio. When the amount of potassium is large, it causes oxidation in the manufacturing process and causes harmful effects. However, with this amount of addition, the problem of oxidation does not occur.
第２図は、この薄膜５を形成する方法の一例を示す図で
ある。ここでは真空蒸着法によってＮｅｓａガラス４の
上に薄膜５を形成している。真空槽１０の内部は、排気
管１０ａからの排気により、１０-5Ｔｏｒｒ程度の真空
に保たれる。この真空槽１０内には、パイレックスガラ
スからなる蒸発源１１および１２、ならびにＮｅｓａガ
ラス４を支持する基体１３が設けられており、これらは
温度調節系１４によって所望の温度に制限される。蒸発
源１１には精製したアントラセン粉末を、蒸発源１２に
はカリウムを、それぞれ所定の分量比で入れ、蒸発源１
１，１２の温度を上昇させ、アントラセン・カリウム混
合蒸気を真空槽１０内に発生させる。本実施例では、蒸
発源１１を室温からゆっくりと５０℃程度にまで上昇さ
せ、蒸発源１２を室温から９０℃程度にまで上昇させて
いる。一方、基体１３側も所定温度に保つのが好まし
い。Ｎｅｓａガラス４の温度が低すぎると、膜厚の均一
な薄膜が得られず、逆に温度が高すぎると、再蒸発が起
こるためにうまく薄膜が形成されないためである。本実
施例では、基体１３を１３℃程度に保つことにより、均
一な薄膜を形成することに成功している。FIG. 2 is a diagram showing an example of a method of forming the thin film 5. Here, the thin film 5 is formed on the Nesa glass 4 by the vacuum evaporation method. The inside of the vacuum chamber 10 is maintained at a vacuum of about 10 −5 Torr by exhausting air from the exhaust pipe 10 a. In the vacuum chamber 10, evaporation sources 11 and 12 made of Pyrex glass and a substrate 13 that supports the Nesa glass 4 are provided, and these are restricted to a desired temperature by a temperature control system 14. The purified anthracene powder is put into the evaporation source 11, and potassium is put into the evaporation source 12 in a predetermined quantity ratio.
The temperatures of 1 and 12 are raised to generate anthracene / potassium mixed vapor in the vacuum chamber 10. In this embodiment, the evaporation source 11 is slowly raised from room temperature to about 50 ° C., and the evaporation source 12 is raised from room temperature to about 90 ° C. On the other hand, it is preferable to maintain the base body 13 side at a predetermined temperature. This is because if the temperature of the Nesa glass 4 is too low, a thin film having a uniform film thickness cannot be obtained, and conversely if the temperature is too high, re-evaporation occurs and the thin film cannot be formed well. In this embodiment, by keeping the substrate 13 at about 13 ° C., it has succeeded in forming a uniform thin film.
第１図に示す素子の発光特性を第３図および第４図のグ
ラフに示す。いずれも、電極７と金線８との間に５０Ｈ
ｚの交流電圧を印加した場合の特性である。第３図は、
印加電圧を１００Ｖとしたときの、薄膜５の膜圧（μｍ
で示す）と発光強度（μＷ／Ｓｒ．cm2で示す）との関
係を示すグラフである。膜厚が１μｍ程度の素子の発光
効率が良好であることがわかる。第４図は、膜厚１μｍ
の素子について、印加電圧（Ｖで示す）と発光強度との
関係を示すグラフである。電圧が高くなるにつれて発光
強度も上昇してゆくが、上昇率は次第に緩慢になる。あ
る程度以上の電圧がかかるとブレークダウンのおそれが
あるため、測定は１９０Ｖまでで終了した。The emission characteristics of the device shown in FIG. 1 are shown in the graphs of FIGS. 3 and 4. 50H between the electrode 7 and the gold wire 8
This is a characteristic when an AC voltage of z is applied. Figure 3 shows
The film pressure (μm) of the thin film 5 when the applied voltage is 100V.
2 ) and the emission intensity (shown in μW / Sr.cm 2 ). It can be seen that the luminous efficiency of the device having a film thickness of about 1 μm is good. Figure 4 shows a film thickness of 1 μm
5 is a graph showing the relationship between the applied voltage (indicated by V) and the emission intensity of the device of FIG. The emission intensity increases as the voltage increases, but the rate of increase gradually slows down. The measurement ended up to 190 V because a breakdown may occur if a voltage of a certain level or more is applied.
この第３図および第４図に示す特性を、アントラセンの
みを材料とする試料を用いた測定結果と比較すると、１
００倍程度の発光強度の向上がみられる。これは、アン
トラセンに微量のカリウムを添加することにより、電荷
移動錯体の状態で薄膜が形成されることになり、この電
荷移動錯体がアントラセンに対してオーミックな電子注
入電極として作用しているためと考えられる。また、カ
ーボンパウダー６は、アントラセンに対して優れたホー
ル注入電極として作用することも確認できた。このよう
に、本実施例に係る素子では、Ｎｅｓａガラス４からの
電子、カーボンパウダー６からのホール、の双方が効率
良くアントラセンに注入されるようになり、効率良いエ
レクトロ・ルミネッセンスが得られたものと考えられ
る。Comparing the characteristics shown in FIG. 3 and FIG. 4 with the measurement results using the sample using only anthracene as a material,
It can be seen that the emission intensity is improved by about 100 times. This is because by adding a trace amount of potassium to anthracene, a thin film is formed in the state of charge transfer complex, and this charge transfer complex acts as an ohmic electron injection electrode for anthracene. Conceivable. It was also confirmed that the carbon powder 6 acts as an excellent hole injecting electrode for anthracene. As described above, in the device according to this example, both electrons from Nesa glass 4 and holes from carbon powder 6 are efficiently injected into anthracene, and efficient electroluminescence is obtained. it is conceivable that.
以上、本発明を一実施例について説明したが、本発明は
この実施例に限定されるものではない。特に、第１図の
実施例は試作品として作製した素子であり、量産化を行
う場合には、より単純な構造を採ることができよう。ま
た、薄膜５の材料としては、アントラセンの代わりに
９，１０−ジクロロアントラセンなどのアントラセン誘
導体を利用することもでき、カリウムの代わりに、ナト
リウムなどの他のアルカリ金属を利用することもでき
る。要するに、アントラセンまたはその誘導体に、微量
のアルカリ金属を添加して得られる錯化合物の薄膜を用
いれば、本発明はどのような態様によっても実施可能で
ある。前述のように、本発明に係る素子は、真空蒸着な
どの簡易な方法で製造することができ、量産した場合の
コストを非常に低くすることができる。しかも、Ｎｅｓ
ａガラス上に薄膜を形成すればよいため、発光面の広い
素子を容易に製造することができる。Although the present invention has been described above with reference to an embodiment, the present invention is not limited to this embodiment. In particular, the embodiment shown in FIG. 1 is a device manufactured as a prototype, and a simpler structure can be adopted in mass production. Further, as the material of the thin film 5, anthracene derivative such as 9,10-dichloroanthracene can be used instead of anthracene, and other alkali metal such as sodium can be used instead of potassium. In short, if a thin film of a complex compound obtained by adding a trace amount of an alkali metal to anthracene or a derivative thereof is used, the present invention can be implemented in any mode. As described above, the device according to the present invention can be manufactured by a simple method such as vacuum deposition, and the cost when mass-produced can be made extremely low. Moreover, Nes
Since a thin film may be formed on the glass, it is possible to easily manufacture an element having a wide light emitting surface.
以上のとおり本発明によれば、アントラセンまたはその
誘導体に微量のアルカリ金属を添加して得られる錯化合
物の薄膜を形成し、この薄膜に電子およびホールを注入
して発光させるようにしたため、低コストで、しかも発
光面積の広い青色発光ダイオード素子が実現できる。As described above, according to the present invention, a thin film of a complex compound obtained by adding a trace amount of an alkali metal to anthracene or a derivative thereof is formed, and electrons and holes are injected into the thin film to emit light, which results in low cost. In addition, a blue light emitting diode element having a wide light emitting area can be realized.
第１図(a)は本発明の一実施例に係る発光ダイオード素
子の上面図、同図(b)はこれを切断線Ａ−Ａ′に沿って
切断した正断面図、第２図は第１図に示す素子における
薄膜を真空蒸着法によって形成する方法を説明する図、
第３図は第１図に示す素子における薄膜の厚みと発光強
度との関係を示す特性グラフ、第４図は第１図に示す素
子における印加電圧と発光強度との関係を示す特性グラ
フである。 １…第１の絶縁体、１ａ…開口窓、２…第２の絶縁体、
２ａ…貫通孔、３…ねじ、４…Ｎｅｓａガラス、５…ア
ントラセン・カリウム錯化合物による薄膜、６…カーボ
ンパウダー、７…電極、８…金線、１０…真空槽、１０
ａ…排気管、１１…蒸発源（アントラセン）、１２…蒸
発源（カリウム）、１３…基体、１４…温度調節系。FIG. 1 (a) is a top view of a light emitting diode device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 (b) is a front sectional view taken along the cutting line AA ′, and FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a method of forming a thin film in the device shown in FIG. 1 by a vacuum vapor deposition method,
FIG. 3 is a characteristic graph showing the relationship between the thickness of the thin film and the light emission intensity in the device shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a characteristic graph showing the relationship between the applied voltage and the light emission intensity in the device shown in FIG. . 1 ... 1st insulator, 1a ... Opening window, 2 ... 2nd insulator,
2a ... Through hole, 3 ... Screw, 4 ... Nesa glass, 5 ... Thin film of anthracene / potassium complex compound, 6 ... Carbon powder, 7 ... Electrode, 8 ... Gold wire, 10 ... Vacuum tank, 10
a ... exhaust pipe, 11 ... evaporation source (anthracene), 12 ... evaporation source (potassium), 13 ... substrate, 14 ... temperature control system.
Claims (2)
またはその誘導体に微量のアルカリ金属を添加して得ら
れる錯化合物の薄膜を形成し、この薄膜に電気的に接触
するように第２の電極を設け、前記第１の電極と前記第
２の電極との間に電圧を印加することにより発光をなす
ように構成したことを特徴とする発光ダイオード素子。1. A thin film of a complex compound obtained by adding a trace amount of an alkali metal to anthracene or a derivative thereof is formed on a substrate forming a first electrode, and a second thin film is formed so as to make electrical contact with the thin film. The light emitting diode element is characterized in that the electrode is provided, and light is emitted by applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
ンに微量のカリウムを添加して得られる錯化合物の薄膜
を形成し、この薄膜上にカーボンからなる電極層を形成
し、前記透明基板と前記電極層との間に電圧を印加する
ことにより発光をなすように構成したことを特徴とする
発光ダイオード素子。2. A transparent substrate having conductivity is formed with a thin film of a complex compound obtained by adding a small amount of potassium to anthracene, and an electrode layer made of carbon is formed on the thin film. A light emitting diode element, which is configured to emit light by applying a voltage between the electrode layer and the electrode layer.
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| JP8104689A JPH069256B2 (en) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | Light emitting diode element |
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|---|---|
| JPH02260579A JPH02260579A (en) | 1990-10-23 |
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Family Applications (1)
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| JP8104689A Expired - Lifetime JPH069256B2 (en) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | Light emitting diode element |
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-
1989
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| JPH02260579A (en) | 1990-10-23 |
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