(57)【要約】蛍光体５は、蛍光粒子１１と、その蛍光粒子１１を被覆する被覆膜１２と、さらにその被覆膜１２を被覆する絶縁膜１３とで構成されている。蛍光粒子１１は、例えば硫化亜鉛（ＺｎＳ）などの蛍光化合物に例えばマンガン（Ｍｎ）などの補助成分を添加した複合体が粒子化されて形成されている。被覆膜１２は例えば銅（Ｃｕ）からなり、厚さは例えば２〜２０ｎｍで、蛍光粒子１１の電子の導電性を高めている。絶縁膜１３は、例えば高誘電率の有機ポリマーからなり、厚さは例えば１００ｎｍで、蛍光体５の表面の誘電率を高めている。
2003055274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明導電層と、複数の蛍光粒子を含む発光層と、絶縁層と、背面電極とが積層されたエレクトロルミネセンス素子において、
前記各蛍光粒子の表面は、保護膜により被覆されていることを特徴とするエレクトロルミネセンス素子。
【請求項２】
前記保護膜が、前記蛍光粒子を被覆する銅からなる第１層と、この第１層を被覆する有機ポリマーからなる第２層とで構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項３】
前記保護膜が、
前記複数の蛍光粒子を約８００℃の塩化水素の雰囲気中に約３０分間配置する第１工程と、
続いて前記複数の蛍光粒子を塩化第二銅の溶液中に約１０分間浸漬する第２工程と、
続いて前記複数の蛍光粒子に対して１〜５重量％の有機ポリマーを、前記第２工程を経た前記複数の蛍光粒子と４５〜６５℃の雰囲気中で約３０分間混合する第３工程と、
続いて約９０℃の真空雰囲気中に約４８時間配置する第４工程と、
続いて前記第４工程を経た前記複数の蛍光粒子を２０〜１２０分間加熱して当該複数の蛍光粒子に銅の被覆膜を形成する第５工程と
を経て形成されたものであることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項４】
前記透明導電層と前記発光層との間に形成された誘電層と、
前記発光層と前記絶縁層との間に形成された濃縮層とを備えることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項５】
透明導電層と、複数の蛍光粒子を含む発光層と、絶縁層と、背面電極とが積層されたエレクトロルミネセンス素子において、
前記透明導電層と前記発光層との間に形成された誘電層と、
前記発光層と前記絶縁層との間に形成された濃縮層とを備えることを特徴とするエレクトロルミネセンス素子。
【請求項６】
透明導電層と、複数の蛍光粒子を含む発光層と、絶縁層と、背面電極とが積層されたエレクトロルミネセンス素子の製造方法において、
前記複数の蛍光粒子を約８００℃の塩化水素の雰囲気中に約３０分間配置する第１工程と、
続いて前記複数の蛍光粒子を塩化第二銅の溶液中に約１０分間浸漬する第２工程と、
続いて前記複数の蛍光粒子に対して１〜５重量％の有機ポリマーを、前記第２工程を経た前記複数の蛍光粒子と４５〜６５℃の雰囲気中で約３０分間混合する第３工程と、
続いて約９０℃の真空雰囲気中に約４８時間配置する第４工程と、
続いて前記第４工程を経た前記複数の蛍光粒子を２０〜１２０分間加熱して当該複数の蛍光粒子に銅の被覆膜を形成する第５工程と
を経て形成される保護膜により、前記複数の蛍光粒子それぞれの表面を被覆することを特徴とするエレクトロルミネセンス素子の製造方法。
【請求項７】
透明導電層と、複数の蛍光粒子を含む発光層と、絶縁層と、背面電極とが積層されたエレクトロルミネセンス素子の製造方法において、
前記透明導電層と前記発光層との間に誘電層を形成し、
前記発光層と前記絶縁層との間に濃縮層を形成する方法であって、
（ａ）前記誘電層に前記発光層を付加した組合せを、温度上昇率３〜１０℃／分で３２０〜５００℃まで加熱し、その温度を３０〜９０分間維持し、その後温度低下率３〜８℃／分で空冷する工程と、
（ｂ）前記組合せに濃縮層と絶縁層とをコーティングしたものを、温度上昇率３〜１０℃／分で約５００℃まで加熱し、その温度を約６０分間維持し、その後温度低下率３〜８℃／分で空冷する工程と
を備えることを特徴とするエレクトロルミネセンス素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、寿命や発光効率などの特性を改善したエレクトロルミネセンス素子およびその製造方法に関する。
背景技術
電圧の印加により発光するエレクトロルミネセンス素子（以下「ＥＬ素子」という。）として、従来、透明導電層、蛍光粒子を含む発光層、絶縁層および背面電極が積層されたものが知られている。
ところが、上記従来のＥＬ素子では、温度変化や酸化などの環境要因による蛍光粒子の特性劣化により長寿命化が困難であるという問題があった。また、印加電圧による電子が効率よく蛍光粒子に作用しないため、高輝度のものが得られないという欠点があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、長寿命化および高輝度化を可能にするエレクトロルミネセンス素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
発明の開示
上記した目的を達成するために、本発明は、透明導電層と、複数の蛍光粒子を含む発光層と、絶縁層と、背面電極とが積層されたエレクトロルミネセンス素子において、前記各蛍光粒子の表面は、保護膜により被覆されていることを特徴としている。
このような構成によれば、各蛍光粒子の表面が保護膜により被覆されていることにより、蛍光粒子の酸化が防止され、長寿命のＥＬ素子が得られることとなる。
また、本発明は、請求の範囲第１項に記載のエレクトロルミネセンス素子において、前記保護膜が、前記蛍光粒子を被覆する銅からなる第１層と、この第１層を被覆する有機ポリマーからなる第２層とで構成されていることを特徴としている。
このような構成によれば、保護膜は、蛍光粒子を被覆する銅からなる第１層と、この第１層を被覆する有機ポリマーからなる第２層とで構成されていることから、第１層により蛍光粒子に対する電子の導電性が向上し、第２層により蛍光粒子の表面の誘電率が増大することから、高輝度のＥＬ素子が得られることとなる。
また、本発明は、請求の範囲第２項に記載のエレクトロルミネセンス素子において、前記保護膜が、前記複数の蛍光粒子を約８００℃の塩化水素の雰囲気中に約３０分間配置する第１工程と、続いて前記複数の蛍光粒子を塩化第二銅の溶液中に約１０分間浸漬する第２工程と、続いて前記複数の蛍光粒子に対して１〜５重量％の有機ポリマーを、前記第２工程を経た前記複数の蛍光粒子と４５〜６５℃の雰囲気中で約３０分間混合する第３工程と、続いて約９０℃の真空雰囲気中に約４８時間配置する第４工程と、続いて前記第４工程を経た前記複数の蛍光粒子を２０〜１２０分間加熱して当該複数の蛍光粒子に銅の被覆膜を形成する第５工程とを経て形成されたものであることを特徴としている。
このような構成によれば、蛍光粒子を被覆する銅からなる第１層と、この第１層を被覆する有機ポリマーからなる第２層とで構成される保護膜が、好適に形成されることとなる。
また、本発明は、請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のエレクトロルミネセンス素子において、前記透明導電層と前記発光層との間に形成された誘電層と、前記発光層と前記絶縁層との間に形成された濃縮層とを備えることを特徴としている。
このような構成によれば、透明導電層と発光層との間に形成された誘電層と、発光層と絶縁層との間に形成された濃縮層とを備えていることにより、透明導電層と背面電極との間に印加される電圧によって生じる誘電層、濃縮層および絶縁層の電界によって電子が加速され、蛍光粒子に供給される励起エネルギーが増大することから、高い発光効率のＥＬ素子が得られることとなる。
また、本発明は、透明導電層と、複数の蛍光粒子を含む発光層と、絶縁層と、背面電極とが積層されたエレクトロルミネセンス素子において、前記透明導電層と前記発光層との間に形成された誘電層と、前記発光層と前記絶縁層との間に形成された濃縮層とを備えることを特徴としている。
このような構成によれば、透明導電層と発光層との間に形成された誘電層と、発光層と絶縁層との間に形成された濃縮層とを備えていることにより、透明導電層と背面電極との間に印加される電圧によって生じる誘電層、濃縮層および絶縁層の電界によって電子が加速され、蛍光粒子に供給される励起エネルギーが増大することから、高い発光効率のＥＬ素子が得られることとなる。
また、本発明は、透明導電層と、複数の蛍光粒子を含む発光層と、絶縁層と、背面電極とが積層されたエレクトロルミネセンス素子の製造方法において、前記複数の蛍光粒子を約８００℃の塩化水素の雰囲気中に約３０分間配置する第１工程と、続いて前記複数の蛍光粒子を塩化第二銅の溶液中に約１０分間浸漬する第２工程と、続いて前記複数の蛍光粒子に対して１〜５重量％の有機ポリマーを、前記第２工程を経た前記複数の蛍光粒子と４５〜６５℃の雰囲気中で約３０分間混合する第３工程と、続いて約９０℃の真空雰囲気中に約４８時間配置する第４工程と、続いて前記第４工程を経た前記複数の蛍光粒子を２０〜１２０分間加熱して当該複数の蛍光粒子に銅の被覆膜を形成する第５工程とを経て形成される保護膜により、前記複数の蛍光粒子それぞれの表面を被覆することを特徴としている。
このような構成によれば、蛍光粒子を被覆する銅からなる第１層と、この第１層を被覆する有機ポリマーからなる第２層とで構成される保護膜が、好適に形成されることとなる。
また、本発明は、透明導電層と、複数の蛍光粒子を含む発光層と、絶縁層と、背面電極とが積層されたエレクトロルミネセンス素子の製造方法において、前記透明導電層と前記発光層との間に誘電層を形成し、前記発光層と前記絶縁層との間に濃縮層を形成する方法であって、（ａ）前記誘電層に前記発光層を付加した組合せを、温度上昇率３〜１０℃／分で３２０〜５００℃まで加熱し、その温度を３０〜９０分間維持し、その後温度低下率３〜８℃／分で空冷する工程と、（ｂ）前記組合せに濃縮層と絶縁層とをコーティングしたものを、温度上昇率３〜１０℃／分で約５００℃まで加熱し、その温度を約６０分間維持し、その後温度低下率３〜８℃／分で空冷する工程とを備えることを特徴としている。
このような構成によれば、誘電層に発光層を付加した組合せが（ａ）の工程により加熱され、この組合せに濃縮層と絶縁層とをコーティングしたものが（ｂ）の工程により加熱されることから、発光層の再結晶状態が改善され、これによって輝度および発光効率が向上することとなる。
発明を実施するための最良の形態
（第１実施例）
まず、第１図、第２図を参照して、本発明に係るＥＬ素子の第１実施例について説明する。第１図は第１実施例の断面図、第２図は蛍光粒子の断面図である。
第１図において、このＥＬ素子は、表面の透明保護膜１に密着して形成された透明導電層２と、背面保護膜３に密着して形成された背面電極４と、透明導電層２と背面電極４との間に形成された蛍光体５を含む発光層６および絶縁層７とから構成されており、透明導電層２と背面電極４との間に電圧が印加されると、蛍光体５が発光して透明保護膜１側に光が放射されるようになっている。
透明保護膜１および背面保護膜３は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で形成されている。なお、ＰＥＴに限られず、他のプラスチックフィルムやガラス基板で形成してもよい。透明導電層２は、例えばインジウム錫オキサイド（ＩＴＯ）などの透明導電膜で形成されている。背面電極４は、例えばアルミニウムなどの金属膜や導電性カーボンなどの導電膜で形成されている。絶縁層７は、絶縁体粒子を含む合成樹脂で形成されており、絶縁体粒子は例えばチタン酸バリウムなどが用いられ、合成樹脂は例えば高誘電率の有機ポリマーが用いられる。
蛍光体５は、第２図に示すように、蛍光粒子１１と、その蛍光粒子１１を被覆する保護膜である被覆膜１２と、さらにその被覆膜１２を被覆する絶縁膜１３とで構成されている。蛍光粒子１１は、例えば硫化亜鉛（ＺｎＳ）などの蛍光化合物に、例えば赤色および緑色発光の場合には銅（Ｃｕ）、青色発光の場合にはマンガン（Ｍｎ）、白色発光の場合には銅およびマンガンなど、各色に応じた補助成分を添加した複合体が粒子化されて形成されている。被覆膜１２は例えば銅（Ｃｕ）からなり、厚さは例えば２〜２０ｎｍで、蛍光粒子１１への電子の導電性を高めている。絶縁膜１３は、例えば高誘電率の有機ポリマーからなり、厚さは例えば１００ｎｍで、蛍光体５の表面の誘電率を高めている。
次に、第３図を参照して、被覆膜１２および絶縁膜１３の形成手順について説明する。第３図は同手順を示すフローチャートである。
まず、第１工程として、蛍光粒子１１を約８００℃の塩化水素（ＨＣｌ）雰囲気中に約３０分間配置する（Ｓ１）。次いで、第２工程として、蛍光粒子１１を塩化第二銅（ＣｕＣｌ２）の溶液中に約１０分間浸漬する（Ｓ２）。次いで、第３工程として、蛍光粒子１１に対してＴｉまたはＡｌを取り入れた１〜５重量％の有機ポリマーを４５〜６５℃の雰囲気中で約３０分間、蛍光粒子１１と混合する（Ｓ３）。次いで、第４工程として、約９０℃の真空雰囲気中に約４８時間配置する（Ｓ４）。次いで、第５工程として、２０〜１２０分だけ４５０〜６５０℃で加熱してＣｕの金属膜を形成する（Ｓ５）。
このように、第１実施例によれば、蛍光粒子１１にＣｕの被覆膜１２を形成するようにしているので、蛍光粒子１１に対する電子の導電性を高めることができ、これによって高輝度のＥＬ素子を得ることができるとともに、素子の大型化が可能になる。
また、第１実施例によれば、蛍光粒子１１に有機ポリマーからなる絶縁膜１３を形成するようにしているので、温度変化や酸化などの環境要因による蛍光粒子１１の劣化を効果的に防止することができ、これによってＥＬ素子の長寿命化を図ることができる。また、これによって蛍光粒子１１の表面の誘電率を高めることができるので、高輝度のＥＬ素子を得ることができる。
従来はＥＬ素子の輝度が２０ｃｄ／ｍ２程度であったのに対して、第１実施例によれば、１００ｃｄ／ｍ２と高輝度のＥＬ素子が得られた。
（第２実施例）
次に、第４図を参照して、本発明に係るＥＬ素子の第２実施例について説明する。第４図は第２実施例の構造を示す断面図で、第１図と同一のものには同一符号を付している。
第４図に示すように、第２実施例のＥＬ素子は、発光層６が、誘電層２１と濃縮層２２とで挟まれた構造になっている。
本実施例では、発光層６の蛍光粒子１１として、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）と、プラセオジミウムイオン（Ｐｒ３＋）と、セリウムイオン（Ｃｅ３＋）との複合体が用いられており、厚さは約３００ｎｍになっている。
誘電層２１はタンタルオキサイド（Ｔａ２Ｏ５）からなり、厚さは約２００ｎｍになっている。濃縮層２２は二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、厚さは約２７０ｎｍになっている。絶縁層７はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）からなり、厚さは約２０μｍになっている。
次に、第５図、第６図を参照して、第２実施例のＥＬ素子の製造手順について説明する。第５図、第６図は加熱工程の温度推移を示すタイムチャートである。
まず、誘電層２１に発光層６を配置した組合せを、第５図に示すように、温度上昇率３〜１０℃／分で３２０〜５００℃（第５図では４５０℃）まで加熱し、その温度を３０〜９０分間維持し、その後３〜８℃／分で空冷（自然冷却）する。ここで、最も好ましい条件として、温度上昇率５℃／分で、３５０℃まで加熱し、これを６０分間維持し、４℃／分で空冷（自然冷却）するとよい。
続いて、上記組合せに濃縮層２２と絶縁層７とをコーティングし、これを第６図に示すように、温度上昇率３〜１０℃／分で約５００℃まで加熱し、その温度を約６０分間維持し、その後３〜８℃／分で空冷（自然冷却）する。第５図および第６図の工程は、気圧６．５Ｐａの下で行う。このとき、最も好ましい条件として、温度上昇率６℃／分で、５００℃まで加熱し、これを６０分間維持し、６℃／分で空冷（自然冷却）するとよい。
そして、さらに、透明導電層２が配置された透明保護膜１と、背面電極４が配置された背面保護膜３とを付加して、ＥＬ素子を形成する。
一般に、ＥＬ素子の寿命および輝度は、発光層６と絶縁層７との境界面の状態に依存する。第２実施形態のように、発光層６を誘電層２１および濃縮層２２で挟むことにより、発光層６に到達する電子のエネルギーは増大する。印加電圧が高いときには、印加電圧に対する電子吸収の関係は、Ｆｒａｎｚ−Ｋｅｌｄｙｓｈ効果による指数関数的な関係よりずっと大きくなる。電界の平均強度は、不純物のイオン化や格子欠陥に対する電界よりも高くなる。誘電層２１、濃縮層２２および絶縁層７の電界により電子が加速されたとき、電子は熱電子となり、この熱電子が蛍光粒子１１（本実施例ではＺｎＳ）の格子と反応するので、格子の振動が増大することとなる。これにより追加の界面順位が生じ、励起やトンネル効果のための電子数の増大に寄与する。界面における電界降下により、トンネル効果で界面を通過する電子が高エネルギーを得ることから、励起効率が増大し、吸収の問題を解決して、第２実施例によるＥＬ素子の発光効率が向上することとなる。
第４図の構造および第５図、第６図の加熱工程により、発光輝度１２０ｃｄ／ｍ２、ＣＩＥの色度座標ｘ＝０．３６，ｙ＝０．３６、発光効率０．６１ｍ／Ｗの白色ＥＬ素子が得られた。
このように、第２実施例によれば、発光層６が、誘電層２１と濃縮層２２とで挟まれた構造にしているので、発光輝度を高くするとともに、白色度が良好なＥＬ素子を得ることができる。
また、第２実施例によれば、第５図、第６図を参照して説明したような加熱工程を経て製造しているので、発光層６の再結晶状態を改善することができ、これによって、ＥＬ素子の輝度および発光効率を直接的に向上することができる。
なお、本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
例えば、透明導電層１、背面電極４、絶縁層７の構成材料は上記各実施例に限られず、その他の公知の材料を用いることができる。
また、上記各実施例では、発光層６として、蛍光粒子１１に被覆層１２および絶縁層１３を形成した蛍光体５を用いているが、これに限られず、被覆層１２および絶縁層１３が形成されていない蛍光粒子１１のみを備えた発光層６としてもよい。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明にかかるエレクトロルミネセンス素子は、透明導電層２と、複数の蛍光粒子１１を含む発光層６と、絶縁層７と、背面電極４とが積層されたエレクトロルミネセンス素子において、各蛍光粒子１１の表面を被覆膜１２により被覆したため、蛍光粒子１１の酸化を防止でき、長寿命のＥＬ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係るＥＬ素子の第１実施例の断面図である。
第２図は、本発明に係るＥＬ素子の第１実施例における蛍光粒子の断面図である。
第３図は、本発明に係るＥＬ素子の第１実施例における被覆膜および絶縁膜の形成手順を示すフローチャートである。
第４図は、本発明に係るＥＬ素子の第２実施例の断面図である。
第５図は、本発明に係るＥＬ素子の第２実施例における加熱工程の温度推移を示すタイムチャートである。
第６図は、本発明に係るＥＬ素子の第２実施例における加熱工程の温度推移を示すタイムチャートである。
【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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【国際調査報告】
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