(57)【要約】【課題】簡易な構造により、点灯状態で表示される画像に連続的な変化を与えることが可能な無機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】  無機ＥＬ素子１０は、透明電極１５と背面電極１２との間に、少なくとも発光層１４および誘電体層１３を備える。発光層は１４、全面にわたって膜厚が連続的に変化する傾斜が形成されている。この無機ＥＬ素子１０の構造によると、発光層１４の膜厚にほぼ連続的な分布が与えられる。これによって、１つの素子１０のなかで、発光開始電圧または発光輝度が発光層または誘電体層の傾斜方向に連続的に分布し、素子１０に印加される電圧が変化すれば発光する領域、サイズも連続的に変化するようになる。【選択図】図１
2013125664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極と背面電極との間に、少なくとも発光層および誘電体層を備えた無機ＥＬ素子であって、前記発光層または前記誘電体層に、略全面にわたって膜厚が連続的に変化する傾斜が形成されたことを特徴とする無機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記無機ＥＬ素子が分散型無機ＥＬ素子である、請求項１に記載の無機ＥＬ素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の無機ＥＬ素子を点灯して表示を行う表示器であって、前記透明電極と前記背面電極との間に印加される電圧を出力し、出力電圧を可変に構成された給電手段を備える表示器。
【請求項４】
前記給電手段は、実効値が変化する交流電圧を出力するように構成される、請求項３に記載の表示器。
【請求項５】
前記給電手段は、実効値および周波数が変化する交流電圧を出力するように構成される、請求項３に記載の表示器。
【請求項６】
前記給電手段は、電圧値が連続的に変化する直流電圧を出力するように構成される、請求項３に記載の表示器。
【請求項７】
前記給電手段は、予め定められたプログラムに基づいて前記出力電圧を可変するように構成される、請求項３〜６のいずれかに記載の表示器。
【請求項８】
前記給電手段は、外部信号に基づいて前記出力電圧を可変するように構成される、請求項３〜６のいずれかに記載の表示器。
【請求項９】
さらに、アナログの前記外部信号を前記無機ＥＬ素子の点灯に適した電圧範囲に変換する変換手段を備える、請求項８に記載の表示器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機エレクトロルミネッセンス（以下、無機ＥＬという。）素子およびこれを用いた表示器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無機ＥＬ素子はフレキシブルかつ低コストなシート状発光体として補助的な照明光源に利用されるほか、広告やポスターなどの画像表示用光源としても利用される。画像表示用の光源として利用する場合は、透明なフィルムなどに印刷された画像のバックライトとして無機ＥＬ素子を使用する方法、あるいは無機ＥＬ素子を構成する発光層や電極を一定のパターンで形成して文字や画像を表示する方法などがある。
【０００３】
例えば、特許文献１では、無機ＥＬ素子の誘電体層をパターンニングして誘電体層がある部分と、除去された部分とで発光の明るさが変わることを利用して所望の画像を表示する方法が開示されている。
【０００４】
誘電体層は通常、発光層よりも奥にあるので、発光していない場合は画像のパターンを見ることができない。このため画像は分散型無機ＥＬ素子を点灯したときのみに現れ、意外性のある表示が可能となる。
【０００５】
上記特許文献１の無機ＥＬ素子の構造では、パターニングされた誘電体層が一層しかない場合は１つの画像しか表示できない。このため、点灯状態で表示される画像は変化に乏しく、見る者に与えるインパクトの面で物足らない。
【０００６】
また、特許文献１では、背面電極及び全面電極の間に、発光体層及びパターニングされた誘電体層が設けられた構成を単位として、該単位を複数重ねることで、パターニングされた誘電体層が複数積層された構造を備えた無機ＥＬ素子も開示されている。すべての誘電体層及び最も背面側を除くすべての電極は透明であり、それぞれの単位が独立して点灯および消灯することにより、複数の画像を順次切り替えて表示することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１３５１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、この方法では、無機ＥＬ素子の構造が複雑で製造にコストが掛かる。また、駆動電圧を各前記単位に印加する給電手段も複数必要となり、構造が複雑となる。また、複数の画像を切り替えて表示するので、流れるような連続的に変化する画像を表示しようとすると、途方もない数の前記単位の積層数が必要となり、現実的には不可能である。
【０００９】
また、１つの無機ＥＬ素子を、積層方向ではなく、面方向に発光領域を複数の領域に分割し、交互または順次点灯することによって表示に変化を与えることも可能であるが、これでも分割数を増やすにつれて、素子、給電手段ともに構造が複雑となる。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構造により、点灯状態で表示される画像に連続的な変化を与えることが可能な無機ＥＬ素子および表示器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の無機ＥＬ素子は、透明電極と背面電極との間に、少なくとも発光層および誘電体層を備えた無機ＥＬ素子であって、前記発光層または前記誘電体層は、略全面にわたって膜厚が連続的に変化する傾斜が形成されたことを特徴としている。発光層または誘電体層の傾斜方向は一方向に限らず、二方向や放射方向であっても良い。また、単調な傾斜だけに限らず、増加、減少を繰り返すものであっても良い。
【００１２】
上記無機ＥＬ素子の構造によると、発光層あるいは誘電体層の膜厚にほぼ連続的な分布が与えられる。これによって、１つの素子のなかで、発光開始電圧または発光輝度が発光層または誘電体層の傾斜方向に連続的に分布し、素子に印加される電圧が変化すれば発光する領域、サイズも連続的に変化するようになる。
【００１３】
上記無機ＥＬ素子に、前記透明電極と前記背面電極との間に印加される電圧を出力する給電手段を追加することで、前記無機ＥＬ素子を点灯して表示を行う表示器が構成される。本発明では、前記給電手段がその出力電圧を可変に構成されている。なお、出力電圧は直流、交流どちらでも良い。可変とは、具体的には、直流電圧の場合は電圧値を連続的に変更出来ることを意味し、交流の場合は実効値や周波数が可変であることを意味する。
【００１４】
無機ＥＬ素子は一般的に発光層の形成方法により分散型と薄膜型に分類される。薄膜型では発光開始電圧が比較的明確であり、特に発光層膜厚と発光開始電圧の間に相関があるので、印加電圧が低い場合は膜厚が薄い部分のみが発光し、電圧を上げるにつれて膜厚が厚い部分も発光を始める。発光層膜厚が表示面に向かって、左から右へ薄くなるように傾斜している場合、印加電圧の値（交流の場合は実効値）を例えば、正弦波形で変調すると、発光部分が左右に伸縮するような表示が得られる。
【００１５】
薄膜型無機ＥＬ素子で誘電体層の膜厚を傾斜させた場合あるいは分散型無機ＥＬ素子の場合においては、発光開始電圧の変化はさほど明確ではない。しかし、発光輝度は膜厚と相関があり、膜厚が薄いほど同じ印加電圧でも明るく発光するので、上記と同様の効果が得られる。
【００１６】
なお、印加電圧を可変させて発光領域を制御すると、全体としての明るさが大きく変化して違和感が生じる場合がある。そのようなときには、周波数も合わせて変化させて明るさを調整するとよい。この場合、周波数が高いほど輝度も高くなる。
【００１７】
出力電圧を可変に構成された給電手段は、予め定められたプログラムに基づいて制御されても良いし、外部信号（例えば、周囲の照度、音量など）に基づいて制御されるものでも良い。アナログの外部信号に基づいて制御されるものでは、さらに、該外部信号を無機ＥＬ素子の点灯に適した電圧範囲に変換する変換手段を備えても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、発光層または誘電体層に、略全面にわたって膜厚が連続的に変化する傾斜を持たせた無機ＥＬ素子を、可変電圧を出力する１つの給電手段で駆動することにより、点灯状態で表示される画像に連続的な変化を与えることが可能である。つまり、パターニングされた誘電体層を積層したり、素子を複数の領域に分割したり、給電手段を複数準備することが不要で、簡易な構造で、連続的に変化するインパクトのある表現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無機ＥＬ素子を用いた表示器を示す概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る分散型無機ＥＬ素子を用いた表示器を示す概略図である。
【図３】本発明の分散型無機ＥＬ素子を点灯させて表示される画像の一例を示す図である。
【図４】本発明の分散型無機ＥＬ素子を点灯させて表示される画像の他の例を示す図である。
【図５】本発明の分散型無機ＥＬ素子を点灯させて表示される画像のさらに他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は第１の実施形態に係る表示器１を示す概略図である。図１に示すように、表示器１は、無機ＥＬ素子１０および給電手段２０を備える。
【００２２】
無機ＥＬ素子１０の構成は、透明フィルム基材１６、透明電極１５、発光層１４、誘電体層１３、背面電極１２からなる一般的な無機ＥＬ素子であり、その製造方法としては薄膜プロセス、厚膜プロセスどちらも可能である。薄膜プロセスを使用する場合は、薄膜型無機ＥＬ素子に用いられる一般的な材料、構成が使用できる。厚膜プロセスの場合は、分散型無機ＥＬ素子のそれらが使用できる。
【００２３】
本実施の形態で用いた無機ＥＬ素子１０に特徴的な構造としては、図１に示すように、発光層１４が、全面にわたって膜厚が連続的に変化する傾斜を持つように形成されている。これにより、発光層１４の膜厚にほぼ連続的な分布が与えられる。発光層１４以外の無機ＥＬ素子を構成する層は均一な膜厚で形成される。
【００２４】
薄膜プロセスで発光層１４の膜厚を変化させるためには、蒸着あるいはスパッタ源に対して基材を傾斜させたり、搬送スピードを変化させたりすることによって実現できる。厚膜プロセスの場合には、例えばスリットコーターを用いて、ノズルのスリット幅を傾斜させたり、コーティングの速度を変化させたりして実現できる。  給電手段２０は、電圧源２１および駆動回路２２を備える。電圧源２１は無機ＥＬ素子１０を点灯させる駆動電圧を出力する。出力電圧は直流、交流いずれも可能である。駆動回路２２は電圧源２１の出力電圧を連続的に可変し、透明電極１５と背面電極１２との間に印加するように構成される。また、交流駆動型の素子の場合には、駆動周波数も変化できるものがより好ましい。駆動回路２２は、予め定められたプログラムに従って制御されるものでも、外部信号（例えば、周囲の照度、音量など）により制御されるものであっても良い。
【００２５】
なお、電圧源２１から出力される電圧が変動電圧であって、表示器１をこの変動電圧のインジケータとして使用する場合は、駆動回路２２を省略し、電圧源２１により直接無機ＥＬ素子１０を点灯させるようにしても良い。あるいは、駆動回路２２に替えて、電圧源２１からの出力電圧を、無機ＥＬ素子１０の駆動範囲の電圧に変換する変換回路を配設しても良い。
【００２６】
図２は、第２の実施形態に係る表示器１を示す概略図である。本実施の形態で用いた無機ＥＬ素子１０に特徴的な構造として、図２に示すように、誘電体層１３が、全面にわたって膜厚が連続的に変化する傾斜を持つように形成されている。これにより、誘電体層１３の膜厚にほぼ連続的な分布が与えられる。このような誘電体層１３の形成方法は上記第１の実施形態で説明した方法を用いることが出来る。誘電体層１３以外の無機ＥＬ素子１０を構成する層は均一な膜厚で形成される。表示器１のその他の構成は第１の実施形態と同一である。
【００２７】
以上のような構成によって、本発明では、発光層１４または誘電体層１３に、全面にわたって膜厚が連続的に変化する傾斜を持たせた無機ＥＬ素子１０を、可変電圧を出力する１つの給電手段２０で駆動することにより、点灯状態で表示される画像に連続的な変化を与えることが可能である。つまり、パターニングされた誘電体層を積層したり、素子を複数の領域に分割したり、給電手段を複数準備することが不要で、簡易な構造で、連続的に変化するインパクトのある表現が可能となる。
【００２８】
なお、発光層１４または誘電体層１３に形成する傾斜は発光層１４または誘電体層１３における略全面に相当する面積で形成されていれば良く、例えば、傾斜方向の端部に発光層１４または誘電体層１３の膜厚が均一となる平坦部がある程度の幅で形成されていても良い。
【００２９】
以下に、本発明に係る無機ＥＬ素子の実施例を掲げ、本発明の効果を明らかにする。
【００３０】
［実施例１］
ITO透明電極’（透明電極１５）が形成された矩形のPETフィルム（透明フィルム基材１６）のITO面上に蛍光体ペーストを塗布、ベークし発光層１４を形成した。蛍光体ペーストは右端と左端でITO面からの高さを異ならせたブレードでITO面上に塗りつけ、ベーク後の膜厚を面内左側で約30μm、右側で約 100μmとした。蛍光体は硫化亜鉛を母体とするもの、バインダー樹脂はフッ素ゴム系のものを使用した。蛍光体ペースト中の蛍光体対樹脂成分の重量比率は約４：１であったが、特にこれに限るものではない。次に同様にして誘電体ペーストから約30μm厚の誘電体層１３を形成した。このときのブレードは蛍光体面の傾斜と平行するように傾け、誘電体層１３の膜厚はほぼ均一とした。誘電体材料はチタン酸バリウム粉末、バインダー樹脂はフッ素ゴム系、チタン酸バリウム粉末と樹脂の重量比率は約３：１であったが、これも一例であって特に限定されない。次に誘電体と同様にしてほぼ均一な膜厚を持つ背面電極１２を銀ペーストで形成した。以上の工程によって、上記第１の実施形態で説明したように、発光層１４が全面にわたって傾斜した構造（図１参照。）を持つ分散型無機ＥＬ素子１０が得られた。この分散型無機ＥＬ素子１０に電圧源２１および駆動回路２２を有する給電手段２０を接続して照明用面光源を構成した。
【００３１】
［実施例２］
ITO透明電極（透明電極１５）が形成されたほぼ円形のPETフィルム（透明フィルム基材１６）のITO面上に蛍光体ペーストを均一に塗布、ベークし膜厚約80μmの発光層１４を形成した。次に誘電体ペーストを蛍光体膜上のほぼ中心に適量、滴下し、フィルムごと高速で回転させることによって、誘電体層１３の膜厚を分布させた。ベーク後の膜厚は中心部で約60μm、周辺部では約5μmにほぼ同心円状の傾斜をもって分布した。次に背面電極１２を銀ペーストで形成した。以上の工程によって、上記第２の実施形態で説明したように誘電体層１３が全面にわたって傾斜した構造を持つ分散型無機ＥＬ素子１０（図２参照。）が得られた。このようにして作製したフィルム状の分散型無機ＥＬ素子１０を星型に切り抜いて完成とした（図４参照。）。このとき、星型の中心と当初の円形フィルムの中心を一致させた。この他、使用した材料等は実施例１と同じである。上記のようにして作製した分散型無機ＥＬ素子１０に電圧源２１および駆動回路２２を有する給電手段２０を接続して電飾用星形光源を構成した。なお、素子１０を切り抜く形状は星型以外の形状でもよく、発光層または誘電体層の膜厚の分布のさせ方も素子の形状によって適宜、選べばよい。また、素子１０を切り抜くのではなく、透明電極１５あるいは背面電極１２を所望の形状でパターニングしても良いよいし、発光層１４を形状の内側が明るく外側が暗くなるように複数の発光色の異なる部分でパターニング形成しても良い。
【００３２】
［実施例３］
実施例１と同じ方法で、発光面の幅1 cm、長さ10 cmの矩形サイズで、発光層１４の膜厚は長手方向に傾斜された分散型無機ＥＬ素子１０を作製した。この素子１０を３つ、発光層１４の膜厚が薄い側を下方向にして左右に並べて配置し、その長手方向に目盛を付けた（図５参照。）。それぞれの分散型無機ＥＬ素子１０はそれぞれ異なる電圧源２１に接続し、インジケータを構成した。電圧源２１は電圧が変動する性質を有するものである。
【００３３】
＜点灯試験＞
上記のようにして作製した実施例１〜３の分散型無機ＥＬ素子を用いた表示器を点灯させることにより、発光面に表示される画像を目視により確認した。
【００３４】
実施例１の分散型無機ＥＬ素子１０に、周波数 400 Hz〜2 kHz、実効値電圧 100〜200 Vの正弦波を持つ交流電圧を印加して点灯させた。駆動電圧が低い場合は、図３の上図のように発光層１４の膜厚が薄い左側だけが発光し、電圧を上昇させるにつれて、図３の下図のように、発光部は発光層１４の膜厚が厚い右側に広がり、最大電圧ではほぼ全体が発光した。したがって、駆動回路２２により実効値電圧を上記範囲で連続的に変化させる発光領域は左右に移動し、変化のある面光源を実現出来る。例えば、本例の素子を透明フィルムにカラー印刷したポスター、広告などのバックライトとして用いると、ハイライトされる部分が変化することにより、よりインパクトのある宣伝効果も期待できる。また、寝室などの夜間照明、廊下の足元照明などに用いると、明るさの調節に合わせて発光サイズも変化するので、明るさと同時に雰囲気も変化するという照明効果が得られる。
【００３５】
次に、実施例２の分散型無機ＥＬ素子１０に交流電圧を印加して点灯させた。交流電圧は、駆動回路２２により周波数を1〜2kHz、実効値電圧を50〜200 Vの範囲で、数秒から数１０秒の間で変化させた。変化の範囲、周期はあらかじめ構成されたプログラムに従う場合と、外部信号（例えば周囲の照度、音量など）による場合とを設定した。これにより、印加電圧に応じて発光領域が、図４の左図→中図→右図（またはその逆）のように変化し、星がまたたくような効果が得られた。例えば、本例の素子１０を、クリスマスツリーの頂部に取付けられる星形の装飾部材に貼り付けることで、よりインパクトのある電飾効果も期待出来る。
【００３６】
次に、実施例３の分散型無機ＥＬ素子１０は簡単な構成のインジケータで、図５に示すように、電圧源の電圧概略値を表示させることができる。電圧が低い場合は素子１０の下側部分のみが発光し、電圧が高くなるにつれて上部まで発光するようになり、電圧源の状態をアナログ的に判定することができる。例えば、本例の各素子１０を異なる太陽光発電パネルにそれぞれ接続することで、各パネルの発電量の指標に利用できる。
【００３７】
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３８】
１…表示器
１０…無機ＥＬ素子
１２…背面電極
１３…誘電体層
１４…発光層
１５…透明電極
１６…透明フィルム基材
２０…給電手段
２１…電圧源
２２…駆動回路
【図１】
2013125664.tif 000003
【図２】
2013125664.tif 000004
【図３】
2013125664.tif 000005
【図４】
2013125664.tif 000006
【図５】
2013125664.tif 000007