(57)【要約】  【課題】蛍光体の輝度劣化や信頼性低下が少なく、高度な薄膜技術を必要としない発光素子を提供する。  【解決手段】対向する２つの電極間(12,17)に少なくとも発光層(15)を含むエレクトロルミネッセンス素子(10)において、発光層(15)は、金属酸化物に発光物質が分散してなるコーティング膜である。例えば、前記コーティング膜は、金属アルコキシド及び金属アルコキシドの縮合多量体から選ばれる少なくとも一つの溶液に発光物質を分散してコーティングし、焼成することで得られる。これにより、蛍光体の輝度劣化や信頼性低下が少なく、硬度が高く、ピンホールやポーラス部もないので、上下電極間の短絡の問題も改善される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの電極間に少なくとも発光層を含むエレクトロルミネッセンス素子において、
前記発光層は、金属酸化物に発光物質が分散してなるコーティング膜であることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記コーティング膜は、金属アルコキシド及び金属アルコキシドの縮合多量体から選ばれる少なくとも一つの溶液に発光物質を分散してコーティングし、焼成することで得られるコーティング膜である請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記金属アルコキシドは、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ及びＺｒから選ばれる少なくとも一つの金属のアルコキシド化合物である請求項２に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記コーティング膜は、金属酸化物の微粒子を分散した分散液に、発光物質を分散してコーティングし、焼成することで得られる請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記金属酸化物の微粒子は、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ及びＺｒから選ばれる少なくとも一つの金属酸化物である請求項４に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記発光物質は、前記コーティング膜全体の１重量％以上５０重量％以下の割合で分散されている請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記コーティング膜の厚さが０．１μｍ以上１００μｍ以下の範囲である請求項１に記載の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、表示装置等に使用されるエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイデバイスとして平面型のディスプレイが注目されており、一例としてプラズマディスプレイが実用化されている。プラズマディスプレイは大型化が容易であること、高い輝度が得られること、視野角が広いことなどから注目されている。しかし、ディスプレイの構造が複雑であり、その製造工程も複雑であるため、改良が進んではいるものの現時点ではまだ高価なものとなっている。
【０００３】
また、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）現象を利用するディスプレイも提案されている。無機ＥＬでは半導体の無機蛍光体に電極を配置し、電圧印加により無機蛍光体の電子とホールの再結合又は励起子により発光するか、又は半導体中の加速された電子が発光中心に衝突し、発光中心となる原子又はイオンが励起され、それが元の状態に戻る際に発光するものである。無機ＥＬディスプレイとして、蛍光体発光層はスパッタなどの気相堆積法により形成し、その上と下を誘電体層により電気的に絶縁した構造が提案されている（特許文献１，２）。
【特許文献１】特開２００３−２７１６０号公報
【特許文献２】特開２００３−７７６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記した特許文献１，２に提案されている無機ＥＬでは、スパッタなどの薄膜プロセスを使用するため大型化が困難であること、プロセスコストが高くつくことなどの理由により、広く使用されるには至っていない。また、有機蛍光体分散ＥＬも提案されているが、フルカラー化が困難であることや、寿命特性などの課題があり、これも広く使用されるには至っていない。
【０００５】
本発明は、前記のような問題を生じることなく、蛍光体の輝度劣化や信頼性低下が少なく、高度な薄膜技術を必要としない発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のＥＬ素子は、対向する２つの電極間に少なくとも発光層を含むＥＬ素子において、前記発光層は、金属酸化物に発光物質が分散してなるコーティング膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、無機元素のアルコキシド化合物に発光物質を分散してコーティングし、焼き付けた無機コーティング膜を発光層として用いることにより、蛍光体の輝度劣化や信頼性低下が少なく、高度な薄膜技術を必要としない発光素子を提供する。さらに、本発明の発光層は、硬度が高く、ピンホールやポーラス部もないので、上下電極間の短絡の問題も改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のＥＬ素子は、対向する２つの電極間に少なくとも発光層を備える。前記発光層は、金属酸化物に発光物質が分散してなるコーティング膜である。前記コーティング膜は、金属アルコキシド及び金属アルコキシドの縮合多量体から選ばれる少なくとも一つの溶液に発光物質を分散してコーティングし、焼成することで得られるコーティング膜であることが好ましい。前記金属アルコキシドは、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ及びＺｒから選ばれる少なくとも一つの金属のアルコキシド化合物であることが好ましい。前記コーティング膜は、金属酸化物の微粒子を分散した分散液に、発光物質を分散してコーティングし、焼成することで得られる。前記金属酸化物の微粒子は、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ及びＺｒから選ばれる少なくとも一つの金属酸化物であることが好ましい。前記発光物質は、前記コーティング膜全体の１重量％以上５０重量％以下の割合で分散されていることが好ましい。前記コーティング膜の厚さが０．１μｍ以上１００μｍ以下の範囲であることが好ましい。
【０００９】
前記コーティング物質は、ゾル−ゲル法で使用するＳｉ，Ｔｉ，Ａｌ及びＺｒから選ばれる少なくとも一つの元素のアルコキシド化合物が使用できる。水ガラス、コロイダルシリカの水溶液も使用できる。アルコキシド化合物としては、例えばＳｉ（ＯＣＨ3）4，Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4，Ｓｉ（n-ＯＣ3Ｈ7）4，Ｓｉ（iso-ＯＣ3Ｈ7）4，Ｓｉ（n-ＯＣ4Ｈ9）4，Ｓｉ（iso-ＯＣ4Ｈ9）4，Ｓｉ（tert-ＯＣ4Ｈ9）4，Ｔｉ（ＯＣＨ3）4，Ｔｉ（ＯＣ2Ｈ5）4，Ｔｉ（ＯＣ2Ｈ5）4，Ｔｉ（n-ＯＣ3Ｈ7）4，Ｔｉ（iso-ＯＣ3Ｈ7）4，Ｔｉ（n-ＯＣ4Ｈ9）4，Ｔｉ（iso-ＯＣ4Ｈ9）4，Ｔｉ（tert-ＯＣ4Ｈ9）4，Ａｌ（ＯＣＨ3）4，Ａｌ（ＯＣ2Ｈ5）4，Ａｌ（ＯＣ2Ｈ5）4，Ａｌ（n-ＯＣ3Ｈ7）4，Ａｌ（iso-ＯＣ3Ｈ7）4，Ａｌ（n-ＯＣ4Ｈ9）4，Ａｌ（iso-ＯＣ4Ｈ9）4，Ａｌ（tert-ＯＣ4Ｈ9）4，Ｚｒ（ＯＣＨ3）4，Ｚｒ（ＯＣ2Ｈ5）4，Ｚｒ（n-ＯＣ3Ｈ7）4，Ｚｒ（iso-ＯＣ3Ｈ7）4，Ｚｒ（n-ＯＣ4Ｈ9）4，Ｚｒ（iso-ＯＣ4Ｈ9）4，Ｚｒ（tert-ＯＣ4Ｈ9）4等から選ばれる少なくとも一つの金属アルコキシドがある。これを原料とするゾル−ゲル法の塗膜液（コーティング液）をコーティングして加熱焼き付けることにより形成できる。加熱焼き付けた後は、例えばＳｉＯ2，ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2などの酸化物層になる。前記コーティング液は、溶媒としてメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、アセトン、水等を使用できる。加水分解を促進する添加物として、酢酸、塩酸、硝酸、硫酸などの酸を添加してもよい。前記化合物以外にも、たとえばＢ（ＯＣＨ3）3，ＢａＴｉＯ3，Ｆｅ2Ｏ3，ＧｅＯ2−ＳｉＯ2等も使用できる。またシリコーンオイル、シリコン樹脂やフッ素樹脂などを添加してコーティング被膜に撥水性を付与することもできる。
【００１０】
前記コーティング溶液の粘度は、１０ｃＰ以下が好ましく、さらに好ましくは１ｃＰ以下である。適正な粘度は、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等の炭素数１〜６程度のアルコール類、又はアセトン等のケトン類等を添加して調製する。
【００１１】
前記コーティング溶液の溶質の濃度は、酸化物換算で１重量％以上２０重量％以下の範囲が好ましい。
【００１２】
前記コーティング溶液のコーティング時の温度は、水ガラスの場合は１０℃以上７０℃以下が好ましく、さらに好ましくは５０℃±５℃の範囲である。アルコキシド化合物の場合は、１０℃以上４０℃以下が好ましく、さらに好ましくは２５℃±５℃の範囲である。
【００１３】
コーティング方法としては、浸漬（ディップ）、含浸、加圧含浸、スピンコート、スプレーコート、刷毛塗り、ロール塗り、ナイフコーター等種類は問わず採用できる。浸漬の場合は、コーティング液を３分以上接触保持するのが好ましい。コーティングした後は、乾燥し、その後例えば１５０℃で３０分と３５０℃で３０分加熱して焼き付ける。コーティング−乾燥−焼付けは、１回でもよいし、複数回重ね塗りしてもよい。
【００１４】
使用可能な発光物質としては、例えばＺｎＳ：Ａｇ，ＺｎＳ：Ｃｕ，ＺｎＳ：Ｍｎ，ＳｒＳ：Ｃｅ：Ｅｕ，ＺｎＳ：Ｓｍ：Ｃｌ，ＣａＳ：Ｅｕ，ＺｎＳ：Ｔｂ：Ｆ，ＣａＳ：Ｃｅ，ＺｎＭｇＳ：Ｍｎ，ＣａＧａ2Ｓ4：Ｃｅ，ＳｒＳ：Ｃｕ，ＣａＳ：Ｐｂ，ＢａＡｌ2Ｓ4：Ｅｕ，Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ，Ｃａ2Ｇｅ2Ｏ7：Ｍｎ等の蛍光体として一般に知られているものを用いることができる。
【００１５】
この発光物質の平均粒径は、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であることが好ましい。平均粒径が１０ｎｍ未満であると分散性が不安定となり好ましくない。また平均粒径が１０００ｎｍを超えるとコーティング膜の均一性が損なわれる傾向となる。
【００１６】
前記発光層の両側又は片側には電気絶縁層（誘電体層）を配置してもよい。無機蛍光体の場合は、対向する２つの電極間に誘電体層を設け、キャパシターの原理を用いて電界により発光をさせるためである。さらに、両電極間には強誘電体層を介在させ、さらに発光効率を上げる手段を講じてもよい。前記誘電体層としては、Ｙ2Ｏ3，Ｌｉ2Ｏ，ＭｇＯ，ＣａＯ，ＢａＯ，ＳｒＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＭｇＴｉＯ3，ＣａＴｉＯ3，ＢａＴｉＯ3，ＳｒＴｉＯ3，ＺｒＯ2，ＴｉＯ2，Ｂ2Ｏ3，ＰｂＴｉＯ3，ＰｂＺｒＯ3，ＰｂＺｒＴｉＯ3（ＰＺＴ）の少なくとも１種類を使用できる。
【００１７】
（実施形態１）
下記の組成物を調合し、室温で１２時間熟成を行った。
（１）テトラメトキシシラン  ２０ｇ
（２）メタノール  ７５ｇ
（３）酢酸  ２ｇ
（４）水  ３ｇ
これにより、テトラメトキシシランの縮合多量体（オリゴマー）が得られた。得られた溶液に分散剤であるポリビニルブチラール樹脂（エスレックＢＬＳ：商品名）を０．８ｇ添加し、よく攪拌しながら、平均粒子径約３００ｎｍのＺｎＳ：Ｍｎの蛍光体粒子を１．６ｇ添加した。
【００１８】
あらかじめ電極が形成された基板を３０℃に調節し、この基板上にスピンコート法により、上記方法で得られた溶液を塗布し、１００ｒｐｍで回転させ、その後１００℃、１５分乾燥し、これを５回繰り返して重ね塗りした。その後、３５０℃、３０分間焼成した。膜厚が約２μｍのコーティング膜を得た。
【００１９】
この上に、スパッタリング法により膜厚が約０．２μｍのインジウム−錫酸化物合金（ＩＴＯ）膜を形成した。
【００２０】
前記のようにして得られた蛍光体物質を含むコーティング膜１５と、その上の透明電極１７を図１に示すＥＬ素子１０に組み込んだ。ＥＬ素子１０は、背面ガラス１１の上の背面電極１２と、前記埋め込み処理した厚み２０μｍのＢａＴｉＯ3からなる誘電体層１と、厚み０．５μｍのＢａＴｉＯ3有機酸からなる平滑層１４を積層させている。そして、コーティング膜層１５と、ＩＴＯ層からなる透明電極１７と、透明電極１７間のＡｌ２Ｏ３からなる絶縁層１６をのせ、その上に厚み１．０μｍの色変換層１８と、厚み３．０μｍのカラーフィルターと、厚み２．８ｍｍの表面ガラス２０をこの順番に配置した。このＥＬ素子１０に対して、０．１ｋＨｚ、１０μＡ、１８０Ｖの交流電圧を印加して、１００時間連続操作したが、輝度の低下は見られず、短絡現象は見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態のＥＬ素子の断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１０  ＥＬ素子
１１  背面ガラス
１２  背面電極層
１４  平滑層
１５  蛍光体層
１６  絶縁層
１７  透明電極層
１８  色変換層
１９  カラーフィルター
２０  表面ガラス
【図１】
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