JP2005222801A - エレクトロルミネッセンス素子および表示装置 - Google Patents

エレクトロルミネッセンス素子および表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 輝度および発光効率が高く、しかも、発光色の制御、発光色の経時変化の抑制、回路上の負荷の抑制および／または微妙な階調表現の実現の点で改善された分散型エレクトロルミネッセンス素子、およびそのようなエレクトロルミネッセンス素子を利用した表示装置を提供する。
【解決手段】 分散型エレクトロルミネッセンス素子１０の発光層１６中に分散する発光粒子として、それぞれ誘電体コアおよび蛍光体被覆層とを有する２種類の発光粒子２２および２４を使用する。発光粒子２２の誘電体コアと発光粒子２４の誘電体コアとを、互いに異なる誘電率を有する誘電体材料により構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エレクトロルミネッセンス素子および表示装置に関し、特に、蛍光体を含むエレクトロルミネッセンス発光粒子が発光層中に分散された分散型様の構造を有するエレクトロルミネッセンス素子、およびそのようなエレクトロルミネッセンス素子を利用した表示装置に関するものである。
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装置等へ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、蛍光体粒子が誘電体バインダー中に遊離分散されてなる発光層を有する「分散型」の素子と、蛍光体材料を真空蒸着等することにより薄膜状に形成された発光層を有する「薄膜型」の素子の２つのタイプが存在する。これら２つのタイプのうち、分散型エレクトロルミネッセンス素子は、真空蒸着等を含まない簡略な製造工程により作製することができるため、製造コストが安く、素子の大型化が容易である点や、可撓性を有するフレキシブルな素子も作製できる点等で優れている。
非特許文献１等に記載されている分散型エレクトロルミネッセンス素子の基本的な構造は、図７に示す素子９０のような、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９２の上に、透明導電膜の塗布により透明電極９４が形成されて、その上に、発光層９６、絶縁層９８および背面電極１００が積層された構造である。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。発光層９６は、蛍光体粒子１０２が誘電体バインダー１０４中に遊離分散されてなる層である。透明電極９４と背面電極１００との間に交流電圧を印加すると、発光層９６内部の蛍光体粒子１０２が電界発光を示し、その光が透明電極９４および透明基板９２を介して取り出される。絶縁層９８は、電流経路を遮断し、各蛍光体粒子１０２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１０２同士の遊離分散が完全に実現されており、発光層９６内の電流経路が遮断されている場合には、絶縁層９８を設けなくてもよい。
素子の発光色は、蛍光体粒子の種類により決定される。また、白色等の所望の発光色を得るために、異なる発光色を示す蛍光体粒子を混合使用したり、染料や顔料を用いて発光色を調整したりする場合もある。さらに、異なる発光色を示す蛍光体粒子を使用した発光部分を２次元状に並列配置した「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、または、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７に示す構造を多重に積層配置して中間の電極をすべて透明電極とした構成を採用することにより、マルチカラー表現を行うことができ、カラーディスプレイ等への応用も可能である。
分散型エレクトロルミネッセンス素子の蛍光体粒子としては、従来の典型的な素子では、付活剤が蛍光体母材に添加されたZnS:Cu,Cl等の粒子が用いられていた。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り、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。一方、特許文献１等において、図７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、従来は薄膜型エレクトロルミネッセンス素子の発光層に使用されていたZnS:Mn等の蛍光体材料を粒子形状にしたものを用いたエレクトロルミネッセンス素子も提案されている。これらの素子では、蛍光体部分とその周囲の誘電体との界面および／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、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部分内の発光中心を衝突励起し、従来の薄膜型素子に類似の発光機構が実現されると考えられる。基本的な構造自体は従来の分散型素子と同様であるので、製造コストは低く抑えることができる。
ここで、上記のとおり、分散型エレクトロルミネッセンス素子は、従来から、製造コストが安い等の点では薄膜型エレクトロルミネッセンス素子よりも優れていたが、輝度等の点では劣っていた。そのため、低コスト等の利点を維持したまま、輝度および発光効率の高い分散型エレクトロルミネッセンス素子を実現する工夫が、種々なされてきた。その一例として、特許文献１においては、上記の粒子１０２のような蛍光体のみからなる発光粒子に代えて、誘電体コアに蛍光体被覆層を設けた発光粒子や、さらにその蛍光体被覆層を覆う誘電体被覆層を設けた発光粒子を用い、誘電体コアの作用により蛍光体被覆層に効率的に電界が印加されるように構成された分散型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 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
しかしながら、従来の分散型エレクトロルミネッセンス素子では、所望の発光色を実現する際に発光色の制御における自由度が小さいこと、長期使用による素子の劣化に伴い発光色が変化してしまうこと、および、マルチカラー表現に応用した際に回路上の負荷が大きいこと等の問題点があった。
すなわち、白色等の所望の発光色を実現する際の発光色の制御に関して言えば、従来のように異なる発光色を示す蛍光体粒子を混合使用すると、一般に各蛍光体粒子の電圧−輝度特性が異なるため、輝度調整のために駆動電圧を変更すると色味が変わってしまい、多様な駆動条件および広い輝度範囲に亘って所望の発光色を表現することができないという問題があった。また、染料や顔料を用いて発光色を調整した場合にも、ある特定の輝度に合わせて染料や顔料の使用量が決定されるため、やはり輝度を調整すると色味が大幅に変わってしまい、多様な駆動条件および広い輝度範囲に亘って所望の発光色を表現することができなかった。
長期使用による素子の劣化に伴う発光色の変化に関して言えば、所望の発光色を実現するために異なる発光色を示す蛍光体粒子を混合使用した場合には、発光寿命の劣化パターンが各蛍光体で異なるために、時間の経過に伴って発光色が変化してしまっていた。マルチカラー表現を行うために、異なる発光色を示す蛍光体粒子を使用した発光部分を並列配置または積層配置した構成の素子においても、各発光部分に使用した蛍光体粒子の発光寿命の劣化パターンの違いのために、同様の問題が生じ得る。また、染料や顔料を用いて発光色を調整した場合にも、電気的要因による蛍光体の劣化と、紫外線等の光学的要因による染料や顔料の劣化の特性がそれぞれ異なるために、やはり時間の経過に伴って発光色が変化してしまっていた。
マルチカラー表現に応用した際の回路上の負荷に関して言えば、各色の発光部分に使用される蛍光体粒子の電圧−輝度特性が異なるため、各色の発光部分に印加される電圧レベルに差が生じ、回路上の負荷が増大するという問題があった。
さらに、分散型エレクトロルミネッセンス素子において、高い輝度および発光効率を実現するために、電圧−輝度特性が急峻な応答を示す蛍光体粒子や、誘電体コアに蛍光体被覆層を設けた発光粒子を使用した場合には、わずかな電圧の調整で発光輝度が大きく変化するため、微妙な階調表現を実現することが困難であるという問題もあった。
本発明は、上記事情に鑑み、低コスト等の従来の分散型エレクトロルミネッセンス素子の利点を維持したまま、輝度および発光効率が高く、しかも、発光色の制御、発光色の経時変化の抑制、回路上の負荷の抑制および／または微妙な階調表現の実現の点で改善された分散型エレクトロルミネッセンス素子、およびそのようなエレクトロルミネッセンス素子を利用した表示装置を提供することを目的とするものである。
すなわち、本発明に係る第１のエレクトロルミネッセンス素子は、少なくとも第１の粒子群と第２の粒子群からなる多数のエレクトロルミネッセンス発光粒子が、バインダー中に分散されてなる発光層と、その発光層に電圧を印加する電極とを備えたエレクトロルミネッセンス素子であって、上記の第１の粒子群をなす各エレクトロルミネッセンス発光粒子が、第１の誘電率を有する誘電体コアと、第１の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層とを有するものであり、上記の第２の粒子群をなす各エレクトロルミネッセンス発光粒子が、上記の第１の誘電率とは異なる第２の誘電率を有する誘電体コアと、第２の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層とを有するものであることを特徴とするものである。
ここで、本発明において「エレクトロルミネッセンス発光粒子」とは、エレクトロルミネッセンス素子の発光層中に分散される各粒子の全体を指すものとする。すなわち、実際にエレクトロルミネッセンスによる発光が生じるのは、粒子中の蛍光体部分であるが、本発明においては、誘電体コアや、あれば誘電体被覆層やバッファ層等を含めた粒子全体を、「エレクトロルミネッセンス発光粒子」または単に「発光粒子」と呼ぶものとする。
また、本発明において、多数のエレクトロルミネッセンス発光粒子がバインダー中に「分散」されているとは、各エレクトロルミネッセンス発光粒子が互いに完全に遊離分散していることを要するものではなく、一部または全部のエレクトロルミネッセンス発光粒子が互いに接触していてもよいものであるとする。
さらに、上記の本発明に係る第１のエレクトロルミネッセンス素子は、発光層と電極とを有してなるものであるが、これは必要最低限の層構成を示したものであって、これに加えて、発光層の片側もしくは両側に形成された絶縁層、バッファ層、表面保護層等の追加の層が設けられていてもよい。特に、一部または全部のエレクトロルミネッセンス発光粒子が互いに接触している場合は、絶縁層を設けることが好ましい。
また、上記の本発明に係る第１のエレクトロルミネッセンス素子において、第１および第２の粒子群をなす各エレクトロルミネッセンス発光粒子は、誘電体コアと蛍光体被覆層とを有するものであるが、これも必要最低限の構成を示したものである。たとえば、誘電体コアと蛍光体被覆層との間にバッファ層等の追加の層が設けられていてもよいし、蛍光体被覆層の外側に表面保護層等が設けられていてもよい。
さらに、上記の本発明に係る第１のエレクトロルミネッセンス素子において、上記の第１の蛍光体材料と第２の蛍光体材料は、互いに異なる発光色を示す蛍光体材料であってもよいし、同一の発光色を示す蛍光体材料であってもよい。ここで、「同一の発光色を示す蛍光体材料」とは、同一の蛍光体材料であってもよいし、互いに異なる蛍光体材料であるが同一の発光色を示すものであってもよい。
また、上記の本発明に係る第１のエレクトロルミネッセンス素子においては、上記の第１の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層および／または上記の第２の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層の外側に、さらに誘電体被覆層が設けられていてもよい。この場合にも、誘電体コアと蛍光体被覆層との間もしくは蛍光体被覆層と誘電体被覆層との間に、バッファ層等の追加の層が設けられていてもよいし、誘電体被覆層の外側に表面保護層等が設けられていてもよい。
本発明に係る第２のエレクトロルミネッセンス素子は、互いに並列配置または積層配置された、互いに異なる発光色を示す少なくとも２つの発光層と、それら少なくとも２つの発光層に、個別に電圧を印加する電極とを備えたエレクトロルミネッセンス素子であって、上記の少なくとも２つの発光層のうちの第１の発光層が、少なくとも第１の粒子群からなる多数のエレクトロルミネッセンス発光粒子がバインダー中に分散されてなるものであって、その第１の粒子群をなす各エレクトロルミネッセンス発光粒子が、第１の誘電率を有する誘電体コアと、第１の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層とを有するものであり、上記の少なくとも２つの発光層のうちの第２の発光層が、少なくとも第２の粒子群からなる多数のエレクトロルミネッセンス発光粒子がバインダー中に分散されてなるものであって、その第２の粒子群をなす各エレクトロルミネッセンス発光粒子が、上記の第１の誘電率とは異なる第２の誘電率を有する誘電体コアと、上記の第１の蛍光体材料と異なる発光色を示す第２の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層とを有するものであることを特徴とするものである。
ここで、上記の本発明に係る第２のエレクトロルミネッセンス素子は、少なくとも２つの発光層と電極とを有してなるものであるが、これも必要最低限の層構成を示したものであって、これに加えて、各発光層の片側もしくは両側に形成された絶縁層、バッファ層、表面保護層等の追加の層が設けられていてもよい。特に、一部または全部のエレクトロルミネッセンス発光粒子が互いに接触している場合は、絶縁層を設けることが好ましい。また、上記の電極の、各発光層に電圧を印加する部分は、発光層ごとに物理的に分離したものであってもよいし、複数の発光層間で一部の構成が物理的に兼ねられているものであってもよい。
また、上記の本発明に係る第２のエレクトロルミネッセンス素子においても、第１および第２の粒子群をなす各エレクトロルミネッセンス発光粒子は、誘電体コアと蛍光体被覆層とを有するものであるが、これも必要最低限の構成を示したものである。たとえば、誘電体コアと蛍光体被覆層との間にバッファ層等の追加の層が設けられていてもよいし、蛍光体被覆層の外側に表面保護層等が設けられていてもよい。
さらに、上記の本発明に係る第２のエレクトロルミネッセンス素子においても、上記の第１の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層および／または上記の第２の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層の外側に、さらに誘電体被覆層が設けられていてもよい。この場合にも、誘電体コアと蛍光体被覆層との間もしくは蛍光体被覆層と誘電体被覆層との間に、バッファ層等の追加の層が設けられていてもよいし、誘電体被覆層の外側に表面保護層等が設けられていてもよい。
本発明に係る表示装置は、上記の本発明に係るいずれかのエレクトロルミネッセンス素子が、２次元状に多数配置されてなる表示部を備えていることを特徴とするものである。ただし、この本発明に係る表示装置は、２次元状に配置された複数のエレクトロルミネッセンス素子間で、電極等の一部の構成が物理的に兼ねられているものも含むものであるとする。
本発明に係る第１のエレクトロルミネッセンス素子は、第１および第２の粒子群をなす各エレクトロルミネッセンス発光粒子が誘電体コアと蛍光体被覆層とを有するものであるので、蛍光体のみからなる粒子を発光粒子として用いる場合に比べて、発光層に印加された電圧を発光層中の蛍光体部分に効率的に集中させることができ、高輝度かつ高効率の発光が可能である。しかも、第１の粒子群と第２の粒子群とでは、誘電体コアとして、異なる誘電率を有する誘電体を使用しているので、蛍光体被覆層への電圧印加効率を、第１の粒子群と第２の粒子群とでそれぞれ独立に調整することができ、発光色の制御における自由度の向上、長期使用による素子の劣化に伴う発光色の経時変化の抑制および／または微妙な階調表現の実現を図ることが可能である。さらに、本発明に係る第１のエレクトロルミネッセンス素子は、従来の分散型エレクトロルミネッセンス素子と同様、真空蒸着等を含まない簡略な製造工程により作製することができるため、低コスト等の従来の分散型エレクトロルミネッセンス素子の利点を維持したまま、上記の効果を得ることができる。
とりわけ、第１の粒子群に使用される第１の蛍光体材料と、第２の粒子群に使用される第２の蛍光体材料とを、互いに異なる発光色を示す蛍光体材料とした場合には、各蛍光体材料を適当に選択することにより白色等の所望の発光色を実現することができるが、その際、各蛍光体材料に合わせて適当な誘電率を有する誘電体コアを粒子群ごとに選択することにより、各粒子群の見かけの電圧−輝度特性を略一致させることができる。これにより、多様な駆動条件および広い輝度範囲に亘って、所望の発光色を実現することができる。ここで、上記の「見かけの電圧−輝度特性」とは、発光層全体への印加電圧に対する、各粒子群の発光輝度の特性を指す。また、やはり各粒子群に使用する誘電体コアを適当に選択することにより、各粒子群の蛍光体被覆層への電圧印加効率の調整を、各粒子群に使用されている蛍光体材料の発光寿命の劣化パターンが略一致するようになすこともできるので、発光色の経時変化を抑制することが可能である。
一方、上記の本発明に係る第１のエレクトロルミネッセンス素子において、第１の蛍光体材料と第２の蛍光体材料とを同一の発光色を示す蛍光体材料とした場合には、発光層への印加電圧の変化に対する発光層全体の発光輝度の変化が緩やかになるように、適当な誘電率を有する誘電体コアを粒子群ごとに選択することができるので、高い最高輝度を有しながら、微妙な階調表現も可能なエレクトロルミネッセンス素子とすることができる。
さらに、上記の本発明に係る第１のエレクトロルミネッセンス素子において、第１の粒子群および／または第２の粒子群をなす各エレクトロルミネッセンス発光粒子の蛍光体被覆層の外側に、さらに誘電体被覆層を設けた場合には、一般に水分に弱い蛍光体を外部の水分や湿気から保護することができるため、素子の長寿命化が図れるという利点もある。
本発明に係る第２のエレクトロルミネッセンス素子は、互いに異なる発光色を示す少なくとも２つの発光層を備え、それら少なくとも２つの発光層のうちの第１および第２の発光層にそれぞれ含まれる、第１および第２の粒子群をなす各エレクトロルミネッセンス発光粒子が、誘電体コアと蛍光体被覆層とを有するものであるので、やはり蛍光体のみからなる粒子を発光粒子として用いる場合に比べて、発光層に印加された電圧を発光層中の蛍光体部分に効率的に集中させることができ、高輝度かつ高発光効率のマルチカラー表現が可能である。しかも、第１の粒子群と第２の粒子群とでは、誘電体コアとして、異なる誘電率を有する誘電体を使用しているので、各粒子群に使用する誘電体コアを適当に選択することにより、各発光層の発光寿命の劣化パターンが略一致するように、各粒子群の蛍光体被覆層への電圧印加効率をそれぞれ独立に調整することができる。これにより、発光色の経時変化を抑制し、長期間に亘って所望のマルチカラー表現を行うことが可能となる。また、各蛍光体材料に合わせて適当な誘電率を有する誘電体コアを粒子群ごとに選択することにより、各発光層の見かけの電圧−輝度特性を略一致させることもできる。これにより、各発光層に印加される電圧レベルが略一致させられるため、回路上の負荷を抑制することができる。
さらに、上記の本発明に係る第２のエレクトロルミネッセンス素子においては、１つ１つの発光層内においても、互いに誘電率が異なる誘電体コアを有する複数種類のエレクトロルミネッセンス発光粒子を混合使用してもよく、その場合、マルチカラー表現の要素である各色それぞれについて、発光色の制御における自由度の向上、発光色の経時変化の抑制および／または微妙な階調表現の実現を図ることが可能である。
しかも、この本発明に係る第２のエレクトロルミネッセンス素子も、従来の分散型エレクトロルミネッセンス素子と同様、真空蒸着等を含まない簡略な製造工程により作製することができるため、低コスト等の従来の分散型エレクトロルミネッセンス素子の利点は維持したまま、上記の効果を得ることができる。
また、上記の本発明に係る第２のエレクトロルミネッセンス素子においても、第１の粒子群および／または第２の粒子群をなす各エレクトロルミネッセンス発光粒子の蛍光体被覆層の外側に、さらに誘電体被覆層を設けた場合には、一般に水分に弱い蛍光体を外部の水分や湿気から保護することができるため、素子の長寿命化が図れるという利点がある。
本発明に係る表示装置は、上記の本発明に係るいずれかのエレクトロルミネッセンス素子が、２次元状に多数配置されてなる表示部を備えたものであるので、本発明に係るエレクトロルミネッセンス素子に関して上記に説明した効果と同様の効果を享受するものである。
以下、図面を参照して、本発明の例示的な実施形態について詳細に説明する。
まず、図１および２を参照して、本発明に係るエレクトロルミネッセンス素子の第１の実施形態について説明する。
図１に示した第１の実施形態に係るエレクトロルミネッセンス素子１０は、透明基板１２、透明電極１４、発光層１６、絶縁層１８および背面電極２０からなる。なお、図中における各層の相対的層厚は、単に説明のためのものであって、実際の相対的層厚とは必ずしも一致しないものである。特に発光層１６の厚さは、説明のために誇張して厚く描かれている。
まず、上記の発光層１６の構成について詳細に説明する。発光層１６は、２種類のエレクトロルミネッセンス発光粒子２２および２４が、バインダー２６中に多数分散されてなるものである。図２に示すように、第１の発光粒子２２は、それぞれ誘電体コア２２ａおよび蛍光体被覆層２２ｂからなるものであり、第２の発光粒子２４は、それぞれ誘電体コア２４ａおよび蛍光体被覆層２４ｂからなるものである。誘電体コア２２ａと２４ａとは、互いに異なる誘電率を有する誘電体材料からなるものである。また、本実施形態では、蛍光体被覆層２２ｂと２４ｂとは、互いに異なる発光色を示す蛍光体材料からなるものである。
蛍光体被覆層２２ｂおよび２４ｂを構成する各蛍光体材料は、所望の発光色を実現する組合せのものが選択されている。好ましい蛍光体材料としては、たとえば、ZnS:Mn、Zn2SiO4:Mn、BaAl2S4:Eu、CaAl2O4:Eu、MgGa2O4:Eu、CaS:Eu、ZnS:Eu、Y2O3:Eu、Ga2O3:Mn、Ga2O3:Eu、CaGa2O4:Eu、Ga2O3:Cr、SrS:Ce、ZnS:Tb,F、SrS:Ce,Eu、ZnS:Sm,Cl、CaGa2S4:Ce、ZnS:Cu,ClおよびZnS:Ag,Al等が挙げられる。なかでも、青色発光蛍光体としてはBaAl2S4:Eu、ZnS:Cu,ClおよびZnS:Ag,Al、緑色発光蛍光体としてはZn2SiO4:MnおよびZnS:Tb,F、赤色発光蛍光体としてはZnS:Mn、MgGa2O4:EuおよびCaS:Euが特に好ましく、これらの蛍光体材料の中から、白色等の所望の発光色を実現するための組合せを選択するとよい。選択された各蛍光体材料は、一般に、異なる電圧−輝度特性および／または異なる発光寿命の劣化パターンを有する。また、第１の発光粒子２２と第２の発光粒子２４との混合比も、所望の発光色を実現するように選択されている。
誘電体コア２２ａおよび２４ａを構成する各誘電体材料は、上記の蛍光体被覆層２２ｂおよび２４ｂを構成する各蛍光体材料の電圧−輝度特性および／または発光寿命の劣化パターンの違いに応じて、第１の発光粒子２２からなる粒子群および第２の発光粒子２４からなる粒子群の発光層１６全体への印加電圧に対する見かけの電圧−輝度特性、および／または、各蛍光体被覆層２２ｂおよび２４ｂを構成する蛍光体材料の発光寿命の劣化パターンが略一致するように、適当な誘電率を有するものが選択されている。たとえば、蛍光体被覆層２２ｂを構成する蛍光体材料の方が、同一電圧下において、蛍光体被覆層２４ｂを構成する蛍光体材料よりも低い輝度を示す材料である場合には、誘電体コア２２ａの構成材料として、誘電体コア２４ａの構成材料よりも誘電率の高い誘電体材料を用いるとよい。ただし、誘電体コア２２ａと２４ａ間の誘電率が大幅に異なると素子１０の動作時の安定性が損なわれるおそれがあるので、両者の誘電率の違いは、１００倍以内程度に抑えることが好ましく、５０倍以内程度に抑えることがさらに好ましい。また、発光層１６に印加された電圧を蛍光体被覆層２２ｂおよび２４ｂに効率的に集中させるため、蛍光体被覆層２２ｂおよび２４ｂの誘電率に対して、誘電体コア２２ａおよび２４ａの誘電率が、それぞれ５倍以上大きいことが好ましく、１０倍以上大きいことがさらに好ましい。また、絶対値としては、誘電体コア２２ａおよび２４ａの誘電率は、少なくとも比誘電率にして１００程度であることが好ましい。ここで、誘電体コア２２ａおよび２４ａに使用される互いに誘電率の異なる誘電体材料としては、化学式が異なる誘電体材料を用いてもよいし、化学式は同一であるが結晶構造等が異なることにより互いに異なる誘電率を有している誘電体材料を用いてもよい。好ましい誘電体材料としては、たとえば、BaTa2O6、BaTiO3、SrTiO3、Y2O3、TiO2、PbTiO3、Al2O3、ZnS、ZrO2およびPbNbO3等が挙げられる。
誘電体コア２２ａおよび２４ａを構成する各誘電体材料の選択に加えて、第１の発光粒子２２および第２の発光粒子２４それぞれの蛍光体被覆層厚／誘電体コア径の比を併せて調整することにより、蛍光体被覆層２２ｂおよび２４ｂへの電圧印加効率を微調整して、第１の発光粒子２２からなる粒子群および第２の発光粒子２４からなる粒子群の見かけの電圧−輝度特性、および／または、各蛍光体被覆層２２ｂおよび２４ｂを構成する蛍光体材料の発光寿命の劣化パターンを、さらに厳密に一致させることも可能である。ここで、第１の発光粒子２２および第２の発光粒子２４それぞれの蛍光体被覆層厚／誘電体コア径の比は、１／２以下の範囲で調節することが好ましく、１／４以下の範囲で調節することがさらに好ましい。
また、誘電体コア２２ａおよび２４ａのコア径は、それぞれ０．０５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上３．５μm以下であることがさらに好ましい。これは、誘電体コアのコア径が小さすぎると、蛍光体被覆層に電界を集中するために蛍光体被覆層を過度に薄くしなくてはならない等の問題が生じ、逆に誘電体コアのコア径が大きすぎると、発光粒子全体の大きさが大きくなり発光層１６の平滑性を損ねる等の問題が生じるためである。一方、蛍光体被覆層２２ｂおよび２４ｂの層厚は、０．０５μｍ以上であることが好ましく、０．１μｍ以上であることがさらに好ましい。これは、蛍光体被覆層の層厚がこれより薄くなると、発光に必要な構造が不安定になり、発光輝度が著しく低下するためである。
上記の誘電体コアおよび蛍光体被覆層からなる発光粒子２２および２４の合成は、液相法（たとえば、沈殿法、噴霧熱分解法、逆ミセル法、尿素溶融法および凍結乾燥法等）により行うこともできるし、気相法（たとえば、ＣＶＤ法、プラズマ法、スパッタリング、抵抗加熱、電子ビーム法、およびこれらのいずれかと流動油面蒸着を組み合わせた方法等）により行うこともできる。あるいは、蛍光体の微粒子を逆ミセル法などで合成した後、誘電体コアとなる高誘電体粒子表面に付着させる等の手法を用いてもよい。また、上記のいずれかの方法で形成した基本粒子に、さらに熱処理を加えることにより、蛍光体被覆層に発光中心を導入したり、蛍光体被覆層の結晶構造を制御したりすることも可能である。
発光層１６のバインダー２６の材料としては、たとえば、シアノエチルセルロース系樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン系樹脂、シリコーン樹脂およびフッ化ビニリデン樹脂等の誘電体材料を用いることができる。また、これらの材料に、BaTiO3やSrTiO3等の高誘電率誘電体の微粒子を混合し、誘電率を調整したものを用いてもよい。あるいは、酸化珪素や酸化アルミニウム等の無機バインダーを用いてもよい。なお、バインダー２６の誘電率は、少なくとも各蛍光体被覆層２２ｂおよび２４ｂを構成する蛍光体材料の誘電率の１／２以上であることが好ましい。
発光層１６全体の厚みは、素子の短絡防止の観点から１μｍ以上とすることが好ましく、また消費電力抑制の観点から１００μｍ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは、３μｍ以上５０μｍ以下にするとよい。この発光層１６は、上記のバインダー２６の材料の溶液中に、発光粒子２２および２４を分散させたペーストを用いて、塗布やスクリーン印刷等の比較的簡略な手法で形成することができる。
発光層１６以外の各層の構成について説明すると、透明基板１２の素材としては、ポリエチレンテレフタレート（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。
透明電極１４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等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。
絶縁層１８の材料としては、たとえば、BaTiO3、Y2O3、Ta2O5、BaTa2O6、TiO2、Sr(Zr,Ti)O3、SrTiO3、PbTiO3、Al2O3、Si3N4、ZnS、ZrO2、PbNbO3、Pb(Zr,Ti)O3等が使用可能である。発光層１６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。これらの材料を粒子状にして分散させたペーストを用いれば、絶縁層１８も、上記の発光層１６と同様、塗布やスクリーン印刷等の比較的簡略な手法で形成することができる。なお、絶縁層１８における消費電力量を抑制するために、絶縁層１８の層厚は５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下がさらに好ましい。
背面電極２０としては、アルミニウム等の金属電極を使用してもよいし、カーボンペーストの塗布により形成したもの等を用いてもよい。
次に、上記のエレクトロルミネッセンス素子１０の動作および作用について説明する。透明電極１４と背面電極２０の間に交流電圧を印加すると、発光粒子２２および２４の蛍光体被覆層２２ｂおよび２４ｂ内で、ドナー−アクセプタ間の再結合またはホットエレクトロンによる発光中心の衝突励起が起こり、発光が生じる。発光した光は、透明電極１４および透明基盤１２を介して、図１の下方に取り出される。
この発光の際、誘電体コア２２ａおよび２４ａの作用により、発光層１６に印加された電圧が蛍光体被覆層２２ｂおよび２４ｂに効率的に集中させられるので、高輝度かつ高効率の発光を得ることができる。また、誘電体コア２２ａおよび２４ａを構成する誘電体材料を、第１の発光粒子２２からなる粒子群および第２の発光粒子２４からなる粒子群の見かけの電圧−輝度特性が略一致するように選択した場合には、多様な駆動条件および広い輝度範囲に亘って所望の発光色を実現することができる。さらに、誘電体コア２２ａおよび２４ａを構成する誘電体材料を、各蛍光体被覆層２２ｂおよび２４ｂを構成する蛍光体材料の発光寿命の劣化パターンが略一致するように選択した場合には、発光色の経時変化を抑制し、長期間に亘って所望の発光色を得ることができる。
続いて、図１に示した素子１０の一例および比較例の素子を実際に作製し、上記の作用を検証した結果を、以下に説明する。
素子１０の一例は、以下のようにして作製した。
まず、厚さ３５０μｍのＰＥＴシートからなる透明基盤１２の上に、スパッタリングによってIn2O3およびSnO2等からなる導電性膜を形成し、透明電極１４とした。
エレクトロルミネッセンス発光粒子２２としては、平均コア径０．５μｍのBaTiO3（チタン酸バリウム）からなる誘電体コア２２ａが、ZnS:Mnからなる蛍光体被覆層２２ｂで被覆されてなる粒子Ａを用いた。この粒子Ａは、平均粒子径０．５μｍのBaTiO3粒子を、酢酸亜鉛およびチオアセトアミド等の硫黄化合物と酢酸マンガンとの混合溶液と共に噴霧熱分解法にて処理し、さらに９００℃にて約２時間アニール後、水洗および乾燥を行うことにより作製したものである。エレクトロルミネッセンス発光粒子２４としては、平均コア径１．０μｍのBaTiO3からなる誘電体コア２４ａが、ZnS:Cuからなる蛍光体被覆層２４ｂで被覆されてなる粒子Ｂを用いた。この粒子Ｂは、平均粒子径１．０μｍのBaTiO3粒子を、酢酸亜鉛およびチオアセトアミド等の硫黄化合物の溶液と共に噴霧熱分解法にて処理し、さらに硫化銅の粉末と共に７００℃にて約４時間焼成し、水洗および乾燥後、ふるいにかけて凝集粒子を取り除くことにより作製したものである。上記の粒子Ａ（エレクトロルミネッセンス発光粒子２２）の誘電体コア２２ａおよび粒子Ｂ（エレクトロルミネッセンス発光粒子２４）の誘電体コア２４ａの比誘電率は、それぞれ２０００および５５００であった。ここで、同じBaTiO3からなる誘電体コアでありながら誘電率が異なるのは、結晶構造の違いによるものである。一般に、BaTiO3等の材料は、温度等の合成条件によって結晶構造が変化し、また粒子の大きさが小さくなるほど結晶構造が不安定になる傾向がある。なお、上記のようにして作製した粒子ＡおよびＢを走査型電子顕微鏡により観察したところ、滑らかな粒子の形状は呈しておらず、蛍光体被覆層を構成するZnS:MnまたはZnS:Cuが、約０．１から０．２μｍ程度の凹凸を有する衣状に付着していることが分かった。
上記のようにして作製した粒子ＡおよびＢを、白色発光を得るために重量比にして２：３の割合で混合し、バインダー２６の材料であるシアノエチルプルランを溶媒のＮ，Ｎ’−ジメチルホルムアミドに溶解した溶液中に分散して、上記の透明電極１４上に１５μｍの層厚で塗布し、発光層１６を形成した。さらに、シアノエチルポリビニルアルコールおよびシアノエチルプルランの混合溶液中に平均粒子径２００ｎｍのBaTiO3微粒子が分散されたペーストを、上記の発光層１６上に２０μｍの層厚で塗布し、絶縁層１８を形成した。最後に、背面電極２０として、厚さ５０μｍのアルミニウムシートを上記の絶縁層１８上に重ねて、ヒートローラーで熱圧着した。以上のようにして作製した図１のエレクトロルミネッセンス素子１０の一例を、以下、実施例１の素子と呼ぶ。
さらに、比較例として２つの素子を作製した。
比較例１の素子は、粒子Ｂに代えて、粒子Ａの誘電体コアと同一の比誘電率２０００のBaTiO3からなる誘電体コアにZnS:Cuからなる蛍光体被覆層を有してなる粒子Ｃを用い、粒子ＡおよびＣを、白色発光を得るために重量比にして１：４の割合で混合して発光層を形成した他は、上記の実施例１の素子と同様の手法により作製した素子である。すなわち、比較例１の素子は、蛍光体被覆層の構成材料は異なるが誘電体コアの構成材料および誘電率は同一である２種類のエレクトロルミネッセンス発光粒子が、発光層中に分散されてなる素子である。粒子Ｃは、平均粒子径０．５μｍのBaTiO3粒子を、酢酸亜鉛およびチオアセトアミド等の硫黄化合物の溶液と共に噴霧熱分解法にて処理し、さらに硫化銅の粉末と共に７００℃にて約４時間焼成し、水洗および乾燥後、ふるいにかけて凝集粒子を取り除くことにより作製したものである。
比較例２の素子は、それぞれ誘電体コアを有さず蛍光体のみからなる２種類の粒子ＤおよびＥのみを、エレクトロルミネッセンス発光粒子として用いて、上記と同様の手法により作製した素子である。粒子Ｄは、ZnS:Mnからなる平均粒子径８μｍの蛍光体粒子であり、高純度ZnSの微粒子に酢酸マンガンおよび塩化銅を混合して、アルゴンガス雰囲気下で１１００℃で４時間の焼成を施すことにより作製した粒子である。粒子Ｅは、ZnS:Cu,Clからなる平均粒子径１５μｍの蛍光体粒子であり、高純度ZnSの微粒子に硫酸銅を混合し、さらに塩化ナトリウムおよび塩化マグネシウムをフラックスとして混合して１２００℃で４時間の焼成を施し、水洗乾燥後、平均粒子径０．５ｍｍのアルミナビーズでボールミルを６時間かけ、７００℃で４時間の焼成を再び施し、水洗乾燥することにより作製した粒子である。粒子Ｄと粒子Ｅの混合比は、白色発光を得るため、重量比にして１：４とした。
なお、実施例１の素子および比較例１ならびに２の素子のいずれについても、発光層中に存在する蛍光体の単位面積あたりの使用量は、同一になるように調整した。
以上のようにして作製した実施例１の素子および比較例１ならびに２の素子を、それぞれ２００Ｖ、１ｋＨｚの交流電源により駆動し、発光輝度を調べた。その結果を、以下の表１に、実施例１の素子を基準とした相対値で示す。
Figure 2005222801
表１の結果をみると、実施例１の素子では、比較例１および２の素子よりも同一駆動条件下でより高い輝度（すなわちより高い発光効率）が得られたことが分かる。同一誘電率の誘電体コアを有する粒子ＡおよびＣを用いた比較例１の素子では、蛍光体のみからなる粒子ＤおよびＥを用いた比較例２の素子に比べれば、誘電体コアによる電界集中効果によって高い輝度が実現されたが、実施例１の素子には及ばなかった。これは、実施例１の素子では、各蛍光体被覆層を構成する蛍光体材料に合わせた異なる誘電率の誘電体コアを用いたことにより、最適な電圧配分がなされ各蛍光体材料の性能が十分に発揮されたが、比較例１の素子では、蛍光体材料の種類にかかわらず同一誘電率の誘電体コアを使用したので、各蛍光体材料の性能が十分には発揮されなかったためと考えられる。
また、上記の３つの素子を、それぞれ１ｋＨｚの交流電源を用いて初期の輝度が１００ｃｄ／ｍ２になる電圧で駆動し、気温２５℃相対湿度５０％の環境下において１ヶ月間連続点灯させ、輝度の変化および色味の変化を評価する実験も行った。この結果も、上記の表１に示した。表中の経時後相対輝度は、１ヶ月経過後の輝度の、初期輝度１００ｃｄ／ｍ２に対する割合を、実施例１の素子の場合を１とした相対値で示したものである。
この結果をみると、１ヶ月経過後の輝度変化は、実施例１の素子で最も少なかったことが分かる。また、色味の変化についても、実施例１の素子における変化は微少で、わずかに黄色寄りにずれたものの白色発光と認識できる範囲内での変化であった。一方、比較例１の素子の色味は、白色発光から赤黄色寄りの発光に変化し、比較例２の素子の色味は、白色発光から橙色寄りの発光に変化してしまった。このことから、実施例１の素子では、各蛍光体材料の発光寿命の劣化パターンの違いに合わせて、各発光粒子において蛍光体被覆層を構成する蛍光体材料の発光寿命の劣化パターンが略一致するように、各誘電体コアの誘電率を選択したため、各蛍光体材料の発光性能の調節や混合比率だけに頼った従来の方法に比べ、経時後の色味の変化を少なく抑えることができたと言える。
さらに、上記の３つの素子の駆動条件を、電源電圧１００Ｖから３００Ｖ、電源周波数６０Ｈｚから５ｋＨｚの範囲で変化させ、発光色の変化を評価する実験も行った。その結果、比較例１および２の素子は、電圧および周波数の変化に伴い、発光色が大きく変化することが分かった。一方、実施例１の素子では、比較例１および２の素子に比べて発光色の変動は極めて小さかった。このことから、実施例１の素子では、各蛍光体材料の電圧−輝度特性の違いに合わせて、粒子Ａからなる粒子群および粒子Ｂからなる粒子群の見かけの電圧−輝度特性が略一致するように各誘電体コアの誘電率を選択したため、多様な駆動条件および広い輝度範囲に亘って、安定した所望の発光色を実現することができたと言える。
次に、図３を参照して、本発明に係るエレクトロルミネッセンス素子の第２の実施形態について説明する。
図３に示した第２の実施形態に係るエレクトロルミネッセンス素子３０は、図１に示した素子１０と同様、透明基板３２、透明電極３４、発光層３６、絶縁層３８および背面電極４０からなる。
本実施形態では、発光層３６は、３種類のエレクトロルミネッセンス発光粒子４２、４４および４６が、バインダー４８中に多数分散されてなるものである。３種類の発光粒子４２、４４および４６は、いずれも誘電体コアおよび蛍光体被覆層からなる粒子である。蛍光体被覆層の構成材料としては、３種類の発光粒子４２、４４および４６のいずれにおいても同一の発光色を示す蛍光体材料が使用されている。一方、誘電体コアの構成材料としては、３種類の発光粒子４２、４４および４６のそれぞれに互いに異なる誘電率を有する誘電体が使用されている。これらの誘電体コアの構成材料は、３種類の発光粒子４２、４４および４６の合計の電圧−輝度特性、すなわち発光層３６への印加電圧の変化に対する発光層３６全体の発光輝度の変化が、比較的緩やかになるように、適当な誘電率を有する誘電体材料が、３種類の発光粒子４２、４４および４６ごとに選択されたものである。
素子３０の各構成部分に使用可能な好ましい材料、各構成部分の好ましい寸法および発光粒子４２、４４および４６の好ましい合成方法等は、上記の第１の実施形態に係る素子１０の場合と同様である。
続いて、上記のエレクトロルミネッセンス素子３０の動作および作用について説明する。透明電極３４と背面電極４０の間に交流電圧を印加すると、発光粒子４２、４４および４６の蛍光体被覆層内で、ドナー−アクセプタ間の再結合またはホットエレクトロンによる発光中心の衝突励起が起こり、発光が生じる。発光した光は、透明電極３４および透明基盤３２を介して、図３の下方に取り出される。
この発光の際、各発光粒子４２、４４および４６の誘電体コアの作用により、発光層３６に印加された電圧が各発光粒子４２、４４および４６の蛍光体被覆層に効率的に集中させられるので、高輝度かつ高効率の発光を得ることができる。また、発光層３６への印加電圧の変化に対する発光層３６全体の発光輝度の変化が比較的緩やかになるように、各発光粒子４２、４４および４６の誘電体コアを構成する誘電体材料が選択されているので、階調を細かく制御し、微妙な階調表現を行うことが可能である。
続いて、図３に示したエレクトロルミネッセンス素子３０の一例および比較例の素子を実際に作製し、上記の作用を検証した結果を、以下に説明する。
素子３０の一例は、全体としては上記の実施例１の素子と同様の手法により作製した。発光粒子４２としては、上記の実施例１の素子で用いた粒子Ａと同一の、比誘電率２０００のBaTiO3からなる誘電体コアが、ZnS:Mnからなる蛍光体被覆層で被覆されてなる粒子を用いた。発光粒子４４としては、比誘電率６０００のBaTiO3からなる誘電体コアが、ZnS:Mnからなる蛍光体被覆層で被覆されてなる粒子を、粒子Ａと同様の手法で作製して用いた。発光粒子４６としては、比誘電率９００のSrTiO3（チタン酸ストロンチウム）からなる誘電体コアが、ZnS:Mnからなる蛍光体被覆層で被覆されてなる粒子を、粒子Ａと同様の手法で作製して用いた。発光粒子４２、４４および４６の混合比は重量比にして１：１：１、発光層３６の層厚は１０μｍ、絶縁層３８の層厚は８μｍとなるように調整した。このようにして作製した図３の素子３０の一例を、以下、実施例２の素子と呼ぶ。
比較例の素子は、上記の粒子Ａと同一の発光粒子（すなわち実施例２の素子における発光粒子４２と同一の発光粒子）のみを発光層中に分散させ、実施例２の素子と同様の手法により作製したものである。以下、これを比較例３の素子と呼ぶ。
なお、実施例２の素子および比較例３の素子のいずれについても、発光層中に存在する蛍光体の単位面積あたりの使用量は、同一になるように調整した。
以上のようにして作製した実施例２の素子および比較例３の素子について、電圧−輝度特性を評価したところ、素子全体の発光輝度を１０ｃｄ／ｍ２から５００ｃｄ／ｍ２まで変化させるのに必要な駆動電圧の調整幅は、比較例３の素子では５０Ｖ程度であったが、実施例２の素子では１５０Ｖ程度まで広がった。すなわち、実施例２の素子では、比較例３の素子に比べて、駆動電圧の調整に対する輝度の変化が緩やかであるので、階調をより細かく制御し、微妙な階調表現を行うことが可能である。
次に、図４を参照して、本発明に係るエレクトロルミネッセンス素子の第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態に係るエレクトロルミネッセンス素子５０は、マルチカラー表現に適用可能な素子であり、図４に示すように、１つの透明基板５２および透明電極５４と、各々２つずつの発光層５６ａと５６ｂ、絶縁層５８ａと５８ｂおよび背面電極６０ａと６０ｂとからなる。透明電極５４と背面電極６０ａの間、および透明電極５４と背面電極６０ｂの間には、各々個別に交流電圧が印加できるように構成されている。
発光層５６ａは、誘電体コアおよび蛍光体被覆層からなるエレクトロルミネッセンス発光粒子６２ａが、バインダー６４ａ中に分散されてなるものである。同様に、発光層５６ｂは、誘電体コアおよび蛍光体被覆層からなるエレクトロルミネッセンス発光粒子６２ｂが、バインダー６４ｂ中に分散されてなるものである。発光粒子５６ａの蛍光体被覆層を構成する蛍光体材料と、発光粒子５６ｂの蛍光体被覆層を構成する蛍光体材料とは、互いに異なる発光色を示すものであり、所望のマルチカラー表現に合わせて選択されている。発光粒子５６ａの誘電体コアと、発光粒子５６ｂの誘電体コアとは、互いに異なる誘電率を有する誘電体材料により構成されている。各誘電体コアを構成する誘電体材料は、各蛍光体被覆層を構成する蛍光体材料の電圧−輝度特性および／または発光寿命の劣化パターンの違いに応じて、発光層５６ａ全体と発光層５６ｂ全体との、見かけの電圧−輝度特性および／または発光寿命の劣化パターンが略一致するように、適当な誘電率を有するものが選択されている。
素子５０の各構成部分に使用可能な好ましい材料、各構成部分の好ましい寸法および発光粒子６２ａおよび６２ｂの好ましい合成方法等は、上記の第１の実施形態に係る素子１０の場合と同様である。
続いて、上記のエレクトロルミネッセンス素子５０の動作および作用について説明する。透明電極５４と背面電極６０ａの間、および透明電極５４と背面電極６０ｂの間に、表現したい色に応じた交流電圧を印加すると、発光粒子６２ａおよび６２ｂの蛍光体被覆層内で、ドナー−アクセプタ間の再結合またはホットエレクトロンによる発光中心の衝突励起が起こり、発光が生じる。発光層５６ａおよび５６ｂで発光した光は、それぞれ透明電極５４および透明基盤５２を介して、図４の下方に取り出される。観察者の目には、これらの発光層５６ａおよび５６ｂで発光した光が混ざり合って、所望の色が観察される。
この発光の際、各発光粒子６２ａおよび６２ｂの誘電体コアの作用により、発光層５６ａおよび５６ｂに印加された電圧が各発光粒子６２ａおよび６２ｂの蛍光体被覆層に効率的に集中させられるので、高輝度かつ高効率の発光を得ることができる。また、各誘電体コアを構成する誘電体材料を、発光層５６ａ全体と発光層５６ｂ全体の見かけの電圧−輝度特性が略一致するように選択した場合には、発光層５６ａと５６ｂに印加される電圧レベルが略一致させられるため、回路上の負荷を抑制することができる。さらに、各誘電体コアを構成する誘電体材料を、発光層５６ａ全体と発光層５６ｂ全体の発光寿命の劣化パターンが略一致するように選択した場合には、同一駆動条件下における素子５０全体の発光色の経時変化を抑制することができるため、長期間に亘って所望のマルチカラー表現を行うことが可能となる。
なお、上記で説明した図４の素子５０は、発光層５６ａ、絶縁層５８ａおよび背面電極６０ａからなる部分と、発光層５６ｂ、絶縁層５８ｂおよび背面電極６０ｂからなる部分とが、互いに並列配置されてなるものであったが、これに代えて、これらの部分が互いに積層配置された構成としてもよい。その場合、２つの発光層間にある電極等の層はすべて透明な材料により構成し、各発光層からの光が混ざり合った状態で素子の外部に取り出されるようにする必要がある。
また、上記の図４の素子５０は、異なる発光色を示す２つの発光層５６ａおよび５６ｂを有するものであったが、３つ以上の発光層を有する構成としてもよい。たとえば、それぞれ赤色、緑色および青色の発光を示す３つの発光層を配置して、ＲＧＢの３原色によるマルチカラー表現を行う素子としてもよい。
さらに、上記の図４の素子５０は、発光層５６ａおよび５６ｂのそれぞれの内部には１種類ずつのエレクトロルミネッセンス発光粒子のみが分散されているものであったが、１つ１つの発光層内においても、互いに誘電率が異なる誘電体コアを有する複数種類のエレクトロルミネッセンス発光粒子を使用してもよい。その場合、マルチカラー表現の要素である各色それぞれについて、発光色の制御における自由度の向上、発光色の経時変化の抑制および／または微妙な階調表現の実現を図ることが可能である。
以上、本発明に係るエレクトロルミネッセンス素子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を逸脱することなく種々の変更が可能である。
たとえば、上記の各実施形態に係る素子で用いたエレクトロルミネッセンス発光粒子は、いずれも誘電体コアと蛍光体被覆層のみからなるものであったが、これらの発光粒子の一部または全部の蛍光体被覆層の外側に、さらに誘電体被覆層を設けてもよい。そのような誘電体被覆層を設けると、一般に水分に弱い蛍光体を外部の水分や湿気から保護することができるため、素子の長寿命化が図れるという利点がある。さらに、バッファ層や表面保護層等の追加の層を有するエレクトロルミネッセンス発光粒子を使用してもよい。
また、上記の各実施形態に係る素子の層構成も、例示的なものに過ぎず、最低限、電極と発光層とを有するエレクトロルミネッセンス素子であれば、本発明の技術的範囲に含まれ得るものである。逆に、上記の各実施形態に係る素子よりもさらに多くの層を有していてもよく、たとえばバッファ層や表面保護層が設けられていてもよいし、発光層の両側に絶縁層が設けられていてもよい。
なお、本発明に係るエレクトロルミネッセンス素子を構成する各層は、既知のいかなる手法により形成してもよいが、コスト抑制の観点から言えば、真空蒸着等の手法を用いるよりも、すべての層を塗布やスクリーン印刷等の簡略な手法により形成することが好ましい。
最後に、図５および６を参照して、本発明に係る表示装置の実施形態について説明する。
図５は、本実施形態に係る表示装置の表示部７０の構造を図示した斜視図である。この表示部７０は、全体としては、一般にＸ−Ｙマトリクス電極構造として知られる、互いに直交する２組の平行電極群を用いた構造を採用したものである。具体的には、表示部７０は、透明基盤７２、一群の平行透明電極７４、市松模様上に配された発光要素７６ａおよび７６ｂ、絶縁層７８、各平行透明電極７４と直交するように配された一群の平行背面電極８０、および背面基盤８２が、この順番に積層されてなるものである。なお、図５では、説明のため、一群の平行透明電極７４と発光要素７６ａおよび７６ｂとの間を分離して示し、絶縁層７８の一部を破断して示してある。発光要素７６ａおよび７６ｂは、平行透明電極７４と平行背面電極８０の各交差位置上に配されている。
図６は、発光要素７６ａと７６ｂを、それぞれ拡大して示した断面図である。発光要素７６ａは、誘電体コアおよび蛍光体被覆層からなるエレクトロルミネッセンス発光粒子８４ａが、バインダー８６ａ中に分散されてなるものである。同様に、発光要素７６ｂは、誘電体コアおよび蛍光体被覆層からなるエレクトロルミネッセンス発光粒子８４ｂが、バインダー８６ｂ中に分散されてなるものである。発光粒子８４ａの蛍光体被覆層を構成する蛍光体材料と、発光粒子８４ｂの蛍光体被覆層を構成する蛍光体材料とは、互いに異なる発光色を示すものであり、所望のマルチカラー表現に合わせて選択されている。発光粒子８４ａの誘電体コアと、発光粒子８４ｂの誘電体コアとは、互いに異なる誘電率を有する誘電体材料により構成されている。各誘電体コアを構成する誘電体材料は、各蛍光体被覆層を構成する蛍光体材料の電圧−輝度特性および／または発光寿命の劣化パターンの違いに応じて、発光要素７６ａ全体と発光要素７６ｂ全体との、見かけの電圧−輝度特性および／または発光寿命の劣化パターンが略一致するように、適当な誘電率を有するものが選択されている。
このような表示部７０は、たとえば以下の手法により作製することができる。まず、透明基盤７２としてのＰＥＴシート上に、ＩＴＯの平行透明電極７４を形成し、図５に示す表示部７０の上側部分とする。これと別に、反射拡散用に白色顔料を練りこんだＰＥＴシートを背面基盤８２とし、その上にアルミニウムの平行背面電極８０を形成する。背面基盤８２および平行背面電極８０の上に、たとえば平均粒子径２００ｎｍのBaTiO3の微粒子をシアノエチルポリビニルアルコールとシアノエチルプルランの混合バインダー中に分散したペーストを塗布して、絶縁層７８を形成する。絶縁層７８の上に、平行透明電極７４および平行背面電極８０のピッチに合わせて、たとえば前述した実施例１の素子で使用した粒子ＡおよびＢが分散された各ペーストを交互にパターン印刷し、発光要素７６ａおよび７６ｂを市松状に配する。このように形成した図５に示す表示部７０の下側部分を、上記の上側部分と重ね合わせて、加熱プレスして貼り合わせる。なお、図５には示されていないが、表示部７０全体を防湿フィルムで封止することが好ましい。
この表示装置の表示部７０は、各平行透明電極７４および平行背面電極８０の間に、表示したいパターンに応じた交流電圧を順次印加することにより動作させられる。各発光要素７６ａおよび７６ｂで発光した光は、平行透明電極７４および透明基盤７２を介して、図５の上方に取り出される。各平行透明電極７４および平行背面電極８０の間への電圧の印加は極めて高速の走査により行われるので、観察者の目には、マルチカラーの所望のパターンが観察される。
本実施形態に係る表示装置の表示部７０は、Ｘ−Ｙマトリクス電極構造を採用し、複数の発光要素間で電極等の構成が物理的に兼ねられてはいるが、隣接する１つずつの発光要素７６ａおよび７６ｂの組を含む部分を１つの素子と捉えれば、図４に示した素子５０に類似のエレクトロルミネッセンス素子が、２次元状に多数配置されてなるマルチカラー表示部であると言える。したがって、この表示装置は、本発明に係るエレクトロルミネッセンス素子に関して上記に説明した効果と同様の効果を享受するものである。
なお、上記の表示部７０は、図４に示した素子５０に類似のエレクトロルミネッセンス素子が多数配置されてなるものであったが、図１に示した素子１０や図３に示した素子３０のような、本発明に係る単色発光のエレクトロルミネッセンス素子が多数配置されてなる表示部を備えた表示装置も、当然ながら本発明の技術的範囲に含まれるものである。
本発明の第１の実施形態に係るエレクトロルミネッセンス素子の構造を示した断面図 図１の素子に使用されている各エレクトロルミネッセンス発光粒子の断面図 本発明の第２の実施形態に係るエレクトロルミネッセンス素子の構造を示した断面図 本発明の第３の実施形態に係るエレクトロルミネッセンス素子の構造を示した断面図 本発明の１つの実施形態に係る表示装置の、表示部の構造を示した斜視図 図５の表示部中の各発光要素を拡大して示した断面図 従来の分散型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
１０、３０、５０、９０ エレクトロルミネッセンス素子
７０ 表示装置の表示部
１２、３２、５２、７２、９２ 透明基板
１４、３４、５４、７４、９４ 透明電極
１６、３６、５６ａ、５６ｂ、９６ 発光層
７６ａ、７６ｂ 発光要素
１８、３８、５８ａ、５８ｂ、７８、９８ 絶縁層
２０、４０、６０ａ、６０ｂ、８０、１００ 背面電極
８２ 背面基盤

Claims (7)

  1. 少なくとも第１の粒子群と第２の粒子群からなる多数のエレクトロルミネッセンス発光粒子が、バインダー中に分散されてなる発光層と、
    該発光層に電圧を印加する電極とを備えたエレクトロルミネッセンス素子であって、
    前記第１の粒子群をなす各エレクトロルミネッセンス発光粒子が、第１の誘電率を有する誘電体コアと、第１の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層とを有するものであり、
    前記第２の粒子群をなす各エレクトロルミネッセンス発光粒子が、前記第１の誘電率とは異なる第２の誘電率を有する誘電体コアと、第２の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層とを有するもの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。
  2. 前記第１の蛍光体材料と前記第２の蛍光体材料が、互いに異なる発光色を示す蛍光体材料であることを特徴とする請求項１記載のエレクトロルミネッセンス素子。
  3. 前記第１の蛍光体材料と前記第２の蛍光体材料が、同一の発光色を示す蛍光体材料であることを特徴とする請求項１記載のエレクトロルミネッセンス素子。
  4. 前記第１の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層および／または前記第２の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層の外側に、さらに誘電体被覆層が設けられていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のエレクトロルミネッセンス素子。
  5. 互いに並列配置または積層配置された、互いに異なる発光色を示す少なくとも２つの発光層と、
    前記少なくとも２つの発光層に、個別に電圧を印加する電極とを備えたエレクトロルミネッセンス素子であって、
    前記少なくとも２つの発光層のうちの第１の発光層が、少なくとも第１の粒子群からなる多数のエレクトロルミネッセンス発光粒子がバインダー中に分散されてなるものであって、該第１の粒子群をなす各エレクトロルミネッセンス発光粒子が、第１の誘電率を有する誘電体コアと、第１の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層とを有するものであり、
    前記少なくとも２つの発光層のうちの第２の発光層が、少なくとも第２の粒子群からなる多数のエレクトロルミネッセンス発光粒子がバインダー中に分散されてなるものであって、該第２の粒子群をなす各エレクトロルミネッセンス発光粒子が、前記第１の誘電率とは異なる第２の誘電率を有する誘電体コアと、前記第１の蛍光体材料と異なる発光色を示す第２の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層とを有するもの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。
  6. 前記第１の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層および／または前記第２の蛍光体材料からなる蛍光体被覆層の外側に、さらに誘電体被覆層が設けられていることを特徴とする請求項５記載のエレクトロルミネッセンス素子。
  7. 請求項１から６いずれか１項記載のエレクトロルミネッセンス素子が、２次元状に多数配置されてなる表示部を備えていることを特徴とする表示装置。
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