(57)【要約】【課題】  高誘電体粒子が分散されてなる絶縁層を備えた交流動作エレクトロルミネッセンス素子において、製造コストを増大させることなく発光輝度の向上を図り、併せて消費電力の抑制や素子の高寿命化も図る。【解決手段】  発光層１４の少なくとも片側に設けられた絶縁層１６中に、大きさが異なる少なくとも第１の高誘電体粒子群と第２の高誘電体粒子群を合計７０％以上の充填率で充填する。第１の高誘電体粒子群の平均粒子径を１５０ｎｍ以上とし、第２の高誘電体粒子群の平均粒子径を第１の高誘電体粒子群の平均粒子径の１／２以下とする。絶縁層１６の層厚は、０．５μｍ以上２０μｍ以下とする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の電極間に、電界発光を示す発光層と、該発光層の少なくとも片側に設けられた絶縁層とを備えてなり、
前記絶縁層が、平均粒子径が異なる少なくとも第１の高誘電体粒子群と第２の高誘電体粒子群を合計７０％以上の充填率で含む層厚０．５μｍ以上２０μｍ以下の層であって、前記第１の高誘電体粒子群の平均粒子径が１５０ｎｍ以上であり、前記第２の高誘電体粒子群の平均粒子径が前記第１の高誘電体粒子群の平均粒子径の１／２以下であ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】
前記第１の高誘電体粒子群と前記第２の高誘電体粒子群が、互いに異なる種類の高誘電体からなる粒子群であることを特徴とする請求項１記載の交流動作エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記第１の高誘電体粒子群の総体積が、前記絶縁層中の全高誘電体粒子の総体積の７０％から９０％の範囲内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】
前記絶縁層内において、前記少なくとも第１の高誘電体粒子群と第２の高誘電体粒子群が、比誘電率１５以下のバインダー中に分散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】
素子全体を、気温２５°Ｃ、湿度６０％の環境下に４８時間放置した後に、１２０°Ｃで４時間乾燥した際の重量変化が、０．５％以下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】
前記発光層が、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粒子を分散させた層であることを特徴とする請求項１から５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。
【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に関し、特に、高誘電体粒子が分散されてなる絶縁層を備えた交流動作エレクトロルミネッセンス素子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３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３０の上に、透明導電膜の塗布により透明電極３２が形成されて、その上に、蛍光体粒子３４ａが誘電体であるバインダー３４ｂ中に遊離分散されてなる、塗布やスクリーン印刷等の手法により形成された発光層３４、絶縁層３６および背面電極３８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３２と背面電極３８との間に交流電圧を印加すると、発光層３４内部の蛍光体粒子３４ａが電界発光を示し、その光が透明電極３２および透明基板３０を介して取り出される。絶縁層３６は、電流経路を遮断し、発光層３４に安定した高電界を印加するためのものであり、図３では発光層３４の片側にのみ設けられているが、両側に設けてもよい。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３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蛍光体粒子としては、発光色を決定する付活剤が蛍光体母材に添加された粒子が用いられる。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。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、この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。このような発光機構等から、付活剤は銅を含んだものである必要があると言われている。さらに、銅を添加できる母材の種類は限られており、実用的なものはＺｎＳ、ＣａＳ、ＳｒＳのみである。これらの材料の制限等から、分散型交流動作エレクトロルミネッセンス素子の蛍光体粒子では、２０μｍ前後の粒子径が最適であると考えられている。これより若干小さな蛍光体粒子が用いられることもあるが、粒子径が２〜３μｍよりも小さくなると発光輝度が著しく低下することが知られているので、最小でもその程度までしか小さくされない。
【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４に示すように、分散型と同様に透明基板４０の上に、透明電極４２が形成され、その上に、第１の絶縁層４４ａ、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４６、第２の絶縁層４４ｂおよび背面電極４８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４６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４の素子は説明のため図３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の厚さは、分散型交流動作エレクトロルミネッセンス素子の１／１００程度である。透明電極４２と背面電極４８との間に交流電圧を印加すると、発光層４６が電界発光を示し、その光が透明電極４２および透明基板４０を介して取り出される。発光層４６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異なる種類の発光中心をドープした発光部分を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４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。
【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４６と絶縁層４４ａおよび４４ｂとの界面および／または発光層４６内のトラップ等から、発光層４６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ある。分散型の長所としては、製造工程が真空蒸着等を含まず簡略であるので、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。
【０００８】
一方、特許文献１および２等において、図３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、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粒子形状にしたものを用い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。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、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。したがって、高い輝度や色の多様性といった従来の薄膜型の利点を享受しながらも、基本的な構造自体は従来の分散型と同様であるので、製造コストは低く抑えることができる。
【０００９】
ここで、上記の各種交流動作エレクトロルミネッセンス素子における絶縁層は、真空蒸着やスパッタリングの手法により形成することもあれば、より簡略で低コストの塗布やスクリーン印刷等の手法により形成することもある。後者の手法の具体的な例としては、たとえば、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）等の高誘電体粒子を、シアノエチルセルロース等の比較的誘電率の高い有機バインダー中に分散させた材料を、層状に塗布して乾燥させる方法が挙げられる。特に、発光層が塗布等の簡略な手法により形成される分散型交流動作エレクトロルミネッセンス素子では、絶縁層も同様の手法により形成することとすれば、素子全体の製造工程の簡略化およびコスト抑制の効果が大きい。
【００１０】
発光層に安定した高電界を印加して高い発光輝度を実現するためには、絶縁層全体の誘電率を高くする必要がある。たとえば特許文献３では、粒子状の高誘電体に代えて繊維状の高誘電体を用い、絶縁層内におけるバインダーに対する高誘電体の割合を増加させ、絶縁層の誘電率を向上させた分散型交流動作エレクトロルミネッセンス素子が提案されている。
【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
【特許文献３】特開平５−３２６１５０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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のとおり、交流動作エレクトロルミネッセンス素子において発光層に安定した高電界を印加して高い発光輝度を実現するためには、絶縁層全体の誘電率を高くする必要がある。しかしながら、塗布等により形成される絶縁層において繊維状の高誘電体を用いたのでは、高誘電体をバインダー中に分散させる際に、粒子状の高誘電体を用いた場合と比べて凝集が起こり易く、取扱いが困難である。また、特に可撓性を有する基板を用いてフレキシブルな素子を形成した場合には、繊維状の高誘電体を用いたのでは、素子を繰返し曲げたり伸ばしたりするうちに絶縁層の誘電率が変化してしまう。
【００１２】
さらに、素子全体の性能の向上を考慮すると、絶縁層は、単に誘電率が高く高輝度発光に寄与するだけでなく、素子の消費電力の増加や発光寿命の低下を招かないものであることが好ましい。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑み、形成が容易でありながら素子の高輝度発光に寄与し、さらに消費電力の抑制や素子の高寿命化にも寄与する絶縁層を有する交流動作エレクトロルミネッセンス素子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】
【００１４】
すなわち、本発明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、電界発光を示す発光層と、その発光層の少なくとも片側に設けられた絶縁層とを備えてなり、絶縁層が、平均粒子径が異なる少なくとも第１の高誘電体粒子群と第２の高誘電体粒子群を合計７０％以上の充填率で含む層厚０．５μｍ以上２０μｍ以下の層であって、第１の高誘電体粒子群の平均粒子径が１５０ｎｍ以上であり、第２の高誘電体粒子群の平均粒子径が第１の高誘電体粒子群の平均粒子径の１／２以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
ここで、上記の第１の高誘電体粒子群と第２の高誘電体粒子群は、互いに異なる種類の高誘電体からなる粒子群であってもよい。
【００１６】
また、上記の本発明の交流動作エレクトロルミネッセンス素子では、第１の高誘電体粒子群の総体積が、絶縁層中の全高誘電体粒子の総体積の７０％から９０％の範囲内であることが好ましい。
【００１７】
さらに、上記の本発明の交流動作エレクトロルミネッセンス素子では、絶縁層内において、上記の少なくとも第１の高誘電体粒子群と第２の高誘電体粒子群が、比誘電率１５以下のバインダー中に分散されていることが好ましい。また、素子全体を、気温２５°Ｃ、湿度６０％の環境下に４８時間放置した後に、１２０°Ｃで４時間乾燥した際の重量変化が、０．５％以下であることが好ましい。
【００１８】
また、上記の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粒子を分散させた層であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の交流動作エレクトロルミネッセンス素子では、絶縁層に大きさの異なる少なくとも２つの高誘電体粒子群を高い充填率で充填しているため、取扱いが容易な粒子状の高誘電体を使用しながら、発光層に安定した高電界を印加して高い発光輝度を実現することができる。さらに、絶縁層の層厚を短絡が生じない範囲で薄くしているため、発光層にかかる電圧の割合を大きくして発光輝度をさらに高め、かつ、絶縁層での誘電損失を低減して消費電力の抑制および素子の高寿命化を図ることができる。また、かかる絶縁層は塗布等の簡略な手法により形成することができるため、製造工程の簡略化およびコストの抑制の効果もある。
【００２０】
また、絶縁層において比誘電率１５以下のバインダーを用いた場合や、素子全体を、気温２５°Ｃ、湿度６０％の環境下に４８時間放置した後に、１２０°Ｃで４時間乾燥した際の重量変化が、０．５％以下となるように調整した場合は、さらなる消費電力の抑制および素子の高寿命化を図ることができる。
【００２１】
さらに、上記の本発明の交流動作エレクトロルミネッセンス素子の発光層が、発光層にかかる電圧の割合を高めることや絶縁層における誘電損失を低減することの重要性が特に高い、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粒子を分散させた層である場合には、上記した本発明の効果がよりよく活かされる。また、そのような発光層は上記の絶縁層と同様に塗布等の簡略な手法により形成することができるため、素子全体を簡略な手法により形成することが可能となり、全体的な製造工程の簡略化およびコストの抑制が図れるという利点もある。また、大型の素子やフレキシブルな素子も作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の例示的な実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
交流動作エレクトロルミネッセンス素子において発光層に安定した高電界を印加して高い発光輝度を実現するためには、絶縁層全体の誘電率を高くする必要がある。ここで、簡略な塗布等の手法により形成される絶縁層の場合、一般に有機物であるバインダーの誘電率は、比較的高誘電率のものを選択したとしても、バインダー中に分散される高誘電体の誘電率の１／１００程度でしかない。したがって、絶縁層全体の誘電率を高くするためには、高誘電体の充填率を高める必要がある。
【００２４】
そこで、本発明の交流動作エレクトロルミネッセンス素子では、絶縁層中に分散される高誘電体として、大きさの異なる少なくとも２つの高誘電体粒子群を使用することとした。これにより、各高誘電体粒子群の大きさを適当に選択すれば、小さい高誘電体粒子が大きい高誘電体粒子の間に入り込むため、取扱いが容易な粒子状の高誘電体を使用しながら、絶縁層中の高誘電体の充填率を高め、素子の輝度向上に寄与することができる。
【００２５】
さらに、素子全体の性能の向上を考慮すると、絶縁層は、単に誘電率が高いだけでなく、誘電損失が低いものであることが好ましい。絶縁層における誘電損失が大きいと、発熱が生じ、素子の消費電力が増加するばかりでなく、バインダーの変質や素子を構成する材料の劣化による発光寿命の低下に繋がるためである。この発熱は、素子の発光輝度を高めるために印加電圧や周波数を高くするにつれて、ますます深刻になる。
【００２６】
絶縁層における誘電損失を低くするためには、絶縁層の層厚を薄くして、誘電損失の絶対量を小さくすることが好ましいと考えられる。また、絶縁層の層厚を薄くすることは、印加された交流電圧のうち発光層にかかる電圧の割合を大きくし、発光輝度を高める観点からも好ましい。ただし、絶縁層は電流経路を遮断して素子の短絡を防ぐ役割を担っているため、短絡が生じる程には薄くしてはならない。
【００２７】
また、消費電力および発光寿命の点から言えば、絶縁層は含水率や吸湿性が低いものであることが好ましい。絶縁層中の水分や揮発成分が電界発光時の発熱で気化すると、素子中に空孔が生じたり、気化成分が発光層中の蛍光体と反応したりすることにより、発光性能が劣化するためである。
【００２８】
ここで、絶縁層の中で水分または揮発成分を含んでいるのはバインダーの部分である。前述のとおり絶縁層中に大きさの異なる少なくとも２つの高誘電体粒子群を使用して高誘電体粒子の充填率を高めれば、絶縁層中に占めるバインダーの割合が低くなるため、それだけでも含水率や吸湿性を低下させられるが、適当なバインダーの種類を選択することにより、さらなる含水率や吸湿性の低下の効果が得られる。一般に、誘電率が高いバインダーは極性が高いため、含水および吸湿しやすい傾向があると考えられる。発光層にかかる電圧の割合を大きくし発光輝度を高める観点から言えば、バインダーの誘電率は高い方が好ましいとされているが、絶縁層中に相当に高い充填率で高誘電体粒子を充填すれば、低誘電率のバインダーを採用することによる輝度低下の問題は小さく、含水や吸湿の問題の方がむしろ深刻である。さらに、含水率は素子製造工程における乾燥条件等によっても制御することができる。そこで、本発明の素子では、比較的誘電率が小さく、含水率や吸湿性が低いバインダーを採用することが好ましいと考えられる。
【００２９】
以上のことから、交流動作エレクトロルミネッセンス素子の絶縁層に関し、大きさの異なる少なくとも２つの高誘電体粒子群を使用し、各高誘電体粒子群の大きさと、絶縁層の層厚とを調整することにより、形成が容易でありながら素子の高輝度発光に寄与し、さらに消費電力の抑制や素子の高寿命化にも寄与する絶縁層となすことができると考えられる。また、併せて、比較的誘電率が小さく含水率や吸湿性が低い適当なバインダーを使用することにより、さらなる消費電力の抑制および素子の高寿命化を実現することができると考えられる。
【００３０】
そこで後述する実験により検証した結果、以下の表１に示すように、各高誘電体粒子群の大きさについては、第１の高誘電体粒子群の平均粒子径を１５０ｎｍ以上、第２の高誘電体粒子群の平均粒子径を上記の第１の高誘電体粒子群の平均粒子径の１／２以下とし、合計で７０％以上、好ましくは７５％以上の充填率で絶縁層に含ませるとよいことが分かった。また、絶縁層の層厚については、下限は０．５μｍ以上がよく、上限は２０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下がよいことが分かった。
【表１】
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【００３１】
表１に記載された各実施例および比較例にかかる交流動作エレクトロルミネッセンス素子は、いずれも、図１に示すような構造を有するものであり、以下のようにして作製されたものである。基板１０としては、光散乱反射性を示す厚さ３５０μｍのＢａＳＯ４練り混み白色ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートを用いた。この基板１０上に、樹脂中にＩｎ２Ｏ３及びＳｎＯ２等の導電性粒子を分散してなる光透過性電極１２を形成した。次いで、噴霧熱分解法とマッフル炉によるアニーリングにより作製した平均粒子径０．５μｍのＺｎＳ：Ｍｎからなる蛍光体粒子１４ａを、バインダー１４ｂを構成するシアノエチルセルロースの溶液中に分散させた材料を、厚さ２μｍの層状に塗布し、発光層１４を形成した。その発光層１４の上に、高誘電体粒子であるＢａＴｉＯ３の超微粒子を上記と同じシアノエチルセルロース溶液中に分散したぺーストを、素子ごとに厚さを変更して塗布して乾燥させ、絶縁層１６を形成した。このとき、高誘電体粒子とバインダーの混合比を調整して、絶縁層１６中における高誘電体粒子全体の充填率が、表１の素子１から１４においては７３％、素子１５においては６７％、素子１６においては７８％となるようにした。さらに、絶縁層１６の上に、カーボンペーストを約５０μｍの厚さになるように塗布し、背面電極１８とした。なお、図１に図示した各層の相対的な厚さは説明のためのものであり、上記した実際の厚さとは異なる。
【００３２】
ここで、上記の絶縁層１６の形成に際して、表１の素子１から４については、大きさが均一な１種類の高誘電体粒子２０のみをバインダー２２中に分散させて、図２の（ａ）に示すような絶縁層１６を形成した。その他の素子５から１７については、平均粒子径が大きい高誘電体粒子２０ａからなる第１の高誘電体粒子群と、より小さい高誘電体粒子２０ｂからなる第２の高誘電体粒子群とを混合してバインダー２２中に分散させて、図２の（ｂ）に示すような絶縁層１６を形成した。各素子における第１の高誘電体粒子群の平均粒子径と第２の高誘電体粒子群の平均粒子径は、表１に示すとおりである。また、第１の高誘電体粒子群と第２の高誘電体粒子群の混合比が、体積比にして３：１程度となるように、すなわち第１の高誘電体粒子群の総体積が、絶縁層中の全高誘電体粒子の総体積の７５％程度となるようにした。
【００３３】
作製された各素子について、Ｓａｗｙｅｒ−Ｔｏｗｅｒ回路を組んで、２５０Ｖ、１ｋＨｚの交流電圧を印加した際の輝度と消費電力を評価した。この評価結果を表１に示した。ここで、表１に示した消費電力は、素子１を１００とした場合の相対値である。
【００３４】
表１の評価結果を見ると、まず、大きさが均一な１種類の高誘電体粒子のみを使用した素子１から４では、絶縁層の層厚を５μｍと薄くしても、３００ｃｄ／ｍ２前後の輝度しか得られず、消費電力も高かった。
【００３５】
次に、第１および第２の高誘電体粒子群を使用した素子５から８の評価結果を比較すると、第１の高誘電体粒子群の平均粒子径が１５０ｎｍ以上である素子５から７では、いずれも６００ｃｄ／ｍ２を超える輝度が得られ、消費電力も相対値にして７０以下の低い水準に抑えられた。しかし、第１の高誘電体粒子群の平均粒子径を１３０ｎｍとした素子８では、輝度が各段に落ちて３５０ｃｄ／ｍ２となり、消費電力も高くなってしまった。
【００３６】
一方、第１の高誘電体粒子群の平均粒子径を１５０ｎｍ以上としても、第２の高誘電体粒子群の平均粒子径が第１の高誘電体粒子群の平均粒子径の１／２より大きい素子９では、輝度は３６０ｃｄ／ｍ２と低く、消費電力も高かった。
【００３７】
次に、第１および第２の高誘電体粒子群の平均粒子径をそれぞれ２００ｎｍと６０ｎｍに固定し、絶縁層の層厚を変化させた素子１０から１５の評価結果を比較すると、層厚が０．５μｍ以上２０μｍ以下の範囲にある素子１１から１４では、いずれも６００ｃｄ／ｍ２程度かそれ以上の高い輝度が得られ、消費電力も相対値にして７０以下の低い水準に抑えられた。ところが、絶縁層の層厚を２３μｍと厚くした素子１０では、輝度が各段に落ちて２１０ｃｄ／ｍ２となり、消費電力も高くなってしまった。一方、絶縁層の層厚を０．３μｍまで薄くした素子１５では、素子の短絡が生じてしまい発光しなかった。
【００３８】
続いて、絶縁層中における高誘電体粒子の合計充填率を変化させた素子１６および１７の評価結果を見ると、合計充填率を７０％未満とした素子１６では、輝度が３９０ｃｄ／ｍ２と低く、消費電力も高くなってしまった。一方、合計充填率を７８％とした素子１７では、発光輝度および消費電力ともに、極めて良好な結果が得られた。
【００３９】
以上の評価結果を総合すると、大きさの異なる第１および第２の高誘電体粒子群を含む絶縁層を有する素子において、第１の高誘電体粒子群の平均粒子径を１５０ｎｍ以上、第２の高誘電体粒子群の平均粒子径を上記の第１の高誘電体粒子群の平均粒子径の１／２以下とし、合計で７０％以上の充填率で絶縁層に含ませ、かつ絶縁層の層厚を０．５μｍ以上２０μｍ以下とすると、６００ｃｄ／ｍ２程度かそれ以上の高輝度が得られ、素子の消費電力も低く抑えられることが分かる。合計充填率は、７５％以上とすることがより好ましい。また、絶縁層の層厚の上限については、１０μｍ以下がより好ましく、５μｍ以下がさらに好ましい。
【００４０】
ここで、上記の７０％以上という合計充填率から、本発明の交流動作エレクトロルミネッセンス素子の絶縁層中では、高誘電体粒子同士が互いに接触し合って密に充填されているものと考えられる。
【００４１】
第２の高誘電体粒子群の大きさの下限については特に制限はないが、大きさが小さすぎると、粒子そのものが安定した誘電率を獲得できなくなることや、凝集し易くなり取り扱いにくくなることを考慮すると、第１の高誘電体粒子群の１／１００程度までが好ましい。
【００４２】
なお、上記の各実施例の素子では、第１および第２の高誘電体粒子群をなす粒子として、共にＢａＴｉＯ３の粒子を使用したが、互いに異なる種類の高誘電体の粒子を使用してもよい。確認のため、第１の高誘電体粒子群をなす粒子をＢａＴｉＯ３の粒子からＳｒＴｉＯ３の粒子に変更した表１の素子７と同様の素子を作製して輝度および消費電力を評価したところ、素子７に対する結果と同様の良好な結果が得られた。また、第１の高誘電体粒子群中および／または第２の高誘電体粒子群中において、平均粒子径を均一にした複数種類の高誘電体粒子を混合して使用してもよい。
【００４３】
また、後述する別の実験により検証した結果、以下の表２に示すように、本発明の交流動作エレクトロルミネッセンス素子においては、絶縁層中の高誘電体粒子間を充填するバインダーとして、比誘電率が１５以下、より好ましくは５以下の材料を用いることが好ましいことがわかった。また、素子全体を、気温２５°Ｃ、湿度６０％の環境下に４８時間放置した後に、１２０°Ｃで４時間乾燥した際の重量変化が、０．５％以下となるように調整することが好ましいことが分かった。
【表２】
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【００４４】
表２に示した各素子は、表１の各実施例の素子と同様に、図１に示す基板１０、光透過性電極１２、発光層１４、絶縁層１６および背面電極１８からなる構造を有し、作製方法も表１の各実施例の素子と同様である。ただし、いずれの素子においても、第１の高誘電体粒子群の平均粒子径を２００ｎｍ、第２の高誘電体粒子群の平均粒子径を９０ｎｍ、合計充填率を７３％、絶縁層の層厚を２μｍとした。また、第１の高誘電体粒子群と第２の高誘電体粒子群の混合比が、体積比にして４：１程度となるように、すなわち第１の高誘電体粒子群の総体積が、絶縁層中の全高誘電体粒子の総体積の８０％程度となるようにした。絶縁層に関しては、表２の素子１から３については、表１の各実施例の素子と同じシアノエチルセルロースを絶縁層のバインダーとして用いたが、素子４については非加硫フッ化ゴムを、素子５については熱可塑性シクロオレフィン樹脂を絶縁層のバインダーとして用いた。用いたシアノエチルセルロース、非加硫フッ化ゴムおよび熱可塑性シクロオレフィン樹脂の比誘電率は、それぞれ２０、１３および３．５であった。また、絶縁層形成時の各素子の乾燥条件を変更することにより、素子中（主として絶縁層中）の水分および揮発成分の残留量が素子ごとに異なるようにした。
【００４５】
作製された各素子について、Ｓａｗｙｅｒ−Ｔｏｗｅｒ回路を組んで、２５０Ｖ、１ｋＨｚの交流電圧を印加した際の輝度、消費電力および発光寿命を評価した。この評価結果を表２に示した。ここで、表２に示した消費電力は、表１に示した素子１を１００とした場合の相対値である。また、発光寿命は、初期輝度が１／２になるまでの時間を、表１に示した素子１を１とした場合の相対値で示したものである。なお、評価の直前まで、各素子を上下から防湿フィルムで挟んでおいた。
【００４６】
さらに、輝度等を評価した上記の素子１から４と同様の素子に対して、防湿フィルムを除去して気温２５°Ｃ、湿度６０％の環境下に４８時間放置した後に、１２０°Ｃで４時間の乾燥を施し、乾燥の前後での重量変化を評価した。この際の重量変化が少ないほど、素子中（主として絶縁層中）の水分および揮発成分の含有量が少ないことを示す。この評価結果も表２に示した。
【００４７】
表２に示した素子１から３の評価結果を比較すると、素子全体を１２０°Ｃで４時間乾燥した際の重量変化が０．５％以下である素子１では、消費電力が低く抑えられ、発光寿命も長くなっていることが分かる。さらに、乾燥時の重量変化がいずれも０．５％以下である素子１、４および５を比較すると、絶縁層に比誘電率１５以下のバインダーを用いた素子４および５では、素子１よりも顕著に改善された消費電力および発光寿命が得られていることが分かる。比誘電率５以下のバインダーを用いた素子５では、改善の効果が特に高い。これは、素子の当初の水分および揮発成分の含有量が同一でも、比誘電率が低いバインダーを用いた方がその後の吸湿性が低いためではないかと考えられる。一方、素子の発光輝度に関しては、素子４および５と素子１とを比較すると、誘電率が低いバインダーを用いても発光輝度はほとんど低下していないことが分かる。
【００４８】
以上のことから、本発明の交流動作エレクトロルミネッセンス素子においては、絶縁層中のバインダーとして、比誘電率が１５以下、より好ましくは５以下の材料を用いることにより、高い輝度を損なうことなく、消費電力抑制の効果をさらに高め、加えて素子の高寿命化も図れることが分かった。また、素子全体を、気温２５°Ｃ、湿度６０％の環境下に４８時間放置した後に、１２０°Ｃで４時間乾燥した際の重量変化が、０．５％以下となるように調整することによっても、さらなる消費電力抑制および素子の高寿命化の効果を得られることが分かった。
【００４９】
なお、絶縁層その他の層の構成材料は、上記の実施例で用いたものに限定されない。
【００５０】
絶縁層中の高誘電体粒子の材料としては、上記の実施例で用いたＢａＴｉＯ３およびＳｒＴｉＯ３のほか、たとえば、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＢａＴａ２Ｏ６、ＴｉＯ２、Ｓｒ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｎＳ、ＺｒＯ２、ＰｂＮｂＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３等が使用可能である。また、上記の実施例では発光層の片側のみに絶縁層を設けたが、両側に設けてもよい。
【００５１】
さらに、上記の各実施例の素子は、いずれもＺｎＳ：Ｍｎからなる蛍光体粒子を分散させた発光層を有するものであったが、適当な電界発光を示す発光層であれば、他のいかなるものであってもよい。ここで、上記に説明した本発明の素子における絶縁層は、高誘電体粒子をバインダー中に分散させた分散液を塗布またはスクリーン印刷等する簡略な手法により形成できるものであるので、発光層も上記の各実施例の素子と同様に蛍光体粒子をバインダー中に分散させたものとすれば、素子全体を簡略な手法により形成することができ、製造工程の簡略化およびコストの抑制が図れるという利点がある。また、大型の素子やフレキシブルな素子も作製することができる。このとき、発光層中の蛍光体粒子としては、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、銅が付活され、ドナー−アクセプタ間の再結合により発光するＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ等の蛍光体粒子を用いてもよいが、上記の各実施例で用いたＺｎＳ：Ｍｎのような、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粒子を使用した場合の方が、上記した本発明の効果がよりよく活かされる。これは、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粒子を使用した場合は、発光が開始する電界強度が０．１〜１ＭＶ／ｃｍ程度と高く、印加した電圧のうち発光層にかかる電圧の割合を高めることや絶縁層における誘電損失を低減することの重要性が特に高いためである。そのような蛍光体の例としては、ＺｎＳ：Ｍｎのほか、ＢａＡｌ２Ｓ４：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｐｂ、ＳｒＳ：Ｃｅ、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｃｅ、ＺｎＳ：Ｔｂ、Ｇａ２Ｏ３：Ｍｎ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｓｍ，Ｆ、Ｇａ２Ｏ３：Ｃｒ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、Ｚｎ２ＧａＯ４：Ｍｎ、Ｙ２Ｏ３：ＥｕおよびＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ等が挙げられる。
【００５２】
基板の材料としては、上記の実施例で用いたＰＥＴシートのような可撓性のある素材を用いてもよいし、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等のガラス基板を用いてもよい。
【００５３】
透明電極の材料としては、ＩＴＯ（酸化インジウムチタン）、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。
【００５４】
背面電極としては、アルミニウム電極等の金属電極を用いてもよい。
【００５５】
また、上記の各実施例の層構成に加えて、表面保護層等の追加の層を設けてもよい。
【００５６】
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】
【００５７】
【図１】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例および比較例の構造を示す断面図
【図２】比較例の素子および本発明の実施例の素子の絶縁層の断面図
【図３】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４】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】
【００５８】
１０、３０、４０    基板
１２、３２、４２    透明電極
１４、３４、４６    発光層
１４ａ、３４ａ    蛍光体粒子
１４ｂ、３４ｂ    発光層のバインダー
１６、３６、４４ａ、４４ｂ    絶縁層
１８、３８、４８    背面電極
２０、２０ａ、２０ｂ    高誘電体粒子
２２    絶縁層のバインダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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