(57)【要約】【課題】  簡略に製造できる分散型様の構造を有する交流動作エレクトロルミネッセンス素子において、電流経路の遮断を保障しながら、発光層中における蛍光体粒子の充填率を向上させて高い輝度を実現する。【解決手段】  交流動作エレクトロルミネッセンス素子の発光層１６中に、蛍光体粒子１６ａを、粒子同士が互いに接触または融着するように密に充填する。粒子間の空隙は、充填材料１６ｂで充填する。発光層１６中における蛍光体粒子１６ａの充填材料１６ｂに対する体積比は、１．０以上とされている。発光層１６の片側もしくは両側には、絶縁層１４が設けられている。蛍光体粒子１６ａに代えて誘電体表面被覆層を有する粒子を用いて、絶縁層１４を省略してもよい。【選択図】          図１
2005093358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の電極間に、
蛍光体粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層を有する粒子、蛍光体粒子表面に誘電体表面被覆層を有する粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層と誘電体表面被覆層を有する粒子、またはそれらの組合せからなる粒子群と、該粒子群をなす粒子間の空隙を充填する充填材料とからなる発光層と、
少なくとも前記発光層の片側に設けられた絶縁層とを有してなり、
前記粒子群をなす粒子同士が互いに接触または融着しており、前記発光層中における前記粒子群の前記充填材料に対する体積比が１．０以上とされていることを特徴とする交流動作エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
１対の電極間に、
蛍光体粒子表面に誘電体表面被覆層を有する粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層と誘電体表面被覆層を有する粒子、またはそれらの組合せからなる粒子群と、該粒子群をなす粒子間の空隙を充填する充填材料とからなる発光層を有してなり、
前記粒子群をなす粒子同士が互いに接触または融着しており、前記発光層中における前記粒子群の前記充填材料に対する体積比が１．０以上とされていることを特徴とする交流動作エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記充填材料が低誘電正接の材料であることを特徴とする請求項１または２記載の交流動作エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記体積比が１．６以上とされていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の交流動作エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記粒子群をなす粒子の蛍光体部分が、ホットエレクトロンにより衝突励起される発光中心を含んだ蛍光体であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の交流動作エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
１対の電極間に、発光層と、少なくとも該発光層の片側に設けられた絶縁層とを有してなる交流動作エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、該発光層を、
バインダー中に、蛍光体粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層を有する粒子、蛍光体粒子表面に誘電体表面被覆層を有する粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層と誘電体表面被覆層を有する粒子、またはそれらの組合せからなる粒子群を分散させた材料により、層を形成する工程と、
前記層を圧縮する工程とを含む方法により形成することを特徴とする製造方法。
【請求項７】
１対の電極間に発光層を有してなる交流動作エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、該発光層を、
バインダー中に、蛍光体粒子表面に誘電体表面被覆層を有する粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層と誘電体表面被覆層を有する粒子、またはそれらの組合せからなる粒子群を分散させた材料により、層を形成する工程と、
前記層を圧縮する工程とを含む方法により形成することを特徴とする製造方法。
【請求項８】
前記バインダーが、低誘電正接の材料であることを特徴とする請求項６または７記載の製造方法。
【請求項９】
低誘電正接の材料を前記層に含浸させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項８記載の製造方法。
【請求項１０】
１対の電極間に、発光層と、少なくとも該発光層の片側に設けられた絶縁層とを有してなる交流動作エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、該発光層を、
熱分解性を有するバインダー中に、蛍光体粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層を有する粒子、蛍光体粒子表面に誘電体表面被覆層を有する粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層と誘電体表面被覆層を有する粒子、またはそれらの組合せからなる粒子群を分散させた材料により、層を形成する工程と、
前記バインダーを熱分解して除去する工程と、
前記バインダーが除去された前記層に充填材料を含浸させる工程とを含む方法により形成することを特徴とする製造方法。
【請求項１１】
１対の電極間に発光層を有してなる交流動作エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、該発光層を、
熱分解性を有するバインダー中に、蛍光体粒子表面に誘電体表面被覆層を有する粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層と誘電体表面被覆層を有する粒子、またはそれらの組合せからなる粒子群を分散させた材料により、層を形成する工程と、
前記バインダーを熱分解して除去する工程と、
前記バインダーが除去された前記層に充填材料を含浸させる工程とを含む方法により形成することを特徴とする製造方法。
【請求項１２】
前記充填材料が低誘電正接の材料であることを特徴とする請求項１０または１１記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流動作エレクトロルミネッセンス素子およびその製造方法に関し、特に、発光層が蛍光体粒子を含む分散型様の構造を有する交流動作エレクトロルミネッセンス素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロルミネッセンス素子は、自己発光する面光源として、別途の光源が不要な新たな表示素子等としての利用が期待されているものである。従来のエレクトロルミネッセンス素子には、「分散型」と「薄膜型」の２つのタイプが存在する。また、直流駆動のエレクトロルミネッセンス素子も提案されているが、より実用性の高い交流駆動のものを中心に研究開発が進められている。そこでまず、非特許文献１等に記載されている、従来の分散型と薄膜型の交流動作エレクトロルミネッセンス素子のそれぞれの基本的な構造、発光機構および特長について、以下に概略的に説明する。
【０００３】
分散型交流動作エレクトロルミネッセンス素子は、典型的には、図５に示すように、ガラスやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート等の透明基板５０の上に、透明導電膜の塗布により透明電極５２が形成されて、その上に、蛍光体粒子５４ａが誘電体であるバインダー５４ｂ中に遊離分散されてなる発光層５４、絶縁層５６および金属電極５８が積層された構造を有する。さらに、表面保護層等の追加の層が設けられる場合もある。透明電極５２と金属電極５８との間に交流電圧を印加すると、発光層５４内部の蛍光体粒子５４ａが電界発光を示し、その光が透明電極５２および透明基板５０を介して取り出される。絶縁層５６は、電流経路を遮断し、各蛍光体粒子５４ａに安定した高電界を印加するためのものであるが、上記の蛍光体粒子５４ａ同士の遊離分散が完全に実現されており、発光層５４内の電流経路が遮断されている場合には、絶縁層５６を設けなくてもよい。蛍光体粒子５４ａとしては、一般に、銅を含む付活剤が添加された粒径５から３０μｍ程度のＺｎＳ粒子が用いられる。その代表的なものは、青緑色の発光を示すＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌであり、その他、所望の発光色に応じて、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（緑色）やＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ，Ｍｎ（橙黄色）等が使用される。複数の色に対応する異なる種類の蛍光体粒子を使用した図５に示す構造を多重に重ね合わせ、中間の電極をすべて透明電極とすれば、カラーディスプレイ等への応用が可能である。
【０００４】
分散型交流動作エレクトロルミネッセンス素子の発光は、付活剤として添加された元素が、ドナーおよびアクセプタとして作用し、再結合が起こることによるものである。たとえば、上記のＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌの場合には、Ｃｌがドナー、Ｃｕがアクセプタとして作用する。また、この発光は、蛍光体粒子全体で一様に起こるのではなく、Ｃｕ２Ｓの針状結晶がＺｎＳ粒子の格子欠陥に沿って析出しており、その部分で局在的に起こるものと考えられている。
【０００５】
薄膜型交流動作エレクトロルミネッセンス素子は、典型的には、図６に示すように、分散型と同様にガラス等の透明基板６０の上に、透明電極６２が形成され、その上に、第１の絶縁層６４ａ、真空蒸着やスパッタリング等の手法により薄膜状に形成された蛍光体の発光層６６、第２の絶縁層６４ｂおよび金属電極６８が積層された構造を有する。さらに、表面保護層や、発光層と絶縁層間のバッファ層等の、追加の層が設けられる場合もある。一般的には、発光層６６以外の各層も、真空蒸着等の薄膜形成技術により形成される。したがって、図６の素子は説明のため図５の素子とほぼ同様の厚さに描かれているが、実際には、薄膜型交流動作ルミネッセンス素子は、分散型交流動作エレクトロルミネッセンス素子の１／１００程度の厚さしかない。透明電極６２と金属電極６８との間に交流電圧を印加すると、発光層６６が電界発光を示し、その光が透明電極６２および透明基板６０を介して取り出される。発光層６６に用いられる代表的な蛍光体材料は、発光中心となるＭｎを母材ＺｎＳ中にドープしたＺｎＳ：Ｍｎであり、これは橙黄色の発光を示す。薄膜型の場合も、複数の色に対応する発光部分を２次元状に配した「デュアル・パターン方式」や「トリプル・パターン方式」と呼ばれる構成を採用したり、複数の色に対応する上記の図６に示す構造を多重に重ね合わせたりすることにより、カラーディスプレイ等への応用が可能である。また、絶縁層６４は、分散型の場合と異なり電流経路の遮断に不可欠であるので、少なくとも一方は省略不可である。
【０００６】
分散型交流動作エレクトロルミネッセンス素子がドナー−アクセプタ間の再結合により発光するのに対し、薄膜型交流動作エレクトロルミネッセンス素子の発光は、母材中を走るホットエレクトロンによる発光中心の衝突励起によるものであるとされている。このホットエレクトロンは、交流電圧印加時に、発光層６６と絶縁層６４ａおよび６４ｂとの界面および／または発光層６６内のトラップ等から、発光層６６中に注入された電子が、高電界下で加速されたものである。
【０００７】
分散型と薄膜型の交流動作エレクトロルミネッセンス素子を比較すると、それぞれに長所および短所が存在する。分散型の長所としては、製造工程が簡略であるので、製造コストが安く、素子の大型化が容易であり、また、可撓性を有するフレキシブルな素子も製作できる点等が挙げられる。短所は、薄膜型に比べて輝度が低いこと、色の多様性が少ないこと、分散される蛍光体粒子の粒子径が大きく、高精細ディスプレイ等の用途には向かないこと等である。一方、薄膜型の長所は、分散型より輝度が高く明るいこと、色を決定する発光中心のバリエーションが多いため多様な色を表現できること、高精細表示が可能であること等が挙げられる。短所は、製造工程が複雑でコストが高いこと等である。また、薄膜型では、発光した光の大部分が発光層と絶縁層の界面で全反射されるため、光の取出効率が非常に低く、５から１０％程度しかない点も問題とされている。
【０００８】
一方、図５に示した構造と同様の分散型様の構造を採りながら、発光層中に遊離分散される蛍光体粒子として、従来は薄膜型の発光層に使用されていた蛍光体材料を粒子形状にしたものを使用した交流動作エレクトロルミネッセンス素子も提案されている（たとえば、特許文献１）。この交流動作エレクトロルミネッセンス素子では、蛍光体粒子とその周囲の誘電体との界面および／または蛍光体粒子内のトラップ等から、蛍光体粒子内部に電子が注入され、その電子が加速されてホットエレクトロンとなり蛍光体粒子内の発光中心を衝突励起し、従来の薄膜型に類似の発光機構が実現されると考えられる。
【０００９】
ここで、従来の分散型交流動作エレクトロルミネッセンス素子の話に戻ると、従来の分散型の発光層内では、上記のとおり、電流経路を遮断するため、誘電体であるバインダー中に、蛍光体粒子が完全またはそれに近い程度に遊離分散されているのが一般的であった。発光層中の蛍光体粒子間において、部分的に接触が生じていると推察される例も見受けられるが、堆積等によるごく少数の例に限られる。
【００１０】
たとえば、非特許文献２では、シリコンがドープされたＧａＮ粉末をメタノール中に分散させた懸濁液中に、電極と絶縁層が設けられた基板を浸すことにより、発光層を形成したエレクトロルミネッセンス素子が提案されている。この場合、メタノールが蒸発した後の最終的な素子では、ＧａＮ粉末同士は互いに接触して堆積し、ＧａＮ粉末間は、充填されていない空隙のままとされている。
【００１１】
また、特許文献２では、ＢａＴｉＯ３等の高誘電率の誘電体層中に蛍光体粒子を堆積させ、その蛍光体粒子の堆積層が発光層として、上澄部分の誘電体が絶縁層として作用するようになしたエレクトロルミネッセンス素子が提案されている。この場合、発光層では各蛍光体粒子間において部分的に接触が生じているものと推察される。蛍光体粒子間の空隙は、高誘電率の誘電体で充填されていることになる。絶縁層の形成と蛍光体粒子間の空隙の充填を同一の高誘電率材料で行うことにより、各蛍光体粒子への電圧印加効率が向上し、高輝度の発光が得られると考えられた。
【特許文献１】国際公開第０２／０８０６２６号パンフレット
【特許文献２】特開２０００−１９５６７４号公報
【非特許文献１】猪口敏夫著、「エレクトロルミネセントディスプレイ」、初版、産業図書株式会社、    平成３年７月２５日
【非特許文献２】Honda et al., “Cathodoluminescence spectra of GaN powders deposited on glass substrate”,    Journal of Luminescence, 102-103 (2003) 173-175
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のように、従来型の分散型交流動作エレクトロルミネッセンス素子では、電流経路を遮断して各蛍光体粒子に安定した高電界を印加するために、発光層中の蛍光体粒子が完全またはそれに近い程度にバインダー中に遊離分散されているのが一般的であった。蛍光体粒子間において、部分的に接触が生じていると推察される素子の例も見受けられるが、いずれも単純な堆積またはそれに類似の手法により発光層が形成されたものであり、発光層中における蛍光体粒子の充填率は低く、５０％にも満たない程度であると考えられる。
【００１３】
しかしながら、発光層中における蛍光体粒子の充填率が低いと、素子に印加した全電圧のうち蛍光体粒子にかかる電圧の割合が低くなるので、蛍光体粒子への電圧印加効率が悪く、高い発光輝度が得られないという問題がある。したがって、上記の電流経路の遮断さえ達成できるのであれば、できる限り密に蛍光体粒子を充填することが好ましい。
【００１４】
本発明は、かかる事情に鑑み、発光層中に蛍光体粒子が密に充填され、しかも電流経路の遮断が保障された分散型様の構造を有する交流動作エレクトロルミネッセンス素子、およびかかる素子の新規な製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
すなわち、本発明に係る１つの交流動作エレクトロルミネッセンス素子は、１対の電極間に、蛍光体粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層を有する粒子、蛍光体粒子表面に誘電体表面被覆層を有する粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層と誘電体表面被覆層を有する粒子、またはそれらの組合せからなる粒子群と、その粒子群をなす粒子間の空隙を充填する充填材料とからなる発光層と、少なくともその発光層の片側に設けられた絶縁層とを有してなり、上記の粒子群をなす粒子同士が互いに接触または融着しており、発光層中における粒子群の上記の充填材料に対する体積比が１．０以上とされていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明に係る別の交流動作エレクトロルミネッセンス素子は、１対の電極間に、蛍光体粒子表面に誘電体表面被覆層を有する粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層と誘電体表面被覆層を有する粒子、またはそれらの組合せからなる粒子群と、その粒子群をなす粒子間の空隙を充填する充填材料とからなる発光層を有してなり、上記の粒子群をなす粒子同士が互いに接触または融着しており、発光層中における粒子群の上記の充填材料に対する体積比が１．０以上とされていることを特徴とするものである。
【００１７】
ここで、本発明において粒子同士が「互いに接触または融着」しているとは、隣接粒子同士が物理的に接触または融着している場合に加えて、隣接粒子同士が互いに電気的に接していると言える程度に近接している場合も含むものとする。
【００１８】
上記のいずれの交流動作エレクトロルミネッセンス素子においても、上記の充填材料は、低誘電正接材料であることが好ましく、誘電正接値０．０１以下の材料をであることが特に好ましい。
【００１９】
また、上記の体積比は、１．６以上であることがさらに好ましい。
【００２０】
さらに、上記の粒子群をなす粒子の蛍光体部分は、ホットエレクトロンにより衝突励起される発光中心を含んだ蛍光体であることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る１つの交流動作エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、１対の電極間に、発光層と、少なくともその発光層の片側に設けられた絶縁層とを有してなる交流動作エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、上記の発光層を、バインダー中に、蛍光体粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層を有する粒子、蛍光体粒子表面に誘電体表面被覆層を有する粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層と誘電体表面被覆層を有する粒子、またはそれらの組合せからなる粒子群を分散させた材料により、層を形成する工程と、その層を圧縮する工程を含む方法により形成することを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明に係る別の交流動作エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、１対の電極間に発光層を有してなる交流動作エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、上記の発光層を、バインダー中に、蛍光体粒子表面に誘電体表面被覆層を有する粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層と誘電体表面被覆層を有する粒子、またはそれらの組合せからなる粒子群を分散させた材料により、層を形成する工程と、上記の層を圧縮する工程とを含む方法により形成することを特徴とするものである。
【００２３】
上記のいずれの製造方法においても、上記のバインダーは、低誘電正接の材料であることが好ましい。その場合、上記の圧縮する工程の後に、低誘電正接の材料を上記の層に含浸させる工程がさらに含まれていてもよい。ここで、含浸させる低誘電正接の材料は、上記のバインダーと同じ材料であっても異なる材料であってもよい。また、それぞれの低誘電正接の材料の誘電正接値は、０．０１以下であることが好ましい。
【００２４】
本発明に係るさらに別の交流動作エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、１対の電極間に、発光層と、少なくともその発光層の片側に設けられた絶縁層とを有してなる交流動作エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、上記の発光層を、熱分解性を有するバインダー中に、蛍光体粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層を有する粒子、蛍光体粒子表面に誘電体表面被覆層を有する粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層と誘電体表面被覆層を有する粒子、またはそれらの組合せからなる粒子群を分散させた材料により、層を形成する工程と、上記のバインダーを熱分解して除去する工程と、バインダーが除去された上記の層に充填材料を含浸させる工程とを含む方法により形成することを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明に係るさらに別の交流動作エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、１対の電極間に発光層を有してなる交流動作エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、上記の発光層を、熱分解性を有するバインダー中に、蛍光体粒子表面に誘電体表面被覆層を有する粒子、誘電体粒子表面に蛍光体層と誘電体表面被覆層を有する粒子、またはそれらの組合せからなる粒子群を分散させた材料により、層を形成する工程と、上記のバインダーを熱分解して除去する工程と、バインダーが除去された上記の層に充填材料を含浸させる工程とを含む方法により形成することを特徴とするものである。
【００２６】
ここで、上記の２つの製造方法においては、上記の充填材料は、低誘電正接の材料であることが好ましく、誘電正接値０．０１以下の材料であることが特に好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の交流動作エレクトロルミネッセンス素子では、発光層中の粒子が互いに接触または融着する程度に密に充填されており、しかも絶縁層および／または発光層中の粒子の誘電体表面被覆層により電流経路の遮断が保障されているので、素子の短絡等の問題を生じさせずに、蛍光体への高い電圧印加効率すなわち高い輝度を実現することができる。また、発光層中の粒子間の空隙は充填材料で充填されているため、発光層中において放電等の問題が生じることもない。
【００２８】
さらに、発光層中の粒子間の空隙を満たす充填材料を低誘電正接の材料とした場合には、充填材料の部分において消費されるエネルギーを抑制できるため、エネルギー損失の問題をほとんど生じさせずに、上記の高い電圧印加効率すなわち高い輝度を実現することができる。なお、従来型の蛍光体粒子が遊離分散された分散型交流動作エレクトロルミネッセンス素子では、各蛍光体粒子に印加される電圧を高めるため、一般に誘電正接も大きい高誘電率の誘電体を発光層中の充填材料として使用することが好ましいとされてきた。しかしながら、本発明の素子では、発光層中の粒子が互いに接触または融着している程の高い密度で充填されているので、絶縁層の材料として誘電率が十分に高いものを用いる等すれば、発光層中の各粒子にかかる電圧はそれでほぼ決定される。したがって、本発明の素子では、誘電正接が大きい高誘電率の誘電体を発光層中の充填材料として使用することの利点よりも、低誘電正接の材料を充填材料として使用してエネルギー損失を抑制することの利点の方がむしろ大きい。
【００２９】
また、発光層中の粒子の蛍光体部分に、ホットエレクトロンにより衝突励起される発光中心を含んだ蛍光体を使用すれば、さらに輝度を向上させることができる。これは、かかる蛍光体を使用することにより従来の分散型よりも高輝度の薄膜型に類似の発光機構が実現され、しかも蛍光体粒子の形状効果や発光層全体の光散乱効果のために全反射条件が成り立たなくなり、従来の薄膜型に比べて発光層からの光の取出効率が高くなるためである。
【００３０】
さらに、本発明の交流動作エレクトロルミネッセンス素子の製造方法によれば、発光層中における粒子間の接触または融着を確実に保障し、上記の特長を有効に発揮する素子を製造することができる。しかも、本発明の製造方法は、素子全体に関し複雑な工程を含まない簡略な手法により行うことも可能であるため、製造コストを抑制することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面により、本発明に係る交流動作エレクトロルミネッセンス素子の各実施形態を詳細に説明する。
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る交流動作エレクトロルミネッセンス素子の断面図である。ガラス等の透明基板１０の上に、透明電極１２と第１の絶縁層１４が形成されており、その上に発光層１６が積層されている。発光層１６は、蛍光体粒子１６ａとしての粒子径３μｍ程度のＺｎＳ：Ｍｎ粒子と、その間を充填する充填材料１６ｂからなる。なお、図中の発光層１６の厚さおよび蛍光体粒子１６ａの大きさは、説明のために誇張して描いたものである（以下、図２から４においても同様）。充填材料１６ｂとしては、シリコーンオイルが使用されている。シリコーンオイルは、５０Ｈｚの交流電圧印加時において０．０００１の誘電正接値を示す、低誘電正接の材料である。蛍光体粒子１６ａは、互いに接触または融着するように密に充填されており、その充填材料１６ｂに対する体積比は１．０以上、好ましくは１．６以上とされている。発光層１６の上には、さらに第２の絶縁層１４および金属電極１８が形成されている。なお、図では絶縁層１４は発光層１６の両側に設けられているが、片側のみであってもよい。
【００３３】
透明電極１２と金属電極１８との間に交流電圧を印加すると、絶縁層１４と発光層１６の間の界面および／または蛍光体粒子１６ａ内のトラップ等から、各蛍光体粒子１６ａの内部に電子が注入されて、その電子が加速されてホットエレクトロンとなり、発光中心であるＭｎを衝突励起して発光が起こる。発光した光は、透明電極１２および透明基板１０を介して取り出される。
【００３４】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る交流動作エレクトロルミネッセンス素子の断面図である。透明基板２０の上に、透明電極２２と第１の絶縁層２４が形成されており、その上に発光層２６が積層されている。発光層２６は、蛍光体であるＺｎＳ：Ｍｎの粒子を誘電体であるＹ２Ｏ３で被覆してなる粒子径３μｍ程度の粒子２６ａと、その間を充填する充填材料２６ｂからなる。充填材料２６ｂとしては、シリコーンオイルが使用されている。粒子２６ａは、互いに接触または融着するように密に充填されており、その充填材料２６ｂに対する体積比は１．０以上、好ましくは１．６以上とされている。なお、図２では説明のため誘電体表面被覆層の厚さを誇張して描いてあるが、実際には、各粒子２６ａにおける蛍光体部分と誘電体表面被覆層の体積比は１０：１程度である。発光層２６の上には、さらに第２の絶縁層２４および金属電極２８が形成されている。この実施形態では、各粒子２６ａの誘電体表面被覆層によって発光層２６中の電流経路が遮断されるので、絶縁層２４の片方または両方を省略してもよい。
【００３５】
透明電極２２と金属電極２８との間に交流電圧を印加すると、各粒子２６ａの蛍光体部分と誘電体表面被覆層間の界面および／または蛍光体部分内のトラップ等から、蛍光体部分内に電子が注入されて、その電子が加速されてホットエレクトロンとなり、発光中心であるＭｎを衝突励起して発光が起こる。発光した光は、透明電極２２および透明基板２０を介して取り出される。
【００３６】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る交流動作エレクトロルミネッセンス素子の断面図である。透明基板３０の上に、透明電極３２と第１の絶縁層３４が形成されており、その上に発光層３６が積層されている。発光層３６は、誘電体であるＹ２Ｏ３の粒子の表面に蛍光体であるＺｎＳ：Ｍｎの層が形成された粒子径３μｍ程度の粒子３６ａと、その間を充填する充填材料３６ｂからなる。充填材料３６ｂとしては、シリコーンオイルが使用されている。粒子３６ａは、互いに接触または融着するように密に充填されており、その充填材料３６ｂに対する体積比は１．０以上、好ましくは１．６以上とされている。発光層３６の上には、さらに第２の絶縁層３４および金属電極３８が形成されている。なお、図では絶縁層３４は発光層３６の両側に設けられているが、片側のみであってもよい。
【００３７】
透明電極３２と金属電極３８との間に交流電圧を印加すると、絶縁層３４と発光層３６の間の界面および／または発光層３６中の各粒子３６ａの蛍光体層内のトラップ等から、蛍光体層内部に電子が注入されて、その電子が加速されてホットエレクトロンとなり、発光中心であるＭｎを衝突励起して発光が起こる。発光した光は、透明電極３２および透明基板３０を介して取り出される。
【００３８】
図４は、本発明の第４の実施形態に係る交流動作エレクトロルミネッセンス素子の断面図である。透明基板４０の上に、透明電極４２と第１の絶縁層４４が形成されており、その上に発光層４６が積層されている。発光層４６は、誘電体の芯材の表面上に蛍光体層が形成され、さらに誘電体表面被覆層が形成された、全体の粒子径３μｍ程度の粒子４６ａと、その間を充填する充填材料４６ｂからなる。本実施形態では、蛍光体層はＺｎＳ：Ｍｎにより形成され、誘電体の芯材はＢａＴｉＯ３、誘電体表面被覆層はＹ２Ｏ３により形成されているものとするが、芯材および表面被覆層を同一の誘電体により形成してもよい。蛍光体層に効率的に電圧が印加されるように、誘電体の芯材には誘電率の高い素材を採用することが好ましい。充填材料４６ｂとしては、シリコーンオイルが使用されている。粒子４６ａは、互いに接触または融着するように密に充填されており、その充填材料４６ｂに対する体積比は１．０以上、好ましくは１．６以上とされている。発光層４６の上には、さらに第２の絶縁層４４および金属電極４８が形成されている。この実施形態では、各粒子４６ａの誘電体表面被覆層によって発光層４６中の電流経路が遮断されるので、絶縁層４４の片方または両方を省略してもよい。
【００３９】
透明電極４２と金属電極４８との間に交流電圧を印加すると、各粒子４６ａの蛍光体層と誘電体表面被覆層間の界面および／または蛍光体層内のトラップ等から、蛍光体層内に電子が注入されて、その電子が加速されてホットエレクトロンとなり、発光中心であるＭｎを衝突励起して発光が起こる。発光した光は、透明電極４２および透明基板４０を介して取り出される。
【００４０】
なお、発光層中の粒子の蛍光体部分を構成する材料は、所望の発光色等に応じていかなる蛍光体材料であってもよく、従来の分散型交流動作エレクトロルミネッセンス素子で使用されているようなＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ等の蛍光体材料でもよい。しかしながら、高い輝度を実現するという観点からすれば、上記の第１から第４の各実施形態で用いたＺｎＳ：Ｍｎのように、従来の薄膜型素子で用いられているようなホットエレクトロンにより衝突励起される発光中心を含んだ蛍光体材料を用いることがより好ましい。そのような蛍光体材料としてはたとえば以下のものが挙げられる。
【表１】
2005093358.tif 000003
【００４１】
また、上記の各実施形態では、誘電体の芯材および誘電体表面被覆層の材料としてそれぞれＢａＴｉＯ３およびＹ２Ｏ３を用いたが、他のいかなる誘電体材料を用いてもよい。他の適当な誘電体材料としては、たとえば、Ｔａ２Ｏ５、ＢａＴａ２Ｏ６、ＴｉＯ２、Ｓｒ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｎＳ、ＺｒＯ２、ＰｂＮｂＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３などが挙げられる。
【００４２】
さらに、発光層中の充填材料は、粒子間の空隙における通電および放電を防止できるものであれば、いかなるものであってもよい。たとえば、上記の各実施形態で用いたシリコーンオイルのほかに、ポリウレタン系樹脂、エポキシ樹脂、熱可塑性ノルボルネン系樹脂、紫外線硬化樹脂等が使用できる。また、ゾル−ゲル法またはナノ粒子の焼結等により、ガラス材料またはセラミック材料を充填材料とすることもできる。あるいは、高誘電率の誘電体材料や、かかる材料中に高誘電率の誘電体粒子が混合された材料を用いてもよい。しかしながら、エネルギー損失を抑制する観点からすれば、上記の各実施形態で用いたシリコーンオイルのような、低誘電正接の材料を用いることが好ましく、誘電正接値０．０１以下の材料を用いることが特に好ましい。また、上記したような材料を複数種類組み合わせて充填材料としてもよい。
【００４３】
また、絶縁層の構成材料としては、たとえば、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＢａＴａ２Ｏ６、ＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２、Ｓｒ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｎＳ、ＺｒＯ２、ＰｂＮｂＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３などが使用可能である。発光層に安定した高電圧を印加するため、誘電率が高く絶縁破壊しにくい材料が好ましい。絶縁層は、真空蒸着等の薄膜形成技術により形成してもよいし、上記の構成材料をバインダー中に分散させた分散膜として形成してもよい。後者の場合、バインダーとしては、発光層中の充填材料に適したものとして上記に列挙したような材料を用いることができる。
【００４４】
透明基板の材料としては、たとえば、バリウムボロシリケートガラスやアルミノシリケートガラスなどのノンアルカリガラスを用いることができる。また、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、アクリル樹脂、スチレン樹脂またはナイロン樹脂等の、フィルムまたはシートを用いてもよい。
【００４５】
透明電極の材料としては、ＩＴＯ（酸化インジウムチタン）が典型的であるが、その他にも、ＺｎＯ：Ａｌ、Ｚｎ２Ｉｎ２Ｏ５、（Ｚｎ，Ｃｄ，Ｍｇ）Ｏ−（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｙ）２Ｏ３−（Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ２、（Ｚｎ，Ｃｄ，Ｍｇ）Ｏ−（Ｂ，Ａｌ，Ｂａ，Ｉｎ，Ｙ）２Ｏ３−（Ｓｉ，Ｓｎ，Ｐｂ）Ｏ、ＭｇＯ−Ｉｎ２Ｏ３などを主成分とするものや、ＧａＮ系材料、ＳｎＯ２系材料等を使用することができる。
【００４６】
金属電極としては、アルミニウム電極等を用いることができる。なお、上記の各実施形態では、いずれも１対の電極の一方が透明電極、他方が金属電極であったが、電極の構成はこれに限られない。たとえば、光の取出効率の向上を図るため、金属電極に代えて透明電極を用いるとともに、白色反射層を設けてもよい。
【００４７】
また、上記の各実施形態では、発光層中に充填される粒子として、（１）蛍光体粒子、（２）蛍光体粒子表面に誘電体表面被覆層を有する粒子、（３）誘電体粒子の表面に蛍光体層が形成された粒子、または（４）誘電体粒子の表面に蛍光体層が形成され、さらに誘電体表面被覆層が形成された粒子の各形態の粒子を、それぞれ単独で用いたが、これらの形態のうち複数のものが混合された粒子群を用いてもよい。また、単一形態の粒子のみを用いる場合でも、組成の異なる複数種類の粒子を混合してもよい。ここで、使用される粒子群に誘電体表面被覆層を有しない粒子が含まれており発光層中の電流経路の遮断が十分でない場合には、発光層の少なくとも片側に絶縁層を設ける必要がある。
【００４８】
さらに、上記の各実施形態では、発光層中に充填される粒子の粒子径をいずれも３μｍ程度としたが、粒子の大きさはこれに限られず、より大きい３０μｍ程度の粒子を用いてもよい。逆に、粒子径数１０ｎｍのいわゆるナノ粒子を用いてもよく、その場合は発光層の厚さひいては素子全体の厚さを薄くできるという利点もある。ここで、より大きい３０μｍ程度の粒子を用いる場合は、発光層の膜厚が大きくなり高電圧の印加が難しくなるので、上記の図３または図４の実施形態において使用されているような、誘電体の芯材の上に蛍光体層を有する構成の粒子を用いることが好ましい。一方、ナノ粒子を用いる場合は、ホットエレクトロンをより生成しやすくするために、上記の図１または図３の実施形態において使用されているような、最も外側に蛍光体が配置された構成の粒子を用いることが好ましい。また、異なる大きさの粒子を混ぜて使用してもよい。
【００４９】
また、上記の各実施形態の説明では、必要最低限の層構成のみを示したが、必要に応じて、表面保護層等の追加の層を設けてもよい。
【００５０】
次に、本発明に係る交流動作エレクトロルミネッセンス素子の好ましい製造方法について、以下に説明する。
【００５１】
本発明に係る交流動作エレクトロルミネッセンス素子の発光層中では、上記のように、粒子同士が互いに接触または融着するように密に充填されている。この発光層は、充填材料となる材料またはかかる材料を溶媒に溶かしたものの中に、粒子を分散させた材料を塗布等することにより形成してもよいが、以下に例示するような手法により形成することがより好ましい。
【００５２】
第１の例では、バインダーを溶媒に溶かしたものの中に発光層を構成する粒子を分散させ、形成済の隣接層（絶縁層等）の上にドクターブレード等を用いて塗布する。バインダーとしては、ポリウレタン系樹脂等、粒子間の空隙における通電および放電を防止できる材料を使用する。塗布後、溶媒を蒸発させてから、カレンダーロールやホットプレス等の圧縮装置を用いて、発光層を圧縮する。これにより、粒子同士が互いに接触または融着し、密に充填された発光層が形成される。さらに、粒子と充填材料の界面に生じ得る空隙を埋めるために、必要に応じてシリコーンオイルを含浸させたり、紫外線硬化樹脂を含浸させて硬化させてもよい。
【００５３】
第２の例では、熱分解性を有するバインダーを溶媒中に溶かした溶液の中に、発光層を構成する粒子を分散させ、形成済の隣接層の上に塗布する。その後、バインダーと溶媒を加熱除去し、粒子間の空隙に充填材料を含浸させる。充填材料としては、粒子間の空隙における通電および放電を防止できる材料、好ましくは、シリコーンオイル等の低誘電正接の材料を用いる。紫外線硬化樹脂を含浸させて硬化させてもよい。
【００５４】
発光層以外の、絶縁層や透明電極等の他の層の形成手法としては、真空蒸着やスパッタリング等の公知のいかなる手法を用いてもよい。ただし、製造コスト抑制という観点から言えば、発光層以外の他の層の形成にも、塗布やスクリーン印刷等の簡略な手法を用いることが好ましい。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、これらの実施形態は例示的なものに過ぎず、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲のみによって定められるべきものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る交流動作エレクトロルミネッセンス素子の構造を示す断面図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る交流動作エレクトロルミネッセンス素子の構造を示す断面図
【図３】本発明の第３の実施形態に係る交流動作エレクトロルミネッセンス素子の構造を示す断面図
【図４】本発明の第４の実施形態に係る交流動作エレクトロルミネッセンス素子の構造を示す断面図
【図５】従来の分散型交流動作エレクトロルミネッセンス素子の基本的な構造を示す断面図
【図６】従来の薄膜型交流動作エレクトロルミネッセンス素子の基本的な構造を示す断面図
【符号の説明】
【００５７】
１０、２０、３０、４０    透明基板
１２、２２、３２、４２    透明電極
１４、２４、３４、４４    絶縁層
１６、２６、３６、４６    発光層
１６ａ、２６ａ、３６ａ、４６ａ    発光層構成粒子
１６ｂ、２６ｂ、３６ｂ、４６ｂ    充填材料
１８、２８、３８、４８    金属電極
【図１】
2005093358.tif 000004
【図２】
2005093358.tif 000005
【図３】
2005093358.tif 000006
【図４】
2005093358.tif 000007
【図５】
2005093358.tif 000008
【図６】
2005093358.tif 000009