JP2005093359A - Ac-operated electroluminescent element - Google Patents

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央 藤本
Kenji Takahashi
健治 高橋
Tomotake Isoda
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an improvement of luminescence brightness without increasing manufacturing costs, and realize the suppression of power consumption and a longer-life of the elements in an AC-operated electroluminescent element provided with an insulating layer where high dielectric particles are dispersed. <P>SOLUTION: In the insulating layer 16 installed on at least one side of a light-emitting layer 14, at least a first high dielectrics particle group and a second high dielectrics particle group of which sizes are different are filled at a filling factor of 70% or more. An average particle diameter of the first high dielectrics particle group is to be 150 nm or more and an average particle diameter of the second high dielectrics particle group is to be 1/2 or less of that of the first high dielectrics particle group. A thickness of the insulating layer 16 is to be 0.5 μm or more and 20 μm or less. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to an alternating current operation electroluminescence element, and more particularly to an alternating current operation electroluminescence element provided with an insulating layer in which high dielectric particles are dispersed.

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。   The electroluminescence element is expected to be used as a new display element or the like that does not require a separate light source as a self-luminous surface light source. There are two types of conventional electroluminescence elements, “dispersion type” and “thin film type”. In addition, although a direct-current drive electroluminescent element has been proposed, research and development is proceeding focusing on a more practical alternating-current drive. First, the basic structure, light emission mechanism, and features of each of the conventional dispersion-type and thin-film-type AC operation electroluminescent elements described in Non-Patent Document 1 and the like will be schematically described below.

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。   As shown in FIG. 3, the dispersion type AC operation electroluminescence element typically has a transparent electrode 32 formed on a transparent substrate 30 such as glass or a polyethylene terephthalate (PET) sheet by applying a transparent conductive film. Further, a light emitting layer 34, an insulating layer 36, and a back electrode 38, which are formed by a technique such as coating or screen printing, in which phosphor particles 34a are freely dispersed in a binder 34b, which is a dielectric, are laminated thereon. Has a structure. Furthermore, an additional layer such as a surface protective layer may be provided. When an AC voltage is applied between the transparent electrode 32 and the back electrode 38, the phosphor particles 34 a inside the light emitting layer 34 exhibit electroluminescence, and the light is extracted through the transparent electrode 32 and the transparent substrate 30. The insulating layer 36 is for blocking a current path and applying a stable high electric field to the light emitting layer 34, and is provided only on one side of the light emitting layer 34 in FIG. 3, but may be provided on both sides. . If the structure shown in FIG. 3 using different types of phosphor particles corresponding to a plurality of colors is overlapped and all the intermediate electrodes are made transparent, application to a color display or the like is possible.

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。   As the phosphor particles of the distributed alternating-current operation electroluminescence element, particles obtained by adding an activator for determining the emission color to the phosphor base material are used. A typical example is ZnS: Cu, Cl that emits blue-green light. In addition, ZnS: Cu, Al (green) or ZnS: Cu, Cl, Mn (orange yellow) depending on the desired emission color. ) Etc. are used. The light emission of the distributed alternating-current operation electroluminescence element is due to the fact that the element added as the activator acts as a donor and acceptor and recombination occurs. For example, in the case of the above ZnS: Cu, Cl, Cl acts as a donor and Cu acts as an acceptor. From such a light emitting mechanism, it is said that the activator needs to contain copper. Furthermore, the types of base materials to which copper can be added are limited, and only practical materials are ZnS, CaS, and SrS. Due to the limitations of these materials and the like, it is considered that the particle diameter of about 20 μm is optimal for the phosphor particles of the dispersed AC operation electroluminescence element. Phosphor particles slightly smaller than this may be used, but it is known that when the particle diameter is smaller than 2 to 3 μm, the emission luminance is remarkably lowered.

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。   As shown in FIG. 4, the thin-film AC operation electroluminescence element typically has a transparent electrode 42 formed on a transparent substrate 40 in the same manner as the dispersion type, and the first insulating layer 44a is formed thereon. The phosphor light-emitting layer 46, the second insulating layer 44b, and the back electrode 48, which are formed into a thin film by a technique such as vacuum deposition or sputtering, are stacked. Furthermore, an additional layer such as a surface protective layer or a buffer layer between the light emitting layer and the insulating layer may be provided. In general, each layer other than the light emitting layer 46 is also formed by a thin film forming technique such as vacuum deposition. Therefore, although the element of FIG. 4 is drawn to a thickness substantially the same as that of the element of FIG. It is about 1/100. When an AC voltage is applied between the transparent electrode 42 and the back electrode 48, the light emitting layer 46 exhibits electroluminescence, and the light is extracted through the transparent electrode 42 and the transparent substrate 40. A typical phosphor material used for the light emitting layer 46 is ZnS: Mn in which Mn serving as an emission center is doped in a base material ZnS, which emits orange-yellow light. In the case of the thin film type, a configuration called “dual pattern method” or “triple pattern method” in which light emitting portions doped with different types of light emission centers corresponding to a plurality of colors are arranged two-dimensionally, Application to a color display or the like is possible by overlapping the structure shown in FIG. 4 corresponding to a plurality of colors.

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。   Dispersive AC operating electroluminescent devices emit light by recombination between donor and acceptor, whereas thin film AC operating electroluminescent devices emit light by collisional excitation of emission centers by hot electrons running in the base material. It is said that. When an alternating voltage is applied, the hot electrons are generated when electrons injected into the light emitting layer 46 from the interface between the light emitting layer 46 and the insulating layers 44a and 44b and / or traps in the light emitting layer 46 are accelerated under a high electric field. It has been done.

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。   Comparing the distributed type and thin film type AC electroluminescent elements, each has advantages and disadvantages. The advantages of the distributed type include that the manufacturing process is simple and does not include vacuum deposition, etc., so that the manufacturing cost is low, the element can be easily enlarged, and a flexible element having flexibility can be manufactured. Is mentioned. Disadvantages are lower brightness than a thin film type, less color diversity, and larger particle size of dispersed phosphor particles, which is not suitable for applications such as high-definition displays. On the other hand, the advantages of the thin film type include that it is brighter and brighter than the dispersion type, that there are many variations of the light emission center that determines the color, that various colors can be expressed, and that high-definition display is possible. Disadvantages include complicated manufacturing processes and high costs.

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。   On the other hand, in Patent Documents 1 and 2, etc., while adopting a dispersive-like structure similar to the structure shown in FIG. There has also been proposed an alternating-current operation electroluminescence element using a phosphor material containing a luminescent center containing a luminescent center that is collisionally excited by hot electrons. In this AC electroluminescence device, electrons are injected into the phosphor particles from the interface between the phosphor particles and the surrounding dielectric and / or traps in the phosphor particles, and the electrons are accelerated. It is considered that a light emission mechanism similar to a conventional thin film type is realized by collision excitation of the emission center in the phosphor particles as hot electrons. Therefore, while enjoying the advantages of the conventional thin film type such as high brightness and color diversity, the basic structure itself is the same as that of the conventional distributed type, so that the manufacturing cost can be kept low.

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、BaTiO(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。 Here, the insulating layer in the various AC operation electroluminescence elements described above may be formed by a vacuum deposition method or a sputtering method, or may be formed by a simpler and lower cost method such as coating or screen printing. As a specific example of the latter method, for example, a material in which high dielectric particles such as BaTiO 3 (barium titanate) are dispersed in an organic binder having a relatively high dielectric constant such as cyanoethyl cellulose is layered. The method of apply | coating and drying is mentioned. In particular, in a distributed alternating current operation electroluminescent device in which the light emitting layer is formed by a simple method such as coating, if the insulating layer is formed by the same method, the manufacturing process of the entire device can be simplified and the cost can be reduced. Great effect.

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。
国際公開第02/080626号パンフレット 特開2000−195674号公報 特開平5−326150号公報 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
In order to realize a high light emission luminance by applying a stable high electric field to the light emitting layer, it is necessary to increase the dielectric constant of the entire insulating layer. For example, in Patent Document 3, a dispersion type in which a fibrous high dielectric is used in place of a particulate high dielectric, the ratio of the high dielectric to the binder in the insulating layer is increased, and the dielectric constant of the insulating layer is improved. An AC-operated electroluminescence element has been proposed.
International Publication No. 02/080626 Pamphlet Japanese Patent Laid-Open No. 2000-195664 JP-A-5-326150 Toshio Higuchi, “Electroluminescent Display”, first edition, Sangyo Tosho Co., Ltd., July 25, 1991

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。   As described above, in order to realize a high luminance by applying a stable high electric field to the light emitting layer in an AC-operated electroluminescence element, it is necessary to increase the dielectric constant of the entire insulating layer. However, when a fibrous high dielectric is used in the insulating layer formed by coating or the like, the high dielectric is dispersed in the binder as compared with the case where the particulate high dielectric is used. It is easy to happen and difficult to handle. In particular, when a flexible element is formed using a flexible substrate, the dielectric constant of the insulating layer increases as the element is repeatedly bent and stretched by using a fibrous high-dielectric material. It will change.

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。   Furthermore, considering the improvement of the performance of the entire device, the insulating layer has a high dielectric constant and contributes to high-luminance light emission, and does not increase the power consumption of the device or reduce the light emission lifetime. preferable.

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。   In view of the above circumstances, the present invention provides an AC-operated electroluminescence device having an insulating layer that contributes to high-luminance light emission of the device while being easy to form, and also contributes to suppression of power consumption and longer life of the device. It is intended to do.

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。   That is, the AC operation electroluminescent element of the present invention includes a light emitting layer that exhibits electroluminescence between a pair of electrodes, and an insulating layer provided on at least one side of the light emitting layer, and the insulating layer has an average of A layer having a layer thickness of 0.5 μm or more and 20 μm or less including at least a first high dielectric particle group and a second high dielectric particle group having different particle diameters with a filling ratio of 70% or more, The average particle size of the dielectric particle group is 150 nm or more, and the average particle size of the second high dielectric particle group is ½ or less of the average particle size of the first high dielectric particle group. To do.

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。   Here, the first high dielectric particle group and the second high dielectric particle group may be particle groups made of different types of high dielectric substances.

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。   Moreover, in the AC operation electroluminescent element of the present invention described above, the total volume of the first high dielectric particle group is in the range of 70% to 90% of the total volume of all the high dielectric particles in the insulating layer. Is preferred.

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。   Further, in the above-described AC operation electroluminescent device of the present invention, at least the first high dielectric particle group and the second high dielectric particle group are in a binder having a relative dielectric constant of 15 or less in the insulating layer. It is preferably dispersed. Moreover, it is preferable that the weight change when the whole element is left to stand for 48 hours in an environment of an air temperature of 25 ° C. and a humidity of 60% and then dried at 120 ° C. for 4 hours is 0.5% or less.

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。   Moreover, in the above-mentioned AC operation electroluminescent element of the present invention, it is preferable that the light emitting layer is a layer in which phosphor particles containing light emission centers that are collisionally excited by hot electrons are dispersed.

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。   In the AC operation electroluminescence device of the present invention, since the insulating layer is filled with at least two high dielectric particle groups having different sizes at a high filling rate, a particulate high dielectric material that is easy to handle is used. High luminance can be realized by applying a stable high electric field to the light emitting layer. In addition, since the insulating layer thickness is reduced in a range that does not cause a short circuit, the ratio of the voltage applied to the light emitting layer is increased to further increase the light emission luminance, and the dielectric loss in the insulating layer is reduced to reduce consumption. The power can be suppressed and the lifetime of the element can be increased. In addition, since such an insulating layer can be formed by a simple technique such as coating, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.

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。   In addition, when a binder having a relative dielectric constant of 15 or less is used in the insulating layer, or when the entire device is left for 48 hours in an environment of an air temperature of 25 ° C. and a humidity of 60% and then dried at 120 ° C. for 4 hours. When the weight change is adjusted to be 0.5% or less, it is possible to further reduce power consumption and extend the life of the element.

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。   Furthermore, the light emitting layer of the above-mentioned AC operation electroluminescent device of the present invention is collision-excited by hot electrons, which is particularly important for increasing the ratio of voltage applied to the light emitting layer and reducing the dielectric loss in the insulating layer. In the case of a layer in which phosphor particles containing luminescent centers are dispersed, the above-described effects of the present invention are better utilized. In addition, since such a light emitting layer can be formed by a simple technique such as coating like the above insulating layer, the entire element can be formed by a simple technique, and the overall manufacturing process is simplified. There is also an advantage that the cost and cost can be reduced. In addition, a large element or a flexible element can be manufactured.

以下、本発明の例示的な実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail.

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。   In order to realize a high light emission luminance by applying a stable high electric field to the light emitting layer in an AC operation electroluminescence element, it is necessary to increase the dielectric constant of the entire insulating layer. Here, in the case of an insulating layer formed by a simple coating method or the like, the dielectric constant of the binder, which is generally an organic substance, is a high dielectric that is dispersed in the binder even if a relatively high dielectric constant is selected. It is only about 1/100 of the dielectric constant. Therefore, in order to increase the dielectric constant of the entire insulating layer, it is necessary to increase the filling factor of the high dielectric material.

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。   Therefore, in the AC operation electroluminescent device of the present invention, at least two high dielectric particle groups having different sizes are used as the high dielectric material dispersed in the insulating layer. As a result, if the size of each high-dielectric particle group is appropriately selected, the small high-dielectric particles enter between the large high-dielectric particles. It is possible to increase the filling rate of the high dielectric material in the insulating layer and contribute to improvement of the luminance of the element.

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。   Furthermore, considering the improvement of the performance of the entire device, it is preferable that the insulating layer not only has a high dielectric constant but also has a low dielectric loss. This is because if the dielectric loss in the insulating layer is large, heat is generated and the power consumption of the device increases, leading to a decrease in the light emission lifetime due to the deterioration of the binder and the deterioration of the material constituting the device. This heat generation becomes more and more serious as the applied voltage and frequency are increased in order to increase the light emission luminance of the device.

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。   In order to reduce the dielectric loss in the insulating layer, it is considered preferable to reduce the absolute amount of the dielectric loss by reducing the thickness of the insulating layer. In addition, it is preferable to reduce the thickness of the insulating layer from the viewpoint of increasing the ratio of the voltage applied to the light emitting layer in the applied AC voltage and increasing the light emission luminance. However, since the insulating layer plays a role of blocking the current path and preventing the short circuit of the element, it should not be so thin as to cause a short circuit.

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。   In terms of power consumption and light emission lifetime, the insulating layer preferably has a low moisture content and low hygroscopicity. If moisture and volatile components in the insulating layer are vaporized due to heat generated during electroluminescence, the light emitting performance deteriorates due to the formation of vacancies in the device and the vaporized component reacting with the phosphor in the light emitting layer. It is.

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。   Here, it is a binder part that contains moisture or a volatile component in the insulating layer. As described above, if the packing ratio of the high dielectric particles is increased by using at least two high dielectric particle groups having different sizes in the insulating layer, the proportion of the binder in the insulating layer is reduced. Although the rate and hygroscopicity can be reduced, the effect of further reducing the moisture content and hygroscopicity can be obtained by selecting an appropriate binder type. In general, a binder having a high dielectric constant is considered to have a tendency to easily contain water and absorb moisture due to its high polarity. From the viewpoint of increasing the voltage ratio applied to the light emitting layer and increasing the light emission luminance, it is preferable that the binder has a high dielectric constant, but the insulating layer is filled with high dielectric particles with a considerably high filling rate. If this is the case, the problem of lowering the brightness due to the use of a binder having a low dielectric constant is small, and the problems of water content and moisture absorption are more serious. Furthermore, the moisture content can be controlled by the drying conditions in the device manufacturing process. Therefore, it is considered preferable to employ a binder having a relatively low dielectric constant and low moisture content and moisture absorption in the element of the present invention.

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。   From the above, regarding the insulating layer of the AC operation electroluminescence element, at least two high dielectric particle groups having different sizes are used, and the size of each high dielectric particle group and the thickness of the insulating layer are adjusted. Thus, it is considered that the insulating layer contributes to high-luminance light emission of the element while being easily formed, and further contributes to suppression of power consumption and long life of the element. At the same time, it is considered that by using an appropriate binder having a relatively low dielectric constant and low moisture content and moisture absorption, it is possible to further reduce power consumption and extend the life of the device.

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。

Figure 2005093359
Therefore, as a result of verification by experiments to be described later, as shown in Table 1 below, as to the size of each high dielectric particle group, the average particle diameter of the first high dielectric particle group is 150 nm or more, and the second high dielectric particle group The average particle diameter of the dielectric particle group is set to ½ or less of the average particle diameter of the first high dielectric particle group, and is included in the insulating layer at a filling rate of 70% or more in total, preferably 75% or more. I understood that it was good. Moreover, about the layer thickness of the insulating layer, it turned out that a minimum is 0.5 micrometer or more, and an upper limit is 20 micrometers or less, More preferably, it is 10 micrometers or less, More preferably, 5 micrometers or less are good.
Figure 2005093359

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BaSO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In及びSnO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BaTiO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。 Each of the alternating-current-operation electroluminescent elements according to the examples and comparative examples described in Table 1 has a structure as shown in FIG. 1 and is manufactured as follows. As the substrate 10, a 350 μm thick BaSO 4 kneaded white polyethylene terephthalate (PET) sheet exhibiting light scattering reflectivity was used. On this substrate 10, a light transmissive electrode 12 in which conductive particles such as In 2 O 3 and SnO 2 were dispersed in a resin was formed. Next, a material obtained by dispersing phosphor particles 14a made of ZnS: Mn having an average particle diameter of 0.5 μm, prepared by spray pyrolysis and annealing with a muffle furnace, in a solution of cyanoethyl cellulose constituting the binder 14b, The light emitting layer 14 was formed by coating in a 2 μm thick layer. On the light-emitting layer 14, a paste in which ultrafine particles of BaTiO 3 as high dielectric particles are dispersed in the same cyanoethyl cellulose solution as described above is applied for different elements, dried, and insulated. Layer 16 was formed. At this time, by adjusting the mixing ratio of the high dielectric particles and the binder, the filling rate of the entire high dielectric particles in the insulating layer 16 is 73% in the elements 1 to 14 in Table 1 and 67% in the element 15. In the element 16, it was set to 78%. Further, a carbon paste was applied on the insulating layer 16 so as to have a thickness of about 50 μm to form a back electrode 18. In addition, the relative thickness of each layer illustrated in FIG. 1 is for explanation, and is different from the actual thickness described above.

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。   Here, when the insulating layer 16 is formed, for the elements 1 to 4 in Table 1, only one type of high dielectric particle 20 having a uniform size is dispersed in the binder 22, and (a) of FIG. An insulating layer 16 as shown in FIG. For the other elements 5 to 17, a first high dielectric particle group consisting of high dielectric particles 20a having a large average particle diameter and a second high dielectric particle group consisting of smaller high dielectric particles 20b are used. The insulating layer 16 as shown in FIG. 2B was formed by mixing and dispersing in the binder 22. The average particle diameter of the first high dielectric particle group and the average particle diameter of the second high dielectric particle group in each element are as shown in Table 1. Further, the mixing ratio of the first high dielectric particle group and the second high dielectric particle group is about 3: 1 in volume ratio, that is, the total volume of the first high dielectric particle group is The total volume of all high dielectric particles in the insulating layer was set to about 75%.

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。   About each produced element, the Sawyer-Power circuit was assembled and the brightness | luminance and power consumption at the time of applying the alternating voltage of 250V and 1kHz were evaluated. The evaluation results are shown in Table 1. Here, the power consumption shown in Table 1 is a relative value when the element 1 is 100.

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/m前後の輝度しか得られず、消費電力も高かった。 Looking at the evaluation results in Table 1, first, in the elements 1 to 4 using only one kind of high dielectric particles having a uniform size, even if the insulating layer is made as thin as 5 μm, it is 300 cd / m 2. Only the brightness before and after was obtained and the power consumption was high.

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/m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/mとなり、消費電力も高くなってしまった。 Next, when the evaluation results of the elements 5 to 8 using the first and second high dielectric particle groups are compared, in the elements 5 to 7 in which the average particle diameter of the first high dielectric particle group is 150 nm or more, In both cases, a luminance exceeding 600 cd / m 2 was obtained, and the power consumption was suppressed to a low level of 70 or less as a relative value. However, in the element 8 in which the average particle diameter of the first high dielectric particle group is 130 nm, the luminance falls to 350 cd / m 2 at each stage, and the power consumption increases.

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/mと低く、消費電力も高かった。 On the other hand, even if the average particle diameter of the first high dielectric particle group is set to 150 nm or more, the average particle diameter of the second high dielectric particle group is more than 1/2 of the average particle diameter of the first high dielectric particle group. In the large element 9, the luminance was as low as 360 cd / m 2 and the power consumption was high.

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/m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/m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。 Next, when comparing the evaluation results of the elements 10 to 15 in which the average particle diameters of the first and second high dielectric particle groups are fixed to 200 nm and 60 nm, respectively, and the layer thickness of the insulating layer is changed, the layer thickness is In each of the elements 11 to 14 in the range of 0.5 μm or more and 20 μm or less, high luminance of about 600 cd / m 2 or more was obtained, and power consumption was suppressed to a low level of 70 or less in relative value. However, in the element 10 in which the thickness of the insulating layer was increased to 23 μm, the luminance dropped to each stage to 210 cd / m 2 and the power consumption increased. On the other hand, in the element 15 in which the thickness of the insulating layer was reduced to 0.3 μm, the element was short-circuited and did not emit light.

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/m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。 Subsequently, when the evaluation results of the elements 16 and 17 in which the total filling rate of the high dielectric particles in the insulating layer is changed, the brightness of the element 16 in which the total filling rate is less than 70% is 390 cd / m 2 . It is low and power consumption is high. On the other hand, in the element 17 in which the total filling rate was 78%, extremely good results were obtained in both light emission luminance and power consumption.

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/m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。 When the above evaluation results are combined, in the element having the insulating layer including the first and second high dielectric particle groups having different sizes, the average particle diameter of the first high dielectric particle group is 150 nm or more, the second The average particle diameter of the high dielectric particle group is set to ½ or less of the average particle diameter of the first high dielectric particle group, and is included in the insulating layer at a filling rate of 70% or more in total. It can be seen that when the layer thickness is 0.5 μm or more and 20 μm or less, high luminance of about 600 cd / m 2 or more can be obtained, and the power consumption of the element can be suppressed low. The total filling rate is more preferably 75% or more. Moreover, about the upper limit of the layer thickness of an insulating layer, 10 micrometers or less are more preferable, and 5 micrometers or less are further more preferable.

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。   Here, from the total filling rate of 70% or more as described above, it is considered that the high dielectric particles are in close contact with each other in the insulating layer of the AC operation electroluminescent element of the present invention.

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。   There is no particular limitation on the lower limit of the size of the second high dielectric particle group, but if the size is too small, the particles themselves cannot obtain a stable dielectric constant, and they may easily aggregate and become difficult to handle. In consideration of the above, it is preferable to be about 1/100 of the first high dielectric particle group.

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BaTiO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BaTiOの粒子からSrTiO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。 In the elements of the above embodiments, BaTiO 3 particles are used as the particles forming the first and second high dielectric particle groups, but different types of high dielectric particles are used. Also good. For confirmation, a device similar to the device 7 in Table 1 in which the particles constituting the first high dielectric particle group were changed from BaTiO 3 particles to SrTiO 3 particles was evaluated for luminance and power consumption. Good results similar to those for element 7 were obtained. Further, in the first high dielectric particle group and / or in the second high dielectric particle group, a plurality of types of high dielectric particles having a uniform average particle diameter may be mixed and used.

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。

Figure 2005093359
Further, as a result of verification by another experiment described later, as shown in Table 2 below, in the AC operation electroluminescent device of the present invention, as a binder filling the space between the high dielectric particles in the insulating layer, the relative permittivity It has been found that it is preferable to use a material having 15 or less, more preferably 5 or less. Also, the entire element should be adjusted so that the weight change when dried at 120 ° C for 4 hours after being left for 48 hours in an environment of 25 ° C and 60% humidity is 0.5% or less. Was found to be preferable.
Figure 2005093359

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。   Each element shown in Table 2 has a structure including the substrate 10, the light transmissive electrode 12, the light emitting layer 14, the insulating layer 16, and the back electrode 18 shown in FIG. The manufacturing method is also the same as that of the elements of the examples in Table 1. However, in any element, the average particle diameter of the first high dielectric particle group is 200 nm, the average particle diameter of the second high dielectric particle group is 90 nm, the total filling rate is 73%, and the layer thickness of the insulating layer Was 2 μm. Further, the mixing ratio of the first high dielectric particle group and the second high dielectric particle group is about 4: 1 in volume ratio, that is, the total volume of the first high dielectric particle group is The total volume of all high dielectric particles in the insulating layer was set to about 80%. Regarding the insulating layer, for elements 1 to 3 in Table 2, the same cyanoethyl cellulose as the element of each example of Table 1 was used as a binder for the insulating layer, but for element 4, non-vulcanized fluororubber was used. For No. 5, a thermoplastic cycloolefin resin was used as a binder for the insulating layer. The relative dielectric constants of the cyanoethyl cellulose, the non-vulcanized fluororubber and the thermoplastic cycloolefin resin used were 20, 13 and 3.5, respectively. In addition, by changing the drying conditions of each element at the time of forming the insulating layer, the residual amount of moisture and volatile components in the element (mainly in the insulating layer) was made different for each element.

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。   About each produced element, the Sawyer-Tower circuit was assembled and the brightness | luminance, power consumption, and light emission lifetime at the time of applying 250V, 1kHz alternating voltage were evaluated. The evaluation results are shown in Table 2. Here, the power consumption shown in Table 2 is a relative value when the element 1 shown in Table 1 is 100. In addition, the light emission lifetime is a relative value when the element 1 shown in Table 1 is set to 1 for the time until the initial luminance becomes ½. Note that each element was sandwiched from above and below by a moisture-proof film until just before the evaluation.

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。   Furthermore, after removing the moisture-proof film from the elements similar to the above-described elements 1 to 4 whose luminance and the like were evaluated and leaving them in an environment of an air temperature of 25 ° C. and a humidity of 60% for 48 hours, 120 ° C. 4 Time drying was performed and the weight change before and after drying was evaluated. The smaller the change in weight at this time, the smaller the content of moisture and volatile components in the element (mainly in the insulating layer). The evaluation results are also shown in Table 2.

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。   Comparing the evaluation results of the elements 1 to 3 shown in Table 2, in the element 1 in which the weight change when the entire element is dried at 120 ° C. for 4 hours is 0.5% or less, the power consumption is kept low, It can be seen that the emission lifetime is also longer. Further, when comparing the elements 1, 4, and 5, which each have a weight change of 0.5% or less during drying, the elements 4 and 5 using a binder having a relative dielectric constant of 15 or less in the insulating layer are more It can be seen that significantly improved power consumption and emission lifetime are obtained. In the element 5 using a binder having a relative dielectric constant of 5 or less, the improvement effect is particularly high. This is considered to be due to the fact that the hygroscopic property afterwards is lower when a binder having a lower relative dielectric constant is used even if the initial moisture and volatile component contents of the device are the same. On the other hand, regarding the light emission luminance of the device, comparing the devices 4 and 5 with the device 1, it can be seen that the light emission luminance hardly decreases even when a binder having a low dielectric constant is used.

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。   From the above, in the AC operation electroluminescent element of the present invention, the use of a material having a relative dielectric constant of 15 or less, more preferably 5 or less as a binder in the insulating layer allows consumption without impairing high luminance. It has been found that the effect of suppressing power can be further enhanced, and that the lifetime of the device can be extended. Also, the entire element should be adjusted so that the weight change when dried at 120 ° C for 4 hours after being left for 48 hours in an environment of 25 ° C and 60% humidity is 0.5% or less. As a result, it was found that the effect of further reducing power consumption and extending the life of the device can be obtained.

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。   The constituent materials of the insulating layer and other layers are not limited to those used in the above embodiments.

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BaTiOおよびSrTiOのほか、たとえば、Y、Ta、BaTa、TiO、Sr(Zr,Ti)O、PbTiO、Al、Si、ZnS、ZrO、PbNbO、Pb(Zr,Ti)O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。 In addition to BaTiO 3 and SrTiO 3 used in the above examples, the material of the high dielectric particles in the insulating layer is, for example, Y 2 O 3 , Ta 2 O 5 , BaTa 2 O 6 , TiO 2 , Sr ( Zr, Ti) O 3 , PbTiO 3 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , ZnS, ZrO 2 , PbNbO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 and the like can be used. In the above embodiment, the insulating layer is provided only on one side of the light emitting layer, but it may be provided on both sides.

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、BaAl:Eu、CaS:Pb、SrS:Ce、CaGa:Ce、ZnS:Tb、Ga:Mn、CaS:Eu、ZnS:Sm,F、Ga:Cr、ZnSiO:Mn、ZnGaO:Mn、Y:EuおよびYS:Eu等が挙げられる。 Furthermore, each of the elements in the above examples had a light emitting layer in which phosphor particles made of ZnS: Mn were dispersed, but any other light emitting layer exhibiting appropriate electroluminescence could be used. It may be a thing. Here, since the insulating layer in the element of the present invention described above can be formed by a simple technique such as coating or screen printing with a dispersion in which high dielectric particles are dispersed in a binder, the light emitting layer is also used. If the phosphor particles are dispersed in the binder in the same manner as the devices in the above embodiments, the entire device can be formed by a simple method, and the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. There are advantages. In addition, a large element or a flexible element can be manufactured. At this time, as phosphor particles in the light-emitting layer, ZnS: Cu, which is activated by copper and emits light by recombination between a donor and an acceptor, as used in a conventional distributed AC operation electroluminescence element. Phosphor particles such as Cl may be used, but the case where phosphor particles containing an emission center that is collision-excited by hot electrons, such as ZnS: Mn used in each of the above embodiments, is used. The effects of the present invention described above are better utilized. This is because, when phosphor particles containing a luminescent center that is collision-excited by hot electrons are used, the electric field intensity at which light emission starts is as high as about 0.1 to 1 MV / cm. This is because it is particularly important to increase the ratio of the voltage and to reduce the dielectric loss in the insulating layer. Examples of such phosphors include ZnS: Mn, BaAl 2 S 4 : Eu, CaS: Pb, SrS: Ce, CaGa 2 S 4 : Ce, ZnS: Tb, Ga 2 O 3 : Mn, CaS. : Eu, ZnS: Sm, F , Ga 2 O 3: Cr, Zn 2 SiO 4: Mn, Zn 2 GaO 4: Mn, Y 2 O 3: Eu and Y 2 O 2 S: Eu, and the like.

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。   As a material for the substrate, a flexible material such as the PET sheet used in the above embodiment may be used, or a glass substrate such as barium borosilicate glass or aluminosilicate glass may be used.

透明電極の材料としては、ITO(酸化インジウムチタン)、ZnO:Al、ZnIn、(Zn,Cd,Mg)O−(B,Al,Ga,In,Y)−(Si,Ge,Sn,Pb,Ti,Zr)O、(Zn,Cd,Mg)O−(B,Al,Ba,In,Y)−(Si,Sn,Pb)O、MgO−Inなどを主成分とするものや、GaN系材料、SnO系材料等を使用することができる。 As the material of the transparent electrode, ITO (indium titanium oxide), ZnO: Al, Zn 2 In 2 O 5 , (Zn, Cd, Mg) O— (B, Al, Ga, In, Y) 2 O 3 — ( Si, Ge, Sn, Pb, Ti, Zr) O 2 , (Zn, Cd, Mg) O— (B, Al, Ba, In, Y) 2 O 3 — (Si, Sn, Pb) O, MgO— A material mainly containing In 2 O 3 , a GaN-based material, a SnO 2 -based material, or the like can be used.

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。   A metal electrode such as an aluminum electrode may be used as the back electrode.

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。   In addition to the layer configuration of each of the above embodiments, an additional layer such as a surface protective layer may be provided.

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。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, it cannot be overemphasized that these embodiment is only an illustration and the technical scope of this invention should be defined only by a claim. Yes.

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Sectional drawing which shows the structure of each Example of an alternating current operation electroluminescent element which concerns on this invention, and a comparative example 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Sectional drawing of the insulating layer of the device of the comparative example and the device of the example of the present invention 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Sectional drawing which shows the basic structure of the conventional distributed AC operation electroluminescent element 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Sectional drawing which shows the basic structure of the conventional thin film type alternating current operation electroluminescent element

符号の説明Explanation of symbols

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
10, 30, 40 Substrate 12, 32, 42 Transparent electrode 14, 34, 46 Light emitting layer 14a, 34a Phosphor particle 14b, 34b Light emitting layer binder 16, 36, 44a, 44b Insulating layer 18, 38, 48 Back electrode 20 20a, 20b High dielectric particles 22 Insulating layer binder

Claims (6)

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。
Between a pair of electrodes, a light emitting layer exhibiting electroluminescence, and an insulating layer provided on at least one side of the light emitting layer,
The insulating layer is a layer having a layer thickness of 0.5 μm or more and 20 μm or less that includes at least a first high dielectric particle group and a second high dielectric particle group having a different average particle diameter at a filling rate of 70% or more in total. The average particle diameter of the first high dielectric particle group is 150 nm or more, and the average particle diameter of the second high dielectric particle group is 1 of the average particle diameter of the first high dielectric particle group. An AC-operated electroluminescence element characterized by being / 2 or less.
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。   2. The alternating current operation electroluminescence device according to claim 1, wherein the first high dielectric particle group and the second high dielectric particle group are particle groups made of different types of high dielectric substances. 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。   3. The alternating current according to claim 1, wherein a total volume of the first high dielectric particle group is in a range of 70% to 90% of a total volume of all the high dielectric particles in the insulating layer. Operating electroluminescence element. 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。   The at least first high dielectric particle group and the second high dielectric particle group are dispersed in a binder having a relative dielectric constant of 15 or less in the insulating layer. The alternating current operation electroluminescent element of any one of Claims 1. 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。   The weight change when the entire device is left to stand at an ambient temperature of 25 ° C and a humidity of 60% for 48 hours and then dried at 120 ° C for 4 hours is 0.5% or less. The alternating current operation electroluminescent element of any one of 1-4. 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。   6. The alternating current operation electroluminescence device according to claim 1, wherein the light emitting layer is a layer in which phosphor particles including a light emission center that is collisionally excited by hot electrons are dispersed.
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