JP2006040642A - Color conversion film and electroluminescent element using this - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、色変換膜及びこれを用いたエレクトロルミネッセンス(EL)素子に関する。 The present invention relates to a color conversion film and an electroluminescence (EL) element using the same.
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。 In recent years, flat displays have attracted attention as display devices, and plasma displays have been put into practical use as an example. Plasma displays are attracting attention because they can be easily enlarged, have high brightness, and have a wide viewing angle. However, since the structure of the display is complicated and the manufacturing process is also complicated, the improvement is progressing, but it is still expensive at present.
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。EL素子は、上下電極間に蛍光体層を挟み、前記蛍光体層に電界をかけることにより発光する原理を利用して、文字や画像(以下「画像等」という。)を表示する。単一光表示はもちろん可能であるが、単一光を色変換膜により色変換してフルカラー表示することもできる。ところが、色変換をするに際しては、光変換効率が低下し、輝度が低下する問題がある。 In addition, a display using an electroluminescence (EL) phenomenon has been proposed. In inorganic EL, an electrode is disposed on a semiconductor inorganic phosphor, and light is emitted by recombination or excitons of electrons and holes of the inorganic phosphor when voltage is applied, or accelerated electrons in the semiconductor collide with the emission center, When the atom or ion that becomes the emission center is excited and returns to its original state, it emits light. The EL element displays characters and images (hereinafter referred to as “images”) using the principle of emitting light by sandwiching a phosphor layer between upper and lower electrodes and applying an electric field to the phosphor layer. Of course, single light display is possible, but single light can be color-converted by a color conversion film to display full color. However, when performing color conversion, there is a problem that the light conversion efficiency decreases and the luminance decreases.
この問題を解決するため、発光面側に透光性層と色変換膜とを設け、色変換膜の屈折率を透光性層の屈折率より大きくし、色変換膜と透光性層との界面を凹凸にする提案がある(下記特許文献1)。別の提案として、有機ELの光取り出し側の電極から基板までの屈折率を特定の順番に配列する例もある(下記特許文献2)。
しかし、色変換膜は、基本的に樹脂をベースとするものであり、色素を樹脂に微分散させるのは困難である。その結果、色素同士の凝集によって色変換効率が妨げられて輝度が低下するという問題がある。 However, the color conversion film is basically based on a resin, and it is difficult to finely disperse the dye in the resin. As a result, there is a problem that the color conversion efficiency is hindered by aggregation of the pigments and the luminance is lowered.
本発明は前記従来の問題を解決するため、発光体層からの光の色変換効率を改善して、輝度を向上した色変換膜及びこれを用いたEL素子を提供する。 In order to solve the above-described conventional problems, the present invention provides a color conversion film having improved luminance by improving the color conversion efficiency of light from a light emitting layer and an EL element using the same.
本発明の色変換膜は、蛍光色素が無機酸化物媒体に分散され、前記無機酸化物媒体分散体粒子がさらに樹脂に分散されている。 In the color conversion film of the present invention, a fluorescent dye is dispersed in an inorganic oxide medium, and the inorganic oxide medium dispersion particles are further dispersed in a resin.
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、光取り出し側に色変換膜と表面基板を含み、前記2つの電極のうち表面基板側の電極を透明電極としたEL素子において、前記色変換膜は、蛍光色素が無機酸化物媒体に分散され、前記無機酸化物媒体の分散体がさらに樹脂に分散されていることを特徴とする。 The EL element of the present invention includes at least a light emitting layer between two opposing electrodes, includes a color conversion film and a surface substrate on the light extraction side, and the surface substrate side electrode of the two electrodes is a transparent electrode. In the device, the color conversion film is characterized in that a fluorescent dye is dispersed in an inorganic oxide medium, and a dispersion of the inorganic oxide medium is further dispersed in a resin.
本発明の色変換膜は、蛍光色素が無機媒体に分散され、前記無機媒体分散体粒子がさらに樹脂に分散されていることにより、蛍光色素は微分散した状態で存在し、各蛍光色素粒子の色変換効率を高め、色変換した光の衝突による消光作用を防ぎ、発光体層からの光の色変換効率を改善して、輝度を向上した色変換膜及びこれを用いたEL素子を提供できる。 In the color conversion film of the present invention, the fluorescent dye is dispersed in an inorganic medium, and the inorganic medium dispersion particles are further dispersed in a resin, so that the fluorescent dye is present in a finely dispersed state. A color conversion film having improved luminance and an EL element using the same can be provided by improving the color conversion efficiency, preventing the quenching action caused by the collision of the color-converted light, improving the color conversion efficiency of the light from the light emitting layer. .
前記色変換膜は、蛍光色素が無機媒体に分散され、前記無機媒体分散体粒子がさらに樹脂に分散されている。蛍光色素は、顔料や染料など一般的に使用されている蛍光色素を用いる。例えば発光層から発光する青色光を緑色光に変換するには、クマリン540(3−(2’−ベンゾチアゾリル)−7ジエチルアミノクマリン)があり、青色光を赤色光に変換するには、DCM(4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン)がある。また青色はそのまま透過させればよいので、無色透明の樹脂層とする。 In the color conversion film, a fluorescent dye is dispersed in an inorganic medium, and the inorganic medium dispersion particles are further dispersed in a resin. As the fluorescent pigment, a commonly used fluorescent pigment such as a pigment or a dye is used. For example, coumarin 540 (3- (2′-benzothiazolyl) -7 diethylaminocoumarin) is used to convert blue light emitted from the light emitting layer into green light, and DCM (4 is used to convert blue light into red light. -Dicyanomethylene-2-methyl-6- (p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran). Further, since it is sufficient to transmit blue as it is, a colorless and transparent resin layer is used.
前記無機媒体分散体粒子の平均粒子径は、2μm以上10μm以下の範囲が好ましい。この範囲であれば、樹脂と混合する際も凝集を起こすことがなく、色変換効率を高く保てる。 The average particle diameter of the inorganic medium dispersion particles is preferably in the range of 2 μm to 10 μm. Within this range, the color conversion efficiency can be kept high without causing aggregation even when mixed with the resin.
前記無機媒体分散体粒子における蛍光色素の割合は、1重量%以上50重量%以下の範囲が好ましい。蛍光色素の微分散を良好に保つためである。 The ratio of the fluorescent dye in the inorganic medium dispersion particles is preferably in the range of 1% by weight to 50% by weight. This is to keep the fine dispersion of the fluorescent dye good.
前記色変換膜における無機媒体分散体粒子の割合は、5重量%以上80重量%以下の範囲が好ましい。この範囲であれば色変換効率を良好に保つことができる。 The ratio of the inorganic medium dispersion particles in the color conversion film is preferably in the range of 5 wt% to 80 wt%. Within this range, the color conversion efficiency can be kept good.
前記色変換膜は例えば次のようにして製造する。まず蛍光色素を溶液に分散した溶液と、シリカ粒子を含む分散溶液を混合し、乾燥し、焼成し、焼結体とする。この焼結体を粉砕して平均粒子径2〜10μmの粒子を得る。これが無機媒体分散体粒子である。この無機媒体分散体粒子を、例えばメチルメタクリレート(PMMA)、スチレンなどの透明樹脂に分散し、ペーストを作成し、スクリーン印刷法等で各色変換膜にパターニングする。一例として乾燥後の厚みは5〜20μm程度である。 The color conversion film is manufactured as follows, for example. First, a solution in which a fluorescent dye is dispersed in a solution and a dispersion solution containing silica particles are mixed, dried and fired to obtain a sintered body. The sintered body is pulverized to obtain particles having an average particle diameter of 2 to 10 μm. This is an inorganic medium dispersion particle. The inorganic medium dispersion particles are dispersed in a transparent resin such as methyl methacrylate (PMMA) or styrene, for example, to prepare a paste, and pattern the color conversion films by a screen printing method or the like. As an example, the thickness after drying is about 5 to 20 μm.
色変換膜にはブラックマトリックスを配置させてもよい。 A black matrix may be disposed on the color conversion film.
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、無機又は有機の蛍光体等の発光物体を層状にしたものである。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させる。 The EL element of the present invention includes at least a light emitting layer between two opposing electrodes. The light emitting layer is formed by layering a light emitting object such as an inorganic or organic phosphor. An electric insulating layer (dielectric layer) may be disposed on both sides or one side of the light emitting layer. In the case of an inorganic phosphor, a dielectric layer is provided between two opposing electrodes, and light is emitted by an electric field using the principle of a capacitor.
色変換膜は、発光層よりも観察面側基板に形成される。また、色変換膜と前記発光層との間には透明電極を介在させる。 The color conversion film is formed on the observation surface side substrate with respect to the light emitting layer. A transparent electrode is interposed between the color conversion film and the light emitting layer.
透明電極には、厚みが200〜300μmのインジウム−スズ酸化物合金(ITO)からなる透明電極層を用いる。 As the transparent electrode, a transparent electrode layer made of an indium-tin oxide alloy (ITO) having a thickness of 200 to 300 μm is used.
発光層に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。
Examples of the light-emitting substance that can be used in the light-emitting layer include ZnS: Ag, ZnS: Cu, ZnS: Mn, SrS: Ce: Eu, ZnS: Sm: Cl, CaS: Eu, ZnS: Tb: F, and CaS: Ce. ZnMgS: Mn, CaGa 2 S 4 : Ce, SrS: Cu, CaS: Pb, BaAl 2 S 4: Eu, Y 2 O 3: Eu,
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。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。 As the dielectric layer, Y 2 O 3 , Li 2 O, MgO, CaO, BaO, SrO, Al 2 O 3 , SiO 2 , MgTiO 3 , CaTiO 3 , BaTiO 3 , SrTiO 3 , ZrO 2 , TiO 2 , At least one of B 2 O 3 , PbTiO 3 , PbZrO 3 , and PbZrTiO 3 (PZT) can be used. Further, a ferroelectric layer may be interposed between both electrodes, and a means for further increasing the luminous efficiency may be taken.
(実施形態1)
以下図面を用いて説明する。図1は本発明の一実施形態におけるEL素子の透明基板と色変換膜からなる光取り出し部20の断面図である。この光取り出し部20は、前記のように、ガラス透明基板11の上に前記ブラックマトリックス12が形成され、その上にG,B(無色透明、発光層は青色発光のため色変換は不要),Rからなる色変換膜13a,13b,13cが形成されている。
(1)蛍光色素の無機媒体分散体の作成
A液
(a)ベンジルアルコール:50g
(b)緑色変換膜用色素、Exciton社製、クマリン540:0.3g
(c)赤色変換膜用色素、Exciton社製、DCM:0.3g
(d)青色、なし(無色透明の樹脂層)
B液
(a)60重量%硝酸:0.1g
(b)イソプロピルアルコール:30g
(c)ブタノール:30g
(d)純水:1g
(e)SiO2:2g
(f)ZrO2:1g
(g)メチルシリケート:0.5g
前記A液とB液をぞれぞれ60℃、1時間攪拌した後、混合し、170℃まで1時間かけて昇温し、溶媒を除去し、170℃で3時間焼成した。その後、室温まで冷却し、粉砕して平均粒子径2〜10μmの粒子(14a,14c)を得た。15a,15cは蛍光色素である。
(2)色変換膜の作成
以下の成分を90℃で1時間混合し、塗材ペーストを作成した。
(a)前記蛍光色素の無機媒体分散体粒子:4g
(b)透明バインダー樹脂
ポリメチルメタクリレート粉末(PMMA:住友化学工業製、屈折率1.49):2g(c)溶媒
ブチルカルビトールアセテート:10g
(1−2)コーティング方法
ガラス基板の表面に、グラファイトとPMMAを含む厚さ2μm、幅50μm、ピッチ間隔150μmのブラックマトリックスを形成した。このブラックマトリックスの上に前記ピッチ間隔をまたいで、前記緑と赤と無色のペーストをスクリーン印刷法によりG,B(無色),Rの順番に各々印刷し、溶媒を徐々に蒸発させ、170℃、60分で乾燥した。乾燥後の膜厚は15μmであった。
(Embodiment 1)
This will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a
(1) Preparation of inorganic dispersion of fluorescent dye A solution (a) benzyl alcohol: 50 g
(B) Green conversion membrane dye, manufactured by Exciton, Coumarin 540: 0.3 g
(C) Dye for red conversion film, manufactured by Exciton, DCM: 0.3 g
(D) Blue, none (colorless and transparent resin layer)
Liquid B (a) 60% by weight nitric acid: 0.1 g
(B) Isopropyl alcohol: 30 g
(C) Butanol: 30 g
(D) Pure water: 1g
(E) SiO 2 : 2 g
(F) ZrO 2 : 1 g
(G) Methyl silicate: 0.5g
The liquid A and liquid B were stirred at 60 ° C. for 1 hour, mixed, heated to 170 ° C. over 1 hour, the solvent was removed, and the mixture was baked at 170 ° C. for 3 hours. Then, it cooled to room temperature and grind | pulverized and obtained particle | grains (14a, 14c) with an average particle diameter of 2-10 micrometers. 15a and 15c are fluorescent dyes.
(2) Preparation of color conversion film The following components were mixed at 90 ° C for 1 hour to prepare a coating material paste.
(A) Inorganic medium dispersion particles of the fluorescent dye: 4 g
(B) Transparent binder resin Polymethyl methacrylate powder (PMMA: manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., refractive index 1.49): 2 g (c) Solvent butyl carbitol acetate: 10 g
(1-2) Coating Method A black matrix containing graphite and PMMA and having a thickness of 2 μm, a width of 50 μm, and a pitch interval of 150 μm was formed on the surface of the glass substrate. On the black matrix, the green, red and colorless pastes are printed in the order of G, B (colorless) and R by screen printing method over the pitch interval, and the solvent is gradually evaporated to 170 ° C. , Dried in 60 minutes. The film thickness after drying was 15 μm.
図2は本発明の一実施形態におけるEL素子の背面側基板から透明電極の上の透光性樹脂保護層までの発光部10を示す断面図である。まず、背面ガラス1の上に10μmの厚みの銅配線からなる背面電極2をストライプ状に平行に形成した。その上に、厚み30μmのBaTiO3からなる誘電体層3と、厚み0.6μmのBaTiO3有機酸からなる平滑層4と、その上に厚み0.6μmのBaAl2S4:Euからなる蛍光体発光層5と、厚
み0.5μmのAl2O3からなる拡散防止層6を形成した。その上に厚み0.5μm、幅150μmのインジウム−スズ酸化物合金(ITO)層(屈折率n1=2.1)からなる透明電極7を背面電極2と直交する方向にストライプ状に平行に形成した。背面電極2から透明電極7まではスパッタリングにより形成した。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the
次に図3に示すように、発光部10の上に光取り出し部20を位置合わせして置き、周囲をエポキシ樹脂で封止して表示素子30を組み立てた。
Next, as shown in FIG. 3, the
このEL素子30に対して、1kHz、10μA、180Vの交流電圧を印加したところ、蛍光色素の無機媒体分散体を使用せず、蛍光色素を直接樹脂に混合した色変換膜に比べて、約20%の輝度向上が認められた。
When an alternating voltage of 1 kHz, 10 μA, and 180 V was applied to the
前記実施形態においては、色変換膜を無機EL素子に応用する例を示したが、本発明の色変換膜は、無機EL素子以外にも、有機EL素子、液晶表示素子、プラズマディスプレイ表示素子(PDP)、フィールドエミッション表示素子(FED)、陰極線管表示素子(CRT)等のカラーディスプレイに応用できる。また、照明装置にも応用でき、例えば青色発光をオレンジ色に変換して目にやさしい光とすることができる。 In the said embodiment, although the example which applies a color conversion film to an inorganic EL element was shown, the color conversion film of this invention is not only an inorganic EL element but an organic EL element, a liquid crystal display element, a plasma display display element ( The present invention can be applied to color displays such as PDP), field emission display elements (FED), and cathode ray tube display elements (CRT). Further, it can be applied to a lighting device, for example, blue light emission can be converted into orange to make light easy on the eyes.
1 背面ガラス
2 背面電極
3 誘電体層
4 平滑層
5 蛍光体発光層
6 拡散防止層
7 透明電極
10 光取り出し部
11 透明基板
12 ブラックマトリックス
13a,13b,13c 色変換膜
14a,14c 無機酸化物分散体粒子
15a,15c 蛍光色素
20 発光部
30 EL素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記色変換膜は、請求項1〜4のいずれかに記載の色変換膜である特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
In an EL element including at least a light emitting layer between two opposing electrodes, including a color conversion film and a surface substrate on the light extraction side, and using the electrode on the surface substrate side of the two electrodes as a transparent electrode,
The electroluminescent element according to claim 1, wherein the color conversion film is the color conversion film according to claim 1.
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