Електролюмінесцентне джерело світла з мультишаровою структурою

Винахід належить до галузі приладобудування, зокрема до електричних джерел світла на основі нових неорганічних матеріалів. Прилади подібного типу можуть бути використані в автомобільній промисловості, дисплейних технологіях, а також як потужні електролазери. Найближчим за технічною суттю прототипом є світловипромінююча тонка плівка і тонкоплівковий електролюмінесцентний прилад на її основі з мультишаровою структурою, В цій структурі шари люмінофору чергуються з бар'єрними шарами, причому плівка люмінофору і бар'єрний шар містять хімічні сполуки елементів, вибраних з групи цинку, кадмію, марганцю, лужних металів і елементів шостої гр упи. Недоліком запропонованих структур є складна технологія їх одержання, що потребує використання принаймні двох різних способів напилення (наприклад, способу високочастотного напилення та способу напилення з застосуванням електронно-променевого розігріву), недостатня термічна стійкість, що знижує можливості використання структур у потужних приладах, а також збудження структур тільки змінним струмом високої частоти, що звужує сферу застосування. Завдання, на вирішення якого спрямовано винахід, полягає в розробці нових електролюмінесцентних мультишарових джерел світла, у тому числі і з підвищеною потужністю, які могли б бути виготовлені в одноактному те хнологічному процесі. Технічними результатами, які досягаються при здійсненні винаходу, є спрощення способу виготовлення, підвищення термічної стійкості електролюмінесцентного приладу і застосування його для роботи як із змінним, так і постійним струмом. Крім того, забезпечується різний спектральний склад випромінювання у видимому і ультрафіолетовому діапазоні спектру. Зазначений технічний результат досягається тим, що в електролюмінесцентному джерелі світла з мультишаровою структурою, яке складається з підкладки, двох електродів (один з яких є прозорий) і розміщених між електродами бар'єрних шарів та шарів люмінофору, які багатократно повторюються і чергуються між собою, згідно з винаходом, шари люмінофору виготовлені з матеріалу на основі а бар'єрні шари - з окислів металів третьої та четвертої гр уп. Крім того, для забезпечення різного спектрального складу шари люмінофору містять активуючі домішки перехідних металів та рідкоземельних елементів в кількості 0,01 - 0,40мол.%. Введення меншої кількості домішки ніж 0,01мол.% не дозволяє отримати достатню інтенсивність світла, яке випромінюється, а введення домішки в кількості більше 0,40мол.% приводить до структурних змін люмінофору, що в кінцевому рахунку також приводить до зменшення інтенсивності світла при тих самих струмових режимах. Структура характеризується наявністю октаедричної координації для іонів що дає змогу активувати цей матеріал іонами металів перехідних груп з відносно великим Іонним радіусом (0,064 - 0,110нм), причому, що дуже важливо при введенні рідкоземельних активаторів, заряди активуючого іона та іона матриці збігаються. Це виключає використання співактиваторів. Монокристали є прямозонним матеріалом, і в ньому спостерігається інтенсивна власна люмінесценція і люмінесценція домішок іонів перехідних металів. Водночас, в цьому матеріалі легко створюються кисневі вакансії донорного типу при виготовленні шарів в атмосфері з недостачею кисню. Встановлено, що ця операція дає змогу змінювати провідність у межах від 10-1 до 10-9Ом -1 см -1. Винахід пояснюється фігурами. На фіг.1 схематично показана будова пропонованого електролюмінесцентного джерела світла з бар'єрними шарами з високоомного окислу На фіг.2 схематично показана будова пропонованого електролюмінесцентного джерела світла з бар'єрними шарами на основі окислів На фіг.3 показано спектр люмінесценції при 295К електролюмінесцентного джерела з мультишаровою структурою, в якому шари люмінофору виготовлені з окислу активованого іонами На вставці до фігури наведено вольт-яскравісні характеристики приладу при збудженні постійним (1) та змінним, частотою 1000Гц (2), струмами. На фіг.4 показано спектр люмінесценції при 295К електролюмінесцентного джерела з мультишаровою структурою, в якому шари люмінофору виготовлені з окислу активованого іонами Приклад 1. Електролюмінесцентне джерело світла (фіг.1) складається з провідного монокристалу (1), який є підкладкою та одночасно виконує функції електрода, бар'єрних шарів (2), шарів люмінофору (3), провідного прозорого електроду на основі (4) та металевих провідників (5). Товщина бар'єрного шару становить 100 1000нм, товщина люмінофорного шару - 50 - 1000нм. Бар'єрні шари (2) та люмінофорні шари (3), що багатократно повторюються, утворюють випромінюючий шар . Приклад 2. Джерело аналогічне до наведеного в прикладі 1, але випромінюючий шар виготовлений в зворотному порядку: на провідний монокристал епітаксіальний провідний шар люмінофору напилюється потім - епітаксіальний бар'єрний шар з низькою провідністю і т.д. Приклад 3. Джерело аналогічне до наведеного в прикладі 1 або в прикладі 2, але матеріалом для шару люмінофору служить Описані в прикладах 1 - 3 прилади можуть мати випромінюючий шар як монокристалічної, так і полікристалічної структури. Приклад 4. Джерело світла (фіг.2) складається з скляної підкладки (6), провідного прозорого шару товщиною 200нм (7), який служить прозорим електродом. Далі розташований бар'єрний шар на основі одного з окислів товщиною 100 - 1000нм (8). Після цього розташована провідна плівка люмінофору або або або . або або товщиною 50 1000нм (9). Чергування шарів повторюється потрібну кількість разів, у результаті чого утворюється випромінюючий шар Далі розташований провідний прозорий або металічний шар (7), який служить електродом. Приклад 5. Джерело світла аналогічне до наведеного в прикладі 4, але випромінюючий шар сформований в зворотному порядку: після скяної підкладки (6) розташований прозорий провідний електрод (7), далі - провідний шар люмінофору на основі або потім - бар'єрний шар на основі і т.д. Джерело світла використовується наступним чином. Для прикладів, описаних в прикладах 1 3 (фіг.1), напругу прикладають між провідним кристалом та провідним прозорим електродом 4, а в приладах, описаних в прикладах 4 - 5 (фіг.2), напругу прикладають між провідними прозорими електродами. Прилади на основі можуть працювати на змінному і постійному струмові, як це випливає з вольт-яскравісних характеристик на фіг.3. Описані в прикладах 1 - 5 прилади можуть випромінювати червоне, жовте, зелене або ультрафіолетове світло в залежності від типу введеного активатора. На доказ цього приводимо фіг.3 (червоне випромінювання приладу з люмінофором та фіг.4 (зелене випромінювання з люмінофором Аналогічні графіки можна привести для жовтого та ультрафіолетового випромінювання. Електролюмінесцентні джерела світла сформовані на основі люмінофору описаним вище чином, мають ряд переваг перед прототипом. По-перше, спосіб виготовлення приладів-прототипів передбачає послідовне використання хоча б дво х методів напилення: з електроннопроменевим нагрівом та високочастотного напилення. Пропоновані нами прилади виготовляють в одній операції методом ВЧ-магнетронного напилення, що суттєво спрощує процедуру виготовлення приладів. По-друге, створюючи різну концентрацію кисневих вакансій в матеріалі можна змінювати питому провідність у межах внаслідок чого вдається одержувати прилади, описані в прикладах 1 - 3. Зрозуміло, що прилад, сформований на основі одного матеріалу, є термічне стійким, оскільки всі його складові частини мають однаковий коефіцієнт термічного розширення. Це дає змогу експлуатувати його в режимах з підвищеними значеннями струму, що проходить через прилад. По-третє, прилади на основі можуть працювати на змінному і постійному стр умові, що розширює сферу застосування приладів.