Multicolor electroluminescent ZnS thin films doped with rare earth fluorides

Abstract

A systematic investigation of the electroluminescent (EL) ZnS thin film devices doped with rare earth centers, SmF3 (red), TbF3 (green), and TmF3 (blue), is made to examine the possibility of multicoloring. Various characteristics, such as brightness, emission efficiency, decay time, EL spectra, and their concentration dependences are measured. The number of photons emitted from these devices is also estimated to discuss quantum efficiencies. For SmF3 and TmF3 activators, it is found that concentration quenching of EL emission takes place through non-radiative crossrelaxation process. No such quenching is observed for TbF3 activators. In TmF3 activators, most of the radiative energy is found to be emitted in the infrared region. The impact excitation cross-section for these rare earth compounds is also inferred to be lower compared with that of Mn2+ ions. Une investigation systématique de dispositifs électroluminescents (EL) de films minces de ZnS dopés avec des centres de terre-rares, SmF3 (rouge), TbF3 (vert) et TmF3 (bleu) a été fait afin d'examiner les possibilités de multi-couleur. Différentes caractéristiques telle que la brillance, l'efficacité d'émission, la durée de vie, le spectre EL et leurs variations en fonction de la concentration ont été mesurées. Le nombre de photons émis par ces dispositifs a aussi été estimé afin de discutter le rendement quantique. En ce qui concerne SmF3 et TmF3, il a été observé que l'extinction de l'émission EL par concentration se fait par un processus de transfert non-radiatif. D'autre part aucune extinction n'a été observée avec l'activateur TbF3. La majeur partie de l'énergie émise par les activateurs TmF3 se trouve dans l'infra-rouge. Ces résultats peuvent s'expliquer par une section efficace d'excitation d'impact des centres de terre-rare inférieure a celle des ions Mn2+.